(57)【要約】【課題】射出圧縮成形において、試行錯誤による成形条件出しに労力をかけることなく、圧縮冷却課程で発生する成型品の残留歪による形状精度劣化を低減する成形工法および成形金型を提供する。【解決手段】保圧直後の金型内の樹脂が液相状態である場合は高い圧縮圧力を加え、成形品の平均温度がＴＣ点（相変化点）付近に達した時点から、樹脂固有の材料物性値であるＰＶＴ特性から比容積一定とした場合の樹脂温度と圧力の関係を関数式化し、また同様に溶融樹脂が冷却固化する課程での樹脂温度の時間変化を、有限要素法を用いた圧力と流量の方程式から数値計算により算出し、成形品の平均温度を前記樹脂温度として、関数式化した２つの関数式から圧力と時間の関係を計算することによって、前記金型の圧縮圧力の時間変化を算出し、この圧縮圧力の時間変化の条件に基づいて金型を圧縮制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性の樹脂を充填する前に金型を移動させることにより、成形品のキャビティ容積を増加させ、溶融状態の前記樹脂を前記金型内に充填し、保圧後に前記金型を移動させることで、前記キャビティ容積を減少させるように前記金型内の樹脂を圧縮する射出圧縮成形工法において、前記樹脂固有の材料物性値であるＰＶＴ特性から比容積一定とした場合の前記樹脂温度と圧力の関係を関数式化し、また同様に前記溶融樹脂が冷却固化する課程での樹脂温度の時間変化を関数式化した２つの関数式から圧力と時間の関係を計算することによって、前記金型の圧縮圧力の時間変化を算出し、この圧縮圧力の時間変化の条件に基づいて金型を圧縮制御する射出圧縮成形工法。
【請求項２】
保圧直後の前記金型内の樹脂が液相状態である場合は高い圧縮圧力を加え、成形品の平均温度がＴＣ点すなわちガラス転移点付近に達した時点から非容積一定として前記２つの関数式で計算した圧力と時間の関係に従って圧縮圧力を低下させていくことを特徴とする請求項１記載の射出圧縮成型工法。
【請求項３】
前記樹脂固有の材料物性値であるＰＶＴ特性から比容積一定とした場合の前記樹脂温度と圧力の関係をＰを圧力、Ｖを比容積、Ｔを温度、Ｔcを固相と液相の相変化点、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ１、Ｃ２を変数として、Ｔ＞Ｔｃの場合、Ｔｃ＝Ｃ１×Ｐ＋Ｃ２、Ｖ＝Ａ２×Ｔ／（Ｐ＋Ａ１）＋Ａ４／（Ｐ＋Ａ３）＋Ａ４×ＥＸＰ（Ａ６×Ｔ−Ａ７×Ｐ）
Ｔ≦Ｔｃの場合、Ｖ＝Ｂ２×Ｔ／（Ｐ＋Ｂ１）＋Ｂ４／（Ｐ＋Ｂ３）の関数式でカーブフィットしたことを特徴とする請求項１または２に記載の射出圧縮成形工法。
【請求項４】
成形品形状モデルを微少要素に分割し、有限要素法を含む数値解析手法を用いた充填・保圧流動解析と圧縮・冷却解析によって前記成形品の樹脂温度の時間変化を算出し、前記成形品の平均温度を前記樹脂温度として、Ｎ次の高次間数式でカーブフィットし、樹脂温度と時間の関係を関数式化したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出圧縮成形工法。
【請求項５】
前記金型内に設けた温度センサーと、金型圧縮制御システムによって、あらかじめ設定した前記樹脂温度の時間変化を補正して、前記金型の圧縮圧力の時間変化を算出し、この圧縮圧力の時間変化の条件に基づいて金型を圧縮制御する請求項１〜４のいずれかに記載の射出圧縮成形工法および成形金型。
【請求項６】
固定側と可動側それぞれにインサート金型とダイセット金型を有し、型開き方向に対向する一対の成形金型において、固定側のインサート金型とダイセット金型がそれぞれ金型圧縮方向に摺動自在に構成され、樹脂充填前に固定側のダイセット金型を可動側のダイセット金型側に移動させることで成形品のキャビティ容積を増加させ、保圧終了後に可動側のインサート金型とダイセット金型を可動側の金型に移動させることで、前記キャビティ容積を減少させるように前記金型内の樹脂を圧縮する請求項１記載の射出圧縮成形工法および成形金型。
