JP2007030402A - 樹脂成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い面精度や転写精度が要求される成形品を小さな射出圧力で成形することが可能であり、型締装置の荷重容量を低く抑えることができる樹脂成形方法を提供する。
【解決手段】 本発明の方法が適用される成形装置は、上型３５と下型３６を保持する竪型締装置３０と、溶融樹脂を射出する射出装置１０とを備えている。竪型締装置３０によって型を開いた状態で、射出装置のノズル２を上型３５と下型３６の間に進入させ、その状態でノズル２から下型３６の中への溶融樹脂の注入を開始する。溶融樹脂の注入の開始と同時にあるいはその後に、ノズル２の上下の型の間からの後退を開始し、ノズル２を上下の型の間から退避させた後、竪型締装置３０により上型３５と下型３６を密着させて、樹脂を成形する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂成形方法に係り、特に竪型締装置を用いる樹脂成形方法に係る。

従来の射出成形機は、一般的に横型型締装置と横型射出装置によって構成され、
射出圧力Ｘ成形品の投影面積＜型締力
の式を満たす横型型締装置が必要とされる。

成形品や金型の構造によっては、射出される質量が小さくても、溶融樹脂を高圧で金型内に充填する必要があるため、型締装置として大型なものが必要とされる場合がある。通常、射出成形では、ヒケ、ソリといった成形不良を無くし、精度良く金型形状に沿った成形品を得るために、樹脂の充填後、保持圧をかけることあるいは型締装置で圧縮することが行われている。特に、厚みがあり、面精度や転写精度が要求される成形品では、十分な保持圧あるいは圧縮力が必要となる。

充填中もしくは保圧をかけている間、金型は、型締力により閉じた状態で保持されていなければならず、大きな型締力が必要となる場合がある。このような型締力の低減を目的とした取り組みには、これまで多くの例があり、射出圧縮成形、ガスインジェクション等が代表的なものである。

ガスインジェクションでは、樹脂の流動性を向上させて、型締力の低減を図っている。しかし、ガスインジェクションは、曇り等が発生し易く、透明性、屈折率等の性能が要求される光学部品の成形には不向きである。射出圧縮成形は、厚みがある成形品、高面精度が要求される成形品、微細パターンの転写が行われる成形品などを製造する際、有効な手段として採用されている。しかし、射出時の充填力に耐え得る型締カをもった型締装置が必要であり、装置全体のコンパクト化にはつながらないという問題がある。
特開２００１−２６０１６３号公報 特開２００３−０８９１２８号公報

本発明は、以上の様な従来の射出成形方法の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、高い面精度や転写精度が要求される成形品を小さな射出圧力で成形することが可能であり、従って、型締装置の荷重容量を従来よりも低く抑えることができる樹脂成形方法を提供することにある。

本発明の樹脂成形方法は、上型及び下型を保持する竪型締装置と、溶融樹脂を射出する射出装置とを用いた樹脂成形方法であって、
竪型締装置により型を開いた状態で、射出装置のノズルを上型と下型の間に進入させ、
その状態でノズルから下型の中への溶融樹脂の注入を開始し、
溶融樹脂の注入の開始と同時にあるいはその後に、ノズルの上型と下型の間からの後退を開始し、
ノズルを上型と下型の間から退避させた後に、竪型締装置により上型と下型を密着させて、樹脂を成形することを特徴とする。

本発明の樹脂成形方法によれば、金型に設けられた細い経路（ランナーシステム）を介して金型内に溶融樹脂を送り込むことがないので、溶融樹脂を注入する際の射出圧力を小さく抑えることができる。そのため、竪型締装置に対して、従来の場合のような高い射出圧力に対抗する型締力が要求されないので、竪型締装置の荷重容量を下げることができる。また、射出装置自体の射出圧力も下げることができる。

通常、射出装置は、先端にノズルが設けられた加熱バレルと、この加熱バレルの中に挿入され、樹脂の混練、溶融及び射出を行うスクリュと、を備えている。従って、加熱バレル内でのスクリュの前進動作と、加熱バレルの前進後退動作とを互い連動させることによって、上記のプロセスを実現することができる。また、これによって、下型の中に溶融樹脂を均一に注入することができる。

その場合、好ましくは、下型の中への溶融樹脂の注入を開始した後、加熱バレル内でのスクリュの位置に基づいて、加熱バレルの後退動作を制御する。例えば、加熱バレル内でスクリュが予め設定された位置に到達した時に、加熱バレルの後退動作を開始する。あるいは、加熱バレル内でスクリュが予め設定された位置に到達し、次いで、遅延タイマで予め設定された時間が経過した時に、加熱バレルの後退動作を開始しても良い。

