WO2014061457A1 - 成型装置、成形装置ユニット及び成形方法 - Google Patents

成型装置、成形装置ユニット及び成形方法 Download PDF

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mold
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孝博 仲橋
宏之 花戸
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シャープ株式会社
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    • B29K2905/00Use of metals, their alloys or their compounds, as mould material

Definitions

  • the present invention relates to a molding apparatus, a molding apparatus unit, and a molding method.
  • the transfer device of Patent Document 1 includes a mold holder that holds a transfer mold, a substrate table that is disposed opposite to the mold holder and on which a substrate to be molded is disposed, and the mold holder that is placed on the substrate table.
  • the substrate table moving means comprises a linear motor.
  • a relative positional deviation amount between the substrate table and the mold holder that is generated when the substrate placed on the substrate table is pressed by a mold held by the mold holder is measured.
  • the positioning target value is set by adding the positional deviation amount.
  • control unit gradually increases the substrate until the position of the substrate table reaches the positioning target value until the pressing force of the mold holding body when the substrate is pressed becomes maximum.
  • table moving means moves the position of the substrate table.
  • the substrate table moving means does not force the substrate table during the transfer, so that the current flowing through the substrate table moving means can be reduced, and the heat generation from the substrate table moving means is suppressed. is doing.
  • the pressing force of the mold holder reaches a maximum, heat or light is applied to the resin (thermosetting or photocuring) that is the molding layer of the substrate to cure the molding layer. Thereafter, the mold holder is separated from the substrate table to obtain a molded substrate.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2007-260791 (published on Oct. 11, 2007)”
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2005-205844 (published on August 4, 2005)”
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to obtain a molded product by preventing a volume decrease when the resin is cured and a positional shift accompanying a cooling process.
  • a molding apparatus includes an upper mold and a lower mold, which are a pair of molds, and is molded by sandwiching a resin between the upper mold and the lower mold.
  • a first drive unit for moving the upper mold in a first direction approaching the lower mold to press the resin; and a second direction intersecting the first direction.
  • a second drive unit that holds the position of the movable lower mold, and the second drive unit is configured to remove the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold before releasing the mold. Stop holding the position of the lower mold.
  • a molding method is a molding method in which a resin is sandwiched between an upper mold and a lower mold, which are a pair of molds, and the upper mold is It moves in the first direction approaching the lower mold, presses the resin, holds the position of the lower mold that can move in the second direction intersecting the first direction, The holding of the position of the lower mold is stopped before the resin sandwiched between the lower molds is released.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a molding apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the molding apparatus 1 has an X axis, a Y axis, and a Z axis that intersect at right angles to each other and a C axis that is a rotation axis.
  • the Z-axis direction is the vertical direction (vertical direction), and is orthogonal to the X-axis, Y-axis, and C-axis.
  • the vertical direction is the first direction in the Z-axis direction.
  • the X axis and the Y axis are directions perpendicular to the Z axis (second direction). That is, the X axis and the Y axis are horizontal directions and are linear directions orthogonal to each other.
  • the C axis is the horizontal direction and the rotational direction.
  • the X axis is the left-right direction in FIG. 1, and the Y axis is a direction orthogonal to the X axis.
  • the molding apparatus 1 includes an upper base member 2, a lower base member 3 disposed below the upper base member 2, a plurality of columns 4 connecting the upper base member 2 and the lower base member 3, and a vertically movable member.
  • An upper mold holding portion 8 disposed on the facing surface of the supporting body 7, the lower base member 3 of the supporting body 7, and a table 9 disposed on the facing surface of the supporting body 7 of the lower base member 3. It has.
  • the molding apparatus 1 includes a ball screw 6 and a servo motor (first drive unit) 11 for moving the support 7 and the upper mold holding unit 8 in the Z-axis direction, and a table 9 in the X-axis / Y-axis direction.
  • An X-axis servomotor mechanism 12 and a Y-axis servomotor mechanism 13, a load cell 15, and a control unit 20 are provided for moving the X-axis servomotor.
  • the table 9 moves in the C-axis direction in addition to the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the molding apparatus 1 includes a C-axis moving mechanism for moving the table 9 to the C-axis.
  • the control unit 20 includes a motor control unit 21, a temperature control unit 31, and a position detection unit (curing determination unit) 41.
  • the motor control unit 21 controls the drive of the servo motor 11, the X-axis servo motor mechanism 12 and the Y-axis servo motor mechanism 13, and controls the movement of the table 9 in the C-axis direction.
  • the temperature control unit 31 is a control unit for controlling the temperature of the upper mold MU and the lower mold ML.
  • the position detection unit 41 acquires the XY coordinate position of the table 9 from the linear scales of the X-axis servomotor mechanism 12 and the Y-axis servomotor mechanism 13.
  • the upper mold MU and the lower mold ML are a pair of molds.
  • the molding apparatus 1 molds the resin part W by sandwiching the resin part W between the upper mold MU and the lower mold ML.
  • the upper mold MU is arranged on the surface of the upper mold holding unit 8 facing the table 9.
  • a lower mold ML is disposed on a surface facing the upper mold holding portion 8 of the table 9.
  • the upper mold MU and the lower mold ML are molds for molding a resin.
  • the upper mold MU and the lower mold ML are paired, and sandwich the resin part W that is a molded article disposed between the upper mold MU and the lower mold ML, and mold the resin part W.
  • Resin part W has a thermosetting or photo-curing resin material.
  • the plurality of support columns 4 are arranged on the lower base member 3 with the Z-axis direction as the extending direction, and support the upper base member 2. For example, a total of four support columns 4 are arranged so as to connect the mutually opposing corners of the lower base member 3 and the upper base member 2.
  • pillar 4 should just be the number of the grade which can support the upper base member 2, and is not specifically limited to four.
  • Servo motor 11 and ball screw 6 are drive units for moving support 7 and upper mold holding unit 8 in the Z-axis direction.
  • the servo motor 11 is driven by an instruction from the motor control unit 21 to rotate the ball screw 6.
  • the servo motor 11 is disposed on the upper surface of the upper base member 2.
  • the ball screw 6 is disposed directly below or via the load cell 15 below the upper base member 2 with the Z axis as the extending direction.
  • the support 7 supports the upper mold holding portion 8 from above. Each of the four corners of the support 7 is provided with a support column 4 penetrating therethrough.
  • a ball screw 6 is inserted into the inside of the support body 7 from the upper surface side of the support body 7. As the ball screw 6 rotates, the support 7 moves up and down along the extending direction of the ball screw 6, that is, the Z-axis direction.
  • the upper mold holding unit 8 and the upper mold MU also move in the Z-axis direction.
  • the upper mold holding unit 8 holds the upper mold MU from above. Moreover, although not shown in figure, the upper mold
  • the upper mold holding part 8 only needs to include a light source for photo-curing resin curing. In this case, it is not necessary to arrange a heat source or a temperature sensor in the upper mold holding unit 8.
  • the load cell 15 detects a pressing force when the resin part W is pressed by the upper mold MU, and outputs the detected pressing force to the control unit 20.
  • the load cell 15 is disposed, for example, on the lower surface of the upper base member 2 (the surface facing the support body 7).
  • the table 9 moves in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the C-axis direction.
  • the lower mold ML is disposed on the upper surface of the table 9 (the surface facing the upper mold holding portion 8).
  • the table 9 includes a heat source and a temperature sensor.
  • the table 9 raises the temperature of the heat source and transfers the heat to the lower mold ML according to an instruction from the temperature control unit 31. Thereby, when the resin component W is a thermosetting resin, it is thermoset. Further, the table 9 outputs temperature information of the lower mold ML detected by the temperature sensor to the temperature control unit 31 according to an instruction from the temperature control unit 31.
  • the table 9 may not be provided with a heat source or a temperature sensor.
  • the X-axis servo motor mechanism 12 and the Y-axis servo motor mechanism 13 are arranged below the table 9 and between the table 9 and the lower base member 3. Either the X-axis servomotor mechanism 12 or the Y-axis servomotor mechanism 13 may be arranged above and below. As an example, it is assumed that the X-axis servomotor mechanism 12 is disposed below and the Y-axis servomotor mechanism 13 is disposed above.
  • the X-axis servo motor mechanism 12 is a drive unit for moving the table 9 and the lower mold ML in the X-axis direction according to an instruction from the motor control unit 21.
  • the X-axis servomotor mechanism 12 includes a servomotor 12a and an X-axis linear scale 12b.
  • the X-axis position of the table 9 can be detected by the X-axis linear scale 12b.
  • the X-axis linear scale 12 b outputs the detected X-axis position of the table 9 to the position detection unit 41.
  • the Y-axis servo motor mechanism 13 is a drive unit for moving the table 9 and the lower mold ML in the Y-axis direction according to an instruction from the motor control unit 21.
  • the Y-axis servomotor mechanism 13 includes a servomotor 13a and a Y-axis linear scale 13b.
  • the Y-axis position of the table 9 can be detected by the Y-axis linear scale 13b.
  • the Y-axis linear scale 13 b outputs the detected Y-axis position of the table 9 to the position detection unit 41.
  • the control unit 20 is a control unit for performing drive control of each drive unit of the molding apparatus 1.
  • the motor control unit 21 is a controller for controlling the servo motors 12a and 13b of the servo motor 11, the X-axis servo motor mechanism 12 and the Y-axis servo motor mechanism 13, and the driving of the C-axis moving mechanism.
  • the motor control unit 21 drives the servo motors 12a and 13b and fixes the XYZ axes by causing a current to flow through the servo motors 11, 12a, and 13b.
  • the motor control unit 21 drives the servo motor 11 to lower the support 7, the upper mold holding unit 8, and the upper mold MU in the Z-axis direction.
  • the motor control unit 21 lowers the upper mold MU in the Z-axis direction until it acquires information from the load cell 15 that the control unit 20 has reached a certain pressing force. Then, when the motor control unit 21 acquires information that the control unit 20 has reached a constant pressing force from the load cell 15, the motor control unit 21 stops the lowering of the upper mold MU and fixes the upper mold MU at that position.
  • the motor control unit 21 controls the drive of the servo motors 12a and 13a to adjust the XY coordinate position of the table 9 and adjust the relative position between the upper mold MU and the lower mold ML.
  • the motor control unit 21 applies a constant current to the servo motors 12a and 13a, thereby applying a holding force to the table 9. Thereby, the XY coordinate position of the table 9 is fixed.
  • the motor control unit 21 acquires information indicating that the curing point of the resin part W has been detected from the position detection unit 41 during the molding process, the motor control unit 21 stops the output of the current flowing through the servo motors 12a and 13a. The holding force of the XY axis is released. In other words, servo free.
  • the temperature control unit 31 controls the temperatures of the upper mold MU and the lower mold ML by controlling the driving of heat sources (not shown) disposed in the upper mold holding unit 8 and the table 9, respectively.
  • the temperature control unit 31 acquires temperature information of each of the upper mold MU and the lower mold ML from the temperature sensors arranged in the upper mold holding unit 8 and the table 9 respectively.
  • the position detection unit 41 acquires the X coordinate position of the table 9 by acquiring information from the linear scale 12b at a predetermined time interval, and acquires the information from the linear scale 13b to acquire Y of the table 9. Get the coordinate position.
  • the movement amount per unit time of the table 9 is compared with other periods. Get smaller.
  • the position detection unit 41 detects the curing point before the resin component W is released by observing the amount of movement of the table 9 during molding per unit time.
