JP2020104381A - 光硬化システム - Google Patents

Abstract

【課題】立体形状のワークの側面に光を十分に照射できる光硬化システムを提供する。【解決手段】ランプ１２と、当該ランプ１２の短手方向に立体形状のワークＷを搬送するステージ６と、を有し、ワークＷの表面の光硬化性樹脂２２にランプ１２の光を照射して硬化させる光硬化システム１において、ランプ１２は、その両端部１２Ａ、１２Ｂがステージ６において複数のワークＷが互いに離間して配置されたワーク配置領域Ｔの外に位置するように延在し、ステージ６の少なくともワーク配置領域Ｔの表面Ｔ１には、ランプ１２の光を反射する反射面が設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、光硬化システムに関する。

従来、光硬化性材料が表面に塗布された立体形状のワークに、光源の光を照射して、当該光硬化性材料を硬化する装置が知られている。このような装置には、並べられた複数のワークのそれぞれが有する上面、及び側面の両方に光を照射して、塗布された光硬化性材料を硬化するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−２４３６２号公報

しかしながら、立体形状のワークが電子部品等のように小さく、かつ複数が密集して配置されていた場合、各ワークの側面への光の照射が不十分になることがあった。
本発明は、立体形状のワークの側面に光を十分に照射できる光硬化システムを提供することを目的とする。

本発明の光硬化システムは、線状光源と、当該線状光源の短手方向に立体形状のワークを搬送するステージと、を有し、前記ワークの表面の光硬化性材料に前記線状光源の光を照射して硬化させる光硬化システムにおいて、前記線状光源は、その両端が前記ステージにおいて複数の前記ワークが互いに離間して配置されたワーク配置領域の外に位置するように延在し、前記ステージの少なくとも前記ワーク配置領域の表面には、前記線状光源の光を反射する反射面が設けられていることを特徴とする。

本発明は、上記光硬化システムにおいて、前記反射面は、前記光を散乱させる散乱反射面であることを特徴とする。

本発明は、上記光硬化システムにおいて、複数の前記線状光源と、前記線状光源のそれぞれの光を前記ワークに斜めに入射させる光制御部材と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、立体形状のワークの側面に光を十分に照射できる。

本発明の実施形態に係る光硬化システムを模式的に示した側面図である。 ステージの構成を示した図であり、（Ａ）は、上面図、（Ｂ）は、側面図である。 ワークを拡大して示した図であり、（Ａ）は、上面図、（Ｂ）は、斜視図である。 照射器とワークとの配置を示した上面図である。 照射器からランプの長手方向に放射される光と、ワークとの関係を示した図である。 照射器から照射された光と、ワークとの関係を模式的に示した図である。 本実施形態の変形例における照射器と、ワークとを模式的に示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光硬化システム１を模式的に示した側面図である。
光硬化システム１は、図１に示すように、光源を備え、光硬化性材料を表面に含んだ立体形状のワークＷに、光源の光を照射して、当該光硬化性材料を硬化するシステムである。
光硬化システム１は、照射器設置架台２と、ステージ搬送架台４と、複数のワークＷが載置されるステージ６とを備えている。
照射器設置架台２は、ステージ搬送架台４から所定距離を空けて離れた上方位置で、ステージ搬送架台４の幅方向（後述する直動機構の直動方向Ｄに直交する方向）に横架される門体であり、その両柱がステージ搬送架台４に固定される。照射器設置架台２は、照射器８を内蔵し、当該照射器８が直下に照射光を照射する。

ステージ搬送架台４には、直動方向Ｄに沿って、ステージ搬送架台４の面上を照射器８の直下を通過するように、ステージ６を移送する直動機構が内設されている。光硬化材料の光硬化においては、ステージ６に載置された複数のワークＷが直動機構によって直動方向Ｄに沿って移送され、照射器８の直下を通過し、この通過のときに照射器８の照射光が照射されて光硬化性材料が硬化される。

照射器８は、下面に光出射開口部１０Ａを有する筐体１０の内部に、光源であるランプ１２、及び反射鏡１４を備えるとともに、光出射開口部１０Ａの前面側（ワークＷ側）に波長選択フィルタユニット１６を備えている。
筐体１０は、複数のワークＷから所定距離を空けて離れた上方位置で照射器設置架台２に支持されている。

