JP2008238701A - 金型、液状樹脂射出成形方法および光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】粘性の低い熱硬化製樹脂を用いた液状樹脂射出成形において、成形品、特に光学素子となる成形品において内部に気泡が含まれるのを防止する。
【解決手段】液状樹脂射出成形方法で用いられる金型１は、可動金型２と固定金型３とからなる。また、金型１には、成形品本体を成形するためのキャビティ１５と、キャビティ１５に連通し、キャビティ１５内に液状樹脂を導入させるゲート６とを備える。さらに、金型１は、キャビティ１５に連通し、キャビティ１５内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャ１６を備える。キャビティ１５とオーバーフローキャッチャ１６との接続部における第１断面積が、キャビティ１５とゲート６との接続部における第２断面積以下となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液状射出成形法での樹脂成形で用いられる金型、この金型を用いた液状樹脂射出成形方法およびこの液状樹脂射出成形方法で成形される光学素子に関する。

一般に、プラスチック製品（または部品）を成形加工する方法として射出成形が知られている。また、熱硬化性樹脂を射出成形する場合に、常温で液状の熱硬化性樹脂（液状の原料樹脂で、以下液状樹脂と称する場合がある）を、高温の金型に射出して熱硬化させる液状樹脂射出成形法が知られている。
そして、射出成形で用いられる金型では、樹脂を射出した際に、金型のキャビティ内のガスが成形品内に残らないようにするために、キャビティと金型外部とを連通するガスベント（ガス抜き用の孔）が設けられている。

ここで、射出成形時の原料樹脂の粘性が比較的高い場合には、十分にガス抜きを可能とするために、比較的大きな径のガスベントを設けたとしても、ガスベント内に粘性の高い原料樹脂が入り込むことがないが、上述の液状樹脂射出成形方法においては、原料樹脂の粘性が低いことから、ガスベントの径を大きくするとガスベント内に原料樹脂が流入し、成形品にガスベントに流入した樹脂からなるバリが発生してしまうという問題がある。これにより、成形後にバリの除去が必要となるが、バリは、成形品ごとに形状が異なるなどすることから、除去に手間がかかるという問題があった。

また、バリの発生を防止するためにガスベントの径を小さくしてしまうと、ガスを完全に抜くことが困難となり、成形品内に気泡を含有してしまい、成形品の強度や品質の低下を招いてしまう可能性がある。特に、成形品が光学部品の場合に、内部に気泡を含有してしまうと、所望の光学特性を得られないという問題があった。
ここで、必ずしも樹脂の射出成形に限られるものではなく、主に金属の鋳造に用いられるものであるが、金型におけるガス抜き穴の径を容易に変更可能とした提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２３９７２２公報

しかしながら、室温レベルで粘性の低い熱硬化樹脂を用いた液状樹脂射出成形方法において、バリが発生せず、かつ、気泡が発生しないガスベントの径を見つけ出すことは必ずしも容易ではなく、たとえ、ガスベントの径を容易に調整可能であっても、バリがなく、かつ、気泡を含有しない成形品を得ることが難しかった。特に、光学素子においては、気泡の影響により、所望の光学特性が得られない場合に使い物にならず、バリが発生しても、気泡を含有しない成形品を得る必要がある。
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、成形時にバリの発生や気泡の含有を確実に防止できる金型、射出成形方法および光学素子を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の金型は、
液状樹脂射出成形法による樹脂成形で用いられる金型であって、
成形品本体を成形するためのキャビティと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲートと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャとを備え、
前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第１断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第２断面積以下となっていることを特徴とする。
なお、ここで、液状樹脂とは、熱硬化性樹脂の硬化前の液状の樹脂原料を指すものである。

また、請求項２に記載の金型は、請求項１に記載の発明において、
前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の金型は、請求項１または２に記載の発明において、
第１断面積が、第２断面積の０．２倍から１．０倍となっていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の金型は、請求項１または２に記載の発明において、
第１断面積が、第２断面積の０．５倍から１．０倍となっていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の金型は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、
前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の液状樹脂射出成形方法は、
熱硬化性樹脂を成形する液状樹脂射出成形方法であって、
成形品本体を成形するためのキャビティと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲートと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャとを備え
かつ、前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第１断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第２断面積以下となっている金型を用い、
前記キャビティから前記オーバーフローキャッチャにオーバーフローするまで液状樹脂を金型内に射出することを特徴とする。

また、請求項７に記載の液状樹脂射出成形方法は、請求項６に記載の発明において、
前記金型の前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする。

また、請求項８に記載の液状樹脂射出成形方法は、請求項６または７に記載の発明において、
前記金型における第１断面積が、第２断面積の０．２倍から１．０倍となっていることを特徴とする。

また、請求項９に記載の液状樹脂射出成形方法は、請求項６または７に記載の発明において、
前記金型における第１断面積が、第２断面積の０．５倍から１．０倍となっていることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の液状樹脂射出成形方法は、請求項６〜９のいずれか１項に記載の発明において、
前記金型における前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることを特徴とする。

