JP4815283B2

JP4815283B2 - 成形・成膜システム

Info

Publication number: JP4815283B2
Application number: JP2006184503A
Authority: JP
Inventors: 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: JP2008012727A

Description

本発明は、射出成形機と成膜装置を備え、射出成形機によって成形した成形直後の成形品の表面に、成膜装置によって薄膜を形成（成膜）するようにした成形・成膜システムに関する。

成形品の表面に金属薄膜を被着形成させることは頻繁に行われており、この場合において、射出成形機と成膜装置（例えば、スパッタリング装置）とを隣接配置して、成形直後の成形品に対して成膜処理を施すように構成すると、成形直後の清浄な表面に成膜が行われるので高品質の薄膜が得られる。これに対して、射出成形工程と成膜工程とを別個の場所で行うようにすると、射出成形工程から成膜工程に至るまでの間に成形品の表面に微細なゴミが付着する可能性があり、これにより薄膜の品質を劣化させる虞がある上、成形品の搬送にも手間が掛かる。

そこで、成形直後の成形品に対して成膜処理を施すようにした成形・成膜システムが開発されているが、従来のこのような成形・成膜システムにおいては、１つの射出成形機に対して１つの成膜装置を対応させた構成をとるようになっていた。

ところで、成膜装置による成膜処理（スパッタリング処理）時間は、射出成形機の１成形サイクルの時間よりもはるかに短く、スパッタリング処理の時間以外の真空容器への成形品の搬入や真空容器内の真空引きや真空容器からの成形品の搬出のための時間を足し合わせても、１回の成膜のためのサイクル時間は、１成形サイクル時間の数分の１の時間しか要しない。このため、１つの射出成形機に対して１つの成膜装置を対応させた成形・成膜システムでは、成膜装置が停止している時間が長く、高価な成膜装置の有効利用が図れていないという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、成形直後の成形品に対して成膜処理を施すようした成形・成膜システムにおいて、成膜装置の効率のよい活用を図り、以って、薄膜を施した成形品の生産性を向上させることにある。

上記した目的を達成するため、本願発明では、複数台の射出成形機によって時間差をもって成形された成形品の表面に、成形された順に、単一の成膜装置によって順次薄膜を成膜する成形・成膜システムにおいて、型開きされた金型に成形品が付着した状態で成膜を行い、成形品が付着した金型を前記成膜装置の一部として用いることを特徴とする。

本発明によれば、成形直後の成形品に対して成膜処理を施すようした成形・成膜システムにおいて、複数台の射出成形機によって時間差をもって成形された成形品の表面に、成形された順に、単一の成膜装置によって順次薄膜を成膜するようにしているので、成膜装置の稼動効率がアップし、成形直後の清浄な表面に成膜を行うことにより高品質の薄膜が得られるシステムにおいて、薄膜を施した成形品の生産性を向上させることができる。
また、射出成形機として縦型のマシンを用い、この縦型射出成形機の下金型を水平方向に移動可能なテーブル上に設けて、成形品が付着した下金型を、例えばテーブルを直線移送することで成膜装置側へと移送し、成形品が付着した下金型を成膜装置の一部として用いて成膜を行うようにしているので、成形品の成膜装置側への搬送・位置決めの動作と成膜装置側からの成形品の搬出の動作とが非常に簡便化され、これらの動作時間を短縮化することも可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による成形・成膜システムに係り、図１および図２は、本実施形態の成形・成膜システムを正面から見た簡略化した説明図である。なお、本実施形態の成形・成膜システムは、同一能力の２台の縦型の電動式射出成形機と、１台の成膜装置とを組み合わせたシステム構成となっている。

図１、図２において、１は、成形・成膜システムのベースフレーム、２は、ベースフレーム１に設置された２台の縦型の電動式射出成形機（以下、単に射出成形機２と記す）、３は、２台の射出成形機２の間に挟まれるように、ベースフレーム１に設置された１台の成膜装置である。なお、成膜装置３は、後述するように、射出成形機１に備えられた下金型をその構成要素の一部とする構成となっている。また、２台の射出成形機２は左右対称の同一構造をとるものとなっている。