【請求項７】
熱可塑性の樹脂を充填する前に金型を移動させることにより、成形品のキャビティ容積を増加させて、溶融状態の前記樹脂を前記金型内に充填し、前記溶融樹脂の充填および保圧後の冷却プロセスにおいて前記金型を移動させることで、前記キャビティ容積を減少させるように前記金型内の樹脂を圧縮する射出圧縮成形工法において、前記樹脂固有の材料物性値であるＰＶＴ特性から比容積一定とした場合の前記樹脂温度と圧力の関係を関数式化し、また同様に前記溶融樹脂が冷却固化する課程での樹脂温度の時間変化を関数式化した２つの関数式から圧力と時間の関係を計算することによって、前記金型の圧縮圧力の時間変化を算出し、この圧縮圧力の時間変化の条件に基づいて金型を圧縮制御する射出圧縮成形工法。
【請求項８】
前記熱可塑性の樹脂を非晶性樹脂であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の射出圧縮成形工法および成形金型。
【請求項９】
前記成形品がプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の射出圧縮成形工法および成形金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクションテレビやプロジェクタ用の投射レンズ、ビデオカメラ用ズームレンズなどのに用いられるプラスチックレンズ等の厚肉部を有する超精密樹脂成型品の射出圧縮成形方法および射出圧縮成形金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今では、プロジェクションテレビやプロジェクタ用の投射レンズ、ビデオカメラやデジタルカメラ用の撮像レンズ等の精密光学部品にプラスチック成形の非球面レンズが用いられる割合が多くなっており、樹脂成形では難しい分野である厚肉、偏肉形状の精密成形品が増加している。
【０００３】
この樹脂成形では、成型機で熱可塑性樹脂を可塑化し、金型内に射出充填する射出成形が一般的であるが、溶融状態の樹脂を高圧で金型内に充填すると共に、樹脂の収縮による金型面との転写性劣化を改善するため保圧を加えることによって、ゲート付近で圧力が高く、ゲートから離れるにつれて圧力が低くなることから、型内の圧力分布は不均一になる。その結果、ゲート付近での残留応力による複屈折や、ゲートから流動末端にかけての成形歪みの差による形状不良等が発生し易くなり、プラスチックレンズ等の精密光学部品では光学的に不均一な成形品が得られるという課題を有している。
【０００４】
特にプラスチックレンズは厚肉形状であることから、溶融樹脂の冷却固化に伴う収縮が大きく、金型面との転写性を維持するためには、ゲートからの保圧を大きくする必要があることからその影響は顕著である。
【０００５】
これに対して金型を樹脂の収縮分に相当する分だけ、成型品の厚さ方向にあらかじめ開いておいて樹脂を射出充填し、保圧、ゲートシール後、金型の初期開き量に相当する分だけ圧縮動作を行う射出圧縮成形では、金型内での圧力差が少なくなること、金型が開いている分だけ型内圧力が低く分子配向が起こりにくいこと、成形品全体に均一な圧縮圧力をかけることができることから、成型工法や成型金型は複雑になるものの、ゲート付近での残留応力による複屈折や、ゲートから流動末端にかけての反りや成形歪を減少させ面精度を高めることができる。
また、通常の射出成形方法で大型レンズを成形するとき、ゲートから樹脂が射出される方向と、これに直角な方向で収縮率の差が発生して回転対称性がくずれやすいという問題点も解決することができることから、大口径で厚肉、偏肉形状のもの、また高精度が要求されるレンズの成形に射出圧縮成形が用いられる場合が多い。
【０００６】
