JP4944863B2 - 熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置および方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置および方法に係り、特に溶融した熱可塑性樹脂が付着する温度まで加熱された金型の表面に，吐出部のリップ先端と被塗布面との距離によって製品の厚みが規定されるように塗布を行うことで，ほぼ最終製品の形状および厚さに溶融樹脂を精密に塗布した後，プレスを用いて加圧し，金型表面に加工された微細パターンや鏡面が転写された成形体を得るための装置および方法に関する。

この種の成形体の製造装置として、例えば特許文献１に本出願人により提案された装置がある。この製造装置は、揺動方式にすることで、大重量の塗布装置の高さ調整を容易にかつ精密に行うことができる。

特開２００８−４９６４６号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、可塑化部に関して特に制限を設けてはいないが、例えば図１８に示されるように、可塑化部４１と注入バルブ４２（可塑化部１とアキュムレータとを繋ぐ樹脂流路を開閉するニードルバルブ）と貯留シリンダ４３が直交して配置されている場合、貯留シリンダ４３が熱膨張した注入バルブ４２に押され、貯留シリンダ４３の先端に取り付けられた吐出部であるＴダイ４４の位置が反操作方向（図の上方向）にずれてしまう。同様に、可塑化部４１の中心と貯留シリンダ４３の中心との高さが異なる場合、図１９に示されるように、熱膨張した注入バルブ４２が貯留シリンダ４３を斜め方向に押すため、Ｔダイ４４が回転し、下方向にずれる。

また、可塑化部に直線的なインラインスクリュ構造を採用した場合は、熱膨張に起因する歪みを１次元に集約することができるが、熱膨張してシリンダが伸びるため、Ｔダイの位置がずれる。塗布方向に対してはシリンダの伸びがほぼそのまま塗布位置（Ｘ方向）のズレとなるのに加え、高さ方向に関しても揺動中心に対する回転半径の変化により狂いが生じる。このため、特許文献１の装置では、使用条件に加熱してからでないと吐出部の位置の厳密な調整ができない。しかしながら、このような熱膨張に起因するずれ量は、シリンダ設定温度ごとに異なる他に、シリンダ自体の温度が変更した温度に達した後でも、シリンダの熱影響を受けるシリンダ近傍の部材の温度が定常状態に達するまで（温度変化がなくなるまで）変化し続けるので、起動時（成形開始時）や設定温度を変更した際、装置全体の温度が落ち着くまで安定成形を行うことができないという問題がある。

上記の熱膨張の影響は、Z軸ステージ（シリンダ把持部でのＴダイ高さ（Z方向）の調整）についても同様で、シリンダからの伝熱でステージの部材やボールネジの温度が上昇し、Ｔダイの高さ方向位置にずれが生じる。すなわち、ステージの伸び量だけＴダイの位置がずれると共に、ボールネジが伸びてＴダイの移動量が変わってしまう。

特許文献１の装置では、塗布装置と揺動ベッドの固定を複数個所で行っている。しかし、塗布装置は上述のように樹脂供給部からＴダイまでは加熱条件により伸びが生じ、非加熱状態であるベッドに拘束されると歪みが生じるため、吐出部の位置（平行移動）と向き（捩れやあおり）が狂い、装置全体の温度が落ち着くまで安定成形を行うことができない。この歪みを避けるために塗布装置の非加熱部分（例えば、ホッパを挟んで吐出部の反対側）のみをベッドと固定することも考えられるが、揺動によってＴダイの高さ調整をするときに、正確な調整を意図してＴダイ付近を把持しようとすると、ベッドも含めた塗布装置全体の回転モーメントをシリンダが受けることになるため、急峻な動きに対してシリンダが撓み、シリンダとシリンダ内部に設置されたスクリュとの接触によるカジリ、さらにはシリンダの折損などの不具合につながる。

本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、樹脂毎や使用条件毎の調整を不要とすると共に起動時（成形開始時）や設定温度変更後などの温度の安定化を待たずに高精度の塗布を行うことができる熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置および方法を提供することを目的とする。

この発明に係る熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置は、水平軸の周りの揺動機構を有する移動架台に可塑化部が設置されると共に可塑化部のシリンダの先端に吐出部が連結された塗布装置と、塗布装置の近傍に配設された成形装置とを備えた熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置において、可塑化部と吐出部とが同軸上に配置され、移動架台の揺動機構は、揺動自在のベッドを有し、シリンダをベッドに対して上下方向の相対位置を拘束したまま前後動自在に支持するガイドを備え、吐出部が連結されているシリンダの水平方向位置および上下方向位置をそれぞれ検出する第１および第２の位置センサを備え、第１および第２の位置センサで検出されたシリンダの水平方向位置および上下方向位置に基づいて吐出部の位置および塗布速度を制御するものである。なお、可塑化部の構成として、シリンダと中心軸を同一にするノズルをシリンダと吐出部（Ｔダイ）の間に配置することも考えられるが、本明細書ではこのようなノズルはシリンダの一部として扱う。

