KR100985417B1 - 열 프레스 성형 장치 및 동 장치를 위한 금형 시스템 - Google Patents

Abstract

(과제) 열 프레스 성형에 있어서, 열가소성 판과 스탬퍼의 접촉 상태를 균일화시킨다.

(해결 수단) 볼스터 (102) 와, 슬라이드 (104) 와, 슬라이드 (104) 를 구동하는 구동 장치 (106) 를 갖는 프레스 장치와, 다이 세트 (112, 114) 를 갖는 열 프레스 성형 장치 (100) 로서, 다이 세트 (112, 114) 는, 내부에 수용 공간을 갖는 틀체 (120) 와, 틀체 (120) 의 내부에 삽입되고, 수용 공간의 용적을 가변시키도록 슬라이드하는 열판 (136) 과, 수용 공간에 수용되고, 수용 공간이 축소되도록 저판이 슬라이드하면 압축되는 고무 부재 (138) 와, 틀체에 장치되고, 수용 공간에 면하는 내면과 스탬퍼 (142) 를 지지하는 외면을 갖는 가요성의 천판 (140) 을 갖는다. 수용 공간이 축소되도록 열판 (136) 이 슬라이드하면, 천판 (140) 은 압축된 고무 부재 (138) 의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형된다.

Description

열 프레스 성형 장치 및 동 장치를 위한 금형 시스템{THERMAL PRESS FORMATION DEVICE AND DIE SYSTEM FOR THE SAME}

본 발명은, 스탬퍼를 눌러서 열가소성 판의 표면에 미세한 형상의 패턴을 전사하기 위한 열 프레스 성형 장치, 및 이 장치용 금형 시스템에 관한 것이다.

이런 종류의 열 프레스 성형 장치는, 예를 들어 액정 디스플레이의 백라이트용 도광판이나 확산판, 그리고 렌즈나 광 디스크 기판과 같이, 미세한 형상 패턴을 표면에 갖는 광학 부품이나 고의장성의 패널을 성형하기 위해서 이용된다. 이런 종류의 열 프레스 성형을 위한 금형 구조가, 예를 들어 특허 문헌 1 에 개시되어 있다. 이 개시에 의하면, 가열 냉각 수단을 갖는 가열 냉각판 위에 판상의 스탬퍼가 장치되어, 가열 냉각판에 의해 스탬퍼가 가열 냉각되고, 그리고, 가열 냉각판을 개재하여 스탬퍼가 열가소성 수지판의 표면에 눌린다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2004-74769호

이런 종류의 열 프레스 성형에 의해 전사되는 형상 패턴의 요철 높이는, 전형적으로 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 이다. 한편, 피가공재인 열가소성 수지판의 두께는 ±0.1㎜ 정도의 편차를 갖고 있다. 또한, 스탬퍼를 장치하는 금형의 치수나 스탬퍼 자체의 두께나 평면도에도 0.01 ∼ 0.05㎜ 정도의 편차가 있다.

또한, 특허 문헌 1 에 개시된 열 프레스 성형에서는, 스탬퍼를 가열 냉각판으로 가열한 상태에서 피가공재의 표면으로 누르고, 그리고, 가열 냉각판으로 스탬퍼를 냉각시킨 후에, 피가공재에 대한 스탬퍼의 누름을 종료시킨다. 그 때문에, 가열 냉각판에는 가열 냉각시에 열 변형에 의한 휨이 발생한다.

이러한 점이 원인이 되어, 성형시에 있어서 스탬퍼와 피가공재의 접촉면 상의 압력 분포가 불균일해지고, 스탬퍼의 일부분이 피가공재에 소요 압력으로 눌리지 않는 사태가 발생한다. 결과적으로, 피가공재의 표면에 부분적으로 패턴이 완전하게 전사되지 않은 결함 (미전사) 이 발생한다.

또한, 피가공재의 두께가 매우 얇은 박판재일 때 (예를 들어 1㎜ 이하), 스탬퍼와 피가공재의 접촉면 상의 압력 분포에 차이가 발생하면, 피가공재의 판두께 방향의 압축 변형량에 차이가 발생함과 함께, 피가공재의 면 방향의 신장 변형량에도 부분적인 차이가 발생하는 경우가 있다. 그 결과, 피가공재에 휨이나 굴곡이 발생하기 쉽다.

이들 문제를 해결하기 위해서 몇 가지 대책을 생각할 수 있다. 예를 들 어 전사에 필요한 가압력 이상의 큰 가압력을 부하한다. 혹은, 스탬퍼의 가열 온도를 높여, 전사에 필요한 면압을 낮춘다. 혹은, 가열한 스탬퍼의 피가공재에 대한 누름 시간을 길게 하여, 피가공재의 연화층을 크게 하여 전사에 필요한 면압을 낮춘다.

그러나, 이들 대책은, 설비 비용, 운전 비용, 생산 시간 면에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 필요 이상의 온도나 면압을 피가공재에 부하하기 때문에, 성형시에 재료 측면의 팽창이 커져, 성형 종료 후에 팽창된 재료 측면의 후가공이 필요하게 된다. 특히, 피가공재가 박판재일 때에는 그 휨이나 굴곡을 증가시키게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 열가소성 판의 표면에 요철 패턴을 전사하는 열 프레스 성형에 있어서, 열가소성 판과 스탬퍼의 접촉 상태를 균일화시키는 것에 있다.

본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 스탬퍼 (142) 를 눌러서 열가소성 판 (200) 의 표면에 형상 패턴을 전사하기 위한 열 프레스 성형 장치 (100) 는, 볼스터 (102) 와, 슬라이드 (104) 와, 상기 슬라이드를 구동하는 구동 장치 (106) 를 갖는 프레스 장치와, 상기 슬라이드 또는 볼스터에 탑재되는 다이 세트 (112, 114) 로서, 내부에 탄성체의 수용 공간을 갖는 틀체 (120) 와, 상기 틀체의 내부에 삽입되고, 상기 수용 공간의 용적을 변경할 수 있도록 상기 틀체에 대하여 슬라이드하는 저판 (136, 326) 과, 상기 수용 공간에 수용되고, 상기 수용 공간의 용적이 축 소되도록 상기 저판이 슬라이드하면 압축되는 탄성체 (138, 328) 와, 상기 틀체에 장치되고, 상기 수용 공간에 면하는 내면과 상기 스탬퍼를 지지하는 외면을 갖는 가요성의 천판 (140) 과, 열매 유체를 사용하여 상기 스탬퍼를 가열 및 냉각시키는 가열 냉각 수단 (136, 330) 을 갖는 다이 세트 (112, 114) 를 구비한다. 그리고, 상기 수용 공간의 용적이 축소되도록 상기 저판이 슬라이드하면, 상기 가요성의 천판은 압축된 상기 탄성체의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형된다.

바람직한 실시형태에서는, 상기 탄성체는 고무 부재 또는 수지 부재이고, 상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 수용 공간에 간극없이 충전되어 있어도 된다. 또한, 상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 틀체의 내면과 접하는 영역의 근방인 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 내측의 제 2 영역을 갖고, 상기 제 1 영역에 충전되는 제 1 고무 부재 또는 제 1 수지 부재는, 상기 제 2 영역에 충전되는 제 2 고무 부재 또는 제 2 수지 부재보다 경도가 높아도 된다.

