JP6640151B2 - モールディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を樹脂でモールディングするモールディング装置に関する。

デバイスが実装されている回路基板を樹脂でモールディングすることが、電子工業分野で広く行われている。そのためのモールディング装置が、各種提案されてきた（例えば、特許文献１（図１）参照）。

特許文献１を図８に基づいて説明する。
図８（ａ）は従来のモールディング装置の断面図であり、回路基板１０１は、一端にコネクタ１０２を備えている。このような回路基板１０１及びコネクタ１０２を、金型１０３のキャビティ１０４にインサートし、キャビティ１０４に樹脂１０５を射出することで、モールディングされた回路基板１０１を得ることができる。

図８（ｂ）は図８（ａ）の要部拡大図であり、コネクタ１０２は、一面が開放されたボックスである。五面体であるため、コネクタ１０２は、奥壁部１０２ａと、この奥壁部１０２ａから開口１０２ｂに向かって延びる天井部１０２ｃ、床部１０２ｄ及び２つの側壁部１０２ｅとからなる。

奥壁部１０２ａは貫通するピン１０６を支えるため厚肉とされ、剛性が高い。対して、天井部１０２ｃ、床部１０２ｄ及び２つの側壁部１０２ｅは、ピン１０６を支える必要がないため、奥壁部１０２ａに比較して薄肉とされ剛性が低い。
結果、樹脂１０５の圧力で、天井部１０２ｃ、床部１０２ｄ及び２つの側壁部１０２ｅは、想像線Ｃ、Ｃで示すように、撓む。このままで、樹脂１０５が凝固するため、コネクタ１０２に変形が残り、製品品質が低下する。

製品品質を維持するために、樹脂１０５の射出圧を下げる対策と、天井部１０２ｃなどを厚肉にする対策が考えられる。
射出圧を下げると、細部への樹脂流れが困難になり、製品品質が低下する。
また、厚肉にするとコネクタ１０２の質量が増し、製品コストが高騰する。

しかし、製品品質の維持と製品コストの低減が求められる中、コネクタのように一面が開放されたボックス状のデバイスを備える基板のモールディングに適したモールディング装置が望まれる。

特開平１０−２２３６６７号公報

本発明は、ボックス状のデバイスを備える基板に樹脂モールドを施すに当たり、デバイスが樹脂圧で潰れないようにすることができるモールディング装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、金型のキャビティに基板をインサートし、前記基板を樹脂でモールディングするモールディング装置であって、
前記基板は、一面が開放されたボックス状のデバイスを備え、
前記キャビティは、モールディングに供するモールディング空間と、前記デバイスの開口に連通するサブ空間とを含み、前記モールディング空間にのみ前記樹脂が射出され、
前記金型は、前記サブ空間に調圧された加圧空気を供給する加圧空気供給機構を備えており、
前記加圧空気供給機構は、加圧空気を供給する空気源と、この空気源と前記サブ空間とを繋ぐ給気路と、この給気路に介設される給気弁と、前記サブ空間と外部空間とを繋ぐ排気路と、この排気路に介設される排気弁と、前記モールディング空間の圧力を検出して第１圧力情報を発する第１圧力センサと、前記サブ空間の圧力を検出して第２圧力情報を発する第２圧力センサと、前記第１圧力情報に前記第２圧力情報が追従するように前記給気弁及び排気弁を制御する制御部とからなることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、金型のキャビティに基板をインサートし、前記基板を樹脂でモールディングするモールディング装置であって、
前記基板は、一面が開放されたボックス状のデバイスを備え、
前記キャビティは、モールディングに供するモールディング空間と、前記デバイスの開口に連通するサブ空間とを含み、前記モールディング空間にのみ前記樹脂が射出され、
前記金型は、前記サブ空間に調圧された加圧空気を供給する加圧空気供給機構を備えており、
前記加圧空気供給機構は、空気を圧縮するピストン形のエアポンプと、このエアポンプを駆動するエアシリンダ又は油圧シリンダと、前記エアポンプと前記サブ空間とを繋ぐ給気路と、前記サブ空間と外部空間とを繋ぐ排気路と、この排気路に介設される排気弁と、前記モールディング空間の圧力を検出して第１圧力情報を発する第１圧力センサと、前記サブ空間の圧力を検出して第２圧力情報を発する第２圧力センサと、前記第１圧力情報に前記第２圧力情報が追従するように前記エアシリンダ又は油圧シリンダ及び前記排気弁を制御する制御部とからなることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載のモールディング装置であって、
前記金型は、固定型と可動型とからなり、
前記サブ空間を囲う部位にて、前記固定型と前記可動型との間にパッキンが設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、金型は、サブ空間に調圧された加圧空気を供給する加圧空気供給機構を備えているため、射出時の樹脂の圧力に対応した圧力を加圧空気供給機構により、デバイス内に付与することができる。すなわち、デバイスの天井部の一方の面に掛かる圧力と他方の面に掛かる圧力をバランスさせることができ、天井部の撓みを防止することができる。デバイスの床部や２つの側壁部も同様に、撓みを防止することができる。

