熱壓成形裝置和用于該裝置的金屬模系統的制作方法

專利名稱：熱壓成形裝置和用于該裝置的金屬模系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于按壓沖壓模而向熱塑性板的表面復制精細的形狀 圖案的熱壓成形裝置和用于該裝置的金屬模系統。
背景技術：
這種熱壓成形裝置用于成形例如液晶顯示器的背光用導光板和擴散板 以及透鏡和光盤基板之類、表面上有精細的形狀圖案的光學部件和高度圖案 設計性的面板。這種用于熱壓成形的金屬模構造已經公開在例如專利文獻1 中。根據其公開內容，在具有加熱/冷卻部件的加熱/冷卻板上安裝板狀的沖 壓模，用加熱/冷卻板來加熱或冷卻沖壓4莫，而且，通過加熱/冷卻板將沖壓 模按壓在熱塑性樹脂板的表面。
專利文獻1 :日本特開2004-74769號公報
用這種熱壓成形法復制的形狀圖案的凹凸高度，典型地說為數pm到數 十^im。另一方面，作為被加工件的熱塑性樹脂板的厚度具有約士0.1mm的偏 差。進而，安裝沖壓模的金屬模尺寸、沖壓模本身厚度和平整度也有約0.01 ~ 0.05mm的V扁差。
另夕卜，專利文獻1所公開的熱壓成形中，將沖壓模在被加熱/冷卻板加熱 了的狀態下按壓到被加工件的表面，而且，用加熱/冷卻板冷卻了沖壓模以后， 結束沖壓^t按壓被加工件的過程。因此，加熱/冷卻板上發生加熱/冷卻時由 于熱變形而引起的翹曲。
這些事件的原因是，成形時沖壓模與被加工件的接觸面上的壓力分布不 均勻，出現沖壓模的局部沒有以要求的壓力按壓在被加工件的情況。結果， 造成被加工件表面上局部地沒有完全復制上圖案的缺陷(未復制)
被加工件為厚度極其薄的薄板材的時候(例如，lmm以下)，沖壓模與 被加工件的接觸面上的壓力分布發生差異時，存在被加工件的板厚方向的壓 縮變形量發生差異，而且被加工件的面方向伸長變形量也部分地發生差異的情況。其結果，被加工件容易發生翹曲和波紋。
為了解決這些問題，可以考慮采取以下幾種措施。例如，施加復制所需 的加壓力以上的較大加壓力。或者，升高沖壓模的加熱溫度，以降低復制中 必要的面壓力。或者，延長加熱后的沖壓模按壓被加工件的時間，增大被加 工件的軟化層以降低復制所需要的面壓力。
可是，這些措施不僅在設備成本、運行成本、生產時間方面令人失望， 而且使被加工件擔負過高的溫度和面壓力，因而成形時材料側面的膨脹增 大，對成形結束后膨脹的材料側面需要后加工。特別是，被加工件是薄板材 的時候，會增加其翹曲和波紋。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種在熱塑性板的表面復制凹凸圖案的熱壓成 形中，使熱塑性板與沖壓模的接觸狀態均勻的裝置。
根據本發明的一個實施例，用于按壓沖壓模(142)而向熱塑性板(200) 的表面復制形狀圖案熱壓成形裝置(100)，其特征在于，具備壓力裝置和模 座(112、 114);該壓力裝置具有基座(102)、滑板(104)和驅動所述滑板 的驅動裝置(106);該模座(112、 114)搭載在所述滑板或基座上，具有 內部具有彈性體收容空間的框體(120)，插入所述框體內部、相對所述框體 滑動來改變所述收容空間容積的底板(136、 326),收容于所述收容空間、 在所述底板為了縮小所述收容空間容積而滑動時被壓縮的彈性體(138、 328 ),安裝在所述框體內、具有面對所述收容空間的內表面和支承所述沖壓 模的外表面的可撓性頂板(140)，以及使用熱媒流體來加熱及冷卻所述沖壓 模的加熱/冷卻部件(136、 330);在所述底板為了縮小所述收容空間的容積 而滑動時，所述可撓性頂板的內表面受到壓縮了的所述彈性體的彈性力，所 述可撓性頂板向外變形。
在優選的實施例中，所述彈性體可以是橡膠構件或樹脂構件，所述橡膠 構件或樹脂構件無間隙地充填在所述收容空間內。所述橡膠構件或樹脂構件 具有第 一 區域和第二區域，第 一 區域是與所述框體的內表面連接的區域附 近，第二區域位于所述第一區域內側，所述第一區域內充填的第一橡膠構件 或第 一樹脂構件的硬度比所述第二區域內充填的第二橡膠構件或第二樹脂 構件的硬度高。在優選的實施例中，所述加熱/冷卻部件可以形成在所述底^l內，所述熱 媒流體通過所述底板內部。
此時，所述彈性體可以是橡膠構件或樹脂構件，所述橡膠構件或樹脂構 件無間隙地充填在所述收容空間內，所述橡膠構件或樹脂構件具有第一區域 和第二區域，第一區域是與所述框體內表面連接的區域附近，第二區域位于 所述第一區域內側，所述第二區域由摻入用于提高熱導率的添加劑的橡膠材 料或樹脂材料構成，而所述第 一 區域由不摻入所述添加劑的橡膠材料或樹脂 材料構成，或者與所述第二區域相比，所摻入的所述添加劑的量少。
