JP2014221538A

JP2014221538A - 形成方法、および形成装置

Info

Publication number: JP2014221538A
Application number: JP2013102196A
Authority: JP
Inventors: 謙磁塚田; Kenji Tsukada; 政利藤田; Masatoshi Fujita; 雅登鈴木; Masato Suzuki; 明宏川尻; Akihiro Kawajiri; 和裕杉山; Kazuhiro Sugiyama; 良崇橋本; Yoshitaka Hashimoto; 佑竹内; Yu Takeuchi
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-27

Abstract

【課題】適切な形状の光硬化樹脂による構造物を形成することが可能な形成方法および形成装置を提供する。
【解決手段】光硬化樹脂による構造物を形成する際に、光硬化樹脂を硬化させるための硬化条件として、光硬化樹脂の種類毎に設定されている積算光量の３０％〜９０％の光が、吐出された光硬化樹脂の薄膜１００に照射される。これにより、光の照射された光硬化樹脂の薄膜は、完全に硬化する前の状態、言い換えれば、例えば、液体と固体との中間の状態、つまり、ゲル状態となっている。このため、光の照射された光硬化樹脂の薄膜は、ある程度硬化しているが、その薄膜の表面は、濡れ性の高い状態となっている。そして、その濡れ性の高い薄膜の上面に、光硬化樹脂が、新たに吐出される。これにより、先に吐出された光硬化樹脂と、新たに吐出された光硬化樹脂とが適切になじみ、適切な形状の光硬化樹脂による構造物を形成することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、光硬化樹脂による構造物を形成する形成方法、および形成装置に関するものである。

近年、下記特許文献に記載されているように、光硬化樹脂を用いて、種々の構造物を形成する方法，装置等の開発が進められている。詳しくは、光硬化樹脂を薄膜状に吐出し、吐出された光硬化樹脂に光を照射することで、光硬化樹脂を硬化させる。そして、硬化した樹脂の上に、さらに、光硬化樹脂を薄膜状に吐出し、その吐出された光硬化樹脂に光を照射することで、光硬化樹脂を硬化させる。このようにして、光硬化樹脂の吐出と光の照射とが繰り返され、光硬化樹脂の複数の膜が積層されることで、光硬化樹脂による構造物が形成される。

特開２００９−２４８４８３号公報

上記特許文献に記載されているように、光硬化樹脂の吐出と光の照射とが繰り返されることで、任意の形状の光硬化樹脂による構造物を形成することが可能となる。ただし、光の照射により硬化した光硬化樹脂は、固体となり、硬化した光硬化樹脂の表面は、濡れ性が低くなる。このため、硬化した光硬化樹脂の上に、新たに光硬化樹脂が吐出されると、硬化した光硬化樹脂と、吐出された流体の光硬化樹脂とは、なじみ難く、硬化した光硬化樹脂の上に新たに吐出された光硬化樹脂は、平坦にならず、凹凸形状となる虞がある。つまり、適切な形状の光硬化樹脂による構造物を形成できない虞がある。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、適切な形状の光硬化樹脂による構造物を形成することが可能な形成方法、および形成装置の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、本願の請求項１に記載の形成方法は、光硬化樹脂を吐出する吐出装置と、光硬化樹脂を硬化させるための光を照射する照射装置とを用いて、光硬化樹脂による構造物を形成する形成方法であって、前記吐出装置によって、被吐出体の上面に光硬化樹脂を吐出する下層吐出工程と、光硬化樹脂を硬化させるための硬化条件として、光硬化樹脂の種類毎に設定されている積算光量の３０％〜９０％の光を、前記照射装置によって、前記下層吐出工程において吐出された光硬化樹脂に照射する照射工程と、前記照射工程において光を照射された光硬化樹脂の上面に、前記吐出装置によって光硬化樹脂を吐出する上層吐出工程とを含むことを特徴とする。

