KR20230013157A - 열성형 장치 및 열성형 방법 - Google Patents

열성형 장치 및 열성형 방법 Download PDF

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KR20230013157A
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Abstract

열 성형 장치에 있어서, 마스킹 플레이트와 히터 블록을 가지고, 복수의 상기 히터 블록이, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 서로 간극을 비우고 배치되어 있고, 상기 마스킹 플레이트의 두께를 0.2㎜ ~3.0mm로 하고, 상기 간극의 간격을 1mm~15mm로 하고, 상기 간극의 간격을, 상기 마스킹 플레이트의 두께의 5배 이상의 크기로 하여, 고온용의 히터 블록으로부터 상기 마스킹 플레이트에 전달되는 열을, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 전달하기보다도, 상기 마스킹 플레이트의 두께 방향으로 전달하기 쉽게 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부분에 전달하기보다도, 상기 시트에 전달하기 쉽게 하고, 마스킹 플레이트의 각 부위에 온도차를 마련한다.

Description

열성형 장치 및 열성형 방법
본 발명은 열성형(熱成形) 장치 및 열성형 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 유리(glass)를 변형시킬 때에, 복수의 히터와 유리의 간격을 변화시킴으로써, 유리에 온도차(溫度差)를 형성하는 기술이 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2에는, 반도체 제조 장치에 있어서, 웨이퍼(wafer)를 균일 온도로 유지하기 위해, 냉각 소자인 펠티에 소자(Peltier element)를 이용하여 웨이퍼 대(wafer 臺(table))인 열판(熱板)을 소정의 온도 분포로 유지하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본특허 제4457438호 공보 특허문헌 2: 일본특표2015-509280호 공보
열가소성 시트(熱可塑性 sheet)를 열성형할 때에는, 시트에 있어서, 성형시(時)의 늘어남(延長)을 억제하기 위해 가열 온도를 억제하고 싶은 부위(部位)와, 성형성(成形性)을 양호하게 하기 위해 가열 온도를 충분히 올리고 싶은 부위가 있고, 시트의 부위마다 온도차를 마련하면서 시트를 열성형할 수 있도록 하고 싶은 경우가 있다. 이러한 열가소성 시트의 열성형에 관해서는, 특허문헌 1, 2에는 전혀 개시되어 있지 않다.
따라서, 본 개시는 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 열가소성 시트를 열성형 할 때, 시트의 부위마다에 온도차(溫度差)를 마련하면서 시트를 열성형할 수 있는 열성형 장치 및 열성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 일 형태는, 열성형 장치에 있어서, 열가소성의 시트에 접촉하여 상기 시트를 가열하는 금속의 판상(板狀)의 마스킹 플레이트(masking plate), 및 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 상기 시트와의 접촉면과는 반대측의 면에 접촉하여, 상기 마스킹 플레이트를 가열하는 히터 블록(heater block)을 가지고, 복수의 상기 히터 블록이, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 서로 간극(間隙)을 비우고 배치되어 있고, 상기 마스킹 플레이트의 두께를 0.2mm~3.0mm로 하고, 상기 간극의 간격을 1mm~15mm로 하고, 상기 간극의 간격을, 상기 마스킹 플레이트의 두께의 5배 이상의 크기로 하여, 고온용의 히터 블록으로부터 상기 마스킹 플레이트에 전달되는 열을, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 전달하기보다도, 상기 마스킹 플레이트의 두께 방향으로 전달하기 쉽게 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부분에 전달하기보다도, 상기 시트에 전달하기 쉽게 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 고온용의 히터 블록에 대응하는 부위를 고온으로 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부위를 저온으로 함으로써, 상기 마스킹 플레이트에 있어서 그 부위마다 온도차를 마련하는 것을 특징으로 한다.
이 양태에 의하면, 복수의 히터 블록 사이에서 그 설정 온도에 온도차를 마련하고, 마스킹 플레이트의 면 방향의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다. 그 때문에, 열가소성의 시트를 열성형할 때에, 가열 공정에 있어서, 면 방향의 부위마다 온도차를 마련한 마스킹 플레이트를 시트에 접촉시켜, 시트를 그 면 방향의 부위마다 온도차를 마련하면서 가열할 수 있다. 그리고, 성형 공정에 있어서, 시트를, 그 면 방향의 부위마다 온도차를 마련한 상태에서, 성형할 수 있다. 따라서, 열가소성 시트를 열성형 할 때, 시트의 부위마다 온도차를 마련하면서 시트를 열성형 할 수 있다.
