JP4891549B2

JP4891549B2 - プラスチック成形用金型

Info

Publication number: JP4891549B2
Application number: JP2005011769A
Authority: JP
Inventors: 文行鈴木; 正望月
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2006198838A; US7845934B2; US20060157834A1

Description

本発明は、プラスチック材料を成形するためのプラスチック成形用金型に関する。

プラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造するためのプラスチック成形用金型としては、上下に分割された主型を組み合せた際に、各主型に組み込まれた入子の間にキャビティが形成されるように構成されたプラスチック成形用金型がある。
このプラスチック成形用金型では、各主型を上下に離間させた状態で入子の間にプラスチック材料を投入し、プラスチック材料をガラス転移温度以上に加熱して軟化させた後に、上下の主型を組み合せることによって、キャビティ内でプラスチック材料を圧縮成形することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２５１２０号公報（段落０００７〜０００８、図１）

ここで、成形後のプラスチック材料を取り出す際に、プラスチック材料がガラス転移温度以上である場合には、軟化しているプラスチック材料の変形が生じ易いため、プラスチック材料をキャビティ内でガラス転移温度以下に冷却した後に取り出す必要がある。
このとき、プラスチック材料はガラス転移温度付近で急激な体積変化を生じることから、プラスチック材料をキャビティ内で冷却した際には、プラスチック材料がキャビティ内で収縮し、プラスチック材料がキャビティの内面から離れてしまうため、成形精度が低くなってしまうという問題がある。

そこで、前記プラスチック成形用金型では、圧縮成形後のプラスチック材料をキャビティ内で冷却する際に、入子をキャビティの内方に向けて移動させて、プラスチック材料の加圧状態を維持することにより、プラスチック材料がキャビティの内面に密着している状態が維持されるように構成されている。すなわち、プラスチック材料を冷却した際の収縮に追従させて入子を移動させることにより、キャビティ内の容積を減少させている。

しかしながら、前記プラスチック成形用金型では、入子を移動させるための駆動機構を主型に組み込む必要があるとともに、プラスチック材料の体積変化に追従させて入子を移動させるための制御機構を設ける必要があるため、金型の構造が複雑になってしまうという問題がある。
また、前記した方法によって成形された製品では、入子の移動方向の寸法がばらつくため、この方向の寸法が重要な製品には、前記した方法を利用することができないという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、金型の構造を複雑にすることなく、プラスチック材料の成形精度を高めることができるプラスチック成形用金型を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、プラスチック材料を成形するためのプラスチック成形用金型であって、成形対象のプラスチック材料が投入されるキャビティを備え、キャビティの内面の一部が弾性体によって構成され、キャビティの内面には、プラスチック材料の両面に形成される光学面と、プラスチック材料の外周面の少なくとも一部の全周と、に対応する成形部が設けられ、キャビティの内面の一部には弾性体が設けられ、弾性体はキャビティの内面において成形部以外のみに設けられており、キャビティの内面には、弾性体が嵌め込まれる嵌合溝が形成され、嵌合溝の内面には凹状の逃げ部が形成され、プラスチック材料からの押圧力によってキャビティの外側に向けて変形した弾性体の復元力が、プラスチック材料に作用することを特徴としている。

ここで、本発明のプラスチック成形用金型は、キャビティ内でプラスチック材料を成形するように構成されており、その成形方法は射出成形や圧縮成形など限定されるものではない。
また、プラスチック材料の材質は限定されるものではなく、例えば、ポリカーボネイト、アクリル、環状ポリオレフィン、変形ポリエステル等のプラスチック材料を用いることができる。

このように、本発明のプラスチック成形用金型では、キャビティの内面の一部が弾性体によって構成されており、プラスチック材料の成形時には、キャビティ内で飽和状態となったプラスチック材料からの押圧力によって、弾性体がキャビティの外方に向けて変形することになる。このとき、キャビティ内のプラスチック材料には、弾性体の復元力が作用することになるため、冷却時にプラスチック材料がキャビティ内で収縮した場合であっても、弾性体の復元力によってプラスチック材料の加圧状態が維持されることになる。これにより、プラスチック材料を冷却する際にキャビティ内の容積を減少させるための駆動機構や制御機構を金型に組み込むことなく、冷却時にプラスチック材料がキャビティの内面に密着している状態を維持することができる。

