JP4516926B2 - トグル式型締装置によるディスク基板の射出圧縮成形方法 - Google Patents

Description

この発明は、型置盤と可動盤に取付けた金型をトグル機構により型閉及び型締して、ディスク基板を射出圧縮成形する方法に関するものである。

通常のトグル式型締装置は、図１０に示すように、型置盤１０１と圧受盤１０２とにわたり架設した四隅部のタイバー１０３と、四隅部にタイバーを挿通して型置盤１０１と圧受盤１０２との間に設けた可動盤１０４と、その可動盤１０４と圧受盤１０２とにわたり連結した型締用のトグル機構１０５とからなり、そのトグル機構１０５の上下一対のリンク１０５ａ，１０５ｂの屈伸動作により可動盤１０４を型置盤１０１に対し進退移動して、型置盤１０１と可動盤１０４に取付けた固定型１０６と可動型１０７の型閉と型締を行っている。

このトグル機構１０５では、上下一対のリンク１０５ａ，１０５ｂを伸長して型締力をかけずにおくと、該リンクが自重により下方（黒矢印）に下がる傾向にある。これにより上側のリンク１０５ａが下側にわずかに屈曲した状態となり、また下側のリンク１０５ｂは伸びきった状態となる。この特性は可動盤１０４にも影響を及ぼし、可動盤１０４はわずかではあるがリンク１０５ａによる引張力とリンク１０５ｂによる押圧力とを受けて上側が開く方向に傾斜する傾向にある。

また型置盤１０１と圧受盤１０２とにわたり架設した四隅部のタイバー１０３は、自重から下側に撓み傾向にある。そのためタイバー１０３に挿通した可動盤１０４は、タイバー１０３の撓みの最下点よりも型置盤１０１側で型締動作（成形動作）を行う位置関係にあることから、可動盤１０４はタイバー１０３の撓みの影響を受けて更に上側が開く方向に傾斜するようになる。

成形精度が要求されるディスク基板の射出圧縮成形では、金型の型締精度を維持するために可動盤１０４の下に支持装置１０８を設け、その支持装置１０８を構成するシューやローラを機台１０９に敷設したガイド１１０に接地し、可動盤１０４を支持装置１０８で支持して水平に維持するようにしている。

しかしながらディスク基板の射出圧縮成形では、固定型１０６と可動型１０７とが平行で、パーティング面の平行度の狂いがミクロン単位であっても、板厚が０．６ｍｍのＤＶＤのディスク基板では、厚さ偏肉が１０μｍ以下に要求されていることから、厚さ偏肉が許容範囲内に収まるように平行度を高精度に調整して維持する必要がある。

トグル式型締装置における平行度の調整手段としては、４本のタイバーごとに設けたタイバー張力調整機構を個別にサーボモータにより回転して、タイバー張力を調整して行うことが知られている。また移動盤の下側に設けた上下調整機構のローラの位置を偏心軸の回動により上下に調整して、移動盤と固定盤との間の型盤平行度の精度を向上させることも知られている。
特許第３５２７８７２号公報 実公平１−３９５４７号公報

タイバー張力の調整により平行度を調整する上記従来技術では、試験射出成形により成形した成形品の平行度から、金型キャビティの対面間の傾き又は対面間の誤差を知り、その誤差の量から誤差が解消されるタイバーの張力を４本のタイバーごとに算出し、その算出データに従ってタイバー張力調整機構を個別にサーボモータにより回転作動して平行度の調整を行う必要がある。またタイバー張力による調整ではタイバーの型締時に発生する張力を個別調整するようにしているので、型締力による固定盤の撓み量をも考慮して調整する必要もあり、厚み偏肉が１０μｍ以下に要求されるディスク基板の成形では、高精度のタイバー張力調整機構が要求される。

また偏心軸の回動によりローラの上下位置を調整して型盤平行度を調整する上記従来技術では、重心位置での支持によるタイバーの撓み防止と、移動盤のエンドプレート側への倒れ修正とをローラの上下位置調整により行い、これにより型盤平行度を改善するものであるから、ローラの上下のみによる移動盤の高さ調整では、ミクロン単位の型盤平行度の狂いまでをも調整することは極めて困難であり、厚み偏肉が１０μｍ以下に要求されるディスク基板の圧縮成形には採用し難い課題を有する。

