JP2813083B2 - 成形用金型およびプラスチック成形品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、成形用金型およびプラスチック
成形品の製造方法に係り、特に、高精度なプラスチック
成形品を短いサイクル時間で製造するための成形用金型
およびプラスチック成形品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチック成形品の製造方法と
しては、例えば特開昭６１−１９３２７号公報に記載さ
れているように、射出後圧縮力を加える射出圧縮成形に
て軟化温度域で一旦均一化後、熱変形温度域まで徐冷し
ていく方法、特開昭６２−６０６２３号公報に記載され
ているように、圧縮用入駒が摺動するキャビティ面と薄
肉部分キャビティは軟化温度に保持し、それ以外は金型
温度を急冷して、その後前記軟化温度まで加熱すること
により、樹脂温度を早く軟化温度に均一にしてサイクル
タイムを短縮する方法、また、特公平１−３６７６８号
公報に記載されているように、射出成形機およびこれと
別に設けられた複数のプレス機との間を複数の金型を移
動させて、射出成形後、金型を個別に加圧しながら徐冷
する方法、及び特開平１−２００９２５号公報に記載さ
れているように、金型温度をガラス転移温度以上にして
射出成形後、その金型でレンズを歪まなく冷却する方法
等が知られている。

【０００３】一方、プラスチックレンズ等に用いられる
高精度成形品は、射出充填から成形品取り出しまで金型
温度を樹脂の軟化温度に保ってから徐冷するため長い成
形サイクルが必要である。この成形サイクルを短縮する
ため、上述の製造方法においては、金型温度をキャビテ
ィのある面について急冷後加熱し、早く樹脂温度が軟化
温度に近づくようにしたり、徐冷工程に複数のプレス機
を設けたりして、サイクルアップを図っている。ところ
がこのような製造方法においては、射出成形後の樹脂温
度を樹脂の軟化温度に近づける工程のため、熱伝導率が
低い樹脂の温度がキャビティ内で均一化するにはかなり
の長時間を要する。また、射出成形した金型でもって徐
冷工程を実施しているため、徐冷を別工程にしても、金
型数が多く必要となる。さらに、金型ブロックが大きい
ため、熱容量も大となり、過大な熱源が必要となり、ス
ムーズな温度コントロールができない。さらにまた、徐
冷工程での樹脂内圧に耐える型構造でよいにも拘らず、
射出成形に耐える型構造になっているため、システムが
大きくなり、金型コストが膨大となるし、生産性も低下
する等の問題点があった。

【０００４】そこで、これらの問題点を解消するものと
して、本出願人は先に特願平２−２８９３１２号を出願
している。このものは、射出成形工程の他に、射出成形
工程により略最終形状に前加工された熱可塑性プラスチ
ック母材を、射出成形の金型のキャビティと形状、容積
がほぼ同等で多数個のキャビティからなるエージング用
の金型に投入し、プラスチック母材をエージングにより
そのガラス転移温度以上に加熱溶融してキャビティ内に
樹脂内圧を発生させた後に徐冷するエージング工程を設
けている。この結果、金型温度を樹脂の熱変形温度以下
に設定することができ、樹脂の射出充填後における金型
内の樹脂温度をそのガラス転移温度以下にならないよう
に冷却する必要がなくなり、射出充填に要する時間を短
縮することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような製造方法にあっては、下述の理由のため、高精度
な成形品を得るという観点からみるとまだ不十分であっ
た。すなわち、エージング工程に用いる金型は多数個取
りが可能で、プラスチック母材がそのガラス転移温度以
上の目標とする温度になった時の樹脂内圧に耐えるだけ
の強度を有すれば良いが、射出成形等により略最終形状
に前加工するプラスチック母材は、その射出成形等の前
加工用金型のキャビティ容積がエージング工程での金型
のキャビティ容積と同等にしなければならなかった。し
かし、基本的には前加工用金型のキャビティ容積は、そ
れによって得られたプラスチック母材がエージング工程
のガラス転移温度以上の目標とする温度で一定の樹脂内
圧となる容積さえあれば良い。上記一定の樹脂内圧と
は、ブラスチック母材を徐冷し、その熱変形温度以下で
その樹脂内圧が大気圧と等しくなる樹脂内圧である。前
加工用金型とエージング用金型のキャビティ容積が同等
で、キャビティ形状が同等では、射出成形等の前加工で
得たプラスチック母材をエージング金型に挿入すると
き、金型の型開き面（パーティング面）におけるエッジ
により母材の一部が削り取られるといった不具合が生じ
る。すなわち図７、図８に示すようにエージング用の金
型は固定側金型51および可動側金型52か構成され、キャ
ビティ53を有している。プラスチック母材を可動側金型
52に挿入する際、その一部が型開き面54におけるエッジ
55により削り取られ易い。また、熱変形温度に近い金型
に母材を投入すると熱伝導により急速に母材が膨張し、
母材側面が型締め時に削り取られて、この削りくずが型
に挟み込まれて型締めが不完全となり、一定の樹脂内圧
に到達しなくなったり、金型パーティング面に横バリが
発生し易くなったりする。

