JPS63276521A - 成形品の成形温度解析方法 - 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】 ［発明の属する分野］ 本発明はプラスチックの材料を溶融し、成形品を成形す
る金型キャビティ内に射出して成形する成形品の成形時
における温度解析に関し、特に本発明は溶融プラスチッ
クを金型に射出後成形品の温度を歪なく冷却するために
成形品自体の温度及金型の温度を解析することに関する
。

［従来技術の説明］ 従来より、厚肉樹脂製品の成形に於ては、樹脂流動性を
上げるため、ヒーター等により金型を、樹脂のガラス転
移点以上に昇温して射出し、その直後サイクル短縮のた
め、冷却回路に冷媒を流し強制的に成形品を冷却して型
外に取り出している。そして多くの場合、キャビティ近
傍に埋め込んだ温度センサーて成形品の表面温度を推定
し、熱変形温度以下に温度センサーか下がった後に、成
形品を取り出し可能と判断して、冷却時間を決定してい
る。

［発明が解決しようとしている問題点］しかしながら、
上記従来例では、成形品の形状、肉厚、樹脂等か変わる
度に、実際に成形・測定を行なうトライアンドエラーて
成形品の精度を保つ金型冷却条件や、成形サイクルを決
定しており、作業効率が悪いという問題かあった。

また更に、成形品精度についても、全型内樹脂の温度測
定か困難である事から、実際の成形品温度履歴か、不明
確で、信頼性が低いという問題かあった。

特にプラスチックの成形方法において、金型加熱、溶融
プラスチックの射出、保圧、冷却工程を経て成形プラス
チックを取り出す場合に問題となるのは成形プラスチッ
クの金型から取り出した後の歪の発生や、成形品の表面
粗さの精度か低下する等か発生する。この問題は多くの
場合射出−保圧による射出樹脂の圧縮成形後の成形品の
温度及金型の温度を正確に把握することが困難てあり冷
却手段の冷却制御即ち冷却速度に上記問題を生しる原因
かある。

本発明は上記問題を発生することなく所望の精度例えば
中級機カメラ（レンズシャッターカメラ）や−眼レフカ
メラ用の撮影レンズに使用し得るプラスチックレンズを
製造するために特に射出−保圧工程の後の成形されたレ
ンズの冷却工程に工夫を凝らすことにより上記問題を解
決することができたものである。

［本発明における課題解決のための手段］本発明は上記
課題解決のために溶融樹脂を注入して成形品を成型する
キャビティを有する金型に金型温度を測定する温度セン
サーを取り付け、前記キャビティ内の樹脂を冷却する冷
却液を流通する冷却手段を前記キャビティの周囲に設け
、前記キャビティを中心としてキャビティ内の成形品の
一部と及前記冷却手段の一部を含む金型の一部を温度解
析用モデルブロックとし、前記温度解析用モデルブロッ
クを細分ブロック化し、前記温度センサー取付位置及び
前記冷却手段取付位置の温度を温度解析用初期温度に設
定し、前記細分ツロツクの各節点における時間経過にと
もなう温度変化を有限要素解析に依って求めることによ
り解決を図ったものである。

［実施例の説明］ 以下に図を参照して本発明の実施例を詳述する。

第１図は本発明の成形方法による成形レンズの形状を示
しレンズ形状は凸レンズ、外径寸法１４φ、最大肉圧寸
法５．５■ レンズ曲率　Ｒ１＝　１０．３３ｍｍ Ｒ２＝２６２．０ｍｍ＋ プラスチック樹脂材料はポリカーボネイトて■音大の販
売による奇人ハンライトＡＤ−５５０３を用いた。

第２図は本発明による温度解析を用いた金型の構成を示
し、符号２Ａは固定側胴、４Ａは固定側型板、２Ｂは可
動側胴、４Ｂは可動側型板を示し各駒２Ａ・２Ｂの間に
前記第１図示のレンズ形状と同じ形状のキャビティ２Ｃ
を形成し、該キャビティ２Ｃはスプルーを通して溶融プ
ラスチック材料を射出する射出シリンダー６に接ってい
る。

