JP5963522B2

JP5963522B2 - 部品の製造方法

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Publication number: JP5963522B2
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Inventors: 州亮飛田
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Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: JP2013226684A

Description

本発明は、金型内に気体の注入を伴うガスアシスト射出成形によって製造するフレネルレンズを有する部品の製造方法に関する。

近年、樹脂の射出成形品に求められる精度や機能が高まるにつれて、それに応えるために、様々な射出成形方法が開発されており、ガスアシスト射出成形方法が注目されている。このガスアシスト成形方法において、樹脂の射出成形中に金型内に気体を注入し、気体を樹脂に作用させることで樹脂の粘度を低下させる方法が提案されている（特許文献１参照）。

この方法では、まず、金型のキャビティを二酸化炭素などのガスで満たしてからキャビティに樹脂を充填する。これにより、ガスは流動樹脂のフローフロントで吸収され、あるいは金型と樹脂の界面に入り込み、樹脂表面層に溶解する。樹脂に溶解したガスは可塑剤として作用し、樹脂の溶融粘度を下げ、特に樹脂表面の固化温度を選択的に低下させる。これらにより、薄い樹脂表面層だけ固化温度が下がり、固化温度を金型表面温度以下とすることで、樹脂充填工程中に樹脂に固化が生じるのを抑制している。このような手法により、成形品の金型表面転写性の向上が図られている。

ところで、ガスアシスト成形の成形対象とするフレネルレンズはレンズ面を切り出して同心円状に平面に並べた輪帯構造をしており、プリズムの集合体としてとらえることができる。一般的に、レンズにパワーをもたせる（焦点距離を短くする）と、曲率が増大しレンズが厚くなるが、フレネルレンズ化することによって、平板でありながら集光機能を持たすことができるため、コンパクト化、高集積化することが可能になる。このフレネルレンズは、例えば背面投影型のスクリーンや、オーバヘッドプロジェクタのコンデンサーレンズ、カメラのファインダの中にあるフォーカシングスクリーンなどに適用されている。

一般的なフレネルレンズは、レンズ面が球面で、輪帯の高さは中心輪帯から外周輪帯にかけて徐々に高くなっており、輪帯のピッチは内周から外周まで数十μｍ程度で一定である。

特開平１１−２４５２５７号公報

しかしながら、外形形状が多角形のフレネルレンズをガスアシスト射出成形により製造すると、全ての輪帯を一様に形成するのが困難であり、円弧状の輪帯に沿った筋状の外観不良が発生する箇所が存在していた。

外形形状の内部に収まっている内周部の輪帯は３６０°の円形状になっているのに対して、外周部では外形形状に倣って輪帯が分割されている。射出成形用の金型の鏡面駒において、円形状の輪帯に対応する箇所では、隣接する２つの輪帯形成面の間に、開放部のない円周溝が形成されているのに対して、円弧状の輪帯に対応する箇所では、端部で途切れた円弧溝になっている。

ガスアシスト成形では、射出された樹脂にキャビティ内に充満したガスが溶融するが、円周溝ではガスの逃げる箇所がなく、ガスの溶融が促進される。これに対して、円弧溝では樹脂の流入にともなって円弧端部の溝の切れ目からガスが押し出されるように排出されるためにガスの溶融が阻害される。この成形性の差異によって内側と外側の輪帯間に形状差異が生じる。フレネルレンズの外観不良は、外周輪帯に向かうに連れて溶融樹脂の温度が低下して粘度が高くなるため、外形の角部、具体的には、ゲートから最も遠い頂点に隣接する２辺に両端が接する円弧状の輪帯に現れる。

そこで、本発明は、良好な外観のフレネルレンズを有する部品を製造することを目的とするものである。

本発明は、多角形状の表面形成面に、同心円状に配列された複数の円形状の輪帯形成面と前記複数の円形状の輪帯形成面の外側に複数の円弧状の輪帯形成面とが形成された鏡面駒と、前記鏡面駒を囲う金型本体とによりキャビティを形成し、前記キャビティの側壁面に連通するゲートを通じて前記キャビティに溶融樹脂を射出すると共に、前記キャビティに気体を注入するガスアシスト射出成形によって、前記表面形成面の形状を樹脂の表面に転写し、複数の輪帯面を有するフレネルレンズを有する部品を製造する部品の製造方法において、前記表面形成面において前記ゲートから最も遠い頂点に隣接する２辺に両端が接する円弧状の輪帯形成面のうち、前記ゲートに最も近い円弧状の輪帯形成面の位置を基準位置として、前記溶融樹脂が前記基準位置に到達するまでは、第１の速度で前記ゲートから前記キャビティに前記溶融樹脂を射出し、前記溶融樹脂が前記基準位置に到達した後は、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で前記ゲートから前記キャビティに前記溶融樹脂を射出することを特徴とする。

