特開 2021-54052 被照射体の飛翔装置、立体造形装置、及び被照射体の飛翔方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-54052(P2021-54052A)

(43)【公開日】2021年4月8日

(54)【発明の名称】被照射体の飛翔装置、立体造形装置、及び被照射体の飛翔方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/277 20170101AFI20210312BHJP

   B29C 64/223 20170101ALI20210312BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20210312BHJP

   B29C 64/282 20170101ALI20210312BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20210312BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20210312BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20210312BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20210312BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20210312BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20210312BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20210312BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/277

   B29C64/223

   B29C64/321

   B29C64/282

   B29C64/393

   B33Y10/00

   B33Y30/00

   B33Y50/02

   B22F3/105

   B22F3/16

   B28B1/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2020-126406(P2020-126406)

(22)【出願日】2020年7月27日

(31)【優先権主張番号】特願2019-180297(P2019-180297)

(32)【優先日】2019年9月30日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】須原 浩之

(72)【発明者】

【氏名】藤田 貴史

(72)【発明者】

【氏名】田村 麻人

【テーマコード（参考）】

4F213

4G052

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL12

4F213WL32

4F213WL44

4F213WL52

4F213WL74

4F213WL76

4F213WL85

4G052DA02

4G052DB12

4G052DC06

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

【課題】複数の光の照射を簡便に制御すること。
【解決手段】本発明の被照射体の飛翔装置は、少なくとも第１の光と第２の光を含む複数の光を照射する光照射部と、前記複数の光を走査させる光走査部と、を備え、前記複数の光のうち、前記第１の光で被照射体を飛翔させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも第１の光と第２の光を含む複数の光を照射する光照射部と、
前記複数の光を走査させる光走査部と、
を備え、
前記複数の光のうち、前記第１の光で被照射体を飛翔させる
被照射体の飛翔装置。

【請求項2】

前記第１の光の光軸と前記第２の光の光軸を一致させて前記光走査部に導光する導光部を備え、
前記光走査部は、
光軸が一致された前記第１の光及び前記第２の光の両方を走査させる
請求項１に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項3】

前記被照射体を担持する担持体を備え、
前記光照射部は、前記第２の光で前記被照射体を所定の被付着物に固定する
請求項１、又は２に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項4】

前記担持体は、
前記被付着物に対向する面に前記被照射体を担持し、
前記光照射部は、
前記担持体の前記被付着物に対向する面とは反対側の面に、前記第１の光を照射し、
前記被付着物に対向する方向から前記担持体を介して、前記第２の光を照射する
請求項３に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項5】

前記第２の光は、
前記被照射体を加熱して溶融させるレーザ光である
請求項３、又は４に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項6】

前記被付着物は、
所定方向に移動され、
前記光照射部は、
前記所定方向と直交する走査方向に走査される前記第１の光及び前記第２の光のそれぞれの光軸を、前記所定方向及び前記走査方向のそれぞれに直交する方向に対し、前記所定方向に沿う方向に向けて所定角度だけ傾けて照射する
請求項３乃至５の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項7】

前記光照射部は、
前記担持体上の所定領域に前記第１の光を照射させ、前記被付着物上の所定領域に前記第２の光を照射させる照射領域設定部を備える
請求項３乃至６の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項8】

前記照射領域設定部は、
前記担持体上に前記第１の光を収束させ、前記被付着物上に前記第２の光を収束させる回折光学素子を含む
請求項７に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項9】

前記第２の光は、
所定の特性値を備える光である
請求項７、又は８に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項10】

前記第１の光は、
所定時間幅で射出されるパルス光であり、
前記第２の光は、
前記所定時間幅以上の時間幅で射出されるパルス光、又はＣＷ（Continuous Wave）光の何れか一方である
請求項１乃至９の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項11】

前記第１の光及び前記第２の光は、
前記被照射体の光吸収波長に対応する同じ波長の光である
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項12】

前記第１の光は、
前記被照射体の光吸収波長に対応する第１の波長の光であり、
前記第２の光は、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光である
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項13】

前記第１の光の第２次高調波を前記第２の光として発生させる非線形光学結晶素子を備える
請求項１２に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項14】

前記非線形光学結晶素子の温度により前記第１の光と前記第２の光の光量比を制御する光量比調整部と、
を備える
請求項１３に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項15】

被付着物に対向する面に、前記第２の波長以外の光を吸収する吸収層を介して前記被照射体を担持する担持体を備え、
前記光照射部は、
前記担持体の前記被付着物に対向する面とは反対側の面に、前記第１の光の前記光走査部による走査光を照射して、前記担持体により担持された前記被照射体を前記被付着物に向けて飛翔させ、
前記被付着物に対向する方向から前記担持体を介して、前記第２の光の前記光走査部による走査光を前記被付着物上に着弾した前記被照射体に照射して、前記被照射体を前記被付着物に固定する
請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項16】

前記光走査部により走査される前記複数の光を屈曲する光屈曲素子を備え、
前記光屈曲素子により屈曲された前記複数の光の各光軸は、前記光走査部による走査方向において相互に平行である
請求項１乃至１５の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項17】

前記第１の光及び前記第２の光はそれぞれパルス光であり、
前記第１の光に対する前記第２の光の照射タイミングは、前記光走査部による走査方向に沿う位置に応じて異なる
請求項１乃至１６の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項18】

前記被照射体を担持して所定方向に移動される担持体を備え、
前記複数の光の各光軸は、前記所定方向において交差する
請求項１乃至１７の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置。

【請求項19】

請求項１乃至１８の何れか１項に記載の被照射体の飛翔装置を備える
立体造形装置。

【請求項20】

少なくとも第１の光と第２の光を含む複数の光を照射する光照射工程と、
前記複数の光を走査させる光走査工程と、を行い、
前記複数の光のうち、前記第１の光で被照射体を飛翔させる被照射体の飛翔方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被照射体の飛翔装置、立体造形装置、及び被照射体の飛翔方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、画像形成、３Ｄプリンタ、プリンテッドエレクトロニクスなどの分野で、様々な材料を所望の位置に飛翔させる技術が知られている。例えば、粉末材により形成された薄層のうちの所定の領域に予備加熱用レーザビームを照射し、予備加熱された所定の領域に所定のタイミングで本加熱用レーザビームを照射して、粉末材を溶融させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、特許文献１の技術は、予備加熱用レーザビームや本加熱用レーザビーム等の複数の光の照射を簡便に制御することができなかった。

【0004】

本発明は、複数の光の照射を簡便に制御することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の被照射体の飛翔装置は、少なくとも第１の光と第２の光を含む複数の光を照射する光照射部と、前記複数の光を走査させる光走査部と、を備え、前記複数の光のうち、前記第１の光で被照射体を飛翔させる。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、複数の光の照射を簡便に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態に係る飛翔装置を示す図である。

【図2】被照射体供給部の構成例を示す図である。

【図3】ハイブリッド光の構成例を示す図である。

【図4】ハイブリッド光の生成過程例を示す図である。

【図5】ハイブリッド光による処理例を示す図であり、（ａ）は飛翔用レーザビームの照射例を示す図、（ｂ）は固定用レーザビームの照射例を示す図である。

【図6】第２実施形態に係る飛翔装置を示す図である。

【図7】レーザビームの特性値Ｍ^２（エムスクエア）を説明する図である。

【図8】第３実施形態に係る飛翔装置を示す図である。

【図9】第４実施形態に係る飛翔装置を示す図である。

【図10】レーザ光源を説明する図であり、（ａ）はレーザ光源の構成例を示す図、（ｂ）は温度と第２次高調波の変換効率の関係例を示す図である。

【図11】第５実施形態に係る飛翔装置を示す図である。

【図12】飛翔用レーザビームと固定用レーザビームの時間差を示す図である。

【図13】第６実施形態に係る立体造形装置を示す図である。

【図14】第７実施形態に係る飛翔装置を示す図である。

【図15】第８実施形態に係る飛翔装置を示す図であり、（ａ）は走査方向における位置を示す図であり、（ｂ）は第１の照射タイミングの図、（ｃ）は第２の照射タイミングの図、（ｄ）は第３の照射タイミングの図である。

【図16】第９実施形態に係る飛翔装置を示す図であり、（ａ）は移動方向における照射角度を示す図、（ｂ）は所定タイミングでの照射を示す図、（ｃ）は（ａ）の時間Δｔ２後の図、（ｄ）は（ａ）の時間Δｔ２＋Δｔ３後の図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

