JP2009241567A - 光学薄板の射出圧縮成形金型および光学薄板の射出圧縮成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学薄板を成形する際に、特にゲート近傍の部分の内部応力が少ない光学薄板を成形することのできる射出圧縮成形金型および射出圧縮成形方法を提供する。
【解決手段】 固定金型１３と可動金型１２の間に形成されるキャビティ１４内にフィルムゲートＰ３を介して溶融樹脂を射出し、キャビティ１４内の溶融樹脂を圧縮して成形を行う光学薄板Ｐの射出圧縮成形金型１１において、キャビティ１４の一辺の長さＬ２に対して８０％以上の長さＬ１であってキャビティ１４の厚さよりも薄く設けられたフィルムゲートＰ３と、前記フィルムゲートＰ３に配設されたゲートカッタ２４とが備えられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、射出圧縮成形により固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内で光学薄板の成形を行う光学薄板の射出圧縮成形金型および射出圧縮成形方法に関するものであり、とりわけ内部応力が問題となる板厚が薄い導光板、拡散板、タッチパネルの表面板、レンズ等の光学薄板の成形に好適に用いられる射出圧縮成形金型および射出圧縮成形方法に関するものである。

光学薄板の成形金型におけるゲート形状については、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１によれば、ゲートの長さ（樹脂の流動方向に直交する方向の長さ）を長くしてフィルムゲートとすることにより導光板の偏光ムラを削減することが記載されている。しかし特許文献１は、射出成形により光学薄板の成形を行うので、射出速度を高速にする必要がありそのため内部応力不良による偏光ムラが発生しやすいものであった。また特許文献２は、射出ゲートの長さが成形品の長辺の長さの２０％以上１００％未満とし、射出成形の一種である射出プレス方法等を使用することが記載されている。

しかしながら特許文献２についても、光学薄板を射出プレスによりに成形する際にフィルムゲートを用いると溶融樹脂の流動方向に直交する方向については、内部応力のムラは比較的減少するが、光学薄板のゲート近傍の部分については必ずしも内部応力が良好とは言えなかった。これはキャビティの厚さとゲートの厚さがほぼ同じであるため、キャビティ内の溶融樹脂を圧縮した際に、キャビティ内からゲートを通じてランナ側へ溶融樹脂が逆流することが問題ではないかと推測されている。また特許文献１、特許文献２では成形金型にはゲートを切断する機構を有していないので、ランナと導光板等の光学薄板が接続された状態で取出してから、別途設けた切断装置で切断する必要があるものであった。

特開２００２−１３１５５４号公報（請求項１、図４、図９） 特開２００７−３８５３５号公報（請求項１、図３）

本発明では上記の問題を鑑みて、光学薄板を成形する際に、特にゲート近傍の部分の内部応力が少ない光学薄板を成形することのできる射出圧縮成形金型および射出圧縮成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の射出圧縮成形金型は、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内にフィルムゲートを介して溶融樹脂を射出し、キャビティ内の溶融樹脂を圧縮して成形を行う薄板の射出圧縮成形金型において、キャビティの一辺の長さに対して８０％以上の長さであってキャビティの厚さよりも薄く設けられたフィルムゲートと、前記フィルムゲートに配設されたゲートカッタと、が備えられていることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の射出圧縮成形方法は、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内にフィルムゲートを介して溶融樹脂を射出し、キャビティ内の溶融樹脂を圧縮して成形を行う薄板の射出圧縮成形方法において、キャビティの一辺の長さに対して８０％以上の長さであってキャビティの厚さよりも薄くフィルムゲートが設けられ、前記キャビティ内に射出された溶融樹脂を圧縮開始後に、前記フィルムゲートのゲートカットを行うことを特徴とする。

本発明の光学薄板の射出圧縮成形金型は、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内にフィルムゲートを介して溶融樹脂を射出し、キャビティ内の溶融樹脂を圧縮して成形を行う薄板の射出圧縮成形金型において、キャビティの一辺の長さに対して８０％以上の長さであってキャビティの厚さよりも薄く設けられたフィルムゲートと、前記フィルムゲートに配設されたゲートカッタと、が備えられているので、成形される光学薄板の特にゲート近傍の内部応力を良好にすることができる。

本発明の光学薄板の射出圧縮成形金型について、図１ないし図４を参照して説明する。図１は、本実施形態の射出圧縮成形金型の断面図であって、射出開始前の状態を示す図である。図２は、図１の状態における射出圧縮成形金型のゲート付近の拡大断面図である。図３は、本実施形態の射出圧縮成形金型の可動金型の正面図である。図４は、本実施形態の射出圧縮成形金型の断面図であって、射出圧によりキャビティが広げられた状態を示す図である。

