JP5688181B2 - シート積層体の製造方法及びシート積層体の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート積層体の製造方法及びシート積層体の製造装置に関する。このようなシート積層体は、電子構成品製造時の中間製品であり得、例えばグリーンセラミックシートのようなセラミックシートを含む。

シート積層体は重なり合って積層化されたシート片を含んでいる。シート積層体は手作業もしくは手動又は自動の方法で製造することができる。手作業による積層体製造の短所は、たいていの場合非常に薄く傷が付きやすいシートが、取り扱いによって損傷してしまう可能性があることであり、その際裂け目、へこみ、押圧箇所、穴あき、エッジの曲がり、シートのずれなどが生じ得る。積層内でのシート片の順番は非常に複雑である場合があるため、積層を行なう人員には訓練と長時間の高い集中力維持が要求される。それにもかかわらず、積層シートの積層順を間違えて積層不良になる危険がある。手作業の方法では不良品率が比較的高くなり得る。

自動化された積層化システムは、シート片に本来の積層化を行なう前に、費用のかさむプロセス技術を備えている。その際、シート片の実際の位置は高精度のビジョンシステムを使用してレチクル又は中心マークで検出し、高精度の中心合わせ台を使って、正しい位置に積み重ねるために必要な規定位置にしなければならない。さらに、１２０μｍ以下の、特に６０μｍ以下の薄いシートの積み重ねは制限されてのみ可能であるか又はまったく不可能である。

自動積層のためのその他の方法は、シートが積層型内で直接打ち抜かれることを企図している。この場合の欠点は、打ち抜きの断片が積層型内に入ってしまいやすく、それによって品質欠陥と不良品がもたらされ得ることである。

本発明の課題は、印刷された及び印刷されていないシート、特にグリーンセラミックシートから、所望の可変高さに、高い積層精度と品質を備えて積層を製造するための、改良された方法を提示することである。さらに、対応する積層製造装置が提示される。

本課題は、独立請求項の特徴を備えた方法によって解決される。別の有利な実施形態は、従属請求項に提示される。

シート積層体の製造方法には以下が含まれる。シートを準備し、シートからシート片を切り取り、シート片が支持板の所定の位置に位置決めされる。シート片を支持板上の所定の位置に保持し、シート片を所定の位置に維持しつつ、保持されたシート片と共に支持板を積層型上に移動し、シート片が積層型内に積み重ねられる。

これらの工程は何度も繰り返され、積層型内に積み重ねられたシート片がシート積層体を形成する。

所定の位置とは、支持板が積層型の上に移動した後、シート片がこの位置から正確に積層型内で、もしくは積み重ねられたシート片にエッジも正確に積層型内で、積層され得る位置である。

この方法は、印刷された及び印刷されていないシート片からなる積層、特にグリーンセラミックシートブランクを、所望の可変高さに、高い積層精度と品質を備えて積層を製造することを可能にする。積層内でのシート片の順番は（回転された、回転されていない、印刷された、印刷されていない、安全層として形成されているなど）、その際自由に選択できる。

有利には打ち抜きを使用して切り取ることができるが、レーザーなど他の切取り方法も考え得る。打ち抜きはシートからシート片が支持板上に打ち抜きされ、切取り及び積層化が１つの工程で実行できるように実施され得る。打ち抜き及び積層化が相前後して行なわれる工程で実行されることも考え得る。

積層化するべきシート片は、例えば打ち抜きが企図される分離工程から、支持板上に保持され、その位置は積層型内の積層化までもう変更されることがない。これによって位置合わせのための複雑なプロセス工程が廃止される。このような位置合わせのためには中心マークは不要である。例えば打ち抜きによる分離と積層化の間に必要なその他の加工工程は、シート片の位置が変えられることなく支持板上で行なわれる。このような工程は、例えば印刷、印刷の乾燥、ビジョンシステムを使用した印刷の点検であり得る。

有利にはシート片は負圧によって支持板上でその所定の位置に、例えば支持板内の負圧ノズル又は真空ノズルを使用して、又は支持板として開放気孔のある多孔性の材料を使用することで保持される。シート片を保護するために、及び支持板の汚れを防止するために、空気を通しやすい、簡単に交換可能な紙を支持板上に例えば縁の接着により固定してよい。

積層型の底は、一実施形態では高さ調整可能であり、支持板の方向に動かされ、つまり持ち上げられ、その結果すでに積層化されたシート片が支持板によって保持されているシート片とコンタクトするようにされる。言い換えれば、積層化されたシート片が保持されたシート片に接触するまで、積層化されたシート片が積層型内で支持板上に保持されているシート片まで移動する。これによってシート片は積層化されたシート片上に載せる際にその位置を変えることはできず、その結果シート片は積層内で正確に配向され、及びそのエッジが重なり合って位置する。

