金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法
【課題】 金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに適した金型装置および成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】 上金型１１および下金型１２を備え、両金型による加圧によって成形体を得る金型装置１０において、両金型１１，１２は、ヒータ１７，１８を備えたキャビティプレート１３，１４と、冷却管１９，２０を備えたベースプレート１５，１６から構成され、キャビティプレート１３，１４は、ベースプレート１５，１６と分離および接触が可能であり、キャビティプレート１３，１４の加熱の際には両者は分離し、冷却の際には両者は接触し、両金型の加圧時は、両者が接触するとともにキャビティプレート１３，１４が成形体を賦形し、ベースプレートが加圧に対する金型強度を保つ金型装置１０と、これを用いた成形体の製造方法。
【解決手段】 上金型１１および下金型１２を備え、両金型による加圧によって成形体を得る金型装置１０において、両金型１１，１２は、ヒータ１７，１８を備えたキャビティプレート１３，１４と、冷却管１９，２０を備えたベースプレート１５，１６から構成され、キャビティプレート１３，１４は、ベースプレート１５，１６と分離および接触が可能であり、キャビティプレート１３，１４の加熱の際には両者は分離し、冷却の際には両者は接触し、両金型の加圧時は、両者が接触するとともにキャビティプレート１３，１４が成形体を賦形し、ベースプレートが加圧に対する金型強度を保つ金型装置１０と、これを用いた成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法に関するものであり、詳しくは、金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに極めて適した金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡチップ、タンパクチップなどのバイオチップ、マイクロリアクター、マイクロ分析チップ、微生物検出チップ、診断チップ等のマイクロ化学チップは、表面に数ｎｍから数百μmの微細パターンを有している。このようなマイクロ化学チップは、例えば表面に微細パターンを有する下金型に溶融樹脂を塗布し、金型を閉じて加圧し、冷却し、溶融樹脂を固化させ、微細パターンを転写することにより製造することができる。
前記製造工程では、溶融樹脂を塗布する際に金型温度を例えば１５０℃程度に設定し、続く冷却時は金型温度を９０℃まで冷却する必要がある。そして転写成形品が得られた後は、再び金型を１５０℃まで加熱し、溶融樹脂が塗布される。したがって、金型の加熱および冷却を迅速に行わないと成形サイクル時間が長くなり、生産性が悪化するという問題がある。
【０００３】
金型を急速に加熱および冷却し成形体を得る従来技術を図１１〜１３を参照して説明する。まず、図１１において金型の加熱時、上金型１２１および下金型１２２にそれぞれ設けられた熱交換用配管１２３および１２４に、あらかじめ加熱しておいた加熱用媒体（例えば熱水または熱油）を流し、上金型１２１および下金型１２２を所望の温度まで昇温する。続いて、表面に微細パターンを有する下金型１２２上に溶融樹脂を塗布し、図１２に示すように上金型１２１および下金型１２２を閉じて加圧し、同時にあらかじめ冷却しておいた冷却用媒体を熱交換用配管１２３および１２４に流し、金型の冷却を行う。最後に、図１３に示すように上金型１２１および下金型１２２を開放して成形体１２５を取り出す。
このような金型の加熱および冷却システムについては、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】２００３−１４５５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記のような金型では、金型の加熱および冷却を迅速に行うことができず、成形サイクル時間が長くなり、生産性が悪化するという問題点がある。
また、一般的に金型の熱容量は大きく、金型の加熱および冷却を迅速に、かつ誤差の少ない温度制御を行おうとすると、大容量かつ大規模な加熱用媒体および冷却用媒体の供給装置が必要となる。
したがって本発明の目的は、金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに極めて適した金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のとおりである。
１．対向して配置される一対の金型を備え、両金型による加圧によって成形体を得る金型装置において、
前記金型の少なくともいずれか一方は、加熱手段を備えたキャビティプレートと、それを支える冷却手段を備えたベースプレートとから構成され、
前記キャビティプレートは、前記ベースプレートと分離および接触が可能であり、
前記キャビティプレートを加熱する際、前記キャビティプレートは前記ベースプレートと分離し、
前記キャビティプレートを冷却する際、前記キャビティプレートは前記ベースプレートと接触し、
前記両金型の加圧時は、前記キャビティプレートおよびベースプレートが接触し、前記キャビティプレートが成形体を賦形し、前記ベースプレートが加圧に対する金型強度を保つように構成したことを特徴とする金型装置。
【０００７】
２．前記キャビティプレートおよびベースプレートの分離および接触を行う駆動手段をさらに備えてなることを特徴とする前記１．に記載の金型装置。
【０００８】
３．前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触する面に真空吸着用溝を設けるとともに、前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触時は、真空吸着用溝内の空気を真空装置により排出することを特徴とする１．または２．に記載の金型装置。
【０００９】
４．前記キャビティプレートの加熱手段がキャビティプレート内部に設けられたヒータであり、前記ベースプレートの冷却手段がベースプレート内部に設けられるとともに冷却用媒体を流す冷却管であることを特徴とする前記１．〜３．のいずれかに記載の金型装置。
【００１０】
５．前記キャビティプレートが、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに有することを特徴とする前記１．〜４．のいずれかに記載の金型装置。
【００１１】
６．前記キャビティプレートの温度調整手段が、キャビティプレート内部に設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管であることを特徴とする前記５．に記載の金型装置。
【００１２】
７．前記１．〜６．のいずれかに記載の金型装置を用いる成形体の製造方法であって、
（１）前記ベースプレートを冷却手段によって冷却する工程と、
（２）前記キャビティプレートとベースプレートとを分離する工程と、
（３）分離した前記キャビティプレートを加熱手段によって加熱する工程と、
（４）前記（１）、（２）および（３）工程終了後、前記キャビティプレートとベースプレートとを接触させ、両金型による加圧によって成形体を得る工程と、
（５）得られた成形体を金型装置から取り出す工程と
を有することを特徴とする成形体の製造方法。
【００１３】
８．前記キャビティプレートおよびベースプレートの分離および接触が、駆動手段によって行われることを特徴とする前記７．に記載の成形体の製造方法。
【００１４】
９．前記（４）工程において、前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触する面に真空吸着用溝を設け、前記前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触時は、真空吸着用溝内の空気を真空装置により排出することを特徴とする前記７．または８.に記載の成形体の製造方法。
【００１５】
１０．前記（３）工程において、キャビティプレートの加熱をキャビティプレート内部に設けられたヒータによって行い、前記（１）工程において、前記ベースプレートの冷却をベースプレート内部に設けられた冷却管に冷却用媒体を流すことによって行うことを特徴とする前記７．〜９．のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【００１６】
