(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用金型面を加熱する積層体を含む加熱装置を有する、射出成形金型またはエンボス加工／加圧成形金型などの金型であって、前記積層体は、振動磁界を発生させる少なくとも１つの巻きコイルを含むコイル担体層（２１）と、前記作用金型面に隣接する導電性上部層（２５）と、前記上部層から見て前記コイル担体層の下に配置された裏当て層（２７）と、を含み、前記裏当て層は、前記コイルの巻線が方向を変える縁部で前記上部層に電気接続され、さらに前記上部層よりも低い抵抗を有する、金型において、前記コイル担体層と前記上部層との間に配置され、前記上部層よりも低い抵抗を有する導電性中間層（２３）を特徴とする金型。
【請求項２】
請求項１に記載の金型において、熱抵抗層（２９）が、前記中間層と前記上部層との間に配置されることを特徴とする金型。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金型において、前記中間層は、冷却媒体を移送する冷却ダクト（５３）を有することを特徴とする金型。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の金型において、前記上部層は、１ｘ１０−７〜１ｘ１０−６Ωｍの範囲の抵抗を有し、前記中間層は、１〜３ｘ１０−８Ωｍの範囲の抵抗を有することを特徴とする金型。
【請求項５】
作用金型面を加熱する積層体を含む加熱装置を有する、射出成形金型またはエンボス加工／加圧成形金型などの金型を使用する製造方法であって、前記積層体は、振動磁界を発生させる少なくとも１つの巻きコイルを含むコイル担体層と、前記作用金型面に隣接する導電性上部層と、前記上部層から見て前記コイル担体層の下に配置された裏当て層と、を含み、前記裏当て層は、前記コイルの巻線が方向を変える縁部で前記上部層に電気接続され、さらに前記上部層よりも低い抵抗を有する製造方法において、前記コイル担体層と前記上部層との間に配置された導電性中間層を使用して、エネルギを前記コイルから前記上部層に伝達し、前記中間層は、前記上部層よりも低い抵抗を有することを特徴とする製造方法。
【請求項６】
作用面でブランクをエンボス加工／加圧成形する金型であって、導電性上部層（２５）を有し、前記上部層は、前記作用面から見て前記上部層の下に配置されたコイルによって誘導された電流で加熱され、裏当て層（２７）が、前記作用面から見て前記コイルの下に配置され、前記裏当て層は、前記上部層よりも低い抵抗を有し、少なくとも、前記コイルの巻線が方向を変える両縁部で前記上部層に接続される、金型において、前記上部層よりも低い抵抗を有する導電フレーム（６３）であって、前記上部層が少なくともその縁部の一部の近くで前記導電フレームに載るように前記作用面を囲む導電フレームを特徴とする金型。
【請求項７】
請求項６に記載の金型において、前記上部層は、前記導電フレーム上で浮動することを特徴とする金型。
【請求項８】
請求項６または７に記載の金型において、前記上部層は、前記巻線が方向を変える縁部において、前記上部層の縁部から離れた位置で前記導電フレームに載り、そのため、前記上部層のこの縁部は、電流が前記裏当て層から前記上部層に流れるときに、前記上部層の内側部分よりも程度を落として加熱されることを特徴とする金型。
【請求項９】
請求項６乃至８の何れか一項に記載の金型において、クランプフレーム（７７）が、前記作用面から見て前記導電フレームの下に配置され、前記クランプフレームは、前記クランプフレームが載った層に対して移動することができて、電流が前記裏当て層から前記上部層に流れる段階時に、前記導電フレームを前記上部層に押し付けることができることを特徴とする金型。
【請求項１０】
請求項９に記載の金型において、前記クランプフレームの少なくとも片側は、閉じた空間（８７）が間に形成されるように、一方が他方を囲み、両方が前記作用面を囲む２つの圧縮封止リング（７９、８１）と、前記閉じた空間内の圧力を上げるために、流体を前記閉じた空間に押し込み、それにより、前記封止リングを高くしてクランプ動作を行うための手段とを有することを特徴とする金型。
【請求項１１】
請求項６乃至１０の何れか一項に記載の金型において、前記上部層は、上側上部層および下側上部層に分割され、前記上側上部層は、前記裏当て層の抵抗よりも高い均一な抵抗を有する金属を含み、前記下側上部層は、前記作用面で発生する熱が作用面上で一様でないように、様々な抵抗をもったパターンを有することを特徴とする金型。
【請求項１２】
