(57)【要約】【課題】テストを行うことなく、被加工物が破損しないような圧力制御を行うことのできるプレス装置を提供することである。【解決手段】上下一対の熱盤の一方に取り付けられた油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するサーボモータと、ポンプの回転回数に基づいて一方の熱盤の他方の熱盤に対する変位を検出する変位検出手段と、サーボモータを制御して第１の荷重又は該第１の荷重よりも大きい第２の荷重が被加工物に加わるように油圧シリンダに送られる作動油の流量を調整する荷重調整手段とを有し、荷重調整手段は、被加工物の加圧を開始した当初は第１の荷重が該被加工物に加わり、変位検出手段が検出した変位が所定の閾値を超えた後に、被加工物に前記第２の荷重が加わるよう、前記サーボモータを制御する。【選択図】  図４
2010162585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対の熱盤間で樹脂を含有する被加工物を加熱プレスするプレス装置であって、
前記一対の熱盤の一方に取り付けられた油圧シリンダと、
前記油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、
前記ポンプを駆動するサーボモータと、
前記ポンプの回転回数に基づいて前記一方の熱盤の他方の熱盤に対する変位を検出する変位検出手段と、
前記サーボモータを制御して、第１の荷重又は該第１の荷重よりも大きい第２の荷重が前記被加工物に加わるように、前記油圧シリンダに送られる作動油の流量を調整する荷重調整手段と、
を有し、
前記荷重調整手段は、前記被加工物の加圧を開始した当初は前記第１の荷重が該被加工物に加わり、前記変位検出手段が検出した変位が所定の閾値を超えた後に、前記被加工物に前記第２の荷重が加わるよう、前記サーボモータを制御することを特徴とするプレス装置。
【請求項２】
前記一対の熱盤を収容可能な真空チャンバと、
前記真空チャンバ内を真空引きする真空ポンプと、
を更に有し、
真空引きされた前記真空チャンバ内にて前記被加工物を加熱プレスする
ことを特徴とする請求項１に記載のプレス装置。
【請求項３】
前記第１の荷重は、加熱によって軟化する前の被加工物に該荷重を加えても破損しないように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス装置。
【請求項４】
前記樹脂は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプレス装置。
【請求項５】
前記プレス装置は、熱盤の温度を調整可能な温度調整手段を更に有し、
前記温度調整手段は、前記被加工物に前記第１の荷重が加わっている間は前記熱盤の温度を前記樹脂の軟化温度よりも高く硬化温度よりも低い第１の温度に維持し、該被加工物に前記第２の荷重が加わっている間は該熱盤の温度を該樹脂の硬化温度よりも高い第２の温度まで上昇させる
ことを特徴とする請求項４に記載のプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下一対の熱盤間で樹脂を含有する被加工物を加熱プレスして成形するプレス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリプレグシート等の被加工物を成形して電子回路基板等の製品を製造する為に、特許文献１に記載されているもののようなプレス装置が使用される。特許文献１に記載のプレス装置は、少なくとも一対の熱盤間に成形前の被加工物を配置し、油圧シリンダ等を用いて熱盤対の一方を他方に向けて駆動し、熱盤間で被加工物を加圧する。
