JP5056246B2 - 射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型を用いて光学部品等を成形するための射出成形装置に関する。

射出成形機として、固定盤と可動盤との間に固定金型と移動金型とを挟持して型締めを行うものが存在する（例えば特許文献１参照）。この種の射出成形機は、可動盤を進退させるためのトグル機構を備え、トグル機構の動作によって固定盤及び可動盤を締め付けて両金型の型締めを行う。
特開平７−６８６１０号公報

上記のような射出成形装置では、固定盤や可動盤が加熱され、それに伴って固定盤や可動盤を支持している支持部材に熱膨縮が生じる。このような熱膨縮によって、固定盤と可動盤との位置ずれが起こり、成形品の性能に重大な影響を及ぼす場合がある。 例えば高精度レンズの成形においては、固定金型と移動金型とを数μｍ以下の精度で位置合わせする必要があるが、固定盤や可動盤の位置ずれによって光学転写面間の位置精度が確保できなくなり、成形不良が発生する。

また、上記のような射出成形装置では、型締め盤がタイバーや型締め機構を介して可動盤に連結されている。このような射出成形装置では、型締め盤の支持部材の熱膨縮によって、可動盤や固定盤の位置ずれが誘発され、成形不良が発生する原因となる。

ここで、環境温度の制御によって、上述のような支持部材の熱膨縮の影響を低減できるが、通常の射出成形では金型を高温に加熱するので、金型からの輻射熱や熱伝導によって固定盤・可動盤の温度延いては型締め盤の温度が不可避的に上昇し、さらには支持部材の温度が上昇することは避けがたい問題である。

そこで、本発明は、固定盤、可動盤等の位置ずれを防止して高精度の成形品を成形することができる射出成形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る射出成形装置は、金型を支持するダイプレートと、ダイプレートを支持する支持部材と備える射出成形装置であって、ダイプレート用の支持部材は、ダイプレートよりも線膨張率の低い材料で形成されていることを特徴とする。また、射出成形装置は、ダイプレートと協働して型締めを可能にする型締め盤と、型締め盤を支持する支持部材とをさらに備え、型締め盤用の支持部材が、型締め盤よりも線膨張率の低い材料で形成されることを特徴とする。ここで、ダイプレートとは、可動盤や固定盤を意味する。

上記射出成形装置では、ダイプレート用の支持部材がダイプレートよりも線膨張率の低い材料で形成されているので、支持部材の熱膨縮に起因するダイプレートの位置の変動を抑えることができる。これにより、金型の位置ずれが生じることを防止でき、高精度の成形品を成形することができる。また、型締め盤用の支持部材が型締め盤よりも線膨張率の低い材料で形成されているので、支持部材の熱膨縮に起因する型締め盤の位置の変動を抑えることができ、金型の位置ずれを防止して高精度の成形品を成形することができる。

本発明の具体的な態様では、支持部材の線膨張率が、７ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする。

本発明のさらに別の態様では、支持部材の材料が、インバーであることを特徴とする。インバー材は、鋳鉄等に比較して低い線膨張率を示し耐食性を有する。

本発明のさらに別の態様では、支持部材の温度を調節するための温度調節機構をさらに備えることを特徴とする。この場合、支持部材の温度を管理することができ、支持部材の熱膨縮を抑えることができる。

本発明のさらに別の態様では、ダイプレートとダイプレート用の支持部材との間と、型締め盤と型締め盤用の支持部材との間の少なくとも一方に、断熱部材を設けたことを特徴とする。この場合、ダイプレートや型締め盤の熱が支持部材に伝達されることを抑えることができ、支持部材の熱膨縮を低減することができる。

本発明のさらに別の態様では、支持部材の表面に断熱層を設けたことを特徴とする。この場合、ダイプレート等からの熱伝導や熱輻射を抑えて支持部材の温度上昇を防止できるので、ダイプレートの位置変動を低減することができる。

本発明のさらに別の態様では、ダイプレート用の支持部材が、並行する２以上のリニアガイドに支持される台座部材上に設けられていることを特徴とする。この場合、型締めによって支持部材が大きな力を受けても、共通の台座部材が介在することによってリニアガイドに不均一な力が作用することを防止できるので、リニアガイドの動作を滑らかなものとできる。

本発明のさらに別の態様では、台座部材が、ダイプレートよりも線膨張率の低い材料で形成されていることを特徴とする。この場合、台座部材の熱膨縮に起因するダイプレートの位置の変動を抑えることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る射出成形装置について、図１、図２等を参照しつつ具体的に説明する。なお、図１及び図２は、本実施形態の射出成形装置の構造を概念的に説明する斜視図である。

