JP7387415B2 - 光造形装置、造形方法及び三次元造形物 - Google Patents

Description

本開示は、光造形装置、造形方法及び三次元造形物に関する。

光硬化樹脂を保持している容器の底を介して、光を光硬化樹脂に照射することにより、三次元造形物を造形する技術が知られている。光を容器の底を介して光硬化性樹脂に照射する場合、硬化した光硬化樹脂が容器の底に付着するおそれがある。そこで、硬化した光硬化樹脂を容器の底から剥離する方法が提案されている。

例えば、特許文献１は、規制窓を介して光を放射することにより規制窓と移動台との間に硬化層を形成し、硬化層を積層することにより立体モデルを造形する光造形装置を開示している。特許文献１の光造形装置では、移動台を光硬化性樹脂の表面に垂直な方向に移動させることにより、形成された硬化層を規制窓から剥離している。

特開２００９－１３７０４９号公報

特許文献１の製造装置では、移動台を移動させることにより、規制窓に付着した硬化層を剥離した後に、次の硬化層を形成する位置に移動台を移動させて次の硬化層を形成するので、三次元造形物の製造のスループットが低下する。

本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、硬化した光硬化樹脂の樹脂槽の底部への付着を抑制できる、光造形装置、造形方法及び三次元造形物を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の観点に係る光造形装置は、
二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂を保持する樹脂槽と、
前記光硬化樹脂を硬化させる光を照射する光照射部と、を備え、
前記二色性重合開始剤を所定の方向に配向させる配向膜が、前記樹脂槽の底部に設けられ、
前記光照射部は、前記光を、前記二色性重合開始剤が前記配向膜により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光として、前記樹脂槽の前記底部を透過させて、前記光硬化樹脂に照射する。

第２の観点に係る三次元造形物の造形方法は、
配向膜により配向した二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂に、前記二色性重合開始剤が前記配向膜により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光を照射することによって、前記光硬化樹脂を硬化させる工程と、
硬化した前記光硬化樹脂を前記直線偏光の照射方向に移動させる工程と、を含む。

第３の観点に係る三次元造形物は、
凹凸を含む、三次元の外形形状を有し、
二色性重合開始剤を含む硬化した光硬化樹脂が層状に積層されている。

本開示によれば、光硬化樹脂に、二色性重合開始剤が配向膜により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光を照射するので、硬化した光硬化樹脂の樹脂槽の底部への付着を抑制できる。

実施形態１に係る光造形装置の構成を示す図である。 実施形態１に係る光造形装置を示す模式図である。 実施形態１に係る二色性重合開始剤の一例を示す図である。 実施形態１に係る硬化した光硬化樹脂の形成を説明するための模式図である。 実施形態１に係る三次元造形物の造形方法を示すフローチャートである。 実施形態２に係る光造形装置の構成を示す図である。 実施形態２に係る光造形装置を示す模式図である。 実施形態２に係る底部を示す上面図である。 実施形態２に係る印加部の電極を示す上面図である。 実施形態２に係る横電界を印加されていない状態の光硬化樹脂を説明するための模式図である。 実施形態２に係る横電界を印加された状態の光硬化樹脂を説明するための模式図である。 実施形態２に係る三次元造形物の造形方法を示すフローチャートである。 変形例に係る横電界を印加された状態の光硬化樹脂を説明するための模式図である。

以下、実施形態に係る光造形装置について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
図１～図５を参照して、本実施形態に係る光造形装置１００を説明する。光造形装置１００は、二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂ＲＬから三次元造形物Ｏｂを造形する。

光造形装置１００は、図１、図２に示すように、樹脂槽１０と造形プレート２０と移動部３０と光照射部４０と制御部５０とを、筐体５内に備える。樹脂槽１０は、二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂ＲＬを保持する。造形プレート２０は、面２０ａに三次元造形物Ｏｂを造形される。移動部３０は造形プレート２０を移動させる。光照射部４０は、二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂ＲＬに、二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を照射する。制御部５０は、光造形装置１００の各部を制御する。
本明細書では、理解を容易にするため、図２における光造形装置１００の右方向（紙面の右方向）を＋Ｘ方向、上方向（紙面の上方向）を＋Ｚ方向、＋Ｘ方向と＋Ｚ方向に垂直な方向（紙面の手前方向）を＋Ｙ方向として説明する。また、二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂ＲＬを、光硬化樹脂ＲＬと記載する場合がある。

光造形装置１００の樹脂槽１０は、図２に示すように、光硬化樹脂ＲＬを保持する。樹脂槽１０は、＋Ｚ方向の面が開口した箱形状の容器である。樹脂槽１０は、底部１２と配向膜１４と壁部１６とを有する。配向膜１４は、光硬化樹脂ＲＬに含まれる二色性重合開始剤を所定の方向に配向させる。

