JP5093809B2

JP5093809B2 - ディスク基板成形機およびディスク基板成形方法

Info

Publication number: JP5093809B2
Application number: JP2008109705A
Authority: JP
Inventors: 充弘真下
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-04-21
Also published as: JP2009255462A

Description

本発明は、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出してディスク基板を成形するディスク基板成形機およびディスク基板成形方法に関するものである。

従来、ディスク基板成形機としては、特許文献１ないし特許文献４に記載されたものが知られている。特許文献１は、油圧による型締シリンダにより型開閉および型締を行うものである。しかし特許文献１は、作動油の量が多い上に省エネルギの点においても問題があった。また上記の問題に対処するものとして特許文献２は、サーボモータとトグルリンク機構の組合せにより型開閉と型締を行うものである。しかし特許文献２は、可動盤背面の両端近傍にリンクが取付けられるために、可動盤の中心を押圧することができず、可動盤の撓みから良好な転写ができないという問題があった。更に特許文献２では、サーボモータとトグルリンク機構の組合せは、型閉状態から型締により所望の型締力が発生するまでの時間がかかるという問題があった。また特許文献２はトグルリンクにより型締を行うので可動盤と受圧盤の間隔が変更されると型締力が変更され、成形金型の熱膨張に対応しにくいという問題があった。更に特許文献３は、油圧によるトグルリンク機構とサーボモータによる型締機構を用いるものであるが、油圧によるトグルリンク機構による位置制御が高精度に行えない上に、型閉状態から型締により所望の型締力が発生するまでの時間がかかるという問題が特許文献２と同様にあった。

また特許文献１ないし特許文献３は、可動盤および可動金型が水平方向に移動する所謂横型射出成形機であるが、キャビティが縦方向に形成されるので、重力の影響によりキャビティ内における上下方向が均一なディスク基板を成形することが難しいという問題があった。そこで前記問題を解決するために、特許文献４に記載されたものが知られている。特許文献４では横型射出成形機の成形が重力の影響を受けるという問題を解決した縦型ディスク用射出成形機である。しかし特許文献４の図１、図２のタイプについても、可動ダイプレート５は撓むため、可動金型の中心を押圧することができないという問題は解消されていなかった。またサーボモータとトグルリンクの組合せによる型閉状態から型締により所望の型締力が発生するまでの時間がかかるという問題や成形金型の熱膨張時の問題も解消されておらず、依然として成形されるディスク基板に対して最良の転写ができないものであった。更にはトグル式成形機では、金型を変更した際にも所定の型締力が得られるように受圧盤を移動させる複雑な型厚調整機構を有しており、成形金型の厚みが変更されると受圧盤の位置を調整する必要があった。

特開平８−２７６４７９号公報（００２８、００２９、図２）特開２００３−７７１７８号公報（００１７、図２）特開平６−８７１４２号公報（００５７、図６）特開２００５−２８６３４号公報（０００９、図１、図２）

そこで本発明では、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出してディスク基板を成形するディスク基板成形機において、油圧式ディスク基板成形機と電動式ディスク基板成形機の長所を兼ね備えたディスク基板成形機およびディスク基板成形方法を提供することを目的とする。また本発明のディスク基板成形機を縦型とした場合については、重力の影響を受けずにキャビティ内において均一なディスク基板を成形することのできるディスク基板成形機およびディスク基板成形方法を提供することを目的とする。

本発明のディスク基板成形機は、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出してディスク基板を成形するディスク基板成形機において、サーボモータによって駆動される型開閉機構と、サーボバルブによって駆動される型締シリンダを備えた型締機構とが設けられ、第一可動盤に前記可動金型が配設され、型開閉機構を構成するトグルリンクが背面に取付けられる第二可動盤に前記型締シリンダが配設され、該型締シリンダのラムが前記第一可動盤の背面に固定され、前記型締シリンダにはアキュームレータが接続され、前記アキュームレータに蓄圧された油により型締シリンダの昇圧を行い、キャビティ内の溶融樹脂を加圧することを特徴とする。

