JP2014227317A

JP2014227317A - 金型組

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Publication number: JP2014227317A
Application number: JP2013108158A
Authority: JP
Inventors: 松月　功; Isao Shogetsu; 功松月; 淑弘山本; Yoshihiro Yamamoto
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: CN104176916A; KR20140137315A; CN104176916B; US9505149B2; JP6116366B2; US20140348970A1; TWI580549B; TW201518057A; KR101603415B1

Abstract

【課題】機械的あるいは熱的な衝撃による損傷を防ぎ、高い搬送性を確保することが可能な金型組を提供する。【解決手段】実施形態にかかる金型組は、複数のパーツを備え、被成形材を保持する型と、前記型の下側に敷設されたバックプレートと、を備えたことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、金型組に係り、例えば複数の処理ユニット間を移動するように構成された金型組に関する。

被成形材を熱軟化させて加圧成形する成形装置において、被成形材を保持する金型組を、加熱処理、プレス成形処理及び冷却処理をそれぞれ行う複数のユニット間で移動させ、加熱、成形及び冷却の各工程を複数の被成形材に対して並行して進めることにより成形サイクルを短くする移動金型式の装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７-１３１４８９号公報

金型組は一般的に被成形材を保持する上型及び下型と、上型及び下型の外周部分を覆うスリーブとを備えて構成される。このような金型組に移動、熱処理、プレス処理を行うと、機械的あるいは熱的な衝撃によって損傷しやすい。

実施形態に係る金型組は、複数のパーツを備え被成形材を保持する型と、前記型の下側に敷設されたバックプレートと、を備えたことを特徴とする金型組。

本発明によれば、機械的あるいは熱的な衝撃による損傷を防ぎ、高い搬送性を確保することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る成形装置の構成を模式的に示す説明図。同成形装置の構成を成形装置の構成を模式的に示す側面図。同成形装置の構成を成形装置の構成を模式的に示す平面図。同実施形態に係る金型組を示す平面図。図４のＶ―Ｖ断面図。図４のＶＩ―ＶＩ断面図。同実施形態に係る金型組のバックプレートの下面図。

［第１実施形態］
以下に本発明の第１実施形態にかかる金型組ついて、図１乃至図７を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大、縮小、省略して模式的に示している。

図１乃至図３に示す成形装置１０は、ガラス素材等の被成形材１を、加熱処理により軟化させ、プレス処理により成形し、成形品として例えばスマートフォンやタブレット端末用のカバーガラス等に代表される成形品２を製造する成形装置１０である。

成形装置１０は、被成形材１または成形品としての成形品２を保持する金型組２０を加圧して被成形材１をプレス成形処理するプレスユニット４０と、プレス成形処理の前に金型組２０を加熱して被成形材１を加熱処理する加熱ユニット３０と、プレスユニット４０にて成形処理された後の成形品２を保圧しながら徐冷処理する徐冷ユニット５０（冷却ユニット）と、徐冷処理された成形品２を急冷処理する急冷ユニット６０（冷却ユニット）と、金型組２０を搬送する搬送ユニット７０と、図中矢印に沿う搬送経路の両端にそれぞれ設けられた搬入ユニット８０及び搬出ユニット９０と、これらユニット３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０を収容するとともに外部の大気から隔離する隔離チャンバ１１と、各ユニット３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０及び隔離チャンバ１１の動作を制御する制御部１２と、を備えている。

この実施形態においては、加熱ユニット３０が複数連続して並列配置された加熱ステーション、プレスユニット４０が複数連続して並列配置されたプレスステーション、徐冷ユニット５０が配置された徐冷ステーション、急冷ユニット６０が配置された急冷ステーション、が搬送経路に沿って配置されている。

各ステーションにおける各ユニットの下側のプレートが搬送経路に沿って連続して並列している。プレートの列上には金型組２０が通過する通路が形成されている。搬送ユニット７０により、このプレート列上の通路に沿って、順次上流側から下流側に複数の金型組２０が移動させられる。

複数のユニット３０，４０，５０，６０は、Ｘ軸に沿う搬送方向の一端側（図１中右側）から順番に、搬入ユニット８０、４つの加熱ユニット３０、３つのプレスユニット４０、１つの徐冷ユニット５０、２つの急冷ユニット６０、搬出ユニット９０、の順で同じ間隔（ユニットピッチ）Ｐ１で並列されている。これら各ユニット３０，４０，５０，６０は組み替え及び増減可能に構成されている。

