JP6758756B2

JP6758756B2 - 厚肉成形品の成形方法

Info

Publication number: JP6758756B2
Application number: JP2016114963A
Authority: JP
Inventors: 粋和河本; 孝治松崎; 惟由山本; 圭呉須佐; 西田　正三; 正三西田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-06-09
Also published as: JP2017217850A

Description

本発明は、射出成形によって厚肉成形品を得る厚肉成形品の成形方法に関するものである。

射出成形機は、従来周知のように金型を型締めする型締装置、樹脂を溶融して金型に射出する射出装置、等から構成され、色々な形状の成形品を成形することができる。例えば中空成形品は、いわゆるＤＳＩ成形方法によって成形することができる。ＤＳＩ成形方法は特許文献１等に詳しく説明されているが、固定型金型と、可動側金型とこの可動側金型上でスライドして固定側金型に対して異なる２位置で型締めされるスライド金型とを使用して成形する。すなわち、スライド金型を第１の位置にスライドして型締めし、中空成形品を二つ割り状にした形状の一対の半中空成形品を１次成形によって得る。一対の半中空成形品を金型に残して金型を開き、スライド金型を第２の位置にスライドする。そうすると一対の半中空成形品が対向する。この位置で型締めして溶融樹脂を射出する２次成形を実施する。そうすると一対の半中空成形品が一体化し、中空成形品が得られる。このようなＤＳＩ成形方法では、１次成形と２次成形とにおいて射出する樹脂の量や射出圧力が異なるので、射出装置においてスクリュの射出ストロークを１次成形と２次成形とで切換える必要がある。つまり射出条件を射出毎に切換える必要がある。一般的にＤＳＩ成形方法を実施する場合には、スライド金型の位置の制御と射出条件の切換えを連動させるために、複雑な射出装置の制御を実施する必要がある。

特願平５−１８３４６６号公報

射出成形によって成形できる成形品として光学レンズをあげることもできる。光学レンズは中空成形品のように複雑な工程によって成形する必要はないが、成形が難しい成形品の一つである。その理由は、光学レンズは比較的肉厚であり、いわゆる厚肉成形品であるからである。厚肉成形品の成形においては、ヒケ等による成形不良が発生しやすい。そこで光学レンズを成形するときには成形不良を防止するために高い射出圧で樹脂を射出し、比較的高い樹脂圧で比較的長く保圧を実施するようにしている。

光学レンズ等の厚肉成形品を成形するときには、ヒケ等の成形不良の発生を防止するために射出圧を高くしたり、保圧の樹脂圧を高くして保圧時間を長く確保する等の対策が実施されている。これによってある程度成形不良を防止できるが、必ずしも十分ではない。特に光学レンズにおいては光学特性に影響を与える他の成形不良が問題になる。具体的にはボイドである。ボイドは樹脂内の内部応力が負圧になって生じる真空の穴である。厚肉成形品は樹脂が冷却されるときの収縮量が大きいのでボイドが発生し易い。このようなボイドが内部にわずかでも生じると光学レンズとして利用することはできない。射出時に高い射出圧で樹脂を射出するようにすれば樹脂は圧縮される。そうすると冷却されるときの樹脂の体積の収縮を補うことができ比較的ボイドは発生し難い。しかしながら高い射出圧で射出しても完全にボイドの発生を抑制できるとは限らない。また射出圧によって金型が開いてバリの発生の原因にもなる。また圧縮されて密度が大きい状態で固化した樹脂と、密度が小さい状態で固化した樹脂とでは屈折率に相違が生じる。つまり光学レンズを得るときに射出圧力が高すぎると、得られる光学レンズには場所によって密度のムラが生じる虞がある。そうすると光学特性に影響を与えてしまう。つまり高すぎる射出圧力での射出は好ましくない。光学レンズを例に問題を説明したが、光学特性に影響を与えるのは精度良く成形できないからである。そうすると光学レンズにおいて問題が顕著に現れただけで、他の厚肉成形品においても精度の高い成形が困難であることが分かる。