１１．前記キャビティプレートに、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに設け、前記温度調整手段が、キャビティプレート内部に設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管であることを特徴とする前記７．〜１０．のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【００１７】
１２．前記（３）工程において、キャビティプレートの加熱を前記ヒータの稼動と前記熱交換用配管に加熱用媒体を流すことにより行うことを特徴とする前記１１．に記載の成形体の製造方法。
【００１８】
１３．前記（４）工程において、前記キャビティプレートとベースプレートとの接触時は、前記熱交換用配管に冷却用媒体を流すことを特徴とする前記１１．に記載の成形体の製造方法。
【００１９】
１４．前記ベースプレート内部に設けられた冷却管に、冷却用媒体を常に流しておくことを特徴とする前記７．〜１３．のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【００２０】
１５．前記（４）工程において、前記金型の少なくとも一方が表面に微細な凹凸部を有する金型であり、前記微細な凹凸部上に溶融樹脂を塗布し、両金型を閉じて加圧し、両金型間で形成される閉空間の形状に前記溶融樹脂の形状を整え、その後、冷却された前記ベースプレートとキャビティプレートとの熱交換によって前記キャビィテプレートを急速冷却し、前記溶融樹脂を固化した後、前記（５）工程において、得られた成形体を金型装置から取り出すことを特徴とする請求項７〜１４のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに極めて適した金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の金型装置の一実施形態を説明するための断面図である。
本発明の金型装置１０は、対向して配置される一対の上金型１１および下金型１２を備え、両金型による加圧によって成形体を得る装置である。本実施形態において、上金型１１は、キャビティプレート１３とそれを支えるベースプレート１５とから構成されている。また下金型１２は、キャビティプレート１４と、それを支えるベースプレート１６とから構成されている。また、キャビティプレート１３および１４は、成形体を賦形する役割を担うとともに、加熱手段としてのヒータ１７および１８をそれぞれ備えてなる。さらにベースプレート１５および１６は、加圧に対する金型強度を保つ役割を担うとともに、冷却手段として、その内部に冷却管１９および２０がそれぞれ設けられている。
【００２３】
また金型装置１０における上金型１１および下金型１２のそれぞれには、空圧アクチュエータなどの駆動手段２１および２２が設けられ、この駆動手段２１，２２によって、キャビティプレート１３とベースプレート１５、さらにキャビティプレート１４とベースプレート１６の分離および接触が可能となる。本発明の金型装置１０において、キャビティプレート１３を加熱する際には、キャビティプレート１３とベースプレート１５とを分離する。同様に、キャビティプレート１４を加熱する際には、キャビティプレート１４とベースプレート１６とを分離する。
【００２４】
図２は、本発明の金型装置１０において、キャビティプレート１３とベースプレート１５、さらにキャビティプレート１４とベースプレート１６が分離した状態を示す断面図である。空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって、上金型１１ではキャビティプレート１３が下方向に、下金型１２ではキャビティプレート１４が上方向に移動することにより、それぞれベースプレート１５，１６から分離している。前述のように、キャビティプレート１３，１４を加熱する際には、キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６を分離する。逆に、キャビティプレート１３，１４を冷却する際には、図１に示したようにキャビティプレート１３，１４をベースプレート１５，１６と接触させる。
【００２５】
図３は、本発明の好ましい一実施形態を説明するための断面図である。図２の金型装置は、図１とほぼ同様であるが、キャビティプレート１３，１４と、ベースプレート１５，１６との接触面に真空吸着用溝２３が設けられている。キャビティプレート１３とベースプレート１５、キャビティプレート１４とベースプレート１６の接触時は、真空吸着用溝２３を、外部に設けられた真空装置（図示せず）と接続し、真空吸着用溝２３内の空気を排出することにより、キャビティプレート１３，１４と、ベースプレート１５，１６との接触面が真空状態となり、両者が緊密に接触・固定される。これにより、キャビティプレート１３，１４と、ベースプレート１５，１６との熱交換が一層良好となる。
【００２６】
次に、図１および２で示した金型装置を用いて成形体を製造する方法について説明する。本発明の成形体の製造方法は、（１）ベースプレート１５，１６を冷却手段によって冷却する工程と、（２）キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６とを分離する工程と、（３）分離したキャビティプレート１３，１４を加熱手段によって加熱する工程と、（４）前記（１）、（２）および（３）工程終了後、キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６とを接触させ、両金型による加圧によって成形体を得る工程と、（５）得られた成形体を金型装置から取り出す工程とを有する。
【００２７】
まず、（１）工程において、ベースプレート１５，１６を冷却手段によって冷却する。この冷却は、ベースプレート１５，１６の内部に設けられた冷却管１９，２０に、冷水のような冷却用媒体を流すことによって行うことができる。本発明では、冷却管１９，２０に冷却用媒体を常に流し、ベースプレート１５，１６を低温域に保つことで、キャビティプレートおよびベースプレートの接触時、両者間の熱交換がより効率化され、短時間でキャビティプレートの熱を奪い急速冷却が達成される。
【００２８】
続いて（２）工程において、図２に示したように、キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６とを空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって分離し、（３）工程において、分離したキャビティプレート１３，１４をヒータ１７，１８のような加熱手段を用いて加熱する。なお、ヒータによるキャビティプレート１３，１４の温度制御は、ＰＩＤ制御などにより行うことができる。キャビティプレート１３，１４が、冷却されているベースプレート１５，１６と分離した状態、すなわち熱移動が遮蔽（断熱）された状態で加熱されるので、キャビティプレート１３，１４の急速な加熱が達成される。なお、ベースプレート１５，１６の冷却管１９，２０には、このときも冷却用媒体を流しておくのが前述したように好ましい形態である。
【００２９】
前記（１）、（２）および（３）工程終了後、すなわち分離したキャビティプレート１３，１４の加熱完了後、（４）工程として、空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって分離しているキャビティプレート１３，１４をベースプレート１５，１６に接触させ（図１に示す状態）、例えば表面に微細な凹凸部を有するキャビティプレート１４上に溶融樹脂を塗布し、図４に示すように上金型１１および下金型１２を閉じて加圧し、両金型１１，１２間で形成される閉空間の形状に溶融樹脂の形状を整え、その後、キャビティプレート１３，１４のヒータ１７，１８をオフにし、同時にあらかじめ冷却しておいたベースプレート１５，１６との熱交換により、キャビティプレート１３，１４の急速冷却を行い、溶融樹脂を固化する。ベースプレート１５，１６の冷却管１９，２０には、このときも冷却用媒体を流しておくのが前述したように好ましい。
【００３０】
