(57)【要約】  本発明は、スクリーン印刷によって２つの表面を接着する改良された方法を開示している。本発明による方法は、スクリーンが目詰まりする危険の低減につながり、それに伴って、塗布される接着剤膜の印刷品質の改善につながる。このことは、印刷媒体に粒子が添加されることによって実現される。これに加えて、粒子のサイズを選択することで、スペーサ部材としての粒子が、接着時に接着継目の厚みを定義されたとおりに規定するようにできる。これに加えて、接着されるべき各表面を定義されたとおりに接近させるための方法ステップが記載されている。
2008540175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造化された接着剤層が塗布されるべき物体の表面を用意するステップと、
スクリーンおよびスクイージを備えるスクリーン印刷装置を用意し、前記スクリーンは目止めされた領域と目止めされていない領域とを含んでいるステップと、
前記スクリーンの一方の側に印刷媒体を塗布するステップと、
前記スクリーンの近傍に前記表面を接触しないように配置して、前記スクリーンが印刷媒体と前記表面の間に配置されるようにするステップと、
前記スクリーンを通るように印刷媒体を前記スクイージによってプレスし、その際に前記スクイージがスクリーン表面の上を通過して前記スクリーンを前記表面へ局所的に押圧し、目止めされていない領域で印刷媒体が前記表面の上に載るステップと、
を有する、物体の表面に構造化された接着剤膜を塗布する方法であって、
印刷媒体は接着剤成分とスペーサ部材の双方を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】
０．５％から８０％の間、ただし有利にはほぼ５％である、前記スペーサ部材の容積割合を含んでいる印刷媒体が用意されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法によって構造化された接着剤膜を第１の物体に塗布し、前記スペーサ部材によって定義される間隔まで第１の物体に第２の物体の表面を接近させ、前記接近の後に接着剤膜を硬化させることを特徴とする、少なくとも２つの物体を接着する方法。
【請求項４】
接着されるべき表面にまで至る貫通部を第１の物体に設け、接近中にまずガス流を前記表面の方向に生成し、接近の過程で前記ガス流を消滅するまで弱めていき、構造化された接着剤膜が第２の物体の表面と接触してから前記貫通部に負圧を生成し、第２の物体が周囲圧力に基づいて第１の物体に向かって押圧されるようにすることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦な構成部品の構造化された接着をする方法に関する。特に、構造化された構成部品を迅速、低コスト、かつ定義された接着継目で接着することを可能にする方法が提供されるのが望ましい。
【背景技術】
【０００２】
背景
２つ以上の物体を接着して１つの構成部品にするには、さまざまな方法がある。その主要なステップは、接着されるべき少なくとも１つの領域に接着剤を塗布し、物体を定義されたとおりに接近させ、接着剤を硬化させるために接近した位置で物体を固定することである。
【０００３】
ａ）接着剤の塗布
接着剤を塗布するにはさまざまな手法がある。その中でもっともよく知られているのは、ニードルディスペンサ法、いわゆるインクジェット印刷、および、いわゆるスクリーン印刷法である。
【０００４】
ニードルディスペンサでは、接着されるべき表面の上方を、わずかな間隔（約１００μｍ）をおいてカニューレが移動していき、カニューレによって接着剤が表面に押し出される。これは逐次的な方法であり、すなわち、接着剤の塗布にしばしば非常に手間がかかるという大きな欠点を有している。接着長さが数メートルである場合には、非常に長い時間がかかる。たとえば約３メートルの接着長さの場合、１０〜２０分かかることも十分に考えられる。この方法を複数のニードルで並行して行うことも考えられる。しかしながら、このような形式のディスペンサはニードルが１本あるだけでもかなり集中的な保守整備を必要とし、ニードルを複数本にすると経済的でなくなってしまう。
【０００５】