また、スクリュの位置に基づいて加熱バレルの後退動作を制御する代わりに、加熱バレルの位置に基づいて、加熱バレル内でのスクリュの前進動作を制御することもできる。例えば、加熱バレルが予め設定された位置に到達した時に、加熱バレル内でのスクリュの前進動作を開始する。あるいは、加熱バレルが予め設定された位置に到達し、次いで、遅延タイマで予め設定された時間が経過した時に、加熱バレル内でのスクリュの前進動作を開始しても良い。

図１に、本発明に基づく樹脂成形方法が適用される成形装置の概略構成を示す。図中、１０は射出装置、２はノズル、３は加熱バレル、４はスクリュ、３０は竪型締装置、３５は上型、３６は下型を表わす。

射出装置１０は、図１に示すように、ノズル２、加熱バレル３、スクリュ４、スクリュ駆動機構（１１〜１６）、ベース１７及びノズル移動機構（１８，１９）などによって構成されている。加熱バレル３の中にはスクリュ４が配置され、加熱バレル３の先端にはノズル２が設けられている。

スクリュ駆動機構は、バックプレート１１、フロントプレート１２、複数のタイバー１３、及び可動プレート１４などから構成されている。バックプレート１１とフロントプレート１２の間に、複数（例えば４本）のタイバー１３が架け渡され、これらのタイバー１３に移動プレート１４が摺動自在に支持されている。バックプレート１１には、射出用サーボモータ１５が取り付けられている。射出用サーボモータ１５の駆動軸は、ベルト及びプーリを介して、ボールネジ１６のロッド部の後端に接続されている。このボールネジ１６のナット部は、可動プレート１４に固定されている。ボールネジ１６のロッド部は、バックプレート１１を貫通して前方（図では左方向）に伸び、ナット部を介して可動プレート１４に結合されている。

加熱バレル３の後端は、フロントプレート１２の前面（図では左側）に固定されている。スクリュ４の後端は、可動プレート１４の前面（図では左側）に回転自在に支持されている。可動プレート１４には更に、スクリュ４を回転するための回転駆動機構（図示せず）が取り付けられている。

バックプレート１１及びフロントプレート１２は、ベース１７の上に固定されている。ベース１７は、ノズル移動機構によって、竪型締装置３０に対して前進及び後退する方向（図では左右方向）に移動可能である。ノズル移動機構は、ボールネジ１９とノズル移動用サーボモータ１８を備えている。ノズル移動用サーボモータ１８の駆動軸は、ボールネジ１９のロッド部の後端に接続されている。このボールネジ１９のナット部は、ベース１７の下面に固定されている。ボールネジ１９のロッド部は、ナット部を介してベース１７に結合されている。

竪型締装置３０は、固定ダイプレート３２、移動ダイプレート３３、型締シリンダ３４、タイバー３８などによって構成されている。型締シリンダ３４のハウジングと固定ダイプレート３２は、複数（例えば４本）のタイバー３８を介して互いに連結され、移動ダイプレート３３は、これらのタイバー３８に沿って上下方向に移動可能である。上型３５は、固定ダイプレート３２の下面に保持され、下型３６は、移動ダイプレート３３の上面に保持される。

次に、図１の成形装置を用いて樹脂成形を行う手順について説明する。

（ａ）移動ダイプレート３３を後退させて型を開いた状態で、ノズル移動機構（１８，１９）を用いて加熱バレル３を前進させ、ノズル２を上型３５と下型３６の間に進入させる。

（ｂ）スクリュ４を回転させて、加熱バレル３内に原料樹脂を導入する。原料樹脂は、加熱バレル３内で加熱及び混練されて溶融され、加熱バレル３の前方側に送り込まれる。

（ｃ）加熱バレル３の前方側に所定量の溶融樹脂が貯えられた後（即ち、計量された後）、スクリュ駆動機構（１１〜１６）を用いて可動プレート１４を前進させる。これにより、スクリュ４が加熱バレル３内で前進し、ノズル２から下型３６の上への溶融樹脂の注入が始まる。

（ｄ）このとき、スクリュ４の位置を検出し、その出力に基づいて、ノズル移動機構（１８，１９）により加熱バレル３の前進後退を制御することによって、ノズル２から下型３６内の任意の位置に溶融樹脂を落とし込むことができる。

（ｅ）溶融樹脂の注入が終了した後、上型３５と下型３６の間から加熱バレル３を退避させ、次いで、型締装置３０を用いて型締め及び圧縮を行う。その結果、成形品が得られる。

なお、この例では、スクリュ駆動機構において、サーボモータの回転をボールネジで直線運動に変換する方式を用いているが、直線位置検出器を備えた油圧シリンダを用いることもできる。同様に、この例では、ノズル移動機構において、サーボモータの回転をボールネジで直線運動に変換する方式を用いているが、直線位置検出器を備えた油圧シリンダを用いることもできる。

