CN100534774C - 压制成形装置及其方法 - Google Patents

Abstract

在压制成形装置中，将压模压在加工对象物上转印图案后易于将压模从加工对象物上脱模。压制成形装置(1)包括：上下压模(35a、35b)；加热和冷却上下压模(35a、35b)的调温板(34a、34b)；和气流喷嘴(41)，将调温板(34a、34b)加热到加工对象物(2)的软化温度以上，在真空或减压状态下，将软化温度以上的压模(35a、35b)压在加工对象物(2)的两面上进行压制成形。压制成形后，将调温板(34a)和调温板(34b)冷却到不同的温度，使压模(35a、35b)间的距离仅扩大ΔH。并将真空室向大气开放，同时将气流吹送到因热变形而产生的压模(35a、35b)和加工对象物(2)间的间隙中。

Description

压制成形装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种将具有微细图案的压模压在热可塑性树脂板的表面以在热可塑性树脂板的表面转印微细图案的压制成形，特别地，涉及一种用于在压制成形后容易从热可塑性树脂板上对压模进行脱模的技术。

背景技术

将热可塑性树脂作为材料，在真空或减压状态的真空室内对微细图案进行热转印压制成形的装置众所周知。此压制成形装置用于例如制造液晶显示板中使用的热可塑性树脂制的导光板等。

在这种压制成形装置中，当将具有微细图案的压模压在热可塑性树脂板的表面，图案的转印结束时，必须对热可塑性树脂从压模上进行脱模。但是，存在压模会贴在热可塑性树脂板的表面上，不能很好地脱模的情况。针对这种情况，在专利文献1中，记载了通过对加工对象物和压模的接触面吹送气流，将空气送入加工对象物和压模之间来进行脱模。

专利文献1：特开2006-167788号公报

发明内容

使用气流的脱模，在加工对象物和压模之间即使存在微小间隙，气流的空气也会进入到加工对象物和压模的间隙(脱模面)中，很好地起作用。

但是，当压模和加工对象物之间成为真空时，加工对象物和压压模之间完全没有间隙。因此，即使吹送气流，空气也不会进入到加工对象物和压模之间，所以存在不能脱模的情况。在真空或接近真空的减压状态下进行压制成形时特别容易出现这种情况。

因此，本发明的目的在于，在压制成形装置中，将压模压在加工对象物上转印图案后，容易可靠地从加工对象物对压模进行脱模。

根据本发明一个实施方式的压制成形装置，包括：用于对板状的热可塑性的加工对象物进行压制成形的第一模具和第二模具；用于对所述第一模具和第二模具进行加热和冷却的第一温度调节部和第二温度调节部；将所述第一温度调节部和第二温度调节部的温度控制成目标温度的温度控制装置；以及吹出气流的气流喷嘴。所述压制成形装置将所述第一模具和第二模具压在所述加工对象物的两面上进行压制成形，然后使用来自所述气流喷嘴的气流使所述加工对象物从所述第一模具和第二模具上脱模。其中，所述温度控制装置包括：加热控制装置，在将所述第一模具和第二模具压在所述加工对象物上进行压制成形时进行加热控制，以使所述第一温度调节部和第二温度调节部全都变成所述加工对象物的软化温度以上的目标温度；以及冷却控制装置，在所述气流喷嘴吹出气流时进行冷却控制，以使所述第一温度调节部和第二温度调节部变成所述软化温度以下的、彼此不同的目标温度。

在优选的实施方式中，所述冷却控制装置可以进行控制，以从所述软化温度以上的目标温度起冷却所述第一温度调节部和第二温度调节部并使其变成所述彼此不同的目标温度。

在又一优选实施方式中，所述冷却控制装置可以进行控制，以在冷却所述第一温度调节部和第二温度调节部后进行再加热，使所述第一温度调节部和第二温度调节部变成所述彼此不同的目标温度。

