JP2006188026A - 賦形シート成形装置における賦形位相合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両面賦形シートの表裏の賦形位相を精度よく合わせ、機構自らの持つ賦形精度を乱すような機械的繰返し変位を吸収して高精度な両面賦形シートを生産できるようにすること。
【解決手段】第２賦形ロール１１を軸方向に移動させる位相調整手段（３３、４３）と、賦形シート成形装置によって成形された両面賦形シート１００の表面の賦形形状を検出する上側賦形形状検出器７４と、両面賦形シート１００の裏面の賦形形状を検出する下側賦形形状検出器７５と、上側賦形形状検出器７４の検出信号と下側賦形形状検出器７５の検出信号とを比較し、両面賦形シート１００の表面の賦形形状と裏面の賦形形状との賦形位相差をシート幅方向について算出する表裏面移送差演算手段７６と、表裏面移送差演算手段７６より賦形位相差を表す位相差値信号を入力し、位相差がゼロになるように位相調整手段（３３、４３）へ指令を出力する位相合わせ制御処理手段７７とを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、賦形シート成形装置における賦形位相合わせ装置に関し、特に、押出成形法による光学用高精度両面賦形シートの表裏位相を合わせる賦形位相合わせ装置に関するものである。

リアプロジェクタ用スクリーンで使用されるレンティキュラ板のように、表裏両面に凹凸パターンを賦形される光学用高精度両面賦形シートの賦形成形は、各々の外周面に模様を彫刻された２つの賦形ロールが互いに平行に対峙して設けられた賦形シート成形装置を用いて押出成形法により行われている。

この賦形シート成形装置において、両面賦形シートの表裏のロール軸方向、つまりシート幅方向の賦形位相を整合させるために、対をなす賦形ロールの一方をサーボモータ駆動の位相調整機構によってロール軸方向に動かせるように構成された賦形シート成形装置がある（例えば、特許文献１）。

賦形シート成形装置では、賦形シート成形装置を構成する回転機械部品や、賦形のために彫刻されたロール自身の持つスラスト方向精度等が要因となってロール軸方向（スラスト方向）の位相精度に影響を及ぼすロール１回転中の周期的変動が発生する。

従来の賦形シート成形装置における位相調整機構は、機構その物のロール軸方向位置精度の調整は正確であるが、制御要因に、成形装置によって成形された製品の実際の表裏の賦形精度の情報は含まれていない。このため、従来技術では、最終製品に要求される更なる高精度成形が難しい。

押出法による光学用高精度両面賦形においては、製品の諸元、樹脂の種類、賦形パターンの種類などから成形のための賦形ロールの設定温度が広くなる（例えば８０℃〜１２０℃）。また賦形のためのロール押付条件の範囲も広くなる。このため、広い成形条件をカバーするために、ロール賦形ロールの軸方向位相調整のための必要力も、範囲が広くなる。

このような条件を機械的にクリアするには、機構的な選択肢も限定され、選択した機構のスラスト方向変動は必然的に発生することになる。選択した機構のスラスト方向変動量とは、例えば、高精度スラスト軸受でも存在する±４μｍなどが上げられる。更に実機では、その他の回転体である賦形ロールその物の加工上、成形変位上のスラスト方向の周期的変動が存在し、回転体の複合的な変動となる。

現状の制御方法では、最終製品の賦形変動情報が含まれないために、製品には回転体の複合変動の影響が現れることになる。
特開２００４−１４２１８２号公報

この発明が解決しようとする課題は、両面賦形シートの表裏の賦形位相を精度よく合わせ、機構自らの持つ賦形精度を乱すような機械的繰返し変位を吸収して高精度な両面賦形シートを生産できるようにすることである。

