JP2004323666A - 接合方法、接合装置及び該接合装置を用いた部品接合装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エネルギ線硬化型接着剤の特徴であるハイタクトや簡易性を維持し、エネルギ線照射の屈折、反射、散乱の影響を無視でき、かつ硬化タイミングの制御や複数の方向または複数の部品の硬化収縮による部品の位置ずれを個別に制御し、接着接合を高精度化する接合方法および装置を提供することにある。
【解決手段】エネルギ線硬化型接着剤３を使用して被着物１と接着物２の接合面２ａを接合する接合方法において、前記接合面２ａに、硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを塗布し、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにエネルギ帯が異なる複数のエネルギ線を照射８ａ、８ｂ、８ｖ、８ｄして接着硬化させる接合方法。
【選択図】 図１
【解決手段】エネルギ線硬化型接着剤３を使用して被着物１と接着物２の接合面２ａを接合する接合方法において、前記接合面２ａに、硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを塗布し、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにエネルギ帯が異なる複数のエネルギ線を照射８ａ、８ｂ、８ｖ、８ｄして接着硬化させる接合方法。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応速度が速く硬化時間が大幅に短縮される接合技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反応速度が速く硬化時間が大幅に短縮される部品を接着する接着剤およびそれを利用した接着方法は従来から種々知られている（例えば、特許文献１乃至１０参照）。
一般に部品を接着する接着剤としては、熱硬化型、嫌気硬化型、光（紫外線、可視光等）硬化型などが代表的で、これらのうちの幾つかの性質を兼ね備えたものもある。その中でも熱硬化型樹脂やエネルギ線硬化型樹脂に代表される硬化型樹脂は、反応速度が速く硬化時間が大幅に短縮されることから、生産工程を高効率化する目的で様々な分野で利用されている。
とくに光学部品をはじめとしたハイタクト化されている部品接合では、一般的に、光硬化型の中でも紫外線（ＵＶ）硬化型の接着剤を使用して接合する場合が多い（熱硬化型の場合は、オーブン等で熱を加える工程が必要であり、ハイタクト化の妨げになることや、部品によっては熱を許容できないものも存在するためであり、また嫌気硬化型は硬化プロセスの特徴から制限された接着構造とする必要があるため）。
しかし硬化のさい、どのタイプの接着剤でも体積収縮（硬化収縮）による応力（硬化収縮力）が発生するという問題がよく知られている。一般に、アクリル系紫外線硬化性樹脂は５〜１０％、エポキシ系紫外線硬化性樹脂は２〜５％程度硬化収縮し、収縮量に比例して硬化収縮力が増加する。
この硬化収縮力による影響は接着強度的には僅かな低下しかなくても、精密組み立てにおいて大きな課題であり、高精度な調整後に硬化収縮の影響で、調整した位置にずれが生じ、精密組立の機能を阻害する可能性がある。
【０００３】
上述した特許文献１は、紫外線照射強度むらを検出し、透過光制御部にてその強度むらをなくすよう制御して硬化収縮の均一性を向上させ、光学部品が本来有する面精度を維持した状態で接合する技術を開示している。
上述した特許文献２は、接着剤の粘度を低下させ、加圧して、接着剤層を薄くかつ均一にすることにより、接着剤の硬化収縮や温度変化による体積変化が小さく均一に起こるように工夫している技術を開示している。
上述した特許文献３は、複数のレンズを接合する接着剤の硬化に伴う接合層の収縮に追従してレンズを押圧しながら接合し、収縮に起因した応力を低減させる技術を開示されている。
上述した特許文献４は、平均粒径１０μｍ以下の酸化物セラミック微粒子を添加して接着剤そのものの硬化収縮や温度変化による体積変化が小さくなるように工夫している技術を開示している。
上述した特許文献５は、予め接着剤で作った一定高さの位置規制柱を用いて部材間のギャップを規制した後、接着剤を硬化して接着層の厚さを一定にする技術を開示している。
上述した特許文献６は、熱収縮樹脂を紫外線硬化型樹脂の中に含有させ、紫外線照射による硬化と熱による収縮の発生タイミングをそれぞれ制御することで実装の信頼性を確保する技術を開示している。
上述した特許文献７は、紫外線発生部前面に位置する光学装置により紫外線照射方向を特定し、一方の面に紫外線照射した後に照射方向を変更して、他方の面に紫外線照射して固定する技術を開示している。
上述した特許文献８は、接着物と被着物の間に中間保持部材を設け、充填接着並みの調整しろを許容して、薄い接着剤層のため、接着剤の硬化収縮や温度変化による体積変化が小さくなるように工夫している技術を開示している。
上述した特許文献９は、粒径と密度を揃えた充填剤を添加し、接着剤そのものの硬化収縮や温度変化による体積変化が小さくなるように工夫している技術を開示している。
上述した特許文献１０は、接着物と被着物および接着部の構造を工夫し、接着剤塗布と同時に硬化することにより、２部材近傍の接着剤から硬化して２部材間の相対位置が硬化収縮の影響を受けにくくする技術を開示している。
また、被着物と接着物との位置合わせをした後に、エネルギ線硬化型接着剤の硬化収縮を制御して硬化収縮時の応力を相殺し、被着物に対する接着物の相対的な位置を保持して接着硬化を行うことも研究されている。
【特許文献１】特開２００１−３５００７２公報
【特許文献２】特開２０００−０９０４８１公報
【特許文献３】特開平０９−１９７１０５号公報
【特許文献４】特開平０７−２０１０２８号公報
【特許文献５】特開平０５−３０２０６６号公報
【特許文献６】特開平０５−０４１４０８号公報
【特許文献７】特許第２６３６６２７号公報
【特許文献８】特開平１０−３０９８０１号公報
【特許文献９】特開平１０−１２１０１３号公報
【特許文献１０】特開平０８−２０９０７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術において、特許文献２では、基本的に面接着であり接着構造が限定される上、接着剤の塗布むらや照射強度分布の違いによる硬化むらが考慮されていないため、硬化収縮による位置ずれを回避できない可能性がある。
また、特許文献８では、接着構造が限定される上、間接接着であるため別部品を必要とし、接着箇所が増えるという不具合がある。この方法でも接着剤の塗布むらや照射強度分布の違いによる硬化むらが考慮されていないため、硬化収縮による位置ずれを回避できない可能性がある。
特許文献４、特許文献８、特許文献９では、接着剤量が増えれば比例的に硬化収縮量が増え、部品の位置ずれが大きくなる。接着形態にも部品位置ずれ量が寄与してしまうという不具合がある。
特許文献１では、接着構造が基本的に面接着に限定されてしまうという問題と、接着剤の塗布むらがある場合には、硬化収縮による位置ずれを回避できない可能性がある。特許文献３、特許文献１０、特許文献５、および特許文献７でも、接着構造が限定され、汎用的な高精度ＵＶ接着方法にはなり得ない。
これらの問題を解決する従来技術として、接着剤の硬化収縮を利用して位置制御させる方法が研究されている。しかし、この研究では、被着物と接着物の接着のさいに、エネルギ線照射を特定の接着箇所に集光させ接着物を硬化させるが、被着物と接着物が小さくなるにつれてエネルギ線照射を特定の接着箇所に集光させることが難しくなり、被着物からの反射または散乱の影響で他の接着箇所にエネルギ線が漏れてしまう。
また接着物がガラスやプラスティック等の透明体であれば、反射または散乱の影響に加えてエネルギ線が被着体を透過した際の屈折の影響で他の接着箇所にエネルギ線が漏れてしまう。
これでは、硬化収縮させようとする接着箇所以外にも硬化収縮が起こり、位置決めしたい本来の場所からずれてしまう可能性がある。これは制御性に重大な影響を及ぼしてしまい、高精度に位置決めすることができない不具合がある。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、エネルギ線硬化型接着剤の特徴であるハイタクトや簡易性を維持し、エネルギ線照射の屈折、反射、散乱の影響を無視でき、かつ硬化タイミングの制御や複数の方向または複数の部品の硬化収縮による部品の位置ずれを個別に制御し、接着接合を高精度化する接合方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面接合する接合方法において、前記接合面に、硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤を塗布し、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤にエネルギ帯が異なる複数のエネルギ線を照射して接着硬化させる接合方法を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記接合面が複数の接着箇所を備え、前記接着箇所に、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤を塗布する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記接合面での相対的な並進移動方向が正負の関係にある前記接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記接合面での相対的な面内回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記接合面での相対的な面外回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記エネルギ線の照射領域が前記接合面全面を包含するようにして照射する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測し、位置計測情報に基づいて複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする請求項６記載の接合方法を主要な特徴とする。
