热压成形装置和用于该装置的金属模系统的制作方法

专利名称：热压成形装置和用于该装置的金属模系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于按压冲压模而向热塑性板的表面复制精细的形状 图案的热压成形装置和用于该装置的金属模系统。
背景技术：
这种热压成形装置用于成形例如液晶显示器的背光用导光板和扩散板 以及透镜和光盘基板之类、表面上有精细的形状图案的光学部件和高度图案 设计性的面板。这种用于热压成形的金属模构造已经公开在例如专利文献1 中。根据其公开内容，在具有加热/冷却部件的加热/冷却板上安装板状的冲 压模，用加热/冷却板来加热或冷却冲压4莫，而且，通过加热/冷却板将冲压 模按压在热塑性树脂板的表面。
专利文献1 :日本特开2004-74769号公报
用这种热压成形法复制的形状图案的凹凸高度，典型地说为数pm到数 十^im。另一方面，作为被加工件的热塑性树脂板的厚度具有约士0.1mm的偏 差。进而，安装冲压模的金属模尺寸、沖压模本身厚度和平整度也有约0.01 ~ 0.05mm的V扁差。
另夕卜，专利文献1所公开的热压成形中，将冲压模在被加热/冷却板加热 了的状态下按压到被加工件的表面，而且，用加热/冷却板冷却了冲压模以后， 结束冲压^t按压被加工件的过程。因此，加热/冷却板上发生加热/冷却时由 于热变形而引起的翘曲。
这些事件的原因是，成形时冲压模与被加工件的接触面上的压力分布不 均匀，出现冲压模的局部没有以要求的压力按压在被加工件的情况。结果， 造成被加工件表面上局部地没有完全复制上图案的缺陷(未复制)
被加工件为厚度极其薄的薄板材的时候(例如，lmm以下)，冲压模与 被加工件的接触面上的压力分布发生差异时，存在被加工件的板厚方向的压 缩变形量发生差异，而且被加工件的面方向伸长变形量也部分地发生差异的情况。其结果，被加工件容易发生翘曲和波紋。
为了解决这些问题，可以考虑采取以下几种措施。例如，施加复制所需 的加压力以上的较大加压力。或者，升高冲压模的加热温度，以降低复制中 必要的面压力。或者，延长加热后的冲压模按压被加工件的时间，增大被加 工件的软化层以降低复制所需要的面压力。
可是，这些措施不仅在设备成本、运行成本、生产时间方面令人失望， 而且使被加工件担负过高的温度和面压力，因而成形时材料侧面的膨胀增 大，对成形结束后膨胀的材料侧面需要后加工。特别是，被加工件是薄板材 的时候，会增加其翘曲和波紋。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种在热塑性板的表面复制凹凸图案的热压成 形中，使热塑性板与冲压模的接触状态均匀的装置。
根据本发明的一个实施例，用于按压冲压模(142)而向热塑性板(200) 的表面复制形状图案热压成形装置(100)，其特征在于，具备压力装置和模 座(112、 114);该压力装置具有基座(102)、滑板(104)和驱动所述滑板 的驱动装置(106);该模座(112、 114)搭载在所述滑板或基座上，具有 内部具有弹性体收容空间的框体(120)，插入所述框体内部、相对所述框体 滑动来改变所述收容空间容积的底板(136、 326),收容于所述收容空间、 在所述底板为了缩小所述收容空间容积而滑动时被压缩的弹性体(138、 328 ),安装在所述框体内、具有面对所述收容空间的内表面和支承所述冲压 模的外表面的可挠性顶板(140)，以及使用热媒流体来加热及冷却所述冲压 模的加热/冷却部件(136、 330);在所述底板为了缩小所述收容空间的容积 而滑动时，所述可挠性顶板的内表面受到压缩了的所述弹性体的弹性力，所 述可挠性顶板向外变形。
在优选的实施例中，所述弹性体可以是橡胶构件或树脂构件，所述橡胶 构件或树脂构件无间隙地充填在所述收容空间内。所述橡胶构件或树脂构件 具有第 一 区域和第二区域，第 一 区域是与所述框体的内表面连接的区域附 近，第二区域位于所述第一区域内侧，所述第一区域内充填的第一橡胶构件 或第 一树脂构件的硬度比所述第二区域内充填的第二橡胶构件或第二树脂 构件的硬度高。在优选的实施例中，所述加热/冷却部件可以形成在所述底^l内，所述热 媒流体通过所述底板内部。
此时，所述弹性体可以是橡胶构件或树脂构件，所述橡胶构件或树脂构 件无间隙地充填在所述收容空间内，所述橡胶构件或树脂构件具有第一区域 和第二区域，第一区域是与所述框体内表面连接的区域附近，第二区域位于 所述第一区域内侧，所述第二区域由掺入用于提高热导率的添加剂的橡胶材 料或树脂材料构成，而所述第 一 区域由不掺入所述添加剂的橡胶材料或树脂 材料构成，或者与所述第二区域相比，所掺入的所述添加剂的量少。
