JP4679546B2 - プレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は１次成形された熱可塑性樹脂板状体に対し、転写板が取付けられた金型により加圧および転写を行う熱可塑性樹脂板状体のプレス成形方法に関するものである。

従来一次成形された熱可塑性樹脂板状体に対し、パターンが形成された上金型によって加圧および転写を行い、導光板を得るプレス成形装置としては、特許文献１に記載されたものが知られている。プレス成形により導光板の表面に転写を行なう際には、加圧時には金型温度を比較的高温にして転写を行い、離型時には金型温度を比較的低温にして離型を行なうことが、良好に微細なパターンを転写するために特に重要である。ところが前記特許文献１に記載されたものは、１成形サイクル中に上金型の温度の昇降制御を行うものではないため、転写を良好にするために上金型の温度を高く設定すると、導光板の冷却が長くなり、その結果、成形サイクル時間が長くなってしまい、また成形サイクル時間を短縮させるために上金型の温度を低くすると良好な転写ができないという問題があった。

また樹脂成形の分野において、１成形サイクル中における金型の温度を前期において上昇させ、後期において急速に下降させるものとしては、特許文献２に記載されたものが知られている。前記特許文献２に記載されたものは、積層基板の製造工程において絶縁ベースフィルムと銅箔等を加熱・加圧した後に、冷却を行い積層品の各材料を均一に温度降下させ、積層品にしわが発生するのを防止することを目的とするものである。しかし特許文献２は、熱可塑性樹脂板状体の表面に転写板によって加圧しプレス成形を行うことを目的とするものではないので転写板を有しておらず、したがって転写板の温度と加圧力を均一にするための手段等については何等記載されていない。

また特許文献３に記載されたものは、射出成形による光ディスクの製造金型において、樹脂材料の射出時には、スタンパを温度調節部から離反させ誘導加熱によりスタンパを加熱し、その後樹脂材料の凝固時にはスタンパ支持部に温度調節部を接触させ、樹脂材料を迅速に凝固させて光ディスクの生産性を高めるものである。しかし特許文献３についても、高温・高圧の溶融樹脂を型内に射出する射出成形に用いられるものであるため、熱可塑性樹脂板状体の表面に転写板によって加圧しプレス成形を行うことを目的とするものとは技術分野が相違するものであり、したがって転写板による加圧力を均一にするための手段等については何等記載されていない。更に特許文献３は、スタンパを１成形サイクル中に直接加熱および冷却するものであるが、スタンパまたはスタンパ支持プレートを誘導加熱するための加熱装置が複雑化する上に、誘導加熱の渦電流の作用を利用するので、ディスク等の円形製品に転写を行うスタンパ等の加熱に適し、略矩形の転写板の均一な加熱には適さないという問題があった。また成形される前の熱可塑性樹脂板状体は、反りや厚さが不均一な場合があった。

特開２００１−１３３７７２号公報（請求項１、図６） 特開２００１−７９８６５号公報（請求項１、図１ないし図５） 特開平８−１３２４９８号公報（請求項６、図１ないし図４）

そこで本発明は、反りや厚さが不均一な熱可塑性樹脂板状体に対して、均一に加圧および転写を行うことができるプレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１のプレス成形方法は、第一の型と第二の型との間で熱可塑性樹脂板状体の加圧を行うプレス成形方法において、押出成形によって１次成形された熱可塑性樹脂板状体に対して、両面側から厚さ０．２ないし２．５ｍｍのフッ素ゴムまたはシリコンゴムの弾性体を介して加熱可能な０．１ｍｍないし１．０ｍｍのニッケル製スタンパ（凹凸のないブランクスタンパを含む）からなる転写手段をそれぞれ当接させ、前記転写手段を前記熱可塑性樹脂板状体のガラス転移温度よりも高くするとともに真空ポンプによって成形空間内の減圧を行い、その後に本格的に加圧を行うとともに前記転写手段の冷却を行い、均一な転写を行うことを特徴とする。

本発明は、第一の型と第二の型との間で熱可塑性樹脂板状体の加圧を行うプレス成形方法において、押出成形によって１次成形された熱可塑性樹脂板状体に対して、両面側から厚さ０．２ないし２．５ｍｍのフッ素ゴムまたはシリコンゴムの弾性体を介して加熱可能な０．１ｍｍないし１．０ｍｍのニッケル製スタンパ（凹凸のないブランクスタンパを含む）からなる転写手段をそれぞれ当接させ、前記転写手段を前記熱可塑性樹脂板状体のガラス転移温度よりも高くするとともに真空ポンプによって成形空間内の減圧を行い、その後に本格的に加圧を行うとともに前記転写手段の冷却を行い、均一な転写を行うことを特徴とするので、熱可塑性樹脂板状体に僅かな寸法誤差があったとしても弾性体により前記の寸法誤差をある程度吸収することができ、良好に転写された成形品を成形することができる。

本発明の第１の実施の形態について図１ないし図５を参照して説明する。図１は本発明のプレス成形装置の断面図である。図２は本発明のプレス成形装置による加圧成形時の断面図である。図３は本発明のプレス成形装置による成形時におけるタイムチャートである。図４と図５は本発明のプレス成形装置による成形時におけるフローチャートである。

図１において、本発明のプレス成形装置１には、ベッド２に載置された第一の型である下型３と、加圧手段である図示しない加圧シリンダによって昇降自在に駆動されるラム４に固着された上可動盤５に取付けられた第二の型である上型６が設けられている。プレス成形装置１は、前記した下型３と上型６の両方に転写板であるスタンパ７，７が設けられ、前記した下型３と上型６との間で、略矩形の熱可塑性樹脂板状体Ａ（以下の詳細な説明では板状体Ａと略す）の両面に前記スタンパ７，７により加圧および転写を行い、導光板の成形を行う。なおプレス成形装置１の加圧手段については、前記加圧シリンダによるものに限定されず、電動機により駆動されるクランク機構やトグル機構を用いたものでもよく、サーボモータとボールネジ等の組合わせを用いた加圧手段であってもよい。またプレス成形装置１は第一の型である下型３が加圧手段によって昇降されるものでもよい。また板状体Ａについては、略矩形のものに限定されず、ディスク基板等の他の形状のものであってもよく、スタンパ７，７の間で同時に複数の成形品の成形を行うことも可能である。

