JP6174076B2 - 樹脂成形金型及びこれを用いた樹脂成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型に塗布された溶融樹脂を押圧することによって、平面部のみならず側面部も利用に供される薄板状の樹脂成形体を成形する樹脂成形金型及びこれを用いた樹脂成形方法に関する。

光を平面方向に分波・分光する導光型光学素子においては、一般に、その端面から光を入光し、平面方向に伝送するようになっている。光導波路においては光ファイバーから端面にレーザ光を入光するようになっており、導光板においてはその端面に冷陰極管やLEDから可視光を入光し、面全体に拡散させるようになっている。このような導光型光学素子においては、光の伝送損失や輝度の低下など、光学性能の低下を防止するために端面形状や粗度を設計値どおり精度良く成形することが求められる。

導光型光学素子の成形方法として、射出成形、フィルム端面のカッティング、非特許文献１に記載のような端面のプレス加工等の加工方法が挙げられる。プレス加工は、フィルムの二次加工として実施するものであり、生産効率の点で劣る。一方、射出成形は、一工程で平面部と端面も含めた成形を行うことができるという利点を有す。

しかしながら、射出成形は、薄い導光板を成形するのが容易でないことから、特許文献１に、加熱したシート材を表面用型と裏面用型とで押圧成形した後、表面用型と裏面用型の若干の隙間（パーティング面）に形成された残膜（厚さ約50μm）を切断・除去して導光板を成形する方法が提案されている。この成形方法によると、成形された導光板の側面主要部が型により成形されているので、発光体から入射した光が切断した残膜部分で乱反射して光の利用効率を低下させるという問題が解消されるとされる。

特許文献２には、下金型に溶融樹脂を塗布して形成した塗布樹脂塗膜を、前記下金型と上金型とにより押圧して等容温度変化させ、前記塗布樹脂膜の平面部と縁端部に微細構造を転写成形してこれを冷却固化し、前記平面部と縁端部に前記微細構造を有するとともに、前記縁端部にバリのない平板状の微細構造体を成形する方法が提案されている。この方法によると、射出成形法において問題とされるバリの発生を防止することができ、導光板や光導波路の成形に利用可能な平面部及び縁端部に微細構造を有する薄い平板状の微細構造体を一サイクルの成形工程で作製することができるとされる。

特許文献３に、射出成形によって得られる最大厚みが1.5mm以下の導光板であって、導光板の少なくとも一面にJIS B0601に基づく10点平均粗さが200μm未満の微細な凹凸もしくはレンズ形状が賦形されている導光板が提案されている。そして、この導光板の成形方法について、先ずメタクリル樹脂を射出成形して得られた射出成形品のファンゲートをカッターでカットし、次にこのゲートのある面を旭メガロ性プラビューティーで一面研磨してこの面を入光面とする導光板が成形されるとされる。

日本機会学界論文集（Ｃ編）、75巻759号(2009-11), p.2853, 論文No.09-7021 特開2011-48290号公報 特開2014-223751号公報 特開2007-291230号公報

導光板など平面部のみならず側面部が機能面として利用されるものの成形において、成形された樹脂成形体にバリ等が存在する場合はこれを切除しなければならない。この場合は、切削等の工程が増えるという問題ばかりでなく、切削等を行った部分を研磨しなければならないという問題がある。そして、特許文献１に記載する残膜などであっても樹脂成形体の厚みがより薄くなれば切除した部分を研磨する必要があるという問題がある。

特許文献２に記載の塗布した溶融樹脂の等容温度変化を利用して転写成形する方法は、特許文献１又は３に記載の方法のような切削等の工程を要せず、バリの発生を防止しつつ平面部のみならず側面部を機能面として利用できる樹脂成形体を成形することができるので好ましい。しかし、樹脂成形体の生産性を考慮すると、溶融樹脂を等容温度変化させるように温度制御（金型温度制御）するのではなく、温度制御とは無関係にバリの発生が防止でき、温度制御の時間を短縮してより迅速に成形できる方法が望まれる。

本発明は、このような従来の問題点及び要請に鑑み、金型に塗布した溶融樹脂を押圧成形し、バリを切除する等の必要がなく、光導波路や導光板等のような平面部のみならず側面部を機能面として利用することができる平板状の樹脂成形体を成形する樹脂成形金型及びこれを用いた樹脂成形方法を提供することを目的とする。

