JPH0134132B2

JPH0134132B2 -

Info

Publication number: JPH0134132B2
Application number: JP58105792A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Takeshita; Masayuki Muranaka; Hisao Inage; Masao Takagi; Shoki Eguchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1989-07-18
Also published as: JPS59232835A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、射出圧縮成形金型およびその金型を
用いた成形方法に係り、特に、プラスチツクレン
ズのように、高い形状精度や表面精度が要求され
る成形品を成形するための、射出圧縮成形金型と
その成形方法に関するものである。

〔背景〕

第４図は従来の、プラスチツクレンズの成形に
用いる射出圧縮成形金型の断面図、第１図は従来
の射出圧縮成形金型を用いた場合の圧力、温度の
時間経過による推移を示すパターン図である。

図中、１は可動入駒５と共同してレンズキヤビ
テイ１０を構成する固定入駒、２は前記固定入駒
１と固定型３との間に設けられた固定スリーブで
ある。前記固定スリーブ２は、固定入駒１を直接
固定型３に固定せず、ある程度固定入駒１の外径
変化に対応し得るように設けられている。なお、
前記固定スリーブ２は、必ずしも設ける必要はな
い。

４は前記固定型３を成形機（図示せず）に固定
する固定型取付板である。６は前記可動入駒５を
後部より支持すると同時に、加圧シリンダ１４で
発生する加圧力を可動入駒５に伝達する加圧ブロ
ツクである。

７は、前記加圧ブロルク６と後述するＺピン１
８とを支持して、加圧押出力を伝達する押圧板、
８は前記可動入駒５と可動型９との間に設けられ
た可動スリーブである。前記可動スリーブ８は、
前記固定スリーブ２と同様、可動入駒５の外径変
化にある程度対応し得るよう設けられている。ま
た、前記可動スリーブ８の中を前記可動入駒５が
摺動する。なお、前記可動スリーブ８は、必ずし
も設ける必要はない。

９は前記可動スリーブ８を固定する可動型、１
０は前記固定入駒１、可動入駒５および可動スリ
ーブ８によつて形成される（レンズ）キヤビテイ
である。

１３は温度調節のための加熱および冷却媒体通
路、１４は前記押出板７、加圧ブロツク６および
可動入駒５を介して、キヤビテイ１０内の樹脂に
圧縮力をかけ、また、サイクル終了時にはキヤビ
テイ１０内の樹脂を押し出す加圧シリンダであ
る。

１６は自ら油圧を発生し、図示しないタイマ等
の適宜の制御手段の制御を受けて、加圧シリンダ
１４に送出する油圧を制御する油圧制御装置であ
る。

１７は前記加圧シリンダ１４を支持し、可動型
９を成形機（図示せず）に取り付けるための可動
型取付板、１８は成形終了時スプル１９内の樹脂
を可動型９側に引き出すためのＺピン、１９，２
０は成形機よりキヤビテイ１０に至る樹脂通路を
構成するスプルおよびランナである。

従来、プラスチツクレンズ等を成形するため
の、前述したような構成の射出圧縮成形金型にあ
つては、第１図に示す如く、射出成形機（図示省
略）より射出された樹脂がキヤビテイ１０内に充
填された（射出圧P₁）後、前記キヤビテイ１０
内に保圧P₂を加え、この保圧P₂が終了する時刻t₂
より、キヤビテイ１０への圧縮力P₃を作用させ
て、これを成形終了時のt₃まで保持するようにし
ていた。

また、成形金型温度については、射出開始時t₁
より保圧終了の時刻t₂までは、一定温度T₁に保持
し、その後、金型温度がT₂となる時刻t₃まで冷却
を行なつた。

この間、射出開始時刻t₁と温度T₁、金型温度降
下T₁〜T₂と圧縮力P₃〜P₄等との間に相互の関連
制御は行なわず、それぞれタイマによる時間制御
で、圧縮力の付加、冷却の終了、圧縮力の除去等
を行なつていた。

