JP6545797B2 - 形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、硬化性粘性流体によって構造物を形成する形成方法に関する。

近年、硬化性粘性流体によって構造物を形成するための技術が開発されている。詳しくは、吐出装置によって硬化性粘性流体を薄膜状に吐出し、その硬化性粘性流体に光等を照射することで硬化させる。これにより、硬化性粘性流体の硬化層が形成される。そして、硬化性粘性流体の吐出と、光等の照射とが繰り返されることで、複数層の硬化層が積層され、構造物が形成される。この際、複数の硬化層により形成される構造物の高さ寸法を、任意の目標高さにすることが必要であり、下記特許文献には、粘性流体等の高さ寸法を測定するための技術が記載されている。

特開２０１５−７５６４号公報

上記特許文献に記載の技術によれば、粘性流体等の高さ寸法を測定することで、構造物の高さ寸法を目標高さとすることが可能となる。しかしながら、積層毎に高さ寸法を測定していては、スループットの低下等が生じる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、高さ寸法を測定することなく、目標高さの構造物を形成することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の形成方法は、予め設定された範囲内の厚さとなるように、硬化性粘性流体を薄膜状に吐出装置によって吐出する吐出工程と、前記吐出工程において吐出された硬化性粘性流体を硬化させることで、硬化性粘性流体の硬化層を形成する硬化工程とを含み、前記吐出工程と前記硬化工程とを繰り返し実行することで、硬化性粘性流体の硬化層を積層させて、任意の目標高さ寸法の構造物を形成する形成方法において、前記形成方法が、さらに、前記吐出工程において吐出された硬化性粘性流体を、前記硬化工程において硬化させる前に、前記目標高さに当該目標高さの許容誤差を加えた高さにおいて平坦化させる平坦化工程を含むことを特徴とする。

本発明の形成方法では、目標高さに許容誤差を加えた高さにおいて、硬化性粘性流体が平坦化され、平坦化された硬化性粘性流体が、光の照射等により硬化される。これにより、高さ寸法の測定等を行うことなく、目標高さの構造物を形成することが可能となる。

構造物製造装置を示す図である。 造形ユニットの印刷部を示す概略図である。 造形ユニットの硬化部を示す概略図である。 制御装置を示すブロック図である。 構造物の形成工程を説明するための模式図である。 構造物の形成工程を説明するための模式図である。 構造物の形成工程を説明するための模式図である。 構造物の形成工程を説明するための模式図である。 積層数と積層厚さとの関係を示す図である。 平坦化装置とラインカメラとを示す概略図である。 硬化性粘性流体の転写パターンを示す図である。 硬化性粘性流体の吐出パターンを示す図である。 積層数と積層厚さとの関係を示す図である。

図１に構造物製造装置１０を示す。構造物製造装置（以下、「製造装置」と略す場合がある）１０は、搬送装置２０と、造形ユニット２２と、制御装置（図４参照）２６とを備える。それら搬送装置２０と造形ユニット２２とは、製造装置１０のベース２８の上に配置されている。ベース２８は、概して長方形状をなしており、以下の説明では、ベース２８の長手方向をＸ軸方向、ベース２８の短手方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直交する方向をＺ軸方向と称して説明する。

搬送装置２０は、Ｘ軸スライド機構３０と、Ｙ軸スライド機構３２とを備えている。そのＸ軸スライド機構３０は、Ｘ軸スライドレール３４とＸ軸スライダ３６とを有している。Ｘ軸スライドレール３４は、Ｘ軸方向に延びるように、ベース２８の上に配設されている。Ｘ軸スライダ３６は、Ｘ軸スライドレール３４によって、Ｘ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｘ軸スライド機構３０は、電磁モータ（図４参照）３８を有しており、電磁モータ３８の駆動により、Ｘ軸スライダ３６がＸ軸方向の任意の位置に移動する。また、Ｙ軸スライド機構３２は、Ｙ軸スライドレール５０とステージ５２とを有している。Ｙ軸スライドレール５０は、Ｙ軸方向に延びるように、ベース２８の上に配設されており、Ｘ軸方向に移動可能とされている。そして、Ｙ軸スライドレール５０の一端部が、Ｘ軸スライダ３６に連結されている。そのＹ軸スライドレール５０には、ステージ５２が、Ｙ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｙ軸スライド機構３２は、電磁モータ（図４参照）５６を有しており、電磁モータ５６の駆動により、ステージ５２がＹ軸方向の任意の位置に移動する。これにより、ステージ５２は、Ｘ軸スライド機構３０及びＹ軸スライド機構３２の駆動により、ベース２８上の任意の位置に移動する。

