JP6676051B2

JP6676051B2 - 造形装置および造形方法

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Inventors: 良崇橋本; 政利藤田; 明宏川尻; 謙磁塚田; 雅登鈴木
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Description

本発明は、光の照射により硬化する硬化性樹脂を用いて３次元造形物を造形する造形装置および造形方法に関する。

近年、下記特許文献に記載されているように、光の照射により硬化する硬化性樹脂を吐出し、その吐出された硬化性樹脂に光を照射することで、３次元構造物を造形するための技術が開発されている。

特開２００６−０００７７３号公報

紫外線硬化樹脂には、撥液成分を含有しているものがあり、撥液成分を含有する硬化性樹脂を用いて、３次元構造物を造形する場合には、造形精度を担保できない虞がある。詳しくは、硬化性樹脂により３次元構造物が造形される際には、薄膜状に硬化性樹脂が吐出され、その薄膜状の硬化性樹脂の硬化により硬化層が形成される。そして、その硬化層の上に、薄膜状に硬化性樹脂が吐出され、その薄膜状の硬化性樹脂の硬化により硬化層が積層される。このように、複数の硬化層が積層されることで、３次元構造物が造形される。その硬化層の原料の硬化性樹脂が、撥液成分を含有している場合に、諸条件により撥液成分の濃度が変化し、硬化層の撥液性能が一定とならない場合がある。硬化層の撥液性能が一定でない場合には、その硬化層の上に吐出された硬化性樹脂の着弾径も一定にならず、造形精度を担保することができない。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、硬化性樹脂の着弾径を均一にすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の造形装置は、撥液成分を含有し、光の照射により硬化する硬化性樹脂を吐出する吐出装置と、前記吐出装置により吐出された硬化性樹脂に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各々の作動を制御する制御装置とを備え、３次元造形物を造形する造形装置において、前記制御装置が、前記吐出装置によって吐出される硬化性樹脂の液滴の径である着弾径が均一となるように、前記照射装置による硬化性樹脂への光の照射量と、前記吐出装置により硬化性樹脂が吐出されてから前記照射装置により光が照射されるまでの経過時間との少なくとも一方を演算する演算部と、前記演算部において演算された前記照射量と前記経過時間との少なくとも一方に従って、前記吐出装置によって吐出された硬化性樹脂に光を照射する照射部とを有することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の造形方法は、撥液成分を含有し、光の照射により硬化する硬化性樹脂を吐出する吐出装置と、前記吐出装置により吐出された硬化性樹脂に光を照射する照射装置とを備えた造形装置によって３次元造形物を造形する造形方法において、当該造形方法が、前記吐出装置によって吐出される硬化性樹脂の液滴の径である着弾径が均一となるように、前記照射装置による硬化性樹脂への光の照射量と、前記吐出装置により硬化性樹脂が吐出されてから前記照射装置により光が照射されるまでの経過時間との少なくとも一方を演算する演算工程と、前記吐出装置によって硬化性樹脂を吐出する吐出工程と、前記演算工程において演算された前記照射量と前記経過時間との少なくとも一方に従って、前記吐出工程において吐出された硬化性樹脂に光を照射する照射工程とを含むことを特徴とする。

本発明に記載の造形装置および造形方法では、吐出装置によって吐出される硬化性樹脂の着弾径が均一となるように、硬化性樹脂への光の照射量と、硬化性樹脂が吐出されてから光が照射されるまでの経過時間との少なくとも一方が演算される。そして、演算された照射量と経過時間との少なくとも一方に従って、吐出された硬化性樹脂に光が照射される。これにより、硬化性樹脂の着弾径を均一化することが可能となる。

電子デバイス製造装置を示す平面図である。制御装置を示すブロック図である。硬化層の上に紫外線硬化樹脂が吐出された状態を示す模式図である。硬化層の上に紫外線硬化樹脂が吐出された状態を示す模式図である。紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されている状態を示す模式図である。紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されている状態を示す模式図である。硬化層の上に紫外線硬化樹脂が吐出された状態を示す模式図である。硬化層の上に紫外線硬化樹脂が吐出された状態を示す模式図である。貯留時間と着弾径との関係を示す図である。貯留量と着弾径との関係を示す図である。照射時間と着弾径との関係を示す図である。放置時間と着弾径との関係を示す図である。

