JP2015214044A - 成形品の製造方法および当該製造方法によって得られる成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の低粘度材料を使用しても射出成形装置が動作不良を起こすことがない成形品の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る熱硬化性樹脂の成形品の製造方法では、金型のキャビティーの内面に開口した、摺動駒が摺動するための貫通孔を塞ぎ、かつ熱硬化性樹脂をキャビティーに充填するための充填孔を塞がないように、キャビティーにシール部材を配置する。次いで、充填孔からキャビティーに熱硬化性樹脂の材料を充填し、硬化させて、熱硬化性樹脂の成形品を得る。最後に、シール部材を押し出すように、摺動駒を貫通孔から突出させて、金型からシール部材および成形品を取り出す。
【選択図】図８

Description

本発明は、射出成形による成形品の製造方法および当該製造方法によって得られる成形品に関する。

以前から、各種照明灯、各種電気製品、自動車などには、軽量化、低コスト化などを目的として樹脂製の部品が使用されている。そして、このような樹脂製の部品を大量生産する方法として、射出成形が知られている。

一般的に、射出成形では、型締めした金型内に樹脂を充填して保圧する。次いで、金型を型開きした後に、金型から成形品を取り出すことにより行われる。また、金型から成形品を取り出す工程では、金型の成形面からエジェクタピンを突き出すことにより、金型から成形品を取り出す。このとき、成形品にエジェクタピンの押し出し跡が残ってしまう。

このような問題を解決する方法として、成形品の性能に影響を及ぼさない位置にエジェクタピンを配置した方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、エジェクタピンの押し出し跡が光学面（レンズ）に残らない射出成形を用いたレンズの製造方法が記載されている。図１Ａ〜Ｃは、特許文献１に記載の射出成形を用いたレンズの製造方法の様子を示した図である。図１Ａ〜Ｃに示されるように、特許文献１に記載の射出成形に使用される成形装置１０は、第１金型２０、第２金型３０およびコア４０を含む金型５０を有する。第１金型２０は、レンズ６０の一部を成形するための第１光学面転写面２２と、フランジ部６２の一部を成形するための第１フランジ部転写面２４とを有する。第２金型３０は、中央部分に形成され、コア４０が配置される開口３２と、第１フランジ部転写面２４に対向して配置され、フランジ部６２の他部を成形するための第２フランジ部転写面３４とを有する。コア４０は、第１光学面転写面２２と対向するように開口３２に配置され、レンズ６０の他部を成形するための第２光学面転写面４２を有する。また、第２フランジ部転写面３４に開口した小開口３６には、エジェクタピン７０が第２フランジ部転写面３４から突出可能に配置されている。

この成形装置１０を使用した射出成形を用いたレンズの製造方法では、第１金型２０および第２金型３０を型締めする。そして、金型５０の内部に溶融した樹脂を充填して保圧する（図１Ａ参照）。次いで、第１金型２０および第２金型３０を型開きした後、レンズ６０から第２光学面転写面４２を離すように、コア４０を移動させる（図１Ｂ参照）。最後に、エジェクタピン７０を第２フランジ部転写面３４から突出させることで、レンズ６０を金型５０から取り出す（図１Ｃ参照）。

特許文献１に記載の射出成形では、フランジ部６２をエジェクタピン７０が押し出すことにより、金型５０からレンズ６０を取り出しているため、光学面にエジェクタピン７０の押し出し跡が残ることがない。また、エジェクタピン７０以外を用いた離型方法として、コア４０を開口３２内で摺動させて、第２光学面転写面４２全体を押し出す方法もある。この場合にも光学面に押し出し跡が残ることがない。

特開２０１３−１２６７７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、エジェクタピン７０（摺動駒）を出し入れするための小開口３６がキャビティーの内面に開口した金型を用いた射出成形では、低粘度の樹脂材料（熱硬化性樹脂の材料）を用いる場合に、樹脂材料が小開口３６とエジェクタピン７０との間の摺動部に入り込んでしまい、エジェクタピン７０（摺動駒）などが動作不良を起こしてしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、低粘度の熱硬化性樹脂の材料を使用しても射出成形装置が動作不良を起こすことがない、熱硬化性樹脂の成形品の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明の目的は、当該製造方法によって得られた熱硬化性樹脂の成形品を提供することも目的とする。

