JP4780621B2

JP4780621B2 - 導光板の射出プレス成形方法

Info

Publication number: JP4780621B2
Application number: JP2007218167A
Authority: JP
Inventors: 利幸蛯名; 敬一口
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2027-08-24
Also published as: JP2008302686A

Description

本発明は、固定金型のキャビティ形成面に対する可動金型のキャビティ形成面の距離が可変に形成された成形金型を用いた導光板の射出プレス成形方法に関するものである。

射出成形またはその一分野である射出圧縮成形方法や射出プレス成形方法（インジェクションコンプレッション成形）により導光板を成形する方法としては、特許文献１ないし特許文献７に記載された方法が知られている。しかし特許文献１は板厚の記載はなく、特許文献２は４ｍｍ以上、特許文献３は１．２ｍｍ以上、特許文献４は４ｍｍ以上、特許文献５、特許文献６では板厚６ｍｍ、特許文献７では厚肉端部０．９ｍｍ・薄肉端部０．７ｍｍというように一定以上肉厚の導光板を成形するものであった。従来では特許文献８にも記載があるように、０．６ｍｍ以下の導光板では充填不足やヒケが発生し、良品を成形することが困難であった。そのため充填不足に対策として、従来では射出速度を５００ｍｍ／ｓｅｃ〜１０００ｍｍ／ｓｅｃに上げることにより射出充填を行っていたが、図１１に示されるようにゲート部付近の残留応力が不均一になるという大きな問題があった。そして残留応力が大きいと特に板厚の薄い導光板では反りに繋がりやすく、輝度分布にも問題があった。また従来では射出速度を上げることにより、シルバーや焼けなどの不良も発生しやすく、流動損失を防止するためスプルやランナも断面積が大きいものを使用しなければならないために、冷却時間が１０秒以上必要となるという問題があった。そして前記特許文献８にも、「従来の射出成形では樹脂が流れないような薄肉の製品、例えば、０．３ｍｍ以下」と記載があり、特許文献８ではその対策として、樹脂シートを用いて圧縮成形を行っていた。

特開２００３−１４５５９３号公報（００３７、図１）特開２０００−２２９３４３号公報（００１８、００２４、図２）特開２０００−２１８６５４号公報（００２４、図１）特開２０００−２３３４２８号公報（０００７、表１、表２）特開２００２−４６１５９号公報（００４２、表１）特開２００２−１１７６９号公報（０００３、００２２）特開２００３−１４９３８号公報（０１４６、図５）特開２００１−１９１３４８号公報（０００８、００１４）

本発明では上記の問題を鑑みて、極めて薄肉が薄く従来では射出成形等で成形が困難であった導光板を良好に成形することを可能とした導光板の射出プレス成形方法を提供することを目的とする。更には導光板のゲート近傍における残留応力の問題を小さくした導光板の射出プレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の導光板の射出プレス成形方法は、固定金型のキャビティ形成面に対する可動金型のキャビティ形成面の距離が可変に形成された成形金型を用いた導光板の射出プレス成形方法において、前記可動金型は、金型本体部にコア部が固定され、コア部の固定金型と対向する面はキャビティ形成面となっており、コア部の周囲を囲んで可動枠部がコア部に対して型開閉方向に移動可能に設けられ、可動枠部の固定金型と対向する面は当接面となっており、固定金型の当接面と当接され、キャビティに接続される導光板の板厚よりも厚いランナを形成するランナ形成部材が前記可動枠体と一体に設けられており、前記固定金型のキャビティ形成面と可動金型のキャビティ形成面との距離が対角寸法１．５〜１３インチ、板厚０．２〜０．７ｍｍの導光板の板厚に０．２〜０．５ｍｍ加算した値（ただし０．２ｍｍを除く）となる位置で可動金型を停止させてキャビティを形成し、射出中または射出後にアキュームレータを用いサーボバルブにより制御される型締シリンダを用いた機構により前記キャビティ内の溶融樹脂を圧縮することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の導光板の射出プレス成形方法は、請求項１において、前記型締シリンダを用いた機構により射出中に可動盤および可動金型の作動開始させた時から圧力制御を行うことを特徴とする。

本発明の導光板の射出プレス成形方法は、固定金型のキャビティ形成面に対する可動金型のキャビティ形成面の距離が可変に形成された成形金型を用いた導光板の射出プレス成形方法において、前記可動金型は、金型本体部にコア部が固定され、コア部の固定金型と対向する面はキャビティ形成面となっており、コア部の周囲を囲んで可動枠部がコア部に対して型開閉方向に移動可能に設けられ、可動枠部の固定金型と対向する面は当接面となっており、固定金型の当接面と当接され、キャビティに接続される導光板の板厚よりも厚いランナを形成するランナ形成部材が前記可動枠体と一体に設けられており、前記固定金型のキャビティ形成面と可動金型のキャビティ形成面との距離が対角寸法１．５〜１３インチ、板厚０．２〜０．７ｍｍの導光板の板厚に０．２〜０．５ｍｍ加算した値（ただし０．２ｍｍを除く）となる位置で可動金型を停止させてキャビティを形成し、射出中または射出後にアキュームレータを用いサーボバルブにより制御される型締シリンダを用いた機構により前記キャビティ内の溶融樹脂を圧縮して導光板を成形するので、前記のような極めて薄い導光板であっても良好に成形することができる。

