JPH0354608B2 - - Google Patents

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JPH0354608B2
JPH0354608B2 JP60075911A JP7591185A JPH0354608B2 JP H0354608 B2 JPH0354608 B2 JP H0354608B2 JP 60075911 A JP60075911 A JP 60075911A JP 7591185 A JP7591185 A JP 7591185A JP H0354608 B2 JPH0354608 B2 JP H0354608B2
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mold
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72Heating or cooling
    • B29C45/73Heating or cooling of the mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72Heating or cooling
    • B29C45/73Heating or cooling of the mould
    • B29C2045/7356Heating or cooling of the mould the temperature of the mould being near or higher than the melting temperature or glass transition temperature of the moulding material

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野の説明〕 本発明は高い寸法精度が要求され、かつ内部歪
の少ない成形品を製造する製造方法に関するもの
で、たとえばレンズ、プリズム、デイスク、ピン
ト板などの光学部品の成形に特に優れた精度を得
ることのできる成形品の成形に関する。
〔従来の技術の説明〕
ここでは射出成形(射出圧縮成形等を含む)を
例にとつて説明する。従来、一般に射出成形法に
おいては、金型を樹脂のガラス転移点もしくは熱
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、高圧をかけ金型内キヤビテイ壁面の形状を
転写させ、そして冷却固化させて取り出すという
方法がとられていた。
しかしこの方法で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、スキン層を形成し、その上部を
溶融された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
る原因となつている。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、キヤビテイ形状を十分に転写でき
ないということも生じている。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
型品内部と外表面で均一に収縮されず、厚肉部に
おいては内部の樹脂が冷却固化するときに、外表
面の樹脂をひつぱりこむ様に収縮し、外表面に
「ひけ」と呼ばれる凹みが生じてしまつたり、仮
りに「ひけ」が生じなくても密度分布を生じ、そ
れが残留応力の分布となつて、成型品の機械的性
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る。
〔発明の目的〕
本発明は、上述従来例の欠点を除去すべく、成
形加工時の金型温度を樹脂の流動温度(=流動停
止温度)以下、ガラス転移温度以上という比較的
狭い範囲内に設定し、その状態で樹脂を射出し前
記金型が前記樹脂のガラス転移点温度になるま
で、前記樹脂を射出しはじめてから少なくとも10
秒以上かけて前記金型を冷却して樹脂を冷却固化
させ、その後成形品として取り出すことを特徴と
するもので、公差1μm以下という寸法精度の高
い、かつ内部歪の少ない成形品を製造する製造方
法を提供するものである。
〔発明の構成および作用の説明〕
発明者等は本発明の完成に際し、成形条件と成
形品の品質との相関性について詳細なる試験検討
を加えた。