また、請求項１１に記載の液状樹脂射出成形方法は、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の発明において、
液状樹脂を金型内に射出した後に、金型内で硬化した成形品を、超音波振動を用いて金型から離型することを特徴とする。

また、請求項１２に記載の光学素子は、
液状樹脂射出成形法により成形される光学素子であって、
液状樹脂を成形する金型のキャビティ内に形成される成形品本体と、
前記キャビティに連通し、前記キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲート内に形成されるゲート部と、
前記キャビティに連通し、前記キャビティからオーバーフローする液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャ内に形成されるオーバーフロー部と、
を有する成形品から前記ゲート部と前記オーバーフロー部とを切断除去することにより形成され、
前記成形品本体の前記オーバーフロー部を切断した第１切断面の面積が、前記成形品本体の前記ゲート部を切断した第２切断面の面積以下となっていることを特徴とする。

また、請求項１３に記載の光学素子は、請求項１２に記載の発明において、
前記成形品の前記オーバーフロー部が、前記成形品本体の最後に樹脂が充填されて形成された最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする。

また、請求項１４に記載の光学素子は、請求項１２または１３に記載の発明において、
第１切断面の面積が、第２切断面の面積の０．２倍から１．０倍となっていることを特徴とする。

また、請求項１５に記載の光学素子は、請求項１２または１３に記載の発明において、
第１切断面の面積が、第２切断面の面積の０．５倍から１．０倍となっていることを特徴とする。

また、請求項１６に記載の光学素子は、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の発明において、
第１切断面の形状が略円形となっていることを特徴とする。

そして、請求項１および請求項６に記載された発明においては、金型にキャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャを備えることにより、金型内で排出できなかったガスが気泡として残るような場合に、その気泡をキャビティからオーバーフローキャッチャ側に押し出すことが可能となる。これにより成形品の実際に製品となる成形品本体（製品部）には、気泡が含まれない状態とすることができる。なお、金型からガスを排出するガスベントは、オーバーフローキャッチャに設けられる。また、キャビティ内を真空引きして真空成形するものとしてもよい。

また、この場合に、成形品は、液状樹脂を成形する金型のキャビティ内に形成される成形品本体と、前記キャビティに連通し、前記キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲート内に形成されるゲート部（実際にはゲートに繋がるランナー内で成形されたランナー部がゲート部に繋がっている）と、前記キャビティに連通し、前記キャビティからオーバーフローする液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャ内に形成されるオーバーフロー部とを備えることになり、製品部からゲート部およびオーバーフロー部を切断する必要があるが、オーバーフロー部は、バリと違って、射出される液状樹脂の量が一定ならば、形状が一定となり、ゲート部と同時にオーバーフロー部を切断する構成とすることが可能であり、作業の手間（作業工程）を増やすことなく切断可能である。

前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第１断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第２断面積以下となっていることにより、できあがった製品のオーバーフロー部を切断した第１切断面をゲート部を切断した第２切断面と同程度以下とすることができる。

ここで、ゲート部およびオーバーフロー部を切断してできあがった成形品本体（製品部）に切削や研磨等の後加工を施さないものとした場合に、キャビティとゲートとの接合部の前記第２断面積は、射出成形時に円滑に液状樹脂をキャビティ側に流入させるのに十分な面積とされているとともに、成形品本体の形状に影響がでないように必要以上に大きくならない面積とされている。

一方、キャビティとオーバーフローキャッチャとの接合部の前記第１断面積においては、オーバーフローキャッチャに気泡を含む可能性がある液状樹脂が円滑にオーバーフローすればよく、キャビティに液状樹脂を送り出すわけではないので、第２断面積以下の面積で十分であり、かつ、成形品本体の形状に影響がでないようにさらに小さい方が好ましい。

すなわち、従来は、気泡を完全に無くすようにした場合に、成形品本体に上述のゲート部との切断面とガスベントによるバリとが残ることになるが、本発明では、成形品本体に、ゲート部との切断面とオーバーフロー部との切断面が残ることになる。そして、切断後に後加工を施さないものとした場合に、ゲート部の切断面とオーバーフロー部の切断面が製品となる成形品に残ることになり、これら成形品本体の形状の設計における制限となり、オーバーフロー部の切断面が増えた分だけ成形品本体の形状の設計上の自由度が失われるが、オーバーフロー部の切断面をゲート部の切断面以下とすることで、設計上の制限を少なくすることができる。

請求項２および請求項７に記載された発明においては、前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられているので、充填される液状樹脂がキャビティ内に満たされた際に液状樹脂がオーバーフローキャッチャにオーバーフローするようにでき、充填時に充填される液状樹脂の先端側のガスを確実にキャビティからオーバーフローキャッチャに追い出すことができる。

