JPH0260725A - 射出圧縮成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光情報記録用ディスク基板またはレンズなど
の光学部品の射出成形のための射出圧縮成形機の構造に
係り、特にキャビティへの樹脂の充填状態に応じて型締
力を変化させて射出圧縮成形を行なうことができる射出
圧縮成形機に関する。

（従来の技術） 光学式のオーディオディスク、ビデオディスク、光磁気
ディスクなどの記録媒体である光情報記録用ディスク基
板は、優れた光学特性と寸法精度が要求される高品位の
超精密成形品である。すなわち、このような射出成形品
には、ヒケがなく金型の形状そのままの形状をしている
こと、成形品内部に歪や応力が残っていないこと、屈折
率が均一であり特に入射光と反射光との位相のずれであ
る複屈折率が小さいことなどが要求される。

これらの要求を満足させるために、従来から多くの提案
がなされている。すなわち、成形機を改良する手段とし
ては、特開昭５１−７３０５８号公報に記載されたよう
に、型締を多段階に行なって圧縮するもの、特開昭８０
−１３７８２５号公報に記載されたように、固定盤また
は可動盤と金型との間に油圧シリンダを設けて金型間の
圧縮を行なうようにしたもの、特開昭８０−１３７６２
６号公報に記載されたように、前記油圧シリンダを固定
盤またはトグルサポートのそれぞれの反金型取付面とタ
イバーの端部との間に設けたもの、特開昭８０−１７１
１１８号公報に記載されたように、金型キャビティの外
周に極薄間隙を形成して、射出成形中型締力を任意に調
整するようにしたものなどの提案が公知である。

また金型を改良する手段としては、特開昭６１−２４１
１１５号公報に記載されたように、可動側金型を支持す
る圧受板に油圧装置を設けてこの可動側金型を押し、か
つガイドロッド先端と圧受板との間にスペーサを挿入し
て、圧縮加圧成形式を規制するようにした提案が公知で
ある。さらに特開昭６２−１０９８１８号公報に記載さ
たように、型締の圧力を所定の時間内で連続して変化さ
せるようにした提案や、特開昭８２−１３７７４７号公
報に記載されたように、熱処理の方法を改良した提案も
公知である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記各公報による提案のうち、特開昭５１
−７３０５８号公報、特開昭８０−１３７８２５　、１
３７８２８号公報及び特開昭６１−２４１１１５号公報
による各提案は、それぞれトグル式型締機構を用いた射
出圧縮成形機において、型締の圧縮力の制御を行なうも
のであり、成形機や金型の構造が複雑になりコスト高に
なるという問題があった。

一方、特開昭８０−１７１１１８号公報および特開昭６
２−１０９８１８号公報による各提案は、それぞれ直圧
式型締機構を用いた射出圧縮成形機に関するものであり
、型締力を発生する型締ラムの圧力を直接制御するため
、金型は特殊構造にする必要はないが、圧縮の応答性が
低く、圧縮力制御を行なうための制御系がコスト高にな
るという問題があった。また、キャビティ内に樹脂を充
填する工程及び冷却する工程でそれぞれ圧縮力を制御す
る必要があり、この制御を再現性よく高応答で確実に行
なうことが困難であり、このような制御を実現するため
には多額のコストを必要とした。さらに、射出圧縮成形
においては圧縮動作のためのストロークを持たせる必要
があるため、圧縮の工程中は金型外周の当接面（以下Ｐ
Ｌ面と称する）間に僅かな間隙を設けているのが一般的
である。このため可動側金型及び固定側金型は、それぞ
れのプラテンに対して片持ちとなり、型締力の方向が水
平の場合には金型の自重によって傾き、成形品の上部よ
り下部の方が厚くなる傾向がある。このため高精度の厚
さの均一性が要求される光情報記録用ディスク基板やレ
ンズなどの光学部品にとって好ましくない欠点が生ずる
という問題もあった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、樹脂の充填状態に応じて圧縮力を滑らかに再現性よく
高応答に制御でき、品質のよい成形品を得ることができ
る、簡単な構造で安価な射出圧縮成形機を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、固定側金型が取り
付けられた固定プラテンと、可動側金型が取り付けられ
た可動プラテンとを具備し、前記両金型間に溶融された
熱可塑性樹脂材を射出して圧縮成形する射出圧縮成形機
において、一端が前記１対のプラテンの少くともいずれ
か一方に固定され、他端が型締時に対向するプラテンに
当接可能に配設された少くとも１個のばね部材を設ける
とともに、該ばね部材の付勢力により成形機型締力を吸
収し、金型キャビティを押える力を減少させるようにし
たことを特徴とするものである。

