JP2017094696A - 透明成形体及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で成形可能で、成形による黄色やヤケが発生し難い透明成形体の提供。
【解決手段】熱可塑性樹脂製のセミフィニッシュレンズ等の厚肉の透明射出成形体１１。同一乃至同系の成形材で形成された前段成形層１３と後段成形層１５とからなり、両成形層１３、１５は層間熱融着により一体化されており、両成形層１３、１５の容量比は、１／１．５〜１．５／１の範囲内にある厚肉射出成形体１１。透明成形体１１は、通常、２個の可動型を、反転盤を介して繰り返し反転させる機構を備えた二色射出成形機を用いて、前段成形層１３の上に後段成形層１５を成形する厚肉透明射出成形体１１の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイサイクルで、樹脂の劣化が軽減された厚肉の透明成形体及びその成形法に関し、特に、成形体における黄変やヤケが嫌われるセミフィニッシュレンズ（以下、「セミレンズ」という。）に好適なものである。ここでは、セミレンズを主として例に採り説明するが、その他の透明部品（透明成形体）、例えば車載ランプ（ヘッドランプ、テールランプ、車内灯等）や、電化製品の各種パーツやプロジェクターレンズ等にも適用可能である。

ここで、厚肉とは、例えば、セミレンズの場合、肉厚：約５〜１５ｍｍのものをいい、車載ヘッドランプの場合、肉厚：約２０〜１００ｍｍのものをいう。肉厚が小さくては、本発明の前記問題点（射出シリンダ内の滞留時間に基づく）を発生し難く、本発明を適用する必然性がなくなる。肉厚が大きくては、サイクルが長くなるとともに、本発明を適用しても、前記問題点（黄変やヤケ）を解決し難くなる。

厚肉の透明成形体として、半製品の光学部品であるセミレンズが知られている。セミレンズにおいては、凸面側（全面側）が所定の光学面を有するように成形される。他方、凹面側（後面側）は、後に切削加工により所定の光学面（例えば度数）に切削加工可能な緩やかな凹面を有するように成形される。

本発明の特許性に影響を与えるものではないが、セミレンズに係る先行技術文献として特許文献１・２等を、本発明の成形法に使用するのが好適な二色射出成形機（複数材射出成形機）に係る先行技術文献として特許文献３等を、それぞれ挙げることができる。

特許文献３には、確かに、本発明の前提的構成要件と重複する構成「前段成形層と後段成形層とからなり、層間熱融着により一体化されてなる透明成形体」が記載されている。しかし、特許文献３の成形体は本発明の透明成形体とは異質的である。
すなわち、特許文献３は、「黄変や焼け」等が顕在しやすい「透明成形体」を予定するものではなく、かつ、「前段成形層と後段成形層のポリマー成分が同一又はメルトフローレート（ＭＦＲ）及び溶融点が同一ある」点を開示するものとは言えない。
このことは、特許文献３の実施形態における例示された熱可塑性樹脂の組み合わせが、共に非透明樹脂（結晶性ポリマー）であり、一般的にＭＦＲおよび設定冷却温度が異なることが知られている「高密度ＰＥ」（段落００２１）と「ＰＰ」（段落００２３）であることからも支持される。
そもそも、二色射出成形機（複数材射出成形機）は、通常、別材（合成樹脂が異なる成形材）を使用することを予定しており、本発明の如く、各層の合成同一材又は実質的な同一材で透明成形体を二段成形する発想は、本発明者らが知る限り、当業者には存在しなかった。

特開平８−５２８１７号公報 特開２０１０−２８１９６４号公報 特開平１１−１５１７３４号公報（段落０００３〜０００７）

上記の様な厚肉の透明成形体は、従来の射出成形では、その厚さ故に滞留時間が長くなり、それに伴い熱影響による黄変やヤケといった成形品不良が発生し易い。更に、厚さに伴うサイクル時間（射出時間＋冷却時間）の長いことによる（特に冷却時間）、生産性の効率の悪さがあった。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記構成の厚肉透明成形体に想到した。

本発明に係る厚肉透明成形体は、透明熱可塑性樹脂をポリマー成分とする成形材で厚肉（肉厚：５〜１００ｍｍ）に射出成形され、前段成形層と後段成形層とからなり、該両成形層が層間熱融着により一体化されてなる透明成形体において、
前記各成形層のポリマー成分が、同一又はメルトフローレート（ＭＦＲ）及び溶融点が同一であるとともに、
該両成形層の容量比が、略同一又は前段・後段の合計サイクル時間が、単層成形より短くなるものであることを特徴とする。
上記構成により、成形品に黄変や焼けが発生し難くなるとともに、成形サイクルも短縮される。

上記構成の厚肉透明成形体を成形する方法であって、
射出成形機として、反転タイプの二色成形機を用いて、前記前段成形層と後段成形層を同時成形する、ことを特徴とする。
上記構成により、順次射出する場合に比して、生産性が向上する。

