TWI790073B - 層疊成形系統以及層疊成形方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種層疊成形系統以及層疊成形方法，能夠良好地進行層疊成形品的層疊成形。層疊成形系統(1)在具備真空層疊裝置(12)和衝壓裝置(13、14)的層疊成形系統(1)中，具備在真空狀態的腔室(C)內進行層疊成形的真空層疊裝置(12)、設置於上述真空層疊裝置(12)的後工序並具有位置控制要素的至少兩台連續的將伺服電機(315)作為驅動源的第一衝壓裝置(13)和將伺服電機(415)作為驅動源的第二衝壓裝置(14)。

Description

層疊成形系統以及層疊成形方法
本發明涉及具備真空層疊裝置和衝壓裝置的層疊成形系統以及使用真空層疊裝置和衝壓裝置的層疊成形方法。
作為具備真空層疊裝置和衝壓裝置的層疊成形系統，在真空層疊裝置的後工序中存在具備一台衝壓裝置的結構與具備兩台衝壓裝置的結構。作為在真空層疊裝置的後工序中具備一台衝壓裝置的結構已知專利文獻1中記載的內容。配置於專利文獻1的真空層疊裝置的後工序中的平坦化衝壓裝置具備限位元開關並檢測中間層疊品的夾持。另外，作為在真空層疊裝置的後工序中配置兩台衝壓裝置已知專利文獻2、專利文獻3中記載的內容。尤其是專利文獻3中記載第二平面衝壓機構3通過伺服電機的動作而一對金屬板中的至少一個向另一個可進退的內容。並且，記載了：伺服電機53的轉數基於來自可程式設計邏輯控制器(PLC)的指令信號以及回饋的壓塊46、47之間的距離資訊、通過伺服放大器(省略圖示)進行控制。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2005-66967號公報 專利文獻2：日本專利特開2002-120100號公報 專利文獻3：日本專利特開2020-28980號公報
(發明所欲解決之問題)
可是，關於上述專利文獻3，存在由於是僅第二平面衝壓機構3基於距離資訊進行層疊成形品的推壓的方式而產生如下問題的情況。即，在第一平面衝壓機構中，由於僅以預定的壓力推壓層疊成形品，因此從第一平面衝壓機構向第二平面衝壓機構輸送的層疊成形品會存在厚度不均。因此，在一部分的層疊成形品中，會存在即使用第二平面衝壓機構成為所期望的距離進行推壓也會在最終成形品中留有厚度不均、勉強成為所期望的距離的方式進行推壓的結果會發生假想的壓力以上的壓力，產生層疊(樹脂)膜熔融並向層疊成形品的側方流出等的不良的情況。
另外，在第一平面衝壓機構中使用通過一般的壓力控制閥進行控制的液壓缸的情況下，會在衝壓工序中存在壓力控制應答性差這樣的問題。其他課題與新特徵會從本說明書的敘述以及附圖中清楚。 (解決問題之技術手段)
一實施方式的層疊成形系統在具備真空層疊裝置和衝壓裝置的層疊成形系統中，在真空腔室內進行層疊成形的真空層疊裝置、設置於上述真空層疊裝置的後工序的至少兩台連續的衝壓裝置分別具備位置控制要素。 (對照先前技術之功效)
本發明的效果如下。 根據上述一實施方式，例如適用于層疊成形系統等，能夠提供一種能良好地進行層疊成形品的層疊成形的層疊成形系統。
關於本發明的第一實施方式的層疊成形系統1，參照剖面表示一部分的圖1說明真空層疊裝置12、第一衝壓裝置13與第二衝壓裝置14。層疊成形系統1在真空層疊裝置12的後工序中連續地設置第一衝壓裝置13與第二衝壓裝置14的兩台衝壓裝置13、14。另外，層疊成形系統1在真空層疊裝置12的前工序中具備載體膜輸送裝置15，並且，在第二衝壓裝置14的後工序中具備載體膜捲繞裝置16。而且，層疊成形系統1具備控制裝置17。上述控制裝置17連接於真空層疊裝置12、第一衝壓裝置13、第二衝壓裝置14、載體膜輸送裝置15以及載體膜捲繞裝置16而進行層疊成形系統1整體的控制。
從前工序開始按順序首先說明載體膜輸送裝置15。兼做基板A1和層疊膜A2的輸送裝置和拉緊裝置的載體膜輸送裝置15具備下側的卷出滾筒511以及從動滾筒512。從上述卷出滾筒511卷出的下載體膜F1在從動滾筒512的部分向水準狀態改變方向。在下載體膜F1成為水準狀態的部分設置載置作為從前工序重疊輸送而來的被成形材料的基板A1和層疊膜A2的載置台部513。另外，載體膜輸送裝置15具備上側的卷出滾筒513以及從動滾筒515，從上述卷出滾筒514卷出的上載體膜F2在從動滾筒515的部分重疊在由基板A1和層疊膜A2構成的層疊成形物A3上。被這些載體膜F1、F2夾持而輸送基板A1和層疊膜A2。並且，通過在真空層疊裝置12、第一衝壓裝置13、第二衝壓裝置14中經由載體膜F1、F2進行層疊成形，防止層疊膜A2融化而附著於裝置部分。另外，載體膜F1、F2的使用還具有尤其在第一衝壓裝置13與第二衝壓裝置14中在對一次層疊成形品A4與二次層疊成形品A5加壓時施加一定的緩衝作用的優點。
