(57)【要約】【課題】形状精度と成形品内部の光学特性が求められる樹脂製光学部品に対し、積極的な温度制御により、理想的なキャビティ内の温度勾配を作り、冷却固化条件を制御することで、小さな圧縮圧力下でもヒケのない樹脂製光学部品を成形すること。【解決手段】キャビティ周辺のを熱の流れを考慮した形状を有する部品と、成形品の外縁部に圧縮圧力を付与するための圧縮リングによりキャビティを構成し、温度制御された流体で熱交換を行うキャビティ周辺に温度勾配をつくり、成形品の中心部から外側に向かって冷却固化する条件を与え、圧縮リングによって体積収縮分の材料を周縁部から補填することでヒケを抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティに熱可塑性の溶融樹脂を充填し、金型内で冷却固化し、成形品を取り出す射出成形において、キャビティを構成する部品を、成形品の中心部より熱を吸収し、かつ外縁部の保熱を行う構造とし、樹脂充填後のキャビティ内の温度分布に、中心部より外縁部にかけて温度が高くなるような温度勾配を作り、その勾配を保ったまま、キャビティ全体の温度を下げることで、成形品の中心部より外縁部にかけて固化が進行する状態を作り、固化にともなう体積収縮によるヒケを、外縁部に設けた圧縮機構により高温状態に保たれており流動性のある樹脂材料を中心部へ押し込むことで抑制し、圧縮動作と同時に樹脂注入ゲートをバルブで閉じることで圧縮圧力が成形機側へ伝わらないようにし、材料の固化が完了した後に、圧縮機構を利用して周縁部を押し上げることで、成形品を取り出すことを特徴とする熱可塑性樹脂の成形方法。
【請求項２】
前記温度勾配を作るための熱交換を行うために、過熱冷却部に表面積を大きくするためのフィンを持ち、温度制御された空気や水などの流体を流して、フィンに接触させ、キャビティ部周辺部の温度制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の熱可塑性樹脂の成形方法。
【請求項３】
キャビティに熱可塑性の溶融樹脂を充填し、金型内で冷却固化し、成形品を取り出す射出成形において、キャビティを構成する部品を、成形品の中心部より熱を吸収し、かつ外縁部の保熱を行う構造とし、樹脂充填後のキャビティ内の温度分布に、中心部より外縁部にかけて温度が高くなるような温度勾配を作り、その勾配を保ったまま、キャビティ全体の温度を下げることで、成形品の中心部より外縁部にかけて固化が進行する状態を作り、固化にともなう体積収縮によるヒケを、外縁部に設けた圧縮機構により高温状態に保たれており流動性のある樹脂材料を中心部へ押し込むことで抑制し、圧縮動作と同時に樹脂注入ゲートをバルブで閉じることで圧縮圧力が成形機側へ伝わらないようにし、材料の固化が完了した後に、圧縮機構を利用して周縁部を押し上げることで、成形品を取り出すことを特徴とする射出成形用金型。
【請求項４】
前記温度勾配を作るための熱交換を行うために、過熱冷却部に表面積を大きくするためのフィンを持ち、温度制御された空気や水などの流体をフィンに接触させ、キャビティ部周辺部の温度制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の射出成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密な形状精度と成形品内部の均一な密度や光学的特性が要求される熱可塑性樹脂の成形品の射出整形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやDVDの情報読み取りピックアップに用いられているレンズの多くは樹脂製であり、画素数の増加やディスクへの記録密度の工場に伴い、レンズ性能の向上が要求されている。レンズの性能を保証するには、第一に形状精度が求められるが、実際には形状だけでなく、成形品内部の残留歪や密度分布の均一性等の材料の光学特性を保証することが求められている。
【０００３】
形状精度に関しては、射出速度の高速化や射出圧力の高圧化によりキャビティに溶融樹脂を厳しい条件で詰め込み、材料の固化に伴う体積収縮についても、高い圧力で圧縮することヒケを抑制する技術で対処している。しかしながら、このような厳しい圧力条件下で固化した材料には、多くの歪が残留し、材料の光学特性の均一性を失うことになる。
【０００４】
また、一般の金型における冷却固化過程では、キャビティの樹脂と金型が接触している面から、基本的に均一に熱を奪うため、成形品の外側の温度が低く、外側から中心部に向かって温度が高くなる熱勾配を生じ、固化は外側からはじまり、最後に中心部が固化することになる。この状態では、最後の中心部の固化に伴う体積収縮により、成形品の外側が内側に引き込まれるような応力が作用し、成形品の表面に凹み（ヒケ）を生じたり、内部の密度を低下させたりする原因となる。また、ヒケを抑制するために、冷却時に大きな圧縮圧力をかける手法があるが、成形品内部に残留歪が生じ、光学特性を悪化させることがある。
【０００５】
この改善策として、光学的形状精度の必要のない面に意図的にヒケを作るような機構を設け、光学面の金型への密着を確保して形状精度を保証しつつ、極度に大きな圧力を与えずに均一な冷却固化を行う方法がある。しかしながら、この方法は、比較的大型の樹脂製光学部品に適用されるものであり、大きな光学的形状精度の不要な面がある形状に限られたものである。