또, 마스킹 플레이트의 두께를 작게 하여, 복수의 히터 블록 사이의 간극의 간격을 충분히 확보하기 때문에, 복수의 히터 블록으로부터 마스킹 플레이트에 전달된 열은, 마스킹 플레이트에 있어서 서로 영향을 미치기 어렵게 된다. 그 때문에, 복수의 히터 블록 사이에 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 시트의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
또, 복수의 히터 블록 사이의 간극의 간격을 충분히 확보함으로써, 복수의 히터 블록으로부터 마스킹 플레이트에 전달된 열은, 마스킹 플레이트에 있어서 서로 영향을 미치기 어렵게 된다. 그 때문에, 각 히터 블록으로부터 마스킹 플레이트로 전달된 열은, 보다 확실히, 마스킹 플레이트의 두께 방향에 있는 시트에 전달되기 쉽게 된다. 따라서, 복수의 히터 블록 사이에 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 보다 확실히, 시트의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
상기 양태에 있어서는, 상기 마스킹 플레이트의 두께를 0.2mm~1.5mm로 하는 것이 바람직하다.
이 양태에 의하면, 마스킹 플레이트의 두께를 더욱 작게 하기 때문에, 히터 블록으로부터 마스킹 플레이트에 전달된 열은, 마스킹 플레이트의 면 방향으로 전달되기 어려운 한편, 마스킹 플레이트의 두께 방향에 있는 시트에 전달되기 쉽게 된다. 그 때문에, 복수의 히터 블록 사이에 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 보다 확실히, 시트의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
상기 양태에 있어서는, 복수의 상기 히터 블록으로서, 고온용의 히터 블록과, 저온용의 히터 블록을 가지고, 상기 저온용의 히터 블록을 에어(air)로 냉각하는 에어 냉각 회로를 가지는 것이 바람직하다.
이 양태에 의하면, 저온용의 히터 블록을 효율 좋게 냉각할 수 있다. 그 때문에, 고온용의 히터 블록과 저온용의 히터 블록 사이에, 그 설정 온도에 온도차를 마련하기 쉽게 된다. 따라서, 시트의 부위마다 더욱 온도차를 마련할 수 있다.
상기 양태에 있어서는, 상기 마스킹 플레이트를 진공 흡인에 의해 상기 히터 블록에 흡착시키는 진공 흡착 회로를 가지는 것이 바람직하다.
이 양태에 따르면, 마스킹 플레이트를 히터 블록에 밀착시킬 수 있기 때문에, 히터 블록으로부터 마스킹 플레이트로 열이 전달되기 쉽게 된다. 그 때문에, 복수의 히터 블록 사이에 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 보다 확실히, 시트의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
상기 양태에 있어서는, 상기 히터 블록은, 상기 마스킹 플레이트에 접촉하는 금속의 판상의 열판 플레이트와, 상기 열판 플레이트를 가열하는 히터를 구비하고, 상기 간극은, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 배치되는 복수의 상기 열판 플레이트 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
이 양태에 의하면, 히터를 그대로 두고, 열판 플레이트의 크기를 조정함으로써, 비용을 억제하면서 용이하게 간극의 간격을 조정할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 다른 형태는, 열성형 방법에 있어서, 금속의 판상의 마스킹 플레이트가 열가소성의 시트에 접촉하여 상기 시트를 가열하는 가열 공정, 및 가열된 상태의 상기 시트가 금형에 의해 성형되는 성형 공정을 가지고, 상기 가열 공정에서는, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 상기 시트와의 접촉면과는 반대측의 면에 접촉하고, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 서로 간극을 비우고 복수 배치된 히터 블록이, 상기 마스킹 플레이트를 가열하고, 복수의 상기 히터 블록 중 적어도 하나의 상기 히터 블록이, 다른 상기 히터 블록과 다른 온도에서 상기 마스킹 플레이트를 가열하고, 상기 마스킹 플레이트의 두께를 0.2mm~3.0mm로 하고, 상기 간극의 간격을 1mm~15mm로 하고, 상기 간극의 간격을, 상기 마스킹 플레이트의 두께의 5배 이상의 크기로 하여, 고온용의 히터 블록으로부터 상기 마스킹 플레이트에 전달되는 열을, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 전달하기보다도, 상기 마스킹 플레이트의 두께 방향으로 전달하기 쉽게 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부분에 전달하기보다도, 상기 시트에 전달하기 쉽게 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 고온용의 히터 블록에 대응하는 부위를 고온으로 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부위를 저온으로 함으로써, 상기 마스킹 플레이트에 있어서 그 부위마다 온도차를 마련하는 것을 특징으로 한다.
이 양태에 의하면, 복수의 히터 블록 사이에서 그 설정 온도에 온도차를 마련하여, 마스킹 플레이트의 면 방향의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다. 그 때문에, 열가소성의 시트를 열성형할 때에, 가열 공정에 있어서, 면 방향의 부위마다 온도차를 마련한 마스킹 플레이트를 시트에 접촉시켜, 시트를 그 면 방향의 부위마다 온도차를 마련하면서 가열할 수 있다. 그리고, 성형 공정에 있어서, 시트를, 그 면 방향의 부위마다 온도차를 마련한 상태에서, 성형할 수 있다. 따라서, 열가소성 시트를 열성형 할 때, 시트의 부위마다 온도차를 마련하면서 시트를 열성형 할 수 있다.