この発明による賦形シート成形装置における賦形位相合わせ装置は、互いに平行に対峙して設けられた第１賦形ロールと第２賦形ロールを含み、前記第１賦形ロールと前記第２賦形ロールによって両面賦形シートを成形する賦形シート成形装置における賦形位相合わせ装置において、前記第２賦形ロールを軸方向に移動させる位相調整手段と、前記賦形シート成形装置によって成形された両面賦形シートの表面の賦形形状を検出する上側賦形形状検出器と、前記賦形シート成形装置によって成形された両面賦形シートの裏面の賦形形状を検出する下側賦形形状検出器と、前記上側賦形形状検出器の検出信号と前記下側賦形形状検出器の検出信号とを比較し、前記両面賦形シートの表面の賦形形状と裏面の賦形形状との賦形位相差をシート幅方向について算出する表裏面移送差演算手段と、前記表裏面移送差演算手段より前記賦形位相差を表す位相差値信号を入力し、前記位相差がゼロになるように前記位相調整手段へ指令を出力する位相合わせ制御処理手段とを有する。

この発明による賦形シート成形装置における賦形位相合わせ装置は、好ましくは、前記位相調整手段は、サーボモータによって回転駆動されるねじ棒部材と、前記ねじ棒とねじ係合し回転止めされて前記ねじ棒の回転により前記第２賦形ロールの軸方向と同一方向に変位するナット部材とによる送りねじ装置を含み、前記ナット部材によって前記第２賦形ロールを軸方向に移動させる構造になっており、前記位相合わせ制御処理手段は、前記位相差がゼロになるように前記サーボモータへ駆動指令を出力する。

この発明による賦形シート成形装置における賦形位相合わせ装置は、好ましくは、前記位相合わせ制御処理手段は、前記第２賦形ロール１回転分の位相差値信号に基づいて位相合わせ制御を行う。

この発明による賦形シート成形装置における賦形位相合わせ装置は、好ましくは、前記位相合わせ制御処理手段は、前記第２賦形ロールの複数回転分の位相差値信号の平均値に基づいて位相合わせ制御を行う

この発明による賦形位相合わせ装置は、最終製品であるの賦形シート（製品シート）の位相誤差の実測値を位相合わせ制御の制御偏差として位相調整を実施するから、機械的に発生する残存変位による位相誤差を補償することができ、表裏位相誤差が少ない高精度な両面賦形シートを生産することが可能になる。

この発明による賦形シート成形の賦形位相合わせ制御装置および当該装置を適用される賦形シート成形装置の一つの実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。

賦形シート成形装置は基台をなすフレーム１０を有する。フレーム１０の操作側１０Ａと駆動側１０Ｂの各々に、ロール軸受箱１２、１３が固定装着されている。

ロール軸受箱１２、１３は、第２賦形ロール１１の両端に一体形成されたロール軸１４、１５を、各々ころがりラジアル軸受１６、１７によって、ロール中心軸線周りに回転可能に、且つ軸方向（図にて左右方向）に移動可能に支持している。

フレーム１０の操作側１０Ａと駆動側１０Ｂの各々に、ロール径方向のリニアガイド４４、４５によって、ロール軸受箱４６、４７が第２賦形ロール１１に対して径方向に離接する方向（図１で見て上下方向）に移動可能に設けられている。

ロール軸受箱４６、４７は、第１賦形ロール４８の両端に一体形成されたロール軸４９、５０を、各々ころがりラジアル軸受５１、５２、ころがりスラスト軸受５４（スラスト軸受は片側のロール軸受箱４７のみ）によって、自身の中心軸線周りに回転可能に、軸方向（図にて左右方向）には移動不能に支持している。

第１賦形ロール４８と第２賦形ロール１１は、互いに平行に対峙しており、賦形成形用のロールとして、各々の外周面に周溝状の賦形模様（図示省略）を彫刻されている。

第２賦形ロール１１の駆動側のロール軸１５の軸端はカップリング（フランジ継手）１８によってロール駆動軸１９に同軸接続されている。ロール駆動軸１９は、フレーム１０の駆動側１０Ｂに固定配置された歯車箱２０および歯車箱２０内にころがりラジアル軸受２１によって回転可能に設けられた中空歯車軸２２をロール軸方向に貫通している。

