JP4035840B2

JP4035840B2 - エンボス加工装置とその製品

Info

Publication number: JP4035840B2
Application number: JP2002132082A
Authority: JP
Inventors: 一雄小林
Original assignee: 一雄小林
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: JP2003291211A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大量生産が可能な樹脂板に用途に応じた表面加工を施して、液晶表示装置の背面照射装置に用いられる導光板や、光多重通信用回折格子，マイクロケミストリーによる血液分析装置、ＣＤディスク、レコード板など、従来は主に射出成型によって製造されていた、外観は単純な平板状で表面の目的に応じた凹凸模様形状により機能を発揮する樹脂部品の加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四角形の板状体である透明板の側面（光入射面）から光を入射し、入射した光を表面（光出射面）から均一に出射するようにした、いわゆるエッジライト方式の導光板が液晶表示装置などの背面照明装置に用いられている。このような背面照明装置は、導光板の少なくとも１つの側面に管状光源を配置し、光を出射する光出射面に対向する面（光反射面）に、導光板を透過する光の角度または導光板で反射される光の角度を変えるための表面凹凸模様が設けられて構成されている。
【０００３】
近年、導光板は主に射出成型によって作られているが、基本的な形状は単なる平板である。今後の２０インチクラス以上の大型化の際には極めて大型の射出成型機を必要とし、新たな製造方法が求められている。
【０００４】
他方、硬質樹脂へのエンボス加工方法としては、所謂ホットプレスが用いられてきたがバッチ処理のため生産性が低いことの他に真空中で加工しないと空気が逃げ切れず気泡を巻き込んでしまうといった問題があった。
【０００５】
そこで新たな製造方法として、特開−２０００−１６７９２６号公報に開示されているようにヒートローラによって熱転写し、十分放冷したのちにスタンパーを樹脂からはがす方法が提案されている。確かに気泡の巻き込みは無いがこのような製造方法では、樹脂板が熱応力により反り変形してしまうので適用は可撓性の材料に限定されて剛性の平板には向かない、また、生産性が極めて低いという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の課題を解決し、安価で信頼性、生産性の高いエンボス加工装置とその製品を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願の請求項１の発明は温度制御されて回転するヒータローラによりエンボスパターンをほどこしたスタンパを介して樹脂板の表層部のみをガラス転移温度以上に加熱して押圧加工した後にヒータローラの回転に従いスタンパと樹脂板は接触したまま進行させた後に樹脂板表層部がガラス転移温度以下になった位置ではがしローラによりスタンパを樹脂板から連続的に分離させることを特徴とする。
【０００８】
本願の請求項２記載の発明ははがしローラとヒータローラの距離は変更可能とし冷却の進行具合を制御可能にたことを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項３の発明はスタンパはエンドレスベルト状となっていてローラコンベア左側で次々と装入し、ローラコンベア右側で次々と排出する連続的な処理を可能とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４の発明はスタンパおよびヒータローラは樹脂板の両側にあり、両面を同時に加工することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５の発明は樹脂板の非エンボス加工面には、平板状の樹脂板を収納する加熱温度制御されて、偏熱による樹脂板の反り防止の配慮をされたカートリッジを設けて樹脂板の位置決め、エンボス加工時の反力支持、樹脂板の搬送を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６の発明は樹脂板の非エンボス加工面には、加熱され温度制御された対向ローラを設けて偏熱による樹脂板の反り防止を可能とすることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７の発明は表裏面の温度の均一性を改善するために樹脂板を垂直に搬送しながらエンボス加工を行うことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の詳細を説明する。まず、図１から図６を用いて、本発明のエンボス加工装置の一実施例の構成を説明する。図１は、本発明によるエンボス加工装置の一実施例の側断面の構成を示す模式図である。図２は、図１のIIの詳細を示す模式図である。図３は、本発明のエンボス加工装置の他の一実施例の構成を示す模式図である。図４、図５、図６、は、それぞれ本発明のエンボス加工装置の更に他の一実施例を示す模式図である。図７は垂直搬送の場合の板厚断面から見た他の一実施例を示す模式図であり、左側が上方で右側が下方を示し、樹脂板５はその表面を垂直（紙面の上下方向）にエンボス加工される。
【００１５】
図中、１はスタンパ、２はヒータローラ、３ははがしローラ、４はテンションローラ、５は樹脂板、６は対向ローラ、７はロープ、８はカートリッジ、９はコンタクトローラである。
【００１６】
一般的にスタンパ１は、厚さが０．１から０．５ｍｍ程度であり、多くはフォトレジスト技術により所要のパターンが形成されたガラス原盤の表面にニッケルの電気鋳造を行うことにより作製される。スタンパ１は、適宜の張力を負荷されてヒータローラ２に密着して走行される。ヒータローラ２は、内部に電気ヒータと熱電対等を内蔵しており、ヒータローラ２の表面が所定の温度になるように制御されている。
【００１７】
図１に示すように、スタンパ１は、何枚かを溶接によりエンドレスのフープ状になっており、ヒータローラ２、テンションローラ４、はがしローラ２を囲んで転動している。スタンパ１にはテンションローラ４により適度な張力が付与され蛇行防止、破断防止がはかられている。ヒータローラ２、テンションローラ４はがしローラ２は加工部の幾何学的形状を保ったまま昇降可能なようフレーム構造がなされている。
【００１８】
特殊な変形例として片側のスタンパ１は鏡面のままのフープにすると片面のみのエンボス加工も可能である。
