JP2006035794A - プランジャユニット - Google Patents

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啓司 前田
Isao Izumi
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Abstract

【課題】キャビティに流動性樹脂を安定して注入するプランジャユニットを提供する。
【解決手段】軸12を有するプランジャ11と、軸12の一部を内設するホルダ16と、ホルダ16を進退させる駆動部25と、軸12に取り付けられホルダ16に内設されたピストン14と、軸12を弾性支持するばね23と、ホルダ16の内側にピストン14を含んで設けられ磁気粘性流体20が充填された作動流体室19と、ホルダ16の内面とピストン14の側面との間に設けられた間隙17と、ピストン14の側面に設けられた電磁石15と、プランジャ11の相対的な下降を検出する近接センサ26,27,28と、近接センサ26,27,28から受け取った信号に基づき電磁石15を励磁する制御部29とを備える。制御部29は、プランジャ11の相対的な下降を示す信号を受け取った場合には、電磁石15を励磁して間隙17における磁気粘性流体20の粘性を増加させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、樹脂成形型が有するキャビティに流動性樹脂を押圧して注入するためのプランジャユニットであって、特に、キャビティに流動性樹脂を安定して注入するプランジャユニットに関するものである。
従来、精密な樹脂成形を行う場合に、樹脂成形型のキャビティに流動性樹脂を注入する目的で使用されるプランジャユニットを、図5を参照して説明する。ここで、精密な樹脂成形とは、例えば、リードフレーム等の配線部材(以下「基板」という)に装着された半導体チップ等のチップ状電子部品(以下「チップ」という)を樹脂封止する場合をいう。図5は、従来のプランジャユニットの構成における一例を示す断面図である。
図5に示されているように、上型51と下型52とは併せて樹脂成形型を構成する。下型52に設けられたポット53には、例えば、熱硬化性樹脂からなる樹脂タブレット(図示なし)が配置されている。樹脂タブレットは、下方から押圧されるとともに加熱されて溶融し、これにより流動性樹脂が形成される。流動性樹脂は、下方から押圧されてカル部54、ランナ部55、及びゲート部56を順次経由してキャビティ57に注入される。基板58は、チップ59が装着された配線部材であって、予めキャビティ57の下方において下型52に載置されている。基板58とチップ59との電極同士(いずれも図示なし)は、ワイヤ60によって電気的に接続されている。
プランジャ61は、流動性樹脂を下方から押圧する押圧機構である。ストッパ62は、プランジャ61の下部に取り付けられている円盤状の部材である。ホルダ63は、プランジャ61の下部とストッパ62とを内設し、かつ、プランジャ61とは基本的に独立して昇降自在に設けられた円筒形の箱状部材である。ばね64は、ストッパ62の下面とホルダ63の内底面との間に配設されており、樹脂タブレットの長さのばらつきを吸収する弾性部材である。プランジャ61、ストッパ62、ホルダ63、及びばね64は、併せてプランジャユニット65を構成する。押圧板66は、ホルダ63の底部に取り付けられており、ホルダ63を昇降させる昇降用部材である。アクチュエータ67は、押圧板66を介してホルダ63自体を昇降させる昇降手段である。アクチュエータ67がホルダ63自体を押し上げることにより、ばね64とストッパ62とを順次介してプランジャ61が押し上げられ、ポット53に貯留された流動性樹脂は、押圧されて最終的にキャビティ57に注入される(例えば、特許文献1参照)。その後、注入された流動性樹脂を硬化させて硬化樹脂を形成し、上型51と下型52とを型開きし、硬化樹脂のうちで不要な部分を除去して、基板58と硬化樹脂とを有する成形体、すなわちパッケージを取り出す。
しかしながら、上述した従来の技術によれば、次のような問題がある。それは、プランジャ61が急激に上昇することによって、キャビティ57に流動性樹脂が注入される際の注入速度が急増するという問題である。この問題は、流動性樹脂が硬化する際に場所によって硬化の程度が不均一になることや、ポット53の内面とプランジャ61の側面との間に流入した流動性樹脂等によって、プランジャ61が上昇する際に受ける抵抗が増加することに起因して発生する。すなわち、プランジャ61が受ける抵抗が増加するとプランジャ61が上昇しにくくなる一方で、ホルダ63は引き続き上昇しようとするので、ホルダ63の上昇に伴いばね64が圧縮される。そして、圧縮されることによりばね64において発生する反発力が、プランジャ61が受ける抵抗に打ち勝ってその抵抗よりも大きくなると、ばね64は一気に伸長する。したがって、プランジャ61が急上昇して、キャビティ57に流動性樹脂が注入される際の注入速度が急増する。これにより、ワイヤ60の切断や変形、チップ59の露出、硬化樹脂におけるボイド(気泡)等が発生するので、完成品であるパッケージにおいて、歩留り、信頼性、品質等の低下が引き起こされる。また、樹脂封止以外の一般的な樹脂成形においても、成形体の外観不良等が発生する。