在優選實施例中，所述加熱/冷卻部件是通過所述彈性體內部的熱交換 管，所述熱媒流體通過所述熱交換管的內部。
此時，所述彈性體可以是橡膠構件或樹脂構件，所述橡膠構件或樹脂構 件無間隙地充填在所述收容空間內。所述橡膠構件或樹脂構件可以具有第一 區域和第二區域，第 一 區域由與所述框體內表面連接的區域附近及與所述底 板連接的區域附近構成，第二區域為由所述第 一 區域所包圍的區域及與所述 頂板內表面連接的區域附近，所述第 一 區域內所充填的第 一橡膠構件或第一 樹脂構件的硬度比所述第二區域內所充填的第二橡膠構件或第二樹脂構件 高。
或者，所述彈性體可以是橡膠構件或樹脂構件，所述橡膠構件或樹脂構 件無間隙地充填在所述收容空間內。所述橡膠材料或樹脂材料可以具有第一 區域和第二區域，第一區域由與所述框體內表面連接的區域附近及與所述底 板連接的區域附近構成，第二區域為由所述第一區域所包圍的區域及與所述 頂板內表面連接的區域附近，所述第二區域由摻入用于提高熱導率的添加劑 的橡膠材料或樹脂材料構成，而所述第 一 區域由不4參入所述添加劑的橡膠材 料或樹脂材料構成，或者與所述第二區域相比，所摻入的所述添加劑的量少。
在優選實施例中，所述沖壓模可以通過以下方式被所述頂板的外表面所 支承，即其全部外緣位于所述頂板的彈性變形區域的外側，該彈性變形區域 因所述頂板的內表面受到所述彈性體的彈性力而向外變形，所述熱壓成形裝 置可以向所述熱塑性板的表面復制形狀圖案，該熱塑性板以其全部外緣位于 所述彈性變形區域外側的方式配置。
在優選實施例中，所述沖壓模可以通過以下方式被所述頂板的外表面所
支承，即其全部外緣位于所述頂板的彈性變形區域的外側，該彈性變形區域因所述頂板的內表面受到所述彈性體的彈性力而向外變形。所述熱壓成形裝 置還可以具備隔板，所述隔板具有實質上與所述熱塑性板相同的厚度，由剛 體構成，所述熱塑性板的全部外緣處于所述彈性變形區域內側時，所述隔板 的全部外緣便在所述彈性變形區域外緣的外側，而且，所述隔板被固定為其 內緣處于所述熱塑性板的外緣的稍稍外側。
根據本發明的一個實施例，用于按壓沖壓模(142)而向熱塑性板(200) 的表面復制形狀圖案熱壓成形裝置(100)，其特征在于，具備壓力裝置和模 座(112、 114)，該壓力裝置具有基座(102)、滑板(104)和驅動所述滑板 的驅動裝置(106);該模座(112、 114)搭載在所述滑板或基座上，具有； 內部有空間的框體(120)，插入所述框體內部、滑動來改變所述空間的容積 的底板(136、 326)，收容于所述空間、熔點比所述熱塑性板的軟化溫度低 的低熔點合金構件，安裝在所述框體內、具有面對所述收容空間的內表面和 支承所述沖壓模的外表面的頂板(140 )，以及使用熱媒流體來加熱及冷卻所 述沖壓模的加熱/冷卻部件(136、 330);在所述空間的容積通過所述底板而 被縮小時，所述可撓性頂板的內表面受到來自所述低熔點合金構件的按壓 力，所述可撓性頂板向外變形。
根據本發明的一個實施例，用于按壓沖壓模而向熱塑性板的表面復制凹 凸圖案的熱壓成形裝置的金屬模系統，其特征在于，具備搭載在所述壓力裝 置的滑板或基座上的^^莫座(112、 114),所述模座具備內部有彈性體收容 空間的框體(120);插入所述框體內部，相對所述框體滑動、可改變所述收 容空間容積的底板(136、 326);收容于所述收容空間，在所述底板為了縮 小所述收容空間容積而滑動時被壓縮的彈性體(138、 328 );安裝在所述框 體內，具有面對所述收容空間的內表面和支承所述沖壓模的外面的可撓性頂 板(140 );使用熱媒流體加熱及冷卻所述沖壓模的加熱/冷卻部件(136、 330 ), 在所述底板為了縮小所述收容空間的容積而滑動時，所述可撓性頂板的內表 面受到壓縮了的所述彈性體的彈性力，所述可撓性頂板向外變形。


圖1表示本發明第一實施例的熱壓成形裝置的全部結構。
圖2是第一實施例的兩個模座的放大圖。
圖3A、 3B是沖壓被加工件時的加壓狀態的說明圖。圖4A、 4B是沖壓被加工件時的加壓狀態的說明圖。
圖5A 5C是橡膠構件的防泄漏結構的說明圖。
圖6表示本發明第二實施例的熱壓成形裝置的全部結構。
圖7A、 7B是橡膠構件的防泄漏結構的說明圖。
圖8A ~ 8D是成型動作的說明圖。
圖9A、 9B是被加工件的成型面壓力分布測定結果的一個示例。
具體實施例方式
下面，參照附圖來說明本發明 一個實施例的熱壓成形裝置。
圖1表示本發明第一實施例的熱壓成形裝置的全部結構。
