KR100970361B1 - Thermal press forming device and mold system for the device - Google Patents
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Abstract
(과제)
열가소성 판의 표면에 요철 패턴을 전사하는 열프레스 성형에 있어서, 열가소성 판과 스템퍼의 접촉 상태를 균일화한다.
(해결 수단)
프레스 장치의 슬라이드 (104) 와 볼스터 (102) 에 실린더 기구 (112, 114) 가 탑재된다. 각 실린더 기구는 열매유체로 채워지는 압력실 (126) 이 내측에 있는 실린더 (120) 를 갖는다. 실린더 (120) 는 가요성 천판 (124) 을 갖고, 가요성 천판 (124) 은 압력실 (126) 에 접한 내면과, 스템퍼 (128) 를 지지하는 외면을 갖는다. 압력실 (126) 내의 열매유체를 냉각시키기 위한 복수의 열교환 파이프 (134) 가 압력실 (126) 내에 배치된다. 예압 장치 (160) 가 천판 (124) 을 바깥쪽으로 부풀리기 위한 바이어스압을 압력실 (126) 에 인가한다.
(assignment)
In hot press molding for transferring the uneven pattern to the surface of the thermoplastic plate, the contact state between the thermoplastic plate and the stamper is uniformized.
(Solution)
Cylinder mechanisms 112 and 114 are mounted on the slide 104 and bolster 102 of the press apparatus. Each cylinder mechanism has a cylinder 120 in which a pressure chamber 126 filled with a heat fluid is located. The cylinder 120 has a flexible top plate 124, and the flexible top plate 124 has an inner surface in contact with the pressure chamber 126 and an outer surface for supporting the stamper 128. A plurality of heat exchange pipes 134 for cooling the heat fluid in the pressure chamber 126 are disposed in the pressure chamber 126. The preload device 160 applies a bias pressure to the pressure chamber 126 to inflate the top plate 124 outward.
Description
본 발명은 스템퍼를 가압하여 열가소성 판의 표면에 미세한 형상의 패턴을 전사하기 위한 열프레스 성형 장치, 및 동 장치용 금형 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat press forming apparatus for pressing a stamper to transfer a finely shaped pattern onto the surface of a thermoplastic plate, and a mold system for the apparatus.
이러한 종류의 열프레스 성형 장치는, 예를 들어, 액정 디스플레이의 백라이트용 도광판이나 확산판, 그리고 렌즈나 광디스크 기판과 같이 미세한 형상 패턴을 표면에 갖는 광학 부품이나 고의장성 패널을 성형하기 위해 이용된다. 이러한 종류의 열프레스 성형을 위한 금형의 구조가 예를 들어, 특허문헌 1 에 개시되어 있다. 이 개시에 의하면, 가열 냉각 수단을 갖는 가열 냉각판 상에 판 형상의 스템퍼가 부착되고, 가열 냉각판에 의해 스템퍼가 가열 냉각되고, 그리고 가열 냉각판을 개재하여 스템퍼가 열가소성 수지판의 표면에 가압된다.This kind of hot press molding apparatus is used for molding an optical component or a highly decorative panel having a fine shape pattern on the surface, such as a light guide plate or a diffusion plate for a backlight of a liquid crystal display and a lens or an optical disk substrate, for example. The structure of the metal mold | die for this kind of hot press molding is disclosed by patent document 1, for example. According to this disclosure, a plate-shaped stamper is attached to a heating cooling plate having heating cooling means, the stamper is heated and cooled by the heating cooling plate, and the stamper is pressed against the surface of the thermoplastic resin plate via the heating cooling plate. do.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004-74769호Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-74769
이러한 종류의 열프레스 성형에 의해 전사되는 형상 패턴의 요철의 높이는 전형적으로 수㎛ 내지 수십㎛ 이다. 한편, 피가공재인 열가소성 수지판의 두께는 ± 0.1 ㎜ 정도의 편차를 갖고 있다. 게다가, 스템퍼를 부착하는 금형의 치수나 스템퍼 자체의 두께나 평면도에도 0.01 ∼ 0.05㎜ 정도의 편차가 있다.The height of the unevenness of the shape pattern transferred by this kind of hot press molding is typically several micrometers to several tens of micrometers. On the other hand, the thickness of the thermoplastic resin plate which is a workpiece has a variation of about 0.1 mm. In addition, there is a variation of about 0.01 to 0.05 mm in the size of the mold to which the stamper is attached and the thickness and plan view of the stamper itself.