この原理を図７、図８、図９に示すＰＭＭＡ樹脂のＰＶＴ特性図を用いて理論的に説明する。ＰＭＭＡは非晶性の熱可塑性樹脂であり、透明で透過率に優れ、複屈折も少ないことからプラスチックレンズ等に多用されている。ＰＶＴ特性図とは、各圧力印加状態における温度と樹脂の比容積の関係を示したものであり、樹脂固有の特性を表している。また高温域での液相状態と、低温域での固相状態ではそれぞれの各圧力ごとの温度と非容積の曲線の傾きが変化しており、この傾きの変化点をＴＣ点すなわち相変化点もしくはガラス転移点と呼んでいる。このＰＶＴ特性図を用いて保圧、冷却課程における樹脂の収縮状態を説明することができる。
【０００７】
一般の射出成形の場合を例にとると、約２４０℃前後に昇温させた溶融樹脂を、成形機から型温９０℃の金型に充填し、充填完了後、保圧、冷却課程においては図７に示す▲１▼−▲２▼−▲３▼−▲４▼−▲５▼の経路をたどって金型温度近傍まで冷却され、金型から離型後、常温になるまで大気中で温度が低下する。
【０００８】
樹脂の収縮が始まるタイミングについては、一般的に、溶融状態の樹脂が冷却され、流動停止温度に到達した段階、もしくは樹脂に加えられていた圧力が無くなり大気圧レベルになった段階のどちらか早い方から樹脂の収縮が始まると考えられている。
【０００９】
従って、この場合では圧力が大気圧になる時間の方が、ＰＭＭＡの流動停止温度である１５５℃に達した時間よりも早いと仮定すると、大気圧に到達した時点での樹脂の比容積０．９２５ｃｃ／ｇと、常温に到達した比容積０．８５ｃｃ／ｇとの差である０．０７ｃｃ／ｇが樹脂の１グラム単位における収縮量となり、この場合の収縮率は２．７％となる。
【００１０】
一方、射出圧縮成形の場合では、あらかじめ充填前に金型を移動し成形品のキャビティ容積を増加させておき、射出成形の場合と同様に、約２４０℃前後に昇温させた溶融樹脂を、成形機から型温９０℃の金型に充填し、保圧後に金型を移動し、キャビティ容積を減少させて圧縮冷却するが、この保圧および圧縮冷却課程においては図８に示す▲１▼−▲２▼−▲３▼−▲４▼−▲５▼−▲６▼の経路をたどって金型温度近傍まで冷却され、金型から離型後、常温になるまで大気中で温度が低下する。すなわち圧縮圧力を１００ＭＰａ一定とした場合、図５に示すＰＴＶ特性図において圧力８０ＭＰａの曲線に沿って温度が低下していき、ＰＭＭＡの流動停止温度である１５５℃に到達した時点での樹脂の比容積０．８６５ｃｃ／ｇと、常温に到達した比容積０．８５ｃｃ／ｇとの差である０．０２５ｃｃ／ｇが樹脂の１グラム単位における収縮量となり、この場合の収縮率は０．６％となる。従って、射出圧縮成形の方が射出成形よりも収縮率が小さく、形状精度に優れていることがわかる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−１６２１８４号公報
【特許文献２】
特開平９−３９００７号公報
【特許文献３】
特公平７−５３４０４号公報
【特許文献４】
特開２０００−３１３０３５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の射出圧縮成形においては、図１０で示した金型圧縮の成形条件として圧力を冷却時間の間に均一に加える図中１の方法あるいは、図１０に示す途中で半分程度の低い圧力に切替えるという２段階に分けて圧力を加える図中２の方法が一般的であった。
そのため、冷却課程後半において、薄肉部や成形品表面の温度が低く、ＰＴＶ特性図で示す固相状態になっている部分に対して圧力がかかりすぎることから、この部分に残留応力、残留歪が発生し、圧縮冷却したにもかかわらず形状精度が悪くなるという課題を有していた。また圧縮冷却時間が長くなると、射出成形の場合と異なり、上記と同様の理由で形状精度が悪くなることから最適な圧縮冷却を見出すのに試行錯誤が必要であるという課題を有していた。
【００１３】