なお、弾性体は、冷却時にプラスチック材料の加圧状態を維持するための復元力を発揮することができるものであれば、その材質や形状、および硬度は限定されるものではなく、例えば、ゴム材を用いることができる。

また、本発明のプラスチック成形用金型では、キャビティの内面において、製品として高い形状精度が要求される面に対応する成形部以外に弾性体が設けられているため、プラスチック材料を精度良く成形することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラスチック成形用金型であって、プラスチック成形用金型は、圧縮成形用の金型であることを特徴としている。

このように、本発明のプラスチック成形用金型では、プラスチック成形用金型が圧縮成形用の金型であり、圧縮成形後の冷却時にプラスチック材料が収縮した場合であっても、キャビティ内の弾性体の復元力によってプラスチック材料の加圧状態が維持されるため、プラスチック材料がキャビティの内面に密着している状態を維持することができる。これにより、プラスチック材料の圧縮成形において、金型の構造を複雑にすることなく、成形精度を高めることができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のプラスチック成形用金型であって、弾性体はプラスチック材料のガラス転移温度よりも高い耐熱温度を備えていることを特徴としている。

このように、本発明のプラスチック成形用金型では、弾性体がプラスチック材料のガラス転移温度よりも高い耐熱温度を備えているため、プラスチック材料をガラス転移温度よりも高い温度に加熱して成形する場合であっても、熱による弾性体の劣化を防ぐことができる。

なお、プラスチック材料のガラス転移温度よりも高い耐熱温度を備えている弾性体の材質は限定されるものではなく、成形するプラスチック材料のガラス転移温度に応じて選定されるものであり、例えば、耐熱性ゴムであるフッ素ゴムやシリコンゴムを用いることができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック成形用金型であって、弾性体は、ゴム材によって構成されており、弾性体のゴム硬度が５０〜１００であることを特徴としている。

このように、本発明のプラスチック成形用金型では、ゴム材によって構成された弾性体のゴム硬度を５０〜１００に設定することにより、プラスチック材料を冷却した際には、弾性体からプラスチック材料に対して効果的に復元力が作用することになるため、弾性体によってプラスチック材料を確実に加圧することができる。なお、ゴム硬度が７０〜１００のときには弾性体からプラスチック材料に対して復元力が顕著に作用するため、ゴム硬度を７０〜１００に設定することが好ましい。

このようなプラスチック成形用金型によれば、キャビティの内面の一部が弾性体によって構成されており、プラスチック材料の成形時に変形した弾性体の復元力がキャビティ内のプラスチック材料に作用することになる。これにより、冷却時にプラスチック材料がキャビティ内で収縮した場合であっても、プラスチック材料の加圧状態が維持されることになり、プラスチック材料がキャビティの内面に密着している状態を維持することができるため、金型の構造を複雑にすることなく、プラスチック材料の成形精度を高めることができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のプラスチック成形用金型を示した図で、（ａ）は各主型を離間させた状態の側断面図、（ｂ）は各主型を組み合せた状態の側断面図である。図２は、本実施形態のプラスチック成形用金型を示した図で、（ａ）は上方主型の平面図、（ｂ）は下方主型の平面図である。
本実施形態では、プラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造するためのプラスチック成形用金型を例として説明する。

（プラスチック成形用金型の構成）
プラスチック成形用金型１は、図１に示すように、上下に配置された上方主型１０および下方主型２０を組み合せることにより、上方主型１０と下方主型２０との間に形成された空間であるキャビティ３０内に投入されたプラスチック材料を圧縮成形するように構成されている。

（上方主型の構成）
上方主型１０は、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、鋼製の直方体であり、その下面の中央部には、平断面が円形の凹部１１が設けられている。
上方主型１０の凹部１１には、鋼製の円柱部材である上方入子１２の上端部が嵌め込まれており、上方主型１０の下面から上方入子１２が下方に向けて突出した状態となっている。
上方入子１２の下端面１３は、凹状の光学面を成形するための成形部であり、凹状の光学面の曲率に対応させた凸状の球面等の湾曲面となっている。

（下方主型の構成）
下方主型２０は、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すように、鋼製の直方体であり、その上面の中央部には、平断面が円形の導入穴２１が設けられている。
この導入穴２１は、上方主型１０の上方入子１２よりも僅かに大きな直径となっており、上方入子１２を挿入することができる。また、導入穴２１の深さは、上方入子１２の突出量よりも深く形成されており、導入穴２１に上方入子１２を挿入した場合に、導入穴２１の底面と上方入子１２の下端面１３との間に隙間が形成されることになる（図１（ｂ）参照）。