成形体を得るのに十分な加圧および冷却状態が得られた後、図５に示すように、上金型１１および下金型１２を開放し、成形体２３を金型装置から取り出し（（５）工程）、製造工程が完了する。
【００３１】
前記のように本発明によれば、金型を加熱すべき部位（キャビティ周辺部）とそれ以外の部位とを分離可能に構成したことで、当該部位の熱容量が低減し、金型の急速加熱および急速冷却が実現する。また、キャビティプレートの急速加熱にヒータを用いることで、比較的、簡単・簡易にキャビティプレートを加熱できるとともに、ヒータ特有の高温域（150℃以上）までの昇温特性や任意の温度への迅速な制御性を確保することができる。
【００３２】
なお本発明におけるキャビティプレートとベースプレートの厚みの比率は、適宜決定すればよいが、キャビティプレートが成形体を賦形し、ベースプレートが加圧に対する金型強度を保つ役割を担っていることを考慮すると、キャビティプレートとベースプレートが同じ材質である場合、キャビティプレートの厚さのサイズを１としたとき、ベースプレートは１．５〜３であるのが好ましい。とくに、前記の形態のように、表面に微細な凹凸部を有するキャビティプレート１４上に溶融樹脂を塗布し、上金型１１および下金型１２を閉じて加圧し、両金型１１，１２間で形成される閉空間の形状に溶融樹脂の形状を整え、その後、溶融樹脂を固化して成形体を得る製造工程では、１０ＭＰａ以下という低圧で成形体を得ることができるため、金型の厚さをさらに薄くすることができ、金型の優れた急速加熱および冷却が達成される。
【００３３】
次に、本発明でとくに好適な金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法の形態について説明する。
図６は、本発明の好適な金型装置の一実施形態を説明するための断面図である。
図６に示す金型装置６０は、図１に示す金型装置１０とほぼ同様であるが、キャビティプレート１３，１４に、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに有していることに特徴を有する。図６に示す形態における当該温度調整手段は、キャビティプレート１３，１４の内部にそれぞれ設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管６１，６２である。
【００３４】
金型装置６０は、図１に示す金型装置１０と同様に、対向して配置される一対の上金型１１および下金型１２；両金型を構成するキャビティプレート１３，１４、ベースプレート１５，１６；キャビティプレートの加熱手段としてのヒータ１７および１８；ベースプレートの冷却手段としての冷却管１９および２０；駆動手段２１および２２を有する。
そして金型装置６０は、キャビティプレート１３，１４の内部にそれぞれ、加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管６１，６２を備える。
【００３５】
図６で示した金型装置６０を用いて成形体を製造する方法について説明する。
まず、（１）工程において、ベースプレート１５，１６を冷却手段によって冷却する。この冷却は、ベースプレート１５，１６の内部に設けられた冷却管１９，２０に、冷水のような冷却用媒体を流すことによって行うことができる。本発明では、冷却管１９，２０に冷却用媒体を常に流しておくのが好ましいことは、図１の金型装置１０と同様である。
【００３６】
続いて（２）工程において、図７に示したように、キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６とを空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって分離する。
【００３７】
次に、（３）工程において、分離したキャビティプレート１３，１４をヒータ１７，１８のような加熱手段を用いて加熱する。これと同時に、熱交換用配管６１，６２に加熱用媒体（例えば熱水または熱油）を流し、キャビティプレート１３，１４を急速加熱する。熱交換用配管６１，６２に加熱用媒体を流すことにより、ヒータ１７，１８の昇温応答遅れ分を助成することができ、キャビティプレート１３，１４をさらに迅速に加熱することができる。キャビティプレート１３，１４の加熱が完了した時点、または、ヒータ１７，１８の昇温応答遅れ分が助成された時点（例えばキャビティプレートの温度が８０〜９０℃に達した時点）で、熱交換用配管６１，６２に残存する加熱用媒体は、圧縮空気等を用いて除去することが望ましい。
【００３８】
前記（１）、（２）および（３）工程終了後、すなわち分離したキャビティプレート１３，１４の加熱完了後、（４）工程として、空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって分離しているキャビティプレート１３，１４をベースプレート１５，１６に接触させ（図６に示す状態）、例えば表面に微細な凹凸部を有するキャビティプレート１４上に溶融樹脂を塗布し、図８に示すように上金型１１および下金型１２を閉じて加圧し、両金型１１，１２間で形成される閉空間の形状に溶融樹脂の形状を整え、その後、キャビティプレート１３，１４のヒータ１７，１８をオフにするとともに、熱交換用配管６１，６２に今度は冷却用媒体（例えば冷水）を流し、あらかじめ冷却しておいたベースプレート１５，１６との熱交換により、キャビティプレート１３，１４の急速冷却を行い、溶融樹脂を固化する。この形態によれば、キャビティプレート１３，１４の冷却が、ベースプレート１５，１６との熱交換に加え、熱交換用配管６１，６２に流入した冷却用媒体よっても行われるため、金型の一層の急速冷却が達成される。
【００３９】
成形体を得るのに十分な加圧および冷却状態が得られた後、図９に示すように、上金型１１および下金型１２を開放し、成形体２３を金型装置から取り出し（（５）工程）、製造工程が完了する。なお、前記（１）〜（５）工程を繰り返す際は、キャビティプレート１３，１４の加熱工程（（３）工程）に入る前に、熱交換用配管６１，６２に残存する冷却用媒体を、圧縮空気等を用いて除去することが望ましい。
【００４０】
また、前記図３と同様に、金型装置６０におけるキャビティプレート１３，１４と、ベースプレート１５，１６との接触面に真空吸着用溝２３を設け、両プレートの接触時は、真空吸着用溝２３を外部に設けられた真空装置（図示せず）と接続し、真空吸着用溝２３内の空気を排出し、両者を緊密に接触・固定することが好ましい。
【００４１】
図１０は、本発明の金型装置６０の急速加熱冷却回路を説明するための図である。
冷却装置７１から冷却用媒体（例えば冷水）が流路７１０１，７１０２によってベースプレート１５に、流路７１０１，７１０３によってベースプレート１６の冷却管にそれぞれ供給され、再び冷却装置７１に循環している。
また冷却装置７１からの冷却用媒体は、流路７１０４から冷却用媒体の通過および遮断を可能にする弁８１を経て流路７１０５，７１０６によってキャビティプレート１３の熱交換用配管に、流路７１０５，７１０７によってキャビティプレート１４の熱交換用配管にそれぞれ供給され、弁８２を経て再び冷却装置７１に循環している。
また、エアーコンプレッサー７２から圧縮空気が流路７２０１から弁８３を経て流路７１０５，７１０６によってキャビティプレート１３の熱交換用配管に、流路７１０５，７１０７によってキャビティプレート１４の熱交換用配管にそれぞれ供給される。
さらに、熱媒装置７３から加熱用媒体（例えば熱水）が流路７３０１から弁８４を経て流路７１０５，７１０６によってキャビティプレート１３の熱交換用配管に、流路７１０５，７１０７によってキャビティプレート１４の熱交換用配管にそれぞれ供給され、弁８５を経て再び熱媒装置７３に循環している。
キャビティプレート１３，１４のヒータは、図示しない制御装置により所望の温度となるようにオンオフが制御される。
【００４２】
ベースプレート１５，１６の冷却は、前記したようにベースプレート１５，１６の冷却管に冷却用媒体を常に流し、冷却装置７１に循環させておく。
分離したキャビティプレート１３，１４の加熱時は、ヒータを稼動させるとともに、弁８４および８５を開放し、キャビティプレート１３，１４の熱交換用配管に加熱用媒体を流し、熱媒装置７３に循環させる。このとき、加熱用媒体が冷却装置７１に到達しないように、弁８１，８２を閉じておく。キャビティプレート１３，１４の加熱が完了した時点、または、ヒータ１７，１８の昇温応答遅れ分が助成された時点（例えばキャビティプレートの温度が８０〜９０℃に達した時点）で、弁８４を閉じ、弁８３を開放してエアーコンプレッサー７２からの圧縮空気によって熱交換用配管に残存する加熱用媒体を除去する。このとき弁８５を閉じるとともに弁８６を開放して除去した加熱用媒体を排水槽７４内に廃棄してもよい。
