(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密成形のコア圧縮射出成形方法に用いられる射出成形機であって、計量樹脂の金型キャビティへの射出、混練樹脂の計量、金型の型開閉、金型内に配設されたコア型の開閉、金型キャビティへの計量樹脂の充填後のゲートカット、ゲートカット後のコア型による充填樹脂の圧縮の各駆動源にサーボモータを使用し、金型の型開閉機構として、雄ネジ棒の前進または後退によって作動される金型開閉トグル機構を使用し、雄ネジ棒の先端を中間ピン及びピン押圧棒を介してゲートカットピンに接続し、雄ネジ棒の前進によりゲートカットピンを前進させてゲートを閉塞するようにした事を特徴とする射出成形機。
【請求項２】
コア型による充填樹脂の圧縮機構としてトグル機構を使用した事を特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
【請求項３】
トグル機構を構成するアーム同士の回転接続部にベアリングを使用した事を特徴とする請求項２に記載の射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は射出成形工程の各駆動源としてサーボモータを使用し、更にはその圧縮機構にトグル機構を使用した超精密成形用射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーボモータをその各工程の駆動源とした射出成形機は現在既に多用されている。しかしながら、その場合でも▲１▼計量樹脂の金型キャビティへの射出、▲２▼混練樹脂の計量、▲３▼金型の型開閉などの各駆動源にサーボモータを使用した程度がせいぜいである。
処が、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、従来のような射出成形機では到底役に立たず、新たにコア型を使用する射出成形機が開発された。このような射出成形機にあっては次のような事が基板精度を左右する事になる。
【０００３】
例えば光ディスク基板の成形を例に取ると、成形品のソリ、異物の付着、ボイド、ガスヤケ、成形サイクルなどが極めて重要なファクタとなるが、とりわけ最大の課題が▲１▼超微細ピッチ、▲２▼深さのピット転写性、▲３▼５０ｎｍ以下という複屈折の実現であり、（光弾性係数×主応力差「＝剪断応力＋熱応力」）を緩和することで複屈折を抑制する事が出来る。
【０００４】
さて、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、その対策としては高速充填による樹脂の固化を極力抑えて充填を完了する事である。また、射出圧縮のタイミングも重要なファクタとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように考えてくると、これらの事項を過不足なく達成するためには従来のサーボモータ利用射出成形機では不可能であり、新たな射出成形機の開発が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
『請求項１』は「精密成形のコア圧縮射出成形方法に用いられる射出成形機(A)であって、計量樹脂(3a)の金型キャビティ(2)への射出、混練樹脂(3b)の計量、金型(1)の型開閉、金型(1)内に配設されたコア型(5)の開閉、金型キャビティ(2)への計量樹脂(3a)の充填後のゲートカット、ゲートカット後のコア型(5)による充填樹脂(3)の圧縮の各駆動源にサーボモータ(11)(12)(31)及び(40)を使用し、金型(1)の型開閉機構として、雄ネジ棒(30a)の前進または後退によって作動される金型開閉トグル機構(T1)を使用し、雄ネジ棒(30a)の先端を中間ピン(30b)及びピン押圧棒(30c)を介してゲートカットピン(30)に接続し、雄ネジ棒(30a)の前進によりゲートカットピン(30)を前進させてゲート(2a)を閉塞するようにした」事を特徴とする。
【０００７】
これによれば、射出作業の全ての動作がサーボモータ(11)(12)(31)及び(40)によって制御されているので、そのタイミングや射出速度、加圧速度、加圧圧力その他全てを自在にコントロールする事が出来、超微細凹凸の成形品への転写性を格段に向上させる事が出来る事は勿論、サーボモータ(11)(12)(31)及び(40)に複合動作を行わせる事が出来るためサイクルアップも可能となる。
【０００８】
『請求項２』は「コア型(5)による充填樹脂(3)の圧縮機構としてトグル機構(T2)を使用した」事を特徴とするものである。
コア型(5)による充填樹脂(3)の圧縮は、金型(1)の型締力とほぼ同じ力が必要となるが、これによりコア型(5)の圧縮圧力は、金型(1)の型締圧力とほぼ同じ力とする事が出来る。
【０００９】
『請求項３』は「トグル機構(T2)を構成するアーム(47)同士の回転接続部(H2)にベアリング(46)を使用した」事を特徴とする。
超精密成形にあっては、コア型(5)の微細凹凸形成面(5a)の精度は言うに及ばず、コア型(5)の動きも極めて精密且つ円滑でなければならず、ベアリング(46)を使用する事により、金属滑り軸受け使用の従来例のトグル機構の欠点であった回転接続部(H2)でのガタ発生や動きの不規則性を解消する事が出来た。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。なお、添付図面中、図１、２は上下別の状態が記載されている。さて、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。
【００１１】
