JP4324113B2 - トグル式型締装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機のトグル式型締装置に関するものである。

従来、加熱シリンダ内にて溶融可塑化された樹脂を、型締装置に取り付けられて全閉さ
れた金型装置のキャビティ内に射出充填し、その後、冷却固化して成形品を取り出す射出
成形において、トグル式型締装置、金型装置および射出装置をもった射出成形機が知られ
ている（例えば、特許文献１参照）。

図４は特許文献１に開示される射出成形機の断面図、図５は型締装置のトグル機構部の
断面図および図６は型締装置の型厚調整装置部の断面図である。これらの図を参照して、
電動式射出成形機について簡単に説明する。

図において、射出用サーボモータ１８０の回転は回転伝動部材を介してボールねじ軸１
８１に伝えられる。該ボールねじ軸１８１にはプレッシャプレート１８３に固定されたボ
ールねじナット１８２が螺合しており、プレッシャプレート１８３にはベースフレーム１
８７上に固定されたガイドバー１８６（通常複数本であるが１本のみ図示）が通されてい
る。
したがって、前記ボールねじ軸１８１が回転するとプレッシャプレート１８３はガイド
バー１８６に沿って前進、後退する。また、該プレッシャプレート１８３の前進、後退運
動は、プレッシャプレート１８３に取り付けられた射出軸１８４を介してスクリュー１９
０に伝えられる。

射出軸１８４には、回転伝動部材を介してスクリュー１９０を回転させるための回転用
サーボモータ１９３が、射出フレーム部１８８には外周にヒータ（図示せず）を装着した
加熱シリンダ１９１が配設される。該加熱シリンダ１９１の内部にはスクリュー１９０が
回転かつ摺動自在に配設され、該加熱シリンダ１９１の後部には、可塑化部に樹脂を供給
するホッパ１９２が配設される。
また、前記射出フレーム部１８８には、ベースフレーム１８７に固定された可塑化移動
用モータ１８５により回転されるボールねじ軸に螺合するボールねじナットが配設されて
おり射出装置全体を前進、後退可能としている。

前記ベースフレーム１８７上に固定プラテン１０１が固定され、該固定プラテン１０１
に対向して可動プラテン１０２が、また、可動プラテン１０２の反射出装置側にはトグル
サポート１０３がそれぞれ配設されている。
該固定プラテン１０１、可動プラテン１０２およびトグルサポート１０３を貫通して４
本のタイバー１０４が配設されている（上下２本のみ図示）。該タイバー１０４の両端には
それぞれねじ部が形成され、その一端は固定プラテン１０１へ嵌入されてタイバーナット
１０５により固定プラテン１０１に固定され、他端のねじ部１０４ａには、トグルサポー
ト１０３に支持された調整用ナット１４６が回転可能に螺合されている。
金型装置１２５は、固定プラテン１０１に固定された固定金型部１２７と、可動プラテ
ン１０２に固定された可動金型部１２６とから形成されている。

可動プラテン１０２の金型取り付け面とは反対の面に、ブシュ１１７が打ち込まれたア
ーム取り付け部があり、該アーム取り付け部に、アーム１０９の一端が、取り付けボルト
１１８にて固定されたピン１１４を介して回転自在に取り付けられている。
アーム１０９の他端は、ブシュ１１６が打ち込まれたトグルレバー１０８の一端に、取
り付けボルト１１９にて固定されたピン１１３を介して回転自在に取り付けられている。
また、ブシュ１１５が打ち込まれているトグルレバー１０８の他端は、取り付けボルト
１２０にてトグルサポート１０３のレバー取り付け部に固定されたピン１１１を介して回
転自在に取り付けられている。
また、同様の構造でクロスヘッド１０６にはピン１１０を介してトグルレバー１０７が
取り付けられており、該トグルレバー１０７の他端はピン１１２を介してトグルレバー１
０８に取り付けられている。