（作　　用） 上記の構成によると、プラテンに型締力を受けるばね部
材が取り付けられているため、型締が行なわれるときに
型締力の大部分をこのばね部材が吸収する。このため実
質的に型締力により金型キャビティを押える力は減少し
、射出による樹脂の圧力に対して金型は型開しやすくな
る。このときばね部材の付勢力と樹脂の圧力による金型
キャビティを押し返す力との和が、常に型締力と釣り合
っているため、樹脂の射出の工程において、キャビティ
への樹脂圧力により金型が型開してゆくのに伴ない、ば
ね部材は伸びて型締力を受けている力が減少し、実質的
に金型キャビティを押える力は増大する。そして金型キ
ャビティを押える力と樹脂の圧力とが釣り合う位置で型
開は停止し、次の冷却工程となる。この冷却工程では樹
脂の冷却による収縮で、開いた金型は次第に閉じてゆき
、それに伴いばね部材は圧縮されて、型締力に対してこ
のばね部材が受ける力が増大し、実質的に金型キャビテ
ィを押す圧縮力が減少してゆく。

このように、ばね部材の付勢力と反力としてのキャビテ
ィを押し返す力との和か型締力と釣り合うため、樹脂の
状態によってばね部材が伸縮すると圧縮力が増減し、樹
脂の状態に応じた圧縮力の制御を実現することができる
。

（実　施　例） 以下、本発明に係る射出圧縮成形用金型の一実施例を図
面を参照して説明する。

第１図に本発明の一実施例による金型が取り付けられた
射出圧縮成形機の構造の一例を示す。成形機本体には固
定プラテン１が固定的に取り付けられており、この固定
プラテン１の中心には溶融樹脂材料をキャビティ内に射
出するためのノズル２がスプール孔４に当接可能に設け
られている。

また固定プラテン１の一方の面には固定側金型３が取り
付けられており、その中心には前記ノズル２から射出さ
れる溶融樹脂材料の通るスプール孔４が設けられている
。また固定プラテン１の固定側金型３が取り付けられた
面の４隅近傍には、それぞれタイバー５が該固定プラテ
ン１に対して直角に固定されており、これらのタイバー
５によって可動プラテン６が摺動自在に案内されている
。

またこの可動プラテン６の前記固定プラテン１に対向す
る面には、可動側金型７が取り付けられており、前記固
定側金型３のキャビテイ面の外周に形成された段付平面
部３ａと、この可動側金型７のキャビテイ面の外周に形
成された段付凸部７ａとかいんろう状に嵌合して、ＰＬ
面を形成するようになっている。前記固定プラテン１の
４隅近傍にはばね８の一端が固定されており、この固定
プラテン１の面に対して直角に、かつ前記可動プラテン
６の４隅にそれぞれの他端が当接する方向に配設されて
いる。そしてこれらのばね８は型締めされるときに開放
端が可動プラテン６に当接するようになっている。

