JP2010241133A - 射出成形金型、樹脂成形品、および射出成形金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な射出成形金型を安価に製造すること。
【解決手段】第１の金型４と第２の金型５をパーティングライン面１４で合わせて型締めすることによりキャビティ１３が形成される射出成形金型３の製造方法において、第１の金型４は、凹部１６が形成された金型本体と、凹部１６の底２０に置かれたプレート２と、プレート２上に置かれ、キャビティ１３の一部を構成するキャビティ面１８、およびパーティングライン面１４の一部が形成された入れ子６と、からなり、入れ子６のキャビティ面１８を切削加工したときの型締め方向の切削量の最大値がＡとなった場合、入れ子６のパーティングライン面１４の一部を切削量がＡとなるように切削すると共に、プレート２の板厚をＡ増加させることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、樹脂成形品を製造するための射出成形金型、および射出成形金型の製造方法等に関するものである。

射出成形装置に用いられる射出成形金型は、固定型（固定側金型）に対して可動型（可動側金型）を進退移動可能に備え、両金型を型締めすることにより、キャビティが形成される。ここで、キャビティを形成する可動型および／または固定型には、入れ子が使われるのが一般的である。このキャビティ内に加熱して溶融させた樹脂（溶融樹脂）を充填した後、可動型および固定型に形成された流路に冷却水等を流して可動型および固定型を冷却し、この溶融樹脂を冷却、固化させて樹脂成形品（例えば、非球面プラスチックレンズ等）が成形される。

射出成形金型は、固定型と可動型の接触面であるパーティングライン面（パーティング面）の平面度を高精度に仕上げている。また、射出成形金型は、固定型または可動型の一方の型のパーティングライン面に形成した穴に挿入固定した位置決めピン（テーパーピン）を、他方の型のパーティングライン面に形成した位置決め孔に挿入することにより、一方の型に対して他方の型を精度良く位置決めすることができる（例えば、特許文献１〜１５参照）。

かかる射出成形金型は、樹脂成形品の設計図、使用する樹脂の特性等に基づいて作成された図面により製造される。
しかし、射出成形金型を図面通りに製造しても、成形収縮率のバラツキなどの要因で、射出成形金型の修正なしで所望の寸法精度の樹脂成形品を成形することはできない。このため、樹脂成形品の成形テスト（成形トライ）、樹脂成形品の寸法測定、射出成形金型の再加工等の修正を繰り返し行い、所望の寸法精度の樹脂成形品を得ることが一般的に行われている。

この射出成形金型の修正（キャビティが形成された入れ子の追加工等）は、熟練した技術者の経験と勘に基づいて行われており、これが射出成形金型の製造期間の長期化、製造コストの高騰化の原因になっている。尚、追加工において研磨等でキャビティを削り過ぎた場合は、入れ子自体を新規に製造し直すことが一般的である。

特開２００３−１０３５７０号公報 特開２００５−４１０２０号公報 特開２００６−１４２５７２号公報 特開２００８−１６２１０２号公報 特開２００９−０２２９５７号公報 特開２００９−０５０９２９号公報 特開２００９−０５１１３８号公報 特開２００９−０８３０８３号公報 特開２００９−０８３４２８号公報 特開２００９−２９７７４５号公報 特開２０１０−０３６４７５号公報 特開２０１０−０２４５１８号公報 特開昭５４−１４８０５５号公報 特開昭５８−９４４３６号公報 特開昭５８−１６７１３３号公報

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、高精度な射出成形金型を安価に製造することを目的とする。

（第１発明）
第１発明は、第１の金型と第２の金型をパーティングライン面で合わせて型締めすることによりキャビティが形成される射出成形金型に関するものである。そして、第１の金型は、凹部が形成された金型本体と、凹部の底に置かれたプレートと、プレート上に置かれ、キャビティの一部を構成するキャビティ面、およびパーティングライン面の一部が形成された入れ子とからなり、入れ子のキャビティ面を切削加工したときの型締め方向の切削量の最大値がＡとなった場合、入れ子のパーティングライン面の一部を切削量がＡとなるように切削すると共に、プレートの板厚をＡ増加させたことを特徴とする。