そこで、上述した問題を解決すべく、図6に示された構成を有するプランジャユニットが提案されている。図6は、従来のプランジャユニットの構成における別の例を示す断面図である。図5の構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。ホルダ68は、プランジャ61の下部とストッパ62とを内設し、かつ、プランジャ61とは基本的に独立して昇降自在に設けられた円筒形の箱状部材である。スライダ69は、それぞれ円盤状の上部及び下部とそれらを連結する中間部とからなり、円盤状の上部がストッパ62に取り付けられ、ストッパ62の下方において上部及び下部がそれぞれホルダ68の内面に摺動するように設けられた摺動部材である。粘性流体70は、スライダ69が有する円盤状の上部及び下部とホルダ68の内面とに囲まれた閉空間に充填され、例えば、オイルやシリコーングリース等からなる一定の粘性を有する流体である。パッキン71は、スライダ69が有する円盤状の上部及び下部の側面に設けられた溝にはめ込まれ、例えば、シリコーンゴムからなり、粘性流体70の漏れを防止するためのシール部材である。突出部72は、粘性流体70が充填されている閉空間の一部において、閉空間の断面積を小さくするようにホルダ68の内面から突出している部分である。スライダ69、粘性流体70、パッキン71、及び突出部72は、併せて緩衝機構73を構成する。ばね74は、スライダ69の下部とホルダ68の内底面との間に配設された圧縮コイルばねであって、流動性樹脂の原料である樹脂タブレットの長さのばらつきを吸収する弾性部材である。プランジャ61、ストッパ62、ホルダ68、緩衝機構73、及びばね74は、併せてプランジャユニット75を構成する。
図6に示された構成を有するプランジャユニット75によれば、スライダ69の速度が急激に変動しようとする場合には、スライダ69の円盤状の上部及び下部とホルダ68の内面とに囲まれた閉空間に充填された粘性流体70が、突出部72において流動抵抗を生ずる。これにより、スライダ69の速度の急激な変動が抑制されるので、プランジャ61の急激な昇降が抑制されて、プランジャ61は緩やかに移動する。したがって、流動性樹脂の注入速度が大きく変動することなく、キャビティ7に流動性樹脂が安定して注入される(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、図6に示されたプランジャユニット75によれば、プランジャ61が大きな抵抗を受けて最も下の位置まで押し込まれた状態から、ばね74が伸長しようとする力(伸長力)によって急激に上昇しようとする場合には、その上昇を十分に抑制できないおそれがあるという問題がある。ここで、その急激な上昇を十分に抑制しようとすれば、突出部72を大きく突出させればよい。この構成によれば、突出部72において閉空間の断面積が小さくなることによって粘性流体70の流動抵抗が大きくなるので、プランジャ61の急激な上昇が抑制される。しかし、この構成によれば、プランジャ61が抵抗を受けてばね64が圧縮され、ある程度圧縮された状態からばね64が伸長しようとする場合に、突出部72における流動抵抗によってプランジャ61が速やかに上昇できないおそれがある。したがって、キャビティ7に流動性樹脂が注入される速度が遅くなるので、流動性樹脂が硬化する際に硬化の程度が不均一になるという問題を完全には解消できない。これらの問題は、プランジャ61の急激な上昇を抑制する効果が、突出部72によって狭められた閉空間の断面積と粘性流体70の特性(粘性)とによって決定されることに起因して、発生する。言い換えれば、これらの問題は、プランジャ61の急激な上昇を抑制する効果が、プランジャ61が上昇しようとする際におけるばね74の伸長力の大きさとは無関係に、プランジャユニット75の構成自体によって決定されることに起因して、発生する。すなわち、突出部72における閉空間の断面積が大きすぎると、プランジャ61の急激な上昇を抑制する効果が不十分になる。一方、突出部72における閉空間の断面積が小さすぎると、プランジャ61の急激な上昇を抑制する効果は十分であるが、抵抗に打ち勝って上昇しようとするプランジャ61の上昇速度が小さくなるおそれがある。
実公昭63−34271号公報(第2頁−第4頁、第2図) 特開2001−170959号公報(第3頁−第4頁、図1、図2)
本発明が解決しようとする課題は、第1に、プランジャが急激に上昇することによってキャビティに対する流動性樹脂の注入速度が急増することであり、第2に、プランジャの急激な上昇の防止とプランジャの最適な上昇速度の設定とが排反的にしか実現されないことである。
