JP3536506B2 - 射出成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱溶融した樹脂
を成形型に射出して成形する射出成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形方法は、予め型閉めされた成形
型の型内空間に、加熱溶融されて流動状態の熱可塑性樹
脂や熱硬化性樹脂からなる樹脂を射出して、型内空間に
樹脂を充填し、そのまま樹脂を冷却固化させて型内空間
の形状に沿った射出成形品を得るものである。

【０００３】このような射出成形方法では、樹脂に高い
圧力をかけて成形することで型内空間の隅々まで樹脂を
行き渡らせ、型面形状を正確に転写しようとする。その
ため、樹脂あるいは射出成形品には高い内圧が生じてい
る。成形型から射出成形品を取り出すと、射出成形品に
対する加圧が無くなるので前記内圧が開放され、射出成
形品が一時的に膨張する。この膨張は、射出成形品の冷
却に伴って解消され、最終的に得られる射出成形品は、
成形型の型内空間の形状よりも収縮したものとなるのが
普通である。

【０００４】このような、射出成形方法における成形品
の膨張収縮が、成形品の全ての部分で均等に起これば、
成形型の型形状に対して正確な相似形の成形品が得られ
るはずである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には、成
形品の形状によって発生する内圧や冷却速度に場所によ
るバラツキが生じる。また、型面に近い外周部と中心部
とで冷却のされ方が違って熱応力が生じる。型面に近い
部分と中心では樹脂密度の差も生じる。これらの結果、
得られる成形品は、型面形状に対して正確な相似形には
ならず、歪みが生じ易い。成形品の内部に応力が残った
ままで冷却固化すると残留応力となり、経時的に歪みを
発生したり、機械的強度などの特性に悪影響を与える。

【０００６】特に、レンズなどの光学用部品を射出成形
で製造する場合には、極めて高い形状精度が要求され、
歪みや残留応力の低減が強く望まれる。光学用部品の光
学特性は、外形精度に影響されるのは勿論のこと、内部
のわずかな歪みや残留応力にも大きな影響を受ける。

【０００７】そこで、本発明の課題は、射出成形方法に
おいて、成形品に生じる歪みや残留応力を低減すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る射出成形方
法は、成形型の型内空間に加熱溶融した樹脂を射出する
工程と、前記射出工程の完了後、成形型を型開き方向に
０．００５〜０．５ｍｍ後退させる工程と、前記樹脂を
ガラス転移点以上の温度に加熱する工程と、前記樹脂を
冷却固化する工程とを順次行うことを特徴とするもので
ある。

【０００９】また、本発明に係る射出成形方法は、成形
型の型内空間に加熱溶融した樹脂を射出する工程と、前
記射出工程の完了後、成形型を型開き方向に、前記型内
空間の型開き方向幅に対して０．１〜１．０％に相当す
る距離を後退させる工程と、前記樹脂をガラス転移点以
上の温度に加熱する工程と、前記樹脂を冷却固化する工
程とを順次行うことを特徴とするものである。

【００１０】基本的な射出成形装置の構造および射出成
形方法の手順は、通常の射出成形方法の場合と同様でよ
い。成形型の材料や形状、使用する樹脂の種類も限定さ
れない。但し、この発明方法は、各種の光学装置に組み
込まれるレンズなどの光学用部品の成形製造に利用した
場合に優れた作用効果が達成される。射出成形用の樹脂
は、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の何れも使用でき
るが、レンズなどの光学用部品の場合、ポリオレフィン
系樹脂などが好ましいものとなる。

【００１１】射出成形用の樹脂は、射出成形に適した所
定の温度まで加熱昇温され溶融状態で成形型に射出され
る。射出工程における溶融樹脂の射出温度や射出圧力、
射出時間などの処理条件は、通常の射出成形方法と同様
でよい。射出工程では通常は、成形型を完全に型閉めし
た状態で閉鎖された状態の型内空間に溶融樹脂を射出す
るが、射出工程の途中で成形型をわずかに型開きしたり
段階的に型開きおよび型閉めしたりする方法も採用でき
る。