またディスク基板の射出圧縮成形では、固定型と可動型が完全に閉じる前のわずかに開いているときに、金型内に形成されたキャビティに樹脂を充填し、充填中又は充填後に金型を完全に閉じてキャビティの樹脂を圧縮している。このため厚さ偏肉が許容範囲のディスク基板を成形するには、その開き位置でのパーティング面が平行であることが条件となる。したがって、トグル機構では上記特性から開き位置での平行度調整は難しい。

またディスク基板の射出圧縮成形では、固定型と可動型の両方を所定温度に加熱温調しており、固定盤と可動盤は成形稼働中に受ける金型からの伝熱により熱膨張している。この固定型と可動型の設定温度は同一ではなく、通常は固定型と可動型の温度はディスクの品質特性から異なって設定していることから、両型の温度差により両盤の熱膨張にも差が生じ、この熱膨張差が平行度の狂いの一要因ともなっている。したがって、成形時の熱膨張により可動盤の高さが変位しても、短時間で平行度調整が高精度に行い得ることも必要とされている。

この発明は、上記従来の課題を解決するために考えられたものであって、その目的は、可動盤が備える支持装置により可動盤の高さを調整することによって、厚さ偏肉が許容範囲のディスク基板の成形を可能とするトグル式型締装置による射出圧縮成形法を提供することにある。

上記目的によるこの発明は、タイバーに挿通して型置盤に対設した可動盤を、タイバーと平行に可動盤の下端面に連結した取付台と、その取付台の前後端のローラを回転自在に支持する偏心ローラ軸とを備えた支持装置により機台上に支持し、その可動盤をトグル機構により移動して型閉し、型置盤と可動盤に取付けた金型のパーティング面間がわずかに開いているときに、金型内に形成されたキャビティに樹脂を充填し、充填中又は充填後に金型を型締して樹脂をディスク基板に圧縮成形するにあたり、
上記トグル機構を伸長した状態で型締力をかけない位置に可動盤を停止して、可動盤の高さと、可動盤の高さ変位量に対応するディスク基板の厚さ偏肉又はパーティング面の平行度を検出して数値化し、その厚さ偏肉又は平行度の数値から可動盤の高さを、上記検出時と同じ位置に可動盤を停止して、上記偏心ローラ軸の回動により適正高さに調整する、というものである。

上記支持装置による可動盤の高さ調整は、上記偏心ローラ軸の回動量又は回動角度を検出して行うというものであり、また上記偏心ローラ軸をサーボモータにより回動して行うというものでもある。

また上記支持装置による可動盤の高さ調整は、可動盤の高さ及び上記偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ変位量を、非接触センサにより可動盤と機台との間の距離を検出して行うというものであり、また非接触センサにより金型のパーティング面間の距離を検出して行うというものである。

また上記支持装置による可動盤の高さ調整は、可動盤の高さ及び上記偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ変位量を、支持装置が受ける可動盤の荷重を圧力センサにより検出して行う、というものである。

上記構成では、検出時と同様にトグル機構を伸長した状態で型締力をかけない位置に可動盤を停止して、可動盤の高さ調整を行うので、高さ調整位置から型締に至るまでの可動盤の移動ストロークを短くでき、その間に可動盤の高さが変位するようなことがあっても、その高さ変位量はディスク基板の厚さ偏肉の許容範囲で済むことから、トグル式型締装置によるディスク基板の射出圧縮成形を高精度に行うことができる。

また支持装置が備えるローラの偏心ローラ軸を回動して可動盤の高さ調整を行うので、調整操作が容易となり、その調整も高さ変位量を数値化して偏心ローラ軸の回動量又は回動角度を検出して行うので、ディスク基板の厚さ肉厚の調整がミクロン単位でも高精度に行うことができ、熱膨張による可動盤の高さ変位にも対応した調整を行うことができる。また偏心ローラ軸をサーボモータにより回動して行うこともできるので、成形稼働中の可動盤の高さ調整も可能となる。

