(57)【要約】  不均一な厚さを有する部品の射出成形が提供される。射出成形装置の１つの開示された実施例は、１つ以上の側壁、側壁と交差し側壁に関して固定された第１の型面、並びに、測定された量の注入された融解された熱可塑性の材料を受け取るように構成されたキャビティを側壁及び第１の型面とともに規定するように側壁と交差する第２の型面を含む。成形プロセス中に、第２の型面の第１の端部が第１の型面に向かって第２の型面の第２の端部より大きな物理的な移動距離を移動するように、第２の型面は第１の型面に向かって移動可能である。
2013503060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不均一な厚さを有する部品を成形するための射出成形装置であって、
１つ以上の側壁と、
前記１つ以上の側壁と交差し、前記１つ以上の側壁に関して固定された第１の型面と、
測定された量の注入された融解された熱可塑性の材料を受け取るように構成されたキャビティを前記１つ以上の側壁及び前記第１の型面とともに定義するように前記１つ以上の側壁と交差する第２の型面であって、前記熱可塑性の材料を成形する場合に前記第２の型面の第１の端部が前記第１の型面に向かって前記第２の型面の第２の端部より大きな物理的な移動距離を移動するように、前記第１の型面に向かって移動可能である、第２の型面と
を備える射出成形装置。
【請求項２】
前記第１の型面に向かう前記第２の型面の移動を止めるように構成された物理的な障害物をさらに備える請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項３】
前記第２の型面は、前記第２の型面の前記第２の端部に位置する軸の周りで前記第１の型面に向かって回転自在に移動可能である請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項４】
前記第２の型面は、前記第１の型面に対する移動経路の一部について前記第１の型面に向かって直線的に移動されるように構成される請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項５】
前記第２の型面の一部を前記側壁のうちの１つに結合するヒンジをさらに備え、前記ヒンジは前記第２の型面の前記一部が前記第２の型面の前記一部の第２の端部において軸の周りで回転することを可能にする請求項４に記載の射出成形装置。
【請求項６】
前記１つ以上の側壁、前記第１の型面及び／又は前記第２の型面を熱するための１つ以上のヒーターをさらに備える請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項７】
前記第１の型面に向かって前記第２の型面を移動させるように構成された圧縮コアを含む成形機に結合された請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項８】
不均一な厚さを有する部品を射出成形する方法であって、
融解された熱可塑性の材料を型穴へ注入するステップであって、前記型穴は、第１の型面、第２の型面、及び前記第１の型面と前記第２の型面との間に延在する複数の側面によって規定され、前記第２の型面は前記第１の型面に向かって移動可能である、ステップと、
前記型穴における前記熱可塑性の材料の冷却中、前記第２の型面の第１の端部が前記第２の型面の第２の端部より大きな物理的な移動距離を移動し、それによって不均一な厚さを有する部品を形成するように、前記第１の型面に向かって前記第２の型面を移動させるステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記熱可塑性の材料は光学的に透明である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱可塑性の材料は、ポリメチル・メタクリレート、ポリカーボネート及び多環式オレフィンのうちの１つ以上を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
成形プロセス中に、前記側面、前記第１の型面及び前記第２の型面のうちの１つ以上を加熱するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記融解された熱可塑性の材料を注入する前に、前記側面、前記第１の型面及び前記第２の型面のうちの１つ以上が加熱される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記融解された熱可塑性の材料を注入する間に、前記側面、前記第１の型面及び前記第２の型面のうちの１つ以上が加熱される請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の型面を移動させるステップは、前記第１の型面に向かって前記第２の型面を直線的に移動させるステップと、前記第２の型面の所定の距離の移動の後に、前記第２の型面の前記第２の端部において軸の周りで前記第１の型面に向かって前記第２の型面を回転させるステップとを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記不均一な厚さを有する部品は光学くさびであり、前記方法は、前記光学くさびの端部にフレネル構造を成形するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不均一な厚さを有する部品の射出成形に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]射出成形はプラスチック部品の製作のために使用され得る製造工程である。