JP2018199217A - 製造方法、成形型及び樹脂成形品製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形型から樹脂成形品を剥離する時に、ウェルド部に微少なクラックが発生することを抑制すること。【解決手段】本発明の樹脂成形品の製造方法は、表面が鏡面である第１成形型１１と表面に凹凸構造を有する第２成形型１２とから構成されるキャビティ内に２以上のゲート１４、１５から材料樹脂を注入して樹脂成形品を形成し、第１成形型１１に樹脂成形品が密着した状態で、第１成形型１１と第２成形型１２とを離間させ、樹脂成形品の端部を把持して第１成形型１１から樹脂成形品を取り外す樹脂成形品の製造方法であって、第１成形型１１の表面粗さは、ゲートから注入された材料樹脂がぶつかり合うウェルドライン１６を含むウェルド領域１７において、ゲート近傍のゲート領域１８より粗い。【選択図】図１

Description

本発明は製造方法、成形型及び樹脂成形品製造装置に関し、特にフレネルレンズを成形する製造方法、成形型及び樹脂成形品製造装置に関する。

集光用レンズとして度の強いレンズは、レンズの中心が厚くなり、原材料費が高くなる、重量が重くなりすぎること、及び製造に手間がかかる等の問題があった。

これらの問題を解決するレンズとして、フレネルレンズがある。フレネルレンズは、数個または多数のリング状のレンズに分割し、平板状に組み合わせて薄型化を図ったレンズである。

例えば、特許文献１には、下金型と、この下金型と分離可能に接合され、下金型とでフレネルレンズ形のキャビティを構成する上金型と、キャビティ内に溶融した樹脂を供給する樹脂射出装置とを具備し、上金型、下金型内には、それぞれ所定の温度に制御された第１、第２の温水が導入されることにより溶融樹脂を冷却する、フレネルレンズ成形装置が記載されている。この時、フレネルレンズを成形する時に、下金型へはミラースタンパーがセットされておりそのミラースタンパー表面粗さが粗い場合、レンズ側に成形品が残りワレ、離型マークが発生する。又、ミラースタンパー表面粗さが粗くない場合、ミラースタンパーから剥離する時に、ウェルド部に微小なクラックが発生する。

特開平６−８９２号公報

射出成形された後、樹脂は成形型と分離されることになる。成形された樹脂と成形型との分離は、一方の成形型が成形樹脂から離された後、もう一方の射出成形された後、から成形樹脂を剥がす手順でおこなわれる。

一般に成型樹脂と成形型は、隙間なく密着している。したがって、成形樹脂を成形型から剥がす場合、成形樹脂の端部を把持して、端部から成形樹脂を成形型から剥がし、成型樹脂と成形型との間にできた隙間に空気を入り込ませる。そして、成型樹脂の端部を成形型から遠ざけると共に、より中央よりの部位で成型樹脂が成形型から剥がれ、最後に成型樹脂の中央部が成形型から剥がれる。

しかしながら、成型樹脂の中央部には、成形型内で樹脂同士が合流したウェルド部があり、成形樹脂を成形型から剥がす際に、ウェルド部に微少なクラック（以下、本明細書では、ウェルド傷と称することがある）が発生するという問題があった。

