JP7176198B2 - 基材保持機構、基材成形システムおよび基材保持方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材を成形する基材成形システムにおいて基材を保持するための基材保持機構および基材成形システム、ならびにこのような基材保持機構による基材保持方法に関する。

従来から、射出成形機等を利用して基材（例えば、フィルム）を成形することにより成形品を作製する基材成形システムにおいて、以下の工程が１工程ずつ順番に行われている。より詳細には、原反からフィルムを繰り出す工程と、繰り出したフィルムをシート状にカットする工程と、カットしたシート状のフィルムを軟化させるために加熱する工程と、金型を用いて加熱したフィルムの真空成形を行う工程と、樹脂を射出する工程と、成形品を取り出す工程とが１工程ずつ順番に行なわれるようになっている。

また、特許文献１には、基材成形システムにおいて成形されるべき基材を保持する基材保持機構として、枚葉状の基材の上端縁のみをクランプする保持ハンドが開示されている。より具体的には、上端縁のみをクランプされた枚葉状の基材は、重力により下方に向かってまっすぐ延びた平坦な形状となる。また、このような状態で保持された枚葉状の基材を金型の間に位置させることにより、金型によって基材の成形を行うようになっている。

特許第５８６６３９８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている基材成形システムにおける保持ハンドは、上述したように、下方に向かってまっすぐに延びた平坦な形状の基材を金型によって成形するようになっているため、基材成形システムにおける基材の使用量を低減させることが難しいという問題がある。より詳細には、例えば金型等によって基材を凸形状に湾曲するよう成形する場合には、湾曲していない平坦な状態で保持された基材を金型に受け渡すよりも、予め金型等の形状に沿った凸形状となるよう保持された基材を金型に受け渡すほうが、基材の使用量を低減させることができる。しかしながら、このように基材を湾曲させた状態で保持することのできる基材保持機構はこれまで存在していないという問題がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、少なくとも凹部または凸部を有する本体部の立体形状に沿うよう基材を吸着させて保持することにより、基材成形システムにおける基材の使用量を低減させることのできる基材保持機構、基材成形システムおよび基材保持方法を提供することを目的とする。

本発明の基材保持機構は、基材を成形する基材成形システムにおいて基材を保持するための基材保持機構であって、少なくとも凹部または凸部からなる立体形状を有する本体部と、前記本体部に設けられた前記凹部または前記凸部の立体形状に沿って前記本体部に基材を吸着させることにより基材を保持するための吸着部と、を備えたことを特徴とする。

このような基材保持機構によれば、少なくとも凹部または凸部を有する本体部の立体形状に沿うよう基材を吸着させて保持することにより、基材を平坦な形状となるよう保持する場合と比較して、基材成形システムにおける基材の使用量を低減させることができる。

本発明の基材保持機構においては、前記本体部は、ベース部材と、弾性材料から構成される弾性部材とが積層された構成を有しており、前記吸着部により基材が前記本体部の立体形状に沿って吸着されるときに前記弾性部材が基材と接触するようになっていてもよい。

この場合、前記弾性材料はシリコン樹脂であってもよい。

また、前記本体部は、開口を有する枠状部材から構成されていてもよい。

本発明の基材保持機構は、前記枠状部材における前記開口の内側に設けられ、当該枠状部材による基材の保持を補助するための保持補助部材を更に備えていてもよい。

また、本発明の基材保持機構においては、前記吸着部は、基材を真空吸着することにより保持するようになっていてもよい。

また、本発明の基材保持機構においては、前記本体部は、複数の吸着穴を有する多孔質の材料からなり、前記吸着部が各前記吸着穴を介して気体を吸引することにより、前記本体部に設けられた前記凹部または前記凸部の立体形状に沿って前記本体部に基材が吸着されるようになっていてもよい。

また、本発明の基材保持機構においては、前記本体部には複数の貫通孔が設けられており、前記吸着部が各前記貫通孔を介して気体を吸引することにより、前記本体部に設けられた前記凹部または前記凸部の立体形状に沿って前記本体部に基材が吸着されるようになっていてもよい。

この場合、各前記貫通孔は、スリットであってもよい。

また、各前記貫通孔は、円形形状、楕円形状または多角形形状であってもよい。

本発明の基材成形システムは、基材を成形することにより成形品を作製するための基材成形システムであって、基材を生成する基材生成装置と、前記基材生成装置により生成された生成基材の成形を行う成形装置と、前記基材生成装置により生成された生成基材を前記基材生成装置から前記成形装置に搬送する搬送装置と、を備え、前記搬送装置は、生成基材を保持するための基材保持機構と、前記基材保持機構を移動させるための移動機構とを有しており、前記基材保持機構は、少なくとも凹部または凸部からなる立体形状を有する本体部と、前記本体部に設けられた前記凹部または前記凸部の立体形状に沿って前記本体部に生成基材を吸着させることにより生成基材を保持するための吸着部とを有していることを特徴とする。

このような基材成形システムによれば、少なくとも凹部または凸部を有する本体部の立体形状に沿うよう生成基材を吸着させて保持することにより、生成基材を平坦な形状となるよう保持する場合と比較して、成形装置により生成基材を成形する際の基材の使用量を低減させることができる。

本発明の基材成形システムにおいては、前記成形装置は、少なくとも凹部からなる立体形状を有する雌型の金型を有しており、前記基材保持機構の前記本体部は、前記成形装置の前記金型の前記凹部の少なくとも一部に嵌まる凸部を含んでいてもよい。

また、本発明の基材成形システムにおいては、前記成形装置は、前記基材生成装置により生成された生成基材の真空成形および樹脂の射出成形を行うようになっていてもよい。

また、本発明の基材成形システムにおいては、前記搬送装置における前記移動機構は多関節ロボットから構成されていてもよい。

本発明の基材保持方法は、基材を成形する基材成形システムにおいて基材を保持するための基材保持方法であって、基材を準備する工程と、少なくとも凹部または凸部を有する本体部の立体形状に沿って基材を吸着させることにより基材を保持する工程と、を備えたことを特徴とする。

