KR101656094B1

KR101656094B1 - 열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치

Info

Publication number: KR101656094B1
Application number: KR1020147026516A
Authority: KR
Inventors: 사토 기무라; 마사키 아오야; 츠토무 이와사키
Original assignee: 도요세이칸 그룹 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2016-09-08
Also published as: KR20140136003A; US10279539B2; CN104245279A; CN104245279B; US10131087B2; EP2829383A4; EP2829383A1; US20150021798A1; WO2013140815A1; US20190030784A1

Abstract

생산성 및 전사 품질 등을 향상시킬 수 있는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치의 제공을 목적으로 한다. 열 가소성 수지 제품의 성형 방법은 가열 공정, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 가지고 가열 공정에서 적외선을 냉각 부재에 조사하지 않는 상태에서 적외선을 스탬퍼에 조사하고, 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 스탬퍼와 냉각 부재가 접촉하고 있는 방법으로 되어 있다.

Description

열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치{METHOD OF MOLDING A THERMOPLASTIC RESIN ARTICLE AND APPARATUS FOR MOLDING SAME}

본 발명은 열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치에 관한 것이며, 특히 생산성 및 전사 품질을 향상시킬 수 있는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치에 관한 것이다.

마이크로 화학 칩 마이크로 유체 장치, 도광판, 프레넬 렌즈, 광 디스크나 광학 소자 등에서 플라스틱 성형품에 미세한 패턴(구조)을 정밀하게 전사하는 기술이나, 상기 전사의 생산성을 향상시키는 기술의 확립 등이 요망되고 있으며, 다양한 기술이 제안되고 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는 전사면을 갖추고 또한 플라스틱 재료로 구성된 기본 자재를 준비하여, 전사면을 노출한 상태에서 기본 자재를 고정하고 적어도 일부가 적외선 투과 재료로 된 스탬퍼의 부형면을 기본 자재의 전사면과 밀착 상태로 유지하고, 스탬퍼에 대해서 기본 자재를 지향하는 방향으로 적외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형 가공 방법의 기술이 명시되어 있다.

또한 특허 문헌 2에는 열 프레스 성형에 의해서 열 가소성 수지판의 표면에 원하는 패턴을 전사하는 열 프레스 성형 방법의 기술이 명시되어 있다.

이 기술은 프레스기에 장착된 냉각판과 열 가소성 수지판 사이에 그 열 가소성 수지판에 면하는 측에 패턴을 가진 스탬퍼를 장착한 가열판을 배치하고, 프레스 동작에 앞서 고주파 유도 가열에 의해서 스탬퍼와 가열판을 열 가소성 수지판의 연화 온도를 초과하는 제1소정 온도로 가열하고, 이어서 프레스 동작에 따라 스탬퍼를 열 가소성 수지판의 표면에 대고 패턴을 그 열 가소성 수지판의 표면에 전사하고, 스탬퍼를 열 가소성 수지판에 대고 누른 채 냉각판에 의해서 가열판과 스탬퍼를 연화 온도 미만의 제2소정 온도로 냉각하는 것을 특징으로 한다.

(특허 문헌 1) 일본특허 공개공보 2001-158044호 공보 (특허 문헌 2) 일본특허 공개공보 2006-255900호 공보

그러나, 상술한 특허 문헌 1에 기재된 플라스틱 성형 가공 방법은 적외선 투과 재료를 적외선이 투과하는 방법으로 되어 있고, 적외선이 투과함으로써 적외선 투과 재료는 승온한다. 이 적외선 투과 재료의 승온은 적외선을 투과하지 않는 재료의 온도 상승과 비교하면 작은 승온이지만, 예를 들면, 냉각 부재 및/또는 얇은(통상, 두께가 0. 수 mm이다.)스탬퍼 보강 부재로서 적외선 투과 재료를 사용하는 경우, 냉각 시간이 길어져서 생산성을 향상시킬 수 없다는 문제가 있었다.

또한 얇은 스탬퍼를 사용할 경우 스탬퍼가 휘어짐 등으로 인해서 평탄한 상태에서 변형하는 경우가 있다. 이런 경우 스탬퍼의 변형을 억제하여 평탄한 상태로 전사하여 전사 품질을 향상시키는 것이 요망되고 있었다.

또한 특허 문헌 1에 기재된 플라스틱 성형 가공 방법에서는 균일하게 스탬퍼를 승온하는 것이 요망되고 있었다. 즉, 승온할 때 스탬퍼의 온도 분포가 나쁘면 성형 면 전체를 성형 가능 온도까지 승온하기 위해서는 긴 가열 시간이 필요하고, 또한 가열함으로써 긴 냉각 시간이 필요하므로, 성형 사이클이 길어져서 생산성을 향상시킬 수 없다는 문제가 있었다.

또한 상기 특허 문헌 2에 기재된 열 프레스 성형 방법은 고주파 유도 가열에 의해서 스탬퍼와 가열판을 가열하고 있으나, 고주파 유도 가열에서는 스탬퍼의 온도 분포가 나빠서 균일한 가열을 하려면 긴 가열 시간이 필요하고 또한 성형 (프레스)중의 가열을 할 수가 없어서, 가열판을 가열할 필요가 있으며, 가열 시간 및 냉각 시간이 길어져서 생산성을 향상시킬 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 제안된 것이며, 생산성 및 전사 품질 등을 향상시킬 수 있는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 열 가소성 수지 제품의 성형 방법(적당히 성형 방법이라 약칭한다.)은 가열 장치에서 조사 경로를 통해서 스탬퍼에 적외선을 조사하여 해당 스탬퍼를 복사 가열하는 가열공정과, 복사 가열된 상기 스탬퍼의 부형면의 구조를 열 가소성 수지의 전사면에 전사하는 전사 공정과, 상기 스탬퍼와 냉각 부재를 접촉시켜서 상기 스탬퍼를 통해서 상기 열 가소성 수지를 냉각하여 그 열 가소성 수지를 고화 또는 경화시키는 냉각 공정과, 상기 부형면과 상기 전사면과 접촉한 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시키는 이형 공정을 가지고, 상기 가열 공정에서 상기 냉각 부재를 상기 조사 경로에서 퇴출시킨 상태에서 상기 적외선을 상기 스탬퍼에 조사하여, 상기 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 상기 스탬퍼와 상기 냉각 부재가 접촉하고 있는 방법으로 되어 있다.

또한 본 발명의 열 가소성 수지 제품의 성형 장치 (적당히 성형 장치라 약칭한다.)는 광원을 사용해서 적외선 복사 가열을 하는 가열 장치와, 상기 광원으로부터 조사된 적외선에 의해서 복사 가열되는 스탬퍼와, 복사 가열된 상기 스탬퍼와 접촉하여 해당 스탬퍼를 냉각하는 냉각 부재와, 상기 냉각 부재를 상기 적외선의 조사 경로에 진입시키거나 퇴출시키거나 하는 진퇴 수단을 가지고 있는 제1의 금형과, 상기 스탬퍼의 부형면의 구조가 전사되는 열 가소성 수지를 유지하는 제2의 금형과, 상기 스탬퍼와 상기 냉각 부재를 접촉시키거나 떼기 위해 상기 스탬퍼를 상대적으로 이동 가능하게 유지하는 스탬퍼 유지 수단을 갖추고, 상기 냉각 부재를 상기 적외선 조사 경로에서 퇴출시킨 상태에서 상기 가열 장치에서 조사된 적외선이 상기 스탬퍼에 조사되어 해당 스탬퍼를 복사 가열해서, 전사의 적어도 종료 단계에서 상기 스탬퍼와 상기 적외선 조사 경로에 진입시킨 상기 냉각 부재가 접촉해서 해당 냉각 부재가 상기 스탬퍼를 보강하는 구성으로 되어 있다.

본 발명의 열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치에 의하면, 가열 장치에서 조사된 적외선은 냉각 부재에 조사 되지 않고 직접적으로 스탬퍼에 조사되어 해당 스탬퍼를 복사 가열하므로 적외선에 의해서 승온하지 않은 만큼 저온 냉각 부재를 사용할 수 있다. 이에 따라 냉각 시간을 단축할 수 있어서 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한 얇은 스탬퍼를 사용하여 스탬퍼가 휘어짐 등으로 인해서 평탄한 상태에서 변형하는 경우라도, 스탬퍼의 변형을 억제하고 평탄한 상태로 전사하여 전사 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 성형 장치를 설명하는 개략도이며 (a)는 단면도를 도시하고 (b)는 주요부의 확대 단면도를 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 성형 장치의 가열 장치를 설명하는 개략도이며, (a)는 정면도를 도시하고 (b)는 밑면도를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 성형 장치의 주요부를 설명하는 개략도이며, (a)는 가열 처리에 있어서의 확대 단면도를 도시하고 (b)는 냉각 공정의 확대 단면도를 나타내고 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 성형 장치의 냉각 부재를 설명하는 개략 하면도를 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 관한 성형 장치의 스탬퍼 유지 수단을 설명하는 개략 평면도를 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 변형 예에 관한 성형 장치를 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 제1 응용예에 관한 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 9는 본 발명의 제2 응용예에 관한 성형 방법에 사용되는 성형 장치의 주요부를 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 10은 본 발명의 제2 응용예에 관한 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치를 설명하는 개략도이며, (a)는 단면도를 도시하고 (b)는 주요부의 확대 단면도를 나타내고 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치를 설명하는 개략도이며, (a)는 주요부 단면도를 도시하고 (b)는 A부의 확대 단면도를 나타내고 있다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 16은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치를 설명하는 주요부의 개략 확대 단면도를 나타내고 있다.
도 17은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 18은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치를 설명하는 주요부의 개략 확대 단면도를 나타내고 있다.
도 19는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 20은 본 발명에서 적합한 포장체의 주요부를 나타내는 측 단면도를 나타내고 있다.
도 21은 도 20의 포장체의 A부를 확대해서 나타내는 부분 확대 단면도를 나타내고 있다.
도 22는 도 20의 포장체의 주입구(병 입구부의 위 끝 면)의 평면도를 나타내고 있다.
도 23은 도 20의 포장체의 입구부에 형성된 요철부의 최적인 패턴을 나타내는 부분 평면도를 나타내고 있다.
도 24는 본 발명의 포장체의 입구부에 형성된 요철부의 다른 패턴을 나타내는 부분 평면도를 나타내고 있다.
도 25는 본 발명의 포장체의 입구부에 형성된 요철부의 또 다른 패턴을 나타내는 부분 평면도를 나타내고 있다.
도 26은 본 발명의 포장체의 다른 예를 도시하는 측 단면도를 나타내고 있다.
도 27은 도 26의 포장체의 평면도를 나타내고 있다.

<열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치의 제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 성형 장치를 설명하는 개략도이며, (a)는 단면도를 도시하고 (b)는 주요부의 확대 단면도를 나타내고 있다.

도 1에서 본 실시 형태의 열 가소성 수지 제품의 성형 장치 (1)(적당히 성형 장치 (1)라고 약칭한다.)는 가열 장치 (2), 스탬퍼 (3), 냉각 부재 (4) 제1의 금형 (5), 제2의 금형 (6) 및 스탬퍼 유지 수단 (7) 등을 갖춘 구성으로 되어 있다.

또한 본 실시 형태에서는 열 가소성 수지가 미리 성형된 기본자재 (8)이며, 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)의 구조는 기본자재 (8)의 전사면 (81)로 전사된다.

여기서 미리 성형된 기본 재료란 CD용 원판, 컬러 필터용 직사각형 시트, 또는 롤 모양으로 감긴 시트 등의 사출 성형 공정 또는 압축 성형 공정을 마친 기본 자재(각 공정을 거쳐서 상온으로 되어있는 기본 재료)를 말한다.

또한, 본 실시 형태에서의 열 가소성 수지는, 상기의 미리 성형된 기본자재 (8)에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 사출 성형 공정 또는 압축 성형 공정에서의 승온된 기본 자재(도시하지 않음)라도 된다.

여기서 사출 성형 공정 또는 압축 성형 공정에서의 승온된 기본 재료란 사출 성형 공정 또는 압축 성형 공정을 완전히 마무리되지 않은 기본 자재(예를 들면, 공정의 도중에 있는 용융 또는 연화되어 있는 기본 자재 및 각 공정을 거쳤지만, 상온까지 냉각되지 않고, 승온된 기본 재료)를 말한다.

(가열 장치)

도 2는 본 발명의 제1실시예에 관한 성형 장치의 가열 장치를 설명하는 개략도이며, (a)는 정면도를 도시하고 (b)는 밑면도를 나타내고 있다. 또한 도 2에서는, 셔터 (24)를 생략하고 있다.

도 2에서 제1실시예에서의 가열 장치 (2)는 단면 형상이 정사각형 라이트 파이프 (21), 이 라이트 파이프 (21)와 연결되어 단면 형상이 정사각형의 라이트 박스 (22), 이 라이트 박스 (22)내에 수용되는 광원 (23) 및 개폐기 (24)(도 1(a)참조)등을 갖춘 구성으로 되어 있다.

이 가열 장치 (2)는 스탬퍼 (3)에 대해서 광원 (23)을 사용해서 적외선 복사 가열을 한다.

광원 (23)은 할로겐 램프 등의 적외선 광원으로 되어 있고 효과적으로 복사 가열을 할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 광원 (23)으로서 5개의 막대 모양의 할로겐 램프를 거의 등 간격으로 라이트 박스 (22)내부에 병설(나란히 설치)하고 있다.

또한, 광원 (23)은 할로겐 램프에 한정되는 것이 아니고 또한, 광원 (23)의 형상, 개수, 설치 방향 및 출력 등은 특히 한정되는 것은 아니다.

라이트 박스 (22)는 단면 형상이 정사각형의 상자 모양이며 안쪽에 경면(鏡面)을 가진 판상 부재(예를 들면 안쪽이 되는 면에 은 도금처리가 된 강판)으로 되어 있다. 단면 형상이란 조사 방향과 직교하는 단면의 형상을 말한다.

이 라이트 박스 (22)는 거의 직육면체 모양의 내부 공간 (221)을 가지고 있고 내부 공간 (221)은 바닥면이 정사각형(한 변의 길이가 W₂이다.)이며, 높이가 L₂이다. 또한 라이트 박스 (22)는 한쪽 면(도 2(a)에서는 밑면)의 중앙에 개구부 (222)를 가지고 있으며 개구부 (222)는 정사각형(한 변의 길이가 W₁이다.)이다.

또한, 라이트 박스 (22)는 개구부 (222)를 통해서 라이트 파이프 (21)와 연통하도록 라이트 파이프 (21)와 연결되어 있다.

여기서 라이트 박스 (22)는 단면 형상이 정사각형의 상자 모양으로 되어 있으므로, 광원 (23)으로부터 방사된 적외선은 일부가 경면에 의해서 반사하지 않고 개구부 (222)를 지나 라이트 파이프 (21)에 진입하다.

또한, 그 이외의 적외선은 경면에 의한 1회 또는 2회 이상의 반사를 거친 후 개구부 (222)를 지나 라이트 파이프 (21)에 진입한다. 이 적외선은 직육면체 모양의 경면(내부 공간 (221)에 대응하는 경면)에 의한 반사에 의해서 균일화된 상태(프리 믹스된 상태라고 부른다.)에서 개구부 (222)를 지나 라이트 파이프 (21)에 진입한다. 이에 따라 가열 장치 (2)는 균일화된 상태(프리 믹스된 상태라고 부른다)의 적외선을 개구부 (222)에 조사할 수 있다.

