JP2005246722A - プレス成形装置およびプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被成形品が当接される加圧部とそれ以外の非加圧部からなる面を有するプレス板により、熱加圧成形するプレス成形装置においては、プレス板の加圧部は、プレス板よりも温度が低い被成形品に熱が奪われて、非加圧部との間に温度差が発生するが、プレス板全体を強制空冷するものは効率が悪い上に大掛りな設備が必要となるという問題を解決する。
【解決手段】 被成形品Ａが当接される加圧部９ｂとそれ以外の非加圧部９ｃからなる面９ａを有するプレス板９により、プレス板９よりも温度が低い被成形品Ａを熱加圧成形するプレス成形装置１において、プレス板９の非加圧部９ｃのみに貼着または当接され、プレス板９の加圧部９ｂと非加圧部９ｃとの温度差を減少させる温度調整板１４が備えられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被成形品が当接される加圧部とそれ以外の非加圧部からなる面を有するプレス板により、プレス板よりも温度が低い被成形品を熱加圧成形するプレス成形装置およびプレス成形方法に関する。

被成形品を熱加圧成形するプレス板の温度差を減少させることのできるプレス成形装置としては、特許文献１に記載されたものが公知である。特許文献１は、プレス成形装置の熱板におけるシート原反接触面の反対側の面に、強制空冷手段を有するソリッド・ブロックや、冷却フィンおよび冷却フィンを覆う密閉型のシュラウドを配設することにより、熱板の熱平衡を保つようにしている。しかしながら特許文献１においては、熱板の熱均衡を保つために熱板、または熱板の背面側に大掛りな設備が必要となり、スペースの無駄とコストアップに繋がっていた。また特許文献１は、熱板によりシート原反を加圧するものであり、熱板の主要部全体が加圧部であって、加圧部と非加圧部の間に発生する温度差を解消することを目的としていない。

実公平５−２４５１３号公報（請求項１、請求項４、請求項５、図２、図３）

一方、被成形品が当接される加圧部とそれ以外の非加圧部からなる面を有するプレス板により、熱加圧成形するプレス成形装置においては、プレス板の加圧部は、プレス板よりも温度が低い被成形品に熱が奪われて、非加圧部との間に温度差が発生する。しかし前記特許文献１の装置を前記加圧部と非加圧部の温度差の解消に用いようとすると、熱板全体を強制空冷するため効率が悪い上に大掛りな設備が必要となる。そこで本発明は、既存の熱加圧成形を行なうプレス成形装置に大幅な改良を加えることなく、コストを削減した簡単な手段により効率よく、プレス板の加圧部と非加圧部との温度差を減少させることのできるプレス成形装置およびプレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のプレス成形装置は、被成形品が当接される加圧部とそれ以外の非加圧部からなる面を有するプレス板により、プレス板よりも温度が低い被成形品を熱加圧成形するプレス成形装置において、プレス板の非加圧部のみに貼着または当接され、プレス板の加圧部と非加圧部との温度差を減少させる温度調整板が備えられたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のプレス成形装置は、請求項１において、温度調整板は、耐熱性ゴムからなることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のプレス成形装置は、請求項１または請求項２において、温度調整板は、被成形品を加圧部に位置決めする機能を有することを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のプレス成形方法は、被成形品が当接される加圧部とそれ以外の非加圧部からなる面を有するプレス板により、プレス板よりも温度が低い被成形品を熱加圧成形するプレス成形方法において、被成形品により加圧部の熱が奪われる熱加圧成形時に温度調整板によりプレス板の非加圧部の熱を奪い、プレス板の加圧部と非加圧部との温度差を減少させることを特徴とする。

本発明のプレス成形装置は、被成形品が当接される加圧部とそれ以外の非加圧部からなる面を有するプレス板により、プレス板よりも温度が低い被成形品を熱加圧成形するプレス成形装置において、プレス板の非加圧部のみに貼着または当接され、プレス板の加圧部と非加圧部との温度差を減少させる温度調整板が備えられたので、プレス板の加圧部と非加圧部との温度差を、簡単な機構により効率よく減少させることができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のプレス成形装置の側面図である。図２は、本発明のプレス成形装置におけるプレス板の平面図である。