下型３について説明すると、下型３には平板状の冷却盤８が設けられている。冷却盤８はその内部に複数の温調用媒体通路９が形成され、図示しない温調器から温調用媒体が流通されることにより、成形時には所定の温度に制御される。平面からなる冷却盤８の表面１０には、冷却盤８と後述する抵抗加熱板１５との間を電気的に絶縁する第一の絶縁体であって弾性体であるゴムシート１１が全面に貼り付けられている。第１の実施の形態に用いられるゴムシート１１は、厚さが１．５ｍｍのフッ素ゴムシート（クレハエラストマー株式会社製）であり、電気的な絶縁性、耐熱性、強度に優れた性質のものである。ただしゴムシート１１は、前記したフッ素ゴムシートに限定されず、電気的な絶縁性、耐熱性を満たすものであれば、シリコンゴムシートや他のゴムシート、エラストマーシートであってもよく、厚さは０．２ｍｍないし２．５ｍｍ程度のものが望ましい。また前記ゴムシート１１より硬度が低く、気泡率の高いフッ素スポンジやシリコンスポンジを用いる場合は更に厚いものでもよい。また第一の絶縁体は、冷却盤８と後述する抵抗加熱板１５との間を電気的に絶縁するものであれば、抵抗加熱板１５の裏面２２および／または冷却盤８の表面１０に貼り付けられていればよく、更には両者の間に別の部材によって保持されたものでもよい。そしてゴムシート１１の抵抗加熱板１５、冷却盤８への取付けは、焼付による方法、耐熱性の接着剤により貼付ける方法、爪等により取付ける方法などいずれの取付け方法でもよい。上記の構成により冷却盤８と抵抗加熱板１５とはゴムシートを介して密着可能となっている。

また冷却盤８には複数の箇所（第１の実施の形態では４箇所）に凹部１２が設けられ、前記凹部１２には離隔手段である油圧シリンダ１３がロッド１４を突出可能に取付けられている。前記油圧シリンダ１３のロッド１４の先端は、支持部１６が固着されており、前記支持部１６はその表面に貼付けられた絶縁体であるゴムシート１７を介して抵抗加熱板１５の裏面２２に固着されている。また抵抗加熱板１５の冷却盤８への取付けは、抵抗加熱板１５の熱膨張が許容されるよう取付けがなされている。そして冷却盤８の一側には図示しない近接スイッチが取付けられ、抵抗加熱板１５と冷却盤８がゴムシート１１を介して当接状態にあるかどうか検出可能に設けられている。なお離隔手段は後述する抵抗加熱板１５等を冷却盤８に対して離隔移動可能にするものであって、油圧シリンダ１３に替えてエアシリンダを用いてもよく、シリンダの取付け位置は冷却盤８の側方に取付けてもよい。更に離隔手段は、バネ等の弾発体を用いたものでもよく、ステッピングモータ等の電動機や気体や液体を入れることにより膨張するゴム袋やゴム膜を設けるものであってもよい。そして離隔手段が前記したゴム袋やゴム膜の場合は、離隔手段と絶縁体が兼用されることもあり得る。

この第１の実施の形態では、抵抗加熱板１５は厚さが３ｍｍ、長手方向の長さ５３０ｍｍ、幅３７０ｍｍの略矩形の金属板であるステンレス板からなる鏡面板からなり、２０インチ以下の導光板を成形するのに用いられる板状体Ａの表面を加熱可能なものである。なお抵抗加熱板１５の厚さは１ｍｍないし４ｍｍが望ましい。そして抵抗加熱板１５の長手方向の一側端部と他側端部には端子部１８ａ，１８ｂがそれぞれ複数設けられ、端子部１８ａ，１８ｂには図示しない直流電源から電線１９，１９が接続され、抵抗加熱板１５に通電可能に設けられている。抵抗加熱板１５が略矩形であるのは、前記複数の端子部１８ａと複数の端子部１８ｂのうちの向い合う端子部１８ａ，１８ｂの間隔をそれぞれ略等しくすることができ、抵抗加熱板１５を均等に加熱できるためである。この第１の実施の形態では、抵抗加熱板１５へは、５．６Ｖ、４０００Ａの電流が通電されるが、この数値に限定されるものではなく、更に別の抵抗値の大きい材質や厚さの薄い抵抗加熱板１５を用いて、電流値等を小さくしてもよい。また抵抗加熱板１５の端子部１８ａ，１８ｂについては、抵抗加熱板１５の一定以上の離隔を規制する抵抗加熱板ホルダーを抵抗加熱板１５の一側と他側の側に設け、抵抗加熱板ホルダーの抵抗加熱板１５との当接部から抵抗加熱板１５に通電するようにしてもよい。

また抵抗加熱板１５の表面２０には抵抗加熱板１５と板状体Ａを直接加圧する転写板であるスタンパ７との間を絶縁する第二の絶縁体であるゴムシート２１が設けられている。この第１の実施の形態では抵抗加熱板１５の表面２０にゴムシート２１が貼り付けられ、ゴムシート２１の表面にスタンパ７が貼り付けられているが、抵抗加熱板１５および／またはスタンパ７にゴムシート２１が取付けられたものであればよい。またゴムシート２１およびスタンパ７は保持爪等の別の部材によって抵抗加熱板１５に取付けられたものでもよい。また第１の実施の形態では、第一の絶縁体であるゴムシート１１と、第二の絶縁体であるゴムシート２１は、同じゴムシートが用いられているが、少なくとも一方が耐熱性ゴムシート等の弾性体からなっていればよく、絶縁体を弾性体とすることにより板状体Ａに僅かな凹凸や反り等の寸法誤差があったり、金型の側に僅かな寸法誤差があったとしても、加圧時にその誤差を吸収し、均一な加圧および転写をすることが可能である。またゴムシート１１，２１についてはいずれかのゴムシートの厚さを厚くしてもよい。