本発明に係る成形品の製造方法は、射出成形による熱硬化性樹脂の成形品の製造方法であって、金型のキャビティーの内面に開口した、摺動駒が摺動するための貫通孔を塞ぎ、かつ熱硬化性樹脂を前記キャビティーに充填するための充填孔を塞がないように、前記キャビティーにシール部材を配置する工程と、前記充填孔から前記キャビティーに熱硬化性樹脂の材料を充填し、硬化させて、熱硬化性樹脂の成形品を得る工程と、前記シール部材を押し出すように、前記摺動駒を前記貫通孔から突出させて、前記金型から前記シール部材および前記成形品を取り出す工程と、を有する。

また、本発明に係る成形品は、本発明の成形品の製造方法により得られる成形品であって、前記成形品には、プライマー層を介して前記シール部材が接合されている。

本発明に係る成形品の製造方法は、摺動駒を出し入れする貫通孔をシール部材が覆っているため、熱硬化性樹脂の材料が摺動駒の摺動部分に入り込むことがなく、射出成形装置が動作不良を起こすことを防止できる。また、当該製造方法によって得られる成形品は、摺動駒が成形品に接触することがないため、品質を損なうことがない。

図１Ａ〜Ｃは、特許文献１に記載の射出成形によるレンズの製造方法の様子を示した図である。 図２Ａ〜Ｃは、実施の形態に係る成形品の構成を示す図である。 図３Ａ〜Ｃは、実施の形態に係るシール部材の構成を示す図である。 図４Ａ〜Ｄは、実施の形態に係る成形品および成形品の構成を示す図である。 図５は、実施の形態に係る成形品の製造方法に使用する射出成形装置を示す模式図である。 図６は、射出成形装置の動作手順を示すフローチャートである。 図７Ａ〜Ｃは、射出成形装置の動作手順を示す模式図である。 図８Ａ〜Ｃは、射出成形装置の動作手順を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態では、成形品として、光源から出射された光の配光を制御する光束制御部材を例に挙げて説明する。

（成形品）
まず、本発明に係る成形品の製造方法によって製造される成形品について説明する。図２は、成形品の構成を示す図である。図２Ａは、成形品１００の平面図であり、図２Ｂは、側面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図２Ａ〜Ｃに示されるように、成形品１００は、光源から出射された光の配光を制御する熱硬化性樹脂からなる光束制御部材である。成形品１００は、裏面１２０、入射面１４０および出射面１６０を有する。成形品１００は、中心軸を中心とした略回転体である。出射面１６０の一部には、ゲート痕１８０が残っている。

裏面１２０は、裏側に配置されている。裏面１２０の表面形状は、特に限定されない。特に図示しないが、本実施の形態では、裏面１２０の表面形状は、複数の凸条が格子状に形成されている。裏面１２０の中央部分には、内面が入射面１４０となる凹部が開口している。また、裏面１２０の外周縁部には、後述するシール部材２００の係合段部２４２に係合する係合溝１２４が形成されている。

入射面１４０は、光源から出射された光を入射させる。入射面１４０は、裏面１２０に開口した凹部の内面である。また、凹部の開口縁部は、裏面１２０より外側に向かって突出している。入射面１４０は回転対称面であり、入射面１４０の中心軸と成形品１００の中心軸は一致している。

出射面１６０は、入射面１４０で入射した光を成形品１００の外部に出射する。出射面１６０は、出射面１６０の中心軸を中心とする所定範囲に位置する第１出射面１６１と、第１出射面１６１の周囲に連続して形成される第２出射面１６２と、第２出射面１６２と裏面１２０とを接続する第３出射面１６３とを有する。第１出射面１６１の形状は、下側（光源側）に凸の滑らかな曲面である。第２出射面１６２の形状は、円環状の凸形状である。第３出射面１６３は、第２出射面１６２の周囲に位置する曲面である。

成形品１００を構成する熱硬化性樹脂の種類は、特に限定されない。本実施の形態では、成形品１００を構成する熱硬化性樹脂は、光源から出射された光の配光を制御する観点から、所定の波長を透過させ得るものであれば特に限定されない。本実施の形態で使用しうる熱硬化性樹脂の例には、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂、シルセスキオキサンを含む有機−無機ハイブリット樹脂、アリルエステル樹脂、ウレタン樹脂などが含まれる。なお、後述する表面処理が必要な場合であって、金型３２０内で表面処理の効果を発揮させるため、熱硬化性樹脂は、シリコーン樹脂またはシルセスキオキサンを含む有機−無機ハイブリット樹脂であることが好ましい。なお、製造する成形品１００によって、熱硬化性樹脂の種類は、適宜選択されうる。

（シール部材）
次に、射出成形において、成形品１００の裏面１２０側に配置されるシール部材２００について説明する。図３は、実施の形態に係るシール部材２００の構成を示す図である。図３Ａは、シール部材２００の平面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、側面図である。

