JP2001096578A

JP2001096578A - プラスチック成形装置

Info

Publication number: JP2001096578A
Application number: JP27547299A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Hatakeyama; 寿治畠山; Yasuo Yamanaka; 康生山中; Jun Watabe; 順渡部; Kiyotaka Sawada; 清孝沢田; Hidenobu Kishi; 秀信岸
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は転写面と非転写面との間に所定の圧
力差と温度差を効率良く発生させ、かつキャビティ内の
樹脂の圧力分布及び温度分布を微細に調整できるプラス
チック成形装置を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも１つ以上の転写面および非転
写面（７ａ，８ａ）を有する一対の金型（１，２）によ
って形成されるキャビティ（１１）内に充填された樹脂
に前記転写面を転写してプラスチック成形体を射出成形
する、本発明に係るプラスチック成形装置は、非転写面
（７ａ，８ａ）となる金型に設けられた通気孔（２０）
を介してキャビティ（１１）内に充填された樹脂に所定
の圧力及び温度を付与した気体を供給する気体供給手段
（２２）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラスチック成形装
置に関し、詳細にはレーザービームプリンタ、ファクシ
ミリ等の光学走査系、ビデオカメラの光学機器、光ディ
スク等に適用されるレンズ又はプリズム等のプラスチッ
ク成形品の鏡面や微細な凹凸パターン等を高精度に転写
可能なプラスチック成形品の成形装置及びその方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラスチック成形品の成形方法と
しては、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出・充填
し、その後冷却により固化させて成形品を得る射出成形
方法が最も一般的である。ところが、この従来の射出成
形方法にあっては、偏肉な成形品を成形する場合には、
冷却時に厚肉部と薄肉部で樹脂温度が不均一になり、薄
肉部に残圧が発生したり、あるいは厚肉部に浅い凹、つ
まりヒケが発生してしまうという不具合があった。ま
た、厚肉形状の成形品においては、樹脂の冷却過程で体
積収縮量が大きいためヒケが発生しやすく、一方で、ヒ
ケ発生防止のため充填圧力を高くすると、残留歪みが大
きくなり、高精度な成形品を得られないという欠点があ
った。このような場合、成形時に金型温度を樹脂の軟化
点以上に高くし、冷却過程で成形品の各部の温度ができ
るだけ一定になるよう徐冷することにより、上記不具合
は低減されるが、その分成形サイクルが長くなってしま
うという新たな問題が発生する。

【０００３】このような不具合を解消するため、例えば
特開平３−２８１２１３号公報（以下従来例１と称す）
に記載された射出成形金型がある。この従来例１の射出
成形金型は、転写面に対向する成形面を粗面にして、キ
ャビティ内への溶融樹脂の充填完了の直前に射出を停止
して保圧を加えることなく冷却固化することにより溶融
樹脂と転写面および粗面との密着力の差によって粗面側
にヒケを発生させ、鏡面にヒケが発生することを防止す
るようになっている。また、別の従来例として、特開平
２−１７５１１５号公報（以下従来例２と称す）には、
成形品の非転写面に接する金型面に圧縮気体源と連通す
る多孔質部材を配設したキャビティ内に溶融樹脂を射出
充填し、保圧から冷却工程中に、成形品の非転写面を圧
縮気体源や多孔質部材を介して流入する気体にて押圧さ
せることにより、上記問題点を解決するプラスチックレ
ンズの高精度成形方法及びその成形装置が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例１によれば、金型の転写面に対向する成形面を粗面
にするため鏡面を片面のみ必要とする光学素子（例え
ば、ミラー）は成形可能であるが、鏡面の形成位置およ
び鏡面数が制限されてしまい、例えばレンズ又はプリズ
ム等の光学素子を成形することは不可能である。また、
充填完了の直前に射出を停止することは非常に難しく停
止するタイミングがずれると転写面および粗面の密着力
が逆転して鏡面にヒケが生じたり、溶融樹脂が不足して
しまうという問題がある。また、従来例２によれば、多
孔質部材を介して成形品の非転写面に接する金型面に気
体を流入しているため、所望の箇所のみを確実に押圧さ
せることが困難であった。また、従来例２における多孔
質部材は、主にセラミックスであり、一般的に使用され
ているキャビティ部材の鋼等と比較して耐久性に劣ると
いう欠点を有する。更に、圧縮気体を流入させることに
より、キャビティ内に温度分布が生じ、成形品の変形や
光学歪の発生を招くという問題がある。

