(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量樹脂の射出充填時に複数個のサーボモータを同期駆動させ、射出開始から一定の加速度で所定スピードに達するまで加速し、その後、一定の加速度で射出充填完了迄減速するようにした高速射出方法であって、射出開始から減速を開始する迄の時間より、減速開始から射出充填完了迄の時間の方が短くなるように前記複数個のサーボモータを制御する事を特徴とする高速射出方法。
【請求項２】
計量樹脂の射出充填時に複数個のサーボモータを同期駆動させ、射出開始から一定の加速度で所定スピードに達するまで加速し、その後、一定の加速度で射出充填完了迄減速するようにした高速射出方法であって、ゲートが円盤状の金型キャビティのセンタに形成されており、充填樹脂の先端がゲートの中心から金型キャビティの外周までの距離の半分を越えた地点から射出速度を減速に切り替える事を特徴とする高速射出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、円板状ディスクの射出成形に好適な高速射出方法と該方法を実施するための射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＤＶＤのような薄肉円板状ディスクの成形には、スタンパ（表面に情報データが微細凹凸で形成され、金型内に収納される薄板円板）に形成された微細凹凸に対する高い転写性が求められる。金型キャビティに充填される計量樹脂は、充填によって金型キャビティ面に接触するが、理想的には該接触による冷却にて表面に薄い膜が充填樹脂の表面に発生するのとほぼ同時に或いはその前に充填が完了している事が好ましい。換言すれば、ゲートからキャビティ内に充填された樹脂がフロー速度を落とす事なく一気にキャビティの外周に達するようにし、キャビティの外周に達した所でスクリュを停止させて充填を完了するようにする事が好ましく、このようにすることで柔らかい表面がスタンパの微細凹凸に密に接触して前記微細凹凸を忠実に写し取る事が出来る。
【０００３】
前記射出条件を満たすには図４(a)［横軸を時間、縦軸を射出速度としたグラフ］及び(b)［横軸をキャビティ面におけるゲートからの距離、縦軸を射出速度としたグラフ］の(ハ)［理想状態］に示すように超高速で充填完了（充填樹脂の先端が金型キャビティの外周縁に達した時）迄射出充填を行い、充填完了と同時にサーボーモータの回転を停止して射出を停止しなければならない。このような射出方法は、射出部材に慣性力がある事、停止時の衝撃力が過大になる事から実現性はないが理想としては最も好ましい射出方法である。
【０００４】
そこで、実際の射出成形機（図５参照）にあっては、駆動装置である射出用のサーボモータ(34)のロータ(34a)、回転力伝達プーリ機構(35)、駆動ネジ機構(36)並びにスクリュ(37)などの射出部材の慣性力があるために高速射出を実現するにはサーボモータ(34)の大馬力化以外に途はないと考えられていた。
【０００５】
そこで、従来は大馬力のサーボモータ(34)を使用して高速射出の実現を図ったのである。しかしながら、現実にはサーボモータ(34)の大馬力化に伴ってロータ(34a)の直径も比例して大きくなっていくため慣性モーメントが４乗で増大し（慣性モーメントの公式は後述する。）、図４(イ)に示すように高速回転状態から停止に至る減速領域の時間が掛かることを意味するものであり、これが本発明の眼目である転写性に悪影響を及ぼしていた。
【０００６】
即ち、大馬力のサーボモータ(34)を使用して高速射出を行うと、充填樹脂(33)はゲート(38)から勢いよく金型キャビティ(31a)内に流入するが、大馬力のサーボモータ(34)では、前述のように減速停止に時間が掛かるため早めに減速を開始しなければならない。いま、図４(b)において、(イ)に示すようにゲート(38)から金型キャビティ(31a)の外周縁迄の距離の半ば以前にまで充填したところで、大馬力のサーボモータ(34)の減速を開始しなければならない。減速を開始すると当然充填樹脂(33)のフロー速度も遅くなり、図６に示すように次第にゲート(38)を中心にして同心円状に広がらなくなる。そして、金型キャビティ(31a)との接触抵抗によって熱を奪われる事とも相俟って充填樹脂(33)の先端部分(32a) (32b)の温度分布にばらつきが発生する。
【０００７】