또, 마스킹 플레이트의 두께를 작게 하여, 복수의 히터 블록 사이의 간극의 간격을 충분히 확보하기 때문에, 복수의 히터 블록으로부터 마스킹 플레이트에 전달된 열은, 마스킹 플레이트에 있어서 서로 영향을 미치기 어렵게 된다. 그 때문에, 복수의 히터 블록 사이에 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 시트의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
또, 복수의 히터 블록 사이의 간극의 간격을 충분히 확보함으로써, 복수의 히터 블록으로부터 마스킹 플레이트에 전달된 열은, 마스킹 플레이트에 있어서 서로 영향을 미치기 어렵게 된다. 그 때문에, 각각의 히터 블록으로부터 마스킹 플레이트로 전달된 열은, 보다 확실히, 마스킹 플레이트의 두께 방향에 있는 시트에 전달되기 쉽게 된다. 따라서, 복수의 히터 블록 사이에 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 보다 확실히, 시트의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
본 발명의 열성형 장치 및 열성형 방법에 의하면, 열가소성의 시트를 열성형할 때, 시트의 부위마다 온도차를 마련하면서 시트를 열성형할 수 있다.
[도 1] 본 실시 형태의 열성형 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이며, 가열 공정을 나타내는 도면이다.
[도 2] 본 실시 형태의 열성형 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이며, 성형 공정을 나타내는 도면이다.
[도 3] 열판부의 단면도이다.
[도 4] 열판부의 중앙부의 하면도이다.
[도 5] 도 3의 영역 A의 확대도이다.
[도 6] 마스킹 플레이트와 시트의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
[도 7] 변형 예를 나타내는 도면이다.
[도 8] 종래 기술을 나타내는 도면이다.
본 발명의 열성형 장치 및 열성형 방법의 일 실시 형태를 실현하는 열성형 장치(1)에 대하여 설명한다.
<열성형 장치의 전체 개요 설명>
우선, 열성형 장치(1)의 전체 개요에 대하여 설명한다.
(구성)
열성형 장치(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이 열판부(熱板部)(11), 금형(金型)(12), 테이블(table)(13), 제어부(制御部)(14) 등을 갖는다.
열판부(11)는 열가소성 시트 SH와 접촉하여 당해 시트 SH를 가열하는 기구이다. 열판부(11)의 상세에 대해서는 후술한다.
금형(12)은, 시트 SH에 대하여 열판부(11)와는 반대측의 위치에 마련되어 있고, 시트 SH를 성형하는 형(型)이다.
테이블(13)은, 그 상면에 금형(12)이 배치되어 있고, 금형(12)을 상하시키는 대(臺)이다.
제어부(14)는 열성형 장치(1)에 있어서의 각 제어를 행하는 것으로, 예를 들면, 열판부(11)나 테이블(13)을 상하 이동시키는 제어나, 열판부(11)에 의해 시트 SH를 가열하는 제어를 행한다.
(작용)
이와 같은 구성의 열성형 장치(1)에 있어서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가열 공정으로서, 제어부(14)에 의해, 열판부(11)(상세하게는, 후술하는 마스킹 플레이트(21))가 하강하여 시트 SH에 접촉한 상태에서, 열판부(11)에 의해 시트 SH가 가열된다. 그 후, 도 2에 나타낸 바와 같이, 성형 공정으로서, 제어부(14)에 의해, 열판부(11)가 상승하여 열판부(11)가 시트 SH로부터 떨어지는 한편, 테이블(13)이 상승하여 금형(12)이 시트 SH와 접촉하여, 가열된 상태의 시트 SH가 금형(12)에 의해 성형된다.
<열판부의 설명>
다음으로, 열판부(11)의 상세에 대하여 설명한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 종래의 열판부(111)는, 표면판(114) 위에 마련된 1매(枚)의 열판(112) 위에, 복수의 히터(113)가 배치되어 있다. 이러한 구조의 종래의 열판부(111)는, 히터(113)에 의해 전체에 걸쳐 균일하게 가열한 표면판(114)에 의해, 당해 표면판(114)에 접촉시킨 시트 SH를 균일하게 가열하는 것을 목적으로 한 것이다.
그러나, 성형 대상의 시트 SH에 따라서는, 그 부위마다, 예를 들면, 인쇄 무늬가 있기 때문에 성형시의 늘어남을 억제하고 싶기 때문에 가열 온도를 낮게 하여 성형하고 싶은 부위(예를 들면, 도 2에 나타내는 부위 X1)와, 예를 들면 복잡한 형상으로 성형하기 위해 성형성을 좋게 하고 싶기 때문에 가열 온도를 높게 하여 성형하고 싶은 부위(예를 들면, 도 2에 나타내는 부위 X2)를 마련하고 싶은 경우가 있다.