【０００６】
請求項８記載の発明では、エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面接合する接合装置において、前記接合面に塗布する硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤と、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、接着硬化のために前記複数のエネルギ線硬化型接着剤に照射するエネルギ帯が異なる複数のエネルギ線と、前記複数種のエネルギ線照射手段と、複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段とを備える接合装置を最も主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面接合する部品接合装置において、前記接合面の接着箇所に複数種のエネルギ線硬化型接着剤を塗布する塗布手段と、複数種のエネルギ線を照射するエネルギ線照射手段と、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、前記エネルギ線照射手段の照射強度を制御する照射強度可変手段と、前記位置計測手段の情報を基に前記エネルギ線照射強度可変手段を制御する制御手段と、前記位置計測手段による位置ずれ情報に基づいて保持して接着硬化を行う制御手段とを備える部品接合装置を最も主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、前記エネルギ線照射手段が電磁波の領域にあり、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタを切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射する請求項１ないし６記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明では、前記エネルギ線照射手段が、白色光源照射手段と、複数種のエネルギ線硬化型接着剤の硬化に寄与する吸収波長に対応した波長選択フィルタと、波長選択フィルタを切り換える波長選択フィルタ切り替え手段とを備えた請求項９記載の部品接合装置を主要な特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第１の実施の形態を示す概略図である。
この実施の形態ではエネルギ線硬化型接着剤（例えば、光硬化型接着剤（ＵＶ硬化型接着剤、可視光硬化型接着剤）、放射線硬化型接着剤、Ｘ線硬化型接着剤）を対象として説明する。
通常、被着物に接着物を、例えばＵＶ硬化型接着剤にて接着接合する場合、接着剤を２部材の界面すなわち接合面２ａに塗布し、これにＵＶ（紫外線）光を照射することにより接着剤が硬化して接着される。
この接着剤硬化時には、硬化収縮現象が発生し、一般のアクリル系紫外線硬化性樹脂は５〜１０％、エポキシ系紫外線硬化性樹脂は２〜５％前後収縮する。接着剤塗布を複数点で行う場合はこの硬化収縮が各接着点で発生する。この硬化収縮により引張応力を生じる。
【０００８】
図１において、接合装置は、被着物１、接着物２、接合面２ａ、エネルギ硬化型接着剤３、硬化箇所４、接着位置認識手段５、制御部６、エネルギ線照射制御手段７、エネルギ線を出射するエネルギ線照射手段８、照射エネルギ可変手段９、および接着剤塗布手段１１を示している。
そこで、硬化エネルギを制御して、硬化収縮力を相殺することによって位置調整後の接着による位置ずれを防止して極めて高精度な接着接合を可能としたり、逆に硬化収縮力を接着物の移動に積極的に利用して微小な位置調整を行った後に、硬化収縮力を相殺することによって位置調整後の接着による位置ずれを防止して極めて高精度な接着接合を可能とするものである。
被着物１と接着物２の各接合面２ａに、硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤３を塗布し、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤３に、エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線を照射して接着硬化させることによって、互いの接着剤に硬化エネルギが干渉することなく硬化エネルギを制御することが可能となる。
したがって硬化収縮力を相殺することによって位置調整後の接着による位置ずれを防止して極めて高精度な接着接合を可能としたり、逆に硬化収縮力を接着物の移動に積極的に利用して微小な位置調整を行った後に、硬化収縮力を相殺することによって位置調整後の接着による位置ずれを防止して極めて高精度な接着接合を可能とするものである。
【０００９】
図２は本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第２の実施の形態を示す概略図である。上記を満たす実施の形態である位置制御型接着接合装置は、被着物１と接着物２との位置合わせをした後に、エネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを用いて被着物１に接着物２を接合する。
この装置は、被着物１と接着物２との接合面２ａを接合するためのエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの接着剤塗布手段１１と、エネルギ線硬化型接着剤を硬化するためのエネルギ線照射手段８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと、被着物１と接着物２との相対的な位置を計測する計測手段である接着物位置認識手段５を備えている。
さらに、被着物１と接着物２との接合に寄与する複数の硬化箇所４で発生する硬化収縮力を、エネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに与えられるエネルギ線照射手段８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄから照射されるエネルギ線の強度等を変化させることにより制御するエネルギ線照射制御手段７と、硬化収縮力により発生する接着物にかかる応力を互いに相殺し、被着物１に対する接着物２の相対的な位置を接着物位置認識手段５による位置ずれ情報に基づいて保持して接着硬化を行う制御手段（制御部）６とを備えている。
吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、光硬化型接着剤（ＵＶ硬化型接着剤、可視光硬化型接着剤）、放射線硬化型接着剤、Ｘ線硬化型接着剤）を対象としており、吸収エネルギ帯（波長）が重ならない種類で構成されている。
【００１０】
図３は本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第３の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態において構成要素は図２の構成要素とほぼ同一であるが、エネルギ線の照射領域が接合面２ａ全面を包含するように照射するエネルギ線照射手段８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄおよび照射エネルギ可変手段９を配置している点が異なっている。
被着物１は、ガラス板、セラミックス板、金属板等の光学ベースから構成されている。また、接着物２はレンズ、回折格子、ミラー等の光学素子、受光素子、発光素子、ＣＣＤ等の固体撮像素子等の光学部品から構成されている。
硬化箇所４は、図２では、４箇所のエネルギ線硬化型接着剤３の各々に１つの硬化箇所が対応しているが、１つのエネルギ線硬化型接着剤３に複数の硬化箇所があってもよい。例えば、図２で複数のエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを矩形リング状に連続させた場合には１つのエネルギ線硬化型接着剤３に複数の硬化箇所４となる。
接着剤塗布手段１１は、被着物１と接着物２とを接合するためのエネルギ線硬化型接着剤３を塗布する塗布シリンジ等と図示しないシリンジ移動手段とを備えており、接着剤塗布手段１１として複数種類の接着剤を塗布する手段を有している構成となっている。また、接着剤塗布手段として任意量の接着剤を塗布する手段を備えていても良い。
【００１１】
