マイクロ部品の製造方法
【課題】ノズルと基板との相対位置を移動させながらスラリーを射出してマイクロ鋳型を製造する際の、スラリーの積層高さの不均等を解消することである。
【解決手段】微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、該射出されたスラリーを受ける基板と、を予め定めた方向に相対的に移動しながら該基板上に前記スラリーを射出し、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製し、前記マイクロ鋳型によりマイクロ部品を鋳造するマイクロ部品の製造方法において、前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記スラリーの射出量を定める。
【解決手段】微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、該射出されたスラリーを受ける基板と、を予め定めた方向に相対的に移動しながら該基板上に前記スラリーを射出し、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製し、前記マイクロ鋳型によりマイクロ部品を鋳造するマイクロ部品の製造方法において、前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記スラリーの射出量を定める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット法によりマイクロ鋳型を作製し、鋳造によりマイクロ部品を製造するマイクロ部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、新たな産業の創出を目的に、一般にマイクロマシンと呼ばれる超小型機械の開発、製造がおこなわれ、さらにこのマイクロマシンの小型化、高性能化が進められ、マイクロマシンを構成するマイクロ部品としてもきわめて微小のものが要求されてきている。
【０００３】
従来、マイクロマシンを構成するマイクロ部品は、切削加工などよって製造されていた（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、切削加工によりマイクロ部品の製造には、微小加工の切削機を必要とし、さらに微小の切削加工は煩雑のためコスト高となってしまう。
【０００４】
別の方法として、たとえば特許文献２に記載のように鋳造の技術を用いてマイクロ部品を鋳型により鋳造することが知られている。この特許文献２には、精密な鋳造が可能なロストワックス法の利用が開示されている。このロストワックス法においては、微小の鋳型を作製するために、製品と同形状の微小なワックス模型（消失性模型）を作製しなければならず、抜け勾配を考慮したワックス模型用の金型を製作するか、もしくは光造型法よって模型を製作する必要があり、多大の工数と費用を必要とするという問題があった。
【０００５】
また、鋳型を用いる別の方法として、従来、シェルモールド砂をレーザで焼結させるＲＰ法（ラピッドプロトタイピング法）や、砂に粘結材を塗布する方法で鋳型を作製することも知られているが、たとえば１０ミクロンの微小の砂を用いることはできず、微小のマイクロ部品の作製には適さない（たとえば、特許文献３参照）。
【０００６】
これらの問題を解決すべく本願出願人は、微小のセラミック粒子からなるスラリーをインクジェット法によりノズルから基板に射出し、ノズルと基板との相対位置を移動することにより基板上に所望形状にスラリーを積層してマイクロ部品のマイクロ鋳型を作製する方法を発明し、これを特許文献４において開示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９１４４号公報
【特許文献２】特開２００３−５３４８１号公報
【特許文献３】特開２０００−３２６０５２号公報
【特許文献４】特開２００９−６６６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献４では、上述のインクジェット法により基板にスラリーを射出し、これを積層してマイクロ部品のマイクロ鋳型を作製する方法において、円筒形状の鋳型を作製する方法を開示している。ところが、マイクロ部品のマイクロ鋳型は、円筒形状よりも複雑な形状に作製する要求があり、これに応じてノズルと基板との相対位置の移動も、様々な方向に様々な角度で、ノズルと基板との相対位置を移動させる必要が生じる。
【０００９】
このとき、たとえば、ノズルと基板との相対位置の移動は、基板を載せたステージをＸ軸およびＹ軸の２軸方向に移動させて行うものであって、所定時間ごとに所定量のスラリーを射出する制御を行うとすると、スラリーの積層高さに問題が生じることがわかった。この点について図７を参照しながら説明する。
【００１０】
図７は、従来の方法で製造した矩形の鋳型を撮影した写真を示すものであって、鋳型の斜視図である。
【００１１】
図７を参照すると、たとえばＸ軸方向からＹ軸方向に直角に曲がるような角Ｊや角Ｋを有する鋳型の場合、この角Ｊや角Ｋでは、矩形の辺よりもスラリーの積層高さが高くなってしまうという不具合が生じていることが分かる。なお、この図７は、一定時間に一定量のスラリーを射出するようにしたものである。
【００１２】
また、図７の点Ｐは、縦の線と横の線との交差点になっており、縦の線を積層する際のスラリー射出と、横の線を積層する際のスラリー射出とにより、二重の積層が行われ、矩形の辺よりもスラリーの積層高さが高くなってしまうという不具合が生じていることが分かる。
【００１３】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、ノズルと基板との相対位置を移動させながらスラリーを射出してマイクロ鋳型を製造する際の、スラリーの積層高さの不均等を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記の目的を達成するために、微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、該射出されたスラリーを受ける基板と、を予め定めた方向に相対的に移動しながら該基板上に前記スラリーを射出し、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製し、前記マイクロ鋳型によりマイクロ部品を鋳造するマイクロ部品の製造方法において、前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記スラリーの射出量を定める、ことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍においては、前記複数の線のうちの１つで１度通過した後には、他の線で通過する際に前記スラリーの射出を行わない、ことを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離移動したときに、前記所定射出量を該交差点で交差する線の数で除した量のスラリーを射出する、ことを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離に該交差点で交差する線の数を乗じた距離移動したときに、前記所定射出量のスラリーを射出する、ことを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、マイクロ鋳型製造装置において、マイクロ鋳型を作製する基板を載せるステージと、前記ステージ上の基板に、微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、予め定めたパターンで前記ノズルと前記基板とを相対的に移動させるように前記ステージを駆動するステージ駆動手段と、前記ステージ駆動手段によって移動した前記ステージの位置を検出するステージ位置検出手段と、前記ステージ位置検出手段による検出結果に基づいて得た前記ステージ駆動手段による前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記ノズルによる前記スラリーの射出量を定めながら、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製するよう制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍においては、前記複数の線のうちの１つで１度通過した後には、他の線で通過する際に前記スラリーの射出を行わないよう制御する、ことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離移動したときに、前記所定射出量を該交差点で交差する線の数で除した量のスラリーを射出するよう制御する、ことを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離に該交差点で交差する線の数を乗じた距離移動したときに、前記所定射出量のスラリーを射出するよう制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ノズルと基板との相対位置を移動させながらスラリーを射出してマイクロ鋳型を製造する際の、スラリーの積層高さの不均等を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるマイクロ鋳型の製造装置に係る構成の一実施の形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示したマイクロ鋳型の製造装置の制御に係る構成のブロック図である。
【図３】図１に示したマイクロ鋳型の製造装置の制御に係るフローチャートを示す図である。
【図４】図３のステップＦ−０５の処理の第１の例のフローチャートを示す図である。
【図５】図３のステップＦ−０５の処理の第２の例のフローチャートを示す図である。
【図６】図３のステップＦ−０５の処理の第３の例のフローチャートを示す図である。
【図７】従来の方法で製造した矩形の鋳型を撮影した写真を示すものであって、鋳型の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明によるマイクロ部品の製造方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明によるマイクロ鋳型の製造装置に係る構成の一実施の形態を示す概略斜視図である。
