JP2008221514A - Injection molding method and optical element - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子を製造するための射出成形方法に関し、特に、熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を成形する射出成形方法に関する。 The present invention relates to an injection molding method for manufacturing an optical element, and more particularly to an injection molding method for molding an organic-inorganic composite material in which inorganic fine particles are dispersed in a thermoplastic resin.
近年、カメラ用光学素子、光ピックアップ装置用光学素子、光通信用光学素子等、様々な光学用途に用いられる光学素子として、ガラス製光学素子やプラスチック製光学素子が知られている。中でもプラスチック製光学素子は射出成形法を用いて効率よく製造することができる為、ガラス製の光学素子に比べて低コストで生産することが可能であり広く用いられている。 In recent years, glass optical elements and plastic optical elements are known as optical elements used for various optical applications such as camera optical elements, optical pickup apparatus optical elements, and optical communication optical elements. In particular, plastic optical elements can be efficiently manufactured by using an injection molding method, and thus can be produced at a lower cost than glass optical elements and are widely used.
特に、CD、DVD、高密度DVD等の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置に用いられる光学素子としても、ガラス製光学素子よりも低コストで生産できるプラスチック製光学素子の開発が進められている。しかしながら、プラスチック製光学素子は、ガラス製光学素子に比べて周囲の温度変化や湿度変化といった環境変化によりその光学性能が著しく変動するという問題がある為、光ピックアップ装置に用いられる光学素子のように、非常に精密な光学性能が求められる光学素子として用いる場合は改善が求められていた。そこで、熱可塑性樹脂に微小な無機微粒子を分散させることにより、光学素子としての透明性を損なうことなく光学性能を向上させた有機無機複合材料を用いた光学素子が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。このような有機無機複合材料を用いることで、低コストで生産可能な射出成形法を用いて製造可能であり、且つ、光学性能も改良された光学素子が研究されている。 In particular, development of plastic optical elements that can be produced at a lower cost than glass optical elements has been promoted as optical elements used in optical pickup devices for recording and / or reproducing CDs, DVDs, high-density DVDs, and the like. Yes. However, plastic optical elements have a problem that their optical performance varies significantly due to environmental changes such as ambient temperature changes and humidity changes compared to glass optical elements, so that they are unlike optical elements used in optical pickup devices. Improvements have been sought when used as an optical element that requires very precise optical performance. Therefore, an optical element using an organic-inorganic composite material in which optical performance is improved without impairing transparency as an optical element by dispersing minute inorganic fine particles in a thermoplastic resin has been proposed (for example, patents). Document 1 and Patent document 2). By using such an organic-inorganic composite material, an optical element that can be manufactured using an injection molding method that can be produced at low cost and that has improved optical performance has been studied.
一方、現在プラスチック製光学素子を射出成形法により成形する際には、通常樹脂の温度を樹脂のガラス転移温度Tgよりも十分高く保つことで、樹脂の粘度を低くした状態で、樹脂のガラス温度Tg以下に保った金型内に射出することで成形が行われている。さらに、形状転写性を高めるために射出時は金型の温度を樹脂のガラス転移温度Tgより10℃程度高い温度に保ち、樹脂を充填後に冷却し、金型の温度を樹脂のガラス転移温度Tgよりも低い温度としてから取り出す、というヒートサイクル成形が用いられる場合もある。 On the other hand, when molding a plastic optical element by an injection molding method, the glass temperature of the resin is usually reduced while keeping the resin temperature sufficiently higher than the glass transition temperature Tg of the resin. Molding is performed by injection into a mold kept at Tg or less. Furthermore, in order to enhance shape transferability, the mold temperature is kept at a temperature about 10 ° C. higher than the glass transition temperature Tg of the resin at the time of injection, the resin is cooled after filling, and the mold temperature is changed to the glass transition temperature Tg of the resin. In some cases, heat cycle molding in which the temperature is taken out after lowering the temperature is used.
しかしながら、上記のように熱可塑性樹脂に無機微粒子が分散された有機無機複合材料は、一般的に無機微粒子を含まない樹脂そのものと比較して、熱伝導率が高く、粘度も高い傾向にあり、金型の温度を樹脂のガラス転移温度よりも低い温度とした状態で通常の射出成形をした場合には、樹脂を金型キャビティへ流入させるランナー部分で樹脂が固化してしまうショートショットという現象が発生したり、樹脂がキャビティ内で急速に固化してその成形品に線状やシワ状のウェルドラインと呼ばれる模様が発生したりするという問題が起こることが判明した。また、金型のキャビティへの樹脂の充填口となるゲート部分で有機無機複合材料が固化することもあり、金型キャビティ内部に十分に圧力を加えることができなくなるゲートシールという現象も発生することが判明した。仮に、ショートショットが発生しない場合においても、十分な形状の転写が行われない問題が発生することが判明した。すなわち、キャビティ及びその近傍で問題が発生することが判明した。 However, the organic-inorganic composite material in which the inorganic fine particles are dispersed in the thermoplastic resin as described above generally has a higher thermal conductivity and a higher viscosity than the resin itself that does not contain the inorganic fine particles. In the case of normal injection molding with the mold temperature lower than the glass transition temperature of the resin, there is a phenomenon called short shot in which the resin solidifies at the runner part that flows the resin into the mold cavity. It has been found that there is a problem that the resin is rapidly solidified in the cavity and a pattern called a linear or wrinkled weld line is generated on the molded product. In addition, the organic / inorganic composite material may solidify at the gate part that becomes the resin filling port into the mold cavity, and a phenomenon of gate seal that prevents sufficient pressure inside the mold cavity will also occur. There was found. Even if a short shot does not occur, it has been found that there is a problem that transfer of a sufficient shape is not performed. That is, it has been found that a problem occurs in the cavity and the vicinity thereof.
これに対し、ヒートサイクル成形を用いて形状転写性を高めようとしても、通常の樹脂の成形で行われているように、樹脂のガラス転移温度Tgよりも10℃程度高い温度からガラス転移温度Tgよりも低い温度に冷却するというヒートサイクル成形では、金型から樹脂への十分な形状転写性を得ることができなかった。特に、光学素子の光学面に回折構造等の微細な表面形状を転写する必要がある場合に、十分な形状転写が困難であった。
従って、本発明の主な目的は、熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料の射出成形方法であって、金型から被成形材料への形状転写性の向上を図ることができる射出成形方法及びその射出成形方法により製造された光学素子、更には、ヒートサイクル成形法を用いながら、サイクルタイムを短くすることができる射出成形方法を提供することである。 Accordingly, a main object of the present invention is an injection molding method of an organic-inorganic composite material in which inorganic fine particles are dispersed in a thermoplastic resin, and is intended to improve shape transferability from a mold to a molding material. Another object of the present invention is to provide an injection molding method that can be used, an optical element manufactured by the injection molding method, and an injection molding method that can shorten the cycle time while using a heat cycle molding method.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の射出成形方法は、
被成形材料の充填を受けるキャビティを有する金型を用いて、熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を射出・成形する射出成形方法であって、
前記キャビティの近傍の金型温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度とした状態で、前記キャビティに前記有機無機複合材料を充填する工程と、
前記キャビティの近傍の金型温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgよりも低い温度まで冷却する工程と、
前記キャビティの近傍の金型温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgよりも低い温度とした状態で、前記キャビティから前記有機無機複合材料で構成された成形品を取り出す工程と、
を有することを特徴としている。
In order to solve the above problem, the injection molding method according to claim 1 is:
An injection molding method for injecting and molding an organic-inorganic composite material in which inorganic fine particles are dispersed in a thermoplastic resin using a mold having a cavity for receiving filling of a molding material,
Filling the cavity with the organic-inorganic composite material in a state where the mold temperature near the cavity is 20 ° C. or higher than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin;
Cooling the mold temperature near the cavity to a temperature lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin;
Taking out a molded article composed of the organic-inorganic composite material from the cavity in a state where the mold temperature near the cavity is lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin;
It is characterized by having.
請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載の射出成形方法において、
前記キャビティの近傍には、加熱手段及び冷却手段が設けられていることを特徴としている。
The invention described in claim 2
The injection molding method according to claim 1,
A heating means and a cooling means are provided in the vicinity of the cavity.
