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1. (WO2015147002) 三次元造形物製造用インク及びその利用
Document

明 細 書

発明の名称 三次元造形物製造用インク及びその利用

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022  

発明の効果

0023  

図面の簡単な説明

0024  

発明を実施するための形態

0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054  

産業上の利用可能性

0055  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1  

明 細 書

発明の名称 : 三次元造形物製造用インク及びその利用

技術分野

[0001]
 本発明は三次元造形物製造用インク及びその利用に関する。

背景技術

[0002]
 特許文献1には、粉体を積層するなどして三次元造形物を製造する方法が記載されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2001-162351号公報(2001年6月19日公開)

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 ところで、三次元造形物の用途によっては、切断して、その断面を観察することがある。例えば、臓器の模型を製造し、その断面を観察することで、臓器の構造を詳細に学ぶことなどが可能になる。しかし、従来の方法では、白色の三次元造形物に着色しているため、断面は白色となる。これでは、三次元造形物のモデルとなった素材の構造を正確に理解することができない。
[0005]
 また、着色インクを用いて、三次元造形物を製造することが考えられるが、本発明者らの検討によれば、単に従来公知の着色インクを積層させただけでは、所望の色合いが得られない場合がある。
[0006]
 本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、外側の表面だけでなく、内部も所望の色合いを出すことができる三次元造形物を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明者らは、単に着色インクを積層させただけでは、得られる三次元造形物の断面において所望の色合いが得られない理由について検討したところ、インクに含まれる着色剤の隠蔽性がないため、従来の二次元印刷における白い下地上へのカラー印刷と異なり、減法混色による色の表現が十分にできないことを見出した。そこで、インクに含まれる着色剤の隠蔽性をインク自体に持たせることに想到した。
[0008]
 すなわち、本発明に係る三次元造形物製造用インクは、絶対屈折率が互いに異なる複数種類の着色成分が混合されており、上記複数種類の着色成分のうち、一つの着色成分の外側の表面の少なくとも一部を他の着色成分が覆っていることを特徴としている。
[0009]
 内側の着色成分が、外側の着色成分を透過した光を反射する機能を発揮するため、当該外側の着色成分の色合いが鮮やかに表現される。よって、三次元造形物の外側の表面だけでなく、内部も所望の色合いを出すことができる。
[0010]
 本発明に係る三次元造形物製造用インクでは、白色の着色成分の外側の表面の少なくとも一部を白色以外の色の着色成分が覆っていることがより好ましい。
[0011]
 白色の着色成分は色の隠蔽性により優れている。よって、当該白色の着色成分を覆う着色成分の色合いがより鮮やかになる。
[0012]
 本発明に係る三次元造形物製造用インクでは、上記白色の着色成分は、白色の顔料粒子であることがより好ましい。
[0013]
 白色の顔料粒子は色の隠蔽性により優れている。よって、当該白色の顔料粒子を覆う着色成分の色合いがより鮮やかになる。
[0014]
 本発明に係る三次元造形物製造用インクでは、上記白色の着色成分は中空粒子であり、当該中空粒子の外側の表面の少なくとも一部を白色以外の色の着色成分が覆っていることがより好ましい。
[0015]
 白色の中空粒子も顔料粒子と同様に色の隠蔽性により優れている。よって、当該白色の顔料粒子を覆う着色成分の色合いがより鮮やかになる。
[0016]
 また、本発明に係る三次元造形物は、上述の本発明に係る三次元造形物製造用インクで製造されていることを特徴としている。
[0017]
 本発明に係る三次元造形物製造用インクによって製造されている箇所は、断面にも所望の色合いを出すことができる。よって、断面の色合いが優れた三次元造形物となる。
[0018]
 本発明に係る三次元造形物では、透明インクで製造された部位をさらに備えていてもよい。
[0019]
 透明性を有する部位と、本発明に係る三次元造形物製造用インクで製造された部位とを併存させることによって、視る者に対して、表現の強調の程度の強弱をつけることができる。例えば、視る者に対して、最も強調すべき部位を本発明に係る三次元造形物製造用インクで製造して、最も強調すべき部位の参考となるものではあるが、当該部位ほど強調する必要が無い部位を透明インクで製造するとよい。
[0020]
 また、本発明に係る三次元造形物の製造方法は、上述の本発明に係る三次元造形物製造用インクを用いて三次元造形物を製造する工程を含むことを特徴としている。これにより、本発明に係る三次元造形物を好適に得ることができる。
[0021]
 本発明に係る三次元造形物の製造方法では、透明インクを用いる部位を製造する工程をさらに含んでもよい。透明インクで製造された部位をさらに備える本発明に係る三次元造形物を好適に得ることができる。
[0022]
 また、本発明に係る三次元造形物製造用インクセットは、上述の本発明に係る三次元造形物製造用インクと、透明インクとを備えることを特徴としている。透明インクで製造された部位をさらに備える本発明に係る三次元造形物を好適に得ることができる。

