(57)【要約】【課題】簡単な構造で金型の型締め力の調整及び保持を可能にし、効率的に製品を製造する射出成形装置を提供する。【解決手段】型締めユニット２は、支柱７の上部に配置されており、型締めフレーム８と、クサビ９と、保持ピン１０と、上型昇降ガイド１１と、上型１４ａ及び下型１４ｂからなる金型１４とを備えている。金型１４の型締め力は、外部加圧ユニット４によりクサビ９を押圧し、クサビ９を固定クサビ板１８ａと移動クサビ板１８ｂとの間に挿入して型締め力を発生させ、外部加圧ユニット４の加圧力を低下させることでクサビ９を後退させ型締め力を弱くすることができる。後退させたクサビ９は、案内部１２ａのピン穴１７に挿通された保持ピン１０をクサビ９の保持穴２２に挿入して、クサビ９をその位置で保持することで型締め力を保持することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略リング状の型締めフレームと、該型締めフレームの内側に配置された金型と、前記型締めフレームと前記金型との間に挿入して該金型を型締めするクサビと、前記クサビの挿入位置を保持する保持手段と備え、所定の位置に順次移動可能な複数の型締めユニットと、
前記金型のキャビティに樹脂を充填する充填装置と、
所定の位置に配置された前記型締めユニットに対向して配置され、前記クサビを加圧し、金型の加圧力を制御可能な外部加圧ユニットとを備えたことを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
前記充填装置は、前記型締めユニットに設けられた射出シリンダと、所定の位置に配置された前記型締めユニットに対向して配置され、前記射出シリンダを加圧する外部射出加圧ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項３】
複数の前記型締めユニットは回転移動することを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の型締め力の調整及び保持を可能にした射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧、大電流の電力制御を行うパワー素子モジュールは、リードフレームにハンダ付された半導体素子を金型にセットし、熱硬化性樹脂でモールドすることにより製造される。このとき、リードフレームをセットした金型を１０数トンの型締め力で加圧することにより、リードフレームをプレス加工（塑性変形）して寸法のばらつきを修正して金型に密着させる。その後、熱硬化性樹脂の射出圧力（１０ＭＰａ以上）に対応した型締め力を保持した状態で溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出、充填する。そして、金型内で熱硬化性樹脂を加熱硬化させた後、型開きして製品を得る。
【０００３】
このため、従来のパワー素子モジュールの射出成型装置は、リードフレームをプレス加工し、また、射出成型時の型締め力を保持する加圧力を発生させるために、大出力で、かつ、加圧力を調整可能な加圧装置及び熱硬化性樹脂を射出する射出装置が金型に設けられている。なお、特許文献１には、加圧アクチュエータをフィードバック制御して型締め圧力を調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３４８００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のパワー素子モジュール用の射出成型装置では、次のような問題がある。
パワー素子モジュールは、上述のように１つの金型で、プレス加工、射出、充填及び硬化の工程が行われるため、製造に時間がかかり、生産性が悪い。そこで、大量生産を行うためには、大型の加圧装置を備えた複数の射出成形装置を並列に配置して製造を行うことになり、設備に多大なコストがかかる。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で金型の型締め力の調整及び保持を可能にし、効率的に製品を製造する射出成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の射出成形装置は、略リング状の型締めフレームと、該型締めフレームの内側に配置された金型と、前記型締めフレームと前記金型との間に挿入して該金型を型締めするクサビと、前記クサビの挿入位置を保持する保持手段と備え、所定の位置に順次移動可能な複数の型締めユニットと、
