JP2006088632A - 樹脂成形金型および樹脂成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを上昇させることなく、高い寸法精度と転写性を有する樹脂成形品を成形できる樹脂成形金型を提供すること。
【解決手段】キャビティ３内に溶融した樹脂３０を充填して、上記キャビティ３形状のレンズを成形する樹脂成形金型において、上記キャビティ３が設けられる金型本体１と、上記金型本体１の上記樹脂３０と接する位置に設けられた通気性を有する多孔質部材５と、上記多孔質部材５を介して上記キャビティ３内に空気を供給する気体供給管６とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高い寸法精度や転写性が必要なレンズやミラー等の樹脂成形品を成形する樹脂成形金型および樹脂成形方法に関する。

樹脂成形品を成形する樹脂成形方法が知られている。この樹脂成形方法は、金型のキャビティ内に溶融した樹脂を充填し、この樹脂をキャビティ内で冷却固化することで、キャビティ形状の樹脂成形品を成形するものである。

しかしながら、樹脂は冷却に伴って収縮するため、高い寸法精度でキャビティの形状を転写することができない。そのため、高い寸法精度でキャビティ形状を転写するために、成形時の樹脂の圧力や温度を高くする等の対策が講じられている。

しかしながら、樹脂の圧力を高めても、樹脂がキャビティを流動するときに、必ず圧力損失が生じ、樹脂の流動方向前方ではゲート側に比べて圧力が低下する。したがって、樹脂成形品全体に亘って均一な転写性を得ることは難しい。

樹脂の流動方向前方でも高い転写性を得るために、樹脂の圧力をさらに高めると、ゲート側において樹脂の内部歪が増大し、樹脂成形品にクラックや変形が生じることもある。

樹脂の温度を高めても同様である。

そこで、樹脂成形品のうち、高い転写性を必要としない部分にコマを配置し、このコマをキャビティ側から後退させることで、樹脂と金型との間に空気層を形成する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

この方法によれば、樹脂と金型との間に形成される空気層が断熱材として機能することで、この空気層と接する樹脂の冷却速度を相対的に低下させることができる。その結果、空気層と接する部分に樹脂の収縮が集中し、光学的に重要な面の寸法精度や転写性が低下するのを防止することができる。
「高精度プラスチック光学素子の新成形技術」Ｒｉｃｏｈ Ｔｅｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．２８．ＤＥＣＥＭＲＥＲ，２００２．

しかしながら、金型にコマを配置する場合、樹脂成形金型の構成が複雑化し、コストが上昇するという問題がある。また、コマが移動するときには、必ず金属紛等が発生し、樹脂成形品の品質を低下させるという問題もある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コストを上昇させることなく、高い寸法精度と転写性を有する樹脂成形品を成形できる樹脂成形金型及び樹脂成形方法を提供することにある。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の樹脂成形金型及び樹脂成形方法は次のように構成されている。

（１）キャビティ内に溶融した樹脂を充填して、上記キャビティ形状の樹脂成形品を成形する樹脂成形金型において、上記キャビティが設けられる金型本体と、上記金型本体の上記樹脂と接する位置に設けられた通気性を有する部材と、上記部材を介して上記キャビティ内に気体を供給する供給手段とを具備することを特徴とする。

（２）（１）に記載された樹脂成形金型であって、上記部材は多孔質部材であることを特徴とする。

（３）（１）に記載された樹脂成形金型であって、上記部材は上記樹脂成形品の非外観面となる部分の樹脂と接する位置に設けられていることを特徴とする。

（４）（１）に記載された樹脂成形金型であって、上記多孔質部材の孔径は０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする。

（５）（１）に記載された樹脂成形金型であって、上記部材は金属、セラミック、または上記樹脂よりも熱変形温度の高い樹脂で形成されていることを特徴とする。

（６）（１）に記載された樹脂成形金型であって、上記気体は上記樹脂の熱変形温度以下であることを特徴とする。

（７）（１）に記載された樹脂成形金型であって、上記気体は空気、窒素、または二酸化炭素であることを特徴とする。

（８）（１）に記載された樹脂成形金型であって、上記気体は０．１ＭＰａ以上であることを特徴とする。

（９）金型のキャビティ内に溶融した樹脂を充填する第１の工程と、上記キャビティ内に気体を供給して、上記樹脂と上記金型との間に空気層を形成する第２の工程とを具備することを特徴とする。