ランプ１２には、紫外線を含む光を放射する直管型（棒状）の放電ランプが用いられており、当該ランプ１２は、直動機構の直動方向Ｄに直交する方向に延びる線状光源である。すなわち、直動機構の直動方向Ｄは、ランプ１２の短手方向に一致している。本実施形態のランプ１２は、長手方向における長さが２５０ｍｍとなっている。
なお、光硬化システム１の光源は、放電ランプに限らず発光素子を直線状に並べたものであってもよい。また、光源が放射する光は、紫外線光に限らず、可視光であってもよい。
反射鏡１４は、光制御部材であり、当該反射鏡１４は、ランプ１２におけるワークＷ側を除く領域を包囲し、かつ、ランプ１２の長軸方向に延びるシリンドリカル凹面反射鏡である。この反射鏡１４は、ランプ１２の光を集光し、光出射開口部１０Ａから波長選択フィルタユニット１６を介して複数のワークＷに向けて照射する。

光出射開口部１０Ａは、ランプ１２の直下に形成された平面視で矩形状の開口部であり、長手方向がランプ１２の長手方向に一致するように設けられている。
光出射開口部１０Ａは、例えば石英板等の波長選択特性を有していない光透過部材で形成された板状のカバーによって塞がれている。

波長選択フィルタユニット１６は、所定の波長の光をカットする光学フィルタ１７（図４）を備えており、当該波長選択フィルタユニット１６は、光出射開口部１０Ａと同様に、長手方向がランプ１２の長手方向に一致するように設けられている。この波長選択フィルタユニット１６によって、照射器８からワークＷに所望の波長の光を照射可能となっている。
なお、波長選択フィルタユニット１６は、筐体１０の内側に配置されていても良い。また、所定波長の光のカットが不要な場合は、波長選択フィルタユニット１６を省略しても良い。

図２は、ステージ６の構成を示した図であり、図２（Ａ）は、上面図、図２（Ｂ）は、側面図である。
次いで、本実施形態の照射対象物であるワークＷと、当該ワークＷが載置されるステージ６について説明する。
ステージ６は、上面視で矩形の板状部材であり、本実施形態では、ステージ６は、長手方向が直動機構の直動方向Ｄと一致するように、ステージ搬送架台４に載置されている。以下、説明を判り易くするため、ステージ６の長手方向、及びステージ６の短手方向について、符号Ｘ、Ｙを付して説明する。
また、ステージ６の所定範囲には、ワーク配置領域Ｔが設けられている。ワーク配置領域Ｔは、内側に複数のワークＷが載置される領域である。本実施形態では、当該ワーク配置領域Ｔは、ステージ上面６Ａの上面視で略矩形状で、ステージ上面６Ａの略中央に位置している。
なお、ワーク配置領域Ｔの上面視における形状は、矩形に限らず、他の形状であってもよい。

また、ワーク配置領域Ｔの上面（表面）Ｔ１には、入射した光を全反射させる反射層１８が設けられている。反射層１８は、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１に、アルミニウム等の金属材を蒸着することによって形成されている。この反射層１８が設けられることによって、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１は、反射面となり、照射器８からの照射光を全反射させる。
なお、この反射層１８には、金属膜の蒸着に代えて、誘電多層膜等の各種光学薄膜を用いてもよい。また、反射層１８は、反射特性を有した樹脂膜を塗布することで形成してもよい。

図３は、ワークＷを拡大して示した図であり、図３（Ａ）は、上面図、図３（Ｂ）は、斜視図である。
ワークＷは、図２、及び図３に示すように、立体形状を有し、表面に光硬化性材料が塗布され、複数が密集してステージ６のワーク配置領域Ｔに配置されている。
これらのワークＷは、ステージ６の上面視で、ワーク配置領域Ｔの全体に配置されており、各ワークＷは、互いに離間した状態で、整列して並べられている。なお、各ワークＷは、放射状に並べられていてもよい。
また、ワークＷの上面視における長手方向Ｘは、ステージ６の長手方向Ｘと一致し、ワークＷの上面視における短手方向Ｙも、ステージ６の短手方向Ｙと一致する。以下、説明を判り易くするため、ワークＷの長手方向、及びワークＷの短手方向についても、符号Ｘ、Ｙを付して説明する。

