JP5862724B2 - 造形方法 - Google Patents
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えば、特許文献1参照)。
積層法では、一般的に、立体の外形を規定する複数の断面要素のそれぞれを、順次に断
面パターンとして形成しながら積層することによって立体が造形され得る。
ている。
この方法では、まず、断面要素を、フッ素コーティングが施された仮テーブル上に紫外
線硬化樹脂で断面パターンとして描画する。次に、この断面パターンを仮テーブルと造形
テーブルとで挟持した状態で、断面パターンに紫外線(紫外光)を照射する。次に、断面
パターンと仮テーブルとを互いに離間させる。この方法では、断面パターンに紫外線を照
射すると、断面パターンが造形テーブルに接着した状態で硬化する。他方で、仮テーブル
にはフッ素コーティングが施されているので、断面パターンは、仮テーブルから剥離しや
すい。この方法によれば、断面パターンを造形テーブルに転写させやすくすることができ
る。
施されているので、紫外線硬化樹脂の粘性によっては、紫外線硬化樹脂が仮テーブルに濡
れ広がりにくくなることがある。この状態では、断面パターンの精度を高めることが困難
となる。
つまり、従来の造形方法では、造形物の精度を高めることが困難であるという課題があ
る。
形態又は適用例として実現され得る。
ことによって硬化が促進する液状体で、描画面を有する描画台の前記描画面に、前記断面
要素を断面パターンとして描画する描画工程と、前記描画台に描画された前記断面パター
ンを前記描画台と造形台との間に挟持した状態で、前記断面パターンを構成する前記液状
体に前記活性エネルギーを付与するエネルギー付与工程と、前記活性エネルギーが付与さ
れた後の前記断面パターンを前記描画台から剥離して、前記断面パターンを前記造形台側
に転写する剥離工程と、を含み、前記描画工程では、前記液状体に対する撥液性を示す領
域である撥液領域と、前記撥液領域内で島状に独立し、前記液状体に対して前記撥液領域
よりも親液性を示す領域である親液領域と、を有する前記描画面に前記断面パターンを描
画する、ことを特徴とする造形方法。
描画工程では、造形対象である立体を複数の断面要素に分割し、描画台の描画面に、液
状体で断面要素を断面パターンとして描画する。液状体は、活性エネルギーを受けること
によって硬化が促進する。
エネルギー付与工程では、描画台に描画された断面パターンを描画台と造形台との間に
挟持した状態で、断面パターンを構成する液状体に活性エネルギーを付与する。これによ
り、描画台と造形台との間に挟持された断面パターンの硬化が促進する。
剥離工程では、断面パターンを描画台から剥離して、断面パターンを造形台側に転写す
る。
上記により、複数の断面パターンを造形台側に積層させることができる。この結果、造
形対象である立体を造形台に形成することができる。
この造形方法では、描画工程において、撥液領域と、親液領域と、を有する描画面に断
面パターンを描画する。撥液領域は、液状体に対する撥液性を示す領域である。親液領域
は、液状体に対して撥液領域よりも親液性を示す領域である。親液領域は、撥液領域内で
島状に独立している。
描画面が撥液領域を有しているので、剥離工程において、断面パターンを描画台から剥
離させやすくすることができる。また、親液領域が撥液領域内で島状に独立して設けられ
ているので、描画面に液状体を塗布したときに、親液領域に液状体を保持させやすくする
ことができる。このため、撥液領域に液状体で断面パターンを描画したときの断面パター
ンの精度を高めやすくすることができる。この結果、造形対象の立体の精度を高めやすく
することができる。
硬化が促進する性質である光硬化性を有しており、前記エネルギー付与工程では、前記液
状体に前記光を照射する、ことを特徴とする造形方法。
によって硬化が促進する性質である。そして、エネルギー付与工程では、液状体に光を照
射する。これにより、断面パターンを構成する液状体の硬化を促進させることができる。
ト法で前記描画台に吐出することによって、前記描画面に前記断面パターンを描画する、
ことを特徴とする造形方法。
とによって、描画面に断面パターンを描画する。これにより、描画面に断面パターンを描
画することができる。
出ヘッドと、前記吐出ヘッドから吐出される前記液状体で、造形対象である立体の断面パ
ターンが描画される面である描画面を有する描画台と、前記描画面に付着した前記液状体
に前記活性エネルギーを付与するエネルギー付与装置と、前記活性エネルギーが付与され
た後の前記断面パターンが、前記描画台から転写される造形台と、を有し、前記描画面に
は、前記液状体に対する撥液性を示す領域である撥液領域と、前記撥液領域内で島状に独
立し、前記液状体に対して前記撥液領域よりも親液性を示す領域である親液領域と、が設
けられている、ことを特徴とする造形装置。
、を有している。
吐出ヘッドは、活性エネルギーを受けることによって硬化が促進する液状体を吐出する
。
描画台は、描画面を有している。描画面は、吐出ヘッドから吐出される液状体で、造形
対象である立体の断面パターンが描画される面である。
エネルギー付与装置は、描画面に付着した液状体に活性エネルギーを付与する。
造形台には、断面パターンが描画台から転写される。
この造形装置では、描画面に、撥液領域と、親液領域と、が設けられている。撥液領域
は、液状体に対する撥液性を示す領域である。親液領域は、液状体に対して撥液領域より
も親液性を示す領域である。親液領域は、撥液領域内で島状に独立している。
この造形装置では、描画面に撥液領域が設けられているので、断面パターンを描画台か
ら剥離させやすくすることができる。また、親液領域が撥液領域内で島状に独立して設け
られているので、描画面に液状体を塗布したときに、親液領域に液状体を保持させやすく
することができる。このため、撥液領域に液状体で断面パターンを描画したときの断面パ
ターンの精度を高めやすくすることができる。この結果、造形対象の立体の精度を高めや
すくすることができる。
硬化が促進する性質である光硬化性を有しており、前記エネルギー付与装置は、前記液状
体に前記光を照射する、ことを特徴とする造形装置。