作用面でブランクをエンボス加工／加圧成形する金型を使用する製造方法であって、前記金型は、導電性上部層を有し、前記上部層は、前記作用面から見て前記上部層の下に配置されたコイルによって誘導された電流で加熱され、裏当て層が、前記作用面から見て前記コイルの下に配置され、前記裏当て層は、前記上部層よりも低い抵抗を有し、少なくとも、前記コイルの巻線が方向を変える両縁部で前記上部層に接続される製造方法において、前記上部層よりも低い抵抗を有する導電フレームであって、前記上部層が、少なくともその縁部の一部の近くで前記導電フレームに載るように前記作用面を囲む導電フレームを使用して、前記裏当て層から前記上部層に電流を流すことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、樹脂またはプラスチック材料を成形するのに使用する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック材料を成形する金型内に加熱部分を設けることが提案された。加熱は、誘導加熱によって、すなわち、高周波ＡＣパルスを供給されるコイルを用いて行うことができる。これは、射出成形およびプラスチックブランクのエンボス加工／加圧成形で使用することができる。コイルは、渦電流を誘導することによって、再成形されるプラスチック材料に面する表面の周辺で成形型または金型を加熱する振動磁界を発生させる。
【０００３】
金型または成形型表面の周辺を流れる水などの流体を用いて冷却を行うこともできる。
【０００４】
そのような加熱を行う様々な方法が開示されている。米国特許出願公開第２００９／００６８３０６Ａ号明細書では、磁界をもたらすコイル担体部分を有する構造物が示されている。コイル担体は、ソフトフェライトとして機能し、ＰＥＲＭＥＤＹＮ  ＭＦ１などの互いに電気絶縁された磁性粒子を含む。成形型面または金型面に近接して、例えば、オーステナイト鋼の形態の上部部分があり、このオーステナイト鋼は特に強磁性ではなく、コイルによって誘導された渦電流から熱を発生させるのに適した、例えば、約７ｘ１０−７Ωｍの抵抗を有する。上部部分から見てコイル担体の他方の側には、例えば、銅でできたバックプレートがあり、このバックプレートは、上部部分よりもかなり低い抵抗を有する。バックプレートは、誘導された渦電流をコイルの背面で短絡させる。上部部分の上面には、成形型または金型内の樹脂またはブランクに複製されるパターンを含むスタンパがある。この材料の積層体は、上部部分に近接した冷却ダクトを有する。
【０００５】
米国特許出願公開第２００９／０２３９０２３Ａ号明細書では、上記の材料積層体に、コイル担体部分を上部部分から分離するもう１つの層が設けられた、さらに発展した構造体が示されている。この中間層は、磁気的および電気的には概ね不感であるが高い機械抵抗を有するセラミック材料で構成することができる。冷却ダクトは、この中間層に配置することができる。中間層の機械抵抗が高いことは、上部部分を薄くすることができ、ひいては上部部分が低い比熱を有することを意味する。それにより、上部部分を素速く冷却および加熱できるので、サイクルをより短くすることができる。さらに、冷却ダクトは、上部部分との接触を回避することができるので、ダクト内の水を沸騰させることなく、より高い温度を使用することができる。
【０００６】
公知の技術にまつわる１つの問題は、そのような金型を必要とするプロセスの効率をどのようにしてさらに改良し、コスト効率のよい態様でそれを行うかである。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、本開示の１つの目的は、効率を改善した金型を得ることである。
【０００８】
この目的は、請求項１に定義した金型を用いて達成される。より具体的には、加熱装置を含む射出成形金型またはエンボス加工／加圧成形金型などの金型は、作用金型面を加熱する積層体を含む。積層体は、振動磁界を発生させる少なくとも１つの巻きコイルを含むコイル担体層と、作用金型面に隣接する導電性上部層と、上部層から見てコイル担体層の下に配置された裏当て層とを含み、裏当て層は、コイル巻線が方向を変える縁部で上部層に電気接続され、上部層よりも低い抵抗を有する。導電性中間層は、コイル担体層と上部層との間に配置され、中間層は、上部層よりも低い抵抗を有する。対応する製造方法も検討される。
【０００９】
そのような積層体において、中間層は、エネルギを上部層に非常に効率的に伝達することができ、同時に、加圧成形／エンボス加工が行われる場合に、かなりの機械荷重を受けることができる。
【００１０】
熱抵抗層は、中間層と上部層との間に配置することができる。例えば、ガラスでできたそのような層は、上部層から熱が逃げるのをある程度遅らせ、それにより、製造サイクル中の上部層のピーク温度を上げる。
【００１１】
中間層には、冷却媒体を移送するための冷却ダクトを設けることができる。これは、製造サイクルを短縮することができる。
【００１２】
上部層の抵抗は、１ｘ１０−７〜１ｘ１０−６Ωｍの範囲をとることができ、中間層は、１〜３ｘ１０−８Ωｍの範囲の抵抗を有することができる。
