JPH0626830B2 - 熱可塑性プラスチツクの成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱可塑性プラスチツク材料を密閉系に構成され
た成形型を使用し、成形型内を真空吸引することによつ
て、転写用モールドを加圧し、キヤビテイ内のプラスチ
ツク材料を加圧圧縮状態下に成形する成形方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

プラスチツク材料より高精度の成形品を得るための成形
方法としては現在、主として次の３方法が知られてい
る。

第１の方法として、熱可塑性プラスチツクの射出成形法
が挙げられる。しかしながら、熱可塑性プラスチツクは
一般に０．１〜０．８％の成形収縮を伴なう。このた
め、例えば一定圧力で金型内のキヤビテイに可塑化、溶
融された樹脂が注入充填された後は、ゲートを通じてキ
ヤビテイには樹脂が補填されることなく、所謂ゲートシ
ール状態となり、成形品の冷却に伴なつてヒケが生ず
る。特に、熱可塑性プラスチツク材料において、ポリカ
ーボネート，ポリメチルメタクリレート，ポリスチレン
などの透明性プラスチツクは光学部品の用途に用いられ
るが、成形品は表面の精度を要求されることからヒケの
発生は重大な欠点となる。

かかる欠点を防止する方法として、射出成形用金型のキ
ヤビテイの容積を予め大きくしておいて、可塑化された
樹脂を注入後、この樹脂の冷却に伴いキヤビテイ容積を
減少させる射出圧縮成形法（特開昭５８−１６７１３５
〜１６７１４０号公報参照）が提案されている。

第２の方法として、熱可塑性プラスチツクの圧縮成形法
がある。この方法において用いられる材料は主として最
終形状近くに予備成形されたブランクであり、このブラ
ンクを所定形状を有する金型に入れ、例えば、金型表面
を高周波エネルギーによつて加熱させて整形する方法
（特開昭５９−４１２３１号参照）が開示されている。
これらの成形方法も成形品の冷却に伴うヒケについては
金型のキヤビテイの容積を変化させることによつて防い
でいる。

第３の方法としては、熱硬化性プラスチツクの注型成形
法がある。熱硬化性プラスチツク材料においても、加熱
重合に際して重合収縮が問題となり、急速に重合硬化さ
せるとヒケが発生し、また、内部の均質度が損なわれる
ことから、重合硬化に長時間を必要としている。

その他、熱可塑性プラスチツクの成形方法においては射
出成形あるいは注型成形の応用的手法が用いられること
もある。例えば、予め射出成形または切削加工によつて
最終形状近くに予備成形されたブランクを金型内に入れ
子として載置せしめた後、可塑化溶融した樹脂を注入し
て、成形品の冷却に伴う収縮を減少させる方法（特開昭
５７−１７３１３６号公報参照）、あるいは金型と入れ
子との隙間に同一材料の薄層を重合させる方法（特開昭
５９−３９５２６号公報参照）などが提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記の成形方法は、現在、プラスチツク成形品の製造方
法として採用されているものであるが、次のような問題
点が内包されていて、改良、改善が必要とされている。

即ち、(1)熱可塑性プラスチツクの射出圧縮成形法にお
いては、射出注入力及び保圧が高く、更にキヤビテイ容
積の減少過程で肉厚差を有する成形品を圧縮する際に、
局部的な圧縮応力の分布を生ずることから残留歪が残
る。

(2)射出成形法によつて、光学部品、例えば眼鏡レンズ
を成形するには、多種類の表面転写用金属製モールドが
必要となり、少量多品種生産方式には不適当である。

(3)また、射出成形法においては、金型内のキヤビテイ
への可塑化樹脂注入口であるゲートが一個所で、しかも
一方向からの注入であることから、樹脂の流れに伴なう
気泡の残留及びウエルドラインの発生があり、しかも残
留歪が残る。