請求項3に記載の発明は、
請求項2に記載の射出成形方法において、
前記冷却手段が、前記キャビティの近傍に設けられた流路中に液体を循環させる構成を有することを特徴としている。
The invention described in claim 3
In the injection molding method according to claim 2,
The cooling means has a configuration in which a liquid is circulated in a flow path provided in the vicinity of the cavity.
請求項4に記載の発明は、
請求項2に記載の射出成形方法において、
前記冷却手段が、前記キャビティの近傍に設けられた流路中に気体を循環させる構成を有することを特徴としている。
The invention according to claim 4
In the injection molding method according to claim 2,
The cooling means has a configuration in which a gas is circulated in a flow path provided in the vicinity of the cavity.
請求項5に記載の発明は、
請求項2に記載の射出成形方法において、
前記冷却手段が、前記キャビティの近傍に気体を噴射する構成を有することを特徴としている。
The invention described in claim 5
In the injection molding method according to claim 2,
The cooling means has a configuration in which gas is injected in the vicinity of the cavity.
請求項6に記載の発明は、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の射出成形方法において、
前記金型が、前記キャビティの近傍を近傍部とした場合に前記キャビティに対し前記近傍部より遠方の周辺部を有し、
前記有機無機複合材料を充填する工程では、前記周辺部の少なくとも一部の温度を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持することを特徴としている。
The invention described in claim 6
In the injection molding method according to any one of claims 1 to 5,
The mold has a peripheral portion farther from the vicinity than the vicinity when the vicinity of the cavity is a vicinity.
In the step of filling the organic-inorganic composite material, the temperature of at least a part of the peripheral portion is maintained at a temperature lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin.
請求項7に記載の発明は、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の射出成形方法において、
前記金型が、前記キャビティの近傍を近傍部とした場合に前記キャビティに対し前記近傍部より遠方の周辺部を有し、
前記キャビティの近傍を冷却する工程では、前記周辺部の少なくとも一部の温度を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgと、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg−30℃の間の温度に保持することを特徴としている。
The invention described in claim 7
In the injection molding method according to any one of claims 1 to 6,
The mold has a peripheral portion farther from the vicinity than the vicinity when the vicinity of the cavity is a vicinity.
In the step of cooling the vicinity of the cavity, the temperature of at least a part of the peripheral portion is maintained at a temperature between the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin and the glass transition temperature Tg-30 ° C. of the thermoplastic resin. It is characterized by doing.
請求項8に記載の発明は、
請求項6又は7に記載の射出成形方法において、
前記周辺部には、前記周辺部の温度を調整するための温調手段が設けられていることを特徴としている。
The invention according to claim 8 provides:
In the injection molding method according to claim 6 or 7,
The peripheral portion is provided with temperature adjusting means for adjusting the temperature of the peripheral portion.
請求項9に記載の発明は、
請求項8に記載の射出成形方法において、
前記温調手段が、前記周辺部に設けられた流路中に液体を循環させる構成を有することを特徴としている。
The invention according to claim 9 is:
The injection molding method according to claim 8,
The temperature adjusting means has a configuration in which a liquid is circulated in a flow path provided in the peripheral portion.
請求項10に記載の発明は、
請求項9に記載の射出成形方法において、
前記液体が、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgと、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg−30℃の間の温度に保持された液体であることを特徴としている。
The invention according to
In the injection molding method according to claim 9,
The liquid is a liquid maintained at a temperature between the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin and the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin T-30C.
請求項11に記載の発明は、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の射出成形方法において、
前記キャビティの成形面には微細構造が設けられていることを特徴としている。
The invention according to claim 11
In the injection molding method according to any one of claims 1 to 10,
The molding surface of the cavity is provided with a fine structure.
請求項12に記載の発明は、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の射出成形方法により製造された光学素子である。
The invention according to claim 12
It is an optical element manufactured by the injection molding method according to any one of claims 1 to 11.
請求項1に記載の射出成形方法によれば、有機無機複合材料の充填時にはキャビティの近傍における金型温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度とし、成形品の取り出し時には、キャビティの近傍における金型温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgよりも低い温度とすることにより、金型から有機無機複合材料への形状転写性の向上を図ることができる。本発明において、キャビティの近傍とは、少なくとも金型の光学素子の成形面(キャビティ)を含む部分を意味しており、少なくとも有機無機複合材料のキャビティへの充填時及び成形品の取り出し時に、成形面を上記の温度条件に調整することで、形状転写性を高めることができる。従って、キャビティの近傍以外の部分については、必ずしも上記の温度条件を満たす必要はないが、ランナー部分におけるショートショットや、ゲート部分におけるゲートシールを防ぐためには、ランナー及びゲート部分もキャビティの近傍に含まれることが好ましく、スプルーもキャビティの近傍に含まれることが更に好ましい。 According to the injection molding method of claim 1, when filling the organic-inorganic composite material, the mold temperature in the vicinity of the cavity is set to 20 ° C. higher than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin, and at the time of taking out the molded product, By setting the mold temperature in the vicinity of the cavity to a temperature lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin, the shape transferability from the mold to the organic-inorganic composite material can be improved. In the present invention, the vicinity of the cavity means a portion including at least the molding surface (cavity) of the optical element of the mold, and at least when the organic-inorganic composite material is filled into the cavity and when the molded product is taken out. The shape transferability can be improved by adjusting the surface to the above temperature condition. Therefore, it is not always necessary to satisfy the above temperature condition for portions other than the vicinity of the cavity, but in order to prevent short shots in the runner portion and gate seal in the gate portion, the runner and the gate portion are also included in the vicinity of the cavity. Preferably, the sprue is also included in the vicinity of the cavity.
請求項2に記載の射出成形方法によれば、キャビティの近傍に加熱手段だけでなく、冷却手段も設けることにより、短いサイクルタイムでヒートサイクル成形を行うことができる為、低コストで高い形状転写性を有する射出成形方法が提供できる。 According to the injection molding method of claim 2, since not only the heating means but also the cooling means is provided in the vicinity of the cavity, heat cycle molding can be performed in a short cycle time, so that the shape transfer can be performed at low cost. An injection molding method having properties can be provided.
請求項3〜5に記載の射出成形方法によれば、キャビティの近傍を簡素な構成で効率的に冷却することができ、より短いサイクルタイムでヒートサイクル成形を行うことが可能になる。 According to the injection molding methods of claims 3 to 5, the vicinity of the cavity can be efficiently cooled with a simple configuration, and heat cycle molding can be performed in a shorter cycle time.
樹脂充填時におけるキャビティの近傍の金型温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg+20℃以上高い温度とし、成形品の取り出し時におけるキャビティの近傍の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgよりも低い温度とすることにより、十分な転写性が得られるが、充填時と取り出し時の温度差が大きくなり、サイクルタイムが増加する場合がある。しかし、請求項6に記載の射出成形方法によれば、有機無機複合材料の充填工程において、キャビティの近傍である金型の近傍部の温度のみを熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg+20℃以上高い温度とし、金型の周辺部の少なくとも一部の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度とすることにより、その充填工程後においてキャビティの近傍を冷却する際に金型全体を冷却する必要がなく、キャビティの近傍を迅速に冷却することができ、サイクルタイムの短縮を図ることができる。更に、再度加熱する際にも、キャビティの近傍の金型温度のみを熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg+20℃以上高い温度とすることにより、サイクルタイムの短縮を図ることができる。 The mold temperature in the vicinity of the cavity at the time of resin filling is set to a temperature that is higher than the glass transition temperature Tg + 20 ° C. of the thermoplastic resin, and the temperature in the vicinity of the cavity at the time of taking out the molded product is lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin. As a result, sufficient transferability can be obtained, but the temperature difference between filling and taking out increases, and the cycle time may increase. However, according to the injection molding method of claim 6, in the filling step of the organic-inorganic composite material, only the temperature in the vicinity of the mold that is in the vicinity of the cavity is higher than the glass transition temperature Tg + 20 ° C. of the thermoplastic resin. The temperature of at least a part of the periphery of the mold is lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin, so that the entire mold needs to be cooled when the vicinity of the cavity is cooled after the filling process. Therefore, the vicinity of the cavity can be quickly cooled, and the cycle time can be shortened. Furthermore, when heating again, the cycle time can be shortened by setting only the mold temperature near the cavity to a glass transition temperature Tg + 20 ° C. higher than the thermoplastic resin.