図中１は型置盤、２は可動盤で図１０に示すトグル式型締装置と同様に、四隅部に型置盤１と圧受盤（図は省略）とにわたり横架したタイバー３を挿通して、型置盤１に対し進退自在に設けられている。型置盤１と可動盤２は圧受盤と共に機台４に設置してあり、可動盤２と圧受盤との間には型締用のリンク機構（図は省略）が設けてある。また可動盤２の下端両側には機台上面と接して可動盤２を支持する前後一対のローラを備えた支持装置５が取付けてあり、この支持装置５は可動盤２の高さ調整手段を備えている。

支持装置５は、タイバー３と平行に可動盤２の下端面に連結した取付台６と、図２に示すように、取付台６の前後端の内外両側に設けた軸受部６ａ，６ｂと、その軸受部６ａ，６ｂに水平かつ回動自在に挿通した偏心ローラ軸７と、その偏心ローラ軸７に挿通して軸受部間に回転自在に設けた真円（例えば直径φ４４ｍｍ）のローラ８とからなり、ローラ８は機台上面に敷設したガイドベース４ａと接地して可動盤２を設定高さに支持している。

上記偏心ローラ軸７は、ローラ８を受ける中央軸部７１の軸心Ｃ′が両側の支軸部７２，７３の軸心Ｃとわずかに偏心（例えば０．５ｍｍ）しており、その偏心によりローラ８の中心も軸心Ｃに対し偏心して位置している。これにより偏心ローラ軸７を回動すると、図３に鎖線で示すように、機台側のガイドベース４ａに対する軸受部６ａの高さ位置が変化する。

図３（Ａ）はローラ８の軸心Ｃ′が真上に位置した状態（高さ調整上限）を示し、図３（Ｂ）は軸心Ｃ′真下に位置した状態（高さ調整下限）を示すものである。また表１はローラ支軸角度１５°から１８０°の範囲での可動盤高さ変位量を示すものである（但し、ローラ直径φ４４ｍｍ）。

偏心ローラ軸７の外側の支軸部７２の軸端には、角軸７４が軸心Ｃを同一にして延設してある。この角軸７４に偏心ローラ軸７を所定角度ごとに固定する円形のプレート９が嵌合してある。固定プレート９には支軸部７２と同心の６個の長孔９ａが等間隔で穿設してあり、その長孔９ａから軸受部６ａにねじ込んだボルト１０により偏心ローラ軸７を取付台６に固定することができるようにしてある。

また内側の支軸部７３の軸端には、軸受部６ｂに取付けたロータリエンコーダ１１の回動軸１１ａが軸内に嵌挿して連結してある。このロータリエンコーダ１１は偏心ローラ軸７の回動角度（回転量）を検出し、その検出値を可動盤２の高さ変位量としてデジタル表示する制御装置１２に接続してある。

可動盤２の高さ調整は、取付台６の側面に機台上面に向けて取付けた非接触センサ１５により機台上面との距離を検出して行う。また型置盤１に取付けたディスク基板用の固定型１３と可動盤２に取付けた可動型１４のパーティング面間の開き量Ｌは、何れか一方の金型（図では可動型１４）のパーティング面の天地（上下）と左右（両側）の４個所に埋設した非接触センサ１４ａにより検出し、その検出値をもってパーティング面の平行度を確認することができるようにしてある。この平行度は型置盤１に対する可動盤２の高さに影響を受け、また荷重によっても影響を受ける。特に天地の平行度が影響を受け易い。

なお、パーティング面の平行度の検出は非接触センサ１４ａを金型に埋設せずに、鎖線で示すように、両金型の外側にパーティング面に沿って検出部材１３′，１４′を平行に取付け、そのいずれか一方に設けて行うこともでき、また場合によっては、非接触センサ１４ａの配置を天地のみとして左右を省略してもよい。

図７（Ａ），（Ｂ）は、リンク機構を伸長して型締力をかけない型閉直前の位置（Ｌ＝０．３５ｍｍ）に可動盤２を停止して、偏心ローラ軸７を回動したときのトルクの変化と、パーティング面間の平行度の変化とをグラフに示したものである。

固定板９と共に偏心ローラ軸７をローラ８の高さ上げしろが大きくなる方向に少しずつ回動して行くと、回動量が少なくトルクが低い状態（ローラ８の高さ上げしろが低いか、またはきいていない状態）では、図１０に示す上記トグル機構の特性（黒矢印）から図７（Ａ）に示すように、パーティング面間の平行度は天側が広く、地側が狭い状態となる。