十分な速度ではないにせよ、これよりも若干迅速な解決法は、インクジェット法によって接着剤を塗布することである。この場合、３メートルの接着長さを５〜１０分以内に塗布することができる。このとき、塗布は液滴ごとの塗布によって行われる。このことは２つの主要な難点につながる。一方では、１０ｎｌ以下の液滴容積を具体化することは技術的に難しく、高いコストがかかる。そのため、いっそう高い技術コストを払わない限り、接着痕の細かさには限界がある。他方では、少量ずつの塗布が行われるために、液滴が一緒になって流れると平滑な線が生じないことが多く、このことは、いくつかの用途についてこの方法を不向きにする。
【０００６】
スクリーン印刷法は、接着されるべき表面に接着剤を塗布するための周知の方法である。その場合、たとえば繊維織物などのスクリーンがマスキングされ、接着されるべき物体の表面に、繊維を通過した接着剤が塗布される。この場合に問題となるのは、ポリマーを含んでいる接着剤組成を採用した場合に、現実問題として、スクリーン印刷で用いられる繊維がしばしばくっつき合い、そのために目詰まりすることである。接着剤の部分的な硬化すなわち重合、あるいは溶剤の気化が、すでにスクリーンで起こるという事実に基づき、網目に堆積物が形成され、それによって繊維の網目が目詰まりする。このことは、ひいては接着剤の不完全な塗布につながる。たとえば欧州特許第０８６６８４０号明細書に記載されているように、水性の接着剤を用いてこの問題に対処しようとする試みもある。しかしながら、使用されるべき接着剤が用途によってすでに決まることが多いため、別の種類の接着剤へ移行することは容易には可能でない。
【０００７】
ｂ）物体の定義された接近
定義された接着の次のステップは、接着されるべき物体を定義された仕方で互いに接近させることにある。少なからぬ用途では物体を他の物体に固着することだけが目的になるが、これと異なる用途、特に光学コンポーネントに関わる場合、１つの物体を他の物体に対して定義された正確な位置決めをすることが要求される。このときの位置決めとは、接着プロセスの後における両方の物体の相対的な向き、アラインメント、ならびに定義された相互間隔であり得る。大抵の場合、接着剤がその結合作用を発揮できるようにするために、接着剤は少なくとも１つの領域において、接着されるべき面の間で最小限であるにせよ一定の厚みを占めることは明らかである。ところが、この厚みはしばしば用途によって指定されている。すなわち、たとえば２μｍ、５μｍ、あるいは１０μｍといった一定の接着継目によって接着をすることが望まれる。
【０００８】
こうした定義された接着継目を実現するには、各物体をまず互いに定義されたとおりに接近させなくてはならない。しかし大抵の場合、および特に面積が広い場合、とりわけ接近プロセスを比較的迅速に行いたいときには、圧力を及ぼすことが必要である。ところが光学コンポーネントの場合、コンポーネントを把持してこれを並進的に操作することに問題があることが多い。工具によって機械的な圧力を適用することは、光学表面の直接的な損傷につながることになる。したがっていくつかのケースでは、接近をさせるために毛管力および／または重力が利用される。しかしこのような接近プロセスは手間がかかり、そのために高価になる。
【０００９】
したがって、物体に傷をつけないようなやり方で、にもかかわらず毛管力や重力によって行われるよりも迅速に、互いに接近させることを可能にする方法を見出すことが望まれる。
【００１０】
ｃ）固定された間隔での硬化プロセス
こうした定義された接着継目を具体化するために、接近プロセスを定義された仕方で停止することができるのが望ましい。さらに多くの場合、硬化中に各物体を定義された間隔のまま保つことが必要である。というのも、一方では硬化プロセスには時間がかかり、また他方では、多くの接着剤が硬化中に自己容積を変化させる特性を示すからである。硬化中に定義された間隔を実現するには、さまざまな手法がある。第１に、接着されるべき物体の１つまたは複数に、いわゆるスペーサ（ｆｉｘｅ  Ｓｐａｃｅｒ）がすでに設けられていてよい。その場合、接着剤はスペーサには塗布されず、物体が接合されるときにスペーサを介して接触させられて、接着継目の厚みを定義する。しかし、このような定義されたスペーサを物体に取り付けることは、製造に関して付加コストを意味しており、このことは、このプロセスを高価にしてしまう。
【００１１】
