JP2013237230A - 真空積層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 上盤と下盤を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバが形成され、少なくともいずれか一方の盤に設けられた弾性膜体を前記チャンバ内に膨出させて積層成形品を加圧する真空積層装置において、チャンバの密閉保持に油圧機器を使用しないで、作動油のミスト等が飛散せずに成形環境の清浄度を上昇させる。
【解決手段】 上盤１３と下盤１４を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバ１５が形成され、少なくともいずれか一方の盤１４に設けられた弾性膜体１８を前記チャンバ１５内に膨出させて積層成形品Ｍを加圧する真空積層装置１２において、前記チャンバ１５の密閉保持手段は電磁石２３である。
【選択図】図１

Description

本発明は、上盤と下盤を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバが形成され、少なくともいずれか一方の盤に設けられた弾性膜体を前記チャンバ内に膨出させて積層成形品を加圧する真空積層装置に関するものである。

上盤と下盤を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバが形成され、少なくともいずれか一方の盤に設けられた弾性膜体を前記チャンバ内に膨出させて積層成形品を加圧する真空積層装置については、上盤と下盤の間を密閉するための開閉および密閉保持手段が設けられている。開閉および密閉保持手段は、真空吸引可能なチャンバを形成した後で、弾性膜体により積層成形品を加圧する際に、前記弾性膜体によってチャンバが開く方向に力が発生するのに対抗してチャンバを密閉保持する力が求められる。

通常、真空積層装置の弾性膜体により積層成形品に加えられる面圧は０．３ＭＰａないし１．０ＭＰａ程度ものが多いが、弾性膜体の面積は、チャンバの面積にほぼ等しいので全体としては比較的大きな型開力が発生する。また下盤を上盤に向けて移動させて保持する場合は、重量のある下盤の重力も加わる。それらの力に対抗してチャンバの密閉保持を行う開閉および密閉保持手段をエアシリンダのみにした場合は、エアシリンダの使用圧力も最高１．０ＭＰａ程度であり、一般的なシリンダ径のエアシリンダでは複数本用いても密閉保持力が不足する。従って通常、開閉および密閉保持手段には、特許文献１に記載されるように油圧シリンダが使用される。

特開２００９−１９０３４４号公報（００１０、図１）

ところでこの種の真空積層装置は、基盤等の積層成形を行うために用いられるので、清浄度の高いクリーンルーム内に設置されることが一般的である。しかしクリーンルーム内で特許文献１のような油圧シリンダを使用した装置を作動させた場合には、作動油のミスト等が飛散する問題などがあり、清浄度を低下させる原因となっていた。また最近では半導体等の積層成形において真空積層装置を使用する場合に、更に高い清浄度を求められる場合が増えている。

そこで本発明は、上盤と下盤を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバが形成され、少なくともいずれか一方の盤に設けられた弾性膜体を前記チャンバ内に膨出させて積層成形品を加圧する真空積層装置において、チャンバの密閉保持に油圧機器を使用しないで、作動油のミスト等が飛散せずに成形環境の清浄度を上昇させることのできる真空積層装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の真空積層装置は、上盤と下盤を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバが形成され、少なくともいずれか一方の盤に設けられた膜体を前記チャンバ内に膨出させて積層成形品を加圧する真空積層装置において、前記チャンバの密閉保持手段は、電磁石であることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の真空積層装置は、請求項１において、上盤または下盤の少なくとも一方には、前記電磁石とは別に油圧機器を使用しない盤の開閉手段が設けられたことを特徴とする。

本発明の真空積層装置は、上盤と下盤を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバが形成され、少なくともいずれか一方の盤に設けられた膜体を前記チャンバ内に膨出させて積層成形品を加圧する真空積層装置において、前記チャンバの密閉保持手段は、電磁石であって、チャンバの密閉保持に油圧機器を使用しないので作動油のミスト等が飛散せず、成形環境の清浄度を上昇させることができる。

本実施形態の真空積層装置の概略を示す縦断面図である。 本実施形態の真空積層装置を示す平面図である。 別の実施形態の真空積層装置の概略を示す縦断面図である。

本実施形態の積層成形システム１１全体と真空積層装置１２について、図１および図２を参照して説明する。本実施形態の積層成形システム１１は、積層成形品Ｍを構成する積層材と被積層材を真空積層装置１２の一側から搬入して真空積層装置１２で積層成形し、前記真空積層装置１２の他側から搬出して後工程に移送するものである。真空積層装置１２は、上盤１３と下盤１４を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバ１５が形成され、少なくともいずれか一方の盤１３，１４に設けられた弾性膜体１８を前記チャンバ１５内に膨出させて積層成形品Ｍを加圧する。