【００１３】
目的は、作用面でブランクをエンボス加工／加圧成形する金型を用いてさらに達成され、その金型は、導電性上部層を有し、導電性上部層は、作用面から見て上部層の下に配置されたコイルによって誘導された電流で加熱される。裏当て層は、作用面から見てコイルの下に配置され、裏当て層は、上部層よりも低い抵抗を有し、少なくとも、コイルの巻線が方向を変える両縁部で上部層に接続される。上部層よりも低い抵抗を有し、作用面を囲む導電フレームが設けられて、上部層は、少なくともその縁部の一部の近くで導電フレームに載る。対応する製造方法も検討される。
【００１４】
これは、裏当て層と上部層との間を良好に接続して、上部層の加熱を改善し、それと同時に、上部層が導電フレームの上面で浮動するのを可能にする。
【００１５】
上部層は、コイルの巻線が方向を変える縁部において、上部層の縁部から離れた位置で導電フレームに載ることができるので、上部層のこの縁部は、電流が裏当て層から上部層に流れるときに、上部層の内側部分よりも程度を落として加熱される。これは、例えば、光ガイドプレートを製造する場合に有益であり、さもなければ、溶融縁部が、プロセスの歩留まりを低くする光学的な欠陥をもたらすことがある。
【００１６】
クランプ装置は、作用面から見て導電フレームの下に配置することができる。クランプ装置は、電流が裏当て層から上部層に流れる段階時に、導電フレームを上部層に押し付けることができるように、クランプ装置が載った層に対して移動することができる。これは、導電フレームと上部層との間の導電性を改善する。
【００１７】
クランプ装置は、閉じた空間が間に形成されるように、一方が他方を囲み、両方が金型の作用面を囲む２つの圧縮封止リングと、閉じた空間内の圧力を上げるために、流体を前記閉じた空間に押し込み、それにより、封止リングを高くしてクランプ動作を行うための、導管などの手段とを有するフレームとして構築することができる。
【００１８】
上部層は、上側上部層および下側上部層に分割することができ、上側上部層は、裏当て層の抵抗よりも高い均一な抵抗を有する金属を含み、下側上部層は、作用面で発生する熱が作用面上で一様でないように、様々な抵抗をもったパターンを有する。これにより、作用面上の熱の発生を意図的に一様でないようにすることができる。
【００１９】
目的は、金型の作用面でブランクをエンボス加工／加圧成形する金型を用いて達成することもでき、金型は、作用面に上部層を含む積層体を有し、上部層は、エンボス加工／加圧成形時に加熱される。積層体内で、作用面から見て上部層の下の２つの層間に空洞が画定され、空洞は、作用面の大部分の下に延び、少なくとも一部が流体で満たされる。これは、圧力が空洞全体にわたって均一になるので、金型の作用面にかかる圧力を均一にする。対応する製造方法も検討される。
【００２０】
作用面がブランクに接触しない状態で、空洞内の圧力が大気圧よりも高くなるように前もって空洞内の圧力を上げて、上部層がある程度出っ張るようにすることが可能である。これは、金型の作用面がブランクと接触する部分から任意のエアポケットを抜くように機能する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、ブランクをエンボス加工／加圧成形する金型を概略的に示している。
【図２】図２は、射出成形金型を概略的に示している。
【図３】図３は、金型面を効率的に加熱するように設計された積層体を概略的に示している。
【図４】図４は、エンボス加工／加圧成形金型半体の斜視図を示している。
【図５】図５は、２つの断面Ａ−ＡおよびＢ−Ｂの位置を示す、図４の金型半体の上面図を示している。
【図６】図６は、図３の層内での電流の誘導を概略的に示している。
【図７】図７は、金型面の場合の短縁部における、図４の金型半体のＡ−Ａ断面図を示している。
【図８】図８は、金型面の場合の長縁部における、図４の金型半体のＢ−Ｂ断面図を示している。
【図９Ａ】図９Ａは、図８の断面図の細部を示している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図８の断面図の細部を示している。
【図１０】図１０は、図７の断面図の細部を示している。
【図１１】図１１は、上部層と裏当て層との間の良好な電気接続を確立するために、上部層がどのように導電フレームに載ることができるかを示している。
【図１２Ａ】図１２Ａは、パターン付きの下側上部層をどのように使用して、上部層の作用面上の熱の発生を多様にすることができるかを示している。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、パターン付きの下側上部層をどのように使用して、上部層の作用面上の熱の発生を多様にすることができるかを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本開示は、樹脂またはプラスチック材料を成形するのに使用する装置および方法に関する。以下の説明は、主に、プラスチックブランクをエンボス加工するシステムについて説明するが、当業者には分かるように、本明細書で説明する多くの技術的問題解決策は、射出成形および他のプロセスに同様に適用可能である。