このような成形サイクル下では、キヤビテイ１
０内の樹脂の冷却中に圧縮を行なうため、樹脂の
冷却収縮により、圧縮効果が低下し、表面精度が
約1.5〜1.0μmの成形品しか得られない。

また、形状精度、特に曲率半径のばらつきが、
約0.05〜0.1mmと大きく、高精度の成形品として
実用化を図ることが困難であつた。

さらに、前記の如く、キヤビテイ１０内の樹脂
の温度がT₁からT₂に低下する冷却時間t₂〜t₃間
も、P₃〜P₄の圧縮力の制御を行なわないため、
冷却固化中の樹脂に不適切な圧力がかかり、スト
レスクラツクや表揚層はく離が発生することがあ
つた。

以上の如く、従来の成形サイクルにおいては、
表面精度が低く、形状精度のばらつきの大きい、
安定性に欠ける成形品しか得られないという欠点
があつた。

また、温度に合わせた圧縮力制御を行なわなか
つたため、過剰圧縮力により成形品表面に欠陥が
発生する場合があるという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、前記した従来技術の欠点を除き、表
面精度が0.3〜0.6μm、形状精度（主に曲率半径）
のばらつきが0.03mm以下で、表面にストレスクラ
ツクや表面層はく離のない、プラスチツクレンズ
等の精密成形品を成形する射出圧縮成形金型およ
びその成形方法の提供を目的とするものである。

〔発明の概要〕

前記の目的を達成するために、本発明は、従来
の射出圧縮成形金型に、入駒の温度を検知する手
段と、前記温度検知手段の出力に基づいて、前記
固定型、可動型および入駒の温度を予定のパター
ンに従つて制御し、かつ、前記温度検知手段の出
力に基づづいて、加圧シリンダの加圧力を制御す
る圧力制御手段を設け、次のような成形方法を用
いるようにした点に特徴がある。

(1) 成形機より金型キヤビテイ内に樹脂が充填さ
れた後に、圧縮力を前記キヤビテイ内の樹脂に
加えて、キヤビテイ内の樹脂に予備賦形を行な
うと同時に、キヤビテイ内樹脂と、金型固定、
可動両入駒（以下、内容説明を平易にするた
め、固定、可動とも入駒という）との密着度を
向上させ、キヤビテイ内の樹脂と金型との熱伝
達が十分に行なわれるようにする。

(2) 次に、キヤビテイ内の樹脂を、一旦冷却もし
くは放置して内部固化の促進を図り、その後、
樹脂の軟化温度より高い温度まで入駒温度を上
昇させて、キヤビテイ内の樹脂の表面層のみを
溶融するようにする。

(3) 次いで、キヤビテイ内の樹脂に再び圧縮力を
付加して、前記の溶融した表面層を賦形すると同時
に、固定入駒、可動入駒の冷却を開始し、この冷却
温度に合わせて、キヤビテイ内樹脂に付加している
圧縮力を制御するようにする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の具体的な一実施例を第２図、第
３図により説明する。

第２図は本発明をプラスチツクレンズの成形に
適用した場合の具体的な一実施例を示す射出圧縮
成形金型の断面図、第３図は本発明の一実施例の
射出圧縮成形金型を用いた場合の圧力、温度の時
間経過による推移を示すパターン図である。

第２図において、第４図と同一の符号は、同一
または同等部分をあらわしている。

１１は固定入駒１、可動入駒５を加熱するため
に、固定スリーブ２および可動スリーブ８内に嵌
挿されたヒータ、１２は固定入駒１および可動入
駒５の温度を検出するための温度センサである。

１５は、前記固定入駒１および可動入駒５の温
度を検出する前記温度センサ１２より送られてく
る温度信号により、ヒータ１１や、加熱および冷
却媒体通路１３内を流れる加熱および冷却媒体
（図示せず）を制御し、且つまた、油圧制御装置
１６に制御信号を送つて発生油圧を制御する温度
制御器である。

