JP2005225048A - Injection molding mold - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばエンコーダ樹脂円板や携帯電話機等の立体表示液晶のキーデバイスとなる両面プリズムシート等のような光学部品を高精度に射出成形するための射出成形金型に関するものである。 The present invention relates to an injection mold for high-precision injection molding of optical components such as a double-sided prism sheet used as a key device for stereoscopic display liquid crystal such as an encoder resin disk and a mobile phone.
回折格子やフレネルレンズ等の微細パターンを表面に有する光学部品を樹脂材料で高精度に成形するために射出成形金型を適用し、金型温度を樹脂のガラス転移点以上に加熱した状態で樹脂を金型内に充填して射出成形や射出圧縮成形を行う方法は既に知られている。しかし、このような射出成形金型では、成形品を金型から取り出すためには金型内に充填された樹脂が熱変形温度以下となるまで冷却する必要があり、その冷却に要する時間が長くなって生産性が悪いという課題があった。この課題を解決するために、樹脂のPVT(圧力、比容積、温度)特性を利用して樹脂母材をガラス転移温度以上に加熱してから熱変形温度以下に徐冷する過程で、キャビティを最終形状よりも拡大された状態から最終形状に縮小するように構成した射出成形金型も既に知られている(例えば、特許文献1参照)。 Applying an injection mold to mold optical parts with fine patterns such as diffraction gratings and Fresnel lenses on the surface with a resin material with high accuracy, with the mold temperature heated above the glass transition point of the resin A method of performing injection molding or injection compression molding by filling a mold into a mold is already known. However, in such an injection mold, in order to take out the molded product from the mold, it is necessary to cool the resin filled in the mold until the temperature becomes lower than the heat deformation temperature, and the time required for the cooling is long. There was a problem that productivity was bad. In order to solve this problem, the cavity is formed in the process of heating the resin base material to a temperature higher than the glass transition temperature by using the PVT (pressure, specific volume, temperature) characteristics of the resin and then gradually cooling it to the heat deformation temperature or lower. An injection mold that is configured to be reduced from a state expanded to a final shape to a final shape is already known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示された従来の射出成形金型によれば、キャビティを拡大することで樹脂母材の圧力と共にガラス転移温度を低下させ、これを加熱して内部圧力を均一化する所要時間を短縮し、樹脂母材が固化するまでにキャビティを最終形状に縮小し、形状精度が高く内部密度が均一な樹脂製品を最終形状に成形するが、その徐冷時間も樹脂母材の加熱温度が低いので短縮されるというものである。 According to the conventional injection mold disclosed in Patent Document 1, by enlarging the cavity, the glass transition temperature is lowered together with the pressure of the resin base material, and the time required to equalize the internal pressure by heating this is reduced. The cavity is reduced to the final shape until the resin base material is solidified, and a resin product with high shape accuracy and uniform internal density is formed into the final shape. Because it is low, it is shortened.
従来の射出成形金型は以上のように構成されているので、予め略最終形状に成形されてキャビティ内部に投入された樹脂母材をガラス転移点以上に加熱してから熱変形温度以下に徐冷しなければならず、前記樹脂母材をガラス転移点以上に加熱しながら金型温度を樹脂母材の熱変形温度以下に冷却することができないため、成形品取り出しが可能な熱変形温度以下にまで冷却するのに時間がかかり、その結果、成形工程時間の短縮には限界があって生産性向上の点で問題が生じるという課題があった。 Since the conventional injection mold is configured as described above, the resin base material molded into a substantially final shape in advance and introduced into the cavity is heated above the glass transition point and then gradually lowered to the heat deformation temperature or lower. Since the mold temperature cannot be cooled below the thermal deformation temperature of the resin base material while heating the resin base material to the glass transition point or higher, it must be cooled. As a result, there is a problem in that it takes time to cool down to the point of time, and as a result, there is a limit in shortening the molding process time, which causes a problem in terms of productivity improvement.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高精細形状のパターンを忠実に転写成形しながら、その成形動作過程で成形品取り出しが可能な熱変形温度以下に冷却することができ、成形工程時間を大幅に短縮することができて生産性を大幅に向上させることができる射出成形金型を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. While faithfully transfer-molding a high-definition pattern, it is cooled to a temperature lower than the heat deformation temperature at which the molded product can be taken out during the molding operation. It is an object of the present invention to obtain an injection mold that can greatly reduce the molding process time and greatly improve the productivity.
