JPH02141223A - 三次元パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は可塑性を有する平坦なシート材をその表面に直
交する方向に塑性変形させてシート材に任意の三次元パ
ターンを形成する三次元パターン形成装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来熱可塑性を有する樹脂等の材料から成る平坦なシー
ト材をその表面に直交する方向に塑性変形させて任意の
三次元パターンを形成する方式としては、金型を用いた
転写による方式と押し出し成形による方式が知られてい
る。前者の方式ではシート材よりも固くかつ熱的特性に
優れた材料から成る金型を用意し、金型によりシート材
をプレスすると共に加熱し、一定時間経過した後に冷却
し、金型を剥離する。この工程により金型の形状に対応
した三次元パターンがシート材に形成される。

また後者の方式は帯状ないしテープ状のシート材に対し
て幅方向に沿って所定の断面形状を長さ方向に連続して
形成する場合に用いられる。この場合外周の形状を目的
とする形状に加工しておいたローラにより加熱されたシ
ート材をプレスしながら押し出し、冷却することにより
同一形状の連続した三次元パターンが形成される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上述した金型の転写による方式では、金型
の製作に多大のコストがかかる上に製作に長い時間がか
かる。その上１つの金型によって一種類のパターンしか
形成できず、金型に汎用性がないという問題がある。

一方押し出しによる方式では上記のような問題はないが
、シート材の押し出し方向に関するパターン形成の自由
度がないという欠点がある。

そこで本発明の課題は安価に実施でき、汎用性のある構
成によりシート材に任意の三次元パターンを形成できる
三次元パターン形成装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため本発明によれば、可塑性を有
する平坦なシート材を搬送手段により所定方向に搬送し
つつ搬送方向に直交してシート材を挾むように一対のロ
ーラをシート材に回転可能に圧接させることにより、シ
ート材の搬送方向に直交する断面形状が前記ローラの軸
方向に沿う断面形状に対応した形状になるようにシート
材を塑性変形させてシート材に任意の三次元パターンを
形成する三次元パターン形成装置であって、前記ローラ
の軸方向に沿う断面形状が経時的に可変に設定できるよ
うに構成した。

［作　用］ このような構成によれば、所定方向に搬送されるシート
材を一対のローラで挟持するようにして一対のローラを
シート材に圧接させることにより、シート材がローラの
それぞれの軸方向に沿った断面形状に対応した形状に塑
性変形され、シート材に三次元パターンが形成される。

一対のローラの軸方向に沿う断面形状を経時的に変化さ
せることにより、シート材の搬送方向に直交する方向に
ついても、搬送方向についても任意の三次元パターン形
状を形成できる。

［実施例］ 以下、添付した図を参照して本発明の実施例の詳細を説
明する。

第１図は本発明の実施例による三次元パターン形成装置
の原理的な構成と動作を説明するものである。

第１図において符号１は任意の三次元パターンを形成す
る対象のシート材であり、ここでは熱可望性を有する樹
脂等の材料から平坦な帯状に形成するものとする。シー
ト材１は不図示の搬送手段により矢印Ｃ方向に搬送され
る。

次に符号２．２′はヒータであり、シート材１を加熱し
て塑性変形しやすくするためのものである。

次に符号３．４はそれぞれシート材１に機械的応力を加
えてシート材１に任意の三次元パターンを形成するため
の加工手段である圧接ローラである。圧接ローラ３．４
はシート材１の搬送方向の矢印Ｃ方向に対し略直交する
方向に沿って横架され、シート材１を挟持するようにし
てシート材１の上下両面に対して矢印ｇ、ｈで示すよう
に回転可能に圧接する。そして後述するような構造によ
り、圧接ローラ３，４の軸方向に沿った各部はシート材
ｌの表面に直交する矢印ａ、ｂ方向に独立して可動に設
けられる。

そしてこれにより、圧接ローラ３．４のそれぞれの軸方
向に沿う断面形状が経時的に可変に設定できるように構
成される。

このような構成の下に三次元パターンの形成時には、シ
ート材１が不図示の搬送手段によりＣ方向に搬送され、
ヒータ２．２′により加熱されて塑性変形しやすくされ
た後に圧接ローラ３．４間に挟み込まれ、圧接される。

この圧接の応力により、シート材１のＣ方向に直交する
断面形状が圧接ローラ３，４の軸方向に沿う断面形状に
対応した形状になるようにシート材１が塑性変形され、
シート材１に符号ｐ、ｐ’で示す三次元パターンが形成
される。ここで圧接ローラ３．４の軸方向に沿う各部を
独立してａ、ｂ方向に変位させて、圧接ローラ３，４の
軸方向に沿う断面形状、即ち圧接の形状を経時的に変化
させることにより、搬送方向のＣ方向に直交する方向に
もぐ方向にも任意の三次元パターンを形成することがで
きる。