本実施形態のワークＷは、例えば電子部品などの非常に小さな部材であり、図３に示すように、上面視で矩形状の直方体形状を有している。各ワークＷについて詳述すると、本実施形態では、ワークＷの上面視における長手方向Ｘの長さＬ１は、０．５〜２．６ｍｍ程度であり、ワークＷの上面視における短手方向Ｙの幅Ｌ２は、０．４〜２．５ｍｍ程度となっている。また、ワークＷの高さＬ３は、０．４〜１．８ｍｍ程度となっている。
これらのワークＷは、ステージ６の長手方向Ｘにおいて、互いに隙間Ｇ１を空けて配置されており、本実施形態では、隙間Ｇ１は、０．４〜１．４ｍｍ程度となっている。同様に、各ワークＷは、ステージ６の短手方向Ｙにおいて、互いに隙間Ｇ２を空けて配置されており、本実施形態では、隙間Ｇ２は、０．７〜１．１ｍｍ程度となっている。

また、各ワークＷの表面には、光硬化性材料である光硬化性樹脂２２が塗布されている。本実施形態の光硬化性樹脂２２は、紫外線硬化型の樹脂である。なお、可視光硬化型の樹脂であってもよい。
光硬化性樹脂２２は、ワークＷの上面ＷＡと、各側面ＷＢとに塗布されている。詳述すると、光硬化性樹脂２２は、上面ＷＡには、全面に塗布され、各側面ＷＢには、ワークＷの高さ方向において、上面ＷＡ側から中程の高さまでに塗布されている。
以下、説明を判り易くするため、直動機構の直動方向Ｄにおいて、ワークＷの前方側に位置するワークＷの側面ＷＢを前面ＷＢ１、ワークＷの後方側に位置するワークＷの側面ＷＢを後面ＷＢ２とする。また、これら以外のワークＷの短手方向に位置する各側面ＷＢを、横面ＷＢ３とする。

図４は、照射器８とワークＷとの配置を示した上面図である。
図４に示すように、ステージ６、及びワークＷは、ステージ搬送架台４の直動機構によって直動方向Ｄに沿って移送され、ステージ６の上面視で、ランプ１２の長手方向の中央を通過する。なお、ランプ１２の長手方向は、ステージ６の短手方向Ｙと一致している。
また、ランプ１２の一方の端部１２Ａと、ワーク配置領域Ｔの短手方向Ｙにおける一方の縁部Ｔ２とは、所定の距離Ｓ１を空けて位置している。同様に、ランプ１２の他方の端部１２Ｂと、ワーク配置領域Ｔの短手方向Ｙにおける他方の縁部Ｔ３とは、距離Ｓ１と等距離である距離Ｓ２を空けて位置している。
すなわち、ステージ６に載置されたワークＷが照射器８の直下を通過するときには、ランプ１２の両端部１２Ａ、１２Ｂがワーク配置領域Ｔの外側に位置する。換言すると、ランプ１２の両端部１２Ａ、１２Ｂは、ワーク配置領域Ｔの幅方向における外側に延在している。

図１に示すように、照射器８の光軸Ｋは、当該照射器８の側面視で、直下に向かって垂直に延びている。このため、ワークＷが照射器８の直下を通過すると、光軸Ｋに沿った照射器８の照射光は、主に各ワークＷの上面ＷＡに照射される。
また、各ワークＷの前面ＷＢ１、及び後面ＷＢ２には、反射鏡１４によって制御された照射光と、ランプ１２から放射された光の内、ランプ１２の短手方向へ放射された光が主に照射される。

図５は、照射器８からランプ１２の長手方向に放射される光と、各ワークＷとの関係を模式的に示した図である。なお、図５においては、説明の便宜上、ランプ１２の一方の端部１２Ａからの放射光Ｒのみを示している。
各横面ＷＢ３には、図５に示すように、ランプ１２から放射された光の内、ランプ１２の長手方向へ放射された光が主に照射される。
本実施形態では、上述した通り、ランプ１２の両端部１２Ａ、１２Ｂと、ワーク配置領域Ｔの短手方向Ｙにおける両縁部Ｔ２、Ｔ３と、がいずれも距離Ｓ１、Ｓ２を空けて位置している。このため、ランプ１２の長手方向へ放射された放射光Ｒは、各横面ＷＢ３に対して小さな入射角で入射する。
このように、ランプ１２の長手方向の長さがワーク配置領域Ｔの短手方向Ｙよりも十分に長いため、各横面ＷＢ３には、ランプ１２の長手方向へ放射された放射光Ｒが照射され易くなっている。