바람직한 실시형태에서는, 상기 가열 냉각 수단은 상기 저판 내에 형성되어 있고, 상기 저판 내부를 상기 열매 유체가 통과하게 되어 있어도 된다.

그 경우, 상기 탄성체는 고무 부재 또는 수지 부재이고, 상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 수용 공간에 간극없이 충전되어 있어도 된다. 또한, 상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 틀체의 내면과 접하는 영역의 근방인 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 내측의 제 2 영역을 갖고, 상기 제 2 영역은 열전도율을 높이기 위한 첨가제가 혼입되어 있는 고무 재료 또는 수지 재료로 구성되고, 상기 제 1 영역은 상기 첨가제가 혼입되어 있지 않거나, 또는 상기 제 2 영역보다 소량 의 상기 첨가제가 혼입되어 있는 고무 재료 또는 수지 재료로 구성되어 있어도 된다.

바람직한 실시형태에서는, 상기 가열 냉각 수단은, 상기 탄성체의 내부를 통과하는 열교환 파이프이고, 상기 열교환 파이프의 내부를 상기 열매 유체가 통과하도록 되어 있어도 된다.

그 경우, 상기 탄성체는 고무 부재 또는 수지 부재이고, 상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 수용 공간에 간극없이 충전되어 있어도 된다. 또한, 상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 틀체의 내면과 접하는 영역의 근방 및 상기 저판과 접하는 영역의 근방으로 이루어지는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에 둘러싸인 영역 및 상기 천판의 내면과 접하는 영역 근방의 제 2 영역을 갖고, 상기 제 1 영역에 충전되는 제 1 고무 부재 또는 제 1 수지 부재는, 상기 제 2 영역에 충전되는 제 2 고무 부재 또는 제 2 수지 부재보다 경도가 높아도 된다.

혹은, 상기 탄성체는 고무 부재 또는 수지 부재이고, 상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 수용 공간에 간극없이 충전되어 있어도 된다. 또한, 상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 틀체의 내면과 접하는 영역의 근방 및 상기 저판과 접하는 영역의 근방으로 이루어지는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에 둘러싸인 영역 및 상기 천판의 내면과 접하는 영역 근방의 제 2 영역을 갖고, 상기 제 2 영역은 열전도율을 높이기 위한 첨가제가 혼입되어 있는 고무 재료 또는 수지 재료로 구성되고, 상기 제 1 영역은 상기 첨가제가 혼입되어 있지 않거나, 또는 상기 제 2 영역보다 소량의 상기 첨가제가 혼입되어 있는 고무 재료 또는 수지 재료로 구성되 어 있어도 된다.

바람직한 실시형태에서는, 상기 스탬퍼는, 그 모든 외연 (外緣) 이, 상기 천판이 상기 탄성체의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형되는 탄성 변형 영역의 외측이 되도록, 상기 천판의 외면에 지지되어 있고, 상기 열 프레스 성형 장치는, 그 모든 외연이, 상기 탄성 변형 영역의 외측이 되도록 배치된 상기 열가소성 판의 표면에 형상 패턴을 전사하게 해도 된다.

바람직한 실시형태에서는, 상기 스탬퍼는, 그 모든 외연이, 상기 천판이 상기 탄성체의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형되는 탄성 변형 영역의 외측이 되도록, 상기 천판의 외면에 지지되어 있고, 상기 열 프레스 성형 장치는, 상기 열가소성 판과 실질적으로 동일한 판두께를 갖고, 강체로 구성된 스페이서로서, 상기 열가소성 판의 모든 외연이 상기 탄성 변형 영역의 내측에 있을 때, 상기 스페이서의 모든 외연이 상기 탄성 변형 영역의 외연의 외측이 되고, 또한, 상기 스페이서의 내연 (內緣) 이 상기 열가소성 판의 외연보다 약간 외측이 되도록 고정된 스페이서를 추가로 구비하고 있어도 된다.

본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 스탬퍼 (142) 를 눌러서 열가소성 판 (200) 의 표면에 형상 패턴을 전사하기 위한 열 프레스 성형 장치 (100) 는, 볼스터 (102) 와, 슬라이드 (104) 와, 상기 슬라이드를 구동하는 구동 장치 (106) 를 갖는 프레스 장치와, 상기 슬라이드 또는 볼스터에 탑재되는 다이 세트 (112, 114) 로서, 내부에 공간을 갖는 틀체 (120) 와, 상기 틀체의 내부에 삽입되고, 상기 공간의 용적을 변경할 수 있도록 슬라이드하는 저판 (136, 326) 과, 상기 공간에 수 용된, 상기 열가소성 판의 연화 온도보다 융점이 낮은 저융점 합금 부재와, 상기 틀체에 장치되고, 상기 수용 공간에 면하는 내면과 상기 스탬퍼를 지지하는 외면을 갖는 천판 (140) 과, 열매 유체를 사용하여 상기 스탬퍼를 가열 및 냉각시키는 가열 냉각 수단 (136, 330) 을 갖는 다이 세트 (112, 114) 를 구비한다. 그리고, 상기 수용 공간의 용적이 상기 저판에 의해 축소되면, 상기 가요성의 천판은 상기 저융점 합금 부재로부터의 가압력을 내면에 받아 외방으로 변형된다.

본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 스탬퍼를 눌러서 열가소성 판의 표면에 요철 패턴을 전사하기 위한 열 프레스 성형 장치를 위한 금형 시스템은, 상기 프레스 장치의 슬라이드 또는 볼스터에 탑재되는 다이 세트 (112, 114) 를 구비하고, 상기 다이 세트는, 내부에 탄성체의 수용 공간을 갖는 틀체 (120) 와, 상기 틀체의 내부에 삽입되고, 상기 수용 공간의 용적을 변경할 수 있도록 상기 틀체에 대하여 슬라이드하는 저판 (136, 326) 과, 상기 수용 공간에 수용되고, 상기 수용 공간의 용적이 축소되도록 상기 저판이 슬라이드하면 압축되는 탄성체 (138, 328) 와, 상기 틀체에 장치되고, 상기 수용 공간에 면하는 내면과 상기 스탬퍼를 지지하는 외면을 갖는 가요성의 천판 (140) 과, 열매 유체를 사용하여 상기 스탬퍼를 가열 및 냉각시키는 가열 냉각 수단 (136, 330) 을 구비한다. 그리고, 상기 수용 공간의 용적이 축소되도록 상기 저판이 슬라이드하면, 상기 가요성의 천판은 압축된 상기 탄성체의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형된다.

본 발명에 의하면, 열가소성 판의 표면에 요철 패턴을 전사하는 열 프레스 성형에 있어서, 열가소성 판과 스탬퍼의 접촉 상태를 균일화할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 열 프레스 성형 장치에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 열 프레스 성형 장치의 전체 구성을 나타낸다.

열 프레스 성형 장치 (100) 는, 범용의 프레스 장치와, 열 프레스 성형을 위한 금형 시스템의 조합으로서 구성된다. 범용적인 프레스 장치는, 플로어에 고정된 볼스터 (102) 와, 이 볼스터 (102) 의 상방에 배치된 슬라이드 (104) 를 구비한다. 슬라이드 (104) 는 구동 장치 (106) 에 의해 구동됨으로써, 볼스터 (102) 에 대하여 접근 및 이반하도록, 도시되지 않은 지지기둥을 따라 상하 방향으로 이동한다. 구동 장치 (106) 는, 예를 들어 슬라이드 (104) 를 구동하는 서보모터 및 서보모터를 구동하고 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있어도 된다. 구동 장치 (106) 로서, 서보모터를 사용한 것 대신에 유압 액츄에이터를 사용한 것을 이용해도 된다.