エネルギ線照射手段８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、エネルギ線硬化型接着剤３の硬化エネルギ帯を放射するエネルギ線源と、エネルギ線源から放射されたエネルギ線を反射する反射鏡と、反射されたエネルギ線を所定位置まで導光する光ファイバと、導光されたエネルギ線を硬化箇所に照射する集光レンズまたは発散レンズと、照射エネルギ可変手段とを備えている。
照射強度（エネルギ）可変手段９として、例えば、透過光量可変フィルタである濃度可変フィルタで透過光量を調整できる。また、液晶を用いた場合は電圧調整により透過光量を調整できる。また、機械式でフィルタを回転させることにより透過光量を調整するものも用いることができる。
さらに、偏光フィルタを組み合わせて偏光軸を傾けるようにしてもよい。また、エネルギ線源自体に強度をプログラマブルに変えることができるものも市販されている。反射鏡からファイバに入射するエネルギ線を絞り手段で絞るものもある。さらに、エネルギ線源自体の放射エネルギを電気的に制御することもできる。
エネルギ線照射制御手段７は、必要に応じて、エネルギ線照射手段８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを個別にオン／オフすることができる機能（手段）、照射箇所を可変できる機能（手段）、個別に照射強度を可変できるように制御する機能（手段）、個別に照射面積を制御する機能（手段）を有している。
【００１２】
図４は接着物位置認識手段としてのＣＣＤ等からなる位置検出手段を示す概略図である。接着物位置認識手段５（５ａ）としてのＣＣＤ等の位置検出手段は、被着物１と接着物２との相対的な位置を計測するためのものである。
図５は予め被着物と接着物に設けられるアライメントマークの実施の形態を示す概略図である。図６は予め接着物に設けられるアライメントマークの実施の形態を示す概略図である。図７は図５と図６のアライメントマークを示す概略図である。
予め被着物１と接着物２にアライメントマーク１３ａ、１３ｂを設けておき、接着物２の位置を上から位置検出手段で画像を撮影してアライメントマーク１３ａ、１３ｂの相対位置を認識しておき、被着物１と接着物２との位置ずれを検出して接着物の位置を認識する。
図８は接着物が回折格子の場合の接着物位置認識手段を示す概略図である。この場合には、接着物位置認識手段５としての受光素子等の位置検出手段５ａは、２分割受光素子、４分割受光素子等の受光素子を用いることにより、接着物２に光を透過させて透過光を受光素子で受光した光学信号によってその位置を認識する。
また、接着物２がミラーの場合には、同様に受光素子を用いることにより、接着物２に光を反射させて反射光を受光素子で受光した光学信号によってその位置を認識する。
図９は接着物がレンズの場合の接着物位置認識手段を示す概略図である。この場合には、レンズ１２の集光点近傍にＣＣＤ等の位置検出手段５ａを配置して、スポット径、ＭＴＦ等からレンズ１２の位置を認識する。
図１０は位置制御型接着接合装置に備える制御手段の制御フローを示すフローチャートである。制御手段６は、計測した位置ずれ情報に基づいてエネルギ線光の照射を制御するフィードバック制御手段を有する（制御アルゴリズム）ものである。
先ず、被着物１、接着物２、複数のエネルギ線硬化型接着剤３を調整することによって所定の位置にセットする（ステップＳ１）。次に、接着剤ごとの照射条件と移動位置（保持したい場合は０）の条件をセットする（ステップＳ２）。次に、硬化箇所４に各エネルギ線照射を行う（ステップＳ３）。
次に、現在の各エネルギ線積算光量を算出する（ステップＳ４）。次に、算出された積算光量と予め設定されている硬化が終了する積算光量とを比較して、積算光量が設定値（硬化が終了する積算光量）に到達したかどうか判定し（ステップＳ５）、すべての積算光量が設定値に達していない場合には、接着物２と被着物１との相対的な位置を検出する（ステップＳ６）。
次に、ステップＳ６の検出情報に基づいて移動位置との位置ずれがあるかどうかを判定する（ステップＳ７）。位置ずれ無い場合にはステップＳ３に戻り、位置ずれが有る場合には、照射条件（各エネルギ線照射バランス）を変更する（ステップＳ８）。この照射条件の変更は、例えばエネルギ線強度可変器（フィルタ）や各エネルギ線照射のオン、オフにて強度に偏りをつける。
【００１３】
図１１は複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段を備える接合装置の照射強度および変位量を示す図である。図１２は図１１の特性を得るのに使用する接合装置を部分的に示す平面図である。図１３は図１２の接合装置の正面図である。
図１１ないし図１３ではこの接合装置の１軸方向のみ動作させる場合の様子を示している。この場合、初期の位置を保持する制御を２つのエネルギ線照射手段８ａ、８ｂのオン、オフにて行っており、これにより照射させる干渉フィルタが考えられる。
さらに、これらの図には被着物１、接着物２およびエネルギ線硬化型接着剤３が示され、位置ずれを回避している。ただし、接着剤ごとに粘度、収縮率、硬化速度は異なるので、予めそれらの特性を考慮して、エネルギ線照射強度の初期設定を変える必要がある。
接着剤の硬化に伴う硬化反応は、初期が最も大きく、後期の変化は非常に小さい。これは、初期の硬化収縮が大きく、後期ではほとんど硬化収縮していないことを意味している。よって上記のような方法は、使用接着剤の硬化収縮を利用して接着物２を移動させているため、接着剤の硬化収縮に伴い、接着物２を引っ張る移動量と応力が少なくなる。
また、照射による積算光量が増加するほど接着物２への応力は増加するので、照射強度が大きいほど、接着剤の硬化が進み接着物２にかかる応力が増大し、照射強度が小さいほど硬化が進行せず、接着物２にかかる応力が増加しない。
よって、位置制御を行うさいには、硬化の初期に粗調整を行い、硬化の後期に微調整を行い完全に調整を終了するように制御することが必要となる。また、このような硬化反応を反映し、硬化後期は接着物を固定し、別の工程に移し、その後完全硬化させることも可能である。
【００１４】
図１４は接着形態の第１の実施例を説明する平面図である。図１５は図１４の第１の実施例の正面図である。図１４および図１５は接着物２と被着物１の面内での位置を高精度に確保したい場合に使用される接着形態である。面接着を示している。
図１６は接着形態の第２の実施例を説明する平面図である。図１７は図１６の第２の実施例の正面図である。接着物２と被着物１の傾きを高精度に確保したい場合に望ましい接着形態である。また、この第２の実施例では接着物２と被着物１との対向する面間の傾き調整にも適用することができる。他の条件がある場合はそれを考慮して適宜形態を決めればよい。
図１８は接着形態の第３の実施例を説明する平面図である。図１９は図１８の第２の実施例の正面図である。図１８および図１９は接着物２と被着物１の面内での位置を高精度に確保したい場合に使用される接着形態である。
図１８および図１９は充填接着の接着形態を示している。塗布形態としては、接合面の複数の接着箇所に吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤３を塗布するものであり、調整したい方向によって以下の形態が挙げられる。
図２０はＸＹ方向への調整を説明する接着形態の平面図である。図２１は図２０の接着形態の正面図である。図２０および図２１に示すようにＸＹ方向に調整を行いたい場合には、接合面での相対的な並進移動方向が正負の関係にある接着箇所４に吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を塗布すればよい。
図２２はα方向への調整を説明する接着形態の平面図である。図２３は図２２の接着形態の正面図である。図２２および図２３に示すようにα方向に調整を行いたい場合には、接合面での相対的な面内回転移動方向が正負の関係にある接着箇所４に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤３（３ａ、３ｂ）を塗布すればよい。
【００１５】
図２４はβ、γ方向への調整を説明する接着形態の平面図である。図２５は図２４の接着形態の正面図である。図２４および図２５に示すようにβ、γ方向に調整を行いたい場合には、接合面での相対的な面外回転移動方向が正負の関係にある接着箇所４に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を塗布すればよい。
エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線の照射領域を、接合面全面を包含するようにして照射して、調整方向の硬化収縮力を制御するものである。
エネルギ線源は電磁波の領域にあり、白色光源照射手段と、複数種のエネルギ線硬化型接着剤３の硬化に寄与する吸収波長に対応した波長選択フィルタ（図示せず）と、波長選択フィルタを切り換える波長選択フィルタ切り換え手段（図示せず）を備え、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタ（図示せず）を切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射するものである。
白色光源照射手段（エネルギ照射手段）は、例えば、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等のランプ（図示せず）で構成されており、白色光源から放射された白色光を反射する反射鏡（図示せず）と、反射された白色光を所定位置まで導光する光ファイバ（図示せず）と、導光された白色光を硬化箇所に照射する集光レンズまたは発散レンズ（図示せず）と、照射エネルギ可変手段とを備えている。
