(57)【要約】熱プレス機（８０）は、固定側の押圧板（８２）を固設した筐体（８１）、移動側の押圧板（８３）を取り付けたメインシャフト（３５）、メインシャフト（３５）に回動自在に取り付けられた梃子アーム（３０）、梃子アーム（３０）の一端ある力点に連結された第１駆動機構、および梃子アーム（３０）の他端にある支点に連結された第２駆動機構を有する。初めに第１駆動機構によって梃子アーム（３０）を支点を中心に回動させて押圧板（８３）を大きく移動させ、次に第１駆動機構を停止して第２駆動機構を動作させ、力点を中心に梃子アーム（３０）を回動させて押圧板（８３）を押圧板（８２）に押圧する。
2004026552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に支点を有し、他端に力点を有し、支点と力点の間に作用点を有する梃子部材と、
この梃子部材の作用点に連結され、梃子部材を回動させることにより、その軸方向に移動するシャフトと、
このシャフトの駆動方向先端に固設された押圧板と、
上記力点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第１支持機構と、
上記支点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第２支持機構と、
上記第１支持機構を上記駆動方向に付勢して上記支点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記押圧板を駆動する第１駆動機構と、
上記第２支持機構を上記駆動方向に付勢して上記力点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記押圧板を駆動する第２駆動機構と、
を備えていることを特徴とするプレス機構。
【請求項２】
上記第１および第２支持機構の摺動摩擦は、上記梃子部材に作用する応力が上記作用点で相殺される値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプレス機構。
【請求項３】
上記梃子部材の支点から作用点までの距離、力点から作用点までの距離、上記第１支持機構の摺動摩擦、および上記第２支持機構の摺動摩擦は、上記摺動摩擦に起因して上記梃子部材に作用する応力が上記作用点で相殺されるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプレス機構。
【請求項４】
上記支点から上記作用点までの距離と上記力点から上記作用点までの距離が等しく、上記第１および第２支持機構の摺動摩擦が等しいことを特徴とする請求項３に記載のプレス機構。
【請求項５】
上記第１および第２駆動機構を固定的に取り付けた筐体と、この筐体に固設され、上記押圧板を上記駆動方向に沿って案内するガイド部材と、をさらに備え、
上記作用点から上記支点までの距離、上記作用点から上記力点までの距離、上記第１駆動機構により発生されるトルク、上記第２駆動機構により発生されるトルク、および上記ガイド部材を上記筐体に固設する位置は、上記筐体に作用する応力が上記シャフトの軸線上で相殺されるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプレス機構。
【請求項６】
上記第１支持機構は、装置の筐体に固設されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のプレス機構。
【請求項７】
一端に支点を有し、他端に力点を有し、支点と力点の間に作用点を有する梃子部材と、
この梃子部材の作用点に連結され、梃子部材を回動させることにより、その軸方向に移動するシャフトと、
このシャフトの駆動方向先端に固設された押圧板と、
上記力点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第１支持機構と、
上記支点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第２支持機構と、
上記第１支持機構を上記駆動方向に付勢して上記支点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記押圧板を駆動する第１駆動機構と、を備え、
上記第１および第２支持機構の摺動摩擦は、上記梃子部材に作用する応力が上記作用点で相殺される値に設定されていることを特徴とするプレス機構。
【請求項８】
一端に支点を有し、他端に力点を有し、支点と力点の間に作用点を有する梃子部材と、
この梃子部材の作用点に回動自在に連結され、梃子部材を回動させることにより、その軸方向にスライド移動するシャフトと、
このシャフトの駆動方向先端に固設された移動部材に固定的に取り付けられた第１の金型と、
この第１の金型が移動する軌道上に設けられ、上記第１の金型の接合面に面接する接合面を有する第２の金型と、
上記力点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第１支持機構と、
上記支点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第２支持機構と、
上記第１支持機構を上記駆動方向に付勢して上記支点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記第１の金型を上記第２の金型に向けて駆動する第１駆動機構と、
上記第２支持機構を上記駆動方向に付勢して上記力点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記第１の金型を上記第２の金型に向けて駆動する第２駆動機構と、
上記第１および第２駆動機構を固定的に取り付けているとともに、上記第２の金型を所定位置で固設した筐体と、
この筐体に固定的に取り付けられ、上記移動部材を上記駆動方向に沿って案内するガイド部材と、
を備えていることを特徴とする型締め機構。
【請求項９】
上記作用点から上記支点までの距離、上記作用点から上記力点までの距離、上記第１駆動機構により発生されるトルク、上記第２駆動機構により発生されるトルク、および上記ガイド部材を上記筐体に固設する位置は、上記筐体に作用する応力が上記シャフトの軸線上で相殺されるように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の型締め機構。
【請求項１０】
上記梃子部材の支点から作用点までの距離、力点から作用点までの距離、上記第１支持機構の摺動摩擦、および上記第２支持機構の摺動摩擦は、上記摺動摩擦に起因して上記梃子部材に作用する応力が上記作用点で相殺されるように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の型締め機構。
【請求項１１】
上記支点から上記作用点までの距離と上記力点から上記作用点までの距離が等しく、上記第１および第２支持機構の摺動摩擦が等しいことを特徴とする請求項１０に記載の型締め機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、押圧板を駆動するプレス機構、一方の金型を他方の金型に向けて駆動する成形機の型締め機構、およびこの型締め機構を備えた成形機に関する。
【背景技術】  従来、プレス機構や成形機の型締め機構では、押圧板（金型）を駆動する機構として、例えば梃子を利用したトグル機構を用いている（例えば、特許第３１５９４５０号明細書、第５図、参照。）。トグル機構は、その下死点で必要トルクを発生させるように押圧板を付勢する。トグル機構は、大きな押圧力を安定して発生させることができるとともに、押圧板を大きなストロークで移動させることができる点において、プレス機構や成形機の型締め機構に適している。
