JP2006175448A - 熱転写プレス機械および熱転写プレス方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の温調プレート16の流路163に蒸気を流通させて温調プレート16を加熱する。一対の温調プレート16には、蒸気の圧力を調整することで温調プレート16の温度を調整する圧力調整器21がそれぞれ独立して設けられている。一対の温調プレート16の温度をそれぞれ独立して制御できるので、基材5両面の温度を等しくすることができ、基材5の反りを防止できる。また温調プレート16を所定温度に加熱した後に、スタンパ17を基材5に所定圧力で押しつけるので、基材5の表面が確実に溶融し、凹凸パターンを良好に転写できる。
【選択図】図6
Description
第3の発明は、第1の発明または第2の発明の熱転写プレス機械において、温調プレートの流路内には、水が流通可能に構成され、温調プレートには、流路内の水の流量を調整する流量調整手段がそれぞれ独立して設けられていることを特徴とする。
第4の発明は、第3の発明の熱転写プレス機械において、流量調整手段は、温調プレートの流路の入口側および出口側に設けられていることを特徴とする。
温調プレートの温度を蒸気で調整するために、温調プレートに例えばボイラを接続することにより流路内に流通させる流体(蒸気)を簡単に入手可能となる。また、温調プレートの温度を蒸気で調整するので、熱伝達率が良好となり、温調プレートが短時間で加熱される。これにより、熱転写プレス加工のサイクルタイムが短縮される。さらに、温調プレートの温度を蒸気で調整するので、蒸気は沸点により温度が規制されるから、温調プレートを加熱する際の温度制御性が良好となる。
温調プレートの流路に蒸気を流通させると、蒸気の温度変化によって圧力が大きく変動する。特に、蒸気の温度や温調プレートの温度によっては蒸気の一部が凝縮して温水となる場合があり、この時生じる凝縮熱によって温調プレートが加熱されることがある。このような場合には、流路中の蒸気の圧力が変動するが、圧力調整手段が独立に設けられているので、蒸気の圧力を調整することでスライド側およびボルスタ側の温調プレートの温度の調整が行える。特に、例えば熱転写プレス機械に、温調プレートおよびその流路が略水平に配置され、かつ蒸気の一部が温度調整の段階で凝縮されることにより、流路内の流体が蒸気とその凝縮液との二相による流れとなる場合には、スライド側およびボルスタ側の温調プレートの流路内で熱伝達に違いが生じる場合がある。すなわち、基材の両面で温度が異なる可能性がある。この発明によれば、スライド側およびボルスタ側の温調プレートにそれぞれ独立して圧力調整器が設けられているので、これらの温調プレートの温度が独立して調整され、流路内が前述のような二相による流れとなった場合でも温度の調整が適切に行われる。
ここで、基材の片面のみに凹凸パターンが形成される場合には、温調プレートの片方のみにスタンパが取り付けられればよい。また、基材の両面に凹凸パターンが形成される場合には、温調プレートの両方にスタンパが取り付けられることとなる。
また、温調プレートの冷却媒体として水を使用するので、入手およびその取扱が簡単となる。
さらに、蒸気が流通する流路と同じ流路に水が流通可能に構成されているので、温調プレート内部により多くの流路が形成可能となり、温調プレートの加熱、冷却がより高効率となる。また、この場合にも、加熱に使用する流体(蒸気)と冷却に使用する流体(水)が同一なので、同じ流路に流通させて混合しても不具合が発生することがないから、流体の切換が簡単となるとともに、取扱性が良好となる。
第4の発明によれば、流量調整手段が流路の入口側および出口側に設けられているので、流量の制御がより高精度となり、温調プレートの温度がより一層高精度に調整される。
加熱工程によって温調プレートの温度を所定温度に加熱した後に、スタンパを基材に対して加圧する加圧工程を行うので、加圧工程では凹凸パターンの転写に必要な温度が確実に確保され、転写不良などの不具合の発生が確実に防止される。
加熱工程においては、温調プレートの加熱に蒸気を用いているので、短時間で温調プレートの加熱が行え、加熱工程の時間が短縮される。