그러나, 도 8에 나타낸 종래의 열판부(111)에서는, 각각의 히터(113)의 설정 온도에 차이를 마련해도, 열판(112)의 두께가 크고, 또한, 열판(112)이 1매이기 때문에, 각각의 히터(113)로부터 열판(112)에 전달되는 열은, 도면 중의 화살표로 나타낸 바와 같이, 열판(112)에 있어서의 그 두께 방향(도 8의 하 방향)뿐만 아니라 횡방향(도 8의 좌우 방향)으로도 전달되어 버린다. 또, 표면판(114)의 두께도 비교적 크므로(예를 들면, 15mm), 열판(112)으로부터 표면판(114)에 전달되는 열은, 표면판(114)에서도 그 두께 방향(도 8의 하방향)뿐만 아니라 횡방향(도 8의 좌우 방향)으로도 전달되어 버린다. 그 때문에, 표면판(114)에서 그 부위마다 온도차를 마련하는 것이 어렵기 때문에, 표면판(114)에 접촉하는 시트 SH에 있어서, 그 부위마다 온도차를 마련하는 것은 어렵다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 열판부(11)의 구조를 고안함으로써, 시트 SH를 열성형할 때에, 시트 SH의 부위마다 온도차를 마련하면서 시트 SH를 열성형할 수 있도록 한다.
구체적으로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 열판부(11)는, 마스킹 플레이트(21), 내측 히터 블록(22), 외측 히터 블록(23), 단열재(24), 상부 플레이트(25), 마스킹 플레이트 가압 금구(金具)(26), 진공 흡착 회로(27), 에어 냉각 회로(28) 등을 구비하고 있다.
마스킹 플레이트(21)는, 열판부(11)의 최하부(즉, 가장 시트 SH에 가까운 부분)에 마련되어 있고, 시트 SH에 접촉하여 당해 시트 SH를 가열하는 금속의 판상의 부재이다.
내측 히터 블록(22)은 마스킹 플레이트(21)의 상면에 접촉하여, 마스킹 플레이트(21)를 가열하는 가열부이다. 여기서, 마스킹 플레이트(21)의 상면이란, 시트 SH와의 접촉면(도 3의 하측의 면)과는 반대측의 면(도 3의 상측의 면)이다. 이와같은 내측 히터 블록(22)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 그 하측(도 3의 하측)으로부터 보았을 때, 외측 히터 블록(23)보다 내측에 배치되고, 그 외형이 타원형으로 형성되어 있다. 또한, 내측 히터 블록(22)은 본 개시의 「저온용 히터 블록」의 일례이다.
그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 내측 히터 블록(22)은, 내측 열판 플레이트(31), 내측 히터(32) (내측 카트리지 히터), 냉각 플레이트(33)를 구비하고 있다.
내측 열판 플레이트(31)는, 마스킹 플레이트(21)의 상면에 접촉하는 금속(예를 들면, 스테인리스 강 또는 알루미늄)의 판상의 부재이다. 이 내측 열판 플레이트(31)는, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향(도 3의 좌우 방향 및, 지면(紙面) 앞 깊이 방향)에 대해서, 후술하는 외측 열판 플레이트(41)와, 서로 간극 δ를 비우고 배치되어 있다.
내측 히터(32)는, 내측 열판 플레이트(31)의 상면(도 3의 상측의 면)에 배치되어 있고, 내측 열판 플레이트(31)를 가열하는 기기이다.
냉각 플레이트(33)는, 내측 히터(32)의 상면(도 3의 상측의 면)에 배치되어 있고, 에어 냉각 회로(28)에 의해 보내지는 에어로 냉각됨으로써, 내측 히터 블록(22)(내측 열판 플레이트(31))를 냉각하는 판상의 부재이다.
또, 외측 히터 블록(23)은 마스킹 플레이트(21)의 상면에 접촉하여, 마스킹 플레이트(21)를 가열하는 가열부이다. 이러한 외측 히터 블록(23)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 그 하측(도 3의 하측)에서 보았을 때, 내측 히터 블록(22)을 둘러싸도록 하여, 내측 히터 블록(22)보다도 마스킹 플레이트(21)의 면방향의 외측에 배치되어 있다. 또한, 외측 히터 블록(23)은, 본 개시의 「고온용 히터 블록」의 일례이다.
그리고, 외측 히터 블록(23)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 외측 열판 플레이트(41)와, 외측 히터(42)(외측 카트리지 히터)를 구비하고 있다.