【００２６】
本実施形態のマイクロ鋳型の製造装置は、ステージ１６に載せた基板１７に向けてインクジェットノズル１４からスラリーを射出する構成を有する。インクジェットノズル１４は、図示しないピエゾ素子を有する。インクジェットタンク１５に貯留してあるスラリーはインクジェットノズル１４先端にまで達しており、ピエゾ素子に電圧を加えてこれが変形すると、インクジェットノズル１４先端からスラリー液滴が射出される。本実施形態ではインクジェットノズル１４は位置固定されており、基板１７を載せたステージ１６を移動させることによってインクジェットノズル１４と基板１７との相対位置が移動し、基板１７上の所望位置へスラリーの液滴を射出する。
【００２７】
インクジェットノズル１４先端のスラリー射出口の様子はデジタルカメラ２２で撮影される。インクジェットノズル１４を挿んで、デジタルカメラ２２と対向する位置にはパルス光発生用ＬＥＤ２１を設けている。パルス光発生用ＬＥＤ２１は、スラリーの液滴を観察するための補助として、液滴射出のタイミングに合わせて赤色光を発光する。デジタルカメラ２２では、パルス光発生用ＬＥＤ２１の発光タイミングに合わせてインクジェットノズル１４先端のスラリー射出口の様子を撮影し、液滴が正常に射出できているかの確認に用いる。
【００２８】
マイコン１１は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１、Ｘ軸用モータドライバ１１２、Ｙ軸用モータドライバ１１３、およびロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４を含む。
【００２９】
インクジェットコントローラ１３は、インクジェットノズル１４内のピエゾ素子に高電圧を印加して駆動する電源装置であり、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４からのトリガ信号を入力（信号線Ｃ）すると、所定の波形の駆動電圧をインクジェットノズル１４内のピエゾ素子に対して出力（信号線Ａ）する。また、コントローラ制御用パソコン１２は、スラリー液滴射出の際にインクジェットノズル１４内のピエゾ素子に対して出力する駆動電圧の所定の波形を、インクジェットコントローラ１３に対して指示（信号線Ｂ）する。このコントローラ制御用パソコン１２からインクジェットコントローラ１３に対して指示された、駆動電圧の所定の波形は、インクジェットコントローラ１３内で記憶しておく。
【００３０】
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０は、製造するマイクロ鋳型の３次元形状をあらかじめ登録しておき、この鋳型形状から、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１で用いる、ステージ１６をどのように移動させればその鋳型形状を作製することができるかを示す、ステージ１６の位置情報を生成する。この位置情報はＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１に送信（信号線Ｄ）される。
【００３１】
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０から入力（信号線Ｄ）された位置情報を、Ｘ軸用モータドライバ１１２やＹ軸用モータドライバ１１３を駆動する駆動信号に変換する。
【００３２】
Ｘ軸用モータドライバ１１２は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１からの駆動信号を、正転、反転、駆動速度、駆動距離に変換してＸ軸用ステッピングモータ１８ａを実際に駆動する信号に変換し、これによってＸ軸用ステッピングモータ１８ａを駆動（信号線Ｆ）する。
【００３３】
また、Ｙ軸用モータドライバ１１３は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１からの駆動信号を、正転、反転、駆動速度、駆動距離に変換してＹ軸用ステッピングモータ１８ｂを実際に駆動する信号に変換し、これによってＹ軸用ステッピングモータ１８ｂを駆動（信号線Ｆ）する。
【００３４】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａおよびＹ軸用ステッピングモータ１８ｂは５相ステッピングモータであり、精密、正確な駆動を可能にしている。
【００３５】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転運動はＸ軸方向の直線運動に変換され、またＹ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転運動はＹ軸方向の直線運動に変換され、このＸ軸およびＹ軸方向の直線運動によってステージ１６をＸ軸およびＹ軸方向に移動させる。
【００３６】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転位置（すなわちステージ１６のＸ軸方向位置）は、ユニバーサルジョイント１９ａを介して接続されたロータリーエンコーダー２０ａによって検出され、検出結果のパルス情報はロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｅ）される。ユニバーサルジョイント１９ａは、Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転軸とロータリーエンコーダー２０ａとの機械的摺動ロスを減らすための遊びと、軸の径を合わせるために設けている。
【００３７】
また、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転位置（すなわちステージ１６のＹ軸方向位置）は、ユニバーサルジョイント１９ｂを介して接続されたロータリーエンコーダー２０ｂによって検出され、検出結果のパルス情報はロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｅ）される。ユニバーサルジョイント１９ｂは、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転軸とロータリーエンコーダー２０ｂとの機械的摺動ロスを減らすための遊びと、軸の径を合わせるために設けている。
【００３８】
ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４は、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから入力されたパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識し、それに応じてスラリーの液滴を射出する場合には、インクジェットコントローラ１３にトリガ信号を出力（信号線Ｃ）する。
【００３９】
ここで、各構成を接続する信号線についてさらに説明する。
【００４０】
信号線Ａは、インクジェットコントローラ１３とインクジェットノズル１４とを接続するものであり、インクジェットノズル１４内のピエゾ素子を駆動するため、インクジェットコントローラ１３からインクジェットノズル１４に対して、ノズル駆動パルスとして、高電圧（たとえば２００Ｖ）、２０μｓ程度の方形波を出力する。
【００４１】
信号線Ｂは、コントローラ制御用パソコン１２とインクジェットコントローラ１３とを接続するものであり、インクジェットコントローラ１３のノズル駆動パルスの波形長さや電圧、タイミングを設定するため、コントローラ制御用パソコン１２からインクジェットコントローラ１３に対してシリアル接続（ＲＳ２３２Ｃ）で通信する。
【００４２】
信号線Ｃは、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４とインクジェットコントローラ１３とを接続するものであり、ノズル駆動パルスをインクジェットノズル１４に出力するタイミングをとるため、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４からインクジェットコントローラ１３に対して、トリガ信号として、１２Ｖの立ち上がり時間の短い方形波を出力する。
【００４３】
信号線Ｄは、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０とＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１とをパラレル接続（セントロニクス準拠）するものであり、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０からＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１に対して、鋳型の３次元ＣＡＭ情報からステージ１６の位置情報を随時送信する。
【００４４】
信号線Ｅは、Ｘ軸用およびＹ軸用を有し、ロータリーエンコーダー２０ａ、２０ｂとロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４とを接続するものであり、Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａ、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの駆動距離を正確に測定し、ロータリーエンコーダー２０ａ、２０ｂからロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に対して、Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａ、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの駆動距離に応じた数の５Ｖパルス電圧を出力する。
【００４５】
信号線Ｆは、Ｘ軸用およびＹ軸用を有し、Ｘ軸用モータドライバ１１２、Ｙ軸用モータドライバ１１３とＸ軸用ステッピングモータ１８ａ、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂとを接続するものであり、Ｘ軸用モータドライバ１１２、Ｙ軸用モータドライバ１１３からＸ軸用ステッピングモータ１８ａ、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂに対して、ステージ１６を駆動するための実質的なモータ駆動信号として、５相ステッピングモータの５相のそれぞれに向けた５本ケーブルにて、位相差を持った２４Ｖ５相モータ駆動信号を出力する。