シール部材２００は、成形品１００の製造方法に使用される金型３２０のエジェクタピン３８０が摺動される第４貫通孔３６９を塞ぎ、かつ熱硬化性樹脂の材料をキャビティーに充填するための充填孔３６６（図５参照）を塞がない、略円板状の部材である。シール部材２００は、シール面２２０、台座面２４０および脚部２６０を有する。シール部材２００の中央部分には、台座面２４０側の開口が入射面１４０の開口縁部に連なる第１貫通孔２０２が形成されている。第１貫通孔２０２は、シール面２２０の開口部から台座面２４０の開口部に向かうにつれて、その径が大きくなるようなテーパー形状に形成されている。

シール面２２０は、金型３２０の摺動駒であるエジェクタピン３８０が摺動される第４貫通孔３６９を塞ぐ面である（図５参照）。シール面２２０には、３本の脚部２６０が設けられている。

台座面２４０は、成形品１００の裏面１２０を成形するための成形面となる。台座面２４０の外周縁部には、成形品１００の係合溝１２４と係合する係合段部２４２が形成されている。また、係合段部２４２の一部には、成形品１００のゲート痕１８０に対応した位置に、切り欠き溝２４４が形成されている。切り欠き溝２４４は、射出成形において熱硬化性樹脂の材料の流入口となる。台座面２４０の表面形状は、特に限定されない。本実施の形態では、台座面２４０の表面には、複数の溝２４６が格子状に形成されている。

シール部材２００の材料は、射出成形での成形温度において変形しない程度に耐熱性が高い材料であれば特に限定されない。シール部材２００の材料は、具体的には、荷重たわみ温度が後述の成形温度より高い材料であればよい。これにより、射出成形における熱硬化性樹脂の充填時にシール部材２００が変形することがない。シール部材２００の材料の例には、樹脂や金属などが含まれる。樹脂の例には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリアレート（ＰＡＲ）、非晶性熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ＧＦ強化ポリシクロヘキシレンエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＣＴ）、ＧＦ強化シンジオタクチックポリスチレン樹脂（ＧＦ−ＳＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性樹脂が含まれる。本実施の形態で使用されうる熱可塑性樹脂の各種温度を表１に示す。

なお、成形品１００には、後述のプライマー層を介してシール部材２００が接合されていてもよい（図４参照）。詳細は後述するが、この場合、シール部材２００の成形品１００との台座面２４０を表面処理することで、プライマー層を形成することができる。その後、熱硬化性樹脂の材料を充填し、硬化させることによって接合品を得ることができる。

（射出成形装置）
次に、成形品１００を製造するための射出成形装置３００の金型３２０について説明する。図５は、金型３２０を模式的に示した断面図である。なお、図５では、ハッチングを省略している。

図５に示されるように、金型３２０は、第１金型３４０、第２金型３６０およびエジェクタピン３８０を有する。なお、特に図示しないが、金型３２０は、ホッパーおよびシリンダーを有する射出部が接続可能に構成されており、型締めした金型３２０（第１金型３４０および第２金型３６０）の内部（キャビティー）に、熱硬化性樹脂の材料を充填できるようになっている。

第１金型３４０は、成形品１００の出射面１６０側を成形するための金型片である。第１金型３４０は、ガイド部３４２および第１金型本体３４４を有する。

ガイド部３４２には、成形品１００を射出成形するための第１金型本体３４４が組み込まれている。

第１金型本体３４４は、第１平面３４６および出射面転写面３４８を有する。第１平面３４６は、第２金型３６０の第２平面３６３に対向して配置された面である。第１平面３４６の中央部分には、内面が出射面転写面３４８となる凹部が開口している。

前述したように、出射面転写面３４８は、第１平面３４６の中央部分に開口した凹部の内面である。出射面転写面３４８は、前述した成形品１００の出射面１６０（図２参照）に対応した形状に形成されている。

第２金型３６０は、成形品１００の入射面１４０側に配置された金型片である。第２金型３６０は、第２金型本体３６１および入射面成形部３６２を有する。

第２金型本体３６１は、第２平面３６３、シール部材配置部３６４、第３貫通孔３６８および第４貫通孔３６９を含む。

第２平面３６３は、第１平面３４６に対向して配置された平面である。すなわち、第１金型３４０の第１平面３４６および第２金型３６０の第２平面３６３は、金型３２０のパーティング面（Ｐ）である。また、第２平面３６３には、金型３２０の外部と、キャビティーを連通し、熱硬化性樹脂を金型３２０内に充填するための充填孔３６６となる充填溝３６５が形成されている。第１金型３４０および第２金型３６０が型締めされ、充填溝３６５の開口部をガイド部３４２の下面および第１平面３４６が覆うことで充填孔３６６が形成される。

