JP7369823B2 - 積層成形システムおよび積層成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空積層装置とプレス装置を備えた積層成形システムおよび真空積層装置とプレス装置を用いた積層成形方法に関するものである。

真空積層装置とプレス装置を備えた積層成形システムとしては、真空積層装置の後工程に１基のプレス装置を備えたものと２基のプレス装置を備えたものが存在する。真空積層装置の後工程に１基のプレス装置を備えたものとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の真空積層装置の後工程に備えられる平坦化プレス装置は、リミットスイッチが備えられ中間積層品の挟持が検出されるようになっている。また真空積層装置の後工程に２基のプレス装置を備えたものとしては、特許文献２、特許文献３に記載されたものが知られている。とりわけ特許文献３については第２の平面プレス手段３が、サーボモータの作動により一対のプレートの少なくとも一方が他方に向けて進退可能となっていることが記載されている。そしてサーボモータ５３の回転数は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）からの指令信号およびフィードバックされたプレスブロック４６，４７間の距離情報に基づき、サーボアンプ（図示省略）によってコントロールされていることが記載されている。

特開２００５－６６９６７号公報 特開２００２－１２０１００号公報 特開２０２０－２８９８０号公報

しかしながら前記特許文献３については、第２の平面プレス手段３のみが距離情報に基づき積層成形品の押圧を行うものであるので次のような問題が発生する場合があった。即ち第１の平面プレス手段においては、所定の圧力で積層成形品を押圧するのみであるので、第１の平面プレス手段から第２の平面プレス手段に送られる積層成形品は厚みムラが存在する。そのため一部の積層成形品においては、第２の平面プレス手段で所望の距離となるように押圧しても最終成形品にも厚みムラが残ったり、無理に所望の距離となるように押圧する結果、想定の圧力以上の圧力が発生して、積層成形品の側方に積層（樹脂）フィルムが溶融して流出する等の不良が発生する場合があった。

また第１の平面プレス手段に一般的な圧力制御バルブにより制御される油圧シリンダを用いた場合、プレス工程中に圧力制御の応答性に劣るという問題があった。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態に係る、積層成形システムは、真空積層装置とプレス装置を備えた積層成形システムにおいて、真空状態のチャンバ内で積層成形を行う真空積層装置と、前記真空積層装置の後工程に設けられサーボモータを駆動源とする第１のプレス装置と第２のプレス装置とが備えられ、前記第１のプレス装置と第２のプレス装置にはサーボモータが備えるロータリエンコーダ以外に、上盤と下盤の間、下盤とベース盤の間、前記上盤および下盤にそれぞれ取り付けられる加圧ブロックの間のいずれかを接続して両者の距離を検出する位置センサが備えられる。

前記一実施形態によれば、例えば積層成形システム等に好適であって、積層成形品の積層成形を良好に行うことができる積層成形システムを提供することができる。

第１の実施形態の積層成形システムの概略説明図である。 第１の実施形態の第１のプレス装置および第２のプレス装置の制御を示すブロック図である。 第１の実施形態の第１のプレス装置による第1のプレス工程の加圧成形を示す説明図である。 第１の実施形態の第２のプレス装置による第２のプレス工程の加圧成形を示す説明図である。 第２の実施形態の積層成形システムの概略説明図である。 第３の実施形態の積層成形システムの概略説明図である。

本発明の第１の実施形態の積層成形システム１について、真空積層装置１２と第１のプレス装置１３と第２のプレス装置１４をその一部を断面表示した図１を参照して説明する。積層成形システム１は、真空積層装置１２の後工程に第１のプレス装置１３と第２のプレス装置１４の２基のプレス装置１３，１４が連続して設けられている。また積層成形システム１は、真空積層装置１２の前工程にキャリアフィルム送出装置１５を備えるとともに第２のプレス装置１４の後工程にキャリアフィルム巻取装置１６を備えている。更に積層成形システム１は、制御装置１７を備えている。前記制御装置１７は、真空積層装置１２、第１のプレス装置１３、第２のプレス装置１４、キャリアフィルム送出装置１５、およびキャリアフィルム巻取装置１６に接続されていて積層成形システム１全体の制御を行う。

前工程から順にまずキャリアフィルム送出装置１５について説明する。基板Ａ１と積層フィルムＡ２の移送装置とテンション装置を兼ねるキャリアフィルム送出装置１５は、下側の巻出ロール５１１および従動ロール５１２を備えている。前記巻出ロール５１１から巻き出された下キャリアフィルムＦ１は従動ロール５１２の部分で水平状態に向きが変更される。下キャリアフィルムＦ１が水平状態となった部分に、前工程から重ねられて送られてくる被成形材である基板Ａ１と積層フィルムＡ２を載置する載置ステージ部５１３が設けられている。またキャリアフィルム送出装置１５は、上側の巻出ロール５１４および従動ロール５１５を備えており、前記巻出ロール５１４から巻き出された上キャリアフィルムＦ２は従動ロール５１５の部分で基板Ａ１と積層フィルムＡ２からなる積層成形物Ａ３の上に重ねられる。これらキャリアフィルムＦ１，Ｆ２に挟まれて基板Ａ１と積層フィルムＡ２が移送される。そして真空積層装置１２、第１のプレス装置１３、第２のプレス装置１４においてキャリアフィルムＦ１，Ｆ２を介して積層成形が行われることにより、積層フィルムＡ２が溶融して装置部分に付着することを防止する。またキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の使用は、特に第１のプレス装置１３と第２のプレス装置１４においては１次積層成形品Ａ４と２次積層成形品Ａ５を加圧する際に一定の緩衝作用が付与されるという利点もある。