本発明の導光板の射出プレス成形方法に用いる射出成形機と成形金型について、図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる射出成形機の正面図である。図２は、本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる成形金型の断面図であって射出開始前の位置に可動金型が停止された状態を示す図である。図３は、本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる成形金型の断面図であってキャビティ内の樹脂を圧縮された状態を示す図である。図４は、本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる成形金型の断面図であってゲートカットされた状態を示す図である。図５は、本実施形態の導光板の射出プレス成形方法を示すチャート図である。図６は、本実施形態の射出プレス成形方法で成形した導光板である。図７は、板厚０．３ｍｍの導光板を射出プレス成形した場合の射出速度と樹脂温度の関係を示すテスト結果である。図８は、板厚０．２ｍｍの導光板を射出プレス成形した場合の射出速度と樹脂温度の関係を示すテスト結果である。図９は、射出速度と射出開始時型開量の関係を示すテスト結果である。図１０は、型締開始時の昇圧時間と転写性の関係を示すテスト結果である。

図１に示されるように、本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる射出成形機１は、スクリュが内蔵された加熱筒２ａとノズル２ｂが備えられた射出装置３が、ベッド４上に配設されている。射出装置３は、図示しない計量機構の計量用サーボモータおよび射出機構の射出用サーボモータにより制御され、射出速度、保圧切替位置、保圧時の圧力、射出量等が制御される。型締装置５は、ベッド４に固定される固定盤６と、ベッド４に配設された受圧盤７の間に４本のタイバ８が配設され、前記タイバ８には可動盤９が移動可能に挿通されている。また受圧盤７には型開閉と型締を行う型開閉・型締機構である型締シリンダ１０が配設され、前記型締シリンダ１０のラム１０ａが可動盤９の背面に固定されている。そして型開閉・型締機構である型締シリンダ１０により、型締時の型締速度、型締力が制御される。本実施形態では型開閉・型締機構は、サーボバルブにより制御される型締シリンダ１０の例を示すが、サーボモータとボールネジ機構等により作動されるトグル機構でも良い。

導光板の成形金型１１は、平面方向の対角寸法３インチ、板厚０．３ｍｍで均等板厚の携帯電話用サイドライト型導光板を射出プレス成形によって成形する金型である。（以下携帯電話用サイドライト型導光板については、単に導光板Ｐと略す。）射出プレス成形は、射出開始前に固定金型１３のキャビティ形成面４２ａと可動金型１２のキャビティ形成面１６ａとの距離が導光板Ｐの板厚Ｂに所定量を加算した値となる位置Ａ（射出開始時型開量が一定に確保された位置）で可動金型１２を停止させ、射出開始後（射出中または射出後）にキャビティ１４内の溶融樹脂を圧縮して成形を行う方法である。射出プレス成形は、成形完了時に対してキャビティ１４およびゲートが僅かに開いた状態で射出を行うので流動損失が少ない。従って高速射出能力を有する射出装置が必要なく、溶融樹脂を比較的低速・低圧で射出することができる。また上記によりゲートの断面積が大きく射出速度が遅いことから、板厚が薄い導光板ＰをゲートＰ３近傍の残留応力を極力小さくして成形することが可能である。そしてその結果、成形後の反りが極めて少なく、輝度バランスが優れた導光板を成形することができる。更には高速射出時のようなシルバーや焼けの問題が解消でき、スプルやランナも断面積が小さいものを使用できるので、冷却時間が短縮できるという利点がある。更にまた射出開始後（射出中または射出後）に可動金型１２を型締方向に移動させて溶融樹脂に圧縮を加えることから、キャビティ１４のゲート部から遠い位置において溶融樹脂の流れを速くし充填不足をなくすとともに、微細な転写を良好に行うことができるという利点もある。そしてまたゲートＰ３を切断した後については、通常の射出成形金型では、射出装置から保圧を及ぼすことはできないが、射出プレス成形の場合は、キャビティ１４内の溶融樹脂を圧縮して冷却固化による収縮に対応することができる。なお射出プレス成形に用いられる成形金型１１は、型締完了位置から射出によりキャビティ１４が僅かに開き再び圧縮される射出圧縮成形方法にも用いることができる。

図２ないし図４は、本発明の成形金型１１の断面である。成形金型１１は、第１の金型である可動金型１２と第２の金型である固定金型１３とからなり、型合わせされた両金型１２，１３の間には容積および厚さが可変のキャビティ１４が形成されるようになっている。射出成形機１の可動盤９に取付けられる可動金型１２には、金型本体部１５とコア部１６と可動枠部１９等が設けられている。金型本体部１５の固定金型側の面における略中央には、コア部１６が固着されている。コア部１６の固定金型１３と対向する面は、鏡面からなり出光面を形成するキャビティ形成面１６ａとなっており、導光板Ｐの形状に略一致した突起部等を含む略四角形をしている。またコア部１６の内部には、前記キャビティ形成面１６ａと平行に複数本の冷却媒体流路１７が形成されている。なおコア部のキャビティ形成面を形成する部分と他の部分は、別体のブロックからなるものでもよい。またキャビティ形成面１６ａは鏡面の例を示したが、ドット、グルーブ、ホログラム等のパターン加工や粗面加工等がなされたものでもよく、スタンパが取付けられたものを除外しない。

前記金型本体部１５の固定金型側の面における上下４箇所には、凹部が形成され、該凹部内にはバネ１８が前記固定金型側に向けて取付けられている。そして前記バネ１８の前記固定金型側は、前記コア部１６の周囲を囲むよう配設された可動枠部１９に当接されている。従って換言すれば可動枠部１９によって形成された空洞部の中にコア部１６が配設されている。そして可動枠部１９全体が前記バネ１８により金型本体部１５およびコア部１６に対して型開閉方向に移動可能となっている。そして可動枠部１９の固定金型１３と対向する面は当接面１９ａとなっている。また可動枠部１９のゲートと反対側には入光面を形成するための入光面形成ブロック２０が着脱自在に配設されている。なお図２は、射出開始前の位置に可動金型１２が停止された状態を示す。また図３は、射出開始後にキャビティ１４内の溶融樹脂（図示せず）が圧縮された状態を示す。更に図４は、ゲートカットされた状態を示す。なお、図２〜図４は、いずれもコア部１６と可動枠部１９の位置関係やバネの収縮等は実際より誇張して描写してある。