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。移動ダイプレート(18)にはコア型開閉トグル機構(T2)が取り付けられており、コア型開閉トグル機構(T2)のハウジング(50)と、タイバー(19)の一端が固定されているテイルストック(20)との間に金型開閉トグル機構(T1)が配設されている。
【００１２】
移動金型(1a)にはガイド孔(29)が形成されており、該ガイド孔(29)にコア型(5)がスライド自在に配設されており、コア型(5)と固定金型(1b)との間に金型キャビティ(2)が形成される。コア型(5)の金型キャビティ(2)側の面(5a)には例えばＣＤやＤＶＤ用の微細な凹凸が形成してあり、側微細凹凸刻設面(5a)は超鏡面加工のような極めて高い平滑度（例えばＲmax０.０１μｍ、平面度＝０.１μｍ）が要求され、平行度は例えば０.００５ｍｍ以下、コア型(5)とガイド孔(5a)との同軸度は例えば０.００５ｍｍなど極めて高い精度が要求される。
更に、コア型(5)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。
【００１３】
次に金型開閉トグル機構(T1)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(30a)が進退自在に螺装されており、前記雄ネジ棒(30a)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。
【００１４】
次にコア型開閉トグル機構(T2)に付いて説明する。コア型開閉トグル機構(T2)の前端部分を構成するハウジング(49)は移動ダイプレート(18)に接続されており、更にコア型開閉トグルを介して後端部分を構成するハウジング(50)に接続されている。ハウジング(50)にはコア型制御サーボモータ(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)にはコア作動用ネジ棒(44)が進退自在に螺装されている。このコア作動用ネジ棒(44)にはゲートカットピン(30)に連なる中間ピン(30b)がスライド自在に挿通されており、その先端は加圧プレート(59)に接続されており、後端は雄ネジ部(30a)の先端に離接するようになっている。なお、コア型制御サーボモータ(40)にはパルス発生装置(40a)が配設されている。
【００１５】
前記で使用されるコア型開閉トグルは、金型開閉トグルと同様長短各種アーム(47)をリンク機構に接続したもので、その構造自体は公知の構造であるが、その回転接続部(H2)において、回転中心となる回転ピン(48)とアーム(47)の間にベアリング(46)が介装され、アーム(47)がガタがなく円滑に作動するようにしている点で従来例と相違する。ベアリング(46)の種類は問わないが、荷重がかかるためコロ軸受け或いはニードル軸受けなど大荷重を担持する事ができる種類のものが選定される。
簡単に構造を述べれば、長短各種アーム(47)の一端はハウジング(49)に接続し、その他端はハウジング(50)に接続し、更にもう一つの端部はコア作動ネジ棒(44)の先端に設けられたコア作動クロスヘッド(55)に取り付けられている。
【００１６】
移動ダイプレート(18)の中にはコア型(5)を加圧する加圧ブロック(57)がスライド自在に配設されており、圧力センサ(54)を介してハウジング(49)に接している。加圧ブロック(57)、圧力センサ(54)及びハウジング(49)を貫通してスライド自在にピン押圧棒(30c)が配設されており、その先端はゲートカットピン(30)に当接し、その他端に配設されたシリンダ(60)のケーシングを介して加圧プレート(59)に接している。
前記シリンダ(60)にはピン押圧棒(30c)にスライド自在に挿通された突き出し作動ピン(61)が接続されている。そしてこの突き出し作動ピン(61)は、例えばコア型(5)側の金型キャビティ面(5a)の外周で微細凹凸形成部分から外れた部分から突出没入するように配設された製品突出ピン(61a)とゲートカットピン(30)内に挿通されたセンターピン(61b)に接続している。製品突出ピン(61a)とセンターピン(61b)とは後述するように製品(26)と、型開時に製品(26)側に付着してくるゲート樹脂(2b)とを型開後に脱離させることができるものであればどのような構造のものでもよい。
【００１７】
(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)及び(40a)、その他のセンサ類からの信号を得てサーボモータ(11)(12)(31)及び(40)の制御を始め各種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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
続いて、回転用サーボモータ(11)を停止させると共に射出用サーボモータ(12)を作動させてスクリュ(4)を前方に突き出し、射出シリンダ(13)の先端部分に溜まっていた計量溶融混練樹脂(3a)を金型キャビティ(2)に射出する。
【００２０】
一方、金型(1)側では、図６▲１▼に示すようにまず、型締めが行われる。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(30a)が図２中下段の状態から上段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コア開閉トグル機構(T2)、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)に移動金型(1a)が所定圧力で押圧される。この時、コア開閉トグル機構(T2)は作動しておらず、コア型(5)は後退限に位置している。
