具有突起的物体的制造方法和具有突起的物体的制造装置与流程

1.本发明涉及一种具有突起的物体的制造方法和具有突起的物体的制造装置。


背景技术：

2.公知一种形成有针状的突起部的具有突起的物体的制造技术(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本特开2019-170795号公报


技术实现要素：

(一)要解决的技术问题
4.在专利文献1公开的具有突起的物体的制造技术中，当将热塑树脂3(塑性材料)向凹版2(支撑部件)按压而形成了微针(具有突起的物体)后，如果暂时使支撑部件从具有突起的物体分离，则会对具有突起的物体施加过度的拉伸力，引起该具有突起的物体发生折弯、破裂，产生不能形成期望形状的具有突起的物体的不良情况。
5.本发明的目的在于，提供一种具有突起的物体的制造方法以及具有突起的物体的制造装置，不必对具有突起的物体施加过度的拉伸力就能够使支撑部件从该具有突起的物体分离。(二)技术方案
6.本发明采用了权利要求记载的结构。(三)有益效果
7.根据本发明，由于使可分割的支撑部件从具有突起的物体单独分离，因此不必对具有突起的物体施加过度的拉伸力，就能够使支撑部件从该具有突起的物体分离。
附图说明
8.图1的(a)～(f)是本发明一实施方式的具有突起的物体的制造装置的说明图以及该装置的动作说明图。(g)、(h)、(j)是变形例的说明图。
具体实施方式
9.以下，基于附图对本发明一实施方式进行说明。此外，本实施方式的x轴、y轴、z轴分别具有正交的关系，x轴及y轴设定为规定平面内的轴，z轴设定为与所述规定平面正交的轴。并且，在本实施方式中，以从与y轴平行的图1中近前方向观察的情况为基准，在不指定图的情况下表示方向时，“上”是z轴的箭头方向且“下”是其相反方向，“左”是x轴的箭头方向且“右”是其相反方向，“前”是平行于y轴的图1中近前方向且“后”是其相反方向。此外，未记载表示方向的箭头的图1的(b)～(h)、(j)都是从
与图1的(a)相同的方向观察的图。另外，图1的(b)是省略了以中心线ct为中心左右对称的左半部分侧的图。
10.本发明的具有突起的物体的制造装置(以下也简称为“制造装置”)ea是一种实施形成有突起部cv的具有突起的物体cb的制造方法的装置，具备：材料输送单元10，其实施材料输送工序，即，输送包含塑性材料pm的母材bm；材料支撑单元20，其实施材料支撑工序，即，用具有支撑面22a的支撑部件22支撑母材bm，所述支撑面22a形成有与突起部cv对应的凹部22b；按压单元30，其实施按压工序，即，将母材bm向支撑面22a方向按压，使塑性材料pm填充于凹部22b，并从该塑性材料pm形成突起部cv而形成具有突起的物体cb；加热单元40，其实施对塑性材料pm进行加热的加热工序；定位单元50，其实施定位工序，即，进行支撑片bs相对于支撑面22a的定位；分离单元60，其实施分离工序，即，使具有突起的物体cb从支撑部件22分离；冷却单元70，其实施对塑性材料pm进行冷却的冷却工序；以及浸出单元80，其实施浸出工序，即，将塑性材料pm浸在作为浸出介质的水wt中，从而使塑性材料pm成为多孔质体，制造装置ea配置于母材供给单元ps的附近，该母材供给单元ps实施母材供给工序，即，进行母材bm的供给。此外，母材bm为在支撑片bs的一面层叠有塑性材料pm的结构。另外，本实施方式的支撑片bs由作为具有能够透过液体及气体中的至少一种的透过性的透过部件的纸构成。而且，塑性材料pm由于以聚乳酸(pla)为主成分而具有热塑性，含有作为浸出于水wt中的浸出材料的聚乙二醇pg(参照图1的(f)的放大图)。本实施方式的塑性材料pm由聚乳酸和聚乙二醇pg这两种成分的混合物构成，且采用了它们的比例按照重量比设定为5比5的材料。
