JP2007320261A - 断熱金型、金型部品及び成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ空間において転写性にばらつきが生じるのを防止することができ、成形品の品質を高くすることができるようにする。
【解決手段】金型本体と、金型本体に取り付けられ、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２と対向する面に微細な凹凸のパターンを備える転写面が形成された転写部材と、転写部材の裏側に配設され、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２への成形材料の流入部に近いほど断熱性が高く、流入部から離れるほど断熱性が低くされた断熱層３５とを有する。断熱層３５は、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２への成形材料の流入部に近いほど断熱性が高く、流入部から離れるほど断熱性が低くされるので、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の全体において転写性を高くすることができ、パターンを精度良く転写することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、断熱金型、金型部品及び成形機に関するものである。

従来、成形機、例えば、射出成形機においては、加熱シリンダ内において溶融させられた樹脂が、金型装置内のキャビティ空間に充填され、該キャビティ空間内において冷却され、固化させられて成形品が成形されるようになっている。

前記射出成形機は金型装置、型締装置及び射出装置を有し、該射出装置は、樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ、該加熱シリンダの前端に取り付けられ、溶融させられた樹脂を射出する射出ノズル、前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリュー等を備える。そして、前記金型装置は固定金型及び可動金型を備え、前記型締装置によって可動金型を進退させることにより、金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴って、前記固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。

そして、計量工程において、前記スクリューが回転させられると、加熱シリンダ内に供給された樹脂が溶融させられてスクリューの前方に蓄えられ、それに伴って、スクリューが後退させられ、この間に、金型装置の型閉じ及び型締めが行われる。続いて、射出工程において、前記スクリューが前進させられ、前記スクリューの前方に蓄えられた樹脂が射出ノズルから射出され、キャビティ空間に充填される。次に、冷却工程において、前記キャビティ空間内の樹脂が冷却され固化されて、成形品が成形される。続いて、型開きが行われ、前記成形品が取り出される。

ところで、成形サイクルを短くするために、キャビティ空間に隣接させて断熱材を配設するようにした金型装置、すなわち、断熱金型が提供されている。

図２は従来の断熱金型の断面図である。

図において、１１は成形品、例えば、導光板を成形するための断熱金型、１２は固定金型、１３は該固定金型１２に対して進退自在に配設された可動金型である。図示されない型締装置は、可動金型１３を前進させて型閉じを行い、可動金型１３を前記固形金型１２に当接させて型締めを行い、これに伴って固定金型１２と可動金型１３との間に矩形の形状を有するキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２を形成し、可動金型１３を固定金型１２から離して型開きを行う。

また、１５は固定金型１２に形成されたスプルー１５であり、該スプルー１５の先端とキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２とがゲートｇ１、ｇ２を介して連通させられる。

そして、前記可動金型１３は上板２１、及び該上板２１を受ける下板２２を備え、前記キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の可動金型１３における固定金型１２と対向する面には、入れ子２４が取り付けられ、該入れ子２４の固定金型１２と対向する面に、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面が形成される。また、前記上板２１における入れ子２４と当接する面には、断熱材から成る断熱層２５が取り付けられる。そして、前記下板２２に温調流路２３が形成され、該温調流路２３に温調媒体を流すことによって断熱金型１１及びキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂を冷却することができる。

また、前記断熱金型１１に対して図示されない射出装置が進退自在に配設され、型締めが行われた状態の断熱金型１１の前記スプルー１５に、前記射出装置の射出ノズルを押し当て、射出ノズルから樹脂を射出すると、樹脂はゲートｇ１、ｇ２を介してキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に充填される。

そして、各キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂は、前記温調媒体によって冷却され、固化させられ、このとき、前記入れ子２４の転写面のパターンが樹脂に転写される。続いて、型開きを行うと、導光板を成形することができる。

ところで、前記断熱金型１１においては、入れ子２４の裏側に断熱層２５が配設されるとともに、温調媒体による冷却温度が、通常の金型装置より低くされる。したがって、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂が充填されたときに、ゲートｇ１、ｇ２を介して進入した樹脂の温度が断熱層２５によって一時的に保持され、続いて、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内をゲートｇ１、ｇ２から離れた部分、すなわち、非ゲート側部分に向けて移動するのに従って、急速に冷却される。その結果、通常の金型装置より早く型開きが可能な状態にされ、樹脂の充填が開始されたタイミングから型開きを開始するタイミングまでの型開待機時間を短縮することができ、成形サイクルを短くすることができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−３４６６３号公報