［１］ 表面が鏡面である第１成形型と表面に凹凸構造を有する第２成形型とから構成されるキャビティ内に２以上のゲートから材料樹脂を注入して樹脂成形品を形成し、前記第１成形型に前記樹脂成形品が密着した状態で、第１成形型と第２成形型とを離間させ、前記樹脂成形品の端部を把持して前記第１成形型から前記樹脂成形品を取り外す樹脂成形品の製造方法であって、前記第１成形型の表面粗さは、前記ゲートから注入された材料樹脂がぶつかり合うウェルドラインを含むウェルド領域において、前記ゲート近傍であるゲート領域より粗い、樹脂成形品の製造方法。
［２］ 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲａが、前記ゲート領域における表面粗さＲａより大きい［１］の樹脂成形品の製造方法。
［３］ 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲａが、０．１μｍ以上且つ０．１５μｍ以下である［２］の樹脂成形品の製造方法。
［４］ 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲｚが、前記ゲート領域における表面粗さＲｚより大きい［１］の樹脂成形品の製造方法。
［５］ 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲｚが、２５．０μｍ以上且つ３０．０μｍ以下である［４］の樹脂成形品の製造方法。
［６］ 前記ウェルド領域は、ウェルドラインから垂直方向に±５０ｍｍの範囲である［１］〜［５］のいずれかの樹脂成形品の製造方法。
［７］ 前記ウェルド領域は、ウェルドラインから垂直方向に把持した端部間隔の±５％の範囲である１］〜［５］のいずれかの樹脂成形品の製造方法。
［８］ 表面が鏡面である第１成形型と、表面に凹凸構造を有する第２成形型と、を備え、前記第１成形型または前記第２成形型のいずれかに材料樹脂を注入する２以上のゲートを有する成形型であって、前記第１成形型の表面粗さは、前記各ゲートから等距離の線上を含むウェルド領域において、前記ゲート近傍のゲート領域より粗い成形型。
［９］ 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲａが、前記ゲート領域における表面粗さＲａより大きい［８］の成形型。
［１０］ 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲａが、０．１μｍ以上且つ０．１５μｍ以下である［９］の成形型。
［１１］ 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲｚが、前記ゲート領域における表面粗さＲｚより大きい［８］の成形型。
［１２］ 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲｚが、２５．０μｍ以上且つ３０．０μｍ以下である［１１］の成形型。
［１３］ 前記ウェルド領域は、前記各ゲートから等距離の線上から垂直方向に±５０ｍｍの範囲である［８］から［１２］のいずれかの成形型。
［１４］［８］から［１２］のいずれかの成形型と、前記第１成形型に密着した樹脂成形品の端部を把持して前記第１成形型から前記樹脂成形品を取り外す取り出し機と、を備える樹脂成形品製造装置。

本発明の樹脂成形品の製造方法、成形型及び樹脂成形品製造装置によれば、成形型から樹脂成形品を剥離する時に、ウェルド部に微少なクラックが発生することを抑制することができる。

一実施の形態にかかる成形型の一例を示す略図である。 一実施の形態にかかる成形型の一例を示す断面図である。 一実施の形態にかかる樹脂成形品製造装置の一例を示す断面図である。 一実施の形態にかかる樹脂成形品の製造方法の一例を示すフローチャートである。 参考例における、成形回数とウェルド傷発生回数との関係を示すグラフである。 一実施形態における、成形回数とウェルド傷発生回数との関係を示すグラフである。

（一実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、一実施の形態にかかる成形型の一例を示す略図である。図１において、成形型１０は、第１成形型１１と、第２成形型１２とを備える。

第１成形型１１は、樹脂を成形する側の表面が鏡面であり、一部の領域の表面粗さが他の領域の表面粗さより粗い成形型である。第２成形型１２は、樹脂を成形する側の表面に、成形する対象の形状に対応する凹凸構造を有する成形型である。第１成形型１１及び第２成形型１２は、金属で構成された金型である。

そして、第１成形型１１と第２成形型１２が、向かい合って組み合わさり内部空間（キャビティ空間）を形成する。また、第１成形型１１または第２成形型１２のいずれかに材料樹脂を注入するゲート１４及びゲート１５を有する。ゲート１４にはスプル穴１４１が設けられている。同様にゲート１５には、スプル穴１５１が設けられている。

第１成形型１１は、ゲート１４及びゲート１５から注入された材料樹脂がぶつかり合うウェルドライン１６を含むウェルド領域１７の表面粗さが、ゲート１４及びゲート１５を含むゲート領域１８（または第２成形型１２に形成されたゲート１４及びゲート１５に対応する第１成形型１１の位置を含むゲート領域１８）の表面粗さより粗い表面となっている。ゲート領域１８は、ゲート１４及びゲート１５近傍の領域を示す。ここで、ゲート１４及びゲート１５近傍の領域とは、相異なるゲートからそれぞれ注入された材料樹脂がぶつかり合うウェルドラインを少なくとも含まない領域である。例えば、ゲート１４及びゲート１５近傍の領域は、ウェルドライン１６よりゲート１４及びゲート１５に近い領域と定義してもよい。また、例えば、ゲート１４及びゲート１５近傍は、ウェルド領域１７以外の第１成形型１１（または第２成形型１２）上の領域と定義してもよい。すなわち、ゲート１４及びゲート１５近傍は、成形型から樹脂成形品を剥離する時に、微少なクラックが発生する（成形型上での）位置を含まない、任意の領域として定義できる。

ゲート１４及びゲート１５を含むゲート領域１８の表面は各種研磨により鏡面に仕上げられる。ここで、鏡面は表面粗さＲａが０．１μｍ以下の表面である。第１成形型１１のウェルド領域１７の表面粗さは、前記ゲート領域１８の表面粗さより粗く、表面粗さＲａが０．０９μｍ〜０．１８μｍの範囲内であるのが好ましく、０．１μｍ〜０．１５μｍの範囲内であるのがより好ましい。また、前記ウェルド領域１７の表面粗さＲｚが、２５．０μｍ〜３０．０μｍの範囲内であるのが好ましい。表面粗さの詳細については、後述する。