라이트 파이프 (21)는, 단면 형상이 정사각형의 통 형상(양끝이 개구(열린 입구)한 통 형상)이며 안쪽에 경면을 가진 판 형상 부재(예를 들면 안쪽이 되는 면에 은 도금 처리가 된 강판)으로 되어 있다. 또한 라이트 파이프 (21)는 통상, 중공경면체이지만, 이에 한정되는 것은 아니고 고형 투명체라도 된다.

이 라이트 파이프 (21)는 거의 직육면체 모양의 내부 공간 (211)을 가지고 있어서 내부 공간 (211)은 바닥이 정사각형(한 변의 길이가 W₁이다.)이며, 높이가 L₁이다. 또한, 라이트 파이프 (21)는 한쪽 끝(도 2(a)에서는 상부 끝)이 개구부 (222)와 대응하도록 라이트 박스 (22)와 연결되어 있다.

또한 본 실시 형태에서는 W₂>W₁로 되어있고 이 조건을 만족하면서, 상기의 치수 W₁및 L₁은 적당히 설정된다.

여기서 라이트 파이프 (21)및 라이트 박스 (22)는 상기 구조에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도시하지 않았지만 바람직하게는 가열 장치 (2)는 단면 형상이 다각형 라이트 파이프와, 이 라이트 파이프와 연결되어 단면 형상이 다각형의 라이트 박스와, 이 라이트 박스 내에 수용되는 광원을 갖추고 라이트 파이프의 단면 형상이 삼각형, 사각형, 정육각형 또는 평행 6변형이며, 라이트 박스의 단면 형상이 삼각형, 사각형, 정육각형 또는 평행 6변형이라도 된다.

이렇게 하면 본 발명의 발명자 등이 일본특허출원 2011-151395 (일본특허 공개공보 2013-020738호 공보)에서 명시한 가열 장치와 거의 마찬가지로 가열 장치 (2)는 매우 높은 수준에서 균일화된 방사 조도 분포를 이룰 수 있고, 스탬퍼 (3)를 균일하게 가열할 수 있다. 이에 따라 승온 시에 스탬퍼의 온도 분포가 나쁘면 성형 면 전체를 성형 가능 온도까지 승온하기 위해서는 긴 가열 시간이 필요하고, 또한 오래 가열함으로써 긴 냉각 시간이 필요하므로, 성형 사이클이 길어지면서 생산성을 향상시킬 수 없다는 문제를 회피할 수 있다.

셔터 (24)는 적외선을 차단하는 재료로 이루어진 판상 부재이며 라이트 파이프 (21)의 하부에 왕복 이동 가능하게 설치되어 있어서 에어 실린더 등의 구동 수단(도시하지 않음)에 의해서 왕복 이동 한다. 이렇게 하면 셔터 (24)의 온 오프에 의해서 처리 시간을 제어할 수 있고, 스탬퍼 (3)의 온도 제어를 쉽게 할 수 있다.

또한 가열 장치 (2)는 상기의 구성에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도시하지 않았지만, 상기의 구성과 다른 구성을 가진 광원을 사용해서 적외선 복사 가열이 가능한 가열 장치, 탄산 가스 레이저, 반도체 레이저 및 이들 레이저에 스캐너를 조합한 주사식 레이저라도 된다.

(스탬퍼)

스탬퍼 (3)는 재질이 통상 Ni나 Si인 판상 부재이며, 광원 (23)에서 조사된 적외선에 의해서 복사 가열된다. 본 실시 형태의 스탬퍼 (3)는 두께가 보통 수백 μm이지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 스탬퍼 (3)는 아랫면에 부형면 (31)을 가지고 있고 부형면 (31)에 오목부 및 볼록부가 형성되어 있다.

또한 도시하지 않았으나 스탬퍼 (3)의 윗면에 검은 색 막을 형성해도 되고, 이렇게 하면 적외선을 효율적으로 흡수한다. 이에 따라 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)은 적외선의 복사 가열에 의해서 고르고 신속하게 가열된다. 또한, 검은 색 막을 형성하는 대신, 예를 들면 스탬퍼 (3)가 유색 막 및/또는 도금 피막을 가진 구성으로 해도 된다. 유색 막으로서, 실리콘계 흑색 도료나 검은 색 Cr도금 등을 들 수 있다. 또한, 도금 피막으로서 무전해 Ni도금 등을 들 수 있다.

(냉각 부재)

냉각 부재 (4)는 보통 열 전도성이 뛰어난 알루미늄이나 구리 등으로 이루어진 판상 부재이며, 후술 하는 바와 같이, 복사 가열된 스탬퍼 (3)와 접촉하여 해당 스탬퍼 (3)를 보강하고 냉각한다. 여기서 냉각 부재 (4)는 적외선이 조사되지 않고 적외선을 투과할 필요도 없으므로 열 전도성이 뛰어난 재료가 사용되며, 기본자재 (8)의 냉각 시간을 단축하고 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 냉각 부재 (4)는, 냉수 등의 냉매를 순환시키는 유로 (41)가 형성되어있고 소정의 온도로 냉각되므로 스탬퍼 (3)를 효과적으로 냉각하여 냉각 시간을 단축할 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다.

냉각 부재 (4)는 제1의 금형 (5)의 기부 (51)에 왕복 이동 가능하게 설치되어 에어 실린더 등의 진퇴 수단(도시하지 않음)에 의해서 거의 수평 방향으로 왕복 이동 한다.

즉, 성형 장치 (1)는 냉각 부재 (4)를 적외선 조사 경로(본 실시 형태에서는, 기부 (51)의 개구부 (511))에서 퇴출시킨 상태(이 상태는 적외선을 냉각 부재 (4)에 조사하지 않은 상태라고도 불린다.)이며 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 스탬퍼 (3)에 조사되어서 해당 스탬퍼 (3)를 복사 가열한다. 또한 성형 장치 (1)는 전사의 적어도 종료 단계에서 스탬퍼 (3)와 적외선 조사 경로에 진입시킨 냉각 부재 (4)가 접촉하고 해당 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)를 보강한다.

여기서 냉각 부재 (4)를 적외선 조사 경로에서 퇴출시킨 상태나, 적외선을 냉각 부재 (4)에 조사하지 않은 상태에는 적외선이 냉각 부재 (4)에 전혀 조사되지 않은 상태 및 냉각 부재 (4)의 끝 면 등에 적외선이 조사되지만, 냉각 부재 (4)의 상면(주 표면이라고도 불린다.)에 거의 적외선이 조사되지 않은 상태가 포함되는 것으로 한다.

또한 전사의 종료 단계란, 용융 또는 연화된 기본자재 (8)가 부형면 (31)의 형상에 따라 거의 변형이 끝난 단계라는 의미이다.

이렇게 하면 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 스탬퍼 (3)를 복사 가열할 때 냉각 부재 (4)가 적외선의 조사 경로에서 퇴출되어 있으므로, 냉각 부재 (4)는 적외선에 의해서 전혀 또는 거의 승온하지 않는다. 예를 들면, 적외선 투과 재료를 통해서 기본자재 (8)를 냉각할 경우 조사된 적외선이 적외선 투과 재료를 투과하면 적외선 투과 재료라도 승온하는 것에 대해서 성형 장치 (1)는 적외선에 의해서 승온하지 않은 만큼 저온 냉각 부재 (4)를 사용함으로써 냉각 시간을 단축할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 전사 공정에서 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)의 보강 부재로서 기능하므로 스탬퍼 (3)를 얇게 할 수 있어서 가열 시간 및 냉각 시간을 단축할 수 있다.

또한 적외선은 냉각 부재 (4)를 투과하지 않으므로 보통 알루미늄이나 구리 등의 적외선 투과 재료보다 열 전도율이 높은 재료로 이루어진 냉각 부재 (4)를 사용함으로써, 냉각 시간을 단축할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 예를 들면, 스탬퍼 (3)가 적외선 투과 재료(보통 이 재료는 평판 모양이다.)에 접합되어 있는 경우와 비교하면 스탬퍼 (3)의 열이 적외선 투과 재료에 열 전도하지만 성형 장치 (1)는 적외선 투과 재료를 사용하지 않으므로 이에 의해서도, 가열 시간 및 열 전도에 의해서 가열된 적외선 투과 재료를 냉각하는 냉각 시간을 단축할 수 있다.

또한 도시하지 않았지만, 복수의 냉각 부재 (4)를 차례로 사용할 수도 있고, 이 경우 충분히 냉각된 냉각 부재 (4)를 사용할 수 있으므로 냉각 시간을 단축할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)가 접촉하고 해당 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)를 보강하므로 스탬퍼 (3)가 얇은 경우라도 스탬퍼 (3)의 기계적 강도의 부족함으로 인하여, 전사 품질에 악영향을 끼친다는 문제를 효과적으로 회피할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 관한 성형 장치의 주요부를 설명하는 개략도이며 (a)는 열 처리에 있어서의 확대 단면도를 도시하고 (b)는 냉각 공정에서의 확대 단면도를 나타내고 있다.

또한 도 4는 본 발명의 제1실시예에 관한 성형 장치의 냉각 부재를 설명하는 개략 하면도를 나타내고 있다. 또한 도 4의 A-A단면도가 도 3(a)에 도시되어 있으며 도 4의 B-B단면도가 도 3(b)에 도시되어 있다.

도 3,4에서 제1실시예에서의 냉각 부재 (4)는 알루미늄이나 구리 등으로 구성된 직사각형 평판 모양의 밑판 (43)및 상판 (44)을 가지고 있고 밑판 (43)및 상판 (44)은 거의 2등분된 한 쪽편에 기부 (51)의 개구부 (511)와 대응하는 정사각형 모양의 개구부 (42)가 형성되어 있다.

또한 개구부 (42)의 측면은 일반적으로 상술한 라이트 박스 (22)와 같이 경면이다.

또한 밑판 (43)은 거의 2등분된 다른 측에 꾸불꾸불하게 유로 (41)가 형성되어있고 유로 (41)의 양단부에는 조인트 (432)가 연결되어 있으며, 상판 (44)이 밀봉된 상태로 밑판 (43)에 고착된다.

또한 밑판 (43)은 후술 하는 누름 부재 (73)와 대응하는 위치에 거의 타원형의 오목부 (431)가 형성되어있고, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이 누름 부재 (73)와의 간섭을 회피한다. 또한, 밑판 (43)은 양 쪽의 에지부에 단차가 있게 피지지부 (433)가 형성되어있고 피지지부 (433)가 지지 부재 (513)와 맞물림으로써 냉각 부재 (4)는 거의 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 기부 (51)에 장착된다.

또한 본 실시예에서는, 개구부 (42)의 측면에 적외선이 조사되지만, 예를 들면, 도시하지 않았으나, 냉각 부재 (4)를 거의 2등분으로 나누어 이들을 각각 왕복 이동시킴으로써 유로 (41)등이 형성된 쪽의 냉각 부재 (4)를, 적외선이 전혀 조사되지 않는 구성으로 할 수 있다.

(제1의 금형)

도 1에 도시하는 바와 같이 제1의 금형 (5)은 기부 (51)및 홀더 (52)등을 가지고 있어서 스탬퍼 (3)를 유지한 스탬퍼 유지 수단 (7)이 상하 방향으로 이동 가능하게 장착되어 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)를 접촉시키거나 떼어 놓거나 할 수 있는 구조를 가지고 있다.

또한 제1의 금형 (5)은 상기한 바와 같이, 냉각 부재 (4)를 적외선 조사 경로에 진입시키거나 퇴출시키거나 하는 진퇴 수단(도시하지 않음)을 가지고 있다.

또한 도 3에 도시하는 바와 같이 제1실시예에서의 기부 (51)는 거의 중앙에 개구부 (511)가 형성된 판상 부재로 되어 있고, 윗면이 라이트 파이프 (21)의 아래쪽 끝과 연결되어 있다. 개구부 (511)는 라이트 파이프 (21)와 거의 대응하는 위치에 형성되어 있고, 라이트 파이프 (21)의 단면 형상과 거의 같은 형상으로 되어있어서 측면이 라이트 파이프 (21)및 라이트 박스 (22)의 안쪽 면과 마찬가지로 은 도금 등에 의한 경면을 가지고 있다. 이에 따라 개구부 (511)는 라이트 파이프 (21)와 비슷하게 기능하고 광원 (23)으로부터의 적외선을 스탬퍼 (3)의 윗면에 균일하게 조사해서, 스탬퍼 (3)를 균일하게 가열할 수 있다.

또한 기부 (51)는 하부에 지지 부재 (513)에 의해서 냉각 부재 (4)가 왕복 이동 가능하게 장착되어 있다.

또한 기부 (51)는 상부에 냉매가 순환하는 유로 (512)가 형성되어있고 있고 기부 (51)및 냉각 부재 (4)를 강제 냉각한다. 이렇게 하면 냉각 부재 (4)의 승온이 억제되므로, 복사 가열된 스탬퍼 (3)와 접촉하여 해당 스탬퍼 (3)를 냉각할 때 효과적으로 스탬퍼 (3)를 냉각할 수 있다.

홀더 (52)는 기부 (51)의 하면에 장착되는 판상 부재이며, 하면에 스탬퍼 (3)를 유지한 스탬퍼 유지 수단 (7)을 상하 방향으로 이동 가능하게 수용하는 오목부가 형성되어 있다. 이 홀더 (52)에 의해서 스탬퍼 (3)는 라이트 파이프 (21)와 대응하는 위치이며, 또한 냉각 부재 (4)의 아래쪽에 상하 방향으로 이동 가능하게 장착된다.

(제2의 금형)

제2의 금형 (6)은 판상 부재이며, 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)의 구조가 전사되는 기본자재 (8)를 유지한다. 즉, 제2의 금형 (6)은 도 3에 도시하는 바와 같이 진공 흡착하기 위한 구멍이 형성되어있고 위치가 결정된 상태로 놓인 기본자재 (8)를 진공 흡착한다.

또한 제1의 금형 (5) 및 제2의 금형 (6)은 프레스기(예를 들면, 저압 프레스기(프레스 압력:1.0MPa)에 장착되어 있고, 예를 들면 제2의 금형 (6)이 승강한다.

(스탬퍼 유지 수단)

스탬퍼 유지 수단 (7)은 도 1에 도시하는 바와 같이 거의 판상 부재이며, 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)를 접촉시키거나 떼어 놓거나 하기 위해 스탬퍼 (3)를 상대적으로 이동 가능하게 유지한다.

본 실시 형태에서는 스탬퍼 유지 수단 (7)은 제1의 금형 (5)에 장착되어 제2의 금형 (6) 및 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)측으로 이동하는 구성(제1패턴)으로 되어있으나 이에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 도시하지 않았으나, 냉각 부재 (4)및 스탬퍼 (3)가 제2의 금형 (6) 측으로 이동하거나(제2패턴), 냉각 부재 (4) 및 제2의 금형 (6)이 스탬퍼 (3) 측으로 이동하는 구성(제3패턴)이라도 된다. 즉, 스탬퍼 (3)를 상대적으로 이동 가능하게 유지한다는 것은, 상기의 제1, 제2및 제3패턴 중 하나의 패턴으로 유지한다는 의미이다.