【００１２】成形型を型開き方向に後退させる工程は、
前記射出工程が完了した後で行われる。通常は、射出工
程が完了すれば、型内空間に通じる樹脂の通過経路が遮
断される。樹脂の通過経路に存在する樹脂が冷却固化す
ることで結果的に樹脂の通過を遮断する、いわゆるゲー
トシールが行われてもよい。このようにして、型内空間
に新たな樹脂の供給が無くなり樹脂に対する外部からの
加圧が無くなってから、成形型を型開き方向に後退させ
る。

【００１３】成形型を型開き方向に後退させる工程は、
成形品が冷却固化するまでの間で、樹脂が拡げられた型
内空間に沿ってある程度の流動あるいは変形が可能な状
態で行うのが好ましい。具体的には、射出された樹脂が
溶融状態から少し冷却されて、成形品の少なくとも表面
部分が、成形品を構成する樹脂のガラス転移点以上の温
度にある状態で行うのが好ましい。但し、ガラス転移点
未満の温度であってもよい。

【００１４】成形型を型開き方向に後退させ型内空間を
拡げる部分は、型内空間の全体であってもよいし一部の
みであってもよい。成形品形状のうち、成形型の型面形
状を正確に転写する必要がある個所、あるいは、歪みや
残留応力を低減する必要がある個所に相当する場所で型
内空間を拡げることが好ましい。形状精度の向上や残留
応力の低減などがそれほど要求されない部分について
は、型内空間を拡げなくてもよい場合もある。

【００１５】型内空間を拡げる量は、前記した歪みや残
留応力の低減に有効であるとともに成形品全体の寸法形
状に与える悪影響が少ないように設定される。具体的な
拡大量は、射出工程で樹脂に加えた圧力あるいは樹脂に
生じる内圧の大きさ等の条件によっても変わるが、成形
型を型開き方向に０．００５〜０．５ mm 後退させること
が有効である。前記拡大量が少なすぎると本願発明の作
用効果が十分に達成できず、拡大量が多すぎると成形品
全体の寸法形状が大きく変化してしまったり成形品にヒ
ケ等の欠陥が生じ易くなる。

【００１６】成形型を型開き方向に、型内空間の型開き
方向幅に対して０．１〜１．０％に相当する距離を後退
させるように設定することもできる。このような型内空
間の型開き方向幅に対する割合で拡大量を規定すれば、
型内空間すなわち成形品の大きさが変わっても適切な拡
大量に設定することができる。

【００１７】型内空間を拡げるには、成形型の全体また
は一部のみを移動させて型内空間を拡げる。成形型の全
体を移動させる場合には、成形型の開閉機構を利用する
ことができる。成形型として、固定型と移動型との一対
の成形型を用い、移動型のほうを型開き方向に移動させ
て型内空間を拡げることができる。成形型の一部を移動
させる場合には、移動させる部分の成形型を他の部分と
は別個に作製しておくとともに移動させる部分の成形型
を他の部分とは別個に駆動する機構を備えておく。

【００１８】成形型を型開き方向に後退させる工程は、
樹脂が冷却固化して、成形型から取り出した成形品を取
り扱っても支障がない状態になるまででよい。樹脂内部
の内圧で成形品が変形したり取り扱い中に変形したりす
る可能性が高い状態では成形品を成形型から取り出すこ
とはできない。但し、上記のような問題が生じ難い温度
になれば常温に冷却されるまで維持しておく必要はな
い。

【００１９】型内空間を拡げて一定時間維持しておくこ
とにより、型内空間が減圧され、樹脂の内圧が低減され
る。その結果、高い内圧を要因とする成形品の形状精度
の低下や歪み、残留応力の発生などの問題が解消され
る。型内空間を拡げるのであれば、ある程度の流動性あ
るいは変形性を有する樹脂は型面形状に正確にしたがう
形状になり、成形品の寸法形状が大きく変わったり成形
品にヒケを生じたりする心配はない。