在优选实施例中，所述加热/冷却部件是通过所述弹性体内部的热交换 管，所述热媒流体通过所述热交换管的内部。
此时，所述弹性体可以是橡胶构件或树脂构件，所述橡胶构件或树脂构 件无间隙地充填在所述收容空间内。所述橡胶构件或树脂构件可以具有第一 区域和第二区域，第 一 区域由与所述框体内表面连接的区域附近及与所述底 板连接的区域附近构成，第二区域为由所述第 一 区域所包围的区域及与所述 顶板内表面连接的区域附近，所述第 一 区域内所充填的第 一橡胶构件或第一 树脂构件的硬度比所述第二区域内所充填的第二橡胶构件或第二树脂构件 高。
或者，所述弹性体可以是橡胶构件或树脂构件，所述橡胶构件或树脂构 件无间隙地充填在所述收容空间内。所述橡胶材料或树脂材料可以具有第一 区域和第二区域，第一区域由与所述框体内表面连接的区域附近及与所述底 板连接的区域附近构成，第二区域为由所述第一区域所包围的区域及与所述 顶板内表面连接的区域附近，所述第二区域由掺入用于提高热导率的添加剂 的橡胶材料或树脂材料构成，而所述第 一 区域由不4參入所述添加剂的橡胶材 料或树脂材料构成，或者与所述第二区域相比，所掺入的所述添加剂的量少。
在优选实施例中，所述冲压模可以通过以下方式被所述顶板的外表面所 支承，即其全部外缘位于所述顶板的弹性变形区域的外侧，该弹性变形区域 因所述顶板的内表面受到所述弹性体的弹性力而向外变形，所述热压成形装 置可以向所述热塑性板的表面复制形状图案，该热塑性板以其全部外缘位于 所述弹性变形区域外侧的方式配置。
在优选实施例中，所述沖压模可以通过以下方式被所述顶板的外表面所
支承，即其全部外缘位于所述顶板的弹性变形区域的外侧，该弹性变形区域因所述顶板的内表面受到所述弹性体的弹性力而向外变形。所述热压成形装 置还可以具备隔板，所述隔板具有实质上与所述热塑性板相同的厚度，由刚 体构成，所述热塑性板的全部外缘处于所述弹性变形区域内侧时，所述隔板 的全部外缘便在所述弹性变形区域外缘的外侧，而且，所述隔板被固定为其 内缘处于所述热塑性板的外缘的稍稍外侧。
根据本发明的一个实施例，用于按压沖压模(142)而向热塑性板(200) 的表面复制形状图案热压成形装置(100)，其特征在于，具备压力装置和模 座(112、 114)，该压力装置具有基座(102)、滑板(104)和驱动所述滑板 的驱动装置(106);该模座(112、 114)搭载在所述滑板或基座上，具有； 内部有空间的框体(120)，插入所述框体内部、滑动来改变所述空间的容积 的底板(136、 326)，收容于所述空间、熔点比所述热塑性板的软化温度低 的低熔点合金构件，安装在所述框体内、具有面对所述收容空间的内表面和 支承所述冲压模的外表面的顶板(140 )，以及使用热媒流体来加热及冷却所 述沖压模的加热/冷却部件(136、 330);在所述空间的容积通过所述底板而 被缩小时，所述可挠性顶板的内表面受到来自所述低熔点合金构件的按压 力，所述可挠性顶板向外变形。
根据本发明的一个实施例，用于按压冲压模而向热塑性板的表面复制凹 凸图案的热压成形装置的金属模系统，其特征在于，具备搭载在所述压力装 置的滑板或基座上的^^莫座(112、 114),所述模座具备内部有弹性体收容 空间的框体(120);插入所述框体内部，相对所述框体滑动、可改变所述收 容空间容积的底板(136、 326);收容于所述收容空间，在所述底板为了缩 小所述收容空间容积而滑动时被压缩的弹性体(138、 328 );安装在所述框 体内，具有面对所述收容空间的内表面和支承所述冲压模的外面的可挠性顶 板(140 );使用热媒流体加热及冷却所述沖压模的加热/冷却部件(136、 330 ), 在所述底板为了缩小所述收容空间的容积而滑动时，所述可挠性顶板的内表 面受到压缩了的所述弹性体的弹性力，所述可挠性顶板向外变形。


图1表示本发明第一实施例的热压成形装置的全部结构。
图2是第一实施例的两个模座的放大图。
图3A、 3B是冲压被加工件时的加压状态的说明图。图4A、 4B是冲压被加工件时的加压状态的说明图。
图5A 5C是橡胶构件的防泄漏结构的说明图。
图6表示本发明第二实施例的热压成形装置的全部结构。
图7A、 7B是橡胶构件的防泄漏结构的说明图。
图8A ~ 8D是成型动作的说明图。
图9A、 9B是被加工件的成型面压力分布测定结果的一个示例。
具体实施例方式
下面，参照附图来说明本发明 一个实施例的热压成形装置。
图1表示本发明第一实施例的热压成形装置的全部结构。