【特許文献１】特開２００３−１１１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする課題は、形状精度と成形品内部の光学特性が求められる樹脂製光学部品に対し、積極的な温度制御により、理想的なキャビティ内の温度勾配を作り、冷却固化条件を制御することで、小さな圧縮圧力下でもヒケのない樹脂製光学部品を成形することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、キャビティをプレートの重ね合わせだけでなく、熱の流れを考慮した形状で、熱交換のためのフィン構造を有する部品と、冷却固化にともなう体積収縮によるヒケを抑制するために、成形品の外縁部より収縮体積分の樹脂を補填するための圧縮リングにより構成し、温度制御された流体で熱交換を行うキャビティ周辺に温度勾配をつくることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、小さな圧縮圧力下でもヒケを生じることなく溶融樹脂を冷却固化することが可能になり、成形品内部の歪を抑制できる。これにより、型締力や射出圧力の小さな小型射出成形機でも、精度良く樹脂部品の成形加工が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、キャビティを構成する部品を示したものである。特徴的なのは、キャビティの上面及び底面を構成するキャビティ上側コマ２及びキャビティ下側コマ５が、円盤の中心に軸が付いた形状になっており、軸の中ほどに熱交換用のフィンがある。軸部から熱を奪うことで、円盤の表面では、中心部が冷却され、中心から外周にかけて温度が高くなる温度勾配を作る。キャビティの外縁部は、フィンを持った加熱リング４で構成され、温度勾配を作る場合は、加熱リング４の温度を、キャビティ上側コマ２及びキャビティ下側コマ５の軸よりも高い温度に保持する。圧縮リング６は、加熱リング４と勘合し、隙間無くキャビティを構成しつつ、冷却固化に伴う体積収縮を補填するために外縁部の材料を中心部へ押し出す働きを担う。
【実施例１】
【００１０】
図２は、本発明の実施例となる射出成形金型の断面図である。図1に示したキャビティ周りの構成部品は、固定側プレート１及び可動側プレート９に固定される。固定側プレート１及び可動側プレート９には、フィンに温度制御された流体を導くための流路が設けてあり、また、キャビティ上側コマ２及びキャビティ下側コマ５のフィンは、断熱材カバー１０、１１で覆われている。圧縮リング６はエジェクタプレート１２に接続されており、エジェクタプレート１２を押し上げることで駆動される。エジェクタプレートには、ゲートピン１３が固定されており、圧縮時に圧力が射出成形機側に伝わらないようにゲートを閉じる。
【００１１】
図３は、圧縮空気を加熱した或いは加熱しない状態で本発明の実施例となる金型内に導入し、温度制御を行うための構成である。圧縮空気は4系統に分けられ、電磁弁１０１と流量コントロール弁１０２によって、スイッチングと流量設定を行う。内2系統にエアーヒーター１０３を接続し、温風として金型内に導入する。温風と冷風の切替えは、図４に示すように温風／冷風切替え弁１０４によって導入と排気を切替え、電磁弁１０１のスイッチングにより流れの方向を変えることで行う。
【００１２】
図５に、温度制御及び固化に伴う体積収縮によるヒケを抑制する方法の概念を示す。溶融樹脂を待ち受ける初期では、樹脂材料の流動を促進するために、キャビティ上側コマ２及びキャビティ下側コマ５、加熱リング４を加熱し、キャビティを比較的高い温度に保つ。樹脂材料が充填された後、キャビティコマの軸部を冷却し、加熱リングは引き続き高温に保つことで、成形品が中心部から外側に向かって固化する温度勾配を作り、その勾配を維持したままキャビティ全体を固化温度以下に制御する。固化に伴う体積収縮分の材料は、圧縮リングにより補填される。
【００１３】
図６に、温度制御シーケンスの一例及び、その条件下での過渡温度解析から抽出したキャビティ内の軸対象断面の温度分布を示す。キャビティ内部の樹脂の温度分布は、中心（左）から外側に向かって温度が高くなっている。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は、高性能かつ高機能な光学部品を、射出成形により安価で大量に生産することを可能にし、デジタルカメラの高性能化、情報通信・記録の大容量化等、情報通信機器産業の振興を促進するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】キャビティ周辺の構成部品を取り出した斜視図である。
【図２】本発明の実施例となる金型の断面図である。
【図３】本発明の実施例となる金型に温度制御を行うための構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例となる金型に温度制御を行うための温風／冷風切替え機構を示す図である。
【図５】本発明の温度制御及び固化に伴う体積収縮によるヒケを抑制する方法の概念を示す図である。
【図６】本発明の温度制御シーケンスの一例及び、温度分布解析の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    固定側プレート
２    キャビティ上側コマ
３    成形品
４    加熱リング
５    キャビティ下側コマ
６    圧縮リング
７    キャビティ
８    スプルーブッシュ
９    可動側プレート
１０    フィン
１１    断熱カバー
１２    エジェクタプレート
１３    ゲートピン
１０１    電磁弁
１０２    流量コントロール弁
１０３    エアーヒーター
１０４    温風／冷風切替え弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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