また、加圧工程中には温調プレート内に蒸気が流通し温調プレートが所定温度に加熱調整されているため、加圧工程中にも温調プレートの温度が一定に保持され、転写工程が確実かつ安定して行われ、スタンパの凹凸パターンが良好に基材に転写される。そして、転写工程中の温度低下が防止されるので、転写時間が短縮される。
加圧工程中に、流路内の流体を蒸気から水に切り換えるので、同じ流路を用いて加熱および冷却が可能となり、加熱効率および冷却効率が良好となる。
図1には、本発明の一実施形態にかかる熱転写プレス機械1の全体図が示されている。本実施形態では、熱転写プレス機械1は、基材5(図3参照)に凹凸パターンを熱転写することによって、液晶ディスプレイのバックライトに用いられる導光板を製造するものである。ここで、導光板の寸法としては、例えば厚み約0.5mm〜8mm程度で、17インチのものが考えられる。なお、基材5としては、例えばアクリルやポリカーボネイトなどの熱可塑性樹脂で構成される板状部材が採用できる。
クラウン12内部には、スライド13を上下動させるスライド駆動装置130(図6参照)が内蔵されており、このスライド駆動装置130によってスライド13が上下動すると、対向するスタンパ17が近接離間し、スタンパ17の間に配置される基材5がプレス加工される。スライド13とボルスタ14との間には、複数本(本実施形態では四本)のガイド13Aが上下方向に配置されており、スライド13の上下動をガイドしている。なお、スライド駆動装置130は、スライド13を任意の位置で制御できるサーボモータまたは油圧シリンダを備えている。
温調プレート16は、それぞれ断熱材15に密着して取り付けられている。
温調プレート16およびスタンパ17は熱転写プレス機械1の前後方向(図1の紙面に垂直な方向)に二つ配列され、つまり一回のプレス加工について二枚の導光板が製造されることとなる。
なお、取り付け孔164は、一対の温調プレート16それぞれについて異なる配置で形成されている。つまり、一対の温調プレート16を対向配置した状態で、互いに対向する取り付け孔164は、その中心位置が一致せず、プレート部161の長手方向に沿って互いに隣接する位置に形成されている。このような配置により、一対の温調プレート16が互いに近接した際に一方の温調プレート16の取り付け孔164を貫通するボルト164Aの頭が、対向する温調プレート16の取り付け孔164を貫通するボルト164Aの頭に干渉するのが防止される。
また、取り付け孔164の径寸法は、ボルト164Aの径寸法よりも若干大きく形成されており、プレート部161の流路163に蒸気や水を流通させることによってプレート部161が伸縮した場合にも、この伸縮量を許容する。したがって、プレート部161の伸縮による応力集中や歪みなどの発生が防止される。
ここで、ボルトよけ孔165は、取り付け孔164と同様に、その径寸法がボルト164Aの頭の寸法より大きく形成されており、この形状により、温調プレート16がある程度の寸法範囲で伸縮してもその伸縮を許容可能となっている。
なお、他方の位置決め孔166Bの長軸方向は、一方の位置決め孔166Aの中心と他方の位置決め孔166Bの中心とを結んだ線に沿って配置されるものに限らず、当該線にほぼ平行であれば、多少の角度を有して配置されていてもよい。
また、温調プレート16の長手方向が熱転写プレス機械1のワーク搬送方向と略直交する方向(図1の紙面に直交する方向)に沿って配置されている。このため、例えば型替えなどの際にボルスタ14を熱転写プレス機械1の左右方向に移動させる場合でも、配管192がアプライト11に干渉することがないので、温調プレート16を取り外すことなくボルスタ14の移動を行える。
ここで、温調プレート16およびスタンパ17は、伸縮などによる互いの相対位置のずれを防止するために熱膨張係数が近い材料で構成されることが好ましく、同一材料で構成されることがより望ましい。本実施形態では、温調プレート16は鉄で、スタンパ17はニッケルで構成されており、互いに熱膨張率が近い材料の組み合わせとなっている。
熱転写プレス機械1は、前述の各構成部品の他に、温調プレート16の流路163に流通する蒸気の圧力を調整する圧力調整器(圧力調整手段)21と、流路163に流通する水の流量を調整する流量調整器(流量調整手段)22と、温調プレート16の流路163の両側に設けられる開閉バルブ23と、温調プレート16の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ24と、温度センサ24からの信号に基づいて圧力調整器21,流量調整器22、開閉バルブ23、およびスライド13などの動作を制御する制御手段としてのコントローラ25とを備えている。
