ホットプレス
【課題】高精度かつ精密な加熱加圧製品を生産することが可能なホットプレスを提供する。
【解決手段】圧力容器１２が上半体１２Ｕと下半体１２Ｌと中間環状封止体１７とクラッチリング１４とを有し、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌと中間環状封止体１７とが封止係合する。熱板２０が上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌとから成る。被加工ワーク５０が上熱板の中央部分２１Ｕと下熱板の中央部分２１Ｌとの間に配置され、圧力を減少する装置及び圧力を増大する装置が上熱板及び下熱板へ起動媒体を作用することによりワーク５０を圧力容器１２内において加熱加圧加工するホットプレスである。
【解決手段】圧力容器１２が上半体１２Ｕと下半体１２Ｌと中間環状封止体１７とクラッチリング１４とを有し、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌと中間環状封止体１７とが封止係合する。熱板２０が上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌとから成る。被加工ワーク５０が上熱板の中央部分２１Ｕと下熱板の中央部分２１Ｌとの間に配置され、圧力を減少する装置及び圧力を増大する装置が上熱板及び下熱板へ起動媒体を作用することによりワーク５０を圧力容器１２内において加熱加圧加工するホットプレスである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、種々の性質を有する複数の平板材料を積層した部材即ちワークを加熱加圧加工するためのホットプレスに関し、特に、本発明のホットプレスは、必要に応じて減圧雰囲気下での加熱加圧接合が可能なホットプレスであって、圧力容器内においてこれらの作業を行うことが出来る装置に関する。本発明のホットプレスは、圧力容器内において所望の加熱加圧作業を実行するが出来るため、当該作業中、ワークを極めて高い圧力下で加工することが出来る。このため、本発明は、例えば、プリント基板や太陽電池基板の製造作業、液晶ガラス基板の接合作業、更には建築部材の接合作業等、接合面に気泡などの封入を全く発生することなく、かつ非常に高い圧力等によってこれまでにない緊密な接合を達成することが出来る新規なホットプレスに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで種々のホットプレスが発表されている。例えば、特開平５−３０５６２４号は、装置外殻からの放熱により熱効率が低下することを防止するため、プレス機構を収容する内側容器３と、この内側容器を収容するための外側容器５と、を設け、シャッタ４５及び真空シャッタ８３を閉じれば、両容器が互いに独立の気密容器となり、シャッタ４５を開くと連通されるようにし、真空シャッタ８３を閉じ、シャッタ４５を開き、排気手段９３にて両容器を真空引きし、その後、熱板２７、２９、３３にて被加工材を加熱、軟化させ、併せてシャッタ４５を閉じ、こうして内側容器３と外側容器５との間に真空領域を形成したまま、被加工材をホットプレスするのである。この装置では、内側容器３と外側容器５との間に形成される真空領域が内側容器３から外側容器５への熱伝導を防止するので、外側容器５は昇温しない。かかる構成により、装置からの放熱を防止可能なホットプレスを開示している。
また、特開平８−１９２３００号は、仕上り時の板厚精度が均一な高品質の基板を形成するホットプレスを提供するため、周囲を上下方向に伸縮可能なベロー３５で構成し、基板素子５１との接触面は柔軟なテフロン（登録商標）ゴムシート３６で構成した圧力容器２８を熱板９に設け、上熱板９ｂに設けた圧力容器２８ｂと下熱板９ａに設けた圧力容器２８ａにより、基板素材５１を加圧する際に、圧力容器２８内の複数に別れた部屋内の熱媒体の圧力を変えることで局所加圧ができ、この結果、基板素材５１に特性の異なる種類の接着剤が分布していても、２種の最適接着面圧で基板を形成できるので、仕上り板厚が均一で高品質の基板を生産できるホットプレスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３０５６２４
【特許文献２】特開平８−１９２３００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これら公知の装置では、ワークを加熱加圧する際に、ワークの下側にあってワークを保持している熱板をワークと共に上側にある熱板に対して油圧シリンダーまたは空圧シリンダーによって上方移動し、これにより上側及び下側の熱板間でワークを挟圧することによってワークへ加熱加圧作業を施している。このため、加圧作業に用いられる加圧力が限定されていた。そのため、ワーク表面を平滑かつ微細な仕上り状態に加工することが出来ないというような課題があった。更に、作業中の雰囲気が多少の高圧雰囲気又は減圧雰囲気を伴うことが可能であるが、その雰囲気の範囲が極めて限定的であった。このため、気泡その他の異物が基板やモジュール内に残存するという課題もあった。その上、これまでのホットプレス装置ではプレス時にワークを支持する支持台が安定しておらず、このため、ワークの周辺部に反りが発生するという課題もあった。そのため、公知のホットプレスでは、高精度かつ精密な加熱加圧製品を生産することが困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
しかして、本件出願人は、当該出願人がこれまで長年使用している圧力容器（例えば、最近の出願例を挙げれば、「高圧アニール水蒸気処理装置」（特願２００７−３０６７６２）において使用する圧力容器２２）の内部において上記加熱加圧作業を実行することにより、反りなどの問題を発生しない高精度な製品加工が可能であろうとの知見を得た。そこで、出願人は、当該圧力容器内部においてホットプレス作業を行うための種々の可能性を研究しかつ検討した。その結果、出願人は、上記課題を解決するため、圧力容器１２と、該圧力容器１２内部に配置されている熱板２０と、圧力容器１２へ連結されており圧力容器内の圧力を増大する装置（６０または６４）と、圧力容器１２へ連結されており圧力容器内の圧力を減少する装置（５４、６５または６８）と、を有しているホットプレスを完成した。ここで、圧力容器１２は、上半体１２Ｕと、下半体１２Ｌと、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとの間に封止可能に配置されている中間環状封止体１７と、上半体１２Ｕと中間環状封止体１７と下半体１２Ｌとを開放自在に封止結合するクラッチリング１４と、を有し、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌと中間環状封止体１７とが互いに封止係合している。また、熱板２０は、上半体１２Uの内壁面を上下移動する上熱板２０Uであって、内部に加熱手段２３Ｕを有している中央部分２１Ｕと、該中央部分の周辺から上方へ伸びている周辺部分２２Ｕと、該周辺部分２２Ｕと圧力容器１２とを封止係合する封止手段２４Ｕと、を有している上熱板２０Ｕと；下半体１２Ｌの内壁面を上下移動する下熱板２０Lであって、内部に加熱手段２３Ｌを有している中央部分２１Ｌと、該中央部分の周辺から下方へ伸びている周辺部分２２Ｌと、該周辺部分２２Ｌと圧力容器１２とを封止係合する封止手段２４Ｌと、を有している下熱板２０Ｌと；から成る。また、被加工ワーク５０は、上熱板の中央部分２１Ｕと、下熱板の中央部分２１Ｌと、の間に配置され、圧力を減少する装置及び圧力を増大する装置が上熱板及び下熱板へ起動媒体を作用することにより、当該ワーク５０を圧力容器１２内において加熱加圧加工することを特徴とするホットプレスである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明において使用する圧力容器での作業においては単位面積当たりの圧力を４０ｋｇとするようなことは極めて通常的なことであり、このため本発明において、例えば５０ｃｍ平方の基板に対して液体または気体等の起動媒体を単位面積当たり４０ｋｇ程度の圧力を付与すると、当該５０ｃｍ平方の基板に対して１００トンもの大きな力が付加されることになるので、これまで出来なかったような非常に高度な平滑度を持つ製品の加工が可能となる。これは、本発明においては、加熱加圧作業を密閉状態の圧力容器内部において実行することが出来るためである。また、本件発明においては、ワークを減圧雰囲気において所望の加熱加圧作業を行なうことが出来るので、極めて精巧なかつ異物が存在しない基板形成が可能である。その上、本発明ではワークをその上面及び下面から挟持する熱板が同一の熱板全面にわたり均一な圧力をもって加熱加圧作業を行なうことが出来るので、ワークに反りがほとんど発生しないホットプレス加工が可能となる。また本件装置は、構造が非常に容易かつ単純なので、安価にかつ安全に操業することが出来る。更に、本件装置は、液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の高精密加工、プリント基板や太陽電池積層材の高精密加工、または建築材料の高精密加工等々に非常に便利にかつ品質の均質化が図れる作業に極めて有用に使用出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例を示す全体概略図である。
