JP2014031226A - 積層成形システムおよび積層成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形システムに関して、比較的低いコストにより連続フィルムの正確な張力制御または移送制御を可能とする。
【解決手段】巻き出しロール１２，１３から連続フィルムＦ１，Ｆ２を積層成形装置4に送り、前記連続フィルムＦ１，Ｆ２を停止した状態で該積層成形装置１４にて積層成形品Ｍの積層成形を行い、その後に前記連続フィルムＦ１，Ｆ２を巻き取りロール１５，１６に巻き取る積層成形システム１１において、巻き出しロール１２，１３と巻き取りロール１５，１６にはロールの直径を検出するセンサ２４，２７，３３，３６と、センサ２４，２７，３３，３６による検出値を用いてトルクを制御可能なトルクモータ２３，２６，３２，３５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形システムに関するものである。

巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形システムの連続フィルムの送りに関しては、特許文献１および特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献１は、キャリアフィルムの巻取ロールの駆動用にトルクが回転数の増加に対して減少する垂下特性を有するモータを採用し、キャリアフィルムの移動速度が変化してもキャリアフィルムに弛みが生じないようにしたものである。

また特許文献２は、巻き出しロール及び巻き取りロールの回転速度と、該回転速度に基づいて算出される前記巻き出しロール及び巻き取りロールの直径と、前記巻き出しロール及び巻き取りロールの直径に基づいて算出される前記巻き出しロール及び巻き取りロールの全重量との各変数に基づいてトルク値を演算してフィルムの張力制御を行っている。

特開２００２−１０３４３９号公報（請求項１、図１） 特開２００８−５６４８６号公報（請求項１、００１１、００３５、図１）

しかしながら特許文献１では、巻き出しロールおよび巻き取りロールの直径を測定することなく、フィルムの送り速度からモータの制御を行っているので、連続フィルムの巻き取り開始から巻き取り完了までの間、フィルムの張力を常に一定に保つことが難しかった。

一方特許文献２は、巻き出しロールおよび巻き取りロールの回転速度からロールの重力を換算してロールの直径を算出している。しかしながら特許文献２は、ロールの直径を直接計る方式よりも困難な計算を行う必要があった。また特許文献２は巻き出しロールと巻き取りロールの制御にサーボモータを使用していることから、他のモータを使用した積層成形装置よりも高価なものとなるという問題があった。また特に特許文献２は、把持移送装置を使用しないため、把持移送装置と巻き出しロール等の関係については何ら検討されていない。

そこで本発明は、本発明は、巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形システムに関して、比較的低いコストにより連続フィルムの正確な張力制御または移送制御を可能とした積層成形システムおよび積層成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の積層成形システムは、巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形システムにおいて、前記巻き出しロールと巻き取りロールにはロールの直径を検出するセンサと、
前記センサによる検出値を用いてトルクを制御可能なトルクモータとが備えられたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の積層成形システムは、請求項１において、前記積層成形装置の後工程には、連続フィルムを把持して所定距離直線的に移動させる把持移送装置が備えられたことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の積層成形方法は、巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形方法において、前記巻き出しロールと巻き取りロールにはロールの直径をセンサにより検出し、前記センサによる検出値を用いてトルクモータのトルクを制御して、連続フィルムの張力または移送速度を略一定にすることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の積層成形方法は、請求項３において、前記積層成形装置の後工程には、連続フィルムを把持して所定距離直線的に移動させる把持移送装置が備えられ、連続フィルムを送るときには、把持移送装置の力と巻き出しロールの力の関係が常に略一定になるように巻き出しロールのトルクモータを制御することを特徴とする。

本発明の積層成形システムおよび積層成形方法は、巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形システムにおいて、前記巻き出しロールと巻き取りロールにはロールの直径を検出するセンサと、
前記センサによる検出値を用いてトルクを制御可能なトルクモータとが備えらているので、巻き出しロールおよび巻き取りロールの連続フィルムの巻き量が変化しても、比較的低コストで安定して連続フィルムの張力または移送速度を保つことができる。