次に本実施例の作用を第２図及び第３図を参照して説明
する。

前記４個のばね８のすべてを合成したばね定数をに５と
すると、 Ｋｓ＝Ｆ、／ｓ　　　　　　　・・・・・・（１）Ｆ、
−ＤＸＰ　　　　　　　　・・・・・・（２）Ｓ−ｔＸ
α　　　　　　　・・・・・・（３）ここでＦ、：型締
力（Ｎｉ９ｆ） Ｓ：圧縮ストローク（ａｎ　） Ｄ：成形品投影面積（ｃｍ　） Ｐ：樹脂圧力（１５０ｈｆ　／ｃｉ〜 ６００　Ｋ’ｌｆ’　／ｃｍ） ｔ　：成品厚さ（ｃｍ　） α：厚み定数０．０１〜０，３ （Ａ）型締が完了したときの力の釣り合いまず、第２図
（ａ）に示す型開状態から、図示せぬ駆動源によって可
動プラテン６を矢印Ｘ方向に移動し、第２図（ｂ）に示
すようにばね８の開放端を可動側プラテン６に当接させ
、さらに型締力により可動プラテン６を矢印Ｘ方向に移
動させると、第２図（ｃ）に示すように可動側金型７の
外周の段付凸部７ａの端面が、固定側金型３の外周の段
付平面部３ａの面に圧着して型締を完了する。このとき
ばね８は弾性圧縮される。この第２図（Ｃ）に示す状態
における力の釣合いは下記の下（４）に示すようになる
。

Ｆｙｏ−Ｆｓｏ＋ＦＭｏ−Ｋｓ　　Ｘ　　Ｘ２　　＋Ｋ
ｙ　Ｘ　　ｘｔ　　・・・（４）ここでＦｙＯ’型締完
了時の型締力ＣＫ’ｊｒ）ＦＳＯ＝ＫＳ　Ｘ　Ｘ２ ：型締完了時のばねが受けた力ＣＫｇｒ）ＦＭＯ−ＫＭ
　Ｘ　Ｘｌ ：型締完了の時の金型が受けた力 ＣＫ’ｌｒ） ＫＭ：金型のばね定数ＣＫｇｒ／ｃｍ）ｘ２：型締完了
時のばねの変形ｊｌ（ｃａ）ｘｌ：型締完了時の金型の
変形量（ｃｍ　）但しｘ２羽Ｘｌ なお、型締完了時で対向する金型のＰＬ面が圧着する場
合は ＦＭＯ＞０．　　ｘｌ＞Ｑ また、ＫＭ＞Ｋ５））Ｋ、でありＸｌ＞　Ｘｌ　ｓｏで
ある。（Ｋ、は型締め系のばね定数）型締完了時で金型
が圧着していない状態の場合は ＦＭ。−０，ｘｌ　−０となる。

（Ｂ）樹脂充填中の力の釣り合い 次に型締完了後、樹脂がスプル孔４を通ってキャビティ
に射出されると、このキャビティに樹脂の圧力がかかり
、金型３，７は第２図（ｄ）に示すようにこの圧力によ
る力Ｆ、により押し開かれる。

このときばね８は伸びるためばね８の付勢力は減少する
。なお前記圧力による力Ｆ、は樹脂とキャビティとの間
に作用する両方向の力を示す。この樹脂充填中の力の釣
合いは下記式（５）、　（６）に示すようになる。但し
金型３，７の型開量を型締完了点からの距離ｘ　　（Ｃ
ｍ）で現わすことにする。

（Ｂ−１）樹脂充填からＰＬ面が開くまで（０＜ｘ　＜
　ｘｌ） Ｆｒ　（ｘ）　　＝Ｆｓ　（Ｘ）　　＋ＦＭ　（Ｘ）　
　＋ＦＰ・・・（５） ここでＦ、（ｘ）：型締力ＣＫ’Ｊｒ）Ｆｓ（ｘ）；ば
ねが受ける力ＣＫｇｒ）ＦＭ（Ｘ）：金型が受ける力（
Ｋｇｆ）Ｋ、：成形機型締系のばね定数 上式（５）、　（６）において、直圧式の成形機におい
てはＦ、（ｘ）はほぼ一定であり、トグル式成形機にお
いてはに、＜Ｋｓ　＜＜ＫＭであり、ｓ　＞ｘ　’＝０
の範囲ではに、Ｘｘ　’１０と仮定できるので、Ｆ。

（Ｘ）　’一定と似定すれば、Ｆ、（ｘ）−Ｆ？Ｏとな
る。

従って式（５）は式（６）によって下記の式（５′）と
なる。

Ｆｙ　（ｘ）−Ｆｓｏ＋ＦＭｏ　　（ＫＳ　＋ＫＭ　）
　ＸＸ　＋ＦＰ−ＦｙＯ−（ＫＳ　＋ＫＭ　）ＸＸ　＋
ＦＰ・・・（５′） そして式（５′）とＦ　’ｔ　（ｘ）　−ＦｙＯとから
下記の式（７）を得る。

