WO2011040150A1 - 金型調芯装置、成形機、及び成形方法 - Google Patents

金型調芯装置、成形機、及び成形方法 Download PDF

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剛 下間
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コニカミノルタオプト株式会社
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    • B29C2945/76732Mould

Definitions

  • the present invention relates to a mold aligning device used for injection molding, a molding machine incorporating the same, and a molding method using the molding machine.
  • This mold aligning device automatically adjusts the posture of one mold by causing the light receiving part provided on the support of one mold to detect the mark provided on the support of the other mold. ing.
  • a light receiving portion is provided on a mold mounting plate that is a support for a mold, and therefore, when a displacement occurs between the mold and the mold mounting plate. There is a possibility that the shaft cores of both molds are displaced when the molds are clamped.
  • an object of the present invention is to provide a mold aligning device that can match the axis of a pair of molds with high accuracy.
  • an object of the present invention is to provide a molding machine provided with the above-described mold aligning device and a molding method using the molding machine.
  • a mold aligning device is a mold incorporated in a molding machine that forms a mold space by clamping a first mold and a second mold.
  • An alignment apparatus provided in at least one of an alignment section that supports the first mold in a displaceable manner, an actuator that drives the alignment section, and the first mold and the second mold, A position measurement sensor for measuring a relative position between the mold and the second mold, and a control device for controlling the actuator and the position measurement sensor, and during the mold closing operation of the first mold and the second mold Further, the alignment unit is controlled so that the output value of the position measurement sensor becomes a predetermined value.
  • the mold aligning device by providing the position measurement sensor in one of the first and second molds, for example, even if a positional deviation occurs between the first mold and its support body, The relative position between the mold and the second mold can be accurately measured. Further, during the mold closing operation between the first mold and the second mold, the alignment unit is controlled so that the output value of the position measurement sensor becomes a predetermined value. The axis of the mold can be matched with high accuracy. Thereby, reproducibility, such as the performance of the molded product shape
  • the alignment unit is configured to arrange the first mold in a first direction perpendicular to the mold closing direction, a mold closing direction, and a second direction perpendicular to the first direction. And at least one alignment plate that adjusts for rotation about the mold closing direction. In this case, the displacement of the first mold relative to the second mold can be adjusted with respect to the three axes, and the first mold can be moved to a desired position.
  • the position measurement sensor is provided in one of the first mold and the second mold, and the first mold and the second mold are detected by detecting a detected portion provided in the other. It is characterized by measuring a relative position with a mold. In this case, the relative position between the first mold and the second mold can be directly and accurately measured.
  • the position measurement sensor has a resolution of 10 nm or less.
  • the positional deviation between the first mold and the second mold can be adjusted more accurately, and a highly accurate optical element or the like can be produced with high reproducibility.
  • the mating surface of the first mold and the second mold is a flat surface other than the product portion.
  • the mating surfaces other than the product portion are flat surfaces, the mating surfaces of the first mold and the second mold do not interfere with each other in the direction perpendicular to the mold closing direction. The mold can be clamped while keeping the alignment with the mold.
  • the first mold and the second mold are clamped when the output value of the position measurement sensor is a predetermined value.
  • the output value is a predetermined value, that is, when the alignment between the first mold and the second mold is completed, the mold is clamped. Therefore, when the mold is clamped, the first mold and the second mold are clamped.
  • the shaft core can be reliably matched.
  • a molding machine according to the present invention includes the above-described mold aligning device.
  • the mold aligning device for example, even if a positional deviation occurs between the first mold and its support, the shafts of the first mold and the second mold are clamped.
  • the cores can be matched with high accuracy. Thereby, reproducibility, such as the performance of the molded product shape
  • a molding method is a molding method in which molding is performed by forming a mold space by clamping a first mold and a second mold, and includes a first mold and a second mold.
  • the relative position between the first mold and the second mold can be accurately measured, and the axial centers of the first mold and the second mold can be accurately matched when clamping. Thereby, molding with high reproducibility can be performed.
  • FIG. 1 It is a front view explaining the injection molding machine concerning a 1st embodiment.
  • A is the figure which looked at the metal mold alignment apparatus concerning 1st Embodiment from the parting line surface side
  • B is the side view of the metal mold alignment apparatus shown to (A)
  • C is a CC cross-sectional view of the die alignment apparatus shown in (A).
  • A), (B) is a figure explaining operation
  • an injection molding machine 10 includes, as main elements, a molding die 40, a die aligning device 80, a movable platen 11, a fixed platen 12, an opening / closing driving device 15, and an injection device. 16.
  • the injection molding machine 10 clamps a pair of molds 41 and 42 constituting the molding die 40 between the movable platen 11 and the fixed platen 12 to form a mold space therebetween. . Then, injection molding is performed by injecting a plastic resin from the injection device 16 into the mold space of the molding die 40 and curing it. As a result, a molded article of an optical element such as an optical pickup objective lens can be produced.
  • the mold opening and closing of the molding die 40 are in the horizontal direction, that is, the horizontal direction.
  • the molding die 40, the die aligning device 80, and the like can be incorporated into an injection molding machine that opens and closes in the vertical direction.
  • the molding die 40 of the injection molding machine 10 includes a movable die 41 that is a first die and a fixed die 42 that is a second die.
  • the movable mold 41 and the fixed mold 42 have parting line surfaces PL1 and PL2 as end mating surfaces.
  • the parting line surfaces PL1 and PL2 extend to the end portions of the molds 41 and 42 other than the recessed product parts MM1 and MM2 corresponding to the molded product, and are flat surfaces with high accuracy, respectively. (See FIG. 3A). These parting line surfaces PL1 and PL2 are held parallel to each other and extend perpendicular to the axis AX.
  • the movable platen 11 is supported by an opening / closing drive device 15 to be described later so that the movable platen can move forward and backward.
  • the inner side of the movable platen 11 faces the fixed platen 12 and supports the movable die 41 via the die aligning device 80 and the die attachment plate 44.
  • the mold aligning device 80 is fixed to the movable platen 11 so that the movable die 41 can be slightly displaced with respect to the movable platen 11.