本実施形態の光学薄板の射出圧縮成形金型１１は、対角寸法８インチ、板厚１．５ｍｍの均等板厚のタッチパネルの表面板（以下単に表面板と略す）を射出圧縮成形により成形する金型である。射出圧縮成形は、成形開始時から成形終了時までの間に可動金型１２と固定金型１３の距離が可変となり、キャビティ１４内の溶融樹脂が加圧可能な成形方法である。従って型閉状態で射出して一旦僅かにキャビティが拡大した後に可動金型１２を前進させ溶融樹脂を加圧するタイプ（本実施形態）と、僅かにキャビティの厚さが厚い状態で可動金型を停止し、射出後に可動金型を前進させ溶融樹脂を加圧する射出プレスと呼ばれるタイプの両方のタイプが射出圧縮成形に含まれる。これら射出圧縮成形では、射出開始後に可動金型１２を型締方向に移動させてキャビティ１４内の溶融樹脂に加圧できることから、射出時に超高速射出を行う必要がなく、内部応力や複屈折率に優れた光学薄板を成形できる。

射出圧縮成形機の可動盤に取付けられる可動金型１２は、図１等に示されるように、可動盤側に断熱板が取付けられた金型本体部１５と、溶融樹脂を加圧するブロックであるコアブロック１６と、枠ブロック１９等から構成されている。そして金型本体部１５の固定金型側の面における略中央には、表面板の一方の主面の形状に略合致した略四角形のコアブロック１６が固着されている。コアブロック１６は、枠ブロック１９に対してバネ１８やシリンダ等の進退機構により型開閉方向に相対的に移動可能となっているのでカジリを生じにくいように硬質金属部材から形成されている。またコアブロック１６の内部には、冷却媒体流路１７が形成されている。

前記金型本体部１５の固定金型側の面には、バネ１８を介して枠ブロック１９が取付られている。枠ブロック１９は、図３に示されるように枠ブロック１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ（以下枠ブロック全体を示すときは単に１９と記す）から構成されている。そして枠ブロック１９の内側には、表面板の側面を形成するキャビティ形成面２７が設けられている。前記枠ブロック１９は、コアブロック１６の周囲を囲むよう配設され、前記バネ１８により金型本体部１５およびコアブロック１６に対して型開閉方向に移動可能となっている。枠ブロック１９の固定金型１３と対向する面は当接面（パーティング面）となっている。なお枠ブロック１９は一体形成されたものや二以上に分割されたものでもよい。また本実施形態において枠ブロック１９ｄは、コアブロック１６と同様に金型本体部１５に固定されているが、他の枠ブロック１９ａ等と同様にコアブロック１６に対して相対移動されるようにしてもよい。従って本実施形態では、コアブロック１６の少なくとも三方の枠ブロック１９が相対移動する平当式の射出圧縮成形金型が用いられる。

図１ないし図４に示されるようにコアブロック１６のキャビティ形成面１６ａの一辺２２ａに隣接してゲートカッタ２４が設けられている。ゲートカッタ２４は所定の幅Ｔを有する硬質金属部材である。ゲートカッタ２４の長さＬ１は、キャビティ形成面１６ａの溶融樹脂流入側の一辺２２ａの長さＬ２と同じ長さとなっている。そしてゲートカッタ２４は、固定金型１３に向けて所定寸法突出して設けられている。ゲートカッタ２４の突出量Ａは、型閉時のキャビティの厚みＢに対して５０％突出した位置となっている。そして後述する固定ゲートカッタ４５との間は、フィルムゲートＰ３となっている。なお本発明においてフィルムゲートＰ３とは、長さＬ１が長く、厚さ方向の間隙Ｃが短いゲートを指す。前記フィルムゲートＰ３の長さは、前記キャビティ形成面１６ａの一辺２２ａの長さ（キャビティの一辺の長さ）と等しくなっている。また本実施形態では射出前のフィルムゲートＰ３の厚さは０．７５ｍｍとなっている。なおゲートカッタ２４の突出量Ａは、可動金型１２内に調整板を挿入することにより容易に調整でき、内部応力等の調整の際にゲートカッタ２４の突出量Ａが調整される。