実施形態に係る被照射体の飛翔装置では、少なくとも第１の光と第２の光を含む複数の光を照射する光照射部と、複数の光を走査させる光走査部と、を備え、複数の光のうち、前記第１の光で被照射体を飛翔させる。第１の光と、第２の処理を行うための該第１の光とは異なる第２の光のそれぞれを、共通の光走査部を用いて走査させて被照射体に照射する。これにより、複数の光の照射を簡便に制御できる。

【0010】

従来、２つの光を空間的及び時間的に対応付けて、被照射体に照射するためには、極めて高精度な制御が要求される場合があった。これに対し、本発明は、異なる処理を行う２つの光を空間的及び時間的に対応付けて照射する。

【0011】

（被照射体）
被照射体とは、光の照射によって、飛翔や被付着物への付着等の所望の処理が施される材料をいう。一例として、光吸収材や粉末材料等あげられるが、光によって飛翔される物質であれば特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。

【0012】

（被照射体の飛翔装置）
また、被照射体の飛翔装置とは、被照射体を飛翔させる装置をいう。また被付着物に被照射体を付着させる機能を備えることもできる。なお以下では、説明を簡略化するために、被照射体の飛翔装置を、単に飛翔装置という。

【0013】

（光照射部）
光照射部は、少なくとも第１の光と第２の光を含む複数の光を照射する。第１の光と第２の光の光源は同じであってもよいし、異なる光源であってもよい。第１の光は、被照射体を飛翔させる。より具体的には、例えば担持体により担持された被照射体に飛翔用レーザビームを照射して被付着物に飛翔させる。第２の光は、第１の光により飛翔された被照射体を固定する。より具体的には、例えば第１の光により飛翔して被付着物上に着弾した被照射体に固定用レーザビームを照射し、被照射体を加熱，溶融させて被付着物に固定する。

【0014】

（複数の光）
複数の光は、少なくとも第１の光と第２の光を含む。なお以下では、説明を簡略化するために、第１の光と第２の光を合わせて、単に「２つの光」もしくは「ハイブリット光」という。

【0015】

（光走査部）
光走査部は、複数の光を走査させる。また、「２つの光を空間的に対応付けて照射する」とは、２つの光の照射位置を所定の関係にすることをいう。この所定の関係には、２つの光の照射位置が一致する関係や所定量だけずれた関係等が挙げられる。

【0016】

また、「２つの光を時間的に対応付けて照射する」とは、２つの光の照射タイミングを所定の関係にすることをいう。この所定の関係には、２つの光の照射タイミングが一致する関係や所定量だけずれた関係等が挙げられる。

【0017】

［第１実施形態］
＜飛翔装置１の構成例＞
まず、第１実施形態に係る飛翔装置１について説明する。図１は飛翔装置１の構成の一例を説明する図である。

【0018】

図１において、飛翔装置１は、光照射部２を有し、光照射部２は、光走査部としてポリゴンミラー２７を含む。また、飛翔装置１は、被照射体供給部１０と、担持体としての透明シート１２と、ステージ４と、ホストコンピュータ４１と、露光条件設定部４２とを有している。また、光照射部２は、レーザ光源２１、レーザ光源２２と、導光部としてのファイバコンバイナ２３と、コリメートレンズ２４と、アパーチャ２５と、シリンドリカルレンズ２６と、光走査部としてのポリゴンミラー２７と、走査レンズ２８と、防塵ガラス２９を有する。

【0019】

飛翔装置１は、担持体としての透明シート１２に担持された被照射体１１に飛翔用レーザビーム２１１を照射し、またｙ方向に移動可能なステージ４上に載置される被付着物３に固定用レーザビーム２２１を照射する光照射部２を備える。

【0020】

被照射体１１は、被照射体供給部１０を構成している透明シート１２に担持されて、被付着物３に対向して供給される。なお、透明シート１２は、少なくとも飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１に対して透過性を有するシート状部材である。

【0021】

より詳しくは、光照射部２は、被照射体１１の光吸収波長に対応する第１の光としてのパルス状の飛翔用レーザビーム２１１を照射して、透明シート１２に担持された被照射体１１を飛翔させる。

【0022】

ここで、「被照射体１１の光吸収波長に対応する光」とは、被照射体１１により光吸収される波長をいい、例えば被照射体１１による光吸収が最大となる波長の光である。光吸収がより大きい波長の光であると、被照射体１１を飛翔させる処理や被照射体を被付着物に固定する処理を効率的に実行させることができるため、より好適である。

【0023】

光照射部２は、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１と、第２の光として固定用レーザビーム２２１をそれぞれ照射する。光照射部２は、飛翔用レーザビーム２１１の照射により飛翔して被付着物３上に着弾した被照射体１１に、被照射体１１の光吸収波長に対応する第２の光としてのパルス状の固定用レーザビーム２２１を照射する。固定用レーザビーム２２１の照射により被付着物３上に着弾した未固定の被照射体１１を加熱し、溶融させて、その後の冷却によって被照射体１１を被付着物３に固定する。

【0024】

飛翔用レーザビーム２１１と固定用レーザビーム２２１は同じ波長の光であるが、これに限定されるものではなく、両者を異ならせてもよい。

【0025】

レーザ光源２１は、短パルスレーザであり、固体レーザ方式、ファイバレーザ方式、半導体レーザ方式等で飛翔用レーザビーム２１１を射出する。レーザ光源２２も同様に短パルスレーザであり、固体レーザ方式、ファイバレーザ方式、半導体レーザ方式等で固定用レーザビーム２２１を射出する。これらを高速周波数制御、又はパワー変調制御を行う場合には、ファイバレーザ方式が適している。

【0026】

レーザ光源２１，２２のレーザビームの射出口は、導光部の一例としてのファイバコンバイナ２３の備える２つの入射ポート（図１の＋ｘ方向側の端部）にそれぞれ接続されている。レーザ光源２１，２２から射出された飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１は、入射ポートを通してファイバコンバイナ２３内に導光される。

【0027】

ファイバコンバイナ２３は、導光された飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１を伝搬させ、両者が同軸結合されたハイブリッド光２０を生成し、これを出射ポート（図１の−ｘ方向側の端部）から射出する。

【0028】

ここで、同軸のレーザビームとは、２つのレーザビームの光軸が一致していることをいう。但し、この一致は完全な一致を要求するものではなく、部材の製造誤差に伴う一般に誤差と認められる程度の差は許容される。また図１では、説明のために、飛翔用レーザビーム２１１と固定用レーザビーム２２１とを完全に一致させずに、ずらして表示している。

【0029】

ファイバコンバイナ２３から射出され、球面波状に広がるハイブリッド光２０は、コリメートレンズ２４を透過することで平行光束に変換される。

【0030】

平行光束に変換することで、後段の光学系に対してハイブリッド光２０を効率よく伝搬させることが可能になる。なお、装置全体の光学系に鑑みて、平行光よりも発散光、あるいは収束光になるコリメートレンズ２４を使用することもできる。

【0031】

平行光束のハイブリッド光２０は、空間フィルタとして作用するアパーチャ２５を通った後、シリンドリカルレンズ２６に到達する。

【0032】

シリンドリカルレンズ２６は、ｙ方向に沿う方向にのみ入射光を収束させるレンズであり、ポリゴンミラー２７面のｙ方向に沿う方向における傾きの影響を補正する機能を有する。

【0033】

ハイブリッド光２０は、シリンドリカルレンズ２６を透過した後、光走査部としてのポリゴンミラー２７の光反射面に到達する。

【0034】

ポリゴンミラー２７は、複数の光を走査する。ここでは、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１と、第２の光として固定用レーザビーム２２１を走査させる。ポリゴンミラー２７が１つで２つの光を走査させる。ポリゴンミラー２７は、モータ等の駆動部によって回転可能なミラーであり、正六角形の断面形状をしている。正六角形の辺（実施形態では六辺）のそれぞれの位置に光反射面を備えている。回転するポリゴンミラー２７の位置に達したハイブリッド光２０は、それら六つの光反射面の何れか一つの表面上で反射される。反射角は、反射の瞬間における光反射面の角度に応じたものになるが、その角度はポリゴンミラー２７の回転に伴って刻々と変化する。これにより、ハイブリッド光２０のポリゴンミラー２７による反射光は、図１のｘ方向に走査される。