根据本发明一个实施方式的压制成形方法，所述压制成形方法中的压制成形装置包括：用于对板状的热可塑性的加工对象物进行压制成形的第一模具和第二模具；用于对所述第一模具和第二模具进行加热和冷却的第一温度调节部和第二温度调节部；以及吹出气流的气流喷嘴，其中所述压制成形方法包括以下步骤：所述第一温度调节部和第二温度调节部将所述第一模具和第二模具加热到所述加工对象物的软化温度以上；将加热到所述软化温度以上的第一模具和第二模具压在所述加工对象物的两面上进行压制成形；所述压制成形以后，将所述第一模具和第二模具间的距离仅扩大预定距离，并从所述气流喷嘴向所述第一模具和第二模具与所述加工对象物相接的面吹送气流；以及在吹送所述气流时进行冷却以使所述第一温度调节部和第二温度调节部变成各不相同的目标温度。

附图说明

图1是表示本实施方式涉及的压制成形装置1的简略结构的图。

图2是表示压制部30的详细结构的剖面图。

图3是表示压制部30和温度控制装置60的详细结构的图。

图4表示加热及冷却的目标温度的集合(セツト)。

图5表示第一压制动作中1周期的各种状态的时间变化。

图6是表示压制部30的1周期的动作示意图。

图7是表示第一压制动作中压制加工的1周期的处理程序的流程图。

图8表示第二压制动作中1周期的各种状态的时间变化。

图9是表示第二压制动作中压制加工的1周期的处理程序的流程图。

符号说明

1    压制成形装置        11  伺服马达

12   带轮                13  同步皮带

14   滚珠丝杠            15  编码器

16   伺服放大器          17  控制器

21   滑块                22  台面

23   滑块位置检测装置    24  施加压力检测装置

30   压制部              31  上框体

32   下框体              33  隔热板

34a、34b  调温板         35a、35b  压模

36   大气开放口          37  真空抽吸口

38a、38b  温度传感器     39  真空密封垫

40  真空泵                        41  气流喷嘴

60  温度控制装置

具体实施方式

以下、使用附图说明本发明一个实施方式涉及的压制成形装置。

图1是表示本实施方式涉及的压制成形装置1的简略结构的图。

如该图所示，压制成形装置1包括对加工对象物2进行压制的压制部30和用于控制压制部30的结构。用于控制压制部30的结构包括：作为用于使滑块21上下运动的电动机的伺服马达11、11；将伺服马达11、11的旋转转变成滑块21的直线运动的动力转换机构(带轮12、12，同步皮带13、13，滚珠丝杠14、14)；驱动伺服马达11、11的控制器17；以及用于对压模35的温度进行调节的温度控制装置60。控制器17根据滑块位置检测装置23、23的输出，输出用于通过位置控制来驱动伺服马达11、11的控制信号；根据施加压力检测装置24、24的输出，输出用于通过施加压力控制来驱动伺服马达11、11的控制信号。后面将叙述控制器17输出的控制信号的详细情况。伺服放大器16、16从控制器17接收控制信号时，根据该控制信号和编码器15、15的输出，控制对伺服马达11、11输出的电流。即，伺服马达11根据来自控制器17的指示进行动作，使安装在滑块21上的后述的压模35接近及背离加工对象物2。并且，根据控制器17的指示，将压模35压在加工对象物2上，加工对象物2被压制成形。

加工对象物2是热可塑性树脂制的板，例如丙烯制或聚碳酸酯制的导光板用的板。压模35a、35b分别是例如不锈钢制或镍制的、具有0.2～2.0mm厚度的薄板，其表面具有应形成于导光板的表面上的凹凸形状。

图2是压制部30的详细结构的剖面图，图3是表示压制部30和温度控制装置60的详细结构的图。

压制部30具有与滑块21结合的上框体31和与台面22结合的下框体32。与滑块21的上下运动配合，上框体31上下移动。而且，在上框体31和下框体32相接的部分分别安装有真空密封垫39、39、39、39。并且，当上框体31下降，安装在上框体31的真空密封垫39、39和安装在下框体32的真空密封垫39、39相接时，在上框体31和下框体32的内部将形成密闭的空间(真空室)。

下框体32包括吹出气流的气流喷嘴41、41。为了在压制成形后，从压模35上对加工对象物2进行脱模，该气流被吹送到压模35和加工对象物2的接触面附近。后面将对吹送气流的定时(タイミング)进行描述。