導入穴２１の底面には、平断面が円形で導入穴２１よりも小径の凹部２２が設けられており、この凹部２２には、鋼製の円柱部材である下方入子２３が嵌め込まれている。
下方入子２３の上端面２４は、導入穴２１の底面と同一平面上に配置されている。この上端面２４は、凸状の光学面を成形するための成形部であり、凸状の光学面の曲率に対応させた凹状の球面等の湾曲面となっている。

導入穴２１の下端部の内周側面には、矩形断面の凹溝である嵌合溝２５が底面の外周に沿って円周状に設けられている。この嵌合溝２５には、弾性体であるゴムリング２６の外周端部が嵌め込まれており、ゴムリング２６の下面が導入穴２１の底面に接した状態となっている。
さらに、嵌合溝２５の内周側面には、ゴムリング２６が導入穴２１の内方からの押圧力によって十分に変形可能となるようにするための逃げ部として、矩形断面の凹溝である逃げ溝２７が嵌合溝２５に沿って円周状に設けられている。

（ゴムリングの構成）
本実施形態のゴムリング２６は、成形対象であるプラスチック材料のガラス転移温度よりも高い耐熱温度を備えた耐熱性ゴムによって構成されている。なお、耐熱性ゴムの材質は限定されるものではなく、例えば、フッ素ゴムやシリコンゴムを用いることができる。さらに、ゴムリング２６のゴム硬度は７０〜９０となっている。

ゴムリング２６の内径は、上端開口部から下端開口部に向うに連れて狭くなっており、下端開口部は下方入子２３の上端面２４と同径に形成されている。これにより、ゴムリング２６の開口部から下方入子２３の上端面２４全域を臨むことができるように構成されている。また、ゴムリング２６の外径は、ゴムリング２６の外周側面が嵌合溝２５の内周側面に接するように設定されている。

（キャビティの構成）
キャビティ３０は、図１（ｂ）に示すように、上方主型１０を下方主型２０に対して下降させることにより、上方主型１０の上方入子１２を下方主型２０の導入穴２１に挿入して、上方主型１０と下方主型２０とを組み合せた際に、導入穴２１の下部で導入穴２１の底面と上方入子１２の下端面１３との間に形成される隙間であり、成形対象のプラスチック材料を圧縮成形するための空間である。

キャビティ３０の内部上面は、上方入子１２の下端面１３によって構成され、キャビティ３０の内部下面は、下方入子２３の上端面２４によって構成されている。また、キャビティ３０の内周側面の一部には、ゴムリング２６が設けられた状態となっている。
このように、キャビティ３０の内面において、上方入子１２の下端面１３および下方入子２３の上端面２４以外の部位にゴムリング２６が設けられている。すなわち、キャビティ３０の内面のうち、成形面である光学面を成形する成形部以外の部分にゴムリング２６が設けられていることになる。

（プラスチック成形用金型を用いたプラスチックレンズの製造方法）
次に、本実施形態のプラスチック成形用金型１を用いたプラスチックレンズの製造方法について説明する。
図３は、本実施形態のプラスチック成形用金型を用いたプラスチックレンズの製造方法を示した図で、（ａ）はプラスチック材料を投入した状態の側断面図、（ｂ）はプラスチック材料を圧縮成形した状態の側断面図である。
本実施形態では、ポリカーボネイトであるプラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造する場合を例として説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、上方主型１０と下方主型２０とを上下に離間させ、下方主型２０の導入穴２１内にプラスチック材料４０を投入して、プラスチック材料４０を下方入子２３の上端面２４に載置する。

続いて、下方主型２０を加熱するなどして、プラスチック材料４０をガラス転移温度以上まで加熱して軟化させた後に、図３（ｂ）に示すように、上方主型１０を下方主型２０に対して下降させることにより、上方主型１０の上方入子１２を下方主型２０の導入穴２１に挿入して、上方主型１０と下方主型２０とを組み合せる。
これにより、プラスチック材料４０は、上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４との間に形成されたキャビティ３０内に投入された状態となり、プラスチック材料４０が上方入子１２によって加圧されることにより、プラスチック材料４０が変形してキャビティ３０内で飽和状態となる。

