JPH051128B2

JPH051128B2 -

Info

Publication number: JPH051128B2
Application number: JP59248786A
Authority: JP
Inventors: Terunori Maruyama; Hisao Inage; Toshiji Sakuma; Masamichi Takeshita; Shoki Eguchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-11-27
Filing date: 1984-11-27
Publication date: 1993-01-07
Also published as: JPS61127323A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、プラスチツクレンズ等の精密部品の
成形に好適な射出圧縮成形用金型装置に関する。

〔発明の背景〕

プラスチツク成形法の１種として知られている
射出成形法は、成形機で溶融混練された樹脂を金
型内の空間部（以下、キヤビテイという）に高圧
で流し込み、該樹脂をキヤビテイ内で時間経過と
ともに冷却する方法があるが、冷却時に樹脂の性
質上必ず収縮を伴うため、プラスチツクレンズ等
の高精度が特に要求される超精密部品の成形法と
しては不向きであり、それ故、超精密部品の成形
法としては、射出圧縮成形法が採用されることが
多い。

この射出圧縮成形法は、基本的には上記射出成
形法と同じであるが、金型内に加圧シリンダを備
え、キヤビテイ内に注入された樹脂を該加圧シリ
ンダにて加圧し、これにより上述した樹脂の収縮
を補正するものであり、通常、40〜90℃程度の一
定温度に維持した金型に190〜260℃の高温に加熱
した溶融樹脂を射出した後、キヤビテイの一面を
構成する圧縮用入駒を介してキヤビテイ内の樹脂
に圧縮力を作用させながら、樹脂を冷却固化する
方法である。

しかしながら、このような射出圧縮成形法で製
造されたプラスチツク部品の形状をミクロンオー
ダの精度で測定すると、必ず、そりやひけ等の成
形歪が存在するという欠点があつた。

このような欠点が発生する原因は、次のような
理由によるものと考えられる。上記した従来の通
常の射出圧縮成形法では、金型とキヤビテイ内に
射出される樹脂の温度差が大きく、キヤビテイ内
に射出された高温の溶融樹脂は10〜50℃／分程度
の冷却温度で急速に冷却される。このため、樹脂
内には大きな温度差が発生し、樹脂は大きな温度
差を有したまま冷却固化される。その結果、成形
後の樹脂の収縮は大きくかつ不均一になるので、
樹脂内の高温であつた個所にはひけが発生し、樹
脂全体の温度不均一のアンバランスがそりを生じ
させるものと考えられる。

そこで、本発明者等は、射出圧縮成形法により
ミクロンオーダの精密部品を成形するには、金型
のキヤビテイ部分とスプール・ランナー部分の間
に断熱部を設け、両部分の熱伝導を減じ、両部分
の温度を成形の１サイクル中にそれぞれ独立した
所定の温度パターンで加熱上昇、冷却降下する温
度制御が不可欠であるということを見い出した。
しかしながら、従来の射出圧縮成形用金型装置に
おいては、キヤビテイを構成する圧縮用入駒およ
び該圧縮用入駒に対向する入駒が、スプル・ラン
ナが形成された可動型および固定型と比較的大き
な接触面積で対向しているため、両部分間の熱伝
導を防止できず、両部分を独立して温度制御する
ことは困難であつた。なお、断熱材を用い金型の
熱容量を小さくすることを目的とした先行技術と
して、特開昭58−12715号公報に記載のものが知
られているが、この先行技術は、スプルとキヤビ
テイが形成された型板を断熱板により取付け板等
から断熱したものであるため、断熱された型板の
成形開始までの立ち上がり時間は短縮できるもの
の、キヤビテイ部分とスプル・ランナが形成され
た金型部分間の熱伝導を防止できず、両部分を意
図的に、それぞれ独立して温度制御することは困
難であつた。