또한, 특허문헌 1 에 개시된 열프레스 성형으로는 스템퍼를 가열 냉각판으로 가열한 상태에서 피가공재의 표면에 가압하고, 그리고, 가열 냉각판으로 스템퍼를 냉각시킨 후에 피가공재에 대한 스템퍼의 가압을 종료한다. 이 때문에, 가열 냉각판에는, 가열 냉각시에 열뒤틀림에 의한 휨이 발생한다.In addition, in the hot press molding disclosed in Patent Document 1, the stamper is pressurized onto the surface of the workpiece in a state where the stamper is heated with a heating cold plate, and the stamper is cooled to the workpiece after cooling the stamper with the heating cooling plate. End pressurization. For this reason, the curvature by heat distortion at the time of heat cooling generate | occur | produces in a heating cooling plate.
이들 사상 (事象) 이 원인이 되어, 성형시에 스템퍼와 피가공재의 접촉면 상의 압력 분포가 불균일해져, 스템퍼의 일부분이 피가공재에 소요 압력으로 가압되지 않는 사태가 발생한다. 결과적으로, 피가공재의 표면에 부분적으로 패턴이 완전히 전사되지 않는 결함이 생긴다.Due to these events, the pressure distribution on the contact surface of the stamper and the workpiece is uneven at the time of molding, so that a part of the stamper is not pressurized by the required pressure to the workpiece. As a result, a defect occurs in which the pattern is not partially transferred completely to the surface of the workpiece.
이 문제를 해결하기 위해서 몇 가지 대책을 생각할 수 있다. 예를 들어, 전사에 필요한 가압력 이상의 큰 가압력을 부하한다. 또는 스템퍼의 가열 온도를 높이고, 전사에 필요한 면압을 낮춘다. 또는 가열한 스템퍼의 피가공재에 대한 가압 시간을 길게하고, 피가공재의 연화층을 크게하여 전사에 필요한 면압을 낮춘다.Several measures can be taken to solve this problem. For example, a large pressing force more than the pressing force necessary for transferring is loaded. Or raise the heating temperature of a stamper, and lower the surface pressure required for transcription | transfer. Alternatively, the pressurization time of the heated stamper to the workpiece is lengthened, and the softening layer of the workpiece is increased to lower the surface pressure necessary for transfer.
그러나, 이러한 대책은 설비 비용, 운용 비용운용 비용 면에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 필요 이상의 온도나 면압을 피가공재에 부하하기 때문에, 성형시에 재료 측면의 팽창이 커져, 성형 종료 후에 부푼 재료 측면의 후가공이 필요해진다.However, such measures are not preferable in terms of equipment cost and operating cost, and because they load more than necessary temperature and surface pressure on the workpiece, the expansion of the material side at the time of molding becomes large, and the bulging of the material side at the end of molding Post processing is necessary.
따라서, 본 발명의 목적은 열가소성 판의 표면에 요철 패턴을 전사하는 열프레스 성형에 있어서, 열가소성 판과 스템퍼의 접촉 상태를 균일화하는 것에 있다.Therefore, an object of the present invention is to uniformize the contact state between the thermoplastic plate and the stamper in hot press molding for transferring the uneven pattern to the surface of the thermoplastic plate.
본 발명에 의한 스템퍼를 가압하여 열가소성 판의 표면에 형상 패턴을 전사하기 위한 열프레스 성형 장치는 볼스터와, 슬라이드와, 상기 슬라이드를 구동하는 구동 장치를 갖는 프레스 장치와, 상기 슬라이드 또는 볼스터에 탑재되는 실린더 기구를 구비한다. 상기 실린더 기구는 열매유체로 채워지는 압력실이 내측에 있는 실린더를 갖는다. 실린더는 가요 (可撓) 성 천판을 갖는다. 가요성 천판은 압력실에 접한 내면과, 스템퍼를 지지하는 외면을 갖는다. 또한, 이 열프레스 성형 장치는 압력실 내의 열매유체를 가열 및 냉각시키는 가열 냉각 장치와, 압력실에 바이어스압을 인가하는 예압 장치를 구비한다.The hot press forming apparatus for pressurizing the stamper according to the present invention and transferring the shape pattern onto the surface of the thermoplastic plate comprises a press device having a bolster, a slide, and a driving device for driving the slide, and mounted on the slide or bolster. It is provided with a cylinder mechanism. The cylinder mechanism has a cylinder in which a pressure chamber filled with a heat fluid is inside. The cylinder has a flexible top plate. The flexible top plate has an inner surface in contact with the pressure chamber and an outer surface for supporting the stamper. The hot press forming apparatus further includes a heating and cooling device for heating and cooling the heat medium in the pressure chamber, and a preloading device for applying a bias pressure to the pressure chamber.