次に第２図から第４図を参照して本発明の実施例による
三次元パターン形成装置の具体的な構成とその動作を説
明する。

第２図は装置の要部の構成を示している。第２図におい
て符号２０．２１はそれぞれ第１図の圧接ローラ３，４
を構成する円盤である。図示のように複数の円盤２０を
互いの側面が接するようにして、軸方向に重ねて並設し
て第１図の圧接ローラ３が構成される。また複数の円盤
２１を同様に並設して圧接ローラ４が構成される。

円盤２０．２１のそれぞれはホルダ２２゜２３のそれぞ
れにより矢印ｇ、ｈで示すように回転可能に保持される
。

ホルダ２２．２３は、真直ぐで偏平な棒状のガイド２４
，２Ｈに対してそれぞれに形成された一直線状のガイド
溝２２ａ、２３ａを摺動可能に嵌合させてシート材１に
直交する矢印ａ、ｂ方向に可動に設けられる。即ちホル
ダ２２．２３のそれぞれに保持された円盤２０．２１の
それぞれは独立してａ、ｂ方向に可動に設けられる。

一方下側の円盤２１のそれぞれは第２図では図示してい
ないモータの駆動によってそれぞれ独立してａ、ｂ方向
に変位させられるようになっている。このためにホルダ
２３のそれぞれにはラックギア３６が付設されており、
このラックギア３６に対して前記のモータにより回転駆
動されるピニオンギア２８が噛み合わされる。そして前
記のモータの駆動によりピニオンギア２８が第２図中矢
印ｅ、ｆ方向に回転駆動されることによりラックギア３
６を介してホルダ２３がａ、ｂ方向に変位し、円盤２１
がａ、ｂ方向に変位するようになっている。また上側の
円盤２０のそれぞれはそれぞれの自重とそれぞれのホル
ダ２２の自重、あるいはそれに加えて不図示のばねなど
の付勢によフてシート材１を介し円盤２１のそれぞれに
圧接するようになっており、圧接した円盤２１に追随し
てａ、ｂ方向に変位する。

ここで円盤２１のそれぞれを変位させる、即ちホルダ２
３のそれぞれを変位させるためのモータの配置につき説
明しておく。円盤２１のそれぞれを独立してａ、ｂ方向
に変位させるために、円盤２！のそれぞれについて駆動
用のモータが設けられる。円盤２１は薄いので極めて限
られたスペースに多数のモータを配置しなければならな
い。第３図および第４図はそのモータの配置例を示して
いる。なお第４図は下側のホルダ群を下方から見上げた
図である。

第３図および第４図においてここでは４つのホルダにつ
いてモータの配置を説明することにして、４つのホルダ
を符号２３ａ〜２３ｄで示しである。ホルダ２３ａ〜２
３ｄのそれぞれにはラックギア３６ａ〜３６ｄが付設さ
れている。そしてホルダ２３ａ〜２３ｄのそれぞれにつ
いてモータ３４ａ〜３４ｄが設けられる。モータ３４ａ
〜３４ｄのそれぞれの出力回転軸に連結されたピニオン
ギア２８ａ〜２８ｄのそれぞれがラックギア３６ａ〜３
６ｄのそれぞれに噛み合わされる。

ここでモータ３４ａ〜３４ｄのそれぞれはホルダ２３ａ
〜２３ｄのそれぞれに対して第３図中で順次右側の下側
、左側の下側、右側の上側、および左側の上側というよ
うに設ける側と高さについて順次互い違いに配貨される
。ラックギア３６ａ〜３６ｄのそれぞれもこの配置に対
応して設けられる。このような配置により符号３４ａ以
下の多数のモータを限られたスペース内に高密度で設け
ることができる。

なお符号３４ａ以下のモータとしては特に回転量を制御
しやすいようにステップモータやエンコーダ内蔵のモー
タ等を用いる。

再び第２図において以上に述べた構成の他にガイドロー
ラ２７．２７’およびシート送りローラ２９〜３２が設
けられる。

ガイドローラ２フ、２７′はヒータ２，２′の搬送方向
の下流側近傍でシート材１を挟持するように回転可能に
設けられ、シート材１がヒータ２．２′間を通過した後
に円盤２０．２１間に到達するまでシート材１を平坦に
保つ。

また２対のシート送りローラ２９，３０および３１゜３
２は円盤２０．２１から構成される第１図の圧接ローラ
３．４の両端近傍においてシート材１を挟持するように
してシート材１に圧接する、そしてシート送りローラ２
９．３０はモータ３３の駆動によりベルト３３ａを介し
てそれぞれ矢印ｇ、ｈ方向に回転駆動される。またシー
ト送りローラ３１，３２もそれぞれ不図示のモータの駆
動によりｇ、ｈ方向に回転駆動される。そしてシート送
りローラ２９〜３２の回転駆動によりシート材１がＣ方
向に搬送される。

