WO2004078447A1

WO2004078447A1 - 樹脂成型機及び不働態膜を有する樹脂成型機用部材

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Publication number: WO2004078447A1
Application number: PCT/JP2004/002263
Authority: WO
Inventors: Tadahiro Ohmi; Masafumi Kitano; Naoki Tanahashi
Original assignee: Tadahiro Ohmi; Masafumi Kitano; Naoki Tanahashi
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2004-09-16
Also published as: US7334769B2; EP1607202A1; US20060193940A1; JP2004262133A; EP1607202A4; JP4185787B2

Abstract

本発明によれば、溶融した樹脂と接触する面を備え、当該接触面の少なくとも一部を、母材あるいは母材に含まれている一部の成分の酸化膜皮膜で覆われている樹脂成型機用部材が提供される。当該部材を用いて成型を行うことにより、溶融樹脂劣化に伴う異物が成型品に混入するのを防止できる。

Description

明細書樹脂成型機及び不働態膜を有する樹脂成型機用部材技術分野

本発明は樹脂成型機に関し、特に、樹脂成型機用部材の改良に関する。背景技術

光 ·レーザ技術の発展に伴い、ガラス等の透明材料が使われていた光学レンズ、プリズム、導光体等の光学部材に、透明樹脂材料が用いられるようになった。樹脂製の光学材料は、ガラスに比べて軽量である。樹脂製の光学材料はまた、ガラスでは困難であつた非曲面あるいは複雑化した微細形状の光学部材を、簡便に大量生産できる利点がある。このような理由で、樹脂製の光学材料を使用した光学機器は、以前と比べて格段に軽量化 ·小型化されてきた。

例えば、高性能カメラに搭載される望遠レンズ用光学レンズは、従来曲面ガラスを複数枚重ねて使用していた。このため、望遠レンズが大型化、重量化し、取り扱いにくかった。しかし、非曲面樹脂レンズを使用することによりレンズの枚数を大幅に削減することが可能になり、望遠レンズが軽量かつ小型化され、誰にでも簡単に取り扱えるようになった。

最近、需要が拡大している平板液晶ディスプレイにも、複雑な形状をした透明樹脂製光学シートあるいは板が使用されている。これら透明樹脂による光学部材がなければ、平板ディスプレイの薄肉化、軽量化は不可能である。特に、最近急激に需要を大した画面対角が 2 8ィンチ以上の大型平板液晶ディスプレイは、現在ディスプレイの主流である C R Tより、圧倒的に薄型で、かつ軽量であることが特徴である。このような大型平板液晶ディスプレイは、持ち運びが容易で、壁にかけることができ、室内の省スペース化を実現できる画期的なディスプレイである。この薄型化、軽量化が実現したのも、透明樹脂による光学部材が存在するからである。このように、透明樹脂の光学部材への適用例は、飛躍的に向上している。透明樹脂の光学部材は、射出成型、押出成型等、通常の樹脂成型機を用いて、加熱溶融 ·注型 ·冷却固化の工程を経て作製される。

最近の樹脂製光学部材は、ますます薄型化、大型化、表面形状が微細化している。榭脂成型機において計算された光学形状を形成するため、溶融樹'脂を低粘度化し、流動性を確保する必要が出てきた。

樹脂の溶融粘度を低くする方法として、樹脂そのものの特性を変える方法もあるが、簡便に樹脂材料を低粘度化させる方法は、溶融時の温度を高くすることである。しかし、樹脂の溶融温度を高くすることは、樹脂の分解劣化温度に近づくことにもなる。

光学部材は、その透明度が重要である。樹脂成型工程において、加熱溶融される樹脂は、その温度が高温になるほど分解劣化しやすくなる。また、高温溶融時に酸素が存在すると、溶融樹脂は酸素と反応して容易に酸化劣化される。

通常、樹脂の酸化劣化温度は分解劣化温度より低温である。酸化劣ィ匕された樹脂は着色したり、屈折率が変化したりする。これらは、そのまま成型品中に残留され、異物となるため、透明度が落ち、品質劣化の原因となる。また、樹脂は、高温での滞留時間が長いほど、酸化劣ィ匕をうけやすい。

酸化劣化され、成型品中に残留した異物は、やけ、黒点、イエロ一、ぶつ、フイツシュアィ、ゲル等と呼ばれ、成型不良の大きな要因である。

その対策として、最近は、榭脂成型機中を窒素封止したり、酸素を含む空気を強制排気するような構造の樹脂成型機が開発され、禾 IJ用されている。

しかし、樹脂成型機中の酸素を完全に除去することは不可能であり、不良を完全になくすことは出来ない。また、高温溶融状態での滞留時間を短くすると、未溶融の樹脂がそのまま成型品中に押し出され、不良原因となるため、最適な成型条件を見つけることが非常に困難である。