また本発明のディスク基板成形方法は、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出してディスク基板を成形するディスク基板成形方法において、サーボモータによって駆動される型開閉機構と、サーボバルブによって駆動される型締シリンダを備えた型締機構とが設けられ、第一可動盤に前記可動金型が配設され、型開閉機構を構成するトグルリンクが背面に取付けられる第二可動盤に前記型締シリンダが配設され、該型締シリンダのラムが前記第一可動盤の背面に固定され、前記ラムの直径は成形されるディスクの直径よりも大きく設けられ、前記型締シリンダにはアキュームレータが接続され、アキュームレータに蓄圧された油により型締シリンダの昇圧を行い、キャビティ内の溶融樹脂を加圧することを特徴とする。

本発明のディスク基板成形機およびディスク基板成形方法は、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出してディスク基板を成形するディスク基板成形機において、サーボモータによって駆動される型開閉機構と、サーボバルブによって駆動される型締シリンダを備えた型締機構とが設けられ、第一可動盤に前記可動金型が配設され、型開閉機構を構成するトグルリンクが背面に取付けられる第二可動盤に前記型締シリンダが配設され、該型締シリンダのラムが前記第一可動盤の背面に固定され、前記型締シリンダにはアキュームレータが接続され、前記アキュームレータに蓄圧された油により型締シリンダの昇圧を行い、キャビティ内の溶融樹脂を加圧するので、可動盤の反りの問題を解消するとともに、所望の型締力が発生するまでの時間を短縮して、成形されるディスク基板に良好な転写成形を行うことができる。また従来の油圧による型締シリンダにより型開閉および型締を行うものと比較して省エネルギ化を図ることができる。

本発明の実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本実施形態のディスク基板成形機の正面図であって型開時の状態を示す図である。なお図１では射出装置も上昇させた状態を示している。図２は、本実施形態のディスク基板成形機の正面図であって型閉時の状態を示す図である。図３は、本実施形態のディスク基板成形機の要部の拡大断面図である。

図１ないし図３に示されるように、ディスク基板成形機は、上部に射出装置１２が設けられ、下部に型締装置１３が設けられた縦型ディスク基板成形機１１である。基台１４には４本の枠部材１５が立設され、前記枠部材１５に水平方向に設けられた梁部材１６を介して固定盤１７が固定されている。固定盤１７は、縦型ディスク基板成形機１１全体の中では中間の高さに配設されており、前記固定盤１７と、固定盤１７の下方の受圧盤１８との間には４本のタイバ１９が配設されている。そして前記タイバ１９には可動盤２０が固定盤１７に対して昇降自在に取付けられている。また可動盤２０と受圧盤１８の間にはサーボモータ３５によって駆動される型開閉機構のトグルリンク２１が設けられている。そして可動盤２０の内部に型開閉機構とは別に型締機構の型締シリンダ２９が配設されている。

固定盤１７の上面には射出装置１２の加熱筒２２およびノズル２３が挿入される擂鉢状の穴２４が設けられ、その周囲に射出装置１２を昇降させるシフトシリンダ２５が２本設けられている。一方固定盤１７の下面には固定金型２６が固定されている。可動盤２０は、上方の第一可動盤２７と下方の第二可動盤２８の２枚の可動盤２０から形成され、いずれの可動盤２７，２８も四隅近傍がタイバ１９に挿通されている。第一可動盤２７の上面中央部には可動金型３２が取付けられ、第二可動盤２８は、背面中央部（下面中央部）にトグルリンク２１が取付けられ、内部に型締機構である型締シリンダ２９が配設されている。

型締機構について説明すると、型締シリンダ２９は復動シリンダであるが、ピストン３０は型締側の受圧面積の方が型開側の受圧面積よりも大きく設けられている。ピストン３０に固定されるラム３１の他端は、第一可動盤２７の背面（下面）に固定されている。また第一可動盤２７と第二可動盤２８の一方の側面には、両者の距離を測定する位置センサ３３（ＭＴＳセンサ）が配設されている。