波長選択フィルタとしては、例えば、所定の光の波長の１／４の光学的厚さを有する薄膜を積層し、その内部で生じる干渉により特定波長領域の光のみを透過または反波長選択フィルタ切り換え手段としては、機械式で複数の波長選択フィルタを回転させることにより切り換えるものが考えられる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、エネルギ線照射の屈折、反射、散乱の影響を無視して、互いの接着箇所に干渉することなく任意の接着箇所の硬化制御をすることができ、それぞれの接着箇所の応力を相殺して被着物と接着物の相対位置を保持することでエネルギ線硬化型接着剤での高精度な接着接合が可能となる。
また、それぞれの接着箇所の応力のバランスを制御して被着物と接着物の相対位置を任意に移動したりすることで、調整用のアクチュエータ機能を接着硬化プロセスに持たせることができ、アクチュエータレスの部品調整接合システムを実現できる。
請求項２によれば、エネルギ線照射の屈折、反射、散乱の影響を無視して、互いの接着箇所に干渉することなく任意の接着箇所の硬化制御をすることができ、それぞれの接着箇所の応力を相殺して被着物と接着物の相対位置を保持することでエネルギ線硬化型接着剤での高精度な接着接合が可能となる。
また、それぞれの接着箇所の応力のバランスを制御して被着物と接着物の相対位置を任意に移動したりすることで、調整用のアクチュエータ機能を接着硬化プロセスに持たせることができ、アクチュエータレスの部品調整接合システムを実現できる。
請求項３によれば、接合面での相対的な並進移動方向が正負の関係にある接着箇所に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤を塗布するので、並進移動方向において接合方法が実現できる。
請求項４によれば、接合面での相対的な面内回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤を塗布するので、面内回転移動方向において接合方法が実現できる。
請求項５によれば、接合面での相対的な面外回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤を塗布するので、面外回転移動方向において接合方法が実現できる
請求項６によれば、エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線の照射領域は、接合面全面を包含するようにして照射するので、接着箇所全体にエネルギ線照射すればよいので、使用するエネルギ線源だけ用意すればよく、接着箇所ごとに複数のエネルギ線源または複数のファイバと接着箇所ごとにエネルギ線のスポットを絞る複数の集光レンズが不要であり、構造が簡単であり、コストの削減が可能となり、また、集光レンズでは絞りきれない微小な接着物での接合方法が実現できる。
【００１７】
請求項７によれば、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測し、位置計測情報に基づいて複数種のエネルギ線の照射強度を可変にするので、被着物と接着物の相対位置を保持することでエネルギ線硬化型接着剤での高精度な接着接合が可能となる。
請求項８によれば、被着物と接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、複数種のエネルギ線を照射するエネルギ線照射手段と、複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段と、を備え、被着物と接着物との相対的な位置を計測し、位置計測情報に基づいて複数種のエネルギ線の照射強度を可変にするので、上述した接合方法が実現できる。
請求項９によれば、被着物と接着物の接合面の接着箇所に複数種のエネルギ線硬化型接着剤を塗布する塗布手段と、複数種のエネルギ線を照射するエネルギ線照射手段と、被着物と接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、前記エネルギ線照射手段の照射強度を制御する照射強度可変手段と、前記位置計測手段の情報を基に前記エネルギ線照射強度可変手段を制御する制御手段とを備えるので、上述した接合方法が実現できる。
請求項１０によれば、前記エネルギ線源は電磁波の領域にあり、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタを切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射するので、使用するエネルギ線源を一つだけ用意すればよく、接着箇所ごとに複数のエネルギ線源が不要で、構造が簡単で、コストの削減が可能となる。
請求項１１によれば、前記エネルギ線源は、白色光源照射手段と、複数種のエネルギ線硬化型接着剤の硬化に寄与する吸収波長に対応した波長選択フィルタと、波長選択フィルタを切り換える波長選択フィルタ切り替え手段とを備え、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタを切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射するので、使用するエネルギ線源を一つだけ用意すればよく、接着箇所ごとに複数のエネルギ線源が不要で、構造が簡単で、コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第１の実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第２の実施の形態を示す概略図である。
【図３】本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第３の実施の形態を示す概略図である。
【図４】接着物位置認識手段としてのＣＣＤ等からなる位置検出手段を示す概略図である。
【図５】予め被着物と接着物に設けられるアライメントマークの実施の形態を示す概略図である。
【図６】予め接着物に設けられるアライメントマークの実施の形態を示す概略図である。
【図７】図５と図６のアライメントマークを示す概略図である。
【図８】接着物が回折格子の場合の接着物位置認識手段を示す概略図である。
【図９】接着物がレンズの場合の接着物位置認識手段を示す概略図である。
【図１０】位置制御型接着接合装置に備える制御手段の制御フローを示すフローチャートである。
【図１１】複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段を備える接合装置の照射強度および変位量を示す図である。
【図１２】図１１の特性を得るのに使用する接合装置を部分的に示す平面図である。
【図１３】図１２の接合装置の正面図である。
【図１４】接着形態の第１の実施例を説明する平面図である。
【図１５】図１４の第１の実施例の正面図である。
【図１６】接着形態の第２の実施例を説明する平面図である。
【図１７】図１６の第２の実施例の正面図である。
【図１８】接着形態の第３の実施例を説明する平面図である。
【図１９】図１８の第３の実施例の正面図である。
【図２０】ＸＹ方向への調整を説明する接着形態の平面図である。
【図２１】図２０の接着形態の正面図である。
【図２２】α方向への調整を説明する接着形態の平面図である。
【図２３】図２２の接着形態の正面図である。
【図２４】β、γ方向への調整を説明する接着形態の平面図である。
【図２５】図２４の接着形態の正面図である。
【符号の説明】
１ 被着物、２ 接着物、２ａ 接合面、３ エネルギ線硬化型接着剤、３ａ第１エネルギ線硬化型接着剤、３ｂ 第２エネルギ線硬化型接着剤、３ｃ 第３エネルギ線硬化型接着剤、３ｄ 第４エネルギ線硬化型接着剤、４ 硬化箇所、５ 接着物位置認識手段（計測手段、位置検出手段）、５ａ 第１接着物位置認識手段、５ｂ 第２接着物位置認識手段、５ｃ 第３接着物位置認識手段、６制御手段、７ エネルギ線照射制御手段、８ エネルギ線照射手段（白色光源照射手段）、８ａ 第１エネルギ線照射手段、８ｂ 第２エネルギ線照射手段、８ｃ 第３エネルギ線照射手段、８ｄ 第４エネルギ線照射手段、９ 照射エネルギ可変手段、１１ 接着剤塗布手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応速度が速く硬化時間が大幅に短縮される接合技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反応速度が速く硬化時間が大幅に短縮される部品を接着する接着剤およびそれを利用した接着方法は従来から種々知られている（例えば、特許文献１乃至１０参照）。
一般に部品を接着する接着剤としては、熱硬化型、嫌気硬化型、光（紫外線、可視光等）硬化型などが代表的で、これらのうちの幾つかの性質を兼ね備えたものもある。その中でも熱硬化型樹脂やエネルギ線硬化型樹脂に代表される硬化型樹脂は、反応速度が速く硬化時間が大幅に短縮されることから、生産工程を高効率化する目的で様々な分野で利用されている。
とくに光学部品をはじめとしたハイタクト化されている部品接合では、一般的に、光硬化型の中でも紫外線（ＵＶ）硬化型の接着剤を使用して接合する場合が多い（熱硬化型の場合は、オーブン等で熱を加える工程が必要であり、ハイタクト化の妨げになることや、部品によっては熱を許容できないものも存在するためであり、また嫌気硬化型は硬化プロセスの特徴から制限された接着構造とする必要があるため）。
