JP2008087407A - 射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短いサイクルタイムで安定した品質の成形品を取出すことができるようにする。
【解決手段】合成樹脂４７を射出成形により成形する射出成形方法において、金型１０，２０から成形品５０を取出す際に発生する離型抵抗の大きさよりも、成形品５０の弾性率が下回らない温度で成形品５０を金型１０，２０から取出すようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、成形材料を射出成形用の金型を用いて成形する射出成形方法に関する。

従来、光学機器に用いられる光学材料として、透明性、高屈折性、耐摩耗性等の特性が要求されることから、主にガラス材料が用いられてきたが、近年の小型軽量化、低コスト化等の要請から合成樹脂が用いられるようになった。

この合成樹脂を射出成形する場合、特に光学素子のような高精度成形品を成形する際の金型温度は、通常、ガラス転移点（Ｔｇ℃）よりも低い温度とするのが一般的であった（特許文献１参照）。これは、金型温度を、ガラス転移点（Ｔｇ℃）よりも高く設定すると、成形品を金型から取出すときに成形品が変形するおそれがあるためである。

一方、高精度が要求される製品の成形では、樹脂の充填時はガラス転移点（Ｔｇ℃）よりも金型温度を上げ、冷却時に、金型温度をガラス転移点（Ｔｇ℃）以下とする方法も公知である（特許文献２及び特許文献３参照）。
特開２００５−１９３４１６号公報 特開平３−２２７６１０号公報 特開平１−２００９２５号公報

図６に示すように、一般に金型温度は、成形時には樹脂の充填により急激に上昇する。このため、冷却時には、充填時の熱を金型温調管内の媒体により奪い、金型温度を下げ、樹脂を冷却させている。そして、通常は、金型温度が安定になった時点で、すなわち温度安定領域で型開きを行い、成形品を取出す。

しかし、このような状態でサイクルタイムを短縮していくと、温度安定領域になる前に型開きを行うことになる。この時の金型温度、及び成形品の樹脂温度は急激に変化しており、その結果、各成形サイクルのショット毎の金型温度が大きく変動し，製品品質がバラツク要因となる。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、短いサイクルタイムで安定した品質の成形品を金型から取出すことのできる射出成形方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る射出成形方法の発明は、
成形材料を射出成形用の金型を用いて成形する射出成形方法において、
前記金型から成形品を取出す際に該成形品に作用する離型抵抗の大きさよりも、前記成形材料の弾性率が下回らないような温度で、前記成形品を前記金型から取出すことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の射出成形方法において、
前記金型から前記成形品を取出す際の該成形品の離型温度（Ｔｏ℃）を、前記成形材料のガラス転移点（Ｔｇ℃）よりも高く設定したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の射出成形方法において、
前記離型温度（Ｔｏ℃）と前記成形材料のガラス転移点（Ｔｇ℃）とは、
Ｔｇ≦Ｔｏ≦Ｔｇ＋１０℃
の関係を有することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形方法において、
成形中の前記金型の温度を、前記離型温度（Ｔｏ℃）と略等しく設定したことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形方法において、
前記離型温度（Ｔｏ℃）での前記成形材料の前記弾性率が１４００ＭＰａ以上であることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の射出成形方法において、
前記成形材料は合成樹脂であることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項１又は２に記載の射出成形方法において、
前記成形品は光学素子であることを特徴とする。

本発明によれば、金型から成形品を取出す際に該成形品に作用する離型抵抗の大きさよりも、成形品の弾性率が下回らないような温度で成形品を金型から取出すことで、短いサイクルタイムで安定した品質の成形品を取出すことができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、射出成形用の金型の断面図であり、図２は、離型時の状態を示す図である。
射出成形用の金型１は、固定側金型１０と可動側金型２０とで構成されている。固定側金型１０は、中央にスプルー１１が設けられた固定側型板１２と、この固定側型板１２が取り付けられる固定側取付板１３とを有している。