其次，關於配置於載體膜輸送裝置15的後工序的真空層疊裝置12進行說明。真空層疊裝置12是在真空狀態下的腔室C內通過隔膜211等的加壓體對由基板A1與層疊膜A2構成的層疊成形物A3加壓而層疊成形為一次層疊成形品A4的裝置。真空層疊裝置12相對於固定地設置的上盤212通過升降機構214可升降地設置下盤213，在包括外框的下盤213上升並與上盤212抵接時可在內部形成腔室C。升降機構214由液壓缸構成，但可以在真空層疊裝置12的升降機構214中使用電機、氣缸。在真空層疊裝置12的升降機構214中使用電機而不使用液壓機構的情況下，與後述的將第一衝壓裝置13與第二衝壓裝置14的驅動源作為電機相應地實現層疊成形系統1整體的電動化，提高在無塵室內配置層疊成形系統1時的潔淨度。腔室C連接於未圖示的真空泵，能吸引內部空間的大氣而形成真空狀態的腔室C。並且，在本發明中，真空狀態是指已被減壓至預定值的狀態。
在上盤212的中央的下表面安裝有由未圖示的加熱器加熱的熱板215，在熱板215的表面安裝有未圖示的具有耐熱性的橡膠膜等的彈性體薄板216。另一方面，在下盤213的中央的上表面也安裝有由未圖示的加熱器加熱的熱板217。另外，在下盤213的上述熱板217的周圍的部分上以覆蓋熱板217上表面的方式安裝有作為加壓體的由耐熱性橡膠膜形成的隔膜211。並且，通過由未圖示的壓縮機向隔膜211的背面側輸送加壓空氣，隔膜211在腔室C內膨脹而在與熱板217之間對基板A1與層疊膜A2加壓。並且，真空層疊裝置12的隔膜211可以是安裝於上盤212並從上盤212側推壓由基板A1與層疊膜A2構成的層疊成形物A3的結構。另外，真空層疊裝置12可以是分別在上下的加壓塊的平坦的加壓面上粘貼橡膠、任一加壓塊向另一加壓塊前進而推壓層疊成形物A3的結構。在上下加壓塊的平坦的加壓面上分別粘貼橡膠板的衝壓裝置的情況下，加壓機構既可以是使用伺服電機等的結構也可以是使用液壓缸的結構。在衝壓裝置通過液壓缸進行加壓的情況下，除了僅進行壓力控制以外，還可以是進行位置控制與壓力控制兩者的控制、僅進行位置控制的控制。另外，在衝壓裝置中使用伺服電機等的電機等的情況下除了僅進行壓力控制以外也可以進行位置控制與壓力控制兩者的控制、僅位置控制的控制。在衝壓裝置中使用伺服電機等的電機進行位置控制的情況下，除了安裝於伺服電機上的旋轉編碼器以外，還可以使用格外設置於衝壓裝置上的位置感測器進行位置控制。另外，真空層疊裝置可以是在真空狀態的腔室內分別設置於上下的滾筒之間進行層疊成形的滾筒式層疊機。
其次，關於在上述真空層疊裝置12的後工序配置於串聯方向上的第一衝壓裝置13進行說明。第一衝壓裝置13是再次加壓在真空層疊裝置12中加壓成形而具備凹凸部的由被層疊件A1與層疊膜A2形成且在層疊膜A2側殘留凹凸狀態下的一次層疊成形品A4而加壓成形為更平坦的二次層疊成形品A5的裝置。第一衝壓裝置13具備設置于下方的大致矩形的底盤311、分別豎直設置於位於上述底盤311上方的大致矩形的固定盤即上盤312的四角附近之間的四根拉杆313。並且，第一衝壓裝置13的作為大致矩形的可動盤314在底盤311與上盤312之間可升降移動。另外，第一衝壓裝置13是將伺服電機315等的電機作為驅動源的結構，在底盤311上安裝有加壓機構的伺服電機315。
伺服電機315具備旋轉編碼器316，並且，連接於伺服放大器317，伺服放大器317連接於上述控制裝置17。在伺服電機315的驅動軸上連接滾珠絲杠318、或上述驅動軸自身為滾珠絲杠。另一方面，在下盤314的下表面固定滾珠絲杠機構的滾珠絲杠螺母319，上述滾珠絲杠318插通滾珠絲杠螺母319。而且，在下盤314與滾珠絲杠螺母319之間安裝有負載感測器320。並且，安裝負載感測器320的部分只要是承受衝壓工序的加壓力的部分則不限定，作為一例可以是伺服電機315的安裝部分。
根據上述結構，第一衝壓裝置13通過伺服電機315的動作使下盤314相對於上盤312升降。並且，第一衝壓裝置13的滾珠絲杠機構可以是在安裝於伺服電機315的驅動軸與滾珠絲杠318的皮帶輪之間安裝皮帶並通過皮帶傳遞驅動力的結構。而且，第一衝壓裝置13的滾珠絲杠機構可以是在底盤311上旋轉自如地安裝滾珠絲杠螺母319、滾珠絲杠318升降的結構。另外，通過用罩覆蓋滾珠絲杠318的部分而能夠防止潤滑脂的擴散，有助於無塵室內的潔淨度提高。而且，第一衝壓裝置13可以是使用連杆機構、曲柄機構、楔形機構等的倍力機構、與之類似的結構的裝置。另外，在上述示例中，第一衝壓裝置13通過一個伺服電機315進行加壓成形，但不排除使用兩個以上的伺服電機315或兩個以上滾珠絲杠機構進行加壓成形的裝置。而且，伺服電機以外可以使用可閉環控制的直線電機。並且，第一衝壓裝置13可以是使用上述機構中的任一機構而使上盤312相對於下盤314升降的裝置。
在上盤312的側面與下盤314的側面之間安裝有作為位置感測器的線性尺規321。線性尺規321在任意一個盤上安裝有尺規321a，在另一盤上安裝有作為測量部的滑塊321b。相對於上盤312的下盤314的位置(距離)也能夠用伺服電機315的旋轉編碼器316檢測。可是，在滾珠絲杠318與滾珠絲杠螺母319之間存在些許的間隙、在拉杆313與滾珠絲杠318上產生熱膨脹。因此，希望通過線性尺規321直接地測量相對於上盤312的下盤314的位置(距離)的情況多。作為線性尺規321等的位置感測器的解析度作為一例優選0.002mm以下的型號，更優選0.001mm以下並能實用化的解析度0.0001mm、解析度0.000025mm等的最小解析度單位以上的型號。
