JP2965902B2 - 光学成形品の射出成形機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、合成樹脂製のレ
ンズ、プリズム、眼鏡、導光板等の光学成形品の射出成
形機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄肉で投影面積が比較的大きな光学成形
品、例えば導光板などの成形品の射出成形は、射出シリ
ンダにスクリュを回転かつ進退自在に内装した通常構造
のインラインスクリュ式射出装置と、固定盤と可動盤と
を横に配設し、その両方の対向面に一対の金型を取付け
た横型の型締装置とを採用した成形機を使用して行って
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術では、Ｌ
／Ｄが１８〜２２で圧縮比が２以上の逆止弁付きの汎用
スクリュを使用して、材料樹脂の可塑化（溶融・混練）
を行っている。このようなスクリュではせん断応力及び
摩擦力が大きいことから、可塑化のために回転数を上げ
ると、せん断発熱、摩擦熱などにより材料樹脂が所によ
り設定温度以上に過熱されて部分的に変質を起こすこと
が多い。この過熱による成形品への影響は全体に及ぶと
いうものではなく、局部的な黄変、くもり、発泡などが
現れる。このような現象は透過度、復屈折等の光学的特
性や平面度が要求される導光板にとって好ましいもので
はなく、そのような現象が生じた成形品の全ては不良品
として廃棄している。

【０００４】このせん断発熱及び摩擦熱による過熱の課
題は、圧縮部のないスクリュにより材料樹脂を可塑化す
ることで解決されるが、インラインスクリュ式射出装置
では無圧縮の状態で材料樹脂を完全に可塑化して金型に
射出充填することは不可能とされている。

【０００５】スクリュ回転によりせん断発熱、摩擦熱な
どによる過熱を起こさずに材料樹脂を可塑化する手段と
しては、スクリュプリプラ式射出装置が考えられる。こ
の射出装置は材料樹脂の可塑化を定位置で回転するスク
リュにより行い、その可塑化樹脂を別のプランジャによ
り金型に射出充填するというもので、一般的なスクリュ
プリプラ式射出装置は、プランジャ内装の射出シリンダ
にスクリュ内装の可塑化シリンダを並設するとともに、
可塑化シリンダの先端と射出シリンダの先端部とを樹脂
路により接続して、可塑化シリンダで可塑化した樹脂を
射出シリンダの前部に充填計量してのち、プランジャの
前進により射出を行う構成からなる。

【０００６】このようなスクリュプリプラ式射出装置
は、定位置にて回転するスクリュにより樹脂の可塑化が
行われるため、回転しつつ後退するスクリュで可塑化を
行うインラインスクリュ式射出装置に比べて可塑化を均
一に行い得るとされているが、必ずしも均一に行われる
というものでもなく、スクリュデザイン、材料の状態・
特性等によっては可塑化が不均一となりやすいばかり
か、温度むらが生ずることすらある。

【０００７】この温度むらは射出シリンダと可塑化シリ
ンダとを連通する樹脂路を、外周囲にヒータを備えた細
径の樹脂路とし、その樹脂路を強制的に流動させること
により改善することができ、また樹脂路の流動過程で可
塑化状態を均一に改善することも可能であるが、細径の
樹脂路を通過させるには回転数を上げて吐出力を大きく
する必要がある。しかし回転数を上げると前述のよう
に、せん断発熱や摩擦熱が高くなって樹脂に局部的な過
熱が生ずる。

【０００８】さらに、定位置で回転するスクリュによる
可塑化では、可塑化した樹脂を連続して射出シリンダ側
に吐出し、その吐出力によりプランジャを後退させて樹
脂の計量を行うことから、少なくともプランジャの前進
による射出充填の開始から保圧までの間は、スクリュの
回転を止めて可塑化を停止している。このため射出工程
と可塑化工程とを同時に行い、成形サイクルの短縮を図
るということもできず、このため従来のスクリュプリプ
ラ式射出装置を光学成形品、特に平板状の成形品の成形
機に採用するには改良が必要となる。

【０００９】また横型の型締装置では、平板状の成形品
を垂直状態で成形することから、同一温度に冷却された
金型であってもキャビティを取り巻く温度環境は上部の
方が下部よりも２〜５℃ほど高くなり易い。このため金
型の冷却温度を均一に維持することが難しく、成形品に
対する冷却も不均一となるので、流動端末部分に残留応
力が発生し、これが薄肉の成形品の反りの原因となる。