請求項３および請求項８に記載された発明においては、金型における第１断面積が、第２断面積の０．２倍以上となっていることにより、気泡を含む液状樹脂をオーバーフローキャッチャに追い出すことができる。
すなわち、第１断面積が、第２断面積の０．２倍より小さい場合には、気泡が大きくなってしまったような場合に、キャビティからオーバーフローキャッチャに気泡が抜けなくなる可能性が高く、第１断面積を第２断面積の０．２倍以上とすることで気泡がキャビティ側に残るのを防止することができる。

ここで、ゲート側の第２断面積は、上述のように射出成形時に円滑に液状樹脂をキャビティ側に流入させるのに十分な面積とされているとともに、成形品本体の形状に影響がでないように必要以上に大きくならない面積とされており、この第２断面積を基準として第１断面積を規定することで、キャビティの容積や形状等に対応したものとすることができる。すなわち、キャビティの容積が大きくなれば、ゲートの径が大きくなるとともに、発生する気泡も大きくなる可能性が高く、ゲート側の第２断面積を基準としてオーバーフローキャッチャ側の第１断面積を規定することで、キャビティからオーバーフローキャッチャに気泡が円滑に移動するか否かを判断することができる。

また、上述のように、ゲート側の第２断面積は、射出成形時に円滑に液状樹脂をキャビティ側に流入させるのに十分な面積とされているので、オーバーフローキャッチャ側の第１断面積においても液状樹脂を円滑に流入させるのに第２断面積以上の面積を必要とせず、かつ、上述のように成形品本体の形状の設計上においては、第１断面積が小さい方が好ましいことから、第１断面積を第２断面積の１．０倍以下とする必要がある。

請求項４および請求項９に記載された発明においては、金型における第１断面積が、第２断面積の０．５倍以上となっていることにより、気泡を含む液状樹脂をオーバーフローキャッチャに確実に追い出し、製品の歩留まりを向上することができる。

上述のように、金型における第１断面積が、第２断面積の０．２倍以上となっていれば、気泡を含む液状樹脂をオーバーフローキャッチャに追い出し可能であるが、いくつかの悪条件が重なったような場合に、キャビティ内に気泡が残る可能性がり、第１断面積を第２断面積の０．５倍以上とすることで、このような場合にもキャビティから気泡を確実に追い出すことが可能となり歩留まりの向上を図ることができる。

請求項５および請求項１０に記載された発明においては、前記金型における前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることにより、円滑に気泡を含む液状樹脂をオーバーフローキャッチャ側に流出させることができる。なお、略円形には、楕円が含まれるものとする。

請求項１１の発明によれば、成形品が超音波振動により金型から離型されるので、イジェクトピンを使用する必要がなくなる。ここで、オーバーフローキャッチャが、キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられている場合に、オーバーフローキャッチャ内で形成されたオーバーフロー部が成形品本体の外側に当該成形品本体を中心としてゲート部に対してほぼ対称的に出ている構造となる可能性が高い。この場合に、イジェクトピンを使用して成形品を離型するものとすると、例えば、ゲート部の成形品本体の反対側となる部分（実際にはランナー部）とオーバーフロー部の成形品本体の反対側となる部分とにイジェクトピンを突き当てるための突き当て部を形成するようにし、これら突き当て部にイジェクトピンを突き当てることで成形品を押し出す構成となる可能性が高い。これは成形品本体部分にイジェクトピンを突き当てるような構成とすることがないからである。
この場合に、イジェクトピンで押し出された際に破損しない程度の強度がオーバーフロー部、特に、製品部とオーバーフロー部との接続部に必要となる。

この場合に、ゲート部側の第２断面積と、オーバーフローキャッチャ側の第１断面積とがほぼ等しいことが好ましい。また、上述のような構成で離型する場合に、成形品の大きさが小さい場合などに、ゲート部およびオーバーフロー部に必ずしも十分な強度を持たせられない可能性がある。この場合に、ゲート部側の第２断面と、オーバーフローキャッチャ側の第１断面との面積が異なると、均等に力が作用せず、イジェクトピンで押し出す際に強度の弱い方に応力が集中して破損の原因となり、この点からもゲート部側の第２断面積と、オーバーフローキャッチャ側の第１断面積とが等しいことが好ましい。
しかし、上述のように離型にイジェクトピンを用いずに超音波振動で離型する構成となっている場合には、第１断面積をもっと小さくすることが可能であり、例えば、上述のように第２断面積の０．２倍や０．５倍といったものとすることができる。

請求項１２〜１６に記載された発明においては、それぞれの光学素子が、請求項１〜５に記載の金型および請求項６〜１０に記載された液状樹脂射出成形方法を用いて製造可能なものとなっている。
したがって、光学素子の製造に際しては、それぞれ、請求項１〜５および請求項６〜１０と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、光学素子として、気泡を含有せず、所望の光学特性を有するものとするために、従来からある成形品本体（製品部）からゲート部を切断した第２切断面に加えて、気泡を追い出すために生じたオーバーフロー部を製品部から切断した第１切断面が生じることになる。

