JPH0733034B2 - 射出圧縮成形用金型 - Google Patents

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はたレンズなど
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60−137625
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60−137626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60−171118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61−241115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
加圧成形代を規制するようにした提案が公知である。さ
らに特開昭62−109618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60−137625,137626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60−171118号公報および特開昭62−109618
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が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のキャビティ面の外周に形成された段付
凸部7aとが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K_Sとす
ると、 K_S＝F_T/_S ……（１） F_T＝Ｄ×Ｐ ……（２） Ｓ＝ｔ×α ……（３） ここでF_T：型締力（Kgf） Ｓ：圧縮ストローク（cm） Ｄ：成形品投影面積（cm²） Ｐ：樹脂圧力（150Kgf/cm²〜600Kgf/cm²） 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。

F_TO＝F_SO＋F_MO＝K_S×x₂＋K_M×x₁ …（４） ここでF_TO：型締完了時の型締力（Kgf） F_SO＝K_S×x₂ ：型締完了時のばねが受けた力（Kgf） F_MO＝K_M×x₁ ：型締完了の時の金型が受けた力（Kgf） K_M：金型のばね定数（Kgf/cm） x₂：型締完了時のばねの変形量（cm） x₁：型締完了時の金型の変形量（cm） 但しx₂≫x₁ 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F_MO＞0,x₁＞０。また、K_M≫K_S≫K_T（K_T：型締系のば
ね定数）であり、x₂ ≫x₁≒０である。型締完了時で金
型が圧着していない状態の場合は F_MO＝0,x₁＝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_P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_P
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（cm）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＜x₁） F_T（ｘ）＝F_S（ｘ）＋F_M（ｘ）＋F_P …（５） ここでF_T（ｘ）：型締力（Kgf） F_S（ｘ）：ばねが受ける力（Kgf） F_M（ｘ）：金型が受ける力（Kgf） K_T：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_T（ｘ）はほぼ一定であり、トグル式成形機において
はK_T≫K_S≫K_Mであり、_s＞ｘ≒０の範囲ではK_T×ｘ≒０
と仮定できるので、F_T（ｘ）≒一定と假定すれば、F
_T(x)=F_TOとなる。従って式（５）は式（６）によって下
記の式（５′）となる。

F_T（ｘ）＝F_SO＋F_MO−（K_S＋K_M）×ｘ＋F_P＝F_TO−（K_S
＋K_M）×ｘ＋F_P …（５′） そして式（５′）とＦ_γ（ｘ）＝Ｆ_γＯとから下記の式
（７）を得る。

F_P＝（K_S＋K_M）×ｘ …（７） この式（７）は０＜ｘ＜x₁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＝x₁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 （x₁＜ｘ＜x₂） この間では金型3,7が受ける力F_M（ｘ）及びK_T×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。

F_T（ｘ）＝F_S（ｘ）＋F_P …（８） 式（９）により式（８）は下記の式（８′）となる。

F_SO＋F_MO＝F_SO−K_S×ｘ＋F_P よって F_MO＝F_P−K_S×ｘ …（８′） F_P＝F_MO＋K_S×ｘ …（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≫（K_S＋K_M）となり、樹脂の
圧力F_P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_P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F_MO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x₁＝０で
あるので、このときのF_MOはゼロとなるので式（10）は
下記の式（10′）となる。

F_P＝K_S×ｘ …（10′） すなわち樹脂の射出と同時に金型3,7は、ばね定数K_S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F_T（ｘ）と樹脂射出圧力F_Pとは釣り合
い、次式（11）に示すようになる。

F_T（ｘ）＝F_P …（11） ここで式（６）に示すようにF_T（ｘ）＝F_TO＋K_T×ｘで
あるので、式（11）は下記の式（12）に示すようにな
る。

F_P＝F_TO＋K_T×ｘ …（12） この式（12）は、ばねが離れると、樹脂射出圧力F_P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Ｋ_γは、直圧式の成形機
ではK_T≒０であり、トグル式の成形機でもK_Tは小さいた
め、樹脂圧力F_Pが高くなると金型3,7の型開量ｘは増大
する。このとき樹脂圧力F_Pに対して型締力F_T（ｘ）が小
さいと成形品にはバ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_T
（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_Pは、型開
量ｘがｘ＞x₂→x₂＞ｘ＞x₁→x₁＞ｘ＞０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。

この型開量ｘの変化によるキャビティ面が受ける樹脂射
出圧力F_P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のキャビティ面が開いてから
ばね８が離れるまでの型開量ｘがx₁＜ｘ＜x₂の範囲で、
圧縮力による効果があらわれる。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光ディ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
K_S、成形品投影面積Ｄ、樹脂圧力Ｐ、成品厚さｔ、厚み
定数αをそれぞれ下記の通りとする。

K_S＝3850000Kgf/cm,D＝132cm²， Ｐ＝350Kgf/cm²,t＝0.12cm,α＝0.1 従って型締力F_T及び圧縮ストロークＳは下記の通りとな
る。

F_T＝Ｄ×Ｐ＝46200Kgf Ｓ＝ｔ×α＝0.012cm ここで型締力を46.2tonに設定し、型締完了時にばね８
が0.12mm縮み、このときPL面の間隙が0.01mmになるよう
に調整した。

この金型では型締完了0.12mm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F_Tをばね８が受けなが
ら0.12mm縮み、型締力F_TO＝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F_TO−F_SO＝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_P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F_P
により可動側金型７は0.12mm押し返されていた。このと
き、ばね８は伸び切り、力（F_S（ｘ）＝０）を分担して
いないためキャビティを押している力（F_T（ｘ）−F
_S（ｘ））は型締力46.2ton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、可動側金型７と固定側金型３との間隙は0.1m
m縮んだ。この冷却終了時の圧縮力は7.7tonであった。

上記の実施例によって得られた光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
ィ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。

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、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ができる。

【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図は同
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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。