  • the mold mounting plate 44 is fixed to the mold aligning device 80 on one side, and supports the movable mold 41 in a removable manner on the other side.
  • an ejector 45 is incorporated in the movable platen 11.
  • the ejector 45 pushes an appropriate position of the molded article of the optical element left in the movable mold 41 when the mold is opened through an ejector plate and an ejector pin (not shown) inside the movable mold 41, etc.
  • the movable mold 41 can be pushed out to the fixed mold 42 side.
  • the fixed platen 12 is fixed to the upper surface on the center side of the support frame 14.
  • the inner side of the fixed platen 12 faces the movable platen 11 and supports the fixed die 42 via a die attachment plate 46.
  • the mold mounting plate 46 is fixed to the stationary platen 12 on one side, and the fixed mold 42 is detachably supported on the other side.
  • the mold clamping machine 13 is fixed to the upper surface on the end side of the support frame 14, and the distance between the movable board 11 and the stationary board 12 can be adjusted.
  • the mold clamping board 13 supports the movable board 11 from the back via a power transmission portion 15d of the opening / closing drive device 15 described later when clamping the mold.
  • the opening / closing drive device 15 includes a linear guide 15a, a power transmission unit 15d, and a power generation unit 15e.
  • the linear guide 15a enables the reciprocating movement of the movable platen 11 relative to the fixed platen 12 in the axis AX direction while supporting the movable platen 11 on the support frame 14.
  • the power transmission unit 15d expands and contracts in response to the driving force from the power generation unit 15e. As a result, the movable platen 11 is freely displaced with respect to the mold clamping plate 13 as it approaches or separates.
  • the movable mold 41 on the movable platen 11 and the fixed mold 42 on the fixed platen 12 can be closed so that they abut against each other at the parting line surfaces PL1 and PL2, and a desired clamping force can be obtained. Both can be tightened with.
  • the injection device 16 includes a cylinder 16a, a raw material reservoir 16b, a resin injection end 16d, and a drive unit 16e.
  • the injection device 16 can discharge a temperature-controlled liquid resin from a nozzle-shaped resin injection end 16d.
  • the injection device 16 can connect the resin injection end 16d of the cylinder 16a to the sprue portion of the fixed mold 42 in a separable manner. That is, the fixed platen 12 is provided with a hole 12 a, and the resin injection end 16 d is inserted into the hole 12 a and connected to the fixed mold 42 via the mold attachment plate 46. Thereby, molten resin can be supplied at a desired timing into a mold space CV (see FIG.
  • the cylinder 16a is connected to the raw material reservoir 16b, and receives supply of resin from the raw material reservoir 16b at an appropriate timing and amount.
  • the drive unit 16e includes a rotation drive mechanism that rotates the screw 16f incorporated in the cylinder 16a and a linear motion drive mechanism that advances and retracts the screw 16f in the axial direction.
  • the solid pellet-shaped resin supplied from the raw material reservoir 16b is dissolved in a liquid state in the cylinder 16a by the shear heat generated by rotating the screw 16f and the heat from a heater (not shown), and further stirred. Can do.
  • the liquid resin in the cylinder 16a can be injected from the resin injection end 16d at a desired pressure and flow rate.
  • the mold alignment device 80 includes a main body device 81 and a control device 82.
  • the main unit 81 supports the mold mounting plate 44 and appropriately displaces the alignment unit 50, the piezoelectric element 60 associated with the alignment unit 50, and the movable mold 41 side away from the alignment unit 50.
  • a position measuring sensor 70 attached to the device.
  • the mold aligning device 80 is incorporated in the injection molding machine 10 as described above, and is inserted between the movable platen 11 and the mold attachment plate 44 so as to insert the mold attachment plate 44 and the movable die 41. Is supported to be movable with respect to the movable platen 11.
  • the alignment unit 50 of the main body device 81 includes an alignment plate 51, a holding mechanism 52, and a mounting plate 53.
  • the alignment plate 51 supports the movable mold 41 via the mold mounting plate 44 shown in FIG.
  • the alignment plate 51 is a single rectangular flat plate, and has insertion holes HL penetrating in the direction of the axis AX parallel to the mold closing direction AB at four corners. Inside these insertion holes HL, a support spring 91 having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the insertion hole HL is housed and fixed by a shoulder bolt 92.
  • the alignment plate 51 is supported in close contact with the mounting plate 53 by the support spring 91 and the shoulder bolt 92.
  • the screw portion 92b of the shoulder bolt 92 is screwed into a screw hole HI provided in the mounting plate 53, and the outer diameter of the shaft portion 92a of the shoulder bolt 92 is determined by the insertion hole HL and the support spring. It is slightly smaller than the inner diameter of 91. Therefore, except when the movable mold 41 and the fixed mold 42 are clamped, the alignment plate 51 is slid in the direction perpendicular to the axis AX while being biased toward the mounting plate 53. Yes.
  • the alignment plate 51 when a predetermined force or more is applied to the alignment plate 51 in a predetermined direction, the alignment plate 51 can be moved minutely in the direction perpendicular to the axis AX with respect to the mounting plate 53, and a minute amount around the axis AX. It can be rotated.
  • the holding mechanism 52 is provided so as to be interposed between the mounting plate 53 and the alignment plate 51 in order to stabilize the support of the alignment plate 51.
  • a total of eight holding mechanisms 52 are mounted in correspondence with the four sides of the alignment plate 51.
  • Each holding mechanism 52 includes a spring support portion 52a and a centering spring 52b.
  • the alignment springs 52b are arranged in units of three with respect to one spring support portion 52a, and one end of the alignment spring 52b is fixed to the spring support portion 52a. The other end of the spring 52b is attached to the corresponding side surface 51a, 51b, 51c, 51d of the alignment plate 51.
  • the alignment plate 51 is pushed from the surrounding four directions by a large number of alignment springs 52b, and is stably held at a position where the urging forces of the alignment springs 52b are balanced.
  • the alignment spring 52b of the holding mechanism 52 individually expands and contracts to enable fine adjustment of the attitude of the alignment plate 51. ing.
  • Three piezoelectric elements 60 are provided on the side surfaces 51a and 51b parallel to the Y axis of the alignment plate 51 as actuators.