また前記において、抵抗加熱板１５を絶縁する第一の絶縁体および第二の絶縁体であるゴムシート１１，２１は、ゴムシートを貼付けるのではなく、フッ素ゴムまたはシリコンゴムを含有しており塗装後に所定の耐熱性、電気的な絶縁性、および弾性を有するゴム系塗料により、前記抵抗加熱板１５の表裏面、冷却盤８の表面、スタンパ７の裏面等に塗装したものであってもよい。その場合、塗装の方法は、焼付塗装、静電塗装、粉体塗装、浸漬塗装など方法を問わない。そして前記塗装においては塗装後の絶縁塗装層の厚さが０．１ｍｍないし０．５ｍｍ程度とすることが望ましい。

そしてこの抵抗加熱板１５には温度を測定するための温度センサ２３が取付けられている。第１の実施の形態では温度センサ２３は下型３の抵抗加熱板１５に取付けられているが、センサの取付位置についてはこれに限定されない。

また抵抗加熱板１５の表面２０側には前記した第二の絶縁体であるゴムシート２１を介して転写板（転写手段）であるスタンパ７が交換可能に取付けられている。スタンパ７は、その表面に板状体Ａに微小なミクロンオーダーの凹凸溝（深さ１μｍないし１００μｍ、溝間隔１０μｍないし１００μｍ）やマイクロドット（深さ１μｍないし２００μｍ、ドットの幅および長さ１０μｍないし２００μｍ）を転写するためのパターン転写面２４が形成され、外形は前記した抵抗加熱板１５と同じであり、厚さが０．１ｍｍないし１．０ｍｍのニッケル製の板である。転写板であるスタンパ７は、この実施の形態においては抵抗加熱板１５と別に設けられているが、抵抗加熱板１５の表面にニッケルリンメッキが施され、前記ニッケルリンメッキに前記スタンパ７と同様のパターン転写面が形成されたような転写手段が直接設けられたものでもよい。その場合、抵抗加熱板１５にパターンが形成されたものか、或いは抵抗加熱板１５にスタンパ７が直接貼付けられたものかいずれでもよい。その場合は第二の絶縁体が必要ないことは言うまでもない。またスタンパ７の上方には、板状体Ａをスタンパ７の所定位置に位置決めするための枠体２５が形成され、前記したスタンパ７のパターン転写面２４は、枠体２５の中に位置している。前記したスタンパ７および枠体２５については、ほとんどの場合、成形される導光板に応じて変更される。また枠体２５については、図示しない板状体Ａを搬入する搬入装置の精度を向上させれば、必須のものではない。またこの実施の形態では下型３はベッド２の上に固定的に設けられているが、冷却盤８や抵抗加熱板１５を含む下型３全体を水平方向に移動可能として、プレス成形装置１の外で板状体Ａの搬入を行なうようにしてもよい。更に前記において、水平方向に移動可能なのは、抵抗加熱板１５のみとしてもよい。

また上型６についても下型３と同様に、所定の温度に温度制御される冷却盤８と、冷却盤８から離隔手段によって１成形サイクル中に所定の間隔に離隔され少なくとも離隔時に昇温制御される抵抗加熱板１５と、前記抵抗加熱板１５と冷却盤８との間を絶縁する第一の絶縁体であるゴムシート１１または絶縁塗装層と、前記抵抗加熱板１５の表面２０側に設けられ板状体Ａを直接加圧する転写板であるスタンパ７と、前記スタンパ７と前記抵抗加熱板１５との間を絶縁する第二の絶縁体であるゴムシート２１または絶縁塗装層とが設けられている。
ただし本発明は下型３または上型６のいずれか一方に、上記の冷却盤８や抵抗加熱板１５等を含む機構が設けられたものでもよい。そして一方の型のみに抵抗加熱板１５およびスタンパ７を含む機構が設けられ、板状体Ａの片面のみに転写板による転写を行う場合は、他方の型には、抵抗加熱板１５にスタンパ７を取付けないか、または凹凸のないブランクスタンパを取付け、板状体Ａに反りが生じないように両方の面を略同温にすることが望ましい。また他方の型に抵抗加熱板１５を設けずに、他方の型を板状体Ａが成形時に反りを生じない温度に保つようにしてもよい。

そしてプレス成形装置１は、第一の型である下型３と第二の型である上型６の間に前記した下型３のスタンパ７と上型６のスタンパ７とによって板状体Ａが直接加圧される成形空間２６が形成される。第１の実施の形態では前記成形空間２６は、ベッド２と上可動盤５との間に設けられたベローズ２７によって外気とは隔絶可能に設けられ、図示しない減圧手段である真空ポンプによって前記成形空間２６は減圧可能に設けられている。また成形空間２６を外部と隔絶するものとしては、ベローズ２７ではなく、真空室内にプレス成形装置１を設けてもよい

次に本発明の板状体Ａのプレス成形装置１の作動について図３に示されるタイムチャート、図４，図５に示されるフローチャートにより説明する。
板状体Ａの搬入前には、前回の成形サイクルにおいて、プレス成形装置１の上型６は、図示しないシリンダによって昇降移動されるラム４により上方に移動されており、下型３と上型６の抵抗加熱板１５，１５は離隔手段である油圧シリンダ１３の伸長によって冷却盤８から離隔された位置にある。冷却盤８は図示しない温調器から送られる温調用媒体である水によって２０℃となるよう所定の温度に制御されている。なお冷却盤８の所定の温度とは、１５℃ないしは４０℃が望ましいが、水道水をそのまま冷却盤８に流して、所定の温度に温度制御しない場合も有り得る。
第１の実施の形態において成形に用いられる板状体Ａについては、１５インチ導光板用の均一な３ｍｍ厚のアクリル板を用いた成形について記載する。導光板をプレス成形するための板状体Ａとしては他にポリカーボネートや、シクロオレフィン系樹脂を用いてもよい。