熱壓成形裝置100由通用型壓力裝置與熱壓成形用的金屬模系統的組合 而構成。通用型壓力裝置具備固定于地面上的基座102和在該基座102的上 方配置的滑板104。滑板104由驅動裝置106進行驅動，沿著未圖示的支柱 在上下方向移動，使之相對基座102接近及遠離。驅動裝置106也可以具有 例如，驅動滑板104的伺服電機和驅動控制伺服電機的控制器。作為驅動裝 置106，也可以用油壓作動器來代替使用伺服電機的驅動裝置。
金屬模系統具備，在基座102和滑板104上，以分別相對向配置的方式 搭載的上下兩個模座112、 114。圖2放大表示第一實施例的這兩個模座112、 114的局部。兩個;f莫座112、 114實質上具有相同結構，以上側才莫座112為例， 參照圖1和圖2說明其結構。
上側模座112具備底板116、冷卻板118、框體120、框體支承機構 122、熱板136、作為彈性體的橡膠構件138、可撓性頂板140、和框架126。
底板116大體為矩形板狀，并固定在滑板104上。
冷卻板118大體為矩形板狀，并固定在底板116的中央。冷卻板118內 形成了多個水孔119，各水孔119連結一起。通過向冷卻水供給口供應冷卻 水、從冷卻水回流口循環冷卻水，使冷卻板118的溫度保持恒定，切斷熱板 的熱向底板116側傳遞的路徑；所述冷卻水供給口與該相互連結的水孔119 的一個端部連接，所述冷卻水回流口與該相互連結的水孔119的另一個端部 連接。
框體支承機構122固定在冷卻板118之上。框體支岸4兒構122和框體120 大致為矩形筒狀。框體支承機構122具備墊塊128和彈簧130,墊塊128通過彈簧130支承著框體120。框體120由彈簧130向下方靠壓。框體支承機構122的底部開口 ，從該開口處向框體支承機構122和框體120的內側插入熱板136。
框架126大致為矩形，并固定在底板116上。框架126的端面上安裝有包括真空襯墊的密閉框132。框架126下降，密閉框132與下側模座114的密閉框132抵"l妄時，在密閉框的內側就會形成真空室。真空室自如地由未圖示的真空泵進行抽真空，并用放氣閥進行放氣。
熱板136大致為矩形，并固定在冷卻板118上。熱板136是加熱/冷卻部件，其內部形成有多個用作熱媒流體通路的水孔141。水孔141是，例如，沿熱板的長度方向互相平行等地以間距，從熱板136的一個端面一直貫通到另一個端面而形成，兩端部用止水栓143密封。各水孔141用設于各水孔141長度方向兩端的集流腔M5連結起來。加熱時，由與一個集流腔l 4 5連結的熱媒供給口供應的高溫熱媒流體(蒸汽、高溫油等)，通過各水孔141從另一個集流腔145排出。由此加熱橡膠構件138。冷卻時，用同一路徑，使低溫熱媒流體(冷卻水、低溫油等)通過各水孔141,冷卻橡膠構件138。熱板136的集流腔145的內側形成隔熱狹縫147,以防止集流腔145的熱擴散。
熱板136插入框體120內，使框體120的內側面與熱板136的外側面緊貼一起。在框體120的內側面與熱板136的外側面緊貼的狀態下，熱板136可相對于框體120上下方向(凈皮加工件的厚度方向)移動。換句話說，框體120相對熱板136可沿上下方向移動。即，熱板136通過相對框體120滑動，起到作為底板的作用。
可撓性頂板140由螺栓等固定裝置固定在框體120的端面。頂板140固定為密封框體120端面的開口部121。頂板140的厚度，例如約0.5~3mm即可。
框體120的內部借助于頂板140、熱板136和框體120的側壁形成收容空間124。該收容空間124收容橡膠構件138。該收容空間124實質上是密封的，不會漏出橡膠構件138。密封的收容空間124的容積，可通過熱板136相對于框體120進行滑動而變化。
橡膠構件138被收容在由熱板136、框體120和頂板140所形成的收容
空間124內。例如，收容空間124也可以無間隙地由橡膠構件138充填。橡膠構件138也可以是提高熱導率的材料。至于橡膠構件138的材質，在下面說明。
還有，本說明書中，作為一個彈性體構件的例子主要說明使用橡膠構件的實施例，但也可以應用其它彈性體，例如合成樹脂等。作為合成樹脂的一例，也可以采用氟樹脂。即使氟樹脂中，也可以例如采用四氟化乙烯樹脂(PTFE)。 PTFE有以下這些物理特性。
耐熱性260 °C
拉伸強度 13.7 — 34.3 MP a
延伸率 200-400%
硬度 肖氏D50 ~ 55
彎曲彈性率550GPa
拉伸彈性率400~ 550GPa
熱導率 0.25 W/mK