前記金型のキャビティに樹脂を充填する充填装置と、
所定の位置に配置された前記型締めユニットに対向して配置され、前記クサビを加圧し、金型の加圧力を制御可能な外部加圧ユニットとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構造で金型の型締め力の調整及び保持を可能にし、効率的に製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る射出成形装置の概略正面図である。
【図２】図１に示す射出成形装置の平面図である。
【図３】図１に示す射出成型装置の型締めユニットのクサビ挿入前の状態を示す斜視図である。
【図４】図１に示す射出成型装置の型締めユニットのクサビ挿入後の状態を示す斜視図である。
【図５】図１に示す射出成形装置の作動工程を示す図である。
【図６】図１に示す射出成型装置の金型の型締め力の変化を表すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る射出成形装置の概略正面図を示し、図２は、平面図を示している。図１及び図２に示すように、本実施形態の射出成形装置１は、高電圧、大電流の電力制御を行う半導体素子であるパワー素子モジュールを製造するためのものであって、ワークである半導体をハンダ付されたリードフレーム２７をセットする金型１４及び金型１４のキャビティ１５内に溶融樹脂２８を射出する射出機構３を有する型締めユニット２と、型締めユニット２に加圧力を付与する外部加圧ユニット４と、射出機構３に加圧力を付与する外部射出加圧ユニット５とを備えている。
【００１１】
型締めユニット２は、ベース板６上に立設された支柱７の周りに円周方向に沿って等間隔で複数（図示の例では６つ）配置され、支柱７によって回転可能に支持されている。外部加圧ユニット４及び外部射出加圧ユニット５は、複数の型締めユニット２の１つに対向させてベース板６上に固定されている。
【００１２】
型締めユニット２は、支柱７の上部に配置されており、型締めフレーム８と、クサビ９と、保持ピン１０と、上型昇降ガイド１１と、上型１４ａ及び下型１４ｂからなる金型１４とを備えている。
【００１３】
図３は、型締めユニット２のクサビ９の挿入前の状態を示し、図４は、型締めユニット２のクサビ９の挿入後の状態を示している。図３及び図４に示すように、型締めユニット２の型締めフレーム８は、略長方形のリング状のフレームであり、上部両端部に案内部１２ａ、１２ｂが設けられ、外周下部に、溶融前の樹脂タブレット２８ａをセットし、これを溶融させながらキャビティ１５内に注入する射出シリンダ１３（図５参照）が設けられている。また、型締めフレーム８の内周上部には、固定クサビ板１８ａが取付けられている。型締めフレーム８は、本実施形態では、完全に閉じたリング状であるが、必要な剛性が得られれば、一部が開いたＣ型（略リング状）でもよい。そして、型締めフレーム８の内周側に可動型である上型１４ａ及び固定型である下型１４ｂからなる金型１４が配置されている。案内部１２ａには、ガイド穴１６ａ及びピン穴１７が上下方向に貫通され、案内部１２ｂは、ガイド穴１６ｂが上下方向に貫通されている。
【００１４】
金型１４は、上型１４ａと下型１４ｂとを型締めしてキャビティ１５を形成する。上型１４の上面には、上型昇降ガイド１１の移動取付板１９が取付けられている。移動取付板１９には、一対のロッド２４が結合され、一対のロッド２４は、上方に延ばされ、案内部１２ａ、１２ｂのガイド穴１６ａ、１６ｂに挿通され、上型昇降ガイド１１の上部の支持板２３に結合されている。これにより、上型昇降ガイド１１によって上型１４ａを昇降させることができる。移動取付板１９の上面には、移動取付板１９の一対のロッド２４を挟んで両側に移動クサビ板１８ｂが取付けられている。下型１４ｂは、固定取付板２０を介して、型締めフレーム８の下側内周面に固定されている。金型１４には、セットされた樹脂タブレット２８ａを溶融させるためのヒータ（図示せず）が内蔵されている。