【特許文献１】特開２０００−１１７４９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなプレス装置においては、被加工物を構成する材料が軟化するまでは、比較的に低い圧力で被加工物が加圧されるように制御して被加工物が破損しないようにしている。そして、被加工物が完全に軟化した後に、被加工物に加える圧力を増大して、被加工物が成形される。
【０００４】
従来のプレス装置においては、温度センサを取り付けた被加工物等を用いたテストプレスを何回か行って、被加工物が軟化するまでの時間を算出し、被加工物を実際に成形する際は、算出した時間だけ低い圧力で被加工物を加圧した後に圧力を増大して、被加工物を成形していた。このテストプレスには時間と手間を要し、また、テストプレスにより不要な材料が消費されるという問題がある。これらの問題は、特に少量生産の製品を製造するような場合においては、無視できないものとなる。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、テストプレスを行うことなく、被加工物が破損しないような圧力制御を行うことのできるプレス装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明のプレス装置は、上下一対の熱盤の一方に取り付けられた油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するサーボモータと、ポンプの回転回数に基づいて一方の熱盤の他方の熱盤に対する変位を検出する変位検出手段と、サーボモータを制御して第１の荷重又は該第１の荷重よりも大きい第２の荷重が被加工物に加わるように油圧シリンダに送られる作動油の流量を調整する荷重調整手段とを有し、荷重調整手段は、被加工物の加圧を開始した当初は第１の荷重が該被加工物に加わり、変位検出手段が検出した変位が所定の閾値を超えた後に、被加工物に前記第２の荷重が加わるよう、前記サーボモータを制御する。
【０００７】
好ましくは、一対の熱盤を収容可能な真空チャンバと、真空チャンバ内を真空引きする真空ポンプとをさらに有し、被加工物は真空引きされた真空チャンバ内にて加熱プレスされる。
【０００８】
好ましくは、プレス装置が、熱硬化性樹脂から形成されている被加工物を加熱プレスする。この場合、プレス装置が被加工物の軟化温度よりも高く硬化温度よりも低い第１の温度と硬化温度よりも高い第２の温度との間で熱盤の温度を調整可能な温度調整手段をさらに有し、温度調整手段は、被加工物に第１の荷重が加わっている間は熱盤の温度を第１の温度に維持し、被加工物に加わる荷重の大きさが第２の荷重となった後に熱盤の温度を第２の温度まで上昇させる構成とすることがより好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のプレス装置は、上記のように熱盤の変位に基づいて被加工物に加わる圧力を制御している。被加工物は軟化に応じて内部の空気が抜き出されてその厚さが減少する。被加工物の軟化による厚さの減少の比率は、被加工物を構成する樹脂の種類によって決まる既知の値である。本発明においては、熱盤の変位が被加工物を構成する樹脂の種類及び被加工物の厚さによって決まる所定の閾値を超えた時に、被加工物が完全に軟化したものと判断し、被加工物を加圧する圧力を増大させている。このため、本発明のプレス装置によれば、テストを行うことなく、被加工物が破損しないような圧力制御を行うことが可能となる。また、本発明のプレス装置においては、変位検出手段がポンプの回転回数に基づいて一方の熱盤の変位を検出するものであり、熱盤から離れた位置で熱盤の変位を検出することができる。このため、熱盤からの熱の影響を考慮することなく、熱盤の変位を正確に検出可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態のプレス装置の正面図である。
【図２】本発明の実施の形態のプレス装置の詳細な正面図である。