【００２３】
図１は、ブランク１をエンボス加工／加圧成形する金型を概略的に断面で示している。金型は、２つの金型半体３、５を有する。２つの金型半体のそれぞれ、または一方には、加熱装置７を設けることができる。エンボス加工において、プラスチックの固体片であるブランク１は、金型内で熱および圧力を加えることで、すなわち、ブランク１に面した半体の作用面で半体を加熱しながら、半体を互いに押し付けることで、一定の範囲で再成形される。通常では、表面パターンが付けられる。この技術が使用される一例は、バックライト付き平面パネルＬＣＤテレビ画面用の光ガイドを製造する場合である。この場合に、透明の長方形プラスチックシートには、その一方の平面に微細表面パターンが設けられる。シートの縁部が光を当てられると、表面パターンにより、導入光が表面一面に均一に光ガイドから出て行く。そのようなパターンは、下記に開示する金型システムで説明するスタンパ／上部層によって得ることができる。エンボス加工を用いて製造される他の製品として、例えば、フレネルレンズも考えられる。表面パターンを設けること（エンボス加工）に加えて、またはそれに代えて、例えば、ブランクを曲げること（加圧成形）も可能である。サイクル時間が比較的短い場合、能動的な加熱および冷却が行われる。
【００２４】
図２に概略的に示す射出成形とは、固形物を形成するために、（矢印で示すように）溶融樹脂９をノズル１３から空洞１１に射出することを意味する。下記に説明する金型用の加熱装置７は、そのような空洞を加熱するために使用することができ、空洞１１を画定する１つまたは複数の金型部品１５、１７内に配置することができる。これは、加熱されない成形型と比較して、完成品におけるより薄い構造体およびより微細なパターンの形成を可能にする。同時に、特に、製造サイクルの一部中に、例えば、冷却ダクト内を流れる流体によって、成形型が、能動的にも冷却される場合、より短い製造サイクルが可能になる。開示される加熱技術は、吹き込み成形プロセスにも有用であり得る。
【００２５】
図３は、作用金型面３１を効率的に加熱するように設計された積層体を断面図で概略的に示している。ここでは、作用金型面とは、再成形されるプラスチックまたは樹脂と接触した状態になる面を意味する。積層体は、成形型または金型を加熱するのに使用できる誘導コイル１９を有する。積層体は、コイル担体層２１、電気的に活性の中間層２３、上部層２５、裏当て層２７、および熱抵抗層２９を有する。
【００２６】
コイル担体層２１は、巻きコイル１９を含み、例えば、室温で３００の高い相対透磁率と、例えば、２．５ｘ１０−３Ωｍの非常に高い電気抵抗とを有する材料でできている。したがって、磁界を伝達しやすいが、電流をほとんど流さない材料である。これは、コイル担体層２１が、コイル１９によってコイル担体層内に発生した磁界を他の層に伝達し、適合させるが、コイル担体層２１自体に渦電流をほとんど誘導しないことを意味する。コイル１９は開放溝に置かれ、コイル担体の表面にわたって均一な分布の磁界をもたらす。ＰＥＲＭＥＤＹＮ  ＭＦ１（商標）は、コイル担体層用の１つの適切な材料と考えられ、電気絶縁樹脂によって共に固められた粒状の強磁性材料を含む。通常、コイル担体の厚さは、典型的には１０〜３０ｍｍの範囲内をとることができる。
【００２７】
電気的に活性の中間層２３は、銅またはアルミニウムなどの抵抗が非常に低い（通常、１〜３ｘ１０−８Ωｍ以下）金属を含む。この層は、コイルが層内に電流を誘導したときに活性とされる。しかし、抵抗はそのように低いので、これらの電流は、熱をほとんど発生させない。層の厚さは、典型的には１０〜３０ｍｍとすることができ、相対透磁率はほぼ１とすることができ（非強磁性）、熱伝導率は、典型的には１００〜４００Ｗ／ｍ／Ｋとすることができる。
【００２８】
上部層２５は、活性中間層２３よりも高い抵抗を有する金属を含むことができる。１〜２ｍｍ厚さのオーステナイト鋼は１つの適切な例である。抵抗がより高いので、上部層２５は、コイル１９によって誘導され、活性中間層２３を経由した渦電流によって熱が発生する層である。
【００２９】
上部層部分は、非強磁性とすることができ、抵抗は、典型的には１ｘ１０−７〜１ｘ１０−６Ωｍの範囲をとることができる。したがって、上部部分は導電性であるが、中間層よりも導電性がかなり低い。
【００３０】