【００２０】成形型を型開き方向に後退させた後、樹脂
をガラス転移点以上の温度に加熱する。何れにしても、
成形型を型開き方向に後退させた状態で、樹脂がガラス
転移点以上の温度になる段階が一定時間存在していれば
よいのである。成形品すなわち樹脂をガラス転移点以上
の温度に維持する時間は、成形品の内部における樹脂密
度が均一化されたり成形品に対する型面形状の転写性が
向上したりする作用が十分に発揮される程度に設定すれ
ばよい。

【００２１】ガラス転移点以上の温度であるが、樹脂の
溶融温度よりは低い温度に設定する。ガラス転移点より
も少し高い温度が好ましい。具体的には、樹脂の種類に
よっても異なるが、１１０〜１８０℃程度の範囲で昇温
させる温度を設定する。また、通常、成形型の型温はゲ
ートシール完了時点で８０〜１５０℃程度であるので、
このゲートシール完了時点での型温に対して３０℃程度
昇温させておくのが好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の１実施形態を表す図１に
示す射出成形装置は、レンズの成形製造に使用される。

【００２３】上下に一対の成形型１０、２０が配置され
ている。上側の成形型１０は固定型であり、下側の成形
型２０は上下に昇降する可動型である。可動型２０の昇
降によって型開きおよび型閉めが行われる。

【００２４】上下の成形型１０、２０には、成形品であ
るレンズの形状に合わせた球面状の型面を有する型面部
材１２、２２がそれぞれ埋め込まれて配置されている。
両型面部材１２、２２の間に形成される型内空間３０す
なわちキャビィティで成形が行われる。

【００２５】成形型２０には型内空間３０につながる樹
脂通路２４が設けられ、成形型１０には樹脂通路２４に
通じる樹脂供給路１４が設けられている。樹脂供給路１
４を有する射出口部材１６（通常、スプルーと呼ばれ
る）には、外部から溶融および加圧された樹脂４０が供
給され、樹脂供給路１４から樹脂通路２４を経て型内空
間３０に樹脂４０が射出充填される。

【００２６】つぎに、上記のような射出成形装置を用い
る射出成形工程を順次説明する。図２には、成形過程に
おける成形型位置、射出圧力、成形型温度の変化を表し
ている。

【００２７】（ａ）型閉め 図１〔Ａ〕において、可動成形型２０を固定成形型１０
に当接するように上昇させて型閉めを行う。型面部材１
２、２２の間には密閉された型内空間３０が形成され
る。図２に示すように、成形型は、常温よりも高く射出
成形に適した一定の温度に維持されている。成形型を加
温するためにヒータ等の加熱手段が用いられる。

【００２８】（ｂ）樹脂射出 射出口部材１６に、外部の射出シリンダ（図示せず）な
どから加熱溶融された樹脂を圧力をかけて供給する。具
体的には、射出シリンダに備えた射出ノズルを射出口部
材１６に当接させて樹脂を射出する。樹脂４０が型内空
間３０の隅々まで迅速かつ確実に充填されるように、適
切な射出圧力が加えられる。図２に示すように、射出開
始とともに射出圧力は急激に増大し、所定の圧力値にな
れば一定の圧力が維持される。型内空間３０に充填され
た樹脂４０には射出圧力による内圧が生じた状態になっ
ている。但し、樹脂４０に生じる内圧は、図２に示され
た射出圧力と同じではなく、型内空間３０の形状や温度
条件などによっても異なっている。

【００２９】（ｃ）冷却 型内空間３０に充填された樹脂４０は成形型１０、２０
を介して放熱されることにより冷却される。したがっ
て、樹脂４０の冷却は型面部材１２、２２に接触してい
る面から順次内部へと進行していく。樹脂４０は、前記
樹脂充填工程で型内空間３０に供給された時点から冷却
が始まっており、冷却工程は樹脂充填工程と同時に開始
されることになる。樹脂４０の表面側と中央側との温度
差は冷却の開始とともに大きくなっていき、表面温度が
ある程度下がったあとは、表面側と中央側との温度差が
徐々に少なくなっていき、最終的には成形品の全体が一
定の温度になる。

