JP2004322386A - 部品製作組立方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数部品を有する組立構造体を安価に製作する。
【解決手段】図１の（ａ）に示すように、アライメントマーク成形用の２つの窪み１１ｂ、１１ｃを有する第１の型１１を用いて、基板１０上に樹脂製の突起からなるアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを形成し、図１の（ｂ）〜（ｆ）に示す工程では、基板１０のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを型１２〜１６の位置合わせ用の窪み１２ｂ〜１６ｂ、１２ｃ〜１６ｃに嵌合させることで位置決めを行い、各型１２〜１６の部品成形用の窪み１２ａ〜１６ａに充填された樹脂層を硬化させて、シャフト１、犠牲層Ｓ１ 、歯車２、犠牲層Ｓ２ 、止め輪３等を成形する。
【選択図】 図１
【解決手段】図１の（ａ）に示すように、アライメントマーク成形用の２つの窪み１１ｂ、１１ｃを有する第１の型１１を用いて、基板１０上に樹脂製の突起からなるアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを形成し、図１の（ｂ）〜（ｆ）に示す工程では、基板１０のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを型１２〜１６の位置合わせ用の窪み１２ｂ〜１６ｂ、１２ｃ〜１６ｃに嵌合させることで位置決めを行い、各型１２〜１６の部品成形用の窪み１２ａ〜１６ａに充填された樹脂層を硬化させて、シャフト１、犠牲層Ｓ１ 、歯車２、犠牲層Ｓ２ 、止め輪３等を成形する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数部品からなる組立構造体、例えば軸に回転自在に取り付けた状態の歯車等を製造するために、型に形成された空洞（部品成形用の窪み）内で樹脂を硬化させて部品を作る工程を繰り返すことで、複数部品の製作と組立を同時に行う部品製作組立方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂部品の製作と構造体への組み込みを同時に行う従来の技術として、特開２００２−２５０８７０号公報に開示されている例がある。これは、２枚の基板上にそれぞれ形成された２つの微細構造層を接合して、３層構造のミクロンオーダーの微細構造体である光学素子を製造する方法であって、図９に示すように、半導体基板１２０の上面に、半導体プロセスに用いられるフォトリソグラフィー技術によって図示しない静電アクチュエータを製作し、他方、ガラス基板１９６の表面には、プラズマＣＶＤ法によって成膜された酸化シリコン膜をフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングすることでプリズム層１４２を製作し、２つの基板１２０、１９６を、基板１２０の静電アクチュエータと基板１９６のプリズム層１４２が対面するように重ね、その間に樹脂材１７１による支持層１４１を成形するもので、２つの基板１２０、１９６の平面部の間にギャップ材１７２を含む樹脂材１７３を塗布して、２つの基板１２０、１９６間のギャップＧを精度良く保持し、アライナーによって精度良く横方向のアライメントを行う。このようにアライナーを用いて基板１９６、１２０の位置を合わせたうえで、紫外線を樹脂材１７３に照射し硬化させる。これによって２つの基板１２０、１９６は仮止めされた状態となり、支持層１４１となる樹脂材１７１を硬化させる際には、仮止めされた構造体をアライナーから硬化用の炉などに移して加熱、硬化させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術は、以下の理由で広範囲な部品組立に応用するのが難しい。
【０００４】
１）部品数の多い多層構造をもつ組立構造体には適用できない。上記の従来例は２枚の基板にはさまれた空間に充填した樹脂を硬化させて部品組立を行う技術であり、３層の構造なら効率的に製作することができるが、それよりも層数が増えると、例えば４層の積層構造には対応できない。従って部品数の多い複雑な組立構造体をこの方法で生産することはできない。
【０００５】
２）位置合わせのために精密装置であるアライナーが必要であるため、作業が複雑で工程数も多い。すなわち、従来例ではアライメントマークをアライナーで読み取る必要があるため、高価な精密装置であるアライナーが必要なうえに、アライナーで測定し、位置調整する工程が必要となり製造コストを下げることが難しい。
【０００６】
３）部品すべてにアライナーが読み取れるアライメントマークを設けなければならない。上記の従来例のようにアライメントマークをアライナーで読み取るためには、アライナーで読み取れるアライメントマークを全ての層や部品上にあらかじめ製作しておく必要があり、このために製作コストが上昇する。
【０００７】
４）部品が比較的薄いか、透明体でなければならない。上記の従来例のように表裏の両側から顕微鏡などの光学的なアライメントマーク検出手段によってアライメントマークを読み取って位置合わせするアライナーを用いた場合には、両面の測定位置ずれのために精度が上がらず、これを回避するために、片側のみから光学的手段によって位置合わせするアライナーを用いると、基板や部品を透かしてその下に設けられたアライメントマークを読み取ることになり、そのためには基板や部品が透明であることが要求される。従って金属などを用いることができず、材料選択範囲が制限されてしまう。さらに、部品や基板が厚いとアライメントマークの読み取り位置が上下方向、すなわち焦点方向にずれるので位置測定精度が悪くなる。また、透明な部品や基板の厚さの平行度が悪いと、これを透かして観察したアライメントマークの位置も横方向にずれて、精度が落ちる。
【０００８】
５）紫外線硬化樹脂による仮止めが必要である。上記の従来例では精密装置であるアライナーで位置を読みながら仮止めを行うために紫外線硬化樹脂が必要であり、また、本来製作する部品の構造ではない仮止め構造を製作する工程を必要とするため、工程が複雑になりコスト高である。さらに、熱硬化樹脂を部品に用いると、精密装置であるアライナーの中を昇温させ、高精度を保持するのが難しいため、使用できる樹脂の選択範囲を狭めてしまう。
【０００９】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、複数部品からなる組立構造体の各部品を成形により製作し、同時に組み立てることを可能とし、しかも高価なアライナーによる位置決めを必要とせず、より簡便で効率的に各部品の位置合わせを行うことのできる、極めて低コストな部品製作組立方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
本発明の他の目的は、全部の部品に位置合わせ用のアライメントマーク等を必要とすることなく各部品の組み立てを可能にすることである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、透明ではない樹脂材料や金属、セラミック等でも複数部品の製作および組み立てを同時に行うことのできる部品製作組立方法およびその装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の部品製作組立方法は、複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、アライメント部材成形部を有する第１の型を用いて基体上に複数の樹脂製のアライメント部材を成形する工程と、成形された複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第１の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて基体上に第１の樹脂層を成形する工程と、成形された第１の樹脂層上に、基体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第３の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程と、を有し、各樹脂層の成形工程において、前記基体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記基体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
各型と基板の位置合わせは、基板上に樹脂成形によって形成した突起からなる複数のアライメント部材と、型に設けられた窪みからなるアライメント部を嵌合させるだけでよい。従って、高価なアライナーを必要とせず、また、部品全てにアライナーが読み取れるアライメントマークを形成する必要もない。
【００１４】
また、成形樹脂を硬化させる手段として紫外線だけでなく、Ｘ線などを用いて硬化させてもよいし、型温度を昇温して硬化させてもよい。あるいは焼き固めてもよく、硬化手段および成形樹脂材料の選択範囲を広げることができる。
【００１５】
従来例のように、紫外線硬化樹脂による仮止めを行ってから、部品となる樹脂を硬化させる場合に比べて、仮止め工程を省略することで工程の簡素化を大幅に促進できる。
【００１６】
加えて、不透明な材料でも多層構造を簡単に製作することができる。
【００１７】
３層または４層以上の多層構造でも、２層の場合と同じ工程を繰り返すことで簡単に製作可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は第１の実施の形態による部品製作組立方法を説明する工程図であって、まず図１の（ａ）に示すように、部品を組み立てる土台となる基板１０および第１の型１１を準備する。基板１０は第１の型１１の平面状の中央部１１ａに対向する平面１０ａを有する。基板１０は土台なので、材料は問わない。例えば樹脂材料、ガラス基板やシリコン基板が選択可能である。
【００２０】
第１の型１１はステンレスなど金属を用いて機械加工によって製作する。第１の型１１の外縁部は、図１の（ｂ）に示す樹脂製のアライメント部材であるアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを形成するためのアライメント部材成形部であるアライメントマーク成形用の窪み１１ｂ、１１ｃを有する。各アライメントマーク１０ｂ、１０ｃは水平方向のアライメントを行うものであるため円筒形である。
【００２１】
また、図２の（ａ）に示すように、第１の型１１の外縁部には、垂直方向のアライメントを行うために、基板１０に突き当てる３個の突き当て面１１ｄと、突き当て面１１ｄ等を有する３箇所のアライメント部と中央部１１ａを分離するための３個の溝部１１ｅを設ける。
【００２２】
図１の（ａ）に示す工程では、第１の型１１のアライメントマーク成形用の窪み１１ｂ、１１ｃに熱硬化性樹脂を充填して、基板１０を押し当てる。基板１０を押し当てた状態で加熱し型温度を上昇させて熱硬化性樹脂を硬化させる。再び常温にもどした後、型１１をはがすと図１の（ｂ）に示すように、基板１０上に２つの円筒状の突起であるアライメントマーク１０ｂ、１０ｃが形成される。
【００２３】
このとき、型１１の窪み１１ｂ、１１ｃに充填した樹脂量が多いと樹脂が窪みからあふれ、型１１の中央部１１ａにまで広がる恐れがあるが、型１１の外縁部を分離する溝部１１ｅがあるため、あふれた樹脂が基板１０の部品を形成する部分にまで広がることを防止できる。
【００２４】
次に図２の（ｂ）に示す第２の型１２を準備する。この型１２の中央部には第１の樹脂層であるシャフト１（図１の（ｃ）参照）を成形するための部品成形用の窪み１２ａが設けられ、外縁部には基板１０上に形成されたアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌合するアライメント部である２つの位置合わせ用の窪み１２ｂ、１２ｃが設けられている。一方の窪み１２ｂは、基板１０の円筒形のアライメントマーク１０ｂよりもわずかに大きな径の円筒形であり、基板１０のアライメントマーク１０ｂに整合し、他方の窪み１２ｃはアライメントマーク１０ｃよりもわずかに大きな隙間をもつ並行溝（溝部）となっており、アライメントマーク１０ｃに摺動自在に係合するようになっている。
【００２５】