他の部位に比較して早く流れている所(32a)の表面は、金型キャビティ(31a)の表面との接触長さが長いためそれだけ冷えて薄膜を表面に形成しやすく且つその後の圧縮成形によって圧縮され難い部分となり、転写性が低下する部分となる。一方、流れの遅い部分(32b)の表面は金型キャビティ(31a)の表面との接触長さが短い分だけ熱を奪われていないので、それだけ温度が高く、従って柔らかくて薄膜も薄く、圧縮され易くて転写性がよい。このように射出速度が遅いと充填樹脂の先端部分において流れ状態にばらつきが生じ、これが成形品の表面の光学特性のばらつきの原因になり製品の品質を低下させる事になった。以上から、転写性向上のためには射出速度の高速化もさることながら、高速射出を如何に長く行い、その後に如何に短時間で減速停止させるかが問題である事が分かった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では転写性向上のために、短時間でサーボーモータを減速停止させるための機構並びにその方法の開発を技術的解決課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
サーボモータ(1)のロータ(1a)を円柱と仮定すれば、その慣性モーメント(J)は、Ｊ＝(π/32)・ρ・Ｌ・Ｄ4 (kg・cm2)で表される。
ここで、ρ；ロータの素材の密度（鉄の場合は7.9×10-3kg/cm3）
Ｌ；ロータの長さＤ；ロータの外径
【００１０】
前式から、慣性モーメント(J)はロータ(1a)の外径(D)の４乗に比例するので、ロータ(1a)の外径(D)が細いほど慣性モーメント(J)は著減することがわかる。換言すれば、ロータ(1a)の外径(D)が細いほど短時間で高速回転に達し、短時間で減速停止する事がわかる。しかしながら、ロータ(1a)の外径(D)が細いサーボモータ(1)は、出力トルクが必然的に小さくなる。しかしながら複数のサーボモータ(1)(1)［本実施例では２基であるが当然これに限られず、必要な数を設置する事が出来る。］を同期して回転させることで出力トルクを増大させることが出来るので、サーボモータ(1)の数を増やすことで必要トルクを供給する事が出来る。これにより理想状態に近い高速射出・高速停止［図４(ロ)参照］を実現することが出来る。
【００１１】
「請求項１」に記載した発明は、「計量樹脂(2)の射出充填時に複数個のサーボモータ(1)(1)を同期駆動させ、射出開始から一定の加速度で所定スピードに達するまで加速し、その後、一定の加速度で射出充填完了迄減速するようにした高速射出方法であって、射出開始から減速を開始する迄の時間(ti1)より、減速開始から射出充填完了迄の時間(ti2)の方が短くなるように前記複数個のサーボモータ(1)(1)を制御する事を特徴とする高速射出方法」である。
「請求項２」に記載した発明は、「計量樹脂の射出充填時に複数個のサーボモータ(1)(1)を同期駆動させ、射出開始から一定の加速度で所定スピードに達するまで加速し、その後、一定の加速度で射出充填完了迄減速するようにした高速射出方法であって、ゲート(26)が円盤状の金型キャビティ(25a)のセンタに形成されており、充填樹脂(2)の先端がゲート(26)の中心から金型キャビティ(25a)の外周までの距離(D)の半分［(1/2)D］を越えた地点から射出速度を減速に切り替える事を特徴とする高速射出方法」である。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１は本発明装置の射出機構部(a)を中心にした正面図である。(3)は加熱シリンダで、内部にスクリュ(4)が回転・前後往復移動自在に配設されている。加熱シリンダ(3)の外周にはヒータ(5)が巻着されており、内部の樹脂を加熱するようになっている。
【００１３】
加熱シリンダ(3)の後部は、機構部ハウジング(6)内に取り付けられている。前記機構部ハウジング(6)にはホッパ(7)が搭載されており、連通孔(8)を通って原料樹脂ペレット(9)が加熱シリンダ(3)に供給されるようになっている。
【００１４】
機構部ハウジング(6)にはスライドバー(10)の一端が取着されており、スライドバー(10)の他端はエンドブロック(11)に取り付けられている。エンドブロック(11)にはベアリング(12)を介して射出ネジ(13)の後部が回転自在に保持されており、射出ネジ(13)の後端突出部(13a)に従動プーリ(14)が取り付けられている。
【００１５】