【００１０】この発明は上記従来の課題を解決するため
に考えられたものであつて、その目的は、スクリュ回転
により可塑化した樹脂を可塑化シリンダの前部内に一次
的に計量し、その樹脂を強制的に射出シリンダ側に圧送
して充填計量することによって、材料樹脂の可塑化の向
上と、温度むらの解決、さらには成形サイクルの短縮を
図ることができるスクリュプリプラ式射出装置と、金型
を横に配置できる竪型の型締装置とから、これまで困難
であった光学的特性や平面度が要求される成形品の射出
成形を可能とする成形機を構成することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明
は、ノズル部材の先端部を下向きに屈曲形成した射出シ
リンダにプランジャを進退自在に内装した射出装置と、
可塑化シリンダにスクリュを回転かつ進退自在に内装し
た可塑化装置とを、射出シリンダ先端部のプランジャ前
進限に当たる部分の流入路と、可塑化シリンダ先端の流
出路とにわたり設けた外周に温調手段を有する細径の樹
脂路により連通するとともに、その樹脂路に開閉バルブ
を設け、上記スクリュの回転により可塑化したシリンダ
先端部内の計量樹脂を、スクリュの前進により上記樹脂
路から射出シリンダのプランジャ前部内に充填可能に構
成したスクリュプリプラ式射出装置と、昇降自在な型締
用の可動盤の上方に固定部材を配設し、その固定部材と
可動盤の対向面に上下一対の平板成形用の金型を取付け
た竪型型締装置とからなり、上記射出装置の下向きのノ
ズル先端部を、上記固定部材の内部に側部開口から挿入
して上型に縦に設けたスプルにノズルタッチさせてな
る、というものである。

【００１２】またこの発明の上記スクリュは、圧縮比１
としたＬ／Ｄを１５以下としたものからなり、このスク
リュの回転後退により樹脂の圧縮を抑えて、可塑化と一
次的な計量とを行う一方、前進によって計量樹脂の射出
シリンダへの圧送を細径の樹脂路を通して行う、という
ものでもある。

【００１３】上記構成では、可塑化用のスクリュの後退
により樹脂の計量が行えるので、樹脂路の遮断により射
出充填中でも材料樹脂の可塑化と計量とを行うことがで
き、またスクリュの前進による押圧力により計量樹脂を
強制的に樹脂路に圧入するので、射出シリンダへの樹脂
の圧入及び充填計量が短時間で済み、スクリュ溝を一定
深さに形成した場合には、可塑化時の樹脂の圧縮がきわ
めて小さくなり、圧縮時のせん断力及び摩擦力による発
熱が抑制されることから、回転数を上げても過熱による
樹脂の変色が生じない。

【００１４】また竪型の型締装置を採用して成形品を横
長に成形するようにしたので、成形品における上下の位
置差は精々肉厚の差程度であるから、成形品の上側と下
側との温度差は成形品を縦長に成形した場合に比べて著
しく小さく、殆どないに等しいことから、温度むらが生
じ難く、成形後にゲート部分及び流動末端部に発生し易
い残留応力もなくなるので、成形品が薄肉の平板状であ
っても反りが生じなくなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図中１はスクリュプリプラ式射出
装置、２は型締装置、３は機台である。上記スクリュプ
リプラ式射出装置１は、射出装置１１と可塑化装置１２
から構成されている。可塑化装置１２は可塑化シリンダ
１２０の先端部１２１を、上記射出装置１１の射出シリ
ダ１１０の先端部１１１より後方に位置させて、射出装
置１１の上に並設してある。また両装置は先端部１１
１，１２１にわたり斜めに設けた細径の樹脂路１３によ
り連通している。

【００１６】上記射出装置１１は射出用のプランジャ１
１２を進退自在に内装し、かつ先端にノズル部材１１３
を長く延設した上記射出シリンダ１１０と、その射出シ
リンダ１１０の後端に連設してピストン１１４を上記プ
ランジャ１１２に連結した射出用の油圧シリンダ１１５
とから構成され、上記ノズル部材１１３の射出路にはロ
ータリー式の開閉バルブ１１６が設けてある。またノズ
ル部材１１３の先端部１１３ａは下向きに屈曲形成され
ている。