本発明によれば、射出した溶融樹脂が、ゲートから最も遠い頂点に隣接する２辺に両端が接する円弧状の輪帯形成面のうち、ゲートに最も近い円弧状の輪帯形成面の位置に達した後に、射出速度が第１の速度から第２の速度に減速される。これにより、溶融樹脂が円弧溝に達する前に、気体が溶融樹脂に十分に溶解する。したがって、溶融樹脂の粘度を効果的に低下させることができ、良好な外観のフレネルレンズを有する部品を製造することができる。

本発明の実施形態に係る射出成形装置の要部の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は射出成形装置の要部の縦断面図、（ｂ）は射出成形装置の要部の横断面図、（ｃ）はキャビティに溶融樹脂を射出している状態を示す図である。鏡面駒の説明図であり、（ａ）は鏡面駒の平面図、（ｂ）は鏡面駒のＡ−Ａ断面図である。フレネルレンズの説明図であり、（ａ）はフレネルレンズの平面図、（ｂ）はフレネルレンズのＢ−Ｂ断面図である。鏡面駒の表面形成面の模式図である。フレネルレンズの製造工程を示す説明図であり、（ａ）は溶融樹脂の射出前の状態を示す図、（ｂ）は溶融樹脂を第１の速度で射出している状態を示す図、（ｃ）は溶融樹脂を第２の速度で射出している状態を示す図である。溶融樹脂をキャビティに充填しているときの鏡面駒の表面形成面の模式図であり、（ａ）は表面形成面の平面図、（ｂ）は表面形成面の断面図である。鏡面駒の他の実施形態を示す平面図であり、（ａ）は鏡面駒の表面形成面が長方形の場合、（ｂ）は鏡面駒の表面形成面が五角形の場合を示している。実施例１で成形対象となるフォーカシングスクリーンを示す図であり、（ａ）はフォーカシングスクリーンの平面図、（ｂ）はフォーカシングスクリーンの正面図である。実施例１において用いた金型可動側キャビティの模式図である。実施例１におけるフォーカシングスクリーンの製造工程を示す説明図である。（ａ）は溶融樹脂の射出前の状態を示す図、（ｂ）は溶融樹脂を第１の速度で射出している状態を示す図、（ｃ）は溶融樹脂を第２の速度で射出している状態を示す図、（ｄ）は溶融樹脂を第２の速度で射出している状態を示す図である。実施例２で成形対象となるフォーカシングスクリーンを示す図であり、（ａ）はフォーカシングスクリーンの平面図、（ｂ）はフォーカシングスクリーンの正面図である。実施例２において用いた金型可動側キャビティの模式図である。実施例２におけるフォーカシングスクリーンの製造工程を示す説明図である。（ａ）は溶融樹脂の射出前の状態を示す図、（ｂ）は溶融樹脂を第１の速度で射出している状態を示す図、（ｃ）は溶融樹脂を第２の速度で射出している状態を示す図、（ｄ）は溶融樹脂を第２の速度で射出している状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る射出成形装置の要部の概略構成を示す説明図である。図１（ａ）は、射出成形装置の要部の縦断面図、図１（ｂ）は、射出成形装置の要部の横断面図である。図１（ｃ）は、キャビティに溶融樹脂を射出している状態を示す図である。

本実施形態の射出成形装置１００は、ガスアシスト射出成形によりフレネルレンズを製造するものである。フレネルレンズはレンズ面を切り出して同心円状に平面に並べた輪帯構造をしており、平板状でありながらレンズパワーを持っている。プラスチック成形加工の対象となるフレネルレンズの輪帯は一般的に数十〜数百μｍの等ピッチで形成される。

射出成形装置１００は、図１（ａ）に示すように、金型２００と、可塑化ユニット３００とを備えている。可塑化ユニット３００は、溶融樹脂となる樹脂原材料を加熱混練して可塑化するスクリュ３０２及びスクリュ３０２を収容するシリンダ３０１を有している。金型２００は、ガスアシスト成形用に配管１１にてガス供給装置１２に接続されている。

金型２００は、金型本体となる固定側ダイセット２１及び可動側ダイセット２２と、鏡面駒２３とを有している。固定側ダイセット２１には、固定側取付板２４が取り付けられている。可動側ダイセット２２には、可動側取付板２５が取り付けられている。

可動側ダイセット２２には、略直方体形状の凹部２２１が形成されており、凹部２２１に鏡面駒２３が収容されている。また、可動側ダイセット２２には、凹部２２１を貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔に可動側取付板２５に固定されたエジェクタプレーン２６から延びるエジェクタロッド２７が挿通されている。鏡面駒２３の鏡面（表面）２３ａは、フレネルレンズの表面形状を転写するための逆形状に形成された表面形成面である。これら鏡面駒２３の鏡面２３ａ、可動側ダイセット２２の凹部２２１の側壁面２２ａ及び固定側ダイセット２１の平面２１ａにより囲まれてキャビティ２８が形成されている。