図１に電子デバイス製造装置１０を示す。電子デバイス製造装置（以下、「製造装置」と略す場合がある）１０は、搬送装置２０と、第１造形ユニット２２と、第２造形ユニット２４と、制御装置（図２参照）２６を備える。それら搬送装置２０と第１造形ユニット２２と第２造形ユニット２４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２参照）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２参照）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、上面に回路基板等が載置される。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に載置された回路基板等の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、回路基板等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。

第１造形ユニット２２は、樹脂層を造形するユニットであり、印刷部７２と、硬化部７４と撮像部７６とを有している。印刷部７２は、インクジェットヘッド（図２参照）７８と検出センサ（図２参照）８０とを有している。インクジェットヘッド７８は、下面に形成された吐出ノズルから紫外線硬化樹脂を吐出する。なお、インクジェットヘッド７８は、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。また、検出センサ８０は、インクジェットヘッド７８の内部に貯留されている紫外線硬化樹脂の貯留量を検出する。

硬化部７４は、平坦化装置（図２参照）８２と照射装置（図２参照）８６とを有している。平坦化装置８２は、インクジェットヘッド７８によって吐出された紫外線硬化樹脂の上面を平坦化するものであり、例えば、紫外線硬化樹脂の表面を均しながら余剰分の樹脂を、ローラもしくはブレードによって掻き取ることで、紫外線硬化樹脂の厚みを均一させる。また、照射装置８６は、光源として水銀ランプもしくはＬＥＤを備えており、インクジェットヘッド７８によって吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する。これにより、インクジェットヘッド７８によって吐出された紫外線硬化樹脂が硬化し、樹脂層が造形される。

撮像部７６は、カメラ（図２参照）８８を有している。カメラ８８は、下方を向いた状態で配設されており、インクジェットヘッド７８によって吐出された紫外線硬化樹脂を撮像する。そして、その撮像データに基づいて、インクジェットヘッド７８によって吐出された紫外線硬化樹脂の液滴の径である着弾径が演算される。

また、第２造形ユニット２４は、配線を造形するユニットであり、印刷部９０と、焼成部９２とを有している。印刷部９０は、インクジェットヘッド（図２参照）９６を有しており、金属インクを線状に吐出する。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る。なお、インクジェットヘッド９６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。

焼成部９２は、レーザ照射装置（図２参照）９８を有している。レーザ照射装置９８は、インクジェットヘッド９６によって吐出された金属インクにレーザを照射する装置であり、レーザが照射された金属インクは焼成し、配線が形成される。なお、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。そして、金属インクが焼成することで、金属製の配線が形成される。

また、制御装置２６は、図２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７８、平坦化装置８２、照射装置８６、インクジェットヘッド９６、レーザ照射装置９８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、第１造形ユニット２２、第２造形ユニット２４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、カメラ８８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、インクジェットヘッド７８によって吐出された紫外線硬化樹脂の着弾径を演算する。さらに、コントローラ１０２は、検出センサ８０に接続されており、インクジェットヘッド７８の内部に貯留されている紫外線硬化樹脂の貯留量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、回路基板（図３参照）１１０上に回路パターンが形成される。具体的には、ステージ５２の基台６０に回路基板１１０がセットされ、そのステージ５２が、第１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、インクジェットヘッド７８によって回路基板１１０の上に紫外線硬化樹脂が薄膜状に吐出される。続いて、硬化部７４において、その薄膜状の紫外線硬化樹脂が、平坦化装置８２によって上端部が平坦化され、平坦化された紫外線硬化樹脂に、照射装置８６によって紫外線が照射される。これにより、薄膜状の紫外線硬化樹脂が硬化し、薄膜状の紫外線硬化樹脂の硬化層が形成される。

紫外線硬化樹脂の硬化層が形成されると、その硬化層の上に、インクジェットヘッド７８によって、紫外線硬化樹脂が薄膜状に吐出される。そして、平坦化装置８２による紫外線硬化樹脂の平坦化と、照射装置８６による紫外線硬化樹脂の硬化とが行われる。これにより、硬化層の上に、硬化した薄膜状の紫外線硬化樹脂、つまり、硬化層が積層される。このように、硬化層が積層されることで、回路基板１１０の上に樹脂層が形成される。