本発明は、上記したような問題点を解決した厚肉成形品の成形方法を提供することを目的とし、具体的には得られる厚肉成形品の樹脂の密度が均一であり、内部にボイドが発生せず、品質の高い厚肉成形品を得られる成形方法を提供することを目的としている。また、射出成形機の制御は比較的シンプルであり、コストが小さい厚肉成形品の成形方法を提供することも目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、溶融樹脂を射出する射出装置と、固定側金型と２位置にスライドして型締されるスライド金型とからなる金型とを使用して厚肉成形品を得る成形方法として構成する。スライド金型を一方のスライド位置で型締めして１次成形をすると半成形品が得られ、これをスライド金型に残して型開し、他方のスライド位置で型締めすると半成形品と金型とで２次成形用キャビティが構成される。この２次成形用キャビティに射出する２次成形を実施すると厚肉成形品が得られる。このような成形方法において、半成形品は、その肉厚および容量が、厚肉成形品の肉厚と容量のそれぞれ１／２になるように成形する。なお、スライド金型は形状が同一の第１、２の凹部を設けるようにし、いずれか一方の凹部に半成形品を残して型閉じすると、１次成形用キャビティと２次成形用キャビティとが同時に形成され、１次成形と２次成形とを実質的に同時に実施できるようにする。このような固定側金型とスライド金型は複数組用意して、１台の射出装置から射出するようにする。

かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、溶融樹脂を射出する１台の射出装置と、固定側金型と２位置にスライドして型締されるスライド金型とからなる１組の金型を複数組使用し、前記複数組の金型に対して同時に射出して複数個の厚肉成形品を得る成形方法であって、いずれの組の前記スライド金型にも形状が同一の第１、２の凹部が設けられており、それぞれの組の金型において、前記スライド金型を一方のスライド位置にして型締めし、前記第１の凹部と前記固定側金型との間に１次成形用キャビティを形成し、１次成形により１次成形用キャビティに溶融樹脂を射出して半成形品を得、半成形品を前記第１の凹部に残した状態で型開きして前記スライド金型を他方のスライド位置にスライドして型締めして、前記第１の凹部の半成形品と前記固定側金型との間に２次成形用キャビティを、そして前記第２の凹部と前記固定側金型との間に１次成形用キャビティをそれぞれ形成し、溶融樹脂を射出して１次成形と２次成形とを実質的に同時に実施して１次成形用キャビティにおいて半成形品を得ると共に２次成形用キャビティにおいて厚肉成形品を成形し、半成形品を前記第２の凹部に残した状態で型開きして前記スライド金型を一方のスライド位置にスライドして型締めして、前記第２の凹部の半成形品と前記固定側金型との間に２次成形用キャビティを、そして前記第１の凹部と前記固定側金型との間に１次成形用キャビティをそれぞれ形成し、溶融樹脂を射出して１次成形と２次成形とを実質的に同時に実施して１次成形用キャビティにおいて半成形品を得ると共に２次成形用キャビティにおいて厚肉成形品を成形し、以下同様にしてそれぞれの組の金型において半成形品と厚肉成形品とを同時に成形して前記１台の射出装置から射出する毎に複数組の金型において金型の組数と同数の厚肉成形品を得るようにし、１次成形において成形する半成形品はその肉厚および容量が、厚肉成形品の肉厚と容量のそれぞれ１／２になるようにすることを特徴とする厚肉成形品の成形方法として構成される。