このような基材保持方法によれば、少なくとも凹部または凸部を有する本体部の立体形状に沿うよう基材を吸着させて保持することにより、基材成形システムにおける基材の使用量を低減させることができる。

本発明の基材保持機構、基材成形システムおよび基材保持方法によれば、本体部の立体形状に沿うよう基材を吸着させて保持することにより、基材成形システムにおける基材の使用量を低減させることができる。

本発明の実施の形態による基材成形システムの構成を概略的に示す上面図である。 図１に示す基材成形システムの斜視図である。 図１等に示す基材成形システムの搬送装置における基材保持機構の構成を示す上面図である。 図３に示す基材保持機構における本体部の構成の詳細を示す正面図である。 図４に示す本体部の概略的な構成を示す斜視図である。 図４等に示す本体部の概略的な構成を示す側面図である。 図３等に示す基材保持機構により保持される基材を成形装置に受け渡すときの概略的な構成を示す側面図である。 図３に示す基材保持機構における成形品保持部の構成の詳細を示す正面図である。 図１等に示す基材成形システムにおいて基材の成形を行うことによって成形品を作製する際の途中の状態を示す上面図である。 図９に示す状態から引き続く、図１等に示す基材成形システムにおいて基材の成形を行うことによって成形品を作製する際の途中の状態を示す上面図である。 図１０に示す状態から引き続く、図１等に示す基材成形システムにおいて基材の成形を行うことによって成形品を作製する際の途中の状態を示す上面図である。 図１１に示す状態から引き続く、図１等に示す基材成形システムにおいて基材の成形を行うことによって成形品を作製する際の途中の状態を示す上面図である。 図１に示す基材成形システムにおける基材保持機構および成形装置の他の構成を概略的に示す側面図である。 図１に示す基材成形システムにおける基材保持機構および成形装置の更に他の構成を概略的に示す側面図である。 図１に示す基材成形システムにおける基材保持機構および成形装置の更に他の構成を概略的に示す側面図である。 図１５に示す成形装置によって基材を成形するときの構成を示す構成図である。 図３等に示す基材保持機構における基材保持部に追加的に設けられた保持補助部材の構成を概略的に示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図１７は、本実施の形態に係る基材成形システムおよびこのような基材成形システムによる基材成形方法を示す図である。このうち、図１は、本実施の形態による基材成形システムの構成を概略的に示す上面図であり、図２は、図１に示す基材成形システムの斜視図である。また、図３は、図１等に示す基材成形システムの搬送装置における基材保持機構の構成を示す上面図であり、図４は、図３に示す基材保持機構における本体部の構成の詳細を示す正面図である。また、図５および図６は、図４に示す本体部の概略的な構成を示す斜視図および側面図であり、図７は、図３等に示す基材保持機構により保持される基材を成形装置に受け渡すときの概略的な構成を示す側面図であり、図８は、図３に示す基材保持機構における成形品保持部の構成の詳細を示す正面図である。また、図９乃至図１２は、それぞれ、図１等に示す基材成形システムにおいて基材の成形を行うことによって成形品を作製する際の途中の状態を順に示す上面図である。また、図１３乃至図１５は、それぞれ、図１に示す基材成形システムにおける基材保持機構および成形装置の他の構成を概略的に示す側面図である。また、図１６は、図１５に示す成形装置によって基材を成形するときの構成を示す構成図であり、図１７は、図３等に示す基材保持機構における基材保持部に追加的に設けられた保持補助部材の構成を概略的に示す正面図である。なお、図１において、本実施の形態に係る基材成形システムで作業を行う作業者を参照符合Ｍで示す。また、図２乃至図４、図６乃至図１７において、成形装置により成形される前の生成基材を参照符合Ｗ１で示し、成形装置により生成基材が成形されることによって作製された成形品を参照符合Ｗ２で示している。また、図７、図１３および図１４において、従来の基材保持機構により保持された生成基材を参照符号Ｗで示している。

まず、本実施の形態に係る基材成形システム１００について図１および図２を用いて説明する。図１および図２に示すように、本実施の形態に係る基材成形システム１００は、シート状のフィルム等の基材を生成する基材生成装置２００と、基材生成装置２００により生成された生成基材の成形を行う成形装置３００と、基材生成装置２００により生成された生成基材を基材生成装置２００から成形装置３００に搬送する搬送装置４００とを備えている。このような基材成形システム１００では、まずシート状のフィルム等の基材を基材生成装置２００により生成し、次に基材生成装置２００により生成された生成基材を搬送装置４００により当該基材生成装置２００から成形装置３００に搬送し、その後に成形装置３００によって生成基材の成形を行うことにより成形品を作製するようになっている。また、本実施の形態の基材成形方法によれば、成形装置３００により生成基材の成形を行うことによって成形品を作製する間に、成形装置３００により次に成形されるべき生成基材を搬送装置４００により基材生成装置２００から成形装置３００に向かって搬送しながら加熱するようになっている。このような基材成形システム１００の各構成部材の詳細について以下に説明する。

図２に示すように、基材生成装置２００は、原反２２０から繰り出された帯状のフィルム等の基材を間欠的に搬送する搬送ローラ等の搬送部２４０と、搬送部２４０により搬送される帯状の基材の先端部分を切断するカッター等の切断部２６０とを有しており、帯状の基材の先端部分が切断部２６０によって切断されることによりシート状（言い換えると、枚葉状）の基材が生成されるようになっている。ここで、基材生成装置２００において原反２２０から繰り出される基材として、例えばアクリル、ＰＥＴ、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリカーボネートおよびポリプロピレンのうちいずれかの単層または複層のフィルム等の材料が用いられるようになっている。ここで、基材として複層のフィルム等の材料が用いられる場合には、合計の厚みが５０～１０００μｍの範囲内の大きさであればよい。より詳細には、それぞれの層の厚みの大きさは層の数により決まり、合計の厚みである５０～１０００μｍの範囲内で規定されるようになる。

