JP5376626B2 - 熱板装置及び熱転写プレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱板装置及び当該熱板装置を備えた熱転写プレス装置に関する。例えば、所定温度条件下で板状の被処理対象物（熱可塑性樹脂）に対してスタンパ（転写板）を押圧して所定パターンを転写する熱転写プレス装置に用いられる熱板装置及び当該熱板装置を備えた熱転写プレス装置に関する。

従来、この種の装置として、例えば特許文献１などには、熱可塑性樹脂製の板状体に対して金型に取り付けられたスタンパを押圧し、該スタンパに刻設されている所定パターンを前記板状体に熱転写（プレス成形）することで、液晶ディスプレイパネル等に用いられる導光板を製造する装置が記載されている。

ここで、熱転写によるプレス成形処理においては、被処理対象物である熱可塑性樹脂製の板状体を、所定に加熱し昇温させて軟化させ、かかる状態でプレス成形を行い、当該プレス成形後は離型性を考慮して被処理対象を所定に冷却することが必要とされる。

かかる観点から、特許文献１に記載される装置では、図６〜図８に示すように、スタンパの背面に熱板を配設し、当該熱板内に配設された流路（流体通路）に蒸気を流入させて熱板を昇温させると共に、前記流路と同じ流路に冷却水を導入することにより熱板延いてはスタンパを冷却するようにしている。

特開２００６−１７５４４８号公報

ここで、蒸気を加熱媒体として用いることは熱板を急速に昇温させることができる点で適しているが、発明者等の種々の実験研究によると、以下のような現象が生じ得ることが確認された。

すなわち、蒸気流入直後には、蒸気を蒸気導入通路から導入し熱板に形成されている複数の流路に分配するマニホールド部分と、熱板と、の間に、比較的大きな温度差が生じることになる。
また、冷却時も同様に、マニホールド部と、熱板と、の間に、比較的大きな温度差が生じる。

このように、マニホールド部と熱板とに温度差があると、温度差がある間、マニホールド部と熱板との間に熱膨張差（熱膨張差は長さが長くなるほど大きくなるため、図７、図８に示すマニホールドの長手方向における熱膨張差が特に問題となる）が生じるため、両者の接合面の、熱板にマニホールド部を固定するためのボルト締結部において、両者間に滑りが生じることになる。

そして、ボルト締結部に滑りが残った状態でマニホールド部及び熱板が常温まで冷却されて両者が元の長さに戻ろうとするため、マニホールド部の収縮により熱板がボルト締結部の影響により変形し（図１のうねりＢを参照）、熱板の平面度が低下してしまう惧れがある。

このような熱板の平面度の低下は、スタンパの平面度の低下を招き、以って成形される製品の品質の維持が難しくなるといった実情がある。

また、このような変形が長期に亘って繰り返されると、マニホールド部、熱板、或いはボルト締結部に金属疲労等を招くことになり、亀裂、損傷等が発生するようなことも考えられる。

なお、ボルト締結力を小さくして滑りをある程度許容することで熱板の変形を抑制することも考えられるが、これでは蒸気等の熱媒体に対するシール性が低下すると共に、繰り返しの滑りにより各部の摩耗が大きくなって蒸気等の熱媒体に対するシール性の低下その他の面において悪影響を生じさせることになる。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、加熱や冷却の際における熱板の変形を抑制することができ、以って成形される製品の品質を高く維持することができる熱板装置及び該熱板装置を備えた熱転写プレス装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る熱板装置は、
被処理対象物に対して熱の授受を行うための熱板であって、被処理対象物に対する熱の授受面に対して略平行に並んで配設され熱媒体としての流体が流通される複数の流体通路を備えた熱板と、
複数の流体通路の端部付近において複数の流体通路の並び方向に延在され、前記複数の流体通路と外部とを接続して流体を流通させる流体接続部と、
を備えた熱板装置であって、
前記流体接続部は前記熱板に対して、Ｏ−リングを介して、締結要素によって取り付けられている一方、
前記流体接続部が、複数の流体通路の並び方向において少なくとも２つに分割されていると共に、分割された流体接続部の間には所定間隙が設けられていることを特徴とする。

本発明において、隣接する流体接続部の熱板への締結要素が、複数の流体通路の並び方向と略直交する略共通の線上に配設されることを特徴とすることができる。

本発明において、隣接する流体接続部の熱板への締結要素が、流体接続部の取付面において複数の流体通路の並び方向と所定の鋭角をもって交差する線と、隣接する流体接続部間を通り前記並び方向と略直交する線と、の交点付近に配設されることを特徴とすることができる。

本発明に係る熱転写プレス装置は、上述した本発明に係る熱板装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、加熱や冷却の際における熱板の変形を抑制することができ、以って成形される製品の品質を高く維持することができる熱板装置及び該熱板装置を備えた熱転写プレス装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る熱板装置及び熱転写プレス装置について、添付の図面に従って説明する。