热压成形装置100由通用型压力装置与热压成形用的金属模系统的组合 而构成。通用型压力装置具备固定于地面上的基座102和在该基座102的上 方配置的滑板104。滑板104由驱动装置106进行驱动，沿着未图示的支柱 在上下方向移动，使之相对基座102接近及远离。驱动装置106也可以具有 例如，驱动滑板104的伺服电机和驱动控制伺服电机的控制器。作为驱动装 置106，也可以用油压作动器来代替使用伺服电机的驱动装置。
金属模系统具备，在基座102和滑板104上，以分別相对向配置的方式 搭载的上下两个模座112、 114。图2放大表示第一实施例的这两个模座112、 114的局部。两个;f莫座112、 114实质上具有相同结构，以上侧才莫座112为例， 参照图1和图2说明其结构。
上侧模座112具备底板116、冷却板118、框体120、框体支承机构 122、热板136、作为弹性体的橡胶构件138、可挠性顶板140、和框架126。
底板116大体为矩形板状，并固定在滑板104上。
冷却板118大体为矩形板状，并固定在底板116的中央。冷却板118内 形成了多个水孔119，各水孔119连结一起。通过向冷却水供给口供应冷却 水、从冷却水回流口循环冷却水，使冷却板118的温度保持恒定，切断热板 的热向底板116侧传递的路径；所述冷却水供给口与该相互连结的水孔119 的一个端部连接，所述冷却水回流口与该相互连结的水孔119的另一个端部 连接。
框体支承机构122固定在冷却板118之上。框体支岸4儿构122和框体120 大致为矩形筒状。框体支承机构122具备垫块128和弹簧130,垫块128通过弹簧130支承着框体120。框体120由弹簧130向下方靠压。框体支承机构122的底部开口 ，从该开口处向框体支承机构122和框体120的内侧插入热板136。
框架126大致为矩形，并固定在底板116上。框架126的端面上安装有包括真空衬垫的密闭框132。框架126下降，密闭框132与下侧模座114的密闭框132抵"l妄时，在密闭框的内侧就会形成真空室。真空室自如地由未图示的真空泵进行抽真空，并用放气阀进行放气。
热板136大致为矩形，并固定在冷却板118上。热板136是加热/冷却部件，其内部形成有多个用作热媒流体通路的水孔141。水孔141是，例如，沿热板的长度方向互相平行等地以间距，从热板136的一个端面一直贯通到另一个端面而形成，两端部用止水栓143密封。各水孔141用设于各水孔141长度方向两端的集流腔M5连结起来。加热时，由与一个集流腔l 4 5连结的热媒供给口供应的高温热媒流体(蒸汽、高温油等)，通过各水孔141从另一个集流腔145排出。由此加热橡胶构件138。冷却时，用同一路径，使低温热媒流体(冷却水、低温油等)通过各水孔141,冷却橡胶构件138。热板136的集流腔145的内侧形成隔热狭缝147,以防止集流腔145的热扩散。
热板136插入框体120内，使框体120的内侧面与热板136的外侧面紧贴一起。在框体120的内侧面与热板136的外侧面紧贴的状态下，热板136可相对于框体120上下方向(净皮加工件的厚度方向)移动。换句话说，框体120相对热板136可沿上下方向移动。即，热板136通过相对框体120滑动，起到作为底板的作用。
可挠性顶板140由螺栓等固定装置固定在框体120的端面。顶板140固定为密封框体120端面的开口部121。顶板140的厚度，例如约0.5~3mm即可。
框体120的内部借助于顶板140、热板136和框体120的侧壁形成收容空间124。该收容空间124收容橡胶构件138。该收容空间124实质上是密封的，不会漏出橡胶构件138。密封的收容空间124的容积，可通过热板136相对于框体120进行滑动而变化。
橡胶构件138被收容在由热板136、框体120和顶板140所形成的收容
空间124内。例如，收容空间124也可以无间隙地由橡胶构件138充填。橡胶构件138也可以是提高热导率的材料。至于橡胶构件138的材质，在下面说明。
还有，本说明书中，作为一个弹性体构件的例子主要说明使用橡胶构件的实施例，但也可以应用其它弹性体，例如合成树脂等。作为合成树脂的一例，也可以采用氟树脂。即使氟树脂中，也可以例如采用四氟化乙烯树脂(PTFE)。 PTFE有以下这些物理特性。
耐热性260 °C
拉伸强度 13.7 — 34.3 MP a
延伸率 200-400%
硬度 肖氏D50 ~ 55
弯曲弹性率550GPa
拉伸弹性率400~ 550GPa
热导率 0.25 W/mK