前記ラム３１の直径は、成形されるディスク基板および可動金型３２のスタンパ６４の直径よりも大きく設けられている。また前記ラム３１のストロークは、型締時の移動分と金型変更時の型厚調整分であるので１０〜３０ｍｍ程度であり、従来の油圧式型締機構と比較して極めて少量の油で作動させることができる。また第一可動盤２７内およびラム３１内には図示は省略するがオスカッタ、突出ピン、およびエジェクタスリーブを作動させる油圧シリンダやエアシリンダとその管路等が設けられている。なお前記オスカッタ、突出ピン、およびエジェクタスリーブや、上記したシフトシリンダ２５については、すべてサーボモータとボールネジ機構により前後進するものとしてもよい。

型締シリンダ２９の油圧回路について説明すると、図３に示されるようには、モータにより作動するポンプ４１が設けられ、ポンプ４１から油が送られる管路４２は、チェックバルブ４３を介してカートリッジバルブ４４に接続されている。そしてカートリッジバルブ４４に到る途中の管路４２には前記カートリッジバルブ４４を作動させるパイロット管路４５が設けられ、パイロット管路４５には切換バルブ４６が配設されている。またカートリッジバルブ４４の先にはサーボバルブ４７が配設され、サーボバルブ４７のＡポートとＢポートは、管路４８、管路４９等を介して型締シリンダ２９の型開側油室５０と型締側油室５１に接続されている。そして前記型開側油室５０への管路４８には圧力センサ５２が取付けられ、型締側油室５１への管路４９には圧力センサ５３が取付けられている。またカートリッジバルブ４４への管路４２から分岐した管路５４には、アキュームレータ５５が接続されている。またポンプ４１とチェックバルブ４３との間の管路４２は圧力制御バルブ５６に接続されている。そしてポンプ４１、サーボバルブ４７、圧力制御バルブ５６等は、油圧タンク５７に接続されている。また前記切換バルブ４６、サーボバルブ４７、圧力制御バルブ５６、圧力センサ５２，５３等はそれぞれ縦型ディスク基板成形機１１の制御装置５８と電気的に接続されている。なお制御装置５８は、型開閉用サーボモータ３５、射出用サーボモータ７５、計量用サーボモータ７８の本体およびエンコーダともサーボアンプ等を介して電気的に接続されている。更には位置センサ３３とも電気的に接続されている。

型開閉機構について説明すると、図１、図２に示されるように、型開閉機構のトグルリンク２１は、一端が第二可動盤２８に取付けられ他端が第２リンク２１ｂに取付けられた第１リンク２１ａ、一端が受圧盤１８に取付けられ他端が前記第１リンク２１ａに取付けられ他端寄りが第３リンク２１ｃに取付けられた第２リンク２１ｂ、一端が第２リンク２１ｂに取付けられ、他端がクロスヘッド３４に取付けられた第３リンク２１ｃからなっている。また受圧盤１８の側方には型開閉機構の型開閉用サーボモータ３５がブラケットにより取付けられている。受圧盤１８には図示しないベアリングを介してボールネジ３６が垂直方向に回転自在に取付けられている。そしてボールネジ３６の下端にはプーリ３７が水平方向に取付けられ、前記型開閉用サーボモータ３５の駆動プーリ３８との間にタイミングベルト３９が配設されている。ボールネジ３６の上方にはクロスヘッド３４に固定されたボールネジナット４０が配設され、ボールネジ３６の回転によりボールネジナット４０とクロスヘッド３４が昇降移動されるようになっている。そして前記型開閉用サーボモータ３５には受圧盤１８に対する第二可動盤２８の位置を検出するエンコーダ３５ａが設けられている。

本実施形態の縦型ディスク基板成形機１１では、型開閉は型開閉用サーボモータ３５とトグルリンク２１等の組合せにより行い、型締は型締シリンダ２９により行うので型開閉用サーボモータ３５とトグルリンク２１を小型化できる。また本実施形態では、成形金型の厚みが変更されても型締シリンダ２９のストローク位置調整により対応可能なので、受圧盤１８の位置を移動させる型厚調整機構は取付けられていない。