また、可動側ダイセット２２及び固定側ダイセット２１により、図１（ｂ）に示すように、キャビティ２８の側壁面２８ａ（凹部２２１の側壁面２２ａ）に連通するゲート２９と、ゲート２９に接続されるランナー３０とが形成される。固定側ダイセット２１には、ランナー３０に接続されるスプルー３１（図１（ａ））が形成されている。ランナー３０とスプルー３１の間には、コールドスラグウェル３２が設けられている。

可塑化ユニット３００のシリンダ３０１の中でスクリュ３０２が前進することで、シリンダ３０１からは、スプルー３１、ランナー３０及びゲート２９を通じて、図１（ｃ）に示すように、キャビティ２８の内部に溶融樹脂Ｒが射出される。

また、キャビティ２８には、ガス管１１を通じて二酸化炭素ガスが注入される。注入されたガスを金型２００のキャビティ２８内に保持するために、型材分割部にはシール材が組み込まれているが、図示は省略している。

図２は、鏡面駒の説明図であり、図２（ａ）は、鏡面駒の平面図、図２（ｂ）は、鏡面駒のＡ−Ａ断面図である。また、図３は、フレネルレンズの説明図であり、図３（ａ）は、フレネルレンズの平面図、図３（ｂ）は、フレネルレンズのＢ−Ｂ断面図である。

図２（ａ）に示すように、鏡面駒２３の表面形成面２３ａは、外形が平面視で多角形状、本実施形態では正方形状に形成されている。この表面形成面２３ａは、図３のフレネルレンズ５００の表面形状を形成する逆形状に形成されているものであり、表面形成面２３ａの中心点を中心に同心円状に配列された複数の円形状の輪帯形成面２３１〜２３５が形成されている。また、本実施形態では、表面形成面２３ａは、円形ではなく、正方形であるため、これら円形状の輪帯形成面２３１〜２３５の外側に複数の円弧状の輪帯形成面２３６Ａ〜２３６Ｄ，２３７Ａ〜２３７Ｄが形成されている。

隣り合う２つの輪帯形成面、例えば輪帯形成面２３１，２３２において、図２（ｂ）に示すように、一方の輪帯形成面２３１の端部２３１ａと他方の輪帯形成面２３２の端部２３２ｂとは、壁面となる連結面２４１で連結されている。一方の輪帯形成面２３１の端部２３１ａが山部、他方の輪帯形成面２３２の端部２３２ｂが谷部となる。したがって、円形状の輪帯形成面２３２〜２３５の谷部となる端部は、円周溝を形成し、円弧状の輪帯形成面２３６Ａ〜２３６Ｄ，２３７Ａ〜２３７Ｄの谷部となる端部は、円弧溝を形成している。

本実施形態では、表面形成面２３ａが正方形であるため、最外周にある円形状の輪帯形成面２３５の外側には、同一半径の円周上に、円弧状の４つの輪帯形成面が形成されている。図２（ａ）では、図３（ａ）に示すフレネルレンズ５００の第１輪帯面５０１〜第５輪帯面５０５を形成する円形状の第１輪帯形成面２３１〜第５輪帯形成面２３５が形成されている。円形状の第１輪帯形成面２３１〜第４輪帯形成面２３４は、鏡面駒２３の外形形状（即ち表面形成面）に収まっており分割数が０である。円形状の第５輪帯形成面２３５は、表面形成面２３ａの４辺により欠損が形成されているが、分割はされていない。この円形状の第５輪帯形成面２３５の外側には、図３（ａ）に示す分割数が４である第６輪帯面５０６Ａ〜５０６Ｄを形成する４つの円弧状の第６輪帯形成面２３６Ａ〜２３６Ｄが形成されている。更に円弧状の第６輪帯形成面２３６Ａ〜２３６Ｄの外側には、図３（ａ）に示す分割数が４である第７輪帯面５０７Ａ〜５０７Ｄを形成する４つの円弧状の第７輪帯形成面２３７Ａ〜２３７Ｄが形成されている。

以上の構成で、フレネルレンズ５００を製造する際には、キャビティ２８に気体（本実施形態では二酸化炭素）が注入される。そして、可塑化ユニット３００のシリンダ３０１の中でスクリュ３０２を前進させることで、図１（ｃ）に示すように、キャビティ２８の側壁面２８ａに連通するゲート２９を通じてキャビティ２８に溶融樹脂Ｒが射出される。溶融樹脂Ｒは、ゲート２９を起点としてキャビティ２８内に扇形状に進行する。キャビティ２８には、二酸化炭素ガスが供給されているので、二酸化炭素ガスがキャビティ２８に射出された溶融樹脂Ｒの表面に溶解し、溶融樹脂Ｒの粘度が低下する。