さらに別の方法は、いわゆるスペーサボール（Ｓｐａｃｅｒ  ｂａｌｌｓ）をすでに接着剤に設けておくことである。実質的に定義された厚みをもつこうしたスペーサボールは接着剤へ直接添加され、接着剤とともに、接着されるべき面に塗布される。すると、両方の物体が相互に圧着されたときに、これらの物体はスペーサボールの直径に相当する間隔まで互いに接近する。スペーサボールのような球形のスペーサに代えて、当然ながら、それ以外の幾何学形状も考えられる。この理由から、以下においてはこれを中立的にスペーサ部材と呼ぶ。ニードルディスペンサの場合でも、インクジェット法を用いた接着の場合でも、接着剤に添加されるこのようなスペーサは、カニューレまたは通路が詰まる恐れがあるために、著しい問題となる。
【００１２】
したがって、上述した目詰まりの問題を起こすことなく、こうしたスペーサ部材を利用することを可能にする方法を提供することが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題
そこで本発明の課題は、上に挙げた従来技術の問題点を少なくとも克服する接着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による解決法
本発明によると、解決法の要諦は、専門業界でスクリーン印刷として知られている方法を基礎とする方法へと移行することにある。本方法の１つの改良例の要諦は、接着物質に数マイクロメートルの粒子を添加することにある。実験が示すところでは、この場合、驚くべきことに織物が完全に塞がれることはなく、逆に、スクリーン印刷プロセスが大幅に改善される。すなわちこの場合、問題なしに、すなわち目詰まりの問題を起こすことなしに、接着剤を用途とするスクリーン印刷法が初めて具体化される。
【００１５】
さらに別の態様は、添加される粒子の寸法を、接着剤層でスペーサ部材として作用するように選択することができるという点で根拠づけられる。それにより、改善されたスクリーン印刷法が提供されるばかりでなく、それと同時に、接着継目の厚みを守るために重要な１つの指標が接着剤に添加される。以下の説明では、添加される粒子が接着継目の厚みの遵守に明示的な形でつながるのではないケースにおいても、添加される粒子のことを「スペーサ部材」と呼ぶ。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は、接着されるべき両方の物体を迅速に接近させるための方法を提供することである。すなわち、物体の一方が、これに接着されるべき他方の物体まで通じる穴もしくは空洞を含んでいれば、一方の物体が他方に当接するべき外側領域を外側で密閉し、穴および／または空洞を真空にすることができる。すると周囲の大気圧によって、一方の物体が他方に向かって押圧される。これは均等に行われ、それ以外の機械的な工具を、接着されるべき物体に作用させる必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の説明
次に、一例として種々の実施形態を用いながら、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１８】
発明の詳細な説明
スクリーン印刷法には主要な構成要素が４つある。すなわち印刷媒体と、（印刷されるべき構造を定義するために）エマルジョン領域を含んでいるスクリーンと、印刷が行われるべき基板の表面と、スクリーンを通るように印刷媒体をプレスするスクイージである。
【００１９】
図１は、スクリーン印刷装置１の構成要素の模式図を示している。スクリーン３は、印刷媒体に対して透過性でない領域を織物で規定するエマルジョン領域５を含んでいる。それによって最終的に、基板の表面に印刷がなされるべき構造が定義される。たとえば、６０×６０ｃｍの正方形の型枠が使用される。あるいは、これよりも大きい型枠または小さい型枠を用いることも十分に可能である。支障なく印刷可能な面は、最終的に、型枠サイズのおよそ３分の２である。たとえばアルミニウム製の型枠を用いてスクリーンが張り渡される。スクリーン材料としてはポリエステル織物またはその他の繊維糸の織物、または特に特殊鋼からなるスチールネットが適している。本明細書では織物という用語によって、スクリーンのあらゆる実施形態を表現することとし、すなわちスチールネットやその他の格子も含むものとする。「糸」とは、ごく一般的に織物を構成する要素を意味している。スクリーンは、プロセスについて規定されるメッシュサイズを有している。用途に応じ