図３によりステップ順に説明する。
ステップＳ１、図示しない搬入手段または作業者により、板状体Ａをプレス成形装置１の下型３の転写手段であるスタンパ７のパターン転写面２４上に載置・当接させる。この際板状体Ａは、枠体２５にガイドされることによって正規の加圧位置に位置決めされる。なおこの正規の加圧位置については転写板であるスタンパ７に板状体Ａが直接載置・当接される位置の他、スタンパ７と直接当接しない対向位置に図示しない保持手段によって保持され、ラム４の駆動により板状体Ａとスタンパ７が直接当接するものでもよい。
ステップＳ２、板状体Ａが正規の加圧位置に位置決めされたかどうかを図示しない光電管により検知し、正規の加圧位置に位置決めされていたら（Ｙ）、次のステップＳ３に進み、正規の加圧位置に位置決めされていない場合（Ｎ）は、再度位置決めされているかどうかを検知し、所定時間が経過しても正規の加圧位置に位置決めされていないときはプレス成形装置１を停止する（図示せず）。
ステップＳ３、ベローズ２７により成形空間２６を外気から隔絶する。
ステップＳ４、図示しない減圧手段である真空ポンプをオンにして成形空間２６の減圧を開始する。
ステップＳ５、真空ポンプにより成形空間２６の減圧を開始してから所定時間が経過すると、図示しない加圧シリンダを制御し、ラム４により抵抗加熱板１５を含めた上型６全体を下降させる。
ステップＳ６、板状体Ａと上型６のスタンパ７が当接したかどうかを図示しない光電管等により確認し、板状体Ａと上型６のスタンパ７が当接されたら（Ｙ）、次のステップＳ７に進み、当接されていない場合（Ｎ）は、加圧シリンダを制御し、上型６のスタンパ７を板状体Ａと当接させるまで下降させる。
ステップＳ７、上型６のスタンパ７と板状体Ａが当接されたことが確認されたら、図示しない加圧シリンダを制御し、ラム４の下降を一時停止する。この状態において、板状体Ａは、冷却盤８から離隔した状態のスタンパ７，７間に挟まれているので、まだ加圧手段によって本格的に加圧はされていない。
ステップＳ８、下型３と上型６の抵抗加熱板１５に通電を開始し、抵抗加熱板１５の昇温制御を開始する。このことにより同時にスタンパ７も昇温制御が開始される。
ステップＳ９、成形空間２６の気圧が２０ｈＰａに達したかどうかを図示しない気圧計により確認し、気圧が２０ｈＰａに達していたら（Ｙ）、次のステップＳ１０に進み、達していない場合（Ｎ）は、２０ｈＰａに達するまで減圧を継続する。
ステップＳ１０、下型３に設けられた抵抗加熱板１５の温度が１６０℃に達したかどうかを温度センサ２３により確認し、温度が１６０℃に達したら（Ｙ）、次のステップＳ１１に進み、温度が１６０℃に達していない場合は、１６０℃になるまで抵抗加熱板１５に通電を継続し、昇温制御する。
ステップＳ１１、下型３と上型６の抵抗加熱板１５の通電を終了する。ただし、実際には抵抗加熱板１５に通電を終了した後もオーバーシュートによりしばらくの間抵抗加熱板１５およびスタンパ７の温度は、１６０℃よりも更に上昇する。そしてスタンパ７に当接された板状体Ａの表面をガラス転移温度よりも高くし、熱変形可能な状態とする。

ステップＳ１２、下型３と上型６の離隔手段である油圧シリンダ１３を同時に収縮させ、
ステップＳ１３、下型３と上型６の抵抗加熱板１５に対して冷却盤８が、第一の絶縁体であるゴムシート１１を介して当接されたことが図示しない近接スイッチにより検出されたら（Ｙ）、次のステップＳ１４に進む。近接スイッチにより検出されない場合（Ｎ）は、近接スイッチにより検出されるまで油圧シリンダ１３を収縮させる。
ステップＳ１４、図示しない加圧シリンダを制御し、ラム４の再下降を開始し、前記表面のみが熱変形可能な状態となった板状体Ａに対してスタンパ７により微小な凹凸の転写を開始する。この際に抵抗加熱板１５およびスタンパ７は、抵抗加熱板１５がゴムシート１１を介して冷却盤８に当接されることによって冷却が進行する。
ステップＳ１５、板状体Ａに対する単位面積当たりの圧力が３ＭＰａに達するまで増圧し、図示しない圧力センサーにより単位面積当たりの圧力が３ＭＰａに達したことに相当する圧力が検知されたら（Ｙ）、次のステップＳ１６に進み、単位面積当たりの圧力が３ＭＰａに達したことに相当する圧力が検知されない場合（Ｎ）は、単位面積当たりの圧力が３ＭＰａに達したことに相当する圧力が検知されるまで加圧シリンダにより加圧を行う。
ステップＳ１６、板状体Ａに対する単位面積当たりの圧力が３ＭＰａになるよう図示しない加圧シリンダの加圧力の制御を継続し、
ステップＳ１７、所定時間が経過したら真空ポンプの駆動を停止させ、スロープで減圧解除を開始して成形空間２６の気圧を徐々に大気圧に近づけるよう制御する。
ステップＳ１８、下型３に設けられた抵抗加熱板１５の温度が５０℃に達したかどうかを確認し、温度が５０℃に達したら（Ｙ）、次のステップＳ１９に進み、抵抗加熱板１５の温度が５０℃に達していない場合は、そのままの状態を継続し、抵抗加熱板１５およびスタンパ７の温度を下降させる。
ステップＳ１９、図示しない加圧シリンダを制御し、ラム４を上昇させ、板状体Ａへの加圧力をスロープで減圧する。
ステップＳ２０、ラム４が上昇位置に到達したかどうかを図示しない近接スイッチにより検出し、ラム４の上昇完了が確認されたら（Ｙ）、次のステップＳ２１に進み、ラム４の上昇完了が確認されないときは更にラム４を上昇させる。
ステップＳ２１、成形空間２６が大気圧になっているかどうかを図示しない気圧計によって測定し、大気圧になっていることが確認されたら（Ｙ）、次のステップＳ２２に進み、大気圧になっていない場合（Ｎ）は、さらに減圧解除を行う。
ステップＳ２２、成形空間２６を外気に開放する。
ステップＳ２３、図示しない略矩形の熱可塑性樹脂成形品取出手段により略矩形の熱可塑性樹脂成形品である導光板をプレス成形装置１から取出す。
ステップＳ２４、油圧シリンダ１３を伸長させ、冷却盤８と抵抗加熱板１５を離隔させる。