しかし硬化のさい、どのタイプの接着剤でも体積収縮（硬化収縮）による応力（硬化収縮力）が発生するという問題がよく知られている。一般に、アクリル系紫外線硬化性樹脂は５〜１０％、エポキシ系紫外線硬化性樹脂は２〜５％程度硬化収縮し、収縮量に比例して硬化収縮力が増加する。
この硬化収縮力による影響は接着強度的には僅かな低下しかなくても、精密組み立てにおいて大きな課題であり、高精度な調整後に硬化収縮の影響で、調整した位置にずれが生じ、精密組立の機能を阻害する可能性がある。
【０００３】
上述した特許文献１は、紫外線照射強度むらを検出し、透過光制御部にてその強度むらをなくすよう制御して硬化収縮の均一性を向上させ、光学部品が本来有する面精度を維持した状態で接合する技術を開示している。
上述した特許文献２は、接着剤の粘度を低下させ、加圧して、接着剤層を薄くかつ均一にすることにより、接着剤の硬化収縮や温度変化による体積変化が小さく均一に起こるように工夫している技術を開示している。
上述した特許文献３は、複数のレンズを接合する接着剤の硬化に伴う接合層の収縮に追従してレンズを押圧しながら接合し、収縮に起因した応力を低減させる技術を開示されている。
上述した特許文献４は、平均粒径１０μｍ以下の酸化物セラミック微粒子を添加して接着剤そのものの硬化収縮や温度変化による体積変化が小さくなるように工夫している技術を開示している。
上述した特許文献５は、予め接着剤で作った一定高さの位置規制柱を用いて部材間のギャップを規制した後、接着剤を硬化して接着層の厚さを一定にする技術を開示している。
上述した特許文献６は、熱収縮樹脂を紫外線硬化型樹脂の中に含有させ、紫外線照射による硬化と熱による収縮の発生タイミングをそれぞれ制御することで実装の信頼性を確保する技術を開示している。
上述した特許文献７は、紫外線発生部前面に位置する光学装置により紫外線照射方向を特定し、一方の面に紫外線照射した後に照射方向を変更して、他方の面に紫外線照射して固定する技術を開示している。
上述した特許文献８は、接着物と被着物の間に中間保持部材を設け、充填接着並みの調整しろを許容して、薄い接着剤層のため、接着剤の硬化収縮や温度変化による体積変化が小さくなるように工夫している技術を開示している。
上述した特許文献９は、粒径と密度を揃えた充填剤を添加し、接着剤そのものの硬化収縮や温度変化による体積変化が小さくなるように工夫している技術を開示している。
上述した特許文献１０は、接着物と被着物および接着部の構造を工夫し、接着剤塗布と同時に硬化することにより、２部材近傍の接着剤から硬化して２部材間の相対位置が硬化収縮の影響を受けにくくする技術を開示している。
また、被着物と接着物との位置合わせをした後に、エネルギ線硬化型接着剤の硬化収縮を制御して硬化収縮時の応力を相殺し、被着物に対する接着物の相対的な位置を保持して接着硬化を行うことも研究されている。
【特許文献１】特開２００１−３５００７２公報
【特許文献２】特開２０００−０９０４８１公報
【特許文献３】特開平０９−１９７１０５号公報
【特許文献４】特開平０７−２０１０２８号公報
【特許文献５】特開平０５−３０２０６６号公報
【特許文献６】特開平０５−０４１４０８号公報
【特許文献７】特許第２６３６６２７号公報
【特許文献８】特開平１０−３０９８０１号公報
【特許文献９】特開平１０−１２１０１３号公報
【特許文献１０】特開平０８−２０９０７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術において、特許文献２では、基本的に面接着であり接着構造が限定される上、接着剤の塗布むらや照射強度分布の違いによる硬化むらが考慮されていないため、硬化収縮による位置ずれを回避できない可能性がある。
また、特許文献８では、接着構造が限定される上、間接接着であるため別部品を必要とし、接着箇所が増えるという不具合がある。この方法でも接着剤の塗布むらや照射強度分布の違いによる硬化むらが考慮されていないため、硬化収縮による位置ずれを回避できない可能性がある。
特許文献４、特許文献８、特許文献９では、接着剤量が増えれば比例的に硬化収縮量が増え、部品の位置ずれが大きくなる。接着形態にも部品位置ずれ量が寄与してしまうという不具合がある。
特許文献１では、接着構造が基本的に面接着に限定されてしまうという問題と、接着剤の塗布むらがある場合には、硬化収縮による位置ずれを回避できない可能性がある。特許文献３、特許文献１０、特許文献５、および特許文献７でも、接着構造が限定され、汎用的な高精度ＵＶ接着方法にはなり得ない。
これらの問題を解決する従来技術として、接着剤の硬化収縮を利用して位置制御させる方法が研究されている。しかし、この研究では、被着物と接着物の接着のさいに、エネルギ線照射を特定の接着箇所に集光させ接着物を硬化させるが、被着物と接着物が小さくなるにつれてエネルギ線照射を特定の接着箇所に集光させることが難しくなり、被着物からの反射または散乱の影響で他の接着箇所にエネルギ線が漏れてしまう。
また接着物がガラスやプラスティック等の透明体であれば、反射または散乱の影響に加えてエネルギ線が被着体を透過した際の屈折の影響で他の接着箇所にエネルギ線が漏れてしまう。
これでは、硬化収縮させようとする接着箇所以外にも硬化収縮が起こり、位置決めしたい本来の場所からずれてしまう可能性がある。これは制御性に重大な影響を及ぼしてしまい、高精度に位置決めすることができない不具合がある。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、エネルギ線硬化型接着剤の特徴であるハイタクトや簡易性を維持し、エネルギ線照射の屈折、反射、散乱の影響を無視でき、かつ硬化タイミングの制御や複数の方向または複数の部品の硬化収縮による部品の位置ずれを個別に制御し、接着接合を高精度化する接合方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面接合する接合方法において、前記接合面に、硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤を塗布し、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤にエネルギ帯が異なる複数のエネルギ線を照射して接着硬化させる接合方法を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記接合面が複数の接着箇所を備え、前記接着箇所に、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤を塗布する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記接合面での相対的な並進移動方向が正負の関係にある前記接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記接合面での相対的な面内回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記接合面での相対的な面外回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記エネルギ線の照射領域が前記接合面全面を包含するようにして照射する請求項１記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測し、位置計測情報に基づいて複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする請求項６記載の接合方法を主要な特徴とする。
【０００６】
請求項８記載の発明では、エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面接合する接合装置において、前記接合面に塗布する硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤と、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、接着硬化のために前記複数のエネルギ線硬化型接着剤に照射するエネルギ帯が異なる複数のエネルギ線と、前記複数種のエネルギ線照射手段と、複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段とを備える接合装置を最も主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面接合する部品接合装置において、前記接合面の接着箇所に複数種のエネルギ線硬化型接着剤を塗布する塗布手段と、複数種のエネルギ線を照射するエネルギ線照射手段と、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、前記エネルギ線照射手段の照射強度を制御する照射強度可変手段と、前記位置計測手段の情報を基に前記エネルギ線照射強度可変手段を制御する制御手段と、前記位置計測手段による位置ずれ情報に基づいて保持して接着硬化を行う制御手段とを備える部品接合装置を最も主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、前記エネルギ線照射手段が電磁波の領域にあり、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタを切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射する請求項１ないし６記載の接合方法を主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明では、前記エネルギ線照射手段が、白色光源照射手段と、複数種のエネルギ線硬化型接着剤の硬化に寄与する吸収波長に対応した波長選択フィルタと、波長選択フィルタを切り換える波長選択フィルタ切り替え手段とを備えた請求項９記載の部品接合装置を主要な特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第１の実施の形態を示す概略図である。
