JP2008238546A - 金型および光学用平板部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学性能に優れた平板成形品を効率よく成形できる金型を提供する。
【解決手段】射出成形用金型２は、固定側金型６と、固定側金型６に対して進退する可動側金型４とを備える。固定側金型６は、金型基部７と、金型基部７の表面に配置され、キャビティ面１１Ａを有し、このキャビティ面に連通する複数のゲート１２が配置されたコアプレート１１とを備える。金型基部７には、ゲート１２に連通し樹脂Ｐを供給するホットランナー１３Ａを有するホットランナー部１３が設けられている。ホットランナー部１３は、コアプレート１１における各ゲート１２の周囲に配置されるゲートブッシュ１００と、先端が各ゲートブッシュ１００内に挿入され、樹脂を溶融した状態に保持するホットランナー本体３００とを備える。ゲートブッシュ１００は、熱伝導率が３５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり、かつコアプレート１１の熱伝導率よりも大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、金型および光学用平板部材の製造方法に関し、特に、光学性能に優れた光学用平板部材を効率よく製造できる金型および光学用平板部材の製造方法に関する。

射出成形用の金型は、固定側金型と、この固定側金型に対して進退する可動側金型とを備えて構成されている。固定側金型は、キャビティ面を有し、かつこのキャビティ面に連通する複数のゲートが所定間隔で配置されたコアプレートを備えている。また、コアプレートには、各ゲートの周囲にゲートブッシュを配置したものも利用されている。このようなゲートブッシュとしては、防錆性や硬度等の点で主にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）が用いられている（特許文献１参照）。

特開平９−２５４１９１号公報

しかしながら、ゲートブッシュにステンレス鋼を用いた場合には、ステンレス鋼の熱伝導率が比較的低いことにより、成形品におけるゲートブッシュ近傍箇所の冷却に時間がかかり、サイクルタイムを短縮できないという問題がある。本発明の目的は、光学性能に優れた平板成形品を効率よく成形できる金型、およびこの金型により光学用平板部材を製造する方法を提供することである。

本発明は、光拡散板等の光学用平板部材を射出成形するための金型であって、固定側金型と、この固定側金型に対して進退する可動側金型とを備え、前記固定側金型は、金型基部と、この金型基部の表面に配置され、キャビティ面を有し、かつこのキャビティ面に連通する複数のゲートが所定間隔で配置されたコアプレートとを備え、前記金型基部には、前記ゲートに連通し樹脂を供給する流路としてのホットランナーを有するホットランナー部が設けられ、前記ホットランナー部は、前記コアプレートにおける各ゲートの周囲に配置されるゲートブッシュと、その先端が各ゲートブッシュ内に挿入され、前記樹脂を溶融した状態に保持するホットランナー本体とを備え、前記ゲートブッシュは、熱伝導率が３５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり、かつ前記コアプレートの熱伝導率よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、ゲートブッシュがの熱伝導率が３５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であって、かつコアプレートの熱伝導率よりも大きいことにより、ゲートブッシュに接するコアプレートの温度が確実にゲートブッシュに伝わり、ゲート近傍がコアプレートの温度に近い温度まで冷却される。このため、ゲート近傍がコアプレートの温度に近い温度まで冷却された状態に維持され、成形品である光学用平板部材の冷却効率が向上し、光学用平板部材のゲート１２近傍にヒケ等が生じるのを防止できるとともに、サイクルタイム短縮を図ることができる。従って、光学特性の高い光学用平板部材を効率良く製造できる。

ここで、前記金型において、前記ゲートブッシュは、円筒状の本体部と、この本体部の基端側に形成されたフランジ部とが一体的に構成され、前記本体部の外周面には、先端と基端の間（例えば略中間の位置）に円周方向に沿ったリング状の第１凹部が形成され、この第１凹部は、当該ゲートブッシュを調温するための流体を流すための流路であることが好ましい。このような構成によれば、調温用の流体（例えば冷却水）がゲートブッシュに接触することにより、ホットランナー本体から受けた熱を効率的に逃がすことができる。つまり、ゲートブッシュをコアプレートの温度に近い温度に制御でき、サイクルタイムをより一層短縮化できる。