また、可動側金型２０は、可動側型板２２と可動側取付板２３とを有している。可動側取付板２３には、スペーサブロック２４を介して可動側型板２２が取付けられている。この可動側型板２２には、キャビティ２５が形成されている。なお、スペーサブロック２４の内側の空間であって、可動側型板２２と可動側取付板２３との間の空間には、突出機構３２が配置されている。

突出機構３２は、成形品５０（図２参照）を可動側型板２２から突き出すための機構である。なお、図２において、正確には、溶融樹脂が固化した成形体を、金型１０，２０から取出した後にランナ部分等を除去して得られたものを成形品と呼ぶ。しかし、本実施形態では、便宜上、この成形体を成形品５０と呼ぶこととする。

突出機構３２は、１対のエジェクタプレート２６、２７とエジェクタピン２８、２９，３０を有している。そして、１対のエジェクタプレート２６、２７が、図の右方向に移動すると、エジェクタピン２８、２９，３０が固定側金型１０の方向へ移動する。

この結果、成形品５０が可動側型板２２から突き出される。このとき、ランナ３１の付近まで延びているエジェクタピン３０が、ランナ３１の部分で固化している樹脂を併せて突き出す。

更に、固定側型板１２と可動側型板２２には、金型温度を調整するための、温調管３６、３８が設けられている。この温調管３６、３８は、管内を媒体（水、油）が流通することにより、金型温度を一定に保つ役目をなしている。また、キャビティ２５の壁面に近接した位置（例えば、略２ｍｍ離れた位置）に熱電対３９を配置し、この熱電対３９により、キャビティ２５の近傍の温度を検出している。

本実施形態では、この熱電対３９の検出温度を便宜的に金型温度と呼ぶ。よって、この金型温度は、金型から成形品５０を取出す際の該成形品５０の温度としての離型温度（Ｔｏ℃）と略等しいことになる。

このような射出成形用の金型１が、射出成形機（図示省略）のプラテン４０，４１に固定されている。この金型１は、パーティングラインＰＬを境に、固定側金型１０と可動側金型２０とが開閉自在となっている。

固定側金型１０のプラテン４０には、スクリュー４２を内蔵した加熱筒４４が固定されている。これにより、ホッパー４６内の合成樹脂４７は加熱筒４４内のスクリュー４２にて加熱溶融され、ノズル４８を介して金型１内に射出される。金型１内に射出された溶融樹脂は、スプルー１１、ランナー３１を通ってキャビティ２５内に充填される。

更に、保圧、冷却後、図２に示すように、パーティングラインＬで固定側金型１０に対し可動側金型２０を移動させて、両者を離間させる（型開き）。次いで、エジェクタピン２８、２９，３０を固定側金型１０側に突き出すことにより、成形品５０をキャビティ２５から取出す。

以上において、本実施形態では、金型１から成形品５０を取出す際に該成形品５０に作用する離型抵抗（取出し抵抗）の大きさよりも、成形材料としての合成樹脂４７の弾性率が下回らないような温度で、成形品５０を金型１から取出すこととした。

成形品５０を金型１から取出すときの離型抵抗の大きさよりも、合成樹脂４７の弾性率が下回らなければ、成形品５０の離型時の変形は可及的に小さくなるためである。
そして、上述した離型温度（Ｔｏ℃）から推測すると、合成樹脂４７の弾性率（材料の変形のしにくさを表す値）が略１４００ＭＰａ以上であれば、離型抵抗に負けずに成形品５０を離型することができると考えられる。但し、離型の際の離型抵抗と合成樹脂４７の弾性率とは、合成樹脂４７の種類によっても異なる等、一義的に定めることが困難であるため、離型温度を数値で設定することは困難である。

なお、ここでの弾性率とは、具体的には縦弾性率（Ｅ）を想定している。
また、本実施形態では、離型温度（Ｔｏ℃）とガラス転移点（Ｔｇ℃）との関係を
Ｔｇ≦Ｔｏ≦Ｔｇ＋１０℃ のように設定した。