取り外す際は、支持板とシート片の間に過圧力を例えば圧縮空気によって生じさせる。それによってシート片は支持板から外れる。

積層型の底は、シート片を支持板から遠ざけるために、シート片の取り外し後に下げられる。取り外し時、シート片は降下高さを超えることはできず、このことが取り外し時のシート片の移動を阻止する。

底は上昇後に、積層化されたシート片を支持板の方向に動かすために、上昇した経路長と同じだけ移動し、及びシート片の厚み分再び下降され、その結果積層化されたシート片の上面は、取り外し手順と手順の間に、すでに積層化されたシート片の高さに無関係に積層型の上面に対して所定の位置にある。

第１の持上げモジュールは底を、経路長の分だけ持ち上げ及び下降させることができ、第２の持上げモジュールは底を、段階的にそれぞれシート片の厚み分だけ下へ下降させることができる。

積層プロセスと積層プロセスの間に、積層型は縦軸回りに、有利には９０°、１８０°又は２７０°回転可能である。このことにより、同じシートを異なった方向に載せることが可能になる。

シート積層体の製造装置は、シートからシート片を切り取るための分離装置、及び高さ調節可能な底を備えた積層型を含み、その積層型の底面はシート片と対応する。加えて、打ち抜かれたシート片を、支持板上の所定の位置に保持することに適しており、及び積層化するシート片を搬送するために分離装置から積層型の上の位置まで動くことができる支持板が備えられている。本方法が実施される装置が必要とするスペース及び面積はわずかである。

分離装置は打抜き装置として形成され得る。一実施例ではシート片は支持板上の所定の位置に打ち抜かれる。

支持板は一実施形態では、シート片が例えば真空ノズル又は負圧ノズルを使って負圧によって保持されるよう形成される。さらに、一実施形態において支持板は、シート片が過圧力、例えば負圧もしくは真空と圧縮空気とを切り替えられるノズルによって支持板から外されるよう形成される。一実施例では、真空ノズル又は負圧ノズルも圧縮空気ノズルも備えられている。

第１の持上げモジュールは底を経路長の分だけ持ち上げるために備えられており、第２の持上げモジュールは底を段階的にそれぞれシート片の厚み分だけ下へおろすために備えられている。第１の持上げモジュールは、ショートストロークシリンダ、例えば空気圧式ショートストロークシリンダを含み得、及び第２の持上げモジュールはサーボモータを含み得る。

積層型は例えば回転円板を使用して縦軸周りを回転可能である。これによってシート片が偏らないよう、積層型は面とりされた内部エッジを備えている。

以下では本発明が実施例及び図を使用して説明される。

シート積層体の製造装置の実施例の模式図である。 分離装置の実施例の模式図である。

図１では、可動の支持板１を含む装置が具体的に説明されており、この支持板を使って、好ましくはセラミックシート、特にグリーンセラミックシートから成るシート片２が、電子構成品内で使用されるように、保持される。支持板１は金属板として形成され得る。

支持板１は開口部又はノズルを備えてよく、そこで空気が吸引され及び／又はそこから圧縮空気が放出され得る。開口部はシート片２が保持される範囲に備えられている。保持は負圧もしくは真空によって行なわれ、負圧もしくは真空は開口部内で圧力が低減されると生じる。開口部から圧縮空気が放出されると、シート片２が支持板１から離れる。

打抜きヘッド１０が分離装置として備えられ、この打抜きヘッドを使用してシート片２がシートから打ち抜かれる。この原理は模式的に図１に具体的に示されている。打抜き中、支持板１と打抜きヘッドは隣接している。

図２は打抜きパンチ１１とダイ１２を備えた分離装置の実施例である。ダイ１２は開口部を備え、この開口部は打抜きパンチ１１下側とシート片２の寸法に対応し、この開口部を通って打抜きパンチ１１は打ち抜きプロセスの際に移動する。打抜きパンチ１１、ダイ１２及び支持板１は、圧縮空気と真空を切替え可能な真空・圧縮空気コンビノズル（図示せず）を備え得る。シート１４は例えばロール１３を経由して給送され、その結果シートは打抜きの前に打抜きパンチ１１もしくはダイ１２と支持板１との間で位置決めされる。ウェブ状のシート１４は、空気が吸引されるノズルの上で、ダイ１２及び打抜きパンチ１１のところに保持され得る。打抜きパンチ１１はシート片２をシート１４から打ち抜き、打抜きパンチ１１のノズルがシート片２を外すために圧縮空気に切り替えられ、その結果シート片２が支持板１上の所定の位置に位置決めされる。打抜き後、シート片２が打ち抜かれて現時点では廃棄物となった範囲は、ローラー１３とは反対の方向に遠ざかり、その結果シート１４がローラー１３から引っ張られてダイ１２の開口部がシート１４に覆われ、それによってさらなるシート片２が打ち抜かれ得る。

