JP2006305804A

JP2006305804A - 型内成膜装置および型内成膜方法

Info

Publication number: JP2006305804A
Application number: JP2005129343A
Authority: JP
Inventors: Takao Umezawa; 隆男梅澤
Original assignee: Oshima Electric Works Co Ltd
Current assignee: Oshima Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】成膜成形体１の成膜工程を、真空雰囲気下になった型内で行うようにするにあたり、型内が成膜に必要な真空度に到達する時間を短くする。
【解決手段】被成膜成形体が保持される可動金型５と、成膜装置７が内装される固定金型６とを型合わせし、型内を真空雰囲気下にして成膜するように構成するにあたり、型内は、可動金型５と固定金型６との型合わせ面に介装されるＯ−リング１３で気密維持されるようにして、可動金型５と固定金型６との型合わせ面に、０．３ｍｍ以上の隙間Ｓを存する状態で排気するようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、金型内にて真空蒸着のように真空に近い雰囲気下にして成膜をするための型内成膜装置および型内成膜方法の技術分野に属するものである。

一般に、型成形された成形体の表面に真空蒸着等の成膜手段を用いて成膜する場合、成形された成形体を金型から取外して成膜室にセットした後、真空ポンプで吸引して成膜室を真空に近い状態にし、この雰囲気下で成膜するようにしている。このような成膜室での成膜をするものでは、成形体の搬入搬出の手間がかかるだけでなく、成膜面にゴミが付着したり、手が接触したりすると綺麗な成膜ができず不良品になってしまうという問題がある。
そこで、型成形した成形体を、金型内に保持した状態で成膜する型内成形成膜装置について提唱した（たとえば特許文献１、２）。
ＷＯ２００４／１０１２５４Ａ１ＷＯ２００４／１０１２５３Ａ１

そして前記特許文献１、２のようにすることにより、成形体をいちいち金型から取出して成膜することなく、一連の型移動の過程で成膜まですることができ、これによって成膜成形体の製造効率が飛躍的に向上し、不良品の発生を極力低減できるようになった。ところでこのような成膜成形体を製造する過程における成膜工程では、成形体が保持される第一金型（例えば可動金型）と、成膜手段が設けられる第二金型（例えば固定金型）とを型合わせした状態で型内を真空ポンプを用いて真空状態にした後、該真空雰囲気下で成膜することになる。このように、型内を真空状態にする場合、従来は、第一、第二金型同志を型締めして完全な接触状態で真空にしていたが、型内の圧力が成膜に必要な真空度に到達するまで時間がかかり、作業性が落ちるという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、被成膜成形体が保持される第一金型と、成膜装置が内装される第二金型とを型合わせし、型内を真空雰囲気下にして成膜するように構成してなる型内成膜装置において、型内は、第一金型と第二金型との型合わせ面に介装される気密材を介して気密維持されるものとし、第一金型と第二金型との型合わせ面には隙間を存する状態で真空雰囲気にし、成膜するように設定されていることを特徴とする型内成膜装置である。
請求項２の発明は、請求項１において、隙間は０．３ｍｍ以上であることを特徴とする型内成膜装置である。
請求項３の発明は、請求項１または２において、隙間は、型内圧力が、型内容量に相当する容量の閉鎖空間内の空気を真空ポンプＰで排気したときに成膜工程で要求される要求真空圧力に到達するまでの時間に略相当する時間で要求真空圧力に到達する大きさに設定されることを特徴とする型内成膜装置である。
請求項４の発明は、被成膜成形体が保持される第一金型と、成膜装置が内装される第二金型とを型合わせし、型内を真空雰囲気下にして成膜するようにしてなる型内成膜方法において、型内を、第一金型と第二金型との型合わせ面間が気密材を介して気密維持され状態で、第一金型と第二金型との突合せ面間に隙間を存する状態で真空雰囲気にし、成膜するようにしたことを特徴とする型内成膜方法である。
請求項５の発明は、請求項４において、隙間は、型内圧力が、型内容量に相当する容量の閉鎖空間内の空気を真空ポンプＰで排気したときに成膜工程で要求される要求真空圧力に到達するまでの時間に略相当する時間で要求真空圧力に到達する大きさに設定されることを特徴とする型内成膜方法である。