여기서 바람직하게는 스탬퍼 유지 수단 (7)은 유지한 스탬퍼 (3)를 기본자재 (8)방향으로 힘이 가해지는 부세 수단(본 실시 형태에서는 압축 스프링 (71))을 가지면 된다.

이렇게 하면 제2의 금형 (6)이 상승하여 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)에 닿으면 스탬퍼 (3)는 펴진 상태로, 기본자재 (8)에 압착된다. 즉, 유지한 스탬퍼 (3)가 휘어짐 등으로 인해서 변형되어 있는 경우라도 스탬퍼 (3)가 펴진 상태로 기본자재 (8)와 접촉하고 이 상태(스탬퍼 (3)가 펴진 상태)에서 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)가 접촉하게 된다. 따라서 스탬퍼 (3)의 휨 등의 악영향을 배제할 수 있고, 전사 품질을 향상시킬 수 있다.

또한 부세(付勢) 수단으로서 보통 압축 스프링 (71) 등을 사용하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 공기 압력 등을 사용해도 된다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 관한 성형 장치의 스탬퍼 유지 수단의 주요부를 설명하는 개략 평면도를 도시하고 있다. 또한 도 5의 C-C단면도가 도 3(a)에 도시되어 있다.

도 3,5에서 제1실시예에서의 스탬퍼 유지 수단 (7)은 거의 원판 모양이고, 거의 정사각형 모양의 스탬퍼 (3)의 주변을 지지하는 지지 부재 (72), 스탬퍼 (3)를 사이에 끼듯 지지 부재 (72)에 나사 맞춤되어, 스탬퍼 (3)의 마주 보는 두 변의 각 두 곳을 누르는 4개의 누름 부재 (73), 지지 부재 (72)를 관통한 상태로 홀더 (52)에 나사 맞춤된 4개의 슬리브 (74) 및 슬리브 (74)의 외주에 장착되어 스탬퍼 유지 수단 (7)을 스탬퍼 (3)의 방향으로 힘을 가하는 4개의 압축 스프링 (71)등을 갖추고 있다.

또한 누름 부재 (73)는 통상 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)이외의 적어도 일부를 누르고 본 실시예에서는 스탬퍼 (3)의 주변을 누르고 있다.

또한 스탬퍼 (3)를 유지하는 스탬퍼 유지 수단 (7)은 상기 구성에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 실시 형태의 성형 장치 (1)는 다양한 변형 예를 가지고 있다.

즉, 본 실시 형태에서는, 셔터 (24)를 이용해서 적외선을 차단하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 도 6과 같이 냉각 부재 (4)가 적외선을 차단하는 구성으로 해도 된다. 이렇게 하면 성형 장치 (1‘)는 셔터 (24)를 설치할 필요가 없어져서 제조 원가의 코스트 다운을 꾀할 수 있다.

또한 변형 예에 관한 성형 장치 (1‘)는 상기 점을 제외하면 본 실시 형태의 성형 장치 (1)와 비슷한 구성으로 되어있다.

다음에 상술한 성형 장치 (1‘)의 동작 및 열 가소성 수지 제품의 성형방법의 제1실시 형태 등에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한 변형 예에 관한 성형 장치 (1’)의 동작은 본 실시 형태의 성형 장치 (1)의 동작과 비교하면 셔터 (24)를 사용해서 적외선을 차단하는 대신 냉각 부재 (4)가 적외선을 차단하는 점 등이 다르나, 다른 동작은 거의 비슷하다.

도 7은 본 발명의 제1실시 형태에 관한 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

도 7에서 본 실시 형태의 성형 방법은 기본자재 (8)에 대해서 성형 장치 (1')를 사용하여 압축 성형을 하는 성형 방법이며, 가열 공정, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 가지고 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 기본자재 (8)의 재질을 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 등의 결정성 열 가소성 수지로 되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 비결정성 열 가소성 수지로도 된다. 또한, 결정성 열 가소성 수지는 냉각되면 고체화하고, 비결정성 열 가소성 수지는 냉각되면 경화한다.

(가열 공정)

우선 가열 공정에서 성형 장치 (1')는 도 7(a)에 도시한 바와 같이 제2의 금형 (6)이 제1의 금형 (5)의 아래쪽에 위치하고 있으며, 가열 장치 (2)에서 적외선을 스탬퍼 (3)에 조사하여, 해당 스탬퍼 (3)를 복사 가열한다.

또한 가열 공정에서 적외선을 냉각 부재 (4)에 조사하지 않은 상태에서 적외선을 스탬퍼 (3)에 조사한다. 또한 적외선을 냉각 부재 (4)에 조사하지 않는 상태로 하기 위해서 냉각 부재 (4)는 스탬퍼 (3)로부터 떨어져 있고, 통상, 냉각 부재 (4)를 적외선 조사 경로에서 퇴출시킨다.

이렇게 하면 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 스탬퍼 (3)를 복사 가열할 때 냉각 부재 (4)가 적외선의 조사 경로에서 퇴출되어 있으므로, 냉각 부재 (4)는 적외선에 의해서 전혀 또는 거의 승온하지 않는다. 즉, 성형 장치 (1')는 적외선에 의해서 승온하지 않은 만큼 저온 냉각 부재 (4)를 사용함으로써 냉각 시간을 단축할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 알루미늄이나 구리 등의 적외선 투과 재료보다 열 전도율이 높은 재료로 이루어진 냉각 부재 (4)를 사용함으로써, 냉각 시간을 단축할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 열 처리에서 스탬퍼 (3)가 축적한 열만을 이용해서 전사 공정에서 전사하는 방법으로 되어 있다.

또한 전사에 필요한 열량을 축적하기 위해서 스탬퍼 (3)의 두께나 기본자재 (8)에 대한 프리 히트 온도가 적절하게 설정된다.

또한 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 스탬퍼 (3)에 대해서 복사 가열을 개시할 때, 통상 제2의 금형 (6)에 기본자재 (8)가 유지되어 있지만, 이 시기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 복사 가열 중에 제2의 금형 (6)에 기본자재 (8)가 유지되어도 좋고, 이렇게 하면, 자동화된 연속 성형에서 성형 사이클 타임을 단축할 수 있다.

(전사 공정)

다음에, 전사 공정에서 성형 장치 (1')는 도 7(b)에 도시하는 바와 같이 복사 가열된 스탬퍼 (3)의 부형면 (631)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사한다. 즉, 이 전사 공정에서 제2의 금형 (6)이 상승하고, 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)과 접촉하고, 이어서 스탬퍼 (3)가 밀어 올려지도록 하여 위쪽으로 이동해서 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)와 접촉한 상태에서 전사면 (81)이 부형면 (31)에 접촉되어, 부형면 (31)의 구조가 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사된다.

또한 이 전사 공정에서 냉각 부재 (4)가 적외선 조사 경로에 진입하고 있다.

또한 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 스탬퍼 (3)와 적외선 조사 경로에 진입시킨 냉각 부재 (4)가 접촉하고 있다. 즉, 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 도 7(c)에 도시한 바와 같이 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)는 접촉하고 해당 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)를 보강한다.

이렇게 하면, 예를 들면, 스탬퍼 (3)의 두께가 수백 μm이며 기계적 강도가 낮은 경우라도, 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)와 접촉하여 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)에 의해서 보강된 상태로 전사를 완료하므로, 휘어짐 등으로 인해서 변형된 스탬퍼 (3)에 의해서 전사를 완료하는 등의 문제를 방지할 수 있고, 전사 정밀도 등을 향상시킬 수 있다.

또한 전사 공정에서 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)의 보강 부재로서 기능함으로써 스탬퍼 (3)를 얇게 할 수 있어서 가열 시간 및 냉각 시간을 단축할 수 있다.

여기서 바람직하게는, 전사 공정에서 스탬퍼 (3)가 기본자재 (8)방향으로 힘이 가해지는 상태라면 된다. 이렇게 하면 제2의 금형 (6)이 상승하고 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)와 접촉하며 또한 제2의 금형 (6)이 상승하면 스탬퍼 (3)는 압축 스프링 (71)에 의해서 기본자재 (8)에 접촉하게 된다. 이로써 스탬퍼 (3)는 펴진 상태가 되고 스탬퍼 (3)의 휘어짐 등을 낮춘 상태로 전사를 할 수 있어서, 전사 품질을 향상시킬 수 있다.

(냉각 공정)

다음에, 냉각 공정에서 성형 장치 (1')는 도 7(c)에 도시하는 바와 같이 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)를 접촉시켜서 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)를 통해서 기본자재 (8)를 냉각하여 그 기본자재 (8)를 고체화 또는 경화시킨다. 즉, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)와 접촉하고 이 상태에서 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)에 눌림으로써 전사가 완료되고, 또한 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)와 접촉하면 스탬퍼 (3)는 냉각 부재 (4)에 대한 열 전도에 의해서 냉각되고, 기본자재 (8)는 스탬퍼 (3)로의 열 전도에 의해서 냉각된다.

여기서 바람직하게는, 전사 공정에서의 전사를 시작한 후에, 냉각 공정에서의 냉각을 시작하면 된다. 또한 전사를 시작한 때란 가열된 스탬퍼 (3)에 기본자재 (8)가 접촉한 때를 말하며 또한 냉각을 시작했을 때란, 기본자재 (8)와 접촉하고 있는 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)와 접촉한 때를 말한다.

이렇게 하면 전사를 시작할 때의 스탬퍼 (3)의 온도를 안정시킬 수 있어서 전사 품질의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 성형 장치 (1')는 냉각 부재 (4)가 적외선을 차단하고 있으며, 적외선이 냉각 부재 (4)에 조사되지만, 냉각 부재 (4)는, 냉매를 순환시키는 유로 (41)에 의해서 소정의 온도로 냉각되므로 스탬퍼 (3)를 효과적으로 냉각하여 냉각 시간을 단축할 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시 형태의 성형 장치 (1)는 냉각 공정에서 셔터 (24)가 적외선을 차단하므로, 적외선에 의해서 승온하지 않은 만큼 저온 냉각 부재 (4)를 사용할 수 있으며, 냉각 시간을 단축할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.

(이형 공정)

다음에, 이형 공정에서 성형 장치 (1')는 도 7(d)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시킨다. 즉, 이 이형 공정에서 제2의 금형 (6)이 강하 하여, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)에서 떨어져서 아래쪽으로 이동하고, 이어서 전사면 (81)이 부형면 (31)에서 떨어져서 제2의 금형 (6)이 원점 위치(제1의 금형 (5)의 아래쪽 위치)까지 강하 하고, 그 후, 기본자재 (8)가 운반되어 성형의 한 사이클이 종료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 성형 장치 (1, 1')및 성형 방법에 의하면, 가열 공정에서 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 냉각 부재 (4)에 조사되지 않은 상태에서 스탬퍼 (3)를 복사 가열하므로 적외선에 의해서 승온하지 않은 만큼 저온 냉각 부재 (4)를 사용할 수 있다. 이로써 냉각 시간을 단축할 수 있고 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한 스탬퍼 (3)가 휘어짐 등으로 인해서 평탄한 상태에서 변형하는 경우라도, 스탬퍼 (3)의 변형을 억제하여 평탄한 상태에서 전사를 하고 전사 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태는 다양한 응용예를 가지고 있다.

다음에, 본 실시 형태의 응용예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

<열 가소성 수지 제품의 성형 방법의 제1응용예>

도 8은 본 발명의 제1응용예에 관한 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

도 8에서 제1응용예의 성형 방법은 상기 실시 형태와 비교하면, 전사 공정에서도, 스탬퍼 (3)가 복사 가열되는 점 등이 다르다. 또한 본 응용예의 다른 방법은 상기 실시 형태와 거의 마찬가지이다.

따라서 도 8에서 도 7과 같은 방법의 부분에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한 제1응용예의 성형 방법은 성형 장치 (1)를 사용하여 이루어지는 성형 방법으로 되어있으나 이에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 변형 예에 관한 성형 장치 (1')를 사용해서 행해져도 된다.

(가열 공정)

우선 가열 공정에서 성형 장치 (1)는 도 8(a)에 도시하는 바와 같이 셔터 (24)가 열리고 제2의 금형 (6)이 제1의 금형 (5)의 아래쪽에 위치하고 있으며, 가열 장치 (2)에서 적외선을 스탬퍼 (3)에 조사해서, 해당 스탬퍼 (3)를 복사 가열한다.

또한 이 가열 공정에서 상술한 실시 형태와 거의 마찬가지로 냉각 부재 (4)를 적외선 조사 경로에서 퇴출시키고 적외선을 냉각 부재 (4)에 조사하지 않은 상태에서 적외선을 스탬퍼 (3)에 조사한다.

(전사 공정)

다음에, 전사 공정에서 성형 장치 (1)는 도 8(b)에 도시하는 바와 같이 복사 가열된 스탬퍼 (3)에 기본자재 (8)가 접촉해서 전사를 시작한다. 즉, 제2의 금형 (6)이 상승하고, 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)과 접촉하고, 이어 스탬퍼 (3)가 밀어올려지도록 해서 위쪽으로 이동하고, 후에 진입하는 냉각 부재 (4)의 아래쪽 위치에서 정지한다. 이 동안 셔터 (24)는 열린 상태이며, 냉각 부재 (4)가 적외선의 조사 경로에 진입하지 않아서, 적외선이 스탬퍼 (3)에 조사되어 스탬퍼 (3)가 가열되고, 스탬퍼 (3)에 눌려있는 기본자재 (8)는 열 전도에 의해서 가열된다. 그리고, 기본자재 (8)의 전사면 (81)및 그 근방의 열 가소성 수지를 용융 또는 연화시켜서 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)의 구조가 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사된다.

이렇게 하면 스탬퍼 (3)와 기본자재 (8)가 접촉한 상태에서 스탬퍼 (3)가 복사 가열되므로, 기본자재 (8)의 온도 제어를 정밀하게 할 수 있으며, 또한 기본자재 (8)의 온도 프로파일을 쉽게 제어하는 것도 가능해지고 또한 다른 미세 전사나 전사 품질 등을 향상시킬 수 있다.

이어서 전사 공정에서 성형 장치 (1)는 도 8(c)에 도시하는 바와 같이 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)에 눌려 접촉된 상태에서 셔터 (24)가 닫히고 냉각 부재 (4)가 적외선 조사 경로에 진입하다.

또한 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 상술한 실시 형태와 비슷하게, 스탬퍼 (3)와 적외선 조사 경로에 진입시킨 냉각 부재 (4)가 접촉하고 있다. 즉, 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 도 8(d)에 도시하는 바와 같이 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)와는 접촉하고 있다. 이렇게 하면 상술한 바와 같이, 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)와 접촉하며 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)에 의해서 보강된 상태로 전사를 완료하므로, 휘어짐 등으로 인한 변형된 스탬퍼 (3)에 의해서 전사를 완료하는 등의 문제를 방지할 수 있고, 전사 정밀도 등을 향상시킬 수 있다.

(냉각 공정)

다음에, 냉각 공정에서 성형 장치 (1)는 도 8(d)에 도시하는 바와 같이 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)를 접촉시켜서 스탬퍼 (3)를 통해서 기본자재 (8)를 냉각하여 그 기본자재 (8)를 고체화 또는 경화시킨다. 즉, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)와 접촉하고 이 상태에서 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)에 눌림으로써 전사를 완료하고, 또한 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)와 접촉하면 스탬퍼 (3)는 냉각 부재 (4)에 대한 열 전도에 의해서 냉각되고 기본자재 (8)는 스탬퍼 (3)로의 열 전도에 의해서 냉각된다.