【００１７】上記射出シリンダ１１０は、先端部１１１
のプランジャ前進限に当たる上部に、上記細径の樹脂路
１３の流入路を有し、その流入路は樹脂路１３と同径で
ロータリー式の開閉バルブ１１７が設けてある。また射
出シリンダ１１０のプランジャストロークよりも後方の
壁部には樹脂抜き穴１１８が設けてあり、その樹脂抜き
穴１１８の後のシリンダ周囲までノズル先端部からバン
ドヒーター１１９を設けて、ヒーターゾーンを長く設定
してある。これによりプランジャ周囲に侵入した樹脂
は、プランジャ１１２の後退時ごとに後方へ送られて、
上記樹脂抜き穴１１８から外部に排出される。

【００１８】上記可塑化装置１２は、可塑化シリンダ１
２０の内部に可塑化用のスクリュ１２２を回転かつ進退
自在に備えている。このスクリュ１２２のスクリュ溝の
深さは一定で、圧縮部を備えず、また圧縮比１としたＬ
／Ｄが１５以下のものからなり、その後端は可塑化シリ
ンダ１２０の後部の保持部材１２３に設けた油圧シリン
ダ１２４のピストン１２５に連結されている。

【００１９】上記油圧シリンダ１２４の後端にはスクリ
ュ回転用の油圧または電動のモータ１２６が取り付けて
あり、このモータ１２６から油圧シリンダ内に突出した
回転駆動軸１２７と上記ピストン１２４とを、スプライ
ンなどにより軸方向に可動自在に嵌合して、上記スクリ
ュ１２２をピストン１２５を介して回転することができ
るようにしてある。

【００２０】上記可塑化シリンダ１２０の外周囲にはバ
ンドヒーター１２８が取付けてあり、また保持部材１２
３と嵌合した可塑化シリンダ１２０の後端部の供給穴に
はホッパー１２９が取付けてある。

【００２１】上記細径の樹脂路１３は内径が５〜１０mm
程の金属細管によるもので、外周囲にバンドヒーター１
３１などによる温調手段を備えている。また樹脂路１３
は射出シリンダ１１０の先端部１１１と可塑化シリンダ
１２０の先端部１２１とにわたり４０°〜５０°の傾斜
角度により先方に鋭角に斜めに設けられている。

【００２２】上記射出装置１１と可塑化装置１２は、射
出装置１１の上記油圧シリンダ１１５の上に設けた支持
台１３０に、可塑化装置１２の上記保持部材１２３を載
置固定して、上下２段のスクリュプリプラ式射出装置に
構成され、また油圧シリンダ１１５の下側に設けたベー
スブロック３１を、上記機台３の上の上下動自在なベー
スプレート３２に前後方向に摺動自在に設置して、機台
３の上に設けられている。

【００２３】上記ベースブロック３１の後端とベースプ
レート３２の上面に突設した受部材３３とには、上記射
出装置１１を可塑化装置１２と共にベースプレート上を
進退移動する油圧シリンダ３４とピストン３５が取付け
られ、そのピストン３５の伸縮により射出装置１１は進
退移動して、ノズルタッチ位置の変更あるいは材料交換
時の材料パージ位置またはメンテナンス位置への移動が
行えるようになっている。

【００２４】また上記ベースプレート３２の上下動は、
プレート後端と機台側端とにわたり縦に配設した油圧シ
リンダ３６とピストン３７とにより行われ、そのピスト
ン３７の伸縮にともないベースプレート３２は、前部下
側の軸承部分３８を支点として上下動し、これにより射
出装置１１の下向のノズル先端を、後記する金型の上向
きのスプルにノズルタッチさせることができるようにし
てある。

【００２５】上記型締装置２は、下部の型締シリンダ
（図示は省略）により昇降作動する型締用の可動盤２１
の上方に固定部材２２を配設し、その固定部材２２と可
動盤２１の対向面に上下一対の平板成形用の金型２３，
２４を取付けた通常構成の竪型からなり、この上下金型
２３，２４のパーティング面にわたり薄肉の平板状の成
形品４を成形するキャビティ２５が水平に形成してあ
る。

【００２６】このキャビティ２５のスプル２６は、上金
型２３のキャビティ側部に縦に設けられて金型上面に充
填口が開口し、この充填口にノズルタッチした上記射出
装置１１からの可塑化樹脂は、スプル２６からキャビテ
ィ側部のゲートを通過してキャビティ２５に射出充填さ
れる。