また、良好な形状精度を得るためには冷却課程で樹脂温度の低下に応じて付加する圧力を低減させて一定体積を保つような制御が必要であるということで、図９に示すように冷却圧縮課程において▲１▼−▲２▼−▲３▼−▲４▼−▲５▼の経路をたどって、初期圧力から順次樹脂温度の変化に合わせて圧力を徐々に低減していく方法が提案されている。しかし、成形品の表面と中心、また薄肉部と厚肉部とで温度の分布があり、実際はＰＶＴ特性図で示すように温度が一意ではないことから、どの部分の温度を評価指針とすればよいのか、また肉厚中心の温度をどのようにモニターすればよいのか、温度変化に合わせるためには、圧力をどのタイミングで変化させどのように低減させてやればよいのかがわからないないこと、圧縮冷却課程の間絶えず圧縮圧力を変化させる制御が面倒であること、また圧縮開始から高い圧力が加わるため、金型表面に近い成形品部位のようにすでに温度が低く固化している部分に残留歪が発生し易い等の理由から実用的に使用されていなかった。
【００１４】
上記の問題に鑑み本発明の目的は、射出圧縮成形の圧縮冷却課程において発生する成形品の残留歪を最小限に低減するための、圧縮圧力の制御と圧縮冷却時間を最適化する成形方法および成形金型を簡素な構成で安価に提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するためにかかる請求項１記載の発明によれば、熱可塑性の樹脂を充填する前に金型を移動させることにより、成形品のキャビティ容積を増加させ、溶融状態の樹脂を金型内に充填し、保圧後に金型を移動させることで、キャビティ容積を減少させるように金型内の樹脂を圧縮する射出圧縮成形工法において、樹脂固有の材料物性値であるＰＶＴ特性から比容積一定とした場合の樹脂温度と圧力の関係を関数式化し、また同様に溶融樹脂が冷却固化する課程での樹脂温度の時間変化を関数式化した２つの関数式から圧力と時間の関係を計算することによって、金型の圧縮圧力の時間変化を算出し、この圧縮圧力の時間変化の条件に基づいて金型を圧縮制御することを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成により、金型内に充填された樹脂の冷却課程における温度変化に合わせて、金型の圧縮圧力を低減させて一定体積を保つような制御が可能になることから、冷却課程後半の固相状態において成型品に過度に圧縮圧力が加わらず、残留歪が生じない良好な形状精度を得ることが可能となる。さらに、圧縮冷却時間を最適化できることから、過度に圧縮冷却時間を延ばすことなく、生産効率と品質に優れた成形工法を実現することができる。
【００１７】
また請求項２記載の発明によれば、保圧直後の金型内の樹脂が液相状態である場合は高い圧縮圧力を加え、成形品の平均温度がＴＣ点すなわちガラス転移点付近に達した時点から非容積一定として２つの関数式で計算した圧力と時間の関係に従って圧縮圧力を低下させていくことを特徴とするものである。
【００１８】
上記構成により、圧縮開始から必要以上の高い圧力が加わらず、金型表面に近い成形品部位のようにすでに温度が低く固化している部分に残留歪が発生することを防ぎ、良好な形状精度を得ることが可能となる。さらに、圧縮冷却課程の前半である液相状態では金型の圧縮圧力を一定にし、後半の固相状態で圧縮圧力を制御することができることから、金型の圧縮圧力の制御を簡素化し成形設備の負担を低減することができる。
【００１９】
また請求項４記載の発明によれば、成形品形状モデルを微少要素に分割し、有限要素法を含む数値解析手法を用いた充填・保圧流動解析と圧縮・冷却解析によって成形品の樹脂温度の時間変化を算出し、成形品の平均温度を樹脂温度として、Ｎ次の高次間数式でカーブフィットし、樹脂温度と時間の関係を関数式化したことを特徴とするものである。
【００２０】