によって硬化が促進する性質である。そして、エネルギー付与装置は、液状体に光を照射
する。これにより、断面パターンを構成する液状体の硬化を促進させることができる。
吐出する、ことを特徴とする造形装置。
ーンを描画することができる。
けられており、前記複数の親液領域は、平面視で、第1方向に配列する複数の第1配列を
構成しており、前記複数の第1配列は、平面視で、前記第1方向とは交差する方向である
第2方向に並んでいる、ことを特徴とする造形装置。
、平面視で、第1方向に配列する複数の第1配列を構成している。複数の第1配列は、平
面視で、第1方向とは交差する方向である第2方向に並んでいる。
上記の構成により、複数の親液領域が規則的に散在するので、描画台からの断面パター
ンの剥離性を維持しつつ、断面パターンの精度を高めやすくすることができる。
けられており、前記複数の親液領域は、平面視で、第1方向に配列する複数の第1配列を
構成しており、前記複数の第1配列は、平面視で、前記第1方向とは交差する方向である
第2方向にジグザグに並んでいる、ことを特徴とする造形装置。
、平面視で、第1方向に配列する複数の第1配列を構成している。複数の第1配列は、平
面視で、第1方向とは交差する方向である第2方向にジグザグに並んでいる。
上記の構成により、複数の親液領域が規則的に散在するので、描画台からの断面パター
ンの剥離性を維持しつつ、断面パターンの精度を高めやすくすることができる。
けられており、前記複数の親液領域は、フィボナッチ数列を利用した螺旋を構成している
、ことを特徴とする造形装置。
、フィボナッチ数列を利用した螺旋を構成している。
上記の構成により、複数の親液領域が散在するので、描画台からの断面パターンの剥離
性を維持しつつ、断面パターンの精度を高めやすくすることができる。
また、この造形装置では、平面視での2次元座標系において、複数の親液領域の直線的
な規則性を解消しやすくすることができる。この結果、断面パターンの精度を高めやすく
することができる。
ている、ことを特徴とする造形装置。
前記吐出ヘッドから吐出される前記液滴の外径の1.25倍以下の距離である、ことを特
徴とする造形装置。
滴の外径の1.25倍以下の距離である。これにより、吐出ヘッドから吐出された液滴が
隣り合う親液領域同士の間に着弾したときに、着弾した液滴が形成するドットを、隣り合
う2つの親液領域でこれらの親液領域同士間の隙間に保持しやすくすることができる。
構成を認識可能な程度の大きさにするために、構成や部材の縮尺が異なっていることがあ
る。
本実施形態の造形システム1は、図1に示すように、コンピューター3と、造形装置5
と、を有している。
コンピューター3は、造形対象である立体7の形状データから、複数の断面要素を抽出
するための演算処理を行う。また、コンピューター3は、抽出した断面要素のデータ(以
下、断面データと呼ぶ)を造形装置5に出力する。
造形装置5は、コンピューター3から出力される断面データに基づいて、断面要素に対
応する断面パターンを描画し、描画した断面パターンを順次に積層することによって、立
体7を造形する。
板搬送装置11と、キャリッジ12と、キャリッジ搬送装置13と、露光装置15と、転
写装置17と、を有している。
キャリッジ12には、ヘッドユニット14が設けられている。
造形装置5では、ヘッドユニット14と基板Wとの平面視での相対位置を変化させつつ
、ヘッドユニット14から液状体を液滴として吐出させることによって、基板Wの描画面
18に液状体で所望のパターンを描画することができる。本実施形態では、造形装置5は
、コンピューター3(図1)から出力される断面データに基づいて、基板Wに断面パター
ンを描画する。
なお、図中のY方向は基板Wの移動方向を示し、X方向は平面視でY方向とは直交する
方向を示している。また、X方向及びY方向によって規定されるXY平面と直交する方向
は、Z方向として規定される。
レール23bと、テーブル25と、を有している。
定盤21は、例えば石などの熱膨張係数が小さい材料で構成されており、Y方向に沿っ
て延びるように据えられている。ガイドレール23a及びガイドレール23bは、定盤2
1の上面21a上に配設されている。ガイドレール23a及びガイドレール23bは、そ
れぞれ、Y方向に沿って延在している。ガイドレール23aとガイドレール23bとは、
互いにX方向に隙間をあけた状態で並んでいる。
テーブル25は、ガイドレール23a及びガイドレール23bを挟んで定盤21の上面
21aに対向した状態で設けられている。テーブル25は、定盤21から浮いた状態でガ
イドレール23a及びガイドレール23b上に載置されている。テーブル25は、基板W
が載置される面である載置面25aを有している。載置面25aは、定盤21側とは反対
側(上側)に向けられている。テーブル25は、ガイドレール23a及びガイドレール2
3bによってY方向に沿って案内され、定盤21上をY方向に沿って往復移動可能に構成
されている。
されている。移動機構としては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた機
構や、リニアガイド機構などが採用され得る。本実施形態では、テーブル25をY方向に
沿って移動させるための動力源として、後述する基板搬送モーターが採用されている。基
板搬送モーターとしては、ステッピングモーター、サーボモーター、リニアモーターなど
の種々のモーターが採用され得る。
基板搬送モーターからの動力は、移動機構を介してテーブル25に伝達される。これに
より、テーブル25は、ガイドレール23a及びガイドレール23bに沿って、すなわち
Y方向に沿って往復移動することができる。つまり、基板搬送装置11は、テーブル25
の載置面25aに載置された基板Wを、Y方向に沿って往復移動させることができる。
また、基板搬送装置11は、後述するテーブル位置検出装置を有している。テーブル位
置検出装置は、テーブル25のY方向における位置を検出する。テーブル位置検出装置で
の検出結果に基づいて、基板WのY方向における位置が把握され得る。
図3に示すように、ヘッドプレート31と、吐出ヘッド33と、を有している。
吐出ヘッド33は、底面図である図4に示すように、ノズル面35を有している。ノズ