(4)熱硬化性プラスチツクの注型成形法は重合硬化時間
が長いことからバツチ式となり、自動化が困難である。

などの問題がある。特に、熱可塑性プラスチツクにおい
て射出成形あるいは射出圧縮成形による成形品の残留歪
あるいは気泡の残留などは成形品の品質、例えば、透視
性や強度に重大な影響を与えることから特に問題となる
ものであり、生産性の向上及びコストの低減とともに、
それらを解決した成形方法の開発が望まれているもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記のごとき問題点を解決すべくなされたも
のであり、より合理的、且つ優れた熱可塑性プラスチツ
クの成形品が得られる成形方法を提供するものである。

即ち、本発明は熱可塑性プラスチツク材料の粉状体、
粒体あるいは予め最終形状近くに予備成形されたブラン
クより成形品を成形する方法において、外周が外枠型に
よつて型決めされ、側面用内枠型と該内枠型の内径より
僅かに小さい外径を有する２枚の転写用モールドとによ
つてキヤビテイが形成される成形型を使用し、成形型内
を転写用モールドの後背部に位置して外枠型に設けられ
た弾性体によつて密閉系に構成し、該成形型内を真空吸
引して弾性体を転写用モールドの背面に密着させて加圧
し、キヤビテイ内のプラスチツク材料を加圧圧縮状態下
に加熱成形することを特徴とする熱可塑性プラスチツク
の成形方法である。

本発明において、熱可塑性プラスチツク材料としてはポ
リメチルメタクリレート，ポリスチレン，ポリカーボネ
ート，アクリロニトリル−スチレンポリマー，スチレン
−ブタジエンコポリマーあるいは、これらの変性体が挙
げられ、粉状体、粒体あるいは予め最終形状近くに予
備成形されたブランクが用いられる。

本発明の成形方法にしたがえば、精度のよい成形品が得
られることから、特に厳しい表面精度の要求される光学
部品、例えばレンズなどの成形方法として好適である。
しかしながら、かかる光学部品の成形に限定されること
なく、如何なる成形品の成形にも適応が可能であること
は勿論であつて、精度の優れた成形品を得ることができ
る。

本発明における成形型内を密閉系に構成させる転写用モ
ールドの後背部に位置して外枠型に設けられる弾性体
は、加熱成形時の高温に充分耐え得る高温特性の優れた
耐熱性を有するゴム質材料からなるものであるのが好ま
しく、かかる材料としては、例えば、シリコンゴム，フ
ツ素ゴムなどが挙げられる。弾性体としての形状は適度
な厚さを有するシート状体であるのが、かかる弾性体に
よつて密閉系に構成された成形型内が真空吸引されるこ
とによつて転写用モールドの背面への密着性と転写モー
ルドを加圧してキヤビテイ内のプラスチツク材料を均質
に加圧圧縮するという点において好適である。また、そ
の他の材料として、ポリエステル，ポリオレフイン系の
フイルムなども使用することができる。

弾性体、例えば弾性シートは、転写用モールドの転写面
に対する背面の後背部において外枠型の適当な位置に支
持され固定される。弾性体は転写用モールドの一方側に
のみ、支持、固定されることによつて成形型内を密閉系
に構成することができるが、２枚の転写用モールドそれ
ぞれの転写面に対する背面の後背部に転写用モールドを
包み込むように外枠型に支持、固定されて密閉系が構成
されてもよい。

成形型内の密閉系の構成において更に好ましいのは成形
型内が真空吸引されて、弾性体が転写用モールドの背面
に密着されることによつて、該後背部分に副空室（サブ
・ポケツト）が形成され得るよう、弾性体の後背部の大
気側面に密閉蓋を別途設けることである。該副空室内は
空気圧の調整を可能となし得るよう、外部の空気圧調整
機構に連結されることによつて、空気圧によつて転写用
モールドへの加圧圧縮力をより強く付加することができ
る。ここで転写用モールドに付加される成形圧力は０〜
５０Kg／cm²でよく、残留歪の低減化あるいは成形サイ
クルの点から０．０２〜１０Kg／cm²であるのが好まし
く、低圧の付加で充分であり、低圧成形が可能であると
いう点にも特徴がある。