Ｆｐ　−（ＫＳ　＋ＫＭ　）　Ｘ　　　　　　−（７）
この式（７）は０＜ｘ　＜ｘ　１の範囲では、樹脂の圧
力上昇に対して金型３，７の型開量Ｘがわずかであるこ
とを示している。そしてＸ　−Ｘｉになると金型３，７
のＰＬ面が離れる。

（Ｂ−２）金型ＰＬ面が開いてからばねが離れるまで（
ＸＩ　＜ｘ　＜　Ｘｇ　） この間では金型３，７が受ける力ＦＭ（Ｘ）及びに、Ｘ
Ｘはゼロとなるので、樹脂充填中の力の釣り合いを示す
前記式（５）及び（６）はそれぞれ下記の式（８）及び
（９）になる。

Ｆｒ　　（ｘ）　　＝Ｆｓ　（Ｘ）　　＋ＦＰ　　　　
　　　　　　−（８）式（９）により式（８）は下記の
式（８′）となる。

Ｆ　ｓｏ＋　ＦＭＯ−Ｆ　５ｏ−Ｋｓ　Ｘｘ　＋　Ｆ　
ｐよって　　ＦＭｏ＝Ｆｐ　−Ｋｓ　ＸＸ　　　　−（
８’　）Ｆｐ　”ＦＭＯ＋ＫＳ　ＸＸ　　　　−（１０
）この式（１０）は、金型のＰＬ面が離れるとばね８の
付勢力が小さくなり、すなわちＫｓ＜＜（Ｋｓ＋ＫＭ）
となり、樹脂の圧力ＦＰの上昇に対して金型３，７が開
きやすくなることを示している。そして実質的に、樹脂
の圧力による力ＦＰに対応して型が開いてゆく。このこ
とが本実施例の特徴となる。

ここでＦＭＯは金型３，７のＰＬ面が開き始めるときの
樹脂の圧力を示している。

また型締完了時に金型ＰＬ面が接触しない場合はｘｌ＝
０であるので、このときのＦＭＯはゼロとなるので、 式（１０）は下記の式（１０’　）となる。

Ｆｐ　＝Ｋｓ　ＸＸ　　　　　　　−（１０’　）すな
わち樹脂の射出と同時に金型３，７は、ばね定数に５に
従って型開する。

（Ｂ−３）ばねが可動側金型から離れた後（Ｘｌ　＜Ｘ
　）この場合は型締力Ｆ、（ｘ）と樹脂射出圧力ＦＰと
は釣り合い、次式（１１）に示すようになる。

Ｆ　＝　（ｘ）　＝　Ｆ　ｐ　　　　＝４１１）ここで
式（６）に示すようにＦｖ　（Ｘ）　−Ｆ　ｔｏ＋　Ｋ
　ｙ×ｘであるので、式（１１）は下記の式（１２）に
示すようになる。

Ｆｐ　＝Ｆ、ｏ＋Ｋｙ　ＸＸ　　　　　　　−（１２）
この式（１２）は、ばねが離れると、樹脂射出圧力ＦＰ
が成形機の型締力と釣り合う位置まで金型が開いてゆく
ことを示している。

ここで成形機型締系のばね定数に７は、直圧式の成形機
ではに、ζ０であり、トグル式の成形機でもに７は小さ
いため、樹脂圧力ＦＰが高くなると金型３，７の型開ｆ
ｆ１ｘは増大する。このとき樹脂圧力Ｆ、に対して型締
力Ｆ、（ｘ）が小さいと成形品にはパリが発生しやすい
が、本実施例では金型３，７の型開量ｘがここまで開か
ないように型締力Ｆ、（Ｘ）を設定している。