次に本実施例装置の動作を説明する。３次元パターンの
形成時には前述のモータ３３および不図示のモータの駆
動によってシート送りローラ２９〜３２が前述のように
ｇ、ｈ方向に回転駆動され、シート材１がＣ方向に搬送
される。シート材１はヒータ２，２′間を通って加熱さ
れ、塑性変形しやすくなった状態でガイドローラ２７゜
２７′を介して第１図の圧接ローラ３．４を構成する円
盤２０．２１の集合体間に送り込まれる。

ここで下側の圧接ローラ４を構成する円盤２１のそれぞ
れは第３図の符号３４ａ以下のモータのそれぞれの駆動
によりて形成するパターンに応じてそれぞれ独立してａ
、ｂ方向に変位させられる。

それぞれのモータの駆動量により円盤２１のそれぞれの
変位量が異なる。円盤２１のそれぞれに圧接する円盤２
０のそれぞれは圧接する円盤２１に追随してａ、ｂ方向
に変位する。これにより前述のように第１図の圧接ロー
ラ３．４の軸方向に沿う断面形状が経時的に変化させら
れる。圧接ローラ３，４の圧接によりシート材の搬送方
向のＣ方向に直交する断面形状が圧接ローラ３，４の軸
方向に沿う断面形状に対応した形状になるようにシート
材が塑性変形される。そして圧接ローラ３．４の軸方向
に沿う断面形状が前述のように経時的に変化させられる
ことにより、シート材１の搬送方向のＣ方向に直交する
断面形状がＣ方向に沿って順次変化させられ、搬送方向
に直交する方向にも搬送方向にも任意の３次元パターン
がシート材１に形成される。

以上のような本実施例の３次元パターン形成装置によれ
ば、従来の金型を用いたプレスによる方式の場合のよう
に金型の製作にコストと時間がかるというような問題が
ないとともに、任意のパターンを形成でき、汎用性が得
られる。また従来の押し出し成形による方式では押し出
し方向についてパターン形成の自由度がないが、本実施
例の装置ではシート材の搬送方向についても搬送方向に
直交する方向についても任意のパターンを形成すること
ができる。

なお以上の構成で円盤２０．２１からなる圧接ローラ３
．４の圧接力を強力なものとすることにより、金属など
比較的剛性の強い材料からなるシート材にも三次元パタ
ーンの形成を行なえる。

即ちシート材は熱可塑性材料からなるものに限らないこ
とは勿論である。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように本発明の三次元パターン
形成装置によれば、可塑性を有する平坦なシート材を搬
送手段により所定方向に搬送しつつ搬送方向に直交して
シート材を挟むように一対のローラをシート材に回転可
能に圧接させることにより、シート材の搬送方向に直交
する断面形状が前記ローラの軸方向に沿う断面形状に対
応した形状になるようにシート材を塑性変形させてシー
ト材に任意の三次元パターンを形成する三次元パターン
形成装置であって、前記ローラの軸方向に沿う断面形状
が経時的に可変に設定できるように構成したので、安価
に実施できる構成によりシート材の搬送方向についても
搬送方向に直交する方向についても任意の三次元パター
ンを形成することができ、汎用性があるという優れた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による三次元パターン形成装置の原理的
な構成と動作の説明図、第２図は本発明の実施例による
三次元パターン形成装置の要部の構造を示す斜視図、第
３図は第２図中の円盤を変位させるための機構とその駆
動源のモータの配置を示す装置要部の斜視図、第４図は
モータの配置を示す装置要部の下面図である。 １・・・シート材　　　　２．２′・・・ヒータ３．４
・・・圧接ローラ　２０，２１・・・円盤２２．２３・
・・ホルダ　２４．２５・・・ガイド２７．２７’・・
・ガイドローラ ２８．２８ａ〜２８ｄ・・・ピニオンギア２９〜３２・
・・シート送りローラ ３３・・・シート送りモータ ３４ａ〜３４ｄ・・・円盤変位用のモータ３６．３６ａ
〜３６ｄ・・・ラックギア４ｄ モー船乙置乞斤、Ｔ舊置？音帥下面記 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）可塑性を有する平坦なシート材を搬送手段により所
   定方向に搬送しつつ搬送方向に直交してシート材を挟む
   ように一対のローラをシート材に回転可能に圧接させる
   ことにより、シート材の搬送方向に直交する断面形状が
   前記ローラの軸方向に沿う断面形状に対応した形状にな
   るようにシート材を塑性変形させてシート材に任意の三
   次元パターンを形成する三次元パターン形成装置であっ
   て、前記ローラの軸方向に沿う断面形状が経時的に可変
   に設定できるように構成したことを特徴とする三次元パ
   ターン形成装置。