上述のように、成形後の後加工としてゲート部とオーバーフロー部との切断以外の切削加工や研磨加工を行わないものとした場合に、第１切断面および第２切断面が設計上における成形品の形状の自由度を制限することになるが、第２切断面より第１切断面を小さくすることで、設計上における成形品の形状の自由度を高めることができる。
言い換えれば、従来なかったオーバーフロー部を設けることで、従来なかった第１切断面が生じることになるが、第１切断面を小さくすることで、従来の形状に近づけることができる。

また、成形品において、第１切断面と第２切断面の部分で外周縁の形状が変化することになる。たとえば、外周が円形の成形品において、第１切断面と第２切断面との部分で外周縁の円形の形状が崩れることになり、バランスが悪くなる可能性があり、たとえば、成形品を他の部品（たとえば、光学素子としてのレンズのホルダ）に設置するような場合に設置しずらくなる可能性がある。この場合に、従来、ゲート部の第２切断面により一箇所だけ形状が崩れていたものが、本発明では、さらにオーバーフロー部の第１切断面が加わることにより二箇所で形状が崩れることになるが、第１切断面を第２切断面より小さくすることで、従来よりバランスが悪くなるのを抑制することができる。
なお、第１切断面と第２切断面とが対称となる位置に配置される場合は、第１切断面と第２切断面との面積が同じとなることがデザイン上や形状的な安定性（重心が中央になるなどのバランスの良さ）の上で好ましい場合もある。
また、第１断面積を小さくすることで、オーバーフロー部の容積も小さくなり、使用する樹脂量の削減を図り、コストダウンを図ることができる。

本発明によれば、金型にキャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャを備えることにより、金型内で排出できなかったガスが気泡として残るような場合に、その気泡をキャビティからオーバーフローキャッチャ側に押し出すことが可能となる。また、後加工を施さないものとした場合に、ゲート部の切断面とオーバーフロー部の切断面が製品となる成形品に残ることになり、これら成形品本体の形状の設計における制限となり、オーバーフロー部の切断面が増えた分だけ成形品本体の形状の設計上の自由度が失われるが、オーバーフロー部の切断面をゲート部の切断面以下とすることで、設計上の制限を少なくすることができる。
また、オーバーフロー部の切断面を小さくすることで、オーバーフロー部の容積も小さくし、使用される樹脂量の削減を図ることができる。
また、成形品の外周部に第１の切断面と第２の切断面との２つの切断面が生じることで、成形品のバランスが悪くなり、たとえば、成形品を上述のホルダ等に設置する際にすわりが悪くなる可能性があるが、第２の切断面より第１の切断面を小さくすることでバランスが悪くなるのを抑制することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明の金型１について説明する。図１〜３は金型１の概略を示す断面図であり、図４は、金型１の後述の可動金型２の平面図である。
図１に示すように、金型１は、可動金型２と、固定金型３とを備えている。なお、図１は、概略を示すものであって、可動金型２および固定金型３について、成形品を形成するための成形面を備えた部分だけを示したものである。
また、この金型１を用いる射出成形機は、後述の液状樹脂射出成形法で使用可能な従来周知のものを使用可能である。
すなわち、この例では、常温で液状の熱硬化性樹脂を、加熱した金型１に射出することで熱硬化させる液状樹脂射出成形方法を用いて、成形品２０（図５に図示）を形成するものとなっている。

また、図示される可動金型２は、成形品２０を形成するための形成面を有する入れ子部分であって、前記液状樹脂の射出後に前記入れ子を当該入れ子に接続された図示しない超音波振動子で振動させることのみによって、成形品２０を金型１から離型可能とされている。
そして、可動金型２の固定金型３側の表面には、可動側キャビティ４と、ランナー５と、ゲート６と、可動側オーバーフローキャッチャ７と、ガスベント８とを備える可動側形成面９が形成されている。

また、固定金型３には、スプルーブッシュ１１が設けられるとともに、可動金型２側の表面に固定側キャビティ１２と、固定側オーバーフローキャッチャ１３とを備える固定側形成面１４が形成されている。
そして、固定金型３に可動金型２を当接させることで、可動金型２側のランナー５、ゲート６、ガスベント８がその開放側（固定金型３側）を閉塞され、可動金型２側の可動側キャビティ４と固定金型３の固定側キャビティ１２とが合わされてキャビティ１５が形成され、可動金型２側の可動側オーバーフローキャッチャ７と固定金型３の固定側オーバーフローキャッチャ１３とが合わされてオーバーフローキャッチャ１６が形成される。

スプルーブッシュ１１は、金型３にはめ込まれてスプルーを構成するもので、スプルーは、射出成形機の樹脂を射出するノズルから樹脂を受けるものであり、この部分に樹脂が射出されることになる。
キャビティ１５は、樹脂が充填されることにより、成形品本体２２が形成される部分である。ゲート６は、キャビティ１５への樹脂の注入口となる部分である。ランナー５は、スプルーブッシュ１１からゲート６への樹脂の流路となる部分である。なお、ランナー５は、多数固取りの際に、複数のキャビティ１５に樹脂を送る経路となる。図１においては、１つのキャビティ１５だけを図示しているが、金型１は複数個取り用に複数のキャビティ１５が形成されたものであってもよい。