安裝於第一衝壓裝置13的線性尺規321可以只是一個，但可以相對於載體膜F1、F2的行進方向在上盤312與下盤314的兩側側面上各安裝一個合計2個、或各二個合計4個。並且，在兩側側面安裝合計4個位置感測器的情況下能夠檢測相對於上盤312的下盤314的平行度。或者，設置位置感測器的位置可以是連接加壓塊322、323的位置、連接底盤311與下盤314的位置。而且，第一衝壓裝置13一般是具備以下盤314的位置不會超過機械設計上的下降臨界點、上升臨界點等為目的而可檢測未圖示的限位元開關或接近開關等的位置的安全開關。
在第一衝壓裝置13的上盤312與下盤314的各對置面上隔著未圖示的隔熱板分別安裝加壓塊322、323。在加壓塊322、323上具備筒式加熱器等的溫度控制機構。由於加壓塊322、323的加壓面327的結構分別相同，因此關於一個加壓塊322的加壓面327進行說明。在加壓塊323的表面上安裝橡膠、樹脂薄膜、纖維薄板等的緩衝材料325。上述緩衝材料325的厚度作為一例為0.05mm至3.00mm。並且，在上述緩衝材料325的表面作為一例安裝由0.2mm至3.00mm板厚的可彈性變形的不銹鋼等材質構成的金屬板326。並且，上述金屬板326的與緩衝材料325接觸的面的相反側表面為加壓面327。
並且，構成第一衝壓裝置13的加壓面的部件可以是氟橡膠薄板等的具有耐熱性的彈性體薄板。在該情況下，彈性體薄板的硬度(肖氏A硬度)並不限於此，作為一例能使用30至80，更優先40至70的硬度。另外，第一衝壓裝置13不具備可為真空狀態的腔室，但可以是具備可為真空狀態的腔室、在真空腔室內進行加壓成形的結構。
其次，參照圖2關於涉及第一衝壓裝置13的加壓成形的控制方框圖進行說明。第一衝壓裝置13是具有位置控制要素的裝置。在控制裝置17中具備力指令信號輸出部701與位置指令信號輸出部702。力指令信號輸出部701與位置指令信號輸出部702連接于作為上位控制部的順序控制部703，從順序控制部703輸送各種成形條件等。另外，順序控制部703連接於設定輸入顯示部704、存儲部705。
另外，第一衝壓裝置13的負載感測器320連接於控制裝置17的加算器706。並且，從力指令信號輸出部701輸出的指令信號與從負載感測器320輸出的信號在加算器706中進行比較及加算。而且，線性尺規321連接於控制裝置17的加算器707。並且，從位置指令信號輸出部702輸出的指令信號與從線性尺規321輸出的信號在加算器707中進行比較及加算。而且，從上述加算器706、707中的至少一個輸出的信號經過力位置比較切換部708以及指令信號生成部709向伺服放大器317輸送。另外，伺服電機315的旋轉編碼器316連接於伺服放大器317。並且，從指令信號生成部709輸出的信號與從旋轉編碼器316輸出的信號相加。並且，圖2的控制方框圖是概念性的圖，實際上也可以在第一衝壓裝置13側上具備全部功能等，並不限於圖2的結構。
其次，關於在第一衝壓裝置13的後工序中連接於串聯方向而配置的第二衝壓裝置14進行說明。第二衝壓裝置14是將在第一衝壓裝置13中層疊成形的二次層疊成形品A5再次加壓而加壓成形為完全平坦的層疊成形品A6的裝置。第一實施方式的層疊成形系統1的第二衝壓裝置14的加壓機構等的結構與第一衝壓裝置13大致相同。
第二衝壓裝置14具備設置于下方的大致矩形的底盤411、在位於上述底盤411的上方的大致矩形的作為固定盤的上盤412的四角附近之間分別豎直設置的四根拉杆413。並且，第二衝壓裝置14能夠使作為矩形的可動盤的下盤414在底盤411與上盤412之間升降移動。另外，第二衝壓裝置14是將電機作為驅動源的結構，在底盤411上安裝加壓機構的伺服電機415。在第一實施方式中，第二衝壓裝置14的伺服電機415能使用額定輸出等的樣式與第一衝壓裝置13的伺服電機315相同的型號。可是，第一衝壓裝置13可以使用大輸出的伺服電機315，相反，第二衝壓裝置14也可以使用大輸出的伺服電機415。
伺服電機415具備旋轉編碼器416，並且，連接於伺服放大器417，伺服放大器417連接於上述控制裝置17。在伺服電機415的驅動軸上連接滾珠絲杠418、或上述驅動軸自身為滾珠絲杠。另一方面，在下盤414的下表面固定滾珠絲杠機構的滾珠絲杠螺母419，上述滾珠絲杠418插通滾珠絲杠螺母419。而且，在下盤414與滾珠絲杠螺母419之間安裝負載感測器420。因此，第二衝壓裝置14通過伺服電機415的動作使下盤414升降。並且，第二衝壓裝置14的加壓機構也與上述第一衝壓裝置13同樣可變更為各種樣式。假設第二衝壓裝置14中只進行包含位置控制要素的控制的情況下，也會有不安裝負載感測器420的情況。另外，在上盤412的側面與下盤414的側面之間與第一衝壓裝置13同樣地安裝有作為位置感測器的線性尺規421。線性尺規421的性能與第一衝壓裝置13相同。可是，在想要更準確地只檢測最終的層疊成形品A6的板厚的情況下可以採用比第一衝壓裝置13的線性尺規321解析度更高的部件作為第二衝壓裝置14的線性尺規421。位置感測器在使用線性尺規321的情況下可以不選擇磁感式、光學式、靜電容量式等種類，而選擇超聲波感測器等。