또한 이 냉각 공정은 상술한 실시 형태의 냉각 공정과 비슷한 방법으로 되어 있다.

(이형 공정)

다음에, 이형 공정에서 성형 장치 (1)는 도 8(e)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시킨다. 즉, 이 이형 공정에서 제2의 금형 (6)이 강하하고, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4)에서 떨어져서 아래쪽으로 이동하고, 이어서 전사면 (81)이 부형면 (31)에서 떨어져서 제2의 금형 (6)이 원점 위치까지 강하하고, 그 후, 기본자재 (8)가 운반되고 성형의 한 사이클이 종료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 응용예의 성형 방법에 따르면 상기 실시 형태와 비슷한 효과를 얻을 수 있는 동시에 전사 공정에서도, 스탬퍼 (3)가 복사 가열된다. 이로써 스탬퍼 (3)와 기본자재 (8)가 접촉한 상태로 스탬퍼 (3)가 복사 가열되므로, 기본자재 (8)의 온도 제어를 정밀하게 할 수 있으며, 기본자재 (8)의 온도 프로파일을 쉽게 제어할 수 있고 또 다른 미세 전사나 전사 품질 등을 향상시킬 수 있다.

<열 가소성 수지 제품의 성형 방법의 제2응용예>

도 9는 본 발명의 제2응용 예에 관한 성형 방법에 사용되는 성형 장치의 주요부를 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

도 9에서 제2응용예의 성형 방법에 사용되는 성형 장치 (1a)는 상기 실시 형태의 성형 장치 (1)와 비교하면 가열 장치 (2) 대신 가열 장치 (2a)를 갖추고, 냉각 부재 (4) 대신 냉각 부재 (4a)를 갖추고, 스탬퍼 유지 수단 (7) 대신 스탬퍼 유지 수단 (7a)을 갖추고, 또한 가이드 핀 (514), 가이드면 (515) 압핀 (61) 및 압축 스프링 (62)을 가지고 있는 점 등이 다르다. 또한 성형 장치 (1a)의 다른 구성은 상기 성형 장치 (1)와 거의 마찬가지이다.

따라서 도 9에서 도 1과 같은 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략한다.

가열 장치 (2a)는 가열 장치 (2)와 비교하면 도시하지 않았지만, 3축 로봇 등의 이동 수단을 가지고 있어서 개구부 (511)와 대응하는 위치에서 이동 가능한 구성으로 되어 있는 점 등이 다르다. 이 가열 장치 (2a)는 후술 하는 바와 같이, 가열 공정에서 개구부 (511)와 대응하는 위치에 있고, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정에서 개구부 (511)와 대응하는 위치로부터 이동하고 개구부 (511)와 대응하는 위치에는 냉각 부재 (4a)가 이동해온다.

또한 가열 장치 (2a)의 다른 구성은 상기 가열 장치 (2)와 거의 마찬가지이다.

냉각 부재 (4a)는 냉각 부재 (4)와 비교하면 도시하지 않았지만, 삼축 로봇 등의 이동 수단을 가지고 있어서 개구부 (511)와 대응하는 위치로 이동 가능한 구성으로 되어 있는 점 등이 다르다. 이 냉각 부재 (4a)는 후술 하는 바와 같이, 가열 공정에서 개구부 (511)와 대응하지 않는 위치에 있으며, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정에서 개구부 (511)와 대응하는 위치로 이동해온다.

또한 냉각 부재 (4a)의 다른 구성은 상술한 냉각 부재 (4)와 거의 마찬가지이다.

제1의 금형 (5a)은 제1의 금형 (5)과 비교하면 기부 (51)가 가이드 핀 (514)및 가이드면 (515)을 가진 점 등이 다르다.

가이드 핀 (514)은 선단 측이 기부 (51)의 비스듬히 아래쪽으로 돌출하듯 기부 (51)에 고정되어 선단 측이 누름 부재 (73a)의 구멍에 삽입되어 있다. 이 가이드 핀 (514)은 누름 부재 (73)를 이동 가능하게 위치를 결정한다.

또한 가이드면 (515)은 기부 (51) 아래쪽으로 돌출하듯 형성된 경사면이며 누름 부재 (73a)의 피 가이드면 (731)과 맞물려서 누름 부재 (73a)가 상승하면 누름 부재 (73a)를 바깥 방향으로 이동시킨다.

또한 제1의 금형 (5a)의 다른 구성은 상술한 제1의 금형 (5)과 거의 마찬가지이다.

제2의 금형 (6a)은 제2의 금형 (6)과 비교하면 압핀 (61) 및 압축 스프링 (62)을 가진 점 등이 다르다.

압핀 (61)은 기본자재 (8)보다 바깥쪽이며, 지지 부재 (72a)와 대응하는 위치에 승강 가능하게 설치되어있으며, 압축 스프링 (62)에 의해서 위쪽으로 힘이 가해지고 있다.

또한 제2의 금형 (6a)의 다른 구성은 상술한 제2의 금형 (6)과 거의 마찬가지이다.

스탬퍼 유지 수단 (7a)은 지지 부재 (72a), 볼트 (721) 및 누름 부재 (73a)등을 가지고 있다.

지지 부재 (72a)는 거의 직사각형 평판 모양이며, 도 5에 도시하는 누름 부재 (73)와 거의 대응하는 위치에 볼트 (721)를 통해서 승강 가능하게 배치되어 있다.

누름 부재 (73a)는 거의 직사각형 막대 모양이며 양쪽 부근에 구멍이 형성되어 가이드 핀 (514)이 삽입된다. 또한 누름 부재 (73a)는 각 지지 부재 (72a)의 위쪽으로, 거의 직사각형 평판형 볼록부가 형성되어 있다.

또한 스탬퍼 유지 수단 (7a)의 다른 구성은 상기 스탬퍼 유지 수단 (7)과 거의 마찬가지이다.

상기 구성을 가진 성형 장치 (1a)는 스탬퍼 (3)를 보유하고 피 가이드면 (731)을 가진 스탬퍼 유지 수단 (7a)이 상승하면 피 가이드면 (731)이 가이드면 (515)과 맞물려서 스탬퍼 유지 수단 (7a)이 바깥 방향으로 이동한다. 즉, 스탬퍼 유지 수단 (7a)은, 누름 부재 (73a) 등이 보유한 스탬퍼 (3)를 바깥 방향으로 끌어 당기는 수단으로서 기능한다.

이렇게 하면, 보유한 스탬퍼 (3)가 휘어지듯 변형하고 있는 경우라도 강제적으로 스탬퍼 (3)를 편 상태로 하고, 펴진 상태에서 기본자재 (8)와 접촉시키고, 또한 스탬퍼 (3)가 펴진 상태에서 스탬퍼 (3)를 냉각 부재 (4)에 접촉시킨다. 따라서 스탬퍼 (3)의 휘어짐 등의 악영향을 배제할 수 있고, 전사 품질을 향상시킬 수 있다.

또한 부세(付勢) 수단으로서 보통 압축 스프링 등을 사용하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 공기 압력 등을 사용해도 된다.

또한 성형 장치 (1a)는 가열 공정에서 지지 부재 (72a)는 아래쪽에(하면이 볼트 (721)의 머리부와 접하는 위치에) 위치하고 스탬퍼 (3)의 주변을 지지한다. 그리고 스탬퍼 (3)가 가열되면 통상 스탬퍼 (3)는 아래쪽으로 만곡하여 도 9에 도시한 바와 같이 지지 부재 (72a)는 선 접촉의 상태로 스탬퍼 (3)를 지지한다. 이렇게 하면 면 접촉 상태에서 스탬퍼 (3)를 지지하는 경우보다 스탬퍼 (3)를 균일하게 가열할 수 있다.

또한 성형 장치 (1a)는, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정에서 상승하는 압핀 (61)에 의해서 지지 부재 (72a)가 상승하고 누름 부재 (73a)의 볼록부가 스탬퍼 (3)를 누르고 스탬퍼 (3)를 끼듯이 유지한다(도 10참조). 또한 압핀 (61)등은 지지 부재 (72a)를 이동시키는 지지부·누름부용 이동 수단으로서 기능한다.

다음에 상기 구성의 성형 장치 (1a)의 동작 및 성형 방법의 제2응용예 등에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

(가열 공정)

우선 가열 공정에서 성형 장치 (1a)는 도 9에 도시한 바와 같이 가열 장치 (2a)가 개구부 (511)의 상부에 위치하고(냉각 부재 (4a)는 개구부 (511)의 상부에서 떨어진 위치에 있다.) 제2의 금형 (6a)이 제1의 금형 (5a)의 하부에 위치하고 있으며, 셔터 (24)가 열려서 가열 장치 (2)에서 적외선을 스탬퍼 (3)에 조사해서, 해당 스탬퍼 (3)를 복사 가열한다.

이때, 복사 가열된 스탬퍼 (3)는 통상, 하부로 만곡하므로, 지지 부재 (72a)는 선 접촉의 상태로 스탬퍼 (3)를 지지한다. 따라서 면 접촉 상태에서 스탬퍼 (3)를 지지하는 경우보다 스탬퍼 (3)를 균일하게 가열할 수 있어서 가열 시간 및 냉각 시간을 단축할 수 있다.

또한 가열 공정에서의 다른 방법 등은 상기 실시 형태의 가열 공정과 거의 같은 방법으로 되어있고, 상기 실시 형태와 비슷한 효과를 얻을 수 있다.

(전사 공정)

도 10은 본 발명의 제2응용예에 관한 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

다음에, 전사 공정에서 성형 장치 (1a)는 도 10(a)에 도시하는 바와 같이 셔터 (24)가 닫힌 가열 장치 (2a)가 개구부 (511)의 상부에서 이동하고 냉각 부재 (4a)가 개구부 (511)의 위쪽으로 이동해온다. 또한, 제2의 금형 (6a)이 상승하고 압핀 (61)이 지지 부재 (72a)를 밀어 올려서 스탬퍼 (3)는 지지 부재 (72a)와 누름 부재 (73a)의 볼록부에 의해서 끼워지듯이 유지된다.

또한 이때 스탬퍼 (3)는 아직 만곡된 상태에 있다.

이어서 제2의 금형 (6a)이 더욱 상승하면 도 10(b)에 도시하는 바와 같이 스탬퍼 유지 수단 (7a)이 상승하고 피 가이드면 (731)이 가이드면 (515)과 맞물려서 스탬퍼 유지 수단 (7a)이 바깥 방향으로 이동한다. 이에 따라 스탬퍼 (3)는 펴진 상태로 되고 스탬퍼 유지 수단 (7a)은 정지한다.

또한 제2의 금형 (6a)이 상승하면 도 10(c)에 도시하는 바와 같이 압축 스프링 (62)이 더욱 압축되어 기본자재 (8)가 펴진 상태의 스탬퍼 (3)와 접촉하다. 그리고, 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)와 접촉하면, 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)와 접촉하고 미소 거리(예를 들면 0. 수 mm)만 위로 밀어 올리면, 제2의 금형 (6a)이 정지한다. 이렇게 하면 스탬퍼 (3)의 휘어짐 등을 저감한 상태로 전사를 할 수 있으며, 전사 품질을 향상시킬 수 있다.

(냉각 공정)

다음에, 냉각 공정에서 성형 장치 (1a)는 도 10(d)에 도시하는 바와 같이 냉각 부재 (4a)가 강하하고, 스탬퍼 (3)를 누른다.

여기서 상술한 바와 같이, 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)와 접촉하면, 전사가 개시되지만, 냉각 부재 (4a)가 소정의 프레스 압력으로 스탬퍼 (3)에 눌려짐으로써 복사 가열된 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사하는 전사 공정이 완료된다.

또한 냉각 부재 (4a)가 스탬퍼 (3)와 접촉하면 냉각이 시작되어, 냉각 부재 (4a)는 스탬퍼 (3)를 통해서 기본자재 (8)를 냉각하여 그 기본자재 (8)를 고체화 또는 경화시킨다.

또한 냉각 공정에서의 다른 방법 등은 상기 실시 형태의 냉각 공정과 비슷한 방법으로 되어있어서 상기 실시 형태와 비슷한 효과를 얻을 수 있다.

(이형 공정)

다음에, 이형 공정에서 성형 장치 (1a)는 상기 동작을 되돌아감으로써, 즉 냉각 부재 (4a)가 상승하고 제2의 금형 (6a)이 강하하고, 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시킨다.

그 후, 기본자재 (8)가 운반되어 냉각 부재 (4a)가 개구부 (511)의 위쪽으로부터 이동하여 가열 장치 (2a)가 개구부 (511)의 위쪽으로 이동해서 성형의 한 사이클이 종료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 응용예의 성형 방법 및 성형 장치 (1a)에 의하면 상기 실시 형태와 비슷한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 복사 가열될 스탬퍼 (3)는 선 접촉 상태로 지지되므로, 면 접촉 상태에서 스탬퍼 (3)를 지지하는 경우보다 스탬퍼 (3)를 균일하게 가열할 수 있어서 가열 시간 및 냉각 시간을 단축할 수 있다.

또한 전사 공정에서 스탬퍼 (3)를 강제적으로 펴진 상태로 하므로 스탬퍼 (3)의 휘어짐 등을 저감한 상태로 전사를 할 수 있으며, 전사 품질을 향상시킬 수 있다.

[열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 성형 방법의 제2실시 형태]

도 11은 본 발명의 제2실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치를 설명하는 개략도이며 (a)는 단면도를 도시하고 (b)는 주요부의 확대 단면도를 나타내고 있다.

도 11에서 제2실시 형태의 열 가소성 수지 제품의 성형 장치 (1b)(적당히 성형 장치 (1b)라고 약칭한다.)는 가열 장치 (2), 스탬퍼 (3), 냉각 부재 (4b), 제1의 금형 (5b) 및 제2의 금형 (6)등을 갖춘 구성으로 되어있다. 이 성형 장치 (1b)는 스탬퍼 (3)가 적어도 냉각 부재 (4b)와 떨어진 상태에서 복사 가열되고, 복사 가열된 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)의 구조를 열 가소성 수지의 전사면에 전사한다.

여기서 상기의 "성형 장치 (1b)는 스탬퍼 (3)가 적어도 냉각 부재 (4b)와 떨어진 상태에서 복사 가열되어"란 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)와 떨어진 상태에서 복사 가열되고, 그 후 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)와 접촉한 상태에서 다시 복사 가열되기도 하기 때문이다.

또한 도 11에서 도 1과 비슷한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.

(냉각 부재)

냉각 부재 (4b)는 상기 냉각 부재 (4)와 비교하면 유로 (41)가 형성되어있지 않은 점 및 제1의 금형 (5b)의 기부 (51b)의 하면에, 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되어있는 점 등이 다르고, 다른 구성 등은 냉각 부재 (4)와 거의 마찬가지이다.

(제1의 금형)

제1의 금형 (5b)은 기부 (51b)및 홀더 (52b)등을 가지고 있어서 스탬퍼 (3)를 상하 방향으로 이동 가능하게 유지하고 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4b)를 접촉시키거나 떼어 놓거나 할 수 있는 구조를 가지고 있다. 또한, 제1의 금형 (5b)은 상기 제1실시 형태와 거의 마찬가지로 냉각 부재 (4b)를 적외선 조사 경로에 진입시키거나 퇴출시키거나 하는 진퇴 수단(도시하지 않음)을 가지고 있다.