オーバーフローキャッチャ１６は、キャビティ１５のうちの最後に樹脂が充填される最終充填位置もしくはその近傍に接続する空間を構成するもので、キャビティ１５が樹脂で満たされた状態でさらに樹脂を充填することで、樹脂がキャビティ１５からオーバーフローキャッチャ１６にオーバーフローするようになっている。
また、オーバーフローキャッチャ１６は、最終充填位置もしくはその近傍として、例えば、キャビティ１５のゲート６が接続される部分の反対側となる位置、もしくはキャビティ１５のゲート６から充填される樹脂の流れに沿って最も遠い位置に形成される。

また、オーバーフローキャッチャ１６の最後に樹脂が充填される位置にガスベント８が設けられている。なお、射出成形に際し、キャビティ１５等を真空引きする真空成形とするものとしてもよい。
また、この例では、ランナー５およびゲート６を可動金型２だけに形成するものとしたが、可動金型２および固定金型３の両方に設け、これらをあわせることで、ランナーおよびゲートが構成されるようにしてもよい。また、オーバーフローキャッチャ１６を可動金型２側だけに設ける構成としてもよい。

以上のことから、この金型１は、キャビティ１５に連通し、当該キャビティ１５内に液状樹脂を導入させるゲート６と、当該キャビティ１５に連通し、当該キャビティ１５内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャ１６とを備えたものである。
そして、この例においては、キャビティ１５とオーバーフローキャッチャ１６との接続部における第１断面積Ｓ１が、キャビティ１５とゲート６との接続部における第２断面積Ｓ２以下となっている。

そして、以上のような金型においては、射出成形機のノズルから液状の熱硬化性樹脂がスプルーブッシュ１１に射出され、スプルーブッシュ１１からランナー５を通ってゲート６からキャビティ１５に樹脂が充填されていくようになっている。この際に、金型１内の空気等のガスがガスベント８から押し出される。なお、真空成形の場合には、樹脂の充填時にも真空引きされた状態が維持され、気圧が低い状態に維持される。

そして、キャビティ１５内に熱硬化性樹脂が満たされても、さらに熱硬化性樹脂が供給されることで、キャビティ１５から熱硬化性樹脂がオーバーフローキャッチャ１６にオーバーフローする。なお、熱硬化性樹脂の充填量（射出量）は、予め、オーバーフローキャッチャ１６に略樹脂が満たされる程度に設定される。
この際に、例えば、ガスベント８が細く、十分にガスが排出されない状態で、オーバーフローキャッチャ１６が無い場合に、キャビティ１５に充填される熱硬化性樹脂の先頭部分に気泡が残されるような状態でも、オーバーフローキャッチャ１６を有するこの例では、気泡を含有する樹脂が、オーバーフローキャッチャ１６に流出することになり、キャビティ１５内に残らず、キャビティ１５部分で成形される製品部に影響がでることがない。

一方、ガスベント８の径が大きく、ガス抜きは十分にされるが、オーバーフローキャッチャ１６に流入した樹脂の一部がガスベント８に入り込んでバリが発生するような場合でも、このバリは、後述のようにオーバーフローキャッチャ１６内に入り込んだ樹脂からなるオーバーフロー部２１を切断する際にオーバーフロー部２１とともに除去され、バリを除去するためだけの作業を必要としない。
したがって、ガスベント８は、その径を特に最適な状態とする必要がないので、金型１の製造時にガスベント８の設計を容易なものとすることができる。

ここで、この例では、上述のようにキャビティ１５とオーバーフローキャッチャ１６との接続部における第１断面積Ｓ１が、キャビティ１５とゲート６との接続部における第２断面積Ｓ２以下とされている。
ゲート６部分の第２断面積Ｓ２は、金型１の設計時に、キャビティ１５への樹脂の充填が円滑に行われるように設定されており、オーバーフローキャッチャ１６部分の第１断面積Ｓ１が第２断面積Ｓ２と等しければ、すなわち、第１断面積Ｓ１が第２断面積Ｓ２の１．０倍となっていれば、基本的にオーバーフローキャッチャ１６においても、円滑に気泡を含む樹脂を流入させることができる。

また、オーバーフローキャッチャ１６は、その先にさらに樹脂を送出するものではなく、キャビティ１５からオーバーフローした樹脂が円滑に流入すればいいので、第１断面積Ｓ１を第２断面積Ｓ２よりも狭くすることが可能である。
すなわち、キャビティ１５に円滑に樹脂を充填可能な第２断面積Ｓ２を基準とした場合に、第１断面積Ｓ１を第１断面積Ｓ２の０．２倍としても気泡を含む熱硬化性樹脂をキャビティ１５からオーバーフローキャッチャ１６に流出可能であることを見出した。