本実施形態の射出成形装置１００は、射出成形機１０と、温度調節装置４０と、制御装置５０とを備える。射出成形機１０は、射出成形を行って成形品を作製する部分であり、温度調節装置４０は、射出成形機１０の金型６１，６２その他の部分の温度を調節するための部分であり、制御装置５０は、射出成形機１０や温度調節装置４０の動作状態を制御・管理するための部分である。ここで、射出成形装置１００は、型開き及び型閉じが横方向となっている。

射出成形機１０は、固定盤１１と、可動盤１２と、型締め盤１３と、開閉駆動装置１５と、射出装置１６とを備える。射出成形機１０は、固定盤１１と可動盤１２との間に第１の金型である固定金型６１と第２の金型である可動金型６２とを挟持して両金型６１，６２を型締めすることにより成形を可能にする。

固定盤１１は、第１のダイプレートであり、一対の支持部材２１，２１によって支持フレーム１４の中央側上面に固定されている。両支持部材２１，２１は、板状の部材であり、固定盤１１の側面１１ｂに固定されて上下に延びており、下端部２１ｂにおいて、支持フレーム１４上に例えばボルト締めによって固定されている。固定盤１１の内側面１１ｃは、固定金型６１を着脱可能に支持しており、可動盤１２の内側面１２ｃに対向している。固定盤１１は、タイバー１９ａ，１９ｂを介して型締め盤１３に固定されており、成形時の型締め（すなわちロックアップ）の圧力に耐え得るようになっている。

なお、固定盤１１は、鋳鉄で形成され、固定盤用の支持部材２１は、インバー、スーパーインバー、及びステンレスインバーのいずれかの材料で形成されている。ここで、鋳鉄は、珪素を含む高炭素鉄であり、その線膨張率は、室温で通常１０［ｐｐｍ／Ｋ］程度である。また、インバー材とは、Ｆｅと、Ｎｉとを少なくとも含む合金であって、具体的には３４〜３６原子％程度のＮｉと、残りのＦｅとをそれぞれ含む鉄合金であり、その線膨張率は、室温で通常１．２〜１．５［ｐｐｍ／Ｋ］以下である。また、スーパーインバー材とは、Ｎｉと、Ｃｏと、Ｆｅとを少なくとも含む合金であって、具体的には３０〜３３原子％のＮｉと、４〜６原子％のＣｏと、残りのＦｅとを含む鉄合金であり、その線膨張係数が室温で通常〜１［ｐｐｍ／Ｋ］程度である。また、ステンレスインバーとは、Ｃｏと、Ｃｒと、Ｆｅとを少なくとも含む合金材料であって、例えば５４原子％のＣｏと、９．５原子％のＣｒと、残りのＦｅとを含む鉄合金であり、その線膨張係数が室温で通常〜０．１［ｐｐｍ／Ｋ］程度である。つまり、固定盤１１は、比較的低線膨張率の材料で形成されているが、支持部材２１は、さらに低線膨張率の材料で形成されている。このように、支持部材２１を低線膨張材料で形成することにより、支持部材２１の熱膨縮に起因する固定盤１１の位置変動を抑えることができ、固定金型６１の位置ずれを低減できる。

図３は、支持部材２１の構造を説明する斜視図である。支持部材２１の内部には、温度調節用の媒体を循環させるために循環流路２１ｐが形成されている。循環流路２１ｐのポートＰＯには、温度調節装置４０から延びる配管ＰＳ１が接続される（図１参照）。循環流路２１ｐに温度調節装置４０からの温度調節用の媒体を供給して循環させることで、支持部材２１を所望の温度に保つことができる。つまり、固定盤１１からの熱が支持部材２１に伝達されて支持部材２１が加熱されることを防止できるので、支持部材２１の熱膨縮を低減することができる。さらに、支持フレーム１４に熱が伝わることも防止できる。なお、支持部材２１の下端部２１ｂには、支持部材２１を支持フレーム１４に固定するためのボルト孔２１ｄが形成されている。

図１等に戻って、上側タイバー１９ａと下側タイバー１９ｂとは、それぞれ固定盤１１と型締め盤１３との間に架設されている。上側タイバー１９ａと下側タイバー１９ｂとは、実際には２本ずつあり、固定盤１１及び型締め盤１３の四隅に支持されて、互いに平行に延びている。可動盤１２の四隅には、タイバー１９ａ，１９ｂを貫通させるための貫通孔が形成されており、可動盤１２は、タイバー１９ａ，１９ｂに対して摺動可能である。

