JPS6223723A - 射出圧縮成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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全得る之めの射出圧
縮成形方法に関する。この様々射出圧縮成形方法はたと
えばレンズ、プリズム、ディスク、ピント板等の高精度
光学部品の装造に利用される。

〔従来の技術〕

従来、予め圧縮しろ分だけキャビティを大きく設は該キ
ャピテイ内に溶融樹脂を射出充填した後洗上記圧縮しろ
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
とられていた〇 〔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ャビティ壁
面に接し念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
シ前記スキン層との界面でせん断応力が発生し、それが
複屈折によシ観察される歪を生じさせる原因となってい
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、金型のキャビテ
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シ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とより成
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って成形品の機械的性
質に影＊を及ぼしたシ、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。

ま念、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
精度に狂いが生じ几シ成形品内部に歪が大きく発生し念
りしてい友。

〔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金該樹脂の流動温
度以下且つガラス転移点温度以上に保たれ友金型内に射
出した後に、該金型を移動、もしくは該樹脂を射出した
ところのキャビティ金形成する駒を移動することによ）
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凸
金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ッジ・ビークス流し試験機を
用いて１５００ｐｓｉで２分間に１インチ流れる温度を
いいＡＳＴＭ　：　Ｄ　５６９−５９に規定されている
。ま九、ＭＯＬＤＦＬＯＷ　ＰＴＹ、　ＬＴＤ、提供の
Ｍｏｌｄｆｌｏｗ８０グロダラムの中での樹脂データパ
ースではＮ　Ｏ−ＦＬＯＷ温度（流動停止温度）とじて
、高ぜ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
全含んでなシ、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し、１４
は可動側取付板である。固定側取付板１２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１
４には可動側取付板２０゜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
成されておシ、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内には固定側腕３２・が固定配
置されておシ、一方可動側型板２６内には上記ピストン
体３０の先端部に固定された可動側胴３４が配置されて
いる。該可動側胴は可動側型板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念スゲルーであシ、
３８は可動側型板２４．２６と固定側型版１６．１８と
の間に形成されたランナーである。尚、固定側腕３２と
可動側胴３４との間にキャピテイ４ｏ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全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、５ｏ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、これによシ
可動Ｉ１１型板２２．２６に対するピストン体３０及び
可動側胴３４の型締め方向の移動全駆動することができ
る。

固定側腕３２及び可動側腕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５８゜６０によシ接続され
ている。該温度制御器５６により固定側胴３２及び可動
側胴３４の温度を温度センサー４４で検出しながらヒー
ター４２への通電全適宜制御して固定側胴３２及び可動
側胴３４の温度を所望の温度に設定することができる。

固定側胴３２と固定側型板１８との間及び可動側胴３４
と可動側型板２６との間には媒体通路４６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６
４により接続でれている。

該温度調節器６２により配管６４及び通路４６内に冷却
または加熱の定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ｆｔを制御することができる。

尚、第１図において４８＃″ｌ：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によシ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全型締め状態（即ち第１図に示される
状態）としておき、ヒーター４２により固定側胴３２及
び可動側胴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３８ｆ：
通ってキャビティ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３０及び可動
側胴３４を射出圧力に抗して固定側へと移動させ、キャ
ビティ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胴３２及び可動側胴３４の温度を
予め定められ之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
になっ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
側胴３２及び可動側胴３４を更に冷却して適宜の温度と
しｔ後に冷媒による冷却を中止し、型開きを行なって成
形凸金金型装置２から取出す。

以上の操作の繰返しによシ、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ャビティ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ｔ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ャビテイ壁面を十分に転
写させ且つ内部歪音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
脂を射出し比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念方が成形品
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、それ程厳密な品質全
要求されない場合には温度制御器５６及び温度調節器６
２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、同一の犬きての圧力
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
変化に伴っ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
又は固定側腕３２または可動側胴３４のキャビテイ壁面
に圧力センサを付与しておくことにより、該センサから
の検出圧力をフィードバッ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
関性について群細に検討した。

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全種々変化さ
せて、それに伴なう寸法精度、内部歪等の成形品の品質
の変化を調べ九。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全第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
長くなり且つパ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。従って、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
近くまで温度全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っても、ガラス転移
点温度以上であれば金型のキャ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
えれば金型のキャピテイ壁面形状を良く転写させること
ができ、ま九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
に設定され元金型内に溶融樹脂を射出すると、金型キャ
ビテイ壁面に凄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ｔ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金継続
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全低下させていくと上記
転写の精度全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以内の寸法精度全達成するために最
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 圧縮圧力全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間が樹脂のガラス転
移点温度に達する前に圧縮圧力全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。

圧力解除温度全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
っ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犬きぐなる。従っ
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、圧縮力が解除き
れた時点で蓄積応力によって弾性回復全ひきおこし、成
形品の寸法ｎ度が低下し成形品内部の歪も大きくなる。

従って、品質良好な成形品を得ろためには、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
全付与しておき、該ガラス転移点温度近傍に到達した時
点で圧縮圧力全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っ
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゜１８．２０
，２２，２４，２６：狽板、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、４ｏ：キャビティ、４２：ヒーター、
４４：温度センサー、４６：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
御器代理人　　弁理士　山　下　穣　子 弟１図 第２図　　　第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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
   キャビティ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. （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項の射出圧縮成形方法。