JP2006167788A - Press forming apparatus - Google Patents

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JP2004367021A
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Inventor
Koji Mitsuyoshi
宏治 三吉
Original Assignee
Komatsu Ltd
Komatsu Sanki Kk
コマツ産機株式会社
株式会社小松製作所
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06Platens or press rams
    • B30B15/062Press plates
    • B30B15/064Press plates with heating or cooling means

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform thermal transfer press forming at high speed with high accuracy by using a motor driven servo press. <P>SOLUTION: The press forming apparatus 1 is equipped with a stamper for press forming, a temperature control plate for heating and cooling the stamper, servo motors 11, 11 for moving the stamper and a controller 17 for driving the servo motors 11. The controller 17 moves the stamper by position control up to the position just before the stamper is touched with the surface of a thermoplastic working object by the servo motors 11, and thereafter, when the stamper is heated by the temperature control panel up to the temperature at which the working object can be plastically deformed, the servo motors 11 are driven by press force control to press the stamper to the working object 2, thereby conducting press forming. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱可塑性の加工対象物をプレス成形するための装置に関し、特にサーボモータを用いたプレス成形装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for press-molding a thermoplastic workpiece, and more particularly to a press-forming apparatus using a servo motor.
例えば、特許文献1及び2のように、熱可塑性樹脂を材料として微細パターンを熱転写プレス成形する装置が知られている。このプレス成形装置は、例えば、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の製造などに用いられる。そして、これらのプレス成形装置では、一般的に油圧プレスが用いられる。
特開2003−1705号公報 特開2004−102106号公報
For example, as in Patent Documents 1 and 2, an apparatus that performs thermal transfer press molding of a fine pattern using a thermoplastic resin as a material is known. This press molding apparatus is used, for example, for manufacturing a light guide plate made of a thermoplastic resin used in a liquid crystal display panel. In these press molding apparatuses, a hydraulic press is generally used.
JP 2003-1705 A JP 2004-102106 A
しかしながら、微細なパターン有するスタンパを熱可塑性樹脂板の表面に押付けて、熱可塑性樹脂板の表面にパターンを転写する成形に油圧プレスを使用すると、スタンパが取り付けられたスライドの移動速度が遅いため、生産速度を上げることが難しい。また、微細パターンの転写成形のような微細成形はクリーンルーム内で行われることが多く、油を使用する油圧プレスの使用は好ましくない。   However, if a hydraulic press is used to mold the stamper with a fine pattern against the surface of the thermoplastic resin plate and transfer the pattern onto the surface of the thermoplastic resin plate, the moving speed of the slide with the stamper attached is slow. It is difficult to increase production speed. Further, fine molding such as transfer molding of a fine pattern is often performed in a clean room, and use of a hydraulic press using oil is not preferable.
一方、サーボモータを用いた電動サーボプレスを用いると、上記の問題点は解消されるが、新たに以下のような問題を生じる。すなわち、精度の高い位置制御を用いてスライドの制御を行う場合、転写するパターンの凹凸が5〜25μmあるのに対して、材料となる熱可塑性樹脂(例えば、アクリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートなど)板の板厚バラツキが50μm程度あるため、材料の厚みバラツキによってパターンの転写が不完全になる。   On the other hand, when an electric servo press using a servo motor is used, the above problems are solved, but the following problems are newly generated. That is, when slide control is performed using high-precision position control, the transferred pattern has 5 to 25 μm in unevenness, but the thermoplastic resin (for example, acrylic, polymethyl methacrylate, polycarbonate, etc.) ) Since the plate thickness variation is about 50 μm, the pattern transfer is incomplete due to the material thickness variation.
また、熱転写プレス成形では、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱したスタンパを熱可塑性樹脂の表面に押付けてパターンを転写した後に、スタンパを熱可塑性樹脂の表面に押付けた状態を保持しつつ、スタンパの温度が熱可塑性樹脂の軟化温度以下になるまでスタンパを冷却し、熱可塑性樹脂の表面に転写したパターンの形状凍結を図る必要がある。しかし、スタンパの冷却時に、スライドを位置制御によって所定の位置に保持した場合、冷却に伴ってスタンパを取付けている金型が熱収縮で寸法が変化し、スタンパの熱可塑性樹脂板への押付け圧力が低下し、転写不良(未転写や皺模様)が生じることがある。   In thermal transfer press molding, a stamper heated above the softening temperature of a thermoplastic resin is pressed against the surface of the thermoplastic resin to transfer the pattern, and then the stamper is kept pressed against the surface of the thermoplastic resin. It is necessary to cool the stamper until the temperature becomes equal to or lower than the softening temperature of the thermoplastic resin, and to freeze the shape of the pattern transferred to the surface of the thermoplastic resin. However, when the stamper is cooled, if the slide is held at a predetermined position by position control, the die attached with the stamper changes in size due to thermal shrinkage as it cools, and the pressing pressure of the stamper on the thermoplastic resin plate May decrease and transfer defects (untransferred or wrinkle patterns) may occur.
一方、上記のような転写不良が起きないようにスタンパを押しつけていると、熱可塑性樹脂板の表面がスタンパに強固に張付いてしまう。この状態で無理にスタンパと成形された熱可塑性樹脂板を離型すると、スタンパがスライド側から剥がれてしまったり、転写したパターン形状が変形してしまったりという問題が発生する。   On the other hand, when the stamper is pressed so as not to cause the transfer failure as described above, the surface of the thermoplastic resin plate is firmly attached to the stamper. If the thermoplastic resin plate molded with the stamper is forcibly released in this state, there arises a problem that the stamper is peeled off from the slide side or the transferred pattern shape is deformed.