また、射出圧縮成形法は、加圧シリンダにより
キヤビテイ内の樹脂を加圧するものであるため、
かかる加圧時にキヤビテイの容積が減少し、その
反作用として、キヤビテイへの樹脂注入口である
ゲートから樹脂が逆流するという現象を生じ、そ
れ故、加圧時の樹脂の逆流防止手段が必要とな
る。

かかる逆流防止手段の一例として、金型のスプ
ル・ランナ・ゲート部分とキヤビテイ部分とを、
ゲートを境にして相対移動可能な構造とし、キヤ
ビテイからの樹脂の逆流を機械的に遮断させる金
型装置が知られている（特開昭57−105331号公
報）。しかしながら、この先行技術にあつては、
樹脂を圧縮成形操作するための油圧装置の他に、
金型のスプル・ランナ・ゲート部分とキヤビテイ
部分とを相対移動させるための油圧装置が必要と
なり、そのため、金型構造や油圧回路が大がか
り、複雑になるという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、
スプル・ランナが形成された金型部分とキヤビテ
イ部分間の熱伝導を大幅に減少し、両部分をそれ
ぞれ独立した温度パターンで加熱浄上昇、冷却降
下できるようにし、形状精度の向上と成形サイク
ルの短縮が可能な射出圧縮成形用金型装置を提供
するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、キヤビ
テイを複数の入駒で構成し、該入駒とこれらを支
持する固定型および可動型との対向面に断熱部を
設けることにより、キヤビテイを構成する入駒と
スプル・ランナ部の金型との間の熱移動を減少し
キヤビテイを構成する入駒の温度を低下させても
スプル・ランナ部分の金型温度を高温状態に維持
できるようにし、以て、キヤビテイからの樹脂の
逆流を成形機からスプル・ランナ内の樹脂に伝達
される保圧力により防止できるようにするととも
に、スプル・ランナ部の金型の熱をキヤビテイを
構成する入駒に伝えぬようにし且つキヤビテイを
構成する入駒の熱容量を減少して、形状精度の向
上と成形サイクルを短縮できるようにした点に特
徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例による射出圧縮成形
用金型装置の断面図である。

同図において、１は固定型枠、２はスプルブツ
シユ、３はスプルブツシユ２内に形成されたスプ
ル、４は固定型枠１に嵌合固定された固定側入駒
であり、固定側入駒４の下面には固定側キヤビテ
イ面５が形成されている。６は固定型枠１上に載
置された固定側型板、７は固定側型板６上に載置
された固定側取付板であり、固定型枠１および固
定側型板６は固定側取付板７に固定されている。
固定側入駒４は上面と下部側面がそれぞれ固定側
型板６と固定型枠１に接触しており、固定側入駒
４の上面には固定側型板６との接触面積を減少す
るための断熱用凹部８が、固定側入駒４の下部側
面には固定型枠１との接触面積を減少するための
断熱用凹部９が形成されており、さらに、固定側
入駒４の上部側面と固定型枠１との間には２mm幅
程度の比較的長目の断熱用間隔１０が形成されて
いる。以上説明した符号１〜７で示す部材は一体
となつて金型の固定側を構成している。

１１は可動側型枠、１２は可動側型枠１１に嵌
合された可動側スリーブ、１３は可動側スリーブ
１２内に上下摺動自在に嵌合された圧縮倫入駒で
あり、圧縮用入駒１３の上面には可動側キヤビテ
イ面１４が、また、可動側スリーブ１２の上部側
面にはキヤビテイ側面１５がそれぞれ形成されて
おり、これら可動側キヤビテイ面１４、キヤビテ
イ側面１５および固定側入駒４に形成した固定側
キヤビテイ面５とでキヤビテイ１６を構成してい
る。

１７は可動側型枠１１および可動側スリーブ１
２を支持する可動側型板、１８は可動側型板１７
を支持する脚体、１９は脚体１８を支持する可動
側取付板であり、可動側型枠１、可動側型板１７
および脚体１８は可動側取付板１９に固定されて
いる。２０は可動側取付板１９に設置された加圧
シリンダであり、加圧シリンダ２０は圧縮用入駒
１３の下面に接触し、圧縮用入駒１３に加圧力を
作用する。