このガスアシスト射出成形法により、鏡面駒２３の表面形成面２３ａの形状が樹脂の表面に転写され、図３（ａ）に示すように、複数の輪帯面５０１〜５０７（５０７Ａ〜５０７Ｄ）を有するフレネルレンズ５００が製造される。なお、フレネルレンズ５００には、図３（ａ）に示すように、ゲートカット痕５１０が残っている。ここで、図３（ｂ）に示すように、輪帯のピッチＰを、隣接する輪帯の谷部から谷部までの水平距離と定義する。

ところで、鏡面駒２３にて第１輪帯面５０１から第５輪帯面５０５までを転写する円周溝は全周にわたって閉じており、円周溝に溶融樹脂が流れ込んだとしてもガスが逃げるところがなく、ガスが充分に溶融樹脂に作用する。これに対して、第６輪帯面５０６Ａ〜５０６Ｄ及び第７輪帯面５０７Ａ〜５０７Ｄを転写する円弧溝は、鏡面駒２３の端部にて開口しており、ここに勢いよく樹脂が流れ込むとガスが樹脂に作用する猶予がなく端部からガスが押し出されることになる。

したがって、微視的には、第１輪帯面５０１〜第５輪帯面５０５と第６輪帯面５０６（５０６Ａ〜５０６Ｄ）〜第７輪帯面５０７（５０７Ａ〜５０７Ｄ）とが異なる成形条件で形成されることになる。したがって、高射速で第１輪帯形成面２３１から第７輪帯形成面２３７Ａ〜２３７Ｄまで溶融樹脂を射出すると、円弧状の輪帯面と円弧状の輪帯面との境界に微小な形状差異が発生し外観不良となる。一方、溶融樹脂に作用させるガスの量を増やすために、第１輪帯形成面２３１から第７輪帯形成面２３７Ａ〜２３７Ｄまで低射速で溶融樹脂を射出すると、樹脂のスキン層が増大することとなるため、ヒケやショートが発生する。

そこで、本実施形態では、途中までは高射速でキャビティ２８に溶融樹脂を充填し、充填の後半にて低射速に切り替えて充填させるようにしている。以下、フレネルレンズ５００の製造方法について具体的に説明する。

図４は、鏡面駒２３の表面形成面２３ａの模式図である。本実施形態において、最も分割数が多く、かつ、円孤の長さが最も長い輪帯形成面のうち、最もゲート２９から遠くに位置する輪帯形成面は第６輪帯形成面２３６Ａ〜２３６Ｄのうち、反ゲート側の第６輪帯形成面２３６Ａ，２３６Ｂとなる。つまり、表面形成面２３ａにおいてゲート２９から最も遠い頂点２３ｂに隣接する２辺２３ｄ，２３ｅに両端が接する円弧状の輪帯形成面２３６Ａ，２３７Ａのうち、ゲート２９に最も近い円弧状の輪帯形成面２３６Ａを基準位置とする。なお、本実施形態では、ゲート２９は、辺２３ｇの中央に位置しているので、表面形成面２３ａにおいて、頂点２３ｃもゲート２９から最も遠い頂点である。したがって、頂点２３ｃに隣接する２辺２３ｅ，２３ｆに両端が接する円弧状の輪帯形成面２３６Ｂ，２３７Ｂのうち、ゲート２９に最も近い円弧状の輪帯形成面２３６Ｂを基準位置としてもよい。

基準位置は、輪帯形成面２３６Ａ（２３６Ｂ）のどの位置としてもよいが、本実施形態では、第５輪帯形成面２３５と第６輪帯形成面２３６Ａ（２３６Ｂ）との境界を基準位置としている。より具体的には、基準位置を第５輪帯形成面２３５の山部となる端部（円弧部分）２３５ａとしている。なお、表面形成面２３ａを面に垂直な方向から見て、円弧部分２３５ａは、第６輪帯形成面２３６の谷部となる端部とほぼ同じ位置である。

図５は、フレネルレンズの製造工程を示す説明図である。図５（ａ）は、溶融樹脂の射出前の状態を示す図、図５（ｂ）は、溶融樹脂を第１の速度で射出している状態を示す図、図５（ｃ）は、溶融樹脂を第２の速度で射出している状態を示す図である。図５には、スクリュ３０２の動きと、コールドスラグウェル３２からランナー３０を通って、キャビティ２８内に至る樹脂Ｒの充填進行状況を連動させて図示している。なお、図５において、スプルーの図示は省略している。

図５（ａ）に示す射出前の状態から溶融樹脂が基準位置である円弧部分２３５ａに到達するまでは、図５（ｂ）に示すように、スクリュ３０２を矢印方向に高速移動させる。つまり、ゲート２９からキャビティ２８に溶融樹脂Ｒを射出する速度を高射速の第１の速度に設定する（第１の工程）。これにより、溶融樹脂Ｒは、コールドスラグウェル３２及びランナー３０を介して、ゲート２９から第１の速度でキャビティ２８に射出される。

