JPH1119991A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、従来のサーボモー
タ利用射出成形機では不可能であった超精密成形を可能
にする新たな射出成形機の開発にある。 【解決手段】 精密成形のコア圧縮射出成形方法に
用いられる射出成形機(A)であって、計量樹脂(3a)の金
型キャビティ(2)への射出、混練樹脂(3b)の計量、金型
(1)の型開閉、金型(1)内に配設されたコア型(5)の開
閉、金型キャビティ(2)への計量樹脂(3a)の充填後のゲ
ートカット、ゲートカット後のコア型(5)による充填樹
脂(3)の圧縮の各駆動源にサーボモータ(11)(12)(31)及
び(40)を使用した事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は射出成形工程の各駆動源
としてサーボモータを使用し、更にはその圧縮機構にト
グル機構を使用した超精密成形用射出成形機に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータをその各工程の駆動源とし
た射出成形機は現在既に多用されている。しかしなが
ら、その場合でも計量樹脂の金型キャビティへの射
出、混練樹脂の計量、金型の型開閉などの各駆動源
にサーボモータを使用した程度がせいぜいである。処
が、最近ではデータ処理、映像や音楽を始め各種の分野
でデジタル技術が普遍化し、その当然の帰結として例え
ばＣＤやＭＤ或いはＤＶＤというようなデジタル基板が
実用化されてきた。特にＤＶＤ基板においては金型に刻
設された超微細な凹凸を正確に成形品に転写することが
要求されるようになり、従来のような射出成形機では到
底役に立たず、新たにコア型を使用する射出成形機が開
発された。このような射出成形機にあっては次のような
事が基板精度を左右する事になる。

【０００３】例えば光ディスク基板の成形を例に取る
と、成形品のソリ、異物の付着、ボイド、ガスヤケ、成
形サイクルなどが極めて重要なファクタとなるが、とり
わけ最大の課題が超微細ピッチ、深さのピット転写
性、５０ｎｍ以下という複屈折の実現であり、（光弾
性係数×主応力差「＝剪断応力＋熱応力」）を緩和する
ことで複屈折を抑制する事が出来る。

【０００４】さて、基板成形において、微細凹凸の転写
性を妨げる要因として、マイクロボイド、マイクロ
フローマークが挙げられる。微細凹凸に沿って樹脂が流
れると、微細凹凸の壁の前後において樹脂流に空気の巻
き込み現象が生じ、微細空気溜まりを形成する。この微
細空気溜まりが転写性低下の原因となるもので、その対
策としては高速充填による樹脂の固化を極力抑えて充填
を完了する事である。また、射出圧縮のタイミングも重
要なファクタとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように考えてくる
と、これらの事項を過不足なく達成するためには従来の
サーボモータ利用射出成形機では不可能であり、新たな
射出成形機の開発が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】『請求項１』は「精密成
形のコア圧縮射出成形方法に用いられる射出成形機(A)
であって、計量樹脂(3a)の金型キャビティ(2)への射
出、混練樹脂(3b)の計量、金型(1)の型開閉、金型(1)内
に配設されたコア型(5)の開閉、金型キャビティ(2)への
計量樹脂(3a)の充填後のゲートカット、ゲートカット後
のコア型(5)による充填樹脂(3)の圧縮の各駆動源にサー
ボモータ(11)(12)(31)及び(40)を使用した」事を特徴と
する。

【０００７】これによれば、射出作業の全ての動作がサ
ーボモータ(11)(12)(31)及び(40)によって制御されてい
るので、そのタイミングや射出速度、加圧速度、加圧圧
力その他全てを自在にコントロールする事が出来、超微
細凹凸の成形品への転写性を格段に向上させる事が出来
る事は勿論、サーボモータ(11)(12)(31)及び(40)に複合
動作を行わせる事が出来るためサイクルアップも可能と
なる。

【０００８】『請求項２』は「コア型(5)による充填樹
脂(3)の圧縮機構としてトグル機構(T2)を使用した」事
を特徴とするものである。コア型(5)による充填樹脂(3)
の圧縮は、金型(1)の型締力とほぼ同じ力が必要となる
が、これによりコア型(5)の圧縮圧力は、金型(1)の型締
圧力とほぼ同じ力とする事が出来る。