樹脂層が形成されると、ステージ５２が第２造形ユニット２４の下方に移動される。そして、印刷部９０において、インクジェットヘッド９６によって樹脂層の上に金属インクが、回路パターンに応じて線状に吐出される。次に、焼成部９２において、金属インクに、レーザ照射装置９８によってレーザが照射される。これにより、金属インクが焼成し、樹脂層の上に配線が形成される。このように、製造装置１０では、紫外線硬化樹脂によって樹脂層が形成され、金属イオンによって配線が形成されることで、回路基板１１０の上に回路パターンが形成される。

なお、樹脂層を形成するための紫外線硬化樹脂には、撥液成分を含有しているものがある。撥液成分としては、液体を撥する成分であれば、フッ素系界面活性剤，シリコーン系界面活性剤等、種々の成分を採用することが可能であり、液体，固体，蝋状等、種々のタイプの成分を採用することが可能である。そのような撥液成分を含有する紫外線硬化樹脂によって、樹脂層が形成された場合には、その樹脂層の濡れ性は低くなる。このため、その樹脂層の上に金属イオンが吐出された場合には、その金属イオンの液滴の接触角が大きくなり、着弾径は小さくなる。これにより、金属イオンの厚さ方向の寸法を大きくすることが可能となり、厚みのある配線を形成し易くなる。このようなことに鑑みて、樹脂層を形成するための紫外線硬化樹脂として、撥液成分を含有する紫外線硬化樹脂が採用される場合がある。

しかしながら、撥液成分を含有する紫外線硬化樹脂では、撥液成分の濃度が安定し難いため、インクジェットヘッド７８から吐出される紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度が異なる場合がある。具体的には、例えば、撥液成分を含有する紫外線硬化樹脂が、インクジェットヘッド７８に貯留されている際に、撥液成分は、時間の経過に伴って、インクジェットヘッド７８の内壁面付近に集まる傾向がある。このため、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド７８に貯留されてから、長時間経過した後に吐出される紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度は、低い。一方、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド７８に貯留されてから、比較的短時間のうちに吐出される紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度は、高い。つまり、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド７８に貯留されてからの経過時間（以下、「貯留時間」と記載する場合がある）が長いほど、インクジェットヘッド７８によって吐出される紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度は低くなる。

また、インクジェットヘッド７８に貯留されている紫外線硬化樹脂の量（以下、「貯留量」と記載する場合がある）が少なくなると、インクジェットヘッド７８の内壁面に集まっている撥液成分が吐出される。このため、貯留量が少ないほど、インクジェットヘッド７８によって吐出される紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度は高くなる。つまり、撥液成分を含有する紫外線硬化樹脂では、貯留時間および、貯留量に応じて、インクジェットヘッド７８から吐出される紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度が変化する。

このように、撥液成分の濃度が変化した場合には、硬化した紫外線硬化樹脂の撥液性能が変化するため、樹脂層の形成精度が低下する虞がある。具体的には、例えば、貯留時間が短い場合、貯留量の少ない場合等に紫外線硬化樹脂が吐出されると、その紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度は高いため、その紫外線硬化樹脂によって形成された硬化層の撥液性能は高くなる。このため、硬化層を積層するべく、図３に示すように、回路基板１１０の上に形成された硬化層１２０の上に、紫外線硬化樹脂１２２が吐出されると、硬化層１２０の濡れ性が低いため、紫外線硬化樹脂１２２の液滴の接触角は大きくなる。これにより、硬化層１２０の上に吐出された紫外線硬化樹脂１２２の着弾径Ｄ_１は、比較的小さくなる。

一方、貯留時間が長い場合、貯留量の多い場合等に紫外線硬化樹脂が吐出されると、その紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度は低いため、その紫外線硬化樹脂によって形成された硬化層の撥液性能は低くなる。このため、硬化層を積層するべく、図４に示すように、回路基板１１０の上に形成された硬化層１２０の上に、紫外線硬化樹脂１２２が吐出されると、硬化層１２０の濡れ性が高いため、紫外線硬化樹脂１２２の液滴の接触角は小さくなる。これにより、硬化層１２０の上に吐出された紫外線硬化樹脂１２２の着弾径Ｄ_２は、比較的大きくなる。このように、撥液成分の濃度の変化によって、硬化層１２０の撥液性能が変化した場合には、紫外線硬化樹脂１２２の着弾径が変化する。つまり、硬化層１２０を積層して樹脂層を形成する際に、紫外線硬化樹脂１２２の液滴の径方向の寸法，高さ寸法等を一定にすることができなくなり、樹脂層の形成精度が低下する虞がある。

