JP7327415B2 - 基材保持装置、基材保持方法、および、基材保持装置を備える曲面スクリーン印刷装置 - Google Patents
基材保持装置、基材保持方法、および、基材保持装置を備える曲面スクリーン印刷装置 Download PDFInfo
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Description
特許文献1の曲面スクリーン印刷装置は、基材を保持する台座とスクリーン版とスキージとを印刷方向に相対移動させるとともに、台座を印刷方向に直交する回転軸を中心にして回転させることで、基材の印刷を行う。この曲面スクリーン印刷装置の台座の表面には、基材と同一形状の溝と、台座を貫通する複数の孔とが設けられている。
台座の溝内に基材が載置されて位置決めされると、吸引装置が複数の孔を介して外部空気を吸引する。この吸引によって、基材が台座に固定される。
基材の位置決めを、位置決めピンと、基材の外縁を位置決めピンの方向に押圧する手段とで構成することも考えられるが、曲げの状態がばらつくと、上述のような位置決めや吸着が適切に行えないという課題が生じうることに変わりはない。
また、曲面を有しない平板を目標として作製された基材であっても、端部等少なくとも一部に反りが生じる可能性がある。そのような基材を平面状の台座へ固定する場合も、同様の課題が生じうる。
また、平板状の基材を曲面を有する台座へ固定する際にも、同様の課題が生じうる。
この態様では、第1の押圧ユニットと基材との接触面積を減らせるため、第2の押圧ユニットで基材を押圧するときの摩擦力を低減できる。
この態様では、様々な形状の基材に対して、適切な力で押圧できる。また、第2の押圧ユニットで基材を押圧するときに、主面接触部材を基材の形状に追従させることで、安定した力で基材を押圧できる。
この態様では、球体を基材に点接触させることで、両者の接触面積を最小限に抑えられ、第2の押圧ユニットで基材を押圧するときの摩擦力を低減できる。
この態様では、第2の押圧ユニットで基材を押圧するときに、基材に接触している球体を回転させることで、基材と球体との摩擦力をより低減でき、基材の位置決めをスムーズに行える。その上、基材の傷付きや破損を抑制できる。
この態様では、基材と台座との摩擦力を低減することで、第2の押圧ユニットによる押圧をスムーズに行える。
この態様では、基材保持装置を曲面スクリーン印刷装置に適用した場合、印刷時にスクリーン版を基材に接触させても、外縁接触部材の先端が基材の被印刷面から突出しないため、外縁接触部材との接触によるスクリーン版の破損を抑制できる。よって、後工程に影響を及ぼすことがない基材保持装置を提供できる。
この態様の基材保持装置は、曲面を有する基材を適切に位置決めして保持できる。
また、この態様の基材保持装置は、基材を台座に押し曲げて保持することで、平板状の基材を台座の保持面に沿う形状に維持したまま、外縁接触部材に押圧できる。このため、基材の外縁が外縁接触部材に確実に接触し、所定の保持位置に位置決めできる。さらに、この所定の保持位置に位置決めされた基材を、台座に押圧しつつ吸着することで、吸着不良を抑制できる。よって、本態様の基材保持装置は、平板状の基材を曲げて保持する場合にも適切に位置決めして保持できる。
この態様の基材保持装置は、曲面を有しない平板を目標として作製された基材であっても、端部等少なくとも一部に反りが生じる可能性がある基材を、適切に位置決めして保持できる。
この態様の基材保持装置は、基材を押し曲げた状態で加熱することで、基材を台座の保持面に沿う形状に固定することができる。加熱温度は例えば室温以上、ガラスの軟化点以下の温度に制御される(例えば25℃~500℃)。
本態様によれば、適切に位置決めされた基材に対して印刷を行えるため、印刷品質を向上できる。
本態様によれば、基材を適切に位置決めして保持できる。
この態様では、位置決め時に、第2の押圧力よりも小さい第1の押圧力で、基材を台座に押圧することで、基材の外縁接触部材への接触をスムーズに行える。吸着時に、第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力で、基材を台座に押圧することで、基材の吸着をスムーズに行える。
以下、本発明の第一実施形態について説明する。なお、各構成の配置位置を説明するときには、図1AのXYZ軸を基準にして方向を定義し、+X方向を右、-X方向を左、+Y方向を前、-Y方向を後ろ、+Z方向を上、-Z方向を下と表現する。