したがって、これらのピンとブシュ間には回転を許容することによる機械的ガタｈ１、
ｈ２、ｈ３（３箇所のみ表示）がそれぞれ存在することになる。
また、トグルサポート１０３には、型締用サーボモータ１３０が配設されており、該サ
ーボモータ１３０は回転伝動機構を介してボールねじ軸１３１の一端に連結され、該ボー
ルねじ軸１３１を回転させる。該ボールねじ軸１３１はトグルサポート１０３を貫通して
おり、その他端にはクロスヘッド１０６に固定されたボールねじナット１３２が螺合して
いる。
したがって、ボールねじ軸１３１を回転しボールねじナット１３２を直線運動させるこ
とにより、クロスヘッド１０６やアーム、レバーなどからなるトグル機構を介して型閉動
作および型開動作をさせることができる。

さらに、トグルサポート１０３には型厚調整装置部１４０が配設されている。トグルサ
ポート１０３を貫通してタイバー１０４が配設されており（４箇所あるが、１箇所のみ図
示）、該タイバー１０４のトグルサポート１０３貫通部の外周面にはタイバーねじ部１０４
aが形成されている。該タイバーねじ部１０４aには調整用ナット１４６が螺合しており
、この調整用ナット１４６はトグルサポート１０３と、該トグルサポート１０３に固定さ
れた押さえフランジ１４５に外周を支持されながら回転可能に取り付けられている。
さらに、各タイバー１０４にそれぞれ配設されている調整用ナット１４６の端面には小
歯車１４４が取り付けられており、それらの小歯車１４４は型締装置の中心軸芯を回転中
心として回転する大歯車１４３に噛み合っている。

一方、トグルサポート１０３には型厚調整用モータ１４１が配設されており、その出力
軸に駆動歯車１４２が配設されて、前記大歯車１４３と噛み合っている。したがって、型
厚調整用モータ１４１を駆動することにより、前記駆動歯車１４２を介して大歯車１４３
が回転され、さらに、大歯車１４３と噛み合っている小歯車１４４を介して４個の調整用
ナット１４６が同期しながら回転し、タイバー１０４をガイドとしてトグルサポート１０
３、レバーなどのトグル機構およびこれらと連結された可動プラテン１０２を前進、後退
（図中、左右方向）させることができる。
この場合、調整用ナット１４６は回転を許容されているため、型締装置の軸芯方向には
機械的ガタｈ４が存在することになる。
１３５は製品を突き出すためのエジェクタを作動させるエジェクタ用モータである。

次ぎに、図４、図７、図８により型締寸開２位置成形について説明する。
一般的な射出成形においては、成形準備段階として金型装置１２５を型締装置に取り付
けた後、型厚調整用モータ１４１を駆動して、該金型装置１２５を使用して成形するとき
に必要とされる型厚および型締力を調整設定する。その後、実成形工程に入り、型締用サ
ーボモータ１３０を駆動して型閉動作を行い固定金型部１２７と可動金型部１２６を密着
させた後、さらに、型締用サーボモータ１３０を駆動してトグル機構を後退させてタイバ
ー１０４を伸ばす。伸ばされたタイバー１０４はもとの長さにもどろうとして反発力を生
じ、その反発力が両金型間に作用して高型締力をかける。その後、射出装置を駆動して金
型装置１２５のキャビティ間に溶融樹脂を射出充填する。

しかしながら、光学系の射出成形品、例えばＤＶＤ等光学特性の要求が高い光ディスク
などの成形においては、光学特性（複屈折と転写）と機械特性（板厚）の両方を満足させ
ることが求められることから型締寸開２位置成形が行われる場合がある。
図７、図８において、ｔは最終製品板厚、ｇは最適寸開量、αは当初見込み量、ｈは機
械的ガタ（ｈ１＋ｈ２＋ｈ３＋ｈ４＋・・）の合計量である。