やけ等の酸化劣ィ匕物が発生する原因に、樹脂成型機を構成する部材のうち、溶融樹脂が接触するシリンダー、スクリユー、ノズル、ダイ等の材質の表面粗さが関係している。これらの表面に凹凸があると、その部分に溶融樹脂が長期間滞留して劣化し、やがてはがれて成型品に混入する。そのため、これらの表面は、通常、十分に研磨される。また、それでも不十分の場合は、めっきやコーティングが施され、表面を平坦化させている。

更に、表面を十分に平坦化しても、樹脂と部材表面の親和性が強いと、付着' 滞留しやすくなり、酸化劣化の原因となる。これらのことは、射出成型機における金型にも生じる問題である。

部材表面に付着 ·滞留した樹脂は、表面の触媒性により、酸化劣化を促進される。また、表面に施されためっきやコーティングは、物理的、時には化学的にはがれることがあり、成型品中に混入するため、これも不良の原因となる。よって、表面に使用される材料は十分に吟味される必要があるが、全てを満たす最適な方策は、未だ開発されていない。

本発明は、樹脂との親和性が弱く、不活性かつはがれることのない不働態表面処理を施された金属部材を用いることで、成型品に混入する溶融樹脂劣化に起因する異物をなくし、歩留まりを飛躍的に向上させることが出来る樹脂成型機を提供することを目的とする。

また、本発明は、樹脂との親和性が弱く、不活性かつはがれることのない不働態表面処理を施された金属部材を用いることで、成型品に混入する溶融榭脂劣ィ匕に起因する異物をなくし、歩留まりを飛躍的に向上させることが出来る樹脂成型機用部材を提供することを目的とする。

更に、本発明は、画面対角が 2 8インチ以上の大型平板液晶ディスプレイ用の樹脂光学成型品を歩留まり良く成型するために必要な樹脂成型機用部材を提供することを目的とする。発明の開示

本発明の一態様によれば、高温で溶融した樹脂が接触する面に使用される部材において、その接触面が、母材あるいは母材に含まれている一部の成分が直接酸化されて形成された酸化膜皮膜で覆われていることを特徴とする樹脂成型機用部材が得られる。

ここで用いられる酸化膜を形成可能な金属は、不働態金属酸化物を形成可能な金属であることが望ましく、アルミニウムであると更に好ましい。

酸化膜皮膜となる金属は、その母材の構成成分の中の一成分であり、直接酸化処理によって皮膜形成されることが望ましい。

母材中の不働態酸化皮膜形成用金属成分の含有量は、例えば、それがアルミ二ゥムの場合、 3重量％〜 7重量％であることが好ましい。

さらに上記いずれかにおいて形成された金属酸化膜の厚さが 5 nm以上 10 0 nm以下であることが望ましい。

本発明の成型機用部材は、その母材の必要な表面に酸化性ガスを接触させ、熱処理を行うことにより不働態酸化皮膜を形成した部材である。酸化性ガスとしては、酸素もしくは水分を含んだガスであると望ましい。

酸素もしくは水分を含む酸化性ガスを母材に接触させることで、不働態酸化皮膜を容易に形成させることが出来る。

製造時に使用する酸素濃度は、 500 p pb〜： L 00 ppm、好ましくは、 1 p pm〜50 p pmである。水分濃度は、 200 ppb〜50p pm、好ましくは、 500 ppb〜10 p pmである。また、水素を含む混合ガスであると更に望ましい。

本発明の形成方法において、酸化処理温度は 700°C〜1200°C、好ましくは 800 〜 1100°Cである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の酸化皮膜を施した樹脂成型機用部材の模式図である。

図 2は、本発明の樹脂成型機用部材が適用される一例である射出成型機の模式図である。

図 3は、本発明の樹脂成型機用部材を用いた樹脂成型機を用いて成型される成型品を使用した大型平板液晶ディスプレイ構造模式図である。発明を実施するための最良の形態

以下では、本発明に係る構成、作用に関して説明する。

本発明者等は、高温で溶融時の樹脂劣化が起こりにくい樹脂成型機用部材を調查する過程において、以下の点を突き止め、本発明に想到した。つまり、高温で溶融した樹脂が接触する接触面が、母材あるいは母材に含まれている一部の成分を直接酸化して形成した不働態酸化皮膜で覆われている樹脂成型機用部材は、他部材と比べ、高温 ·長期間でも溶融樹脂が劣化させにくい性能がある。

