JP2001511727A - 材料の光−開始された化学的架橋のための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、材料（２８）の光開始化学架橋のための装置に関する。成形品の１個以上を形成するために、材料は、光学的に透明な成形用型（２６）で取り囲まれている。この装置は、それにより材料が架橋を誘発する光により作用させられることができる少なくとも１個の光源(１２)、例えばパルス化された光源を有する。成形用型（２６）中で架橋される領域は、少なくも部分的に、光源（１２）と成形用型（２６）の間のビーム境界画定要素（２０；２２）により決定される。それは、光源（１２）と成形用型（２６）の間に、透明及び不透明表面部分を有するマスク（２０）を配置することにより達成することができる。マスク（２０）は、次いで成形用型（２６）で取り囲まれている材料上に投影レンズにより投影される。材料上のマスク（２０）の投影は、テレセントリックビーム経路で実施される。

Description

【発明の詳細な説明】 材料の光−開始された化学的架橋のための装置 本発明は、一つ以上の成形品の形成のための光学的に透明な成形用型に取り囲 まれた材料の光−開始された化学的架橋のための装置に関し、装置は、材料がそ れにより架橋を引き起こす光によって、作用させられることができる光源の少な くとも１個を有する。 材料の化学的架橋において、材料の分子構造は、分子の鎖を結合させることに よって、変えらる。材料は、加工の間に、極微の変化を受けることができ、例え ばそれは凝集体の一つの状態から凝集体の異なる状態、例えば液体状態から固体 状態へ変化することができる。架橋は、例えば、電磁波（ここで、光と一般に呼 ばれる）での照射により実施することができる。この過程を誘発するために、フ ォトンは一定の最少エネルギーを有しなければならず、その結果、典型的には紫 外線（ＵＶ）波領域の光が用いられる。 このような液体材料が、光学的に透明な成形用ツールで取り囲まれているとき 、材料に架橋を引き起こす化学過程は、光に暴露することにより誘発されること ができる。材料は、次いで固体になり、成形用ツールの形を保持する。このよう な方法で成形された材料は、次いで、成形用ツールから取り出され、所望の形の 固体成形品を得る。 成形用型が複数の成形品を生産する成形用型中で用いられるき、それらの成形 品が成形用型中で互いに結合されるのが好都合である。架橋されるべき液体材料 は、次いで成形用型の一方の側で導入され、次いでそれ自身で分散し、全体の成 形用型を満たすことができる。しかしながら、それぞれの成形品が架橋した後に 互いに分離されるべきときには、問題が起こる。分割された位置は、しばしばそ のあとでの加工、例えば磨かれることが必要である。同じ問題は、架橋されるべ き材料が導入される位置、成形用型それ自体に痕跡を残すので、一つの成形品の みの場合でもまた起こる。 本発明の基礎をなしている問題は、初めに言及したタイプの装置中でビーム経 路を形成させ、そのようにして架橋を誘発する光が成形品（類）の外形の形成を 助けることである。 本発明の基礎をなしている問題は、特に、初めに言及したタイプの装置中でビ ーム経路を形成させ、そのようにして装置の光軸に平行である成形品表面が、架 橋を誘発する光のビーム経路により決定されることである。 本発明によれば、この問題は、成形用型中で架橋される領域が、光源と成形用 型の間のビーム境界画定要素により少なくとも部分的に決定されることで解決さ れる。結果として、架橋されるべき領域は、実際上制御されることができる。 そのようなビーム境界画定要素は、例えば光源と成形用型の間に配置された透 明及び不透明表面部分を有するマスクであることができ、このマスクは、成形用 型で取り囲まれた材料上に投影レンズにより投影される。 特定の所望のパターンは、マスクにより画定される。そのパターンは、装置の 光軸に関して、成形品の放射の形態を決定する。成形用型の寸法が放射方向で大 きいときでさえも、原型の外側の材料は、架橋せず、かつ成形品が取り出された 後、成形品をすすぎ出すことができる。 好適には、光源は、架橋されるべき材料の所望された量を通るエネルギーの流 れを可能な限り均一に送出し、かつ全エネルギー又は強度は、生産方法として良 好な経済的に適した生産量を可能にするように、化学反応が可能な限り短時間で 完結されるように十分高くあるべきである。 光源は、光学的にほぼ点の形態であることができ、集光レンズは、光源とマス クの間に配置されてよく、それによりマスクの十分に均一照射が得られる。