在第二衝壓裝置14的上盤412與下盤414的各對置面上分別安裝加壓塊422、423。在上述加壓塊422、423中具備筒式加熱器等的溫度控制機構。由於加壓塊422、423的加壓面427的結構分別相同，因此關於一個加壓塊423的加壓面427進行說明。在加壓塊423的表面上安裝橡膠、樹脂膜、纖維板等的緩衝材料425。上述緩衝材料425的厚度作為一例是0.02mm至2.00mm。
第二衝壓裝置14的緩衝材料425的緩衝作用與第一衝壓裝置13的緩衝材料325的緩衝作用相同，優選更小。因此，緩衝材料425為相同材料的情況下優選第二衝壓裝置14的緩衝材料425厚度相同或使厚度變薄的情況多。另外，在第一衝壓裝置13的緩衝材料325與第二衝壓裝置14的緩衝材料厚度相同的情況下，優選第二衝壓裝置14的緩衝材料425使用相同材料或硬度高的情況多。並且，在上述緩衝材料325的表面上作為一例安裝0.2mm至3.00mm板厚的由可彈性變形的不銹鋼等的材質構成的金屬板426。並且，上述金屬板426的與緩衝材料425接觸的面的相反側的表面為加壓面427。關於第二衝壓裝置14的控制方框圖，由於與第一衝壓裝置13的控制方框圖大致相同而引用上述說明。
其次，關於設置於第二衝壓裝置14的後工序的載體膜捲繞裝置16進行說明。載體膜捲繞裝置16是兼做載體膜F1、F2的輸送裝置與拉緊裝置的裝置。載體膜捲繞裝置16具備下側的卷出滾筒611以及從動滾筒612，通過上述捲繞滾筒611捲繞下載體膜F1。另外，載體膜捲繞裝置16具備上側的捲繞滾筒613以及從動滾筒614，在上述從動滾筒614的部分從層疊成形品A6剝離上載體膜F2，上載體膜F2被捲繞於上述上側的捲繞滾筒613。並且，在以水準狀態僅輸送下載體膜F1的部分設置層疊成形品A6的取出台部615。並且，作為載體膜F1、F2的輸送裝置，可以設置把持載體膜F1、F2兩側並向後工序拉伸的移載裝置(所謂的夾緊式輸送裝置)。
其次，關於使用第一實施方式的層疊成形系統1的被層疊件A1與層疊膜A2的層疊成形方法進行說明。在連續成形時的層疊成形系統1中，在隔膜式的真空層疊裝置12、第一衝壓裝置13、第二衝壓裝置14中通過控制裝置17的順序控制能同時並批量處理地進行層疊成形。可是，這裡沿作為一批次量的被層疊件即基板A1與層疊膜A2的層疊成形物A3的成形順序進行說明。
載置於載體膜輸送裝置15的載置台部513上的被層疊件A1是由具有粘接於基板表面的銅箔部分的凸部與沒有銅箔部分的凹部構成的凹凸部的構造用的電路基板。銅箔的厚度(相對於基板部分的高度)並不限於此，是數μm至數十μm左右，基本上為0.1mm以下。在上述電路基板A1的上下分別重合層疊膜A2，構成構造成形用的層疊成形物A3。並且，圖1中層疊成形物A3記載一個，但可以是同時多個層疊成形物A3載置於載置台部513而進行層疊成形的結構。
並且，載置於載置台部513的上述層疊成形物A3隨著捲繞滾筒611、613的旋轉驅動與上下載體膜F1、F2一起移動，向開放狀態下的真空層疊裝置12的腔室C內輸送並定位。其次，真空層疊裝置12封閉腔室C並通過未圖示的真空泵進行減壓，形成真空狀態(減壓狀態)的腔室C。並且，向隔膜211的背面側送入加壓空氣而使隔膜211向腔室C內膨脹，在與安裝於上盤212側的熱板215的彈性體薄板216之間加壓由基板A1與層疊膜A2構成的層疊成形物A3。由此時的隔膜211產生的加壓力(施加于層疊成形物A3的單位面積的壓力)作為一例為0.3MPa至1.5MPa，以在基板A1的凹部中埋入層疊膜A2的形式進行基板A1與層疊膜A2的連接，層疊成形一次層疊成形品A4。可是，通過真空層疊裝置12而層疊成形的一次層疊成形品A4的層疊膜A2的表面還是模仿基板A1的凹凸部的形狀而留下凹凸的狀態。另外，此時，在所使用的層疊膜的無機材料含有率高的情況(作為一例SiO2為35至75重量%的層疊膜)中由於熔融樹脂的流動性低而更容易留下凹凸。
若在真空層疊裝置12中層疊成形具備凹凸部的由被層疊件A1與層疊膜A2構成且粘貼兩者而成的一次層疊成形品A4則腔室C開放。並且，上述一次層疊成形品A4通過由載體膜捲繞裝置16進行的接下來的載體膜F1、F2的輸送，向後工序的第一衝壓裝置13的上盤312與下盤314之間搬運，停止於預定的加壓位置。
其次，第一衝壓裝置13的伺服電機315進行動作，下盤314以及加壓塊323上升而開始第一衝壓工序。在第一衝壓工序中進行包含位置控制要素的加壓控制。最初，下盤314以及加壓塊323在加壓面327抵接於下載體膜F1不久之前的速度切換位置P1、或上載體膜F2抵接於上盤412側的加壓面327不久之前的位置之前通過伺服電機315以高速被移動控制。可是，若到達上述位置通過旋轉編碼器16、線性尺規321、或限位元開關、接近開關等檢測，則通過伺服電機315以低速被移動控制，在一次層疊成形品A4被夾持於加壓面427、427之間時能夠減少急劇地施加超載的情況。一次層疊成形品A4被加壓面427、427夾持的情況可以通過檢測伺服電機315的轉矩而掌握、或可以通過到達預先設定的位置P2而進行推斷。