塗布装置が、シリンダとベッドの双方に連結された上下動ステージを有し、第１および第２の位置センサが、それぞれ上下動ステージの水平方向位置および上下方向位置を検出するように構成することもできる。
好ましくは、第１および第２の位置センサは、それぞれアブソリュート型のエンコーダからなる。

この発明に係る熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造方法は、水平軸の周りの揺動機構を有する移動架台に設置された可塑化部のシリンダからシリンダの先端に連結された吐出部に熱可塑性溶融樹脂を供給して成形を行う熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造方法において、シリンダの水平方向位置および上下方向位置をそれぞれアブソリュート型のエンコーダからなる第１および第２の位置センサで検出し、第１および第２の位置センサで検出されたシリンダの水平方向位置および上下方向位置に基づいて吐出部の位置および塗布速度を制御する方法である。

揺動機構の揺動動作に伴うシリンダの水平方向へのずれ量を第１の位置センサで検出して吐出部の水平方向位置を制御すると共に、第２の位置センサで検出されるシリンダの上下方向位置と吐出部の上下方向位置との関係を予め計測しておき、前記関係に基づいて吐出部の上下方向位置を制御することができる。
さらに、第１の位置センサで検出されたシリンダの水平方向位置と揺動機構の揺動中心の水平方向位置との差分値に基づいてシリンダの熱膨張量を算出し、温度に基づいてシリンダの操作点から吐出部までの熱膨張量を算出し、これらの熱膨張量を加味して吐出部のリップ先端の水平方向位置および上下方向位置を制御することもできる。

この発明によれば、樹脂毎や使用条件毎の調整が不要となり、成形開始時や設定温度変更後などの温度の安定化を待たずに高精度の塗布を行うことが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係る成形体の製造装置を示す。この製造装置は塗布装置１および成形装置２により構成され、共通架台３上に並置されている。塗布装置１は、さらに可塑化部４、Ｔダイ５および移動架台６により構成されており、移動架台６が共通架台３に設置され、可塑化部４が移動架台６に設置され、吐出部としてのＴダイ５が可塑化部４の先端（図の左端）に直接連結して構成されている。塗布装置１と成形装置２は、塗布装置１の軸芯方向（Ｘ軸方向：図の左右方向）におけるＴダイ５の先端側に成形装置２が位置するように配置されている。

移動架台６は、Ｘ軸駆動装置７によりＸ軸方向に直線的に往復移動可能に配置されたＸ軸移動台８と、Ｘ軸移動台８上に水平軸（Ｙ軸）の周りに揺動可能に配置されたベッド９とを有しており、ベッド９の上に塗布装置１が設置されている。
塗布装置１の可塑化部４は、ベッド９上に取付部材１０を介して設置されたシリンダ１１と、シリンダ１１の内部に設置された図示しないスクリュとを有している。さらに、シリンダ１１には、原料供給部としてのホッパ１２とスクリュを駆動するための駆動機構１３が連結されている。また、Ｔダイ５はシリンダ１１に対して同軸上に配置されている。

成形装置２は、竪型のプレス成形装置であり、下部架台１４、下部固定盤１５、可動盤１６、上部固定盤１７、複数のガイド棒１８および可動盤駆動装置１９が順次下から上方へ配置されて構成されている。ほぼ矩形形状の厚板を水平に配置された下部固定盤１５、可動盤１６および上部固定盤１７は、その４隅にガイド棒１８が貫通し、これらガイド棒１８の両端部において下部固定盤１５および上部固定盤１７が固定され、その間を可動盤１６が上下方向へ移動できるように、すなわち、上部固定盤１７に設置された可動盤駆動装置１９のピストン棒の下端に可動盤１６が連結されている。下部固定盤１５と可動盤１６の互いに対向する面には、それぞれ固定金型２０および可動金型２１が設置され、これら固定金型２０および可動金型２１により金型が構成されている。

成形装置２の下部固定盤１５には、塗布装置１側の側端面に、塗布装置１の方向（Ｘ軸方向）へ向う支持台２２が固定されており、この支持台２２の上面にＺ軸ステージの走行面が形成されている。