請求項7に記載の射出成形方法によれば、キャビティの近傍の冷却工程において、金型周辺部の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgと、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg−30℃の間の温度に保つことにより、キャビティの近傍が冷却手段により過度に冷却されることを防止することができ、再度キャビティの近傍における金型温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度まで上昇させる際の時間を短縮することができる。 According to the injection molding method of claim 7, in the cooling step in the vicinity of the cavity, the temperature at the periphery of the mold is the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin and the glass transition temperature Tg-30 ° C. of the thermoplastic resin. By maintaining the temperature in between, the vicinity of the cavity can be prevented from being excessively cooled by the cooling means, and the mold temperature in the vicinity of the cavity is again 20 ° C. higher than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin. The time for raising the temperature can be shortened.
請求項8に記載の射出成形方法によれば、金型の周辺部の温度を調整するための温調手段を設けることにより、その周辺部の温度を適度に保つことが可能となり、加熱及び冷却工程において、近傍部のみ温度を調整すればよい為、サイクルタイムを短縮することができる。 According to the injection molding method of claim 8, by providing the temperature adjusting means for adjusting the temperature of the peripheral part of the mold, the temperature of the peripheral part can be kept moderate, and heating and cooling are performed. In the process, the cycle time can be shortened because the temperature only needs to be adjusted in the vicinity.
請求項9に記載の射出成形方法によれば、金型の周辺部に複雑な装置を設けることなく温調が可能となる。 According to the injection molding method of the ninth aspect, the temperature can be adjusted without providing a complicated device in the periphery of the mold.
請求項10に記載の射出成形方法によれば、金型の周辺部に複雑な装置を設けることなくその周辺部の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgと、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg−30℃の間の温度に保つことができる為、キャビティの近傍が冷却手段により過度に冷却されることを防止することができ、再度キャビティの近傍の金型温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度まで上昇させる際の時間を短縮することができる。
According to the injection molding method of
請求項11に記載の射出成形方法によれば、光学素子に相当する成形品に対し微細構造を付与することができる。また、成形面に微細構造が設けられる場合はさらに優れた転写性が求められる為、本発明の射出成形方法が特に有効である。 According to the injection molding method of the eleventh aspect, a fine structure can be imparted to the molded product corresponding to the optical element. Further, when a fine structure is provided on the molding surface, further excellent transferability is required, and therefore the injection molding method of the present invention is particularly effective.
請求項12に記載の射出成形方法によれば、熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を用いることで光学特性を改善することができるとともに、金型の形状が正確に転写された光学素子を得ることができる。 According to the injection molding method of claim 12, optical characteristics can be improved by using an organic-inorganic composite material in which inorganic fine particles are dispersed in a thermoplastic resin, and the shape of the mold is accurately transferred. The obtained optical element can be obtained.
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態は、射出成形用の金型を用いて熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を射出・成形し、光学素子を製造する方法を提供するものである。下記では、始めに(1)金型の構成について説明し、その後に有機無機複合材料を構成する(2)熱可塑性樹脂と(3)無機微粒子とについて説明し、最後に(4)その金型を用いて光学素子を製造する方法(射出成形方法を含む。)について説明する。 The present embodiment provides a method for producing an optical element by injecting and molding an organic-inorganic composite material in which inorganic fine particles are dispersed in a thermoplastic resin using a mold for injection molding. In the following, (1) the structure of the mold will be described first, then (2) the thermoplastic resin and (3) inorganic fine particles constituting the organic-inorganic composite material will be described, and finally (4) the mold will be described. A method (including an injection molding method) for producing an optical element using the above will be described.
(1)金型の構成
本実施形態に係る金型1は直方体状を呈した鉄製の金型である。詳しくは、金型1は図1上段に示す通りに雄型10と雌型20とで構成されており、雄型10と雌型20とが互いに重ね合わせられる構成を有している。雄型10と雌型20とは互いに分離するようになっており、樹脂等の被成形材料(本実施形態では有機無機複合材料)を射出・成形(充填)する場合には互いに密着して閉じられ、その被成形材料(成形品)を取り出す場合には互いに分離して開けられるようになっている。
(1) Configuration of mold A mold 1 according to this embodiment is an iron mold having a rectangular parallelepiped shape. Specifically, the mold 1 is composed of a
図1下段に示す通り、雌型20にはスプルー22、ランナー23、ゲート24及びキャビティ26が設けられている。スプルー22は被成形材料の流入口となるもので、雌型20のほぼ中心部に配置されている。ランナー23はスプルー22から放射状に延出しており、ゲート24に連通している。ゲート24は、ランナー23から被成形材料の流入を受けてその被成形材料をキャビティ26に注入する部位である。これらランナー23やゲート24等はキャビティ26の近傍に配置されている。
As shown in the lower part of FIG. 1, the
キャビティ26は成形品が形成される部位であり、ゲート26から被成形材料の注入(充填)を受けてその被成形材料から成形品を形成するようになっている。キャビティ26には成形品に対し微細構造を付与するための微細構造部28(例えば同心円状の段差等)が形成されており、キャビティ26に充填された被成形材料にその微細構造が転写されるようになっている。
The
キャビティ26の近傍には、ロッドヒータ30が設けられており、更にスプルー22、ランナー23、ゲート24、キャビティ26及びロッドヒータ30を取り囲むように円形状の流路32が形成されている。流路32には流体の流入・流出口(図示略)が接続されており、当該流入・流出口から流体を流入・流出させることで流路32に流体を循環させることができるようになっている。
A rod heater 30 is provided in the vicinity of the
流路32の外周には流路32の径より大きい円形状の流路42が形成されている。流路42にも流体の流入・流出口(図示略)が接続されており、当該流入・流出口から流体を流入・流出させることで流路32に流体を循環させることができるようになっている。
A
一方、雄型10においては、雌型20のスプルー22、ランナー23、ゲート24、キャビティ26等に対し相補的な関係を有する部位が形成されており、雄型10は雌型20とほぼ同様の構成を有している。
On the other hand, the
本実施形態においては、ロッドヒータ30を作動させることでキャビティ26の近傍を加熱するようになっている。他方、流路32に対しては冷却用の媒体を流入・流出させるようになっており、流路32にその媒体を循環させることでキャビティ26の近傍を冷却するようになっている。すなわち、ロッドヒータ30を作動させることと、流路32に冷却用の媒体を循環させることとで、キャビティ26の近傍の加熱と冷却との両方をおこなうようになっている。
In this embodiment, the vicinity of the
一方、流路42に対しては恒温用の媒体を流入・流出させるようになっており、その媒体を流路42中で循環させることで、キャビティ26に対しロッドヒータ30や流路32より遠方の部位(金型1の周辺部)をその媒体の温度に応じた一定の温度に調整するようになっている。すなわち、流路42に恒温用の媒体を循環させることで、金型1の周辺部の温度を一定に保持するようになっている。
On the other hand, a constant temperature medium flows into and out of the
(2)熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂としては、光学素子としての加工性の観点から、アクリル樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂又はポリイミド樹脂であることが好ましく、環状オレフィンであることが特に好ましい。具体例として、特開2003−73559号公報に記載の化合物を挙げることができ、その好ましい化合物を下記表1に示す。
(2) Thermoplastic resin From the viewpoint of processability as an optical element, the thermoplastic resin is preferably an acrylic resin, a cyclic olefin resin, a polycarbonate resin, a polyester resin, a polyether resin, a polyamide resin, or a polyimide resin. A cyclic olefin is particularly preferred. Specific examples include compounds described in JP-A-2003-73559, and preferred compounds are shown in Table 1 below.
なお、上述した熱可塑性樹脂は、光学材料としての寸法安定性の観点から、吸湿率が0.2%以下であることが望ましいため、ポリオレフィン樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン)、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、テフロン(登録商標)AF:デュポン社製)、環状オレフィン樹脂(日本ゼオン製:ZEONEX、三井化学製:APEL、JSR製:アートン、チコナ製:TOPAS)、インデン/スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂等が好適に用いられる。 The above-mentioned thermoplastic resin desirably has a moisture absorption rate of 0.2% or less from the viewpoint of dimensional stability as an optical material. Therefore, polyolefin resin (polyethylene, polypropylene), fluororesin (polytetrafluoroethylene) , Teflon (registered trademark) AF: manufactured by DuPont), cyclic olefin resin (manufactured by Nippon Zeon: ZEONEX, manufactured by Mitsui Chemicals: APEL, manufactured by JSR: Arton, manufactured by Chicona: TOPAS), indene / styrene resin, polycarbonate resin, etc. Preferably used.