従来の射出成形機を用いて型締寸開２位置成形をする場合、型全開位置より型締用サー
ボモータ１３０を駆動して型閉を開始し、固定金型部１２７と可動金型部１２６間の距離
がｇ＋αである第１の設定位置（図７ａ）で型閉動作を一旦停止し、その後、必要なタイ
ミングでキャビティ内に溶融樹脂の射出充填を開始する。

このとき、射出充填された樹脂の反力で可動金型部１２６はトグルピンなどの機械的ガ
タの合計分ｈだけ反型閉方向（図中左方向）に開くことになる。次ぎに、型締用サーボモ
ータ１３０を再度起動して型閉動作を再開し、両金型間の距離が最適寸開量ｇである第２
の設定位置（図７ｂ）で型閉動作を再度停止する。そして、さらに金型装置を型全閉位置
（図７ｃ）まで閉じて充填樹脂を圧縮する。
このように、第１の設定位置、第２の設定位置、型全閉位置をもった成形方法を型締寸
開２位置成形方法といい、図８において、型の開き状態を型全開位置から第１の設定位置
までは実線で、第１の設定位置から第２の設定位置までは破線で、第２の設定位置から型
全閉位置までは実線でそれぞれを示す。

特開２００２―２８９２９号公報

前記のように、従来の射出成形機で型締寸開成形を行う場合、型閉工程に入ると型締装
置部の機械的ガタは可動部重量に慣性力が作用することにより型閉方向（図中右側）に集
積し、次の工程の射出充填時には溶融樹脂の充填圧により反対方向の反型閉方向（図中左
側）に集積しなおされ、その時点で両金型間の距離は機械的ガタ分開くことになる。
そのため、光ディスクなどの光学特性の１つである複屈折を満足させるための第２の設
定位置である最適寸開量ｇの位置に可動金型部１２６を停止させ続けることができないの
で、当初見込み量αだけさらに広めの第１の設定位置に設定し、溶融樹脂の充填圧により
機械的ガタ分を反型閉方向に寄せてから、複屈折を満足させる第２の設定位置である最適
寸開量ｇにもっていき、その後、金型装置１２５を型全閉位置まで閉じて充填した樹脂を
圧縮することで転写を満足させる型締寸開２位置成形方法をとっている場合がある。

しかしながら、この両金型間に機械的ガタ分開く現象が発生した時点でディスク基板の
機械特性（板厚）にムラが出るという問題が生じ、また、第１の設定位置から第２の設定
位置への再型閉タイミングの制御も、サイクルタイムが短い光ディスクなどの成形におい
ては、その精度に問題があった。
本発明は、従来の射出成形機を用いた型締寸開２位置成形時の問題点を解決して、光デ
ィスクなどの光学特性と機械特性の両方を満足できる射出成形機を提供することにある。

そのために、本発明の型締寸開成形を行う射出成形機のトグル式型締装置においては、可動プラテンの位置保持精度を高めるために、反型閉方向に力を付勢する付勢部材を配設した。該付勢部材は、可動プラテンとトグルサポート間に配設した。
また、前記付勢部材は、固定金型部と可動金型部とが全閉する直前の区間から、または両金型部が型閉する全区間にわたり反型閉方向に力を付勢するものとした。

前記付勢部材を設けたため、トグル機構部などの機械的ガタを射出充填開始前にあらか
じめ反型閉方向に集積することができ、射出充填反力による可動金型部の機械のガタ分の
開き現象がなくなるため、機械特性（板厚）を確保できると同時に、光学特性の１つであ
る複屈折を満足させる第２の設定位置である最適寸開量位置ｇに最初から可動金型部１２
６を停止させることができる。
したがって、タイミング制御のむずかしい型締寸開２位置成形をする必要がないトグル
式型締装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態における型締装置の断面図、図２は本発明の他の実施の形態
における型締装置の説明図、図３は本発明のさらに他の実施の形態における型締装置の説
明図で、いずれの図も、中心軸線より上半分側の図は可動プラテンが型閉方向に閉まり、
両金型間の距離が第２の設定位置である最適寸開量ｇの位置で停止した状態を、下半分側
の図は可動プラテンが型全開位置まで開いた状態をしめし、図８は可動プラテンの位置の
推移を表すタイムチャートである。