上記構成により、金型内に温度センサーを取り付けて多点測定をする労力を掛けることなく、またこれまで金型内の温度センサーによる測定では不可能であった成形品樹脂内部の温度の情報も含めて算出し、平均化処理を行うことができる。
従って、厚肉成形品の表面と中心、また薄肉部と厚肉部というように温度差がある場合においても、ＰＶＴ特性図で制御する温度を一意に決めることができることから、残留歪みによる形状精度劣化の少ない精度の高い圧力制御を行うことができる。
【００２１】
また請求項５記載の発明によれば、金型内に設けた温度センサーと、金型圧縮制御システムによって、あらかじめ設定した樹脂温度の時間変化を補正して、金型の圧縮圧力の時間変化を算出し、この圧縮圧力の時間変化の条件に基づいて金型を圧縮制御することを特徴とするものである。
【００２２】
上記構成により、季節の変化による環境温度変化や、成形設備あるいは金型の温度が変動した場合においても、温度センサーによって初期設定条件を補正することができるため、形状不良といった品質不良が発生しにくい成形金型を実現することができる。
【００２３】
このように、上記した本発明の成形工法および成形金型を用いることにより、射出圧縮成形の圧縮冷却課程において発生する成形品の残留歪を最小限に低減することができことから、形状精度に優れた成形品を成形することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の射出圧縮成形工法および成形金型の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態における射出圧縮成形工法の圧縮プロファイルを算出するブロック図である。
図２は本発明の実施の形態において樹脂のＰＶＴ特性曲線上に作成した成形時に目標とするＰＶＴ特性プロファイルである。
図３は本発明の実施の形態において有限要素法を用いた充填・保圧流動解析と圧縮冷却解析を行い、数値計算により算出した成形品部分の樹脂の温度プロファイルデータである。
図４は本発明の実施の形態において温度プロファイルとＰＶＴ特性プロファイルから算出した金型圧縮圧力プロファイルである。
図５は本発明の実施の形態におけるプラスチックレンズの射出圧縮成形金型の充填開始時の断面図である。
図６は本発明の実施の形態におけるプラスチックレンズの射出成形金型の圧縮終了状態の断面図である。
【００２５】
図１のブロック図において、１１は樹脂ＰＶＴ物性データを関数式化するＰＶＴカーブフィット処理部で、Ｐを圧力、Ｖを比容積、Ｔを温度、Ｔcを固相と液相の相変化点、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ１、Ｃ２を変数として、Ｔ＞Ｔｃの場合、Ｔｃ＝Ｃ１×Ｐ＋Ｃ２、Ｖ＝Ａ２×Ｔ／（Ｐ＋Ａ１）＋Ａ４／（Ｐ＋Ａ３）＋Ａ４×ＥＸＰ（Ａ６×Ｔ−Ａ７×Ｐ）、Ｔ≦Ｔｃの場合、Ｖ＝Ｂ２×Ｔ／（Ｐ＋Ｂ１）＋Ｂ４／（Ｐ＋Ｂ３）の関数式でカーブフィットしている。また１２は１１で得られた関数式を用いて目標値のＰＶＴ特性を設定する成形時の目標ＰＴＶカーブ設定箇所であり、図２に示すように、保圧直後の樹脂が液相状態である場合は高い圧縮圧力を加え、成形品の平均温度がＴＣ点付近に達した時点から非容積一定として温度低下に沿って圧縮圧力を低減させている。
【００２６】
一方、１３は樹脂物性データ、成形品形状データ、成形条件データ、金型データを入力し、成形品形状モデルを微少要素に分割する有限要素法を用いて充填・保圧流動解析および圧縮冷却解析を行う充填・保圧流動解析および圧縮冷却解析計算箇所であり、１４は１３で計算した成形品全体の温度プロファイル結果を記憶格納する成形時の温度プロファイルデータベースであり、１５は図３に示すように１４の成形品全体の温度プロファイルを平均化する成形品の温度プロファイル平均化演算部であり、１６は１５で計算した成形品全体の平均温度プロファイルをＮ次の高次間数式でカーブフィットし関数式化する温度プロファイルカーブフィット処理部である。