【図２】図１に示す上熱板と下熱板との関係を示している部分概略図。
【図３】上熱板及び下熱板をプレス板で補強した実施例を示す部分概略図。
【図４】上熱板及び下熱板とプレス板とを弾性体で連結した実施例を示す部分概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は本発明のホットプレス１０の概略図である。このホットプレス１０は、それぞれおわん型を有しており、開口部を下向きに配置した上半体１２U及び開口部を上向きに配置した下半体１２Lより構成されている圧力容器１２と、圧力容器１２の中間部にあって上半体１２Uの下向き開口部と下半体１２Ｌの上向き開口部とを引き離し自在に密封保持するクラッチリング１４と、上半体１２Uの開口部と下半体１２Ｌの開口部との間に配置されている中間環状封止体であって上半体へ取付けてあるセクショナルリング１６及び下半体へ取付けてあるスペーサ１８から成る中間環状封止体１７と、圧力容器１２の内壁面に沿って該内壁面に対して封止状態にて上下移動する熱板であって上半体１２Uの内壁面を上下移動する上熱板２０U及び下半体１２Ｌの内壁面を上下移動する下熱板２０Lから成る熱板２０と、圧力容器１２を支持している架台２８と、図示していないが上半体１２Uを上方へ持ち上げるためのそれ自体公知の上半体持ち上げ手段と、より構成されている。
圧力容器１２は、前述の様に、おわん型の略同一の形状を有して対置している上半体１２Uと下半体１２Ｌとを有している。より詳細には、これらの半体１２U、１２Lはそれぞれ上下方向に略垂直に伸びる垂直壁面３０U、３０Lと、垂直壁面の一端部を閉じるように形成されているドーム形状を有している底部分３１U、３１Lと、垂直壁面の他端部の開放された開口部から半径方向外方へ向かって所定の厚みを有して形成されているフランジ部３２U、３２Lとを有している。更に、垂直壁面３０U、３０Lの内面にはそれぞれ半径方向内方へ向かって僅かに突き出している隆起部３３U、３３Lが形成されている。これらの隆起部３３U、３３Lは壁面３０U、３０Lの内面全周にわたって連続して設けてもよいし、間欠状態に設けてもよい。また、隆起部３３U、３３Lの位置は、図示するように、隆起部３３Uと開口フランジ部３２Uとの間の距離が、隆起部３３Lと開口フランジ部３２Lとの間の距離よりも幾分大きくなっている。上熱板２０Uが下熱板２０Lよりも、中間環状封止体１７若しくは圧力容器１２の中間部に画定される中間分割面（図示なし）から遠い位置まで移動出来るようにすることによって、圧力容器へのワーク５０の出し入れ作業を容易に行なうためである。また、フランジ部３２Uは全周にわたって略同一の厚みを有しているが、フランジ部３２Lにはその下方部分全周に亘って縮径部が形成されかつそこから下方に伸びて壁面３０Lに連結されている段部３４が形成されている。この段部３４には架台２８が係合し、これによりホットプレス１０が安全に保持されている。なお、上半体１２Ｕ及び下半体１２Ｌは例えばステンレス又は鋼板材料により形成されることが出来る。
圧力容器１２の内径は、限定的ではないが、例えば１０００ｍｍまたはそれ以上とすることが出来、更に、その高さは例えば１２００ｍｍ又はそれ以上とすることも出来る。
クラッチリング１４は、上半体１２Uのフランジ部３２U及び下半体１２Lのフランジ部３２Lに設けた歯又は爪（図示なし）に螺合する爪又は歯（図示なし）を有し、フランジ部の外周側縁に沿ってフランジ部を包囲し、図示の位置から当該クラッチリングを圧力容器１２の周りに回転することにより、中間環状封止体１７を中間に保持した状態で上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとを封止状態に締結したり、開放したりすることが出来る。なお、このクラッチリング１４は、出願人の製品において以前から広く使用され、また特願２００７−３０６７６２号等においても使用されているもので、既に公知であるので、詳述はしない。なお、このクラッチリング１４は例えばステンレス又は鉄鋼材料により形成されることが出来る。
上述したように、上半体１２Uのフランジ部３２U及び下半体１２Lのフランジ部３２Lの間には、セクショナルリング１６及びスペーサ１８より成る中間環状封止体１７が設けてある。セクショナルリング１６は、上半体１２Uのフランジ部３２Uに対して、好ましくは数箇所にて、ねじその他の公知の固着手段３８によって固着されている。更にセクショナルリング１６とフランジ部３２Ｕの間にはOリング等の封止手段４０が配置され、両者が互いに気密、液密状態に保持されている。セクショナルリング１６は、概ね平坦な環状形態を有しており、このセクショナルリング１６の内径部分は、上半体１２Uの垂直壁面３０Uの内方へ多少突き出す程度の寸法を有している。なお、セクショナルリング１６は例えばステンレス材料により形成されることが出来る。
スペーサ１８は下半体１２Ｌのフランジ部３２Ｌに対して、好ましくは数箇所にて、ねじその他の公知の固着手段４２によって固着されている。更にスペーサ１８とフランジ部３２Ｌの間にはOリング等の封止手段４４が配置され、両者が互いに気密、液密状態に保持されている。スペーサ１８は、概ね平坦な環状形態を有しており、このスペーサ１８の内径部分は、上記セクショナルリング１６と同様に、下半体１２Ｌの垂直壁面３０Ｌの内方へ突き出す程度の寸法を有している。この、スペーサ１８は例えばステンレス材料により形成されることが出来る。
更にスペーサ１８とセクショナルリング１６との間にもOリング等の封止手段４６が配置され、両者が互いに気密、液密状態に保持されている。この結果、クラッチリング１４を締付け位置へ駆動すると、圧力容器１２は完全に機密状態に保持され得るのである。スペーサ１８は、通常、セクショナルリング１６よりも厚みが幾分厚く構成されており、スペーサ１８は、後述するワーク５０の厚みに応じて、適宜、最適な厚みを有するスペーサ１８と交換することが可能である。また共に環状形態を有しているスペーサ１８とセクショナルリング１６は、それらの外径寸法及び内径寸法がほぼ同一の寸法を有しており、外径部側面が共にクラッチリング１４に接する程の寸法を有しており、内径部分は前述のように共に上半体１２Ｕおよび下半体１２Ｌの内方へほぼ同一距離だけ突き出る程度の寸法を有している。なお、図示の例では、スペーサ１８とセクショナルリング１６とを別部材として示しているが、必要なら、両者を最初から一体物にて構成することもできる。その場合には、当然、封止手段４６は不要となる。また、固着手段３８、４２の何れか一方も不要となる。しかしながら、一般的なこれまでの作業においては、スペーサ１８とセクショナルリング１６との間に形成される高さがワーク５０を圧力容器１２内へ出し入れする際の作業レベルとして使用されることが多い。そのような場合には、図示の例のように、スペーサ１８とセクショナルリング１６との間が離隔可能な構成とすることが好ましい。
圧力容器１２の内部へ配置されている円盤形状を有する熱板２０を構成している上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌは、それぞれ上半体１２Ｕの壁面３０Ｕ及び下半体１２Ｌの壁面３０Ｌの内側面に沿って互いに上下方向に移動可能に配置されている。上熱板２０Ｕは中央部分２１Ｕが凹み、周辺部分２２Ｕが立ち上がっており、断面が概ねＵ字形状を有している。平坦な形状を有している中央部分２１Ｕの内部には加熱手段２３Ｕが収容されている。この加熱手段としては、容器１２の外部にある図示していない電源に接続されている電気的なヒーター手段が広く使用されるが、これ以外に必要に応じて液体、気体その他の公知の加熱手段が使用可能である。上方へ伸びている周辺部分２２Ｕの外周面にはＯリング等の封止手段２４Ｕが配置されている。この封止手段２４Ｕにより上熱板２０Ｕと上半体１２Ｕとにより画定される空間Ａは封止状態に保持されている。図示の例では封止手段２４Ｕが２連に設けてあり、上熱板２０Ｕと上半体１２Ｕとの封止状態をより完全に行っているが、この２連に設けることは必須事項ではなく、１個でもよいことは当業者に明らかである。立ち上がっている周辺部分２２Ｕの下部には空域部分２５Ｕを提供するための縮径部分が形成されている。この空域部分２５Ｕが圧力容器１２の半径方向内方へ突き出している前記セクショナルリング１６及びスペーサ１８の内径部分を収容している。