成形装置３００は、基材生成装置２００により生成された生成基材の真空成形および樹脂の射出成形を行うようになっている。より詳細には、成形装置３００は、当該成形装置３００に送られた生成基材の一方の面に対して真空成形を行うとともに他方の面に対して樹脂の射出成形を行うようになっている。具体的に説明すると、図１および図２等に示すように、成形装置３００は、可動金型３２０と、固定金型３４０と、可動金型３２０を保持する可動金型保持部３６０と、固定金型３４０を保持する固定金型保持部３８０とを有しており、可動金型３２０と固定金型３４０とが互いに接触しているときにこれらの可動金型３２０と固定金型３４０との間に凹形状のキャビティ（空洞部分）が形成されるようになっている。より詳細には、可動金型３２０には凹部３２１が形成されるとともに、固定金型３４０には凹部３２１に入る凸部３４１が設けられており、可動金型３２０と固定金型３４０とが互いに接触し、凸部３４１が凹部３２１に入れられたときに、これらの凸部３４１と凹部３２１との間に凹形状のキャビティが形成されるようになっている。

搬送装置４００により成形装置３００に送られた生成基材は、当該成形装置３００の可動金型３２０により真空成形が行われるようになっている。より詳細には、図１に示すように、可動金型３２０の凹部３２１には気体の流路３３０が接続されており、当該流路３３０には吸引ポンプ３１０が接続されている。そして、吸引ポンプ３１０により流路３３０から気体が引かれることにより、搬送装置４００により成形装置３００に送られた生成基材は可動金型３２０に真空吸着される。この際に、生成基材は可動金型３２０の凹部３２１に入るようになり、このことにより生成基材は凹部３２１の形状に沿うよう真空成形されるようになる。

また、図１に示すように、固定金型保持部３８０には、可動金型３２０と固定金型３４０とが互いに接触しているときにこれらの可動金型３２０と固定金型３４０との間に形成されるキャビティに熱可塑性樹脂等の樹脂を供給する樹脂供給路３５０が設けられており、この樹脂供給路３５０には当該樹脂供給路３５０に樹脂を供給する樹脂供給部３９０が接続されている。可動金型３２０と固定金型３４０とが互いに接触しているときに、樹脂供給部３９０から樹脂供給路３５０を介して可動金型３２０と固定金型３４０との間に形成される凹形状のキャビティに樹脂が供給されることにより、可動金型３２０により真空成形された生成基材の表面（具体的には、凹部３２１に対向する面とは反対側の面）に対して樹脂の射出成形が行われるようになる。ここで、樹脂供給部３９０から樹脂供給路３５０を介して可動金型３２０と固定金型３４０との間のキャビティに供給される樹脂として、例えばアクリル、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリカーボネートおよびポリプロピレンのうちいずれか一つまたはこれらを混合した材料が用いられるようになっている。また、キャビティに供給される樹脂に、上述した複数の材料の界面が溶融した傾斜材料が含まれるようになっていてもよい。

また、図１および図２に示すように、成形装置３００は、可動金型保持部３６０をガイドするガイド部３７０を有しており、可動金型保持部３６０はガイド部３７０に沿って固定金型保持部３８０に向かう方向および固定金型保持部３８０から遠ざかる方向にそれぞれ移動するようになっている。なお、図１は、可動金型保持部３６０が固定金型保持部３８０から離間しているときの状態を示しており、図９は、可動金型保持部３６０が固定金型保持部３８０に接近することにより可動金型３２０と固定金型３４０とが互いに接触しているときの状態を示している。

ここで、本実施の形態では、成形装置３００による生成基材の成形温度は８０～１６０℃であることが好ましい。また、成形装置３００により生成基材の真空成形が行われる際に、真空度は最大で大気圧である約１００，０００Ｐａから最小で０．１Ｐａの範囲内の大きさであることが好ましい。また、可動金型３２０および固定金型３４０による生成基材に対するプレス圧は０ｋＮ～４０，０００ｋＮの範囲内の大きさであることが好ましい。

搬送装置４００は、基材生成装置２００により生成された生成基材を当該基材生成装置２００から成形装置３００に搬送したり、成形装置３００により生成基材から成形された成形品を当該成形装置３００から取り出したりするものである。具体的には、図１および図２に示すように、搬送装置４００は、基材生成装置２００により生成された生成基材を保持するための基材保持機構４２０と、基材保持機構４２０を移動させるための移動機構４１０とを有している。また、本実施の形態では、基材保持機構４２０は、成形装置３００により生成基材から成形された成形品も保持することができるようになっている。また、本実施の形態では、移動機構４１０として多関節ロボットが用いられるようになっている。このような多関節ロボットによって、基材保持機構４２０により保持される生成基材や基板や成形品の向きを変えることができるようになる。また、搬送装置４００の移動機構４１０として多関節ロボットを用いており、かつ移動機構４１０が成形装置３００の外側に設けられているため、可動金型３２０と固定金型３４０とが離間しているときのスペースが狭い場合にも、移動機構４１０と基材成形システム１００の各構成部材とが接触してしまうことを防止することができるようになっている。

なお、移動機構４１０は多関節ロボットに限定されることはない。基材生成装置２００により生成された生成基材を当該基材生成装置２００から成形装置３００に搬送したり、成形装置３００により生成基材から成形された成形品を当該成形装置３００から取り出したりすることができるものであれば、移動機構４１０として多関節ロボット以外のものが用いられてもよい。