模座112的端部外表面(端面)上固定有可撓性的薄沖壓模142。就固定沖壓模142的方法而言，例如，可以使用由頂板140的外表面上所加工的真空吸附溝產生的真空吸附(省去用于真空吸附的真空泵的圖示)與頂板140的外表面上設置的固定夾具的組合。
圖3 B是使沖壓加工件200時的加壓狀態說明圖，圖3 A是圖3 B的A-A剖面圖。
如圖3 A所示，沖壓模142的尺寸大于框體120的開口部121，并以其全部外緣位于開口部121的外側方式與頂板140的外表面緊貼在一起。被加工件200的尺寸也大于框體120的開口部121,其被設定為其全部外緣位于開口部121的外側。
下面，參照圖1 ~圖3說明沖壓被加工件200時的動作。這里，也說明上下的模座112、 114的動作，至于溫度控制則隨后說明。
如圖l所示，相對于已定位的下側模座114,上側;漠座112下降時，上下的沖壓模142、 142與被加工件200的兩個面相接觸(加壓開始狀態)。這時的狀態為圖3 B的左側。,人上下沖壓才莫142、 142與^皮加工件200的兩個面相接觸后的狀態，上側才莫座112進一步下降施加加壓力時，框體120也抵抗彈簧130的彈力并向底板116—側后退。這時，橡膠構件138同時受到來自熱板136的按壓力和來自被加工件200的反作用力而減小體積、提高內壓。
12即橡膠構件138被壓縮了。熱板136相對框體120推進的的部分與橡"交構件138由于壓縮而減小的體積相對應。
這時，被壓縮后的橡膠構件138，因彈性而產生均勻的按壓力。于是，由框體120、熱板136及頂板140所形成的收容空間124內若無間隙地充填著橡膠構件138,由于被壓縮的橡膠構件138，其收容空間124內的壓力均勾地上升。這時，以彈簣130的彈力將框體120壓到頂板140上，所以也沒有橡膠構件138從頂板140與框體120之間的間隙漏出去。這里，除可撓性的頂板140外，形成收容空間124的全部側壁都是剛體，不會隨壓縮的橡膠構件138的彈性力變形。相反，因為頂板140內面受到壓縮的橡膠構件138的彈性力而向外方膨脹變形。可撓性的頂板140向外方膨脹變形的彈性變形區域，其大小實質上與框體120的開口部121相同。
如圖3B所示那樣的熱壓成形時，使上下的沖壓模142、 142按壓作為熱塑性樹脂板的被加工件200的上下兩面。這時，被加工件200的全部外緣處于框體120的開口部121外側，因此可撓性的頂板140變形而向外方膨脹的全部彈性變形區域收容在被加工件200的外緣的內側。其結果，并沒有隨著可撓性的頂板140的變形而使沖壓模142、 142在被加工件200的外緣部分局部地變形，沖壓模142、 142給被加工件200表面的成形壓力分布變得比以往均勻。
還有，這種辦法的場合，可撓性的頂板140向外方膨脹的彈性變形區域周圍的、位于可撓性頂板140沒有向外方膨脹的框體區域的被加工件200,不可能均等地被加壓。因此，臨近框體區域部分有可能復制圖案精度不良。這種情況下，成形后也可以修剪被加工件200的框體區域部分。
圖3中，說明了被加工件200的尺寸大于框體120的開口部121的情況，但圖4是被加工件200的尺寸小于框體120的開口部121的情況下的說明圖。即，圖4 B是對被加工件200的尺寸小于框體120的開口部121的被加工件200進行沖壓時的加壓狀態說明圖，圖4 A是其A - A剖面圖。
如圖4A所示，首先，跟圖3A同樣，使沖壓模142與頂板140的外表面緊貼一起。由于被加工件200的尺寸小于框體的開口部121，以^吏一皮加工件200的全部外緣處于開口部121內的方式將其安置在沖壓模142上。這時，被加工件200周圍的沖壓才莫142上固定著剛體隔寺反210。
剛體隔板210的內側形狀(內緣)僅僅比被加工件200的外緣稍微大一點。即，被加工件200與剛體隔板210之間只空出細微間隙。剛體隔板210的外側形狀(外緣)比框體120的開口部121還大。而且，剛體隔板210的板厚，實質上可以與被加工件200的厚度相同，或者也可以稍厚些。例如，也可以是被加工件200的板厚偏差的最大厚度+ O.lmm左右。剛體隔板210的材料可以是不銹鋼(SUS)等與頂板140或沖壓模142相同的材料。通過調整剛體隔板210與被加工件200之間的間隙以及剛體隔板210的板厚，使之與頂板140、沖壓模142、被加工件200的厚度匹配，給被加工件200加壓時，也對剛體隔板210加壓，以密封狀態均勻地整體壓縮橡膠構件138。即，跟圖3的情況同樣，能夠防止沖壓模142的局部變形，均勻地給被加工件200力口壓。
這里，橡膠構件138的厚度，從迅速地把熱板136的熱傳遞給頂板140和頂板140上所安裝的沖壓模142這一點出發，板厚薄是優選的。另一方面，壓縮橡膠構件138的時候，從以均勻的壓力按壓頂板140的效果這個角度來考慮，則厚的板厚是優選的。因此，橡膠構件138的板厚約為例如2-5mm即可。