次にキャリアフィルム送出装置１５の後工程に配置される真空積層装置１２について説明する。真空積層装置１２は、真空状態のチャンバＣ内においてダイアフラム２１１等の加圧体により基板Ａ１と積層フィルムＡ２からなる積層成形物Ａ３を加圧して、１次積層成形品Ａ４に積層成形するものである。真空積層装置１２は、固定的に設けられた上盤２１２に対して下盤２１３が昇降機構２１４により昇降可能に設けられ、外枠を含む下盤２１３が上昇して上盤２１２と当接した際に内部にチャンバＣが形成可能となっている。昇降機構２１４は油圧シリンダからなるが、真空積層装置１２の昇降機構２１４に電動モータやエアシリンダを用いてもよい。真空積層装置１２の昇降機構２１４に電動モータを用いて油圧機構を用いない場合、後述する第１のプレス装置１３と第２のプレス装置１４の駆動源を電動モータとすることと相俟って積層成形システム１全体の電動化が図れ、クリーンルーム内に積層成形システム１を配置した際のクリーン度がアップする。チャンバＣは図示しない真空ポンプに接続され、内部空間の大気を吸引して真空状態のチャンバＣが形成可能となっている。なお本発明において真空状態とは所定値まで減圧された状態のものを指す。

上盤２１２の中央の下面には図示しないヒータにより加熱される熱板２１５が取付けられ、熱板２１５の表面には図示しない耐熱性のゴム膜等の弾性体シート２１６が取付けられている。一方下盤２１３の中央の上面にも図示しないヒータにより加熱される熱板２１７が取付けられている。また下盤２１３の前記熱板２１７の周囲の部分には加圧体である耐熱性ゴム膜からなるダイアフラム２１１が熱板２１７の上面を覆うように取付けられている。そして図示しないコンプレッサにより加圧空気がダイアフラム２１１の裏面側に送られることによりダイアフラム２１１はチャンバＣ内で膨出して熱板２１７との間で基板Ａ１と積層フィルムＡ２を加圧する。なお真空積層装置１２のダイアフラム２１１は上盤２１２に取付けられ上盤２１２側から基板Ａ１と積層フィルムＡ２からなる積層成形物Ａ３を押圧するものでもよい。また真空積層装置１２は、上下の加圧ブロックの平坦な加圧面にそれぞれゴムが貼りつけられ、いずれか一方の加圧ブロックが他方の加圧ブロックに向けて前進して積層成形物Ａ３を押圧するものでもよい。また真空積層装置は、真空状態のチャンバ内で上下にそれぞれ設けられたロール間で積層成形を行うロール式ラミネータでもよい。

次に前記真空積層装置１２の後工程に直列方向に配設される第１のプレス装置１３について説明する。第１のプレス装置１３は、真空積層装置１２で加圧成形され凹凸部を備えた被積層材Ａ１と積層フィルムＡ２とからなり積層フィルムＡ２の側に凹凸が残った状態の１次積層成形品Ａ４を更に加圧してより平坦な２次積層成形品Ａ５に加圧成形するものである。第１のプレス装置１３は、下方に設けられた略矩形のベース盤３１１と、前記ベース盤３１１の上方に位置する略矩形の固定盤である上盤３１２の四隅近傍の間にそれぞれ立設された４本のタイバ３１３を備えている。そして第１のプレス装置１３は、略矩形の可動盤である下盤３１４がベース盤３１１と上盤３１２との間で昇降移動可能となっている。また第１のプレス装置１３は、サーボモータ３１５等の電動モータを駆動源とするものであり、ベース盤３１１には加圧手段のサーボモータ３１５が取付けられている。

サーボモータ３１５はロータリエンコーダ３１６を備えるとともに、サーボアンプ３１７に接続され、サーボアンプ３１７は、上記制御装置１７に接続されている。サーボモータ３１５の駆動軸にはボールねじ３１８が接続されるか、または前記駆動軸自体がボールねじとなっている。一方下盤３１４の下面にはボールねじ機構のボールねじナット３１９が固定され、前記ボールねじ３１８は、ボールねじナット３１９に挿通されている。更に下盤３１４とボールねじナット３１９の間にはロードセル３２０が取り付られている。なおロードセル３２０が取り付けられる部分は、プレス工程の加圧力が受けられる部分であれば限定されず、一例としてサーボモータ３１５の取り付け部分であってもよい。

上記構造により第１のプレス装置１３は、サーボモータ３１５の作動により下盤３１４が上盤３１２に対して昇降されるようになっている。なお第１のプレス装置１３ボールねじ機構は、サーボモータ３１５の駆動軸とボールねじ３１８に取り付けられたプーリの間にベルトが掛け渡されベルトを介して駆動力が伝達されるものでもよい。更には第１のプレス装置１３ボールねじ機構は、ベース盤３１１にボールねじナット３１９が回転自在に取付られ、ボールねじ３１８が昇降するものでもよい。またボールねじ３１８の部分をカバーで覆うことによりグリースの拡散を防止できクリーンルーム内のクリーン度アップに寄与する。更には第１のプレス装置１３は、トグル機構、クランク機構、クサビ機構などの倍力機構やそれに類する機構を用いたものでもよい。また上記の例では第１のプレス装置１３は、１基のサーボモータ３１５により加圧成形が行われるが、２基以上のサーボモータ３１５または２基以上のボールねじ機構を用いて加圧成形するものを除外しない。更にはサーボモータ以外ではクローズドループ制御可能なリニアモータを使用したものでもよい。そしてまた、第１のプレス装置１３は、上記機構のいずれかの機構を用いて下盤３１４に対して上盤３１２が昇降されるものでもよい。

上盤３１２の側面と下盤３１４の側面の間には位置センサであるリニアスケール３２１が取り付けられている。リニアスケール３２１は、いずれかの一方の盤にスケール３２１ａが取り付けられ、他方の盤に測定部であるスライダ３２１ｂが取り付けられている。上盤３１２に対する下盤３１４の位置（距離）は、サーボモータ３１５のロータリエンコーダ３１６でも検出できる。しかしボールねじ３１８とボールねじナット３１９の間には僅かなバックラッシが存在することや、タイバ３１３やボールねじ３１８には熱膨張が発生する。そのためリニアスケール３２１により直接的に上盤３１２に対する下盤３１４の位置（距離）を測定したほうが望ましい場合も多い。リニアスケール３２１等の位置センサの分解能としては、一例として０．００２ｍｍ以下のものが望ましく、更には０．００１ｍｍ以下であって実用化されている分解能０．０００１ｍｍや分解能０．００００２５ｍｍなど最小の分解能の単位以上のものがより一層望ましい。