11.材料输送单元10的结构为，具备：所谓的多关节机器人11，其作为驱动设备，由多个臂构成，在其作业范围内，能够将用作为作业部的前端臂11a支撑的物体位移到任意的位置、任意的角度；以及保持板12，其支撑于前端臂11a，具有能够利用减压泵、真空抽气机等未图示的减压单元(保持单元)吸附保持的保持面12a，该材料输送单元10使塑性材料pm与支撑面22a抵接，并将母材bm载置于支撑部件22上。
12.材料支撑单元20具备：基座21；以及支撑部件22，其经由分离单元60支撑于基座21，在支撑面22a上形成有凹部22b。支撑部件22由配置于基座21的中央部的第一支撑部件22α(参照图1的(b))、和配置于第一支撑部件22α的外侧的第二支撑部件22β构成，以可分割为两个部分的方式设置。
13.按压单元30具备：作为驱动设备的直动马达31、以及按压部件32，该按压部件32支撑于直动马达31的输出轴31a。在本实施方式中，按压部件32由透明的材料构成。
14.加热单元40具备加热设备41，该加热设备41由配置于第一支撑部件22α及第二支撑部件22β的内部的线圈加热器、热管的加热侧等构成。
15.定位单元50为如下结构，即，具备：检测设备51，其由照相机、投影仪等摄像单元、光学传感器、超声波传感器等各种传感器等构成，并经由支架51a支撑于按压部件32；作为驱动设备的xy台52；以及转动马达53，其作为驱动设备，支撑于该xy台52的输出台52a，用输出轴53a支撑基座21，定位单元50使支撑部件22在xy平面内进行直线移动或者曲线移动，并且使该支撑部件22在xy平面内进行旋转移动。
16.分离单元60具备：所谓的多关节机器人61，其作为驱动设备，由多个臂构成，在其作业范围内，能够使由作业部即前端臂61a支撑的物体位移到各位置、各角度；以及保持板
62，其支撑于前端臂61a，具有保持面62a，该保持面62a能够利用减压泵、真空抽气机等未图示的减压单元(保持单元)进行吸附保持；以及分割分离单元63，其进行分割分离工序，使分割的各支撑部件22即第一、第二支撑部件22α、22β从具有突起的物体cb单独分离。分割分离单元63具备：直动马达63a，其作为驱动设备，支撑于基座21，并用其输出轴63b支撑第一支撑部件22α；以及直动马达63c，其作为驱动设备，支撑于基座21，并用其输出轴63d支撑第二支撑部件22β。
17.冷却单元70具备冷却设备71，该冷却设备71由设置于保持板62的内部的珀耳贴元件、热管的冷却侧等构成。
18.浸出单元80具备：水wt、以及容纳水wt的容器81。
19.对以上的具有突起的物体的制造装置ea的动作进行说明。首先，针对各部件配置于图1的(a)中实线所示的初始位置的制造装置ea，该制造装置ea的使用者(以下简称为“使用者”)或者多关节机器人、带式输送机等未图示的输送单元如该图那样向母材供给单元ps上供给母材bm后，使用者经由操作面板、个人计算机等未图示的操作单元输入自动运转开始的信号。于是，材料输送单元10驱动多关节机器人11以及未图示的减压单元，使保持板12移动并使保持面12a与支撑片bs抵接，用该保持面12a吸附保持母材bm，如图1的(a)中双点划线所示，当将母材bm载置于支撑部件22的支撑面22a上后，停止未图示的减压单元的驱动使保持板12恢复到初始位置。接着，按压单元30驱动直动马达31，使按压部件32下降，如图1的(b)所示，用该按压部件32向朝向支撑面22a的方向按压母材bm，使塑性材料pm填充于凹部22b内。此时，加热单元40驱动加热设备41，对塑性材料pm进行加热并使其软化，容易使该塑性材料pm填充于凹部22b内。之后，定位单元50驱动检测设备51，并检测支撑片bs的位置，定位单元50基于该检测结果驱动xy台52及转动马达53，使支撑部件22移动，以使得凹部22b(突起部cv)配置于支撑片bs的规定的位置。由此，从塑性材料pm形成突起部cv和支撑该突起部cv的基座fd，并形成在支撑片bs上形成有突起部cv的具有突起的物体cb。接着，按压单元30驱动直动马达31，使按压部件32恢复到初始位置后，加热单元40停止加热设备41的驱动。