また１７は１２で設定した成形時の目標ＰＴＶカーブの比容積一定として圧力を低減させていく部分を樹脂温度と圧力の関係を関数式化したものと、１６で設定した平均樹脂温度と時間の関係を関数式化した２つの関数式から図４に示すように圧力と時間の関係を計算することによって、金型の圧縮圧力の時間変化を算出する圧縮圧力プロファイル処理部であり、１８は１７で求めた圧縮圧力のプロファイルを成形機の型締め力稼動条件に変換し、金型の圧縮圧力を制御する金型の圧縮圧力制御部である。また１９は図５および図６に示すように樹脂温度を計測するために金型内に設けた温度センサーであり、２０は温度センサー１９で計測した樹脂温度と１４で記憶格納した温度プロファイルの内で温度センサーと同じ位置の部分の温度の値を比較し、差異がある場合は、温度センサーと計算値の差を補正して１３で計算した温度プロファイルを補正処理する温度プロファイル比較・補正処理部である。
【００２７】
次に本発明の実施の形態におけるプラスチックレンズの射出圧縮成形金型の構成について図５および図６を用いて説明する。図５に示すように成形金型は可動側と固定側のモールドベース２３ａ、２３ｂにレンズ形状が彫られた可動側と固定側のインサート金型２４ａ、２４ｂがそれぞれはめ込まれた構造であり、水等の温度冷却媒体を通しインサート金型２４ａ、２４ｂを冷却するための、温調溝２７ａ、２７ｂが設けられている。また所定の圧縮代だけ成形品のキャビティ２１の容積を増加させて型閉じし、充填後、圧縮代だけ金型を移動させて所定の形状に形成する射出圧縮成形に対応するため、固定側のモールドベース２３ｂとインサート金型２４ｂは、金型開閉方向に摺動自在に構成されており、モールドベース２３ｂはモールドベース２４ａの型締め機構２６とは別の型内圧シリンダー２５により駆動制御される。
【００２８】
成形機（図示せず）から溶融した熱可塑性樹脂を充填するため、成形金型にはスプール２２、ランナー２３が設けられており、ランナー２３と成形品キャビティ２１の間にはゲート２５が構成されている。また１９は樹脂温度を計測するために成形品キャビティ近傍の金型内に設けた温度センサーであり、計測したデータは圧縮圧力演算システム１０に送られ上記したように温度プロファイル比較・補正処理部２０で処理されて、圧縮圧力プロファイル処理部１７で処理されたのち、金型圧縮圧力制御部１８に送られ、型締め機構２６によって圧縮制御する構成となっている。
【００２９】
図５は樹脂充填前段階の型内圧シリンダー２５によってモールドベース２３ｂを可動側のモールドベース２３ａ側に移動させて成形品キャビティ２１の容積を大きくした状態であり、一方図６はモールドベース２３ａを金型圧縮圧力制御部１８の指示に沿って型締め機構２６により移動させて圧縮完了した状態を表している。
【００３０】
ここで、本発明の実施の形態における射出圧縮成形工法および成形金型の動作と効果について説明する。
【００３１】
あらかじめ樹脂物性データ、成形品形状データ、成形条件データ、金型データを入力して、充填・保圧流動解析、圧縮冷却解析計算１３を行い、成形時の温度プロファイルデータベース１４に成形品全体の温度プロファイル結果を記憶格納し、温度プロファイル平均化演算部１５で図３のように平均化した温度プロファイルを、温度プロファイルカーブフィット処理部１６で平均樹脂温度と時間の関係に関数式化する。また一方、上記樹脂物性データをＰＶＴカーブフィット処理部１１に入力して計算した関数式を使って、成形時の目標ＰＴＶカーブ設定１２で図２のように設定し、この中で非容積一定として温度低下に沿って圧縮圧力を低減させていく部分を樹脂温度と圧力の関係を関数式化する。そして、圧縮圧力プロファイル１７において目標ＰＴＶカーブ設定１２と温度プロファイルカーブフィット処理部１６それぞれで定義した２つの関数式から、圧力と時間の関係を計算することによって図４に示す金型の圧縮圧力の時間変化を算出する。ここで圧縮圧力がゼロとなる時間が最適圧縮冷却時間である。
