(57)【要約】【課題】吐出された光硬化型材料に対し光照射を行うための光源を備える光硬化型材料の吐出装置において、塗工の精度を確保しつつ、ノズルの材料吐出部における光硬化型材料の硬化を防止するための技術を提供する。【解決手段】光硬化型材料を吐出するノズル１と、ノズル１から吐出された光硬化型材料１１に対し光を照射する光源２とを備える光硬化型材料の吐出装置である。ノズル１の周囲の、少なくとも光源２と対向する部位に、照射される光を遮蔽する光遮蔽部材３が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化型材料を吐出するノズルと、該ノズルから吐出された該光硬化型材料に対し光を照射する光源とを備える光硬化型材料の吐出装置において、
前記ノズルの周囲の、少なくとも前記光源と対向する部位に、前記照射される光を遮蔽する光遮蔽部材が配置されていることを特徴とする光硬化型材料の吐出装置。
【請求項２】
前記光遮蔽部材が、前記ノズルの全周にわたり筒状に配置されている請求項１記載の光硬化型材料の吐出装置。
【請求項３】
前記光遮蔽部材が、前記ノズルの先端部より外側まで延在する請求項１または２記載の光硬化型材料の吐出装置。
【請求項４】
前記ノズルが２次元または３次元方向に移動可能に形成され、かつ、前記光源が、該ノズルの移動に追従して移動可能に形成されている請求項１〜３のうちいずれか一項記載の光硬化型材料の吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光硬化型材料の吐出装置（以下、単に「吐出装置」とも称する）に関し、詳しくは、吐出された光硬化型材料を硬化させるための光源を備える光硬化型材料の吐出装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ノズルを介して材料を吐出させることにより、点状ないし線状部材等の成形や容器内への材料の注入などを行うディスペンス技術が知られている。このディスペンス技術は、例えば、導電性接着剤による部材間の固着、樹脂材料によるモールド成形などの用途に用いられている。
【０００３】
このようなディスペンス技術に、樹脂材料を光照射により硬化させる成形技術を組み合わせて、ディスペンス塗布後、塗工部に光を照射して塗工部を硬化させることで、所望の形状および寸法を有する成形体を得ることも、様々な分野で広く行われている。ディスペンス技術自体は、例えば、接着剤の塗布等の用途に用いられており、ディスペンス技術と光照射による成形技術との組み合わせは、例えば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ装置）用ガスケットや、液晶の製造などの用途に適用されている。
【０００４】
また、ディスペンス技術の改良に関しては、例えば、他部材との接触や、外気または光による化学反応などに起因する外部応力によるノズルの性能低下を防止するために、ノズル先端に遮光板や防塵装置等の保護・遮蔽治具を取り付けることが行われている。
【０００５】
ディスペンス技術と光照射による成形技術との組み合わせに係る改良技術としては、例えば、特許文献１に、複雑な機構に依存せずに、ディスペンサから押し出された液状樹脂に波動エネルギ線又は粒子線を即座に照射することを目的として、二次元又は三次元方向へ移動可能であって波動エネルギ線又は粒子線の照射により硬化する液状樹脂を押し出すディスペンサの周囲に、波動エネルギ線又は粒子線の照射手段を複数配置して、この照射手段をディスペンサと一体的に移動可能として、各照射手段による照射領域がディスペンサによる液状樹脂の押し出し位置の外周に位置すると共に、ディスペンサの移動方向後方となる照射手段の照射領域の移動軌跡が互いに重合するものとした樹脂成形装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−３２４４４０号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１におけるように、ディスペンサのノズル近傍に光源を配置して吐出後の光硬化型材料に対し光を照射する方法では、ノズルの材料吐出部近傍が光に晒されて、ノズル吐出孔の先端部で光硬化型材料が硬化してしまう場合があった。光源が離れている場合でも、ノズル吐出孔の先端部が強い光に曝される雰囲気下にてディスペンスを実施すると、同様にノズル吐出孔の先端部で材料が硬化し、その後の吐出に支障を来してしまう。そのため、従来は、図５に示すように、ノズル１と光源２の位置、すなわち、材料の吐出位置と光照射位置とをセパレートさせて、ノズル１の吐出孔近傍には直接光が当たらないものとし、材料吐出部近傍の硬化防止を図っていた。
【０００７】
しかし、材料の吐出位置と光照射位置とをセパレートさせても、ノズルを被塗工物に対し接近させた状態で微細な形状に材料を塗工する際などには、ノズル吐出孔の先端部を避けつつ光照射を行うことが困難となる場合もあり、塗工の精度を確保しつつ、ノズルの材料吐出部における材料の硬化を防止できる技術が求められていた。