このようなことに鑑みて、製造装置１０では、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度を考慮して、樹脂層の形成が行われている。詳しくは、硬化層１２０の撥液性能は、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度だけでなく、紫外線硬化樹脂に照射される紫外線の照射時間、若しくは、吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されるまで、紫外線硬化樹脂が放置される時間（以下、「放置時間」と記載する場合がある）によって変化する。そこで、紫外線硬化樹脂の照射時間、若しくは、放置時間を調整することで、硬化層１２０の撥液性能の変化を抑制し、紫外線硬化樹脂１２２の着弾径を一定に保っている。

具体的には、例えば、紫外線硬化樹脂に紫外線が長時間、照射された場合には、紫外線硬化樹脂が十分に硬化し、硬化層１２０の粘着性は低くなる。これにより、硬化層１２０の濡れ性は高くなり、硬化層１２０の撥液性能は低くなる。したがって、その硬化層１２０の上に吐出される紫外線硬化樹脂の液滴の接触角は小さくなり、着弾径は大きくなる。一方、紫外線硬化樹脂に紫外線が短時間、照射された場合には、紫外線硬化樹脂が十分に硬化せず、硬化層１２０の粘着性は高くなる。これにより、硬化層１２０の濡れ性は低くなり、硬化層１２０の撥液性能は高くなる。したがって、その硬化層１２０の上に吐出される紫外線硬化樹脂の液滴の接触角は大きくなり、着弾径は小さくなる。つまり、紫外線の照射時間が長いほど、硬化層１２０の撥液性能は低下し、その硬化層１２０の上に吐出される紫外線硬化樹脂の着弾径は大きくなる。このため、紫外線の照射時間を長くすることで、紫外線硬化樹脂の着弾径を大きくし、紫外線の照射時間を短くすることで、紫外線硬化樹脂の着弾径を小さくすることが可能となる。

また、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド７８から吐出されると、吐出された紫外線硬化樹脂では、撥液成分が紫外線硬化樹脂の表面に析出される。このため、インクジェットヘッド７８によって紫外線硬化樹脂が析出されてから、時間が経過するほど、多くの量の撥液成分が紫外線硬化樹脂の表面に析出される。そして、多くの量の撥液成分が析出した紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されると、撥液性能の高い硬化層１２０が形成される。つまり、放置時間を長くすることで、硬化層１２０の撥液性能が高くなり、紫外線硬化樹脂の着弾径は小さくなる。一方、少ない量の撥液成分が析出した紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されると、撥液性能の低い硬化層１２０が形成される。つまり、放置時間を短くすることで、硬化層１２０の撥液性能が低くなり、紫外線硬化樹脂の着弾径は大きくなる。このため、放置時間を長くすることで、紫外線硬化樹脂の着弾径を小さくし、放置時間を短くすることで、紫外線硬化樹脂の着弾径を大きくすることが可能となる。

そこで、製造装置１０では、紫外線硬化樹脂１２２の着弾径を一定とするべく、紫外線硬化樹脂の照射時間、若しくは、放置時間が演算される。具体的には、紫外線硬化樹脂１２２の着弾径を一定にするためのマップデータが、紫外線硬化樹脂の種類毎にコントローラ１０２に記憶されている。このマップデータでは、貯留時間と貯留量とに応じて、紫外線の照射時間が設定されている。具体的には、貯留時間が長くなるほど、紫外線の照射時間が短くなり、貯留量が多くなるほど、紫外線の照射時間が短くなるように、紫外線の照射時間が設定されている。つまり、このマップデータでは、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度が低いほど、着弾径を小さくするべく、紫外線の照射時間が短くなるように設定されている。また、このマップデータでは、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度が高いほど、着弾径を大きくするべく、紫外線の照射時間が長くなるように設定されている。

また、マップデータでは、貯留時間と貯留量とに応じて、放置時間が設定されている。具体的には、貯留時間が長くなるほど、放置時間が長くなり、貯留量が多くなるほど、放置時間が長くなるように、放置時間が設定されている。つまり、このマップデータでは、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度が低いほど、着弾径を小さくするべく、放置時間が長くなるように設定されている。また、このマップデータでは、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度が高いほど、着弾径を大きくするべく、放置時間が短くなるように設定されている。

