JPH0269216A - 射出圧縮成形用金型 - 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金型構造に係り、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用金
型に関する。

（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１３
０−１３７６２５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６０−１３７６
２６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６０−１７
１１１８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、圧縮加圧成形化を規制するようにした提案か公知で
ある。さらに特開昭６２−１０９６１８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６２−１３７７４７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ＧＩＪ−１３７６２５、１
３７１３２８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６０−１７１１１．８号公報および特開昭
６２−１０９８１８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だ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
ＰＬ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
厚さの均一性か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用金型を提供するこ
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、溶融された熱可塑
性樹脂材を射出して成形するための固定側金型と可動側
金型とからなる射出成形用金型において、一端が前記１
対の金型の少くともいずれか一方の金型に固定され、他
端が型締時に対向する金型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、金型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、常に成形機型締力と釣り
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が設けられている。また固定プラ
テン１の一方の而には固定側金型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
材料の通るスプルー孔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に対向する而には、
可動側金型７が取り付けられており、前記固定側金型３
の午ヤビティ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。前記固定側金型３の基部外周の４
隅にはばね８の一端が固定されており、この固定側金型
３の面に対して直角に、かつ前記可動側金型７の基部の
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
可動側金型７の基部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、と
すると、 Ｋ５−Ｆ’Ｔ／／ｓ　　　　　　−−−−・−（１１Ｆ
Ｔ−ＤＸＰ　　　　　　　・・・・・・（２）Ｓ−ｔｘ
α　　　　　　・・・・・・（３）ここでＦＴ：型締力
（Ｋｇｆ） Ｓ：圧縮ストローク（ｃｍ　） Ｄ：成形品投影面積（ｃｒＡ　） Ｐ：樹脂圧力（１５０Ｋ９ｆ’　／ｃｉ〜８００　Ｋｇ
ｆ　／ｃｉ） 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の開放端を可動側金型７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式（４）に示すようになる。

ＦＴＯ−ＦＳＯ＋ＦＭＯ−ＫＳ　Ｘ　　Ｘ２　＋ＫＭ　
Ｘ　　Ｘｔ　−（４）ここでＦ　ｔｏ　：型締完了時の
型締力Ｉ「）Ｆｓｏ＝Ｋｓ　Ｘ　Ｘ２ ：型締完了時のばねが受けた力ＣＫ９ｒ）Ｆｕｏ＝Ｋｕ
　Ｘ　ｘｌ ：型締完了の時の金型が受けた力 に、Ａ：金型のばね定数（１ｇｒ／ｃｍ）ｘｌ：型締完
了時のばねの変形ｉ！ｋ（ｃＩｎ）ｘｌ：型締完了時の
金型の変形ｍ（ＣＩｌｉ）但しＸ２　＞＞　Ｘｉ 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ＦＮ＋ｏ＞０．　　ＸＩ　＞ｏ。また、ＫＭ：＞Ｋ
３　）Ｋｒ　　（Ｋｔ　：型締系のばね定数）であり、
Ｘｚ）Ｘ１’ＴＯである。型締完了時で金型が圧着して
いない状聾の場合は ＦＭＯ−０，ＸＩ　−０となる。

（Ｂ）樹脂充填中の力の釣り合い 次に型締完了後、樹脂がスプルー孔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ＦＰ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（５１，（６１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　　Ｃｃｍ）で現わすことにする。

（Ｂ−１）樹脂充填からＰＬ面が開くまで（’Ｑ＜Ｘ　
＜　ＸＩ　） ＦＴ　（Ｘ）　−Ｆｓ　（Ｘ）　＋ＦＭ　（Ｘ）　＋）
”、、　　　　・＝（！５）ここでＦＴ（Ｘ）：型締力
（Ｋｇｌ） Ｆｓ（Ｘ）：ばねが受ける力１「） ＦＭ（Ｘ）　　二金型が受ける力（Ｋｇｆ）ＫＴ　：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ＦＴ（Ｘ）はほぼ一定であり、トグル式成形機にお
いてはＫＴ＜Ｋ５（ＫＭてあり、ｓ＞ｘ＠Ｏの範囲では
に、ＸＸ　”１０と仮定できるので、ＦＴ（Ｘ）＋一定
と似定すれば、Ｆ工（ｘ）＝ＦＴｏとなる。

従って式（５）は式（６）によって下記の式（５′）と
なる。

ＦＴ　（Ｘ）−Ｆｓｏ＋Ｆｕｏ　　ＣＫｓ　十Ｋ１．ｌ
）　ＸＸ　十ＦＰ＝ＦＴｏ　　（ＫＳ　＋ＫＭ　）　Ｘ
Ｘ　＋Ｆｐ・・・（５′） そして式（５′）とＦｔ（Ｘ）−Ｆｔ。とから下記の式
（７）を得る。

Ｆ　ｐ　−（ＫＳ　十ＫＭ　）　ｘｘ　　　　−（７）
この式（７）は０＜ｘ＜ｘｌの範囲ては、樹脂の圧力上
昇に対して金型３，７の型開ｍＸ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　＜　　Ｘ２　） この間では金型３，７が受ける力ＦＭ（Ｘ）及びＩ＜Ｔ
ＸＸ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。