下熱板２０Ｌは上熱板２０Ｕと上下対称をなす円盤形状を有しており、中央部分２１Ｌが上方へ突き出し、周辺部分２２Ｌが下方へ垂下しており、断面が概ね逆Ｕ字形状を有している。平坦な形状を有している中央部分２１Ｌの内部には、前記加熱手段２３Ｕと同様の、加熱手段２３Ｌが収容されている。下方へ垂下している周辺部分２２Ｌの外周面にはＯリング等の封止手段２４Ｌが配置されている。この封止手段２４Ｌにより下熱板２０Ｌと下半体１２Ｌとにより画定される空間Ｂは封止状態に保持される。図示の例では封止手段２４Ｌが２連に設けてあり、下熱板２０Ｌと下半体１２Ｌとの封止状態をより完全に行っているが、上述したように、この２連に設けることは必須事項ではない。垂下している周辺部分２２Ｌの上部には空域部分２５Ｌが形成されている。この空域部分２５Ｌが圧力容器１２の半径方向内方へ突き出している前記スペーサ１８の内径部分を収容している。
図に示すように上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌとは、所定の間隔をおいて配置されている。加熱加圧加工されるべきワーク５０は圧力容器１２内の上熱板２０Ｕの平坦な中央部分２１Ｕと下熱板２０Ｌの平坦な中央部分２１Ｌとの間に配置され、圧力容器１２内にて下向きに移動する上熱板２０Ｕと、上向きに移動する下熱板２０Ｌとによって所望の加熱加圧作業が行われる。なお、上熱板及び下熱板は共に、望ましくは、例えばアルミニュウム等のような熱伝導性高い材料により形成されることが出来る。
圧力容器１２には、前記加熱手段２３Ｕ、２３Ｌ以外にも、以下に述べるように、圧力容器１２の内部と外部とを連結している各種の手段が設けられている。上半体１２Ｕの内部において上熱板２０Ｕを下方へ向かって移動し、同様に下半体１２Ｌの内部において下熱板２０Ｌを上方へ向かって移動するための起動媒体として、水圧または油圧を提供する液圧装置６０が設けてある。液圧装置６０は、水または油等の液体を収容するタンク６１と、タンク６１から上半体１２Ｕの空間Ａおよび下半体１２Ｌの空間Ｂへ連結しそこへ実質的に同一の圧力を有する高圧液体を供給するための供給管６２と、上半体１２Ｕの空間Ａおよび下半体１２Ｌの空間Ｂから高圧液体をタンクへ戻すための戻し管６３と、を有している。なお、タンク６１内には、公知の液面センサ６１ａを設けることが出来る。また、供給管６２内には起動媒体を空間Ａ、Ｂへ送り込むための公知のポンプ等の加圧手段６２ａおよび弁装置６２ｂが、戻し管６３内にも同様に起動媒体をタンク６１へ送り込むための公知のポンプ等の加圧手段６３ａおよび弁装置６３ｂが設けられることが出来る。また、必要に応じて、起動媒体として気体を使用する場合には、導管６２へ公知の空気ポンプ６４を接続することもできる。この場合も、ポンプ６４と導管６２との間に弁装置６４ａを設けることができる。
更に、作動初期において圧力容器１２内部を減圧するため該圧力容器１２の空間Ａ、Ｂ内の空気を大気中へ排出するため真空ポンプ等の減圧手段６５を設けることが出来る。この減圧手段６５は、各導管６６を介して上半体１２Ｕの空間Ａ及び下半体１２Ｌの空間Ｂへ連結され、各導管６６の中間部には各々弁装置６６ａ、６６ａを設け、排出した空気は大気中へ放出することが出来る。
また、特に、圧力容器１２の空間Ａ、Ｂ内部から液体または気体等の起動媒体を排出するための排圧手段６８として、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌの各底部分３１Ｕ、３１Ｌを介して前記タンク６１へ至る導管７０を設けることが出来る。これらの導管７０内には必要に応じて弁装置７０ａを配置することが出来る。これらの導管７０は特に起動媒体が液体の時に使用されるものであり、夫々破線で示すように、前記タンク６１まで接続されている。もし、起動媒体が気体の場合には高圧気体を大気中へ排出するための排出導管７２を設けることが出来る。この排出導管内７２には同様に弁装置７２ａを配置することが出来る。当業者に明らかなように、減圧手段６５と排出手段６８の排出導管７２とは実質的に同様の作用を提供しているので、一方を削除することも可能である。もし、減圧手段６５を削除する場合には、排出導管７２内において弁装置７２ａ以降に、減圧手段６５と同様の機能を有する手段を設置することが好ましいことは当業者に明らかであろう。しかしながら、作業手順の容易化簡便化のためには専用の配管を設置するが好まれることを考慮して各手段を併記している。
更に、上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌとの間に画定される空間であって、ワーク５０を収容するための空間５２を減圧するための真空ポンプ等の減圧手段５４が設けてある。この減圧手段５４はスペーサ１８を介して前記空間５２まで伸張している導管５４ａにより、当該空間５２の内部及びそこに配置されるワーク５０を所望圧力まで減圧することが出来る。もし、スペーサ１８の代替として中間環状封止体１７を用いる場合に、図示したような導管５４ａを設けることが困難な場合には、導管５４ａを、フランジ部３２Ｌを介して直接空域部分２５Ｌへ接続することも可能であろう。
また、図示していないが、クラッチリング１４を回転して上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとの封止を開放した後に、当該上半体１２Ｕを図示の位置から上方へ移動したり、当該上方位置から図示の位置まで下方へ移動するため、上半体移送手段（図示なし）が設けてある。この移送手段は圧力容器１２へ未加工ワークを設置したりまたはそこから加工済みのワークを取り出すために必要である。この移送手段は、例えば、螺子棒とナットとを使用したもので上半体１２Ｕの所定位置へ固定した複数（例えば３個または４個）のナットへ螺合する螺子棒をモーターで調時しながら回転することにより上半体１２Ｕを上方へ又は下方へ移送する。なお、このような移動手段としては、天井クレーンで吊り上げるなど、種々の方式が知られており、その内容は当業者に既に公知であるので、これ以上は詳述しない。
図２−４は、ワーク５０を挟持して加熱加圧加工する上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌとの概略関係を示している。図２は図１に示した上熱板と下熱板との関係を示した概略図であり、上下方向へ伸張している周辺部分は省略して示している。以下の図においても同様である。ワーク５０は下熱板の平坦な中央部分に配置されている。以下の実施例においても同様である。前述のように、熱板２０は熱伝達特性を考慮してアルミニューム素材によって構成されている。しかしアルミニュウム素材は、加圧作業をする際に大きな加圧荷重をかけた場合、その強度に多少問題がある。そこで、このような問題を解消するために、図３では図２に示すと同様の加熱手段を夫々内有する上熱板７４Ｕ及び下熱板７４Ｌをアルミニュウム素材で構成し、これらの熱板をワーク５０へ対して安全に押圧出来るように、熱板のワークから離れた側に、押圧力に対する強度が大きい例えばステンレス鋼または各種の炭素鋼からなるプレス板７５Ｕ、７５Ｌを配置して、熱板７４Ｕ、７４Ｌへ対して大きな押圧力を安全に加えることが出来る構造とし、更にこれらの熱板へ大きな押圧力を付与しても上下の熱板が変形したり損傷したりすることを防止したものである。なお、これらの熱板とプレス板は、溶接その他の公知の固着手段により固着されている。これ以外の点は図１において述べたと同様である。
図３では、上下の熱板７４Ｕ、７４Ｌとプレス板７５Ｕ、７５Ｌが、夫々溶接その他の公知の接続手段により接続されている。このため、加熱手段によって付加された熱がアルミニュウム素材で構成されている熱板から鋼素材で構成されているプレス板の方へ逃げる可能性があり、熱効率上好ましくない。そこで、図４では、上下の熱板７６Ｕ、７６Ｌとプレス板７７Ｕ、７７Ｌとを独立して配置し、両者を複数の弾性体７８Ｕ、７８Ｌによって懸吊保持したものである。これ以外の点は図１において述べたと同様である。この結果、上下の熱板７６Ｕ、７６Ｌとプレス板７７Ｕ、７７Ｌとはプレス作業中のみ接触し、通常は互いに離れて配置されるように構成し、これにより図３に示す実施例の熱効率の課題を解消しているものである。なお、図示の例において、プレス板７５U、７５L、７７U、７７Lが共に熱板７４U、７４L、７６U、７６Lの寸法よりも大きい形状を有していることは注目すべきである。これによりプレス板が均一な押圧力を熱板へ付与することを保証し、反りのない成形作業を確約しているのである。