若一次層疊成形品A4被加壓面427、427夾持，則向第一衝壓工序中的第一加壓工序PR1轉移。在第一加壓工序PR1中，檢測負載感測器320的值進行由力控制進行的回饋控制。從力指令信號輸出部701輸出力的指令信號的值，與由負載感測器320檢測的力信號的值比較而進行加法。並且，由於第一加壓工序PR1僅是力控制，因此力位置比較切換部708原樣通過，在指令信號生成部709中作為對伺服放大器317的速度控制的指令值被發送。
並且，在伺服放大器317中，生成伺服電機315的轉數與電流值並向伺服電機315發送。並且，如上述，伺服電機315的控制通過力控制進行，但力能夠換算為施加於一次層疊成形品A4的單位面積的壓力(面壓)而表示。在本實施方式的層疊成形方法中，上述面壓作為一例優選0.3MPa至1.5MPa，尤其是優選面壓比真空層疊裝置12低的情況多。並且，在第一加壓工序PR1中，下盤314以及加壓塊323進一步上升到達預先設定的位置P3(與加壓面327、327之間的距離相同)並通過線性尺規321檢測、或者、若經過預定的時間則接下來向第一衝壓工序中的第二加工工序PR2轉移。或者，通過線性尺規321或旋轉編碼器316中的至少一個的檢測值向第二加壓工序PR2轉移。
在第二加壓工序PR2中進行使位置控制要素優選的加壓控制。檢測線性尺規321的值並向目標位置P4進行位置控制(或速度控制)的回饋控制。從位置指令信號輸出部702輸出指令信號的值，與由線性尺規321檢測的位置信號的值比較並進行加法計算。另外，負載感測器320的值也總是檢測，通過加算器706向力位置比較切換部708發送。並且，在負載感測器320的檢測值中作為一例設置二級閾值，在負載感測器320的檢測值超過最初的閾值的情況下在位置控制的指令值中進行減法計算。另外，在負載感測器320的檢測值超過最後的閾值的情況下將位置控制的指令信號的指令值作為相對於前次指令值減去的指令值，或者暫時性或在完成第二衝壓工序PR2之前停止位置信號指令值的輸出。
在第二加壓工序PR2也向伺服放大器317發送速度控制的指令值而主要進行電流值的控制。在伺服放大器417與伺服電機415之間進行使用旋轉編碼器316的速度控制。由此，在第二衝壓工序中，下盤314的位置基於由線性尺規321檢測的值而能準確地控制。並且，以若下盤314的位置成為目標位置P4，則伺服電機415維持現在位置的方式進行控制(包含伺服鎖定、伺服斷開)，加壓成形正確板厚T1的二次層疊成形品A5。可是，在位置控制時產生大的位置偏差而被加壓的一次層疊成形品A4產生壓力異常的情況下，由於根據上述力檢測而位置的指令值變更為後退側並中止加壓，因此能夠防止因過壓而導致的厚度減少、熔融樹脂向側方流出等的次品的產生。並且，在上述第二加壓工序PR2中，也能夠為，即使是相對於目標位置(指令位置)最終不能夠到達其位置的情況(不能推壓的情況)下，只要是被允許的板厚的範圍內就可以。
並且，第二加壓工序PR2如果是使用位置控制要素的控制，可以進行使力優先的控制。作為一例在與第一衝壓工序相同地檢測了負載感測器320的值的力控制中，還可以以一定的比例加上位置控制的回饋控制。或者可以將速度控制要素作為前回饋控制信號而相加。還可以與由線性尺規321檢測的位置對應地改變從力指令信號輸出部701輸出的力信號的指令值。
並且，第一衝壓工序的各加壓工序並不限於上述，還可以是加壓工序多的工序。另外，各工序中使用位置控制要素的加壓成形即使是將速度控制的要素使用於一部分或全部的方法也為包含于廣義意思的位置控制要素。並且，包含速度控制的位置控制要素可以是控制電流值的控制、電壓值的控制、轉矩值的任意一個而進行伺服電機315的控制的要素。另外，作為與本發明的方案2對應的裝置，將伺服電機315作為驅動源的第一衝壓裝置13可以是在全部的加壓工序中只進行力控制的裝置。即使是那樣的情況，由使用伺服電機315的第一衝壓裝置13進行的力控制相比于使用通過現有一般的壓力控制閥進行控制的液壓缸的衝壓裝置的壓力控制可對一次層疊成形品進行高精度的加壓控制，也會減少厚度不均。
另外，此時的第一衝壓裝置13的加壓塊322、323的溫度因基板A1、層疊膜A2的材質不同而不同，因此並不限於此，優選控制為80℃至200℃、更優選控制為90℃至150℃。
並且，若經過預定時間而第一衝壓裝置13的第二加壓工序PR2結束且層疊成形二次層疊成形品A5，則下盤314下降。此時形成的二次層疊成形品A5的表面由於通過在第一衝壓裝置13的加壓面327上經由緩衝材料325具備具有彈性的金屬板326的加壓塊322、323進行加壓成形，因此在一次層疊成形品A4的表面上殘留的凹凸能更平坦地被加工。並且，通過由載體膜捲繞裝置16進行的下一卷出滾筒511以及從動滾筒512、由卷出滾筒414以及從動滾筒515進行的載體膜F1、F2的輸送、捲繞滾筒611、613的載體膜F1、F2的捲繞，上述二次層疊成形品A5向第一衝壓裝置13的後工序的第二衝壓裝置14的上盤412與下盤414之間搬送，停止在預定的加壓位置。