型１２の２つの窪み１２ｂ、１２ｃを基板１０のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃにそれぞれ嵌合させることにより、基板１０に平行な面内での位置を決めることができる。また型１２の外縁部には、型１１と同様に、基板１０に突き当てる３個の突き当て面１２ｄが設けられており基板１０に当接して垂直方向の位置を決めることができる。このように、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃとの嵌め合いと、突き当て面１０ｄを用いて、基板１０に対して型１２の位置を精度よく決めることができる。また部品が形成される中央部と突き当て部１０ｄを含む外縁部と分離するための溝１２ｅを設ける。
【００２６】
図１の（ｂ）に示す工程において、型１２の中央部の窪み１２ａに熱硬化性樹脂を充填し、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを型１２に設けられた位置合わせ用の窪み１２ｂ、１２ｃに嵌め込んで突き当て面１２ｄに基板１０の外縁部を当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１２の温度をヒーターで上昇させて熱硬化性樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１２をはがすと図１の（ｃ）に示すシャフト１が形成される。
【００２７】
次に、第３の型１３を準備する。この型１３の中央部には歯車とシャフトの間の軸受隙間に相当する部品成形用の窪み１３ａを製作しておく。これは後に溶解除去される犠牲層を形成するためのものである。型１３の中央部の窪み１３ａに溶解除去可能な樹脂を充填し、先ほどと同様、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型１３に設けられた位置合わせ用の窪み１３ｂ、１３ｃとを嵌め込み、突き当て面１３ｄに基板１０の外縁部を当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１３の温度をヒーターで上昇させて前記樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１３をはがすと図１の（ｄ）に示す犠牲層Ｓ１ が形成される。
【００２８】
次に第４の型１４を準備する。この型１４の中央部には歯車本体の形となる部品成形用の窪み１４ａが設けられており、その窪み１４ａに硬化性樹脂を充填し、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを型１４に設けられた位置合わせ用の窪み１４ｂ、１４ｃに嵌め込んで、突き当て面１４ｄに基板１０の外縁部を当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１４の温度をヒーターで上昇させて、熱硬化性樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１４をはがすと図１の（ｅ）に示す歯車２が形成される。
【００２９】
次に第５の型１５を準備する。この型１５には第２の犠牲層の形となる部品成形用の窪み１５ａが設けられており、その窪み１５ａに溶解除去可能な樹脂を充填し、先ほどと同様、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型１５に設けられた位置合わせ用の窪み１５ｂ、１５ｃとを嵌め込んで突き当て面１５ｄに基板１０の外縁部を当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１５の温度をヒーターで上昇させて樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１５をはがすと図１の（ｆ）に示す第２の犠牲層Ｓ２ が形成される。
【００３０】
次に第６の型１６を準備する。この型１６にはシャフト１の止め輪の形となる成形用の窪み１６ａが設けられており、その窪み１６ａに樹脂を充填し、先ほどと同様、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型１６に設けられた位置合わせ用の窪み１６ｂ、１６ｃとを嵌め込んで突き当て面１６ｄを基板１０の外縁部に当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１６の温度をヒーターで上昇させて樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１６をはがすと図１の（ｇ）に示す止め輪３が形成される。
【００３１】
最後に図１の（ｈ）に示すように第１、第２の犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ を溶剤で溶解・除去し、シャフト１に回転自在に取り付けられた状態の歯車２および歯車２と一体である止め輪３を得る。この溶解工程においては、犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ を溶かす溶剤として、例えば水溶性の犠牲層を用いる場合には水を容器に入れ、その中に上記の樹脂積層体を入れて、犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ を溶かす。このとき、超音波発振機を水槽の中で動作させると反応が促進され、犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ を早く溶解・除去することができる。
【００３２】
本発明の実施の形態によれば、各型と基板の位置合わせは、基板上に樹脂成形によって形成した突起からなる樹脂製のアライメント部材と、型に設けられたアライメント部である位置合わせ用の窪みを嵌合させるだけでよく、高価なアライナーを用いる必要がない。そして、製作される部品全てにアライメントマークを設ける必要もない。
【００３３】
アライナーを見ながら樹脂を硬化する工程がないので、成形樹脂を硬化させる手段として紫外線だけでなく、Ｘ線などを用いて硬化させてもよいし、型温度を昇温させて硬化させてもよい。さらには焼き固めてもよいため、材料の選択範囲を広げることができる。
【００３４】
そして従来例のように紫外線硬化樹脂による仮止めの工程を必要とすることなく、工程数を大幅に低減できる。
【００３５】
また、不透明な材料で多層構造を製作することが可能であり、しかも３層や４層以上の多層構造でも、２層の場合と同じ工程を繰り返せば簡単に製作できる。
【００３６】
また、本実施の形態ではアライメントマークの形状を円筒形状としたが、この場合は、図３に示すように、例えば円筒形状のアライメントマーク１０ｂに対し、これに嵌合する型１２〜１６の位置合わせ用の窪み１２ｂ〜１６ｂにテーパー形状の面取りをつけておくと、型と基板との位置合わせが不正確でもアライメントマークの嵌め込みをスムーズに行うことができる。
【００３７】
また、離型の利便性を考えて、アライメントマークの形をわずかにテーパーをつけた円筒形状とするのも有効である。
【００３８】
基板１０が透明基板であれば、以上の工程による各部品の材料に光硬化型の樹脂を用いることができる。
【００３９】
その他の部品を形成する樹脂材料として、Ｘ線や電子線で硬化する樹脂等を用いることもできる。
【００４０】
樹脂を硬化させた後に型からはがさなければならないが、そのとき、あらかじめ型にフッ素化合物などの離型材からなる離型層を作成すると便利である。
【００４１】
また、部品形成材料として、金属またはセラミックの微細な粉末を練りこんだ樹脂を用い、これを焼き固めることにより、金属部品やセラミック部品からなる組立構造体を製造できる。このような材質を選択すれば、樹脂を構造材として用いた場合よりも強度の高い部品を製作することができる。この場合は、焼き固める工程により、樹脂に微細粉末を練り込んだ層が残り、練り込まなかった層は蒸発し除去されるので、それが犠牲層となって空洞となる。
【００４２】
図４は一変形例による型構造を示すもので、図２に示す型構造ではそれぞれの工程ごとに１つの型が必要であったが、本変形例は、基板１０上に設けられたアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌合する位置合わせ用の２つの窪み２０ｂ、２０ｃ、および３個の突き当て面２０ｄを有するハウジング２０を図１の（ｂ）〜（ｆ）までの各工程において共通に使用し、部品成形用の窪み２０ａを有する中型２２を着脱自在に設けたものである。
【００４３】
ハウジング２０には、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃにそれぞれ嵌合する位置合わせ用の窪み２０ｂ、２０ｃが設けてあり、一方の窪み２０ｂは円筒形のアライメントマーク１０ｂよりもわずかに大きな径の円筒形であり、他方の窪み２０ｃは並行溝となっている。この２つの窪み２０ｂ、２０ｃをアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに係合させることにより、水平面内での位置を決め、３個の突き当て面２０ｄによって垂直方向の位置を決めることができる。このように、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃとの嵌め合いと、突き当て面２０ｄを用いて、型の位置を精度よく決めることができる。
【００４４】
また、ハウジング２０には、中型２２を突き当てるための一対の突き当て基準部材２０ｆを有し、部品成形用の窪み２０ａをもつ中型２２の側面をこれに突き当てて、取付手段であるネジ２０ｇで横方向と縦方向からしっかりと固定することで、図１の（ｂ）に示す第２の型１２と同様の型構成が形成される。図１の（ｃ）〜（ｆ）に用いられる型１３〜１６についても、同じハウジング２０と各工程の部品成形用の窪みを有する中型（図示せず）を用いる。
【００４５】
各樹脂層の製作工程は図１の工程と同様であるから説明を省略する。
【００４６】
各部品ごとに型を製作する場合に比べて、アライメントマークに嵌合するアライメント部を有するハウジングを共通に使用できるので型の製作コストを下げることができる。
【００４７】
図５は第２の実施の形態による部品製作組立方法を示す工程図であって、この場合は、同図の（ａ）に示すように、基板１０にアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを形成すると同時にシャフト１の成形を行うための第１の型２１を用いる。すなわち第１の型２１はその中央部にシャフト１を成形するための部品成形用の窪み２１ａを有し、基板１０にアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを成形するためのアライメントマーク成形用の窪み２１ｂ、２１ｃを外縁部の２箇所に、突き当て面２１ｄおよび溝部２１ｅを外縁部の３箇所に設けたものである。
【００４８】
図５の（ａ）に示す第１工程において、型２１の窪み２１ａ、２１ｂ、２１ｃに樹脂を充填し、基板１０を押しつけて加熱し、硬化させることで基板１０にシャフト１、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃを形成する。
【００４９】
これ以後の図５の（ｂ）〜（ｇ）に示す工程は、第１の実施の形態による図１の（ｃ）〜（ｈ）に示す工程と同様であるから同一符号で表わし、説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態より工程数および使用する型数が少なくてすみ、より一層低コストである。それ以外の点については第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
図６は第３の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態の歯車２に対してキャップ４を取り付けた構造を製作する。まず、図６の（ａ）に示すように、止め輪３の製作工程まで終えた状態の樹脂積層体に対して７番目の型となる第１の型３１を準備する。型３１には基板１０上に形成されたアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌合する位置合わせ用の窪み３１ｂ、３１ｃが設けられ、一方の窪み３１ｂは円筒形のアライメントマーク１０ｂよりもわずかに大きな径の円筒形で、アライメントマーク１０ｂに整合するようになっている。他方の窪み３１ｃはアライメントマーク１０ｃよりもわずかに大きな隙間をもつ並行溝となっており、アライメントマーク１０ｃに摺動自在に係合する。
