JPH06114950A

JPH06114950A - 光硬化造形装置

Info

Publication number: JPH06114950A
Application number: JP4289655A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Ouchi; 和美大内
Original assignee: SHIIMETSUTO KK
Current assignee: SHIIMETSUTO KK
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】装置を必要以上に大きくすることなく精度の
高い造形を行うことができる光硬化造形装置を提供す
る。【構成】光硬化造形装置２の光源１０から光学系１２
〜１８を経て入射した光線Ｒ１は、回転放物面鏡２２の
焦点２５に置かれたガルバノミラー２４で垂直面内に偏
向される。回転放物面の性質より、焦点２５を通過して
回転放物面鏡２２の各点で反射した光線Ｒ３は全て回転
放物面の軸Ｖ２に平行となるため、光線Ｒ２がガルバノ
ミラー２４で垂直面内に９０度の範囲を偏向されると、
反射光線Ｒ３は光線照射範囲Ｗ１内で、光硬化性樹脂３
０の表面３２に対して垂直に照射される。Ｙ軸方向の走
査は、Ｙ軸移動ユニット２８により回転放物面鏡２２を
Ｙ軸方向に移動させて行う。焦点２５から放物線の頂点
２２ａまでの距離は、焦点２５から垂線Ｖ１までの距離
の半分となり、装置の高さが必要最小限となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液状の光硬化性樹脂
に選択的に光線を照射して三次元の形状を造形する光硬
化造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液状の光硬化性樹脂にレーザ光等の強力
な光線を照射してその一部を硬化させ、任意の三次元形
状を造形する光硬化造形装置が開発・実用化されてい
る。この光硬化造形装置は、ＣＡＤシステムで設計した
機械部品等をＣＡＤデータを用いて容易に実体化するこ
とができ、設計の確認と直接的な評価を行える。また、
近年の多品種少量生産の要請にも適合した極めて有用な
装置である。かかる光硬化造形装置を用いた三次元形状
の造形工程を、図４を参照しつつ説明する。図４は、従
来例の光硬化造形装置１０２による三次元形状の造形工
程を示す説明図である。ＣＡＤによる設計を実体化する
際には、まず、ＣＡＤシステム内の三次元データを多数
の断面層に分割して、各断面層の断面形状に対応したス
ライスデータを作成する。

【０００３】続いて、図４（Ａ）に示されるように、液
状の光硬化性樹脂１３０中にＺ方向位置（高さ）を調節
可能としたステージ１０８を、前記スライスデータの一
層分の深さに沈める。そして、このステージ１０８上の
一層分の液状樹脂１３０に対して、前記のスライスデー
タに相当する液状樹脂の表面１３２の領域に光線Ｒ１０
２の照射を行っていく。まず、図４（Ｂ）に示されるよ
うに、スライスデータの最下層に相当する領域に光線１
４０ａを照射して、最下層の硬化樹脂層１３６ａを形成
する。次に、ステージ１０８をスライスデータの一層分
だけ下降させて硬化樹脂層１３６ａの上部に未硬化の液
状樹脂１３０を導入し、今度は下から二層目のスライス
データに基づいて光線１４０ｂを照射して、二層目の硬
化樹脂層１３６ｂを形成する。以下同様に、光硬化樹脂
層１３６ｂの上部に液状樹脂１３０を導入して、スライ
スデータに基づいて光線１４０ｃ，１４０ｄ，１４０ｅ
…の照射を繰り返して、硬化樹脂層１３６ｃ，１３６
ｄ，１３６ｅ…を積層していく。このようにして、ＣＡ
Ｄによる設計データを実体化した三次元形状が、光硬化
した樹脂１３６ａ〜１３６ｅ…によって造形される。な
お、図４（Ｂ）では、簡単のため光硬化樹脂面１３２の
一箇所のみについて各層を図示している。なお、光硬化
性樹脂の硬化部分１３６ａ〜１３６ｅの形状が、図４
（Ｂ）に示されるように、樹脂表面１３２に相当する部
分１５０ａ〜１５０ｅを上面とする下向きの円錐状にな
るのは、光線のエネルギーが液状樹脂の内部では急速に
減衰するためである。この硬化部分の形状は、図４
（Ａ）に示されるようなビーム径が一定の平行光線の場
合でも、また集光レンズ等によって一点に集光される収
束光線の場合でも同様な形状となる。