또한 본 실시 형태에서는 스탬퍼 (3)를 상하 방향으로 이동 가능하게 유지하고 냉각 부재 (4b)를 상하 방향으로 이동할 수 없는 구성으로 되어있으나 이에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 도시하지 않았지만 스탬퍼 (3)를 상하 방향으로 이동할 수 없는 구성으로 하고, 냉각 부재 (4b)를 상하 방향으로 이동 가능하게 유지하거나 또는 스탬퍼 (3)및 냉각 부재 (4b)를 상하 방향으로 이동 가능하게 유지해도 된다.

기부 (51b)는 거의 중앙에 개구부 (511)가 형성된 판상 부재로 되어 있고 윗면이 라이트 파이프 (21)의 아래쪽 끝과 연결되어 있으며 아랫면에 냉각 부재 (4b)가 수평 방향으로 이동 가능하게 장착되어 있다. 개구부 (511)는 라이트 파이프 (21)와 거의 대응하는 위치에 형성되어있고 라이트 파이프 (21)의 단면 형상과 거의 같은 형상으로 되어있어서, 측면이 라이트 파이프 (21) 및 라이트 박스 (22)의 안쪽 면과 마찬가지로 은 도금 등에 의한 경면을 가지고 있다. 따라서 개구부 (511)는 라이트 파이프 (21)와 비슷하게 기능하고 광원 (23)으로부터의 빛을 피 조사면(스탬퍼 (3)의 윗면)에 균일하게 조사하여, 피 조사면을 고르게 가열할 수 있다.

여기서 바람직한 것은 성형 장치 (1b)가 냉각 수단을 가지고 냉각 부재 (4b)가 강제 냉각되면 된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 기부 (51b)는 냉각 부재 (4b)의 주변부의 근방에, 냉매를 흐르게 하는 유로 (512)가 형성되어있고, 유로 (512)에 냉매를 흐르게 함으로써 냉각 부재 (4b)를 강제 냉각한다. 이렇게 하면 냉각 부재 (4b)의 승온이 억제되므로, 복사 가열된 스탬퍼 (3)와 접촉하여 해당 스탬퍼 (3)를 냉각할 때 효과적으로 스탬퍼 (3)를 냉각할 수 있다.

또한 냉각 수단은 상기 구성에 한정되는 것이 아니고 다양한 구성의 냉각 수단을 사용할 수 있다.

홀더 (52b)는 기부 (51b)의 하면에 장착되는 판상 부재이며, 윗면에 냉각 부재 (4b)를 수평 방향으로 이동 가능하게 수용하는 제1의 오목부가 형성되어 있으며, 이 아래쪽에 스탬퍼 (3)를 상하 방향으로 이동 가능하게 수용하는 제2의 오목부가 형성되고, 이 아래쪽에 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)을 노출시키기 위한 개구부가 형성되어 있다. 이 홀더 (52b)가 기부 (51b)에 장착되면 냉각 부재 (4b)가 라이트 파이프 (21)와 대응하는 위치에 수평 방향으로 이동 가능하게 장착되고 또한 스탬퍼 (3)는 라이트 파이프 (21)와 대응하는 위치이며 냉각 부재 (4b)의 아래쪽에 상하 방향으로 이동 가능하게 장착된다.

또한 제2의 오목부의 측면은 스탬퍼 (3)의 이동을 안내하는 가이드면 (522)이며, 중력에 의해서 제2의 오목부의 단(段)이 형성된 면에 지지되는 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4b)사이에는 틈새 (521)가 형성된다.

또한 틈새 (521)의 두께(상하 방향의 거리)는 통상 0. 수 mm이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 가이드면 (522)은 스탬퍼 (3)의 이동을 안내하는 가이드 수단으로서 기능하지만 가이드 수단은 가이드면 (522)에 한정되는 것은 아니다.

(제2의 금형)

제2의 금형 (6)은 판상 부재이며, 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)의 구조가 전사되는 기본자재 (8)를 유지한다. 이 제2의 금형 (6)은 윗면에 기본자재 (8)에 대응하는 형상의 오목부가 형성되어있고 이 오목부에 기본자재 (8)가 위치가 결정된 상태로 올려 놓여진다.

또한 제1의 금형 (5b) 및 제2의 금형 (6)은 도시하지 않았지만 프레스기(예를 들면, 저압 프레스기(프레스 압력:1.0MPa)에 장착되어 있고 예를 들면 제2의 금형 (6)이 승강한다.

또한 스탬퍼 (3) 및 냉각 부재 (4b)를 이동 가능하게 유지하는 구조는 특히 한정되는 것이 아니고 다양한 실시 예를 가지고 있다.

다음에 상기 실시예의 하나를, 도면을 참조해서 설명한다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치를 설명하는 개략도이며 (a)는 주요부 단면도를 도시하고 (b)는 D부의 확대 단면도를 나타내고 있다.

도 12에서 본 실시 예에 관한 성형 장치는 성형 장치 (1b)와 비교하면 클릭 (53), 가이드 핀 (531) 및 리테이너 (532)를 가지고 있는 점 등이 다르다. 또한 본 실시예의 다른 구성은 성형 장치 (1b)와 거의 마찬가지이다.

따라서 도 12에서 도 11과 같은 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.

제1의 금형 (5c)은 기부 (51c), 홀더 (52c)및 클릭 (53)등을 가지고 있으며 기부 (51c)는 상기 기부 (51b)와 비교하면 유로 면적이 큰 유로 (512)를 가진 점 등이 다르고, 다른 구성은 기부 (51b)와 거의 마찬가지이다.

또한 홀더 (52c)는 냉각 부재 (4b)의 주변부를 수용하는 오목부가 형성된 고리형 부재로 되어 있고, 기부 (51c)에 장착됨으로써 냉각 부재 (4b)가 기부 (511c)의 하면에 수평 방향으로 이동 가능하게 장착된다.

또한 클릭 (53)은 위쪽에서 보면 거의 직사각형 모양의 외형을 가지고, 선단부에 스탬퍼 (3)c의 에지부를 수용하는 오목부가 형성된 부재로 되어있다. 이 클릭 (53)이 홀더 (52c) 4곳에 장착됨으로써 스탬퍼 (3c)는 라이트 파이프 (21)와 대응하는 위치이며 냉각 부재 (4b)의 아래쪽으로 상하 방향으로 이동 가능하게 장착된다. 이렇게 하면 상기 제2실시 형태의 홀더 (52b)가 스탬퍼 (3)의 전체 주변부와 접촉하고, 열 전도에 의해서 스탬퍼 (3)의 전체 주변부가 냉각되어, 균일한 가열에 악영향을 미치는데 대해서, 클릭 (53)은 스탬퍼 (3c)의 주변부 4곳에서 접촉하고 열 전도에 의해서 스탬퍼 (3)c의 전체 주변부가 냉각되지 않으므로, 균일한 가열에 악영향을 미친다고 하는 문제를 저감할 수 있다.

여기서 바람직하게는, 스탬퍼 (3)c가 단열성 부재를 통해서 제1금형 (5c)에 유지되면 된다. 즉, 본 응용예에서는, 단열성 부재로서의 폴리 에테르 에테르 케톤, 불소 수지 또는 세라믹 등으로 구성된 환상(環)의 리테이너 (532)가 클릭 (53)의 오목부에 맞물려서, 리테이너 (532)의 윗면에 스탬퍼 (3c)가 올려 놓여있다. 이렇게 하면 스탬퍼 (3c)의 주변부가 열 전도에 의해서 냉각되는 것을 억제할 수 있고, 균일한 가열에 악영향을 끼친다는 문제를 효과적으로 감소할 수 있다. 균일하게 가열되지 않으면 가열되지 않은 부분을 승온시키기 위해 가열 시간이 길어지는 동시에 부분적으로 과도하게 가열된 상태가 되어, 이 부분을 냉각하기 위해 냉각 공정에서 냉각 시간이 길어지는 악순환에 빠지게 된다.

또한 바람직하게는 스탬퍼 (3c)의 이동이 가이드 수단으로서의 가이드 핀 (531)에 의해서 가이드 되면 된다. 즉 제1의 금형 (5c)은 클릭 (53)의 선단부에, 가이드 핀 (531)이 입설(立設)되고, 리테이너 (532) 및 스탬퍼 (3c)에는 가이드 핀 (531)이 관통하는 구멍이 형성되어 있다. 이렇게 하면 스탬퍼 (3c)는 부드럽게 상하 방향으로 이동할 수 있으며, 또한 가이드 핀 (531)에 고정되므로 스탬퍼 (3c)가 빠지는 문제를 확실하게 방지할 수 있다.

또한 본 응용예에서는 스탬퍼 (3c)가 리테이너 (532)에서 떨어져서 위쪽으로 이동하는 구성으로 되어있지만, 이에 한정되는 것이 아니고 예를 들면 스탬퍼 (3c)와 리테이너 (532)가 접합되어있고 스탬퍼 (3c) 및 리테이너 (532)가 상하 방향으로 이동하는 구성으로 해도 된다. 이렇게 하면 스탬퍼 (3c)가 큰 경우(예를 들면 A4사이즈 이상의 경우)라도 리테이너 (532)가 스탬퍼 (3c)를 보강할 수 있어서 스탬퍼 (3c)의 내구성 등을 향상시킬 수 있다.

제2의 금형 (6c)은 윗면이 평탄하고 도시하지 않았지만, 윗면에 복수의 흡착 구멍이 형성되어있어서 위치가 결정된 상태로 올려 놓인 기본자재 (8)를 진공 흡착하는 구성으로 되어있다. 이렇게 하면 제2의 금형 (6c)은 상기 실시 형태의 제2의 금형 (6)과 비슷하게, 기본자재 (8)를 소정의 위치에 유지할 수 있다.

또한 냉각 부재 (4b)는 제1실시예와 비슷하게, 개구부 (42)가 형성되어 있다.

다음에 상기 구성의 성형 장치 (1b)의 동작 및 열 가소성 수지 제품의 성형 방법의 제2실시 형태 등에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 13은 본 발명의 제2실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

도 13에서 본 실시 형태의 열 가소성 수지 제품의 성형 방법은 기본자재 (8)에 대해서 성형 장치 (1b)를 사용하여 압축 성형을 하는 성형 방법이며, 가열 공정, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 가지고 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 기본자재 (8)의 재질을 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 등의 결정성 열 가소성 수지로 되어있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 폴리 프로필렌, 폴리 에틸렌, 나일론이라도 된다. 또한, 비결정성 열 가소성 수지로서 폴리스티렌, 폴리 아클릴산 메틸, 환상(環) 올레핀 코플리머라도 된다. 또한, 결정성의 열 가소성 수지는 냉각되면 고체화하고, 비결정성 열 가소성 수지는 냉각되면 경화된다.

(가열 공정)

먼저 가열 공정에서 성형 장치 (1b)는 도 13(a)에 도시하는 바와 같이 셔터 (24)가 열리고 제2의 금형 (6)이 제1의 금형 (5b)의 아래쪽에 위치하고 있으며, 가열 장치 (2)에서 적외선을 스탬퍼 (3)에 조사하고, 해당 스탬퍼 (3)를 복사 가열한다.

또한 이 가열 공정에서 상술한 제1실시 형태와 거의 같게 냉각 부재 (4b)를 적외선 조사 경로에서 퇴출시키고 적외선을 냉각 부재 (4b)에 조사하지 않은 상태에서 적외선을 스탬퍼 (3)에 조사한다.

또한 가열 공정의 다른 동작 등은 제1실시 형태와 거의 같으며, 제1실시 형태와 비슷한 효과를 얻을 수 있다.

(전사 공정)

다음에, 전사 공정에서 성형 장치 (1b)는 도 13(b)에 도시하는 바와 같이 복사 가열된 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사한다. 즉, 이 전사 공정에서 셔터 (24)가 닫히면서 냉각 부재 (4b)가 조사 경로로 진입하고, 제2의 금형 (6)이 상승하여 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)과 접촉하고, 이어 스탬퍼 (3)가 밀어 올려지도록 하여 위쪽으로 이동하고, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)와 접촉한 상태에서 전사면 (81)이 부형면 (31)에 접촉되며, 부형면 (31)의 구조가 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사된다.

또한, 본 실시 형태에서는 전사 공정의 개시 직후부터 종료 단계에서 스탬퍼 (3)와 적외선 조사 경로에 진입시킨 냉각 부재 (4b)가 접촉하고 있다. 즉, 전사 공정의 거의 전체 단계에서 도 13(b)에서 도시하는 바와 같이 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4)와는 접촉하며 해당 냉각 부재 (4)가 스탬퍼 (3)를 보강한다.

이렇게 하면, 예를 들면, 스탬퍼 (3)의 두께가 수백 μm이며 기계적 강도가 낮은 경우라도, 전사 공정에서 냉각 부재 (4b)가 스탬퍼 (3)와 접촉하며 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)에 의해서 보강된 상태로 전사가 완료되므로, 휘어짐 등에 의해서 변형된 스탬퍼 (3)에 의해서 전사를 완료하는 등의 문제를 방지할 수 있고, 전사 정밀도 등을 향상시킬 수 있다.

또한 전사 공정에서 냉각 부재 (4b)가 스탬퍼 (3)의 보강 부재로서 기능함으로써 스탬퍼 (3)를 얇게 할 수 있어서 가열 시간 및 냉각 시간을 단축할 수 있다.

(냉각 공정)

다음에, 냉각 공정에서 성형 장치 (1b)는, 도 13(c)에 도시하는 바와 같이, 스탬퍼 (3)와 냉각 부재 (4b)를 접촉시켜서, 냉각 부재 (4b)가 스탬퍼 (3)를 통해서 기본자재 (8)를 냉각하고, 그 기본자재 (8)를 고체화 또는 경화시킨다. 즉, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)와 접촉하고 이 상태에서 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)에 눌림으로써 전사를 완료하고, 또한 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)와 접촉하면 스탬퍼 (3)는 냉각 부재 (4b)에 대한 열 전도에 의해서 냉각되어 기본자재 (8)는 스탬퍼 (3)로의 열 전도에 의해서 냉각된다.

또한 본 실시 형태에서는, 기본자재 (8)가 스탬퍼 (3)와 접촉하면, 전사가 개시되어 전사가 개시된 직후에 스탬퍼 (3)의 냉각이 시작된다.

(이형 공정)

다음에, 이형 공정에서 성형 장치 (1b)는 도 13(d)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시킨다. 즉, 이 이형 공정에서 제2의 금형 (6)이 강하 하고, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어져서 아래쪽으로 이동하고, 이어서 전사면 (81)이 부형면 (31)에서 떨어져서 제2의 금형 (6)이 원점 위치(제1의 금형 (5b)의 아래쪽 위치)까지 강하하고, 그 후, 기본자재 (8)가 운반되어 성형의 한 사이클이 종료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 성형 장치 (1b) 및 성형 방법에 따르면 제1실시 형태와 비슷하게, 가열 공정에서 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 냉각 부재 (4b)에 조사되지 않은 상태로 스탬퍼 (3)를 복사 가열하므로 적외선에 의해서 승온하지 않은 만큼 저온 냉각 부재 (4b)를 사용할 수 있다. 이로써 냉각 시간을 단축할 수 있어서 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한 스탬퍼 (3)가 휘어짐 등에 의해서 평탄한 상태에서 변형하는 경우라도, 스탬퍼 (3)의 변형을 억제하고 평탄한 상태로 전사하여 전사 품질을 향상시킬 수 있다.