発明の効果

[0023]
 本発明によれば、外側の表面だけでなく、内部も所望の色合いを出せる三次元造形物を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0024]
[図1] 本発明に係る三次元造形物製造用インクの構成を示す模式図である。

発明を実施するための形態

[0025]
 <三次元造形物製造用インク>
 本発明に係る三次元造形物製造用インクは、絶対屈折率が互いに異なる複数種類の着色成分が混合されており、上記複数種類の着色成分のうち、一つの着色成分の外側の表面の少なくとも一部は他の着色成分に覆われている。内側の着色成分が、外側の着色成分を透過した光を反射する機能を発揮するため、当該外側の着色成分の色合いが鮮やかに表現される。つまり、本発明に係る三次元造形物製造用インクは、着色成分と、当該着色成分を透過した光を反射する成分を含む。よって、本発明に係る三次元造形物製造用インクで製造された三次元造形物は、外側の表面だけでなく、内部も所望の色合いを出すことができる。
[0026]
 着色成分とは、インクによって再現する色の要素となる成分である。例えば、顔料、染料等が挙げられる。本発明では、一方の着色成分が、他方の着色成分の色を隠蔽する成分として機能している。換言すれば、当該隠蔽する成分は、その隠蔽する機能によって色の再現に寄与することから着色成分といえる。また、一方の着色成分が中空粒子の殻である場合、当該殻の中に包含される空気等の気体も着色成分となる。中空粒子では、外側の殻の部分と内包される空気との屈折率の差が、再現する色合いに影響を与えるからである。例えば、無色の樹脂の中空粒子が白になるのは、当該無色の樹脂と内包される空気との屈折率の差によって起こる光の反射によるものであり、この場合、当該無色の樹脂も内包される空気も着色成分の範疇である。
[0027]
 また、或る着色成分の外側を覆う着色成分は、当該或る着色成分の全面を覆っていることがより好ましい。内側の着色成分のもつ色の影響を抑えることができるからである。
[0028]
 また、外側を覆われる着色成分、つまり、内側の着色成分は、白色の着色成分であることがより好ましい。つまり、本発明に係る三次元造形物製造用インクでは、白色の着色成分の外側の表面の少なくとも一部を白色以外の色の着色成分が覆っていることがより好ましい。白色の着色成分は色の隠蔽性により優れているからである。よって、当該白色の着色成分を覆う着色成分の色合いがより鮮やかになる。
[0029]
 白色の着色成分としては、白色の顔料粒子、中空粒子が挙げられる。白色は色の隠蔽性により優れている。よって、当該白色の着色成分を覆う着色成分の色合いがより鮮やかになる。白色の顔料粒子としては、例えば、酸化チタンの粒子が挙げられる。
[0030]
 白色の着色成分として中空粒子を採用する場合、中空粒子は無色の樹脂で構成されていることが好ましい。インクの色に与える白色の影響を抑えることができるからである。中空粒子を形成するための樹脂としては、例えば、特表2009-543710号公報、特開平7-179533号公報、特開2003-181274号公報、特開2005-60525号公報、特開2005-146223号公報、特開2005-272633号公報、特開2007-75698号公報、特開2008-231241号公報が挙げられる。
[0031]
 より具体的な態様について図1を用いて説明する。図1は、本発明に係る三次元造形物製造用インクの構成を示す模式図である。説明の簡単のため、内側の着色成分を白色粒子とし、その外側を白色以外の着色成分で覆うものとして説明する。また、図1の(a)~(c)は、着色成分で覆われた白色粒子、(d)及び(e)は当該白色粒子を含むインクを示す。
[0032]
 本発明に係る三次元造形物製造用インクの構成例としては、まず、図1の(a)に示すように、白色粒子Wの周囲が着色成分C1でコーティングされた着色粒子aが挙げられる。外側の着色成分C1としては、着色された樹脂、顔料等が挙げられる。白色粒子Wを、顔料や着色された樹脂等の着色成分C1でコーティングする方法としては、従来公知のマイクロカプセルの製造方法を適用できる。例えば、特開2005-314540号公報に記載の方法等を採用できる。
[0033]
 図1の(b)に示すように、白色粒子Wの表面を染料C2で染めた着色粒子bも例示できる。白色粒子を染める染料としては、油性染料がより好ましい。白色粒子Wを染料C2で染める方法としては、従来公知の染料による染色方法を適用できる。また、例えば、溶剤に染料等を溶かして、白色粒子Wを入れることで着色粒子bを製造することができる。
[0034]
 染料C2として採用できる染料の具体例としては、例えば、有機溶剤又はUVモノマーに溶解又は分散可能な油性染料が挙げられ、代表的な種類としては、アゾ染料、金属錯塩染料、ナフトール染料、アントラキノン染料、インジゴ染料、カーボニウム染料、キノイミン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、ベンゾキノン染料、ナフトキノン染料、ナフタルイミド染料、ペリノン染料、フタロシアニン染料等が挙げられる。これらは一種で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。
[0035]
 図1の(c)に示すように、着色された粒子C3を白色粒子Wの表面に付着させた着色粒子cも例示できる。粒子C3の具体例としては、予め着色された粉末、樹脂の粒子等が挙げられる。また、図1の(c)に示すような粒子を製造するには、白色粒子Wに粒子C3をまぶせばよい。白色粒子Wと粒子C3との接着強度を上げるために、互いを異なる極性に帯電させて静電力で付着させてもよい。また、混錬によって白色粒子Wに粒子C3をまぶしてもよい。
[0036]
 また、図1の(d)に示すように、図1の(a)~(c)に示す着色粒子a、b、cを染料C2に分散させてもよい。
[0037]
 また、図1の(e)に示すように、吐出される液滴Lの中に、着色粒子a、b、cと、他の本発明の態様とは異なる着色粒子pが混在していてもよい。このような態様でも、白色粒子が着色成分の色を隠蔽することができ、着色成分の色を鮮やかにすることができる。