また、本発明は、前記金型を用いて射出成形により光拡散板等の光学用平板部材を製造する方法である。このような方法によれば、光学特性の高い光学用平板部材を効率良く製造できる。

本発明によれば、光学特性の高い光学用平板部材を効率良く製造できるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る射出成形用金型２について図面を参照して説明する。
図１は、射出成形用金型２を模式的に示す縦断面図である。
図１に示すように、射出成形用金型２は、固定側金型６と、固定側金型６に対して進退する可動側金型４とを備えている。可動側金型４と固定側金型６との間には、成形品である光学用平板部材（例えば光拡散板や導光板等）１６を成形するためのキャビティ１０が設けられている。

可動側金型４は、金型基部５と、金型基部５における固定側金型６側の面（先端面）に配置されるスタンパー８とを備えている。スタンパー８の表面８Ａには、光学用平板部材１６の主面に光学パターンを付与するための凹凸構造（図示略）が形成されている。

固定側金型６は、金型基部７と、金型基部７における可動側金型４側の面（先端面）に配置される型板３と、型板３の可動側金型４側の面（前面）の略中央の位置に配置されるコアプレート１１と、コアプレート１１の四周に配置される枠部材９とを備えている。金型基部７およびコアプレート１１内には、溶融樹脂Ｐを供給する流路としてのホットランナーを有するホットランナー部（図３）が設けられている。本実施形態では、コアプレート１１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０、熱伝導率は２６（Ｗ／ｍ・Ｋ））により構成され、また８５℃に保持されている。

コアプレート１１の主面であるキャビティ面１１Ａは、枠部材９における可動側金型４側の面（先端面）よりも一段低い寸法で形成されている。このため、スタンパー８と枠部材９とコアプレート１１で囲まれる空間がキャビティ１０となる。コアプレート１１には、キャビティ面１１Ａに連通し、ホットランナー部１３からキャビティ１０へ溶融樹脂Ｐを射出する開口部としてのゲート（面内ゲート）１２が複数形成されている。なお、溶融樹脂Ｐとしては、特に限定されないが、例えば、脂環式オレフィンポリマー等の熱可塑性樹脂を用いることができる。

図２は、キャビティ面１１Ａにおけるゲート１２の位置を示す平面図である。
図２に示すように、キャビティ面１１Ａに対して、縦方向に２個、横方向に４個のゲート１２が均等に配置され、縦方向に隣接して配置されるゲート１２間の長さ（ピッチ）Ｐ１が７０ｍｍであり、横方向に隣接して配置されるゲート１２のピッチＰ２が１７０ｍｍである。ゲート１２の直径は例えば１．８ｍｍとすることができる。

図３は、ゲート１２の近傍を模式的に示す縦断面図である。
図３に示すように、ホットランナー部１３は、各ゲート１２の近傍に配置されるゲートブッシュ１００と、断熱材２００を介してその先端がゲートブッシュ１００内に挿入されるホットランナー本体３００と、ホットランナー本体３００内に挿入されるゲートピン４００とを備えている。

ホットランナー本体３００は、その内部の流路であるホットランナー１３Ａに加熱した状態で溶融樹脂を保持する部品であり、円筒状の本体部３１０と、本体部３１０の先端に形成され、本体部３１０よりも径の小さい円筒状の中間部３２０と、中間部３２０の先端に形成され、先端側に向かって縮径するテーパが形成された先端テーパ部３３０とを備えている。先端テーパ部３３０の先端には、ゲート１２に対応する開口部３３０Ａが形成されている。また、先端テーパ部３３０のテーパ面の外周には、断熱材２００が配置されている。

ゲートピン４００は、ホットランナー本体３００に対して軸方向へ相対移動可能な円柱状の部品である。ゲートピン４００の先端部４１０は、ホットランナー本体３００の開口部３３０Ａに出入り可能な寸法で形成され、その先端部４１０が開口部３３０Ａに出入りすることにより、開口部３３０Ａの開閉が可能である。つまり、ホットランナー本体３００に対してゲートピン４００を軸方向に移動させて開口部３３０Ａを開閉することにより、溶融樹脂の射出量や射出タイミングなどを調整できる。