20.然后，分离单元60及冷却单元70驱动多关节机器人61及冷却设备71，如图1的(c)所示那样，使保持板62与具有突起的物体cb抵接，并对塑性材料pm进行冷却。由此，如图1的(c)的放大图所示，塑性材料pm收缩，在该塑性材料pm与凹部22b之间形成间隙cl，容易从凹部22b拔出突起部cv。此时，分离单元60用保持板62对塑性材料pm进行加压并且冷却单元70对塑性材料pm进行冷却，从而能够使塑性材料pm和支撑片bs的粘接良好。接着，进行第一升降动作，当冷却单元70停止冷却设备71的驱动，并且塑性材料pm的冷却结束时，分离单元60驱动未图示的减压单元，当用保持板62的保持面62a吸附保持了具有突起的物体cb后，驱动直动马达63a，如图1的(d)所示，当使第一支撑部件22α下降后，使该第一支撑部件22α恢复到初始位置。之后，进行第二升降动作，分离单元60驱动直动马达63c，如图1的(e)所示，当使第二支撑部件22β下降后，使该第二支撑部件22β恢复到初始位置。由此，通过使可分割的第一、第二支撑部件22α、22β从具有突起的物体cb单独分离，从而不会使支撑部件22一次地从具有突起的物体cb分离。接着，当分离单元60驱动多关节机器人61并使由保持板62的保持面62a吸附保持的具有突起的物体cb从支撑部件22分离后，如图1的(f)所示，将该具有突起的物体cb浸在水wt内。由此，塑性材料pm中含有的聚乙二醇pg浸出于水wt中，如图1的(f)
的放大图所示，在之前有该聚乙二醇pg的部位形成孔hl而空洞化，塑性材料pm成为多孔质体。之后，分离单元60驱动多关节机器人61，将形成有孔hl的具有突起的物体cb向未图示的下个工序输送，停止未图示的减压单元的驱动，从该具有突起的物体cb分离保持板62，并使分离的保持板62恢复到初始位置，以后重复进行与上述同样的动作。
21.根据以上这样的实施方式，由于使可分割的第一、第二支撑部件22α、22β从具有突起的物体cb单独分离，因此不必对具有突起的物体cb施加过度的拉伸力，就能够使支撑部件22从该具有突起的物体cb分离。
22.对于本发明中的单元和工序而言，只要能够实现针对这些单元和工序所说明的动作、功能或工序即可，没有特别限定，且不限于上述实施方式所示的单一实施方式的构成物、工序。例如，按压工序只要是将母材向朝向支撑面的方向按压而使塑性材料填充于凹部，并从该塑性材料形成突起部而形成具有突起的物体的工序则可以是任意的工序，只要对照起初申请时的技术常识而在其技术范围内则没有限定(对于其他的单元和工序而言也同样如此)。
23.材料输送单元10可以为不采用多关节机器人11而与分离单元60共用多关节机器人61来输送母材bm的结构，也可以取代或者并用保持板12，并采用吸附垫等，在本发明的具有突起的物体的制造装置ea中可以具备材料输送单元10，也可以不具备，在不具备的情况下，只要利用其他装置、人手来输送母材bm即可。
24.对于材料支撑单元20而言，可以在第二支撑部件22β上形成凹部22b，也可以不在第一支撑部件22α上形成凹部22b，可以在第一、第二支撑部件22α、22β的基础上采用未图示的第三支撑部件、第四支撑部件，也可以设置为能够分割为三个以上。支撑部件22可以由金属、树脂、硅酮材料、橡胶材料、木材、纸、陶瓷等任意材料构成，凹部22b的数量可以是1个也可以是多个，为了使具有突起的物体cb容易从支撑部件22分离，可以使氟、硅酮等剥离性提高部件在支撑面22a、凹部22b上形成涂层、或者进行涂覆、层叠。