キャビティプレート１３，１４の冷却時は、ヒータをオフにするとともに、弁８１および８２を開放し、キャビティプレート１３，１４の熱交換用配管に冷却用媒体を流し、冷却装置７１に循環させる。このとき、冷却用媒体が熱媒装置７３に到達しないように、弁８４，８５を閉じておく。成形体の製造が完了した時点で、弁８１を閉じ、弁８３を開放してエアーコンプレッサー７２からの圧縮空気によって熱交換用配管に残存する冷却用媒体を除去する。このとき弁８２を閉じるとともに弁８６を開放して除去した冷却用媒体を排水槽７４内に廃棄してもよい。
このようにして、金型装置６０の急速加熱冷却が達成される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに極めて適した金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の金型装置の一実施形態を説明するための断面図である。
【図２】本発明の金型装置において、キャビティプレートとベースプレートが分離した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態を説明するための断面図である。
【図４】上金型および下金型を閉じて加圧した状態を説明するための断面図である。
【図５】上金型および下金型を開放し、成形体を金型装置から取り出す工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の好適な金型装置の一実施形態を説明するための断面図である。
【図７】本発明の好適な金型装置において、キャビティプレートとベースプレートが分離した状態を示す断面図である。
【図８】本発明の好適な金型装置において、上金型および下金型を閉じて加圧した状態を説明するための断面図である。
【図９】本発明の好適な金型装置において、上金型および下金型を開放し、成形体を金型装置から取り出す工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の金型装置の急速加熱冷却回路を説明するための図である。
【図１１】金型を急速に加熱および冷却し成形体を得る従来技術を説明するための金型の断面図である。
【図１２】金型を急速に加熱および冷却し成形体を得る従来技術を説明するための金型の断面図である。
【図１３】金型を急速に加熱および冷却し成形体を得る従来技術を説明するための金型の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，６０ 金型装置
１１ 上金型
１２ 下金型
１３，１４ キャビティプレート
１５，１６ ベースプレート
１７，１８ ヒータ
１９，２０ 冷却管
２１，２２ 駆動手段
２３ 真空吸着用溝
６１，６２ 熱交換用配管
７１ 冷却装置
７２ エアーコンプレッサー
７３ 熱媒装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法に関するものであり、詳しくは、金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに極めて適した金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡチップ、タンパクチップなどのバイオチップ、マイクロリアクター、マイクロ分析チップ、微生物検出チップ、診断チップ等のマイクロ化学チップは、表面に数ｎｍから数百μmの微細パターンを有している。このようなマイクロ化学チップは、例えば表面に微細パターンを有する下金型に溶融樹脂を塗布し、金型を閉じて加圧し、冷却し、溶融樹脂を固化させ、微細パターンを転写することにより製造することができる。
前記製造工程では、溶融樹脂を塗布する際に金型温度を例えば１５０℃程度に設定し、続く冷却時は金型温度を９０℃まで冷却する必要がある。そして転写成形品が得られた後は、再び金型を１５０℃まで加熱し、溶融樹脂が塗布される。したがって、金型の加熱および冷却を迅速に行わないと成形サイクル時間が長くなり、生産性が悪化するという問題がある。
【０００３】
金型を急速に加熱および冷却し成形体を得る従来技術を図１１〜１３を参照して説明する。まず、図１１において金型の加熱時、上金型１２１および下金型１２２にそれぞれ設けられた熱交換用配管１２３および１２４に、あらかじめ加熱しておいた加熱用媒体（例えば熱水または熱油）を流し、上金型１２１および下金型１２２を所望の温度まで昇温する。続いて、表面に微細パターンを有する下金型１２２上に溶融樹脂を塗布し、図１２に示すように上金型１２１および下金型１２２を閉じて加圧し、同時にあらかじめ冷却しておいた冷却用媒体を熱交換用配管１２３および１２４に流し、金型の冷却を行う。最後に、図１３に示すように上金型１２１および下金型１２２を開放して成形体１２５を取り出す。
このような金型の加熱および冷却システムについては、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】２００３−１４５５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記のような金型では、金型の加熱および冷却を迅速に行うことができず、成形サイクル時間が長くなり、生産性が悪化するという問題点がある。
また、一般的に金型の熱容量は大きく、金型の加熱および冷却を迅速に、かつ誤差の少ない温度制御を行おうとすると、大容量かつ大規模な加熱用媒体および冷却用媒体の供給装置が必要となる。
したがって本発明の目的は、金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに極めて適した金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のとおりである。
１．対向して配置される一対の金型を備え、両金型による加圧によって成形体を得る金型装置において、
前記金型の少なくともいずれか一方は、加熱手段を備えたキャビティプレートと、それを支える冷却手段を備えたベースプレートとから構成され、
前記キャビティプレートは、前記ベースプレートと分離および接触が可能であり、
前記キャビティプレートを加熱する際、前記キャビティプレートは前記ベースプレートと分離し、
前記キャビティプレートを冷却する際、前記キャビティプレートは前記ベースプレートと接触し、
前記両金型の加圧時は、前記キャビティプレートおよびベースプレートが接触し、前記キャビティプレートが成形体を賦形し、前記ベースプレートが加圧に対する金型強度を保つように構成したことを特徴とする金型装置。
【０００７】
２．前記キャビティプレートおよびベースプレートの分離および接触を行う駆動手段をさらに備えてなることを特徴とする前記１．に記載の金型装置。
【０００８】
３．前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触する面に真空吸着用溝を設けるとともに、前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触時は、真空吸着用溝内の空気を真空装置により排出することを特徴とする１．または２．に記載の金型装置。
【０００９】
４．前記キャビティプレートの加熱手段がキャビティプレート内部に設けられたヒータであり、前記ベースプレートの冷却手段がベースプレート内部に設けられるとともに冷却用媒体を流す冷却管であることを特徴とする前記１．〜３．のいずれかに記載の金型装置。
【００１０】
５．前記キャビティプレートが、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに有することを特徴とする前記１．〜４．のいずれかに記載の金型装置。
【００１１】
６．前記キャビティプレートの温度調整手段が、キャビティプレート内部に設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管であることを特徴とする前記５．に記載の金型装置。
【００１２】
７．前記１．〜６．のいずれかに記載の金型装置を用いる成形体の製造方法であって、