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、吐出された光硬化型材料に対し光照射を行うための光源を備える光硬化型材料の吐出装置において、塗工の精度を確保しつつ、ノズルの材料吐出部における光硬化型材料の硬化を防止するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、ノズル吐出孔の先端部の周囲に光源からの光を遮蔽するための部材を配置することにより、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の光硬化型材料の吐出装置は、光硬化型材料を吐出するノズルと、該ノズルから吐出された該光硬化型材料に対し光を照射する光源とを備える光硬化型材料の吐出装置において、
前記ノズルの周囲の、少なくとも前記光源と対向する部位に、前記照射される光を遮蔽する光遮蔽部材が配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、前記光遮蔽部材が、前記ノズルの全周にわたり筒状に配置されていることが好ましい。また、前記光遮蔽部材は、前記ノズルの先端部より外側まで延在させることが好ましい。さらに、前記ノズルが２次元または３次元方向に移動可能に形成され、かつ、前記光源が、該ノズルの移動に追従して移動可能に形成されていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記構成としたことにより、塗工の精度を確保しつつ、ノズルの材料吐出部における光硬化型材料の硬化を防止することができる光硬化型材料の吐出装置を実現することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１に、本発明の一好適実施形態に係る光硬化型材料の吐出装置の概略構成図を示す。図示する本発明の光硬化型材料の吐出装置は、光硬化型材料を吐出するノズル１と、ノズル１から吐出された光硬化型材料１１に対し光を照射する光源２Ａ，２Ｂとを備えるものである。
【００１４】
本発明の吐出装置においては、図示するように、ノズル１の周囲に、光源２Ａ，２Ｂから照射される光を遮蔽するための光遮蔽部材３が配置されている。これにより、ノズル１が照射される光に曝されることを防止して、特に、ノズル１の吐出孔先端部で光硬化型材料が硬化して塗工不良が発生することを防止することができる。また、吐出位置と光照射位置とを近づけて、吐出後すぐに光照射を行うことができるので、硬化時間を短縮する効果も得ることができる。
【００１５】
図２に示すように、本発明に係る光遮蔽部材３は、光源２からの直接の照射光Ａを遮蔽することに加えて、被塗工物である基材２０で反射した拡散光や散乱光Ｂについても遮蔽することで、ノズル１の先端部での光硬化型材料１１の硬化をより効果的に防止する機能を有している。図示する拡散光・散乱光Ｃのように、光遮蔽部材３の下方からノズル近傍に回り込む光もあるものと考えられるが、材料吐出中は材料自体がノズル１の先端部を遮蔽するため、この場合もノズル先端部での材料の硬化は防止できる。なお、特に微細な形状の塗工を行う際には、基材２０とノズル１の先端部との間の間隔を最大１ｍｍ程度まで小さくする場合もあり、このような場合には、下方からの回り込み拡散光・散乱光の影響はほとんどないものと考えられる。
【００１６】
図１，図２では、光遮蔽部材３が、ノズル１の全周にわたり筒状に配置されている例を示したが、本発明において光遮蔽部材は、ノズル１の周囲のうち、少なくとも光源と対向する部位に配置すればよい。したがって、その形状としては筒状に限られず、光源の個数や配置位置によっては、図３に示すように、板状の光遮蔽部材１３を配置してもよい。一方で、図１に示すように光源を複数個配置する場合には、筒状の光遮蔽部材を用いることが効果的である。
【００１７】
また、光遮蔽部材の配置条件としては、好適には図示するように、ノズル１の先端部より外側まで延在するように配置する。これにより、回り込み拡散光・散乱光の影響をより効果的に排除できるので、光源からの光をノズルの直下に照射した場合などにも、ノズル先端での材料硬化をより確実に防止することが可能となる。
【００１８】
本発明に用いる光遮蔽部材の材質としては、照射される光を遮ることができるものであれば特に制限はなく、光吸収材質や黒色材質等、具体的には例えば、低光沢または着色された金属材料や、樹脂材料などを用いることができる。
【００１９】
本発明の吐出装置においては、上記光遮蔽部材を設けた点のみが重要であり、それ以外の装置構造の詳細については、従来公知の装置構造に準じて所望に応じ適宜決定することができ、特に制限されるものではない。例えば、本発明は、図１等に示すような連続的に材料を吐出する塗工形態の他、図４に示すような液滴状の塗工形態の場合にも適用可能であり、この場合も同様の効果を得ることができる。なお、液滴状の塗工形態では、ノズル先端部に光が当たって硬化が起こるまでの時間よりも、吐出された材料が基材上に届くまでのほうが短いため、この場合は、ノズル先端での材料の硬化の問題は生じにくい。