  • the position detection unit 41 includes linear scales 12b and 13b. From the XY coordinate position acquired per unit time, the movement amount of the XY coordinate position per unit time in the table 9 is not more than a predetermined value, and the movement amount not more than the predetermined value continues for a predetermined number of times. It is determined that the resin part W has reached the curing point.
  • the position detection unit 41 determines that the resin component W has reached the curing point, the position detection unit 41 outputs information indicating that the curing point of the resin component W has been detected to the motor control unit 21.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the molding operation of the molding apparatus 1. As shown to (a) of FIG. 2, on the lower mold
  • the motor control unit 21 lowers the upper mold holding unit 8 in the Z-axis direction to bring the upper mold MU and the resin part W into contact with each other. It is sandwiched between the upper mold MU and the lower mold ML. At this time, the upper mold holding portion 8 and the upper mold MU apply a constant pressing force to the resin part W vertically downward by the force from the servo motor 11. Further, the table 9 and the lower mold ML are given a holding force for fixing their positions so as not to move in the X direction and the Y direction by the X axis servo motor mechanism 12 and the Y axis servo motor mechanism 13.
  • the temperature control unit 31 heats the upper mold MU and the lower mold ML, and raises the temperature until the temperature reaches a temperature at which the resin part W is cured. Thereby, hardening of the resin component W starts.
  • the resin part W is not thermosetting but photocurable, the resin part W is irradiated with curing light.
  • the motor control unit 21 moves the X axis and the Y axis on the table 9 side. Release the holding force of the servo motors 12a and 13a (make the servo free).
  • the servo-free timing is determined based on the change in the specific volume of the resin part W during molding, that is, the PVT characteristics.
  • the motor control unit 21 drives the servo motor 11 to move the upper mold holding unit 8 and the upper mold MU vertically upward. Thereby, the molded resin part W is completed and can be taken out.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the relative positions of XY of the upper mold MU and the lower mold ML are shifted.
  • FIG. 3A is a side view illustrating a state where the upper mold MU and the lower mold ML are displaced
  • FIG. 3B is a plan view illustrating a state where the upper mold MU and the lower mold ML are displaced.
  • FIG. 4 is a plan view showing the relative positions of XY between the upper mold MU and the lower mold ML.
  • FIG. 4A shows a state where the relative positions of the XY between the upper mold MU and the lower mold ML are shifted. Represents a state in which there is no relative displacement of XY between the upper mold MU and the lower mold ML.
  • the servo motors 12a and 13a are servo-free between the curing point indicating that the resin component W at the time of molding is cured and the release point, thereby curing the resin component W.
  • the holding force for holding the XY coordinate position of the subsequent table 9 is not applied.
  • the molding of the resin component W can be completed in a state where there is no relative displacement of XY between the upper mold MU and the lower mold ML.
  • FIG. 5 is a graph showing a PVT characteristic graph.
  • the horizontal axis indicates the temperature
  • the vertical axis indicates the specific volume.
  • the PVT characteristic represents a correlation between pressure (P) -specific volume (product) (V) -temperature (T). Based on the PVT characteristic model, the process of molding the resin part W can be roughly divided into four processes as shown in FIG. Each process will be described.
  • the difference between the dimension of the resin part W at the molding completion point S and the dimensions of the upper mold MU and the lower mold ML is the curing shrinkage of the resin part W.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating changes in XY coordinates of the table 9 and changes in temperature of the upper mold MU and the lower mold ML in the molding process of the resin component W.
  • X axis represents the coordinate position on the X axis of the table 9
  • Y axis represents the coordinate position on the Y axis of the table 9
  • Tempoture represents the upper mold MU and the lower mold ML. Represents the temperature.
  • the X-axis coordinate position in FIG. 6 is X-axis position information acquired by the position detection unit 41 from the linear scale 12b, and the Y-axis coordinate position in FIG. 6 is acquired by the position detection unit 41 from the linear scale 13b.
  • Y-axis position information. 6 is temperature information of the upper mold MU and the lower mold ML that the temperature control unit 31 acquires from the upper mold holding unit 8 and the table 9.
  • the temperature of the upper mold MU and the lower mold ML rises in the temperature raising process.
  • the temperatures of the upper mold MU and the lower mold ML are kept constant at about 140 ° C.
  • the resin part W starts to be cured from the point L.
  • the curing of the resin part W is completed, and the heating of the upper mold MU and the lower mold ML is stopped at the curing point P. Thereby, the resin component W enters a cooling process. And the specific volume of the resin component W decreases.
  • a release point R is a point where the positions of the X axis and the Y axis of the table 9 change greatly.
  • FIG. 7 is a diagram in which changes in the XY coordinates of the table 9 in the molding process of the resin part W are plotted at regular intervals.
  • the horizontal axis represents the coordinate position on the X axis of the table 9
  • the vertical axis represents the coordinate position on the Y axis of the table 9.
  • the X-axis coordinate position in FIG. 7 is X-axis position information acquired by the position detection unit 41 from the linear scale 12b, and the Y-axis coordinate position in FIG. 7 is acquired by the position detection unit 41 from the linear scale 13b. Y-axis position information.
  • the XY coordinate position of the table 9 has moved slightly in the vicinity of the origin from the initial state that is the origin position. In the vicinity of the curing point P, the amount of movement of the XY coordinate position of the table 9 that moves per unit time is smaller than in other periods, and the XY coordinate position of the table 9 shows a substantially constant position.
  • the release point R comes, the XY coordinate position of the table 9 has moved greatly in the X minus and Y plus directions.
  • the amount of movement per unit time of the XY coordinate position of the table 9 is minimum in the vicinity of the curing point P after the resin component W is cured, and thereafter is maximum at the release point R as a boundary. I understand.
  • the cured state of the resin component W can be grasped by looking at the amount of movement per unit time of the XY coordinate position of the table 9.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a processing flow of the molding apparatus 1.
  • the resin part W that is a molded product is disposed on the lower mold ML by, for example, being applied. In this way, the resin component W is set between the upper mold MU and the lower mold ML that are separated from each other (step S11).
  • the motor control unit 21 controls the drive of each servo motor so that the positions of the upper mold MU and the lower mold ML are aligned. Thereby, the position on the XYC axis of the table 9 is adjusted, and the positions of the upper mold MU and the lower mold ML are adjusted (step S12).
  • the motor control unit 21 applies a constant current to the servo motors 12a and 13a to apply a holding force to the table 9 in order to fix the position of the table 9.
  • the motor control unit 21 drives the servo motor 11 to rotate the ball screw 6 and lowers the upper mold holding unit 8 to lower the upper mold MU (step S13).
  • the motor control unit 21 applies a constant current to the servomotor 11 in order to fix the position of the upper mold MU in the Z-axis direction.
  • the position of the upper mold MU in the Z-axis direction is fixed, and a constant pressing force is applied to the resin component W and the lower mold ML.
  • the temperature control unit 31 heats the upper mold MU and the lower mold ML by driving the heat sources of the upper mold holding unit 8 and the table 9, respectively.
  • the temperature control unit 31 acquires temperature information from the heaters of the upper mold holding unit 8 and the table 9, and when the temperature reaches a predetermined constant temperature, the upper mold holding unit and the lower mold ML are set to a constant temperature.
  • the driving of the heat sources of 8 and table 9 is controlled.
  • the upper mold MU and the lower mold ML are heated to a predetermined temperature and are held constant at the predetermined temperature (step S15).
  • the position detection unit 41 determines that the movement amount of the XY coordinate position per unit time of the table 9 is less than or equal to a predetermined value from the XY coordinate position acquired per unit time from the linear scales 12b and 13b. Yes, it is determined whether or not the movement amount per unit time in the table 9 is minimized by determining whether or not the movement amount equal to or less than the predetermined value has continued for a predetermined number of times (step S16).
  • step S16 if the position detection part 41 determines with the movement amount per unit time of the table 9 having become the minimum (YES of step S16), the position detection part 41 will give the information to the effect that the hardening point was detected to the motor control part 21. Output to.
  • the motor control unit 21 detects information indicating that the curing point has been detected from the position detection unit 41, the holding power of the servo motors 12a and 13a is released, and the XY axes of the table 9 become servo-free (step S17).
  • the motor control unit 21 controls the drive of the servo motor 11 to control the upper mold.
  • the upper mold MU is raised by raising the holding unit 8 (step S19).
  • the molded resin part W is completed, and the resin part W can be taken out from the upper mold MU and the lower mold ML.
  • the molding apparatus 1 includes a position detection unit 41 that determines whether or not the resin component W sandwiched between the upper mold MU and the lower mold ML is cured.
  • the position detector 41 determines in advance the amount of movement of the XY coordinate position per unit time of the table 9 from the XY coordinate position acquired per unit time from the linear scales 12b and 13b as in step S16. It is determined whether or not the movement amount per unit time in the table 9 has become the minimum by determining whether or not the movement amount that is equal to or less than the predetermined value has continued for a predetermined number of times.
  • this position detection part 41 determines with the movement amount per unit time of the table 9 having become the minimum, it determines with the resin component W having hardened, and the hardening point before the resin component W demolds. Is output to the motor control unit 21.
  • the motor control unit 21 stops the position of the table 9 on the XY axes by setting the servo motors 12a and 13a to a free state.
  • the lower mold ML can be moved in the XY-axis direction, and even if the volume decreases when the resin part W is cured, the lower mold ML is moved by the pressing force of the upper mold MU in the lower Z-axis direction.
  • the upper mold MU follows the XY position of the upper mold MU.
  • FIG. 9 is a diagram showing the film thickness of the surface after molding of the resin part W, (a) shows the film thickness of the surface of the resin part W when not servo-free, and (b) shows the present embodiment. As described in the embodiment, the film thickness of the surface of the resin component W when the servo is free is shown. Compared with (a) in FIG. 9, it can be seen that (b) in FIG. 9 is uniform with no unevenness of the film thickness on the surface of the resin component W.
  • FIG. 10 is a diagram showing surface film thickness variation between a plurality of resin parts when not servo-free, and (a) is a table showing surface film thickness variation between a plurality of resin parts. b) is a graph showing the film thickness variation of the surface between several resin components.
  • FIG. 11 is a diagram showing surface film thickness variation between a plurality of resin parts when servo-free as described in the present embodiment, and (a) is a film on the surface between a plurality of resin parts. It is a table
  • the horizontal axis represents the wafer number
  • the vertical axis represents the eccentricity
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the configuration of the molding apparatus unit 5 according to the second embodiment.
  • the molding device unit 5 includes a molding device 1a and a DSC (Differential Scanning Calorimetry) device 50.
  • DSC Different Scanning Calorimetry
  • the molding apparatus 1a is different from the molding apparatus 1 in that a control unit 20a is provided instead of the control unit 20 of the molding apparatus 1.
  • Other configurations of the molding apparatus 1a are the same as those of the molding apparatus 1.
  • the control unit 20a has a configuration in which the control unit 20 includes a transmission / reception unit 23 and a timer 25. Other configurations of the control unit 20a are the same as those of the control unit 20. That is, the control unit 20 a includes a motor control unit 21, a transmission / reception unit 23, a timer 25, a temperature control unit 31, and a position detection unit 41.
  • the DSC device 50 includes a transmission / reception unit 51, a storage unit 52, a calorific value calculation unit 53, and a reaction rate calculation unit (curing determination unit) 54.
  • the timer 25 starts counting at the same time that the temperature control unit 31 starts heating the heat sources of the upper mold holding unit 8 and the table 9. Then, the timer 25 outputs the elapsed time after the start of counting to the transmission / reception unit 23.