【０００４】このように各層を光硬化していく際には、
スライスデータに相当する光硬化性樹脂の領域に光線を
隈なく照射するために、光偏向器を始めとする光線走査
機構を用いて、光線を二次元的に走査しなければならな
い。上記の光硬化造形装置１０２においては、図４
（Ａ）に示されるように、光偏向器としてガルバノミラ
ー１２４を用いて、光源から出射されビーム形状が整形
された光線Ｒ１０１の角度を変化させることによって、
光硬化性樹脂１３０の表面１３２の照射領域内（この場
合、境界線Ｖ１０１からＶ１０２まで）を、光線Ｒ１０
２を二次元的に走査している。特に、光偏向器としてガ
ルバノミラー１２４を用いることによって、高速で光線
Ｒ１０２の角度を大きく変化させることができ、短時間
で広い範囲にわたって光線を照射できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなガルバノミ
ラーによる光線の走査を行う光硬化造形装置において
は、図４（Ａ）に示されるように、光線の走査範囲が広
くなるほど、樹脂の表面１３２に対する光線Ｒ１０２の
入射角（入射面１３２の法線Ｖ１０１，Ｖ１０２と光線
Ｒ１０２との成す角度）θが大きくなる。入射角θがほ
ぼ０度の場合には、図４（Ｂ）に示されるように、光線
１４０ａ〜１４０ｅの端を樹脂表面１５０ａ〜１５０ｅ
において境界線Ｖ１０３に一致させることにより、所定
の照射領域を硬化させることができる。しかしながら、
図４（Ａ）における照射領域境界線Ｖ１０１，Ｖ１０２
への光線Ｒ１０２のように入射角θが大きい場合には、
図４（Ｃ）に示されるように、光線１４２ａ〜１４２ｆ
…の端を樹脂表面において境界線Ｖ１０４に一致させて
も、余分な領域１３８ａ〜１３８ｆ…まで光硬化してし
まう。この結果、ＣＡＤによる設計データに対して、実
際に光硬化した樹脂により造形される三次元形状はΔＷ
だけ大きくなる。なお、図４においてはビーム径が一定
である平行光線の場合について示したが、集光レンズ等
で集光された収束光線の場合でも同様になる。

【０００６】このため、現在実用化されている光硬化造
形装置においては、上述の造形品寸法のずれΔＷが実用
上問題とならない範囲になるように、入射角θを一定の
大きさ以下（例えば±２０度程度）として、光学系の設
計を行っている。すなわち、図４（Ａ）に示される光線
照射領域の大きさＷ０に応じて、樹脂面１３２からガル
バノミラー１２４までの距離Ｌ０を増加させている。従
って、光硬化造形装置１０２で造形しようとする形状が
大きくなり、光線照射領域Ｗ０が大きくなるほど、液状
の光硬化性樹脂の容器１３４から光学系までを含む装置
全体も著しく大きなものとなる。特に、重要な用途とし
て応用が期待されている自動車ボデーのモデル作成のよ
うな大型品の造形においては、光線照射領域の大きさは
４ｍから６ｍにも及ぶ。この結果、上記入射角θを±２
０度程度とするためには、樹脂面からガルバノミラーま
での距離は８ｍ以上にもなり、極めて大掛かりな装置と
なってしまう。そこで本発明においては、装置を必要以
上に大きくすることなく精度の高い造形を行うことがで
きる光硬化造形装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明に係る光硬化造形装置は、次のよう
に構成されている。すなわち、この光硬化造形装置は、
光硬化性樹脂に選択的に光線を照射して該光硬化性樹脂
を選択的に硬化させることによって三次元の形状を造形
する光硬化造形装置であって、前記光線を出射する光源
と、該光源から出射された光線の角度を変化させるため
の光偏向器と、該光偏向器により角度が変化させられた
光線を反射させて前記光硬化性樹脂の表面に照射させる
放物面鏡とを有し、該放物面鏡の軸は前記光硬化性樹脂
の表面に対して垂直に向けられ、前記光偏向器は前記放
物面鏡の焦点に置かれていることを特徴とする。

