JP2006007755A - 熱転写プレス装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 熱転写プレス装置でスタンパの加熱に要する時間を短縮する。
【解決手段】
下ケース11および上ケース12の少なくとも一方に設けられた型は、基台21と、加工対象物2に型を転写するためのスタンパ27と、内部に流体が流れるための流路31を有し、基台21とスタンパ27との間に設けられてスタンパ27を保持するとともに、スタンパ27を加熱および冷却するための温度調節プレート3と、スタンパ27を加熱するときに、流路31へ高温流体を流すための高温流体循環装置41と、スタンパ27を冷却するときに、流路31へ低温流体を流すための低温流体循環装置43と、を備える熱転写プレス装置。
【選択図】 図5
【解決手段】
下ケース11および上ケース12の少なくとも一方に設けられた型は、基台21と、加工対象物2に型を転写するためのスタンパ27と、内部に流体が流れるための流路31を有し、基台21とスタンパ27との間に設けられてスタンパ27を保持するとともに、スタンパ27を加熱および冷却するための温度調節プレート3と、スタンパ27を加熱するときに、流路31へ高温流体を流すための高温流体循環装置41と、スタンパ27を冷却するときに、流路31へ低温流体を流すための低温流体循環装置43と、を備える熱転写プレス装置。
【選択図】 図5
Description
本発明は熱転写プレス装置に関し、特に、板状の熱可塑性樹脂にスタンパで熱転写する熱転写プレス装置に関する。
液晶ディスプレイパネルで用いられる熱可塑性樹脂製の導光板をプレス成形により製造するための技術が知られている(例えば、特許文献1、2)。ここで、特許文献2では、プレス成形時にスタンパを加熱するために電気抵抗により発熱する抵抗加熱板を用いている。また、抵抗加熱板の背後に温度調節用媒体による冷却盤が配置されている。
熱転写によるプレス成形を行うとき、加工対象物を加熱してプレス成形した後、加工対象物を冷却する必要がある。従って、連続的にプレスを行うときは、加熱および冷却のサイクルを短くすることにより、生産効率が向上する。しかしながら、特許文献2のように抵抗加熱板を用いて加熱する場合は、大容量の電源を用いない限り目標の温度に短時間で到達させることは難しい。加えて、冷却時には抵抗加熱板が熱抵抗として作用するため、高速で冷却することも難しい。
そこで、本発明の目的は、熱転写プレス装置でスタンパを短時間で目的の温度に到達させるように制御することである。
本発明の他の目的は、熱転写プレス装置における加熱および冷却時の温度の昇降する速度を速くし、加熱、冷却のサイクルを短くすることである。
本発明の一つの態様に従う熱転写プレス装置は、熱転写プレス装置(1)であって、熱転写するためのスタンパ(27)と、前記スタンパを加熱および冷却するための温度調節部(3)と、を備える。そして、前記温度調節部は、内部に流体が流れるための流路(31)を有している。
これにより、スタンパの加熱および冷却する際に、短時間で目的の温度に到達させることができる。
好適な実施形態では、前記温度調節部に取り付けられた薄膜ヒータ(25)をさらに備えるようにしてもよい。
これにより、加熱に要する時間をさらに短縮することができる。
好適な実施形態では、前記温度調節部は、前記スタンパを保持しており、前記スタンパを保持した反対側に断熱板(23)をさらに備えることもできる。
これにより、温度調節部からスタンパへの熱伝導が効率的に行われる。
以下、本発明の一実施形態に係る熱転写プレス装置について、図面を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る熱転写プレス装置1の構成を示す断面図である。同図において、熱転写プレス装置1は、それぞれ型20,20を備えた下ケース11および上ケース12と、上ケース12の外側に固着されたラム15と、下ケース11と上ケース12とが接触する部分に設けられたOリング13とを備える。ラム15は、図示しないプレス装置の加圧シリンダによって昇降自在に駆動され、これに伴って上ケース12を昇降させる。下ケース11および上ケース12のそれぞれの内側には、プレス成形のための型20,20が設けられている。その型20,20は、外側から内側へ向かって基台21、21と、断熱板23,23と、薄膜ヒータ25,25と、板状の温度調節容器(以下、温度調節プレートという)3,3と、所定の凹凸パターンを加工対象物に転写するためのスタンパ27、27とが、この順序で積層されて構成されている。上ケース12(または下ケース11)には、真空ポンプ7が取り付けられている。