(3)無機微粒子
無機微粒子としては、酸化物微粒子、金属塩微粒子、半導体微粒子などが挙げられ、この中から、光学素子として使用する波長領域において吸収、発光、蛍光等が生じないものを適宜選択して使用することができる。
(3) Inorganic fine particles Examples of inorganic fine particles include oxide fine particles, metal salt fine particles, and semiconductor fine particles. Among these, those that do not generate absorption, light emission, fluorescence, etc. in the wavelength region used as an optical element are appropriately selected. Can be used.
酸化物微粒子としては、金属酸化物を構成する金属が、Li、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Y、Nb、Zr、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ta、Hf、W、Ir、Tl、Pb、Bi及び希土類金属からなる群より選ばれる1種または2種以上の金属である金属酸化物を用いることができ、具体的には、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、アルミニウム・マグネシウム酸化物(MgAl2O4)等が挙げられる。 As oxide fine particles, the metal constituting the metal oxide is Li, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rb. 1 selected from the group consisting of Sr, Y, Nb, Zr, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ta, Hf, W, Ir, Tl, Pb, Bi and rare earth metals A metal oxide that is a seed or two or more metals can be used. Specifically, for example, silicon oxide, titanium oxide, zinc oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, oxide Magnesium, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, indium oxide, tin oxide, lead oxide, double oxides composed of these oxides, lithium niobate and potassium niobate , Lithium tantalate, the aluminum magnesium oxide (MgAl 2 O 4), and the like.
その他の酸化物微粒子として希土類酸化物を用いることもでき、具体的には酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム等も挙げられる。金属塩微粒子としては、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩などが挙げられ、具体的には炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム等が挙げられる。 Rare earth oxides can also be used as other oxide fine particles, specifically scandium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, oxide Examples also include dysprosium, holmium oxide, erbium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, and lutetium oxide. Examples of the metal salt fine particles include carbonates, phosphates, sulfates, and the like, specifically, calcium carbonate, aluminum phosphate, and the like.
半導体微粒子とは、半導体結晶組成の微粒子を意味し、該半導体結晶組成の具体的な組成例としては、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表第14族元素の単体、リン(黒リン)等の周期表第15族元素の単体、セレン、テルル等の周期表第16族元素の単体、炭化ケイ素(SiC)等の複数の周期表第14族元素からなる化合物、酸化錫(IV)(SnO2)、硫化錫(II,IV)(Sn(II)Sn(IV)S3)、硫化錫(IV)(SnS2)、硫化錫(II)(SnS)、セレン化錫(II)(SnSe)、テルル化錫(II)(SnTe)、硫化鉛(II)(PbS)、セレン化鉛(II)(PbSe)、テルル化鉛(II)(PbTe)等の周期表第14族元素と周期表第16族元素との化合物、窒化ホウ素(BN)、リン化ホウ素(BP)、砒化ホウ素(BAs)、窒化アルミニウム(AlN)、リン化アルミニウム(AlP)、砒化アルミニウム(AlAs)、アンチモン化アルミニウム(AlSb)、窒化ガリウム(GaN)、リン化ガリウム(GaP)、砒化ガリウム(GaAs)、アンチモン化ガリウム(GaSb)、窒化インジウム(InN)、リン化インジウム(InP)、砒化インジウム(InAs)、アンチモン化インジウム(InSb)等の周期表第13族元素と周期表第15族元素との化合物(あるいはIII−V族化合物半導体)、硫化アルミニウム(Al2S3)、セレン化アルミニウム(Al2Se3)、硫化ガリウム(Ga2S3)、セレン化ガリウム(Ga2Se3)、テルル化ガリウム(Ga2Te3)、酸化インジウム(In2O3)、硫化インジウム(In2S3)、セレン化インジウム(In2Se3)、テルル化インジウム(In2Te3)等の周期表第13族元素と周期表第16族元素との化合物、塩化タリウム(I)(TlCl)、臭化タリウム(I)(TlBr)、ヨウ化タリウム(I)(TlI)等の周期表第13族元素と周期表第17族元素との化合物、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルル化亜鉛(ZnTe)、酸化カドミウム(CdO)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、硫化水銀(HgS)、セレン化水銀(HgSe)、テルル化水銀(HgTe)等の周期表第12族元素と周期表第16族元素との化合物(あるいはII−VI族化合物半導体)、硫化砒素(III)(As2S3)、セレン化砒素(III)(As2Se3)、テルル化砒素(III)(As2Te3)、硫化アンチモン(III)(Sb2S3)、セレン化アンチモン(III)(Sb2Se3)、テルル化アンチモン(III)(Sb2Te3)、硫化ビスマス(III)(Bi2S3)、セレン化ビスマス(III)(Bi2Se3)、テルル化ビスマス(III)(Bi2Te3)等の周期表第15族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化銅(I)(Cu2O)、セレン化銅(I)(Cu2Se)等の周期表第11族元素と周期表第16族元素との化合物、塩化銅(I)(CuCl)、臭化銅(I)(CuBr)、ヨウ化銅(I)(CuI)、塩化銀(AgCl)、臭化銀(AgBr)等の周期表第11族元素と周期表第17族元素との化合物、酸化ニッケル(II)(NiO)等の周期表第10族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化コバルト(II)(CoO)、硫化コバルト(II)(CoS)等の周期表第9族元素と周期表第16族元素との化合物、四酸化三鉄(Fe3O4)、硫化鉄(II)(FeS)等の周期表第8族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化マンガン(II)(MnO)等の周期表第7族元素と周期表第16族元素との化合物、硫化モリブデン(IV)(MoS2)、酸化タングステン(IV)(WO2)等の周期表第6族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化バナジウム(II)(VO)、酸化バナジウム(IV)(VO2)、酸化タンタル(V)(Ta2O5)等の周期表第5族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化チタン(TiO2、Ti2O5、Ti2O3、Ti5O9等)等の周期表第4族元素と周期表第16族元素との化合物、硫化マグネシウム(MgS)、セレン化マグネシウム(MgSe)等の周期表第2族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化カドミウム(II)クロム(III)(CdCr2O4)、セレン化カドミウム(II)クロム(III)(CdCr2Se4)、硫化銅(II)クロム(III)(CuCr2S4)、セレン化水銀(II)クロム(III)(HgCr2Se4)等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート(BaTiO3)等が挙げられる。なお、G.Schmidら;Adv.Mater.,4巻,494頁(1991)に報告されている(BN)75(BF2)15F15や、D.Fenskeら;Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,29巻,1452頁(1990)に報告されているCu146Se73(トリエチルホスフィン)22のように構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示される。 The semiconductor fine particles mean fine particles having a semiconductor crystal composition. Specific examples of the semiconductor crystal composition include simple elements of Group 14 elements of the periodic table such as carbon, silicon, germanium, tin, and phosphorus (black phosphorus). A group consisting of a group 15 element such as selenium and tellurium, a compound composed of a group 14 element such as silicon carbide (SiC), tin oxide (IV) ( SnO 2 ), tin sulfide (II, IV) (Sn (II) Sn (IV) S 3 ), tin sulfide (IV) (SnS 2 ), tin sulfide (II) (SnS), tin selenide (II) ( SnSe), tin telluride (II) (SnTe), lead (II) sulfide (PbS), lead selenide (II) (PbSe), lead telluride (II) (PbTe) group 14 elements Compounds with Group 16 elements of the periodic table, boron nitride (BN), boron phosphide (BP), boron arsenide BAs), aluminum nitride (AlN), aluminum phosphide (AlP), aluminum arsenide (AlAs), aluminum antimonide (AlSb), gallium nitride (GaN), gallium phosphide (GaP), gallium arsenide (GaAs), antimony Compound of periodic table group 13 element and periodic table group 15 element such as gallium (GaSb), indium nitride (InN), indium phosphide (InP), indium arsenide (InAs), indium antimonide (InSb) (or the like) III-V group compound semiconductor), aluminum sulfide (Al 2 S 3 ), aluminum selenide (Al 2 Se 3 ), gallium sulfide (Ga 2 S 3 ), gallium selenide (Ga 2 Se 3 ), gallium telluride ( Ga 2 Te 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), indium sulfide (In 2 S 3 ), indium selenide (In 2 Se 3 ), indium telluride (In 2 Te 3 ) and other compounds of group 13 elements of the periodic table and group 16 elements of the periodic table, thallium chloride (I) (TlCl) , Thallium bromide (I) (TlBr), thallium iodide (I) (TlI) compounds such as Group 13 elements and Periodic Table Group 17 elements, zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS) , Zinc selenide (ZnSe), zinc telluride (ZnTe), cadmium oxide (CdO), cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), mercury sulfide (HgS), mercury selenide (HgSe), mercury telluride (HgTe) periodic table group 12 element and the periodic table compound of group 16 element such as (or II-VI compound semiconductor), arsenic sulfide (III) (as 