図２および図３に示されるように、Ｔダイ５が可塑化部４に対して同軸上に配置されているので、熱膨張の影響は前後方向（Ｘ軸方向）のみとなり、図１８および図１９に示した従来の装置のような回転や上下方向へのずれは生じない。
なお、シリンダ１１の根元部すなわちホッパ１２の下部はスクリュによるペレット輸送を円滑に行うため水冷されており、このシリンダ１１の上部にホッパ１２が配置されているので、シリンダ１１から取付部材１０への伝熱が遮断され、取付部材の温度上昇が抑制されている。この結果、取付部材の熱膨張によるＴダイ５の高さのずれを生じることがない。
これに対して図１８および図１９に示したような従来の貯留シリンダ方式では、貯留シリンダの根元部に溶融した樹脂が供給されるため、根元部を含めて溶融状態が維持される高温にする必要があり、根元部を水冷することが困難なため、貯留シリンダ取付部材の熱膨張によるＴダイの高さのずれを生じていた。

図１８および図１９に示したような従来の装置に比較して、この実施の形態における可塑化部４は、部品点数が少なくなる。また、図１８および図１９に示した装置では、可塑化部と注入バルブと貯留シリンダが直交して配置されるので、各々の部材を位置合わせしながら組み立てる必要があるが、実施の形態に係る装置では、シリンダ１１の根元部を取付部材１０に締結すればよく、位置合わせは一箇所となる。その結果、スクリュやシリンダの分解、清掃、組立などのメンテナンスに要する手間と時間を大幅に削減することができる。

図４に示されるように、Ｔダイ５の近傍に位置するシリンダ１１の中間部は、連結機構２３とブラケット２４を介してベッド９に連結されている。ブラケット２４は、例えばリニアガイドなどの直線ベアリングからなるガイドを介してベッド９上に、上下方向を拘束しつつ、前後動自在に連結され、これにより、シリンダ１１の熱膨張を拘束することなくシリンダ１１の上下方向の剛性を保つことができる。

図５に示されるように、連結機構２３は、外輪２５と、水平ピン２６を介して外輪２５に回転自在に取り付けられた内輪２７とから形成されており、外輪２５はＺ軸上下動ステージ２８に固定され、内輪２７にはシリンダ１１が固定されると共にベッド９に対して前後動自在のブラケット２４が固定されている。なお、Ｚ軸上下動ステージ２８は、図１に示されるＺ軸ステージ３１に上下動自在に取り付けられ、サーボモータなどにより上下方向（Ｚ軸方向）に位置制御される。また、Ｚ軸ステージ３１は、Ｚ軸上下動ステージ２８と共に水平方向（Ｘ軸方向）に支持台２２上に設置されたレールに沿って自由に移動できるように構成されている。

図６に示されるように、Ｚ軸上下動ステージ２８により外輪２５が上下動すると、内輪２７が水平ピン２６を中心として回転し、ブラケット２４を介してベッド９が揺動することとなる。そして、シリンダ１１が昇温して熱膨張すると、ブラケット２４がガイドを介してベッド９上を前後動し、これによりシリンダ１１を変形させることなく熱膨張を吸収することができる。

また、シリンダ１１がブラケット２４を介してベッド９に連結されているため、急峻に揺動させようとしたときのモーメントをブラケット２４で受けることができ、シリンダ１１の撓みが防止される。また、Ｔダイ５の近傍に位置するシリンダ１１の中間部をＺ軸上下動ステージ２８に連結しているため、塗布反力に対する剛性が向上し、シリンダ１１の撓み量を最小にすることができる。
すなわち、揺動に対しても、塗布反力に対しても高い剛性により撓みによるＴダイ位置のずれを最少にすることができ、高い塗布精度を持たせることが可能になる。
以上の構造により、温度変化や揺動によるＴダイ５の高さ調整の際に捩れや反りを発生しない構造が実現できる。

以上のように構成された製造装置において、成形体は以下のように製造される。すなわち、塗布装置１および成形装置２の全ての機器が調整され、熱可塑性樹脂原料が供給され、運転ができる状態になった時点で、まず、Ｔダイ５のリップ部の位置の調整を行う。すなわち、成形装置２の金型が開いた状態で、移動架台６のＸ軸駆動装置７の駆動およびＺ軸上下動ステージ２８の移動により、Ｔダイ５のリップ部を前進（Ｘ軸方向）させた後、リップ部の下端が固定金型２０の表面の所定（成形面）位置および所定距離を所定の隙間を維持して後退する状態を実現し、その運転条件を設定する。

次に、成形装置２の金型が開いた状態で、移動架台６を作動させて固定金型２０の成形端までＴダイ５のリップ部を前進させ、可塑化部４からＴダイ５へ供給された溶融状態の熱可塑性樹脂原料をリップ部から吐出しながら、所定の隙間を維持して所定距離を後退する。所定距離を後退した時点で熱可塑性樹脂原料の吐出を停止し、Ｔダイ５の先端が少なくとも金型の外部に到達するまでさらに後退し、停止する。すなわち、Ｔダイ５のリップ部が固定金型２０の成形端から手前側まで後退する間に、リップ部から吐出される溶融状態の熱可塑性樹脂原料が固定金型２０の成形面（被塗布面）に膜状に塗布される。
なお、塗布の方向は，上記手前側を成形端とし，上記成形端までリップ部を前進させながら塗布してもよい。