均圧させるため、射出圧は高くてもよく、樹脂を細部まで流すことができ、製品品質を高めることができる。
また、撓みが発生しないため、デバイスを薄肉にすることができ、製品コストを下げることができる。
よって、本発明によれば、ボックス状のデバイスを備える基板に樹脂モールドを施すに当たり、デバイスが樹脂圧で潰れないようにすることができるモールディング装置が提供される。

加えて、請求項１に係る発明では、加圧空気供給機構は、空気源と、給気路と、給気弁と、排気路と、排気弁と、モールディング空間の圧力を検出して第１圧力情報を発する第１圧力センサと、サブ空間の圧力を検出して第２圧力情報を発する第２圧力センサと、第１圧力情報に第２圧力情報が追従するように給気弁及び排気弁を制御する制御部とからなり、給気弁及び排気弁で精度の良い細かな圧力制御が実施できる。

請求項２に係る発明では、金型は、サブ空間に調圧された加圧空気を供給する加圧空気供給機構を備えているため、射出時の樹脂の圧力に対応した圧力を加圧空気供給機構により、デバイス内に付与することができる。すなわち、デバイスの天井部の一方の面に掛かる圧力と他方の面に掛かる圧力をバランスさせることができ、天井部の撓みを防止することができる。デバイスの床部や２つの側壁部も同様に、撓みを防止することができる。
均圧させるため、射出圧は高くてもよく、樹脂を細部まで流すことができ、製品品質を高めることができる。
また、撓みが発生しないため、デバイスを薄肉にすることができ、製品コストを下げることができる。
よって、本発明によれば、ボックス状のデバイスを備える基板に樹脂モールドを施すに当たり、デバイスが樹脂圧で潰れないようにすることができるモールディング装置が提供される。
加えて、請求項２に係る発明では、加圧空気供給機構は、エアポンプと、エアシリンダ又は油圧シリンダと、給気路と、排気路と、この排気路に介設される排気弁と、モールディング空間の圧力を検出して第１圧力情報を発する第１圧力センサと、サブ空間の圧力を検出して第２圧力情報を発する第２圧力センサと、第１圧力情報に第２圧力情報が追従するようにエアシリンダ又は油圧シリンダ及び排気弁を制御する制御部とからなり、エアシリンダ又は油圧シリンダは迅速な作動が可能であるため、レスポンスのよい圧力制御が実施できる。

請求項３に係る発明では、サブ空間を囲う部位にて、固定型と可動型との間にパッキンが設けられている。パッキンの潰し代だけサブ空間を、樹脂の射出前に加圧することができ、ボックス状のデバイスの撓み発生をより確実に防止することができる。

本発明に係るモールディング装置の基本構成図である。 図１に示すモールディング装置の作用を説明するフロー図である。 変更例に係るモールディング装置の基本構成図である。 図３に示すモールディング装置の作用を説明するフロー図である。 図４の補足図である。 更なる変更例に係るモールディング装置の基本構成図である。 図６に示すモールディング装置の作用を説明するフロー図である。 従来のモールディング装置の断面図及び要部拡大図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、モールディング装置１０は、金型２０と、この金型２０に付設された加圧空気供給機構４０とを基本要素とする。
金型２０は、例えば、固定型２１と、この固定型２１に型合わせする可動型２２とからなる。固定型２１側に、スプルー２３及び製品を突出すエジェクタピン２４が備えられ、可動型２２側に位置決めピン２５、２５が備えられている。

