JP2008087479A - 射出成形装置用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】精密な成形品を得ることができる射出成形装置用金型を提供する。
【解決手段】この射出成形装置用金型１０は、常温で行うことが可能であり、かつ比較的大きな型締力で成形を行うことで、精密な成形品を得ることが可能となっている。金型１０の少なくとも一部分をなし、光硬化性樹脂が充填されるキャビティ１６へと光を透過可能な光透過部品２２を有する。該光透過部品に負荷された型締力を変形により逃がすように該光透過部品を支持している負荷変形部品２８をさらに具備することが好ましい。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、射出成形装置に用いられる金型に関する。

特許文献１には、常温低圧で合成樹脂の成形を行うことを目的とし、金型のキャビティに充填された光硬化性樹脂に光を照射して、硬化、成形を行う射出成形装置が開示されている。即ち、金型の少なくとも一部分を光透過性材料で形成し、外部光源あるいは光透過性材料内に組み込まれた光源からの光を、キャビティ内の光硬化性樹脂へと透過している。特に、金型に強度が必要な場合、あるいは、光透過性材料が高価な場合には、金型を外型と内型とで構成し、内型のみを光透過性材料で形成するようにしている。
特開平１１−１７９７３９号公報

特許文献１の射出成形装置では、金型に大きな型締力を負荷しないため、微細で精密な成形品を得ることが難しい。

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、精密な成形品を得ることができる射出成形装置用金型を提供することである。

本発明の第１実施態様の射出成形装置用金型は、前記金型の少なくとも一部分をなし、光硬化性樹脂が充填されるキャビティへと光を透過可能な光透過部品を具備することを特徴とする。

本発明の第２実施態様の射出成形装置用金型は、第１実施態様の射出成形装置用金型において、前記光透過部品に負荷された型締力を変形により逃がすように前記光透過部品を支持している負荷変形部品をさらに具備することを特徴とする。

本発明の第３実施態様の射出成形装置用金型は、第１又は第２の実施態様の射出成形装置用金型において、金型には、前記光透過部品を介して前記キャビティへと照射される光を発光する光源ユニットが組み込まれている、ことを特徴とする。

本発明の第４実施態様の射出成形装置用金型は、第１乃至３のいずれか１の実施態様の射出成形装置用金型において、前記金型の少なくとも一部分が、型締力を増大するようにアクチュエータにより圧縮可能である、ことを特徴とする。

本発明の第５実施態様の射出成形装置は、第１乃至第４のいずれか１の実施態様の射出成形装置用金型と、前記金型へと前記光硬化性樹脂を射出するためのスクリュあるいはプランジャと、前記スクリュあるいはプランジャへと前記光硬化性樹脂を供給するディスペンサと、を具備することを特徴とする。

本発明の第６実施態様の射出成形装置は、第５実施態様の射出成形装置において、第３実施態様の射出成形装置用金型と、前記金型への光硬化性樹脂の充填状態を検出するための検出部と、を具備し、前記光源ユニットは、前記検出部による検出結果に基いて発光状態を調節可能である、ことを特徴とする。

本発明の第７実施態様の射出成形装置は、第５実施態様の射出成形装置において、前記検出部が、前記スクリュあるいはプランジャの位置、前記金型を閉じてからの時間、あるいは、前記キャビティの圧力を検出する、ことを特徴とする。

本発明の第８実施態様の射出成形装置は、第５実施態様の射出成形装置において、前記ディスペンサが密閉されている、ことを特徴とする。

本発明の第９実施態様の射出成形方法は、第５乃至第８の実施態様のいずれか１の実施態様の射出成形装置を用いることを特徴とする。

本発明の第１実施態様の射出成形装置用金型では、比較的大きな型締力で成形を行うことで、精密な成形品を得ることが可能となっている。

本発明の第２実施態様の射出成形装置用金型では、型閉時に、光透過部品に負荷される型締力を負荷変形部品を変形させて逃がすことで、比較的負荷荷重に対して脆弱な光透過部品の損傷を防止することが可能となっている。

本発明の第３実施態様の射出成形装置用金型では、金型に光源ユニットが組み込まれているため、金型の外部から光を導入する必要がない。このため、金型の外側部分を光透過性材料ではなく通常の金型の材料で形成することができ、金型の強度を増大することが可能となっている。