ゲートブッシュ１００は、円筒状の本体部１１０と、本体部１１０の基端側に形成されたフランジ部１２０と、本体部１１０の先端面１１０Ｂから先端側へ突出するとともに、本体部１１０の外径より小さい外径を有する円板状の突出部１３０とを備えている。本体部１１０、フランジ部１２０および突出部１３０は、タングステン合金により一体的に形成されている。

タングステン合金は、ステンレス鋼に比べて熱伝導性が高く、十分な防錆性を有し、線膨張性が低く、かつ十分な硬さを有するため、精密加工性が求められる光学用平板部材１６成形用の金型部品にとって有利な材質である。なお、本実施形態で用いたタングステン合金の熱伝導率は、２５９（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。

なお、本実施形態では、ゲートブッシュ１００を構成する材質として、タングステン合金を用いたが、これに限らず、熱伝導率が３５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上、好ましくは５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上、より好ましくは８０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の金属であって、かつコアプレートの熱伝導率よりも大きければよく、このような金属としては、例えば、プリハードン材、ベリリウム銅、およびニッケル等の金属を用いることもできる。また、タングステン合金としては、上記物性のものには限定されない。また、ゲートブッシュ１００を構成する材質としては、硬さが７（ＨＲＣ）以上であることが好ましい。

本体部１１０の外周面１１０Ａには、先端と基端の略中央の位置に円周方向に沿って伸びるリング状の第１凹部１１１が形成され、第１凹部１１１よりも基端側の位置に円周方向に沿って伸びるリング状の第２凹部１１２が形成されている。また、本体部１１０の先端面１１０Ｂにおける突出部１３０の外周側には、第１凹部１１１および第２凹部１１２と同じように、外周面１１０Ａの円周方向と同方向に伸びるリング状の第３凹部１１３が形成されている。第１凹部１１１は、ゲートブッシュ１００やホットランナー本体３００を調温するための流体（水）を流すための流路である。

第２凹部１１２には、止水部材１１４Ａが配置されている。第３凹部１１３には、止水部材１１４Ｂが配置されている。これらの止水部材１１４Ａ，１１４Ｂは、それぞれ例えばＯリングである。各止水部材１１４Ａ，１１４Ｂは、コアプレート１１およびゲートブッシュ１００に当接している。このため、コアプレート１１とゲートブッシュ１００との間では、第１凹部１１１を挟んだ先端側と基端側の両側が止水部材１１４Ａ，１１４Ｂによって止水されるため、第１凹部１１１を流れる流体が外部へ漏出するのを防止できる。さらに、ゲートブッシュ１００に突出部１３０を設けることにより、コアプレート１１とゲートブッシュ１００の接触面積が増加するため、キャビティ１０への流体の漏出を確実に防止できる。

また、本体部１１０の内側には、ホットランナー本体３００を収容するために、ホットランナー本体３００の外形に応じた内周面１６０が形成されている。内周面１６０は、本体部３１０の外周面に対応する第１面１６１と、本体部３１０の先端面に対応する第２面１６２と、中間部３２０の外周面に対応する第３面１６３と、先端テーパ部３３０のテーパ面に対応する第４面１６４とにより構成されている。

第１面１６１と第２面１６２との間の角部は、曲面状に加工されている。第２面１６２と第３面１６３との間の角部は、面取り加工がなされており、これにより、ゲートブッシュ１００とホットランナー本体３００の接触によるゲートブッシュ１００の破損（かじり）を防止できる。第２面１６２には、ホットランナー本体３００の本体部３１０の先端面が当接し、これによりゲートブッシュ１００とホントランナー３００の位置決めを容易にしている。なお、ホットランナー本体３００とゲートブッシュ１００との間、すなわち、第１面１６１と第２面１６２と本体部３１０との間には、ホットランナー本体３００を加熱するためのヒーター（図示略）が配置され、また、前記ヒーターとの本体部１１０との間には、ホットランナー本体３００からの伝熱を抑えるための空気断熱層である空隙１００Ａが形成されている。本実施形態では、ホットランナー本体３００は、前記ヒーターにより２８０℃に保持されている。