  • the temperature control unit 31 outputs temperature information obtained from the upper mold MU and the lower mold ML to the transmission / reception unit 23.
  • the transmission / reception unit 23 functions as an interface with the DSC device 50.
  • the transmission / reception unit 23 is connected online with a transmission / reception unit 51 which is an interface unit of the DSC device 50.
  • the method for connecting the transmission / reception unit 23 and the transmission / reception unit 51 may be either wired or wireless.
  • the transmission / reception unit 23 outputs the elapsed time acquired from the timer 25 and the temperature information acquired from the temperature control unit 31 to the transmission / reception unit 51 of the DS device 50. In addition, when the transmission / reception unit 23 acquires the servo-free instruction information output from the transmission / reception unit 51 of the DSC device 50, the transmission / reception unit 23 outputs the acquired servo-free instruction information to the motor control unit 21.
  • the motor control unit 21 When the motor control unit 21 acquires the servo-free instruction information from the transmission / reception unit 23, the motor control unit 21 stops the output of the current flowing through the servo motors 12a and 13a and releases the holding force of the table 9 on the XY axes. In other words, servo free.
  • the DSC device 50 calculates the heat generation amount of the resin component W and calculates the reaction rate in order to see the cured state of the resin component W molded by the molding device 1a. That is, the cure point before the resin part W is released is detected by calculating the DSC device 50 reaction rate.
  • the transmission / reception unit 51 functions as an interface with the control unit 20a.
  • the transmission / reception unit 51 acquires the servo-free instruction information from the reaction rate calculation unit 54
  • the transmission / reception unit 51 outputs the acquired servo-free instruction information to the transmission / reception unit 23.
  • the transmission / reception unit 51 acquires the elapsed time and temperature information from the transmission / reception unit 23
  • the transmission / reception unit 51 outputs the acquired elapsed time and temperature information to the heat generation amount calculation unit 53.
  • the storage unit 52 stores in advance a calorific value (referred to as a calorific value REF) necessary for curing the resin material of the resin part W.
  • the calorific value REF stored in the reaction rate calculator 23 is measured in advance using, for example, the DSC device 50.
  • the heat generation amount REF is a heat generation amount considered that the resin material of the resin component W is sufficiently cured, and is a heat generation amount before the resin component W is released from the upper mold MU and the lower mold ML.
  • the calorific value calculation unit 53 acquires the elapsed time and temperature information output from the transmission / reception unit 51, the calorific value of the resin component W being molded (referred to as a calorific value SAM) from the acquired elapsed time and temperature information. ) In real time.
  • the calorific value calculation unit 53 outputs the calculated calorific value SAM to the reaction rate calculation unit 54.
  • the reaction rate calculation unit 53 determines whether or not the resin material of the resin part W being molded is cured. The reaction rate calculation unit 53 determines that the resin is cured when it detects that the amount of heat generated by the resin of the resin part W sandwiched between the upper mold MU and the lower mold ML exceeds a predetermined value.
  • the reaction rate calculation unit 53 calculates the reaction rate of the resin part W being molded from the heat generation amount SAM calculated by the heat generation amount calculation unit 53 and the heat generation amount REF stored in the storage unit 52.
  • the reaction rate calculator 23 calculates the reaction rate as shown in the following (Equation 1).
  • (Reaction rate) (1 ⁇ (Heat generation amount SAM) / (Heat generation amount REF)) ⁇ 100 (Formula 1)
  • the reaction rate calculation unit 53 regards the resin part W as cured, and outputs servo-free instruction information, which is information indicating that a curing point has been detected, to the transmission / reception unit 51.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the elapsed time from the start of heating to the resin part W and the reaction rate.
  • the horizontal axis represents the elapsed time since the temperature control unit 31 started heating the upper mold MU and the lower mold ML, and the vertical axis represents the reaction rate.
  • FIG. 20 is a diagram showing the heat generation behavior calculated by the DSC device.
  • the temperature profile applied to the upper mold MU and the lower mold ML the elapsed time and temperature of several resin materials (“resin-1,” “resin-2,” “resin-3”), and heat generation The relationship with quantity is shown.
  • FIG. 21 shows an example of molding conditions when the reaction rate is 80% or more with a silicone resin.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating the relationship between the molding conditions of the silicone resin and the reaction rate.
  • “Condition” shown in FIG. 21 represents the temperature and time applied during molding, “REF” represents the above (heat generation amount REF), “SAM” represents the above (heat generation amount SAM), and “reaction rate”. Represents the above (reaction rate).
  • the calorific value REF becomes 146.1 [J / g].
  • the calorific value of 146.1 [J / g] is a calorific value that can be said to be completely cured.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a processing flow of the molding apparatus unit 5.
  • steps S11 to S14 are processed in the same manner.
  • step S14 the lowering of the upper mold MU stops.
  • the temperature control unit 31 starts heating the upper mold MU and the lower mold ML by driving the heat sources of the upper mold holding unit 8 and the table 9, respectively. And the temperature control part 31 will output to the transmission / reception part 23, if the temperature information from the heat source of the upper mold
  • the timer 25 starts counting the heat sources of the upper mold holding unit 8 and the table 9 of the temperature control unit 31 and starts counting, and outputs the counted elapsed time to the transmission / reception unit 23.
  • the transmission / reception unit 23 outputs the temperature information and the elapsed time to the transmission / reception unit 51, whereby the temperature information and the elapsed time are output from the transmission / reception unit 51 to the calorific value calculation unit 53.
  • the heat generation amount calculation unit 53 calculates the heat generation amount SAM of the resin part W being molded from the temperature information acquired from the transmission / reception unit 51 and the elapsed time, and outputs the calculated heat generation amount SAM to the reaction rate calculation unit 54.
  • reaction rate calculation unit 54 acquires the heat generation amount SAM acquired from the heat generation amount calculation unit 53 and the heat generation amount REF stored in the storage unit 52, the reaction rate calculation unit 54 starts calculating the reaction rate according to the above (Equation 1). (Step S24).
  • the temperature control part 31 acquires the temperature information acquired from the heat source of the upper mold
  • the driving of the heat sources of the mold holding unit 8 and the table 9 is controlled.
  • the upper mold MU and the lower mold ML are heated to a predetermined temperature and are held constant at the predetermined temperature (step S15).
  • the heat generation amount SAM of the resin component W calculated by the heat generation amount calculation unit 53 increases, and the reaction rate calculation unit 54 determines whether or not the reaction rate has reached 80% or more, thereby determining the resin. It is determined whether or not the part W has reached the curing point P (step S26).
  • the reaction rate calculation unit 54 determines that the reaction rate has reached 80% or more, it outputs servo-free instruction information to the transmission / reception unit 51 as detecting a curing point, and the transmission / reception unit 51 outputs the servo-free instruction information.
  • the data is output to the transmission / reception unit 23.
  • the transmission / reception unit 23 outputs the servo-free instruction information acquired from the transmission / reception unit 51 to the motor control unit 21. Then, when the motor control unit 21 acquires the servo-free instruction information from the transmission / reception unit 23, the holding power of the servo motors 12a and 13a is released, and the XY axes of the table 9 become servo-free (step S17).
  • the molded resin part W is completed. Thereby, the resin component W can be taken out from the upper mold MU and the lower mold ML.
  • the DSC apparatus 50 has been described as being provided outside the molding apparatus 1a.
  • the present invention is not limited to this, and the DSC apparatus 50 is provided in the control unit 20a of the molding apparatus 1a. Also good.
  • FIGS. 15 to 17 a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 17 as follows.
  • members having the same functions as those in the drawings described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a molding apparatus 1b according to the third embodiment.
  • the molding apparatus 1b differs from the molding apparatus 1 in that a motor control unit 21b is provided instead of the motor control unit 21.
  • the other configuration of the molding apparatus 1b is the same as that of the molding apparatus 1.
  • the motor control unit 21b includes a current value detection unit (curing determination unit) 22 in the motor control unit 21.
  • the current value detection unit 22 determines whether or not the resin component W has reached the curing point P when the resin component W is being molded. The current value detection unit 22 determines whether or not the current value applied to the servo motors 12a and 13a exceeds a predetermined value, so that the resin component W is cured when the resin component W is molded. It is determined whether or not.
  • the current value detection unit 22 determines that the current value applied to the servo motors 12a and 13a exceeds a predetermined value, the current value detection unit 22 considers that the resin component W has become a curing point. Then, the holding force of the motor control unit 21 and the servo motors 12a and 13a is released, and the XY axes of the table 9 are servo-free.
  • FIG. 16 is a diagram showing loads applied to the motors of the XY axes of the molding apparatus 1.
  • Xi represents the load applied to the X-axis servomotor 12a
  • Yi represents the load applied to the Y-axis servomotor 13a
  • TU represents the temperature of the upper mold MU
  • TL Represents the temperature of the lower ML.
  • the temperatures of “TU” and “TL” decrease from 140 ° C.
  • “Xi” and “Yi” indicate that the direction of the load is reversed and the load is increasing.
  • the current value detection unit 22 considers that the resin component W is cured. Then, the motor control unit 21b is servo-free, and as indicated by a point SF in FIG. 16, the current value ⁇ flowing through the servomotors 12a and 13a is substantially zero.
  • the position detection unit 41 has the XY coordinate position of the table 9.
  • the amount of movement of the XY coordinate position of the table 9 when determining that the amount of movement is minimized and the current value applied to the servo motors 12a and 13a at that time are associated in advance and stored in the current value detection unit 22. You may keep it.
  • the current value before entering the mold (current value less than the current value at the time of mold release) may be stored in the current value detector 22 as a preset constant current value.
  • the current value applied to the servo motors 12a and 13a when the reaction rate is 80% is stored in the current value detection unit 22 as a predetermined constant current value. It may be left.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a processing flow of the molding apparatus 1b. Similarly to FIG. 8, steps S11 to S15 are processed in the same manner. In step S15, the upper mold MU and the lower mold ML are heated to a predetermined temperature and are held constant at the predetermined temperature (step S15). .
  • the current value detection unit 22 determines whether or not the current value applied to the servo motors 12a and 13a exceeds a predetermined value (step S36).
  • step S36 When the current value detection unit 22 determines that the current value applied to the servo motors 12a and 13a exceeds a predetermined value (YES in step S36), the motor control unit 21 holds the servo motors 12a and 13a. The force is released, and the XY axes of the table 9 are servo-free (step S17).
  • the molded resin part W is completed. Thereby, the resin component W can be taken out from the upper mold MU and the lower mold ML.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a molding apparatus 1c according to the fourth embodiment.
  • the molding apparatus 1c is different from the molding apparatus 1 in that the control unit 20 includes a timer (curing determination unit) 25c.
  • Other configurations of the molding apparatus 1 c are the same as those of the molding apparatus 1.
  • the timer 25 determines whether or not the resin part W has reached the curing point P when the resin part W is being molded.
  • the curing point can be determined in advance by the heating temperature and time depending on the resin material. For this reason, if the heating temperature of the resin component W is constant, it is possible to determine whether or not the resin component W has reached the curing point only by looking at the heating time.
  • the temperature applied by the temperature control unit 31 and the time required for the resin component W to reach the curing point according to the temperature are stored in association with each other.
  • FIG. 19 is a diagram showing the flow of processing of the molding apparatus 1c.
  • step S11 to S14 the same processing is performed from step S11 to S14.
  • the temperature control unit 31 next drives the heat sources of the upper mold holding unit 8 and the table 9 respectively.
  • heating of the upper mold MU and the lower mold ML is started and the timer 25c starts counting (step S44).