ステージ５２は、基台６０と、保持装置６２と、昇降装置６４とを有している。基台６０は、平板状に形成され、上面に基材が載置される。保持装置６２は、基台６０のＸ軸方向の両側部に設けられている。そして、基台６０に載置された基材のＸ軸方向の両縁部が、保持装置６２によって挟まれることで、基材が固定的に保持される。また、昇降装置６４は、基台６０の下方に配設されており、基台６０を昇降させる。

造形ユニット２２は、ステージ５２の基台６０に載置された基材（図２参照）７０の上に構造物を造形するユニットであり、印刷部７２と、硬化部７４とを有している。印刷部７２は、図２に示すように、インクジェットヘッド７６を有しており、基台６０に載置された基材７０の上に、硬化性粘性流体７７を薄膜状に吐出する。硬化性粘性流体７７は、熱，光等により硬化する粘性流体であり、硬化性粘性流体として、金属インク，紫外線硬化樹脂等が挙げられる。金属インクは、金属の微粒子が溶剤中に分散されたものであり、熱により焼成し、硬化する。また、紫外線硬化樹脂は、紫外線の照射により硬化する。なお、インクジェットヘッド７６は、硬化性粘性流体が金属インクである場合には、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルから導電性材料を吐出する。また、インクジェットヘッド７６は、硬化性粘性流体が紫外線硬化樹脂である場合に、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式でもよく、樹脂を加熱して気泡を発生させノズルから吐出するサーマル方式でもよい。

硬化部７４は、図３に示すように、平坦化装置７８とラインカメラ８０と照射装置８２とを有している。平坦化装置７８は、インクジェットヘッド７６によって基材７０の上に吐出された硬化性粘性流体７７の上面を平坦化するものであり、硬化性粘性流体７７の表面を均しながら余剰分の粘性流体を、ローラによって掻き取ることで、硬化性粘性流体７７の厚みを均一化させる。また、ラインカメラ８０は、平坦化装置７８のローラの表面を撮像するものであり、粘性流体がローラによって平坦化された際にローラに転写した粘性流体の転写パターンを、ラインカメラ８０の撮像データに基づいて、確認することが可能である。

また、照射装置８２は、基材７０の上に吐出された硬化性粘性流体７７に光を照射するものであり、硬化性粘性流体７７は、光の照射により硬化し、薄膜状の硬化層８６となる。具体的には、硬化性粘性流体７７が金属インクである場合には、照射装置８２としてレーザ照射装置が採用される。これにより、金属インクにレーザ光が照射され、金属インクが焼成する。金属インクの焼成とは、エネルギーを付与することによって、溶媒の気化や金属微粒子保護膜の分解等が行われ、金属微粒子が接触または融着をすることで、導電率が高くなる現象である。このため、金属インクが焼成することで、金属製の硬化層８６が形成される。また、硬化性粘性流体７７が紫外線硬化樹脂である場合には、照射装置８２として紫外線照射装置が採用される。これにより、紫外線硬化樹脂に紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂が硬化し、樹脂製の硬化層８６が形成される。

制御装置２６は、図４に示すように、コントローラ１０２と、複数の駆動回路１０４と、画像処理装置１０６とを備えている。複数の駆動回路１０４は、上記電磁モータ３８，５６、保持装置６２、昇降装置６４、インクジェットヘッド７６、平坦化装置７８、照射装置８２に接続されている。コントローラ１０２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１０４に接続されている。これにより、搬送装置２０、造形ユニット２２の作動が、コントローラ１０２によって制御される。また、コントローラ１０２は、画像処理装置１０６にも接続されている。画像処理装置１０６は、ラインカメラ８０により撮像された撮像データを処理するための装置である。これにより、コントローラ１０２は、撮像データに基づいて、平坦化装置７８のローラに転写した硬化性粘性流体７７の転写パターンに関する情報を取得する。

＜製造装置の作動＞
製造装置１０では、上述した構成によって、薄膜状の硬化性粘性流体７７を硬化させることで硬化層８６を形成し、その硬化層８６を複数、積層させることで、任意の形状の構造物が形成される。具体的には、ステージ５２の基台６０に基材７０がセットされ、そのステージ５２が、造形ユニット２２の下方に移動される。そして、印刷部７２において、図２に示すように、インクジェットヘッド７６が基材７０の上に硬化性粘性流体７７を薄膜状に吐出する。次に、硬化部７４において、図５に示すように、平坦化装置７８が、予め設定された高さ（以下、「平坦化高さ」と記載する場合がある）Ｈにおいて硬化性粘性流体７７の平坦化作業を行う。なお、インクジェットヘッド７６は、薄膜状の硬化性粘性流体７７の厚さ（以下、「吐出厚さ」と記載する場合がある）がＹとなるように、吐出しており、平坦化高さＨは吐出厚さＹより相当大きな値に設定されている。このため、平坦化装置７８が平坦化高さＨにおいて、平坦化作業を行っても、平坦化装置７８は硬化性粘性流体７７に接触せず、硬化性粘性流体７７は平坦化されない。