可動側スリーブ１２は上部側面と下面がそれぞ
れ可動側型枠１１と可動側型板１７に接触してお
り、可動側スリーブ１２の上部側面には可動側型
枠１１との接触面積を減少するための断熱用凹部
２１が、可動側スリーブ１２の下面には可動側型
板１７との接触面積を減少するための断熱用凹部
２２が形成されており、さらに、可動側スリーブ
１２の下部側面と可動側型枠１１との間には２mm
程度の比較的長目の断熱用間隔２３が形成されて
いる。一方、圧縮用入駒１３の下面には加圧シリ
ンダ２０との接触面積を減少するための断熱用凹
部２４が形成されている。２５は固定型枠１と可
動側型枠１１との間に形成されたランナ、２６は
固定側入駒４と可動側スリーブ１２との間に形成
されたゲートであり、上述した可動側型枠１１、
可動側スリーブ１２、圧縮用入駒１３、可動側型
板１７、脚体１８、可動側取付板１９および加圧
シリンダ２０は一体となつて金型の可動側と構成
している。

前述した各凹部８，９，２１，２２，２４は、
深さおよび幅が１mm程度の等間隔の溝であり、固
定側入駒４と固定型枠１および固定側型板６との
相互の接触面積は凹部８，９と間隔１０により、
また、可動側スリーブ１２と可動側型枠１１およ
び可動側型板との相互の接触面積は凹部２１，２
２と間隔２３により、さらに、圧縮用入駒１３と
加圧シリンダ２０との相互の接触面積は凹部２４
により、それぞれ２〜３割に減じられている。従
つて、各凹部８，９，２１，２２，２４および各
間隔１０，２３は、キヤビテイ１６を形成する固
定側入駒４、可動側スリーブ１２および圧縮用入
駒１３と、これらを包含する固定型枠１、固定側
型板６、可動側型枠１１、可動側型板１７および
加圧シリンダ２０との間の熱伝導を減少もしくは
遮断する断熱層の役割をはたしている。

なお、固定型枠１、固定側入駒４、可動側型枠
１１、可動側スリーブ１２および圧縮用入駒１３
内には、スプル３、ランナ２５およびゲート２６
を通つてキヤビテイ１６内に注入される樹脂を加
熱上昇させるためのヒータと、かかる樹脂を冷却
降下させるための媒体（油）を通す冷却孔と、そ
れぞれの金型温度を検出するための熱電対とが設
けられているが、これらは簡略化するために図示
省略してある。

第２図は本実施例に係る射出圧縮成形工程中の
金型温度パターンであつて、横軸に時間、縦軸に
温度をとつてあり、実線ａはゲート２６とキヤビ
テイ１６の金型温度パターン、破線ｂはスプル３
とランナ２５の金型温度パターンをそれぞれ示し
ている。

同図において、(イ)は射出開始に先立つ金型加熱
工程、(ロ)は樹脂がキヤビテイ１６内に射出される
射出工程、(ハ)、(ニ)、(ホ)はキヤビテイ１６内の樹脂
を圧縮用入駒１３にて圧縮する圧縮工程、(ヘ)はス
プル３、ランナ２５、ゲート２６およびキヤビテ
イ１６内の樹脂を取出し可能状態にする冷却工
程、(ト)はかかる樹脂を金型外へ取出す離型工程で
ある。

ゲート２６とキヤビテイ１６の金型温度は、金
型加熱工程(イ)で樹脂の流動温度範囲（PC樹脂で
は175℃以上）T₁になるように加熱され、射出工
程(ロ)で、射出時にキヤビテイ１６内で分岐・合流
する樹脂の流れにより生じるフローマークやウエ
ルドラインを融着させて消し、流動配向を緩和す
るよう、流動温度範囲（T₁以上）の一定温度に
維持され、圧縮工程(ハ)、(ニ)、(ホ)で以下に説明する
所定の温度パターンで制御される。

