JP2004249538A - 導光板製造用金型および導光板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶バックライト等に用いられる導光板を、大型の射出成形機を必要とすることなく経済的に製造する。
【解決手段】導光板製造用金型は固定側型板１、中間型板２および可動側型板３を備え、固定側型板１と中間型板２とで第１キャビティー４が形成され、中間型板２と可動側型板３とで第２キャビティー５が形成されるスタック金型構造を有し、ランナーにはノズル部にバルブゲート９を備え各キャビティー４，５への溶融樹脂の充填量を自在に調整することができるホットランナー６を設ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレー等のバックライトに用いられる導光板を製造するのに用いられる金型および導光板を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導光板は、携帯電話やＰＤＡ、ノートブック型パーソナルコンピュータに用いられる中小型ディスプレーから、デスクトップ型パーソナルコンピュータ用のモニターや液晶テレビなどの大型ディスプレーにいたる様々な液晶ディスプレーにおいて、液晶表示面の光源として使用されるバックライトの光学要素として用いられている。
【０００３】
中小型ディスプレーに用いられる導光板の形状は、一般的に、厚みが０．６ｍｍ程度から３ｍｍ程度まで順次変化するくさび形状のものであり、その厚肉側端面に光源が配置される。一方、大型ディスプレーに用いられる導光板の形状は、厚みがほぼ均一なシート状のものであり、対向する２つの側面、あるいは４つの側面すべてに光源が配置される。光源は、中大型ディスプレーには冷陰極管が用いられることが多く、小型ディスプレーにはＬＥＤが用いられることが多い。また、１つの側面に配置される光源は１本の場合もあれば、複数本配置される場合もある。
【０００４】
このような導光板には通常、光線透過率に優れるメタクリル樹脂が使用される。また製造方法に関しては、くさび型形状の導光板は射出成形法によって製造され、シート状の導光板は樹脂シートからの切り出しか、または射出成形によって製造されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
射出成形にて導光板を製造する場合、例えば導光板を２個取りで成形する場合、その金型は図７に示すように可動側型板１０３と固定側型板１０１とで構成され、両型板との分割面に製品を成形するためのキャビティー１０４、１０５が形成される構造となる。また、ホットランナー１０６を設け樹脂温度を高温に保つことで効率よく成形することができる。
【０００６】
なお、キャビティーの数は小型導光板の場合では２個以上の多数個取りが可能であるが、中大型導光板の場合では一般的に１個または２個取りである。このような導光板製造用金型はこれまでに種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
「プラスチック成形技術」、シグマ出版、平成１４年１１月１日、ｐ．２４−２５
【特許文献１】
特開２００２―２９２６９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の導光板製造用金型を用いて導光板を製造する場合、生産性を上げるためにはより多くのキャビティーを形成すればよいが、射出成形ではキャビティーの投影面積に比例する型締め力の射出成形機（以下、「成形機」という）が必要であるため、当然ながらキャビティーを多くすれば成形機もより大型のものが必要であり、導入するには多大な設備投資が必要である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、液晶用バックライト等に用いられる導光板を経済的に製造する導光板製造金型およびそれを用いた導光板の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明者は、導光板を射出成形により製造し、しかも成形機の大きさを変えることなく多数個取りをする方法を見出すべく鋭意研究を行い、金型のキャビティーを２段にすることによって投影面積を半減させることができるスタック金型構造に着目し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の導光板製造用金型は、固定側型板と可動側型板と、それらの間に中間型板とを備え、固定側型板と中間型板との間に少なくとも１つの第１のキャビティーが形成されるとともに、中間型板と可動側型板との間に少なくとも１つの第２のキャビティーが形成されるスタック金型構造の導光板製造用金型であって、各キャビティーへ溶融樹脂を充填するホットランナーに溶融樹脂の流路を開閉可能なバルブゲートシステムが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、樹脂の成形法の１つとして知られているスタックモールド法を従来採用されていなかった導光板の製造に適用することにより、大型の成形機を必要とすることなく生産性を大幅に上げることができ、製造コストの低減につなげることができる。特に、バルブゲートシステムを備えるホットランナーを使用することで、各キャビティーへの溶融樹脂の充填を精確に調整することができ、かつ溶融樹脂を効率よく充填することができる。また、そのバルブゲートシステムがホットランナーのノズル部に形成されているものであればより好ましい。
【００１３】
