JP5206501B2 - 射出成形方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子等を射出成形するための射出成形方法及び装置に関し、特に減圧された金型内に被射出溶融物を射出することによって成形を行う射出成形方法及び装置に関する。

公知の射出成形装置として、上型と下型とを型締めする型締め装置に、型締めシリンダと、型締め位置検出装置と、連通切換弁とを設けたものが存在する（特許文献１）。この装置では、連通切換弁が、位置検出装置の信号により、上型及び下型の間に形成されるキャビティと、型締めシリンダに連結されて駆動されるタンク状の真空装置とを連通させることによって、樹脂注入の際にキャビティを減圧する。

射出成形装置用の金型として、注湯口の反対側に設けたガス抜き路に介挿された開閉弁を開放した状態で、注湯口を介してキャビティ内に被射出溶融物を注入するとともにプランジャで押し出すものが存在する（特許文献２）。この装置では、プランジャで注湯口が閉塞された後所定時間経過後に、ガス抜き路を開放状態から真空引きに切り換え、その後キャビティの充填が完了した段階で、開閉弁を閉止して真空引きを停止させるとともにガス抜き路を遮断する。

射出成形装置用の別の金型として、キャビティの近傍にバキュームタンクを設け、バキュームバルブの開閉制御によってキャビティ内の空気を吸引排気するものが存在する（特許文献３）。この装置では、射出前にバキュームバルブをオンにしてキャビティとバキュームタンクとを連通させ、射出完了後保圧の前にバキュームバルブをオフにして排気流路を遮断する。

特開昭６２−５０１０５号公報 特開平４−１２３８５８号公報 特開２００２−１６６４４８号公報

しかし、上記特許文献１〜３の装置では、キャビティ内の減圧のため真空タンクを用いており、真空タンクの真空度の調整は容易であっても、樹脂注入の前のキャビティ内の真空度を精密に管理することは容易でない。また、減圧用の真空タンクはある程度の容積を必要とし、装置が大型化する。

なお、真空タンクを用いないで、真空ポンプによって樹脂注入の前にキャビティを直接減圧することも考えられるが、以下のような問題が生じる。すなわち、キャビティ減圧のための排気流量が大きいと、キャビティ内の真空度が高まることから、溶融樹脂に溶け込んでいるガスが微量であるが分離してキャビティ内の深い窪み部分に溜まる傾向が生じると考えられる。例えば、光学部品のように表面形状の要求精度が高い場合、上記のような残留ガスによって波模様状の外観不良（以下フローマーク）が発生し、成形品の性能が劣化する場合があることを、本発明者は実験的に確認した。一方、キャビティ減圧のための排気流量が小さいと、キャビティ内の真空度をガスの発生を抑制できる程度に低くできると考えられるが、目標の真空度に達する時間も長くなって、成形のサイクルタイムが増大してしまう。

そこで、本発明は、残留ガスによって成形品の性能が劣化することを防止しつつ、成形のサイクルタイムを維持又は短縮できる射出成形方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る射出成形方法は、（ａ）成形金型を構成する第１金型と第２金型とを型閉じすることによって、成形金型中に成形空間を形成する型閉じ工程と、（ｂ）成形金型中に形成されて成形空間に連通する減圧路を介して成形空間内から排気することによって成形空間内を所定の真空度にする減圧工程と、（ｃ）減圧動作の抑制又は停止によって、成形空間内を所定の真空度よりも低下させる緩和工程と、（ｄ）緩和工程によって成形空間の真空度の低下を許容した状態で、成形金型の成形空間中に被射出溶融物を射出して成形空間を充填する射出工程とを備える。

上記射出成形方法では、成形空間内を減圧工程によって達成された所定の真空度よりも低下させる緩和工程によって成形空間内を比較的低い真空度にした状態で、成形金型の成形空間中に被射出溶融物を射出して成形空間を充填するので、成形空間の迅速な減圧に適する真空引きの流量に対応する高い真空度の状態と、被射出溶融物によって成形空間を充填する際の低い真空度の状態とを使い分けることができる。これにより、成形空間を迅速に減圧できるとともに、必要以上に高い真空度によって被射出溶融物に溶け込んでいるガスが被射出溶融物から分離することを防止できる。このように、成形空間を迅速に減圧することで、射出成形のサイクルタイムを短縮できる。また、被射出溶融物に溶け込んでいるガスが被射出溶融物から分離することを防止することにより、このようなガスが成形空間と被射出溶融物との間に閉じ込められることを防止でき、成形品の表面にフローマーク（波模様の外観不良）等が形成されることを防止できる。

本発明の具体的な態様又は観点では、上記射出成形方法において、減圧工程で、成形空間に連通する減圧路に対して第１の流量で真空引きを行い、緩和工程で、減圧路に対して第１の流量よりも小さな第２の流量で真空引きを行うことと、減圧路に対する真空引きを中止することとのいずれか一方によって、成形空間の真空度の低下を許容する。この場合、真空引きする際の流量の減少や中止といった流量の調整により、被射出溶融物によって成形空間を充填する際の真空度を簡易に適切な範囲に設定することができる。

本発明の別の態様では、減圧工程で減圧路に連結する流路と、緩和工程で減圧路に連結する流路とを、流路切換装置を利用して所定のタイミングで切り換える。この場合、切り替えのタイミングの調整が簡易で確実なものとなる。