第１の速度は、一定であってもよいし、段階的に変化するようにしてもよい。なお、溶融樹脂Ｒがゲート２９に達するまでは、射出速度を第１の速度よりも速い第３の速度に設定してもよい。成形品の直接無関係であるスプルーやランナー３０を高速で充填させ、ゲート２９を過ぎてから成形品を製造するのに適正な第１の速度に射速を切り替えることでサイクルタイムを短縮させることができ、生産性を向上させることができる。

溶融樹脂が基準位置である円弧部分２３５ａに到達した後は、キャビティ２８の樹脂の充填が完了するまで、図５（ｃ）に示すように、スクリュ３０２を矢印方向に低速移動させる。つまり、ゲート２９からキャビティ２８に溶融樹脂Ｒを射出する速度を、第１の速度よりも遅い第２の速度に設定する（第２の工程）。これにより、溶融樹脂Ｒは、コールドスラグウェル３２及びランナー３０を介して、ゲート２９から第１の速度よりも遅い第２の速度でキャビティ２８に射出される。

すなわち、本実施形態の射出成形方法では、樹脂が少なくとも円弧部分２３５ａに至るまでは、高射速の第１の速度で樹脂をキャビティ２８に供給し、円弧部分２３５ａに到達した後は、低射速の第２の速度に切り替えて充填を完了させるのである。

ここで、第１の速度で射出した際に、溶融樹脂Ｒが円弧部分２３５ａを通過していてもよい。つまり、溶融樹脂Ｒが基準位置となる円弧部分２３５ａに到達した時点で第２の速度に設定する場合に限らず、基準位置となる円弧部分２３５ａを溶融樹脂Ｒが通過してから射出速度を第２の速度に設定してもよい。そして、溶融樹脂Ｒが第６輪帯形成面２３６Ａ，２３６Ｂの溝に到達する前に、射出速度を第２の速度に設定するのがより好ましい。

以上、本実施形態によれば、射出した溶融樹脂Ｒが、基準位置である円弧部分２３５ａに達した後に、射出速度が第１の速度から第２の速度に減速される。これにより、溶融樹脂Ｒが第６輪帯形成面２３６Ａ，２３６Ｂの円弧溝に達する前に、気体が溶融樹脂Ｒに十分に溶解する。したがって、溶融樹脂Ｒの粘度を効果的に低下させることができる。

また、ゲート側の第６輪帯形成面２３６Ｃ，２３６Ｄ及び第７輪帯形成面２３７Ｃ，２３７Ｄでは、溶融樹脂Ｒは、十分に温度が高く、粘度が十分に低いので、円弧溝に良好に到達できる。そして、反ゲート側の第６輪帯形成面２３６Ａ，２３６Ｂ及び第７輪帯形成面２３７Ａ，２３７Ｂでは、これらに到達した溶融樹脂Ｒに二酸化炭素ガスが作用して粘度が低下しており、溶融樹脂Ｒは、円弧溝に良好に到達できる。

このように、円弧溝に十分に溶融樹脂Ｒがいきわたるので、基準位置を境界線として発生する成形性の差異を最小化し、ヒケやショートの発生を抑制した、良好な外観のフレネルレンズを製造することができる。

図６は、溶融樹脂Ｒをキャビティ２８に充填しているときの鏡面駒２３の表面形成面２３ａの模式図であり、図６（ａ）は表面形成面２３ａの平面図、図６（ｂ）は表面形成面２３ａの断面図である。図６（ａ）に示すように、溶融樹脂Ｒが円弧部分２３５ａに到達したとき、ゲート側の第６輪帯形成面２３６Ｃ，２３６Ｄ及び第７輪帯形成面２３７Ｃ，２３７Ｄには、充填完了しているように見える。しかし、図６（ｂ）に示すように、出来上がっているのは外枠形状のみであり、金型における輪帯を転写するための溝には溶融樹脂が入りきっていないことがある。この状態以降でも、射速を第２の速度に落とすことで、ゲート側、反ゲート側を問わず、第６輪帯形成面２３６Ａ〜２３６Ｄ及び第７輪帯形成面２３７Ａ〜２３７Ｄを充填する樹脂にガスをより効果的に作用させることができる。

なお、本実施形態では、円弧部分２３５ａに到達してから、第２の速度に射出速度を変更した際に、第２の速度を一定としたが、これに限定するものではない。第２の速度を、溶融樹脂Ｒが頂点２３ｂ（２３ｃ）の位置に向かうに連れて漸次減速するように設定してもよい。射出速度を最終充填部直前で更に低速に切り替えることで、より好ましい外観の成形品を得ることができる。

また、本実施形態では、鏡面駒２３の表面形成面（鏡面）２３ａが正方形の場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明は、あらゆる多角形のものについても適用可能である。例えば、図７は、鏡面駒の他の実施形態を示す平面図であり、図７（ａ）は、鏡面駒の表面形成面が長方形の場合を示しており、図７（ｂ）は、鏡面駒の表面形成面が五角形の場合を示している。