フランジ部１２０は、コアプレート１１に対してゲートブッシュ１００を位置決め固定するための部分である。フランジ部１２０には、厚み方向に貫通するボルト孔１２０Ａが形成されている。ボルト孔１２０Ａに図示しないボルトを挿通させることにより、ゲートブッシュ１００をコアプレート１１に位置決め固定する。

突出部１３０の先端面１３０Ａは、キャビティ面１１Ａの一部を構成する部分である。先端面１３０Ａの中心位置には、ゲート１２が形成されている。

次に、射出成形用金型２を用いた光学用平板部材１６の製造手順について説明する。
まず、図示しない型締装置を用いて、所定の型締め力（４４１０N）で金型２の型締めを行う。この時点では、ゲート１２はゲートピン４００により閉じられている。次に、ゲートピン４００を後退させてゲート１２を開き、ゲート１２からキャビティ１０内に溶融樹脂Ｐを射出し、キャビティ１０内に所定量の溶融樹脂Ｐを射出した後にゲートピン４００を前進させてゲート１２を閉じる。キャビティ１０内に射出された溶融樹脂Ｐは、金型２によって冷却されて所定形状に成形され（冷却時間２０秒）、この状態で金型２から取り出すことにより、光学パターンが形成された光学用平板部材１６を製造する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）熱伝導率の高いタングステン合金製のゲートブッシュ１００を用いることにより、ゲートブッシュ１００に当接するコアプレート１１の温度が確実に伝わることとなる。このため、ゲート１２近傍がコアプレート１１の温度に近い温度まで冷却された状態に維持され、成形品である光学用平板部材１６の冷却効率が向上し、光学用平板部材１６のゲート１２近傍にヒケ等が生じるのを防止できるとともに、サイクルタイム短縮を図ることができる。従って、光学特性の高い光学用平板部材１６を効率良く製造できる。

（２）十分な硬度を有するタングステン合金製のゲートブッシュ１００を用いることにより、ゲートブッシュ１００の変形等を防止でき、光学用平板部材１６を安定して製造できる。

（３）十分な防錆性を有するタングステン合金製のゲートブッシュ１００を用いることにより、ゲートブッシュ１００の劣化等を防止でき、光学用平板部材１６を安定して製造できる。

（４）ホットランナー本体３００の先端テーパ部３３０のテーパ面外周に断熱材２００を配置することにより、ホットランナー本体３００の先端部分の温度低下を防止でき、溶融樹脂Ｐを安定して射出できる。このため、光学用平板部材１６を効率よく製造できる。

（５）調温用の流体（冷却水）がゲートブッシュ１００に接触することにより、ホットランナー本体３００から受けた熱を効率的に逃がすことができる。つまり、コアプレート１１の温度に近い温度に制御できる。

（６）コアプレート１１に、別部材であるゲートブッシュ１００を配置する構成とすることにより、ゲート近傍に配置する部材が小さなサイズとなるため、精度の高い加工機械等を用いて高精度なゲートブッシュを作製できる。このため、高精度な成形品を成形できる。また、上述のように別部材とすることにより、コアプレート１１と異なる材質を用いたり、ゲート近傍に調温用の流体を流すための流路を設計できる。

（７）ゲートブッシュ１００とホットランナー本体３００の間に空隙としての空気断熱層１００Ａを設けることにより、ホットランナー本体３００とコアプレート１１との間の伝熱を抑えることができ、サイクルタイム短縮を図ることができる。

なお、本発明は、前記実施形態には限定されない。
前記実施形態では、ゲートブッシュ１００を構成する本体部１１０の外周に流路としての第１凹部を形成したが、特に形成しなくてもよい。また、第１凹部の断面形状や寸法、形成する数等も特に限定されない。