かかる構成にあっては、プレートの板厚を厚くすると共に、入れ子の一部を切削加工等すれば、入れ子のキャビティ面を仮に削り過ぎたとしても、入れ子を新規に作り直す必要が無い。また、プレートの曲面等、高精度に加工した入れ子のキャビティ面をそのまま生かしてキャビティ面の位置を変更できる。このため、安価かつ高精度な射出成形金型を提供できる。

（第２発明）
第２発明の樹脂成形品は、第１発明に記載の射出成形金型のキャビティに溶融樹脂を射出した後、溶融樹脂を冷却固化して成形したことを特徴とする。
かかる構成により、安価な樹脂成形品を提供することができる。

（第３発明）
第３発明は、第１の金型と第２の金型をパーティングライン面で合わせて型締めすることによりキャビティが形成される射出成形金型の製造方法に関するものである。そして、第１の金型は、凹部が形成された金型本体と、凹部の底に置かれたプレートと、プレート上に置かれ、キャビティの全部または一部を構成するキャビティ面、およびパーティングライン面の一部が形成された入れ子とからなり、入れ子の前記キャビティ面を切削加工したときの型締め方向の切削量の最大値がＡとなった場合、入れ子の前記パーティングライン面の一部を切削量がＡとなるように切削すると共に、プレートの板厚をＡ増加させることを特徴とする。

かかる構成により、プレートの板厚を厚くすると共に、入れ子の一部を切削加工等すれば、入れ子のキャビティ面を仮に削り過ぎたとしても、入れ子を新規に作り直す必要が無い。また、プレートの曲面等、高精度に加工した入れ子のキャビティ面をそのまま生かしてキャビティ面の位置を変更できる。このため、安価かつ高精度な射出成形金型を製造できる。

本発明は、高精度な樹脂成形品を製造できる射出成形金型を安価に提供できる。また、高精度な樹脂成形品を安価に製造できる。

本発明に係る射出成形金型の概略断面図（実施例１） 固定型の部分拡大図（実施例１） 可動型の部分拡大図（実施例１） 固定型の凹部を拡大した部分拡大図（実施例１） 可動型の凹部を拡大した部分拡大図（実施例１） 非球面プラスチックレンズを示した図（実施例１） 第１の金型（可動型）の凹部を拡大した部分拡大図（実施例１） 第１の金型（可動型）の凹部を拡大した部分拡大図（実施例１） 第１の金型（可動型）の凹部を拡大した部分拡大図（実施例１） 第１の金型（可動型）の凹部を拡大した部分拡大図（実施例１）

本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。

図１〜図１０を用いて本発明に係る実施例１を説明する。
尚、本実施例１では、樹脂成形品としてプラスチックレンズを例示して説明する。また、図１〜図１０は、説明を簡単にするため、本発明に係る射出成形金型の主要な部分以外の図示を省略している。

図１は、本発明に係る射出成形金型３を上から見た部分断面図である。尚、図１に示した射出成形金型３は、非球面プラスチックレンズをワンショットで２個同時成形する２個取りの金型であるが、同一の構成であるため、紙面左方を省略して図示している。図２は、図１の点線部ＢをＮ方向より見た第２の金型としての固定型４の部分拡大図である。別言すると、図２は、図１に示す射出成形金型３をパーティングライン面１４にて分離（分割）し、矢視Ｎで固定型４を見た第１のキャビティ面１８近傍の部分拡大図である。

図３は、図１の点線部ＣをＭ方向より見た第１の金型としての可動型５の部分拡大図である。別言すると、図３は、図１に示す射出成形金型３をパーティングライン面１４にて分離し、矢視Ｍで可動型５を見た、第２のキャビティ面１９近傍の部分拡大図である。図４は図１における点線部Ｂの拡大図であり、図５は図１における点線部Ｃの拡大図である。図６（ｂ）は、本発明に係る射出成形金型３を用いて成形した樹脂成形品としての非球面プラスチックレンズの斜視図である。