【００２１】
次に、射出直前状態を示す図６▲２▼になる。ここではコア型(5)は前進限まで移動する。即ち、コア開閉サーボモータ(40)を作動させると駆動プーリ(41)及び伝達ベルト(42)を介してその回転力を従動プーリ(43)に伝達し、従動プーリ(43)を回転させると従動プーリ(43)に螺装されているコア作動用ネジ棒(44)が図中右側に前進し、コア作動用ネジ棒(44)が取り付けられていコア作動クロスヘッド(55)を推し進めてコア型開閉トグルを伸長させる。この時この伸長に合わせてコア開閉トグルのアーム(47)の一端が枢着されているハウジング(49)を固定金型(1b)側に押し出し、圧力センサ(54)及び加圧ブロック(57)を介してコア型(5)が固定金型(1b)側に移動する。コア型(5)の加圧圧力は圧力センサ(54)によって検出され、そのデータは制御装置(8)に入力(30)、加圧圧力が設定値となるようにコア型制御サーボモータ(40)が制御される。
【００２２】
次に図６▲３▼に移る。この状態で前述のよう射出サーボモータ(12)を作動させてスクリュ機構部(10)を作動させ、スクリュ(4)を金型(1)側に移動させ、シリンダ(13)の先端の計量混練溶融樹脂(3a)を、金型キャビティ(2)内に射出する。その射出速度は制御装置(8)により最適にコントロールされる。樹脂(3a)が金型キャビティ(2)内に射出・充填されると、コア型(5)に接触してこれを押圧し、その充填圧でコア型(5)が押し戻され、その部分に溶融混練樹脂(3)が余分に充填されるようになる。
【００２３】
次に、図６▲４▼に示すようにゲートカットが行われる。即ち、金型(1)の型締が行われている状態で金型制御サーボモータ(31)を更に作動させると雄ネジ棒(30a)が更に前方に進もうとする。雄ネジ棒(30a)の先端が接続されている金型開閉クロスヘッド(35)に接続されているアーム(36)は雄ネジ棒(30a)に対して直角方向を向いているので、金型開閉クロスヘッド(35)のわずかな前進については殆ど影響を受けず型締力の増減は殆どない。一方、雄ネジ棒(30a)の先端は、中間ピン(30b)及びピン押圧棒(30c)を介してゲートカットピン(30)に接続しているので、雄ネジ棒(30a)の前進によりゲートカットピン(30)も前進して固定金型(1b)のゲート(2a)をその先端にて閉塞する。これにより金型キャビティ(2)はコア型(5)が後退した分だけ余分に樹脂(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る。
なお、このゲートカット時には製品突出ピン(61a)とセンターピン(61b)とはゲートカットピン(30)と共に突出せず、その先端はキャビティ面(5a)と面一状態を保っている。
【００２４】
次に、図６▲５▼に移る。前述のようにゲートカットが終わるとこの状態で再度コア開閉サーボモータ(40)を作動させてコア型(5)を前進限まで前進させ、極めて強い圧力で充填樹脂(3)を押圧し、コア型(5)の微細凹凸を充填樹脂(3)が硬化した成形品(26)に転写する。
充填樹脂(3)の硬化が終了すると図６▲６▼に示すように、コア型制御サーボモータ(40)を逆作動させてコア型(5)を固定金型(1b)側から離間させる。
次に、図６▲７▼に移り、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。
【００２５】
最後に図６▲８▼に移り、型開きが終わった処でエジェクト用のシリンダ(60)を作動させ、突き出しピン(61)を突出させて製品突出ピン(61a)とセンターピン(61b)とを突出させ、ゲート樹脂(2b)を離脱させると共に成形品(26)を離型させ、図示していない製品取出装置にて回収する。
【００２６】
【発明の効果】
以上により本発明によれば、射出作業の全ての動作がサーボモータによって制御されているので、そのタイミングや射出速度、加圧速度、加圧圧力その他全てを自在にコントロールする事が出来、超微細凹凸の成形品への転写性を格段に向上させる事が出来る事は勿論、サーボモータに複合動作を行わせる事が出来るためサイクルアップも可能となる。
また、コア型による充填樹脂の圧縮機構としてトグル機構を使用したので、金型の型締力とほぼ同じ力にてコア型による圧縮が可能となり、微細凹凸の転写を正確に行える。
また、トグル機構を構成するアーム同士の回転接続部にベアリングを使用したので、コア型の動きを極めて精密且つ円滑にすることが出来、金属滑り軸受け使用の従来例のトグル機構の欠点であった回転接続部でのガタ発生や動きの不規則性を解消する事が出来た。
【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、上半分が型締め時の拡大断面図であり、下半分が型開き時の拡大断面図である。
【図３】図２の金型機構部において、金型に樹脂を充填しつつある状態の拡大断面図
【図４】図２の金型機構部において、コア型による型締め時の拡大断面図
【図５】図２の金型機構部におけるコア型開閉トグル機構の詳細拡大断面図
【図６】▲１▼〜▲８▼…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
【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  (3a)…計量樹脂  (3b)…混練樹脂
(4)…スクリュ
(5)…コア型
(8)…制御装置
(11)(12)(31)(40)…サーボモータ
(30)…ゲートカットピン
【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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