本発明では上記のステップにより抵抗加熱板１５およびスタンパ７の温度を制御しつつスタンパ７に当接された板状体Ａに加圧および転写を行う。なお、上記のステップの制御は、下型３に設けられた抵抗加熱板１５の温度を検出して、加圧開始等の制御を行ったが、上型６の温度か、または両方の抵抗加熱板１５，１５の温度を検出して制御を行うものでもよい。更に抵抗加熱板１５，１５の温度の検出ではなく、スタンパ７の温度、板状体Ａの温度、成形空間２６の真空度、抵抗加熱板１５への通電時間等を検出して制御を行うものでもよい。また抵抗加熱板１５への通電による昇温制御の開始は、冷却盤８と抵抗加熱板１５とが離隔と同時か僅かに前後して（１０秒以内の範囲で）行ってもよい。また前記昇温制御の開始は、スタンパ７に板状体Ａを当接させた後に限定されず、板状体Ａをスタンパ７に当接させるのと同時か、またはその前から昇温制御を行ってもよい。抵抗加熱板１５に通電がなされ、抵抗加熱板１５およびスタンパ７が既に昇温制御されている場合は、板状体Ａをスタンパ７の上に載置したら、なるべく速く上方のスタンパ７も下降させ板状体Ａの上面に当接させた方が、板状体Ａの反りを防止することができる。そして成形空間２６を真空としない場合は、抵抗加熱板１５への通電開始を板状体Ａの載置、当接よりも前から行った方が成形サイクル時間を短縮できる。特に上型６の側にのみ抵抗加熱板１５とスタンパ７が配設される場合は、下型３に板状体Ａを載置する前から抵抗加熱板１５に通電し、昇温制御させておいても反りの影響を受けずに成形サイクル時間を短縮できる。そしてまたプレス成形装置１の図示しない加圧シリンダや油圧シリンダ１３の制御については、近接スイッチや光電管によらずに、油圧を検出して行ってもよい。更に温度センサ２３によって所定の温度を検出し、抵抗加熱板１５およびスタンパ７を所定の温度になった後は一定の温度となるように昇温制御してから抵抗加熱板１５と冷却盤８とをゴムシート１１を介して当接させ冷却させるようにしてもよい。その場合通電をＯＮ・ＯＦＦ制御してもよく、電流値を制御してもよい。更にまた抵抗加熱板１５と冷却盤８とをゴムシート１１を介して当接させた後も、抵抗加熱板１５に電源から通電される電流値を制御しつつ通電を継続し、抵抗加熱板１５の温度を所望の温度カーブで低下させてもよい。更にタイマー等によって油圧シリンダ１３が作動され、冷却盤８と抵抗加熱板１５が当接したことを検出して抵抗加熱板１５への通電を停止してもよい。しかしいずれにしても抵抗加熱板１５への通電を停止するのと同時かあるいは僅かに前後して（前後１０秒程度の範囲で）抵抗加熱板１５と冷却盤８とを当接させることが望ましい。

またこの実施の形態では、抵抗加熱板１５の温度は１６０℃に達したら、抵抗加熱板１５への通電を中止し加圧を開始しているが、抵抗加熱板１５への通電を中止する温度は、成形される樹脂の熱変形温度（ＡＳＴＭ Ｄ６４８）よりも５０℃〜９０℃、好ましくは６０℃〜８０℃高い温度に設定されることが望ましい。この実施の形態の場合、アクリルの熱変形温度（ＡＳＴＭ Ｄ６４８）は約９５℃であるから、抵抗加熱板１５への通電を中止し加圧を開始する温度は１４５℃〜１８５℃、更に好ましくは１５５℃〜１７５℃の間で通電を中止し加圧を開始する。また加圧を終了し、離型する際の温度は、４０℃ないし６５℃が望ましい。更にまた、板状体Ａを加圧する際の真空度は、１０ｈＰａないし５０ｈＰａ程度が望ましいが、上記よりも低い真空度や大気圧で行うことも可能である。そして板状体Ａを加圧し転写を行う際の成形品の単位面積当たりの圧力は、１ＭＰａないし５ＭＰａの範囲が望ましい。そして本発明では既に表面が熱変形可能な状態となっている板状体Ａに微小な凹凸を転写するので、プレス成形としては比較的低い加圧力を用いれば足り、絶縁体を弾性体としたことによる加圧力の均一化がより一層行える。また前記板状体Ａを加圧する圧力が低い場合は、抵抗加熱板１５の温度を高くすることが望ましい。更にプレス成形装置１に搬入される板状体Ａは常温のものを用いる以外に、プレヒートして所定の温度としたものを用いてもよく、射出成形機や押出機によって成形された樹脂板の温度が低下しないうちにプレス成形装置１に搬入してもよい。そしてこの第１の実施の形態の絶縁体にゴムシートを用いた例では、プレス成形装置の機械平行度に誤差があったとしても、弾性体により誤差を吸収することができ、板状体Ａ全体に均一な加圧および転写を行うことができる。また成形される前の板状体Ａは押出成形等によって成形されるので、反りや厚さが不均一な場合もあるが、弾性体により全体に均一な転写を行うことができる。