【０００９】『請求項３』は「トグル機構(T2)を構成す
るアーム(47)同士の回転接続部(H2)にベアリング(46)を
使用した」事を特徴とする。超精密成形にあっては、コ
ア型(5)の微細凹凸形成面(5a)の精度は言うに及ばず、
コア型(5)の動きも極めて精密且つ円滑でなければなら
ず、ベアリング(46)を使用する事により、金属滑り軸受
け使用の従来例のトグル機構の欠点であった回転接続部
(H2)でのガタ発生や動きの不規則性を解消する事が出来
た。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述す
る。なお、添付図面中、図１、２は上下別の状態が記載
されている。さて、本発明の射出成形機(A)は図１に示
すように射出機構部(a)と金型機構部(b)とに大別され
る。射出機構部(a)は、スクリュ(4)を前進・後退させる
ための駆動機構部(10)、スクリュ(4)を回転させる回転
用サーボモータ(11)、スクリュ(4)を前進・後退させる
射出用サーボモータ(12)、原料樹脂混練及び射出用のス
クリュ(4)、スクリュ(4)が進退・回転可能収納されてい
る射出シリンダ(13)、射出シリンダ(13)に巻設されたヒ
ータ(14)、スクリュ(4)と駆動機構部(10)との間に配設
され、スクリュ(4)に掛かる圧力を検出している射出用
ロードセル(15)、原料供給ホッパ(16)並びに各サーボモ
ータ(11)(12)に装着されているパルス発生装置(11a)(12
a)とで構成されている。

【００１１】次に金型機構部(b)に付いて説明する。金
型(1)は移動・固定金型(1a)(1b)で構成されており、固
定ダイプレート(17)に固定金型(1b)が装着され、移動ダ
イプレート(18)に移動金型(1a)が装着されている。移動
ダイプレート(18)にはコア型開閉トグル機構(T2)が取り
付けられており、コア型開閉トグル機構(T2)のハウジン
グ(50)と、タイバー(19)の一端が固定されているテイル
ストック(20)との間に金型開閉トグル機構(T1)が配設さ
れている。

【００１２】移動金型(1a)にはガイド孔(29)が形成され
ており、該ガイド孔(29)にコア型(5)がスライド自在に
配設されており、コア型(5)と固定金型(1b)との間に金
型キャビティ(2)が形成される。コア型(5)の金型キャビ
ティ(2)側の面(5a)には例えばＣＤやＤＶＤ用の微細な
凹凸が形成してあり、側微細凹凸刻設面(5a)は超鏡面加
工のような極めて高い平滑度（例えばＲmax０.０１μ
ｍ、平面度＝０.１μｍ）が要求され、平行度は例えば
０.００５ｍｍ以下、コア型(5)とガイド孔(5a)との同軸
度は例えば０.００５ｍｍなど極めて高い精度が要求さ
れる。更に、コア型(5)の中心にはゲートカットピン(3
0)がスライド自在に配設されている。

【００１３】次に金型開閉トグル機構(T1)に付いて説明
する。テイルストック(20)には金型制御サーボモータ(3
1)が取り付けられており、その回転駆動軸に取り付けら
れた駆動プーリ(32)と、テイルストック(20)にベアリン
グを介して回転自在に配設された従動プーリ(34)とを接
続している。前記金型制御サーボモータ(31)にはパルス
発生装置(31a)が装着されている。従動プーリ(34)には
雄ネジ棒(30a)が進退自在に螺装されており、前記雄ネ
ジ棒(30a)の突出端が金型開閉クロスヘッド(35)に取り
付けられている。金型開閉トグルは長短各アーム(36)を
リンク機構に接続したもので、その一端はテイルストッ
ク(20)に回動自在に接続され、他端はハウジング(50)に
回動自在に接続され、更にもう一つの端部は金型開閉ク
ロスヘッド(35)に取り付けられている。このリンク機構
は公知の技術であるからこれ以上の詳細は省く。