図７（ａ）に示すように、鏡面駒１２３の表面形成面１２３ａが長方形であってもよい。長方形のフレネルレンズの中心とフレネル輪帯の中心が一致しているとすると、長方形の長辺の内接円となる輪帯よりも内側の輪帯は３６０°の円形状となるのに対して、外側の輪帯は２つに分割されて中心角が１８０°未満の円弧形状となる。さらに外側の輪帯では４分割となって同一半径輪帯の数は４つとなっている。

この場合、表面形成面１２３ａにおいてゲート２９から最も遠い頂点１２３ｂに隣接する２辺１２３ｄ，１２３ｅに両端が接する円弧状の輪帯形成面のうち、ゲート２９に最も近い円弧状の輪帯形成面１２３ｈを基準位置とする。なお、ゲート２９は、辺１２３ｇの中央に位置しているので、表面形成面１２３ａにおいて、頂点１２３ｃもゲート２９から最も遠い頂点である。したがって、頂点１２３ｃに隣接する２辺１２３ｅ，１２３ｆに両端が接する円弧状の輪帯形成面のうち、ゲート２９に最も近い円弧状の輪帯形成面１２３ｉを基準位置としてもよい。このように、外形形状が長方形であるフレネルレンズにおいても、外観の良好な良品が得られる。

また、図７（ｂ）に示すように、鏡面駒１２３Ａの表面形成面が五角形の場合であってもよい。五角形のフレネルレンズにおいては、内接円を境にして輪帯は円形状から５つの円弧に分割される。この場合、ゲート２９から最も遠い頂点１２３ｊに隣接する２辺１２３ｋ，１２３ｌに両端が接する円弧状の輪帯形成面のうち、ゲート２９に最も近い円弧状の輪帯形成面１２３ｍを基準位置とすればよい。

［実施例１］
次に、実施例１におけるガスアシスト射出成形を以下の図８、図９及び図１０を用いて説明する。図８は、実施例１で成形対象となるフォーカシングスクリーンを示す図であり、図８（ａ）は、フォーカシングスクリーンの平面図、図８（ｂ）は、フォーカシングスクリーンの正面図である。図９は、実施例１において用いた金型可動側キャビティの模式図である。図１０は、実施例１におけるフォーカシングスクリーンの製造工程を示す説明図である。この図１０では、射速制御をキャビティ内の樹脂の充填とシリンダ内のスクリュの動きを連動させて表現している。

実施例１のガスアシスト射出成形で使用した樹脂材料はアクリル樹脂、気体は二酸化炭素である。ガス供給装置によって液化二酸化炭素のボンベから取り込んだ二酸化炭素を５０℃、８ＭＰａに加温、加圧し、可塑化ユニットのスクリュ３０２の位置の信号をトリガーとして成形機と連動して金型へガスの注入を行った。成形機とガス供給装置は内径１．６ｍｍ、長さ５ｍのＳＵＳ配管で接続した。

成形対象となるのはカメラ部品の一つであるフォーカシングスクリーンである。図８（ｂ）におけるフォーカシングスクリーンの厚みＣは１．５ｍｍ、図８（ａ）において外形形状は長手方向寸法Ａが４０ｍｍ、短手方向長さＢが２８ｍｍの略長方形である。フレネル輪帯のピッチは３５μｍ、最外周で輪帯の高さは約２７μｍである。

図９に示すように、金型は成形品のサイズに相当するキャビティ２８を４つ有し、ゲート２９は厚さ１ｍｍのファンゲートとした。図９には、ランナー３０及びコールドスラグウェル３２を含む可動側キャビティを図示している。レンズ外形形状が長方形であるため、射速を切り替える基準位置は短辺内接円の反ゲート側の円弧部分３６（図７（ａ）の輪帯形成面１２３ｈ，１２３ｉの内側の円弧部分）又は円弧部分３６よりも外側となる。

ガス供給装置から注入された気体を保持できるように、キャビティ２８の外周をはじめとして、エジェクタピンやスプールブシュなどの金型分割部品にシール材を配置した（不図示）。

第１の速度から第２の速度に射出速度を設定変更する位置を確認するために、意図的に計量を少なくしてショートショット品を取得した。その結果、スクリュ径２５ｍｍの可塑化ユニット３００で３１ｍｍ分射出すると、樹脂がノズルから円弧部分３６の位置まで至ることを確認した。

上記装置構成にて、射速の設定を変更してガスアシスト射出成形を行い比較検討した。成形条件を表１に示す。

共通の成形条件として、図１０（ａ）に示す射出開始位置Ｄ０を４１ｍｍとした。射出開始位置Ｄ０から、図１０（ｂ）に示す射速を切り替える基準位置Ｄ１までは、射出速度を、一定の第１の速度１０ｍｍ／ｓ（１キャビ当たりの射出率換算１．２ｃｍ^３／ｓ）とした。