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

ＦＳＯ＋ＦＭＯ−ＦＳＱ　　ＫＳ　ＸＸ　＋ＦＰよって
　　ＦＭｏ＝　Ｆ　ｐ　　Ｋｓ　ＸＸ　　　　”’（８
’　）Ｆ、　　−Ｆ　、Ａｏ＋Ｋ　ｓ　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Ｋ
ｓ＜＜（ＫＳ＋Ｋｌ、ｌ）となり、樹脂の圧力Ｆ、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Ｆ、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。

また型線完了時に金型ＰＬ面が接触しない場合はＸｌ−
０であるので、このときのＦお、。はぜ口となるので式
（１０）は下記の式（１０’　”）となる。

Ｆ　ｐ　＝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ＫＳ
に従って型開する。

（Ｂ−３）ばねが可動側金型から離れた後（Ｘ２＜Ｘ）
この場合は型締力ＦＴ（Ｘ）と樹脂射出圧力Ｆ。

とは釣り合い、次式（１１）に示すようになる。

ＦＴ　（Ｘ）　＝Ｆｐ　　　　−（１１）ここで式（６
）に示すようにＦＴ　（Ｘ）　−ＦＴＯ＋ＫＴ×ｘであ
るので、式（ｔｉ）は下記の式（１２）に示すようにな
る。

Ｆ＋−−ＦＴＯ＋ＫＴ　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ＫＴ→０てあり、トグル式の成形機でもＫＴは小さ
いため、樹脂圧力ＦＰが高くなると金型３．７の型開ｍ
ｘは増大する。このとき樹脂圧力Ｆ、に対して型締力ｐ
’ｒ（ｘ）が小さいと成形品にはパリが発生しやすいか
、本実施例では金型３，７の型開Ｑｘがここまで開かな
いように型締力Ｆｔ（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か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カＦ、は、型
開ＱｘがＸ＞　Ｘ２　→Ｘ２　＞　Ｘ＞　ＸＩ　→Ｘｌ
　＞　ｘ＞０と変化してゆくと、前記式（１２）→（１
０）−（７）を満足する力として現わされる。

この型開ＲＸの変化によるキャビテイ面が受ける樹脂射
出圧力ＦＰ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Ｘｌ　＜　Ｘ＜　
Ｘ２の範囲で、圧縮力による効果があられれる。さらに
、ばね８により固定側金型３及び可動側金型７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
側金型３に取り付ける。このばね８の合成されたばね定
数ＫＳ、成形品投影面積Ｄ、樹脂圧力Ｐ１成品厚さｔ１
厚み定数αをそれぞれ下記の通りとする。

Ｋ　ｓ　””　３８５００００　Ｋ’Ｊｆ　／　Ｃｍ、
　　Ｄ−１３２Ｃ！ｊ。

Ｐ　−３５０Ｋ９ｒ　／ｃａｒ、　　ｔ　−０，１２ｃ
ｍ、　　ａ　−０，１従って型締力ＦＴ及び圧縮ストロ
ークＳは下記の通りとなる。

Ｆ　ｔ　＝　Ｄ　ｘ　Ｐ　−４８２００８ＦＩｆ’Ｓ　
−ｔ　ｘ　ａ　＝０．０１２　ｃｍここで型締力を４８
．２ｔｏｎに設定し、型締完了時にばね８か０．１２／
１１１１１縮み、このときＰＬ面の間隙が０．０１ｍに
なるように調整した。

この金型では型締完了０．１２Ｉｎ１ｎ手前でばね８が
可動側金型７に当接し、この位置から型締力ＦＴをばね
８が受けながら０．１ｈｍ縮み、型締力ＦＴＯ−４６，
２ｔｏｎを全てばね８が受けた状態で型締を終了する。

Ｆ　ｔｏ”　Ｆ　ｓｏ−４６，２ｔｏｎ従ってこのとき
のキャビティを押える力はＦＴＯＦＳＯ−０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Ｆ、により可動側金型７が押し返されると、金
型３，７のＰＬ面は隙間が拡がり、射出終了時には射出
圧力ＦＰにより可動側金型７は０．１２ｍ押し返されて
いた。このとき、ばね８は伸び切り、力（Ｆｓ　（ｘ）
　＝０）を分担していないためキャビティを押している
力（ＦＴ　（Ｘ）　−Ｆｓ（Ｘ））は型締力４Ｂ、２ｔ
ｏｎ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、可動側金型７と固定側金型３との間隙は０．
１＃縮んだ。この冷却終了時の圧縮力は７　、７　ｔｏ
ｎであった。

上記の実施例によって得られた先ディスク基板の複屈折
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
施例の金型て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
下で厚み差か少なく、より高精度の基板を得ることかで
きる。第５図は圧縮を行なわないときの基板の各部を複
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、金型３．７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て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、金型面間をばね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、対向する固定側金型３と可動側金型７とが
平行度を保てる位置であれば金型のどの部分でもよく、
さらにばね８は固定側金型３、可動側金型７のいずれか
一方、または両方に取り付けてもよい。

（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対の固定側金型
と可動側金型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かできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る射出圧縮成形用金型の一実施例を
装着した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。 ３・・・固定側金型　　　　　７・・・可動側金型８・
・・ばね 第 図 コ 第 図 １峠【ｈ・勅型関峯 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶融された熱可塑性樹脂材を金型に射出して成形するた
   めの固定側金型と可動側金型とからなる射出成形用金型
   において、一端が前記１対の金型の少なくともいずれか
   一方の金型に固定され、他端が型締時に対向する金型に
   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用金型。