本実施形態の積層成形システムにおいて、把持移送装置により連続フィルムが引張られて移送されている状態を示す説明図である。 本実施形態の積層成形システムにおいて、積層成形装置により成形が行われている状態を示す説明図である。 本実施形態の積層成形システムにおいて、把持移送装置を用いずに巻き出しロールと巻き取りロールの間でフィルムの張力制御が行われている状態を示す説明図である。

本実施形態の積層成形システム１１について、図１ないし図３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、巻き出しロール１２、１３から連続フィルムＦ１，Ｆ２を積層成形装置１４に送り、前記連続フィルムＦ１，Ｆ２を停止した状態で該積層成形装置１４にて積層成形品Ｍの積層成形を行い、その後に前記連続フィルムＦ１，Ｆ２を巻き取りロール１５，１６に巻き取るものである。バッチ式の積層成形装置１４は、上盤１７に対して下盤１８が相対向して設けられている。下盤１８は上昇および下降可能であり、上盤１７と下盤１８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される真空チャンバＣが形成されるようになっている。そして上盤１７の下面に設けられ加熱可能な熱板１９または下盤１８の上面に設けられ加熱可能な熱板２０の一方には加圧エアにより膨出する膜体であるダイアフラム２１が取付けられている。またダイアフラム２１が設けられていない熱板１９には弾性板であるゴム膜２２が貼付けられている。

本実施形態では、積層成形装置１４の一側（前工程側であって図１において右側）には積層材と被積層材からなる積層成形品Ｍを連続フィルムであるキャリアフィルムＦ１，Ｆ２とともに移送するための移送装置の一部が設けられている。移送装置としては、連続フィルムである上下のキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の間に積層成形品Ｍを挟んでフィルムと共に移送させる装置が用いられる。上側の巻き出しロール１２は、ロールの軸芯１２ａが搬送方向と直交する方向に設けられ、軸芯１２ａには、軸芯１２ａの回転を制御するためのトルクモータ２３が図示しない減速機を介して取付けられている。また巻き出しロール１２の上方（近傍）には、巻き出しロール１２とは一定距離を隔てて非接触式の距離測定用のセンサ２４が取付けられている。そして巻き出しロール１２のフィルムが巻かれた外周の直径がセンサ２４により直接測定可能となっている。本実施形態ではセンサ２４は超音波センサが用いられるが他のセンサであってもよく、接触式のセンサであってもよい。またセンサ２４、トルクモータ２３については、図示しない制御装置に接続されている。そして巻き出しロール１２から供給されるキャリアフィルムＦ１は、ローラ２５により方向を変更されて積層成形装置１４内に搬入される。特に上キャリアフィルムＦ１については垂れ下がり防止の観点から張力制御が重要となる。

また下側の巻き出しロール１３についても、上側の巻き出しロール１２と配置位置の細部は異なるが、基本的な構造はほぼ同じである。ロールの軸芯１３ａが搬送方向と直交する方向に設けられ、軸芯１３ａには、軸芯１３ａの回転を制御するためのトルクモータ２７が図示しない減速機を介して取付けられている。また巻き出しロール１３の下方（近傍）には、巻き出しロール１３とは一定距離を隔てて非接触式の距離測定用のセンサ２７が取付けられている。そして巻き出しロール１３のフィルムが巻かれた外周の直径がセンサ２７により測定可能となっている。そして巻き出しロール１３から供給されるキャリアフィルムＦ２は、ローラ２８により方向を変更されて積層成形装置１４内に搬入される。なお下側のキャリアフィルムＦ２が水平方向搬送される部分のうちの最初の部分は、上側のキャリアフィルムＦ１が重ねらておらず、積層成形品Ｍを載置するステージＳ１となっている。

積層成形装置１４の他側（後工程側であって図１において左側）には、積層成形装置１４にて積層成形された積層成形品Ｍを連続フィルムであるキャリアフィルムＦ１，Ｆ２とともに移送するための移送装置の一部である把持移送装置２９が設けられている。把持移送装置２９は、移送される連続フィルム（キャリアフィルムＦ１，Ｆ２）の送り方向に対して両側にそれぞれ設けられる。把持移送装置２９は、図示しないアクチュエータにより開閉するチャック３０ａ，３０ｂが設けられ、チャック３０ａ，３０ｂが閉じた際にキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の両側の側端部を把持可能となっている。また把持移送装置２９のチャック３０ａ，３０ｂは図示しない別のアクチュエータにより、図１に示されるようにガイド３１に沿って、積層成形品Ｍの搬送方向と同じ方向に所定距離Ｌだけ直線的に移動させることが可能となっている。そしてまた把持移送装置２９は、後退移動して元の位置に復帰可能となっている。把持移送装置２９のチャック３０ａ，３０ｂが前進移動および後退移動する際の移動ストロークＬは、積層成形品Ｍの１回の送り量となる。