図４乃至図６に示すように、各金型組２０は、成形品２の上側の形状に対応して形成される上金型２１（上型）と、上金型２１に対向して配置されるとともに成形品２の下側の形状に対応して形成される下金型２２（下型）と、上金型２１及び下金型２２の外側を囲み支持するスリーブ２３と、下金型２２の下側に敷設されたバックプレート２４と、を備えている。

上金型２１及び下金型２２は、閉状態で成形品２の形状に対応したキャビティを有する所定サイズの矩形状を成している。この上金型２１と下金型２２との間に例えば板状の被成形材１が配置される。上金型２１及び下金型２２の材料は対耐熱性に優れ、高温化の材料強度がある材料を用いる。例えば、ガラス状カーボン、グラファイト、Ｃ／Ｃコンポジットなどを用いる。

上金型２１は例えば図５に示すように、上部が下部よりも外方に突出する段差形状となっている。

下金型２２はその外周において外方に突出する鍔状の突出部２２ａを備えている。例えば図５に示すように、下金型２２の下部が上部よりも外方に突出する段差形状となっており、この下部が突出部２２ａを構成している。

上金型２１及び下金型２２は矩形状のスリーブ２３の設置部２３ａに挿入支持されている。

スリーブ２３は、グラファイト、Ｃ／Ｃコンポジット、超硬、タングステン合金等の耐熱材料からなり、矩形の枠状に構成されている。スリーブ２３の中央部に上金型２１及び下金型２２が挿入保持される設置部２３ａが形成されている。スリーブ２３は上金型２１及び下金型２２の外面に沿って対向する段差形状を成し、この段差によって上金型２１及び下金型２２が所定の位置に位置決めされる。

スリーブ２３の搬送経路方向の両側の端面には、搬送方向に突出する一対の連結ピン２５（連結部）が形成されている。連結ピン２５は、例えば、熱伝導率の小さな窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、ステンレス鋼等の材質で構成される軸体であって、隣り合うユニットに配置された連結ピン２５同士が搬送方向において連続するように突き当たり、後述する搬送ユニット７０による押し出し力を伝達する。連結ピン２５は例えば搬送方向両側において、それぞれ搬送経路の幅方向両側に２本ずつ、計４本設けられている。

両側の連結ピン２５を含むスリーブ２３の搬送方向における長さは、搬入ユニット８０、加熱ユニット３０、プレスユニット４０、徐冷ユニット５０、急冷ユニット６０、搬出ユニット９０、のユニット同士の間隔であるユニットピッチＰ１と同じ長さに設定されている。すなわち、隣り合うユニットに載置される金型組２０の連結ピン２５同士が互いに当接して連続するように構成されている。

バックプレート２４は一定の厚みを有する矩形の板状に構成され、下金型２２の下側に配置されている。バックプレート２４は例えばモリブデン、タングステン合金、Ｃ／Ｃコンポジット等の材料からなる。

図４及び図６に示すように、バックプレート２４は、金型組２０の搬送方向と直交する幅方向両端においてスリーブ２３に対してボルトＢ等の固定具で締結されている。このバックプレート２４とスリーブ２３との固定によって、スリーブ２３の段差とバックプレート２４との間に形成される空間に突出部２２ａが挟持され、下金型２２が位置決め固定される。

また、バックプレート２４の下面における搬送方向両端部には上下方向及び搬送方向に対して傾斜する傾斜面を有する案内部２４ａが形成されている。案内部２４ａは例えば１０〜２０度の傾斜に設定されている。この案内部２４ａによって、隣り合うユニットのプレートの上面の間において金型組２０の押し出し搬送がスムーズに行われる。

図７に示すように、バックプレート２４の下面には、複数（ここでは５本）のエア抜き用の溝２４ｂが形成されている。この溝２４ｂはいずれも搬送方向に沿って平行に延びている。すべり摩擦を軽減させ、バックプレート２４をスライドさせる搬送処理が搬送方向に沿ってスムーズに行われる。

搬送方向に並列配置された複数の加熱ユニット３０は、それぞれ、金型組２０を挟むように上下に配置された上側ヒータ部３１及び下側ヒータ部３２を備えている。上側ヒータ部３１及び下側ヒータ部３２にはヒータ機構としての赤外線ランプ３４がそれぞれ複数列配置されて設置されている。

下側の赤外線ランプ３４の列上には、金型組２０が載置される載置プレート３５が固定されている。載置プレート３５は例えば熱伝導性の高いＳｉＣ等の材料からなり、矩形の板状に構成されている。以上のように構成された加熱ユニット３０において、搬送ユニット７０により順次送られる金型組２０が下側の載置プレート３５上に載置された状態で、加熱処理がなされる。