すなわち、まず、一次冷却工程(ハ)で樹脂の流動
温度範囲（T₁以上）の一定温度から樹脂の熱変
形温度（PC樹脂では約130℃）T₂近くの一定温
度に冷却された後、定温工程(ニ)で熱変形温度T₂
以上の一定温度に維持される。かかる定温工程(ニ)
により、キヤビテイ１６内の樹脂は圧縮操作によ
る賦形が可能な状態に維持されるとともに、以降
の冷却により生じる成形収縮が小さくかつ均一化
される。次いで、徐冷工程(ホ)で熱変形温度T₂以
上の一定温度から熱変形温度T₂以下に徐々に冷
却される。この徐冷工程(ホ)で、キヤビテイ１６内
の樹脂は、キヤビテイ１６に対して極めて忠実な
相似収縮が実現され、高度の形状精度を有するプ
ラスチツクレンズが得られる。

一方、スプル３とランナ２５の金型温度は、金
型加熱工程(イ)および射出工程(ロ)間で樹脂の流動温
度範囲（T₁以上）に加熱された後、圧縮工程(ハ)、
(ニ)、(ホ)で流動温度範囲の一定温度に維持される。
これは、キヤビテイ１６内の樹脂が加圧力を受け
る圧縮工程(ハ)、(ニ)、(ホ)において、キヤビテイ１６
内の樹脂の逆流をスプル・ランナ内の樹脂によつ
て防止できるよう、成形機（図示せず）からの保
圧をスプル・ランナ内の樹脂に有効に伝達させる
ためであり、これにより、プラスチツクレンズの
形状精度の低下は防止される。

もし、圧縮工程(ハ)、(ニ)、(ホ)の間において、ゲー
ト２６・キヤビテイ１６の金型温度とスプル３・
ランナ２５の金型温度とが第２図の実線ａと同じ
温度パターンで低下すると、スプル３・ランナ２
５内の樹脂が流動温度範囲以下まで低下してしま
い、スプル・ランナ内の圧力損失が大きくなる。
その結果、成形機からの保圧をスプル・ランナ内
の樹脂に有効に伝達することができなくなり、キ
ヤビテイ１６内の樹脂がスプル・ランナ側へ逆流
し、プラスチツクレンズの形状精度が低下すると
いう現象を生じる。

第２図に戻つて、ゲート２６とキヤビテイ１６
の金型温度は、徐冷工程(ホ)の後、冷却工程(ヘ)にお
いてスプル３、ランナ２５、ゲート２６およびキ
ヤビテイ１６内の樹脂が取出し可能状態になるま
で二次冷却され、その後、離型工程(ト)で金型外へ
取出されて１成形サイクルが終了する。なお、か
かる冷却工程(ヘ)および離型工程(ト)において、スプ
ル３・ランナ２５の金型温度は、樹脂の流動温度
範囲（T₁以上）の一定温度から熱変形温度T₂以
下に冷却される。

以上説明した金型温度パターンによれば、高度
の形状精度を有するプラスチツクレンズを短時間
の成形サイクルで成形することができるが、ゲー
ト２６・キヤビテイ１６の金型温度とスプル３・
ランナ２５の金型温度とをそれぞれ異なる所定の
パターンで制御する必要があり、特に、第２図中
の金型加熱工程(イ)、一次冷却工程(ハ)、二次冷却工
程(ヘ)において、キヤビテイ部分の金型温度を短時
間に上昇、降下しなければならないため、従来の
射出圧縮成形用金型装置では不可能であり、本発
明による射出圧縮成形用金型装置においてはじめ
て可能となる。