이 열프레스 성형 장치는 압력실 내의 열매유체를 가열함으로써 스템퍼를 가열하고, 스템퍼의 온도가 열가소성 판의 재료 연화 온도 이상으로 가열되면, 프레스 장치의 슬라이드를 강하시켜, 스템퍼를 열가소성 판에 가압한다. 이 때, 스템퍼는 압력실의 내압에 의해, 가요성 천판을 개재하여, 열가소성 판의 표면에 가압되기 때문에, 스템퍼의 열가소성 판의 표면에 대한 압력의 분포가 보다 균일해진다. 그 후, 이 가압 상태에서 압력실 내의 열매유체가 냉각된다. 스템퍼의 온도가 열가소성 판의 재료 연화 온도 이하까지 냉각되면, 슬라이드가 상승한다.This hot press forming apparatus heats the stamper by heating the heat medium in the pressure chamber. When the temperature of the stamper is heated above the material softening temperature of the thermoplastic plate, the slide of the press device is lowered, and the stamper is applied to the thermoplastic plate. Pressurize. At this time, the stamper is pressurized to the surface of the thermoplastic plate via the flexible top plate by the internal pressure of the pressure chamber, so that the pressure distribution to the surface of the thermoplastic plate of the stamper becomes more uniform. Thereafter, the heat medium in the pressure chamber is cooled in this pressurized state. When the temperature of the stamper is cooled to below the material softening temperature of the thermoplastic plate, the slide rises.
바람직한 실시형태에서는, 프레스 장치로부터 실린더 기구에 가해지는 프레스력이 상승하면, 압력실의 내압이 상승하도록, 실린더 기구가 구성되어 있다. 예를 들어, 실린더 기구가 압력실의 용적을 가변하도록 상기 실린더 내에 슬라이드할 수 있게 삽입된 피스톤을 추가로 갖고, 피스톤은 슬라이드 또는 볼스터에 연결되어, 슬라이드 또는 볼스터로부터 피스톤에 가해지는 프레스력이 상승하면, 압력실의 용적이 감소하도록 실린더 내에서 슬라이드하도록 되어 있다.In a preferred embodiment, the cylinder mechanism is configured such that when the press force applied to the cylinder mechanism from the press device increases, the internal pressure of the pressure chamber increases. For example, the cylinder mechanism further has a piston slidably inserted into the cylinder to vary the volume of the pressure chamber, the piston being connected to the slide or bolster, thereby increasing the press force applied to the piston from the slide or bolster. In other words, the pressure chamber slides in the cylinder so as to reduce the volume.
바람직한 실시형태에서는, 상기 가열 냉각 장치가 압력실 내에 형성된 열교환 파이프와, 열교환 파이프 내에 가열 유체 및 냉각 유체를 공급하는 가열 냉각 유체 공급 장치를 갖는다. 또는 변형예로서, 상기 가열 냉각 장치가 압력실 내에 형성된 전기 히터와, 압력실 내에 형성된 열교환 파이프와, 전기 히터를 구동하는 히터 전원과, 열교환 파이프 내에 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급 장치를 갖고 있어도 된다.In a preferred embodiment, the heating cooling device has a heat exchange pipe formed in the pressure chamber and a heating cooling fluid supply device for supplying heating fluid and cooling fluid into the heat exchange pipe. Alternatively, the heating and cooling device may have an electric heater formed in the pressure chamber, a heat exchange pipe formed in the pressure chamber, a heater power source for driving the electric heater, and a cooling fluid supply device for supplying a cooling fluid into the heat exchange pipe. do.
바람직한 실시형태에서는, 상기 예압 장치가 열가소성 판에 대한 스템퍼의 가압을 종료시키기 위해서 슬라이드가 상승할 때, 압력실의 내압에 의해 천판이 바깥쪽으로 부풀어 나와 볼록 형상이 되는데 필요한 크기의 압력을 상기 바이어스압으로서 압력실에 인가하도록 되어 있다.In a preferred embodiment, when the slide is raised to end the pressurization of the stamper against the thermoplastic plate, the bias of the size necessary for the top plate to bulge outward and become convex by the internal pressure of the pressure chamber. The pressure is applied to the pressure chamber.