（１０）（９）に記載された樹脂成形方法であって、上記気体は、上記金型に設けられた通気性を有する部材を介して供給されることを特徴とする。

（１１）（１０）に記載された樹脂成形方法であって、上記第２の工程は、上記樹脂が上記部材に接触する前に開始されることを特徴とする。

（１２）（１１）に記載された樹脂成形方法であって、上記第２の工程は、上記第１の工程の後に行われ、上記第２の工程の前に、上記部材を上記キャビティ側から後退させ、上記部材の上記キャビティ側の面と上記キャビティ内に充填された樹脂との間に空間を形成する第３の工程と、上記第２の工程の後に、上記部材を上記キャビティ側に前進させ、上記部材の上記キャビティ側の面を上記キャビティの内面と面一となる位置に設定する第４の工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、コストを上昇させることなく、樹脂成形品の寸法精度と転写性を向上することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

まず、図１〜図６を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る樹脂成形金型の横断面図、図２は同実施の形態に係る樹脂成形金型の正面からみた縦断面図、図３は同実施の形態に係る樹脂成形金型の側面から見た縦断面図、図４は同実施の形態に係るレンズを示す斜視図、図５は同実施の形態に係るレンズを拡大して示す断面図、図６は同実施の形態に係るレンズの第３、第４の面にヒケが発生した様子を示す概略図である。

図１〜図６に示すように、本実施の形態に係る樹脂成形金型は金型本体１を有している。この金型本体１は複数の入れ子２（２つのみ図示）から構成されており、これら入れ子２の間の部分にレンズ２０（樹脂成形品）を成形するためのキャビティ３と、キャビティ３に樹脂３０を充填するためのランナ４が形成されている。

このレンズ２０は、複写機等の走査レンズとして使用されるものであり、光学的に重要な第１の面２０ａ及び第２の面２０ｂと、光学的にあまり重要でない第３の面２０ｃ、第４の面２０ｄ、第５の面２０ｅ、及び第６の面２０ｆ（非外観面）とを備えている。

第１の面２０ａは凸レンズのような滑らかな湾曲形状をしており、第２の面２０ｂは略平面形状をしている。また、第３〜第６の面２０ｃ〜２０ｆは略平面形状をしている。なお、本実施の形態では、成形対象をレンズ２０としているが、これに限定されるものではなく、高い寸法精度や転写性が必要なものであれば、例えばミラー等であってもよい。

金型本体１の内面のうち、レンズ２０の第３、第４の面２０ｃ、２０ｄと接する位置には、通気性を備えた多孔質部材５（部材）が設けられている。この多孔質部材５は、レンズ２０の第３、第４の面２０ｃ、２０ｄを成形するものであり、その全体に亘って多数の微細な孔５ａを備えている。多孔質部材５の材質としては、金属、セラミック、レンズ２０の材料である樹脂３０の熱変形温度以下の樹脂が用いられる。

孔５ａの孔径は、約０．０２ｍｍ以下が好ましい。これは、一般に樹脂成形金型による樹脂成形品において、入れ子と入れ子の隙間が０．０２ｍｍを超えると、この隙間に樹脂が流れ込み、バリが形成されてしまうことによる。すなわち、孔５ａの孔径を０．０２ｍｍ以下に設定することで、第３、第４の面２０ｃ、２０ｄに孔５ａと対応した形状の凸部が形成されるのを防止している。

なお、多孔質部材５の代わりに、金属、セラミック、樹脂等にマイクロ加工等で複数の微細な孔を形成したものを用いてもよい。

多孔質部材５には、それぞれ気体供給管６（供給手段）が接続されている。これら気体供給管６には気体供給装置７が接続されており、気体供給管６を介して多孔質部材５に０．１ＭＰａ以上の圧力で空気、窒素、二酸化炭素等の気体を供給できるようになっている。

なお、気体の温度は樹脂３０の熱変形温度より低く設定されており、溶融した樹脂３０が気体に接触すると、この樹脂は冷却されて固形化するようになっている。

次に、上記構成の樹脂成形金型を使用してレンズ２０を成形する際の作用について説明する。

レンズ２０を成形する場合、まずランナ４から溶融した樹脂３０をキャビティ３内に流し込む。キャビティ３内が樹脂３０で充満したら、気体供給装置７を作動して気体供給管６から各多孔質部材５に空気、窒素、二酸化炭素等の気体を０．１ＭＰａ以下の圧力で供給する。