模座112的端部外表面(端面)上固定有可挠性的薄冲压模142。就固定沖压模142的方法而言，例如，可以使用由顶板140的外表面上所加工的真空吸附沟产生的真空吸附(省去用于真空吸附的真空泵的图示)与顶板140的外表面上设置的固定夹具的组合。
图3 B是使冲压加工件200时的加压状态说明图，图3 A是图3 B的A-A剖面图。
如图3 A所示，冲压模142的尺寸大于框体120的开口部121，并以其全部外缘位于开口部121的外侧方式与顶板140的外表面紧贴在一起。被加工件200的尺寸也大于框体120的开口部121,其被设定为其全部外缘位于开口部121的外侧。
下面，参照图1 ~图3说明冲压被加工件200时的动作。这里，也说明上下的模座112、 114的动作，至于温度控制则随后说明。
如图l所示，相对于已定位的下侧模座114,上侧;漠座112下降时，上下的沖压模142、 142与被加工件200的两个面相接触(加压开始状态)。这时的状态为图3 B的左侧。,人上下冲压才莫142、 142与^皮加工件200的两个面相接触后的状态，上侧才莫座112进一步下降施加加压力时，框体120也抵抗弹簧130的弹力并向底板116—侧后退。这时，橡胶构件138同时受到来自热板136的按压力和来自被加工件200的反作用力而减小体积、提高内压。
12即橡胶构件138被压缩了。热板136相对框体120推进的的部分与橡"交构件138由于压缩而减小的体积相对应。
这时，被压缩后的橡胶构件138，因弹性而产生均匀的按压力。于是，由框体120、热板136及顶板140所形成的收容空间124内若无间隙地充填着橡胶构件138,由于被压缩的橡胶构件138，其收容空间124内的压力均勾地上升。这时，以弹簣130的弹力将框体120压到顶板140上，所以也没有橡胶构件138从顶板140与框体120之间的间隙漏出去。这里，除可挠性的顶板140外，形成收容空间124的全部侧壁都是刚体，不会随压缩的橡胶构件138的弹性力变形。相反，因为顶板140内面受到压缩的橡胶构件138的弹性力而向外方膨胀变形。可挠性的顶板140向外方膨胀变形的弹性变形区域，其大小实质上与框体120的开口部121相同。
如图3B所示那样的热压成形时，使上下的沖压模142、 142按压作为热塑性树脂板的被加工件200的上下两面。这时，被加工件200的全部外缘处于框体120的开口部121外侧，因此可挠性的顶板140变形而向外方膨胀的全部弹性变形区域收容在被加工件200的外缘的内侧。其结果，并没有随着可挠性的顶板140的变形而使冲压模142、 142在被加工件200的外缘部分局部地变形，沖压模142、 142给被加工件200表面的成形压力分布变得比以往均匀。
还有，这种办法的场合，可挠性的顶板140向外方膨胀的弹性变形区域周围的、位于可挠性顶板140没有向外方膨胀的框体区域的被加工件200,不可能均等地被加压。因此，临近框体区域部分有可能复制图案精度不良。这种情况下，成形后也可以修剪被加工件200的框体区域部分。
图3中，说明了被加工件200的尺寸大于框体120的开口部121的情况，但图4是被加工件200的尺寸小于框体120的开口部121的情况下的说明图。即，图4 B是对被加工件200的尺寸小于框体120的开口部121的被加工件200进行沖压时的加压状态说明图，图4 A是其A - A剖面图。
如图4A所示，首先，跟图3A同样，使冲压模142与顶板140的外表面紧贴一起。由于被加工件200的尺寸小于框体的开口部121，以^吏一皮加工件200的全部外缘处于开口部121内的方式将其安置在冲压模142上。这时，被加工件200周围的冲压才莫142上固定着刚体隔寺反210。
刚体隔板210的内侧形状(内缘)仅仅比被加工件200的外缘稍微大一点。即，被加工件200与刚体隔板210之间只空出细微间隙。刚体隔板210的外侧形状(外缘)比框体120的开口部121还大。而且，刚体隔板210的板厚，实质上可以与被加工件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。刚体隔板210的材料可以是不锈钢(SUS)等与顶板140或沖压模142相同的材料。通过调整刚体隔板210与被加工件200之间的间隙以及刚体隔板210的板厚，使之与顶板140、冲压模142、被加工件200的厚度匹配，给被加工件200加压时，也对刚体隔板210加压，以密封状态均匀地整体压缩橡胶构件138。即，跟图3的情况同样，能够防止沖压模142的局部变形，均勻地给被加工件200力口压。
这里，橡胶构件138的厚度，从迅速地把热板136的热传递给顶板140和顶板140上所安装的沖压模142这一点出发，板厚薄是优选的。另一方面，压缩橡胶构件138的时候，从以均匀的压力按压顶板140的效果这个角度来考虑，则厚的板厚是优选的。因此，橡胶构件138的板厚约为例如2-5mm即可。