金型本体部１５の可動盤９側には、断熱板２１が取付けられ、内部の空間および孔にはエジェクタ装置のエジェクタプレート２２を介して前後進される突き出しピン２３が配設されている。突き出しピン２３は、金型本体部１５とコア部１６の内部に亘って形成された孔内に配設され、その先端はランナ形成面３２に臨み、スプルＰ１とランナＰ２が保持しやすいよう断面Ｚ字状に食い込み部２３ａが設けている。突き出しピン２３を駆動するのは、可動盤９内または可動盤９から型締シリンダ１０のラム１０ａ側に配設されたエジェクタ駆動装置である。

また金型本体部１５の内部にはゲートカッタ部材２４が配設されるための孔２５および空間部２６が形成されている。一方金型本体部１５の孔２５内にはガイドピン２７が配設されている。ガイドピン２７は円筒状部材の周囲の面には転動するボール２８が形成されたボールガイドからなる。そして前記ガイドピン２７のボール２８が、孔２５内に当接状態に設けられ、ガイドピン２７の前後進時には、ボール２８が転動してガイドピン２７を保芯しながら移動されるようになっている。そして金型本体部１５の空間部２６内には前記ガイドピン２７が当接されるように円盤状のプレート２９が配設されている。そして前記プレート２９における固定盤６側中央にはゲートカッタ部材２４が可動盤９側から挿入され係合されている。ゲートカッタ部材２４は、長方形の薄板からなり、コア部１６の断面矩形の孔３１内に前後進移動可能に配設されている。前記ゲートカッタ部材２４の前面はゲート形成面であり、そのキャビティ側（図中上側）の角部が溶融状態のゲートを切断するためのゲートカッタ２４ｂとなっている。そして図４に示されるように、前記ゲートカッタ部材２４におけるキャビティ側の側面の一部は、ゲートカット後にキャビティ形成面を構成する。またゲートカッタ部材２４の基部２４ｄは円柱形をしており、前記基部２４ｄの周囲にはプレート２９およびゲートカッタ部材２４を可動盤９側に付勢するようにバネ３０が前記空間部２６内に配設されている。本実施形態では前記ゲートカッタ部材２４は、ロックウエルＣスケール硬度が５５〜６５ＨＲＣのハイス鋼等の硬質金属部材を使用している。またゲートカッタ部材２４の寸法は、溶融樹脂の流動方向と直交する方向の幅が１０〜２０ｍｍ、溶融樹脂の流動方向の厚みが１．２〜２．０ｍｍ程度とすることが、本実施形態の大きさの導光板Ｐを成形する場合に望ましい。

またゲートカッタ部材２４を駆動するのは、可動盤９内または可動盤９からラム１０ａ側に配設されたゲートカッタ駆動装置である。ゲートカッタ駆動装置は、サーボバルブにより制御される油圧シリンダ、またはサーボモータとボールネジ機構が用いられる。サーボバルブにより制御される油圧シリンダの場合は、速度制御または圧力制御によりゲートカッタ部材２４の前進時のクローズドループ制御を行う。またゲートカッタ駆動装置をサーボモータとする場合は、ゲートカッタ部材２４の位置制御または速度制御が行われる。またゲートカッタ部材の前進停止位置は、可動金型内にストッパブロックまたはシムを配設し、そのストッパブロック等を厚さの異なるストッパブロック等に交換することにより調整してもよい。

またコア部１６において、後述する固定金型１３のスプルブッシュ４４やインサートブロック４３と対向する面は、ランナ形成面３２となっている。そして前記ランナ形成面３２とキャビティ形成面１６ａの間に、ゲートカッタ部材２４が進退する矩形の孔３１が形成され、前記孔３１とゲートカッタ部材２４との間隙は、いずれも樹脂が入り込まない間隔に形成されている。またランナ形成面３２については、ゲートカッタ部材２４から突き出しピン２３側に隣接する部分に、凸部が形成され、スプルブッシュ４４と対向し突き出しピン２３が臨む部分が凹部となっている。そしてゲートカッタ部材２４のゲート形成面は突出時以外は、前記凸部よりも低い位置（可動盤９側）に位置している。その理由は射出時に、射出装置３のノズル２ｂの通路先端で固まった樹脂がコールドスラグウエル状となっている凹部によって受け止められることによりキャビティ１４へ流入しないためと、射出圧がゲートカッタ部材２４の前面にかかり過ぎ、孔３１との間にバリ等が発生することを防止するためである。なおランナとゲートは直線的にキャビティに接続されるものでもよい。

また突き出しピン２３の周囲でありゲートカッタ部材２４の近傍には冷却媒体流路３３が形成されている。そして離型時に吹出されるエア通路３４が、コア部１６と可動枠部１９の間に形成されている。なおエア通路は、ゲートカッタ部材２４と孔３１の間にも設けてもよい。なお導光板とスプル等を一体のままスプルを把持して取出す際には、ゲートカッタ部材は不要であり、ゲートカッタ部材は本発明において必須のものではない。

次に固定金型１３について説明すると、図２〜図４に示されるように、射出成形機１の固定盤６に取付けられる固定金型１３には、金型本体部４１、キャビティ形成ブロック４２、インサートブロック４３、スプルブッシュ４４、ゲートカッタ部材４５、当接ブロック４６等から形成されている。そして金型本体部４１の固定盤側には、断熱板４７が取付けられるとともに、図示しない射出装置のノズルが挿入される穴４８が形成され、その周囲にはロケートリング４９が取付けられている。金型本体部４１の可動金型側にはキャビティ形成ブロック４２が取付けられ、該キャビティ形成ブロック４２の可動金型１２と対向する面は、キャビティ形成面のうちの主要部形成面４２ａとなっている。本実施形態においてこの主要部形成面４２ａは、反射面を形成する部分であり、微細なドットが刻設されている。またキャビティ形成ブロック４２の内部には、前記キャビティ形成面の主要部形成面４２ａと平行に、冷却媒体流路５０が複数形成されている。またキャビティ形成ブロック４２およびインサートブロック４３と、当接ブロック４６との間には離型時にエアを噴出するためのエア通路５３が形成されている。