また、圧力調整器21は、それぞれの温調プレート16に対して流路163の入口側(圧力調整器21A)と、出口側(圧力調整器21B)とに設けられている。このような構成により、圧力調整器21(21A,21B)が流路163の両側において流路163内を流通する蒸気の圧力の調整を行うので、圧力調整がより高精度に行える。
流量調整器22は、一対の温調プレート16に対してそれぞれ独立して設けられている。このような構成により、一対の温調プレート16の流路163に流通する水の流量をそれぞれ独立して制御でき、温調プレート16の冷却温度を、それぞれ独立して制御、調整できる。流量調整器22は、温調プレート16の流路163の入口側に設けられている。
このような構成により、流体供給装置30からの蒸気および水は、温調プレート16の共通の配管192に接続され、同じ流路163を流通可能となっている。したがって、温調プレート16に加熱用および冷却用の流路をそれぞれ専用に設ける必要がないので、温調プレート16内での蒸気または冷却水の接触面積を大きく取ることができ、温調プレート16の加熱効率または冷却効率を向上させることができる。
温度センサ24は、温調プレート16に取り付けられている。前述の図4に示されるように、温調プレート16の長辺には、厚み方向略中央に温度センサ24を取り付けるための取り付け孔241が、温調プレート16の短辺方向に沿って形成されている。取り付け孔241は、温調プレート16の同じ側の長辺に互いに所定距離を有して二箇所形成されており、それぞれ連結部162の近傍に配置されている。温度センサ24は、それぞれ当該部分の温度を検出し、温度検出信号をコントローラ25に出力する。
蒸気供給装置31は、蒸気ボイラ33と、蒸気・温水回収器34とを備えている。蒸気ボイラ33は、圧力調整器21に接続され、この圧力調整器21を介して温調プレート16に蒸気を供給する。蒸気・温水回収器34は、流路45に接続され、温調プレート16から排出された蒸気や温水を回収する。なお、蒸気・温水回収器34で回収された一部の温水は、蒸気ボイラ33に戻され、再び加熱されて蒸気になり、温調プレート16に供給される。
ここで、温調プレート16の加熱媒体として蒸気を用いているので、蒸気の凝縮温度が飽和蒸気圧で決まることから、温調プレート16の流路163の圧力を調整することで、安定かつ温度むらの少ない温度管理ができる。また、加熱媒体として蒸気を用いているので、温調プレート16への熱伝達率を良好にできるから、温調プレート16の加熱時間を短縮でき、熱転写プレス加工のサイクルタイムを短縮できる。
図7は、本実施形態の熱転写プレス機械1による熱転写プレス方法を示すフローチャートである。この図7において、まず、熱転写プレス機械1は、温調プレート16を蒸気によって所定温度に加熱する加熱工程と、スタンパ17表面の凹凸パターンを基材5に転写する転写工程と、温調プレート16を水によって所定温度に冷却して基材5表面の凹凸パターンを凝固させる冷却工程とを備えている。また、加熱工程と転写工程との間には、スタンパ17周辺を真空にする真空工程が設けられている。
蒸気が流路163内を流通すると、流路163内で、蒸気の一部が温水に凝縮する。この時発生する潜熱(凝縮熱)および蒸気の熱により、温調プレート16が所定温度に加熱される。ここで、所定温度は基材5の材料やスタンパ17の凹凸パターンの寸法などを勘案して適宜設定され、本実施形態では、所定温度は約130℃に設定されている。また、流路163内の蒸気の圧力は、0.15〜0.20MPaの範囲で適宜設定される。
このようなステップS3からステップS5までの真空工程を行うことにより、スタンパ17と基材5との間に空気がかみ込むのを防止できる。したがって、スタンパ17の凹凸パターンの転写不良などを確実に防止できる。
また、圧力調整器21は温調プレート16の入口側と出口側にそれぞれ設けられているので、当該二箇所において蒸気の圧力を調整できる。これは、蒸気が流路163内を流通することで温調プレート16を加熱する際に蒸気の温度が変化して圧力が変動するので、この圧力変動による温調プレート16の温度の低下を防止するのに有用である。また、蒸気が流路163内で凝縮して温水となる場合には、流路163内の圧力が変動しやすいので、流路163の出口側にも圧力調整器21を設けることで温調プレート16の温度を管理しやすくなるので、特に有用である。