作为橡胶构件138的材料，例如可以使用硅酮橡胶。 一般地说，硅酮橡胶热导率低，所以通过给基体硅酮里掺入添加剂(氧化铝、陶瓷等)以提高热导率。 一般，掺入添加剂的量增加时，提高了硅酮的热导率，但其硬度降低，或硅酮橡胶的状态变成了胶状或粘土状。使用PTFE而不用橡胶材料时，不一定需要掺入所述这样的添加剂以调整热导率，但也可以掺入添加剂。
使用硬度低的橡胶材料制作橡胶构件138时，加压时，存在橡胶构件138从热板136的外侧面与框体120的内侧面之间的细微间隙漏出的情况。为了防止这样的情况，如以下那样，也可以组合相互硬度不同的橡胶材料制作橡胶构件138。
例如，图5B是组合与橡胶构件138材质不同的橡胶材料时的下侧模座1 1 4的说明图，图5A是其A-A剖面图。
如这些图所示，也可以用高硬度的硅酮橡胶(例如，肖氏硬度A70以上)构成大致矩形板状的橡胶构件138的周围区域139A,用低硬度、高热导率的硅酮橡胶构成由该高硬度硅酮橡胶包围的内侧区域139 B。周围区域139A的高硬度橡胶材料与内侧区域139B的低硬度橡胶材料相比，可以掺入较少量的添加剂，或者，完全不纟参入添加剂。因此，加压时橡月交构件138就不会进入框体120与热板136之间等地方。
也可以降低构成周围区域139A的橡胶构件138的热导率。构成周围区域139A的橡胶构件138的热导率低的时候，阻碍从热板136向框体120的热传导，可以抑制框体120的热膨胀和热收缩。
使用合成树脂材料而不用橡胶材料，也能实现图5这样的结构。即，也可以用硬度高的合成树脂材料构成周围区域139A,而用硬度低的合成树脂材料构成内侧区域139B 。
进而，也可以把橡胶构件138置换为将橡胶材料和合成树脂材料组合而成的结构。即，也可以用氟树脂构成周围区域139A,用橡胶材料构成内侧区域139B。
如所述那样，取代将硬度不同的橡胶材料组合作为橡胶构件138,也可以在加压时橡胶构件138会漏出的地方配备0型密封圈。例如，如图5C所示，在框体120与顶板140接触的面、及热板136的外侧面中与框体120的内侧面接触的部分，也可以分别配备O型圈230。
关于橡胶构件138的材质，也可以使用耐磨耗性和机械强度优于硅酮橡胶的氟橡胶。
图6表示本发明第二实施例的热压成形装置的整体结构。
第二实施例与第 一实施例不同点主要是橡胶构件的加热/冷却构件，其它方面大都是共通的。下面，以所述不同点为中心进行说明，至于与第一实施例共通的方面则省去说明。
本实施例中，上侧模座312和下侧模座314实质上也具有相同的结构，因而以上侧模座312为例进行说明。上侧模座312具备底板116、隔板322、框体120、弹簧130、隔热板326、橡胶构件328、热交换管330、可挠性顶板140、以及框架126。
隔板322大致为矩形板状，固定在底板116上。框体120通过弹簧130安装在隔板322上。冷却板118固定在隔板322上。隔热板326大致为矩形板状，固定在冷却板118上。隔热板326的外侧面与框体120的内侧面紧贴一起。隔热板326切断橡胶构件328与冷却板118之间的热传导。作为隔热板326的材质，例如也可以使用耐热环氧树脂。
在本实施例中，也跟第一实施例同样，由顶板140、隔热板326以及框体120的侧壁形成收容空间124。收容空间124内收容橡胶构件328。作为橡胶构件328，可使用跟第一实施例相同材质的构件。在本实施例中，收容 空间内通过热交换管330。因而，该收容空间124内除热交换管330以 外的空间都由橡胶构件328无间隙地充填。
热交换管330沿着收容空间长度方向互相平行且等间距地进行配置。热 交换管330的两端，贯通框体120由设于框体120外部的集流腔342、 342 连结一起。而且，加热时，从一个集流腔342所连结的热媒供给口接收高温 热媒流体(蒸汽、高温油等)的供应时，其高温热媒流体通过热交换管330, 从另一个集流腔342排出。由此，加热橡胶构件328。冷却时，经相同路径， 使低温热媒流体(冷却水、低温油等)通过热交换管330,冷却橡胶构件328。
还有，在框体120的内侧面与隔热板326的外侧面紧贴的状态下，偏热 板326相对于框体120可向上下方向(被加工件的厚度方向)移动，因此使 收容空间124的容积变化的这一点也跟第一实施例相同。另外，本实施例中 也跟第一实施例同样，既可冲压尺寸大于框体120的开口部121的被加工件 200,又可利用刚体隔板210冲压尺寸小于框体120的开口部121的被加工 件200。