[0038]
 また、本発明に係る三次元造形物製造用インクは紫外線硬化型インクであることがより好ましい。紫外線硬化型インクは短時間で硬化できるため、積層させることが容易であり、三次元造形物をより短時間で製造することができる。
[0039]
 紫外線硬化型インクは紫外線硬化型化合物をその成分として含む。紫外線硬化型化合物としては、紫外線を照射した際に硬化する化合物であれば限定されない。紫外線硬化型化合物としては、例えば、紫外線の照射により重合する硬化型モノマー及び硬化型オリゴマーが挙げられる。硬化型モノマーとしては、例えば、低粘度アクリルモノマー、ビニルエーテル類、オキセタン系モノマー又は環状脂肪族エポキシモノマー等が挙げられる。硬化型オリゴマーとしては、例えば、アクリル系オリゴマーが挙げられる。
[0040]
 本発明に係る三次元造形物製造用インクが紫外線硬化型インクである場合には、光重合開始剤を含むことがより好ましい。光重合開始剤としてはラジカル重合型の光重合開始剤が使用され得る。
[0041]
 絶対屈折率が互いに異なる複数種類の着色成分の混合比は、所望の色合いに応じて適宜設定すればよい。他方の色を隠蔽する機能を持たせる方の着色成分が白色である場合には、当該他方の色の着色成分の量は、白色の着色成分が球の場合は、4πr の表面を完全に覆う量以上であることが好ましく、また、白色の着色成分が球以外の場合においてもその表面を完全に覆う量以上であることが好ましい。
[0042]
 (その他の成分)
 本発明に係る三次元造形物製造用インクは、被印刷基材に対する接着性の付与等を目的に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、テルペンフェノール樹脂、ロジンエステル等の非反応性樹脂等が配合され得る。非反応性樹脂等の添加量は少量とすることが好ましい。なぜなら、サテライトインク滴が発生する可能性を低減させることができ、また、耐溶剤性の低下を防ぐことができるからである。
[0043]
 その他に、本発明に係る三次元造形物製造用インクは、本発明の効果を損なわず、且つ吐出安定性を損なわない範囲において、必要に応じて界面活性剤、レベリング添加剤、マット剤、膜物性を調整するためのポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、ワックス類が添加され得る。
[0044]
 <三次元造形物>
 本発明に係る三次元造形物は、上述の本発明に係る三次元造形物製造用インクで製造されている。本発明に係る三次元造形物製造用インクによって製造されている箇所は、断面にも所望の色合いを出すことができる。よって、断面の色合いが優れた三次元造形物となる。
[0045]
 また、本発明に係る三次元造形物は、透明インクで製造された部位をさらに備えていてもよい。透明性を有する部位と、本発明に係る三次元造形物製造用インクで製造された部位とを併存させることによって、視る者に対して、表現の強調の程度の強弱をつけることができる。例えば、視る者に対して、最も強調すべき部位を本発明に係る三次元造形物製造用インクで製造して、最も強調すべき部位の参考となるものではあるが、当該部位ほど強調する必要が無い部位を透明インクで製造するとよい。
[0046]
 透明インクの具体例としては、染料を着色成分として含む、紫外線硬化型インクが好ましい。透明性を有し、且つ、硬化させやすいので、三次元造形物の透明部分を容易に製造できる。
[0047]
 本発明に係る三次元造形物のより具体的な好ましい例としては、人体模型、眼球の模型、臓器の模型等が挙げられる。例えば、血管の位置を正確に把握するために模型を製造する場合、その周りの筋肉等を透明インクで製造するとよい。仮に、全ての構造を本発明に係る三次元造形物製造用インクのみで製造すると、筋肉の内側等の血管が見えにくくなることがある。しかし、血管を本発明に係る三次元造形物製造用インクで製造し、周囲の筋肉等を透明インクで製造すれば、血管が見えにくくなることを防ぎ、且つ、周囲の筋肉等に対する血管の位置関係を正確に観察することができる。さらに、これを切断したとき、血管の断面の色も、白色ではなく、実物に近い色にすることができるので、より正確な模型とすることができる。
[0048]
 このような、本発明に係る三次元造形物は、上述の本発明に係る三次元造形物製造用インクを用いて三次元造形物を製造する工程を含む、本発明に係る三次元造形物の製造方法によって好適に得ることができる。また、透明インクで製造された部位をさらに備えている態様の本発明に係る三次元造形物は、透明インクを用いる部位を製造する工程をさらに含む、本発明に係る三次元造形物の製造方法によって、好適に得ることができる。
[0049]
 また、透明インクで製造された部位を備える三次元造形物を製造するための、上述の三次元造形物製造用インクと、透明インクとを備える、三次元造形物製造用インクセットも本発明の範疇である。
[0050]
 <付記事項>
 以上のように、本発明に係る三次元造形物製造用インクの一実施形態は、白色粒子Wの表面の少なくとも一部を着色成分C1、染料C2または粒子C3が覆っている。
[0051]
 白色粒子Wが、外側の着色成分C1、染料C2及び粒子C3の色を隠蔽する機能を発揮する。よって、当該外側の着色成分による色合いをより鮮やかに出すことができる。また、白色は色の隠蔽性により優れている。よって、白色粒子Wを覆う着色成分C1、染料C2及び粒子C3の色合いがより鮮やかになる。
[0052]
 本発明に係る三次元造形物製造用インクの一実施形態では、白色粒子Wは、白色の顔料粒子である。白色の顔料粒子は色の隠蔽性により優れている。よって、当該白色の顔料粒子を覆う着色成分の色合いがより鮮やかになる。
[0053]
 本発明に係る三次元造形物製造用インクの一実施形態では、白色の着色成分は中空粒子であり、当該中空粒子の外側の表面の少なくとも一部を白色以外の色の着色成分が覆っている。白色の中空粒子も顔料粒子と同様に色の隠蔽性により優れている。よって、当該白色の顔料粒子を覆う着色成分の色合いがより鮮やかになる。
[0054]
 本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