続いて、図６に示すように、照射装置８２が、吐出厚さＹの薄膜状の硬化性粘性流体７７に光を照射することで、硬化性粘性流体７７が硬化し、硬化層８６が形成される。ただし、硬化性粘性流体７７は硬化する際に収縮するため、硬化層８６の厚さは、硬化性粘性流体７７の収縮率に応じて薄くなる。詳しくは、硬化性粘性流体７７が紫外線硬化樹脂である場合には、収縮率が１０±５％程度であり、硬化層８６の厚さは、Ｙ・（１−収縮率）＝０．８５〜０．９５Ｙとなる。つまり、紫外線硬化樹脂による硬化層８６の厚さは、紫外線硬化樹脂層の厚さの９０±５％程度となる。また、硬化性粘性流体７７が金属インクである場合には、収縮率が９０±５％程度であり、硬化層８６の厚さは、Ｙ・（１−収縮率）＝０．０５〜０．１５Ｙとなる。つまり、金属インクによる硬化層８６の厚さは、紫外線硬化樹脂層の厚さの１０±５％程度となる。

基材７０の上に硬化層８６が形成されると、印刷部７２において、インクジェットヘッド７６が、図７に示すように、硬化層８６の上に硬化性粘性流体７７を薄膜状に吐出する。なお、基材７０の上に吐出される硬化性粘性流体７７の膜厚、つまり、吐出厚さは、Ｙとされている。そして、平坦化装置７８が、平坦化高さＨにおいて硬化性粘性流体７７の平坦化作業を行う。この際、硬化性粘性流体７７の上端の高さは、硬化層８６の厚さＹ・（１−収縮率）に吐出高さＹを加算した値となるが、平坦化高さＨは吐出厚さＹより相当大きな値に設定されているため、平坦化装置７８は硬化性粘性流体７７に接触せず、硬化性粘性流体７７は平坦化されない。

続いて、照射装置８２が、硬化層８６のうえに吐出された硬化性粘性流体７７に光を照射することで、硬化性粘性流体７７が硬化し、硬化層８６が形成される。これにより、１層目の硬化層８６の上に、２層目の硬化層８６が積層される。なお、２層の硬化層８６の高さは、２・Ｙ・（１−収縮率）となる。そして、インクジェットヘッド７６による硬化性粘性流体７７の吐出と、照射装置８２による光の照射とが繰り返されることで、複数層の硬化層８６が積層される。

このように、複数の硬化層８６が積層された後に、最上層の硬化層８６の上に硬化性粘性流体７７が吐出されると、図８に示すように、その硬化性粘性流体７７の上端が、平坦化高さＨを超える。このため、平坦化装置７８が、平坦化高さＨにおいて平坦化作業を行うと、硬化性粘性流体７７の上端が、平坦化装置７８によって除去され、平坦化される。ちなみに、硬化層８６の上に吐出された硬化性粘性流体７７は、Ｎ層目の硬化層８６を形成するためのものであり、その硬化性粘性流体７７を硬化させることで、Ｎ層の硬化層８６が積層される。このため、硬化性粘性流体７７の下には、（Ｎ−１）層の硬化層８６が積層されている。このように、（Ｎ−１）層の硬化層８６の上に吐出された硬化性粘性流体７７が、平坦化装置７８によって除去される厚さ（以下、「除去厚さ」と記載する場合がある）Ｚは、下記（１）式によって演算される。
（１） Ｚ＝Ｘ_Ｎ−１＋Ｙ−Ｈ
ちなみに、Ｘ_Ｎ−１は（Ｎ−１）層の硬化層８６の厚さを示している。

そして、平坦化装置７８によって上端が除去され、平坦化された硬化性粘性流体７７が、光の照射により硬化することで、Ｎ層目の硬化層８６が形成される。このＮ層目の硬化層８６の厚さは、吐出厚さＹから除去厚さＺを減じた値に、（１−収縮率）を乗じた値となる。つまり、Ｎ層目の硬化層８６の厚さは、（Ｙ−Ｚ）・（１−収縮率）によって表される。このため、Ｎ層の硬化層８６の厚さＸ_Ｎは、（Ｎ−１）層の硬化層８６の厚さＸ_Ｎ−１に、Ｎ層目の硬化層８６の厚さ（Ｙ−Ｚ）・（１−収縮率）を加算した値となり、下記（２）式によって演算される。
（２） Ｘ_Ｎ＝Ｘ_Ｎ−１＋（Ｙ−Ｚ）・（１−収縮率）