本発明の一実施形態であるセミレンズの断面図である。 本発明の成形方法を示す概略工程図である。 図２における３−３線矢視図である。

以下、本発明の一実施形態を、主としてセミレンズを例に採り説明する。
本実施形態のセミレンズ（本体）は、透明熱可塑性樹脂をポリマー成分（通常、無定形ポリマー）とする成形材で厚肉に射出成形されてなる厚肉透明成形体である。

ここで、透明熱可塑性樹脂（無定形ポリマー）としては、ポリアミド（ＰＡ）系、ポリカーボネート（ＰＣ）系、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）系が望ましい。
具体的には、ポリアミド系としては、ヘキサメチレンジアミン、ｍ‐キシリレンアミン、ビス（ｐ‐アミノシクロヘキシル）メタン、３，３‐ジメチル‐４，４‐ジアミノジシクロヘキシルメタン、トリメチルヘキサメチレンジアミンなどのジアミン成分とアジピン酸、ドデカン二酸、イソフタル酸、テレフタル酸などのジカルボン酸成分の重縮合物、あるいはカプロラクタムなどラクタム類の重縮合物などがある。なかでも、透明ナイロンあるいは非晶性ナイロンといわれているメガネレンズ用グレードのものが使用できる。例えば、エムス社の“グリルアミド（登録商標）ＴＲ‐５５・ＴＲ‐９０”などが、透明性が高く、光学歪みの少ないために、本発明で好適に使用できる。
ポリカーボネート系としては、セミレンズに使用する場合は市販のメガネレンズ用グレードを使用できる。例えば、三菱エンジニアリングプラスチック社製の“ユーピロン（登録商標）ＣＬＳ１０００・４００・３４００”等を挙げることができる。
ＰＭＭＡ系としては、セミレンズに使用する場合は、標準グレードないし光学グレードのものが使用できる。三菱レイヨン社製の“アクリペット（登録商標）ＶＨ・ＶＨ（ｏｐｔｉｃａｌ）・ＶＨ５”等を挙げることができる。

なお、セミレンズ以外の他の厚肉透明成形体の場合、例えば、車載ヘッドランプ等の場合、上記透明熱可塑性樹脂以外に、透明（非結晶性）のポリオレフィン系、ポリエチレン系、ポリエチレンテレフタレート等を使用可能である。

ここで、セミレンズ本体１１の厚さは、５〜１５ｍｍとする。
そして、セミレンズ本体１１は、前段成形層（凸面側成形層）１３と後段成形層（凹面側成形層）１５とからなり、両成形層１３，１５が層間熱融着により一体化されている。そして、該両成形層１３，１５のポリマー成分は、通常、同一とする。しかし、必ずしも同一である必要はなく、メルトフローレート（ＭＦＲ）及び溶融点が同一であれば本発明の効果は奏する。ＭＦＲと溶融点が同一であることにより、前段・後段成形の滞留時間および冷却時間を設定値の長い方に同期させることに伴う、本発明の効果（成形品の黄変や焼けの防止及びサイクル時間の短縮）を奏し易くなる。
両成形層１３，１５の容量比が、略同一又は前段・後段の合計サイクル時間が、単層成形より短くなるものである。具体的には、前段成形層１３と後段成形層１５との容量比は、前者／後者＝１／１．５〜１．５／１、さらには、１／１．２〜１．２／１、よりさらには１／１．１〜１．１／１とすることが望ましい。本発明者は、前段成形層／後段成形層＝１／２では、厚肉の後段成形層１５ばかりでなく前段成形層１３にも黄変や焼けが発生し、サイクル時間もほとんど短縮できない事を確認している。

なお、一方の成形層が特定吸収波長剤を含むような場合、当該層を他方の層の肉厚より若干小さくすることが望ましい。高価な特定波長吸収剤を節約できるためである。特に、偏光シートをインサートとして前段成形をする場合、前段成形層の肉厚を、後段成形層の肉厚より小さくすることが望ましい。前段成形層の肉厚が小さいことにより前段成形における射出時間が短縮されるとともに、冷却時間も格段に短縮されて偏光シートに対する前段成形層の熱影響が可及的に小さくなるためである。すなわち、前段成形層の肉厚が相対的に小さいことにより充填材料の冷却が促進される。

容量差が大きいと、前段・後段成形における冷却時間さらには射出時間（計量・充填・保圧解除）の設定時間に差が出やすい。その場合、長い方の設定時間に同期させるため、短い方の成形層にも黄変や焼けが発生しやすいとともに、前段成形層１３と後段成形層１５との合計成形サイクル（以下、合計成形サイクル）の短縮が困難になる。なお、ホッパ部から射出ノズルに至る射出シリンダ内の中間温度は、成形材料により異なるが、通常、射出ノズル温度（射出温度）より１０℃前後高く設定される。