【０００６】そこで、本発明は、プラスチック母材の削
れを防止することにより、高精度な成形品を成形可能な
成形用金型を提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
前加工用金型のキャビティと形状および容積がほぼ同等
で、少なくとも一つの鏡面を有する成形用キャビティを
備えた一対のエージング用金型から構成され、前記前加
工用金型により略最終形状に前加工された熱可塑性プラ
スチック母材を成形用キャビティ内に挿入し、エージン
グにより前記母材のガラス転移温度以上に加熱溶融し
て、成形用キャビティ内に樹脂内圧を発生させた後に徐
冷し、前記樹脂内圧によって鏡面をプラスチック母材に
転写させる成形用金型において、前記成形用キャビティ
内に所定の樹脂内圧を発生させることができる範囲内
で、一対のエージング用金型の少なくとも一方側の成形
用キャビティの型開き面における開口寸法を、該開口に
対応する側の成形用キャビティの残り部分の型開き面に
平行な断面寸法より大きくしたことを特徴とするもので
ある。

【０００８】請求項２記載の発明は、一対の前加工用金
型のキャビティと形状および容積がほぼ同等で、少なく
とも一つの鏡面を有する成形用キャビティを備えた一対
のエージング用金型から構成され、前記前加工用金型に
より略最終形状に前加工された熱可塑性プラスチック母
材を成形用キャビティ内に挿入し、エージングにより前
記母材のガラス転移温度以上に加熱溶融して、成形用キ
ャビティ内に樹脂内圧を発生させた後に徐冷し、前記樹
脂内圧によって鏡面をプラスチック母材に転写させる成
形用金型において、前記成形用キャビティ内に所定の樹
脂内圧を発生させることができる範囲内で、一対のエー
ジング用金型のキャビティ容積を前加工用金型のキャビ
ティ容積より僅かに大きくするとともに、一対のエージ
ング用金型のキャビティ深さの合計寸法を一対の前加工
用金型のキャビティ深さの合計寸法に略一致させなが
ら、一対のエージング用金型のそれぞれのキャビティ深
さを対応する一対の前加工用金型の各キャビティ深さと
相違させたことを特徴とするものである。請求項３記載
の発明は、略最終形状に前加工された熱可塑性プラスチ
ック母材を、エージング用金型に設けられた少なくとも
一つの鏡面を有し、しかも前加工用金型のキャビティよ
り僅かに大きい型開き面における開口寸法を備えるか又
は前加工用金型のキャビティ容積より僅かに大きいキャ
ビティ容積を備えた成形用キャビティに挿入する挿入工
程と、前記熱可塑性プラスチック母材を該熱可塑性プラ
スチック母材のガラス転移温度以上に加熱溶融して、前
記成形用キャビティ内に樹脂内圧を発生させる内圧発生
工程と、加熱溶融された前記熱可塑性プラスチック母材
を前記成形用キャビティ内において徐冷する徐冷工程
と、からなり、前記樹脂内圧によって前記鏡面を前記熱
可塑性プラスチック母材に転写することを特徴とするも
のである。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明では、プラスチック母材が
成形用キャビティに挿入される際、挿入が容易になると
ともに、プラスチック母材の削れが防止され、たとえ削
れが発生したとしても削りくずが型開き面に挟まれるの
が防止される。請求項２記載の発明では、成形用キャビ
ティの幅が前加工用金型のキャビティの幅より僅かに大
きくなり、プラスチック母材が成形用キャビティに挿入
される際、挿入が容易になるとともに、プラスチック母
材の削れが防止され、たとえ削れが発生したとしても削
りくずが型開き面に挟まれるのが防止される。さらに、
前加工時のエージング時におけるプラスチック母材の型
開き面位置がずれることにより、成形品の側面に凸部が
発生するのが防止される。請求項３記載の発明では、略
最終形状に前加工された熱可塑性プラスチック母材を特
定形状の成形用キャビティに挿入し、そのガラス転移温
度以上に加熱溶融して成形用キャビティ内に樹脂内圧を
発生させた後、成形用キャビティ内において徐冷して前
記樹脂内圧によってキャビティの鏡面を熱可塑性プラス
チック母材に転写するので、プラスチック母材の内部歪
み、残留応力および分子配向を除去した成形品を得るこ
とができる。したがって、高精度な成形品を得ることが
できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図４は本発明に係る実施例１の成形用金型の構成を
示す図である。まず、構成を説明する。