ここで、樹脂槽１０に保持される光硬化樹脂ＲＬについて説明する。光硬化樹脂ＲＬは、所定の波長の光を照射されることにより硬化する樹脂である。光硬化樹脂ＲＬに所定の波長の光を照射することにより、硬化した光硬化樹脂ＲＳが形成される。本実施形態では、光硬化樹脂ＲＬはＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）硬化型樹脂である。また、光硬化樹脂ＲＬは液晶性を有することが好ましい。

光硬化樹脂ＲＬは、二色性重合開始剤と、モノマー、オリゴマー等とを含む。二色性重合開始剤は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）を吸収してラジカル、イオン等の活性種を発生し、モノマー、オリゴマー等に重合反応を開始させる。二色性とは、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光を物質に照射した場合に、その物質における２つの直線偏光の吸収強度に差があることを指す。本実施形態の二色性重合開始剤では、配向膜１４により配向される方向（二色性重合開始剤の分子長軸）に平行な偏光方向を有する直線偏光の吸収強度が大きく、配向膜１４により配向される方向に垂直な偏光方向を有する直線偏光の吸収強度が小さい。二色性重合開始剤としては、図３に示すような、液晶性重合開始剤が挙げられる。二色性重合開始剤の濃度は、例えば１０重量％以下である。
なお、以下の実施形態では、二色性重合開始剤の誘電率異方性を正として、説明する。

光硬化樹脂ＲＬに含まれるモノマーとオリゴマーは、液晶性を有することが好ましい。光硬化樹脂ＲＬは、液晶性モノマーと液晶性オリゴマーの少なくとも一方を含むことが好ましい。

樹脂槽１０の底部１２は、光照射部４０から出射される光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）を透過する。底部１２は、例えば、平板状のガラスである。図２に示すように、配向膜１４が底部１２の内面１２ａに設けられる。

樹脂槽１０の配向膜１４は、底部１２の内面１２ａに設けられる。配向膜１４は、配向規制力により二色性重合開始剤（二色性重合開始剤の分子長軸）を所定の方向に配向させる。また、光硬化樹脂ＲＬが液晶性を有する場合、配向膜１４は光硬化樹脂ＲＬを所定の方向に配向させる。

本実施形態では、配向膜１４は、水平配向膜であり、二色性重合開始剤をＹ方向に配向させる。配向膜１４は、例えば、光異性化型の光配向膜である。光異性化型の光配向膜は、内面１２ａに塗布された異性化反応を起こす配向膜材料に、直線偏光を照射して形成される。光異性化型の光配向膜は光（ＵＶ光）に対する耐性が高いので、配向膜１４として光異性化型の光配向膜を用いることにより、樹脂槽１０の耐久性を向上できる。

樹脂槽１０の壁部１６は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を遮る。壁部１６は、樹脂、金属等から形成される。なお、樹脂槽１０の壁部１６と底部１２は、分離可能に形成されている。

光造形装置１００の造形プレート２０は、樹脂製又は金属製の平板である。造形プレート２０は、樹脂槽１０の底部１２に対して＋Ｚ側に配置されている。また、光造形装置１００の初期状態では、造形プレート２０は樹脂槽１０内に位置している（造形プレート２０の初期位置）。造形プレート２０は、樹脂槽１０の底部１２に対向する面２０ａに、三次元造形物Ｏｂを造形される。造形プレート２０は、移動部３０によって＋Ｚ方向と－Ｚ方向とに移動される。

光造形装置１００の移動部３０は、造形プレート２０を＋Ｚ方向と－Ｚ方向とに移動させる。移動部３０は、アーム３２と移動機構３４とを有する。移動部３０のアーム３２は、造形プレート２０と移動機構３４とを接続する。移動部３０の移動機構３４は、アーム３２を介して、造形プレート２０を＋Ｚ方向と－Ｚ方向に移動させる。移動機構３４は、モータ、ボールネジ、スライダ等（図示せず）を備えている。

光造形装置１００の光照射部４０は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）を光硬化樹脂ＲＬに照射する。光照射部４０は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を、二色性重合開始剤が配向膜１４により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光として、光硬化樹脂ＲＬに照射する。光照射部４０は、光源部４２と光変調部４４とを備える。以下では、二色性重合開始剤が配向膜１４により配向する方向を、二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向と記載する場合がある。

光照射部４０の光源部４２は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）を光硬化樹脂ＲＬに向けて出射する。本実施形態では、光源部４２は、樹脂槽１０に対して－Ｚ側に配置される。光源部４２は、樹脂槽１０側に位置する上面４２ａから非偏光の光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を＋Ｚ方向へ出射する。光源部４２は、反射シート、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、拡散シート等を備えている。