25.按压单元30可以不使按压部件32移动或者一边使按压部件32移动一边使支撑部件22移动，并将母材bm向朝向支撑面22a的方向按压而形成突起部cv，按压部件32可以是半透明，也可以不透明，可以不采用直动马达31和按压部件32而与材料输送单元10共用多关节机器人11和保持板12，与分离单元60共用多关节机器人61和保持板62，并经由保持板12、保持板62将母材bm向朝向支撑面22a的方向按压而形成突起部cv，可以不采用直动马达31而与材料输送单元10共用多关节机器人11，与分离单元60共用多关节机器人61，并经由按压部件32将母材bm向朝向支撑面22a的方向按压而形成突起部cv。
26.加热单元40可以配置于第一支撑部件22α、第二支撑部件22β的外部，也可以配置于按压部件32的内部，可以在用按压单元30进行按压前对塑性材料pm进行加热，也可以在用按压单元30进行按压的过程中对塑性材料pm进行加热，也可以在用按压单元30进行按压后对塑性材料pm进行加热，在本发明的具有突起的物体的制造装置ea中可以具备加热单元40，也可以不具备。
27.定位单元50可以使支撑部件22及按压部件32中的至少一方在xy平面内进行直线移动或者曲线移动、旋转移动，例如，可以使支撑部件22在x方向(或者y方向)上进行直线移动或者曲线移动，使按压部件32在y方向(x方向)上进行直线移动或者曲线移动，可以使支
撑部件22、按压部件32在x方向或y方向以外的方向上进行直线移动或者曲线移动，可以使支撑部件22、按压部件32在xy平面内只进行直线移动或者曲线移动，也可以使支撑部件22、按压部件32在xy平面内只进行旋转移动。检测设备51可以是一台也可以是两台以上，可以从按压部件32的侧方检测支撑片bs相对于支撑面22a的位置，可以由透明或者半透明的材料构成基座21、支撑部件22，可以对这些基座21、支撑部件22进行透视来检测支撑片bs相对于支撑面22a的位置，也可以不支撑于按压部件32。定位单元50可以进行塑性材料pm相对于支撑面22a的定位，也可以进行支撑片bs以及塑性材料pm双方相对于支撑面22a的定位，在本发明的具有突起的物体的制造装置ea中可以具备定位单元50，也可以不具备。
28.分离单元60可以为不采用多关节机器人61而与材料输送单元10共用多关节机器人11并使具有突起的物体cb从支撑部件22分离的结构，分离单元60也可以为将剥离用带粘贴于具有突起的物体cb并对该剥离用带施加张力而使具有突起的物体cb从支撑部件22分离的结构，分离单元60可以采用振动器、超声波振动装置等振动单元，向具有突起的物体cb施加振动而使该具有突起的物体cb容易从支撑部件22分离，也可以使具有突起的物体cb进行离心分离，也可以当将具有突起的物体cb浸于水wt中时使该具有突起的物体cb进行移动、振动，容易使聚乙二醇pg浸出于水wt中，可以分别进行一次第一升降动作和一次第二升降动作，第一升降动作和第二升降动作也可以分别进行多次，可以进行一次第一升降动作并进行多次第二升降动作，也可以进行多次第一升降动作并进行一次第二升降动作，也可以在进行了第二升降动作后进行第一升降动作，在支撑部件22分割为三个以上的情况下，使这些分割为三个以上的支撑部件22进行升降动作的顺序可以是任意的顺序。
