(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動金型の型閉方向への移動途中において計量樹脂を金型キャビティに射出充填し、所定量の樹脂が充填された時にゲートカットを行い、そのまま所定位置まで移動金型を型閉方向へ連続的に停止させる事なく移動させて型締を行い、型締位置で保圧、冷却した後、成形品を取り出す事を特徴とする金型圧縮射出成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の充填樹脂の所定量が、成形品の体積以上である事を特徴とする金型圧縮射出成形方法。
【請求項３】
転写用の微細凹凸が移動金型の金型キャビティの内面側に形成されている事を特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の金型圧縮射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、転写性をより優れたものにする事の出来る新規な金型圧縮射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形品の精密化に伴って射出成形機や射出成形方法も休む事なく進化を遂げている。最近ではデータ処理、映像や音楽を始め各種の分野でデジタル技術が普遍化し、その当然の帰結として例えばＣＤやＭＤ或いはＤＶＤというようなデジタル基板が実用化されてきた。特にＤＶＤ基板においては金型に刻設された超微細な凹凸を正確に成形品に転写することが要求されるようになり、従来のような油圧制御の射出成形機では到底役に立たず、新たにサーボモータを多用する射出成形機が開発されようとしている。
【０００３】
このようなデジタル光ディスク基板成形において、微細凹凸の転写性を妨げる要因として、▲１▼マイクロボイド、▲２▼マイクロフローマークが挙げられる。
微細凹凸に沿って樹脂が流れると、微細凹凸の壁の前後において樹脂流に空気の巻き込み現象が生じ、微細空気溜まりを形成する。この微細空気溜まりが転写性低下の原因となるもので、その対策としては充填樹脂のスキン層の固化を極力抑えて充填を完了する事である。
【０００４】
この点に関して、従来の金型圧縮射出成形方法は、以下のような手順が取られていた。（図６▲１▼〜▲６▼参照）
▲１▼  パーティング面間（換言すればキャビティ面間）に若干の隙間（ｔ）が設けられた状態となるように型閉が行われ、この状態で金型（１）は停止し、次の溶融混練樹脂（３）の射出充填を待つ。（１ｂ）は固定金型であり、（１ａ）は移動金型である。
【０００５】
▲２▼  計量混練溶融樹脂（３）を、金型キャビティ（２）内に射出する。金型キャビティ（２）は成形品（２６）の厚み（Ｓ）より若干広く設定されている（ｔ＞Ｓ）ので、その分だけ溶融混練樹脂（３）が余分に充填されるようになる。
【０００６】
▲３▼  充填が完了した所でゲートカットピン（３０）を前進させて固定金型（１ｂ）のゲート（２ａ）をその先端にて閉塞する。この間、移動金型（１ａ）は停止していて、成形品（２６）の幅より若干広い隙間（ｔ）を保っているので、その分だけ余分に樹脂（３）が充填された状態で完全に外界からシャットアウトされゲートカットが完了する。
【０００７】
▲４▼  ゲートカット後、移動金型（１ａ）を固定金型（１ｂ）側に移動させて所定の圧力で型締を行う。これにより、極めて強い圧力で充填樹脂（３）が圧縮され、金型キャビティ（２）の凹部（５ａ）側に形成された微細凹凸面（５）の微細凹凸が硬化しつつある充填樹脂（３）の表面に転写される事になる。
【０００８】
以上のような従来方法にあっては、計量混練溶融樹脂（３）の充填開始からゲートカット完了まで、移動金型（１ａ）は停止しており、ゲートカット完了後に始めて移動を開始する事になる。