  • the first piezoelectric element 61 is provided near the center of one side surface 51 a of the alignment plate 51 and is fixed to the mounting plate 53.
  • the end surface of the elastic member 61 a extending from the first piezoelectric element 61 is in contact with the lateral side surface of the protrusion 51 e formed on the alignment plate 51.
  • the remaining second and third piezoelectric elements 62 and 63 are paired, and are located near the center of the both side surfaces 51a and 51b of the alignment plate 51 and symmetrical with respect to the center axis OX of the alignment plate 51. And is fixed to the mounting plate 53. End surfaces of the elastic members 62 a and 63 a extending from both the piezoelectric elements 62 and 63 are in contact with the lower surfaces of the pair of protrusions 51 e formed on the alignment plate 51.
  • the expandable member 61a of the first piezoelectric element 61 expands and contracts when a predetermined voltage is applied, and drives the alignment plate 51 in the X direction.
  • the expansion members 62a and 63a of the second and third piezoelectric elements 62 and 63 expand and contract when a predetermined voltage is applied, and the alignment plate 51 is driven to translate in the Y direction according to the average voltage, and the voltage difference is increased. Accordingly, the alignment plate 51 is rotationally driven in the ⁇ direction.
  • the alignment unit 50 drives the piezoelectric element 60 so that the movable mold 41 is arranged in the first direction perpendicular to the mold closing direction AB (axis AX direction), that is, the X direction and the mold closing direction AB. And the second direction perpendicular to the X direction, ie, the Y direction, and the rotation around the mold closing direction AB, ie, the ⁇ direction.
  • the position measurement sensor 70 is provided in the upper center of the movable mold 41 on the parting line surface PL1 side.
  • the position measurement sensor 70 includes an imaging lens and a CCD as a light receiving unit, and has a resolution of, for example, 10 nm or less.
  • the CCD is a two-dimensional image sensor having unit pixels arranged in a grid pattern.
  • the position measurement sensor 70 detects, for example, the relative position of the movable mold 41 with respect to the fixed mold 42 by detecting a mark 72 which is a detected portion provided at the upper center of the fixed mold 42 at a position facing the position measuring sensor 70. Measure.
  • edge detection is performed from an image including the mark 72 detected by each CCD, and measurement coordinates (X, Y, ⁇ ) corresponding to the detected edge are calculated.
  • a deviation amount ( ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ ) is calculated and fixed from the difference between the calculated measurement coordinates (X, Y, ⁇ ) and the reference coordinates (X 0 , Y 0 , ⁇ 0 ) corresponding to the edge of the reference image.
  • the relative position of the movable mold 41 with respect to the mold 42 can be obtained.
  • the reference image means an image detected when the axes of the movable mold 41 and the fixed mold 42 coincide.
  • Control device 82 controls each piezoelectric element 61, 62, 63 and position measurement sensor 70.
  • the control device 82 controls the position measurement sensor 70 to acquire the image of the mark 72 from the CCD, and measures the relative position of the movable mold 41, that is, the shift amount ( ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ ) with respect to the fixed mold 42 or Perform the operation to determine. Further, the control device 82 determines the voltage to be applied to each piezoelectric element 61, 62, 63 based on the measurement result so that the output value relating to the deviation amount from the position measurement sensor 70 is within a predetermined allowable range.
  • the alignment unit 50 is controlled. These controls are performed during the mold closing operation of the movable mold 41 and the fixed mold 42.
  • the position measurement sensor 70 provided on the movable mold 41 is provided with a mark 72 provided on the fixed mold 42. Is detected.
  • the measurement coordinates (X, Y, ⁇ ) are calculated for the image of the mark 72 based on the output value from the position measurement sensor 70, and the difference from the reference coordinates (X 0 , Y 0 , ⁇ 0 ) is calculated.
  • the deviation amounts ( ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ ) are measured as the relative position of the movable mold 41 with respect to the fixed mold 42.
  • the controller 82 drives each piezoelectric element 61, 62, 63 so that the deviation ( ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ ) corresponding to the measurement result, that is, the output value of the position measurement sensor 70, becomes zero, for example. 51 is displaced. Note that the timing and number of times the relative position measurement is started by the position measurement sensor 70 during the mold closing operation are appropriately set according to the required accuracy.
  • the mold clamping is performed as it is.
  • the movable mold 41 is once retracted along the axis AX to a position where the alignment plate 51 can be smoothly displaced.
  • the piezoelectric elements 61, 62, and 63 are driven to displace the alignment plate 51. That is, the movable mold 41 and the fixed mold 42 are clamped only when the output value of the position measurement sensor 70 is within a predetermined allowable range and the deviation amounts ( ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ ) are less than the allowable value.
  • step S1 An outline of the operation of the injection molding machine 10 shown in FIG. 4 will be described.
  • the movable mold 41 and the fixed mold 42 are heated to a temperature suitable for molding (step S1).
  • the opening / closing drive device 15 is operated to advance the movable mold 41 toward the fixed mold 42 to start mold closing (step S2).
  • the mark 72 is detected by the CCD of the position measuring sensor 70, and the relative position of the movable mold 41 with respect to the fixed mold 42 is measured (step S3).
  • step S3 the position and inclination of the aligning plate 51 are finely adjusted according to the measurement result, and feedback control is performed to match the axes of the movable mold 41 and the fixed mold 42 (step S3).
  • step S4 the control device 82 determines whether or not the output value of the position measurement sensor 70 is within a predetermined allowable range (step S5). If the output value is less than the allowable value (Y in step S5). Then, mold clamping is performed to clamp the fixed mold 42 and the movable mold 41 with a necessary pressure (step S6).
  • Step S5 if it is out of the predetermined allowable range (N in Step S5), the mark detection is temporarily stopped and the movable mold 41 is retracted to a predetermined position where the alignment plate 51 can be displaced (Step S21).
  • step S ⁇ b> 3 feedback control is performed again to align the axes of the movable mold 41 and the fixed mold 42.
  • step S6 in which the mold is clamped, the injection device 16 is operated, and the resin of the injection device 16 is placed in the mold space CV formed between the clamped fixed mold 42 and the movable mold 41. Resin is injected from the injection end 16d (step S7). The resin injected and filled in the mold space CV is cooled to a predetermined temperature and solidified (step S8).