光照射部４０の光変調部４４は、光源部４２から出射された光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）を、三次元造形物Ｏｂの断面形状に基づくパターンに変調する。また、光変調部４４は、変調された光を、直線偏光として、樹脂槽１０の底部１２を透過させて三次元造形物Ｏｂの断面形状に対応したパターンで光硬化樹脂ＲＬに照射する。光変調部４４から出射される直線偏光の偏光方向は、二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向と直交している。

具体的には、光変調部４４は、樹脂槽１０と光源部４２との間に配置された液晶素子である。液晶素子は、例えば、複数の液晶セルを有しアクティブマトリクス駆動されるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶素子である。液晶セルは、マトリクス状に配列され、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を透過又は遮蔽する。液晶素子は、三次元造形物Ｏｂの＋Ｚ方向に垂直な断面の形状を表す断面形状データに基づいて、光源部４２から出射された光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を、三次元造形物Ｏｂの断面形状に基づくパターンに変調する。そして、液晶素子は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を、三次元造形物Ｏｂの断面形状に対応するパターンで、二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）と直交する偏光方向（Ｘ方向）を有する直線偏光として出射する。

ここで、光硬化樹脂ＲＬの硬化について説明する。
本実施形態では、二色性重合開始剤を所定の方向（Ｙ方向）に配向させる配向膜１４が、底部１２の内面１２ａに設けられている。したがって、樹脂槽１０に保持されている光硬化樹脂ＲＬでは、配向膜１４の配向規制力が及ぶ配向膜１４近傍の領域Ｒ１の、二色性重合開始剤の分子Ｍは、図４に示すように、所定の方向（Ｙ方向）に配向している。一方、配向膜１４の規制力が及ばない配向膜１４から離れた領域Ｒ２の、二色性重合開始剤の分子Ｍは、ランダムな方向に向いている。

本実施形態では、このような状態の光硬化樹脂ＲＬに、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）が、二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）と直交する偏光方向（Ｘ方向）を有する直線偏光として照射される。配向膜１４から離れた領域Ｒ２では、偏光方向（Ｘ方向）又は偏光方向に近い方向を向いた二色性重合開始剤の分子Ｍが、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を吸収するので、光硬化樹脂ＲＬが素早く硬化する。したがって、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層が、配向膜１４から離れた領域Ｒ２に位置する造形プレート２０の面２０ａに形成される。

一方、配向膜１４近傍の領域Ｒ１では、配向方向（Ｙ方向）又は配向方向に近い方向を向いた二色性重合開始剤の分子Ｍは、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光をほとんど吸収しないので、硬化した光硬化樹脂ＲＳはほとんど形成されない。したがって、本実施形態では、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できる。なお、配向膜１４の配向規制力が及ぶ配向膜１４近傍の領域Ｒ１の厚さは、一般に０．５μｍ以下である。

図１に戻り、光造形装置１００の制御部５０は、移動部３０と光照射部４０とを制御する。また、制御部５０は、三次元造形物Ｏｂの三次元形状を表す三次元形状データから、三次元造形物Ｏｂの＋Ｚ方向に垂直な断面の形状を表す断面形状データを生成する。＋Ｚ方向に垂直な断面の形状を表す断面形状データは、＋Ｚ方向に沿って所定の間隔で生成される。

制御部５０は、図１に示すように、各種の処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５２と、プログラムとデータとを記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５４と、データを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５６と、各部の間の信号を入出力する入出力インタフェース５８とを備える。制御部５０の機能は、ＣＰＵ５２が、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行することによって、実現される。入出力インタフェース５８は、ＣＰＵ５２と、移動部３０と光照射部４０と図示しない外部装置との信号を入出力する。

次に、図５を参照して、三次元造形物Ｏｂの造形方法を説明する。本実施形態では、三次元造形物Ｏｂは、光造形装置１００によって、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層をｎ層積層することにより造形される。

図５は、三次元造形物Ｏｂの造形方法を示すフローチャートである。三次元造形物Ｏｂの造形方法は、光硬化樹脂ＲＬと断面形状データとを準備する工程（ステップＳ１０）と、造形プレート２０を初期位置に配置する工程（ステップＳ２０）と、配向膜１４により配向した二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂ＲＬに、二色性重合開始剤が配向膜１４により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光を照射することによって、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる工程（ステップＳ３０）と、硬化した光硬化樹脂ＲＳを直線偏光の照射方向に移動させる工程（ステップＳ４０）と、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層がｎ層積層されたか否か判別する工程（ステップＳ５０）と、を含む。本実施形態では、ステップＳ３０とステップＳ４０が繰り返される。