【図３】本発明の実施の形態のプレス装置の制御部のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態のプレス装置が製品をプレスする手順を示したフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態において、製品をプレスする際の製品の圧力及び熱盤の温度の変動を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態のプレス装置の正面図である。図１に示されるように、本実施形態のプレス装置１は、上下方向に並べられたテーブル定盤５１とクラウン定盤５２とを有している。テーブル定盤５１は、油圧シリンダ６０によって昇降可能となっている。テーブル定盤５１の上面には下部熱盤２２が、クラウン定盤５２の下面には上部熱盤２１がそれそれ取り付けられている。また、上部熱盤２１と下部熱盤２２との間には、複数（図１中では４枚）の中間熱盤２３が上下に並んで配置されている。
【００１２】
本実施形態のプレス装置１によって成形される被加工物ｐは、下部熱盤２２及び中間熱盤２３の上に配置されるよう構成されており、被加工物ｐが各熱盤上に配置された状態で、油圧シリンダ６０を駆動してテーブル定盤５１をクラウン定盤５２に向けて上昇させることにより、被加工物ｐが両熱盤に挟まれて加熱されながら加圧され、被加工物ｐが成形される。なお、本実施形態においては、被加工物ｐは熱硬化製樹脂材料を主材とする配線回路基板である。
【００１３】
テーブル定盤５１、クラウン定盤５２、中間熱盤２３、上部熱盤２１、下部熱盤２２、及びこれらを支持する装置フレームは、真空チャンバ８０内に配置されている。真空チャンバ８０は、四方および上下を囲む壁面によって密封された空間（図中斜線部）を形成する。また、図示されるように、真空チャンバ８０の一側面を形成する壁面（図中右側）には開口８２が設けられており、被加工物ｐの出し入れはこの開口８２を通じて行われる。また、開口８２が形成されている壁面にはスライドドア８４が設けられており、被加工物ｐの設置又は取り出しの時はこのスライドドア８４が下方にスライドして、被加工物ｐが開口を通過できるようになる。また、被加工物ｐをプレスする際には、スライドドア８４は上方に移動して開口８２を塞ぎ、真空チャンバ８０内の空間は密閉される。
【００１４】
プレス装置の詳細な構成に付いて、以下に説明する。図２は、プレス装置１の正面図である。図２に示されているように、プレス装置１は、中間熱盤２３をガイドするための中間熱盤ガイド機構１０を有している。中間熱盤ガイド機構１０は、中間熱盤２３の対向する２側面の夫々に近接して設けられた４本（図中には２本のみ示されている）の鉛直方向に伸びる角柱状のガイドバー１１と、各ガイドバーが近接する中間熱盤の辺に沿った方向（図中左右方向）に並べられた２つのガイドバー１１を連結して中間熱盤ガイド機構１０の剛性を確保するための一対のガイドプレート１２とを有する。また、各ガイドバー１１の中途には、中間熱盤２３のそれぞれに対応した熱盤受ブロック１４が固定されている。中間熱盤２３の幅方向両端には熱盤ガイド２３ａが幅方向に突出して形成されており、この熱盤受ブロック１４の上に熱盤ガイド２３ａが載ることによって、中間熱盤２３は中間熱盤ガイド機構１０に下方から支持される。
【００１５】
