JP4725853B2 - 平行調整機構および該平行調整機構を用いる加圧成型装置、ならびに該加圧成型装置の平行調整法 - Google Patents

Description

本発明は平行調整機構および該平行調整機構を用いる加圧成型装置、ならびに該加圧成型装置の平行調整法に関する。さらに詳しくは、加圧成型において、金型と下熱盤の平行調整を容易かつ高精度に行うことができ、勘に頼らずに短時間の調整作業で精密加圧を行うができる平行調整機構および該平行調整機構を用いる加圧成型装置、ならびに該加圧成型装置の平行調整法に関する。

近年、ホットエンボスまたはナノインプリントと呼ばれる成型方法が行われている。これは微細な加工を施した金型を樹脂やガラスなどのワークに押し付けたまま加熱、冷却を行い転写成型する方法で、非常に精密な転写が可能である。しかし、精密な転写を行うためには、金型と下熱盤に載置されるワークとの平行度を１μｍ以下の精度に保たなければいけない。もし、平行が保たれていないと、離型するときに金型とワークが傾いて離型するため、せっかく転写された形状が崩れたり、変形したりして不良品となってしまう。

従来、金型とワークの平行度を調整するために、押しボルトにより金型を傾けたり、薄いシム板を挟んだりして行っている。しかし、シム板では微調整が利かないため、精密な調整が困難であり、さらに平行調整作業に熟練を要し、実用的ではない。また、押しボルトにて傾き調整をする方法では、細目ねじを使用しても一回転当たりの変位量が大きく微調整が困難である。また、ネジ部の遊びやリード誤差があるため、押しボルトを回しても金型が比例して移動しない。このため、調整は勘に頼ることとなり、押しボルトの調整と圧力分布の測定の調整・測定を繰り返し行うため作業時間が長くなってしまう。

この作業時間を短縮するために、金型に高精度の測定器を取り付け、変位量を計りながら平行度調整を行えば短時間で調整可能である。しかしながら、微小な変位量を測定できる測定器は高価であり、金型の四隅に夫々測定器を取り付けると更にコストがかさむことになる。１個の測定器で調整を行う場合は、各四隅を順番に測定しながら押しボルトを調整することとなり、やはり、調整に手間取り作業時間が長くなってしまう。さらに、金型自体の厚み公差や組付け精度により金型と下熱盤の平行度が微妙に違ってくるため、この平行度調整作業は金型を交換する毎に行わなければならず、作業時間の多くを占め、大きな間題となっている。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、加圧成型における、金型とワークを載置する下熱盤との平行調整を短時間で高精度に行うことができる平行調整機構および該平行調整機構を用いる加圧成型装置、ならびに該加圧成型装置の平行調整法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の平行調整機構は、加圧成型装置に用いられる、定盤の上部に配置される下熱盤と、可動昇降板の下部に上熱盤を介して配置される金型との平行を調整する平行調整機構であって、前記可動昇降板と上熱盤とのあいだで該上熱盤の上部に配設される傾動板と、前記可動昇降板の少なくとも３箇所の部位に配置されているとともに、該可動昇降板を通して前記傾動板に連結し、該傾動板を傾動させる差動ネジからなる平行調整手段と、前記可動昇降板に連結されているとともに、前記傾動板の傾動量を変位として検出する変位検出手段とを具備してなることを特徴としている。

また、本発明の請求項５記載の加圧成型装置は、定盤と、該定盤の上部に配置される下熱盤と、該下熱盤に対向して上方に配設され、昇降ロッドにより昇降可能な可動昇降板と、該可動昇降板の下部に配置される上熱盤および金型とを備える加圧成型装置であって、前記下熱盤と金型との平行を調整する請求項１記載の平行調整機構を具備してなること特徴としている。

さらに、本発明の加圧成型装置の平行調整法は、前記請求項５記載の加圧成型装置における前記下熱盤と金型との平行を調整する方法であって、前記下熱盤に感圧紙を載せる工程と、前記可動昇降板を降下させて前記金型を該感圧紙に押圧する工程と、当該押圧後、該感圧紙から前記下熱盤に対する金型の圧力分布を測定する工程と、当該測定される圧力分布が均一になるように、前記平行調整手段を調整して前記下熱盤と
金型との平行を調整する工程とを含むことを特徴としている。

また、本発明の加圧成型装置の平行調整法は、前記請求項５記載の加圧成型装置における前記下熱盤と金型との平行を調整する方法であって、前記下熱盤に圧力センサを載せる工程と、前記可動昇降板を降下させて前記金型を該センサに押圧する工程と、当該押圧後、該センサから出力される信号から前記下熱盤に対する金型の圧力分布を測定する工程と、当該測定される圧力分布が均一になるように、前記平行調整手段を調整して前記下熱盤と金型との平行を調整する工程とを含むことを特徴としている。