図１において、ベースフレーム４３上に固定プラテン１が固定され、該固定プラテン１
に対向して可動プラテン２が、また、可動プラテン２の反固定プラテン１側にはトグルサ
ポート３がそれぞれ配設される。該固定プラテン１、可動プラテン２およびトグルサポー
ト３を貫通して４本のタイバー４が配設される（上下２本のみ図示）。該タイバー４の両端
にはそれぞれねじ部が形成され、１段細く形成された固定プラテン１への嵌入部のねじ部
にはタイバーナット５がねじ込まれて締付けられ、固定プラテン１とタイバー４は固定さ
れる。他端のねじ部には型厚調整用モータ４１により駆動される型厚調整装置部４０が配
設される。金型装置２５は、固定プラテン１に固定された固定金型部２７と、可動プラテ
ン２に固定された可動金型部２６とで形成される。

可動プラテン２の金型装置取り付け面と反対側の面にアーム取り付け部があり、該取り
付け部にアーム９の一端が回転自在に取り付けられている。アーム９の他端はトグルレバ
ー８の一端に回転自在に取り付けられ、該トグルレバー８の他端はトグルサポート３のレ
バー取り付け部に回転自在に取り付けられている。
また、クロスヘッド６にはトグルレバー７の一端が回転自在に取り付けられ、該トグル
レバー７の他端はトグルレバー８の取り付け箇所に回転自在に取り付けれらている。
また、トグルサポート３には、型締用サーボモータ３０が配設されており、該サーボモ
ータ３０は回転伝動機構を介して、トグルサポート３を貫通して設けられたボールねじ軸
３１の一端に連結される。該ボールねじ軸３１の他側はクロスヘッド６に固定されたボー
ルねじナット３２と螺合している。したがって、サーボモータ３０を駆動し、ボールねじ
軸３１を回転することによりクロスヘッド６を前進、後退させてアーム、レバーによるト
グル機構を伸縮させ、型閉動作および型開動作をさせることができる。

トグルサポート３には型厚調整用モータ４１により駆動される、図６で説明した従来型
と同機構の型厚調整装置部４０が配設され、該型厚調整用モータ４１を駆動することによ
り、タイバー４をガイドとしてトグルサポート３およびこれとレバーなどで連結された可
動プラテン２等からなるトグル機構全体を前進、後退（図中、左右方向）させることがで
きる。

トグルサポート３には、取り付けボルト５１にて固定されたブラケット５０を介して、内部にコイルバネ５５を装設したバネケース５２が可動プラテン２の方向に向って配設さ
れる。一方、可動プラテン２には、取り付けボルト５８にてブラケット５３が固定され、
該ブラケット５３を介して、一端にバネ当接部材５６を有し、他端には取り付けねじ部を
もったロッド５７がトグルサポート３の方向に向って、前記のコイルバネ５５に挿入され
て、ロッド取り付けナット５４により、前記バネケース５２と同一軸線上に配設される。

以上説明した実施例は付勢部材を可動プラテン２とトグルサポート３の間に配設したも
のであるが、ブラケット５３やロッド５７を固定プラテン１または固定金型部２７に、ブ
ラケット５０やバネケース５２を可動プラテン２または可動金型部２６に取り付けること
で、該付勢部材を固定プラテン１と可動プラテン２の間に、または固定金型部２７と可動
金型部２６の間に配設しても良い。また、以上説明した実施例はコイルバネを用いた構造
のものであるが、コイルバネ５５に替わり板バネやウレタンゴム等の弾性部材を用いても
よい。