또한 도시하지 않았지만, 기본자재 (8)의 전사면 (81)을 프리 히트하는 등에 의해서 가열 공정에서 가열 시간을 단축해도 된다.

[열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 방법의 제3실시 형태]

도 14는 본 발명의 제3실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

도 14에서 본 실시 형태의 성형 장치 (1d)는 상기 제2실시 형태의 성형 장치 (1b)와 비교하면 스탬퍼 (3d)가 두꺼운 점 등이 다르다. 또한 본 실시 형태의 다른 구성 등은 성형 장치 (1b)와 거의 마찬가지이다.

따라서 도 14에서 도 11과 같은 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.

(스탬퍼)

스탬퍼 (3d)는 상기 제2실시 형태의 스탬퍼 (3)와 비교하면, 두께가 1. 수 mm~수 mm로 되어있다는 점이 다르고 기타 구조는 스탬퍼 (3)와 거의 마찬가지이다. 이 스탬퍼(3d)는 가열 공정에서 복사 가열되면 스탬퍼 (3)보다 큰 열 용량을 가질 수 있고 전사 공정에서 복사 가열되지 않더라도 가열 공정에서 스탬퍼 (3d)가 축적한 열만을 이용해서 스탬퍼 (3d)의 부형면 (31)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사할 수 있다.

다음에 상기 구성의 성형 장치 (1d)의 동작 및 열 가소성 수지 제품의 성형 방법의 제3실시 형태 등에 대해서 설명한다.

도 14에서 본 실시 형태의 열 가소성 수지 제품의 성형 방법은 기본자재 (8)에 대해서 성형 장치 (1d)를 사용하여 압축 성형을 하는 성형 방법이며, 가열 공정, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 가지고 있다.

(가열 공정)

먼저, 성형 장치 (1d)는 도 14(a)에 도시하는 바와 같이 셔터 (24)를 열고, 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태의 스탬퍼 (3d)를 복사 가열한다(가열 공정).

이렇게 하면 스탬퍼 (3d)는 스탬퍼 (3)보다 큰 열 용량을 가질 수 있으므로, 예를 들면 상술한 제1 응용예와 같이 전사 공정에서 스탬퍼 (3d)에 대해서 복사 가열할 필요가 없다.

(전사 공정)

다음에 성형 장치 (1d)는 도 14(b)에 도시하는 바와 같이 복사 가열된 스탬퍼 (3d)의 부형면 (31)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사한다(전사 공정). 즉, 이 전사 공정에서 셔터 (24)가 닫히고, 냉각 부재 (4b)가 조사 경로에 진입하여 제2의 금형 (6)이 상승하고, 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 스탬퍼 (3d)의 부형면 (31)과 접촉하고, 이어 스탬퍼 (3d)가 밀어 올려지도록 하며, 위쪽으로 이동해서 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4b)와 접촉한 상태에서 전사면 (81)이 부형면 (31)에 눌려져서, 스탬퍼 (3d)가 축적한 열만을 이용하여 부형면 (31)의 구조가 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사된다.

또한 바람직하게는 제2의 금형 (6)을 상승시킬 때, 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 부형면 (31)과 접촉하고 또한 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4b)와 접촉하지 않은 상태에서 상승을 정지하여 스탬퍼 (3d)의 열로 전사면 (81)을 예열하고, 그 후 다시 상승하여, 부형면 (31)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사해도 된다. 이렇게 하면 스탬퍼 (3d)의 열을 효과적으로 이용할 수 있다.

(냉각 공정)

다음에 성형 장치 (1d)는 도 14(c)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태로 스탬퍼 (3d)와 접촉하는 냉각 부재 (4b)가 해당 스탬퍼 (3d)를 냉각하고, 기본자재 (8)를 고체화 또는 경화시키다.(냉각 공정). 즉, 본 실시 형태에서는 전사 공정에서 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4b)와 접촉하면 냉각이 시작된다. 따라서 본 실시 형태의 전사 공정 및 냉각 공정에서는 전사면 (81)이 부형면 (31)과 접촉하면, 전사가 개시되고 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4b)와 접촉하면 냉각이 시작되어 전사가 끝난 후에 냉각이 종료된다.

(이형 공정)

다음에 성형 장치 (1d)는 도 14(d)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시킨다(이형 공정). 즉, 이 이형 공정에서 제2의 금형 (6)이 강하하고, 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어져서 아래쪽으로 이동하고, 이어서 스탬퍼 (3d)가 홀더 (52b)에 고정되면, 전사면 (81)이 부형면 (31)에서 떨어져서 제2의 금형 (6)이 원점 위치까지 강하하고, 그 후, 기본자재 (8)가 운반되어 성형의 한 사이클이 종료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 성형 장치 (1d)에 의하면 제2실시 형태의 성형 장치 (1b)와 거의 같은 효과를 거두는 동시에 스탬퍼 (3d)가 스탬퍼 (3)보다 큰 열 용량을 가질 수 있고 열 용량 부족으로 인한 전사 불량을 효과적으로 방지할 수 있다.

[열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 성형 방법의 제4실시 형태]

도 15는 본 발명의 제4실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

도 15에서 본 실시 형태의 성형 장치 (1e)는 상기 제3실시 형태의 성형 장치 (1d)와 비교하면, 위쪽으로 이동하지 않도록 스탬퍼 (3d)를 고정하는 복수의 고정핀 (523)을 가지고 있는 점 및 전사의 종료 단계를 제외한 전사 공정에서 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태로 유지된 스탬퍼 (3d)에 의해서 전사가 이뤄지는 점 등이 다르다. 또한 본 실시 형태의 다른 구성은 성형 장치 (1d)와 거의 마찬가지이다.

따라서 도 15에서 도 14와 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.

또한 스탬퍼 (3d)는 상술한 바와 같이, 두께가 1. 수 mm~수 mm로서, 기계적 강도가 높기 때문에, 냉각 부재 (4b)와 접촉하는 대신 에지부가 고정핀 (523)에 고정된 상태로 전사를 하더라도 스탬퍼 (3d)가 변형하는 등의 문제를 방지할 수 있고, 전사 정밀도 등이 저하하는 일은 없다.

또한, 본 실시 형태에서는 고정핀 (523) 및 제2의 금형 (6)에 의해서 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태로 유지되는 구성으로 되어 있다.

(고정핀)

고정핀 (523)은 홀더 (52e)에 왕복 이동 가능하게 매설(묻혀서 설치)되어 있으며, 에어 실린더 등에 의해서 선단부가 틈새 (521e)에 돌출하면 상승하는 스탬퍼 (3d)를 고정한다.

또한 홀더 (52e)는 틈새 (521e)의 두께(상하 방향의 거리)가 수 mm가 되는 형상이며 다른 구성은 홀더 (52b)와 거의 마찬가지이다.

다음에 상기 구성의 성형 장치 (1e)의 동작 및 열 가소성 수지 제품의 성형 방법의 제4실시 형태 등에 대해서 설명한다.

도 15에서 본 실시 형태의 열 가소성 수지 제품의 성형 방법은 기본자재 (8)에 대해서 성형 장치 (1e)를 사용하여 압축 성형을 하는 성형 방법이며, 가열 공정, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 가지고 있다.

(가열 공정)

우선, 성형 장치 (1e)는 도 15(a)에 도시하는 바와 같이 셔터 (24)를 열고 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태의 스탬퍼 (3d)를, 전사 공정에서 복사 가열을 할 필요가 없는 온도까지 복사 가열한다(가열 공정). 이렇게 하면 제3실시 형태와 거의 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한 고정핀 (523)은 단면이 틈새 (521e)의 내면과 대응하는 위치에 있고 적외선의 균일한 조사에 거의 악영향을 주는 일은 없다.

또한 냉각 부재 (4b)는 조사 경로로부터 퇴출되어 있어서 스탬퍼 (3d)에서 떨어진 상태에 있다.

(전사 공정)

다음에 성형 장치 (1e)는 도 15(b)에 도시하는 바와 같이 복사 가열된 스탬퍼 (3d)의 부형면 (31)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사한다(전사 공정). 즉, 이 전사 공정에서 셔터 (24)가 닫히고, 냉각 부재 (4b)가 조사 경로에 진입하고, 고정핀 (523)끝이 틈새 (521e)로 돌출되어 제2의 금형 (6)이 상승하고, 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 스탬퍼 (3d)의 부형면 (31)과 접촉하고, 이어서 스탬퍼 (3d)가 밀어 올려지도록 해서 위쪽으로 이동하고(통상 이 이동은 미소(微小) 거리이다.), 스탬퍼 (3d)가 고정핀 (523)에 의해서 고정되면 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4)에서 떨어진 상태로 유지되며, 이 상태에서 전사면 (81)이 부형면 (31)에 눌려서, 부형면 (31)의 구조가 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사된다.

여기서 본 실시 형태는 제3실시 형태와 비교하면, 전사의 종료 단계를 제외한 전사 공정에서 스탬퍼 (3d)는 냉각 부재 (4b)와 접촉하고 있지 않으므로 스탬퍼 (3d)의 온도가 안정되고 보다 확실하게 전사를 할 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는 전사 공정에서 스탬퍼 (3d)를 복사 가열하지 않았지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 상술한 제1응용예와 같이 스탬퍼 (3d)를 복사 가열해도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 전사 공정 종료 단계에서 스탬퍼 (3d)는 냉각 부재 (4b)와 접촉하고 있다.

(냉각 공정)

다음에 성형 장치 (1e)는 도 15(c)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태에서 스탬퍼 (3d)와 접촉하는 냉각 부재 (4b)가 해당 스탬퍼 (3d)를 냉각하고, 기본자재 (8)를 고체화 또는 경화시킨다.(냉각 공정). 즉, 본 실시 형태에서는 고정핀 (523)은 끝면이 틈새 (521e)의 내면과 대응하는 위치에 되돌아와서 제2의 금형 (6)이 상승하고 스탬퍼 (3d)가 밀어 올려지도록 해서 위쪽으로 이동하고 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4b)와 접촉하여 스탬퍼 (3d)가 냉각된다.

여기서 냉각 부재 (4b)는 종료 단계를 제외한 전사 공정에서 스탬퍼 (3d)와 접촉하지 않으므로 승온이 효과적으로 억제되고 냉각 시간을 단축할 수 있다.

(이형 공정)

다음에 성형 장치 (1e)는 도 15(d)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시킨다(이형 공정). 즉, 이 이형 공정에서 제2의 금형 (6)이 강하하고, 스탬퍼 (3d)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어져서 아래쪽으로 이동하고 이어서 스탬퍼 (3d)가 홀더 (52e)에 고정되면, 전사면 (81)이 부형면 (31)에서 떨어져서 제2의 금형 (6)이 원점 위치까지 강하하고, 그 후, 기본자재 (8)가 운반되어 성형의 한 사이클이 종료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 성형 장치 (1e)에 따르면 제3실시 형태의 성형 장치 (1d)와 거의 같은 효과를 거두는 동시에, 종료 단계를 제외한 전사 공정에서 냉각 부재 (4b)가 스탬퍼 (3d)와 접촉하지 않으므로 스탬퍼 (3d)의 온도가 안정되고 보다 확실하게 전사할 수 있다. 또한 스탬퍼 (3d)에 축적하는 열량이 적어도 되기 때문에 가열 시간이 짧아진다.

또한 본 실시 형태는 상기 실시 형태 등에도 응용할 수 있다.

[열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 성형 방법의 제5실시 형태]

도 16은 본 발명의 제5실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치를 설명하는 주요부의 개략 확대 단면도를 나타내고 있다.

도 16에서 본 실시 형태의 성형 장치 (1f)는 상기 제2실시 형태의 성형 장치 (1b)와 비교하면, 전사 공정에서 냉각 부재 (4b)와 스탬퍼 (3f)사이의 틈새 (521f)에 압력을 가함으로써 스탬퍼 (3f)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태로 유지되며 해당 스탬퍼 (3f)에 의해서 전사가 이뤄지는 점 등이 다르다. 또한 본 실시 형태의 다른 구성 등은 성형 장치 (1b)와 거의 마찬가지이다.

따라서 도 16에서 도 11과 같은 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략한다.

(스탬퍼)

본 실시 형태의 스탬퍼 (3f)는 제2실시 형태의 스탬퍼 (3)와 비교하면 주변부의 아래쪽에, O링 (32)을 수용하는 O링 홈이 형성된 환상(環)부를 가지고 있는 점 등이 다르고, 스탬퍼 (3f)의 다른 구성은 스탬퍼 (3)와 거의 마찬가지이다.

이에 따라 스탬퍼 (3f)는 O링 (32)에 의해서 제2의 금형 (6)이 위치한 아래쪽 공간과 냉각 부재 (4b)와 스탬퍼 (3f)와의 사이의 틈새 (521f)가 밀봉되고, 틈새 (521f)내의 압력을 상기 아래쪽의 공간 내의 압력보다 높게 할 수 있다. 또한 스탬퍼 (3f)는 밀봉된 상태에서 가이드면 (522)에 따라 상하 방향으로 이동할 수 있다.

또한 상기의 환상(環)부는 통상 스탬퍼 (3f)의 판상부(판상부란 주로 상기 주변부보다 중앙 쪽 부분이라는 의미이다.)와 일체적으로 형성되지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 단열성이 뛰어난 재료로 이루어진 환상(環) 부재를 판 상부에 접합한 구조라도 된다.

(제1의 금형)

제1의 금형 (5f)은 제2실시 형태의 제1의 금형 (5b)과 비교하면 홀더 (52f)에 압력 제어용 유로 (525)및 O링 (524)이 형성되어있는 점 등이 다르고, 제1의 금형 (5f)의 다른 구성은 제1의 금형 (5b)과 거의 마찬가지이다.

홀더 (52f)는 틈새 (521f)내의 압력을 제어하기 위해 압력 제어용 유로 (525)가 형성되어있고 이 압력 제어용 유로 (525)는 도시하지 않았지만, 배관 및 밸브 등을 통해서 공장 에어 등의 압력원 및 대기압 개방을 하기위한 외기와 연통(연결되어 이어져 있음)되어있다. 또한 홀더 (52f)는 냉각 부재 (4b)가 올려 놓인 면에 O링 (524)을 수용하는 O링 홈이 형성되어있고, O링 (524)에 의해서 틈새 (521f)의 상부가 밀봉된다.

또한 틈새 (521f)의 두께(상하 방향의 거리)는 보통 수 mm가 되는 형상으로 되어 있다.

다음에 상기 구성의 성형 장치 (1f)의 동작 및 열 가소성 수지 제품의 성형 방법의 제5실시 형태 등에 대해서 설명한다.

도 17은 본 발명의 제5실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

도 17에서 본 실시 형태의 열 가소성 수지 제품의 성형 방법은 기본자재 (8)에 대해서 성형 장치 (1f)를 사용하여 압축 성형을 하는 성형 방법이며, 가열 공정, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 가지고 있다.