ル面35には、複数のノズル37が形成されている。なお、図4では、ノズル37をわか
りやすく示すため、ノズル37が誇張され、且つノズル37の個数が減じられている。
吐出ヘッド33において、複数のノズル37は、Y方向に沿って配列する12本のノズ
ル列39を構成している。12本のノズル列39は、X方向に互いに隙間をあけた状態で
並んでいる。各ノズル列39において、複数のノズル37は、Y方向に沿って所定のノズ
ル間隔Pで形成されている。
、ノズル列39b、ノズル列39c、ノズル列39d、ノズル列39e、ノズル列39f
、ノズル列39g、ノズル列39h、ノズル列39i、ノズル列39j、ノズル列39k
、及びノズル列39mという表記が用いられる。
吐出ヘッド33において、ノズル列39aとノズル列39bとは、互いにY方向にP/
2の距離だけずれている。ノズル列39c及びノズル列39dも、互いにY方向にP/2
の距離だけずれている。同様に、ノズル列39e及びノズル列39fも、互いにY方向に
P/2の距離だけずれており、ノズル列39g及びノズル列39hも、互いにY方向にP
/2の距離だけずれている。同様に、ノズル列39i及びノズル列39jも、互いにY方
向にP/2の距離だけずれており、ノズル列39k及びノズル列39mも、互いにY方向
にP/2の距離だけずれている。
プレート46と、キャビティープレート47と、振動板48と、複数の圧電素子49と、
を有している。
ノズルプレート46は、ノズル面35を有している。複数のノズル37は、ノズルプレ
ート46に設けられている。
キャビティープレート47は、ノズルプレート46のノズル面35とは反対側の面に設
けられている。キャビティープレート47には、複数のキャビティー51が形成されてい
る。各キャビティー51は、各ノズル37に対応して設けられており、対応する各ノズル
37に連通している。各キャビティー51には、図示しないタンクから機能液53が供給
される。
けられている。振動板48は、Z方向に振動(縦振動)することによって、キャビティー
51内の容積を拡大したり、縮小したりする。
複数の圧電素子49は、それぞれ、振動板48のキャビティープレート47側とは反対
側の面に設けられている。各圧電素子49は、各キャビティー51に対応して設けられて
おり、振動板48を挟んで各キャビティー51に対向している。各圧電素子49は、駆動
信号に基づいて、伸張する。これにより、振動板48がキャビティー51内の容積を縮小
する。このとき、キャビティー51内の機能液53に圧力が付与される。その結果、ノズ
ル37から、機能液53が液滴55として吐出される。吐出ヘッド33による液滴55の
吐出法は、インクジェット法の1つである。インクジェット法は、塗布法の1つである。
ート31から突出した状態で、ヘッドプレート31に支持されている。
キャリッジ12は、図3に示すように、ヘッドユニット14を支持している。ここで、
ヘッドユニット14は、ノズル面35がZ方向の下方に向けられた状態でキャリッジ12
に支持されている。
なお、本実施形態では、縦振動型の圧電素子49が採用されているが、機能液53に圧
力を付与するための加圧手段は、これに限定されず、例えば、下電極と圧電体層と上電極
とを積層形成した撓み変形型の圧電素子も採用され得る。また、加圧手段としては、振動
板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズルから
液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなども採用され得る。さらに、発熱体
を用いてノズル内に泡を発生させ、その泡によって機能液に圧力を付与する構成も採用さ
れ得る。
する液状体が採用されている。本実施形態では、活性エネルギーとして光が採用されてい
る。つまり、本実施形態では、機能液53は、光の照射を受けることによって硬化が促進
する性質である光硬化性を有している。さらに、本実施形態では、機能液53の硬化を促
進させる光として紫外光が採用されている。
光の照射を受けることによって硬化が促進する機能液53としては、樹脂材料に光硬化
剤を添加したものなどが採用され得る。樹脂材料としては、例えば、アクリル系やエポキ
シ系の樹脂材料などが採用され得る。光硬化剤としては、例えば、ラジカル重合型の光重
合開始剤や、カチオン重合型の光重合開始剤などが採用され得る。
ラジカル重合型の光重合開始剤としては、例えば、イソブチルベンゾインエーテルや、
イソプロピルベンゾインエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインメチルエーテ
ル、ベンジル、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ジエトキシアセトフェノン、
クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントンなどが挙げられる。
また、カチオン重合型の光重合開始剤としては、例えば、アリールスルホニウム塩誘導
体や、アリルヨードニウム塩誘導体、ジアゾニウム塩誘導体、トリアジン系開始剤などが
挙げられる。
質材料などの機能性材料を添加することによって固有の機能を有する機能液53を生成す
ることができる。
顔料や染料等の色素を含有する機能液53では、例えば、基板Wに描画する断面パター
ンをカラー表現することができる。以下において、顔料や染料等の色素を含有する機能液
53は、カラー塗料と呼ばれる。
また、機能液53の成分としての樹脂材料に、例えば、光透過性を有する樹脂材料を採
用することによって、光透過性を有する機能液53を構成することができる。以下におい
て、光透過性を有する機能液53は、透光塗料と呼ばれる。このような光透過性を有する
機能液53は、例えば、クリアインクとしての用途が考えられる。
クリアインクの用途としては、例えば、画像を被覆するオーバーコート層としての用途
や、画像を形成する前の下地層としての用途などが考えられる。以下において、下地層と
して適用される機能液53は、下地塗料と呼ばれる。
下地塗料としては、透光塗料だけでなく、透光塗料に種々の顔料を添加した機能液53