産業上の利用可能性

[0055]
 本発明は、三次元造形物の製造に利用することができる。

請求の範囲

[請求項1]
 絶対屈折率が互いに異なる複数種類の着色成分が混合されており、上記複数種類の着色成分のうち、一つの着色成分の外側の表面の少なくとも一部を他の着色成分が覆っていることを特徴とする三次元造形物製造用インク。
[請求項2]
 白色の着色成分の外側の表面の少なくとも一部を白色以外の色の着色成分が覆っていることを特徴とする請求項1に記載の三次元造形物製造用インク。
[請求項3]
 上記白色の着色成分は、白色の顔料粒子であることを特徴とする請求項2に記載の三次元造形物製造用インク。
[請求項4]
 上記白色の着色成分は中空粒子であり、当該中空粒子の外側の表面の少なくとも一部を白色以外の色の着色成分が覆っていることを特徴とする請求項2に記載の三次元造形物製造用インク。
[請求項5]
 請求項1~4のいずれか1項に記載の三次元造形物製造用インクで製造されていることを特徴とする三次元造形物。
[請求項6]
 透明インクで製造された部位をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の三次元造形物。
[請求項7]
 請求項1~4のいずれか1項に記載の三次元造形物製造用インクを用いて三次元造形物を製造する工程を含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
[請求項8]
 透明インクを用いる部位を製造する工程をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の三次元造形物の製造方法。
[請求項9]
 請求項1~4のいずれか1項に記載の三次元造形物製造用インクと、透明インクとを備える三次元造形物製造用インクセット。

図面

[ 図 1]