JP5114272B2 - 加圧成形装置及び加圧成形方法 - Google Patents
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また、上記の加熱流動性の悪い材料の成形方法として、ナノコンポジット樹脂の粉末を加熱プレスする方法も知られている(特許文献1)。しかし、例えば、小型撮像レンズを成形する場合、上述のように重量精度を0.1mg以下で計量することが必要であるが、それが示されていない。粉体を高精度に充填する方法として、粉を升に多量に入れた後、加圧してすり切るといった方法が知られているが(特許文献2)、こうした粉体状態での体積計量では目的精度を満たせない。一方、0.1mg精度を重量で計量(秤量)すると、非常に時間がかかりかつ設備が高額なため、大量生産にはなじまない。しかも粉体の性質によってはそもそも秤量できないため材料物性に制約がある、といった問題があった。
特許文献3の技術では、樹脂材料の射出圧縮成形で、まず、成形すべき成形品の容量よりもキャビティの容積が大きくなるように型締めし、この状態で溶融樹脂をキャビティ内に射出する。その後、キャビティの容積を成形すべき成形品の容積まで減少させて、キャビティ内を完全に溶融樹脂で充填させている。
特許文献4の技術では、樹脂材料の圧縮成形で、圧力を受けて大きなひずみを生じる起歪体を金型台に複数配置して金型を支持させ、加工時の金型押圧により起歪体が変形して生じる支持位置の沈み込みによって金型の実質的な表面形状を調整している。
特許文献5の技術では、特許文献4と同様に弾性体を金型に取り付けて、加圧時における被加工材が有する傾斜を吸収して均一な成形面圧を印加し、形状転写性を向上させている。
(1) 樹脂材料の加圧成形装置であって、
対向配置されて相互に接近動作する一対のプレス駒と、
該プレス駒との間で成形用キャビティを形成する外駒と、
前記成形用キャビティ内に進退自在に設置されたキャビティ体積調整部材と、
前記キャビティ体積調整部材を前記成形用キャビティに突出する方向に所定の一定圧力を印加する加圧手段と、
を備え、
前記キャビティ体積調整部材が、前記成形用キャビティの外周縁で該成形用キャビティ内に突出するリング状部材であることを特徴とする加圧成形装置。
また、この加圧成形装置によれば、成形品の周方向に対して均等に窪みが形成されるので、成形品に方向性が生じることを防止できる。
前記キャビティ体積調整部材の基端部に接続されたピストンと、
前記ピストンを収容するシリンダと、
前記シリンダ内への油圧を供給する油圧供給手段と、
を備え、前記油圧の供給により前記ピストンに接続されたキャビティ体積調整部材を進退動作させることを特徴とする請求項1または請求項2記載の加圧成形装置。
前記成形用キャビティに樹脂材料を投入する工程と、
前記上駒と下駒とを相互に接近させて前記樹脂材料を加圧し、成形品のキャビティの寸法となる位置に前記いずれかの駒が到達するまでの間で、前記成形品の規定体積に対する樹脂材料の不足分を前記キャビティ体積調整部材の前記成形用キャビティ内への突出により補う加圧・形状決定工程と、
を有することを特徴とする加圧成形方法。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
図2に加圧成形工程の手順を示す工程図を示した。
図2(a)は樹脂材料の投入工程を示しており、上駒11が外駒15に嵌入される前に、下駒13と外駒15により形成される空間に、成形品寸法に略対応する量の樹脂材料S1を投入した状態を示している。本実施形態では、樹脂材料S1はナノコンポジット樹脂を粉体として供給している。
なお、加圧成形装置100の構成は、上駒11を可動駒とすることに限らず、下駒13を可動駒としたり、双方が移動するものであってもよい。
図4は本発明の第2の実施形態に係る加圧成形装置の概略構成を断面で示す構成図である。図中、図1に示す部材と共通する部材に対しては同じ符号を付与することで、その説明は省略する。
図5に下駒の成形用キャビティに面する形成面を表す平面図に示すように、複数のブロック41A,41B,41Cを周方向に等間隔で配置した溝43A,43B,43C内にそれぞれ保持し、このブロック41A,41B,41Cの下端面に図示しないロッドを接続することで、前述と同様な構成でブロック41A,41B,41Cを成形用キャビティ17に突出可能に支持する。
次に、本発明の光学部材に用いるナノコンポジット素材(無機微粒子が熱可塑性樹脂に結合されたナノコンポジット素材)について、以下に詳細に説明する。
本発明に用いられる有機無機複合材料には、数平均粒子サイズが1〜15nmの無機微粒子としている。無機微粒子の数平均粒子サイズは、小さすぎると該微粒子を構成する物質固有の特性が変化する場合があり、逆に大きすぎるとレイリー散乱の影響が顕著となり、有機無機複合材料の透明性が極端に低下する場合がある。従って、本発明における無機微粒子の数平均粒子サイズは1〜15nmにすることが必要であり、好ましくは2〜13nmであり、より好ましくは3〜10nmである。