シート片２の支持板上への搬送又はシート片２の支持板１上での位置調整が省略される。別法としてシート片２の支持板１への搬送は直接打抜き後に行なわれる。打ち抜かれたシート片２は支持板１によって、図１に示されたように保持される。支持板１上のシート片の位置は、水平の矢印で示された考え得る中間工程中において支持板１の運動中は変化しない。

この装置はさらに、図１に示されたような、高さ調節可能な底４を備えた積層型５を有している。積層型５内には、積層化されたシート片３がある。底４は、第１の及び第２の持上げモジュールを含む持上げ装置によって迅速に上方へセットされる。持上げ装置は、第２の持上げモジュールとしてサーボモータ８及びスピンドル７、例えばボール循環式スピンドルを含み、第１の持上げモジュールとして、例えば空気圧式ショートストロークシリンダのようなショートストロークシリンダ６を含み、両方は相前後して接続されている。サーボモータ８及びスピンドル７は、スピンドル持上げモジュール９として機能し、これによって底４及びショートストロークシリンダ６が垂直に動き得る。ショートストロークシリンダ６は、例えばロッドを介して積層型５の底４と接続されている。ショートストロークシリンダ６もサーボモータ８も、積層型５の側壁に対して底４を動かすことに適している。

シート積層体を製造するための加工の順番は、打抜き、印刷、乾燥、ビジョンシステムを使用した印刷の検査、積層型５内での積層化を含み得る。積層化するべき及び打ち抜くべきシート片２は、打抜き後にロールから負圧もしくは真空によって支持板１上に固定され、支持板１上での自身の位置を高精度の積層型５内への積層化までもはや変えることはない。これによって複雑なプロセス工程とシート片２を位置合わせするための処置が不要となる。シート片２上の中心マークは不要である。支持板１の動きは、分離装置１０、１１、１２から積層型５までの経路上で、並進も回転も含み得る。支持板１が一番上にあるシート片２と共に１８０°もしくはほぼ１８０°向きが変えられた場合に回転し、その結果シート片２を支持板１の下にある積層の上に置くことができる。打抜きの後に続く処理工程は、例えば個々の処理ステーション（図示せず）で行なわれ得、この処理ステーションに対して支持板１はシート片２と共に動かされる。

一実施例では、複数の支持板１が備えられており、これら支持板のうちそれぞれ１つ又はそれ以上が同時に個々の処理ステーションのところにあり、そのことがシート積層体の製造速度を速める。支持板１は、段階的に分離装置１０、１１、１２から異なった処理ステーションを経て積層型５まで動き、その際シート片２は個々の支持板１上でその所定の位置にとどまる。

積層型５、すなわちキャビティ内でのシート片２の積層化は、重要なポイントである。積層型５は可動の底４を備え、この底はショートストロークシリンダ６とスピンドル持上げモジュール９を備えた持上げ装置によって上方へ迅速にセットされ得る。ショートストロークシリンダ６は、シート片２の支持板１からの受け取りを行なう。底４はその上に積層化されたシート片３と共に、支持板１まで送られ、有利にはサーボモータ８なしにこの移動量を達成する。シート片２が載せられた後、底４はショートストロークシリンダ６によって下へおろされる。上昇及び下降ストローク、つまり底４がショートストロークシリンダ６によって上方及び下方に動く経路長は、同じ大きさである。積層高さが高くなってもシートの厚みが同じ積層化条件に達するように、積層化されたシート片２を載せるたびに、サーボモータ８は底４の位置を積層型５内で修正する。それによって、積層品質は高い積層の場合であっても均一で、積層化は正確である。

加えて積層型５は迅速な回転動作を１８０°実行し得る。この回転動作はシート片２の積層化から次の積層化の間に行なわれる。

積層型５の幾何学的な正確さは、積層の正確さを決定する。底４の底面は、シート片２と一致する。積層型５の側面は積層型５の全高と非常に正確に、及びわずかなばらつきで製造され、通常は＋／−８μｍより良好である。積層型５の他の特徴は、積層化もしくはシート片２の積層型５への受渡しが安定的でプロセス信頼性の高いものに形成されるよう内部エッジが０．０５ｘ４５°から０．１ｘ４５°まで面取りされることである。