各射出成形機２において、４は、ベースフレーム１に固定された固定ダイプレート、５は、固定ダイプレート４の下側に位置する上下動可能なテールストック、６は、固定ダイプレート４の上側に位置する上下動可能な可動ダイプレート、７は、その両端をテールストック５と可動ダイプレート６にそれぞれ固定されると共に、固定ダイプレート４に摺動可能に挿通されて、テールストック５および可動ダイプレート６と一体となって上下動可能な複数本のタイバー、８は、図示せぬスライド駆動源（スライド駆動用サーボモータ）および図示せぬスライド移送機構（モータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構や移送案内機構）によって、固定ダイプレート４上およびベースフレーム１上を水平方向にスライド可能なスライドテーブル、９は、スライドテーブル８上に固定された下金型、１０は、可動ダイプレート６の下面側に固定された上金型、１１は、テールストック５に搭載された型開閉用サーボモータ、１２は、型開閉用サーボモータ１１の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、１３は、テールストック５に回転可能に保持されて、型開閉用サーボモータ１１の回転をプーリ・ベルト伝達機構によって伝達されるボールネジ機構１２のネジ軸、１４は、ネジ軸１３に螺合されると共に固定ダイプレート４と一体化された（固定ダイプレート４に固定された）ボールネジ機構のナット体である。

また、各射出成形機２において、１５は、可動ダイプレート６の上側に、図示せぬ固定・支持機構を介して取り付けられたヘッドストック、１６は、その一端側を可動ダイプレート６に固定された複数本の支持・ガイドバー、１７は、支持・ガイドバー１６の他端側に固定された保持プレート、１８は、その基端側をヘッドストック１５に固定された加熱シリンダ、１９は、加熱シリンダ１８の先端側に取り付けられたノズル、２０は、加熱シリンダ１８内に回転並びに前後進可能（図示で上下動可能）に配設されたスクリュ（図面ではスクリュネジの形成されていない部分のみが描かれている）、２１は、支持・ガイドバー１６に挿通・案内されて、ヘッドストック１５と保持プレート１７との間で上下動可能であると共に、スクリュー２０の基端側を固定した図示せぬ回転体を回転可能に保持し、また、回転体の回転駆動源である図示せぬ計量用サーボモータを搭載した直動ブロック、２２は、保持プレート１７に搭載された射出用サーボモータ、２３は、射出用サーボモータ２２の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、２４は、保持プレート１７に回転可能に保持されて、射出用サーボモータ２２の回転をプーリ・ベルト伝達機構によって伝達されるボールネジ機構１２のネジ軸、２５は、ネジ軸２４に螺合されると共に直動ブロック２１と一体化され、ネジ軸２４の回転で上下動するボールネジ機構のナット体である。

成膜装置３は、ここではスパッタリング装置であり、ベースフレーム１に対して上下動可能に配設された装置主体部３１を備えている。この装置主体部３１は、図示せぬ上下動駆動源（上下駆動用サーボモータ）および図示せぬ上下移送機構（モータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構や移送案内機構）によって、ベースフレーム１に対して所定量だけ上下動可能なように構成されている。本実施形態では、装置主体部３１が上昇位置にある際に、何れか一方の射出成形機２のスライドテーブル８がスライド駆動されて、スライドテーブル８上の下金型９が装置主体部３１の直下に位置決めされると、装置主体部３１が下降駆動されて、装置主体部３１の下降状態では、装置主体部３１の下部と下金型９とによって真空容器が形づくられるようになっている。この真空容器内の真空室３２には、成膜される対象物である成形品３３が、下金型９に付着した状態で位置しており（すなわち、射出後の冷却工程が完了した後に、金型が型開きされた状態でかつエジェクト前の状態の成形品３３が位置しており）、この成形品３３と対向するように、真空室３２内には、成膜材料で形成されたターゲット３４が設けられている。また、成膜装置３は、真空容器とターゲット３４との間に電圧を印可する電圧印加手段や、真空室３２内を真空にするための真空引き手段や、真空室３２内に少量のＡｒガスなどの不活性ガスを送り込む不活性ガス注入手段が設けられている。