そして、上記２つの式を用いることで、目標とする高さの構造物を形成するために、必要な硬化層８６の積層数を演算することが可能となる。具体的に、硬化性粘性流体７７として、金属インクを採用し、目標高さ４０μｍの構造物を形成するために必要な硬化層８６の積層数を演算する。ちなみに、インクジェットヘッド７６による金属インクの吐出厚さＹは、１０±１μｍであり、金属インクの収縮率は、９０±５％である。また、構造物の高さの許容誤差は、１μｍである。つまり、４０±１μｍの高さ寸法の金属製の構造物を形成する際に必要な硬化層８６の積層数を演算する。

演算時に用いられる吐出厚さＹとして、確実に目標高さの構造物を形成するために、最小の値、つまり、９μｍが採用される。一方、金属インクの収縮率として、確実に目標高さの構造物を形成するために、最大の値、つまり、９５％が採用される。また、平坦化装置７８による平坦化作業を行う平坦化高さＨを、目標高さ、つまり、４０μｍとした場合について説明する。このように、吐出厚さＹを９μｍと設定し、平坦化高さＨを４０μｍと設定した場合に、まず、（１）式を利用して、平坦化装置７８によって硬化性粘性流体７７の上端が初めて除去される際の積層数Ｎが演算される。詳しくは、平坦化装置７８によって硬化性粘性流体７７が除去される際の除去厚さＺは０より大きいため、（１）式にＺ＝０，Ｙ＝９，Ｈ＝４０を代入することで、下記式となる。
０＜Ｘ_Ｎ−１＋９−４０
これにより、Ｘ_Ｎ−１＞３１となる。

また、硬化性粘性流体７７は、Ｎ層目で初めて平坦化装置７８によって除去されるため、（Ｎ−１）層目までの硬化層８６は、平坦化装置７８によって除去されていない状態の硬化性粘性流体７７が硬化されている。このため、（Ｎ−１）層目までの１層あたりの硬化層８６の厚さは、吐出厚さＹ（＝９）に（１−収縮率）を乗じた値、つまり、９・（１−０．９５）＝０．４５μｍとなり、（Ｎ−１）層の硬化層８６の厚さＸ_Ｎ−１は、０．４５・（Ｎ−１）となる。ここで、Ｘ_Ｎ−１＝０．４５・（Ｎ−１）をＸ_Ｎ−１＞３１に代入すると、下記式が導かれる。
０．４５・（Ｎ−１）＞３１
このため、Ｎ＞６９．９となり、平坦化装置７８によって硬化性粘性流体７７の上端が初めて除去される際の積層数Ｎは７０層目となる。つまり、６９層目までの硬化層８６の高さは、６９・０．４５（＝３１．０５）μｍとなり、その上に厚さ９μｍの硬化性粘性流体７７が吐出されることで、７０層目の硬化性粘性流体７７の上端の高さが、３１．０５＋９（＝４０．０５）μｍとなり、硬化性粘性流体７７の上端が、平坦化装置７８によって初めて除去される。

次に、７０層目の硬化性粘性流体７７が除去される際の除去厚さＺが、（１）式に基づいて演算される。この際、６９層目までの硬化層８６の高さが３１．０５μｍであることから、Ｘ_Ｎ−１＝３１．０５となり、その値、および、Ｙ＝９，Ｈ＝４０を（１）式に代入することで、下記式となる。
Ｚ＝３１．０５＋９−４０（＝０．０５）
これにより、７０層目の硬化性粘性流体７７が除去される際の除去厚さＺ（＝０．０５）が演算される。

続いて、７０層の硬化層８６が積層された際の高さが、（２）式に従って演算される。詳しくは、（２）式にＸ_Ｎ−１＝３１．０５，Ｙ＝９，Ｚ＝０．０５を代入することで、下記式となる。
Ｘ_Ｎ＝３１．０５＋（９−０．０５）・（１−０．９５）（＝３１．４９７５）
これにより、７０層の硬化層８６の積層圧さＸ_Ｎ（＝３１．４９７５）が演算される。