【０００８】この光硬化造形装置において、光偏向器と
して、光線の角度を約９０度の範囲にわたって変化させ
る光偏向器を用いることができる（請求項２に対応）。
また、光線の角度を約１８０度の範囲にわたって変化さ
せる光偏向器を用いることもできる（請求項３に対
応）。さらに、請求項１から３に記載の光硬化造形装置
において、前記光源から出射された光線のビーム径を変
化させるためのビームエキスパンダを付加した構成とし
てもよい（請求項４に対応）。

【０００９】

【作用】上記構成を備えた本発明の光硬化造形装置にお
いては、光硬化性樹脂の表面に光線を照射するための反
射鏡として放物面鏡を用いている。ここで放物面鏡と
は、図３に示されるように、その断面が放物線である鏡
面を有するものをいう。すなわち、図３において放物線
ｙ＝ａｘ²（あるいは一般式ｙ＝ａｘ²＋ｂで表される
放物線）を紙面に垂直な方向に平行移動して得られる形
状の鏡面を有するものも含まれ、放物線ｙ＝ａｘ²をｙ
軸の周りに回転して得られる回転放物面を鏡面とするも
のも含まれる。この放物面鏡の性質を、その断面である
放物線ｙ＝ａｘ²について、図３を参照して説明する。
図３に示されるように、放物線の性質より放物線の軸
（図３ではｙ軸）に対して平行な光線が、反射の法則に
従って放物線上で反射された場合、全て一つの点Ｆを通
過する。この点Ｆを、放物線の焦点と呼ぶ。逆に言え
ば、図３に示されるように、焦点Ｆを通過して放物線上
の各点で反射された光線は、全て放物線の軸（ｙ軸）に
対して平行に出射する。

【００１０】この性質は、放物面鏡についてもそのまま
当てはまり、放物線ｙ＝ａｘ²を図３の紙面に垂直な方
向に平行移動して得られる鏡面、および回転放物面から
なる鏡面についても、焦点Ｆから出射した光線を反射さ
せることによって、同様に互いに平行な光線が得られ
る。この性質を応用して、放物面鏡の焦点Ｆから様々な
角度で光線を出射させて放物面鏡で反射させることによ
って、広い範囲にわたって互いに平行な光線を走査する
ことができる。さて本発明の光硬化造形装置において
は、光源から出射された光線の角度を変化させて放物面
鏡に照射する光偏向器が、放物面鏡の焦点に置かれてい
る。また、この放物面鏡の軸は光硬化性樹脂の表面に対
して垂直に向けられている。これによって、光源から出
射され光偏向器で偏向された光線は、上述した放物面鏡
の性質から、全て放物面鏡の軸（図３におけるｙ軸）に
対して平行に反射される。従って、これらの反射光線
は、光硬化性樹脂の表面に対して全て垂直に照射され
る。このようにして、光硬化性樹脂の表面に対して常に
垂直に光線を走査することによって、精度の高い造形を
行うことができる。

【００１１】次に、放物面鏡の大きさと光線照射範囲と
の関係について考察する。図３に示されるように、放物
面鏡の断面である放物線のｘ−ｙ平面上における式は、
次式（１）で表される。ｙ＝ａｘ² …（１）この放物線は、ｘ−ｙ座標の原点Ｑ（０，０）を通る。
放物線の焦点Ｆの座標をＦ（０，ｆ）とすると、次式
（２）が成立する。ｘ²＝４ｆｙ …（２）また、式（１）より、ｘ²＝（１／ａ）ｙ ∴ ａ＝１／４ｆ …（３）ここで、焦点Ｆを通りｘ軸に平行な直線ｙ＝ｆと、放物
線ｙ＝ａｘ²との交点をＤ₁，Ｄ₂とすると、Ｄ₁，Ｄ
₂の座標（ｘ_d，ｆ）について、式（１）および式
（３）より、次式（４）が成立する。ｆ＝（１／４ｆ）ｘ_d ² …（４）ｘ_d ²＝４ｆ² ∴ ｘ_d＝±２ｆ …（５）ゆえに、式（５）より、Ｄ₁の座標は（２ｆ，ｆ）、Ｄ
₂の座標は（−２ｆ，ｆ）となる。