また、第１造形ユニット２２において、硬化層１２０が形成される際には、検出センサ８０によってインクジェットヘッド７８への紫外線硬化樹脂の貯留量が検出されており、その貯留量に関するデータが、コントローラ１０２によって取得される。さらに、コントローラ１０２では、インクジェットヘッド７８に紫外線硬化樹脂が貯留されてからの経過時間が、貯留時間として計測されており、硬化層１２０が形成される際の貯留時間が特定される。そして、コントローラ１０２が、上記マップデータに基づいて、硬化層形成時の貯留量と貯留時間とに応じて設定されている紫外線の照射時間、および、放置時間を演算する。

紫外線の照射時間、および、放置時間が演算されると、コントローラ１０２において、照射時間を調整した場合のスループット時間と、放置時間を調整した場合のスループット時間との何れが短いかが判定される。ここで、スループット時間とは、インクジェットヘッド７８による紫外線硬化樹脂の吐出が完了してから、その紫外線硬化樹脂への紫外線の照射が完了するまでの時間である。具体的には、紫外線の標準照射時間と、吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されるまで、紫外線硬化樹脂が放置される標準放置時間とが予め設定されている。そして、紫外線の照射時間が調整される場合には、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド７８から吐出されてから、標準放置時間が経過した後に、紫外線が演算された照射時間、照射される。つまり、照射時間を調整した場合のスループット時間は、標準放置時間と演算された照射時間とを加算した値となる。一方、放置時間が調整される場合には、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド７８から吐出されてから、演算された放置時間が経過した後に、紫外線が標準照射時間、照射される。つまり、放置時間を調整した場合のスループット時間は、演算された放置時間と標準照射時間とを加算した値となる。

上述した手順に従って、照射時間を調整した場合のスループット時間と、放置時間を調整した場合のスループット時間とが演算されると、それら２つのスループット時間のうちの何れが短いかが判定される。そして、照射時間を調整した場合のスループット時間が短い場合には、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド７８から吐出されてから、標準放置時間が経過した後に、紫外線が演算された照射時間、照射される。一方、放置時間を調整した場合のスループット時間が短い場合には、紫外線硬化樹脂がインクジェットヘッド７８から吐出されてから、演算された放置時間が経過した後に、紫外線が標準照射時間、照射される。

このように、演算された照射時間、若しくは、放置時間に従って、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射することで、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度に関わらず、撥液性能が一定の硬化層を形成することが可能となる。これにより、硬化層の上に吐出される紫外線硬化樹脂の着弾径を一定にすることが可能となり、樹脂層の形成精度が担保される。また、従来の樹脂層の形成時には、インクジェットヘッド７８に紫外線硬化樹脂を充填した後に、撥液成分の濃度が安定するまで、紫外線硬化樹脂の吐出作業が待機されており、時間の無駄が多かった。一方、製造装置１０では、上記マップデータを利用することで、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度が安定していない場合であっても、吐出作業を行うことが可能となる。これにより、無駄な待ち時間を省略することが可能となる。さらに言えば、撥液成分の濃度を一定とするべく、紫外線硬化樹脂の循環機構を備えたインクジェットヘッドが存在する。しかしながら、製造装置１０では、上記マップデータを利用することで、紫外線硬化樹脂の撥液成分の濃度に関わらず、紫外線硬化樹脂の着弾径を一定にすることが可能である。このため、インクジェットヘッドに循環機構を備える必要が無いため、インクジェットヘッドの構造を簡略化することが可能となる。また、照射時間を調整した場合のスループット時間と、放置時間を調整した場合のスループット時間とのうちの短いスループット時間に応じた調整方法が採用されるため、スループットの短縮を図ることが可能となる。

また、硬化層の撥液性能は、上述したように、紫外線の照射時間に応じて変化するため、硬化層の部位に応じて撥液性能が異なる場合がある。詳しくは、硬化層が形成される際に、例えば、回路基板１１０の上に紫外線硬化樹脂が吐出されるが、吐出される紫外線硬化樹脂は、離間した状態で滴下される。つまり、図５に示すように、回路基板１１０の上に、複数の紫外線硬化樹脂１３０の液滴が、所定の間隔をおいて吐出される。これは、複数の紫外線硬化樹脂１３０の液滴を隣接した状態で吐出すると、それら複数の紫外線硬化樹脂１３０の液滴が一体化し、大きな液滴となり、硬化層の膜厚を調整できないためである。