上部層を２つの副層に分割するのが適切なことがある。例えば、微細構造がスタンパによって複製される場合に、スタンパは、電気めっきで処理されたニッケルで適切に作製することができる。ニッケルは強磁性であるので、（作用面ではなくて）コイルの方を向いたニッケル副層の面は加熱され、これは、層が薄くできるのが好ましい１つの理由である。他の理由は、厚い材料を電気めっきするのは時間がかかることである。
【００３１】
上部部分に全体としてある程度の厚さをもたせるために、薄いニッケル層（例えば、０．７ｍｍ）をオーステナイト非強磁性層（例えば、１．０ｍｍの厚さ）の上面に置くことができる。これは均一な熱分布を保証する。さらに別の代替案として、製造するのに費用がかかることがあるが、厚さが１〜２ｍｍのニッケル層がある。
【００３２】
裏当て層２７（例えば、２〜１５ｍｍの厚さ）は、加工される樹脂またはブランクに面する表面３１から見てコイル担体層２１の他方の側に設けられ、活性中間層２３と同じ材料で作製することができる。裏当て層２７は、図３にきわめて概略的に示され、後でさらに説明される接続器３３を用いて上部層２５に電気接続されている。
【００３３】
熱抵抗層２９は、活性中間層２３と上部層２５との間に配置することができる。熱抵抗層２９は、上部層２５が、より高いピーク温度に達することができるように、上部層２５から活性中間層２３への熱の伝達をある程度妨害するように機能する。この層がない場合、より多くの熱が上部層２５から連続的に逃げ、活性中間層２３に伝達されるので、サイクル中に上部層内がより低いピーク温度になる。
【００３４】
熱抵抗層の厚さは、その熱伝導特性に応じて、例えば、１〜５ｍｍの範囲をとることができる。これは、高い最高温度（厚い）と短いサイクル時間（薄い）との間の兼ね合いで選択することができる。層は、電気的に絶縁することができ、熱伝導率は、典型的には約１Ｗ／ｍ／Ｋとすることができる。相対透磁率は、ほぼ１（非強磁性）とすることができる。ガラスが、１つの適切な材料と考えられる。
【００３５】
また、熱抵抗層により、強磁性の上部層（例えば、ニッケル）を使用することがあまり問題でなくなる。強磁性材料の表皮効果により、上部層のコイルの方を向いた側が主に加熱されることになる。しかし、熱抵抗層があるために、この熱エネルギは、活性中間層に伝達されるよりもむしろ作用面に伝達される。
【００３６】
使用できる層材料およびその厚さの一例を下記に示す。
0005905959.tif 000002
【００３７】
シミュレーションでは、周波数２５ｋＨｚ、電力体積密度１．５ｘ１０８Ｗ／ｍ３でＡＣ電力を加えた場合、１０秒後の上部層の温度上昇は２００℃である。同時に、裏当て層の温度は約３℃だけ上昇し、コイル担体の温度は約６℃上昇し、中間層の温度は約１５℃上昇する。
【００３８】
図４は、エンボス加工または加圧成形金型半体の斜視図を示している。この金型は、４２インチＬＣＤテレビ用のプラスチック光ガイド、すなわち、寸法が約９３０ｘ５２０ｍｍの基材／ブランクをエンボス加工するのに使用することができる。対向する半体（図示せず）は、示した半体の概ね鏡像とすることができ、これ以上説明しない。金型は、図３で概説したコンセプトに合わせて構築され、金型半体を担持し、加圧成形機能を提供するのに必要とされるすべての機械連結器を含む基礎プレート４３上に構築されている。
【００３９】
図５は、図４の金型半体の小さい上面図を示し、金型加熱の全体的な作動原理を簡単に説明した後、詳細に説明される、２つの断面であるＡ−ＡおよびＢ−Ｂの位置を示している。
【００４０】
図６は、図３の層内の電流の誘導を示し、図３の積層体の分解斜視図である。示した例では、上部層２５は、長辺３５が９３０ｍｍ、短辺３７が５２０ｍｍの長方形である。他の層は同じ形状を有する。コイル担体層２１は、長方形の短辺３７と平行な方向に巻線を有するコイル１９を巻き付けられている、すなわち、巻線の折り返し部が長辺に配置されている。高周波ＡＣパルスがコイル１９に加えられると、コイル１９内の電流に対応する電流３９が活性中間層２３の下側面に誘導される。この電流は、活性中間層２３の表面で閉じた電流ループを形成して、活性中間層２３の下側面で、隣接するコイル電流と逆平行に流れ、（上部層２５から見た）上側面で同じコイル電流と平行に流れる。これらの電流は、活性中間層の長縁部で相互接続され、電流は、表皮効果のために、主に活性中間層の表面に近接して存在する。次に、活性中間層２３の上面のＡＣ電流は、上部層２５に電流４０を誘導する。上部層２５は高い抵抗を有するので、この層は、かなりの量の熱を発生させる。上部層は、その長辺で接続器３３を用いて連続的に、またはある程度の間隔を置いて裏当て層２７に電気接続されて、この電流が上部層の表面全体にわたって流れるのを可能にする。
【００４１】
コイル担体の裏面のコイルは、活性中間層におけるのと同様に、裏当て層２７に電流を誘導する。この電流は、電流４０と同じ方向を有し、電流４０に重ね合わされる。その抵抗が低いために、ごくわずかな熱が裏当て層２７に発生する。