  • the opening / closing drive device 15 is operated to retract the movable mold 41 and perform mold opening for separating the movable mold 41 from the fixed mold 42 (step S9).
  • the molded product is released from the fixed mold 42 while being held by the movable mold 41, for example.
  • the molded product remaining in the movable mold 41 is pushed out as a result of, for example, being driven by the ejector 45 and an ejector pin incorporated in the movable mold 41 is ejected and released from the movable mold 41 ( Step S10).
  • This molded product is carried out of the injection molding machine 10 by a take-out machine (not shown), for example (step S11).
  • the position measurement sensor 70 is provided in the movable mold 41, so that the position shift between the movable mold 41 and the mold mounting plate 44 that is the support body is performed. Even if this occurs, the relative position between the movable mold 41 and the fixed mold 42 can be accurately measured. Further, during the mold closing operation of the movable mold 41 and the fixed mold 42, the alignment plate 51 is moved in the X direction, the Y direction, and the ⁇ direction so that the output value of the position measurement sensor 70 is within a predetermined allowable range. Therefore, the axes of the movable mold 41 and the fixed mold 42 can be made to coincide with each other with high accuracy. Thereby, reproducibility, such as the performance of the molded product shape
  • parts other than the product parts MM1 and MM2 are flat surfaces, so that the parting line surface PL1 of the movable mold 41 and the fixed mold 42 is obtained. , PL2 do not interfere with each other, the mold can be clamped while the movable mold 41 and the fixed mold 42 are kept aligned.
  • the steps S5 and S21 performed in the first embodiment are omitted. That is, the mold clamping (step S6) is performed as it is after the mold closing is completed (step S4).
  • the detection speed by the position measurement sensor 70 and the alignment unit 50 are reduced by reducing the speed at which the movable mold 41 is advanced. The accuracy of shaft alignment can be improved.
  • the position measurement sensor 70 is provided in the upper center of the movable mold 41.
  • the position measurement sensor 70 is positioned so that the relative position between the movable mold 41 and the fixed mold 42 can be measured. I just need it.
  • one position measuring sensor 70 is provided in the movable mold 41, but two or more position measuring sensors 70 may be provided.
  • the position measuring sensor 70 is provided on the movable mold 41, but may be provided on the fixed mold 42.
  • the position measuring sensor 70 is not limited to the CCD sensor, and for example, a laser displacement sensor, a capacitance sensor, an eddy current sensor, a contact displacement sensor, or the like may be used.
  • the movable mold 41 is provided with a laser sensor head
  • the fixed mold 42 is provided with a mirror or a measurement object.
  • a sensor head for detecting a change in capacitance is provided, and a measurement object is provided on the fixed mold 42.
  • a sensor head for detecting eddy current is provided in the movable mold 41, and a measurement object is provided in the fixed mold 42.
  • a sensor head for detecting the displacement of the spindle that contacts the measurement object is provided on the movable mold 41, and the measurement object is provided on the fixed mold 42.