ロール駆動軸１９は、滑りキー、スプライン２３等によって、中空歯車軸２２に、ロール軸方向に変位可能なトルク伝達関係で、接続されている。中空歯車軸２２は駆動歯車２４を支持している。歯車箱２０には減速機付きのロール回転駆動モータ（サーボモータ）２５が取り付けられている。

ロール回転駆動モータ２５の出力軸２６には出力歯車２７が取り付けられており、出力歯車２７は駆動歯車２４に噛合している。ロール回転駆動モータ２５にはロール回転駆動モータ２５のモータ回転位置検出を行うパルスジェネレータ６３が取り付けられている。

ロール回転駆動モータ２５の回転力は、モータ軸２６、出力歯車２７、駆動歯車２４、中空歯車軸２２、滑りキーあるいはスプライン２３、ロール駆動軸１９、カップリング１８によってロール軸１５に伝達され、この回転力伝達によって第２賦形ロール１１が自身の中心軸線周りに回転する。この第２賦形ロール１１の回転方向は、図４で見て時計廻り方向である。

ロール駆動軸１９の軸端は回転滑りカップリング２８によってロール軸方向（製品幅方向）の位相調整手段３３の変位部材３４と接続されている。回転滑りカップリング２８は、ロール駆動軸１９の軸端を固定接続された回転ケース２９と、ロール駆動軸１９と同一軸線上に配置されたカップリング軸３２とを含んでいる。カップリング軸３２は、回転ケース２９内に配置されたラジアルころがり軸受３０とスラストころがり軸受３１により、回転ケース２９に対して軸線方向（ロール軸方向）には変位不能で、相対回転可能に軸支されている。

回転滑りカップリング２８は、上述のラジアルころがり軸受３０とスラストころがり軸受３１の組合せにより、ロール駆動軸１９の回転が変位部材３４の側に伝わることを遮断し、変位部材３４よりの軸力をロール駆動軸１９に伝達する。なお、スラストころがり軸受３１は、予荷重を与えられ、ロール軸方向のがたつきを含むことなく回転ケース２９とカップリング軸３２とを接続している。

位相調整手段３３の変位部材３４は、スライドベース３５と、スライドベース３５に回転止め固定されたボールナット部材３６とを含み、フレーム１０の駆動側１０Ｂに取り付けられたリニアガイド３７によってロール軸方向と同一方向に変位可能になっている。ボールナット部材３６は第２賦形ロール１１の中心軸線と同一軸線上に配置されており、ボールナット部材３６にはボールねじ棒３８がねじ係合している。

ボールねじ棒３８は、軸受箱３９に設けられたラジアルころがり軸受４０とスラストころがり軸受４１によって軸受箱３９より回転可能に支持され、軸継手４２によって位相調整用減速機モータ（サーボモータ）４３の出力軸（図示省略）と駆動連結されている。位相調整用減速機モータ４３には位相調整用減速機モータ４３のモータ回転位置検出を行うパルスジェネレータ６４が取り付けられている。

位相調整用減速機モータ４３によってボールねじ棒３８が回転駆動されることにより、ボールナット部材３６を含む変位部材３４がロール軸方向と同方向に変位する。この変位は回転滑りカップリング２８によってロール駆動軸１９、ロール軸１５に伝達され、第２賦形ロール１１が軸線方向に移動する。この軸線方向移動によってロール軸方向の位相調整が行われる。

ここで、各要素の配置位置を要約すると、ロール軸１４、１５、カップリング１８、ロール駆動軸１９、回転滑りカップリング２８の回転ケース２９、カップリング軸３２、ボールナット部材３３、ボールねじ棒３８は、全て第２賦形ロール１１の中心軸線と同一軸線上にある。

このため、変位部材３４より軸力が第２賦形ロール１１の中心軸線位置に与えられことになり、径方向オフセットなしで、第２賦形ロール１１が軸方向に移動し、第２賦形ロール１１の軸方向位相の調整を、径方向オフセットによる曲げモーメントを伴うことなく高精度に行うことが可能になる。

第１賦形ロール４８の軸受箱４６、４７は、各々ロール間間隙調整用モータ５６、５７によって駆動される送りねじ５８、５９によってロール間間隙方向（ロール径方向）に平行移動する。この移動により、第２賦形ロール１１と第１賦形ロール４８とのロール間間隙の調整が行われる。