さらに、成形装置２において、可動盤駆動装置１９を作動させて可動盤１６を降下させると、可動金型２１が降下して固定金型２０と重合し、金型が閉じる。この金型が閉じた状態で、所定押付け力および所定時間によるプレス成形を行う。その後、可動盤駆動装置１９を作動させて可動盤１６を上昇させる。可動盤１６の上昇に伴って可動金型２１が上昇し、金型が開く。開いた金型から成形体を取り出し、成形体の製造が完了する。

図１において、Ｚ軸ステージ３１には、Ｚ軸上下動ステージ２８のＸ軸方向（塗布方向）およびＺ軸方向（塗布高さ方向）の位置を検出する位置センサがそれぞれ設置されている。
ここで、熱膨張によるシリンダ１１自体や固定ねじの伸びによる狂いに影響されずにＴダイ５の位置を制御する方法について説明する。

Ｔダイ５の位置の制御には、Ｔダイ５自体にセンサを取り付けて制御を行うのが理想だが、装置が小型の場合、金型やプレスおよびＺ軸走行面等との配置や設置スペース確保の問題があるため難しい。また、接触型センサおよび光学式等の非接触型センサを問わず、２００〜３００℃に加熱されたＴダイ５の近傍では、熱影響によってセンサ検出値のドリフトが生じ、μｍオーダーを正確にセンシングすることが困難である。

一方、本発明者等は、起動時（成形開始時）や、温度条件の変更時のインライン射出機構の熱挙動を詳細に調査したところ、ホッパ下（樹脂供給部）の水冷部への熱の散逸があるシリンダ根元部が最も安定までに時間を要することを見出した。さらに、定常状態に達した後もシリンダ軸方向への温度差が大きい（水冷部近傍は数十℃〜最も根元のヒータ制御部は百数十℃）ため、シリンダを所定温度に加熱した際の各部の温度の予測が困難（熱膨張量の算出が困難）であるという問題もある。一方、ヒータの加熱が支配する（冷却の影響を受けない）シリンダ操作点（Ｚ軸把持部）からＴダイまでの先端部分は速やかに定常状態に達することに加え、定常時の温度分布は小さく、温調用のセンサで検出される各部の温度をシリンダ温度に代替することができる。

そこで、以下の方法によりＴダイ５の位置を制御することが可能となる。
まず、成形体形成の機構と配置が許す限りにＴダイ５に近い位置を上下動のシリンダ１１の操作点とする。位置センサでＺ軸上下動ステージ２８のＸ軸方向（塗布方向）およびＺ軸方向（塗布高さ方向）の位置を検出する。Ｚ軸上下動ステージ２８は塗布面を基準に設置されているため、これらのセンサによりシリンダの操作点を正確に検出することができる。次に、この操作点の位置に対し、操作点から見たＴダイ５の先端の相対位置を、温度によって伸びを加味して算出し、これが所定の位置となるように制御する。

このように、シリンダ１１の先端の比較的熱安定な部分を除く、大部分の熱膨張量さらにはその揺らぎ（温度変動）を直接測定して制御基準とすることで、より正確に塗布位置を制御することができる。従来は、架台を前後に移動させるためのＸ軸用モータのエンコーダで架台の位置を制御していたが、この方法では、シリンダが熱膨張してＴダイが前方向にずれてもずれ量を検出することができない。これに対し、Ｔダイ近傍を把持しているＺ軸ステージの位置を検出すれば、熱膨張してシリンダが伸びたときにＺ軸ステージが前方向に移動するため、位置がずれた（シリンダが熱膨張して伸びた）ことと、その正確なずれ量を検出することができる。この検出された「ずれ（熱膨張量実測値）」と「シリンダ操作点からＴダイまでのずれ（熱膨張量推定値）」から、揺動中心に対するＴダイ先端位置の「ずれ（推定値）」を求めて位置が設定位置になるようにＸ軸モータで架台の位置を制御すれば、熱膨張量によるＴダイの位置のずれを最小限に抑制することが可能となる。

この実施の形態においては、Ｚ軸上下動ステージ２８のＸ軸方向（塗布方向）およびＺ軸方向（塗布高さ方向）の位置を位置センサでそれぞれ直接検出して、Ｚ軸上下動ステージ２８の実際の位置を制御する、いわゆるフルクローズドループ（ＦＣＬ）制御を行っている。