また、成形機の型締め機構として、２つの駆動源からの駆動力を利用して押圧板を２段締めする梃子装置を利用した機械装置が知られている（例えば、特許第３１５９４５０号明細書、第１図乃至第４図、参照。）。この機械装置は、梃子部材の一端に作用点を設け、他端に支点（或いは力点）を設け、中間に力点（或いは支点）を設け、作用点に押圧板を連結して構成されている。この機械装置を作動させる場合、初めに力点を付勢して支点を中心に梃子部材を回動させ、次に力点を支点として支点を付勢して力点を中心に梃子部材を回動させる。
さらに、梃子装置として、梃子部材の一端に支点を設け、他端に力点を設け、中間に作用点を設け、この作用点に押圧板を連結したものもある（例えば、特許第２７０３０９７号明細書、第３図、参照。）。この梃子装置は、力点を付勢して支点を中心に梃子部材を回動させ、押圧板を駆動する。
しかし、上述した特許第３１５９４５０号明細書の第５図に示されたトグル装置では、比較的大きなトルクを発生でき、押圧板の移動ストロークを大きく取れるが、下死点近くにおける押圧板の位置および押圧力を高精度に制御できない問題があった。
また、特許第３１５９４５０号明細書の第１図乃至第４図に示された２段階駆動型梃子装置では、押圧板に作用する作用点が梃子部材の一端に片寄って設けられているため、２つの駆動源を用いて押圧板を付勢する際に捩じれ応力が作用し、押圧板の平行度を高精度に維持できない問題があった。
さらに、上述した特許第２７０３０９７号明細書の第３図に示された梃子装置では、作用点の移動ストロークが力点の移動ストロークより小さいため、押圧板を大きなストロークで移動させようとした場合、力点をそれ以上に大きく移動させる必要がある。このように、力点を大きく移動させると、梃子部材が大きく回動し、梃子部材に対しその長手方向に沿った不所望な応力が作用し、押圧板の平行度を高精度に維持できなくなってしまう。
また、この梃子装置では、１つの駆動源により力点を付勢して梃子部材を回動させるため、大きなストロークで押圧板を移動させるのに適した駆動源を使用すると、押圧板の位置および押圧力を高精度に制御できなかった。
【発明の開示】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、押圧板の平行度を高精度に維持した上で、押圧板の位置および押圧力を高精度に制御できるプレス機構、型締め機構、およびこの型締め機構を用いた成形機を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明のプレス機構は、一端に支点を有し、他端に力点を有し、支点と力点の間に作用点を有する梃子部材と、この梃子部材の作用点に連結され、梃子部材を回動させることにより、その軸方向に移動するシャフトと、このシャフトの駆動方向先端に固設された押圧板と、上記力点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第１支持機構と、上記支点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第２支持機構と、上記第１支持機構を上記駆動方向に付勢して上記支点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記押圧板を駆動する第１駆動機構と、上記第２支持機構を上記駆動方向に付勢して上記力点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記押圧板を駆動する第２駆動機構と、を備えている。
上記発明のプレス機構によると、梃子部材の他端にある力点を付勢して、一端にある支点を中心にして梃子部材を回動させ、中間にある作用点に連結されたシャフト、すなわち押圧板を駆動する。この後、今度は、梃子部材の一端にある支点を付勢して力点を中心に回動させ、押圧板を駆動する。いずれの場合も、作用点の両側から駆動力が作用し、支点および力点の摺動摩擦が作用点に対してそれぞれ逆方向に働き、シャフトの駆動方向以外の応力が作用点で打ち消しあうため、プレス機構全体として不所望な応力の発生を防止できる。よって、押圧板の平行度を高精度に維持でき、押圧板の位置および押圧力を高精度に制御できる。
特に、支点および力点から作用点までの距離を等しくし、且つ第１および第２支持機構の摺動摩擦を等しくすると、不所望な応力の発生を略完全に防止でき、押圧板の平行度を極めて高くすることができる。
また、梃子部材を２段階で回動させて押圧板を２段階で駆動するため、押圧板の押圧力および下死点を高精度に制御できる。尚、作用点のストロークが少なくて良い場合には、一方の支持機構を装置の筐体に固設しても良く、その場合においても上述と同様の原理により不所望な応力の発生を防止でき、押圧板による押圧力および下死点を高精度に制御できる。
また、本発明の型締め機構は、一端に支点を有し、他端に力点を有し、支点と力点の間に作用点を有する梃子部材と、この梃子部材の作用点に回動自在に連結され、梃子部材を回動させることにより、その軸方向にスライド移動するシャフトと、このシャフトの駆動方向先端に固設された移動部材に固定的に取り付けられた第１の金型と、この第１の金型が移動する軌道上に設けられ、上記第１の金型の接合面に面接する接合面を有する第２の金型と、上記力点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第１支持機構と、上記支点で上記梃子部材を回動自在且つ上記駆動方向を横切る方向に移動自在に支持した第２支持機構と、上記第１支持機構を上記駆動方向に付勢して上記支点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記第１の金型を上記第２の金型に向けて駆動する第１駆動機構と、上記第２支持機構を上記駆動方向に付勢して上記力点を中心にして上記梃子部材を回動させることにより上記第１の金型を上記第２の金型に向けて駆動する第２駆動機構と、上記第１および第２駆動機構を固定的に取り付けているとともに、上記第２の金型を所定位置で固設した筐体と、この筐体に固定的に取り付けられ、上記移動部材を上記駆動方向に沿って案内するガイド部材と、を備えている。
上記発明の型締め機構によると、梃子部材の他端にある力点を付勢して、一端にある支点を中心に梃子部材を回動させ、作用点に連結された第１の金型を第２の金型に向けて移動させる。また、この型締め機構は、支点を付勢して力点を中心に梃子部材を回動させて第１の金型を移動させる。このため、支点および力点を固定的に取り付けた筐体に固設された第２の金型に対し、捩じれ応力を生じること無く第１の金型を真っ直ぐに駆動できる。これにより、第１および第２の金型の接合面の平行度を高精度に維持でき、第１の金型の第２の金型に対する位置および押圧力を高精度に制御できる。
【図面の簡単な説明】  図１は、この発明の実施の形態に係る射出成形機の概略構造を示す斜視図。
図２は、図１の射出成形機の概略構造を示す平面図。
図３は、図２の射出成形機の要部の構造を部分的に拡大して示す要部拡大図。
図４は、図３とともに要部の動作を説明するための図。
図５は、図３の梃子アームの力点に設けられた力点揺動機構の概略構造を示す部分斜視図。
図６は、図１の射出成形機の動作を制御する制御系のブロック図。
図７は、図１の射出成形機の１段目の駆動時における力点側のクランク機構の回転角度に対するスライドシャフトの変位およびＡＣサーボモータのトルク変化を示すグラフ。