油圧シリンダ６０を駆動してテーブル定盤５１および下部熱盤２２を上昇させ、下部熱盤２２がその上の中間熱盤２３に（被加工物ｐを介して）当接すると、その間中間熱盤２３は下部熱盤２２に支えられる。この状態からさらにテーブル定盤５１を上昇させると、熱盤受ブロック１４から熱盤ガイド２３ａが離れ、下部熱盤２２とその上の中間熱盤２３とは一体となって上方に移動する。ここで、この下部熱盤２２に支えられて上方に移動する中間熱盤２３が一段上の中間熱盤に（被加工物ｐを介して）当接すると、同様にその一段上の中間熱盤２３も下部熱盤２２と一体となって上方に移動する。この工程を繰り返し、全ての中間熱盤２３が下部熱盤２２と一体となった状態で、最上段の中間熱盤２３を上部熱盤２１に当接させる。この状態から更に下部熱盤２２を上方に駆動して被加工物ｐに圧力を加えることによって、被加工物ｐのプレス加工が行われる。なお、熱盤ガイド２３ａおよび熱盤受ブロック１４の搬送方向の寸法及び取り付け位置は、中間熱盤２３の熱盤ガイド２３ａと、その上方にある熱盤受ブロック１４とが干渉しないように構成されている。具体的には、図２において、ある段の中間熱盤２３の図中左側の熱盤ガイド２３ａの図中右側の端面は、それより上段の中間熱盤２３の対応する熱盤受ブロック１４の図中左側の端面よりも図中左側に形成されている。同様に、ある段の中間熱盤２３の図中右側の熱盤ガイド２３ａの図中左側の端面は、それより上段の中間熱盤２３の対応する熱盤受ブロック１４の図中右側の端面よりも図中右側に形成されている。
【００１６】
下部熱盤２２、中間熱盤２３および上部熱盤２１は、ヒータ３７（後述）によって温度調整されている。
【００１７】
以上説明したプレス装置１を制御するための機構について説明する。図３は、本実施形態のプレス装置１の制御部を示すブロック図である。図３に示されるように、プレス装置１は更に、コントローラ３１、サーボモータ３２、油圧ポンプ３３、真空ポンプ３４、気圧センサ３５、油圧センサ３６、ヒータ３７及び温度センサ３８を有している。
【００１８】
油圧ポンプ３３は、油圧シリンダ６０に作動油を供給してテーブル定盤５１を駆動するためのポンプであり、サーボモータ３２によって駆動される。また、油圧シリンダ６０内の油圧は、油圧センサ３６によって検出される。
【００１９】
真空ポンプ３４は、真空チャンバ８０（図１）内の空気を真空引きするためのポンプである。また、真空チャンバ８０内の気圧は、気圧センサ３５によって検出される。
【００２０】
コントローラ３１は、油圧センサ３６の検出結果に基づいてサーボモータ３２を制御して、所望の荷重が被加工物ｐに加わるようにする。また、サーボモータ３２の回転回数はコントローラ３１に送られ、コントローラ３１はこの回転回数に基づいてテーブル定盤５１の変位を検知することができる（後述）。また、コントローラ３１は、気圧センサ３５の検出結果に基づいて真空ポンプ３４を制御して、真空チャンバ８０内の真空引きを行う。さらに、コントローラ３１はスライドドア８４の開閉を制御する。
【００２１】
温度センサ３８は、熱盤２１〜２３の温度を検出するセンサである。また、ヒータ３７は、熱盤２１〜２３の温度を調整する為のものである。コントローラ３１は、温度センサ３８の検出結果に基づいて、熱盤２１〜２３が所定の温度となるよう、ヒータ３７を制御する。
【００２２】
以上の構成のプレス装置２００による被加工物ｐのプレス加工の手順について、図４及び図５を参照しながら以下に説明する。図４は、本実施形態のプレス装置１において、被加工物ｐをプレスする手順を示したフローチャートであり、図５は、被加工物ｐをプレスする際に、被加工物ｐに加わる圧力及び熱盤２１〜２３の温度の変化を示すグラフである。グラフの横軸はプレス加工処理開始からの経過時間を、左側の縦軸は熱盤温度Ｔを、右側の縦軸は被加工物ｐに加わる圧力Ｐを示す。なお、以下の説明及び図５に示される各ステップは、図４のフローチャートに対応したものである。
【００２３】
コントローラ３１は、先ずスライドドア８４を下方にスライドさせ（ステップＳ１）、次いで、被加工物ｐを下部熱盤２２及び中間熱盤２３上に載置する（ステップＳ２）。
【００２４】
次いで、コントローラ３１はスライドドア８４を上昇させ、テーブル定盤５１、クラウン定盤５２、中間熱盤２３、中間熱盤ガイド機構１０、およびこれらを支持する装置フレームを真空チャンバ８０内に密封する（ステップＳ３）。