より具体的には、上盤１３に対して下盤１４が相対向して近接離間可能であって、上盤１３と下盤１４が閉鎖された際に図示しない真空ポンプにより真空吸引可能な所定容積のチャンバ１５が形成されるようになっている。そして上盤１３の下面と下盤１４の上面の中央にはそれぞれ加熱可能な熱板１６と熱板１７が取付けられている。下盤１４の上面のうちの周囲の部分には側壁部１９が取付けられ、側壁部１９の下面と下盤１４に挟まれ、熱板１７の上面を覆う形で弾性膜体１８（シリコンゴム等の耐熱ゴムからなるダイアフラム）が取付けられている。そして弾性膜体１８の下方は開口部２０を通じて、真空ポンプと図示しない加圧用のコンプレッサの両方に切換えて接続されるようになっている。従って弾性膜体１８の裏面側が真空ポンプに接続された際は、弾性膜体１８は熱板１７に密着され、コンプレッサに接続された際はチャンバ１５内に膨出する。また上盤１３の下面の周囲の部分には側壁部１９と対向する位置に側壁部２４が設けられている。そして上盤１３の弾性膜体１８が設けられていない熱板１７にはシリコンゴム膜等の耐熱ゴムからなる弾性膜体２１が貼付けられている。なお上盤１３または下盤１４自体が加熱可能であってもよい。また少なくとも一方の盤に弾性膜体１８が取付けられたものでもよい。更に上盤１３には側壁部２４を設けずに下盤１４の側壁部１９が直接、上盤１３に当接されるものや、下盤１４には側壁部１９を設けずに上盤１３の側壁部２４が直接、下盤１４に当接されるものでもよい。

真空積層装置１２は前記構造により、弾性膜体１８が側壁部１９とともに下盤１４に固定可能となっている。側壁部１９は額縁状の形状であって、その中央にチャンバ１５を形成するための空洞部が設けられている。そして側壁部１９において、上盤１３のと対向する対向面１９ａにはＯリング挿入用の溝が形成されシール部材であるＯリング２２が挿入されている。従ってＯリング２２もチャンバ１５を取り囲む形に配置される。また側壁部１９の材質は、電磁石２３が吸着可能な着磁体からなり、本実施形態では鉄からなっている。

下盤１４側に側壁部１９が固定され、側壁部１９のＯリング２２が取付けられる対向面１９ａと対向する上盤１３側の側壁部２４の対向面２４ａには、チャンバ１５の密閉保持手段である電磁石２３が設けられている。本実施形態では電磁石２３は、一辺にはそれぞれ５個、合計２０個がチャンバ１５を取り囲むように配置されている。側壁部２４に電磁石２３を設ける場合において側壁部２４の高さよりも電磁石２３の高さが高い場合は、電磁石２３の一部を上盤１３に埋め込むようにしてもよい。または電磁石２３を取付けたことにより側壁部２４の高さが高くなる場合、それに応じて中央の熱板１６等の高さも高くしてもよい。

電磁石２３については種類は限定されないが、本実施形態ではアルニコ磁石やネオジウム磁石とコイルから形成され、着磁と脱磁が自在な電磁石２３が使用されている。また配置される電磁石２３の数は、電磁石２３の吸着力、電磁石２３の設置スペース、盤の大きさ、および弾性膜体１８による加圧力によって一概に定められないが、４個ないし３０個が望ましい。本実施形態で電磁石２３は、上盤１３の側壁部２４に設けられるが、ダイアフラム１８を取付けるための側壁部１９に設けてもよい。更に電磁石２３は、上盤１３と下盤１４の両方に対向するように設けて、磁極が異なる向かい合う電磁石２３，２３が吸引して盤を密着、または磁極が同じ向かい合う電磁石２３，２３が反発し合って盤を開くようにしてもよい。

また上盤１３は図示しない架台により固定的に設けられ、上盤１３に対して下盤１４全体が開閉手段により昇降移動されるようになっている。本実施形態では開閉手段はエアシリンダ３０からなり、エアシリンダ３０のロッド３０ａが下盤１４の下面に固定されている。開閉手段のエアシリンダ３０の数は限定されない。またエアシリンダ３０に換えて、電動シリンダや、電動サーボモータとトグルリンクやクランク機構などを用いた開閉手段であってもよい。いずれにしても開閉手段には油圧機器を使用しないことにより真空積層装置１２が設置されるクリーンルーム等の成形環境の清浄度向上を図っている。