を採用することもできる。
の透光塗料とが採用されている。5種類のカラー塗料において、相互に異なる色は、それ
ぞれ、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)及びホワイト(
W)である。
なお、以下において、5種類の機能液53を色ごとに識別する場合に、機能液53Y、
機能液53M、機能液53C、機能液53K、及び機能液53Wという表記が用いられる
。また、透光塗料に対応する機能液53は、機能液53Tという表記が用いられる。
本実施形態では、異なる5色のカラー塗料(機能液53)が採用されているので、立体
7におけるカラー表現が実現され得る。また、本実施形態では、透光塗料も採用されてい
るので、光透過性を有する立体7を造形することができる。
吐出ヘッド33において、前述した12本のノズル列39(図4)は、機能液53の色
ごとに区分されている。本実施形態では、ノズル列39a及びノズル列39bに属するノ
ズル37は、機能液53Kを液滴55として吐出する。ノズル列39c及びノズル列39
dに属するノズル37は、機能液53Cを液滴55として吐出する。ノズル列39e及び
ノズル列39fに属するノズル37は、機能液53Mを液滴55として吐出する。ノズル
列39g及びノズル列39hに属するノズル37は、機能液53Yを液滴55として吐出
する。ノズル列39i及びノズル列39jに属するノズル37は、機能液53Wを液滴5
5として吐出する。ノズル列39k及びノズル列39mに属するノズル37は、機能液5
3Tを液滴55として吐出する。
ャリッジ位置検出装置65と、を有している。
架台61は、X方向に延在しており、基板搬送装置11をX方向にまたいでいる。架台
61は、テーブル25の定盤21側とは反対側で、基板搬送装置11に対向している。架
台61は、支柱67aと支柱67bとによって支持されている。支柱67a及び支柱67
bは、定盤21を挟んでX方向に互いに対峙する位置に設けられている。支柱67a及び
支柱67bは、それぞれ、テーブル25よりもZ方向の上方に突出している。これにより
、架台61とテーブル25との間に隙間が保たれている。
X方向に沿って延在しており、架台61のX方向における幅にわたって設けられている。
前述したキャリッジ12は、ガイドレール63に支持されている。キャリッジ12がガ
イドレール63に支持された状態において、吐出ヘッド33のノズル面35は、Z方向に
おいてテーブル25側に向いている。キャリッジ12は、ガイドレール63によってX方
向に沿って案内され、X方向に往復動可能な状態でガイドレール63に支持されている。
なお、平面視で、キャリッジ12がテーブル25に重なっている状態において、ノズル面
35とテーブル25の載置面25aとは、互いに隙間を保った状態で対向する。
キャリッジ位置検出装置65は、架台61とキャリッジ12との間に設けられており、
X方向に延在している。キャリッジ位置検出装置65は、キャリッジ12のX方向におけ
る位置を検出する。
成されている。移動機構としては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた
機構や、リニアガイド機構などが採用され得る。また、本実施形態では、キャリッジ12
をX方向に沿って移動させるための動力源として、後述するキャリッジ搬送モーターが採
用されている。キャリッジ搬送モーターとしては、ステッピングモーター、サーボモータ
ー、リニアモーターなどの種々のモーターが採用され得る。
キャリッジ搬送モーターからの動力は、移動機構を介してキャリッジ12に伝達される
。これにより、キャリッジ12は、ガイドレール63に沿って、すなわちX方向に沿って
往復移動することができる。つまり、キャリッジ搬送装置13は、キャリッジ12に支持
されたヘッドユニット14を、X方向に沿って往復移動させることができる。
光装置15は、定盤21のY方向における一端側に設けられている。露光装置15では、
Z方向における高さが、定盤21の上面21aの高さ以下に抑えられている。
ガイドレール23a及びガイドレール23bは、それぞれ、露光装置15のY方向にお
ける長さにわたって延びている。ガイドレール23aとガイドレール23bとは、X方向
に露光装置15を挟んで互いに対峙している。
上記により、テーブル25は、図6に示すように、平面視で、露光装置15に重畳し得
る。
する。光源81としては、例えば、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ
、エキシマランプ等が採用され得る。
なお、本実施形態では、テーブル25は、紫外光に対する光透過性を有している。従っ
て、テーブル25と露光装置15とが、平面視で互いに重畳した状態において、露光装置
15からの紫外光は、テーブル25に載置された基板Wに届き得る。このようなテーブル
25の材料としては、例えば、ガラスや石英などが採用され得る。
、を有している。
支柱83は、平面視で、露光装置15に重なる位置に設けられている。支柱83は、X
方向に定盤21及び露光装置15をまたいでいる。なお、テーブル25と露光装置15と
が平面視で互いに重畳した状態において、テーブル25と支柱83との間に隙間が保たれ
ている。
、支柱83の梁部83aからZ方向の下方に向かって吊り下げられている。転写板85は
、図示しない昇降機構によって、Z方向に沿って昇降可能に構成されている。昇降機構と
しては、例えば、ボールねじとボールナットとを組み合わせた機構や、リニアガイド機構
などが採用され得る。
。昇降モーター87からの動力は、昇降機構を介して転写板85に伝達される。これによ
り、転写板85は、Z方向に沿って昇降することができる。
また、転写装置17は、後述する転写板位置検出装置を有している。転写板位置検出装
置は、転写板85のZ方向における位置を検出する。転写板位置検出装置での検出結果に
基づいて、転写板85のZ方向における位置が把握され得る。
ている。制御部111は、CPU(Central Processing Unit)113と、駆動制御部1
15と、メモリー部117と、を有している。駆動制御部115及びメモリー部117は
、バス119を介してCPU113に接続されている。