  • the temperature control part 31 acquires the temperature information from the heat source of the upper mold
  • the driving of the heat sources of the holding unit 8 and the table 9 is controlled.
  • the upper mold MU and the lower mold ML are heated to a predetermined temperature and are held constant at the predetermined temperature (step S15).
  • the curing of the resin part W sandwiched between the upper mold MU and the lower mold ML proceeds, and the timer 25c determines whether or not the resin part W has reached the curing point P.
  • the timer 25c determines whether or not a predetermined time set in advance has elapsed since the heating of the upper mold MU and the lower mold ML was started (step S46).
  • the timer 25c determines that a predetermined time has elapsed after the heating of the mold MU and the lower mold ML is started, the timer 25c displays information indicating that the curing point has been detected as a motor control unit. To 21.
  • the motor control unit 21 detects information indicating that the curing point has been detected from the timer 25c, the holding power of the servo motors 12a and 13a is released, and the XY axes of the table 9 become servo-free (step S17).
  • the molded resin part W is completed. Thereby, the resin component W can be taken out from the upper mold MU and the lower mold ML.
  • a molding apparatus is a molding apparatus that includes an upper mold and a lower mold, which are a pair of molds, and molds the resin by sandwiching a resin between the upper mold and the lower mold.
  • a first drive unit for moving in a first direction approaching the lower mold to press the resin, and a position of the lower mold capable of moving in a second direction intersecting the first direction The second drive unit stops holding the position of the lower mold before the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is released. .
  • a molding method is a molding method in which a resin is sandwiched between an upper mold and a lower mold, which are a pair of molds, and the first mold approaches the lower mold.
  • the resin is sandwiched between the upper mold and the lower mold, holding the position of the lower mold capable of moving in the second direction crossing the first direction, and pressing the resin. Before releasing the mold, the holding of the position of the lower mold is stopped.
  • the first driving unit for moving the upper mold in the first direction approaching the lower mold to press the resin, and the second direction intersecting the first direction. Since the second drive unit that holds the position of the movable lower mold is provided, the relative positions of the upper mold and the lower mold can be fixed and the resin can be cured. The second driving unit stops holding the position of the lower mold before the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is released.
  • the lower mold can be moved in the second direction, and the volume is reduced when the resin is cured. Even so, the lower mold follows the position of the upper mold by the pressing force of the upper mold in the first direction. Thereby, the position shift accompanying the volume reduction at the time of the said resin hardening
  • a curing determination unit that determines whether or not the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is cured, and a table on which the lower mold is placed, A motor for moving the table in the second direction, and the curing determination unit detects a holding force by which the motor holds the position of the lower mold, and after the start of curing of the resin, the holding When it is detected that the force has reached a predetermined value, it is determined that the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is cured, and the second driving unit stops holding the position of the lower mold. Also good.
  • the molding apparatus includes a curing determination unit that determines whether or not the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is cured, and the curing determination unit cures the resin When it is detected that a predetermined time has elapsed after the start, it is determined that the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is cured, and the second driving unit stops holding the position of the lower mold. You may do it.
  • the molding apparatus unit includes the molding apparatus and a curing determination unit that determines whether or not the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is cured, and the curing determination is performed.
  • the unit determines that the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is cured, and The second drive unit may stop holding the position of the lower mold.
  • the second holding unit stops holding the position of the lower mold. Thereby, the position shift accompanying the volume reduction at the time of the said resin hardening
  • curing can be prevented, and a molded article can be obtained.
  • a curing determination unit that determines whether or not the resin sandwiched between the upper mold and the lower mold is cured, and a table on which the lower mold is placed.
  • the curing determination unit detects the position of the table in the second direction, and detects that the amount of movement of the table per unit time has become minimum after the resin starts curing, And the resin sandwiched between the lower mold and the lower mold may be determined to be cured. Also by this, the position shift accompanying the volume reduction at the time of the said resin hardening
  • the present invention can be applied not only to molding apparatuses and molding methods that require fine processing accuracy because the XY drive shaft during resin curing can be controlled, but also to a wide range of general molding apparatuses and molding methods.
  • Molding device unit 1, 1a, 1b, 1c Molding device 5 Molding device unit 6 Ball screw 8 Upper mold holding portion 9 Table 11 Servo motor (first drive portion) 12a / 13a Servo motor (second drive unit) 12b / 13b Linear scale 15 Load cell 20 Control unit 21 Motor control unit 21b Motor control unit 22 Current value detection unit (curing determination unit) 25 timer 25c timer (curing determination unit) 31 Temperature control unit 41 Position detection unit (curing determination unit) 50 DSC device 51 Transmission / reception unit 52 Storage unit 53 Heat generation amount calculation unit 54 Reaction rate calculation unit (curing determination unit) ML Lower mold MU Upper mold P Curing point R Release point W Resin parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