基材保持装置1は、図1A及び図1Bに示すように、曲面を有する板状の基材Gを保持する。
基材Gとしては、ガラスや、セラミクス、樹脂、木材、金属などの板が挙げられる。ガラスとしては、無色透明の非晶質ガラスの他、結晶化ガラスや色ガラスなどが挙げられる。基材Gの平面形状は、特に限定されず、多角形、円形、楕円形、その他のいかなる形状であってもよい。
曲面とは、曲率半径が5000mm以下の面を意味する。基材Gに設けられる曲面としては、一方の主面側が他方の主面側に突出する凸面のみで構成されてもよいし、凸面に加えて、逆方向に突出する凹面を含んで構成されてもよいし、凸面及び凹面が複数あってもよい。さらには、凸面又は凹面のみの場合、曲率が異なる部分が存在してもよい。また、平坦部分と屈曲部分が両方存在していてもよいし、ねじれを伴った屈曲部が存在してもよい。
本実施形態の基材Gは、平面視で長方形に形成されており、その長辺方向の中心を中心にして一方向に曲がっている。
基材保持装置1は、台座2と、位置決めユニット3と、吸着ユニット4と、基材保持装置1全体を制御する図示しない制御ユニットとを備えている。
台座2の裏面には、プレート20が固定されている。台座2とプレート20との間には、凹部空間22が設けられている。台座2には、保持面21Aの上方の空間と凹部空間22とを連通する複数の孔23が設けられている。
主面押圧機構311は、進退制御ユニットとしての空圧式または油圧式のシリンダ313と、シリンダ313の出力軸313Aに固定された球体保持ユニット314と、球体保持ユニット314に回転可能に保持された主面接触部材としての球体315とを備えている。
昇降ユニット312は、7個の主面押圧機構311を台座2の上方で保持する保持体316と、保持体316を昇降させる昇降駆動機構317とを備えている。
保持体316は、3個の主面押圧機構311を、台座2上の基材Gの短辺方向の中央において、長辺方向に等間隔に並ぶように保持する。保持体316は、上記3個の主面押圧機構311のうちの1個を、基材Gの中心に位置するように保持する。保持体316は、他の2個の主面押圧機構311を、基材Gの短辺方向の中央よりも一方の長辺側において、長辺方向に等間隔に並び、かつ、長辺方向の位置が上記3個の主面押圧機構311における互いに隣り合う主面押圧機構311の間となるように保持する。保持体316は、残りの2個の主面押圧機構311を、基材Gの中心を通りかつ長辺と平行な仮想線に対して、上記他の2個の主面押圧機構311と線対称の位置で保持する。
次に、上記基材保持装置1を用いた基材保持方法について説明する。
まず、図1Aに示すように、第1の押圧ユニット31および第2の押圧ユニット34が台座2から上方に離間している初期状態において、作業者または図示しない搬送手段が基材Gを台座2上に載置する。このとき、基材Gの曲率が設計通りであれば、図2Aに示すように、基材Gが全面にわたって台座2の保持面21Aに接触する。しかし、基材Gの曲率が設計からずれている場合、図2Bに示すように、端部が保持面21Aから浮いたり、図2Cに示すように、中央が保持面21Aから浮いたりする。
このとき、図1Aに示すように、全ての球体315の高さ位置を同じにした状態で保持体316を下降させ、球体315が基材Gの上面G1に接触した後に、当該上面G1の形状に合わせてシリンダ313の出力軸313Aを伸縮させてもよい。あるいは、あらかじめ全ての球体315の高さ位置を上面G1の形状に合わせて出力軸313Aを伸縮させた状態で、保持体316を下降させてもよい。
次に、制御ユニットは、第1の押圧ユニット31での押圧状態および摩擦力低減ユニット33での離間力の付与状態を維持したまま、全ての第2の押圧ユニット34の垂直シリンダ342を駆動して水平シリンダ343を下降させる。その後、制御ユニットは、水平シリンダ343を駆動して、図3Bに示すように、押圧部材344の先端で基材Gを外縁接触部材32に押圧し、全ての外縁接触部材32に基材Gが接触して位置決めが終了したタイミングで、出力軸343Aの駆動を停止する。
この押圧部材344による基材Gの押圧時に、基材Gの上面G1と接触している球体315は、シリンダ313の出力軸313Aの伸縮によって、上面G1の形状に追従しながら回転する。
その後、制御ユニットは、吸着ユニット4の気体排気ユニット41を駆動し、孔23および凹部空間22内の気体を排気することで、基材Gを台座2に吸着する。
以上の工程によって、基材Gは、台座2の保持面21Aの保持位置に位置決めされ、かつ、外縁接触部材32の先端が当該基材Gから突出しない状態で、当該台座2に保持される。