本発明のさらに別の態様では、成形金型を動作させる成形機本体が発生するタイミング信号に基づいて、減圧工程から緩和工程への切り換えを行う。この場合、成形機本体が行う型開閉等に際しての動作信号を利用して、型閉じや型締め等のタイミングに対して精密な同期をとることができる。

本発明のさらに別の態様では、成形空間中の被射出溶融物を冷却する工程と、減圧路を雰囲気圧に戻した状態で第１金型と第２金型とを離間させることによって型開きを行う工程と、をさらに備える。この場合、型開き時に真空破壊が起こることを防止きる。これにより、型開きに際して成形金型の周囲のごみが金型内入り込むことを抑制して転写面等の成形金型内面を清浄に保つことができる。

本発明のさらに別の態様では、成形空間は、周辺部よりも中央部で大きな厚みを有し、周辺部の所定位置に設けられた導入口を介して成形空間中に被射出溶融物を射出する。この場合、中央部に対応する金型の転写面において空気が溜まりやすくなるが、上記のように、緩和工程によって適度な真空度になった状態で被射出溶融物を射出させることができるので、被射出溶融物のから脱離ガスの発生が低減され、フローマークの形成を抑制することができる。

本発明のさらに別の態様では、成形空間中の被射出溶融物を冷却により硬化させることによって光学素子を形成する。この場合、成形品たる光学素子の光機能面等を含む表面を脱離ガスによるフローマークのない高精度の状態に加工することができる。

本発明に係る射出成形装置は、（ａ）第１金型と第２金型とを有し、第１金型と第２金型とを型閉じすることによって形成される成形空間に連通する減圧路を設けた成形金型と、（ｂ）減圧路を介して成形空間内を減圧するための真空ポンプと、（ｃ）成形空間内を減圧することによって所定の真空度にする第１流路と、減圧動作の抑制又は停止によって、成形空間内を所定の真空度よりも低下させる第２流路とを切り換えて減圧路に選択的に連通させる流路切換装置と、（ｃ）流路切換装置によって第１流路を減圧路に選択的に連通させた状態から第１流路を減圧路に選択的に連通させた状態に切り換えた後に、射出装置から成形空間中に被射出溶融物を射出させる制御装置とを備える。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の一実施形態である射出成形方法及び装置について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態の方法を実施するための射出成形装置を説明する概念図である。この射出成形装置１００は、成形品ＭＰを射出成形するための機械的機構である射出成形機１０と、射出成形機１０に設けた成形金型４０等の温度を調節する温度調節装置１８と、成形金型４０等の型内圧力を調節する圧力調節装置１９と、射出成形装置１００の各部の動作状態を統括的に制御する制御装置３０とを備える。なお、制御装置３０は、射出成形機１０とともに射出成形の基本的な動作を行う成形機本体を構成する。

射出成形機１０は、成形金型４０と、固定盤１１と、可動盤１２と、型締め盤１３と、開閉駆動装置１５と、射出装置１６とを備える。射出成形機１０は、可動盤１２と固定盤１１との間に固定金型４１と可動金型４２とを挟持して両金型４１，４２を型締めすることにより成形を可能にする。ここで、射出成形機１０は、型開き及び型閉じが横方向となっている。なお、射出成形機１０は、横方向に型開き及び型閉じするタイプに限らず、縦方向に型開き及び型閉じするタイプの射出成形機とすることができる。

図２は、成形金型４０の側断面構造等を説明する図である。図示のように、成形金型４０は、第１金型である固定金型４１と、第２金型である可動金型４２とを備える。固定金型４１と可動金型４２とは、パーティングラインＰＬを境として開閉可能になっている。なお、例えば可動金型４２の型面４２ａ側の周囲には、溝４２ｃが形成されており、この溝４２ｃには、シール用のＯリング４３が埋め込まれている。固定金型４１と可動金型４２とを近接させると、まず両金型４１，４２が接触した状態、すなわちＯリング４３が固定金型４１の型面４１ａに当接した初期シール状態（型当たり状態）となる。固定金型４１と可動金型４２とをさらに近接するように締め付けると、両金型４１，４２の型面４１ａ，４２ａ同士が必要な圧力で密着した型締め状態となる。

固定金型４１と可動金型４２とに対して上記のような型締めを行うことにより、レンズを成形するための複数の成形空間ＣＶが形成されるとともに、各成形空間ＣＶに溶融樹脂を供給するための樹脂流通空間として流路部分ＦＣが形成される。成形空間ＣＶと流路部分ＦＣとは、成形品ＭＰに対応する樹脂充填用の空間となっている。このうち、成形空間ＣＶは、図３（Ａ）に示すように、一対の光学転写面Ｓ１，Ｓ２に挟まれた本体空間ＣＶ１と、一対の周縁転写面Ｓ３，Ｓ４に囲まれたフランジ空間ＣＶ２とを備える。この場合、成形空間ＣＶは、凸レンズの外面形状に対応する内面形状を有しており、中央部である本体空間ＣＶ１の厚みが周辺部であるフランジ空間ＣＶ２の厚みよりも大きくなっている。また、流路部分ＦＣは、図２に示すように、中央にスプル部分ＳＰを有し、このスプル部分ＳＰから分岐する複数のランナ部分ＲＰを有し、分岐した各ランナ部分ＲＰの先端部にゲート部分ＧＰを有している。この流路部分ＦＣは、ゲート部分ＧＰを介して成形空間ＣＶと連通する構造となっている。なお、ゲート部分ＧＰは、成形空間ＣＶのうちフランジ空間ＣＶ２の側面部分に連結されている。つまり、成形空間ＣＶとゲート部分ＧＰとの境界は、流路部分ＦＣを通過した溶融樹脂を中央が特に厚いディスク状の成形空間ＣＶ内に側面方向から射出させるための導入口ＩＬとなっている。