また、第１断面積Ｓ１を第２断面積Ｓ２の０．２倍よりも小さくしてしまうと、樹脂内の形成された気泡に邪魔されて、円滑に樹脂がキャビティ１５からオーバーフローキャッチャ１６に流動しない可能性が高まり、オーバーフローキャッチャ１６により成形品本体２２内の気泡を除去する効果を十分に期待できない。
また、第１断面積Ｓ１を第２断面積Ｓ２の０．２倍とした場合に、全ての条件において、円滑にキャビティ１５から気泡を含む樹脂がオーバーフローキャッチャ１６に流入するとは限らず、条件によっては、オーバーフローキャッチャ１６に気泡を含む樹脂が流入しない場合もあり、成形品の歩留まりを考慮すると、第１断面積Ｓ１を第１断面積Ｓ２の０．５倍とすることが好ましい。

また、金型１にオーバーフローキャッチャ１６を設けた場合に、図５に示すように、キャビティ１５内に充填されて硬化した樹脂からなり、成形品２０の製品部となる成形品本体２２にゲート６で硬化した樹脂からなるゲート部２３と、オーバーフローキャッチャ１６内で硬化した樹脂からなるオーバーフロー部２１とが一体に接続した状態となる。
ここで、成形後に成形品本体２２からゲート部２３やオーバーフロー部２１を切断した後に、後加工として切削加工や研磨加工を施さない場合に、図６に示すように、成形品本体２２にオーバーフロー部２１を切断した第１切断面３１と、ゲート部２３を切断した第２切断面３２とが残ることになる。

この場合に、成形品本体（製品部）２２の外観を考慮するとともに、成形品本体２２の形状の設計（デザイン）の自由度を考慮した場合に、従来、無かったオーバーフロー部２１を切断した第１切断面３１が小さいことが好ましい。少なくとも、従来からあるゲート部２３を切断した第２切断面３２以下となっていることが好ましい。

また、金型１から成形品を離型する際イジェクトピンで成形品を押し出す場合に、上述のように製品となる成形品本体２２からゲート部２３およびランナー部２４とオーバーフロー部２１とが互いに離れて延出した状態となっているので、たとえば、ランナー部２４とオーバーフロー部２１とにそれぞれ突き当て部を形成し、これら突き当て部にイジェクトピンを押し当てて離型することが好ましい。この場合には、ゲート部２３やオーバーフロー部２１は、イジェクトピンに押されても破損しない程度の強度が必要となるとともに、一方に応力が集中しないように、第１断面積Ｓ１と第１断面積Ｓ２とが等しいことが好ましい。これにより、ゲート部２３とオーバーフロー部２１とのうちの一方に応力が集中して破損するのを防止することができる。この場合に、第１断面積と第２断面積はほぼ等しくなる。少なくとも第１断面積が第２断面積のプラスマイナス１０％以内であれば、一方への応力の過度の集中を防ぐことができる。

一方、金型１から成形品を離型する際に上述のように超音波振動を用いる場合は、イジェクトピンが必要なくなるか、もしくは、成形品に対するイジェクトピンによる押圧力を低減することができ、第１断面積が第２断面積より小さくなっていても問題が生じることなく、上述のように第１断面積が第２断面積の０．２倍程度であってもよい。
以上のことから、金型１において、第１断面積が、第２断面積の０．２倍から１．０倍となっていること好ましく、さらに、第１断面積が、第２断面積の０．５倍から１．０倍となっていることが好ましい。また、超音波振動を用いて離型する場合には、積極的に第１断面積を第２断面積の１．０倍未満、０．９倍未満としてもよい。

そして、以上のような金型を用いた液状樹脂射出成形方法を説明する。
ここで、用いられる熱硬化性樹脂は、例えば、シリコーン（シリコン樹脂）である。
また、成形品は、例えば、樹脂レンズ等の光学素子であるが、本発明の金型および液状樹脂射出成形方法は、光学素子以外の成形品にも適用可能である。
また、液状樹脂射出成形方法は、液状樹脂射出成形（ＬＩＭ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法に基づくものである。

液状樹脂射出成形方法では、固定金型３に可動金型２を当接することにより閉じた状態の金型１内部を高温（例えば、約１５０度）に温調し、次いで、固定金型３のスプルーブッシュ１１を介して熱硬化性樹脂をランナー５に射出する。金型１内に射出された熱硬化性樹脂は、上述のようにスプルーブッシュ１１からランナー５を通ってゲート６に至り、ゲート６からキャビティ１５内に充填され、キャビティ１５から溢れた熱硬化性樹脂がオーバーフローキャッチャ１６に至る。なお、射出される樹脂量は、上述のようにオーバーフローキャッチャ１６まで樹脂が満たされる量である。

