CN105939831B - 注射压缩成型装置以及注射压缩成型方法 - Google Patents

注射压缩成型装置以及注射压缩成型方法 Download PDF

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Abstract

提供能够成型出在表面具有亚波长结构的光学元件的注射成型装置。注射成型装置具有：第1安装板(101)、弹性部件(105)、至少经由所述弹性部件安装于所述第1安装板的第1模具部件(109)、第2安装板(125)、直接或者经由其它部件安装于所述第2安装板的第2模具部件(113)，该注射成型装置构成为能够变更所述第1与第2安装板之间的距离，所述第1模具部件借助被注入到由所述第1与第2模具部件形成的型腔内的树脂的压力来克服所述弹性部件的对抗力而向所述第1安装板的方向移动，所述第1模具部件构成为当所述第1安装板向所述第2安装板的方向移动时与所述第1安装板成一体地移动，所述第1与第2模具部件中的至少一方包含亚波长结构用的模具面。

Description

注射压缩成型装置以及注射压缩成型方法
技术领域
本发明涉及在注射压缩成型中使用的注射压缩成型装置以及注射压缩成型方法。
背景技术
在注射成型装置中，通过将熔融的树脂填充到模具装置的型腔内并使其冷却、固化从而成型出成型品。模具装置由形成型腔的多个模具部件构成，采用了能够通过合模装置来使该多个模具部件彼此接触、或者通过调整距离来进行闭模、合模以及开模的构成。这里，闭模是指从空出模具部件之间的距离的状态到模具部件的分模面彼此接触为止的状态。并且，合模是指使模具部件的分模面彼此接触并对模具部件施加有紧固力的状态。
为了提高成型品的品质，开发了在使型腔稍微扩大的状态下填充树脂并在之后对填充到型腔中的树脂进行压缩的注射成型压缩法。在作为注射成型压缩法之一的Rolinx法(间歇注射压缩成型方法)中，在向型腔内注射熔融树脂之前，预先使型腔的容积扩大得比成型品的容积大，并在注射熔融树脂而使熔融树脂填充到型腔中后，使型腔的容积减少而对型腔内的熔融树脂进行加压并压缩。在这种情况下，在该情况下，为了防止树脂从分模面的间隙漏出而产生飞边，采用了通过液压缸或弹簧使分模面彼此按压的构成。在被要求较高的精度的透镜等光学元件的成型中使用上述的Rolinx法(专利文献1)。
另一方面，为了达到防止反射的目的，开发了如下的方法：在透镜的表面上代替以往的多层膜而形成具有可见光的波长以下的周期的微细格子(专利文献2)。将这样的具有可见光的波长以下的周期的微细格子称为亚波长结构(SWS)。
但是，在利用Rolinx法成型出在表面具有SWS的透镜的情况下，预先使型腔的容积扩大得比成型品的容积大，在注射熔融树脂而将熔融树脂填充至型腔中后，使型腔的容积减少而对型腔内的熔融树脂进行加压并压缩，此时存在无法高精度地进行模具表面的SWS对应部分朝向熔融树脂的转印这样的问题。因此，为了进行模具表面的SWS对应部分朝向树脂的转印，例如需要在注射成型装置上设置追加的加热装置等，成型装置以及成型工艺难免变得复杂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-279784号公报
专利文献2：日本特开2001-272505号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，针对能够成型出在表面具有SWS的光学元件的、在注射压缩成型中使用的简单的注射成型装置以及简单的注射成型方法存在需求。
用于解决课题的手段
本发明的第1方式的注射成型装置具有：第1安装板；弹性部件；至少经由所述弹性部件安装于所述第1安装板上的第1模具部件；第2安装板；以及直接或者经由其它部件安装于所述第2安装板上的第2模具部件，所述注射成型装置构成为能够变更所述第1安装板与所述第2安装板之间的距离，其中，所述第1模具部件借助被注入到型腔内的树脂的压力而克服所述弹性部件的对抗力向所述第1安装板的方向移动，其中，所述型腔由所述第1模具部件和所述第2模具部件形成，所述第1模具部件构成为当所述第1安装板向所述第2安装板的方向移动时与所述第1安装板成一体地移动，所述第1模具部件和所述第2模具部件中的至少一方包含亚波长结构用的模具面。