其次，说明第二实施例的橡胶构件328的材质和结构。 例如，图7A是组合与橡胶构件328不同材质的橡胶材料时的下侧模座 314的说明图。
如该图所示，也可以用高硬度的硅酮橡胶，构成与大致矩形板状橡胶构 件328之中、与框体120及隔热板326连接的面附近的区域329A，用低硬 度的高热导率硅酮橡胶，构成其它区域，即，与橡胶构件328的中心区域即 与顶板140的内表面连接的面附近的区域329B。即，在由顶板140、框体 120及隔热板326形成的收容空间内，低硬度的高热导率硅酮橡胶与框体120 及隔热板326之间，也可以配置硬度高的硅酮橡胶。区域329A的高硬度橡 胶材料的添加剂掺入量比区域329B的低硬度橡胶材料少，或者，完全不掺 入添加剂也行。由此，加压时，橡胶构件328不会进入框体120与隔热板326 之间等地方。
构成与框体120及隔热板326连接的面附近的区域329 A的橡胶构件 328的热导率也可以较低。这种情况下，阻碍从热交换管330向框体120的 热传导，可以抑制框体120的热膨胀和热收缩。
跟第一实施例时同样，也可以使用合成树脂材料而不用橡胶材料，来实现图7这样的结构。即，也可以用硬度高的合成树脂材料构成与框体120及 隔热板326连接的面附近的区域329A，而用硬度低的合成树脂材料构成橡 胶构件328的中心区域及与顶板140的内表面相连的面附近的区域329B。
进而，也可以把橡胶构件328置换为将橡胶材料和合成树脂材料组合的 构件。即，也可以用氟树脂构成周围区域329A，用橡胶材料构成与中心区 域及与顶板140的内表面连接的面附近的区域329B。
如图7B所示，也可以配置O型密封圈。即，如该图所示，也可以在加 压时橡胶构件328会漏出的那些地方配备0型圈。例如，也可以在跟框体120 与顶板140的内表面接触的面、及隔热板326的外侧面中与框体120的内侧 面接触的部分，分别配备0型圈230。
根据本实施例，由于不需要复杂的热板，模座易于大型化。
参照图8 ，说明本发明第一实施例和第二实施例的热压成形装置100的 成型动作。图8A、图8B、图8C、图8D分别表示滑板位置、压力机加压力、 顶板温度、真空室内压力在一次成型运行的循环之中各自的变化。
首先，滑板104处于上限位置Sl。而且，在到达时刻tl之前的期间， 将被加工件200安置在下侧^^座114的冲压才莫142上。
在时刻tl,根据伺服加压机的位置控制，滑板104开始下降。而且，上 下的模座112、 114的框架126、 126的端面上的密闭框132彼此抵接，并下 降到形成真空室的位置S2时，暂时停止滑板104的下降(时刻t2)。
在t2时刻，开始给真空室内抽真空，同时开始向热板136 (第二实施例 中为热交换管330 )供应高温热媒流体。在完成了抽真空的时刻t3之前的期 间，不进行沖压模142、 142对被加工件200的加压。这是为了防止空气进 入到被加工件200与冲压模142、 142之间。
真空室内的真空度从大气压P 1达到适合复制成形的真空度P2的时刻 t3时，根据伺服加压机的加压力控制，滑板104再次开始下降。真空度P2 为，例如-90KPa以下即可。而且，让上下的冲压一莫142、 142以预加压力 Ll按压被加工件200。通过以预加压力L 1使上下冲压才莫142、 142按压被 加工件200,使热板136 (第二实施例中为热交换管330)、橡胶构件138、 顶板140及冲压模142紧贴，促进来自热板136 (第二实施例中为热交换管 330 )的热传导。预备加压力Ll,例如对被加工件200的加压面的面压力约 为lMPa即可。顶板l40的温度为达到可复制温度H2的时刻t4时，使滑板104进一步 下降，控制冲压模，使其压力升高到可进行复制的复制加压力L2。设定复 制加压力L2,例如在被加工件200的力。压面上的面压力为4 6MPa。被加 工件200是PMMA材料的话，可复制的复制温度H2为，例如120 ~ 150°C即可。
并且，从加压力达到复制加压力L2的时刻t5起，在规定时间T的期间， 继续着加热状态下的加压。在经过了规定时间T的时刻t6时，开始向热板 136 (第二实施例中为热交换管330)供应低温热媒流体，顶板140和冲压模 142开始冷却。为了不发生未复制等的复制不良，应根据被加工件的材质和 形状，设定优选的规定时间T。
顶板140即冲压模142被冷却，温度达到可脱模温度H1的时刻t7,真 空室开放大气，真空室内的压力恢复到大气压P1。被加工件为PMMA时， 可脱4莫温度Hl可以为例如40 ~ 70°C。