図３等に示すように、基材保持機構４２０は略長方形形状である支持部材４２２を有しており、この支持部材４２２の一方の面には、基材生成装置２００により生成された生成基材（図３において参照符合Ｗ１で表示）を保持するとともに加熱する基材保持部４４０が設けられている。また、支持部材４２２の他方の面には、成形装置３００により生成基材から成形された成形品（図３において参照符合Ｗ２で表示）を保持する成形品保持部４６０が設けられている。

基材保持機構４２０における基材保持部４４０の構成の詳細について図３乃至図７を用いて説明する。ここで、図４は、図３に示す基材保持機構４２０における本体部４４１の構成の詳細を示す正面図である。言い換えると、図４は、図３に示す基材保持機構４２０における本体部４４１を図３における左側から右に向かって見たときの構成を示す構成図である。また、図５および図６は、図４に示す本体部４４１の概略的な構成を示す斜視図および側面図であり、図７は、図４に示す本体部４４１により保持される生成基材を成形装置３００の可動金型３２０に受け渡すときの概略的な構成を示す側面図である。

図３乃至図７に示すように、基材保持部４４０は少なくとも凹部または凸部からなる立体形状を有する本体部４４１を含んでいる。本実施の形態においては、本体部４４１は、凸部４４２と開口４４４とを有する略長方形形状の枠状部材４４３から構成されており、この凸部４４２は可動金型３２０に形成された凹部３２１に向かって湾曲するような凸形状となるよう形成されている。より具体的には、本体部４４１は、当該本体部４４１により保持された生成基材の形状と、可動金型３２０の凹部３２１の立体形状とが略同一となるように形成されている。また、本体部４４１には複数（具体的には、４本）の細長いスリット４４７が設けられており、各スリット４４７によりシート状の生成基材の四辺近傍の箇所が真空吸着されるようになっている。このようにして、本体部４４１の立体形状に沿って生成基材が吸着されて保持されるようになる。より詳細には、図３に示すように、各スリット４４７には気体の流路４４８が接続されており、当該流路４４８にはロータリーポンプ等の吸引ポンプ４３０が接続されている。そして、吸引ポンプ４３０により各流路４４８から気体が吸引されることにより、シート状の生成基材の四辺近傍の箇所が各スリット４４７に真空吸着されるようになる。すなわち、本実施の形態による基材保持機構４２０においては、吸引ポンプ４３０と、スリット４４７と、各流路４４８等とから、本体部４４１の立体形状に沿って生成基材を吸着させる吸着部４４９が形成されている。

また、本体部４４１は、ベース部材４４５と、弾性材料から構成される弾性部材４４６とが積層された構成を有している。また、吸着部４４９により生成基材が本体部４４１の立体形状に沿って吸着されるときに弾性部材４４６が生成基材と接触するようになっている。ここで、ベース部材４４５は軽量で高い剛性を有する材料（例えば、アルミニウム材料や炭素繊維材料）から形成されていることが好ましい。また、弾性部材４４６は、当該弾性部材４４６と生成基材との密着性を向上させるために、樹脂等の柔軟な材料から形成されていることが好ましい。後述するように、生成基材は本体部４４１に保持された状態でヒータ４５０により加熱されるようになっているため、弾性部材４４６は耐熱性を有するシリコン樹脂等から構成されていることが更に好ましい。なお、弾性部材４４６が、耐熱性を有するゴム等の材料から形成されていてもよい。

また、基材保持部４４０にはヒータ４５０が取り付けられており、本体部４４１に設けられた各スリット４４７に真空吸着されるシート状の生成基材がヒータ４５０により例えば５０～２００℃に加熱させられるようになっている。このことにより、成形装置３００により成形されるシート状の生成基材の軟化が行われる。なお、上述した基材保持部４４０はヒータ４５０を有しており、生成基材を保持するとともに加熱することができるようになっているが、このような態様に限定されることはない。例えば、生成基材を加熱するためのヒータ等が設けられていない基材保持部が用いられるようになっていてもよい。

また、本実施の形態の基材保持機構４２０により保持された生成基材は、図７に示すような状態で可動金型３２０に受け渡されるようになっている。すなわち、可動金型３２０の凹部３２１と、基材保持部４４０の本体部４４１における凸部４４２とが互いに対向した状態において、基材保持部４４０に保持された生成基材が可動金型３２０に受け渡されるようになっている。このことにより、本実施の形態の基材成形システム１００において使用される基材の使用量を低減させることができるようになっている。より具体的には、従来の基材保持機構においては、枚葉状の基材は下方に向かってまっすぐに延びた平坦な形状となるよう保持されるようになっている。また、この状態で保持された基材が金型に受け渡されるようになっている（図７において参照符号Ｗで表示）。このため、基材を金型に受け渡す際や成形装置により成形される際の基材の伸びや変形を考慮した場合には、金型に設けられた凹部や凸部等の形状よりも大きいサイズとなるよう生成された枚葉状の基材を金型に受け渡す必要がある。これに対し、本実施の形態においては、基材保持機構４２０は、凸部４４２を有する本体部４４１の立体形状に沿うよう生成基材を保持するようになっており、この状態の生成基材を可動金型３２０に受け渡すようになっている。このため、図７に示すように、可動金型３２０に設けられた凹部３２１の形状と略同一のサイズとなるよう生成された生成基材を用いることができる。このように、本実施の形態による基材成形システム１００においては、生成基材を平坦な形状となるよう保持する従来の構成と比較してより小さいサイズの生成基材を用いることができるため、基材成形システム１００における基材の使用量を低減させることができる。また、本体部４４１は可動金型３２０の凹部３２１の形状に沿うよう生成基材を保持するようになっており、この状態の生成基材を可動金型３２０に受け渡すようになっているため、可動金型３２０によって生成基材を凹部３２１の形状に沿うよう容易に真空成形することができるようになる。