そこで、本発明の目的は、電動サーボプレスを用いて高速且つ高精度に熱転写プレス成型を行うための技術を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for performing thermal transfer press molding at high speed and with high accuracy using an electric servo press.
本発明の他の目的は、熱転写プレス成形後に、加工対象物表面に転写されたパターンを崩さず、且つ加工対象物をスタンパから容易に離型させるための技術を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a technique for easily releasing the workpiece from the stamper without destroying the pattern transferred to the workpiece surface after the thermal transfer press molding.
本発明の一実施態様に従うプレス成形装置は、熱可塑性の加工対象物をプレス成形するためのスタンパと、前記スタンパを加熱および冷却するための温度調節部と、前記スタンパを前記加工対象物に対して相対的に接近及び離反させ、且つ押しつけるための動力を発生させる電動機と、前記電動機を駆動するコントローラとを備えたプレス成形装置である。そして、前記コントローラは、位置制御により前記スタンパを前記加工対象物の表面に接触する直前の位置まで接近させ、その後、前記スタンパが前記温度調節部によって前記加工対象物が熱変形可能な温度まで加熱されている場合に、加圧力制御により前記電動機を駆動して前記スタンパを前記加工対象物に押し付けてプレス成型をする。   A press molding apparatus according to an embodiment of the present invention includes a stamper for press-molding a thermoplastic workpiece, a temperature adjusting unit for heating and cooling the stamper, and the stamper for the workpiece. And a controller for driving the electric motor, and a press molding apparatus including a motor that generates power for pressing and approaching and moving relatively. The controller causes the stamper to approach the position immediately before contacting the surface of the workpiece by position control, and then the stamper is heated to a temperature at which the workpiece can be thermally deformed by the temperature adjustment unit. If it is, the electric motor is driven by pressure control to press the stamper against the object to be pressed.
好適な実施形態では、前記スタンパを前記熱変形可能温度で前記加工対象物に押し付けた状態で所定時間が経過すると、前記コントローラが引き続き加圧力制御を行っている間、前記温度調節部が前記スタンパを冷却するようにしてもよい。   In a preferred embodiment, when a predetermined time elapses with the stamper being pressed against the workpiece at the heat-deformable temperature, the temperature adjusting unit is controlled by the stamper while the controller continues to perform the pressure control. You may make it cool.
好適な実施形態では、前記プレス成形により成型された前記加工対象物が前記スタンパから離型された後、前記コントローラは位置制御により前記スタンパを前記加工対象物から離反させるように前記電動機を駆動するようにしてもよい。   In a preferred embodiment, after the workpiece formed by the press molding is released from the stamper, the controller drives the electric motor so as to separate the stamper from the workpiece by position control. You may do it.
好適な実施形態では、前記コントローラは、前記加圧力制御において、前記スタンパを前記熱変形可能温度でプレス成型可能な第1の加圧力で、前記加工対象物に対して押し付けるように前記電動機を駆動し、その後、前記温度調節部により前記スタンパを冷却しながら前記第1の加圧力よりも小さい第2の加圧力で前記スタンパを押し付けるように前記電動機を駆動することもできる。   In a preferred embodiment, the controller drives the electric motor so as to press the stamper against the workpiece with a first pressurizing force capable of being press-molded at the heat-deformable temperature in the pressurizing control. Then, the electric motor can be driven so as to press the stamper with a second pressing force smaller than the first pressing force while cooling the stamper with the temperature adjusting unit.
好適な実施形態では、前記加工対象物と前記スタンパとの接触面に対してエアブローを吹き出すためのブロワをさらに備える。そして、前記コントローラは、前記加圧力制御において、前記加工対象物に対して前記第2の加圧力で前記スタンパを所定時間押し付けるように前記サーボモータを駆動した後、前記加工対象物に対する加圧力がゼロになるように制御し、前記加圧力がゼロであるときに、前記ブロワは前記加工対象物と前記スタンパとの接触面に対してエアブローを吹き出すようにしてもよい。   In a preferred embodiment, the apparatus further includes a blower for blowing an air blow to a contact surface between the workpiece and the stamper. In the pressurization control, the controller drives the servo motor so as to press the stamper against the workpiece with the second pressurizing force for a predetermined time, and then the pressurization force on the workpiece is The blower may be controlled to be zero, and when the pressure is zero, the blower may blow out an air blow to a contact surface between the workpiece and the stamper.
好適な実施形態では、前記スタンパが前記加工対象物の表面に接触する直前の位置にあるとき、前記スタンパ及び加工対象物を内部に収納した真空チャンバが形成されている。さらに、前記プレス成形装置は、前記真空チャンバ内の圧力を検出する圧力センサを備える。そして、前記コントローラは、前記圧力センサによって検出される前記真空チャンバ内の圧力が所定値以下になると、前記スタンパを前記加工対象物に押し付けるように前記サーボモータを駆動するようにしてもよい。   In a preferred embodiment, when the stamper is in a position immediately before contacting the surface of the workpiece, a vacuum chamber is formed in which the stamper and the workpiece are housed. Furthermore, the press molding apparatus includes a pressure sensor that detects a pressure in the vacuum chamber. The controller may drive the servo motor to press the stamper against the workpiece when the pressure in the vacuum chamber detected by the pressure sensor becomes a predetermined value or less.