８Ａ・８Ｂ・・・は金型２Ａ・２Ｂを温めるヒータてあ
り、ＩＯＡ・ＩＯＢ・・・は金型２Ａ・２Ｂを冷却する
冷却水を流す冷却管であり各冷却管に取り付けた不図示
の開閉バルブによって冷却水槽から冷却水を流通循環さ
せて金型を冷やす。１２Ａ・１２Ｂ・・・は可動側及固
定側型板に配した温度調整管を示し、該管内には約１３
０℃の油を循環させる。

［実施例１］ 第３図は本発明の第１の実施例に係るプロセス線図を示
し、該線図に基づいて説明する。

第３図のプロセス線図は横軸に各プロセスの手順を示し
縦軸に成形温度を示す。

まず第１の例においてはヒータ８Ａ・８Ｂ・・・を作動
させて可動側及固定側各型板２Ａ・２Ｂを加熱し金型の
キャビティ近傍の型温度な１７０°Ｃに加熱し該温度１
７０℃を保圧工程の終りまて保持する。金型温度が前記
の１７０°Ｃに達した後、前記射出シリンター６から３
００°Ｃに加熱し溶融状態にある前記ポリカーボネイト
樹脂（ＰＣ樹脂）をスプルーを通して１　ｍ／ｓの射出
速度でキャビティ内に射出する。

溶融ＰＣ樹脂を所定容量射出後キャビティに１０００　
Ｋｇ／　ｃｍ２の保圧をかけ射出工程を終える。

射出工程の次にキャビティ内に射出された溶融樹脂を冷
却して成形−固化してレンズ成形するために金型な冷や
すために前記冷却管１０Ａ・・・に冷却水を流して冷却
工程に入れる第３図のプロセス線図に示すようにキャビ
ティ内の成形レンズは肉厚寸法を有し、又、金型の温度
１７０℃とＰＣ樹脂の射出温度３００°Ｃとはかなり大
きな温度差を有しているため、成形レンズの周辺（表面
）温度と成形レンズの肉厚中心部の温度とは射出終了直
後から冷却工程開始時点においては大きな温度差を生じ
る。

第３図の線図において曲線Ｐ１はレンズ表面の温度曲線
を示し曲線Ｐ２はレンズ肉厚中心部の温度曲線をそれぞ
れ示す。又曲線Ｐ３は金型の温度変化を示す。

キャビティ内の成形レンズの温度を下げ、型から成形レ
ンズを取り出した後にレンズ面の歪、表面粗さの変化を
生じないように金型の冷却管１０Ａ・ＩＯＢ・・・に冷
却水を流すのであるか本実施例では温度２０’Ｃの水を
０・５文／ｍｉｎの流量に制御して冷却した。プラスチ
ック成形加工の冷却工程はプラスチックの成形溶融温度
か３００℃と高く、成形品の熱による変形を生じないた
めの温度（熱変形温度）約１３０００と温度差か大きい
。それ故成形品の温度冷却速度に応じて成形工程の所望
工程時間が長くなり成形品のコストに影響を与える。冷
却速度を高め工程時間を短くすると成形品の表面と中心
部の温度差を生じ前述の歪、表面粗さの精度か低下する
。

次に第４図Ａ〜第４図Ｃを参照して前記第３図の各温度
曲線Ｐ１・Ｂ２・Ｂ３・の温度解析方法の例を述べる。

本実施例の各時点における各個所の温度決定は有限要素
法の解析手法に依った。

第４図Ａは本発明実施例の金型装置を示し、金型のキャ
ビティを中心とした周囲３６０°を２６分割にしその１
つのブロックＡを軸対称モデルＡとして対称モデルのブ
ロックと考える。

第４図ＢはモデルブロックＡの拡大斜視図を示し、該ブ
ロックＡには成形レンズの一部分となるレンズ部分ブロ
ックＢと金型ブロックＣから成り、レンズブロックＢは
第４図Ｃに示すように更にＹ軸方向に２辺Ｘ軸方向に４
辺をとり各辺によって構成される１細分フロックを六面
体の細分ブロックＢ□　・Ｂ２　・Ｂ３・・・に分割す
る。