 成型装置(1)は、上型(MU)を下型(ML)方向に移動させ樹脂部品(W)を押圧させるサーボモータ(11)と、下型(ML)のXY座標位置を保持するサーボモータ(12a・13a)と、上記上型・上記下型内の上記樹脂部品の硬化判定をする位置検出部(41)とを備え、上記樹脂部品が硬化すると上記サーボモータは上記下型の保持を停止する。これにより、樹脂が硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得る。

Description

成型装置、成形装置ユニット及び成形方法
 本発明は成型装置、成型装置ユニット及び成形方法に関する。
 従来より、成形型で樹脂を押圧し、樹脂を硬化させることで、成形された成形品を得る成型装置が使用されている。このような成型装置では転写の際に、型と成形品との間で相対的に位置ズレが生じる。
 特許文献1の転写装置は、転写用の型を保持する型保持体と、当該型保持体と対向配置され、成形される基板が配される基板テーブルと、上記型保持体を上記基板テーブルに接近させたり離反させたりする方向に移動させるための型保持体駆動手段と、上記基板テーブルを、上記型保持体の移動方向と交差する方向に移動させるための基板テーブル移動手段と、当該基板テーブル移動手段を制御する制御部とを備えている。上記基板テーブル移動手段はリニアモータからなる。
 特許文献1の転写装置では、上記基板テーブルに配された基板を、上記型保持体が保持する型で押圧する際に生じる上記基板テーブルと上記型保持体との相対的な位置ズレ量を測定しておき、その位置ズレ量を加算して位置決めの目標値を設定しておく。
 そして、上記制御部は、基板を押圧する際の上記型保持体の押圧力が最大となるまでの間に、上記基板テーブルの位置が上記位置決めの目標値となるまで、段階的に、上記基板テーブル移動手段に、上記基板テーブルの位置を移動させる。
 これにより、転写の際に、上記基板テーブル移動手段は、上記基板テーブルを無理に保持しないため、上記基板テーブル移動手段に流れる電流を小さくすることができ、上記基板テーブル移動手段からの発熱を抑制している。
 そして、上記型保持体の押圧力が最大となったときに、基板の被成形層である樹脂(熱硬化性や光硬化性)に熱または光を加え、当該被成形層を硬化させる。このあと、上記型保持体が基板テーブルから離れることで、成形された基板を得る。
日本国公開特許公報「特開2007‐260791号公報(2007年10月11日公開)」 日本国公開特許公報「特開2005‐205844号公報(2005年8月4日公開)」
 しかしながら、転写を行っている際、基板の被成形層に熱又は光を加え、被成形層を硬化反応させると、硬化反応が進むにつれ樹脂からなる被成形層の比容積は減少する。このため、被成形層の硬化反応が進むにつれ、基板テーブルの位置を保持する保持力が大きくなり、結果的に成形品に残留応力が発生することで成形品のパターン精度が悪くなるという課題が生じる。
 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、樹脂が硬化する際の容積減少や冷却過程に伴う位置ズレを防止して成型品を得ることである。
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る成型装置は、一対の金型である上型と下型を備え、当該上型及び下型の間に樹脂を挟んで成形する成型装置であって、上記上型を上記下型に近づく第1の方向に移動させて上記樹脂を押圧させるための第1の駆動部と、上記第1の方向と交差する第2の方向への移動が可能な上記下型の位置を保持する第2の駆動部とを備え、上記第2の駆動部は、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が離型をする前に、上記下型の位置の保持を停止する。
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る成形方法は、一対の金型である上型と下型の間に樹脂を挟んで成形する成型方法であって、上記上型を上記下型に近づく第1の方向に移動させて上記樹脂を押圧し、上記第1の方向と交差する第2の方向への移動が可能な上記下型の位置を保持し、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が離型をする前に、上記下型の位置の保持を停止する。
 本発明の一態様によれば、樹脂が硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得るという効果を奏する。
第1の実施の形態に係る成型装置の構成を表す図である。 第1の実施の形態に係る成型装置の成型動作を表す図である。 上記成型装置の上型及び下型のXYの相対位置がズレている様子を表す図である。 上記成型装置の上型と下型とのXYの相対位置を表す平面図である。 PVT特性のグラフを示す図である。 樹脂部品の成形プロセスにおけるテーブルのXY座標の変化及び上型及び下型の温度変化の様子を表す図である。 樹脂部品の成形プロセスにおけるテーブルのXY座標の変化を一定時間毎にプロットした図である。 上記成型装置の処理の流れを表す図である。 上記成型装置での成型後の樹脂部品の表面の膜厚を表す図である。 サーボフリーとしなかった場合の複数の樹脂部品間の表面の膜厚バラツキを表す図である。 上記成型装置でサーボフリーとした場合の複数の樹脂部品間の表面の膜厚バラツキを表す図である。 第2の実施の形態に係る成型装置の構成を表す図である。 上記成型装置で成形されている樹脂部品の加温時間と反応率との関係を表す図である。 第2の実施の形態に係る成型装置の処理の流れを表す図である。 第3の実施の形態に係る成型装置の構成を表す図である。 上記成型装置のXY軸それぞれのモータに加わる負荷を表す図である。 第3の実施の形態に係る成型装置の処理の流れを表す図である。 第4の実施の形態に係る成型装置の構成を表す図である。 第4の実施の形態に係る成型装置の処理の流れを表す図である。 DSC装置が演算する発熱挙動を示す図である。 シリコーン樹脂の成形条件と反応率との関係を表す図である。
 〔実施の形態1〕
 (成型装置1の構成)
 図1を用いて成型装置1の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る成型装置1の構成を表す図である。
 成型装置1は、互いに直交して交差するX軸、Y軸、及びZ軸と、回転軸であるC軸とを有する。Z軸方向は上下方向(鉛直方向)であり、X軸、Y軸及びC軸に直行する。Z軸方向のうち鉛直下方が第1の方向である。X軸及びY軸はZ軸に直交する方向である(第2の方向)。すなわち、X軸、Y軸は水平方向であって互いに直交する直線方向ある。C軸は水平方向であって回転方向である。X軸は図1の左右方向であり、Y軸はそのX軸に直交する方向である。
 成型装置1は、上ベース部材2と、上ベース部材2の下方に配された下ベース部材3と、上ベース部材2及び下ベース部材3を接続する複数の支柱4と、上下移動可能に配されている支持体7と、支持体7の下ベース部材3との対向面に配された上型保持部8と、下ベース部材3の支持体7との対向面に配されたテーブル9とを備えている。
 さらに、成型装置1は、支持体7及び上型保持部8をZ軸方向に移動させるためのボールネジ6及びサーボモータ(第1の駆動部)11と、テーブル9をX軸・Y軸方向にそれぞれ移動させるためのX軸用サーボモータ機構12・Y軸用サーボモータ機構13と、ロードセル15と、制御部20とを備えている。また、テーブル9はX軸方向・Y軸方向に加えC軸方向へも移動する。図示しないが、成型装置1は、テーブル9をC軸に移動させるためのC軸移動機構を備えている。
 制御部20は、モータ制御部21と、温度制御部31と、位置検出部(硬化判定部)41とを備えている。
 モータ制御部21は、サーボモータ11や、X軸用サーボモータ機構12及びY軸用サーボモータ機構13それぞれのサーボモータを駆動制御したり、テーブル9のC軸方向への移動制御をする。温度制御部31は上型MU及び下型MLの温度制御をするための制御部である。位置検出部41はX軸用サーボモータ機構12及びY軸用サーボモータ機構13それぞれのリニアスケールから、テーブル9のXY座標位置を取得する。
 上型MUと下型MLとは一対の金型である。成型装置1は、上型MU及び下型MLの間に樹脂部品Wを挟んでその樹脂部品Wを成形する。
 上型保持部8のテーブル9との対向面には上型MUが配されている。テーブル9の上型保持部8との対向面には下型MLが配されている。
 上型MU及び下型MLは樹脂を成形するための金型である。上型MU及び下型MLは、一対で、上型MU及び下型MLの間に配された被成形品である樹脂部品Wを挟み、その樹脂部品Wを成形する。
 樹脂部品Wは、熱硬化性もしくは光硬化性の樹脂材料を有する。
 複数の支柱4は、Z軸方向を延設方向として、下ベース部材3上に配されており、上ベース部材2を支持している。複数の支柱4は、それぞれ、下ベース部材3と上ベース部材2との互いに対向する角を接続するように、例えば合計4本配されている。なお、複数の支柱4の数は、上ベース部材2を支持できる程度の本数であればよく、特に、4本に限定されるものではない。
 サーボモータ11及びボールネジ6は、支持体7及び上型保持部8をZ軸方向に移動させるための駆動部である。サーボモータ11は、モータ制御部21からの指示により駆動し、ボールネジ6を回転駆動させる。例えば、サーボモータ11は上ベース部材2の上面に配されている。ボールネジ6は、Z軸を延設方向として上ベース部材2の下方に、直接、又はロードセル15を介して配されている。
 支持体7は上型保持部8を上方側から支持するものである。支持体7の4つの角には、それぞれ支柱4が貫通して配されている。支持体7の上面側から支持体7の内部にボールネジ6が挿入されて配されている。そして、ボールネジ6が回転することで、支持体7はボールネジ6の延設方向、すなわちZ軸方向に沿って上下移動する。
 この支持体7のZ軸方向への移動に伴い上型保持部8及び上型MUもZ軸方向へ移動する。
 上型保持部8は、上型MUを上方側から保持するものである。また、上型保持部8は、図示しないが、熱源及び温度センサを備えている。上型保持部8は、温度制御部31からの指示により、熱源の温度を上昇させその熱を上型MUに伝熱する。これにより、樹脂部品Wが熱硬化性樹脂である場合、熱硬化させる。また、上型保持部8は、温度制御部31からの指示により、温度センサが検出した上型MUの温度情報を温度制御部31に出力する。
 なお、樹脂部品Wが熱硬化性樹脂ではなく光硬化性樹脂である場合は、上型保持部8は光硬化性樹脂硬化用の光源を備えていればよい。この場合、上型保持部8に熱源や温度センサは配さなくともよい。
 ロードセル15は、上型MUで樹脂部品Wを押圧する際の押圧力を検出し、当該検出した押圧力を制御部20に出力するものである。ロードセル15は、例えば、上ベース部材2の下面(支持体7との対向面)に配されている。
 テーブル9はX軸方向、Y軸方向、及びC軸方向に移動する。テーブル9の上面(上型保持部8との対向面)に下型MLが配されている。テーブル9は、図示しないが、熱源及び温度センサを備えている。
 テーブル9は、温度制御部31からの指示により、熱源の温度を上昇させその熱を下型MLに伝熱する。これにより、樹脂部品Wが熱硬化性樹脂である場合、熱硬化させる。また、テーブル9は、温度制御部31からの指示により、温度センサが検出した下型MLの温度情報を温度制御部31に出力する。
 なお、樹脂部品Wが熱硬化性樹脂ではなく光硬化性樹脂である場合は、テーブル9に熱源や温度センサは配さなくともよい。
 X軸用サーボモータ機構12及びY軸用サーボモータ機構13は、テーブル9の下方であって、テーブル9と下ベース部材3との間に配されている。X軸用サーボモータ機構12及びY軸用サーボモータ機構13は、どちらが上方及び下方に配されていてもよい。一例として、X軸用サーボモータ機構12が下方、Y軸用サーボモータ機構13が上方に配されているものとする。
 X軸用サーボモータ機構12は、モータ制御部21からの指示により、テーブル9及び下型MLをX軸方向に移動させるための駆動部である。X軸用サーボモータ機構12は、サーボモータ12aと、X軸用のリニアスケール12bとを備えている。X軸用のリニアスケール12bにより、テーブル9のX軸の位置の検出が可能である。X軸用のリニアスケール12bは、検出したテーブル9のX軸の位置を位置検出部41に出力する。
 Y軸用サーボモータ機構13は、モータ制御部21からの指示により、テーブル9及び下型MLをY軸方向に移動させるための駆動部である。Y軸用サーボモータ機構13は、サーボモータ13aと、Y軸用のリニアスケール13bとを備えている。Y軸用のリニアスケール13bにより、テーブル9のY軸の位置の検出が可能である。Y軸用のリニアスケール13bは、検出したテーブル9のY軸の位置を位置検出部41に出力する。
 制御部20は、成型装置1の各駆動部の駆動制御をするための制御部である。
 モータ制御部21は、サーボモータ11、X軸用サーボモータ機構12及びY軸用サーボモータ機構13それぞれのサーボモータ12a・13b、及び上記C軸移動機構の駆動を制御するためコントローラである。モータ制御部21は、電流をサーボモータ11・12a・13bに流すことで、サーボモータ12a・13bを駆動したり、XYZ軸を固定したりする。
 モータ制御部21は、サーボモータ11を駆動させることで、支持体7や上型保持部8及び上型MUをZ軸方向に下降させる。モータ制御部21は、ロードセル15から制御部20が一定の押圧力となった旨の情報を取得するまで、上型MUをZ軸方向に下降させる。そして、モータ制御部21は、ロードセル15から制御部20が一定の押圧力となった旨の情報を取得すると、上型MUの下降を停止させて、その位置で上型MUを固定する。