바람직한 실시형태에서는, 압력실의 내압을 검출하는 압력 센서가 추가로 형성된다. 그리고, 상기 구동 장치가 압력 센서로부터의 검출 압력에 기초하여, 압력실의 내압이 미리 설정된 설정압이 되도록, 슬라이드의 이동을 제어하도록 되 어 있다.In a preferred embodiment, a pressure sensor for detecting the internal pressure of the pressure chamber is further formed. Then, the drive device is configured to control the movement of the slide so that the internal pressure of the pressure chamber becomes a preset set pressure based on the detected pressure from the pressure sensor.
바람직한 실시형태에서는, 압력실 내의 열매유체의 온도를 검출하는 온도 센서가 추가로 형성된다. 그리고, 상기 가열 냉각 장치가 온도 센서로부터의 검출 온도에 기초하여, 압력실 내의 열매유체의 온도를 미리 설정된 설정 온도가 되도록 제어하도록 되어 있다.In a preferred embodiment, a temperature sensor for detecting the temperature of the heat fluid in the pressure chamber is further formed. The heating and cooling device is configured to control the temperature of the heat medium in the pressure chamber to be a preset set temperature based on the detected temperature from the temperature sensor.
본 발명의 다른 측면에 의한 스템퍼를 가압하여 열가소성 판의 표면에 요철 패턴을 전사하기 위한 열프레스 성형 장치를 위한 금형 시스템은, 상기 서술한 실린더 기구와, 가열 냉각 장치와, 예압 장치를 구비한다.The mold system for the heat press molding apparatus for pressurizing the stamper according to another aspect of the present invention to transfer the uneven pattern to the surface of the thermoplastic plate includes the above-described cylinder mechanism, a heating cooling device, and a preloading device. .
본 발명에 의하면, 성형시의 열가소성 판과 스템퍼의 접촉 상태를 균일화하는 것에 있다.According to the present invention, it is to uniformize the contact state between the thermoplastic plate and the stamper during molding.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 열프레스 성형 장치에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the heat press molding apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated, referring drawings.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 열프레스 성형 장치의 전체 구성을 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The whole structure of the heat press molding apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is shown.
열프레스 성형 장치 (100) 는 범용적인 프레스 장치와, 열프레스 성형을 위한 금형 시스템의 조합으로 구성된다. 범용적인 프레스 장치는 플로어에 고정된 볼스터 (102) 와, 이 볼스터 (102) 의 상방에 배치된 슬라이드 (104) 와, 슬라이드 (104) 를 구동하는 구동 장치 (106) 를 구비한다. 슬라이드 (104) 는 구동 장치 (106) 에 의해 구동됨으로써, 볼스터 (102) 에 대해 접근 및 분리되도록, 도시하지 않은 지주를 따라 상하 방향으로 이동한다. 구동 장치 (106) 는 예를 들어, 슬라이드 (104) 를 구동하는 서보 모터 (108) 와, 서보 모터 (108) 를 구동하여 제어하는 모터 컨트롤러 (110) 를 갖는다. 구동 장치 (106) 로서 도시한 바와 같은 서보 모터를 사용한 것 대신에, 유압 액츄에이터를 사용한 것을 사용해도 된다.The hot press forming apparatus 100 is composed of a combination of a general-purpose press apparatus and a mold system for hot press molding. The general-purpose press apparatus is provided with the