密閉系に構成された成形型内の真空吸引による真空度は
２０Torr程度で良好な成形品を得ることができるが、成
形サイクルの短縮、成形安定性からは４Torr以下である
のが望ましい。

転写用モールドの材質は特に限定されない。而して光学
部品の成形には転写面の精度が要求されることから、通
常ガラス製モールドが使用されているが、本発明の方法
においてもガラス製モールドの使用が好適であり、低圧
成形であることから損傷され難い。

次に、図面により、本発明の成形方法を説明する。第１
図は本発明の成形方法にしたがつた、光学部品としての
レンズの成形用に組立られた密閉系に構成された成形型
の断面図であつて、円筒状の外枠型４内に内接して、側
面用内枠型として好適な内枠割り型５と、該内枠割り型
の内径よりも僅かに小さい径を有し転写面１ａが凹面に
形成された転写用モールド１とが支持部材７によつて支
持され、更に転写面２ａが凸面に形成された転写用モー
ルド２とによつて転写用モールド間にキヤビテイ３が形
成されて成形型が組立てられている。転写用モールド２
の背面２ｂの後背部の適当な位置に弾性体が３が外枠型
に支持、固定されていて、成形型内を真空系となし得る
ように構成されている。キヤビテイ３内には熱可塑性プ
ラスチツク材料が充填されるが、転写用モールド２を成
形型として組込む前に転写用モールド１の転写面１ａ上
に予め充填あるいは載置される。外枠型４及び割り型５
の所定位置には成形型内を真空吸引するための吸引孔９
が貫通していて、真空用機器に連結される。キヤビテイ
３と吸引孔９との接続部分には、プラスチツク材料が真
空吸引によつて吸い込まれることを防ぐための適当な調
整機構が設けられる（図面では省略）。吸引孔９より真
空吸引することによつて成形型内におけるキヤビテイ３
及び、転写用モールド２の背面２ｂと弾性シート６との
空間部８は真空状態となり、弾性シート６は転写用モー
ルド２の背面２ｂに密着する。而して、転写用モールド
２は割り型５に接してスライドし得て、両者間の僅かの
隙間を通して、空間部８も真空状態となり、弾性シート
６は引き延ばされて転写モールド２の背面２ｂに密着す
るとともに転写用モールド２を加圧して、キヤビテイ３
内のプラスチツク材料を加圧圧縮状態となし得る。

第２図は、上記の方法によつて成形型内が真空吸引され
た状態の成形型の断面図であつて、弾性シート６は転写
用モールド２の背面２ｂに密着されて、転写用モールド
２を加圧し、キヤビテイ３内のプラスチツク材料は加圧
圧縮状態下に加熱成形される。

第１図及び第２図は弾性シート６を転写用モールド２の
背面２ｂに密着させる方法が示されているが、転写用モ
ールドの１の背面あるいは、２枚の転写用モールドの両
背面に密着させてもよいことは勿論である。

第３図は、本発明の成形方法にしたがつた光学部品とし
てのレンズの成形用に組立てられた他の密閉系に構成さ
れた成形型の真空吸引状態における断面図であつて、弾
性シート６の後背部の大気側には転写モールド２を加圧
する成形圧力として作用し得る副空室１０が形成される
ように密閉蓋１１が設けられていて、該副空室１０は成
形型内が真空吸引され、弾性シート６は引き延ばされて
弾性モールド２の背面２ｂに密着することによつて形成
される。密閉蓋１１には副空室１０内の圧力を調整する
ための圧力制御機構に連結するパイプ１２が設けられて
いて、転写用モールド２を加圧する圧力を調整し得るよ
うになつている。

上記のように密閉系に構成された成形型は、真空吸引状
態となして、転写用モールド２を加圧し、キヤビテイ３
内のプラスチツク材料を加圧圧縮状態下に加熱成形され
るが、加熱成形時に副空室１０内の圧力を適宜調整する
ことによつて全く泡のない均質な成形品を得ることがで
きる。