ここで、上述した通り、本実施形態の各ワークＷは、所定の高さを有した微小部材であり、また、各ワークＷ同士は、微小な隙間Ｇ１、Ｇ２を空けて、多数が密集した状態でステージ６に配置されている。
このため、一部の放射光Ｒは、隣り合うワークＷによって遮蔽される場合がある。

図６は、照射器８から照射された光と、各ワークＷとの関係を模式的に示した図である。
本実施形態では、上述の通り、ステージ上面６Ａのワーク配置領域Ｔには、反射層１８が設けられており、当該ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１は、反射面となっている。
放射光Ｒの内、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１に入射した光を照射光ｒ１とすると、図６に示すように、照射光ｒ１は、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１で反射し、この反射光ｒ２が各横面ＷＢ３に入射する。
すなわち、各横面ＷＢ３には、直接入射する放射光Ｒに加えて、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１で反射した反射光ｒ２が入射する。
これによって、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１に入射した光である照射光ｒ１を用いて、各横面ＷＢ３に反射光ｒ２を照射することができ、各横面ＷＢ３に光を十分に照射することができる。
さらに、照射光ｒ１は、各ワークＷの底面側であるワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１で反射する。このため、密集して配置された各ワークＷの内、いずれの位置に配置されたワークＷであっても、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１は、反射光ｒ２を他のワークＷに遮られることなく各横面ＷＢ３に入射させることができる。

また、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１の全体が反射面となっているため、各横面ＷＢ３に限らず、前面ＷＢ１、及び後面ＷＢ２にも反射光ｒ２が入射する。これによって、各側面ＷＢのいずれにも光を十分に照射することができる。
このため、ワークＷの光硬化性樹脂２２を硬化させるための所要時間の短縮や、紫外線の照射回数を低減させることができる。

上述した実施形態によれば、次のような効果を奏する。
本実施形態の光硬化システム１は、線状光源であるランプ１２と、当該ランプ１２の短手方向に立体形状を有した複数のワークＷを搬送するステージ６とを備えている。ワークＷの表面には、光硬化性樹脂２２が表面に塗布されており、光硬化システム１は、ランプ１２の光を照射して、当該光硬化性樹脂２２を硬化する。また、ステージ６は、複数のワークＷを互いに離間した状態で配置するワーク配置領域Ｔを有し、ランプ１２の両端部１２Ａ、１２Ｂは、当該ワーク配置領域Ｔの外側に位置している。
そして、当該ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１は、ランプ１２の光を反射する反射面となっている、という構成とした。
これによって、各横面ＷＢ３には、直接入射する放射光Ｒに加えて、照射光ｒ１がワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１で反射した光である反射光ｒ２が入射する。
このため、各横面ＷＢ３に光を十分に照射することができる。さらに、反射光ｒ２は、前面ＷＢ１、及び後面ＷＢ２にも入射するため、各側面ＷＢのいずれにも光を十分に照射することができる。

上述した実施形態は、本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。

上述した実施形態では、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１には、入射した光を全反射する反射層１８が設けられた全反射面となっていた。しかしながらこれに限らず、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１は、照射光ｒ１を散乱反射させる散乱反射面であってもよい。
この場合、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１には、レジスト面が形成されている。このレジスト面は、例えば高い光散乱反射率が得られる白色物質等の材料を塗布することや、ブラスト加工等の表面加工を施すこと等によって、光を効率よく散乱反射させる散乱反射面に形成されている。
これによって、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１は、照射器８の照射光ｒ１を反射して散乱させる。これによって生じた散乱光は、ワークＷの各側面ＷＢに入射するため、これらの側面ＷＢに光を十分に照射できる。