図３に示されるように、固定金型２６はノズル２３が当接され射出される溶融樹脂が通過するスプルブッシュ６１、ゲートインサートブロック６２、固定鏡面板６３等を備えている。そしてゲートインサートブロック６２にはメスカッタが形成されている。また可動金型３２は、図示しない突出ピン、オスカッタ、エジェクタスリーブと、スタンパ６４の内周側を押える内周スタンパホルダ６５、スタンパ６４の外周側を押える外周スタンパホルダ６６、可動鏡面板６７等を備えている。そして型閉された際には前記外周スタンパホルダ６６の内孔に固定鏡面板６３の外周面が嵌合されて容積可変のキャビティ６８が形成されるようになっている。なおディスク基板成形金型としては、前記のものに限定されず、固定金型にスタンパが配設されたものでもよく、バネにより進退しディスク基板を形成する側面壁形成部が一方の金型に取付けられ、前記側面壁形成部の前面が他方の金型に当接してキャビティを形成するものでもよい。

図１、図２に示されるように、４本の枠部材１５における一方の２本の梁部材１６には射出装置１２の昇降移動をガイドするガイド部材７１が取付けられている。そしてガイド部材７１の上部側は軸７２により枠部材１５に対して旋回可能となっている。またガイド部材７１にはハウジングプレート７３とプッシャプレート７４が上下方向に摺動自在に取付けられている。ハウジングプレート７３の下面には加熱筒２２が下方に向けて固定されるとともに、上記シフトシリンダ２５のロッドがそれぞれ取付けられている。またハウジングプレート７３の両側に水平方向に張出した張出部には射出用サーボモータ７５がそれぞれ取付けられている。射出用サーボモータ７５の図示しないロータにはボールネジ７６が直結され、前記ボールネジ７６は、ハウジング内で軸支されるとともに上側はプッシャプレート７４に固定されたボールネジナット７７に回転自在に挿入されている。また加熱筒２２内に配設された図示しないスクリュの後端は、スクリュスリーブに接続され、スクリュスリーブが計量用サーボモータ７８のロータに直結されている。またハウジングプレート７３の他方面には樹脂材料を加熱筒２２内に投入する開口７９が形成され、フィードスクリュが配設された供給装置８０等を介して図示しない樹脂貯留部に接続されている。従って射出装置１２は、射出用サーボモータ７５の作動によりハウジングプレート７３に対してプッシャプレート７４が昇降移動し、それに従いスクリュスリーブおよびスクリュが前後進する。また計量用サーボモータ７８の作動により、スクリュスリーブを介してスクリュが回転される。

次に縦型ディスク基板成形機１１を用いたブルーレイディスク（登録商標）用のディスク基板（直径１２０ｍｍ、厚さ１．１ｍｍ、トラックピッチ０．３２μｍ：いずれの数値も許容成形誤差内のものを含む）の成形について説明する。本実施形態では、射出成形の一分野であって、射出時の射出圧により可動金型３２が僅かに後退しその後圧縮を加える射出圧縮成形によりディスク基板成形を行う。まず前回成形サイクルの型開閉中または型開時に可動盤２０内の型締シリンダ２９のピストン３０およびラム３１の位置が、最適な位置（偏移量Ｂ）となるように位置制御されている。型締シリンダ２９のピストン３０およびラム３１の位置制御は、第二可動盤２８に対する第一可動盤２７の位置を位置センサ３３により検出してサーボバルブ４７を制御してクローズドループ制御される。またこの際、型開側油室５０と型締側油室５１の両方の油室に圧力は一定圧以上となっている。また冷却工程時や前記型締シリンダ２９への油の封じ込め後などには、ポンプ４１から送られる油がアキュームレータ５５に蓄圧される。

次に制御装置５８から型閉信号が送信されることにより型開閉機構の型開閉用サーボモータ３５が作動されボールネジ３６が回転されると、ボールネジナット４０およびクロスヘッド３４の上昇とともにトグルリンク２１が伸長される。そしてトグルリンク２１が設定された位置まで伸長されたことがエンコーダ３５ａにより検出されると型開閉用サーボモータ３５を停止させサーボロック（位置保持）して、型閉が完了する。型閉完了位置におけるトグルリンク２１の状態は、トグルリンク２１が完全に一直線に伸長される直前であってトグルリンク２１が僅かに内側に屈曲された状態である。そして上記したように第二可動盤２８に対する第一可動盤２７の位置は、既に型締シリンダ２９により位置決め制御されているから、型閉完了により固定金型２６と可動金型３２の間にキャビティ６８が形成される。この際の型締力は一例として１０〜１００ｋＮと比較的低圧となっている。