両金型４１，４２に挟まれた空間である成形空間ＣＶは、成形品ＭＰの一部を構成する光学素子としてのレンズＬＥ（図３（Ｂ）参照）の形状に対応するものとなっている。レンズＬＥは、プラスチック製で、光学的機能を有する光学的機能部としての中心部ＯＬａと、中心部ＯＬａから外径方向に延在する環状のフランジ部ＯＬｂとを備える。中心部ＯＬａは、図３（Ａ）の本体空間ＣＶ１に対応し、フランジ部ＯＬｂは、図３（Ａ）のフランジ空間ＣＶ２に対応する。このレンズＬＥは、例えば携帯端末機器内蔵用の撮像レンズ、光ピックアップ装置用の対物レンズであり、図示の例では、偏肉比（光学素子の肉厚が急激に変化した状態）が高くなっている。このように、中心部ＯＬａの周辺での傾き角αが５０°かそれ以上となっている場合、成形空間ＣＶにおいて対応する本体空間ＣＶ１の見込み角βも５０°かそれ以上となり、本体空間ＣＶ１の頂点あたりにガスが溜まって閉じこめられやすくなる。このようなガスの除去については後述する。

図３（Ａ）に示すように、可動金型４２の型面４２ａ上には、成形空間ＣＶのフランジ空間ＣＶ２から外側に延びる浅い通気溝４６が形成されており、この通気溝４６は、両金型４１，４２が接触した状態で固定金型４１内に延びる通気管４７に接続される。通気管４７の他端は、固定金型４１の側面まで延びている。これら通気溝４６及び通気管４７は、成形空間ＣＶに連通して成形空間ＣＶや流路部分ＦＣ内の減圧すなわち排気を可能にする減圧路４９を構成する。なお、通気管４７と成形空間ＣＶとの境界である排気口ＯＬは、フランジ空間ＣＶ２の側面部分のうち中央の本体空間ＣＶ１を挟んで導入口ＩＬに対向する位置に設けられている。つまり、真空排気用の排気口ＯＬと樹脂注入用の導入口ＩＬとは、成形空間ＣＶの排気の確実性等を考慮して、成形空間ＣＶを挟んで最も離れた位置に配置されている。

図１に戻って、射出成形機１０の固定盤１１は、可動盤１２に対向して支持フレーム１４の中央に固定されている。この固定盤１１は、固定金型４１を着脱可能に支持している。なお、固定盤１１は、タイバーを介して型締め盤１３に固定されており、成形時の型締めの圧力に耐え得るようになっている。

可動盤１２は、スライドガイド１５ａによって固定盤１１に対して進退移動可能に支持されている。この可動盤１２は、可動金型４２を着脱可能に支持している。可動盤１２には、エジェクタ装置５０が組み込まれている。このエジェクタ装置５０によりエジェクトピン５５を動作させ、可動金型４２内の成形品ＭＰを対向する固定金型４１側に押し出すことができ、不図示の取出し装置による成形品ＭＰの把持及び搬出を可能にする。

型締め盤１３は、両金型４１，４２を必要な圧で締め付ける型締めに際して、開閉駆動装置１５の動力伝達部１５ｄを介して可動盤１２をその背後から支持する。

開閉駆動装置１５は、スライドガイド１５ａと、動力伝達部１５ｄと、アクチュエータ１５ｅとを備える。スライドガイド１５ａは、可動盤１２を支持するとともに可動盤１２の固定盤１１に対する進退方向に関する滑らかな往復移動を可能にしている。動力伝達部１５ｄは、制御装置３０の制御下で動作するアクチュエータ１５ｅからの駆動力を受けて伸縮する。これにより、固定盤１１に対して可動盤１２が近接したり離間したり自在に進退移動し、結果的に、固定盤１１と可動盤１２とを互いに近接・離間させて固定金型４１と可動金型４２との型締め及び型開きを行う。

射出装置１６は、シリンダ１６ａ、原料貯留部１６ｂ、スクリュ１６ｃ、及び樹脂射出端１６ｄを備える。射出装置１６は、制御装置３０の制御下で適当なタイミングで動作する部分であり、樹脂射出端１６ｄから温度制御及び圧力制御された状態で溶融樹脂を吐出させることができる。射出装置１６は、シリンダ１６ａの樹脂射出端１６ｄを、固定盤１１に設けた開口を介して固定金型４１背面に開口するスプル部分ＳＰ（図２参照）に対して分離可能に接続することができる。つまり、射出装置１６は、固定金型４１と可動金型４２とを型締めした状態で形成される成形空間ＣＶ（図２参照）に連通する流路部分ＦＣ（図２参照）に対して、被射出溶融物としての溶融樹脂を所望のタイミングで供給することができる。