금형 시스템은, 볼스터 (102) 와 슬라이드 (104) 에 각각 서로 대향 배치되도록 탑재된 상하 2 개의 다이 세트 (112, 114) 를 구비한다. 도 2 는, 제 1 실시형태에 관련된 이들 2 개의 다이 세트 (112, 114) 부분을 확대하여 나타내고 있다. 2 개의 다이 세트 (112, 114) 는 실질적으로 동일한 구성을 가지므로, 상측 다이 세트 (112) 를 예로 들어, 그 구성에 대하여 도 1 과 도 2 를 참조하여 설명한다.

상측 다이 세트 (112) 는, 베이스 플레이트 (116) 와, 냉각 플레이트 (118) 와, 틀체 (120) 와, 틀체 지지 기구 (122) 와, 열판 (136) 과, 탄성체로서의 고무 부재 (138) 와, 가요성의 천판 (140) 과, 프레임 (126) 을 구비한다.

베이스 플레이트 (116) 는 대략 직사각형 판형이며, 슬라이드 (104) 상에 고정된다.

냉각 플레이트 (118) 는 대략 직사각형 판형이며, 베이스 플레이트 (116) 의 중앙에 고정된다. 냉각 플레이트 (118) 내에는 복수의 수공 (119) 이 형성되어 있고, 각 수공 (119) 은 연결되어 있다. 이 연결된 수공 (119) 의 일방의 단부에 접속된 냉각수 공급구에 냉각수를 공급하고, 연결된 수공의 타방의 단부에 접속된 냉각수 복귀구로부터 냉각수를 순환시킴으로써, 냉각 플레이트 (118) 의 온도를 일정하게 유지하고, 열판의 열이 베이스 플레이트 (116) 측에 전달되는 것을 차단한다.

틀체 지지 기구 (122) 는 냉각 플레이트 (118) 상에 고정된다. 틀체 지지 기구 (122) 및 틀체 (120) 는 대략 직사각형의 통형이다. 틀체 지지 기구 (122) 는, 베이스 블록 (128) 과 스프링 (130) 을 구비하고, 베이스 블록 (128) 이 스프링 (130) 을 통하여 틀체 (120) 를 지지하고 있다. 틀체 (120) 는, 스프링 (130) 에 의해 하방으로 탄성 지지되고 있다. 틀체 지지 기구 (122) 의 저부는 개구되어 있어, 그 개구로부터 틀체 지지 기구 (122) 및 틀체 (120) 의 내측으로 열판 (136) 이 삽입된다.

프레임 (126) 은 대략 직사각형이며, 베이스 플레이트 (116) 상에 고정된다. 프레임 (126) 의 두면 (頭面) 상에는, 진공 패킹을 가진 밀폐틀 (132) 이 장치되어 있다. 프레임 (126) 이 하강하여 밀폐틀 (132) 이 하측 다이 세트 (114) 의 밀폐틀 (132) 과 맞닿으면, 밀폐틀의 내측에 진공 챔버가 형성되게 되어 있다. 진공 챔버는, 도시되지 않은 진공 펌프에 의한 진공 흡인과, 대기 개방 밸브에 의한 대기 개방이 자유롭게 이루어진다.

열판 (136) 은 대략 직사각형 판형이며, 냉각 플레이트 (118) 상에 고정된다. 열판 (136) 은 가열·냉각 수단으로서, 그 내부에는 열매 유체의 통로인 수공 (141) 이 복수 형성되어 있다. 수공 (141) 은, 예를 들어 열판의 길이 방향을 따라 서로 평행하게 같은 피치로, 열판 (136) 의 일방의 단면에서 타방의 단면까지 관통하여 형성되고, 양단부는 마개 (143) 에 의해 밀봉되어 있다. 각 수공 (141) 은, 각 수공 (141) 의 길이 방향 양측에 형성된 매니폴드 (145) 로 연결되어 있다. 가열시에는, 일방의 매니폴드 (145) 에 연결된 열매 공급구로부터 공급된 고온의 열매 유체 (증기, 고온유 등) 가, 각 수공 (141) 을 통과하여 타방의 매니폴드 (145) 로 배출된다. 이로써 고무 부재 (138) 가 가열된다. 냉각시에는, 동일한 경로로 저온의 열매 유체 (냉각수, 저온유 등) 가 각 수공 (141) 을 통과하여 고무 부재 (138) 가 냉각된다. 열판 (136) 의 매니폴드 (145) 내측에는 단열 슬릿 (147) 이 형성되어, 매니폴드 (145) 의 열 확산을 방지한다.

열판 (136) 은 틀체 (120) 내에 삽입되고, 틀체 (120) 의 내측면과 열판 (136) 의 외측면은 밀착되어 있다. 틀체 (120) 의 내측면과 열판 (136) 의 외측면이 밀착된 상태에서, 열판 (136) 은 틀체 (120) 에 대하여 상하 방향 (피가공재의 두께 방향) 으로 이동할 수 있다. 바꿔 말하면, 틀체 (120) 는 열판 (136) 에 대하여 상하 방향으로 이동할 수 있다. 요컨대, 열판 (136) 은 틀체 (120) 에 대하여 슬라이드함으로써, 저판으로서의 역할을 한다.

틀체 (120) 의 두면에는, 가요성의 천판 (140) 이 볼트 등의 고정 수단에 의해 고정되어 있다. 천판 (140) 은 틀체 (120) 두면의 개구부 (121) 를 밀폐하도록 고정되어 있다. 천판 (140) 의 두께는 예를 들어 0.5 ∼ 3㎜ 정도이면 된다.

틀체 (120) 는, 그 내부에 천판 (140) 과, 열판 (136) 과, 틀체 (120) 의 측벽에 의해 수용 공간 (124) 을 형성한다. 이 수용 공간 (124) 에는 고무 부재 (138) 가 수용된다. 이 수용 공간 (124) 은 실질적으로 밀폐되어, 고무 부재 (138) 가 빠져나오지 않도록 되어 있다. 밀폐된 수용 공간 (124) 의 용적은, 틀체 (120) 에 대하여 열판 (136) 이 슬라이드함으로써 변화된다.

고무 부재 (138) 는, 열판 (136) 과 틀체 (120) 와 천판 (140) 으로 형성된 수용 공간 (124) 내에 수용되어 있다. 예를 들어 수용 공간 (124) 은, 간극없이 고무 부재 (138) 가 충전되어 있어도 된다. 고무 부재 (138) 는 열전도율을 높인 것이어도 된다. 고무 부재 (138) 의 재질에 대해서는 후술한다.

또한, 본 명세서에서는, 탄성체 부재의 일례로서 고무 부재를 사용한 실시형태에 대하여 주로 설명하지만, 고무 대신에 다른 탄성체, 예를 들어 합성 수지 등 을 적용할 수도 있다. 합성 수지의 일례로는 불소 수지를 사용해도 된다. 불소 수지 중에서도, 예를 들어 4불화에틸렌 수지 (PTFE) 를 사용해도 된다. PTFE 는 이하와 같은 물성을 갖는다.