一方、充填された樹脂（３）は、充填の瞬間から冷却されてその表面に極く薄く柔らかい薄皮状の固化スキン層が発生し、時間と共に厚くなって行く。
従って、ゲートカット完了後に始めて移動金型（１ａ）の移動を開始して型締を行う場合、既に発生した極く薄く柔らかい薄皮状の固化スキン層が成長しつつ金型キャビティ（２）の凹部（５ａ）側に形成された微細凹凸面（５）に接触し、前述のように極く薄く柔らかいが固化スキン層を介して微細凹凸が転写される事になる。
【０００９】
ここで転写性について問題となるのは、この薄皮状固化スキン層の存在である。前述のように転写性低下の原因は固化スキン層による微細空気溜まりの形成であり、固化スキン層が存在する限り、そしてその固化スキン層が成長して厚くなればなる程、微細凹凸面（５）と固化スキン層との間の微細空気溜まりの排除が困難となり、金型圧縮成形方法を採用し、いかに強力な型締力で型締を行ったとしてもなお転写性の向上には限界があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題は、この固化スキン層の発生を出来る限りなくし、或いはその成長わ極力抑制する事で微細凹凸面と固化スキン層との間に発生する微細空気溜まりを可能な限り排除する事により、微細凹凸の転写性の更なる向上を図る事にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
『請求項１』は前記課題を達成する金型圧縮射出成形方法に関し「移動金型（１ａ）の型閉方向への移動途中において、計量樹脂（３）を金型キャビティ（２）に射出充填し、所定量の樹脂（３）が充填された時にゲートカットを行い、そのまま所定位置まで移動金型（１ａ）を型閉方向へ停止させる事なく連続的に移動させて型締を行い、型締位置で保圧、冷却した後、成形品（２６）を取り出す」事を特徴とする。
【００１２】
これによれば、計量樹脂（３）の射出充填開始から型締開始まで移動金型（１ａ）を型閉方向へ連続的に移動させているので、充填樹脂（３）は移動金型（１ａ）の動きと協働して移動金型（１ａ）に対する充填樹脂（３）の流れが相対速度が高くなり、その結果、充填樹脂（３）は金型キャビティ（２）の内面に接してより素早く流動して表面に常に新しい内部の樹脂が露出して来るために樹脂表面（３）のスキン層の形成或いは成長が阻害される。その結果、微細凹凸の成形品（２６）への転写性が飛躍的に向上する。
【００１３】
『請求項２』は請求項１の射出成形方法における充填樹脂量に関するもので「請求項１に記載の充填樹脂（３）の所定量が、成形品（２６）の体積以上である」事を特徴とする。
これによれば、成形品（２６）の体積以上のボリュウムの充填樹脂を圧縮成形により成形品（２６）の体積にまで圧縮するのであるから、成形品（２６）は高密度基板となり、密度のバラツキがなくなり品質の向上に寄与する。
【００１４】
『請求項３』は請求項１又は２のいずれかに記載の前記金型圧縮射出成形方法における微細凹凸の形成場所に関し「転写用の微細凹凸が移動金型（１ａ）の金型キャビティ（２）の内面側（５）に形成されている」事を特徴とするもので、前述のように転写性の向上が可能となる。
移動金型（１ａ）の移動中に計量樹脂（３）を充填すると、前述のように、充填樹脂（３）は移動金型（１ａ）の動きと協働して移動金型（１ａ）に対する相対速度が大きくなってその表面に常に新しい内部の樹脂を露出させつつ移動金型（１ａ）側の金型キャビティ（２）を構成する凹部（５ａ）の内面（５）に接して素早く流動する。その結果、樹脂表面（３）のスキン層の形成或いは成長が阻害され、これが転写性を損なう微細空気溜まりの発生を阻害する。