＜実施例１＞
前記実施形態と同じ形状のゲートブッシュを銅とタングステンの合金を用いて作製した。この合金は、引張強さ：６０７（Ｎ／ｍｍ^２）、伸び：２．３（％）、硬さ：７（ＨＲＣ）、熱伝導率：２５９（Ｗ／ｍ・Ｋ）、線膨張率：１０．２（×１０^−６／℃）である。また、コアプレートにはステンレス鋼（ＳＵＳ４４０）を用いた。ステンレス鋼は、引張強さ：１９４０（Ｎ／ｍｍ^２）、伸び：９（％）、硬さ：５３（ＨＲＣ）、熱伝導率：２６（Ｗ／ｍ・Ｋ）、線膨張率：１０．８（×１０^−６／℃）である。このゲートブッシュを前述した型締装置に取り付けて前記条件で射出成形したところ、成形品の冷却時間は２０秒であった。

＜実施例２＞
ゲートブッシュに下記ベリリウムと銅の合金を用いた以外は実施例１と同様とした。ベリリウムと銅の合金は、引張強さ：１１７３（Ｎ／ｍｍ^２）、伸び：８（％）、硬さ：４０（ＨＲＣ）、熱伝導率：１３５（Ｗ／ｍ・Ｋ）、線膨張率：１７（×１０^−６／℃）である。このゲートブッシュを前述した型締装置に取り付けて前記条件で射出成形したところ、成形品の冷却時間は２０秒であった。

＜比較例＞
ゲートブッシュに前記ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０）を用いた以外は実施例１と同様とした。このゲートブッシュを前述した型締装置に取り付けて前記条件で射出成形したところ、成形品の冷却時間は１２０秒であった。

以上の実施例および比較例により、ゲートブッシュの熱伝導率を、３５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であって、かつコアプレートの熱伝導率よりも大きくすることにより、冷却時間を短縮できることが分かった。

本発明の実施形態に係る射出成形用金型を模式的に示す縦断面図である。 キャビティ面におけるゲートの位置を示す平面図である。 ゲートの近傍を模式的に示す縦断面図である。

符号の説明

２ 射出成形用金型
４ 可動側金型
５，７ 金型基部
６ 固定側金型
１０ キャビティ
１１ コアプレート
１１Ａ キャビティ面
１２ ゲート
１３ ホットランナー部
１３Ａ ホットランナー
１６ 光学用平板部材
１００ ゲートブッシュ
１１０ 本体部
１１０Ａ 外周面
１１１ 第１凹部
１１２ 第２凹部
１１３ 第３凹部
１２０ フランジ部
１３０ 突出部
３００ ホットランナー本体
４００ ゲートピン
Ｐ 溶融樹脂

Claims (3)

1. 光学用平板部材を射出成形するための金型であって、
   固定側金型と、この固定側金型に対して進退する可動側金型とを備え、
   前記固定側金型は、金型基部と、この金型基部の表面に配置され、キャビティ面を有し、かつこのキャビティ面に連通する複数のゲートが所定間隔で配置されたコアプレートとを備え、
   前記金型基部には、前記ゲートに連通し樹脂を供給する流路としてのホットランナーを有するホットランナー部が設けられ、
   前記ホットランナー部は、前記コアプレートにおける各ゲートの周囲に配置されるゲートブッシュと、その先端が各ゲートブッシュ内に挿入され、前記樹脂を溶融した状態に保持するホットランナー本体とを備え、
   前記ゲートブッシュは、熱伝導率が３５（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり、かつ前記コアプレートの熱伝導率よりも大きいことを特徴とする金型。
2. 請求項１に記載の金型において、
   前記ゲートブッシュは、円筒状の本体部と、この本体部の基端側に形成されたフランジ部とが一体的に構成され、
   前記本体部の外周面には、先端と基端の間に円周方向に沿ったリング状の第１凹部が形成され、この第１凹部は、当該ゲートブッシュを調温するための流体を流すための流路であることを特徴とする金型。
3. 請求項１または２に記載の金型を用いて射出成形により光学用平板部材を製造する方法。

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