DE69725535T2

DE69725535T2 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Gegenständen für optische Ausführungen

Info

Publication number: DE69725535T2
Application number: DE69725535T
Authority: DE
Inventors: Hikaru Koganei-shi Ishikawa; Kunio Suginami-ku Machida
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: EP0839636A2; DE69725535D1; EP0839636A3; EP0839636B1; US5922250A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke, wie beispielsweise Vergrößerungsgläser, verschiedene Sucher, usw., für die Betrachtung mit dem bloßen Auge; Brillengläser und Kontaktlinsen in der Ophthalmologie; Kondensoren, Infrarotstrahlprojektoren, Strahlungsthermometer, Solaröfen, Beleuchtungsvorrichtungen im Fahrzeug, in Beleuchtungs- und Lichtaufnahmesystemen; verschiedene Linsen in Fotografiesystemen; und Interferometer, Scanner, usw. in laseroptischen Systemen.
Im allgemeinen wird Glas zweckmäßigerweise verwendet, um optische Produkte herzustellen, weil es vorteilhaft darin ist, daß es in einer breiten Auswahl von Arten verfügbar ist, eine hohe Beständigkeit der optischen Eigenschaften, eine hohe Wärmebeständigkeit und eine geringe Veränderung der Eigenschaften infolge einer Temperaturveränderung aufweist. Das optische Glas ist jedoch nicht frei von Mängeln, sondern ist nachteiligerweise schwer und hart und erfordert einen Poliervorgang, der zu einer verringerten Produktivität führt. Ebenfalls kann ein Glasprodukt mit einer nichtsphärische Form nicht mit einer hohen Reproduzierbarkeit poliert werden, und daher ist die Produktivität gering. Außerdem zeigen einige Arten von optischem Glas eine schlechte Bewetterbarkeit.
Dementsprechend wurde vorgeschlagen, Kunststoff für die Herstellung von Produkten für optische Zwecke zu verwenden, um die vorangehend erwähnten Nachteile des optischen Glases zu überwinden. Die Kunststoffprodukte für optische Zwecke sind darin vorteilhaft, daß sie leicht sind und eine hohe Stoßfestigkeit aufweisen. Gegenwärtig wird Kunststoff für optische Zwecke erfolgreich bei der Herstellung von Brillengläsern eingesetzt. Weitere Vorteile des Kunststoffes für optische Zwecke umfassen eine Leichtigkeit des veränderlichen Formens, eine verringerte Anzahl von Herstellungsschritten durch Massenfertigung bei Anwendung des Spritzgießens, eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit in Form des Produktes, usw.
Die Kunststoffprodukte für optische Zwecke werden durch Schleifen und Polieren ebenso wie durch Spritzgießen hergestellt. Kürzlich wurde ein Spritz- und Formpreßverfahren, nämlich ein modernes Spritzgießverfahren, vorgeschlagen, das das (1) Formen nach dem Rolinx-Verfahren, (2) das Mikroformen und (3) das Spritzpressen umfaßt. Diese Verfahren werden hierin nachfolgend weiter beschrieben.
(1) Formen nach dem Rolinx-Verfahren
Ein geschmolzenes Harz wird in eine Form gespritzt, die mit einer niedrigen Zuhaltekraft gehalten wird. Während des Einfüllens des Harzes in die Form übersteigt der Spritzdruck die Formzuhaltekraft, um zu bewirken, daß sich die Trennfuge der Form öffnet. Bei Abschluß des Einfüllens des Harzes wird der Spritzanschnitt geschlossen, und die Form wird gepreßt, um die Trennfuge zu schließen. Die Form und daher das Harz darin werden abgekühlt, wobei die Form gepreßt gehalten wird.
(2) Mikroformen
Die Trennfuge der Form wird mit einer Formzuhaltekraft geschlossen. Nachdem eine vorgeschriebene Menge des Harzes in die Formhöhlung eingespritzt ist, wird das geformte Harz durch eine separate unabhängige Druckerzeugungsmaschine zusammengedrückt, die ein hydraulischer Zylinder ist, der in der Form montiert ist, oder einer, der in der beweglichen Platte einer Spritzgießmaschine montiert ist.
(3) Spritzpressen
Ein geschmolzenes Harz wird in den Innenraum der Form gespritzt, der für einen Kompressionshub vergrößert ist, die Form wird beim Vorgang oder bei Abschluß des Einspritzens des Harzes geschlossen, und das geformte Harz wird mittels einer Zuhaltekraft zusammengedrückt.
Diese Formverfahren können angewandt werden, um Kunststoffprodukte zu erproben, die eine Dimensionsgenauigkeit aufweisen, die zunehmend höher ist. Für diese Verfahren sind jedoch die Spritzgießmaschine und die Form so konstruiert, daß sie eine komplizierte Konstruktion zeigen, und es sind moderne Präzisionsformverfahren erforderlich. In technischer und wirtschaftlicher Hinsicht sind diese Verfahren bei der industriellen Fertigung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke noch nicht so beliebt wie die üblichen Verfahren.
Das Schleif- und Polierverfahren gestattet jedoch, flache und sphärische Oberflächen mit einer hohen Arbeitsgenauigkeit leicht zu bilden, kann aber nicht nichtsphärische Oberflächen mit einer hohen Genauigkeit formen, obgleich es eine große Anzahl von Herstellungsschritten erfordert. Beim Spritzgießen, während die Temperatur eines aus der Form herausgenommenen Produktes sinkt, wird das Produkt schrumpfen, was zu einer Differenz der Produktabmessungen gegenüber jenen führt, die die Form sichern sollte. Die Erscheinung wird bei Produkten von 10 mm oder mehr bei der maximalen Wanddicke und mit einer asymmetrischen ungleichmäßig dicken Konstruktion stärker wahrnehmbarer auftreten.