しかしながら、前記従来の断熱金型１１においては、型開待機時間の短縮を優先すると、導光板の品質がその分低くなってしまう。

特に、導光板のような、薄い成形品を成形する場合には、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂を充填した後に、ゲートｇ１、ｇ２に近い部分、すなわち、ゲート側部分の樹脂の温度が低くなる速度が高いのに対して、非ゲート側部分の樹脂の温度が低くなる速度が低く、温度差が生じる。したがって、前記転写面のパターンを樹脂に転写するに当たり、ゲート側部分は、樹脂の温度が早くガラス転移温度になるのに対して、非ゲート側部分は、樹脂の温度が遅くガラス転移温度になる。

その結果、非ゲート側部分の転写性が高く、パターンを精度良く転写することができるのに対して、ゲート側部分の転写性が低く、パターンを精度良く転写することができない。すなわち、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２において転写性にばらつきが生じ、導光板の品質が低くなってしまう。

本発明は、前記従来の断熱金型１１の問題点を解決して、キャビティ空間において転写性にばらつきが生じるのを防止することができ、成形品の品質を高くすることができる断熱金型、金型部品及び成形機を提供することを目的とする。

そのために、本発明の断熱金型においては、金型本体と、該金型本体に取り付けられ、キャビティ空間と対向する面に微細な凹凸のパターンを備える転写面が形成された転写部材と、該転写部材の裏側に配設され、前記キャビティ空間への成形材料の流入部に近いほど断熱性が高く、流入部から離れるほど断熱性が低くされた断熱層とを有する。

本発明によれば、断熱金型においては、金型本体と、該金型本体に取り付けられ、キャビティ空間と対向する面に微細な凹凸のパターンを備える転写面が形成された転写部材と、該転写部材の裏側に配設され、前記キャビティ空間への成形材料の流入部に近いほど断熱性が高く、流入部から離れるほど断熱性が低くされた断熱層とを有する。

この場合、断熱層は、前記キャビティ空間への成形材料の流入部に近いほど断熱性が高く、流入部から離れるほど断熱性が低くされるので、キャビティ空間の全体において転写性を高くすることができ、パターンを精度良く転写することができる。したがって、キャビティ空間の全体において転写性にばらつきが生じるのを防止することができるので、成形品の品質を高くすることができる。

また、必要なだけの転写時間を確保することができるので、複雑なパターンであっても精度良く転写することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、成形機としての射出成形機について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における断熱金型の断面図、図３は本発明の第１の実施の形態における樹脂の温度特性を示す第１の図、図４は本発明の第１の実施の形態における樹脂の温度特性を示す第２の図である。なお、図３及び４において、横軸に時間を、縦軸に樹脂の温度を採ってある。

図において、１１は成形品、例えば、導光板を成形するための金型装置としての断熱金型、１２は第１の金型としての固定金型、１３は該固定金型１２に対して進退自在に配設された第２の金型としての可動金型である。

そして、該可動金型１３は型板としての、かつ、第１の金型部品としての上板２１、該上板２１を受ける受け板としての、かつ、第２の金型部品としての下板２２等を備え、型締めに伴って固定金型１２と可動金型１３との間に形成される前記キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の可動金型１３における固定金型１２と対向する面には、転写部材としての入れ子２４が取り付けられ、該入れ子２４の固定金型１２と対向する面に、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面が形成される。なお、上板２１及び下板２２は、剛性を保つためにステンレス鋼によって形成され、金型本体を構成し、入れ子２４は、加工性を良好にするために、主としてニッケル（Ｎｉ）によって形成される。

ところで、本実施の形態においては、成形サイクルを短くするために、前記上板２１における入れ子２４と当接する面には、断熱材から成る断熱層３５が取り付けられ、支持部８１によって支持される。そして、前記下板２２に温調流路２３が形成され、該温調流路２３に、図示されない温調器から供給された温調媒体を流すことによって断熱金型１１及びキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の成形材料としての図示されない樹脂を冷却することができる。なお、本実施の形態においては、前記断熱材として、ジルコニア等のセラミック、又はポリイミド等の樹脂を使用することができる。

また、１５は固定金型１２に形成されたスプルーであり、該スプルー１５の先端とキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２とが、樹脂の流入部であるゲートｇ１、ｇ２を介して連通させられる。