請求項１または４の発明とすることにより、型内成膜をする際の型内の圧力を、効率よく成膜に必要な真空度にまですることができ、型内成膜作業の作業性が向上する。
請求項２の発明とすることにより、真空度の到達速度が迅速で、より効率の良い型内成膜作業ができることになる。
請求項３または５の発明とすることにより、要求真空圧力に早期に達することになる。

次ぎに、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図中、１は成膜成形体であって、該成膜成形体１は、一次射出工程で型形成された第一成形体２と第二成形体３とを二次射出工程により一体化して製造されるものであり、そして一時射出工程と二次射出工程との間にある成膜工程により第一成形体２に成膜２ａが施されているが、この成膜成形体１を製造するための製造装置４について次に説明する。

前記製造装置４は、後述する可動側金型ベース４ａと固定側金型ベース４ｂとを備えて構成され、該可動側金型ベース４ａには、第一、第二成形体２、３を型形成するための型面５ａ、５ｂが形成された成形用金型５ｄ、５ｅがそれぞれ着脱自在に設けられており、これらによって可動金型（本発明の第一金型に相当する。）５を構成している。

一方、固定側金型ベース４ｂには、第一、第二成形体２、３を型成形するための型面６ａ、６ｂが形成された成形用金型６ｄ、６ｅと、該成形用金型６ｄ、６ｅの第一成形体用型面６ａに隣接する側に配される成膜装置（真空蒸着やスパッタリング蒸着等の真空雰囲気下により成膜する装置）７を内装する成膜用金型７ａとが一直線状に配される状態でそれぞれ着脱自在に設けられ、これら成形用金型６ｄ、６ｅと成膜用金型７ａとにより固定金型（本発明の第二金型に相当する）６を構成している。尚、本実施の形態では、第一、第二金型を、それぞれ分割（分離）型の金型で構成したが、一体型で構成しても良いことは勿論である。

この場合において、固定金型６は、前記成膜処理される第一成形体２用の型面６ａが、第二成形体３用の型面６ｂと成膜装置７とのあいだに挟まれるようにして配され、かつ成膜装置７は、型面６ａ、６ｂが形成される型表面６ｃに対して可動金型５側に突出するようにして設けられており、これによって、第一成形体用型面６ａは、成膜装置７と第二成形体用型面６ｂとにそれぞれ隣り合うようにして配設されている。一方、可動金型５については、固定金型６の型面６ａ、６ｂが形成される型表面６ｃに相当する大きさに設定されてあって、成膜装置７の分はない設定になっている。

前記可動金型５は、図示しないサーボモータによって金型同志の離接方向の移動がなされる架台８に設けられるが、該架台８には、前記固定金型６の型面６ａ、６ｂ、そして成膜装置７ａが配された一直線方向を向くように敷設したガイドレール９を備え、該ガイドレール９に可動金型５が移動自在に設けられており、これによって可動金型５は、型表面５ｃに沿う方向の移動ができるようになっている。

１０は架台８に設けられる移動用のアクチュエータであって、該移動用アクチュエータ１０は、本実施の形態では駆動量（回転量）制御により位置決めができるサーボモータを用いて構成されているので、以降はサーボモータ１０と記載する。このサーボモータ１０の出力軸１０ａには、前記ガイドレール９と平行状態に配した螺旋軸１１が止着されている。そして該螺旋軸１１が螺合する雌螺子１２ａが刻設された作動体１２が可動金型５に設けられており、これによって前記サーボモータ１０が正逆駆動することに連動して可動金型５がガイドレール９に案内された前記移動をするようになっている。

次に、成膜成形体１を成膜成形する工程について図３、４を用いて説明する。まず、可動金型５は、型表面５ｃが固定金型６の型表面６ｃに対向するよう位置した（図３（Ａ）参照）状態から、固定金型６方向に移動して型合わせされ、この型合わせ状態で第一、第二成形体２、３が射出成形される一次の射出工程が実行される（図３（Ｂ）参照）。
次いで可動金型５が型離れ方向に移動するが、このとき第一成形体２は可動金型２側に、第二成形体３は固定金型６側に残る（図３（Ｃ）参照）ように設定されている。