そして、７１層目以降の硬化層８６が積層された際の積層厚さＸ_Ｎが、（１）式および、（２）式に従って、順次演算される。このように、Ｎ層の硬化層８６の積層厚さＸ_Ｎを演算すると、１１２層目の硬化層８６の積層厚さＸ_Ｎが、３９．０１μｍとなる。これにより、４０±１μｍの高さ寸法の構造物を形成する際に必要な硬化層８６の積層数Ｎ（＝１１２）が演算される。なお、上記手順で演算される積層数Ｎと積層厚みＸ_Ｎとの関係を、図９に実線および１点鎖線によって示しておく。

上述したように、（１）式および、（２）式を用いて積層厚みＸ_Ｎを演算することで、目標高さ寸法の構造物を形成する際に必要な硬化層８６の積層数Ｎを演算することが可能となり、適切な高さ寸法の構造物を形成することが可能となる。しかしながら、硬化層８６の積層数が多くなると、スループットの低下，硬化性粘性流体７７の使用量の増大等の問題が生じるため、可及的に硬化層８６の積層数Ｎを少なくすることが望まれている。このため、製造装置１０では、平坦化高さＨを目標高さではなく、目標高さより許容誤差、高い位置としている。つまり、構造物の形成時において、平坦化装置７８は、構造物の目標高さではなく、目標高さより許容誤差、高い位置において、平坦化作業を行っている。これにより、硬化層８６の積層数Ｎを少なくすることが可能となる。

具体的には、上記手順に従って積層厚みＸ_Ｎを演算する際に、吐出厚さＹを９μｍに設定し、収縮率を９５％に設定する。また、平坦化高さＨを、目標高さ４０μｍに許容誤差１μｍを加えた値、つまり、４１μｍに設定する。そして、（１）式を利用して、平坦化装置７８によって硬化性粘性流体７７の上端が初めて除去される際の積層数Ｎが演算される。この演算手法は、上記説明と同様であるため、簡単に説明する。まず、（１）式にＺ＝０，Ｙ＝９，Ｈ＝４１を代入することで、下記式となる。
０＜Ｘ_Ｎ−１＋９−４１
これにより、Ｘ_Ｎ−１＞３２となる。

次に、Ｘ_Ｎ−１＝９・（１−０．９５）・（Ｎ−１）をＸ_Ｎ−１＞３２に代入することで、下記式が導かれる。
０．４５・（Ｎ−１）＞３２
このため、Ｎ＞７２．１となり、平坦化装置７８によって硬化性粘性流体７７の上端が初めて除去される際の積層数Ｎは７３層目となる。つまり、７２層目までの硬化層８６の高さは、７２・０．４５（＝３２．４）μｍとなり、その上に厚さ９μｍの硬化性粘性流体７７が吐出されることで、７３層目の硬化性粘性流体７７の上端の高さが、３２．４＋９（＝４１．４）μｍとなり、硬化性粘性流体７７の上端が、平坦化装置７８によって初めて除去される。

次に、７３層目の硬化性粘性流体７７が除去される際の除去厚さＺが、（１）式に基づいて演算される。この際、７２層目までの硬化層８６の高さが３２．４μｍであることから、Ｘ_Ｎ−１＝３２．４となり、その値、および、Ｙ＝９，Ｈ＝４１を（１）式に代入することで、下記式となる。
Ｚ＝３２．４＋９−４１（＝０．４）
これにより、７３層目の硬化性粘性流体７７が除去される際の除去厚さＺ（＝０．４）が演算される。

続いて、７３層の硬化層８６が積層された際の高さが、（２）式に従って演算される。詳しくは、（２）式にＸ_Ｎ−１＝３２．４，Ｙ＝９，Ｚ＝０．４を代入することで、下記式となる。
Ｘ_Ｎ＝３２．４＋（９−０．４）・（１−０．９５）（＝３２．８３）
これにより、７３層の硬化層８６の積層圧さＸ_Ｎ（＝３２．８３）が演算される。

そして、７４層目以降の硬化層８６が積層された際の積層厚さＸ_Ｎが、（１）式および、（２）式に従って、順次演算される。このように、Ｎ層の硬化層８６の積層厚さＸ_Ｎを演算すると、１０１層目の硬化層８６の積層厚さＸ_Ｎが、３９．０６μｍとなる。これにより、４０±１μｍの高さ寸法の構造物を形成する際に必要な硬化層８６の積層数Ｎ（＝１０１）が演算される。なお、平坦化高さＨを４１μｍに設定した場合の積層数Ｎと積層厚みＸ_Ｎとの関係を、図９に実線および点線によって示しておく。