내열성：260℃

인장 강도：13.7 ∼ 34.3㎫

연신：200 - 400％

경도：쇼어-D50-55

휨 탄성률：550㎬

인장 탄성률：400 ∼ 550㎬

열전도율：0.25W/mk

다이 세트 (112) 의 두부 (頭部) 의 외면 (두면) 에는 가요성을 갖는 얇은 스탬퍼 (142) 가 고정된다. 스탬퍼 (142) 의 고정 방법으로는, 예를 들어 천판 (140) 의 외면 상에 가공된 진공 흡착 홈에 의한 진공 흡착 (그것을 위한 진공 펌프의 도시는 생략) 과, 천판 (140) 의 외면 상에 형성된 고정 지그의 조합을 사용할 수 있다.

도 3b 는, 피가공재 (200) 를 스탬프할 때의 가압 상태의 설명도이고, 도 3a 는 A-A 단면도이다.

도 3a 에 나타내는 바와 같이, 스탬퍼 (142) 의 사이즈는 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 크고, 그 모든 외연이 개구부 (121) 의 외측이 되도록, 천판 (140) 의 외면에 밀착되어 있다. 피가공재 (200) 의 사이즈도 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 크고, 그 모든 외연이 개구부 (121) 의 외측이 되도록 세트되어 있다.

이하, 도 1 ∼ 도 3 을 참조하면서, 피가공재 (200) 를 스탬프할 때의 동작을 설명한다. 또한 여기서는, 상하 다이 세트 (112, 114) 의 동작에 대하여 설명하고, 온도 제어에 대해서는 후술한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이 세트된 하측 다이 세트 (114) 에 대하여, 상측 다이 세트 (112) 가 하강하면, 상하 스탬퍼 (142, 142) 가 피가공재 (200) 의 양면에 접촉한다 (가압 개시 상태). 이 때의 상태가 도 3b 의 좌측이다. 상하 스탬퍼 (142, 142) 가, 피가공재 (200) 의 양면에 접촉된 상태에서 좀더 상측 다이 세트 (112) 가 하강하여 가압력이 가해지면, 틀체 (120) 도 스프링 (130) 의 탄성 지지력에 저항하여 베이스 플레이트 (116) 측으로 후퇴한다. 이 때 동시에, 고무 부재 (138) 가 열판 (136) 으로부터의 가압력과, 피가공재 (200) 로부터의 반발력을 받아 체적을 줄이고 내압을 높인다. 요컨대 고무 부재 (138) 는 압축된다. 그리고, 고무 부재 (138) 가 압축에 의해 체적을 줄인 분만큼, 열판 (136) 이 틀체 (120) 에 대하여 전진한다.

이 때, 압축된 고무 부재 (138) 는 탄성에 의해 균일한 가압력을 발생시킨다. 따라서, 틀체 (120), 열판 (136) 및 천판 (140) 으로 형성된 수용 공간 (124) 에 간극없이 고무 부재 (138) 가 충전되어 있으면, 압축된 고무 부재 (138) 에 의해, 그 수용 공간 (124) 내의 압력이 균등하게 상승한다. 이 때, 스프링 (130) 의 탄성 지지력에 의해, 틀체 (120) 가 천판 (140) 에 눌리고 있으므로, 천 판 (140) 과 틀체 (120) 사이의 간극으로부터 고무 부재 (138) 가 빠져나오는 경우도 없다. 여기서, 가요성의 천판 (140) 을 제외하고, 수용 공간 (124) 를 형성하는 모든 벽은 강체로서, 압축된 고무 부재 (138) 의 탄성력에 의해 변형되는 경우는 없다. 이에 대하여, 가요성의 천판 (140) 은, 압축된 고무 부재 (138) 의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 팽창되어 나오도록 변형된다. 여기서, 가요성의 천판 (140) 이 외방으로 팽창되어 나오도록 변형되는 탄성 변형 영역은, 실질적으로 틀체 (120) 의 개구부 (121) 와 동일하다.

도 3b 에 나타내는 바와 같은 열 프레스 성형시에는, 열가소성 수지판인 피가공재 (200) 의 상하 양면으로 상하 스탬퍼 (142, 142) 가 눌린다. 이 때, 피가공재 (200) 의 모든 외연이 틀체 (120) 의 개구부 (121) 외측에 있기 때문에, 가요성의 천판 (140) 이 외방으로 팽창되어 나오도록 변형되는 탄성 변형 영역의 전부가 피가공재 (200) 외연의 내측에 수용된다. 그 결과, 가요성의 천판 (140) 의 변형에 수반하여 스탬퍼 (142, 142) 가 피가공재 (200) 의 외연 부분에서 국부적으로 변형되는 경우가 없고, 피가공재 (200) 의 표면에 대한 스탬퍼 (142, 142) 의 성형 압력의 분포가 종래보다 균일해진다.

또한, 이 수법의 경우, 가요성의 천판 (140) 이 외방으로 팽창되어 나오는 탄성 변형 영역 주위의, 가요성의 천판 (140) 이 외방으로 팽창되어 나오지 않는 틀체 영역의 피가공재 (200) 에 대해서는 균등하게 가압할 수 없다. 따라서, 틀체 영역 부분으로는 양호한 정밀도로 패턴을 전사할 수 없는 경우가 있다. 그 때에는, 성형 후에 틀체 영역의 피가공재 (200) 를 트리밍해도 된다.

도 3 에서는 피가공재 (200) 의 사이즈가 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 큰 경우에 대하여 설명했지만, 도 4 는 피가공재 (200) 의 사이즈가 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 작은 경우의 설명도이다. 요컨대, 도 4b 는, 피가공재 (200) 의 사이즈가 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 작은 피가공재 (200) 를 스탬프할 때의 가압 상태의 설명도이고, 도 4a 는 그 A-A 단면도이다.

도 4a 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 스탬퍼 (142) 는 도 3a 와 동일하게 천판 (140) 의 외면에 밀착되어 있다. 피가공재 (200) 의 사이즈는 틀체의 개구부 (121) 보다 작기 때문에, 피가공재 (200) 의 모든 외연이 개구부 (121) 내가 되도록 스탬퍼 (142) 상에 세트된다. 이 경우, 또한 피가공재 (200) 주위의 스탬퍼 (142) 상에는 강체 스페이서 (210) 가 고정되어 있다.

강체 스페이서 (210) 의 내측 형상 (내연) 이 피가공재 (200) 의 외연보다 약간 크다. 요컨대, 피가공재 (200) 와 강체 스페이서 (210) 사이에는 약간 간극이 형성되어 있다. 강체 스페이서 (210) 의 외측 형상 (외연) 은 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 크게 되어 있다. 또한, 강체 스페이서 (210) 의 판두께는 피가공재 (200) 의 두께와 실질적으로 동일해도 되고 약간 두꺼워도 된다. 예를 들어 피가공재 (200) 의 판두께 편차의 최대 두께 ＋0.1㎜ 정도이어도 된다. 강체 스페이서 (210) 의 재질은, 스테인리스강 (SUS) 등, 천판 (140) 이나 스탬퍼 (142) 와 동일한 재질이어도 된다. 강체 스페이서 (210) 와 피가공재 (200) 사이의 간극, 및 강체 스페이서 (210) 의 판두께를, 천판 (140), 스탬퍼 (142), 피가공재 (200) 의 두께에 맞추어 조정함으로써, 피가공재 (200) 의 가압시에, 강체 스페이서 (210) 도 가압되어, 고무 부재 (138) 전체가 밀폐 상태에서 균일하게 압축된다. 즉, 도 3 의 경우와 동일하게, 스탬퍼 (142) 의 국소적 변형을 방지하여, 피가공재 (200) 를 균등하게 가압할 수 있다.