次に前記の第１の実施の形態のプレス成形装置を用いて行なったテストとその結果について記載する。図８は、本発明のプレス成形装置により第一の絶縁体の厚さを変えて成形を行なった際のテスト結果を表す説明図である。このテストでは、成形に用いられる板状体Ａは、１５インチ表示装置用の厚さ８ｍｍのアクリルからなる板状体を使用した。そして前記板状体Ａに対してスタンパ７により、深さ２５μｍ、ピッチ間隔５０μｍの溝の転写成形を試みた。このテストにおける前記転写成形時の抵抗加熱板１５の最高発熱温度は１６０℃、加圧手段による加圧力は２．７ＭＰａで、真空成形空間中において転写成形を行った。そしてこのテストでは上記の成形条件において、冷却盤８と抵抗加熱板１５の間に使用される第一の絶縁体であるシリコンゴムシート１１を厚さの異なるものに変更してテストを行なった。因みに今回のすべてのテストについて抵抗加熱板１５とスタンパ７との間の第二の絶縁体は、抵抗加熱板１５にゴム系塗料を塗装したものを使用した。その結果、図８に示されるようにシリコンゴムシート１１の厚さは１．０ｍｍ以上の場合に良好なクッション効果が得られるが、冷却時間はシリコンゴムシート１１が厚いものほど長い時間が必要であることが解った。テスト結果では厚さ２．０ｍｍのシリコンゴムシート１１を用い、６０秒の冷却時間（加圧時間に近似）の場合に転写率が１００％のものが得られた。ただしこれはこのテスト結果に限定してのことであり、成形される樹脂、樹脂板の厚さや面積、加圧力、スタンパの厚さ、転写されるパターンの深さや形状等の条件が相違すれば、テスト結果も異なるものと考えられる。

次に図６に示される第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態のプレス成形装置３１は、加圧手段である加圧シリンダ３２が取付けられたベッド３３の４隅にタイバー３４が立設されており、タイバー３４の上部には上盤３５が取付けられている。そして前記上盤３５の下面には、平板状の冷却盤３６が固着されている。また加圧シリンダ３２によって昇降されるラム３７には可動盤３８が固着され、前記可動盤３８の上面にも平板状の冷却盤３９が固着されている。
なお加圧手段は可動盤３８の移動手段と別に設けてもよい。また前記上盤３５に固着される前記冷却盤３６と、前記可動盤３８に固着される前記冷却盤３９との間においては、一以上の平板状の他の冷却盤４０が設けられている。他の冷却盤４０の枚数については、設計事項であって限定されるものではない。他の冷却盤４０は両側に載置爪４１，４１が設けられ、成形時以外は、両側に設けられた段部４２，４２の上に載置されることにより、所定の間隔を有して配設可能に設けられている。そして成形時には、他の冷却盤４０は、可動盤３８を上昇させることにより前記冷却盤３６，３９、および他の冷却盤４０等（具体的には冷却盤３６と他の冷却盤４０の間、他の冷却盤４０の同士の間、他の冷却盤４０と冷却盤３９の間の組合せがある）の間で板状体Ａの多段プレス成形が行われる。そして前記冷却盤３６，３９、および他の冷却盤４０等については第１の実施の形態と同様に温調用媒体通路４３が形成され、図示しない温調器から温調用媒体が流通されることにより、前記冷却盤３６等を所定の温度に保つように制御される。またこれらの上盤３５、冷却盤３６，３９、および他の冷却盤４０等、可動盤３８を含んで構成される多段プレス成形が行われる成形空間４４は、真空室を形成する隔壁部４５によって外気とは隔絶可能に設けられ、図示しない真空ポンプにより減圧可能に設けられている。

そしてこれらの冷却盤３６，３９、および他の冷却盤４０等にも第１の実施の形態とほぼ同様の抵抗加熱板４６、第三の絶縁体であるゴムシート４７または絶縁塗装層，第四の絶縁体であるゴムシート４８または絶縁塗装層、スタンパ４９等からなる機構が形成されている。すなわち前記冷却盤３６および前記冷却盤３９には、その表面５０のみにゴムシート４７が貼り付け、またはゴム系塗料が塗布されるとともに、前記冷却盤３６および前記冷却盤３９と抵抗加熱板４６とを離隔、および当接させる離隔手段が設けられている。また前記冷却盤３６と前記冷却盤３９の中間に配設される他の冷却盤４０には表面（上面）と裏面（下面）に、抵抗加熱板４６、第三の絶縁体であるゴムシート４７または絶縁塗装層，第四の絶縁体であるゴムシート４８または絶縁塗装層、スタンパ４９等からなる機構が形成されている。第２の実施の形態において離隔手段は、弾発体であるバネ５１から構成されている。そして加圧シリンダ３２のラム３７の上昇時にバネ５１は収縮され、抵抗加熱板４６と平板状の冷却盤３６等が当接される。そして前記バネ５１には絶縁体であるセラミック板５２を介して抵抗加熱板４６が取付けられ、抵抗加熱板４６の表面５３には第四の絶縁体であるゴムシート４８を介しスタンパ４９が取付けられている。また第三の絶縁体であるゴムシート４７は、前記抵抗加熱板４６の裏面５４および／または前記冷却盤３６等の表面５０に取付けられたものであってもよい。

図６に示される第２の実施の形態のプレス成形装置３１によるプレス制御については、第１の実施の形態のプレス成形装置１の制御と成形条件等は異なるものの基本原理についてはほぼ同じである。プレス成形装置３１の１成形サイクル中において、可動盤３８が上昇されておらず、他の冷却盤４０が所定の間隔に保たれているときは、抵抗加熱板４６は前記冷却盤３６，３９および他の冷却盤４０等に対して離隔されている。板状体Ａがスタンパ４９の上に載置、当接されると、次に可動盤３８が上昇され、冷却盤３９と他の冷却盤４０が上盤３５に固着された前記冷却盤３６に向けて移動され、板状体Ａとその上方のスタンパ４９が当接されると、可動盤３８の上昇は一時停止される。そして前記抵抗加熱板４６に通電がなされ、抵抗加熱板４６およびスタンパ４９の昇温制御を開始する。そしてスタンパ４９等が所定の温度に達すると、抵抗加熱板４６への通電は停止され、再度加圧シリンダが作動し、可動盤３８が上昇される。そして抵抗加熱板４６がゴムシート４７を介して、前記冷却盤３６，３９および他の冷却盤４０等に当接される。その後なおも加圧シリンダ３２により、冷却盤３６，３９および他の冷却盤４０等の間で、スタンパ４９により板状体Ａに対して加圧および転写が行われる。なお抵抗加熱板４６への通電の停止は、前記冷却盤３６，３９および他の冷却盤４０等に対して抵抗加熱板４６が当接するのと同時か、或いは僅かに前後であればよい。