其次，第二衝壓裝置14的伺服電機415進行動作，與第一衝壓裝置13的控制相同，下盤414以及加壓塊423高速上升，在速度切換位置P11切換為低速，不久，在抵接點P12，二次層疊成形品A5被加壓面427、427夾持。在第二衝壓裝置14中也能進行包含位置控制要素的加壓成形。在第二衝壓裝置14的第一加工工序PR11中，能進行與第一衝壓裝置13的第二加工工序PR2類似的控制。即，能進行檢測線性尺規421等的位置而使伺服電機415動作的位置控制，但在檢測負載感測器320的值並超過閾值的情況等對上述位置指令控制信號(電流值等)施加限制。並且，若檢測到下盤414或加壓塊423到達預定的切換位置P13或檢測到經過預定時間，則第一加壓工序PR11結束，向第二加壓工序PR12轉移。
在第二衝壓工序的第二加壓工序PR12中，只進行檢測線性尺規421等的位置而使伺服電機415動作的位置控制(或者速度控制)。可是，由於通過第二衝壓裝置14加壓成形的二次層疊成形品A5的板厚與作為最終製品的層疊成形品A6的板厚的差極小，因此不會存在即使僅是位置控制位置偏差也過大，發送如伺服電機315以未預想到的過大的力進行驅動的指令信號的情況。另外，由於從由第一加壓工序PR11向第二加壓工序PR12的切換位置P13至最終的加壓結束目標位置P14的距離變得極小，因此幾乎不會存在即使僅是位置控制位置偏差也會過大，發送如伺服電機315以未預想到的過大的力進行驅動的指令信號的情況。因此，作為最終製品的層疊成形品A6能夠實現極其精密的厚度精度，能夠防止向層疊成形品A6側方的熔融樹脂的流出。可是，第二衝壓工序PR12也可以設置伺服電機415的轉矩極限等的限制。並且，以若下盤314的位置到達最終的加壓結束目標位置P14則伺服電機415維持現在位置的方式進行控制(包含伺服鎖定、伺服斷開)，加壓成形正確板厚T2的層疊成形品A6。在第一衝壓裝置到達最終加壓結束目標位置而加壓結束時，通過線性尺規421等的位置感測器檢測的下盤的位置資訊存儲於控制裝置17的存儲部中。另外，在上述實施方式中，由於位置感測器安裝於上盤與下盤之間，因此能測量以及存儲上盤與下盤的距離，但在上側的加壓塊與下側的加壓塊之間安裝有線性尺規等的位置感測器的情況下，測量以及存儲加壓塊間的距離。另外，可以通過位置感測器檢測底座側等的固定部件與進行升降的下盤之間的距離。這些上盤與下盤之間的距離、上側的加壓塊與下側的加壓塊之間的距離、底座側等的固定部件與下盤之間的距離相當於二次層疊品A5的板厚。
該二次加壓成形時的第二衝壓裝置14的加壓塊422、423的溫度由於因基板A1、層疊膜A2的材質而不同，因此並不限於此，優選溫度控制在80℃至200℃、更優選90℃至150℃。可以，優選與第一衝壓裝置13的加壓塊322、323的溫度相同、或第二衝壓裝置14的加壓塊422、423的溫度低。
第二衝壓裝置14若在到達至最終的加壓結束目標位置P14之後經過預定時間，則下盤314下降。此時成形的層疊成形品A6的板厚T2通過利用位置控制進行第二加壓成形而成為正確的厚度。並且，僅在二次層疊成形品A5的表面上留有凹凸的情況下能夠更平坦地加工。並且，通過載體膜捲繞裝置16進行的下一載體膜F1、F2的輸送，最終的層疊成形品A6向第二衝壓裝置14的後工序的取出台部615搬運，通過未圖示的裝置向下一工序輸送。
並且，由第二衝壓裝置14進行的第一衝壓工序以及第二衝壓工序只要如第一衝壓裝置13的第二衝壓工序PR2那樣至少含有位置控制要素即可，既可以是從開始只進行位置控制(或速度控制)的工序，也可以是檢測力而用於控制的工序。另外，關於第二衝壓裝置14的位置控制，可以基於由第一衝壓裝置進行的加壓結束時的衝壓裝置的上盤與下盤之間的距離、或加壓塊之間的距離等(中間層疊品A5的板厚)確定第二衝壓裝置的最終的加壓結束目標位置。如此，通過基於中間層疊品A5的板厚對第二衝壓裝置進行位置控制，能夠直接確定從通過第一衝壓裝置結束加壓成形的二次層疊成形品A5的板厚使作為最終製品的層疊成形品A6的板厚薄哪種厚度，能夠防止第二衝壓裝置中的按壓不足、按壓過度。
另外，第一實施方式的層疊成形系統1在與設置在真空層疊裝置的後工序具備力控制(或者壓力控制)與位置控制要素的一台衝壓裝置的層疊成形系統的比較中在以下方面優越。即，通過用連續的第一衝壓裝置13與第二衝壓裝置14分別進行位置控制要素的加壓成形，能夠分兩階段加工為所期望的板厚。因此，與用一台衝壓裝置成形加工為所期望的板厚的層疊成形系統比較，由於能夠不進行無效的加工地進行加壓成形，因此能夠防止向層疊成形品側方的熔融樹脂的流出。另外，在基板的層疊成形中由衝壓裝置進行的加壓成形所需要的時間比由真空層疊裝置12進行的層疊成形所需要的時間長的情況多，但通過為使衝壓裝置連續的兩台，能夠將由衝壓裝置進行的加壓成形所需要的時間分割為各自的衝壓裝置13、14。因此，能夠縮短每批次的層疊成形的迴圈時間。