금형 시스템은 볼스터 (102) 와 슬라이드 (104) 에 각각 서로 대향 배치되도록 탑재된 상하 2 개의 실린더 기구 (112, 114) 를 구비한다. 도 2 는 이들 2 개의 실린더 기구 (112, 114) 의 부분을 확대하여 나타내고 있다. 2 개의 실린더 기구 (112, 114) 는 실질적으로 동일한 구성이므로, 상측의 실린더 기구 (112) 를 예로 들어, 그 구성에 대해서 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명한다.The mold system includes two upper and
상측의 실린더 기구 (112) 는 다이셋 (116), 피스톤 (118), 실린더 (120) 및 홀더 (122) 를 갖는다. 다이셋 (116) 은 대략 직사각형 판형이고, 슬라이드 (104) 상에 고정된다. 피스톤 (118) 은 대략 직사각형 주형 (柱形) 이고, 다이셋 (116) 의 중앙부 상에 고정된다. 실린더 (120) 는 대략 직사각형 통형이고, 그 저부가 개구되어 있다. 실린더 (120) 저부의 개구로부터 실린더 (120) 의 내측으로 피스톤 (118) 이 삽입된다. 실린더 (120) 의 내측면과 피스톤 (118) 의 외측면이 밀착된 상태에서, 실린더 (120) 는 피스톤 (118) 에 대해 상하 방향으로 슬라이드할 수 있다 (바꾸어 말하면, 피스톤 (118) 은 실린더 (120) 에 대해 상하 방향으로 슬라이드할 수 있다). 홀더 (122) 는 대략 직사각형 윤형(輪形) 이고, 다이셋 (116) 상에 고정되어 실린더 (120) 의 외주에 끼워진다. 실린더 (120) 는 홀더 (122) 에 대해서도 상하 방향으로 슬라이드할 수 있다. 홀더 (122) 는 실린더 (120) 를 외측으로부터 구속하여, 실린더 (120) 가 슬라이드할 때 기울어지지 않도록 한다.The
홀더 (122) 의 헤드면 상에 그 헤드면 상에 진공 패킹을 갖는 원고리 형상의 밀폐 프레임 (144) 이 스프링 (146) 을 개재하여 부착되어 있다. 밀폐 프레임 (144) 은 홀더 (122) 에 대해 슬라이드할 수 있고, 스프링 (146) 에 의해 하방으로 탄성 지지되어 있다. 슬라이드 (104) 가 강하하여 밀폐 프레임 (144) 이 하측의 실린더 기구 (114) 가 맞닿으면, 밀폐 프레임 (144) 의 내측에 진공 챔버가 형성되도록 되어 있다. 또한, 슬라이드 (104) 가 강하되면, 밀폐 프레임 (144) 은 스프링 (146) 으로부터의 가압력으로 하측의 실린더 기구 (114) 에 맞닿은 상태에서, 홀더 (122) 에 대해 상방으로 슬라이드한다. 도시하지 않은 진공 펌프와 대기 개방 밸브에 의해, 이 진공 챔버의 진공 흡인과 대기 개방을 자유롭게 할 수 있다.A ring-shaped
실린더 (120) 는 그 헤드부에 천판 (124) 을 갖는다. 천판 (124) 은 가요성의 얇은 금속 판이다. 실린더 (120) 내에는 천판 (124) 과, 피스톤 (118) 과, 실린더 (120) 의 측벽에 의해 압력실 (126) 이 구획된다. 압력실 (126) 내에는 대기압하에서도 고온으로 가열할 수 있는 열전도율이 높은 열매유체 (예를 들어, 오일이나 GALDEN (등록상표) 등의 액체) 가 충전된다. 압력실 (126) 은 실질적으로 밀폐되어, 압력실 (126) 의 내압이 높아져도 압력실 (126) 로부터 밖으로 열매유체가 새어 나오지 않도록 되어 있다.The
밀폐된 압력실 (126) 의 용적은, 실린더 (120) 에 대해 피스톤 (118) 이 슬라이드함으로써 변화될 수 있다. 슬라이드 (104) 로부터 피스톤 (118) 에 가해지는 프레스력이 증대되면, 피스톤 (118) 이 실린더 (120) 의 헤드부를 향하여 슬라이드하여 압력실 (126) 의 용적을 감소시키려고 하기 때문에, 압력실 (126) 의 내압이 상승된다. 가요성 천판 (124) 을 제외하고, 압력실 (126) 에 접한 모든 벽은 강체로서, 압력실 (126) 의 내압에 따라 변형되지 않는다. 한편, 가요성 천판 (124) 은 압력실 (126) 의 내압이 상승되면, 그 내압을 내면에 받아 바깥쪽으로 부풀어 나오도록 변형된다.The volume of the sealed