【００１２】このように、焦点Ｆから座標原点Ｑ（すな
わち放物線ｙ＝ａｘ²の頂点）までの距離はｆとなり、
焦点Ｆから点Ｄ₁または点Ｄ₂までの距離は２ｆとな
る。従って、約９０度の偏向角を有する光偏向器を放物
面鏡の焦点Ｆに置いた場合には、図３に示されるよう
に、光線照射領域の幅Ｌ１は焦点Ｆから放物面鏡の頂点
Ｑまでの距離ｆの約二倍となる。従って、焦点Ｆの近傍
に光硬化性樹脂の表面を位置させれば、光偏向器から放
物面鏡の最上部Ｑ（図３とは上下が逆の場合）までの高
さは、光線照射領域の幅の半分で済むことになる。さら
に、約１８０度の偏向角を有する光偏向器を焦点Ｆに位
置させれば、光偏向器から放物面鏡の最上部Ｑまでの高
さは、光線照射領域の幅Ｌ２のわずか四分の一となる。
例えば、上述した自動車ボデーのモデル作成等において
光線照射領域の幅が４ｍの場合には、光学系の高さは約
１ｍとなり、従来の装置における８ｍ以上に比べて著し
く縮小される。しかも、従来の装置においては、この大
きさとしてもなお±２０度の入射角が生じてしまうのに
対して、本発明に係る光硬化造形装置においては、樹脂
面に対する入射角を０度とすることができる。このよう
にして、装置を必要以上に大きくすることなく精度の高
い造形を行うことができる光硬化造形装置となる。

【００１３】また、請求項２に記載の光硬化造形装置に
よる場合には、請求項１に記載の光硬化造形装置におけ
る光偏向器として、光線の角度を約９０度の範囲にわた
って変化させる光偏向器を用いている。このように、約
９０度の偏向角を有する光偏向器を放物面鏡の焦点Ｆに
置いた場合には、図３に示されるように、光線照射領域
の幅Ｌ１は焦点Ｆから放物面鏡の頂点Ｑまでの距離ｆの
約二倍となる。従って、焦点Ｆの近傍に光硬化性樹脂の
表面を位置させれば、光偏向器から放物面鏡の最上部Ｑ
（図３とは上下が逆の場合）までの高さは、光線照射領
域の幅の半分で済むことになる。

【００１４】さらに、請求項３に記載の光硬化造形装置
においては、請求項１に記載の光硬化造形装置における
光偏向器として、光線の角度を約１８０度の範囲にわた
って変化させる光偏向器を用いている。このように、約
１８０度の偏向角を有する光偏向器を放物面鏡の焦点Ｆ
に置いた場合には、図３に示されるように、光線照射領
域の幅Ｌ２は焦点Ｆから放物面鏡の頂点Ｑまでの距離ｆ
の約四倍となる。従って、焦点Ｆの近傍に光硬化性樹脂
の表面を位置させれば、光偏向器から放物面鏡の最上部
Ｑまでの高さは、光線照射領域の幅Ｌ２のわずか四分の
一となる。例えば、上述した自動車ボデーのモデル作成
等において光線照射領域の幅が４ｍの場合には、光学系
の高さは約１ｍとなり、従来の装置における３８ｍ以上
に比べて著しく縮小される。

【００１５】また、請求項４に記載の光硬化造形装置に
おいては、請求項１から３に記載の光硬化造形装置にお
いて、前記光源から出射された光線のビーム径を変化さ
せるためのビームエキスパンダを付加した構成としてい
る。これによって、造形する形状に応じて最適のビーム
径の光線を使用できるともに、ビーム径が一定である平
行光線を使用することができるため、光硬化造形をより
効率良く行うことができる。

【００１６】

【実施例】

実施例１次に、本発明を具現化した実施例１について、図１を参
照して説明する。図１は、本発明に係る光硬化造形装置
の実施例１の全体構成を示す図である。図１（Ａ）は光
硬化造形装置２の正面図であり、図１（Ｂ）は平面図で
ある。図１に示される光硬化造形装置２は、ＵＶ（紫外
線）レーザ光源１０、放物面鏡本体２０、ガルバノミラ
ー２４、および光硬化性樹脂３０の満たされた樹脂容器
３４を中心として構成されている。以下、各部の構成に
ついて、詳細に説明する。