以下、本発明の一実施形態に係るプレス成形装置について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, a press molding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るプレス成形装置1の概略構成を示す図である。プレス成形装置1は、同図に示すように加工対象物2をプレスするプレス部30と、プレス部30を制御するための構成とを備える。プレス部30を制御するための構成は、スライド21を上下運動させるための電動機であるサーボモータ11、11と、サーボモータ11、11の回転をスライド21の直線運動に変換する動力変換機構(プーリ12、12、タイミングベルト13、13、ボールスクリュー14、14)と、サーボモータ11、11を駆動するコントローラ17とを備える。コントローラ17は、スライド位置検出手段23、23の出力に基づいて、位置制御によりサーボモータ11、11を駆動するための制御信号を出力し、加圧力検出手段24、24の出力に基づいて、加圧力制御によりサーボモータ11、11を駆動するための制御信号を出力する。コントローラ17が出力する制御信号の詳細については、後述する。サーボアンプ16、16がコントローラ17から制御信号を受け付けると、この制御信号とエンコーダ15、15の出力に基づいてサーボモータ11、11に対して出力する電流を制御する。すなわち、コントローラ17からの指示によりサーボモータ11が動作し、スライド21に取り付けられた後述するスタンパが加工対象物2に接近及び離反する。さらに、コントローラ17の指示によりスタンパが加工対象物2に押しつけられて、加工対象物2がプレス成形される。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a press forming apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the press molding apparatus 1 includes a press unit 30 that presses the workpiece 2 and a configuration for controlling the press unit 30. The configuration for controlling the press unit 30 includes servo motors 11 and 11 that are electric motors for moving the slide 21 up and down, and a power conversion mechanism (pulley) that converts rotation of the servo motors 11 and 11 into linear motion of the slide 21. 12, 12, timing belts 13 and 13, ball screws 14 and 14), and a controller 17 for driving the servo motors 11 and 11. The controller 17 outputs a control signal for driving the servo motors 11 and 11 by position control based on the outputs of the slide position detecting means 23 and 23, and based on the outputs of the pressure detection means 24 and 24, A control signal for driving the servo motors 11 and 11 is output by pressure control. Details of the control signal output by the controller 17 will be described later. When the servo amplifiers 16 and 16 receive a control signal from the controller 17, the current output to the servo motors 11 and 11 is controlled based on the control signal and the outputs of the encoders 15 and 15. That is, the servo motor 11 operates in accordance with an instruction from the controller 17, and a stamper (described later) attached to the slide 21 approaches and separates from the workpiece 2. Further, the stamper is pressed against the workpiece 2 according to an instruction from the controller 17, and the workpiece 2 is press-molded.
図2は、プレス部30の詳細な構成を示す断面図である。プレス部30は、スライド21に結合している上ケース31とボルスター22に結合している下ケース32とを有する。スライド21の上下動にあわせて、上ケース31が上下に移動する。そして、上ケース31と下ケース32が接する部分には、それぞれ真空パッキン39、39、39、39が取り付けられている。そして、上ケース31が下降して上ケース31に取り付けられている真空パッキン39、39と下ケース32に取り付けられている真空パッキン39、39とが接すると、上ケース31及び下ケース32の内部に密閉された空間(真空チャンバ)が形成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a detailed configuration of the press unit 30. The press unit 30 includes an upper case 31 coupled to the slide 21 and a lower case 32 coupled to the bolster 22. As the slide 21 moves up and down, the upper case 31 moves up and down. And the vacuum packing 39, 39, 39, 39 is attached to the part which the upper case 31 and the lower case 32 contact, respectively. When the upper packing 31 is lowered and the vacuum packings 39 and 39 attached to the upper case 31 come into contact with the vacuum packings 39 and 39 attached to the lower case 32, the inside of the upper case 31 and the lower case 32 A sealed space (vacuum chamber) is formed.
上ケース31は、エアブローを生成するブロワ41、41と、エアブローを吹き出すノズル42、42とを備える。このエアブローは、プレス成形後に、スタンパ35から加工対象物2を離型するために、スタンパ35と加工対象物2の接触面付近に吹き付けられる。エアブローを吹き付けるタイミング等については後述する。   The upper case 31 includes blowers 41 and 41 that generate an air blow, and nozzles 42 and 42 that blow out the air blow. This air blow is blown near the contact surface between the stamper 35 and the workpiece 2 in order to release the workpiece 2 from the stamper 35 after press molding. The timing of blowing the air blow will be described later.
下ケース32には、真空吸引口37が設けられていて、ポンプ40で空気が吸引されると、真空チャンバ内を真空または減圧状態にすることができる。また、下ケース32には、真空チャンバ内の圧力を検出するための圧力センサ36が取り付けられている。   The lower case 32 is provided with a vacuum suction port 37. When air is sucked by the pump 40, the inside of the vacuum chamber can be evacuated or decompressed. The lower case 32 is attached with a pressure sensor 36 for detecting the pressure in the vacuum chamber.