도 2 에 나타내는 바와 같이, 실린더 (120) 의 헤드부의 외면 (헤드면) 상에는, 가요성의 얇은 판 형상의 스템퍼 (128) 가 고정된다. 스템퍼 (128) 의 고정 방법으로는 예를 들어, 실린더 (120) 의 헤드면 상에 가공된 진공 흡착홈 (130) 에 의한 진공 흡인 (이를 위한 진공 펌프는 도시생략) 과, 실린더 (120) 의 헤드면 상에 형성된 고정구 (132) 의 조합을 사용할 수 있다. 실린더 (120) 의 헤드부에 고정된 스템퍼 (128) 는 그 배면이 가요성 천판 (124) 의 외면에 밀착된다. 압력실 (126) 의 내압에 의해 천판 (124) 이 변형되면, 스템퍼 (128) 도 동일하게 변형된다. 열프레스 성형시에는, 열가소성 수지판인 피가공재 (200) 의 상한 양면에 상하의 스템퍼 (128, 128) 가 가압된다. 이 때, 상기와 같이 압력실 (126) 의 내압의 상승에 따라서 스템퍼 (128, 128) 가 변형됨으로써, 피가공재 (200) 의 표면에 대한 스템퍼 (128, 128) 의 성형 압력의 분포가 종래보다 균일해진다.As shown in FIG. 2, on the outer surface (head surface) of the head part of the
압력실 (126) 내에는 여기에 충전된 열매유체를 냉각시키기 위한 장치가 형성된다. 이 실시형태에서는, 일례로서 복수개의 열교환 파이프 (134) 가 압력실 (126) 내에 배치된다. 이들 복수개의 열교환 파이프 (134) 의 입구는 실린더 (120) 내에 형성된 매니폴드 (138) 를 개재하여, 다이셋 (116) 내에 부설된 공급 파이프 (136) 에 접속된다. 또한, 이들 복수개의 열교환 파이프 (134) 의 출구는 실린더 (120) 내에 형성된 매니폴드 (142) 를 개재하여, 다이셋 (116) 내에 부설된 배출 파이프 (140) 에 접속된다. 또, 압력실 (126) 내의 열매유체의 온도를 검출하기 위한 온도 센서 (148) 가 압력실 (126) 내 또는 압력실 (126) 에 접한 벽면 (이 실시형태에서는, 피스톤 (118) 의 헤드면 상) 에 형성되어 있다.In the
도 1 에 나타내는 바와 같이, 공급 파이프 (136) 와 배출 파이프 (140) 는 가열 냉각 유체 공급 장치 (150) 에 접속된다. 가열 냉각 유체 공급 장치 (150) 는 유체 순환 장치 (152) 와 제어 장치 (154) 를 갖는다. 유체 순환 장치 (152) 는 온도 조절된 고온의 가열 유체 (예를 들어, 증기, 온수, 오일 등) 와 저온의 냉각 유체 (예를 들어, 냉각수) 를 공급 파이프 (136) 에 공급하고, 그리고, 열교환 파이프 (134) 를 통과하여 배출 파이프 (140) 로 배출된 상기 유체를 흡수한다. 가열 유체와 냉각 유체를 교대로 열교환 파이프 (134) 에 흐르게 함으로써, 압력실 (126) 내의 열매유체를 가열 및 냉각시킬 수 있다. 제어 장치 (154), 온도 센서 (148) 로부터의 출력 신호를 받아, 그 출력 신호가 나타내는 압력실 (126) 내의 열매유체의 온도가 미리 설정된 설정 온도 (가열용 설정 온도와 냉각용 설정 온도) 가 되도록, 유체 순환 장치 (152) 에 의해 공급되는 가열 유체와 냉각 유체의 온도 및 유량을 제어한다.As shown in FIG. 1, the
또한, 압력실 (126) 내의 열매유체를 가열 및 냉각시키기 위한 변형 구성예로서 압력실 (126) 내에 전기 히터 (도시 생략) 와 열교환 파이프 (134) 를 형성하고, 가열시에는 외부의 히터 전원 (도시 생략) 에 의해 전기 히터에 통전시킴과 함께 열교환 파이프 (134) 로의 냉각 유체의 공급을 정지시켜 열교환 파이프 (134) 에 에어를 공급하고, 또한, 냉각시에는 전기 히터로의 통전을 정지시킴과 함께 열교환 파이프 (134) 에 냉각 유체를 공급하도록 해도 된다.In addition, as an alternative configuration for heating and cooling the heat medium in the
또한, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 압력실 (126) 에는 예압 파이프 (162) 를 개재하여, 예압 장치 (160) 가 접속된다. 예압 장치 (160) 는 소정의 바이어스압을 압력실 (126) 에 변함없이 계속하여 인가함과 함께, 압력실 (126) 의 내압이 소정의 허용 상한압을 초과한 경우에는, 압력실 (126) 의 초과 압력을 빼내어 허용 상한압으로 한다. 여기에서, 상기 바이어스압은 패턴 전사가 이루어진 후에 피가공재 (200) 에 대한 스템퍼 (128) 의 가압을 종료시키기 위해서 슬라이드 (104) 가 상승할 때, 압력실 (126) 의 내압에 의해 천판 (124) 이 바깥쪽으로 부풀어 나와 볼록 형상이 되는데 필요한 크기의 압력 (예를 들어, 1MPa 정도) 이다. 이 바이어스압은 패턴 전사에 필요한 압력 (예를 들어, 4 ∼ 5MPa 정도) 보다는 낮다. 또한, 상기 허용 상한압은 패턴 전사에 필요한 압력 (예를 들어, 4 ∼ 5MPa 정도) 보다는 훨씬 높은 압력이다.1, the preload device 160 is connected to the