て６０μｍから３００μｍの周期が典型的である。本例では、１００×１００μｍ２の糸周期と、約４０μｍの糸直径とを備えるポリエステル織物が選択されている。ただし、これ以外の糸の太さも３０μｍから２００μｍの間で有利に採用することができ、当然ながら、糸の太さは織物の糸周期よりもはるかに小さいほうがよい。糸の太さは、表面に転移される印刷媒体材料の厚みを大筋で規定する。
【００２０】
スクリーン３をマスキングするために、感光性エマルジョンがスクリーンの広い面積に塗布され、フォトマスクを透過して露光される。エマルジョンは、たとえばポジまたはネガのフォトレジストであってよい。ポジのフォトレジストでは、現像後、露光されなかった領域は残るのに対して、フォトマスクを通過して露光された領域は剥離される。ネガのフォトレジストではこれと正反対である。いずれのケースでも、結果的に、印刷媒体がプレスで通り抜けることができないエマルジョンで目止めされた織物が残され、それに対して、エマルジョンがない領域は印刷媒体が通り抜けることができる。エマルジョンも、印刷されるべき基板の表面に塗布される媒体の厚みに影響を及ぼす。このようなエマルジョンにより、最大５０％だけ厚みが増す。こうした方法によって、最小の構成要素が使用するスクリーンのメッシュサイズの約３倍に相当していることが可能な構造を具体化することができる。構造がこれよりも小さいと、少なくともいくつかの用途についてはメッシュが印刷画像を乱してしまう。
【００２１】
印刷媒体９としては、本発明によると、スペーサ部材が添加されたエポキシ樹脂接着剤が適している。あるいは接着剤部分は紫外線硬化型の接着剤、熱硬化性の接着剤、複数の成分からなる化学的に硬化する接着剤、溶剤の気化によって硬化する接着剤であってもよい。本例では、直径が５μｍであるガラス球が使用される。メッシュの開きの最大約８０％である、これ以外のサイズも適正に利用可能である。しかしながらスペーサ部材の最大寸法は、メッシュによって定義される隙間の最小寸法の３０％を上回らないのが好ましい。スペーサ部材をどれだけの濃度で添加すべきかを考える際には、高すぎるスペーサ部材濃度はスペーサ部材が塊状になり、そのために織物の目詰まりにつながりかねないという点に留意しなくてはならない。好ましい濃度は０．５％から８０％の間である。スペーサ球の場合、好ましい値は５％である。
【００２２】
スクリーン印刷法を実施するには、型枠７に張り渡されたスクリーン３を、印刷されるべき基板１３の表面の上方約５〜１０ｃｍのところに配置する。基板１３に対してスクリーン３をアラインメントするために、カメラが基板１３とスクリーン３の間に入り込み（ここには図示せず）、たとえばビーム分割プリズム構造を用いて、基板１３に対するスクリーン３の相対位置が点検され、場合により修正される。アラインメントの完了後、カメラは取り出され、０．５ｍｍ〜５ｍｍの間隔になるまで、特に２ｍｍになるまで、スクリーンを接近させる。
【００２３】
次いで、印刷媒体９として、スペーサ部材が添加された接着剤、特にエポキシがスクリーン３に塗布される。そしてスクイージ１１を用いて圧力をかけながら繊維の上を通過させ、それによって接着剤を、その中に添加されたスペーサ部材とともに織物を通るようにプレスする。スクイージが織物に接する個所では、図２に示すように織物がその下にある印刷されるべき表面に押し付けられるように、圧力を十分に高く選択する。典型的な押圧力は０．２Ｎ／ｃｍの周辺で変動する。ここでは１センチあたりの力という表記方法を採用しているが、それはスクイージが通常箱状の形成物だからである。図２には、上方をすでにスクイージが通過した基板１３の領域が、接着剤膜１５で構造化されて印刷された状態で示されている。
【００２４】
スクイージが織物の上を移動する仕方については、さまざまな取組みがなされている。典型的には、スクイージを織物の上方で１回だけ案内すれば足りる。しかしながら、スク
イージが往復運動を行うダブルスクイージ技術も十分に採用することができる。
【００２５】