温度調節装置１８は、射出成形機１０の金型４１，４２の温度を調節する部分である。温度調節装置１８は、温調回路を有しており、固定金型４１と可動金型４２との温度調節が可能になっている。具体的には、例えば固定盤１１と可動盤１２とに設けた流体循環路に温度調節媒体を供給することにより、固定金型４１と可動金型４２とを必要な温度まで加熱し、或いは冷却する。なお、媒体を用いずにヒータ等を用いて温度調節をしてもよい。

圧力調節装置１９は、固定金型４１と可動金型４２とを型締めした状態で形成される成形空間ＣＶ内の圧力を調整可能になっている。圧力調節装置１９は、図２に詳細な構造を示すように、分岐部６１と、第１流路切換装置６２と、第２流路切換装置６３と、真空ポンプ６４と、制御圧供給部６５と、デジタル圧力スイッチ７１と、流量計７２と、真空計７３と、圧力制御装置７９とを備える。圧力調節装置１９によって成形金型４０内の成形空間ＣＶを減圧する際には、配管８１ａと、分岐部６１と、第１流路切換装置６２と、配管８１ｂと、第２流路切換装置６３と、配管８１ｃと、真空ポンプ６４とを順につないだ流路が形成される。また、成形金型４０内の成形空間ＣＶの減圧状態を緩和する際には、第１流路切換装置６２の状態を変更することにより、分岐部６１内の流路を切り換えて真空引きを抑制又は停止する。また、成形金型４０内の成形空間ＣＶを大気に開放する際には、第２流路切換装置６３の状態を変更することにより、配管８１ａと、分岐部６１と、第１流路切換装置６２と、配管８１ｂと、第２流路切換装置６３と、空気導入部８２とを順につないだ流路が形成される。なお、デジタル圧力スイッチ７１は、成形金型４０と分岐部６１との間の配管８１ａに接続されており、流量計７２は、第１流路切換装置６２と第２流路切換装置６３との間の配管８１ｂ上に組み込まれており、真空計７３は、第２流路切換装置６３と真空ポンプ６４との間の配管８１ｃに接続されている。

分岐部６１は、配管８１ａから２分岐しており、第１流路に対応する第１チューブ６１ａと、第２流路に対応する第２チューブ６１ｂとを備える。第１チューブ６１ａは、分岐点６１ｃと第１流路切換装置６２の第１の切換ポート６２ａとを接続するように設けられ、第２チューブ６１ｂは、分岐点６１ｃと第１流路切換装置６２の第２の切換ポート６２ｂとを接続するように設けられている。このうち、第２流路としての第２チューブ６１ｂ上には、流量調整バルブ６１ｄが介挿されており、圧力制御装置７９からの制御によって、第２チューブ６１ｂの流量を所望の程度に制限することができるようになっている。具体的に説明すると、例えば流量調整バルブ６１ｄを開放すると、第２チューブ６１ｂ内の空気の流量を第１チューブ６１ａを利用する場合に第１チューブ６１ａによって達成される標準的な第１の流量に等しくすることができる。また、流量調整バルブ６１ｄを部分的に開放すると、第２チューブ６１ｂ内の空気の流量を第１チューブ６１ａの標準的な第１の流量よりも少ない所望の流量（第２の流量）に設定することができる。さらに、流量調整バルブ６１ｄを部分的に閉止すると、第２チューブ６１ｂ内の空気の流れを遮断することができる。

第１流路切換装置６２は、第１チューブ６１ａと第２チューブ６１ｂとのいずれか一方を、第３流路切換装置６３から延びる配管８１ｂに対して選択的に連通させるための電磁切換弁である。第１流路切換装置６２は、切換弁本体６２ｄとガス駆動部６２ｅとを有しており、ガス駆動部６２ｅに供給される外部パイロット圧の作用方向を電磁的に切り換えることにより、切換弁本体６２ｄの機能すなわち回路接続状態を切換可能になっている。例えば、第１流路切換装置６２が第１の回路接続状態にあるとき、流量を相対的に多くできる第１チューブ６１ａと、第２流路切換装置６３から延び真空ポンプ６４に接続可能な配管８１ｂとが接続される。また、第１流路切換装置６２が第２の回路接続状態にあるとき、流量を相対的に少なくできる第２チューブ６１ｂと、第２流路切換装置６３から延びる配管８１ｂとが接続される。なお、第１流路切換装置６２において、基本ポート６２ｃは配管８１ｂに接続されている。

第２流路切換装置６３は、第１流路切換装置６２から延びる配管８１ｂを、真空ポンプ６４から延びる配管８１ｃと、大気開放用の空気導入部８２とのいずれか一方に選択的に連通させるための電磁切換弁である。第２流路切換装置６３は、切換弁本体６３ｄとガス駆動部６３ｅとを有しており、ガス駆動部６３ｅに供給される外部パイロット圧の作用方向を電磁的に切り換えることにより、切換弁本体６３ｄの機能すなわち回路接続状態を切換可能になっている。例えば、第２流路切換装置６３が第１の回路接続状態にあるとき、第１流路切換装置６２を介して成形金型４０につながる配管８１ｂと、真空ポンプ６４から延びる配管８１ｃとが接続される。また、第２流路切換装置６３が第２の回路接続状態にあるとき、第１流路切換装置６２から延びる配管８１ｂと、消音器を備える空気導入部８２とが接続される。なお、第２流路切換装置６３において、基本ポート６３ａは配管８１ｂに接続されている。また、第２流路切換装置６３の第１の切換ポート６３ｂは配管８１ｃに接続され、第２流路切換装置６３の第２の切換ポート６３ｃは空気導入部８２に接続されている。