第１のプレス装置１３に取り付けられるリニアスケール３２１は１基だけでもよいが、キャリアフィルムＦ１，Ｆ２の進行方向に対して上盤３１２と下盤３１４の両側側面に１基ずつ合計２基、または２基ずつ合計４基を取り付けてもよい。そして両側側面に合計４基の位置センサを取付ける場合は、上盤３１２に対する下盤３１４の平行度を検出することができる。または位置センサを設ける位置は加圧ブロック３２２，３２３を接続する位置や、ベース盤３１１と下盤３１４を接続する位置でもよい。更に第１のプレス装置１３は、下盤３１４の位置が機械設計上の下降限界点や上昇限界点を超えないようにする等の目的で図示しないリミットスイッチまたは近接スイッチなどの位置を検出可能なセーフティスイッチを備えることが一般的である。

第１のプレス装置１３の上盤３１２と下盤３１４の各対向面には図示しない断熱板を介して加圧ブロック３２２，３２３がそれぞれ取付けられている。加圧ブロック３２２，３２３には、カートリッジヒータ等の温度制御手段が備えられている。加圧ブロック３２２，３２３の加圧面３２７の構造はそれぞれ同じであるので、一方の加圧ブロック３２２の加圧面３２７について説明する。加圧ブロックの３２３の表面にはゴム、樹脂フィルム、繊維シート等の緩衝材３２５が取り付られている。前記緩衝材３２５の厚みは、一例として０．０５ｍｍないし３．００ｍｍである。そして前記緩衝材３２５の表面には一例として０．２ｍｍないし３．００ｍｍの板厚の弾性変形可能なステンレス等の材質からなる金属板３２６が取り付けられている。そして前記金属板３２６の緩衝材３２５と接する面の反対側の表面が加圧面３２７となっている。

なお第１のプレス装置１３の加圧面を構成する部材は、フッ素ゴムシート等の耐熱性を備えた弾性体シートであってもよい。その場合、弾性体シートの硬度（ショアＡ硬度）は、これに限定されるものではないが一例として３０ないし８０、更に好ましくは４０ないし７０のものが用いられる。また第１のプレス装置１３は、真空状態とすることが可能なチャンバを備えていないが、真空状態にすることが可能なチャンバを備え、真空チャンバ内で加圧成形を行うものでもよい。

次に第１のプレス装置１３の加圧成形に関する制御ブロック図について図２を参照して説明する。第１のプレス装置１３は位置制御要素を有するものである。制御装置１７には力指令信号出力部７０１と位置指令信号出力部７０２を備えている。力指令信号出力部７０１と位置指令信号出力部７０２は、上位の制御部であるシーケンス制御部７０３に接続され、シーケンス制御部７０３から各種の成形条件等が送られる。またシーケンス制御部７０３は、設定入力・表示部７０４、記憶部７０５に接続されている。

また第１のプレス装置１３のロードセル３２０は、制御装置１７の加算器７０６に接続されている。そして力指令信号出力部７０１から送られた指令信号とロードセル３２０から送られた信号が加算器７０６において比較および加算される。更にリニアスケール３２１は、制御装置１７の加算器７０７に接続されている。そして位置指令信号出力部７０２から送られた指令信号とリニアスケール３２１から送られた信号が加算器７０７で比較および加算される。更に前記加算器７０６、７０７の少なくとも一方から送られた信号は、力・位置比較切換部７０８、および指令信号生成部７０９を経てサーボアンプ３１７へ送られる。またサーボモータ３１５のロータリエンコーダ３１６はサーボアンプ３１７に接続されている。そして指令信号生成部７０９から送られた信号とロータリエンコーダ３１６から送られた信号が加算されるようになっている。なお図２の制御ブロック図は概念的なものであり、実際は第１のプレス装置１３の側に全ての機能を備えるようにするなどしてもよく、図２のものに限定されない。

次に第１のプレス装置１３の後工程に直列方向に連続して配置される第２のプレス装置１４について説明する。第２のプレス装置１４は、第１のプレス装置１３で積層成形された２次積層成形品Ａ５を更に加圧して完全に平坦な積層成形品Ａ６に加圧成形するものである。第１の実施形態の積層成形システム１の第２のプレス装置１４の加圧手段等の構造は、第１のプレス装置１３と略同一である。

第２のプレス装置１４は、下方に設けられた略矩形のベース盤４１１と、前記ベース盤４１１の上方に位置する略矩形の固定盤である上盤４１２の四隅近傍の間にそれぞれ立設された４本のタイバ４１３を備えている。そして第２のプレス装置１４は、略矩形の可動盤である下盤４１４がベース盤４１１と上盤４１２との間で昇降移動可能となっている。また第２のプレス装置１４は、電動モータを駆動源とするものであり、ベース盤４１１には加圧手段のサーボモータ４１５が取付けられている。第１の実施形態では、第２のプレス装置１４のサーボモータ４１５は、第１のプレス装置１３のサーボモータ３１５と定格出力等の仕様が同じものが使用されている。しかしながら第１のプレス装置１３のほうが大出力のサーボモータ３１５を使用してもよく、また反対に第２のプレス装置１４のほうが大出力のサーボモータ４１５を使用してもよい。

サーボモータ４１５はロータリエンコーダ４１６を備えるとともに、サーボアンプ４１７に接続され、サーボアンプ４１７は、上記制御装置１７に接続されている。サーボモータ４１５の駆動軸にはボールねじ４１８が接続されるか、または前記駆動軸自体がボールねじとなっている。一方下盤４１４の下面にはボールねじ機構のボールねじナット４１９が固定され、前記ボールねじ４１８は、ボールねじナット４１９に挿通されている。更に下盤４１４とボールねじナット４１９の間にはロードセル４２０が取り付られている。従って第２のプレス装置１４は、サーボモータ４１５の作動により下盤４１４が昇降されるようになっている。なお第２のプレス装置１４の加圧機構も上記の第１のプレス装置１３と同様に各種の態様に変更が可能である。もしも第２のプレス装置１４では位置制御要素を含む制御しか行わない場合、ロードセル４２０は取り付けられない場合もある。また上盤４１２の側面と下盤４１４の側面の間には第１のプレス装置１３と同様に位置センサであるリニアスケール４２１が取り付けられている。リニアスケール４２１の性能は第１のプレス装置１３と同じである。ただし最終的な積層成形品Ａ６の板厚のみをより正確に検出したい場合は、第２のプレス装置１４のリニアスケール４２１を第１のプレス装置１３のリニアスケール３２１よりも分解能の高いものを採用してもよい。位置センサは、リニアスケール３２１を使用する場合、磁歪式、光学式、静電容量式等種類を選ばず、また超音波センサ等であってもよい。