これは、離型温度（Ｔｏ℃）をガラス転移点（Ｔｇ℃）よりも高く設定して、充填する樹脂の温度と金型温度との差を小さくするためである。これにより、図３に示すように、温度安定領域に金型温度が達するまでの時間を短縮することができ、サイクルタイムが短縮される。

また、図３によれば、たとえ温度安定領域前であっても、金型温度はなだらかに低く変化している。そして、離型温度（Ｔｏ℃）を上述のように設定することで、樹脂をショットする毎の金型温度の変動が小さくなり、成形品５０の品質が安定化する。

すなわち、成形時に、合成樹脂４７の充填により金型温度は急に上昇するが、充填する樹脂の温度と金型温度との差が小さいことから、冷却時には短時間で金型温度は温度安定領域に収束する。

更に、本実施形態では、成形中の金型温度を離型温度（Ｔｏ℃）と略等しい温度に設定した。ここで、前述したように、離型温度（Ｔｏ℃）をガラス転移点（Ｔｇ℃）よりも高く設定することから、金型温度もガラス転移点（Ｔｇ℃）よりも高いことになる。

こうすることで、前述と同様に、充填する樹脂の温度と金型温度（離型温度）との差を小さくし、温度安定領域に金型温度が達するまでの時間を短縮することが可能となる。これにより、成形品５０の離型時の変形を極力少なくすることができる。

図４は、結晶性樹脂の温度と弾性率の関係を示す図であり、図５は、非晶性樹脂の温度と弾性率の関係を示す図である。
これらの図で明らかなように、ポリカーボネート樹脂のような結晶性樹脂では、ガラス転移点（Ｔｇ℃）を境として、高剛性と中剛性が略明確に区別することができる。また、ガラス転移点（Ｔｇ℃）と溶融点（Ｔｍ℃）の間では、成形品を変形なく離型することが可能と考えられる。

一方、アクリル樹脂のような非晶性樹脂では、ガラス転移点（Ｔｇ℃）を境として、剛性が明確に区別することができない。しかし、ガラス転移点（Ｔｇ℃）と溶融点（Ｔｍ℃）の間では、成形品を変形なく離型することが可能と考えられる。

一般に合成樹脂は、ガラス転移点（Ｔｇ℃）を超えると急激に弾性率（弾性体に外力を加えて変形させるとき、弾性範囲内での応力とひずみとの比率をいい、いわば材料の変形のしにくさを表す値）が小さくなると考えられている。しかし、合成樹脂の弾性率は、ガラス転移点（Ｔｇ℃）からガラス転移点（Ｔｇ℃）＋１０℃の範囲では、それほど変化することはない。

成形品の評価方法としては、小型レーザ干渉縞解析装置（オリンパス製：ＫＩＦ２０２Ｌ）にて、成形品の面形状を測定し、非対称性成分（アス：ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）や理想球面からのずれ（面精度）を評価した。

以下、具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
合成樹脂として、シクロオレフィンポリマー（非晶性樹脂）ＺＥＯＮＥＸ４８０Ｒ（日本ゼオン（株）、Ｔｇ：１３７．２℃）を用いた。この合成樹脂を射出成形して、外径φ９ｍｍの両凸レンズを成形した。この際、金型温度を１３８℃に設定し、１回ごとの成形に要する時間（サイクルタイム）を４５ｓｅｃとして成形した。また、このシクロオレフィンポリマーの充填温度は２７０℃とした。

このとき、本実施例では、離型時に成形品の温度を１４０℃までしか冷却しなかったが、離型抵抗で変形することはなかった。この時の樹脂の曲げ弾性率は１５００ＭＰａで、離型抵抗は１２５０Ｍｐａなので変形することはなった。また、金型温度は離型時に１４０℃、充填直前時に１３９℃で安定した。