【００３０】型内空間３０と樹脂通路２４との境界部分
には樹脂の通過面積が狭くなったゲート部２５が設けら
れており、このゲート部２５の樹脂が冷却固化すると型
内空間３０は封鎖され、いわゆるゲートシール完了状態
となる。ゲートシール完了状態になれば、型内空間３０
の樹脂４０には外部からの射出圧力は加わらないととも
に樹脂４０自身が有する内圧も逃げることがない。

【００３１】冷却工程は、成形型１０、２０を型開きし
て成形品を取り出すまで続く。

【００３２】（ｄ）微小型開き 樹脂の射出工程が終了し、ゲートシール完了状態になっ
た後で、図１〔Ｂ〕および図２に示すように、可動成形
型２０を型開き方向に微小量Δｔだけ後退させる。型内
空間３０の容積がΔｔに相当する量だけ拡がることにな
る。型内空間３０に充填された樹脂４０には内圧が生じ
ているので、型内空間３０の容積が拡がった部分は樹脂
４０が膨張もしくは流動変形して埋めることになる。樹
脂４０が膨張すれば内圧は減少する。樹脂４０のうちで
内圧の高い部分ほど膨張あるいは流動変形し易いので、
内圧が減少した状態では、樹脂４０の全体における内圧
のバラツキが少なくなる。型内空間３０が拡がって樹脂
４０の移動が容易になれば、型内空間３０の隅部や細か
な型面形状部分にも樹脂４０が入り込み、正確な型面形
状が樹脂４０に転写される。

【００３３】成形型１０、２０の間には微小量Δｔの隙
間が生じるが、外周部分の樹脂４０はある程度冷却して
いてそれほど流動性を有しないので、樹脂４０が成形型
１０、２０の隙間から外部に洩れてしまうことはない。
また、型内空間３０から成形型１０、２０の隙間に洩れ
出た樹脂４０は狭い空間で両側の成形型１０、２０に熱
を奪われるので直ちに冷却固化されてしまい、それ以上
の漏れは生じ難い。

【００３４】（ｅ）微小型開き維持 成形型１０、２０は微小型開きされた状態で、樹脂４０
が冷却固化して成形品が得られるまで、そのままの状態
で維持される。したがって、得られる成形品４０は、型
閉め状態での型内空間３０の寸法形状よりは少し大きな
微小型開き状態での型内空間３０の寸法形状に対応する
寸法形状を有している。

【００３５】（ｆ）成形型昇温 前記ゲートシール完了状態になってから、成形型１０、
２０のうちの少なくとも型内空間３０に面する型面を加
熱昇温させる。具体的には成形型１０、２０あるいは型
面部材１２、２２の内部にヒータを内蔵させておいた
り、加熱媒体を供給可能にしておく。加熱温度は、型面
が樹脂４０のガラス転移点以上になるように設定する。
なお、ゲートシール完了時点で成形型１０、２０の加熱
昇温を開始して、前記微小型開き工程の開始時点で型面
がガラス転移点以上の所定温度になるように設定する。

【００３６】型内空間３０の樹脂４０は、加熱によって
型面に近い表面部分が昇温を開始し、遅れて中心部分も
昇温していく。型面が所定の昇温温度になれば、樹脂４
０の表面部分は上記昇温温度にほぼ近い温度まで昇温さ
れる。

【００３７】加熱昇温を終了すれば、型面および樹脂４
０の表面部分の温度が下がり、樹脂４０の中心部分を含
む樹脂４０すなわち成形品の全体が一定の温度まで冷却
される。このような昇温および冷却過程において、樹脂
４０の内部における温度や内圧あるいは密度の不均一が
良好に解消される。

【００３８】（ｇ）成形品取り出し 型内空間３０の樹脂４０すなわち成形品が十分に冷却固
化した段階で、可動成形型２０を型開き方向に大きく移
動させて最終段階まで型開きし、成形品４０を取り出
す。その後、ランナーやゲート部分の除去を行ったり、
成形品４０の後処理を行ったりするのは、通常の射出成
形工程と同様である。