上ケース31および下ケース32のそれぞれの内側には、外側から内側へ向かって断熱板33、33と、板状の温度調節容器(以下、温度調節プレートという)34、34と、所定の凹凸パターンを加工対象物2に転写するためのスタンパ35、35とが、この順序で積層されて構成されている。温度調節プレート34、34には、温度調節プレートの温度を検出するための温度センサ38、38が設けられている。   Inside each of the upper case 31 and the lower case 32, heat insulating plates 33, 33, plate-like temperature control containers (hereinafter referred to as temperature control plates) 34, 34, and a predetermined uneven pattern are formed from the outside to the inside. The stampers 35 and 35 for transferring the material to the workpiece 2 are stacked in this order. The temperature control plates 34, 34 are provided with temperature sensors 38, 38 for detecting the temperature of the temperature control plate.
温度調節プレート34、34は、内部に液体または気体などの流体が流れるための流路が設けられている。そして、この流路に所定の温度の流体を流すことにより、スタンパ35、35の加熱及び冷却を行う。このとき、コントローラ17が温度調節プレート34、34内の流路に流す流体の温度を制御することにより、温度調節プレート34、34の加熱温度及び冷却温度を定めることができる。   The temperature control plates 34, 34 are provided with flow paths through which fluid such as liquid or gas flows. The stampers 35 and 35 are heated and cooled by flowing a fluid having a predetermined temperature through the flow path. At this time, the controller 17 can determine the heating temperature and the cooling temperature of the temperature adjustment plates 34, 34 by controlling the temperature of the fluid flowing through the flow paths in the temperature adjustment plates 34, 34.
このように温度調節部には、温度調節プレート34,34と温度センサ38,38を備えている。また、好ましくはさらに断熱版33を備えている。   As described above, the temperature adjustment unit includes the temperature adjustment plates 34 and 34 and the temperature sensors 38 and 38. Further, preferably, a heat insulating plate 33 is further provided.
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用の板である。スタンパ35、35は、それぞれ、例えば導光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の、0.2〜0.5mm程度の厚さを有する薄膜である。   The workpiece 2 is a plate made of a thermoplastic resin, for example, a light guide plate made of acrylic or polycarbonate. Each of the stampers 35 and 35 is a thin film having a thickness of about 0.2 to 0.5 mm made of nickel having, for example, an uneven shape to be formed on the surface of the light guide plate.
次に、図3〜図8を用いて、本実施形態に係るプレス成形装置1の動作の1サイクルについて説明する。図3は、プレス成形装置の1周期における上下方向のスライド位置の時間変化を示す図である。図4は、1周期におけるプレス成形装置の主な動作に関するタイムテーブルである。図5は、プレス部30の1周期の動作の様子を模式的に示す図である。図6〜8は、1周期の動作を示すフローチャートである。   Next, 1 cycle of operation | movement of the press molding apparatus 1 which concerns on this embodiment is demonstrated using FIGS. FIG. 3 is a diagram showing a temporal change in the slide position in the vertical direction in one cycle of the press molding apparatus. FIG. 4 is a time table regarding main operations of the press molding apparatus in one cycle. FIG. 5 is a diagram schematically showing the behavior of the pressing unit 30 in one cycle. 6 to 8 are flowcharts showing an operation in one cycle.
まず、スライド21が上限位置で停止した状態で(A)、温度調節プレート34、34の加熱が開始される(a〜f)。このときの加熱温度は、加工対象物2が熱変形可能な温度である。なお、この時点では、図4に示すように、コントローラ17等によるスライドモーションの制御は、位置制御で行われている(a〜d)(S101、102)。   First, with the slide 21 stopped at the upper limit position (A), heating of the temperature control plates 34 and 34 is started (af). The heating temperature at this time is a temperature at which the workpiece 2 can be thermally deformed. At this time, as shown in FIG. 4, the control of the slide motion by the controller 17 or the like is performed by position control (ad) (S101, 102).
この状態で、加工対象物2がプレス部30内に搬入される(b)。このとき、下側のスタンパ35上の所定位置に加工対象物2を乗せてもよいし、図示しない加工対象物の保持装置によりスタンパ35、35に接触しないように加工対象物2を保持してもよい(S103)。   In this state, the workpiece 2 is carried into the press unit 30 (b). At this time, the workpiece 2 may be placed at a predetermined position on the lower stamper 35, or the workpiece 2 is held so as not to contact the stampers 35, 35 by a holding device for the workpiece not shown. (S103).
加工対象物2がプレス部30内に搬入されると、図示しない加工対象物の検出手段が、加工対象物2が所定位置にあることを確認する(B)。そして、コントローラ17は、スライド21を高速で下降させるための制御指令を出力する(c)。すなわち、サーボアンプ16、16がコントローラ17からの制御指令に基づいてサーボモータ11、11に出力する電流を制御し、サーボモータ11、11の回転方向及び速度を制御する。このとき、コントローラ17は、スライド位置検出手段23が出力するスライドの現在位置と、位置制御の目標位置であるスライドの待機位置とが一致するように制御指令を出力する。ここで、スライドの待機位置は、上下ケース31、32が閉じ、上側のスタンパ35が加工対象物2の表面に接触する直前の位置である(S104、105)。   When the workpiece 2 is carried into the press unit 30, a workpiece detection means (not shown) confirms that the workpiece 2 is in a predetermined position (B). Then, the controller 17 outputs a control command for lowering the slide 21 at a high speed (c). That is, the servo amplifiers 16 and 16 control the current output to the servomotors 11 and 11 based on the control command from the controller 17, and control the rotation direction and speed of the servomotors 11 and 11. At this time, the controller 17 outputs a control command so that the current slide position output by the slide position detection means 23 and the slide standby position, which is the target position for position control, coincide. Here, the slide standby position is a position immediately before the upper and lower cases 31 and 32 are closed and the upper stamper 35 contacts the surface of the workpiece 2 (S104, 105).