図８は、図１の射出成形機および図１５の熱プレス機の変形例を示す平面図。
図９は、図１の射出成形機および図１５の熱プレス機の他の変形例を示す平面図。
図１０は、図１の射出成形機および図１５の熱プレス機の２つの駆動機構を反対側に設けた変形例を示す平面図。
図１１は、図５の力点揺動機構の変形例を示す部分斜視図。
図１２は、図５の力点揺動機構の他の変形例を示す部分斜視図。
図１３は、図１の射出成形機および図１５の熱プレス機の駆動機構の変形例を示す概略図。
図１４は、図１の射出成形機および図１５の熱プレス機の駆動機構の他の変形例を示す概略図。
図１５は、この発明の実施の形態に係る熱プレス機の概略構造を示す正面図。
図１６は、図１５の熱プレス機の動作を制御する制御系のブロック図。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１には、この発明の実施の形態に係る成形機として機能するプラスティック射出成形機１（以下、単に射出成形機１と称する）の概略斜視図を示してある。また、図２には、この射出成形機１の概略平面図を示してある。図１では、図示明瞭化のため、射出成形機１のフレーム２を部分的に破断した状態を示してあり、後述する射出装置１０（図２参照）の図示を省略してある。
図１に示すように、射出成形機１のフレーム２（筐体）は、複数本のスタットボルト２ａ（およびナット）によって水平な地面に固定されている。フレーム２は、後述する移動側の金型３（第１の金型）の駆動方向（図中矢印Ｘ方向；以下、Ｘ方向と称する）に沿って、モータチャンバ４、クランクチャンバ６、および梃子チャンバ８を区画する複数枚の隔壁を一体的に有する。
また、フレーム２上には、後述する固定側の金型５（第２の金型）を固設した矩形板状の固定プラテン１１（固定部材）が立位で固設されている。固定プラテン１１は、固定側の金型５の後述する接合面５ａ（図２参照）がＸ方向と直交する平面（ＹＺ平面）に沿って延びるように高精度に角度調整されて取り付けられている。
また、固定プラテン１１の４角には、４本のタイバー１２（ガイド部材）の一端がそれぞれ固設されている。４本のタイバー１２は、互いに平行にＸ方向に延設され、その他端が梃子チャンバ８のクランクチャンバ６から離間した側の隔壁に固定されている。言い換えると、各チャンバを区画した複数枚の隔壁、４本のタイバー１２、固定プラテン１１、および固定側の金型５は、フレーム２に対して固定的に設けられている。
固定プラテン１１と梃子チャンバ８との間で延設された４本のタイバー１２には、矩形板状の可動プラテン１３（押圧板、移動部材）がＸ方向にスライド自在に取り付けられている。より具体的には、可動プラテン１３は、４本のタイバー１２にそれぞれ摺動可能な４つのスライド孔を有する。
可動プラテン１３が固定プラテン１１に対向する側には、固定側の金型５に接合する移動側の金型３が固設されている。可動プラテン１３は、移動側の金型３の接合面３ａが常にＹＺ平面に沿って延びるように、平行度を高精度に保った状態で４本のタイバーに沿ってスライドされる。
モータチャンバ４には、２つのＡＣサーボモータ１４、１５が配設されている。各モータ１４、１５は、その回転軸が図中矢印Ｚ方向に延びる姿勢で取り付けられており、それぞれの回転軸にスプロケット１４ａ、１５ａが取り付けられている。
クランクチャンバ６には、２つのクランク機構が配設されている。図中奥側のクランク機構（以下、第１クランク機構と称する）は、フレーム２に固設されてＺ方向に延設されたクランクシャフト１６、およびクランクシャフト１６に一端を固設されたクランクアーム１７を有する。クランクシャフト１６の上端には、スプロケット１６ａが固設されている。このスプロケット１６ａには、上述したＡＣサーボモータ１４の回転軸に取り付けられたスプロケット１４ａに巻回された無端状のチェーン１８が巻回されている。
クランクアーム１７のクランクシャフト１６から離間した先端には、連結部材１９の基端部が回動自在に取り付けられている。連結部材１９の先端には、スライドシャフト２０の基端部が回動自在に取り付けられている。スライドシャフト２０は、クランクチャンバ６と梃子チャンバ８との間の隔壁７に設けられた円筒状のスライドシャフトガイド７ａを通って延び、その先端が梃子チャンバ８内に突出している。
図中手前側のクランク機構（以下、第２クランク機構と称する）は、フレーム２に固設されてＺ方向に延設されたエキセンシャフト２１、およびこのエキセンシャフト２１に偏心して取り付けられた偏心カム２２を有する。エキセンシャフト２１の上端には、スプロケット２１ａが固設されている。このスプロケット２１ａには、上述したＡＣサーボモータ１５の回転軸に取り付けられたスプロケット１５ａに巻回された無端状のチェーン２３が巻回されている。
偏心カム２２には、カムフォロア２４（図２参照）が取り付けられている。カムフォロア２４には、連結部材２５の基端部が回動自在に取り付けられている。連結部材２５の先端には、スライドシャフト２６の基端部が回動自在に取り付けられている。スライドシャフト２６は、クランクチャンバ６と梃子チャンバ８との間の隔壁７に設けられた円筒状のスライドシャフトガイド７ｂを通って延び、その先端が梃子チャンバ８内に突出している。
上述したＡＣサーボモータ１４および第１クランク機構が本発明の第１駆動機構として機能し、ＡＣサーボモータ１５および第２クランク機構が本発明の第２駆動機構として機能する。
しかして、一方のＡＣサーボモータ１４を駆動すると、第１クランク機構が作動され、スライドシャフト２０がＸ方向にスライドする。また、他方のＡＣサーボモータ１５を駆動すると、第２クランク機構が作動され、スライドシャフト２６がＸ方向にスライドする。
梃子チャンバ８には、図３および図４に部分的に拡大して示すように、ＸＹ平面に沿って移動可能に設けられた細長い板状の梃子アーム３０（梃子部材）が設けられている。梃子アーム３０は、概ねＹ方向に延設されている。梃子アーム３０の一端には支点が設けられ、他端には力点が設けられ、支点と力点の中間に作用点が設けられている。本実施の形態では、作用点は支点と力点の丁度真ん中に位置している。
梃子アーム３０の支点には、支点揺動機構（第２支持機構）を介して上述したスライドシャフト２６の先端が接続されている。支点揺動機構は、梃子アーム３０をその支点で回動自在に支持した支点ブロック３１、およびスライドシャフト２６の先端に固設され且つ支点ブロック３１をＹ方向にスライド自在に取り付けたスライドレール３２を有する。
梃子アーム３０の力点には、力点揺動機構（第１支持機構）を介して上述したスライドシャフト２０の先端が接続されている。力点揺動機構は、梃子アーム３０をその力点で回動自在に支持した力点ブロック３３、およびスライドシャフト２０の先端に固設され且つ力点ブロック３３をＹ方向にスライド自在に取り付けたスライドレール３４を有する。図５には、代表して、力点揺動機構を部分的に拡大した部分拡大斜視図を示してある。
本実施の形態の支点揺動機構および力点揺動機構は、同じ構造の直動ガイドを使用している。しかし、支点揺動機構および力点揺動機構は必ずしも同一である必要はなく、本実施の形態では、両者の摺動摩擦が同じであれば良い。つまり、本実施の形態では、梃子アーム３０の支点から作用点までの距離と力点から作用点までの距離とが等しくされているため、支点に作用する摺動摩擦と力点に作用する摺動摩擦を等しくすれば、互いに逆向きに作用する摺動摩擦に起因して梃子アーム３０に作用する応力が作用点で相殺されることになる。これにより、梃子アーム３０の作用点に捩じれ応力が生じることを防止している。