ここで、上方入子１２の下端面１３は、凹状の光学面の形状に対応しており、下方入子２３の上端面２４は、凸状の光学面の形状に対応しているため、キャビティ３０内で飽和状態となったプラスチック材料４０は、上方入子１２の下端面１３から下方入子２３の上端面２４までの高さに対応する厚みで、凹凸両側の光学面が形成されたプラスチックレンズの形状を成すことになる。

また、プラスチック材料４０が圧縮された際には、ゴムリング２６がプラスチック材料４０からの押圧力によって外方に向けて変形することになる。具体的には、ゴムリング２６の内径が拡径された状態となり、この拡径に応じてゴムリング２６の外周部が逃げ溝２７内に突出した状態となる。

なお、ゴムリング２６は、プラスチック材料４０のガラス転移温度よりも高い耐熱温度を備えているため、ガラス転移温度以上に加熱されたプラスチック材料４０の接触による劣化が防止されている。

その後、圧縮成形後のプラスチック材料４０をキャビティ３０内でガラス転移温度以下になるまで冷却する。このとき、プラスチック材料４０がキャビティ３０内で収縮することになるが、変形したゴムリング２６の復元力がプラスチック材料４０に作用することになるため、プラスチック材料４０の加圧状態が維持され、プラスチック材料４０が上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４に押し付けられた状態となる。これにより、プラスチック材料４０は、光学面を成形するための成形部に密着している状態が維持されることになるため、光学面を精度良く成形することができる。

なお、本実施形態のプラスチック成形用金型１では、光学面を成形するための成形部である上方入子１２の下端面１３および下方入子２３の上端面２４以外のキャビティ３０の内面にゴムリング２６が設けられており、柔軟で不安定な弾性体によって光学面が成形されないため、光学面の成形精度が高まっている。

また、光学面を成形する成形部である上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４とが、プラスチック材料４０の圧縮成形後に移動することなく間隔が保たれているため、成形するプラスチックレンズの厚さを一定にすることができる。

さらに、本実施形態では、ゴムリング２６のゴム硬度は７０〜９０に設定されており、プラスチック材料４０の冷却時に、ゴムリング２６からプラスチック材料４０に対して効果的に復元力が作用することになるため、プラスチック材料４０の加圧状態が確実に維持されている。
ここで、ゴムリング２６のゴム硬度が５０未満の場合には、プラスチック材料４０に対して十分に復元力が作用しない可能性があり、また、ゴム硬度が１００を超える場合には、プラスチック材料４０が圧縮された際に、ゴムリング２６が拡径しない可能性があり、本実施形態のように、ゴム硬度が７０〜９０に設定されている場合には、プラスチック材料４０を効果的に加圧することができる。

このようにして、圧縮成形後のプラスチック材料４０をキャビティ３０内でガラス転移温度以下に冷却した後に、上方主型１０と下方主型２０を離間させて、下方主型２０の導入穴２１からプラスチック材料４０を取り出し、プラスチック材料４０の円周部を加工してプラスチックレンズを完成させる。

したがって、本発明のプラスチック成形用金型１によれば、キャビティ３０の内面の一部が弾性体であるゴムリング２６によって構成されており、プラスチック材料４０を圧縮成形した際に変形したゴムリング２６の復元力が、キャビティ３０内で冷却されているプラスチック材料４０に作用することになる。これにより、プラスチック材料４０が冷却時に収縮した場合であっても加圧状態が維持されることになり、プラスチック材料４０がキャビティ３０内の光学面の成形部に密着している状態を維持することができるため、金型の構造を複雑にすることなく、圧縮成形によるプラスチックレンズの成形精度を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。図４は、本実施形態のプラスチック成形用金型の参考例を示した図で、（ａ）はゴムリングの下部を下方入子に嵌め込んだ構成の側断面図、（ｂ）はゴムリングを下方入子に嵌め込んだ構成の側断面図、（ｃ）はゴムリングを上方入子に嵌め込んだ構成の側断面図である。図５は、本実施形態のプラスチック成形用金型の他の構成を示した図で、プラスチック材料を射出成形する構成を示した側断面図である。
例えば、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、導入穴２１の下端部の内周側面に設けられた嵌合溝２５にゴムリング２６の外周端部が嵌め込まれているが、図４（ａ）に示した参考例のように、下方入子２３´の上端面２４の外周縁部にゴムリング２６の下端部が嵌め込まれるように構成することもできる。
また、図４（ｂ）に示した参考例のように、下方入子２３´の上端面２４とゴムリング２６の上端面とが同じ高さになるように、下方入子２３´の上端面２４の外周縁部にゴムリング２６を嵌め込むように構成したり、図４（ｃ）に示した参考例のように、上方入子１２´の下端面１３とゴムリング２６の下端面とが同じ高さになるように、上方入子１２´の下端面１３の外周縁部にゴムリング２６を嵌め込むように構成することもできる。