【０００５】本発明はこれらの問題点を解決するための
ものであり、転写面の高転写性を確保し、かつ変形や光
学歪の少ない高精度な成形品が得られるように、所望の
非転写面に確実にヒケを誘導発生させると共に転写面と
非転写面との間に所定の圧力差と温度差を効率良く発生
させ、かつキャビティ内の樹脂の圧力分布及び温度分布
を微細に調整できるプラスチック成形装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、少なくとも１つ以上の転写面および非転写面を有
する一対の金型を用いて、この一対の金型によって形成
されるキャビティ内に充填された樹脂に前記転写面を転
写してプラスチック成形体を射出成形する、本発明に係
るプラスチック成形装置によれば、非転写面となる金型
に設けられた通気孔を介してキャビティ内に充填された
樹脂に所定の圧力及び温度を付与した気体を供給する気
体供給手段を有することにより、所望の非転写面に確実
にヒケを誘導することができ、それによって転写面を効
率よく高精度に転写させることができる。この結果、高
精度で、かつ光学歪の少ない成形品が得られる。

【０００７】また、気体供給手段によって供給される気
体の圧力及び温度がキャビティ内の樹脂の圧力分布及び
温度分布に基づいて制御されることにより、微細かつ広
範囲な条件に渡って効率よく、効果的に気体を供給する
ことができる。よって、短時間で確実に所望の非転写面
にヒケを誘導することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】非転写面となる金型の一部に通気
孔を設け、更にこの通気孔に連通した連通孔を介してキ
ャビティ内に充填された樹脂に所定の圧力及び温度を付
与した気体を供給する気体供給手段を設ける。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るプラスチック
成形装置の構造を示す断面図であって図２のＡ−Ａ’線
矢視方向の断面図である。図２は本実施例の側面を示す
断面図であり、図３は本実施例の正面を示す断面図であ
る。図１、図２及び図３において、本実施例に係るプラ
スチック成形装置は、主に、可動金型１、固定金型２、
可動金型１及び固定金型２の内部に成形品に鏡面を転写
するように鏡面処理された転写面３，４を備えた入れ子
５，６、各金型１，２に嵌装固定されている側面駒７，
８，９，１０を含んで構成されており、これらによって
所定の容積のキャビティ１１を画成している。また、可
動金型１、固定金型２の外側には内部に加熱及び冷却の
両システムを有する温調プレート１２，１３が設けられ
ている。そして、この温調プレート１２，１３は断熱板
１４，１５を介して上下のダイプレート１６，１７にそ
れぞれ支持され、成形時には図示していない型締め機構
により、所定の圧力で型締められる機構・構造となって
おり、これにより型締め方向からの温度調節が可能にな
っている。更に、可動金型１及び固定金型２は、図示し
ていない射出成形機により溶融樹脂１８をキャビティ１
１内へ射出充填するゲート１９と、非転写面である側面
７ａ，８ａ（図３参照）に所定の面積で開口する複数の
通気孔２０と、複数の通気孔２０を連通した連通孔２１
とを有している。更に、連通孔２１は気体供給手段２２
に接続されている。この気体供給手段２２は気体供給装
置２２ａと、供給気体の圧力及び温度を制御する気体供
給制御手段２２ｂとによって構成されている。図２に示
すように、可動金型１と固定金型２との間のキャビティ
１１には、通気孔２０及び連通孔２１を介して気体供給
手段２２からの気体（例えば空気、窒素ガス）が圧入・
供給されて、樹脂部２８の非転写面上に空隙を形成し、
これによって樹脂部２８の非転写面に意図的、選択的に
ヒケを発生させるようになっている。