(가열 공정)

먼저, 성형 장치 (1f)는 도 16에 나타내는 상태, 즉 틈새 (521f)내의 압력이 대기 개방된 상태에서, 도 17(a)에 도시하는 바와 같이, 셔터 (24)가 열리고, 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태의 스탬퍼 (3f)를 복사 가열한다(가열 공정).

이와 같이 제2실시 형태와 거의 마찬가지로 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태의 스탬퍼 (3f)를 복사 가열함으로써 스탬퍼 (3f)에서 냉각 부재 (4b)에 대한 열 전도가 안 되므로 스탬퍼 (3f)를 효과적으로 가열할 수 있어서 가열 시간을 단축할 수 있다.

(전사 공정)

다음에 성형 장치 (1f)는 도 17(b)에 도시하는 바와 같이, 복사 가열된 스탬퍼 (3f)의 부형면 (31)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사한다(전사 공정). 즉, 이 전사 공정에서 셔터 (24)가 닫히고 냉각 부재 (4b)가 적외선 조사 경로로 진입해서, 형(型) 고정으로서 제2의 금형 (6)이 상승하고 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 스탬퍼 (3f)의 부형면 (31)과 접촉한다.

이 때, 성형 장치 (1f)는 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 스탬퍼 (3f)의 부형면 (31)과 접촉하는 동시에 또는 접촉하기 직전에, 혹은 접촉한 직후에 공장 에어 등의 유체가 압력 제어용 유로 (525)를 지나 틈새 (521f)에 공급된다. 이로써 냉각 부재 (4b)와 스탬퍼 (3f)사이의 틈새 (521f)에, 대기압보다 높은 압력이 가해 지고 스탬퍼 (3f)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태로 유지되며 이 상태에서 전사면 (81)이 부형면 (31)에 눌려져서, 부형면 (31)의 구조가 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사된다.

여기서 본 실시 형태에서는 스탬퍼 (3f)는 두께가 수백 μm이며 기계적 강도가 낮지만, 틈새 (521f)내의 압력에 의해서, 전사면 (81)이 부형면 (31)에 거의 균일하게 눌려지므로 스탬퍼 (3f)가 변형하는 문제를 방지할 수 있고, 전사 정밀도 등을 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 틈새 (521f)에 대기압보다 높은 압력을 가하고 있지만, 틈새 (521f)내의 압력은 제2의 금형 (6)이 위치하는 아래쪽 공간의 압력보다 높고, 스탬퍼 (3f)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태로 유지되고, 틈새 (521f)내의 압력에 의해서, 전사면 (81)이 부형면 (31)에 거의 균일하게 눌리면 된다. 따라서 틈새 (521f)에 가하는 압력은 대기압보다 높은 압력에 한정되는 것이 아니고 예를 들면 제2의 금형 (6)이 위치하는 아래쪽 공간이 진공화되어있는 경우에는, 대기압, 또는 대기압보다 낮은 압력이라도 된다.

또한, 틈새 (521f)에 대기압보다 높은 압력을 가한 후, 압력 제어용 유로 (525)에 접속된 밸브(도시하지 않음)를 닫고 틈새 (521f)를 밀폐된 공간으로 해도 된다. 이 경우, 프레스기의 설정된 추력에 따라 스탬퍼 (3f)가 상승하고, 틈새 (521f)내의 압력에 의해서 발생하는 힘이 프레스기의 추력과 균형이 맞으면 스탬퍼 (3f)가 정지한다.

(냉각 공정)

다음에 성형 장치 (1f)는 도 17(c)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태에서 스탬퍼 (3f)와 접촉하는 냉각 부재 (4b)가 해당 스탬퍼 (3f)를 냉각하고, 기본자재 (8)를 고체화 또는 경화시킨다.(냉각 공정). 즉, 본 실시 형태에서는, 틈새 (521f)내의 압력이 대기 개방되고 제2의 금형 (6)이 상승하고 스탬퍼 (3f)가 냉각 부재 (4b)와 접촉해서 스탬퍼 (3f)가 냉각된다.

여기서 냉각 부재 (4b)는 상기 제4실시 형태와 비슷하게, 전사의 종료 단계를 제외한 전사 공정에서는 스탬퍼 (3f)와 접촉하지 않으므로 승온이 효과적으로 억제되어 냉각 시간을 단축할 수 있다.

또한 승온을 억제한 냉각 부재 (4b)에 의해서, 전사 후의 냉각을 효과적으로 실시할 수 있으므로, 성형품의 외관 불량(예를 들면 융기부 등)의 발생을 방지하고 품질을 향상시킬 수 있다.

(이형 공정)

다음에 성형 장치 (1f)는 도 17(d)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 대고 누른 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시킨다(이형 공정). 즉, 이 이형 공정에서 제2의 금형 (6)이 강하하고, 스탬퍼 (3f)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어져서 아래쪽으로 이동하고, 이어서 전사면 (81)이 부형면 (31)에서 떨어져서 제2의 금형 (6)이 원점 위치까지 강하하고, 그 후, 기본자재 (8)가 운반되어 성형의 한 사이클이 종료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 성형 장치 (1f)에 의하면 제2실시 형태의 성형 장치 (1b)와 거의 같은 효과를 거두는 동시에 종료 단계를 제외한 전사 공정에서 스탬퍼 (3f)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태가 되므로 스탬퍼 (3f)의 열이 냉각 부재 (4b)에 빼앗기는 것을 막을 수 있고, 이로써 가열 시간, 전사 시간 및 냉각 시간을 단축할 수 있다.

[열 가소성 수지 제품의 성형 장치 및 그 성형 방법의 제6실시 형태]

도 18은 본 발명의 제6실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 장치를 설명하는 주요부의 개략 확대 단면도를 나타내고 있다.

도 18에서 본 실시 형태의 성형 장치 (1g)는 상기 제2실시 형태의 성형 장치 (1b)와 비교하면 냉각 부재 (4b)를 강제 냉각하는 강제 냉각판 (45)을 갖춘 점 등이 다르다. 또한 본 실시 형태의 다른 구성 등은 성형 장치 (1b)와 거의 마찬가지이다.

따라서 도 18에서 도 11과 같은 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다.

(제1의 금형)

제1의 금형 (5g)은 제2실시 형태의 제1의 금형 (5b)과 비교하면 기부 (51g)에 오목부가 형성되고, 이 오목부에 후술하는 강제 냉각판 (45)이 이동 가능하게 형성되어있는 점 등이 다르고, 제1의 금형 (5g)의 다른 구성은 제1의 금형 (5b)과 거의 마찬가지이다.

(강제 냉각판)

강제 냉각판 (45)은 알루미늄, 구리 등 열 전도성이 뛰어난 재료로 이루어지고, 또한 냉각 부재 (4b)를 덮는 것이 가능한 직사각형 평판 형상으로 되어 있고, 기부 (51g)의 오목부에, 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 이 강제 냉각판 (45)은 거의 중앙부에 라이트 파이프 (21)의 단면 형상과 거의 같은 형상의 개구부 (452)를 가지고 개구부 (452)의 양쪽(도 18에서는 개구부 (452)의 왼쪽 및 오른쪽)에, 냉매를 흐르게 하는 유로 (451)가 형성되어 있다.

개구부 (452)는 측면을 경면(鏡面)으로 하고 가열 공정 및 전사 공정에서 개구부 (452)가 라이트 파이프 (21)와 대응하는 위치로 이동하면 라이트 파이프 (21)와 비슷하게 기능하므로, 광원 (23)의 빛을 스탬퍼 (3)의 윗면에 균일하게 조사해서, 스탬퍼 (3)를 균일하게 가열할 수 있다.

또한 개구부 (452)의 왼쪽의 유로 (451)가 형성된 부분은, 냉각 공정 및 이형 공정에서 냉각 부재 (4b)를 덮는 위치로 이동하면 냉각 부재 (4b)의 윗면 전체와 접촉하므로 냉각 부재 (4b)의 온도 분포를 거의 균일하게 유지하면서 효율적으로 냉각할 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는 하나의 강제 냉각판 (45)을 사용하는 구성으로 되어있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 복수의 강제 냉각판 (45)을 준비하고 충분히 냉각된 강제 냉각판 (45)을 차례로 사용해도 되고, 이렇게 하면, 연속적으로 성형을 하는 경우라도 효과적인 냉각을 확실하게 할 수 있다.

또한, 강제 냉각판 (45)은 광원 (23)으로부터의 빛을 차단하므로, 셔터 (24)로서의 기능도 가지고 있어서 셔터 (24)대신 사용해도 된다.

다음에 상기 구성의 성형 장치 (1g)의 동작 및 열 가소성 수지 제품의 성형 방법의 제6실시 형태 등에 대해서 설명한다.

도 19는 본 발명의 제6실시 형태에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 방법을 설명하는 개략 단면도를 나타내고 있다.

도 19에서 본 실시 형태의 열 가소성 수지 제품의 성형 방법은 기본자재 (8)에 대해서 성형 장치 (1g)를 이용하여 압축 성형을 하는 성형 방법이며, 가열 공정, 전사 공정, 냉각 공정 및 이형 공정을 가지고 있다.

(가열 공정)

먼저, 성형 장치 (1g)는 도 18에 나타내는 상태, 즉, 셔터 (24)가 닫히고, 강제 냉각판 (45)의 왼쪽 부분이 냉각 부재 (4b)를 덮는 위치에 있으며, 냉각 부재 (4b)가 조사 경로에 진입한 상태에서 도 19(a)에 도시하는 바와 같이, 개구부 (452)가 라이트 파이프 (21)와 대응하는 위치에 강제 냉각판 (45)이 이동되고, 냉각 부재 (4b)가 조사 경로에서 퇴출하고, 셔터 (24)가 열려서 가열 장치 (2)에서 조사된 적외선이 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태의 스탬퍼 (3)를 복사 가열한다(가열 공정).

이와 같이 냉각 부재 (4b)에서 떨어진 상태의 스탬퍼 (3)를 복사 가열함으로써 제2실시 형태와 비슷하게, 스탬퍼 (3)에서 냉각 부재 (4b)에 대한 열 전도가 되지않으므로 스탬퍼 (3)를 효과적으로 가열할 수 있으며, 또한 적외선이 개구부 (452)를 통과하므로, 효율적으로 가열할 수 있어서 가열 시간을 단축할 수 있다.

(전사 공정)

다음에 성형 장치 (1g)는 도 19(b)에 도시하는 바와 같이 복사 가열된 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)의 구조를 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사하다(전사 공정). 즉, 이 전사 공정에서 셔터 (24)가 닫히고 냉각 부재 (4b)가 적외선 조사 경로에 진입해서, 형(型) 고정으로서 제2의 금형 (6)이 상승하고, 기본자재 (8)의 전사면 (81)이 스탬퍼 (3)의 부형면 (31)과 접촉하고, 이어서 스탬퍼 (3)가 밀어올려지도록 해서 위쪽으로 이동하고, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)와 접촉한 상태에서 전사면 (81)이 부형면 (31)에 눌려서, 부형면 (31)의 구조가 기본자재 (8)의 전사면 (81)에 전사된다.

여기서 본 실시 형태에서는 스탬퍼 (3)는 두께가 수백 μm이며 기계적 강도가 낮기 때문에 냉각 부재 (4b)가 스탬퍼 (3)와 접촉한 상태에서 전사한다. 이에 따라 스탬퍼 (3)가 변형하는 등의 문제를 방지할 수 있고, 전사 정밀도 등을 향상시킬 수 있다.

(냉각 공정)

다음에 성형 장치 (1g)는 도 19(c)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 누른 상태에서 스탬퍼 (3)와 접촉하는 냉각 부재 (4b)가 해당 스탬퍼 (3)를 냉각하여 기본자재 (8)를 고체화 또는 경화시킨다.(냉각 공정). 즉, 본 실시 형태에서는 강제 냉각판 (45)의 왼쪽 부분이 냉각 부재 (4b)를 덮도록 강제 냉각판 (45)이 이동되어 냉각 부재 (4b)가 강제 냉각판 (45)에 의해서 냉각되고 이 냉각 부재 (4b)와 접촉하고 있는 스탬퍼 (3)가 효율적으로 냉각된다.

여기서 냉각 부재 (4b)는 강제 냉각판 (45)에 의해서 냉각 부재 (4b)의 온도 분포를 거의 균일하게 유지하면서 효율적으로 냉각되므로 냉각 시간을 더욱 줄일 수 있다.

(이형 공정)

다음에 성형 장치 (1g)는 도 19(d)에 도시하는 바와 같이 부형면 (31)을 전사면 (81)에 대고 누른 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시킨다(이형 공정). 즉, 이 이형 공정에서 제2의 금형 (6)이 강하하고, 스탬퍼 (3)가 냉각 부재 (4b)에서 떨어져서 아래쪽으로 이동하고, 이어서 전사면 (81)이 부형면 (31)에서 떨어지고, 제2의 금형 (6)이 원점 위치까지 강하하고, 그 후, 기본자재 (8)가 운반되어 성형의 한 사이클이 종료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 성형 장치 (1g)에 의하면 제2실시 형태의 성형 장치 (1b)와 거의 같은 효과를 거두는 동시에, 강제 냉각판 (45)에 의해서 냉각 부재 (4b)의 온도 분포를 거의 균일하게 유지하면서 냉각 부재 (4b)를 효율적으로 냉각할 수 있으므로 냉각 시간을 더욱 줄일 수 있다. 또한 승온을 억제한 냉각 부재 (4b)에 의해서 성형품의 외관 불량(예를 들면 융기부 등)의 발생을 방지하고 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 냉각 부재 (4b)가 강제 냉각판 (45)에 의해서 강제 냉각되는 구성으로 되어있지만, 상기 실시 형태 등에서도 냉매를 흐르게 하는 유로 (512)대신 강제 냉각판 (45)을 사용해서 강제 냉각을 해도 된다.

이상 본 발명의 열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치에 대해서 바람직한 실시 형태 등을 설명하였으나, 본 발명에 관한 열 가소성 수지 제품의 성형 방법 및 그 성형 장치는 상기 실시 형태 등에만 한정되는 것이 아니고 본 발명의 범위에서 다양한 변경 실시가 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 스탬퍼 유지 수단 (7, 7a)등은 상기 구성에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도시하지 않았지만, 스프링 및 전자 솔레노이드 등을 가지는 인장(引張) 수단을 갖추거나 또는 지지부에 매설되는 판 스프링 등에 의해서 스탬퍼 (3)를 점 접촉 및/또는 선 접촉 상태에서 지지하는 구성으로서도 된다.

또한 스탬퍼 및/또는 냉각 부재를 이동 가능하게 유지하는 구성은 상기 실시 형태 등의 구성에 한정되는 것이 아니고 다양한 구성으로 해도 된다.

또한 본 발명에서 얻어지는 열 가소성 수지 제품으로는 의료용 제품, 분석용 제품(마이크로 유체 디바이스), 에너지 관련 제품(배관, 열 교환기), 전자 제품, 광학 제품, 포장용 제품과 각종 용도로 사용되며 포장체의 적어도 일부에 전사한 경우의 한 예를 이하에 나타낸다.