この発明に係る射出成形金型は、凹部を有する金型本体と、その凹部に摺動自在に嵌合保持され当該凹部内にキャビティを形成する入れ子ブロックとを備え、前記入れ子ブロックを被成形樹脂のガラス転移点以上に加熱して前記キャビティ内に充填した樹脂を前記入れ子ブロックで圧縮成形する射出成形金型において、前記入れ子ブロックのキャビティ側と反対側の端面に接離可能に独立して配置された冷却ブロックと、この冷却ブロックを前記入れ子ブロックに対する接離方向に駆動する駆動手段とを備えたものである。 An injection mold according to the present invention includes a mold body having a recess, and a nested block that is slidably fitted and held in the recess and forms a cavity in the recess, and the insert block is a resin to be molded. In an injection mold in which the resin filled in the cavity is heated by the glass transition point of the insert block and compression-molded by the insert block, the resin is independently arranged so as to be able to come into contact with and separate from the end surface opposite to the cavity side of the insert block. And a driving means for driving the cooling block in the contact / separation direction with respect to the nesting block.
この発明によれば、樹脂のガラス転移点以上に加熱された入れ子ブロックを冷却ブロックで押圧移動させてキャビティ内の樹脂を圧縮成形するように構成したので、前記入れ子ブロックによるキャビティ内樹脂の圧縮成形と同時に、その圧縮成形時の前記入れ子ブロックを前記冷却ブロックとの熱交換によって効率よく急速冷却することが可能となり、このため、前記入れ子ブロックによる成形品表面への微細パターンの高精度転写と、前記冷却ブロックによる入れ子ブロックの急速冷却とを実現でき、成形工程時間を大幅に短縮できて生産性向上に大きく寄与できるという効果がある。 According to this invention, since the insert block heated above the glass transition point of the resin is pressed and moved by the cooling block to compress and mold the resin in the cavity, the resin in the cavity is compressed by the insert block. At the same time, the nested block at the time of compression molding can be quickly and efficiently cooled by heat exchange with the cooling block, and for this reason, high-precision transfer of a fine pattern to the surface of the molded product by the nested block, It is possible to realize rapid cooling of the nested block by the cooling block, and to greatly reduce the molding process time and greatly contribute to productivity improvement.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による射出成形金型を示す断面図である。
図1に示す射出成形金型1は、断面凹形状をなし、その開放端側を下向きにして設置固定される金型本体2と、この金型本体2の開放端側に組み付け固定されたスカート状の型枠3と、前記金型本体2の凹部に摺動自在に嵌合され当該金型本体2内にキャビティ5を形成する入れ子ブロック4と、前記型枠3内に嵌め込まれ前記入れ子ブロック4のキャビティ5側と反対側の端面に接離可能に独立して配置された可動構成の冷却ブロック6と、この冷却ブロック6を前記入れ子ブロック4に対する接離方向に駆動する駆動手段(例えば、油圧シリンダであって、以下、油圧シリンダともいう)7とからなっている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a sectional view showing an injection mold according to Embodiment 1 of the present invention.