そして次に前回の成形時から固定金型２６に常時ノズルタッチしている射出装置１２のノズル２３から３４０〜３８０℃、射出速度１００〜４００ｍｍ／ｓｅｃ、射出圧力１０〜６０ＭＰａのポリカーボネートの溶融樹脂をキャビティ６８内に射出する。この際の可動金型３２は型閉完了位置に位置保持されているが射出圧により、僅かに後退する。しかし前記可動金型３２等の後退分は、型締シリンダ２９のストロークによりほとんど吸収される。従ってトグルリンク２１は設定された伸長した状態のままであるので、第一可動盤２７と受圧盤１８との位置関係はほとんど変化なく、サーボモータ３５に大きな負荷がかかることはない。

次に射出開始から僅かに遅れて射出装置１２のスクリュが所定位置に前進したことが検出されると、制御装置５８から切換バルブ４６に対して信号が送られ、カートリッジバルブ４４が開放され、アキュームレータ５５に蓄圧された油とポンプ４１からの油がサーボバルブ４７を介して型締シリンダ２９の型締側油室５１に向けて送油される。そして型開側油室５０の油はサーボバルブ４７を介してドレンに落とされる。この際アキュームレータ５５を用いることにより、０．０３〜０．０７秒で型締シリンダ２９の圧力センサ５３の値が所定の設定値の１６〜１９ＭＰａとなるまで昇圧可能となる。そのため型締シリンダ２９のラム３１は射出圧に打勝って高速で前進され、同時に可動金型３２の鏡面板６７が、図３において一点鎖線で示される位置まで前進される。よってキャビティ６８内の溶融樹脂を急速に圧縮と延展させ良好な転写成形ができる。またラム３１によりキャビティ６８内の溶融樹脂に対して直接加圧をすることができるので、第一可動盤２７が反ることがなく、ラム３１の形状および断面積を選択することにより、最良の押圧面積を選択できる。なお本実施形態では水平方向に形成されたキャビティ６８に溶融樹脂が延展されるので重力の影響により不均一なディスクが成形されることがない。

そして型締シリンダ２９の圧力が前記所定の設定値に到達したことが圧力センサ５３（または圧力センサ５２，５３の差圧）により検出されると、その後は圧力センサ５２，５３の差圧を検出しサーボバルブ４７をクローズドループ制御する圧縮制御（多段圧力フィードバック制御）がなされる。この際に型締シリンダ２９により発生する型締力の最高値は、３００〜７００ｋＮであり、溶融樹脂に対する面圧としては２６ＭＰａ〜６２ＭＰａ程度である。またこの際、射出力に打勝つ形でラム３１が前進されることにより型締力が上昇され、その結果タイバ１９が伸長され受圧盤１８が僅かに下降（後退）する。

上記のように射出圧縮制御時に急速に型締圧力を上昇させるためには、トグルリンクとサーボモータのみを用いた型締機構で行うよりも、サーボバルブ４７によって制御される型締シリンダ２９で昇圧を行う方が、短い時間で所望の型締力またはキャビティ内圧が得られる。その結果、キャビティ６８内で良好な転写成形ができるのでディスク基板には望ましい。そしてキャビティ６８内の圧縮とともに射出装置１２側は保圧を行う。また保圧中に可動金型３２のオスカッタが前進してゲートカットが行われる。キャビティ６８内の溶融樹脂の冷却時間が終了すると型締シリンダ２９の圧抜が行われる。それと前後して固定金型２６および可動金型３２から離型エアが噴出される。そして型開閉用サーボモータ３５によりトグルリンク２１が作動され、型開が行われる。成形されたディスク基板は可動金型３２側に取り出され、その後エジェクタスリーブおよび突出ピンにより更に突き出されるとともに、図示しない取出ロボットにより取出される。そして前記のように型締シリンダ２９のラム３１が所定の位置に戻される。