以上のように、本発明は、溶融樹脂を射出する射出装置と、固定金型と２位置にスライドして型締されるスライド金型とからなる金型とを使用して厚肉成形品を得る成形方法として構成される。そしてスライド金型を一方のスライド位置にして型締めして１次成形用キャビティを構成し、１次成形により１次成形用キャビティに溶融樹脂を射出して半成形品を得、半成形品を金型に残した状態で型開きしてスライド金型を他方のスライド位置にスライドし、型締めして半成形品と金型とで２次成形用キャビティを構成し、２次成形により２次成形用キャビティに溶融樹脂を射出して厚肉成形品を成形する。つまり厚肉成形品は１次成形と２次成形の２回に分けて積層成形することになる。そして１次成形において成形する半成形品はその肉厚および容量が、厚肉成形品の肉厚と容量のそれぞれ１／２になるように構成されている。従ってそれぞれの成形で射出される樹脂は、厚さが薄くなるので固化するときの収縮量はわずかでありボイド等の成形不良が発生しにくい。収縮し難いので保圧における樹脂圧も小さくて済むし保圧時間も短時間で済む。そうすると得られる厚肉成形品は内部に応力が残留しにくく、密度も均一になる。従って例えば光学レンズを本発明の方法によって成形すると光学特性に優れた品質の高い光学レンズが得られることになる。そして、本発明によると、固定側金型とスライド金型は、複数組使用して１台の射出装置から同時に射出するようにしている。そしてそれぞれのスライド金型は形状が同一の第１、２の凹部が設けられ、スライド金型を一方のスライド位置にして型締めすると、第１の凹部と固定側金型との間に１次成形用キャビティが形成され、１次成形により１次成形用キャビティに溶融樹脂を射出して半成形品を得、半成形品を第１の凹部に残した状態で型開きしてスライド金型を他方のスライド位置にスライドして型締めすると、第１の凹部の半成形品と固定側金型との間に２次成形用キャビティが、そして第２の凹部と固定側金型との間に１次成形用キャビティがそれぞれ形成され、溶融樹脂を射出して１次成形と２次成形とを実質的に同時に実施して１次成形用キャビティにおいて半成形品を得ると共に２次成形用キャビティにおいて厚肉成形品を成形し、半成形品を第２の凹部に残した状態で型開きしてスライド金型を一方のスライド位置にスライドして型締めすると、第２の凹部の半成形品と固定側金型との間に２次成形用キャビティが、そして第１の凹部と固定側金型との間に１次成形用キャビティがそれぞれ形成され、溶融樹脂を射出して１次成形と２次成形とを実質的に同時に実施して１次成形用キャビティにおいて半成形品を得ると共に２次成形用キャビティにおいて厚肉成形品を成形し、以下同様にしてそれぞれの組の金型において半成形品と厚肉成形品とを同時に成形して前記１台の射出装置から射出する毎に複数組の金型において金型の組数と同数の厚肉成形品を得るように構成されている。つまり複数個の厚肉成形品を成形できるので、効率よく成形できるという効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る金型と射出装置の一部を示す図で、その（ア）は金型を断面で、射出装置を一部を示す側面図、その（イ）は金型を構成する一対のスライド金型をパーティング面から見た正面図、その（ウ）は金型を構成する固定側金型をパーティング面から見た正面図である。本発明の実施の形態に係る金型の一対のスライド金型を示す図で、その（ア）（イ）は異なるスライド位置を採った状態のスライド金型を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る金型において本発明の実施の形態に係る厚肉成形方法を実施する様子を示す図で、その（ア）〜（カ）は厚肉成形方法の各工程における金型の状態を示す側面断面図である。本発明の実施の形態に係る金型において本発明の実施の形態に係る厚肉成形方法を実施する様子を示す図で、その（ア）〜（オ）は厚肉成形方法の各工程における金型の状態を示す側面断面図である。本発明の他の実施の形態に係る金型において厚肉成形方法を実施する様子を示す図で、その（ア）〜（カ）は厚肉成形方法の各工程における金型の状態を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る厚肉成形方法で成形する成形品は光学レンズであり、射出成形機によって成形する。この成形方法で使用される射出成形機は、従来の射出成形機と同様に、金型を型締めする型締装置、型締めされた金型に溶融樹脂を射出する射出装置等から構成され、図１には金型１と、射出装置２０の一部のみが示されている。