また、造形装置5は、キャリッジ搬送モーター121と、基板搬送モーター123と、
テーブル位置検出装置125と、転写板位置検出装置127と、を有している。
キャリッジ搬送モーター121、基板搬送モーター123、及び昇降モーター87は、
それぞれ、入出力インターフェース133とバス119とを介して制御部111に接続さ
れている。また、キャリッジ位置検出装置65、テーブル位置検出装置125及び転写板
位置検出装置127も、それぞれ、入出力インターフェース133とバス119とを介し
て制御部111に接続されている。
。基板搬送モーター123は、テーブル25を駆動するための動力を発生させる。
テーブル位置検出装置125は、テーブル25のY方向における位置を検出する。転写
板位置検出装置127は、転写板85のZ方向における位置を検出する。
なお、吐出ヘッド33及び露光装置15も、それぞれ、入出力インターフェース133
とバス119とを介して制御部111に接続されている。また、コンピューター3も、入
出力インターフェース133とバス119とを介して制御部111に接続されている。
構成の駆動を制御する。メモリー部117は、RAM(Random Access Memory)や、RO
M(Read-Only Memory)などを含んでいる。メモリー部117には、造形装置5における
動作の制御手順が記述されたプログラムソフト135を記憶する領域や、各種のデータを
一時的に展開する領域であるデータ展開部137などが設定されている。データ展開部1
37に展開されるデータとしては、例えば、描画すべき断面パターンが示される断面デー
タや、描画処理等のプログラムデータなどが挙げられる。
駆動制御部115は、モーター制御部141と、位置検出制御部143と、吐出制御部
145と、露光制御部147と、を有している。
ー121の駆動と、基板搬送モーター123の駆動と、昇降モーター87の駆動とを、個
別に制御する。
位置検出制御部143は、CPU113からの指令に基づいて、キャリッジ位置検出装
置65と、テーブル位置検出装置125と、転写板位置検出装置127とを、個別に制御
する。
位置検出制御部143は、CPU113からの指令に基づいて、キャリッジ位置検出装
置65にキャリッジ12のX方向における位置を検出させ、且つ検出結果をCPU113
に出力する。
出装置125にテーブル25のY方向における位置を検出させ、且つ検出結果をCPU1
13に出力する。
また、位置検出制御部143は、CPU113からの指令に基づいて、転写板位置検出
装置127に転写板85のZ方向における位置を検出させ、且つ検出結果をCPU113
に出力する。
吐出制御部145は、CPU113からの指令に基づいて、吐出ヘッド33の駆動を制
御する。
露光制御部147は、CPU113からの指令に基づいて、露光装置15の光源81の
発光状態を個別に制御する。
立体7の形状データから複数の断面要素が抽出される。立体7は、図9に示すように、複
数の断面要素161によって構成される。複数の断面要素161を順次に重ねると、造形
対象である立体7が構成される。つまり、複数の断面要素161は、それぞれ、造形対象
である立体7の形状を構成する要素である。
コンピューター3は、抽出した複数の断面要素161に基づいて、複数の断面データを
生成する。このとき、1つの断面要素161から1つの断面データが生成される。複数の
断面データは、それぞれ、造形装置5に出力される。
本実施形態における造形方法は、図10に示すように、断面データ生成工程S1と、描
画工程S2と、転写工程S3と、を含む。
断面データ生成工程S1では、上述したように、造形対象である立体7の形状データか
ら複数の断面データを生成する。断面データ生成工程S1では、コンピューター3によっ
て、断面データの生成が行われる。
描画工程S2では、断面データに基づいて、基板Wの描画面18に機能液53で断面パ
ターンを描画する。描画工程S2では、造形装置5によって、断面パターンの描画が行わ
れる。なお、描画面18は、図2に示すように、テーブル25側とは反対側の面であり、
ヘッドユニット14側に向けられた面である。描画面18は、機能液53で断面パターン
が描画される面である。
5で断面パターンを露光しながら、断面パターンを基板Wの描画面18から転写板85に
転写する。
なお、描画工程S2及び転写工程S3は、描画すべき新たな断面パターンの断面データ
が尽きるまで反復して行われる。これにより、転写板85に立体7が形成され得る。
インターフェース133及びバス119を介して断面データを取得すると、断面データご
とにCPU113によって図11に示す描画処理が実施される。
ここで、断面データでは、描画すべき断面パターンがビットマップ状に表現されている
。基板Wへの断面パターンの描画は、吐出ヘッド33を基板Wに対向させた状態で、吐出
ヘッド33と基板Wとを相対的に往復移動させながら、吐出ヘッド33から液滴55を所
定周期で吐出させることによって行われる。
をモーター制御部141(図8)に出力する。このとき、モーター制御部141は、キャ
リッジ搬送モーター121の駆動を制御して、キャリッジ12を描画エリアの往路開始位
置に移動させる。ここで、描画エリアは、図2に示すテーブル25によってY方向に沿っ
て描かれる軌跡と、吐出ヘッド33によってX方向に沿って描かれる軌跡とが重なり合う
領域である。往路開始位置は、キャリッジ12を往復移動させるときの往路が開始する位
置である。本実施形態では、往路開始位置は、X方向において、定盤21の支柱67a側
に位置している。往路開始位置は、平面視で、定盤21の外側に位置している。
次いで、ステップS22において、CPU113は、基板搬送指令をモーター制御部1
41(図8)に出力する。このとき、モーター制御部141は、基板搬送モーター123
の駆動を制御して、基板Wを描画エリアに移動させる。
御部141(図8)に出力する。このとき、モーター制御部141は、キャリッジ搬送モ
ーター121の駆動を制御して、キャリッジ12の往復移動を開始させる。
ここで、キャリッジ12の往復移動では、キャリッジ12は、上述した往路開始位置と
復路開始位置との間を往復移動する。つまり、往路開始位置から復路開始位置で折り返し