搬送方向に並列配置された複数のプレスユニット４０は、それぞれ、金型組２０を挟むように配置された上下一対のプレスプレート４６を備えている。各プレスプレート４６は、矩形の板状に構成され、熱伝導性が良くかつ硬質材である超硬あるいはＳｉＣなどの材料で構成される。このプレスプレート４６にはヒータ機構としての赤外線ランプ４５が設けられている。上側のプレスプレート４６にはプレス軸４２が接続されている。プレス軸４２はサーボモータ、エアシリンダなどの昇降機構部４３に接続され、制御部の制御に応じて上下動するように構成されている。

以上のように構成されたプレスユニット４０において、一対のプレート４６間に設置された金型組２０を赤外線ランプ４５で加熱処理するとともに、上側のプレスプレート４６の昇降動によって上側のプレスプレート４６を下降させ、一対のプレスプレート４６間の金型組２０を加圧するプレス処理がなされる。

搬送方向に並列配置された第２の冷却ユニットとしての徐冷ユニット５０は、金型組２０を挟むように上下に配置された上下の徐冷プレート５１（冷却部）を備えて構成されている。

上下の徐冷プレート５１は、矩形の板状に構成され、熱伝導性が良くかつ硬質材である超硬あるいはＳｉＣ等の材料で構成される。上下の徐冷プレート５１には、徐冷用のヒータ機構としての赤外線ランプ５６が組み込まれている。上下の徐冷プレート５１間には金型組２０が通過する通路が形成されている。

下側の徐冷プレート５１は下側のプレスプレート４６と同様に構成されている。上側の徐冷プレート５１は上側のプレスプレート４６と同様に、プレス軸が接続されており、昇降機構部６３によって上下に昇降可能な構成となっている。

昇降機構部６３によって上側の徐冷プレート５１を下降させ、下側の徐冷プレート５１上に置かれた金型組２０を加圧することで一定のプレス力を維持する保圧を行いながら、徐冷処理がなされる。

第２の冷却ユニットとしての急冷ユニット６０は、金型組２０を挟むように上下に配置された上下の冷却プレート６１（冷却部）と、上側の冷却プレート６１に連結して上下方向に延びる支持軸６２と、上側の冷却プレート６１に接続されるサーボモータあるいはエアシリンダなどの昇降機構部６３と、を備えて構成されている。

上下の冷却プレート６１は、矩形の板状に構成され、熱伝導性が良くかつ硬質材である超硬、ＳｉＣ、焼き入れされたステンレス等の材料で構成される。冷却プレート６１には、冷却触媒を流す流路を構成する冷媒配管が組み込まれている。また、上下の冷却プレート６１には、複数の熱電対がそれぞれ設けられている。さらに上側の冷却プレート６１は昇降機構部６３によって上下に昇降可能な構成となっている。

昇降機構部６３を駆動して上側の冷却プレート６１を下降させ、下側の冷却プレート６１上に置かれた金型組２０に接触及び加圧することにより急冷処理がなされる。

なお、各ユニット３０，４０，５０，６０には熱電対が設けられ、処理中の温度を検出して制御部１２でのフィードバック制御に用いる。

図１乃至図３に示すように、搬入ユニット８０は搬送方向における一端側、すなわち加熱ユニット３０の隣（図中右側）に配置されている。搬出ユニット９０は、搬送方向における他端側、すなわち急冷ユニット６０の下流側に配置されている。

搬送ユニット７０は、搬送方向に沿って往復動するシリンダ軸７１と、制御部に接続されてシリンダ軸７１を搬送方向に移動させる押し出し機構としての搬送用エアシリンダ７２と、搬送方向下流側において金型組２０の位置を規制するストッパ部７３と、を備えている。

シリンダ軸７１は連結ピン２５と同軸に延びている。搬送用エアシリンダ７２は、隔離チャンバ１１の搬入側の端部に設置され、搬送方向に沿って一定ストロークで、連結ピン２５を押し出しする機能を有する。押し出される連結ピン２５の移動に伴って、各金型組２０が搬送経路に沿って押し出しされることにより、複数の金型組２０をまとめて一定ストロークで一端側から他端側へ順番に搬送する。

搬入ユニット８０は、金型組２０を載置し昇降移動する搬入プレート８１と、搬入ステーションの上部に設けられたロードロック室８２と、搬入プレート８１を移動させる昇降機構部８３と、ロードロック室８２の下部に設けられる移動機構部８４と、を備えている。