 また、モータ制御部21は、サーボモータ12a・13aの駆動を制御することで、テーブル9のXY座標位置を調整し、上型MUと下型MLとの相対位置を調整する。上型MUと下型MLとの相対位置が合うと、モータ制御部21は、サーボモータ12a・13aに一定の電流を加えることで、テーブル9に保持力を加える。これにより、テーブル9のXY座標位置を固定する。
 また、モータ制御部21は、成型処理中に、位置検出部41から樹脂部品Wの硬化点を検出した旨の情報を取得すると、サーボモータ12a・13aに流す電流の出力を停止し、テーブル9のXY軸の保持力を開放する。すなわちサーボフリーとする。
 温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9のそれぞれに配された熱源(不図示)の駆動制御することで、上型MU及び下型MLの温度を制御するものである。温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9それぞれに配された温度センサから、上型MU及び下型MLそれぞれの温度情報を取得する。
 位置検出部41は、所定の時間間隔で、リニアスケール12bからの情報を取得することでテーブル9のX座標位置を取得し、また、リニアスケール13bからの情報を取得することでテーブル9のY座標位置を取得する。
 また、図7を用いて後述するように、成型中に樹脂部品Wの硬化が進み、樹脂部品Wの硬化点近傍になると、テーブル9の単位時間当たりの移動量が、他の期間と比べて小さくなる。
 位置検出部41は、この成型中のテーブル9の単位時間当たりの移動量を見ることで樹脂部品Wが離型する前の硬化点を検出するものである。
 成型中のテーブル9の単位時間当たりの移動量を見ることで樹脂部品Wの硬化点を検出する方法は、様々な方法が挙げられるが、一例として、位置検出部41は、リニアスケール12b・13bから単位時間当たりに取得するXY座標位置から、テーブル9の単位時間当たりのXY座標位置の移動量が、予め決められた値以下であり、その予め決められた値以下の移動量が所定回数続いたと判定することで、樹脂部品Wが硬化点となったと判定する。
 そして、位置検出部41は、樹脂部品Wが硬化点となったと判定すると、樹脂部品Wの硬化点を検出した旨の情報をモータ制御部21に出力する。
 (成型装置1の動作の概略)
 次に、図2を用いて成型装置1の動作の概略について説明する。
 図2は、成型装置1の成型動作を表す図である。図2の(a)に示すように、テーブル9上の下型ML上に、被成形材である樹脂部品Wを、例えば塗布するなどにより配する。
 そして、図2の(b)に示すように、モータ制御部21が上型保持部8をZ軸方向に下降させることで、上型MUと樹脂部品Wとを接触させ、樹脂部品Wを、上型MUと、下型MLとで挟む。このとき、サーボモータ11からの力により、上型保持部8及び上型MUは鉛直下方へ一定の押圧力を、樹脂部品Wに加える。また、テーブル9及び下型MLは、X軸用サーボモータ機構12及びY軸用サーボモータ機構13により、X方向Y方向へ移動しないように、位置を固定するための保持力が加わっている。
 そして、上型MUの鉛直下方への押圧力が一定となると、温度制御部31によって上型MU及び下型MLは加熱され、樹脂部品Wが硬化する温度以上となるまで昇温する。これにより、樹脂部品Wの硬化が開始する。
 なお、樹脂部品Wが熱硬化性ではなく光硬化性である場合は、樹脂部品Wに硬化用の光を照射する。
 そして、熱もしくは光によって樹脂部品Wの硬化反応が進行した段階で、位置検出部41が樹脂部品Wの硬化点を検出すると、モータ制御部21はテーブル9側のX軸及びY軸移動用のサーボモータ12a・13aの保持力を開放する(サーボフリーにする)。
 これは、上型MU及び下型ML内の樹脂部品Wのゲル化が始まることにより、樹脂部品Wの比容積は減少に転じ硬化収縮が起こるためである。この収縮により上型MU及び下型MLに密着した樹脂部品Wの硬化が進行することで、上型MU及び下型MLの内部で内部歪が発生する。そして、樹脂部品Wの硬化が進むことで硬化収縮が進むと、テーブル9のXY座標位置の保持力が効かなくなり、密着した樹脂部品の内部歪みが開放される。そして、上型MUと下型MLとの相対位置がズレる。このため、成型装置1では、この密着した樹脂部品の内部歪みが開放される前(離型点の前)に、テーブル9側のX軸及びY軸をサーボフリーとする。
 これにより、上型保持部8の鉛直方向の押圧力によって、保持力が開放されたテーブル9の下型MLは上型MUに追従する。これにより、下型MLと上型MUとの相対位置ズレを防止し、後述するように、成型後の樹脂部品Wの光学機能面の面精度を向上させることが出来た。
 このサーボフリーにするタイミングは、成形中の樹脂部品Wの比容積変化、すなわち、PVT特性に基づいて決める。
 そして、この後、図2の(c)に示すように、モータ制御部21がサーボモータ11を駆動させることで、上型保持部8及び上型MUを鉛直上方へ移動させる。これにより、成型された樹脂部品Wが完成し、取り出すことが出来る。
 図3は、上型MU及び下型MLのXYの相対位置がズレている様子を表す図である。図3の(a)は上型MU及び下型MLがずれている様子を表す側面図であり、(b)は上型MU及び下型MLがずれている様子を表す平面図である。
 図4は、上型MUと下型MLとのXYの相対位置を表す平面図であり(a)は上型MUと下型MLとのXYの相対位置がズレている様子を表し(b)は上型MUと下型MLとのXYの相対的な位置ズレが無い状態を表している。
 後述する実験結果より、樹脂部品Wの硬化が進み、より上型MU及び下型MLに密着した樹脂部品Wの内部歪みが開放されるまで(離型点まで)テーブル9のXY軸方向への保持力を維持していると、図3の(a)(b)や図4の(a)に示すような、上型MU及び下型MLのXY方向の相対位置ズレが大きくなることが分った。
 そこで、成型装置1では、成型の際の樹脂部品Wが硬化したことを示す硬化点から、離型点までの間に、サーボモータ12a・13aをサーボフリーとすることで、樹脂部品Wの硬化後のテーブル9のXY座標位置を保持する保持力が加わらないようにする。これにより、図4の(b)に示すように、上型MUと下型MLとのXYの相対的な位置ズレが無い状態で、樹脂部品Wの成型を完了することができる。
 (PVT特性)
 次に、図5を用いてPVT特性について説明する。図5はPVT特性のグラフを示す図である。図5では、横軸は温度を示し、縦軸は比容積を示している。
 PVT特性とは、圧力(P)‐比容(積)(V)‐温度(T)の相互関係を表すものである。PVT特性のモデルに基づくと、樹脂部品Wを成形するプロセスは、図5に示すように、大きく4つのプロセスに分けることができる。各プロセスについて説明する。
 (i)初期状態である点L→ゲル化点G
 上型MUが下降し、樹脂部品Wが上型MUと下型MLとに挟まれ、上型MUの押圧力が最大となると、次に、上型MU及び下型MLの温度が上昇する。すると、樹脂部品Wは昇温に伴い熱膨張していく。そして、樹脂部品Wはゲル化点Gの手前になるとゲル化前の硬化反応に伴う硬化収縮が生じる。
 (ii)ゲル化点G→硬化点P
 ゲル化点Gからさらに樹脂部品Wを昇温させると、樹脂部品Wが上型MU及び下型MLの内部に密着し、樹脂部品Wの面内方向の寸法変化が規制される。また、樹脂部品Wは、硬化反応に伴い急激に硬化収縮する。
 (iii)硬化点P
 硬化時間に応じて、樹脂部品Wの硬化反応に伴う硬化収縮が停止し、応力緩和が起こる。この硬化点Pでは、ほぼ樹脂部品Wの熱硬化は完了している。このため、樹脂部品Wが、この硬化点Pとなると、上型MU及び下型MLの加熱を停止する。これにより、この硬化点P以降は樹脂部品Wの冷却プロセスに入る。
 (iv)硬化点P→離型点R
 硬化点P以降、冷却に伴い樹脂部品Wの比容積は低下する。しかし、樹脂部品Wは上型MU及び下型MLの内部でそれぞれと密着しているため、上型MU及び下型MLにより寸法変化が規制される。
 (v)離型点R→成形完了点S
 さらに、冷却されている樹脂部品Wは、離型点Rで、密着していた上型MU及び下型MLの内部から離間し、樹脂部品W内に残存する応力を開放する形で、樹脂部品Wの寸法の急激な変化が生じる。そして、冷却によりさらに、樹脂部品Wは収縮する。そして、樹脂部品Wの温度が初期状態の点Lでの温度となると、成形完了点Sとなる。成形完了点Sとなると、樹脂部品Wの成形は完了し、上型保持部8を上昇させることで、樹脂部品Wから上型MUを離間させる。これにより、成形された樹脂部品Wを得ることができる。
 この成形完了点Sでの樹脂部品Wの寸法と、上型MU及び下型MLの寸法との差異が、樹脂部品Wの硬化収縮となる。
 (XY座標位置について)
 図6は、樹脂部品Wの成形プロセスにおけるテーブル9のXY座標の変化及び上型MU及び下型MLの温度変化の様子を表す図である。
 図6のグラフにおける、「X軸」はテーブル9のX軸上の座標位置を表し、「Y軸」テーブル9のY軸上の座標位置を表し、「温度」は上型MU及び下型MLの温度を表している。
 すなわち、図6のX軸の座標位置は位置検出部41がリニアスケール12bから取得するX軸の位置情報であり、図6のY軸の座標位置は位置検出部41がリニアスケール13bから取得するY軸の位置情報である。また、図6の「温度」に関する情報は、温度制御部31が上型保持部8及びテーブル9から取得する上型MU及び下型MLの温度情報である。
 図6に示すように、昇温プロセスで、まず、上型MU及び下型MLの温度が上昇する。そして、一例として、上型MU及び下型MLの温度を約140℃一定に保つ。
 そして、点Lから硬化プロセスに入り樹脂部品Wは硬化し始める。
 図6に示すように、樹脂部品Wの硬化の開始と共に、テーブル9は、Xプラス方向、及びYマイナス方向に、僅かに位置がずれていることが分る。
 そして、樹脂部品Wの硬化が完了し、硬化点Pで、上型MU及び下型MLの加熱を停止する。これにより、樹脂部品Wは冷却プロセスに入る。そして、樹脂部品Wの比容積は減少する。
 そしてその後、テーブル9のX軸及びY軸の位置が、大きく変化している個所があることが分る。このテーブル9のX軸及びY軸の位置が、大きく変化している点が、離型点Rである。
 図7は、樹脂部品Wの成形プロセスにおけるテーブル9のXY座標の変化を一定時間毎にプロットした図である。
 図7の横軸はテーブル9のX軸上の座標位置を表し、縦軸はテーブル9のY軸上の座標位置を表している。
 すなわち、図7のX軸の座標位置は位置検出部41がリニアスケール12bから取得するX軸の位置情報であり、図7のY軸の座標位置は位置検出部41がリニアスケール13bから取得するY軸の位置情報である。
 図7に示すように、原点位置である初期状態から、テーブル9のXY座標位置は、原点近傍を微小に移動している。そして、硬化点P近傍では、単位時間当たりに移動するテーブル9のXY座標位置の移動量は他の期間より小さく、テーブル9のXY座標位置はほぼ一定の位置を示している。そして、離型点Rが来ると、テーブル9のXY座標位置はXマイナス、Yプラス方向へ大きく移動している。
 このように、テーブル9のXY座標位置の単位時間当たりの移動量は、樹脂部品Wの硬化開始後、硬化点P近傍で最小となり、その後、離型点Rを境に最大となっていることが分る。
 このため、テーブル9のXY座標位置の単位時間当たりの移動量を見ることで、樹脂部品Wの硬化状態を把握することができる。
 (成型装置1の処理の流れ)
 次に、図8等を用いて、成型装置1の処理の流れについて説明する。図8は、成型装置1の処理の流れを表す図である。
 互いに離間する上型MU及び下型MLのうち、下型ML上に、被成形品である樹脂部品Wが、例えば、塗布されるなどによって配される。このように、互いに離間する上型MU及び下型ML間に樹脂部品Wがセットされる(ステップS11)。
 そして、モータ制御部21は、上型MU及び下型MLの位置が合うように、各サーボモータの駆動を制御する。これにより、テーブル9のXYC軸上の位置が調整され、上型MU及び下型MLの位置が調整される(ステップS12)。
 上型MU及び下型MLの位置が合うと、テーブル9の位置を固定するため、モータ制御部21は、サーボモータ12a・13aに一定の電流を加えることで、テーブル9に保持力を加える。
 次に、モータ制御部21は、サーボモータ11を駆動することで、ボールネジ6を回転させ、上型保持部8を下降させることで、上型MUを下降させる(ステップS13)。
 そして、上型MUが樹脂部品Wと当接し、上型MUと下型MLとで樹脂部品Wを挟むと、ロードセル15から制御部20に出力している押圧力の値が上昇する。ロードセル15から取得する押圧力が一定の値となると、モータ制御部21はサーボモータ11の駆動を停止する。これにより、上型MUの下降は停止する(ステップS14)。
 このとき、上型MUのZ軸方向の位置を固定するため、モータ制御部21は、サーボモータ11に一定の電流を加える。これにより、上型MUのZ軸方向の位置は固定されると共に、樹脂部品Wや下型MLに一定の押圧力が加わる。
 次に、温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9それぞれの熱源を駆動させることで、上型MU及び下型MLを加温する。温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9のヒータからの温度情報を取得し、所定の一定温度となると、上型MU及び下型MLを一定温度となるように、上型保持部8及びテーブル9それぞれの熱源の駆動を制御する。このように、上型MU及び下型MLは、所定の温度まで加温され、その所定の温度で一定に保持される(ステップS15)。
 そして、上型MU及び下型MLに挟まれた樹脂部品Wの硬化が進み、位置検出部41は、樹脂部品Wが、硬化点Pとなったか否かを判定する。
 すなわち、一例として、位置検出部41は、リニアスケール12b・13bから単位時間当たりに取得するXY座標位置から、テーブル9の単位時間当たりのXY座標位置の移動量が、予め決められた値以下であり、その予め決められた値以下の移動量が所定回数続いたか否かを判定することで、テーブル9の単位時間当たりの移動量が最小となったか否かを判定する(ステップS16)。
 そして、位置検出部41は、テーブル9の単位時間当たりの移動量が最小となったと判定すると(ステップS16のYES)、位置検出部41は、硬化点を検出した旨の情報をモータ制御部21に出力する。モータ制御部21は、位置検出部41から硬化点を検出した旨の情報を検出すると、サーボモータ12a・13aの保持力を開放し、テーブル9のXY軸はサーボフリーとなる(ステップS17)。