シール部材配置部３６４は、第２平面３６３の中央部分に開口している凹部である。シール部材配置部３６４は、シール部材２００を配置するための部分である。シール部材配置部３６４は、シール部材２００と相補的な形状である。すなわち、シール部材配置部３６４の平面視形状は、シール部材２００の平面視形状と同じである（図３参照）。さらに、シール部材配置部３６４には、入射面成形部３６２の入射面転写面３６７が組み込まれるための１つの第３貫通孔３６８と、エジェクタピン３８０が摺動されるための複数の第４貫通孔３６９とがそれぞれ開口している。第４貫通孔３６９の数は、特に限定されない。１つであってもよいし、複数であってもよい。本実施の形態では、第４貫通孔３６９は、２つ形成されている。シール部材配置部３６４にシール部材２００が設置されることで、２つの第４貫通孔３６９がシール部材２００によって塞がれる。

入射面成形部３６２は、シール部材配置部３６４の第３貫通孔３６８に挿入可能に配置されている。入射面成形部３６２は、入射面転写面３６７を有する。

入射面転写面３６７は、成形品１００の入射面１４０を成形するための部分である。入射面転写面３６７は、成形品１００の入射面１４０と相補的な形状を有している。

エジェクタピン３８０は、キャビティー側へ突き出されてシール部材２００を押すことで、金型３２０から成形品１００を取り出すために使用される。エジェクタピン３８０は、シール部材配置部３６４の第４貫通孔３６９に対して摺動可能に配置されている。エジェクタピン３８０は、シール部材配置部３６４の底面に対して突き出されるように摺動する。エジェクタピン３８０は、射出成形する成形位置と、先端面が第４貫通孔３６９から突出した取り出し位置との間を移動可能に取り付けられる。

（成形品の製造方法）
次に、射出成形装置３００の金型３２０の動作手順（本実施の形態に係る成形品の製造方法）について説明する。図６は、本実施の形態に係る成形品１００の製造方法のフローチャートである。図７および図８は、金型３２０の動作手順を示す模式図である。

まず、第２金型３６０に設置するシール部材２００を準備する（Ｓ１００）。シール部材２００の製造方法は、特に限定されない。シール部材２００の材料が前述した樹脂の場合、シール部材２００の製造方法の例には、射出成形などが含まれる。

次いで、金型３２０を型開きしてシール部材２００を配置する（Ｓ１１０、図７Ａ）。

次いで、入射面転写面３６７にシール部材２００の第１貫通孔２０２をはめ込むとともに、シール部材配置部３６４にシール部材２００をはめ込む。これにより、シール部材２００を第２金型３６０に設置する（図７Ｂ）。このときシール部材２００によってエジェクタピン３８０が出し入れされる第４貫通孔３６９は塞がれているが、熱硬化性樹脂の材料を充填するための充填孔３６６は塞がれていない。

そして、第２金型３６０に設置されたシール部材２００および出射面転写面３４８が対向するように、かつ第２平面３６３および第１平面３４６が対向するように、第１金型３４０および第２金型３６０を型締めする（Ｓ１２０、図７Ｃ）。

次いで、充填孔３６６を介して熱硬化性樹脂の材料を金型３２０内（キャビティー）に充填する（Ｓ１３０、図８Ａ）。

第１金型３４０および第２金型３６０の温度（成形温度）は、シール部材２００の荷重たわみ温度を考慮して適宜設定すればよい。第１金型３４０および第２金型３６０の温度は、１３０〜２００℃程度である。また、熱硬化性樹脂の材料の充填時間は、０．３〜１５秒程度である。

保圧する工程では、金型３２０内に熱硬化性樹脂の材料を充填させた状態で保圧しながら自然冷却する（Ｓ１４０）。これにより、出射面転写面３４８を有するキャビティー内に充填された熱硬化性樹脂の材料が硬化して熱硬化性樹脂の成形品１００となる。

次いで、金型３２０を型開きする（Ｓ１５０、図８Ｂ）。

最後に、エジェクタピン３８０を成形位置から取り出し位置に移動させて、エジェクタピン３８０でシール部材２００を押し出すようにして、成形品１００を第２金型３６０から取り出す（Ｓ１６０、図８Ｃ）。金型３２０から取り出したシール部材２００および成形品１００は、それぞれ別々に使用することができる。