Wie es vorangehend erwähnt wird, ist das konventionelle Spritzgießen darin nachteilig, daß, während die Temperatur eines aus einer Form herausgenommenen Produktes sinkt, das Produkt schrumpfen wird, was zu einer Differenz der Produktabmessungen gegenüber jenen führt, die die Form sichern sollte. Ebenfalls muß beim Schleif- und Polierverfahren ein gegossener Kunststoffblock maschinell zu einer beabsichtigten Form (beispielsweise Linsenform) bearbeitet und danach poliert werden. Dieses Verfahren kann eine hohe Genauigkeit für flache und sphärische Oberflächen sichern, aber nicht für nichtsphärische Oberflächen, und erfordert eine große Anzahl von Herstellungsschritten.
Dementsprechend hat die vorliegende Erfindung das Ziel zur Überwindung der vorangehend erwähnten Nachteile des bisherigen Standes der Technik, indem ein Verfalren zur Herstellung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke, selbst mit einer maximalen Wanddicke von 10 mm oder mehr und einer asymmetrischen ungleichmäßig dicken Konstruktion, mit einer hohen Produktivität, Dimensionsgenauigkeit und Genauigkeit der Oberflächengestaltung bereitgestellt wird.
Die Aufmerksamkeit wird ebenfalls auf die Offenbarungen der DE-A-3809969, JP-A-60-054822 und JP-A-57-173136 gelenkt. Insbesondere offenbart das JP-A-60-054822 konvexe Linsen aus Kunststoff mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Dicke von 10 bis 100 mm in der Mitte, die hergestellt werden durch: (i) Formen eines konvexen linsenförmigen Mittelkernes mit einer Dicke halb so stark wie die Dicke einer konvexen Linse, die durch Spritzgießen bei Verwendung einer ersten Spritzgießform endgültig hergestellt wird; und (ii) Anordnen des konvexen linsenförmigen Mittelkernes in der Formhöhlung einer zweiten Spritzgießform, die zwei in der Formhöhlung verbleibende Abschnitte zwischen zwei Formhöhlungsoberflächen und zwei gekrümmten Oberflächen des konvexen linsenförmigen Mittelkernes bildet, und Einspritzen des geschmolzenen Kunststoffes in zwei im Formhohlraum verbleibende Abschnitte gleichzeitig, um wie einen Monoblock zu formen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke nach Patentanspruch 1 bereit.
Bevorzugte Ausführungen werden in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Die Erfindung wird weiter mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Beispiels einer Form, die beim Herstellen des Kunststoffproduktes für optische Zwecke entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 eine perspektivische Darstellung eines primären Formteils,
3 eine perspektivische Darstellung einer durch Schmelzen geschweißten Baugruppe aus dem primären Formteil und einem sekundären Formteil;
4 eine perspektivische Darstellung eines fertigen Produktes;
5 eine perspektivische Darstellung eines primären Formteils;
6 eine perspektivische Darstellung einer integrierten Baugruppe aus dem primären Formteil und einem sekundären Formteil entsprechend der vorliegenden Erfindung;
7 eine perspektivische Darstellung eines fertigen Produktes entsprechend der vorliegenden Erfindung;
8 eine Schnittdarstellung eines primären Formteils, das in der Form eingesetzt ist;
9 eine Vorderansicht des fertigen Produktes;
10 eine Vorderansicht des primären Formteils; und
11 eine Schnittdarstellung der Verbindung des primären Formteils, im Maßstab vergrößert.
1 zeigt ein Beispiel einer Form, die bei einer ersten Ausführung des Verfahrens zur erstellung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 1 bis 4 sind perspektivische Darstellungen, die als Beispiel Formteile zeigen, die bei verschiedenen Schritten des Verfahrens zur Herstellung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. In den Fig. zeigt die Bezugszahl 1 ein primäres Formteil 1 (siehe ebenfalls 2), das in einer separaten Spritzgußform (nicht gezeigt) hergestellt wird. Die Formbaugruppe, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, besteht aus zwei Stufen, einer oberen und einer unteren. Ein sekundäres Formteil 2 wird durch Spritzgießen in der oberen Stufe hergestellt, während ein tertiäres Formteil 3 (siehe 4) durch Spritzgießen in der unteren Stufe hergestellt wird. Der rechte Abschnitt der Formbaugruppe ist eine stationäre Form 10, und der linke Abschnitt ist eine bewegliche Form 11. Die Formbaugruppe weist ebenfalls eine Formhöhlung 12 für die Herstellung des sekundären Formteils 2 auf.
Ein geschmolzenes Harz wird in die Formhöhlung 12 eingespritzt, um das sekundäre Formteil 2 zusammenhängend mit dem primären Formteil 1 (wie in 3 gezeigt wird) herzustellen. Es sollte hierbei bemerkt werden, daß, da das primäre und das sekundäre Formteil 1 und 2 aus dem gleichen Harz (identisch in der Beschaffenheit und Qualität) geformt werden, das geschmolzene Harz für das sekundäre Formteil 2, das mit dem primären Formteil 1 in Berührung gebracht wird, geschmolzen wird, um das primäre Formteil 1 vollständig zu bedecken und daher durch Schmelzen zusammenhängend mit dem primären Formteil 1 verschweißt wird; daher wird das in 3 gezeigte Formteil nicht irgendeine Material- und optische Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil 1 und 2 aufweisen.