更に金型本体部４１には、キャビティ形成ブロック４２とともにインサートブロック４３が配設されている。インサートブロック４３は、その中央部に可動盤側に向けて拡径された孔が設けられたスプルブッシュ４４が配設されている。そしてスプルブッシュ４４の周囲にはスプルＰ１およびランナＰ２を冷却する冷却媒体流路５１が形成されている。また図２ないし図４に示されるように、スプルブッシュ４４の先端からキャビティ形成面に向けて、インサートブロック４３の可動金型１２と対向する面には、ランナ形成面５４が形成されている。そして前記ランナ形成面５４は当接ブロック４６の当接面４６ａに溝状に一段低い位置（固定盤側の位置）に形成され、当接ブロック４６のランナ形成面と共に固定金型１３側のランナＰ２を形成する面を構成する。そしてランナ形成面５４の溶融樹脂の流動方向と直交する方向の幅は、スプルブッシュ４４に隣接する部分からキャビティ１４に向けて徐々に広くなっている。そしてランナ形成面５４についても可動金型１２のランナ形成面３２と等間隔を保つように、凹部に対向して凸部が形成され、凸部に対向して凹部が形成されている。

そしてランナ形成面５４の凹部の部分は、ゲート形成面へ連続する同一面で接続されている。従ってランナＰ２とゲートＰ３やその形成面に明確な区別がある訳ではない。前記連続する同一面のうち可動金型１２のゲートカッタ部材２４のゲート形成面と対向する部分が、固定金型ゲート形成面を形成する部分となる。また当接ブロック４６のランナ形成面に連続してゲート形成面が形成されている。そして前記ゲート形成面は、後述するキャビティ形成面の主要部形成面４２ａおよびゲートカッタ部材４５や、前記凸部に対して一段低い位置（固定盤側の位置）に設けられている。そしてゲート形成面の溶融樹脂の流動方向と直交する方向の幅は、スプルＰ１の直径よりも幅広に設けられている。従って本実施形態のゲートＰ３は、フィルムゲートの一種であって、導光板Ｐの側面（入光面とは反対側の側面）の長さの２／３〜１／４程度の長さ（幅）となっている。

そしてインサートブロック４３のランナ形成面５４に接続されるゲート形成面と、キャビティ形成ブロック４２のキャビティ形成面の主要部形成面４２ａとの間には、ゲートカッタ部材４５が固定されている。ゲートカッタ部材４５は、ロックウエルＣスケール硬度が５５〜６３ＨＲＣの合金工具鋼（ＳＫＤ鋼）等の硬質金属部材からなる長方形の薄板であり、キャビティ形成面の主要部形成面４２ａを形成する部材よりも前記硬度が高い金属が使用されている。そしてゲートカッタ部材４５の溶融樹脂の流動方向と直交する方向の幅は、ゲート形成面と同じか僅かに幅広に形成されている。またゲートカッタ部材４５の厚みは、０．４〜０．８ｍｍ程度である。そしてゲートカッタ部材４５の前面は、キャビティ形成面１６ａと対向しており、キャビティ形成面の一部となっている。またゲートカッタ部材４５のゲート部側の角部が刃であるゲートカッタ４５ｂを形成している。またゲート部側の面は可動金型１２のゲートカッタ部材２４が前進時に僅かな間隔を隔てて対向する面となっている。従って本実施形態のゲート形成面の距離は、固定金型１３と可動金型１２のキャビティ１４の距離と同様に可動金型１２の進退により可変であり、更にはゲートカッタ部材２４の前後進によっても可変である。

次に図５のチャート図により、本実施形態の成形金型１１による射出プレス成形方法について説明する。そして本実施形態では平面方向の対角寸法３インチ、板厚０．３ｍｍの均等板厚の導光板Ｐを４．２秒の成形サイクル時間で成形している。その内訳は、型開閉時間（型開時間、取出時間、型閉時間を含む）１．４秒、射出遅延時間０．１秒、射出時間０．０５秒、保圧時間０．４５秒、冷却時間２．２秒（実質的に冷却は射出開始から始まっている）である。このため本実施形態では、可動金型１２のキャビティ形成面１６ａを冷却する冷却媒体流路１７、突き出しピン２３およびランナ形成面３２近傍を冷却する冷却媒体流路３３、固定金型１３のキャビティ形成面の主要部形成面４２ａを冷却する冷却媒体流路５０、スプルブッシュ４４近傍およびランナ形成面５４近傍を冷却する冷却媒体流路５１へ、温調器により成形される樹脂であるポリカーボネートのガラス転移温度Ｔｇより３０〜７０℃低い、８０〜１２０℃程度に温度制御された冷却媒体（冷却水）を流している。

また射出装置３の加熱筒２ａの前部ゾーン（最もノズル２ｂに近いゾーン）は３６０℃に温度設定され、ポリカーボネートの溶融樹脂が計量されている。そして型締シリンダ１０が作動され、固定盤６に取付けられた固定金型１３に対して可動盤９に取付けられた可動金型１２を移動させ射出開始時型開量が確保された停止位置に停止制御される。その際の可動盤９および可動金型１２のコア部１６の射出開始時の位置Ａは、固定金型１３のキャビティ形成面４２ａに対する可動金型１２のキャビティ形成面１６ａの距離が成形される導光板Ｐの板厚に０．３ｍｍを加算した位置に停止制御される。この射出開始時の位置Ａに停止時には、型開閉・型締機構である型締シリンダ１０により前記位置が変更されない程度に僅かに型締力が及ぼされている。またサーボモータを用いる場合は、前記停止位置に停止されるよう位置制御がなされる。