An injection mold 1 shown in FIG. 1 has a concave shape in cross section, a mold body 2 that is installed and fixed with the open end side facing down, and a skirt that is assembled and fixed to the open end side of the mold body 2 A
さらに詳しく説明すると、前記金型本体2は、前記入れ子ブロック4との対向面に形成された連続円弧の凹凸面状をなすパターン成形面2aを有しており、前記入れ子ブロック4は、前記金型本体2のパターン成形面2aとの対向面に形成された連続V溝をなす凹凸面状のパターン成形面4aを有している。また、前記入れ子ブロック4の上端側周縁部には鍔部4bが一体形成され、この鍔部4bの外周面が前記金型本体2の内周面に摺接するようになっている。ここで、前記金型本体2の開放端部には、当該金型本体2に対する前記型枠3の組み付け端面によって内段部3aが形成され、この内段部3aに前記入れ子ブロック4の鍔部4bが係合することによって、その入れ子ブロック4が前記金型本体2内から抜け出さないようになっている。
More specifically, the mold body 2 has a
また、前記金型本体2および前記入れ子ブロック4のそれぞれは温度制御可能な加熱手段としてヒータ8,9が埋設された構造となっている。さらに、前記冷却ブロック6は、水等の冷却媒体を流す冷却通路として冷却配管10が埋設され、かつその冷却配管10よりも下方に複数の断熱層(断熱空間)11が並列状に設けられた構造となっている。ここで、前記ヒータ8,9のそれぞれは温度制御手段(図示せず)に接続されている。この温度制御手段は、入れ子ブロック4と冷却ブロック6とが離間した状態では入れ子ブロック4のヒータ9の電源をONし、前記冷却ブロック6による入れ子ブロック4の押圧移動時(油圧シリンダ7の伸長作動時)に前記ヒータ9の電源をOFFするように、そのヒータ電源をON・OFF制御するものである。
Each of the mold body 2 and the
以上のように構成された射出成形金型1において、型枠3の内壁面と入れ子ブロック4の胴部周壁面との間、型枠3の内壁面と冷却ブロック6の周壁面との間には断熱層(断熱空間)12が設けられ、また、金型本体2開放端側の内段部3aに入れ子ブロック4の鍔部4bが当接支承された状態となる樹脂成形後には、入れ子ブロック4から冷却ブロック6が下降離間して両者の対向面間にも断熱層(断熱空間)12aが設けられるようになっている。
In the injection mold 1 configured as described above, between the inner wall surface of the
次に動作について説明する。
樹脂成形前においては、図1に示すように、入れ子ブロック4は鍔部4bが射出成形金型1の内段部3a上に係合支承された下降位置に保持され、かつ冷却ブロック6は前記入れ子ブロック4から分離した下降位置に保持される。この状態において、金型本体2は、ガラス転移点以下に、入れ子ブロック4はヒータ8,9によって樹脂のガラス転移点以上の設定温度まで加熱され、かつ、冷却ブロック6の冷却配管10には冷却媒体を供給・循環させている。その状態において、射出成形機(図示せず)から金型本体2のキャビティ5内に樹脂を充填し、その充填後に油圧シリンダ7を稼働(伸長作動)させると、冷却ブロック6が入れ子ブロック4を押圧して当該入れ子ブロック4が上昇することにより前記キャビティ5内の樹脂が加圧成形される。その加圧と同時に入れ子ブロック4のヒータ9の電源が遮断することにより、入れ子ブロック4の昇温が抑止される。このときの入れ子ブロック4には冷却ブロック6が接触しているため、両者の熱交換が迅速に効率よく行われ、入れ子ブロック4が降温する。これにより、入れ子ブロック4が熱変形温度以下まで低下した段階で前記金型1を開き樹脂成型品を取り出す。その取り出し後に油圧シリンダ7を短縮作動させて冷却ブロック6と入れ子ブロック4を下降させることにより、図1に示すように、入れ子ブロック4と冷却ブロック6とを分離させる。その分離後に、入れ子ブロック4のヒータ9の電源が投入されることにより、入れ子ブロックを再びガラス転移点以上まで昇温させ、前述の樹脂成形を繰り返す。
Next, the operation will be described.