成形条件Ａ，Ｅでは、基準位置Ｄ１から図１０（ｄ）に示す射出終了位置（クッション位置）Ｄ３まで射出速度を一定の第２の速度とした。

成形条件Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆでは、第２の速度を漸次減速させたものである。基準位置Ｄ１から図１０（ｃ）に示す中間位置Ｄ２までは、第２の速度を、第１の速度よりも低い一定の速度とし、中間位置Ｄ２から図１０（ｄ）に示す射出終了位置Ｄ３までは、更に低い一定の速度とした。

例えば、成形条件Ｂにおいて、スクリュ位置が射出開始位置Ｄ０である４１ｍｍから基準位置Ｄ１である９ｍｍまでは１０ｍｍ／ｓ（１キャビ当たりの射出率換算１．２ｃｍ^３／ｓ）で充填し、射速切り替え領域に樹脂が達した（図１０（ａ），（ｂ））。基準位置Ｄ１である９ｍｍから中間位置Ｄ２である６．３ｍｍまでは、２ｍｍ／ｓ（１キャビ当たりの射出率換算０．２５ｃｍ^３／ｓ）で樹脂を充填した（図１０（ｂ），（ｃ））。中間位置Ｄ２である６．３ｍｍから射出終了位置Ｄ３までは、１．５ｍｍ／ｓ（１キャビ当たりの射出率換算０．１８ｃｍ^３／ｓ）として充填し、充填を完了させた（図１０（ｃ），（ｄ））。

なお、比較例Ａとして、第１の速度である１．２ｃｍ^３／ｓで、射出開始位置Ｄ０から射出終了位置Ｄ３まで樹脂を充填した。比較例Ａでは、射速が早すぎるために、外観不良が発生した。

成形条件Ｅでは、目立つ外観不良はなく、比較例Ａよりも改善されていた。また、成形条件Ｆでは、僅かなヒケが確認されたものの、外観不良はなく、比較例Ａよりも改善されていた。

成形条件Ａ〜Ｄでは、他の成形条件Ｅ，Ｆよりも外観が良い結果となった。つまり、成形条件Ａ〜Ｄでは、第２の速度を１キャビ当たりの射出率換算で０．１２ｃｍ^３／ｓ以上０．３７ｃｍ^３／ｓ以下の範囲に切り替えており、第２の速度を当該範囲内に設定することで、良品が得られることが確認できた。

［実施例２］
次に、実施例２におけるガスアシスト射出成形を以下の図１１、図１２及び図１３を用いて説明する。図１１は、実施例２で成形対象となるフォーカシングスクリーンを示す図であり、図１１（ａ）は、フォーカシングスクリーンの平面図、図１１（ｂ）は、フォーカシングスクリーンの正面図である。図１２は、実施例２において用いた金型可動側キャビティの模式図である。図１３は、実施例２におけるフォーカシングスクリーンの製造工程を示す説明図である。この図１３では、射速制御をキャビティ内の樹脂の充填とシリンダ内のスクリュの動きを連動させて表現している。

実施例２のガスアシスト射出成形で使用した樹脂材料はアクリル樹脂、気体は二酸化炭素である。ガス供給装置によって液化二酸化炭素のボンベから取り込んだ二酸化炭素を５０℃、８．４ＭＰａに加温、加圧し、可塑化ユニットのスクリュ３０２の位置の信号をトリガーとして成形機と連動して金型へガスの注入を行った。成形機とガス供給装置は内径１．６ｍｍ、長さ５ｍのＳＵＳ配管で接続した。

成形対象となるのはカメラ部品の一つであるフォーカシングスクリーンである。図１１（ｂ）ピント板の厚みＣは１．５ｍｍ、図１１（ａ）において外形形状は長手方向寸法Ａが３８ｍｍ、短手方向長さＢが２７ｍｍの略長方形である。フレネル輪帯のピッチは３０μｍ、最外周で輪帯の高さは約１７μｍである。

図１２に示すように、金型は成形品のサイズに相当するキャビティ２８を２つ有し、ゲート２９は厚さ１ｍｍのファンゲートとした。図１２には、ランナー３０及びコールドスラグウェル３２を含む可動側キャビティを図示している。レンズ外形形状が長方形であるため、射速を切り替える基準位置は短辺内接円の反ゲート側の円弧部分３６（図７（ａ）の輪帯形成面１２３ｈ，１２３ｉの内側の円弧部分）又は円弧部分３６よりも外側となる。

第１の速度から第２の速度に射出速度を設定変更する位置を確認するために、意図的に計量を少なくしてショートショット品を取得した。その結果、スクリュ径２５ｍｍの可塑化ユニット３００で１５．５ｍｍ分射出すると、樹脂がノズルから円弧部分３６の位置まで至ることを確認した。

上記装置構成にて、射速の設定を変更してガスアシスト射出成形を行い比較検討した。成形条件を表２に示す。

共通の成形条件として、図１３（ａ）に示す射出開始位置Ｄ０を２５．５ｍｍとした。射出開始位置Ｄ０から、図１３（ｂ）に示す射速を切り替える基準位置Ｄ１までは、射出速度を、一定の第１の速度４ｍｍ／ｓ（１キャビ当たりの射出率換算１．０ｃｍ^３／ｓ）とした。