上述の課題を解決するために、本発明に係るプランジャユニットは、樹脂成形型(1)が有するキャビティ(7)に流動性樹脂を注入する際に流動性樹脂を押圧するとともに軸(12)を有するプランジャ(11)を備えるプランジャユニットであって、筒状の形状を有し軸(12)の一部を内設するホルダ(16,32)と、ホルダ(16,32)を進退させる駆動部(25)と、軸(12)に取り付けられホルダ(16,32)に内設されたピストン(14,31)と、ホルダ(16,32)の底部に内設され軸(12)を弾性支持する弾性体(23)と、ホルダ(16,32)の内面とピストン(14,31)の側面との間の間隙(17)において設けられ磁気粘性流体(20)を含む摺動部(33)と、ピストン(14,31)の側面付近又はホルダ(16,32)の外側に設けられた磁場発生部(15,34)と、プランジャ(11)の進退が円滑に行われているか否かを検出するセンサ(26,27,28,36)と、センサ(26,27,28,36)から受け取った信号に基づいて磁場発生部(15,34)が適当な強さの磁場を発生するように磁場発生部(15,34)を励磁する制御部(29,37)とを備えるとともに、制御部(29,37)は、プランジャ(11)の進退が円滑に行われていないことを示す信号をセンサ(26,27,28,36)から受け取った場合には、磁場発生部(15,34)を励磁することによって摺動部(33)における磁気粘性流体(20)の粘性を増加させることを特徴とする。
また、本発明に係るプランジャユニットは、上述のプランジャユニットにおいて、ホルダ(16)の内側の少なくとも一部においてピストン(14)を含むようにして設けられ磁気粘性流体(20)が充填された閉空間からなる作動流体室(19)を備えることを特徴とする。
また、本発明に係るプランジャユニットは、上述のプランジャユニットにおいて、摺動部(33)はピストン(31)の側面の少なくとも一部において設けられているとともに、摺動部(33)には磁気粘性流体が含浸され又は充填されていることを特徴とする。
本発明によれば、プランジャ(11)の進退が円滑に行われていない場合には、センサ(26,27,28,36)から受け取った信号に応じて、プランジャ(11)の軸(12)に取り付けられたピストン(14,31)の側面付近又はホルダ(16,32)の外側に設けられた磁場発生部(15,34)が磁場を発生させる。これにより、ホルダ(16,32)の内面とピストン(14,31)の側面との間の間隙(17)に設けられた摺動部(33)において、磁気粘性流体(20)の粘性が増加する。したがって、弾性体(23)が伸長しようとする力によってプランジャ(11)が急激に進退、すなわち移動しようとする場合において、その伸長しようとする力に応じて、間隙(17)に存在する磁気粘性流体(20)の粘性が増加するので、ピストン(14,31)に対して制動が加えられる。このことにより、プランジャ(11)の急激な移動が妨げられるので、樹脂成形型(1)のキャビティ(7)に流動性樹脂が安定して注入される。したがって、完成品である成形体の歩留り、信頼性、品質等を向上させるプランジャユニットが実現される。
また、本発明によれば、プランジャ(11)の進退が円滑に行われていない場合には、作動流体室(19)において、ホルダ(16)の内面とピストン(14)の側面との間の間隙(17)に存在する磁気粘性流体(20)の粘性が増加する。あるいは、プランジャ(11)の進退が円滑に行われていない場合には、ピストン(31)の側面における摺動部(33)に存在する磁気粘性流体の粘性が増加する。これらにより、弾性体(23)が伸長しようとする力によってプランジャ(11)が急激に移動しようとする場合において、その伸長しようとする力に応じてピストン(14,31)に対して制動が加えられる。このことにより、プランジャ(11)の急激な移動が妨げられるので、樹脂成形型(1)のキャビティ(7)に流動性樹脂が安定して注入される。したがって、完成品である成形体において、歩留り、信頼性、品質等が向上するプランジャユニットが実現される。
プランジャユニットに、キャビティ(7)に流動性樹脂を注入する際に流動性樹脂を押圧するとともに軸(12)を有するプランジャ(11)と、筒状の形状を有し軸(12)の一部を内設するホルダ(16)と、ホルダ(16)を進退させる駆動部(25)と、軸(12)に取り付けられホルダ(16)に内設されたピストン(14)と、ホルダ(16)の底部に内設され軸(12)を弾性支持する弾性体(23)と、ホルダ(16)の内側の一部にピストン(14)を含むようにして設けられ磁気粘性流体(20)が充填された作動流体室(19)と、ホルダ(16)の内面とピストン(14)の側面との間の間隙(17)に設けられ磁気粘性流体(20)を含む摺動部と、ピストン(14)の側面に設けられた磁場発生部(15)と、プランジャ(11)の進退が円滑に行われているか否かを検出するセンサ(26,27,28)と、センサ(26,27,28)から受け取った信号に基づいて磁場発生部(15)が適当な強さの磁場を発生するように磁場発生部(15)を励磁する制御部(29)とを備えるとともに、制御部(29)は、プランジャ(11)の進退が円滑に行われていないことを示す信号をセンサ(26,27,28)から受け取った場合には、磁場発生部(15)を励磁することによって摺動部における磁気粘性流体(20)の粘性を増加させる。