【００２０】
また、本発明の吐出装置においては、ノズルが２次元または３次元方向に移動可能に形成されるとともに、光源が、このノズルの移動に追従して移動可能に形成されていることが好ましい。すなわち、ノズルの移動と光源の移動とを同期させて、ノズルが移動して光硬化型材料を塗工した後、塗工された材料に対し、順次光源からの光照射が行われるように形成する。これにより、光硬化型材料の塗工および硬化を効率的に実施することが可能となる。なお、被塗工物である基材２０を、２次元または３次元方向に移動可能なテーブル上に載置して、ノズルおよび光源に代えて、基材２０側を相対的に移動させた場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
本発明の吐出装置は、基材に対し光硬化型材料を吐出、硬化させる工程を含むいかなる用途に用いることもでき、特に制限されるものではない。特に、本発明は微細形状の塗工に好適に適用可能であり、例えば、ＨＤＤ用ガスケット（シール材）を形成する際に有用である。
【００２２】
本発明に用いる光源としては、光硬化型材料の特性に応じて、紫外線、電子線、α線、β線およびγ線等の電離性放射線（活性エネルギー線）を照射できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。中でも特に、照射装置が簡便で使いやすいことから、紫外線源を用いることが好ましい。かかる紫外線源としては、例えば、有電極方式として、メタルハライドランプ、キセノンランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯等を挙げることができ、無電極方式として、エキシマランプ、メタルハライドランプ等を挙げることができる。
【００２３】
なお、光源として紫外線を用いる場合には、材料中に光重合開始剤および／または光増感剤を含有させることが好ましい。一方、電子線やα線のような電離性放射線を用いる場合には、光重合開始剤や光増感剤を含有させることなく速やかに硬化を進めることができる。また、紫外線を照射する際の条件としては、窒素ガスや炭酸ガス等の不活性ガス雰囲気または酸素濃度を低下させた雰囲気が好ましいが、通常の大気雰囲気でも、十分硬化させることが可能である。また、照射の際の雰囲気温度は、１０〜２５０℃とすることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に用いる光硬化型材料としては、ノズルからの吐出により基材上に塗工して用いられる材料であって、上記光照射により硬化する材料であればよく、その材料組成については、特に制限されるものではない。一例として、上記シール材に用いられる材料配合について、以下に説明する。
【００２５】
シール材としては、具体的には例えば、ウレタン、エポキシ系重合体、シリコーン、ポリイソプレン、水添ポリイソプレン、ポリブタジエン、水添ポリブタジエン、ポリイソブチレン、フッ素含有ゴム、およびこれらを変性したものを主成分とする材料を好適に用いることができる。これらは１種を単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２６】
上記の中でも、アクリル変性されたウレタンを主成分とするものが最も好適である。アクリル変性されたウレタンとしては、ポリエーテルポリオールのウレタンアクリレートオリゴマー、ポリエステルポリオールのウレタンアクリレートオリゴマー、エーテル基およびエステル基の両方を分子中に有するウレタンアクリレートオリゴマーおよびカーボネート基を有するカーボネートジオールのウレタンアクリレートオリゴマー等を挙げることができる。
【００２７】
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリヘキサメチレングリコールおよび１，３−ブチレングリコール、１，４−ブチレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、２，２−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン、ビスフェノールＡ等に、エチレンオキシドまたはプロピレンオキシド等が付加した化合物を用いることができる。
【００２８】
ポリエステルポリオールは、アルコール成分と酸成分とを反応させて得ることができ、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールおよび１，３−ブチレングリコール、１，４−ブチレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、２，２−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン、ビスフェノールＡ等にエチレンオキシドまたはプロピレンオキシド等が付加した化合物、あるいはε−カプロラクトンが付加した化合物等をアルコール成分とし、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸等の二塩基酸およびその無水物を酸成分として使用することができる。上記のアルコール成分、酸成分およびε−カプロラクトンの三者を同時に反応させることによって得られる化合物も、ポリエステルポリオールとして使用することができる。