根据本方式的注射成型装置，在对型腔填充熔融树脂的期间，与所述弹性部件的对抗力以上的力相对应的压力被施加到熔融树脂上。因此，若适当规定所述弹性部件的对抗力，则能够在对型腔填充熔融树脂的期间将所述第1模具部件和所述第2模具部件中的至少一方的亚波长结构用的模具形状转印到熔融树脂上。因此，能够在成长出熔融树脂的表皮层之前高精度地进行微细结构向熔融树脂的转印。
根据本发明的第1方式的第1实施方式，所述弹性部件安装于所述第1安装板或者所述其它部件的面对所述第1模具部件的面的凹部中，所述注射成型装置构成为：在注射后当所述第1安装板向所述第2安装板的方向移动时，所述第1模具部件与所述面的所述凹部的周围接触，从而与所述第1安装板成一体地移动。
根据本实施方式，利用上述简单的结构，所述第1模具部件借助被注入到型腔内的树脂的压力克服所述弹性部件的对抗力而向所述第1安装板的方向移动，当所述第1安装板向所述第2安装板的方向移动时，所述第1模具部件能够与所述第1安装板成一体地移动。
根据本发明的第1方式的第2实施方式，所述弹性部件是弹簧。
根据本实施方式，通过选择规定的弹性系数的弹簧，能够容易地实现期望的对抗力。
本发明的第2方式的注射成型方法使用注射成型装置，所述注射成型装置具有：第1安装板；弹性部件；至少经由所述弹性部件安装于所述第1安装板上的第1模具部件；第2安装板；以及直接或者经由其它部件安装于所述第2安装板上的第2模具部件，所述注射成型装置构成为能够变更所述第1安装板与所述第2安装板之间的距离，其中，所述注射成型方法包括如下步骤：在进行注射的过程中，借助注入到型腔内的熔融树脂的压力使所述弹性部件收缩，由此使所述型腔的容积增加，同时将所述第1模具部件的与亚波长结构对应的微细结构部分的形状向熔融树脂转印，其中，所述型腔由所述第1模具部件和所述第2模具部件形成；和在注射后，使所述第1安装板与所述第1模具部件一起向所述第2安装板的方向移动，使所述型腔的容积减少而压缩所述型腔内的树脂。
根据本方式的注射成型方法，在进行注射的过程中，借助注入到由所述第1模具部件和所述第2模具部件形成的型腔内的熔融树脂的压力使所述弹性部件收缩，由此，一边使所述型腔的容积增加，一边将所述第1模具部件的与亚波长结构对应的微细结构部分的形状向熔融树脂转印。因此，能够在成长出熔融树脂的表皮层之前高精度地进行微细结构向熔融树脂的转印。
附图说明
图1是示出在注射压缩成型中使用的本发明的一个实施方式的注射成型装置的结构的图。
图2是用于说明通过本发明的一个实施方式的注射成型装置进行的注射压缩成型方法的流程图。
图3是示出本发明的一个实施方式的注射成型装置的使型腔的容积充分地增加后的状态的图。
图4是示出使本发明的一个实施方式的注射成型装置的使液压缸收缩从而使型腔的容积变小的状态的图。
图5是示出在表面具有SWS的透镜的结构的一例的图。
图6是示出在注射压缩成型中使用的以往的注射成型装置的结构的图。
图7是用于说明通过以往的注射成型装置进行的注射压缩成型方法的流程图。
图8是示出以往的注射成型装置的在步骤S2050结束后的状态的图。
具体实施方式
图6是示出在注射压缩成型中使用的以往的注射成型装置100A的结构的图。注射成型装置100A包括第1安装板101、第1承托板103A、液压缸107、第1镜面模块(第1模具部件)109A、第1模具板111、第2镜面模块(第2模具部件)113、第2模具板115、第2承托板117、脱模板119及121、垫块123以及第2安装板125。在第1镜面模块109A和第2镜面模块113之间形成有供树脂注入的型腔301。在图6和图8中，用斜线表示型腔301。第1安装板101、第1承托板103A、液压缸107以及第1镜面模块109A相互连结而固定。图6示出液压缸107伸长后的状态。通过使液压缸107伸长，第1承托板103A与第1模具板111之间的距离变大，型腔301的容积增大。
图7是用于说明通过以往的注射成型装置100A进行的注射压缩成型方法的流程图。
在图7的步骤S2010中，开始合模。具体地说，在使第1模具板111和第2模具板115在分模线(PL)处相接触的状态下进行以下的动作。
在图7的步骤S2020中，使液压缸107伸长，使第1安装板101、第1承托板103A以及第1镜面模块109A移动以增加型腔301的容积。图6是示出以往的注射成型装置100A的在步骤S2020结束后的状态的图。