本実施の形態に係る金型１は、図示されない型締装置の固定盤に設けられている固定側金型２と、可動盤に設けられている可動側金型３と、この可動側金型３上においてスライド可能に設けられている第１、２のスライド金型５ａ、５ｂとから構成されている。この金型１は光学レンズを２個ずつ成形できる、いわゆる多数個取りの金型になっており２組から構成されている。あるいは２組から構成されていると見なすことができる。まず固定側金型２は実際には一体的に形成されている。つまり１個の金型であるが、図１の（ウ）において点線で示されているように第１、２の固定側金型２ａ、２ｂから構成されていると見ることができる。これらの第１、２の固定側金型２ａ、２ｂが後で説明する第１、２のスライド金型５ａ、５ｂとそれぞれ対になって型締めされることになる。これらの第１、２の固定側金型２ａ、２ｂにはそのパーティング面の中央に凹部、つまり固定側凹部７ａ、７ｂが形成され、これらの固定側凹部７ａ、７ｂによって光学レンズの片側の面が形成されるようになっている。図１の（ウ）において固定側凹部７ａ、７ｂの上方と下方には円８、８、…が点線で描かれているが、実際にはパーティング面と同一面になっており凹凸は形成されていない。これらの円８、８、…の部分は第１、２の固定側金型２ａ、２ｂが第１、２のスライド金型５ａ、５ｂと型締めされたときにキャビティの一部を構成することになる。固定側金型２には射出装置２０から射出される溶融樹脂を導くランナー９、１０、１１が形成されている。これらのランナー９、１０、１１は図に示されていない切り換え機構により切換えられて樹脂の流れが制御されるようになっており、円８、８、…の近傍、あるいは固定側凹部７ａ、７ｂの近傍に形成されているゲートに接続されている。

第１、２のスライド金型５ａ、５ｂは、図１の（イ）に示されているように、可動側金型３に形成されている一対の溝１２ａ、１２ｂに沿ってスライド自在に設けられている。第１、２のスライド金型５ａ、５ｂには一対のラック１４ａ、１４ｂとピニオン１５とからなる駆動機構１６が設けられ、連動してスライドされるようになっている。このような第１、２のスライド金型５ａ、５ｂは同一の形状であり、それぞれ第１、２の固定側金型２ａ、２ｂと型締めされるようになっている。したがって第１の固定側金型２ａと第１のスライド金型５ａ、および第２の固定側金型２ｂと第２のスライド金型５ｂは、２組の金型ということができる。第１のスライド金型５ａには形状が同じ第１、２の凹部１８ａ、１９ａが設けられ、第２のスライド金型５ｂにも形状が同じ第１、２の凹部１８ｂ、１９ｂが形成されている。これらの凹部１８ａ、１８ｂ、１９ａ、…から光学レンズの一方の面が形成されるようになっている。

本実施の形態に係る金型１を備えた射出成形機によって、光学レンズを成形する方法を説明する。最初に駆動機構１６を駆動して、図２の（ア）に示されているように、第１のスライド金型５ａを上方のスライド位置に、そして第２のスライド金型５ｂを下方のスライド位置にスライドする。この位置で型締装置を駆動して型締めする。そうすると第１の固定側金型２ａと第１のスライド金型５ａは、図３の（ア）に示されているように型締めされ、第１のスライド金型５ａの第１の凹部１８ａと第１の固定側金型２ａのパーティング面とから、１次成形用のキャビティが形成される。図には示されていないが、このとき第２の固定側金型２ｂと第２のスライド金型５ｂも型締めされて、第２のスライド金型５ｂの第２の凹部１９ｂと第２の固定側金型２ｂのパーティング面とから、１次成形用のキャビティが形成される。射出装置２０からこれらの１次成形用キャビティに樹脂を射出する１次成形を実施する。そうすると図３の（イ）に示されているように、半成形品Ｈが成形される。図３の（ウ）に示されているように、第１のスライド金型５ａにおいては第１の凹部１８ａに半成形品Ｈを残すように、そして図に示されていないが第２のスライド金型５ｂにおいては第２の凹部１９ｂに半成形品Ｈを残すようにして、型開きする。