次に図１を参照ながら、本件装置の作業手順について述べる。初めに、ワーク５０の作業前の厚みと作業後の厚みとを検討し、最も適切な厚み寸法を有するスペーサ１８を選択する。作業前は、架台２８に載置されている圧力容器１２の上半体１２Ｕが、該上半体と封止関係にある上熱板２０Ｕ及び該上半体のフランジ部へ固着手段３８によって固着されているセクショナルリング１６と共に、図示していない上半体移送手段によって、下半体１２Ｌから所定距離だけ上方へ持ち上げられているので、選択したスペーサ１８を下半体１２Ｌのフランジ部３２Ｌ上へ配置する。次いで、下半体１２Ｌ内にＯリング等の封止手段２４Ｌによって支承されている下熱板２０Ｌの平坦な中央部分２１Ｌへ被加工ワーク５０を配置する。このとき、上下の熱板２０Ｕ、２０Ｌの加熱手段２３Ｕ、２３Ｌは作動状態となっている。なお、この実施例では、クラッチリング１４は下半体のフランジ部３２Ｌへ常時係合している状態を想定している（以下同じ）が、勿論、クラッチリング１４は上半体のフランジ部３２Ｕへ常時係合している状態を想定することも可能であり、その場合には、該クラッチリング１４は、上半体１２Ｕの上下運動に従動することは当業者に明らかである。また、中間環状封止体１７を使用する場合、例えば固着手段４０、封止手段４４を残したときには固着手段３８を位置決め手段として構成すること（又はその反対構成とすること）も可能である。ここで、被加工ワーク５０としては、例えば、プリント基板、太陽電池基板、液晶ガラス基板、更には建築部材等々の、予め保護膜と基板と接着剤若しくは保護膜とモジュールと接着剤を適切に積層した積層形状を有するものである。
被加工ワーク５０を下熱板２０Ｌの平坦な中央部分２１Ｌへ適切に配置した後、上半体１２Ｕを、上熱板２０Ｕ及びセクショナルリング１６と共に静かに下半体１２Ｌ上に降下する。二つの半体を適切に整合配置した後、クラッチリング１４を回転してこれらの半体１２Ｕ、１２Ｌを、セクショナルリング１６及びスペーサ１８を中間に介在させた状態で、適切に接合する。これにより圧力容器１２の内部は完全にその外部から封止状態に保持される。その後、減圧手段６５を起動して圧力容器１２の空間Ａ、Ｂ内の圧力を所定値（例えば１００トールまで）減じる。空間Ａ内が減圧されることにより上熱板２０Ｕは上半体１２Ｕの底部分３１Ｕの方向へ吸い上げられて上昇する。この上昇運動は上熱板２０Ｕの周辺部分２２Ｕが上半体１２Ｕの隆起部３３Ｕへ接するまで継続する。一方、同様に空間Ｂ内が減圧されることにより下熱板２０Ｌは下半体１２Ｌの底部分３１Ｌの方向へ降下する。この下降運動は下熱板２０Ｌの周辺部分２２Ｌが下半体１２Ｌの隆起部３３Ｌへ接するまで継続する。
このとき好ましくは減圧手段５４を起動して上下に移動した熱板２０Ｕ、２０Ｌ間に画定された空間５２内部の圧力も同時に空間Ａ、Ｂ内の圧力と略程度（例えば１００トール）まで減じる。その後、減圧手段６５を停止する。
次いで液圧装置６０又は空気ポンプ６４を駆動して今や減圧状態にある圧力容器１２の上下の空間Ａ、Ｂ内へ加圧された液体又は気体から成る起動媒体を供給する。実質的に同一の圧力を有する起動媒体が空間Ａ、Ｂ内へ注入されることにより空間Ａ、Ｂ内の圧力が実質的に同一だけ上昇し、上下の熱板２０Ｕ、２０Ｌが互いに接近する方向へ移動する。これにより両熱板がワーク５０を上下両方向から同一の強い力で加熱しながら加圧する。このため、ワーク５０は、これまでのホットプレス作業においては不可避だったワーク周辺部分の反りを殆ど発生することなく所望のホットプレス加工を行うことが出来る。このとき、上下の熱板２０Ｕ、２０Ｌの周辺部分２２Ｕ、２２Ｌには縮径部分により空域部分２５Ｕ、２５Ｌが設けてあるので、上下の熱板は互いに他方へ接近する方向へ自由に移動することが出来、最適な加熱加圧作業を提供することが出来る。なお、これらの熱板２０Ｕ、２０Ｌが異常に接近して、互いに噛み合うような事故を発生させないため、両熱板２０Ｕ、２０Ｌが互いに接近できる距離は、熱板２０Ｕが空域部分２５Ｕを介してセクショナルリング１６へ衝突する位置、そして熱板２０Ｌが空域部分２５Ｌを介してスペーサ１８へ衝突する位置よりも互いに近接する方向へは移動出来ないように図っている。
好ましくは、ワーク５０の加熱加圧作業が完全に終了するまで、減圧手段５４は作動状態にしておき、この加熱加圧作業において発生する空気その他のガス等の異物を空間５２から除去し、ワーク５０が完全に異物を含まない接合を得るようにすることが出来る。所定の時間、ワーク５０を上下方向から加熱加圧することによってホットプレス作業が完了する。その後、減圧手段５４の作動を終了する。
ワーク５０の種類によっては、加熱加圧作業に際して化学反応を起こす場合もある。そしてそのような場合に、当該化学反応を高圧状態または減圧状態で行うことが要求されることもある。かかる場合には、減圧手段５４を、適宜、高圧手段に変更することにより、容易にそのような要求を満たすことが出来るのである。
ワークの加熱加圧作業が終了した後、起動媒体を圧力容器１２から排出する排出手段６８の弁装置７０ａ、または弁装置７２ａを開放して、容器１２内部が常圧になるまで容器１２内部の高圧流体を容器外部へ放出する。更に減圧手段５４を開放状態とする。こうして容器１２の内部全体を常圧まで戻す。その後、クラッチリング１４を回転し、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとの締結を解除する。次いで、図示していない上半体移送手段によって上半体１２Ｕを上方へ引き上げる。こうして、加工済みのワーク５０を下熱板上面から取り出すのである。
【符号の説明】
【０００９】
１０：ホットプレス １２：圧力容器
１２Ｕ：上半体 １２Ｌ：下半体
１４：クラッチリング １６：セクショナルリング
１７：中間環状封止体 １８：スペーサ
２０：熱板 ２０Ｕ：上熱板
２０Ｌ：下熱板 ２１Ｕ、２１Ｌ：中央部分
２２Ｕ、２２Ｌ：周辺部分 ２３Ｕ、２３Ｌ：加熱手段
２４Ｕ、２４Ｌ：封止手段 ２５Ｕ、２５Ｌ：空域部分
２８：架台 ３０Ｕ、３０Ｌ：垂直壁面
３１Ｕ、３１Ｌ：底部分 ３２Ｕ、３２Ｌ：フランジ部
３３Ｕ、３３Ｌ：隆起部 ３４：段部
３８、４２：固着手段 ４０、４４、４６：封止手段
５０：ワーク ５２：空間
５４：減圧手段 ５４ａ：導管
６０：液圧装置 ６１：タンク
６１ａ：液面センサ ６２：導管
６２ａ：加圧手段 ６２ｂ、６３ｂ：弁装置
６３：戻し管 ６３ａ：加圧手段
６４：空気ポンプ ６４ａ：弁装置
６５：減圧手段 ６６：導管
６６ａ：弁装置 ６８：排圧手段
７０：導管 ７０ａ：弁装置
７２：排出導管 ７２ａ：弁装置
７４Ｕ：上熱板 ７４Ｌ：下熱板
７５Ｕ：上プレス板 ７５Ｌ：下プレス板
７６Ｕ：上熱板 ７６Ｌ：下熱板
７７Ｕ：上プレス板 ７７Ｌ：下プレス板
７８Ｕ：上弾性体 ７８Ｌ：下弾性体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、種々の性質を有する複数の平板材料を積層した部材即ちワークを加熱加圧加工するためのホットプレスに関し、特に、本発明のホットプレスは、必要に応じて減圧雰囲気下での加熱加圧接合が可能なホットプレスであって、圧力容器内においてこれらの作業を行うことが出来る装置に関する。本発明のホットプレスは、圧力容器内において所望の加熱加圧作業を実行するが出来るため、当該作業中、ワークを極めて高い圧力下で加工することが出来る。このため、本発明は、例えば、プリント基板や太陽電池基板の製造作業、液晶ガラス基板の接合作業、更には建築部材の接合作業等、接合面に気泡などの封入を全く発生することなく、かつ非常に高い圧力等によってこれまでにない緊密な接合を達成することが出来る新規なホットプレスに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで種々のホットプレスが発表されている。例えば、特開平５−３０５６２４号は、装置外殻からの放熱により熱効率が低下することを防止するため、プレス機構を収容する内側容器３と、この内側容器を収容するための外側容器５と、を設け、シャッタ４５及び真空シャッタ８３を閉じれば、両容器が互いに独立の気密容器となり、シャッタ４５を開くと連通されるようにし、真空シャッタ８３を閉じ、シャッタ４５を開き、排気手段９３にて両容器を真空引きし、その後、熱板２７、２９、３３にて被加工材を加熱、軟化させ、併せてシャッタ４５を閉じ、こうして内側容器３と外側容器５との間に真空領域を形成したまま、被加工材をホットプレスするのである。この装置では、内側容器３と外側容器５との間に形成される真空領域が内側容器３から外側容器５への熱伝導を防止するので、外側容器５は昇温しない。かかる構成により、装置からの放熱を防止可能なホットプレスを開示している。
また、特開平８−１９２３００号は、仕上り時の板厚精度が均一な高品質の基板を形成するホットプレスを提供するため、周囲を上下方向に伸縮可能なベロー３５で構成し、基板素子５１との接触面は柔軟なテフロン（登録商標）ゴムシート３６で構成した圧力容器２８を熱板９に設け、上熱板９ｂに設けた圧力容器２８ｂと下熱板９ａに設けた圧力容器２８ａにより、基板素材５１を加圧する際に、圧力容器２８内の複数に別れた部屋内の熱媒体の圧力を変えることで局所加圧ができ、この結果、基板素材５１に特性の異なる種類の接着剤が分布していても、２種の最適接着面圧で基板を形成できるので、仕上り板厚が均一で高品質の基板を生産できるホットプレスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３０５６２４