本発明に係るプランジャユニットの実施例1について、図1と図2とを参照して説明する。図1は、本実施例に係るプランジャユニットの構成を示す断面図である。図2は、図1に示されたプランジャユニットにおいてプランジャが抵抗を受けている状態を示す断面図である。なお、以下の説明において使用するいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し又は誇張して模式的に描かれている。また、以下の図では、樹脂成形型におけるプランジャユニットを取り囲む部分を省略している。
図1と図2とにおいて、上型1と下型2とは、併せて樹脂成形型を構成する。下型2に設けられたポット3には、樹脂タブレットが溶融して形成された流動性樹脂(いずれも図示なし)が貯留される。この流動性樹脂は、下方から押圧されてカル部4、ランナ部5、及びゲート部6を順次経由してキャビティ7に注入される。基板8は、チップ9が装着されたリードフレームやプリント基板等の配線部材であって、予めキャビティ7の下方において下型2に載置されている。基板8とチップ9との電極同士(いずれも図示なし)は、ワイヤ10によって電気的に接続されている。
プランジャ11は、流動性樹脂を下方から押圧する押圧機構である。プランジャ11が有する軸12の下部には、円盤状の部材であるストッパ13が取り付けられている。そして、軸12においてストッパ13の上方には、円柱状の部材であるピストン14が取り付けられている。ピストン14の外周部には、円環状の電磁石15が取り付けられている。ホルダ16は、軸12の下部とストッパ13とピストン14とが昇降自在になるようにこれらを内設し、かつプランジャ11とは基本的に独立して昇降自在に設けられた円筒形の箱状部材である。ホルダ16の内面とピストン14の側面、すなわち電磁石15の表面との間には、所定の間隙17が設けられている。ホルダ16の内部は仕切板18によって実質的に2つの空間に仕切られており、それらの空間のうち図に示された上側の空間からなる作動流体室19には、作動流体として磁気粘性流体20が充填されている。ホルダ16の上端には、軸12が昇降自在になるようにして上ぶた21が取り付けられており、この上ぶた21と仕切板18とによって作動流体室19が密閉されている。更に、仕切板18と上ぶた21との側面にそれぞれ設けられた溝には、例えば、シリコーンゴムからなり磁気粘性流体20の漏れを防止するためのシール部材22が、それぞれはめ込まれている。ばね23は、ストッパ13の下面とホルダ16の内底面との間に配設された圧縮コイルばねからなり、樹脂タブレットの長さのばらつきを吸収する弾性部材である。このばね23によって、ストッパ13が、ひいては軸12とプランジャ11とが弾性支持されているので、プランジャ11はホルダ16に対して相対的に昇降することができる。そして、この場合には、間隙17に存在する磁気粘性流体20が、ホルダ16の内面とピストン14の側面との間に介在する摺動部として機能する。
押圧板24は、ホルダ16の底部に取り付けられており、ホルダ16を昇降させる昇降用部材である。アクチュエータ25は、押圧板24を介してホルダ16自体を昇降させる昇降手段である。そして、アクチュエータ25が押圧板24を介してホルダ16を上昇させると、ばね23とストッパ13とを順次介してプランジャ11が上昇する。ここで、図1に示されているようにピストン14の上面が上ぶた21の下面に接触しており、この状態が、本実施例に係るプランジャユニットにおけるプランジャ11の定常状態である。
ホルダ16の外面には、複数個(図では3個)の近接センサ26,27,28が、上下方向に並んで取り付けられている。そして、図1において最も上側に位置する近接センサ26は、プランジャ11が定常状態にある場合におけるストッパ13の位置よりもわずかに下に位置するようにして、取り付けられている。また、他の近接センサ27,28は、近接センサ26から順次下方に、互いに接近して取り付けられている。したがって、プランジャ11が上昇する際に抵抗を受けることによって、ホルダ16に対するストッパ13の相対的な位置が、プランジャ11が定常状態にある場合における位置よりも下降した場合には、近接センサ26,27,28がこの順にストッパ13の相対的な下降を示す信号を生成する。言い換えれば、近接センサ26,27,28は、プランジャ11の進退(本実施例では昇降)が円滑に行われているか否かを検出するセンサである。そして、近接センサ26,27,28は制御部29に接続されており、この制御部29は導線30(電磁石15の側で図示なし)によって電磁石15に接続されている。制御部29は、近接センサ26,27,28から受け取った信号に応じて、導線30を経由して電磁石15に所定の励磁電流を流すことにより、電磁石15を励磁して制御する。