金型ブロックＣは軸方向に８辺、Ｘ軸方向に１６辺、抑
角を３辺にそれぞれ分割して細分ブロックＣ□　・Ｃ２
・Ｃ３・・・に分割し、第４図ＢのブロックＡ全体とし
て５６４個の要素ブロックに分ける。各細分フロックは
６面体と成り、該６面体を形成する角度は１細分フロッ
クで８節点となり、ブロックＡ全体ては９００節点とな
る。

金型においてレンズ端部から２０ｍｍの位置に１０ｍｍ
ｘ３ｍｍの冷却用溝を設け、更にレンズ端部より４２ｍ
ｍの位置に１０φの温調管用開口部を加工する。

前記冷却用溝を流れる水温は２０℃、温調温度は１３０
℃である。温度センサーはレンズ端部から６ｎ＋ｍの位
置に埋設する。

温度解析は有限要素法の温度解析用ブロクラムとしてＮ
ＡＳＴＲＡＮ　（ナストラン）の熱伝導解析用プログラ
ムを用いた。

本実施例て冷却水の流量を０．５！ｌ／ｍｉｎに制御し
たところ、成形レンズのレンズ表面温度とレンズ中心温
度は第３図に示すそれぞれの温度曲線Ｐ１　・Ｂ２にな
った。

レンズ表面温度は射出終了時点く冷却開始時）では３０
０°Ｃてあったが約１７．５秒間で曲線Ｐ、に示すよう
にガラス転移温度の１６０°Ｃに低下した。この時のレ
ンズ中心部の温度は曲線Ｐ、に示す２８９℃金型温度は
１５５℃てあった。

更に温度２０℃の冷却水を前述と同量流しつづけた結果
冷却開始から４５秒後に金型温度は１２８．４℃レンズ
表面温度は１３０．４℃、レンズ中心部温度は１９１．
５°Ｃとなり、更にその後各温度測定点の温度は温度曲
線Ｐ１　・ｐ、、ｐ、に示すように低下して行き冷却開
始から９０秒後にレンズ中心部温度が熱変形温度の１３
０°Ｃに達した。レンズ表面温度は１１３．８℃、金型
温度は１１３．１０Ｃてあった。この熱変形温度はプラ
スチック成形加工技術において成形品を金型から取り出
した後に変形、歪、表面精度上の問題を生じない理論上
の成形品取り出し可能は温度とされている。上記の温度
曲線Ｐ□　・　２．Ｒ３の各曲線に沿った冷却作用を行
なったプラスチックレンズを計測した結果は Ｒ１面でニュートン稿本数　７〜８本 Ｒ２面　　　　　　　　　５〜６本 てあった。

［実施例２］ 上記第一の実施例は冷却水を０　、５　Ｍ　／ｍｉｎの
流量に制御して冷却を行なった場合の温度解析結果てあ
り冷却開始からレンズ中心部の温度が熱変形温度を下ま
わるまでの時間は第３図に示すように９０秒であった。

その結果レンズ表面の温度が熱変形温度近傍の１３０．
４°Ｃに達したときのレンズ中心部温度は１９１．５°
Ｃであり、両者（再測定温度）間の温度差は約６０・Ｃ
であり、レンズ表面が表面樹脂の変動を生じない状態で
あってもレンズ中心部は樹脂の移動か行なわれる状態に
なっておりこの両者の樹脂状態の相違により前述の成形
レンズ表面精度の測定結果となって表われたものと思料
できる。

そこて本発明者はレンズ表面の温度か熱変形温度近ノ１
３０°Ｃ近辺のときにレンズ中心部の温度を出来るたけ
レンズ表面温度もしくは熱変形温度に近づけること例え
ば１０℃位の温度差以内になるように冷却曲線を制御す
ることを目標に実験検討し次の第２の実施例を得た。