本発明によれば、金型と下熱盤の平行調整を、勘に頼らない数値により短時間で高精度に行うことができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の平行調整機構および該平行調整機構を用いる加圧成型装置、ならびに該加圧成型装置の平行調整法を説明する。本発明の一実施の形態にかかわる加圧成型装置は、図１に示されるように、定盤（下固定板）１と、該定盤１の上部に配置されるヒータ（図示せず）を組み込んだ下熱盤２と、該下熱盤２に対向して上方に配設される可動昇降板３と、該可動昇降板３の下部に配置されるヒータ（図示せず）を組み込んだ上熱盤４および金型５と、平行調整機構Ａとを具備している。前記可動昇降板３は、加圧成型装置に備わっている昇降・加圧機構（図示せず）の昇降ロッド（図示せず）により上下方向に昇降できるようにされている。また、前記平行調整機構Ａは、前記下熱盤４と金型５との平行を調整するための傾動板１１、平行調整手段Ｂおよび変位検出手段Ｃを具備している。

前記傾動板１１は、前記可動昇降板３と上熱盤４とのあいだにおいて、該上熱盤４の上部に固着されている。本実施の形態では、該傾動板１１は、上熱盤４の上面に直接固着されているが、たとえば前記上熱盤と可動昇降板３とのあいだのスペースに、該傾動板１１と可動昇降板３とのあいだの所定の隙間が確保されるのであれば、スペーサ部材などの高さ調整部材を介して前記上熱盤４の上部に配設することもできる。

前記平行調整手段Ｂは、前記可動昇降板３の４箇所（四隅）の部位に配置され、該可動昇降板３を通して前記傾動板１１に連結している。該平行調整手段Ｂとしては、傾動板１１を傾動させることができる手段であれば、とくに限定されるものではなく、たとえばネジ要素などを適宜選定することができるが、本実施の形態では、高さ調整ネジを微調整可能な差動ネジ１２が用いられている。この差動ネジ１２のスライド可能なナット部材１２ａが前記傾動板１１に固定されている。前記差動ネジ１２は、内外のネジのピッチ差が一回転当たりの移動量となり、本実施の形態では、ピッチ差が３６μｍの差動ネジを作製し、該差動ネジを1°回した場合の移動量が０．１μｍとなるように設定されている。通常ネジではピッチ０．７ｍｍ程度が限界であり1°当たりの移動量２μｍとなり、差動ネジ１２では通常ネジに比べて２０倍近くの精度で調整が可能である。また、前記差動ネジ１２には、上下動を固定するクランプ機構として、送りねじの回転を防止するためのクランプレバー１３が夫々に配置されている。なお、差動ネジ１２は、前記可動昇降板３の４箇所の部位に配置されているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、少なくとも３箇所の部位に配置することができる。

前記変位検出手段Ｃは、前記可動昇降板３に連結されているとともに、前記傾動板１１の傾動量を変位として検出することができる手段であれば、本発明においては、とくに限定されるものではないが、本実施の形態では、ダイヤルゲージの変位計１４が用いられている。また、この変位計１４は、前記傾動板１１の四隅に、前記定盤１の外側へ張り出した張り出し部としてのアーム１４に検出部１４ａの先端が接触するように連結部材１５を介して取り付けられている。これにより、前記傾動板１１が傾くとこのアーム１４が一緒に傾くため、該傾きを増幅させた傾斜量として測定することができる。このとき、金型５の傾きは、アーム１４の検出部１４ａにおいて、金型５の大きさとアーム１４までの長さの比率に応じた量に拡大されるので、金型面５ａの微小な傾きを増幅し測定することができる。このため、高精度で高価な変位計を使う必要はなく、低精度で安価な変位計を使うことができるため、製造コストを低減することができる。

なお、前記アーム１４を長くすれば、増幅率も大きくなり精度は向上するが、フットスペースの関係から、むやみには大きくすることができず、５〜１０倍程度が好適である。本実施の形態では、金型寸法７５ｍｍに対しアーム１４の長さを３７５ｍｍとして、５倍の増幅率としている。すなわち、差動ネジを１°回すと、０．１μｍ／５＝０．０２μｍ移動することになる。また、変位計１４の動きを直読しながら調整を行うため、従来技術の問題点で述べたネジ部の遊びやリード誤差を無視することができ、勘に頼らない数値による高精度な調整を行うことができる。

つぎに、このように構成される加圧成型装置の動作について説明する。始めに金型５と下熱盤２の平行度を出す調整作業を行う。まず、上熱盤４に金型５を取り付けたのち、下熱盤２の上に圧力により発色する感圧紙をセットする。ここで、該感圧紙に代えて圧力分布を測定できるセンサ、たとえばタクタイルセンサ（ニッタ（株）製）を載置することもできる。このセンサを用いる場合、該センサから出力される信号から圧力分布を測定するための表示部や演算部などからなる機器を備えておく。

