JPH05293861A

JPH05293861A - 成形装置

Info

Publication number: JPH05293861A
Application number: JP4122970A
Authority: JP
Inventors: Kikuo Shimazu; 喜久雄島津
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成により、金型のキャビティ内に射
出充填された材料樹脂の冷却に伴う熱収縮に十分に対応
してキャビティの容積を小さくすることができ、高い寸
法精度を有する成形品を容易にかつ確実に製造すること
のできる成形装置を提供する。【構成】成形用金型のキャビティに係る成形面の少な
くとも一部が、当該キャビティの容積が小さくなる方向
に可動な可動成形部材により構成され、この可動成形部
材をキャビティの容積が小さくなる方向に移動させる圧
電素子よりなる駆動部が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂を成形するための
成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、カメラ、複写機、投影機、レーザ
プリンターなどに使用される光学レンズ、平面鏡、多面
反射鏡体などを、軽量性、加工性、その他の利点が得ら
れることから、樹脂による成形品によって作ることが検
討されている。

【０００３】このような樹脂の成形品は、一般に射出成
形法によって製造されるが、この射出成形法において
は、加熱によって溶融状態とされた材料樹脂が、目的と
する製品の形状に応じたキャビティを有する成形用金型
内に高圧下で射出され、その後金型内で冷却されて材料
樹脂が硬化し、この硬化物が金型から取り出されて成形
品とされる。

【０００４】しかしながら、この射出成形法において
は、金型内において材料樹脂が冷却されるときに熱収縮
するため、得られる成形品は厳密に金型のキャビティの
形状に対応しないものとなり、十分に高い寸法精度を有
するものを得ることが困難である。このため、特に表面
形状について高い寸法精度が要求される例えば光学レン
ズ、反射鏡などの光学製品を射出成形法によって製造す
る場合には、特別な考慮が必要である。

【０００５】従来、射出成形法における材料樹脂の熱収
縮を補償するために、成形装置における金型の型締めを
不完全な状態としてキャビティの容積が目的とする成形
品の体積よりも若干大きい状態に金型を保持し、この金
型内に溶融した材料樹脂を射出充填して冷却させ、この
ときに生ずる材料樹脂の熱収縮の程度に応じて金型の型
締めを行ってキャビティの容積を小さくすることによ
り、最終的に目的とする形状の成形品を製造する方法が
知られている。

【０００６】しかしながら、この方法においては、成形
装置において金型の型締めを微妙に制御する機構が必要
とされ、しかもその正確な制御が困難である、という問
題点がある。

【０００７】また、成形装置において金型の一部に入れ
子構造の可動コアを設けると共に、金型の型締め機構と
は別に金型を部分的に圧縮する補助圧縮機構を設け、目
的とする成形品よりも若干大きくした状態に保持した金
型のキャビティ内に材料樹脂を射出充填し、冷却しなが
ら補助圧縮機構により入れ子構造の可動コアを移動さ
せ、これにより材料樹脂の冷却に伴う熱収縮を吸収する
方法、並びにこの方法において補助圧縮機構の代わりに
油圧シリンダーや電動モータなどの可動部駆動機構を金
型に内蔵させて設けることも知られている。

【０００８】しかしながら、これらの成形装置において
は、金型に入れ子構造の可動コアを設けることに加えて
これを駆動するための補助圧縮機構などを設けることが
必要であるため、成形装置の構成並びに金型の構造が複
雑となる。更に、金型体内に可動部駆動機構を内蔵させ
る場合には、金型の大きさに制限があることから、利用
し得る可動部駆動機構が制約され、十分な圧縮力を加え
ることができないという問題点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
成形装置においては、いずれも金型または成形装置に特
殊な構造が必要でコストが高いものとなり、必要とされ
る微妙な制御を十分に達成することが困難であるため、
実際に生ずる材料樹脂の冷却に伴う熱収縮に十分に対応
してキャビティの容積を小さくすることができない。