【００４６】
次に、本実施形態のマイクロ鋳型の製造装置の制御に基づく動作の基本的な流れの一例について説明する。図２は、図１に示したマイクロ鋳型の製造装置の制御に係る構成のブロック図である。
＜ＣＡＤからステージの駆動までの流れ＞
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０（図２の制御手段１００）
｜
｜信号線Ｄ（図面に応じたステージの位置情報）
↓
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１（図２の制御手段１００）にて位置情報をモータの駆動速度、距離と回転方向に変換する。
｜
｜（Ｘ、Ｙ軸の回転方向、モータ駆動速度）
↓
モータドライバ１１２、１１３（図２の制御手段１００）にて５相ステッピングモータに合った駆動信号に変換する。
｜
｜信号線Ｆ（５相ステッピングモータ用の実際の駆動信号）
↓
Ｘ、Ｙ軸モータ１８ａ、１８ｂ（図２のステージ駆動手段１０１）にて実際に駆動する。
｜
↓
ステージ１６（図２のステージ１０２）の移動
｜
↓
ロータリーエンコーダー２０ａ、２０ｂ（図２のステージ位置検出手段１０３）の駆動
｜
｜信号線Ｅ（１８ａ、１８ｂモータの駆動距離に応じたパルス）
↓
ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４（図２のステージ位置検出手段１０３）にて任意の駆動距離でトリガを出力する。
｜
｜信号線Ｃ（距離に応じたタイミングでのトリガ信号）
↓
インクジェットコントローラ１３（図２の制御手段１００）
｜
｜信号線Ａ（ノズル内のピエゾ素子駆動信号）
↓
インクジェットノズル１４（図２の液滴射出手段１０４）にて実際の液滴の射出を行う。
【００４７】
また、インクジェットノズル１４（図２の液滴射出手段１０４）による液滴の射出は、デジタルカメラ２２（液滴射出観察手段１０５）によって、撮影され、観察される。
【００４８】
次に、本実施形態のマイクロ鋳型の製造装置の制御における特徴的構成である液滴の射出のタイミングについて、制御のフローチャートを参照しながら説明する。図３は、図１に示したマイクロ鋳型の製造装置の制御に係るフローチャートを示す図である。
【００４９】
まず、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０に、製造するマイクロ鋳型の３次元形状を登録することによって鋳型パターンを決定する（ステップＦ−０１）。また、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０では、この鋳型形状から、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１で用いる、ステージ１６をどのように移動させればその鋳型形状を作製することができるかを示す、ステージ１６の位置情報を生成する。この位置情報はＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１に送信（信号線Ｄ）される。
【００５０】
さらに、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０では、ステージ１６をどのように移動させればその鋳型形状を作製することができるかを示す、ステージ１６の位置情報を解析し、図７の点Ｐのような複数の線が交差する交差点が存在するか、また、その交差点の位置がどこであるか、さらにその交差点が何本の線が交差する交差点であるかといった交差点情報を生成し、この交差点情報をロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｄ）する（ステップＦ−０２）。
【００５１】
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０から入力（信号線Ｄ）された位置情報を、Ｘ軸用モータドライバ１１２やＹ軸用モータドライバ１１３を駆動する駆動信号に変換する。
【００５２】
Ｘ軸用モータドライバ１１２は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１からの駆動信号を、正転、反転、駆動速度、駆動距離に変換してＸ軸用ステッピングモータ１８ａを実際に駆動する信号に変換し、これによってＸ軸用ステッピングモータ１８ａを駆動（信号線Ｆ）する。また、Ｙ軸用モータドライバ１１３は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１からの駆動信号を、正転、反転、駆動速度、駆動距離に変換してＹ軸用ステッピングモータ１８ｂを実際に駆動する信号に変換し、これによってＹ軸用ステッピングモータ１８ｂを駆動（信号線Ｆ）する。
【００５３】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転運動はＸ軸方向の直線運動に変換され、またＹ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転運動はＹ軸方向の直線運動に変換され、このＸ軸およびＹ軸方向の直線運動によってステージ１６をＸ軸およびＹ軸方向に移動させる（ステップＦ−０３）。
【００５４】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転位置（すなわちステージ１６のＸ軸方向位置）は、ユニバーサルジョイント１９ａを介して接続されたロータリーエンコーダー２０ａによって検出され、検出結果のパルス情報はロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｅ）される。また、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転位置（すなわちステージ１６のＹ軸方向位置）は、ユニバーサルジョイント１９ｂを介して接続されたロータリーエンコーダー２０ｂによって検出され、検出結果のパルス情報はロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｅ）される（ステップＦ−０４）。
【００５５】
ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４は、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから入力されたパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識し、それに応じてスラリーの液滴を射出する場合には、インクジェットコントローラ１３にトリガ信号を出力（信号線Ｃ）する（ステップＦ−０５）。なお、ステップＦ−０５の詳細については後述する。
【００５６】
続いて、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１では、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０から受信したステージ１６の位置情報のすべてに対して、ステージ１６を移動させ、鋳型形成のスラリー射出が完了したかを判断し、完了したならば処理を終了し、まだならばステップＦ−０３に戻り処理を継続する（ステップＦ−０６）。
【００５７】
以下に、図３のステップＦ−０５の処理について詳細に説明する。
【００５８】
図４は、図３のステップＦ−０５の処理の第１の例のフローチャートを示す図である。
【００５９】
まず、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４では、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから得たパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識する。このステージ１６の位置と、図３のステップＦ−０２で生成した交差点情報とを照らし合わせ、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であるかを判定する（ステップＦ−５−１１）。
【００６０】
ステップＦ−５−１１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍でなければ、ステージ１６を移動させた距離（ノズル１４とステージ１６との相対位置の変動量）に応じ、たとえば、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−１２）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６１】
一方、ステップＦ−５−１１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であれば、この交差点をすでに１度通過したか否かをステップＦ−５−１３で設定するフラグを参照することによって判断し（ステップＦ−５−１３）、１度通過済みでなければ、この交差点の通過済みフラグを通過済みに設定し（ステップＦ−５−１４）、ステップＦ−５−１２へと進み、ステージ１６を移動させた距離（ノズル１４とステージ１６との相対位置の変動量）に応じ、たとえば、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−１２）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６２】
ステップＦ−５−１３において、１度通過済みの場合には、スラリーの射出をせずに、その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６３】
複数の線が交差する交差点近傍において、その複数の線が通過するたびに他の個所と同じ量の液滴射出を行っていたのではスラリーの積層高さが不要に高くなってしまう。この図４の例によれば、１度通過済みの交差点を、２度目以降に通過する場合には、スラリーの射出をしないので、交差点だけ多重にスラリーが積層されてしまうことを防ぐことができる。