そして、回路基板１１０の上に、複数の紫外線硬化樹脂１３０の液滴が離間した状態で吐出されると、平坦化装置８２によって平坦化された後に、照射装置８６によって紫外線が照射される。これにより、紫外線硬化樹脂１３０が硬化する。続いて、図６に示すように、硬化した複数の紫外線硬化樹脂１３０の間に、紫外線硬化樹脂１３２が吐出される。そして、その紫外線硬化樹脂１３２が平坦化装置８２によって平坦化された後に、照射装置８６によって紫外線が照射される。これにより、紫外線硬化樹脂１３２が硬化し、その硬化した紫外線硬化樹脂１３２と、先に硬化している紫外線硬化樹脂１３０とが連続し、硬化層１２０が形成される。ただし、紫外線硬化樹脂１３２には、紫外線が１回しか照射されていないが、紫外線硬化樹脂１３０には、紫外線が２回照射されている。つまり、紫外線硬化樹脂１３０への紫外線の照射時間は、紫外線硬化樹脂１３２への紫外線の照射時間より長い。このため、硬化層１２０の紫外線硬化樹脂１３０に相当する部位の撥液性能は、硬化層１２０の紫外線硬化樹脂１３２に相当する部位の撥液性能より低くなる。

このように、硬化層１２０の部位に応じて撥液性能が異なると、硬化層１２０の上に吐出される紫外線硬化樹脂の着弾径が異なる。詳しくは、硬化層１２０の紫外線硬化樹脂１３０に相当する部位の撥液性能は低いため、図７に示すように、その部位の上に紫外線硬化樹脂１３６が吐出されると、その紫外線硬化樹脂１３６の着弾径は、大きくなる。一方、硬化層１２０の紫外線硬化樹脂１３２に相当する部位の撥液性能は高いため、その部位の上に紫外線硬化樹脂１３８が吐出されると、その紫外線硬化樹脂１３８の着弾径は、小さくなる。このように、硬化層１２０の上に吐出される紫外線硬化樹脂１３６，１３８の着弾径が異なると、硬化層の形成精度が低下し、適切な形状の樹脂層を造形できない虞がある。

このようなことに鑑みて、製造装置１０では、硬化層１２０の何れの部位においても、撥液性能が一定となるように、放置時間の調整を行っている。具体的には、コントローラ１０２には、紫外線の照射時間に応じて設定された放置時間を演算するためのマップデータが、紫外線硬化樹脂の種類毎にコントローラ１０２に記憶されている。このマップデータでは、紫外線の照射時間が長くなるほど、放置時間が長くなるように、放置時間が設定されている。そして、硬化層の形成時に紫外線が１回照射される紫外線硬化樹脂１３２に対して、その１回の紫外線の照射による紫外線の照射時間に応じて設定されている放置時間（以下、「紫外線硬化樹脂１３２の放置時間」と記載する場合がある）が、マップデータに基づいて演算される。また、硬化層の形成時に紫外線が２回照射される紫外線硬化樹脂１３０に対して、その２回の紫外線の照射による紫外線の照射時間に応じて設定されている放置時間（以下、「紫外線硬化樹脂１３０の放置時間」と記載する場合がある）が、マップデータに基づいて演算される。この際、紫外線硬化樹脂１３０への紫外線の照射時間は、紫外線硬化樹脂１３２への紫外線の照射時間より長いため、紫外線硬化樹脂１３０の放置時間は、紫外線硬化樹脂１３２の放置時間より長くなる。

そして、各紫外線硬化樹脂１３０，１３２の放置時間が演算されると、演算された放置時間に従って、紫外線の照射工程が実行される。詳しくは、図５に示すように、回路基板１１０の上に、複数の紫外線硬化樹脂１３０の液滴が、所定の間隔をおいて吐出される。そして、演算された紫外線硬化樹脂１３０の放置時間が経過した後に、紫外線硬化樹脂１３０に紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂１３０が硬化する。続いて、図６に示すように、硬化した複数の紫外線硬化樹脂１３０の間に、紫外線硬化樹脂１３２が吐出される。そして、演算された紫外線硬化樹脂１３２の放置時間が経過した後に、紫外線硬化樹脂１３２に紫外線が照射され、紫外線硬化樹脂１３２が硬化する。