また、請求項２に記載の形成装置は、光硬化樹脂を吐出する吐出装置と、光硬化樹脂を硬化させるための光を照射する照射装置と、前記吐出装置と前記照射装置との作動を制御する制御装置とを備え、光硬化樹脂による構造物を形成する形成装置であって、前記制御装置が、前記吐出装置の作動を制御し、被吐出体の上面に光硬化樹脂を吐出するための下層吐出部と、前記照射装置の作動を制御し、光硬化樹脂を硬化させるための硬化条件として、光硬化樹脂の種類毎に設定されている積算光量の３０％〜９０％の光を、前記吐出装置によって吐出された光硬化樹脂に照射するための照射部と、前記吐出装置の作動を制御し、前記照射装置によって光を照射された光硬化樹脂の上面に光硬化樹脂を吐出するための上層吐出部とを有することを特徴とする。

また、請求項３に記載の形成装置は、請求項１に記載の形成装置において、前記吐出装置と前記照射装置とを固定的に保持する保持部を有し、前記吐出装置と前記照射装置とを任意の位置に移動させる移動装置と、前記吐出装置と前記照射装置との間に設けられ、前記吐出装置の吐出部への前記照射装置による光の照射を遮る遮光板とを備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の形成装置は、請求項２に記載の形成装置において、前記遮光板を昇降させるための昇降装置を備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の形成装置では、請求項２ないし請求項４のいずれか１つに記載の形成装置において、前記照射装置が、ＬＥＤによって光を照射する装置であることを特徴とする。

請求項１に記載の形成方法、および請求項２に記載の形成装置では、光硬化樹脂を硬化させるための硬化条件として、光硬化樹脂の種類毎に設定されている積算光量の３０％〜９０％の光が、吐出された光硬化樹脂に照射される。これにより、光の照射された光硬化樹脂は、完全に硬化する前の状態、言い換えれば、例えば、液体と固体との中間の状態、つまり、ゲル状態となっている。このため、光の照射された光硬化樹脂は、ある程度硬化しているが、その光硬化樹脂の表面は、濡れ性の高い状態となっている。そして、その濡れ性の高い光硬化樹脂の上面に、光硬化樹脂が、新たに吐出される。これにより、先に吐出された光硬化樹脂と、新たに吐出された光硬化樹脂とが適切になじみ、適切な形状の光硬化樹脂による構造物を形成することが可能となる。

また、請求項３に記載の形成装置では、照射装置と吐出装置とが、保持部によって保持されており、移動装置によって任意の位置に移動可能とされている。これにより、光硬化樹脂の吐出作業と、光の照射作業とを短時間で繰り返し行うことが可能となり、作業性が向上する。さらに、照射装置と吐出装置との間には、遮光板が取り付けられており、吐出装置の吐出部への光の照射が、遮光板によって遮られる。これにより、吐出装置の吐出部での光硬化樹脂の硬化を防止し、吐出部の詰まり等を防止することが可能となる。

また、請求項４に記載の形成装置では、遮光板が昇降可能とされている。このため、照射装置による光の照射時に、遮光板を下降させ、吐出装置による光硬化樹脂の吐出時に、遮光板を上昇させることが可能である。これにより、遮光板を考慮することなく、光硬化樹脂の吐出作業を行うとともに、照射装置の照射部への光の照射を適切に遮ることが可能となる。

また、請求項５に記載の形成装置では、ＬＥＤ照射装置により、光硬化樹脂への光の照射が行われる。ＬＥＤ照射装置には、照射強度は低いが、小型のものがある。一方、本発明の形成装置では、光硬化樹脂に、積算光量の３０％〜９０％の紫外線を照射すればよいため、照射強度の低い照射装置を採用することが可能である。このことから、ＬＥＤ照射装置は、本発明の形成装置に適した照射装置であり、照射装置の小型化を図ることが可能となる。