第１賦形ロール４８の駆動側のロール軸５０の軸端はシュミットカップリング等による等速自在継手６０によってロール回転駆動モータ（サーボモータ）６１のモータ軸６２と駆動連結されている。

ロール回転駆動モータ６１は減速機付きのものであり、ロール回転駆動モータ６１の回転力は、モータ軸６２、等速自在継手６０によってロール軸５０に伝達され、この回転力伝達によって第１賦形ロール４８が自身の中心軸線周りに回転する。ロール回転駆動モータ６１にはロール回転駆動モータ６１のモータ回転位置検出を行うパルスジェネレータ６５が取り付けられている。

第２賦形ロール１１と第１賦形ロール４８との間隙部の真上位置には、Ｔダイ６６が配置されている。Ｔダイ６６は、賦形シート成形の樹脂を、溶融状態で、第２賦形ロール１１と第１賦形ロール４８との間隙部に供給する。

Ｔダイ６６から第２賦形ロール１１と第１賦形ロール４８との間隙部に供給された溶融樹脂は、押出成形法によってロール間でシート状に成形され、シート両面に賦形された賦形シート（製品）１００になり、次工程に移る。

つぎに、この発明による賦形シート成形の賦形位相合わせ制御装置を含む賦形シート成形装置の制御系について説明する。

賦形シート（製品）１００の流れ方向位置及び第２賦形ロール１１、第１賦形ロール４８の回転位相は、ロール回転駆動モータ２５、２５に設けられているパルスジェネレータ（ＰＧ）６３、６５により管理される。また、第２賦形ロール１１、第１賦形ロール４８の回転毎の原点は、後述の回転原点位置センサ７１の出力信号によって指示される。

フレーム１０の駆動側１０Ｂには、ロール駆動軸１９に付けられた回転原点マーク（図示省略）を光学的に検出する回転原点位置センサ７１と、カップリング１８のロール軸方向位置より第２賦形ロール１１のロール軸方向位置を光学的に検出する反射レーザ位置センサ等による第１の位相検出センサ７２と、位相調整手段３３の変位部材のロール軸方向位置を光学的に検出するレーザ式リニアエンコーダ等による第２の位相検出センサ７３が設けられている。

両面賦形シート１００の移送路において、冷却固化により、両面賦形シート１００の賦形状態が安定状態になる位置（図４の位相測定点Ｐｓ）には、両面賦形シート１００の表面（上面）１００Ａの賦形形状を検出する上側賦形形状検出器７４と、両面賦形シート１００の裏面（下面）１００Ｂの賦形形状を検出する下側賦形形状検出器７５とが対向配置されている。

上側賦形形状検出器７４、下側賦形形状検出器７５は、リニアイメージセンサ、ＣＣＤ等による撮像手段により構成され、両面賦形シート１００とは非接触で、両面賦形シート１００の表面１００Ａ、裏面１００Ｂの賦形形状を光学式に検出する。

上側賦形形状検出器７４、下側賦形形状検出器７５の検出信号は、表裏面移送差演算手段７６に入力される。表裏面移送差演算手段７６は、画像解析処理手段等により構成され、上側賦形形状検出器７４の検出信号と下側賦形形状検出器７５の検出信号とを比較し、両面賦形シート１００の表面１００Ａの賦形形状と両面賦形シート１００の裏面１００Ｂの賦形形状との賦形位相差を、シート幅方向（ロール軸方向）について算出する。

表裏面移送差演算手段７６によって算出された賦形位相差値は、位相差測定対象を直接製品とした測定値であり、この賦形位相差値を表す信号が位相合わせ制御処理手段７７に入力される。