しかる後、可動金型５は、第一成形体２が成膜装置７と対向するよう型表面に沿う方向（図面で左方向）に移動（図３（Ｄ）参照）した後、型合わせ方向に移動して成膜装置７と型合わせされ、真空ポンプＰにより型内が真空状態になり、この真空雰囲気下で第一成形体２の型面６ａからの型離れ面が成膜２ａされる（図４（Ａ）参照）。ついで可動金型５が型離れ方向に移動して成膜装置７と型離れした（図４（Ｂ）参照）後、可動金型５が型表面５ｃに沿う方向の移動（図面で右方向）をして第一成形体２と第二成形体３とが対向し（図４（Ｃ）参照）、この状態で金型同志５、６が型合わせされ、第一、第二成形体２、３同志を樹脂材８で一体化して成膜成形体１を製造する二次の射出工程（図４（Ｄ）参照）が実行され、しかる後、可動金型５の型離れ方向の移動、成膜成形体１の取り出し、可動金型５の各対応する型面５ａ、６ａと５ｂ、６ｂ同志が対向するよう型表面に沿う方向の移動（図面で左方向）をし、これら一連の工程を繰返すことで、成膜成形体１の連続した製造ができるようになっている。

このような一連の工程で成膜成形体１を製造するにあたり、前記成膜工程では、第一成形体２の周面鍔部２ａを固定金型６の口部でマスキングして成膜されないようにしている。その理由は、本実施の形態では第二成型体３との接着に際し、成膜が接着の邪魔になる、つまり第二の射出工程で射出される樹脂材８の一部が第一、第二成形体２、３の突き合わせ面間に射出圧を受けて浸入するが、このとき、成膜が施されていると接着の邪魔になるからである。

このため、可動金型５と固定金型６とは、前記マスキング部よりも外側位置で固定金型６側に設けた（可動金型５に設けても良い）Ｏ−リング１３が可動金型５側に圧着状に当接することによって気密性が維持されるように構成されている。そしてこの気密維持状態で型内が前述した真空雰囲気下になるよう排気されるが、このときの可動金型５と固定金型６とのあいだの隙間Ｓと真空になるまでの時間との関係について検討した。真空ポンプＰとしては、排気速度１９００ｍＬ／ｍｉｎ（リットル／分）、到達真空圧力４．０×１０^−１Ｐａ（パスカル）の性能を有するものを用い、真空にする型内容量は２．６Ｌ（リットル）であった。そして可動金型５と固定金型６との隙間Ｓ（単位：ｍｍ（ミリメートル））を可動金型５の位置制御によって行い、各隙間Ｓで前記成膜工程で要求される圧力である０．４Ｐａに到達するまでの時間と型内圧力とを経時的に測定した。その結果を図７の表図に示す。因みに、上記型内容量のものを上記性能の真空ポンプＰで真空にした場合に到達真空圧力になるまでの理論的時間は４３．８（≒６０×２６００／１９００）秒である。
尚、本実施の形態では、成膜工程で要求される型内の真空圧力（要求真空圧力）が真空ポンプの到達真空圧力と一致するように設定されているが、これに限定されるものでなく、真空ポンプの到達真空圧力が要求真空圧力よりも大きいものであっても実施することができ、この場合、型内が要求真空圧力になったことを圧力センサ等によって検知し、該検知がなされたことで真空ポンプと方とのあいだの排気通路に設けた開閉弁を閉じるようにすれば良いことになる。そしてこの場合に、隙間Ｓは、型内圧力が、型内容量に相当する容量の閉鎖空間内の空気を真空ポンプＰで排気したときに成膜工程で要求される要求真空圧力に到達するまでの時間に略相当する時間で要求真空圧力に到達する大きさに設定されることになる。