各キャビティーとホットランナーとが、コールドランナーを介して連通する構造とすることによって、コールドランナーの形状を適宜変更することで各キャビティーへの溶融樹脂充填を調整することができる。
【００１４】
第２のキャビティーに溶融樹脂を充填するホットランナーは、固定側型板に設け、型締め時に中間型板を貫通して第２のキャビティーのコールドランナーと連通するように構成するとよい。こうすることで中間型板の厚みを抑えることができる。
【００１５】
また、第１および第２のキャビティーに連通する第１のホットランナーを中間型板に設け、第１のホットランナーと連通する第２のホットランナーを固定側型板に設け、各キャビティーまでの溶融樹脂の流路の長さ（以下、「ランナー長」という）が略同一となるように構成してもよい。この場合、ランナー長が略同一であるので、各キャビティーでの導光板の成形条件がほぼ等しくなり同品質の導光板を容易に得ることができる。
【００１６】
上述したような導光板製造用金型を使用し、射出成形によって導光板を製造することによって、大型の成形機を必要とすることなく生産性を上げることができる。また、導光板の材料としては、透明性の高いメタクリル樹脂が好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である導光板製造用金型およびそれを用いた導光板の製造方法について図面を参照し説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である導光板製造用スタック金型の型締め状態を示す断面図である。図２は、図１に示す導光板製造用スタック金型の型開き状態を示す断面図である。
【００１９】
図１に示すスタック金型構造の導光板製造用金型は、固定側型板１と可動側型板３とそれらの間に設けられた中間型板２とを備え、型締め時に固定側型板１と中間型板２との分割面に第１キャビティー４を形成するとともに、中間型板２と可動側型板３との分割面に第２キャビティー５を形成し、１回の成形で同一形状の２枚の導光板を得るものである。
【００２０】
固定側型板１、中間型板２、および可動側型板３の各部材内には金型温度を調整するための冷却水配管８が、金型の開閉方向に直交する方向に設けられている。
【００２１】
各キャビティー４，５へ溶融樹脂を充填するためのランナーには、不図示の加熱手段を有し溶融樹脂を高温で保持することができるホットランナー６を使用し、第１キャビティー４に連通するホットランナー６は、固定側型板１内に配置され、第２キャビティー５に連通するホットランナー６は、固定側型板１内から突出し、型締め時に中間型板２を貫通するように配置されている。各キャビティー４，５の側部にはゲート部となるコールドランナー７がそれぞれ設けられ、型締め時にホットランナー６と連通する。
【００２２】
なお、コールドランナー７はその形状を適宜変更できるように、入れ子構造で形成されている。また、ホットランナー６は溶融樹脂粘度をより精確に設定するために、マニホールド（不図示）および後述するホットランナーノズル部１２の温度を任意に設定できるものを使用することが好ましい。
【００２３】
本構造は、中間型板２の厚みを比較的薄くできる利点がある反面、第１キャビティー４および第２キャビティー５までのランナー長が異なるため、各キャビティー４，５への溶融樹脂の充填に差が生じる。特に、第２キャビティー５へのランナー長の方が長いため圧力損失が大きい。その結果、各キャビティー４，５における成形圧力または溶融樹脂充填速度等に差が生じ得られる導光板の品質に差が生じてしまう。
【００２４】
これに対して、各キャビティー４、５への溶融樹脂充填量は各ホットランナー６の温度を制御し溶融樹脂の粘性を変化させたり、コールドランナー７の形状を変更したりすることでも調整できるが、本実施形態ではより精確に制御するために、ホットランナー６のノズル部には図３および図４の断面図に示すような開閉可能なバルブゲートシステムを設けたものを使用する。図３はゲートが閉じられた状態を示し、図４はゲートが開かれた状態を示す。
【００２５】
バルブゲートシステムとは、選択的にゲート（流路）を開閉することができるシステムである。すなわち、バルブゲート９を構成するホットランナーノズル部１２は、内部に溶融樹脂の流路である樹脂流動部１１と、樹脂流動部１１に内挿され、空圧または油圧を駆動源とする不図示の駆動手段によって軸方向に進退移動するバルブピン１０とを有する。図３に示すようにバルブピン１０が進出するとホットランナーノズル部１２の先端の開口部、すなわちバルブゲート９が塞がれて流路が閉じ、図４に示すようにバルブピン１０が退避すると流路が開く。
【００２６】
バルブピン１０の動作タイミングは、成形機のシーケンスにより得るのが一般的であり、例えば、射出開始信号等に連動させて、タイマーを使用しバルブゲート９を開閉することができる。このようにゲート開閉のタイミングを調整することによって溶融樹脂の充填量をコントロールできる。
【００２７】
上述のように構成される本実施形態の導光板製造用金型では、その構造がスタック金型構造であるため、大型の成形機成形機を必要としない。つまり、図７に示した一般的な金型構造と比較すると、成形機に必要とされる型締め力はおよそ半分で済む。したがって、大型の成形機を導入することなく生産性を向上させることができる。
【００２８】
また、マニホールド（不図示）およびホットランナーノズル部１２の設定温度を調整し、溶融樹脂の流動性を制御することで各キャビティー４、５へ溶融樹脂を効率よく充填できる。さらにホットランナーノズル部１２のバルブゲート９の開閉タイミングを調整することで各キャビティー４，５の成形条件を合わせやすく、得られる導光板の品質も均一なものとなる。例えば、樹脂充填量が少ない側のバルブゲート９を成形機の射出開始信号と同時に開き、樹脂充填量の多い側のバルブゲート９は射出開始信号より数秒程度遅らせて開くことにより、各キャビティー４，５における成形条件を合わせることができ、同品質の導光板を得ることができる。