位相合わせ制御処理手段７７は、マイクロコンピュータ式のものであり、パルスジェネレータ６４、回転原点位置センサ７１、第１の位相検出センサ７２、第２の位相検出センサ７３の各々よりセンサ信号を、表裏面位相差演算手段７６より前記賦形位相差値を表す位相差信号を入力し、フィードバック制御により、両面賦形シート１００の表面１００Ａの賦形形状と両面賦形シート１００の裏面１００Ｂの賦形形状とのロール軸方向の位相差がゼロになるように、位相調整用減速機モータ４３へモータ駆動指令を出力する。

モータ駆動指令に従って位相調整用減速機モータ４３が回転駆動され、この位相調整用減速機モータ４３によってボールねじ棒３８が、所定回転角度、回転駆動されることにより、位相調整手段３３の変位部材３４がロール軸方向に変位し、これに伴い第２賦形ロール１１が第１賦形ロール４８に対してロール軸方向に変位する。この第２賦形ロール１１のロール軸方向の変位によってロール軸方向の賦形位相調整（位相合わせ）が行われる。

位相調整用減速機モータ４３による位相合わせ制御のフィードバック制御は、パルスジェネレータ６４が出力するモータ位置信号によるセミクローズドフィードバック補償と、第１の位相検出センサ７２が出力するロール軸方向位置信号によるフルクローズドフィードバック補償によってハイブリット方式で行われる。

また、位相合わせ制御処理手段７７は、位相調整用減速機モータ４３の停止状態下において、第１の位相検出センサ７２の出力信号と第２の位相検出センサ７３の出力信号とを比較し、差が生じた場合には、ロール機械系に熱変形等が生じたとして補償制御を行う。

位相合わせ制御処理手段７７によるロール軸方向（製品幅方向）の賦形位相調整は、位相調整用減速機モータ２５のパルスジェネレータ（ＰＧ）６４の出力信号と、第１の位相検出センサ７２、第２の位相検出センサ７３の出力信号により管理される。

賦形シート（製品シート）１００の流れ方向位置は、ロール回転駆動モータ２５、６５が持つパルスジェネレータ６３、６５で管理されるため、図４に示されている賦形点Ｐｗから位相測定点Ｐｓまでの該当パルス数を、制御オフセット量（遅延量）として、位相合わせ制御処理手段７７にパラメータ設定する。

する。

位相合わせ制御処理手段７７は、表裏面移送差演算手段７６よりの位相差信号の入力タイミングに関し、回転原点位置センサ７１が出力する回転原点信号を基準にして、上述の制御オフセット量経過後から次の回転原点信号のオフセット量後までの位相差信号を１区間（１組）として取り扱うことにより、ロール回転原点から次の原点までの１周分（ロール１回転分）の位相差データを観察することになる。これにより、位相合わせ制御処理手段７７は、第２賦形ロール１１の１回転分の位相差値信号に基づいて位相合わせ制御を行う
位相差データには、全てが完全に周期的な変動であるとは限らない。なかには賦形ロール１１、４８の回転に無関係な長周期変動分や、突発的な外乱による短周期変動分が含まれるから、このことを考慮して、必要回数分、例えば、５回転分、１０回転分の位相差データの平均化処理を行い、これを位相制御信号として位相調整機構、つまり、位相調整用減速機モータ４３の駆動を制御する。位相調整機構は、設定された平均化回数分の間は、同一パターンの１回転における周期変動量を相殺するための常時調整動作を繰り返し、次の平均化回数分に制御量が更新されることになる。

このように、最終製品であるの賦形シート（製品シート）１００の位相誤差の実測値を位相合わせ制御の制御偏差として位相調整を実施するから、機械的に発生する残存変位による位相誤差を補償することができ、表裏位相誤差が少ない高精度な両面賦形シートを生産することが可能になる。

要約すると、本発明では、従来技術では採り入れなかった最終製品の賦形精度情報を取り込み、この信号を加工して位相制御を行うから、機構側で発生する回転による軸方向の複合変動をキャンセルし、また、ロール軸方向の複合変動は、量の大小を問わず必ず発生するものとし、発生した変動を位置の追従制御で補正し、表裏の賦形位相精度を高精度に維持することができる。これにより、光学用高精度両面賦形シートの賦形形状の表裏の位置精度を数μｍ以内の精度にすることができる。