【0035】

ポリゴンミラー２７の六つの光反射面の何れかで反射したハイブリッド光２０の走査光は、走査レンズ２８、防塵ガラス２９を順次透過する。その後、透明シート１２を通過して、透明シート１２の被付着物３に対向する側の面に担持された被照射体１１に到達する。なお、ポリゴンミラー２７の後段には必要に応じて長尺レンズを配置することもできる。

【0036】

ハイブリッド光２０のうちの飛翔用レーザビーム２１１を被照射体１１に照射することで、飛翔用レーザビーム２１１のエネルギーを吸収した被照射体１１が透明シート１２から被付着物３に向けて（図１の白抜き矢印方向）飛翔する。飛翔した被照射体１１は被付着物３上に着弾する。

【0037】

一方、ハイブリッド光２０のうちの固定用レーザビーム２２１は、透明シート１２に担持された被照射体１１を通過して、飛翔用レーザビーム２１１の照射により飛翔して被付着物３上に着弾した被照射体１１に照射される。固定用レーザビーム２２１の照射により、被付着物３上の被照射体１１は加熱されて溶融し、その後冷却して被付着物３に固定される。

【0038】

なお、光照射部２は、折り返しミラーやビーム整形光学系等を備えることもでき、また、光走査部における光偏向器は、ポリゴンミラー２７に限定されるものではなく、ガルバノミラー等により構成することもできる。

【0039】

ホストコンピュータ４１は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）等で作成された画像データ（描画データ）を外部装置等から取得して、取得した描画データに対して画像処理等を施した後、露光条件設定部４２に出力する。また、ホストコンピュータ４１は、ステージ４に対して座標制御信号を出力してステージ４の移動を制御する。

【0040】

露光条件設定部４２は、予めユーザーによって入力された露光領域、走査速度、周波数、ビーム径、光出力強度等の露光パラメータと、ホストコンピュータ４１から送られてきた描画データとをレーザ光源２１，２２のそれぞれに出力する。

【0041】

また、被照射体供給部１０としては、光照射部２と被付着物３との間の飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１の光路上に、被照射体１１を供給するものであれば、特に制限はない。例えば、飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１の光路上に配置された円筒状の担持体やベルト状の担持体を介して被照射体１１を供給することもできる。

【0042】

＜被照射体供給部１０の構成例＞
次に、被照射体供給部１０の構成について、図２を参照して説明する。図２は被照射体供給部１０の構成の一例を説明する図である。

【0043】

被照射体供給部１０は、被照射体１１を貯留する貯留槽１０１と、供給ローラ１０２と、規制ブレード１０３と、シート送出ローラ１０４と、シート回収ローラ１０５を有している。

【0044】

供給ローラ１０２は、シート送出ローラ１０４と当接するように配置され、貯留槽１０１の被照射体１１に一部が浸漬されている。供給ローラ１０２は、回転駆動部によって、又はシート送出ローラ１０４の回転に従動して、矢印方向（時計回り方向）に回転しながら被照射体１１を周面に付着させる。

【0045】

供給ローラ１０２の周面に付着した被照射体１１は、規制ブレード１０３により平均厚みを均一にされ、シート送出ローラ１０４から送出される透明シート１２上に転移することにより層として供給される。透明シート１２は、供給された被照射体１１を、被付着物３に対向する側の面に分子間力によって担持する。なお、エア吸着や静電吸着によって、透明シート１２による被照射体１１の担持力を補強してもよい。

【0046】

シート送出ローラ１０４には透明シート１２が予め巻き付けられており、巻き付けられた透明シート１２の一端は、シート送出ローラ１０４から＋ｙ方向に離間して配置されたシート回収ローラ１０５に接続されている。

【0047】

モータ等の駆動部による回転によって、シート回収ローラ１０５は透明シート１２を巻き取り、この巻き取り動作により透明シート１２は＋ｙ方向に走行する。シート送出ローラ１０４は、透明シート１２の走行に従動回転するとともに、巻き付けられている透明シート１２を、シート回収ローラ１０５に向けて送り出す。

【0048】

透明シート１２は、被照射体１１を担持して走行し、シート送出ローラ１０４とシート回収ローラ１０５の間に配置された光照射部２に対向する位置で、光照射部２により飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１が照射される。そして、被照射体１１を透明シート１２から飛翔させる処理と、被付着物３に固定する処理が行われる。

【0049】

透明シート１２に供給された被照射体１１は、シート送出ローラ１０４が回転することにより、飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１が照射される位置に連続的に供給される。処理後に、被照射体１１は、透明シート１２ごとシート回収ローラ１０５によって回収される。

【0050】

＜ハイブリッド光２０の一例＞
次に、第１実施形態に係るファイバコンバイナ２３で生成されるハイブリッド光２０の一例について、図３乃至図５を参照して説明する。

【0051】

図３はハイブリッド光２０の構成の一例を説明する図、図４はハイブリッド光の生成過程の一例を説明する図である。また、図５はハイブリッド光による処理例を示す図であり、（ａ）は飛翔用レーザビーム２１１による処理例を示す図、（ｂ）は固定用レーザビーム２２１による処理例を示す図である。

【0052】

図３に示すように、ハイブリッド光２０は、短パルスで高ピーク光強度の飛翔用レーザビーム２１１（斜線ハッチングで示した部分）と、飛翔用レーザビーム２１１と比較して長パルスで低ピーク光強度の固定用レーザビーム２２１とを含んで構成されている。なお、図３の横軸は時間を示し、縦軸は光強度を示している。

【0053】

ここで、飛翔用レーザビーム２１１のパルス期間（発光期間）は所定時間幅の一例であり、固定用レーザビーム２２１のパルス期間は所定時間幅以上の時間幅の一例である。

【0054】

また、図４に示すように、レーザ光源２１から射出された飛翔用レーザビーム２１１は、ファイバコンバイナ２３が備える２つの入射ポートのうちの一方に入射される。また、レーザ光源２２から射出された固定用レーザビーム２２１は他方の入射ポートに入射される。

【0055】

ファイバコンバイナ２３の分岐が合流する部分で、ファイバコンバイナ２３内をそれぞれ伝搬した飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１が合成される。これにより、ハイブリッド光２０が生成される。生成されたハイブリッド光２０は、ファイバコンバイナ２３内を伝搬した後、出射ポートから射出される。

【0056】

また、図５（ａ）に示すように、飛翔用レーザビーム２１１は、透明シート１２における被付着物３と対向する面とは反対側の面に照射される。短パルスで高ピーク光強度の飛翔用レーザビーム２１１を照射することで、短時間で高いエネルギーが透明シート１２を介して被照射体１１に付与される。

【0057】

このエネルギーの付与によるアブレーション効果または光放射圧によって、被照射体１１の透明シート１２への付着力（担持力）が開放され、重力により被照射体１１が下向きに落下することで、被照射体１１を飛翔させることができる。

【0058】

また、図５（ｂ）に示すように、固定用レーザビーム２２１は、被付着物３に対向する方向から透明シート１２を介して、被付着物３上に着弾した被照射体１１に照射される。

【0059】

同軸の飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１を１つのポリゴンミラー２７により走査させることで、走査された飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１の照射位置を正確に一致させることができる。図５（ｂ）では、飛翔用レーザビーム２１１照射による被照射体１１の飛翔で透明シート１２上の被照射体１１が欠落した部分を、固定用レーザビーム２２１が通過し、被付着物３上に着弾した被照射体１１に到達している。

【0060】

長パルスで低ピーク光強度の固定用レーザビーム２２１を照射することで、パルス期間分だけの熱エネルギーを、被付着物３上に着弾した被照射体１１に付与できる。付与された熱エネルギーで被照射体１１の温度が上昇し、融点以上に達すると被照射体１１が溶融する。溶融した部分がその後冷却することで、被照射体１１は被付着物３上に固定される。

【0061】

ここで、図３乃至図４では、飛翔用レーザビーム２１１と比較して長パルスで低ピーク光強度の固定用レーザビーム２２１を用いる例を示したが、連続発振するＣＷ（Continuous Wave）光であってもよい。

【0062】

また、２つのレーザ光源２１，２２を用いる例を示したが、これに限定されるものではない。オフセット信号とパルス信号を重畳させた電流を半導体レーザ等のレーザ光源に入力し、オフセット信号によりＣＷ光を発振させ、パルス信号によりパルス光を発振させて、両者の合成によりハイブリッド光を生成することもできる。