【００１０】なお、本実施例では、図１に示すように、
非転写面である側面７ａ，８ａに形成された通気孔２０
の内部にピン部材２３（例えば円形、角形のエジェクタ
ーピン）が配設されており、この通気孔２０とピン部材
２３との間のクリアランス部を通気路とし、当該通気路
を介して気体を供給する機構・構造となっている。これ
により、容易に気体供給位置を設定でき、通気孔の配置
の自由度が大きくなる。また、ピン部材２３あるいは通
気孔２０の寸法調整により、クリアランス量を簡単に変
化させることができ、それによってキャビティ内の樹脂
への気体付与面積を調整し、ヒケ量を制御することがで
きる。また、通気孔２０の配置については、非転写面の
形状に応じて様々な配置を採ることができるが、通気孔
２０から圧入された気体が転写面の端縁へ侵入すること
を回避するために、最外側の通気孔２０を隣接する転写
面から少なくとも１ｍｍ以上離間させることが必要であ
る。図４の（ａ）、図５の（ａ）の例では通気孔２０を
転写面から１ｍｍ離間させながら、非転写面を有する金
型部材形状にあわせて相似状に配置し、かつ肉厚に応じ
て、通気孔２０の配置数を変化させている。これによっ
て転写面にヒケの影響を与えることなく、図４（ｂ）、
図５（ｂ）に示すように所望の箇所にヒケ２７をバラン
スよく確実に誘導することができる。

【００１１】また、図６の（ａ）の円形Ａで囲む部分を
拡大表示した図６の（ｂ）に示すように、ピン部材２３
が、熱伝導率の高い部材で構成され、かつその先端部
（キャビティ内に開口する通気孔２０側）に加熱手段２
４が設けられ、電流制御部２６によって加熱手段２４の
発熱量が調整され、加熱温度が制御される。この場合の
ピン部材２３の詳細は次の通りである。ピン部材２３
は、優れた熱伝導性を有するスリーブ型のヒートパイプ
２３ａからなり、その空間部に加熱手段２４のヒータ２
４ａが埋設されている。また、キャビティ近傍に熱電対
付き圧力センサ２５ａが設けられており、この熱電対付
き圧力センサ２５ａが接続された温度圧力検出手段２５
の出力信号に基づいて、電流制御部２６により加熱手段
２４の発熱量が適時、微細に制御される。更に、成形品
毎に温度圧力検出手段２５の温度、圧力の出力データを
時系列に収集し、この出力データを基にして電流制御部
２６のための時系列な制御データを作成すれば、この制
御データに基づいて電流制御部２６を制御することがで
きる。

【００１２】次に、本実施例のプラスチック成形装置を
用いた成形方法について説明する。先ず、非転写面であ
る側面７ａ、８ａへの気体供給手段２２からの気体の付
与を、キャビティ１１内に溶融樹脂を射出・充填する直
前から開始する。これによって溶融樹脂が通気孔２０に
侵入することを防止することができる。また、気体供給
制御手段２２ｂは圧力及び温度を適時、微細に調整する
ことができることから、所望とする金型温度に調節され
た気体を圧入することにより射出時の金型温度の低下が
防げる。キャビティ１１内に溶融樹脂を射出充填させた
後は、所定の冷却速度で冷却を行うが、その際気体供給
制御手段２２ｂにより場所によって異なる調圧・調温さ
れた気体を付与することにより、キャビティ１１内の樹
脂の圧力分布および温度分布を局部的に微細に調節しつ
つ、樹脂をその軟化温度以下まで冷却し、軟化温度に達
した時点で、型開きして成形品を取り出す。なお、樹脂
が充填されているキャビティ１１内の温度分布は、キャ
ビティ形状すなわち成形品の各部の肉厚による部分的な
樹脂体積に応じた分布をなしている。その為、厚肉部に
対しては冷却を相対的に促進し、薄肉部に対しては冷却
を相対的に抑制する必要があるが、通気孔２０と該通気
孔２０の内部に配設されたピン部材２３との間のクリア
ランス量を変化させることにより、キャビティ内の樹脂
への気体付与面積を調整する方法と、通気孔２０の内部
に配設されたピン部材２３の先端部（キャビティ内に開
口する通気孔２０側）に設けられた加熱手段２４により
キャビティ内の樹脂の温度を局部的に微細に調節する方
法との組み合わせによって、キャビティ１１内の温度
（言い替えれば非転写面の温度）を高精度に効率良く均
一化することができる。他方、上記のようにすることに
より、転写面３，４と非転写面である側面７ａ，８ａと
の間に所定の圧力差が確実に、かつ効率よく発生させら
れる。従って、光学歪のない高精度な転写面を有するプ
ラスチック成形品に形成することができる。