【００１７】図１（Ｂ）に示されるように、本実施例の
光硬化造形装置２は、ＵＶレーザ光源１０から出射され
るＵＶ（紫外線）レーザ光を、光硬化性樹脂３０の硬化
用の光源として用いる。ＵＶレーザ光源１０から出射さ
れたＵＶレーザ光Ｒ０は、光変調器１２において高速変
調がかけられた後に、ビームエキスパンダ１４によって
ビーム径が縮小または拡大された平行光線Ｒ１となる。
ビームエキスパンダ１４を出射した平行光線Ｒ１は、固
定平面鏡１６で反射された後さらに移動平面鏡１８で反
射されて、放物面鏡本体２０の左端の下方を通過してガ
ルバノミラー２４に入射する。前記放物面鏡本体２０の
下面は、放物面鏡２２となっている。この放物面鏡２２
の鏡面は回転放物面２１の一部を構成しており、前記ガ
ルバノミラー２４の回転中心２５は、回転放物面２１の
焦点に位置している。また、放物面鏡２２の右端２２ａ
は回転放物面２１の頂点（図３における点Ｑ）であり、
前記回転中心２５（すなわち回転放物面２１の焦点）
は、頂点２２ａからおろした垂線Ｖ２上に位置してい
る。従って、この垂線Ｖ２は回転放物面２１の軸と一致
している。

【００１８】前記ガルバノミラー２４は、放物面鏡本体
２０の右端の下方に、ミラーホルダー２６（図１（Ａ）
では図示省略）によって図１（Ｂ）のＺ−Ｘ平面内に回
転可能に取り付けられている。ガルバノミラー２４は、
その鏡面の法線が移動平面鏡１８に正対した向きから、
４５度の範囲を回転できる。従って、ガルバノミラー２
４は、平行光線Ｒ１の反射光線Ｒ２を、移動平面鏡１８
に折り返し反射させる水平方向から、放物面鏡２２の右
端２２ａへ反射させる垂直方向まで、９０度の範囲内で
偏向させることができる。そして、前記移動平面鏡１
８、放物面鏡本体２０、ガルバノミラー２４、およびミ
ラーホルダー２６は、Ｙ軸移動ユニット２８（図１
（Ａ）では省略）に取り付けられている。このＹ軸移動
ユニット２８は、図示しない移動用モータによって図１
（Ｂ）のＹ軸方向に移動可能になっている。ここで、前
記固定平面鏡１６から移動平面鏡１８までの平行光線Ｒ
１の経路はＹ軸と平行になっているため、Ｙ軸移動ユニ
ット２８が移動しても、平行光線Ｒ１の移動平面鏡１８
への入射位置と出射方向は変化しない。

【００１９】このＹ軸移動ユニット２８の下方には、光
硬化性樹脂３０の満たされた樹脂容器３４が設置されて
いる。先に図３で説明した放物面鏡２２の機能によっ
て、放物面鏡２２の各点から下方に反射された平行光線
Ｒ３は、常に光硬化性樹脂３０の表面３２に対して垂直
に照射されることになる。従って、図１（Ａ）に示され
るように、ガルバノミラー２４が回転して反射光線Ｒ２
を水平方向から垂直方向まで９０度の範囲内で偏向させ
ることによって、放物面鏡２２での反射光線Ｒ３は、垂
線Ｖ１から垂線Ｖ２の範囲内に、表面３２に対して垂直
に照射されることになる。