ここで、一方の成形層（通常前段成形層１３）の成形材のみに、添加剤として、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤その他の特定波長吸収剤を含むものとすることが望ましい。高価な特定波長吸収剤の使用料を削減できるためである。

図例では、必然的ではないが、セミレンズ本体１１の前面、すなわち、凸面側成形層１３に偏光シート（図示せず）がインサート射出成形されている。偏光シートは、１枚の偏光フィルム層を２枚の保護シート層で挟持する積層構造とすることが望ましい。偏光フィルム層が前段成形層（凸面側成形層）１３の成形時に熱影響を受けがたく、かつ、保護シート層の形成材として凸面側成形層の成形材と熱融着しやすいものを選定できるためである。

そして、本実施形態のセミレンズは、図２・３に示すような下記構成の反転タイプの二色成形機（複数材射出成形機）を用いて成形することが望ましい（特許文献３、段落０００３〜０００６）。

固定プラテン２１の外面側に前段・後段可塑化装置２３、２５が装着されるとともに、内面側に該各可塑化装置２３、２５に対応する前段・後段固定型２７、２９が装着されている。

また、可動プラテン３１の内面側に反転盤３３を介して、前段・後段固定型２７、２９に対応する一対の可動型３５、３５が装着されている。そして、図示しないが、型開きに際して、前段成形ステーションＡにおいては、前段成形層１３を可動型３５に保持したままスプルーを切除するスプルー除去機構を備えるとともに、後段成形ステーションＢにおいては、スプルルランナ付着の後段成形品（前段成形層１３／後段成形層１５一体化物）Ｍを可動型３５から離型するエジェクタ機構を備えている。

ここで、前段金型（前段固定型２７／可動型３５）２９および後段金型（後段固定型２９／可動型３５）は、いずれも、多数個取りとされている。セミレンズのような場合は、通常、生産性等の見地から、多数個取りが望ましいが、容量の大きなヘッドランプ等の場合、１個取りとすることが望ましい。

次に、上記二色成形機を用いて、セミレンズの成形方法を説明する（図１・２参照）。

Ａ．準備成形工程：
（１）可動プラテン３１を前進させて型締めをする。すると、前段・後段成形ステーションＡ、Ｂに、それぞれ、前段・後段成形キャビティ３７、３９が形成される。なお、この準備成形工程では、後段成形キャビティ３９には、前段成形層１３が保持されていない。この状態で、前段可塑化装置２３を作動させ前段成形キャビティ３７に可塑化材料を射出充填する。他方、後段可塑化装置２５は作動させない。すなわち、後段成形キャビティ３９には成形材料を射出充填しない。

（２）そして、保圧解除・冷却後した前段成形層１３が固化後、可動プラテン３１を後退させて型開きする。このとき、凸面側成形層（前段射出成形部）１３の突き出しを行わずに、スプルーＳが切除されるようにしておく。

Ｂ．成形サイクル工程：
（３）反転盤３３を作動させて、前段成形層１３を保持した可動型３５を後段成形ステーションＡに位置させる。

（４）可動プラテン３１を前進させて型締めをする。すると、前段・後段成形ステーションＡ、Ｂにそれぞれ前段成形キャビティ３７および後段成形キャビティ３９が形成される。この状態で、前段可塑化装置２３および後段可塑化装置２５を作動させて、前段成形キャビティ３７および後段成形キャビティ３９にそれぞれ可塑化材料を射出（計量・射出充填・保圧）する。

（５）射出（保圧解除）後、設定冷却時間、冷却を続け前段成形層１３および後段成形層１５が固化させた後、前段成形層可動プラテン３１を後退させて型開きする、このとき、前段成形ステーションＡにおいては、スプルーＳが前段成形層１３から切除され、後段成形ステーションＢにおいては、後段成形品Ｍを可動型３５から離型される。
そして、上記（３）〜（５）を繰り返す。

二段成形における合計射出時間（設定時間で長い方の段の２倍）は、一段成形場合のそれらより長くなる。しかし、同じく合計冷却時間（設定時間で長い方の段の２倍）は、一段成形の冷却時間を凌駕して短くなる（表１・２参照）。
その結果、一段成形の場合に比して、設定成形サイクル時間が格段に短縮されるとともに、射出シリンダ内における滞留時間の長いことによるヤケや黄変が成形品に発生し難くなる。