本発明の実施例であるコーティング膜形成装置を示す平面図である。図１のコーティング膜形成装置が備えるインクジェットヘッドおよび紫外線照射装置を示す断面図である。図１のコーティング膜形成装置が備える制御装置を示すブロック図である。回路基板に紫外線硬化樹脂を吐出するインクジェットヘッドを示す断面図である。回路基板に吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する紫外線照射装置を示す断面図である。紫外線が照射された紫外線硬化樹脂の上に紫外線硬化樹脂を吐出するインクジェットヘッドを示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。

＜コーティング膜形成装置の構成＞
図１に、本発明の実施例のコーティング膜形成装置１０を示す。コーティング膜形成装置１０は、回路基板上に紫外線硬化樹脂によるコーティング膜を形成するための装置である。コーティング膜形成装置１０は、搬送装置２０と、ヘッド移動装置２２と、インクジェットヘッド２４と、紫外線照射装置２６とを備えている。

搬送装置２０は、Ｘ軸方向に延びる１対のコンベアベルト３０と、コンベアベルト３０を周回させる電磁モータ（図３参照）３２とを有している。回路基板３４は、それら１対のコンベアベルト３０によって支持され、電磁モータ３２の駆動により、Ｘ軸方向に搬送される。また、搬送装置２０は、基板保持装置（図３参照）３６を有している。基板保持装置３６は、コンベアベルト３０によって支持された回路基板３４を、所定の位置（図１での回路基板３４が図示されている位置）において固定的に保持する。

ヘッド移動装置２２は、Ｘ軸方向スライド機構５０とＹ軸方向スライド機構５２とによって構成されている。Ｘ軸方向スライド機構５０は、Ｘ軸方向に移動可能にベース５４上に設けられたＸ軸スライダ５６を有している。そのＸ軸スライダ５６は、電磁モータ（図３参照）５８の駆動により、Ｘ軸方向の任意の位置に移動する。また、Ｙ軸方向スライド機構５２は、Ｙ軸方向に移動可能にＸ軸スライダ５６の側面に設けられたＹ軸スライダ６０を有している。そのＹ軸スライダ６０は、電磁モータ（図３参照）６２の駆動により、Ｙ軸方向の任意の位置に移動する。そのＹ軸スライダ６０には、インクジェットヘッド２４が取り付けられている。このような構造により、インクジェットヘッド２４は、ヘッド移動装置２２によってベース５４上の任意の位置に移動する。

インクジェットヘッド２４は、紫外線硬化樹脂を吐出し、回路基板３４上に紫外線硬化樹脂による薄膜を形成する。詳しくは、インクジェットヘッド２４の下面には、図２に示すように、複数のノズル穴７０が形成されている。そして、電気信号に従って、圧電素子（図３参照）７２や熱による蒸気泡を駆動源として、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド２４の複数のノズル穴７０から吐出される。これにより、回路基板３４上に紫外線硬化樹脂による薄膜が形成される。

また、インクジェットヘッド２４は、遮光板７４を有している。遮光板７４は、インクジェットヘッド２４のＹ軸スライダ６０側に形成された収容部７６に昇降可能に収容されている。そして、昇降装置（図３参照）７８の作動により、収容部７６から下方に露出する。つまり、昇降装置７８の作動により、遮光板７４は、収容部７６に収容された状態（図中実線）と、収容部７６から下降した状態（図中点線）とに切り換えられる。

紫外線照射装置２６は、ＬＥＤ（図３参照）８０を有している。ＬＥＤ８０は、紫外線を照射するものであり、ＬＥＤ８０による紫外線の照射強度、つまり、ＵＶ強度は、Ａ（ｍＷ／ｃｍ^２）とされている。また、紫外線照射装置２６は、下方を向いた状態でＹ軸スライダ６０の下面に固定されている。これにより、Ｙ軸スライダ６０が、ヘッド移動装置２２によって移動させられることで、回路基板３４上の任意の位置に紫外線を照射することが可能である。