これに対して、フルクローズドループ制御でない従来の制御法を、例えば図７を参照して説明する。シリンダ１１を把持したＺ軸上下動ステージ２８とＺ軸ステージ３１とはリニアガイドで上下動可能な状態に把持されており、Ｚ軸上下動ステージ２８は、Ｚ軸ステージ３１に締結されたサーボモータ３２でボールネジ３３を回転させることで上下動される。この場合、Ｚ軸上下動ステージ２８の位置の検出は、サーボモータ３２に内蔵されたロータリーエンコーダで検出される回転角度にボールネジ３３のリード（一回転あたりにＺ軸上下動ステージ２８に固定されたナット３４が何ｍｍ前後動するか）を乗算することにより行われる。すなわち、サーボモータ３２の回転角度のみで検出が行われており、サーボモータ３２とカップリングとの滑り（微少な回転方向の位置のずれ）、カップリングとボールネジ３３との滑り、ボールネジ３３とナット３４との摩擦、リニアガイドの摺動摩擦などによるＺ軸上下動ステージ２８の位置のずれは一切検出されない。また、加熱されたシリンダ１１からの伝熱によるボールネジ３３やＺ軸上下動ステージ２８の熱膨張の影響も検出されない。この結果、サーボモータ３２をいくら精度良く位置決め制御しても、これらの影響に伴うＺ軸上下動ステージ２８の位置のずれは一切検出されず、繰り返し位置決め精度が損なわれることとなる。

これに対し、フルクローズドループ制御では、図８に示されるように、Ｚ軸上下動ステージ２８の位置を検出するセンサ３０を装着することで実際のステージ２８の位置を検出・制御することが可能となり、上記のようなＺ軸上下動ステージ２８の位置のずれを最小限に抑えることができる。具体的には、１５０回の繰り返し位置決め動作中のＴダイ５の高さの変動を、安定域で±２μｍにすることができる。

また、仮に，カップリングが緩んでサーボモータ３２とボールネジ３３とが滑る、または位置がずれた場合でも、フルクローズドループ制御であれば、所定の位置にＺ軸上下動ステージ２８を位置決めすることができる。しかし、フルクローズドループ制御でないと、「ずれ」に気づかずにサーボモータ３２で位置決めするため、Ｚ軸上下動ステージ２８は本来の位置とはずれた場所に位置決めされることとなる。この結果、Ｔダイ５と金型とが接触して破損するなど、装置破損に繋がるおそれがある。

位置センサとして、アブソリュート（ＡＢＳ）型のエンコーダ（スケールを内蔵し、電源ＯＦＦしても位置のずれを検出できる）を用いることで、装置を立ち上げるたびに各軸の原点を設定する手間は不要となる。さらに、都度原点設定を行うということは、毎回の原点感知位置のずれ（センサの検出精度やシーケンサのスキャン周期に起因）、シリンダの設定温度（各部の熱膨張量）の影響によるずれ、各部の温度が完全に安定してから原点サーチしたか等のタイミングの違いにより、毎回、位置がずれることになる。そこで、ＡＢＳ型のエンコーダを搭載することにより、これらの悪影響を排除することが可能となる。

市販されているエンコーダを大別すると、インクリメンタルエンコーダ、メモリ保持型絶対値エンコーダがある。インクリメンタル型は、相対的な位置は検出できるが、それが何ｍｍかという絶対的な位置を把握することができない。そのため、電源投入後、まず原点を決めるための原点設定操作が必要となる。これは、上述したような位置のずれを生じることとなる。また、メモリ保持型絶対値エンコーダでは、電源をＯＦＦした時の位置をメモリに保持し、電源ＯＦＦの間は電池等でメモリ値を保持する。原理的には電源投入後の原点サーチは不要となるが、実際には、電源ＯＦＦ後にシリンダ温度が低下して各部が熱収縮するが、これを検出することはできない。すなわち、次に電源ＯＮすると、実際には各部の熱収縮の影響で電源ＯＦＦ時とは位置が変わっているにも関わらず、その場所を電源ＯＦＦされた時点の座標として認識する。この結果、実際の位置はずれていることになる。これに対し、上記アブソリュートエンコーダは、絶対的なスケールを内蔵しており（原点設定操作不要）、かつ、電源ＯＮ／ＯＦＦに関わらず絶対的な位置を検出できるため、メモリ保持型のような問題が発生しない。

次に、位置・速度の制御について説明する。
Ｘ軸方向の位置は、Ｚ軸ステージ３１に位置センサとしてＡＢＳ型エンコーダを取り付け、揺動機構特有のＺ軸上下動に伴うＺ軸ステージ３１のＸ軸方向へのずれを検出して、設定された位置になるように制御する。