そして枠ブロック１９ｄには、前記フィルムゲートＰ３に連設してランナ形成面３２が当接面から一段低く凹状に形成されている。またランナ形成面３２の中央であって、固定金型１３のスプルブッシュ４４と対向する位置には、突き出しピン２３が設けられている。そしてランナ形成面３２は突き出しピン２３の近傍から拡張してキャビティ１４に向けて設けられ、ゲートカッタ２４の近傍から前記ゲートカッタ２４の長さＬ１と同じ幅Ｗとなっている。そして枠ブロック１９ｄの突き出しピン２３の周囲にも冷却媒体流路２５が形成されている。

次に固定金型１３について説明すると、図１等に示されるように、射出圧縮成形機の固定盤に取付けられる固定金型１３は、金型本体部４１、キャビティ形成ブロック４２、インサートブロック４３、スプルブッシュ４４、固定ゲートカッタ４５、当接ブロック４６等から形成されている。そして金型本体部４１の固定盤側には、断熱板が取付けられるとともに、図示しない射出装置のノズルが挿入される穴が形成され、その周囲にはロケートリングが取付けられている。

金型本体部４１の可動金型側にはキャビティ形成ブロック４２が取付けられ、その可動金型と対向する面は、キャビティ形成面４２ａとなっている。本実施形態ではキャビティ形成面４２ａは、表面板Ｐの他方の主面を形成する面である。またキャビティ形成ブロック４２の内部には冷却媒体流路４７が形成されている。そしてキャビティ形成ブロック４２と当接ブロック４６の間には、溝状の気体流通路５３が形成されている。気体流通路５３は、樹脂が入り込みにくい僅かな間隙に形成されている。

更に金型本体部４１には、キャビティ形成ブロック４２とともにインサートブロック４３が配設されている。インサートブロック４３は、その中央部に可動盤側に向けて拡径された孔が設けられたスプルブッシュ４４が配設されている。そしてスプルブッシュ４４の周囲にはスプルＰ１およびランナＰ２を冷却する冷却媒体流路５１が形成されている。またインサートブロック４３の可動金型１２と対向する面には、スプルブッシュ４４の先端からキャビティ形成面に向けて、ランナ形成面５４が形成されている。そしてインサートブロック４３とキャビティ形成ブロック４２との間には、硬質金属部材からなる固定ゲートカッタ４５が固定されている。なお固定金型１３に凹状のランナ形成面５４が形成されたものでもよい。

次に本実施形態の射出圧縮成形金型を用いた光学薄板の射出圧縮成形方法について説明する。本実施形態でタッチパネルの表面板Ｐの成形に用いられる樹脂は、ポリカーボネートであるが、他にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）や他のポリオレフィン系の樹脂や前記樹脂に本発明では他の樹脂が混合されたものを使用してもよく樹脂に限定されない。図示しない射出装置の前部ゾーン（最もノズルに近いゾーン）は３３０℃〜３８０℃に温度設定されている。また射出圧縮成形金型１１のコアブロック１６の冷却媒体流路１７、キャビティ形成ブロック４２の冷却媒体流路４７へ送られる冷却媒体の温度は、９０〜１１０℃が望ましい。また射出圧縮成形金型１１のスプルＰ１およびランナＰ２を冷却する冷却媒体流路５１や冷却媒体流路２５へ送られる冷却媒体の温度は同じか更に低い温度としてもよい。そして図示しない型締装置が作動され、固定金型１３に対して可動盤に取付けられた可動金型１２を型閉し、図１に示される射出開始位置で停止する。その際可動金型の枠ブロック１９の当接面と当接ブロック４６の当接面は、当接されており、バネ１８が収縮した状態となる。なお完全に枠ブロック１９と金型本体部１５が当接されないでキャビティ１４が形成された状態を射出開始位置とするようにしてもよい。

次に、図示しない射出装置のノズルからスプルブッシュ４４を介して１５０〜５００ｍｍ／ｓｅｃの射出速度により溶融樹脂を射出する。この際に溶融樹脂は、固定金型１３のランナ形成面５４と可動金型１２のランナ形成面３２の間に形成されるキャビティ１４へ向けて拡張されたランナＰ２とキャビティ形成面１６ａの一辺２２ａの長さＬ２と同じ長さＬ１に形成されたフィルムゲートＰ３を介してキャビティ１４内へ導入されるので、表面板Ｐの一辺２２ａ寄りの長さＬ２方向における内部応力がほぼ同じ状態となる。また図２に示されるようにゲートカッタ２４は、射出前からキャビティ形成面１６ａおよびランナ形成面３２より突出して設けられている。そのゲートカッタ２４の突出量Ａは、射出前のキャビティ１４の厚みＢ（キャビティ形成面１６ａとキャビティ形成面４２ａの間隔）に対して５０％の突出量となっている。なおこの際のゲートカッタ２４の突出量Ａは、射出前のキャビティ１４の厚みＢに対して、３０％〜７０％とすることが望ましい。