【００１０】本発明は、以上のような問題点を解決し、
簡単な構成により、金型のキャビティ内に射出充填され
た材料樹脂の冷却に伴う熱収縮に十分に対応してキャビ
ティの容積を小さくすることができ、高い寸法精度を有
する成形品を容易にかつ確実に製造することのできる成
形装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る成形装置
は、成形用金型のキャビティに係る成形面の少なくとも
一部が、当該キャビティの容積が小さくなる方向に可動
な可動成形部材により構成され、この可動成形部材をキ
ャビティの容積が小さくなる方向に移動させる圧電素子
よりなる駆動部が設けられていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の成形装置によれば、成形用金型のキャ
ビティに係る成形面の少なくとも一部に設けた可動成形
部材を、圧電素子よりなる駆動部により移動させるよう
にしているため、圧電素子に印加する電圧の大きさを制
御することにより、可動成形部材についてきわめて精確
に位置制御することができ、その結果、金型のキャビテ
ィ内に射出充填された材料樹脂の冷却に伴う熱収縮に十
分に対応してキャビティの容積を小さくすることができ
る。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例に係るインラ
インスクリュー型成形装置の説明用断面図である。図に
おいて、１０は固定盤を示し、この固定盤１０にボルト
などにより雄型である固定側金型１１Ａが固定されてい
る。この固定側金型１１Ａと共に金型を構成する雌型と
なる可動側金型１１Ｂは金型取り付け盤１２に固定さ
れ、この金型取り付け盤１２は圧電素子１３を介して可
動盤１４に固定されている。

【００１４】可動盤１４は、タイバー１５によって固定
盤１０に対して離接する方向に移動自在に設けられてお
り、タイバー１５に固定された油圧シリンダー１７およ
びこの油圧シリンダー１７と共に型締め機構を構成する
リンク機構１８により、可動盤１４が左右に移動され、
これによって可動側金型１１Ｂが固定側金型１１Ａに対
して開閉される。

【００１５】２０は材料樹脂の溶融押出し部であって、
外周にヒータ２１を有するシリンダー２２と、このシリ
ンダー２２内に回転するよう設けられたスパイラル溝を
有するスクリュー軸２３と、このスクリュー軸２３を駆
動するモータ２４と、シリンダー２２の基部に設けられ
た材料樹脂を投入するためのホッパー２５とを有してな
り、固定盤１０を貫通して伸びるシリンダー２２の先端
の射出部２６が固定側金型１１Ａの湯口に接続されてい
る。

【００１６】圧電素子１３は、電界が作用されるとそれ
に応じて歪みを生じて例えば厚みが大きくなり、また外
力を作用させるとそれに応じて電界を生ずる特性を示す
圧電材料よりなるものであって、本発明においては、例
えば図２に示すように、各々金属膜よりなる複数の正電
極膜３０と負電極膜３１とが交互に重なるよう配置され
て各電極膜間に圧電材料層３２が介在されたいわゆる積
層型のものが好ましく用いられる。圧電材料としては、
例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）が代表的なも
のであるが、バリウム原子の一部または全部を鉛、カル
シウム、リチウムなどに置換したもの、あるいはチタン
原子をジルコン、ニッケル、ニオブ、タンタル、錫など
に置換したものが知られており、複数の成分からなるも
のも知られている。

【００１７】以上の構成の成形装置によれば、次のよう
にして成形品が製造される。最初に成形装置の金型は、
図３に示すように、固定盤１０に対して可動盤１４が完
全に型締めされた状態であってしかも可動側金型１１Ｂ
が固定側金型１１Ａに対して若干の間隙Ｇをもって僅か
に開いた状態に保持され、これにより、金型のキャビテ
ィＣは余裕のある状態とされている。そして、溶融押出
し部２０のシリンダー２２の射出部２６内には、溶融状
態の材料樹脂Ｒが充満しており、スクリュー軸２３は後
退した位置とされている。

【００１８】この状態において、図４に示すように、ス
クリュー軸２３を前方（図の左方）にピストン駆動させ
ると、材料樹脂Ｒが金型のキャビティＣ内に射出充填さ
れ、金型によって冷却されることにより材料樹脂Ｒの硬
化と熱収縮が始まる。このとき、図５に示すように、圧
電素子１３に適当な大きさの電圧を印加すると、圧電素
子１３はその厚さが増加するよう変形し、その結果、間
隙Ｇが消失するよう可動側金型１１Ｂが固定側金型１１
Ａに接近することとなり、これにより、キャビティＣの
容積が小さくなって材料樹脂Ｒの冷却に伴う熱収縮が吸
収される。

【００１９】そして、図６に示すように、次の射出充填
操作のためにスクリュー軸２３が回転されて材料樹脂Ｒ
がシリンダー２２の射出部２６内に充満され、その後圧
電素子１３に対する通電を解除し、その後、油圧シリン
ダー１７によって可動盤１４を移動させて可動側金型１
１Ｂを固定側金型１１Ａから開き、完全に硬化した成形
品Ｐ１が取り出される。