【００２９】
また、カーボネートジオールは、例えば、ジフェニルカーボネート、ビス−クロロフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネート、フェニル−トルイル−カーボネート、フェニル−クロロフェニル−カーボネート、２−トリル−４−トリル−カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のジアリールカーボネートまたはジアルキルカーボネートとジオール類、例えば、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、２−メチルプロパンジオール、ジプロピレングリコール、ジブチレングリコールまたは上記のジオール化合物とシュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、ヘキサヒドロフタル酸等のジカルボン酸の反応生成物、またはε−カプロラクトンの反応生成物であるポリエステルジオール等とのエステル交換反応によって得ることができる。このようにして得られるカーボネートジオールは、分子中にカーボネート構造を一つ有するモノカーボネートジオールまたは分子中にカーボネート構造を二つ以上有するポリカーボネートジオールである。
【００３０】
シール材として特に好適なアクリル変性ウレタンは、ポリエーテルポリオールおよびポリエステルポリオールのウレタンアクリレートオリゴマーであり、有機ジイソシアネートとしては、特に限定されるものではないが、メチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートおよびヘキサメチレンジイソシアネートが特に好ましい。
【００３１】
なお、シール材は、成形性を良好に確保する点、および、ガスケット高さを確保してシール性を向上させる点から、高いチクソ性を有することが好適である。このため、好適には、シール材中にチクソ性付与剤を配合する。チクソ性付与剤は、シール材中に０．５〜５質量％程度配合することが好ましい。
【００３２】
かかるチクソ性付与材としては、無機充填剤および有機増粘剤のいずれも用いることができる。無機充填剤としては、湿式シリカや乾式シリカ等の表面処理微粉シリカや、有機化ベントナイトなどの天然鉱物系のものが挙げられる。具体的には、乾式法により微粉化したシリカ微粉末（例えば、日本アエロジル（株）製、商品名アエロジル３００など）、このシリカ微粉末をトリメチルジシラザンで変性した微粉末（例えば、日本アエロジル（株）製、商品名アエロジルＲＸ３００など）、および、上記シリカ微粉末をポリジメチルシロキサンで変性した微粉末（例えば、日本アエロジル（株）製、商品名アエロジルＲＹ３００など）等が挙げられる。無機充填剤の平均粒径は、増粘性の観点から、５〜５０μｍが好ましく、より好ましくは５〜１２μｍである。
【００３３】
また、有機増粘剤としては、アマイドワックス、水添ひまし油系およびこれらの混合物等が挙げられる。具体的には、ひまし油（主成分がリシノール酸の不乾性油）の水添品である水添ひまし油（例えば、ズードケミー触媒（株）製、商品名ＡＤＶＩＴＲＯＬ  １００，楠本化成（株）製、商品名ディスパロン３０５など）、および、アンモニアの水素をアシル基で置換した化合物である高級アマイドワックス（例えば、楠本化成（株）製、商品名ディスパロン６５００など）等が挙げられる。
【００３４】
上記チクソ性付与剤の中でも、有機増粘剤が好適である。天然鉱物系の無機充填剤は、重金属等の不純物の含有が避けられない。また、表面処理微粉シリカは、表面の濡れ性が変わって組成物の粘度が変化することがあり、また、表面処理剤の種類によっては、使用中に器具に有害なガスを発生することがある。有機増粘剤の中でも、アマイドワックスは、原料に由来するアミンの存在により架橋密度を高めて硬度が大きくなることがあるので、特に水添ひまし油が好ましい。
【００３５】
なお、シール材は、その硬化後の硬度が、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準拠するタイプＡデュロメーターで５０度以下となるよう調製することが好ましい。この硬度が５０度以下であると、基材との密着性が向上し、シール材としての密閉性を良好に確保できる。より好ましくは、この硬度が４５度以下となるよう調製する。
【００３６】