【００３２】
そして金型の圧縮圧力制御部１８に圧縮圧力プロファイル１７で求めた圧縮圧力のプロファイルを送り、成形機の型締め力稼動条件に変換して、金型の圧縮圧力を制御する。また金型には樹脂温度を計測するための温度センサー１９が設けられており、温度プロファイル比較・補正処理部２０によって、温度センサー１９で計測した樹脂温度と、成形時の温度プロファイルデータベース１４で記憶格納した温度プロファイルの内で温度センサーと同じ位置の部分の温度の値を比較し、差異がある場合は、温度センサーと計算値の差を補正して充填・保圧流動解析、圧縮冷却解析計算１３で計算した温度プロファイルを補正処理し、再度同じ手順をたどって圧縮圧力プロファイルを算出する。
【００３３】
このように本発明の実施の形態における射出圧縮成形工法および成形金型は、樹脂の冷却課程における温度変化に合わせて、金型の圧縮圧力を低減させて一定体積を保つような制御が可能になることから、冷却課程後半の固相状態において成型品に過度に圧縮圧力が加わらず、残留歪が生じない良好な形状精度を得るという効果と、圧縮冷却時間を最適化できることから、過度に圧縮冷却時間を延ばすことなく、生産効率と品質に優れた成形工法を実現するという効果が得られる。
【００３４】
また、保圧直後の樹脂が液相状態である場合は高い圧縮圧力を加え、平均温度がＴＣ点付近に達した時点から非容積一定として圧縮圧力を低下させていく構成により、圧縮開始から必要以上の高い圧力が加わらず、金型表面に近い成形品部位のようにすでに温度が低く固化している部分に残留歪が発生することを防ぎ、良好な形状精度を得るという効果と、圧縮冷却課程の前半である液相状態では金型の圧縮圧力を一定にし、後半の固相状態で圧縮圧力を制御することができることから、金型の圧縮圧力の制御を簡素化し成形設備の負担を低減するという効果が得られる。
【００３５】
また数値解析を用いて成形品の平均樹脂温度の時間変化を算出し、樹脂温度と時間の関係を関数式化する構成により、金型内に温度センサーを取り付けて多点測定をする労力を掛けることなく、またこれまで金型内の温度センサーによる測定では不可能であった成形品樹脂内部の温度の情報も含めて算出し、平均化処理を行うことができることから、厚肉成形品の表面と中心、また薄肉部と厚肉部というように温度差がある場合においても、ＰＶＴ特性図で制御する温度を一意に決めることができ、残留歪みによる形状精度劣化の少ない精度の高い圧力制御を行えるという効果が得られる。
【００３６】
また温度センサーを用いてあらかじめ設定した樹脂温度の時間変化を補正する構成により、数値計算と実成形との差異を低減するだけでなく、季節の変化による環境温度変化や、成形設備あるいは金型の温度が変動した場合においても、温度センサーによって設定条件を補正することができるため、形状不良といった品質不良が発生しにくい成形金型を実現するという効果が得られる。
このように、射出圧縮成形の圧縮冷却課程において発生する成形品の残留歪を最小限に低減することができことから、形状精度に優れた成形品を成形することが可能となる。
【００３７】
なお、本発明の実施の形態では温度センサーは１つとしているが、これに限定されるものではなく、複数設けた場合には、さらに温度補正精度が向上し、本発明の効果をあげることが可能となる。
【００３８】