図１は、本実施形態に係る熱転写プレス装置１の構成を示す断面図である。
図１において、熱転写プレス装置１は、下型１０と、当該下型１０に対向する上型２０と、が備えられ、下型１０はベース部分に取り付けられ、上型２０は、図示しないプレス機構を介してプレス動作（昇降運動）可能に構成されている。

下型１０及び上型２０の相互に対向する面には、図示しないスタンパ（転写板）がそれぞれ取り付けられ、対面するスタンパの間に搬送されるワーク（被処理対象物、例えば、アクリル、ポリカーボネイト等の熱可塑性樹脂製の板状体）に対して、上型２０の昇降運動を利用して、スタンパに刻設されている所定パターンを熱転写（プレス成形）し、例えば液晶ディスプレイパネル等に用いられる導光板を製造するようになっている。

下型１０は、図１において、基台１１の上に断熱板１２が載置され、その上に熱板３０が載置され、当該熱板３０の上面に、図示しないスタンパが取り付けられる構成となっている。

上型２０は、下型１０とワークを挟んで略対称に構成されており、図１に示したように、基台１１の下に断熱板１２が取り付けられ、その下に熱板３０が取り付けられ、当該熱板３０の下面に、図示しないスタンパが取り付けられる構成となっている。

本実施の形態に係る熱板３０は、スタンパの処理面を均一かつ急速に加熱及び冷却することができるように、以下のように構成されている。

熱板３０は、図１〜図３に示すように、例えばステンレス等の金属製の厚さ約７ｍｍの板状体（受圧能力は１０ＭＰａ程度）で構成され、流体通路３１がスタンパ側表面と略平行に比較的細かいピッチ（例えば中心軸間距離５ｍｍ）で複数並んで設けられている。

なお、当該流体通路３１は、例えば、φ３〜４ｍｍ程度の貫通穴をガンドリル等で開口して形成することができる。このため、安価な加工法で形成できると共に、入手容易な一般的なサイズの止栓を使用することができ、製品コストを低く維持することができるという利点がある。

この流体通路３１には、熱板３０を加熱する際には、流体マニホールド５０、これに接続用コネクタ６０を介して接続される流体供給・排出用ホース（図示せず）によって蒸気が導入されるようになっている。

また、冷却の際には、流体マニホールド５０、これに接続用コネクタ６０を介して接続される流体供給・排出用ホースによって冷却水が導入されるようになっている。但し、冷却水に限定されるものではなく、他の冷媒を導入させる構成とすることも可能である。

冷却を開始してから所定時間経過後には、温度を所定に維持するためや次回加熱等に備えて、圧縮空気が導入されるようになっている。
流体供給・排出用ホースへの蒸気、冷却水、及び圧縮空気の選択的な供給は、図示しないバルブ等を介して行われる。

ここで、本実施の形態に係る流体マニホールド５０は、本発明に係る流体接続部に相当するもので、図２に示すように、熱板３０の流体通路３１の長軸方向の両端部の裏側（断熱板１２側表面）に配設される。なお、流体マニホールド５０は熱板３０と同様の材料を用いて形成されることができる。

当該流体マニホールド５０には、接続用コネクタ６０（Ｒｃ１／４インチ程度のサイズの管用テーパねじが形成されている）を取り付けるためのテーパねじ穴５１が形成されている。

そして、図１、図３に示すように、流体マニホールド５０は、熱板３０に複数並んで形成されている複数の流体通路３１の並び方向に、複数並んで配設されるようになっている。

各流体マニホールド５０の熱板３０への取り付け面５２には、複数の流体通路３１の並び方向に長い長穴溝５３が開口されており、その周囲には、長穴溝５３の内部と外部とのシール性を保持するために熱板３０の裏面に密着されるＯ−リング５４等が挿入されるＯ−リング溝５５が刻設されている。

なお、熱板３０の流体通路３１の各端部には、流体通路３１と熱板３０の裏面（流体マニホールド５０側表面、断熱板１２側表面）とを貫通する連通路５６が設けられている。

そして、図３に示したように、隣接する５つの連通路５６は、それぞれの長穴溝５３に臨んでおり、従って、本実施の形態においては、１つの長穴溝５３と５つの流体通路３１とが連通されるようになっている。この連通路５６は、例えばφ３ｍｍの内径を有し、ドリル等により比較的容易に形成することができる。

また、図２に示したように、長穴溝５３の側面には、前記テーパねじ穴５１の底部が接続されているため、当該テーパねじ穴５１に取り付けられる接続用コネクタ６０には、それぞれ５つの連通路５６を介して隣接する５つの流体通路３１が接続されることになる。