Schließlich, nachdem das sekundäre Formteil 2 geformt ist, wird die bewegliche Form 11 von der stationären Form 10 geöffnet und gedreht, um die untere Stufe der Formbaugruppe einzusetzen, wie in 1 gezeigt wird. Ein geschmolzenes Harz wird in eine Formhöhlung 13 eingespritzt, um ein tertiäres Formteil 3 zu bilden (für das fertige Produkt, wie in 4 gezeigt wird), das zusammenhängend mit dem primären und sekundären Formteil 1 und 2 in der gleichen Weise wie vorangehend durch Schmelzen verschweißt wird. Man beachte, daß, da das primäre, sekundäre und tertiäre Formteil 1, 2 und 3 aus dem gleichen Harz geformt werden, das geschmolzene Harz für das tertiäre Formteil 3, das mit dem primären und sekundären Formteil 1 und 2 in Berührung gebracht wird, geschmolzen wird, um das primäre und sekundäre Formteil 1 und 2 vollständig zu bedecken, und daher zusammenhängend mit ihnen durch Schmelzen verschweißt wird; daher wird das in 4 gezeigte Formteil nicht eine Material- und optische Grenze zwischen dem primären, sekundären und tertiären Formteil 1, 2 und 3 aufweisen.
Es sollte bemerkt werden, daß die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Form nicht auf die vorangehend erwähnte begrenzt ist, die aus einer stationären und beweglichen Form 10 und 11 besteht, sondern eine gut bekannte sein kann, in die beispielsweise eine Vielzahl von primären Formteilen und Formteilen in der anschließenden Reihenfolge, einschließlich eines fertigen Produktes, eingesetzt werden können. Bei Verwendung einer derartigen Form können Formteile in verschiedener Reihenfolge und ein fertiges Produkt in einem Formzyklus geformt werden. Man beachte, daß bei jedem Formzyklus Formteile in verschiedener Reihenfolge an Orte für die nächsten Schritte des Formens transportiert werden müssen; jedoch kann ein fertiges Produkt in jedem Formzyklus geliefert werden, wie es vorangehend erwähnt wird. Im Ergebnis dessen ist die Formzeit bis zu einem fertigen Produkt beträchtlich kurz, verglichen mit dem Formen derartiger Formteile in verschiedener Reihenfolge und des fertigen Produktes jeweils in einer Form, was zu einer auffallend verbesserten Produktivität führt.
Der vorangehend erwähnte Schritt B sollte vorzugsweise mehr als einmal durchgeführt werden, was im Vorangegangenen (für das Bilden des sekundären und tertiären Formteils) beschrieben wurde. Wenn der Schritt B einmal ausgeführt wird, wird ein geschmolzenes Harz in die Formhöhlung eingespritzt, um ein primäres Formteil 1 zu bilden (Schritt A). Danach wird das gleiche Harz, wie es beim Schritt A verwendet wird, auf einen Teil oder das gesamte primäre Formteil 1 gespritzt, um das primäre Formteil 1 und das geschmolzene Harz miteinander zusammenhängend zu verschweißen, um ein Formteil zu formen (Schritt B). Dieses Formteil ist das fertige Produkt.
Bei der vorangehend erwähnten Ausführung wird ein primäres Formteil 1 als der Kern verwendet. Zwei oder mehr primäre Formteile 1 können jedoch in Abhängigkeit von der Form und der Größe des beabsichtigten fertigen Produktes verwendet werden. 1 bis 4 zeigen ein Beispiel für das Formen von Harz zu einer konvexen Linse. Für eine konkave Linse kann das primäre Formteil 1 in der Nähe eines möglichen äußeren Umfanges der konvexen Linse angeordnet werden. Das primäre Formteil 1 für eine Verwendung beim Formen der konvexen Linse weist eine pfannkuchenartige Form auf, die in der Mitte davon offen ist. Derartige optische Produkte wie diese Linsen sollten eine hohe Dimensionsgenauigkeit aufweisen.
Bei der Auswahl der Kunststoffe für optische Zwecke ist es wichtig, derartige auszuwählen, die für die sichtbaren Lichtstrahlen durchlässig sind. Außerdem sollten die Harze wie folgt sein:

(1) Die sichtbaren Lichtstrahlen werden nicht innerhalb des Harzes absorbiert. Das heißt, es weist eine Lichtdurchlässigkeit auf, die so hoch wie möglich ist.
(2) Es weist eine kompakte Struktur auf. Wünschenswerterweise sollte kein Sphärolith vorhanden sein.
(3) Es ist isotrop und homogen, was zur Beständigkeit der optischen Eigenschaften beiträgt, wie beispielsweise dem Brechungsindex, usw.

In dieser Hinsicht sollte vorzugsweise eines von Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Acrylnitril-Styrol-Copolymer (AS), Polycarbonat (PC), Polymethylpenten, Styrol-Butadien-Copolymer, usw. als Kunststoffe für optische Zwecke ausgewählt werden.
Die vorliegende Erfindung wird weiter mit Bezugnahme auf Ausführungen und Vergleichsprodukte beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungen begrenzt ist.
ERSTE AUSFÜHRUNG
(I) Formen des primären Formteils:
Ein primäres Formteil 1, das in 5 gezeigt wird, wird durch Spritzgießen unter den folgenden Bedingungen geformt:
Bei diesem Spritzgießen erfolgen die Oberflächenschrumpfung oder die Dimensionsungenauigkeit, ohne daß die Hohlräume vom eingestellten sekundären zum tertiären Druck des Einspritzens (Verweilen) abhängig sind. Das so geformte primäre Formteil wurde verwendet wie es war, um ein sekundäres Formteil 2 zu formen, und um ebenfalls ein tertiäres Formteil 3 zu formen.