真空ポンプ６４は、例えばロータリーポンプ等で構成される減圧装置であり、これから延びる配管８１ｃ上には、真空ポンプ６４を保護するためのフィルタ６４ｂが設けられている。

制御圧供給部６５は、第１流路切換装置６２のガス駆動部６２ｅと、第２流路切換装置６３のガス駆動部６３ｅとに供給すべき外部パイロット圧を発生する。

デジタル圧力スイッチ７１は、成形金型４０の減圧路４９から延びる配管８１ａ内の圧力を計測するセンサであり、配管８１ａ内の圧力（型締め時には成形空間ＣＶ内の圧力）に応じた出力を発生する。デジタル圧力スイッチ７１の出力は、圧力制御装置７９において監視されている。例えばデジタル圧力スイッチ７１の出力に基づいて、成形金型４０の成形空間ＣＶ等が溶融樹脂射出の前段階として十分に低圧になっているか否かが判断され、成形空間ＣＶ等が大気圧に復帰して成形金型４０の型開き又は離型の準備が整っているか否かが判断される。

流量計７２は、第１流路切換装置６２と第２流路切換装置６３とを接続する配管８１ａ内の気体の流量を計測するセンサであり、配管８１ａ内の気体流量に応じた出力を発生する。流量計７２の出力は、圧力制御装置７９において監視されており、第１流路切換装置６２による分岐部６１内の流路の切り換え動作を監視する際に利用される。また、流量計７２の出力は、圧力制御装置７９において、分岐部６１に設けた流量調整バルブ６１ｄの開放度を調整するためのフィードバック信号としても利用することができる。

真空計７３は、真空ポンプ６４から延びる配管８１ｃ内の真空度を計測するセンサであり、配管８１ｃ内の真空度に応じた出力を発生する。真空計７３の出力は、圧力制御装置７９において監視されており、真空ポンプ６４の動作を監視する際に利用される。

圧力制御装置７９は、第１流路切換装置６２と、第２流路切換装置６３と、真空ポンプ６４との動作を制御し、デジタル圧力スイッチ７１と、流量計７２と、真空計７３との出力を監視している。これにより、必要なタイミングで、制御圧供給部６５を介して第２流路切換装置６３の状態を切り換える。具体的には、第２流路切換装置６３を第２の回路接続状態から第１の回路接続状態に切り換えることで、成形金型４０から延びる配管８１ａを真空ポンプ６４に接続して成形金型４０内を真空排気状態とすることができる。これにより、成形金型４０内の成形空間ＣＶの減圧を開始することができる。また、第２流路切換装置６３を第１の回路接続状態から第２の回路接続状態に切り換えることで、成形金型４０から延びる配管８１ａを空気導入部８２に接続して大気開放状態とすることができる。これにより、成形金型４０の型開きを簡易に開始することができる。一方、第２流路切換装置６３が第１の回路接続状態にある場合において、第１流路切換装置６２を第１の回路接続状態に設定することで第１チューブ６１ａが選択され、標準的な第１の流量で成形金型４０内の減圧路４９ひいては成形空間ＣＶが減圧される。また、第２流路切換装置６３が第１の回路接続状態にある場合において、第１流路切換装置６２を第２の回路接続状態に設定することで第２チューブ６１ｂが選択され、標準的な第１の流量よりも少ない第２の流量で成形金型４０内の減圧路４９ひいては成形空間ＣＶが減圧され、減圧の動作が抑制される。この場合、成形空間ＣＶの真空度が徐々に上昇する。なお、第１流路切換装置６２を第２の回路接続状態に設定して第２チューブ６１ｂを選択した場合、成形金型４０内の減圧路４９ひいては成形空間ＣＶが外部から切り離され、減圧の動作が停止される。この場合も、リークや溶融樹脂からのガスによって成形空間ＣＶの真空度がわずかながら徐々に上昇する。

なお、圧力制御装置７９は、第１流路切換装置６２や第２流路切換装置６３の動作タイミングを制御するため、タイマーを内蔵しており、このタイマーは、制御装置３０に内蔵されたタイマーと一致するように時刻の調整がなされている。このようなタイマーは、後述する制御装置３０から出力されたタイミング信号との同期をとるためのシンクロナイザに置き換えることができる。

図１に戻って、制御装置３０は、開閉制御部３１と、射出装置制御部３２と、エジェクタ制御部３３とを備える。開閉制御部３１は、アクチュエータ１５ｅを動作させることによって両金型４１，４２の型締めや型開きを可能にする。射出装置制御部３２は、スクリュ１６ｃ等を動作させることによって両金型４１，４２間に形成された成形空間ＣＶ中に所望の圧力で溶融樹脂を注入させる。エジェクタ制御部３３は、エジェクタ装置５０を動作させることによって型開き時に可動金型４２に残る成形品ＭＰを可動金型４２内から押し出させる。なお、制御装置３０は、開閉駆動装置１５、射出装置１６、温度調節装置１８、圧力調節装置１９等に対して、動作を指示するコマンド信号やタイミング信号を出力する。

