JP4887195B2 - 金型、液状樹脂射出成形方法および光学素子 - Google Patents
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Description
そして、射出成形で用いられる金型では、樹脂を射出した際に、金型のキャビティ内のガスが成形品内に残らないようにするために、キャビティと金型外部とを連通するガスベント(ガス抜き用の孔)が設けられている。
ここで、必ずしも樹脂の射出成形に限られるものではなく、主に金属の鋳造に用いられるものであるが、金型におけるガス抜き穴の径を容易に変更可能とした提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、成形時にバリの発生や気泡の含有を確実に防止できる金型、射出成形方法および光学素子を提供することを目的とする。
熱硬化性樹脂を成形する液状樹脂射出成形法による樹脂成形で用いられる金型であって、
光学素子である成形品本体を成形するためのキャビティと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲートと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャとを備え、
前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第1断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第2断面積の0.2倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする。
前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする。
第1断面積が、第2断面積の0.5倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする。
前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることを特徴とする。
熱硬化性樹脂を成形する液状樹脂射出成形方法であって、
光学素子である成形品本体を成形するためのキャビティと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲートと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャとを備え
かつ、前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第1断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第2断面積の0.2倍から1.0倍未満となっている金型を用い、
前記キャビティから前記オーバーフローキャッチャにオーバーフローするまで液状樹脂を金型内に射出することを特徴とする。
前記金型の前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする。
前記金型における第1断面積が、第2断面積の0.5倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする。
前記金型における前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることを特徴とする。
液状樹脂を金型内に射出した後に、金型内で硬化した成形品を、超音波振動を用いて金型から離型することを特徴とする。
熱硬化性樹脂を成形する液状樹脂射出成形法により成形される光学素子であって、
液状樹脂を成形する金型のキャビティ内に形成される成形品本体と、
前記キャビティに連通し、前記キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲート内に形成されるゲート部と、
前記キャビティに連通し、前記キャビティからオーバーフローする液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャ内に形成されるオーバーフロー部と、
を有する成形品から前記ゲート部と前記オーバーフロー部とを切断除去することにより形成され、
前記成形品本体の前記オーバーフロー部を切断した第1切断面の面積が、前記成形品本体の前記ゲート部を切断した第2切断面の面積の0.2倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする。
前記成形品の前記オーバーフロー部が、前記成形品本体の最後に樹脂が充填されて形成された最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする。
第1切断面の面積が、第2切断面の面積の0.5倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする。
第1切断面の形状が略円形となっていることを特徴とする。
一方、金型における第1断面積が、第2断面積の0.2倍以上となっていることにより、気泡を含む液状樹脂をオーバーフローキャッチャに追い出すことができる。