(II) Formen des sekundären und tertiären Formteils:
Als nächstes wird ein Harz auf das primäre Formteil 1 gespritzt, das wie vorangehend geformt wurde, um ein sekundäres und tertiäres Formteil 2 und 3 (in 6 und 7 gezeigt) eines nach dem anderen zu formen. Das sekundäre und tertiäre Formteil 2 und 3 könnten über dem primären Formteil 1 (selbst mit der Dimensionsungenauigkeit) mit den vorgegebenen Dimensionen ohne jegliche Mängel, wie beispielsweise eine Schrumpfung, usw., geformt werden. Sogar eine Linse mit einer nichtsphärischen Form, wie in 7 gezeigt wird, könnte genau entsprechend den Dimensionen der Form geformt werden, was durch eine dreidimensionale Formmessung bestätigt wurde. Die visuelle Prüfung des fertigen Formteils im Sonnenlicht zeigte, daß keine Grenze zwischen dem primären, sekundären und tertiären Formteil zu verzeichnen war. Wenn ein Laserstrahl unter einem rechten Winkel auf das fertige Formteil projiziert wurde, wurde keine Grenze zwischen dem primären und tertiären Formteil visuell vorgefunden. Wenn der Laserstrahl unter einem Winkel von 45 Grad auf das fertige Formteil auftraf, wurde keine Grenze vorgefunden.
VERGLEICHSFORMTEIL
Es wurde versucht, das fertige Formteil bei der vorangehenden Ausführung ohne Formen des primären bis tertiären Formteils zu formen. Bei einem normalen Spritzgießen könnte das Auftreten von Hohlräumen durch ein geeignetes Auswählen der Spritzgießbedingungen vermieden werden, aber eine wahrnehmbare Schrumpfung wurde auf der äußeren Oberfläche vorgefunden, einschließlich des nichtsphärischen Abschnittes. Nur eine geeignete Auswahl der Spritzgießbedingungen könnte nicht zulassen, daß das fertige Formteil genau mit den vorgegebenen Dimensionen geformt wird, nämlich den Formdimensionen.
8 zeigt ein Verfahren zum Formen des Kunststoffproduktes für optische Zwecke entsprechend einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Entsprechend dieser Ausführung wurde ein primäres Formteil 5, das aus Polymethylmethacrylat (PMMA) beispielsweise durch Spritzgießen geformt wurde, in eine Form 40 eingesetzt. Das gleiche Harz, das für das Formen des primären Spritzteils 5 verwendet wurde, wurde auf einen Teil des primären Formteils 5 bei einer Temperatur von der empfohlenen niedrigsten Temperatur des Spritzens plus 5°C bis zur empfohlenen höchsten Temperatur minus 5°C gespritzt. 8 zeigt den Abschnitt der Form, in den das Harz eingespritzt werden sollte. Das Harz, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), wurde in eine Formhöhlung 43 durch Anschnitte 41 und 42 eingespritzt. Daher wurde das primäre Formteil 5 aus dem geschmolzenen Harz geformt, das in die Formhöhlung eingespritzt wird, wie gezeigt wird.
Der Raum zwischen der Wand der Formhöhlung 43 in der Form 40, in 8 gezeigt, und dem primären Formteil 5 bewegt sich von 1 bis 15 mm. Die Dicke des Harzes, das das primäre Formteil 5 bedeckt, liegt daher innerhalb eines Bereiches von 1 bis 15 mm. In 8 werden die Durchmesser ⌀50 und ⌀20 in Millimetern dargestellt. Wenn das bedeckende Harz (das auf das primäre Formteil gespritzt wird, das bereits in der Formhöhlung eingesetzt ist) zu dünn ist, ist der Widerstand gegen den Harzfluß zu hoch, so daß nicht eine ausreichende Menge des Harzes in die kleinen Räume fließen wird. Im Gegensatz dazu, wenn die Dicke des Harzes zu groß ist, werden wahrscheinlich eine Schrumpfung und Hohlräume, die für dicke Formteile typisch sind, auftreten. Die Dicke eines derartigen bedeckenden Harzes sollte 1 bis 15 mm und vorzugsweise 3 bis 10 mm betragen, obgleich es von der Art und der Qualität des verwendeten Harzes abhängt.
9 zeigt ein fertiges Formteil, d. h., ein Kunststoffprodukt 60 für optische Zwecke. Im Produkt 60 bedeckt das sekundäre Formteil 6 einen Teil des primären Formteils 5. Die Formteile 5 und 6 werden durch Schmelzen zusammenhängend miteinander verschweißt. Die maximale Dicke dieses Kunststoffproduktes 60 für optische Zwecke beträgt 50 mm.
10 zeigt ein primäres Formteil 5. In dieser Fig. werden die Durchmesser ⌀10 und ⌀20 ebenfalls in Millimetern dargestellt. Die Dicke des Harzes, das das primäre Formteil 5 bedeckt, beträgt 15 mm im sphärischen Abschnitt und 5 mm am zylindrischen Stab, wenn ein sekundäres Formteil auf dem primären Formteil 5 geformt wird, wie in 8 gezeigt wird. Das primäre Formteil 5 dient als der Kern eines fertigen Formteils und wird in ein sekundäres Formteil 6 eingesetzt, was bedeutet, daß keine hohe Dimensionsgenauigkeit für das primäre Formteil 5 erforderlich ist, wenn nicht irgendein Mangel zu verzeichnen ist, wie beispielsweise Hohlräume, eine Oberflächenvertiefung oder dergleichen. In diesem Fall ist jedoch eine hohe Dimensionsgenauigkeit für die Form beim Formen des sekundären Formteils 6 erforderlich.