以下、図４のフローチャート等を参照して、図１及び図２に示す射出成形装置１００の動作について説明する。なお、図５は、射出成形装置１００の動作を圧力調節装置１９の動作に関連して補助的に説明するタイミングチャートである。

まず、射出成形装置１００の温度調節装置１８を制御装置３０の制御下で動作させ、両金型４１，４２を成形に適する温度まで加熱する（ステップＳ１０）。この際、圧力調節装置１９は、制御装置３０によって初期状態とされ、第１流路切換装置６２を第１の回路接続状態に保持し、第２流路切換装置６３を第２の回路接続状態に保持している。つまり、成形金型４０から延びる減圧用の配管８１ａが第１及び第２流路切換装置６２，６３を介して空気導入部８２に接続されるとともに、真空ポンプ６４から延びる配管８１ｃが気密に保たれる。これにより、成形金型４０に形成された減圧路４９等を雰囲気圧すなわち大気に開放した状態とできる。

次に、制御装置３０の制御下で開閉駆動装置１５を動作させ、可動盤１２を前進させて型閉じを開始させる（ステップＳ１１）。図５では、この型閉じの開始タイミングをＴ０としている。型閉じ工程から型締動作開始する直前に、制御装置３０の制御下で圧力調節装置１９が急速排気状態に切り換えられて、第１流路切換装置６２を第１の回路接続状態に維持したままで、第２流路切換装置６３を第１の回路接続状態に切り換える（ステップＳ１２）。つまり、第１流路切換装置６２によって第１チューブ６１ａが流路として選択された状態で、真空ポンプ６４によって比較的大きな第１の流量（例えば１０Ｌ／ｍｉｎ）で排気が行われる。図５では、この急速排気の開始タイミングをＴ１としている。

これと並行して、型閉じ動作すなわち開閉駆動装置１５の閉動作を継続させることにより、固定金型４１と可動金型４２とが接触する型当たり位置まで可動盤１２が固定盤１１側に移動して型閉じが完了し、開閉駆動装置１５の閉動作を更に継続することにより、固定金型４１と可動金型４２とを必要な圧力で締め付ける型締めが開始される（ステップＳ１３）。図５では、この型締め開始のタイミングをＴ２としている。この際、型締めされた固定金型４１と可動金型４２との間に成形空間ＣＶが形成され、上述した比較的大きな第１の流量（例えば１０Ｌ／ｍｉｎ）で、成形空間ＣＶから配管８１ａを介して排気が行われる。つまり、成形空間ＣＶ内を目標値まで急速に減圧する減圧工程を実行することができる。なお、上記のような減圧工程又は減圧動作によって達成される成形空間ＣＶ内の真空度Ｐ１は、大気開放状態を０ＭＰａとして例えば０．１ＭＰａ程度となる。

次に、制御装置３０の制御下で圧力調節装置１９が減圧緩和状態に切り換えられて、第２流路切換装置６３を第１の回路接続状態に維持したままで、第１流路切換装置６２を第２の回路接続状態に切り換える（ステップＳ１４）。つまり、第１流路切換装置６２によって第２チューブ６１ｂが流路として選択され、比較的小さな第２の流量（例えば０より大きく１．０Ｌ／ｍｉｎ以下）で成形空間ＣＶから配管８１ａを介して排気が行われる。これにより、成形空間ＣＶの減圧が緩和され、成形空間ＣＶ内の真空度をステップＳ１２の減圧動作に比較して緩やかであるが比較的迅速に降下させることができる。なお、このような成形空間ＣＶの減圧抑制を緩和動作と呼ぶものとする。図５では、この緩和動作の開始タイミングをＴ３としている。以上のように、急速排気状態から減圧緩和状態に切り換える緩和工程を設けることにより、成形空間ＣＶを迅速に目標の真空度に変化させることができるだけでなく、成形空間ＣＶ内の真空度が過度に高くなることを防止して溶融樹脂の充填に適した圧力環境を実現できる。なお、成形空間ＣＶ内の真空度が過度に高くなると、後述するように、成形空間ＣＶに射出された溶融樹脂に溶け込んでいるガスが溶融樹脂から分離しやすくなって問題が生じる。

次に、射出成形機１０において、型締めの完了を待って射出装置１６を動作させることにより、型締めされた固定金型４１と可動金型４２との間の成形空間ＣＶ中に、流路部分ＦＣを介して加熱された溶融樹脂を必要な圧力で射出させる（ステップＳ１５）。図５では、この射出工程の開始タイミングをＴ４としている。この際、ステップＳ１３で開始した減圧の緩和動作によって、成形空間ＣＶ内の真空度が目標値まで降下している。この目標値の真空度Ｐ２は、例えば０．０４ＭＰａ程度かそれ以上とする。このように、成形空間ＣＶ内を適度な真空度Ｐ２に保つことにより、溶融樹脂から分離した脱離ガスが成形空間ＣＶと溶融樹脂との間に閉じ込められることを防止できる。溶融樹脂の射出を継続することにより、型締めされた固定金型４１と可動金型４２との間の成形空間ＣＶ中に溶融樹脂が充填される充填工程すなわち射出工程が行われる。なお、この成形空間ＣＶを充填する射出工程を完了した後、射出成形機１０は、成形空間ＣＶ中の溶融樹脂圧を一定期間（例えば１０秒）必要な高圧に保つ保圧を行う。