加工対象物2は、熱可塑性樹脂製の板、例えば、アクリル製またはポリカーボネート製の導光板又は拡散板用の板である。スタンパ27,27は、それぞれ、例えば導光板又は拡散板の表面に形成されるべき凹凸形状を表面に有したニッケル製又はSUSの、0.2〜0.5mm程度、一般的には0.2〜0.3mm程度の厚さを有する薄膜である。
上記のような構成を備える熱転写プレス装置1によるプレス成形の概要は以下の通りである。すなわち、上ケース12がOリング13と接触するところまで下降すると、下ケース11、Oリング13および上ケース12により、内部に密閉された空間(チャンバ)が形成される。そして、真空ポンプ7がチャンバ内部の空気を吸い出すと、チャンバ内部は減圧状態になる。この状態で温度調節プレート3および薄膜ヒータ25を用いて、スタンパ27,27を加工対象物2の熱変形可能な温度にまで加熱し、スタンパ27,27の間に予め挿入されている加工対象物2を挟んで加圧、成形する。そして、加工対象物2の表面が熱変形によりスタンパ27、27の型が転写されると、その転写された型を固定するために加工対象物2を挟んだ状態のままで、温度調節プレート3を用いてスタンパ27,27を冷却する。
以下、本実施形態に係る熱転写プレス装置1の詳細な構成について説明する。まず、図2に断熱板23からスタンパ27までの詳細な構成を示す。
断熱板23は、基台21と薄膜ヒータ25または温度調節プレート3との間を断熱し、温度調節プレート3が加熱または冷却されたときに、加熱または冷却の効率低下を防止するために設けられている。
断熱板23と温度調節プレート3の間に設けられた薄膜ヒータ25は、例えば、絶縁樹脂膜上に蛇行する電熱配線をプリントすることで作られたものであり、温度調節プレート3がスタンパ27を加熱する際に補助的な加熱をする。ここで、図3は、温度調節プレート3に高温流体を流し始めてからのスタンパ27表面の温度変化の様子を示す。同図において、実線は薄膜ヒータ25による補助加熱がない(電源オフ)場合の温度変化を示す曲線である。すなわち、この場合の温度変化曲線は、流体温度に漸近するような曲線となり、スタンパ27の表面温度が流体温度に到達するまでには、ある程度の時間がかかる。これに対して、一定の時間、薄膜ヒータ25の電源をオンにして温度調節プレート3を補助的に加熱すると、破線で示すような温度変化曲線となり、流体温度に達するまでの時間を短縮することができる。
薄膜ヒータ25は、上記電熱配線に起因して若干の凹凸が生じることがある。従って、この凹凸による影響を避けるため、薄膜ヒータ25は、温度調節プレート3と断熱板23との間に配置することが好ましい。なお、薄膜ヒータ25は必須の構成要素ではなく、省略することが可能である。さらに、薄膜ヒータ25の凹凸がスタンパ27による型押し成形に実質的に影響しない場合は、温度調節パネル3とスタンパ27との間に薄膜ヒータ25を設けることも可能である。
また、図2の例では、温度調節プレート3が接着剤29の層を介してスタンパ27を安定的に保持している。スタンパ27は、図2のように接着剤29などの接着のために必要な層のみを介して接着されている場合のほか、静電吸着や真空吸着のように温度調節プレート3と直接的に接着されていてもよい。これは、温度調節プレート3とスタンパ27との間に接着目的でない部材、例えば、ヒータなどを介さずに両者を接着するためである。このような必要最低限の構成とすることで、温度調節プレート3とスタンパ27との間の熱伝導効率が高まるというさらなる効果がある。
次に、図2および図4を参照し、温度調節プレート3の構造について説明する。温度調節プレート3は、内部に流体を貯蔵することができる板状の金属製の容器である。すなわち、温度調節プレート3の内部には流体が流れるための流路31が形成されていて、流路31に対して流体を流入させる供給口32と、流路31から流出する流体の排出口33とを備える。流路31は、図4に示すように温度調節プレート3の全面に広がるように蛇行して配置されている。そして、温度調節プレート3を加熱するためには流路31内に高温の流体を流し、冷却するためには流路31内に低温の流体を流すことにより、温度調節プレート3全体がほぼ同じ温度となる。これにより、温度調節プレート3の熱がスタンパ27へ伝導し、スタンパ27の加熱、冷却が可能となる。また、加熱を行っている状態から冷却への切替、あるいはその反対に冷却を行っている状態から加熱への切替は、流路31へ流す流体の温度を変えることにより行う。この切替の詳細については後述する。