なお本実施例の場合、入駒にセンサ、スリーブ
にヒータを配置することにより十分な温度制御が
可能であるが、さらに精密な温度制御を行なう場
合には、入駒、スリーブ、固定型、可動型のそれ
ぞれにヒータ、加熱、冷却媒体の通路および温度
センサを配置して個別にきめ細かく制御を行なう
ことはいうまでもない。

以上のように構成された射出圧縮成形金型の成
形動作および成形方法について、第３図のパター
ン図を参照して次に詳しく説明する。

射出成形機（図示せず）に、固定型取付板４、
可動型取付板１７を介して、それぞれ取り付けら
れた固定型３と可動型９が閉じると、前記射出成
形機より、樹脂（図示せず）がスプル１９、ラン
ナ２０を通つて、キヤビテイ１０内に射出され
る。

樹脂がキヤビテイ１０内に充填されると、第３
図P_N1〜P_N2の如く、射出成形機はそのまま保圧工
程に移り、キヤビテイ１０内の樹脂に、第３図
P_N1で示す保圧力を加え続ける。

射出成形機が保圧に移ると同時に、油圧制御装
置は射出成形機から保圧開始の信号を受け、第３
図t₀に示すような一定の時間経過後、保圧中のキ
ヤビテイ１０内の樹脂に、可動入駒５、加圧ブロ
ツク６および押出板７を介して加圧シリンダ１４
により、第３図_N3に示す圧縮力をかける。

これにより、キヤビテイ１０内の樹脂に賦形を
行なうと同時に、前記キヤビテイ１０内の樹脂と
固定入駒１および可動入駒５との密着度の向上を
図り、以後に続く工程でのキヤビテイ１０内の樹
脂と固定入駒１、可動入駒５との熱伝達が容易に
行なわれるようにする。

成形機の保圧工程が終了する時刻t_N3からt_N4ま
での間に、キヤビテイ１０内の樹脂を温度T_N1か
らT_N2まで下げる。この冷却は、加熱および冷却
媒体通路１３に冷媒（図示せず）を流すか、もし
くはサーモパイプ（図示せず）によりT_N2に示す
ような温度まで行ない、その結果、キヤビテイ１
０内の樹脂内部の冷却が促進される。

一般的には、この際の冷却温度は、樹脂の軟化
温度より20℃程度低い温度とし、例えばPMMA
（メタクリル）樹脂の場合は80℃内外まで冷却す
る。

次に、ヒータ１１の加熱、もしくは加熱媒体
（図示せず）を加熱および冷却媒体通路１３へ導
入することにより、キヤビテイ１０内の樹脂の加
熱をT_N3に示す温度まで行なう。

この加熱により、キヤビテイ１０内樹脂の表面
層のみが溶融する。この温度は一般的には樹脂の
軟化温度より20〜30℃高く設定する。例えば、
PMMAの場合120〜130℃である。

加熱が完了するT_N3の温度よりキヤビテイ１０
内の樹脂の再圧縮と冷却を並行して行なう。圧縮
は、温度制御器１５によつて制御される油圧制御
装置１７により油圧を発生させ、この油圧力を加
圧シリンダ１４に送出して行なう。

圧縮に際しては、冷却も同時にサーモパイプ、
冷媒で行なうため、固定入駒１および可動入駒５
内に挿入した温度センサ１２で検出した温度に基
づいて、温度制御器１５より油圧制御装置１６に
制御信号を送る。

この制御信号により油圧制御装置１６は加圧シ
リンダ１４に送出する油圧力を制御して、冷却進
行に伴い過大なストレスがキヤビテイ１０内の樹
脂に付加されるのを防止する。

この経過は、時刻t_N5からt_N6までの間において、
温度がT_N3からT_N4に低下し、同時に、圧力がP_N5
からP_N6に減少する変化として図に示されている。
この温度―圧力制御は予め油圧制御装置１６内に
記憶させた制御線図に因つて行なうことができ
る。