【0063】

また、飛翔用レーザビーム２１１により飛翔させた被照射体１１が被付着物３上に着弾した後で、着弾後の被照射体１１に固定用レーザビーム２２１を照射できるように、短パルスの飛翔用レーザビーム２１１は、長パルスの固定用レーザビーム２２１のパルス期間における早いタイミングに照射されることが好ましい。

【0064】

このような飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１の照射タイミングの調整は、レーザ光源２１，２２の何れか一方の射出タイミングを調整することで容易に行うことができる。

【0065】

＜飛翔装置１の作用効果＞
以上説明してきたように、飛翔装置１では、透明シート１２により担持された被照射体１１に飛翔用レーザビーム２１１を照射して、被照射体１１を被付着物３に向けて飛翔させる。また、被付着物３上に着弾した被照射体１１に固定用レーザビーム２２１を照射して、被照射体１１を加熱し、溶融させて被付着物３に固定する。着弾した被照射体１１に固定用レーザビーム２２１を照射して、被照射体１１を被付着物３に固定するためには、飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１のそれぞれの照射位置と照射タイミングを正確に対応付けることが好ましい。

【0066】

従来技術のように、飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１を別々の光偏向器で走査させると、各走査光による照射位置と照射タイミングを正確に対応付けるために、レーザ光源の射出やポリゴンミラーの回転等を極めて高精度に制御することが要求される。このような制御は、装置構成の複雑化や装置コストの増大を招来させる場合がある。

【0067】

本実施形態では、飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１のそれぞれの走査を、共通の光走査部であるポリゴンミラー２７を用いて行う。そのため、それぞれの走査光の照射位置と照射タイミングを正確且つ容易に対応付けることができる。

【0068】

換言すると、被照射体１１を飛翔させる処理を行う飛翔用レーザビーム２１１と、被照射体１１を被付着物３に固定する処理を行う固定用レーザビーム２２１を、空間的及び時間的に正確且つ容易に対応付けて照射することができる。これにより、装置構成の複雑化や装置コストの増大を防止できる。また、ポリゴンミラー２７や走査レンズ２８等の部材を共通化することによっても、装置コストの低減が図れる。

【0069】

また、本実施形態では、ファイバコンバイナ２３により、飛翔用レーザビーム２１１の光軸と固定用レーザビーム２２１の光軸を一致させてポリゴンミラー２７に導光する。光軸が一致した同軸の飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１を、共通のポリゴンミラー２７で走査させることで、各走査光の位置を、特段の制御を行うことなく正確に一致させることができる。

【0070】

ここで、本実施形態では、導光部の一例としてファイバコンバイナ２３を用いる例を示したが、これに限定されるものではなく、ビームスプリッタ等の光学素子により導光部を構成することもできる。

【0071】

また、本実施形態では、透明シート１２は被付着物３に対向する面に被照射体１１を担持し、飛翔用レーザビーム２１１の走査光を透明シート１２の被付着物３に対向する面とは反対側の面に照射する。また、被付着物３に着弾した被照射体１１に対し、被付着物３に対向する方向から透明シート１２を介して、固定用レーザビーム２２１の走査光を照射する。このように、透明シート１２を介して被付着物３と対向配置で光照射部２による処理を行うことで、飛翔装置１の装置構成を簡略化することができる。

【0072】

また、本実施形態では、短パルスで高ピーク光強度の飛翔用レーザビーム２１１と、飛翔用レーザビーム２１１と比較して長パルスで低ピーク光強度の固定用レーザビーム２２１とを含んで構成したハイブリッド光２０を用いて、光照射部２による処理を実行する。これにより、同軸の飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１を容易に生成できる。

【0073】

なお、飛翔用レーザビーム２１１の収束位置（ビームウエスト位置）は、透明シート１２による被照射体１１の担持面に略一致するように、走査レンズ２８等を設計すると好適である。このようにすることで、担持面内における飛翔用レーザビーム２１１の照射の空間分解能を向上させ、被付着物３上に被照射体１１を固定する密度を上げることができる。また、飛翔用レーザビーム２１１の収束位置で、被照射体１１を飛翔させるための単位面積当たりのエネルギーをより高くすることができる。

【0074】

なお、本実施形態では、被付着物３上に着弾した被照射体１１に、固定用レーザビーム２２１を照射して加熱，溶融させる固定方式の例を示したが、これに限定されるものではない。固定用レーザビーム２２１を予め被付着物３表面に照射することで溶融させた被付着物３表面に、飛翔用レーザビーム２１１の照射で飛翔した被照射体１１を着弾させ、その後の被付着物３表面の冷却で被照射体１１を固定する方式にも、本実施形態を適用できる。この場合は、固定用レーザビーム２２１の照射タイミングに対して飛翔用レーザビーム２１１の照射タイミングを遅延させればよい。

【0075】

さらに、被照射体１１を被付着物３上に固定する処理は、固定用レーザビーム２２１により被照射体１１又は被付着物３の何れか一方を加熱、溶融させる方式に限定されるものではない。

【0076】

被照射体１１をＵＶ（Ultra Violet）硬化樹脂で構成し、レーザ光源２２としてＵＶレーザ光源を用いたり、レーザ光源２２に代えてレーザ以外のＵＶ光源を用いたりして、被照射体１１をＵＶ硬化させて固定することもできる。

【0077】

また、被照射体１１を熱硬化樹脂で構成し、レーザ光源２２として該熱硬化樹脂に対して光吸収の大きいレーザ光源を用いたり、レーザ光源２２に代えて該熱硬化樹脂に対して光吸収の大きいレーザ以外の光源を用いたりして、被照射体１１を熱硬化させて固定することもできる。

【0078】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る飛翔装置１ａについて、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の構成部には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。飛翔装置１ａは、光照射部２ａを有し、光照射部２ａは、光走査部としてガルバノミラー２７ａが含まれる。また、飛翔装置１ａは、担持体としての透明シート１２と、ステージ４を有している。また、光照射部２ａは、レーザ光源２１ａと、コリメートレンズ２４と、アパーチャ２５と、照射領域設定部として回折光学素子３１、走査レンズ２８と、防塵ガラス２９を有する。光照射部２ａは、複数の光を走査する。ここでは少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１１と、第２の光として固定用レーザビーム２１１２をそれぞれ照射する。ガルバノミラー２７ａは、第１の光として飛翔用レーザビーム２１１１と、第２の光として固定用レーザビーム２１１２を走査させる。ガルバノミラー２７ａが１つで２つの光を走査させる。

【0079】

本実施形態では、１つのレーザ光源２１ａから射出された飛翔用レーザビーム２１１ａを回折光学素子３１によって飛翔用レーザビーム２１１１及び固定用レーザビーム２１１２にそれぞれ領域を設定する。飛翔用レーザビーム２１１１は、透明シート１２における被照射体１１の担持面の所定領域に照射して被照射体１１を飛翔させる。また、固定用レーザビーム２１１２は、被付着物３上の所定領域に照射して被照射体１１を被付着物３に固定する。回折光学素子３１によって、透明シート１２上に飛翔用レーザビーム２１１１を収束させ、被付着物３上に固定用レーザビーム２１１２を収束させている。

【0080】

図６は、このような飛翔装置１ａの備える光照射部２ａの構成の一例を説明する図である。図６に示すように、光照射部２ａは、飛翔用レーザビーム２１１ａを射出するレーザ光源２１ａと、飛翔用レーザビーム２１１ａを回折させる回折光学素子３１とを備えている。

【0081】

回折光学素子３１による回折光のうちの０次回折光（透過光）は、回折光学素子３１通過後もそのまま直進する平行光束の飛翔用レーザビーム２１１１になる。飛翔用レーザビーム２１１１は、ガルバノミラー２７ａで反射された後、走査レンズ２８によって、透明シート１２による被照射体１１の担持面に収束される。この収束光を照射することで、透明シート１２に担持された被照射体１１を被付着物３に向けて飛翔させることができる。

【0082】

一方、回折光学素子３１による回折光のうちの１次回折光は、回折光学素子３１通過後に球面波状に広がる発散光の固定用レーザビーム２１１２になる。固定用レーザビーム２１１２は、ガルバノミラー２７ａで反射された後、走査レンズ２８によって、飛翔用レーザビーム２１１１の収束位置よりも遠方（−ｚ方向側）に収束される。この収束光を照射することで、被付着物３上に着弾した被照射体１１を被付着物３に固定できる。