【００１４】次にコア型開閉トグル機構(T2)に付いて説
明する。コア型開閉トグル機構(T2)の前端部分を構成す
るハウジング(49)は移動ダイプレート(18)に接続されて
おり、更にコア型開閉トグルを介して後端部分を構成す
るハウジング(50)に接続されている。ハウジング(50)に
はコア型制御サーボモータ(40)が取着されており、その
回転駆動軸に装着された駆動プーリ(41)と、ハウジング
(50)にベアリングを介して回動自在に保持された従動プ
ーリ(43)とが伝達ベルト(42)にて接続されている。従動
プーリ(43)は作動ナット(45)に取り付けられており、こ
の作動ナット(45)にはコア作動用ネジ棒(44)が進退自在
に螺装されている。このコア作動用ネジ棒(44)にはゲー
トカットピン(30)に連なる中間ピン(30b)がスライド自
在に挿通されており、その先端は加圧プレート(59)に接
続されており、後端は雄ネジ部(30a)の先端に離接する
ようになっている。なお、コア型制御サーボモータ(40)
にはパルス発生装置(40a)が配設されている。

【００１５】前記で使用されるコア型開閉トグルは、金
型開閉トグルと同様長短各種アーム(47)をリンク機構に
接続したもので、その構造自体は公知の構造であるが、
その回転接続部(H2)において、回転中心となる回転ピン
(48)とアーム(47)の間にベアリング(46)が介装され、ア
ーム(47)がガタがなく円滑に作動するようにしている点
で従来例と相違する。ベアリング(46)の種類は問わない
が、荷重がかかるためコロ軸受け或いはニードル軸受け
など大荷重を担持する事ができる種類のものが選定され
る。簡単に構造を述べれば、長短各種アーム(47)の一端
はハウジング(49)に接続し、その他端はハウジング(50)
に接続し、更にもう一つの端部はコア作動ネジ棒(44)の
先端に設けられたコア作動クロスヘッド(55)に取り付け
られている。

【００１６】移動ダイプレート(18)の中にはコア型(5)
を加圧する加圧ブロック(57)がスライド自在に配設され
ており、圧力センサ(54)を介してハウジング(49)に接し
ている。加圧ブロック(57)、圧力センサ(54)及びハウジ
ング(49)を貫通してスライド自在にピン押圧棒(30c)が
配設されており、その先端はゲートカットピン(30)に当
接し、その他端に配設されたシリンダ(60)のケーシング
を介して加圧プレート(59)に接している。前記シリンダ
(60)にはピン押圧棒(30c)にスライド自在に挿通された
突き出し作動ピン(61)が接続されている。そしてこの突
き出し作動ピン(61)は、例えばコア型(5)側の金型キャ
ビティ面(5a)の外周で微細凹凸形成部分から外れた部分
から突出没入するように配設された製品突出ピン(61a)
とゲートカットピン(30)内に挿通されたセンターピン(6
1b)に接続している。製品突出ピン(61a)とセンターピン
(61b)とは後述するように製品(26)と、型開時に製品(2
6)側に付着してくるゲート樹脂(2b)とを型開後に脱離さ
せることができるものであればどのような構造のもので
もよい。

【００１７】(8)は制御装置で、本射出成形機(A)全体の
制御を司るものであり、その中の１つの機能として、射
出用ロードセル(15)、圧力センサ(54)、サーボモータ(1
1)(12)(31)及び(40)に装着されたパルス発生装置(11a)
(12a)(31a)及び(40a)、その他のセンサ類からの信号を
得てサーボモータ(11)(12)(31)及び(40)の制御を始め各
種制御を行うようになっている。駆動系の制御は全てサ
ーボモータ(11)(12)(31)及び(40)によって行われるので
あるから、プログラムすることにより複合動作など任意
の条件が作り出せる。

【００１８】次に、本発明の作用について説明する。原
料樹脂(3c)が原料供給ホッパ(16)に投入され、回転用サ
ーボモータ(11)を作動させてスクリュ(4)を回転させる
と原料樹脂(3c)は次第に射出シリンダ(13)方向に送られ
て行く、射出シリンダ(13)はその外周に巻着されている
ヒータ(14)によって加熱されているので、射出シリンダ
(13)に入った原料樹脂(3c)は次第に溶融し且つスクリュ
(4)の回転作用によって混練されて行く。