Es sollte beachtet werden, daß nach dem Spritzgießen des primären Formteils 5 die Oberfläche des primären Formteils 5 (durch Wischen) mit einem Lösungsmittel gereinigt werden sollte, um Flecken auf der Oberfläche zu entfernen. Diese Reinigung wird zu einem besseren Verschweißen des primären Formteils 5 mit einem bedeckenden Harz durch Schmelzen beitragen. Das Lösungsmittel, das für diese Reinigung verwendet wird, ist nicht auf ein spezielles beschränkt. Es kann irgendeines der organischen Lösungsmittel sein, die aus Paraffinkohlenwasserstoff, Alkohol, Erdöl, usw. hergestellt werden. Unter anderem können jedoch Ethanol oder Hexan in geeigneter Weise für eine derartige Reinigung verwendet werden.
Wenn die Temperatur des bedeckenden Harzes (das auf ein primäres Formteil gespritzt wird) zu niedrig ist, wird es sich auf der Oberfläche des primären Formteils 5 (ebenfalls als Einsatzwerkstück bezeichnet) zu früh verfestigen, so daß das Verschweißen durch Schmelzen zwischen dem Einsatzwerkstück und dem bedeckenden Harz nicht leicht erfolgen wird. Andererseits, wenn die Temperatur zu hoch ist, wird das Verschweißen durch Schmelzen leicht erfolgen, aber eine Schrumpfung wird möglicherweise erfolgen. Die Temperatur eines einzuspritzenden Harzes hängt von der Qualität des Harzes ab und sollte innerhalb eines Bereiches von der empfohlenen niedrigsten Temperatur des Einspritzens plus 5°C bis zur empfohlenen höchsten Temperatur minus 5°C liegen.
Für das Formen eines sekundären Formteils muß das primäre Formteil innerhalb der Form gesichert werden, aber an einer Stelle, die nicht einen nachteiligen Einfluß auf die optische Leistung des fertigen Produktes haben wird.
Wie in 10 gezeigt wird, weist der sphärische Expansionskopf 51 des primären Formteils 5 einen gebogenen Umfang 5A auf. Zwischen dem sphärischen Expansionskopf 51 und dem zylindrischen Stab 52 ist eine Verbindung 5B mit einem gleichmäßigen gebogenen Umfang vorhanden, wie in 11 gezeigt wird. Eine derartige runde Formgebung des primären Formteils 5 gestattet ebenfalls, daß das bedeckende Harz (für ein sekundäres Formteil) in kleine Räume fließt. Wenn das bedeckende Harz (das auf das primäre Formteil gespritzt werden soll, das bereits in der Formhöhlung eingesetzt ist) zu dünn ist, ist der Widerstand gegen den Harzfluß so hoch, daß nicht eine ausreichende Menge des Harzes in die kleinen Räume fließen wird. Im Gegensatz dazu, wenn die Harzdicke zu groß ist, werden wahrscheinlich eine Schrumpfung und Hohlräume auftreten, die für dicke Formteile typisch sind. Die Dicke eines derartigen bedeckenden Harzes sollte 1 bis 15 mm und vorzugsweise 3 bis 10 mm betragen, obgleich es von der Art und der Qualität des verwendeten Harzes abhängig ist.
Wenn die Temperatur des bedeckenden Harzes (das auf ein primäres Formteil gespritzt werden soll) zu niedrig ist (niedriger als die empfohlene niedrigste Temperatur des Einspritzens plus 5°C), wird es sich zu früh auf der Oberfläche des primären Formteils 5 (Einsatzwerkstück) verfestigen, so daß das Verschweißen durch Schmelzen zwischen dem Einsatzwerkstück und dem bedeckenden Harz nicht leicht erfolgen wird. Andererseits, wenn die Temperatur zu hoch ist (höher als die empfohlene höchste Temperatur minus 5°C), wird das Verschweißen durch Schmelzen leicht erfolgen, aber möglicherweise wird eine Schrumpfung erfolgen. Die Bereiche der empfohlenen Temperatur des Einspritzens werden in der Tabelle 1 gezeigt. Die Temperaturen in der Tabelle 1 sind normale Zylindertemperaturen beim Spritzgießen von verschiedenen Qualitäten des Delpet, Markenname der Asahi Chemical Industry Co., Ltd.
TABELLE 1 – Zylindertemperaturen
Man beachte, daß ein Produkt, das das primäre Formteil 5 enthält, das vom sekundären Formteil 6 bedeckt wird, d. h., das in 9 gezeigte Formteil, nicht als das fertige Formteil genommen werden kann, sondern es kann weiter durch Spritzen mit dem gleichen Harz wie das für das primäre und sekundäre Formteil 5 und 6 bedeckt werden. Dieses Formteil kann als das fertige Formteil genommen werden. Genauer gesagt, das fertige Formteil weist drei Schichten in einem Teil davon auf. Natürlich kann es in 4 oder mehr Schichten geformt werden. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein geschmolzenes Harz in eine Formhöhlung eingespritzt, um ein primäres Formteil 5 zu formen (Schritt A), und das gleiche Harz wie beim Schritt A wird auf einen Teil oder das gesamte primäre Formteil 5 gespritzt. Ein sekundäres Formteil 6 wird auf diese Weise aus dem Harz geformt, das auf das primäre Formteil 5 gespritzt und damit durch Schmelzen verschweißt wird (Schritt B). Der Schritt B kann viele Male wiederholt werden. Das bedeckende Harz sollte eine Dicke von 1 bis 15 mm aufweisen und vorzugsweise eine Dicke von 3 bis 10 mm.
ZWEITE AUSFÜHRUNG
(I) Formen des primären Formteils ... Schritt A:
Ein primäres Formteil 5 mit der runden Verbindung 5B wie in 11 wurde unter den vorangehend angeführten Bedingungen geformt.