ついで、昇降・加圧機構を作動させて可動昇降板３とともに金型５を降下して、前記下熱盤２の上に載置される感圧紙を押し付ける。そして、このときの下熱盤２に対する金型５の圧力分布を測定し、現在の平行度の度合いを確認する。具体的には、実際に加圧する圧力に合わせ感圧紙を選択し、金型寸法より一回り大きく切り取り、下熱盤の上に置く。そして、１８０℃程度までは加熱に耐えるので、加工条件に合せて加熱し、加圧する。加圧され赤色した感圧紙を目視または読み取り装置にて圧力分布を測定する。

ついで、前記４箇所に配置した差動ネジ１２を調整し、圧力分布が均一になるようにする。具体的には、圧力の高い部分の差動ネジ１２のクランプレバー１３を緩め、該差動ネジ１２を縮む方向に回すことにより、前記傾動板１１を傾けて下熱盤２に対する金型５の平行度を調整する。このようにして、金型５と下熱盤２の平行度を調整し、成型作業前の準備作業を終了する。

つぎに、前記下熱盤２にワークＷをセットし、昇降・加圧機構を作動させて金型５をワークＷに押し付けて、成型作業を実施する。この成型作業は、下熱盤２にワークＷとして熱可塑性樹脂、たとえばメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）をセットし、昇降・加圧機構により可動昇降板３を降下させ金型５を下熱盤２上のワークＷに押し付ける。このときの圧力は材質や、金型により変わるが、５〜３０ｋＮで加圧される。ついで、前記上下熱盤２、４に組み込まれたヒータを加熱し、所定温度である熱可塑性樹脂の軟化点（ガラスの場合はガラス転移点Ｔｇ点）以上、本実施の形態の場合は１５０〜１８０℃に加熱した。ついで、昇温後、数分間保持し室温まで冷却したのち、金型５を上昇させ、金型５とワークＷを離型する。そして、ワークＷを取り出す作業を行って、一連の成型作業を終了する。

以上、本実施の形態では、熱可塑性樹脂の成型について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ガラス成型、紫外線（ＵＶ光）と石英ガラス型を用いた成型においても適用することができる。

本発明の一実施の形態にかかわる加圧成型装置の構成図である。

符号の説明

Ａ 平行調整機構
Ｂ 平行調整手段
Ｃ 変位検出手段
１ 定盤
２ 下熱盤
３ 可動昇降板
４ 上熱盤
５ 金型
１１ 傾動板
１２ 差動ネジ
１２ａ ナット部材
１３ クランプレバー
１４ 変位計
１４ａ 検出部
１５ 連結部材

Claims (7)

1. 加圧成型装置に用いられる、定盤の上部に配置される下熱盤と、可動昇降板の下部に上熱盤を介して配置される金型との平行を調整する平行調整機構であって、
   前記可動昇降板と上熱盤とのあいだで該上熱盤の上部に配設される傾動板と、
   前記可動昇降板の少なくとも３箇所の部位に配置されているとともに、該可動昇降板を通して前記傾動板に連結し、該傾動板を傾動させる差動ネジからなる平行調整手段と、
   前記可動昇降板に連結されているとともに、前記傾動板の傾動量を変位として検出する変位検出手段
   とを具備してなる平行調整機構。
2. 前記差動ネジが上下動を固定するクランプ機構を備えている請求項１記載の平行調整機構。
3. 前記傾動板に該傾動板の傾動量を増幅させるための張り出し部が設けられており、該張り出し部に前記変位検出手段の検出部が接触してなる請求項１または２記載の平行調整機構。
4. 前記張り出し部が前記定盤の外側へ張り出している請求項３記載の平行調整機構。
5. 定盤と、該定盤の上部に配置される下熱盤と、該下熱盤に対向して上方に配設され、昇降ロッドにより昇降可能な可動昇降板と、該可動昇降板の下部に配置される上熱盤および金型とを備える加圧成型装置であって、
   前記下熱盤と金型との平行を調整する請求項１、２、３または４記載の平行調整機構を具備してなる加圧成型装置。
6. 前記請求項５記載の加圧成型装置における前記下熱盤と金型との平行を調整する方法であって、
   前記下熱盤に感圧紙を載せる工程と、
   前記可動昇降板を降下させて前記金型を該感圧紙に押圧する工程と、
   当該押圧後、該感圧紙から前記下熱盤に対する金型の圧力分布を測定する工程と、
   当該測定される圧力分布が均一になるように、前記平行調整手段を調整して前記下熱盤と
   金型との平行を調整する工程
   とを含む加圧成型装置の平行調整法。
7. 前記請求項５記載の加圧成型装置における前記下熱盤と金型との平行を調整する方法であって、
   前記下熱盤に圧力センサを載せる工程と、
   前記可動昇降板を降下させて前記金型を該センサに押圧する工程と、
   当該押圧後、該センサから出力される信号から前記下熱盤に対する金型の圧力分布を測定する工程と、
   当該測定される圧力分布が均一になるように、前記平行調整手段を調整して前記下熱盤と
   金型との平行を調整する工程
   とを含む加圧成型装置の平行調整法。