すなわち、第1断面積が、第2断面積の0.2倍より小さい場合には、気泡が大きくなってしまったような場合に、キャビティからオーバーフローキャッチャに気泡が抜けなくなる可能性が高く、第1断面積を第2断面積の0.2倍以上とすることで気泡がキャビティ側に残るのを防止することができる。
ここで、ゲート側の第2断面積は、上述のように射出成形時に円滑に液状樹脂をキャビティ側に流入させるのに十分な面積とされているとともに、成形品本体の形状に影響がでないように必要以上に大きくならない面積とされており、この第2断面積を基準として第1断面積を規定することで、キャビティの容積や形状等に対応したものとすることができる。すなわち、キャビティの容積が大きくなれば、ゲートの径が大きくなるとともに、発生する気泡も大きくなる可能性が高く、ゲート側の第2断面積を基準としてオーバーフローキャッチャ側の第1断面積を規定することで、キャビティからオーバーフローキャッチャに気泡が円滑に移動するか否かを判断することができる。
また、上述のように、ゲート側の第2断面積は、射出成形時に円滑に液状樹脂をキャビティ側に流入させるのに十分な面積とされているので、オーバーフローキャッチャ側の第1断面積においても液状樹脂を円滑に流入させるのに第2断面積以上の面積を必要とせず、かつ、上述のように成形品本体の形状の設計上においては、第1断面積が小さい方が好ましいことから、第1断面積を第2断面積の1.0倍未満とする必要がある。
この場合に、イジェクトピンで押し出された際に破損しない程度の強度がオーバーフロー部、特に、製品部とオーバーフロー部との接続部に必要となる。
したがって、光学素子の製造に際しては、それぞれ、請求項1〜4および請求項5〜8と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、光学素子として、気泡を含有せず、所望の光学特性を有するものとするために、従来からある成形品本体(製品部)からゲート部を切断した第2切断面に加えて、気泡を追い出すために生じたオーバーフロー部を製品部から切断した第1切断面が生じることになる。
言い換えれば、従来なかったオーバーフロー部を設けることで、従来なかった第1切断面が生じることになるが、第1切断面を小さくすることで、従来の形状に近づけることができる。
また、第1断面積を小さくすることで、オーバーフロー部の容積も小さくなり、使用する樹脂量の削減を図り、コストダウンを図ることができる。
また、オーバーフロー部の切断面を小さくすることで、オーバーフロー部の容積も小さくし、使用される樹脂量の削減を図ることができる。
また、成形品の外周部に第1の切断面と第2の切断面との2つの切断面が生じることで、成形品のバランスが悪くなり、たとえば、成形品を設置する際にすわりが悪くなる可能性があるが、第2の切断面より第1の切断面を小さくすることでバランスが悪くなるのを抑制することができる。
まず、本発明の金型1について説明する。図1〜3は金型1の概略を示す断面図であり、図4は、金型1の後述の可動金型2の平面図である。
図1に示すように、金型1は、可動金型2と、固定金型3とを備えている。なお、図1は、概略を示すものであって、可動金型2および固定金型3について、成形品を形成するための成形面を備えた部分だけを示したものである。
また、この金型1を用いる射出成形機は、後述の液状樹脂射出成形法で使用可能な従来周知のものを使用可能である。
すなわち、この例では、常温で液状の熱硬化性樹脂を、加熱した金型1に射出することで熱硬化させる液状樹脂射出成形方法を用いて、成形品20(図5に図示)を形成するものとなっている。
そして、可動金型2の固定金型3側の表面には、可動側キャビティ4と、ランナー5と、ゲート6と、可動側オーバーフローキャッチャ7と、ガスベント8とを備える可動側形成面9が形成されている。
そして、固定金型3に可動金型2を当接させることで、可動金型2側のランナー5、ゲート6、ガスベント8がその開放側(固定金型3側)を閉塞され、可動金型2側の可動側キャビティ4と固定金型3の固定側キャビティ12とが合わされてキャビティ15が形成され、可動金型2側の可動側オーバーフローキャッチャ7と固定金型3の固定側オーバーフローキャッチャ13とが合わされてオーバーフローキャッチャ16が形成される。
キャビティ15は、樹脂が充填されることにより、成形品本体22が形成される部分である。ゲート6は、キャビティ15への樹脂の注入口となる部分である。ランナー5は、スプルーブッシュ11からゲート6への樹脂の流路となる部分である。なお、ランナー5は、多数固取りの際に、複数のキャビティ15に樹脂を送る経路となる。図1においては、1つのキャビティ15だけを図示しているが、金型1は複数個取り用に複数のキャビティ15が形成されたものであってもよい。
また、オーバーフローキャッチャ16は、最終充填位置もしくはその近傍として、例えば、キャビティ15のゲート6が接続される部分の反対側となる位置、もしくはキャビティ15のゲート6から充填される樹脂の流れに沿って最も遠い位置に形成される。
また、この例では、ランナー5およびゲート6を可動金型2だけに形成するものとしたが、可動金型2および固定金型3の両方に設け、これらをあわせることで、ランナーおよびゲートが構成されるようにしてもよい。また、オーバーフローキャッチャ16を可動金型2側だけに設ける構成としてもよい。