2 3), selenium arsenic (III) (As 2 Se 3 ), telluride arsenic (III) (As 2 Te 3 ), antimony sulfide (III) (Sb 2 S 3 ), selenium antimony (III) (Sb 2 Se 3 ), antimony telluride (III) (Sb 2 Te 3 ), bismuth sulfide (III) (Bi 2 S 3 ), bismuth selenide (III) (Bi 2 Se 3 ), bismuth telluride (III) (Bi) 2 Te 3 ) periodic table group 15 element and periodic group 16 element compound, copper oxide (I) (Cu 2 O), copper selenide (Cu 2 Se) periodic table Compounds of Group 11 elements and Group 16 elements of the periodic table, copper chloride (I) (CuCl), copper bromide (I) (CuBr), copper iodide (I) (CuI), silver chloride (AgCl), odor Compounds of Group 11 elements of the periodic table and elements of Group 17 of the periodic table, such as silver halide (AgBr), nickel oxide (II) (N O) and other periodic table group 10 elements and periodic table group 16 elements, cobalt oxide (II) (CoO), cobalt sulfide (II) (CoS) and other periodic table group 9 elements and periodic table Compounds with Group 16 elements, compounds of Group 8 elements of the periodic table such as triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ), iron sulfide (II) (FeS), and Group 16 elements of the periodic table, manganese (II) oxide A compound of a periodic table group 7 element such as (MnO) and a periodic table group 16 element, a periodic table group 6 element such as molybdenum sulfide (IV) (MoS 2 ), tungsten oxide (IV) (WO 2 ), etc. Periodic table Group 15 elements such as compounds with Group 16 elements of the periodic table, vanadium oxide (II) (VO), vanadium oxide (IV) (VO 2 ), tantalum oxide (V) (Ta 2 O 5 ), etc. Table compound of group 16 element, titanium oxide (TiO 2, Ti 2 O 5 , Ti 2 O 3, Ti 5 O 9 , etc. A compound of a periodic table group 4 element such as a periodic table group 16 element, a compound of a periodic table group 2 element such as magnesium sulfide (MgS) and magnesium selenide (MgSe), and a periodic table group 16 element, Cadmium oxide (II) chromium (III) (CdCr 2 O 4 ), cadmium selenide (II) chromium (III) (CdCr 2 Se 4 ), copper sulfide (II) chromium (III) (CuCr 2 S 4 ), selenium Examples thereof include chalcogen spinels such as mercury (II) chromium (III) (HgCr 2 Se 4 ), barium titanate (BaTiO 3 ), and the like. In addition, G. Schmid et al .; Adv. Mater. 4, 494 (1991) (BN) 75 (BF 2 ) 15 F 15 and D. Fenske et al .; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 29, page 1452 (1990), a semiconductor cluster having a fixed structure such as Cu 146 Se 73 (triethylphosphine) 22 reported in the same manner is also exemplified.
上記の無機微粒子の中でも、光学材料として用いられる樹脂の屈折率が1.4〜1.7程度である場合が多いことから、これに近い屈折率をもつ酸化物微粒子が、好ましく用いられる。具体的には、シリカ(酸化ケイ素)、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム酸化物などが挙げられる。任意に屈折率を調節できるという観点から、SiとSi以外の金属元素を含む複合酸化物微粒子がさらに好ましく用いられる。 Among the above inorganic fine particles, a resin used as an optical material often has a refractive index of about 1.4 to 1.7, and therefore oxide fine particles having a refractive index close to this are preferably used. Specific examples include silica (silicon oxide), calcium carbonate, aluminum phosphate, aluminum oxide, magnesium oxide, and aluminum / magnesium oxide. From the viewpoint that the refractive index can be arbitrarily adjusted, composite oxide fine particles containing Si and a metal element other than Si are more preferably used.
本実施形態において熱可塑性樹脂中に分散される無機微粒子は、光線透過率を劣化させない範囲であれば、1種類の無機微粒子を用いてもよく、また複数種類の無機微粒子を併用してもよい。異なる性質を有する複数種類の微粒子を用いることで、必要とされる特性を更に効率よく向上させることもできる。 In the present embodiment, the inorganic fine particles dispersed in the thermoplastic resin may be one kind of inorganic fine particles or a combination of plural kinds of inorganic fine particles as long as the light transmittance is not deteriorated. . By using a plurality of types of fine particles having different properties, the required characteristics can be improved more efficiently.
無機微粒子の平均一次粒子径は、1〜30nmであることが好ましく、1〜25nmであることがより好ましく、1〜10nmであることが特に好ましい。無機微粒子の平均一次粒子径は、無機微粒子を同体積の球に換算したときの直径の平均値を示し、この値は透過型電子顕微鏡写真から評価することができる。 The average primary particle diameter of the inorganic fine particles is preferably 1 to 30 nm, more preferably 1 to 25 nm, and particularly preferably 1 to 10 nm. The average primary particle diameter of the inorganic fine particles indicates an average value of the diameters when the inorganic fine particles are converted into spheres having the same volume, and this value can be evaluated from a transmission electron micrograph.
無機微粒子の形状は、特に限定されるものではないが、球状の微粒子が好適に用いられる。具体的には、粒子の最小径(微粒子の外周に接する2本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最小値)/最大径(微粒子の外周に接する2本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最大値)が0.5〜1.0であることが好ましく、0.7〜1.0であることが更に好ましい。 The shape of the inorganic fine particles is not particularly limited, but spherical fine particles are preferably used. Specifically, the minimum diameter of the particle (minimum value of the distance between the tangents when drawing two tangents in contact with the outer periphery of the fine particle) / maximum diameter (the value in drawing two tangents in contact with the outer periphery of the fine particle) The maximum value of the distance between tangents) is preferably 0.5 to 1.0, and more preferably 0.7 to 1.0.
また、有機無機複合材料とされた状態(熱可塑性樹脂中に分散された状態)において、その有機無機複合材料全体に対する無機微粒子の混合比は、下限が5体積%以上であり、好ましくは10体積%以上であり、より好ましくは20体積%以上であり、上限が50体積%以下であり、好ましくは40体積%以下である。 Moreover, in the state made into the organic-inorganic composite material (the state dispersed in the thermoplastic resin), the lower limit of the mixing ratio of the inorganic fine particles to the whole organic-inorganic composite material is 5% by volume or more, preferably 10 volumes. %, More preferably 20% by volume or more, and the upper limit is 50% by volume or less, preferably 40% by volume or less.
(4)光学素子の製造方法(射出成形方法を含む。)
始めに、樹脂可塑性樹脂に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を製造する。具体的には、無機微粒子存在下で熱可塑性樹脂を重合させることで複合化する方法、熱可塑性樹脂の存在下で無機微粒子を形成し複合化する方法、無機微粒子を熱可塑性樹脂の溶媒になる液中に分散液とし、その後溶媒を除去することで複合化する方法、無機微粒子と熱可塑性樹脂を別々に用意し、溶融混練、溶媒を含んだ状態での溶融混練などで複合化する方法等、何れの方法によっても製造することができる。
(4) Optical element manufacturing method (including injection molding method)
First, an organic-inorganic composite material in which inorganic fine particles are dispersed in a resin plastic resin is manufactured. Specifically, a method of forming a composite by polymerizing a thermoplastic resin in the presence of inorganic fine particles, a method of forming and combining inorganic fine particles in the presence of a thermoplastic resin, and the inorganic fine particles as a solvent for the thermoplastic resin A method of making a dispersion in a liquid and then compounding by removing the solvent, a method of preparing inorganic fine particles and a thermoplastic resin separately, and compounding by melt kneading, melt kneading in a state containing a solvent, etc. It can be produced by any method.