梃子アーム３０の作用点には、メインシャフト３５（シャフト）の中間部が回動自在に接続されている。メインシャフト３５は、クランクチャンバ６と梃子チャンバ８との間の隔壁７に設けられた円筒状のメインシャフトガイド３６、および梃子チャンバ８の対向する隔壁に設けられたメインシャフトガイド３７を通して延設されている。これら２つのメインシャフトガイド３６、３７は、メインシャフト３５が高い精度でＸ方向に真っ直ぐ延びるように、メインシャフト３５をガイドする。
メインシャフト３５の基端部は、メインシャフトガイド３６を通してクランクチャンバ６内に延び、フリーな状態で終わっている。メインシャフト３５の先端部には、上述した可動プラテン１３の中心が高い垂直度で接続固定されている。
図６には、上述した射出成形機１の動作を制御する制御系のブロック図を示してある。
射出成形機１の動作を制御するコントローラ１００には、２つのＡＣサーボモータ１４、１５、および各モータ１４、１５に対応して設けられた２つの位置センサ１０１、１０２が接続されている。各位置センサ１０１、１０２は、ＡＣサーボモータ１４、１５の制御に必要なクランク位置を検出する。
また、コントローラ１００には、可動プラテン１３、すなわち移動側の金型３のＸ方向に沿った位置をミクロン単位で測定するためのリニアスケール１０３、および移動側の金型３の押圧力を測定するためのロードセル１０４が接続されている。ロードセル１０４は、金型３にかかる圧力を最大圧力の０．２［％］程度のオーダで測定可能となっており、例えば、最大圧力が５０［トン］の場合、１００［ｋｇ］単位で圧力を測定できるようになっている。
また、コントローラ１００には、後述する射出装置１０（供給機構）、射出装置１０のノズル１０ａ（図２参照）から射出される樹脂材料（被成形材料）の射出速度を測定する速度センサ１０５、樹脂材料の射出温度を測定する温度センサ１０６、および樹脂材料の注入（供給）圧力を測定する圧力センサ１０７が接続されている。
さらに、コントローラ１００には、イジェクトモータ１０８、このイジェクトモータ１０８に対応して設けられた位置センサ１０９、および安全装置１１０が接続されている。イジェクトモータ１０８は、成形品を金型３より取り出すためのボールネジ（図示せず）を駆動する。位置センサ１０９は、このボールネジの始点と終点を検出する。安全装置１１０は、装置カバーが閉じられていることの確認を行なう。また、安全装置１１０には、緊急停止用のスイッチ等も含まれている。
次に、上述した射出成形機１の動作について説明する。
まず、第２クランク機構を動作させるＡＣサーボモータ１５を停止させ、梃子アーム３０の支点を停止させる。この状態を図３に実線で示す。この状態で、梃子アーム３０の支点は、Ｘ方向に移動不能となるとともに、Ｙ方向にスライド自在となっている。
そして、この状態で、第１クランク機構を動作させるＡＣサーボモータ１４を付勢し、第１クランク機構を動作させてスライドシャフト２０をスライドさせ、力点揺動機構を図３に破線で示す位置まで大きくスライドさせる。これにより、梃子アーム３０が支点を中心に実線の位置から破線の位置まで大きく回動し、梃子アーム３０の作用点に接続されたメインシャフト３５がＸ方向に大きくスライドされる。そして、メインシャフト３５の先端に取り付けられた移動側の金型３が固定側の金型５に向けて大きく移動される。本実施の形態では、このときの金型３の移動距離が１５０［ｍｍ］〜３００［ｍｍ］程度、例えば、２５０［ｍｍ］程度になるように、第１クランク機構の構造を設計してある。
このとき、スライドシャフト２６に取り付けられた支点揺動機構の支点ブロック３１、およびスライドシャフト２０に取り付けられた力点揺動機構の力点ブロック３３がＹ方向に沿って外側に一旦スライドして元の位置に戻る。これにより、メインシャフト３５をＸ方向に直動させることを許容している。言い換えると、このとき、支点揺動機構および力点揺動機構における摺動摩擦は、両者の丁度中間にある作用点に対して逆方向からそれぞれ作用し、これら摺動摩擦に起因した応力は作用点で相殺されることになる。
また、上述した動作によって移動側の金型３が固定側の金型５に近付いて停止したとき、移動側の金型３の接合面３ａと固定側の金型５の接合面５ａとの間の隙間が、少なくとも数１００［μｍ］〜５［μｍ］程度になるように、第１クランク機構の構造やスライドシャフト２０の長さが設定されている。言い換えると、第１クランク機構は、スライドシャフト２０、すなわち金型３を比較的大きくスライドさせるように動作する。
本実施の形態において、第１クランク機構の回転角度と、ＡＣサーボモータ１４が発生するトルクの変化およびスライドシャフト２０の変位と、の関係を図７に示してある。これによると、ＡＣサーボモータ１４の回転を開始するときと停止するときに大きなトルクを生じていることがわかる。
上記のように金型３を大きなストロークで移動させた後、今度はＡＣサーボモータ１４が停止されて第１クランク機構が停止され、梃子アームの力点がＸ方向に関して停止される。この後、力点は、支点として作用する。また、このとき、力点揺動機構の作用により、力点はＹ方向にスライド自在となっている。
そして、この状態で、ＡＣサーボモータ１５を付勢して第２クランク機構を動作させ、スライドシャフト２６をＸ方向に沿ってスライドさせる。このとき、今度は、上述したように停止した梃子アーム３０の力点を中心にして、図４で実線で示す位置から破線で示す位置まで梃子アーム３０が僅かに回動される。
このとき、支点の移動距離は、移動側の金型３の移動距離が少なくとも数１００［μｍ］〜５［μｍ］程度になるように、すなわち２つの金型３、５の接合面３ａ、５ａ同士が最終的に所定の押圧力で圧接する値に設計されている。言い換えると、第２クランク機構は、スライドシャフト２６、すなわち金型３を僅かにスライドさせるように動作する。
このように、２段階に分けて金型３を移動させるときの２段目の移動時に、射出装置１０のノズル１０ａを介して樹脂材料が注入（供給）される。このとき、固定側の金型５の背面側からノズル１０ａが差し込まれて樹脂材料が注入され、樹脂材料の注入速度、温度、圧力が各センサ１０５、１０６、１０７を介してコントローラ１００で監視される。
樹脂材料の注入が開始されると、コントローラ１００にて、ロードセル１０４を介して金型３に作用する圧力が監視されるとともに、リニアスケール１０３を介して金型３の移動距離が監視され、樹脂材料の注入圧力、金型３の押圧力、金型３の移動距離を適切な値にコントロールするように、射出成形機１の各機構が制御される。
この際、例えば、第２クランク機構による動作時に、金型３の接合面３ａと金型５の接合面５ａとの間の隙間を数１００［μｍ］から５［μｍ］までミクロン単位で変化させ、樹脂材料の充填が完了する直前に圧力制御に移行して、例えば１０［トン］から５０［トン］まで所定時間内に昇圧し、一定時間保持するようにしても良い。つまり、樹脂材料の圧力を一定に保持しつつ金型３を移動させたり、圧力を変化させつつ金型３を移動させたりすることができ、或いは、樹脂材料の圧力にかかわらず一定の移動速度で金型３を移動させたりすることもできる。
いずれにしても、樹脂材料の注入とともに、第２クランク機構の動作によって、梃子アーム３０の中央に接続されたメインシャフト３５がＸ方向にスライドされ、移動側の金型３の接合面３ａが固定側の金型５の接合面５ａに圧接される。