【００６４】
また、この図４の例によれば、所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出するので、角のような場所で移動速度が遅くなったとしても他よりも高くスラリーを積層してしまうことがない。
【００６５】
図５は、図３のステップＦ−０５の処理の第２の例のフローチャートを示す図である。
【００６６】
まず、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４では、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから得たパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識する。このステージ１６の位置と、図３のステップＦ−０２で生成した交差点情報とを照らし合わせ、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であるかを判定する（ステップＦ−５−２１）。
【００６７】
ステップＦ−５−２１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍でなければ、ステージ１６を移動させた距離（ノズル１４とステージ１６との相対位置の変動量）に応じ、たとえば、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−２２）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６８】
一方、ステップＦ−５−２１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であれば、その交差点への総射出量が他の部分への射出量と同じになるように、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）をこの交差点で交差する交差線数（図７の点Ｐであれば２）で除した値の滴数（たとえば２５滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−２３）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６９】
複数の線が交差する交差点近傍において、その複数の線が通過するたびに他の個所と同じ量の液滴射出を行っていたのではスラリーの積層高さが不要に高くなってしまう。この図５の例によれば、線が通過する数で液滴の射出量を除しているので、１回の通過の射出量は少なく、通過のたびにこれらが積算され、結果として、総射出量は他の個所の射出量と同等にすることができ、交差点だけ多重にスラリーが積層されてしまうことを防ぐことができる。
【００７０】
また、この図５の例によれば、所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出するので、角のような場所で移動速度が遅くなったとしても他よりも高くスラリーを積層してしまうことがない。
【００７１】
図６は、図３のステップＦ−０５の処理の第３の例のフローチャートを示す図である。
【００７２】
まず、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４では、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから得たパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識する。このステージ１６の位置と、図３のステップＦ−０２で生成した交差点情報とを照らし合わせ、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であるかを判定する（ステップＦ−５−３１）。
【００７３】
ステップＦ−５−３１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍でなければ、ステージ１６を移動させた距離（ノズル１４とステージ１６との相対位置の変動量）に応じ、たとえば、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−２２）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００７４】
一方、ステップＦ−５−３１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であれば、その交差点への総射出量が他の部分への射出量と同じになるように、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）にこの交差点で交差する交差線数（図７の点Ｐであれば２）を乗じた距離（たとえば２ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−３３）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００７５】
複数の線が交差する交差点近傍において、その複数の線が通過するたびに他の個所と同じ量の液滴射出を行っていたのではスラリーの積層高さが不要に高くなってしまう。この図６の例によれば、線が通過する数を、所定滴数を射出するための所定距離に乗じているので、１回の通過の射出量は少なく、通過のたびにこれらが積算され、結果として、総射出量は他の個所の射出量と同等にすることができ、交差点だけ多重にスラリーが積層されてしまうことを防ぐことができる。
【００７６】
また、この図６の例によれば、所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出するので、角のような場所で移動速度が遅くなったとしても他よりも高くスラリーを積層してしまうことがない。
【符号の説明】
【００７７】
１０ ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン
１１ マイコン
１１１ ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置
１１２ Ｘ軸用モータドライバ
１１３ Ｙ軸用モータドライバ
１１４ ロータリーエンコーダー−パルス変換装置
１２ コントローラ制御用パソコン
１３ インクジェットコントローラ
１４ インクジェットノズル
１５ インクジェットタンク
１６ ステージ
１７ 基板
１８ａ Ｘ軸用ステッピングモータ
１８ｂ Ｙ軸用ステッピングモータ
１９ａ、１９ｂ ユニバーサルジョイント
２０ａ、２０ｂ ロータリーエンコーダー
２１ パルス光発生用ＬＥＤ
２２ デジタルカメラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット法によりマイクロ鋳型を作製し、鋳造によりマイクロ部品を製造するマイクロ部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、新たな産業の創出を目的に、一般にマイクロマシンと呼ばれる超小型機械の開発、製造がおこなわれ、さらにこのマイクロマシンの小型化、高性能化が進められ、マイクロマシンを構成するマイクロ部品としてもきわめて微小のものが要求されてきている。
【０００３】
従来、マイクロマシンを構成するマイクロ部品は、切削加工などよって製造されていた（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、切削加工によりマイクロ部品の製造には、微小加工の切削機を必要とし、さらに微小の切削加工は煩雑のためコスト高となってしまう。
【０００４】
別の方法として、たとえば特許文献２に記載のように鋳造の技術を用いてマイクロ部品を鋳型により鋳造することが知られている。この特許文献２には、精密な鋳造が可能なロストワックス法の利用が開示されている。このロストワックス法においては、微小の鋳型を作製するために、製品と同形状の微小なワックス模型（消失性模型）を作製しなければならず、抜け勾配を考慮したワックス模型用の金型を製作するか、もしくは光造型法よって模型を製作する必要があり、多大の工数と費用を必要とするという問題があった。
【０００５】
また、鋳型を用いる別の方法として、従来、シェルモールド砂をレーザで焼結させるＲＰ法（ラピッドプロトタイピング法）や、砂に粘結材を塗布する方法で鋳型を作製することも知られているが、たとえば１０ミクロンの微小の砂を用いることはできず、微小のマイクロ部品の作製には適さない（たとえば、特許文献３参照）。
【０００６】
これらの問題を解決すべく本願出願人は、微小のセラミック粒子からなるスラリーをインクジェット法によりノズルから基板に射出し、ノズルと基板との相対位置を移動することにより基板上に所望形状にスラリーを積層してマイクロ部品のマイクロ鋳型を作製する方法を発明し、これを特許文献４において開示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９１４４号公報
【特許文献２】特開２００３−５３４８１号公報
【特許文献３】特開２０００−３２６０５２号公報
【特許文献４】特開２００９−６６６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献４では、上述のインクジェット法により基板にスラリーを射出し、これを積層してマイクロ部品のマイクロ鋳型を作製する方法において、円筒形状の鋳型を作製する方法を開示している。ところが、マイクロ部品のマイクロ鋳型は、円筒形状よりも複雑な形状に作製する要求があり、これに応じてノズルと基板との相対位置の移動も、様々な方向に様々な角度で、ノズルと基板との相対位置を移動させる必要が生じる。
【０００９】
このとき、たとえば、ノズルと基板との相対位置の移動は、基板を載せたステージをＸ軸およびＹ軸の２軸方向に移動させて行うものであって、所定時間ごとに所定量のスラリーを射出する制御を行うとすると、スラリーの積層高さに問題が生じることがわかった。この点について図７を参照しながら説明する。
【００１０】
図７は、従来の方法で製造した矩形の鋳型を撮影した写真を示すものであって、鋳型の斜視図である。
【００１１】