(II) Formen des sekundären Formteils ... Schritt B:
Als nächstes wurde die Oberfläche des so hergestellten primären Formteils 5 gereinigt. Das primäre Formteil wurde vorerwärmt und innerhalb der Form 40 eingesetzt, wie in 8 gezeigt wird. Ein Material für das sekundäre Formteil (PMMA-Harz) wurde auf das primäre Formteil 5 unter den vorangehenden Bedingungen gespritzt, um ein sekundäres Formteil 6 zu formen, wie in 9 gezeigt wird.
Die primären Formteile 5, einschließlich mangelhafter, wurden für das sekundäre Formteil verwendet. In allen Fällen gestattete die geeignete Einstellung der Spritzgießbedingungen, wie beispielsweise des sekundären zum tertiären Druck des Einspritzens (Verweilen), das Formen von sekundären Formteilen 6 genau mit den vorgegebenen Dimensionen ohne das Auftreten irgendwelcher Mängel, wie beispielsweise einer Schrumpfung, von Hohlräumen oder dergleichen. Unter anderem wurde beim sphärischen Abschnitt mit einem Durchmesser von ⌀50 mm, wie in 9 gezeigt wird, was dick ist, durch eine dreidimensionale Formmessung bestätigt, daß er nach den Formdimensionen geformt wurde. Die Formzeit für dieses sekundäre Formteil betrug 150 Sekunden. Die Formzeit für das sekundäre Formteil 5 und 6 betrug 120 Sekunden. Daher betrug die gesamte Formzeit insgesamt 270 Sekunden.
Wenn beim zweiten Schritt des Formens ein Harz auf ein primäres Formteil 5 mit einer Ecke oder Ecken gespritzt wird, wird es nicht gleichmäßig über die Ecke fließen, und es werden wahrscheinlich Hohlräume oder Blasen im Harz an der Ecke auftreten. Um das zu vermeiden, sollte die Ecke wünschenswerterweise abgerundet werden.
Die visuelle Prüfung des zweiten Formteils im Sonnenlicht zeigte keine Grenze zwischen dem primären und sekundären Formteil 5 und 6. Wenn ein Laserstrahl unter willkürlichen Winkeln auf willkürliche Abschnitte des sekundären Formteils projiziert wurde, wurde keine Grenze zwischen dem primären und sekundären Formteil visuell vorgefunden.
Für einen Vergleich mit der vorangehend erwähnten Ausführung wurde ein sekundäres Formteil auf einem primären Formteil 5 mit einer Ecke an der Verbindung 5B geformt. Die Ergebnisse des Vergleiches sind die folgenden:
FORMEN ENTSPRECHEND DER AUSFÜHRUNG:
Das primäre und sekundäre Formteil werden miteinander durch Schmelzen unabhängig von den Einspritzbedingungen verschweißt. Die visuelle Prüfung des so geformten Formteils im Sonnenlicht zeigte keine Grenze zwischen dem primären und sekundären Formteil. Es wurde ebenfalls ein Laserstrahl unter einem rechten Winkel und ebenfalls unter 45 Grad zum Formteil projiziert. Es wurde jedoch zwischen dem primären und dem sekundären Formteil visuell keine Grenze vorgefunden.
VERGLEICHSFORMEN
Es war ein schlechter Fluß über die Ecke in einem Bereich zu verzeichnen, wo das eingespritzte Harz schnell floß, und es wurden Hohlräume oder Blasen zwischen dem primären und sekundären Formteil in einem Teil eines derartigen Bereiches vorgefunden.
DRITTE AUSFÜHRUNG
Die Oberfläche eines primären Formteils, das durch Spritzgießen geformt wurde, wird durch Polieren mit einer Diamantpaste hochglanzpoliert. Danach wird die Oberfläche vorzugsweise mit Ethanol oder Hexan gereinigt. Das primäre Formteil wird vorerwärmt und danach innerhalb einer Form eingesetzt, gleich dem, was in 8 gezeigt wird. Ein Harz, das für das Bedecken des primären Formteils gedacht ist, wird auf eine Temperatur zwischen der empfohlenen niedrigsten Temperatur des Einspritzens plus 5°C und der empfohlenen höchsten Temperatur minus 5°C erwärmt und auf das primäre Formteil gespritzt.
Ein sekundäres Formteil wurde in der gleichen Weise wie bei der vorangehend erwähnten ersten und zweiten Ausführung geformt (Schritt B).
Entsprechend dieser dritten Ausführung wird ein fertiges Formteil, bei dem ein primäres Formteil verwendet wird, dessen Oberfläche ungehindert schrumpfen darf, ohne daß es unter einem Druck verweilt, als das Produkt A genommen, und ein fertiges Formteil, bei dem ein primäres Formteil verwendet wird, dessen Oberfläche durch Polieren mit einer Diamantpaste hochglanzpoliert wurde, wurde als ein Produkt B genommen. Diese Produkte A und B wurden hinsichtlich einer Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil visuell geprüft.
Die Ergebnisse der visuellen Prüfung sind die folgenden:
PRODUKT A:
Die visuelle Prüfung des Produktes im Sonnenlicht zeigte keine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil. Ein Laserstrahl wurde unter einem rechten Winkel und ebenfalls unter 45 Grad zum Produkt projiziert. Auf jeden Fall wurde keine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil visuell vorgefunden.
PRODUKT B:
Das Produkt wurde visuell im Sonnenlicht geprüft, aber es wurde keine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil vorgefunden. Ebenfalls wurde ein Laserstrahl unter einem rechten Winkel und ebenfalls unter 45 Grad zum Produkt projiziert. Auf jeden Fall wurde keine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil visuell vorgefunden.