真空積層装置１２の一側（前工程側であって図１において右側）には積層成形品を真空積層装置１２に搬入するためのキャリアフィルムＣの巻き出しロール２５，２６が上下に設けられている。そして巻き出された下側のキャリアフィルムＣの上は積層成形品Ｍの供給ステージＣ１となっている。また真空積層装置１２の他側（後工程側であって図１において左側）には、真空積層装置１２にて積層成形された積層成形品Ｍを搬出し、後工程へ一定距離移送するためのチャック式の把持搬送装置２７が設けられている。

把持搬送装置２７のチャック２７ａ，２７ｂを移動させてキャリアフィルムＣの側端部を把持するための図示しないアクチュエータはエアシリンダであり、上下のチャック２７ａ，２７ｂを水平方向へ所定距離移送させるためのアクチュエータは、電動シリンダが使用されている。従って把持搬送装置２７についても油圧シリンダや潤滑油を多用したチェーン機構は使用されていない。また上下のチャック２７ａ，２７ｂを水平方向へ所定距離移送のためにボールネジを用いる場合はグリスの飛散を防止するためのカバー等を設けることが望ましい。

把持搬送装置２７の更に他側にはキャリアフィルムＣの巻き取りロール２８，２９が上下に設けられている。そして巻き取りされる前の下側のキャリアフィルムＣの上が積層成形品Ｍの搬出ステージＣ２となっている。

次に図１および図２により本実施形態の積層成形システム１１と真空積層装置１２の作動方法について説明する。最初の状態では真空積層装置１２はエアシリンダ３０のロッド３０ａが退縮しており、下盤１４も下降している。その状態で供給ステージＣ１で下側のキャリアフィルムＣの上に供給された積層成形品Ｍが上下のキャリアフィルムＣの搬送により真空積層装置１２内に送られ成形位置に停止する。次にエアシリンダ３０のロッド３０ａを伸長作動させ、上盤１３に対して下盤１４を当接させる。下盤１４の側壁部１９の対向面１９ａと上盤１３の側壁部２４の対向面２４ａが当接されるか当接される直前に、各電磁石２３に通電がなされ着磁させる。そして下盤１４の側壁部１９に対して上盤１３の電磁石２３を貼付け、上盤１３と下盤１４の間にチャンバ１５を形成した状態で密閉保持する。チャンバ１５が形成されると真空ポンプを作動させてチャンバ１５内を所定の真空度に減圧する。その間、弾性膜体１８の裏面側も真空ポンプに接続され、弾性膜体１８が不用意に膨出されないようになっている。

チャンバ１５内においてキャリアフィルムＣに挟まれた積層成形品Ｍは、上下の盤１３，１４の弾性膜体１８，２１にそれぞれ当接しない状態で保持されている。そしてチャンバ１５内が所定の真空度になり所定時間が経過するまでに積層成形品Ｍは熱板により加熱され、積層材が溶融状態または変形可能状態となる。次に弾性膜体１８の裏面側の開口部２０に接続される装置を真空ポンプからコンプレッサに切換えて、弾性膜体１８の裏面側に加圧エアを供給する。そして弾性膜体１８をチャンバ１５内で膨出させて積層成形品Ｍに当接させて押し付け、積層成形品Ｍを弾性膜体１８と弾性膜体２１の間で加圧する。この際に積層成形品Ｍに凹凸があっても弾性膜体１８，２１が凹凸に馴染むことにより、ボイド等をなくして積層材を良好に埋め込むことができる。弾性膜体１８の裏面側に送られる加圧エアの圧力は、これに限定されるものではないが一例として０．３ＭＰａないし１．０ＭＰａであり、例えば５００ｍｍ×５００ｍｍの加圧面積の弾性膜体１８を用いて１ＭＰａの圧力が加えられると、約２５０ｋＮの力が発生する。しかし本発明では電磁石２３によりチャンバ１５が密閉保持されているので、開閉手段がエアシリンダ３０であってもチャンバ１５の密閉が解除されて開いてしまうことはない。

そして弾性膜体１８により所定時間、積層成形品Ｍが弾性膜体２１に向けて押圧されて積層成形が完了すると、次に電磁石２３への通電が遮断され、電磁石２３は脱磁状態となる。またそれと並行してチャンバ１５内の真空破壊が行われる。その後にエアシリンダ３０が作動されてロッド３０ａと下盤１４が下降されると次に、把持搬送装置２７が作動して上下のキャリアフィルムＣが他側に向けて移送されることにより、真空積層装置１２内の積層成形品Ｍは、真空積層装置外に搬出される。