【００５２】
この２つの位置合わせ用の窪み３１ｂ、３１ｃを基板１０のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌めることにより、基板１０に平行な面内での位置を決めることができる。また、型３１には、基板１０に突き当てる３箇所の突き当て面３１ｄが設けられ、基板１０に垂直方向の位置を決めることができる。このように、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃとの嵌め合いと、突き当て面３１ｄを用いて、基板１０に対して型３１の位置を精度よく決めることができる。
【００５３】
型３１には、図６の（ｂ）に示すように、歯車２上に樹脂製のアライメント部材である２つの第２のアライメントマーク２ｂ、２ｃを形成するためのアライメント部材成形部であるアライメントマーク成形用の窪み３１ｆ、３１ｇが設けられており、その窪み３１ｆ、３１ｇに樹脂を充填し，先ほどと同様、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型３１に設けられた位置合わせ用の窪み３１ｂ、３１ｃとを嵌め込んで、型３１の突き当て面３１ｄを基板１０に当接することで、基板１０の水平方向および垂直方向の位置を決める。この状態で型３１の温度をヒーターで上昇させ樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型３１をはがすと図６の（ｂ）に示す第２のアライメントマーク２ｂ、２ｃが歯車２上に形成される。
【００５４】
次に８番目の型となる第２の型３２を準備する。この型３２には犠牲層の形となる部品成形用の窪み３２ａが設けられており、その窪み３２ａに溶解除去可能な樹脂を充填し、歯車２上に形成された第２のアライントマーク２ｂ、２ｃと型３２に設けられた位置合わせ用の窪み３２ｂ、３２ｃとを嵌め込んで型３２の突き当て面３２ｄを歯車２に当接することにより、歯車２に対して水平方向および垂直方向の位置を決める。この状態で型３２の温度をヒーターで上昇させ樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型３２をはがすと図６の（ｃ）に示す犠牲層Ｓ３ が形成される。
【００５５】
次に９番目の型となる第３の型３３を準備する。この型３３にはキャップの形となる部品成形用の窪み３３ａが設けられており、その窪み３３ａに樹脂を充填し、歯車２上の第２のアライメントマーク２ｂ、２ｃと型３３に設けられた位置合わせ用の窪み３３ｂ、３３ｃを嵌め込んで型３３の突き当て面３３ｄに歯車２を当接することにより、歯車２に対して水平方向および垂直方向の位置を決める。この状態で型３３の温度をヒーターで上昇させ樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型３３をはがすと図６の（ｄ）に示すキャップ４が形成される。この例ではキャップ４の中央に穴が開いている。
【００５６】
最後に図６の（ｅ）に示すように犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ 、Ｓ３ を溶剤で溶解させ、シャフト１に取り付けられたキャップつきの歯車構造を得る。この時、キャップ４の中央に穴が開いているので犠牲層Ｓ１ 〜Ｓ３ を溶解するときに溶剤が犠牲層Ｓ１ 〜Ｓ３ に到達しやすい構造となっている。
【００５７】
本実施の形態では歯車の上に第２のアライメントマークを形成し、その位置を基準にキャップを組み立てているため、キャップと歯車との間の位置精度を向上させることができる。
【００５８】
その他の点は第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
図７は上記第１ないし第３の実施の形態における成形工程を連続的かつ自動的に行うための部品製作組立装置を示す。この装置は、ベース４０上にチャンバー隔壁４１を立設し、隔壁内部を真空にする。チャンバー隔壁４１は、内部を真空にしても充分な強度を有し、基板や部品および型を出し入れするためのふた（図示せず）が開閉可能に取り付けられている。また、チャンバー隔壁４１は雰囲気圧力調整手段である気圧調整装置４１ａに接続されており、内部の雰囲気圧力を調整可能になっている。
【００６０】
ベース４０の上には水平面内で２軸の方向に移動自在なＸテーブル４２、Ｙテーブル４３が設けられ、Ｙテーブル４３の上に型温度を調節する温調手段である熱交換器４４を設け、熱交換器４４を配管４５ａ、４５ｂで循環型温度調節装置４６に接続する。循環型温度調節装置４６から出た流体は配管４５ａを通って熱交換器４４に供給され、配管４５ｂを通って再び循環型温度調節装置４６に戻る。この温度調節機構により、型の温度を上昇させたり、冷却したりすることができる。
【００６１】
Ｙテーブル４３上には前記実施の形態に用いられる各型が図示しない型保持手段によって着脱自在に固定される。例えば、図１の（ｄ）に示す工程では、第４の型１４をＹテーブル４３上に固定し、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを用いて位置合わせを行い、シャフト１上の犠牲層Ｓ１ 上に歯車２を成形する。
【００６２】
ベース４０上には一対のコラム４７が固定され、コラム４７は、垂直方向であるＺ方向に移動可能にＺスライド４８を支持する。Ｚスライド４８には弾性材からなる弾性体４９を介して基体保持手段であるバックプレート５０が保持され、バックプレート５０は外部から力がかかると弾性体４９が歪みＸ、Ｙ、Ｚ方向に微小量動くことができる。これによって、後述するように型のアライメント部をアライメントマークに嵌合させる位置合わせを行うことが可能となる。
【００６３】
バックプレート５０にはガラスなど透明材料で製作した窓５１が設けられており、バックプレート５０の上の紫外線ランプ５２から窓５１を通して紫外線を照射することができる。
【００６４】
基板１０はバックプレート５０に固定保持され、各部品成形工程が順次行われる。
【００６５】
Ｚスライド４８上には、さらに、第１の樹脂供給手段であるディスペンサ５３、第２の樹脂供給手段であるディスペンサ５４、離型材を塗布するための離型材塗布手段である離型材塗布用スプレー５５が並設される。
【００６６】
図示しないコントローラには、気圧調整装置４１ａ、Ｘテーブル４２、Ｙテーブル４３、循環型温度調節装置４６、Ｚスライド４８、紫外線ランプ５２、第１の樹脂充填用のディスペンサ５３、第２の樹脂充填用のディスペンサ５４、離型材塗布用スプレー５５を接続する。
【００６７】
図８は、上記の装置を用いて第１の実施の形態によってシャフト１および歯車２の製作と組み立てを同時に行う場合のシーケンスを示すフローチャートである。
【００６８】
ステップ１００は初期設定であり、この工程ではまず、気圧調整装置４１ａを用いてチャンバー隔壁４１の内部の気圧を大気圧にし、Ｚスライド４８を最上部に移動させ、紫外線ランプ５２を消して、循環型温度調節装置４６を常温にセットする。
【００６９】
ステップ１０１は基板の取り付け工程であり、多層部品を組み立てる基礎である基板１０をバックプレート５０に固定する。
【００７０】
ステップ１０２は型の取り付け工程であり、まず第１の型１１をＹテーブル４３に固定する。
【００７１】
ステップ１０３は離型材の塗布工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を移動させ、離型材塗布用スプレー５５を用いて型１１に離型材、例えばフッ素樹脂を塗布する。
【００７２】
ステップ１０４は樹脂充填工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を移動させ、型１１に設けられたアライメントマーク成形用の窪み１１ｂ、１１ｃに、第１のディスペンサ５３によって樹脂を充填する。
【００７３】
なお、第２の実施の形態においては、アライメントマーク成形用の窪み２１ｂ、２１ｃと第１の部品であるシャフト１を成形するための窪み２１ａを有する型２１を用いて、型２１の窪み２１ａ〜２１ｃに樹脂を充填し、第１層の成形とアライメントマークの成形を同時に行う。
【００７４】
第２のディスペンサ５４は、後述するように犠牲層となる樹脂を充填する工程で用いる。このように、２種類の樹脂を充填するためのディスペンサ５３、５４が設けてあり、工程によって使い分ける。
【００７５】
図７においては、図１の（ｄ）に示す工程を想定しているので、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃはすでに成形が終わっており、型１４にはアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌合する窪み１４ｂ、１４ｃが示されている。
【００７６】
ステップ１０５は樹脂の脱気工程であり、気圧調節装置４１ａによりチャンバー内部の気圧を下げることで、充填した樹脂に溶け込んでいた不要なガスや泡が放出させる。この操作によって、内部に泡などの欠陥が発生するのを防ぐ効果がある。充分時間がたってガスが抜けた後、気圧調節装置４１ａによりチャンバー内部の気圧を大気圧にもどしておく。
【００７７】
ステップ１０６は型締め工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を用いて型１１を基板１０の真下に移動させる。次にＺスライド４８を下げて基板１０に押し当てる。
【００７８】
この時のＸＹテーブル４２、４３の位置はアライメントマーク１０ｂ、１０ｃが形成される位置であるから、記憶しておき、後の工程で使用する。
【００７９】
ステップ１０７は硬化工程であり、充填した樹脂が熱硬化樹脂の場合は、循環型温度調節装置４６から加熱した流体を熱交換器４４に流入させ、型の温度を上昇させ、樹脂を硬化させる。硬化するのに充分な時間がたった後、循環型温度調節装置４６から常温の流体を、熱交換器４４に送り込み型の温度を常温に戻す。
【００８０】
充填した樹脂が光硬化樹脂の場合は、紫外線ランプ５２を点灯させ、紫外線によって樹脂を硬化させる。硬化するのに充分な時間がたった後、紫外線ランプ５２を消す。
【００８１】
ステップ１０８は離型工程であり、Ｚスライド４８を上昇させて部品を型からはがす。
【００８２】
このようにしてアライメントマークの成形を完了させ、次の樹脂層の成形を行う。
【００８３】
ステップ１０９は次の型の取り付け工程であり、次の型をＹテーブル４３に固定する。
【００８４】
ステップ１１０は離型材の塗布工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を移動させ、離型材塗布用スプレー５５を用いて型に離型材、例えばフッ素樹脂を塗布する。
【００８５】
ステップ１１１は樹脂の充填工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を移動させ、型に設けられた部品成形用の窪みに、ディスペンサ５３からなる樹脂を充填する。この時、犠牲層となる樹脂の成形であればディスペンサ５４を用いて充填する。このように２種類のディスペンサ５３、５４を工程によって使い分ける。
【００８６】
ステップ１１２は樹脂の脱気工程であり、気圧調節装置４１ａによりチャンバー内部の気圧を下げる。すると充填した樹脂に溶け込んでいた不要なガスや泡が外に出てくる。この操作によって、内部に泡などの欠陥が発生するのを防ぐ効果がある。充分時間がたってガスが抜けた後、気圧調節装置４１ａによりチャンバー内部の気圧を大気圧にもどしておく。
【００８７】
ステップ１１３は型締め工程であり、ＸＹテーブル４２、４３をアライメントマークを成形した時のステップ１０６における位置とほぼ同じ位置に移動させる。すなわち、あらかじめ記憶しておいたデータに基づいてＸＹテーブル４２、４３を早送りし、次にＺスライド４８を下げると、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型のアライメントマーク用の窪みが嵌合し、水平方向の位置が決まる。さらにＺスライド４８を押し下げると基板１０と型の突き当て面が突き当たり、上下方向の位置が決まる。この時、バックプレート５０が弾性体４９を介してＺスライド４８上に固定されているので、小さな力で水平方向に移動することができる。また、図４に示した嵌め合いテーパーの作用により、自動的に水平方向の位置が調節される。