この従動プーリ(14)には複数のタイミングベルト(15)(15)［本実施例では２本のタイミングベルトであるが、勿論これに限られず、従動プーリ(14)の幅を拡幅することで２本以上のタイミングベルトを懸架することが出来る。］の一方が懸架されており、駆動用のサーボモータ(1)(1)に取り付けられた駆動プーリ(16)にそれぞれその他方が懸架されていて、各サーボモータ(1)(1)の回転力を同時に同期して従動プーリ(14)に伝達するようになっている。
【００１６】
本発明のサーボモータ(1)は、低トルク高速回転型のもの、例えば［定格3,000rpm、最大回転数5,000rpm］が使用される。これに対して一般のサーボモータでは、［定格2,000rpm、最大回転数3,000rpm］である。ただし、本発明のサーボモータ(1)はその分トルクが小さく一般のサーボモータに対して半分程度である。
【００１７】
低トルク高速回転型サーボモータ(1)のロータ(1a)は、その直径(D)が小さいのでその慣性モーメントは４乗で小さくなり、出力トルクが小さくとも短時間で高速回転に到達する事が可能となるのである。しかしながら当然出力トルクは小さくなるために必要トルクを賄うためには、複数のサーボモーター(1)(1)を、同期回転させ、協働させる事で射出ネジ(13)を円滑に駆動させる事になる。
【００１８】
なお、前記射出ネジ(13)には、射出ナット(17)が螺装されており、射出ネジ(13)を正転・逆転させる事で射出ナット(17)を前進・後退させるようになっている。また、射出ネジ(13)と射出ナット(17)とは、ボールネジ構造となっていて、ネジ構造による摩擦損失が出来るだけ小さくなるように工夫されている。
【００１９】
また、前記射出ナット(17)は、圧力センサ(19)を介して往復移動ハウジング(18)に接続されており、射出ナット(17)と共に往復移動するようになっている。この往復移動ハウジング(18)には、スライドバー(10)が挿通されており、スライドバー(10)に沿って往復移動するようになっている。
【００２０】
更に、ベアリング(20)を介して回転用プーリ(21)が往復移動ハウジング(18)に回転自在に保持されており、そのセンタに設けられた接続孔(21a)にスクリュ(4)の後端接続部(4a)が着脱可能に装着されている。
【００２１】
また、前記往復移動ハウジング(18)には、スクリュ(4)の回転駆動用サーボモータ(22)が搭載されており、その駆動プーリ(23)と前記回転プーリ(21)とがタイミングベルト(24)にて接続されている。
【００２２】
次に、本発明の作用について説明する。スクリュ回転用のサーボモータ(22)を回転させると回転プーリ(21)が回転し、これにより回転プーリ(21)に接続されているスクリュ(4)も回転する。スクリュ(4)の回転と共に加熱シリンダ(3)内の樹脂は前方に送られ、同時にヒータ(5)によって加熱溶融され、スクリュ(4)の回転によって十分混練される。スクリュ(4)は溶融混練樹脂の前進の反作用として後退する事になる。
【００２３】
スクリュ(4)が後退するとこれと共に往復移動ハウジング(18)及び圧力センサ(19)を介して往復移動ハウジング(18)に取着されている射出ナット(17)も後退し、計量完了と共にスクリュ(4)は計量完了位置にて停止する。この間、射出ナット(17)に螺装されている射出ネジ(13)並びにこれに接続しているサーボモータ(1)(1)等は射出ナット(17)の後退と共に自由回転し、射出ナット(17)の後退を妨げない。
【００２４】
計量完了により、射出充填工程に移るが、金型(25)側の型締が完了すると、射出用の複数のサーボモータ(1)(1)を同期して回転させ、射出ネジ(13)を回転させる。前記サーボモータ(1)(1)は、慣性モーメントＪが小さいため短時間で最高速度迄達する。これを受けて射出ナット(17)も高速で前方に突き出され、これに接続している射出スクリュ(4)は高速で計量樹脂(2)を金型(25)のキャビティ(25a)内に射出充填する。
【００２５】
以上の状況を図２〜４及び図６に従って詳述する。図４(a)の折れ線(ハ)及び同図(b)の線(ハ)は理想的な射出充填の場合で、高速で射出充填し、充填完了とほぼ同時にスクリュ(4)の前進を停止させる（即ち、サーボモータの回転を停止させる。）場合で、金型キャビティ(25a)内に充填された樹脂(2)は、ゲート(26)から同心円状に急速に広がって行き、金型キャビティ(25a)の外周縁に到達した所で停止する。この間、高速射出が続いているから同心円は崩れない。
【００２６】