【００１１】図１〜図４において、１は射出成形用金型
であり、射出成形用金型１（前加工用金型）は固定側金
型１ａおよび可動側金型１ｂから構成される。一方、11
は本成形用金型であり、本成形用金型11は固定側金型11
ａおよび可動側金型11ｂ（一対のエージング用金型）か
ら構成される。また、本成形用金型11は、射出成形用金
型１のキャビティ３と形状および容積がほぼ同等で、少
なくとも一つの鏡面を有する成形用キャビティ13を備え
ている。本実施例は、後に詳述するが、射出成形用金型
１により略最終形状に前加工された熱可塑性プラスチッ
ク母材４を成形用キャビティ13内に挿入し、エージング
によりそのガラス転移温度以上に加熱溶融して、成形用
キャビティ13内に樹脂内圧を発生させた後に徐冷し、前
記樹脂内圧によって鏡面をプラスチック母材４に転写さ
せる成形方法に適用される。

【００１２】ここで、成形用キャビティ13の固定側金型
11ａにより構成される部分を固定側キャビティ13ａ、可
動側金型11ｂにより構成される部分を可動側キャビティ
13ｂとする。成形用キャビティ13内に所定の樹脂内圧を
発生させることができる範囲内で、固定側キャビティ13
ａおよび可動側キャビティ13ｂの両方の型開き面近傍に
所定深さの段差13ｃ、13ｄを形成して、開口寸法Ｌ₁、
Ｌ₂を、それぞれ対応する残り部分の断面寸法Ｌ₁₁、Ｌ
₂₂より大きくしている。なお、固定側キャビティ13ａお
よび可動側キャビティ13ｂの何れか一方のみに段差を形
成して、開口寸法を断面寸法より大きくしてもよい。ま
た、図３における段差13ｄに代えて図４に示すように面
取り13ｅを形成するようにしてもよい。

【００１３】次に、プラスチック成形品の製造方法を簡
単に説明する。まず、射出成形用金型１のキャビティ３
の温度が樹脂の熱変形温度より低い温度にコントロール
され、射出成形用金型１を型締め後、図示しない射出シ
リンダにより溶融樹脂をキャビティ３内に射出充填し、
溶融樹脂を冷却、固化させ、熱可塑性プラスチック母材
４を成形する。そして、プラスチック母材４の温度が完
全にその熱変形温度以下になったら射出成形用金型１を
開き、キャビティ３からプラスチック母材４を取り出
す。