【００８８】
ステップ１１４は硬化工程であり、充填した樹脂が熱硬化樹脂の場合は、循環型温度調節装置４６から、加熱した流体を熱交換器４４に送り込み、型の温度を上昇させ、樹脂を硬化させる。硬化するのに充分な時間がたった後、循環型温度調節装置４６から、常温の流体を熱交換器４４に送り込み、型の温度を常温に戻す。
【００８９】
充填した樹脂が光硬化樹脂の場合は、紫外線ランプ５２を点灯させて、樹脂を硬化させる。硬化するのに充分な時間がたった後、紫外線ランプ５２を消す。
【００９０】
ステップ１１５は離型工程であり、Ｚスライド４８を上昇させて、部品を型からはがす。
【００９１】
ステップ１１６では、全部の層が成形されるまでステップ１０９にもどり、上記の工程を繰り返す。
【００９２】
ステップ１１７は犠牲層を溶解する工程であり、全部の樹脂層の成形を完了した基板１０をバックプレート５０からはずし、犠牲層を溶解させる。これは、例えば犠牲層として水溶性樹脂を用いた場合は超音波振動子などを備えた水槽のなかで部品を洗浄する。
【００９３】
このようにして、複数部品からなる多層構造体が製造される。
【００９４】
部品に使用する樹脂の材質が２種類以上であれば、さらに多くのディスペンサをＺスライドに配設する。
【００９５】
また、離型が容易である場合には離型材塗布の工程を省略してもよい。
【００９６】
型と基板の位置あわせは、基板上に形成したアライメントマークと、型に設けられた位置合わせ用の窪みを嵌合させるだけでよく、高価なアライナーを必要とせず、装置コストを低減できる。また、部品全てにアライナーが読み取れるアライメントマークを形成する必要もないため、部品の製作コストを下げることができる。
【００９７】
アライナーを見ながら樹脂を硬化させる工程がないので、硬化手段として紫外線を用いる光硬化樹脂だけでなく、Ｘ線などを用いて硬化させ樹脂や型温度を昇温して硬化させる樹脂を用いることができ、さらには、焼き固めることもできるため、材料の選択範囲を広げることができる。
【００９８】
従来例のように紫外線硬化樹脂による仮止めの工程を行ってから、部品となる樹脂を硬化させる場合に比べて、仮止め工程がないため工程が簡素化できる。
【００９９】
紫外線硬化樹脂に限定する必要がないので、不透明な材料で多層構造を製作することができる。しかも２層の場合と同じ工程を繰り返すことで３層以上の多層構造を簡単に製作可能である。
【０１００】
アライメントマークの製作工程と第１層の部品の製作工程を統合することで、製作工程を簡略化し、製造コストを下げることができる。
【０１０１】
犠牲層を用いて軸受隙間などを製作することで、部品移動の可能な構造自由度を向上させることができる。
【０１０２】
金属粉またはセラミック粉を練りこんだ材質の層を焼き固め、それ以外の部分を犠牲層として蒸発除去することにより、軸受隙間など製作可能な構造自由度を大幅に向上させることができる。さらに、構造材料として焼き固めた後は金属やセラミックスとなるので、単純に樹脂を硬化させた部品とは異なり機械的強度の高い構造が製作可能となる。
【０１０３】
アライメントマークに嵌合する窪みを設けたハウジングと、層状部品を成形する中型とに分離し、両者を着脱可能に固定する型を用いることで、アライメント部を共通化し、型の製造コストを下げることができる。
【０１０４】
さらに、型と基板の位置が多少ずれていても、面取りに沿って両者の位置が自動的に調整するテーパーを設けることで、スムーズにアライメントマークの嵌合を行うことができる。これによって、型と基板の位置決め精度の必要度を下げることができるので、部品製作組立装置の製作コストを下げることができる。
【０１０５】
また、基板と部品層の位置を決めるのではなく、部品層と部品層の位置を決めるアライメントマークを用いることで、特に部品層の相対位置精度が重要な場合に組立精度が向上できる。
【０１０６】
本発明の実施態様は以下の通りである。
【０１０７】
本発明の部品製作組立方法は、複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、アライメント部材成形部を有する第１の型を用いて基体上に複数の樹脂製のアライメント部材を成形する工程と、成形された複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第１の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて基体上に第１の樹脂層を成形する工程と、成形された第１の樹脂層上に、基体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第３の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程とを有し、各樹脂層の成形工程において、前記基体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記基体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする。
【０１０８】
また、複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、アライメント部材成形部および第１の部品成形用の窪みを有する第１の型を用いて基体上に複数の樹脂製のアライメント部材および第１の樹脂層を成形する工程と、成形された第１の樹脂層上に、基体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程とを有し、前記第２層およびそれ以後の各樹脂層の成形工程において、前記基体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記基体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする部品製作組立方法でもよい。
【０１０９】
また、複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、アライメント部材成形部を有する第１の型を用いて基体上の樹脂積層体に複数の樹脂製のアライメント部材を成形する工程と、成形された複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第１の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて樹脂積層体上に第１の樹脂層を成形する工程と、成形された第１の樹脂層上に、樹脂積層体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第３の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程とを有し、各樹脂層の成形工程において、前記樹脂積層体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記樹脂積層体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする部品製作組立方法でもよい。
【０１１０】
前記所定の複数層の樹脂層のうちの少なくとも１層が犠牲層であって、前記所定の複数層を成形後に前記犠牲層を溶解除去するとよい。
【０１１１】
前記所定の複数層のうちの犠牲層となる樹脂層を除く残りの樹脂層が金属またはセラミックの粉末を含有し、前記所定の複数層を成形後に加熱することで、前記犠牲層を蒸発除去し、前記粉末を焼き固めてもよい。
【０１１２】
少なくとも１個の型が、前記複数のアライメント部材に係合するアライメント部を有するハウジングと、部品成形用の窪みを有する中型と、前記中型を前記ハウジングに対して着脱自在に取り付ける取付手段を有するとよい。
【０１１３】
前記複数のアライメント部材がそれぞれ円柱形状を有し、各型のアライメント部が、少なくとも１個のアライメント部材を嵌合させる円筒穴と、残りのアライメント部材を摺動自在に係合させる溝部とを有し、前記円筒穴および前記溝部にテーパー形状の面取り部が設けられているとよい。
【０１１４】
本発明の部品製作組立装置は、ベースの表面に沿って２次元的に移動自在であるＸＹテーブルと、前記ＸＹテーブル上に複数の型を交互に着脱自在に固定保持するための型保持手段と、前記型保持手段に付設された温調手段と、前記ＸＹテーブルに垂直な方向に往復移動自在であるＺテーブルと、前記Ｚテーブルに弾性材を介して支持された、基体を着脱自在に保持するための基体保持手段と、前記Ｚテーブルに支持された離型材塗布手段と、前記基体上に、前記型との間の位置合わせを行う樹脂製のアライメント部材および複数の樹脂層を成形するための樹脂を供給する樹脂供給手段と、周囲の雰囲気圧力を調整する雰囲気圧力調整手段と、前記ＸＹテーブル、前記温調手段、前記Ｚテーブル、前記離型材塗布手段、前記樹脂供給手段および前記雰囲気圧力調整手段を所定のプログラムに従って制御するためのコントローラと、を有することを特徴とする。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【０１１６】
半導体プロセスに用いる精密なアライナー等を必要とすることなく、複数の部品となる樹脂層を成形する成形装置上においてまず樹脂製のアライメント部材を基体と一体に成形し、アライメント部材の嵌め合いによる簡単な位置合わせによって各部品を成形し積層することで、部品の製作および組立を効率的かつ安価に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による部品製作組立方法を説明する工程図である。
【図２】第１の実施の形態に用いる２つの型構造を説明する図である。
【図３】アライメントマークとこれを嵌合させる窪みを説明する図である。
【図４】第１の実施の形態に用いる型の変形例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態による部品製作組立方法を説明する工程図である。
【図６】第３の実施の形態による部品製作組立方法を説明する工程図である。
【図７】第１ないし第３の実施の形態に用いる装置を説明する図である。
【図８】第１の実施の形態による動作フローを説明するシーケンス図である。
【図９】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１ シャフト
２ 歯車
２ｂ、２ｃ、１０ｂ、１０ｃ アライメントマーク
３ 止め輪
４ キャップ
１０ 基板
１１〜１６、２１、３１〜３３ 型
１１ｂ、１１ｃ、２１ｂ、２１ｃ、３１ｆ、３１ｇ アライメントマーク成形用の窪み
１２ｂ〜１６ｂ、１２ｃ〜１６ｃ、２０ｂ、２０ｃ、２１ｂ、２１ｃ、３１ｂ〜３３ｂ、３１ｃ〜３４ｃ 位置合わせ用の窪み
１１ｄ〜１６ｄ、２０ｄ、２１ｄ、３１ｄ〜３３ｄ 突き当て面
１２ａ〜１６ａ、２０ａ、２１ａ、３２ａ、３３ａ 部品成形用の窪み
２０ ハウジング
２２ 中型
４０ ベース
４１ チャンバー隔壁
４１ａ 気圧調節装置
４２ Ｘテーブル
４３ Ｙテーブル
４４ 熱交換器
４６ 循環型温度調節装置
４７ コラム
４８ Ｚスライド
４９ 弾性体
５０ バックプレート
５１ 窓
５２ 紫外線ランプ
５３、５４ ディスペンサ
５５ 離型材塗布用スプレー
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数部品からなる組立構造体、例えば軸に回転自在に取り付けた状態の歯車等を製造するために、型に形成された空洞（部品成形用の窪み）内で樹脂を硬化させて部品を作る工程を繰り返すことで、複数部品の製作と組立を同時に行う部品製作組立方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂部品の製作と構造体への組み込みを同時に行う従来の技術として、特開２００２−２５０８７０号公報に開示されている例がある。これは、２枚の基板上にそれぞれ形成された２つの微細構造層を接合して、３層構造のミクロンオーダーの微細構造体である光学素子を製造する方法であって、図９に示すように、半導体基板１２０の上面に、半導体プロセスに用いられるフォトリソグラフィー技術によって図示しない静電アクチュエータを製作し、他方、ガラス基板１９６の表面には、プラズマＣＶＤ法によって成膜された酸化シリコン膜をフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングすることでプリズム層１４２を製作し、２つの基板１２０、１９６を、基板１２０の静電アクチュエータと基板１９６のプリズム層１４２が対面するように重ね、その間に樹脂材１７１による支持層１４１を成形するもので、２つの基板１２０、１９６の平面部の間にギャップ材１７２を含む樹脂材１７３を塗布して、２つの基板１２０、１９６間のギャップＧを精度良く保持し、アライナーによって精度良く横方向のアライメントを行う。このようにアライナーを用いて基板１９６、１２０の位置を合わせたうえで、紫外線を樹脂材１７３に照射し硬化させる。これによって２つの基板１２０、１９６は仮止めされた状態となり、支持層１４１となる樹脂材１７１を硬化させる際には、仮止めされた構造体をアライナーから硬化用の炉などに移して加熱、硬化させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術は、以下の理由で広範囲な部品組立に応用するのが難しい。