【００４２】
活性中間層２３には、成形型または金型の冷却を可能にする冷却ダクト（図示せず）を設けることができる。ダクトは、水またはオイルなどの冷却媒体を移送する。流れは、製造サイクルの一段階だけの間冷却するために連続的でよいし、またはパルス状であってもよい。
【００４３】
図７を参照して、図５のＡ−Ａ断面が、図４の斜視図を随時参照しながら、以下にさらに詳細に説明される。
【００４４】
図３の概略図に対応する積層体が、基礎プレート４３上に構築されている。最初に、裏当て層プレート２７が基礎プレート４３上に配置され、続いてコイル担体２１が配置され、示した例では、コイル担体２１は、それぞれがコイル（図示せず）を担持する７つのコイル部４５を有する。これらのコイルには、それぞれ個別のインバータからではあるが、互いに同期して給電することができる。これは、絶縁条件があまり厳しくないので、共通のインバータを用いてコイル部に給電するのと比較して有利である。
【００４５】
示した例では、コイル担体２１上に置かれた活性中間層２３は、２つの副層３９、４１からなり、後で説明される冷却チャネル（図７では見えない）を含む。第１の副層３９は、第１の副層３９および第２の副層４１が、作用金型面の大部分の下に延びることができる平坦な空洞４７を共同して画定するように、機械加工によって窪みを付けられている。動作時、この空洞は、流体で満たすことができ、後で説明するように、流体均圧器として機能する。
【００４６】
第２の活性中間副層４１は、流体分割器ブロック５１によって流体を供給される冷却ダクトを内包し、流体分割器ブロック５１は、段階的に、主流れを各ダクトごとに１つの複数の均等な副流れに対称に分割する。第２の副層４１の上面には熱抵抗層２９が配置され、続いて上部層／スタンパ２５が配置されている。
【００４７】
図４に示す金型半体で使用できる材料および厚さの例を下記に示す。
0005905959.tif 000003
【００４８】
各金型半体は、同期して給電される、それぞれ巻線ターン数が２２の７つのコイルを有することができ、各コイルは、エンボス加工時に２５ｋＷ／２５ｋＨｚ／１０秒のパルスを給電される。
【００４９】
図８は、金型半体の短縁部における、図５の金型半体からの図５のＢ−Ｂ断面図を示している。断面図は、基礎プレート４３、裏当てプレート２７、コイル担体２１、および空洞４７が間にある、活性中間層の２つの副層３９、４１を示している。熱抵抗層２９および上部層／スタンパ２５も示されている。
【００５０】
第２の活性中間副層４１は、金型の作用領域、すなわち、加圧および加熱が行われる領域の長手方向に延びる冷却ダクト５３を内包する。冷却ダクト５３は、示した例に見られるように、第２の副層４１の全長にわたる長い穴としてドリル加工することができる。穴は、両端で塞ぐことができ、穴が塞がれた縁部の近くで副層４１の平面を貫通する接続穴を設けることができる。接続穴は、流体分割器ブロックに接続することができる。
【００５１】
ドリル加工穴５３の形態の冷却ダクトを設ける１つの可能な代替案は、第２の副層４１を２つの副層として設け、これらの副層の一方または両方の平面に溝を機械加工することで冷却ダクトを形成することである。
【００５２】
図８はさらに、裏当て層２７を上部層２５と接続する接続バー５５を示している。接続バー５５は、熱生成電流が上部層２５を流れるのを可能にする接続（概略的に示した図３の３３を参照のこと）を形成する。接続バーは、ねじ５７、５９を用いて、それぞれ裏当て層２７と、上部層２５が載った導電フレーム６３とに取り付けられている。通常、そのような接続バーの１つは、図４に示すように、金型の各長辺でコイル部ごとに設けることができる。ギャップ６１は、接続バー５５と活性中間副層３９、４１との間に設けることができる。
【００５３】
上記した積層体は、金型の良好な加熱を可能にする。ただし、示した金型は、以下にさらに詳細に説明する、複数のさらなる技術的問題解決策を必要とする。
【００５４】
圧力の均等化
特に、光ガイドプレートを形成するためにブランクを加圧成形／エンボス加工する場合、加圧力を均等にし、剪断力をなくすことで、良好な光特性が得られる。図７および図８に示す、流体を充填した空洞４７は、表面および金型にわたって圧力を均等にし、剪断力を全く伝達しない。能動的加熱なしに使用することができるし、または代替の能動的加熱手段と共に使用することもできるこの特徴がある結果として、流体を充填される空洞４７が使用されない金型と比較して、完成品の品質および／または歩留まりが改善される。
【００５５】
空洞４７は、作用面の大部分の下に延びることができる。空洞内に形成される流体層は厚い必要はなく、４〜５ｍｍが有用な一例であり得る。使用する流体は水でよいが、オイルも別の選択肢である。流体は、活性中間副層３９、４１間で圧縮され、何れかの副層の溝内に延びるシール７９によって空洞内に閉じ込められ、溝は空洞４７を囲む。金型に圧力をかけることで流体圧力が大幅に上昇する。この圧力は、空洞全体にわたって均一であり、作用面にわたる均一な圧力を保証する。