スライド21が待機位置まで下降すると(C)、上下ケース31、32の内側に真空チャンバが形成されるので、ポンプ40により真空吸引口37を介して真空引が開始される(d〜f)(S106)。   When the slide 21 is lowered to the standby position (C), a vacuum chamber is formed inside the upper and lower cases 31 and 32, and thus vacuuming is started by the pump 40 through the vacuum suction port 37 (d to f) ( S106).
ここで、コントローラ17は、圧力センサ36の出力により真空チャンバ内の空気圧、温度センサ38の出力により温度調節プレート34の温度を計測する。そして、真空チャンバ内の空気圧が熱転写成形に必要な所定の空気圧に到達し、かつ温度調節プレート34の温度が転写成形に必要な所定の温度に到達すると(S107)、コントローラ17は、スライドモーションを加圧力制御に切り替える(e〜h)。すなわち、コントローラ17は、加圧力検出手段24によって得られるスライド21の加圧力が、所定の加圧力になるようにサーボモータ11、11の制御指令を出力する。これにより、スライド21が下降して、加工対象物2に対してスタンパ35による熱転写成型が行われる(e)(S110)。   Here, the controller 17 measures the air pressure in the vacuum chamber by the output of the pressure sensor 36 and the temperature of the temperature adjustment plate 34 by the output of the temperature sensor 38. When the air pressure in the vacuum chamber reaches a predetermined air pressure required for thermal transfer molding and the temperature of the temperature adjustment plate 34 reaches a predetermined temperature required for transfer molding (S107), the controller 17 performs a slide motion. Switch to pressure control (eh). That is, the controller 17 outputs a control command for the servo motors 11 and 11 so that the pressure applied to the slide 21 obtained by the pressure detection means 24 becomes a predetermined pressure. As a result, the slide 21 is lowered and thermal transfer molding is performed on the workpiece 2 by the stamper 35 (e) (S110).
なお、スライド21が待機位置に到達した時点から所定時間内に、温度調節プレート34、34の温度と、真空チャンバ内の真空度が所定値に達しない場合は、プレス成形装置1を停止するようにしてもよい(S108)。   If the temperature of the temperature control plates 34 and 34 and the degree of vacuum in the vacuum chamber do not reach the predetermined values within a predetermined time from the time when the slide 21 reaches the standby position, the press molding apparatus 1 is stopped. It may be made (S108).
ここで、スライド21を駆動するサーボモータ11を複数台備えた複数ポイントのプレス成型装置の場合、加圧力検出手段23によって得られるスライド21の加圧力は、スライド全体にかかる総加圧力として得られる。これに対して、スライド21を上下動させたときのスライド21の位置は、各ポイント近傍に設けられたスライド位置検出手段23によって、各ポイント毎にスライドの位置が独立に検出される。そして、スライド21の加圧力が設定された加圧力になるように加圧力制御によってスライドを上下動させる場合(区間e〜h)であっても、各ポイント毎のスライド位置情報に基づいて、スライド下面の平行度が保たれるように、各ポイント毎のサーボモータの回転は独立に制御される。よって、本実施形態のように、1台のプレス成形装置でサーボモータ11を多数個取り付けて成形する場合も、加工対象物2の板厚のバラツキに関わらず、成形品の成形面の平行度が保たれる。さらに、複数の加工対象物を同時に成形する多数個取り成形の場合でも、加工対象物間の板厚のバラツキに関わらず、成型品の成形面の平行度が保たれる。   Here, in the case of a multi-point press molding apparatus provided with a plurality of servo motors 11 for driving the slide 21, the applied pressure of the slide 21 obtained by the applied pressure detecting means 23 is obtained as a total applied pressure applied to the entire slide. . On the other hand, the position of the slide 21 when the slide 21 is moved up and down is independently detected for each point by the slide position detecting means 23 provided in the vicinity of each point. Even when the slide is moved up and down by the pressure control so that the pressure of the slide 21 becomes the set pressure (sections e to h), the slide is moved based on the slide position information for each point. The rotation of the servo motor at each point is independently controlled so that the parallelism of the lower surface is maintained. Therefore, even when a large number of servo motors 11 are attached and molded by a single press molding apparatus as in the present embodiment, the parallelism of the molding surface of the molded product regardless of variations in the thickness of the workpiece 2. Is preserved. Furthermore, even in the case of multi-cavity molding in which a plurality of workpieces are molded at the same time, the parallelism of the molding surface of the molded product is maintained regardless of variations in the plate thickness between the workpieces.
なお、スライド21を加圧力制御する場合は、常にスライド21の位置が所定の下限位置から上限位置の範囲内にあるかをチェックし、この範囲から外れた場合はプレス成形装置1を停止するようにしてもよい。ここで、スライド21の上限位置(上死点)は材料、成形品の搬入搬出が容易に行える高さに設定され、スライド21の下限位置は上下のスタンパが接触して破損をしない高さに設定する(S111)。   When controlling the pressure of the slide 21, it is always checked whether the position of the slide 21 is within the range from the predetermined lower limit position to the upper limit position. If the slide 21 is out of this range, the press molding apparatus 1 is stopped. It may be. Here, the upper limit position (top dead center) of the slide 21 is set to a height at which the material and the molded product can be easily carried in and out, and the lower limit position of the slide 21 is set to a height at which the upper and lower stampers do not touch and break. Set (S111).