図示されない型締装置を作動させることによって、前記可動金型１３を前進させ、型閉じを行い、可動金型１３を前記固形金型１２に当接させて型締めを行い、これに伴って固定金型１２と可動金型１３との間にキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２を形成し、可動金型１３を固定金型１２から離して型開きを行う。

前記型締装置は、第１のプラテンとしての固定プラテン、ベースプレートとしてのトグルサポート、前記固定プラテンとトグルサポートとの間に架設されたタイバー、固定プラテンと対向させて、かつ、タイバーに沿って進退自在に配設された第２のプラテンとしての可動プラテン、及び該可動プラテンとトグルサポートとの間に配設されたトグル機構、型締用の駆動部としての型締用モータ等を備える。そして、前記固定プラテン及び可動プラテンに、互いに対向させて前記固定金型１２及び可動金型１３がそれぞれ取り付けられる。

また、前記固定プラテンと対向させて図示されない射出装置が配設される。該射出装置は、シリンダ部材としての加熱シリンダ、該加熱シリンダ内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された射出部材としてのスクリュー、前記加熱シリンダの前端に取り付けられた射出ノズル、前記加熱シリンダの後端の近傍に配設されたホッパ、前記スクリューと連結された計量用の駆動部としての計量用モータ、前記スクリューと連結された射出用の駆動部としての射出用モータ等を備える。

次に、前記型締装置において、型締用モータを駆動すると、トグル機構が伸展させられ、可動プラテンが前進させられて型閉じが行われ、可動金型１３が固定金型１２に当接させられる。続いて、型締用モータを更に駆動すると、トグル機構において型締力が発生させられ、該型締力で可動金型１３が固定金型１２に押し付けられる。

一方、前記射出装置においては、計量工程において、計量用モータを駆動し、スクリューを回転させると、ホッパから供給された樹脂は、加熱シリンダ内において加熱されて溶融させられ、前方に移動して、スクリューの前方に溜められる。これに伴って、スクリューは、所定の位置まで後退させられる。

また、射出工程において、型締めが行われた状態の断熱金型１１の前記スプルー１５に、前記射出装置の射出ノズルを押し当て、射出用モータを駆動し、スクリューを前進させると、スクリューの前方に溜められた樹脂は射出ノズルから射出され、ゲートｇ１、ｇ２を介して前記キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に充填される。

そして、各キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂は、前記温調媒体によって冷却され、固化させられ、このとき、前記入れ子２４の転写面のパターンが樹脂に転写される。

続いて、前記型締用モータを逆方向に駆動すると、トグル機構が屈曲させられ、可動プラテンが後退させられ、型開きが行われる。このようにして、導光板を成形することができる。

ところで、前記断熱金型１１においては、入れ子２４の裏側に断熱層３５が配設されるとともに、温調媒体による冷却温度が、通常の金型装置より低くされる。したがって、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂が充填されたときに、ゲートｇ１、ｇ２を介して進入した樹脂の温度が断熱層３５によって一時的に保持され、続いて、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内を非ゲート側部分に向けて移動するのに従って、急速に冷却される。その結果、通常の金型装置より早く型開きが可能な状態にされ、樹脂の充填が開始されたタイミングから型開きを開始するタイミングまでの型開待機時間を短縮することができ、成形サイクルを短くすることができる。

ところが、前記型開待機時間の短縮を優先すると、導光板の品質がその分低くなってしまう。

特に、導光板のような、薄い成形品を成形する場合には、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂を充填した後に、ゲート側部分の樹脂は、入れ子２４に早く接触するので、温度が低くなる速度が高いのに対して、非ゲート側部分の樹脂は、入れ子２４に遅く接触するので、温度が低くなる速度が低く、温度差が生じる。

したがって、前記転写面のパターンを樹脂に転写するに当たり、ゲート側部分においては、樹脂の温度が早くガラス転移温度になり、樹脂が急速に固化すると、転写性が低くなり、パターンを精度良く転写することができなくなってしまう。一方、非ゲート側部分においては、樹脂の温度が遅くガラス転移温度になり、樹脂が緩やかに固化すると、転写性が高くなり、パターンを精度良く転写することができる。

すなわち、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２において転写性にばらつきが生じ、導光板の品質が低くなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、ゲートｇ１、ｇ２に近くなるほど前記断熱層３５による断熱性を高くし、ゲートｇ１、ｇ２から離れるほど前記断熱層３５による断熱性を低くするようにしている。そのために、前記断熱層３５の厚さが段階的に変化させられ、ゲートｇ１、ｇ２に近くなるほど断熱層３５が厚くされ、ゲートｇ１、ｇ２から離れるほど断熱層３５が薄くされる。