すなわち金型射出前の樹脂の温度、金型の温度
の状態、樹脂にかける圧力等、成形条件を変化さ
せ、それに伴う、寸法精度、内部歪等の成形品の
品質との関係を検討した結果、金型の温度の状態
が、成形品の品質に最も大きく影響を及ぼすこと
が確認できた。この金型の温度の状態、特に樹脂
を射出する時の初期金型温度と寸法精度、および
内部歪との関係を第1図、第2図に示す。これら
の図で明らかな様に成形品の寸法精度は金型の温
度が高くなる程、向上し、内部歪は低下する様に
なる。
金型の温度を上げれば上げる程、成形品の品質
は向上するのであるが、流動温度(=流動停止温
度)以上に金型温度を上げてもその効果はあまり
なく、反面成形サイクルが長くなつてしまうと同
時にバリという問題が生じ、二次加工が必要にな
つたりして、生産性の点では劣つてしまう結果と
なる。従つて樹脂射出時の金型温度は前記樹脂の
ガラス転移点温度以上流動温度(=流動停止温
度)以下という比較的狭い範囲内が、高精度の点
からも、生産性の点からも有用であるということ
を我々は見い出したのである。特に要求精度がき
つい場合には流動温度(=流動停止温度)ぎりぎ
りの温度まで上げることが望ましい。
この様に流動温度(=流動停止温度)以上に金
型を上げなくても、ガラス転移点温度以上であれ
ば、キヤビテイ壁面に接した樹脂はマクロ的な流
動は起こらないによ、樹脂内部ではミクロ的に流
動状態であるので、その温度以上で十分な加工圧
力を加えればキヤビテイ形状を良く転写し、かつ
成形品内部の歪もこの温度以上で十分に保持すれ
ば、緩和することができるためである。
この様に前述した範囲内の温度に設定された金
型内に溶融された樹脂を射出すると、金型に接し
た樹脂はただちに金型温度付近まで下がり、成形
品の内部の温度はまだ溶融している高い状態にあ
る。しかし金型温度が、樹脂のガラス転移点温度
以上であるのでこの状態で充填後圧力をかけキヤ
ビテイ形状を転写させ、そして金型温度が樹脂の
ガラス転移点温度になるまで、金型温度を制御す
ることによつて成形品内の樹脂の温度は均一化さ
れてゆき、その均一になつた状態のまま、成形品
全体の樹脂の温度がガラス転移点温度以下になる
様に金型を冷却していけば初期の転写精度を保つ
たまま成形品内の温度分布ムラによる不均一な収
縮が起きずに高精度な成形品が得られるのであ
る。
ここで金型温度の樹脂射出時の高い温度からガ
ラス転移点温度まで下がる冷却時間については成
形品の肉厚によつて規定されるもので、任意に制
御させなくてはならないが、我々が種々試験検討
した結果、第4図に示した様に公差1μm以下と
いう高い寸法精度を達成するためにはどんな薄い
成形品であつても樹脂を射出しはじめてから樹脂
のガラス転移点温度まで金型を冷却させるのに少
なくとも10秒以上かけなくてはいけないというこ
とが確認された。なお上記で流動温度とはロツ
シ・ピークス流れ試験機を用いて1500psiで2分
間に1inch流れる温度を言い、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。
以下本発明の具体的な一実施例を示す構成図
(第5図)より説明する。
第5図は射出成形用レンズ金型の要部を示し、
1は固定側型板13内に設けられた固定側入駒、
2は可動側型板14内に設けられた可動側入駒
で、1と2をもつてキヤビテイ9を形成してい
る。
7,8はそれぞれ固定側、可動側の入駒を加熱
するヒーターで温度センサ15を介してヒーター
温度制御器16で制御される様になつている。ま
たヒーター温度制御器にはタイマーも内蔵されて
おり、そのタイマーでヒーター7,8を制御させ
ることも可能となつている。
3および4はそれぞれ固定側、可動側入駒を温
度調節するための加熱および冷却媒体の通路でO
−リング5および6でシールされ、電磁弁が内蔵
されている媒体温度調節器17で制御される様に
なつている。3A,4Aは加熱一冷却媒体通路
3,4と温度調節器17の接続路を示す。さらに
ヒーター温度制御器16と媒体温度調節器17は
互いに制御信号を出しあつてそれぞれの動作を制
御させることも可能となつている。
以上の様に構成された射出成形用金型の成形動
作および成形方法について説明する。
射出成形機(図示せず)のシリンダ(図示せ
ず)内で加熱溶融された樹脂がこの型内に射出さ
れる前に予め型締めされた状態でヒーター7およ
び8によつて駒1および2が加熱される。ヒータ
ー温度制御器16に内蔵されたタイマーもしく