【００２０】図７は、このようにして得られる成形品Ｐ
１の斜視図であり、この成形品Ｐ１は、上下におけるレ
ンズ体３３，３３がゲート３４，３４を介してスプール
３５に一体的に連結された状態にあり、ゲート３４，３
４において切断されることにより、成形されたレンズ体
３３，３３が個々に製造される。

【００２１】而して本発明においては、固定盤１０と可
動盤１４との型締めを完全に行った状態において、更に
圧電素子１３に適宜の大きさの電圧を印加することによ
り、可動側金型１１Ｂを固定側金型１１Ａに対して微小
距離移動させてキャビティＣの容積を小さくすることが
でき、しかも圧電素子１３に印加される電圧を精確に制
御することが容易であるため、例えば当該電圧を例えば
経時的に増加させることによってキャビティＣの容積を
材料樹脂Ｒの熱収縮に応じて小さくすることができ、そ
の結果、材料樹脂Ｒの冷却に伴う熱収縮による寸法の変
化を確実にしかも正確に吸収することができる。従っ
て、金型内に射出充填された材料樹脂Ｒに対して非常に
的確な圧力制御を達成することができ、きわめて寸法精
度の高い成形品Ｐ１を製造することができ、レンズ体３
３，３３は確実に所期の光学的性能を備えたものとな
る。

【００２２】材料樹脂としてポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）を用いる場合について具体的に説明する
と、図８は、ＰＭＭＡについて、樹脂圧力が一定の場合
における樹脂温度と比容積との関係を、種々の樹脂圧力
の場合について示す特性曲線図である。このＰＭＭＡを
材料樹脂とする射出成形においては、一般に樹脂温度２
３０℃、樹脂圧力１０００ｋｇ／ｃｍ²の条件（曲線ロ
における点ａ）で成形が行われる。この状態から、例え
ば樹脂温度１２７℃、樹脂圧力１ｋｇ／ｃｍ²の条件
（曲線イにおける点ｂ）までは、冷却によって樹脂圧力
が低下するのみで樹脂の容積は変化せずに済むので、材
料樹脂に残留歪みを残さずにしかも材料樹脂の容積をキ
ャビティの容積と同じ状態に保ったままで材料樹脂を冷
却することができ、従ってこの冷却の過程において材料
樹脂に実質的に変形が生ずることはなく、高い寸法精度
が維持される。

【００２３】しかしながら、点ｂにおけるＰＭＭＡはな
お相当に柔らかいものであって実際にはそれ以上に冷却
されて硬化されるが、その間においては樹脂圧力がそれ
以上小さくならないため、曲線イの傾きから明らかなよ
うに、樹脂温度が低下するに従って樹脂の体積が収縮す
る。この傾向は、樹脂温度９１℃、樹脂圧力１ｋｇ／ｃ
ｍ²の条件にある屈曲点ｃまで続く。すなわち、この間
に材料樹脂に熱収縮が生じ、成形品の体積はキャビティ
の容積より小さくなり、その結果、部分的に変形してし
まう。しかし、樹脂温度が９１℃以下の状態では、残留
歪みがなければ、熱収縮は生ずるものの相似形状で均一
に収縮するようになるので、寸法精度は維持される。

【００２４】以上の説明から明らかなように、最終的に
得られる成形品においてその寸法精度上問題となる熱収
縮は、上述の射出成形条件においては、樹脂温度が１２
７℃から９１℃までに冷却される期間に生ずることとな
る。この収縮の大きさは、最終的に得るべき実際のレン
ズ体３３の体積が例えば８．８５ｃｍ³であるとする
と、これに対応する温度１２７℃のときのＰＭＭＡの体
積は９．０８ｃｍ³であり、可動側金型１１Ｂは、両者
の体積差０．２３ｃｍ³を補償する距離だけ圧電素子に
よって移動されればよいこととなる。この移動距離は約
０．１１７ｍｍである。

【００２５】このような距離は圧電素子の変形によって
十分に移動させることのできる大きさであり、例えば圧
電常数が６００×１０¹²ｍ／Ｖである積層数が２００で
ある圧電素子を用いる場合には、約１０００Ｖの電圧を
印加すればよい。

【００２６】このように、本発明においては、用いる材
料樹脂の種類、設定された成形条件における材料樹脂の
熱収縮の割合、用いる圧電素子の性能などを考慮して、
適宜の大きさの電圧を圧電素子に印加することにより、
確実に材料樹脂の冷却に伴う熱収縮に応じてキャビティ
の容積を小さくすることができ、その結果、高い寸法精
度を有する成形品を容易にかつ確実に製造することがで
きる。