〔樹脂成形品〕
本発明に係る射出成形金型３を用いて成形した樹脂成形品としてのプラスチックレンズ１は、例えば、画像形成装置で用いられるfθレンズである。fθレンズは、図６に示すように、光が入射する入射面３０と、この入射面３０から入射した光を出射する出射面３１を備えている。

〔射出成形金型〕
図１〜図５に示すように、本発明に係るプラスチックレンズ１の射出成形金型３は、入射面３０を成形する第１のキャビティ面１８を備えた第２の金型としての固定型４と、出射面３１を成形する第２のキャビティ面１９を備えた第１の金型としての可動型５とを備えている。そして、固定型４と可動型５は、パーティングライン面１４で分割可能に構成されている。

固定型４のパーティングライン面１８には凹部１６が形成されている。凹部１６には、底２０にプレート２が置かれ、プレート２の上に入れ子６が置かれ、入れ子６が図示しないボルト等を用いて固定型４に固定されている。そして、入れ子６にはプラスチックレンズ１の入射面３０を形成するための第１のキャビティ面（転写面）１８が形成されている。

また、可動型５のパーティングライン面１８には凹部１７が形成されている。凹部１７には、底２１にプレート３２が置かれ、プレート３２の上に入れ子７が置かれ、入れ子７が図示しないボルト等を用いて可動型５に固定されている。そして、入れ子７にはプラスチックレンズ１の出射面３１を形成するための第２のキャビティ面（転写面）１９が形成されている。

〔樹脂成形品の製造方法〕
次に、射出成形金型３を使用し、プラスチックレンズ１を製造する方法について説明する。
（成形材料）
プラスチックレンズ１の成形材料は、日本ゼオン株式会社のゼオネックス（登録商標）や三井化学株式会社のアペル（登録商標）等の非晶性のポリオレフィン樹脂等を用いることができる。本実施例１については、日本ゼオン株式会社のゼオネックス（登録商標）を用いた。

（樹脂成形品の製造方法）
図１に示す射出成形金型３を準備し、射出成形金型３の可動型５を固定型４へ移動させて型締めする。そして、射出成形装置の樹脂注入ノズル８から溶融した成形材料（溶融樹脂）をスプルーブッシュ９、スプルー１０、ランナー１１およびゲート１２を介して射出成形金型３のキャビティ１３に注入する。

キャビティ１３が溶融樹脂で満たされた後、溶融樹脂を硬化（冷却固化）させる。そうすると、第１のキャビティ面１８および第２のキャビティ面１９が樹脂に転写され可動型５を開くことにより、図６（ｂ）に示す高精度なプラスチックレンズ（ｆθレンズ）１を成形することができる。

（出来栄え評価結果後の対応）
前記した射出成形金型３を使用し、ｆθレンズを成形後、出来栄え評価結果として図６（ａ）に示す。図６（ａ）は、ｆθレンズを成形した、レンズの出射面３１の出来栄えと、ｆθレンズの成形条件によりシミュレーションして得た、レンズの出射面３１の理論値（ゼロ）の測定結果（実験例）を示した表である。
尚、当該ｆθレンズの成形後の出来栄え評価を測定する評価機器としては、パナソニック社製３次元測定器Ｕｌｔｒａ Ａｃｃｕｒａｔｅ ３−Ｄ Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ（以下、「ＵＡ３Ｐ」と略す。）を用いた。

図６（ａ）における横軸は、図６（ｂ）に示すようなｆθレンズ１の中心Ｏ（座標の原点）からＸ方向０ｍｍ〜８０ｍｍまで、および０ｍｍ〜−８０ｍｍのＸ軸方向位置（単位ｍｍ、ミリメートル）を示している。一方、図６（ａ）における縦軸は、図６（ｂ）に示すようなｆθレンズ部材のＺ方向位置を示しており、縦軸の中心「０.０」は、端部からＺ方向に１５ｍｍの位置を示している。そして、縦軸の単位はμｍ（ミクロン）である。尚、射出成形金型で成形したｆθレンズの成形精度誤差として、スペックが−１０μｍ以上＋１０μｍ以下の範囲内であれば良としている。