平坦化高さＨを４０μｍに設定した場合（実線および１点鎖線）には、積層数Ｎが６９層まで、硬化性粘性流体７７は平坦化装置７８によって除去されず、７０層目以降に、硬化性粘性流体７７が平坦化装置７８によって除去される。このため、積層数Ｎが１〜６９である場合に、積層厚みＸ_Ｎは、積層数Ｎに比例して増加するが、積層数Ｎが７０以上になると、積層厚みＸ_Ｎの増加率は低下する。そして、積層数Ｎが１１２層となった際に、積層厚みＸ_Ｎは、目標高さの許容誤差の範囲内となる。一方、平坦化高さＨを４１μｍに設定した場合（実線および点線）には、積層数Ｎが７２層まで、硬化性粘性流体７７は平坦化装置７８によって除去されず、７３層目以降に、硬化性粘性流体７７が平坦化装置７８によって除去される。このため、積層数Ｎが１〜７２である場合に、積層厚みＸ_Ｎは、積層数Ｎに比例して増加するが、積層数Ｎが７３以上になると、積層厚みＸ_Ｎの増加率は低下する。そして、積層数Ｎが１０１層となった際に、積層厚みＸ_Ｎは、目標高さの許容誤差の範囲内となる。このように、平坦化装置７８による平坦化作業の作業高さ、つまり、平坦化高さＨを、構造物の目標高さより許容誤差、高い位置に設定することで、構造物を形成する際に必要な硬化層８６の積層数Ｎを少なくすることが可能となる。また、平坦化装置７８による作業高さが、構造物の目標高さより許容誤差、高い位置に設定されているため、構造物が、目標高さの許容誤差を超えることはない。これにより、許容誤差範囲内の高さ寸法の構造物を、確実に形成することが可能となる。

さらに、製造装置１０では、硬化層８６の積層数を少なくするべく、平坦化装置７８のローラへの硬化性粘性流体７７の転写パターンをラインカメラ８０により撮像し、その撮像データを利用して、構造物を形成する際に必要な硬化層８６の積層数Ｎが演算されている。詳しくは、平坦化装置７８が平坦化高さＨにおいて平坦化作業を行う毎に、平坦化装置７８のローラの表面が、ラインカメラ８０によって撮像される。この際、平坦化装置７８によって硬化性粘性流体７７が除去される場合には、除去された硬化性粘性流体７７がローラに転写するため、ラインカメラ８０によって転写パターンが撮像される。そして、撮像データに基づく転写パターンと、インクジェットヘッド７６による硬化性粘性流体７７の吐出パターンとが一致するか否かが判定される。

具体的には、例えば、図１０に示すように、基材７０の上に、３個の概して矩形の硬化層８６が形成される場合に、３個の硬化層８６の各々の上に硬化性粘性流体７７が吐出され、その硬化性粘性流体７７の上端が平坦化高さＨ未満である場合には、平坦化装置７８のローラに、硬化性粘性流体７７は全く転写されない。このため、ラインカメラ８０によって転写パターンは撮像されず、撮像データに基づく転写パターンと、硬化性粘性流体７７の吐出パターンとは一致していないと判定される。

そして、各硬化層８６が、順次、積層され、各硬化層８６の上に硬化性粘性流体７７が吐出された際に、３個の硬化層８６のうちの２個の硬化層８６の上に吐出された硬化性粘性流体７７の上端が平坦化高さＨ以上となった場合に、２個の硬化層８６の上に吐出された硬化性粘性流体７７が、平坦化装置７８によって平坦化され、平坦化装置７８のローラに転写する。この際のラインカメラ８０による撮像データに基づく画像は、図１１に示すように、２個の硬化層８６の上に吐出された硬化性粘性流体７７がローラに転写した状態の画像となる。しかしながら、インクジェットヘッド７６による硬化性粘性流体７７の吐出パターンは、図１２に示すパターンであるため、撮像データに基づく転写パターンと、硬化性粘性流体７７の吐出パターンとは一致していないと判定される。

そして、各硬化層８６が、さらに積層され、各硬化層８６の上に硬化性粘性流体７７が吐出された際に、３個の硬化層８６の上に吐出された硬化性粘性流体７７の全ての上端が、平坦化高さＨ以上となった場合に、３個の硬化層８６の上に吐出された硬化性粘性流体７７が、平坦化装置７８によって平坦化され、平坦化装置７８のローラに転写する。この際のラインカメラ８０による撮像データに基づく画像は、図１２に示すように、３個の硬化層８６の上に吐出された硬化性粘性流体７７がローラに転写した状態の画像となる。このため、撮像データに基づく転写パターンと、硬化性粘性流体７７の吐出パターンとが一致していると判定される。