【００２５】
コントローラ３１は次いで、真空ポンプ３４を駆動して、真空チャンバ８０内の気圧を降下させる（ステップＳ４）。真空チャンバ８０内が十分に真空引きされたことを気圧センサ３５の検出結果に基づいてコントローラ３１が確認した後、コントローラ３１は、真空ポンプ３４を停止する（ステップＳ５）。
【００２６】
次に、コントローラ３１は、サーボモータ３２を駆動してテーブル定盤５１を上昇させて、被加工物ｐのプレスを開始する（ステップＳ６）。
【００２７】
コントローラ３１は、油圧センサ３６の検出結果に基づいて、油圧シリンダ６０がテーブル定盤５１に加える荷重を算出し、これをモニタしている。具体的には、コントローラ３１は、油圧センサ３６が検出する圧力に油圧シリンダ６０の断面積を乗じた値を、油圧シリンダ６０がテーブル定盤５１に加える荷重としてモニタしている。この荷重の値が、テーブル定盤５１、下部熱盤２２、複数の中間熱盤２３及び複数の被加工物ｐの重量を超えた時に、コントローラ３１は、全ての被加工物ｐの上下両面が熱盤に挟まれたものと判定し、テーブル定盤５１の変位（すなわち下部熱盤２２の変位）の計測を開始する（ステップＳ７）。
【００２８】
なお、下部熱盤２２の変位は、サーボモータ３２から得られるサーボモータの回転回数から演算される。すなわち、油圧ポンプ３３が一回転する時に油圧シリンダ６０に送られる作動油の体積Ｖｐは既知であるため、油圧ポンプ３３の一回転あたりのテーブル定盤５１の変位量Ｄｐは、体積Ｖｐを油圧シリンダ６０の断面積Ａで割った値となる（数１）。
【００２９】
【数１】
2010162585.tif 000003
【００３０】
また、サーボモータ３２は変速器を介して油圧ポンプ３３に接続されている。この場合、サーボモータ一回転あたりのポンプの回転回数は、変速器の変速比Ｔｒの逆数となる。従って、サーボモータ３２の一回転あたりのテーブル定盤５１の変位量Ｄｍは、体積Ｖｐ、油圧シリンダ６０の断面積Ａ及び変速器の変速比Ｔｒから、数２にて算出される。
【００３１】
【数２】
2010162585.tif 000004
【００３２】
テーブル定盤５１の変位Ｄは、上記の定数Ｄｍにサーボモータの回転回数Ｒｍを掛けた値である。すなわち、テーブル定盤５１の変位は、Ｒｍ、Ｖｐ、Ａ及びＴｒを用いて、以下の数３により算出される。コントローラ３１は、数３を演算することによって変位Ｄを算出し、これをモニタしている。
【００３３】
【数３】
2010162585.tif 000005
【００３４】
また、コントローラ３１は、全ての被加工物ｐが熱盤間に挟まれた後の、被加工物ｐに加わる圧力をモニタしている。具体的には、油圧シリンダ６０がテーブル定盤５１に加える荷重からテーブル定盤５１、下部熱盤２２、複数の中間熱盤２３及び被加工物ｐの自重を減じて被加工物ｐに加わる荷重を演算する。そして、被加工物ｐに加わる荷重を製品が熱盤と接する面積で割った値が被加工物ｐに加わる圧力となる。この圧力が第１の圧力Ｐ１（図５）に達した後は、この圧力Ｐ１が維持されるよう、サーボモータ３２を制御する（ステップＳ８）。なお、圧力Ｐ１は、被加工物ｐに熱盤２１〜２３が密着して被加工物ｐに熱盤からの熱を十分効率よく伝えられ、且つ軟化する前の被加工物ｐが破損しない程度の比較的小さい圧力である。
【００３５】
被加工物ｐに加わる圧力の大きさがＰ１に達した後に、コントローラ３１は、ヒータ３７を制御して、熱盤の温度をＴ１に上昇させる（ステップＳ９）。この温度Ｔ１は、被加工物ｐを構成する熱硬化性樹脂材料の軟化温度以上であり、且つ当該樹脂材料の硬化温度よりは十分に低い温度である。
【００３６】