基板３０の一端に、一面が開放されたボックス状のデバイス３１が実装されている。デバイス３１は、奥壁部３２と天井部３３と床部３４と２つの側壁部３５とからなる五面体である。
デバイス３１は、例えばコネクタであり、材質が例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、天井部３３と床部３４と２つの側壁部３５の肉厚が１ｍｍ程度である。

このようなデバイス３１を含む基板３０は、金型２０のキャビティ２６にインサートされ、位置決めピン２５、２５で位置決めされる。
キャビティ２６は、モールディングに供するモールディング空間２７と、デバイス３１の開口３６に連通するサブ空間２８とを含む。

加圧空気供給機構４０は、例えば、サブ空間２８から外へ延びる共用路４１と、加圧空気を供給する空気源４２と、共用路４１を介して空気源４２とサブ空間２８とを繋ぐ給気路４３と、この給気路４３に介設される給気弁４４と、共用路４１を介してサブ空間２８と外部空間４５とを繋ぐ排気路４６と、この排気路４６に介設される排気弁４７と、固定型２１に内蔵されモールディング空間２７の圧力を検出して第１圧力情報を発する第１圧力センサ４８と、共用路４１に付設されサブ空間２８の圧力を検出して第２圧力情報を発する第２圧力センサ４９と、第１圧力情報に第２圧力情報が追従するように給気弁４４及び排気弁４７を制御する制御部５１とからなる。

以上の構成からなるモールディング装置１０の作用を、図２のフロー図に基づいて説明する。
図２のステップ（ＳＴと略記する。）０１で、予め給気弁を閉じ、排気弁を開いておく。これにより、キャビティは大気圧となる。
この状態で金型を開き（ＳＴ０２）、固定型にデバイス付き基板をインサートし（ＳＴ０３）、金型を閉じる（ＳＴ０４）。これで図１の形態が得られる。

次に、給気弁を開き、排気弁を閉じ、圧力制御を開始する（ＳＴ０５）。
圧力制御は、第１圧力センサ４８が検出し発生する第１圧力情報（モールディング空間２７の圧力）に、第２圧力センサ４９が検出し発生する第２圧力情報（サブ空間２８の圧力）が追従するように、給気弁４４の開度を調節する。

追従とは第２圧力情報が第１圧力情報に合致するか、又は第２圧力情報が（第１圧力情報＋α）となるようにするか、若しくは第２圧力情報が（第１圧力情報−β）となるようにすることをいう。α、βは共に正の値である。
デバイス３１は、薄肉であってもある程度の剛性を有する。よって、ある程度の圧力差（α、β）が許容される。

圧力制御を実施しつつ、型締めを行う（ＳＴ０６）。型締めが完了したら、モールディング空間２７へ樹脂を射出し（ＳＴ０７）、保圧する（ＳＴ０８）。

射出により、モールディング空間２７の圧力が上昇するが、加圧空気供給機構４０により、サブ空間２８の圧力がモールディング空間２７の圧力（樹脂圧力）とほぼ等しくなるように制御される。
そのため、デバイス３１の内外がほぼ同圧になるため、樹脂圧力でデバイス３１が撓む心配はない。

保圧段階で、樹脂は溶融状態から凝固状態に変化する。凝固が完了した頃に、給気弁を閉じ、排気弁を開いて、圧力制御を終了する（ＳＴ０９）。そして、金型を開き（ＳＴ１０）、製品を取り出す（ＳＴ１１）。
以上により、寸法精度が良好な製品が得られる。

次に、変更例を、図３〜図５に基づいて説明する。
図３に示すモールディング装置１０Ｂでは、サブ空間２８を囲う部位にて、固定型２１と可動型２２の間にパッキン５３が配置されている。例えば、パッキン５３は、可動型２２に嵌めておく。その他は、図１に同一であるため、図１と共通の要素は、符号を流用し詳細な説明は省略する。

