計測自動制御学会東北支部第246回研究集会（2008．11．19）
資料番号246−3

順送り方式による微小部品の成形及び評価
MoldingandAssessmentofMicroPartsbyProgressiveDieO田中 祥一郎＊，小林義和榊，白井健二沖OShoichiroTbnaka★，YoshikazuKobayashi…，KenjiShirai…
＊日本大学大学院，油日本大学

AGraduateSchooIINihontJniversity，…NihonUniversity
キーワード：順送り型（PrOgreSSivedie），光硬化性樹脂（Photopolymerizing），キャビティ（Caviけ），積層（1aminated）

連絡先：〒963−8642 福島県郡山市田村町徳定字中河原1番地
日本大学大学院工学研究科情報工学専攻生産システム工学研究室 田中祥一郎，Th．：（024）956−8824，Fax．：（024）956−8863，E・mail：tanaka＿Shoichiro＠ushiwaka．ce．nihon−u，aC．jp

手法について述べ，成形した微／ト部品の評価

1．緒言を行った．

近年，硬化性樹脂を用いたマイクロ成形に2．システム構成関する様々な研究が行われており，現状にお2．1マイクロ成形システムの構成いてはマイクロ・ナノメートルレベルの部品成形が可能である．マイクロ成形は高価な装

図1（a）に今回、実験を行った成形システ置を用いるため製品も高価となる．

ムの概観を示す．このシステムは，成形装置

そこで，本研究においては，安価な微小部本体，紫外線照射装置および各種コントロー品を大量生産することを目的として，プレスラと制御用PCにより構成されている．

金型における順送り型の方式を応用した3成形装置本体の構成を図1（b）に示す．成次元成形システムを開発し，実験と精度の検形装置は成形ヘッド，ヘッドの左右移動を行証を行ったl）．

うシャフトモータ，上下移動を行うエアシリ

本報告においては，成形材料に光硬化性樹ンダ，成形部品を製作する金型としてのキャ脂を用い，数百〃mレベルの微小部品の成形ビティにより構成されている．また，成形へ−1−

ッドは紫外線の照射を行うための光ファイ化ボタンを押下することにより成形ヘッド

バー，樹脂充填部，硬化した樹脂を付着させが初期位置に移動する2）．
キャビティの個数と位置情報を入力し，紫るためのガラスプレートにより構成されて外線照射するための成形ヘッド降下後の停いるl）．

ここで用いるキャビティの材質は，硬化し止時間を入力する．すべての入力の終了後，た樹脂が剥がれやすくなるようニッケルとSETボタンを押下し，入力値を設定する．実し，型の形状作成には当研究室で開発した表

行ボタンを押下することにより微小部品の面テクスチャ生成装置を用いて作成した．

作成を開始する．また，停止ボタンにより作成途中においても動作を停止させることが2．2 成形手順

出来る。

図2に微小部品の成形する手順を示す．成形手順は以下の通りである．
（1）成形形状を分割した複数のキャビティを一列に配置する．この例では1個のキャビティの場合を示している．
（2）樹脂充填部より光硬化性樹脂を充填する．

（3）光ファイバー直下のガラスプレートを降下させ、型を閉じる．
（4）波長365nmの紫外線を照射し，樹脂を硬化させる．
（a）成形システムの概観（5）ガラスプレートとキャビティを分離し，再び紫外線を照射し，樹脂を完全に硬化させる．

（6）上述の（2）〜（5）の処理をキャビティ毎に行い，成形物を積層し部品を作成する，成形終了時の成形部品はガラスプレートに付着しているため、超音波洗浄により分離する．成形ヘッドの降下，上昇による型の開閉や，樹脂充填部の伸縮はエアシリンダによって行われる．