冷却温度が、T_N4に達したところで油圧制御装
置１６の油圧力をP_N6から０に下げ、射出成形機
に温度制御器１５よりサイクル終了信号を送り、
金型を開いて、成形品をキヤビテイ１０より取り
出す。

次に再び金型を閉じ、温度をT_N1まで上昇させ
て、はじめからの経過を繰り返すことにより成形
を継続する。

なお、本実施例においては、油圧制御装置１６
および加圧シリンダ１４を用いて、キヤビテイ１
０内の樹脂を圧縮するようにしたが、これに限定
されるものでなく、成形機内に加圧機構を設け、
これを利用するようにしてもよいことは当然であ
る。

次に具体的な成形の実験例をPMMA（メタクリ
ル）樹脂のプラスチツクレンズ（両とつ曲率半径
16mm―26mm、外径φ20mm、中心厚７mm）の場合を
例にひいて述べる。

成形開始の信号により、固定型３と可動型９と
が閉じると、スプル１９、ランナ２０を通じて、
成形機より、溶融可塑化されたPMMA樹脂がレ
ンズキヤビテイ１０に射出充填される。

第３図P_N1に示す充填圧力は、通常500〜100
Kg／cm²であり、成形機側で、スクリユ位置や油圧
上昇からこの充填を検知すると、引き続き、第３
図P_N1〜P_N2の500〜1200Kg／cm³の保圧に移る。

この保圧開始信号を受けた油圧制御装置１６
は、第３図t₀に示す一定時間（５〜10秒）経過
後、油圧シリンダ１４に送出した油圧で、レンズ
キヤビテイ１０内のPMMA樹脂に、第３図P_N3に
示すような50〜200Kg／cm³の圧縮力を付加する。

この圧縮によりレンズキヤビテイ１０内の
PMMA樹脂に固定入駒１および可動入駒５の形
状が十分に賦形され、且つ両入駒とPMMA樹脂
との密着度が向上し、以後の熱伝達が十分行なえ
るようにある。

次に、第３図T_N1に示すような80〜100℃の初
期型温からT_N2に示す80〜90℃まで冷却を行な
う。この冷却で、レンズキヤビテイ１０内樹脂の
内部固化を促進する。

続いて、第３図T_N2からT_N3に相当する110〜
140℃の加熱を行ない、レンズキヤビテイ１０内
PMMA樹脂の表面層のみを溶融する。

この際、表面層のみの加熱溶融を行なうのは、
次の冷却固化により発生する樹脂収縮量を極力小
さくするためで、加熱溶融がレンズキヤビテイ１
０の内部に及ぶと、収縮量もそれだけ大きくな
り、形状精度、表面精度の確保が困難となるから
である。

この過程に続いて、レンズキヤビテイ１０内の
樹脂の再圧縮、冷却を行なう。第３図P_N5に示す
50〜200Kg／cm³の再圧縮で、レンズキヤビテイ１
０内の樹脂の表面溶融層には、固定入駒１、可動
入駒５の表面形状が忠実に転写され、次第に冷却
によつて固化してゆく。

冷却と同時に温度制御器１５により油圧制御装
置１６の発生油圧を制御して、固化が進行しつつ
あるレンズキヤビテイ１０内の樹脂表面層に過大
な圧縮力が付加されないようにする。

この経過が第３図P_N5からP_N6に示す圧力変化で
あり、温度をT_N3の110〜140℃からT_N4の70〜80
℃まで引き下げる間に、圧力は予定のパターンに
従つて制御され、P_N5の50〜200Kg／cm³からP_N6の
30〜150Kg／cm³まで低下する。