本発明に係る樹脂成形金型は、キャビティの側面を規定し、上面がパーティング面となるリーディングエッジを有する下金型と、その下金型に溶融樹脂が塗布される際には作業位置に配設されて前記キャビティに臨む前記リーディングエッジの上縁部を押圧するとともにそのキャビティ上面に突出する先端部を有し、塗布完了後には退避位置に収納される樹脂流出阻止部材と、前記下金型に塗布された溶融樹脂を押圧する上金型と、を有してなる。

上記発明において、下金型は、これに上金型が閉じたときパーティング面の面圧が均一になるようにリーディングエッジに対向して設けられるストッパーを有するものとすることができる。

樹脂流出阻止部材は、先端部がくさび状断面を有してしているのがよい。

リーディングエッジは、板状の樹脂成形体に対応するキャビティの１つの側面、２つの側面、３つの側面又は４つの側面に設けることができる。

本発明に係る樹脂成形方法は、キャビティの側面を規定し、上面がパーティング面となるリーディングエッジを有する下金型を用い、その下金型に溶融樹脂を塗布してこれを上金型により押圧し、冷却、固化して板状の樹脂成形体を成形する樹脂成形方法であって、
前記リーディングエッジは、キャビティ面からの高さが前記樹脂成形体の厚さｔに等しくされ、前記溶融樹脂は、前記リーディングエッジの前記キャビティに臨む前面に厚さｔでかつ密着するように塗布され、前記リーディングエッジの前面が転写成形された厚さｔの樹脂成形体を成形する樹脂成形方法である。

上記樹脂成形方法の発明において、溶融樹脂の塗布は、溶融樹脂がパーティング面に侵入するのを阻止する樹脂流出阻止部材を配設して行われ、前記塗布される溶融樹脂の供給は、Tダイにより前記リーディングエッジの前面に動圧が負荷され、前記樹脂流出阻止部材の所定の高さ位置に調整されるように行われるのがよい。

本発明によれば、バリを切除する等の工程を設ける必要がなく、平面部のみならず側面部が機能面として利用される平板状の樹脂成形体を高い生産性で成形することができる。

本発明に係る樹脂成形金型の下金型とTダイの部分を示す模式図である。 本発明に係る樹脂成形金型におけるキャビティとパーティング面を説明する模式図である。 本発明に係る樹脂成形金型に適用される各種形態のリーディングエッジを示す模式図である。 本発明に係る樹脂成形金型にTダイにより溶融樹脂を塗布する様子を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。本発明に係る樹脂成形金型を図１〜３に示す。本発明に係る樹脂成形金型は、キャビティの側面を規定し、上面がパーティング面となるリーディングエッジを有する下金型と、その下金型に溶融樹脂が塗布される際には作業位置に配設されて前記キャビティに臨む前記リーディングエッジの上縁部を押圧するとともにそのキャビティ上面に突出する先端部を有し、塗布完了後には退避位置に収納される樹脂流出阻止部材と、前記下金型に塗布された溶融樹脂を押圧する上金型と、を有する。すなわち、本発明に係る樹脂成形金型は、リーディングエッジを有する下金型と、リーディングエッジからキャビティ上面に先端部が突出した樹脂流出阻止部材を有することに特徴がある。

本発明に係る樹脂成形金型の下金型10は、図１に示すように、リーディングエッジ15を有する。このリーディングエッジ15（15A、15B）は、図２に示すように、下金型10に上金型20が閉じたとき、その上面がパーティング面Pを形成するようになっている。そして、下金型10、上金型20及びリーディングエッジ15A、15BによりキャビティCが形成され、リーディングエッジ15A、15Bは、キャビティCの側面を規定している。なお、このキャビティC部分には後述するように、溶融樹脂が塗布される。

図１に示すリーディングエッジ15は、リーディングエッジ15Aとリーディングエッジ15Bが対向して設けられている。しかしながら、下金型10に設けるリーディングエッジ15は、図３に示すように、１つのリーディングエッジ15（ａ図）、３つのリーディングエッジ15A、15B及び15C（ｂ図）、または、４つのリーディングエッジ15A、15B、15C及び15D（ｃ図）を有するものとすることができる。リーディングエッジの高さｈは、成形しようとする板状の樹脂成形体の厚みに基づいて定められ、いずれのリーディングエッジ15も一定の高さｈを有している。なお、図３（ａ）に示す１つのリーディングエッジ15を有する下金型10の場合は、ストッパー16を適宜設けるのがよい。これにより、キャビティC部分に塗布された溶融樹脂を均等に押圧することができるようになる。また、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に記載のリーディングエッジ15は、それぞれ連結されているが、連結されていないものであってもよい。図３（ｃ）に示すリーディングエッジ15を有する場合は、逃げ溝151を設けるのがよい。