は、温度センサー15で検出した温度によつて所
定温度(樹脂の流動温度以下、ガラス転移点温度
以上)まで駒が加熱されるとヒーターでの加熱は
中止され先程の加熱溶融された樹脂が型内に射出
され、スプルー10を通り、キヤビテイ9内に充
填される。その後3および4に設けられた媒体通
路に適温の媒体を流すか、もしくはヒーター7お
よび8によつて駒1および2の温度を制御させな
がら駒1および2の温度を樹脂のガラス転移点温
度まで冷却させる。駒が樹脂のガラス転移点温度
まで冷却されたら媒体通路3および4に冷却媒体
を流し駒をさらに冷却させ、ある温度まで冷却さ
れた時点で冷却を中止し、成形品を型から取り出
し、型締めを行なつたあと、再びヒーター7およ
び8によつて駒1および2を加熱する。
樹脂が射出されちたあと金型(駒)が樹脂のガ
ラス転移点温度まで冷却される時の温度制御は温
度センサ15によつて逐次駒内の温度を検出して
行なつてもよいし、タイマーによつて制御させて
も良い。これは金型(駒)を樹脂のガラス転移点
温度から成形品を取り出す温度まで冷却していく
過程においても同様である。
温度センサ15によつて検出した温度で金型
(駒)の温度を逐次制御させる場合、予め冷却温
度勾配を設定しておき、そのカーブに検出温度が
沿うよう比較演算させて加熱および冷却の制御を
行なわせる様になり、その場合あらたに演算器が
必要となる。
次に具体的な実施例を述べる。
〔実施例の説明〕
ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂を
用い、直径40mm、中心肉厚9mmの凸レンズを下記
の成形条件で射出成形した。
射出前の樹脂温度 250℃ 〃 金型温度 130℃ 取出時の 〃 80℃ 射出してから金型温度が樹脂のガラス転移点温度
になるまでの時間 4分 またこれに対して金型温度を80℃一定にして他
の条件は上記と同じで従来法により射出成形した
レンズも製造した。
上述した2種のレンズのうち、樹脂射出前の金
型温度を130℃にして成形したものは光学的に優
れたレンズであつたが、金型温度を80℃一定にし
て成形したものはレンズとしての要求品質を満た
すことはできなかつた。なお、この樹脂の流動温
度(=流動停止温度)は150℃、ガラス転移点温
度は105℃であつた。
さて金型内に樹脂を射出した後、ただちに金型
を冷却し始めても良いが、肉厚の厚い成形品や要
求精度のきつい成形品などの場合では、樹脂を投
入した時点で金型温度を何秒間か保持し続け、そ
の間に十分な加工圧力を加えてキヤビテイ形状を
十分に転写させ、かつ成形品の内部歪も緩和させ
る操作を行うことが必要である。
この製造方法は射出成形法や射出圧縮成形法な
ど、樹脂の製造法全てに適用でき、高精度成形品
を製造するのに有益な方法である。
〔効果の説明〕
以上説明した様に本発明によれば成形品の精
度、内部歪の最も影響を与える金型温度を前述の
様に規定することにより、公差1μm以下という
寸法精度の高い、かつ内部歪の少ない成形品を得
ることが出来た。
【図面の簡単な説明】
第1図は射出成形における樹脂射出時の金型温
度と寸法精度との関係を示すグラフ図、同じく第
2図は樹脂射出時の金型温度と内部歪の関係を示
すグラフ図、第3図は公差1μm以内という高い
寸法精度を出すのに必要な、成形品肉厚と、樹脂
射出時から金型が樹脂のガラス転移点温度まで下
がる冷却時間との関係を示すグラフ図で、第4図
は本発明の具体的な一実施例の金型温度の変化の
様子を示すグラフ図、第5図は同じく本発明の具
体的な一実施例のレンズ成形金型内駒周辺の断面
図を含む構成図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 加熱溶融した樹脂を、金型温度が前記樹脂の
    流動温度以下でかつガラス転移点温度以上に設定
    した金型内に射出して前記樹脂を金型内に充填
    し、前記樹脂の射出から前記金型温度が前記樹脂
    のガラス転移点温度に達するまでの時間を少なく
    とも10秒以上かけて前記金型を冷却しその後成形
    品を取り出すことを特徴とする成形品の射出成形
    方法。
JP7591185A 1985-04-09 1985-04-09 成形品の射出成形方法 Granted JPS61233520A (ja)

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