在下框体32中还设置有大气开放口36及真空抽吸口37。大气开放口36通过真空阀46向大气开放。真空抽吸口37通过真空阀45连接到真空泵40。在将真空室内变为真空或减压状态的情况下，打开真空阀45同时关闭真空阀46，利用真空泵40进行抽真空。在将真空室内向大气开放的情况下，关闭真空阀45同时打开真空泵46。此外，在下框体32中安装有用于检测真空室内的气压的压力传感器(未图示)。

在上框体31及下框体32的各内侧，隔热板33(33a、33b)、板状温度调节容器(下面称为调温板)34(34a、34b)、和作为用于将预定的凹凸图案转印到加工对象物2上的模具的压模35(35a、35b)从外侧向内侧以此顺序层叠构成。在调温板34(34a、34b)中设有温度传感器38a、38b，用于检测调温板的温度。

在调温板34的内部设有流路，以使由温度控制装置60供给的液体或气体等流体流动。然后，通过使预定温度的流体在该流路中流动进行压模35的加热及冷却。如后所述，温度控制装置60通过控制在调温板34内的流路中流动的流体的温度，能够决定调温板34的加热温度及冷却温度。

温度控制装置60将调温板34的温度控制成目标温度。例如，温度控制装置60使用高温蒸气作为用于加热调温板34的介质，使用低温的冷却水作为用于冷却调温板34的介质，将它们中的任意一个分别提供给上下的调温板34a、34b。即，温度控制装置60包括：冷却水流入的冷却水供给口62、蒸气流入的蒸气供给口63、对冷却水进行排水的冷却水返回口64、和从调温板34放出冷却水时的空气供给口65。

各供给口62、63分别与向上下的调温板34a、34b供给蒸气或冷却水的供给管线66连接，冷却水返回口64连接到来自上下的调温板34a、34b的排水管线67。而且，在各供给口62、63和供给管线66之间配置有电磁阀611～616。并且，如后所述，通过控制电磁阀611～616的开闭来进行上下调温板34a、34b的加热和冷却。

温度制装置60能够独立地控制上下调温板34a、34b，以使上下调温板34a、34b变成各不相同的温度。而且，即使在对调温板34加热和冷却的任意一种情况下，均可以预先设定多个作为目标的设定温度，温度控制装置60将从其中选择出的一个温度作为目标温度。例如，在本实施方式中，如图4所示，准备2组加热用的图、2组冷却用的图，用于分别确定上下调温板34a、34b的温度，通过任一温度图进行加热或冷却。

接下来，对加热和冷却调温板34时的温度控制装置60的控制进行说明。

首先，当加热时，温度控制装置60打开电磁阀613、614、615，关闭电磁阀611、612、616、617。由此，蒸气从蒸气供给口63提供给上下调温板34a、34b，由此进行加热。此时，温度控制装置60通过温度传感器38a、38b监视上下调温板34a、34b的各温度。

例如，选择了“加热1”的温度图时，蒸气提供给上调温板34a，当温度超过设定温度Hu1时，温度控制装置60关闭电磁阀613。一旦关闭电磁阀613，则向上调温板34a供给蒸气停止，上调温板34a的温度开始下降。然后，当上调温板34a的温度低于设定温度Hu1时，温度控制装置60再次打开电磁阀613，再次开始向上调温板34a供给蒸气。通过此电磁阀613的开闭，上调温板34a的温度被维持在设定温度Hu1，上调温板34a将压模35a加热到设定温度Hu1。

在加热下调温板34b的情况下，同样地，温度控制装置60控制电磁阀614的开闭，并加以控制以便维持设定温度Hl1。由此，下调温板34b将压模35b加热到设定温度Hl1。

此时，通过独立地使电磁阀613和电磁阀614开闭，能够将上下调温板34a、34b及压模35a、35b加热到各不相同的温度。

此外，选择了“加热2”的温度图时，将Hu2及Hl2作为上下调温板34a、34b各自的设定温度，进行与“加热1”的情况相同的控制。

另一方面，当冷却时，温度控制装置60打开电磁阀611、612、616，关闭电磁阀613、614、615、617。由此，冷却水提供给上下调温板34a、34b，调温板34a、34b被冷却。与加热的情况相同，通过温度传感器38a、38b监视调温板34a、34b的温度，因此根据监视结果，可以进行如下的调温板34a、34b的温度控制。