29.冷却单元70可以在按压部件32的内部、其附近设置冷却设备71，并在用该按压部件32按压母材bm的状态下对塑性材料pm进行冷却，也可以不按压母材bm而对塑性材料pm进行冷却，冷却单元70可以设置于保持板62的外部，也可以设置于第一支撑部件22α、第二支撑部件22β的内部，可以是将塑性材料pm浸在水、混合液等液体、乙醇、丙酮等有机溶剂或者矿物油、化学合成油等油等冷却介质中对该塑性材料pm进行冷却的结构，也可以是向塑性材料pm吹大气、冷风等对该塑性材料pm进行冷却的结构，也可以是不采用冷却设备71而与浸出单元80共用水wt来对塑性材料pm进行冷却的结构，在本发明的具有突起的物体的制造装置ea中可以具备冷却单元70，也可以不具备。
30.关于浸出单元80，作为浸出介质而言，只要是水、混合液等液体、乙醇、丙酮等有机溶剂或者矿物油、化学合成油等油等能够使母材bm中含有的浸出材料浸出的介质，则可以采用任意介质，可以使浸出介质移动、循环、振动、进行搅拌而使浸出材料容易浸出于浸出介质，在本发明的具有突起的物体的制造装置ea中可以具备浸出单元80，也可以不具备。
31.母材供给单元ps可以是单纯的台，可以是带式输送机，也可以是自行式的输送台等，在本发明的具有突起的物体的制造装置ea中可以具备母材供给单元ps，也可以不具备。
32.关于具有突起的物体的制造装置ea，例如，可以在单质气体、复合气体等气体、水、混合液等液体、乙醇、丙酮等有机溶剂或者矿物油、化学合成油等油等的流体环境中，将母材bm向朝向支撑面22a的方向按压而形成具有突起的物体cb。
33.在支撑片bs中，作为透过部件，例如除了布、无纺布、树脂、网状材料、木材等之外，
只要是形成有贯通孔的金属、树脂、硅酮材料、橡胶材料、木材、纸、陶瓷等能够透过液体和气体中的至少一方的材料，则可以采用任意材料，例如，也可以采用金属、树脂、硅酮材料、橡胶材料、木材、纸、陶瓷等不能透过液体和气体的材料(不是透过部件的材料)。
34.对于塑性材料pm，可例示金属、粘土、树脂等通过施加热量、压力等能量而变形且之后不会恢复为原来的形状的材料，在是树脂的情况下，例如，只要是pet、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙丙交酯(plga)等具有塑性的材料，则可以是任意材料，可以由单一成分构成，也可以由多个成分构成，可以仅由具有塑性的材料构成，也可以由具有塑性的材料和不具有塑性的材料构成，可以不具有热塑性，可以不含有浸出材料，可以采用包含热塑性树脂的材料作为具有热塑性的材料。关于塑性材料pm与浸出材料的比例，除了5比5以外，例如也可以设定为8比2、1比9等任意的比例，这些比的基准除了重量比以外，例如也可以是质量比、体积比、摩尔比等任意的基准。对于浸出材料而言，例如只要是氯化钠、硝酸钾、明矾、聚乙烯醇等浸出于浸出介质的材料，则可以是任意材料。关于母材bm，可以仅由没有支撑片bs的塑性材料pm构成，也可以是在支撑片bs及塑性材料pm之外层叠有其他材料的结构，塑性材料pm的量可以是与凹部22b的容量相同的量，也可以是凹部22b的容量以上。突起部cv的高度可以是100nm～3mm，也可以是100nm以下，也可以是3mm以上。尤其是在作为所谓的微针进行使用的情况下，突起部cv的高度只要是100μm～1.5mm即可。突起部cv的前端可以尖，也可以不尖，可以圆，可以是箭尾形状，可以分支成两岔或者三岔以上。突起部cv的形状可以是圆锥、棱锥、圆柱、棱柱、由这些形状组合而成的形状。
35.关于具有突起的物体cb，可以如图1的(g)所示那样，是从塑性材料pm仅形成突起部cv且该突起部cv直接支撑于支撑片bs的形状，也可以如图1的(h)所示那样，是从塑性材料pm形成突起部cv和基座fd且该基座fd埋入(浸透于)支撑片bs的状态，也可以如图1的(j)所示那样，是从塑性材料pm形成突起部cv和基座fd且未支撑于支撑片bs的形状。