図７を参照すると、たとえばＸ軸方向からＹ軸方向に直角に曲がるような角Ｊや角Ｋを有する鋳型の場合、この角Ｊや角Ｋでは、矩形の辺よりもスラリーの積層高さが高くなってしまうという不具合が生じていることが分かる。なお、この図７は、一定時間に一定量のスラリーを射出するようにしたものである。
【００１２】
また、図７の点Ｐは、縦の線と横の線との交差点になっており、縦の線を積層する際のスラリー射出と、横の線を積層する際のスラリー射出とにより、二重の積層が行われ、矩形の辺よりもスラリーの積層高さが高くなってしまうという不具合が生じていることが分かる。
【００１３】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、ノズルと基板との相対位置を移動させながらスラリーを射出してマイクロ鋳型を製造する際の、スラリーの積層高さの不均等を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記の目的を達成するために、微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、該射出されたスラリーを受ける基板と、を予め定めた方向に相対的に移動しながら該基板上に前記スラリーを射出し、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製し、前記マイクロ鋳型によりマイクロ部品を鋳造するマイクロ部品の製造方法において、前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記スラリーの射出量を定める、ことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍においては、前記複数の線のうちの１つで１度通過した後には、他の線で通過する際に前記スラリーの射出を行わない、ことを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離移動したときに、前記所定射出量を該交差点で交差する線の数で除した量のスラリーを射出する、ことを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離に該交差点で交差する線の数を乗じた距離移動したときに、前記所定射出量のスラリーを射出する、ことを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、マイクロ鋳型製造装置において、マイクロ鋳型を作製する基板を載せるステージと、前記ステージ上の基板に、微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、予め定めたパターンで前記ノズルと前記基板とを相対的に移動させるように前記ステージを駆動するステージ駆動手段と、前記ステージ駆動手段によって移動した前記ステージの位置を検出するステージ位置検出手段と、前記ステージ位置検出手段による検出結果に基づいて得た前記ステージ駆動手段による前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記ノズルによる前記スラリーの射出量を定めながら、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製するよう制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍においては、前記複数の線のうちの１つで１度通過した後には、他の線で通過する際に前記スラリーの射出を行わないよう制御する、ことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離移動したときに、前記所定射出量を該交差点で交差する線の数で除した量のスラリーを射出するよう制御する、ことを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離に該交差点で交差する線の数を乗じた距離移動したときに、前記所定射出量のスラリーを射出するよう制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ノズルと基板との相対位置を移動させながらスラリーを射出してマイクロ鋳型を製造する際の、スラリーの積層高さの不均等を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるマイクロ鋳型の製造装置に係る構成の一実施の形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示したマイクロ鋳型の製造装置の制御に係る構成のブロック図である。
【図３】図１に示したマイクロ鋳型の製造装置の制御に係るフローチャートを示す図である。
【図４】図３のステップＦ−０５の処理の第１の例のフローチャートを示す図である。
【図５】図３のステップＦ−０５の処理の第２の例のフローチャートを示す図である。
【図６】図３のステップＦ−０５の処理の第３の例のフローチャートを示す図である。
【図７】従来の方法で製造した矩形の鋳型を撮影した写真を示すものであって、鋳型の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明によるマイクロ部品の製造方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明によるマイクロ鋳型の製造装置に係る構成の一実施の形態を示す概略斜視図である。
【００２６】
本実施形態のマイクロ鋳型の製造装置は、ステージ１６に載せた基板１７に向けてインクジェットノズル１４からスラリーを射出する構成を有する。インクジェットノズル１４は、図示しないピエゾ素子を有する。インクジェットタンク１５に貯留してあるスラリーはインクジェットノズル１４先端にまで達しており、ピエゾ素子に電圧を加えてこれが変形すると、インクジェットノズル１４先端からスラリー液滴が射出される。本実施形態ではインクジェットノズル１４は位置固定されており、基板１７を載せたステージ１６を移動させることによってインクジェットノズル１４と基板１７との相対位置が移動し、基板１７上の所望位置へスラリーの液滴を射出する。
【００２７】
インクジェットノズル１４先端のスラリー射出口の様子はデジタルカメラ２２で撮影される。インクジェットノズル１４を挿んで、デジタルカメラ２２と対向する位置にはパルス光発生用ＬＥＤ２１を設けている。パルス光発生用ＬＥＤ２１は、スラリーの液滴を観察するための補助として、液滴射出のタイミングに合わせて赤色光を発光する。デジタルカメラ２２では、パルス光発生用ＬＥＤ２１の発光タイミングに合わせてインクジェットノズル１４先端のスラリー射出口の様子を撮影し、液滴が正常に射出できているかの確認に用いる。
【００２８】
マイコン１１は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１、Ｘ軸用モータドライバ１１２、Ｙ軸用モータドライバ１１３、およびロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４を含む。
【００２９】
インクジェットコントローラ１３は、インクジェットノズル１４内のピエゾ素子に高電圧を印加して駆動する電源装置であり、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４からのトリガ信号を入力（信号線Ｃ）すると、所定の波形の駆動電圧をインクジェットノズル１４内のピエゾ素子に対して出力（信号線Ａ）する。また、コントローラ制御用パソコン１２は、スラリー液滴射出の際にインクジェットノズル１４内のピエゾ素子に対して出力する駆動電圧の所定の波形を、インクジェットコントローラ１３に対して指示（信号線Ｂ）する。このコントローラ制御用パソコン１２からインクジェットコントローラ１３に対して指示された、駆動電圧の所定の波形は、インクジェットコントローラ１３内で記憶しておく。
【００３０】
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０は、製造するマイクロ鋳型の３次元形状をあらかじめ登録しておき、この鋳型形状から、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１で用いる、ステージ１６をどのように移動させればその鋳型形状を作製することができるかを示す、ステージ１６の位置情報を生成する。この位置情報はＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１に送信（信号線Ｄ）される。
【００３１】
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０から入力（信号線Ｄ）された位置情報を、Ｘ軸用モータドライバ１１２やＹ軸用モータドライバ１１３を駆動する駆動信号に変換する。
【００３２】
Ｘ軸用モータドライバ１１２は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１からの駆動信号を、正転、反転、駆動速度、駆動距離に変換してＸ軸用ステッピングモータ１８ａを実際に駆動する信号に変換し、これによってＸ軸用ステッピングモータ１８ａを駆動（信号線Ｆ）する。
【００３３】
また、Ｙ軸用モータドライバ１１３は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１からの駆動信号を、正転、反転、駆動速度、駆動距離に変換してＹ軸用ステッピングモータ１８ｂを実際に駆動する信号に変換し、これによってＹ軸用ステッピングモータ１８ｂを駆動（信号線Ｆ）する。
【００３４】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａおよびＹ軸用ステッピングモータ１８ｂは５相ステッピングモータであり、精密、正確な駆動を可能にしている。
【００３５】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転運動はＸ軸方向の直線運動に変換され、またＹ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転運動はＹ軸方向の直線運動に変換され、このＸ軸およびＹ軸方向の直線運動によってステージ１６をＸ軸およびＹ軸方向に移動させる。