この後、基材Gは、台座2に吸着されたまま、印刷、接着剤塗布またはコーティングなどの処理が施される。
上述した基材保持装置1によれば、第1の押圧ユニット31で基材Gを台座2に押圧しつつ、第2の押圧ユニット34で基材Gを外縁接触部材32に押圧するため、台座2への載置時に外縁が浮き上がっていた基材Gであっても、当該基材Gが全ての外縁接触部材32に確実に接触して、保持位置に位置決めされる。さらに、この基材Gを第1の押圧ユニット31で押圧しつつ台座2に吸着することで、吸着不良を抑制できる。
球体315を球体保持ユニット314で回転可能に保持しているため、基材Gの位置決めをスムーズに行える上、基材Gの傷付きや破損を抑制できる。
シリンダ313の出力軸313Aの伸縮によって、球体315を上面G1の形状に追従しながら回転させるため、安定した力で基材Gを押圧できる。
以下、本発明の第二実施形態について説明する。なお、上記第一実施形態と同様の部分は、説明を適宜省略または簡略化する。
本実施形態の基材保持装置は、曲面を有する保持面に平板状の基材Gを保持する。すなわち、平板状の基材Gを押し曲げて、曲面を有する保持面に沿う形状に固定し保持する。
ここで平板状の基材とは、少なくとも台座の保持面に接する面が平面である基材を意味する。平面とは、曲率半径が5000mm超の面を意味する。基材Gの種類や基材保持装置の構成は、第一実施形態と同様である。
上記基材保持装置の、曲面を有する保持面に平板状の基材Gを載置した場合、基材Gは自重により多少たわむかもしれないが、例えば図2Bに示すように、端部が保持面21Aから浮く可能性がある。本実施形態の基材保持装置を用いて第一実施形態と同様の基材保持方法を実施することで、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
主面接触部材として、球体315に代えてまたは併用して、ローラを適用してその円筒部分を基材Gに線接触させてもよいし、円柱状や多角柱状の部材を適用してもよい。円柱状や多角柱状の部材を適用する場合、基材Gに接触させる面を平面状にしてもよいし、基材Gの曲面と同じ形状にしてもよい。
主面押圧機構311に進退制御ユニットを設けずに、保持体316に球体保持ユニット314を保持させてもよく、この場合、球体保持ユニット314が球体315を回転不能に保持してもよい。さらに球体保持ユニット314を設けずに、保持体316に球体315(主面接触部材)を保持させてもよい。
外縁接触部材として、円柱状の外縁接触部材32に代えてまたは併用して、多角柱状の部材を適用してもよい。多角柱状の部材を適用する場合、基材Gに点接触するように設けてもよいし、線接触するように設けてもよい。線接触するように設ける場合、基材Gの回転を規制できれば、2個の外縁接触部材を基材Gの長辺および短辺にそれぞれ線接触するように設けてもよい。
基材Gの回転を規制できれば、例えば平面視でL字状の1個の外縁接触部材を基材Gの角部に線接触するように設けてもよい。
外縁接触部材32の保持面21Aからの高さを、基材Gの厚さを超える高さに設定してもよい。
気体供給ユニット331が気体を供給する孔を、吸着ユニット4の気体排気ユニット41が気体を排気する孔とは別に設けてもよい。
摩擦力低減ユニットを設けなくてもよい。
押圧部材として、四角柱状の押圧部材344に代えてまたは併用して、円柱状や四角以外の多角柱状の部材を適用してもよい。
外縁押圧機構341に、垂直シリンダ342を設けずに、保持体316に水平シリンダ343を保持させてもよい。
外縁押圧機構341を保持体316とは別の部材に保持させてもよい。
曲面スクリーン印刷装置10は、曲面を有する板状の基材Gに所定のパターンを印刷する。曲面スクリーン印刷装置10は、図4Aに示すように、基材保持装置1と、スクリーン版11と、スキージ12と、印刷制御ユニット13とを備えている。
スキージ12は、スクリーン版11の上方に配置されている。
印刷制御ユニット13は、台座2とスクリーン版11とスキージ12とを相対移動させる。
次に、上記曲面スクリーン印刷装置10を用いた印刷方法について説明する。なお、台座2、スクリーン版11およびスキージ12の移動方向や動作順序などは、以下の内容に限定されず、基材Gに印刷できるいかなる移動方向や動作順序などを適用してもよい。
まず、上述の基材保持方法を用いて、基材保持装置1で基材Gを台座2の所定の保持位置に位置決めして保持する。