【００１９】
上下のヒータローラ２の間隔は加工時は樹脂板５の板厚になぞらう荷重制御の定圧圧下で板厚やローラ偏心などの誤差を吸収できるよう制御され、加工直前は加工時より多少ギャップが少なくなるよう位置制御されることが好ましい。このようにすると樹脂板５に対し一定圧力でスタンパを押圧するので、樹脂板５の板厚偏差や機械寸法誤差が吸収され、転写不良を防止する。
【００２０】
構造物の性格上どうしても常温時の寸法精度が高温時に保てるとは限らない。そのためヒータローラ２および対向ローラ６の最終仕上げ研削加工は、使用温度に加熱しながら加工すると真円度、平行度、円筒度がより高精度に確保できる。
【００２１】
図１に示すように、上下のローラユニットの間には、樹脂板５を実線矢印のように左から右に向かって搬送するローラコンベアが設置されている。
【００２２】
ヒータローラ２とはがしローラ２の距離Ｌは調整可能なように構成される。すなわち本特許の加工法では樹脂板５の板厚は１ｍｍから１０ｍｍの間がほとんどであり、他方、エンボス加工の凹凸深さは０．１ｍｍ以下がほとんどである。したがって加工の際の加熱深さは０．１ｍｍ台以下をガラス転移温度以上にすれば十分である。すなわち図２に示すように樹脂板５はヒータローラ２直下でスタンパ１により表層部のみが急速にガラス転移温度以上に加熱され軟化して、加圧、塑性変形された後にスタンパ１と接触したまま搬送される。このときスタンパ１表面から外気への冷却とともに樹脂板５自身内部への伝熱によって樹脂板５の表面付近はなだらかな温度分布になりながら冷却、固化する。
【００２３】
ここでその温度がガラス転移温度以下になって固化する位置でスタンパ１を樹脂板５から分離すれば形状の乱れがなく良好な転写がされる。というのはスタンパ１はニッケルを主とする金属でありその熱膨張率は樹脂と比較するとはるかに小さい、更に、樹脂板５は加工時はその表層部のみの加熱であり板厚全体の平均温度はほとんど変化しないからである。樹脂の性質、エンボス加工の深さ、形状の特質によってヒータローラ２の加熱温度、加圧力を決めるとともに距離Ｌも決められる。
【００２４】
一例として、ガラス転移温度１２０℃のアクリル板にエンボス深さ２５μ mのプリズム形導光板加工においてヒータローラ温度１８０℃、加圧力４kg/mm、速度６００mm/min、L＝１００mmで転写深さほぼ１００％の良好な転写を得た。
【００２５】
加工前の樹脂板５は温度が一定であることが操業の安定のために好ましく、更に生産性をも向上させるために一定温度に加熱保持しておくとよい。
【００２６】
エンボス模様の断面形状が急峻ではがれにくく樹脂の微小部分がスタンパ１に固着してしまうような場合にはスタンパ１又は樹脂板５に離型済をスプレーするか樹脂板５の成分に離型剤を含んだものとすると良い。
【００２７】
他の距離Ｌを決める要因は加工後の樹脂板５の板反りである。加工法が板表面の局部加熱であるため冷却後樹脂板５が反ることを防止するためヒータローラ２の加熱温度とともにはがしローラ３までの距離Ｌも板反り制御のためのパラメータの一つとされる。尚、はがしローラ３の温度も制御項目の一つとしてもよい。
【００２８】
図３に示すのは、生産量が多くなく可逆式にした例である。スタンパ１はその両端でベルト７に接続され図示しない張力附加装置が備わっている。図ではヒータローラ２は、円筒であるがエンボス深さが深く半径が大径で所要展開長が一回転以下の場合は扇形のような部分円にしてもよい。
【００２９】
図４は更に樹脂板５の裏面を用いてカートリッジ８に位置決め搭載させた例でカートリッジ８の進行はスタンパ１のエンボス模様が樹脂板５の正しい位置に押印されるよう制御される。
【００３０】
カートリッジ８にはやはり板反り防止のためにヒータがあり、温度制御されることが好適であるが、後処理で樹脂板５の反り修正を行う場合にはカートリッジ８へのヒータの装着は不要である。
【００３１】
図５に示すのは、樹脂板５の裏面側は鏡面加工し、加熱温度制御された対向ローラ６としたもので対向ローラ６はエンボス加工時の反力支持、回転搬送、板反り防止加熱の機能を持つ。尚、裏面もエンボス加工が可能であるが熱いうちに離れてしまい、模様の深さが浅くなるので対向ローラ６には深めの刻印が必要になる。
【００３２】
図６に示すのは、スタンパ１の剛性が十分高い場合の実施例で熱ひずみの影響が出ないようにスタンパ１とカートリッジ８をその後端部で締結し、加工の進行に従いコンタクトローラ９とはがしローラ３によって樹脂板５からスタンパ１を連続的に剥がすものでここでも距離Ｌは可変にしてある。コンタクトローラ９はスタンパ１のエンボス模様を傷めることがなく、かつ耐熱性が求められるため、その表面はフッ素ゴム、シリコンラバーなどが好ましい。
【００３３】
ここでは樹脂板５の装荷、排出は共に矢印の方向へ進行した後の右側になる。加工前の樹脂板５を載せたカートリッジ８は破線矢印の方向へ後退するが、この時ヒータローラ２は上昇させて後退時には加工せず、スタンパ１は単に樹脂板５に軽く乗っているだけにとどめる。本図によると生産性は最も低いが装置も最も安価で済む。
【００３４】
図７は図１と同様な設備において樹脂板５の搬送を垂直にした場合の模式図である。ここではローラコンベアはその必要な箇所はＶ溝形として搬送中に樹脂板５が落下することの無い様配慮されている。このようにすると下面側において熱のこもることが防がれる。図４、図６のようにカートリッジ８に樹脂板５を収納する場合は単にカートリッジ８に真空吸引装置をつけて樹脂板５をカートリッジ８に吸着させればよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば簡単な装置により、安価で信頼性、生産性が高く板反りの無いエンボス加工装置とその製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンボス加工装置の一実施例の側断面の構成を示す模式図。
【図２】図１のＩＩ部の詳細を示す模式図である。
【図３】本発明のエンボス加工装置の他の一実施例の構成を示す模式図。
【図４】本発明のエンボス加工装置の更に他の一実施例を示す模式図。
【図５】本発明のエンボス加工装置のまた他の一実施例を示す模式図。
【図６】本発明のエンボス加工装置のまた他の一実施例を示す模式図
【図７】垂直搬送の場合の板厚断面から見た他の一実施例を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・・スタンパ、２・・・ヒータローラ、３・・・はがしローラ、４・・・テンションローラ、５・・・樹脂板、６・・・対向ローラ、７・・・ロープ、８・・・カートリッジ、９・・・コンタクトローラ