第２のプレス装置１４の上盤４１２と下盤４１４の各対向面には加圧ブロック４２２，４２３がそれぞれ取付けられている。前記加圧ブロック４２２，４２３には、カートリッジヒータ等の温度制御手段が備えられている。加圧ブロック４２２，４２３の加圧面４２７の構造はそれぞれ同じであるので、一方の加圧ブロック４３２３の加圧面４２７について説明する。加圧ブロック４２３の表面にはゴム、樹脂フィルム、繊維シート等の緩衝材４２５が取り付られている。前記緩衝材４２５の厚みは、一例として０．０２ｍｍないし２．００ｍｍである。

第２のプレス装置１４の緩衝材４２５の緩衝作用は、第１のプレス装置１３の緩衝材３２５の緩衝作用と同じか、より小さいことが望ましい。従って緩衝材４２５が同じ材質である場合は、第２のプレス装置１４の緩衝材４２５は厚みが同じか厚みを薄くすることが望ましい場合が多い。または第１のプレス装置１３の緩衝材３２５と第２のプレス装置１４の緩衝材の厚みが同じ場合、第２のプレス装置１４の緩衝材４２５は同じ材質か硬度が高いものを使用することが望ましい場合が多い。そして前記緩衝材３２５の表面には一例として０．２ｍｍないし３．００ｍｍの板厚の弾性変形可能なステンレス等の材質からなる金属板４２６が取り付けられている。そして前記金属板４２６の緩衝材４２５に接する面の反対側の表面が加圧面４２７となっている。第２のプレス装置１４の制御ブロック図については、第１のプレス装置１３の制御ブロック図と略同じであるので上記説明を援用する。

次に第２のプレス装置１４の後工程に設けられるキャリアフィルム巻取装置１６について説明する。キャリアフィルム巻取装置１６は、キャリアフィルムＦ１，Ｆ２の移送装置とテンション装置を兼ねたものである。キャリアフィルム巻取装置１６は、下側の巻取ロール６１１および従動ロール６１２を備えており、前記巻取ロール６１１により下キャリアフィルムＦ１が巻き取られる。またキャリアフィルム巻取装置１６は、上側の巻取ロール６１３および従動ロール６１４を備えており、前記従動ロール６１４の部分で積層成形品Ａ６から上キャリアフィルムＦ２が剥離され、上キャリアフィルムＦ２は前記上側の巻取ロール６１３に巻取られる。そして下キャリアフィルムＦ１のみが水平状態で送られる部分に積層成形品Ａ６の取出ステージ部６１５が設けられている。なおキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の移送装置としては、キャリアフィルムＦ１，Ｆ２の両側を把持して後工程に向けて引っ張る移載装置（いわゆるチャック装置）を設けてもよい。

次に第１の実施形態の積層成形システム１を用いた、被積層材Ａ１と積層フィルムＡ２の積層成形方法について説明する。連続成形時の積層成形システム１では、制御装置１７のシーケンス制御により、ダイアフラム式の真空積層装置１２、第１のプレス装置１３、第２のプレス装置１４において同時にバッチ処理的に積層成形が行われる。しかしここでは１バッチ分の被積層材である基板Ａ１と積層フィルムＡ２の積層成形物Ａ３の成形順序に沿って説明する。

キャリアフィルム送出装置１５の載置ステージ部５１３に載置される被積層材Ａ１は、基板表面に接着された銅箔部分の凸部と銅箔が無い部分の凹部からなる凹凸部を有するビルドアップ用の回路基板である。銅箔の厚み（基板部分に対する高さ）はこれに限定されないが数ｕｍから数十ｕｍ程度であって殆どの場合０．１ｍｍ以下である。前記回路基板Ａ１の上下にそれぞれ積層フィルムＡ２が重ねられてビルドアップ成形用の積層成形物Ａ３が構成される。なお図１では積層成形物Ａ３は１個が記載されているが、同時に複数個数の積層成形物Ａ３が載置ステージ部５１３に載置され、積層成形されるものでもよい。

そして載置ステージ部５１３に載置された前記積層成形物Ａ３は、巻取ロール６１１，６１３の回転駆動ともに上下キャリアフィルムＦ１，Ｆ２とともに移動され、開放状態の真空積層装置１２のチャンバＣ内に送られ位置決めされる。次に真空積層装置１２はチャンバＣが閉鎖され図示しない真空ポンプにより減圧され、真空状態（減圧状態）のチャンバＣが形成される。そしてダイアフラム２１１の裏面側に加圧空気を送り込んでダイアフラム２１１をチャンバＣ内に膨出させ、基板Ａ１と積層フィルムＡ２からなる積層成形物Ａ３を上盤２１２側の熱板２１５に取り付られた弾性体シート２１６との間で加圧する。この際のダイアフラム２１１による加圧力（積層成形物Ａ３に加えられる面積当たりの圧力）は一例として０．３ＭＰａないし１．５ＭＰａであり、基板Ａ１の凹部に積層フィルムＡ２が埋め込まれる形で基板Ａ１と積層フィルムＡ２の接着が行われ、１次積層成形品Ａ４が積層成形される。しかし真空積層装置１２により積層成形された１次積層成形品Ａ４の積層フィルムＡ２の表面はまだ基板Ａ１の凹凸部の形状に倣って凹凸が残った状態である。またこの際、使用される積層フィルムが無機材料の含有率が高い場合（一例としてＳｉＯ_２が３５ないし７５重量％の積層フィルム）には溶融樹脂の流動性が低いのでより一層凹凸が残りやすい。