温度がT_N4の70〜80℃に低下した時点で、キヤ
ビテイ１０内から成型品を取り出す。

前述のような成形方法によつて製造した
PMMA樹脂製レンズは、従来の表面精度1.5〜
1.0μm（干渉縞５〜３本）、および形状精度に相当
する曲率半径のばらつき0.05〜0.1mmを大幅に改
善することができた。

すなわち、表面精度0.6〜0.3μm（干渉縞２〜１
本）、および曲率半径ばらつき0.03mm以内とする
ことができた。

また、冷却時の圧縮力制御により表面のストレ
スクラツクや層はく離の発生をなくした安定した
PMMAレンズが得られるようになつた。

なお、ここではPMMA樹脂の例について述べ
たが、ポリカーボネート、ポリスチレンその他光
透過性樹脂についても同様に適用可能であること
はいうまでもない。

この方法によつて成形したレンズは以上のよう
な高い表面精度と形状精度を有するので、高精度
光学系にも十分実用が可能となつた。

以上、プラスチツクレンズの成形例にも述べた
如く (1) 保圧中の圧縮力付加で賦形と金型への密着性
向上が図れる、 (2) 続く冷却で、樹脂内部の温度を低下させて固
化させた後、再加熱により表面層のみを溶融さ
せたところで、再圧縮を行なうので、その後の
冷却による樹脂収縮量を極めて小さくできる、 (3) 冷却と同時に、再圧縮力を温度に合わせて制
御するので、固体化しつつある樹脂表面層に過
大な圧力が付加されるのを防止できるという利点があり、従来の成形法で1.5〜1.0μmで
あつた成形品表面精度を0.6〜0.3μmと飛躍的に向
上させることができた。

また、形状精度（レンズ曲率半径）ばらつきを
従来の0.05〜0.1mmから0.03mm以内へと大幅に縮め
ることができた。

さらに、冷却中の過大な圧縮力付加が避けられ
ストレスクラツクや表面層はく離のない成形品を
連続して得ることができるようになつた。

また、これらの総合効果として、十分実用に供
することのできるプラスチツクレンズを安定して
成形できるようになつた。

なお、前記においては、摺動しない固定の入駒
を固定型に設け、一方、摺動可能な可動の入駒を
可動型に設けるようにしたが、本発明は必ずしも
これに限定されるものではなく、例えば、摺動可
能な可動の入駒を固定型に設けるようにしてもよ
いことは当然である。

また、前記において、前述したキヤビテイ内の
樹脂の、保圧工程直後の冷却工程終了後に行なわ
れる再加熱、再圧縮工程は、１回のみ実施される
ようにしたが、これに限定されるものではなく、
２回以上くり返して実施するようにしてもよいこ
とは当然である。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明は、従来の射出圧
縮成形金型に、固定型、可動型および入駒の温度
を検知する手段と、前記温度検知手段の出力に基
づいて、前記固定型、可動型および入駒の温度
を、予定のパターンに従つて制御し、かつ、前記
温度検知手段の出力に基づいて、加圧シリンダの
加圧力を制御する圧力制御手段を設け、また、こ
れを用いた成型工程においては、 (1) 樹脂充填後キヤビテイ内樹脂に圧縮力を付加
して予備賦形を行なうと同時に、金型との密着
度を向上してキヤビテイ内樹脂との熱伝達が十
分行なわれるようにし、 (2) 次いで、入駒温度を樹脂の熱変形温度以上に
上昇させて、キヤビテイ内樹脂の表面層のみを
溶融し、 (3) さらに、ここに再度圧縮力を付加するように
したので、表面精度が0.6〜0.3μmと従来より大幅に向上し、
形状精度（レンズの場合、主に曲率半径）のばら
つきが0.03mm以下の十分実用可能な精密プラスチ
ツクレンズの成形が安定して行なえるという利点
がある。

また、温度センサにより検出した金型温度で、
キヤビテイ内の樹脂の圧縮力制御を行なうように
したので、キヤビテイ内の樹脂の冷却中に過大な
圧縮力を作用させるようなことがなくなり、スト
レスクラツクや表面層はく離のない成形品を連続
的に得ることができるという利点がある。