従って、充填樹脂(2)の外周部分(2a)は均一に冷却されて行く事になり、しかも充填速度は高速であるため外周部分の表面に生じる薄皮は非常に薄く且つ均一であるため、充填中或いは充填後に更に金型圧縮を掛けた場合、充填樹脂(2)の全体にわたって均一に圧縮され、スタンパ(27)に形成された情報データ転写用微細凹凸が均一に樹脂(2)に転写されることになる。然し乍ら、このような理想状態で射出充填を行うことは、前述のように不可能なことである。
【００２７】
そこで、理想状態よりもやや劣るが、図４(a)の(ロ)又は同図(b)の(ロ)に示すように高速で射出充填し、急速に停止させるのが本発明方法であり、この場合も前述とほぼ同様の状態が確保されることになる。即ち、高速で射出充填するとキャビティ(25a)内に充填された樹脂(2)は、ゲート(26)からほぼ同心円状に広がっていく。そして、ゲート(26)のセンタから金型キャビティ(25a)の外周縁迄の距離(D)の少なくとも半分[1/2(D)]を越えたところで減速を開始し、スクリュ(4)の前進を急速に落とし、充填樹脂(2)が金型キャビティ(25a)の外周縁に到達した所で停止させる。従って、この減速時間(ti2)は増速時間(ti1)より短くなる。
【００２８】
この場合、増速領域では充填樹脂(2)の外周部分(2a)はほぼ均一な同心円を保って拡大する。減速領域に切り替わると、当然充填樹脂(2)のフロー速度は減少するので、同心円は崩れる事になる。しかし、減速領域はゲート(26)のセンタから金型キャビティ(25a)の外周縁迄の距離(D)の少なくとも半分[1/2(D)]を越えたところから始まるので、従来に比べてその崩れは大幅に減少し、従って充填樹脂(2)の先端部分(2a)の冷却不均一も非常に小さいものになる。
【００２９】
しかも充填速度は高速であり、且つ前記少なくとも半分[1/2(D)]を越えた所まで増速領域となっているので、充填樹脂(2)の外周部分の表面に生じる薄皮は非常に薄く且つほぼ均一となる。その結果、充填中或いは充填後に更に金型圧縮を掛けた場合、充填樹脂(2)の全体にわたってほぼ均一に圧縮され、スタンパ(27)に形成された情報データ転写用微細凹凸がほぼ均一に樹脂(2)に転写され理想状態に近くなる。
【００３０】
これに対して、従来方法では、射出速度は速いものの、減速が早く行われるため、キャビティ(31a)に充填された樹脂(32)は、減速領域に入ると充填樹脂(33)の外周縁の形状は同心円状状態が崩れ、それ以後アメーバー状に広がって行き、前述のようにその外周部分(32a)の冷却状態は不均一になる。このような不均一な状態で、充填中或いは充填後に更に金型圧縮を掛けた場合、充填樹脂(2)の一部の転写性はよいが他の部分の転写性は悪いなど転写性に不均一が生じるだけでなく成形品の部分々々における不均一のために光学特性も低下する事になる。
【００３１】
射出充填が完了すると、保圧工程、冷却工程を経て型開され、最後に成形品が取り出される事になる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明では、計量樹脂の射出駆動部に高回転低トルクの複数個のサーボモータが同期駆動にて使用されているので、射出速度及び減速停止の高速化を図る事が出来、理想状態に近い状態で射出充填が行える。その結果、例えばスタンパに形成された情報データ転写用微細凹凸がほぼ均一に樹脂に転写される事になり、転写性が格段に向上する。更に、成形品の内部歪みがなくなるため光学特性も格段に改善される事になり、大幅な品質向上を図る事が出来る。また、付帯的効果として射出時間が短くなるだけ成形時間の短縮も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の射出機構部の主要部の正断面図
【図２】本発明方法における計量樹脂の金型キャビティへの射出充填状態の側断面図
【図３】図３において、ゲートに平行な方向から見た場合の断面図
【図４】理想状態、本発明及び従来の射出充填時の射出スクリュの移動速度と時間又は増・減速切替の位置の関係を示すグラフ
【図５】従来装置の射出機構部の主要部の正断面図
【図６】従来方法における計量樹脂の金型キャビティへの射出充填状態の側断面図
【符号の説明】
(1) 高回転低トルクサーボモータ
(1a)  ロータ
(2) 計量樹脂
【図１】
0003686275.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003686275.tif 000007