この動作の間、スライドシャフト２６に取り付けられた支点揺動機構の支点ブロック３１、およびスライドシャフト２０に取り付けられた力点揺動機構の力点ブロック３３が図中破線で示すようにＹ方向に沿って外側に僅かにスライドする。この場合においても、支点揺動機構および力点揺動機構における摺動摩擦は、両者の丁度中間にある作用点に対して逆方向からそれぞれ作用し、これら摺動摩擦に起因した応力は作用点で相殺されることになる。
そして、第２クランク機構によって梃子アーム３０が僅かに回動されている間に、樹脂材料の注入が完了し、金型３、５の隙間から空気が流出され、２つの金型３、５の押圧力と樹脂材料の注入圧力とのバランスがとられて、金型３、５内に樹脂材料がまんべんなく行き渡る。そして、第２クランク機構による梃子アーム３０の回動の終わり近くで、金型３の接合面３ａと金型５の接合面５ａとが所定の押圧力で圧接され、成形品の転写性が高められる。
この後、所定の冷却時間を置いて、２つのＡＣサーボモータ１４、１５が再び駆動され、移動側の金型３が固定側の金型５から大きく離間され、図示しないイジェクト機構が動作されて、成形品が取り出される。この際、成形品を取り出す空間を広げるため、第１クランク機構が金型３、５を大きく広げるよう作用する。
以上のように、本実施の形態によると、梃子アーム３０の一端にある支点だけをＡＣサーボモータ１５によって付勢し、或いは他端にある力点だけをＡＣサーボモータ１４によって付勢するようにしたため、エキセンシャフト２１およびクランクシャフト１６を介してフレーム２に伝達される反力に起因した応力が、梃子アーム３０の中間にある作用点に連結されたメインシャフト３５の軸線上で相殺され、フレーム２および可動プラテン１３に捩じれ応力を生じることが無い。
より詳細には、ＡＣサーボモータ１５によって発生されるトルクが作用する作用線、すなわちスライドシャフト２６の軸線と、ＡＣサーボモータ１４によって発生されるトルクが作用する作用線、すなわちスライドシャフト２０の軸線と、から等距離にある仮想面（図示せず）に対し、４本のタイバー１２が対象をなす位置に配置されており、これら４本のタイバー１２に固定側の金型５を固設した固定プラテン１１が固設されているため、２つの金型３、５に捩じれ応力を生じることがない。
また、本実施の形態によると、梃子アーム３０の支点から作用点までの距離と力点から作用点までの距離が等しくされ、且つ支点揺動機構の摺動摩擦と力点揺動機構の摺動摩擦が等しくされているため、梃子アーム３０が回動した際に支点および力点に生じる摺動摩擦が互いに逆方向に同じ力で作用する。このため、梃子アーム３０に生じる応力が常に梃子アーム３０の中心にある作用点で相殺され、作用点に連結されたメインシャフト３５に捩じれ応力が生じることがない。
このため、メインシャフト３５を固定側の金型５に向けて真っ直ぐ駆動させることができ、互いに接合される２つの金型３、５の接合面３ａ、５ａの平行度を極めて高くすることができる。これにより、２つの金型３、５の接合面間の隙間を極めて小さくしても、隙間の寸法精度を接合面３ａ、５ａ全面に亘って高く維持することができ、金型３、５同士が傾いて接触することがなく、均一且つ極めて微小な隙間を確実に形成することができる。
また、本実施の形態によると、ＡＣサーボモータ１４を付勢して第１クランク機構を動作させて梃子アーム３０を大きく回動させ、その後にＡＣサーボモータ１５を付勢して第２クランク機構を動作させて梃子アーム３０を小さく回動させるといった２段階の型締めが可能となる。
例えば、上述したような射出成形機１の型締め機構では、成形した品物を取り出す必要性があることから、２つの金型３、５を比較的大きく引き離す必要があり、この２段階の型締め機構の１段目の駆動で金型３を大きなストロークで移動させることが有利となる。
また、見方を変えると、１段目の駆動によって移動側の金型３を固定側の金型５に向けて比較的高速に駆動せしめて極めて近接させ、２段目の駆動で実際の型締めを行なうように制御することが可能となっている。つまり、１段目の駆動機構と２段目の駆動機構をそれぞれ機能にあったものにすることができ、駆動機構（駆動源および駆動伝達機構を含む）の設計の自由度を増すことができ、より効率的な動作が可能となる。
また、上述したように、本発明の構造に起因して、金型３に捩じれ応力を生じることがないことから、２つの金型３、５の接合面３ａ、５ａ間に数１００［μｍ］〜５［μｍ］程度の微小且つ均一な隙間を形成でき、２段目の駆動と平行して金型に樹脂材料を注入した際、空気だけを効率的且つ確実に逃がすこともできる。
言い換えると、金型３の平行度を高めて金型３の位置精度、すなわち隙間精度を高めることで、従来実現不可能とされていた微小間隙を金型３、５間に形成することができ、転写性に優れバリ等の不具合を生じることのない成形品を形成でき、歩留まりを高めることができる。また、これに付随した効果として、金型制作にかかるコストを大幅に削減できる。
ここで、本実施の形態の効果について、射出成形に使用する金型の観点から、さらに詳しく考察する。
射出成形機１の金型設計製作において、超精密成形、薄型品成形、非対称形状品の成形に使用する金型の空気抜き孔や充填孔（ゲート）の数、大きさ、位置の設計は非常に重要である。特に、金型を加工して形成される空気抜き孔の設計が不充分であったり、均一に加工されなかった場合、以下のような問題を生じる。
第１に、樹脂材料の充填に伴って空気が外部に効率良く排出されないため、金型内部に残留した空気の断熱圧縮が起り、その部分のみ高温になって樹脂が変性し固化することになる。この場合、炭化などにより変性個所を目視できる時もあるが、殆どの場合は僅かな変性で視認できず、且つ強度低下など物性値の変化が起り不良品となる。
第２に、このように変性しないまでも、残留した空気によって金型内部の充填圧力が不均一になったり固化が不均一に起ると、内部応力による歪みを生じさせる。これらは、成形品のゆがみや光学品の場合においては、複屈折率を生じさせる原因となる。
これに対し、上述した本実施の形態の射出成形機１によると、金型３の厳密な位置制御及び圧力制御が可能となり、且つ金型３、５の接合面３ａ、５ａ間の間隙が接合面全面に亘って均一となるため、数１００［μｍ］から５［μｍ］程度の微小且つ均一な隙間を形成でき、金型内部への樹脂の充填量や充填率に応じて隙間から空気を自在に排出することができる。
つまり、上述したような金型設計の問題を解決するためには、樹脂材料の充填に伴う空気の排出を低圧のまま高速且つ確実に行ない、樹脂材料を高速で充填して樹脂の充填圧力や固化を均一にすることが重要となる。このためには、樹脂材料の射出圧力を低くしたまま射出速度を高くする必要がある。又、成形品にバリを生じさせないように、樹脂材料が漏れ出ない程度に間隙を極小に保持したり、転写率を高くするために、金型の押圧力を変化或いは保持したりすることも重要となる。
よって、本実施の形態の型締め機構のように金型の接合面の隙間を平行且つ微小にすることができると、従来のように金型に空気抜き孔を形成する必要性が大幅に減少され、ゲートの設定が容易になり、金型の設計概念が極めて単純化される。
要約すると、本実施の形態の型締め機構を採用すると、金型の設計概念を極めて単純化でき、金型の設計、製作コスト及び製造期間（納期）を大幅に縮小できる。また、従来、不可能又は非常に歩留まりが悪いため現実的と考えられなかったような、超精密成形、薄品成形、非対称形状品成形、超精密転写成形、光学特性要求度の高い光学品成形等の金型が製作可能となる。
また、従来のトグル機構による射出成形機の場合、金型の接合面の間隙を自在に制御できないし、特に接合面が接触する時の圧力や衝撃を制御できないため、金型の接合面同士が傾いた状態で頻繁に接触し、金型の接合面の磨耗や変形等により、金型寿命が短かった。