なお、本体部４４１に複数のスリット４４７を設ける代わりに、円形形状、楕円形形状又は多角形形状の貫通孔を本体部４４１に複数設けるようにしてもよい。また、これらの貫通孔を介して気体を吸引することにより、本体部４４１の立体形状に沿うよう本体部４４１にシート状の生成基材を吸着させるようにしてもよい。あるいは、本体部４４１に複数のスリット４４７を設ける代わりに、複数の吸着穴を有するスポンジ等の多孔質の材料から本体部４４１を形成し、当該吸着穴から気体を吸引することによって本体部４４１の立体形状に沿うよう本体部４４１にシート状の生成基材を吸着させるようにしてもよい。

次に、基材保持機構４２０における成形品保持部４６０の構成の詳細について図３および図８を用いて説明する。図８は、図３に示す基材保持機構４２０における成形品保持部４６０を図３における右側から左に向かって見たときの構成を示す構成図である。図３および図８に示すように、成形品保持部４６０には複数の吸着パッド４６２が設けられており、各吸着パッド４６２には吸着穴４６４が設けられている。これらの複数の吸着パッド４６２の各吸着穴４６４により成形品の複数の箇所が真空吸着されるようになっている。より詳細には、各吸着パッド４６２は例えばゴム等の可撓性を有する材料から構成されており、成形品が各吸着パッド４６２に吸着されたときに当該吸着パッド４６２によって成形品が傷つかないようになっている。また、図３に示すように、各吸着穴４６４には気体の流路４６６が接続されており、当該流路４６６には吸引ポンプ４３０が接続されている。そして、吸引ポンプ４３０により各流路４６６から気体が吸引されることにより、成形品の複数の箇所が各吸着穴４６４に真空吸着されるようになる。

また、基材保持機構４２０の成形品保持部４６０において、各吸着パッド４６２が設けられる位置を変更することができるようになっている。また、各吸着パッド４６２による成形品の吸着方向も変更することができるようになっている。ここで、吸着方向とは、各吸着パッド４６２の吸着穴４６４における空気の吸引方向のことを指しており、例えば図８に示す成形品保持部４６０における成形品の吸引方向は図３における左方向である。また、各吸着パッド４６２における吸着方向を変更することにより、各吸着パッド４６２によって例えば成形品を図３における上方向や下方向に吸着することができるようになる。このように、各吸着パッド４６２が設けられる位置および吸着方向を変更することができるため、成形品保持部４６０は、様々な形状の成形品を安定的に保持することができるようになる。

なお、吸引ポンプ４３０は、基材保持部４４０に関連する流路４４８、および成形品保持部４６０に関連する流路４６６のうちいずれか一方または両方から気体を吸引するようになっている。具体的には、図示しない切替弁によって吸引ポンプ４３０の接続先が流路４４８および流路４６６のうちいずれか一方または両方に切り替えられるようになっている。

次に、このような構成からなる基材成形システム１００による基材成形方法について図９乃至図１２を用いて説明する。

本実施の形態による基材成形システム１００により基材を成形して成形品を作製するにあたり、作業者が搬送装置４００の電源をオンにすると、当該搬送装置４００におけるヒータ４５０の加熱が開始される。そして、ヒータ４５０が所定の温度に達したと判断されると、以下に示すような、基材を順次成形することにより成形品を作製するサイクルが開始される。

基材を順次成形することにより成形品を作製するサイクルにおいて、まず基材生成装置２００によりシート状の基材を生成する。具体的には、基材生成装置２００において原反２２０から繰り出された帯状の基材をローラ等の搬送部２４０により搬送し、この帯状の基材の先端部分が所定の位置に到達するようにする。また、基材生成装置２００における所定の位置に到達した基材の先端部分に搬送装置４００の基材保持機構４２０における基材保持部４４０が対向するよう、移動機構４１０により基材保持機構４２０を移動させる。そして、基材生成装置２００における所定の位置に到達した基材の先端部分に搬送装置４００の基材保持機構４２０における基材保持部４４０が対向したと判断されると、搬送装置４００において吸引ポンプ４３０により流路４４８から気体を吸引させる。このことにより、基材生成装置２００において原反２２０から繰り出された帯状の基材の先端部分が基材保持機構４２０の本体部４４１の立体形状に沿って真空吸着される。そして、帯状の基材の先端部分が基材保持機構４２０の本体部４４１の立体形状に沿って真空吸着されたと判断されると、基材生成装置２００において切断部２６０により帯状の基材の先端部分が切断され、シート状の基材が生成される。なお、このようにして生成されるシート状の基材は基材保持機構４２０の本体部４４１の立体形状に沿って真空吸着されたものとなる。

基材生成装置２００において切断部２６０により帯状の基材の先端部分が切断されてシート状の基材が生成されたと判断されると、当該生成基材は搬送装置４００により基材生成装置２００から成形装置３００に搬送される。この際に、基材保持機構４２０の本体部４４１に真空吸着されている生成基材はヒータ４５０により加熱され、当該生成基材の軟化が行われるようになる。そして、搬送装置４００により搬送される生成基材が成形装置３００の近傍に到達すると、図９に示すように、生成基材は基材保持機構４２０により保持された状態で成形装置３００の近傍で待機するようになる。なお、後述するように、搬送装置４００により生成基材が基材生成装置２００から成形装置３００に搬送されるとともに加熱される間に、成形装置３００において一つ前の生成基材を成形して成形品を作製する動作が行われている。そして、成形装置３００において成形品が作製されると、図１０に示すように可動金型保持部３６０が固定金型保持部３８０から離間する方向（すなわち、図８における左向き）に移動し、可動金型３２０が固定金型３４０から離間する（このような、可動金型３２０が固定金型３４０から離間した状態を「金型が開く」ともいう）。