離型方式は、入子がある場合は入子突出しで離型する方法もあるが、本実施例では、図２に示すように、固定側金型１０に対し可動側金型２０を図の左方に移動させて離間する。次いで、３本のエジェクタピン２８、２９，３０を同時に図の右方に突き出すことにより、成形品５０をキャビティ２５から離型させて取出す。
（実施例２）
合成樹脂として、アクリル樹脂（非晶性樹脂）アクリペットＶ０００（三菱レイヨン（株）、Ｔｇ：１０９℃）を用いた。この合成樹脂を射出成形して、外径φ７ｍｍの凹メニスカスレンズを成形した。この際、金型温度を１１５℃に設定した。また、このアクリル樹脂の充填温度は２５０℃とした。

本実施例では、離型時の成形品の温度は、１１５℃であり、樹脂の曲げ弾性率は１４５０Ｍｐａで、離型抵抗の１１００ＭＰａより大きいので離型時の変形はなく、金型温度も安定した。
（実施例３）
合成樹脂として、ポリカーボネート樹脂（結晶性樹脂）ＧＳ２０１０ＭＬＲ（三菱ガス化学（株）、Ｔｇ：１４５℃）を用いた。この合成樹脂を射出成形して、外径３５ｍｍ、高さ２０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの円筒物（鏡枠）を成形した。金型温度は１５３℃に設定した。また、このポリカーボネート樹脂の充填温度は２８０℃とした。

本実施例では、離型時の成形品の温度は、１５２℃であり、樹脂の曲げ弾性率は１３５０Ｍｐａで、離型抵抗の１２００ＭＰａより大きいので離型時の変形はなく、金型温度も安定した。

本実施形態の射出成形用金型の断面正面図である。 同上の型開き状態を示す図である。 成形時の金型温度と経過時間との関係を示す図である。 結晶性樹脂の温度と弾性率の関係を示す図である。 非晶性樹脂の温度と弾性率の関係を示す図である。 従来の成形時の金型温度と経過時間との関係を示す図である。

符号の説明

１ 射出成形用金型
１０ 固定側金型
１１ スプルー
１２ 固定側型板
１３ 固定側取付板
２０ 可動側金型
２２ 可動側型板
２３ 可動側取付板
２４ スペーサブロック
２５ キャビティ
２６ エジェクタプレート
２７ エジェクタプレート
２８ エジェクタピン
２９ エジェクタピン
３０ エジェクタピン
３１ ランナ
３２ 突出機構
３６ 温調管
３８ 温調管
３９ 熱電対
４０ プラテン
４１ プラテン
４２ スクリュー
４４ 加熱筒
４６ ホッパー
４７ 合成樹脂
４８ ノズル
５０ 成形品

Claims (7)

1. 成形材料を射出成形用の金型を用いて成形する射出成形方法において、
   前記金型から成形品を取出す際に該成形品に作用する離型抵抗の大きさよりも、前記成形材料の弾性率が下回らないような温度で、前記成形品を前記金型から取出す
   ことを特徴とする射出成形方法。
2. 前記金型から前記成形品を取出す際の該成形品の離型温度（Ｔｏ℃）を、前記成形材料のガラス転移点（Ｔｇ℃）よりも高く設定した
   ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
3. 前記離型温度（Ｔｏ℃）と前記成形材料のガラス転移点（Ｔｇ℃）とは、
   Ｔｇ≦Ｔｏ≦Ｔｇ＋１０℃
   の関係を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の射出成形方法。
4. 成形中の前記金型の温度を、前記離型温度（Ｔｏ℃）と略等しく設定した
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形方法。
5. 前記離型温度（Ｔｏ℃）での前記成形材料の前記弾性率が１４００ＭＰａ以上である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形方法。
6. 前記成形材料は合成樹脂である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の射出成形方法。
7. 前記成形品は光学素子である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形方法。

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