これにより、硬化した紫外線硬化樹脂１３２と、先に硬化している紫外線硬化樹脂１３０とが連続し、硬化層１２０が形成される。硬化層１２０が形成される際に、紫外線硬化樹脂１３０には、紫外線が２回照射されるため、硬化した紫外線硬化樹脂１３０の撥液性能は低くなる虞があるが、紫外線硬化樹脂１３０の放置時間は長いため、紫外線硬化樹脂１３０の表面に多くの撥液成分が析出し、撥液性能の低下が抑制される。一方、紫外線硬化樹脂１３２には、紫外線が１回しか照射されないため、硬化した紫外線硬化樹脂１３２の撥液性能は高くなる虞があるが、紫外線硬化樹脂１３０の放置時間は短いため、紫外線硬化樹脂１３０の表面に析出する撥液成分が少なくなり、撥液性能の上昇が抑制される。これにより、硬化層１２０の紫外線硬化樹脂１３０に相当する部位の撥液性能と、硬化層１２０の紫外線硬化樹脂１３２に相当する部位の撥液性能とは、殆ど同じとなる。

このように、硬化層１２０の部位毎の撥液性能が同じになると、図８に示すように、硬化層１２０の紫外線硬化樹脂１３０に相当する部位の上に吐出された紫外線硬化樹脂１３６の着弾径と、硬化層１２０の紫外線硬化樹脂１３２に相当する部位の上に吐出された紫外線硬化樹脂１３８の着弾径とは同じになる。これにより、硬化層の形成精度を担保することが可能となり、適切な形状の樹脂層を造形することが可能となる。

また、上述したように、コントローラ１０２には、種々の紫外線硬化樹脂毎にマップデータが記憶されており、各マップデータに基づいて、紫外線の照射時間および、放置時間が演算されるが、コントローラ１０２に記憶されていない種類の紫外線硬化樹脂、つまり、未知の紫外線硬化樹脂に対応するマップデータを作成することが可能である。具体的には、未知の紫外線硬化樹脂を用いて樹脂層が形成される際に、インクジェットヘッド７８への紫外線硬化樹脂の貯留時間と、その紫外線硬化樹脂の貯留量とが、インクジェットヘッド７８によって紫外線硬化樹脂が吐出される毎に検出される。また、その紫外線硬化樹脂が吐出され、吐出された紫外線硬化樹脂に紫外線が照射される毎に、紫外線の照射時間および、放置時間も検出される。そして、紫外線硬化樹脂への紫外線の照射により形成された硬化層の上に、紫外線硬化樹脂が吐出される毎に、その紫外線硬化樹脂がカメラ８８によって撮像される。

この際、コントローラ１０２は、撮像データに基づいて、紫外線硬化樹脂の着弾径を演算する。そして、コントローラ１０２において、貯留時間Ｔ_１と貯留量Ｍと照射時間Ｔ_２と放置時間Ｔ_３との各々の検出値と、演算された着弾径Ｄとの関係が、図９〜図１２に示すように、プロットされる。これにより、コントローラ１０２において、未知の紫外線硬化樹脂に対して紫外線の照射時間および、放置時間を演算するためのマップデータが作成される。このようにして作成されたマップデータを利用することで、未知の紫外線硬化樹脂に対しても、着弾径の相違を防止することが可能となる。また、コントローラ１０２において、未知の紫外線硬化樹脂のマップデータを自動で作成することで、作業者によるマップデータの作成の手間を省くことが可能となる。

なお、制御装置２６のコントローラ１０２は、図２に示すように、吐出部１５０と、演算部１５１と、判定部１５２と、照射部１５４と、第１検出部１５６と、第２検出部１５８と、作成部１６０とを有している。吐出部１５０は、インクジェットヘッド７８によって紫外線硬化樹脂を吐出するための機能部である。演算部１５１は、マップデータに基づいて、紫外線の照射時間および、放置時間を演算するための機能部である。判定部１５２は、照射時間を調整した場合のスループット時間と、放置時間を調整した場合のスループット時間との何れが短いかを判定するための機能部である。照射部１５４は、判定部１５２により判定された手法に従って紫外線を照射するための機能部である。第１検出部１５６は、貯留時間Ｔ_１と貯留量Ｍと照射時間Ｔ_２と放置時間Ｔ_３とを検出するための機能部である。第２検出部１５８は、紫外線硬化樹脂の着弾径Ｄを検出するための機能部である。作成部１６０は、貯留時間Ｔ_１と貯留量Ｍと照射時間Ｔ_２と放置時間Ｔ_３との各々と、着弾径Ｄとの関係を示すマップデータを作成するための機能部である。