【特許文献２】特開平８−１９２３００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これら公知の装置では、ワークを加熱加圧する際に、ワークの下側にあってワークを保持している熱板をワークと共に上側にある熱板に対して油圧シリンダーまたは空圧シリンダーによって上方移動し、これにより上側及び下側の熱板間でワークを挟圧することによってワークへ加熱加圧作業を施している。このため、加圧作業に用いられる加圧力が限定されていた。そのため、ワーク表面を平滑かつ微細な仕上り状態に加工することが出来ないというような課題があった。更に、作業中の雰囲気が多少の高圧雰囲気又は減圧雰囲気を伴うことが可能であるが、その雰囲気の範囲が極めて限定的であった。このため、気泡その他の異物が基板やモジュール内に残存するという課題もあった。その上、これまでのホットプレス装置ではプレス時にワークを支持する支持台が安定しておらず、このため、ワークの周辺部に反りが発生するという課題もあった。そのため、公知のホットプレスでは、高精度かつ精密な加熱加圧製品を生産することが困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
しかして、本件出願人は、当該出願人がこれまで長年使用している圧力容器（例えば、最近の出願例を挙げれば、「高圧アニール水蒸気処理装置」（特願２００７−３０６７６２）において使用する圧力容器２２）の内部において上記加熱加圧作業を実行することにより、反りなどの問題を発生しない高精度な製品加工が可能であろうとの知見を得た。そこで、出願人は、当該圧力容器内部においてホットプレス作業を行うための種々の可能性を研究しかつ検討した。その結果、出願人は、上記課題を解決するため、圧力容器１２と、該圧力容器１２内部に配置されている熱板２０と、圧力容器１２へ連結されており圧力容器内の圧力を増大する装置（６０または６４）と、圧力容器１２へ連結されており圧力容器内の圧力を減少する装置（５４、６５または６８）と、を有しているホットプレスを完成した。ここで、圧力容器１２は、上半体１２Ｕと、下半体１２Ｌと、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとの間に封止可能に配置されている中間環状封止体１７と、上半体１２Ｕと中間環状封止体１７と下半体１２Ｌとを開放自在に封止結合するクラッチリング１４と、を有し、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌと中間環状封止体１７とが互いに封止係合している。また、熱板２０は、上半体１２Uの内壁面を上下移動する上熱板２０Uであって、内部に加熱手段２３Ｕを有している中央部分２１Ｕと、該中央部分の周辺から上方へ伸びている周辺部分２２Ｕと、該周辺部分２２Ｕと圧力容器１２とを封止係合する封止手段２４Ｕと、を有している上熱板２０Ｕと；下半体１２Ｌの内壁面を上下移動する下熱板２０Lであって、内部に加熱手段２３Ｌを有している中央部分２１Ｌと、該中央部分の周辺から下方へ伸びている周辺部分２２Ｌと、該周辺部分２２Ｌと圧力容器１２とを封止係合する封止手段２４Ｌと、を有している下熱板２０Ｌと；から成る。また、被加工ワーク５０は、上熱板の中央部分２１Ｕと、下熱板の中央部分２１Ｌと、の間に配置され、圧力を減少する装置及び圧力を増大する装置が上熱板及び下熱板へ起動媒体を作用することにより、当該ワーク５０を圧力容器１２内において加熱加圧加工することを特徴とするホットプレスである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明において使用する圧力容器での作業においては単位面積当たりの圧力を４０ｋｇとするようなことは極めて通常的なことであり、このため本発明において、例えば５０ｃｍ平方の基板に対して液体または気体等の起動媒体を単位面積当たり４０ｋｇ程度の圧力を付与すると、当該５０ｃｍ平方の基板に対して１００トンもの大きな力が付加されることになるので、これまで出来なかったような非常に高度な平滑度を持つ製品の加工が可能となる。これは、本発明においては、加熱加圧作業を密閉状態の圧力容器内部において実行することが出来るためである。また、本件発明においては、ワークを減圧雰囲気において所望の加熱加圧作業を行なうことが出来るので、極めて精巧なかつ異物が存在しない基板形成が可能である。その上、本発明ではワークをその上面及び下面から挟持する熱板が同一の熱板全面にわたり均一な圧力をもって加熱加圧作業を行なうことが出来るので、ワークに反りがほとんど発生しないホットプレス加工が可能となる。また本件装置は、構造が非常に容易かつ単純なので、安価にかつ安全に操業することが出来る。更に、本件装置は、液晶用ガラス基板やシリコンウエーハ等の高精密加工、プリント基板や太陽電池積層材の高精密加工、または建築材料の高精密加工等々に非常に便利にかつ品質の均質化が図れる作業に極めて有用に使用出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例を示す全体概略図である。
【図２】図１に示す上熱板と下熱板との関係を示している部分概略図。
【図３】上熱板及び下熱板をプレス板で補強した実施例を示す部分概略図。
【図４】上熱板及び下熱板とプレス板とを弾性体で連結した実施例を示す部分概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は本発明のホットプレス１０の概略図である。このホットプレス１０は、それぞれおわん型を有しており、開口部を下向きに配置した上半体１２U及び開口部を上向きに配置した下半体１２Lより構成されている圧力容器１２と、圧力容器１２の中間部にあって上半体１２Uの下向き開口部と下半体１２Ｌの上向き開口部とを引き離し自在に密封保持するクラッチリング１４と、上半体１２Uの開口部と下半体１２Ｌの開口部との間に配置されている中間環状封止体であって上半体へ取付けてあるセクショナルリング１６及び下半体へ取付けてあるスペーサ１８から成る中間環状封止体１７と、圧力容器１２の内壁面に沿って該内壁面に対して封止状態にて上下移動する熱板であって上半体１２Uの内壁面を上下移動する上熱板２０U及び下半体１２Ｌの内壁面を上下移動する下熱板２０Lから成る熱板２０と、圧力容器１２を支持している架台２８と、図示していないが上半体１２Uを上方へ持ち上げるためのそれ自体公知の上半体持ち上げ手段と、より構成されている。
圧力容器１２は、前述の様に、おわん型の略同一の形状を有して対置している上半体１２Uと下半体１２Ｌとを有している。より詳細には、これらの半体１２U、１２Lはそれぞれ上下方向に略垂直に伸びる垂直壁面３０U、３０Lと、垂直壁面の一端部を閉じるように形成されているドーム形状を有している底部分３１U、３１Lと、垂直壁面の他端部の開放された開口部から半径方向外方へ向かって所定の厚みを有して形成されているフランジ部３２U、３２Lとを有している。更に、垂直壁面３０U、３０Lの内面にはそれぞれ半径方向内方へ向かって僅かに突き出している隆起部３３U、３３Lが形成されている。これらの隆起部３３U、３３Lは壁面３０U、３０Lの内面全周にわたって連続して設けてもよいし、間欠状態に設けてもよい。また、隆起部３３U、３３Lの位置は、図示するように、隆起部３３Uと開口フランジ部３２Uとの間の距離が、隆起部３３Lと開口フランジ部３２Lとの間の距離よりも幾分大きくなっている。上熱板２０Uが下熱板２０Lよりも、中間環状封止体１７若しくは圧力容器１２の中間部に画定される中間分割面（図示なし）から遠い位置まで移動出来るようにすることによって、圧力容器へのワーク５０の出し入れ作業を容易に行なうためである。また、フランジ部３２Uは全周にわたって略同一の厚みを有しているが、フランジ部３２Lにはその下方部分全周に亘って縮径部が形成されかつそこから下方に伸びて壁面３０Lに連結されている段部３４が形成されている。この段部３４には架台２８が係合し、これによりホットプレス１０が安全に保持されている。なお、上半体１２Ｕ及び下半体１２Ｌは例えばステンレス又は鋼板材料により形成されることが出来る。
圧力容器１２の内径は、限定的ではないが、例えば１０００ｍｍまたはそれ以上とすることが出来、更に、その高さは例えば１２００ｍｍ又はそれ以上とすることも出来る。