そして、金型１内で加熱された熱硬化性樹脂が硬化して、固化した状態となる。
この際に、上述のように液状樹脂内に気泡が発生した場合には、気泡を含む樹脂がオーバーフローキャッチャ１６に流入し、キャビティ１５内に気泡が残るのを防止できる。
次に、固定金型３から可動金型２を離す方向に移動することで、金型１を開いた状態とする。この際に、可動金型２の入れ子部分を超音波振動子で振動させることにより、成形品２０を固定金型３および可動金型２から離型する。

離型された成形品２０は、図５に示すように、金型１のキャビティ１５内に形成される製品部（成形品本体２２）と、キャビティ１５に連通し、キャビティ１５内に液状樹脂を導入させるゲート６内に形成されるゲート部２３と、ゲート部２３に液状樹脂を送出するランナー５内に形成されるランナー部２４と、キャビティ１５に連通し、キャビティ１５からオーバーフローする液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャ１６内に形成されるオーバーフロー部２１とを有するものとなっている。

そして、離型した成形品２０は、成形品本体２２とゲート部２３との境界部分および、成形品本体２２とオーバーフロー部２１との境界部分で切断される。なお、これらの切断は同時に行われることが好ましい。
そして、ゲート部２３とオーバーフロー部２１とが切断された成形品本体２２としての光学素子は、成形品２０からゲート部２３とオーバーフロー部２１とを切断除去することにより形成される。そして、光学素子は、金型１を用いて成形されることにより、成形品本体（製品部）のオーバーフロー部２１を切断した第１切断面３１の面積が、成形品本体２２のゲート部２３を切断した第２切断面３２の面積以下となっている。

上述のように金型１において、第１断面積が、第２断面積の０．２倍から１．０倍となっていること好ましく、さらに、第１断面積が、第２断面積の０．５倍から１．０倍となっていることが好ましいことから、光学素子（成形品本体２２）においても、第１切断面３１の面積が、第２切断面３２の面積の０．２倍から１．０倍となっていること好ましく、さらに、第１切断面３１の面積が、第２切断面３２の面積の０．５倍から１．０倍となっていることが好ましい。特に光学素子においては、設計上の自由度を高めるために、できるだけ第１切断面３１が小さいことが好ましいが、気泡が残ってしまうと、光学素子としての光学特性が所望のものとならないので、第１切断面３１の面積が上述の範囲となっていることが好ましい。

図６に示される光学素子（成形品本体２２）において、たとえば、中央の円形部分が光学素子本体として、実際に光学素子としての光学特性を有する部分であり、その周囲の四角形状の部分がたとえば光学素子を他の部材に固定するためのフランジとなる。ここで、たとえば、第１切断面３１と第２切断面３２により、四角形状のフランジの角部が切り欠かれた状態となるが、その分フランジの面積が小さくなり、フランジを介して光学素子を取り付けた場合に、フランジによる取付強度が低下したり、フランジの面積が減少することや、フランジの角部が切り取られた形状となることで光学素子を他の部材に取り付ける際にすわりが悪くなる可能性がある。
しかし、本発明においては、第２切断面３２より第１切断面３１を小さくすることができるので、第１切断面３１によるフランジの切り欠き部分を小さくしてより安定した形状とすることが可能となる。

図７に光学素子の変形例を示す。図７に示される光学素子４０は、上述の光学素子である成形品本体２２とキャビティ等の形状を除いて同様構成の金型で同様の方法により製造されたものであり、中央部の円形状のレンズ本体４１とその周囲に形成されたフランジ４２とゲート部を切断したゲート切断部４３と、オーバーフロー部を切断したオーバーフロー切断部４４とを有する。
また、オーバーフロー切断部４４には、第１切断面４７が有り、ゲート切断部４３には、第２切断面４６がある。

この例では、第１切断面４７と、第２切断面４６とが同じ面積となっている。そして、光学素子４０は、左右対称の形状となっており、デザイン的に優れるとともに、左右でバランスの取れた形状となっている。
また、光学素子４０は、基本的には、平面視して円形であるが、ゲート切断部４３と、オーバーフロー切断部４４の部分は、切り欠かれた形状となっている。

なお、上述の成形品本体２２の場合も含めてゲート部およびオーバーフロー部を切断する部分を外側に突出するように設けても良いが、成形品本体が他の部材に設置される場合に、基本的な形状、たとえば、この光学素子４０の場合に円形より突出させると、他の部材への設置の邪魔となってしまう可能性がある。
したがって、第１切断面４７および第２切断面４６が形成される部分は、基本形状から少し引き込んだ形状となるように切り欠かれた状態となっていることが好ましい。