把持移送装置２９の更に他側（後工程側であって図１において左側）には、積層成形品Ｍを連続フィルムＦ１，Ｆ２とともに移送するための移送装置の一部の巻き取りロール１５，１６が設けられている。そのうち上側の巻き取りロール１５は、ロールの軸芯１５ａが搬送方向と直交する方向に設けられ、軸芯１５ａには、軸芯１５ａの回転を制御するためのトルクモータ３２が図示しない減速機を介して取付けられている。また巻き取りロール１２の上方（近傍）には、巻き取りロール１５とは一定距離を隔てて非接触式の距離測定用のセンサ３３が取付けられている。そして巻き出しロール１５のフィルムが巻かれた外周の直径がセンサ３３により測定可能となっている。本実施形態ではセンサ３３は超音波センサが用いられるが他のセンサであってもよく、接触式のセンサであってもよい。そしてキャリアフィルムＦ１は、ローラ３４により方向を変更されて巻き取りロール１５へ巻き取られる。

また下側の巻き取りロール１６についても、上側の巻き取りロール１５と配置位置の細部は異なるが、基本的な構造はほぼ同じである。ロールの軸芯１６ａが搬送方向と直交する方向に設けられ、軸芯１６ａには、軸芯１６ａの回転を制御するためのトルクモータ３５が図示しない減速機を介して取付けられている。また巻き取りロール１６の下方（近傍）には、巻き取りロール１６とは一定距離を隔てて非接触式の距離測定用のセンサ３６が取付けられている。そして巻き取りロール１６のフィルムが巻かれた直径がセンサ３６により測定可能となっている。そして巻き出しロール１３から供給されるキャリアフィルムＦ２は、ローラ３７により方向を変更されて巻き取りロール１６へ巻き取られる。なお下側のキャリアフィルムＦ２が水平方向搬送される部分の最後の部分は、上側のキャリアフィルムＦ１が上方に向けて搬送された後に開放され、積層成形品Ｍを次工程に向けて搬出するステージＳ２となっている。

次に図１ないし図３により本実施形態の積層成形システム１１を用いた積層成形方法について説明する。まず最初にポリエチレンテレフタレート等からなるキャリアフィルムＦ１，Ｆ２を巻き出しロール１２，１３にそれぞれセットする。新しいキャリアフィルムＦ１，Ｆ２が巻き出しロール１２，１３にセットされると、新しいキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の先端はそれぞれ巻き取りロール１５，１６に巻き取られるようにセットされる。そしてこの際の巻き出しロール１２，１３の直径は、センサ２４，２７によりそれぞれ検出される。また巻き取りロール１５，１６の直径も、センサ３３，３６によりそれぞれ検出される。