その 手段は、知られており、ここでは、詳細には論じない。 装置は、材料上へのマスクの投影は、テレセントリックビーム経路で実施され るように構成することができる。テレセントリックビーム経路は、物体側又は画 像側のいずれかで存在することができる。物体側テレセントリックビーム経路は 、光学システムの入口瞳で無限遠に配置するビーム経路、すなわち出口瞳が画像 焦点と一致するビーム経路として画定される。画像側テレセントリックビーム経 路は、光学システムの出口瞳で無限遠に配置するビーム経路、すなわち入り口瞳 が画像焦点と一致するビーム経路として画定される。テレセントリックビーム経 路が画像側に存在するとき、画像の寸法は、画像の位置には依存しない。本発明 において、形成されるべき成形品は、システムの光軸の方向にある広がりを有す る ので、それは非常に好都合である。光軸に並行に広がる成形品の側面の表面は、 結果として、架橋の間いかなる屈曲も受けない。焦点範囲外において、変えられ た距離及び材料厚さの結果としての効果は、最少化される。 光源は、パルスされたＵＶ光源（flashlamp）であってもよい。光源として典 型的に用いられるｃｗ（ｃｗ＝持続波）高性能ハロゲンランプ（これは相当量の スペースをとり、数kwの範囲での電力を有し、そして高価である）は、裂け目の 高い割合を有し、複雑な電気的制御を必要とし、そして低いＵＶ収量を有する。 パルス化された光源は、明確により低い平均電力と組み合わせて非常に高いＵＶ 成分を有している。それは、ＵＶ成分が、アークのプラズマ温度の関数であり、 全電力は、ランプの材料により制限される（平均熱負荷限界）事実から由来する 。パルス化されたランプにおいて、白熱プラズマは実質的により熱く、すなわち 明確に、それぞれの光パルスの間の明確により高い出力が存在する。そのような ランプにおいて、ランプの熱衝撃抵抗は、それぞれのパルスでの出力のための制 限要因のみである。平均電力は、他方において、低い(例えば、数ワット)。その ようなランプは、また、より安価である。典型的には、パルス化されたランプは 、ｃｗ作動ランプのＵＶ成分の２００〜３００倍を達成する。 パルス化されたランプの更なる利点は、より低い電力のために、それらの構成 容積がより小さいことである、その結果、それらは容易に光学システムに組み込 むことができ、群中の光学システムと近接して配置することができる。 パルス化された様式操作は、また、投影当りのパルスを数えて、簡単にそれぞ れのパルスの多数回の照射の量を正確に測定することができる。 再帰反射板は、光源から見て成形用型の後に配置されることができる。活性容 量が照射された後、ビーム経路への再帰反射板の集成は、光を所望の容量を再び 通して投影されるようにする。ビームの単回の通過においては、典型的には少量 の割合のみが吸収（いわば、所望の化学反応を誘発する）されるので、全体の配 置の効果の程度は、ほとんど２倍になる。更に、投影ランプへの逆投影は、放出 のプラズマ温度を大きく増大させ、それは、発光スペクトルでのＵＶ成分の所望 の増大をもたらす。 適切なエネルギー範囲の選択のために、光学フィルタがマスク中に統合される ことができるか、又はコリメーター、投影レンズ若しくは成形ツールが、適切に 選択的に透明であるかのいずれかである。 本発明の結果として、とりわけ光への暴露が、比較的大きな表面領域で均一で あり、そして更に全体の表面領域の固定された部分でそれぞれに変えることがで き、それは特に多重加工の場合（いわば、複数の成形品が成形用型の中で互いに 隣り合って配置されているとき）及び小さな成形品が製造されるときに重要であ る。 本発明の実施態様は、以下により詳細に添付の図面を参照して例示されている 。そこでは： 図１は、本発明の実施態様の図解的表現であり； 図２は、画像側テレセントリックビーム経路を調製するための光学要素の配置 の図解的表現である。 図１において、投影機は参照番号１０により示されている。投影機１０は、フ ラッシュランプ１２の形で光源を含む。フラッシュランプ１２は、パルスカウン タを含む電気制御１６に導線により連結されている。投影機１０において、フラ ッシュランプのビーム経路中に、連続的にコリメータレンズ１８、透明形態での マスク２０、障害板２２及び投影レンズ２４が配置されている。障害板２２は、 投影レンズ２４の焦点平面に配置されている。投影機１０は、それが成形ツール ２６を光に曝露するように配置されている。成形用型に閉じ込められものは、光 に曝露され、架橋される。 