また真空積層装置１２は、成形時以外に弾性膜体１８や電磁石２３等を交換するなどのメンテナンスのためにチャンバ１５を更に大きく開きたい場合は、上盤１３をスライドまたは回動させてチャンバ１５内を開放することが望ましい。

次に図３に示される別の実施形態の積層成形システム３１と真空積層装置３２について説明する。別の実施形態の積層成形システム３１では、真空積層装置３２の構造が異なるともに真空積層装置３２の後工程に平坦化プレス４２が設けられている。別の実施形態の真空積層装置３２は、上盤３３と下盤３４の間を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバ３５が形成され、該チャンバ３５内に少なくともいずれか一方の盤に設けられた弾性膜体３６を膨出させて積層成形品Ｍを加圧する点については図１等の実施形態と同じである。また弾性膜体１８は枠体状の側壁部３７により下盤３４等に固定される点も同じである。

相違するのは、上盤３３または下盤３４の少なくとも一方の盤３４の更に一方側（外側）には受圧盤３８が設けられる点である。そして前記一方の盤３４および受圧盤３８のそれぞれ向かい合う対向面３４ａ，３８ａには反発可能な電磁石３９，４０が配置される点である。具体的には図３においては、下盤３４の下方に下盤３４に対して平行に受圧盤３８が設けられている。そして受圧盤３８に対して下盤３４が当接および離隔移動可能となっている。そして受圧盤３８の上面には電磁石４０が複数配置され、下盤３４の下面にも電磁石４０に対向する位置に電磁石３９が複数配置されている。また上盤３３は固定的に設けられ、受圧盤３８と下盤３４はエアシリンダ４１等の開閉手段により昇降可能に設けられている。また受圧盤３８は上昇完了時に位置が固定できるよう図示しないロック手段を備えている。

そして上盤３３と下盤３４を当接させてチャンバ３５を密閉保持する際にはエアシリンダ４１により受圧盤３８と下盤３４を上昇させた上で受圧盤３８の位置をロック手段によりロックする。そして受圧盤３８に配置された各電磁石４０と下盤３４に配置された各電磁石３９が反発し合うように着磁する。このことにより下盤３４は受圧盤３８から離隔して上盤３３に向けて押圧され、上盤３３と下盤３４の間のチャンバ３５は密閉保持される。またチャンバ３５の密閉を解除する際は、電磁石３９，４０を脱磁することにより、下盤３４と受圧盤３８が接合され、上盤３３と下盤３４の間に間隙が形成される。

図３において真空積層装置３２の後工程に設けられるのは平坦化プレス４２であって、トグル機構４３やボールネジとボールネジナットを用いた電動プレスとなっている。これらの電動プレスにおいてもボールネジ等にはグリスの飛散を防止するためのカバーを設けるか、トグルリンク機構４３を含む部分全体を成形部分から隔離させるようにしてもよい。そして平坦化プレス４２においても油圧機器を用いていないので、積層成形システム１１全体で作動油が用いられておらず油圧回路を設ける必要がない。なお先の図１等の実施形態に平坦化プレス４２を設けてもよく、図３の実施形態に把持搬送装置２７を設けてもよい。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。本発明の積層成形システム１１および真空積層装置１２は、清浄度の要求が厳しい半導体の製造ラインに適合する。特に清浄度１０００対応等にも適合することができる。また半導体に限らず光導波路や歩留まりが低下しがちな多層ビルドアップ基盤などの積層成形についても良好に使用される。

１１，３１ 積層成形システム
１２，３２ 真空積層装置
１３，３３ 上盤
１４，３４ 下盤
１５，３５ チャンバ
１８，３６ 弾性膜体
１９，２４，３７ 側壁部
２３，３９，４０ 電磁石
Ｍ 積層成形品

Claims (2)

1. 上盤と下盤を閉鎖した際に真空吸引可能なチャンバが形成され、少なくともいずれか一方の盤に設けられた弾性膜体を前記チャンバ内に膨出させて積層成形品を加圧する真空積層装置において、
   前記チャンバの密閉保持手段は電磁石であることを特徴とする真空積層装置。
2. 上盤または下盤の少なくとも一方には、前記電磁石とは別に油圧機器を使用しない盤の開閉手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の真空積層装置。