（１）前記ベースプレートを冷却手段によって冷却する工程と、
（２）前記キャビティプレートとベースプレートとを分離する工程と、
（３）分離した前記キャビティプレートを加熱手段によって加熱する工程と、
（４）前記（１）、（２）および（３）工程終了後、前記キャビティプレートとベースプレートとを接触させ、両金型による加圧によって成形体を得る工程と、
（５）得られた成形体を金型装置から取り出す工程と
を有することを特徴とする成形体の製造方法。
【００１３】
８．前記キャビティプレートおよびベースプレートの分離および接触が、駆動手段によって行われることを特徴とする前記７．に記載の成形体の製造方法。
【００１４】
９．前記（４）工程において、前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触する面に真空吸着用溝を設け、前記前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触時は、真空吸着用溝内の空気を真空装置により排出することを特徴とする前記７．または８.に記載の成形体の製造方法。
【００１５】
１０．前記（３）工程において、キャビティプレートの加熱をキャビティプレート内部に設けられたヒータによって行い、前記（１）工程において、前記ベースプレートの冷却をベースプレート内部に設けられた冷却管に冷却用媒体を流すことによって行うことを特徴とする前記７．〜９．のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【００１６】
１１．前記キャビティプレートに、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに設け、前記温度調整手段が、キャビティプレート内部に設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管であることを特徴とする前記７．〜１０．のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【００１７】
１２．前記（３）工程において、キャビティプレートの加熱を前記ヒータの稼動と前記熱交換用配管に加熱用媒体を流すことにより行うことを特徴とする前記１１．に記載の成形体の製造方法。
【００１８】
１３．前記（４）工程において、前記キャビティプレートとベースプレートとの接触時は、前記熱交換用配管に冷却用媒体を流すことを特徴とする前記１１．に記載の成形体の製造方法。
【００１９】
１４．前記ベースプレート内部に設けられた冷却管に、冷却用媒体を常に流しておくことを特徴とする前記７．〜１３．のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【００２０】
１５．前記（４）工程において、前記金型の少なくとも一方が表面に微細な凹凸部を有する金型であり、前記微細な凹凸部上に溶融樹脂を塗布し、両金型を閉じて加圧し、両金型間で形成される閉空間の形状に前記溶融樹脂の形状を整え、その後、冷却された前記ベースプレートとキャビティプレートとの熱交換によって前記キャビィテプレートを急速冷却し、前記溶融樹脂を固化した後、前記（５）工程において、得られた成形体を金型装置から取り出すことを特徴とする請求項７〜１４のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに極めて適した金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の金型装置の一実施形態を説明するための断面図である。
本発明の金型装置１０は、対向して配置される一対の上金型１１および下金型１２を備え、両金型による加圧によって成形体を得る装置である。本実施形態において、上金型１１は、キャビティプレート１３とそれを支えるベースプレート１５とから構成されている。また下金型１２は、キャビティプレート１４と、それを支えるベースプレート１６とから構成されている。また、キャビティプレート１３および１４は、成形体を賦形する役割を担うとともに、加熱手段としてのヒータ１７および１８をそれぞれ備えてなる。さらにベースプレート１５および１６は、加圧に対する金型強度を保つ役割を担うとともに、冷却手段として、その内部に冷却管１９および２０がそれぞれ設けられている。
【００２３】
また金型装置１０における上金型１１および下金型１２のそれぞれには、空圧アクチュエータなどの駆動手段２１および２２が設けられ、この駆動手段２１，２２によって、キャビティプレート１３とベースプレート１５、さらにキャビティプレート１４とベースプレート１６の分離および接触が可能となる。本発明の金型装置１０において、キャビティプレート１３を加熱する際には、キャビティプレート１３とベースプレート１５とを分離する。同様に、キャビティプレート１４を加熱する際には、キャビティプレート１４とベースプレート１６とを分離する。
【００２４】
図２は、本発明の金型装置１０において、キャビティプレート１３とベースプレート１５、さらにキャビティプレート１４とベースプレート１６が分離した状態を示す断面図である。空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって、上金型１１ではキャビティプレート１３が下方向に、下金型１２ではキャビティプレート１４が上方向に移動することにより、それぞれベースプレート１５，１６から分離している。前述のように、キャビティプレート１３，１４を加熱する際には、キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６を分離する。逆に、キャビティプレート１３，１４を冷却する際には、図１に示したようにキャビティプレート１３，１４をベースプレート１５，１６と接触させる。
【００２５】
図３は、本発明の好ましい一実施形態を説明するための断面図である。図２の金型装置は、図１とほぼ同様であるが、キャビティプレート１３，１４と、ベースプレート１５，１６との接触面に真空吸着用溝２３が設けられている。キャビティプレート１３とベースプレート１５、キャビティプレート１４とベースプレート１６の接触時は、真空吸着用溝２３を、外部に設けられた真空装置（図示せず）と接続し、真空吸着用溝２３内の空気を排出することにより、キャビティプレート１３，１４と、ベースプレート１５，１６との接触面が真空状態となり、両者が緊密に接触・固定される。これにより、キャビティプレート１３，１４と、ベースプレート１５，１６との熱交換が一層良好となる。
【００２６】
次に、図１および２で示した金型装置を用いて成形体を製造する方法について説明する。本発明の成形体の製造方法は、（１）ベースプレート１５，１６を冷却手段によって冷却する工程と、（２）キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６とを分離する工程と、（３）分離したキャビティプレート１３，１４を加熱手段によって加熱する工程と、（４）前記（１）、（２）および（３）工程終了後、キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６とを接触させ、両金型による加圧によって成形体を得る工程と、（５）得られた成形体を金型装置から取り出す工程とを有する。
【００２７】
まず、（１）工程において、ベースプレート１５，１６を冷却手段によって冷却する。この冷却は、ベースプレート１５，１６の内部に設けられた冷却管１９，２０に、冷水のような冷却用媒体を流すことによって行うことができる。本発明では、冷却管１９，２０に冷却用媒体を常に流し、ベースプレート１５，１６を低温域に保つことで、キャビティプレートおよびベースプレートの接触時、両者間の熱交換がより効率化され、短時間でキャビティプレートの熱を奪い急速冷却が達成される。
【００２８】
続いて（２）工程において、図２に示したように、キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６とを空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって分離し、（３）工程において、分離したキャビティプレート１３，１４をヒータ１７，１８のような加熱手段を用いて加熱する。なお、ヒータによるキャビティプレート１３，１４の温度制御は、ＰＩＤ制御などにより行うことができる。キャビティプレート１３，１４が、冷却されているベースプレート１５，１６と分離した状態、すなわち熱移動が遮蔽（断熱）された状態で加熱されるので、キャビティプレート１３，１４の急速な加熱が達成される。なお、ベースプレート１５，１６の冷却管１９，２０には、このときも冷却用媒体を流しておくのが前述したように好ましい形態である。