本発明については、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。縦型ディスク基板成形機１１は設置面積の点やキャビティ６８内の溶融樹脂が重力の影響を受けずに均一なディスク基板を成形する上で有利であるが、水平方向に可動盤および可動金型が移動する横型ディスク成形機に本発明を用いても良い。また本実施形態では、下方に向けて射出装置が設けられた縦型ディスク基板成形機について説明したが、射出装置の向きは加熱筒が水平方向に設けられ、ノズルが直角方向に屈曲して下方に向けて設けられたものや水平方向にノズルが設けられ金型内でキャビティへ導かれるものでもよい。更には下方に射出装置が設けられ、上方に型締装置が設けられたものでもよい。

またサーボモータによって駆動される型開閉機構としては、ボールネジとボールナットの組合せによりトグルリンクを用いずに型開閉するもの、クランク機構を用いるもの、リニア直動機構を用いるものなど他の方式であってもよい。

また本実施形態ではブルーレイディスク用のディスク基板の成形について記載したが他のディスク基板の成形にも用いることができる。そしてトグルリンクで型閉した際に成形されるディスク基板の板厚以上に固定金型と可動金型の間隔が僅かに開いた状態でキャビティを形成し、溶融樹脂を射出後に型締シリンダにより可動金型を前進させてキャビティ内の溶融樹脂を圧縮する射出圧縮成形の一分野である射出プレスについても、本発明に使用することができる。射出プレスによる成形は、厚さが薄いＤＶＤ等のディスク基板の成形に特に好適に用いられる。射出プレス成形では停止位置から急速に可動金型を前進させるので、通常のトグルリンク機構のみの場合、トグルリンクが屈曲した状態からトグルリンクを伸長させるのにサーボモータに大きな負荷がかかる。しかし本発明ではトグルリンクは既に伸長している状態から型締シリンダを前進させるので、サーボモータの負荷が少ない。また射出と型締側の圧縮の関係は、射出と同時に可動金型を圧縮制御を開始するもの、射出中に圧縮制御を開始するもの、射出後に圧縮制御を開始するものなど各種のタイミングのものが含まれる。

本実施形態のディスク基板成形機の正面図であって型開時の状態を示す図である。本実施形態のディスク基板成形機の正面図であって型閉時の状態を示す図である。本実施形態のディスク基板成形機の要部の拡大断面図である。

符号の説明

１１縦型ディスク基板成形機
１３型締装置
１７固定盤
２０可動盤
２１トグルリンク
２６固定金型
２７第一可動盤
２８第二可動盤
２９型締シリンダ
３１ラム
３２可動金型
３５型開閉用サーボモータ

Claims

固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出してディスク基板を成形するディスク基板成形機において、
サーボモータによって駆動される型開閉機構と、
サーボバルブによって駆動される型締シリンダを備えた型締機構とが設けられ、
第一可動盤に前記可動金型が配設され、
型開閉機構を構成するトグルリンクが背面に取付けられる第二可動盤に前記型締シリンダが配設され、該型締シリンダのラムが前記第一可動盤の背面に固定され、
前記型締シリンダにはアキュームレータが接続され、前記アキュームレータに蓄圧された油により型締シリンダの昇圧を行い、キャビティ内の溶融樹脂を加圧することを特徴とするディスク基板成形機。
前記ラムの直径は成形されるディスクの直径よりも大きく設けられていることを特徴とする請求項１に記載のディスク基板成形機。
固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出してディスク基板を成形するディスク基板成形方法において、
サーボモータによって駆動される型開閉機構と、
サーボバルブによって駆動される型締シリンダを備えた型締機構とが設けられ、
第一可動盤に前記可動金型が配設され、
型開閉機構を構成するトグルリンクが背面に取付けられる第二可動盤に前記型締シリンダが配設され、該型締シリンダのラムが前記第一可動盤の背面に固定され、
前記ラムの直径は成形されるディスクの直径よりも大きく設けられ、前記型締シリンダにはアキュームレータが接続され、アキュームレータに蓄圧された油により型締シリンダの昇圧を行い、キャビティ内の溶融樹脂を加圧することを特徴とするディスク基板成形方法。