真空積層装置１２において凹凸部を備えた被積層材Ａ１と積層フィルムＡ２からなり、両者が貼着された１次積層成形品Ａ４が積層成形されるとチャンバＣが開放される。そして前記１次積層成形品Ａ４はキャリアフィルム巻取装置１６による次のキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の送りにより、後工程の第１のプレス装置１３の上盤３１２と下盤３１４の間に搬送され、所定の加圧位置に停止される。

次に第１のプレス装置１３のサーボモータ３１５が作動され、下盤３１４および加圧ブロック３２３が上昇され第１のプレス工程が開始される。第１のプレス工程では位置制御要素を含む加圧制御が行われる。最初に下盤３１４および加圧ブロック３２３は、加圧面３２７が下キャリアフィルムＦ１に当接する直前の速度切換位置Ｐ１、または上キャリアフィルムＦ２が上盤４１２側の加圧面３２７に当接する直前の位置まではサーボモータ３１５により高速で移動制御される。しかし前記位置に到達したことがロータリエンコーダ３１６、リニアスケール３２１、或いはリミットスイッチや近接スイッチ等により検出されると、サーボモータ３１５により低速で移動制御されて、１次積層成形品Ａ４が加圧面４２７，４２７の間に挟まれた際に急激に過剰な負荷がかかることを低減する。１次積層成形品Ａ４が加圧面４２７，４２７に挟まれたことは、サーボモータ３１５のトルクを検出して把握してもよく、または予め設定した位置Ｐ２に到達したことにより推認してもよい。

１次積層成形品Ａ４が加圧面４２７，４２７に挟まれると、第１のプレス工程のうちの第１の加圧工程ＰＲ１に移行する。第１の加圧工程ＰＲ１では、ロードセル３２０の値を検出して力制御によるフィードバック制御が行われる。力指令信号出力部７０１からは力の指令信号の値が送られ、ロードセル３２０により検出された力信号の値と比較され加算がなされる。そして第１の加圧工程ＰＲ１は、力制御のみであるので、力・位置比較切換部７０８はそのまま通過し、指令信号生成部７０９においてサーボアンプ３１７に対する速度制御の指令値として送信がされる。

そしてサーボアンプ３１７ではサーボモータ３１５の回転数と電流値が生成されサーボモータ３１５に送られる。なお前記のようにサーボモータ３１５の制御は力制御により行われるが、力は１次積層成形品Ａ４に加えられる面積当たりの圧力（面圧）に換算して表すことができる。本実施形態の積層成形方法では、前記面圧は、一例として０．３ＭＰａないし１．５ＭＰａであることが望ましく、特には真空積層装置１２よりも面圧が低いことが望ましいことが多い。そして第１の加圧工程ＰＲ１において下盤３１４および加圧ブロック３２３が更に上昇して予め設定した位置Ｐ３（加圧面３２７，３２７間の距離と同一）となったことがリニアスケール３２１により検出されるか、或いは所定の時間が経過すると次に第１のプレス工程のうちの第２の加圧工程ＰＲ２に移行する。またはリニアスケール３２１かロータリエンコーダ３１６の少なくとも一方の検出値により第２の加圧工程ＰＲ２に移行する。

第２の加圧工程ＰＲ２では位置制御要素を優先した加圧制御が行われる。リニアスケール３２１の値を検出して目標位置Ｐ４に向けて位置制御（または速度制御）のフィードバック制御を行う。位置指令信号出力部７０２からは指令信号の値が送られ、リニアスケール３２１により検出された位置信号の値と比較され加算がなされる。またロードセル３２０の値も常時検出され、加算器７０６を介して力・位置比較切換部７０８に送られる。そしてロードセル３２０の検出値には一例として２段階の閾値が設けられ、ロードセル３２０の検出値が最初の閾値を超えた場合は、位置制御の指令値に減算がなされる。またロードセル３２０の検出値が最後の閾値を超えた場合には位置制御の指令信号の指令値を前回指令値に対してマイナスした指令値とするか、位置信号の指令値の出力を一時的または第２のプレス工程ＰＲ２が終了するまで停止する。

第２の加圧工程ＰＲ２についてもサーボアンプ３１７へは速度制御の指令値が送られ主には電流値の制御が行われる。サーボアンプ４１７とサーボモータ４１５の間ではロータリエンコーダ３１６を用いた速度制御が行われる。このことにより第２のプレス工程では、下盤３１４の位置が、リニアスケール３２１により検出された値を基に正確に制御される。そして下盤３１４の位置が目標位置Ｐ４となるとサーボモータ４１５は現在位置を維持するように制御され（サーボロックやサーボＯＦＦを含む）、正確な板厚Ｔ１の２次積層成形品Ａ５が加圧成形される。ただし位置制御時に大きな位置偏差が発生し加圧される１次積層成形品Ａ４に圧力異常が発生した場合は、前記力検出により位置の指令値が後退側に変更されたり加圧が中止されるので、押し過ぎによる厚み減少や側方への溶融樹脂の流出等の不良品の発生を防止することができる。なお前記第２の加圧工程ＰＲ２においては目標位置（指令位置）に対して最終的にその位置に到達できない場合（押しきれない場合）であっても許容される板厚の範囲内であればよいとすることもできる。

なお第２の加圧工程ＰＲ２は、位置制御要素を用いた制御であれば、力を優先した制御を行ってもよい。一例としては第１のプレス工程と同様にロードセル３２０の値を検出した力制御に、更に位置制御のフィードバック制御を一定割合で加算してもよい。または速度制御要素をフィードフォーワード制御信号として加算してもよい。更にはリニアスケール３２１により検出された位置に対応して力指令信号出力部７０１から送信される力信号の指令値を変更するものでもよい。