また、コーティング膜形成装置１０は、図３に示すように、制御装置９０を備えている。制御装置９０は、コントローラ９２と、複数の駆動回路９４と、制御回路９６とを備えている。複数の駆動回路９４は、上記電磁モータ３２，５８，６２、基板保持装置３６、圧電素子６６、昇降装置７８に接続されており、制御回路９６は、ＬＥＤ８０に接続されている。また、コントローラ９２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路９４および制御回路９６に接続されている。これにより、搬送装置２０、ヘッド移動装置２２、インクジェットヘッド２４、紫外線照射装置２６の作動が、コントローラ９２によって制御される。

＜コーティング膜の形成＞
コーティング膜形成装置１０では、上述した構成によって、インクジェットヘッド２４が搬送装置２０に保持された回路基板３４に紫外線硬化樹脂を吐出し、吐出された紫外線硬化樹脂が、紫外線の照射により硬化することで、回路基板３４上にコーティング膜が形成される。具体的には、コントローラ９２の指令により、回路基板３４が作業位置まで搬送され、その位置において、回路基板３４が、基板保持装置３６によって固定的に保持される。そして、インクジェットヘッド２４が、コントローラ９２の指令により、回路基板３４の所定の位置の上方に移動する。続いて、インクジェットヘッド２４は、図４に示すように、回路基板３４の上面に紫外線硬化樹脂を吐出し、紫外線硬化樹脂の薄膜１００を形成する。

紫外線硬化樹脂の薄膜１００が形成されると、紫外線照射装置２６が、コントローラ９２の指令により、図５に示すように、紫外線硬化樹脂の薄膜１００の上方に移動し、昇降装置７８の作動により、遮光板７４が下降する。そして、ＬＥＤ８０によって紫外線が、薄膜１００に照射される。この際の照射時間は、硬化積算光量の３０％〜９０％の紫外線が薄膜１００に照射されるように設定されている。硬化積算光量Ｓ（ｍＪ／ｃｍ^２）とは、紫外線硬化樹脂を硬化させるための硬化条件として、紫外線硬化樹脂の製造メーカー等により紫外線硬化樹脂の種類に応じて設定されている。具体的には、所定の時間Ｔ（秒）に照射された紫外線の総量であり、下記式によって示される。
Ｓ＝Ａ×Ｔ
なお、Ａは、上述した紫外線照射装置２６のＵＶ強度（ｍＷ／ｃｍ^２）であり、硬化積算光量Ｓは、一般的に、１０００〜３０００ｍＪ／ｃｍ^２に設定されている。

上記式に従えば、紫外線硬化樹脂の薄膜１００に、Ｔ（＝Ｓ／Ａ）秒以上、紫外線を照射することで、薄膜１００は硬化する。しかしながら、コーティング膜形成装置１０では、硬化積算光量Ｓの３０％〜９０％の紫外線が薄膜１００に照射されるように、紫外線の照射時間は、０．３〜０．９Ｔ秒に設定されている。これにより、紫外線の照射された薄膜１００は、完全に硬化する前の状態、言い換えれば、例えば、液体と固体との中間の状態、つまり、ゲル状態となっている。このため、紫外線の照射された薄膜１００は、ある程度硬化しているが、薄膜１００の表面は、濡れ性の高い状態となっている。

薄膜１００に紫外線が照射されると、インクジェットヘッド２４が、コントローラ９２の指令により、ゲル状に硬化した薄膜１００の上方に移動する。そして、インクジェットヘッド２４は、図６に示すように、薄膜１００の上面に紫外線硬化樹脂を吐出し、紫外線硬化樹脂の薄膜１０２が、薄膜１００の上に積層される。