即，选择了“冷却1”的温度图时，向上调温板34a供给冷却水，当温度低于设定温度Cu1时，关闭电磁阀611。由于关闭电磁阀611，因而向上调温板34a供给冷却水停止，上调温板34a的温度下降变缓。对于下调温板34b也相同，向下调温板34b供给冷却水，当温度低于设定温度Cl1时，关闭电磁阀612。由此，能够将上下调温板34a、34b冷却到各自的设定温度Cu1、Cl1，与此同时，通过冷却的调温板34a、34b还能够使压模35a、35b变为设定温度Cu1、Cl1。

此时，通过独立地开闭电磁阀611及电磁阀612，能够将上下的调温板34a、34b和压模35a、35b冷却到各不相同的温度。

此外，在选择了“冷却2”的温度图的情况下，将Cu2和Cl2作为上下的调温板34a、34b各自的设定温度，进行与“冷却1”时相同的控制。

另外，可以对残留于调温板34的冷却水进行排水，以防止调温板34的过冷却。此排水在关闭电磁阀611、612的状态下通过打开电磁阀617来进行。

接着，使用图5～图9，对利用本实施方式涉及的压制成形装置1进行加工对象物压制的动作的1个周期进行说明。

图5A～D表示对加工对象物2进行压制的第一压制动作中的、1周期的各种状态的时间变化。即，该图A表示上下方向的滑块的位置变化，该图B表示压力机施加压力的变化，该图C表示调温板34的温度变化，以及该图D表示真空室内的气压的变化。

图6A～D是表示压制部30的1周期的动作的示意图。在该图中，用S1～S4表示滑块的位置的变化。此S1～S4对应于图5A的纵轴所示的S1～S4。

图7是表示压制加工的1周期的处理程序的流程图。

首先，在时刻0，滑块21的位置为上限位置S1。此时，将加工对象物2搬入压制部30(S11)。由此，利用控制器17的位置控制，滑块21下降到接触上下真空密封垫39、39的位置S2(S12)。

滑块21下降到S2时(时刻t1)，真空泵40开始真空室内的抽真空(S13)。由此，如图5D所示，真空室内的压力开始下降。

此外，在时刻t1以后，与抽真空并行，如图5C所示，温度控制装置60以“加热1”的温度图对上下调温板34a、34b开始加热(S14)。第一压制动作中，“加热1”的上下调温板34a、34b的设定温度(Hu1、Hl1)相等，此设定温度被设定得比加工对象物2的软化温度Tg高30℃以上。因此，例如，在加工对象物2为丙烯的情况下，可以Hu1＝Hl1＝120～140℃。

接着，上下调温板34a、34b的温度达到大概的设定温度(Hu1、Hl1)，同时真空室内的真空度达到预定的设定真空度P时(时刻：t2)，通过控制器17的施加压力控制，滑块21下降。此时，如图5B所示，控制器17使滑块21下降以形成设定的施加压力L，利用施加压力L将压模35向加工对象物2进行压制(S15)。此施加压力L被暂且维持，加工对象物2被压制成形。

可是，如图5A所示，以施加压力L进行压制时的滑块21的位置大致为S3的位置。但是，由于此时不进行位置控制，而是进行施加压力控制，所以，追随调温板34a、34b及加工对象物2由加热和冷却引起的热膨胀及热收缩，滑块21的位置仅上下移动，施加压力保持恒定。

接着，如图5C所示，温度控制装置60自时刻t3起以“冷却1”的温度图对上下调温板34a、34b开始冷却(S16)。此时，滑块21的位置(图5A)、压力机施加压力(图5B)、及真空室内的气压(图5D)照原样维持。

在第一压制动作中，对“冷却1”的调温板34a、34b的设定温度Cu1、Cl1进行设定以使其任一个均低于加工对象物的软化温度Tg，并且，使上调温板34a的设定温度Cu1和下调温板34b的设定温度Cl1不相同(例如Cu1＞Cl1)。因此，在加工对象物为丙烯的情况下，Cu1和Cl1也可在50～90℃之间。