【００２９】
前記（１）、（２）および（３）工程終了後、すなわち分離したキャビティプレート１３，１４の加熱完了後、（４）工程として、空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって分離しているキャビティプレート１３，１４をベースプレート１５，１６に接触させ（図１に示す状態）、例えば表面に微細な凹凸部を有するキャビティプレート１４上に溶融樹脂を塗布し、図４に示すように上金型１１および下金型１２を閉じて加圧し、両金型１１，１２間で形成される閉空間の形状に溶融樹脂の形状を整え、その後、キャビティプレート１３，１４のヒータ１７，１８をオフにし、同時にあらかじめ冷却しておいたベースプレート１５，１６との熱交換により、キャビティプレート１３，１４の急速冷却を行い、溶融樹脂を固化する。ベースプレート１５，１６の冷却管１９，２０には、このときも冷却用媒体を流しておくのが前述したように好ましい。
【００３０】
成形体を得るのに十分な加圧および冷却状態が得られた後、図５に示すように、上金型１１および下金型１２を開放し、成形体２３を金型装置から取り出し（（５）工程）、製造工程が完了する。
【００３１】
前記のように本発明によれば、金型を加熱すべき部位（キャビティ周辺部）とそれ以外の部位とを分離可能に構成したことで、当該部位の熱容量が低減し、金型の急速加熱および急速冷却が実現する。また、キャビティプレートの急速加熱にヒータを用いることで、比較的、簡単・簡易にキャビティプレートを加熱できるとともに、ヒータ特有の高温域（150℃以上）までの昇温特性や任意の温度への迅速な制御性を確保することができる。
【００３２】
なお本発明におけるキャビティプレートとベースプレートの厚みの比率は、適宜決定すればよいが、キャビティプレートが成形体を賦形し、ベースプレートが加圧に対する金型強度を保つ役割を担っていることを考慮すると、キャビティプレートとベースプレートが同じ材質である場合、キャビティプレートの厚さのサイズを１としたとき、ベースプレートは１．５〜３であるのが好ましい。とくに、前記の形態のように、表面に微細な凹凸部を有するキャビティプレート１４上に溶融樹脂を塗布し、上金型１１および下金型１２を閉じて加圧し、両金型１１，１２間で形成される閉空間の形状に溶融樹脂の形状を整え、その後、溶融樹脂を固化して成形体を得る製造工程では、１０ＭＰａ以下という低圧で成形体を得ることができるため、金型の厚さをさらに薄くすることができ、金型の優れた急速加熱および冷却が達成される。
【００３３】
次に、本発明でとくに好適な金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法の形態について説明する。
図６は、本発明の好適な金型装置の一実施形態を説明するための断面図である。
図６に示す金型装置６０は、図１に示す金型装置１０とほぼ同様であるが、キャビティプレート１３，１４に、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに有していることに特徴を有する。図６に示す形態における当該温度調整手段は、キャビティプレート１３，１４の内部にそれぞれ設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管６１，６２である。
【００３４】
金型装置６０は、図１に示す金型装置１０と同様に、対向して配置される一対の上金型１１および下金型１２；両金型を構成するキャビティプレート１３，１４、ベースプレート１５，１６；キャビティプレートの加熱手段としてのヒータ１７および１８；ベースプレートの冷却手段としての冷却管１９および２０；駆動手段２１および２２を有する。
そして金型装置６０は、キャビティプレート１３，１４の内部にそれぞれ、加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管６１，６２を備える。
【００３５】
図６で示した金型装置６０を用いて成形体を製造する方法について説明する。
まず、（１）工程において、ベースプレート１５，１６を冷却手段によって冷却する。この冷却は、ベースプレート１５，１６の内部に設けられた冷却管１９，２０に、冷水のような冷却用媒体を流すことによって行うことができる。本発明では、冷却管１９，２０に冷却用媒体を常に流しておくのが好ましいことは、図１の金型装置１０と同様である。
【００３６】
続いて（２）工程において、図７に示したように、キャビティプレート１３，１４とベースプレート１５，１６とを空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって分離する。
【００３７】
次に、（３）工程において、分離したキャビティプレート１３，１４をヒータ１７，１８のような加熱手段を用いて加熱する。これと同時に、熱交換用配管６１，６２に加熱用媒体（例えば熱水または熱油）を流し、キャビティプレート１３，１４を急速加熱する。熱交換用配管６１，６２に加熱用媒体を流すことにより、ヒータ１７，１８の昇温応答遅れ分を助成することができ、キャビティプレート１３，１４をさらに迅速に加熱することができる。キャビティプレート１３，１４の加熱が完了した時点、または、ヒータ１７，１８の昇温応答遅れ分が助成された時点（例えばキャビティプレートの温度が８０〜９０℃に達した時点）で、熱交換用配管６１，６２に残存する加熱用媒体は、圧縮空気等を用いて除去することが望ましい。
【００３８】
前記（１）、（２）および（３）工程終了後、すなわち分離したキャビティプレート１３，１４の加熱完了後、（４）工程として、空圧アクチュエータなどの駆動手段２１，２２によって分離しているキャビティプレート１３，１４をベースプレート１５，１６に接触させ（図６に示す状態）、例えば表面に微細な凹凸部を有するキャビティプレート１４上に溶融樹脂を塗布し、図８に示すように上金型１１および下金型１２を閉じて加圧し、両金型１１，１２間で形成される閉空間の形状に溶融樹脂の形状を整え、その後、キャビティプレート１３，１４のヒータ１７，１８をオフにするとともに、熱交換用配管６１，６２に今度は冷却用媒体（例えば冷水）を流し、あらかじめ冷却しておいたベースプレート１５，１６との熱交換により、キャビティプレート１３，１４の急速冷却を行い、溶融樹脂を固化する。この形態によれば、キャビティプレート１３，１４の冷却が、ベースプレート１５，１６との熱交換に加え、熱交換用配管６１，６２に流入した冷却用媒体よっても行われるため、金型の一層の急速冷却が達成される。
【００３９】
成形体を得るのに十分な加圧および冷却状態が得られた後、図９に示すように、上金型１１および下金型１２を開放し、成形体２３を金型装置から取り出し（（５）工程）、製造工程が完了する。なお、前記（１）〜（５）工程を繰り返す際は、キャビティプレート１３，１４の加熱工程（（３）工程）に入る前に、熱交換用配管６１，６２に残存する冷却用媒体を、圧縮空気等を用いて除去することが望ましい。
【００４０】
また、前記図３と同様に、金型装置６０におけるキャビティプレート１３，１４と、ベースプレート１５，１６との接触面に真空吸着用溝２３を設け、両プレートの接触時は、真空吸着用溝２３を外部に設けられた真空装置（図示せず）と接続し、真空吸着用溝２３内の空気を排出し、両者を緊密に接触・固定することが好ましい。
【００４１】
図１０は、本発明の金型装置６０の急速加熱冷却回路を説明するための図である。
冷却装置７１から冷却用媒体（例えば冷水）が流路７１０１，７１０２によってベースプレート１５に、流路７１０１，７１０３によってベースプレート１６の冷却管にそれぞれ供給され、再び冷却装置７１に循環している。
また冷却装置７１からの冷却用媒体は、流路７１０４から冷却用媒体の通過および遮断を可能にする弁８１を経て流路７１０５，７１０６によってキャビティプレート１３の熱交換用配管に、流路７１０５，７１０７によってキャビティプレート１４の熱交換用配管にそれぞれ供給され、弁８２を経て再び冷却装置７１に循環している。