第１成形型１１のウェルド領域１７の表面粗さを前記ゲート領域１８の表面粗さより粗くする方法としては、種々の方法が採用可能である。例えば、（１）全体を所定の粗さに研磨した後、前記ゲート領域１８のみをさらに鏡面加工する方法、（２）全体を鏡面加工した後、前記ウェルド領域１７のみを粗面化加工を行う方法などである。ここで粗面化加工としては、研磨、ブラスト加工、化学エッチング等が挙げられる。
例えば、後述する実施の形態においては、まず第１成形型１１の全面をＲａが０．１μｍより小さい鏡面となるように研磨した後、ウェルド部から上下１５０ｍｍの範囲を金属球を用いたブラスト処理により、所定の粗さとして、その領域を前記ウェルド領域１７とした。

そして、第１成形型１１と第２成形型１２は、互いに嵌合させることによりキャビティ空間を形成することができる。図２は、一実施の形態にかかる成形型の一例を示す断面図である。この図２は、図１のＡ−Ａ‘面における断面図である。第１成形型１１と第２成形型１２により形成されたキャビティ空間１９は、形成する樹脂系製品の形状と略同一の空間形状を有する。

例えば、フレネルレンズを形成する場合、図２に示すように、第１成形型１１と第２成形型１２が、形成されるフレネルレンズに対応する表面形状を有する。そして、成形機のノズルから射出され、金型内の流路を経由し、ゲート１４及びゲート１５を介して注入された樹脂がキャビティ空間１９に充填される。キャビティ空間１９を満たすように充填された樹脂は、冷却等により、溶融状態から硬化状態に変化し、成形樹脂が得られる。成型樹脂と第１成形型１１から第２成形型１２を取り外し、第１成形型１１から成型樹脂を剥離して取り出す。

次に剥離を行う取り出し装置について説明する。図３は、一実施の形態にかかる取り出し装置の一例を示す断面図である。図２において、樹脂成形品製造装置２０は、図１の成形型１０と、第１成形型１１に密着した樹脂成形品の端部を把持して第１成形型１１から樹脂成形品２１を取り外す取り出し機２２と、を備える。

取り出し機２２は、樹脂成形品２１の端部を把持する把持手段と、第１成形型１１から樹脂成形品２１を引き離す方向に移動させる移動手段とを備える。そして、取り出し機２２は、第２成形型１２を取り外した後の、樹脂成形品２１の端部を把持し、第１成形型１１から樹脂成形品２１を引き離す方向に移動させることにより、第１成形型１１から樹脂成形品２１を剥離する。

第１成形型１１と樹脂成形品２１は、隙間なく密着しているので、樹脂成形品２１の端部を把持して、端部から樹脂成形品２１を成形型から剥がし、樹脂成形品２１と第１成形型１１との間にできた隙間に空気を入り込ませる。そして、樹脂成形品２１の端部を第１成形型１１から遠ざけると共に、より中央よりの部位で樹脂成形品２１が第１成形型１１から剥がれ、最後に樹脂成形品２１の中央部が第１成形型１１から剥がれる。

ここで、樹脂成形品２１は、キャビティ空間１９内で樹脂同士が合流したウェルド部がある。このウェルド部は、樹脂同士の融合不良に起因する溝（ウェルドライン）が形成されやすく、応力集中による強度・靭性低下などの原因となりやすい。

一方、第１成形型１１のウェルド領域１７の表面粗さが、ゲート１４及びゲート１５を含むゲート領域１８の表面粗さより粗い表面となっているので、第１成形型１１から樹脂成形品２１を剥がす際に空気が入り込みやすく、端部に比べて少ない力で第１成形型１１から樹脂成形品２１が剥がれる。すなわち、樹脂成形品２１のウェルド部に加わる力が小さく、ウェルド部に微少なクラックが発生することを抑制できる。

このように、一実施の形態にかかる成形型及び樹脂成形品製造装置によれば、ゲートから注入された材料樹脂がぶつかり合うウェルドラインを含むウェルド領域の表面粗さが、前記ゲートを含むゲート領域の表面粗さより粗いので、成形型から樹脂成形品を剥離する時に、樹脂成形品のウェルド部に加わる力が小さく、ウェルド部に微少なクラックが発生することを抑制することができる。