図６（ａ）において、黒丸実線は射出成形金型３で成形したｆθレンズの測定値である。また、一点鎖線は、レンズの成形条件によりシミュレーションして得た理論値である。
例えば、この射出成形金型３で成形したｆθレンズ１は、シミュレーションして得た理論値と比較した場合、Ｘ軸方向位置において、５０ｍｍと８０ｍｍとの間、および−５０ｍｍと−８０ｍｍとの間とする、ｆθレンズ１の両端の位置にて段差Ｆが生じている。つまり、実際に成形して出来たｆθレンズと、シミュレーションの理論値との差が生じていることがわかる。
これは、キャビティ１３に充填された樹脂に、可動型５に備える入れ子７の第２のキャビティ面のＸ軸方向位置とする両端において、転写不良が起きていることが原因として考えられる。
そこで、現状の射出成形金型の第１の金型に備える入れ子７を用いて、成形精度誤差のスペック範囲内にするための、射出成形金型の追い込み加工を実施する。

（射出成形金型の追い込み加工）
ここで、上述したｆθレンズ１の評価値より、スペック内に成形できるようにする、射出成形金型の追い込み加工について説明する。尚、わかりやすく説明するために、図７〜図１０を用いて説明する。

まず、射出成形金型３を使用して成形したｆθレンズ１の評価値と、シミュレーションの理論値とを比較し、射出成形金型３に備える入れ子７に、新たな第２のキャビティ面２２を切削加工するための、切削加工値として算出したデータを準備する。

次に、図７に示すように、第１の金型に備える入れ子７の第２のキャビティ面１９より新たな第２のキャビティ面２２（一点鎖線で示す）を形成するために、前記準備したデータを元に、寸法Ａ１とする部分まで入れ子７を切削する。当該切削加工するための切削加工機としてのマシニングセンタ〔ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ（以下、「ＭＣ機」と略す。）、ソデック社製：ＭＣ６５０Ｌ〕を用いて、射出成形金型３より取り出した入れ子７をＭＣ機にセットして、第２のキャビティ面２２を形成させる。寸法Ａ１は、切削量の最大値である１．５ｍｍである。そして、前記ＭＣ機にて新たな第２のキャビティ面２２を形成すると、図８に示すようになる。

しかし、図９に示すように、本来、可動型５に備える凹部１７に入れ子７をセットする位置に組み付けた場合、新たな第２のキャビティ面２２を形成した部分である端部２３が、パーティングライン面１４に一部が重なる状態となり、また、凹部１７には、入れ子７を切削加工した分の切削量分の、寸法Ａ２（寸法Ａ１の切削量の最大値である１．５ｍｍ）のクリアランス（隙間）２５ができてしまう。

そこで、図１０に示すように、パーティングライン面１４の一部と重なる入れ子７の端部２３を寸法Ａ３（寸法Ａ１の切削量の最大値である１．５ｍｍ）分を切削すると共に、凹部１７にできたクリアランス（隙間）２５に、板厚が１．５ｍｍであるプレート２６（今回は３枚で構成）を新たに増加させた。

このように、前記した追い込み加工をすることより、高精度な非球面プラスチックレンズを提供することができる。かかる構成にあっては、従来より使用している入れ子を再利用しての、入れ子のキャビティ面を切削加工の修正を実施することができ、入れ子を全部作り直す必要がなくなる。ひいては、低コストに射出成形金型を提供することができる。

前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更、削除および付加が可能である。

例えば、前記した実施例１において、第１の金型を可動側、第２の金型を固定側として例示したが、第１の金型を固定側、第２の金型を可動側としても問題でとしないのはいうまでもない。

また、前記した実施例１において、射出成形金型の追い込み加工を、第１の金型に備える入れ子７について実施したことを例示したが、第２の金型に備える固定型側の入れ子６について実施しても良いことはいうまでもない。