在该状态下，作为一例，第1镜面模块109A的与型腔301接触的凹面的顶点和第2镜面模块113的与型腔301接触的面之间的距离即型腔301的高度是23.6毫米。
在图7的步骤S2030中，开始注射并将熔融树脂注入到型腔301中。
在图7的步骤S2040中，根据型腔301内的熔融树脂的压力来判断熔融树脂是否填充到型腔301中。当树脂填充到型腔301中之后进入接下来的步骤S2050中。
在图7的步骤S2050中，使液压缸107收缩，从而使第1安装板101、第1承托板103A以及第1镜面模块109A移动以使型腔301的容积减少。通过这个动作，型腔301内的熔融树脂被加压且被压缩。
图8是示出以往的注射成型装置100A的在步骤S2050结束后的状态的图。第1承托板103A与第1模具板111相互接触，型腔301的容积与图6所示的容积相比而减少。
在该状态下，作为一例，第1镜面模块109A的与型腔301接触的凹面的顶点与第2镜面模块113的与型腔301接触的面之间的距离即型腔301的高度是23毫米。
即，在图7的步骤S2050中，进行液压缸107的收缩而使得型腔301的高度从23.6毫米变成23毫米，结果为，填充到型腔301中的熔融树脂被压缩。
在图7的步骤S2060中，冷却型腔301内的树脂。
在图7的步骤S2070中，进行开模。具体地说，使用未图示的脱模装置向上推动安装有脱模销122的脱模板119和121而取出成型品。
图5是示出在表面具有SWS的透镜的结构的一例的图。2根虚线的内侧是透镜201的有效范围。在透镜201的有效范围内，在面A和B上形成有SWS。为了形成这些SWS，第1镜面模块109A和第2镜面模块113具有与这些SWS对应的微细结构部分。通过将该微细结构部分的形状转印到熔融树脂上，由此形成透镜201的SWS。
但是，要想将微细结构部分的形状转印到熔融树脂上，需要熔融树脂克服其表面张力而进入到微细结构部分中，因此，熔融树脂的压力需要比规定值高。在上述的步骤S2030到步骤S2040中，在熔融树脂填充到型腔301期间，向第1镜面模块109A和第2镜面模块113的表面施加的熔融树脂的压力没有达到将该表面的与SWS对应的微细结构部分的形状转印到熔融树脂上的上述规定值。因此，在向型腔301填充熔融树脂的期间，第1镜面模块109A和第2镜面模块113的与SWS对应的微细结构部分的形状没有转印到熔融树脂上。在步骤S2050中，当填充到了型腔301中的熔融树脂被压缩时，对第1镜面模块109A和第2镜面模块113的表面施加的熔融树脂的压力达到了将该表面的与SWS对应的微细结构部分的形状转印到熔融树脂上的上述规定值。但是，在该阶段，会在熔融树脂的表面上成长出表皮层。其结果为，由于树脂的粘度变高，变形开始压力上升，即使熔融树脂的压力达到上述规定值，也不能高精度地进行微细结构向熔融树脂的转印。
这样，难以将第1镜面模块109A和第2镜面模块113的SWS对应部分转印到树脂上来形成透镜201的面A的SWS。因此，通过图7所示的以往的注射压缩方法，难以成型出该在面上具有SWS的透镜201。
图1是示出在注射压缩成型中使用的本发明的一个实施方式的注射成型装置100的结构的图。注射成型装置100包括第1安装板101、第1承托板103、弹性部件105、液压缸107、第1镜面模块(第1模具部件)109、第1模具板111、第2镜面模块(第2模具部件)113、第2模具板115、第2承托板117、脱模板119和121、垫块123以及第2安装板125。弹性部件105安装于第1承托板103和第1镜面模块109之间。在此，弹性部件是弹簧、橡胶、缓冲件等如下这样的部件：若从其它地方受力，则一边产生抵抗力一边进行收缩，若将力去除，则从收缩的状态复原。在本实施方式中，弹性部件105是弹簧。通过弹性部件105伸缩，第1承托板103与第1镜面模块109间的距离能够变化。在第1镜面模块109和第2镜面模块113之间形成有供树脂注入的型腔301。在图1、图3以及图4中，用斜线表示型腔301。第1安装板101、第1承托板103以及液压缸107相互连结而被固定。
在本实施方式中，同时成型出直径为60毫米的4个透镜。另外，具有直径为50毫米的6个液压缸。向各液压缸提供150kg·f/cm2的压力。