なおこの際一旦コア部１６を最前進位置（導光板板厚よりも更に固定金型１３側）まで前進させ、バネ１８を収縮させて可動枠部１９と金型本体部１５が当接される型閉完了位置（０位置）まで可動盤９等を前進させてから、再び型締シリンダ１０により可動盤９等を微量後退させ、図２における射出開始時の位置Ａに位置制御して停止させるようにしてもよい。そのことにより成形完了位置より型開方向の位置に可動金型１２のコア部１６を停止させることができる。

そして可動金型１２が停止され、厚さ可変のゲートを含むランナに接続された厚さ可変のキャビティ１４が形成されると、前記キャビティ１４内のエアの吸引を行う。エアの吸引は、図示しないバキューム装置とエア通路３４，５３との間の電磁開閉バルブを開き、エア通路３４とそれに接続されるコア部１６と可動枠部１９の間隙、エア通路５３とそれに接続されるキャビティ形成ブロック４２と当接ブロック４６との間隙等からキャビティ１４内のエアを吸引する。射出開始前にキャビティ１４内を減圧状態とするのは、射出の際に溶融樹脂がキャビティ１４内で空気の抵抗を受けずに速やかに入光面形成ブロック２０側の端部まで流動可能とするためであり、特に０．２〜０．７ｍｍの板厚の薄い導光板Ｐを成形する際に有効である。なお本実施形態では、常時ノズル２ｂがスプルブッシュ４４に当接されているから、減圧時にスプルブッシュ４４側からエアが吸引されることはない。またはキャビティ内を減圧せずに、射出時にパーティング面からキャビティ内の空気が抜けやすくしてもよい。

次に所定の射出遅延時間が経過すると射出装置３の図示しない射出機構を作動させ、加熱筒２ａ内のスクリュを前進させて溶融樹脂の射出を行う。本実施形態では、射出速度はピークにおいて３００ｍｍ／ｓｅｃとなるよう設定され、射出機構の射出用サーボモータによりスクリュの前進速度が制御される。このように比較的低い射出速度でキャビティ１４内に射出充填できるので、成形される導光板Ｐのゲート近傍の内部応力を小さくすることができる。なお図６に示すのが本実施形態の射出プレス成形方法で成形した導光板Ｐである。また図１１に示すのが従来の方法により成形された導光板でありゲート近傍の内部応力が大きくなっている。

図７に示されるのは、板厚０．３ｍｍ、対角寸法３インチの導光板Ｐを成形する際、射出開始時型開量（射出開始時における可動金型の停止位置）を板厚分からプラス０．３ｍｍ型開きした状態で射出プレス成形した場合における、射出速度と樹脂温度の関係を示すテスト結果である。そして図７において、樹脂温度とは加熱筒２ａの前部ゾーンの設定温度を示している。そして射出速度は、設定射出速度を示している。またテストを通じて使用された樹脂は、ポリカーボネート（出光興産のタフロンＬＣ１５００：分子量１０，０００〜１２，０００）である。テストによれば、樹脂温度が３３０℃の場合は、充填不足による板の欠損や板厚ムラ（ゲートから遠い部分ほど薄い）が発生した。また樹脂温度３４０℃では射出速度３００ｍｍ／ｓｅｃ以下の場合、樹脂温度３５０℃、３６０℃では射出速度２００ｍｍ／ｓｅｃ以下の場合、樹脂温度３７０℃、３８０℃では射出速度１５０ｍｍ／ｓｅｃ以下の場合にそれぞれ充填不足による不良が発生した。また樹脂温度３９０℃以上では、樹脂が劣化して黄変が発生した。また３４０℃〜３８０℃範囲であっても射出速度が４００ｍｍ／ｓｅｃとした場合には射出速度が速すぎてバリが発生した。従って板厚０．３ｍｍ、対角寸法３インチの導光板Ｐの射出プレス方法による成形は、射出速度２００ｍｍ／ｓｅｃ〜３８０ｍｍ／ｓｅｃ、加熱筒２ａの前部ゾーンの設定温度が３４０℃〜３８０℃で成形することが可能である。そして樹脂温度はできればあまり上げすぎない方が、バリ、光学特性、経済性の点から望ましいことから、板厚０．３ｍｍ、対角寸法３インチの導光板Ｐの成形は、樹脂温度３４０℃〜３６０℃がより望ましく、射出速度は３００ｍｍ／ｓｅｃ〜３８０ｍｍ／ｓｅｃ（３４０℃では３００ｍｍ／ｓｅｃで板厚ムラあり）がより望ましいということが判明した。なおこの条件については、板厚０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの導光板でも同様に成形可能である。

次に図８に示されるのは、板厚０．２ｍｍ、対角寸法３インチの導光板Ｐを成形する際、射出開始時型開量（射出開始時における可動金型の停止位置）を板厚分からプラス０．３ｍｍ型開きした状態で射出プレス成形した場合における、射出速度と樹脂温度の関係を示すテスト結果である。テストによれば、樹脂温度が３６０℃の場合は充填不足による板の欠損や板厚ムラ（ゲートから遠い部分ほど薄い）が発生した。また樹脂温度３７０℃、３８０℃でも、射出速度２００ｍｍ／ｓｅｃ以下の場合、それぞれ充填不足による不良が発生した。また樹脂温度３９０℃以上では、樹脂が劣化して黄変が発生した。また３７０℃、３８０℃であっても射出速度が４００ｍｍ／ｓｅｃとした場合にはバリが発生した。従って板厚０．２ｍｍ、対角寸法３インチの導光板Ｐの射出プレス方法による成形は、射出速度３００ｍｍ／ｓｅｃ〜３８０ｍｍ／ｓｅｃ、加熱筒２ａの前部ゾーンの設定温度が３７０℃〜３８０℃で成形することが可能である。そして射出速度は３５０ｍｍ／ｓｅｃ〜３８０ｍｍ／ｓｅｃとすることがより望ましいということが判明した。なおこの条件については板厚０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ未満の範囲の導光板でも同様に成形可能である。