【０００４】
１）部品数の多い多層構造をもつ組立構造体には適用できない。上記の従来例は２枚の基板にはさまれた空間に充填した樹脂を硬化させて部品組立を行う技術であり、３層の構造なら効率的に製作することができるが、それよりも層数が増えると、例えば４層の積層構造には対応できない。従って部品数の多い複雑な組立構造体をこの方法で生産することはできない。
【０００５】
２）位置合わせのために精密装置であるアライナーが必要であるため、作業が複雑で工程数も多い。すなわち、従来例ではアライメントマークをアライナーで読み取る必要があるため、高価な精密装置であるアライナーが必要なうえに、アライナーで測定し、位置調整する工程が必要となり製造コストを下げることが難しい。
【０００６】
３）部品すべてにアライナーが読み取れるアライメントマークを設けなければならない。上記の従来例のようにアライメントマークをアライナーで読み取るためには、アライナーで読み取れるアライメントマークを全ての層や部品上にあらかじめ製作しておく必要があり、このために製作コストが上昇する。
【０００７】
４）部品が比較的薄いか、透明体でなければならない。上記の従来例のように表裏の両側から顕微鏡などの光学的なアライメントマーク検出手段によってアライメントマークを読み取って位置合わせするアライナーを用いた場合には、両面の測定位置ずれのために精度が上がらず、これを回避するために、片側のみから光学的手段によって位置合わせするアライナーを用いると、基板や部品を透かしてその下に設けられたアライメントマークを読み取ることになり、そのためには基板や部品が透明であることが要求される。従って金属などを用いることができず、材料選択範囲が制限されてしまう。さらに、部品や基板が厚いとアライメントマークの読み取り位置が上下方向、すなわち焦点方向にずれるので位置測定精度が悪くなる。また、透明な部品や基板の厚さの平行度が悪いと、これを透かして観察したアライメントマークの位置も横方向にずれて、精度が落ちる。
【０００８】
５）紫外線硬化樹脂による仮止めが必要である。上記の従来例では精密装置であるアライナーで位置を読みながら仮止めを行うために紫外線硬化樹脂が必要であり、また、本来製作する部品の構造ではない仮止め構造を製作する工程を必要とするため、工程が複雑になりコスト高である。さらに、熱硬化樹脂を部品に用いると、精密装置であるアライナーの中を昇温させ、高精度を保持するのが難しいため、使用できる樹脂の選択範囲を狭めてしまう。
【０００９】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、複数部品からなる組立構造体の各部品を成形により製作し、同時に組み立てることを可能とし、しかも高価なアライナーによる位置決めを必要とせず、より簡便で効率的に各部品の位置合わせを行うことのできる、極めて低コストな部品製作組立方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
本発明の他の目的は、全部の部品に位置合わせ用のアライメントマーク等を必要とすることなく各部品の組み立てを可能にすることである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、透明ではない樹脂材料や金属、セラミック等でも複数部品の製作および組み立てを同時に行うことのできる部品製作組立方法およびその装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の部品製作組立方法は、複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、アライメント部材成形部を有する第１の型を用いて基体上に複数の樹脂製のアライメント部材を成形する工程と、成形された複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第１の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて基体上に第１の樹脂層を成形する工程と、成形された第１の樹脂層上に、基体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第３の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程と、を有し、各樹脂層の成形工程において、前記基体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記基体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
各型と基板の位置合わせは、基板上に樹脂成形によって形成した突起からなる複数のアライメント部材と、型に設けられた窪みからなるアライメント部を嵌合させるだけでよい。従って、高価なアライナーを必要とせず、また、部品全てにアライナーが読み取れるアライメントマークを形成する必要もない。
【００１４】
また、成形樹脂を硬化させる手段として紫外線だけでなく、Ｘ線などを用いて硬化させてもよいし、型温度を昇温して硬化させてもよい。あるいは焼き固めてもよく、硬化手段および成形樹脂材料の選択範囲を広げることができる。
【００１５】
従来例のように、紫外線硬化樹脂による仮止めを行ってから、部品となる樹脂を硬化させる場合に比べて、仮止め工程を省略することで工程の簡素化を大幅に促進できる。
【００１６】
加えて、不透明な材料でも多層構造を簡単に製作することができる。
【００１７】
３層または４層以上の多層構造でも、２層の場合と同じ工程を繰り返すことで簡単に製作可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は第１の実施の形態による部品製作組立方法を説明する工程図であって、まず図１の（ａ）に示すように、部品を組み立てる土台となる基板１０および第１の型１１を準備する。基板１０は第１の型１１の平面状の中央部１１ａに対向する平面１０ａを有する。基板１０は土台なので、材料は問わない。例えば樹脂材料、ガラス基板やシリコン基板が選択可能である。
【００２０】
第１の型１１はステンレスなど金属を用いて機械加工によって製作する。第１の型１１の外縁部は、図１の（ｂ）に示す樹脂製のアライメント部材であるアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを形成するためのアライメント部材成形部であるアライメントマーク成形用の窪み１１ｂ、１１ｃを有する。各アライメントマーク１０ｂ、１０ｃは水平方向のアライメントを行うものであるため円筒形である。
【００２１】
また、図２の（ａ）に示すように、第１の型１１の外縁部には、垂直方向のアライメントを行うために、基板１０に突き当てる３個の突き当て面１１ｄと、突き当て面１１ｄ等を有する３箇所のアライメント部と中央部１１ａを分離するための３個の溝部１１ｅを設ける。
【００２２】
図１の（ａ）に示す工程では、第１の型１１のアライメントマーク成形用の窪み１１ｂ、１１ｃに熱硬化性樹脂を充填して、基板１０を押し当てる。基板１０を押し当てた状態で加熱し型温度を上昇させて熱硬化性樹脂を硬化させる。再び常温にもどした後、型１１をはがすと図１の（ｂ）に示すように、基板１０上に２つの円筒状の突起であるアライメントマーク１０ｂ、１０ｃが形成される。
【００２３】
このとき、型１１の窪み１１ｂ、１１ｃに充填した樹脂量が多いと樹脂が窪みからあふれ、型１１の中央部１１ａにまで広がる恐れがあるが、型１１の外縁部を分離する溝部１１ｅがあるため、あふれた樹脂が基板１０の部品を形成する部分にまで広がることを防止できる。
【００２４】
次に図２の（ｂ）に示す第２の型１２を準備する。この型１２の中央部には第１の樹脂層であるシャフト１（図１の（ｃ）参照）を成形するための部品成形用の窪み１２ａが設けられ、外縁部には基板１０上に形成されたアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌合するアライメント部である２つの位置合わせ用の窪み１２ｂ、１２ｃが設けられている。一方の窪み１２ｂは、基板１０の円筒形のアライメントマーク１０ｂよりもわずかに大きな径の円筒形であり、基板１０のアライメントマーク１０ｂに整合し、他方の窪み１２ｃはアライメントマーク１０ｃよりもわずかに大きな隙間をもつ並行溝（溝部）となっており、アライメントマーク１０ｃに摺動自在に係合するようになっている。
【００２５】
型１２の２つの窪み１２ｂ、１２ｃを基板１０のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃにそれぞれ嵌合させることにより、基板１０に平行な面内での位置を決めることができる。また型１２の外縁部には、型１１と同様に、基板１０に突き当てる３個の突き当て面１２ｄが設けられており基板１０に当接して垂直方向の位置を決めることができる。このように、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃとの嵌め合いと、突き当て面１０ｄを用いて、基板１０に対して型１２の位置を精度よく決めることができる。また部品が形成される中央部と突き当て部１０ｄを含む外縁部と分離するための溝１２ｅを設ける。
【００２６】
図１の（ｂ）に示す工程において、型１２の中央部の窪み１２ａに熱硬化性樹脂を充填し、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを型１２に設けられた位置合わせ用の窪み１２ｂ、１２ｃに嵌め込んで突き当て面１２ｄに基板１０の外縁部を当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１２の温度をヒーターで上昇させて熱硬化性樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１２をはがすと図１の（ｃ）に示すシャフト１が形成される。
【００２７】
次に、第３の型１３を準備する。この型１３の中央部には歯車とシャフトの間の軸受隙間に相当する部品成形用の窪み１３ａを製作しておく。これは後に溶解除去される犠牲層を形成するためのものである。型１３の中央部の窪み１３ａに溶解除去可能な樹脂を充填し、先ほどと同様、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型１３に設けられた位置合わせ用の窪み１３ｂ、１３ｃとを嵌め込み、突き当て面１３ｄに基板１０の外縁部を当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１３の温度をヒーターで上昇させて前記樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１３をはがすと図１の（ｄ）に示す犠牲層Ｓ１ が形成される。
【００２８】
次に第４の型１４を準備する。この型１４の中央部には歯車本体の形となる部品成形用の窪み１４ａが設けられており、その窪み１４ａに硬化性樹脂を充填し、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを型１４に設けられた位置合わせ用の窪み１４ｂ、１４ｃに嵌め込んで、突き当て面１４ｄに基板１０の外縁部を当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１４の温度をヒーターで上昇させて、熱硬化性樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１４をはがすと図１の（ｅ）に示す歯車２が形成される。