図２に、本発明に基づく樹脂成形方法の一例を示す。
この例では、ノズルの前進限で射出を開始し、その後、スクリュが所定の位置まで前進したところで、ノズルの後退を開始している。更に、下型の中に注入された樹脂の厚さ及び形状を調整するため、射出速度（スクリュの前進速度）及びノズルの後退速度を、途中で複数回切り替えている。なお、原料樹脂としてＰＭＭＡを用いた。

具体的には、ノズルを前進限で停止させた後、射出（スクリュの前進）を低速度（１０ｍｍ／ｓｅｃ）で開始した。スクリュが１１３ｍｍ（スクリュの前進限までの距離で表わす、以下同じ）に到達した時点で、射出速度を高速度（３０ｍｍ／ｓｅｃ）に切換え、スクリュが７５ｍｍに到達した時点で、ノズルの後退を中速度（６０ｍｍ／ｓｅｃ）で開始した。次いで、スクリュが６６ｍｍに到達した時点で、射出速度を最高速度（３２ｍｍ／ｓｅｃ）に切換え、ノズルの後退位置が３４５ｍｍに到達した時点で、ノズルの後退速度を低速度（３ｍｍ／ｓｅｃ）に切り替えた。その後、スクリュが２５ｍｍに到達した時点で、射出速度を高速度（３０ｍｍ／ｓｅｃ）に切換え、スクリュが前進限（０ｍｍ）に到達し、次いで、ノズルの後退位置が３５１ｍｍに到達した時点で、ノズルの後退速度を高速度（１８０ｍｍ／ｓｅｃ）に切り替えて、後退限（８００ｍｍ）までノズルを退避させた。

上記において、スクリュ位置６６〜２５ｍｍの区間で、射出速度を最高速度にしたのは、その区間の間で、下型の上に射出された樹脂の厚さを厚くするためである。また、スクリュ位置２５〜０の位置で、ノズルの後退速度を遅くしたのは、下型の中に落とし込まれた溶融樹脂の末端部分の形状を調整するためである。

本発明に基づく樹脂成形方法が適用される成形装置の概略構成を示す図。 本発明に基づく樹脂成形方法の一例を示す図。

符号の説明

２・・・ノズル、３・・・加熱バレル、４・・・スクリュ、１０・・・射出装置、１１・・・バックプレート、１２・・・フロントプレート、１３・・・タイバー、１４・・・可動プレート、１５・・・射出用サーボモータ、１６・・・ボールネジ、１７・・・ベース、１８・・・ノズル移動用サーボモータ、１９・・・ボールネジ、３０・・・型締装置、３２・・・固定ダイプレート、３３・・・移動タイプレート、３４・・・型締シリンダ、３５・・・固定側金型（上型）、３６・・・移動側金型（下型）、３７・・・溶融樹脂。

Claims (8)

1. 上型及び下型を保持する竪型締装置と溶融樹脂を射出する射出装置とを用いた樹脂成形方法であって、
   竪型締装置により型を開いた状態で、射出装置のノズルを上型と下型の間に進入させ、
   その状態でノズルから下型の中への溶融樹脂の注入を開始し、
   溶融樹脂の注入の開始と同時にあるいはその後に、ノズルの上型と下型の間からの後退を開始し、
   ノズルを上型と下型の間から退避させた後に、竪型締装置により上型と下型を密着させて、樹脂を成形することを特徴とする樹脂成形方法。
2. 前記射出装置は、先端に前記ノズルが設けられた加熱バレルと、この加熱バレルの中に配置され、樹脂の混練、溶融及び射出を行うスクリュと、を備え、加熱バレル内でのスクリュの前進動作と、加熱バレルの前進後退動作とを互い連動させて、溶融樹脂の注入及びノズルの後退を行うことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形方法。
3. 下型の中への溶融樹脂の注入を開始した後、加熱バレル内でのスクリュの位置に基づいて、加熱バレルの後退動作を制御することを特徴とする請求項２に記載の樹脂成形方法。
4. 加熱バレル内でスクリュが予め設定された位置に到達した時に、加熱バレルの後退動作を開始することを特徴とする請求項３に記載の樹脂成形方法。
5. 加熱バレル内でスクリュが予め設定された位置に到達し、次いで、遅延タイマで予め設定された時間が経過した時に、加熱バレルの後退動作を開始することを特徴とする請求項３に記載の樹脂成形方法。
6. 加熱バレルの位置に基づいて、加熱バレル内でのスクリュの前進動作を制御することを特徴とする請求項２に記載の樹脂成形方法。
7. 加熱バレルが予め設定された位置に到達した時に、加熱バレル内でのスクリュの前進動作を開始することを特徴とする請求項６に記載の樹脂成形方法。
8. 加熱バレルが予め設定された位置に到達し、次いで、遅延タイマで予め設定された時間が経過した時に、加熱バレル内でのスクリュの前進動作を開始することを特徴とする請求項６に記載の樹脂成形方法。

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