ベッド９の揺動中心からシリンダ１１先端のＴダイ５のリップまでの構成要素を模式的に図９に示す。Ｔダイ５を所望の高さに移動させると、揺動機構特有の問題として、Ｔダイ５がＸ軸方向にずれる。Ｚ軸ステージ３１に取り付けられたＸ軸方向の位置センサでの補償動作（制御）がない場合には、図９に示すように、ずれはそのまま放置される。これに対し、Ｘ軸方向のずれを検出してフルクローズドループ制御することで、Ｚ軸ステージ３１で検出されるＸ軸方向のずれは補償（元の場所に戻るようにＸ軸モータが回転して揺動軸が搭載された台車を前進させる）され、Ｔダイ５のＸ軸方向のずれは、図１０に示されるように、微量となる。図９および図１０ではわかりやすいようにＺ軸方向の移動とＸ軸方向の移動を分けて記載したが、実際の動きは、両者が時々刻々連続的に行われる。この結果、Ｔダイ５のリップ先端は、フルクローズドループ制御がない場合の円弧運動に比べてほぼ直線的に上下動することが可能になる。

これは、従来、塗布開始位置、塗布終了位置、金型糸切り位置、Ｔダイリップ糸切り洗浄位置など、本来はリップの高さだけ変更したい場所であるにも関わらず、Ｘ軸方向位置も変わるため、実際にはその場所まで塗布装置を移動させてみないと実際の位置設定が困難であるという設定の煩雑さを大幅に低減することができる。

Ｚ軸方向の位置は、シリンダ１１を設定温度に昇温した後、あらかじめＺ軸上下動ステージ２８のＺ方向位置（Ｚｓ）と，その時のＴダイリップ先端のＺ方向位置（Ｚｄ）との関係を実測して求めておき、その関係式Ｚｓ＝ｆ（Ｚｄ）に基づいてＴダイリップの高さが設定値ＺｄｓｖとなるようなＺ軸上下動ステージ２８の設定位置Ｚｓｓｖを算出して高さの制御を行う。このようにして行われるＺ軸方向の位置制御のフローチャートを図１１に示す。

次に、シリンダ１１（ノズル、Ｔダイ５を含む）の熱膨張量を考慮したＴダイリップ先端のＸおよびＺ方向位置の位置決め制御方法について説明する。
（１） シリンダ１１が水平に保たれた状態を基準として、Ｚ軸上下動ステージ２８のシリンダ把持位置の室温状態でのＸ方向位置Ｘｓ０およびＺ方向位置Ｚｓ０を求める。これは、例えば、図面寸法から正確に求めることができる。
（２） 同様にして、Ｔダイ５先端の室温状態でのＸ方向位置Ｘｄ０およびＺ方向位置Ｚｄ０を求める。これも、例えば、図面寸法から正確に求めることができる。

（３） 昇温に伴うシリンダ１１のＸ方向の熱膨張量は、図１２に示されるように、Ｚ軸上下動ステージ２８の位置をシリンダ１１が水平に保たれる所定のＸ位置に位置決めした時、Ｘ軸サーボモータのエンコーダで検出される揺動中心の位置がどの場所であるかを検出することで求めることができる。すなわち、昇温前に位置決めした時のエンコーダの場所Ｘｍ０を記憶しておき，シリンダ１１の昇温や設定温度変更など任意のタイミングで位置決めした時のモータエンコーダで検出される揺動軸の位置Ｘｍ（ｔ）との差分がシリンダ１１の熱膨張量となる。シリンダ１１の温度を検出して、材料の線膨張量から熱膨張量を算出する手段もあるが、シリンダ根元部は冷却されているため急峻な温度勾配があり、熱膨張量を正確に算出することは困難である。しかし、この方法によれば、シリンダ１１の熱膨張量を正確に測定することが可能となる。

（４） シリンダ１１のＺ軸上下動ステージ２８の把持部からＴダイ５までのノズル部、およびＴダイ５は、シリンダ１１のように急峻な温度勾配を有する部分がないので、初期長さ（厚さ）、各材質の線膨張率およびノズルおよびＴダイ５の温度制御用に取り付けられた熱電対で検出された温度から、熱膨張量を比較的正確に算出することができる。
（５） 上記より、任意の時刻ｔでの揺動中心から見たＴダイ５の先端のＸ位置Ｘｄ（ｔ）とＺ位置Ｚｄ（ｔ）、把持位置のＸ位置Ｘｓ（ｔ）とＺ位置Ｚｓ（ｔ）が求められる。
（６） さらに、上記より、図１３に示されるように、揺動中心からの距離（半径）Ｌｓ（ｔ）とＬｄ（ｔ）が求められる。
以上（１）〜（６）に記したＴダイリップ先端およびシリンダ把持位置の予測方法のフローチャートを図１４に示す。

（７） Ｔダイ５の先端の目標位置（Ｘｄｓｖ，Ｚｄｓｖ）を入力し、まず、図１５のようにＺ方向だけを考える。揺動中心を基準として角度βだけ回転させると、ＴダイリップはＺｄ（ｔ）からＺｄｓｖに移動する。このとき、幾何学的に下記の関係がある。