撮像データに基づく転写パターンと、硬化性粘性流体７７の吐出パターンとが一致していると判定されると、その判定された際の積層数Ｎにおける積層厚みの最小値Ｘ_ｍｉｎが演算される。積層厚みの最小値Ｘ_ｍｉｎは、下記式によって示される。
Ｘ_ｍｉｎ＝（Ｈ−Ｙ_ＭＡＸ）＋Ｙ_ＭＡＸ・（１−最大収縮率）
ここで、Ｙ_ＭＡＸは、吐出厚さＹの最大値、つまり、インクジェットヘッド７６によって薄膜状に吐出される硬化性粘性流体７７の厚さが、１０±１μｍである場合には、Ｙ_ＭＡＸ＝１１となる。また、硬化性粘性流体７７が金属インクである場合に、最大収縮率は９５％となる。このため、平坦化高さＨが４１μｍである場合には、積層厚みの最小値Ｘ_ｍｉｎは、（４１−１１）＋１１・（１−０．９５）＝３０．５５μｍとなる。

そして、積層厚みの最小値Ｘ_ｍｉｎが演算されると、転写パターンと吐出パターンとが一致していると判定された際の積層数Ｎ以降の硬化層８６が積層された際の積層厚さＸ_Ｎが、（１）式および、（２）式に従って、順次演算される。具体的に、転写パターンと吐出パターンとが一致していると判定された際の積層数Ｎが２１層であった場合について説明する。この場合において、２１層の硬化層８６が積層された際の積層厚みの最小値Ｘ_ｍｉｎは３０．５５μｍである。このため、２２層目の硬化層８６が積層された場合の除去厚さＺは、Ｘ_Ｎ−１＝３０．５５，Ｙ＝９，Ｈ＝４１を（１）式に代入することで、下記式となる。
Ｚ＝３０．５５＋９−４１
これにより、２２層目の硬化層８６が積層された場合の除去厚さＺは、−１．４５μｍと演算される。このように、除去厚さＺが０未満となるのは、２１層目の積層厚さが最も薄い厚さとして演算されており、吐出厚さＹが最小値の９μｍに設定され、収縮率が最大値の９５％に設定されているためである。このため、演算された除去厚さＺが０未満である場合には、除去厚さＺは０とされる。

２２層目の除去厚さＺが演算されると、２２層の硬化層８６が積層された際の高さが、（２）式に従って演算される。詳しくは、（２）式にＸ_Ｎ−１＝３０．５５，Ｙ＝９，Ｚ＝０を代入することで、下記式となる。
Ｘ_Ｎ＝３０．５５＋（９−０）・（１−０．９５）（＝３１）
これにより、２２層の硬化層８６の積層圧さＸ_Ｎ（＝３１）が演算される。

そして、２３層目以降の硬化層８６が積層された際の積層厚さＸ_Ｎが、（１）式および、（２）式に従って、順次演算される。このように、Ｎ層の硬化層８６の積層厚さＸ_Ｎを演算すると、５４層目の硬化層８６の積層厚さＸ_Ｎが、３９．０５μｍとなる。これにより、４０±１μｍの高さ寸法の構造物を形成する際に必要な硬化層８６の積層数Ｎ（＝５４）が演算される。つまり、２１層目の硬化性粘性流体７７が積層された際に、その硬化性粘性流体７７の平坦化装置７８のローラへの転写パターンと、インクジェットヘッド７６による吐出パターンとが一致しているため、２１層目の硬化層８６が積層された後に、３３（＝５４−２１）層の硬化層８６を積層することで、４０±１μｍの高さ寸法の構造物が形成される。このように、製造装置１０では、構造物の形成中に、転写パターンと吐出パターンとが一致した際の積層厚さの最小値Ｘ_ｍｉｎが演算されることで、転写パターンと吐出パターンとが一致した以降に、必要な硬化層８６の積層数を演算することが可能となる。これにより、硬化層８６の無駄な積層を防止することが可能となり、構造物を形成する際に必要な硬化層８６の積層数Ｎを、更に少なくすることが可能となる。

つまり、ラインカメラ８０による撮像データを用いることなく、平坦化高さＨを４１μｍに設定し、積層厚みＸ_Ｎを演算した場合に、積層厚みＸ_Ｎは、図１３の点線に示すように変化する。このため、ラインカメラ８０による撮像データを用いることなく積層厚みＸ_Ｎを演算した場合には、目標高さの許容誤差範囲内の構造物を形成するために必要な積層数（以下、「必要積層数」と記載する場合がある）は、上述したように、１０１層と演算される。そして、必要積層数が１０１層と演算され、ラインカメラ８０による撮像データを用いない場合には、目標高さの許容誤差範囲内の構造物を形成するべく、１０１層の硬化層８６が積層される。