2．3 マイクロ成形機の制御（b）成形装置本体の構成

上述の成形システムの一連の成形動作は

図1 成形装置

図3に示す成形システムダイアログによって制御される．まず，起動ボタンによりシャフトモータ・エアシリンダを起動させ，初期−2−

（1）キャビティの屯付け （2）＊鵬充填轟から
光硬化性＊鵬充填（3）妻妾椚じる⊂］亡］［コ凸裏芸
図4 ライン形状の単層成形物（5）翌を開ける（4〉十外■照射エl【【送」＿空士」⊥聖」⊥竺旦」
声￣ヨ＿＿塑L」＿＿ヱL＿」

図大拡

紬彗些胱丑

図2 成形原理

（a）全体

図

（a）

図5 ライン形状の多層成形物

臓bトーーーーt−− l［二壷亘i運筆空図3 成形システムダイアログ

3．微小部品成形実験
図6 粘度の低い樹脂を用いた円形形状成形物

3．1ライン形状の積層成形実験
泡が混じり込んだためである．

本装置においてライン形状のキャビティ

次に，格子状の多層成形物の成形実験を行を用いた積層成形実験を行った．成形には射出成形用の樹脂TSR−754を用い、紫外線照った．2層目に用いたキャビティは1層目に射時間を3秒とした．また，硬化した樹脂を用いたキャビティを用い，照射時間も同一時剥がれやすくするため，キャビティの材質を間とした．図5に示すこの成形結果から，交ニッケルとし，表面に疎水性の離型剤を塗布

差目のみに2層目が成形されていることをしている．成形に用いるキャビティは，フラ確認した．これは，成形に用いている樹脂がットエンドミルの直径500〃m，切り込み深灰白色であり，紫外線が透過しにくく，2層さ100〃mにより加工した．多層化する前の目の樹脂が完全に硬化しなかったためであ成形物を図4に示す．この成形結果から，多る．この結果より，積層しない成形において数の細かな気泡が混入し形状が崩れているは型に対応した成形が可能であることを確ことを確認した．これは，成形に用いている認した。

樹脂の粘度が高いため，樹脂充填のときに気ー3−3．2 粘度の低い樹脂を用いての成形実験

醒箪：蔓張

そこで，無色透明で，上述の実験で用いた樹脂の20分の1の粘度の樹脂TSR一名20を用いて，再度成形実験を行った．まず，円形形状のキャビティを用いて単層成形実験を行った。成形に用いるキャビティは，フラットエンドミルの直径900〃m，切り込み深さ200（a）全体図〃mにより加工した．成形物を図6に示す。

（a）拡大図図7 粘度の低い樹脂を用いた多層成形物

この成形では，型どおりの成形物が作成されているが，多数の気泡が混入している．

風…．＿、

また，ライン形状のキャビティを用いての′サー＼多層成形実験も行った。キャビティは，前述の実験と同一のキャビティを用い，照射時間も同一時間とした．多層化する前の成形物を図7に示す．この成形でも，型どおりの成形物が作成されているが，多数の気泡が混入し（a）全体図て，粘度の低い樹脂を用いても気泡が除去さ（a）拡大図

図8 粘度の低い樹脂を用いた多層成形物

れない．次に，格子状の多層成形物の成形実験を行った．その結果，図8に示すように，4．2 今後の課題交差目以外にも2層目が成形されていることを確認した．しかしながら，交差目のみに（1）気泡の混入と粘度の関連性の検討

2層目が成形されている部分も多く，成形精（2）材質を変更して，2層目以降の成形度は低い．今後，この点について検討し，2の高精度化の可能なキャビティの層目以降の成形においても，より高精度の成作成形物を作成する予定である．
参考文献

4．轄言

1）谷祐希：光硬化性樹脂を用いた順送りマ

4．1結論

2006年度精密工学会春季大会，781
2）清水裕紀：金属マスクを用いた光成形にイクロ成形装置による微／ト部品の成形，光硬化性樹脂を用いた3次元成形システ

よるマイクロピラーの作成，2006年度

ムの開発を目的として，微小部品成形実験を精密工学会春季大会，780行い，以下の結論を得た．

（1）積層しない成形は，型に対応する量産成形が可能である．

（2）無色透明で粘度の低い樹脂は，成形精度を向上させるが，気泡は除去できない．

−4−