これらの中で、無機微粒子と熱可塑性樹脂を別々に用意し、溶融混練で複合化する方法は、簡便で製造コストを抑えることが可能なことから、好ましく用いられる。溶融混練に用いることのできる装置としては、ラボプラストミル、ブラベンダー、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等のような密閉式混練装置またはバッチ式混練装置を挙げることができる。また、単軸押出機、二軸押出機等のように連続式の溶融混練装置を用いて製造することもできる。 Among these, the method of preparing the inorganic fine particles and the thermoplastic resin separately and combining them by melt-kneading is preferably used because it is simple and can suppress the manufacturing cost. As an apparatus which can be used for melt kneading, a closed kneading apparatus or a batch kneading apparatus such as a lab plast mill, a Brabender, a Banbury mixer, a kneader, a roll, and the like can be given. Moreover, it can also manufacture using a continuous melt-kneading apparatus like a single screw extruder, a twin screw extruder, etc.
有機無機複合材料の製造方法において、溶融混練を用いる場合、熱可塑性樹脂と無機微粒子を一括で添加し混練してもよいし、段階的に分割添加して混練してもよい。この場合、押出機などの溶融混練装置では、段階的に添加する成分をシリンダーの途中から添加することも可能である。また、予め混練後、熱可塑性樹脂以外の成分で予め添加しなかった成分を添加して更に溶融混練する際も、これらを一括で添加して、混練してもよいし、段階的に分割添加して混練してもよい。分割して添加する方法も、一成分を数回に分けて添加する方法も採用でき、一成分は一括で添加し、異なる成分を段階的に添加する方法も採用でき、そのいずれをも合わせた方法でも良い。 When melt kneading is used in the method for producing an organic-inorganic composite material, the thermoplastic resin and the inorganic fine particles may be added and kneaded all at once, or may be added in stages and kneaded. In this case, in a melt-kneading apparatus such as an extruder, it is possible to add the components to be added step by step from the middle of the cylinder. In addition, after kneading in advance, when components other than thermoplastic resin that have not been added in advance are added and further melt-kneaded, these may be added all at once and kneaded, or added in stages. And may be kneaded. The method of adding in a divided manner or the method of adding one component in several batches can be adopted, the method of adding one component at a time and the method of adding different components in stages can also be adopted, both of which are combined The method is fine.
溶融混練による複合化を行う場合、無機微粒子は粉体のまま添加することも可能であるし、又は液中に分散された状態で添加することも可能であるが、予め所定の混合比で無機微粒子と樹脂とを予備混合したマスターバッチを作製し、その後にそのマスターバッチと樹脂とを溶融混練で複合化する方法が好適である。この場合に、マスターバッチの作製方法としては、有機無機複合材料へのダメージが少なく、均一に混合することができるという観点から、湿式混合方式を適用するのが好ましい。湿式混合方式とは、適宜選択された溶媒中に樹脂を溶解させ、この樹脂が溶解した溶媒と無機微粒子とを混合することによりマスターバッチを作製する方法であり、前記溶媒を揮発させることにより最終的にマスターバッチを得ることができる。 In the case of compounding by melt kneading, the inorganic fine particles can be added as a powder, or can be added in a dispersed state in the liquid, but the inorganic fine particles can be added in advance at a predetermined mixing ratio. A method is preferred in which a master batch in which fine particles and a resin are premixed is prepared, and then the master batch and the resin are combined by melt-kneading. In this case, as a method for producing a masterbatch, it is preferable to apply a wet mixing method from the viewpoint that the organic-inorganic composite material is less damaged and can be uniformly mixed. The wet mixing method is a method of preparing a masterbatch by dissolving a resin in an appropriately selected solvent and mixing the solvent in which the resin is dissolved and inorganic fine particles, and finally by volatilizing the solvent. A master batch can be obtained.
マスターバッチの作製に適用可能な溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ヘプタノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸−t−ブチル、酢酸−n−ブチル、酢酸−n−ヘキシル等のエステル類、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、1,2−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン等のエーテル類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で使用することもできるし、又は2種以上を混合して使用することもできる。 Solvents applicable to the production of the masterbatch include, for example, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, heptanone, ethyl acetate, acetic acid-t-butyl, acetic acid- Esters such as n-butyl and acetic acid-n-hexyl, halogenated hydrocarbons such as 1,2-dichloroethane, chloroform and chlorobenzene, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol diethyl ether, Ethers such as tetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, Aprotic polar solvents such as Holland can be mentioned. These solvents can be used alone or in combination of two or more.
有機無機複合材料の製造を終えたら、図1に示す金型1を用いてその有機無機複合材料を射出・成形し、光学素子を製造する。当該射出成形工程は主には(4.1)有機無機複合材料を金型1のキャビティ26に充填する工程と、(4.2)キャビティ26の近傍を冷却する工程と、(4.3)金型1のキャビティ26から成形品(光学素子)を取り出す工程との3つの工程から構成されている。下記ではこれら3つの工程を詳細に説明する。
When the production of the organic-inorganic composite material is finished, the organic-inorganic composite material is injected and molded using the mold 1 shown in FIG. 1 to produce an optical element. The injection molding process mainly includes (4.1) a step of filling the
(4.1)充填工程
雄型10と雌型20とを閉じ、ロッドヒータ30を作動させてキャビティ26の近傍を有機無機複合材料中の熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度とする。この状態において、スプルー22から調製済みの有機無機複合材料を流入させ、この有機無機複合材料をランナー23,ゲート24からキャビティ26に注入・充填する。
(4.1) Filling process The
このとき、流路42には、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度の恒温用の媒体を循環させておき、金型1の周辺部の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持する。「恒温用の媒体」としては、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度の液体であれば使用可能であり、例えばオイル等の液体を使用することができる。
At this time, a constant temperature medium having a temperature lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin is circulated in the
以上の充填工程では、金型1の周辺部を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持した状態で、キャビティ26の近傍の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg+20℃以上として、有機無機複合材料をキャビティ26に充填している。
In the above filling process, the temperature in the vicinity of the
(4.2)冷却工程
キャビティ26に有機無機複合材料を充填し終えたら、ロッドヒータ30の作動を停止させてキャビティ26の近傍の加熱を停止し、流路32に対し熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度の冷却用の媒体を循環させ、キャビティ26の近傍を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に冷却する。「冷却用の媒体」としては、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度の液体又は気体であれば使用可能であり、例えばオイルや蒸気等を使用することができる。
(4.2) Cooling Step After the
このとき、流路42には、上記恒温用の媒体を循環させ続け、金型1の周辺部の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持する。
At this time, the constant temperature medium is continuously circulated in the
以上の冷却工程では、金型1の周辺部を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持した状態で、キャビティ26の近傍の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低くして、キャビティ26の近傍を冷却している。
In the above cooling process, the temperature in the vicinity of the
(4.3)取出し工程
キャビティ26の近傍の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度としたら、流路32に対し上記冷却用の媒体を循環させ続けておき、キャビティ26の近傍の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に維持した状態で、雄型10と雌型20とを分離し、有機無機複合材料から構成された成形品をキャビティ26から取り出す。その結果、キャビティ26の微細構造部28の形状が転写されて微細構造を有する光学素子を製造することができる。
(4.3) Extraction Step If the temperature in the vicinity of the
このとき、流路42においても、上記恒温用の媒体を循環させ続けておき、金型1の周辺部の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持する。
At this time, also in the
以上の取出し工程では、金型1の周辺部とキャビティ26の近傍とを熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持した状態で、キャビティ26から成形品を取り出している。
In the above extraction process, the molded product is extracted from the
そしてこれら充填工程から冷却工程を経て取出し工程まで(有機無機複合材料のキャビティ26への充填からその次の充填まで)の各処理を1サイクルとして、これらサイクルを複数回にわたり繰り返すことにより、そのサイクル数に応じた複数個の成形品(すなわち光学素子)を量産することができる。本実施形態では、金型1には4つのキャビティ26が設けられているから、1サイクルの成形で4つの光学素子を製造することができる。
Each process from the filling step to the cooling step through the removal step (from filling of the organic / inorganic composite material to the
以上の本実施形態では、充填工程から取出し工程にかけて金型の周辺部を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持した状態で、充填工程から取出し工程にかけてキャビティ26の近傍の温度を変動させているから(充填工程では熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高くし、冷却・取出し工程では熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低くするから)、転写性に優れた有機無機複合材料の成形品を製造することができ、更には短い成形時間でかつ低コストで大量の光学素子を製造することができる。
In the above embodiment, the temperature in the vicinity of the
すなわち、有機無機複合材料の充填時のキャビティ26の近傍の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度とすることにより、優れた形状転写性を示す有機無機複合材料からなる光学素子の成形方法を提供でき、更には、ショートショット、ウェルドライン、ゲートシール等の問題の発生を抑制することができる。また、金型1全体を加熱及び冷却するのではなく、金型1の周辺部の温度を一定に保ちながら、キャビティ26の近傍(近傍部)という特定の部位のみを加熱及び冷却するので、サイクルタイムを短縮することができ、コストの増大を避けることができる。
That is, an optical material composed of an organic-inorganic composite material exhibiting excellent shape transferability by setting the temperature in the vicinity of the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び変更をおこなってもよい。 In addition, this invention is not limited to said embodiment, You may perform a various improvement and change in the range which does not deviate from the main point of this invention.