可動盤１２は、第２のダイプレートであり、後述する一対のリニアガイド１５ａ，１５ｂによって固定盤１１に対して進退移動可能に支持されている。具体的に説明すると、可動盤１２は、一対の支持部材２２，２２によって板状の台座部材２５上に固定されている。両支持部材２２，２２は、板状の部材であり、可動盤１２の側面１２ｂに固定されて上下に延びており、下端部２２ｂにおいて、台座部材２５上に例えばボルト締めによって固定されている。台座部材２５は、両リニアガイド１５ａ，１５ｂに掛け渡されており、両支持部材２２，２２を支持した状態でＺ方向に並進移動可能になっている。両支持部材２２，２２に支持された可動盤１２の内側面１２ｃは、固定盤１１の内側面１１ｃに対向しており、可動金型６２を着脱可能に支持している。

なお、可動盤１２は、鋳鉄で形成され、可動盤用の支持部材２２は、インバーで形成されている。さらに、支持部材２２を支持する台座部材２５も、インバーで形成されている。つまり、可動盤１２は、比較的低線膨張率の材料で形成されているが、支持部材２２や台座部材２５は、さらに低線膨張率の材料で形成されている。このように、支持部材２２等を低線膨張材料で形成することにより、支持部材２２等の熱膨縮に起因する可動盤１２の位置変動を抑えることができ、可動金型６２の位置ずれを低減できる。

支持部材２２の構造は、固定盤１１用の支持部材２１と同様であり、内部には、温度調節用の媒体を循環させる循環流路が形成されている。このような循環流路に温度調節装置４０からの配管ＰＳ１を介して温度調節用の媒体を供給して循環させることで、支持部材２２を所望の温度に保つことができ、可動盤１２からの熱が支持部材２２に伝達されて支持部材２２が多少であっても加熱されることを防止できる。

型締め盤１３は、一対の支持部材２３，２３によって支持フレーム１４の中央側上面に固定されている。両支持部材２３，２３は、板状の部材であり、型締め盤１３の側面１３ｂに固定されて上下に延びており、下端部２３ｂにおいて、支持フレーム１４上に例えばボルト締めによって固定されている。型締め盤１３は、型締めに際して、開閉駆動装置１５の動力伝達部１５ｄを介して可動盤１２をその背後から支持する。

なお、型締め盤１３は、鋳鉄で形成され、型締め用の支持部材２３は、インバーで形成されている。つまり、型締め盤１３は、比較的低線膨張率の材料で形成されているが、支持部材２３は、さらに低線膨張率の材料で形成されている。このように、支持部材２３を低線膨張材料で形成することにより、支持部材２３の熱膨縮に起因する型締め盤１３の位置変動を抑えることができ、タイバー１９ａ，１９ｂ等を介して金型６１，６２間に相対的な位置ずれが生じることを防止できる。

支持部材２３の構造は、固定盤１１用の支持部材２１と同様であり、内部には、温度調節用の媒体を循環させる循環流路が形成されている。このような循環流路に温度調節装置４０からの配管ＰＳ１を介して温度調節用の媒体を供給して循環させることで、支持部材２３を所望の温度に保つことができ、型締め盤１２３らの熱が支持部材２３に伝達されて支持部材２３が多少であっても加熱されることを防止できる。

開閉駆動装置１５は、２条のリニアガイド１５ａ，１５ｂと、動力伝達部１５ｄと、アクチュエータ１５ｅとを備える。両リニアガイド１５ａ，１５ｂは、支持フレーム１４上であって可動盤１２の直下に設けられており、台座部材２５及び支持部材２２，２２を介して可動盤１２を支持するとともに、可動盤１２の固定盤１１に対する進退方向すなわちＺ方向に関する滑らかな往復移動を可能にしている。動力伝達部１５ｄは、トグルリンク等で構成され、アクチュエータ１５ｅからの駆動力を受けて伸縮する。これにより、型締め盤１３に対して可動盤１２が近接したり離間したり自在に変位し、結果的に、可動盤１２と固定盤１１とを互いに近接するように締め付けることができる。

以上の開閉駆動装置１５により、固定盤１１と可動盤１２とに挟まれた固定金型６１と可動金型６２とを型閉じすることができ、或いは、可動盤１２と固定盤１１とを互いに離間させてこれらに挟まれた固定金型６１と可動金型６２とを型開きすることができる。さらに、型閉じに際しては、アクチュエータ１５ｅの駆動によって可動盤１２を固定盤１１側に極めて大きな圧力で押し付けることができ、固定金型６１と可動金型６２とを十分な力で型締めすることができる。