図１に示されるように、本発明のプレス成形装置１には、ベッド２に載置された下型３と、可動盤５に取付けられた上型６とが設けられている。そして可動盤５は、加圧機構である加圧シリンダのラム４に固着され、前記上型６は下型３に対して昇降自在に設けられている。なおプレス成形装置１の加圧機構については、前記加圧シリンダによるものに限定されず、電動機を用いた他の機構のものでもよい。また本発明で熱加圧成形される被成形品Ａは、一例としてＬＣＤ用導光板を成形する熱可塑性樹脂であるアクリル樹脂板があげられるが、熱加圧成形により表示装置の部品、ＩＣカード、ディスク基板、レンズ、または燃料電池用セパレータ等の、他の製品を成形するものであってもよい。

下型３について詳しく説明すると、ベッド２上には、下型３の一部を構成する平板状の冷却盤７が取付けられている。冷却盤７はその内部に複数の温調用媒体通路８が形成され、所定の温度に制御可能となっている。またベッド２上において、冷却盤７の近傍には、ホルダ１０が取付けられ、前記ホルダ１０により後述するプレス板９が冷却盤７から一定以上離隔するのを防止している。またベッド２上における前記ホルダ１０の内側近傍には、プレス板９を冷却盤７に当接および離隔移動させるプレス板移動機構としてのバネ１１が取付けられ、バネ１１の他端はプレス板９を保持する保持部１２に固着されている。そして保持部１２は、前記バネ１１が伸張したときに、前記ホルダ１０に当接されるようになっている。また前記保持部１２にはそれぞれ複数の電極が固着されるとともに、電極はそれぞれ端子１３に接続されている。そして冷却盤７を挟んで対向する保持部１２，１２には、プレス板９が固着されている。なおプレス板移動機構は、シリンダ等のアクチュエータを使用したものでもよい。

プレス板９は、冷却盤７と比較すると熱容量の小さい板状体から構成されている。本実施形態においては、プレス板９は厚さが３ｍｍのステンレス板が使用され、他方の金型に対向するプレス面９ａには、転写成形（熱加圧成形）を行なうための微細な凹凸が形成されている。そしてプレス板９のプレス面９ａは、被成形品Ａに当接され加圧を行う加圧部９ｂと、それ以外の被成形品Ａが当接されない非加圧部９ｃとからなっている。またプレス板９には、図示しない電源から端子１３および保持部１２の電極を介して通電がなされて抵抗発熱する加熱機構が配設されている。なおプレス板９の加熱機構については、誘導加熱等の他の方法であってもよく、プレス板９以外から加熱されるものでもよい。またプレス板９のプレス面９ａについても、別途０．３ｍｍ程度の厚さの微細な凹凸を有するニッケル製スタンパを貼付けたものでもよく、また凹凸のないものであってもよい。

またプレス板９の裏面は、電気絶縁体であって弾性体であるゴムシートが貼着された当接面９ｄとなっており、前記冷却盤７の表面と平行となるように形成されている。そしてプレス板９は、前記バネ１１の収縮時に前記当接面９ｄが冷却盤７に当接する。なおプレス板９については、ゴムシートは必須のものではなく、冷却盤７等にゴムシートを固着してもよい。そしてプレス板９は、ラム４により押圧されていないときは、前記バネ１１の弾発力により、冷却盤７から離隔した位置にあり、ラム４により被成形品Ａを介してプレス板９が押圧されたときには、前記バネ１１が収縮されて当接面９ｄと冷却盤７が当接されることとなる。