そして、印刷制御ユニット13は、図4Bに示すように、台座2を移動させてスクリーン版11の直下に位置させる。この台座2の移動の際、印刷制御ユニット13は、図4Bにおける基材Gの右端が最もスクリーン版11に近づくように、台座2を回転させる。
このとき、外縁接触部材32の先端が基材Gの上面G1から突出していないため、印刷時において、スクリーン版11と外縁接触部材32とが接触しない。その結果、スクリーン版11の破損を抑制できる。
その後、印刷制御ユニット13は、台座2、スクリーン版11およびスキージ12を図4Aに示す初期位置に復帰させる。
本出願は、2019年1月24日出願の日本特許出願2019-010187に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Claims (15)
- 板状の基材を保持する基材保持装置であって、
前記基材が載置される保持面を有する台座と、
前記基材を前記保持面上の所定の保持位置に位置決めするよう構成された位置決めユニットと、
前記所定の保持位置に位置決めされた基材を前記台座に吸着するよう構成された吸着ユニットとを備え、
前記位置決めユニットは、
前記基材を前記台座に押圧するよう構成された第1の押圧ユニットと、
前記台座に設けられ、前記基材の外縁の一部に接触するよう構成された外縁接触部材と、
前記基材の外縁を押圧して、前記基材を前記外縁接触部材に接触させるよう構成された第2の押圧ユニットとを備え、
前記第1の押圧ユニットは、前記基材の主面に接触するよう構成された複数の主面接触部材を備えており、
前記主面接触部材は球体である、
基材保持装置。 - 前記第1の押圧ユニットは、前記複数の主面接触部材を独立的に前記台座から進退させるよう構成された進退制御ユニットをさらに備えている、請求項1に記載の基材保持装置。
- 前記第1の押圧ユニットは、前記球体を回転可能に保持するよう構成された球体保持ユニットをさらに備えている、請求項1又は2に記載の基材保持装置。
- 前記位置決めユニットは、前記基材と前記台座との摩擦力を低減する摩擦力低減ユニットをさらに備えている、請求項1から3のいずれか一項に記載の基材保持装置。
- 前記外縁接触部材は、前記保持面からの高さが前記基材の厚さ以下に設定されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の基材保持装置。
- 前記保持面が曲面を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の基材保持装置。
- 前記保持面が平面である、請求項1から5のいずれか一項に記載の基材保持装置。
- 前記保持面に載置された基材を加温するよう構成された加温ユニットをさらに有する、請求項1から7のいずれか一項に記載の基材保持装置。
- 曲面を有する板状の基材に所定のパターンを印刷する曲面スクリーン印刷装置であって、
請求項5に記載の基材保持装置と、
スクリーン版と、
前記スクリーン版の上方に配置され、前記スクリーン版を介して前記基材保持装置で保持された前記基材にインクを塗布するよう構成されたスキージと、
前記基材保持装置の前記台座と前記スクリーン版と前記スキージとを相対移動させることで、前記基材に前記所定のパターンを印刷するよう構成された印刷制御ユニットとを備えている曲面スクリーン印刷装置。 - 板状の基材を保持する基材保持方法であって、
前記基材を台座の保持面に載置し、
前記基材を前記台座に押圧し、
前記台座に押圧された前記基材の外縁を押圧して、当該基材の外縁の一部に接触する外縁接触部材に接触させることで、前記基材を前記保持面上の所定の保持位置に位置決めし、
前記台座に押圧され、かつ、前記所定の保持位置に位置決めされた前記基材を前記台座に吸着する工程を有し、
前記基材の外縁を押圧するときには、第1の押圧力で前記基材を前記台座に押圧し、
前記基材を前記保持面に吸着するときには、前記第1の押圧力よりも大きい第2の押圧力で前記基材を前記台座に押圧する、
基材保持方法。 - 前記保持面が曲面を有する、請求項10に記載の基材保持方法。
- 前記保持面が平面である、請求項10に記載の基材保持方法。
- 前記基材が曲面を有する、請求項10から12のいずれか一項に記載の基材保持方法。
- 前記基材が平板である、請求項10から12のいずれか一項に記載の基材保持方法。
- 前記保持面に載置した基材を加温する、請求項10から14のいずれか一項に記載の基材保持方法。
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