【００１４】次いで、プラスチック母材４を可動側金型
11ｂの可動側キャビティ13ｂ内に挿入し、固定側金型11
ａおよび可動側金型11ｂを型締めし、プラスチック母材
４を加熱してそのガラス転移温度以上まで加熱して、そ
の温度を所定時間保持し、プラスチック母材４の内部歪
み、残留応力および分子配向を除去する処理を行う。そ
して、内部歪み、残留応力および分子配向が発生しない
ように、プラスチック母材４の内部温度と表面温度の温
度差を最小限にして徐冷し、プラスチック母材４がその
熱変形温度以下になり、成形用キャビティ13の内圧が所
定圧力に近づいたら、変形が生じないようにして成形品
を取り出し、空気中で放冷する。

【００１５】上述のように本実施例では、下方に位置す
る可動側キャビティ13ｂの型開き面近傍に所定深さの段
差13ｄを形成して、開口寸法Ｌ₂を、可動側キャビティ1
3ｂの残り部分の断面寸法Ｌ₂₂より大きくしているの
で、プラスチック母材４を可動側キャビティ13ｂに挿入
する際、その挿入を容易にすることができ、さらに、プ
ラスチック母材４を挿入する際に段差13ｄのエッジ13ｆ
によりプラスチック母材４が削れたとしても、このエッ
ジ13ｆは型開き面11ｃ上にないため、削りくずが型開き
面11ｃに挟まれるのを防止することができる。したがっ
て、成形用キャビティ13内に一定の樹脂内圧を発生させ
ることができ、安定した状態で鏡面を転写した高精度な
成形品を得ることができる。

【００１６】また、本実施例では、上方に位置する固定
側キャビティ13ａ側にも所定深さの段差13ｃを形成し
て、開口寸法Ｌ₁を、可動側キャビティ13ｂの残り部分
の断面寸法Ｌ₁₁より大きくしているので、型締め時に、
段差13ｃのエッジによりプラスチック母材４が削れたと
しても、このエッジは型開き面にないため、削りくずが
型開き面に挟まれるのを防止することができる。したが
って、成形不良の発生をより一層確実に防止することが
できる。

【００１７】さらに、図４に示すような構成にした場
合、段差のエッジがなくなるので、プラスチック母材４
の削れの発生を一層確実に防止することができる。図
５、図６は本発明に係る実施例２の成形用金型の構成を
示す図である。なお、図５において、図１に示す前述の
実施例と同一の構成部材には同じ符号を付してその説明
は省略する。

【００１８】図５、図６において、31は本成形用金型で
あり、本成形用金型31は固定側金型31ａおよび可動側金
型31ｂ（エージング用金型）から構成される。また、本
成形用金型31は、射出成形用金型１のキャビティ３と形
状および容積がほぼ同等で、少なくとも一つの鏡面を有
する成形用キャビティ33を備えている。本実施例は、前
述の実施例同様に、射出成形用金型１により略最終形状
に前加工された熱可塑性プラスチック母材４を成形用キ
ャビティ33内に挿入し、エージングによりそのガラス転
移温度以上に加熱溶融して、成形用キャビティ33内に樹
脂内圧を発生させた後に徐冷し、前記樹脂内圧によって
鏡面をプラスチック母材４に転写させる成形方法に適用
される。

【００１９】ここで、成形用キャビティ33の固定側金型
31ａにより構成される部分を固定側キャビティ33ａ、可
動側金型31ｂにより構成される部分を可動側キャビティ
33ｂとする。成形用キャビティ33内に所定の樹脂内圧を
発生させることができる範囲内で、固定側金型31ａおよ
び可動側金型31ｂのキャビティ容積を射出成形用金型１
のキャビティ３の容積より僅かに大きく、例えば１.０
倍より大きくて１.０２倍以下にするとともに、固定側
キャビティ33ａおよび可動側キャビティ33ｂのキャビテ
ィ深さの合計寸法（Ｄ₁＋Ｄ₂）を射出成形用金型１のキ
ャビティ深さの合計寸法（Ｄ₁₁＋Ｄ₂₂）に略一致させな
がら、固定側キャビティ33ａのキャビティ深さＤ₁を射
出成形用金型１の固定側キャビティ深さＤ₁₁より僅かに
小さくし、逆に、可動側キャビティ33ｂのキャビティ深
さＤ₂を射出成形用金型１のキャビティ深さＤ₂₂より僅
かに大きくする。なお、Ｄ₁とＤ₁₁の大小関係およびＤ₂
とＤ ₂₂の大小関係を上述とは逆にしてもよい。