次に本発明のプレス成形装置１における、プレス板９の加圧部９ｂと非加圧部９ｃとの温度差を減少させる温度調整板１４について説明する。温度調整板１４は、プレス板９における非加圧部９ｃの過半の部分に貼着されている。つまり温度調整板１４は、加圧部９ｂの部分だけ成形品形状に倣った開口部が形成されたシートがプレス板９の非加圧部９ｃのみに貼着されていることになる。そして前記温度調整板１４の開口部の内側面１４ａは、被成形品Ａをプレス板９の加圧部９ｂに位置決めする機能を有している。温度調整板１４は、耐熱性に優れた材料からなり、本実施形態では耐熱性ゴムであるシリコンゴムからなっている。そして前記シリコンゴムの表面１４ｂは放熱が促進されるように、凹凸が形成されている。また本実施形態では、温度調整板１４は下型３のプレス板９のみに配設され、その厚みは、被成形品Ａの板厚よりも僅かに厚くなっている。なお温度調整板１４の材料については熱伝導率が高い方が望ましく、例えばグラファイトシートや、グラファイトシートの表面にシリコンゴムシートを積層したシートを用いてもよい。なおグラファイトシートを用いる場合は、その厚さは被成形品Ａの板厚よりも薄く０．０５ｍｍないし０．３ｍｍ程度である。そして温度調整板１４の少なくとも表面を電気絶縁材料であるシリコンゴム等とすることにより、例え被成形品Ａの板厚が薄い場合でも、上下の抵抗発熱板であるプレス板９に通電したときに、プレス板９間における漏電の可能性をなくすことができる。

本発明においてプレス板９に温度調整板１４を設ける理由について説明する。転写を行う熱加圧成形の際に、プレス板９の加圧部９ｂの温度は、常温の被成形品Ａが押圧されることにより、前記被成形品Ａに熱を奪われて非加圧部９ｃの温度より低くなる。その結果、加圧部９ｂにおける非加圧部９ｃに隣接する周辺部９ｂ１は、非加圧部９ｃからの熱の影響を受けるから、加圧部９ｂにおける中心部９ｂ２よりも高温となり、同じ加圧部９ｂ内で、温度分布に差が生じることとなる。このような状態で次の熱加圧成形を行なうと、プレス板９のプレス面９ａにおける加圧部９ｂにおける温度分布が不均一なので、被成形品Ａに対して転写ムラができるのである。このような温度分布の不均一に起因する転写ムラは、１枚の被成形品Ａの面積がプレス板９の面積よりも僅かに小さいときは、さほど問題とならないが、被成形品Ａの面積がプレス板９の面積と比較して小さいときに特に問題となる。また転写ムラは、プレス板９によりミクロン単位のドットやグルーブを転写する際に特に問題となる。

そして温度調整板１４を貼付する目的としては次の二つがあり、その少なくとも一方の目的を有するものであればよい。温度調整板１４を貼付する第一の目的は、温度調整板１４の熱伝導率を高くして、温度調整板１４が貼着された非加圧部９ｃからの放熱を良好にするためである。そのためには、温度調整板１４の表面１４ｂに凹凸を形成し、表面積を増加させるか、またはグラファイトシート等の熱伝導率の高い材料を温度調整板１４に使用する必要がある。また温度調整板１４を貼付する第二の目的としては、被成形品Ａが当接される加圧部９ｂと同様に、プレス板９の非加圧部９ｃを冷却盤７に強く押圧し、冷却盤７により、非加圧部９ｃの冷却を良好にするためである。そのためには前記のように温度調整板１４の厚みを、被成形品Ａの板厚よりも僅かに厚くして、温度調整板１４を介してプレス板９の非加圧部９ｃが冷却盤７に強く押圧されるようにすることが望ましい。

また本実施形態のプレス成形装置１では、上型６については前記した下型３と同様の構造を有しているが、プレス板９の非加圧部９ｃには、温度調整板１４が貼着されていない。しかし下型３のプレス板９における温度調整板１４の厚みを被成形品Ａの板厚よりも薄くして、上型６のプレス板９の非加圧部９ｃにも温度調整板を貼着するようにしてもよい。その場合下型３の温度調整板と上型６の温度調整板とを加えた厚みが、被成形品Ａの板厚よりも厚くなることが望ましい。