ステップＳ１０では、三次元造形物Ｏｂを造形するため光硬化樹脂ＲＬと、三次元造形物Ｏｂの＋Ｚ方向に垂直な断面の形状を表す断面形状データとを準備する。本実施形態では、光硬化樹脂ＲＬは、二色性重合開始剤を含むＵＶ硬化型樹脂である。断面形状データは、外部装置から入力された三次元造形物Ｏｂの三次元形状を表す三次元形状データから、光造形装置１００の制御部５０によって生成される。断面形状データは、＋Ｚ方向に沿って所定の間隔で、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層数分生成される。三次元形状データは、例えば、三次元造形物Ｏｂの三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データである。

本実施形態では、光硬化樹脂ＲＬは光造形装置１００の樹脂槽１０に保持されている。配向膜１４が樹脂槽１０の底部１２の内面１２ａに設けられているので、光硬化樹脂ＲＬに含まれる二色性重合開始剤は、配向規制力が及ぶ配向膜１４近傍の領域Ｒ１において、配向膜１４により所定の方向（Ｙ方向）に配向している。一方、二色性重合開始剤は、配向膜１４から離れた領域Ｒ２において、ランダムな方向に向いている。

ステップＳ２０では、移動部３０によって造形プレート２０を移動させて、造形プレート２０を初期位置に配置する。具体的には、造形プレート２０の面２０ａが、配向膜１４近傍の領域Ｒ１から硬化した光硬化樹脂ＲＳの層の厚さ分（所定の間隔分）だけ＋Ｚ側（すなわち配向膜１４から離れた領域Ｒ２）に配置される。

ステップＳ３０では、光照射部４０の光源部４２からＵＶ光を出射させる。そして、１層目の断面形状データに基づいて、出射されたＵＶ光を光照射部４０の光変調部４４より変調する。変調された光は、二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に偏光方向を有する直線偏光として、光硬化樹脂ＲＬに照射される。これにより、直線偏光（ＵＶ光）を照射された配向膜１４から離れた領域Ｒ２では、偏光方向（Ｘ方向）又は偏光方向に近い方向を向いた二色性重合開始剤が、ＵＶ光を吸収して、光硬化樹脂ＲＬが硬化する。そして、１層目の硬化した光硬化樹脂ＲＳが造形プレート２０の面２０ａに形成される。

一方、直線偏光（ＵＶ光）を照射された配向膜１４近傍の領域Ｒ１では、配向方向（Ｙ方向）又は配向方向に近い方向を向いた二色性重合開始剤は、ＵＶ光をほとんど吸収しないので、硬化した光硬化樹脂ＲＳはほとんど形成されない。したがって、本実施形態の造形方法では、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できる。

ステップＳ４０では、移動部３０によって、硬化した光硬化樹脂ＲＳ（造形プレート２０）を、硬化した光硬化樹脂ＲＳを直線偏光（ＵＶ）の照射方向（＋Ｚ方向）に、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層の厚さ分（所定の間隔分）移動させる。本実施形態では、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着が抑制されるので、硬化した光硬化樹脂ＲＳを底部１２から剥離する工程が不要になり、三次元造形物Ｏｂの製造のスループットを向上できる。

ステップＳ５０では、ステップＳ３０を実行した回数がｎ回よりも小さい場合、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層がｎ層積層されていないと判別する（ステップＳ５０；ＮＯ）。ｎ層積層されていないと判別されると、造形処理はステップＳ３０に戻り、２層目以降の硬化した光硬化樹脂ＲＳを形成する。ステップＳ３０を実行した回数がｎ回である場合、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層がｎ層積層されたと判別され（ステップＳ５０；ＹＥＳ）、造形処理は終了する。以上により、光造形装置１００は三次元造形物Ｏｂを造形できる。なお、硬化した光硬化樹脂ＲＳは二色性重合開始剤を含んでおり、三次元造形物Ｏｂは二色性重合開始剤を含む硬化した光硬化樹脂ＲＳから形成されている。

以上のように、光造形装置１００は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を、二色性重合開始剤が配向膜１４により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光として、光硬化樹脂ＲＬに照射するので、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できる。さらに、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できるので、三次元造形物Ｏｂの造形のスループットを向上できる。また、本実施形態の三次元造形物Ｏｂの造形方法は、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制でき、造形のスループットを向上できる。

＜実施形態２＞
実施形態１の光造形装置１００では、光照射部４０の光変調部４４が変調した光を光硬化樹脂ＲＬに照射するが、光硬化樹脂ＲＬに横電界を印加する電極が樹脂槽１０の底部１２に設けられ、光変調部４４は設けられなくともよい。

図６～図１２を参照して、本実施形態の光造形装置１００について説明する。本実施形態の光造形装置１００は、図６に示すように、樹脂槽１０と造形プレート２０と移動部３０と光照射部４０と制御部５０とを、備える。本実施形態の造形プレート２０と移動部３０の構成は、実施形態１の造形プレート２０と移動部３０の構成と同様であるので、ここでは、樹脂槽１０と光照射部４０と制御部５０とを説明する。