加圧力制御を行っている間は、コントローラ17は加圧力検出手段24の出力に基づいて加圧力を監視する。そして、スライド21の加圧力が熱転写成型に必要な所定の転写加圧力になるよう、加圧力を増加する(e)。そして、加圧力が転写加圧力に到達したら(D)、コントローラ17は、所定の保持時間の間、スライド21の加圧力が転写加圧力に保持されるように加圧力を制御する(f)。この保持時間は、転写精度を向上させるために設定するものである。従って、転写精度上問題がなければ、保持時間はゼロであってもよい(S113、S114)。   While the pressure control is being performed, the controller 17 monitors the pressure based on the output of the pressure detection means 24. Then, the pressing force is increased so that the pressing force of the slide 21 becomes a predetermined transfer pressing force necessary for the thermal transfer molding (e). When the pressing force reaches the transfer pressing force (D), the controller 17 controls the pressing force so that the pressing force of the slide 21 is held at the transfer pressing force for a predetermined holding time (f). This holding time is set in order to improve the transfer accuracy. Therefore, if there is no problem in transfer accuracy, the holding time may be zero (S113, S114).
転写加圧力での転写が保持時間だけ保持されると、温度調節プレート34の冷却が開始されるとともに、真空チャンバは大気開放される(g〜j)(S115、116)。そして、コントローラ17は、加圧力検出手段24の出力によって計測されるスライド21の加圧力が所定の保持加圧力になるように制御指令を出力する。このとき、保持加圧力は転写加圧力よりも小さくてよいので、スライド21がやや上昇する(E)(S117)。保持加圧力は、例えば、転写加圧力の1/4〜1/2程度でよい。保持加圧力を転写加圧力よりも小さく設定することで、サーボモータの消費電力の低減を図れると共に、プレス成形装置1の最大加圧能力の低減も可能になり、設備コストの低減も図れる。   When the transfer with the transfer pressure is held for the holding time, cooling of the temperature control plate 34 is started and the vacuum chamber is opened to the atmosphere (g to j) (S115, 116). Then, the controller 17 outputs a control command so that the pressing force of the slide 21 measured by the output of the pressing force detection means 24 becomes a predetermined holding pressing force. At this time, since the holding pressure may be smaller than the transfer pressure, the slide 21 slightly rises (E) (S117). The holding pressure may be, for example, about 1/4 to 1/2 of the transfer pressure. By setting the holding pressure to be smaller than the transfer pressure, the power consumption of the servo motor can be reduced, the maximum pressurization capacity of the press molding apparatus 1 can be reduced, and the equipment cost can be reduced.
保持加圧力で加圧している間、コントローラ17は、圧力センサ36の出力に基づいて真空チャンバ内の圧力を監視し、温度センサ38の出力に基づいて温度調節プレート34の温度を監視している(S118〜S122)。そして、真空チャンバ内の圧力が大気圧になり、かつ温度調節プレート34の温度が離型に適した温度になると、このときに、スタンパ35、35から成形された加工対象物2の離型を促進するために、スタンパ35、35と加工対象物2との接触面付近に、ノズル42、42を介してブロワ41、41が生成するエアブローを吹き付ける(h)(S123)。このエアブローにより加工対象物2とスタンパ35、35との間に空気が入り、離型しやすくなる。また、エアブローにより加工対象物2及びスタンパ35、35の温度がわずかに下がるので、この瞬間に加工対象物2が収縮し、スタンパ35との間に空気が入りやすくなる。   While pressurizing with the holding pressure, the controller 17 monitors the pressure in the vacuum chamber based on the output of the pressure sensor 36, and monitors the temperature of the temperature adjustment plate 34 based on the output of the temperature sensor 38. (S118-S122). Then, when the pressure in the vacuum chamber becomes atmospheric pressure and the temperature of the temperature control plate 34 becomes a temperature suitable for release, at this time, the release of the workpiece 2 formed from the stampers 35 and 35 is performed. In order to promote, the air blow which the blowers 41 and 41 generate | occur | produce is blown through the nozzles 42 and 42 in the vicinity of the contact surface of the stampers 35 and 35 and the workpiece 2 (h) (S123). By this air blow, air enters between the workpiece 2 and the stampers 35 and 35, and it becomes easy to release. In addition, since the temperature of the workpiece 2 and the stampers 35 and 35 is slightly lowered by the air blow, the workpiece 2 contracts at this moment, and air easily enters the stamper 35.
エアブローを吹き出しているときに、コントローラ17は、加圧力検出手段24の出力に基づいて、スライド21の加圧力がゼロになるように制御する。これにより、スライド21が上昇し、加圧力がゼロになるか、あるいは、加工対象物2とスタンパ35、35との間にわずかに隙間ができる状態となる(F)(S124〜S128)。   When the air blow is blown out, the controller 17 controls the slide 21 so that the pressure applied to the slide 21 becomes zero based on the output of the pressure detection means 24. As a result, the slide 21 rises, and the pressing force becomes zero, or a slight gap is created between the workpiece 2 and the stampers 35 and 35 (F) (S124 to S128).