クラッチリング１４は、上半体１２Uのフランジ部３２U及び下半体１２Lのフランジ部３２Lに設けた歯又は爪（図示なし）に螺合する爪又は歯（図示なし）を有し、フランジ部の外周側縁に沿ってフランジ部を包囲し、図示の位置から当該クラッチリングを圧力容器１２の周りに回転することにより、中間環状封止体１７を中間に保持した状態で上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとを封止状態に締結したり、開放したりすることが出来る。なお、このクラッチリング１４は、出願人の製品において以前から広く使用され、また特願２００７−３０６７６２号等においても使用されているもので、既に公知であるので、詳述はしない。なお、このクラッチリング１４は例えばステンレス又は鉄鋼材料により形成されることが出来る。
上述したように、上半体１２Uのフランジ部３２U及び下半体１２Lのフランジ部３２Lの間には、セクショナルリング１６及びスペーサ１８より成る中間環状封止体１７が設けてある。セクショナルリング１６は、上半体１２Uのフランジ部３２Uに対して、好ましくは数箇所にて、ねじその他の公知の固着手段３８によって固着されている。更にセクショナルリング１６とフランジ部３２Ｕの間にはOリング等の封止手段４０が配置され、両者が互いに気密、液密状態に保持されている。セクショナルリング１６は、概ね平坦な環状形態を有しており、このセクショナルリング１６の内径部分は、上半体１２Uの垂直壁面３０Uの内方へ多少突き出す程度の寸法を有している。なお、セクショナルリング１６は例えばステンレス材料により形成されることが出来る。
スペーサ１８は下半体１２Ｌのフランジ部３２Ｌに対して、好ましくは数箇所にて、ねじその他の公知の固着手段４２によって固着されている。更にスペーサ１８とフランジ部３２Ｌの間にはOリング等の封止手段４４が配置され、両者が互いに気密、液密状態に保持されている。スペーサ１８は、概ね平坦な環状形態を有しており、このスペーサ１８の内径部分は、上記セクショナルリング１６と同様に、下半体１２Ｌの垂直壁面３０Ｌの内方へ突き出す程度の寸法を有している。この、スペーサ１８は例えばステンレス材料により形成されることが出来る。
更にスペーサ１８とセクショナルリング１６との間にもOリング等の封止手段４６が配置され、両者が互いに気密、液密状態に保持されている。この結果、クラッチリング１４を締付け位置へ駆動すると、圧力容器１２は完全に機密状態に保持され得るのである。スペーサ１８は、通常、セクショナルリング１６よりも厚みが幾分厚く構成されており、スペーサ１８は、後述するワーク５０の厚みに応じて、適宜、最適な厚みを有するスペーサ１８と交換することが可能である。また共に環状形態を有しているスペーサ１８とセクショナルリング１６は、それらの外径寸法及び内径寸法がほぼ同一の寸法を有しており、外径部側面が共にクラッチリング１４に接する程の寸法を有しており、内径部分は前述のように共に上半体１２Ｕおよび下半体１２Ｌの内方へほぼ同一距離だけ突き出る程度の寸法を有している。なお、図示の例では、スペーサ１８とセクショナルリング１６とを別部材として示しているが、必要なら、両者を最初から一体物にて構成することもできる。その場合には、当然、封止手段４６は不要となる。また、固着手段３８、４２の何れか一方も不要となる。しかしながら、一般的なこれまでの作業においては、スペーサ１８とセクショナルリング１６との間に形成される高さがワーク５０を圧力容器１２内へ出し入れする際の作業レベルとして使用されることが多い。そのような場合には、図示の例のように、スペーサ１８とセクショナルリング１６との間が離隔可能な構成とすることが好ましい。
圧力容器１２の内部へ配置されている円盤形状を有する熱板２０を構成している上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌは、それぞれ上半体１２Ｕの壁面３０Ｕ及び下半体１２Ｌの壁面３０Ｌの内側面に沿って互いに上下方向に移動可能に配置されている。上熱板２０Ｕは中央部分２１Ｕが凹み、周辺部分２２Ｕが立ち上がっており、断面が概ねＵ字形状を有している。平坦な形状を有している中央部分２１Ｕの内部には加熱手段２３Ｕが収容されている。この加熱手段としては、容器１２の外部にある図示していない電源に接続されている電気的なヒーター手段が広く使用されるが、これ以外に必要に応じて液体、気体その他の公知の加熱手段が使用可能である。上方へ伸びている周辺部分２２Ｕの外周面にはＯリング等の封止手段２４Ｕが配置されている。この封止手段２４Ｕにより上熱板２０Ｕと上半体１２Ｕとにより画定される空間Ａは封止状態に保持されている。図示の例では封止手段２４Ｕが２連に設けてあり、上熱板２０Ｕと上半体１２Ｕとの封止状態をより完全に行っているが、この２連に設けることは必須事項ではなく、１個でもよいことは当業者に明らかである。立ち上がっている周辺部分２２Ｕの下部には空域部分２５Ｕを提供するための縮径部分が形成されている。この空域部分２５Ｕが圧力容器１２の半径方向内方へ突き出している前記セクショナルリング１６及びスペーサ１８の内径部分を収容している。
下熱板２０Ｌは上熱板２０Ｕと上下対称をなす円盤形状を有しており、中央部分２１Ｌが上方へ突き出し、周辺部分２２Ｌが下方へ垂下しており、断面が概ね逆Ｕ字形状を有している。平坦な形状を有している中央部分２１Ｌの内部には、前記加熱手段２３Ｕと同様の、加熱手段２３Ｌが収容されている。下方へ垂下している周辺部分２２Ｌの外周面にはＯリング等の封止手段２４Ｌが配置されている。この封止手段２４Ｌにより下熱板２０Ｌと下半体１２Ｌとにより画定される空間Ｂは封止状態に保持される。図示の例では封止手段２４Ｌが２連に設けてあり、下熱板２０Ｌと下半体１２Ｌとの封止状態をより完全に行っているが、上述したように、この２連に設けることは必須事項ではない。垂下している周辺部分２２Ｌの上部には空域部分２５Ｌが形成されている。この空域部分２５Ｌが圧力容器１２の半径方向内方へ突き出している前記スペーサ１８の内径部分を収容している。
図に示すように上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌとは、所定の間隔をおいて配置されている。加熱加圧加工されるべきワーク５０は圧力容器１２内の上熱板２０Ｕの平坦な中央部分２１Ｕと下熱板２０Ｌの平坦な中央部分２１Ｌとの間に配置され、圧力容器１２内にて下向きに移動する上熱板２０Ｕと、上向きに移動する下熱板２０Ｌとによって所望の加熱加圧作業が行われる。なお、上熱板及び下熱板は共に、望ましくは、例えばアルミニュウム等のような熱伝導性高い材料により形成されることが出来る。
圧力容器１２には、前記加熱手段２３Ｕ、２３Ｌ以外にも、以下に述べるように、圧力容器１２の内部と外部とを連結している各種の手段が設けられている。上半体１２Ｕの内部において上熱板２０Ｕを下方へ向かって移動し、同様に下半体１２Ｌの内部において下熱板２０Ｌを上方へ向かって移動するための起動媒体として、水圧または油圧を提供する液圧装置６０が設けてある。液圧装置６０は、水または油等の液体を収容するタンク６１と、タンク６１から上半体１２Ｕの空間Ａおよび下半体１２Ｌの空間Ｂへ連結しそこへ実質的に同一の圧力を有する高圧液体を供給するための供給管６２と、上半体１２Ｕの空間Ａおよび下半体１２Ｌの空間Ｂから高圧液体をタンクへ戻すための戻し管６３と、を有している。なお、タンク６１内には、公知の液面センサ６１ａを設けることが出来る。また、供給管６２内には起動媒体を空間Ａ、Ｂへ送り込むための公知のポンプ等の加圧手段６２ａおよび弁装置６２ｂが、戻し管６３内にも同様に起動媒体をタンク６１へ送り込むための公知のポンプ等の加圧手段６３ａおよび弁装置６３ｂが設けられることが出来る。また、必要に応じて、起動媒体として気体を使用する場合には、導管６２へ公知の空気ポンプ６４を接続することもできる。この場合も、ポンプ６４と導管６２との間に弁装置６４ａを設けることができる。
更に、作動初期において圧力容器１２内部を減圧するため該圧力容器１２の空間Ａ、Ｂ内の空気を大気中へ排出するため真空ポンプ等の減圧手段６５を設けることが出来る。この減圧手段６５は、各導管６６を介して上半体１２Ｕの空間Ａ及び下半体１２Ｌの空間Ｂへ連結され、各導管６６の中間部には各々弁装置６６ａ、６６ａを設け、排出した空気は大気中へ放出することが出来る。
また、特に、圧力容器１２の空間Ａ、Ｂ内部から液体または気体等の起動媒体を排出するための排圧手段６８として、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌの各底部分３１Ｕ、３１Ｌを介して前記タンク６１へ至る導管７０を設けることが出来る。これらの導管７０内には必要に応じて弁装置７０ａを配置することが出来る。これらの導管７０は特に起動媒体が液体の時に使用されるものであり、夫々破線で示すように、前記タンク６１まで接続されている。もし、起動媒体が気体の場合には高圧気体を大気中へ排出するための排出導管７２を設けることが出来る。この排出導管内７２には同様に弁装置７２ａを配置することが出来る。当業者に明らかなように、減圧手段６５と排出手段６８の排出導管７２とは実質的に同様の作用を提供しているので、一方を削除することも可能である。もし、減圧手段６５を削除する場合には、排出導管７２内において弁装置７２ａ以降に、減圧手段６５と同様の機能を有する手段を設置することが好ましいことは当業者に明らかであろう。しかしながら、作業手順の容易化簡便化のためには専用の配管を設置するが好まれることを考慮して各手段を併記している。