Für einen Vergleich mit den vorangehenden Produkten A und B wurde die Oberfläche eines primären Formteils, das so wie vorangehend geformt wurde, mit einem Schmirgelblatt #1000 poliert und weiter dem vorangehend erwähnten zweiten Schritt des Formens unterworfen. Dieses Vergleichsprodukt wurde ebenfalls im Sonnenlicht visuell geprüft. Bei diesem Produkt wurde eine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil vorgefunden. Es wurde ebenfalls ein Laserstrahl auf dieses Produkt projiziert. Eine gewisse Diffusion des Laserstrahles wurde in der Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil vorgefunden.
Diese Ergebnisse zeigen, daß, wenn die Oberfläche des primären Formteils glatt ist, das bedeckende Harz für das sekundäre Formteil die Oberfläche des primären Formteils vollständig benetzen wird, was zu einem leichten Verschweißen zwischen dem primären und dem sekundären Formteil durch Schmelzen führt, und daß, wenn die Oberfläche des primären Formteils rauh ist, das bedeckende Harz für das sekundäre Formteil nicht vollständig die Oberfläche des primären Formteils benetzen wird, so daß ein vollständiges Verschweißen zwischen dem primären und dem sekundären Formteil durch Schmelzen nicht leicht erfolgen wird.
Man beachte, daß, wenn das primäre Formteil eine Ecke oder Ecken auf seinem äußeren Umfang aufweist, das Harz nicht gleichmäßig über die Ecke fließen wird, und es werden Hohlräume oder Blasen in jenem Bereich auftreten. Um das zu vermeiden, sollte das primäre Formteil vorzugsweise für eine Form ausgelegt werden, die keine derartige Ecke auf dessen äußerem Umfang aufweist.
VIERTE AUSFÜHRUNG
Ein primäres Formteil wird durch Einspritzen eines geschmolzenen Harzes in die Formhöhlung einer Form (nicht gezeigt) geformt. Die Oberfläche des primären Formteils 1 wird auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Harzes für das sekundäre Formteil vorerwärmt. Das vorerwärmte primäre Formteil wird in eine Form eingesetzt, die der bei der vorangehend erwähnten ersten bis dritten Ausführung gleicht, und das gleiche Harz wie das für das primäre Formteil wird auf einen Teil des primären Formteils gespritzt. Die in Tabelle 2 gezeigten Temperaturen sind die Erweichungspunkte des Polymethylmethacrylates (PMMA), ein Beispiel für das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Harz, beim Spritzgießen der verschiedenen Qualitäten des Delpet, Markenname für das PMMA der Asahi Chemicals Industry Co., Ltd.
TABELLE 2 – Erweichungspunkte wie bei der ASTM D648
Wenn das Einsatywerkstück (primares Formteil) nicht vorerwarmt wird, wird es eine so große Temperaturdifferenz zu einem bedeckenden Harz zeigen, das auf das Einsatzwerkstück gespritzt werden soll, daß die Oberfläche des Einsatzwerkstückes nicht leicht durch das bedeckende Harz geschmolzen wird, und daher wird ein Verschweißen zwischen dem Einsatzwerkstück und dem bedeckenden Harz durch Schmelzen nicht leicht stattfinden. Durch Verringern einer derartigen Temperaturdifferenz zwischen dem Einsatzwerkstück und dem bedeckenden Harz durch Vorerwärmen des Einsatzwerkstückes wird ein Verschweißen zwischen dem Einsatzwerkstück und dem bedeckenden Harz durch Schmelzen leicht stattfinden. Die Vorerwärmungstemperatur variiert in Abhängigkeit von der Art und Qualität des verwendeten Harzes, und sie sollte innerhalb eines Bereiches von der Temperatur des Erweichungspunktes jenes Harzes minus 50°C bis zu jenem Erweichungspunkt liegen.
Das primäre Formteil in der vierten Ausführung wurde auf 100°C über eine Stunde in einem Ofen vorerwärmt und als das Produkt C genommen. Ebenfalls wurde ein gleiches primäres Formteil auf 80°C über eine Stunde im Ofen vorerwärmt. Dieses wurde als das Produkt D genommen. Außerdem wurde ein weiteres gleiches primäres Formteil auf 60°C über eine Stunde im Ofen vorerwärmt und als das Vergleichsprodukt 1 genommen. Ein noch weiteres gleiches primäres Formteil wurde auf 40°C über eine Stunde im Ofen vorerwärmt und als das Vergleichsprodukt 2 genommen. Ebenfalls wurde ein noch weiteres gleiches primäres Formteil bei Raumtemperatur (25°C) belassen und als das Vergleichsprodukt 3 genommen. Diese Produkte wurden miteinander verglichen. Die Ergebnisse des Vergleiches werden nachfolgend beschrieben.
PRODUKT C:
Die visuelle Prüfung des Produktes im Sonnenlicht zeige keine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil. Ein Laserstrahl wurde unter einem rechten Winkel und ebenfalls unter 45 Grad zum Produkt projiziert. Auf jeden Fall wurde keine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil visuell vorgefunden.
PRODUKT D:
Die visuelle Prüfung des Produktes im Sonnenlicht zeigte keine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil. Ein Laserstrahl wurde unter einem rechten Winkel und ebenfalls unter 45 Grad zum Produkt projiziert. Auf jeden Fall wurde keine Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil visuell vorgefunden.
VERGLEICHSPRODUKT 1:
Dieses Vergleichsprodukt wurde ebenfalls visuell im Sonnenlicht geprüft. Nur eine undeutliche Grenze wurde zwischen dem primären und dem sekundären Formteil in diesem Produkt vorgefunden. Ebenfalls wurde ein Laserstrahl auf dieses Produkt projiziert. Eine gewisse Diffusion des Laserstrahles wurde in der Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil vorgefunden.