ここで、制御部29による制御を説明する。制御部29は、近接センサ26から信号を受け取った場合には、電磁石15に小さな第1の励磁電流を流し、近接センサ27,28からそれぞれ信号を受け取った場合には、電磁石15に順次大きな第2、第3の励磁電流を流す。そして、制御部29が電磁石15に流す励磁電流の大きさは、予め次のように定められている。まず、近接センサ26,27,28がストッパ13の相対的な下降をそれぞれ検出した場合に、ばね23が一気に伸長しようとする状態を想定する。次に、その伸長しようとする動作を抑制してストッパ13を、ひいてはプランジャ11をほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇させるためには、ピストン14にどの程度の制動力を加えればよいかを、計算又は実験によって決定する。すなわち、これらの制動力は、各近接センサ26,27,28が検出したストッパ13の相対的な位置毎にそれぞれ決定される。次に、その制動力を発生させる目的で電磁石15に流すべき励磁電流の大きさを、計算又は実験によってそれぞれ決定する。具体的に言えば、電磁石15の表面(ピストン14の側面)とホルダ16の内面との間の部分、すなわち間隙17に存在する磁気粘性流体20の粘性を必要なだけ増加させる目的で、電磁石15に流すべき励磁電流の大きさを、計算又は実験によって決定する。これにより、制御部29は、近接センサ26,27,28のそれぞれがストッパ13の相対的な下降を検出した場合に応じて、順次大きくなる所定の第1−第3の励磁電流を電磁石15に流すことになる。
本実施例に係るプランジャユニットについて、図1と図2とを参照してその動作を説明する。まず、図1に示すように、上型1と下型2とが型締めした状態で、アクチュエータ25が押圧板24を介してホルダ16自体を押し上げることにより、ばね23とストッパ13とを順次介してプランジャ11を上昇させる。これにより、ポット3に貯留された流動性樹脂(図示なし)は押圧され、カル部4,ランナ部5,ゲート部6を順次経由して、キャビティ7に注入される。
次に、注入された流動性樹脂を硬化させて硬化樹脂(図示なし)を形成し、基板8にチップ9を樹脂封止する。その後に、上型1と下型2とを型開きし、硬化樹脂のうちで不要な部分を除去して、基板8と硬化樹脂とを有するパッケージを取り出す。
以上の樹脂封止工程において、流動性樹脂が硬化する際に場所によって硬化の程度が不均一になることや、ポット3の内面とプランジャ11の側面との間に浸透した流動性樹脂等によって、プランジャ11が上昇する際に受ける抵抗が増加する場合がある。この場合におけるプランジャユニットの動作を、図2を参照して説明する。
まず、プランジャ11が抵抗を受ける一方で、ホルダ16自体がアクチュエータ25によって引き続いて押し上げられることによって、ホルダ16に対してプランジャ11が相対的に下降し始める。これにより、プランジャ11に取り付けられたストッパ13が、プランジャが定常状態にある場合における位置よりも、ホルダ16に対して相対的に下降する。また、作動流体室19において、磁気粘性流体20は間隙17を通ってピストン14の上方の空間に流れ込む。
次に、最も上側に位置する近接センサ26が、ストッパ13の相対的な下降を検出し、そのことを示す信号を生成して制御部29に供給する。制御部29は、受け取った信号に基づいて、電磁石15に第1の励磁電流を流してこれを励磁する。これにより、電磁石15の表面(ピストン14の側面)とホルダ16の内面との間の部分、すなわち間隙17における磁場が強まるので、間隙17に存在する磁気粘性流体20の粘性が増加する。したがって、ピストン14に対する拘束力、言い換えるとピストン14が昇降しようとした場合における制動力が発生する。ここで、ばね23による反発力が、プランジャ11が受ける抵抗よりも大きくなると、ばね23はその抵抗に打ち勝って一気に伸長しようとする。しかし、ピストン14に加えられている制動力によって、プランジャ11はほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇することになる。したがって、キャビティ7に流動性樹脂が注入される際の注入速度が急増することはない。
次に、プランジャ11が抵抗を受け続ける場合には、ホルダ16に対してプランジャ11が引き続き相対的に下降する。そして、上から2番目の近接センサ27が、ストッパ13の相対的な下降を検出して、そのことを示す信号を生成して制御部29に供給する。制御部29は、受け取った信号に基づいて電磁石15に流す励磁電流を増加させて、第2の励磁電流によって引き続き電磁石15を励磁する。これにより、間隙17における磁場がいっそう強まるので、間隙17に存在する磁気粘性流体20の粘性がいっそう増加する。したがって、ホルダ16の内部においてピストン14が昇降しようとした場合における制動力が増加する。これにより、プランジャ11が受けている抵抗に打ち勝ってばね23が一気に伸長しようとしても、ピストン14に加えられている制動力によって、プランジャ11はほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇することになる。
