JPH0255215B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は射出圧縮成形方法に関し、特に高い寸
法精度が要求され且つ内部歪の少ない成形品を得
るための射出圧縮成形方法に関する。この様な射
出圧縮成形方法はたとえばレンズ、プリズム、デ
イスク、ピント板等の高精度光学部品の製造に利
用される。

〔従来の技術〕

従来、予め圧縮しろ分だけキヤビテイを大きく
設け該キヤビテイ内に溶融樹脂を射出充填した後
に上記圧縮しろ分だけ圧縮する射出圧縮成形法に
おいては、一般に、金型温度を樹脂のガラス転移
点温度もしくは熱変形温度と呼ばれる温度以下に
設定し、その温度で一定に保ちながら溶融した樹
脂を金型内に射出し、型内に設けられた油圧シリ
ンダーもしくは成形機の型締め機構などの圧縮手
段を利用して樹脂全体が十分冷却されるまで加圧
を継続し、その後加圧を解除し成形品を取り出す
という方法がとられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかして、以上の様な従来の射出圧縮成形方法
においては、金型内に射出された樹脂のうち金型
内キヤビテイ壁面に接した樹脂は瞬時に冷却固化
されてスキン層を形成し、その上部に溶融樹脂が
高圧で押し込まれることにより前記スキン層との
界面でせん断応力が発生し、それが複屈折により
観察される歪を生じさせる原因となつていた。ま
た、このように瞬時に冷却固化されることによ
り、その時点で形状が規定されてしまい、金型の
キヤビテイ壁面形状を十分に転写できないという
問題も生じている。さらに、金型に接している樹
脂と成形品内部の溶融している樹脂との間にはか
なり大きな温度差が生じ、金型に接している樹脂
から徐々に冷却されることにより成形品内部と外
表面とでは均一に収縮されず密度の分布を生じ、
それが残留応力の分布となつて成形品の機械的性
質に影響を及ぼしたり、光学部品ではその光学性
能に支障をきたしたりしていた。

また、金型からの取り出し直前まで即ち、冷却
固化した後もなお樹脂に圧縮力を作用させている
と成形品の寸法精度に狂いが生じたり成形品内部
に歪が大きく発生したりしていた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点
を解決するものとして、加熱溶融せしめた樹脂を
該樹脂の流動温度以下且つガラス転移点温度以上
に保たれた金型内に射出した後に、該金型を移
動、もしくは該樹脂を射出したところのキヤビテ
イを形成する駒を移動することにより樹脂を圧縮
し、次いで圧縮を継続しながら金型温度を上記樹
脂のガラス転移温度近傍まで冷却せしめ、しかる
後に圧縮を解除し、更に金型を冷却して該金型か
ら成形品を取出すことを特徴とする、射出圧縮成
形方法が提供される。

なお、上記の流動温度はロツシ・ピークス流れ
試験機を用いて1500psiで２分間に１インチ流れ
る温度をいいASTM：D569−59に規定されてい
る。また、MOLDFLOW PTY.LTD.提供の
Moldflow80プログラムの中での樹脂データベー
スではNO−FLOW温度（流動停止温度）とし
て、高せん断粘度計を用いバレル中の樹脂に
50MPaの圧力をかけバレル温度を10℃ずつ上げ
てゆき樹脂が流れ出す直前の温度という様に規定
されている。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施
例を説明する。

第１図は本発明方法の実施される射出圧縮成形
装置の一実施例を示す構成図である。本実施例装
置は金型装置２を含んでなり、第１図において該
金型装置２は断面図で示されている。本実施例装
置はレンズ成形のための装置である。