VERGLEICHSPRODUKT 2:
Dieses Produkt wurde ebenfalls visuell im Sonnenlicht geprüft. Eine Grenze wurde zwischen dem primären und dem sekundären Formteil in diesem Produkt vorgefunden. Ebenfalls wurde ein Laserstrahl auf dieses Produkt projiziert. Eine gewisse Diffusion des Laserstrahles wurde in der Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil vorgefunden.
VERGLEICHSPRODUKT 3:
Dieses Produkt wurde ebenfalls visuell im Sonnenlicht geprüft. Eine Grenze wurde zwischen dem primären und dem sekundären Formteil in diesem Produkt vorgefunden. Ebenfalls wurde ein Laserstrahl auf dieses Produkt projiziert. Eine gewisse Diffusion des Laserstrahles wurde in der Grenze zwischen dem primären und dem sekundären Formteil vorgefunden.
Diese Ergebnisse zeigen, daß, wenn das primäre Formteil auf eine Temperatur von 60°C und darüber vorerwärmt wird, das bedeckende Harz (sekundäres Formteil) vollständig mit dem primären Formteil durch Schmelzen verschweißt wird, und daß, wenn das primäre Formteil auf eine Temperatur unter 60°C vorerwärmt wird, das bedeckende Harz und das primäre Formteil nicht leicht miteinander durch Schmelzen verschweißt werden. Es sollte bemerkt werden, daß die vorangehenden Ergebnisse bei Verwendung von Delpet 80N erhalten wurden.
Man beachte, daß, wenn das primäre Formteil eine Ecke oder Ecken auf seinem äußeren Umfang aufweist, das Harz nicht gleichmäßig über die Ecke fließen wird, und es werden Hohlräume oder Blasen in jenem Bereich entstehen. Um das zu vermeiden, sollte das primäre Formteil vorzugsweise für eine Form ausgelegt werden, die keine derartige Ecke auf dessen äußerem Umfang aufweist.
Wie es im Vorangegangenen beschrieben wird, weist das Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke entsprechend der vorliegenden Erfindung einen Schritt A für das Einspritzen eines geschmolzenen Harzes in eine Formhöhlung, um ein primäres Formteil herzustellen, und einen Schritt B für das Einspritzen des gleichen Harzes wie beim Schritt A auf einen Teil des oder das gesamte primäre Formteil und das Schmelzen des Harzes auf, um ein Formteil zu formen, das zusammenhängend mit dem primären Formteil durch Schmelzen verschweißt wird. Da die Herstellung in mehreren Schritten durchgeführt wird, kann die Taktzeit verringert werden, um die Produktivität zu verbessern. Ebenfalls kann die Dicke des Formteils beim letzten Schritt des Formens relativ klein ausgeführt werden, um Kunststoffprodukte für optische Zwecke zu liefern, die die beabsichtigten Formen und eine hohe Genauigkeit der Oberflächengestaltung aufweisen. Insbesondere bei der vorliegenden Erfindung ist mehr oder weniger Schrumpfung beim primären Formteil nicht ein Problem, da das Harz zwischen dem primären Formteil und dem bedeckenden Harz durch Schmelzen verschweißt wird. Außerdem kann die Dicke des Formteils durch Wiederholen des Schrittes B ungehindert reguliert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke, das die folgenden Schritte aufweist: einen Schritt A des Einspritzens eines geschmolzenen Harzes in eine Formhöhlung, um ein primäres Formteil (1; 5) zu bilden; und einen Schritt B des Einspritzens des gleichen Harzes wie beim Schritt A auf einen Teil des oder das gesamte primäre Formteil (1; 5), um ein sekundäres Formteil (2; 6) zu bilden, in dem das eingespritzte Harz auf das primäre Formteil durch Schmelzen geschweißt wird; bei dem die Dicke des Harzes, das das primäre Formteil (1; 5) bedeckt, 1 bis 15 mm beträgt, und die Temperatur des Harzes, das auf das primäre Formteil (1; 5) gespritzt wird, von der Sorte des Harzes abhängig ist und sich von der empfohlenen niedrigsten Temperatur des Einspritzens plus 5°C bis zur empfohlenen höchsten Temperatur des Einspritzens minus 5°C bewegt, so daß innerhalb des Temperaturbereiches das primäre und das sekundäre Formteil durch Schmelzen miteinander ohne eine nachfolgende Schrumpfung veschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Dicke der Kunststoffprodukte für optische Zwecke 10 mm oder mehr beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Dicke der Kunststoffprodukte für optische Zwecke 30 mm oder mehr beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Harzes, das das primäre Formteil (1; 5) bedeckt, 3 bis 10 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffprodukte für optische Zwecke eine asymmetrische Konstruktion aufweisen, bei der die Dicke nicht gleichmäßig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt B zweimal oder mehr wiederholt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffprodukte für optische Zwecke eine nichtsphärische Oberfläche aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Methacrylat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Formteil (1; 5) so konstruiert ist, daß es keine Ecke auf dessen äußerem Umfang aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Formteil (1; 5) gereinigt wird, bevor das Harz eingespritzt wird, um das primäre Formteil beim Schritt B zu bedecken.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigen mit einem organischen Lösungsmittel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel für das Reinigen Ethanol oder Hexan ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des primären Formteils (1; 5) geglättet wird, bevor das Harz eingespritzt wird, um das primäre Formteil beim Schritt B zu bedecken.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des primären Formteils (1; 5) geglättet wird, indem die Formteiloberfläche poliert wird, oder indem gestattet wird, daß die Formteiloberfläche unbehindert schrumpft.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des primären Formteils (1; 5) auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Harzes vorerwärmt wird, bevor das Harz eingespritzt wird, um das primäre Formteil beim Schritt B zu bedecken.