上下调温板34a、34b的温度冷却到“冷却1”的设定温度时，控制器17通过位置控制使滑块21仅上升预定的移动距离ΔH来扩大上下压模35a、35b间的距离，使其向S4的位置移动(S17)。在此，滑块21的移动距离ΔH也可以是在真空室没有打开的位置，并且在加工对象物2的表面和压模35间可形成气流的空气进入的间隙的距离。

此时，在上下调温板34a、34b的温度不相同的状态下，滑块21上升时，因加工对象物2的上面和下面之间产生的温度梯度而使加工对象物2翘曲变形。由于此翘曲，在上下的压模35a、35b和加工对象物2之间形成一点点间隙。在此，优选地加工对象物2的翘曲尽可能小。因此，通过使移动距离ΔH及设定温度Cu1、Cl1最佳化，能够以最小的翘曲对加工对象物2进行脱模。

在时刻t4，在将真空室向大气开放(S18)的同时，通过从气流喷嘴41向加工对象物2的上下面和压模35a、35b间吹送空气(S19)，空气进入加工对象物2和压模35a、35b之间，加工对象物2从压模35上脱模。气流仅在预先设定的时间(在此，时刻t4～t5之间)进行。

此后，温度控制装置60以“冷却2”的温度集合(セツト)图冷却上下调温板34a、34b(S20)。

“冷却2”的调温板的设定温度Cu2、Cl2是相同的温度，并且比“冷却1”的上下调温板的设定温度Cu1、Cl1任一个低。通过使设定温度Cu2及Cl2温度相等来修正加工对象物2的翘曲。因此、加工对象物2为丙烯的情况下，将设定温度Cu2、Cl2设定在40～70℃之间。

上下调温板34a、34b的温度变成“冷却2”的设定温度Cu2、Cl2时(时刻：t5)，通过位置控制使滑块21向上限位置S1上升(S21)，从而能够取出已成形的加工对象物2。

接着，对第二压制动作进行说明。重点说明与第一压制动作的不同点。

图8及图9是表示对加工对象物2进行压制的第二压制动作中的、1周期的各种状态的时间变化的图表及流程图。第二压制动作与第一压制动作相同至时刻t3。因此，在流程图中，到步骤S31～S35止，与第一压制动作中的步骤S11～S15相同。

在第二压制动作中，时刻t3以后，温度控制装置60按照设定温度被设定为Cu1＝Cl1的“冷却1”的温度图冷却调温板34a、34b(S36)。在此，设定温度Cu2、Cl2任一个均在加工对象物2的软化温度Tg以下。然后，调温板34a、34b冷却到设定温度后，即成为时刻t4时，温度控制装置60按照“加热2”的温度集合(セツト)对调温板34a、34b再加热(S37)。

设定此时的设定温度Hu2、Hl2以使其任一个均在加工对象物2的软化温度Tg以下，并且使上调温板34a的设定温度Hu2和下调温板34b的设定温度Hl2不同(例如Hu2＞Hl2)。

以“加热2”进行加热，当加工对象物2中产生温度梯度时，通过控制器17的位置控制使滑块21上升ΔH并向S4的位置移动(S38)。然后，在滑块21向S4的位置移动后，在时刻t5，在将真空室向大气开放(S39)的同时，通过从气流喷嘴41向加工对象物2的上下面和压模35之间吹送空气(S40)，与第一压制动作的情况相同，空气进入少许翘曲的加工对象物2和压模35a、35b之间，使加工对象物2从压模35a、35b上脱模。

即，在第二压制动作中，一旦将上下压模35a、35b冷却到加工对象物2的软化温度以下的相同温度后，尽管处于软化温度以下，但可以再次加热以使上下压模35a、35b的温度不同，使加工对象物2产生温度梯度、翘曲。