搬出ユニット９０は、搬送方向における他端側、すなわち急冷ユニット６０の下流側に配置されている。搬出ユニット９０は、金型組２０を載置し昇降移動する搬出プレート９１と、搬出ステーションの上部に設けられたロードロック室９２と、搬出プレート９１を移動させる昇降機構部９３と、ロードロック室９２の下部に設けられる移動機構部９４と、を備えている。

さらに、成形装置１０の隔離チャンバ１１の外には、成形品２を複数保持する成形品ストッカ１３、金型組２０やダミー金型組２０Ａを複数保持する金型ストッカ１４、被成形材１を保管する素材ストッカ１５が設けられている。

以下、本実施の形態に係る成形装置１０を用いて、被成形材１から成形品２を製造する手順について説明する。成形品２の一例としては、例えば４〜１２ｉｎサイズ、厚さ０．３〜１．５ｍｍ程度のスマートフォンのカバーガラスが挙げられるが、これに限られるものではなく、各種の形状・用途に適用できる。例えばプレート状の被成形材１から、両端部が湾曲した形状や端部の厚みが変化するような形状の成形品２を製造することも可能である。

成形装置１０においては、各ユニットに１つずつ金型組２０が配置され、複数のユニットでの複数の処理を並行して行うが、以下説明のために１つの金型組２０を中心として手順を説明する。

すなわち、１つのユニットにおいて１つの金型組２０に対する処理が行われ、他の処理ユニットでは、他の金型組２０に対しての処理が行われる。図１乃至図３では各ユニットに夫々１つずつ金型組２０が配置されている場合を示している。

まず、金型ストッカ１４の金型組２０に、素材ストッカ１５の被成形材１をセットする。

搬入処理として、ロードロック室８２内に金型組２０をセットし、ロードロック室８２内を閉じる。次に昇降機構部８３で金型組２０を下降させる。下降後、移動機構部８４により、金型組２０を搬送ユニット７０によって押し出しが行われる位置まで水平に移動させる。

ストッカ１４からロードロック室８２へ金型組２０を移動させる際には例えば搬送用のロボットアームで金型組２０を把持して移動させる。このとき、スリーブ２３及びバックプレート２４を把持することにより、上金型２１及び下金型２２を損傷することなく、移動させることが可能となる。

加熱ユニット３０など他のユニットの処理が完了した所定のタイミングで、制御部１２はシリンダ軸７１を駆動し、金型組２０の連結ピン２５を押圧して、ユニットピッチＰ１に一定距離を加算したピッチＰ２の分下流側に移動させ、金型組２０を１つ目の加熱ユニット３０の載置プレート３５上へ移動する（搬送処理）。同時に下流側に並ぶ複数の金型組２０も、連結ピン２５によって押し出され、ユニットピッチＰ１ずつ、下流側に移動する。すなわち、複数の金型の連結ピン２５が、下流側の金型組２０を押圧することになるため、シリンダ軸７１が金型組２０を一斉に移動させることになる。

１つ目の加熱ユニット３０において、上下の赤外線ランプ３４で金型組２０を加熱し、所定の温度で被成形材１を軟化させる（加熱処理）。並行する複数の処理が終了したタイミングで、上述と同様の搬送処理によって、順次下流側に送り、同様に加熱処理を施す。

次に、同様の搬送処理によって複数の金型組２０を一括で下流側に移動させ、下流側の加熱ユニット３０から１つ目のプレスユニット４０へ金型組２０を搬送する。

制御部１２はプレスユニット４０の昇降機構部４３を駆動して上側のプレスプレート４６を下降させ、金型組２０を上下のプレスプレート４６で挟み込むことにより、被成形材１を加熱しながらプレス成形する（プレス処理）。並行する複数の処理が終了したタイミングで、上述と同様の搬送処理によって、順次下流側に送り、下流側のプレスユニット４０において同様にプレス処理をする。

続いて、同様の搬送処理によって、下流側のプレスユニット４０から１つ目の徐冷ユニット５０へ金型組２０を搬送する。徐冷ユニット５０では、一対の徐冷プレート５１によって保圧しながら、例えばヒータの温度調節により金型組２０を所定の温度になるように処理する（徐冷処理）。

ついで、上述と同様の搬送処理によって、金型組２０を、徐冷ユニット５０から急冷ユニット６０へ搬送する。制御部１２は急冷ユニット６０の昇降機構部６３を駆動して上側の冷却プレート６１を下降させ、金型組２０を上下の冷却プレート６１で挟み込むことにより、冷媒により、大気中においても酸化されない温度域まで冷却する（急冷処理）。