これに対し、本実施の形態によると、金型の接合面の隙間を高精度に制御でき、接合面が接触するときの圧力や衝撃を制御できることから、金型の使用寿命を大幅に伸ばすことができる。精密成形においては、金型は高価であり、金型の長寿命化は、金型コストの低減や成形歩留まりの向上をもたらし、成形全体の生産性向上に大きく寄与する。
次に、本発明の効果について、射出成形される製品の観点から、さらに詳しく考察する。
金型内の空気が、充填される樹脂材料によって外部へ押し出される時、ガス抜き効果の悪い金型の場合、空気を抜くための不必要な充填圧力が必要になる。当然金型内の空気にこの圧力が掛かり、顕著な場合には高圧による温度上昇のため樹脂が分解することがある。炭化などにより視認できればよいが、変色などが起こらなかった場合は強度低下などが確認出来ず、組立て工程や、市場に出てから強度不足による破損などの問題が出て、初めてガス抜き不良による充填不量や分解による強度低下に気が付くことも有る。つまり、ガス抜き不良に起因した不良は、目に見えない不良の方が多く発生しているが、その事に気が付いている人は少ない。
又、金型表面に微細な模様を成形できる状態を転写率が良好な状態としているが、逆に、転写率が悪い場合は、空気抜きが良く出来ていない状態となる。つまり、金型内に於ける空気の圧力により、樹脂が充填される際に、金型内空間に樹脂が完全に充填されず、空気層が残ることがある。そのため金型表面に対する樹脂の当たりが悪く、微細な模様が成形出来なくなる。
又、高粘度樹脂、特にポリカーボネートやアクリルなどでは収縮率が小さく、バリも出にくい。仮に厚さ１ｍｍの成形品の場合、収縮は５［μｍ］位であるが、パーティングをバリが出ない１０［μｍ］程開け、充填完了時にパーティングを閉じた場合、樹脂の充填圧力に頼るよりも遥かに少ない圧力で転写率を上げる事が可能である。しかし、従来の機構では完全に動作させることが難しいが、本実施の形態ではこの動作を確実に行なうことが可能である。そのため、超微細な表面が必要な成形品においてはもっとも有効な機構と考えられる。
本来、樹脂材料の充填圧力は、樹脂の粘度、ランナー、ゲート、成形品の形状に左右される。しかし、充填圧力には、実際には、空気を押出すための抵抗も含まれており、この抵抗が高いと、余分な充填圧力が掛る事により、樹脂の挙動が滑らかではなく、内部応力が残りやすい。
尚、上述した本実施の形態の効果は、例えば、図８および図９に示した構造を採用しても達成することができる。
図８に示す例では、梃子アーム３０の支点をスライド自在に支持した支点揺動機構のスライドレール３２がフレーム２に固設されている。これ以外の構成は、上述した実施の形態の射出成形機１と同じであるため、ここでは、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この構造を採用すると、梃子アーム３０の支点がＹ方向のスライドのみ許容し、Ｘ方向に関して固定される。この場合、梃子アーム３０の力点を付勢するＡＣサーボモータ１４によってトルクが発生されたとき、メインシャフト３５を介して梃子アーム３０の作用点に伝達される反発力がフロント側の支点揺動機構にも同等に作用する。
つまり、この場合においても、全ての応力がメインシャフト３５に集中し、射出成形機１’全体として捩じれ応力を生じることがない。尚、ここでは、梃子アーム３０の支点をＸ方向に関して固定した場合について説明したが、梃子アーム３０の力点をＸ方向に関して固定しても良い。
また、図９に示す例では、梃子アーム３０’の梃子比を変えてあり、２つの駆動源１４’、１５’を変えてある。これ以外の構成は、上述した射出成形機１と同じであるため同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この構造を採用した場合、梃子アーム３０’の作用点から支点までの距離、作用点から力点までの距離、ＡＣサーボモータ１４’によって発生されるトルク、およびＡＣサーボモータ１５’によって発生されるトルクが、メインシャフト３５に全ての応力が集中する値に設定される。これにより、射出成形機の設計の自由度を高めることができる。
言い換えると、梃子アーム３０’の梃子比を変えることにより、各駆動機構の駆動源や駆動伝達機構の選択の自由度を増すことができる。例えば、梃子アーム３０’の作用点からの距離を大きくして小さなトルクで大きなストロークで動作させたり、作用点からの距離を小さくして大きなトルクで小さなストロークで動作させたりすることもできる。
より具体的には、ＡＣサーボモータ１４’のトルクを大きくして作用点から力点までの距離を短くし、メインシャフト３５を大きなストロークで動作させて型締め機構の１段目の駆動とし、ＡＣサーボモータ１５’のトルクを小さくして作用点から支点までの距離を大きくし、メインシャフト３５を小さなストロークで動作させて２段目の駆動とすることができる。
また、図９の構造を採用した場合、梃子アーム３０’の支点から作用点までの距離、力点から作用点までの距離、支点揺動機構の摺動摩擦、および力点揺動機構の摺動摩擦が、梃子アーム３０’の作用点に応力が集中する値に設定される。つまり、梃子アーム３０’の支点および力点にそれぞれ作用する摺動摩擦に起因した応力が作用点に集中するように、梃子アーム３０’の梃子比、および支点揺動機構および力点揺動機構が選択される。
尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。
例えば、上述した実施の形態では、２つの駆動機構を用いて梃子アーム３０を駆動方向に押圧する構造についてのみ説明したが、これに限らず、梃子アーム３０を駆動方向逆側から引っ張る構造を採用しても良い。
図１０には、梃子アーム３０を逆方向に引っ張る構造を有する変形例を示してある。この構造においても、上述した実施の形態の射出成形機１と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
つまり、この構造では、梃子アーム３０の支点に取り付けられた支点揺動機構のスライドレール３２が矩形のボックス部材４１の内壁に固設され、ボックス部材４１の反対側の外壁に一体的に突設された支持部４２にスライドシャフト２６の一端が回動自在に取り付けられている。スライドシャフト２６は、上述した実施の形態と逆方向に延設され、上述した実施の形態と同じクランク機構およびＡＣサーボモータ１５が逆方向に接続されている。
また、同様にして、梃子アーム３０の力点に取り付けられた力点揺動機構のスライドレール３４が矩形のボックス部材４３の内壁に固設され、ボックス部材４３の反対側の外壁に一体的に突設された支持部４４にスライドシャフト２０の一端が回動自在に取り付けられている。スライドシャフト２０は、上述した実施の形態と逆方向に延設され、上述した実施の形態と同じクランク機構およびＡＣサーボモータ１４が逆方向に接続されている。
そして、各ボックス部材４１、４３を挟持する位置関係で、各ボックス部材４１、４３をＸ方向にスライド可能に支持するスライド機構が設けられている。各スライド機構は、ボックス部材４１、４３の外壁に固設されたスライダ７１、およびスライダ７１をスライド可能に支持したレール７２を有する。このように、支点揺動機構を収容したボックス部材４１および力点揺動機構を収容したボックス部材４３をＸ方向に沿ってスライド可能に支持することにより、上述した他の実施の形態で必要だったスライドシャフト２０、２６のガイドが不要となる。尚、このようなスライド機構は、上述した他の実施の形態の装置に採用しても良く、支点揺動機構および力点揺動機構を直接的にＸ方向にスライド可能に支持することができる。