本発明の第４実施態様の射出成形装置用金型では、金型の少なくとも一部分を圧縮させて型締力を増大することで、高い転写性を確保することが可能となっている。

本発明の第５実施態様の射出成形装置では、第１乃至第４の実施態様のいずれか１の実施態様の射出成形装置用金型を用いており、第１乃至第４の実施態様のいずれか１の実施態様の射出成形装置用金型の効果と同様な効果を得ることが可能となっている。

本発明の第６実施態様の射出成形装置用金型では、金型への光硬化性樹脂の充填状態に応じて光源ユニットの発光状態を調節することにより、光硬化性樹脂の硬化の進行を調節でき、最適な硬化工程を実現することが可能となっている。

本発明の第７実施態様の射出成形装置用金型では、スクリュあるいはプランジャの位置、金型を閉じてからの時間、あるいは、キャビティの圧力を検出することで、金型への光硬化性樹脂の充填状態を的確に把握することが可能となっている。

本発明の第８実施態様の射出成形装置では、密閉されたディスペンサからスクリュあるいはプランジャへと光硬化性樹脂を供給することで、特に低粘度の又は揮発性を有する光硬化性樹脂を用いる場合に、光硬化性樹脂の漏れ、揮発を防止することが可能となっている。

本発明の第９実施態様の射出成形方法では、第５乃至第８の実施態様のいずれか１の実施態様の射出成形装置を用いて射出成形を行うことにより、第５乃至第８の実施態様のいずれか１の実施態様の射出成形装置の効果と同様な効果を得ることができる。

以下、本発明の第１実施形態を図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。

図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、本実施形態の射出成形装置用金型１０は、横型射出成形装置用の金型１０であり、右型１２と左型１４とにより形成されている。右型１２と左型１４とを閉じることで、右型１２と左型１４との間に成形品の外形をなすキャビティ１６が形成される。右型１２には、キャビティ１６へと光硬化性樹脂を注入するためのランナー１８が形成されている。

左型１４は、外型をなす補強部品２０と、内型をなす光透過部品２２とにより形成されている。補強部品２０は、通常の射出成形装置用金型に用いられる比較的強度の強い材料によって形成されている。一方、光透過部品２２は、光硬化性樹脂を硬化可能な光を透過する材料、例えば、スプラジル、溶融石英、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウケイクラウンガラスによって形成されている。そして、光透過部品２２には、複数の光源２４から形成されている光源ユニット２６が組み込まれている。光源２４としては、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）、レーザーダイオード（以下、ＬＤと称する）、蛍光灯、紫外線灯、赤外線灯等が用いられる。

補強部品２０の右型１２側の面では、周縁部が型閉時に右型１２に押圧されるようになっており、中央部には凹部が形成されている。この凹部には、光透過部品２２が金型の開閉方向に摺動自在に収容されている。そして、光透過部品２２の右型１２側の面では、型閉時に、周縁部が右型１２に押圧され、中央部によってキャビティ１６が規定されるようになっている。そして、光透過部品２２内の光源ユニット２６を発光させることにより、光透過部品２２を介してキャビティ１６へと光を照射することが可能である。さらに、補強部品２０の凹部の底部と光透過部品２２との間に、負荷変形部品２８が介設されている。この負荷変形部品２８は、型閉時に、光透過部品２２に負荷された型締力を圧縮変形により逃がすように光透過部品２２を支持している。負荷変形部品２８は、コイルばね、皿ばね、油圧あるいは空圧シリンダ等によって形成されている。

次に、本実施形態の射出成形装置用金型１０を用いた射出成形方法について説明する。

この射出成形方法では、右型１２と左型１４とを閉じて締め付け、金型１０に比較的大きな型締力を作用させる。この際、図１Ｂ中矢印Ｂで示されるように、型締力の大部分は右型１２と左型１４の補強部品２０との間で作用し、図１Ｂ中矢印Ｃで示されるように、型締力の一部分のみが右型１２と左型１４の光透過部品２２との間で作用する。ここで、光透過部品２２に負荷された型締力は、図１Ｂ中矢印Ｄで示されるように、負荷変形部品２８が圧縮変形することにより逃がされ、光透過部品２２には大きな負荷荷重は作用されない。この後、右型１２のランナー１８を介して、キャビティ１６内へと光硬化性樹脂を注入していく。そして、光源ユニット２６を発光させて、光源ユニット２６からの光を、光透過部品２２を透過させてキャビティ１６内の光硬化性樹脂へと照射して、光硬化性樹脂を硬化させる。光硬化性樹脂が完全に硬化、成形された後、型を開いて成形品を取り出す。