成形型内より成形品の取り出し方法は、特に限定されな
いが、例えば室温程度まで冷却後、成形型内の真空吸引
を解除し、大気圧となして、外枠型４から、内枠割り型
５、転写用モールド１，２及び成形品とが一体化された
状態で抜き出し、次いで内枠割り型５を分割し、更に転
写用モールドと成形品との界面にエアガンなどによる強
風を吹き付けて成形品を転写用モールドから剥離させる
ことによつて行なわれる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を光学部品におけるレンズの成形
方法に適用した場合について説明するが、本発明はかか
る実施例のみに限定されるものでないことは勿論であ
る。

実施例 １ 第３図に示される成形型を用い、分子量２０，０００の
粒状ポリメチルメタクリレートを下記条件で加熱成形
して−5.30ジオプターの眼鏡レンズを成形した。

転写用モールドとしては転写面が曲率約６２mmの凸面を
有し、外径75.2m/mのガラス製モールド及び転写面が曲
率約１８７mmの凹面を有し外径75.2mmのガラス製モール
ド２枚を使用した。内枠割り型の内径は約75.4mmであ
る。この２枚の転写用モールドと割り型とによつて形成
されるキヤビテイ内に上記の粒状ポリメチルメタクリ
レート４０ｇを充填した。転写用モールドの一方の後背
部に厚さ０．５mmのシリコンゴムシートを外枠型として
の円筒状枠型にて支持、固定し、更に、その上に密閉蓋
を付設して、副空室を形成し得るようにして成形型を密
閉系に構成した。

かかる密閉系成形型内を真空度１Torrに真空吸引し、更
に副空室の圧力を４０Torrに調整して、この状態下に約
２４０℃に加熱調整された炉内に約４５分間保持した。
続いて、副空室内の圧力を４０Torrから大気圧下へ約３
分間を要して付圧し、引続いて炉内に約10分間保持し
た。次に約６０℃に調整された炉内に約３０分間保持し
てから、成形型を炉外に取出し、脱型、離型した。離型
方法は、円筒状の外枠型より、内枠割り型ごと転写用モ
ールドと成形品とが一体化されたまま、脱型した後、内
枠割り型を分割し、更に、転写用モールドの転写面と成
形品との界面にエアガンからの冷風を吹き付けることに
よりモールドから成形品を剥離させた。

成形品として得られた眼鏡レンズは、ヒケの発生は全く
なく、また、残留泡も認められず、極めて均質であつて
品質的にも優れたものであつた。また、この成形型によ
つて、同様に２０回の繰返し成形を行なつたが、ガラス
製モールド、型枠、シリコーンゴムなどは充分使用に耐
えて、成形された眼鏡レンズの品質も低下することな
く、極めて優れたものであつた。

実施例 ２ 第３図に示される成形型を用い、分子量２２，０００の
粒状ポリカーボネートを下記条件で加熱成形して-2.7
3ジオプターの眼鏡レンズを成形した。

転写用モールドとしては転写面が曲率１００mmの凸面及
び同じく曲率１８７mmの凹面を有し、外径75.2mmの２枚
のガラス製モールドを使用した。内枠割り型の内径は約
75.4mmである。この２枚の転写用モールドによつて形成
されるキヤビテイ内に上記の粒状ポリカーボネート３
０ｇを充填した。

次に実施例１と同様に成形型を密閉系に構成した。

密閉された成形型内を真空度１Torrに真空吸引し、更に
副空室内の圧力を２０Torrに調整して、この状態下に、
約２８０℃に加熱調整された炉内に約４５分間保持し
た。続いて、副空室内の圧力を２０Torrから大気圧下へ
約５分を要して徐々に付圧し、引続いて炉内に約１０分
間保持した。次に約５０℃に調整された炉内に約３０分
間保持してから、成形型を炉外に取出し、実施例と同様
の方法で脱型、離型して成形品として眼鏡レンズを得
た。