외측 열판 플레이트(41)는, 마스킹 플레이트(21)의 상면에 접촉하는 금속(예를 들면, 스테인리스나 알루미늄)의 판상의 부재이다. 이 외측 열판 플레이트(41)는, 마스킹 플레이트(21)의면 방향에 대해, 내측 열판 플레이트(31)와 서로 간극 δ를 비우고 배치되어 있다.
외측 히터(42)는, 외측 열판 플레이트(41)의 상면(도 3의 상측의 면)에 배치되어 있고, 외측 열판 플레이트(41)를 가열하는 기기이다.
또, 단열재(24)는, 내측 히터 블록(22)과 상부 플레이트(25) 사이 및 외측 히터 블록(23)과 상부 플레이트(25) 사이를 단열하는 부재이다. 마스킹 플레이트 가압 금구(26)는 마스킹 플레이트(21)를 유지하는 금구이다.
진공 흡착 회로(27)는, 마스킹 플레이트(21)를 진공 흡인에 의해 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)에 흡착시키기 위한 흡인 통로이며, 도시하지 않은 흡인부에 접속되어 있다.
에어 냉각 회로(28)는, 내측 히터 블록(22)의 내측 열판(31)을 에어로 냉각하기 위해, 에어를 흘리는 통로이며, 도시하지 않은 에어 공급부에 접속되어 있다. 그리고, 예를 들면, 내측 히터 블록(22)을 저온용의 히터 블록으로 하고, 외측 히터 블록(23)을 고온용의 히터 블록으로 했을 때에, 에어 냉각 회로(28)는 저온용의 히터 블록인 내측 히터 블록(22)을 냉각한다.
본 실시 형태에서는, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t를 작게 하고, 예를 들면 0.2mm~3.0mm, 보다 바람직하게는 0.2mm~1.5mm로 한다. 또, 마스킹 플레이트(21)의 재질을 예를 들면 스테인리스로 하고 있기 때문에, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t가 작아도, 마스킹 플레이트(21)에 휨이 발생하기 어렵다.
또, 본 실시 형태에서는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)이, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향으로 서로 간극 δ를 비우고 배치되어 있다. 이 간극 δ는, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향으로 배치되는 (내측 히터 블록(22)의) 내측 열판 플레이트(31)와 (외측 히터 블록(23)의) 외측 열판 플레이트(41) 사이에 형성되는 것이다.
그리고, 간극 δ의 간격 α를 1mm~15mm로 하고, 예를 들면, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t의 5배의 크기로 하고 있다.
본 실시 형태에서는, 이러한 구성의 열판부(11)에 있어서, 내측 히터(32)의 설정 온도와 외측 히터(42)의 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 내측 열판 플레이트(31)와 외측 열판 플레이트(41)에 온도차를 마련한다. 예를 들면, 내측 히터(32)의 설정 온도를 외측 히터(42)의 설정 온도보다 낮게 함으로써, 내측 히터 블록(22)을 저온용의 히터 블록으로 하고, 외측 히터 블록(23)을 고온용의 히터 블록으로 한다. 이때, 에어 냉각 회로(28)에 의해 내측 히터 블록(22)의 내측 열판 플레이트(31)를 에어로 냉각함으로써, 내측 히터 블록(22)을 저온용의 히터 블록으로 한다. 그리고, 이와 같이 하여 내측 히터(32)의 설정 온도와 외측 히터(42)의 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 마스킹 플레이트(21)에 있어서 그 부위마다 온도차를 제공할 수 있다. 즉, 마스킹 플레이트(21)에 있어서, 그 온도에 관한 존(zone) 분할을 행할 수 있다.
이 때, 본 실시 형태에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t가 작고(예를 들면, t = 0.2mm~3.0mm, 보다 바람직하게는 t = 0.2mm~1.5mm), 또한, 내측 히터 블록(22)의 내측 열판 플레이트(31)와 외측 히터 블록(23)의 외측 열판 플레이트(41) 사이에는 간극 δ간극 δ의 간격 α = 1mm~15mm)가 마련되어 있다.