【００３６】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転位置（すなわちステージ１６のＸ軸方向位置）は、ユニバーサルジョイント１９ａを介して接続されたロータリーエンコーダー２０ａによって検出され、検出結果のパルス情報はロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｅ）される。ユニバーサルジョイント１９ａは、Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転軸とロータリーエンコーダー２０ａとの機械的摺動ロスを減らすための遊びと、軸の径を合わせるために設けている。
【００３７】
また、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転位置（すなわちステージ１６のＹ軸方向位置）は、ユニバーサルジョイント１９ｂを介して接続されたロータリーエンコーダー２０ｂによって検出され、検出結果のパルス情報はロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｅ）される。ユニバーサルジョイント１９ｂは、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転軸とロータリーエンコーダー２０ｂとの機械的摺動ロスを減らすための遊びと、軸の径を合わせるために設けている。
【００３８】
ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４は、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから入力されたパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識し、それに応じてスラリーの液滴を射出する場合には、インクジェットコントローラ１３にトリガ信号を出力（信号線Ｃ）する。
【００３９】
ここで、各構成を接続する信号線についてさらに説明する。
【００４０】
信号線Ａは、インクジェットコントローラ１３とインクジェットノズル１４とを接続するものであり、インクジェットノズル１４内のピエゾ素子を駆動するため、インクジェットコントローラ１３からインクジェットノズル１４に対して、ノズル駆動パルスとして、高電圧（たとえば２００Ｖ）、２０μｓ程度の方形波を出力する。
【００４１】
信号線Ｂは、コントローラ制御用パソコン１２とインクジェットコントローラ１３とを接続するものであり、インクジェットコントローラ１３のノズル駆動パルスの波形長さや電圧、タイミングを設定するため、コントローラ制御用パソコン１２からインクジェットコントローラ１３に対してシリアル接続（ＲＳ２３２Ｃ）で通信する。
【００４２】
信号線Ｃは、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４とインクジェットコントローラ１３とを接続するものであり、ノズル駆動パルスをインクジェットノズル１４に出力するタイミングをとるため、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４からインクジェットコントローラ１３に対して、トリガ信号として、１２Ｖの立ち上がり時間の短い方形波を出力する。
【００４３】
信号線Ｄは、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０とＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１とをパラレル接続（セントロニクス準拠）するものであり、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０からＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１に対して、鋳型の３次元ＣＡＭ情報からステージ１６の位置情報を随時送信する。
【００４４】
信号線Ｅは、Ｘ軸用およびＹ軸用を有し、ロータリーエンコーダー２０ａ、２０ｂとロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４とを接続するものであり、Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａ、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの駆動距離を正確に測定し、ロータリーエンコーダー２０ａ、２０ｂからロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に対して、Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａ、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの駆動距離に応じた数の５Ｖパルス電圧を出力する。
【００４５】
信号線Ｆは、Ｘ軸用およびＹ軸用を有し、Ｘ軸用モータドライバ１１２、Ｙ軸用モータドライバ１１３とＸ軸用ステッピングモータ１８ａ、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂとを接続するものであり、Ｘ軸用モータドライバ１１２、Ｙ軸用モータドライバ１１３からＸ軸用ステッピングモータ１８ａ、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂに対して、ステージ１６を駆動するための実質的なモータ駆動信号として、５相ステッピングモータの５相のそれぞれに向けた５本ケーブルにて、位相差を持った２４Ｖ５相モータ駆動信号を出力する。
【００４６】
次に、本実施形態のマイクロ鋳型の製造装置の制御に基づく動作の基本的な流れの一例について説明する。図２は、図１に示したマイクロ鋳型の製造装置の制御に係る構成のブロック図である。
＜ＣＡＤからステージの駆動までの流れ＞
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０（図２の制御手段１００）
｜
｜信号線Ｄ（図面に応じたステージの位置情報）
↓
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１（図２の制御手段１００）にて位置情報をモータの駆動速度、距離と回転方向に変換する。
｜
｜（Ｘ、Ｙ軸の回転方向、モータ駆動速度）
↓
モータドライバ１１２、１１３（図２の制御手段１００）にて５相ステッピングモータに合った駆動信号に変換する。
｜
｜信号線Ｆ（５相ステッピングモータ用の実際の駆動信号）
↓
Ｘ、Ｙ軸モータ１８ａ、１８ｂ（図２のステージ駆動手段１０１）にて実際に駆動する。
｜
↓
ステージ１６（図２のステージ１０２）の移動
｜
↓
ロータリーエンコーダー２０ａ、２０ｂ（図２のステージ位置検出手段１０３）の駆動
｜
｜信号線Ｅ（１８ａ、１８ｂモータの駆動距離に応じたパルス）
↓
ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４（図２のステージ位置検出手段１０３）にて任意の駆動距離でトリガを出力する。
｜
｜信号線Ｃ（距離に応じたタイミングでのトリガ信号）
↓
インクジェットコントローラ１３（図２の制御手段１００）
｜
｜信号線Ａ（ノズル内のピエゾ素子駆動信号）
↓
インクジェットノズル１４（図２の液滴射出手段１０４）にて実際の液滴の射出を行う。
【００４７】
また、インクジェットノズル１４（図２の液滴射出手段１０４）による液滴の射出は、デジタルカメラ２２（液滴射出観察手段１０５）によって、撮影され、観察される。
【００４８】
次に、本実施形態のマイクロ鋳型の製造装置の制御における特徴的構成である液滴の射出のタイミングについて、制御のフローチャートを参照しながら説明する。図３は、図１に示したマイクロ鋳型の製造装置の制御に係るフローチャートを示す図である。
【００４９】
まず、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０に、製造するマイクロ鋳型の３次元形状を登録することによって鋳型パターンを決定する（ステップＦ−０１）。また、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０では、この鋳型形状から、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１で用いる、ステージ１６をどのように移動させればその鋳型形状を作製することができるかを示す、ステージ１６の位置情報を生成する。この位置情報はＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１に送信（信号線Ｄ）される。
【００５０】
さらに、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０では、ステージ１６をどのように移動させればその鋳型形状を作製することができるかを示す、ステージ１６の位置情報を解析し、図７の点Ｐのような複数の線が交差する交差点が存在するか、また、その交差点の位置がどこであるか、さらにその交差点が何本の線が交差する交差点であるかといった交差点情報を生成し、この交差点情報をロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｄ）する（ステップＦ−０２）。
【００５１】
ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０から入力（信号線Ｄ）された位置情報を、Ｘ軸用モータドライバ１１２やＹ軸用モータドライバ１１３を駆動する駆動信号に変換する。
【００５２】
Ｘ軸用モータドライバ１１２は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１からの駆動信号を、正転、反転、駆動速度、駆動距離に変換してＸ軸用ステッピングモータ１８ａを実際に駆動する信号に変換し、これによってＸ軸用ステッピングモータ１８ａを駆動（信号線Ｆ）する。また、Ｙ軸用モータドライバ１１３は、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１からの駆動信号を、正転、反転、駆動速度、駆動距離に変換してＹ軸用ステッピングモータ１８ｂを実際に駆動する信号に変換し、これによってＹ軸用ステッピングモータ１８ｂを駆動（信号線Ｆ）する。