射出成形は、一般に、型に溶融プラスチックを注入すること、次いで、プラスチックが冷えて固まることを可能にすることを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、多くのプラスチックが冷却の間に縮む。したがって、射出成形によって正確な厚さの部品を製造することは困難である。さらに、収縮の大きさがプラスチックの厚さに依存するので、不均一のプラスチック部品の様々な部分は異なる割合で縮み、それによって、射出成形により精密な部品を成形する際の困難さが増す。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0002]不均一な厚さを有する部品の射出成形に関連する様々な実施例が本明細書に開示される。例えば、１つの開示される実施例は、１つ以上の側壁、側壁と交差し側壁に関して固定された第１の型面（成形面、mold surface）、並びに、注入されたある量の融解された熱可塑性の材料を受け取るように構成されたキャビティを側壁及び第１の型面とともに定義するように側壁と交差する、第２の型面を含む射出成形装置を提供する。さらに、第２の型面は、第２の型面の第１の端部が、熱可塑性の材料を成形する場合に第２の型面の第２の端部が移動するよりも大きな物理的な移動距離だけ、第１の型面に向かって移動するように、第１の型面に向かって移動可能であるように構成される。
【０００５】
[0003]この概要は、詳細な説明においてさらに以下に記載される概念のうちの選択されたものを単純化された形式で紹介するために提供される。この概要は、特許請求された主題の重要な特徴又は不可欠な特徴を識別するようには意図されず、特許請求された主題の範囲を限定するために使用されるようにも意図されない。さらに、特許請求された主題は、本開示の任意の部分において注記した任意の又はすべての欠点を解決する実施例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0004]本開示による例示的な射出成形装置の実施例の分解図を示す。
【図２】[0005]図１の実施例により成形される不均一な厚さを有する部品の実施例の概略図を示す。
【図３】[0006]不均一な厚さを有する部品を射出成形する方法の実施例のフロー図を示す。
【図４】[0007]本開示による射出成形プロセスの実施例中になされる一連の型移動（mold movements）の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0008]光学くさびなどの不均一な厚さを有する部品の射出成形は、そのような部品に使用される材料が凝固中に縮み、それによって、当該部品の厚さが変化するために不均一な収縮が引き起こされるという点で困難である。均一な部品の成形中の収縮は、プラスチックが冷えて固まるときに直線的に別の表面に向かって型の１つの表面を移動させることにより補うことができる。しかし、不均一な部品の場合には、より小さな収縮を経験する部品のより薄い部分が型を固定させ、それによって、当該部品のより厚い部分がセットアップを続けるときに型がさらに移動することを許さないので、そのような直線移動は機能しないかもしれない。これは、最終的な部品が正しくない寸法を有することを引き起こし、また、成形された部品の再現性に影響を及ぼし得る。
【０００８】
[0009]したがって、本明細書に記載されるような不均一な厚さを有する部品の射出成形は、熱可塑性の材料を成形する場合に、非線形的な方法で（例えば、軸の周りでの型面の回転を可能にすることによって）別の型面に向かって移動されるように構成された型面を利用する。これにより、型の回転の軸から間隔を空けて配置された成形された部品の一部が、型の回転の軸に隣接して配置される成形された部品の一部よりゆっくりと硬化する場合に、型が移動し続けることが可能になる。さらに、いくつかの実施例において、型面は、異なる動作が冷却過程の異なる段階中に生じることを可能にするために、別の型面に関して、直線的に及び回転自在に移動可能であってもよい。開示された実施例はそのような非線形運動が生じることを可能にする回転機構を利用するが、本開示による型が非線形運動についての任意の他の適切な機構を利用してもよいことが理解されよう。
【０００９】