次に、プランジャ11がなおも抵抗を受け続ける場合には、ホルダ16に対してプランジャ11が、引き続き相対的に下降する。そして、上から3番目の近接センサ28が、ストッパ13の相対的な下降を検出して、そのことを示す信号を生成して制御部29に供給する。制御部29は、受け取った信号に基づいて電磁石15に流す励磁電流を更に増加させて、第3の励磁電流によって引き続き電磁石15を励磁する。これにより、間隙17における磁場が更に強まるので、間隙17に存在する磁気粘性流体20の粘性が更に増加する。これにより、ホルダ16の内部においてピストン14が昇降しようとした場合における制動力が更に増加する。したがって、これまでと同様に、プランジャ11が受けている抵抗に打ち勝ってばね23が一気に伸長しようとしても、ピストン14に加えられている制動力によって、プランジャ11はほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇する。なお、近接センサ28がストッパ13の相対的な下降を検出した状態からプランジャ11が上昇する場合には、ストッパ13の上昇を近接センサ27,26が順に検出することになる。これにより、ばね23が伸長してストッパ13が上昇するにつれて、電磁石15が第2の励磁電流、第1の励磁電流によって順に励磁される。したがって、ホルダ16の内部においてピストン14が上昇する場合における制動力が段階的に減少するので、プランジャ11はほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇する。
以上説明したように、本実施例によれば、プランジャ11が上昇する際に受ける抵抗の大きさに応じて、制御部29が、電磁石15に流す励磁電流を制御してこれを励磁する。これにより、間隙17における磁場を制御して、間隙17に存在する磁気粘性流体20の粘性を制御する。具体的には、プランジャ11が受ける抵抗が小さい場合には磁気粘性流体20の粘性をわずかに増加させ、プランジャ11が受ける抵抗が大きくなるに従って磁気粘性流体20の粘性を段階的に増加させる。これにより、プランジャ11が受ける抵抗に打ち勝ってばね23が一気に伸長しようとする場合に、その伸長力に応じてピストン14に制動力を加えるので、プランジャ11は抵抗の大きさに影響されずほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇する。したがって、キャビティ7に対して、注入速度が大きく変動することなく流動性樹脂が安定して注入されるので、ワイヤ10の切断や変形等が防止される。
なお、本実施例では、3個の近接センサ26,27,28を使用した。これに限らす、例えば、ストッパ13が相対的に下降する距離が小さい場合、言い換えれば、ばね23の伸長力が大きくない場合等には、1個の近接センサを使用してもよい。この場合には、その近接センサが検出するストッパ13の相対的な位置に応じて、ばね23の急激な伸長を抑制するように、ピストン14に制動力を加える。したがって、ばね23の伸長力に対応して、プランジャ11がほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇する。
また、仕切板18によってホルダ16の内部を仕切って作動流体室19を設け、その作動流体室19に磁気粘性流体20を充填した。これに限らず、ホルダ16の内部全体に磁気粘性流体20を充填してもよい。
本発明に係るプランジャユニットの実施例2について、図3を参照して説明する。図3は、本実施例に係るプランジャユニットの構成を示す断面図である。実施例1と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。本実施例では、プランジャ11が有する軸12にピストン31が取り付けられ、円筒形の箱状部材であるホルダ32が、軸12の下部とストッパ13とピストン31とが昇降自在になるようにこれらを内設し、かつプランジャ11とは基本的に独立して昇降自在に設けられている。これらの点で、本実施例は実施例1と同様である。なお、図3においては、プランジャ11が定常状態にある場合のプランジャユニットが示されている。
本実施例では、実施例1(図1参照)において閉空間である作動流体室19に磁気粘性流体20が充填されていたこととは異なり、ピストン31の側面に、磁気粘性流体が含浸された円環状の摺動部材33が、ホルダ32の内面に摺動するようにして取り付けられている。この摺動部材33は、例えば、多孔性のウレタンやフェルト状の材料等から構成されている。そして、ピストン31において、摺動部材33の内側には、円環状の電磁石34が取り付けられている。また、ホルダ32の上端には、軸12が昇降自在になるようにして上ぶた35が取り付けられており、この上ぶた35によってホルダ32の内部が密閉されている。