도 1 에 나타내는 바와 같이, 압력실 (126) 의 내압을 검출하기 위한 압력 센서 (164) 가 압력실 (126) 또는 예압 파이프 (162) (이 실시예에서는 예압 파이프 (162) 에 형성되어 있다. 압력 센서 (164) 의 출력 신호는 구동 장치 (106) 의 모터 컨트롤러 (110) 에 입력된다. 모터 컨트롤러 (110) 는 압력 센서 (164) 의 출력 신호가 나타내는 압력실 (126) 의 내압이 미리 설정된 설정 내압 (가공 공정에 따라 바뀌는 값이다) 이 되도록, 서보 모터 (108) 를 구동원으로 하는 슬라이드 (104) 의 이동을 제어한다. 그 결과, 서보 모터 (108) 로부터 슬라이드 (104) 에 인가되는 프레스력의 크기가 제어된다.As shown in FIG. 1, a pressure sensor 164 for detecting the internal pressure of the
도 3A ∼ 3D 는 상기 서술한 구성을 갖는 열프레스 성형 장치 (100) 가 실시하는 가공 동작의 흐름을 나타낸다.3A-3D show the flow of the machining operation which the hot press molding apparatus 100 which has the structure mentioned above performs.
도 3A 에 나타내는 바와 같이, 슬라이드 (104) 가 상한 위치에 있는 상태에서, 하측의 스템퍼 (128) 상에 가공 전의 열가소성 수지판인 피가공재 (200) 가 세트된다. 그 후, 도 3B 에 나타내는 바와 같이, 슬라이드 (104) 가 하강하여, 밀폐 프레임 (144) 이 하측의 홀더 (122) 에 접촉한다. 밀폐 프레임 (144) 의 내측에 진공 챔버 (170) 가 형성되고, 슬라이드 (104) 가 정지한다. 도시생략된 진공 펌프에 의해, 진공 챔버 (170) 의 진공 당김이 개시됨과 함께, 상하의 열교환 파이프 (134, 134) 에 가열 매체의 공급이 개시된다.As shown to FIG. 3A, the
그 후, 도 3C 에 나타내는 바와 같이, 상하의 압력실 (126, 126) 내의 열매유체의 온도가 소정의 설정 온도까지 상승하고, 또한 진공 챔버 (170) 내의 진공도가 소정의 진공압에 도달하면, 슬라이드 (104) 가 다시 강하를 개시하고, 상하의 스템퍼 (128, 128) 가 피가공재 (200) 를 사이에 두고 피가공재 (200) 를 가압한 다. 그 결과, 슬라이드 (104) 와 볼스터 (102) 로부터 상하의 실린더 기구 (112, 114) 에 가해지는 프레스력이 증대된다. 게다가, 슬라이드 (104) 가 계속 강하되면, 상하의 실린더 (120, 120) 에 대해 상하의 피스톤 (118, 118) 이 슬라이드하여 각각의 압력실 (126, 126) 의 용적을 작게하기 때문에, 각각의 압력실 (126, 126) 의 내압이 바이어스압보다 높이 상승한다. 이로 인해, 상하의 가요성 천판 (124, 124) 이 압력실 (126, 126) 의 높은 내압을 받아 외부로 부풀어 나오려고 하기 때문에, 상하의 스템퍼 (128, 128) 의 외면이 그 전체 영역에 걸쳐, 피가공재 (200) 의 양면에 높고 균일한 압력으로 가압된다. 압력실 (126, 126) 의 내압은 각각의 압력 센서 (148, 148) 로 검출되고, 검출된 각각의 내압이 설정압력 (열프레스 성형에 충분한 높은 압력) 이 되도록, 슬라이드 (104) 의 이동이 조정된다. 소정의 설정 시간 동안, 상기 설정 압력으로 상하의 스템퍼 (128, 128) 가 피가공재 (200) 의 양면에 가압된다.After that, as shown in FIG. 3C, when the temperature of the heat medium in the upper and
그 후, 도 3D 에 나타내는 바와 같이, 상하의 열교환 파이프 (134) 로의 냉각 유체의 공급이 개시된다. 압력실 (126, 126) 내의 열매유체의 온도가 소정의 저온으로 강하될 때까지, 설정 압력에서의 스템퍼 (128, 128) 의 피가공재 (200) 에 대한 가압이 계속된다. 그 후, 슬라이드 (104) 가 상승하여 도 3A 의 상태로 돌아와, 성형을 종료한다.Thereafter, as shown in FIG. 3D, the supply of the cooling fluid to the upper and lower
이와 같이 하여 가요성 천판 (128, 128) 을 개재하여 압력실 (126, 126) 의 내압으로 스템퍼 (128, 128) 를 피가공재 (200) 의 표면에 가압함으로써, 피가공재, 스템퍼, 금형의 치수 정밀도의 영향을 받지 않고 , 피가공재 (200) 의 표면에 균일한 압력으로 스템퍼를 가압할 수 있다. 그 결과, 필요 최소한의 프레스력과 가열 온도에 의해 열프레스 성형할 수 있게 되어, 프레스 성형 장치의 설비 비용 및 운용 비용의 저감, 그리고 생산 시간을 단축할 수 있게 된다.In this way, the