また、本実施形態では、図３に示すように、下方主型２０に上方主型１０を組み合せることにより、下方主型２０に投入されているプラスチック材料４０を圧縮成形するプラスチック成形用金型１について説明したが、図５に示すように、予め組み合わされている主型１０’，２０’のキャビティ３０’内に、溶解させたプラスチック材料４０をランナ３１から流入させて射出成形するプラスチック成形用金型１’に本発明の構成を適用することもできる。すなわち、射出成形用のプラスチック成形用金型１’のキャビティ３０’内にゴムリング２６を設けることにより、射出成形後のプラスチック材料４０を冷却する際に、ゴムリング２６の復元力によってプラスチック材料４０の加圧状態が維持されることになる。これにより、プラスチック材料４０が光学面の成形部に密着している状態を維持することができるため、射出成形によるプラスチックレンズの成形精度を高めることができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、上方主型１０および下方主型２０に各々入子１２，２３を嵌め込んでいるが、入子１２，２３を用いることなく、上方主型１０と下方主型２０との間にキャビティ３０が形成されるように構成してもよい。

さらに、ゴムリング２６の逃げ部の形状は溝状に限定されるものではなく、凹部等によって、ゴムリング２６と下方主型２０との間に逃げ部となる隙間が形成されていればよい。

また、キャビティ３０の内面の一部に設けられる弾性体は、ゴムリング２６に限定されるものではなく、各種材質の弾性体を用いることができ、その形状もリング形状に限定されるものではない。

本実施形態のプラスチック成形用金型を示した図で、（ａ）は各主型を離間させた状態の側断面図、（ｂ）は各主型を組み合せた状態の側断面図である。本実施形態のプラスチック成形用金型を示した図で、（ａ）は上方主型の平面図、（ｂ）は下方主型の平面図である。本実施形態のプラスチック成形用金型を用いたプラスチックレンズの製造方法を示した図で、（ａ）はプラスチック材料を投入した状態の側断面図、（ｂ）はプラスチック材料を圧縮成形した状態の側断面図である。参考例のプラスチック成形用金型の他の構成を示した図で、（ａ）はゴムリングの下部を下方入子に嵌め込んだ構成の側断面図、（ｂ）はゴムリングを下方入子に嵌め込んだ構成の側断面図、（ｃ）はゴムリングを上方入子に嵌め込んだ構成の側断面図である。本実施形態のプラスチック成形用金型の他の構成を示した図で、プラスチック材料を射出成形する構成を示した側断面図である。

符号の説明

１プラスチック成形用金型
１０上方主型
１２上方入子
２０下方主型
２３下方入子
２６ゴムリング
３０キャビティ
４０プラスチック材料

Claims

プラスチック材料を成形するためのプラスチック成形用金型であって、
成形対象のプラスチック材料が投入されるキャビティを備え、
前記キャビティの内面には、前記プラスチック材料の両面に形成される光学面と、前記プラスチック材料の外周面の少なくとも一部の全周と、に対応する成形部が設けられ、
前記キャビティの内面の一部には弾性体が設けられ、前記弾性体は前記キャビティの内面において前記成形部以外のみに設けられており、
前記キャビティの内面には、前記弾性体が嵌め込まれる嵌合溝が形成され、前記嵌合溝の内面には凹状の逃げ部が形成され、
前記プラスチック材料からの押圧力によって前記キャビティの外側に向けて変形した前記弾性体の復元力が、前記プラスチック材料に作用することを特徴とするプラスチック成形用金型。
前記プラスチック成形用金型は、圧縮成形用の金型であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック成形用金型。
前記弾性体は、前記プラスチック材料のガラス転移温度よりも高い耐熱温度を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラスチック成形用金型。
前記弾性体は、ゴム材によって構成されており、前記弾性体のゴム硬度が５０〜１００であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック成形用金型。