そして、この例においては、キャビティ15とオーバーフローキャッチャ16との接続部における第1断面積S1が、キャビティ15とゲート6との接続部における第2断面積S2以下となっている。
この際に、例えば、ガスベント8が細く、十分にガスが排出されない状態で、オーバーフローキャッチャ16が無い場合に、キャビティ15に充填される熱硬化性樹脂の先頭部分に気泡が残されるような状態でも、オーバーフローキャッチャ16を有するこの例では、気泡を含有する樹脂が、オーバーフローキャッチャ16に流出することになり、キャビティ15内に残らず、キャビティ15部分で成形される製品部に影響がでることがない。
したがって、ガスベント8は、その径を特に最適な状態とする必要がないので、金型1の製造時にガスベント8の設計を容易なものとすることができる。
ゲート6部分の第2断面積S2は、金型1の設計時に、キャビティ15への樹脂の充填が円滑に行われるように設定されており、オーバーフローキャッチャ16部分の第1断面積S1が第2断面積S2と等しければ、すなわち、第1断面積S1が第2断面積S2の1.0倍となっていれば、基本的にオーバーフローキャッチャ16においても、円滑に気泡を含む樹脂を流入させることができる。
すなわち、キャビティ15に円滑に樹脂を充填可能な第2断面積S2を基準とした場合に、第1断面積S1を第1断面積S2の0.2倍としても気泡を含む熱硬化性樹脂をキャビティ15からオーバーフローキャッチャ16に流出可能であることを見出した。
また、第1断面積S1を第2断面積S2の0.2倍とした場合に、全ての条件において、円滑にキャビティ15から気泡を含む樹脂がオーバーフローキャッチャ16に流入するとは限らず、条件によっては、オーバーフローキャッチャ16に気泡を含む樹脂が流入しない場合もあり、成形品の歩留まりを考慮すると、第1断面積S1を第1断面積S2の0.5倍とすることが好ましい。
ここで、成形後に成形品本体22からゲート部23やオーバーフロー部21を切断した後に、後加工として切削加工や研磨加工を施さない場合に、図6に示すように、成形品本体22にオーバーフロー部21を切断した第1切断面31と、ゲート部23を切断した第2切断面32とが残ることになる。
以上のことから、金型1において、第1断面積が、第2断面積の0.2倍から1.0倍となっていること好ましく、さらに、第1断面積が、第2断面積の0.5倍から1.0倍となっていることが好ましい。また、超音波振動を用いて離型する場合には、積極的に第1断面積を第2断面積の1.0倍未満、0.9倍未満としてもよい。
ここで、用いられる熱硬化性樹脂は、例えば、シリコーン(シリコン樹脂)である。
また、成形品は、例えば、樹脂レンズ等の光学素子であるが、本発明の金型および液状樹脂射出成形方法は、光学素子以外の成形品にも適用可能である。
また、液状樹脂射出成形方法は、液状樹脂射出成形(LIM:Liquid Injection Molding)法に基づくものである。
この際に、上述のように液状樹脂内に気泡が発生した場合には、気泡を含む樹脂がオーバーフローキャッチャ16に流入し、キャビティ15内に気泡が残るのを防止できる。
次に、固定金型3から可動金型2を離す方向に移動することで、金型1を開いた状態とする。この際に、可動金型2の入れ子部分を超音波振動子で振動させることにより、成形品20を固定金型3および可動金型2から離型する。
そして、ゲート部23とオーバーフロー部21とが切断された成形品本体22としての光学素子は、成形品20からゲート部23とオーバーフロー部21とを切断除去することにより形成される。そして、光学素子は、金型1を用いて成形されることにより、成形品本体(製品部)のオーバーフロー部21を切断した第1切断面31の面積が、成形品本体22のゲート部23を切断した第2切断面32の面積以下となっている。
しかし、本発明においては、第2切断面32より第1切断面31を小さくすることができるので、第1切断面31によるフランジの切り欠き部分を小さくしてより安定した形状とすることが可能となる。
また、オーバーフロー切断部44には、第1切断面47が有り、ゲート切断部43には、第2切断面46がある。
また、光学素子40は、基本的には、平面視して円形であるが、ゲート切断部43と、オーバーフロー切断部44の部分は、切り欠かれた形状となっている。
したがって、第1切断面47および第2切断面46が形成される部分は、基本形状から少し引き込んだ形状となるように切り欠かれた状態となっていることが好ましい。
上記実施形態では、光学素子を例にとり、熱硬化性樹脂をシリコーンとして説明したが、本発明の金型1および液状樹脂射出成形方法はこれに限定されない。粘性の低い熱硬化性樹脂を用いて成形品を作製する場合であれば、本発明の金型を用いることにより、気泡を含まない良質の成形品を作製することができる。具体的には、粘度が摂氏25度で1500〜15000d・pasの熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エリア樹脂、メラミン樹脂等を用いて成形品を作製する場合にも有効である。
また、上記実施形態では、透明な成形品(光学素子)を作製する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。不透明な成形品に対しても本発明の金型1および液状樹脂射出成形方法は適用可能である。その場合にも、気泡を含まない良質な成形品が得られるので、成形品の強度や耐久性等の特性を向上させることが可能である。