また、エアーコンプレッサー７２から圧縮空気が流路７２０１から弁８３を経て流路７１０５，７１０６によってキャビティプレート１３の熱交換用配管に、流路７１０５，７１０７によってキャビティプレート１４の熱交換用配管にそれぞれ供給される。
さらに、熱媒装置７３から加熱用媒体（例えば熱水）が流路７３０１から弁８４を経て流路７１０５，７１０６によってキャビティプレート１３の熱交換用配管に、流路７１０５，７１０７によってキャビティプレート１４の熱交換用配管にそれぞれ供給され、弁８５を経て再び熱媒装置７３に循環している。
キャビティプレート１３，１４のヒータは、図示しない制御装置により所望の温度となるようにオンオフが制御される。
【００４２】
ベースプレート１５，１６の冷却は、前記したようにベースプレート１５，１６の冷却管に冷却用媒体を常に流し、冷却装置７１に循環させておく。
分離したキャビティプレート１３，１４の加熱時は、ヒータを稼動させるとともに、弁８４および８５を開放し、キャビティプレート１３，１４の熱交換用配管に加熱用媒体を流し、熱媒装置７３に循環させる。このとき、加熱用媒体が冷却装置７１に到達しないように、弁８１，８２を閉じておく。キャビティプレート１３，１４の加熱が完了した時点、または、ヒータ１７，１８の昇温応答遅れ分が助成された時点（例えばキャビティプレートの温度が８０〜９０℃に達した時点）で、弁８４を閉じ、弁８３を開放してエアーコンプレッサー７２からの圧縮空気によって熱交換用配管に残存する加熱用媒体を除去する。このとき弁８５を閉じるとともに弁８６を開放して除去した加熱用媒体を排水槽７４内に廃棄してもよい。
キャビティプレート１３，１４の冷却時は、ヒータをオフにするとともに、弁８１および８２を開放し、キャビティプレート１３，１４の熱交換用配管に冷却用媒体を流し、冷却装置７１に循環させる。このとき、冷却用媒体が熱媒装置７３に到達しないように、弁８４，８５を閉じておく。成形体の製造が完了した時点で、弁８１を閉じ、弁８３を開放してエアーコンプレッサー７２からの圧縮空気によって熱交換用配管に残存する冷却用媒体を除去する。このとき弁８２を閉じるとともに弁８６を開放して除去した冷却用媒体を排水槽７４内に廃棄してもよい。
このようにして、金型装置６０の急速加熱冷却が達成される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、金型の急速加熱および急速冷却が可能であり、ハイサイクル化、品質改善が達成され、射出成形、プレス成形などにより成形体を製造するのに極めて適した金型装置およびこれを用いた成形体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の金型装置の一実施形態を説明するための断面図である。
【図２】本発明の金型装置において、キャビティプレートとベースプレートが分離した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態を説明するための断面図である。
【図４】上金型および下金型を閉じて加圧した状態を説明するための断面図である。
【図５】上金型および下金型を開放し、成形体を金型装置から取り出す工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の好適な金型装置の一実施形態を説明するための断面図である。
【図７】本発明の好適な金型装置において、キャビティプレートとベースプレートが分離した状態を示す断面図である。
【図８】本発明の好適な金型装置において、上金型および下金型を閉じて加圧した状態を説明するための断面図である。
【図９】本発明の好適な金型装置において、上金型および下金型を開放し、成形体を金型装置から取り出す工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の金型装置の急速加熱冷却回路を説明するための図である。
【図１１】金型を急速に加熱および冷却し成形体を得る従来技術を説明するための金型の断面図である。
【図１２】金型を急速に加熱および冷却し成形体を得る従来技術を説明するための金型の断面図である。
【図１３】金型を急速に加熱および冷却し成形体を得る従来技術を説明するための金型の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，６０ 金型装置
１１ 上金型
１２ 下金型
１３，１４ キャビティプレート
１５，１６ ベースプレート
１７，１８ ヒータ
１９，２０ 冷却管
２１，２２ 駆動手段
２３ 真空吸着用溝
６１，６２ 熱交換用配管
７１ 冷却装置
７２ エアーコンプレッサー
７３ 熱媒装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置される一対の金型を備え、両金型による加圧によって成形体を得る金型装置において、
前記金型の少なくともいずれか一方は、加熱手段を備えたキャビティプレートと、それを支える冷却手段を備えたベースプレートとから構成され、
前記キャビティプレートは、前記ベースプレートと分離および接触が可能であり、
前記キャビティプレートを加熱する際、前記キャビティプレートは前記ベースプレートと分離し、
前記キャビティプレートを冷却する際、前記キャビティプレートは前記ベースプレートと接触し、
前記両金型の加圧時は、前記キャビティプレートおよびベースプレートが接触し、前記キャビティプレートが成形体を賦形し、前記ベースプレートが加圧に対する金型強度を保つように構成したことを特徴とする金型装置。
【請求項２】
前記キャビティプレートおよびベースプレートの分離および接触を行う駆動手段をさらに備えてなることを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項３】
前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触する面に真空吸着用溝を設けるとともに、前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触時は、真空吸着用溝内の空気を真空装置により排出することを特徴とする請求項１または２に記載の金型装置。
【請求項４】
前記キャビティプレートの加熱手段がキャビティプレート内部に設けられたヒータであり、前記ベースプレートの冷却手段がベースプレート内部に設けられるとともに冷却用媒体を流す冷却管であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金型装置。
【請求項５】
前記キャビティプレートが、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金型装置。
【請求項６】
前記キャビティプレートの温度調整手段が、キャビティプレート内部に設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管であることを特徴とする請求項５に記載の金型装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の金型装置を用いる成形体の製造方法であって、
（１）前記ベースプレートを冷却手段によって冷却する工程と、
（２）前記キャビティプレートとベースプレートとを分離する工程と、
（３）分離した前記キャビティプレートを加熱手段によって加熱する工程と、
（４）前記（１）、（２）および（３）工程終了後、前記キャビティプレートとベースプレートとを接触させ、両金型による加圧によって成形体を得る工程と、
（５）得られた成形体を金型装置から取り出す工程と
を有することを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項８】
前記キャビティプレートおよびベースプレートの分離および接触が、駆動手段によって行われることを特徴とする請求項７に記載の成形体の製造方法。
【請求項９】