次に本発明のプレス成形装置１の作動について説明する。図１に示される状態は、図示しない搬入装置により、常温のアクリル樹脂板からなる被成形品Ａがプレス成形装置１の下型３のプレス板９の加圧部９ｂに搬入・載置された状態を示している。なお被成形品Ａについては、予備加熱したものを使用して加圧部９ｂの温度をなるべく低下させないようにしてもよい。そしてこの状態で被成形品Ａの側面Ａ１は、下型３のプレス板９に貼着された温度調整板１４における内側面１４ａと当接状態にあり、被成形品Ａは、温度調整板１４によって加圧部９ｂに位置決めされている。そして被成形品Ａが位置決めされると、次に熱加圧成形が開始される。まず加圧機構のラム４が下降し、上型６のプレス板９の非加圧部９ｃと下型３の温度調整板１４の表面１４ｂが当接される。そしてなおもラム４が下降することにより、上型６のプレス板９の加圧部９ｂが被成形品Ａの上面Ａ２に当接され、その状態でラム４の下降は一時停止される。この状態において温度調整板１４については、僅かにシリコンゴムが押圧変形されている。またプレス板移動機構のバネ１１は、温度調整板１４のシリコンゴムが最初に押圧変形されることにより、さほど収縮しておらず、プレス板９の当接面９ｄと冷却盤７は当接していない。そして次に、下型３と上型６のプレス板９に対して、図示しない電源から通電が開始され、前記プレス板９，９が同時に急速に抵抗発熱される。なお被成形品Ａのプレス板９への載置とプレス板９，９の加熱開始の手順については、先にプレス板９，９を加熱開始しておいてから、被成形品Ａをプレス板９の加圧部９ｂに載置するようにしてもよい。

またプレス成形装置１を真空室の中に設ける場合は、このとき同時に真空室の減圧が行なわれる。そしてプレス板９が、熱可塑性樹脂からなる被成形品Ａのガラス転移温度以上の所定温度に上昇するかまたは所定時間経過後に、ラム４を再駆動させる。そしてラム４の駆動により冷却盤７とプレス板９を当接させるとともに、プレス板９の加圧部９ｂ（転写面）を被成形品Ａに対して強く加圧させ、熱加圧成形（転写成形）を行なう。このとき冷却盤７とプレス板９との当接と前後してプレス板９への通電を中止する。その結果熱加圧成形初期においては、プレス板９は高温となっているから、被成形品Ａに対しては転写が良好にでき、熱加圧成形後期においては、プレス板９の温度が冷却盤７により下降されるから、成形時間を短くすることができ、プレス板９から被成形品Ａの離型を良好にできる。この際プレス成形装置１においては、温度調整板１４により、プレス板９の非加圧部９ｃを冷却盤７に強く押圧することができる。よって温度調整板１４により加圧部９ｂと非加圧部９ｃとを、略均等に冷却することができ、熱加圧成形後のプレス板９における温度差を減少させることができる。

次に熱加圧成形が終了し、プレス成形装置１のラム４が上昇し、被成形品Ａが図示しない搬出装置により取出されると、次の被成形品Ａの搬入までプレス板９の加圧部９ｂと非加圧部９ｃは空気中で自然冷却される。この際、プレス成形装置１の温度調整板１４に、プレス板９を構成するステンレスやプレス板９に取付けられたニッケル製スタンパの熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料が用いられている場合は、非加圧部９ｃの方が加圧部９ｂよりも盛んに放熱がなされ、冷却が促進される。また温度調整板１４にシリコンゴムを使用する場合は、プレス板９に使用されるステンレスよりも熱伝導率は低いが、温度調整板１４の表面１４ｂに凹凸を設けることにより放熱を良好にできる。また例え温度調整板１４の放熱効率がプレス板９の放熱効率よりも低くても、前記したプレス板９の非加圧部９ｃを冷却盤７に押圧することによる非加圧部９ｃの冷却効果の方が上回り、温度調整板１４がない場合よりも、加圧部９ｂと非加圧部９ｃの温度差は減少され、略均一になるようになっている。