上述したように樹脂の射出工程の進行とともに充填され
る樹脂の圧力に応じて金型が開いてゆく。

（Ｃ）樹脂冷却中の力の釣り合い キャビティへの樹脂の充′填が終了し冷却工程になると
、第２図＜ｅ＞に示すように樹脂の冷却による収縮によ
り、開いた金型３，７は徐々に閉じてゆき、それに伴い
ばね８が受ける力が増加するため、キャビティ、すなわ
ち樹脂を押す力が減少してゆく。

この工程におけるキャビティを樹脂が押す力Ｆ、は、型
開ｆｆ１ｘがＸ＞　Ｘ２−　Ｘ２　＞　Ｘ＞　Ｘ４　→
Ｘｌ　＞　ｘ＞Ｏと変化してゆくと、前記式（１２）→
（１０）−（７）を満足する力として現わされる。

この型開ｍｘの変化によるキャビテイ面が受ける樹脂圧
力による力Ｆ、の変化を第３図に示す。

図に示すように、樹脂の射出開始から冷却終了まで、キ
ャビティに充填された樹脂の状態に応じてキャビティを
押す力を変化させることができる。

特に金型３，７のキャビテイ面が開いてからばね８が離
れるまでの型開量ｘがＸｉ　＜　Ｘ＜　Ｘ２の範囲で、
圧縮力による効果が現われる。さらに、ばね８により固
定プラテン１及び可動プラテン６を支持するため、プラ
テン１，６に対するそれぞれの金型３，７の片持ち状態
が解消され、金型３゜７の上下の平行度が確保されるた
め、高精度な成形品を得ることができる。第２図（ｆ）
は型開して成形品を取り出すときの状態を示す。

次に１３０φ光デイスク基板成形における具体的な実験
例について説明する。この実験は下記の条件によって行
なった。

ばね８はφ４０のコイルばね４本の一端をそれぞれ固定
プラテン１に取り付ける。このばね８の合成されたばね
定数Ｋｓ１成形品投影面積Ｄ１り脂圧力Ｐ１成品厚さｔ
１厚み定数αをそれぞれ下記の通りとする。

Ｋｓ−３８５００００Ｋ’ｊｆ’　／ｃｍ、　　Ｄ−１
３２ｃｉ。

Ｐ−３５０Ｋ’ｊｆ’　１ｃｔｉ、　ｔ　−０，１２ｃ
ｍ、　　ａ　−０，１従って型締力Ｆ、及び圧縮ストロ
ークＳは下記の通りとなる。

Ｆ　、　−Ｄ　Ｘ　Ｐ　−４Ｂ２００　ＫｇｒＳ　−ｔ
　Ｘ　ａ　＝０．０１２　ｃｍここで型締力を４８．２
ｔｏｎに設定し、型締完了時にばね８が０．１２ｍ縮み
、このときＰＬ面の間隙が０．０１＃１１１になるよう
に調整した。

この成形システムでは型締完了０．１２Ｉｎ１１１手前
でばね８が可動プラテン６に当接し、この位置から型締
力Ｆ７をばね８が受けなからＯ，１２ｍ縮み、型締力Ｆ
　ｙｏ　−４Ｂ、２ｔｏｎを全てばね８が受けた状態で
型締を終了する。Ｆ　、ｏｍ　Ｆ　５ｏ−４６，２ｔｏ
ｎ従ってこのときのキャビティを押える力はＦ　−ｏ　
　Ｆ　ｓｏ＝　Ｏとなる。

次にキャビティに溶融樹脂の射出が行なわれ、この樹脂
射出圧力による力ＦＰにより可動側金型７が押し返えさ
れると、金型３，７のＰＬ面は隙間が拡がってゆき、射
出終了時には射出圧力による力Ｆ、により可動側金型７
は０．１２ｍｍ押し返えされていた。このとき、ばね８
は伸び切り、力を分担していないためキャビティを押し
返している射出圧力による力Ｆ、は型締力Ｆ、−４８，
２ｔｏｎに等しい。

冷却工程では冷却時間６秒の間にこの圧縮力と樹脂の収
縮によりく可動側金型７と固定側金型３との間隙はＯ，
１ｍ縮んだ。この冷却終了時の圧縮力は７．７１Ｏｎで
あった。