また回動量を増してローラ８の上げしろを高くして行くと、偏心ローラ軸７のトルクも高くなり、可動盤２の地側が広まって天地の差が減少するようになり、パーティング面間が平行になってゆく。さらに回動により可動盤２の高さを上げると、図７（Ｂ）に示すように天側が狭く、地側が広い状態に変化するようになる。

これは可動盤２の高さを上げて行くと、可動盤２の中心部の高さが変わるため、図１０に示すトグルリンク１０５ａ，１０５ｂの可動盤２に連結されている部分が上方（白矢印）にずれて、リンク機構の特性（黒矢印）から屈曲状態にあった上側のトグルリンク１０５ａが引張られて真っすぐに伸び、反対に伸びきった状態にあった下側のトグルリンク１０５ｂが上側に屈曲することと、型置盤１と圧受盤（図１０参照）にわたり架設したタイバー３の自重による撓みが押上げにより減少して、タイバー３と可動盤内のタイバーブッシュ（図は省略）との関連から可動盤２が可動型１４と共に垂直に変位するようになって、パーティング面間が平行になることによる相乗的な作用により、天側が狭く、地側が広くなるものと推察される。この可動盤２の高さ変位による平行度の変化に伴って射出圧縮成形されるディスク基板の厚さ肉厚も同様に変化する。

このように可動盤２の高さとディスク基板の厚さ偏肉又は平行度は相関関係にあることから、可動盤２の高さと、高さ変位量に対応する厚さ偏肉又は平行度を試作成形を繰り返し行って測定し、数値化してデジタル制御できるようにしておけば、厚さ偏肉又は平行度から可動盤２の高さ調整量が分かり、ディスク基板の精度を射出圧縮成形で許容される厚さ偏肉の範囲に維持することが可能となる。反対に可動盤２の高さから平行度を成形前に知ることもできるので、天地に偏肉が生じた場合でも、高さを調整して適正な平行度の設定と維持を行うことも可能となる。

また成形稼働中の固定型１３と可動型１４は加熱温調されており、この金型から受ける伝熱により型置盤１と可動盤２は熱膨張している。この熱膨張による固定型１３と可動型１４の上下方向への伸びは、両方が機台４に支持された状態にあることから上方へと生じ、また固定型１３の温度を可動型１４の温度よりも高く設定した場合には、そこに生ずる温度差から型置盤１の上方への伸び量は可動盤２よりも大きく、それに連れてタイバー３も上方へ変位するようになる。

このようなことから、タイバー３による可動盤２の負担が増し、支持装置５が受ける可動盤２の荷重が軽減するようになる。また可動盤２も上方へ伸びるので中心部の高さが変わるようになる。この中心部の上方変位とタイバー３による負担増によってリンク機構は図１０に示す黒矢印の状態となり、可動盤２が可動型１４と共に上側が開く方向に傾斜してパーティング面間の平行度が損なわれる。

しかし、両盤が熱膨張しても可動盤２の高さとディスク基板の厚さ偏肉及び平行度の相関関係は変わるところがないので、金型を加熱温調した状態で検出した厚さ偏肉又は平行度の数値から可動盤２の高さを支持装置５により適正高さに調整することができる。これにより成形稼働中であっても可動盤２の高さを調整して、厚さ偏肉が許容範囲のディスク基板の射出圧縮成形が可能となる。

次表はトルク（回動量）、可動盤高さ変位量、ローラ軸回動角度、偏肉（天地差）の各数値を示すものである。また図８は可動盤の高さ変位量に対応したディスク基板の偏肉をグラフに示したものである（但し、固定型温度１１９℃、可動型温度１１０℃、 Ｌ＝０．３５ｍｍ）。

上記支持装置５における可動盤２の高さ調整は、トグル機構を伸長した状態で型締力をかけない位置に可動盤２を停止し、偏心ローラ軸７を軸受部６ａに固定している固定プレート９のボルト１０を緩め、角軸７４に回動具（図は省略）を嵌合して設定方向に回動して行う。この回動により変化する偏心ローラ軸７の角度は、ロータリエンコーダ１１により順次検出され、その検出角度を制御装置１２にて高さに換算し、可動盤２の高さ変位量としてデジタル表示される。