【００２０】さて前述の如く、放物面鏡２２の焦点にあ
たるガルバノミラー２４の回転中心２５から、放物面鏡
２２の頂点にあたる点２２ａまでの距離は、垂線Ｖ１か
ら垂線Ｖ２までの距離Ｗ１の半分となる。このように、
約９０度の偏向角を有するガルバノミラー２４を放物面
鏡２２の焦点２５に置き、ガルバノミラー２４の近傍に
光硬化性樹脂３０を満たした樹脂容器３４を設置したこ
とによって、光硬化造形装置２の高さを最小限にするこ
とができる。すなわち、ガルバノミラー２４の回転中心
２５から放物面鏡２２の最上部２２ａまでの高さが光線
照射領域の幅Ｗ１の半分となり、樹脂容器３４までを含
めた光硬化造形装置２全体としての高さも、それより少
し高い程度に抑えることができる。しかも、従来の装置
と異なり、本実施例の光硬化造形装置２においては、光
線Ｒ３の入射角を０度とすることができる。すなわち、
光硬化性樹脂３０の表面３２に対して、ＵＶレーザ光線
Ｒ３を垂直に照射することができる。これによって、よ
り精度の高い光硬化造形が可能になる。このようにし
て、本実施例の光硬化造形装置２においては、装置を必
要以上に大きくすることなく高精度の造形を行うことが
できる。

【００２１】なお本実施例においては、放物面鏡２２を
回転放物面２１の一部として構成しているが、ビーム径
が細い場合には、放物線を平行移動させた形状の鏡面と
しても、造形の精度を高く維持することができる。ま
た、偏向角が約９０度のガルバノミラー２４を用いるこ
とによって、光線照射範囲の幅Ｗ１に対して放物面鏡２
２の高さが約半分になる構成としているが、偏向角が約
１８０度の光偏向器を用い、放物面鏡２２を垂線Ｖ２に
対して対称な形状に拡張することによって、放物面鏡２
２の高さをＷ１の約四分の一とすることができる。さら
に、本実施例においてはビーム径が一定である平行光線
の場合について示したが、集光レンズ等で集光された収
束光線の場合でも同様な作用効果が得られることは言う
までもない。ガルバノミラー２４へのＵＶレーザ光線Ｒ
１の入射も、放物面鏡２２に対して焦点２５の反対側か
ら行っているが、焦点２５の側から行ってもよく、他の
方向から行っても構わない。

【００２２】実施例２次に、本発明を具現化した実施例２について、図２を参
照して説明する。図２は、本発明に係る光硬化造形装置
の実施例２の全体構成を示す図であり、図２（Ａ）は光
硬化造形装置５２の正面図、図２（Ｂ）は平面図であ
る。本実施例の光硬化造形装置５２は、ＵＶレーザ光源
６０、回転放物面鏡本体７０、二個のガルバノミラー６
８，７４、および光硬化性樹脂８０の満たされた樹脂容
器８４を中心として構成されている。図２（Ｂ）に示さ
れるように、ＵＶレーザ光源６０から出射されたＵＶレ
ーザ光Ｒ５０は、光変調器６２において高速変調がかけ
られた後に、ビームエキスパンダ６４においてビーム径
が縮小または拡大された平行光線Ｒ５１となる。ビーム
エキスパンダ６４を出射した平行光線Ｒ５１は、固定平
面鏡６６で反射されて、平行光線Ｒ５２として第１のガ
ルバノミラー６８に入射する。この第１ガルバノミラー
６８は、回転放物面鏡本体７０の右端の下方に位置して
おり、図示しないミラーホルダーによって垂直面内に回
転可能に取り付けられている。第１ガルバノミラー６８
で反射された平行光線Ｒ５３は、第２のガルバノミラー
７４に入射する。この第２ガルバノミラー７４は第１ガ
ルバノミラー６８の近傍に位置しており、図示しないミ
ラーホルダーによって図２（Ｂ）のＸ−Ｙ平面内（水平
面内）に回転可能に取り付けられている。

【００２３】第２ガルバノミラー７４で反射された平行
光線Ｒ５４は、さらに回転放物面鏡７２に入射する。こ
の回転放物面鏡７２は回転放物面鏡本体７０の下面に設
けられていて、回転放物面鏡７２の鏡面は回転放物面７
１の一部を構成している。ここで、前記第２ガルバノミ
ラー７４の回転中心７５は、回転放物面７１の焦点に位
置している。また、回転放物面鏡７２の右端７２ａは回
転放物面７１の頂点（図３における点Ｑ）であり、前記
回転中心７５（すなわち回転放物面７１の焦点）は、頂
点７２ａからおろした垂線Ｖ５２上に位置している。従
って、この垂線Ｖ５２は回転放物面７１の軸と一致して
いる。なお、第２ガルバノミラー７４の鏡面における反
射点は、第１ガルバノミラー６８からの平行光線Ｒ５３
の反射方向によってごくわずかずれる。図２（Ａ）にお
いては、光線の反射の様子を分かり易くするためにこの
ずれを強調して図示しているが、実際には殆ど同じ位置
にあり、これらの反射点は回転中心７５にほぼ一致して
いる。