次に図７に示される第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態のプレス成形装置６１は、平板状の冷却盤６２に対して離隔手段によって離隔移動される抵抗加熱板６３が取付けられ、冷却盤６２の表面６４に弾性体からなる第五の絶縁体であるゴムシート６５または絶縁塗装層が取付けられたものが第一の型である下型と第二の型である上型の少なくとも一方に設けられている点については、第１の実施の形態のプレス成形装置１と近似している。第３の実施の形態のプレス成形装置６１においては、抵抗加熱板６３の表面６６側に、第１の実施の形態のように転写板であるスタンパ７が設けられていない。第３の実施の形態においては、スタンパ６７は成形される板状体Ａに当接されて共にプレス成形装置６１に搬入・搬出される。この例ではスタンパ６７の裏面側にスタンパ６７と抵抗加熱板６３の間を絶縁する第六の絶縁体であるゴムシート６８が貼付けられるか、または絶縁塗装層が設けられている。そして抵抗加熱板６３との間を絶縁するゴムシート６８が貼付けられた２枚のスタンパ６７が板状体Ａの上下に当接されたものが、移載機６９によりプレス成形装置６１の下型の抵抗加熱板６３の上に載置され、また成形後には搬出されるように設けられている。また第３の実施の形態では、抵抗加熱板６３の表面６６には絶縁体であるゴムシートが貼付けられ、ゴムシート６８が貼付けられていないスタンパ６７と板状体Ａが当接されたものを、プレス成形装置６１の抵抗加熱板６３に貼付けられたゴムシートの上に搬入・搬出されるように設けてもよい。

また図７に示される第３の実施の形態の別の実施例として、スタンパ６７を１枚のみとし、スタンパ６７のパターン転写面７１を板状体Ａの片面のみに当接させ、板状体Ａの片面のみに転写を行うようにしてもよい。また一枚のスタンパ６７のパターン転写面７１に比較的小さい板状体Ａを複数枚当接させ、複数枚の板状体Ａを同時に加圧し、転写成形を行うことも可能である。第３の実施の形態のプレス成形装置６１は、第２の実施の形態のプレス成形装置３１のような多段成形を行うことも可能である。更に第１の実施の形態のプレス成形装置１を用い、複数枚の板状体Ａとスタンパ６７とを交互に重ねて同時に成形を行うことも可能であるが、その場合は加圧時間等の成形条件の設定を考慮する必要がある。また、プレス成形装置６１の制御方法については第１の実施の形態のプレス成形装置１の制御方法と基本原理についてはほぼ同じである。ただし下型が水平方向に移動可能な場合は、スタンパ６７と板状体Ａを当接させたものを、下型の抵抗加熱板６３の上に載置させ、下型を上型の下方に移動させることにより、下型と上型の間に搬入する。

また図７に示される第３の実施の形態の更に別の実施例として、抵抗加熱板６３の表面６６を絶縁する第六の絶縁体は、移動可能な帯状の樹脂フィルムからなる例であってもよい。その場合、板状体Ａに転写を行うスタンパ６７と板状体Ａが帯状の樹脂フィルムの上に載置され、図示しないロール等の樹脂フィルム搬送手段により帯状の樹脂フィルムを一方から他方へ移動させることにより前記抵抗加熱板６３により加圧される成形空間７０に対してスタンパ６７とともに板状体Ａを搬入し、プレス成形装置６１で加圧および転写した上で搬出することができる。その場合の帯状の樹脂フィルムの材質としては、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニール樹脂、ポリイミド、フッ素系樹脂等の比較的耐熱温度が高い樹脂からなるフィルムが用いられる。よって第六の絶縁体として樹脂フィルムを用いる場合は、帯状の樹脂フィルムがキャリアフィルムの役割をするので、移載機６９を設ける必要はない。そして板状体Ａの上面側もスタンパ６７によって転写する（凹凸のないブランクスタンパを含む）場合は、帯状の樹脂フィルムを上下に設けるようにする。また樹脂フィルムは、帯状のキャリアフィルムとしてではなく、所定の大きさに切断されたものを使用してもよい。

また次に図９に示される第４の実施の形態のプレス成形装置８１について説明する。第４の実施の形態のプレス成形装置８１には、加圧時における抵抗加熱板８３の凹凸や温度ムラをより一層少なくするための機構が設けられている。プレス成形装置８１は、平板状の冷却盤８２に対して離隔手段によって離隔移動される抵抗加熱板８３が、第一の型である下型と第二の型である上型の少なくとも一方に設けられている点については、第１の実施の形態のプレス成形装置１と同じである。プレス成形装置８１では、第１の実施の形態においては第一の絶縁体に相当するゴムシート８４が抵抗加熱板８３の裏面側に当接され、前記ゴムシート８４の裏面側に、前記ゴムシート８４と同じ大きさの厚さ２ｍｍのステンレス製の押圧板８５が更に当接されている。よってゴムシート８４は接着剤等を用いずに抵抗加熱板８３と前記押圧板８５との間にサンドイッチ状に配設されている。また金属製の押圧板８５は、転写手段により成形される板状体Ａの外形形状を最低限カバーする大きさに設けられている。そして前記押圧板８５は、冷却盤８２に取付けられた絶縁体押圧手段であるシリンダ８６により抵抗加熱板８３の側に押圧されており、冷却盤８２に対する抵抗加熱板８３の離隔とともに移動される。よってゴムシート８４は、その裏面側から押圧板８５により抵抗加熱板８３に向けて押圧されている。第４の実施の形態は前記構成により、加圧時に抵抗加熱板８３の表面に、接着剤の塗布ムラによる凹凸が発生することを防止している。またゴムシート８４が均一に抵抗加熱板８３に当接されるため、抵抗加熱板８３の温度ムラをなくすことができる。