まず、本発明を具体的に説明する。図 1は本発明の樹脂成型機用部材の一例を示す部分概略断面図である。

図 1に示された本発明の一実施形態に係る樹脂成型機用部材 3は、基板 1の一表面上に形成された酸化皮膜層 2を有している。図示された基板 1は、通常使用されているステンレス鋼、炭素鋼等、通常使用されている鋼材で構成される。伹し、使用される鋼材中には不働態酸化皮膜を形成可能な成分が存在しなければならない。

鋼材の中に含まれる成分としては、不働態酸化皮膜を形成可能な鉄、コバルト、ニッケル、クロム、アルミニウムが好ましい。また、酸化されるべき金属は一種類であって、その金属が選択的に酸ィ匕されることで、酸化皮膜中の酸化物配列が規則的になるため、緻密になり、より安定した酸化皮膜となる。

さらに、その成分がアルミニウムであるとより好ましい。一例を言えば、アルミニゥムを 3重量％〜 7 3重量％含有するステンレス鋼が挙げられる。図示された酸化皮膜層の平均厚さは 5 nm〜l 0 O nmである。しかし、溶融樹脂と部材界面の摩擦により発生した静電気をトンネル効果によって金属母材へ流し去ることによって、酸ィ匕皮膜の絶縁破壊を防止するためには、酸化皮膜層の平均厚さは 5 0〜3 0 0オングストローム、すなわち、 5 nm〜3 0 nm程度であることが好ましい。

以下、一例としてアルミニウム含有ステンレス鋼の酸化皮膜形成方法を説明する。

アルミニウム含有ステンレス鋼の表面に酸化性ガスを接触させ、熱処理を行うことにより、他金属の酸化膜を含まない酸化アルミニウムから成る不働態膜を形成することが可能である。

耐食性に優れる酸ィヒアルミニウム不働態膜をアルミニウム含有ステンレス鋼の表面に形成する事により、従来の加工性、硬度といった問題点を克服し、樹脂成型機用部材として適した酸化アルミ二ゥム不働態膜の形成を可能にした。

また、従来に比べ、安価で短時間の処理が可能で、酸化アルミニウム不働態膜処理の生産性の向上が実現できる。

より具体的な形成方法は、酸素もしくは水分を含む酸ィ匕性ガスにアルミニウム含有ステンレス鋼を接触させ酸化アルミニウム不働態膜を形成させる。

その酸素濃度は 5 0 0 p p b〜； I 0 0 p P 1TU 好ましくは 1 p p m〜 5 0 p p mである。また、水分濃度は. 2 0 0 p p b〜5 0 p p m、好ましくは 5 0 0 p p b〜 1 O p pmである。

さらに、酸化性ガス中に水素を含む酸化性混合ガスであると好ましい。

アルミニウム含有ステンレス鋼は、アルミニウムの他に、鉄、クロム、エッケルといったステンレス鋼成分が含有されており、酸化性成分が多量に存在すると他金属もアルミニウムと一緒に酸化されてしまい、他金属酸化膜の存在しない酸化アルミニウム不働態膜を形成することは困難である。一方、酸化性成分が少なすぎると酸化膜が形成できないため、他金属は酸ィ匕されない。アルミニウムのみ酸化されるような上記に記載の酸化性雰囲気で処理を行うことにより、酸化アルミニゥム不働態膜が形成可能となる。また、さらに過剰な酸化性雰囲気においても還元性の水素を添加し、酸化雰囲気の酸化性成分の濃度を幅広く設定することを可能にした。

また、水素を添加することにより、より緻密で強固な酸化アルミニウム不働態膜を形成することが可能である。

本発明の酸化皮膜形成温度は、酸化処理温度が 7 0 0 °C〜1 2 0 0 ° (：、好ましくは 8 0 0 〜 1 1 0 O tである。前記記載の他金属酸化膜の存在しない酸化ァルミ二ゥム不働態膜の形成方法において、選択的にアルミニウムのみを酸化するため上記温度で酸化を行い、他金属の酸化を防止することができる。 7 0 0 °C以下では鉄やクロムも酸化されてしまう。一方、 1 2 0 0 °C以上では、形成された酸化アルミニウム不働態膜の表面に酸化アルミニウムの結晶が析出してしまう。この場合、流体を供給すると析出した酸化アルミニウムの結晶が剥離してしまい、また亀裂が生じてしまうため、供給流体が汚染されてしまう恐れがある。このような理由で、処理温度は 7 0 0 °C〜1 2 0 0 °Cが適している。