なお、加熱するときに流す高温流体の温度は、加工対象物2が熱変形可能となる温度である。また、冷却するときに流す低温流体の温度は、熱変形した加工対象物2をその形状のままで固化させる温度である。例えば、加工対象物2が板状のアクリル樹脂である場合、加熱時の流体温度を約140℃、冷却時の流体温度を約50℃としてもよい。この高温流体および低温流体の温度は、加工条件により適宜設定されるものであり、この例に依らず最適に設定される。さらに、ここで用いる流体は、例えば、ガルデン(登録商標)や、水溶液、水のような液体のほか、蒸気や、他の気体であってもよい。なお、水の場合、流体温度が高温になるならば、加圧した方がよい。また、プレートの熱容量は小さい方が好ましい。
また、温度調節プレート3内に設けられた流路31の太さ、配置パターン、供給口32および排出口33の数、および供給口32および排出口33が設けられた位置は、図4に示すものはいずれも一例であり、これに限定されない。例えば、供給口32および排出口33は2以上備えていてもよく、流路31が蛇行しないように、直線状の多数の流路に分岐していてもよい。これにより、流体が供給口32から流入してから、排出口33から流出するまでの時間が短縮され、加熱および冷却をより迅速に行うことができる。さらに、流路31の太さ、分岐箇所、配置パターンなどは、温度調節プレート3全体を一様に加熱、冷却するのに適していれば、どのようであってもよい。
次に、温度調節プレート3、3の温度制御を行うための機能構成を図5に示す。温度調節プレート3,3の温度制御を行うために、熱転写プレス装置1は、高温流体循環装置41と、低温流体循環装置43と、ヒータ制御電源45と、コントローラ47とを備える。そして、高温流体循環装置41および低温流体循環装置43と温度調節プレート3内部の流路31との間には、流体を循環させるための循環路61が設けられている。
コントローラ47は、例えば所定のプログラムがされたコンピュータにより構成されている。この場合、以下に説明するコントローラ47の制御機能は、そのコンピュータが動作することにより実現される機能である。
ヒータ制御電源45は、コントローラ47の制御により、薄膜ヒータ25の電源のオン/オフを行う。
高温流体循環装置41は、流体を貯蔵し、流体の加熱を行うためのタンク41Aと、流体を加熱するためのヒータ41Bと、タンク内の流体を送り出すポンプ41Cとを備える。低温流体循環装置43は、流体を貯蔵し、流体を冷却するためのタンク43Aと、流体を冷却するための冷却装置43Bと、タンク内の流体を送り出すポンプ43Cとを備える。タンク41A、43Aは、それぞれ循環路61を通じて温度調節プレート3内の流路31に連通している。ヒータ41Bおよび冷却装置43Bは、それぞれ温度検出装置(図示しない)を備えていて、コントローラ47がヒータ41Bおよび冷却装置43Bを用いてタンク41A,43A内の流体を所望の温度に制御する。また、ポンプ41C、43Cは、コントローラ47の制御により、駆動および停止する。
ここで、タンク41Aとタンク43Aとは、図6に示すように各タンク41A,43Aの上限水位P付近をつなぐ流路42が設けられていてもよい。これにより、タンク41Aとタンク43Aとの流体量にアンバランスが生じたときは、それを解消することができる。
再び図5を参照すると、高温流体循環装置41および低温流体循環装置43の流出口および流入口付近の循環路61には、それぞれ電磁弁51,53,55,57が設けられている。電磁弁51,53,55,57の開閉は、コントローラ47により制御される。
以下、温度調節プレート3の温度制御を行うための動作について説明する。例えば、温度調節プレート3を加熱するときは、高温流体循環装置41と温度調節プレート3との間で高温流体を循環させる。この場合、コントローラ47は、電磁弁51,53を開き、電磁弁55,57を閉じた状態にする。さらに、ポンプ41Cを駆動させることにより、タンク41Aに貯蔵されている高温流体を循環させる。このとき、ヒータ制御電源45が薄膜ヒータ25の電源をオンにして、補助的に加熱してもよい。
一方、温度調節プレート3を冷却するときは、低温流体循環装置43と温度調節プレート3との間で低温流体を循環させる。この場合、コントローラ47は、電磁弁55,57を開き、電磁弁51,53を閉じた状態にする。さらに、ポンプ43Cを駆動させることにより、タンク43Aに貯蔵されている高温流体を循環させる。