（８） 上記より回転角度βが求まると、回転行列の計算によりＴダイリップをＺｄ（ｔ）からＺｄｓｖに移動させたときのＴダイリップの座標（Ｘｄ（ｔ）’，Ｚｄ（ｔ）’＝Ｚｄｓｖ）および把持位置の座標（Ｘｓ（ｔ）’，Ｚｓ（ｔ）’）が下式で求められる。ここで、Ｚｓ（ｔ）’はＴダイリップをＺｄｓｖに整定させるためのサーボモータに対する設定値Ｚｓｓｖとなる。

（９） 次に、Ｘ位置のずれの補正について図１６を参照して考える。上式より、Ｔダイリップ先端の高さを変えたことによるＸ方向位置のずれΔＸｄ（ｔ）は下式で求められる。このうち、把持位置でのＸ方向位置のずれΔＸｓ（ｔ）は位置センサで検出され補正される。それでもなお残るずれ量ΔＸが、Ｔダイリップ先端を目標位置にずれなしに整定させるための修正量となる。この結果、Ｔダイリップの位置を目標値Ｘｄｓｖにさせるためには、モータに対する設定値Ｘｓｓｖを下式のように補正することでＴダイ５の先端は目標とするＸ位置に整定することとなる。
ΔＸｄ（ｔ）＝Ｘｄ（ｔ）−Ｘｄ（ｔ）’
ΔＸｓ（ｔ）＝Ｘｓ（ｔ）−Ｘｓ（ｔ）’
ΔＸ（ｔ）＝ΔＸｄ（ｔ）−ΔＸｓ（ｔ）
Ｘｓｓｖ＝Ｘｄｓｖ＋ΔＸ（ｔ）

（１０） 上記をまとめると、各部の熱膨張量を考慮して、Ｔダイ５を目標位置（Ｘｄｓｖ，Ｚｄｓｖ）に整定させるためのサーボモータへの指令値は下式となる。
Ｘｓｓｖ＝Ｘｄｓｖ＋ΔＸ（ｔ）
Ｚｓｓｖ＝Ｚｓ（ｔ）’
以上（７）〜（１０）に記したＴダイリップ先端の位置決め制御方法のフローチャートを図１７に示す。

なお、位置を検出できるため、その時間微分（時間当たりの差分値）から、同様に速度を制御できることは明らかである。
また、上記フローチャートおよび実施例は回転座標を使って記載しているが、直交座標系による三角関数を用いた演算でも同様な制御アルゴリズムが成立することは言うまでもない。

この発明の実施の形態に係る成形体の製造装置を示す側面図である。 可塑化部とＴダイを示す平面図である。 可塑化部とＴダイを示す側面図である。 移動架台のベッド上に設置された可塑化部を示す側面図である。 シリンダと連結機構とＺ軸上下動ステージを示す正面図である。 ベッドが揺動したときのシリンダと連結機構の様子を示す側面図である。 従来のＺ軸ステージを示す正面図である。 実施の形態で用いられたＺ軸ステージを示す正面図である。 Ｘ軸方向のずれを補償しない場合のベッドの揺動中心からシリンダ先端のＴダイのリップまでの構成要素を模式的に示す図である。 Ｘ軸方向のずれを補償した場合のベッドの揺動中心からシリンダ先端のＴダイのリップまでの構成要素を模式的に示す図である。 Ｚ軸方向の位置制御方法を示すフローチャートである。 シリンダがＸ方向に熱膨張した場合のベッドの揺動中心からシリンダ先端のＴダイのリップまでの構成要素を模式的に示す図である。 シリンダがＸ方向に熱膨張した場合のベッドの揺動中心からシリンダ先端のＴダイのリップまでの構成要素を模式的に示す図である。 Ｔダイリップ先端およびシリンダ把持位置の予測方法を示すフローチャートである。 揺動中心を基準として角度βだけ回転させた場合のベッドの揺動中心からシリンダ先端のＴダイのリップまでの構成要素を模式的に示す図である。 Ｘ方向位置のずれの補正を行う方法を模式的に示す図である。 Ｔダイリップ先端の位置決め制御方法を示すフローチャートである。 従来の装置における可塑化部とＴダイを示す平面図である。 従来の装置における可塑化部とＴダイを示す正面図である。