【００５６】
空洞が液体で満たされて閉じられたときに、限定された量の空気を空洞に圧送することで、空洞内に正圧、例えば、０．５〜１ｂａｒの超過圧力をかけることが可能である。これにより、第２の副層４１および第２の副層４１の上面の上の層が若干出っ張る。これは、圧力が金型半体とブランクとの間に加えられたときに、金型半体とブランクとの間にエアポケットが閉じ込められるのを回避できるという効果をもたらす。作用金型面の中央部分が最初にブランクを押し、押付力が高くなると、すべての空気を縁部に向かって排出する。しかし、エンボス加工が行われるときの最終的な圧力（例えば、２ＭＰａ）において、この出っ張り効果はごくわずかであり、最終的な結果に影響を及ぼさない。一方、この正圧により、金型半体とブランクとの間にエアポケットが閉じ込められる危険性を概ねなくすことができる。
【００５７】
かけられた圧力を示すフィードバック信号を供給するために、流体と接触する圧力センサを設けることが可能である。
【００５８】
上部層との接触の改善
上部層２５は、多くの場合非常に薄くすることができ、加熱および冷却時に、それぞれある程度膨張および収縮することがあるとしても、電流が流入する縁部において、裏当て層２７への信頼できる接続が形成されなければならない。これは、金型半体の作用面全体を囲む、例えば、銅でできた導電フレーム６３によって達成することができる。上部層２５は、上部層の縁部で、浮動する態様で導電フレーム６３上に置かれる。これは図１１にも示されている。
【００５９】
したがって、図９Ａに示すように、上部層２５は、熱抵抗層２９および導電層６３上を浮動することができる。これは、上部層が、通常では上部層をその平面から外れて変形させることがあるねじなどの影響を受けることなく、膨張および収縮することができるので有益である。接続バー５５が接続された導電フレーム６３は、それでもなお、上部層２５と裏当て層２７との間を良好に接続する。
【００６０】
上部層２５と導電フレーム６３との間の電気接触はさらに改善することができる。上部層は通常、長縁部間の最大電流として、２５０００アンペア程度を流すことができ、この電流が作用面の全長にわたって分散したとしても、電流密度は高い。
【００６１】
上部層が浮動するのを可能にしながら、上部層２５を良好に接触させるために、クランプ装置７７が、導電フレーム６３の下に設けられている。
【００６２】
したがって、ブランクが２つの金型半体間で圧力をかけられた場合に、導電フレーム６３を上部層２５に押し付け、それにより、それらの間に良好な電気接触をもたらすクランプ装置７７を機能させることが可能である。
【００６３】
大きな振幅を有する電流が、主に、この例ではコイルが向きを変える長縁部で導電フレームと上部層との間を流れるが、上部層の周縁全体を囲んで、すなわち、短縁部でも、上部層と電流との間のクランプ効果を提供するのが好ましい。これは、例えば、上部層の隅部での望ましくない磁界異常を防止することができる。
【００６４】
クランプ装置は、図９Ａに示すように、導電フレーム６３が載った、プラスチックなどの絶縁材料からなるフレーム７７で構成することができる。このプラスチックフレームは、下側面の２つの溝と上側面の２つの溝とを有し、それらの溝の中に内側圧縮封止リング８１、８３および外側圧縮封止リング７９、８５が延びている。図９Ａに示すように、溝が配置された内側領域におけるプラスチックフレーム７７の厚さは、内側および外側封止リングの各対間に小空間８７が形成されるように幾分薄くなっている。これらの空間は、内側および外側封止リング間でプラスチックフレーム７７を貫通する穴によって相互接続することができる。例えば、導管を介して供給される圧縮空気を用いて、この閉じ込められた空間の圧力を高くすることで、封止リングは導電フレーム６３を若干持ち上げ、それにより、クランプ動作をもたらす。
【００６５】
ブランク縁部の熱プロファイル
上記のように光ガイドを製造する場合、縁部が特別な注意を必要とすることがある。樹脂がその縁部で溶融しすぎた場合、縁部において、光が意図しない形で漏れることがある。縁部でのブランクの厚さが薄くなることもある。同時に、ブランク面全体にわたって圧力をかけることが望ましい。
【００６６】
これに対処する１つの方法は、確実に、ブランクが縁部であまり加熱されないようにすることである。これにより、加えた熱によって表面が溶融したブランクの内側部分を囲む「低温フレーム」ができる。この結果、光が漏れるといった縁部での光学的な欠陥が少ない、より均一な厚さの光ガイドを得ることができる。
【００６７】
この特徴は、金型半体の長縁部および短縁部において、様々な方法で得ることができる。