紫外線硬化樹脂の薄膜１０２が薄膜１００の上に積層されると、紫外線照射装置２６が、コントローラ９２の指令により、薄膜１０２の上方に移動し、昇降装置７８の作動により、遮光板７４が下降する。そして、ＬＥＤ８０によって紫外線が、薄膜１０２に照射される。この際の照射時間は、硬化積算光量以上の紫外線が薄膜１０２に照射されるように設定されている。つまり、薄膜１０２に、Ｔ（＝Ｓ／Ａ）秒以上、紫外線が照射される。なお、薄膜１０２に照射された紫外線は、当然、薄膜１００にも照射される。これにより、薄膜１００および、薄膜１０２は、完全に硬化し、回路基板３４上に紫外線硬化樹脂によるコーティング膜が形成される。

このように、コーティング膜形成装置１０では、紫外線硬化樹脂の薄膜１００の上に、紫外線硬化樹脂の薄膜１０２が積層される場合には、薄膜１００には、硬化積算光量Ｓの３０％〜９０％の紫外線が照射されている。このため、薄膜１０２が積層される薄膜１００は、概してゲル状をなしており、濡れ性が高く、表面張力が低い状態となっている。これにより、薄膜１０２は、薄膜１００になじみ易くなり、平坦なコーティング膜を形成することが可能となる。

また、紫外線照射装置２６は、硬化積算光量Ｓの３０％〜９０％の紫外線を照射すればよいため、ＵＶ強度の低いものを採用することが可能である。このため、紫外線照射装置２６の小型化を図ることが可能となり、紫外線照射装置２６をヘッド移動装置２２に容易に組み込むことが可能となる。また、照射強度の低いＬＥＤを紫外線照射装置２６として採用することが可能となり、照射量の制御を容易に行うことが可能となる。さらに言えば、紫外線硬化樹脂への照射量を適切に制御することで、紫外線硬化樹脂の紫外線による劣化を抑制することが可能となる。

また、コーティング膜形成装置１０では、インクジェットヘッド２４と紫外線照射装置２６とが、Ｙ軸スライダ６０に取り付けられており、ヘッド移動装置２２によって任意の位置に移動可能とされている。これにより、紫外線硬化樹脂の吐出作業と、紫外線の照射作業とを短時間で繰り返し行うことが可能となり、作業性が向上する。さらに、インクジェットヘッド２４と紫外線照射装置２６との間には、遮光板７４が取り付けられており、インクジェットヘッド２４のノズル穴７０への紫外線の照射を遮ることが可能となる。これにより、ノズル穴７０内での紫外線硬化樹脂の硬化を防止し、ノズル穴７０の詰まり等を防止することが可能となる。また、遮光板７４は昇降可能とされており、紫外線照射装置２６による紫外線の照射時に下降し、インクジェットヘッド２４による紫外線硬化樹脂の吐出時には、上昇する。これにより、遮光板７４を考慮することなく、紫外線硬化樹脂の吐出作業を行うとともに、ノズル穴７０への紫外線の照射を適切に遮ることが可能となる。

なお、コントローラ９２は、インクジェットヘッド２４によって、回路基板３４上に紫外線硬化樹脂を吐出するための機能部として、下層吐出部（図３参照）１１０を有しており、その下層吐出部１１０によって処理される工程が下層吐出工程である。また、コントローラ９２は、回路基板３４上に吐出された紫外線硬化樹脂の薄膜１００に、紫外線照射装置２６によって、紫外線を照射するための機能部として、照射部（図３参照）１１２を有しており、その照射部１１２によって処理される工程が照射工程である。さらに、コントローラ９２は、紫外線が照射された薄膜１００上に、インクジェットヘッド２４によって、紫外線硬化樹脂を吐出するための機能部として、上層吐出部（図３参照）１１４を有しており、その上層吐出部１１４によって処理される工程が上層吐出工程である。