なお第１のプレス工程の各加圧工程は、上記に限定されず更に加圧工程の数が多いものでもよい。また各工程における位置制御要素を用いた加圧成形とは、速度制御の要素を一部または全部に用いるものであっても広義の意味の位置制御要素に含むものとする。そして速度制御を含む位置制御要素は電流値の制御、電圧値の制御、トルク値のいずれかを制御してサーボモータ３１５の制御を行うものでもよい。また本発明の請求項２に対応するものとして、サーボモータ３１５を駆動源とする第１のプレス装置１３は、全ての加圧工程において力制御のみ行うものでもよい。その場合であってもサーボモータ３１５を用いた第１のプレス装置１３による力制御は、従来の一般的な圧力制御バルブにより制御される油圧シリンダを用いたプレス装置の圧力制御よりも１次積層成形品に対して高精度の加圧制御を行うことが可能となり、厚みムラも減少する。

またこの際の第１のプレス装置１３の加圧ブロック３２２，３２３の温度は、基板Ａ１や積層フィルムＡ２の材質によって異なるからこれに限定されるものではないが、８０℃ないし２００℃、より好ましくは９０℃ないし１５０℃に温度制御される。

そして所定時間が経過して第１のプレス装置１３の第２の加圧工程ＰＲ２が終了して２次積層成形品Ａ５が積層成形されると、下盤３１４が下降される。この際成形された２次積層成形品Ａ５の表面は、第１のプレス装置１３の加圧面３２７に緩衝材３２５を介して弾性を備えた金属板３２６を備えた加圧ブロック３２２，３２３により加圧成形されているので、１次積層成形品Ａ４の表面に残っていた凹凸はより一層平坦に加工されている。そしてキャリアフィルム巻取装置１６による次の巻出ロール５１１および従動ロール５１２、巻出ロール４１４および従動ロール５１５によるキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の送りと、巻取ロール６１１，６１３のキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の巻き取りにより、前記２次積層成形品Ａ５は第１のプレス装置１３の後工程の第２のプレス装置１４の上盤４１２と下盤４１４の間に搬送され、所定の加圧位置に停止される。

次に第２のプレス装置１４のサーボモータ４１５が作動され、第１のプレス装置１３の制御と同様に下盤４１４および加圧ブロック４２３が高速で上昇され、速度切換位置Ｐ１１で低速に切換され、やがて当接点Ｐ１２で２次積層成形品Ａ５が加圧面４２７，４２７に挟持される。第２のプレス装置１４でも位置制御要素を含む加圧成形が行われる。第２のプレス装置１４の第１の加圧工程ＰＲ１１では、第１のプレス装置１３の第２の加圧工程ＰＲ２と類似した制御が行われる。即ちリニアスケール４２１等の位置を検出してサーボモータ４１５を作動させる位置制御が行われるが、ロードセル３２０の値を検出して閾値を超えた場合等に前記位置指令制御信号（電流値等）に制限が加えられる。そして下盤４１４または加圧ブロック４２３が所定の切換位置Ｐ１３に到達したことが検出されるかまたは所定時間が経過したことが検出されると第１の加圧工程ＰＲ１１は終了し、第２の加圧工程ＰＲ１２に移行する。

第２のプレス工程の第２の加圧工程ＰＲ１２では、リニアスケール４２１等の位置を検出してサーボモータ４１５を作動させた位置制御（または速度制御）のみが行われる。しかしながら第２のプレス装置１４により加圧成形された２次積層成形品Ａ５の板厚と最終製品である積層成形品Ａ６の板厚の差は極めて小さくなっているので位置制御のみであっても位置偏差が大きくなりすぎて、サーボモータ３１５が予期せぬ過剰な力で駆動されるような指令信号が送られることはない。また第１の加圧工程ＰＲ１１から第２の加圧工程ＰＲ１２への切換位置Ｐ１３から最終の加圧完了目標位置Ｐ１４までの距離は極めて小さくなっているので、位置制御のみであっても位置偏差が大きくなりすぎてサーボモータ３１５が予期せぬ過剰な力で駆動されるような指令信号が送られることは殆どない。そのため最終製品である積層成形品Ａ６は極めて精密な厚み精度を達成することができ、積層成形品Ａ６の側方への溶融樹脂の流出を防止できる。ただし第２のプレス工程ＰＲ１２もサーボモータ４１５のトルクリミット等の制限を設けてもよい。そして下盤３１４の位置が最終の加圧完了目標位置Ｐ１４に到達されるとサーボモータ４１５は現在位置を維持するように制御され（サーボロックやサーボＯＦＦを含む）、正確な板厚Ｔ２の積層成形品Ａ６が加圧成形される。

この２次加圧成形の際の第２のプレス装置１４の加圧ブロック４２２，４２３の温度は、基板Ａ１や積層フィルムＡ２の材質によって異なるからこれに限定されるものではないが、８０℃ないし２００℃、より好ましくは９０℃ないし１５０℃に温度制御される。ただし第１のプレス装置１３の加圧ブロック３２２，３２３の温度と同温か、または第２のプレス装置１４の加圧ブロック４２２，４２３の温度のほうが低くなるようにすることが望ましい。

第２のプレス装置１４は、最終の加圧完了目標位置Ｐ１４まで到達後に所定時間が経過すると下盤３１４が下降される。この際成形された積層成形品Ａ６の板厚Ｔ２は、第２の加圧成形が位置制御により行われることにより正確な厚みとなっている。そして２次積層成形品Ａ５の表面に僅かに凹凸が残っている場合はより一層平坦に加工することができる。
そしてキャリアフィルム巻取装置１６による次のキャリアフィルムＦ１，Ｆ２の送りにより、最終の積層成形品Ａ６は第２のプレス装置１４の後工程の取出ステージ部６１５に搬送され、図示しない装置により次工程に向けて送られる。

なお第２のプレス装置１４による第１のプレス工程および第２のプレス工程は、第１のプレス装置１３の第２のプレス工程ＰＲ２のように少なくとも位置制御要素を含むものであればよく、最初から位置制御（または速度制御）のみを行うものであってもよく力を検出して制御に用いるものでもよい。