在此，将设置有脱模板119和121的一侧称为可动侧，将未设置脱模板119和121的一侧称为固定侧。在本实施方式中，被形容为“第1”的部件与固定侧的部件对应，被形容为“第2”的部件与可动侧的部件对应。在本实施方式中，与镜面模块结合的弹性部件105被安装于固定侧的部件(第1承托板103)上。在其它的实施方式中，与镜面模块结合的弹性部件105也可以安装于可动侧的部件。
图2是用于说明通过本发明的一个实施方式的注射成型装置100进行的注射压缩成型方法的流程图。
在图2的步骤S1010中，开始合模。具体地说，在使第1模具板111和第2模具板115在分模线(PL)处相接触的状态下进行以下的动作。
在图2的步骤S1020中，使液压缸107伸长，使第1安装板101和第1承托板103进行移动以使第1承托板103与第1模具板111之间的距离成为规定的大小。
在图2的步骤S1030中，确认到第1镜面模块109借助弹性部件(弹簧)105进行移动而使型腔301的容积减少。图1是示出本发明的一个实施方式的注射成型装置100的在步骤S1030结束后的状态的图。
在该状态下，作为一例，第1镜面模块109的与型腔301接触的凹面的顶点与第2镜面模块113的与型腔301接触的面之间的距离即型腔301的高度是23毫米。
在图2的步骤S1040中，开始注射并将熔融树脂注入到型腔301中。当向型腔301注入规定量的熔融树脂时，第1镜面模块109的与型腔301接触的面受到型腔301的熔融树脂的压力。其结果为，弹性部件(弹簧)105收缩，第1镜面模块109向第1承托板103的方向后退。在此，熔融树脂的注入压力是0.9兆帕斯卡(MPa)。
弹性部件的反抗力例如弹性系数以如下方式确定：在熔融树脂的注入过程中、即在第1镜面模块109的后退过程中，施加到第1镜面模块109和第2镜面模块113的表面上的熔融树脂的压力超过可将该表面的与SWS对应的微细结构部分的形状转印到熔融树脂上的规定值。具体地说，在本实施方式中，弹性部件105由弹性系数为16.1kg·f/mm的2根弹簧构成。
通过如上述那样适当地规定弹性系数，在熔融树脂被填充到型腔301期间(从步骤S1040到步骤S1050的期间)内，第1镜面模块109和第2镜面模块113的微细结构部分的形状被转印到熔融树脂上。
在图2的步骤S1050中，判断型腔301的容积是否已经由于型腔301的熔融树脂的压力而充分地增加。
图3是示出本发明的一个实施方式的注射成型装置100的在型腔301的容积充分地增加后的状态的图。安装于第1承托板103与第1镜面模块109之间的弹簧105收缩，第1承托板103与第1镜面模块109各自的对置的面相接触。在此，弹簧105安装于第1承托板103的与第1模具板111对置的面的凹部中，并且该弹簧105构成为，在弹簧收缩的状态下，第1承托板103的与第1模具板111对置的面的凹部的周围与第1模具板111的面接触。
在该状态下，作为一例，第1镜面模块109的与型腔301接触的凹面的顶点与第2镜面模块113的与型腔301接触的面之间的距离即型腔301的高度是23.6毫米。
在图2的步骤S1060中，使液压缸107收缩，从而使第1承托板103进行移动以使该第1承托板103与第1模具板111之间的距离变小。此时，安装于第1承托板103与第1镜面模块109之间的弹簧105收缩，且第1承托板103与第1镜面模块109各自的对置的面相接触，因此第1镜面模块109也与第1承托板103一起向第1模具板111的方向移动。其结果为，型腔301的容积变小，型腔内的树脂被压缩。最终，使液压缸107收缩直到第1承托板103与第1模具板111各自的对抗的面相接触为止。
图4是示出本发明的一个实施方式的注射成型装置100的在使液压缸107收缩而使型腔301的容积变小后的状态的图。第1承托板103与第1模具板111各自的对置的面相接触。
在该状态下，作为一例，第1镜面模块109的与型腔301接触的凹面的顶点与第2镜面模块113的与型腔301接触的面之间的距离即型腔301的高度是23毫米。
即，在图2的步骤S1060中，进行液压缸107的收缩以使型腔301的高度从23.6毫米变成23毫米，且结果为，填充到型腔301中的熔融树脂被压缩。
在图2的步骤S1070中，使型腔301内的树脂冷却。