此后，与第一压制动作的情况相同，按照“冷却2”的温度图进行冷却以使上下调温板34a、34b变成相同温度(S41)，使滑块21向上限位置S1上升(S42)。

上述本发明的实施方式是用于说明本发明的例子，本发明的范围不只限于这些实施方式。本领域普通技术人员应当理解，在不脱离本发明宗旨的情况下可通过各种方式来实施本发明。

例如，在上述实施方式中，说明了真空下进行压制成形的情况，但本发明也能够适用于非真空状态下进行压制成形的情况。另一方面，如上述实施方式所述，在真空下进行压制成形时，特别是，压模和加工对象物相接的面容易成为真空，难以脱模，因而本发明是特别有效的。

Claims (3)

1.压制成形装置，包括：用于对板状的热可塑性的加工对象物(2)进行压制成形的第一模具和第二模具(35a、35b)；用于对所述第一模具和第二模具进行加热和冷却的第一温度调节部和第二温度调节部(34a、34b)；将所述第一温度调节部和第二温度调节部的温度控制成目标温度的温度控制装置(60)；以及吹出气流的气流喷嘴(41、41)，所述压制成形装置(1)将所述第一模具和第二模具压在所述加工对象物的两面上进行压制成形，然后使用来自所述气流喷嘴的气流使所述加工对象物从所述第一模具和第二模具上脱模，其特征在于，

所述温度控制装置包括：

加热控制装置，在将所述第一模具和第二模具压在所述加工对象物上进行压制成形时进行加热控制，以使所述第一温度调节部和第二温度调节部全都变成所述加工对象物的软化温度以上的目标温度；以及

冷却控制装置，在所述气流喷嘴吹出气流时进行冷却控制，以当所述第一模具和所述第二模具之间的间距扩大预定距离时使所述第一温度调节部和第二温度调节部变成所述软化温度以下的、彼此不同的第一和第二目标温度，然后，进行冷却控制以使所述第一温度调节部和第二温度调节部变成所述第一和第二目标温度以下的第三目标温度。

2.压制成形装置，包括：用于对板状的热可塑性的加工对象物(2)进行压制成形的第一模具和第二模具(35a、35b)；用于对所述第一模具和第二模具进行加热和冷却的第一温度调节部和第二温度调节部(34a、34b)；将所述第一温度调节部和第二温度调节部的温度控制成目标温度的温度控制装置(60)；以及吹出气流的气流喷嘴(41、41)，所述压制成形装置(1)将所述第一模具和第二模具压在所述加工对象物的两面上进行压制成形，然后使用来自所述气流喷嘴的气流使所述加工对象物从所述第一模具和第二模具上脱模，其特征在于，

所述温度控制装置包括：

加热控制装置，在将所述第一模具和第二模具压在所述加工对象物上进行压制成形时进行加热控制，以使所述第一温度调节部和第二温度调节部全都变成所述加工对象物的软化温度以上的目标温度；以及

冷却控制装置，在进行所述压制成形时进行冷却控制，以使所述第一温度调节部和第二温度调节部全都变成所述软化温度以下的第四目标温度，

其中在所述气流喷嘴吹出气流时，当所述第一模具和所述第二模具之间的间距扩大预定距离，所述加热控制装置进行再加热并进行加热控制以使所述第一温度调节部和第二温度调节部变成所述软化温度以下的、彼此不同的第五和第六目标温度，

然后，所述冷却控制装置进行再冷却并进行冷却控制以使所述第一温度调节部和第二温度调节部变成所述第五和第六目标温度以下的第七目标温度。

3.压制成形方法，所述压制成形方法中的压制成形装置(1)包括：用于对板状的热可塑性的加工对象物(2)进行压制成形的第一模具和第二模具(35a、35b)；用于对所述第一模具和第二模具进行加热和冷却的第一温度调节部和第二温度调节部(34a、34b)；以及吹出气流的气流喷嘴(41、41)，其中

所述压制成形方法包括以下步骤：

所述第一温度调节部和第二温度调节部将所述第一模具和第二模具加热到所述加工对象物的软化温度以上；

将加热到所述软化温度以上的第一模具和第二模具压在所述加工对象物的两面上进行压制成形；

所述压制成形以后，将所述第一模具和第二模具间的距离仅扩大预定距离，并从所述气流喷嘴向所述第一模具和第二模具与所述加工对象物相接的面吹送气流；以及

在吹送所述气流时进行冷却以使所述第一温度调节部和第二温度调节部变成各不相同的目标温度。

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