【００２４】さて、前記第１ガルバノミラー６８は、垂
直面内において、４５度の範囲を回転することができ
る。これによって、平行光線Ｒ５２の反射光線Ｒ５３
を、第２ガルバノミラー７４の鏡面の下方へ反射させる
方向から上方へ反射させる方向まで、９０度の範囲内で
偏向させることができる。ここで、第２ガルバノミラー
７４の鏡面の上方へ反射させられた反射光線Ｒ５３は、
第２ガルバノミラー７４によって、さらに回転放物面鏡
７２の上端７２ａへ反射させられることになる。そし
て、第２ガルバノミラー７４は、Ｘ−Ｙ平面内（水平面
内）において９０度の範囲を回転することができる。こ
れによって、第１ガルバノミラー６８からの平行光線Ｒ
５３の反射光線Ｒ５４を、図２（Ｂ）におけるＣ１の方
向からＣ２の方向まで、水平面内を１８０度の範囲内で
偏向させることができる。と同時に、第１ガルバノミラ
ー６８からの平行光線Ｒ５３の向きによって、反射光線
Ｒ５４は上下方向にも偏向されて、回転放物面鏡７２の
全面にわたって走査されることになる。

【００２５】このように回転放物面鏡７２の全面にわた
って走査された平行光線Ｒ５４は、回転放物面鏡７２で
反射されて、平行光線Ｒ５５として下方に照射される。
このとき、先に図３で説明した回転放物面鏡の機能によ
って、回転放物面鏡７２の各点で反射された平行光線Ｒ
５５は全て互いに平行となり、垂線Ｖ５２すなわち回転
放物面鏡７２の軸に平行となる。これによって、平行光
線Ｒ５５は、光硬化性樹脂８０の表面８２に対して常に
垂直に照射されることになる。従って、図２（Ａ）およ
び（Ｂ）に示されるように、第１ガルバノミラー６８お
よび第２ガルバノミラー７４が回転してＵＶレーザ光線
Ｒ５４を回転放物面鏡７２の全面にわたって走査するこ
とによって、ＵＶレーザ光線Ｒ５５は垂線Ｖ５１から垂
線Ｖ５２の範囲内に照射されることになる。

【００２６】さて前述の如く、回転放物面鏡７２の焦点
にあたる第２ガルバノミラー７４の回転中心７５から、
回転放物面鏡７２の頂点にあたる点７２ａまでの距離
は、垂線Ｖ５１から垂線Ｖ５２までの距離Ｗ５１の半分
となる。このように、水平方向に１８０度の偏向角をも
つ第２ガルバノミラー７４を回転放物面鏡７２の焦点７
５に、垂直方向に約９０度の偏向角をもつ第１ガルバノ
ミラー６８をその近傍に置き、その直下に光硬化性樹脂
８０を満たした樹脂容器８４を設置したことにより、光
硬化造形装置５２の高さが最小限になる。すなわち、第
２ガルバノミラー７４の回転中心７５から回転放物面鏡
７２の最上部７２ａまでの高さが光線照射領域の幅Ｗ５
１の半分となり、樹脂容器８４までを含めた光硬化造形
装置５２全体としての高さも、それより少し高い程度に
抑えることができる。しかも、光硬化性樹脂８０の表面
８２に対して、ＵＶレーザ光線Ｒ５５を垂直に照射する
ことができる。これによって、より精度の高い光硬化造
形が可能になる。

【００２７】さらに、本実施例の光硬化造形装置５２に
おいては、実施例１の光硬化造形装置２におけるような
Ｙ軸移動ユニット２８を必要とせずに、広い照射範囲に
わたって光線を互いに平行に照射することができる。こ
れによって、装置の構造がより簡単になるとともに、Ｙ
軸方向への走査をより高速で行うことができる。