【００２０】上述の構成によれば、固定側キャビティ33
ａおよび可動側キャビティ33ｂの幅寸法、すなわち、図
６の水平方向の寸法は射出成形用金型１のキャビティ３
の幅方向の寸法より僅かに大きくなるため、プラスチッ
ク母材４を可動側キャビティ33ｂに挿入する際に、プラ
スチック母材４が削れるのを防止することができる。ま
た、プラスチック母材４の射出成形時の型開き面31ｃに
対応する位置がエージング時における型開き面の位置の
上方または下方（本実施例では下方）にずれるため、本
成形用金型31の型締め時にプラスチック母材４のバリ等
が形開き面31ｃに挟まれるのを防止することができ、ま
た、プラスチック母材４に削れが発生したとしても、削
りくずは成形用キャビティ33内にとどまる。この結果、
成形用キャビティ33内に一定の樹脂内圧を発生させるこ
とができ、安定した状態で鏡面を転写した高精度な成形
品を得ることができる。

【００２１】さらに、射出成形時におけるプラスチック
母材４の型開き面の位置が本成形時にはずれるため、成
形品の側面に凸部が発生するのを防止することができ、
成形品をハウジング等に固定する際に、その固定を容易
にすることができる。なお、図１〜図６において固定側
金型側のキャビティの幅寸法を可動側金型側のキャビテ
ィの幅寸法より小さくしているが、同じ又は大小関係を
逆にしてもよいのは勿論である。また、上記各実施例で
は、略最終形状に前加工された熱可塑性プラスチック母
材を前加工用金型のキャビティより僅かに大きい型開き
面における開口寸法を備えるか又は前加工用金型のキャ
ビティ容積より僅かに大きいキャビティ容積を備えた成
形用キャビティに挿入し、そのガラス転移温度以上に加
熱溶融して成形用キャビティ内に樹脂内圧を発生させた
後、成形用キャビティ内において徐冷して前記樹脂内圧
によってキャビティの鏡面を熱可塑性プラスチック母材
に転写するので、プラスチック母材の内部歪み、残留応
力および分子配向を除去した成形品を得ることができ
る。したがって、高精度な成形品を得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、成形用キ
ャビティ内に所定の樹脂内圧を発生させることができる
範囲内で、成形用キャビティの型開き面における開口寸
法を、型開き面に平行な成形用キャビティの残り部分の
断面寸法より大きくしているので、プラスチック母材の
挿入時における削れを防止することができる。したがっ
て、成形用キャビティ内に所定の樹脂内圧を発生させる
ことができ、成形品の精度を向上することができる。

【００２３】請求項２記載の発明によれば、成形用キャ
ビティ内に所定の樹脂内圧を発生させることができる範
囲内で、一対のエージング用金型のそれぞれのキャビテ
ィ深さを対応する一対の前加工用金型の各キャビティ深
さと相違させているので、プラスチック母材の削れを防
止するともに、成形品の側面に凸部が形成されるのを防
止することができ、成形品の精度を向上するとともに、
成形品の固定を容易にすることができる。請求項３記載
の発明によれば、略最終形状に前加工された熱可塑性プ
ラスチック母材を成形用キャビティに挿入し、そのガラ
ス転移温度以上に加熱溶融して成形用キャビティ内に樹
脂内圧を発生させた後、成形用キャビティ内において徐
冷して前記樹脂内圧によってキャビティの鏡面を熱可塑
性プラスチック母材に転写するので、プラスチック母材
の内部歪み、残留応力および分子配向を除去した成形品
を得ることができる。したがって、高精度な成形品を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例１の成形用金型の断面図。