コントローラ３１は、ステップＳ７で計測を開始したテーブル定盤５１の変位が所定値Ｄに達するまで待機する（ステップＳ１０：ＮＯ）。テーブル定盤５１の変位がＤを超えた場合は（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、被加工物ｐに加わる圧力がＰ２（図５）に維持されるよう、サーボモータ３２を制御する（ステップＳ１１）。加熱により軟化して流動性を増した被加工物ｐは熱盤間で加圧されることによりその厚みを徐々に減少させる。被加工物ｐが十分に軟化したときの製品ごとの厚み減少量は被加工物ｐを構成する樹脂の種類及び被加工物ｐのプレス前の厚さによって決まる値であり、所定値Ｄはこの値に一度に加熱・加圧される被加工物ｐの枚数を掛けた値である。また、圧力Ｐ２はＰ１よりも大きく、被加工物ｐを所定の形状に成形する際に必要な圧力である。
【００３７】
被加工物ｐに加わる圧力がＰ２に達した後、コントローラ３１は、ヒータ３７を制御して、熱盤２１〜２３の温度を温度Ｔ２（図５）に上昇させる（ステップＳ１２）。この温度Ｔ２は、被加工物ｐを構成する熱硬化性樹脂材料の硬化温度より高い温度である。温度Ｔ２に維持される熱盤２１〜２３によってプレスされることにより、被加工物ｐは、所望の厚さに成形され、製品となる。
【００３８】
コントローラ３１は、熱盤２１〜２３の温度がＴ２に達してからの時間を計測しており、この時間がｔ１（図５）に達するまで待機する（ステップＳ１３：ＮＯ）。熱盤２１〜２３の温度がＴ２に達してからの時間がｔ１に達すると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、コントローラ３１はヒータ３７を制御して熱盤の温度を低下させ（ステップＳ１４）、さらに、サーボモータ３２を制御してテーブル定盤５１を降下させる（ステップＳ１５）。
【００３９】
テーブル定盤５１が完全に降下し、全ての中間熱盤２３が熱盤受ブロック１４（図２）の上に戻った後、コントローラ３１はスライドドア８４を降下させる（ステップＳ１６）。そして、真空チャンバ８０から成型後の製品が取り出される（ステップＳ１７）。
【００４０】
以上のように、本実施形態においては、被加工物ｐを構成する熱硬化性樹脂材料が軟化するまでの間は、比較的低い温度Ｔ１及び圧力Ｐ１で被加工物ｐがプレスされる。そして、熱硬化性樹脂材料が十分に軟化したものとコントローラ３１が判断すると、被加工物ｐは比較的高い温度Ｔ１及び圧力Ｐ２でプレスされて成形されるようになっている。本実施形態においては、熱硬化性樹脂材料が十分に軟化したかどうかを、テーブル定盤５１の変位（すなわち、下部熱盤２２の変位）に基づいて判断しているため、被加工物ｐが十分に軟化する前に被加工物ｐに加わる圧力が増大して被加工物ｐが破損することはない。
【００４１】
また、本実施形態の被加工物ｐを成形して得られる製品は熱硬化性樹脂材料を主体とするプリント配線基板であるが、本発明は上記の構成に限定されるものではなく、被加工物ｐを成形して得られる製品が磁気カード等他のプレート状の製品であってもよい。また、被加工物ｐの主材が熱可塑性樹脂材料であってもよい。被加工物ｐが熱可塑性樹脂材料である場合は、圧力Ｐ１は被加工物ｐを破損せずに被加工物ｐの硬さの変化に伴う厚さの変化を検出可能な程度の圧力に、圧力Ｐ２は被加工物ｐを所望の形状に成形可能な圧力に設定される。
【符号の説明】
【００４２】
１    プレス装置
２１    上部熱盤
２２    下部熱盤
２３    中間熱盤
３１    コントローラ
３２    サーボモータ
３３    油圧ポンプ
３６    油圧センサ
３７    ヒータ
３８    温度センサ
５１    テーブル定盤
６０    油圧シリンダ
８０    真空チャンバ
ｐ    製品
【図１】
2010162585.tif 000006
【図２】
2010162585.tif 000007
【図３】
2010162585.tif 000008
【図４】
2010162585.tif 000009
【図５】
2010162585.tif 000010