従って、移動金型（１ａ）側の金型キャビティ（２）の内面（５）に微細凹凸を形成しておけば、この方法により転写性が飛躍的に向上させる事が出来る。
【００１５】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。本発明の射出成形機（Ａ）は図１に示すように射出機構部（ａ）と金型機構部（ｂ）とに大別される。
射出機構部（ａ）は、スクリュ（４）を前進・後退させるための駆動機構部（１０）、スクリュ（４）を回転させる回転用サーボモータ（１１）、スクリュ（４）を前進・後退させる射出用サーボモータ（１２）、原料樹脂混練及び射出用のスクリュ（４）、スクリュ（４）が進退・回転可能収納されている射出シリンダ（１３）、射出シリンダ（１３）に巻設されたヒータ（１４）、スクリュ（４）と駆動機構部（１０）との間に配設され、スクリュ（４）に掛かる圧力を検出している射出用ロードセル（１５）、原料供給ホッパ（１６）並びに各サーボモータ（１１）（１２）に装着されているパルス発生装置（１１ａ）（１２ａ）とで構成されている。
【００１６】
次に金型機構部（ｂ）に付いて説明する。金型（１）は移動・固定金型（１ａ）（１ｂ）で構成されており、固定ダイプレート（１７）に固定金型（１ｂ）が装着され、移動ダイプレート（１８）に移動金型（１ａ）が装着されている。固定金型（１ｂ）のパーティング面には金型キャビティ（２）の一部を構成する凸部（５ｂ）が形成されており、前記凸部（５ｂ）に対応して金型キャビティ（２）の一部を構成する凹部（５ａ）が移動金型（１ａ）のパーティング面に形成されており、型閉時に凹部（５ａ）に凸部（５ｂ）が嵌まり込むようになっている。
【００１７】
更に、移動金型（１ａ）に凹設された凹部（５ａ）の固定金型（１ｂ）との対向面（５）には例えばＣＤやＤＶＤ用の微細な凹凸が形成してある。この微細凹凸刻設面（５）は超鏡面加工のような極めて高い平滑度（例えば、ｍａｘ０．０１μｍ、）平面度＝０．１μｍが要求され、平行度は例えば０．００５ｍｍ以下、など極めて高い精度が要求される。
更に、移動金型（１ａ）の中心にはゲートカットピン（３０）がスライド自在に配設されている。
【００１８】
移動ダイプレート（１８）はタイバー（１９）にスライド往復自在に取り付けられており、タイバー（１９）の端部にテイルストック（２０）が装着されている。移動ダイプレート（１８）の背面には中には圧力センサ（５４）が配設されており、更にその背部に圧力センサ（５４）が取着されているハウジング（５０）が設置されている。
【００１９】
次に金型開閉トグル機構（Ｔ）に付いて説明する。テイルストック（２０）には金型制御サーボモータ（３１）が取り付けられており、その回転駆動軸に取り付けられた駆動プーリ（３２）と、テイルストック（２０）にベアリングを介して回転自在に配設された従動プーリ（３４）とを伝達ベルト（３３）にて接続している。前記金型制御サーボモータ（３１）にはパルス発生装置（３１ａ）が装着されている。
従動プーリ（３４）には雄ネジ棒（４４）が進退自在に螺装されており、前記雄ネジ棒（４４）の突出端が金型開閉クロスヘッド（３５）に取り付けられている。金型開閉トグルは長短各アーム（３６）をリンク機構に接続したもので、その一端はテイルストック（２０）に回動自在に接続され、他端はハウジング（５０）に回動自在に接続され、更にもう一つの端部は金型開閉クロスヘッド（３５）に取り付けられている。このリンク機構は公知の技術であるからこれ以上の詳細は省く。
【００２０】