次に、本願発明の作用について説明する。
型閉工程開始時、型全開の状態では、バネケース５２内に装設されたコイルバネ５５は
自由長状態にあり、さらに、該コイルバネ５５とバネ当接部材５６間には余裕空間が存在
している。型締用サーボモータ３０を駆動開始することにより可動金型部２６を取り付け
た可動プラテン２は前進（図示右行）して型閉動作を開始し、バネ当接部材５６によりコ
イルバネ５５が圧縮されはじめる。コイルバネ５５は圧縮量に応じて反力を発生するので
、これによりロッド５７を介して可動プラテン２および可動金型部２６は反型閉方向に引
っ張られる。

この力により、トグル機構部の機械的ガタは反型閉方向に集積されはじめる。両金型間
の距離が第２の設定位置である最適寸開量ｇに達した状態で型締サーボモータ３０を一旦
停止させ、次いで金型装置２５のキャビティ空間に射出装置（図示せず）により溶融樹脂
の射出充填を開始する。
可動金型部２６には射出充填力により反型閉方向に力が作用するが、コイルバネ機構に
より機械的ガタは反型閉方向にすでに集積されているので、両金型間の距離は変化しない。
したがって、最初から第２の設定位置である最適寸開量ｇの位置まで型閉でき、その位
置で射出充填し、そのまま型全閉位置まで型閉でき、図８の実線で示すようなフローで成
形工程を実施できる。

図２において、付勢部材は、可動プラテン２とトグルサポート３の間に配設され、型全
閉直前位置から作用する油圧または空圧シリンダ機構を使用する方式ものである。
図において、トグルサポート３には、取り付けボルト５１にて固定されたブラケット５
０を介して、油圧または空圧シリンダチューブ６０が可動プラテン２の方向に向って配設
される。該油圧または空圧シリンダチューブ６０は油空圧供給制御装置７５に接続するた
めの給排気装置接続口６３をもち、可動プラテン２側にチューブ小径部６５が形成される。

一方、可動プラテン２には、取り付けボルト５８にてブラケット５３が固定され、該ブ
ラケット５３を介して、一端にピストンヘッドを有し、他端には取り付けねじ部をもった
ピストンロッド６２がロッド取り付けナット５４により取り付けられる。前記ピストンロ
ッド６２はシリンダチューブ６０内に挿入され、シリンダチューブ６０と同軸線に取り付
けられている。給排気装置接続口６３は油空圧供給制御装置７５に連結される。
なお、ピストンヘッド６１には前記シリンダチューブ６０の小径部６５と微少なクリア
ランスをもって重なり合うヘッド大径部６４が形成されている。

型全開の状態では、シリンダチューブ６０の内径とピストンヘッド６１のヘッド大径部
６４間のクリアランスは広く開いており、型閉工程の開始初期において可動プラテン２は
抵抗なく前進が可能である。型全閉の直前で、ヘッド大径部６４がシリンダチューブ６０
のチューブ小径部６５に重なり合うクッション位置に達すると、両部材間の微少クリアラ
ンスにより、可動プラテン２側（図右方側）の油または空気は圧縮される。この圧力や可
動プラテン２側の給排気装置接続口６３から排出される流量を油空圧供給制御装置７５に
より制御することで反型閉方向への力を必要な値に制御することができる。
なお、以上説明した実施例においては、型全閉直前の位置から反力が作用する方式につ
いて説明したが、シリンダチューブ６０の全長を小径に形成することで、型閉工程の全区
間にわたって反力が作用する方式としてもよい。

図３に示す例は、付勢部材を固定プラテン１と可動プラテン２との間に配設し、型全閉
直前位置から作用する油圧または空圧シリンダ機構を使用する方式のものである。
図において、固定プラテン１には、取り付けボルト６９にてブラケット６８が固定され
、該ブラケット６８を介して油圧または空圧シリンダチューブ７０が可動プラテン２の方
向に向って配設されている。該油圧または空圧シリンダチューブ７０は油空圧供給制御置
７５に接続するための給排気装置接続口６３をもち、固定プラテン１側には内周に小径部
が形成されている。該シリンダチューブ７０の内部には、一端にピストンヘッド７１をも
ち、他端には当接部材７３を有するピストンロッド７２が配設されている。
一方、可動プラテン２には、前記当接部材７３が当接可能な当接部分をもったブラケッ
ト６６が取り付けボルト６７にて、前記シリンダチューブ７０と同一軸線上に配設されて
いる。