【図２】図１の射出成形用金型を用いた射出成形工程後
のエージング工程に用いられる本成形用金型の断面図。

【図３】図２における本成形用金型の要部断面図。

【図４】図３における本成形用金型の他の実施態様を示
す要部断面図。

【図５】本発明に係る実施例２の成形用金型の断面図。

【図６】図５の射出成形用金型を用いた射出成形工程後
のエージング工程に用いられる本成形用金型の断面図。

【図７】従来の本成形用金型の断面図。

【図８】図７における本成形用金型の要部断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−49906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−208916（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−268410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−12738（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−115330（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−159021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60623（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−19327（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−163119（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 45/26 - 45/44 B29C 45/73

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前加工用金型のキャビティと形状および容
   積がほぼ同等で、少なくとも一つの鏡面を有する成形用
   キャビティを備えた一対のエージング用金型から構成さ
   れ、 前記前加工用金型により略最終形状に前加工された熱可
   塑性プラスチック母材を成形用キャビティ内に挿入し、
   エージングにより前記母材のガラス転移温度以上に加熱
   溶融して、成形用キャビティ内に樹脂内圧を発生させた
   後に徐冷し、前記樹脂内圧によって鏡面をプラスチック
   母材に転写させる成形用金型において、 前記成形用キャビティ内に所定の樹脂内圧を発生させる
   ことができる範囲内で、一対のエージング用金型の少な
   くとも一方側の成形用キャビティの型開き面における開
   口寸法を、該開口に対応する側の成形用キャビティの残
   り部分の型開き面に平行な断面寸法より大きくしたこと
   を特徴とする成形用金型。
2. 【請求項２】一対の前加工用金型のキャビティと形状お
   よび容積がほぼ同等で、少なくとも一つの鏡面を有する
   成形用キャビティを備えた一対のエージング用金型から
   構成され、 前記前加工用金型により略最終形状に前加工された熱可
   塑性プラスチック母材を成形用キャビティ内に挿入し、
   エージングにより前記母材のガラス転移温度以上に加熱
   溶融して、成形用キャビティ内に樹脂内圧を発生させた
   後に徐冷し、前記樹脂内圧によって鏡面をプラスチック
   母材に転写させる成形用金型において、 前記成形用キャビティ内に所定の樹脂内圧を発生させる
   ことができる範囲内で、一対のエージング用金型のキャ
   ビティ容積を前加工用金型のキャビティ容積より僅かに
   大きくするとともに、一対のエージング用金型のキャビ
   ティ深さの合計寸法を一対の前加工用金型のキャビティ
   深さの合計寸法に略一致させながら、一対のエージング
   用金型のそれぞれのキャビティ深さを対応する一対の前
   加工用金型の各キャビティ深さと相違させたことを特徴
   とする成形用金型。
3. 【請求項３】略最終形状に前加工された熱可塑性プラス
   チック母材を、エージング用金型に設けられた少なくと
   も一つの鏡面を有し、しかも前加工用金型のキャビティ
   より僅かに大きい型開き面における開口寸法を備えるか
   又は前加工用金型のキャビティ容積より僅かに大きいキ
   ャビティ容積を備えた成形用キャビティに挿入する挿入
   工程と、 前記熱可塑性プラスチック母材を該熱可塑性プラスチッ
   ク母材のガラス転移温度以上に加熱溶融して、前記成形
   用キャビティ内に樹脂内圧を発生させる内圧発生工程
   と、 加熱溶融された前記熱可塑性プラスチック母材を前記成
   形用キャビティ内において徐冷する徐冷工程と、からな
   り、 前記樹脂内圧によって前記鏡面を前記熱可塑性プラスチ
   ック母材に転写することを特徴とするプラスチック成形
   品の製造方法。