【００５３】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転運動はＸ軸方向の直線運動に変換され、またＹ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転運動はＹ軸方向の直線運動に変換され、このＸ軸およびＹ軸方向の直線運動によってステージ１６をＸ軸およびＹ軸方向に移動させる（ステップＦ−０３）。
【００５４】
Ｘ軸用ステッピングモータ１８ａの回転位置（すなわちステージ１６のＸ軸方向位置）は、ユニバーサルジョイント１９ａを介して接続されたロータリーエンコーダー２０ａによって検出され、検出結果のパルス情報はロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｅ）される。また、Ｙ軸用ステッピングモータ１８ｂの回転位置（すなわちステージ１６のＹ軸方向位置）は、ユニバーサルジョイント１９ｂを介して接続されたロータリーエンコーダー２０ｂによって検出され、検出結果のパルス情報はロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４に送信（信号線Ｅ）される（ステップＦ−０４）。
【００５５】
ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４は、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから入力されたパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識し、それに応じてスラリーの液滴を射出する場合には、インクジェットコントローラ１３にトリガ信号を出力（信号線Ｃ）する（ステップＦ−０５）。なお、ステップＦ−０５の詳細については後述する。
【００５６】
続いて、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置１１１では、ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン１０から受信したステージ１６の位置情報のすべてに対して、ステージ１６を移動させ、鋳型形成のスラリー射出が完了したかを判断し、完了したならば処理を終了し、まだならばステップＦ−０３に戻り処理を継続する（ステップＦ−０６）。
【００５７】
以下に、図３のステップＦ−０５の処理について詳細に説明する。
【００５８】
図４は、図３のステップＦ−０５の処理の第１の例のフローチャートを示す図である。
【００５９】
まず、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４では、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから得たパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識する。このステージ１６の位置と、図３のステップＦ−０２で生成した交差点情報とを照らし合わせ、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であるかを判定する（ステップＦ−５−１１）。
【００６０】
ステップＦ−５−１１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍でなければ、ステージ１６を移動させた距離（ノズル１４とステージ１６との相対位置の変動量）に応じ、たとえば、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−１２）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６１】
一方、ステップＦ−５−１１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であれば、この交差点をすでに１度通過したか否かをステップＦ−５−１３で設定するフラグを参照することによって判断し（ステップＦ−５−１３）、１度通過済みでなければ、この交差点の通過済みフラグを通過済みに設定し（ステップＦ−５−１４）、ステップＦ−５−１２へと進み、ステージ１６を移動させた距離（ノズル１４とステージ１６との相対位置の変動量）に応じ、たとえば、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−１２）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６２】
ステップＦ−５−１３において、１度通過済みの場合には、スラリーの射出をせずに、その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６３】
複数の線が交差する交差点近傍において、その複数の線が通過するたびに他の個所と同じ量の液滴射出を行っていたのではスラリーの積層高さが不要に高くなってしまう。この図４の例によれば、１度通過済みの交差点を、２度目以降に通過する場合には、スラリーの射出をしないので、交差点だけ多重にスラリーが積層されてしまうことを防ぐことができる。
【００６４】
また、この図４の例によれば、所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出するので、角のような場所で移動速度が遅くなったとしても他よりも高くスラリーを積層してしまうことがない。
【００６５】
図５は、図３のステップＦ−０５の処理の第２の例のフローチャートを示す図である。
【００６６】
まず、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４では、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから得たパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識する。このステージ１６の位置と、図３のステップＦ−０２で生成した交差点情報とを照らし合わせ、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であるかを判定する（ステップＦ−５−２１）。
【００６７】
ステップＦ−５−２１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍でなければ、ステージ１６を移動させた距離（ノズル１４とステージ１６との相対位置の変動量）に応じ、たとえば、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−２２）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６８】
一方、ステップＦ−５−２１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であれば、その交差点への総射出量が他の部分への射出量と同じになるように、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）をこの交差点で交差する交差線数（図７の点Ｐであれば２）で除した値の滴数（たとえば２５滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−２３）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００６９】
複数の線が交差する交差点近傍において、その複数の線が通過するたびに他の個所と同じ量の液滴射出を行っていたのではスラリーの積層高さが不要に高くなってしまう。この図５の例によれば、線が通過する数で液滴の射出量を除しているので、１回の通過の射出量は少なく、通過のたびにこれらが積算され、結果として、総射出量は他の個所の射出量と同等にすることができ、交差点だけ多重にスラリーが積層されてしまうことを防ぐことができる。
【００７０】
また、この図５の例によれば、所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出するので、角のような場所で移動速度が遅くなったとしても他よりも高くスラリーを積層してしまうことがない。
【００７１】
図６は、図３のステップＦ−０５の処理の第３の例のフローチャートを示す図である。
【００７２】
まず、ロータリーエンコーダー−パルス変換装置１１４では、ロータリーエンコーダー２０ａやロータリーエンコーダー２０ｂから得たパルス情報をカウントし、ステージ１６の位置を認識する。このステージ１６の位置と、図３のステップＦ−０２で生成した交差点情報とを照らし合わせ、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であるかを判定する（ステップＦ−５−３１）。
【００７３】
ステップＦ−５−３１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍でなければ、ステージ１６を移動させた距離（ノズル１４とステージ１６との相対位置の変動量）に応じ、たとえば、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−２２）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００７４】
一方、ステップＦ−５−３１において、ステージ１６の現在位置が交差点近傍であれば、その交差点への総射出量が他の部分への射出量と同じになるように、ステージ１６を所定距離（たとえば１ｍｍ）にこの交差点で交差する交差線数（図７の点Ｐであれば２）を乗じた距離（たとえば２ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出する（ステップＦ−５−３３）。その後、図３の処理へと戻り、ステップＦ−０６へと進む。
【００７５】
複数の線が交差する交差点近傍において、その複数の線が通過するたびに他の個所と同じ量の液滴射出を行っていたのではスラリーの積層高さが不要に高くなってしまう。この図６の例によれば、線が通過する数を、所定滴数を射出するための所定距離に乗じているので、１回の通過の射出量は少なく、通過のたびにこれらが積算され、結果として、総射出量は他の個所の射出量と同等にすることができ、交差点だけ多重にスラリーが積層されてしまうことを防ぐことができる。