圧力制御によりスライド13の動作を制御するので、例えば基材5やスタンパ17に製造上の寸法誤差が生じた場合でも、スタンパ17と基材5との間に隙間が生じたり、過剰な圧力で加圧することがなく、スタンパ17を基材5に対して適切な圧力で加圧できるため、基材5への凹凸パターンの転写不良の発生を確実に防止できる。
なお本実施形態では、転写工程の間も、加熱工程は引き続き並行して行われ、コントローラ25は、温度センサ24からの温度検出信号を監視して圧力調整器21を制御し、蒸気の圧力を調整することにより、温調プレート16の温度を所定温度に保持し続ける。具体的には、温度センサ24で検出された温度が所定温度より低い場合には、蒸気の圧力を増加させる調整信号を出力し、温度が所定温度より高い場合には、蒸気の圧力を減少させる調整信号を出力する。
また、転写工程によって、基材5の表面近傍のみを溶融させてスタンパ17の凹凸パターンを転写するので、例えば従来射出成形によって凹凸パターンを形成する場合に較べて短時間で成形できる。つまり、従来例えば射出成形によって凹凸パターンを形成する場合では、製品の寸法が大きくなったり製品の厚みが大きくなると、冷却に時間を要しサイクルタイムを短くすることができない。これに対し、本実施形態では、転写工程によって基材5の表面近傍のみを溶融させて凹凸パターンを転写するので、転写対象である基材5が大型化した場合や板厚が増加した場合でも、短時間で凹凸パターンの転写を行うことができ、基材5の大型化に柔軟に対応できる。
温調プレート16の共通の流路163に蒸気と水とを切り換えて流通させるので、それぞれ専用の流路を用意する必要がなく、温調プレート16への接触面積を大きく取ることができる。したがって、加熱効率および冷却効率を向上させることができ、また、温調プレート16およびスタンパ17を短時間で加熱または冷却できる。
ステップS14では、温度センサ24によって温調プレート16の温度を検出する。温度センサ24は温度検出信号をコントローラ25に出力する。コントローラ25は、この温度検出信号に基づいて流量調整器22に制御信号を出力し、流路163を流通する水の流量を調整することにより、温調プレート16の温度を制御する。
そしてステップS15において、コントローラ25は、温度センサ24からの温度検出信号を監視し、この温度検出信号が所定温度に達したか否かを判断する。
ここで、冷却工程においても、流量調整器22が一対の温調プレート16にそれぞれ独立して設けられているので、コントローラ25は、一対の温調プレート16の温度をそれぞれ独立して制御できる。したがって、温調プレート16の温度調整を高精度に行える。つまり、一対の温調プレート16の温度を同じに制御することにより、基材5が冷却される際の反りの発生を確実に防止できる。
また、本実施形態では、冷却工程中もスタンパ17は所定圧力で基材5に対して押し付けられており、したがって、加圧工程は転写工程および冷却工程を通して行われ、加圧工程中に冷却工程が行われることとなる。
そしてステップS17において、図示しないエアブロー装置によって基材5とスタンパ17との間にエアを吹き付けることにより、基材5をスタンパ17から剥離しやすくする。
ステップS18において、コントローラ25は、スライド駆動装置130にスライド13をさらに上昇させる駆動信号を送信する。この駆動信号に基づいてスライド駆動装置130は、基材5を熱転写プレス機械1の外に搬出するための所定の搬出位置までスライド13を上昇させる。
その後、ステップS20において、コントローラ25は流路42,46に接続された開閉バルブ23を閉じ、冷却工程を終了する。
次のサイクルを続けて行う場合には、ステップS20で開閉バルブ23を閉じた後、流路41,45に接続された開閉バルブ23を開放して蒸気を流路163に流通させ、加熱工程を再び開始する(ステップS1に戻る)。
圧力調整手段は、温調プレートの流路の出口側および入口側の両方に設けられていたが、これに限らず、例えば図8に示されるように、温調プレート16の流路の入口側にのみ設けられていてもよい。あるいは、圧力調整手段は、温調プレート16の出口側のみに設けられていてもよい。この場合には、圧力設定の正確さが多少犠牲にはなるが、圧力調整手段の設置数が少なくなるので、熱転写プレス機械の構成を簡単にできる。