図１０に示すように可動金型３２０が固定金型３４０から離間したと判断されると、図１１に示すように、生成基材を基材保持部４４０により保持している基材保持機構４２０が可動金型３２０に近接するよう基材保持機構４２０が移動機構４１０により移動させられる。そして、成形装置３００において吸引ポンプ３１０により流路３３０から気体が引かれるとともに搬送装置４００における吸引ポンプ４３０による流路４４８からの気体の吸引が停止される。このことにより、搬送装置４００の基材保持機構４２０から成形装置３００の可動金型３２０に生成基材が受け渡され、この受け渡された生成基材は可動金型３２０に真空吸着される。生成基材が可動金型３２０に真空吸着されたと判断されると、吸引ポンプ３１０により流路３３０から気体を吸引する力が強くなる。このことにより、生成基材は可動金型３２０の凹部３２１に入るようになり、当該生成基材は凹部３２１の形状に沿うよう真空成形されるようになる。その後、基材保持機構４２０の成形品保持部４６０が固定金型３４０に近接するよう基材保持機構４２０が移動機構４１０により移動させられる。そして、固定金型３４０の凸部３４１により保持されている成形品が基材保持機構４２０の成形品保持部４６０に近接するようになると、搬送装置４００において吸引ポンプ４３０により流路４６６から気体が引かれるようになる。このことにより、成形品が基材保持機構４２０の各吸着パッド４６２に真空吸着される。その後、図１２に示すように、基材保持機構４２０が固定金型３４０から遠ざかるよう基材保持機構４２０が移動機構４１０により移動させられ、当該基材保持機構４２０は移動機構４１０により図示しない成形品の収容ケース等に移動させられる。そして、成形品の収容ケース等に基材保持機構４２０が移動したと判断されると、搬送装置４００における吸引ポンプ４３０による流路４６６からの気体の吸引が停止される。このことにより、基材保持機構４２０により保持されていた成形品が収容ケース等に収容されるようになる。なお、このような基材保持機構４２０により保持されていた成形品を収容ケース等に収容させる動作を「成形品の排出」ともいう。

このように、本実施の形態では、成形装置３００により成形されるべき生成基材を搬送装置４００により成形装置３００の可動金型３２０に保持させる際に、成形装置３００により作製された成形品を搬送装置４００により当該成形装置３００から取り出すようになっている。また、成形装置３００により作製された成形品を搬送装置４００により当該成形装置３００から取り出す際に、基材保持機構４２０において、搬送装置４００により生成基材が成形装置３００に搬送される際に当該生成基材が保持される箇所（すなわち、基材保持部４４０）とは異なる箇所（すなわち、成形品保持部４６０）で成形品が保持されるようになる。

搬送装置４００の基材保持機構４２０から成形装置３００の可動金型３２０に受け渡された生成基材が真空成形されるとともに成形装置３００の固定金型３４０から基材保持機構４２０により成形品が取り出され、この基材保持機構４２０が可動金型３２０と固定金型３４０との間の空間から退避したと判断されると、可動金型保持部３６０が固定金型保持部３８０に接近する方向（すなわち、図９乃至図１２における右向き）に移動し、図９に示すように可動金型３２０と固定金型３４０とが互いに接触するようになる。そして、可動金型３２０と固定金型３４０とが互いに接触していると判断されると、樹脂供給部３９０から樹脂供給路３５０を介して可動金型３２０と固定金型３４０との間に形成されるキャビティに樹脂が供給される。このことにより、可動金型３２０により真空成形された生成基材の表面（具体的には、凹部３２１に対向する面とは反対側の面）に対して樹脂の射出成形が行われる。このようにして成形品が作製され、作製された成形品は固定金型３４０の凸部３４１により保持されるようになる。なお、成形装置３００において生成基材に対して樹脂の射出成形が行われることにより成形品が作製される間に、次の生成基材が搬送装置４００から成形装置３００に向かって搬送され、この際に当該生成基材は搬送装置４００のヒータ４５０により加熱されるようになる。このように、成形装置３００によって生成基材の成形を行うことによって成形品を作製する間に、次に成形されるべき生成基材を成形装置３００に向かって搬送しながら加熱することにより、複数の生成基材を順次成形することにより成形品を作製する際の全体の処理時間を短縮することができる。

なお、上述した基材保持機構４２０の本体部４４１および成形装置３００の可動金型３２０の代わりに、図１３および図１４に示す各本体部４４１ａ、４４１ｂおよび可動金型３２０ａ、３２０ｂが用いられるようになっていてもよい。すなわち、可動金型３２０ａに向かって凹形状となるよう生成基材を保持する本体部４４１ａおよび可動金型３２０ａが用いられてもよいし、所定の角度で傾斜するよう配置された複数の部分から構成される本体部４４１ｂおよび可動金型３２０ｂが用いられてもよい。また、各本体部４４１ａ、４４１ｂは、当該本体部４４１ａ、４４１ｂにより保持された生成基材の形状と、可動金型３２０ａ、３２０ｂの立体形状とが略同一となるように形成されている。なお、図１３および図１４において、各可動金型３２０ａ、３２０ｂに対向して設けられる固定金型の描写を省略している。また、各本体部４４１ａ、４４１ｂは、当該本体部４４１ａ、４４１ｂの形状が異なること以外は上述した本体部４４１と同一の構成を有している。このような本体部４４１ａ、４４１ｂを用いた場合にも、基材を平坦な形状となるよう保持する場合（参照符号Ｗで表示）と比較して、基材成形システム１００において用いられる基材の使用量を低減させることができる。また、各本体部４４１ａ、４４１ｂは可動金型３２０ａ、３２０ｂの各凹部３２１ａ、３２１ｂの形状に沿うよう生成基材を保持するようになっているため、生成基材を各凹部３２１ａ、３２１ｂの形状に沿うよう容易に真空成形することができるようになる。