なお、ＬＥＤで生成される光は指向性が強いため、光源２４としてＬＥＤを用いる場合には、拡散フィルタ等を用いて光を拡散することで、キャビティ内の光硬化性樹脂の特定箇所だけが硬化してしまうことを防止することが好ましい。

以上の射出成形方法は、常温で行うことが可能であり、熱に弱いＩＣタグ等の半導体素子をインサートするインサート成形に適したものとなっている。

従って、本実施形態の射出成形装置用金型１０は次の効果を奏する。

本実施形態の射出成形装置用金型１０では、比較的大きな型締力で成形を行うことで、精密な成形品を得ることが可能となっている。

また、型閉時に、光透過部品２２に負荷される型締力を負荷変形部品２８を圧縮変形させて逃がすことで、比較的負荷荷重に弱い光透過部品２２の損傷を防止することが可能となっている。

さらに、金型１０に光源ユニット２６が組み込まれているため、金型１０の外部から光を導入する必要がない。このため、右型１２及び左型１４の外側部分をなす補強部品２０を、光透過性材料でなく通常の金型の材料で形成することができ、金型１０の強度を増大することが可能となっている。

図２は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図２に示されるように、本実施形態の光源ユニット２６は、光透過部品２２とは別体的に金型１０に組み込まれている。即ち、光透過部品２２に対してキャビティとは反対側に、かつ、光透過部品２２と補強部品２０との間に、光源ユニット２６が配置されている。

本実施形態では、第１実施形態のように光透過部品２２に光源ユニット２６を組み込む場合と比較して、光透過部品２２の構成を簡単化することが可能となっていると共に、光源ユニット２６が故障した場合に、光源ユニット２６のみを容易に交換することが可能となっている。

図３及び図４は、本発明の第３実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図３に示されるように、本実施形態の射出成形装置の金型１０では、ランナー１８は、右型１２の中央部において金型１０の開閉方向即ち左右方向に延設されている。そして、成形品は中央部の肉厚が充分に薄い形状であり、これに対応して、ランナー１８の出口近傍の中央部においてキャビティ１６が充分に薄くなっている。

金型１０の光源ユニット２６は、光源２４としての多数のＬＥＤを集合させることにより形成されており、各ＬＥＤを任意のタイミングで点灯あるいは消灯させることが可能である。特に、本実施形態の光源ユニット２６では、図３及び図４に示されるように、ランナー１８に対面する位置を中心とし、多数のＬＥＤを環状に配列して環状ＬＥＤ列を形成し、このような環状ＬＥＤ列を同心的に多数配置している。そして、光源ユニット２６は、キャビティ１６の全体に対面するように配置されている。

図３に示されるように、射出成形装置は、供給された光硬化性樹脂を金型１０へと射出するスクリュあるいはプランジャ３７を有する。さらに、射出成形装置は、金型１０への光硬化性樹脂の充填状態を検出するための検出部３８を有する。本実施形態では、検出部３８によって、スクリュあるいはプランジャ３７の位置を検出する。検出部３８による検出結果は、光源ユニット２６へと出力される。光源ユニット２６の発光状態は、検出部３８から入力された検出結果に基いて制御される。

詳細に説明すると、本実施形態の金型１０では、ランナー１８の出口近傍の中央部においてキャビティ１６が充分に薄くなっているため、ランナー１８からキャビティ１６へと光硬化性樹脂を注入する際に光源ユニット２６を均一に発光させると、キャビティ１６の中央部において光硬化性樹脂が先に硬化してしまい、キャビティ１６の周縁部まで光硬化性樹脂が充分に注入されなくなるおそれがある。

かかる事態を防止するように、光源ユニット２６の発光状態を調節する。即ち、図３中矢印Ｅで示されるように、光硬化性樹脂をスクリュあるいはプランジャ３７へと供給し、スクリュあるいはプランジャ３７によりランナー１８を介してキャビティ１６内へと注入する。この際、検出部３８によって検出されたスクリュあるいはプランジャ３７の位置が光源ユニット２６へと入力され、スクリュあるいはプランジャ３７が注入開始位置から注入終了位置まで移動するのに対応して、光源ユニット２６では、最外側の環状ＬＥＤ列から最内側の環状ＬＥＤ列まで各環状ＬＥＤ列が順次発光されていく。

従って、本実施形態の射出成形装置は次の効果を奏する。
本実施形態の射出成形装置では、金型１０への光硬化性樹脂の充填状態に応じて光源ユニット２６の発光状態を調節することにより、光硬化性樹脂の硬化の進行を調節でき、最適な硬化工程を実現することが可能となっている。