次に、温度調節プレート3を加熱の状態から冷却へ切り替えるときの手順を、図7のフローチャートを用いて説明する。まず、薄膜ヒータ25の電源がオンになっているときは、これをオフする(S11)。そして、コントローラ47の制御により電磁弁51を閉じ、電磁弁55を開くとともに、ポンプ41Cを停止しポンプ43Cを駆動させる(S12)。これにより高温流体循環装置41から高温流体の流出が停止し、これに変わって低温流体循環装置43から低温流体が流出する。このとき、温度調節プレート3から戻ってくる流体は、依然としてタンク41Aへ戻っていく。
そして、ステップS12の処理を行ってから、循環路61および流路31に残っている高温流体がすべてタンク41Aへ戻るまでに要する時間Tが経過するまで、その状態が保持される(S13)。そして、時間Tが経過すると(S13:Yes)、コントローラ47の制御により電磁弁53を閉じるとともに、電磁弁57を開ける(S14)。この弁の切替により、低温流体循環装置43と温度調節プレート3との間で低温流体が循環し、これを継続することにより温度調節プレート3が冷却される。
上記のようにして切り替えることにより、低温流体と高温流体とがなるべく混じり合わないように循環させることができる。
一方、温度調節プレート3の冷却から加熱への切替は、低温流体と高温流体が混じり合わないように、上記と同様の手順で低温流体循環装置43から高温流体循環装置41へ切替を行えばよい。
次に、上記のような熱転写プレス装置1を用いて、加工対象物をプレス成形する手順を、図8を用いて説明する。
まず、加工対象物2を本装置1内に搬入し、温度調節プレート3に高温流体を供給して加熱を行う(a)。次に、上ケース12を下げて密閉し、真空ポンプ7を用いてチャンバ内の空気を吸い出す(b)。この間、温度調節プレート3は引き続き加熱されている。チャンバ内の空気が更に吸い出されると、スタンパ27,27により加工対象物2が加圧、成形される(c)。このときも、温度調節プレート3は引き続き加熱されていて、この状態を所定時間保持した後、温度調節プレート3の加熱を止め、冷却に切り替える(d)。所定時間冷却を続けた後、チャンバ内に空気を挿入して上ケース12を開放し、成形された加工対象物2を搬出する(e,f)。連続的に次の加工対象物についての成形を連続して行うときは、搬出の段階で温度調節プレート3の加熱を開始してもよい。
本実施形態では、スタンパの加熱および冷却のために、温度調節プレート3に高温流体または低温流体を供給している。このため、加熱および冷却をするときは、短時間で目標温度に到達することができる。さらに、温度調節プレート3へ供給する流体を高温流体から低温流体、あるいは低温流体から高温流体へ切り替えることにより、加熱と冷却の切替を素早く行うことができ、加熱、冷却のサイクルを短くすることができる。
なお、高温流体および低温流体は、必ずしも共に液体あるいは共に気体である必要はない。例えば、高温流体が蒸気であり、低温流体が水であってもよい。
上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
1…熱転写プレス装置、2…加工対象物、3…温度調節プレート、7…真空ポンプ、21…基台、23…断熱板、25…薄膜ヒータ、27…スタンパ、31…流路、41…高温流体循環装置、43…低温流体循環装置。
Claims (3)
- 熱転写プレス装置(1)であって、
熱転写するためのスタンパ(27)と、
前記スタンパを加熱および冷却するための温度調節部(3)と、を備え、
前記温度調節部は、内部に流体が流れるための流路(31)を有している熱転写プレス装置。 - 前記温度調節部に取り付けられた薄膜ヒータ(25)をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の熱転写プレス装置。
- 前記温度調節部は、前記スタンパを保持しており、前記スタンパを保持した反対側に断熱板(23)をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の熱転写プレス装置。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080215 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090820 |