エアブローを用いて離型促進をすることにより、より高温での加工対象物2とスタンパ35との離型が可能になり、スタンパ35の冷却温度を高めに設定することが可能になる。つまり、例えば加工対象物2がアクリル板であるとき、熱変形可能な軟化温度よりわずかに低い温度(例えば80℃くらい)まで冷却すればアクリル板は硬化して成形が完了するが、この温度では離型しづらい。一方、軟化温度よりもさらに低い温度(例えば60℃くらい)まで冷却すると、容易に離型できるが、次の加工対象物を加工するために再加熱することを考慮すると好ましくない。これらの問題がエアブローにより解決される。   By promoting the release using air blow, the workpiece 2 and the stamper 35 can be released at a higher temperature, and the cooling temperature of the stamper 35 can be set higher. That is, for example, when the workpiece 2 is an acrylic plate, the acrylic plate is cured and molding is completed by cooling to a temperature slightly lower than the softening temperature at which heat deformation is possible (for example, about 80 ° C.). Difficult to release. On the other hand, when it is cooled to a temperature lower than the softening temperature (for example, about 60 ° C.), it can be easily released, but it is not preferable in consideration of reheating to process the next workpiece. These problems are solved by air blow.
上述の通り、エアブローによりスタンパ35の冷却温度を加工対象物の軟化温度よりわずかに低い温度に設定することができる。この結果、スタンパ35の加熱温度と冷却温度との温度差を小さくでき、温度調節プレートの昇温、冷却に要する時間の短縮することができ、生産性を向上することができる。また、昇温に要する熱量も小さくなり、スタンパの温調のためのランニングコストの低減できる。   As described above, the cooling temperature of the stamper 35 can be set to a temperature slightly lower than the softening temperature of the workpiece by air blowing. As a result, the temperature difference between the heating temperature and the cooling temperature of the stamper 35 can be reduced, the time required for temperature rise and cooling of the temperature control plate can be shortened, and productivity can be improved. In addition, the amount of heat required for temperature increase is reduced, and the running cost for temperature control of the stamper can be reduced.
図示しない検出手段で加工対象物2がスタンパ35、35から離型したことを確認するとエアブローを終了し、コントローラ17は、スライドモーションを位置制御に変換して、スライド21をスライド上限まで高速で上昇させて停止させる(i、G)。そして、成形された加工対象物2をプレス部30から搬出する(j)。ここで、加工対象物2の搬出が確認されると、1サイクルが終了する(H)(S129〜S133)。   When it is confirmed by the detection means (not shown) that the workpiece 2 has been released from the stampers 35, 35, the air blow is finished, and the controller 17 converts the slide motion into position control and raises the slide 21 to the upper limit of the slide at a high speed. To stop (i, G). Then, the molded workpiece 2 is unloaded from the press unit 30 (j). Here, when the removal of the workpiece 2 is confirmed, one cycle is completed (H) (S129 to S133).
本実施形態によれば、電動サーボモータを用いたプレス成形装置であるから、クリーンルーム内での使用に適するとともに、生産速度の向上及び成形品の品質の向上の両立を図れる。   According to this embodiment, since it is a press molding apparatus using an electric servo motor, it is suitable for use in a clean room, and at the same time, it is possible to improve both the production speed and the quality of the molded product.
また、電動サーボモータを用いると、スライドの移動速度が速いので、スライドの移動距離(ストローク長)を長くしても生産性を低下させることがない。そして、スライドのストローク長を長くすると、材料の搬入搬出の自動化装置との連動が容易になり、さらに生産性が向上する。   Further, when the electric servo motor is used, the slide moving speed is fast, so that productivity is not lowered even if the slide moving distance (stroke length) is increased. And if the stroke length of a slide is lengthened, interlock | cooperation with the automation apparatus of material carrying in / out will become easy, and also productivity will improve.
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。   The above-described embodiments of the present invention are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention only to those embodiments. Those skilled in the art can implement the present invention in various other modes without departing from the gist of the present invention.
例えば、エアブローによる離型の促進は、油圧プレスを用いたプレス成形装置においても利用可能である。   For example, the promotion of mold release by air blow can also be used in a press molding apparatus using a hydraulic press.
本発明の一実施形態に係るプレス成形装置1の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a press molding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. プレス部30の詳細な構成を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a press unit 30. FIG. プレス成形装置の1周期における上下方向のスライド位置の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the slide position of the up-down direction in 1 period of a press molding apparatus. 1周期におけるプレス成形装置の主な動作に関するタイムテーブルである。It is a timetable regarding main operation | movement of the press molding apparatus in 1 period. プレス部30の1周期の動作の様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of operation | movement of 1 period of the press part. プレス成形装置の動作を示すフローチャート(1)である。It is a flowchart (1) which shows operation | movement of a press molding apparatus. プレス成形装置の動作を示すフローチャート(2)である。It is a flowchart (2) which shows operation | movement of a press molding apparatus. プレス成形装置の動作を示すフローチャート(3)である。It is a flowchart (3) which shows operation | movement of a press molding apparatus.