なお、本実施形態では、検出部３８によって、スクリュあるいはプランジャ３７の位置を検出しているが、金型１０を閉じてからの時間、あるいは、キャビティ１６の圧力を検出して、光硬化性樹脂の充填状況を把握するようにしてもよい。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第４実施形態を示す。第３実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態の射出成形装置は、竪型射出成形装置であり、金型１０は、第３実施形態の右型と左型とに夫々対応する上型３０と下型３２とにより形成されている。また、この射出成形装置では、１つの金型１０で２つの成形品が成形されるようになっており、型閉時に２つのキャビティ１６が形成される。そして、ランナー１８は、上型３０から下型３２まで延びて下型３２において分岐しており、型閉時に各キャビティ１６に接続されるようになっている。さらに、各キャビティ１６に対して、第１実施形態と同様な光透過部品２２及び負荷変形部品２８が配設されている。

本実施形態では、金型１０の少なくとも一部分が、型締力を増大するようにアクチュエータ３４，３６により圧縮可能である。即ち、光透過部品２２は、射出成形装置のダイプレートに内蔵されているアクチュエータ３４，３６によって、金型１０の閉方向へと圧縮可能である。アクチュエータ３４，３６としては、例えば、押出ピン３４、油圧あるいは空圧シリンダ３６、電動あるいは油圧モータ、ばねが用いられる他、磁力を利用してもよい。そして、光透過部品２２のキャビティ１６側の面には、微細パターンが形成されている。

本実施形態の射出成形方法では、第３実施形態と同様に、上型３０と下型３２とを閉じて締め付けた際に、光透過部品２２に負荷された型締力は、負荷変形部品２８が圧縮変形することにより逃がされる。そして、光硬化性樹脂をキャビティ１６内へと注入して硬化する際には、図５Ｂ中矢印Ｆ，Ｇで示されるように、アクチュエータ３４，３６によって光透過部品２２を金型１０の閉方向へと圧縮させて、型締力を増大させる。この結果、光透過部品２２の表面の微細パターンにまで、光硬化性樹脂が充分に入り込み、高い転写性が確保される。なお、アクチュエータによる光透過部品２２の圧縮は、型締力の増大により光透過部品２２が損傷されない程度に制限される。

従って、本実施形態の射出成形装置用金型１０は次の効果を奏する。
本実施形態の射出成形装置用金型１０では、微細パターンが形成されている光透過部品２２を圧縮させて型締力を増大することで、微細パターンに対して高い転写性を確保することが可能となっている。

なお、本実施形態では、光硬化性樹脂の注入工程及び硬化工程において、光透過部品２２を圧縮させているが、注入工程と硬化工程とのいずれか一方の工程において圧縮させるようにしてもよく、光透過部品２２以外の金型１０の一部分、あるいは、金型１０の全部を圧縮するようにしてもよい。また、アクチュエータとして、金型１０の型締機構自体を用いるようにしてもよい。

図６及び図７は、本発明の第５実施形態を示す。第４実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態の射出成形装置用金型１０の下型３２では、キャビティ１６内の光硬化性樹脂を硬化するのに用いられるキャビティ用光透過部品２２に加えて、ランナー１８内の光硬化性樹脂を硬化するためのランナー用光透過部品２２ａを用いている。即ち、型閉時には、上型３０の上側ランナー１８ｕが下型３２のランナー用光透過部品２２ａに形成されている下側ランナー１８ｄに接続され、下側ランナー１８ｄが各キャビティ１６に接続される。そして、ランナー用光透過部品２２ａに対しても、光源ユニット２６ａが組み込まれ、負荷変形部品２８ａが配設されている。

本実施形態の射出成形方法では、光硬化性樹脂をランナー１８を介してキャビティ１６へと注入した後、キャビティ用光透過部品２２を介してキャビティ１６内の光硬化性樹脂を硬化させると共に、ランナー用光透過部品２２ａを介してランナー１８内の光硬化性樹脂を硬化する。

従って、本実施形態の射出成形装置用金型１０は次の効果を奏する。
本実施形態の射出成形装置用金型１０では、第４実施形態の金型１０と異なり、ランナー１８内の光硬化性樹脂を硬化することが可能となっており、ランナー１８内の非硬化の光硬化性樹脂の除去工程が不要となっている。