更に、上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌとの間に画定される空間であって、ワーク５０を収容するための空間５２を減圧するための真空ポンプ等の減圧手段５４が設けてある。この減圧手段５４はスペーサ１８を介して前記空間５２まで伸張している導管５４ａにより、当該空間５２の内部及びそこに配置されるワーク５０を所望圧力まで減圧することが出来る。もし、スペーサ１８の代替として中間環状封止体１７を用いる場合に、図示したような導管５４ａを設けることが困難な場合には、導管５４ａを、フランジ部３２Ｌを介して直接空域部分２５Ｌへ接続することも可能であろう。
また、図示していないが、クラッチリング１４を回転して上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとの封止を開放した後に、当該上半体１２Ｕを図示の位置から上方へ移動したり、当該上方位置から図示の位置まで下方へ移動するため、上半体移送手段（図示なし）が設けてある。この移送手段は圧力容器１２へ未加工ワークを設置したりまたはそこから加工済みのワークを取り出すために必要である。この移送手段は、例えば、螺子棒とナットとを使用したもので上半体１２Ｕの所定位置へ固定した複数（例えば３個または４個）のナットへ螺合する螺子棒をモーターで調時しながら回転することにより上半体１２Ｕを上方へ又は下方へ移送する。なお、このような移動手段としては、天井クレーンで吊り上げるなど、種々の方式が知られており、その内容は当業者に既に公知であるので、これ以上は詳述しない。
図２−４は、ワーク５０を挟持して加熱加圧加工する上熱板２０Ｕと下熱板２０Ｌとの概略関係を示している。図２は図１に示した上熱板と下熱板との関係を示した概略図であり、上下方向へ伸張している周辺部分は省略して示している。以下の図においても同様である。ワーク５０は下熱板の平坦な中央部分に配置されている。以下の実施例においても同様である。前述のように、熱板２０は熱伝達特性を考慮してアルミニューム素材によって構成されている。しかしアルミニュウム素材は、加圧作業をする際に大きな加圧荷重をかけた場合、その強度に多少問題がある。そこで、このような問題を解消するために、図３では図２に示すと同様の加熱手段を夫々内有する上熱板７４Ｕ及び下熱板７４Ｌをアルミニュウム素材で構成し、これらの熱板をワーク５０へ対して安全に押圧出来るように、熱板のワークから離れた側に、押圧力に対する強度が大きい例えばステンレス鋼または各種の炭素鋼からなるプレス板７５Ｕ、７５Ｌを配置して、熱板７４Ｕ、７４Ｌへ対して大きな押圧力を安全に加えることが出来る構造とし、更にこれらの熱板へ大きな押圧力を付与しても上下の熱板が変形したり損傷したりすることを防止したものである。なお、これらの熱板とプレス板は、溶接その他の公知の固着手段により固着されている。これ以外の点は図１において述べたと同様である。
図３では、上下の熱板７４Ｕ、７４Ｌとプレス板７５Ｕ、７５Ｌが、夫々溶接その他の公知の接続手段により接続されている。このため、加熱手段によって付加された熱がアルミニュウム素材で構成されている熱板から鋼素材で構成されているプレス板の方へ逃げる可能性があり、熱効率上好ましくない。そこで、図４では、上下の熱板７６Ｕ、７６Ｌとプレス板７７Ｕ、７７Ｌとを独立して配置し、両者を複数の弾性体７８Ｕ、７８Ｌによって懸吊保持したものである。これ以外の点は図１において述べたと同様である。この結果、上下の熱板７６Ｕ、７６Ｌとプレス板７７Ｕ、７７Ｌとはプレス作業中のみ接触し、通常は互いに離れて配置されるように構成し、これにより図３に示す実施例の熱効率の課題を解消しているものである。なお、図示の例において、プレス板７５U、７５L、７７U、７７Lが共に熱板７４U、７４L、７６U、７６Lの寸法よりも大きい形状を有していることは注目すべきである。これによりプレス板が均一な押圧力を熱板へ付与することを保証し、反りのない成形作業を確約しているのである。
次に図１を参照ながら、本件装置の作業手順について述べる。初めに、ワーク５０の作業前の厚みと作業後の厚みとを検討し、最も適切な厚み寸法を有するスペーサ１８を選択する。作業前は、架台２８に載置されている圧力容器１２の上半体１２Ｕが、該上半体と封止関係にある上熱板２０Ｕ及び該上半体のフランジ部へ固着手段３８によって固着されているセクショナルリング１６と共に、図示していない上半体移送手段によって、下半体１２Ｌから所定距離だけ上方へ持ち上げられているので、選択したスペーサ１８を下半体１２Ｌのフランジ部３２Ｌ上へ配置する。次いで、下半体１２Ｌ内にＯリング等の封止手段２４Ｌによって支承されている下熱板２０Ｌの平坦な中央部分２１Ｌへ被加工ワーク５０を配置する。このとき、上下の熱板２０Ｕ、２０Ｌの加熱手段２３Ｕ、２３Ｌは作動状態となっている。なお、この実施例では、クラッチリング１４は下半体のフランジ部３２Ｌへ常時係合している状態を想定している（以下同じ）が、勿論、クラッチリング１４は上半体のフランジ部３２Ｕへ常時係合している状態を想定することも可能であり、その場合には、該クラッチリング１４は、上半体１２Ｕの上下運動に従動することは当業者に明らかである。また、中間環状封止体１７を使用する場合、例えば固着手段４０、封止手段４４を残したときには固着手段３８を位置決め手段として構成すること（又はその反対構成とすること）も可能である。ここで、被加工ワーク５０としては、例えば、プリント基板、太陽電池基板、液晶ガラス基板、更には建築部材等々の、予め保護膜と基板と接着剤若しくは保護膜とモジュールと接着剤を適切に積層した積層形状を有するものである。
被加工ワーク５０を下熱板２０Ｌの平坦な中央部分２１Ｌへ適切に配置した後、上半体１２Ｕを、上熱板２０Ｕ及びセクショナルリング１６と共に静かに下半体１２Ｌ上に降下する。二つの半体を適切に整合配置した後、クラッチリング１４を回転してこれらの半体１２Ｕ、１２Ｌを、セクショナルリング１６及びスペーサ１８を中間に介在させた状態で、適切に接合する。これにより圧力容器１２の内部は完全にその外部から封止状態に保持される。その後、減圧手段６５を起動して圧力容器１２の空間Ａ、Ｂ内の圧力を所定値（例えば１００トールまで）減じる。空間Ａ内が減圧されることにより上熱板２０Ｕは上半体１２Ｕの底部分３１Ｕの方向へ吸い上げられて上昇する。この上昇運動は上熱板２０Ｕの周辺部分２２Ｕが上半体１２Ｕの隆起部３３Ｕへ接するまで継続する。一方、同様に空間Ｂ内が減圧されることにより下熱板２０Ｌは下半体１２Ｌの底部分３１Ｌの方向へ降下する。この下降運動は下熱板２０Ｌの周辺部分２２Ｌが下半体１２Ｌの隆起部３３Ｌへ接するまで継続する。
このとき好ましくは減圧手段５４を起動して上下に移動した熱板２０Ｕ、２０Ｌ間に画定された空間５２内部の圧力も同時に空間Ａ、Ｂ内の圧力と略程度（例えば１００トール）まで減じる。その後、減圧手段６５を停止する。
次いで液圧装置６０又は空気ポンプ６４を駆動して今や減圧状態にある圧力容器１２の上下の空間Ａ、Ｂ内へ加圧された液体又は気体から成る起動媒体を供給する。実質的に同一の圧力を有する起動媒体が空間Ａ、Ｂ内へ注入されることにより空間Ａ、Ｂ内の圧力が実質的に同一だけ上昇し、上下の熱板２０Ｕ、２０Ｌが互いに接近する方向へ移動する。これにより両熱板がワーク５０を上下両方向から同一の強い力で加熱しながら加圧する。このため、ワーク５０は、これまでのホットプレス作業においては不可避だったワーク周辺部分の反りを殆ど発生することなく所望のホットプレス加工を行うことが出来る。このとき、上下の熱板２０Ｕ、２０Ｌの周辺部分２２Ｕ、２２Ｌには縮径部分により空域部分２５Ｕ、２５Ｌが設けてあるので、上下の熱板は互いに他方へ接近する方向へ自由に移動することが出来、最適な加熱加圧作業を提供することが出来る。なお、これらの熱板２０Ｕ、２０Ｌが異常に接近して、互いに噛み合うような事故を発生させないため、両熱板２０Ｕ、２０Ｌが互いに接近できる距離は、熱板２０Ｕが空域部分２５Ｕを介してセクショナルリング１６へ衝突する位置、そして熱板２０Ｌが空域部分２５Ｌを介してスペーサ１８へ衝突する位置よりも互いに近接する方向へは移動出来ないように図っている。
好ましくは、ワーク５０の加熱加圧作業が完全に終了するまで、減圧手段５４は作動状態にしておき、この加熱加圧作業において発生する空気その他のガス等の異物を空間５２から除去し、ワーク５０が完全に異物を含まない接合を得るようにすることが出来る。所定の時間、ワーク５０を上下方向から加熱加圧することによってホットプレス作業が完了する。その後、減圧手段５４の作動を終了する。