駆動機構１６を駆動して、図２の（イ）および図３の（エ）に示されているように、第１のスライド金型５ａを下方のスライド位置に、第２のスライド金型５ｂを上方のスライド位置にスライドする。この位置で型締装置を駆動して型締めする。そうすると第１の固定側金型２ａと第１のスライド金型５ａは図３の（オ）に示されているように型締めされ、第１のスライド金型５ａの第１の凹部１８ａに残された半成形品Ｈと、第１の固定側金型２ａの固定側凹部７ａとから２次成形用のキャビティが、そして第２の凹部１９ａと第１の固定側金型２ａのパーティング面とから１次成形用のキャビティが構成される。図には示されていないが、第２の固定側金型２ｂと第２のスライド金型５ｂとからも同様にして２次成形用のキャビティと１次成形用のキャビティが形成される。１台の射出装置２０から、２個の１次成形用キャビティに樹脂を射出する１次成形と、２個の２次成形用キャビティに樹脂を射出する２次成形とを同時に実施する。そうすると２個の厚肉成形品すなわち光学レンズＫと、２個の半成形品Ｈとが同時に成形される。図３の（カ）には、第１の固定側金型２ａと第１のスライド金型５ａとによって成形される１個の光学レンズＫと１個の半成形品Ｈのみが示されている。

型締装置を駆動して、型開きして成形された２個の光学レンズＫを取り出す。この型開きにおいては、図４の（ア）に示されているように、第１のスライド金型５ａにおいては第２の凹部１９ａに半成形品Ｈを、そして図に示されていないが第２のスライド金型５ｂにおいては第１の凹部１８ｂに半成形品Ｈをそれぞれ残す。駆動機構１６を駆動して、図２の（ア）および図４の（イ）に示されているように、第１のスライド金型５ａを上方のスライド位置に、第２のスライド金型５ｂを下方のスライド位置にスライドする。この位置で型締装置を駆動して型締めする。そうすると第１の固定側金型２ａと第１のスライド金型５ａは図４の（ウ）に示されているように型締めされ、第１のスライド金型５ａの第２の凹部１９ａに残された半成形品Ｈと、第１の固定側金型２ａの固定側凹部７ａとから２次成形用のキャビティが、そして第１の凹部１８ａと第１の固定側金型２ａのパーティング面とから１次成形用のキャビティが構成される。図には示されていないが、第２の固定側金型２ｂと第２のスライド金型５ｂとからも同様にして２次成形用のキャビティと１次成形用のキャビティが形成される。１台の射出装置２０から、２個の１次成形用キャビティに樹脂を射出する１次成形と、２個の２次成形用キャビティに樹脂を射出する２次成形とを同時に実施する。そうすると２個の光学レンズＫと２個の半成形品Ｈとが同時に成形される。図４の（エ）には、第１の固定側金型２ａと第１のスライド金型５ａとによって成形される１個の光学レンズＫと１個の半成形品Ｈのみが示されている。型締装置を駆動して、型開きして成形された２個の光学レンズＫを取り出す。このとき、図４の（オ）に示されているように、第１のスライド金型５ａにおいては第１の凹部１８ａに半成形品Ｈを、そして図に示されていないが第２のスライド金型５ｂにおいては第２の凹部１９ｂに半成形品Ｈをそれぞれ残す。以下同様にして成形する。

本実施の形態に係る厚肉成形方法によって光学レンズＫを得るとき、半成形品Ｈはその肉厚が、光学レンズＫの肉厚の略１／２になるように成形するようにする。また半成形品Ｈはその容量が光学レンズＫの容量の略１／２になるように成形する。つまり本実施の形態に係る厚肉成形方法は、いわゆる積層成形であり１次成形と２次成形の射出量が同量になるようにする成形方法であると言える。このように半成形品Ｈ、および光学レンズＫを成形するので１次成形と２次成形とで射出される樹脂の厚さは薄い。そうすると冷却時の樹脂の収縮を小さくすることができヒケやボイドの発生を抑制できる。また冷却時間を早くすることができ生産効率を上げることができる。

本実施の形態に係る厚肉成形方法は、色々な変形が可能である。上の説明では２組の金型を使用するので１回の射出毎に２個の光学レンズＫを成形することができた。これを応用すれば３組、あるいはそれより多数の組の金型を使用して多数の光学レンズＫを同時に成形できることは明らかである。これらは多数個取りの成形方法である。これに対して本実施の形態に係る厚肉成形方法を応用すれば、少ない樹脂しか射出できない小型の射出装置によって、大型の光学レンズを成形することもできる。この場合、２回の射出によって１個の光学レンズを成形することになる。このような実施例を説明する。