作為橡膠構件138的材料，例如可以使用硅酮橡膠。 一般地說，硅酮橡膠熱導率低，所以通過給基體硅酮里摻入添加劑(氧化鋁、陶瓷等)以提高熱導率。 一般，摻入添加劑的量增加時，提高了硅酮的熱導率，但其硬度降低，或硅酮橡膠的狀態變成了膠狀或粘土狀。使用PTFE而不用橡膠材料時，不一定需要摻入所述這樣的添加劑以調整熱導率，但也可以摻入添加劑。
使用硬度低的橡膠材料制作橡膠構件138時，加壓時，存在橡膠構件138從熱板136的外側面與框體120的內側面之間的細微間隙漏出的情況。為了防止這樣的情況，如以下那樣，也可以組合相互硬度不同的橡膠材料制作橡膠構件138。
例如，圖5B是組合與橡膠構件138材質不同的橡膠材料時的下側模座1 1 4的說明圖，圖5A是其A-A剖面圖。
如這些圖所示，也可以用高硬度的硅酮橡膠(例如，肖氏硬度A70以上)構成大致矩形板狀的橡膠構件138的周圍區域139A,用低硬度、高熱導率的硅酮橡膠構成由該高硬度硅酮橡膠包圍的內側區域139 B。周圍區域139A的高硬度橡膠材料與內側區域139B的低硬度橡膠材料相比，可以摻入較少量的添加劑，或者，完全不纟參入添加劑。因此，加壓時橡月交構件138就不會進入框體120與熱板136之間等地方。
也可以降低構成周圍區域139A的橡膠構件138的熱導率。構成周圍區域139A的橡膠構件138的熱導率低的時候，阻礙從熱板136向框體120的熱傳導，可以抑制框體120的熱膨脹和熱收縮。
使用合成樹脂材料而不用橡膠材料，也能實現圖5這樣的結構。即，也可以用硬度高的合成樹脂材料構成周圍區域139A,而用硬度低的合成樹脂材料構成內側區域139B 。
進而，也可以把橡膠構件138置換為將橡膠材料和合成樹脂材料組合而成的結構。即，也可以用氟樹脂構成周圍區域139A,用橡膠材料構成內側區域139B。
如所述那樣，取代將硬度不同的橡膠材料組合作為橡膠構件138,也可以在加壓時橡膠構件138會漏出的地方配備0型密封圈。例如，如圖5C所示，在框體120與頂板140接觸的面、及熱板136的外側面中與框體120的內側面接觸的部分，也可以分別配備O型圈230。
關于橡膠構件138的材質，也可以使用耐磨耗性和機械強度優于硅酮橡膠的氟橡膠。
圖6表示本發明第二實施例的熱壓成形裝置的整體結構。
第二實施例與第 一實施例不同點主要是橡膠構件的加熱/冷卻構件，其它方面大都是共通的。下面，以所述不同點為中心進行說明，至于與第一實施例共通的方面則省去說明。
本實施例中，上側模座312和下側模座314實質上也具有相同的結構，因而以上側模座312為例進行說明。上側模座312具備底板116、隔板322、框體120、彈簧130、隔熱板326、橡膠構件328、熱交換管330、可撓性頂板140、以及框架126。
隔板322大致為矩形板狀，固定在底板116上。框體120通過彈簧130安裝在隔板322上。冷卻板118固定在隔板322上。隔熱板326大致為矩形板狀，固定在冷卻板118上。隔熱板326的外側面與框體120的內側面緊貼一起。隔熱板326切斷橡膠構件328與冷卻板118之間的熱傳導。作為隔熱板326的材質，例如也可以使用耐熱環氧樹脂。
在本實施例中，也跟第一實施例同樣，由頂板140、隔熱板326以及框體120的側壁形成收容空間124。收容空間124內收容橡膠構件328。作為橡膠構件328，可使用跟第一實施例相同材質的構件。在本實施例中，收容 空間內通過熱交換管330。因而，該收容空間124內除熱交換管330以 外的空間都由橡膠構件328無間隙地充填。
熱交換管330沿著收容空間長度方向互相平行且等間距地進行配置。熱 交換管330的兩端，貫通框體120由設于框體120外部的集流腔342、 342 連結一起。而且，加熱時，從一個集流腔342所連結的熱媒供給口接收高溫 熱媒流體(蒸汽、高溫油等)的供應時，其高溫熱媒流體通過熱交換管330, 從另一個集流腔342排出。由此，加熱橡膠構件328。冷卻時，經相同路徑， 使低溫熱媒流體(冷卻水、低溫油等)通過熱交換管330,冷卻橡膠構件328。
還有，在框體120的內側面與隔熱板326的外側面緊貼的狀態下，偏熱 板326相對于框體120可向上下方向(被加工件的厚度方向)移動，因此使 收容空間124的容積變化的這一點也跟第一實施例相同。另外，本實施例中 也跟第一實施例同樣，既可沖壓尺寸大于框體120的開口部121的被加工件 200,又可利用剛體隔板210沖壓尺寸小于框體120的開口部121的被加工 件200。