Prior to resin molding, as shown in FIG. 1, the
以上説明した実施の形態1によれば、金型本体2と入れ子ブロック4のキャビティ5を挟む対向面にそれぞれ形状が異なる高精細なパターン成形面2a,4aを形成し、前記入れ子ブロック4を樹脂のガラス転移点以上に加熱して前記キャビティ5内に樹脂を充填した後、冷却ブロック6で入れ子ブロック4を押圧移動させて当該入れ子ブロック4で前記樹脂を圧縮成形するように構成したので、前記パターン成形面2a,4aによって高精細なパターンを成形品表面に忠実に転写させることができ、特に、その成形品素材である前記樹脂の圧縮成形と同時に、前記入れ子ブロック4を前記冷却ブロック6との熱交換によって成形品取り出しが可能な熱変形温度以下に急速冷却することができ、このため、成形品取り出しまでの成形工程時間を大幅に短縮できるという効果がある。しかも、前記入れ子ブロック4による樹脂圧縮開始時、すなわち、冷却ブロック6による入れ子ブロック4の押圧時には当該入れ子ブロック4のヒータ9の電源が遮断されるので、前記入れ子ブロック4と冷却ブロック6との熱交換効率がいっそう向上し、前記入れ子ブロック4の迅速な急冷を実現でき、成形品取り出しまでの成形工程時間をいっそう大幅に短縮できるという効果がある。
According to the first embodiment described above, high-definition
また、上記実施の形態1によれば、キャビティ5内への樹脂充填時には入れ子ブロック4から冷却ブロック6が離れ、その両者間に断熱層12aが形成されるので、前記入れ子ブロック6を樹脂のガラス転移点以上の加熱状態に維持できるという効果がある。さらには、前記入れ子ブロック4および冷却ブロック6の周囲と型枠3との間にも断熱層12を形成したので、高温に加熱される入れ子ブロック4と低温の冷却ブロック6とを同一の金型内に設置することができると共に、入れ子ブロック4による樹脂圧縮時には当該入れ子ブロック4と冷却ブロック6のみが接触することとなって両者の熱交換効率が向上し、前記入れ子ブロック4の迅速な急冷をいっそう確実に実現できるという効果がある。
Further, according to the first embodiment, the
実施例1.
次に、上記実施の形態1による射出成形金型1によって、幅35mm、長さ43mm、厚さ0.25mmのシート状樹脂の両面に連続V溝と連続円弧の微細パターンを形成した実験結果について説明する。
この実施例1においては、金型本体2のパターン成形面(連続円弧面)2aを、R90μm、ピッチ90μmで長辺と平行に連続形成すると共に、入れ子ブロック4のパターン成形面(連続V溝)4aは、長辺と平行に高さ77μm、頂角60゜、ピッチ90μmで連続形成した。また、キャビティ5に充填する樹脂としては、環状ポリオレフィン系ポリマーの商品名TOPAS5013(ポリプラスチック株式会社)を用いた。そして、金型本体2は樹脂のガラス転移点よりも低い135℃に、かつ、入れ子ブロック4は樹脂のガラス転移点よりも高い150℃に、それぞれのヒータ8,9で加熱昇温させた。また、冷却ブロック6の冷却配管10には30℃の水を冷却媒体として供給・循環させた。この状態で射出成形機から金型本体2のキャビティ5に樹脂を充填した。このときの樹脂温度は300℃に設定した。樹脂充填後、図2に示すように冷却ブロック6を油圧シリンダ7で押圧し入れ子ブロック4に接触させて当該入れ子ブロック4を上昇させることにより、キャビティ5内の樹脂を加圧した。その加圧と同時に入れ子ブロック4のヒータ9の電源を遮断した。これにより、入れ子ブロック4の昇温が抑止され、かつ、当該入れ子ブロック4と冷却ブロック6との接触による両者の熱交換が行われ、入れ子ブロック4の温度を金型本体2と同じガラス転移点以下の135℃まで下げることができた。そこで、金型1を開いて樹脂成型品を取り出した。その取り出し後に冷却ブロック6と入れ子ブロック4を後退させて入れ子ブロック4と冷却ブロック6を離した。次いで、入れ子ブロック4のヒータ9の電源を入れ、入れ子ブロック4を150℃まで昇温させ、再びキャビティ5に樹脂を充填し前述と同じ工程の成形を行った。
Example 1.