また第１の実施形態の積層成形システム１は、真空積層装置の後工程に力制御（または圧力制御）と位置制御要素を備えた１基のプレス装置を設けた積層成形システムとの比較において次の点で優れている。即ち連続する第１のプレス装置１３と第２のプレス装置１４でそれぞれ位置制御要素の加圧成形を行うことにより、２段階で所望の板厚に加工することができる。従って１基のプレス装置で所望の板厚に成形加工する積層成形システムと比較して、無理な加圧を行うことなく加圧成形を行うことができるので、積層成形品の側方への溶融樹脂の流出が防止できる。また基板の積層成形においては真空積層装置１による積層成形の必要時間よりもプレス装置による加圧成形の必要時間のほうが長い場合も多いが、プレス装置を連続する２基とすることにより、プレス装置による加圧成形の必要時間をそれぞれのプレス装置１３，１４に分割できる。そのため１バッチ当たりの積層成形のサイクル時間を短縮することができる。

なお第２のプレス装置１４は、また本発明の請求項２に対応するものとして、全ての加圧工程においてサーボモータ４１５の力制御のみ行うものでもよい。その場合であってもサーボモータ４１５を用いた第２のプレス装置１４による力制御は、従来の一般的な圧力制御バルブにより制御される油圧シリンダを用いたプレス装置の圧力制御よりも２次積層成形品Ａ５に対して高精度の加圧制御を行うことが可能となり、厚みムラも減少する。

次に第２の実施形態の積層成形システム２について図５を参照して相違点を中心に説明する。第２の実施形態の積層成形システム２は、前記真空積層装置２２の後工程に設けられ位置制御要素を有する少なくとも２基の工程が連続したプレス装置を備える点や積層成形品の搬送方法などで共通している。また第１のプレス装置２３や第２のプレス装置２４のベース盤２３１１、上盤２３１２，タイバ２３１３，下盤２３１４の構成や、加圧ブロック２３２２，２３２３の構造等も共通している。第１の実施形態の第１のプレス装置１３および第２のプレス装置１４と、第２の実施形態の第１のプレス装置２３および第２のプレス装置２４の相違点は、加圧手段にある。

第１のプレス装置２３では、ベース盤２３１１には加圧手段であって油圧により作動する加圧シリンダ２３１５が設けられ、加圧シリンダ２３１５のラム２３１６が下盤２３１４の背面に固定されている。そして加圧シリンダ２３１５は図示しないサーボバルブ等のクローズドループ制御可能なバルブを含む油圧装置２３１７に接続されている。また加圧シリンダ２３１５は圧力センサにより作動油の圧力が検出可能となっている。そして前記圧力センサを含む油圧装置２３１７は制御装置１７に接続されている。また第１のプレス装置２３の上盤２３１２と下盤２３１４の間には図１と同様のリニアスケール２３１８が取り付けられている。そしてリニアスケール２３１８は制御装置１７に接続され、上盤２３１２と下盤２３１４の間の距離が検出可能となっている。

また第２のプレス装置２４の構造は第１のプレス装置２３と同様であり、ベース盤２４１１には加圧手段であって油圧により作動する加圧シリンダ２４１５が設けられ、加圧シリンダ２４１５のラム２４１６が下盤２４１４の背面に固定されている。そして加圧シリンダ２４１５は図示しないサーボバルブ等のクローズドループ制御可能なバルブを含む油圧装置２４１７に接続されている。また加圧シリンダ２４１５は圧力センサにより作動圧が検出可能となっている。そして前記圧力センサを含む油圧装置２４１７は制御装置１７に接続されている。また第２のプレス装置２４の上盤２４１２と下盤２４１４の間には第１のプレス装置２３と同様のリニアスケール２４１８が取り付けられている。そしてリニアスケール２４１８は制御装置１７に接続され、上盤２４１２と下盤２４１４の間の距離が検出可能となっている。

真空積層装置２２で積層成形された１次積層成形品Ａ４は、第１の実施形態の積層成形システム１と同様に第１のプレス装置２３に送られて２次積層成形品Ａ５に積層成形され、第２のプレス装置２４に送られて積層成形品Ａ６に積層成形される。第２の実施形態の積層成形システム２における第１のプレス装置２３および第２のプレス装置２４における積層成形方法は、第１の実施形態の積層成形システム１の積層成形方法と大半の部分において同様であるので上記の第１の実施形態の説明を援用する。相違点について記載すれば、第１の実施形態ではロードセル３２０等の値を検出してサーボモータ３１５を力制御していた部分が、第２の実施形態では、圧力センサの値を検出して加圧シリンダ２４１５の圧力制御が行われる点において相違する。即ちサーボバルブを用いる場合、サーボバルブにより圧力センサの値を用いた圧力のクローズドループ制御と、リニアスケール２４１８を用いた位置（または速度）のクローズドループ制御が行われる。

また本発明は、第１の実施形態の積層成形システム１と第２の実施形態の積層成形システム２を混交したものとして、第１のプレス装置を油圧等の加圧シリンダを用い位置制御要素を有するプレス装置として、第２のプレス装置をサーボモータ等の電動モータを使用し位置制御要素を有するプレス装置としてもよい。更には反対に第１のプレス装置をサーボモータ等の電動モータを使用したプレス装置とし、第２のプレス装置を油圧等の流体を用いた加圧シリンダを用いたプレス装置としてもよい。

次に第３の実施形態の積層成形システム３について図６を参照して相違点を中心に説明する。第３の実施形態は、最後の工程のプレス装置と、前記最後の工程のプレス装置の前工程に連続するプレス装置にそれぞれ少なくとも位置制御要素を含む加圧制御を行うプレス装置を備えたものである。具体的には真空積層装置３２の直後の後工程に備えられる第１のプレス装置３３は油圧等の加圧シリンダ３３１１を用い圧力制御のみを行うプレス装置が備えられている。第１のプレス装置３３は、加圧ブロックの平坦な加圧面にゴムが貼りつけられたものでもよい。そして第２のプレス装置３４と第３のプレス装置３５は、サーボモータ３４１１，３５１１等の電動モータを使用し位置制御要素を有するプレス装置が備えられている。従って本発明の「真空積層装置の後工程の連続するプレス工程」とは、２基のプレス装置によるそれぞれのプレス工程がＮ番目のプレス工程とＮ＋１番目のプレス工程として連続していればよい。そのため真空積層装置３２のすぐ後に連続する工程のプレス装置は、少なくとも位置制御要素を含む加圧制御を行うものでない場合も含まれる。また「連続するプレス工程」とは、プレス工程とプレス工程の間にプレス工程以外の工程を挟むものでもよい。