이에 의해, 외측 열판 플레이트(41)로부터 마스킹 플레이트(21)에 전달되는 열은, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향(도면 중, 파선으로 나타내는 화살표 방향)으로 전달되는 것보다, 마스킹 플레이트(21)의 두께 방향(도면 중, 굵은 선으로 나타내는 화살표 방향)으로 전달되기 쉽게 된다. 이 때문에, 고온 측의 외측 열판 플레이트(41)로부터 마스킹 플레이트(21)에 전달되는 열은, 마스킹 플레이트(21)에 있어서의 저온 측의 내측 열판 플레이트(31)에 대응하는 부분에 전달되는 것보다도, 시트 SH로 전달되기 쉽게 된다. 이와 같이 하여, 고온 측의 외측 열판 플레이트(41)로부터 마스킹 플레이트(21)에 전달되는 열에 의해, 저온 측의 내측 열판 플레이트(31)로부터 마스킹 플레이트(21)에 전달되는 열이 영향을 받기 어렵다. 따라서, 마스킹 플레이트(21)에 있어서의 외측 열판 플레이트(41)에 대응하는 부위를 고온으로 하고, 마스킹 플레이트(21)에 있어서의 내측 열판 플레이트(31)에 대응하는 부위를 저온으로 함으로써, 마스킹 플레이트(21)에 있어서의 그 부위마다 온도차를 마련할 수 있다. 따라서, 마스킹 플레이트(21)에 접촉하는 시트 SH에 대하여, 그 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
본 출원의 출원인은, 마스킹 플레이트(21)와 시트 SH의 온도 분포를 측정했다. 측정 조건으로서, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t를 1.0mm로 하고, 간극 δ의 간격 α를 5mm(마스킹 플레이트(21)의 두께 t의 5배의 크기)로 하고, 내측 히터(32)의 설정 온도를 125℃로 하고, 외측 히터(42)의 설정 온도를 170℃로 하였다.
그러면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 시트 SH에 있어서, 내측 히터 블록(22)의 내측 열판 플레이트(31)와 접촉하는 부위와, 외측 히터 블록(23)의 외측 열판 플레이트(41)와 접촉하는 부위 사이에서, 약 40℃의 온도차를 설정할 수 있었다. 이와 같이 하여, 시트 SH에 있어서 그 부위마다 약 40℃의 온도차를 마련할 수 있다면, 시트 SH로서 예를 들면 수지제의 필름을 열성형할 때에, 예를 들면, 인쇄 무늬가 있는 부위(도 2에 나타낸 부위 X1)은 가열 온도를 낮게 하여 늘어남을 억제하는 것이 가능해지고, 한편, 성형성을 좋게 하고 싶은 부위(도 2에 나타내는 부위 X2)는 가열 온도를 높게 하여 늘어남을 크게 하여 복잡한 형상으로 성형하는 것이 가능해진다. 또, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t를 1.0mm 이외의 0.2mm~3.0mm로 한 경우에도 마찬가지의 결과를 얻을 수 있고, 특히, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t를 0.2mm~1.5㎜로 한 경우에, 보다 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.
또한, 도 6에서, 「마스킹 플레이트(21) 우(右)」란 도 4에서 「우(右)」로 나타내는 위치에서의 마스킹 플레이트(21)의 온도 분포이며, 「마스킹 플레이트(21) 좌(左)」란 도 4에서 「좌(左)」로 나타내는 위치에서의 마스킹 플레이트(21)의 온도 분포이다.
<본 실시 형태의 작용 효과>
이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)이, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향으로 서로 간극 δ를 비우고 배치되어 있다. 그리고, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t를 0.2mm~3.0mm로 하고, 간극 δ의 간격 α를 1mm~15mm로 하고 있다.
이에 의해, 내측 히터 블록(22)의 내측 히터(32)의 설정 온도와, 외측 히터 블록(23)의 외측 히터(42)의 설정 온도와의 사이에 온도차를 마련하고, 마스킹 플레이트(21)의 면방향의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다. 그 때문에, 시트 SH를 열성형할 때에, 가열 공정에 있어서, 면 방향의 부위마다 온도차를 마련한 마스킹 플레이트(21)를 시트 SH에 접촉시켜, 시트 SH를 그 면 방향의 부위마다 온도차를 마련하면서 가열할 수 있다. 그리고, 성형 공정에 있어서, 시트 SH를, 그 면 방향의 부위마다 온도차를 마련한 상태에서, 금형(12)에 의해 성형할 수 있다. 따라서, 시트 SH를 열성형할 때, 시트 SH의 부위마다 온도차를 마련하면서 시트 SH를 열성형할 수 있다. 따라서, 시트 SH를 열성형 할 때, 예를 들면, 인쇄 무늬가 있는 부위(예를 들면, 도 2의 부위 X1)는 늘어남을 억제하면서 성형하는 한편, 성형성을 향상시키고 싶은 부위(예를 들면, 도 2의 부위 X2)는 늘어남을 크게 하여 성형할 수 있다.
또, 마스킹 플레이트(21)의 두께(t)를 작게 하여, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)의 간극 δ의 간격 α를 충분히 확보하므로, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)으로부터 마스킹 플레이트(21)로 전달된 열은, 마스킹 플레이트(21)에 있어서 서로 영향을 미치기 어렵게 된다. 이 때문에, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23) 사이에서 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 시트 SH의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
또, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t는 0.2mm~1.5mm로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여, 마스킹 플레이트(21)의 두께(t)를 더욱 작게 하기 때문에, 내측 히터 블록(22)이나 외측 히터 블록(23)으로부터 마스킹 플레이트(21)에 전달된 열은, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향으로 전달되기 어려운 한편, 마스킹 플레이트(21)의 두께 방향에 있는 시트 SH에 전달되기 쉽게 된다. 그 때문에, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)의 사이에서 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 보다 확실하게, 시트 SH의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
또, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)의 간극 δ의 간격 α를, 마스킹 플레이트(21)의 두께 t의 5 배의 크기로 한다.