この気体は、多孔質部材５に設けられた多数の孔５ａを介してキャビティ３側の側面全体から略均一に流出し、樹脂３０と金型本体１との間に空気層１０を形成する。通常、空気は固体に比べて熱伝導率が低いため、樹脂３０と金型本体１の間に形成される空気層１０は、樹脂３０と金型本体１との間を断熱する断熱材として機能する。

その結果、空気層１０が形成されている部分と、空気層１０が形成されていない部分との間で、樹脂３０の冷却速度に差が生じ、空気層１０が形成されていない第１、第２、第５、第６の面２０ａ、２０ｂ、２０ｅ、２０ｆは、空気層１０が形成されている第３、第４の面２０ｃ、２０ｄに比べて速く固形化する。

樹脂３０が冷却する際には、その収縮力により周囲の流動性が高い樹脂３０を引き込もうとする。そのため、第１、第２、第５、第６の面２０ａ、２０ｂ、２０ｅ、２０ｆ近傍の樹脂３０が硬化するときには、第１、第２、第５、第６の面２０ａ、２０ｂ、２０ｅ、２０ｆ近傍の樹脂が、相対的に高温で流動性が高い第３、第４の面２０ｃ、２０ｄ近傍の樹脂３０を引き込み、図４に示すように、第３、第４の面２０ｃ、２０ｄに凹面状のヒケ１１を発生させる。

本実施の形態に係る樹脂成形金型によれば、レンズ２０の面のうち、光学的にあまり重要でない第３、第４の面２０ｃ、２０ｄが接する位置に多孔質部材５を設け、この多孔質部材５を介してキャビティ３内に気体を供給している。

これにより、樹脂３０と金型本体１との間に空気層が形成されるから、第３、第４の面２０ｃ、２０ｄの冷却速度が他の面２０ａ、２０ｂ、２０ｅ、２０ｆよりも遅れ、第３、第４の面２０ｃ、２０ｄにヒケ１１が発生する。

そのため、レンズ２０の面のうち、光学的に重要な第１、第２の面２０ａ、２０ｂにヒケ１１が発生するのを防止できるから、すなわち第１、第２の面２０ａ、２０ｂが殆んど収縮しないから、金型の転写性が向上し、高い寸法精度を有するレンズ２０を成形することができる。

このように、本実施の形態に係る樹脂成形金型を用いれば、高い寸法精度と転写性が得られるため、従来に比べて成形圧力、すなわちキャビティ３に供給する樹脂３０の圧力を低下することができる。

その結果、小型の成形機でも樹脂成形が可能となるため、高い寸法精度や転写性が必要な樹脂成形品の製造コストを低下することができる。さらに、成形圧力の低下により金型にかかる負荷が低減するため、金型の耐用年数を長期化することができる。

次に、図７を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、ここでは上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。

図７は本発明の第２の実施の形態に係る樹脂成形金型の横断面図である。

図７に示すように、本実施の形態では、金型本体１に開口部４０を形成し、この開口部４０内に多孔質部材５をキャビティ３に対して進退可能に設けている。なお、多孔質部材５が進退運動する場合、これに接続された気体供給管６も連動して進退する。

次に、上記構成の樹脂成形金型を使用してレンズ２０を成形する際の作用について説明する。

キャビティ３内に溶融した樹脂３０を充填したら、多孔質部材５をキャビティ３側から後退させ、多孔質部材５のキャビティ３側の面と樹脂３０との間に所定の空間４１を形成する。そして、気体供給管６から多孔質部材５に気体を供給し、上記空間４１内に空気層１０を形成する。

多孔質部材５のキャビティ３側の面と樹脂３０との間に空気層１０が形成されたら、多孔質部材５をキャビティ３側に前進させ、多孔質部材５のキャビティ３側の面がキャビティ３の内面と面一となる位置に位置決めする。そして、キャビティ３内の樹脂３０を冷却してゆき、樹脂３０にキャビティ３の形状を転写する。これにより、キャビティ形状のレンズ２０が完成される。

上記構成の樹脂成形金型によれば、キャビティ３内に気体を供給する前に、多孔質部材５をキャビティ３側から後退させ、多孔質部材５と樹脂３０との間に空間４１を確保している。