本実施形態の樹脂槽１０は、実施形態１の樹脂槽１０と同様に、光硬化樹脂ＲＬを保持する。本実施形態の樹脂槽１０は、＋Ｚ方向の面が開口した箱形状の容器である。本実施形態の樹脂槽１０は、図７に示すように、底部１２と配向膜１４と壁部１６とを有する。さらに、本実施形態の樹脂槽１０は、図８に示すように、底部１２の内面１２ａに印加部７０を有する。本実施形態の壁部１６の構成は、実施形態１の壁部１６の構成と同様であるので、ここでは、底部１２と配向膜１４と印加部７０とを説明する。なお、樹脂槽１０に保持される光硬化樹脂ＲＬは、実施形態１の光硬化樹脂ＲＬと同様である。

本実施形態の底部１２は、実施形態１の底部１２と同様に、光照射部４０から出射される光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）を透過する。底部１２は、例えば、平板状のガラスである。本実施形態では、図８に示すように、配向膜１４と印加部７０が底部１２の内面１２ａに設けられる。

本実施形態の配向膜１４は、図８に示すように、印加部７０と底部１２の内面１２ａとを覆う。配向膜１４のその他の構成は実施形態１の配向膜１４と同様であり、配向膜１４は二色性重合開始剤をＹ方向に配向させる。

印加部７０は、底部１２に平行で二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）に直交する方向（Ｘ方向）の横電界を、光硬化樹脂ＲＬに印加する。印加部７０は、図８に示すように、底部１２の内面１２ａにマトリクス状に配置されている。印加部７０は、図９に示すように、電極７２、７４と図示しないスイッチング素子とを備える。

印加部７０の電極７２と電極７４は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から櫛歯状に形成される。電極７２と電極７４は、それぞれ、「く」の字状の櫛歯部７２ａと櫛歯部７４ａを有している。櫛歯部７２ａと櫛歯部７４ａはＸ方向に沿って交互に、互いに平行に配置される。これにより、底部１２に平行でＸ方向の横電界が、櫛歯部７２ａと櫛歯部７４ａと間に生じる。底部１２に平行でＸ方向の横電界を印加された二色性重合開始剤は、Ｘ方向、すなわち二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向に直交する方向に配向する。
印加部７０のスイッチング素子は、横電界を光硬化樹脂ＲＬに印加する印加部７０を選択するためのトランジスタ（例えばＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

なお、底部１２の内面１２ａには、複数の信号配線と複数の走査配線と複数の共通配線（いずれも図示せず）が形成されている。信号配線は電極７２に電圧を供給し、走査配線はスイッチング素子を動作させる電圧を供給する。印加部７０は信号配線と走査配線とに囲まれ、スイッチング素子が走査配線と信号配線との交差部に設けられている。信号配線と電極７２は、スイッチング素子を介して接続されている。また、共通配線は、電極７４に共通電位を供給する。信号配線と走査配線と共通配線は、図示しない駆動回路を介して、制御部５０に接続されている。

本実施形態の光照射部４０は、実施形態１の光照射部４０と同様に、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）を、二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に偏光方向を有する直線偏光として、光硬化樹脂ＲＬに照射する。本実施形態の光照射部４０は、図６、図７に示すように、光源部４２と偏光板４６とを備える。本実施形態の光照射部４０は、光変調部４４を備えていない。

本実施形態の光源部４２の構成は、実施形態１の光源部４２の構成と同様である。偏光板４６は、光源部４２から出射された光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光（ＵＶ光）を、二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に偏光方向を有する直線偏光として、出射する。以下では、直線偏光として出射される光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる直線偏光と記載する場合がある。

ここで、本実施形態における光硬化樹脂ＲＬの硬化について説明する。
本実施形態では、二色性重合開始剤は、配向膜１４によりＹ方向に配向されている。したがって、横電界が光硬化樹脂ＲＬに印加されていない状態では、配向規制力が及ぶ配向膜１４近傍の領域Ｒ１の二色性重合開始剤の分子Ｍは、図１０に示すように、Ｙ方向に配向している。

このような状態の光硬化樹脂ＲＬに、電極７２の櫛歯部７２ａと電極７４の櫛歯部７４ａとによって底部１２に平行でＸ方向の横電界を印加すると、図１１に示すように、領域Ｒ１内の電界強度の強い領域Ｒ３（後述する、配向膜１４の表面付近の領域Ｒ４を除く）では、二色性重合開始剤の分子Ｍは、ＸＹ平面内で９０°回転してＸ方向に配向する。すなわち、電界強度の強い領域Ｒ３（領域Ｒ４を除く）では、二色性重合開始剤は、底部１２に平行でＸ方向の横電界により、配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に配向する。横電界を印加された光硬化樹脂ＲＬに、Ｘ方向に偏光方向を有する光硬化樹脂ＲＬを硬化させる直線偏光が光照射部４０から照射されると、二色性重合開始剤が光硬化樹脂ＲＬを硬化させる直線偏光を吸収し、光硬化樹脂ＲＬが素早く硬化する。そして、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層が電界強度の強い領域Ｒ３（領域Ｒ４を除く）に位置する造形プレート２０の面２０ａに形成される。