在图2的步骤S1080中，进行开模。具体地说，使用未图示的脱模装置向上推动安装有脱模销122的脱模板119和121而取出成型品。
在以往技术中，在对型腔填充熔融树脂的期间(从步骤S2030到步骤S2040的结束为止)不进行镜面模块的SWS的微细结构向熔融树脂的转印，当熔融树脂被填充到型腔之后(步骤S2040结束后)，同时进行熔融树脂的压缩和镜面模块的SWS的微细结构向熔融树脂的转印(步骤S2050)。
在以往技术中，当熔融树脂被填充到型腔之后，在压缩熔融树脂的阶段中进行镜面模块的SWS的微细结构向熔融树脂的转印，因此是在熔融树脂的表面上成长有表皮层之后进行微细结构的向树脂的转印。由于在表面上成长有表皮层而导致树脂的粘度变高，因此变形开始压力上升，不能高精度地进行微细结构向树脂的转印。
与此相对，在本发明中，在对型腔填充熔融树脂的期间(从步骤S1040到步骤S1050的期间)进行镜面模块的SWS的微细结构向熔融树脂的转印，然后进行熔融树脂的压缩(步骤S1060)。
这样，在本发明中，因为在对型腔填充熔融树脂的期间进行镜面模块的SWS的微细结构向熔融树脂的转印，因此，能够在成长出树脂的表皮层之前以规定值以上的压力使熔融树脂与镜面模块的SWS的微细结构接触，进行微细结构向树脂的转印。因此，能够高精度地进行镜面模块的SWS的微细结构向树脂的转印。

Claims (3)

1.一种注射压缩成型装置，其用于成型出透镜，且具有：第1安装板；弹性部件；至少经由所述弹性部件安装于所述第1安装板上的第1模具部件；第2安装板；以及直接或者经由其它部件安装于所述第2安装板上的第2模具部件，所述弹性部件安装于面对所述第1模具部件的面的凹部中，所述注射压缩成型装置构成为能够变更所述第1安装板与所述第2安装板之间的距离，其中，
所述注射压缩成型装置构成为，在注射前，所述第1模具部件借助所述弹性部件向所述第2模具部件的方向移位而使由所述第1模具部件和所述第2模具部件形成的型腔的容积减少，在进行注射的过程中，所述第1模具部件借助被注入到所述型腔内的熔融树脂的压力而克服所述弹性部件的对抗力向所述第1安装板的方向移动，从而使所述型腔的容积增加，在为了进行注射后的压缩而使所述第1安装板向所述第2安装板的方向移动时，所述第1模具部件在所述弹性部件收缩的状态下与所述面抵接，与所述第1安装板成一体地移动而成型出透镜，
所述弹性部件的弹性系数以如下方式确定：在所述第1模具部件借助被注入到所述型腔内的熔融树脂的压力而克服所述弹性部件的对抗力向所述第1安装板的方向移动时，所述第1模具部件和所述第2模具部件中的至少一方的与亚波长结构对应的微细结构部分的形状被转印到熔融树脂上。
2.根据权利要求1所述的注射压缩成型装置，其中，
所述弹性部件是弹簧。
3.一种注射压缩成型方法，其使用注射压缩成型装置，成型出透镜，所述注射压缩成型装置具有：第1安装板；弹性部件；至少经由所述弹性部件安装于所述第1安装板上的第1模具部件；第2安装板；以及直接或者经由其它部件安装于所述第2安装板上的第2模具部件，所述弹性部件安装于面对所述第1模具部件的面的凹部中，所述注射压缩成型装置构成为能够变更所述第1安装板与所述第2安装板之间的距离，其中，
所述注射压缩成型方法包括如下步骤：
在注射前，借助所述弹性部件使所述第1模具部件向所述第2模具部件的方向移位而使由所述第1模具部件和所述第2模具部件形成的型腔的容积减少；
在进行注射的过程中，借助注入到由所述第1模具部件和所述第2模具部件形成的型腔内的熔融树脂的压力使所述弹性部件收缩，由此使所述型腔的容积增加，同时将所述第1模具部件的形状向熔融树脂转印；和
为了进行注射后的压缩，在所述弹性部件收缩的状态下使所述第1模具部件与所述面抵接，同时使所述第1安装板与所述第1模具部件一起向所述第2安装板的方向移动，使所述型腔的容积减少而压缩所述型腔内的树脂，进行透镜的成型，
所述弹性部件的弹性系数以如下方式确定：在所述第1模具部件借助被注入到所述型腔内的熔融树脂的压力而克服所述弹性部件的对抗力向所述第1安装板的方向移动时，所述第1模具部件的与亚波长结构对应的微细结构部分的形状被转印到熔融树脂上。
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