【0083】

ここで、固定用レーザビーム２１１２は、担持面の位置では収束しないため、照射で付与されるエネルギー（フルエンス）が被照射体１１を溶融させるフルエンス閾値より小さくなっている。これにより、担持面における被照射体１１への固定用レーザビーム２１１２の影響を抑えて、被付着物３上に固定用レーザビーム２１１２を照射できる。

【0084】

また、担持面における被照射体１１への固定用レーザビーム２１１２の影響をより抑制するためには、固定用レーザビーム２１１２の焦点深度が浅いほうが好ましい。固定用レーザビーム２１１２の焦点深度を浅くするために、レーザ光源２１ａとして、以下の（１）式で表される特性値Ｍ^２（エムスクエア）が大きいものを用いると好適である。

【0085】

【数1】

ここで、（１）式のＤはビームウエストの直径(μｍ)、θはビーム拡がり全角（ｒａｄ）、λはレーザ光の波長(μｍ)を表している。

【0086】

図７は、レーザビームの特性値Ｍ^２を説明する図であり、レーザビームのビームウエスト直径Ｄを所定値に固定した場合の特性値Ｍ^２と焦点深度の関係を示す図である。

【0087】

図７において、破線で示した曲線は、特性値Ｍ^２が１．３である固定用レーザビーム２１１２を示し、一点鎖線で示した曲線は、特性値Ｍ^２が１である比較例としての固定用レーザビーム２１１２'を示している。

【0088】

また、直線１１Ｍは透明シート１２により担持された被照射体１１の位置（担持面の位置）、直線３Ｍは被付着物３の表面位置をそれぞれ示し、ビームウエスト位置は被付着物３の表面位置に設定されている場合を例示している。

【0089】

特性値Ｍ^２が大きいほど焦点深度が狭くなる。そのため、特性値Ｍ^２が１である固定用レーザビーム２１１２'と比較して、特性値Ｍ^２が１．３である固定用レーザビーム２１１２では、ビームウエスト位置から光軸方向に離れるにつれてビーム直径が急激に拡大している。

【0090】

ビーム直径が大きいほど単位面積当たりのフルエンスが低下する。そのため、特性値Ｍ^２を大きくすることで、ビームウエスト位置である被付着物３上から離れた被照射体１１の位置でのフルエンスを低下させ、被照射体１１への固定用レーザビーム２１１２の影響を抑制できる。

【0091】

所望の特性値Ｍ^２の光源をレーザ光源２１ａとして選定することで、所望の上記抑制効果を得ることができる。なお、特性値Ｍ^２は１．３に限定されるものではなく、一般に理想とされる特性値Ｍ^２に対して大きい特性値Ｍ^２の光源をレーザ光源２１ａとして選定できる。一般に理想とされる特性値Ｍ^２に対して大きい特性値Ｍ^２の光源は、特性値Ｍ^２が１．３以上のレーザ光源等である。

【0092】

本実施形態による上述した以外の効果は、第１実施形態と同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

【0093】

なお、被照射体１１の担持面上での充填率が低く、被照射体１１が担持面上にまばらに担持される場合に本実施形態を適用すると、固定用レーザビーム２１１２が担持面を通過する時に被照射体１１の光吸収による損失が抑制されるため、より好適である。

【0094】

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の飛翔装置１ｂについて説明する。

【0095】

本実施形態では、照射領域設定部の一例としての凹レンズと、導光部の一例としてのビームスプリッタとを用いる。２つのレーザ光源から射出されたレーザビームの一方を飛翔用レーザビームとし、透明シート１２における被照射体１１の担持面の所定領域に照射して被照射体１１を飛翔させる。また、他方のレーザビームを固定用レーザビームとし、被付着物３上の所定領域に照射して被照射体１１を被付着物３に固定する。

【0096】

図８は、このような変形例に係る飛翔装置１ｂを説明する図である。飛翔装置１ｂは、光照射部２ｂを有し、光照射部２ｂは、光走査部としてガルバノミラー２７ａが含まれる。また、飛翔装置１ｂは、担持体としての透明シート１２と、ステージ４を有している。光照射部２ｂは、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１ａと、第２の光として固定用レーザビーム２２１ｂをそれぞれ照射する。ガルバノミラー２７ａは、複数の光を走査する。ここでは、第１の光として飛翔用レーザビーム２１１ａと、第２の光として固定用レーザビーム２２１ｂを走査させる。ガルバノミラー２７ａが１つで２つの光を走査させる。

【0097】

図８に示すように、光照射部２ｂは、レーザ光源２１ｂ,２２ｂと、コリメートレンズ２４１,２４２と、アパーチャ２５１,２５２と、ミラー３２と、凹レンズ３３と、ビームスプリッタ３４と、走査レンズ２８と、防塵ガラス２９とを備えている。

【0098】

レーザ光源２２ｂから射出された固定用レーザビーム２２１ｂ（破線）は、コリメートレンズ２４２、アパーチャ２５２を通った後、ミラー３２で反射される。その後、凹レンズ３３により球面波状に広がる発散光に変換され、ビームスプリッタ３４で反射されて、ガルバノミラー２７ａに到達する。

【0099】

一方、レーザ光源２１ｂから射出された飛翔用レーザビーム２１１ｂ（実線）は、コリメートレンズ２４１、アパーチャ２５１を通った後、ビームスプリッタ３４を透過して、ガルバノミラー２７ａに到達する。

【0100】

飛翔用レーザビーム２１１ｂと固定用レーザビーム２２１ｂは、ビームスプリッタ３４により同軸に結合される。

【0101】

飛翔用レーザビーム２１１ｂは、ガルバノミラー２７ａで反射された後、走査レンズ２８によって、透明シート１２による被照射体１１の担持面に収束される。この収束光を照射することで、透明シート１２に担持された被照射体１１が被付着物３に向けて飛翔する。

【0102】

一方、固定用レーザビーム２２１ｂは、ガルバノミラー２７ａで反射された後、走査レンズ２８によって、飛翔用レーザビーム２１１ｂの収束位置よりも遠方（−ｚ方向側）に収束される。この収束光を照射することで、被付着物３上に着弾した被照射体１１を被付着物３に固定できる。

【0103】

このように、２つの光源と凹レンズによって、平行光束である飛翔用レーザビーム２１１ｂと、発散光である固定用レーザビーム２２１ｂとを生成し、これらを用いて上述した第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、本変形例では２つの光源を用いるため、各光源のパルス幅や波長を異ならせたり、レーザ光源２２ｂにＣＷ光を射出するものを用いたりすることも可能になる。

【0104】

［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る飛翔装置１ｃについて説明する。

【0105】

本実施形態では、非線形光学結晶素子を用いて基準レーザ光の第２次高調波を発生させる。基準レーザ光を飛翔用レーザビームとし、透明シート１２における被照射体１１の担持面の所定領域に照射して被照射体１１を飛翔させる。また、第２次高調波を固定用レーザビームとし、他方のレーザビームを被付着物３上の所定領域に照射して被照射体１１を被付着物３に固定する。

【0106】

図９は、このような飛翔装置１ｃを説明する図である。飛翔装置１ｃは、光照射部２ｃを有し、光照射部２ｃは、光走査部としてポリゴンミラー２７が含まれる。また、飛翔装置１ｃは、担持体としての透明シート１２と、ステージ４を有している。また、光照射部２ｃは、レーザ光源２１ｃと、コリメートレンズ２４と、アパーチャ２５と、走査レンズ２８と、防塵ガラス２９を有する。光照射部２ｃは、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１ｃと、第２の光として固定用レーザビーム２２１ｃをそれぞれ照射する。ポリゴンミラー２７は、複数の光を走査する。ここでは、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１ｃと、第２の光として固定用レーザビーム２２１ｃを走査させる。ポリゴンミラー２７が１つで２つの光を走査させる。

【0107】

また、図９に示すように、レーザ光源２１ｃに対し、温度調節器２１０を備えている。温度調節器２１０は、レーザ光源２１ｃの温度を調節する。また、飛翔装置１ｃにおける透明シート１２の被付着物３に対向する側の面には光吸収層１３が設けられ、透明シート１２は光吸収層１３を介して被照射体１１を担持する構成となっている。

【0108】

レーザ光源２１ｃは、基準レーザ光である飛翔用レーザビーム２１１ｃと、基準レーザ光の第２高調波である固定用レーザビーム２２１ｃとを射出する。一例として、飛翔用レーザビーム２１１ｃは波長が１０６４ｎｍの赤外線であり、固定用レーザビーム２２１ｃは該赤外線の第２次高調波である波長５３２ｎｍのＧｒｅｅｎ光である。ここで、飛翔用レーザビーム２１１ｃの波長は第１の波長の一例であり、固定用レーザビーム２２１ｃの波長は第２の波長の一例である。