一方、領域Ｒ１内の配向膜１４の表面付近の領域Ｒ４では、配向膜１４の配向規制力が極めて強いために、底部１２に平行でＸ方向の横電界が光硬化樹脂ＲＬに印加されても、二色性重合開始剤はＹ方向に配向した状態を維持する。Ｙ方向に配向した二色性重合開始剤は、Ｘ方向に偏光方向を有する光硬化樹脂ＲＬを硬化させる直線偏光をほとんど吸収しないので、硬化した光硬化樹脂ＲＳはほとんど形成されない。したがって、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できる。なお、配向膜１４の表面付近の領域Ｒ４の厚さは、一般に０．１μｍ以下である。

図６に戻り、本実施形態の制御部５０は、移動部３０と光照射部４０と印加部７０とを制御する。本実施形態の制御部５０は、三次元造形物Ｏｂの断面形状に基づいて、三次元造形物Ｏｂの断面形状に対応した光硬化樹脂ＲＬを硬化させる領域の印加部７０を選択する。本実施形態の制御部５０は、選択した印加部７０に底部１２に平行な横電界を光硬化樹脂ＲＬに印加させる。本実施形態の制御部５０のその他の構成は、実施形態１の制御部５０と同様である。

次に、図１２を参照して、三次元造形物Ｏｂの造形方法を説明する。実施形態１と同様に、三次元造形物Ｏｂは、光造形装置１００によって、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層をｎ層積層することにより造形される。

図１２は、本実施形態の三次元造形物Ｏｂの造形方法を示すフローチャートである。本実施形態の三次元造形物Ｏｂの造形方法は、光硬化樹脂ＲＬと断面形状データとを準備する工程（ステップＳ１０）と、造形プレート２０を初期位置に配置する工程（ステップＳ２０）と、光硬化樹脂ＲＬの三次元造形物Ｏｂの断面形状に基づく領域に、横電界を印加することにより、二色性重合開始剤が配向膜１４により配向する方向と直交する方向に配向させる工程（ステップＳ２５）と、二色性重合開始剤が配向膜１４により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光を照射することによって、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる工程（ステップＳ３０）と、硬化した光硬化樹脂ＲＳを直線偏光の照射方向に移動させる工程（ステップＳ４０）と、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層がｎ層積層されたか否か判別する工程（ステップＳ５０）と、を含む。本実施形態では、ステップＳ２５～ステップＳ４０が繰り返される。

本実施形態のステップＳ１０は、実施形態１のステップＳ１０と同様である。本実施形態では、光硬化樹脂ＲＬはＵＶ硬化型樹脂である。また、光硬化樹脂ＲＬに含まれる二色性重合開始剤は、配向規制力が及ぶ配向膜１４近傍の領域Ｒ１において、配向膜１４により所定の方向（Ｙ方向）に配向している。

ステップＳ２０では、移動部３０によって造形プレート２０を移動させて、造形プレート２０を初期位置に配置する。具体的には、造形プレート２０の面２０ａが、配向膜１４の表面付近の領域Ｒ４から硬化した光硬化樹脂ＲＳの層の厚さ分（所定の間隔分）だけ＋Ｚ側（すなわち、領域Ｒ４を除く電界強度の強い領域Ｒ３）に配置される。

ステップＳ２５では、１層目の断面形状データに基づいて、１層目の断面形状に対応する底部１２の領域内の印加部７０を選択し、選択された印加部７０により光硬化樹脂ＲＬに横電界を印加する。これにより、底部１２に平行でＸ方向の横電界が光硬化樹脂ＲＬの三次元造形物Ｏｂの１層目の断面形状に基づく領域に印加され、電界強度の強い領域Ｒ３（領域Ｒ４を除く）の二色性重合開始剤がＸ方向（すなわち配向膜１４による配向方向と直交する方向）に配向される。

ステップＳ３０では、光照射部４０の光源部４２からＵＶ光を出射させる。光照射部４０の偏光板４６は光源部４２から出射されたＵＶ光をＸ方向に偏光方向を有する直線偏光として出射するので、光硬化樹脂ＲＬにＸ方向に偏光方向を有する直線偏光（ＵＶ光）が照射される。これにより、横電界を印加された領域の内の電界強度の強い領域Ｒ３（領域Ｒ４を除く）では、横電界によりＸ方向に配向された二色性重合開始剤がＵＶ光を吸収して、光硬化樹脂ＲＬが硬化する。一方、横電界を印加された領域の内の配向膜１４の表面付近の領域Ｒ４では、Ｙ方向に配向している二色性重合開始剤はＵＶ光をほとんど吸収しないので、硬化した光硬化樹脂ＲＳはほとんど形成されない。したがって、本実施形態の造形方法では、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できる。