て往路開始位置に戻る経路がキャリッジ12の1往復である。このため、本実施形態では
、往路開始位置から復路開始位置に向かう経路がキャリッジ12の往路である。他方で、
復路開始位置から往路開始位置に向かう経路がキャリッジ12の復路である。
なお、復路開始位置は、X方向に定盤21(図2)を挟んで往路開始位置に対峙する位
置である。復路開始位置は、平面視で、定盤21の外側に位置している。このため、往路
開始位置と復路開始位置とは、平面視で、定盤21をX方向に挟んで互いに対峙している
。
8)に出力する。このとき、吐出制御部145は、吐出ヘッド33の駆動を制御して、断
面データに基づいて、各ノズル37から液滴55を吐出させる。これにより、往路での描
画が行われる。
次いで、ステップS25において、CPU113は、キャリッジ12の位置が復路開始
位置に到達したか否かを判定する。このとき、キャリッジ12の位置が復路開始位置に到
達した(Yes)と判定されると、処理がステップS26に移行する。他方で、キャリッ
ジ12の位置が復路開始位置に到達していない(No)と判定されると、キャリッジ12
の位置が復路開始位置に到達するまで処理が待機される。
に出力する。このとき、吐出制御部145は、吐出ヘッド33の駆動を停止して、各ノズ
ル37からの液滴55の吐出を停止させる。これにより、往路での描画が終了する。
次いで、ステップS27において、CPU113は、改行指令をモーター制御部141
(図8)に出力する。このとき、モーター制御部141は、基板搬送モーター123の駆
動を制御して、基板WをY方向に移動(改行)させ、基板Wにおいてパターンを描画すべ
き新たな領域を描画エリアに移動させる。
次いで、ステップS28において、CPU113は、吐出指令を吐出制御部145(図
8)に出力する。このとき、吐出制御部145は、吐出ヘッド33の駆動を制御して、描
画データに基づいて、各ノズル37から液滴55を吐出させる。これにより、復路での描
画が行われる。
位置に到達したか否かを判定する。このとき、キャリッジ12の位置が往路開始位置に到
達した(Yes)と判定されると、処理がステップS30に移行する。他方で、キャリッ
ジ12の位置が往路開始位置に到達していない(No)と判定されると、キャリッジ12
の位置が往路開始位置に到達するまで処理が待機される。
ステップS30において、CPU113は、吐出停止指令を吐出制御部145(図8)
に出力する。このとき、吐出制御部145は、吐出ヘッド33の駆動を停止して、各ノズ
ル37からの液滴55の吐出を停止させる。これにより、復路での描画が終了する。
の描画が終了したか否かを判定する。このとき、断面パターンの描画が終了した(Yes
)と判定されると、処理が終了する。他方で、断面パターンの描画が終了していない(N
o)と判定されると、処理がステップS32に移行する。
ステップS32において、CPU113は、改行指令をモーター制御部141(図8)
に出力してから、処理をステップS24に移行させる。このとき、ステップS32では、
モーター制御部141は、基板搬送モーター123の駆動を制御して、基板WをY方向に
移動(改行)させ、基板Wにおいてパターンを描画すべき新たな領域を描画エリアに移動
させる。
図12に示す転写処理が開始される。なお、転写処理は、断面データに基づく描画処理が
実施されるごとに実施される。
転写処理では、CPU113は、まず、ステップS51において、基板搬送指令をモー
ター制御部141(図8)に出力する。このとき、モーター制御部141は、基板搬送モ
ーター123の駆動を制御して、基板Wを露光エリアに移動させる。なお、露光エリアは
、平面視で露光装置15に重なる領域である。
(図8)に出力する。このとき、モーター制御部141は、昇降モーター87の駆動を制
御して、転写板85を降下させる。
ここで、断面データ生成工程S1(図10)において、n(nは、2以上の整数)個の
断面要素161を抽出した場合を想定する。以下において、n個の断面要素161のそれ
ぞれを識別する場合、n個の断面要素161は、図9に示すように、断面要素161j(
jは、1〜nまでの整数)と表記される。n個の断面要素161のそれぞれは、厚みtを
有している。n個の断面要素161jを1番目からn番目まで順次に重ねると、造形対象
である厚みTの立体7が構成される。つまり、厚みTと厚みtとの間には、T=n×tの
関係がある。
ステップS52では、n個の断面要素161の1〜nまでの番号jに応じて、転写板8
5の降下位置が制御される。例えば、1番目の断面要素161であるときには、基板Wと
転写板85との間の隙間は、図13に示すように、tの距離に制御される。つまり、ステ
ップS52では、番号jに応じて、基板Wと転写板85との間の隙間がj×tの距離に制
御される。
制御部147(図8)に出力する。このとき、露光制御部147は、露光装置15の光源
81の駆動を制御して、露光装置15の光源81を点灯させる。
ここで、本実施形態では、基板Wは、紫外光に対する光透過性を有している。従って、
露光装置15からの紫外光163は、図13に示すように、テーブル25及び基板Wを介
して断面要素161に対応する断面パターン165に届き得る。このような基板Wの材料
としては、例えば、ガラスや石英などが採用され得る。また、紫外光163としては、波
長が200nmよりも長い紫外光が採用され得る。
なお、図13では、構成をわかりやすく示すため、断面要素161(断面パターン16
5)にハッチングが施されている。
露光制御部147(図8)に出力する。このとき、露光制御部147は、露光装置15の
光源81の駆動を制御して、露光装置15の光源81を消灯させる。
次いで、ステップS55において、CPU113は、上昇指令をモーター制御部141
(図8)に出力してから、処理を終了させる。このとき、ステップS55では、モーター
制御部141は、昇降モーター87の駆動を制御して、転写板85を上昇させる。これに
より、露光された断面パターン165は、図14に示すように、転写板85に転写される
。なお、以下において、断面パターン165を断面要素161jに対応させて個別に識別
する場合には、断面パターン165jという表記が用いられる。