其次，說明第二實施例的橡膠構件328的材質和結構。 例如，圖7A是組合與橡膠構件328不同材質的橡膠材料時的下側模座 314的說明圖。
如該圖所示，也可以用高硬度的硅酮橡膠，構成與大致矩形板狀橡膠構 件328之中、與框體120及隔熱板326連接的面附近的區域329A，用低硬 度的高熱導率硅酮橡膠，構成其它區域，即，與橡膠構件328的中心區域即 與頂板140的內表面連接的面附近的區域329B。即，在由頂板140、框體 120及隔熱板326形成的收容空間內，低硬度的高熱導率硅酮橡膠與框體120 及隔熱板326之間，也可以配置硬度高的硅酮橡膠。區域329A的高硬度橡 膠材料的添加劑摻入量比區域329B的低硬度橡膠材料少，或者，完全不摻 入添加劑也行。由此，加壓時，橡膠構件328不會進入框體120與隔熱板326 之間等地方。
構成與框體120及隔熱板326連接的面附近的區域329 A的橡膠構件 328的熱導率也可以較低。這種情況下，阻礙從熱交換管330向框體120的 熱傳導，可以抑制框體120的熱膨脹和熱收縮。
跟第一實施例時同樣，也可以使用合成樹脂材料而不用橡膠材料，來實現圖7這樣的結構。即，也可以用硬度高的合成樹脂材料構成與框體120及 隔熱板326連接的面附近的區域329A，而用硬度低的合成樹脂材料構成橡 膠構件328的中心區域及與頂板140的內表面相連的面附近的區域329B。
進而，也可以把橡膠構件328置換為將橡膠材料和合成樹脂材料組合的 構件。即，也可以用氟樹脂構成周圍區域329A，用橡膠材料構成與中心區 域及與頂板140的內表面連接的面附近的區域329B。
如圖7B所示，也可以配置O型密封圈。即，如該圖所示，也可以在加 壓時橡膠構件328會漏出的那些地方配備0型圈。例如，也可以在跟框體120 與頂板140的內表面接觸的面、及隔熱板326的外側面中與框體120的內側 面接觸的部分，分別配備0型圈230。
根據本實施例，由于不需要復雜的熱板，模座易于大型化。
參照圖8 ，說明本發明第一實施例和第二實施例的熱壓成形裝置100的 成型動作。圖8A、圖8B、圖8C、圖8D分別表示滑板位置、壓力機加壓力、 頂板溫度、真空室內壓力在一次成型運行的循環之中各自的變化。
首先，滑板104處于上限位置Sl。而且，在到達時刻tl之前的期間， 將被加工件200安置在下側^^座114的沖壓才莫142上。
在時刻tl,根據伺服加壓機的位置控制，滑板104開始下降。而且，上 下的模座112、 114的框架126、 126的端面上的密閉框132彼此抵接，并下 降到形成真空室的位置S2時，暫時停止滑板104的下降(時刻t2)。
在t2時刻，開始給真空室內抽真空，同時開始向熱板136 (第二實施例 中為熱交換管330 )供應高溫熱媒流體。在完成了抽真空的時刻t3之前的期 間，不進行沖壓模142、 142對被加工件200的加壓。這是為了防止空氣進 入到被加工件200與沖壓模142、 142之間。
真空室內的真空度從大氣壓P 1達到適合復制成形的真空度P2的時刻 t3時，根據伺服加壓機的加壓力控制，滑板104再次開始下降。真空度P2 為，例如-90KPa以下即可。而且，讓上下的沖壓一莫142、 142以預加壓力 Ll按壓被加工件200。通過以預加壓力L 1使上下沖壓才莫142、 142按壓被 加工件200,使熱板136 (第二實施例中為熱交換管330)、橡膠構件138、 頂板140及沖壓模142緊貼，促進來自熱板136 (第二實施例中為熱交換管 330 )的熱傳導。預備加壓力Ll,例如對被加工件200的加壓面的面壓力約 為lMPa即可。頂板l40的溫度為達到可復制溫度H2的時刻t4時，使滑板104進一步 下降，控制沖壓模，使其壓力升高到可進行復制的復制加壓力L2。設定復 制加壓力L2,例如在被加工件200的力。壓面上的面壓力為4 6MPa。被加 工件200是PMMA材料的話，可復制的復制溫度H2為，例如120 ~ 150°C即可。
并且，從加壓力達到復制加壓力L2的時刻t5起，在規定時間T的期間， 繼續著加熱狀態下的加壓。在經過了規定時間T的時刻t6時，開始向熱板 136 (第二實施例中為熱交換管330)供應低溫熱媒流體，頂板140和沖壓模 142開始冷卻。為了不發生未復制等的復制不良，應根據被加工件的材質和 形狀，設定優選的規定時間T。
頂板140即沖壓模142被冷卻，溫度達到可脫模溫度H1的時刻t7,真 空室開放大氣，真空室內的壓力恢復到大氣壓P1。被加工件為PMMA時， 可脫4莫溫度Hl可以為例如40 ~ 70°C。