【００２７】以上の実施例においては、圧電素子１３を
可動側金型１１Ｂと可動盤１４との間に設けたが、その
代わりに、あるいはこれと共に、固定側金型１１Ａと固
定盤１０との間に圧電素子を設ける構成においても、上
記と同様の作用効果を得ることができる。

【００２８】図９および図１０は、本発明の第２の実施
例を示す。この例においては、固定側金型１１Ａと共に
金型を構成する可動側金型１１Ｂは可動盤１４に固定さ
れており、この可動側金型１１Ｂ内に、当該金型の型締
め方向と同方向において移動可能に可動コア４１，４１
が設けられ、この可動コア４１，４１の内面によりキャ
ビティが区画されている。そして、この可動コア４１，
４１の基部に圧電素子４２，４２が設けられている。Ｇ
は間隙である。

【００２９】そして、図９に示すように、固定盤１０に
対して可動盤１４が完全に型締めされると共に、圧電素
子４２，４２に通電されずに可動コア４１，４１が後退
位置にある状態において、キャビティ内に材料樹脂Ｒが
射出充填され、その後、材料樹脂Ｒが冷却されるに従っ
て、図１０に示すように、圧電素子４２，４２に所定の
大きさの電圧が印加されて可動コア４１，４１が前進移
動されてキャビティの容積が小さくなる。

【００３０】以上のような可動コアおよびこれを移動さ
せる圧電素子は、可動側金型１１Ｂでなく固定側金型１
１Ａに設けることもでき、また両方の金型に設けること
も可能である。このように、一方または両方の金型にお
けるキャビティを区画する成形面の一部を可動コアによ
り形成し、この可動コアをキャビティの容積が小さくな
るよう圧電素子によって移動させることによっても、第
１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。ま
た、この例におけるように、圧電素子の作用面積を可動
コアの成形面の面積より大きくすることにより、当該可
動コアにおける成形面の単位面積当たりの加圧力を高く
することができる。

【００３１】図１１および図１２は、本発明の第３の実
施例に係る可動側金型１１Ｂの固定側金型側から見た正
面図である。この例に係る金型によれば、図１３に示す
ように、正６角形の板状の多面反射鏡体５０であって、
その外周における６個の平面部分が鏡面Ｆとされる成形
品Ｐ２を製造することができる。５１はダイヤフラムゲ
ート、５２はスプールである。

【００３２】この例に係る可動側金型１１Ｂにおいて
は、基本的に成形品Ｐ２の正６角形の板状部分に対応す
る形状のキャビティＣが形成され、このキャビティＣの
中央位置には、円柱状の中央コア６０が型締め方向に僅
かに突出するよう設けられている。この中央コア６０
は、成形品Ｐ２におけるダイヤフラムゲート５１のスプ
ール５２が形成されない側の面に対応するものであり、
図示していない固定側金型にも同様の中央コアが設けら
れているが、これにはスプールに対応する湯口が形成さ
れている。

【００３３】また、この中央コア６０の中心を基準とし
て、キャビティＣの外周の各辺に該当する面部分から外
方に放射状に伸びる合計６個の凹所６１が対称的に形成
されている。そして、この凹所６１の各々に放射方向に
移動自在に可動コア６２が設けられ、この可動コア６２
の基部にそれぞれ圧電素子６３が配設されている。

【００３４】このような構成の可動側金型１１Ｂを有す
る金型によれば、型締めが完全に行われてしかも図１１
に示すように圧電素子６３には通電されずに可動コア６
２が後退している状態において材料樹脂が射出充填さ
れ、材料樹脂が冷却されると共に、図１２に示すように
圧電素子６３に適切な大きさの電圧が印加されることに
より、材料樹脂の熱収縮に応じて可動コア６２が凹所６
１を消失させるよう内方に向かって移動され、最終的に
可動コア６２の内端面６５が正６角形のキャビティＣの
外周を規制して成形品Ｐ２の鏡面Ｆを形成することとな
る。

【００３５】そして、材料樹脂が完全に硬化した後、可
動側金型１１Ｂを開くと共に圧電素子６３に対する通電
を停止すると、可動コア６２が凹所６１内を後退して内
端面６５が硬化した成形品Ｐ２の鏡面Ｆから離間するた
め、当該鏡面Ｆに傷を付けることなしに当該成形品Ｐ２
を取り出すことができる。