こうして成形したセミレンズ本体は、周面および凹面側を切削加工後、ハードコート、反射防止膜等の表面処理を行って、眼鏡レンズ等の製品とする。

次に、本発明の効果を確認するために行った実施例（セミレンズ成形品）について、比較例とともに、説明をする。

成形セミレンズ（本体）の仕様は、実施例１・２のいずれも、中心厚１０ｍｍ、曲率８Ｃ（曲率半径：６３．３０ｍｍ）とし、前段成形層（図示しない偏光シート（０．２ｍｍ）を含む。）４．５ｍｍ、後段成形層５．５ｍｍとした。ここで容量比は、前段成形層が球面の外側にくるため、前段成形層／後段成形層≒１／１．０４となり、略同一となる。

そして、成形材料は、下記仕様の市販品を使用した。
・透明ポリアミド・・・ＭＦＲ（２７５℃、５ｋｇ）：約１６．５ｇ／１０ｍｉｎ
曲げ弾性率（ＩＳＯ１７８）：１５００ＭＰａ
溶融点：１７６℃
光透過率（５５０ｎｍ、厚さ２ｍｍ）：９２％
屈折率（ＩＳＯ４８９）：１．５１
・レンズ用ＰＣ・・・ＭＦＲ（ＩＳＯ１１３３）：約１５．０ｇ／１０ｍｉｎ
曲げ弾性率（ＩＳＯ１７８）：２３００ＭＰａ
溶融点：１５０℃
光透過率（５５０ｎｍ、厚さ１ｍｍ）：８９％
屈折率（ＩＳＯ４８９）：１．５８５

また、成形条件は、表１・２に示すものとした。なお、射出時間は、型締めから計量・射出充填、保圧解除までの時間とした。また、設定射出時間が、前段・後段成形で異なるが、長い方（後段サイクル時間）に同期させる必要があり、長い方である後段サイクル時間の２倍を、サイクル時間（１サイクル時間）に設定した。ここで、設定射出時間が後段の方が若干長いのは、後段の方が、厚肉であるためである。

それらの結果を示す表１・２から、成形サイクル時間が格段に短縮できることが確認できた。

そして、実施例１・２について、目視観察したが、前段成形層と後段成形層との界面は観察されないとともに、ヤケや黄変も観察されなかった。さらには、万力試験で破壊試験を行ったが、実施例１・２ともに界面破壊は発生しなかった。

１１ セミレンズ本体（厚肉透明成形体）
１３ 前段成形層
１５ 後段成形層
２１ 固定プラテン
２３ 前段可塑化装置
２５ 後段可塑化装置
２７ 前段固定型
２９ 後段固定型
３１ 可動プラテン
３３ 反転盤（反転装置）
３５ 可動型
３７ 前段成形キャビティ
３９ 後段成形キャビティ
Ａ 前段成形ステーション
Ｂ 後段成形ステーション
Ｓ スプルー
Ｍ 成形品

Claims (10)

1. 透明熱可塑性樹脂をポリマー成分とする成形材で厚肉（肉厚：５〜１００ｍｍ）に射出成形され、前段成形層と後段成形層とからなり、該両成形層が層間熱融着により一体化されてなる透明成形体において、
   前記各成形層のポリマー成分が、同一又はメルトフローレート（ＭＦＲ）及び溶融点が同一であるとともに、
   該両成形層の容量比が、略同一又は前段・後段の合計サイクル時間が、単層成形より短くなるものであることを特徴とする厚肉透明成形体。
2. 前記前段成形層に対する前記後段成形層の容量比が、前者／後者＝１／１．５〜１．５／１であることを特徴とする請求項１記載の厚肉透明成形体。
3. 請求項１又は２記載の前記厚肉成形体（肉厚５〜１５ｍｍ）で形成され、前記前段射出成形層が凸面側成形層とされ、前記後段成形層が凹面側射出成形層とされていることを特徴とするセミフィニッシュレンズ。
4. 前記凸面側成形層を形成する成形材のみに特定波長吸収剤を含むことを特徴とする請求項３記載のセミフィニッシュレンズ。
5. 前記凸面側成形層に偏光シートがインサート射出成形されてなることを特徴とする請求項３記載のセミフィニッシュレンズ。
6. 前記熱可塑性樹脂が、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）の群から選択されるものであることを特徴とする請求項３、４又は５記載のセミフィニッシュレンズ。
7. 請求項１又は２記載の厚肉透明成形体を成形する方法であって、
   射出成形機として、反転タイプの二色成形機を用いて、前記前段成形層と後段成形層を同時成形する、
   ことを特徴とする厚肉透明成形体の成形方法。
8. 前記前段成形キャビティに対する前記後段成形キャビティの容量比が前者／後者＝１／１．５〜１．５／１であることを特徴とする請求項７記載の厚肉透明成形体の成形方法。
9. 前記前段・後段固定型が、多数個取りであることを特徴とする請求項７又は８記載の厚肉透明成形体の成形方法。
10. 請求項７又は８記載の厚肉透明成形体の成形方法により、肉厚５〜１５ｍｍのセミフィニッシュレンズを成形することを特徴とするセミフィニッシュレンズの成形方法。

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