[0010]図１は、例示的な部品１０２などの、光学くさびとして概略的に描かれ、図２において全体像が示される、不均一な厚さを有する部品の成形のために使用され得る例示的な射出成形装置１００の実施例の分解概略図を示す。図１に戻ると、射出成形装置１００は、側壁１０４及び側壁１０６のほか、長方形構造を形成するために側壁１０４及び１０６と交差する側壁を含む、複数の側壁を含んでもよい。射出成形装置１００はさらに、ここでは第１の型面１０８及び第２の型面１１０と呼ばれる、（図１の方向に関して）大きな上面及び底面を含む。第１の型面１０８は、側壁１０４及び側壁１０６などの側壁と交差してもよく、側壁に関して固定されてもよい。第２の型面１１０はまた、側壁及び第１の型面１０８によってキャビティを定義するように、側壁１０４及び側壁１０６などの側壁と交差してもよい。そのようなキャビティは、凝固すると部品１０２になる、注入された融解された熱可塑性の材料の量を受け取るように構成されてもよい。上述のように、熱可塑性の材料を成形する場合に第２の型面１１０の第１の端部１１２が第１の型面１０８に向かって第２の型面１１０の第２の端部１１４よりも大きな物理的な移動距離だけ移動するように、第２の型面１１０は第１の型面１０８に向かって移動可能であってもよい。そのような構成は、図３及び４に関してより詳細に以下のように記載される。
【００１０】
[0011]図３は、不均一な厚さを有する部品を射出成形する方法３００の実施例のフロー図を示す。最初に、方法３００は、オプションとして、３０２において、型に注入されるプラスチックが第１の表面上ですぐに硬化し始めないように、射出型（injection mode）の第１の型面を熱することを含んでもよい。さらに、方法３００のいくつかの実施例は、オプションとして、３０４において、射出型の第２の型面を熱することを含んでもよく、第２の型面は第１の型面に向かって直線的に及び回転自在に移動可能である。図４は、不均一な厚さを有する部品の射出成形の実施例のための時系列の概略図を示し、４０２及び４０４において、第１の型面と第２型面の例をそれぞれ示す。４０５において、ヒーターが表面４０４について概略的に示される。明瞭さの目的で、ヒーターは表面４０２や他の型面については示されない。側壁４０６及び４０８などの、表面４０２及び４０４以外の型面もまた、型へのプラスチックの射出に先立って加熱されてもよいことが理解されよう。
【００１１】
[0012]図３に戻って、３０６において、方法３００は、型穴（mold cavity）に融解された熱可塑性の材料を注入することを含む。いくつかの実施例において、型穴は、第１の型面、第２の型面、及び第１の型面と第２の型面との間に延在する複数の側面によって定義されてもよく、第２の型面は第１の型面に向かって移動可能である。熱可塑性の材料は任意の適切な方法でキャビティに注入されてもよい。例えば、いくつかの実施例において、融解された熱可塑性の材料は第２の型面における穴を通じて注入されてもよいが、他の実施例においては、融解された熱可塑性の材料は任意の他の適切な位置において型に注入されてもよい。
【００１２】
[0013]図４を再び参照すると、時間ｔ１において、型穴４１０は熱可塑性の材料４１２で満たされている。型穴４１０は、最初に、溶融プラスチックの薄い端部及び厚い端部が、硬化した熱可塑性の材料に対してより大きな体積の融解された熱可塑性の材料を収容するためにコンポーネントに望まれるものよりも厚くなるように、定義されてもよい。その後、より詳細に以下に記載されるように、熱可塑性の材料の冷却中、第２の型面４０４は第１の型面４０２に向かって移動されて、材料が冷えるときに型面を熱可塑性の材料と接触させ続け、それによって、最終的な成形部品において所望の寸法及び表面特性を達成する。
【００１３】
[0014]熱可塑性の材料は任意の適切な材料であってもよい。光学くさびの場合には、熱可塑性の材料は透明であってもよく、より具体的な実施例においては、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート及び／又は多環式（polycyclic）オレフィンなどの材料を含んでもよい。これらの材料が例示の目的で示されたものであり、任意の他の適切な材料を任意の他の適切な成形プロセスにおいて使用されてもよいことが理解されよう。
【００１４】
[0015]上述のように、側壁、第１の型面及び第２の型面のうちの１つ以上は、融解された熱可塑性の材料を注入する前及び／又はその間に加熱されてもよい。側壁及びキャビティ表面をそのように熱することにより、熱可塑性の材料を射出の際の熱衝撃から回避させることができる。
【００１５】
[0016]続けて図３を参照すると、３０８において、方法３００は、型穴における熱可塑性の材料の冷却中、第２の型面の第１の端部が第２の型面の第２の端部より大きな物理的な移動距離だけ移動し、それによって不均一な厚さを有する部品を形成するように、第１の型面に向かって第２の表面を移動させることを含む。いくつかの実施例において、３１０及び３１２においてそれぞれ示されるように、方法３００の３０８は、第２の型面を第１の型面に向かって、同時に又は成形プロセスの異なる段階中に、直線的に移動させること及び回転自在に移動させること（つまり、回転させること）を含んでもよい。「第１の型面に向かって第２の型面を直線的に移動させる」という用語は、第２の型面の第１の端部が第２の型面の第２の端部と同じ物理的な移動距離を移動するように、第２の型面を移動させることを指す。