符号の説明Explanation of symbols
1 プレス成形装置
2 加工対象物
11 サーボモータ
12 プーリ
13 タイミングベルト
14 ボールスクリュー
15 エンコーダ
16 サーボアンプ
17 コントローラ
21 スライド
22 ボルスター
23 スライド位置検出手段
23 加圧力検出手段
24 加圧力検出手段
30 プレス部
31 上ケース
32 下ケース
33 断熱板
34 温度調節プレート
35 スタンパ
36 圧力センサ
37 真空吸引口
38 温度センサ
39 真空パッキン
40 ポンプ
41 ブロワ
42 ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Press molding apparatus 2 Work object 11 Servo motor 12 Pulley 13 Timing belt 14 Ball screw 15 Encoder 16 Servo amplifier 17 Controller 21 Slide 22 Bolster 23 Slide position detection means 23 Pressure detection means 24 Pressure detection means 30 Press part 31 Top Case 32 Lower case 33 Heat insulating plate 34 Temperature control plate 35 Stamper 36 Pressure sensor 37 Vacuum suction port 38 Temperature sensor 39 Vacuum packing 40 Pump 41 Blower 42 Nozzle

Claims (6)

  1. 熱可塑性の加工対象物をプレス成形するためのスタンパと、
    前記スタンパを加熱および冷却するための温度調節部と、
    前記スタンパを前記加工対象物に対して相対的に接近及び離反させ、且つ押しつけるための動力を発生させる電動機と、
    前記電動機を駆動するコントローラとを備えたプレス成形装置であって、
    前記コントローラは、位置制御により前記スタンパを前記加工対象物の表面に接触する直前の位置まで接近させ、その後、前記スタンパが前記温度調節部によって前記加工対象物が熱変形可能な温度まで加熱されている場合に、加圧力制御により前記電動機を駆動して前記スタンパを前記加工対象物に押し付けてプレス成型をするプレス成形装置。
    A stamper for press-molding a thermoplastic workpiece,
    A temperature control unit for heating and cooling the stamper;
    An electric motor for generating power for moving the stamper relative to and away from the workpiece and pressing the stamper;
    A press molding apparatus comprising a controller for driving the electric motor,
    The controller causes the stamper to approach the position immediately before contacting the surface of the workpiece by position control, and then the stamper is heated to a temperature at which the workpiece can be thermally deformed by the temperature adjustment unit. A press molding apparatus that presses the stamper against the workpiece to perform press molding by driving the electric motor under pressure control.
  2. 前記スタンパを前記熱変形可能温度で前記加工対象物に押し付けた状態で所定時間が経過すると、
    前記コントローラが引き続き加圧力制御を行っている間、前記温度調節部が前記スタンパを冷却する請求項1に記載のプレス成形装置。
    When a predetermined time elapses while the stamper is pressed against the workpiece at the heat-deformable temperature,
    The press molding apparatus according to claim 1, wherein the temperature adjusting unit cools the stamper while the controller continues to control the pressure.
  3. 前記プレス成形により成型された前記加工対象物が前記スタンパから離型された後、前記コントローラは位置制御により前記スタンパを前記加工対象物から離反させるように前記電動機を駆動する請求項2に記載のプレス成形装置。   The said controller drives the said motor so that the said stamper may be separated from the said workpiece by position control after the said workpiece formed by the said press molding was released from the said stamper. Press molding equipment.
  4. 前記コントローラは、前記加圧力制御において、前記スタンパを前記熱変形可能温度でプレス成型可能な第1の加圧力で、前記加工対象物に対して押し付けるように前記電動機を駆動し、その後、前記温度調節部により前記スタンパを冷却しながら前記第1の加圧力よりも小さい第2の加圧力で前記スタンパを押し付けるように前記電動機を駆動する請求項1に記載のプレス成形装置。   The controller drives the electric motor so as to press the stamper against the workpiece with a first pressurizing force capable of press-molding the stamper at the heat-deformable temperature in the pressurizing control, and then the temperature The press molding apparatus according to claim 1, wherein the electric motor is driven so as to press the stamper with a second pressurizing force smaller than the first pressurizing force while cooling the stamper by the adjusting unit.
  5. 前記加工対象物と前記スタンパとの接触面に対してエアブローを吹き出すためのブロワをさらに備え、
    前記コントローラは、前記加圧力制御において、前記加工対象物に対して前記第2の加圧力で前記スタンパを所定時間押し付けるように前記電動機を駆動した後、前記加工対象物に対する加圧力がゼロになるように制御し、
    前記加圧力がゼロであるときに、前記ブロワは前記加工対象物と前記スタンパとの接触面に対してエアブローを吹き出す請求項4に記載のプレス成形装置。
    A blower for blowing out air blow to the contact surface between the workpiece and the stamper;
    In the pressurizing force control, the controller drives the electric motor so as to press the stamper against the workpiece with the second pressurizing force for a predetermined time, and then the pressurizing force on the workpiece becomes zero. To control and
    The press molding apparatus according to claim 4, wherein when the pressure is zero, the blower blows air blow to a contact surface between the workpiece and the stamper.
  6. 前記スタンパが前記加工対象物の表面に接触する直前の位置にあるとき、前記スタンパ及び加工対象物を内部に収納した真空チャンバが形成されていて、
    前記プレス成形装置は、前記真空チャンバ内の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記圧力センサによって検出される前記真空チャンバ内の圧力が所定値以下になると、前記スタンパを前記加工対象物に押し付けるように前記電動機を駆動する請求項1に記載のプレス成形装置。
    When the stamper is in a position immediately before contacting the surface of the workpiece, a vacuum chamber is formed in which the stamper and the workpiece are housed.
    The press molding apparatus further includes a pressure sensor for detecting the pressure in the vacuum chamber,
    2. The press molding apparatus according to claim 1, wherein the controller drives the electric motor to press the stamper against the workpiece when a pressure in the vacuum chamber detected by the pressure sensor becomes a predetermined value or less.
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