  • the fixed mold 42 can be directly measured instead of providing the measurement object on the fixed mold 42.
  • a sensor head is provided on the fixed mold 42 side instead of the movable mold 41 side, and the movable mold 41 side is provided. An object to be measured can also be provided in.
  • the alignment plate 51 is attached to the movable platen 11 on the movable mold 41 side, but may be attached to the fixed platen 12 on the fixed mold 42 side.
  • one alignment plate 51 is provided.
  • two or more alignment plates may be provided corresponding to the direction of displacement.
  • the actuator is not limited to the piezoelectric element 60 but has a force capable of moving the movable mold 41 and the like, and a positioning resolution sufficient for the accuracy required for the molded product. If present, an electromagnetic actuator, an electrostatic actuator, a magnetostrictive actuator, a hydraulic actuator, or the like may be used.

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Abstract

 一対の金型の軸芯を高精度で一致させることができる金型調芯装置を提供すること。 位置測定センサ70を可動金型41に設けることによって、可動金型41とその支持体である金型取付板44との間に位置ずれが生じても、可動金型41と固定金型42との相対位置を正確に測定することができる。また、可動金型41と固定金型42との型閉じ動作中に、位置測定センサ70の出力値が所定値となるように調芯板51をX方向、Y方向、及びθ方向の3軸に関して制御するため、型締めに際して可動金型41及び固定金型42の軸芯を精度よく一致させることができる。これにより、成形される成形品の性能等の再現性を向上させることができる。

Description

金型調芯装置、成形機、及び成形方法
 本発明は、射出成形に用いられる金型調芯装置、これを組み込んだ成形機、及び当該成形機を用いた成形方法に関する。
 金型調芯装置として、射出成形の際に、一対の対向する金型のうち一方の金型の姿勢を自動測定し、その検出信号から他方の金型に対する一方の金型の姿勢を自動調整するものがある(特許文献1参照)。この金型調芯装置は、一方の金型の支持体の上に設けた受光部により他方の金型の支持体に設けたマークを検出させることによって、一方の金型の姿勢を自動調整している。
特開2008-265018号公報
 しかしながら、特許文献1のような成形機では、金型の支持体である金型取付板に受光部を設けているため、金型と金型取付板との間に位置ずれが生じた場合には、型締めした際に両金型の軸芯がずれる可能性がある。
 そこで、本発明では、一対の金型の軸芯を高精度で一致させることができる金型調芯装置を提供することを目的とする。
 また、本発明では、上記金型調芯装置を備えた成形機及びこれを用いた成形方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明に係る金型調芯装置は、第1金型と第2金型とを型締めすることによって型空間を形成して成形を行う成形機に組み込まれる金型調芯装置であって、第1金型を変位可能に支持する調芯部と、調芯部を駆動するアクチュエータと、第1金型及び第2金型のうち少なくとも一方に設けられ、第1金型と第2金型との相対位置を測定する位置測定センサと、アクチュエータと位置測定センサとを制御する制御装置と、を備え、第1金型と第2金型との型閉じ動作中に、位置測定センサの出力値が所定値となるように調芯部を制御することを特徴とする。
 上記金型調芯装置では、位置測定センサを第1及び第2金型のいずれか一方に設けることによって、例えば第1金型とその支持体との間に位置ずれが生じても、第1金型と第2金型との相対位置を正確に測定することができる。また、第1金型と第2金型との型閉じ動作中に、位置測定センサの出力値が所定値となるように調芯部を制御するため、型締めに際して第1金型及び第2金型の軸芯を精度よく一致させることができる。これにより、成形される成形品の性能等の再現性を向上させることができる。
 本発明の具体的な態様又は観点では、調芯部は、第1金型の配置を、型閉じ方向に対して垂直な第1方向、型閉じ方向及び第1方向に垂直な第2方向、及び型閉じ方向のまわりの回転に関して調整する少なくとも1つの調芯板を有することを特徴とする。この場合、第2金型に対する第1金型の位置ずれを3軸に関して調整することができ、第1金型を所望の位置に移動させることができる。
 本発明の別の態様では、位置測定センサは、第1金型及び第2金型のうち一方に設けられ、他方に設けられた被検出部を検出することにより、第1金型と第2金型との相対位置を測定することを特徴とする。この場合、第1金型と第2金型との相対位置を直接的に正確に測定することができる。
 本発明のさらに別の態様では、位置測定センサは、10nm以下の分解能を有することを特徴とする。この場合、第1金型と第2金型との間の位置ずれをより正確に調整することができ、高精度の光学素子等を高い再現性で生産することができる。
 本発明のさらに別の態様では、第1金型と第2金型との合わせ面は、製品部以外が平坦面であることを特徴とする。この場合、合わせ面の製品部以外が平坦面であることにより、第1金型及び第2金型の合わせ面が型閉じ方向に垂直な方向に関して互いに干渉しないため、第1金型と第2金型とを位置合わせした状態を保って型締めすることができる。
 本発明のさらに別の態様では、第1金型と第2金型とは、位置測定センサの出力値が所定値になっている時に型締めされることを特徴とする。この場合、出力値が所定値の時すなわち第1金型と第2金型との位置合わせが完了した時に型締めをすることになるため、型締めに際して第1金型及び第2金型の軸芯を確実に一致させることができる。
 本発明に係る成形機は、上記金型調芯装置を備えることを特徴とする。
 上記成形機では、上記金型調芯装置を組み込むことにより、例えば第1金型とその支持体との間に位置ずれが生じても、型締めに際して第1金型及び第2金型の軸芯を精度よく一致させることができる。これにより、成形される成形品の性能等の再現性を向上させることができる。