真空室内的压力恢复到大气压Pl的时刻t8,再次根据位置控制，滑板 104开始上升。而且，滑板104返回到上限位置Sl,就可以取出被加工件 200。
图9表示，运用所述实施例的热压成形装置，对被加工件进行加压时的 成型面压力分布的 一个例子。该图是以相当于6MPa的负荷，对、于框体120 的开口部121的丙歸制被加工件(256mmxl59mm、厚度0 .2mm )进行加压 时的成型面压力分布。而且，该图9A是不用橡胶构件的现有模座的成型面 压力分布，该图9B是用第一实施例的图4所示的形式(使用刚体隔板、橡 胶构件为厚度2mm的硅酮橡胶制成)的成型面压力分布。该图中，色浓的 部分表示压力高，色淡的部分表示压力低。
如图9A所示，被加工件部分250的成型面压力存在较大的不均匀。即， 被加工件部分250的外缘附近成型面压力高，在被加工件部分250的除此以 外的区域，成型面压力比外缘附近低。
与此对应，如图9B所示，在被加工件部分250的周围存在刚体隔板部 分260。很清楚，根据本实施例，被加工件部分250的成型面压力分布是几 乎均等的。
即使所述的任一个实施例，也可以用熔点比热塑性被加工件的软化温度 低的低熔点合金而不用橡胶构件。低熔点合金是指，利用通过组合不同种类的金属(Pb (铅)、Bi (铍)、Sn (锡)、Cd (镉)、In (铟)等)并合金化而其熔点降低的性质的公知合金。
根据所述的两个实施例，就能够以均匀的压力将冲压模按压在被加工件的表面。其结果，能以均匀的压力压缩被加工件，所以能够降低发生于被加工件内部的内部应变不匀，减少一皮加工件的波紋和翘曲。
另外，由于在密封状态下压缩橡胶构件，弹性体就呈现近似非压缩性流体的特性，实现由静压力效应造成的加压面压力的均匀化，同时也降低了弹性体物理特性(硬度和弹性系数)偏差的影响而造成的压力偏差。
再者，橡胶构件内部只发生压缩应力，所以防止了由拉伸应力引起的弹性体破裂。而且，橡胶构件与热板之间及橡胶构件与顶板之间不发生滑动，也防止了橡胶构件的磨耗。
所述的本发明的实施例是用以说明本发明的示例，而没有4巴本发明的范围仅限于这些实施例的目的。本领域的技术人员在不脱离本发明宗旨下，也能用其他各种各样的方式实施本发明。例如，本发明并不限定于在被加工件的双面上复制形状图案的场合，也能应用于仅在单面复制形状图案的情况。
权利要求
1、一种热压成形装置，所述热压成形装置(100)用于按压冲压模(142)而向热塑性板(200)的表面复制形状图案，其特征在于，具备压力装置和模座(112、114)；该压力装置具有基座(102)、滑板(104)和驱动所述滑板的驱动装置(106)；该模座(112、114)搭载在所述滑板或基座上，具有内部具有弹性体收容空间的框体(120)，插入所述框体内部、相对所述框体滑动来改变所述收容空间容积的底板(136、326)，收容于所述收容空间、在所述底板为了缩小所述收容空间容积而滑动时被压缩的弹性体(138、328)，安装在所述框体内、具有面对所述收容空间的内表面和支承所述冲压模的外表面的可挠性顶板(140)，以及使用热媒流体来加热或冷却所述冲压模的加热/冷却部件(136、330)；在所述底板为了缩小所述收容空间的容积而滑动时，所述可挠性顶板的内表面受到压缩了的所述弹性体的弹性力，所述可挠性顶板向外变形。
2、 根据权利要求1所述的热压成形装置，其特征在于，所述弹性体是橡胶构件或树脂构件，所述橡胶构件或树脂构件无间隙地充填在所述收容空间内，所述橡胶构件或树脂构件具有第 一 区域和第二区域，第 一 区域是与所述框体的内表面连接的区域附近，第二区域位于所述第一区域内侧，所述第一区域内充填的第 一橡胶构件或第 一树脂构件的硬度比所述第二区域内充填的第二橡胶构件或第二树脂构件的硬度高。
3、 根据权利要求1所述的热压成形装置，其特征在于，所述加热/冷却部件形成在所述底板内，所述热媒流体通过所述底板内部。
4、 根据权利要求3所述的热压成形装置，其特征在于，所述弹性体是橡力交构件或树脂构件，所述橡胶构件或树脂构件无间隙地充填在所述收容空间内，所述橡胶构件或树脂构件具有第一区域和第二区域，第一 区域是与所述框体内表面连接的区域附近，第二区域位于所述第一区域内侧，所述第二区域由掺入用于提高热导率的添加剂的橡胶材料或树脂材料构成，而所述第一区域由不掺入所述添加剂的橡胶材料或树脂材料构成，或者与所述第二区域相比，所掺入的所述添加剂的量少。
5、 根据权利要求1所述的热压成形装置，其特征在于，所述加热/冷却部件是通过所述弹性体内部的热交换管，所述热+某流体通过所述热交换管的内部。