【００２９】
次に第５の型１５を準備する。この型１５には第２の犠牲層の形となる部品成形用の窪み１５ａが設けられており、その窪み１５ａに溶解除去可能な樹脂を充填し、先ほどと同様、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型１５に設けられた位置合わせ用の窪み１５ｂ、１５ｃとを嵌め込んで突き当て面１５ｄに基板１０の外縁部を当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１５の温度をヒーターで上昇させて樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１５をはがすと図１の（ｆ）に示す第２の犠牲層Ｓ２ が形成される。
【００３０】
次に第６の型１６を準備する。この型１６にはシャフト１の止め輪の形となる成形用の窪み１６ａが設けられており、その窪み１６ａに樹脂を充填し、先ほどと同様、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型１６に設けられた位置合わせ用の窪み１６ｂ、１６ｃとを嵌め込んで突き当て面１６ｄを基板１０の外縁部に当接することにより、基板１０の水平方向、および垂直方向の位置を決める。この状態で型１６の温度をヒーターで上昇させて樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型１６をはがすと図１の（ｇ）に示す止め輪３が形成される。
【００３１】
最後に図１の（ｈ）に示すように第１、第２の犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ を溶剤で溶解・除去し、シャフト１に回転自在に取り付けられた状態の歯車２および歯車２と一体である止め輪３を得る。この溶解工程においては、犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ を溶かす溶剤として、例えば水溶性の犠牲層を用いる場合には水を容器に入れ、その中に上記の樹脂積層体を入れて、犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ を溶かす。このとき、超音波発振機を水槽の中で動作させると反応が促進され、犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ を早く溶解・除去することができる。
【００３２】
本発明の実施の形態によれば、各型と基板の位置合わせは、基板上に樹脂成形によって形成した突起からなる樹脂製のアライメント部材と、型に設けられたアライメント部である位置合わせ用の窪みを嵌合させるだけでよく、高価なアライナーを用いる必要がない。そして、製作される部品全てにアライメントマークを設ける必要もない。
【００３３】
アライナーを見ながら樹脂を硬化する工程がないので、成形樹脂を硬化させる手段として紫外線だけでなく、Ｘ線などを用いて硬化させてもよいし、型温度を昇温させて硬化させてもよい。さらには焼き固めてもよいため、材料の選択範囲を広げることができる。
【００３４】
そして従来例のように紫外線硬化樹脂による仮止めの工程を必要とすることなく、工程数を大幅に低減できる。
【００３５】
また、不透明な材料で多層構造を製作することが可能であり、しかも３層や４層以上の多層構造でも、２層の場合と同じ工程を繰り返せば簡単に製作できる。
【００３６】
また、本実施の形態ではアライメントマークの形状を円筒形状としたが、この場合は、図３に示すように、例えば円筒形状のアライメントマーク１０ｂに対し、これに嵌合する型１２〜１６の位置合わせ用の窪み１２ｂ〜１６ｂにテーパー形状の面取りをつけておくと、型と基板との位置合わせが不正確でもアライメントマークの嵌め込みをスムーズに行うことができる。
【００３７】
また、離型の利便性を考えて、アライメントマークの形をわずかにテーパーをつけた円筒形状とするのも有効である。
【００３８】
基板１０が透明基板であれば、以上の工程による各部品の材料に光硬化型の樹脂を用いることができる。
【００３９】
その他の部品を形成する樹脂材料として、Ｘ線や電子線で硬化する樹脂等を用いることもできる。
【００４０】
樹脂を硬化させた後に型からはがさなければならないが、そのとき、あらかじめ型にフッ素化合物などの離型材からなる離型層を作成すると便利である。
【００４１】
また、部品形成材料として、金属またはセラミックの微細な粉末を練りこんだ樹脂を用い、これを焼き固めることにより、金属部品やセラミック部品からなる組立構造体を製造できる。このような材質を選択すれば、樹脂を構造材として用いた場合よりも強度の高い部品を製作することができる。この場合は、焼き固める工程により、樹脂に微細粉末を練り込んだ層が残り、練り込まなかった層は蒸発し除去されるので、それが犠牲層となって空洞となる。
【００４２】
図４は一変形例による型構造を示すもので、図２に示す型構造ではそれぞれの工程ごとに１つの型が必要であったが、本変形例は、基板１０上に設けられたアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌合する位置合わせ用の２つの窪み２０ｂ、２０ｃ、および３個の突き当て面２０ｄを有するハウジング２０を図１の（ｂ）〜（ｆ）までの各工程において共通に使用し、部品成形用の窪み２０ａを有する中型２２を着脱自在に設けたものである。
【００４３】
ハウジング２０には、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃにそれぞれ嵌合する位置合わせ用の窪み２０ｂ、２０ｃが設けてあり、一方の窪み２０ｂは円筒形のアライメントマーク１０ｂよりもわずかに大きな径の円筒形であり、他方の窪み２０ｃは並行溝となっている。この２つの窪み２０ｂ、２０ｃをアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに係合させることにより、水平面内での位置を決め、３個の突き当て面２０ｄによって垂直方向の位置を決めることができる。このように、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃとの嵌め合いと、突き当て面２０ｄを用いて、型の位置を精度よく決めることができる。
【００４４】
また、ハウジング２０には、中型２２を突き当てるための一対の突き当て基準部材２０ｆを有し、部品成形用の窪み２０ａをもつ中型２２の側面をこれに突き当てて、取付手段であるネジ２０ｇで横方向と縦方向からしっかりと固定することで、図１の（ｂ）に示す第２の型１２と同様の型構成が形成される。図１の（ｃ）〜（ｆ）に用いられる型１３〜１６についても、同じハウジング２０と各工程の部品成形用の窪みを有する中型（図示せず）を用いる。
【００４５】
各樹脂層の製作工程は図１の工程と同様であるから説明を省略する。
【００４６】
各部品ごとに型を製作する場合に比べて、アライメントマークに嵌合するアライメント部を有するハウジングを共通に使用できるので型の製作コストを下げることができる。
【００４７】
図５は第２の実施の形態による部品製作組立方法を示す工程図であって、この場合は、同図の（ａ）に示すように、基板１０にアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを形成すると同時にシャフト１の成形を行うための第１の型２１を用いる。すなわち第１の型２１はその中央部にシャフト１を成形するための部品成形用の窪み２１ａを有し、基板１０にアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを成形するためのアライメントマーク成形用の窪み２１ｂ、２１ｃを外縁部の２箇所に、突き当て面２１ｄおよび溝部２１ｅを外縁部の３箇所に設けたものである。
【００４８】
図５の（ａ）に示す第１工程において、型２１の窪み２１ａ、２１ｂ、２１ｃに樹脂を充填し、基板１０を押しつけて加熱し、硬化させることで基板１０にシャフト１、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃを形成する。
【００４９】
これ以後の図５の（ｂ）〜（ｇ）に示す工程は、第１の実施の形態による図１の（ｃ）〜（ｈ）に示す工程と同様であるから同一符号で表わし、説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態より工程数および使用する型数が少なくてすみ、より一層低コストである。それ以外の点については第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
図６は第３の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態の歯車２に対してキャップ４を取り付けた構造を製作する。まず、図６の（ａ）に示すように、止め輪３の製作工程まで終えた状態の樹脂積層体に対して７番目の型となる第１の型３１を準備する。型３１には基板１０上に形成されたアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌合する位置合わせ用の窪み３１ｂ、３１ｃが設けられ、一方の窪み３１ｂは円筒形のアライメントマーク１０ｂよりもわずかに大きな径の円筒形で、アライメントマーク１０ｂに整合するようになっている。他方の窪み３１ｃはアライメントマーク１０ｃよりもわずかに大きな隙間をもつ並行溝となっており、アライメントマーク１０ｃに摺動自在に係合する。
【００５２】
この２つの位置合わせ用の窪み３１ｂ、３１ｃを基板１０のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌めることにより、基板１０に平行な面内での位置を決めることができる。また、型３１には、基板１０に突き当てる３箇所の突き当て面３１ｄが設けられ、基板１０に垂直方向の位置を決めることができる。このように、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃとの嵌め合いと、突き当て面３１ｄを用いて、基板１０に対して型３１の位置を精度よく決めることができる。
【００５３】
型３１には、図６の（ｂ）に示すように、歯車２上に樹脂製のアライメント部材である２つの第２のアライメントマーク２ｂ、２ｃを形成するためのアライメント部材成形部であるアライメントマーク成形用の窪み３１ｆ、３１ｇが設けられており、その窪み３１ｆ、３１ｇに樹脂を充填し，先ほどと同様、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型３１に設けられた位置合わせ用の窪み３１ｂ、３１ｃとを嵌め込んで、型３１の突き当て面３１ｄを基板１０に当接することで、基板１０の水平方向および垂直方向の位置を決める。この状態で型３１の温度をヒーターで上昇させ樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型３１をはがすと図６の（ｂ）に示す第２のアライメントマーク２ｂ、２ｃが歯車２上に形成される。
【００５４】
次に８番目の型となる第２の型３２を準備する。この型３２には犠牲層の形となる部品成形用の窪み３２ａが設けられており、その窪み３２ａに溶解除去可能な樹脂を充填し、歯車２上に形成された第２のアライントマーク２ｂ、２ｃと型３２に設けられた位置合わせ用の窪み３２ｂ、３２ｃとを嵌め込んで型３２の突き当て面３２ｄを歯車２に当接することにより、歯車２に対して水平方向および垂直方向の位置を決める。この状態で型３２の温度をヒーターで上昇させ樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型３２をはがすと図６の（ｃ）に示す犠牲層Ｓ３ が形成される。
【００５５】
次に９番目の型となる第３の型３３を準備する。この型３３にはキャップの形となる部品成形用の窪み３３ａが設けられており、その窪み３３ａに樹脂を充填し、歯車２上の第２のアライメントマーク２ｂ、２ｃと型３３に設けられた位置合わせ用の窪み３３ｂ、３３ｃを嵌め込んで型３３の突き当て面３３ｄに歯車２を当接することにより、歯車２に対して水平方向および垂直方向の位置を決める。この状態で型３３の温度をヒーターで上昇させ樹脂を硬化させ、再び常温にもどした後、型３３をはがすと図６の（ｄ）に示すキャップ４が形成される。この例ではキャップ４の中央に穴が開いている。