本発明の形成方法は、酸化処理時間は 3 0分〜 3時間である。酸化アルミニゥム不働態膜形成にかかる時間が 3 0分〜 3時間と短いため、従来のようなアルミニゥム被覆後に熱処理を施すといった手間がかからず、生産性の向上が可能である。

このようにして作成された酸化皮膜を持つ本発明の樹脂成型機用部材上に、無色透明樹 J3旨であるシクロォレフインポリマ一ペレツトをおき、その劣化挙動を調査した。

比較のために、酸化皮膜のない鉄製部材、及び二ッケルメツキされた部材にも同様に樹脂をおいた。

ホッ卜プレートを用いて徐々に部材を加熱した。 2 5 0 を越えたあたりで樹脂は溶融した。

さらに温度を上げていくと、 2 7 0 を越えたあたりで、鉄製部材、及びニッケルメツキされた部材上においた樹脂は茶色に着色し始めた。

一方、本発明の酸化皮膜を持つ樹脂成型機用部材上においた樹脂は、その無色透明性を維持していた。

更に細かく観察すると、鉄製部材、及びニッケルメツキされた部材上においた樹脂の劣ィ匕は、その部材表面との界面から発生している。すなわち、これらの表面が劣化を促進するなんらかの触媒作用を持つことが容易に想像される。一方、酸化皮膜は、溶融樹脂に対し、不活性であることを意味する。

また、これらの部材上にのせた樹脂を同様に加熱溶融させ、劣化が始まる前に冷却し、固化させた後、固化した各樹脂の剥離性を調べた。その結果、鉄製部材上に固化させた樹脂は、強力にその表面と接着されており、ラジオペンチで榭脂をはさんで剥がした際に、樹脂が鉄製部材表面に残留するものもあった。また、ニッケルメツキ表面上で固化させた樹脂を剥離した際、メツキ表面まで剥離されるケースが見受けられた。一方、酸化皮膜上で固化させた樹脂を、ラジオペンチで樹脂をはさんで剥がしたところ、表面に若干の跡が残るものの、問題なく剥がすことが出来た。

本発明による部材を用いた成型機は、樹脂成型に用いられる成型機であれば、どのような成型機に対しても有効である。

樹脂成型に用いられる成型機とは、射出成型機、トランスファ成型機、押出成型機、ブロー成型機、圧縮成型機、真空成型機等の樹脂成型を行うための機械のことである。

また、成型品を得るための成型機だけでなく、配合剤を添加したり、樹脂ペレットを作成するための押出成型機、溶融混練機、ロール混練機等にも本発明による部材を適用することが出来る。

本発明の部材は、これら成型機のなかでも、溶融樹脂と接触する部分に適用される。

図 2に、一例として射出成型機 8の構造を示す。図示されているように、射出成型機 8は、シリンダー 5、スクリユー 4、ノズル 6、及び、金型 7を備える。シリンダー 4には、ホッパー 5 - 1から樹脂ペレツトが供給される。

射出成型機 8の構成要素のうち、スクリユー 4、シリンダー 5、ノズル 6、及び、金型 7は溶融樹脂と接触しているから、これらの部材に本発明が適用される。射出成型機の例を上げたが、射出成型機のほか、押出成型機のダイやロール、混練機のスクリュー、ロールにも本発明は適用可能である。

本発明による部材を用いた成型機に使用される樹脂材料は、特に制限はないが、本発明が解決する不良原因が頻発する光学レンズ及びプリズムゃ光学シ一ト、反射板等の透明光学成型品あるいは、微細表面形状成型板に対して利用される樹脂に対して特に有効である。

更に、その樹脂がシクロォレフインポリマーであると、効果を最大限に活用することができる。

図 3に、大型平板液晶ディスプレイ 1 4の構造を示す。図示された大型平板液晶ディスプレイ 1 4は、一表面に第 1の光学フィルム 9を有し、他表面に第 2の光学フィルム 1 0を有している。第 2の光学フィルム 1 0の裏面には、拡散板 1 1、導光板 1 2、及び、反射板 1 3が設けられ、これらはいずれも大型である。この大型平板液晶ディスプレイ 1 4のうち、大型反射板 1 3、大型導光板 1 2、大型光学フィルム 9及び 1 0には、透明もしくは精密成形品が使用されている。本発明による部材は、大型反射板 1 3、大型導光板 1 2、第 1、第 2の大型光学フィルム 9 1 0等の画面対角が 2 8インチ以上の大型平板液晶ディスプレイ用の樹脂製成型品を成型する際における成型機用部材として、特に有効である。また、本発明は、フッ素樹脂、 P F A、フロロ力一ボン系樹脂のフィルム等の成型にも適用できる。