次に、上記成形型及び樹脂成形品製造装置を用いた製造方法について説明する。図４は、一実施の形態にかかる樹脂成形品の製造方法の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ３１において、表面が鏡面である第１成形型１１と表面に凹凸構造を有する第２成形型１２とから構成されるキャビティ空間１９内に２以上のゲートから材料樹脂を注入して樹脂成形品を形成し、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２において、第１成形型１１に樹脂成形品が密着した状態で、第１成形型１１と第２成形型１２とを離間させ、ステップＳ３３に進む。この時、第１成形型１１の表面が鏡面でない場合、第１成形型１１と樹脂成形品との密着が十分でなく、樹脂成形品が第２成形型１２へ残ったり、割れたりする。

ステップＳ３３において、樹脂成形品の端部を把持して第１成形型１１から前記樹脂成形品を取り外し、全工程を終了する。
本発明においてステップＳ３３では、第１成形型１１は、ゲート１４及びゲート１５から注入された材料樹脂がぶつかり合うウェルドライン１６を含むウェルド領域１７の表面粗さが、ゲート１４及びゲート１５を含むゲート領域１８の表面粗さより粗いので、端部に比べて少ない力で第１成形型１１から樹脂成形品２１が剥がれる。

次に、上記一実施形態の樹脂成形品の製造方法、成形型及び樹脂成形品製造装置を用いて樹脂成形品を製造した実施例について説明する。

図５は、全面を鏡面とした参考例における、成形回数とウェルド傷発生回数との関係を示すグラフである。図５では、第１成形型１１のウェルド部近傍の表面粗さがゲート１４及びゲート１５を含むゲート領域１８の表面粗さと同じである。図５において、縦軸はウェルド傷発生回数を示し、横軸は成形回数を示す。

また、図６は、一実施形態における、成形回数とウェルド傷発生回数との関係を示すグラフである。図６において、縦軸はウェルド傷発生回数を示し、横軸は成形回数を示す。図６では、第１成形型１１のウェルド領域の表面粗さがゲート１４及びゲート１５を含むゲート領域１８の表面粗さより粗い。

参考例での結果を示す図５では、連続的に成形を行うと、ウェルド傷発生回数が徐々に増加している。そして、１５０回前後から全数にウェルド傷が発生してしまっている。

一方、一実施形態の製造方法での結果を示す図６では、連続的に成形を行っても４００回前後までウェルド傷の発生が非常に少ない。

このように、一実施の形態にかかる樹脂成形品の製造方法によれば、ゲートから注入された材料樹脂がぶつかり合うウェルドラインを含むウェルド領域の表面粗さが、前記ゲートを含むゲート領域の表面粗さより粗い成形型から樹脂成形品を剥離するので、樹脂成形品を剥離する時に、樹脂成形品のウェルド部に加わる力が小さく、ウェルド部に微少なクラックが発生することを抑制することができる。

次に第１成形型１１のウェルド領域の表面粗さの詳細について説明する。上述したように、第１成形型１１のウェルド領域の表面粗さは、樹脂成形品を剥離する時に、樹脂成形品のウェルド部に微少なクラックが発生することを抑制するのに十分な表面粗さとすることが望ましい。そこで、図６で用いた第１成形型１１の表面粗さについて測定を行った。

ここで、表面粗さは、Ｒａ、Ｒｍａ、Ｒｚ等、複数の定義がある。表面粗さＲａは、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さＬで割った値をマイクロメートル（μｍ）で表わしたものである。図６で用いた第１成形型１１の表面粗さＲａを表１に示す。

表１の測定結果より、第１成形型１１は、ウェルド領域１７の表面粗さＲａが、ゲート領域１８の表面粗さＲａより大きいことが好ましいことがわかった。また、第１成形型１１は、ウェルド領域１７の表面粗さＲａが、０．１μｍ以上且つ０．１５μｍ以下であることが好ましい。

一方、表面粗さＲｚは、断面曲線から基準長さだけを抜き取った部分において、最高から５番目までの山頂の標高の平均値と、最深から５番目までの谷底の標高の平均値との差の値をマイクロメートル（μｍ）で表わすものである。図６で用いた第１成形型１１の表面粗さＲｚを表２に示す。

表２の測定結果より、第１成形型１１は、ウェルド領域１７の表面粗さＲｚが、ゲート領域１８の表面粗さＲｚより大きいことが好ましいことがわかった。また、例えば、第１成形型１１は、ウェルド領域１７の表面粗さＲｚが、２５．０μｍ以上且つ３０．０μｍ以下であることが好ましい。