【００５６】
最後に図６の（ｅ）に示すように犠牲層Ｓ１ 、Ｓ２ 、Ｓ３ を溶剤で溶解させ、シャフト１に取り付けられたキャップつきの歯車構造を得る。この時、キャップ４の中央に穴が開いているので犠牲層Ｓ１ 〜Ｓ３ を溶解するときに溶剤が犠牲層Ｓ１ 〜Ｓ３ に到達しやすい構造となっている。
【００５７】
本実施の形態では歯車の上に第２のアライメントマークを形成し、その位置を基準にキャップを組み立てているため、キャップと歯車との間の位置精度を向上させることができる。
【００５８】
その他の点は第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
図７は上記第１ないし第３の実施の形態における成形工程を連続的かつ自動的に行うための部品製作組立装置を示す。この装置は、ベース４０上にチャンバー隔壁４１を立設し、隔壁内部を真空にする。チャンバー隔壁４１は、内部を真空にしても充分な強度を有し、基板や部品および型を出し入れするためのふた（図示せず）が開閉可能に取り付けられている。また、チャンバー隔壁４１は雰囲気圧力調整手段である気圧調整装置４１ａに接続されており、内部の雰囲気圧力を調整可能になっている。
【００６０】
ベース４０の上には水平面内で２軸の方向に移動自在なＸテーブル４２、Ｙテーブル４３が設けられ、Ｙテーブル４３の上に型温度を調節する温調手段である熱交換器４４を設け、熱交換器４４を配管４５ａ、４５ｂで循環型温度調節装置４６に接続する。循環型温度調節装置４６から出た流体は配管４５ａを通って熱交換器４４に供給され、配管４５ｂを通って再び循環型温度調節装置４６に戻る。この温度調節機構により、型の温度を上昇させたり、冷却したりすることができる。
【００６１】
Ｙテーブル４３上には前記実施の形態に用いられる各型が図示しない型保持手段によって着脱自在に固定される。例えば、図１の（ｄ）に示す工程では、第４の型１４をＹテーブル４３上に固定し、基板１０上のアライメントマーク１０ｂ、１０ｃを用いて位置合わせを行い、シャフト１上の犠牲層Ｓ１ 上に歯車２を成形する。
【００６２】
ベース４０上には一対のコラム４７が固定され、コラム４７は、垂直方向であるＺ方向に移動可能にＺスライド４８を支持する。Ｚスライド４８には弾性材からなる弾性体４９を介して基体保持手段であるバックプレート５０が保持され、バックプレート５０は外部から力がかかると弾性体４９が歪みＸ、Ｙ、Ｚ方向に微小量動くことができる。これによって、後述するように型のアライメント部をアライメントマークに嵌合させる位置合わせを行うことが可能となる。
【００６３】
バックプレート５０にはガラスなど透明材料で製作した窓５１が設けられており、バックプレート５０の上の紫外線ランプ５２から窓５１を通して紫外線を照射することができる。
【００６４】
基板１０はバックプレート５０に固定保持され、各部品成形工程が順次行われる。
【００６５】
Ｚスライド４８上には、さらに、第１の樹脂供給手段であるディスペンサ５３、第２の樹脂供給手段であるディスペンサ５４、離型材を塗布するための離型材塗布手段である離型材塗布用スプレー５５が並設される。
【００６６】
図示しないコントローラには、気圧調整装置４１ａ、Ｘテーブル４２、Ｙテーブル４３、循環型温度調節装置４６、Ｚスライド４８、紫外線ランプ５２、第１の樹脂充填用のディスペンサ５３、第２の樹脂充填用のディスペンサ５４、離型材塗布用スプレー５５を接続する。
【００６７】
図８は、上記の装置を用いて第１の実施の形態によってシャフト１および歯車２の製作と組み立てを同時に行う場合のシーケンスを示すフローチャートである。
【００６８】
ステップ１００は初期設定であり、この工程ではまず、気圧調整装置４１ａを用いてチャンバー隔壁４１の内部の気圧を大気圧にし、Ｚスライド４８を最上部に移動させ、紫外線ランプ５２を消して、循環型温度調節装置４６を常温にセットする。
【００６９】
ステップ１０１は基板の取り付け工程であり、多層部品を組み立てる基礎である基板１０をバックプレート５０に固定する。
【００７０】
ステップ１０２は型の取り付け工程であり、まず第１の型１１をＹテーブル４３に固定する。
【００７１】
ステップ１０３は離型材の塗布工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を移動させ、離型材塗布用スプレー５５を用いて型１１に離型材、例えばフッ素樹脂を塗布する。
【００７２】
ステップ１０４は樹脂充填工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を移動させ、型１１に設けられたアライメントマーク成形用の窪み１１ｂ、１１ｃに、第１のディスペンサ５３によって樹脂を充填する。
【００７３】
なお、第２の実施の形態においては、アライメントマーク成形用の窪み２１ｂ、２１ｃと第１の部品であるシャフト１を成形するための窪み２１ａを有する型２１を用いて、型２１の窪み２１ａ〜２１ｃに樹脂を充填し、第１層の成形とアライメントマークの成形を同時に行う。
【００７４】
第２のディスペンサ５４は、後述するように犠牲層となる樹脂を充填する工程で用いる。このように、２種類の樹脂を充填するためのディスペンサ５３、５４が設けてあり、工程によって使い分ける。
【００７５】
図７においては、図１の（ｄ）に示す工程を想定しているので、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃはすでに成形が終わっており、型１４にはアライメントマーク１０ｂ、１０ｃに嵌合する窪み１４ｂ、１４ｃが示されている。
【００７６】
ステップ１０５は樹脂の脱気工程であり、気圧調節装置４１ａによりチャンバー内部の気圧を下げることで、充填した樹脂に溶け込んでいた不要なガスや泡が放出させる。この操作によって、内部に泡などの欠陥が発生するのを防ぐ効果がある。充分時間がたってガスが抜けた後、気圧調節装置４１ａによりチャンバー内部の気圧を大気圧にもどしておく。
【００７７】
ステップ１０６は型締め工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を用いて型１１を基板１０の真下に移動させる。次にＺスライド４８を下げて基板１０に押し当てる。
【００７８】
この時のＸＹテーブル４２、４３の位置はアライメントマーク１０ｂ、１０ｃが形成される位置であるから、記憶しておき、後の工程で使用する。
【００７９】
ステップ１０７は硬化工程であり、充填した樹脂が熱硬化樹脂の場合は、循環型温度調節装置４６から加熱した流体を熱交換器４４に流入させ、型の温度を上昇させ、樹脂を硬化させる。硬化するのに充分な時間がたった後、循環型温度調節装置４６から常温の流体を、熱交換器４４に送り込み型の温度を常温に戻す。
【００８０】
充填した樹脂が光硬化樹脂の場合は、紫外線ランプ５２を点灯させ、紫外線によって樹脂を硬化させる。硬化するのに充分な時間がたった後、紫外線ランプ５２を消す。
【００８１】
ステップ１０８は離型工程であり、Ｚスライド４８を上昇させて部品を型からはがす。
【００８２】
このようにしてアライメントマークの成形を完了させ、次の樹脂層の成形を行う。
【００８３】
ステップ１０９は次の型の取り付け工程であり、次の型をＹテーブル４３に固定する。
【００８４】
ステップ１１０は離型材の塗布工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を移動させ、離型材塗布用スプレー５５を用いて型に離型材、例えばフッ素樹脂を塗布する。
【００８５】
ステップ１１１は樹脂の充填工程であり、Ｘテーブル４２およびＹテーブル４３を移動させ、型に設けられた部品成形用の窪みに、ディスペンサ５３からなる樹脂を充填する。この時、犠牲層となる樹脂の成形であればディスペンサ５４を用いて充填する。このように２種類のディスペンサ５３、５４を工程によって使い分ける。
【００８６】
ステップ１１２は樹脂の脱気工程であり、気圧調節装置４１ａによりチャンバー内部の気圧を下げる。すると充填した樹脂に溶け込んでいた不要なガスや泡が外に出てくる。この操作によって、内部に泡などの欠陥が発生するのを防ぐ効果がある。充分時間がたってガスが抜けた後、気圧調節装置４１ａによりチャンバー内部の気圧を大気圧にもどしておく。
【００８７】
ステップ１１３は型締め工程であり、ＸＹテーブル４２、４３をアライメントマークを成形した時のステップ１０６における位置とほぼ同じ位置に移動させる。すなわち、あらかじめ記憶しておいたデータに基づいてＸＹテーブル４２、４３を早送りし、次にＺスライド４８を下げると、アライメントマーク１０ｂ、１０ｃと型のアライメントマーク用の窪みが嵌合し、水平方向の位置が決まる。さらにＺスライド４８を押し下げると基板１０と型の突き当て面が突き当たり、上下方向の位置が決まる。この時、バックプレート５０が弾性体４９を介してＺスライド４８上に固定されているので、小さな力で水平方向に移動することができる。また、図４に示した嵌め合いテーパーの作用により、自動的に水平方向の位置が調節される。
【００８８】
ステップ１１４は硬化工程であり、充填した樹脂が熱硬化樹脂の場合は、循環型温度調節装置４６から、加熱した流体を熱交換器４４に送り込み、型の温度を上昇させ、樹脂を硬化させる。硬化するのに充分な時間がたった後、循環型温度調節装置４６から、常温の流体を熱交換器４４に送り込み、型の温度を常温に戻す。
【００８９】
充填した樹脂が光硬化樹脂の場合は、紫外線ランプ５２を点灯させて、樹脂を硬化させる。硬化するのに充分な時間がたった後、紫外線ランプ５２を消す。
【００９０】
ステップ１１５は離型工程であり、Ｚスライド４８を上昇させて、部品を型からはがす。
【００９１】
ステップ１１６では、全部の層が成形されるまでステップ１０９にもどり、上記の工程を繰り返す。
【００９２】
ステップ１１７は犠牲層を溶解する工程であり、全部の樹脂層の成形を完了した基板１０をバックプレート５０からはずし、犠牲層を溶解させる。これは、例えば犠牲層として水溶性樹脂を用いた場合は超音波振動子などを備えた水槽のなかで部品を洗浄する。
【００９３】
このようにして、複数部品からなる多層構造体が製造される。
【００９４】
部品に使用する樹脂の材質が２種類以上であれば、さらに多くのディスペンサをＺスライドに配設する。
【００９５】
また、離型が容易である場合には離型材塗布の工程を省略してもよい。
【００９６】
型と基板の位置あわせは、基板上に形成したアライメントマークと、型に設けられた位置合わせ用の窪みを嵌合させるだけでよく、高価なアライナーを必要とせず、装置コストを低減できる。また、部品全てにアライナーが読み取れるアライメントマークを形成する必要もないため、部品の製作コストを下げることができる。
【００９７】
アライナーを見ながら樹脂を硬化させる工程がないので、硬化手段として紫外線を用いる光硬化樹脂だけでなく、Ｘ線などを用いて硬化させ樹脂や型温度を昇温して硬化させる樹脂を用いることができ、さらには、焼き固めることもできるため、材料の選択範囲を広げることができる。
【００９８】
従来例のように紫外線硬化樹脂による仮止めの工程を行ってから、部品となる樹脂を硬化させる場合に比べて、仮止め工程がないため工程が簡素化できる。
【００９９】
紫外線硬化樹脂に限定する必要がないので、不透明な材料で多層構造を製作することができる。しかも２層の場合と同じ工程を繰り返すことで３層以上の多層構造を簡単に製作可能である。
【０１００】
アライメントマークの製作工程と第１層の部品の製作工程を統合することで、製作工程を簡略化し、製造コストを下げることができる。
【０１０１】
犠牲層を用いて軸受隙間などを製作することで、部品移動の可能な構造自由度を向上させることができる。
【０１０２】
金属粉またはセラミック粉を練りこんだ材質の層を焼き固め、それ以外の部分を犠牲層として蒸発除去することにより、軸受隙間など製作可能な構造自由度を大幅に向上させることができる。さらに、構造材料として焼き固めた後は金属やセラミックスとなるので、単純に樹脂を硬化させた部品とは異なり機械的強度の高い構造が製作可能となる。
【０１０３】
アライメントマークに嵌合する窪みを設けたハウジングと、層状部品を成形する中型とに分離し、両者を着脱可能に固定する型を用いることで、アライメント部を共通化し、型の製造コストを下げることができる。
【０１０４】