符号の説明

１ 塗布装置、２ 成形装置、３ 共通架台、４ 可塑化部、５ Ｔダイ、６ 移動架台、７ Ｘ軸駆動装置、８ Ｘ軸移動台、９ ベッド、１０ 取付部材、１１ シリンダ、１２ ホッパ、１３駆動機構、１４ 下部架台、１５ 下部固定盤、１６ 可動盤、１７ 上部固定盤、１８ ガイド棒、１９ 可動盤駆動装置、２０ 固定金型、２１ 可動金型、２２ 支持台、２３ 連結機構、２４ ブラケット、２５ 外輪、２６ 水平ピン、２７ 内輪、２８ Ｚ軸上下動ステージ、３０ センサ、３１ Ｚ軸ステージ、３２ サーボモータ、３３ ボールネジ、３４ ナット。

Claims (5)

1. 水平な前後移動方向に対して直交する水平軸の周りに揺動するベッドを有する前記前後移動方向に移動自在な移動架台を有し、前記ベッドに可塑化部が設置されると共に、前記可塑化部のシリンダの先端に吐出部が連結された前記塗布装置と、前記塗布装置の近傍に配設された成形装置とを備えた熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置において、
   前記シリンダの中心軸上に前記吐出部が配置され、
   前記シリンダの中心軸方向に移動自在にかつ前記シリンダの中心軸方向に対して垂直方向に拘束された状態で前記ベッド上に連結されることにより、前記シリンダを前記ベッドに対して前記垂直方向の相対位置を拘束したまま前記シリンダの中心軸方向に移動自在に支持するブラケットを備え、
   前記シリンダの一部分を鉛直上下方向に移動させるＺ軸上下動ステージを有し、前記前後移動方向に移動自在に前記成形装置に支持されるＺ軸ステージを備え、
   前記成形装置からみた前記Ｚ軸ステージの前記前後移動方向位置及び前記Ｚ軸ステージからみた前記Ｚ軸上下動ステージの前記鉛直上下方向位置をそれぞれ検出する第１および第２の位置センサを備え、
   前記第１および第２の位置センサで検出された前記Ｚ軸ステージの前記前後移動方向位置および前記Ｚ軸上下動ステージの前記鉛直上下方向位置に基づいて前記吐出部の位置および塗布速度を制御する
   ことを特徴とする熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置。
2. 前記第１および第２の位置センサは、それぞれアブソリュート型のエンコーダからなることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置。
3. 水平な前後移動方向に対して直交する水平軸の周りに揺動するベッドを前記前後移動方向に移動自在な移動架台が有し、前記ベッドに設置された可塑化部のシリンダから前記シリンダの先端に連結された吐出部に熱可塑性溶融樹脂を供給して成形を行う熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造方法において、
   前記シリンダの一部分を支持して鉛直上下方向に移動させるＺ軸上下動ステージを有し、前記可塑化部のシリンダの先端に前記吐出部が連結された塗布装置の近傍に配設された成形装置に支持されて前記前後移動方向に移動自在であるＺ軸ステージにおける、前記成形装置からみた前記Ｚ軸ステージの前記前後移動方向位置と前記Ｚ軸ステージからみた前記Ｚ軸上下動ステージの前記鉛直上下方向位置とをそれぞれアブソリュート型のエンコーダからなる第１および第２の位置センサで検出し、
   前記第１および第２の位置センサで検出された前記Ｚ軸ステージの前記前後移動方向位置および前記Ｚ軸上下動ステージの前記鉛直上下方向位置に基づいて前記吐出部の位置および塗布速度を制御する
   ことを特徴とする熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造方法。
4. 前記Ｚ軸上下動ステージを前記鉛直上下方向に移動させることでの前記ベッドの揺動動作に伴い、前記移動架台を駆動させていない場合に前記成形装置からみた前記吐出部の前記前後移動方向位置が前記前後移動方向に移動するずれ量を、前記第１の位置センサで検出された前記Ｚ軸ステージの前記前後移動方向位置に基づいて算出して前記吐出部の前記前後移動方向位置を制御すると共に、前記吐出部の前記鉛直上下方向位置と前記第２の位置センサで検出される前記Ｚ軸ステージからみた前記Ｚ軸上下動ステージの前記鉛直上下方向位置との関係を予め計測しておき、前記関係に基づいて前記吐出部の前記鉛直上下方向位置を制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造方法。
5. 前記シリンダの中心軸が前記前後移動方向に対して平行に保たれた状態で、
   前記シリンダが室温の場合と所定の温度まで加熱した場合とで、前記第１の位置センサで検出された前記Ｚ軸ステージの前記前後移動方向位置と前記移動架台の前記前後移動方向位置との差の値をそれぞれ算出し、算出された値の差分に基づいて前記シリンダの熱膨張量を算出し、
   前記温度に基づいて前記Ｚ軸上下動ステージが支持する前記シリンダの一部分から前記吐出部のリップ先端までの前記前後移動方向の熱膨張量を算出し、
   これらの熱膨張量を加味して前記吐出部のリップ先端の前記前後移動方向位置および前記鉛直上下方向位置を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造方法。

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