真空室內的壓力恢復到大氣壓Pl的時刻t8,再次根據位置控制，滑板 104開始上升。而且，滑板104返回到上限位置Sl,就可以取出被加工件 200。
圖9表示，運用所述實施例的熱壓成形裝置，對被加工件進行加壓時的 成型面壓力分布的 一個例子。該圖是以相當于6MPa的負荷，對、于框體120 的開口部121的丙歸制被加工件(256mmxl59mm、厚度0 .2mm )進行加壓 時的成型面壓力分布。而且，該圖9A是不用橡膠構件的現有模座的成型面 壓力分布，該圖9B是用第一實施例的圖4所示的形式(使用剛體隔板、橡 膠構件為厚度2mm的硅酮橡膠制成)的成型面壓力分布。該圖中，色濃的 部分表示壓力高，色淡的部分表示壓力低。
如圖9A所示，被加工件部分250的成型面壓力存在較大的不均勻。即， 被加工件部分250的外緣附近成型面壓力高，在被加工件部分250的除此以 外的區域，成型面壓力比外緣附近低。
與此對應，如圖9B所示，在被加工件部分250的周圍存在剛體隔板部 分260。很清楚，根據本實施例，被加工件部分250的成型面壓力分布是幾 乎均等的。
即使所述的任一個實施例，也可以用熔點比熱塑性被加工件的軟化溫度 低的低熔點合金而不用橡膠構件。低熔點合金是指，利用通過組合不同種類的金屬(Pb (鉛)、Bi (鈹)、Sn (錫)、Cd (鎘)、In (銦)等)并合金化而其熔點降低的性質的公知合金。
根據所述的兩個實施例，就能夠以均勻的壓力將沖壓模按壓在被加工件的表面。其結果，能以均勻的壓力壓縮被加工件，所以能夠降低發生于被加工件內部的內部應變不勻，減少一皮加工件的波紋和翹曲。
另外，由于在密封狀態下壓縮橡膠構件，彈性體就呈現近似非壓縮性流體的特性，實現由靜壓力效應造成的加壓面壓力的均勻化，同時也降低了彈性體物理特性(硬度和彈性系數)偏差的影響而造成的壓力偏差。
再者，橡膠構件內部只發生壓縮應力，所以防止了由拉伸應力引起的彈性體破裂。而且，橡膠構件與熱板之間及橡膠構件與頂板之間不發生滑動，也防止了橡膠構件的磨耗。
所述的本發明的實施例是用以說明本發明的示例，而沒有4巴本發明的范圍僅限于這些實施例的目的。本領域的技術人員在不脫離本發明宗旨下，也能用其他各種各樣的方式實施本發明。例如，本發明并不限定于在被加工件的雙面上復制形狀圖案的場合，也能應用于僅在單面復制形狀圖案的情況。
權利要求
1、一種熱壓成形裝置，所述熱壓成形裝置(100)用于按壓沖壓模(142)而向熱塑性板(200)的表面復制形狀圖案，其特征在于，具備壓力裝置和模座(112、114)；該壓力裝置具有基座(102)、滑板(104)和驅動所述滑板的驅動裝置(106)；該模座(112、114)搭載在所述滑板或基座上，具有內部具有彈性體收容空間的框體(120)，插入所述框體內部、相對所述框體滑動來改變所述收容空間容積的底板(136、326)，收容于所述收容空間、在所述底板為了縮小所述收容空間容積而滑動時被壓縮的彈性體(138、328)，安裝在所述框體內、具有面對所述收容空間的內表面和支承所述沖壓模的外表面的可撓性頂板(140)，以及使用熱媒流體來加熱或冷卻所述沖壓模的加熱/冷卻部件(136、330)；在所述底板為了縮小所述收容空間的容積而滑動時，所述可撓性頂板的內表面受到壓縮了的所述彈性體的彈性力，所述可撓性頂板向外變形。
2、 根據權利要求1所述的熱壓成形裝置，其特征在于，所述彈性體是橡膠構件或樹脂構件，所述橡膠構件或樹脂構件無間隙地充填在所述收容空間內，所述橡膠構件或樹脂構件具有第 一 區域和第二區域，第 一 區域是與所述框體的內表面連接的區域附近，第二區域位于所述第一區域內側，所述第一區域內充填的第 一橡膠構件或第 一樹脂構件的硬度比所述第二區域內充填的第二橡膠構件或第二樹脂構件的硬度高。
3、 根據權利要求1所述的熱壓成形裝置，其特征在于，所述加熱/冷卻部件形成在所述底板內，所述熱媒流體通過所述底板內部。
4、 根據權利要求3所述的熱壓成形裝置，其特征在于，所述彈性體是橡力交構件或樹脂構件，所述橡膠構件或樹脂構件無間隙地充填在所述收容空間內，所述橡膠構件或樹脂構件具有第一區域和第二區域，第一 區域是與所述框體內表面連接的區域附近，第二區域位于所述第一區域內側，所述第二區域由摻入用于提高熱導率的添加劑的橡膠材料或樹脂材料構成，而所述第一區域由不摻入所述添加劑的橡膠材料或樹脂材料構成，或者與所述第二區域相比，所摻入的所述添加劑的量少。
5、 根據權利要求1所述的熱壓成形裝置，其特征在于，所述加熱/冷卻部件是通過所述彈性體內部的熱交換管，所述熱+某流體通過所述熱交換管的內部。