なお、開閉駆動装置１５を構成する２条のリニアガイド１５ａ，１５ｂに掛け渡すように台座部材２５を設け、台座部材２５上に一対の支持部材２２，２２を固定しているので、型締めによって両支持部材２２，２２が大きな力を受けても、リニアガイド１５ａ，１５ｂに不均一な力が作用することを防止できる。つまり、各支持部材２２，２２を各リニアガイド１５ａ，１５ｂによって個別に支持した場合、可動盤１２に撓みが発生するような力が作用しときは、両リニアガイド１５ａ，１５ｂに互いに反対回転方向の力が加わり、リニアガイド１５ａ，１５ｂによる可動盤１２の滑らかな移動が妨げられる可能性がある。一方、台座部材２５によって支持部材２２，２２を一括して支持した場合、リニアガイド１５ａ，１５ｂに対するこのようなヨーイング負荷を低減でき、可動盤１２の滑らかな進退動作延いては滑らかな型締め動作を確保することができる。

射出装置１６は、シリンダ１６ａ、スクリュ駆動部１６ｃ等を備え、射出端１６ｄから温度制御された状態で溶融樹脂を吐出することができる。射出装置１６は、シリンダ１６ａの射出端１６ｄを固定盤１１等に対して分離可能に接続することができ、固定盤１１に設けた開口１１ｏを介して、固定金型６１と可動金型６２とを型締めした状態で形成されるキャビティ中に、固定金型６１側から溶融樹脂を所望のタイミングで供給することができる。成型用の溶融樹脂は、例えば熱硬化型の樹脂等を含むエネルギー硬化型樹脂とすることができる。

温度調節装置４０は、固定盤１１、可動盤１２、支持部材２１，２２，２３等に対して温度調節用の媒体を供給する。これにより、固定盤１１や可動盤１２や金型６１，６２を所望の温度に調整することができ、さらに、支持部材２１，２２，２３が加熱することを防止できる。なお、この温度調節装置４０と、配管ＰＳ１と、支持部材２１，２２，２３中の循環流路２１ｐとは、支持部材２１，２２，２３の温度を調節するための温度調節機構となっている。

まず、固定盤１１及び可動盤１２の温度調節については、例えば固定盤１１のうち固定金型６１を支持する部分と、可動盤１２のうち可動金型６２を支持する部分とに形成されたジャケット又は循環路（不図示）に対して、温度調節装置４０からの温度調節用の媒体を供給する。温度調節装置４０で温度が調節された水や油等の媒体を必要な流量で固定盤１１及び可動盤１２中の循環路に供給することにより、固定金型６１と可動金型６２とを必要な温度に調整することができ、固定金型６１と可動金型６２との間に形成されたキャビティ中に射出された透明樹脂を所望の熱工程で硬化させることができる。あるいは、固定盤１１及び可動盤１２の温度上昇を防止することができ、射出成形機１０の精密で安定した動作を確保することができる。

次に、支持部材２１，２２，２３の温度調節については、例えば各支持部材２１，２２，２３内に形成された循環流路２１ｐに対して、温度調節装置４０からの温度調節用の媒体を供給する。温度調節装置４０で温度が調節された水や油等の媒体を必要な流量で循環流路２１ｐに供給することにより、各支持部材２１，２２，２３を必要な温度に調整することができる。つまり、固定盤１１、可動盤１２、及び型締め盤１３の温度上昇等に伴って支持部材２１，２２，２３の温度が上昇することを防止でき、支持部材２１，２２，２３の熱膨縮を抑えることができ、固定盤１１、可動盤１２、及び型締め盤１３の位置を精密に保つことができる。

制御装置５０は、射出成形機１０を構成する開閉駆動装置１５や射出装置１６の動作状態を制御しており、温度調節装置４０の動作状態を制御している。これにより、温度管理された状態下、必要なタイミングで成形動作を行うことができる。

図４は、図３等に示す支持部材２１の変形例を説明する図である。この場合、固定盤１１は、断熱板１２７を挟んで支持部材２１に固定されている。断熱板１２７は、それ自身が低熱伝導性の素材からなる断熱部材であり、固定盤１１及び支持部材２１に比べて熱伝導率が低くなっている。断熱板１２７は、セラミックス系、チタン系等の低熱伝導性の材料で形成される。このように、固定盤１１と支持部材２１との間に断熱板１２７を介在させることにより、固定盤１１から支持部材２１への熱流出を阻止できるので、支持部材２１の熱膨縮に起因する固定盤１１の位置変動を抑えることができ、固定金型６１の位置ずれを低減できる。