이와 같이 하여, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)의 간극(δ의 간격(α)을 충분히 확보함으로써, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)으로부터 마스킹 플레이트(21)에 전달된 열은, 마스킹 플레이트(21)에서 서로 영향을 미치기 어렵게 된다. 그 때문에, 내측 히터 블록(22) 및 외측 히터 블록(23)으로부터 마스킹 플레이트(21)로 전달된 열은, 보다 확실히, 마스킹 플레이트(21)의 두께 방향에 있는 시트 SH로 전달되기 쉽게 된다. 따라서, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)의 사이서 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 보다 확실하게, 시트 SH의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
또, 열성형 장치(1)는, 저온용의 내측 히터 블록(22)을 에어로 냉각하는 에어 냉각 회로(28)를 가진다.
이에 의해, 저온용의 내측 히터 블록(22)을 효율 좋게 냉각할 수 있다. 그 때문에, 고온용의 외측 히터 블록(23)과 저온용의 내측 히터 블록(22)의 사이에서, 그 설정 온도에 온도차를 마련하기 쉽게 된다. 따라서, 시트 SH의 부위마다 더욱이 온도차를 마련할 수 있다.
또, 열성형 장치(1)는, 마스킹 플레이트(21)를 진공 흡인에 의해 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)에 흡착시키는 진공 흡착 회로(27)를 가진다.
이에 의해, 마스킹 플레이트(21)를 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)에 밀착시킬 수 있기 때문에, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)으로부터 마스킹 플레이트(21)에 열이 전달되기 쉽게 된다. 그 때문에, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)의 사이에서 그 설정 온도에 온도차를 마련함으로써, 보다 확실하게, 시트 SH의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다.
또, 간극 δ는, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향으로 배치되는 내측 열판 플레이트(31)와 외측 열판 플레이트(41) 사이에 형성되는 것이다.
이에 의해, 내측 히터(32)와 외측 히터(42)를 그대로 두고, 내측 열판 플레이트(31)와 외측 열판 플레이트(41)의 크기를 조정함으로써, 비용을 억제하면서 용이하게 간극 δ의 간격 α를 조정할 수 있다.
또, 본 실시형태의 열성형 방법에 의하면, 가열 공정에서는, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향으로 서로 간극 δ를 비우고 배치된 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)이, 마스킹 플레이트(21)를 가열한다. 그리고, 내측 히터 블록(22)이, 외측 히터 블록(23)과 다른 온도에서(즉, 외측 히터 블록(23)보다 저온에서), 마스킹 플레이트(21)를 가열한다.
이와 같이 하여, 내측 히터 블록(22)과 외측 히터 블록(23)의 사이에서 그 설정 온도에 온도차를 마련하여, 마스킹 플레이트(21)의 면 방향의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다. 그 때문에, 열가소성의 시트 SH를 열성형할 때에, 가열 공정에 있어서, 면 방향의 부위마다 온도차를 마련한 마스킹 플레이트(21)를 시트 SH에 접촉시켜, 시트 SH를 그 면 방향의 부위마다 온도 차이를 마련하면서 가열할 수 있다. 그리고, 성형 공정에 있어서, 시트 SH를, 그 면 방향의 부위마다 온도차를 마련한 상태에서, 성형할 수 있다. 따라서, 열가소성 시트 SH를 열성형할 때, 시트 SH의 부위마다 온도차를 마련하면서 시트 SH를 열성형할 수 있다.
또한, 상기한 실시의 형태는 단지 예시일 뿐, 본 개시를 전혀 한정하는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 개량, 변형이 가능한 것은 물론이다.
예를 들어, 도 7에 나타낸 바와 같이, 시트 SH의 길이 방향으로 저온용의 히터 블록(51)과 고온용의 히터 블록(52)을 서로 간극 δ를 비우고 배치함으로써, 시트 SH의 길이 방향의 부위마다 온도차를 마련할 수 있다. 또한, 도 7은 열판부(11)에 있어서의 저온용 히터 블록(51), 고온용 히터 블록(52) 및 마스킹 플레이트(21)를 위로부터 본 도면이다.
또, 상기 설명에서는, 복수의 히터 블록으로서, 2개의 히터 블록을 예로 들었지만, 열성형 장치(1)는, 3개 이상의 히터 블록을 갖고 있어도 좋다. 그리고, 이 때, 열성형 장치(1)는, 가열 공정에서, 복수의 히터 블록 중 적어도 하나의 히터 블록이 다른 히터 블록과 다른 온도에서 마스킹 플레이트(21)를 가열한다.