また、上記実施形態では、1つのオーバーフローキャッチャ16を設けた例を説明したが、本発明はこれに限定されず、複数のオーバーフローキャッチャを設けても良い。
2 可動金型
3 固定金型
6 ゲート
15 キャビティ
16 オーバーフローキャッチャ
22 成形品本体(光学素子)
31 第1切断面
32 第2切断面
40 光学素子
46 第2切断面
47 第1切断面
Claims (13)
- 熱硬化性樹脂を成形する液状樹脂射出成形法による樹脂成形で用いられる金型であって、
光学素子である成形品本体を成形するためのキャビティと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲートと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャとを備え、
前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第1断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第2断面積の0.2倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする金型。 - 前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の金型。
- 第1断面積が、第2断面積の0.5倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする請求項1または2に記載の金型。
- 前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の金型。
- 熱硬化性樹脂を成形する液状樹脂射出成形方法であって、
光学素子である成形品本体を成形するためのキャビティと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲートと、
当該キャビティに連通し、当該キャビティ内からオーバーフローした液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャとを備え
かつ、前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における第1断面積が、前記キャビティと前記ゲートとの接続部における第2断面積の0.2倍から1.0倍未満となっている金型を用い、
前記キャビティから前記オーバーフローキャッチャにオーバーフローするまで液状樹脂を金型内に射出することを特徴とする液状樹脂射出成形方法。 - 前記金型の前記オーバーフローキャッチャが、前記キャビティの液状樹脂が最後に充填される最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする請求項5に記載の液状樹脂射出成形方法。
- 前記金型における第1断面積が、第2断面積の0.5倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする請求項5または6に記載の液状樹脂射出成形方法。
- 前記金型における前記キャビティと前記オーバーフローキャッチャとの接続部における断面形状が略円形となっていることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の液状樹脂射出成形方法。
- 液状樹脂を金型内に射出した後に、金型内で硬化した成形品を、超音波振動を用いて金型から離型することを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の液状樹脂射出成形方法。
- 熱硬化性樹脂を成形する液状樹脂射出成形法により成形される光学素子であって、
液状樹脂を成形する金型のキャビティ内に形成される成形品本体と、
前記キャビティに連通し、前記キャビティ内に液状樹脂を導入させるゲート内に形成されるゲート部と、
前記キャビティに連通し、前記キャビティからオーバーフローする液状樹脂を受ける空間を形成するオーバーフローキャッチャ内に形成されるオーバーフロー部と、
を有する成形品から前記ゲート部と前記オーバーフロー部とを切断除去することにより形成され、
前記成形品本体の前記オーバーフロー部を切断した第1切断面の面積が、前記成形品本体の前記ゲート部を切断した第2切断面の面積の0.2倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする光学素子。 - 前記成形品の前記オーバーフロー部が、前記成形品本体の最後に樹脂が充填されて形成された最終充填位置もしくは当該最終充填位置の近傍に接続して設けられていることを特徴とする請求項10に記載の光学素子。
- 第1切断面の面積が、第2切断面の面積の0.5倍から1.0倍未満となっていることを特徴とする請求項10または11に記載の光学素子。
- 第1切断面の形状が略円形となっていることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の光学素子。
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