流量調整手段は、温調プレートの流路の入口側のみに設けられていたが、これに限らず、例えば流路の出口側のみに設けられていてもよく、あるいは、流路の入口側および出口側の両方に設けられていてもよい。また、流量調整手段は、開閉バルブよりも上流側に配置されていたが、これに限らず例えば図8に示されるように、開閉バルブ23よりも下流側、つまり開閉バルブ23と温調プレート16との間に配置されていてもよい。
冷却工程で流路内に流通させる冷却媒体としては、必ずしも水に限らず、例えばパーフルオロポリエーテルなどのフッ素系不活性液体など、任意の冷却媒体を採用できる。また、温調プレートの冷却温度を調整する方法としては、流量調整手段によって流体の流量を調整するものに限らず、その他例えば流体の圧力や温度を調整することによって温調プレートの温度を調整する方式であってもよい。
また、このようにスタンパホルダを用いる場合には、温調プレート16に位置決め孔53を形成して、スタンパホルダの温調プレート16に対する位置決めを行うようにしてもよい。さらに、スタンパは、温調プレートの表面に一体的に形成されていてもよく、あるいは、温調プレートに対して着脱可能に設けられていてもよい。
スタンパの厚みや基材の厚みが十分にある場合には、温調プレートには、必ずしも対向する温調プレートに取り付けられるボルトの頭をよけるためのボルトよけ孔を形成する必要はない。
温調プレートの流路は、直線状に複数本形成されるものに限らず、例えば曲線状や渦巻き状など熱伝達効率などを勘案して任意の形状を採用できる。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
Claims (5)
- 基材(5)表面にスタンパ(17)表面に形成された凹凸パターンを転写する熱転写プレス機械(1)であって、
内部に蒸気が流通可能な流路(163)が形成され、前記蒸気によって所定温度に調整される温調プレート(16)と、
前記流路(163)内の前記蒸気の圧力を調整する圧力調整手段(21,21A,21B)とを備え、
前記温調プレート(16)は、当該熱転写プレス機械(1)のスライド(13)側およびボルスタ(14)側に設けられ、前記スタンパ(17)は、前記温調プレート(16)の少なくともどちらか一方に設けられ、
前記圧力調整手段(21,21A,21B)は、前記温調プレート(16)にそれぞれ独立して設けられた
ことを特徴とする熱転写プレス機械(1)。 - 請求項1に記載の熱転写プレス機械(1)において、
前記圧力調整手段(21,21A,21B)は、前記温調プレート(16)の前記流路(163)の入口側および出口側に設けられている
ことを特徴とする熱転写プレス機械(1)。 - 請求項1または請求項2に記載の熱転写プレス機械(1)において、
前記温調プレート(16)の前記流路(163)内には、水が流通可能に構成され、
前記温調プレートには、前記流路(163)内の前記水の流量を調整する流量調整手段(22)がそれぞれ独立して設けられている
ことを特徴とする熱転写プレス機械(1)。 - 請求項3に記載の熱転写プレス機械(1)において、
前記流量調整手段(22)は、前記温調プレート(16)の前記流路(163)の入口側および出口側に設けられている
ことを特徴とする熱転写プレス機械(1)。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の熱転写プレス機械(1)を用いて、前記基材(5)表面に前記スタンパ(17)表面に形成された凹凸パターンを転写する熱転写プレス方法であって、
前記温調プレート(16)の前記流路(163)内に蒸気を流通させ、前記温調プレート(16)を所定温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で所定温度に調整された前記スタンパ(17)を前記基材(5)に対して加圧する加圧工程と、
前記加圧工程中に、前記温調プレート(16)の前記流路(163)内の流体を前記蒸気から水に切換えることにより一対の前記温調プレート(16)を所定温度に冷却する冷却工程とを備えた
ことを特徴とする熱転写プレス方法。
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