次に図９に示されるのは、板厚０．３ｍｍ、対角寸法３インチの導光板Ｐを樹脂温度（加熱筒前部の設定温度）３６０℃として射出プレス成形した場合の、射出速度と射出開始時型開量（射出開始時における可動金型の停止位置）の関係についてのテスト結果である。本テストによれば、射出開始時型開量が０．１ｍｍの場合には、充填不足が発生し、０．６ｍｍ以上の場合に射出された樹脂が完全に潰せなかったり、縞模様が残るプレスマークと呼ばれる不良が発生した。従って射出開始時型開量は、板厚０．２ｍｍ〜０．７ｍｍの導光板を成形する場合、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍが望ましく、成形される導光板Ｐの板厚に対して１４０％〜３５０％の射出開始時型開量とすることが望ましい。そして板厚が例えば０．２ｍｍと薄い場合は前記の中でも射出開始時型開量を２２５％（４．５ｍｍ）〜３５０％（７ｍｍ）とすることが望ましい。このように従来技術では想定できない比率（広い間隔）に射出開始時型開量を設定し、射出中または射出後に急速に型閉および昇圧することにより板厚が０．２ｍｍ〜０．７ｍｍと極めて薄い導光板Ｐであっても比較的遅い射出速度で射出充填して成形することが可能となるのである。

そして射出がなされた際に、前記のように型締力は０に近い値であるが停止位置に保持されているので、射出圧により可動金型１２のコア部１６および可動盤９等は後退しない（僅かに後退してキャビティ１４の間隔が広げられる場合もある）。射出後（射出完了と略同時）または射出完了直前に、型締装置５側では型開閉・型締機構である型締シリンダ１０を作動させ、可動盤９および可動金型１２を型閉方向へ移動させる。このことにより可動枠部１９に対してコア部１６が相対的に前進され、キャビティ１４の固定金型１３のキャビティ形成面４２ａに対する可動金型１２のキャビティ形成面１６ａの距離が短くなるので、キャビティ１４内の溶融樹脂が圧縮される。この際型締シリンダ１０は圧力制御されており、設定４００ｋＮとなるよう油圧が検出され制御される。なおこの値はキャビティ１４内の樹脂圧換算では１５０ＭＰａ程度である。この際の昇圧時間は、設定値まで０．０３秒で高速昇圧される。可動金型１２が射出開始時型開量分（本実施形態では０．３ｍｍ）を移動した際に、ほぼ設定４００ｋＮまで昇圧されるから、前記０．３ｍｍを０．０３秒で移動することになる。なおサーボモータを用いた機構よりもアキュームレータを用いた型締シリンダ１０を用いた機構の方が、略同一スケールの場合では、立上がりが速く、高速の型締速度を達成することができる。そして本実施形態の対角寸法３インチの導光板Ｐの成形の１個取りの例では、３００ｋＮで型締が行われ、２個取の場合は、６００〜７００ｋＮで型締が行われる。なお場合によっては射出後ではなく、射出開始と同時、射出中（射出開始後）に型締を開始するようにしてもよい。本実施形態では、型開閉・型締機構の作動開始時から圧力制御による型締が行われるが、また型開閉・型締機構の作動開始から圧縮を開始する所定位置、或いは所定型締力（または検出樹脂圧）となるまで位置制御により可動盤を移動させ、その後圧力制御に変更するようにしてもよい。

図１０に示されるのは、板厚０．３ｍｍ、対角寸法３インチの導光板Ｐを樹脂温度（加熱筒前部の設定温度）３６０℃として射出プレス成形した場合の、昇圧時間と転写性の関係についてのテスト結果である。テストによれば、型締力が所定の設定最高圧である４００ｋＮを発生するまでに要する昇圧時間が、０．０５秒の場合に転写不足が発生し、０．０４秒の際に一部転写不足が発生し、０．０２〜０．０３５秒の間で転写性に優れた導光板Ｐが成形できた。また昇圧時間０．０２秒よりも下の範囲（例えば０．０１５秒）は装置のスペックからテスト出来なかったが、既に前記範囲でも良品の成形が可能なので、大型のアキュームレータ等を取り付けてそれ以下の昇圧時間（昇圧速度）とするには経済性や装置の耐久性低下の点でメリットがない。

射出装置によりスクリュ位置が所定の保圧切換位置に到達すると、射出制御から圧力制御による保圧制御に切換えられる。なお保圧は５〜２０ＭＰａ（樹脂圧）が望ましいが、クッション量をほとんどなくした射出および保圧が行われる。本実施形態では、所定時間が経過すると、図示しないゲートカッタ部材駆動装置により、可動金型１２のゲートカッタ部材２４を０．４５〜０．８ｍｍ前進させ、ゲートＰ３の切断を行う。この際、可動金型１２のゲートカッタ部材２４の刃であるゲートカッタ２４ｂと固定金型１３のゲートカッタ部材４５の刃であるゲートカッタ４５ｂの間でゲートＰ３の切断が行われる。なおゲートカットの際、ゲートＰ３の溶融樹脂は完全に固化した状態でないことは言うまでもない。