前記（４）工程において、前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触する面に真空吸着用溝を設け、前記前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触時は、真空吸着用溝内の空気を真空装置により排出することを特徴とする請求項７または８に記載の成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記（３）工程において、キャビティプレートの加熱をキャビティプレート内部に設けられたヒータによって行い、前記（１）工程において、前記ベースプレートの冷却をベースプレート内部に設けられた冷却管に冷却用媒体を流すことによって行うことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記キャビティプレートに、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに設け、前記温度調整手段が、キャビティプレート内部に設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記（３）工程において、キャビティプレートの加熱を前記ヒータの稼動と前記熱交換用配管に加熱用媒体を流すことにより行うことを特徴とする請求項１１に記載の成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記（４）工程において、前記キャビティプレートとベースプレートとの接触時は、前記熱交換用配管に冷却用媒体を流すことを特徴とする請求項１１に記載の成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記ベースプレート内部に設けられた冷却管に、冷却用媒体を常に流しておくことを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項１５】
前記（４）工程において、前記金型の少なくとも一方が表面に微細な凹凸部を有する金型であり、前記微細な凹凸部上に溶融樹脂を塗布し、両金型を閉じて加圧し、両金型間で形成される閉空間の形状に前記溶融樹脂の形状を整え、その後、冷却された前記ベースプレートとキャビティプレートとの熱交換によって前記キャビィテプレートを急速冷却し、前記溶融樹脂を固化した後、前記（５）工程において、得られた成形体を金型装置から取り出すことを特徴とする請求項７〜１４のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項１】
対向して配置される一対の金型を備え、両金型による加圧によって成形体を得る金型装置において、
前記金型の少なくともいずれか一方は、加熱手段を備えたキャビティプレートと、それを支える冷却手段を備えたベースプレートとから構成され、
前記キャビティプレートは、前記ベースプレートと分離および接触が可能であり、
前記キャビティプレートを加熱する際、前記キャビティプレートは前記ベースプレートと分離し、
前記キャビティプレートを冷却する際、前記キャビティプレートは前記ベースプレートと接触し、
前記両金型の加圧時は、前記キャビティプレートおよびベースプレートが接触し、前記キャビティプレートが成形体を賦形し、前記ベースプレートが加圧に対する金型強度を保つように構成したことを特徴とする金型装置。
【請求項２】
前記キャビティプレートおよびベースプレートの分離および接触を行う駆動手段をさらに備えてなることを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項３】
前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触する面に真空吸着用溝を設けるとともに、前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触時は、真空吸着用溝内の空気を真空装置により排出することを特徴とする請求項１または２に記載の金型装置。
【請求項４】
前記キャビティプレートの加熱手段がキャビティプレート内部に設けられたヒータであり、前記ベースプレートの冷却手段がベースプレート内部に設けられるとともに冷却用媒体を流す冷却管であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金型装置。
【請求項５】
前記キャビティプレートが、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金型装置。
【請求項６】
前記キャビティプレートの温度調整手段が、キャビティプレート内部に設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管であることを特徴とする請求項５に記載の金型装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の金型装置を用いる成形体の製造方法であって、
（１）前記ベースプレートを冷却手段によって冷却する工程と、
（２）前記キャビティプレートとベースプレートとを分離する工程と、
（３）分離した前記キャビティプレートを加熱手段によって加熱する工程と、
（４）前記（１）、（２）および（３）工程終了後、前記キャビティプレートとベースプレートとを接触させ、両金型による加圧によって成形体を得る工程と、
（５）得られた成形体を金型装置から取り出す工程と
を有することを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項８】
前記キャビティプレートおよびベースプレートの分離および接触が、駆動手段によって行われることを特徴とする請求項７に記載の成形体の製造方法。
【請求項９】
前記（４）工程において、前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触する面に真空吸着用溝を設け、前記前記キャビティプレートおよびベースプレートの接触時は、真空吸着用溝内の空気を真空装置により排出することを特徴とする請求項７または８に記載の成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記（３）工程において、キャビティプレートの加熱をキャビティプレート内部に設けられたヒータによって行い、前記（１）工程において、前記ベースプレートの冷却をベースプレート内部に設けられた冷却管に冷却用媒体を流すことによって行うことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記キャビティプレートに、その加熱または冷却を可能にする温度調整手段をさらに設け、前記温度調整手段が、キャビティプレート内部に設けられるとともに加熱用または冷却用媒体を流す熱交換用配管であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記（３）工程において、キャビティプレートの加熱を前記ヒータの稼動と前記熱交換用配管に加熱用媒体を流すことにより行うことを特徴とする請求項１１に記載の成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記（４）工程において、前記キャビティプレートとベースプレートとの接触時は、前記熱交換用配管に冷却用媒体を流すことを特徴とする請求項１１に記載の成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記ベースプレート内部に設けられた冷却管に、冷却用媒体を常に流しておくことを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項１５】
前記（４）工程において、前記金型の少なくとも一方が表面に微細な凹凸部を有する金型であり、前記微細な凹凸部上に溶融樹脂を塗布し、両金型を閉じて加圧し、両金型間で形成される閉空間の形状に前記溶融樹脂の形状を整え、その後、冷却された前記ベースプレートとキャビティプレートとの熱交換によって前記キャビィテプレートを急速冷却し、前記溶融樹脂を固化した後、前記（５）工程において、得られた成形体を金型装置から取り出すことを特徴とする請求項７〜１４のいずれかに記載の成形体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−３０４３２（Ｐ２００７−３０４３２Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１９８９３（Ｐ２００５−２１９８９３）
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
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