 そして、温度制御部31が上型MU及び下型MLの温度が所定の温度以下となったことを検出する(ステップS18)と、モータ制御部21は、サーボモータ11の駆動を制御し上型保持部8を上昇させることで上型MUを上昇させる(ステップS19)。
 これにより、成型された樹脂部品Wが完成し、樹脂部品Wを上型MU及び下型MLから取り出し可能となる。
 このように成型装置1によると、上型MUを下型MLに近づくY軸下方方向に移動させて樹脂部品Wを押圧させるためのサーボモータ11と、Y軸下方方向と交差するXY軸方向への移動が可能な下型MLの位置を保持するサーボモータ12a・13aとを備えている。このため、上型MU及び下型MLの相対位置を固定させて、樹脂部品Wを硬化させることができる。
 さらに、成型装置1は、上型MUと下型MLとに挟まれた樹脂部品Wが硬化したか否かを判定する位置検出部41とを備えている。
 この位置検出部41は、一例として、ステップS16のように、リニアスケール12b・13bから単位時間当たりに取得するXY座標位置から、テーブル9の単位時間当たりのXY座標位置の移動量が、予め決められた値以下であり、その予め決められた値以下の移動量が所定回数続いたか否かを判定することで、テーブル9の単位時間当たりの移動量が最小となったか否かを判定する。
 そして、この位置検出部41は、テーブル9の単位時間当たりの移動量が最小となったと判定することで、樹脂部品Wが硬化したと判定し、樹脂部品Wが離型する前である硬化点を検出した旨の情報をモータ制御部21に出力する。
 そして、モータ制御部21は、硬化点を検出した旨の情報を位置検出部41から取得するとサーボモータ12a・13aをフリー状態とすることでテーブル9のXY軸上の位置の保持を停止する。
 これにより、下型MLのXY軸方向へ移動が可能となり、樹脂部品Wが硬化する際に容積減少が生じたとしても、上型MUのZ軸下方向への押圧力により、下型MLは上型MUのXY位置に追従する。これにより、樹脂部品Wが硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得ることができる。
 すなわち、成型装置1への駆動軸(XY軸)への負荷と成形品への残留応力を低減することで、高精度な成形品を得ることができる。
 図9は、樹脂部品Wの成型後の表面の膜厚を表す図であり、(a)はサーボフリーとしなかった場合の樹脂部品Wの表面の膜厚を表し、(b)は本実施の形態で説明したようにサーボフリーとした場合の樹脂部品Wの表面の膜厚を表している。図9の(a)と比べて、図9の(b)の方が、樹脂部品Wの表面の膜厚の偏りが無く、均一となっていることがわかる。
 図10は、サーボフリーとしなかった場合の複数の樹脂部品間の表面の膜厚バラツキを表す図であり、(a)は複数の樹脂部品間の表面の膜厚バラツキを表す表であり、(b)は複数の樹脂部品間の表面の膜厚バラツキを表すグラフである。
 図11は、本実施の形態で説明したように、サーボフリーとした場合の複数の樹脂部品間の表面の膜厚バラツキを表す図であり、(a)は複数の樹脂部品間の表面の膜厚バラツキを表す表であり、(b)は複数の樹脂部品間の表面の膜厚バラツキを表すグラフである。
 図10の(b)、図11の(b)では横軸はウェハ番号、縦軸は偏芯量を表している。
 図10、図11から、ステップS16でサーボフリーとした方が、樹脂部品Wの膜厚バラツキが改善されていることが分る。
 〔実施の形態2〕
 次に、図12~図14、図20を用いて、本発明の第2の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 図12は、第2の実施の形態に係る成型装置ユニット5の構成を表す図である。成型装置ユニット5は、成型装置1aと、DSC(示差走査熱量測定)装置50とを備えている。
 成型装置1aは、成型装置1の制御部20に替えて制御部20aを備えている点で、成型装置1と相違する。成型装置1aの他の構成は成型装置1と同様である。
 制御部20aは、制御部20に、送受信部23及びタイマー25を備えた構成である。制御部20aの他の構成は制御部20と同様である。すなわち、制御部20aは、モータ制御部21と、送受信部23と、タイマー25と、温度制御部31と、位置検出部41とを備えている。
 DSC装置50は、送受信部51と、記憶部52と、発熱量演算部53と、反応率演算部(硬化判定部)54とを備えている。
 タイマー25は、温度制御部31が、上型保持部8及びテーブル9それぞれの熱源の加温を開始したと同時にカウントを開始する。そして、タイマー25は、カウント開始後の経過時間を送受信部23に出力する。
 温度制御部31は、上型MU及び下型MLから得た温度情報を送受信部23に出力する。
 送受信部23は、DSC装置50とのインターフェースとして機能する。送受信部23は、DSC装置50のインターフェース部である送受信部51とオンライン接続されている。なお、送受信部23と、送受信部51とを接続する方法は、有線又は無線の何れであってもよい。
 送受信部23は、タイマー25から取得した経過時間と、温度制御部31から取得した温度情報とを、DS装置50の送受信部51に出力する。また、送受信部23は、DSC装置50の送受信部51から出力されるサーボフリー指示情報を取得すると、当該取得したサーボフリー指示情報を、モータ制御部21に出力する。
 モータ制御部21は、このサーボフリー指示情報を送受信部23から取得すると、サーボモータ12a・13aに流す電流の出力を停止し、テーブル9のXY軸の保持力を開放する。すなわちサーボフリーとする。
 DSC装置50は、成型装置1aが成形している樹脂部品Wの硬化状態をみるために、樹脂部品Wの発熱量を算出し、反応率を演算するものである。すなわち、DSC装置50反応率を演算することで樹脂部品Wが離型する前の硬化点を検出するものである。
 送受信部51は、制御部20aとのインターフェースとして機能する。送受信部51は、反応率演算部54からサーボフリー指示情報を取得すると、当該取得したサーボフリー指示情報を送受信部23に出力する。また、送受信部51は、送受信部23から、経過時間及び温度情報を取得すると、当該取得した経過時間及び温度情報を発熱量演算部53に出力する。
 記憶部52には、予め、樹脂部品Wの樹脂材料の硬化に必要な発熱量(発熱量REFと称する)を記憶しておく。この反応率演算部23に記憶させる上記発熱量REFは、予め、例えば、DSC装置50を用いて測定しておく。発熱量REFは、樹脂部品Wの樹脂材料が十分に硬化したと考えられる発熱量であり、かつ、樹脂部品Wが上型MU・下型MLから離型する前の発熱量である。
 発熱量演算部53は、送受信部51から出力される経過時間と温度情報とを取得すると、当該取得した経過時間と温度情報とから、成形中の樹脂部品Wの発熱量(発熱量SAMと称する)をリアルタイムで演算する。発熱量演算部53は、演算した発熱量SAMを反応率演算部54に出力する。
 反応率演算部53は、成形中の樹脂部品Wの樹脂材料が硬化したか否かを判定するものである。反応率演算部53は、上型MUと下型MLとに挟まれた樹脂部品Wの樹脂の発熱量が所定の値を超えたことを検出すると硬化したと判定する。
 すなわち、反応率演算部53は、発熱量演算部53が演算した発熱量SAMと、記憶部52に記憶された発熱量REFとから、成型中の樹脂部品Wの反応率を演算する。反応率演算部23は、この反応率を以下の(式1)のように算出する。
(反応率)=(1-(発熱量SAM)/(発熱量REF))×100   (式1)
 そして、反応率演算部53は、反応率が80%以上となると、樹脂部品Wは硬化したと見なし、硬化点を検出した旨の情報であるサーボフリー指示情報を送受信部51に出力する。
 図13は、樹脂部品Wへの加温開始からの経過時間と反応率との関係を表す図である。図13では、横軸は、温度制御部31が上型MU及び下型MLの加温を開始してからの経過時間を表し、縦軸は反応率を表している。
 図20は、DSC装置が演算する発熱挙動を示す図である。図20では、上型MU及び下型MLに加えた温度プロファイルと、幾つかの樹脂材料(「resin-1」, 「resin-2」, 「resin-3」)における経過時間及び温度と、発熱量との関係を示している。
 図21に、シリコーン樹脂で反応率が80%以上となるときの成形時の条件の一例を示す。図21は、シリコーン樹脂の成形条件と反応率との関係を表す図である。
 図21に示す「条件」は成形の際に加える温度と時間とを表し、「REF」は上記(発熱量REF)を表し、「SAM」は上記(発熱量SAM)を表し、「反応率」は上記(反応率)を表している。
 図21に示すように、シリコーン樹脂であれば、毎分10℃刻みで、30℃~300℃まで変化させる条件で成形するとすると、発熱量REFは146.1〔J/g〕となる。シリコーン樹脂であれば、この146.1〔J/g〕の発熱量は完全に硬化したといえる発熱量である。
 そして、シリコーン樹脂を、100℃で2h(時間)+150℃で4h(時間)の熱条件で成形すると発熱量SAMは1.1〔J/g〕となる。これを、上記(式1)に当てはめると、反応率90.3%となる。
 また、シリコーン樹脂を、100℃で2h(時間)+150℃で2h(時間)の熱条件で成形すると発熱量SAMは2.6〔J/g〕となる。これを、上記(式1)に当てはめると、反応率98.2%となる。
 また、シリコーン樹脂を、100℃で2h(時間)+150℃で1h(時間)の熱条件で成形すると発熱量SAMは14.1〔J/g〕となる。これを、上記(式1)に当てはめると、反応率90.3%となる。
 次に、成型装置ユニット5の処理の流れについて説明する。図14は、成型装置ユニット5の処理の流れを表す図である。
 図8と同様にステップS11~S14まで同様に処理し、ステップS14で、上型MUの下降は停止する。
 すると、温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9それぞれの熱源を駆動させることで、上型MU及び下型MLを加温を開始する。そして、温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9の熱源からの温度情報を取得すると、送受信部23に出力する。また、タイマー25は、温度制御部31の上型保持部8及びテーブル9それぞれの熱源の駆動開始と共に、カウントを開始し、カウントした経過時間を送受信部23に出力する。
 送受信部23は、温度情報及び経過時間を送受信部51に出力することで、送受信部51から温度情報及び経過時間が発熱量演算部53に出力される。
 発熱量演算部53は、送受信部51から取得した温度情報及び経過時間から、成形中の樹脂部品Wの発熱量SAMを演算し、当該演算した発熱量SAMを反応率演算部54に出力する。
 反応率演算部54は、発熱量演算部53から取得した発熱量SAMと、記憶部52に記憶されている発熱量REFとを取得すると、上記(式1)により、反応率の演算を開始する(ステップS24)。
 そして、温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9の熱源から取得した温度情報を取得し、所定の一定温度となると、上型MU及び下型MLを一定温度となるように、上型保持部8及びテーブル9それぞれの熱源の駆動を制御する。このように、上型MU及び下型MLは、所定の温度まで加温され、その所定の温度で一定に保持される(ステップS15)。
 そして、発熱量演算部53が演算している樹脂部品Wの発熱量SAMが上昇していき、反応率演算部54は、反応率が80%以上となったか否かを判定することで、樹脂部品Wが硬化点Pとなったか否かを判定する(ステップS26)。
 そして、反応率演算部54は、反応率が80%以上となったと判定すると、硬化点を検出したとしてサーボフリー指示情報を送受信部51に出力し、送受信部51は、当該サーボフリー指示情報を送受信部23に出力する。送受信部23は、送受信部51から取得したサーボフリー指示情報をモータ制御部21に出力する。そして、モータ制御部21は、送受信部23からサーボフリー指示情報を取得すると、サーボモータ12a・13aの保持力を開放し、テーブル9のXY軸はサーボフリーとなる(ステップS17)。
 そして、ステップS18、S19の処理を経て、成型された樹脂部品Wが完成する。これにより、樹脂部品Wを上型MU及び下型MLから取り出し可能となる。
 これにより、樹脂部品Wが硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得ることができる。
 なお、本実施の形態では、DSC装置50は、成型装置1aの外部に設けられているものとして説明したが、これに限らず、DSC装置50は、成型装置1aの制御部20a内に設けてもよい。
 〔実施の形態3〕
 次に、図15~図17を用いて、本発明の第3の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態1、2にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 図15は、第3の実施の形態に係る成型装置1bの構成を表す図である。
 成型装置1bは、モータ制御部21に替えて、モータ制御部21bを備えている点で、成型装置1と相違する。成型装置1bの他の構成は、成型装置1と同様である。
 モータ制御部21bは、モータ制御部21に電流値検出部(硬化判定部)22を備えた構成である。
 電流値検出部22は、樹脂部品Wを成型している際、樹脂部品Wが、硬化点Pとなったか否かを判定するものである。電流値検出部22は、サーボモータ12a・13aに加わる電流値が予め設定した一定の値を越えたか否かを判定することで、樹脂部品Wを成型している際に樹脂部品Wが硬化点となったか否かを判定する。
 電流値検出部22は、サーボモータ12a・13aに加わる電流値が、予め設定した一定の値を超えたと判定すると、電流値検出部22は、樹脂部品Wが硬化点となったものと見なす。そして、モータ制御部21、サーボモータ12a・13aの保持力を開放し、テーブル9のXY軸はサーボフリーとする。
 図16は、成型装置1のXY軸それぞれのモータに加わる負荷を表す図である。図16の「Xi」はX軸のサーボモータ12aに加わる負荷を表し、「Yi」はY軸のサーボモータ13aに加わる負荷を表し、「TU」は上型MUの温度を表し、「TL」は下型MLの温度を表している。