ここで、第１切断面４７を第２切断面４６より小さくなる形状とすると、左右対称の形状が崩れることになるが、第１切断面４７を小さくすることで、オーバーフロー切断部４４における切り欠きを小さくし、光学素子４０の形状をより円形に近づけることが可能となる。これによりフランジ４２の面積を大きくすることで、光学素子４０を他の部材に設置する際に安定性を向上することができる。また、裏、表のある形状の光学素子４０を左右対称とした場合に、他の部材への設置時に裏、表を間違え易くなってしまう可能性があるが、左右非対称とすることで、裏、表を間違えるのを防止することができる。
上記実施形態では、光学素子を例にとり、熱硬化性樹脂をシリコーンとして説明したが、本発明の金型１および液状樹脂射出成形方法はこれに限定されない。粘性の低い熱硬化性樹脂を用いて成形品を作製する場合であれば、本発明の金型を用いることにより、気泡を含まない良質の成形品を作製することができる。具体的には、粘度が摂氏２５度で１５００〜１５０００ｄ・ｐａｓの熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エリア樹脂、メラミン樹脂等を用いて成形品を作製する場合にも有効である。
また、上記実施形態では、透明な成形品（光学素子）を作製する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。不透明な成形品に対しても本発明の金型１および液状樹脂射出成形方法は適用可能である。その場合にも、気泡を含まない良質な成形品が得られるので、成形品の強度や耐久性等の特性を向上させることが可能である。

上記実施例では、オーバーフローキャッチャ１６をキャビティ１５のゲート６側と反対側に設けたが、本発明はこれに限定されず、成形品の形状に応じて任意の位置に設けることができる。キャビティ１５内のガスをより確実にオーバーフローキャッチャ１６に押し出すためには、キャビティ１５内の熱硬化性樹脂の最終充填位置もしくはその近傍にオーバーフローキャッチャ１６を設けることが好ましい。それゆえ、熱硬化性樹脂の最終充填位置がキャビティ１５のゲート６付近にある場合には、オーバーフローキャッチャ１６をキャビティ１５のゲート付近に設ける場合もある。
また、上記実施形態では、１つのオーバーフローキャッチャ１６を設けた例を説明したが、本発明はこれに限定されず、複数のオーバーフローキャッチャを設けても良い。

本発明の実施の形態に係る金型を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 前記金型の可動金型を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る成形品を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る光学素子（成形品本体）を示す平面図である。 前記光学素子（成形品本体）の変形例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図、（ｆ）は底面図、（ｇ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｈ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ 金型
２ 可動金型
３ 固定金型
６ ゲート
１５ キャビティ
１６ オーバーフローキャッチャ
２２ 成形品本体（光学素子）
３１ 第１切断面
３２ 第２切断面
４０ 光学素子
４６ 第２切断面
４７ 第１切断面

Claims (16)

1. 液状樹脂射出成形法による樹脂成形で用いられる金型であって、
   成形品本体を成形するためのキャビティと、
   当該キャビティに連通し、当該キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲートと、
   当該キャビティに連通し、当該キャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャとを備え、
   前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第１断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第２断面積以下となっていることを特徴とする金型。
2. 前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
3. 第１断面積が、第２断面積の０．２倍から１．０倍となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の金型。
4. 第１断面積が、第２断面積の０．５倍から１．０倍となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の金型。
5. 前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金型。
6. 熱硬化性樹脂を成形する液状樹脂射出成形方法であって、
   成形品本体を成形するためのキャビティと、
   当該キャビティに連通し、当該キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲートと、
   当該キャビティに連通し、当該キャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャとを備え
   かつ、前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第１断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第２断面積以下となっている金型を用い、
   前記キャビティから前記オーバーフローキャッチャにオーバーフローするまで液状樹脂を金型内に射出することを特徴とする液状樹脂射出成形方法。
7. 前記金型の前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする請求項６に記載の液状樹脂射出成形方法。
8. 前記金型における第１断面積が、第２断面積の０．２倍から１．０倍となっていることを特徴とする請求項６または７に記載の液状樹脂射出成形方法。
9. 前記金型における第１断面積が、第２断面積の０．５倍から１．０倍となっていることを特徴とする請求項６または７に記載の液状樹脂射出成形方法。
10. 前記金型における前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の液状樹脂射出成形方法。
11. 液状樹脂を金型内に射出した後に、金型内で硬化した成形品を、超音波振動を用いて金型から離型することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の液状樹脂射出成形方法。
12. 液状樹脂射出成形法により成形される光学素子であって、
    液状樹脂を成形する金型のキャビティ内に形成される成形品本体と、
    前記キャビティに連通し、前記キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲート内に形成されるゲート部と、
    前記キャビティに連通し、前記キャビティからオーバーフローする液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャ内に形成されるオーバーフロー部と、
    を有する成形品から前記ゲート部と前記オーバーフロー部とを切断除去することにより形成され、
    前記成形品本体の前記オーバーフロー部を切断した第１切断面の面積が、前記成形品本体の前記ゲート部を切断した第２切断面の面積以下となっていることを特徴とする光学素子。
13. 前記成形品の前記オーバーフロー部が、前記成形品本体の最後に樹脂が充填されて形成された最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子。
14. 第１切断面の面積が、第２切断面の面積の０．２倍から１．０倍となっていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の光学素子。
15. 第１切断面の面積が、第２切断面の面積の０．５倍から１．０倍となっていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の光学素子。
16. 第１切断面の形状が略円形となっていることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の光学素子。

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