【００２７】上記固定部材２２の内部には、上記ノズル
部材１１３の収容室２７が側部に開口して設けてあり、
その収容室２７の天井にはノズル押圧用の油圧シリンダ
２８ピストン２９を収容室２７に突出させて縦に設けて
ある。

【００２８】次に射出動作について説明すると、まず細
径の樹脂路１３を開閉バルブ１１７により閉鎖し、射出
シリンダ内のプランジャ１１２に所定の背圧力を上記油
圧シリンダ１１５により加えておく。

【００２９】このような準備の後、スクリュ１２２を上
記モータ１２６により回転しつつペレットの材料樹脂を
ホッパー１２９から可塑化シリンダ１２０に送り込む
と、材料樹脂は一定深さのスクリュ溝によりシリンダ前
部へと移送される。この移送中にバンドヒーター１２８
によるシリンダ側からの加熱と、スクリュ１２２の回転
による或る程度のせん断発熱とにより溶融・混練されな
がら順次前方へと圧送される。スクリュ１２２は可塑化
により生じた樹脂圧により後退してゆくが可塑化は継続
される。このスクリュ１２２の後退に伴ってスクリュ前
部のシリンダ内に可塑化された樹脂が順次蓄積されれ
る。この蓄積量はスクリュの後退量によって異なる。

【００３０】その蓄積量が予め設定された量に達する
と、スクリュ１２２の回転が停止されて材料樹脂の可塑
化も停止し、スクリュは後退位置にて止まる。これによ
りスクリュ前部のシリンダ内に設定量の樹脂が一次的に
計量される。その停止とほぼ同時に上記開閉バルブ１１
７が開作動して上記樹脂路１３が射出シリンダ側と連通
するようになる。そこで上記油圧シリンダ１２４により
スクリュ１２２を前進移動すると、計量後の可塑化樹脂
は強制的に細径の樹脂路１３に押し込めらる。なお、ス
クリュ１２２の前進速度は油圧シリンダ１２４に供給さ
れる圧油の流量制御により任意に変更することができ
る。

【００３１】射出シリンダ側ではプランジャ１１２に所
定の背圧力が加えられているだけで、樹脂の圧入を阻止
するものはないから、スクリュ１２２の前部に一次計量
された可塑化樹脂の全量が、スクリュ１２２の押圧力に
より上記樹脂路１３を通過し、プランジャ１１２を後退
移動させながら射出シリンダ１１０の前部内に充填され
る。この際、上記樹脂路３では、細管内を通過する間の
流動抵抗と外部からの加熱とによって、可塑化樹脂はさ
らに一層可塑化されながら射出シリンダ１１０の前部内
へと流動してゆく。

【００３２】上記プランジャ１１２の後退により可塑化
樹脂は再び射出シリンダ１１０の前部内に蓄積され、射
出量が正確に計量されることになる。そしてプランジャ
１１２が設定位置まで後退すると、開閉バルブ１１７が
閉作動して上記樹脂路１３が閉じ、射出装置側ではプラ
ンジャ１１２の前進移動による可塑化樹脂の射出工程に
切換わる。また可塑化装置側ではスクリュ１２２が回転
して再び材料樹脂の可塑化が行われるようになる。

【００３３】上記樹脂路１３を閉鎖した状態でプランジ
ャ１１２が上記油圧シリンダ１１５により前進移動する
と、射出シリンダ内に計量された可塑化樹脂の全量が、
上記油圧シリンダ２８のピストン２９によりスプル２６
に押さえ付けられたノズル先端から、スプル２６及びキ
ャビティ側部のゲートを通過して、キャビティ２５の側
部から内部に射出充填される。この充填が完了した後も
プランジャ１１２には油圧シリンダ１１５により所定の
圧力が加えられて樹脂の保圧が行われる。この保圧が完
了した時点、場合によっては完了よりある程度前に、上
記開閉バルブ１６を閉作動して射出通路を遮断し、工程
は冷却に移行する。