ワーク５０の種類によっては、加熱加圧作業に際して化学反応を起こす場合もある。そしてそのような場合に、当該化学反応を高圧状態または減圧状態で行うことが要求されることもある。かかる場合には、減圧手段５４を、適宜、高圧手段に変更することにより、容易にそのような要求を満たすことが出来るのである。
ワークの加熱加圧作業が終了した後、起動媒体を圧力容器１２から排出する排出手段６８の弁装置７０ａ、または弁装置７２ａを開放して、容器１２内部が常圧になるまで容器１２内部の高圧流体を容器外部へ放出する。更に減圧手段５４を開放状態とする。こうして容器１２の内部全体を常圧まで戻す。その後、クラッチリング１４を回転し、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとの締結を解除する。次いで、図示していない上半体移送手段によって上半体１２Ｕを上方へ引き上げる。こうして、加工済みのワーク５０を下熱板上面から取り出すのである。
【符号の説明】
【０００９】
１０：ホットプレス １２：圧力容器
１２Ｕ：上半体 １２Ｌ：下半体
１４：クラッチリング １６：セクショナルリング
１７：中間環状封止体 １８：スペーサ
２０：熱板 ２０Ｕ：上熱板
２０Ｌ：下熱板 ２１Ｕ、２１Ｌ：中央部分
２２Ｕ、２２Ｌ：周辺部分 ２３Ｕ、２３Ｌ：加熱手段
２４Ｕ、２４Ｌ：封止手段 ２５Ｕ、２５Ｌ：空域部分
２８：架台 ３０Ｕ、３０Ｌ：垂直壁面
３１Ｕ、３１Ｌ：底部分 ３２Ｕ、３２Ｌ：フランジ部
３３Ｕ、３３Ｌ：隆起部 ３４：段部
３８、４２：固着手段 ４０、４４、４６：封止手段
５０：ワーク ５２：空間
５４：減圧手段 ５４ａ：導管
６０：液圧装置 ６１：タンク
６１ａ：液面センサ ６２：導管
６２ａ：加圧手段 ６２ｂ、６３ｂ：弁装置
６３：戻し管 ６３ａ：加圧手段
６４：空気ポンプ ６４ａ：弁装置
６５：減圧手段 ６６：導管
６６ａ：弁装置 ６８：排圧手段
７０：導管 ７０ａ：弁装置
７２：排出導管 ７２ａ：弁装置
７４Ｕ：上熱板 ７４Ｌ：下熱板
７５Ｕ：上プレス板 ７５Ｌ：下プレス板
７６Ｕ：上熱板 ７６Ｌ：下熱板
７７Ｕ：上プレス板 ７７Ｌ：下プレス板
７８Ｕ：上弾性体 ７８Ｌ：下弾性体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器１２と、該圧力容器１２内部に配置されている熱板２０と、圧力容器１２へ連結されており圧力容器内の圧力を増大する装置（６０または６４）と、圧力容器１２へ連結されており圧力容器内の圧力を減少する装置（５４、６５または６８）と、を有しており、
圧力容器１２が、上半体１２Ｕと、下半体１２Ｌと、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとの間に封止可能に配置されている中間環状封止体１７と、上半体１２Ｕと中間環状封止体１７と下半体１２Ｌとを開放自在に封止結合するクラッチリング１４と、を有し、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌと中間環状封止体１７とが互いに封止係合しており、
熱板２０が、上半体１２Uの内壁面を上下移動する上熱板２０Uであって、内部に加熱手段２３Ｕを有している中央部分２１Ｕと、該中央部分の周辺から上方へ伸びている周辺部分２２Ｕと、該周辺部分２２Ｕと圧力容器１２とを封止係合する封止手段２４Ｕと、を有している上熱板２０Ｕと、下半体１２Ｌの内壁面を上下移動する下熱板２０Lであって、内部に加熱手段２３Ｌを有している中央部分２１Ｌと、該中央部分の周辺から下方へ伸びている周辺部分２２Ｌと、該周辺部分２２Ｌと圧力容器１２とを封止係合する封止手段２４Ｌと、を有している下熱板２０Ｌと、から成り、
被加工ワーク５０が、上熱板の中央部分２１Ｕと、下熱板の中央部分２１Ｌと、の間に配置され、圧力を減少する装置及び圧力を増大する装置が上熱板及び下熱板へ起動媒体を作用することにより、当該ワーク５０を圧力容器１２内において加熱加圧加工することを特徴とするホットプレス。
【請求項２】
中間環状封止体１７が、上熱板２０Ｕの下降運動と下熱板２０Ｌの上昇運動とを制限し、これによって上熱板と下熱板との接触を防止していることを特徴とする請求項１に記載のホットプレス。
【請求項３】
中間環状封止体１７が、ワーク５０の厚みに応じて調節されることを特徴とする請求項１又は２に記載のホットプレス。
【請求項４】
中間環状封止体１７が、上半体１２Ｕへ取付けられているセクショナルリング１６と、下半体１２Ｌへ取付けられているスペーサ１８と、から構成されていることを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載のホットプレス。
【請求項５】
圧力容器１２内において、上熱板２０Ｕによって画定される空間Ａ及び下熱板２０Ｌによって画定される空間Ｂの圧力を減少する装置と、圧力容器１２内において、上熱板と下熱板との間の空間５２の圧力を減少する装置とが、独立して設けてあることを特徴とする請求項１−４のいずれか１項に記載のホットプレス。
【請求項６】
上下の熱板２０U、２０Lが該熱板の寸法よりも大きい寸法を有するプレス板７５U、７５L、７７U、７７Lによって補強されていることを特徴とする請求項１−５のいずれか1項に記載のホットプレス。
【請求項１】
圧力容器１２と、該圧力容器１２内部に配置されている熱板２０と、圧力容器１２へ連結されており圧力容器内の圧力を増大する装置（６０または６４）と、圧力容器１２へ連結されており圧力容器内の圧力を減少する装置（５４、６５または６８）と、を有しており、
圧力容器１２が、上半体１２Ｕと、下半体１２Ｌと、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌとの間に封止可能に配置されている中間環状封止体１７と、上半体１２Ｕと中間環状封止体１７と下半体１２Ｌとを開放自在に封止結合するクラッチリング１４と、を有し、上半体１２Ｕと下半体１２Ｌと中間環状封止体１７とが互いに封止係合しており、
熱板２０が、上半体１２Uの内壁面を上下移動する上熱板２０Uであって、内部に加熱手段２３Ｕを有している中央部分２１Ｕと、該中央部分の周辺から上方へ伸びている周辺部分２２Ｕと、該周辺部分２２Ｕと圧力容器１２とを封止係合する封止手段２４Ｕと、を有している上熱板２０Ｕと、下半体１２Ｌの内壁面を上下移動する下熱板２０Lであって、内部に加熱手段２３Ｌを有している中央部分２１Ｌと、該中央部分の周辺から下方へ伸びている周辺部分２２Ｌと、該周辺部分２２Ｌと圧力容器１２とを封止係合する封止手段２４Ｌと、を有している下熱板２０Ｌと、から成り、
被加工ワーク５０が、上熱板の中央部分２１Ｕと、下熱板の中央部分２１Ｌと、の間に配置され、圧力を減少する装置及び圧力を増大する装置が上熱板及び下熱板へ起動媒体を作用することにより、当該ワーク５０を圧力容器１２内において加熱加圧加工することを特徴とするホットプレス。
【請求項２】
中間環状封止体１７が、上熱板２０Ｕの下降運動と下熱板２０Ｌの上昇運動とを制限し、これによって上熱板と下熱板との接触を防止していることを特徴とする請求項１に記載のホットプレス。
【請求項３】
中間環状封止体１７が、ワーク５０の厚みに応じて調節されることを特徴とする請求項１又は２に記載のホットプレス。
【請求項４】
中間環状封止体１７が、上半体１２Ｕへ取付けられているセクショナルリング１６と、下半体１２Ｌへ取付けられているスペーサ１８と、から構成されていることを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載のホットプレス。
【請求項５】
圧力容器１２内において、上熱板２０Ｕによって画定される空間Ａ及び下熱板２０Ｌによって画定される空間Ｂの圧力を減少する装置と、圧力容器１２内において、上熱板と下熱板との間の空間５２の圧力を減少する装置とが、独立して設けてあることを特徴とする請求項１−４のいずれか１項に記載のホットプレス。
【請求項６】
上下の熱板２０U、２０Lが該熱板の寸法よりも大きい寸法を有するプレス板７５U、７５L、７７U、７７Lによって補強されていることを特徴とする請求項１−５のいずれか1項に記載のホットプレス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１７９３２４（Ｐ２０１０−１７９３２４Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３３５３（Ｐ２００９−２３３５３）
【出願日】平成２１年２月４日（２００９．２．４）
【出願人】（５９３１３９６９５）株式会社協真エンジニアリング (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月４日（２００９．２．４）
【出願人】（５９３１３９６９５）株式会社協真エンジニアリング (14)
【Ｆターム（参考）】
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