Next, an experimental result in which a fine pattern of continuous V-grooves and continuous arcs is formed on both surfaces of a sheet-like resin having a width of 35 mm, a length of 43 mm, and a thickness of 0.25 mm by the injection mold 1 according to the first embodiment. explain.
In the first embodiment, the pattern forming surface (continuous arc surface) 2a of the mold body 2 is continuously formed in parallel with the long side at R90 μm and pitch 90 μm, and the pattern forming surface (continuous V groove) of the
以上説明した実施例1によれば、冷却ブロック6を介して入れ子ブロック4でキャビティ5内の樹脂が圧縮されて、厚さ0.25mmの超薄肉成形品の両面に連続V溝と連続円弧が忠実に転写され、さらには入れ子ブロック4が冷却ブロック6との接触によって迅速に急冷され、高精度の成形品を短時間で得ることができた。
According to the first embodiment described above, the resin in the
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による射出成形金型を示す断面図、図4は図3の動作状態を示す断面図であり、図1および図2と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態2では、上記実施の形態1による金型本体2のパターン成形面(連続円弧面)2aをなくして入れ子ブロック4のパターン成形面(連続V溝)4aとの対向面を平坦面としたものである。したがって、この実施の形態2によれば、上記実施の形態1の金型本体2のパターン成形面2aによる効果を除いて上記実施の形態1と同様の作用効果を得ることができる。
Embodiment 2. FIG.
3 is a cross-sectional view showing an injection mold according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the operation state of FIG. 3. The same parts as those in FIGS. Therefore, duplicate explanation is omitted.
In the second embodiment, the pattern forming surface (continuous arc surface) 2a of the mold body 2 according to the first embodiment is eliminated, and the surface facing the pattern forming surface (continuous V groove) 4a of the
実施例2.
次に、上記実施の形態2による射出成形金型1によって、幅35mm、長さ43mm、厚さ0.4mmのシート状樹脂の片面に連続V溝状の微細パターンを形成した実験結果について説明する。
この実施例2においては、入れ子ブロック4のパターン成形面4aの連続V溝は、長辺と平行に高さ130μm、頂角60゜、ピッチ150μmで連続形成した。また、キャビティ5に充填する樹脂としては、環状ポリオレフィン系ポリマー樹脂の商品名ゼオノア(日本ゼオン株式会社)を用いた。そして、金型本体2は樹脂のガラス転移点よりも低い135℃に、かつ、入れ子ブロック4は樹脂のガラス転移点よりも高い145℃まで、それぞれのヒータ8,9で加熱昇温させた。また、冷却ブロック6の冷却配管10には30℃の水を冷却媒体として供給・循環させた。
Example 2
Next, an experimental result in which a continuous V-groove fine pattern is formed on one side of a sheet-like resin having a width of 35 mm, a length of 43 mm, and a thickness of 0.4 mm by the injection mold 1 according to the second embodiment will be described. .
In Example 2, the continuous V groove on the
その状態で射出成形機から金型本体2のキャビティ5に樹脂を充填した。このときの樹脂温度は300℃に設定した。樹脂充填後、図4に示すように冷却ブロック6を油圧シリンダ7で押圧し入れ子ブロック4に接触させて当該入れ子ブロック4を上昇させることにより、キャビティ5内の樹脂を加圧した。その加圧と同時に入れ子ブロック4のヒータ9の電源を遮断した。これにより、入れ子ブロック4の昇温が抑止され、かつ、当該入れ子ブロック4と冷却ブロック6との接触による両者の熱交換が行われ、入れ子ブロック4の温度を金型本体2と同じガラス転移点以下の135℃まで下げることができた。そこで、金型1を開いて樹脂成型品を取り出した。その取り出し後に冷却ブロック6と入れ子ブロック4を後退させて入れ子ブロック4と冷却ブロック6を離した。次いで、入れ子ブロック4のヒータ9の電源を入れ、入れ子ブロック4を145℃まで昇温させ、再びキャビティ5に樹脂を充填し前述と同じ工程の成形を行った。
In this state, the resin was filled into the
以上説明した実施例2によれば、冷却ブロック6を介して入れ子ブロック4でキャビティ5内の樹脂が圧縮されて、厚さ0.4mmの超薄肉成形品の片面に連続V溝が忠実に転写され、さらには入れ子ブロック4が冷却ブロック6との接触によって迅速に急冷され、高精度の成形品を短時間で得ることができた。
According to the second embodiment described above, the resin in the
実施例3.