여기서, 고무 부재 (138) 의 판두께는, 열판 (136) 의 열을 빨리 천판 (140) 및 천판 (140) 에 장치된 스탬퍼 (142) 에 전달한다는 점에서 생각하면, 얇은 것이 바람직하다. 한편, 고무 부재 (138) 가 압축되었을 때에 천판 (140) 을 균등한 압력으로 밀어내는 효과라는 점에서 생각하면, 두꺼운 것이 바람직하다. 그래서, 고무 부재 (138) 의 판압은 예를 들어 2 ∼ 5㎜ 정도이면 된다.

또한, 고무 부재 (138) 의 재질로는, 예를 들어 실리콘 고무를 사용할 수 있다. 실리콘 고무는 일반적으로 열전도율이 낮기 때문에, 베이스 실리콘에 첨가제 (알루미나, 세라믹 등) 를 혼입함으로써 열전도율을 높인다. 일반적으로, 첨가제의 혼입량이 많아지면 실리콘 고무의 열전도율은 향상되지만, 그 경도는 저하되고, 실리콘 고무의 상태가 겔상 혹은 점토상이 된다. 또한, 고무 재료 대신에 PTFE 를 사용한 경우에는, 반드시 상기와 같은 첨가제를 혼입시켜 열전도율의 조정을 실시할 필요는 없지만, 첨가제를 혼입시켜도 된다.

고무 부재 (138) 로서 경도가 낮은 고무 재료를 사용하면, 가압시에 열판 (136) 의 외측면과 틀체 (120) 의 내측면 사이의 미소한 간극으로부터 고무 부재 (138) 가 빠져나오는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위해서, 이하와 같이 고무 부재 (138) 로서 서로 경도가 상이한 고무 재료를 조합해도 된다.

예를 들어 도 5b 는, 고무 부재 (138) 에 상이한 재질의 고무 재료를 조합하 였을 때의 하측 다이 세트 (114) 의 설명도이고, 도 5a 는 그 A-A 단면도이다.

이들 도면에 나타내는 바와 같이, 대략 직사각형 판형의 고무 부재 (138) 의 주변 영역 (139A) 을 경도가 높은 실리콘 고무 (예를 들어 쇼어 경도 A70 이상) 로 구성하고, 그 경도가 높은 실리콘 고무로 둘러싸인 내측 영역 (139B) 을 경도가 낮은 고열전도 실리콘 고무로 구성해도 된다. 주변 영역 (139A) 의 경도가 높은 고무 재료는, 내측 영역 (139B) 의 경도가 낮은 고무 재료보다 첨가제의 혼입량이 적거나, 혹은 첨가제가 전혀 혼입되어 있지 않은 것이어도 된다. 이로써, 가압시에 고무 부재 (138) 가 틀체 (120) 와 열판 (136) 사이 등으로 침입하지 않게 할 수 있다.

주변 영역 (139A) 을 구성하는 고무 부재 (138) 의 열전도율은 낮아도 된다. 주변 영역 (139A) 을 구성하는 고무 부재 (138) 의 열전도율이 낮을 때에는, 열판 (136) 으로부터 틀체 (120) 로의 열전도가 저해되어, 틀체 (120) 의 열팽창 및 열수축을 억제할 수 있다.

또한, 고무 재료 대신에 합성 수지 재료를 사용하여, 도 5 와 같은 구성을 실현해도 된다. 즉, 주변 영역 (139A) 을 경도가 높은 합성 수지 재료, 내측 영역 (139B) 을 경도가 낮은 합성 수지 재료로 구성해도 된다.

나아가서는, 고무 부재 (138) 를, 고무 재료와 합성 수지 재료를 조합한 것과 치환할 수도 있다. 요컨대, 주변 영역 (139A) 을 불소 수지, 내측 영역 (139B) 을 고무 재료로 구성해도 된다.

또한, 상기와 같이 고무 부재 (138) 로서 경도가 상이한 고무 재료를 조합하 는 대신에, 가압시에 고무 부재 (138) 가 빠져나올 것 같은 지점에 O 링을 구비해도 된다. 예를 들어 도 5c 에 나타내는 바와 같이, 틀체 (120) 의 천판 (140) 과 접촉하는 면, 및 열판 (136) 의 외측면에서 틀체 (120) 의 내측면과 접촉하는 부분에 각각 O 링 (230) 을 구비해도 된다.

또한, 고무 부재 (138) 의 재질로서 실리콘 고무보다 내마모성이나 기계적 강도가 우수한 불소 고무를 사용해도 된다.

도 6 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 열 프레스 성형 장치의 전체 구성을 나타낸다.

제 2 실시형태는, 제 1 실시형태와 차이점은 주로 고무 부재의 가열·냉각 수단이고, 그 밖의 점의 상당수는 공통된다. 이하, 상기 차이점을 중심으로 설명하고, 제 1 실시형태와 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.

본 실시형태에 있어서도, 상측 다이 세트 (312) 및 하측 다이 세트 (314) 는 실질적으로 동일한 구성을 가지므로, 상측 다이 세트 (312) 를 예로 들어 설명한다. 상측 다이 세트 (312) 는, 베이스 플레이트 (116) 와, 스페이서 (322) 와, 틀체 (120) 와, 스프링 (130) 과, 단열 플레이트 (326) 와, 고무 부재 (328) 와, 열교환 파이프 (330) 와, 가요성의 천판 (140) 과, 프레임 (126) 을 구비한다.

스페이서 (322) 는 대략 직사각형 판형이며, 베이스 플레이트 (116) 상에 고정된다. 틀체 (120) 는, 스프링 (130) 을 개재하여 스페이서 (322) 에 장치되어 있다. 냉각 플레이트 (118) 는 스페이서 (322) 상에 고정된다. 단열 플레이트 (326) 는 대략 직사각형 판형이며, 냉각 플레이트 (118) 상에 고정된다. 단열 플레이트 (326) 의 외측면과 틀체 (120) 의 내측면은 밀착되어 있다. 단열 플레이트 (326) 는, 고무 부재 (328) 와 냉각 플레이트 (118) 사이의 열전도를 차단한다. 단열 플레이트 (326) 의 재질로는, 예를 들어 내열 에폭시 수지를 사용해도 된다.

본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 동일하게, 천판 (140) 과, 단열 플레이트 (326) 와, 틀체 (120) 의 측벽에 의해 수용 공간 (124) 이 형성된다. 수용 공간 (124) 에는 고무 부재 (328) 가 수용된다. 고무 부재 (328) 로는, 제 1 실시형태와 동일한 재질의 것을 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 수용 공간 (124) 내에 열교환 파이프 (330) 가 통과하고 있다. 그리고, 그 수용 공간 (124) 내의 열교환 파이프 (330) 이외의 공간이, 고무 부재 (328) 로 간극없이 충전되어 있다.

열교환 파이프 (330) 는, 수용 공간의 길이 방향을 따라 서로 평행하게 같은 피치로 배치된다. 열교환 파이프 (330) 의 양단이, 틀체 (120) 를 관통하여 틀체 (120) 의 외부에 형성된 매니폴드 (342, 342) 에 의해 연결되어 있다. 그리고, 가열시에는, 일방의 매니폴드 (342) 에 연결된 열매 공급구로부터 고온의 열매 유체 (증기, 고온유 등) 의 공급을 받으면, 그 고온의 열매 유체가 열교환 파이프 (330) 를 통과하여 타방의 매니폴드 (342) 로부터 배출된다. 이로써 고무 부재 (328) 가 가열된다. 냉각시에는, 동일한 경로로 저온의 열매 유체 (냉각수, 저온유 등) 가 열교환 파이프 (330) 를 통과하여 고무 부재 (328) 가 냉각된다.