【００７６】
また、この図６の例によれば、所定距離（たとえば１ｍｍ）移動させる間に所定滴数（たとえば５０滴）のスラリーを射出するので、角のような場所で移動速度が遅くなったとしても他よりも高くスラリーを積層してしまうことがない。
【符号の説明】
【００７７】
１０ ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用パソコン
１１ マイコン
１１１ ＣＡＤ／ＣＡＭソフト駆動用装置
１１２ Ｘ軸用モータドライバ
１１３ Ｙ軸用モータドライバ
１１４ ロータリーエンコーダー−パルス変換装置
１２ コントローラ制御用パソコン
１３ インクジェットコントローラ
１４ インクジェットノズル
１５ インクジェットタンク
１６ ステージ
１７ 基板
１８ａ Ｘ軸用ステッピングモータ
１８ｂ Ｙ軸用ステッピングモータ
１９ａ、１９ｂ ユニバーサルジョイント
２０ａ、２０ｂ ロータリーエンコーダー
２１ パルス光発生用ＬＥＤ
２２ デジタルカメラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、該射出されたスラリーを受ける基板と、を予め定めた方向に相対的に移動しながら該基板上に前記スラリーを射出し、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製し、前記マイクロ鋳型によりマイクロ部品を鋳造するマイクロ部品の製造方法において、
前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記スラリーの射出量を定める、
ことを特徴とするマイクロ部品の製造方法。
【請求項２】
前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍においては、前記複数の線のうちの１つで１度通過した後には、他の線で通過する際に前記スラリーの射出を行わない、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項３】
前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、
該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、
該交差点近傍では、前記所定距離移動したときに、前記所定射出量を該交差点で交差する線の数で除した量のスラリーを射出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項４】
前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、
該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、
該交差点近傍では、前記所定距離に該交差点で交差する線の数を乗じた距離移動したときに、前記所定射出量のスラリーを射出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項５】
マイクロ鋳型を作製する基板を載せるステージと、
前記ステージ上の基板に、微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、
予め定めたパターンで前記ノズルと前記基板とを相対的に移動させるように前記ステージを駆動するステージ駆動手段と、
前記ステージ駆動手段によって移動した前記ステージの位置を検出するステージ位置検出手段と、
前記ステージ位置検出手段による検出結果に基づいて得た前記ステージ駆動手段による前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記ノズルによる前記スラリーの射出量を定めながら、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製するよう制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロ鋳型製造装置。
【請求項６】
前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍においては、前記複数の線のうちの１つで１度通過した後には、他の線で通過する際に前記スラリーの射出を行わないよう制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロ鋳型製造装置。
【請求項７】
前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離移動したときに、前記所定射出量を該交差点で交差する線の数で除した量のスラリーを射出するよう制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロ鋳型製造装置。
【請求項８】
前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離に該交差点で交差する線の数を乗じた距離移動したときに、前記所定射出量のスラリーを射出するよう制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロ鋳型製造装置。
【請求項１】
微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、該射出されたスラリーを受ける基板と、を予め定めた方向に相対的に移動しながら該基板上に前記スラリーを射出し、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製し、前記マイクロ鋳型によりマイクロ部品を鋳造するマイクロ部品の製造方法において、
前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記スラリーの射出量を定める、
ことを特徴とするマイクロ部品の製造方法。
【請求項２】
前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍においては、前記複数の線のうちの１つで１度通過した後には、他の線で通過する際に前記スラリーの射出を行わない、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項３】
前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、
該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、
該交差点近傍では、前記所定距離移動したときに、前記所定射出量を該交差点で交差する線の数で除した量のスラリーを射出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項４】
前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、
該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、
該交差点近傍では、前記所定距離に該交差点で交差する線の数を乗じた距離移動したときに、前記所定射出量のスラリーを射出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項５】
マイクロ鋳型を作製する基板を載せるステージと、
前記ステージ上の基板に、微小のセラミック粒子からなるスラリーを射出するノズルと、
予め定めたパターンで前記ノズルと前記基板とを相対的に移動させるように前記ステージを駆動するステージ駆動手段と、
前記ステージ駆動手段によって移動した前記ステージの位置を検出するステージ位置検出手段と、
前記ステージ位置検出手段による検出結果に基づいて得た前記ステージ駆動手段による前記ノズルと前記基板との相対的な移動距離に応じて、前記ノズルによる前記スラリーの射出量を定めながら、予め定めたパターンの前記セラミック粒子層を前記基板上に形成してマイクロ鋳型を作製するよう制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロ鋳型製造装置。
【請求項６】
前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍においては、前記複数の線のうちの１つで１度通過した後には、他の線で通過する際に前記スラリーの射出を行わないよう制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロ鋳型製造装置。
【請求項７】
前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離移動したときに、前記所定射出量を該交差点で交差する線の数で除した量のスラリーを射出するよう制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロ鋳型製造装置。
【請求項８】
前記制御手段が、前記パターン中に複数の線が交差する交差点がある場合、該交差点近傍以外では、前記ノズルと前記基板とが所定距離移動したときに所定射出量のスラリーを射出し、該交差点近傍では、前記所定距離に該交差点で交差する線の数を乗じた距離移動したときに、前記所定射出量のスラリーを射出するよう制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロ鋳型製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−９８３８７（Ｐ２０１１−９８３８７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５６３７６（Ｐ２００９−２５６３７６）
【出願日】平成２１年１１月９日（２００９．１１．９）
【出願人】（０００１５５３６６）株式会社木村鋳造所 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月９日（２００９．１１．９）
【出願人】（０００１５５３６６）株式会社木村鋳造所 (23)
【Ｆターム（参考）】
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