次にハウジング（５０）に設けられたゲートカット／エジェクト機構部（ｃ）に付いて説明する。ハウジング（５０）にはゲートカット／エジェクト用のサーボモータ（４０）が取着されており、その回転駆動軸に装着された駆動プーリ（４１）と、ハウジング（５０）にベアリングを介して回動自在に保持された従動プーリ（４３）とが伝達ベルト（４２）にて接続されている。従動プーリ（４３）は作動ナット（４５）に取り付けられており、この作動ナット（４５）にはゲートカットピン（３０）の後半部分に螺設された作動用ネジ部（３０ａ）が進退自在に螺装されている。サーボモータ（４０）にはパルス発生装置（４０ａ）が配設されている。
【００２１】
（８）は制御装置で、本射出成形機（Ａ）全体の制御を司るものであり、その中の１つの機能として、射出用ロードセル（１５）、圧力センサ（５４）、サーボモータ（１１）（１２）（３１）及び（４０）に装着されたパルス発生装置（１１ａ）（１２ａ）（３１ａ）（４０ａ）及びヒータ（１４）からの信号を得てサーボモータ（１１）（１２）（３１）及び（４０）の制御を行うようになっている。駆動系の制御は全てサーボモータ（１１）（１２）（３１）及び（４０）によって行われるのであるから、プログラムすることにより複合動作など任意の条件が作り出せる。
【００２２】
（７）は制御装置（８）に接続した表示部で、射出成形工程の全部或いはその一部をデジタル或いはアナログ表示するようになっている。図５は射出工程と保圧工程における制御状態をグラフで表した例であり、例えばこのようなグラフが表示される。これにより工程管理が一目瞭然となり非常に管理しやすくなる。
【００２３】
図５について説明すると、該グラフは縦軸に圧力を取り、横軸に時間を取ったものである。実線で示した曲線は本発明の制御例を示し、上側の実線は移動金型（１ａ）の設定圧力であり、下側の実線は圧力センサ（５４）で検出した移動金型（１ａ）の実際の反力を示す。
【００２４】
図５において本発明では、圧力センサ（５４）によって充填樹脂（３）の樹脂圧を直接検出しているので、保圧工程の前部段階では、移動金型（１ａ）による圧縮圧力制御、或いは後部段階では、移動金型（１ａ）による位置制御をリアルタイムで追従させる事が出来るし、射出充填工程中の（ｐｘ→Ｐ１）の範囲であれば、圧力センサ（５４）による直接検出に追従して射出速度を制御できる。点（ｐｘ）は圧力センサ（５４）の出力開始点から立ち上げた垂線（Ｈ１）と射出設定速度曲線（０→Ｐ１）との交点である。
【００２５】
次に、本発明の作用について説明する。原料樹脂（３ｃ）が原料供給ホッパ（１６）に投入され、回転用サーボモータ（１１）を作動させてスクリュ（４）を回転させると原料樹脂（３ｃ）は次第に射出シリンダ（１３）方向に送られて行く、射出シリンダ（１３）はその外周に巻着されているヒータ（１４）によって加熱されているので、射出シリンダ（１３）に入った原料樹脂（３ｃ）は次第に溶融し且つスクリュ（４）の回転作用によって混練されて行く。
【００２６】
スクリュ（４）の回転と共に溶融混練樹脂（３ｂ）は射出シリンダ（１３）の先端方向に送られ、先端部分で貯溜される。この反作用としてスクリュ（４）は次第に後退し、ついには予め設定されている後退停止位置に至る。この時点で樹脂計量が完了した事になる。
【００２７】
一方、金型（１）側では、図４▲１▼に示すようにまず、型閉が行われる。即ち、金型制御サーボモータ（３１）を作動させ、駆動プーリ（３２）及び伝達ベルト（３３）介してその回転力を従動プーリ（３４）に伝達し、従動プーリ（３４）を回転させると従動プーリ（３４）に螺装されている雄ネジ棒（４４）が図２から図３に示すように右方向に進み、クロスヘッド（３５）を推し進めて金型開閉トグルを伸長させる。この時この伸長に合わせて移動ダイプレート（１８）及びこれに装着されている移動金型（１ａ）が固定金型（１ｂ）側に移動し、固定金型（１ｂ）の凸部（５ｂ）に移動金型（１ａ）の凹部（５ａ）が嵌まり込む。ただしこの時点ではトグルは完全に伸長しておらずパーティング面間（換言すれば、キャビティ面間）には図４▲３▼のゲートカット時点の隙間（ｔ）よりかなり幅広の状態《キャビティ面間隙間を（Ｔ）で示す》となっている。