上記偏心ローラ軸７の回動は、図４に示すように、ロータリエンコーダ１１を備えたサーボモータ１６により行うことができる。本体を軸受部６ｂに取付けて駆動軸１６ａを支軸部７３の軸内に嵌挿し、偏心ローラ軸７と連結したサーボモータ１６は、制御装置１７により回動制御される。制御装置１７には非接触センサ１５により検出された可動盤２の高さに対応する平行度又はディスク基板の厚さ偏肉が数値化されて入力してあり、検出した可動盤２の高さが厚さ偏肉の許容範囲外であると判断されたとき、制御装置１７の指令によりはサーボモータ１６が駆動して偏心ローラ軸７を回動する。

偏心ローラ軸７の回動量はロータリエンコーダ１１が検出し、その検出値からサーボモータ１６の回動量が確認され、それにより可動盤２の高さが調整される。このサーボモータ１６による高さ調整では、可動盤２の高さ変動、非接触センサ１４ａによるパーティング面間の上記開き量Ｌの変動、測定した厚さ肉厚の変動ごとに成形中にサーボモータ１６を駆動して自動的に可動盤２の高さ調整し、ディスク基板の厚さ偏肉を１０μｍ以下の許容は範囲に維持することが可能となる。

また可動盤２の高さ調整は、図５に示すように、ロードセル１８により支持装置５が受ける可動盤２の荷重を検出して行うこともできる。この場合、可動盤２は取付台６の上部に前後の下端縁を嵌装して上下動自在に設置した台座１９に載置固定し、その台座１９と間隙１９ａを置いて位置する取付台６の上部内に、ロードセル１８を台座下面に検出端子を当接して埋設する。

可動盤２の荷重を検出端子を介して受けるロードセル１８では、支持装置５による可動盤２の支持高さが低くなるとタイバー３が可動盤２を負担するようになるので、ロードセル１８における可動盤２の荷重が軽減する。また反対に支持高さが高くなるとタイバー３による可動盤２の負担が減少し、ロードセル１８における可動盤２の荷重が増すようになる。したがって、ロードセル１８が検出する荷重の変動が可動盤２の高さ変位として検出されることになる。

また可動盤２の下側両側の支持装置５が備える前後の偏心ローラ軸の回動は、リンク機構を採用して前後一対の偏心ローラ軸を片側ずつ同時に回動することができる。図６に示すように、リンク機構２０はリンクバー２１の両端に回動自在に軸着したリンクアーム２２，２２を有し、その一方のリンクアーム２２に操作端子２３を、反対側のリンクアーム２２の近傍のリンクバー面にストッパー２４をそれぞれ突設した構造からなり、各リンクアーム２２，２２の下端を角軸７４に嵌合止着して、前後一対の偏心ローラ軸に連結してある。これにより前後何れか一方の偏心ローラ軸を回動すると、他方の偏心ローラ軸も同時に回動して可動盤２の高さ調整が行われる。したがって、偏心ローラ軸を個々に回動する場合よりも調整作業の時間短縮となり、またサーボモーターによる回動ではモータ数の減少ともなる。

図９は、パーティング面間の距離Ｌを検出してディスク基板の偏肉を自動調整する場合をフローチャートで示すものである。
先ずリンク機構を伸長して型締力をかけない型閉直前の位置に可動盤を停止する。「成形開始時のパーティング面間の天側Ｘａと地側Ｘｂの距離を検出し、天地差Ｘｃ（肉厚量）を算出（Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ＝Ｘａ−Ｘｂ）する」（ＳＴ１）−「ディスク基板の成形自動運転開始する」（ＳＴ２）−「設定ショット数を確認する」（ＳＴ３）−「現在のパーティング面間の天側Ｘａ′と地側Ｘｂ′の距離を検出し、天地差（肉厚量）Ｘｃ′を算出（Ｘａ′、Ｘｂ′、Ｘｃ′＝Ｘａ′−Ｘｂ′）する」（ＳＴ４）−天地差Ｘｃ′と天地差（肉厚量）の閾値Ｙｃを比較する」（ＳＴ５）−「天地差Ｘｃ′に相当する天地差の場合の可動盤高さ変位量を求め、ローラ軸回転角度を求める」（ＳＴ６）−「サーボモータを駆動してロータリーエンコーダからパルスを検出する」（ＳＴ７）−「求めた回転角度に達したか否かの確認する」（ＳＴ８）。回転角度に達しないときにはＳＴ７に戻し、達した時には肉厚調整終了とする。