【００１９】スクリュ(4)の回転と共に溶融混練樹脂(3
b)は射出シリンダ(13)の先端方向に送られ、先端部分で
貯溜される。この反作用としてスクリュ(4)は次第に後
退し、ついには予め設定されている後退停止位置に至
る。この時点で樹脂計量が完了した事になる。続いて、
回転用サーボモータ(11)を停止させると共に射出用サー
ボモータ(12)を作動させてスクリュ(4)を前方に突き出
し、射出シリンダ(13)の先端部分に溜まっていた計量溶
融混練樹脂(3a)を金型キャビティ(2)に射出する。

【００２０】一方、金型(1)側では、図６に示すよう
にまず、型締めが行われる。即ち、金型制御サーボモー
タ(31)を作動させ、駆動プーリ(32)及び伝達ベルト(33)
介してその回転力を従動プーリ(34)に伝達し、従動プー
リ(34)を回転させると従動プーリ(34)に螺装されている
雄ネジ棒(30a)が図２中下段の状態から上段に示すよう
に右方向に進み、クロスヘッド(35)を推し進めて金型開
閉トグルを伸長させる。この時この伸長に合わせてコア
開閉トグル機構(T2)、移動ダイプレート(18)及びこれに
装着されている移動金型(1a)が固定金型(1b)側に移動
し、固定金型(1b)に移動金型(1a)が所定圧力で押圧され
る。この時、コア開閉トグル機構(T2)は作動しておら
ず、コア型(5)は後退限に位置している。

【００２１】次に、射出直前状態を示す図６になる。
ここではコア型(5)は前進限まで移動する。即ち、コア
開閉サーボモータ(40)を作動させると駆動プーリ(41)及
び伝達ベルト(42)を介してその回転力を従動プーリ(43)
に伝達し、従動プーリ(43)を回転させると従動プーリ(4
3)に螺装されているコア作動用ネジ棒(44)が図中右側に
前進し、コア作動用ネジ棒(44)が取り付けられていコア
作動クロスヘッド(55)を推し進めてコア型開閉トグルを
伸長させる。この時この伸長に合わせてコア開閉トグル
のアーム(47)の一端が枢着されているハウジング(49)を
固定金型(1b)側に押し出し、圧力センサ(54)及び加圧ブ
ロック(57)を介してコア型(5)が固定金型(1b)側に移動
する。コア型(5)の加圧圧力は圧力センサ(54)によって
検出され、そのデータは制御装置(8)に入力(30)、加圧
圧力が設定値となるようにコア型制御サーボモータ(40)
が制御される。

【００２２】次に図６に移る。この状態で前述のよう
射出サーボモータ(12)を作動させてスクリュ機構部(10)
を作動させ、スクリュ(4)を金型(1)側に移動させ、シリ
ンダ(13)の先端の計量混練溶融樹脂(3a)を、金型キャビ
ティ(2)内に射出する。その射出速度は制御装置(8)によ
り最適にコントロールされる。樹脂(3a)が金型キャビテ
ィ(2)内に射出・充填されると、コア型(5)に接触してこ
れを押圧し、その充填圧でコア型(5)が押し戻され、そ
の部分に溶融混練樹脂(3)が余分に充填されるようにな
る。

【００２３】次に、図６に示すようにゲートカットが
行われる。即ち、金型(1)の型締が行われている状態で
金型制御サーボモータ(31)を更に作動させると雄ネジ棒
(30a)が更に前方に進もうとする。雄ネジ棒(30a)の先端
が接続されている金型開閉クロスヘッド(35)に接続され
ているアーム(36)は雄ネジ棒(30a)に対して直角方向を
向いているので、金型開閉クロスヘッド(35)のわずかな
前進については殆ど影響を受けず型締力の増減は殆どな
い。一方、雄ネジ棒(30a)の先端は、中間ピン(30b)及び
ピン押圧棒(30c)を介してゲートカットピン(30)に接続
しているので、雄ネジ棒(30a)の前進によりゲートカッ
トピン(30)も前進して固定金型(1b)のゲート(2a)をその
先端にて閉塞する。これにより金型キャビティ(2)はコ
ア型(5)が後退した分だけ余分に樹脂(3)が充填された状
態で完全に外界からシャットアウトされる。なお、この
ゲートカット時には製品突出ピン(61a)とセンターピン
(61b)とはゲートカットピン(30)と共に突出せず、その
先端はキャビティ面(5a)と面一状態を保っている。