更に、ウェルド領域１７は、ウェルドライン１６を含む領域であればいずれも適用できる。例えば、ウェルド領域１７は、ウェルドライン１６から垂直方向に±１５０ｍｍの範囲であることが好ましい。特に、ウェルド領域１７は、ウェルドライン１６から垂直方向に±５０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、ウェルド領域１７は、ウェルドライン１６から垂直方向に、把持した端部間隔の±５％の範囲としてもよい。

ゲート１４及びゲート１５の開口面積及び樹脂の流入速度が同じ場合、ウェルドライン１６はゲートから等距離にある位置に発生する。したがってウェルド領域１７は、少なくとも２以上のゲートから等距離にあるウェルドライン１６から垂直方向に±１５０ｍｍの範囲であることが好ましい。特に、ウェルド領域１７は、少なくとも２以上のゲートから等距離にあるウェルドライン１６から垂直方向に±５０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、ウェルド領域１７は、少なくとも２以上のゲートから等距離にあるウェルドライン１６から垂直方向に、把持した端部間隔の±５％の範囲としてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、樹脂成形品の製造方法は、フレネルレンズに限らず樹脂成形品であればいずれも適用できる。また、上記実施の形態では、成形型のゲートが２である例について説明しているが、ゲートの数を３以上としても良い。この場合、少なくとも２つのゲートから等距離にある領域をウェルド領域と設定することが好ましい。また、ゲートは第１成形型、第２成形型のいずれに設けても良い。また、ゲートを１つとし内部で２つの流路に分かれる成形型を用いてもよい。またフレネルレンズが単眼、複眼のいずれでも成形型の形状を対応させることにより、本実施の形態を適用することができる。

１０ 成形型
１１ 第１成形型
１２ 第２成形型
１４、１５ ゲート
１４１、１５１ スプル穴
１６ ウェルドライン
１７ ウェルド領域
１８ ゲート領域
１９ キャビティ空間
２０ 樹脂成形品製造装置
２１ 樹脂成形品
２２ 取り出し機

Claims (14)

1. 表面が鏡面である第１成形型と、表面に凹凸構造を有する第２成形型とから構成されるキャビティ内に２以上のゲートから材料樹脂を注入して樹脂成形品を形成し、
   前記第１成形型に前記樹脂成形品が密着した状態で、第１成形型と第２成形型とを離間させ、
   前記樹脂成形品の端部を把持して前記第１成形型から前記樹脂成形品を取り外す樹脂成形品の製造方法であって、
   前記第１成形型の表面粗さは、前記ゲートから注入された材料樹脂がぶつかり合うウェルドラインを含むウェルド領域において、前記ゲート近傍であるゲート領域より粗い、樹脂成形品の製造方法。
2. 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲａが、前記ゲート領域における表面粗さＲａより大きい請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
3. 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲａが、０．１μｍ以上且つ０．１５μｍ以下である請求項２に記載の樹脂成形品の製造方法。
4. 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲｚが、前記ゲート領域における表面粗さＲｚより大きい請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
5. 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲｚが、２５．０μｍ以上且つ３０．０μｍ以下である請求項４に記載の樹脂成形品の製造方法。
6. 前記ウェルド領域は、ウェルドラインから垂直方向に±５０ｍｍの範囲である請求項１から５のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
7. 前記ウェルド領域は、ウェルドラインから垂直方向に把持した端部間隔の±５％の範囲である請求項１から５のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
8. 表面が鏡面である第１成形型と、表面に凹凸構造を有する第２成形型と、を備え、
   前記第１成形型または前記第２成形型のいずれかに材料樹脂を注入する２以上のゲートを有する成形型であって、
   前記第１成形型の表面粗さは、前記各ゲートから等距離の線上を含むウェルド領域において、前記ゲート近傍のゲート領域より粗い成形型。
9. 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲａが、前記ゲート領域における表面粗さＲａより大きい請求項８に記載の成形型。
10. 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲａが、０．１μｍ以上且つ０．１５μｍ以下である請求項９に記載の成形型。
11. 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲｚが、前記ゲート領域における表面粗さＲｚより大きい請求項８に記載の成形型。
12. 前記第１成形型は、前記ウェルド領域における表面粗さＲｚが、２５．０μｍ以上且つ３０．０μｍ以下である請求項１１に記載の成形型。
13. 前記ウェルド領域は、前記各ゲートから等距離の線上から垂直方向に±５０ｍｍの範囲である請求項８から１２のいずれかに記載の成形型。
14. 請求項８から１２のいずれかに記載の成形型と、
    前記第１成形型に密着した樹脂成形品の端部を把持して前記第１成形型から前記樹脂成形品を取り外す取り出し機と、を備える樹脂成形品製造装置。

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