도 20을 참조한다. 또한 아래는 일본 특허 출원 2012-108723에 기재되어 있는 내용이다. 이 포장체는 입구부 (601)를 갖춘 플라스틱 병과, 입구부 (601)에 장착된 캡(나사 캡)(603)과, 캡 (603)을 유지하기 위한 나사산 (605)과, 나사산 (605)의 아래쪽에는 환상(環) 돌기 (607)와, 병을 유지하기 위한 서포트 링 (609)으로 구성되며 플라스틱 병 안에는 액체가 수용되어 있다. 이러한 포장체에서 플라스틱 병에서는 도시하지 않았지만 입구부 (601)의 아래쪽은 만곡된 어깨부에 이어지고, 이 어깨부는 몸통부에 이어져서, 몸통부의 하단은 저부에 의해서 닫혀 있다.

한편, 캡 (603)은 정상(頂上) 판부 (610)와 정상(頂上) 판부 (610)의 주변에서 강하하고 있는 통모양 측벽 (611)을 가지고 있고, 정상(頂上) 판부 (610)의 내면(특히 주변부)에는 밀봉용 라이너 (613)가 설치되어 있으며, 통 형상 측벽 (611)의 내면에는 병의 입구부 (601)의 나사산 (605)과 맞물리는 나사산 (615)이 형성되어 있다.

밀봉을 확실하게 하기 위해 라이너 (613)는 비교적 긴 이너링 (613a)과 비교적 짧은 아우터링 (613b)을 가지고 있어서 이 사이의 공간에 입구부 (601)의 상단 부분이 들어가고, 이 상단 부분의 내측 측면, 상단면(上端面) 및 외측 측면의 상단 부분이 라이너 (613)에 밀착해서 밀봉성이 확보된다.

또한 도 20에서는 생략되어 있지만 일반적으로, 캡 (603)의 통형상 측벽 (611)의 하단에는 파단 가능한 약화 라인을 통해서 템퍼-에비던트밴드(TE밴드)가 설치되어 있으며, 이 캡 (603)을 마개를 열고 입구부 601에서 제외하면 TE밴드가 캡 (603)에서 이탈하게 되어 있으며, 이로써 일반 수요자에게 캡 (603)의 개봉 이력을 명시하고, 장난 등의 부정사용을 방지하게 되어 있다.

도 20의 A부 확대 단면인 도 21및 평면도인 도 22를 참조하고 이 포장체에서는 내용액의 주입구가 되는 입구부 (601)의 상단면(上端面)(이하 단순히"주입구"라고 한다) (X)는 요철부 (620)를 가지고 있다. 이러한 요철부 (620)는 이 주입구 (X)를 통해서 나오는 내용액의 흐름 방향 (Y)과 교차하도록, 특히 직교하여 뻗어 있는 교차 홈 (623)의 열에 의해서 형성되어 있다. 도시하지 않았지만, 내용물의 흐름 방향 (Y)으로 뱉는 홈의 열이라도 된다.

또한 상기와 같은 요철부 (620)를 주입구 (X)에 형성했을 때에는 캡 (603)을 닫았을 때, 라이너 (613)와 주입구 (X)와의 밀착성이 저하되어 밀봉성 저하가 우려된다. 그러나 상기와 같은 다수의 교차 홈 (623)열에 의해서 요철부 (620)가 형성되어 있는 경우, 도 21에 나타낸 바와 같이, 그 외면측의 측면 (623a)이 쏟아 내는 내용액의 흐름을 막는 막는 면이 되어 있으며 교차 홈의 수에 따라 막는 면이 다중으로 형성되어 있다. 즉 이러한 형태에서는 주입구 (X)의 안쪽 측면과 이너링(inner ring) (613a)과의 밀착에 의해서 주로 한 밀봉성이 확보되고, 또한 짧은 아우터링(outter ring) (613b)과 주입구 (X)의 외측 측면과의 밀착이 밀봉성을 포착하고 있고, 또한 상기 막는 면 (623a)이 내용액의 누출을 효과적으로 방지하도록 기능한다. 따라서 요철부 (620)의 형성에 의한 밀봉성의 저하는 효율적으로 방지된다.

요철부 (620)를 형성하고 있는 교차 홈 (623)의 피치 (p)와 교차 홈 (623)간의 볼록부의 폭 (w)으로서는, 예를 들면 교차 홈 (623)의 피치 (p)와 교차 홈 (623)사이의 볼록부의 폭 (w)의 비, p/w는 1.0보다 크게 설정하는 것이 바람직하고, 또한 w는 500μm 이하인 것이 바람직하다. w가 너무 크면 내용액과 공기와의 접촉이 불충분하게 되어, 발액성(撥液性)이 불충분해진다. 또한 교차 홈 (623)의 깊이 d는 5μm 이상인 것이 바람직하고 요철부 (620)의 폭 L은 50μm 이상인 것이 바람직하다.

도 23의 양태에 대해서는 교차 홈 (623)이 각각 파형 형상을 가지고 있고 지그재그로 또한 내용액의 흐름 방향에 직교하도록 뻗어 있다. 파형의 피치 P는 1000μm 이하, 파형의 높이 h를 3μm 이상 정도의 범위로 하는 것이 좋다. P가 너무 크고, h가 너무 작으면 측면 (623)의 증대 효과가 적어져서 밀봉성의 저하를 방지할 수 없게 된다. 요철부 (620)를 다른 패턴으로 형성 할 수도 있고, 이러한 다른 패턴의 예를 도 24및 도 25에 나타냈다. 막는 면 (630a)이 내용액 누출을 효과적으로 방지하도록 기능한다.

도 25의 양태에 대해서는 교차 홈 (623)의 열은, 평행 홈 (630)열에 대해서 병의 바깥쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 또한 교차 홈 (623)의 열 사이에 평행 홈 (630)을 위치시키는 것도 가능하다.

도 26및 도 27에서 이 포장체는 도 20에 도시된 포장체와 같은 플라스틱 병의 입구부 (601)에 캡(도에서 (650)으로 포시)을 장착함으로써 형성된다. 캡 본체 (651)는, 상판 (661)과, 상판 (661)의 주변부(가장자리부)에서 강하한 통형상 측벽 (663)으로 되어 있고, 상판 (661)의 내면에는 통 형상 측벽 (663)과는 간격을 두고 아래쪽으로 뻗어 있는 환상(環) 돌기 (665)가 형성되어 있다. 상판 (661)의 중앙 부분에는 내용액을 쏟을 때의 유로가 되는 개구 (667)가 형성되어 있고 상판 (661)의 윗면에는 이 개구 (667)를 둘러싸듯 주출통(注出筒) (669)이 설치되어 있다.

한편 힌지(hinge) 뚜껑 (655)은 상판부 (671)와 상판부 (671)의 주변에서 뻗어 있는 스커트부 (673)로 되어있고 스커트부 (673)의 끝 부분이 힌지(hinge) 밴드 (653)에 연결되고 이 힌지(hinge) 밴드 (653)가, 캡 본체 (601)의 통 형상 측벽 (663)의 상단에 연결되어 있다. 이 힌지(hinge) 밴드 (653)를 지지점으로 한 선회에 따라 힌지(hinge)의 뚜껑 (655)의 여닫기가 이루어지게 되어있다.

또한 이 힌지(hinge) 뚜껑 (655)의 상판부 (671)의 내면(도 26에서 윗면)에는 씰 링 (675)이 형성되어 있고, 상판부 (671)의 힌지(hinge) 밴드 (653)와는 반대 측의 끝에는 개봉용 테 (677)가 형성되어 있다. 즉, 힌지(hinge) 뚜껑 (655)을 닫았을 때, 씰 링 (675)의 표면이 주출통(注出筒) (669)의 내면에 밀착하고 이에 따라 내용액을 쏟아 내기 위한 개구 (667)가 형성되어 있을 때의 밀봉성이 확보되도록 되어 있다. 또한, 힌지(hinge) 뚜껑 (655)을 여닫게 하기 위한 선회를 쉽게 할 수 있도록 개봉용 테 (677)는 형성되어 있다.

상기 도 20~도 27의 포장체에서 입구부 (601)를 가진 플라스틱 병을 형성하는 플라스틱 재료는 특히 제한되지 않고 공지의 플라스틱 병과 마찬가지로 각종의 열 가소성 수지, 예를 들면 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 등의 올레핀계 수지나, 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 대표되는 폴리에스테르 수지로 형성되어 있어도 된다. 또한, 캡 측이 주출구 (X)가 되어 요철부 (620)가 형성되는 경우에는 이 병은, 유리제 또는 금속 제품이라도 된다. 캡 (603, 650)을 형성하는 플라스틱 재료도, 특히 제한되지 않고 공지의 플라스틱 캡과 마찬가지로 각종의 열 가소성 수지, 예를 들면 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 등의 올레핀계 수지로 형성된다. 또한 병이 주출구 (X)가 되어 요철부 (620)가 형성될 경우에는 이 캡은 금속제의 나사 캡이라도 된다. 또한, 캡 (603)등에 형성된 라이너재 (613)도 공지의 탄성 재료, 예를 들면, 에틸렌 프로필렌 공 중합체 엘라스토머나 스티렌계 엘라스 토머 등의 열 가소성 엘라스 토머로 형성되어 있다.

또한 상기 포장체에서 요철부 (620)의 형성은 미리 성형된 병과 캡의 주출구가 되는 부분에 요철부 (620)에 대응하는 패턴이 새겨진 강성 재료(예를 들면 각종 금속 또는 합금)로 이루어진 스탬퍼를 가열해서 누르고 전사하는 것이 가장 용이하며, 또한 저비용이다.

내용액으로는 고 점성의 것에서 낮은 점성의 것까지 특히 제한되지 않고 사용할 수 있지만, 예를 들면 비 탄산 음료용 병은 특히 적합하다. 즉, 탄산 음료는 탄산이 용해되어 있어서 어느 정도의 용적의 헤드 스페이스가 확보되도록 충전되지만, 비 탄산 음료는 헤드 스페이스를 남기지 않고 거의 꽉 찬 상태로 충전된다. 이 때문에, 처음 쏟을 때에는 용기를 약간 기울인 상태(용기가 직립에 가까운 상태)에서 액체의 주출이 개시되므로 매우 용액을 흘리기 쉽다. 이 포장체에서는 이런 비 탄산 음료의 초기 주출 시에도 효과적으로 액 흘림을 방지할 수 있다.

또한 용기로서는 플라스틱제 병이 최적이며, 내열성을 부여하기 위한 열 결정화에 의해서 병의 입구부가 흰색으로 형성되어 있으며, 내용액이 유색 액체, 예를 들면 커피, 간장, 각종 쥬스류 등의 경우에는, 액 흘림이 생겼을 때, 내용액에 의한 입구부의 더러워짐이 두드러지게 된다. 따라서 이런 경우, 액 흘림 방지가 효과적으로 이루어지는 이 포장체는 매우 유용하다.

Claims

가열 장치에서 조사 경로를 통해서 스탬퍼에 적외선을 조사하고, 해당 스탬퍼를 복사 가열하는 가열 공정과,
복사 가열된 상기 스탬퍼의 부형면의 구조를 열 가소성 수지의 전사면에 전사하는 전사 공정과,
상기 스탬퍼와 냉각 부재를 접촉시키고 상기 스탬퍼를 통해서 상기 열 가소성 수지를 냉각하여 그 열 가소성 수지를 고체화 또는 경화시키는 냉각 공정과,
상기 부형면과 상기 전사면과의 접촉한 상태를 해제함으로써 성형품을 이형시키는 이형 공정을 가지고
상기 가열 공정에서 상기 냉각 부재를 상기 조사 경로에서 퇴출시킨 상태에서 상기 적외선을 상기 스탬퍼에 조사하고,
상기 전사 공정의 적어도 종료 단계에서 상기 스탬퍼와 상기 냉각 부재가 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 전사 공정에서의 전사를 시작한 이후에, 상기 냉각 공정에서의 냉각을 개시하는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전사 공정에 있어서, 상기 가열 공정에서 상기 스탬퍼가 축적한 열만을 이용해서 전사하는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전사 공정에 있어서, 상기 스탬퍼를 복사 가열하는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전사 공정에 있어서, 상기 스탬퍼가 상기 열 가소성 수지의 방향으로 힘이 가해진 상태 또는 상기 스탬퍼가 바깥 방향으로 당겨진 상태임을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가열 공정에 있어서, 상기 스탬퍼를 점 접촉 또는 선 접촉 상태로 지지하는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전사 공정에 있어서, 상기 냉각 부재에서 떨어진 상태로 유지된 상기 스탬퍼에 의해서 전사하는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법.
제7항에 있어서, 상기 전사 공정에 있어서, 상기 냉각 부재와 상기 스탬퍼 사이의 틈새에 압력을 가함으로써, 상기 스탬퍼가 상기 냉각 부재에서 떨어진 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 방법.
광원을 사용해서 적외선 복사 가열을 하는 가열 장치와,
상기 광원으로부터 조사된 적외선에 의해서 복사 가열되는 스탬퍼와,
복사 가열된 상기 스탬퍼와 접촉하고 해당 스탬퍼를 냉각하는 냉각 부재와,
상기 냉각 부재를 상기 적외선 조사 경로에 진입시키거나 퇴출시키거나 하는 진퇴 수단을 가지고 있는 제1의 금형과,
상기 스탬퍼의 부형면의 구조가 전사되는 열 가소성 수지를 유지하는 제2의 금형과,
상기 스탬퍼와 상기 냉각 부재를 접촉시키거나 떼거나 하기 위해 상기 스탬퍼를 상대적으로 이동 가능하게 유지하는 스탬퍼 유지 수단을 갖추고
상기 냉각 부재를 상기 적외선 조사 경로에서 퇴출시킨 상태에서 상기 가열 장치에서 조사된 적외선이 상기 스탬퍼에 조사되어 해당 스탬퍼를 복사 가열하고,
전사의 적어도 종료 단계에서 상기 스탬퍼와 상기 적외선 조사 경로에 진입시킨 상기 냉각 부재가 접촉하고, 해당 냉각 부재가 상기 스탬퍼를 보강하는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 장치.
제9항에 있어서, 상기 스탬퍼 유지 수단이 유지한 상기 스탬퍼를 상기 열 가소성 수지의 방향으로 힘이 가해지는 수단 및/또는 유지한 상기 스탬퍼를 바깥 방향으로 당기는 당기는 수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 스탬퍼 유지 수단이 상기 스탬퍼를 점 접촉 또는 선 접촉 상태로 지지하는 지지부와, 상기 스탬퍼를 누르는 누름부와, 상기 지지부 및/또는 상기 누름부를 이동시키는 지지부 누름부용 이동 수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 가열 장치가, 단면 형상이 다각형의 라이트 파이프와, 이 라이트 파이프와 연결되어 단면 형상이 다각형인 라이트 박스와, 이 라이트 박스 내에 수용되는 상기 광원을 갖추고, 상기 라이트 파이프의 단면 형상이 삼각형, 사각형, 정육각형 또는 평행 6변형이며, 상기 라이트 박스의 단면 형상이 삼각형, 사각형, 정육각형 또는 평행 6변형임을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 냉각 부재가 상기 적외선을 차단하는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 스탬퍼가, 단열성 부재를 통해서 상기 제1의 금형에 유지되는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1의 금형이 상기 스탬퍼 및/또는 상기 냉각 부재의 이동을 안내하는 가이드 수단을 가진 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 냉각 부재가 강제 냉각되는 것을 특징으로 하는 열 가소성 수지 제품의 성형 장치.