또한, 틀체 (120) 의 내측면과 단열 플레이트 (326) 의 외측면이 밀착된 상 태에서, 단열 플레이트 (326) 는 틀체 (120) 에 대하여 상하 방향 (피가공재의 두께 방향) 으로 이동할 수 있고, 그에 따라 수용 공간 (124) 의 용적이 변화되는 점은 제 1 실시형태와 동일하다. 또한, 본 실시형태에 있어서도, 제 1 실시형태와 동일하게 하여, 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 큰 사이즈의 피가공재 (200) 에 스탬프할 수도 있고, 강체 스페이서 (210) 를 사용하여, 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 작은 사이즈의 피가공재 (200) 에 스탬프를 할 수도 있다.

다음으로, 제 2 실시형태에 있어서의 고무 부재 (328) 의 재질 및 구성에 대하여 설명한다.

예를 들어 도 7a 는, 고무 부재 (328) 에 상이한 재질의 고무 재료를 조합하였을 때의 하측 다이 세트 (314) 의 설명도이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이, 대략 직사각형 판형의 고무 부재 (328) 중, 틀체 (120) 및 단열 플레이트 (326) 에 접하는 면 근방의 영역 (329A) 을 경도가 높은 실리콘 고무로 구성하고, 그 밖의 영역, 요컨대, 고무 부재 (328) 의 중심 영역 및 천판 (140) 의 내면에 접하는 면 근방의 영역 (329B) 을 경도가 낮은 고열전도 실리콘 고무로 구성해도 된다. 요컨대, 천판 (140), 틀체 (120) 및 단열 플레이트 (326) 에 의해 형성된 수용 공간 내에 있어서, 경도가 낮은 고열전도 실리콘 고무와 틀체 (120) 및 단열 플레이트 (326) 사이에, 경도가 높은 실리콘 고무를 배치하게 해도 된다. 영역 (329A) 의 경도가 높은 고무 재료는, 영역 (329B) 의 경도가 낮은 고무 재료보다 첨가제의 혼입량이 적거나, 혹은 첨가제가 전혀 혼입되어 있지 않은 것이어도 된다. 이로써, 가압시에 고무 부재 (328) 가 틀체 (120) 와 단열 플레이트 (326) 사이 등으로 침입하지 않게 할 수 있다.

틀체 (120) 및 단열 플레이트 (326) 에 접하는 면 근방의 영역 (329A) 을 구성하는 고무 부재 (328) 의 열전도율은 낮아도 된다. 그 경우, 열교환 파이프 (330) 로부터 틀체 (120) 로의 열전도가 저해되어, 틀체 (120) 의 열팽창 및 열수축을 억제할 수 있다.

제 1 실시형태의 경우와 동일하게, 고무 재료 대신에 합성 수지 재료를 사용하여, 도 7 과 같은 구성을 실현해도 된다. 즉, 틀체 (120) 및 단열 플레이트 (326) 에 접하는 면 근방의 영역 (329A) 을 경도가 높은 합성 수지 재료, 고무 부재 (328) 의 중심 영역 및 천판 (140) 의 내면에 접하는 면 근방의 영역 (329B) 을 경도가 낮은 합성 수지 재료로 구성해도 된다.

나아가서는, 고무 부재 (328) 를, 고무 재료와 합성 수지 재료를 조합한 것과 치환할 수도 있다. 요컨대, 주변 영역 (329A) 을 불소 수지, 중심 영역 및 천판 (140) 의 내면에 접하는 면 근방의 영역 (329B) 을 고무 재료로 구성해도 된다.

또한, 도 7b 에 나타내는 바와 같이, O 링을 구비할 수도 있다. 즉, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 가압시에 고무 부재 (328) 가 빠져나올 것 같은 지점에 O 링을 구비해도 된다. 예를 들어 틀체 (120) 의 천판 (140) 내면과 접촉하는 면, 및 단열 플레이트 (326) 의 외측면에서, 틀체 (120) 의 내측면과 접촉하는 부분에, 각각 O 링 (230) 을 구비해도 된다.

본 실시형태에 의하면 복잡한 열판이 불필요해지기 때문에, 다이 세트의 대 형화가 용이해진다.

다음으로, 도 8 을 참조하여, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 관련된 열 프레스 성형 장치 (100) 에 있어서의 성형 모션에 대하여 설명한다. 도 8 의 (A) 는 슬라이드 위치, 도 8 의 (B) 는 프레스 가압력, 도 8 의 (C) 는 천판 온도, 도 8 의 (D) 는 진공 챔버 내 압력에 대하여, 성형 모션의 1 사이클에 있어서의 각각의 변화를 나타낸다.

먼저, 슬라이드 (104) 가 상한 위치 S1 에 있다. 그리고, 시각 t1 까지의 사이에, 피가공재 (200) 가 하측 다이 세트 (114) 의 스탬퍼 (142) 상에 세트된다.

시각 t1 에 있어서, 서보 프레스의 위치 제어에 따라 슬라이드 (104) 가 하강을 개시한다. 그리고, 상하 다이 세트 (112, 114) 의 프레임 (126, 126) 두면 상의 밀폐틀 (132) 끼리 맞닿아, 진공 챔버가 형성되는 위치 S2 까지 하강하면, 슬라이드 (104) 의 하강이 일단 정지된다 (시각 t2).

시각 t2 에 있어서, 진공 챔버 내의 진공화가 개시됨과 함께, 열판 (136) (제 2 실시형태에서는 열교환 파이프 (330)) 으로 고온의 열매 유체의 공급이 개시된다. 진공화를 실시하고 있는 시각 t3 까지의 사이에는, 피가공재 (200) 에 대한 스탬퍼 (142, 142) 의 가압을 실시하지 않는다. 이것은, 피가공재 (200) 와 스탬퍼 (142, 142) 사이에 공기가 들어가는 것을 방지하기 위해서이다.

진공 챔버 내의 진공도가, 대기압 P1 로부터 전사 성형에 적절한 진공도 P2 에 도달한 시각 t3 이 되면, 서보 프레스의 가압력 제어에 따라 슬라이드 (104) 가 다시 하강을 개시한다. 진공도 P2 는, 예를 들어 -90KPa 이하이면 된다. 그리고, 상하 스탬퍼 (142, 142) 를 피가공재 (200) 에 대해 예비 가압력 L1 로 누른다. 예비 가압력 L1 로 상하 스탬퍼 (142, 142) 를 피가공재 (200) 에 누름으로써, 열판 (136) (제 2 실시형태에서는 열교환 파이프 (330)), 고무 부재 (138), 천판 (140) 및 스탬퍼 (142) 가 밀착되고, 열판 (136) (제 2 실시형태에서는 열교환 파이프 (330)) 으로부터의 열전도가 촉진된다. 예비 가압력 L1 은, 예를 들어 피가공재 (200) 의 가압면에 가해지는 면압이 1㎫ 정도이면 된다.