この実施の形態ではエネルギ線硬化型接着剤（例えば、光硬化型接着剤（ＵＶ硬化型接着剤、可視光硬化型接着剤）、放射線硬化型接着剤、Ｘ線硬化型接着剤）を対象として説明する。
通常、被着物に接着物を、例えばＵＶ硬化型接着剤にて接着接合する場合、接着剤を２部材の界面すなわち接合面２ａに塗布し、これにＵＶ（紫外線）光を照射することにより接着剤が硬化して接着される。
この接着剤硬化時には、硬化収縮現象が発生し、一般のアクリル系紫外線硬化性樹脂は５〜１０％、エポキシ系紫外線硬化性樹脂は２〜５％前後収縮する。接着剤塗布を複数点で行う場合はこの硬化収縮が各接着点で発生する。この硬化収縮により引張応力を生じる。
【０００８】
図１において、接合装置は、被着物１、接着物２、接合面２ａ、エネルギ硬化型接着剤３、硬化箇所４、接着位置認識手段５、制御部６、エネルギ線照射制御手段７、エネルギ線を出射するエネルギ線照射手段８、照射エネルギ可変手段９、および接着剤塗布手段１１を示している。
そこで、硬化エネルギを制御して、硬化収縮力を相殺することによって位置調整後の接着による位置ずれを防止して極めて高精度な接着接合を可能としたり、逆に硬化収縮力を接着物の移動に積極的に利用して微小な位置調整を行った後に、硬化収縮力を相殺することによって位置調整後の接着による位置ずれを防止して極めて高精度な接着接合を可能とするものである。
被着物１と接着物２の各接合面２ａに、硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤３を塗布し、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤３に、エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線を照射して接着硬化させることによって、互いの接着剤に硬化エネルギが干渉することなく硬化エネルギを制御することが可能となる。
したがって硬化収縮力を相殺することによって位置調整後の接着による位置ずれを防止して極めて高精度な接着接合を可能としたり、逆に硬化収縮力を接着物の移動に積極的に利用して微小な位置調整を行った後に、硬化収縮力を相殺することによって位置調整後の接着による位置ずれを防止して極めて高精度な接着接合を可能とするものである。
【０００９】
図２は本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第２の実施の形態を示す概略図である。上記を満たす実施の形態である位置制御型接着接合装置は、被着物１と接着物２との位置合わせをした後に、エネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを用いて被着物１に接着物２を接合する。
この装置は、被着物１と接着物２との接合面２ａを接合するためのエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの接着剤塗布手段１１と、エネルギ線硬化型接着剤を硬化するためのエネルギ線照射手段８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと、被着物１と接着物２との相対的な位置を計測する計測手段である接着物位置認識手段５を備えている。
さらに、被着物１と接着物２との接合に寄与する複数の硬化箇所４で発生する硬化収縮力を、エネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに与えられるエネルギ線照射手段８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄから照射されるエネルギ線の強度等を変化させることにより制御するエネルギ線照射制御手段７と、硬化収縮力により発生する接着物にかかる応力を互いに相殺し、被着物１に対する接着物２の相対的な位置を接着物位置認識手段５による位置ずれ情報に基づいて保持して接着硬化を行う制御手段（制御部）６とを備えている。
吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、光硬化型接着剤（ＵＶ硬化型接着剤、可視光硬化型接着剤）、放射線硬化型接着剤、Ｘ線硬化型接着剤）を対象としており、吸収エネルギ帯（波長）が重ならない種類で構成されている。
【００１０】
図３は本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第３の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態において構成要素は図２の構成要素とほぼ同一であるが、エネルギ線の照射領域が接合面２ａ全面を包含するように照射するエネルギ線照射手段８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄおよび照射エネルギ可変手段９を配置している点が異なっている。
被着物１は、ガラス板、セラミックス板、金属板等の光学ベースから構成されている。また、接着物２はレンズ、回折格子、ミラー等の光学素子、受光素子、発光素子、ＣＣＤ等の固体撮像素子等の光学部品から構成されている。
硬化箇所４は、図２では、４箇所のエネルギ線硬化型接着剤３の各々に１つの硬化箇所が対応しているが、１つのエネルギ線硬化型接着剤３に複数の硬化箇所があってもよい。例えば、図２で複数のエネルギ線硬化型接着剤３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを矩形リング状に連続させた場合には１つのエネルギ線硬化型接着剤３に複数の硬化箇所４となる。
接着剤塗布手段１１は、被着物１と接着物２とを接合するためのエネルギ線硬化型接着剤３を塗布する塗布シリンジ等と図示しないシリンジ移動手段とを備えており、接着剤塗布手段１１として複数種類の接着剤を塗布する手段を有している構成となっている。また、接着剤塗布手段として任意量の接着剤を塗布する手段を備えていても良い。
【００１１】
エネルギ線照射手段８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、エネルギ線硬化型接着剤３の硬化エネルギ帯を放射するエネルギ線源と、エネルギ線源から放射されたエネルギ線を反射する反射鏡と、反射されたエネルギ線を所定位置まで導光する光ファイバと、導光されたエネルギ線を硬化箇所に照射する集光レンズまたは発散レンズと、照射エネルギ可変手段とを備えている。
照射強度（エネルギ）可変手段９として、例えば、透過光量可変フィルタである濃度可変フィルタで透過光量を調整できる。また、液晶を用いた場合は電圧調整により透過光量を調整できる。また、機械式でフィルタを回転させることにより透過光量を調整するものも用いることができる。
さらに、偏光フィルタを組み合わせて偏光軸を傾けるようにしてもよい。また、エネルギ線源自体に強度をプログラマブルに変えることができるものも市販されている。反射鏡からファイバに入射するエネルギ線を絞り手段で絞るものもある。さらに、エネルギ線源自体の放射エネルギを電気的に制御することもできる。
エネルギ線照射制御手段７は、必要に応じて、エネルギ線照射手段８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを個別にオン／オフすることができる機能（手段）、照射箇所を可変できる機能（手段）、個別に照射強度を可変できるように制御する機能（手段）、個別に照射面積を制御する機能（手段）を有している。
【００１２】
図４は接着物位置認識手段としてのＣＣＤ等からなる位置検出手段を示す概略図である。接着物位置認識手段５（５ａ）としてのＣＣＤ等の位置検出手段は、被着物１と接着物２との相対的な位置を計測するためのものである。
図５は予め被着物と接着物に設けられるアライメントマークの実施の形態を示す概略図である。図６は予め接着物に設けられるアライメントマークの実施の形態を示す概略図である。図７は図５と図６のアライメントマークを示す概略図である。
予め被着物１と接着物２にアライメントマーク１３ａ、１３ｂを設けておき、接着物２の位置を上から位置検出手段で画像を撮影してアライメントマーク１３ａ、１３ｂの相対位置を認識しておき、被着物１と接着物２との位置ずれを検出して接着物の位置を認識する。
図８は接着物が回折格子の場合の接着物位置認識手段を示す概略図である。この場合には、接着物位置認識手段５としての受光素子等の位置検出手段５ａは、２分割受光素子、４分割受光素子等の受光素子を用いることにより、接着物２に光を透過させて透過光を受光素子で受光した光学信号によってその位置を認識する。