図３は、本実施形態の成形・成膜システムの簡略化した要部平面図であり、主として２台の射出成形機２のスライドテーブル８および下金型９と、成膜装置３の装置主体部３１との関係を示している。本実施形態では、一方の射出成形機２のスライドテーブル８上の下金型９が真空容器の一部として機能している状態では、他方の射出成形機２のスライドテーブル８上の下金型９は、当該他方の射出成形機２の上金型１０の直下に位置した状態にあり、２台の射出成形機２の下金型９は、交番的に真空容器の一部として働く位置に位置付けられるようになっている。

本実施形態では、成形品３３には、図４に示すように携帯電話の部品であるケーシングを用いており、ケーシング（成形品３３）の片側の表面に被着形成する成膜材料としてチタンを用いている。なお、成形品３３の表面に成膜する薄膜を、光触媒特性（光が当たると酸化分解力を発現し、抗菌や消臭に優れた特性）をもつ酸化チタン薄膜とする場合には、成膜装置３には、反応ガスとしての酸素ガスを真空室３２内に少量だけ送り込む反応ガス注入手段をさらに設けて、反応性スパッタリング法で酸化チタン薄膜を成膜するように構成すればよい。

次に、本実施形態の成形・成膜システムの動作を説明する。本実施形態では、射出成形機２の１成形サイクル時間（スライドテーブル８の移送時間を含む時間である）を例えばｎ秒とすると、一方の射出成形機２の１成形サイクルの開始タイミングから、ｎ／２秒が経過したタイミングが、他方の射出成形機２の１成形サイクルの開始タイミングとなるように設定されていて、２台の射出成形機２は所定の時間差（ｎ／２秒）で成形品をそれぞれ連続的に成形するようになっている。

射出成形機２の計量工程においては、図示せぬ計量用サーボモータが回転駆動されてスクリュ２０が所定方向に回転し、これにより、ヘッドストック１５および加熱シリンダ１８に穿設された原料樹脂供給口から、スクリュ２０のスクリュネジ形成部分の根本側に供給された原料樹脂が、加熱シリンダ１８からの加熱とスクリュ回転に伴う混練による樹脂の剪断発熱とにより可塑化されつつ、スクリュ２０のネジ送り作用により、スクリュ２０の先端側に送り込まれる。そして、スクリュ２０の頭部より先に溶融樹脂が溜まるにしたがって、スクリュ２０は回転しつつ後退し、この後退に際して、スクリュ２０の頭部より先の溶融樹脂に所定圧力を付与するための背圧制御が、射出用サーボモータ２２を圧力フィードバック制御することにより実行される。スクリュ２０の頭部より先に、所定量（１ショット分）の溶融樹脂が貯えられると、図示せぬ計量用サーボモータによるスクリュ回転は停止される。

射出成形機２の型閉じ・型締め工程前には、テールストック５およびテールストック５と一体となって上下動する全ての部材は上昇位置にあり、このとき、スライドテーブル８上の下金型９は、上昇位置（型開き位置）にある上金型１０の真下で上金型１０と所定量だけ離間した状態にある。このような状態から、射出成形機２の型閉じ・型締め工程では、型開閉用サーボモータ１１が所定方向に回転駆動され、ボールネジ機構１２のネジ軸１３が固定されたナット体１４に対して回転することで、ネジ軸１３がナット体１４に対して下降し、これによって、テールストック５およびテールストック５と一体となって上下動する全ての部材が下降する。この下降動作により、上金型１０も下降して、上金型１０が下金型９にタッチし、金型タッチ後も、型開閉用サーボモータ１１がさらに所定量だけ上記の下降動作方向に回転駆動されることで、両金型９、１０には所定の型締め力が付与される。