上述した実施形態では、光硬化システム１は、１台の照射器８を備えるとした。しかしながらこれに限らず、複数台の照射器８を備えていてもよい。

例えば、図７に示すように、２台の照射器８を、ステージ搬送架台４によって移送されるステージ６、及びワークＷに対して、光軸Ｋがいずれも所定の角度を有するように、斜めに配置してもよい。
この変形例について詳述すると、図７では、２台の照射器８の内、一方をワークＷの前面ＷＢ１に対して光軸Ｋが４５度の角度となるように配置し、他方をワークＷの後面ＷＢ２に対して光軸Ｋが４５度の角度となるように配置している。
これによって、反射鏡１４に集光された一方の照射器８の照射光は、各ワークＷの前面ＷＢ１に、小さな入射角で斜めに入射する。同様に、反射鏡１４に集光された他方の照射器８の照射光は、後面ＷＢ２に、小さな入射角で斜めに入射する。
このため、各ワークＷの前面ＷＢ１、及び後面ＷＢ２に、照射器８の照射光が照射され易くなり、各ワークＷの側面ＷＢに十分に光を照射することができる。

また、上述した変形例では、各照射器８の光軸Ｋは、ワークＷの前面ＷＢ１、及び後面ＷＢ２に対して、いずれも３０度から４５度の角度となるように設けられる。これによって、ワークＷの各面の積算光量を低下させることなく、ワークＷの各側面ＷＢの積算光量の差を小さくすることができ、ワークＷの光硬化性樹脂２２を効率よく硬化させることができる。
なお、各照射器８は、ステージ６、及びワークＷに対しての光軸Ｋの角度が可変となるように、回動自在に設けてもよい。この場合、各照射器８は、ステージ６、及びワークＷに対して光軸Ｋが３０度から４５度の角度を取るように設けられる。

また、ステージ搬送架台４に載置台を設け、その上にステージ６を載置してもよい。
また、ステージ搬送架台４は、ベルトコンベアや、直動方向Ｄに直動するアームを有したロボットアームでも良い。

また、上述した実施形態では、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１に反射面が設けられるとしたが、これに限らずステージ上面６Ａの全面が反射面となっていてもよい。
また、反射層１８に光透過性の樹脂層を設け、当該樹脂層の上にワークＷを載置してもよい。

また、上述した実施形態では、ワーク配置領域Ｔの上面Ｔ１に反射層１８を形成したが、これに限らず、金属材を用いてステージ６を形成し、ステージ上面６Ａに鏡面加工を施すことによって、反射面を形成してもよい。
また、照射器８とワークとの間に位置する箇所等に補助反射板を設けてもよい。

１ 光硬化システム
２ 照射器設置架台
４ ステージ搬送架台
６ ステージ
６Ａ ステージ上面
８ 照射器
１０ 筐体
１０Ａ 光出射開口部
１２ ランプ（線状光源）
１２Ａ、１２Ｂ 端部
１４ 反射鏡（光制御部材）
１６ 波長選択フィルタユニット
１７ 光学フィルタ
１８ 反射層
２２ 光硬化性樹脂（光硬化性材料）
Ｄ 直動方向
Ｇ１、Ｇ２ 隙間
Ｋ 光軸
Ｌ１ 長さ
Ｌ２ 幅
Ｌ３ 高さ
Ｒ 放射光
Ｓ１、Ｓ２ 距離
Ｔ ワーク配置領域
Ｔ１、ＷＡ 上面
Ｔ２、Ｔ３ 縁部
Ｗ ワーク
ＷＢ 側面
ＷＢ１ 前面
ＷＢ２ 後面
ＷＢ３ 横面
ｒ１ 照射光
ｒ２ 反射光

Claims (3)

1. 線状光源と、当該線状光源の短手方向に立体形状のワークを搬送するステージと、を有し、前記ワークの表面の光硬化性材料に前記線状光源の光を照射して硬化させる光硬化システムにおいて、
   前記線状光源は、その両端が前記ステージにおいて複数の前記ワークが互いに離間して配置されたワーク配置領域の外に位置するように延在し、
   前記ステージの少なくとも前記ワーク配置領域の表面には、前記線状光源の光を反射する反射面が設けられている
   ことを特徴とする光硬化システム。
2. 前記反射面は、前記光を散乱させる散乱反射面である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光硬化システム。
3. 複数の前記線状光源と、
   前記線状光源のそれぞれの光を前記ワークに斜めに入射させる光制御部材と、を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光硬化システム。

Images