したがって、ゲート側部分の樹脂の温度、及び非ゲート側部分の樹脂の温度がガラス転移温度になるタイミングを近づけることができる。

すなわち、図１に示されるように、非ゲート側部分における入れ子２４に近い所定の部分を外側表面部Ｐｏｆとしたとき、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂を充填した後の外側表面部Ｐｏｆの温度Ｔｏｆは、本発明のような断熱層３５を使用した場合でも、従来の技術のような断熱層２５（図２参照）を使用した場合でも、図３に示される線Ｌｏｆのように推移し、タイミングｔａでガラス転移点Ｔγ（約１５０〔℃〕）になる。また、ゲート側部分における入れ子２４に近い所定の部分を内側表面部Ｐｉｆとしたとき、内側表面部Ｐｉｆの温度Ｔｉｆは、従来の技術のような断熱層２５を使用した場合、線Ｌｉｆ１のように推移し、タイミングｔｂでガラス転移点Ｔγになるのに対して、本発明のような断熱層３５を使用した場合、線Ｌｉｆ２のように推移し、タイミングｔｃでガラス転移点Ｔγになる。

このように、本実施の形態においては、断熱層３５が配設されるので、温度Ｔｏｆ、Ｔｉｆは、ほぼ同じタイミングｔａ、ｔｃでガラス転移点Ｔγになり、固化する。すなわち、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２のいずれの表面部分も、ほぼ同じタイミングｔａ、ｔｃでガラス転移点Ｔγになり、固化する。

したがって、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の全体において転写性を高くすることができ、パターンを精度良く転写することができる。すなわち、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の全体において転写性にばらつきが生じるのを防止することができ、導光板の品質を高くすることができる。

また、必要なだけの転写時間を確保することができるので、複雑なパターンであっても精度良く転写することができる。

また、図１に示されるように、非ゲート側部分のキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の厚さ方向におけるほぼ中央の所定の部分を外側中心部Ｐｏｍとしたとき、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂を充填した後の外側中心部Ｐｏｍの温度Ｔｏｍは、本発明のような断熱層３５を使用した場合でも、従来の技術のような断熱層２５を使用した場合でも、図４に示される線Ｌｏｍのように推移し、タイミングｔｅでガラス転移点Ｔγになる。また、ゲート側部分のキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の厚さ方向におけるほぼ中央の所定の部分を内側中心部Ｐｉｍとしたとき、内側中心部Ｐｉｍの温度Ｔｉｍは、従来の技術のような断熱層２５を使用した場合、線Ｌｉｍ１のように推移し、タイミングｔｆでガラス転移点Ｔγになるのに対して、本発明のような断熱層３５を使用した場合、線Ｌｉｍ２のように推移し、タイミングｔｇでガラス転移点Ｔγになる。

このように、本実施の形態においては、断熱層３５が配設されるので、温度Ｔｏｍ、Ｔｉｍは、ほぼ同じタイミングｔｅ、ｔｇでガラス転移点Ｔγになり、固化する。すなわち、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２のいずれの中心部分も、ほぼ同じタイミングｔｅ、ｔｇでガラス転移点Ｔγになり、固化する。

したがって、断熱層３５を配設することによって、樹脂が固化するタイミングが遅くならないので、型開きを行うタイミングが遅くならない。その結果、成形サイクルが短くなる。

次に、断熱層３５の厚さを変更したときの転写性のばらつきを評価した結果について説明する。この場合、樹脂の充填時の温度、すなわち、初期温度を３５０〜４００〔℃〕とし、樹脂の流れ速度を４５０〔ｍｍ／ｓ〕とし、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の厚さを０．６〔ｍｍ〕とし、温調媒体の温度を１２０〔℃〕として、非ゲート側部分の断熱層３５の厚さを０．３〔ｍｍ〕とし、ゲート側部分の厚さを異ならせて０．３、０．５、０．７、０．９及び１．１〔ｍｍ〕として、転写性のばらつきの評価評価を表１に示す。

表１において、×は転写性のばらつきが大きいことを、○は転写性のばらつきが小さいことを、◎は転写性のばらつきが極めて小さいことを表す。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図５は本発明の第２の実施の形態における断熱金型の断面図である。

この場合、断熱層４５の厚さが連続的に変化させられ、前記流入部であるゲートｇ１、ｇ２に近くなるほど断熱層４５が厚くされ、ゲートｇ１、ｇ２から離れるほど断熱層４５が薄くされる。