図７の表図から、隙間Ｓが０．０〜０．２ｍｍまでのものは９０秒を経過しても必要とする０．４Ｐａには達しなかった。この場合に隙間Ｓが０．２ｍｍのものは、排気当初は隙間Ｓが０．０ｍｍのものよりも若干の改善が見られるが、真空度が高くなるとその差はなくなっていることが確認された。
これに対し隙間Ｓが０．３ｍｍのものは０．４Ｐａに達するまで６０秒であった。そして隙間Ｓが０．４ｍｍ以上のものは０．４Ｐａに到達するまでの時間が何れも４０秒以上、５０秒までのあいだであって、前記理論的計算時間に略一致していることが確認された。隙間Ｓが１．０ｍｍを越えるものについても検討したが、この場合には採用したＯ−リング１３による気密性維持の難しさと、隙間Ｓが大きくなることによりマスキング性能が低下するという問題が発生するが、Ｏ−リングによる気密性維持の問題についてはリング径を太くすれば解決する。

このように、型内を早期に成膜工程で必要な真空度まで達成するには、両金型５、６を型締めをして隙間を０．０ｍｍにしたものは必要な真空度に達するのに可也の時間が必要で、隙間Ｓを設けたものに対して明らかに劣っていた。これはミクロ的にみたときに、型締めをしても突合せ面間に僅かではあるが隙間Ｓがあってここに空気が入り込んでおり、そしてこの僅かで狭い隙間Ｓに入り込んだ空気が、前記型内を真空にする過程でじわじわと型内に出てくることになって、型内を所期の真空度にするのにどうしても時間がかかる。これに対し、型同士の突合せ面間に隙間Ｓを積極的に設けた場合、型内と隙間Ｓとが連通状になって隙間Ｓ内にある空気の流れが迅速になって必要な真空度の到達時間が早くなったものと推考される。
そして好ましい隙間Ｓとしては、前記実施の形態の条件下においては０．３ｍｍ以上であることが好ましく、隙間Ｓが０．２ｍｍ以下の場合には、作業効率が低下することが確認された。

成膜成形体の断面図である。成膜成形装置の概略図である。（Ａ）〜（Ｄ）は成膜成形体を製造するための前半の製造工程を示す概略図である。（Ａ）〜（Ｄ）は成膜成形体を製造するための後半の製造工程を示す概略図である。（Ａ）〜（Ｃ）は従来の成膜成形体を製造するための製造工程を示す概略図である。成膜工程で金型同志を突き合わせた状態を示す概略拡大断面図である。突き合わせ面の隙間を変化させた場合の真空度の変化を時間的に示す表図である。

符号の説明

１成膜成形体
２第一成形体
２ａ成膜
３第二成形体
４成膜成形装置
５可動金型
６固定金型
１３Ｏ−リング
Ｓ隙間

Claims

被成膜成形体が保持される第一金型と、成膜装置が内装される第二金型とを型合わせし、型内を真空雰囲気下にして成膜するように構成してなる型内成膜装置において、型内は、第一金型と第二金型との型合わせ面に介装される気密材を介して気密維持されるものとし、第一金型と第二金型との型合わせ面には隙間を存する状態で真空雰囲気にし、成膜するように設定されていることを特徴とする型内成膜装置。
請求項１において、隙間は０．３ｍｍ以上であることを特徴とする型内成膜装置。
請求項１または２において、隙間は、型内圧力が、型内容量に相当する容量の閉鎖空間内の空気を真空ポンプＰで排気したときに成膜工程で要求される要求真空圧力に到達するまでの時間に略相当する時間で要求真空圧力に到達する大きさに設定されることを特徴とする型内成膜装置。
被成膜成形体が保持される第一金型と、成膜装置が内装される第二金型とを型合わせし、型内を真空雰囲気下にして成膜するようにしてなる型内成膜方法において、型内を、第一金型と第二金型との型合わせ面間が気密材を介して気密維持され状態で、第一金型と第二金型との突合せ面間に隙間を存する状態で真空雰囲気にし、成膜するようにしたことを特徴とする型内成膜方法。
請求項４において、隙間は、型内圧力が、型内容量に相当する容量の閉鎖空間内の空気を真空ポンプＰで排気したときに成膜工程で要求される要求真空圧力に到達するまでの時間に略相当する時間で要求真空圧力に到達する大きさに設定されることを特徴とする型内成膜方法。