得られた眼鏡レンズの偏光板による内部残留歪の測定に
おいて干渉縞は２本のみであり、泡の発生もなく、品質
的に極めて優れたものであつた。

実施例 ３ 第１図に示される成形型を用い、実施例１における副空
室を設けない他は、実施例１と同様に成形型を構成し、
成形型内を真空度２Torrに真空吸引して、この状態下に
約２８０℃に加熱調整された炉内に約６０分間保持し、
続いて真空吸引を解除して付圧して約６０℃に調整され
た炉内に約３０分間保持してから、成形型を炉外に取出
し、実施例１と同様に脱型、離型して成形品として眼鏡
レンズを得た。

得られた眼鏡レンズの偏光板による内部残留歪の測定に
おいて干渉縞は３本であつて、品質的には実施例１と同
様に極めて優れたものであつた。

比較例 １ 分子量２２，０００のポリカーボネートを下記成形条件
により射出成形して、-6.00ジオプトリーの眼鏡レンズ
を得た。

シリンダー温度：２６０℃ 射 出 圧 力：９００kg／cm² 金 型 温 度： ８０℃ 射 出 時 間： ３秒 保 圧 時 間： １５秒 冷 却 時 間： ３０秒 得られた眼鏡レンズの偏光板による内部残留歪の測定に
おいて干渉縞は１０本以上もあり、ゲート付近、すてキ
ヤビテイ付近には歪のムラが認められた。

〔発明の効果〕

本発明の成形方法は、熱可塑性プラスチツク材料の粉状
体、粒体あるいは予め最終形状近くに予備成形された
ブランクより成形品を成形するための好適な成形方法で
あつて、成形型内を真空系を構成し、該成形型内を真空
吸引することによつて転写用モールドの背面に弾性体が
密着するとともに該転写用モールドを加圧し、キヤビテ
イ内のプラスチツク材料を加圧圧縮下に加熱成形するこ
とから、低圧成形に特徴を有していて、従来の成形方法
において問題となつている成形品のヒケ、残留歪の発生
あるいは気泡の残留などの全くない優れた成形品が得ら
れるという効果を有するものである。

特に本発明の成形方法は、低圧成形であることから、熱
硬化性樹脂の成形に用いられる精度の良いガラス製モー
ルドの使用が可能となり、高度の面精度が要求される成
形品の成形に優れた効果を有し、しかもモールドの損傷
が少なく、繰返しの使用が可能であり、生産性が向上
し、コスト的にも極めて有利であるという効果が認めら
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の成形方法にしたがつたレンズの成形
用に組立てられ密閉系に構成された成形型の断面図、第
２図は第１図の成形型内が真空吸引された状態の成形型
の断面図、第３図は本発明の成形方法にしたがつたレン
ズの成形用に組立てられた好ましい密閉系成形型の真空
吸引状態における断面図である。 １……転写面が凹面を有する転写用モールド ２……転写面が凸面を有する転写用モールド ３……キヤビテイ，４……円筒状の外枠型 ５……内枠割り型，６……弾性シート ７……支持部材，８……空間部 ９……吸引孔，１０……副空室 １１……密閉蓋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性プラスチツク材料の粉状体、粒
   体あるいは予め最終形状近くに予備成形されたブランク
   より成形品を成形する方法において、外周が外枠型によ
   つて型決めされ、側面用内枠型と該内枠型の内径より僅
   かに小さい外径を有する２枚の転写用モールドとによつ
   てキヤビテイが形成される成形型を使用し、成形型内を
   転写用モールドの後背部に位置して外枠型に設けられた
   弾性体によつて密閉系に構成し、該成形型内を真空吸引
   して弾性体を転写用モールドの背面に密着させて加圧
   し、キヤビテイ内のプラスチツク原料を加圧圧縮状態下
   に加熱成形することを特徴とする熱可塑性プラスチツク
   の成形方法。
2. 【請求項２】弾性体がゴム質材料からなる弾性シートで
   ある特許請求の範囲第１項記載の成形方法。
3. 【請求項３】熱可塑性プラスチツクの成形品が光学部品
   である特許請求の範囲第１項記載の成形方法。