또한, 상기 실시형태에서는 압력실 내에 열매유체를 가열 냉각시키기 위한 열교환 부재 (열교환 파이프나 전기 히터 등) 가 배치되어 있으므로, 열교환 부재의 배치나 가열과 냉각의 전환이 용이하고, 또한, 스템퍼가 부착되는 천판의 외면의 온도 편차도 작다.Moreover, in the said embodiment, since the heat exchange member (heat exchange pipe, an electric heater, etc.) for heat-cooling a heat fluid is arrange | positioned in a pressure chamber, arrangement | positioning of a heat exchange member, switching of heating, and cooling are easy, and also a stamper is attached. The temperature deviation of the outer surface of the top plate becomes small.
게다가, 상기 실시형태에서는 압력실은 항상 바이어스압이 인가된 상태이므로, 성형 후에 피가공재로부터 스템퍼가 떨어졌을 때, 압력실의 천판 및 스템퍼는 그 중앙부가 바깥쪽으로 약간 부풀어 나온 볼록 형상이 된다. 이 때문에, 피가공재가 스템퍼로부터 이형되기 쉽다.In addition, in the above embodiment, since the pressure chamber is always in a state where bias pressure is applied, when the stamper is dropped from the workpiece after molding, the top plate and the stamper of the pressure chamber have a convex shape in which the center portion thereof is slightly inflated outward. For this reason, the workpiece is easily released from the stamper.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 상기 실시형태는 본 발명의 설명을 위한 예시이고, 본 발명의 범위를 상기 실시형태에만 한정하려는 취지는 아니다. 따라서, 본 발명은 상기 실시형태 이외의 양태로도 실시할 수 있다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said embodiment is the illustration for description of this invention, and it does not intend to limit the scope of this invention only to the said embodiment. Therefore, this invention can be implemented also in aspects other than the said embodiment.
도 1 은 발명의 일 실시형태에 관련된 열프레스 성형 장치 (100) 의 전체 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 1: is a figure which shows the whole structure of the heat press molding apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention.
도 2 는 2 개의 실린더 기구 (112, 114) 의 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.2 is an enlarged view of portions of two
도 3 은 열프레스 성형 장치 (100) 가 실시하는 가공 동작의 흐름을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a flow of a machining operation performed by the hot press forming apparatus 100.
부호의 설명Explanation of the sign
100 : 열프레스 성형 장치,100: heat press forming apparatus,
102 : 볼스터102: bolster
104 : 슬라이드104: slide
106 : 구동 장치106: drive unit
110 : 모터 컨트롤러110: motor controller
112, 114 : 실린더 기구112, 114: Cylinder mechanism
118 : 피스톤118: piston
120 : 실린더120: cylinder
122 : 홀더122: holder
124 : 천판124: top plate
126 : 압력실126: pressure chamber
128 : 스템퍼128: stamper
134 : 열교환 파이프134: heat exchange pipe
148 : 온도 센서148 temperature sensor
150 : 가열 냉각 유체 공급 장치150: heating cooling fluid supply device
154 : 제어 장치154: control unit
160 : 예압 장치160: preload device
164 : 압력 센서164: pressure sensor
200 : 피가공재200: workpiece
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