金型装置２において、１２は固定側取付板であ
り、１４は可動側取付板である。固定側取付板１
２には固定側型板１６，１８が取付けられてお
り、一方可動側取付板１４には可動側取付板２
０，２２，２４，２６が取付けられている。可動
側型板２２内には油圧シリンダ２８が形成されて
おり、該シリンダ内には型締め方向に相対的に往
復移動可能な様にピストン体３０が収容されてい
る。該ピストン体３０の先端は可動側型板２６内
にまで延びている。固定側型板１８内には固定側
駒３２が固定配置されており、一方可動側型板２
６内には上記ピストン体３０の先端部に固定され
た可動側駒３４が配置されている。該可動側駒は
可動側型板２６に対し相対的に型締め方向に移動
可能である。３６は固定側取付板１２及び固定側
型板１６を貫通して形成されたスプルーであり、
３８は可動側型板２４，２６と固定側型板１６，
１８との間に形成されたランナーである。尚、固
定側駒３２と可動側駒３４との間にキヤビテイ４
０が形成される。

以上の金型装置２は、一般の金型装置と同様
に、図示しない型締め手段により可動側を固定側
に対し相対的に型締め方向に往復移動させること
ができる。

第１図において、５０は油圧調節器であり、配
管５２，５４を通じてシリンダ２８内のピストン
体３０の両側に適宜の圧力の油を送給することが
でき、これにより可動側型板２２，２６に対する
ピストン体３０及び可動側駒３４の型締め方向の
移動を駆動することができる。

固定側駒３２及び可動側駒３４内にはヒーター
４２及び温度センサー４４が配設されている。こ
れらは金型装置２外の温度制御器５６と配線５
８，６０により接続されている。該温度制御器５
６により固定側駒３２及び可動側駒３４の温度を
温度センサー４４で検出しながらヒーター４２へ
の通電を適宜制御して固定側駒３２及び可動側駒
３４の温度を所望の温度に設定することができ
る。

固定側駒３２と固定側型板１８との間及び可動
側駒３４と可動側型板２６との間には媒体通路４
６が形成されている。該通路は金型装置２外の温
度調節器６２と配管６４により接続されている。
該温度調節器６２により配管６４及び通路４６内
に冷却または加熱のための媒体を送給することが
でき且つ該媒体の温度及び流量を制御することが
できる。

尚、第１図において４８は媒体シールのための
Ｏリングである。

また、上記油圧制御器５０、温度制御器５６及
び温度調節器６２は主制御器６６により互いに関
連して制御される。

以上の様な射出圧縮成形装置における本発明方
法の一実施例を以下に示す。

先ず、金型装置２を型締め状態（即ち第１図に
示される状態）としておき、ヒーター４２により
固定側駒３２及び可動側駒３４を加熱し、温度セ
ンサー４４で検出した温度が該金型装置２内に射
出される樹脂の流動温度以下で且つ該樹脂のガラ
ス転移点温度以上となる様にする。しかる後に、
射出成形機（図示せず）のシリンダ内で加熱溶融
された樹脂がスプルー３６及びランナー３８を通
つてキヤビテイ４０内に射出せしめられる。続い
て、油圧シリンダ２８内を加圧してピストン体３
０及び可動側駒３４を射出圧力に抗して固定側へ
と移動させ、キヤビテイ４０内の樹脂を所定の圧
力まで圧縮する。この圧縮状態を維持しながらヒ
ーター４２への通電を調節し更には媒体通路４６
に適宜の流量にて適宜の温度の媒体を流すことに
より固定側駒３２及び可動側駒３４の温度を予め
定められた温度勾配に従い低下させ、温度センサ
ー４４で検出した温度が上記樹脂のガラス転移点
温度近傍になつた時に油圧シリンダ２８による加
圧を解除する。そして、更に媒体通路４６に冷媒
を流すことにより固定側駒３２及び可動側駒３４
を更に冷却して適宜の温度とした後に冷媒による
冷却を中止し、型開きを行なつて成形品を金型装
置２から取出す。

以上の操作の繰返しにより、成形品を順次製造
することができる。

以上の実施例においてはキヤビテイ４０内へ射
出された樹脂への圧縮圧力の付与は金型装置２内
に設けられた油圧シリンダ２８により行なわれて
いるが、この様な油圧シリンダを設けるかわりに
金型装置２の型締力を利用して圧縮圧力の付与を
行なう様な機構とすることもできる。