上記の型閉じ・型締め工程の直後に行われる射出成形機２の射出工程の１次射出工程においては、射出用サーボモータ２２が所定方向に回転駆動され、ボールネジ機構２３のネジ軸２４が回転することでボールネジ機構２３のナット体２５が急速に前進（下降）し、ナット体２５と一体となって直動ブロック１５も急速に前進（下降）して、これによって、スクリュ２０が急速に前進（下降）することで、計量して蓄えられた溶融樹脂が、型締め状態にある金型内に急速に射出・充填される。この１次射出工程に引き続いて行われる射出工程の保圧工程においては、射出用サーボモータ２２を圧力フィードバック制御することで、金型内の樹脂に圧力（保圧力）を付与する。

射出工程（１次射出工程および保圧工程）の完了後には、射出成形機２は冷却工程に入り、金型内の樹脂（成形品３３）が固化・冷却されるのを待つ。冷却工程の完了後には、射出成形機２は直ちに型開き工程に遷移する。この型開き工程においては、型開閉用サーボモータ１１が先の型閉じ・型締め工程とは反対方向に回転駆動されて、ボールネジ機構１２のネジ軸１３が固定されたナット体１４に対して回転することで、ネジ軸１３がナット体１４に対して上昇し、これによって、テールストック５およびテールストック５と一体となって上下動する全ての部材が上昇する。この上昇動作により、上金型１０も下金型９に対して上昇して、固化した樹脂は上金型１０から離れて下金型９にのみ付着した状態となる。この型開き工程の完了後に、図示せぬロボットにより、樹脂のゲート部分切断と、スプル部樹脂などの不要樹脂部分の除去が行われて、下金型９に成形品３３のみが付着された状態とする。なお、型開きと同時にゲート部分切断を行うような金型構造として、型開き後にロボットにより不要樹脂部分の除去を行うようにしてもよい。

下金型９に成形品３３のみが付着された状態となると、射出成形機２は、スライドテーブル８の往動移送工程に入る。このとき、成膜装置３の装置主体部３１は上昇位置におかれており、また、他方の射出成形機２は、下金型９を上金型１０の真下においた状態にある。スライドテーブル往動移送工程では、射出成形機２は、図示せぬスライド駆動用サーボモータを所定方向に回転駆動することで、スライドテーブル８を成膜装置３の方向へスライド移送し、成膜装置３の装置主体部３１の直下にスライドテーブル８上の下金型９を位置付けた状態で、スライドテーブル８を停止させる。

装置主体部３１の直下に下金型９が位置付けられると、成膜装置３は、図示せぬ上下動駆動用サーボモータを所定方向に回転駆動することで、装置主体部３１を下降させて下降位置に移行させ、これにより、装置主体部３１の下部と下金型９とで真空容器を形づくる。真空容器を形づくった後、成膜装置３は真空容器内の真空抜きを行い、然る後、真空容器内にＡｒガスを注入すると共に、真空容器とターゲット３４との間に電圧を印加することで、真空容器の一部を構成する下金型９に付着された成形品３３の表面に、チタン薄膜を成膜（被着形成）する。成形品３３の表面へのチタン薄膜の成膜が完了すると、成膜装置３は、図示せぬ上下動駆動用サーボモータを先とは反対方向に回転駆動することで、装置主体部３１を上昇させて上昇位置に移行させ、これにより、スライドテーブル８および下金型９のスライド移動を許容する状態となる。

チタン薄膜の成膜後に、装置主体部３１が上昇位置へ移行すると、射出成形機２は、スライドテーブル８の復動移送工程に入る。このとき、射出成形機２は、テールストック５およびテールストック５と一体となって上下動する全ての部材が、上昇位置にある状態を維持されている。スライドテーブル８の復動移送工程では、射出成形機２は、図示せぬスライド駆動用サーボモータを先とは反対方向に回転駆動することで、スライドテーブル８を先とは反対方向にスライド移送し、上金型１０の直下にスライドテーブル８上の下金型９を位置付けた状態で、スライドテーブル８を停止させる。

この後、射出成形機２は、エジェクト工程に遷移し、図示せぬエジェクト用モータや図示せぬエジックト機構によって、下金型９に付着された成形品（その表面にチタン薄膜が施された成形品）３３が、下金型９から突き離され、図示せぬロボットにより成形品３３が射出成形機２の外に取り出される。

