JPH11314256A

JPH11314256A - 金型圧縮射出成形方法

Info

Publication number: JPH11314256A
Application number: JP14061498A
Authority: JP
Inventors: Yoshiya Taniguchi; 吉哉谷口; Yoshiaki Hara; 好昭原; Nobuyuki Hirayama; 信之平山
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd; Sony Disc Technology Inc
Current assignee: Sony Music Solutions Inc; Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-11-16
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JP3626012B2

Abstract

(57)【要約】【目的】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て微細凹凸の転写性の更なる
向上をその解決課題とするものである。【解決手段】移動金型(1a)の型閉方向への移動途中で
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。

Description

【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Ｍ
Ｄ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、マイ
クロボイド、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〜
参照）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】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】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】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(1
4)、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(1
1)(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(5
a)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、m
ax０.０１μｍ、）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(3
1)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(4
0)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(1
1)(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(5
4)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(p
x)は圧力センサ(54)の出力開始点から立ち上げた垂線(H
1)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(3
b)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４参照）、そのタイミング(P1)は圧力センサ(5
4)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(1
2)にて設定値に追従するように行われ、且つ移動金型(1
a)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(5
a)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(1
a)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(1
a)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】〜…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】〜…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

フロントページの続き (72)発明者原好昭東京都新宿区市谷田町１丁目４番地株式会社ソニー・ミュージックエンタテインメント内 (72)発明者平山信之東京都品川区北品川６丁目７番35号株式会社ソニー・ディスクテクノロジー内

Claims

【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。