本実施例に係るプランジャユニットの動作を、実施例1(図1参照)と比較して説明する。実施例1では、充填された磁気粘性流体20の一部、すなわち間隙17における磁気粘性流体20において、電磁石15によって生じた磁場の影響を受けて粘性が変化する。これに対して、本実施例では、間隙17における摺動部材33に含浸された磁気粘性流体において、電磁石34によって生じた磁場の影響を受けて粘性が変化する。ストッパ13が相対的に下降する程度に応じて、近接センサ26,27,28のうちいずれかが信号を生成して、制御部29が、ピストン31に加えられる制動力を制御する点については、実施例1と同様である。
本実施例によれば、実施例1と同様に、プランジャ11が受けている抵抗に打ち勝ってばね23が一気に伸長しようとしても、ピストン31に加えられる制動力によって、プランジャ11はその抵抗の大きさに影響されずほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇する。また、実施例1とは異なり、ピストン31が上下する閉空間に磁気粘性流体を充填する必要がないので、簡単な構造を有するプランジャユニットが実現される。
なお、本実施例では、ピストン31の側面に、磁気粘性流体が含浸された円環状の摺動部材33が取り付けられている。これに限らず、ホルダ32の内面とピストン31の側面との間において、すなわち間隙17において、磁気粘性流体が存在する部分を設ければよい。例えば、ピストンの側面に設けられた円環状で周方向の溝からなる閉空間に、磁気粘性流体を充填してもよい。この場合には、ピストンの側面における溝以外の部分に、磁気粘性流体の漏出を防ぐためのシール部材を設けることが好ましい。また、図3における摺動部材33及び上述した溝は、必ずしも円環状である必要はなく、ピストンの側面における少なくとも一部に設けられていてもよい。これらの構成は、ピストン31に加えられる制動力、ひいてはばね23の伸長力の大きさに応じて定められる。また、図3における摺動部材33を、ピストンの側面を全て覆うようにして設けることもできる。
本発明に係るプランジャユニットの実施例3について、図4を参照して説明する。図4は、本実施例に係るプランジャユニットの構成を示す断面図である。本実施例は、実施例2においてストッパ13の位置を検出していたことに代えて、プランジャ11が急激に上昇する運動を開始した場合にその運動の加速度を検出して、その加速度の大きさに応じてピストン33に制動力を加えることを特徴とする。なお、図4においては、プランジャ11が定常状態にある場合のプランジャユニットが示されている。
図4に示されているように、本実施例では、実施例1,2においてホルダ16の外面に取り付けられた複数個の近接センサ26,27,28に代えて、プランジャ11が有する軸12に取り付けられた1個の加速度センサ36を使用する。この加速度センサ36は、軸12における上向きの加速度、すなわちプランジャ11における上向きの加速度を検出して、その大きさに応じた信号を制御部37に供給する。制御部37は、受け取った信号に応じて、加速度の大きさに応じた励磁電流を流すことによって電磁石34を励磁する。このことにより、摺動部材33に含浸された磁気粘性流体において、電磁石34によって生じた磁場の影響を受けて粘性が変化する。
ここで、加速度と励磁電流との関係は、実施例1,2とほぼ同様にして、予め次のように定められている。まず、プランジャ11がホルダ32に対して様々な位置まで相対的に下降する場合を想定し、それぞれの場合において、ばね23が一気に伸長することによってプランジャ11が上昇しようとする加速度を求める。次に、それぞれの場合において、そのプランジャ11をほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇させるためには、ピストン31にどの程度の制動力を加えればよいかを、計算又は実験によって決定する。次に、その制動力を発生させる目的で電磁石34に流すべき励磁電流の大きさを計算又は実験によって決定して、プランジャ11が相対的に下降した位置とその励磁電流の大きさとの関係を見出す。本実施例によれば、プランジャ11が上昇しようとする際における実際の加速度に応じて、電磁石15に流すべき励磁電流の大きさを連続的に変化させることができる。したがって、ピストン31に加えられる制動力が、プランジャ11の実際の加速度に応じて連続的に変化することになる。なお、加速度センサ36は良好な応答性を有するとともに、磁気粘性流体は磁場の変化に対する粘性の変化の応答性に優れているので、プランジャ11が急激に上昇しようとした場合であっても、流動性樹脂が押圧される以前にピストン31に制動力が加えられる。したがって、キャビティ7に流動性樹脂が注入される際の注入速度が急増することはない。