 本発明に係る成形方法は、第1金型と第2金型とを型締めすることによって型空間を形成して成形を行う成形方法であって、第1金型と第2金型との型閉じ動作中に、第1金型及び第2金型のうち少なくともいずれか一方に設けられた位置測定センサによって、第1金型と第2金型との相対位置を測定する工程と、位置測定センサの出力値が所定値になるように、第1金型を変位可能に支持する調芯部を駆動することによって、第2金型に対する第1金型の相対位置を調節する工程と、を備えることを特徴とする。
 上記成形方法では、第1金型と第2金型との相対位置を正確に測定し、型締めに際して第1金型及び第2金型の軸芯を精度よく一致させることができる。これにより、再現性の高い成形をすることができる。
第1実施形態にかかる射出成形機を説明する正面図である。 (A)は、第1実施形態にかかる金型調芯装置をパーティングライン面側から見た図であり、(B)は、(A)に示す金型調芯装置の側面図であり、(C)は、(A)に示す金型調芯装置のC-C断面図である。 (A)、(B)は、金型調芯装置の動作について説明する図である。 第1実施形態にかかる成形方法について説明するフローチャートである。 第2実施形態にかかる成形方法について説明するフローチャートである。
 〔第1実施形態〕
 以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態である金型調芯装置、成形機、及び成形方法について説明する。
 図1に示すように、射出成形機10は、主な要素として、成形金型40と、金型調芯装置80と、可動盤11と、固定盤12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、可動盤11と固定盤12との間に成形金型40を構成する一対の金型41,42を挟持して型締めすることにより、これらの間に型空間を形成する。そして、成形金型40の型空間中に射出装置16からプラスチック樹脂を注入して硬化させることで射出成形を行う。これにより、例えば光ピックアップ用対物レンズ等である光学素子の成形品を作製することができる。ここで、射出成形機10は、成形金型40の型開き及び型閉じが横方向すなわち水平方向となっている。なお、縦方向に型開き及び型閉じするタイプの射出成形機に上記成形金型40や金型調芯装置80等を組み込むこともできる。
 射出成形機10のうち成形金型40は、第1金型である可動金型41と第2金型である固定金型42とで構成される。可動金型41及び固定金型42は、端部の合わせ面としてパーティングライン面PL1,PL2をそれぞれ有する。パーティングライン面PL1,PL2は、両金型41,42の端面のうち成形品に対応して窪んだ製品部MM1,MM2以外に延在しており、それぞれ高精度の平坦面となっている(図3(A)参照)。これらのパーティングライン面PL1,PL2は、互いに平行に保持され、軸AXに垂直にそれぞれ延びている。
 可動盤11は、後述する開閉駆動装置15によって固定盤12に対して進退移動可能に支持されている。可動盤11の内側は、固定盤12に対向しており、金型調芯装置80及び金型取付板44を介して可動金型41を支持している。金型調芯装置80は、詳細については後述するが、可動盤11に固定されており、可動金型41を可動盤11に対して微小変位させることができるようになっている。また、金型取付板44は、一方の側で金型調芯装置80に固定されており、他方の側で可動金型41を着脱可能に支持している。なお、可動盤11には、エジェクタ45が組み込まれている。このエジェクタ45は、型開き時に可動金型41に残される光学素子の成形品の適所を可動金型41等の内部のエジェクタプレート及びエジェクタピン(不図示)を介して押すことにより、成形品を可動金型41内から固定金型42側に押し出すことができる。
 固定盤12は、支持フレーム14の中央側上面に固定されている。固定盤12の内側は、可動盤11に対向しており、金型取付板46を介して固定金型42を支持している。金型取付板46は、一方の側で固定盤12に固定されており、他方の側で固定金型42を着脱可能に支持している。
 型締め盤13は、支持フレーム14の端部側上面に固定されており、可動盤11と固定盤12との間隔調整を可能にしている。型締め盤13は、型締めに際して、後述する開閉駆動装置15の動力伝達部15dを介して可動盤11をその背後から支持する。
 開閉駆動装置15は、リニアガイド15aと、動力伝達部15dと、動力発生部15eとを備える。リニアガイド15aは、可動盤11を支持フレーム14上に支持しつつ、軸AX方向に関して固定盤12に対する可動盤11の滑らかな往復移動を可能にしている。動力伝達部15dは、動力発生部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11が近接したり離間したりと自在に変位する。結果的に、可動盤11上の可動金型41と固定盤12上の固定金型42とをパーティングライン面PL1,PL2で互いに当接するように型閉じすることができ、所望の型締め力で両者を締め付けることができる。
 射出装置16は、シリンダ16a、原料貯留部16b、樹脂射出端16d、及び駆動部16eを備える。射出装置16は、ノズル状の樹脂射出端16dから温度制御された液体状の樹脂を吐出することができる。射出装置16は、シリンダ16aの樹脂射出端16dを、固定金型42のスプル部分に対して分離可能に接続することができる。つまり、固定盤12には、穴12aが設けられ、その穴12aに樹脂射出端16dが挿入されて金型取付板46を介して固定金型42に接続される。これにより、固定金型42と可動金型41とを型締めした状態で形成される型空間CV(図3(B)参照)中に、溶融樹脂を所望のタイミングで供給することができる。なお、シリンダ16aは、原料貯留部16bに接続されており、この原料貯留部16bから適当なタイミング及び量で樹脂の供給を受ける。また、図示を省略するが、駆動部16eは、シリンダ16a内に組み込まれたスクリュ16fを回転させる回転駆動機構と、スクリュ16fを軸方向に進退させる直動駆動機構とを有する。スクリュ16fを回転させることで発生するせん断熱と不図示のヒータによる熱とで、原料貯留部16bから供給された固体ペレット状の樹脂を、シリンダ16a内で液体状に溶解し、さらに撹拌することができる。スクリュ16fを前進させることで、シリンダ16a内の液体状の樹脂を樹脂射出端16dから所望の圧力及び流量で射出させることができる。
 以下、図1及び図2を参照して、金型調芯装置80の具体的な構造について説明する。金型調芯装置80は、本体装置81と、制御装置82とを備える。ここで、本体装置81は、金型取付板44を支持して適宜変位させる調芯部50と、調芯部50に付随する圧電素子60と、調芯部50から離れて可動金型41側に取り付けられる位置測定センサ70とを備える。金型調芯装置80は、上述のように、射出成形機10に組み込まれており、可動盤11と金型取付板44との間に介挿されて金型取付板44及び可動金型41を可動盤11に対して変位可能に支持する。