しかしながら、必要積層数が１０１層と演算された場合であっても、構造物の形成中に、平坦化装置７８のローラの表面をラインカメラ８０により撮像し、ラインカメラ８０による撮像データを利用することで、実際に積層されている硬化層８６の積層厚みＸ_Ｎが、図１３の実線に示すように変化していることを認識できる。このため、転写パターンと吐出パターンとが一致したと判定された際に、実際に積層されている硬化層８６の積層厚みＸ_Ｎ（図中の実線）が、（１）式および、（２）式のみによって演算された積層厚みＸ_Ｎ（図中の点線）より厚くなっていることを認識できる。これにより、必要積層数は、１０１層ではなく、５４層であることが判明し、４７層分の積層作業を削減することが可能となる。

なお、制御装置２６のコントローラ１０２は、図４に示すように、吐出部１１０と、硬化部１１２と、平坦化部１１４と、撮像部１１６と、判定部１１８と、演算部１２０とを有している。吐出部１１０は、インクジェットヘッド７６によって硬化性粘性流体７７を薄膜状に吐出するための機能部である。硬化部１１２は、硬化性粘性流体７７を照射装置８２によって硬化させるための機能部である。平坦化部１１４は、目標高さより許容誤差、高い位置において平坦化装置７８によって硬化性粘性流体７７を平坦化させるための機能部である。撮像部１１６は、平坦化装置７８のローラに転写した硬化性粘性流体７７をラインカメラ８０によって撮像するための機能部である。判定部１１８は、平坦化装置７８のローラへの硬化性粘性流体７７の転写パターンと、インクジェットヘッド７６による硬化性粘性流体７７の吐出パターンとが一致しているか否かを判定するための機能部である。演算部１２０は、転写パターンと吐出パターンとが一致した際の積層厚みの最小値Ｘ_ｍｉｎを演算し、その最小値Ｘ_ｍｉｎに基づいて必要積層数を演算するための機能部である。

ちなみに、上記実施例において、インクジェットヘッド７６は、吐出装置の一例である。硬化性粘性流体７７は、硬化性粘性流体の一例である。平坦化装置７８は、ローラの一例である。吐出部１１０により実行される工程は、吐出工程の一例である。硬化部１１２により実行される工程は、硬化工程の一例である。平坦化部１１４により実行される工程は、平坦化工程の一例である。撮像部１１６により実行される工程は、撮像工程の一例である。判定部１１８により実行される工程は、判定工程の一例である。演算部１２０により実行される工程は、演算工程の一例である。

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。例えば、上記実施例では、硬化性粘性流体７７として、紫外線硬化樹脂および、金属インクが採用されているが、光、熱等により硬化する種々の粘性流体を採用することが可能である。

７６：インクジェットヘッド（吐出装置） ７７：硬化性粘性流体 ７８：平坦化装置（ローラ） １１０：吐出部（吐出工程） １１２：硬化部（硬化工程） １１４：平坦化部（平坦化工程） １１６：撮像部（撮像工程） １１８：判定部（判定工程） １２０：演算部（演算工程）

Claims (2)

1. 予め設定された範囲内の厚さとなるように、硬化性粘性流体を薄膜状に吐出装置によって吐出する吐出工程と、
   前記吐出工程において吐出された硬化性粘性流体を硬化させることで、硬化性粘性流体の硬化層を形成する硬化工程と
   を含み、前記吐出工程と前記硬化工程とを繰り返し実行することで、硬化性粘性流体の硬化層を積層させて、任意の目標高さ寸法の構造物を形成する形成方法において、
   前記形成方法が、
   さらに、前記吐出工程において吐出された硬化性粘性流体を、前記硬化工程において硬化させる前に、前記目標高さに当該目標高さの許容誤差を加えた高さにおいて平坦化させる平坦化工程を含むことを特徴とする形成方法。
2. 前記平坦化工程が、ローラによって硬化性粘性流体を平坦化させる工程であり、
   前記形成方法が、
   前記平坦化工程において硬化性粘性流体を前記ローラによって平坦化させた後に、そのローラに転写された硬化性粘性流体を撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程において撮像された前記ローラへの硬化性粘性流体の転写パターンと、前記吐出工程において吐出された硬化性粘性流体の吐出パターンとが一致しているか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程において前記転写パターンと前記吐出パターンとが一致していると判定された際に積層されている硬化性粘性流体の硬化層の積層厚みを、前記予め設定された範囲内の厚さと硬化性粘性流体が硬化する際の収縮率との少なくとも一方を利用して、演算し、演算された積層厚みに基づいて、前記許容誤差の範囲内の高さ寸法の構造物を形成するために必要な硬化性粘性流体の硬化層の積層数を演算する演算工程と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の形成方法。

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