型全開の状態では、ピストンロッド７２の先端に取り付けられた当接部材７３と、ブラ
ケット６６の間は広くあいている。型閉工程に入り、当接部材７３とブラケット６６が当
接し、ピストンロッド７２は型閉方向（図中右方向）に押し込まれるが、この段階ではシ
リンダチューブ７０の内径とピストンヘッド７１の外径とのクリアランスは広く開いてい
るので可動プラテン２は反型閉方向に力を受けることなく前進可能である。型全閉の直前
でピストンヘッド７１の大径部がシリンダチューブ７０の小径部と重なり合うクッション
位置に達すると、両部材間の微少クリアランスにより、固定プラテン１側（図示右側）の
油または空気は圧縮されはじめる。

この圧力や固定プラテン１側の給排気装置接続口６３から排出される流量を油空圧供給
制御装置７５により制御することで反型閉方向へ力を加えることが出来る。この場合、油
圧または空圧シリンダ内のピストン部の重なり合う位置や長さは必要とされる反力やクッ
ション開始位置に応じて決定される。
この図３の例では、トグル機構部のみならず型厚調整装置部の機械的ガタをも反型閉方
向に集積させることができる。

本発明の構成は以上の通りであって、反型閉方向に力を付勢する付勢部材を取り付ける
ことで、型締装置のトグル部の機械的ガタ、さらには型厚調整装置部の機械的ガタを反型
閉方向に集積させることで、可動プラテン２の位置保持精度が高まるため、やむを得ず実
施せざるを得なかった制御上不安定な型締寸開２位置成形をせずに、最初から第２の設定
位置である最適寸開量ｇの位置まで型閉することにより光学特性（複屈折と転写）と機械特性（板厚）の両方を満足できるトグル式型締装置を提供できる。
なお、本発明は前記実施例の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて
種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における型締装置の断面図 本発明の他の実施の形態における型締装置部の説明図 本発明のさらに他の実施の形態における型締装置部の説明図 従来の射出成形機の断面図 従来の型締装置のトグル機構部の断面図 従来の型締装置の型厚調整装置部の断面図 従来の型締寸開２位置成形の実施の形態における金型の状態図 可動プラテンの位置の推移を表すタイムチャート

符号の説明

１ 固定プラテン ６０ シリンダチューブ
２ 可動プラテン ６１ ピストンヘッド
３ トグルサポート ６２ ピストンロッド
４ タイバー ６３ 給排気装置接続口
２６ 可動金型部 ６６ ブラケット
２７ 固定金型部 ６８ ブラケット
５０ ブラケット ７０ シリンダチューブ
５２ バネケース ７１ ピストンヘッド
５３ ブラケット ７２ ピストンロッド
５５ コイルバネ ７３ 当接部材
５６ バネ当接部材 ７５ 油空圧供給制御装置
５７ ロッド

Claims (3)

1. 固定金型部と可動金型部からなる金型装置を用いて型締寸開成形を行う射出成形機のトグル式型締装置において、可動プラテンとトグルサポート間に、前記可動プラテンに対して反型閉方向に力を付勢する付勢部材を備えたことを特徴とするトグル式型締装置。
2. 前記付勢部材は、前記固定金型部と可動金型部とが全閉する直前の区間から反型閉方向に力を付勢することを特徴とする請求項１記載のトグル式型締装置。
3. 前記付勢部材は、前記固定金型部と可動金型部とが型閉する全区間にわたり反型閉方向に力を付勢することを特徴とする請求項１記載のトグル式型締装置。
   

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