成形レンズ形状、及プラスチック材料、金型構造射出条
件は第１の実施例と同しである。

第５図は本発明の冷却温度曲線を示し、Ｒ４はレンズ表
面の温度曲線、Ｒ５はレンズ中心部の温度曲線、Ｒ６は
金型の温度曲線をそれぞれ示す。

本実施例は冷却速度を前例より緩め冷却水の流量をを０
．３ｓＬ／ｍｉｎ温度２０°Ｃに制御した。その結果冷
却開始から２５秒後に金型温度１５７．６’Ｃ、レンズ
表面温度がガラス転移点ｍｉ近＜の１６０．９℃レンズ
中心部の温度か２５６．３℃に達した。更に同じ水量を
保って冷却を続け、冷却開始から１１０秒後にレンズ表
面温度は熱変形温度近くの１３０．１°Ｃに達し・この
時、問題のレンズ中心部温度むよ１３８．８℃金型温度
は１２９．７℃てあった。引き続き冷却を行なって各測
定を続は冷却開始から１５０秒後にレンズ中心部の温度
か１３０．６°Ｃに達し、この時レンズ表面温度１２５
．６℃、金型温度１２６．２°Ｃであった。

上記第２実施例による成形レンズの表面精度はニュート
ン稿本数でＲ１面４木、Ｒ２面２−３本となった。尚該
レンズ表面測定（よＺＹＧＯ干渉計て行なった。

本発明者は前記第１、第２の実施例の結果を踏まえ、更
に冷却水の流量を減らし前記第５図のレンズ表面が熱変
形温度に達したトキニレンズ中心部の温度との温度差を
僅少にするべく流量減少コントロールして成形してレン
ズ表面精度を測定したところニュートン稿本数は大きな
変化は無く幾度かの条件設定の変更の結果、成形レンズ
表面か熱変形温度に達したときにレンズ中心部の温度と
レンズ表面温度の温度差力）１０°Ｃ以内の条件であれ
ばレンズ表面精度の低下か生しないことか分かった。

［発明の効果］ 以上のように本発明は溶融樹脂を注入して成形品を成形
するキャビティを有する金型に金型温度を測定する温度
センサーを取付け、前記キャビティ内の樹脂を冷却する
冷却液を流通する冷却手段を前記キャビティの周囲に設
け、前記キャビティを中心としてキャビティ内の成形レ
ンズの一部と及び前記冷却手段の一部を含む金型の一部
を温度解析用モデルブロックとし、前記温度解析用モデ
ルブロックを細分フロック化し、前記温度センサー取付
位置及び前記冷却手段取付位置の温度を温度解析用初期
温度に設定し、前記細分フロックの各節点における時間
経過にともなう温度変化を有限要素解析に依って求める
ことにより成形品の表面温度及び成形品中心温度を割り
出しし成形条件に応した冷却条件を求めることかできる
。

本発明に依れば従来性なっていた測定点を多くし、温度
センサーによる実測と冷却条件設定及び成形品測定のト
ライａｎｄエラーの繰り返しによる最適冷却条件を求め
る作業を行なう要はなくなり、成形品形状、樹脂材料等
の成形条件の設定（選定）による初期設定温度によって
測定地点温度を解析することかでき開発時間の大巾短縮
及び開発成形品の品質向上に寄与することかてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による成形レンズの形状を示す図。 第２図は本発明の実施例て用いた金型装置を示す図。 第３図は第１実施例による温度曲線図。 第４図Ａ・第４図Ｂ・第４図Ｃは本発明て用いた温度解
析に採用した金型のモデルブロックを示す図。 第５図は第２実施例による温度曲線図。 ＰＩ−Ｐ４・・・成形レンズの表面温度を示す線図 Ｐ２・Ｐ５・・・成形レンズのレンズ中心部温度を示す
線図。 Ｐ３・Ｐ６・・・金型のキャビティ近傍に埋設した温度
センサーが示す温度線 図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融樹脂を注入して成形品を成形するキャビティ
   を有する金型に金型温度を測定す る温度センサーを取り付け、 前記キャビティ内の樹脂を冷却する冷却 液を流通する冷却手段を前記キャビティの 周囲に設け、 前記キャビティを中心としてキャビティ 内の成形レンズの一部と及び前記冷却手段 の一部を含む金型の一部を温度解析用モデ ルブロックとし、前記温度解析用モデルブ ロックを細分ブロック化し、前記温度セン サー取付位置及び前記冷却手段取付位置の 温度を温度解析用初期温度に設定し、前記 細分ブロックの各節点における時間経過に ともなう温度変化を有限要素解析に従って 求めることを特徴とする成形品の成形温度 解析方法。