この成形方法においては、図５の（ア）に示されているような、１個の固定側金型２と、可動側金型３上でスライドする１個のスライド金型５とを使用する。固定側金型２には固定側凹部７が、そしてスライド金型５にはスライド側凹部１８が、それぞれ１個ずつ形成されている。所定のスライド位置で型締めすると図５の（イ）に示されているように、固定側金型２のパーティング面とスライド金型５のスライド側凹部１８とから１次成形用のキャビティが構成される。このキャビティに射出装置２０から樹脂を射出して半成形品Ｈを成形する。図５の（ウ）に示されているように、半成形品Ｈをスライド側凹部１８に残して型開きし、図５の（エ）に示されているようにスライド金型５をスライドする。型締めすると、半成形品Ｈと固定側金型２の固定側凹部７とから２次成形用のキャビティが構成される、射出装置２０から樹脂を射出すると、図５の（オ）に示されているように光学レンズＫが成形される。図５の（カ）に示されているように型開きして光学レンズＫを得る。スライド金型５を図５の（ア）に示されているようにスライドして、成形を繰り返す。このように成形するので、少量の樹脂しか射出できない小型の射出装置２０であっても、大型の光学レンズＫを成形することができる。なお、この実施の形態においても、半成形品Ｈはその肉厚が、光学レンズＫの肉厚の略１／２になるように、そしてその容量が光学レンズＫの容量の略１／２になるように成形する。これによってヒケやボイドを防止することができるが、この実施の形態においては他の目的もある。毎回の射出において同量の射出をするようにすると、射出装置２０において常に射出量を一定にすることができるので、１次成形と２次成形とでスクリュの射出ストロークや射出圧の条件を変更する必要がないからである。

１金型
２ａ、２ｂ第１、２の固定側金型
３可動側金型
５ａ、５ｂ第１、２のスライド金型
７ａ、７ｂ固定側凹部
１６駆動機構
１８ａ、１８ｂ第１、２の凹部
２０射出装置

Claims

溶融樹脂を射出する１台の射出装置と、固定側金型と２位置にスライドして型締されるスライド金型とからなる１組の金型を複数組使用し、前記複数組の金型に対して同時に射出して複数個の厚肉成形品を得る成形方法であって、
いずれの組の前記スライド金型にも形状が同一の第１、２の凹部が設けられており、
それぞれの組の金型において、前記スライド金型を一方のスライド位置にして型締めし、前記第１の凹部と前記固定側金型との間に１次成形用キャビティを形成し、１次成形により１次成形用キャビティに溶融樹脂を射出して半成形品を得、
半成形品を前記第１の凹部に残した状態で型開きして前記スライド金型を他方のスライド位置にスライドして型締めして、前記第１の凹部の半成形品と前記固定側金型との間に２次成形用キャビティを、そして前記第２の凹部と前記固定側金型との間に１次成形用キャビティをそれぞれ形成し、溶融樹脂を射出して１次成形と２次成形とを実質的に同時に実施して１次成形用キャビティにおいて半成形品を得ると共に２次成形用キャビティにおいて厚肉成形品を成形し、
半成形品を前記第２の凹部に残した状態で型開きして前記スライド金型を一方のスライド位置にスライドして型締めして、前記第２の凹部の半成形品と前記固定側金型との間に２次成形用キャビティを、そして前記第１の凹部と前記固定側金型との間に１次成形用キャビティをそれぞれ形成し、溶融樹脂を射出して１次成形と２次成形とを実質的に同時に実施して１次成形用キャビティにおいて半成形品を得ると共に２次成形用キャビティにおいて厚肉成形品を成形し、
以下同様にしてそれぞれの組の金型において半成形品と厚肉成形品とを同時に成形して前記１台の射出装置から射出する毎に複数組の金型において金型の組数と同数の厚肉成形品を得るようにし、
１次成形において成形する半成形品はその肉厚および容量が、厚肉成形品の肉厚と容量のそれぞれ１／２になるようにすることを特徴とする厚肉成形品の成形方法。