また、横電界を印加されていない領域（すなわち、１層目の断面形状に対応していない領域）では、二色性重合開始剤はＹ方向に配向しているので、Ｘ方向に偏光方向を有する直線偏光（ＵＶ光）を照射されても、硬化した光硬化樹脂ＲＳはほとんど形成されない。したがって、１層目の硬化した光硬化樹脂ＲＳが造形プレート２０の面２０ａに形成される。

ステップＳ４０では、移動部３０によって、硬化した光硬化樹脂ＲＳ（造形プレート２０）を、硬化した光硬化樹脂ＲＳを直線偏光（ＵＶ光）の照射方向（＋Ｚ方向）に、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層の厚さ分移動させる。本実施形態では、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着が抑制されるので、硬化した光硬化樹脂ＲＳを底部１２から剥離する工程が不要になり、三次元造形物Ｏｂの製造のスループットを向上できる。

ステップＳ５０では、ステップＳ３０を実行した回数がｎ回よりも小さい場合、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層がｎ層積層されていないと判別する（ステップＳ５０；ＮＯ）。ｎ層積層されていないと判別されると、造形処理はステップＳ２５に戻り、２層目以降の硬化した光硬化樹脂ＲＳを形成する。ステップＳ３０を実行した回数がｎ回である場合、硬化した光硬化樹脂ＲＳの層がｎ層積層されたと判別され（ステップＳ５０；ＹＥＳ）、造形処理は終了する。以上により、光造形装置１００は三次元造形物Ｏｂを造形できる。なお、硬化した光硬化樹脂ＲＳは、所定の方向（Ｘ方向）に配向した二色性重合開始剤を含んでいる。

以上のように、本実施形態の光造形装置１００は、横電界により二色性重合開始剤を配向膜１４による配向方向と直交する方向に配向させた状態で、二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光（光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光）を照射するので、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できる。さらに、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できるので、三次元造形物Ｏｂの造形のスループットを向上できる。本実施形態の光造形装置１００は、光変調部４４を備えておらず、簡易な構成で三次元造形物Ｏｂを造形できる。さらに、本実施形態の光造形装置１００は、光硬化樹脂ＲＬに接している底部１２の横電界により、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる領域を制御するので、三次元造形物Ｏｂの解像度を向上できる。
本実施形態の三次元造形物Ｏｂの造形方法は、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制でき、造形のスループットを向上できる。

＜変形例＞
以上、実施形態を説明したが、本開示は、要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、実施形態１、２の樹脂槽１０の底部１２は平板状のガラスから形成されている。樹脂槽１０の底部１２は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を透過させる樹脂、高分子フィルム等から形成されてもよい。

光硬化樹脂ＲＬはＵＶ硬化型樹脂に限られない。光硬化樹脂ＲＬは、例えば、可視光を照射されることにより硬化する樹脂であってもよい。また、光硬化樹脂ＲＬは、重合禁止剤、金属微粒子、顔料等を含んでもよい。また、実施形態２における二色性重合開始剤の誘電率異方性は負であってもよい。二色性重合開始剤の配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）に平行な横電界を印加することにより、二色性重合開始剤を配向膜１４による配向方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に配向できる。

配向膜１４は光異性化型の光配向膜に限られない。配向膜１４は、光分解を利用した分解型の光配向膜、二量化反応を利用した二量化型の光配向膜等であってもよい。また、配向膜１４は、ラビング処理を施されたポリイミド配向膜であってもよい。

さらに、配向膜１４は、二色性重合開始剤又は液晶性を有する光硬化樹脂ＲＬを垂直方向に配向する垂直配向膜であってもよい。例えば、実施形態２の光造形装置１００の配向膜１４を垂直配向膜とした場合、図１３に示すように、横電界を印加された領域における電界強度の強い領域Ｒ３（領域Ｒ４を除く）の二色性重合開始剤はＸ方向に配向し、横電界を印加された領域における配向膜１４の表面付近の領域Ｒ４の二色性重合開始剤はＺ方向に配向する。このような状態の光硬化樹脂ＲＬに、Ｘ方向に偏光方向を有する直線偏光（ＵＶ光）が照射されるので、電界強度の強い領域Ｒ３（領域Ｒ４を除く）の光硬化樹脂ＲＬは硬化し、配向膜１４の表面付近の領域Ｒ４の光硬化樹脂ＲＬはほとんど硬化しない。したがって、硬化した光硬化樹脂ＲＳの底部１２への付着を抑制できる。