次に、上記実施の形態2による射出成形金型1によって、直径26mm、厚さ1.3mmの円板状をなしたシート状樹脂の片面に連続V溝状の微細パターンを形成した実験結果について説明する。
この実施例2において、入れ子ブロック4のパターン成形面4aは、径方向に高さ1〜20μm、頂角90゜でピッチ2〜40μmのV溝を周方向に形成した。また、キャビティ5に充填する樹脂としては、ポリカーボネート樹脂の商品名ユーピロンH4000(三菱エンジニアリングプラスチック株式会社)を用いた。そして、金型本体2は樹脂のガラス転移点よりも低い145℃に、かつ、入れ子ブロック4は樹脂のガラス転移点よりも高い155℃まで、それぞれのヒータ8,9で加熱昇温させた。また、冷却ブロック6の冷却配管10には30℃の水を冷却媒体として供給・循環させた。
Example 3
Next, an experimental result of forming a continuous V-groove fine pattern on one side of a sheet-like resin having a diameter of 26 mm and a thickness of 1.3 mm by the injection mold 1 according to the second embodiment. explain.
In Example 2, the
その状態で射出成形機から金型本体2のキャビティ5に樹脂を充填した。このときの樹脂温度は300℃に設定した。樹脂充填後、上記実施例1の場合と同様に冷却ブロック6を油圧シリンダ7で押圧し入れ子ブロック4に接触させて当該入れ子ブロック4を上昇させることにより、キャビティ5内の樹脂を加圧した。その加圧と同時に入れ子ブロック4のヒータ9の電源を遮断した。これにより、入れ子ブロック4の昇温が抑止され、かつ、当該入れ子ブロック4と冷却ブロック6との接触による両者の熱交換が行われ、入れ子ブロック4の温度を金型本体2と同じガラス転移点以下の145℃まで下げることができた。そこで、金型1を開いて樹脂成型品を取り出した。その取り出し後に冷却ブロック6と入れ子ブロック4を後退させて入れ子ブロック4と冷却ブロック6を離した。次いで、入れ子ブロック4のヒータ9の電源を入れ、入れ子ブロック4を155℃まで昇温させ、再びキャビティ5に樹脂を充填し前述と同じ工程の成形を行った。
In this state, the resin was filled into the
以上説明した実施例3によれば、冷却ブロック6を介して入れ子ブロック4でキャビティ5内の樹脂が圧縮されて、厚さ0.4mmの超薄肉成形品の片面に連続V溝が忠実に転写され、さらには入れ子ブロック4が冷却ブロック6との接触によって迅速に急冷され、高精度の成形品を短時間で得ることができた。
According to the third embodiment described above, the resin in the
1 射出成形金型、2 金型本体、2a パターン成形面、3 型枠、3a 内段部、4 入れ子ブロック、4a パターン成形面、4b 鍔部、5 キャビティ、6 冷却ブロック、7 駆動手段、8,9 ヒータ(加熱手段)、10 冷却配管(冷却手段)、11,12,12a 断熱層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injection mold 2
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008001045A (en) * | 2006-06-26 | 2008-01-10 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Resin sealing device and resin sealing method |
US8142706B2 (en) | 2008-07-25 | 2012-03-27 | Lg Electronics Inc. | Device and method for injection molding product having hydrophobic pattern |
CN109159353A (en) * | 2018-08-06 | 2019-01-08 | 华东交通大学 | A kind of bioengineering gene culture dish processing cooling and demolding device |
-
2004
- 2004-02-12 JP JP2004035264A patent/JP2005225048A/en active Pending
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