なお、実際上、金型１０においてランナー１８はキャビティ１６よりも充分に小さく、図７に示されるように、成形品３９においてランナー部分３９ａは製品部分３９ｂよりも充分に小さくなるので、ランナー１８内の光硬化性樹脂を硬化するようにしても、成形工程、成形製品に対してほとんど影響を与えない。

図８及び図９は、本発明の第６実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。

図８は竪型射出成形装置を示し、図９は横型射出成形装置を示している。そして、本実施形態の射出成形装置は、スクリュあるいはプランジャ３７に光硬化性樹脂を供給するためのディスペンサ４０を有し、このディスペンサ４０は、経路部４２を介してスクリュあるいはプランジャ３７に接続されている。これらディスペンサ４０及び経路部４２は密閉されている。そして、密閉空間の圧力は調節可能であり、密閉空間は光硬化性樹脂が安定して供給されるような適切な圧力に保持される。また、光硬化性樹脂を供給するための駆動源としては、電力、油圧、空圧、磁力、あるいは、これらの組み合わせ等を利用した駆動源が用いられる。

従って、本実施形態の射出成形装置は次の効果を奏する。

本実施形態の射出成形装置では、ディスペンサ４０及び経路部４２は密閉されており、ディスペンサ４０から経路部４２を介してスクリュあるいはプランジャ３７へと光硬化性樹脂を供給している。このため、低粘度の又は揮発性を有する光硬化性樹脂を用いる場合には、ホッパ等の一般的なディスペンサ４０を用いる射出成形装置と異なり、光硬化性樹脂の漏れ、揮発を防止することが可能となっている。

なお、第３乃至第６の実施形態においても、第２実施形態のように、光源ユニット２６を光透過部品２２とは別体的に金型１０に組み込むようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、金型１０に光源ユニット２６を組み込んでいるが、組み込みによりコストが増大してしまう場合には、金型１０の外部に光源ユニット２６を配設するようにすることも可能である。

本発明の第１実施形態の射出成形装置用金型を型開状態で示す横断面図。 本発明の第１実施形態の射出成形装置用金型を型閉状態で示す横断面図。 本発明の第２実施形態の射出成形装置用金型を型開状態で示す横断面図。 本発明の第３実施形態の射出成形装置を示す横断面図。 本発明の第３実施形態の射出成形装置の光源ユニットを示す上面図。 本発明の第４実施形態の射出成形装置を型閉状態で示す縦断面図。 本発明の第４実施形態の射出成形装置を型圧縮状態で示す縦断面図。 本発明の第５実施形態の射出成形装置を型閉状態で示す縦断面図。 本発明の第５実施形態の射出成形装置によって成形された成形品を示す上面図。 本発明の第６実施形態の竪型射出成形装置を示す縦断面図。 本発明の第６実施形態の横型射出成形装置を示す縦断面図。

符号の説明

１０…金型、１６…キャビティ、２２…光透過部品、２８…負荷変形部品。

Claims (9)

1. 射出成形装置用金型であって、前記金型の少なくとも一部分をなし、光硬化性樹脂が充填されるキャビティへと光を透過可能な光透過部品を具備することを特徴とする射出成形装置用金型。
2. 前記光透過部品に負荷された型締力を変形により逃がすように前記光透過部品を支持している負荷変形部品をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置用金型。
3. 金型には、前記光透過部品を介して前記キャビティへと照射される光を発光する光源ユニットが組み込まれている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形装置用金型。
4. 前記金型の少なくとも一部分は、型締力を増大するようにアクチュエータにより圧縮可能である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の射出成形装置用金型。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の射出成形装置用金型と、
   前記金型へと前記光硬化性樹脂を射出するためのスクリュあるいはプランジャと、
   前記スクリュあるいはプランジャへと前記光硬化性樹脂を供給するディスペンサと、
   を具備することを特徴とする射出成形装置。
6. 請求項３に記載の射出成形装置用金型と、
   前記金型への前記光硬化性樹脂の充填状態を検出するための検出部と、を具備し、
   前記光源ユニットの発光状態は、前記検出部による検出結果に応じて調節可能である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の射出成形装置。
7. 前記検出部は、前記スクリュあるいはプランジャの位置、前記金型を閉じてからの時間、あるいは、前記キャビティの圧力を検出する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の射出成形装置。
8. 前記ディスペンサは密閉されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の射出成形装置。
9. 請求項５乃至８のいずれか１項に記載の射出成形装置を用いることを特徴とする射出成形方法。

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