6、 根据权利要求5所述的热压成形装置，其特征在于，所述弹性体是橡胶构件或树脂构件，所述橡胶构件或树脂构件无间隙地充填在所述收容空间内，所述橡胶构件或树脂构件具有第一区域和第二区域，第一区域由与所述框体内表面连接的区域附近及与所述底板连接的区域附近构成，第二区域为由所述第 一 区域所包围的区域及与所述顶板内表面连接的区域附近，所述第一区域内所充填的第 一橡胶构件或第 一树脂构件的硬度比所述第二区域内所充填的第二橡胶构件或第二树脂构件高。
7、 根据权利要求5所述的热压成形装置，其特征在于，所述弹性体是橡胶构件或树脂构件，所述橡胶构件或树脂构件无间隙地充填在所述收容空间内，所述橡胶材料或树脂材料具有第一区域和第二区域，第一区域由与所述由所述第 一 区域所包围的区域及与所述顶板内表面连接的区域附近，所述第二区域由掺入用于提高热导率的添加剂的橡胶材料或树脂材料构成，而所述第一区域由不掺入所述添加剂的橡胶材料或树脂材料构成，或者与所述第二区域相比，所掺入的所述添加剂的量少。
8、 根据权利要求1~ 7中任一项所述的热压成形装置，其特征在于，所述沖压模通过以下方式被所述顶板的外表面所支承，即其全部外缘位于所述顶板的弹性变形区域的外侧，该弹性变形区域因所述顶板的内表面受到所述弹性体的弹性力而向外变形，所述热压成形装置向所述热塑性板的表面复制形状图案，该热塑性板以其全部外缘位于所述弹性变形区域外侧的方式配置。
9、 根据权利要求1 7中任一项所述的热压成形装置，其特征在于，所述冲压模通过以下方式被所述顶板的外表面所支承，即其全部外缘位于所述顶板的弹性变形区域的外侧，该弹性变形区域因所述顶板的内表面受到所述弹性体的弹性力而向外变形，所述热压成形装置还具备隔板，所述隔板具有实质上与所述热塑性板相同的厚度，由刚体构成，所述热塑性板的全部外缘处于所述弹性变形区域内侧时，所述隔板的全部外缘位于所述弹性变形区域外缘的外侧，而且，所述隔板被固定为其内缘处于所述热塑性板的外缘的稍稍外侧。
10、 一种热压成形装置，所述热压成形装置(100)用于按压冲压模(142)而向热塑性板(200)的表面复制形状图案，其特征在于，具备压力装置和模座(112、 114),该压力装置具有基座(102)、滑板(104)和驱动所述滑板的驱动装置(106);该模座(112、 114)搭载在所述滑板或基座上，具有内部有空间的框体(120),插入所迷框体内部、滑动来改变所述空间的容积的底板(136、326)，收容于所述空间、熔点比所述热塑性板的软化温度低的低熔点合金构件，安装在所述框体内、具有面对所述收容空间的内表面和支承所述冲压模的外表面的顶板(140),以及使用热媒流体来加热及冷却所述冲压模的加热/冷却部件(136、 330);在所述空间的容积通过所述底板而纟皮缩小时，所述可挠性顶板的内表面受到来自所述低熔点合金构件的按压力，所述可挠性顶板向外变形。
11、 一种金属模系统，所述金属模系统用于按压沖压模而向热塑性板的表面复制凹凸图案的热压成形装置，其特征在于，具备搭载在所述压力装置的滑板或基座上的模座(112、 114),所述模座具备内部具有弹性体收容空间的框体(120);插入所述框体内部，相对所述框体滑动来改变所述收容空间容积的底板(136、 326);收容于所述收容空间，在所述底板为了缩小所述收容空间容积而滑动时被压缩的弹性体(138、 328);安装在所述框体内，具有面对所述收容空间的内表面和支承所述冲压模的外表面的可挠性顶板(140);使用热^ 某流体加热或冷却所述冲压模的加热/冷却部件(136、 330);在所述底板为了缩小所述收容空间的容积而滑动时，所述可挠性顶板的内表面受到压缩了的所述弹性体的弹性力'所述可挠性顶板向外变形。
全文摘要
本发明提供一种热压成形装置。在热压成形中，使热塑性板与冲压模的接触状态均匀化。热压成形装置(100)具有压力装置以及模座(112、114)，该压力装置具有基座(102)、滑板(104)和驱动滑板(104)的驱动装置(106)。模座(112、114)具有内部有收容空间的框体(120)；插入框体(120)内部、可滑动来改变收容空间容积的底板(136)；收容于收容空间内，为缩小收容空间容积在底板滑动时被压缩的橡胶构件(138)；安装在框体内，具有面对收容空间的内表面和支承所述冲压模(142)的外表面的可挠性顶板(140)。为缩小收容空间，使底板(136)滑动时，顶板(140)由于内表面承受压缩了的橡胶构件(138)的弹性力而向外变形。
文档编号B29C43/02GK101480827SQ200810189900
公开日2009年7月15日 申请日期2008年9月22日 优先权日2007年9月21日
发明者三吉宏治 申请人:小松产机株式会社