次に、成形品、例えば、ディスク基板を成形するためのディスク成形金型としての断熱金型に適用した本発明の第３の実施の形態について説明する。

図６は本発明の第３の実施の形態における断熱金型の断面図である。

図において、５３は第１の金型としての図示されない固定金型に対して進退自在に配設された第２の金型としての可動金型であり、該可動金型５３は、円形の形状を有する型板としての、かつ、第１の金型部品としての鏡面盤６１、及び該鏡面盤６１を受ける受け板としての、かつ、第２の金型部品としてのベースプレート６２を備え、キャビティ空間Ｃ３内の可動金型５３における固定金型と対向する面には、転写部材としてのスタンパ６４が取り付けられ、該スタンパ６４の固定金型と対向する面に、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面Ｓａが形成される。また、前記スタンパ６４の周囲には、環状のキャビリング６９が鏡面盤６１に取り付けられる。なお、鏡面盤６１及びベースプレート６２は、剛性を保つためにステンレス鋼によって形成され、金型本体を構成し、スタンパ６４は、加工性を良好にするために、主としてニッケル（Ｎｉ）によって形成される。

ところで、本実施の形態においては、成形サイクルを短くするために、前記鏡面盤６１におけるスタンパ６４と当接する面には、断熱材から成る断熱層６５が取り付けられ、支持部８１によって支持される。そして、前記ベースプレート６２に温調流路２３が形成され、該温調流路２３に、図示されない温調器から供給された温調媒体を流すことによって断熱金型及びキャビティ空間Ｃ３内の成形材料としての図示されない樹脂を冷却することができる。なお、本実施の形態においては、前記断熱材として、ジルコニア等のセラミック、又はポリイミド等の樹脂を使用することができる。

前記断熱層６５は、厚さが段階的に変化させられ、樹脂の流入部である中央に近くなるほど断熱層６５が厚くされ、中央から離れるほど断熱層６５が薄くされる。

そのために、前記断熱層６５は、直径の異なる複数の、本実施の形態においては、三つの断熱板６６〜６８を、上方から下方に向けて直径の大きい順に、同心状に重ねることによって形成される。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図７は本発明の第４の実施の形態における断熱金型の断面図である。

この場合、断熱層７５の厚さが連続的に変化させられ、成形材料としての図示されない樹脂の流入部である中央に近くなるほど断熱層７５が厚くされ、中央から離れるほど断熱層７５が薄くされる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における断熱金型の断面図である。 従来の断熱金型の断面図である。 本発明の第１の実施の形態における樹脂の温度特性を示す第１の図である。 本発明の第１の実施の形態における樹脂の温度特性を示す第２の図である。 本発明の第２の実施の形態における断熱金型の断面図である。 本発明の第３の実施の形態における断熱金型の断面図である。 本発明の第４の実施の形態における断熱金型の断面図である。

符号の説明

１１ 断熱金型
２１ 上板
２２ 下板
２４ 入れ子
３５、４５、６５、７５ 断熱層
６１ 鏡面盤
６２ ベースプレート
６４ スタンパ
８１ 支持部
Ｃ１〜Ｃ３ キャビティ空間
ｇ１、ｇ２ ゲート
Ｓａ 転写面

Claims (6)

1. （ａ）金型本体と、
   （ｂ）該金型本体に取り付けられ、キャビティ空間と対向する面に微細な凹凸のパターンを備える転写面が形成された転写部材と、
   （ｃ）該転写部材の裏側に配設され、前記キャビティ空間への成形材料の流入部に近いほど断熱性が高く、流入部から離れるほど断熱性が低くされた断熱層とを有することを特徴とする断熱金型。
2. 前記断熱層は、前記キャビティ空間への成形材料の流入部に近いほど厚く、流入部から離れるほど薄くされる請求項１に記載の断熱金型。
3. 前記断熱層の厚さは段階的に変更される請求項２に記載の断熱金型。
4. 前記断熱層の厚さは連続的に変更される請求項２に記載の断熱金型。
5. 凹凸のパターンを備える転写面が形成された転写部材の裏側に配設される金型部品において、
   （ａ）キャビティ空間への成形材料の流入部に近いほど断熱性が高く、流入部から離れるほど断熱性が低くされた断熱層と、
   （ｂ）該断熱層を支持する支持部とを有することを特徴とする金型部品。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の断熱金型を有する成形機。
   

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