【００２９】
また、コールドランナー７の形状を変更することによって各キャビティー４，５への溶融樹脂の充填を調整する場合、本実施形態では、コールドランナー７を入れ子構造で形成しているため、形状の変更が比較的容易である。
【００３０】
（第２の実施形態）
本発明による第２の実施形態について図５を参照して説明する。また第２の実施形態の比較例としてさらに他の実施形態を図６に示す。なお、いずれも第１の実施形態に対してホットランナー６およびコールドランナー７の配置のみを変更したものであるので、各部の説明は省略し、同一の部分は図１または図２と同じ符号で示す。
【００３１】
第１の実施形態ではその金型構造上、各キャビティーへのランナー長を同一にすることはできなかったが、図５に示す本実施形態による導光板製造用金型は、第１キャビティー４および第２キャビティー５までのランナー長がそれぞれ同一となるようにホットランナーが配置されている。
【００３２】
中間型板２内に各キャビティー４，５までのランナー長が同一である第１ホットランナー６ａが設けられている。第１ホットランナー６ａは、各キャビティーに連通する２つのバブルゲート９と、溶融樹脂を導入するための連通口とを有している。連通口は、型締め時に固定側型板１に対向する面に配置され、この連通口に連通する第２ホットランナー６ｂが、固定側型板１に設けられる。第２ホットランナー６ｂのノズル部は開閉自在なバルブゲート９で構成されていることが好ましい。また、第１ホットランナー６ａの連通口もノズル部は開閉自在なバルブゲート９で構成されていることが好ましい。
【００３３】
本実施形態の導光板製造用金型も第１の実施形態同様スタック金型構造であるので、第１の実施形態同様の効果を得ることができる。中間型板２は、内部に第１ホットランナー６ａを有しているため、第１の実施形態に比べその厚みは増大するが、各キャビティー４，５までのランナー長を同一にできるため、同品質の導光板を容易に得ることができる。
【００３４】
ランナー長を同一にするには、図６に示すように各キャビティー４，５へのランナー長が同一であり、その連通口が中間型板２の側部となるホットランナー６を使用することもできる。この構造では、上述した２つの形態に比べ金型構造は単純化できるが、成形にはＬ型成形機が必要である。したがって、通常の成形機を使用できる点で第１または第２の実施形態の構造が好ましく、金型の厚みを最も短縮できる点で第１の実施形態の構造がより好ましい。
【００３５】
なお、上述した金型の型板の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、ベース板には機械構造用炭素鋼等が挙げられ、キャビティー部にはステンレス鋼等が挙げられる。また、例えば、ステンレス板や、ニッケル電鋳板等の薄板をスタンパーとしてキャビティー部に使用することもできる。
【００３６】
上述の実施形態では第１および第２キャビティーの形状が同一であったが、キャビティーの形状は同一でなくてもよい。また、キャビティーの形状、すなわち導光板の形状には特に制限は無く、一般的な楔型の断面形状でもよく、厚みの一定な平板状でもよい。
【００３７】
キャビティー数も２つに限定されるものではなく、２つ以上の場合であってもスタック金型構造の効果が失われることはない。例えば、固定側型板と中間型板とで形成される１つの第１キャビティーと、中間型板と可動側型板とで形成される２つの第２キャビティーとを有するといった、第１キャビティーと第２キャビティーとの数が異なるものであってもよい。
【００３８】
導光板を構成する樹脂としては透明性の高い樹脂が好ましく、特にメタクリル樹脂が好ましい。メタクリル樹脂とはメタクリル酸メチル（以下、「ＭＭＡ」という）単位を主成分とする樹脂であり、ＭＭＡ単位が８０質量％以上であることが好ましい。メタクリル酸メチル以外の構成単位としては、アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸フェニル、（メタ）アクリル酸ベンジル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸グリシジル、（メタ）アクリル酸ジエチルアミノエチル等のＭＭＡ以外の（メタ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸類、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、アリル（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート等の多官能（メタ）アクリレート類、スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体類、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド類、無水マレイン酸等が挙げられる。さらに、メタクリル樹脂の耐衝撃性の向上を目的として、アクリル酸エステルを主成分とするゴム状共重合体にメタクリル酸エステルを主成分とする共重合体をグラフトした多層共重合体を含有させることもできる。さらに、ヒンダードアミン等の光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、離型剤等を含有させることもできる。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の導光板製造用金型について、さらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下に述べる実施例によってなんら限定されるものではない。