また、接着物２がミラーの場合には、同様に受光素子を用いることにより、接着物２に光を反射させて反射光を受光素子で受光した光学信号によってその位置を認識する。
図９は接着物がレンズの場合の接着物位置認識手段を示す概略図である。この場合には、レンズ１２の集光点近傍にＣＣＤ等の位置検出手段５ａを配置して、スポット径、ＭＴＦ等からレンズ１２の位置を認識する。
図１０は位置制御型接着接合装置に備える制御手段の制御フローを示すフローチャートである。制御手段６は、計測した位置ずれ情報に基づいてエネルギ線光の照射を制御するフィードバック制御手段を有する（制御アルゴリズム）ものである。
先ず、被着物１、接着物２、複数のエネルギ線硬化型接着剤３を調整することによって所定の位置にセットする（ステップＳ１）。次に、接着剤ごとの照射条件と移動位置（保持したい場合は０）の条件をセットする（ステップＳ２）。次に、硬化箇所４に各エネルギ線照射を行う（ステップＳ３）。
次に、現在の各エネルギ線積算光量を算出する（ステップＳ４）。次に、算出された積算光量と予め設定されている硬化が終了する積算光量とを比較して、積算光量が設定値（硬化が終了する積算光量）に到達したかどうか判定し（ステップＳ５）、すべての積算光量が設定値に達していない場合には、接着物２と被着物１との相対的な位置を検出する（ステップＳ６）。
次に、ステップＳ６の検出情報に基づいて移動位置との位置ずれがあるかどうかを判定する（ステップＳ７）。位置ずれ無い場合にはステップＳ３に戻り、位置ずれが有る場合には、照射条件（各エネルギ線照射バランス）を変更する（ステップＳ８）。この照射条件の変更は、例えばエネルギ線強度可変器（フィルタ）や各エネルギ線照射のオン、オフにて強度に偏りをつける。
【００１３】
図１１は複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段を備える接合装置の照射強度および変位量を示す図である。図１２は図１１の特性を得るのに使用する接合装置を部分的に示す平面図である。図１３は図１２の接合装置の正面図である。
図１１ないし図１３ではこの接合装置の１軸方向のみ動作させる場合の様子を示している。この場合、初期の位置を保持する制御を２つのエネルギ線照射手段８ａ、８ｂのオン、オフにて行っており、これにより照射させる干渉フィルタが考えられる。
さらに、これらの図には被着物１、接着物２およびエネルギ線硬化型接着剤３が示され、位置ずれを回避している。ただし、接着剤ごとに粘度、収縮率、硬化速度は異なるので、予めそれらの特性を考慮して、エネルギ線照射強度の初期設定を変える必要がある。
接着剤の硬化に伴う硬化反応は、初期が最も大きく、後期の変化は非常に小さい。これは、初期の硬化収縮が大きく、後期ではほとんど硬化収縮していないことを意味している。よって上記のような方法は、使用接着剤の硬化収縮を利用して接着物２を移動させているため、接着剤の硬化収縮に伴い、接着物２を引っ張る移動量と応力が少なくなる。
また、照射による積算光量が増加するほど接着物２への応力は増加するので、照射強度が大きいほど、接着剤の硬化が進み接着物２にかかる応力が増大し、照射強度が小さいほど硬化が進行せず、接着物２にかかる応力が増加しない。
よって、位置制御を行うさいには、硬化の初期に粗調整を行い、硬化の後期に微調整を行い完全に調整を終了するように制御することが必要となる。また、このような硬化反応を反映し、硬化後期は接着物を固定し、別の工程に移し、その後完全硬化させることも可能である。
【００１４】
図１４は接着形態の第１の実施例を説明する平面図である。図１５は図１４の第１の実施例の正面図である。図１４および図１５は接着物２と被着物１の面内での位置を高精度に確保したい場合に使用される接着形態である。面接着を示している。
図１６は接着形態の第２の実施例を説明する平面図である。図１７は図１６の第２の実施例の正面図である。接着物２と被着物１の傾きを高精度に確保したい場合に望ましい接着形態である。また、この第２の実施例では接着物２と被着物１との対向する面間の傾き調整にも適用することができる。他の条件がある場合はそれを考慮して適宜形態を決めればよい。
図１８は接着形態の第３の実施例を説明する平面図である。図１９は図１８の第２の実施例の正面図である。図１８および図１９は接着物２と被着物１の面内での位置を高精度に確保したい場合に使用される接着形態である。
図１８および図１９は充填接着の接着形態を示している。塗布形態としては、接合面の複数の接着箇所に吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤３を塗布するものであり、調整したい方向によって以下の形態が挙げられる。
図２０はＸＹ方向への調整を説明する接着形態の平面図である。図２１は図２０の接着形態の正面図である。図２０および図２１に示すようにＸＹ方向に調整を行いたい場合には、接合面での相対的な並進移動方向が正負の関係にある接着箇所４に吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を塗布すればよい。
図２２はα方向への調整を説明する接着形態の平面図である。図２３は図２２の接着形態の正面図である。図２２および図２３に示すようにα方向に調整を行いたい場合には、接合面での相対的な面内回転移動方向が正負の関係にある接着箇所４に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤３（３ａ、３ｂ）を塗布すればよい。
【００１５】
図２４はβ、γ方向への調整を説明する接着形態の平面図である。図２５は図２４の接着形態の正面図である。図２４および図２５に示すようにβ、γ方向に調整を行いたい場合には、接合面での相対的な面外回転移動方向が正負の関係にある接着箇所４に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を塗布すればよい。
エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線の照射領域を、接合面全面を包含するようにして照射して、調整方向の硬化収縮力を制御するものである。
エネルギ線源は電磁波の領域にあり、白色光源照射手段と、複数種のエネルギ線硬化型接着剤３の硬化に寄与する吸収波長に対応した波長選択フィルタ（図示せず）と、波長選択フィルタを切り換える波長選択フィルタ切り換え手段（図示せず）を備え、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタ（図示せず）を切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射するものである。
白色光源照射手段（エネルギ照射手段）は、例えば、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等のランプ（図示せず）で構成されており、白色光源から放射された白色光を反射する反射鏡（図示せず）と、反射された白色光を所定位置まで導光する光ファイバ（図示せず）と、導光された白色光を硬化箇所に照射する集光レンズまたは発散レンズ（図示せず）と、照射エネルギ可変手段とを備えている。
波長選択フィルタとしては、例えば、所定の光の波長の１／４の光学的厚さを有する薄膜を積層し、その内部で生じる干渉により特定波長領域の光のみを透過または反波長選択フィルタ切り換え手段としては、機械式で複数の波長選択フィルタを回転させることにより切り換えるものが考えられる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、エネルギ線照射の屈折、反射、散乱の影響を無視して、互いの接着箇所に干渉することなく任意の接着箇所の硬化制御をすることができ、それぞれの接着箇所の応力を相殺して被着物と接着物の相対位置を保持することでエネルギ線硬化型接着剤での高精度な接着接合が可能となる。
また、それぞれの接着箇所の応力のバランスを制御して被着物と接着物の相対位置を任意に移動したりすることで、調整用のアクチュエータ機能を接着硬化プロセスに持たせることができ、アクチュエータレスの部品調整接合システムを実現できる。
請求項２によれば、エネルギ線照射の屈折、反射、散乱の影響を無視して、互いの接着箇所に干渉することなく任意の接着箇所の硬化制御をすることができ、それぞれの接着箇所の応力を相殺して被着物と接着物の相対位置を保持することでエネルギ線硬化型接着剤での高精度な接着接合が可能となる。
また、それぞれの接着箇所の応力のバランスを制御して被着物と接着物の相対位置を任意に移動したりすることで、調整用のアクチュエータ機能を接着硬化プロセスに持たせることができ、アクチュエータレスの部品調整接合システムを実現できる。
請求項３によれば、接合面での相対的な並進移動方向が正負の関係にある接着箇所に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤を塗布するので、並進移動方向において接合方法が実現できる。
請求項４によれば、接合面での相対的な面内回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤を塗布するので、面内回転移動方向において接合方法が実現できる。
請求項５によれば、接合面での相対的な面外回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に吸収エネルギ帯が異なるエネルギ線硬化型接着剤を塗布するので、面外回転移動方向において接合方法が実現できる