とによって、n個の断面パターン165が、図15に示すように、断面パターン1651
から断面パターン165nまで順次に転写板85に重畳する。これにより、立体7が形成
され得る。
ところで、本実施形態では、基板Wの描画面18に、機能液53に対する撥液性を示す
領域である撥液領域が設けられている。これにより、転写工程S3において、基板Wから
断面パターン165を剥離させやすくすることができる。
ーティングを施すことによって付与され得る。機能液53に対して撥液性を示す材料とし
ては、例えば、フッ素やフッ素化合物を含有する材料などが挙げられる。コーティングの
方法としては、ガス中に曝す気相法や、液中に浸すディップ法、液を吹き付けるスプレー
法、液を伸ばすスピンコート法などの種々の方法が採用され得る。
本実施形態では、フッ素化合物の1つであるフルオロアルキルシラン化合物を含む材料
で、描画面18にコーティングが施されている。
また、機能液53に対する撥液性は、例えば、フッ素やフッ素化合物を含有するガスを
用いたプラズマ処理を基板Wに施すことによっても付与され得る。
うに、撥液領域171内に親液領域173が設けられている。撥液領域171は、上述し
たように、機能液53に対する撥液性を示す領域である。親液領域173は、撥液領域1
71よりも機能液53に対して親液性を示す領域である。
本実施形態では、複数の親液領域173が設けられている。複数の親液領域173は、
それぞれ、撥液領域171内で島状に独立している。なお、図16では、構成をわかりや
すく示すため、撥液領域171にハッチングが施されている。
している。X'方向及びY'方向は、互いに交差する方向であり、それぞれ、造形装置5に
おけるX方向及びY方向のそれぞれとは無関係である。本実施形態では、X'方向及びY'
方向は、互いに直交している。
Y'方向に配列する複数の親液領域173は、親液列175を構成している。X'方向に
配列する複数の親液領域173は、親液行176を構成している。
X'方向に隣り合う親液領域173同士間の隙間寸法Fxは、液滴55の外径の1.2
5倍以下に設定されている。また、Y'方向に隣り合う親液領域173同士間の隙間寸法
Fyも、液滴55の外径の1.25倍以下に設定されている。
第1実施形態における基板Wでの撥液領域171及び親液領域173の形成方法につい
て説明する。
第1実施形態では、まず、描画面18にフルオロアルキルシラン化合物を含む材料でコ
ーティングを施すことによって、図17に示すように、撥液領域174を形成する。この
とき撥液領域174は、複数の島状領域177を包含している。島状領域177は、親液
領域173が形成されるべき領域である。なお、図17では、構成をわかりやすく示すた
め、撥液領域174にハッチングが施されている。
16に示す複数の親液領域173を形成する。複数の島状領域177のそれぞれにおける
撥液性を破壊する方法としては、紫外光を照射する方法や、レーザー光を照射する方法な
どが採用され得る。このとき、照射する紫外光として、波長が200nmよりも短い紫外
光を採用することが好ましい。これは、前述した転写工程S3における紫外光163の照
射を受けることによって撥液領域171が破壊されることを低く抑えやすくすることがで
きるためである。
上記により、複数の親液領域173を内包する撥液領域171が形成され得る。
第2実施形態における基板Wは、図16中のD−D線における断面図である図18に示
すように、複数の親液領域173のそれぞれが、撥液領域171よりも突出している。つ
まり、第2実施形態における基板Wは、複数の凸部178を有している。そして、複数の
凸部178のそれぞれにおける頂部が親液領域173とされている。
第2実施形態における基板Wの製造方法について説明する。
第2実施形態における基板Wの製造方法では、図19(a)に示すように、まず、基板
W'にレジストパターン181をパターニングする。基板W'は、基板Wのもととなる基板
である。レジストパターン181は、凸部178(図18)に対応する部位に設けられる
。レジストパターン181は、スピンコート技術及びフォトリソグラフィー技術などを活
用することによってパターニングされ得る。
よって、図19(b)に示すように、複数の凸部183を形成する。複数の凸部183は
、それぞれ、基板面184よりも突出している。凸部183は、後に凸部178となる部
位である。
次いで、フルオロアルキルシラン化合物を含む材料でコーティングを施すことによって
、図19(c)に示すように、基板面184及び凸部183に撥液領域185を形成する
。撥液領域185は、基板面184と、凸部183の頂部と、凸部183の側面部と、を
包含している。
次いで、複数の凸部183の頂部をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法など
で研磨することによって、図18に示す複数の凸部178を形成する。
上記により、複数の親液領域173を内包する撥液領域171が形成され得る。
85が造形台に対応し、転写工程S3がエネルギー付与工程及び剥離工程に対応している
。また、転写処理において、ステップS53の処理がエネルギー付与工程に対応し、ステ
ップS55の処理が剥離工程に対応している。
また、第1実施形態及び第2実施形態のそれぞれにおいて、Y'方向が第1方向に対応
し、X'方向が第2方向に対応し、親液列175が第1配列に対応し、親液行176が第
2配列に対応している。
設けられている。このため、描画面18に機能液53を塗布したときに、親液領域173
に機能液53を保持させやすくすることができる。このため、撥液領域171に機能液5
3で断面パターンを描画したときの断面パターンの精度を高めやすくすることができる。
この結果、立体7の精度を高めやすくすることができる。
吐出ヘッド33から吐出される液滴55の外径の1.25倍以下に設定されている。これ
によれば、隣り合う親液領域173同士の間に液滴55が着弾したときに、着弾した液滴
55が形成するドットを、隣り合う2つの親液領域173でこれらの親液領域173同士
間の隙間に保持しやすくすることができる。これにより、立体7の精度を一層高めやすく
することができる。