本発明による成型機用部材は、高温で溶融した樹脂が接触する面に使用される部材であり、他部材と比べ高温 ·長期間でも溶融樹脂が劣化されにくくなることを特徴とする。この場合、母材あるいは母材に含まれている一部の成分が直接酸化されて形成された不働態酸化皮膜で覆われている成型機用部材が得られこれらの部材を使用した樹脂成型機によって成型を行うことにより、高精度の樹脂成型品を得ることが出来る。産業上の利用可能性

本発明は、射出成型機、トランスファ成型機、押出成型機、ブロー成型機、圧縮成型機、真空成型機等の樹脂成型を行うための機械の他、配合剤を添加したり、樹脂ペレットを作成するための押出成型機、溶融混練機、ロール混練機等にも適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 部材内面のうち、溶融した樹脂が接触する面の少なくとも一部が、前記部材の母材あるいは母材に含まれている一部の成分の酸化膜皮膜で覆われていることを特徴とする樹脂成型機。

2 . 請求項 1において、前記酸化膜が不働態金属酸化膜であることを特徴とする榭脂成型機。

3 . 請求項 1において、前記母材がアルミニウムまたはアルミニウムを少なくとも含有する鉄であり、前記酸化膜皮膜は前記母材の直接酸化によって生成されたアルミナ膜であることを特徴とする樹脂成型機。

4. 請求項 1において、前記母材はアルミニウムを 3重量％〜 7重量％含有するステンレススチールであり、前記酸化膜皮膜は前記母材の表面に酸化性ガスを接触させて熱処理を行うことにより選択的に形成されたアルミナ不働態膜であることを特徴する樹脂成型機。

5 . 請求項 1〜4のいずれかにおいて、前記部材はスクリュー、シリンダー、ノズル、金型、ダイ、及び、ロールのうちの少なくとも一つであることを特徴とする樹脂成型機。

6 . 請求項 1〜4のいずれかにおいて、前記樹脂は光学成型品用樹脂であることを特徴とする樹脂成型機。

7 . 請求項 6において、前記觀旨は非極性ポリオレフイン樹脂またはシクロォレフィン樹脂であることを特徴とする樹脂成型機。

8 . 請求項 1〜 7のいずれかにおいて、前記成型機は画面対角が 2 8インチ以上の大型平板液晶ディスプレイ光学樹脂製成型品を成型するためのものであることを特徴とする樹脂成型機。

9 . 部材内面のうち、溶融した樹脂が接触する面の少なくとも一部が、前記部材の母材あるいは母材に含まれている一部の成分の酸ィヒ膜皮膜で覆われていることを特徴とする樹脂成型機用部材。

1 0 . 請求項 9において、前記酸化膜が不働態金属酸化膜であることを特徴とする樹脂成型機用部材。

1 1 . 請求項 9において、前記母材がアルミニウムまたはアルミニウムを少なくとも含有する鉄であり、前記酸化膜皮膜は前記母材の直接酸化によって生成されたアルミナ膜であることを特徴とする樹脂成型機用部材。

1 2. 請求項 9において、前記母材はアルミニウムを 3重量％〜 7重量％含有するステンレススチールであり、前記酸化膜皮膜は前記母材の表面に酸化性ガスを接触させて熱処理を行うことにより選択的に形成されたアルミナ不働態膜であることを特徴する樹脂成型機用部材。

1 3 . 請求項 3または 4において、前記アルミナ膜の膜厚が 5 nmから 1 0 0 nmであることを特徴とする樹脂成型機。

1 4. 請求項 1 1または 1 2において、前記アルミナ膜の膜厚が 5 nmから 1 0 0 nmであることを特徴とする樹脂成型機用部材。

1 5. 請求項 3または 4において、前記アルミナ膜の膜厚が 5 0から 3 0 0 オングス卜ロームであることを特徴とする樹脂成型機。

1 6. 請求項 1 1または 1 2において、前記アルミナ膜の膜厚が 5 0から 3 0 0オングストロームであることを特徴とする樹脂成型機用部材。