次に、本実施例の射出圧縮成形方法を、第１図
に示す射出圧縮成形用金型装置と第２図に示す金
型温度パターンにより説明する。

キヤビテイ１６を構成する固定側入駒４、可動
側スリーブ１２および圧縮用入駒１３は、それぞ
れに設けられたヒータ（図示せず）を発熱させた
り、あるいは10〜20℃にしてある媒体を冷却孔
（図示せず）に流すことにより、第２図の実線ａ
で示す金型温度パターンに制御される。一方、ス
プル３・ランナ２５を包含する固定型枠１および
可動側型枠１１は、両者に設けられたヒータ（図
示せず）を発熱させたり、あるいは10〜20℃にし
てある媒体を冷却孔（図示せず）に流すことによ
り、第２図の破線ｂで示す金型温度パターンに制
御される。これらの温度制御は、キヤビテイ１６
を構成する固定側入駒４、可動側スリーブ１２お
よび圧縮用入駒１３が、これらを包含する固定型
枠１、固定側型板６、可動側型枠１１、可動側型
板１７および加圧シリンダ２０に対して、各凹部
８，９，２１，２２，２４および各間隔１０，２
３により断熱されているため、図示しない熱電対
を用いて各部材を検温しながら、それぞれ独立し
て意図的に行うことができる。しかも、上述した
断熱層によりキヤビテイ１６部分の金型の熱容量
が減少するため、実線ａの金型加熱工程(イ)におけ
る加熱上昇時間、一次冷却工程(ハ)および二次冷却
工程(ヘ)における冷却降下時間をそれぞれ短縮で
き、成形サイクルを短縮できる。

金型が金型加熱工程(イ)により所定の温度まで上
昇されると、次の射出工程(ロ)において、溶融樹脂
が成形機のシリンダ（図示せず）よりスプル３、
ランナ２５およびゲート２６を経てキヤビテイ１
６内に射出される。キヤビテイ１６内の樹脂は、
次の圧縮工程(ハ)、(ニ)、(ホ)において加圧シリンダ２
０からの加圧力を受けて圧縮賦形されるが、この
時、キヤビテイ１６部分の金型温度は冷却降下→
定温維持→徐冷され、一方、スプル３・ランナ２
５部分の金型温度は樹脂の流動温度範囲（第２図
のT₁以上）の高温に維持されているため、スプ
ル３・ランナ２５内の樹脂は流動状態となつてい
る。従つて、成形機が発生する保圧をスプル３・
ランナ２５内の樹脂に有効に伝達することがで
き、これにより、圧縮時のキヤビテイ１６からラ
ンナ２５側への樹脂の逆流は防止され、形状精度
が高められる。

かかる圧縮工程(ハ)、(ニ)、(ホ)が終了すると、キヤ
ビテイ１６部分およびスプル３・ランナ２５部分
の金型温度は、次の冷却工程(ヘ)および離型工程(ト)
においてともに樹脂の熱変形温度T₂以下に冷却
降下されるため、キヤビテイ１６内とランナ２５
内の樹脂は冷却固化される。こうして冷却固化さ
れた樹脂は、その後、加圧シリンダ２０の圧縮動
作により圧縮用入駒１３を上昇させることで金型
外へ取出され、しかる後、ランナ２５・ゲート２
６が切り離されてプラスチツクレンズが得られ
る。

以上説明した本実施例による射出圧縮成形用金
型装置と、キヤビテイ部分を構成する各入駒とこ
れらを包含する金型部分との間に断熱層を設けな
い射出圧縮成形用金型装置とを用い、外径47mm、
中心厚さ1.9mm、外径厚さ12.7mm、曲率半径250mm
のPC樹脂製凹レンズと、外径47mm、中心厚さ
14.5mm、外径厚さ1.0mm、曲率半径88mmのPC樹脂
製凸レンズを成形した結果、後者の射出圧縮成形
用金型装置で10〜20μｍあつたレンズ面の偏差
を、本実施例による射出圧縮成形用金型装置を用
いた場合は1.0〜3.0μｍと向上でき、また、成形
サイクルも20〜35％短縮できた。