【００２８】
この状態で射出充填が行われるのであるが、図４▲２▼に示すように移動金型（１ａ）が（Ｔ）から（ｔ）に向かって型閉方向に移動している途中で計量樹脂（３）を射出充填する。この時、射出の瞬間から樹脂（３）の表面にスキン層が発生しようとするが、移動金型（１ａ）が型閉方向に移動しているので、樹脂（３）が移動金型（１ａ）のキャビティ（２）の内面（５）をより高速で流れてスキン層の形成、或いは成長が抑制され、従った微細空気溜まりの発生が抑制されて樹脂（３）が微細凹凸の形成されている内面（５）に忠実に密着する。
【００２９】
続いて、ゲートカットが行われるのであるが（図４▲３▼参照）、そのタイミング（Ｐ１）は圧力センサ（５４）が所定の値を示したときゲートカットピン（３０）が作動して移動中の移動金型（１ａ）から突出してゲートカットを行い、金型キャビティ（２）をゲート（２ａ）から切り離す。この時の移動金型（１ａ）と固定金型（１ｂ）のキャビティ面間の隙間は（ｔ）である。
【００３０】
このように毎回同じ樹脂圧の時にゲートカットが行われるので、金型キャビティ（２）内には安定して同量（ただし、前記幅（ｔ）は成形品（２６）の幅（Ｓ）より大きいので、成形品（２６）の体積より充填量は多くなる。）の樹脂（３）が毎回充填される事になる。
【００３１】
（ｔ）は成形品（２６）の最終厚み（Ｓ）より大きいので、金型キャビティ（２）には成形品（２６）の体積以上の樹脂（３）が供給される事になる。
【００３２】
ゲートカットは、移動金型（１ａ）の型閉移動が行われている状態でサーボモータ（４０）を作動させて従動プーリ（４３）を回転させるとゲートカットピン（３０）が移動中の移動金型（１ａ）から前進し、固定金型（１ｂ）のゲート（２ａ）をその先端にて閉塞する事により行われ、余分に樹脂（３）が充填された状態で完全に外界からシャットアウトされる。
【００３３】
以上の工程（０→Ｐ１）は、射出用ロードセル（１５）によって、或いは（０→ＰＸ）を射出用ロードセル（１５）で制御し、（ＰＸ→Ｐ１）を圧力センサ（５４）によって制御する。また、この射出充填工程は射出サーボモータ（１２）にて設定値に追従するように行われ、且つ移動金型（１ａ）が移動しているので、充填樹脂（３）は移動金型（１ａ）の動きと協働して移動金型（１ａ）に対する相対速度が大きくなってその表面に常に新しい内部の樹脂を露出させつつ移動金型（１ａ）側の金型キャビティ（２）を構成する凹部（５ａ）の内面に接して素早く流動する。その結果、充填樹脂（３）に薄い樹脂膜が発生する前に充填が完了し、これが転写性を損なう微細空気溜まりの発生を阻害する事になる。それ故、移動金型（１ａ）側の金型キャビティ（２）の凹部（５ａ）に形成された微細凹凸は飛躍的に優れた転写性をもって成形品（２６）に転写される事になる。
【００３４】
なお、射出速度は金型キャビティ（２）内の充填樹脂（３）の樹脂圧により制御される方が直接的で好ましいので、点（ｐｘ）において充填樹脂（３）が移動金型（１ａ）に接触して圧力センサ（５４）から樹脂圧に関するデータが出力され始めると、射出用ロードセル（１５）による射出速度制御を圧力センサ（５４）による射出速度制御に切り替えてもよい。この点を図５で解説すると、（０→Ｐ１）の領域は、射出充填工程であるから速度制御が行われ、その内の（０→ｐｘ）は射出用ロードセル（１５）による射出速度制御が行われ、（ｐｘ→Ｐ１）は圧力センサ（５４）による射出速度制御が行われる。勿論、（０→Ｐ１）全体を通じて射出用ロードセル（１５）による射出速度制御を行ってもよい事は言うまでもない。
【００３５】