続いて、搬出処理を行う。搬出処理としては、まず搬送路脇に設けられた移動機構部７６によって金型組２０をユニットピッチＰ１に一定距離を加算したピッチＰ３の分だけ下流側に移動させた後、移動機構部９４によりロードロック室９２の真下の位置まで水平移動させる。その後、昇降機構部９３により金型組２０を上に移動する。ロードロック室９２まで移動したら、ロードロック室９２を開放し、金型組２０を取り出す。

搬出された金型組２０は隔離チャンバ１１外で分解され、取り出された成形品２は成形品ストッカ１３にセットされる。使用後の金型組２０に新たな被成形材１をセットし、再び上述の成形処理が行われる。

搬出位置からストッカ１４へ金型組２０を移動させる際には例えば搬送用のロボットアームで金型組２０を把持して移動させる。このとき、スリーブ２３及びバックプレート２４を把持することにより、上金型２１及び下金型２２を損傷することなく、移動させることが可能となる。

本実施形態によれば、下金型２２の下側にバックプレート２４を設けたことにより、上金型２１及び下金型２２の厚さを小さく抑えつつ金型組２０の高さを確保し、搬送性を向上することができる。一般的に、ガラス状カーボンの材質組織が均質でない場合に衝撃を受けて組織内部に応力の偏りが生じるため、金型の材料としてガラス状カーボンを用いる場合には厚さが厚くなるほど内部組織の差が生じやすく破損やチッピング等の損傷現象が発生しやすい。このため、材料によっては破損を防止するために金型の厚さが制限され、金型全高が低くなるので搬送しにくいが、本実施形態では下金型２２の裏面にバックプレート２４を設けることで、下金型２２の材料に関わらず損傷を回避しつつ、金型組２０の高さを確保し、搬送性を向上できる。

本実施形態では、バックプレート２４が並列するプレート上を滑り移動することにより、下金型２２の損傷を防止できる。また、金型組２０において搬送方向に突出する連結ピン２５を設けてこれを連続させることで、複数の金型組２０を一括で搬送することにより、処理効率を向上できる。

また、本実施形態によれば、スリーブ２３とバックプレート２４とが下金型２２の突出部を挟んでボルトＢで固定される構成としたことにより。下金型２２にねじ孔等の固定用構造を形成せずに固定することができる。

さらに、上記実施形態ではバックプレート２４の下面に案内部２４ａを設けたことで、並列するプレート間の段差に妨げられることなく進行方向にスムーズなスライド移動が可能となる。また、バックプレート２４の下面にエア抜き用の溝２４ｂを設けたことにより、加熱処理や加圧処理によってバックプレート２４が吸着することがなく、進行方向へのスムーズなスライド移動が可能となり、搬送性を向上できる。

本実施形態では金型組２０の金型本体は上金型２１、下金型２２の２ピース構成であるが、上金型、中金型、下金型の３ピース構成にしてもよい。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また複数の実施形態の特徴を組み合わせて実施することも可能である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

Ｂ…ボルト、１…被成形材、２…成形品、２０…金型組、２１…上金型（上型）、２２…下金型（下型）、２２ａ…突出部、２３…スリーブ、２３ａ…設置部、２４…バックプレート、２４ａ…案内部、２４ｂ…溝、２５…連結ピン、３０…加熱ユニット、３５…載置プレート、４０…プレスユニット、４６…プレスプレート、５０…徐冷ユニット、５１…徐冷プレート、６０…急冷ユニット、６１…冷却プレート、７０…搬送ユニット。

Claims

複数のパーツを備え、被成形材を保持する型と、
前記型の下側に敷設されたバックプレートと、を備えたことを特徴とする金型組。
前記型の外周を囲むスリーブを備え、
前記型は、外方に突出する突出部を備え、
前記スリーブと前記バックプレートとが、間に前記突出部を挟持して互いに組み付けられることを特徴とする請求項１記載の金型組。
前記スリーブは搬送方向に沿って延びる連結部を備え、
前記連結部を押し出す押し出し処理に伴い搬送方向にスライド移動することを特徴とする請求項２記載の金型組。
前記金型組の進行方向端部には下面が傾斜した案内部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の金型組。
前記バックプレートの下面に、進行方向に沿う溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の金型組。
前記バックプレートは前記型とは異なる材質で構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の金型組。
前記金型組を加熱する加熱ユニットに設けられたプレート上、前記金型組を加圧するプレスユニットに設けられたプレート上、及び前記金型組を冷却する冷却ユニットに設けられたプレート上、を通る所定の搬送路において前記プレート上をスライド移動して搬送されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の金型組。