一の改良・変更事項として、有機無機複合材料の射出・成形においては、図1の金型1に代えて、図2の金型1を用いてもよい。図2の金型1ではロッドヒータ30が設けられておらず、図1の金型1と図2の金型1とではこの点が主に異なっている。図2の金型1を使用する場合には、流路32に対し冷却用の媒体と加熱用の媒体とを交互に循環させてキャビティ26の近傍を冷却・加熱すればよい。「加熱用の媒体」としては、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度の液体又は気体であれば使用可能であり、例えばオイルや蒸気等を使用することができる。
As one improvement / change matter, in the injection / molding of the organic-inorganic composite material, the mold 1 of FIG. 2 may be used instead of the mold 1 of FIG. The rod heater 30 is not provided in the mold 1 of FIG. 2, and this point is mainly different between the mold 1 of FIG. 1 and the mold 1 of FIG. When the mold 1 shown in FIG. 2 is used, the cooling medium and the heating medium may be alternately circulated through the
他の改良・変更事項として、キャビティ26の近傍を加熱する加熱手段は、ロッドヒータ30に代えて、プレートヒータ,ワイヤヒータ等の他の加熱手段であってもよく、キャビティ26の近傍を冷却する冷却手段は、流路32に冷媒用の媒体を循環させる構成に代えて、キャビティ26の近傍に気体を噴射するような構成であってもよい。
As another improvement / change, the heating means for heating the vicinity of the
他の改良・変更事項として、冷却工程と取出し工程とでは、流路32に循環させる冷却用の媒体の温度と流路42に循環させる恒温用の媒体の温度とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。冷却工程と取出し工程とで、冷却用の媒体の温度と恒温用の媒体の温度とが同じであれば、充填工程から取出し工程までの全工程において同一の媒体を使用することができ、その媒体の供給源を1つにまとめて構成を簡易にすることができる。
As another improvement / change, the temperature of the cooling medium circulated in the
他の改良・変更事項として、流路42に循環させる恒温用の媒体は、温度が充填工程から取出し工程にかけて熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低く維持されていればよいが、好ましくは、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgと、ガラス転移温度Tg−30℃との間の温度(ガラス転移温度Tg−30℃を含む。)に保持されるのがよい。
As another improvement / change matter, the medium for constant temperature to be circulated in the
[実施例1]
脂環式シクロオレフィン樹脂(日本ゼオン社製Z340R、ガラス転移温度Tg=125℃)に、平均1次粒径12nmのシリカ微粒子(日本アエロジル社製RX200)を、微粒子の量が全体の20体積%となるように混合・分散させ、有機無機複合材料1を得た。
[Example 1]
An alicyclic cycloolefin resin (Z340R manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., glass transition temperature Tg = 125 ° C.), silica fine particles having an average primary particle size of 12 nm (RX200 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), and the amount of fine particles being 20% by volume of the whole. The organic-inorganic composite material 1 was obtained by mixing and dispersing so that
その後、図1の金型1に対して上記の有機無機複合材料1を射出し、光学面に回折構造を有する光ピックアップ装置用の対物レンズを成形し、その成形品を実施例1のサンプルとした。 Thereafter, the organic-inorganic composite material 1 is injected into the mold 1 of FIG. 1 to form an objective lens for an optical pickup device having a diffractive structure on the optical surface, and the molded product is used as a sample of Example 1. did.
詳しくは、キャビティ26への有機無機複合材料1の充填時には、ロッドヒータ30を作動させてキャビティ26及びその近傍の温度を160℃とした。成形品の冷却・取出し時には、流路32に120℃のオイルを循環させてキャビティ26の近傍における金型温度を120℃に設定した。他方、流路42には120℃のオイルを循環させ続け、有機無機複合材料1の充填時から成形品の冷却・取出し時にかけて金型の周辺部の温度を120℃に一定に維持した。
Specifically, when the organic / inorganic composite material 1 is filled in the
[実施例2]
キャビティ26に有機無機複合材料1を充填する際に、キャビティ26の近傍における温度を150℃とした。それ以外は、実施例1と同様の方法により対物レンズを成形し、その成形品を実施例2のサンプルとした。
[Example 2]
When the organic / inorganic composite material 1 was filled in the
[実施例3]
金型1として図2の金型1を用い、光学面に回折構造を有する光ピックアップ装置用の対物レンズを成形し、その成形品を実施例3のサンプルとした。
[Example 3]
The mold 1 shown in FIG. 2 was used as the mold 1 and an objective lens for an optical pickup device having a diffractive structure on the optical surface was molded. The molded product was used as a sample of Example 3.
詳しくは、キャビティ26への有機無機複合材料1の充填時には、流路32に160℃のオイルを循環させてキャビティ26の近傍における温度を160℃とした。成形品の冷却・取出し時には、流路32に120℃のオイルを循環させてキャビティ26の近傍における金型温度を120℃に設定した。他方、流路42には120℃のオイルを循環させ続け、有機無機複合材料1の充填時から成形品の冷却・取出し時にかけて金型の周辺部の温度を120℃に一定に維持した。
Specifically, when filling the
[比較例1]
金型1として図2の金型1を用い、有機無機複合材料1の充填時から成形品の冷却・取出し時にかけて、流路32に120℃のオイルを循環させ続け、キャビティ26の近傍の温度を120℃に一定に維持した(金型1自体の加熱及び冷却を行わずに成形品を取り出した。)。それ以外は、実施例3と同様の方法により、対物レンズを成形し、その成形品を比較例1のサンプルとした。
[Comparative Example 1]
The mold 1 shown in FIG. 2 is used as the mold 1, and the oil at 120 ° C. is continuously circulated through the
[比較例2]
金型1として図1の金型1を用い、キャビティ26への有機無機複合材料1の充填時には、ロッドヒータ30を作動させてキャビティ26の近傍の温度を140℃とした。それ以外は、実施例1と同様の方法により対物レンズを成形し、その成形品を比較例2のサンプルとした。
[Comparative Example 2]
The mold 1 shown in FIG. 1 was used as the mold 1, and when the organic / inorganic composite material 1 was filled into the
[面形状転写性の評価]
実施例1〜3,比較例1,2の各サンプルにおいて、成形したレンズの光軸に近い断面で切断し、その切断面の形状を電子顕微鏡にて観察した。その観察結果を下記表2に示す。表2中、「○」,「×」,「××」の基準は下記の通りである。
[Evaluation of surface shape transferability]
In each sample of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the molded lens was cut along a cross section close to the optical axis, and the shape of the cut surface was observed with an electron microscope. The observation results are shown in Table 2 below. In Table 2, the criteria for “◯”, “×”, and “xxx” are as follows.