【００１５】
クサビ９は、固定クサビ板１８ａと移動クサビ板１８ｂとの間に挿入される略Ｕ字形の部材であり、一端側に上型昇降ガイド１１のロッド２４を挿通する開口２１が形成され、他端部に保持ピン１０が挿入される保持穴２２が上下方向に貫通されている。図５（ｃ）に概略的に示すように、固定クサビ板１８ａ及び移動クサビ板１８ｂとクサビ９との対向面は、一定方向に傾斜されており、固定クサビ板１８ａと移動クサビ板１８ｂとの間にクサビ９を挿入し、押圧することにより、移動クサビ板１８ｂが傾斜に沿って下方へ移動して上型１４ａを下型１４ｂに押圧するようになっている。そして、図４及び図５（ｄ）に示すように、クサビ９を所定の位置まで挿入し、案内部１２ａのピン穴１７に挿入された保持ピン１０をクサビ９の保持穴２２に挿入することにより、クサビ９をその位置で保持できるようになっている。
【００１６】
射出機構３は、型締めフレーム８の下方に配置され、加圧機構２５によって射出シリンダ１３を加圧して、ヒータによって樹脂タブレット２８ａを加熱溶融して、加熱溶融された溶融樹脂２８をキャビティ１５内に射出する。加圧機構２５は、リンク機構２５ａを有し、対向して配置された外部射出加圧ユニット５の加圧力をリンク機構２５ａを介して射出シリンダ１３に伝達し、所定の射出圧力を付与して溶融樹脂２８の射出を行う。
【００１７】
６つの型締めユニット２は、図２に示すように、ワーク・樹脂搬入位置（Ａ）、プレス成形・射出位置（Ｂ）、硬化位置（Ｃ）〜（Ｅ）及びワーク搬出位置（Ｆ）にそれぞれ配置され、図２において左周りに回転して、順次位置を移動可能となっている。
【００１８】
外部加圧ユニット４は、プレス成形・射出位置（Ｂ）に配置された型締めユニット２のクサビ９に対向して配置され、アクチュエータによりクサビ９を押圧して固定クサビ板１８ａと移動クサビ板１８ｂとの間に挿入するようになっている。アクチュエータは、サーボシステム等により加圧力を制御できるものであり、これにより、リードフレーム２７がセットされた金型１４の型締め力を調整し、リードフレーム２７のプレス加工に適したプレス圧力（例えば１０数トン程度）が得られるようになっている。
【００１９】
外部射出加圧ユニット５は、プレス成形・射出位置（Ｂ）に配置された型締めユニット２の加圧機構２５に対向して配置され、アクチュエータにより、リンク機構２５ａを押圧して、射出シリンダ１３を所定の射出圧力（例えば１０ＭＰａ程度）で加圧するようになっている。
【００２０】
以上のように構成した射出成形装置１の作動工程について次に説明する。
ワーク・樹脂搬入位置（Ａ）において、上型昇降ガイド１１によって上型１４ａを上昇させて金型１４を開き、ワークであるリードフレーム２７及び半導体素子を金型１４にセットする（図５（ａ）参照）。そして、上型昇降ガイド１１によって上型１４ａを下降させて金型１４を閉じる（図５（ｂ）参照）。このときの型締め力を図６中に区間Ｌ１で示す。また、射出シリンダ１３に樹脂タブレット２８ａをセットする。その後、型締めユニット２を回転させてプレス成形・射出位置（Ｂ）に移動させる。
【００２１】
プレス成形・射出位置（Ｂ）において、外部加圧ユニット４を作動させ、型締めユニット２のクサビ９を、固定クサビ板１８ａと移動クサビ板１８ｂとの間に挿入する（図５（ｃ）参照）。そして、外部加圧ユニット４によりクサビ９を押圧して、金型１４を加圧することにより、リードフレーム２７をプレス加工する。このように閉じたリング状の型締めフレーム８にクサビ９を挿入して型締め力を発生させることにより、効率よく大きな型締め力を発生させることができる。このとき、外部加圧ユニット４の加圧力を制御して、型締め力（プレス圧力）を調整することにより、リードフレーム２７の寸法のばらつきを修正してリードフレーム２７を金型１４に密着させると共に型締めを確実に行う。このときの型締め力を図６中に区間Ｌ２で示す。