【００３６】この例において、材料樹脂としてポリカー
ボネート樹脂を用い、成形条件を樹脂温度２８０℃、樹
脂圧力１０００ｋｇ／ｃｍ²に設定し、体積が５ｃ
ｍ³、外周の各鏡面Ｆの面積が１．２ｃｍ²の多面反射
鏡体を製造する場合においては、ポリカーボネート樹脂
における温度２８０℃から屈曲点温度１４２℃までの比
容積は０．８６６ｃｍ³／ｇｒから０．８５６ｃｍ³／
ｇｒまで変化するが、これが補償されるよう圧電素子６
３を駆動するためには、第１の実施例におけると同様に
圧電常数が６００×１０¹²ｍ／Ｖである積層数が２００
である圧電素子を用いる場合には、約６７５Ｖの電圧を
印加すればよい。

【００３７】この種の多面鏡体５０は、その外周におけ
る鏡面Ｆの精度が高いことが重要であるが、上記の実施
例によれば、可動コア６２，６２が当該鏡面Ｆに垂直な
方向に移動することにより、きわめて高い表面精度を得
ることができる。また、各鏡面Ｆの仕上がり精度に応じ
て、各圧電素子６３に対する印加電圧を個々に調整する
ことにより、一層高い精度を得ることができ、バラツキ
をきわめて少なくすることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の成形装置によれ
ば、型締め盤に対して可動の金型あるいは金型に対して
可動のコアよりなる可動成形部材を駆動する圧電素子を
設けるというきわめて簡単な構成により、当該圧電素子
に印加される電圧の大きさを精密に制御することによ
り、当該可動成形部材の微妙な移動を精確に制御するこ
とができるので、金型のキャビティ内に射出充填された
材料樹脂の冷却に伴う熱収縮に十分に対応してキャビテ
ィの容積を小さくすることができ、その結果、高い寸法
精度を有する成形品を容易にかつ確実に製造することが
でき、プラスチックレンズあるいはプラスチック多面鏡
体などの光学製品であっても、良好な特性を有するもの
を容易に成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るインラインスクリ
ュー型成形装置の説明用断面図である。

【図２】本発明に好適に用いることのできる積層型圧電
素子の説明用断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例における材料樹脂の射出
充填前の状態を示す説明用断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例における材料樹脂の射出
充填後の状態を示す説明用断面図である。

【図５】本発明の第１の実施例における圧電素子に通電
したときの状態を示す説明用断面図である。

【図６】本発明の第１の実施例における金型を開いた状
態を示す説明用断面図である。

【図７】本発明の第１の実施例に係る成形装置によって
得られる成形品を示す説明用斜視図である。

【図８】材料樹脂として用いられるポリメチルメタクリ
レートにおける樹脂温度と比容積との関係を、種々の樹
脂圧力の場合について示す特性曲線図である。

【図９】本発明の第２の実施例における材料樹脂の射出
充填時の状態を示す説明用断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例において圧電素子に通
電したときの状態を示す説明用断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施例における材料樹脂の射
出充填時の状態を示す可動側金型の説明用断面図であ
る。

【図１２】本発明の第３の実施例において圧電素子に通
電したときの状態を示す可動側金型の説明用断面図であ
る。

【図１３】本発明の第３の実施例に係る成形装置によっ
て得られる成形品を示す説明用斜視図である。

【符号の説明】

１０固定盤１１Ａ固定側金
型１１Ｂ可動側金型１２金型取り付
け盤１３圧電素子１４可動盤１５タイバー１７油圧シリン
ダー１８リンク機構２０溶融押出し
部２１ヒータ２２シリンダー２３スクリュー軸２４モータ２５ホッパー２６射出部３０正電極膜３１負電極膜３２圧電材料層Ｇ間隙ＣキャビティＲ材料樹脂Ｐ１，Ｐ２成形品３３レンズ体３４ゲート３５スプール４１可動コア４２圧電素子５０多面鏡体Ｆ鏡面５１ダイヤフラムゲート５２スプール６０中央コア６１凹所６２可動コア６３圧電素子６５内端面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形用金型のキャビティに係る成形面の
少なくとも一部が、当該キャビティの容積が小さくなる
方向に可動な可動成形部材により構成され、この可動成
形部材をキャビティの容積が小さくなる方向に移動させ
る圧電素子よりなる駆動部が設けられていることを特徴
とする成形装置。