なお、上記実施例では、キヤビテイ１６を構成
する各入駒４，１２，１３とこれらを包含する金
型部分１，６，１１，１７，２０との間に凹部
８，９，２１，２２，２４および間隔１０，２３
を設け、これら凹部および間隔内の空気により断
熱効果をもたせたものについて説明したが、かか
る空気の対流に伴う温度むらの発生防止や、凹部
および間隔の設置に伴う金型強度の低下補強を目
的として、各凹部および間隔内の空間にセラミツ
ク系複合材、アスベストとセメントの複合材、マ
イカとガラスの複合材、焼結合金あるいは熱硬化
性樹脂積層板等の断熱材を充填することも可能で
ある。

また、上記実施例では、キヤビテイ１６を構成
する各入駒側に断熱用の凹部を設けたものについ
て説明したが、上記凹部を、これら入駒を包含す
る金型側の対向接触面、または入駒側と金型側の
両対向接触面に設けても良い。

また、本発明をレンズ以外の高精度の形状精度
が必要なプラスチツク部品の成形に適用しうるこ
とは当然であり、使用される金型温度パターンも
プラスチツク部品に要求される品質や形状精度の
レベルにより異なるので上記実施例に限定されな
いことは明らかである。

〔発明の効果〕以上説明したように、本発明によれば、スプ
ル・ランナ部分の金型温度を高温に維持した状態
でキヤビテイ部分の金型温度を冷却できるため、
圧縮工程中におけるキヤビテイ内の樹脂の逆流
を、成形機からスプル・ランナ内の樹脂に伝達さ
れる保圧により防止することができ、それ故、高
度な形状精度を有するプラスチツク部品を成形す
ることが可能になる。また、スプル・ランナ部分
の金型とキヤビテイ部分の金型の相互の熱移動減
少でき、かつキヤビテイを構成する金型部分の熱
容量を金型全体に比べて小さくできるため、キヤ
ビテイ部分の加熱上昇または冷却降下に要する時
間を短縮でき、それ故、成形サイクルを短縮する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る射出圧縮成形
用金型装置の断面図、第２図は第１図の射出圧縮
成形用金型装置に適用される金型温度パターンを
示す説明図である。１……固定型枠、２……スプルブツシユ、３…
…スプル、４……固定側入駒、５……固定側キヤ
ビテイ面、６……固定型型板、７……固定型取付
板、８，９，２１，２２，２４……凹部、１０，
２３……間隔、１１……可動側型板、１２……可
動側スリーブ、１３……圧縮用入駒、１４……可
動側キヤビテイ面、１５……キヤビテイ側面、１
６……キヤビテイ、１７……可動側型板、１８…
…脚体、１９……可動側取付板、２０……加圧シ
リンダ、２５……ランナ、２６……ゲート。

Claims

【特許請求の範囲】１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圧縮用
入駒と、いずれか他方に設けられ前記圧縮用入駒
に対向する入駒とを備え、前記両入駒間に形成さ
れたキヤビテイ中に溶融樹脂を射出、充填し、加
圧シリンダにより前記圧縮用入駒に圧力を加え
て、前記キヤビテイ内の樹脂を圧縮する射出圧縮
成形用金型装置において、前記キヤビテイを構成
する複数の入駒と、これら入駒を支持する前記固
定型および可動型との間に断熱部を設けるととも
に、前記入駒とスプル・ランナが形成された前記
固定型および可動型との一方または双方を、それ
ぞれ独立して温度制御できるように構成したこと
を特徴とする射出圧縮成形用金型装置。２特許請求の範囲第１項において、前記断熱部
が、前記入駒と前記固定型および可動型とのいず
れか一方または両方の対向面に形成された凹部に
より構成されていることを特徴とする射出圧縮成
形用金型装置。