【００１３】また、意図的、選択的に成形品の非転写面
にヒケを発生させることにより、高精度な転写面を形成
する成形方法においては、キャビティ形状が厚肉、偏
肉、複雑であるほど高精度な転写面を形成することが困
難になるが、以上に述べたプラスチック成形装置及び成
形方法を用いることにより、選択的に成形品の転写面外
にヒケを確実に誘導することができ、形状が複雑で、肉
厚分布の大きな偏肉形状をした成形品についても、光学
歪のない高精度な成形品を得ることができる。

【００１４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変
形や置換可能であることは言うまでもない。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非転写面となる金型に設けられた通気孔を介してキャビ
ティ内に充填された樹脂に所定の圧力及び温度を付与し
た気体を供給する気体供給手段を有することにより、所
望の非転写面に確実にヒケを誘導することができ、それ
によって転写面を効率よく高精度に転写させることがで
きる。この結果、高精度で、かつ光学歪の少ない成形品
が得られる。

【００１６】また、気体供給手段によって供給される気
体の圧力及び温度がキャビティ内の樹脂の圧力分布及び
温度分布に基づいて制御することにより、微細かつ広範
囲な条件に渡って効率よく、効果的に気体を供給するこ
とができる。よって、短時間で確実に所望の非転写面に
ヒケを誘導することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプラスチック成形装置
の構造を示す断面図である。

【図２】本実施例のプラスチック成形装置の側面を示す
断面図である。

【図３】本実施例のプラスチック成形装置の正面を示す
断面図である。

【図４】本実施例のプラスチック成形装置による成形品
の非転写面に対する通気孔の配置を示す斜視図である。

【図５】本実施例のプラスチック成形装置による別の成
形品の非転写面に対する通気孔の配置を示す斜視図であ
る。

【図６】本実施例における温度、圧力制御機構を示す断
面図である。

【符号の説明】

１：可動金型、２：固定金型、３，４：転写面、５，
６：入れ子、７，８，９，１０：側面駒、１１：キャビ
ティ、１２，１３：温調プレート、１４，１５：断熱
板、１６，１７：ダイプレート、１８：溶融樹脂、１
９：ゲート、２０：通気孔、２１：連通孔、２２：気体
供給手段、２２ａ：気体供給装置、２２ｂ：気体供給制
御手段、２３：ピン部材、２４：加熱手段、２５：温度
圧力検出手段、２６：電流制御部、２７：ヒケ、２８：
樹脂部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡部順東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者沢田清孝東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者岸秀信東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 4F202 AF01 AH74 AH76 AH78 AM34 AP03 AP06 AR03 AR06 CA11 CB01 CK18 CN01 CN24 4F206 AF01 AH74 AH76 AH78 AM34 AP035 AP065 AR037 AR067 JA07 JL02 JM05 JN27 JP11 JP18 JQ81

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つ以上の転写面および非転
写面を有する一対の金型によって形成されるキャビティ
内に充填された樹脂に前記転写面を転写してプラスチッ
ク成形体を射出成形するプラスチック成形装置におい
て、非転写面となる金型に設けられた通気孔を介してキャビ
ティ内に充填された樹脂に所定の圧力及び温度を付与し
た気体を供給する気体供給手段を有することを特徴とす
るプラスチック成形装置。
【請求項２】前記気体供給手段による気体の圧力及び
温度は、キャビティ内の樹脂の圧力分布及び温度分布に
基づいて制御される請求項１記載のプラスチック成形装
置。