【0109】

飛翔用レーザビーム２１１ｃ，固定用レーザビーム２２１ｃのそれぞれは、コリメートレンズ２４、アパーチャ２５、シリンドリカルレンズ２６を通過してポリゴンミラー２７に入射される。その後、ポリゴンミラー２７で反射され、走査レンズ２８によって、光吸収層１３に照射される。

【0110】

光吸収層１３は、赤外線よりもＧｒｅｅｎ光の光吸収率が高いものが設けられており、照射されたレーザビームのうち、Ｇｒｅｅｎ光である飛翔用レーザビーム２１１ｃを選択的に光吸収する。光吸収層１３により光吸収されたエネルギーによって、担持された被照射体１１が被付着物３に向けて飛翔する。光吸収層１３として、Ｇｒｅｅｎ光を光吸収するポリイミド樹脂等を用いることができる。

【0111】

なお、本実施形態では、透明シート１２の被付着物３に対向する側の面に光吸収層１３を設けた例を示したが、透明シート１２の被付着物３に対向する側とは反対側の面に光吸収層１３を設けてもよい。但し、被付着物３に対向する側の面に光吸収層１３を設けると、光吸収層１３により光吸収されたエネルギーを、担持された被照射体１１に直接伝達できるため、より好適である。

【0112】

また、光吸収層１３としてＧｒｅｅｎ光の光吸収率が高いものを設けた例を示したが、これに限定されるものではなく、基準レーザ光の波長以外の波長に対して光吸収率が高いものを設けることができる。

【0113】

一方、固定用レーザビーム２２１ｃは、光吸収を受けずに光吸収層１３を通過して、被付着物３に照射される。これにより、被付着物３上に着弾した被照射体１１が被付着物３に固定される。

【0114】

ここで、図１０は、レーザ光源２１ｃを説明する図であり、（ａ）はレーザ光源２１ｃの構成の一例を示す図、（ｂ）は温度と第２次高調波の変換効率の関係の一例を示す図である。

【0115】

図１０（ａ）に示すように、レーザ光源２１ｃは、基準レーザ光源２０１と、非線形光学結晶素子２０４とを備えている。

【0116】

基準レーザ光源２０１から射出された基準レーザ光は、非線形光学結晶素子２０４に入射され、非線形光学結晶素子２０４から基準レーザ光とその第２次高調波のそれぞれが射出される。

【0117】

非線形光学結晶素子２０４は、ＬＢＯ（LiB3O5；リチウムトリボレート）結晶等を含んで構成されている。一般に、基準レーザ光は取り除かれて、第２次高調波だけが利用されるが、本実施形態では、基準レーザ光を飛翔用レーザビーム２１１ｃとし、その第２次高調波を固定用レーザビーム２２１ｃとして、両方を利用している。

【0118】

また、非線形光学結晶素子２０４は温度調節器２１０に接続され、温度調整可能になっている。例えば、非線形光学結晶素子２０４に接触するようにしてヒータが設けられ、光量比調整部の一例としての温度調節器２１０はヒータに電圧を印加することで、非線形光学結晶素子２０４を加熱することができる。ＬＢＯ結晶の場合、約１４９度が最適温度であり、この場合の変換効率は５０％を超える。

【0119】

ここで、図１０（ｂ）は横軸が温度、縦軸が第２次高調波の変換効率を示している。図１０（ｂ）に示すように、非線形光学結晶素子２０４の温度Ｔを調整することで第２次高調波の変換効率α（％）を変化させることができる。この変換効率αは「光量比」の一例である。第２次高調波の変換効率αの場合の基準レーザ光は、１−α（％）の比率の光強度となる。

【0120】

このように、非線形光学結晶素子２０４の温度Ｔを調整することで、飛翔用レーザビーム２１１ｃと固定用レーザビーム２２１ｃ間の光強度の比を変化させ、適正化することができる。

【0121】

なお、本実施形態による上述した以外の効果は、第１及び第２実施形態と同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

【0122】

［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係る飛翔装置１ｄについて説明する。

【0123】

図１１は、本実施形態に係る飛翔装置１ｄを説明する図である。飛翔装置１ｄは、光照射部２ｄを有し、光照射部２ｄは、光走査部としてポリゴンミラー２７が含まれる。また、飛翔装置１ｄは、担持体としての透明シート１２と、ステージ４を有している。さらに、光照射部２ｄは、防塵ガラス２９を有する。光照射部２ｄは、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１と、第２の光として固定用レーザビーム２２１をそれぞれ照射する。ポリゴンミラー２７は、複数の光を走査する。ここでは、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１と、第２の光として固定用レーザビーム２２１を走査させる。ポリゴンミラー２７が１つで２つの光を走査させる。

【0124】

図１１において、ステージ４は、載置した被付着物３を＋ｙ方向（白抜き矢印の方向）に移動速度ｖで移動させる。また、光照射部２ｄにおけるポリゴンミラー２７は、ハイブリッド光２０をｘ方向に走査させる。

【0125】

光照射部２ｄは、第１実施形態で説明した光照射部２と同様に、短パルスで高ピーク光強度の飛翔用レーザビーム２１１と、飛翔用レーザビーム２１１と比較して長パルスで低ピーク光強度の固定用レーザビーム２２１とを含むハイブリッド光２０を照射する。

【0126】

この場合、図１２に示すように、飛翔用レーザビーム２１１のパルス期間の中間タイミングから固定用レーザビーム２２１のパルス期間の中間タイミングまでには時間差Δｔが生じる。

【0127】

被照射体１１が透明シート１２の担持面から飛翔して被付着物３上に着弾するまでにかかる時間を無視すると、被付着物３上に着弾した被照射体１１は、ステージ４の移動により、時間差Δｔの期間に移動量ｖ・Δｔだけ＋ｙ方向に位置がずれる。

【0128】

従って、飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１を同軸で照射すると、被付着物３上の被照射体１１に固定用レーザビーム２２１を適切に照射できず、被照射体１１の固定処理を適切に行えなくなる場合がある。

【0129】

そのため、本実施形態では、図１１に示すように、光照射部２ｄは、ステージ４の移動方向（ｙ方向）と直交する走査方向（ｘ方向）に走査される飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１のそれぞれの光軸を、ステージ４の移動方向及び走査方向のそれぞれに直交する方向（ｚ方向）に対し、ステージ４の移動方向に沿う方向に向けて照射角度φだけ傾けてハイブリッド光２０を照射する。ここで、ステージ４の移動方向は所定方向の一例であり、照射角度φは所定角度の一例である。

【0130】

照射角度φだけ傾けて照射することで、担持面における飛翔用レーザビーム２１１の照射位置に対し、被付着物３上での固定用レーザビーム２２１の照射位置を、ｈ・ｔａｎ（φ）だけ＋ｙ方向にずらすことができる。ここで、ｈは、透明シート１２の担持面から被付着物３の表面までの距離である。

【0131】

ステージ４の移動による被照射体１１の移動量ｖ・Δｔと、照射角度φによる照射位置のずれ量ｈ・ｔａｎ（φ）が一致するように、照射角度φを予め決めておくことで、被付着物３上に着弾した被照射体１１に、固定用レーザビーム２２１を適切に照射できる。

【0132】

このようにして、本実施形態では、飛翔用レーザビーム２１１と固定用レーザビーム２２１で照射タイミングに時間差がある場合にも、固定用レーザビーム２２１を被付着物３上の被照射体１１に適切に照射し、固定処理を適切に実行することができる。

【0133】

なお、本実施形態による上述した以外の効果は、第１及び第２実施形態と同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

【0134】

［第６実施形態］
次に、第６実施形態に係る立体造形装置１００について、図１３を参照して説明する。図１３は、立体造形装置１００を説明する図である。

【0135】

立体造形装置１００は、光照射部２を有し、光照射部２は、光走査部としてポリゴンミラー２７を含む。光照射部２は、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１と、第２の光として固定用レーザビーム２２１をそれぞれ照射する。ポリゴンミラー２７は、複数の光を走査する。ここでは、少なくとも第１の光として飛翔用レーザビーム２１１と、第２の光として固定用レーザビーム２２１を走査させる。ポリゴンミラー２７が１つで２つの光を走査させる。