ちなみに、上記実施例において、製造装置１０は、造形装置の一例である。制御装置２６は、制御装置の一例である。インクジェットヘッド７８は、吐出装置の一例である。照射装置８６は、照射装置の一例である。演算部１５１は、演算部の一例である。判定部１５２は、判定部の一例である。照射部１５４は、照射部の一例である。第１検出部１５６は、第１検出部の一例である。第２検出部１５８は、第２検出部の一例である。作成部１６０は、作成部の一例である。吐出部１５０により実行される工程は、吐出工程の一例である。演算部１５１により実行される工程は、演算工程の一例である。照射部１５４により実行される工程は、照射工程の一例である。

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、紫外線硬化樹脂の着弾径を一定とするべく、紫外線の照射時間が調整されているが、紫外線の単位時間当たりの照射量、つまり、照射エネルギーを調整することが可能である。また、紫外線の照射時間と照射エネルギーとの両方を調整することも可能である。

１０：製造装置（造形装置）２６：制御装置７８：インクジェットヘッド（吐出装置）８６：照射装置１５０：吐出部（吐出工程）１５１：演算部（演算工程）１５２：判定部１５４：照射部（照射工程）１５６：第１検出部１５８：第２検出部１６０：作成部

Claims

撥液成分を含有し、光の照射により硬化する硬化性樹脂を吐出する吐出装置と、
前記吐出装置により吐出された硬化性樹脂に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各々の作動を制御する制御装置と
を備え、３次元造形物を造形する造形装置において、
前記制御装置が、
前記吐出装置によって吐出される硬化性樹脂の液滴の径である着弾径が均一となるように、前記照射装置による硬化性樹脂への光の照射量と、前記吐出装置により硬化性樹脂が吐出されてから前記照射装置により光が照射されるまでの経過時間との少なくとも一方を演算する演算部と、
前記演算部において演算された前記照射量と前記経過時間との少なくとも一方に従って、前記吐出装置によって吐出された硬化性樹脂に光を照射する照射部と
を有することを特徴とする造形装置。
前記演算部が、前記照射量と前記経過時間とを演算し、
前記制御装置が、
前記演算部において演算された前記照射量に応じたスループット時間と、前記演算部において演算された前記経過時間に応じたスループット時間との何れが短いかを判定する判定部を有し、
前記照射部が、
前記判定部において前記照射量に応じたスループット時間が短いと判定された場合に、前記演算部において演算された前記照射量に従って、前記吐出装置によって吐出された硬化性樹脂に光を照射し、前記判定部において前記経過時間に応じたスループット時間が短いと判定された場合に、前記演算部において演算された前記経過時間に従って、前記吐出装置によって吐出された硬化性樹脂に光を照射することを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
前記演算部が、
前記吐出装置によって吐出された硬化性樹脂への光の照射回数に応じて、前記経過時間を演算することを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
前記制御装置が、
硬化性樹脂の前記吐出装置への貯留時間と、前記吐出装置に貯留されている硬化性樹脂の貯留量と、前記照射量と、前記経過時間との少なくとも１つを検出する第１検出部と、
前記吐出装置によって吐出された硬化性樹脂の着弾径を検出する第２検出部と、
前記第１検出部において検出された前記貯留時間と前記貯留量と前記照射量と前記経過時間との少なくとも１つと、前記第２検出部において検出された前記着弾径との関係を示すマップデータを作成する作成部と
を有し、
前記演算部が、
前記作成部において作成されたマップデータに基づいて、前記照射量と前記経過時間との少なくとも一方を演算することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の造形装置。
撥液成分を含有し、光の照射により硬化する硬化性樹脂を吐出する吐出装置と、前記吐出装置により吐出された硬化性樹脂に光を照射する照射装置とを備えた造形装置によって３次元造形物を造形する造形方法において、
当該造形方法が、
前記吐出装置によって吐出される硬化性樹脂の液滴の径である着弾径が均一となるように、前記照射装置による硬化性樹脂への光の照射量と、前記吐出装置により硬化性樹脂が吐出されてから前記照射装置により光が照射されるまでの経過時間との少なくとも一方を演算する演算工程と、
前記吐出装置によって硬化性樹脂を吐出する吐出工程と、
前記演算工程において演算された前記照射量と前記経過時間との少なくとも一方に従って、前記吐出工程において吐出された硬化性樹脂に光を照射する照射工程と
を含むことを特徴とする造形方法。