なお、計量樹脂（３）の射出充填は、射出用サーボーモータ（１２）によって行われるので、設定値に極めて近い高速射出が可能となり、移動金型（１ａ）の移動中の樹脂充填と相俟って薄い樹脂膜が充填樹脂（３）の表面に生じる前に射出を完了する事が出来、転写性を従来とは比較出来ない程度の画期的な精度までに高める事が出来た。
【００３６】
次に保圧工程［（Ｐ１）→（Ｐ３）］に移るが、その前部段階である圧力制御領域では圧力センサ（５４）によって金型キャビティ（２）内の樹脂圧を直接検出して制御していくのであるから、設定値にほぼ近い圧縮圧力を充填樹脂（３）に与える事が出来、内部応力をより小さくする事が出来る。
【００３７】
保圧工程の後部段階である位置制御［（Ｐ２）→（Ｐ３）］に移ると、充填樹脂（３）はほぼ硬化しており、その厚みが一定になるように移動金型（１ａ）の位置を正確に制御しなければならない。前述のように金型キャビティ（２）には毎回一定量の樹脂（３）が充填されるので、圧力センサ（５４）の検出値が一定であれば、その厚さも一定となる。従って、位置制御段階で圧力センサ（５４）の検出値が設定値になるように制御すれば、自ずから移動金型（１ａ）の位置も常に一定位置となり、成形品（２６）の厚さも一定となる。
【００３８】
充填樹脂（３）の硬化が終了すると図４▲５▼に示すように、金型制御サーボモータ（３１）を逆作動させて移動金型（１ａ）を固定金型（１ｂ）側から離間させる。この時成形品（２６）は移動金型（１ａ）の金型キャビティ（２）内に嵌まり込んだまま移動金型（１ａ）と共に移動する。
【００３９】
最後に図４▲６▼に移り、型開きが終わった処でサーボモータ（４０）を作動させてゲートカットピン（３０）を金型キャビティ（２）から突き出し、成形品（２６）を離型させてから回収する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明方法にあっては、計量樹脂の射出充填開始から型締開始まで移動金型を型閉方向へ連続的に移動させているので、充填樹脂は移動金型の動きと協働して特に、移動金型（１ａ）側の金型キャビティの内面に接して流動し、樹脂表面のスキン層の形成が阻害される。従って、移動金型側の金型キャビティの内面に微細凹凸が形成されている場合には、この方法により転写性が飛躍的に向上する。
また、成形品の体積以上のボリュウムの充填樹脂を金型キャビティに充填して圧縮成形し、これにより成形品の体積にまで圧縮するのであるから、成形品は高密度基板となり、密度のバラツキがなくなり品質の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる射出成形機の主要部分の概略構造を示す断面図
【図２】図１の金型機構部の図面で、樹脂充填時の拡大断面図
【図３】図１の金型機構部の図面で、金型圧縮時の拡大断面図
【図４】▲１▼〜▲６▼…本発明の射出全工程における金型の作動状態を示す断面図
【図５】本発明における設定圧変化及び圧力センサの出力の変化を示すグラフ
【図６】▲１▼〜▲６▼…従来例の射出全工程における金型の作動状態を示す断面図
【符号の説明】
（Ａ）…射出成形機  （ａ）…射出機構部  （ｂ）…金型機構部
（１）…金型
（２）…金型キャビティ
（３）…樹脂
（４）…スクリュ
（５）…微細凹凸面
（８）…制御装置
（１１）（１２）（３１）（４０）…サーボモータ
（３０）…ゲートカットピン
（５４）…圧力センサ
【図１】
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【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】
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