さらに、型と基板の位置が多少ずれていても、面取りに沿って両者の位置が自動的に調整するテーパーを設けることで、スムーズにアライメントマークの嵌合を行うことができる。これによって、型と基板の位置決め精度の必要度を下げることができるので、部品製作組立装置の製作コストを下げることができる。
【０１０５】
また、基板と部品層の位置を決めるのではなく、部品層と部品層の位置を決めるアライメントマークを用いることで、特に部品層の相対位置精度が重要な場合に組立精度が向上できる。
【０１０６】
本発明の実施態様は以下の通りである。
【０１０７】
本発明の部品製作組立方法は、複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、アライメント部材成形部を有する第１の型を用いて基体上に複数の樹脂製のアライメント部材を成形する工程と、成形された複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第１の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて基体上に第１の樹脂層を成形する工程と、成形された第１の樹脂層上に、基体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第３の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程とを有し、各樹脂層の成形工程において、前記基体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記基体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする。
【０１０８】
また、複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、アライメント部材成形部および第１の部品成形用の窪みを有する第１の型を用いて基体上に複数の樹脂製のアライメント部材および第１の樹脂層を成形する工程と、成形された第１の樹脂層上に、基体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程とを有し、前記第２層およびそれ以後の各樹脂層の成形工程において、前記基体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記基体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする部品製作組立方法でもよい。
【０１０９】
また、複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、アライメント部材成形部を有する第１の型を用いて基体上の樹脂積層体に複数の樹脂製のアライメント部材を成形する工程と、成形された複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第１の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて樹脂積層体上に第１の樹脂層を成形する工程と、成形された第１の樹脂層上に、樹脂積層体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第３の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程とを有し、各樹脂層の成形工程において、前記樹脂積層体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記樹脂積層体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする部品製作組立方法でもよい。
【０１１０】
前記所定の複数層の樹脂層のうちの少なくとも１層が犠牲層であって、前記所定の複数層を成形後に前記犠牲層を溶解除去するとよい。
【０１１１】
前記所定の複数層のうちの犠牲層となる樹脂層を除く残りの樹脂層が金属またはセラミックの粉末を含有し、前記所定の複数層を成形後に加熱することで、前記犠牲層を蒸発除去し、前記粉末を焼き固めてもよい。
【０１１２】
少なくとも１個の型が、前記複数のアライメント部材に係合するアライメント部を有するハウジングと、部品成形用の窪みを有する中型と、前記中型を前記ハウジングに対して着脱自在に取り付ける取付手段を有するとよい。
【０１１３】
前記複数のアライメント部材がそれぞれ円柱形状を有し、各型のアライメント部が、少なくとも１個のアライメント部材を嵌合させる円筒穴と、残りのアライメント部材を摺動自在に係合させる溝部とを有し、前記円筒穴および前記溝部にテーパー形状の面取り部が設けられているとよい。
【０１１４】
本発明の部品製作組立装置は、ベースの表面に沿って２次元的に移動自在であるＸＹテーブルと、前記ＸＹテーブル上に複数の型を交互に着脱自在に固定保持するための型保持手段と、前記型保持手段に付設された温調手段と、前記ＸＹテーブルに垂直な方向に往復移動自在であるＺテーブルと、前記Ｚテーブルに弾性材を介して支持された、基体を着脱自在に保持するための基体保持手段と、前記Ｚテーブルに支持された離型材塗布手段と、前記基体上に、前記型との間の位置合わせを行う樹脂製のアライメント部材および複数の樹脂層を成形するための樹脂を供給する樹脂供給手段と、周囲の雰囲気圧力を調整する雰囲気圧力調整手段と、前記ＸＹテーブル、前記温調手段、前記Ｚテーブル、前記離型材塗布手段、前記樹脂供給手段および前記雰囲気圧力調整手段を所定のプログラムに従って制御するためのコントローラと、を有することを特徴とする。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【０１１６】
半導体プロセスに用いる精密なアライナー等を必要とすることなく、複数の部品となる樹脂層を成形する成形装置上においてまず樹脂製のアライメント部材を基体と一体に成形し、アライメント部材の嵌め合いによる簡単な位置合わせによって各部品を成形し積層することで、部品の製作および組立を効率的かつ安価に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による部品製作組立方法を説明する工程図である。
【図２】第１の実施の形態に用いる２つの型構造を説明する図である。
【図３】アライメントマークとこれを嵌合させる窪みを説明する図である。
【図４】第１の実施の形態に用いる型の変形例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態による部品製作組立方法を説明する工程図である。
【図６】第３の実施の形態による部品製作組立方法を説明する工程図である。
【図７】第１ないし第３の実施の形態に用いる装置を説明する図である。
【図８】第１の実施の形態による動作フローを説明するシーケンス図である。
【図９】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１ シャフト
２ 歯車
２ｂ、２ｃ、１０ｂ、１０ｃ アライメントマーク
３ 止め輪
４ キャップ
１０ 基板
１１〜１６、２１、３１〜３３ 型
１１ｂ、１１ｃ、２１ｂ、２１ｃ、３１ｆ、３１ｇ アライメントマーク成形用の窪み
１２ｂ〜１６ｂ、１２ｃ〜１６ｃ、２０ｂ、２０ｃ、２１ｂ、２１ｃ、３１ｂ〜３３ｂ、３１ｃ〜３４ｃ 位置合わせ用の窪み
１１ｄ〜１６ｄ、２０ｄ、２１ｄ、３１ｄ〜３３ｄ 突き当て面
１２ａ〜１６ａ、２０ａ、２１ａ、３２ａ、３３ａ 部品成形用の窪み
２０ ハウジング
２２ 中型
４０ ベース
４１ チャンバー隔壁
４１ａ 気圧調節装置
４２ Ｘテーブル
４３ Ｙテーブル
４４ 熱交換器
４６ 循環型温度調節装置
４７ コラム
４８ Ｚスライド
４９ 弾性体
５０ バックプレート
５１ 窓
５２ 紫外線ランプ
５３、５４ ディスペンサ
５５ 離型材塗布用スプレー
Claims (2)
- 複数部品からなる組立構造体を製造するための部品製作組立方法であって、
アライメント部材成形部を有する第１の型を用いて基体上に複数の樹脂製のアライメント部材を成形する工程と、
成形された複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第１の部品成形用の窪みを有する第２の型を用いて基体上に第１の樹脂層を成形する工程と、
成形された第１の樹脂層上に、基体の複数のアライメント部材に嵌合するアライメント部と第２の部品成形用の窪みを有する第３の型を用いて第２の樹脂層を成形する工程と、
第３層以上所定の複数層まで、第２の樹脂層と同様に繰り返し樹脂層を成形する工程と、を有し、
各樹脂層の成形工程において、前記基体の前記複数のアライメント部材を各型の前記アライメント部に嵌合させることで、前記基体と各型の位置合わせを行うことを特徴とする部品製作組立方法。 - ベースの表面に沿って２次元的に移動自在であるＸＹテーブルと、
前記ＸＹテーブル上に複数の型を交互に着脱自在に固定保持するための型保持手段と、
前記型保持手段に付設された温調手段と、
前記ＸＹテーブルに垂直な方向に往復移動自在であるＺテーブルと、
前記Ｚテーブルに弾性材を介して支持された、基体を着脱自在に保持するための基体保持手段と、
前記Ｚテーブルに支持された離型材塗布手段と、
前記基体上に、前記型との間の位置合わせを行う樹脂製のアライメント部材および複数の樹脂層を成形するための樹脂を供給する樹脂供給手段と、
周囲の雰囲気圧力を調整する雰囲気圧力調整手段と、
前記ＸＹテーブル、前記温調手段、前記Ｚテーブル、前記離型材塗布手段、前記樹脂供給手段および前記雰囲気圧力調整手段を所定のプログラムに従って制御するためのコントローラと、を有することを特徴とする部品製作組立装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003117787A JP2004322386A (ja) | 2003-04-23 | 2003-04-23 | 部品製作組立方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003117787A JP2004322386A (ja) | 2003-04-23 | 2003-04-23 | 部品製作組立方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004322386A true JP2004322386A (ja) | 2004-11-18 |
Family
ID=33497533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003117787A Pending JP2004322386A (ja) | 2003-04-23 | 2003-04-23 | 部品製作組立方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004322386A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007183047A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Jms Co Ltd | 熱交換器、熱交換器の製造方法及び人工心肺装置の製造方法 |
| CN114400189A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-04-26 | 深圳市铨天科技有限公司 | 一种存储芯片的固化封装设备 |
-
2003
- 2003-04-23 JP JP2003117787A patent/JP2004322386A/ja active Pending
Cited By (3)
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| JP4622862B2 (ja) * | 2006-01-06 | 2011-02-02 | 株式会社ジェイ・エム・エス | 熱交換器、熱交換器の製造方法及び人工心肺装置の製造方法 |
| CN114400189A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-04-26 | 深圳市铨天科技有限公司 | 一种存储芯片的固化封装设备 |
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