【００６８】
説明したように、図９Ａおよび図９Ｂは、図８の断面図の細部を示している。金型半体の長縁部において、導電フレーム６３の外側部分は、接続バー５５にねじで連結されている。導電フレーム６３の内側部分は、上部層／スタンパ２５と接触している。上部層２５は、図９Ｂに示すように、導電フレームの最も内側の部分の接触領域６５において、導電フレーム６３に重なり、その上で浮動する。接触領域６５が導電フレーム本体から若干突出しているので、例えば、１ｍｍの長さとすることができる接触領域６５の外側で、上部層２５と導電フレーム６３との間に、例えば、０．２ｍｍのギャップ６７が形成されている。上部層２５はまた、導電フレーム６３の溝７１に置かれた封止リング６９に載っている。金型がエンボス加工後に開放された場合、上部層の後ろの圧力を低く維持することで、浮動する上部層２５を所定の位置に保持することができる。導電フレーム６３は、上部層の縁部からいくらか離れて上部層２５と接触しているので、導電フレーム６３によって導かれた電流７３は、上部層の縁部からこの距離の位置で上部層に流入し、その結果、ブランクの縁部で、上部層の比較的加熱が少ない部分７５が得られる。
【００６９】
図１０は、図７の断面図の細部を示している。この部分では、金型半体の短縁部において、導電フレーム６３は、金型半体の長縁部を相互接続する分路として機能する。したがって、導電フレーム６３のこの部分は、図１０の断面図の平面に垂直に向けられた大きな電流が流れる。銅製の導電フレーム６３は、上部層２５と比較して非常に低い抵抗を有するので、この電流は、導電フレームをほとんど加熱しない。しかし、金型内の他のすべての電流と同じ周波数で交番するこの電流は、活性中間層の上部部分と導電フレームとの電流が反対方向であるため、次に、活性中間層２３によって上部層２５に誘導される磁界を打ち消す磁界を形成する。これは、上部層の誘導された磁界を上部層２５の短縁部から強制的に遠ざけるので、この縁部も金型半体の内側部分ほど加熱されない。
【００７０】
それにより、ブランクの縁部のまわりに、比較的低温のブランクフレームを得ることができる。
【００７１】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、金型半体の作用面上の熱の発生を意図的に一様でないようにするさらなる方法を示している。この場合に、導電フレームに共に載った２つの副層を有する上部層が使用される（図１１を参照のこと）。図１２Ａの上側上部層は、前述した、すなわち、例えば、ニッケル、オーステナイト鋼、またはニッケル−鋼の組み合わせなどの均一な強磁性または非強磁性層として構築することができる。
【００７２】
図１２Ｂの下側上部層は、パターンを形成することができる。通常、パターンは、加熱される領域に切り抜き部７９を有する銅製シート７７を含むことができる。瞬間電流の方向が、図１２Ｂに矢印で示す通りの場合、上側上部層は、下側上部クレイヤ（ｃｌａｙｅｒ）が銅からなる領域でほとんど加熱されない。これらの領域では、電流は、より低い抵抗を有する下側層を通って流れる。切り抜き領域は、銅製シートと同じ厚さを有する、ガラスなどの絶縁材料で覆うことができる。これは、この領域において、電流が上側上部層に向かうようにし、それにより、上側上部層および作用面を加熱する。絶縁体の代替として、上側上部層と同様な、または同じ抵抗を有する、オーステナイト鋼などの材料を使用することができる。これにより、これらの領域において、上側および下側上部層の両方が加熱される。いずれにしても、結果として、より高温の小領域８１が作用面にできる。これは、例えば、前述したように、それぞれが比較的低温の周囲フレームを有する２つのブランクを同時にエンボス加工するために使用することができる。様々な結果を得るために、作用面上での熱の発生を他の方法で変えることができると当業者には分かるであろう。１つの金型は、下側上部層を交換することで、多くの異なる方法で使用することができる。
【００７３】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、添付の請求項の範囲内で様々に変更および改造することができる。例えば、図示したように、コイル巻線の折り返し部が、作用面の長縁部に配置されるのではなくて、コイルは、短縁部間に巻き付けることができる。上記のものと同様の特性を有する他の材料を使用することもできる。例えば、上部層のオーステナイト鋼の代わりに、例えば、フェライト鋼またはマルテンサイト鋼が考えられる。銅合金は、多くの場合、アルミニウム合金などに置き換えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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