○:面形状が十分に転写され、実用上問題のない性能を示した。
×:レンズは成形できたものの、光学面の形状は十分に転写されず、実用できるレベルのレンズを得ることはできなかった。
××:ショートショットやウェルドライン等が発生し、レンズとしての形状を得ることができなかった。
A: The surface shape was sufficiently transferred, and the performance showed no problem in practical use.
X: Although the lens could be molded, the shape of the optical surface was not sufficiently transferred, and a practically usable lens could not be obtained.
XX: Short shots, weld lines, etc. occurred, and the lens shape could not be obtained.
[サイクルタイムの評価]
実施例1〜3,比較例1,2の各サンプルにおいて、金型1に有機無機複合材料1を充填し、その後再度有機無機複合材料1を金型1に充填するまでの時間を1サイクルとして、その1サイクル当たりの時間(サイクルタイム)を算出した。その算出結果を下記表2に示す。
[Evaluation of cycle time]
In each sample of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the time from filling the mold 1 with the organic-inorganic composite material 1 and then filling the mold 1 with the organic-inorganic composite material 1 again is one cycle. The time per cycle (cycle time) was calculated. The calculation results are shown in Table 2 below.
ただし、比較例1のサンプルにおいては、金型1の温度を一定に保持したため、成形品が取り出し可能となるために必要な時間をサイクルタイムとして評価した。
なお、サイクルタイムは2分を超えると、ガラス製光学素子と比較して、射出成形により成形するコスト低減効果が少なくなるものの、7分以内であれば短縮化が図られたと判断することができる。
However, in the sample of Comparative Example 1, since the temperature of the mold 1 was kept constant, the time required for taking out the molded product was evaluated as the cycle time.
If the cycle time exceeds 2 minutes, the cost reduction effect by injection molding is less than that of a glass optical element, but if it is within 7 minutes, it can be determined that the shortening has been achieved. .
[まとめ]
上記の表2に示されるように、実施例1,2の各サンプルでは、優れた面形状転写性を示しながら、短いサイクルタイムで射出成形を行うことができた。一方、実施例3のサンプルでは、キャビティ26の近傍の温度を160℃まで上昇させることにより、転写性は良かったが、サイクルタイムがやや長くなり射出成形によるコスト低減効果は少なかった。
[Summary]
As shown in Table 2 above, each sample of Examples 1 and 2 was able to perform injection molding in a short cycle time while exhibiting excellent surface shape transferability. On the other hand, in the sample of Example 3, the transferability was good by raising the temperature in the vicinity of the
これに対し、ヒートサイクルを行わない比較例1のサンプルにおいては、形状が転写されないどころか、ランナー23やゲート24で詰まりが発生し、レンズを成形することができなかった。比較例2のサンプルでも、充填時の金型1の温度を140℃まで上昇させたが、形状転写性が悪く、実用できる対物レンズを得ることはできなかった。
On the other hand, in the sample of Comparative Example 1 in which the heat cycle was not performed, the shape was not transferred, but the
以上から、有機無機複合材料のキャビティへの充填時にはキャビティの近傍における金型温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度とし、成形品の冷却・取出し時にはキャビティの近傍の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低くすることは、金型から被成形材料への転写性の向上やランナーやゲートにおける詰まりを防止する上で有用であることがわかった。 From the above, when filling the cavity with the organic-inorganic composite material, the mold temperature in the vicinity of the cavity is set to 20 ° C. higher than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin, and the temperature in the vicinity of the cavity is set at the time of cooling and taking out the molded product. It has been found that lowering the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin is useful in improving transferability from the mold to the molding material and preventing clogging in the runner and gate.
1 金型
10 雄型
20 雌型
22 スプルー
24 ゲート
26 キャビティ
28 微細構造部
30 ロッドヒータ
32,42 流路
1
Claims (12)
前記キャビティの近傍における金型温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより20℃以上高い温度とした状態で、前記キャビティに前記有機無機複合材料を充填する工程と、
前記キャビティの近傍における金型温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgよりも低い温度まで冷却する工程と、
前記キャビティの近傍における金型温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgよりも低い温度とした状態で、前記キャビティから前記有機無機複合材料で構成された成形品を取り出す工程と、
を有することを特徴とする射出成形方法。 An injection molding method for injecting and molding an organic-inorganic composite material in which inorganic fine particles are dispersed in a thermoplastic resin using a mold having a cavity for receiving filling of a molding material,
Filling the cavity with the organic-inorganic composite material in a state where the mold temperature in the vicinity of the cavity is 20 ° C. or higher than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin;
Cooling the mold temperature in the vicinity of the cavity to a temperature lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin;
Taking out a molded article composed of the organic-inorganic composite material from the cavity in a state where the mold temperature in the vicinity of the cavity is lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin;
An injection molding method characterized by comprising:
前記キャビティの近傍には、加熱手段及び冷却手段が設けられていることを特徴とする射出成形方法。 The injection molding method according to claim 1,
An injection molding method characterized in that heating means and cooling means are provided in the vicinity of the cavity.
前記冷却手段が、前記キャビティの近傍に設けられた流路中に液体を循環させる構成を有することを特徴とする射出成形方法。 In the injection molding method according to claim 2,
An injection molding method, wherein the cooling means has a configuration for circulating a liquid in a flow path provided in the vicinity of the cavity.
前記冷却手段が、前記キャビティの近傍に設けられた流路中に気体を循環させる構成を有することを特徴とする射出成形方法。 In the injection molding method according to claim 2,
An injection molding method, wherein the cooling means has a configuration for circulating a gas in a flow path provided in the vicinity of the cavity.
前記冷却手段が、前記キャビティの近傍に気体を噴射する構成を有することを特徴とする射出成形方法。 In the injection molding method according to claim 2,
An injection molding method, wherein the cooling means has a configuration for injecting a gas in the vicinity of the cavity.
前記金型が、前記キャビティの近傍を近傍部とした場合に前記キャビティに対し前記近傍部より遠方の周辺部を有し、
前記有機無機複合材料を充填する工程では、前記金型の周辺部の少なくとも一部の温度を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgより低い温度に保持することを特徴とする射出成形方法。 In the injection molding method according to any one of claims 1 to 5,
The mold has a peripheral portion farther from the vicinity than the vicinity when the vicinity of the cavity is a vicinity.
In the step of filling the organic-inorganic composite material, the temperature of at least a part of the periphery of the mold is maintained at a temperature lower than the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin.
前記金型が、前記キャビティの近傍を近傍部とした場合に前記キャビティに対し前記近傍部より遠方の周辺部を有し、
前記キャビティの近傍を冷却する工程では、前記周辺部の少なくとも一部の温度を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgと、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg−30℃の間の温度に保持することを特徴とする射出成形方法。 In the injection molding method according to any one of claims 1 to 6,
The mold has a peripheral portion farther from the vicinity than the vicinity when the vicinity of the cavity is a vicinity.
In the step of cooling the vicinity of the cavity, the temperature of at least a part of the peripheral portion is maintained at a temperature between the glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin and the glass transition temperature Tg-30 ° C. of the thermoplastic resin. An injection molding method characterized by:
前記周辺部には、前記周辺部の温度を調整するための温調手段が設けられていることを特徴とする射出成形方法。 In the injection molding method according to claim 6 or 7,
An injection molding method according to claim 1, wherein temperature control means for adjusting the temperature of the peripheral portion is provided in the peripheral portion.
前記温調手段が、前記周辺部に設けられた流路中に液体を循環させる構成を有することを特徴とする射出成形方法。 The injection molding method according to claim 8,
An injection molding method characterized in that the temperature adjusting means has a configuration in which a liquid is circulated in a flow path provided in the peripheral portion.
前記液体が、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgと、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg−30℃の間の温度に保持された液体であることを特徴とする射出成形方法。 In the injection molding method according to claim 9,
The injection molding method, wherein the liquid is a liquid maintained at a temperature between a glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin and a glass transition temperature Tg of the thermoplastic resin Tg-30 ° C.
前記キャビティの成形面には微細構造が設けられていることを特徴とする射出成形方法。 In the injection molding method according to any one of claims 1 to 10,
An injection molding method, wherein the molding surface of the cavity is provided with a fine structure.
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