上述したような動作で、一方の射出成形機２における、計量、型閉じ・型締め、射出、冷却、型開き、不要樹脂部分の除去、スライドテーブル往動、成膜装置３による成膜処理待ち、スライドテーブル復動、エジックト・成形品取り出しという、１成形サイクルの運転が連続的に実行される。先にも述べたように、他方の射出成形機２は、一方の射出成形機２の成形サイクルの開始タイミングから、１成形サイクル時間の半分だけずらしたタイミングの成形サイクルの開始タイミングで、一方の射出成形機２と同様の連続運転を行っており、成膜装置３は、２台の射出成形機２により時間差をもって成形された成形品３３に対して、成形された順に、順次チタン薄膜の成膜処理を行う。図１、図２は、２台の射出成形機２が交番的に成膜装置３と協働する様子を示しており、図１では左側の射出成形機２で成形された成形品３３に対して成膜処理を行っている様子を示し、図２では右側の射出成形機２で成形された成形品３３に対して成膜処理を行っている様子を示している。

以上のように本実施形態では、成形直後の成形品に対して成膜処理を施すようした成形・成膜システムにおいて、２台の射出成形機２によって時間差をもって成形された成形品３３の表面に、成形された順に、単一の成膜装置３によって順次薄膜を成膜するようにしているので、成膜装置３の稼動効率がアップし、成形直後の清浄な表面に成膜を行うことにより高品質の薄膜が得られるシステムにおいて、薄膜を施した成形品の生産性を向上させることができる。また、射出成形機２として縦型のマシンを用い、この縦型射出成形機の下金型９を水平方向に移動可能なスライドテーブル８上に設けて、成形品３３が付着した下金型９を、スライドテーブル８を直線移送することで成膜装置３側へと移送し、成形品３３が付着した下金型９を成膜装置３の一部として用いて成膜を行うようにしているので、成形品の成膜装置側への搬送・位置決めの動作と成膜装置側からの成形品の搬出の動作とが非常に簡便化され、これらの動作時間も短縮化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る成形・成膜システムを正面から見た簡略化した説明図である。本発明の一実施形態に係る成形・成膜システムを正面から見た簡略化した説明図である。本発明の一実施形態に係る成形・成膜システムにおける、簡略化した要部平面を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る成形・成膜システムにおいて成形される成形品を示す説明図である。

符号の説明

１ベースフレーム
２縦型の電動式射出成形機（射出成形機）
３成膜装置
４固定ダイプレート
５テールストック
６可動ダイプレート
７タイバー
８スライドテーブル
９下金型
１０上金型
１１型開閉用サーボモータ
１２ボールネジ機構
１３ネジ軸
１４ナット体
１５ヘッドストック
１６支持・ガイドバー
１７保持プレート
１８加熱シリンダ
１９ノズル
２０スクリュ
２１直動ブロック
２２射出用サーボモータ
２３ボールネジ機構
２４ネジ軸
２５ナット体
３１装置主体部
３２真空室
３３成形品
３４ターゲット

Claims

複数台の射出成形機によって時間差をもって成形された成形品の表面に、成形された順に、単一の成膜装置によって順次薄膜を成膜する成形・成膜システムにおいて、
型開きされた金型に成形品が付着した状態で成膜を行い、成形品が付着した金型を前記成膜装置の一部として用いることを特徴とする成形・成膜システム。
請求項１に記載の成形・成膜システムにおいて、
前記射出成形機は電動式の縦型射出成形機であり、この縦型射出成形機の下金型が、水平方向に移動可能なテーブル上に取り付けられていることを特徴とする成形・成膜システム。
請求項１及び２の何れか１項に記載の成形・成膜システムにおいて、
前記射出成形機により成形される成形品は、携帯電話の部品であることを特徴とする成形・成膜システム。
請求項３に記載の成形・成膜システムにおいて、
成形品の表面に成膜される薄膜の材料はチタンであることを特徴とする成形・成膜システム。