射出開始後は、図４に示されるように射出圧によりコアブロック１６が一旦後退してキャビティ１４の厚みが厚くなる。従ってランナＰ２、フィルムゲートＰ３、およびキャビティ１４内の断面積が広がり溶融樹脂の流動が容易になる。ゲートカッタ２４と固定ゲートカッタ４５の間の間隔Ｃが狭いフィルムゲートＰ３で一旦圧縮された溶融樹脂は、キャビティ１４に導入される際に圧力が開放され、内部応力が小さくなる。ただしフィルムゲートＰ３の間隙Ｃが広がったとしても、キャビティ１４の厚さＢよりもフィルムゲートＰ３の間隙Ｃの方が薄く設けれた状態のままであり、溶融樹脂がフィルムゲートＰ３を通過後にキャビティ１４内で圧力開放される。次に型締装置を再作動させ金型本体部１５およびコアブロック１６を急速前進させる。それによりバネ１８は再度収縮され、枠ブロック１９に対してコアブロック１６が前進されキャビティ１４内の溶融樹脂が圧縮される。またこの際の圧縮開始のタイミングは溶融樹脂がキャビティ１４内に入り、枠ブロック１９ａに到達していないタイミングが望ましい。そして型締装置による溶融樹脂の圧縮については、所定の目標圧力までの昇圧速度は０．０２〜０．０８秒、コアブロック１６の圧縮速度（移動速度）は５〜２５ｍｍ／ｓｅｃ、圧力は２５〜８０ＭＰａとすることが望ましい。なおここに記載された成形条件は一例であって、本発明はこれ以外の範囲で実施されることも有り得る。

前記コアブロック１６の前進によりキャビティ１４内の溶融樹脂は流動速度が低下した分が補われて、フィルムゲートＰ３から遠い側の枠ブロック１９ａへ向けて流れる。しかしその際に溶融樹脂の一部はキャビティ１４からフィルムゲートＰ３を通過してランナＰ２側にも流動（逆流）しようとする。しかし本発明ではゲートカッタ２４が一定突出量Ａだけ突出されており、フィルムゲートＰ３の間隙Ｃがキャビティ１４の厚さＢに対して狭くなっているので、溶融樹脂の逆流が妨げられる。このことにより溶融樹脂の逆流による内部応力不良が防止される。

射出装置のスクリュが所定の保圧切換位置に到達すると、射出制御から保圧制御に切換えられる。また保圧切換と同時か僅かに前後して可動金型１２のゲートカッタ２４を前進させ、フィルムゲートＰ３部分の固化していない溶融樹脂の切断を行い、ゲートカッタ２４が前進位置に保持される。フィルムゲートＰ３は長さＬ１が長いが厚みが薄いため、ゲートカッタ２４の前進距離は小さくて済む。そのことにより射出装置側からキャビティ１４内の溶融樹脂へは完全に保圧が及ばなくなるが、型締装置の駆動によって可動金型１２が前進されることによりキャビティ１４内の溶融樹脂の圧縮を行うことができるので、冷却による収縮があっても、ヒケがほとんど発生せず、良好な成形ができる。そしてキャビティ１４内の表面板Ｐの冷却が行われて所定時間が経過すると可動金型１２の枠ブロック１９とコアブロック１６の間の気体流通路３４，３４を介してキャビティ１４へ離型用の圧搾エアを及ぼす。次に型締装置を作動させ圧抜、型開を順に行って成形品を取出装置により取出す。

本発明については、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。図５は、別の実施形態の可動金型６１の正面図である。この例では、枠ブロック６２には突出ピン６３の側からキャビティ形成面６４に向けて曲線状に拡張されたランナ形成面６５が刻設され、それ以外の部分は当接面６２ａ（パーティング面）となっている。そしてランナ形成面６５とキャビティ形成面６４の間には、ゲートカッタ６６が配設されている。そして型閉された際には前記ゲートカッタ６６と、図示しない固定金型の固定ゲートカッタとの間には、フィルムゲートが形成される。別の実施形態におけるフィルムゲートの長さＬ１は、キャビティ形成面６４の一辺の長さＬ２に対して９０％の長さとなっている。なおキャビティ内に内部応力の問題なく溶融樹脂を流動させるためのフィルムゲートの長さは、キャビティの一辺の長さに対して８０％以上の長さとすることが望ましい。またランナの形状は図５の例に限定されず、２個のキャビティの間が全てランナ形成面としたものでもよい。