また、前記した実施例１において、新たな第２のキャビティ面２２を形成した後、入れ子７の端部２３を切削して、パーティングライン面１４の一部とする、端部面２４を形成したことを例示したが、この手順は必要に応じて対応しても良い。

また、前記した実施例１において、射出成形金型の追い込み加工時の、入れ子に形成されたクリアランス（隙間）２５に組み付けるプレート２６を３枚からなる構成を例示したが、１枚でも複数枚にしても問題としない。

また、前記した実施例１において、入れ子の凹部には、射出成形金型の追い込み加工前よりプレートを備えた構成を例示したが、追い込み加工前より、入れ子の凹部にプレートが無い状態でも問題としないのは言うまでも無い。

また、本発明で用いる成形方法は、圧縮成形法、トランスファー成形法、射出成形法、射出圧縮成形機が一般的であり、旭化成工業のＡＧＩ，ＧＰＩ，ＣＧＭ、出光石油化学のＧＩＭ、新日鉄化学のＰＦＰ、英国のシンプレス社、米国のＧＡＩＮ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 独国のエアーモールド，コンツールなどに代表されるガスアシスト成形法（中空射出成形法）、及び米国のＵＣＣ法、ＵＳＭ法、或いは、東芝機械と旭ダウのＴＡＦ法、ＥＸ−ＣＥＬＬ−Ｏ社法、ヘッティンガーの発泡成形や、Ｎｅｗ−ＳＦ、ＧＣＰ法、アライドケミカル社の技法等、更に超臨界状態の気態（体）を用いた米国 トレクセル社のＭｕｓｅｌｌ（ミューセル）や旭化成工業のＡＭＯＴＥＣに代表される発泡成形法（発泡射出成形法）や、発泡成形法と前記ガスアシスト成形法と融合された方法、更には住友化学のＳＰモールド、射出圧縮成形法との前記ガスアシスト成形法及び／又は発泡成形法とを融合させた方法を用いることもできる。

１…非球面プラスチックレンズ、２，２６，３２…プレート、３…成形金型、
４…固定側金型、５…可動側金型、６…固定側の入れ子、７…可動側の入れ子、
１４…パーティングライン(PL面)、１５…転写面、２０，２１…底
１６…固定型の凹部、１７…可動型の凹部、２５…クリアランス（隙間）
１８…第１のキャビティ面、１９…第２のキャビティ面

Claims (3)

1. 第１の金型と第２の金型をパーティングライン面で合わせて型締めすることによりキャビティが形成される射出成形金型において、
   前記第１の金型は、
   凹部が形成された金型本体と、
   該凹部の底に置かれたプレートと、
   該プレート上に置かれ、前記キャビティの一部を構成するキャビティ面、および前記パーティングライン面の一部が形成された入れ子と、からなり、
   該入れ子の前記キャビティ面を切削加工したときの型締め方向の切削量の最大値がＡとなった場合、
   該入れ子の前記パーティングライン面の一部を切削量がＡとなるように切削すると共に、前記プレートの板厚をＡ増加させたことを特徴とする射出成形金型。
2. 請求項１に記載の射出成形金型の前記キャビティに溶融樹脂を射出した後、該溶融樹脂を冷却固化して成形した樹脂成形品。
3. 第１の金型と第２の金型をパーティングライン面で合わせて型締めすることによりキャビティが形成される射出成形金型の製造方法において、
   前記第１の金型は、
   凹部が形成された金型本体と、
   該凹部の底に置かれたプレートと、
   該プレート上に置かれ、前記キャビティ一部を構成するキャビティ面、および前記パーティングライン面の一部が形成された入れ子と、からなり、
   該入れ子の前記キャビティ面を切削加工したときの型締め方向の切削量の最大値がＡとなった場合、
   該入れ子の前記パーティングライン面の一部を切削量がＡとなるように切削すると共に、前記プレートの板厚をＡ増加させることを特徴とする射出成形金型の製造方法。