また、本発明に係る樹脂成形金型は、図１に示すように、樹脂流出阻止部材30を有する。この樹脂流出阻止部材30は、溶融樹脂が下金型10に塗布される際に作業位置に配設され塗布完了後には退避位置に収納されるものである。この樹脂流出阻止部材30は、下金型10に付帯したものとして設けることができ、また、個別のものとして設けることができる。

樹脂流出阻止部材30は、溶融樹脂の塗布作業が行われる際に、その先端部がリーディングエッジ15Aとリーディングエッジ15Bとの間に形成されるキャビティCの上面に突出するように配設される（図１（ａ））。樹脂流出阻止部材30の先端部の突出量Sは、例えば、0〜数百μmとされる。この樹脂流出阻止部材30の先端部33は、図１（ｂ）に示すように、リーディングエッジ15の上縁部を所定の面圧で押圧し、パーティング面Pへの溶融樹脂の侵入を確実に阻止することができるように、リーディングエッジ15の上縁部に当接する突当て部33bと逃げ加工部33cを設けるのがよい。突当て部33bがーディングエッジ15の上縁部に当接するときの密着圧力は、例えば、1〜20MPaとされる。また、先端部33は、断面がくさび状になっており、伏角部33aを有するものがよい。また、先端部33は、さらに、突当て部33bに連続する部分に仰角部33dを設けることができる。これらにより、塗布された溶融樹脂の厚さをリーディングエッジ15の高さに調整するのが容易になる。

平面部のみにならず側面部も利用に供される板状の樹脂成形体を成形するには、溶融樹脂がキャビティCに確実に充填されるように溶融樹脂の塗布を行う必要がある。このためには、供給される溶融樹脂の量は、キャビティCの容積よりわずかに多く、塗布厚さがリーディングエッジ15の高さｈよりわずかに厚くなる程度に供給されるのが好ましい。しかしながら、溶融樹脂の塗布が完了して樹脂流出阻止部材30が退避位置に収納された後に、溶融樹脂が上金型で押圧されるときにパーティング面Pに侵入してバリを生じる程度に溶融樹脂の過剰な塗布か行われるのは好ましくない。このため、溶融樹脂50の塗布は、図４に示すように行うのがよい。

溶融樹脂の塗布は、Tダイを使用するのがよい。Tダイにより溶融樹脂を塗布する場合は、Tダイの吐出口の高さ位置によりほぼ成形しようとする板状の樹脂成形体の厚みに塗布することができる。すなわち、図４（ａ）に示すように、Tダイ40の吐出口の高さ位置を、成形しようとする板状の樹脂成形体の厚みｔに合わせて溶融樹脂50の塗布を行う。そして、Tダイ40の吐出口は、リーディングエッジ15Aとリーディングエッジ15Bとの間の幅寸法、すなわち成形しようとする板状の樹脂成形体の幅寸法にほぼ等しい形状を有するものがよい。これにより、溶融樹脂50を塗布する際に、図４（ａ）に矢印で示すようなリーディングエッジ15Aとリーディングエッジ15BのキャビティCに臨む面（前面）に動圧を付与することができ、リーディングエッジ15Aやリーディングエッジ15Bの前面の転写成形が行われた板状の樹脂成形体を得ることができる。

リーディングエッジ15の高さｈは、通常、成形しようとする樹脂成形体の厚みｔに等しくされる。このため、Tダイ40の吐出口の高さ位置は、図４（ｂ）に示すように、樹脂流出阻止部材30の先端部33の頂点33eよりわずかに高い位置を目標にする。この場合、溶融樹脂50のヒゲ53が先端部33（樹脂流出阻止部材30）の伏角部33aの先端部分に形成される。しかしながら、このヒゲ53は、樹脂流出阻止部材30を退避位置に収納した後に、上金型40で溶融樹脂50を押圧することにより消滅するので問題にならない。