光源部４２から出射される光はＵＶ光に限られない。光源部４２は光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を出射する。光源部４２は、二色性重合開始剤が活性種を発生させる波長に応じて、可視光を出射してもよい。また、光源部４２は、ＬＥＤに代えてランプを備えてもよい。さらに、光源部４２は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を平行光とするコリメータを備えてもよい。

光変調部４４はＴＮ型液晶素子に限られない。光変調部４４は、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶素子、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型液晶素子等であってもよい。また、光変調部４４は、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光の透過と遮蔽だけでなく、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光の光量を変調してもよい。

実施形態１、２では、光造形装置１００は、層状の硬化した光硬化樹脂ＲＳを順次に積層して三次元造形物Ｏｂを造形している。光造形装置１００は、造形プレート２０を連続的に移動しつつ、光照射部４０によって、光硬化樹脂ＲＬを硬化させる光を光硬化樹脂ＲＬに連続的に照射して、三次元造形物Ｏｂを連続的に造形してもよい。

以上、好ましい実施形態について説明したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本開示には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。

５ 筐体、１０ 樹脂槽、１２ 底部、１２ａ 内面、１４ 配向膜、１６ 壁部、２０ 造形プレート、２０ａ 面、３０ 移動部、３２ アーム、３４ 移動機構、４０ 光照射部、４２ 光源部、４２ａ 上面、４４ 光変調部、４６ 偏光板、５０ 制御部、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、５８ 入出力インタフェース、７０ 印加部、７２，７４ 電極、７２ａ，７４ａ 櫛歯部、１００ 光造形装置、Ｏｂ 三次元造形物、Ｍ 二色性重合開始剤の分子、ＲＬ 光硬化樹脂、ＲＳ 硬化した光硬化樹脂、Ｒ１ 配向膜近傍の領域、Ｒ２ 配向膜から離れた領域、Ｒ３ 電界強度の強い領域、Ｒ４ 配向膜の表面付近の領域

Claims (12)

1. 二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂を保持する樹脂槽と、
   前記光硬化樹脂を硬化させる光を照射する光照射部と、を備え、
   前記二色性重合開始剤を所定の方向に配向させる配向膜が、前記樹脂槽の底部に設けられ、
   前記光照射部は、前記光を、前記二色性重合開始剤が前記配向膜により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光として、前記樹脂槽の前記底部を透過させて、前記光硬化樹脂に照射する、
   光造形装置。
2. 前記光照射部は、前記光を出射する光源部と、前記光源部から出射された前記光を三次元造形物の断面形状に基づくパターンに変調する光変調部と、を備える、
   請求項１に記載の光造形装置。
3. 前記光照射部は、前記光を出射する光源部と、前記光源部から出射された前記光を前記直線偏光として出射する偏光板と、を備え、
   前記樹脂槽の前記底部は、前記樹脂槽の前記底部に平行な横電界を前記光硬化樹脂に印加する電極を有し、
   前記横電界を、前記光硬化樹脂の三次元造形物の断面形状に基づく領域に印加することによって、前記二色性重合開始剤を前記配向膜により配向する方向と直交する方向に配向させた状態で、前記光照射部は前記直線偏光を前記光硬化樹脂に照射する、
   請求項１に記載の光造形装置。
4. 前記配向膜は、水平配向膜である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光造形装置。
5. 前記配向膜は、垂直配向膜である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光造形装置。
6. 前記配向膜は、光異性化型の光配向膜である、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の光造形装置。
7. 前記二色性重合開始剤は液晶性を有する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の光造形装置。
8. 前記光硬化樹脂は、液晶性モノマーと液晶性オリゴマーの少なくとも一方を含む、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の光造形装置。
9. 配向膜により配向した二色性重合開始剤を含む光硬化樹脂に、前記二色性重合開始剤が前記配向膜により配向する方向と直交する方向に偏光方向を有する直線偏光を照射することによって、前記光硬化樹脂を硬化させる工程と、
   硬化した前記光硬化樹脂を前記直線偏光の照射方向に移動させる工程と、を含む、
   三次元造形物の造形方法。
10. 前記光硬化樹脂の三次元造形物の断面形状に基づく領域に、横電界を印加することにより、前記領域の内の前記二色性重合開始剤を前記配向膜により配向する方向と直交する方向に配向させる工程を含む、
    請求項９に記載の三次元造形物の造形方法。
11. 凹凸を含む、三次元の外形形状を有し、
    二色性重合開始剤を含む硬化した光硬化樹脂が層状に積層されている、
    三次元造形物。
12. 前記二色性重合開始剤が所定の方向に配向している、
    請求項１１に記載の三次元造形物。

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