また本発明については、一々列挙はしないが、上記した実施形態および実施例のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。そして冷却盤７と離隔され抵抗発熱されるプレス板９を用いたプレス成形装置１について記載したが、本発明は被成形品に熱加圧成形を行なうことにより附形を行うプレス成形装置すべてに用いることができる。その一例として三枚以上のプレス板が垂直方向にプレス成形装置に取付けられた多段プレスであってもよく、その場合は、プレス板の両面に被成形品が当接される場合も含まれる。

そしてプレス板のプレス面については、加圧部と非加圧部が連続して接続され、非加圧部に温度調整板を貼着することができるものであれば、その形状は限定されず、例えばプレス面が平坦でなく加圧部が凹状に形成されたものであってもよい。またプレス板については、異なる面積または異なる形状の被成形品の変更に対応して、前記被成形品に合致する温度調整板がそれぞれ貼着されたプレス板を複数枚準備し、被成形品の変更の際に対応するプレス板をプレス成形装置に取付けて成形してもよい。またプレス板に貼着される温度調整板のみを成形される被成形品に対応するものに変更してプレス板に貼着し直してもよい。そしてこのようなプレス板の変更や、温度調整板のみの変更は、プレス板に内設される温調用媒体流路やヒータの取付位置変更と比較して、ずっと容易に行うことができる。更には、熱加圧成形時以外の時に、プレス板をプレス成形装置の外部に搬出してプレス板の温度調整や積込・積降しを行うものであってもよい。

更にまた温度調整板は、プレス板に貼着されたものに限定されない。この実施形態によれば温度調整板は、被成形品とともにセットされた状態か、または被成形品とはそれぞれ別個に、成形のたびごとに外部からプレス板の非加圧部のみの上に当接・載置される。その際、温度調整板の温度は、被成形品の温度と略同温か近似する温度にしておくことが望ましい。そしてプレス成形時における被成形品によりプレス板の加圧部が冷却盤に強く押圧され、加圧部の冷却がなされる際に、温度調整板によりプレス板の非加圧部が冷却盤に強く押圧され、プレス板が略均等に冷却される。そして冷却が完了すると、温度調整板は、被成形品とともにか、または別個にプレス板から外部に取出される。

本発明のプレス成形装置の側面図である。 本発明のプレス成形装置におけるプレス板の平面図である。

符号の説明

１ プレス成形装置
２ ベッド
３ 下型
４ ラム
５ 可動盤
６ 上型
７ 冷却盤
８ 温調用媒体通路
９ プレス板
９ａ プレス面
９ｂ 加圧部
９ｂ１ 周辺部
９ｂ２ 中心部
９ｃ 非加圧部
９ｄ 当接面
１０ ホルダ
１１ バネ
１２ 保持部
１３ 端子
１４ 温度調整板
１４ａ 内側面
１４ｂ 表面
Ａ 被成形品
Ａ１ 側面
Ａ２ 上面

Claims (4)

1. 被成形品が当接される加圧部とそれ以外の非加圧部からなる面を有するプレス板により、プレス板よりも温度が低い被成形品を熱加圧成形するプレス成形装置において、
   前記プレス板の非加圧部のみに貼着または当接され、前記プレス板の加圧部と非加圧部との温度差を減少させる温度調整板が備えられたことを特徴とするプレス成形装置。
2. 前記温度調整板は、耐熱性ゴムからなる請求項１に記載のプレス成形装置。
3. 前記温度調整板は、被成形品を加圧部に位置決めする機能を有する請求項１または請求項２に記載のプレス成形装置。
4. 被成形品が当接される加圧部とそれ以外の非加圧部からなる面を有するプレス板により、プレス板よりも温度が低い被成形品を熱加圧成形するプレス成形方法において、
   被成形品によりプレス板の加圧部の熱が奪われる熱加圧成形時に温度調整板によりプレス板の非加圧部の熱を奪い、
   前記プレス板の加圧部と非加圧部との温度差を減少させることを特徴とするプレス成形方法。
   

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