【００２２】
このように外部加圧ユニット４の加圧力を制御することにより、温度変化により型締めフレーム８に熱膨張が生じても、一定のプレス圧力を得ることができ、プレス成形の精度を高めることができる。例えば、図５（ｃ）では、型締めフレーム８の熱膨張がＢ１であるとき、クサビ９の挿入位置をＡ１としているのに対して、図５（ｃ’）では、型締めフレーム８の熱膨張がＢ２（＞Ｂ１）となる、より高温下において、クサビ９の挿入位置をＡ２として一定のプレス圧力が得られるようにしている。
【００２３】
次いで、図５（ｄ）に示すように、外部加圧ユニット４の加圧力を低下させ、クサビ９を所定位置まで後退させる。このときの型締め力を図６中に区間Ｌ３で示す。そして、案内部１２ａのピン穴１７に挿通された保持ピン１０をクサビ９の保持穴２２に挿入して、クサビ９をその位置で保持する。これにより、金型１４の型締め力を射出圧力に対応した型締め力（例えば５トン程度）で保持する。このときの型締め力を図６中に区間Ｌ４で示す。なお、温度変化により、型締めフレーム８等の各部材が熱膨張することにより、型締め力が変化するので、想定される温度変化に対して、適切な範囲の型締め力（例えば５トン以上）が得られるように、保持ピン１０によるクサビ９の保持位置を予め決定しておく。
【００２４】
そして、ヒータにより樹脂タブレット２８ａを加熱溶融させ、外部射出加圧ユニット５を作動させ、加圧機構２５のリンク機構２５ａを介して射出シリンダ１３を加圧して溶融樹脂２８を金型１４のキャビティ１５内に充填する。このとき、クサビ９の位置が保持ピン１０によって保持されて型締め力が射出圧力に適した一定の範囲に保持されている。そして、金型１４のキャビティ１５への溶融樹脂２８の充填を完了した後（図５（ｅ）参照）、型締めユニット２を回転させて硬化位置（Ｃ）に移動させる。更に、型締めユニット２を回転させて、順次、硬化位置（Ｄ）、（Ｅ）に移動させる。
【００２５】
硬化位置（Ｃ）〜（Ｅ）において、金型１４を所定温度（例えば２００℃程度）に加熱、保持してキャビティ１５に充填された溶融樹脂（熱硬化性樹脂）２８を硬化させてリードフレーム２７及び半導体素子をモールドする。キャビティ１５内の熱硬化性樹脂が硬化した後、型締めユニット２を回転させて硬化位置（Ｅ）からワーク搬出位置（Ｆ）に移動させる。なお、図２を例として示す、硬化工程（Ｃ）〜（Ｅ）には、３つの型締めユニット２が配置されているが、硬化時間を考慮して、型締めユニット２の数を変更することができる。
【００２６】
ワーク搬出位置（Ｆ）において、保持ピン１０を保持穴２２から引抜き、クサビ９を後退さる。そして、上型昇降ガイド１１により上型１４ａを上昇させ、金型１４を開いてリードフレーム２７及び半導体素子が熱硬化性樹脂によってモールドされた製品を取出す。
【００２７】
このようにして、複数の型締めユニット２を回転させてワーク・樹脂搬入位置（Ａ）、プレス成形・射出位置（Ｂ）、硬化位置（Ｃ）〜（Ｅ）及びワーク搬出位置（Ｆ）の各位置において、順次、上述の各工程を実行することにより、パワー素子モジュールを効率よく製造することができる。この場合、複数の型締めユニット２に対して、外部加圧ユニット４及び外部射出加圧ユニット５は、それぞれ１つのみであるから、上記従来の射出成形装置を並列に配置する場合に比して、設備を大幅に簡素化することができ、パワー素子モジュールの製造コストを大幅に低減することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…射出成形装置、２…型締めユニット、３…射出機構（充填装置）、４…外部加圧ユニット、５…外部射出加圧ユニット、８…型締めフレーム、９…クサビ、１０…保持ピン（保持手段）、１４…金型、１４ａ…上型（金型）、１４ｂ…下型（金型）、１５…キャビティ、２８…溶融樹脂（樹脂）
【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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