以上の射出工程において、成形空間ＣＶ内の真空度がＰ２以下に保たれるので、溶融樹脂から分離した脱離ガスが成形空間ＣＶと溶融樹脂との間に閉じ込められることを防止でき、硬化後の成形品の表面にフローマークが形成されることを防止できる。つまり、偏肉比が高く、回折構造等を有するレンズＬＥであっても、面転写不良を防止して、その光学面の転写精度を高めることができる。

成形金型４０については、温度調節装置１８により、成形空間ＣＶや流路部分ＦＣが適度に加熱されており、射出装置１６から供給されて成形空間ＣＶ等に充填された溶融樹脂は、成形金型４０内で緩やかに冷却され、かかる冷却にともなって徐々に硬化する（ステップＳ１６）。

溶融樹脂が成形金型４０内で硬化する前であって、溶融樹脂が成形金型４０内である程度冷却された段階において、制御装置３０の制御下で圧力調節装置１９が大気開放準備状態に切り換えられる。つまり、第１流路切換装置６２を第２の回路接続状態から第１の回路接続状態に切り換えて通常の状態に戻す。図５では、この大気開放準備の開始タイミングをＴ５としている。

その後、溶融樹脂が成形金型４０内で十分に冷却された段階において、制御装置３０の制御下で圧力調節装置１９が大気開放状態に切り換えられる（ステップＳ１７）。つまり、第２流路切換装置６３を第１の回路接続状態から第２の回路接続状態に切り換えて、成形金型４０から延びる配管８１ａを気体導入路８２に接続し、成形空間ＣＶや減圧路４９等を雰囲気圧すなわち大気に開放した状態とする。

次に、開閉駆動装置１５を動作させて、可動盤１２を後退させる型開きが行われる（ステップＳ１８）。これに伴って、可動金型４２が後退し、固定金型４１と可動金型４２とが離間する。この結果、成形品ＭＰ、すなわちレンズＬＥは、可動金型４２に保持された状態で固定金型４１から離型される。図５では、この型開き動作の開始タイミングをＴ７としている。型開きに際しては、減圧路４９が雰囲気圧に戻っており、減圧路４９内に外気が強く吸引される現象が生じない。

次に、射出成形機１０において、エジェクタ装置５０を動作させて、成形品ＭＰの突き出しを行わせる（ステップＳ１９）。具体的には、エジェクトピン５５を対向する固定金型４１側に前進させ、成形品ＭＰを固定金型４１側に押し出す。これにより、成形品ＭＰは、可動金型４２から離型される。

成形品ＭＰを可動金型４２から離型する際に、不図示の取出し装置を動作させて、突き出された成形品ＭＰの適所を把持して外部に搬出する（ステップＳ２０）。なお、レンズＬＥは、成形品ＭＰから切り離されて完成品となる。

以後は、ステップＳ１１に戻って以上で説明した処理が繰り返され、成形品ＭＰの連続的な生産が可能になる。このような連続生産の周期を、サイクルタイムＴとして図５のチャートに示した。

なお、以上の射出成形において、真空度Ｐ１，Ｐ２の値は例示であり、成形空間ＣＶの個数、サイズ及び形状、成形の材料である溶融樹脂の種類、成形の温度や湿度、配管系の容量等に応じて適宜調整することができる。

また、減圧動作開始のタイミングＴ１、減圧緩和動作の開始タイミングＴ３、溶融樹脂射出のタイミングＴ４等は、成形空間ＣＶのサイズ、真空ポンプ６４の性能、配管系の容量等に依存するものであり、デジタル圧力スイッチ７１、流量計７２等の出力を利用して適宜ずらすように調整することができる。

また、ステップＳ１６中で行われる大気開放準備、ステップＳ１７で行われる大気開放等の工程は、必須のものではない。つまり、型開きのために流路切換装置６２，６３の状態を切り換える必要はない。

以上説明した本実施形態の射出成形方法によれば、成形空間ＣＶ内を減圧工程（ステップＳ１３）によって達成された真空度Ｐ１よりも低下させる緩和工程（ステップＳ１４）によって成形空間ＣＶ内を比較的低い真空度Ｐ２にした状態で、成形金型４０の成形空間ＣＶ中に溶融樹脂を射出して成形空間ＣＶを充填する。したがって、成形空間ＣＶの迅速な減圧に適する真空引きの流量に対応する高い真空度Ｐ１（例えば０．１ＭＰａ程度）の状態と、溶融樹脂によって成形空間ＣＶを充填する際の低い真空度Ｐ２（例えば０．０４ＭＰａ程度かそれ以上）の状態とを使い分けることができる。これにより、成形空間ＣＶを迅速に減圧できるとともに、必要以上に高い真空度によって溶融樹脂に溶け込んでいるガスが溶融樹脂から分離することを防止できる。このように、成形空間ＣＶを迅速に減圧することで、射出成形のサイクルタイムを短縮できる。また、ガスが溶融樹脂から分離することを防止することにより、このようなガスが成形空間ＣＶと溶融樹脂との間に閉じ込められることを防止でき、レンズＬＥの表面にフローマーク等が形成されることを防止できる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、流路切換装置６２，６３は、パイロット圧を用いる電磁切換弁に限らず、他のタイプの電磁切換弁とすることができ、さらに電磁的に動作しない他の種類のバルブや弁からなるものとすることができる。