천판 (140) 의 온도가 전사 가능 온도 H2 에 도달한 시각 t4 가 되면, 슬라이드 (104) 는 더욱 하강하여, 스탬퍼를 전사 가능한 전사 가압력 L2 가 되도록 제어된다. 전사 가압력 L2 는, 예를 들어 피가공재 (200) 의 가압면에 가해지는 면압이 4 ∼ 6㎫ 가 되도록 설정된다. 전사 가능 온도 H2 는, 피가공재 (200) 가 PMMA 재이면, 예를 들어 120 ∼ 150℃ 이면 된다.

그리고, 가압력이 전사 가압력 L2 에 도달한 시각 t5 부터 소정 시간 T 동안, 가열 상태에서의 가압이 계속된다. 소정 시간 T 가 경과한 시각 t6 이 되면, 열판 (136) (제 2 실시형태에서는 열교환 파이프 (330)) 에 저온의 열매 유체의 공급이 개시되고, 천판 (140) 그리고 스탬퍼 (142) 의 냉각이 시작된다. 소정 시간 T 는, 피가공재의 재질이나 스탬퍼의 형상에 따라, 미전사 등의 전사 문제가 발생하지 않도록 최적으로 설정된다.

천판 (140) 및 스탬퍼 (142) 가 냉각되어, 온도가 이형 가능 온도 H1 에 도달한 시각 t7 에서 진공 챔버가 대기 개방되어, 진공 챔버 내의 압력이 대기압 P1 로 되돌아간다. 피가공재가 PMMA 재인 경우, 이형 가능 온도 H1 은, 예를 들어 40 ∼ 70℃ 이면 된다.

진공 챔버 내의 압력이 대기압 P1 로 되돌아간 시점 t8 에 있어서, 다시 위치 제어에 따라 슬라이드 (104) 가 상승을 개시한다. 그리고, 슬라이드 (104) 는 상한 위치 S1 로 되돌아가, 피가공재 (200) 를 꺼낼 수 있게 된다.

상기 서술한 실시형태에 관련된 열 프레스 성형 장치로부터, 피가공재를 프레스하였을 때의 성형 면압 분포의 일례를 도 9 에 나타낸다. 이 도면은, 틀체 (120) 의 개구부 (121) 보다 작은 아크릴제 피가공재 (256㎜ × 159㎜, 두께 0.2㎜) 를 6㎫ 상당의 하중으로 프레스하였을 때의 성형 면압의 분포이다. 그리고, 도 9a 는, 고무 부재를 사용하지 않는 종래의 다이 세트에서의 성형 면압의 분포이고, 도 9b 가 제 1 실시형태에 있어서의 도 4 에 나타내는 양태 (강체 스페이서 사용, 고무 부재는 두께 2㎜ 의 실리콘 고무제) 에서의 성형 면압의 분포이다. 동 도면에 있어서, 색이 진한 부분이 압력이 높고, 색이 옅은 부분이 압력이 낮은 것을 나타낸다.

도 9a 에 나타내는 바와 같이, 피가공재 부분 (250) 의 성형 면압에는 큰 불균일이 있다. 요컨대, 피가공재 부분 (250) 의 외연 근방의 성형 면압이 높고, 피가공재 부분 (250) 의 그 이외의 영역은 성형 면압이 외연 근방보다 낮다.

이에 대하여, 도 9b 에 나타내는 바와 같이, 피가공재 부분 (250) 주위에는 강체 스페이서 부분 (260) 이 존재한다. 그리고, 본 실시형태에 의하면, 피가공재 부분 (250) 의 성형 면압 분포는 거의 균등한 것을 알 수 있다.

상기 어느 실시형태에 있어서도, 고무 부재 대신에, 열가소성 피가공재의 연화 온도보다 융점이 낮은 저융점 합금을 사용해도 된다. 저융점 합금이란, 종류가 다른 금속 (Pb (납), Bi (비스무트), Sn (주석), Cd (카드뮴), In (인듐) 등) 을 조합하여 합금화함으로써 융점이 낮아지는 성질을 이용한 공지된 합금을 말한다.

상기 서술한 2 개의 실시형태에 의하면, 피가공재의 표면에 균일한 압력으로 스탬퍼를 누를 수 있게 된다. 그 결과, 균일한 압력으로 피가공재를 압축할 수 있기 때문에, 피가공재의 내부에 발생하는 내부 변형의 불균일을 저감시키고, 피가공재의 굴곡이나 휨을 저감시킬 수 있게 된다.

또한, 고무 부재를 밀폐 상태에서 압축함으로써, 탄성체가 비압축성 유체에 가까운 특성을 나타내게 되어, 정수압 효과에 의한 가압 면압의 균압화가 도모됨과 동시에, 탄성체 물성 (경도나 탄성 계수) 의 편차의 영향에 의한 압력의 편차도 저감된다.

또한, 고무 부재 내부에 압축 응력밖에 발생하지 않기 때문에 인장 응력에 의한 탄성체의 균열이 방지된다. 또한, 고무 부재와 열판 사이, 및 고무 부재와 천판 사이에 미끄러짐이 발생하지 않기 때문에, 고무 부재의 마모도 방지된다.

상기 서술한 본 발명의 실시형태는 본 발명의 설명을 위한 예시로서, 본 발명의 범위를 그들의 실시형태에만 한정하는 취지는 아니다. 당업자는, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 다른 여러 가지 양태로 본 발명을 실시할 수 있다. 예를 들어 본 발명은, 피가공재의 양면에 형상 패턴을 전사하는 경우에 한정되지 않고, 편면에만 형상 패턴을 전사하는 경우에도 적용할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 열 프레스 성형 장치의 전체 구성을 나타낸다.

도 2 는, 제 1 실시형태에 관련된 2 개의 다이 세트의 확대도이다.

도 3 은, 피가공재를 스탬프할 때의 가압 상태의 설명도이다.

도 4 는, 피가공재를 스탬프할 때의 가압 상태의 설명도이다.

도 5 는, 고무 부재의 빠져나옴 방지 구성의 설명도이다.

도 6 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 열 프레스 성형 장치의 전체 구성을 나타낸다.

도 7 은, 고무 부재의 빠져나옴 방지 구성의 설명도이다.

도 8 은, 성형 모션의 설명도이다.

도 9 는, 피가공재의 성형 면압 분포의 측정 결과의 일례이다.

부호의 설명

100 : 열 프레스 성형 장치 102 : 볼스터

104 : 슬라이드 106 : 구동 장치

112, 114, 312, 314 : 다이 세트 118 : 냉각 플레이트

120 : 틀체 124 : 수용 공간

136 : 열판 138, 328 : 고무 부재

140 : 천판 142 : 스탬퍼

200 : 피가공재 210 : 강체 스페이서

322 : 스페이서 330 : 열교환 파이프

Claims (11)

1. 스탬퍼 (142) 를 눌러서 열가소성 판 (200) 의 표면에 형상 패턴을 전사하기 위한 열 프레스 성형 장치 (100) 에 있어서,

   볼스터 (102) 와, 슬라이드 (104) 와, 상기 슬라이드를 구동하는 구동 장치 (106) 를 갖는 프레스 장치와,

   상기 슬라이드 또는 볼스터에 탑재되는 다이 세트 (112, 114) 로서, 내부에 탄성체의 수용 공간을 갖는 틀체 (120) 와, 상기 틀체의 내부에 삽입되고 상기 수용 공간의 용적을 변경할 수 있도록 상기 틀체에 대하여 슬라이드하는 저판 (136, 326) 과, 상기 수용 공간에 수용되고 상기 수용 공간의 용적이 축소되도록 상기 저판이 슬라이드하면 압축되는 탄성체 (138, 328) 와, 상기 틀체에 장치되고 상기 수용 공간에 면하는 내면과 상기 스탬퍼를 지지하는 외면을 갖는 가요성의 천판 (140) 과, 열매 유체를 사용하여 상기 스탬퍼를 가열 및 냉각시키는 가열 냉각 수단 (136, 330) 을 갖는 다이 세트 (112, 114) 를 구비하고,