再帰反射板は、投影機から見て成形ツールの後ろに配置されている。 装置の光軸は、参照番号３２で示されている。複数の投影機が用いられるとき 、そのような光軸は、それぞれの投影機に関連している。光軸３２への参照は、 次いでそれぞれの投影機に当てはまる。 障害板２２は、プロジェクタＩ０において、それが入り口瞳を定義するように 配置されている。障害板２２は、投影レンズのための絞り障害物を形成する。 画像側テレセントリックビーム経路が、結果として生じ、それは比較的厚い材料 ２８、いわば光軸３２に広い範囲で平行である材料は、深さでの歪み無しに光に 曝露することができる。更に、投影機１０と成形用ツール２６の間の距離に関 して、手段のためのより大きなへりが、架橋の結果に影響しないで、可能である 。 パルス・カウンタを有する制御１６の結果として、架橋されるべき材料２８を 通るエネルギーの流れを制御する簡単な方法が可能である。 より明瞭にするために、図１において、ただ一つの投影機１０のみが示されて いる。しかしながら、本発明は、ただ一個の投影機１０の使用に限定されないこ とが、明確に言及されるべきである。むしろ、複数のプロジェクタを使用するこ とが、好都合である。例えば、４Ｘ５の成形品の配置が透明な成形用ツール中で 明確な解像力を有する光に曝露されるならば、パルス化された光源及び約４０Ｗ の電気出力を有する、例えば２０個の同一に構成された投影機を用いることがで きる。製造されるべき成形品が、同一であり、そして例えば放射状に光軸に対し て１５mmのそれぞれ直径を有することができる。装置は、そのように操作される ので強度は、数秒に期間にわたり１０mw/cm²に達する。用いられるマスク２０は 、成形ツールへ投影される金属マスクであってよい。曝露強度の評価は、以下の 値を与えた： この実験に要した全電力は、それぞれの１０Ｗの２０個から、最大２００Ｗで ある。既知の影−投影技術（shadow-throwing technology）及びＣＷランプで必 要とするそれらを満足させるために、２．５kW以上の電力を用いることが必要で ある。 画像−側テレセントリックビーム経路は、図２を参照して記載されている。図 ２の対応する部分は、図１と同じ参照番号で提供されている。 光軸３２に連続して、光源１２、コリメータレンズ１８、マスク２０、絞り障 害板２２及び投影レンズ２４が配置されている。絞り障害板は、投影レン ズ２４の目的の焦点平面に配置されている。二つのビームは、参照番号３６及び ３８により示されている。投影レンズ２４は、マスク２０を画像平面４０へ投影 している。マスク２０の鮮明な画像は、その画像平面４０で得られる。テレセン トリックビーム経路のために、画像平面４０の前及び後の両方で、マスクの画像 、それは、鮮明ではないが、画像平面４０で、画像の寸法において、異ならない か、又はわずかに異なるマスク２０の画像が得られる。 コリメータレンズ１８は、光源１２を、絞り障害板２２の平面に投影する。そ れは、小さな円３４により示されている。いわゆる連結されたか、または混交さ れたビーム経路はその方法で得られ、それはマスク２０の良好な照明をもたらす 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一つ以上の成形品を形成するための光学的に透明な成形用型（２６）に取り 囲まれている、材料（２８）の光−開始された化学的架橋のための装置であって 、 該装置は、材料（２８）が架橋を誘発する光により作用させられることができ る少なくとも１個の光源（１２）を有し、ここで成形用型（２６）中で架橋され る領域が、光源（１２）と成形用型（２６）の間のビーム境界画定要素（２０； ２２）により少なくとも部分的に決定される装置。 ２．（ａ）光源（１２）と成形用型（２６）の間に、透明及び不透明表面部分を 有するマスク（２０）が配置され、そして （ｂ）マスク（２０）が、成形用型（２６）に取り囲まれている材料上に、投影 レンズ（２４）により投影される、請求項１記載の装置。 ３．（ａ）光源（１２）が、光学的にほぼ点の形態であり、そして （ｂ）集光レンズ（１８）が、光源（１２）とマスク（２０）の間に配置されて いる、請求項１記載の装置。 ４．マスク（２０）の投影が、テレセントリックビーム経路により行われる、請 求項２又は３記載の装置。 ５．光源（１２）が、パルス化されたＵＶ光源である、請求１〜４のいずれか１ 項記載の装置。 ６．再帰反射板（３０）が、光源（１２）から見て、成形用型（２６）の背後に 配置されている、請求１〜５のいずれか１項記載の装置。