また図６は、更に別の実施形態の射出圧縮成形金型７１の拡大断面図である。この例では、可動金型７２には、キャビティＰの厚みに対して３０〜７０％突出したゲートカッタ７３が配置されている。そして固定金型７６の固定ゲートカッタ７５との間に本発明のフィルムゲートＰ３が形成される。図１および図２等に記載された実施形態との相違点は、待機位置におけるゲートカッタ７３の頂部７３ａの高さとランナ形成面７４の頂部７４ａの高さが同じ高さに設けられている点である。そして前記ランナ形成面７４は、頂部７４ａに向けて傾斜面７４ｂが形成されている。従ってランナ部分Ｐ２における溶融樹脂の損失が少ない。なおランナ形成面７４の頂部７４ａに対してゲートカッタ７３の待機位置における頂部７３ａの方が高くても低くてもよい。そしてランナＰ２の形状やゲートカッタ７３の長さ等は、図３、図５に示される例などが適宜組み合わされる。なお本発明のおいてゲートカッタ２４の先端は平坦面であっても傾斜面を有する刃状の形状でもよい。

また本発明は、一方の金型に他方の金型が嵌合されるインロー金型によっても実現することができる。更には型締装置によらず金型に設けられた油圧シリンダのコア圧縮のみにより射出圧縮成形を行うものでもよい。更にまた、垂直方向に型開閉が行われる射出圧縮成形金型を用いたものでもよい。本発明において成形金型の取り数は、２個に限定されず１個以上８個までが想定される。そしてキャビティ形成面１６ａ，４２ａについては、メッキやコーティングがされた面や転写がなされるパターンがされた面でもよい。

本実施形態の射出圧縮成形金型の断面図であって、射出開始前の状態を示す図である。 図１の状態における射出圧縮成形金型のゲート付近の拡大断面図である。 本実施形態の射出圧縮成形金型の可動金型の正面図である。 本実施形態の射出圧縮成形金型の断面図であって、射出圧によりキャビティが広げられた状態を示す図である。 別の実施形態の射出圧縮成形金型の可動金型の正面図である。 更に別の射出圧縮成形金型のゲート付近の拡大断面図である。

符号の説明

１１ 射出圧縮成形金型
１２ 可動金型
１３ 固定金型
１４ キャビティ
１６ コアブロック
１６ａ，４２ａ キャビティ形成面
１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 枠ブロック
２４ ゲートカッタ
３２ ランナ形成面
Ｐ 表面板
Ｐ２ ランナ
Ｐ３ フィルムゲート

Claims (4)

1. 固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内にフィルムゲートを介して溶融樹脂を射出し、キャビティ内の溶融樹脂を圧縮して成形を行う光学薄板の射出圧縮成形金型において、
   キャビティの一辺の長さに対して８０％以上の長さであってキャビティの厚さよりも薄く設けられたフィルムゲートと、
   前記フィルムゲートに配設されたゲートカッタと、が備えられていることを特徴とする光学薄板の射出圧縮成形金型。
2. 容積可変に設けられたキャビティと、
   前記薄板の主面を形成するキャビティ形成面を備えたコアブロックと、
   前記コアブロックの周囲に配設され前記薄板の側面を形成する枠ブロックと、
   前記コアブロックのキャビティ形成面よりも突出したゲートカッタと、が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の光学薄板の射出圧縮成形金型。
3. 固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内にフィルムゲートを介して溶融樹脂を射出し、キャビティ内の溶融樹脂を圧縮して成形を行う光学薄板の射出圧縮成形方法において、
   キャビティの一辺の長さに対して８０％以上の長さであってキャビティの厚さよりも薄くフィルムゲートが設けられ、
   前記キャビティ内に射出された溶融樹脂を圧縮開始後に、前記フィルムゲートのゲートカットを行うことを特徴とする光学薄板の射出圧縮成形方法。
4. 容積可変に設けられたキャビティと、
   前記薄板の主面を形成するキャビティ形成面を備えたコアブロックと、
   前記コアブロックの周囲に配設され前記薄板の側面を形成する枠ブロックと、
   前記コアブロックのキャビティ形成面よりも突出したゲートカッタと、が備えられ、
   前記キャビティ内に射出された溶融樹脂を圧縮開始後に、前記フィルムゲートのゲートカットを行うことを特徴とする請求項３に記載の光学薄板の射出圧縮成形方法。

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