シート片２の積層化は、以下のように行なわれる。シート片２を負圧もしくは真空で保持する支持板１が、積層化のために積層型の上に移動される。支持板１は円錐形のピン及びソケット（図示せず）を使って位置を正確に中心合わせされ、例えば支持板１を積層型５の縁に当たるようにして積層型５と接触するようにされる。続いて底４が場合によってすでに積層化されたシート片３と共にショートストロークシリンダ６によって、積み重ねるべきシート片２と接するまで（例えば３ｍｍ）、上昇される。別法として、積層化されたシート片３が支持板１のところのシート片２に当たるまで、支持板１が積層型５の上で下降され、同時に底４がショートストロークシリンダ６を使用して上昇されて、シート片２の引き渡しが実行され得る。一方でこの圧接により、他方で例えばノズルを負圧モードから圧縮空気放出に切り替えることにより、板の真空が圧縮空気に切り替えられ、シート片２が支持板１から積層型５へ高いプロセス信頼性と高い精度で引き渡される。シート片の引き渡しは、支持板１内で負圧もしくは真空から圧縮空気に切り替えることにより、及び同時に底４をショートストロークシリンダ６で下へおろしシートの厚み修正をサーボモータ８で行なうことによって実行される。言い換えれば、ショートストロークシリンダ６は再び底４を例えば３ｍｍ下へおろす。加えてサーボモータ８は、積み重ねられたシートの厚みの分だけ下へ底４の位置を修正する。支持板１は再び積層型５から持ち上げられ、次のサイクルに進む。任意で積層型５を１８０°向きを変えることも可能である。次の支持板１は積層型５の上の位置に運ばれ、手順が前から開始され、所望の積層高さに達するまで続けられる。

記述された方法は、例えば厚さが１５μｍまでの非常に薄いシートであっても、確実で正確な積層化を可能にする。シートの判型は４÷１２インチ、好ましくは４÷８インチであってよい。

実施例の特徴を組み合わせることも可能である。

１ 支持板
２ シート片
３ 積層されたシート片
４ 底
５ 積層型
６ 空気圧式ショートストロークシリンダ
７ スピンドル
８ サーボモータ
９ スピンドル持上げモジュール
１０ 打抜きヘッド
１１ 打抜きパンチ
１２ ダイ
１３ ロール
１４ シート

Claims (11)

1. シート積層体の製造方法であって、
   シート（１４）を準備する工程と、
   前記シート（１４）からシート片（２）を切り取り、前記シート片（２）を支持板（１）の所定の位置に位置決めする工程と、
   前記シート片（２）を前記支持板（１）の上の前記所定の位置に保持する工程と、
   前記シート片（２）を前記所定の位置に維持しつつ、前記保持されたシート片（２）と共に前記支持板（１）を積層型（５）に移動する工程と、
   積層化されたシート片（３）と前記保持されているシート片（２）とが接触するように、前記積層型（５）の高さ調節可能な底（４）を前記支持板（１）の方向に持ち上げ、前記積層化されたシート片（３）を前記積層型（５）内で前記保持されているシート片（２）まで移動させる工程と、
   前記シート片（２）を前記積層型（５）内に載置する工程と、
   前記積層型（５）の前記底（４）を前記持ち上げの経路長及び前記シート片（２）の厚み分だけ下降させる工程と、
   前記積層化されたシート片（３）が所望の積層高さに達するまで上記工程を繰り返す工程と、
   を備えるシート積層体の製造方法。
2. 前記シート片（２）が負圧によって保持される、請求項１に記載の方法。
3. 前記支持板（１）と前記シート片（２）の間の過圧力が導入される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 第１の持上げモジュール（６）が前記底（４）の持ち上げの経路長分の持ち上げ及び下降を行い、第２の持上げモジュール（９）が前記底（４）の前記シート片（２）の厚み分の下降を行う、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記積層型（５）が縦軸の周りを回される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 積層体を製造する装置であって、
   シート（１４）からシート片（２）を切り取るための分離装置（１０、１１、１２）と、
   前記シート片（２）と対応する底面を備え高さ調節可能な底（４）を有する積層型（５）と、
   前記切り取られたシート片（２）を所定の位置に保持し、前記分離装置から前記積層型（５）の上の位置に移動可能である支持板（１）と、
   前記底（４）を経路長の分持ち上げ及び下降させる第１の持上げモジュール（６）と、前記底（４）を段階的にそれぞれ前記シート片（２）の厚み分だけ下降させる第２の持上げモジュール（９）と、
   を備える積層体製造装置。
7. 前記支持板（１）が、負圧によって前記シート片（２）を保持するように構成されている、請求項６に記載の装置。
8. 前記支持板（１）では、過圧力によって前記シート片（２）が前記支持板（１）から外されるように形成されている、請求項６又は７に記載の装置。
9. 前記第１の持上げモジュールがショートストロークシリンダ（６）を、前記第２の持上げモジュール（９）がサーボモータ（８）をそれぞれ含む、請求項６〜８のうちのいずれか一項に記載の装置。
10. 前記積層型（５）が縦軸の周りに回転可能である、請求項６〜９のうちのいずれか一項に記載の装置。
11. 前記積層型（５）が、内部エッジを面取りされている、請求項６〜１０のうちのいずれか一項に記載の装置。
    
    
    
    

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