なお、流体通路３１を流れる流体の流れ方向は、同一方向に限定されるものではなく、例えば、隣接する流体マニホールド５０毎に流体通路３１内の流体の流れ方向を逆行させることができ、これにより流体通路３１について流体を同一方向に流す場合に比べて熱板３０の温度分布を均一化することができ、以って熱板３０の熱ひずみ等を最小に抑制することが可能となる。

但し、隣接する流体マニホールド５０毎に流れ方向を異ならせる場合に限らず、複数の流体マニホールド５０のうちの一部について、流体の流れ方向を他の流体マニホールド５０に対して逆行させることも可能である。

各流体マニホールド５０には、熱板３０の裏面に締結固定されるスタッドボルト或いは通しボルト（図示せず）等が挿通されボルト穴５７が形成されており、これら締結要素により、各流体マニホールド５０は、熱板３０の裏面に締結固定される。

このような構成を備えた本実施の形態に係る熱板装置（熱板３０と流体マニホールド５０）によれば、流体マニホールド５０を、複数に分割して構成したので、図６〜図８に示した従来の装置のように熱板の流体通路の並び方向に亘る長尺な一体式のマニホールドを備えた場合に比べて、流体マニホールド５０と熱板３０との熱膨張差に起因する熱板３０の反りを抑制することができ、以って成形される製品の品質を高く維持することができる。

すなわち、流体はまず流体マニホールド５０ヘ導入され、その後熱板３０中に入る。
従って、流体マニホールド５０と熱板３０には温度差が生じ、流体マニホールド５０の長さと熱板３０の長手方向（図１、図３の矢印Ａ方向：流体通路３１の並び方向）における長さが比較的大きく異なる現象が生じる。

このため、スタッドボルト或いは通しボルト等で熱板３０と流体マニホールド５０とを締結固定しておくと、締結部間で両者の長さが異なることとなって熱板３０に反りが発生するが、熱板３０の反り（図１に示したうねりＢ等参照）は、熱板３０の平面度を低下させ、スタンパ延いては成形される製品に対するプレス成形の際の応力ムラ（バラツキ）を生じさせる原因となるので好ましくない。

ここで、熱板３０の反り量は、ハリのたわみ量と考えることができ、たわみ量はハリの長さＬの３乗に比例する。このため、図３の矢印Ａ方向において、熱板３０が大型化し、流体マニホールドの長さが長くなるほどＬが大きくなり、たわみ量も大きくなることになる。

従って、本実施の形態のように、流体マニホールド５０を複数に分割することにより、温度差により生ずる流体マニホールド５０と熱板３０の長さの差を低減することができ、以って熱板３０と流体マニホールド５０間の滑り量を減少させることができ、延いては滑ったことで発生する熱板３０のたわみ量もハリの長さＬを短くすることにより減少させることができる。

よって、本実施の形態によれば、流体マニホールド５０と熱板３０との熱膨張差に起因する熱板３０の反りを抑制することができ、以って成形される製品の品質を高く維持することができることになる。

なお、隣接する流体マニホールド５０の間に隙間を設けることで、流体マニホールド５０が高温となって膨張した場合でも、隣接する流体マニホールド５０同士が干渉し合うことを回避でき、以って熱板３０に反りを発生させるなどの悪影響を一層確実に抑制することができる。

ところで、隣接する流体マニホールド５０の間に存在する流体通路３１には、流体を流すことが難しいため、できる限り、隣接する流体マニホールド５０間の寸法を小さくすることが望まれる。

このため、本実施の形態では、図３に示したように、一つの流体マニホールド５０を、長穴溝５３の開口平面において、長穴溝５３の長軸方向中心線（或いは短軸中心線）と所定の鋭角を持って交差する線Ｘと、隣接する長穴溝５３の間を通り流体通路３１の長手方向に伸びる２つの線Ｙ１、Ｙ２と、の２つの交点付近において前記開口平面に略直交する方向に沿って配設される２つのボルト穴５７とこれら挿通される２本のスタッドボルト或いは通しボルトなど（締結要素）により、熱板３０へ取り付け固定する構成とすると、隣接する流体マニホールド５０間において（或いは貫通ボルトを用いる場合にはボルトの存在により）使用できない流体通路３１の数を最小（図３に示す本実施の形態の一例では、１つ）とすることができるので、熱板３０の昇温及び冷却の効率の低下及び温度ムラを最小限に留めることができる。

但し、図３で例示したような一つの流体マニホールド５０につき２つの締結要素で固定するものに限定されるものではなく、隣接する流体マニホールド５０の熱板３０への締結要素が、複数の流体通路３１の並び方向と略直交する略共通の線上に配設されるものであれば締結要素の個数に制限はない。