成形条件Ｇ，Ｋでは、基準位置Ｄ１から図１３（ｄ）に示す射出終了位置（クッション位置）Ｄ３まで射出速度を一定の第２の速度とした。

成形条件Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｌでは、第２の速度を漸次減速させたものである。基準位置Ｄ１から図１３（ｃ）に示す中間位置Ｄ２までは、第２の速度を、第１の速度よりも低い一定の速度とし、中間位置Ｄ２から図１３（ｄ）に示す射出終了位置Ｄ３までは、更に低い一定の速度とした。

例えば、成形条件Ｈにおいて、スクリュ位置が射出開始位置Ｄ０である２５．５ｍｍから基準位置Ｄ１である７．５ｍｍまでは４ｍｍ／ｓ（１キャビ当たりの射出率換算１．０ｃｍ^３／ｓ）で充填し、射速切り替え領域に樹脂が達した（図１３（ａ），（ｂ））。基準位置Ｄ１である７．５ｍｍから中間位置Ｄ２である４．５ｍｍまでは、１．５ｍｍ／ｓ（１キャビ当たりの射出率換算０．３７ｃｍ^３／ｓ）で樹脂を充填した（図１３（ｂ），（ｃ））。中間位置Ｄ２である４．５ｍｍから射出終了位置Ｄ３までは、０．５ｍｍ／ｓ（１キャビ当たりの射出率換算０．１２ｃｍ^３／ｓ）として充填し、充填を完了させた（図１３（ｃ），（ｄ））。

なお、比較例Ｂとして、第１の速度である１ｃｍ^３／ｓで、射出開始位置Ｄ０から射出終了位置Ｄ３まで樹脂を充填した。比較例Ｂでは、射速が早すぎるために、外観不良が発生した。

成形条件Ｋでは、目立つ外観不良はなく、比較例Ｂよりも改善されていた。また、成形条件Ｌでは、僅かなヒケが確認されたものの、外観不良はなく、比較例Ｂよりも改善されていた。

成形条件Ｇ〜Ｊでは、他の成形条件Ｋ，Ｌよりも外観が良い結果となった。つまり、成形条件Ｇ〜Ｊでは、第２の速度を１キャビ当たりの射出率換算で０．１２ｃｍ^３／ｓ以上０．３７ｃｍ^３／ｓ以下の範囲に切り替えており、第２の速度を当該範囲内に設定することで、良品が得られることが確認できた。

なお、本発明は、以上説明した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

上記実施形態及び実施例では、気体として、二酸化炭素を用いた場合について説明したが、溶融樹脂に溶解して溶融樹脂の粘度を低下させるものであればいかなる気体であってもよい。例えば、気体として、炭化水素系のガスを用いてもよい。

２１…固定側ダイセット（金型本体）、２２…可動側ダイセット（金型本体）、２３…鏡面駒、２３ａ…表面形成面、２３ｂ…頂点、２３ｄ，２３ｅ…２辺、２８…キャビティ、２９…ゲート、２００…金型、２３１〜２３５…円形状の輪帯形成面、２３６Ａ〜２３６Ｄ，２３７Ａ〜２３７Ｄ…円弧状の輪帯形成面、５００…フレネルレンズ

Claims

多角形状の表面形成面に、同心円状に配列された複数の円形状の輪帯形成面と前記複数の円形状の輪帯形成面の外側に複数の円弧状の輪帯形成面とが形成された鏡面駒と、前記鏡面駒を囲う金型本体とによりキャビティを形成し、前記キャビティの側壁面に連通するゲートを通じて前記キャビティに溶融樹脂を射出すると共に、前記キャビティに気体を注入するガスアシスト射出成形によって、前記表面形成面の形状を樹脂の表面に転写し、複数の輪帯面を有するフレネルレンズを有する部品を製造する部品の製造方法において、
前記表面形成面において前記ゲートから最も遠い頂点に隣接する２辺に両端が接する円弧状の輪帯形成面のうち、前記ゲートに最も近い円弧状の輪帯形成面の位置を基準位置として、前記溶融樹脂が前記基準位置に到達するまでは、第１の速度で前記ゲートから前記キャビティに前記溶融樹脂を射出し、
前記溶融樹脂が前記基準位置に到達した後は、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で前記ゲートから前記キャビティに前記溶融樹脂を射出することを特徴とする部品の製造方法。
前記表面形成面が長方形であることを特徴とする請求項１に記載の部品の製造方法。
前記第２の速度は、前記溶融樹脂が前記頂点の位置に向かうに連れて漸次減速するように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品の製造方法。
前記第２の速度は、０．１２ｃｍ^３／ｓ以上０．３７ｃｍ^３／ｓ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の部品の製造方法。
前記部品がフォーカシングスクリーンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の部品の製造方法。