そして第３のプレス装置３５の加圧面は、第１のプレス装置３３や第２のプレス装置３４と同様の緩衝材と弾性金属板を備えている。また第３のプレス装置３５は、緩衝材の厚みを第２のプレス装置３４の緩衝材よりも薄くするか、緩衝材の硬度を第２のプレス装置３４よりも高くして、第２のプレス装置３４よりも緩衝効果を小さくしてよい。また第３のプレス装置３５は緩衝材を設けずに、金属製の加圧盤または前記金属板に取り付け金属薄板が加圧面となるものでもよい。また第３のプレス装置３５は、特に積層成形品を冷却する冷却プレスとし、第３のプレス装置３５の加圧盤の温度は、第２のプレス装置３４の加圧盤の温度よりも低温となるように制御してもよい。

なお第３のプレス装置３５が冷却プレスであって積層成形品Ａ６に僅かな圧力で面当接さえすればよい場合は、第３のプレス装置３５は位置制御要素が不要である場合もあり得る。その際は真空積層装置３２の直後の第１のプレス装置３３により行われる第１のプレス工程と第１のプレス装置３３に連続して配置される第２のプレス装置３４により行われる第２のプレス工程のみが少なくとも位置制御要素を用いた制御が行われる。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した第１の実施形態および第２の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や第１の実施形態ないし第３の実施形態の各記載を掛け合わせたものについても、適用されることは言うまでもないことである。積層成形システム１，２，３で積層成形される積層成形品は、回路基板の他、半導体ウエハや他の板状体であってもよく限定されない。またフィルム等の積層材が積層される面も、基板やウエハの片面であっても両面であってもよい。更にはＬＥＤ基板などでもよい。本発明によれば、基板のチップ（凸部）の高さが０．１ｍｍ以上、積層される樹脂フィルムの厚みが０．１５ｍｍ以上の場合であっても良好な積層成形が行えるケースが多い。

１，２，３ 積層成形システム
１２，２２，３２ 真空積層装置
１３，２３，３３ 第１のプレス装置
１４，２４，３４ 第２のプレス装置
１７ 制御装置
２１２，３１２，４１２，２４１２，２４１２ 上盤
２１３，３１４，４１４，２３１４，２４１４ 下盤
３２２，３２３，４２２，４２３，２３２２，２３２３ 加圧ブロック
３１５，４１５，３４１１，３５１１ サーボモータ
３１７，４１７ サーボアンプ
３２０，４２０ ロードセル
３２１，４２１，２３１８，２４１８ リニアスケール
Ａ４ １次積層成形品
Ａ５ ２次積層成形品
Ａ６ 積層成形品

Claims (3)

1. 真空積層装置とプレス装置を備えた積層成形システムにおいて、
   真空状態のチャンバ内で積層成形を行う真空積層装置と、
   前記真空積層装置の後工程に設けられサーボモータを駆動源とする第１のプレス装置と第２のプレス装置とが備えられ、
   前記第１のプレス装置は、
   前記第１のプレス装置のサーボモータが備える第１のロータリエンコーダと、
   前記第１のプレス装置の上盤と下盤の間、下盤とベース盤の間、前記上盤および下盤にそれぞれ取り付けられる加圧ブロックの間のいずれかを接続して両者の距離を検出する第１の位置センサと、
   力制御に用いられるロードセルと、が備えられ、
   前記第２のプレス装置は、
   前記第２のプレス装置のサーボモータが備える第２のロータリエンコーダと、
   前記第２のプレス装置の上盤と下盤の間、下盤とベース盤の間、前記上盤および下盤にそれぞれ取り付けられる加圧ブロックの間のいずれかを接続して両者の距離を検出する第２の位置センサと、が備えられる、積層成形システム。
2. 前記第１のプレス装置は、前記ロードセルで検出される圧力値に基づく力制御を含む加圧制御が少なくとも実施されるとともに、前記第１の位置センサから得られる位置情報によらず予め設定した時間が経過したことに伴い前記力制御を含む加圧制御を停止する動作モードを含み、
   前記第２のプレス装置は、前記第２の位置センサで検出される位置情報に基づく位置制御を含む加圧制御が少なくとも実施される、請求項１に記載の積層成形システム。
3. 真空積層装置とプレス装置を用いた積層成形方法において、
   真空状態のチャンバ内で積層成形を行う真空積層装置と、前記真空積層装置の後工程に設けられサーボモータを駆動源とする第１のプレス装置と第２のプレス装置とが備えられ、
   前記第１のプレス装置には力制御に用いられるロードセルが備えられ、
   前記第１のプレス装置において少なくとも力制御を含む加圧制御を行い、
   前記第２のプレス装置において少なくとも位置制御を含む加圧制御を行い、
   前記第１のプレス装置は、
   前記第１のプレス装置のサーボモータが備える第１のロータリエンコーダと、
   前記第１のプレス装置の上盤と下盤の間、下盤とベース盤の間、前記上盤および下盤にそれぞれ取り付けられる加圧ブロックの間のいずれかを接続して両者の距離を検出する第１の位置センサと、
   前記ロードセルと、が備えられ、
   前記第２のプレス装置は、
   前記第２のプレス装置のサーボモータが備える第２のロータリエンコーダと、
   前記第２のプレス装置の上盤と下盤の間、下盤とベース盤の間、前記上盤および下盤にそれぞれ取り付けられる加圧ブロックの間のいずれかを接続して両者の距離を検出する第２の位置センサと、が備えられ、
   前記第１のプレス装置は、前記ロードセルで検出される圧力値に基づく力制御を含む加圧制御が少なくとも実施されるとともに、前記第１の位置センサから得られる位置情報によらず予め設定した時間が経過したことに伴い前記力制御を含む加圧制御を停止する動作モードを含む、積層成形方法。

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