ちなみに、上記実施例において、コーティング膜形成装置１０は、形成装置の一例である。ヘッド移動装置２２は、移動装置の一例である。インクジェットヘッド２４は、吐出装置の一例である。紫外線照射装置２６は、照射装置の一例である。回路基板３４は、被吐出体の一例である。Ｙ軸スライダ６０は、保持部の一例である。遮光板７４は、遮光板の一例である。昇降装置７８は、昇降装置の一例である。ＬＥＤ８０は、ＬＥＤの一例である。制御装置９０は、制御装置の一例である。下層吐出部１１０は、下層吐出部の一例である。照射部１１２は、照射部の一例である。上層吐出部１１４は、上層吐出部の一例である。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。具体的には、例えば、上記実施例では、紫外線硬化樹脂によって、回路基板３４のコーティング膜が形成されているが、種々の構造物を形成することが可能である。具体的には、例えば、ラピッドプロトタイピングで作製される立体形状の構造物，導光板のドットパターン等を形成することが可能である。

また、上記実施例では、吐出される流体として、紫外線硬化樹脂が採用されているが、特定の波長の光によって硬化する樹脂であれば、種々の樹脂を採用することが可能である。また、流体を吐出する装置としては、インクジェットヘッド２４に限られず、ディスペンサヘッド等を採用することが可能である。

また、上記実施例では、回路基板３４に吐出された紫外線硬化樹脂に、硬化積算光量の３０％〜９０％の紫外線が照射されているが、硬化積算光量の４０％〜８０％の紫外線が照射されることが好ましく、さらに言えば、硬化積算光量の５０％〜７０％の紫外線が照射されることが好ましい。

１０：コーティング膜形成装置（形成装置）２２：ヘッド移動装置（移動装置）２４：インクジェットヘッド（吐出装置）２６：紫外線照射装置（照射装置）３４：回路基板（被吐出体）６０：Ｙ軸スライダ（保持部）７４：遮光板７８：昇降装置８０：ＬＥＤ９０：制御装置１１０：下層吐出部１１２：照射部１１４：上層吐出部

Claims

光硬化樹脂を吐出する吐出装置と、
光硬化樹脂を硬化させるための光を照射する照射装置と
を用いて、光硬化樹脂による構造物を形成する形成方法において、
当該形成方法が、
前記吐出装置によって、被吐出体の上面に光硬化樹脂を吐出する下層吐出工程と、
光硬化樹脂を硬化させるための硬化条件として、光硬化樹脂の種類毎に設定されている積算光量の３０％〜９０％の光を、前記照射装置によって、前記下層吐出工程において吐出された光硬化樹脂に照射する照射工程と、
前記照射工程において光を照射された光硬化樹脂の上面に、前記吐出装置によって光硬化樹脂を吐出する上層吐出工程と
を含むことを特徴とする形成方法。
光硬化樹脂を吐出する吐出装置と、
光硬化樹脂を硬化させるための光を照射する照射装置と、
前記吐出装置と前記照射装置との作動を制御する制御装置と
を備え、光硬化樹脂による構造物を形成する形成装置において、
前記制御装置が、
前記吐出装置の作動を制御し、被吐出体の上面に光硬化樹脂を吐出するための下層吐出部と、
前記照射装置の作動を制御し、光硬化樹脂を硬化させるための硬化条件として、光硬化樹脂の種類毎に設定されている積算光量の３０％〜９０％の光を、前記吐出装置によって吐出された光硬化樹脂に照射するための照射部と、
前記吐出装置の作動を制御し、前記照射装置によって光を照射された光硬化樹脂の上面に光硬化樹脂を吐出するための上層吐出部と
を有することを特徴とする形成装置。
当該形成装置が、
前記吐出装置と前記照射装置とを固定的に保持する保持部を有し、前記吐出装置と前記照射装置とを任意の位置に移動させる移動装置と、
前記吐出装置と前記照射装置との間に設けられ、前記吐出装置の吐出部への前記照射装置による光の照射を遮る遮光板と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の形成装置。
当該形成装置が、
前記遮光板を昇降させるための昇降装置を備えることを特徴とする請求項３に記載の形成装置。
前記照射装置が、
ＬＥＤによって光を照射する装置であることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１つに記載の形成装置。