シール材には、上記チクソ性付与剤の他に、クレー、珪藻土、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、金属酸化物、マイカ、グラファイト、水酸化アルミニウムなどのりん片状無機系添加剤、各種の金属粉、ガラス粉、セラミックス粉、粒状あるいは粉末ポリマー等の粒状若しくは粉末状固体充填剤、その他の各種の天然または人工の短繊維、長繊維（例えば、ガラスファイバー、金属ファイバー、その他各種のポリマーファイバー等）などを配合することができる。さらに、中空フィラー、例えば、ガラスバルーンなどの無機中空フィラー、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン共重合体などからなる有機中空フィラーを配合することにより、軽量化を図ることができる。さらにまた、軽量化などの各種物性の改善のために、各種発泡剤を混入することも可能であり、混合時等に機械的に気体を混ぜ込むことも可能である。
【００３７】
また、シール材には、他の添加剤として、必要に応じて、難燃剤、抗菌剤、ヒンダードアミン系光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、着色剤、クマロン樹脂、クマロン−インデン樹脂、フェノールテルペン樹脂、石油系炭化水素、ロジン誘導体などの各種粘着付与剤（タッキファイヤー）、レオストマーＢ（商品名、理研ビニル社製）などの各種接着剤性エラストマー、ハイブラー（商品名、クラレ社製、ビニル−ポリイソプレンブロックの両末端にポリスチレンブロックが連結したブロック共重合体）、ノーレックス（商品名、日本ゼオン社製、ノルボルネンを開環重合して得られるポリノルボルネン）などの他の熱可塑性エラストマーまたは樹脂などを併用することができる。他の樹脂を併用することで、硬度、圧縮永久歪み、材料の延び性などを改良することができ、単独の樹脂の場合の欠点を補うことができる。
【００３８】
シール材の粘度については、ノズルを介して吐出、塗工することができ、かつ、ガスケットを形成するに際し形状を維持することができる範囲であれば、特に限定されるものではない。好適には、５０℃における粘度が１〜２００Ｐａ・ｓの範囲となるものとする。
【００３９】
また、光源として紫外線を用いる場合にシール材中に配合する光重合開始剤としては、公知のものを用いることができ、例えば、分子内開裂型の光重合開始剤として、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のベンゾインアルキルエーテル系；２，２−ジエトキシアセトフェノン、４’−フェノキシ−２，２−ジクロロアセトフェノン等のアセトンフェノン系；２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、４’−イソプロピル−２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、４’−ドデシル−２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン等のプロピオフェノン系；ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンおよび２−エチルアントラキノン、２−クロロアントラキノン等のアントラキノン系；アシルフォスフィンオキサイド系；その他水素引き抜き型の光重合開始剤として、ベンゾフェノン／アミン系；ミヒラーケトン／ベンゾフェノン系；チオキサントン系、アミン系光重合開始剤等を挙げることができる。また、未反応光重合開始剤のマイグレーションを避けるため、非抽出型光重合開始剤を用いることができる。例えば、アセトフェノン系開始剤を高分子化したもの、ベンゾフェノンにアクリル基の二重結合を付加したものがある。
【００４０】
これらの光重合開始剤は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。光重合開始剤を使用する場合、その配合量は、主成分の熱可塑性エラストマー１００質量部あたり０．５〜５質量部が好ましく、より好ましくは１〜３質量部である。
【００４１】
さらに、シール材には、光増感剤、熱重合禁止剤、硬化促進剤、顔料等を、本発明の効果を損なわない範囲で配合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一好適実施形態に係る光硬化型材料の吐出装置を示す概略構成図である。
【図２】光遮蔽部材による直接照射光Ａおよび拡散光・散乱光Ｂ，Ｃの遮蔽状態を示す説明図である。
【図３】本発明の他の好適実施形態に係る光硬化型材料の吐出装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明のさらに他の好適実施形態に係る光硬化型材料の吐出装置を示す概略構成図である。
【図５】従来の吐出装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ノズル
２，２Ａ，２Ｂ  光源
３，１３  光遮蔽部材
１１  光硬化型材料
２０  基材
【図１】
2009166008.tif 000003
【図２】
2009166008.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009166008.tif 000006
【図５】
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