以上説明したように、本実施例によれば、実施例1,2と同様に、プランジャ11が受けている抵抗に打ち勝ってばね23が一気に伸長しようとしても、ピストン31に加えられる制動力によって、プランジャ11はその抵抗の大きさに影響されずほぼ一定の所望の速度で緩やかに上昇する。また、実施例2と同様に、ピストン31が上下する閉空間に磁気粘性流体を充填する必要がないので、簡単な構造を有するプランジャユニットが実現される。更に、ピストン31に加える制動力が、プランジャ11が上昇しようとする加速度に応じて連続的に変化するので、プランジャ11が上昇する速度が最適に制御される。また、1個の加速度センサ36しか使用しないので、プランジャユニットを構成する部品の点数が削減される。
なお、本実施例においては、実施例2のホルダ32とピストン31とに、加速度センサ36と制御部37とを組み合わせた。これに限らず、実施例1のホルダ16とピストン14とに、加速度センサ36と制御部37とを組み合わせることもできる。
なお、ここまで説明した各実施例においては、ピストン14,31の側に電磁石15,34を取り付けた。これに限らず、ホルダ16,32の外面(側面)に電磁石を取り付けてもよい。この場合には、電磁石に対する配線を簡略化することができる。
また、弾性部材として、圧縮コイルばねからなるばね23を使用した。これに代えて、コイルばね、板ばね、皿ばね等を使用することができる。更に、ばねに限らず、ゴム等の高分子系材料や、弾性を有する金属性材料を使用してもよい。
また、基板8にチップ10を樹脂封止する場合を例にとって説明した。これに限らず、精密な成形品を製造することを目的とする、トランスファ成形、射出成形等の一般的な樹脂成形において、本発明を適用することができる。
また、上型1にカル部4、ランナ部5、ゲート部6、及びキャビティ7を設け、下型2にポット3を設けるとともに基板8を載置した。これに限らず、上型1と下型2との関係を逆にしてもよい。更に、上型1及び下型2に代えて、水平方向に相対向する2つの型を使用することもできる。
また、本発明は、上述の各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて、任意にかつ適宜に組み合わせ、変更し、又は選択して採用できるものである。
本発明の実施例1に係るプランジャユニットの構成を示す断面図である。 図1のプランジャユニットにおいてプランジャが抵抗を受けている状態を示す断面図である。 本発明の実施例2に係るプランジャユニットの構成を示す断面図である。 本発明の実施例3に係るプランジャユニットの構成を示す断面図である。 従来のプランジャユニットの構成における一例を示す断面図である。 従来のプランジャユニットの構成における別の例を示す断面図である。
符号の説明
1 上型
2 下型
3 ポット
4 カル部
5 ランナ部
6 ゲート部
7 キャビティ
8 基板
9 チップ
10 ワイヤ
11 プランジャ
12 軸
13 ストッパ
14,31 ピストン
15,34 電磁石(磁場発生部)
16,32 ホルダ
17 間隙
18 仕切板
19 作動流体室
20 磁気粘性流体
21,35 上ぶた
22 シール部材
23 ばね(弾性体)
24 押圧板
25 アクチュエータ(駆動部)
26,27,28 近接センサ(センサ)
29,37 制御部
30 導線
33 摺動部材(摺動部)
36 加速度センサ(センサ)

Claims (3)

  1. 樹脂成形型が有するキャビティに流動性樹脂を注入する際に前記流動性樹脂を押圧するとともに軸を有するプランジャを備えるプランジャユニットであって、
    筒状の形状を有し前記軸の一部を内設するホルダと、
    前記ホルダを進退させる駆動部と、
    前記軸に取り付けられ前記ホルダに内設されたピストンと、
    前記ホルダの底部に内設され前記軸を弾性支持する弾性体と、
    前記ホルダの内面と前記ピストンの側面との間の間隙において設けられ磁気粘性流体を含む摺動部と、
    前記ピストンの側面付近又は前記ホルダの外側に設けられた磁場発生部と、
    前記プランジャの進退が円滑に行われているか否かを検出するセンサと、
    前記センサから受け取った信号に基づいて前記磁場発生部が適当な強さの磁場を発生するように前記磁場発生部を励磁する制御部とを備えるとともに、
    前記制御部は、前記プランジャの進退が円滑に行われていないことを示す信号を前記センサから受け取った場合には、前記磁場発生部を励磁することによって前記摺動部における磁気粘性流体の粘性を増加させることを特徴とするプランジャユニット。
  2. 請求項1記載のプランジャユニットにおいて、
    前記ホルダの内側の少なくとも一部において前記ピストンを含むようにして設けられ前記磁気粘性流体が充填された閉空間からなる作動流体室を備えることを特徴とするプランジャユニット。
  3. 請求項1記載のプランジャユニットにおいて、
    前記摺動部は前記ピストンの側面の少なくとも一部において設けられているとともに、
    前記摺動部には前記磁気粘性流体が含浸され又は充填されていることを特徴とするプランジャユニット。
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