請求項６によれば、エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線の照射領域は、接合面全面を包含するようにして照射するので、接着箇所全体にエネルギ線照射すればよいので、使用するエネルギ線源だけ用意すればよく、接着箇所ごとに複数のエネルギ線源または複数のファイバと接着箇所ごとにエネルギ線のスポットを絞る複数の集光レンズが不要であり、構造が簡単であり、コストの削減が可能となり、また、集光レンズでは絞りきれない微小な接着物での接合方法が実現できる。
【００１７】
請求項７によれば、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測し、位置計測情報に基づいて複数種のエネルギ線の照射強度を可変にするので、被着物と接着物の相対位置を保持することでエネルギ線硬化型接着剤での高精度な接着接合が可能となる。
請求項８によれば、被着物と接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、複数種のエネルギ線を照射するエネルギ線照射手段と、複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段と、を備え、被着物と接着物との相対的な位置を計測し、位置計測情報に基づいて複数種のエネルギ線の照射強度を可変にするので、上述した接合方法が実現できる。
請求項９によれば、被着物と接着物の接合面の接着箇所に複数種のエネルギ線硬化型接着剤を塗布する塗布手段と、複数種のエネルギ線を照射するエネルギ線照射手段と、被着物と接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、前記エネルギ線照射手段の照射強度を制御する照射強度可変手段と、前記位置計測手段の情報を基に前記エネルギ線照射強度可変手段を制御する制御手段とを備えるので、上述した接合方法が実現できる。
請求項１０によれば、前記エネルギ線源は電磁波の領域にあり、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタを切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射するので、使用するエネルギ線源を一つだけ用意すればよく、接着箇所ごとに複数のエネルギ線源が不要で、構造が簡単で、コストの削減が可能となる。
請求項１１によれば、前記エネルギ線源は、白色光源照射手段と、複数種のエネルギ線硬化型接着剤の硬化に寄与する吸収波長に対応した波長選択フィルタと、波長選択フィルタを切り換える波長選択フィルタ切り替え手段とを備え、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタを切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射するので、使用するエネルギ線源を一つだけ用意すればよく、接着箇所ごとに複数のエネルギ線源が不要で、構造が簡単で、コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第１の実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第２の実施の形態を示す概略図である。
【図３】本発明によるエネルギ線硬化型接着剤を使用する接合装置の第３の実施の形態を示す概略図である。
【図４】接着物位置認識手段としてのＣＣＤ等からなる位置検出手段を示す概略図である。
【図５】予め被着物と接着物に設けられるアライメントマークの実施の形態を示す概略図である。
【図６】予め接着物に設けられるアライメントマークの実施の形態を示す概略図である。
【図７】図５と図６のアライメントマークを示す概略図である。
【図８】接着物が回折格子の場合の接着物位置認識手段を示す概略図である。
【図９】接着物がレンズの場合の接着物位置認識手段を示す概略図である。
【図１０】位置制御型接着接合装置に備える制御手段の制御フローを示すフローチャートである。
【図１１】複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段を備える接合装置の照射強度および変位量を示す図である。
【図１２】図１１の特性を得るのに使用する接合装置を部分的に示す平面図である。
【図１３】図１２の接合装置の正面図である。
【図１４】接着形態の第１の実施例を説明する平面図である。
【図１５】図１４の第１の実施例の正面図である。
【図１６】接着形態の第２の実施例を説明する平面図である。
【図１７】図１６の第２の実施例の正面図である。
【図１８】接着形態の第３の実施例を説明する平面図である。
【図１９】図１８の第３の実施例の正面図である。
【図２０】ＸＹ方向への調整を説明する接着形態の平面図である。
【図２１】図２０の接着形態の正面図である。
【図２２】α方向への調整を説明する接着形態の平面図である。
【図２３】図２２の接着形態の正面図である。
【図２４】β、γ方向への調整を説明する接着形態の平面図である。
【図２５】図２４の接着形態の正面図である。
【符号の説明】
１ 被着物、２ 接着物、２ａ 接合面、３ エネルギ線硬化型接着剤、３ａ第１エネルギ線硬化型接着剤、３ｂ 第２エネルギ線硬化型接着剤、３ｃ 第３エネルギ線硬化型接着剤、３ｄ 第４エネルギ線硬化型接着剤、４ 硬化箇所、５ 接着物位置認識手段（計測手段、位置検出手段）、５ａ 第１接着物位置認識手段、５ｂ 第２接着物位置認識手段、５ｃ 第３接着物位置認識手段、６制御手段、７ エネルギ線照射制御手段、８ エネルギ線照射手段（白色光源照射手段）、８ａ 第１エネルギ線照射手段、８ｂ 第２エネルギ線照射手段、８ｃ 第３エネルギ線照射手段、８ｄ 第４エネルギ線照射手段、９ 照射エネルギ可変手段、１１ 接着剤塗布手段
Claims (11)
- エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面を接合する接合方法において、前記接合面に、硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤を塗布し、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤にエネルギ帯が異なる複数のエネルギ線を照射して接着硬化させることを特徴とする接合方法。
- 前記接合面が複数の接着箇所を備え、前記接着箇所に、前記複数のエネルギ線硬化型接着剤を塗布することを特徴とする請求項１記載の接合方法。
- 前記接合面での相対的な並進移動方向が正負の関係にある前記接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布することを特徴とする請求項１記載の接合方法。
- 前記接合面での相対的な面内回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布することを特徴とする請求項１記載の接合方法。
- 前記接合面での相対的な面外回転移動方向が正負の関係にある接着箇所に前記エネルギ線硬化型接着剤を塗布することを特徴とする請求項１記載の接合方法。
- 前記エネルギ線の照射領域が前記接合面全面を包含するようにして照射することを特徴とする請求項１記載の接合方法。
- 前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測し、位置計測情報に基づいて複数種のエネルギ線の照射強度を可変にすることを特徴とする請求項６記載の接合方法。
- エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面接合する接合装置において、前記接合面に塗布する硬化に寄与する吸収エネルギ帯が異なる複数のエネルギ線硬化型接着剤と、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、接着硬化のために前記複数のエネルギ線硬化型接着剤に照射するエネルギ帯が異なる複数のエネルギ線と、前記複数種のエネルギ線照射手段と、複数種のエネルギ線の照射強度を可変にする照射強度可変手段とを備えることを特徴とする接合装置。
- エネルギ線硬化型接着剤を使用して被着物と接着物の接合面接合する部品接合装置において、前記接合面の接着箇所に複数種のエネルギ線硬化型接着剤を塗布する塗布手段と、複数種のエネルギ線を照射するエネルギ線照射手段と、前記被着物と前記接着物との相対的な位置を計測する位置計測手段と、前記エネルギ線照射手段の照射強度を制御する照射強度可変手段と、前記位置計測手段の情報を基に前記エネルギ線照射強度可変手段を制御する制御手段と、前記位置計測手段による位置ずれ情報に基づいて保持して接着硬化を行う制御手段と、を備えることを特徴とする部品接合装置。
- 前記エネルギ線照射手段が電磁波の領域にあり、白色光源からの入射光を、特定の波長領域のみ透過する少なくとも一つ以上の波長選択フィルタを切り換えることにより、波長の異なるエネルギ線を切り換え／照射することを特徴とする請求項１ないし６記載の接合方法。
- 前記エネルギ線照射手段が、白色光源照射手段と、複数種のエネルギ線硬化型接着剤の硬化に寄与する吸収波長に対応した波長選択フィルタと、波長選択フィルタを切り換える波長選択フィルタ切り換え手段とを備えたことを特徴とする請求項９記載の部品接合装置。
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