域173がX'方向及びY'方向のそれぞれに配列している。しかしながら、複数の親液領
域173の配列は、これに限定されない。複数の親液領域173の配列としては、例えば
、図20に示すように、複数の親液領域173がX'方向にジグザグに並んだ配列も採用
され得る。図20に示す配列は、千鳥配列とも呼ばれる。
図20に示す千鳥配列では、複数の親液列175がX'方向にジグザグに並んでいると
もみなされ得る。また、図20に示す千鳥配列では、複数の親液列175は、U方向に並
んでいるともみなされ得る。U方向は、X'方向及びY'方向の双方に対して交差する方向
である。
液領域173間の間隔を短くすることができる。このため、U方向に隣り合う親液領域1
73同士の間に液滴55が着弾したときに、着弾した液滴55が形成するドットを、隣り
合う2つの親液領域173でこれらの親液領域173同士間の隙間に保持しやすくするこ
とができる。これにより、立体7の精度を一層高めやすくすることができる。
Fuを、液滴55の外径の1.25倍以下に設定することが好ましい。これによれば、U
方向に隣り合う親液領域173同士の間に液滴55が着弾したときに、着弾した液滴55
が形成するドットを、U方向に隣り合う2つの親液領域173でこれらの親液領域173
同士間の隙間に保持しやすくすることができる。これにより、立体7の精度を一層高めや
すくすることができる。
域173がX'方向及びY'方向のそれぞれに配列している。しかしながら、複数の親液領
域173の配置形態は、これに限定されない。複数の親液領域173の配置形態としては
、例えば、フィボナッチ数列を利用した螺旋状に配置する形態も採用され得る。
フィボナッチ数列は、1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,…と
いう数列である。これを漸化式で表すと、下記(1)式で表される。
f1=1,f2=1,fi+2=fi+1+fi・・・(1)
と、iの数が大きくなるにつれて、角度の値は、黄金角(137.5078…)に近づい
ていく。
そして、X'方向及びY'方向で規定されるX'Y'面において、下記(2)式で算出され
る座標(x',y')に親液領域173を配置すると、複数の親液領域173を、フィボナ
ッチ数列を利用した螺旋状に配置することができる。
x'=r×cos(θ×i),y'=r×sin(θ×i)・・・(2)
、1以上の整数である。また、rは、下記(3)式によって表される。
r=a×√(i)・・・(3)
上記(3)式において、aは、比例定数であり、0よりも大きい任意の数である。
では、X'Y'面における任意の直線上に重なる複数の親液領域173において、隣り合う
親液領域173同士間の間隔の規則性を排除しやすくすることができる。つまり、上述し
たフィボナッチ数列を利用して、複数の親液領域173を螺旋状に配置する形態では、X
'Y'面における任意の直線上に重なる複数の親液領域173において、隣り合う親液領域
173同士間の間隔を不規則にすることができる。
この結果、描画工程S2において、複数の液滴55が規則的に基板Wに着弾しても、複
数の親液領域173の不規則性によって、断面パターン165に規則的なギザギザ(ジャ
ギー)が発生することを低く抑えやすくすることができる。
布法の1つであるインクジェット法が採用されている。しかしながら、塗布法は、インク
ジェット法に限定されず、ディスペンス法や、印刷法なども採用され得る。しかしながら
、インクジェット法を採用することは、基板Wの任意の箇所に任意の量の機能液53を塗
布しやすい点で好ましい。
また、本実施形態では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック及びホワイトの5種類
のカラー塗料が採用されている。しかしながら、カラー塗料の色は、これらの5種類に限
定されない。カラー塗料の色としては、例えば、これらの5種類にライトシアンやライト
マゼンタなどを加えた7種類等、1種類以上の任意の種類のカラー塗料が採用され得る。
が採用されているが、活性エネルギーは、光に限定されず、例えば、熱も採用され得る。
つまり、機能液53としては、加熱を受けることによって硬化が促進する性質である熱硬
化性を有する機能液53も採用され得る。
また、本実施形態では、造形装置5が基板Wを有する構成が例示されているが、造形装
置5の構成は、これに限定されない。造形装置5の構成としては、例えば、基板Wを省略
した構成も採用され得る。そして、この構成では、テーブル25に断面パターン165が
描画される。このため、この構成では、載置面25aが描画面18に対応する。また、基
板Wが省略された造形装置5では、テーブル25が描画台に対応する。
ット、15…露光装置、17…転写装置、18…描画面、25…テーブル、25a…載置
面、33…吐出ヘッド、35…ノズル面、37…ノズル、39…ノズル列、53…機能液
、55…液滴、81…光源、85…転写板、87…昇降モーター、121…キャリッジ搬
送モーター、123…基板搬送モーター、161…断面要素、163…紫外光、165…
断面パターン、171…撥液領域、173…親液領域、178…凸部、W…基板。
Claims (3)
- 紫外線を受けることによって硬化が促進する液状体を描画面に所定のパターンで吐出する液状体吐出工程と、
撥液領域と前記撥液領域よりも前記液状体に対する親液性が高い複数の親液領域を有する前記描画面に吐出された前記液状体に、200nmより長い紫外線のみを照射する照射工程と、を有し、
前記親液領域は200nmより短い紫外線のみを描画面に照射して、撥液性を破壊することにより形成され、
前記描画面に形成された前記所定のパターンの内部は、複数の前記親液領域を含むことを特徴とする造形方法。 - 前記所定のパターンは造形対象である立体を複数に分割した断面要素であり、
前記親液領域は前記撥液領域内で島状に独立していることを特徴とする請求項1に記載の造形方法。 - 前記照射工程は前記描画面が形成された面とは反対側から前記液状体に紫外線を照射することを特徴とする請求項1または2に記載された造形方法。
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