예를 들면, 내측 히터 블록(22)의 내측 히터(32)의 설정 온도와 외측 히터 블록(23)의 외측 히터(42)의 설정 온도를 동일 온도로 하면, 시트 SH를 균일한 온도로 가열하여 시트 SH를 열성형할 수도 있다.
1: 열성형 장치
11: 열판부
12: 금형
13: 테이블
14: 제어부
21: 마스킹 플레이트
22: 내측 히터 블록
23: 외측 히터 블록
27: 진공 흡착 회로
28: 에어 냉각 회로
31: 내측 열판 플레이트
32: 내측 히터
33: 냉각 플레이트
41: 외측 열판 플레이트
42: 외측 히터
SH: 시트
t: (마스킹 플레이트의) 두께
δ: 간극
α: 간격
X1, X2: 부위

Claims (6)

  1. 열성형 장치에 있어서, 상기 열성형 장치는:
    열가소성의 시트에 접촉하여 상기 시트를 가열하는 금속의 판상의 마스킹 플레이트, 및
    상기 마스킹 플레이트에 있어서의 상기 시트와의 접촉면과는 반대측의 면에 접촉하여, 상기 마스킹 플레이트를 가열하는 히터 블록을 가지고,
    복수의 상기 히터 블록이, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 서로 간극을 비우고 배치되어 있고,
    상기 마스킹 플레이트의 두께를 0.2mm~3.0mm로 하고,
    상기 간극의 간격을 1mm~15mm로 하고,
    상기 간극의 간격을, 상기 마스킹 플레이트의 두께의 5배 이상의 크기로 하여,
    고온용의 히터 블록으로부터 상기 마스킹 플레이트에 전달되는 열을, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 전달하기보다도, 상기 마스킹 플레이트의 두께 방향으로 전달하기 쉽게 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부분에 전달하기보다도, 상기 시트에 전달하기 쉽게 하고,
    상기 마스킹 플레이트에 있어서의 고온용의 히터 블록에 대응하는 부위를 고온으로 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부위를 저온으로 함으로써, 상기 마스킹 플레이트에 있어서 그 부위마다 온도차를 마련하는 것을 특징으로 하는 열성형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스킹 플레이트의 두께를 0.2mm~1.5mm로 하는, 열성형 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 히터 블록으로서, 고온용의 히터 블록과, 저온용의 히터 블록을 가지고,
    상기 저온용의 히터 블록을 에어로 냉각하는 에어 냉각 회로를 가지는, 열성형 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마스킹 플레이트를 진공 흡인에 의해 상기 히터 블록에 흡착시키는 진공 흡착 회로를 가지는, 열성형 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터 블록은,
    상기 마스킹 플레이트에 접촉하는 금속의 판상의 열판 플레이트, 및
    상기 열판 플레이트를 가열하는 히터를 구비하고,
    상기 간극은, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 배치되는 복수의 상기 열판 플레이트의 사이에 형성되는 것인, 열성형 장치.
  6. 열성형 방법에 있어서, 상기 열성형 방법은:
    금속의 판상의 마스킹 플레이트가 열가소성의 시트에 접촉하여 상기 시트를 가열하는 가열 공정, 및
    가열된 상태의 상기 시트가 금형에 의해 성형되는 성형 공정을 가지고,
    　상기 가열 공정에서는,
    상기 마스킹 플레이트에 있어서의 상기 시트와의 접촉면과는 반대측의 면에 접촉하고, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 서로 간극을 비우고 복수 배치된 히터 블록이, 상기 마스킹 플레이트를 가열하고,
    복수의 상기 히터 블록 중 적어도 하나의 상기 히터 블록이, 다른 상기 히터 블록과 다른 온도에서 상기 마스킹 플레이트를 가열하고,
    상기 마스킹 플레이트의 두께를 0.2mm~3.0mm로 하고,
    상기 간극의 간격을 1mm~15mm로 하고,
    상기 간극의 간격을, 상기 마스킹 플레이트의 두께의 5배 이상의 크기로 하여,
    고온용의 히터 블록으로부터 상기 마스킹 플레이트에 전달되는 열을, 상기 마스킹 플레이트의 면 방향으로 전달하기보다도, 상기 마스킹 플레이트의 두께 방향으로 전달하기 쉽게 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부분에 전달하기보다도, 상기 시트에 전달하기 쉽게 하고,
    상기 마스킹 플레이트에 있어서의 고온용의 히터 블록에 대응하는 부위를 고온으로 하고, 상기 마스킹 플레이트에 있어서의 저온용의 히터 블록에 대응하는 부위를 저온으로 함으로써, 상기 마스킹 플레이트에 있어서 그 부위마다 온도차를 마련하는 것을 특징으로 하는 열성형 방법.
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