そして図１に示されるように、まず絶縁層である積層材と被積層材である基板層が重ねられた積層成形品Ｍが下側のキャリアフィルムＦ２の搬入用のステージＳ１に載置される。次にチャック３０ａ，３０ｂによりキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の両側の側端部を把持し、把持移送装置２９の水平移動用のアクチュエータをガイド３１に沿って駆動させ、他側へ向けてキャリアフィルムＦ１，Ｆ２を引張り、積層成形品Ｍを積層成形装置１４内に搬入する。この際に常時一定である把持移送装置２９による引張る力と、直径によって変化する巻き出しロール１２，１３のブレーキ力が一定の関係（実質的にはごく僅かな差は生じるのでそれらの差を含んだ略一定）になるように、巻き出しロール１２のトルクモータ２３と、巻き出しロール１３のトルクモータ２６のトルクを制御する。即ち巻き出しロール１２，１３の直径が大きさをセンサ２４，２７により測定し、センサ２４，２７の値を図示しない制御装置に送る。そして制御装置からトルクモータ２３，２６へ、把持移送装置２９の力と巻き出しロール１２，１３のブレーキ力の関係が常に略一定になるように指令電圧を送り、前記指令電圧に対応する電力（電圧値）でトルクモータ２３，２６を制御する。従って当初は大きかった巻き出しロール１２、１３の直径が徐々に小さくなるにつれてトルクモータ２３，２６のトルクを上昇させていくように指令電圧を送る。そして巻き出しロール１２，１３と把持移送装置２９の間のキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の張力および移動速度は一定（略一定）に保たれる。よって積層成形品Ｍを含めてキャリアフィルムＦ１，Ｆ２にシワや垂れ下がりが生じたりすることはない。なお本発明の積層成形システム１１では、使用されるキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の材質、厚みによっても相違しこれに限定されるものではないが、一例として１ｋｇｆ〜１０ｋｇｆの張力（張力測定器による張力）がフィルムにかかるように制御がなされ、更に好適には２ｋｇｆ〜６ｋｇｆの張力がかかるように制御がなされる。

また把持移送装置２９に対する巻き取りロール１５，１６の関係は、把持移送装置２９がキャリアフィルムＦ１，Ｆ２を送る所定の速度に対して、巻き取りロール１５，１６の直径は変化しても巻き取り速度が低下しないように制御される。即ち巻き取りロール１５，１６の直径が大きさをセンサ３３，３６により測定し、センサ３３，３６の値を図示しない制御装置に送る。そして制御装置からトルクモータ３２，３５へ、把持移送装置２９の移送速度と巻き取りロール１５，１６の巻き取り速度の関係が常に一定になるように指令電圧を送り、前記指令電圧に対応する電力（電圧値）でトルクモータ３２，３５を制御する。従って当初は小さかった巻き取りロール１５，１６の直径が徐々に大きくなるにつれてトルクモータ２３，２６の回転速度を低下させていくように指令電圧を送る。そして把持移送装置２９と巻き取りロール１５，１６間のキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の張力および移動速度は一定（略一定）に保たれる。よって積層成形品Ｍを含めてキャリアフィルムＦ１，Ｆ２にシワや垂れ下がりが生じたりすることはない。

そして把持移送装置２９のチャック３０ａ，３０ｂが所定距離Ｌだけ移動して移動完了位置に停止されると同時にキャリアフィルムＦ１，Ｆ２も停止され、積層成形品Ｍは積層成形装置１４の加圧定位置に搬入される。そして積層成形装置１４では、積層成形品Ｍが搬入されると、図２に示されるように、上盤１３と下盤１４が閉鎖されて真空チャンバが形成され、真空チャンバは真空ポンプにより真空吸引される。この際、ダイアフラム２１の裏面側も真空吸引されている。そして次に真空チャンバ内が所定の真空度になるか、および／または所定時間が経過するとダイアフラム２１の裏面側に加圧空気を導入し、積層成形品Ｍを所定時間加圧して積層成形を行う。そして加圧が完了すると真空チャンバ内を常圧に戻し、下盤１４を下降して真空チャンバを開放する。

図２に示されるように、把持移送装置２９は、積層成形装置１４により成形が行われている間に、元のフィルムを引張って移動させる際の開始位置に戻り、再びキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の両側の端部を把持する。従って積層成形装置１４の真空チャンバが開放された際には、再び巻き出しロール１２，１３と把持移送装置２９の間でキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の張力が一定に保たれた状態となる。

また上記の例において、把持移送装置２９のアクチュエータと巻き取りロール１５，１６のトルクモータ３２，３５によりキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の引張りを行い、それらの引張り力に対抗してトルクモータ２３，２６を制御するようにしてもよい。

次に図３に示されるように、把持移送装置２９を使用しないで、巻き出しロール１２，１３と巻き取りロール１５，１６の間でキャリアフィルムＦ１，Ｆ２等の移送や張力制御が行われる場合について説明する。積層成形システム１１の把持移送装置２９は、全自動運転の際に使用されるが、手動運転や半自動運転の場合は、把持移送装置２９を用いずに成形を行うことができる。その場合は、センサ２４，２７により測定された巻き出しロール１５，１６の直径と、センサ３３，３６により測定された巻き取りロール１５，１６の直径から、それぞれのトルクモータ２３，２６，３２，３５へ指令電圧を送り、最適な電圧値でトルクモータ２３，２６，３２，３５を駆動させ、フィルムＦ１，Ｆ２の張力を略一定にする。