なお、固定盤１１と支持部材２１との間に限らず、可動盤１２と支持部材２２との間にも断熱板１２７を介在させることができ、支持部材２２の熱膨縮に起因する可動盤１２の位置変動を抑えることができ、可動金型６２の位置ずれを低減できる。さらに、型締め盤１３と支持部材２３との間にも断熱板１２７を介在させることができ、支持部材２３の熱膨縮に起因する型締め盤１３の位置変動を抑えることができ、金型６１，６２の相対的位置ずれを低減できる。

図５は、図３等に示す支持部材２１の別の変形例を説明する図である。この場合、支持部材２１の表面に断熱層２２７を設けている。断熱層２２７は、低熱伝導性のコーティングによって形成されたものであり、固定盤１１及び支持部材２１に比べて熱伝導率が低くなっている。断熱層２２７は、チタン系等の低熱伝導性の材料で形成される。なお、断熱層２２７は、発砲ウレタンやガラスウール等の断熱材の巻き付けによって形成することもできる。このように、支持部材２１を断熱層２２７で被覆することにより、固定盤１１からの熱伝導や金型６１，６２からの熱輻射を抑えて支持部材２１の温度上昇を防止できるので、固定盤１１の位置変動を低減することができ、固定金型６１の位置ずれを低減できる。

なお、固定盤１１用の支持部材２１との間に限らず、可動盤１２用の支持部材２２も断熱層２２７で被覆することができ、支持部材２２の熱膨縮に起因する可動盤１２の位置変動を抑えることができる。さらに、型締め盤１３用の支持部材２３も断熱層２２７で被覆することができ、支持部材２３の熱膨縮に起因する型締め盤１３の位置変動を抑えることができる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、リニアガイド１５ａ，１５ｂに掛け渡された台座部材２５上に一対の支持部材２２，２２を固定しているが、台座部材２５と支持部材２２，２２とを一体化することもできる。

また、固定盤１１を支持する支持部材２１は、２つに限らず、１つ又は３つ以上とすることができる。同様に、可動盤１２を支持する支持部材２２も、２つに限らず、１つ又は３つ以上とすることができ、型締め盤１３を支持する支持部材２３も、２つに限らず、１つ又は３つ以上とすることができる。

本実施形態の射出成形装置の構造を概念的に説明する斜め横方向からの斜視図である。 図１の射出成形装置のうち射出成形機の構造を概念的に説明する斜め上方向からの斜視図である。 支持部材の構造を説明する斜視図である。 図３等に示す支持部材の変形例を説明する図である。 図３等に示す支持部材の別の変形例を説明する図である。

符号の説明

１０…射出成形機、 １１…固定盤、 １１ｂ…側面、 １１ｃ…内側面、 １２…可動盤、 １２ｂ…側面、 １２ｃ…内側面、 １３…型締め盤、 １３ｂ…側面、 １４…支持フレーム、 １５…開閉駆動装置、 １５ａ，１５ｂ…リニアガイド、 １５ｄ…動力伝達部、 １５ｅ…アクチュエータ、 １６…射出装置、 １６ａ…シリンダ、 １６ｃ…スクリュ駆動部、 １６ｄ…射出端、 １９ａ…上側タイバー、 １９ｂ…下側タイバー、 ２１，２２，２３…支持部材、 ２１ｐ…循環流路、 ２５…台座部材、 ４０…温度調節装置、 ５０…制御装置、 ６１…固定金型、 ６２…可動金型、 １００…射出成形装置、 １２７…断熱板、 ２２７…断熱層、 ＰＳ１…配管

Claims (8)

1. 金型を支持するダイプレートと、前記ダイプレートを支持する支持部材と備える射出成形装置であって、
   前記ダイプレート用の前記支持部材は、前記ダイプレートよりも線膨張率の低い材料で形成され、
   前記ダイプレートと協働して型締めを可能にする型締め盤と、前記型締め盤を支持する支持部材とをさらに備え、
   前記型締め盤用の前記支持部材は、前記型締め盤よりも線膨張率の低い材料で形成されていることを特徴とする射出成形装置。
2. 前記支持部材の線膨張率は、７ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
3. 前記支持部材の材料は、インバー、スーパーインバー、又はステンレスインバーであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
4. 前記支持部材の温度を調節するための温度調節機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の射出成形装置。
5. 前記ダイプレートと前記ダイプレート用の前記支持部材との間と、前記型締め盤と前記型締め盤用の前記支持部材との間の少なくとも一方に、断熱部材を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の射出成形装置。
6. 前記支持部材の表面に断熱層を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の射出成形装置。
7. 前記ダイプレート用の前記支持部材は、並行する２以上のリニアガイドに支持される台座部材上に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の射出成形装置。
8. 前記台座部材は、前記ダイプレートよりも線膨張率の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の射出成形装置。

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