また、金型装置内に樹脂を射出した後に直ちに
金型の冷却を開始してもよいが、肉厚の厚い成形
品や高い品質の要求される成形品等の場合には、
樹脂を射出した時点で金型温度を適宜の時間その
ままに維持し、その間に十分な圧縮圧力を付与し
て金型のキヤビテイ壁面を十分に転写させ且つ内
部歪をも緩和させる操作を行なうのが好ましい。

圧縮圧力の付与に関しても同様であり、金型装
置内に樹脂を射出した後に直ちに圧縮を開始して
もよいが、適宜の時間保圧状態においた後に圧縮
を開始した方が成形品重量が一定しバラツキのな
いものができるという利点がある。

上記実施例においては金型装置内の温度制御は
主制御器６６において予め定められた温度勾配と
なる様に逐次制御により行なわれており、これに
よれば品質の極めて良好な成形品を得ることがで
きるが、それ程厳密な品質を要求されない場合に
は温度制御器５６及び温度調節器６２をタイマー
により制御してもよく、これにより制御の簡易化
をはかることができる。

また、圧縮圧力の付与については、同一の大き
さの圧力を継続して付与してもよいが、徐々に減
圧してもよい。この様な圧縮圧力の変化は主制御
器６６において予め定められた圧力勾配に従う様
に制御することにより実現することもできるし、
温度センサー４４で検出した温度の変化に伴つて
逐次制御することにより実現することもできる
し、また油圧制御器５０をタイマー制御すること
により実現することもできる。上記圧縮圧力の制
御に際しては、油圧シリンダ２８に圧力センサを
付与しておくか又は固定側駒３２または可動側駒
３４のキヤビテイ壁面に圧力センサを付与してお
くことにより、該センサからの検出圧力をフイー
ドバツクすることもできる。

次に、本発明方法の技術的意義について説明す
る。

本発明者は射出圧縮成形における成形条件と成
形品の品質との相関性について詳細に検討した。
即ち、金型装置に射出前の樹脂の温度、金型装置
の温度の状態、射出圧力、圧縮圧力等の成形条件
を種々変化させて、それに伴なう寸法精度、内部
歪等の成形品の品質の変化を調べた。その結果、
金型装置の温度の状態と圧縮圧力をかけている時
期との２つが成形品の品質に最も大きな影響を及
ぼすことが確認された。

(1) 金型装置の温度の状態 金型装置内に樹脂を射出する時の初期金型温度
と成形品の寸法精度との関係のグラフを第２図に
示し、該金型温度と成形品の内部歪との関係のグ
ラフを第３図に示す。第２図及び第３図から明ら
かな様に、成形品の寸法精度は金型の温度が高く
なるほど向上し、成形品の内部歪は金型の温度が
高くなるほど小さくなる。しかるに、金型温度を
上げると成形品の寸法精度及び歪に関しては確か
に向上するのであるが、樹脂の流動温度以上に金
型温度を上げてもその効果は比較的小さく反面成
形サイクルが長くなり且つバリが発生しやすく二
次加工を要する等の問題が生じ、この結果生産性
が低下する。従つて、樹脂射出時の金型温度は樹
脂のガラス転移点温度以上且つ流動温度以下の範
囲（たとえば、ポリメチルメタクリレート樹脂の
場合には105〜150℃程度、ポリカーボネート樹脂
の場合には140〜180℃程度の範囲）が品質及び生
産性の双方の点からみて有効である。特に、高い
品質の成形品が要求される場合には流動温度近く
まで温度を上昇させるのが好ましい。

金型温度が樹脂の流動温度以下であつても、ガ
ラス転移点温度以上であれば金型のキヤビテイ壁
面に接触した樹脂はマクロ的には流動しないにせ
よ樹脂内部ではミクロ的な流動状態にあるので、
該温度以上で十分な圧力を加えれば金型のキヤビ
テイ壁面形状を良く転写させることができ、また
該温度以上である時間保持することにより成形品
の内部歪を十分に小さくすることができる。即
ち、樹脂のガラス転移点温度以上且つ流動温度以
下の温度に設定された金型内に溶融樹脂を射出す
ると、金型キヤビテイ壁面に接触した表面層の樹
脂の温度は直ちに金型温度付近まで下がり一方内
部の樹脂の温度は高温のままであるので、この状
態で圧縮圧力をかけた上で金型温度が樹脂のガラ
ス転移点温度近傍に下がるまで加圧を継続するこ
とにより成形品内の樹脂の温度は均一化せしめら
れ、その状態にて更に金型温度を低下させていく
と上記転写の精度を維持したままで成形品内の温
度分布ムラに基づく不均一な収縮が発生せず寸法
精度及び歪みに関する品質の良好な成形品が得ら
れる。