【0136】

また、立体造形装置１００は、被照射体供給部１１２と、担持体１１１と、ステージ１３１と、ステージ加熱ヒータ１３２している。さらに、被照射体供給部１１２は、メッシュローラ１２１と、ブレード１２２を有する。

【0137】

ステージ１３１は、造形する造形物（造形過程にある造形物）２００を支持する支持部材である。ステージ１３１は、矢印Ｙ方向に往復移動可能であり、矢印Ｚ方向に例えば造形厚み０．０５ｍｍピッチで上下動可能である。

【0138】

ステージ１３１の下側にはステージ加熱ヒータ１３２が配置され、ステージ１３１は造形材としての被照射体１１に合わせた温度に制御される。

【0139】

ステージ１３１の上方には、粒子状の被照射体１１を担持する回転部材からなる担持体１１１が配置されている。担持体１１１は、被照射体１１を担持して矢印方向（移送方向）に回転する回転ドラムで構成され、ステージ１３１上の造形物２００の上方まで被照射体１１を移送する。担持体１１１は、透明な部材であり、円筒形のガラス部材で構成しているが、これに限るものではない。

【0140】

立体造形装置１００で用いられる被照射体１１は、目的とする造形物２００に応じて適宜選択されるべきものであるが、樹脂の場合、例えば、ＰＡ１２（ポリアミド１２）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＳＦ（ポリサルホン）、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等である。また、本実施形態の被照射体１１は、結晶性樹脂のみに限らず、非晶性樹脂であるＰＣ（ポリカーボネート）やABＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、あるいは結晶性と非晶性の混合樹脂であってもよい。

【0141】

また、被照射体１１は、樹脂の他、金属、セラミック、液体などの種々の材料を用いることができる。また、被照射体１１は、１ｐａ・ｓ以上の粘度を有する材料であってもよい。

【0142】

担持体１１１の周面による被照射体１１の担持は、本実施形態では、分子間力（ファンデルワールス力）によって行っている。また、被照射体１１の抵抗値が高い場合、静電的な付着力だけでも担持できる。

【0143】

担持体１１１の周囲には、担持体１１１の周面（表面）に被照射体１１を供給する被照射体供給部１１２が配置されている。

【0144】

被照射体供給部１１２は、内部に被照射体１１が供給されて矢印方向に回転するメッシュローラ１２１と、メッシュローラ１２１内で被照射体１１を摺って擦るブレード１２２とを備えている。この被照射体供給部１１２は、ブレード１２２で被照射体１１を摺って擦りながら凝集を解くことで、メッシュローラ１２１を通過させ、担持体１１１の周面に被照射体１１の薄層を形成する。

【0145】

メッシュローラ１２１のメッシュの開目は被照射体１１の平均粒径より２０乃至３０％大きいものが好ましい。金属線を編んだものを使用できるが、電鋳などで作製されるフラットなメッシュがより好ましい。

【0146】

被照射体供給部１１２による供給は、メッシュローラに限定されるものではない。例えば、回転体による接触供給、非接触供給、非接触のメッシュ上からの散布、粉体気流撹拌による流動浸漬なども可能である。

【0147】

担持体１１１の内側には、担持体１１１の周面から被照射体１１を飛翔させる手段としての光照射部２が配置されている。

【0148】

光照射部２は、上述した各実施形態の何れかと同様の構成であり、担持体１１１の内側から被照射体１１に対してパルス状の飛翔用レーザビーム２１１，固定用レーザビーム２２１を照射する。ここで、固定用レーザビーム２２１の照射位置が造形位置に対応する。

【0149】

被照射体１１は、飛翔用レーザビーム２１１を照射されることで、担持体１１１の周面から飛翔用レーザビーム２１１の照射方向に飛翔する。

【0150】

また、固定用レーザビーム２２１の照射により造形物２００に着弾した被照射体１１を加熱し、溶融させ、その後、被照射体１１が冷却することで造形物２００と一体になり、造形物２００が少なくとも１被照射体分成長する。

【0151】

このように、担持体１１１の連続回転によって被照射体１１を移送しながら、飛翔用レーザビーム２１１により被照射体１１を飛翔させる処理と、固定用レーザビーム２２１により着弾した被照射体１１を加熱して溶融させ、造形物２００の表面に固定する処理を、造形が完了するまで繰り返す。

【0152】

これによって、造形物２００を所要の形状まで成長させて立体造形物を造形することができる。

【0153】

なお、本実施形態では、造形物２００上に着弾させた被照射体１１に、固定用レーザビーム２２１を照射して溶融させる固定方式の例を示したが、これに限定されるものではない。固定用レーザビーム２２１を予め造形物２００表面に照射することで溶融させた造形物２００の表面に、飛翔用レーザビーム２１１の照射で飛翔させた被照射体１１を着弾させ、その後の造形物２００表面の冷却により被照射体１１を固定する方式においても本実施形態を適用できる。固定用レーザビーム２２１の照射タイミングに対して飛翔用レーザビーム２１１の照射タイミングを遅延させることで、このような方式を実行可能である。

【0154】

また、本実施形態では、立体造形装置１００が光照射部２を備える構成を例示したが、立体造形装置１００は、飛翔装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの少なくとも１つを備えることもできる。

【0155】

［第７実施形態］
次に、第７実施形態に係る飛翔装置１ｅについて、図１４を参照して説明する。図１４は、飛翔装置１ｅにおける飛翔用レーザビームと固定用レーザビームの一例を説明する図である。図１４は、飛翔装置１ｅを＋ｙ方向側から視た図である。

【0156】

図１４に示すように、飛翔装置１ｅは、光照射部２ｅを備え、光照射部２ｅは、テレセントリックレンズ３０を備える。飛翔用レーザビーム２１１と固定用レーザビーム２２１は、それぞれポリゴンミラー２７の回転により走査方向２７１（ｘ方向）に沿って走査され、テレセントリックレンズ３０に入射する。飛翔用レーザビーム２１１と固定用レーザビーム２２１は、テレセントリックレンズ３０により屈曲される。飛翔用レーザビーム２１１は、透明シート１２に照射され、透明シート１２に担持された被照射体を飛翔させる。

【0157】

なお、図１４では、飛翔用レーザビーム２１１の光軸を実線の矢印で表示し、固定用レーザビーム２２１の光軸を破線の矢印で表示している。

【0158】

テレセントリックレンズ３０は、像側（透明シート１２側）でその中心軸と主光線が平行になるように設計され、配置されたレンズである。テレセントリックレンズ３０は、ポリゴンミラー２７により走査される飛翔用レーザビーム２１１と固定用レーザビーム２２１を屈曲する光屈曲素子の一例である。テレセントリックレンズ３０の材質には特段の制限はなく、ガラスや樹脂等を含んで構成可能である。

【0159】

本実施形態では、テレセントリックレンズ３０により屈曲された飛翔用レーザビーム２１１の光軸と、固定用レーザビーム２２１の光軸は、走査方向２７１において相互に平行になるように構成されている。この構成は、例えばテレセントリックレンズ３０の焦点距離及び配置位置を決定すること等により実現される。

【0160】

このようにすることで、例えば飛翔用レーザビーム２１１と固定用レーザビーム２２１の波長が異なる場合にも、飛翔用レーザビーム２１１による飛翔方向と、固定用レーザビーム２２１による照射方向を一致でき、飛翔して着弾した被照射体に、固定用レーザビーム２２１を確実に照射することができる。

【0161】

［第８実施形態］
次に、第８実施形態に係る飛翔装置１ｆについて、図１５を参照して説明する。

【0162】

図１５は、飛翔装置１ｆの一例を説明する図である。（ａ）は走査方向における位置を説明する図である。（ｂ）は飛翔用レーザビームに対する固定用レーザビームの第１の照射タイミングを説明する図である。また（ｃ）は飛翔用レーザビームに対する固定用レーザビームの第２の照射タイミング、（ｄ）は飛翔用レーザビームに対する固定用レーザビームの第３の照射タイミングをそれぞれ説明する図である。図１５（ａ）に示すように、飛翔装置１ｆは、光照射部２ｆを備える。

【0163】

図１５（ａ）において、ハイブリッド光２０ｐは、ポリゴンミラー２７の回転により走査方向２７１に沿って走査されるハイブリッド光のうち、＋ｘ方向側に走査されるものである。ハイブリッド光２０ｐは、テレセントリックレンズ３０を通過後に、透明シート１２上の照射位置１２ｐに到達する。