以上の工程により、射出成形により成形品１００を得ることができる。また、このとき射出成形の成形サイクルは、３０秒〜５分程度である。

なお、成形品１００にプライマー層を介してシール部材２００が接合された接合品を得る場合には、熱硬化性樹脂としてシリコーン樹脂を使用し、熱硬化性樹脂が接触するシール部材２００の台座面２４０に対して表面処理を行う。具体的には、台座面２４０を洗浄および活性化した後に、プライマー層を形成する。台座面２４０を洗浄および活性化する方法は、特に限定されない。台座面２４０を活性化する方法には、酸素、オゾン、窒素などを用いたプラズマ処理が含まれる。なお、操作性の観点から、酸素を用いたプラズマ処理が好ましい。また、プライマー層を形成するプライマー塗料は、シール部材２００および成形品１００（シリコーン樹脂製）を接着することができれば特に限定されない。プライマー塗料として、シランカップリング剤を使用することができる。これは、シランカップリング剤の有機官能基と、シリコーン樹脂とが反応するため、シランカップリング剤が接着剤として機能するためである。そして、使用したプライマー塗料に適した条件にしたがってプライマー層を形成する。一般的なプライマー処理の条件としては、塗布したプライマー塗料を常温（２０〜２５℃）、常湿（４５〜５５％Ｒｈ）で乾燥させて、プライマー層を形成する。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る成形品１００を製造する製造方法およびその製造方法によって得られた成形品１００は、射出成形時に摺動駒であるエジェクタピン３８０をシール部材２００で覆っているため、エジェクタピン３８０の摺動部分に熱硬化性樹脂が入り込むことを防止できる。これにより、金型３２０の摺動部が動作不良を起こすことを防止できる。また、当該製造方法によって得られる成形品１００は、エジェクタピン３８０が接触することがないため、品質を損なうことがない。

本発明に係る成形品の製造方法およびその製造方法によって得られた成形品は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などにおいて、光源から出射される光の配光を制御する光束制御部材などに適用することができる。

１０ 成形装置
２０ 第１金型
２２ 第１光学面転写面
２４ 第１フランジ部転写面
３０ 第２金型
３２ 開口
３４ 第２フランジ部転写面
３６ 小開口
４０ コア
４２ 第２光学面転写面
５０ 金型
６０ レンズ
６２ フランジ部
７０ エジェクタピン
１００ 成形品
１２０ 裏面
１２４ 係合溝
１４０ 入射面
１６０ 出射面
１６１ 第１出射面
１６２ 第２出射面
１６３ 第３出射面
１８０ ゲート痕
２００ シール部材
２０２ 第１貫通孔
２２０ シール面
２４０ 台座面
２４２ 係合段部
２４４ 切り欠き溝
２４６ 溝
２６０ 脚部
３００ 射出成形装置
３２０ 金型
３４０ 第１金型
３４２ ガイド部
３４３ 第２貫通孔
３４４ 第１金型本体
３４６ 第１平面
３４８ 出射面転写面
３６０ 第２金型
３６１ 第２金型本体
３６２ 入射面成形部
３６３ 第２平面
３６４ シール部材配置部
３６５ 充填溝
３６６ 充填孔
３６７ 入射面転写面
３６８ 第３貫通孔
３６９ 第４貫通孔
３８０ エジェクタピン

Claims (3)

1. 射出成形による熱硬化性樹脂の成形品の製造方法であって、
   金型のキャビティーの内面に開口した、摺動駒が摺動するための貫通孔を塞ぎ、かつ熱硬化性樹脂を前記キャビティーに充填するための充填孔を塞がないように、前記キャビティーにシール部材を配置する工程と、
   前記充填孔から前記キャビティーに熱硬化性樹脂の材料を充填し、硬化させて、熱硬化性樹脂の成形品を得る工程と、
   前記シール部材を押し出すように、前記摺動駒を前記貫通孔から突出させて、前記金型から前記シール部材および前記成形品を取り出す工程と、
   を有する、成形品の製造方法。
2. 前記シール部材は、熱可塑性樹脂からなり、
   前記熱硬化性樹脂は、シリコーン樹脂であり、
   前記熱硬化性樹脂の材料を充填する前に、前記シール部材の前記シリコーン樹脂が接触する面にシランカップリング剤を塗布して乾燥させることによりプライマー層を形成する工程をさらに有する、
   請求項１に記載の成形品の製造方法。
3. 請求項２に記載の成形品の製造方法により得られる成形品であって、
   前記成形品には、前記プライマー層を介して前記シール部材が接合されている、
   成形品。

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