 図2に示すように、本体装置81のうち、調芯部50は、調芯板51と、保持機構52と、取付板53とを有する。調芯板51は、図1に示す金型取付板44を介して可動金型41を支持する。調芯板51は、1枚の矩形の平板であり、その四隅に型閉じ方向ABに平行な軸AX方向に貫通した挿通孔HLを有している。これらの挿通孔HLの内部には、挿通孔HLの内径よりやや小さい外径の支持バネ91が収納されショルダボルト92によって固定されている。調芯板51は、支持バネ91及びショルダボルト92によって、取付板53に密着した状態で支持されることになる。ここで、ショルダボルト92のネジ部92bは、取付板53に設けられたネジ穴HIにねじ込まれて固定されているが、ショルダボルト92の軸部92aの外径は、挿通孔HL及び支持バネ91の内径よりもやや小さくなっている。そのため、可動金型41と固定金型42との型締め時以外において、調芯板51は取付板53に向けて付勢されつつ、軸AXに垂直な方向に摺動可能な状態となっている。つまり、調芯板51に対して所定方向に所定以上の力が与えられると、調芯板51が取付板53に対して軸AXに垂直な方向に微小移動可能となり、軸AXの周りに微小回転可能となる。保持機構52は、調芯板51の支持を安定させるため、取付板53と調芯板51との間に介在するように設けられている。保持機構52は、調芯板51の四辺に対応して2つずつ、合計8つ装着されている。各保持機構52は、バネ支持部52aと調芯バネ52bとを有する。保持機構52のうち、調芯バネ52bは、1つのバネ支持部52aに対して3つ単位で並んでおり、調芯バネ52bの一方の端部は、バネ支持部52aに固定され、調芯バネ52bの他方の端部は、調芯板51の対応する各側面51a,51b,51c,51dに取り付けられている。この結果、調芯板51は、多数の調芯バネ52bによって周囲の4方向から押され、調芯バネ52bの付勢力の均衡する位置に安定して保持されることになる。この調芯板51は、後述する圧電素子60によって強制的な外力を与えられると、保持機構52の調芯バネ52bが個別に伸び縮みして調芯板51の姿勢の微調整が可能になっている。
 圧電素子60は、アクチュエータとして、調芯板51のY軸に平行な側面51a,51bに3つ設けられている。この3つの圧電素子61,62,63のうち、第1圧電素子61は、調芯板51の一方の側面51aの中心付近に設けられており、取付板53に固定されている。第1圧電素子61から延びる伸縮部材61aの端面は、調芯板51に形成された突起51eの横側面に当接している。残りの第2及び第3圧電素子62,63は、一対となっており、調芯板51の両側面51a,51bの中心寄りにあって調芯板51の中心軸OXを挟んで対称な位置に設けられており、取付板53に固定されている。両圧電素子62,63から延びる伸縮部材62a,63aの端面は、調芯板51に形成された一対の突起51eの下側面に当接している。第1圧電素子61の伸縮部材61aは、所定の電圧が与えられることにより伸縮し、調芯板51をX方向に駆動する。第2及び第3圧電素子62,63の伸縮部材62a,63aは、所定の電圧が与えられることにより伸縮し、調芯板51を平均電圧に応じてY方向に並進駆動させるとともに、電圧差に応じて調芯板51をθ方向に回転駆動する。結果的に、調芯部50は、圧電素子60の駆動によって、可動金型41の配置を、型閉じ方向AB(軸AX方向)に対して垂直な第1方向すなわちX方向、型閉じ方向AB及びX方向に垂直な第2方向すなわちY方向、及び型閉じ方向ABのまわりの回転すなわちθ方向に関して調整する。
 図1に示すように、位置測定センサ70は、可動金型41のパーティングライン面PL1側の上部中央に設けられている。位置測定センサ70は、受光部として結像レンズ及びCCDを有し、例えば10nm以下の分解能を有する。CCDは、格子状に多数配置された単位画素を有する2次元画像センサである。位置測定センサ70は、これに対向する位置となる固定金型42の上部中央に設けられた被検出部であるマーク72を検出することにより、例えば固定金型42に対する可動金型41の相対位置を測定する。具体的には、各CCDで検出されたマーク72を含む画像からエッジ検出を行い、検出されたエッジに対応する測定座標(X、Y、θ)を算出する。算出された測定座標(X、Y、θ)と基準画像のエッジに対応する基準座標(X、Y、θ)との差からずれ量(ΔX、ΔY、Δθ)を算出し、固定金型42に対する可動金型41の相対位置を求めることができる。ここで、基準画像は、可動金型41及び固定金型42の軸芯が一致する場合に検出される画像を意味する。また、可動金型41と固定金型42について、軸芯が一致するとは、両金型41,42に形成された製品部MM1,MM2の対応する座標(X、Y、θ)同士が一致することを意味するものとする(図3(A)参照)。
 制御装置82は、各圧電素子61,62,63と位置測定センサ70とを制御する。例えば、制御装置82は、位置測定センサ70を制御してCCDからマーク72の画像を取得し、固定金型42に対する可動金型41の相対位置すなわちずれ量(ΔX、ΔY、Δθ)を測定又は決定する演算を行う。また、制御装置82は、この測定結果をもとに各圧電素子61,62,63にかける電圧を決定し、位置測定センサ70からのずれ量に関する出力値が所定の許容範囲内となるように調芯部50を制御する。これらの制御は、可動金型41と固定金型42との型閉じ動作中に行われる。
 以下、図3を参照して金型調芯装置80の動作について説明する。
 図3(A)に示すような可動金型41と固定金型42との型閉じ動作の際に、可動金型41に設けられた位置測定センサ70が固定金型42に設けられたマーク72を検出する。制御装置82において、位置測定センサ70からの出力値に基づいてマーク72の画像について測定座標(X、Y、θ)を算出し、基準座標(X、Y、θ)との差から、ずれ量(ΔX、ΔY、Δθ)を固定金型42に対する可動金型41の相対位置として測定する。制御装置82は、この測定結果すなわち位置測定センサ70の出力値に対応するずれ量(ΔX、ΔY、Δθ)を例えばゼロにするように、各圧電素子61,62,63を駆動し調芯板51を変位させる。なお、型閉じ動作中の位置測定センサ70による相対位置測定の開始のタイミング及び回数は、要求精度等に応じて適宜設定されている。
 図3(B)に示すような型閉じ完了時すなわち型締めの直前において、位置測定センサ70の出力値が所定の許容範囲内の場合には、そのまま型締めを行う。一方、位置測定センサ70の出力値が所定の許容範囲から外れている場合には、一旦調芯板51が滑らかに変位可能な位置まで可動金型41を軸AXに沿って後退させ、再度各圧電素子61,62,63を駆動し調芯板51を変位させる。つまり、位置測定センサ70の出力値が所定の許容範囲となってずれ量(ΔX、ΔY、Δθ)が許容値未満の時にのみ、可動金型41と固定金型42とが型締めされる。
 図4に示す射出成形機10の動作の概要について説明する。まず、可動金型41と固定金型42とを成形に適する温度まで加熱する(ステップS1)。次に、開閉駆動装置15を動作させ、可動金型41を固定金型42側に前進させて型閉じを開始する(ステップS2)。型閉じを行いながら、位置測定センサ70のCCDによってマーク72を検出し、固定金型42に対する可動金型41の相対位置を測定する(ステップS3)。この際、測定結果に応じて調芯板51の位置及び傾きを微調整し、可動金型41と固定金型42との軸芯を一致させるフィードバック制御を行う(ステップS3)。ステップS3の継続中、可動金型41と固定金型42とが接触すると、制御装置82による軸芯合わせが終了し、型閉じが完了する(ステップS4)。型閉じ完了後、制御装置82において、位置測定センサ70の出力値が所定の許容範囲内であるか否かを判断し(ステップS5)、許容値未満である場合には(ステップS5のY)、固定金型42と可動金型41とを必要な圧力で締め付ける型締めを行う(ステップS6)。一方、所定の許容範囲から外れている場合には(ステップS5のN)、マーク検出を一旦停止するとともに可動金型41を調芯板51が変位可能な所定位置まで後退させ(ステップS21)、ステップS3に戻り、再度可動金型41と固定金型42との軸芯を一致させるフィードバック制御を行う。型締めがなされたステップS6の後には、射出装置16を動作させて、型締めされた固定金型42と可動金型41との間に形成された型空間CV中に、射出装置16の樹脂射出端16dから樹脂を注入する(ステップS7)。型空間CV中に射出され充填された樹脂は、所定の温度まで冷却されて固化する(ステップS8)。次に、開閉駆動装置15を動作させて、可動金型41を後退させ、可動金型41を固定金型42から離間させる型開きを行わせる(ステップS9)。この結果、成形品は、例えば可動金型41に保持された状態で固定金型42から離型される。可動金型41に残った成形品は、例えばエジェクタ45に駆動されて可動金型41内等に組み込まれたエジェクタピンが突き出し作動する結果として押し出されて、可動金型41から離型される(ステップS10)。この成形品は、例えば不図示の取り出し機によって射出成形機10の外部に搬出される(ステップS11)。