また、固定金型４１及び可動金型４２で構成される成形金型４０等に設ける成形空間ＣＶの形状は、図示のものに限らず、様々な形状とすることができる。すなわち、成形空間ＣＶの形状は、単なる例示であり、レンズＬＥその他の成形品ＭＰの用途等に応じて適宜変更することができる。つまり、射出成形機１０によって得れる成形品ＭＰは、撮像レンズ、光ピ対物レンズ等に限らず、微細構造を有する導光板等とすることもできる。

また、上記実施形態において、射出成形機１０は、成形金型４０等を開閉できるものであれば、例えば油圧式でも電動式でもよい。

実施形態の射出成形装置を説明する正面図である。 成形金型の側断面構造や圧力調節装置を説明するブロック図である。 （Ａ）は、図１の成形金型の部分拡大断面図であり、（Ｂ）は、レンズの側断面図である。 図１の射出成形装置の動作を説明するフローチャートである。 図４の射出成形装置の動作を補助的に説明するタイミングチャートである。

１０…射出成形機、 １１…固定盤、 １２…可動盤、 １５…開閉駆動装置、 １６…射出装置、 １８…温度調節装置、 １９…圧力調節装置、 ３０…制御装置、 ３１…開閉制御部、 ３２…射出装置制御部、 ３３…エジェクタ制御部、 ４０…成形金型、 ４１，４２…金型、 ４６…通気溝、 ４７…通気管、 ４９…減圧路、 ５０…エジェクタ装置、 ６１…分岐部、 ６１ａ…第１チューブ、 ６１ｂ…第２チューブ、 ６１ｄ…流量調整バルブ、 ６２…第１流路切換装置、 ６３…第２流路切換装置、 ６４…真空ポンプ、 ６５…制御圧供給部、 ７１…デジタル圧力スイッチ、 ７２…流量計、 ７３…真空計、 ７９…圧力制御装置、 ８２…空気導入部、 １００…射出成形装置、 ＣＶ…成形空間、 ＦＣ…流路部分、 ＧＰ…ゲート部分、 ＩＬ…導入口、ＭＰ…成形品、 ＯＬ…排気口

Claims (8)

1. 成形金型を構成する第１金型と第２金型とを型閉じすることによって、前記成形金型中に成形空間を形成する型閉じ工程と、
   前記成形金型中に形成されて前記成形空間に連通する減圧路を介して前記成形空間内から排気することによって前記成形空間内を所定の真空度にする減圧工程と、
   減圧動作の抑制又は停止によって、前記成形空間内を前記所定の真空度よりも低下させる緩和工程と、
   前記緩和工程によって前記成形空間の真空度の低下を許容した状態で、前記成形金型の前記成形空間中に被射出溶融物を射出して前記成形空間を充填する射出工程と、を備えることを特徴とする射出成形方法。
2. 前記減圧工程で、前記成形空間に連通する前記減圧路に対して第１の流量で真空引きを行い、
   前記緩和工程で、前記減圧路に対して前記第１の流量よりも小さな第２の流量で真空引きを行うことと、前記減圧路に対する真空引きを中止することとのいずれか一方によって、前記成形空間の真空度の低下を許容することを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
3. 前記減圧工程で前記減圧路に連結する流路と、前記緩和工程で前記減圧路に連結する流路とを、流路切換装置を利用して所定のタイミングで切り換えること特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の射出成形方法。
4. 成形金型を動作させる成形機本体が発生するタイミング信号に基づいて、前記減圧工程から前記緩和工程への切り換えを行うこと特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の射出成形方法。
5. 前記成形空間中の被射出溶融物を冷却する工程と、前記減圧路を雰囲気圧に戻した状態で前記第１金型と前記第２金型とを離間させることによって型開きを行う工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の射出成形方法。
6. 前記成形空間は、中央部の厚みが周辺部の厚みよりも大きな形状を有し、
   前記周辺部の所定位置に設けられた導入口を介して前記成形空間中に被射出溶融物を射出することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の射出成形方法。
7. 前記成形空間中の被射出溶融物を冷却により硬化させることによって光学素子を形成すること特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の射出成形方法。
8. 第１金型と第２金型とを有し、前記第１金型と前記第２金型とを型閉じすることによって形成される成形空間に連通する減圧路を設けた成形金型と、
   前記減圧路を介して前記成形空間内を減圧するための真空ポンプと、
   前記成形空間内を減圧することによって所定の真空度にする第１流路と、減圧動作の抑制又は停止によって、前記成形空間内を前記所定の真空度よりも低下させる第２流路とを切り換えて前記減圧路に選択的に連通させる流路切換装置と、
   前記流路切換装置によって前記第１流路を前記減圧路に選択的に連通させた状態から前記第１流路を前記減圧路に選択的に連通させた状態に切り換えた後に、射出装置から前記成形空間中に被射出溶融物を射出させる制御装置と、を備えることを特徴とする射出成形装置。

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