なお、上述の実施形態では、製品の賦形位相測定をインラインで実施する場合の例を示しているが、この実施形態に準じて測定位置がロール回転原点と、１対１で対応できるオフライン測定を用いても、上記実施形態と同様な制御が可能となる。但し、この場合には、インライン測定に比較して制御パラメータの設定範囲は操作的に限定される。

この発明による賦形シート成形の賦形位相合わせ制御装置および当該装置を適用される賦形シート成形装置の一つの実施形態を示す平面図である。 この発明による賦形シート成形の賦形位相合わせ制御装置および当該装置を適用される賦形シート成形装置の一つの実施形態の軸方向位相調整側のロールの正面図である。 この発明による賦形シート成形の賦形位相合わせ制御装置および当該装置を適用される賦形シート成形装置の一つの実施形態の軸方向位相調整側のロールの駆動系、位相調整系のスケルトン図である。 この発明による賦形シート成形の賦形位相合わせ制御装置および当該装置を適用される賦形シート成形装置の一つの実施形態の概略側面図である。

符号の説明

１０ フレーム
１１ 第２賦形ロール
１４、１５ ロール軸
１９ ロール駆動軸
２０ 回転滑りカップリング
２５ ロール回転駆動モータ
２９ 回転ケース
３０ ラジアルころがり軸受
３１ スラストころがり軸受３
３２ カップリング軸
３３ 位相調整手段
３４ 変位部材
３６ ボールナット部材
３８ ボールねじ棒
４３ 位相調整用減速機モータ
４８ 第１賦形ロール
４９、５０ ロール軸
５６、５７ ロール間間隙調整用モータ
６１ ロール回転駆動モータ
６３、６４、６５ パルスジェネレータ
６６ Ｔダイ
７１ 原点位置検出センサ
７２ 第１の位相検出センサ
７３ 第２の位相検出センサ
７４ 上側賦形形状検出器
７５ 下側賦形形状検出器
７６ 表裏面位相差演算手段
７７ 位相合わせ制御処理手段

Claims (4)

1. 互いに平行に対峙して設けられた第１賦形ロールと第２賦形ロールを含み、前記第１賦形ロールと前記第２賦形ロールによって両面賦形シートを成形する賦形シート成形装置における賦形位相合わせ装置において、
   前記第２賦形ロールを軸方向に移動させる位相調整手段と、
   前記賦形シート成形装置によって成形された両面賦形シートの表面の賦形形状を検出する上側賦形形状検出器と、
   前記賦形シート成形装置によって成形された両面賦形シートの裏面の賦形形状を検出する下側賦形形状検出器と、
   前記上側賦形形状検出器の検出信号と前記下側賦形形状検出器の検出信号とを比較し、前記両面賦形シートの表面の賦形形状と裏面の賦形形状との賦形位相差をシート幅方向について算出する表裏面移送差演算手段と、
   前記表裏面移送差演算手段より前記賦形位相差を表す位相差値信号を入力し、前記位相差がゼロになるように前記位相調整手段へ指令を出力する位相合わせ制御処理手段と、
   を有する賦形位相合わせ装置。
2. 前記位相調整手段は、サーボモータによって回転駆動されるねじ棒部材と、前記ねじ棒とねじ係合し回転止めされて前記ねじ棒の回転により前記第２賦形ロールの軸方向と同一方向に変位するナット部材とによる送りねじ装置を含み、前記ナット部材によって前記第２賦形ロールを軸方向に移動させる構造になっており、
   前記位相合わせ制御処理手段は、前記位相差がゼロになるように前記サーボモータへ駆動指令を出力する請求項１記載の賦形位相合わせ装置。
3. 前記位相合わせ制御処理手段は、前記第２賦形ロール１回転分の位相差値信号に基づいて位相合わせ制御を行う請求項１また２記載の賦形位相合わせ装置。
4. 前記位相合わせ制御処理手段は、前記第２賦形ロールの複数回転分の位相差値信号の平均値に基づいて位相合わせ制御を行う請求項１また２記載の賦形位相合わせ装置。
   

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