即ちキャリアフィルムＦ１，Ｆ２を張力がある状態で停止させる場合は、巻き出しロール１２，１５のブレーキと、巻き取りロール３２，３５の巻き取り力を平衡させるようにする。この際のキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の張力は、これに限定されるものではないが一例として２ｋｇｆ〜８ｋｇｆが望ましい。また両者の張力の僅かに差があっても平衡が保たれる。またキャリアフィルムＦ１，Ｆ２を張力を保ったまま送出する場合は、巻き取りロール１５，１６の直径と、トルクモータ３２，３５のトルクの積が、巻き出しロール１２，１３の直径と、トルクモータ２３，２６のトルクの積を一定量上回るようにする。なお積層成形装置１１において、把持移送装置２９を設けない場合や、使用しない場合も想定される。

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は、バッチ式の積層成形装置１２により加圧を行うものが望ましいが、図１等の実施形態に限定されるものではない。積層成形装置としては、上盤の加圧面と下盤の加圧面にそれぞれゴム等の可撓性膜や緩衝材が張られ、前記上盤と下盤の間で積層材と被積層材を積層成形するものでもよい。または図１等の実施形態または前記の例において、ゴム膜の表面に薄いステンレス板等の金属板を設けたものでもよい。これらの場合にも積層成形装置は、真空チャンバを備えることが望ましいが、真空チャンバ外で加圧を行うものでもよい。更には積層成形装置は１台に限定されず、図１等の積層成形装置の後工程に更に積層成形品Ｍ３を平坦にする平坦化プレスを設けたものでもよい。その場合、積層成形装置と平坦化プレスの間、または平坦化プレスの後工程に把持移送装置２９が設けられる。

また本発明は、上下の連続したキャリアフィルムＦ１，Ｆ２は片方のみを使用するものでもよい。更にはキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の使用の有無に関わらず、積層成形品Ｍ自体が巻き出しロールから送られる連続フィルムからなるものでもよい。その場合、積層成形品Ｍの巻き出しロールと把持移送装置の間、または積層成形品Ｍの巻き出しロールと巻き取りロールの間においてフィルムの張力調整が行われる。

１１ 積層成形システム
１２，１３ 巻き出しロール
１４ 積層成形装置
１５，１６ 巻き取りロール
２３，２６，３３，３５ トルクモータ
２４，２７，３３，３６ センサ
２９ 把持移送装置
３０ａ，３０ｂ チャック
Ｆ１，Ｆ２ キャリアフィルム（連続フィルム）
Ｍ 積層成形品

Claims (4)

1. 巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形システムにおいて、前記巻き出しロールと巻き取りロールにはロールの直径を検出するセンサと、
   前記センサによる検出値を用いてトルクを制御可能なトルクモータとが備えられたことを特徴とする積層成形システム。
2. 前記積層成形装置の後工程には、連続フィルムを把持して所定距離直線的に移動させる把持移送装置が備えられたことを特徴とする請求項１に記載の積層成形システム。
3. 巻き出しロールから連続フィルムを積層成形装置に送り、前記連続フィルムを停止した状態で該積層成形装置にて積層成形品の積層成形を行い、その後に前記連続フィルムを巻き取りロールに巻き取る積層成形方法において、前記巻き出しロールと巻き取りロールにはロールの直径をセンサにより検出し、前記センサによる検出値を用いてトルクモータのトルクを制御して、連続フィルムの張力または移送速度を略一定にすることを特徴とする積層成形方法。
4. 前記積層成形装置の後工程には、連続フィルムを把持して所定距離直線的に移動させる把持移送装置が備えられ、
   連続フィルムを送るときには、把持移送装置の力と巻き出しロールの力の関係が常に略一定になるように巻き出しロールのトルクモータを制御することを特徴とする請求項３に記載の積層成形方法。