そのため、キャビティ３内に充填された樹脂３０の圧力が高い場合であっても、樹脂３０と多孔質部材５との間に確保される空間４１により、あまり圧力を上げることなく、キャビティ３内に気体を供給することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

具体的には、上記実施の形態では、多孔質部材５の寸法、形状を第３、第４の面２０ｃ、２０ｄと同じとし、多孔質部材５全体でレンズ２０の第３、第４の面２０ｃ、２０ｄを成形したが、これに限定されるものではなく、例えば、レンズ２０の第３、第４の面２０ｃ、２０ｄと接する一部分にのみ多孔質部材５を設け、この部分にヒケ１１を集中させるようにしてもよい。

また、キャビティ３内を樹脂３０で充填した後に気体を供給しているが、これに限定されることはなく、例えば流し込まれる樹脂３０が多孔質部材５に接触する前に気体の供給を開始してもよい。こうすれば、気体の供給圧力をさらに低下することができる。

また、多孔質部材５のキャビティ３側以外の面を研磨し、これらの面の通気性を消失させておけば、気体供給管６からの気体をキャビティ３側にだけ供給することができる。

また、高い寸法精度や転写性を必要としない電化製品の筐体等の成形にも使用することができる。この場合、筐体の裏面側に多孔質部材５を配置し、この裏面にヒケを発生させるようにすればよい。

本発明の第１の実施の形態に係る樹脂成形金型の横断面図。 同実施の形態に係る樹脂成形金型の正面からみた縦断面図。 同実施の形態に係る樹脂成形金型の側面から見た縦断面図。 同実施の形態に係るレンズを示す斜視図。 同実施の形態に係るレンズを拡大して示す断面図。 同実施の形態に係るレンズの第３、第４の面にヒケが発生した様子を示す概略図。 本発明の第２の実施の形態に係る樹脂成形金型の横断面図。

符号の説明

１…金型本体、３…キャビティ、５…多孔質部材（部材）、５ａ…孔、６…気体供給管（供給手段）、２０ｃ…第３の面（非外観面）、２０ｄ…第４の面（非外観面）、２０ｅ…第５の面（非外観面）、２０ｆ…第６の面（非外観面）、２０…レンズ（樹脂成形品）、３０…樹脂。

Claims (12)

1. キャビティ内に溶融した樹脂を充填して、上記キャビティ形状の樹脂成形品を成形する樹脂成形金型において、
   上記キャビティが設けられる金型本体と、
   上記金型本体の上記樹脂と接する位置に設けられた通気性を有する部材と、
   上記部材を介して上記キャビティ内に気体を供給する供給手段と、
   を具備することを特徴とする樹脂成形金型。
2. 上記部材は多孔質部材であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形金型。
3. 上記部材は上記樹脂成形品の非外観面となる部分の樹脂と接する位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形金型。
4. 上記多孔質部材の孔径は０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形金型。
5. 上記部材は金属、セラミック、または上記樹脂よりも熱変形温度の高い樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形金型。
6. 上記気体は上記樹脂の熱変形温度以下であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形金型。
7. 上記気体は空気、窒素、または二酸化炭素であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形金型。
8. 上記気体は０．１ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形金型。
9. 金型のキャビティ内に溶融した樹脂を充填する第１の工程と、
   上記キャビティ内に気体を供給して、上記樹脂と上記金型との間に空気層を形成する第２の工程と、
   を具備することを特徴とする樹脂成形方法。
10. 上記気体は、上記金型に設けられた通気性を有する部材を介して供給されることを特徴とする請求項９記載の樹脂成形方法。
11. 上記第２の工程は、上記樹脂が上記部材に接触する前に開始されることを特徴とする請求項１０記載の樹脂成形方法。
12. 上記第２の工程は、上記第１の工程の後に行われ、
    上記第１の工程と上記第２の工程の間に、上記部材を上記キャビティ側から後退させ、上記部材の上記キャビティ側の面と上記キャビティ内に充填された樹脂との間に空間を形成する第３の工程と、
    上記第２の工程の後に、上記部材を上記キャビティ側に前進させ、上記部材の上記キャビティ側の面を上記キャビティの内面と面一となる位置に設定する第４の工程と、
    を具備することを特徴とする請求項１１記載の樹脂成形方法。

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