另外，第二衝壓裝置14為與本發明的方案2對應的裝置，也可以在全部的加壓工序中只進行伺服電機415的力控制。即使在該情況下，由使用了伺服電機415的第二衝壓裝置14進行的力控制與現有的使用了通過一般的壓力控制閥控制的液壓缸的衝壓裝置的壓力控制相比，也能夠相對於二次層疊成形品A5進行高精度的加壓控制，厚度不均也減少。
其次，關於第二實施方式的層疊成形系統2參照圖5以不同點為中心進行說明。第二實施方式的層疊成形系統2在設置於上述真空層疊裝置22的後工序並具備具有位置控制要素的至少兩台的工序連續的衝壓裝置的方面、層疊成形件的搬運方法等中共通。另外，第一衝壓裝置23、第二衝壓裝置24的底盤2311、上盤2312、拉杆2313、下盤2314的結構、加壓塊2322、2323的結構等也共通。第一實施方式的第一衝壓裝置13以及第二衝壓裝置14、第二實施方式的第一衝壓裝置23以及第二衝壓裝置24的不同點在於加壓機構。
在第一衝壓裝置23中，在底盤2311中作為加壓機構設置通過液壓進行動作的加壓缸2315，加壓缸2315的滑塊2316固定於下盤2314的背面。並且，加壓缸2315連接於包括未圖示的伺服閥等的可閉環控制的閥的液壓裝置2317。另外，加壓缸2315可通過壓力感測器檢測動作油的壓力。並且，包含上述壓力感測器的液壓裝置2317連接於控制裝置17。另外，在第一衝壓裝置23的上盤2312與下盤2314之間安裝與圖1相同的線性尺規2318。並且，線性尺規2318連接於控制裝置17，可檢測上盤2312與下盤2314之間的距離。
另外，第二衝壓裝置24的結構與第一衝壓裝置23相同，在底盤2411中作為加壓機構設置通過液壓進行動作的加壓缸2415，加壓缸2415的滑塊2416被固定於下盤2414的背面。並且，加壓缸2415連接於包括未圖示的伺服閥等的可閉環控制的閥的液壓裝置2417。另外，加壓缸2415可通過壓力感測器檢測動作壓力。並且，包含上述壓力感測器的液壓裝置2417連接於控制裝置17。另外，在第二衝壓裝置24的上盤2412與下盤2414之間安裝與第一衝壓裝置23相同的線性尺規2418。並且，線性尺規2418連接於控制裝置17，可檢測上盤2412與下盤2414之間的距離。
在真空層疊裝置22中層疊成形的一次層疊成形品A4與第一實施方式的層疊成形系統1相同地向第一衝壓裝置23輸送而層疊成形為二次層疊成形品A5，向第二衝壓裝置24輸送而層疊成形為層疊成形品A6。由於第二實施方式的層疊成形系統2中的第一衝壓裝置23以及第二衝壓裝置24中的層疊成形方法與第一實施方式的層疊成形系統1的層疊成形方法在大半部分中是同樣的，因此引用上述第一實施方式的說明。如果關於不同點進行記載，在第一實施方式中，檢測負載感測器320等的值並對伺服電機315進行力控制，在第二實施方式中，在檢測壓力感測器的值而進行加壓缸2415的壓力控制的方面中不同。即，在使用伺服閥的情況下，能進行通過伺服閥使用壓力感測器的值的壓力閉環控制、使用線性尺規2418的位置(或速度)的閉環控制。
另外，本發明作為將第一實施方式的層疊成形系統1與第二實施方式的層疊成形系統2混合的方法，可以將第一衝壓裝置作為使用液壓等的加壓缸並具有位置控制要素的衝壓裝置、將第二衝壓裝置作為使用伺服電機等的電機並具有位置控制要素的衝壓裝置。而且，相反可以將第一衝壓裝置作為使用伺服電機等的電機的衝壓裝置、將第二衝壓裝置作為使用液壓等的流體的加壓缸的衝壓裝置。
其次，關於第三實施方式的層疊成形系統3參照圖6以不同點為中心進行說明。第三實施方式是具備最後工序的衝壓裝置、在與上述最後工序的衝壓裝置的前一工序連續的衝壓裝置中分別進行至少包含位置控制要素的加壓控制的衝壓裝置的方式。具體的說，配置於真空層疊裝置32不久之後的後工序中的第一衝壓裝置33具備使用液壓等的加壓缸3311只進行壓力控制的衝壓裝置。第一衝壓裝置33可以是在加工塊的平坦的加壓面上粘貼橡膠的結構。並且，第二衝壓裝置34與第三衝壓裝置35具備使用伺服電機3411、3511等的電機並具有位置控制要素的衝壓裝置。因此，本發明的“真空層疊裝置的後工序的連續的衝壓工序”只要由衝壓裝置進行的各個衝壓工序作為第N項的衝壓工序與第N+1項的衝壓工序連續即可。因此，與真空層疊裝置32的緊後面連續的工序的衝壓裝置也包含不進行至少包含位置控制要素的加壓控制的情況。另外，“連續的衝壓工序”可以在衝壓工序與衝壓工序之間插入衝壓工序以外的工序。
並且，第三衝壓裝置35的加壓面具備與第一衝壓裝置33、第二衝壓裝置34相同的緩衝材料與彈性金屬板。另外，第三衝壓裝置35可以使緩衝材料的厚度比第二衝壓裝置34的緩衝材料薄、使緩衝材料的硬度比第二衝壓裝置34高、相比於第二衝壓裝置34減小緩衝效果。另外，第三衝壓裝置35可以是不設置緩衝材料、安裝於金屬制的加壓盤或上述金屬板上而金屬薄板成為加壓面的結構。另外，第三衝壓裝置35還可以以作為特別地冷卻層疊成形品的冷卻衝壓、第三衝壓裝置35的加壓盤的溫度相比於第二衝壓裝置34的加壓盤的溫度為低溫的方式進行控制。
並且，在第三衝壓裝置35為冷卻衝壓且只要以輕微的壓力面彼此抵接于層疊成形品A6即可的情況下也會有第三衝壓裝置35不需要位置控制要素的情況。此時進行僅通過真空層疊裝置32不久之後的第一衝壓裝置33進行的第一衝壓工序與通過與第一衝壓裝置33連續地配置的第二衝壓裝置34進行的第二衝壓工序至少使用位置控制要素的控制。