【００３４】上記射出通路の遮断後に細径の樹脂路１３
の開閉バルブ１１７を開作動すると、樹脂路１３の開通
により計量された可塑化樹脂の可塑化装置１２側から射
出装置１１側への充填が可能となる。この充填時にはス
クリュ１２２の回転が既に停止されているので、充填は
スクリュ回転に関係なくスクリュ１２２の前進移動をも
って行えるようになる。このため可塑化樹脂が細径の樹
脂路１３を通過するプロセスは、スクリュの前進速度の
制御により任意に制御できることになり、この結果、可
塑化樹脂の状態を更に一層良好となすことができる。

【００３５】また可塑化装置１２では射出装置１１によ
る射出充填作業に同時して材料樹脂の可塑化作業が行わ
れていることから、射出充填・保圧の完了後、直ちに射
出シリンダ前部への計量樹脂の圧入充填が行え、また予
め可塑化シリンダ側で計量した樹脂の再計量を射出シリ
ンダ側でも行えるので、計量精度が向上し、時間短縮に
よるサイクルアップも可能となる。

【００３６】一方、型締装置側では、スプルの設定位置
に影響されることなく型締を均等に行うことができるの
で、取り数によりスプルの充填口位置を中央部に設定し
ても、金型が型締に対して偏心するようなことはなく、
またキャビティ２５が水平に形成されるため、キャビテ
ィ２５を取り巻く温度環境は同一の状態にあるので、成
形品４は設定温度により均等な冷却を受けることになっ
て温度むらが生じなくなり、冷却の不均一さから発生し
易い流動末端部の残留応力もなくなるので、成形後の成
形品に反りが見られず、これまで必要とされていた成形
後の矯正も不要となる。

【００３７】さらに、竪型の型締装置では、複数組の金
型を交互に入れ替えて、成形品の冷却を他の位置にて時
間を掛けて行うことができ、これにより射出充填時に生
じた内部歪みを緩和して高品質の成形品を効率良く行う
ことも可能となる。

【００３８】なお、上記実施形態は平板状の光学成形品
の成形機について説明したものであるが、レンズ、プリ
ズムなどの肉厚分布が異なる光学成形品の射出成形も同
様に行うことができる。したがって、この発明は平板状
の成形品の射出成形機に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る光学成形品の射出成形機の１
実施形態の縦断側面図である。

【符号の説明】

１ スクリュプリプラ式射出装置 ２ 竪型の型締装置 ３ 機台 １１ 射出装置 １２ 可塑化装置 １３ 樹脂路 ２１ 可動盤 ２２ 固定部材 ２３ 上金型 ２４ 下金型 ２５ キャビティ ２６ スプル ２７ ノズル部材の収容室 ２８ ノズル押え用の油圧シリンダ １１０ 射出シリンダ １１２ 射出用のプランジャ １１３ ノズル部材 １１６ 射出路の開閉バルブ １１７ 樹脂路の開閉バルブ １２０ 可塑化シリンダ １２２ 可塑化用のスクリュ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−127217（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124924（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−77542（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−256713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−25023（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−200809（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−25424（ＪＰ，Ａ) 実公 昭36−19373（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/24 B29C 45/54 B29C 45/74

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル部材の先端部を下向きに屈曲形成
   した射出シリンダにプランジャを進退自在に内装した射
   出装置と、可塑化シリンダにスクリュを回転かつ進退自
   在に内装した可塑化装置とを、射出シリンダ先端部のプ
   ランジャ前進限に当たる部分の流入路と、可塑化シリン
   ダ先端の流出路とにわたり設けた外周に温調手段を有す
   る細径の樹脂路により連通するとともに、その樹脂路に
   開閉バルブを設け、上記スクリュの回転により可塑化し
   たシリンダ先端部内の計量樹脂を、スクリュの前進によ
   り上記樹脂路から射出シリンダのプランジャ前部内に充
   填可能に構成したスクリュプリプラ式射出装置と、昇降
   自在な型締用の可動盤の上方に固定部材を配設し、その
   固定部材と可動盤の対向面に上下一対の光学成形品用の
   金型を取付けた竪型型締装置とからなり、上記射出装置
   の下向きのノズル先端部を、上記固定部材の内部に側部
   開口から挿入して上型に縦に設けたスプルゲートにノズ
   ルタッチさせてなることを特徴とする光学成形品の射出
   成形機。
2. 【請求項２】 上記スクリュは、圧縮比１としたＬ／Ｄ
   を１５以下としたものからなることを特徴とする請求項
   １記載の光学成形品の射出成形機。