溶融樹脂射出後に金型温度を樹脂のガラス転移
点温度近傍まで下げるための冷却時間について
は、成形品の肉厚に応じて適宜定めることができ
る。第４図は公差1μｍ以内の寸法精度を達成す
るために最小限必要な上記冷却時間と成形品の肉
厚との関係を示すグラフである。図に示される様
に、成形品の肉厚がどんなに薄くても上記冷却時
間は少なくとも10秒必要であることが分る。

(2) 圧縮圧力をかけている時期 圧縮圧力を解除する時の金型温度と成形品の寸
法精度との関係のグラフを第５図に示し、該温度
と成形品の内部歪との関係を第６図に示す。第５
図及び第６図から明らかな様に、成形品の内部歪
は金型温度が樹脂のガラス転移点温度に達する前
に圧縮圧力を解除することにより低くすることが
できるが、成形品の寸法精度は金型温度が樹脂の
ガラス転移点温度近傍になるまで圧縮圧力をかけ
ているのが良く圧力解除温度が高すぎても低すぎ
ても寸法精度は低下する。

圧力解除温度をガラス転移点温度近傍よりも低
い温度にすると成形品の寸法精度が低下したり内
部歪が大きくなつたりするのは樹脂の弾性率の影
響を受けるからである。第７図は樹脂温度と弾性
率との関係を示すグラフである。図から明らかな
様に、樹脂はガラス転移点温度よりも低い温度に
おいては急激に弾性率が大きくなる。従つて、こ
の様な温度において樹脂に圧縮力を作用させると
樹脂内に応力が蓄積されることになり、圧縮力が
解除された時点で蓄積応力によつて弾性回復をひ
きおこし、成形品の寸法精度が低下し成形品内部
の歪も大きくなる。

従つて、品質良好な成形品を得るためには、金
型冷却時に樹脂のガラス転移点温度近傍に到達す
るまで圧縮圧力を付与しておき、該ガラス転移点
温度近傍に到達した時点で圧縮圧力を解除すれば
よいことが分る。

〔発明の効果〕

以上の様な本発明方法によれば、寸法精度が良
好で且つ内部歪が小さい品質良好な成形品を良好
な生産性をもつて製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は射出圧縮成形装置の構成図である。第
２〜７図は射出圧縮成形に関連する各種の特性を
示すグラフである。 ２：金型装置、１２，１４：取付板、１６，１
８，２０，２２，２４，２６：型板、２８：油圧
シリンダ、３０：ピストン体、３２，３４：駒、
３６：スプルー、３８：ランナー、４０：キヤビ
テイ、４２：ヒーター、４４：温度センサー、４
６：媒体通路、５０：油圧制御器、５６：温度制
御器、６２：温度調節器、６６：主制御器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱溶融せしめた樹脂を該樹脂の流動温度以
   下且つガラス転移点温度以上に保たれた金型内に
   射出した後に、該金型を移動、もしくは該樹脂を
   射出したところのキヤビテイを形成する駒を移動
   することにより樹脂を圧縮し、次いで圧縮を継続
   しながら金型温度を上記樹脂のガラス転移点温度
   近傍まで冷却せしめ、しかる後に圧縮を解除し、
   更に金型を冷却して該金型から成形品を取出すこ
   とを特徴とする、射出圧縮成形方法。 ２ 樹脂射出後金型温度を該樹脂のガラス転移点
   温度近傍まで冷却する時間が10秒以上である、特
   許請求の範囲第１項記載の射出圧縮成形方法。