 樹脂部品Wの成型処理で、硬化プロセスに入り、「TU」及び「TL」が約140℃一定となると、樹脂部品Wが硬化開始し、「Xi」及び「Yi」の値が増加していることが分る。
 そして、次に冷却プロセスに入ると、「TU」及び「TL」の温度が140℃から低下していく。このとき、「Xi」及び「Yi」は、の負荷の方向は反転し、負荷が増加していることが分る。この冷却プロセスで、「Xi」及び「Yi」が一定の値となると、電流値検出部22は、樹脂部品Wが硬化したものと見なす。そして、モータ制御部21bはサーボフリーとし、図16の点SFで示すように、サーボモータ12a・13aに流す電流値αをほぼゼロとする。
 電流値検出部22が、樹脂部品Wは硬化点となったものと見なす一定の電流値αとしては、例えば、実施形態1で説明したように、位置検出部41がテーブル9のXY座標位置の移動量が最小となったと判定するときの、テーブル9のXY座標位置の移動量と、そのときのサーボモータ12a・13aに加わる電流値とを予め対応付けて、電流値検出部22に記憶しておいてもよい。または、離型に入る前の電流値(離型の際の電流値未満の電流値)を、予め設定した一定の電流値として電流値検出部22に記憶しておいてもよい。または、実施の形態2で説明したように、反応率が80%となるときの、サーボモータ12a・13aに加わる電流値を、予め設定した一定の電流値として電流値検出部22に記憶しておいてもよい。
 図17は、成型装置1bの処理の流れを表す図である。図8と同様にステップS11~S15まで同様に処理し、ステップS15で、上型MU及び下型MLは、所定の温度まで加温され、その所定の温度で一定に保持される(ステップS15)。
 そして、上型MU及び下型MLに挟まれた樹脂部品Wの硬化が進み、電流値検出部22は、樹脂部品Wが、硬化点Pとなったか否かを判定する。
 すなわち、電流値検出部22は、サーボモータ12a・13aに加わる電流値が予め設定した一定の値を越えたか否かを判定する(ステップS36)。
 そして、電流値検出部22は、サーボモータ12a・13aに加わる電流値が予め設定した一定の値を超えたと判定すると(ステップS36のYES)、モータ制御部21は、サーボモータ12a・13aの保持力を開放し、テーブル9のXY軸はサーボフリーとなる(ステップS17)。
 そして、ステップS18、S19の処理を経て、成型された樹脂部品Wが完成する。これにより、樹脂部品Wを上型MU及び下型MLから取り出し可能となる。
 これにより、樹脂部品Wが硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得ることができる。
 〔実施の形態4〕
 次に、図18、図19を用いて、本発明の第4の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態1~3にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 図18は、第4の実施の形態に係る成型装置1cの構成を表す図である。
 成型装置1cは、制御部20にタイマー(硬化判定部)25cを備えている点で、成型装置1と相違する。成型装置1cの他の構成は、成型装置1と同様である。
 タイマー25は、樹脂部品Wを成型している際、樹脂部品Wが、硬化点Pとなったか否かを判定するものである。
 樹脂材料によって、加熱温度や時間によって、硬化点は予め割り出すことが出来る。このため、樹脂部品Wの加熱温度を一定とすると、加熱時間を見るだけで、樹脂部品Wが硬化点に至ったか否かを判定することができる。
 タイマー25cには、温度制御部31が加える温度と、当該温度によって樹脂部品Wが硬化点に至るまでの所要時間とが対応付けて記憶されている。
 図19は、成型装置1cの処理の流れを表す図である。
 図8と同様にステップS11~S14まで同様に処理し、ステップS14で、上型MUの下降は停止すると、次に、温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9それぞれの熱源を駆動させることで、上型MU及び下型MLを加温を開始すると共に、タイマー25cはカウントを開始する(ステップS44)。
 そして、温度制御部31は、上型保持部8及びテーブル9の熱源からの温度情報を取得し、所定の一定温度となると、上型MU及び下型MLを一定温度となるように、上型保持部8及びテーブル9それぞれの熱源の駆動を制御する。このように、上型MU及び下型MLは、所定の温度まで加温され、その所定の温度で一定に保持される(ステップS15)。
 そして、上型MU及び下型MLに挟まれた樹脂部品Wの硬化が進み、タイマー25cは、樹脂部品Wが、硬化点Pとなったか否かを判定する。
 すなわち、タイマー25cは、上型MU及び下型MLの加熱が開始されてから、予め設定された所定の時間を経過したか否かを判定する(ステップS46)。
 そして、タイマー25cは、型MU及び下型MLの加熱が開始されてから、予め設定された所定の時間を経過したと判定すると、タイマー25cは、硬化点を検出した旨の情報をモータ制御部21に出力する。そして、モータ制御部21は、タイマー25cから硬化点を検出した旨の情報を検出すると、サーボモータ12a・13aの保持力を開放し、テーブル9のXY軸はサーボフリーとなる(ステップS17)。
 そして、ステップS18、S19の処理を経て、成型された樹脂部品Wが完成する。これにより、樹脂部品Wを上型MU及び下型MLから取り出し可能となる。
 これにより、樹脂部品Wが硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得ることができる。
 〔まとめ〕
 本発明の一態様に係る成型装置は、一対の金型である上型と下型を備え、当該上型及び下型の間に樹脂を挟んで成形する成型装置であって、上記上型を上記下型に近づく第1の方向に移動させて上記樹脂を押圧させるための第1の駆動部と、上記第1の方向と交差する第2の方向への移動が可能な上記下型の位置を保持する第2の駆動部とを備え、上記第2の駆動部は、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が離型をする前に、上記下型の位置の保持を停止する。
 本発明の一態様に係る成形方法は、一対の金型である上型と下型の間に樹脂を挟んで成形する成型方法であって、上記上型を上記下型に近づく第1の方向に移動させて上記樹脂を押圧し、上記第1の方向と交差する第2の方向への移動が可能な上記下型の位置を保持し、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が離型をする前に、上記下型の位置の保持を停止する。
 上記構成によると、上記上型を上記下型に近づく第1の方向に移動させて上記樹脂を押圧させるための第1の駆動部と、上記第1の方向と交差する第2の方向への移動が可能な上記下型の位置を保持する第2の駆動部とを備えているため、上記上型及び上記下型の相対位置を固定させて、上記樹脂を硬化させることができる。そして、上記第2の駆動部は、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が離型をする前に、上記下型の位置の保持を停止する。
 これにより、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が離型をする前に、上記下型の上記第2の方向へ移動が可能となり、上記樹脂が硬化する際に容積減少が生じたとしても、上記上型の上記第1の方向への押圧力により、上記下型は上記上型の位置に追従する。これにより、上記樹脂が硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得ることができる。
 または、本発明の一態様に係る成型装置では、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したか否かを判定する硬化判定部と、上記下型が載置されたテーブルと、上記テーブルを上記第2の方向へ移動させるためのモータとを備え、上記硬化判定部は、上記モータが上記下型の位置を保持する保持力を検出し、上記樹脂の硬化開始後、上記保持力が所定の値となったこと検出すると、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したと判定し、上記第2の駆動部は、上記下型の位置の保持を停止してもよい。
 または、本発明の一態様に係る成型装置では、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したか否かを判定する硬化判定部を備え、上記硬化判定部は、上記樹脂の硬化開始後、所定の時間が経過したこと検出すると、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したと判定し、上記第2の駆動部は、上記下型の位置の保持を停止するようにしてもよい。
 また、本発明の一態様に係る成型装置ユニットでは、上記成型装置と、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したか否かを判定する硬化判定部とを備え、上記硬化判定部は、上記上型と下型とに挟まれた樹脂の発熱量が所定の値を超えたことを検出すると、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したと判定し、上記第2の駆動部は、上記下型の位置の保持を停止するようにしてもよい。
 上記のように、上記硬化判定部が、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したと判定すると、上記第2の保持部は、上記下型の位置の保持を停止する。これにより、上記樹脂が硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得ることができる。
 さらに、本発明の一態様に係る成型装置では、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したか否かを判定する硬化判定部と、上記下型が載置されたテーブルとを備え、上記硬化判定部は、上記テーブルの上記第2の方向上の位置を検出し、上記樹脂の硬化開始後、上記テーブルの単位時間当たりの移動量が最小となったと検出すると、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したと判定してもよい。これによっても、上記樹脂が硬化する際の容積減少に伴う位置ズレを防止して成型品を得ることができる。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 本発明は、樹脂硬化の際のXY駆動軸を制御できるため微細な加工精度が要求される成型装置や成形方法に適用できるばかりでなく、広く一般的な成型装置や成形方法に適用できる。
1・1a・1b・1c 成型装置
5 成型装置ユニット
6 ボールネジ
8 上型保持部
9 テーブル
11 サーボモータ(第1の駆動部)
12a・13a サーボモータ(第2の駆動部)
12b・13b リニアスケール
15 ロードセル
20 制御部
21 モータ制御部
21b モータ制御部
22 電流値検出部(硬化判定部)
25 タイマー
25cタイマー(硬化判定部)
31 温度制御部
41 位置検出部(硬化判定部)
50 DSC装置
51 送受信部
52 記憶部
53 発熱量演算部
54 反応率演算部(硬化判定部)
ML 下型
MU 上型
P 硬化点
R 離型点
W 樹脂部品

Claims (5)

  1.  一対の金型である上型と下型を備え、当該上型及び下型の間に樹脂を挟んで成形する成型装置であって、
     上記上型を上記下型に近づく第1の方向に移動させて上記樹脂を押圧させるための第1の駆動部と、
     上記第1の方向と交差する第2の方向への移動が可能な上記下型の位置を保持する第2の駆動部とを備え、
     上記第2の駆動部は、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が離型をする前に、上記下型の位置の保持を停止することを特徴とする成型装置。
  2.  上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したか否かを判定する硬化判定部と、
     上記下型が載置されたテーブルと、
     上記テーブルを上記第2の方向へ移動させるためのモータとを備え、
     上記硬化判定部は、上記モータが上記下型の位置を保持する保持力を検出し、上記樹脂の硬化開始後、上記保持力が所定の値となったこと検出すると、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したと判定し、上記第2の駆動部は、上記下型の位置の保持を停止することを特徴とする請求項1に記載の成型装置。
  3.  上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したか否かを判定する硬化判定部を備え、
     上記硬化判定部は、上記樹脂の硬化開始後、所定の時間が経過したこと検出すると、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したと判定し、上記第2の駆動部は、上記下型の位置の保持を停止することを特徴とする請求項1に記載の成型装置。
  4.  請求項1に記載の成型装置と、
     上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したか否かを判定する硬化判定部とを備え、
     上記硬化判定部は、上記上型と下型とに挟まれた樹脂の発熱量が所定の値を超えたことを検出すると、上記上型と下型とに挟まれた樹脂が硬化したと判定し、上記第2の駆動部は、上記下型の位置の保持を停止することを特徴とする成型装置ユニット。
  5.  一対の金型である上型と下型の間に樹脂を挟んで成形する成型方法であって、
     上記上型を上記下型に近づく第1の方向に移動させて上記樹脂を押圧し、
     上記第1の方向と交差する第2の方向への移動が可能な上記下型の位置を保持し、
     上記上型と下型とに挟まれた樹脂が離型をする前に、上記下型の位置の保持を停止することを特徴とする成型方法。
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