36.上述实施方式中的驱动设备可以采用：转动马达、直动马达、线性马达、单轴机器人、具备双轴或者三轴以上的关节的多关节机器人等电动设备、气缸、液压缸、无杆缸和旋转缸等致动器等，此外也可以采用由它们直接或间接地组合而成之物。在上述实施方式中，在采用按压辊、按压头等按压单元、按压部件这样的对被按压物进行按压的结构的情况下，可以取代上述例示的方式或者与其并用地采用：辊、圆棒、叶片材料、刷状部件，或者采用通过大气或其他气体等气体的喷射进行按压的方式，可以采用橡胶、树脂、海绵等可变形的部件来构成进行按压的部件，可以采用金属、树脂等不进行变形的部件构成，在采用支撑(保持)单元、支撑(保持)部件等对被支撑部件(被保持部件)进行支撑(保持)的结构的情况下，可以采用通过机械夹头、卡盘缸等把持单元、库仑力、粘接剂(粘接片、粘接带)、粘合剂(粘合片、粘合带)、磁力、伯努利吸附、抽吸吸附、驱动设备等对被支撑部件进行支撑(保持)的结构。附图标记说明
37.ea-具有突起的物体的制造装置；20-材料支撑单元；22-支撑部件；22a-支撑面；
22b-凹部；30-按压单元；60-分离单元；63-分割分离单元；80-浸出单元；bm-母材；cb-具有突起的物体；cv-突起部；pg-聚乙二醇(浸出材料)；pm-塑性材料；wt-水(浸出介质)。

技术特征：
1.一种具有突起的物体的制造方法，该具有突起的物体形成有突起部，其特征在于，实施：材料支撑工序，用具有支撑面的支撑部件支撑包含塑性材料的母材，所述支撑面形成有与所述突起部对应的凹部；按压工序，将所述母材向朝向所述支撑面的方向按压，使所述塑性材料填充于所述凹部，从该塑性材料形成所述突起部而形成所述具有突起的物体；分离工序，使所述具有突起的物体从所述支撑部件分离；在所述材料支撑工序中，使用以可分割的方式设置的所述支撑部件，在所述分离工序中，进行使分割的各支撑部件从所述具有突起的物体单独分离的分割分离工序。2.根据权利要求1所述的具有突起的物体的制造方法，其特征在于，所述塑性材料含有浸出于浸出介质的浸出材料，实施浸出工序，即，在所述按压工序之后的阶段将所述塑性材料浸在所述浸出介质中，从而使所述塑性材料成为多孔质体。3.一种具有突起的物体的制造装置，该具有突起的物体形成有突起部，其特征在于，具备：材料支撑单元，其用具有支撑面的支撑部件支撑包含塑性材料的母材，所述支撑面形成有与所述突起部对应的凹部；按压单元，其将所述母材向朝向所述支撑面的方向按压，使所述塑性材料填充于所述凹部，从该塑性材料形成所述突起部而形成所述具有突起的物体；以及分离单元，其使所述具有突起的物体从所述支撑部件分离，所述支撑部件以可分割的方式设置，所述分离单元具备使分割的各支撑部件从所述具有突起的物体单独分离的分割分离单元。

技术总结
形成有突起部(CV)的具有突起的物体(CB)的制造装置(EA)具备：材料支撑单元(20)，其实施材料支撑工序，用具有支撑面(22A)的支撑部件(22)支撑母材(BM)，所述支撑面(22A)形成有与突起部(CV)对应的凹部(22B)；按压单元(30)，其实施按压工序，将母材(BM)向支撑面(22A)方向按压，使塑性材料(PM)填充于凹部(22B)，从该塑性材料(PM)形成突起部(CV)而形成具有突起的物体(CB)；以及分离单元(60)，其实施分离工序，使具有突起的物体(CB)从支撑部件(22)分离，支撑部件(22)设置为可分割，分离单元(60)具备使分割的第一、第二支撑部件(22α、22β)从具有突起的物体(CB)单独分离的分割分离单元(63)。元(63)。元(63)。


技术研发人员：高丽洋佑
受保护的技术使用者：琳得科株式会社
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2023/9/22