本発明で用いられる熱可塑性樹脂の構造には特に制限がなく、たとえば、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリビニルカルバゾール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリチオウレタン、ポリイミド、ポリエーテル、ポリチオエーテ、ポリエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等の公知の構造を有する樹脂を例示することができるが、本発明では少なくとも、高分子鎖末端、または側鎖に無機微粒子と任意の化学結合を形成しうる官能基を有する熱可塑性樹脂が特に好ましい。このような熱可塑性樹脂としては、
が好ましい例として挙げられる。
以下、熱可塑性樹脂(1)について、詳細に説明する。
本発明で用いられる熱可塑性樹脂(1)は、高分子鎖末端、側鎖に無機微粒子と化学結合を形成しうる官能基を有する。ここで、「化学結合」とは、例えば、共有結合、イオン結合、配位結合、水素結合等が挙げられ、官能基が複数存在する場合は、それぞれ無機微粒子と異なる化学結合を形成しうるものであってもよい。化学結合を形成しうるか否かは、有機溶媒中において熱可塑性樹脂と無機微粒子とを混合したときに、熱可塑性樹脂の官能基が無機微粒子と化学結合を形成しうるか否かで判定する。熱可塑性樹脂の官能基は、そのすべてが無機微粒子と化学結合を形成していてもよいし、一部が無機微粒子と化学結合を形成していてもよい。
11a 光学機能転写面
13 下駒
13a 光学機能転写面
15 外駒
16 コイル(加熱手段)
17 成形用キャビティ
19 棒状部材
21 シリンダ
23 ピストン
25 連通孔
27 圧力供給部
29 油圧供給管路
31 ブロック
35 リング状部材
37 周溝
39 ロッド
41A,41B,41C 円弧状部材
43A,43B,43C 溝
100 加圧成形装置
S1 樹脂材料
S2 塊化樹脂
S3 成形品
Claims (9)
- 樹脂材料の加圧成形装置であって、
対向配置されて相互に接近動作する一対のプレス駒と、
該プレス駒との間で成形用キャビティを形成する外駒と、
前記成形用キャビティ内に進退自在に設置されたキャビティ体積調整部材と、
前記キャビティ体積調整部材を前記成形用キャビティに突出する方向に所定の一定圧力を印加する加圧手段と、
を備え、
前記キャビティ体積調整部材が、前記成形用キャビティの外周縁で該成形用キャビティ内に突出するリング状部材であることを特徴とする加圧成形装置。 - 前記キャビティ体積調整部材の突出方向が、該キャビティ体積調整部材に対向する前記プレス駒の接近方向と同じであることを特徴とする請求項1記載の加圧成形装置。
- 前記加圧手段が、
前記キャビティ体積調整部材の基端部に接続されたピストンと、
前記ピストンを収容するシリンダと、
前記シリンダ内への油圧を供給する油圧供給手段と、
を備え、前記油圧の供給により前記ピストンに接続されたキャビティ体積調整部材を進退動作させることを特徴とする請求項1または請求項2記載の加圧成形装置。 - 前記樹脂材料の成形品が光学部材であり、前記キャビティ体積調整部材が前記光学部材の光学機能面を除く領域に突出するよう配置されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の加圧成形装置。
- 少なくとも前記外駒の外周に配置されて前記成形用キャビティ内の樹脂材料を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項記載の加圧成形装置。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項記載の加圧成形装置を用いた加圧成形方法であって、
前記成形用キャビティに樹脂材料を投入する工程と、
前記上駒と下駒とを相互に接近させて前記樹脂材料を加圧し、成形品のキャビティの寸法となる位置に前記いずれかの駒が到達するまでの間で、前記成形品の規定体積に対する樹脂材料の不足分を前記キャビティ体積調整部材の前記成形用キャビティ内への突出により補う加圧・形状決定工程と、
を有することを特徴とする加圧成形方法。 - 前記キャビティ体積調整部材を、前記成形品の突出しピンとして用いることを特徴とする請求項6記載の加圧成形方法。
- 前記加圧・形状決定工程を真空中、二酸化炭素雰囲気中、窒素雰囲気中のいずれかで行うことを特徴とする請求項6または請求項7記載の加圧成形方法。
- 前記樹脂材料がナノコンポジット樹脂を含むことを特徴とする請求項6〜請求項8のいずれか1項記載の加圧成形方法。
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