6、 根據權利要求5所述的熱壓成形裝置，其特征在于，所述彈性體是橡膠構件或樹脂構件，所述橡膠構件或樹脂構件無間隙地充填在所述收容空間內，所述橡膠構件或樹脂構件具有第一區域和第二區域，第一區域由與所述框體內表面連接的區域附近及與所述底板連接的區域附近構成，第二區域為由所述第 一 區域所包圍的區域及與所述頂板內表面連接的區域附近，所述第一區域內所充填的第 一橡膠構件或第 一樹脂構件的硬度比所述第二區域內所充填的第二橡膠構件或第二樹脂構件高。
7、 根據權利要求5所述的熱壓成形裝置，其特征在于，所述彈性體是橡膠構件或樹脂構件，所述橡膠構件或樹脂構件無間隙地充填在所述收容空間內，所述橡膠材料或樹脂材料具有第一區域和第二區域，第一區域由與所述由所述第 一 區域所包圍的區域及與所述頂板內表面連接的區域附近，所述第二區域由摻入用于提高熱導率的添加劑的橡膠材料或樹脂材料構成，而所述第一區域由不摻入所述添加劑的橡膠材料或樹脂材料構成，或者與所述第二區域相比，所摻入的所述添加劑的量少。
8、 根據權利要求1~ 7中任一項所述的熱壓成形裝置，其特征在于，所述沖壓模通過以下方式被所述頂板的外表面所支承，即其全部外緣位于所述頂板的彈性變形區域的外側，該彈性變形區域因所述頂板的內表面受到所述彈性體的彈性力而向外變形，所述熱壓成形裝置向所述熱塑性板的表面復制形狀圖案，該熱塑性板以其全部外緣位于所述彈性變形區域外側的方式配置。
9、 根據權利要求1 7中任一項所述的熱壓成形裝置，其特征在于，所述沖壓模通過以下方式被所述頂板的外表面所支承，即其全部外緣位于所述頂板的彈性變形區域的外側，該彈性變形區域因所述頂板的內表面受到所述彈性體的彈性力而向外變形，所述熱壓成形裝置還具備隔板，所述隔板具有實質上與所述熱塑性板相同的厚度，由剛體構成，所述熱塑性板的全部外緣處于所述彈性變形區域內側時，所述隔板的全部外緣位于所述彈性變形區域外緣的外側，而且，所述隔板被固定為其內緣處于所述熱塑性板的外緣的稍稍外側。
10、 一種熱壓成形裝置，所述熱壓成形裝置(100)用于按壓沖壓模(142)而向熱塑性板(200)的表面復制形狀圖案，其特征在于，具備壓力裝置和模座(112、 114),該壓力裝置具有基座(102)、滑板(104)和驅動所述滑板的驅動裝置(106);該模座(112、 114)搭載在所述滑板或基座上，具有內部有空間的框體(120),插入所迷框體內部、滑動來改變所述空間的容積的底板(136、326)，收容于所述空間、熔點比所述熱塑性板的軟化溫度低的低熔點合金構件，安裝在所述框體內、具有面對所述收容空間的內表面和支承所述沖壓模的外表面的頂板(140),以及使用熱媒流體來加熱及冷卻所述沖壓模的加熱/冷卻部件(136、 330);在所述空間的容積通過所述底板而纟皮縮小時，所述可撓性頂板的內表面受到來自所述低熔點合金構件的按壓力，所述可撓性頂板向外變形。
11、 一種金屬模系統，所述金屬模系統用于按壓沖壓模而向熱塑性板的表面復制凹凸圖案的熱壓成形裝置，其特征在于，具備搭載在所述壓力裝置的滑板或基座上的模座(112、 114),所述模座具備內部具有彈性體收容空間的框體(120);插入所述框體內部，相對所述框體滑動來改變所述收容空間容積的底板(136、 326);收容于所述收容空間，在所述底板為了縮小所述收容空間容積而滑動時被壓縮的彈性體(138、 328);安裝在所述框體內，具有面對所述收容空間的內表面和支承所述沖壓模的外表面的可撓性頂板(140);使用熱^ 某流體加熱或冷卻所述沖壓模的加熱/冷卻部件(136、 330);在所述底板為了縮小所述收容空間的容積而滑動時，所述可撓性頂板的內表面受到壓縮了的所述彈性體的彈性力'所述可撓性頂板向外變形。
全文摘要
本發明提供一種熱壓成形裝置。在熱壓成形中，使熱塑性板與沖壓模的接觸狀態均勻化。熱壓成形裝置(100)具有壓力裝置以及模座(112、114)，該壓力裝置具有基座(102)、滑板(104)和驅動滑板(104)的驅動裝置(106)。模座(112、114)具有內部有收容空間的框體(120)；插入框體(120)內部、可滑動來改變收容空間容積的底板(136)；收容于收容空間內，為縮小收容空間容積在底板滑動時被壓縮的橡膠構件(138)；安裝在框體內，具有面對收容空間的內表面和支承所述沖壓模(142)的外表面的可撓性頂板(140)。為縮小收容空間，使底板(136)滑動時，頂板(140)由于內表面承受壓縮了的橡膠構件(138)的彈性力而向外變形。
文檔編號B29C43/02GK101480827SQ200810189900
公開日2009年7月15日 申請日期2008年9月22日 優先權日2007年9月21日
發明者三吉宏治 申請人:小松產機株式會社