また、上述した各本体部４４１、４４１ａ、４４１ｂの立体形状は、各本体部４４１、４４１ａ、４４１ｂにより生成基材が受け渡されるべき可動金型３２０、３２０ａ、３２０ｂに設けられた凹部３２１、３２１ａ、３２１ｂの立体形状と略同一となるよう形成されているが、このような態様に限定されることはない。例えば、図１５および図１６に示すように、基材成形システム１００により成形すべき成形品の立体形状（すなわち、可動金型３２０ｃおよび固定金型３４０ｃの立体形状）が複雑なものである場合には、基材保持機構４２０の本体部の形状を、当該基材保持機構４２０により保持された生成基材が受け渡される可動金型３２０ｃの形状に大まかに沿うようなものとしてもよい。より具体的には、図１５に示すような、複雑な形状の可動金型３２０ｃに生成基材を受け渡す基材保持機構４２０の本体部として、可動金型３２０ｃの形状には大まかに沿っているが、所定の凹部（例えば、凹部３２１ｃ）の形状等には沿わないよう形成された本体部４４１ｃが用いられるようになっていてもよい。このような本体部４４１ｃを用いた場合にも、生成基材を平坦な形状となるよう保持する場合（参照符号Ｗで表示）と比較して、生成基材を凹部３２１ｃの形状に沿うよう容易に真空成形することができるようになる（図１６参照）。また、基材成形システム１００における基材の使用量を低減させることができる。なお、本体部４４１ｃは、当該本体部４４１ｃの形状が異なること以外は上述した本体部４４１と同一の構成を有している。

また、図１７に示すような基材保持部４４０ａが基材成形システム１００において用いられるようになっていてもよい。より具体的には、基材保持部４４０ａは、上述した基材保持部４４０に対して、枠状部材４４３における開口４４４の内側に設けられ、当該枠状部材４４３による基材の保持を補助するための保持補助部材４４３ａが追加的に設置されたものである。このような保持補助部材４４３ａを有している場合には、本体部４４１の形状が複雑なものであるときにも、本体部４４１の立体形状により確実に沿うよう基材を保持させることができるようになる。

以上のような構成からなる、基材を成形する基材成形システム１００において基材を保持するための基材保持機構４２０によれば、少なくとも凹部または凸部（上述した実施の形態においては、凸部４４２等）からなる立体形状を有する各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃと、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに設けられた凸部４４２の立体形状に沿って各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに基材（すなわち、生成基材）を吸着させることにより基材を保持するための吸着部４４９と、を備えている。このため、少なくとも凸部４４２の立体形状に沿うよう基材を吸着させて保持することにより、基材を平坦な形状となるよう保持する場合と比較して、基材成形システム１００における基材の使用量を低減させることができる。

また、本実施の形態による基材保持機構４２０においては、上述したように、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃは、ベース部材４４５と、弾性材料から構成される弾性部材４４６とが積層された構成を有しており、吸着部４４９により基材が各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃの立体形状に沿って吸着されるときに弾性部材４４６が基材と接触するようになっている。また、弾性部材４４６は、例えばシリコン樹脂等から構成されている。このことにより、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに基材を容易に密着させることができるようになる。また、図１７に示すように、枠状部材４４３における開口４４４の内側に設けられ、当該枠状部材４４３による基材の保持を補助するための保持補助部材４４３ａが設けられている場合には、本体部４４１の形状が複雑なものであるときにも、本体部４４１の立体形状により確実に沿うよう基材を保持させることができるようになる。

また、本実施の形態による基材保持機構４２０においては、上述したように、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃは、開口４４４を有する枠状部材４４３から構成されているため、基材成形システム１００において用いられる基材に模様等が形成されている場合にも、この模様を乱すことなく基材を保持することができるようになる。また、吸着部４４９は、基材を真空吸着することにより保持するようになっている。また、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃには複数の貫通孔が設けられており、吸着部４４９が各貫通孔を介して気体を吸引することにより、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに設けられた凸部４４２の立体形状に沿って各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに基材が吸着されるようになっている。また、上述した実施の形態においては、貫通孔は、スリット４４７であるが、他の態様において、貫通孔は、円形形状、楕円形状または多角形形状であってもよい。また、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃは、複数の吸着穴を有する多孔質の材料からなり、吸着部４４９が各吸着穴を介して気体を吸引することにより、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに設けられた凸部４４２の立体形状に沿って本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに基材が吸着されるようになっていてもよい。

また、以上のような構成からなる、基材を成形することにより成形品を作製するための基材成形システム１００は、基材（すなわち、生成基材）を生成する基材生成装置２００と、基材生成装置２００により生成された生成基材の成形を行う成形装置３００と、基材生成装置２００により生成された生成基材を基材生成装置２００から成形装置３００に搬送する搬送装置４００と、を備えている。また、搬送装置４００は、基材を保持するための基材保持機構４２０と、基材保持機構４２０を移動させるための移動機構４１０とを有しており、基材保持機構４２０は、少なくとも凹部または凸部（上述した実施の形態においては、凸部４４２等）からなる立体形状を有する各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃと、各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに設けられた凸部４４２の立体形状に沿って各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃに基材を吸着させることにより基材を保持するための吸着部４４９とを有している。このため、凸部４４２の立体形状に沿うよう基材を吸着させて保持することにより、基材を平坦な形状となるよう保持する場合と比較して、基材成形システム１００により基材を成形する際の基材の使用量を低減させることができる。

また、本実施の形態による基材成形システム１００においては、上述したように、成形装置３００は、少なくとも凹部からなる立体形状を有する雌型の金型（すなわち、可動金型３２０、３２０ａ～３２０ｃ）を有しており、基材保持機構４２０の各本体部４４１、４４１ａ～４４１ｃは、成形装置３００の金型の凹部（すなわち、凹部３２１、３２１ａ～３２１ｃ）の少なくとも一部に嵌まる凸部（すなわち、凸部４４２）を含んでいる。また、成形装置３００は、基材生成装置２００により生成された生成基材の真空成形および樹脂の射出成形を行うようになっている。また、搬送装置４００における移動機構４１０は、は多関節ロボットから構成されている。