Claims

温度制御されて回転するヒーターローラによりエンボスパターンをほどこしたスタンパを介して樹脂板の表層部のみをガラス転移温度以上に加熱して加熱押圧加工した後にヒーターローラの回転に従いスタンパと樹脂板は接触したまま進行させた後に樹脂板表層部がガラス転移温度以下になった位置ではがしローラによりスタンパを樹脂板から連続的に分離させることを特徴とするエンボス加工装置。
はがしローラとヒーターローラの距離は変更可能としたことを特徴とする第１項記載のエンボス加工装置。
スタンパはエンドレスベルト状となっていることを特徴とする第１項記載のエンボス加工装置。
スタンパおよびヒーターローラは樹脂板の両側にあり、両面を同時に加工することを特徴とする第１項記載のエンボス加工装置。
樹脂板の非エンボス加工面には、平板状の樹脂板を収納する温度制御されたカートリッジを設けてエンボス加工時の反力支持、樹脂板の搬送を行うことを特徴とする第１項記載のエンボス加工装置。
樹脂板の非エンボス加工面には、加熱され、温度制御された対向ローラを設けてエンボス加工時の反力支持、樹脂板の搬送、偏熱による樹脂板の反り防止を行うことを特徴とする第１項記載のエンボス加工装置。
樹脂板を上方から下方へ搬送しながら樹脂板の表面に対し垂直にエンボス加工を行うことを特徴とする第１から６項のいずれか１項に記載のエンボス加工装置。
温度制御されて回転するヒーターローラによりエンボスパターンをほどこしたスタンパを介して樹脂板の表層部のみをガラス転移温度以上に加熱して加熱押圧加工した後にヒーターローラの回転に従いスタンパと樹脂板は接触したまま進行させた後に樹脂板表層部がガラス転移温度以下になった位置ではがしローラによりスタンパを樹脂板から連続的に分離させることを特徴とするエンボス加工装置により製造された製品。