   상기 수용 공간의 용적이 축소되도록 상기 저판이 슬라이드하면, 상기 가요성의 천판은 압축된 상기 탄성체의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형되는 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성체는 고무 부재 또는 수지 부재이고,

   상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 수용 공간에 간극없이 충전되어 있고,

   상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 틀체의 내면과 접하는 영역의 근방인 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 내측의 제 2 영역을 갖고, 상기 제 1 영역에 충전되는 제 1 고무 부재 또는 제 1 수지 부재는, 상기 제 2 영역에 충전되는 제 2 고무 부재 또는 제 2 수지 부재보다 경도가 높은 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열 냉각 수단은 상기 저판 내에 형성되어 있고, 상기 저판 내부를 상기 열매 유체가 통과하는 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 탄성체는 고무 부재 또는 수지 부재이고,

   상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 수용 공간에 간극없이 충전되어 있고,

   상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 틀체의 내면과 접하는 영역의 근방인 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 내측의 제 2 영역을 갖고, 상기 제 2 영역은 열전도율을 높이기 위한 첨가제가 혼입되어 있는 고무 재료 또는 수지 재료로 구성되고, 상기 제 1 영역은 상기 첨가제가 혼입되어 있지 않거나, 또는 상기 제 2 영역 보다 소량의 상기 첨가제가 혼입되어 있는 고무 재료 또는 수지 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열 냉각 수단은, 상기 탄성체의 내부를 통과하는 열교환 파이프이고, 상기 열교환 파이프의 내부를 상기 열매 유체가 통과하는 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 탄성체는 고무 부재 또는 수지 부재이고,

   상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 수용 공간에 간극없이 충전되어 있고,

   상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 틀체의 내면과 접하는 영역의 근방 및 상기 저판과 접하는 영역의 근방으로 이루어지는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에 둘러싸인 영역 및 상기 천판의 내면과 접하는 영역 근방의 제 2 영역을 갖고, 상기 제 1 영역에 충전되는 제 1 고무 부재 또는 제 1 수지 부재는, 상기 제 2 영역에 충전되는 제 2 고무 부재 또는 제 2 수지 부재보다 경도가 높은 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 탄성체는 고무 부재 또는 수지 부재이고,

   상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 수용 공간에 간극없이 충전되어 있고,

   상기 고무 부재 또는 수지 부재는, 상기 틀체의 내면과 접하는 영역의 근방 및 상기 저판과 접하는 영역의 근방으로 이루어지는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에 둘러싸인 영역 및 상기 천판의 내면과 접하는 영역 근방의 제 2 영역을 갖고, 상기 제 2 영역은 열전도율을 높이기 위한 첨가제가 혼입되어 있는 고무 재료 또는 수지 재료로 구성되고, 상기 제 1 영역은 상기 첨가제가 혼입되어 있지 않거나, 또는 상기 제 2 영역보다 소량의 상기 첨가제가 혼입되어 있는 고무 재료 또는 수지 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스탬퍼는, 그 모든 외연이, 상기 천판이 상기 탄성체의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형되는 탄성 변형 영역의 외측이 되도록, 상기 천판의 외면에 지지되어 있고,

   상기 열 프레스 성형 장치는,

   그 모든 외연이, 상기 탄성 변형 영역의 외측이 되도록 배치된 상기 열가소성 판의 표면에 형상 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스탬퍼는, 그 모든 외연이, 상기 천판이 상기 탄성체의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형되는 탄성 변형 영역의 외측이 되도록, 상기 천판의 외면에 지지되어 있고,

   상기 열 프레스 성형 장치는,

   상기 열가소성 판과 실질적으로 동일한 판두께를 갖고, 강체로 구성된 스페이서로서, 상기 열가소성 판의 모든 외연이 상기 탄성 변형 영역의 내측에 있을 때, 상기 스페이서의 모든 외연이 상기 탄성 변형 영역의 외연의 외측이 되고, 또한, 상기 스페이서의 내연이 상기 열가소성 판의 외연보다 약간 외측이 되도록 고정된 스페이서를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
10. 스탬퍼 (142) 를 눌러서 열가소성 판 (200) 의 표면에 형상 패턴을 전사하기 위한 열 프레스 성형 장치 (100) 에 있어서,

    볼스터 (102) 와, 슬라이드 (104) 와, 상기 슬라이드를 구동하는 구동 장치 (106) 를 갖는 프레스 장치와,

    상기 슬라이드 또는 볼스터에 탑재되는 다이 세트 (112, 114) 로서, 내부에 공간을 갖는 틀체 (120) 와, 상기 틀체의 내부에 삽입되고 상기 공간의 용적을 변경할 수 있도록 슬라이드하는 저판 (136, 326) 과, 상기 공간에 수용된, 상기 열가소성 판의 연화 온도보다 융점이 낮은 저융점 합금 부재와, 상기 틀체에 장치되고 상기 수용 공간에 면하는 내면과 상기 스탬퍼를 지지하는 외면을 갖는 천판 (140) 과, 열매 유체를 사용하여 상기 스탬퍼를 가열 및 냉각시키는 가열 냉각 수단 (136, 330) 을 갖는 다이 세트 (112, 114) 를 구비하고,

    상기 수용 공간의 용적이 상기 저판에 의해 축소되면, 상기 가요성의 천판은 상기 저융점 합금 부재로부터의 가압력을 내면에 받아 외방으로 변형되는 것을 특징으로 하는 열 프레스 성형 장치.
11. 스탬퍼를 눌러서 열가소성 판의 표면에 요철 패턴을 전사하기 위한 열 프레스 성형 장치를 위한 금형 장치에 있어서,

    상기 열 프레스 성형 장치의 슬라이드 또는 볼스터에 탑재되는 다이 세트 (112, 114) 를 구비하고,

    상기 다이 세트는,

    내부에 탄성체의 수용 공간을 갖는 틀체 (120) 와,

    상기 틀체의 내부에 삽입되고, 상기 수용 공간의 용적을 변경할 수 있도록 상기 틀체에 대하여 슬라이드하는 저판 (136, 326) 과,

    상기 수용 공간에 수용되고, 상기 수용 공간의 용적이 축소되도록 상기 저판이 슬라이드하면 압축되는 탄성체 (138, 328) 와,

    상기 틀체에 장치되고, 상기 수용 공간에 면하는 내면과 상기 스탬퍼를 지지하는 외면을 갖는 가요성의 천판 (140) 과,

    열매 유체를 사용하여 상기 스탬퍼를 가열 및 냉각시키는 가열 냉각 수단 (136, 330) 을 구비하고,

    상기 수용 공간의 용적이 축소되도록 상기 저판이 슬라이드하면, 상기 가요성의 천판은 압축된 상기 탄성체의 탄성력을 내면에 받아 외방으로 변형되는 것을 특징으로 하는 금형 장치.

Images