なお、本実施の形態による基材保持機構４２０、基材成形システム１００や基材成形方法は、上述したような態様に限定されることはなく、様々な変更を加えることができる。

例えば、本発明に係る基材成形システム１００における成形装置はシート状の生成基材の真空成形および樹脂の射出成形を行うものに限定されることはない。本発明に係る基材成形システム１００における成形装置として、シート状の生成基材の真空成形のみを行うものや樹脂の射出成形のみを行うもの、または他の種類の成形を行うものが用いられてもよい。

１００ 基材成形システム
２００ 基材生成装置
２２０ 原反
２４０ 搬送部
２６０ 切断部
３００ 成形装置
３１０ 吸引ポンプ
３２０、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ 可動金型
３２１、３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ 凹部
３３０ 流路
３４０、３４０ｃ 固定金型
３４１ 凸部
３５０ 樹脂供給路
３６０ 可動金型保持部
３７０ ガイド部
３８０ 固定金型保持部
３９０ 樹脂供給部
４００ 搬送装置
４１０ 移動機構
４２０ 基材保持機構
４２２ 支持部材
４３０ 吸引ポンプ
４４０、４４０ａ 基材保持部
４４１、４４１ａ、４４１ｂ、４４１ｃ 本体部
４４２ 凸部
４４３ 枠状部材
４４３ａ 保持補助部材
４４４ 開口
４４５ ベース部材
４４６ 弾性部材
４４７ スリット
４４８ 流路
４４９ 吸着部
４５０ ヒータ
４６０ 成形品保持部
４６２ 吸着パッド
４６４ 吸着穴
４６６ 流路

Claims (19)

1. 基材を成形する基材成形システムにおいて基材を保持するための基材保持機構であって、
   少なくとも凹部または凸部からなる立体形状を有する本体部と、
   前記本体部に設けられた前記凹部または前記凸部の立体形状に沿って前記本体部に基材を吸着させることにより基材を保持するための吸着部と、
   前記基材を加熱するヒータと、
   を備えた、基材保持機構。
2. 前記吸着部は、前記本体部の前記立体形状に沿って前記基材を変形させながら保持する、請求項１に記載の基材保持機構。
3. 前記本体部は、ベース部材と、弾性材料から構成される弾性部材とが積層された構成を有しており、
   前記吸着部により基材が前記本体部の立体形状に沿って吸着されるときに前記弾性部材が基材と接触する、請求項１または２に記載の基材保持機構。
4. 前記弾性材料はシリコン樹脂である、請求項３に記載の基材保持機構。
5. 前記本体部は、開口を有する枠状部材からなる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基材保持機構。
6. 前記枠状部材における前記開口の内側に設けられ、当該枠状部材による基材の保持を補助するための保持補助部材を更に備えた、請求項５記載の基材保持機構。
7. 前記吸着部は、基材を真空吸着することにより保持する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基材保持機構。
8. 前記本体部は、複数の吸着穴を有する多孔質の材料からなり、
   前記吸着部が各前記吸着穴を介して気体を吸引することにより、前記本体部に設けられた前記凹部または前記凸部の立体形状に沿って前記本体部に基材が吸着される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基材保持機構。
9. 前記本体部には複数の貫通孔が設けられており、
   前記吸着部が各前記貫通孔を介して気体を吸引することにより、前記本体部に設けられた前記凹部または前記凸部の立体形状に沿って前記本体部に基材が吸着される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基材保持機構。
10. 各前記貫通孔は、スリットである、請求項９に記載の基材保持機構。
11. 各前記貫通孔は、円形形状、楕円形状または多角形形状である、請求項９に記載の基材保持機構。
12. 基材を成形することにより成形品を作製するための基材成形システムであって、
    基材を生成する基材生成装置と、
    前記基材生成装置により生成された生成基材の成形を行う成形装置と、
    前記基材生成装置により生成された生成基材を前記基材生成装置から前記成形装置に搬送する搬送装置と、
    を備え、
    前記搬送装置は、生成基材を保持するための基材保持機構と、前記基材保持機構を移動させるための移動機構とを有しており、
    前記基材保持機構は、少なくとも凹部または凸部からなる立体形状を有する本体部と、前記本体部に設けられた前記凹部または前記凸部の立体形状に沿って前記本体部に生成基
    材を吸着させることにより生成基材を保持するための吸着部と、前記基材を加熱するヒータと、を有している、基材成形システム。
13. 前記吸着部は、前記本体部の前記立体形状に沿って前記基材を変形させながら保持する、請求項１２に記載の基材成形システム。
14. 前記成形装置は、立体形状を有する金型を有しており、
    前記本体部の前記立体形状は、前記金型の前記立体形状と略同一である、請求項１３に記載の基材成形システム。
15. 前記成形装置は、少なくとも凹部からなる立体形状を有する雌型の金型を有しており、
    前記基材保持機構の前記本体部は、前記成形装置の前記金型の前記凹部の少なくとも一部に嵌まる凸部を含む、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の基材成形システム。
16. 前記成形装置は、前記基材生成装置により生成された生成基材の真空成形および樹脂の射出成形を行う、請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の基材成形システム。
17. 前記搬送装置における前記移動機構は多関節ロボットからなる、請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の基材成形システム。
18. 基材を成形する基材成形システムにおいて基材を保持するための基材保持方法であって、
    基材を準備する工程と、
    少なくとも凹部または凸部を有する本体部の立体形状に沿って基材を吸着させることにより基材を保持する工程と、
    前記基材をヒータによって加熱する工程と、
    を備えた、基材保持方法。
19. 前記基材を保持する工程は、前記本体部の前記立体形状に沿って前記基材を変形させながら保持する、請求項１８に記載の基材保持方法。

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