關於本發明就不一一列舉，並不限於上述第一實施方式以及第二實施方式的方式，關於本領域技術人員基於本發明的宗旨進行變更的方式、組合第一實施方式至第三實施方式的各記載內容的方式也可以適用。在層疊成形系統1、2、3中層疊成形的層疊成形品除了電路基板以外可以是半導體晶圓、其他板狀體，但並不限於此。另外，層疊膜等的層疊材料的面既可以是基板、晶圓的單面，也可以是雙面。還可以是LED基板等。根據本發明，即使是基板的晶片(凸部)高度為0.1mm以上、層疊的樹脂薄膜的厚度為0.15mm以上的情況，也能進行良好的層疊成形的情況多。
1、2、3:層疊成形系統 12、22、32:真空層疊裝置 13、23、33:第一衝壓裝置 14、24、34:第二衝壓裝置 17:控制裝置 212、312、412、2312、2412:上盤 213、314、414、2314、2414:下盤 315、415、3411、3511:伺服電機 317、417:伺服放大器 320、420:負載感測器 321、421、2318、2418:線性尺規 322、323、422、423、2322、2323:加壓塊 A4:一次層疊成形品 A5:二次層疊成形品 A6:層疊成形品
圖1是第一實施方式的層疊成形系統的概略說明圖。 圖2是表示第一實施方式的第一衝壓裝置以及第二衝壓裝置的控制的方框圖。 圖3是表示由第一實施方式的第一衝壓裝置進行的第一衝壓工序的加壓成形的說明圖。 圖4是表示由第一實施方式的第二衝壓裝置進行的第二衝壓工序的加壓成形的說明圖。 圖5是第二實施方式的層疊成形系統的概略說明圖。 圖6是第三實施方式的層疊成形系統的概略說明圖。
12:真空層疊裝置
13:第一衝壓裝置
14:第二衝壓裝置
17:控制裝置
212、312、412:上盤
213、314、414:下盤
315、415:伺服電機
317、417:伺服放大器
320、420:負載感測器
321、421:線性尺規
322、323、422、423:加壓塊
A4:一次層疊成形品
A5:二次層疊成形品
A6:層疊成形品

Claims (5)

  1. 一種層疊成形系統，其具備真空層疊裝置和衝壓裝置，該層疊成形系統的特徵在於，具備：在真空狀態的腔室內進行層疊成形的真空層疊裝置；以及設置於上述真空層疊裝置的後工序並具有檢測位置感測器之值而進行位置控制之位置控制要素的至少兩台連續的衝壓裝置；上述兩台連續的衝壓裝置中，配置在上述真空層疊裝置後段之第一衝壓裝置係具備壓力感測器或負載感測器，自加壓工序開始時起，對上述壓力感測器或上述負載感測器的值進行檢測而執行由壓力控制或力控制所致之加壓控制，其後，進行至少使用上述位置控制要素之加壓控制。
  2. 一種層疊成形系統，其具備真空層疊裝置和衝壓裝置，該層疊成形系統的特徵在於，具備：在真空狀態的腔室內進行層疊成形的真空層疊裝置；以及設置於上述真空層疊裝置的後工序並將伺服電機作為驅動源且具有檢測上述伺服電機的旋轉編碼器或位置感測器之值而進行位置控制之位置控制要素的至少兩台連續的衝壓裝置；上述兩台連續的衝壓裝置中，配置在上述真空層疊裝置後段之第一衝壓裝置係具備負載感測器，自加壓工序開始時起，對上述負載感測器的值進行檢測而執行由力控制所致之加壓控制，其後，進行至少使用上述位置控制要素之加壓控制。
  3. 一種層疊成形方法，其使用了真空層疊裝置和衝壓裝置，該層疊成形方法的特徵在於， 對層疊成形品進一步在上述真空層疊裝置的後工序的連續的衝壓工序中分別進行至少包含檢測位置感測器之值而進行位置控制之位置控制要素的加壓控制，該層疊成形品利用在真空狀態的腔室內進行層疊成形的真空層疊裝置進行層疊成形而成，並且，兩台連續的上述衝壓裝置中，配置在上述真空層疊裝置後段之第一衝壓裝置係，於第一加壓工序中，對壓力感測器或負載感測器的值進行檢測而執行由壓力控制或力控制所致之加壓控制，於第二加壓工序中，進行至少使用上述位置控制要素之加壓控制。
  4. 一種層疊成形方法，其使用了真空層疊裝置和衝壓裝置，該層疊成形方法的特徵在於，具備在真空狀態的腔室內進行層疊成形的真空層疊裝置和設置於上述真空層疊裝置的後工序並將伺服電機作為驅動源的至少兩台連續的衝壓裝置，並進行包含檢測上述伺服電機的旋轉編碼器或位置感測器之值而進行位置控制之位置控制要素的加壓控制，並且，上述兩台連續的衝壓裝置中，配置在上述真空層疊裝置後段之第一衝壓裝置係，於第一加壓工序中，對負載感測器的值進行檢測而執行由力控制所致之加壓控制，於第二加壓工序中，進行至少使用上述位置控制要素之加壓控制。
  5. 如請求項4之層疊成形方法，其特徵在於，在上述真空層疊裝置的後工序設置有將上述伺服電機作為驅動源的上述第一衝壓裝置和第二衝壓裝置，在上述第一衝壓裝置的加壓結束時，通過上述第一衝壓裝置檢測中間 層疊品的板厚，基於上述板厚確定上述第二衝壓裝置的加壓結束目標位置。
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