このような変形例においても、上述した実施の形態と同様の効果を奏することができ、その上、駆動方向に沿った装置サイズを小型化でき、省スペース化を実現できる。
また、上述した実施の形態では、梃子アーム３０の支点および力点をＹ方向にスライド自在に支持する支持機構として、スライドレールを有するタイプの揺動機構について説明したが、これに限らず、支点揺動機構および力点揺動機構については、種々の変形例が考えられる。以下、代表して、力点揺動機構の変形例について説明する。
例えば、図１１に示すように、梃子アーム３０の力点にローラ５１を回動自在に取り付け、スライドシャフト２０の先端にローラ５１を案内するスライド溝部材５２を取り付けても良い。
また、図１２に示すように、上記ローラ５１の代りに、スライド部材５２のスライド溝５２ａに沿って摺動する矩形のブロック５３を梃子アーム３０の力点に固設しても良い。
また、上述した実施の形態では、梃子アーム３０の支点および力点を夫々付勢する駆動機構として、ＡＣサーボモータ１４、１５にクランク機構を組み合わせた駆動機構について説明したが、これに限らず、例えば、図１３に示すように、油圧によって駆動されるシリンダー機構６１を駆動機構に採用しても良い。または、図１４に示すように、モータ６２によって駆動されるボールネジ機構６３を駆動機構に採用しても良い。
また、上述した実施の形態では、被成形材料として樹脂を使用したプラスティック射出成形機に本発明を採用した場合について説明したが、これに限らず、合金を含む金属材料を成形するプレス機構やダイキャストマシーンに本発明を適用することができ、或いは被成形材料としてガラス材料を使用したガラス成形機に本発明を適用することができる。
また、上述した実施の形態では、比較的大型の射出成形機やプレス機に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、人間が容易に立ち入ることのできない宇宙空間や危険区域、医療現場における無菌空間などで使用する厳密な位置制御や圧力制御が必要な遠隔操作のマニュピュレータや、ロボットアームの関節構造などのマイクロマシーンなどに本発明を適用することもできる。
また、上述した実施の形態では、２つのＡＣサーボモータ１４、１５のうち一方を停止して他方を駆動するように制御したが、これに限らず、２つのＡＣサーボモータ１４、１５を同時に駆動して梃子アーム３０の支点および力点を同時に移動させるようにしても良い。
さらに、上述した実施の形態では、固定側の金型５を固設した固定プラテン１１を４本のタイバー１２で支える構造について説明したが、これに限らず、メインシャフト３５を挟んでＹ方向に対象をなすように配置した偶数本のタイバー１２を設ければ良い。
次に、本発明を適用した超精密熱プレス装置８０（プレス機）（以下、単に、熱プレス機８０と称する）について、図１５を参照して説明する。この熱プレス機８０は、上述した射出成形機１と基本的な構造や機能が同じであるため、同様に機能する構成要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施の形態の熱プレス機８０は、例えば、半導体基板に加熱表面処理をしたり、微細溝パターンを直接エンボス加工すること、又、フィルム状の光ディスクや液晶ディスプレイの導光板などの精密転写成形をすることなどに適している。
図１５に示すように、熱プレス機８０は、装置の外殻を成す筐体８１を有する。筐体８１の下端近くには、略矩形板状の固定側の押圧板８２が固設されている。押圧板８２は、上述した射出成形機１の固定プラテン１１と同様に機能し、水平面（ＹＺ平面）と略平行に高精度に位置決めされて設けられている。
押圧板８２の図中上方に離間した位置には、可動側の押圧板８３が設けられている。この押圧板８３は、上述した射出成形機１の可動プラテン１３と同様に機能し、押圧板８２との間の平行度を高精度に維持した状態でＸ方向にスライド移動され、押圧板８２に対して離接される。
このとき、押圧板８３は、押圧板８３の背面側に突設されたガイドロッド８４および筐体８１に対応して設けられたガイド穴８５によりガイドされる。ガイドロッド８４は、上述した射出成形機１のタイバー１２と同様に機能し、メインシャフト３５の中心を通り梃子アーム３０の支点および力点から等距離にある仮想面に対して対象をなすように偶数本設けられている。
筐体８１の略中央には、押圧板８３を駆動するための２つのＡＣサーボモータ１４、１５が固設されている。本実施の形態では、図中左側のモータ１４を駆動源とする第１クランク機構および図中右側のモータ１５を駆動源とする第２クランク機構が同じ構造を有する。
左側の第１クランク機構を代表して説明すると、ＡＣサーボモータ１４の回転軸１４ａには、偏心カム２２が固設されている。偏心カム２２は、カムフォロア２４に対して回転自在に受け入れられている。モータ１４を回転すると、偏心カム２２が回転し、カムフォロア２４をＸ方向に移動させる。
一方、押圧板８３の背面側中央から延設されたメインシャフト３５の基端部は、梃子アーム３０の中央の作用点に回動自在に取り付けられている。梃子アーム３０の作用点から等距離にある支点および力点には、それぞれ、支点揺動機構および力点揺動機構を介して、上述したカムフォロア２４の先端が回動自在に取り付けられている。
支点揺動機構および力点揺動機構は、同じ構造を有するため、ここでは、図中左側の力点揺動機構を代表して説明する。特に、支点揺動機構および力点揺動機構は、全く同一の摩擦抵抗を有する。
力点揺動機構は、梃子アーム３０をその力点で回動自在に支持した力点ブロック３３、力点ブロック３３をＹ方向にスライド自在に取り付けたスライドレール３４、およびカムフォロア２４の先端に回動自在に取り付けられているとともにスライドレール３４をその内壁に固設したボックス部材４１を有する。
各ボックス部材４１の外側には、複数本のガイドロッド８６が突設され、筐体８１に対応して設けられたガイド穴８７と協動して、ボックス部材４１のＸ方向へのスライド移動をガイドする。
図１６には、上記構造の熱プレス機８０の動作を制御する制御系のブロック図を示してある。
熱プレス機８０のコントローラ２００には、２つのＡＣサーボモータ１４、１５、および各モータ１４、１５に対応して設けられた２つの位置センサ１０１、１０２が接続されている。各位置センサ１０１、１０２は、ＡＣサーボモータ１４、１５の制御に必要なクランク位置を検出する。
また、コントローラ２００には、押圧板８３のＸ方向に沿った位置をミクロン単位で測定するためのリニアスケール１０３、および押圧板８３の押圧力を測定するためのロードセル１０４が接続されている。リニアスケール１０３の代りに、押圧板８３の位置をサブミクロン単位で測定可能なレーザ測定機などを用いても良い。
また、コントローラ２００には、ヒータ２０１、冷却装置２０２、真空ポンプ２０３、および供給機構２０４が接続されている。ヒータ２０１および冷却装置２０２は、押圧板８２、８３を所望する温度に加熱および冷却する。真空ポンプ２０３は、２枚の押圧板８２、８３が配置された空間を真空雰囲気にする真空チャンバ２０５内を真空引きする。供給機構２０４は、２枚の押圧板８２、８３間に被押圧部材を供給する。被押圧部材は、予め加熱された状態で供給されても良い。
さらに、コントローラ２００には、安全装置１１０が接続されている。安全装置１１０は、装置カバーが閉じられていることの確認を行なう。また、安全装置１１０には、緊急停止用のスイッチ等も含まれている。
次に、上述した熱プレス機８０の動作について説明する。