そしてゲートカッタ部材２４によりゲートＰ３の切断が行われた後は、ゲートカッタ部材２４は前進位置に保持される。そのことにより射出装置側からキャビティ１４内の溶融樹脂へは完全に保圧が及ばなくなるが、型開閉・型締機構である型締シリンダ１０の駆動によって可動金型１２のコア部１６が前進されることによりキャビティ１４内の溶融樹脂の圧縮を行うことができるので、冷却による収縮があっても、ヒケが発生せず、良好な転写成形ができる。そしてコア部１６が前進され、最終的に導光板Ｐの板厚Ｂの位置で前進が停止された状態となる。そしてその間に射出装置の側では次の成形に使用する溶融樹脂の計量が行われる。そして所定時間が経過すると型締力を低下させるとともに可動金型１２の可動枠部１９とコア部１６の間のエア通路３４と、固定金型１３のキャビティ形成ブロック４２およびインサートブロック４３と、当接ブロック４６との間のエア通路５３等からキャビティ１４へ離型用エアを及ぼす。次に型締装置を作動させ圧抜、型開を順に行う。その際、導光板Ｐと、スプルＰ１およびランナＰ２はそれぞれ可動金型１２側に保持された状態で取出される。なお型締力はタイバセンサやトグル機構のクロスヘッド位置で検出してもよく、例えばゲートカットのタイミングで低下させるなど多段に制御してもよい。

また可動金型１２が型開完了位置に停止するのとほぼ同時に、図示しない取出用ロボットが作動されるととともに、エジェクタ装置の突き出しピン２３の前進が行なわれる。本実施形態に使用される取出用ロボットは、スプルＰ１およびランナＰ２の把持と、導光板Ｐの吸着が別個に保持可能となっている。なお前記取出時に、ゲートカッタ部材２４は前進位置で停止した状態にある。本実施形態の射出プレス成形方法で成形された導光板Ｐは、図６に示されるように、ゲート近傍の内部応力が均質なものであり、図１１に示される従来の方法により成形された導光板がゲート近傍の内部応力が不均一なのと比較して顕著な差がある。なお本実施形態の導光板のゲートＰ３は、入光面になる部分ではないので、このまま仕上げ処理しないでも導光板として使用することができる。またスプルＰ１およびランナＰ２は別途リサイクルして利用することも可能である。

次に導光板Ｐの対角寸法および板厚と成形条件の関係について記載する。導光板Ｐの対角寸法および板厚と成形条件の関係は、樹脂やその成形条件によりカバーできる部分もあるので、厳密な区分はないが概略は次のものが特に望ましい。板厚が０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ未満の導光板Ｐは、対角寸法１．５〜５インチまたは面積７．５ｃｍ^２〜７５ｃｍ^２の範囲が特に望ましく、対角寸法５〜７インチ（１５０ｃｍ^２）の導光板Ｐでは板厚は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍが特に望ましい。更に対角寸法７〜１３インチでは板厚０．５〜０．７ｍｍが特に望ましい。そして例えば７インチの導光板Ｐではゲートからゲートとは最遠方の角部までの距離は、約１５ｃｍであるので、大型の導光板Ｐほど高い射出速度や高い型締速度が要求されることになる。また大型の導光板Ｐほど樹脂の流動をよくするためには溶融樹脂の温度は高めであることが望ましい。また型締力については対角寸法１．５〜３インチの２個取りまたは４個取り又は、対角寸法２．５〜５インチの１個取りまたは２個取りの場合では２００〜７００ｋＮ、対角寸法６インチ以上の導光板Ｐの１個取りの場合ではそれぞれ投影面積に応じて型締力が設定される。型締力は設定最高圧までの昇圧時間が０．０２秒〜０．０３５秒を実現できるよう決定される。従って導光板Ｐは、更に大型のものでも可能であるが、対角寸法１．５〜１３インチ（５２０ｃｍ^２）のものが第一義的に想定され、四隅部が円弧のものや各辺が円弧のものも含まれる。そしてその場合、導光板Ｐの２辺の延長線上の交わる点を対角寸法の測定基準点とする。または面積換算で７．５ｃｍ^２〜５２０ｃｍ^２の導光板Ｐが想定される。

導光板Ｐの成形サイクル時間は、次のような時間を要する。対角寸法１．５〜５インチ、板厚０．２〜０．５ｍｍの導光板Ｐについては、型閉完了から射出を経て型開開始までの時間（成形時間）が２．５〜４．０秒であり、型開開始から導光板Ｐの取出しを経て型閉完了までの時間（型開閉時間）を０．７５〜２．２秒、トータルの成形サイクル時間を６．２秒以内で行うことが可能である。また板厚０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ、対角寸法５〜７インチの導光板Ｐでは、型閉から射出を経て型開までの成形時間（型開閉時間を除く）は、５〜６秒が必要となり、型開閉時間にはほとんど差がないので、トータルの成形サイクル時間は８秒以内で行うことが可能である。また対角寸法が７インチを超え、板厚が０．５ｍｍ〜０．７ｍｍの導光板Ｐでは成形サイクル時間は２０秒以内で行うことが可能である。