【００２４】次に、図６に移る。前述のようにゲート
カットが終わるとこの状態で再度コア開閉サーボモータ
(40)を作動させてコア型(5)を前進限まで前進させ、極
めて強い圧力で充填樹脂(3)を押圧し、コア型(5)の微細
凹凸を充填樹脂(3)が硬化した成形品(26)に転写する。
充填樹脂(3)の硬化が終了すると図６に示すように、
コア型制御サーボモータ(40)を逆作動させてコア型(5)
を固定金型(1b)側から離間させる。次に、図６に移
り、金型制御サーボモータ(31)を逆作動させて移動金型
(1a)を固定金型(1b)側から離間させる。この時成形品(2
6)は移動金型(1a)の金型キャビティ(2)内に嵌まり込ん
だまま移動金型(1a)と共に移動する。

【００２５】最後に図６に移り、型開きが終わった処
でエジェクト用のシリンダ(60)を作動させ、突き出しピ
ン(61)を突出させて製品突出ピン(61a)とセンターピン
(61b)とを突出させ、ゲート樹脂(2b)を離脱させると共
に成形品(26)を離型させ、図示していない製品取出装置
にて回収する。

【００２６】

【発明の効果】以上により本発明によれば、射出作業の
全ての動作がサーボモータによって制御されているの
で、そのタイミングや射出速度、加圧速度、加圧圧力そ
の他全てを自在にコントロールする事が出来、超微細凹
凸の成形品への転写性を格段に向上させる事が出来る事
は勿論、サーボモータに複合動作を行わせる事が出来る
ためサイクルアップも可能となる。また、コア型による
充填樹脂の圧縮機構としてトグル機構を使用したので、
金型の型締力とほぼ同じ力にてコア型による圧縮が可能
となり、微細凹凸の転写を正確に行える。また、トグル
機構を構成するアーム同士の回転接続部にベアリングを
使用したので、コア型の動きを極めて精密且つ円滑にす
ることが出来、金属滑り軸受け使用の従来例のトグル機
構の欠点であった回転接続部でのガタ発生や動きの不規
則性を解消する事が出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる射出成形機の主要部分の概略構
造を示す断面図

【図２】図１の金型機構部の図面で、上半分が型締め時
の拡大断面図であり、下半分が型開き時の拡大断面図で
ある。

【図３】図２の金型機構部において、金型に樹脂を充填
しつつある状態の拡大断面図

【図４】図２の金型機構部において、コア型による型締
め時の拡大断面図

【図５】図２の金型機構部におけるコア型開閉トグル機
構の詳細拡大断面図

【図６】〜…本発明の射出全工程における金型の作
動状態を示す断面図

【符号の説明】

(A)…射出成形機 (a)…射出機構部 (b)…金型機構部 (1)…金型 (2)…金型キャビティ (3)…樹脂 (3a)…計量樹脂 (3b)…混練樹脂 (4)…スクリュ (5)…コア型 (8)…制御装置 (11)(12)(31)(40)…サーボモータ (30)…ゲートカットピン

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｃ 45/76 Ｂ２９Ｃ 45/76 // Ｂ２９Ｌ 17:00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 精密成形のコア圧縮射出成形方法
   に用いられる射出成形機であって、計量樹脂の金型キャ
   ビティへの射出、混練樹脂の計量、金型の型開閉、金型
   内に配設されたコア型の開閉、金型キャビティへの計量
   樹脂の充填後のゲートカット、ゲートカット後のコア型
   による充填樹脂の圧縮の各駆動源にサーボモータを使用
   した事を特徴とする射出成形機。
2. 【請求項２】 コア型による充填樹脂の圧縮機構
   としてトグル機構を使用した事を特徴とする請求項１に
   記載の射出成形機。
3. 【請求項３】 トグル機構を構成するアーム同士
   の回転接続部にベアリングを使用した事を特徴とする請
   求項２に記載の射出成形機。