【００２８】上記の各実施例においては、光線を出射す
る光源として紫外線レーザ光源を用いた場合について示
したが、光硬化性樹脂の硬化条件を満たせば、他の波長
の光源やレーザ以外の光源を使用しても構わない。ま
た、いずれの実施例においてもビーム径が一定である平
行光線の場合について示したが、集光レンズ等で集光さ
れた収束光線の場合でも同様な作用効果が得られること
は言うまでもない。さらに放物面鏡としては、放物線を
平行移動して得られる形状の鏡面のものや、回転放物面
を鏡面とするもののみでなく、その断面が放物線である
鏡面を有するものであれば、焦点から光線を照射して反
射させることにより、同様に互いに平行な光線を得るこ
とができる。

【００２９】また、上記の各実施例においては、Ｘ軸方
向の光線の走査については、偏向角が約９０度のガルバ
ノミラーを用いてＸ軸方向の光線照射範囲の幅に対して
放物面鏡の高さが約半分になる構成としたが、Ｘ軸方向
についても偏向角が約１８０度の光偏向器を用いれば、
光線照射範囲の幅に対して放物面鏡の高さを約四分の一
とすることができる。さらに、上記の各実施例において
設けられた高速変調用の光変調器やビーム径が縮小され
た平行光線を作るためのビームエキスパンダは、本発明
の光硬化造形装置に必須の要素ではないが、これらの要
素を付加することは本発明の実施にとって好適である。
放物面鏡に光線を導入するための光学系も種々に構成す
ることができる。光硬化造形装置のその他の部分の構
造，形状，大きさ，材質，数，配置等についても、上記
の各実施例に限定されるものではない。

【００３０】

【発明の効果】本発明においては、放物面鏡の軸を光硬
化性樹脂の表面に対して垂直に向けて放物面鏡の焦点に
光偏向器を置いた光硬化造形装置を創出したために、装
置を必要以上に大きくすることなく高精度の造形ができ
る光硬化造形装置となる。これによって、高性能で信頼
性が高くかつ小型の光硬化造形装置となる。さらに本発
明の波及的な効果として、造形の精度を上げる目的で光
線を細く絞る必要がなくなるため、広い範囲を照射する
場合には条件に応じて太い光線で照射することによって
造形の時間を著しく短縮することができ、極めて実用的
な光硬化造形装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光硬化造形装置の実施例１の全体
構成を示す正面図および平面図である。

【図２】光硬化造形装置の実施例２の全体構成を示す正
面図および平面図である。

【図３】本発明に係る光硬化造形装置の放物面鏡の性質
を示す説明図である。

【図４】従来例の光硬化造形装置による三次元形状の造
形工程を示す説明図である。

【符号の説明】

２光硬化造形装置１０光源２２放物面鏡２４光偏向器２５放物面鏡の焦点３０光硬化性樹脂３２光硬化性樹脂の表面Ｖ２放物面鏡の軸Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３光線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光硬化性樹脂に選択的に光線を照射して
該光硬化性樹脂を選択的に硬化させることによって三次
元の形状を造形する光硬化造形装置であって、前記光線を出射する光源と、該光源から出射された光線の角度を変化させるための光
偏向器と、該光偏向器により角度が変化させられた光線を反射させ
て前記光硬化性樹脂の表面に照射させる放物面鏡とを有
し、該放物面鏡の軸は前記光硬化性樹脂の表面に対して垂直
に向けられ、前記光偏向器は前記放物面鏡の焦点に置かれていること
を特徴とする光硬化造形装置。
【請求項２】前記光偏向器は前記光線の角度を約９０
度の範囲にわたって変化させるものであることを特徴と
する請求項１に記載の光硬化造形装置。
【請求項３】前記光偏向器は前記光線の角度を約１８
０度の範囲にわたって変化させるものであることを特徴
とする請求項１に記載の光硬化造形装置。
【請求項４】前記光源から出射された光線のビーム径
を変化させるためのビームエキスパンダを付加したこと
を特徴とする請求項１から３に記載の光硬化造形装置。