一方、樹脂流出阻止部材30の先端部33がさらに仰角部33dを有するものである場合は、溶融樹脂の塗布を図４（ｃ）に示すように行う。この場合は、頂点33eの高さ位置（高さδ）を溶融樹脂50の塗布厚さの基準とすることができるとともに、仰角部33dが塗布された溶融樹脂50の最上部をリーディングエッジ15から遠ざける方向に押しやるのでバリが生じ難くなる。なお、頂点33eの高さδは、使用する樹脂、成形条件によって最適な値が選択され、先端部33の伏角部33aや仰角部33dの角度も使用する樹脂等によって最適な値が選択される。頂点33eは、図４（ｂ）及び図４（ｃ）のいずれの場合においても、塗布厚さが所定の厚さになるように溶融樹脂の供給を調整する基準又は目標にすることができる。

樹脂流出阻止部材30は、溶融樹脂が付着し難いものがよく、例えば離型剤を塗布するのがよい。また、樹脂流出阻止部材30は、溶融樹脂が付着しない範囲で高温度に保持するのがよい。これにより、リーディングエッジ15の前面の高精度の転写成形を行いやすくなる。

溶融樹脂50の下金型10への塗布が完了し、樹脂流出阻止部材30が退避位置に収納されると、上金型20を下降し、溶融樹脂を押圧、冷却、固化して板状の樹脂成形体を成形する。
本発明に係る樹脂成形金型により、平面部のみにならず側面部も利用に供される0.1〜2mmの薄板状の樹脂成形体を成形することができる。溶融樹脂は、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン等各種の樹脂及び各グレードの樹脂を使用することができる。

以上、本発明に係る樹脂成形金型について説明した。本樹脂成形金型によれば、塗布される溶融樹脂の厚さがリーディングエッジ15の高さｈに等しく、かつ溶融樹脂がリーディングエッジ15の前面に密着するように塗布され、厚さがｔの板状の樹脂成形体を成形することができ、バリのない平面部のみにならず側面部も利用に供される薄板状の樹脂成形体を成形することができる。

10 下金型
15、15A〜15D リーディングエッジ
151 逃げ溝
16 ストッパー
20 上金型
30 樹脂流出阻止部材
33 先端部
40 Tダイ
50 溶融樹脂
53 ヒゲ

Claims (6)

1. キャビティの側面を規定し、上面がパーティング面となるリーディングエッジを有する下金型と、その下金型に溶融樹脂が塗布されるときには作業位置に配設されて前記キャビティに臨む前記リーディングエッジの上縁部を押圧するとともにそのキャビティ上面に突出する先端部を有し、塗布完了後には退避位置に収納される樹脂流出阻止部材と、前記下金型に塗布された溶融樹脂を押圧する上金型と、を有する板状の樹脂成形体の樹脂成形金型。
2. 下金型は、これに上金型が閉じたときパーティング面の面圧が均一になるようにリーディングエッジに対向して設けられるストッパーを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形金型。
3. 樹脂流出阻止部材は、先端部がくさび状断面を有してしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形金型。
4. リーディングエッジは、板状の樹脂成形体に対応するキャビティの１つの側面、２つの側面、３つの側面又は４つの側面に設けられることを特徴とする請求項１又は３に記載の樹脂成形金型。
5. キャビティの側面を規定し、上面がパーティング面となるリーディングエッジを有する下金型を用い、その下金型に溶融樹脂を塗布してこれを上金型により押圧し、冷却、固化して板状の樹脂成形体を成形する樹脂成形方法であって、
   前記リーディングエッジは、キャビティ面からの高さが前記樹脂成形体の厚さｔに等しくされ、
   前記溶融樹脂は、前記リーディングエッジの前記キャビティに臨む前面に厚さｔでかつ密着するように塗布され、
   前記リーディングエッジの前面が転写成形された厚さｔの樹脂成形体を成形する樹脂成形方法。
6. 溶融樹脂の塗布は、溶融樹脂がパーティング面に侵入するのを阻止する樹脂流出阻止部材を配設して行われ、
   前記塗布される溶融樹脂の供給は、Tダイにより前記リーディングエッジの前面に動圧が負荷され、前記樹脂流出阻止部材の所定の高さ位置に調整されるように行われることを特徴とする請求項５に記載の樹脂成形方法。

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