また本発明は、図１２に示されるような別の実施形態の導光板の成形金型７１により射出プレス成形してもよい。この別の実施形態の例は、成形金型（射出プレス成形金型）７１におけるキャビティ７２の数を２に増やしたことが主な変更であるが、キャビティ７２の数は複数であれば個数は問わない。可動金型７３において、金型本体部７４にはキャビティ形成面７５ａが形成されるコア部７５が固定されている。また金型本体部７４には可動枠部７６がバネ８２により取付けられ、前記コア部７５に対して可動枠部７６が相対的に移動可能に設けられている。また可動金型７３にはゲートカッタ部材７７が配設されている。また可動金型７３の略中央には、突き出しピンが内蔵されたランナ形成部材８３が可動ゲートカッタ部材７７に隣接して配設されている。なおランナ形成部材については、可動枠部と一体に設け、ランナおよびゲートの間隔が一定であるようにしてもよく、その場合、ランナおよびゲートの間隔を導光板の板厚よりも厚くしておくことが望ましい。一方固定金型７８においては、キャビティ形成面８０ａが形成されるキャビティ形成ブロック８０の周囲に当接ブロック８１が配設され、可動枠部７６と当接ブロック８１が当接され、キャビティ７２が形成されるようになっている。そしてキャビティ７２の固定金型７８のキャビティ形成面８０ａに対する可動金型７３のキャビティ形成面７５ａの距離が型当接後に可変となるように設けられ、キャビティ７２内の溶融樹脂が圧縮可能となっている。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。本実施形態では対角寸法３インチの携帯電話用の導光板の成形金型（射出プレス成形金型）について説明したが、導光板の形状や種類を選ばない。従って板厚が均厚な導光板でも、板厚が入光面側から他側に向けて薄くなる楔型導光板であってもよい。楔型導光板は、入光面以外の部分にゲートが形成され、薄肉部の板厚が上記の０．２〜０．７ｍｍであるものが本発明の射出プレス成形方法に含まれる。また背面から入光され前面に出光するバックライト型導光板（光拡散板を含む）や外光を反射するものでもよい。また反射面と出光面の形状も鏡面、ドット、グルーブ、およびホログラム等各種の組合せが考えられる。更には入光および出光を伴うレンズやその他の光学薄板を本発明で行うことも想定される。いずれにしても、少なくとも一方が転写面であるものがより射出プレス成形方法に有効である。

上記実施形態では固定のゲートカッタが設けられる一方の金型は、固定金型であり、可動のゲートカッタが設けられる他方の金型が可動金型の例で説明したが、反対でもよい。即ち、固定金型に可動ゲートカッタを配設し、可動金型に固定ゲートカッタを配設してもよい。また導光板の成形金型（射出プレス成形金型）は、ゲートカットを行わないものでもよい。そして導光板の取出も可動金型に保持されるものが一般的ではあるが、固定金型側に保持されるものでもよい。また本実施形態では水平方向に型開閉が行われる射出成形機に取付けられる成形金型（射出プレス成形金型）について説明したが、垂直方向に型開閉が行われるものでもよい。

更に上記実施形態では射出成形機の型開閉・型締機構により固定金型のキャビティ形成面と可動金型のキャビティ形成面の距離を変更して溶融樹脂を圧縮するものについて説明したが、可動盤または可動金型内に射出プレス用の油圧シリンダを設け、該油圧シリンダによりコア部を移動させて溶融樹脂を圧縮させるものでもよい。

更に成形に使用される樹脂については、ポリカーボネートの例について記載したが、光学性能と流動性に優れた樹脂なら他の樹脂でもよく、例としては、メタクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂などが挙げられる。そして樹脂により溶融樹脂の温度およびガラス転移温度が相違するから、ゲートカットのタイミング、冷却媒体の温度、および成形サイクル時間等も相違することは言うまでもない。

本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる射出成形機の正面図である。本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる成形金型の断面図であって射出開始前の位置に可動金型が停止された状態を示す図である。本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる成形金型の断面図であってキャビティ内の樹脂を圧縮された状態を示す図である。本実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる成形金型の断面図であってゲートカットされた状態を示す図である。本実施形態の導光板の射出プレス成形方法を示すチャート図である。本実施形態の射出プレス成形方法で成形した導光板である。板厚０．３ｍｍの導光板を射出プレス成形した場合の射出速度と樹脂温度の関係を示すテスト結果である。板厚０．２ｍｍの導光板を射出プレス成形した場合の射出速度と樹脂温度の関係を示すテスト結果である。射出速度と射出開始時型開量の関係を示すテスト結果である。型締開始時の昇圧時間と転写性の関係を示すテスト結果である。従来の方法により成形された導光板である。別の実施形態の導光板の射出プレス成形方法に用いる成形金型の断面図である。

１射出成形機
３射出装置
５型締装置
６固定盤
９可動盤
１０型締シリンダ
１１成形金型
１２可動金型
１３固定金型
１４キャビティ
１５，４１金型本体部
１６コア部
１６ａ，４２ａキャビティ形成面
１９可動枠部
２４，４５ゲートカッタ部材
Ｐ導光板
Ｐ１スプル
Ｐ２ランナ
Ｐ３ゲート

Claims

固定金型のキャビティ形成面に対する可動金型のキャビティ形成面の距離が可変に形成された成形金型を用いた導光板の射出プレス成形方法において、
前記可動金型は、金型本体部にコア部が固定され、コア部の固定金型と対向する面はキャビティ形成面となっており、コア部の周囲を囲んで可動枠部がコア部に対して型開閉方向に移動可能に設けられ、可動枠部の固定金型と対向する面は当接面となっており、固定金型の当接面と当接され、キャビティに接続される導光板の板厚よりも厚いランナを形成するランナ形成部材が前記可動枠体と一体に設けられており、
前記固定金型のキャビティ形成面と可動金型のキャビティ形成面との距離が対角寸法１．５〜１３インチ、板厚０．２〜０．７ｍｍの導光板の板厚に０．２〜０．５ｍｍ加算した値（ただし０．２ｍｍを除く）となる位置で可動金型を停止させてキャビティを形成し、射出中または射出後にアキュームレータを用いサーボバルブにより制御される型締シリンダを用いた機構により前記キャビティ内の溶融樹脂を圧縮することを特徴とする導光板の射出プレス成形方法。
前記型締シリンダを用いた機構により射出中に可動盤および可動金型の作動開始させた時から圧力制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の導光板の射出プレス成形方法。