以上の構成からなるモールディング装置１０Ｂの作用を、図４のフロー図及び図５の補足図に基づいて説明する。図４に示すフローは、図２とかなりの部分が共通するが、正確を期すために、ステップの全てを説明する。

図４のＳＴ２１で、予め給気弁を閉じ、排気弁を開いておく。キャビティは大気圧となる。
この状態で金型を開き（ＳＴ２２）、固定型にデバイス付き基板をインサートし（ＳＴ２３）、金型を閉じる（ＳＴ２４）。

ＳＴ２４の初期段階では、図５（ａ）に示すように、固定型２１に可動型２２が当たる前に、パッキン５３が固定型２１に接触する。可動型２２の型合い面からパッキン５３は距離Ｓだけ突出している。距離Ｓはパッキン５３の潰し代に相当する。パッキン５３の内面の周長さに距離Ｓを乗じて得られる密閉空間の容積をＶ１とする。
この時点で、排気弁を閉じる（ＳＴ２５）。なお、給気弁はＳＴ２１で閉じられている。

次に、型締めを実施する（ＳＴ２６）。
すると、図５（ｂ）のように、固定型２１に可動型２２が密着し、結果、容積Ｖ１は０になる。サブ空間２８の圧力は、容積が変化した分だけ、上昇する。すなわち、図５（ａ）ではサブ空間２８の圧力が大気圧であったものが、図５（ｂ）では大気圧を超えた圧力Ｐｇになる。

続いて、給気弁を開き、圧力制御を開始する（ＳＴ２７）。圧力制御の詳細は、図２に基づいて既に説明したので、ここでは省略する。

圧力制御を実施しつつ、モールディング空間へ樹脂を射出し（ＳＴ２８）、保圧する（ＳＴ２９）。

射出により、モールディング空間２７の圧力が上昇するが、加圧空気供給機構４０により、サブ空間２８の圧力がモールディング空間２７の圧力より若干高圧に制御される。
そのため、デバイス３１が撓む心配はない。

保圧段階で、樹脂は溶融状態から凝固状態に変化する。凝固が完了した頃に、給気弁を閉じ、排気弁を開いて、圧力制御を終了する（ＳＴ３０）。そして、金型を開き（ＳＴ３１）、製品を取り出す（ＳＴ３２）。

次に、更なる変更例を、図６及び図７に基づいて説明する。
図６に示すモールディング装置１０Ｃでは、空気源（図１、符号４２）及び給気弁（図１、符号４４）の代わりに、空気を圧縮するピストン５５を内蔵するエアポンプ５６と、このエアポンプ５６を駆動する（具体的には、ピストン５５を前後進させる）エアシリンダ５７（又は油圧シリンダ）を配置した。
その他は、図１に同一であり、図１と共通の要素は、符号を流用し詳細な説明は省略する。

以上の構成からなるモールディング装置１０Ｃの作用を、図７のフロー図に基づいて説明する。図７に示すフローは、図２とかなりの部分が共通するが、正確を期すために、ステップの全てを説明する。

図７のＳＴ４１で、予め排気弁を開いておく。キャビティは大気圧となる。
この状態で金型を開き（ＳＴ４２）、固定型にデバイス付き基板をインサートし（ＳＴ４３）、金型を閉じる（ＳＴ４４）。

続いて、排気弁を閉じ（ＳＴ４５）、圧力制御を開始する（ＳＴ４６）。圧力制御の詳細は、図２で説明済みであるため、ここでは省略する。

次に、型締めを行い（ＳＴ４７）、圧力制御を実施しつつ、モールディング空間へ樹脂を射出し（ＳＴ４８）、保圧する（ＳＴ４９）。

射出により、モールディング空間２７の圧力が上昇するが、加圧空気供給機構４０により、サブ空間２８の圧力がモールディング空間２７の圧力とほぼ同圧に制御される。
そのため、デバイス３１が撓む心配はない。

保圧段階で、樹脂は溶融状態から凝固状態に変化する。凝固が完了した頃に、排気弁を開いて、圧力制御を終了する（ＳＴ５０）。そして、排気弁を開き（ＳＴ５１）、金型を開き（ＳＴ５２）、製品を取り出す（ＳＴ５３）。