【００４０】
本実施例では、図１に示す形状であり、対角寸法が１５インチ（３２０ｍｍ×２４０ｍｍ）で、厚さ４ｍｍの平板状導光板の２個取り金型とした。ホットランナー６にはモールドマスターズ株式会社製バルブゲートホットランナーを使用した。成形機は三菱重工業株式会社製ＭＧ５００を使用した。樹脂材料として、三菱レイヨン株式会社製のメタクリル樹脂アクリペットＶＨ５を使用した。
【００４１】
上述の構成のもと、成形機の射出シリンダ（不図示）内の樹脂温度は２５０℃に設定、また、ホットランナー６内の樹脂温度も２５０℃に設定した。金型温度は、表面温度計で測定されるキャビティー４、５の表面温度が７０℃となるように設定した。この成形条件にて溶融樹脂をキャビティー４、５内に充填させ、保圧を加え、冷却工程を経た後、金型を開いて、冷却された成形品を取り出した。得られた２枚の成形品の外寸および厚みをノギスおよびマイクロメーターで測定したところ、ほぼ同一の形状であることが確認された。
【００４２】
また、図５に示す形状であり、対角寸法が１５インチ（３２０ｍｍ×２４０ｍｍ）で、厚さ４ｍｍの平板状導光板の２個取り金型としたこと以外は先の実施例と同様にして２枚の成形品を得た。２枚の成形品の外寸および厚みをノギスおよびマイクロメーターで測定したところ、ほぼ同一の形状であることが確認された。
【００４３】
それらの成形品は導光板に好適な成形品であった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば液晶用バックライト等に用いられる導光板を、スタック金型を使用して射出成形することによって、成形機を大型化する必要がないため、経済的に製造することができる。特にバルブゲートシステムを備えたホットランナーを使用することで効率よく成形することができ、さらに、各キャビティーへのランナー長が異なる場合でも同品質の導光板を容易に製造することができる。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である導光板製造用スタック金型の型締め状態を示す断面図である。
【図２】図１に示す導光板製造用スタック金型の型開き状態を示す断面図である。
【図３】バルブゲートシステムを備えたホットランナーノズル部の構成の一例を示す断面図であり、ゲートが閉じられた状態を示す断面図である。
【図４】バルブゲートシステムを備えたホットランナーノズル部の構成の一例を示す断面図であり、ゲートが開かれた状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である導光板製造用スタック金型の型締め状態を示す断面図である。
【図６】本発明の比較例である導光板製造用スタック金型の型締め状態を示す断面図である。
【図７】従来の導光板製造用金型の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 固定側型板
２ 中間型板
３ 可動側型板
４ 第１キャビティー
５ 第２キャビティー
６ ホットランナー
６ａ 第１ホットランナー
６ｂ 第２ホットランナー
７ コールドランナー
８ 冷却水配管
９ バルブゲート
１０ バルブピン
１１ 樹脂流動部
１２ ホットランナーノズル部

Claims (7)

1. 固定側型板と可動側型板と、それらの間に中間型板とを備え、前記固定側型板と前記中間型板との間に少なくとも１つの第１のキャビティーが形成されるとともに、前記中間型板と前記可動側型板との間に少なくとも１つの第２のキャビティーが形成されるスタック金型構造の導光板製造用金型であって、
   前記各キャビティーへ溶融樹脂を充填するホットランナーに前記溶融樹脂の流路を開閉可能なバルブゲートシステムが設けられていることを特徴とする導光板製造用金型。
2. 前記バブルゲートシステムは、前記ホットランナーのノズル部に形成されている、請求項１に記載の導光板製造用金型。
3. 前記各キャビティーに連設され、型締め時に前記ホットランナーのノズル部と連通するコールドランナーをさらに有する、請求項１または２に記載の導光板製造用金型。
4. 前記第２のキャビティーに溶融樹脂を充填する前記ホットランナーは、型締め時に前記中間型板を貫通するように前記固定側型板に設けられている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導光板製造用金型。
5. 前記中間型板に設けられ、前記第１および第２のキャビティーに溶融樹脂を充填する第１のホットランナーと、
   前記固定側型板に設けられ、型締め時に前記第１のホットランナーに連通する第２のホットランナーとを有し、
   前記第１および第２のホットランナーによって形成される、前記第１および第２のキャビティーまでの前記溶融樹脂の流路の長さが略同一である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導光板製造用金型。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の導光板製造用金型を用いて溶融樹脂を射出成形することによって、導光板を製造する導光板の製造方法。
7. 前記溶融樹脂がメタクリル樹脂である、請求項６に記載の導光板の製造方法。

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