第４の実施の形態において抵抗加熱板８３の離隔手段は、弾発体であるバネ８７からなっており、バネ８７は抵抗加熱板８３の両端側に固定された抵抗加熱板取付部８８に当接されている。そしてバネ８７は抵抗加熱板８３等の自重に対応する分だけ、下型側のバネ８７の方が上型側のバネ８７より弾発作用の強いものが用いられている。またベッドおよび上可動盤の側には、ホルダー８９が設けられている。そして抵抗加熱板８３が冷却盤８２から離隔された際には、前記ホルダー８９が前記抵抗加熱板取付部８８に当接し、抵抗加熱板８３の冷却盤８２からの一定以上の離隔が規制される。第４の実施の形態では、抵抗加熱板取付部８８のバネ８７が当接する部分や、ホルダー８９の内面は絶縁層となっている。また抵抗加熱板８３は、その表面に転写パターンが形成されており、抵抗加熱板取付部８８は直流電源に接続されている。なお、上型側の絶縁体押圧手段等の機構は、ゴムシート８４が自重で抵抗加熱板８３の裏面に当接されるために必ずしも必要はない。そして、第４の実施の形態において、絶縁体押圧手段は、シリンダ８６に替えてバネを用いてもよく、離隔手段にシリンダを用いてもよい。そして離隔手段やホルダー８９は冷却盤８２に取付けられたものでもよい。また離隔手段の変形例として絶縁体押圧手段であるシリンダ８６やバネにより、押圧板８５等を介して抵抗加熱板８３を冷却盤８２に対して離隔させるようにしてもよい。第４の実施の形態の押圧手段を含む機構は、第２、第３の実施の形態でも採用可能である。第４の実施の形態のプレス成形装置８１の制御方法は第１の実施の形態とほぼ同じであるが、離隔手段がバネ８７の場合は、図示しない加圧シリンダにより、冷却盤８２を上昇させたときに、冷却盤８２に対して抵抗加熱板８３と押圧板８５の離隔がなされる。そして加圧時に、抵抗加熱板８３は、押圧板８５とゴムシート８４を介して冷却盤８２により冷却される。

前記第１の実施の形態ないし第４の実施の形態においては、転写板としてスタンパ７等を用いるか、または抵抗加熱板に転写手段が直接設けられた導光板を製造するプレス成形装置１，３１，６１，８１について記載した。しかし成形される熱可塑性樹脂成形品については導光板に限定されず、レンズ、ディスク基板、メモリーカード、液晶表示装置の光拡散板等の他の光学製品の転写成形に用いてもよく、精密回路基板、パソコン用部品等や、その他の薄板状成形品に転写板により転写成形を行うものに用いてもよい。更に本発明は、熱可塑性樹脂板状体の成形について記載してきたが熱硬化性樹脂にも適用することができる。

本発明のプレス成形装置の断面図である。 本発明のプレス成形装置による加圧成形時の断面図である。 本発明のプレス成形装置による成形時におけるタイムチャートである。 本発明のプレス成形装置による成形時におけるフローチャートである。 本発明のプレス成形装置による成形時におけるフローチャートであって図４の続きを示すものである。 本発明の第２の実施の形態のプレス成形装置の一部断面図である。 本発明の第３の実施の形態のプレス成形装置の断面図である。 本発明のプレス成形装置により第一の絶縁体の厚さを変えて成形を行なった際のテスト結果を表す説明図である。 本発明の第４の実施の形態のプレス成形装置の断面図である。

１，３１，６１，８１…… プレス成形装置
２，３３…… ベッド
３ ……… 下型
４，３７…… ラム
５ ……… 上可動盤
６ ……… 上型
７，４９，６７ ……… スタンパ
８，３６，３９，６２，８２ …… 冷却盤
９，４３…… 温調用媒体通路
１０，２０，５０，５３，６４，６６ …… 表面
１１，１７，２１，４７，４８，６５，６８，８４…… ゴムシート
１２ …… 凹部
１３ …… 油圧シリンダ
１４ …… ロッド
１５，４６，６３，８３…… 抵抗加熱板
１６ …… 支持部
１８ａ，１８ｂ …… 端子部
１９ …… 電線
２２，５４
…… 裏面
２３ …… 温度センサ
２４，７１
…… パターン転写面
２５ …… 枠体
２６，４４，７０ …… 成形空間
２７ …… ベローズ
３２ …… 加圧シリンダ
３４ …… タイバー
３５ …… 上盤
３８ …… 可動盤
４０ …… 他の冷却盤
４１ …… 載置爪
４２ …… 段部
４５ …… 隔壁部
５１，８７
…… バネ
５２ …… セラミック板
６９ …… 移載機
８５ …… 押圧板
８６ …… シリンダ
８８ …… 抵抗加熱板取付部
８９ …… ホルダー
Ａ ……… 略矩形の熱可塑性樹脂板状体

Claims (1)

1. 第一の型と第二の型との間で熱可塑性樹脂板状体の加圧を行うプレス成形方法において、
   押出成形によって１次成形された熱可塑性樹脂板状体に対して、両面側から厚さ０．２ないし２．５ｍｍのフッ素ゴムまたはシリコンゴムの弾性体を介して加熱可能な０．１ｍｍないし１．０ｍｍのニッケル製スタンパ（凹凸のないブランクスタンパを含む）からなる転写手段をそれぞれ当接させ、前記転写手段を前記熱可塑性樹脂板状体のガラス転移温度よりも高くするとともに真空ポンプによって成形空間内の減圧を行い、その後に本格的に加圧を行うとともに前記転写手段の冷却を行い、均一な転写を行うことを特徴とするプレス成形方法。

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