図１に示すモールディング装置１０では、サブ空間２８の圧力を、主として給気弁４４の弁開度調節により実施した。弁開度は無段階に行えるため、精度の良い細かな圧力制御が可能となる。

一方、図６に示すモールディング装置１０Ｃでは、サブ空間２８の圧力を、主としてエアシリンダ５７（又は油圧シリンダ）のストローク調節により実施した。エアシリンダ５７（又は油圧シリンダ）は、迅速に作動するため、レスポンスの良い圧力制御が可能となる。

尚、実施例では、排気弁４７は、全開と全閉の形態で使用するため、安価なオンオフバルブが採用できる。しかし、排気弁４７は給気弁４４と同様に制御弁であってもよい。

また、デバイス３１は、一面が開口する五面体であればよく、コネクタに限定されるものではない。
また、基板３０は、回路基板の他、単なる平板や構造が複雑な立体物であってもよく、形状や用途は格別に限定されるものではない。

本発明は、コネクタが実装された基板に樹脂モールドを施すモールディング装置に好適である。

１０、１０Ｂ、１０Ｃ…モールディング装置、２０…金型、２１…固定型、２２…可動型、２６…キャビティ、２７…モールディング空間、２８…サブ空間、３０…基板、３１…デバイス、３６…デバイスの開口、４０…加圧空気供給機構、４２…空気源、４３…給気路、４４…給気弁、４５…外部空間、４６…排気路、４７…排気弁、４８…第１圧力センサ、４９…第２圧力センサ、５１…制御部、５３…パッキン、５５…ピストン、５６…エアポンプ、５７…エアシリンダ。

Claims (3)

1. 金型のキャビティに基板をインサートし、前記基板を樹脂でモールディングするモールディング装置であって、
   前記基板は、一面が開放されたボックス状のデバイスを備え、
   前記キャビティは、モールディングに供するモールディング空間と、前記デバイスの開口に連通するサブ空間とを含み、前記モールディング空間にのみ前記樹脂が射出され、
   前記金型は、前記サブ空間に調圧された加圧空気を供給する加圧空気供給機構を備えており、
   前記加圧空気供給機構は、加圧空気を供給する空気源と、この空気源と前記サブ空間とを繋ぐ給気路と、この給気路に介設される給気弁と、前記サブ空間と外部空間とを繋ぐ排気路と、この排気路に介設される排気弁と、前記モールディング空間の圧力を検出して第１圧力情報を発する第１圧力センサと、前記サブ空間の圧力を検出して第２圧力情報を発する第２圧力センサと、前記第１圧力情報に前記第２圧力情報が追従するように前記給気弁及び排気弁を制御する制御部とからなることを特徴とするモールディング装置。
2. 金型のキャビティに基板をインサートし、前記基板を樹脂でモールディングするモールディング装置であって、
   前記基板は、一面が開放されたボックス状のデバイスを備え、
   前記キャビティは、モールディングに供するモールディング空間と、前記デバイスの開口に連通するサブ空間とを含み、前記モールディング空間にのみ前記樹脂が射出され、
   前記金型は、前記サブ空間に調圧された加圧空気を供給する加圧空気供給機構を備えており、
   前記加圧空気供給機構は、空気を圧縮するピストン形のエアポンプと、このエアポンプを駆動するエアシリンダ又は油圧シリンダと、前記エアポンプと前記サブ空間とを繋ぐ給気路と、前記サブ空間と外部空間とを繋ぐ排気路と、この排気路に介設される排気弁と、前記モールディング空間の圧力を検出して第１圧力情報を発する第１圧力センサと、前記サブ空間の圧力を検出して第２圧力情報を発する第２圧力センサと、前記第１圧力情報に前記第２圧力情報が追従するように前記エアシリンダ又は油圧シリンダ及び前記排気弁を制御する制御部とからなることを特徴とするモールディング装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のモールディング装置であって、
   前記金型は、固定型と可動型とからなり、
   前記サブ空間を囲う部位にて、前記固定型と前記可動型との間にパッキンが設けられていることを特徴とするモールディング装置。

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