まず、第２クランク機構を動作させるＡＣサーボモータ１５を停止させ、梃子アーム３０の支点を停止させる。そして、この状態で、第１クランク機構を動作させるＡＣサーボモータ１４を付勢し、第１クランク機構を動作させてカムフォロア２４をスライドさせる。これにより、梃子アーム３０が支点を中心に大きく回動し、梃子アーム３０の作用点に接続されたメインシャフト３５がＸ方向に大きくスライドされ、メインシャフト３５の先端に取り付けられた移動側の押圧板８３が固定側の押圧板８２に向けて大きく移動される。
上記のように押圧板８３を大きなストロークで移動させた後、今度はＡＣサーボモータ１４が停止されて第１クランク機構が停止され、梃子アーム３０の力点がＸ方向に関して停止される。この後、力点は、支点として作用する。そして、この状態で、ＡＣサーボモータ１５を付勢して第２クランク機構を動作させ、カムフォロア２４をＸ方向に沿ってスライドさせる。このとき、今度は、上述したように停止した梃子アーム３０の力点を中心にして、梃子アーム３０が僅かに回動される。
以上のように、本実施の形態の熱プレス機８０によると、上述した射出成形機１と同様に、支点揺動機構又は力点揺動機構を介して付勢されたメインシャフト３５に対し、Ｘ方向以外の応力は、互いに打ち消し合うため作用しない。このため、押圧板８３の大きさが２［ｍ］×２［ｍ］程度になっても、平行度を高精度に維持したまま押圧板８３の下死点や押圧力を高精度に制御できる。
特に、本発明を熱プレス機に適用した場合に特有の効果として、以下のような効果を奏することができる。
第１に、上述した熱プレス機８０によって、超高集積回路の配線を確実且つ容易に形成できる。
従来、超高集積回路の配線を形成する場合、シリコン基板に対してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やメッキ処理等によりマスクをパターニングし、その後、エッチング処理、或いは、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等により微細溝に配線を形成している。
このため、従来の方法では、工数が多く、処理に要する時間が長かった。また、化学処理に依るため、再現性が悪く、歩留まりが悪かった。
また、近年、配線材料としてアルミニウムの代りに銅を使用するようになりつつあるが、従来の化学処理によると、銅がシリコン基板を侵食する問題があった。さらに、従来の方法だと、配線が剥離し易かった。
これに対し、上述した熱プレス機８０を用いると、シリコン基板に微細溝パターンを、直接、エンボス加工により形成できる。また、銅やアルミニウムの微細パターンを溝に直接挿入圧着、または熱圧着できる。これにより、工数を減らすことができ、処理時間を短縮でき、運転費用や設備費用を軽減できる。
また、従来のように化学処理を不要とするため、エッチング処理やＣＭＰなどの化学処理に起因した処理の不安定要素を完全に排除でき、歩留まりを高めることができる。
この他に、上述した熱プレス機８０を、半導体基板の表面処理や圧着処理に利用することもでき、処理時間を短縮して歩留まりを高めることができる。
第２に、上述した熱プレス機８０によって、多層プリント基板の抜き加工や孔空け加工を容易且つ確実に実施できる。
従来、多層プリント基板の抜き加工や孔空け加工は、ドリルや研磨などの機械切削加工により成されていた。この場合、加工精度が低く、処理時間が多くかかり、再現性が低かった。
これに対し、上述した熱プレス機８０を用いると、１枚の基板を１工程で抜くことができ、複数枚の基板に対し孔空け加工をしながら同時に多層の熱圧着ができる。これにより、抜き加工および孔空け加工の寸法精度を高めることができ、処理時間を短縮できる。
第３に、上述した熱プレス機８０を用いて、樹脂材料に対する精密で微細な転写成形を容易にできる。
従来、液晶ディスプレイの導光板、光ディスク、レンズなどの光学部材の精密微細な転写成形は、主に射出成形によって成されている。また、樹脂製のＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイのディスプレイ膜の形成、ＤＮＡやたん白質などを同定するためのバイオチップなどの精密微細成形、或いはフィルム状の光ディスク層へのピット成形などは、生産方式が確立されていなかった。
例えば、液晶ディスプレイの導光板のように面積が大きく厚さも１０［ｍｍ］程度のものになると、１つの製品を製造するのに数分の時間を要していた。
逆に、製品の厚さが０．１［ｍｍ］程度のフィルム状になると、射出成形では樹脂材料がうまく行き渡らず、不良品となってしまう。また、比較的小さな製品を多数個同時に製造する場合、製品をつなぐランナーの設計が難しく、且つ成形の条件が厳しく、安定した形状の製品を製造するのが難しかった。
これに対し、上述した熱プレス機８０を用いると、製品の厚さによらず樹脂材料に対する精密で微細な転写成形が可能となる。この場合、樹脂材料を予め熱しておいても良い。
熱プレス機８０を用いると、射出成形のように樹脂を金型内に射出する必要がないため、金型内部を容易に真空にすることができ、空気が金型の表面に残留することが無く、転写不良を生じることがない。
また、熱プレス機８０を用いると、金型の精密な下死点制御が可能なため、樹脂材料の厚さや大きさによらず、ランナーを必要とせず、精密で微細な転写成形を短時間で処理できる。これにより、処理時間を短縮でき、運転費用や設備費用を低減できる。
さらに、熱プレス機８０を用いると、ＥＬを封入するディスプレイ膜の成形や、ＤＮＡやたんぱく質同定用のバイオチップなどのより精密で微細な転写成形も可能となる。
第４に、上述した熱プレス機８０を用いると、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイなどの比較的大きなガラス基板に電極や誘電体などの膜を貼り付け、加熱焼成したり、液晶を注入したりする工程も容易且つ確実にできる。
従来、このような工程において、時間がかかったりピクセルそのものが不良となる問題があり、生産性が悪くなる問題があった。
これに対し、上述した熱プレス機８０を用いると、加熱焼成、液晶注入などの工程を容易且つ確実に行なうことができ、ガラス基板の平面度や平行度をも厳密に維持でき、ディスプレイを高い精度で製造でき、歩留まりを高めることができる。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、この発明のプレス機構、型締め機構、およびこの型締め機構を用いた成形機は、上記のような構成および作用を有しているので、押圧板の平行度を高精度に維持した上で、押圧板の位置および押圧力を高精度に制御でき、製品の歩留まりを向上させることができ、品質を向上させることができる。
また、この発明によると、従来、困難とされていた、精密で小さな成形品を金型を用いて成形でき、例えば、極めて高い転写性を要求されるため今までの技術では製造不可能とされている光学部品や光ディスクなども成形できる。
さらに、この発明を熱プレス機に適用すると、微細な配線パターンを有する超高集積回路の製造、半導体基板の表面処理や圧着処理、多層プリント基板の抜き加工や孔空け加工、光ディスクやバイオチップなどの精密で微細な転写成形、大画面ディスプレイの圧着工程、熱処理工程、液晶の注入工程なども容易にできる。
【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７】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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