【００３９】成形品を取り出す際に、成形品４０の表面
と中心とで温度差が少なければ、取り出し後の成形品に
上記温度差による歪みや熱応力の発生が少ない。

【００４０】成形品４０を取り出した成形型１０、２０
は再び型閉めを行って、次回の射出成形の準備に入る。

【００４１】上記方法で得られたレンズ成形品は、歪み
が少なく、表面のうねりも少なくなっている。光学的に
検査を行ったところ、波面収差も少なく、レンズとして
優れた特性を有していることが確認できた。

【００４２】（別の実施形態） 図３には、前記実施形態と一部の構造が異なる射出成形
装置を示している。

【００４３】この実施形態では、可動成形型２０の型面
部材２２が、周りの成形型２０とは別個に昇降ピン２６
により昇降する。

【００４４】したがって、図３〔Ｂ〕に示すように、微
小型開き工程では、可動成形型２０を固定成形型１０に
当接させた型閉め状態のままで、型面部材２２のみを型
面部材１２に対して型開き方向にΔｔだけ後退させるこ
とで、型内空間３０を拡げる。型内空間３０における樹
脂４０の挙動は前記実施形態と同様である。但し、型面
部材１２と型面部材２２との間に隙間があいていても、
成形型１０、２０は型閉め状態であるため、型内空間３
０から樹脂４０が成形型１０、２０の外に漏れ出る心配
はない。

【００４５】（その他の実施形態） （ａ）成形型の構造としては、前記実施形態のように、
上方の固定型１０に対して下方の可動型２０が昇降して
上下方向に型開き型閉めを行うもののほか、上方に可動
型を下方に固定型を配置するものや、一対の成形型を左
右に配置して横方向に型開き型閉めを行うもの、あるい
は、一対の成形型を斜め方向に型開き型閉めするものな
ども採用できる。

【００４６】

【発明の効果】本発明に係る射出成形方法は、成形型の
型内空間に加熱溶融した樹脂を射出し、射出工程の完了
後、成形型を型開き方向に０．００５〜０．５ｍｍ後退
させ、樹脂をガラス転移点以上の温度に加熱すること
で、成形品の内部における樹脂密度が均一化し、成形品
に対する型面形状の転写性が向上し、その結果、有用な
射出成形品を得ることができる。

【００４７】また、本発明に係る射出成形方法は、成形
型の型内空間に加熱溶融した樹脂を射出し、射出工程の
完了後、成形型を型開き方向に、型内空間の型開き方向
幅に対して０．１〜１．０％に相当する距離を後退さ
せ、樹脂をガラス転移点以上の温度に加熱することで、
成形品の内部における樹脂密度が均一化し、成形品に対
する型面形状の転写性が向上し、その結果、有用な射出
成形品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を表す射出成形装置の断面図

【図２】射出成形工程における状態変化を表す線図

【図３】別の実施形態を表す射出成形装置の断面図

【符号の説明】

１０、２０ 成形型 １２、２２ 型面部材 ３０ 型内空間 ４０ 樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−26018（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−148795（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−97819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−34261（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−83620（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/56,45/70 B29C 45//76 - 45/78

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形型の型内空間に加熱溶融した樹脂を
   射出する工程と、 前記射出工程の完了後、成形型を型開き方向に０．００
   ５〜０．５ mm後退させる工程と、 前記樹脂をガラス転移点以上の温度に加熱する工程と、 前記樹脂を冷却固化する工程とを順次行う射出成形方
   法。
2. 【請求項２】 成形型の型内空間に加熱溶融した樹脂を
   射出する工程と、 前記射出工程の完了後、成形型を型開き方向に、前記型
   内空間の型開き方向幅に対して０．１〜１．０％に相当
   する距離を後退させる工程と、 前記樹脂をガラス転移点以上の温度に加熱する工程と、 前記樹脂を冷却固化する工程とを順次行う射出成形方
   法。
3. 【請求項３】 成形型は、固定型と移動型との一対の成
   形型であり、 成形型を型開き方向に後退させる工程が、前記一対の成
   形型の少なくとも一方を移動させる請求項１、２の何れ
   かに記載の射出成形方法。
4. 【請求項４】 樹脂が、透明光学部品用樹脂である請求
   項１〜３の何れかに記載の射出成形方法。