しかしながら、隣接する流体マニホールド５０の熱板３０への締結要素を、流体マニホールド５０の取付面において複数の流体通路３１の並び方向と所定の鋭角をもって交差する線と、隣接する流体マニホールド５０間を通り前記並び方向と略直交する線と、の交点付近に配設するようにすれば、図３に示したような２つの締結要素で熱板３０に締結固定することが可能となり、これにより流体マニホールド５０を小型化することができ、以って流体マニホールド５０の熱容量を小さくでき、延いては熱媒体による昇降温効率を高めることができる。

（実験結果）
常温にて平面度を５μｍ以内に仕上げた有効範囲１６０ｍｍ四方の熱板３０に、マニホールド長さを熱板３０の幅と等しくした従来のような一体式の流体マニホールドを取り付け、３０°Ｃから１８０°Ｃまで１分以内に昇温させ、水道水にて１０ｓｅｃで８０°Ｃ以下まで冷却する昇降温テストを実行したところ、熱板３０の平面度が１０μｍ以上に変化した。

なお、この一体式のマニホールドと熱板３０を締結しているボルトを取り外して、常温にて熱板３０の平面度を測定すると、テスト前と同じ５μｍ以内の平面度に収まってた。

これに対し、従来のような一体式の流体マニホールドを、本実施の形態に係る分割式の流体マニホールド５０に入れ替えて同様のテストした結果、昇降温テスト前後で熱板３０の平面度に変化はなかった。

以上により、本実施の形態のような分割マニホールドを用いることにより、熱板昇降温前後で生ずる熱板平面度の変化を防止できる熱板装置を提供できる。

ところで、例えば７ｍｍの厚さの熱板３０の断熱材１２側に、ヒータ穴３２を有する加熱板を熱板３０と一体的に或いは別体として配設し、加熱時には、当該ヒータ穴３２に挿通された電熱ヒータを介して加熱するように構成することもできる。
このヒータ穴３２は、流体通路３１に対して断熱板１２側寄りの部位に、スタンパ側表面と略平行に比較的粗いピッチ（例えば中心軸間距離１０ｍｍ）で複数並んで開口されることができる。

本実施の形態では、加熱媒体として蒸気、冷却媒体として冷却水として説明したが、これに限定されるものではなく、他の流体（液体、気体）を熱媒体として用いることができるものである。

ところで、最終的な被処理対象物はワークであるが、熱板から見ると、熱の授受を行う対象はスタンパ（延いてはワーク）であり、従って、本発明において、スタンパを熱板が熱の授受という処理を行う対象、すなわち被処理対象物とすることもできるものである。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

本発明に係る熱板装置及び熱転写プレス装置によれば、加熱や冷却の際における熱板の変形を抑制することができ、以って成形される製品の品質を高く維持することができ有益である。

本発明の一実施の形態に係る熱板装置（熱板及び流体マニホールド）を備えた熱転写プレス装置を概略的に示す正面図である。 同上実施の形態に係る熱板装置の構造を説明するための熱板装置の側面図である。 図２の熱板装置の上面図である。 同上実施の形態に係る熱板装置の流体マニホールドを熱板側から見た図である。 図４の側面図である。 従来の熱転写プレス装置の一例を示す図である。 図６の熱転写プレス装置に用いられている熱板装置の上面図である。 図６の熱転写プレス装置に用いられている熱板のボルト締結部を説明するための図である。

符号の説明

１ 熱転写プレス装置
１０ 下型
２０ 上型
３０ 熱板
３１ 流体通路
５０ 流体マニホールド
５１ テーパねじ穴
５２ 取り付け面
５３ 長穴溝
５５ Ｏ−リング溝
５６ 連通路
６０ 接続用コネクタ

Claims (4)

1. 被処理対象物に対して熱の授受を行うための熱板であって、被処理対象物に対する熱の授受面に対して略平行に並んで配設され熱媒体としての流体が流通される複数の流体通路を備えた熱板と、
   複数の流体通路の端部付近において複数の流体通路の並び方向に延在され、前記複数の流体通路と外部とを接続して流体を流通させる流体接続部と、
   を備えた熱板装置であって、
   前記流体接続部は前記熱板に対して、Ｏ−リングを介して、締結要素によって取り付けられている一方、
   前記流体接続部が、複数の流体通路の並び方向において少なくとも２つに分割されていると共に、分割された流体接続部の間には所定間隙が設けられていることを特徴とする熱板装置。
2. 隣接する流体接続部の熱板への締結要素が、複数の流体通路の並び方向と略直交する略共通の線上に配設されることを特徴とする請求項１に記載の熱板装置。
3. 隣接する流体接続部の熱板への締結要素が、流体接続部の取付面において複数の流体通路の並び方向と所定の鋭角をもって交差する線と、隣接する流体接続部間を通り前記並び方向と略直交する線と、の交点付近に配設されることを特徴とする請求項２に記載の熱板装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の熱板装置を備えたことを特徴とする熱転写プレス装置。
   

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