構造化された接着膜が物体の表面に塗布された後、接着されるべき両方の表面を互いに接近させなくてはならない。表面が構造化されたまま接着をしたいとき、当業者は通常、正確に定義された溶接継目を具体化するという課題に直面する。このことは、接着層の幅および厚みが定義されていなくてはならないことを意味している。さらに、特に光学向けの用途の場合、気泡の混入を防止しなければならない。気泡の混入は、通常、スクリーン印刷法そのものによって発生し、ならびに、両方の物体の接近条件によっても発生する。発明者が確認したところでは、塗布された接着剤膜を３０℃から８０℃、特に６０℃まで加熱するというだけでは、気泡の混入を回避することはできない。すなわち、塗布された膜幅と塗布された膜厚の比率が２０：１の比率を少なくとも寸法に関して超えてはならないという、さらに別の条件も満たさなくてはならない。すなわち、帯状部の幅が帯状部の厚みの２０倍を超えていない限り、きわめて長い帯状部を塗布することができる。そうすれば、接着剤の加熱は、表面張力に基づいて気泡がガス抜きされることにつながる。さらに、上に説明した寸法に関する幾何学上の選択は、接着されるべき第２の物体を貼るときに、実質的に気泡の混入が起こらない凸面状の形成物につながる。そして両方の物体が正確に定義された仕方で互いに接近し、最終的に圧接されると、これらの物体は、スペーサ部材がそれ以上の接近を妨げる間隔まで接近する。本例では、これは上に挙げたとおり５μｍである。
【００２６】
ただし接近時には、圧力が及ぼされるときに、その圧力ができる限り均等に及ぼされるように留意しなくてはならない。光学的な表面をもつ光学的に精密な物体を互いに接着しようとするときは、多くの場合、接着されるべき物体に対して単に工具を用いて圧力を及ぼすことはできない。この理由から、本発明のさらに別の態様は、両方の物体の好ましい接近を可能にする方法を対象としている。このような方法は、両方の物体のうち一方だけが構造化されていて、比較的均一に分配された通路が他方の物体の表面へのアクセスを可能にするようになっている場合に可能である。図３はこの構造を模式的に示している。本発明によると、接着剤膜１０３を備えている構造化された物体１０５は、接着保持具１０７の上に嵌り合うように載っている。接着保持具には、バルブを介して選択的に圧力ポンプと真空ポンプに接続される通路が設けられている。まず最初に、圧力ポンプによってガス流が生成される。次いで、接着されるべき第２の物体１１０を接着剤膜に接近させる。ガス流により、第２の物体が接触することなく上に載ることができるガスクッションが発生する。このとき通常、いわゆるベルヌーイ効果が作用する。それからガス流をゆっくりとゼロまで減少させると、第２の物体は第１の物体の上へ定義されたとおりに降下していく。通路は接着剤膜と第２の本体１１０によって、周囲に対して密封される。次に、通路が真空ポンプに接続される。そして真空ポンプのバルブを開くと、空気が通路から吸い出されて負圧が発生する。通路はすべて相互につながっているので、良好にバランスのとれた負圧が全体に発生する。こうして外部の空気圧により、第２の物体１１０は構造化された物体１０５に対してきわめて均等に押圧され、それ以外の工具を通じて第２の物体に圧力を及ぼさなくてよい。１つの有利な実施形態では、外側縁部においては、構造化された物体１０５と第２の物体１１０との間にシールリング１１３が設けられおり、このシールリングは、周囲空気圧が基板の外側領域で接着剤膜に直接作用して、これを場合により内方に向かって押圧するのを防止する。
【００２７】
この印刷システムは当然ながら改変することができる。たとえば基体１０７は圧力室の底面部分であってよく、この圧力室の中に、構造化された物体１０３と、第２の物体１１０と、場合によりシールリング１１３とが圧力のもとに置かれ、基体にある通路１１５は周囲の大気に通じており、それによって通路内に空気圧が生じるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】スクリーン印刷装置である。
【図２】スクイージが経路の半分のところにあるスクリーン印刷装置である。
【図３】接着されるべき物体を接近させて固定するための装置を示す分解図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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