例として、時間ｔ２において、図４は、４１４において、第１の型面４０２に向かう方向において第２の型面４０４に適用される線形圧縮を示し、その結果、第２の型面４０４の第１の端部４１６及び第２の型面４０４の第２の端部４１８は、第１の型面４０２に向かってほぼ同じ物理的な移動距離を移動する。いくつかの実施例において、射出成形装置４００は、第２の型面４０４が、第１の型面４０２へのその移動経路の一部について第１の型面４０２に向かって直線的に移動されるように、第２の型面の物理的な移動距離の量を限定するための物理的な障害物（stop）を含んでもよい。（図４に示される型の方向に関して）固定の第１の型面に向かって移動可能な第２の型面４０４が型穴の底面全体を含むものとして描かれるが、いくつかの実施例においては第２の型面が型穴の側面の一部のみを含んでもよいことが理解されよう。
【００１６】
[0017]続けて図４を参照すると、第２の型面４０４の所定距離の移動の後、時間ｔ３において、第２の型面４０４は、第２の型面４０４の第２の端部４１８における軸の周りに、第１の型面４０２に向かって回転自在に移動される。そのため、第２の型面４０４の第１の端部４１６は、第２の型面４０４の第２の端部４１８より大きな物理的な移動距離を移動する。
【００１７】
[0018]第２の型面４０４は任意の適切な方法で回転してもよい。例えば、射出成形装置４００は、第２の型面４０４がその周りを回転し得るヒンジ４２０を含んでもよい。そのようなヒンジ４２０は、側壁４０８などの１つ以上の側壁に結合されてもよく、第２の型面４０４の少なくとも一部が第２の型面４０４の第２の端部４１８において軸の周りを回転させることを可能にしてもよい。本明細書において使用されるとき、「ヒンジ」なる用語が、ヒンジ、ピボット及び２つの部品の他のそのような回転カップリングを含むことが理解されよう。
【００１８】
[0019]したがって、図４に示されるように、ｔ１において示されるような第１の型面４０２に向かう第２の型面４０４の直線移動は、当該部品の薄い端部における所望の厚さを達成するために使用されてもよい。その後、ｔ２において示されるように、第２の型面４０４は、当該部品の厚い端部において所望の厚さを達成するために、第１の型面４０２に向かって回転自在に移動されてもよい。そうする際、最終的な部品は所望の不均一な厚さを有する。したがって、プラスチックは冷却の間に体積分率（volume fraction）だけ縮んでもよいが、本明細書に記載されるような射出成形は、型が全体の冷却サイクル中に部品全体に対して圧縮力を提供するように制御された方法で第１の型面に向かって第２の型面を直線的に及び回転自在に移動させることにより、部品の様々な厚さを正確に制御することを可能にする。
【００１９】
[0020]射出成形機は、任意の適切な方法で第１の型面４０２に向かって第２の型面４０４を移動させるように構成されてもよい。例えば、いくつかの実施例において、射出成形装置４００が結合される成形機は、第１の型面に向かって第２の型面を移動させるように構成された圧縮コアを含んでもよい。そのような圧縮コアは、第２の型面を移動させるために、カム装置、油圧シリンダー、ギア・ラック及びピニオン、又は任意の他の適切な機構を含んでもよい。
【００２０】
[0021]上述のように、本明細書に記載されるような射出成形は大型ディスプレイにおける導光路として使用することができる光学くさびを作成するのに使用されてもよいし、又は、対話型キーボード、マウスもしくはウェブカメラに適しているより小さなフォームファクター、又は任意の他の適切な装置において使用されてもよい。そのような光学くさびはまた、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトとして使用されてもよい。いくつかの光学くさびは、当該くさびの光／エアインターフェースから当該くさびに入る光を集中させ向きを変えるためにくさびの１つの側に形成されたフレネルレンズを含んでもよい。したがって、この場合、射出成形装置の側壁のうちの１つは、光学くさびにおけるそのようなフレネルレンズを形成するように構成されたフレネルレンズ成形面を含んでもよい。さらに、導光路などの精密な成形品の表面にとって望ましい平滑さを達成するために、射出成形装置の側壁及びキャビティ表面の１つ以上は、ダイヤモンドに包まれてもよいし、又は高度に滑らかな表面を作るのに適した別の工程から形成されてもよい。
【００２１】
[0022]本明細書においては光学くさびのコンテキストにおいて開示されたが、本発明の範囲は先行する記載によってではなく添付の特許請求の範囲によって規定されるので、本明細書における実施例が例示的なものであって限定的なものではないこと、及びしたがって特許請求の範囲の境界内にあるすべての変更又はそのような境界の均等物は特許請求の範囲によって包含されるように意図されることが理解されるべきである。
【図１】
2013503060.tif 000003
【図２】
2013503060.tif 000004
【図３】
2013503060.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2013503060.tif 000007
2013503060.tif 000008