 以上説明したように、上記金型調芯装置80では、位置測定センサ70を可動金型41に設けることによって、可動金型41とその支持体である金型取付板44との間に位置ずれが生じても、可動金型41と固定金型42との相対位置を正確に測定することができる。また、可動金型41と固定金型42との型閉じ動作中に、位置測定センサ70の出力値が所定の許容範囲内となるように調芯板51をX方向、Y方向、及びθ方向の3軸に関して制御するため、型締めに際して可動金型41及び固定金型42の軸芯を精度よく一致させることができる。これにより、成形される成形品の性能等の再現性を向上させることができる。
 また、可動金型41及び固定金型42のパーティングライン面PL1,PL2において、製品部MM1,MM2以外が平坦面であることにより、可動金型41及び固定金型42のパーティングライン面PL1,PL2が互いに干渉しないため、可動金型41と固定金型42とを位置合わせした状態を保って型締めすることができる。
 〔第2実施形態〕
 以下、第2実施形態にかかる成形方法について説明する。なお、第2実施形態にかかる成形方法は、第1実施形態を変形したものであり、特に説明しない部分については、第1実施形態と同様であるものとする。
 図5に示すように、第2実施形態において、第1実施形態において行ったステップS5、S21の工程を省略する。すなわち、型閉じ完了(ステップS4)の後にそのまま型締め(ステップS6)を行う。この場合、例えば型閉じ動作中に可動金型41が固定金型42に所定距離近づいたら可動金型41を前進させる速度を遅くすることにより、位置測定センサ70による検出精度及び調芯部50による軸芯合わせの精度を向上させることができる。
 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、上記実施形態において、位置測定センサ70を可動金型41の上部中央に設けたが、位置測定センサ70の位置は、可動金型41と固定金型42との相対位置を測定できる位置にあればよい。
 また、上記実施形態において、位置測定センサ70を可動金型41に1つ設けたが、2つ以上設けてもよい。
 また、上記実施形態において、位置測定センサ70を可動金型41に設けたが、固定金型42に設けてもよい。
 また、上記実施形態において、位置測定センサ70としてCCDセンサに限らず、例えばレーザ変位センサ、静電容量センサ、渦電流センサ、接触式変位センサ等を用いてもよい。例えば、レーザ変位センサの場合、可動金型41にレーザセンサヘッドを設け、固定金型42にミラー又は測定対象物を設ける。また、静電容量センサの場合、静電容量の変化を検出するセンサヘッドを設け、固定金型42に測定対象物を設ける。また、渦電流センサの場合、可動金型41に渦電流を検出するセンサヘッドを設け、固定金型42に測定対象物を設ける。また、接触式変位センサの場合、可動金型41に測定対象物に接触するスピンドルの変位を検出するセンサヘッドを設け、固定金型42に測定対象物を設ける。なお、上記のようなレーザ変位センサ、静電容量センサ、渦電流センサ、接触式変位センサを用いる場合、固定金型42に測定対象物を設ける代わりに固定金型42を直接測定することができる。また、上記のようなレーザ変位センサ、静電容量センサ、渦電流センサ、接触式変位センサを用いる場合、可動金型41側ではなく固定金型42側にセンサヘッドを設け、可動金型41側に測定対象物等を設けることもできる。
 また、上記実施形態において、調芯板51を可動金型41側の可動盤11に取り付けたが、固定金型42側の固定盤12に取り付けてもよい。
 また、上記実施形態において、調芯板51を1枚設けたが、変位の方向等に対応させて2枚以上の調芯板を設けてもよい。
 また、上記実施形態において、アクチュエータは、圧電素子60に限らず、可動金型41等を動かすことができる力と、成形品に要求される精度に対して十分な位置決め分解能とを持ったものであれば、電磁アクチュエータ、静電アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、油圧アクチュエータ等を用いてもよい。
 10 射出成形機
 11 可動盤
 12 固定盤
 13 型締め盤
 15 開閉駆動装置
 16 射出装置
 40 成形金型
 41 固定金型
 42 可動金型
 50 調芯部
 51 調芯板
 52 保持機構
 60,61,62,63 圧電素子
 70 位置測定センサ
 80 金型調芯装置
 PL1,PL2 パーティングライン面

Claims (8)

  1.  第1金型と第2金型とを型締めすることによって型空間を形成して成形を行う成形機に組み込まれる金型調芯装置であって、
     前記第1金型を変位可能に支持する調芯部と、
     前記調芯部を駆動するアクチュエータと、
     前記第1金型及び前記第2金型のうち少なくとも一方に設けられ、前記第1金型と前記第2金型との相対位置を測定する位置測定センサと、
     前記アクチュエータと前記位置測定センサとを制御する制御装置と、
     を備え、
     前記第1金型と前記第2金型との型閉じ動作中に、前記位置測定センサの出力値が所定値となるように前記調芯部を制御することを特徴とする金型調芯装置。
  2.  前記調芯部は、前記第1金型の配置を、型閉じ方向に対して垂直な第1方向、前記型閉じ方向及び前記第1方向に垂直な第2方向、及び前記型閉じ方向のまわりの回転に関して調整する少なくとも1つの調芯板を有することを特徴とする請求項1に記載の金型調芯装置。
  3.  前記位置測定センサは、前記第1金型及び前記第2金型のうち一方に設けられ、他方に設けられた被検出部を検出することにより、前記第1金型と前記第2金型との相対位置を測定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の金型調芯装置。
  4.  前記位置測定センサは、10nm以下の分解能を有す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金型調芯装置。
  5.  前記第1金型と前記第2金型との合わせ面は、製品部以外が平坦面である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金型調芯装置。
  6.  前記第1金型と前記第2金型とは、前記位置測定センサの出力値が前記所定値になっている時に型締めされることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の金型調芯装置。
  7.  請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の金型調芯装置を備えることを特徴とする成形機。
  8.  第1金型と第2金型とを型締めすることによって型空間を形成して成形を行う成形方法であって、
     前記第1金型と前記第2金型との型閉じ動作中に、前記第1金型及び前記第2金型のうち少なくともいずれか一方に設けられた位置測定センサによって、前記第1金型と前記第2金型との相対位置を測定する工程と、
     前記位置測定センサの出力値が所定値になるように、前記第1金型を変位可能に支持する調芯部を駆動することによって、前記第2金型に対する前記第1金型の相対位置を調節する工程と、
     を備えることを特徴とする成形方法。
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