上記の実施例によって得られた光デイスク基板の複屈折
率を測定した結果を、従来の方法によって得られた光デ
イスク基板の複屈折率と比較して第４図に示す。またこ
のときの基板上下の厚さの差を、従来と比較して下記第
１表に示す。

第１表 これらの第４図及び第１表によって明確なように、本実
施例の方法で射出圧縮成形した基板は、従来の基板に比
較して各部の複屈折率が均一となり、しかも成形品の上
下で厚み差が少なく、より高精度の基板を得ることがで
きる。第５図は圧縮を行なわないときの基板の各部の複
屈折率を示すグラフである。

本実施例によれば、従来射出圧縮成形のために金型や成
形機に特殊な構造を持たせたり、複雑な制御を必要とし
ていたものを、プラテン１，６間に型締力を受けるばね
８を設けるという簡単な構成で、キャビティへの樹脂の
充填状態に応じて型締力を変化させる射出圧縮成形が可
能となる。

また、圧縮力を油圧で制御する場合、制御系の再現性、
応答性に限界があり、しかも従来はキャビティに充填さ
れた樹脂の状態に無関係に時間で制御されていたものが
、本実施例によれば、キャビティに充填された樹脂の状
態に応じて、直接ばね８が伸縮して圧縮力を制御するた
め、再現性、応答性、安定性を向上させることができる
。さらに射出圧縮成形で従来問題であった金型３，７の
自重による傾きが、プラテン面間をばね８で支えるため
矯正されて、金型上下で平行度の良い成形品を得ること
ができる。

上記実施例では、ばね８の個数が４個である場合につい
て説明したが、この個数は４個に限定されるものではな
く、１個または他の複数個であってもよい。またばね８
の形状もコイルばねに限定されるものではなく、棒状、
板状、円環状、箱枠状など、またはこれらの組み合わせ
でもよく、ばねとしての機能があればその形状、材質は
限定されない。さらにばね８の取付位置は、金型キャビ
ティを押える力を成形機型締力に対して実質的に減少さ
せる位置で、対向する固定プラテン１と可動プラテン６
とが平行度を保てる位置であればプラテンのどの部分で
もよく、さらにばね８は固定プラテン１、可動プラテン
６のいずれか一方、または両方に取り付けてもよい。

また、固定側プラテン、可動側プラテンに型締時に対向
するばね同志が当接するように取付けてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、溶融された熱可
塑性樹脂材を射出して成形するための１対の固定プラテ
ンと可動プラテンとの間にばね部材を設けて、このばね
部材の付勢力により成形機型締力を吸収し、金型キャビ
ティを押える力を減少させるようにした、簡単な構成で
、キャビティに充填された樹脂の状態に応じて型締力を
変化させて射出圧縮成形を行なうことができる。この結
果、射出圧縮成形の再現性、応答性、安定性を向上させ
ることができ、品質のよい成形品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は射出成形用金型を装着した、本発明に係る一実
施例である射出圧縮成形機を示す縦断面図、第２図は本
実施例の作用を示す縦断面図、第３図は本実施例による
成形工程における射出圧縮動作と圧縮力との関係を示す
グラフ、第４図は本実施例及び従来方法によって射出圧
縮成形を行なった基板の各部の複屈折率を示すグラフ、
第５図に同じく射出圧縮成形を行なわない場合の複屈折
率を示すグラフである。 １・・・固定プラテン　　　３・・・固定側金型６・・
・可動プラテン　　　７・・・可動側金型８・・・ばね 第 図 第 図 １け重乞″′Ｓヵ゛→の型開ｉ 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定側金型が取り付けられた固定プラテンと、可動側金
   型が取り付けられた可動プラテンとを具備し、前記両金
   型間に溶融された熱可塑性樹脂材を射出して圧縮成形す
   る射出圧縮成形機において、一端が前記１対のプラテン
   の少くともいずれか一方に固定され、他端が型締時に対
   向するプラテンに当接可能に配設された少くとも１個の
   ばね部材を設けるとともに、該ばね部材の付勢力により
   成形機型締力を吸収し、金型キャビティを押える力を減
   少させるようにしたことを特徴とする射出圧縮成形機。