【0164】

同様に、ハイブリッド光２０ｍは、ポリゴンミラー２７の回転により走査方向２７１に沿って走査されるハイブリッド光のうち、−ｘ方向側に走査されるものである。ハイブリッド光２０ｍは、テレセントリックレンズ３０を通過後に、透明シート１２上の照射位置１２ｍに到達する。

【0165】

ハイブリッド光２０ｃは、ポリゴンミラー２７の回転により走査方向２７１に沿って走査されるハイブリッド光のうち、中央に走査されるものである。ハイブリッド光２０ｃは、テレセントリックレンズ３０を通過後に、透明シート１２上の照射位置１２ｃに到達する。

【0166】

本実施形態では、ハイブリッド光における飛翔用レーザビームに対する固定用レーザビームの照射タイミングは、走査方向２７１沿う位置に応じて異なるように構成されている。

【0167】

具体的には、図１５（ｂ）に示すように、照射位置１２ｍに照射されるハイブリッド光２０ｍでは、固定用レーザビーム２２１ｍの照射タイミング（第１の照射タイミング）は、飛翔用レーザビーム２１１ｍに対して時間差δｔｍだけ後になる。

【0168】

また図１５（ｃ）に示すように、照射位置１２ｃに照射されるハイブリッド光２０ｃでは、固定用レーザビーム２２１ｃの照射タイミング（第２の照射タイミング）は、飛翔用レーザビーム２１１ｃに対して等しくなる。

【0169】

また図１５（ｄ）に示すように、照射位置１２ｐに照射されるハイブリッド光２０ｐでは、固定用レーザビーム２２１ｐの照射タイミング（第３の照射タイミング）は、飛翔用レーザビーム２１１ｐに対して時間差δｔｐだけ前になる。

【0170】

なお、照射位置１２ｐ，１２ｃ，１２ｍは、走査方向２７１沿う異なる位置に対応する。

【0171】

ここで、飛翔用レーザビームは透明シート１２に照射され、固定用レーザビームは被付着物３に照射される。両者でｚ方向の照射位置が異なるため、これに応じて、飛翔用レーザビームの照射位置と固定用レーザビームの照射位置がｘ方向にずれる。走査角度が大きいほど照射位置のｘ方向のずれは大きくなる。

【0172】

飛翔用レーザビームに対する固定用レーザビームの照射タイミングを、走査方向２７１沿う位置に応じて異ならせることで、飛翔用レーザビームと固定用レーザビームの照射位置のずれを補償できる。これにより飛翔用レーザビームにより飛翔され、被付着物３上に着弾した被照射体に対して、固定用レーザビームを確実に照射することができる。

【0173】

［第９実施形態］
次に、第９実施形態に係る飛翔装置１ｇについて、図１６を参照して説明する。図１６は、飛翔装置１ｇの一例について説明する図である。（ａ）は飛翔用レーザビームと固定用レーザビームの照射角度を説明する図、（ｂ）は所定タイミングにおける飛翔用レーザビームと固定用レーザビームの照射を説明する図、（ｃ）は（ａ）の時間差Δｔ２後を説明する図、（ｄ）は（ａ）の時間差Δｔ２＋Δｔ３後を説明する図である。

【0174】

図１６（ａ）に示すように、飛翔装置１ｇは光照射部２ｇを備え、光照射部２ｇは、照射レンズ３０１，３０２を備える。

【0175】

照射レンズ３０１は、飛翔用レーザビーム２１１を透過させるレンズであり、照射レンズ３０２は、固定用レーザビーム２２１を透過させるレンズである。何れの材質にも特段の制限はない。

【0176】

本実施形態では、被照射体を担持する透明シート１２は所定の移動方向（所定方向）に移動され、飛翔用レーザビーム２１１と固定用レーザビーム２２１のそれぞれの光軸は、透明シート１２の移動方向において交差するように構成されている。

【0177】

具体的には、図１６（ａ）に示すように、照射レンズ３０１を透過後の飛翔用レーザビーム２１１の光軸２１１'と、照射レンズ３０２を透過後の固定用レーザビーム２２１の光軸２２１'は、被付着物３の移動方向において角度φ２で交差している。なお、図１６において、ｖ１は透明シート１２の移動速度を表し、ｖ２は被付着物３の移動速度を表す。

【0178】

ここで、被飛翔体１１ａは、所定タイミングで飛翔用レーザビーム２１１を照射され（図１６（ｂ）参照）、飛翔して透明シート１２から被付着物３上に移動する（図１６（ｃ）参照）。被飛翔体１１ａは、移動時間Δｔ２で透明シート１２から被付着物３上に移動する。なお、図１６（ｃ）における間隙１１ａ'は、被飛翔体１１ａの飛翔により透明シート１２に形成された隙間を示している。

【0179】

飛翔用レーザビーム２１１の照射後、時間差Δｔ２＋Δｔ３が経過した後、間隙１１ａ'を通過するようにして、被付着物３上に着弾した被飛翔体１１ａに固定用レーザビーム２２１が照射される（図１６（ｄ）参照）。

【0180】

このような構成により、透明シート１２及び被付着物３がそれぞれ移動していても、被付着物３上に着弾した被飛翔体１１ａに固定用レーザビーム２２１を確実に照射ができる。

【0181】

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0182】

第１乃至第５実施形態をそれぞれ組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態に係る照射領域設定部を備える構成に、第１実施形態に係るパルス幅の異なるハイブリッド光を適用してもよいし、第４実施形態に係る基準レーザ光とその第２高調波を適用してもよい。

【0183】

また、第１乃至第５実施形態で示した飛翔装置は、第６実施形態で説明した立体造形装置の他、画像形成装置やプリンテッドエレクトロニクスを実行する装置等にも適用可能である。

【0184】

また、実施形態では、担持体により担持された被照射体にレーザビームを照射して飛翔させる処理を第１の処理とし、飛翔して被付着物上に着弾した被照射体を被付着物に固定する処理を第２の処理とする例を説明したが、これに限定されるものではない。レーザ焼結方式や電子線焼結方式を用いた立体造形装置における予備加熱処理等を第１の処理とし、本加熱処理等を第２の処理とすることもできる。また、第１の処理と第２の処理が同じ処理であってもよい。

【0185】

さらに、実施形態は、被照射体の飛翔方法も含む。例えば、少なくとも第１の光と第２の光を含む複数の光を照射する光照射工程と、前記複数の光を走査させる光走査工程と、を行い、前記複数の光のうち、前記第１の光で被照射体を飛翔させる。このような被照射体の飛翔方法により、上述した被照射体の飛翔装置と同様の効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0186】

１ 飛翔装置（被照射体の飛翔装置の一例）
２ 光照射部
２０ ハイブリッド光
２１、２２ レーザ光源
２０４ 非線形光学結晶素子
２１０ｃ 温度調節器（光量比調整部）
２１１ 飛翔用レーザビーム（第１の光の一例）
２１１' 飛翔用レーザビームの光軸
２２１ 固定用レーザビーム（第２の光の一例）
２２１' 固定用レーザビームの光軸
２３ ファイバコンバイナ（導光部の一例）
２４ コリメートレンズ
２５ アパーチャ
２６ シリンドリカルレンズ
２７ ポリゴンミラー（光走査部の一例）
２７１ 走査方向
２８ 走査レンズ
２９ 防塵ガラス
３ 被付着物
４ ステージ
１０ 被照射体供給部
１１ 被照射体
１２ 透明シート（担持体の一例）
１２ｍ、１２ｃ、１２ｐ 照射位置
３０ テレセントリックレンズ（光屈曲素子の一例）
３０１，３０２ 照射レンズ
３１ 回折光学素子（照射領域設定部の一例）
３２ ミラー
３３ 凹レンズ（照射領域設定部の一例）
３４ ビームスプリッタ（導光部の一例）
１００ 立体造形装置
１１２ 被照射体供給部
１２１ メッシュローラ
１２２ ブレード
１３１ ステージ
１３２ ステージ加熱ヒータ
２００ 造形物
α 変換効率
ｖ 移動速度
φ 照射角度（所定角度の一例）
δｔｍ、δｔｃ、δｔｐ 時間差
ｖ１ 透明シートの移動速度
ｖ２ 被付着物の移動速度

【先行技術文献】

【特許文献】

【0187】

【特許文献1】特開２０１９−０７７９３５号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】