さらに、以上述べた如く、本発明によれば表面
精度が、0.3〜0.6μm、形状精度ばらつき0.03mm以
下のストレスクラツクや表面層はく離のない成形
品が安定して得られるので、プラスチツクレンズ
等、精密成形品の実用化に効果が大きいという利
点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の射出圧縮成形金型を用いた場合
の圧力、温度の時間経過による推移を示すパター
ン図、第２図は本発明をプラスチツクレンズの形
成に適用した場合の具体的な一実施例を示す断面
図、第３図は、本発明の具体的な一実施例の射出
圧縮成形金型を用いた場合の圧力、温度の時間経
過による推移を示すパターン図、第４図は従来
の、プラスチツクレンズの成形に用いる射出成形
金型の断面図である。１…固定入駒、２…固定スリーブ、３…固定
型、５…可動入駒、９…可動型、１０…キヤビテ
イ、１１…ヒータ、１２…温度センサ、１３…加
熱及び冷却媒体通路、１４…加圧シリンダ、１５
…温度制御器、１６…油圧制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】１互いに対向して配置され、少なくとも一方に
摺動自在に入駒が設けられた固定型および可動型
と、前記入駒およびこれに対向する型または入駒
の間に形成され、その中に樹脂が射出、充填され
るキヤビテイと、前記入駒を押圧するための加圧
力を発生する加圧シリンダと、前記加圧シリンダ
が発生する加圧力を制御する手段と、前記固定型
および／または入駒と可動型および／または入駒
（以下、前記固定型および可動型と略す。）を加
熱、冷却する手段とを有し、前記入駒に圧力を加
えて、前記キヤビテイ中の樹脂に圧縮力を加える
射出圧縮成形金型において、前記入駒の温度を検
知する手段と、前記温度検知手段の出力に基づい
て、前記固定型、可動型および入駒の温度を、予
定のパターンに従つて制御し、かつ、前記温度検
知手段の出力に基づいて、前記加圧シリンダの加
圧力を制御する圧力制御手段とを具備したことを
特徴とする射出圧縮成形金型。２互いに対向して配置された固定型および可動
型のいずれか一方に、摺動自在に設けられた入駒
と、これに対向する型または入駒との間に形成さ
れたキヤビテイ中に樹脂を射出、充填し、加圧シ
リンダにより、前記入駒に圧力を加えて、前記キ
ヤビテイ中の樹脂に圧縮力を加える射出圧縮成形
方法であつて、前記キヤビテイ中に樹脂を充填し
た後、前記加圧シリンダにより、前記樹脂に圧縮
力を加え、その後圧縮力を保持したまま成形機の
保圧力を取除くと共に、前記固定型および可動型
を、一旦前記樹脂の軟化温度以下にまで冷却し
て、前記樹脂を固化させた後、前記固定型および
可動型を加熱して、前記樹脂をその軟化温度以上
の温度に到達させ、その表面を軟化させると共
に、前記キヤビテイ中の樹脂に再度圧縮力を加
え、その後前記固定型および可動型の温度を降下
させるようにしたことを特徴とする射出圧縮成形
方法。３前記固定型および可動型を加熱する際の、到
達温度が、前記キヤビテイ中の樹脂の軟化温度よ
り20〜30℃高い温度であることを特徴とする前記
特許請求の範囲第２項記載の射出圧縮成形方法。４前記固定型および可動型を、一旦前記樹脂の
軟化温度以下にまで冷却して、前記樹脂を固化さ
せた後に行なわれる、前記固定型および可動型を
加熱して、前記樹脂をその軟化温度以上の温度に
到達させ、その表面を軟化させる工程および前記
樹脂に再圧縮力を加える工程が２回以上行なわれ
ることを特徴とする前記特許請求の範囲第２項ま
たは第３項記載の射出圧縮成形方法。