この発明に係わるディスク基板の射出圧縮成形方法を実施し得るトグル式型締装置の要部側面図である。 支持装置のローラ部位の縦断正面図である。 偏心ローラ軸の回動による高さ調整下限（Ａ）と高さ調整上限（Ｂ）を示す説明図である。 サーボモータを備えた支持装置のローラ部位の縦断正面図である。 高さ検出用のロードセルを備えた支持装置と可動盤下部の一部縦断側面図である。 リンク機構を備えた支持装置のローラ部位の側面図である。 偏心ローラ軸を回動したときのトルク変化に伴うパーティング面間の天地開き量の変化をグラフで示す説明図である。 可動盤高さ変位と偏肉の関連をグラフで示す説明図である。 自動偏肉調整のフローチャートである。 トグル式型締装置の側面図である。

符号の説明

１ 型置盤
２ 可動盤
３ タイバー
４ 機台
５ 可動盤の支持装置
６ 支持装置の取付台
７ 偏心ローラ軸
８ ローラ
９ 固定プレート
１１ ロータリエンコーダ
１２ 制御装置
１３ 固定型
１４ 可動型
１４ａ，１５ 非接触センサ
１６ サーボモータ
１７ 制御装置
２０ リンク機構
７１ 偏心ローラ軸の中央軸部
７２ 偏心ローラ軸の外側の支軸部
７３ 偏心ローラ軸の内側の支軸部
７４ 偏心ローラ軸の角軸

Claims (6)

1. タイバーに挿通して型置盤に対設した可動盤を、タイバーと平行に可動盤の下端面に連結した取付台と、その取付台の前後端のローラを回転自在に支持する偏心ローラ軸とを備えた支持装置により機台上に支持し、その可動盤をトグル機構により移動して型閉し、型置盤と可動盤に取付けた金型のパーティング面間がわずかに開いているときに、金型内に形成されたキャビティに樹脂を充填し、充填中又は充填後に金型を型締して樹脂をディスク基板に圧縮成形するにあたり、
   上記トグル機構を伸長した状態で型締力をかけない位置に可動盤を停止して、可動盤の高さと、可動盤の高さ変位量に対応するディスク基板の厚さ偏肉又はパーティング面の平行度を検出して数値化し、その厚さ偏肉又は平行度の数値から可動盤の高さを、上記検出時と同じ位置に可動盤を停止して、上記偏心ローラ軸の回動により適正高さに調整することを特徴とするトグル式型締装置によるディスク基板の射出圧縮成形方法。
2. 上記支持装置の偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ調整は、上記偏心ローラ軸の回動量又は回動角度を検出して行うことを特徴とする請求項１記載のトグル式型締装置によるディスク基板の射出圧縮成形方法。
3. 上記支持装置の偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ調整は、上記偏心ローラ軸をサーボモータにより回動して行うことを特徴とする請求項１記載のトグル式型締装置によるディスク基板の射出圧縮成形方法。
4. 上記支持装置の偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ調整は、可動盤の高さ及び上記偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ変位量を、非接触センサにより可動盤と機台との間の距離を検出して行うことを特徴とする請求項１記載のトグル式型締装置によるディスク基板の射出圧縮成形方法。
5. 上記支持装置の偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ調整は、可動盤の高さ及び上記偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ変位量を、非接触センサにより金型のパーティング面間の距離を検出して行うことを特徴とする請求項１記載のトグル式型締装置によるディスク基板の射出圧縮成形方法。
6. 上記支持装置の偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ調整は、可動盤の高さ及び上記偏心ローラ軸の回動による可動盤の高さ変位量を、支持装置が受ける可動盤の荷重を圧力センサにより検出して行うことを特徴とする請求項１記載のトグル式型締装置によるディスク基板の射出圧縮成形方法。

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