また、本発明の実施の形態では充填開始前に金型を移動させて、成形品のキャビティ容積を増加させ、充填、保圧後に金型を移動させることで、キャビティ容積を減少させるように金型内の樹脂を圧縮する成形工法としたが、金型内に樹脂を充填、保圧する課程において金型を移動させることで、キャビティ容積を減少させるように金型内の樹脂を圧縮する成形工法としても、なんら本発明の効果を失うものではない。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明の射出圧縮成形工法および成形金型は、樹脂のＰＶＴ特性から比容積一定とした場合の樹脂温度と圧力の関係を関数式化し、また樹脂が冷却固化する課程での樹脂温度の時間変化を関数式化した２つの関数式から圧力と時間の関係を計算することにより、金型の圧縮圧力の時間変化を算出し、この圧縮圧力の時間変化の条件に基づいて金型を圧縮制御する構成により、以下に示す効果を上げることができる。まず金型内に充填された樹脂の冷却課程における温度変化に合わせて、金型の圧縮圧力を低減させて一定体積を保つような制御が可能になることから、冷却課程後半の固相状態において成型品に過度に圧縮圧力が加わらず、残留歪が生じない良好な形状精度を得るという効果が得られる。さらに、圧縮冷却時間を最適化できることから、過度に圧縮冷却時間を延ばすことなく、生産効率と品質に優れた成形工法を実現するという効果も得られる。
【００４０】
また、保圧直後の樹脂が液相状態である場合は高い圧縮圧力を加え、平均温度がＴＣ点付近に達した時点から非容積一定として２つの関数式で計算した圧力と時間の関係に従って圧縮圧力を低下させていく構成によって、圧縮開始から必要以上の高い圧力が加わらず、金型表面に近い成形品部位のようにすでに温度が低く固化している部分に残留歪が発生することを防ぎ、良好な形状精度を得るという効果が得られる。さらに、圧縮冷却課程の前半である液相状態では金型の圧縮圧力を一定にし、後半の固相状態で圧縮圧力を制御することができることから、金型の圧縮圧力の制御を簡素化し成形設備の負担を低減するという効果が得られる。
【００４１】
また数値解析を用いて成形品の樹脂温度の時間変化を算出し、成形品の平均温度を樹脂温度として、Ｎ次の高次間数式でカーブフィットし、樹脂温度と時間の関係を関数式化する構成により、金型内に温度センサーを取り付けて多点測定をする労力を掛けることなく、またこれまで金型内の温度センサーによる測定では不可能であった成形品樹脂内部の温度の情報も含めて算出し、平均化処理を行うことができる。従って、厚肉成形品の表面と中心、また薄肉部と厚肉部というように温度差がある場合においても、ＰＶＴ特性図で制御する温度を一意に決めることができ、残留歪みによる形状精度劣化の少ない精度の高い圧力制御を行えるという効果が得られる。
【００４２】
また金型内に設けた温度センサーと、金型圧縮制御システムによって、あらかじめ設定した樹脂温度の時間変化を補正して、金型の圧縮圧力の時間変化を算出し、この圧縮圧力の時間変化の条件に基づいて金型を圧縮制御する構成により、数値計算と実成形との差異を低減するだけでなく、季節の変化による環境温度変化や、成形設備あるいは金型の温度が変動した場合においても、温度センサーによって初期設定条件を補正することができるため、形状不良といった品質不良が発生しにくい成形金型を実現するという効果が得られる。このように、本発明の構成によって、射出圧縮成形の圧縮冷却課程において発生する成形品の残留歪を最小限に低減することができことから、形状精度に優れた成形品を成形することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における射出圧縮成形工法の圧縮プロファイルを算出するブロック図
【図２】本発明の実施の形態において樹脂のＰＶＴ特性曲線上に作成した成形時に目標とするＰＶＴ特性プロファイルを示す図
【図３】発明の実施の形態において有限要素法を用いた充填・保圧流動解析と圧縮冷却解析を行い、数値計算により算出した成形品部分の樹脂の温度プロファイルデータを示す図
【図４】本発明の実施の形態において温度プロファイルとＰＶＴ特性プロファイルから算出した金型圧縮圧力プロファイルを示す図
【図５】本発明の実施の形態におけるプラスチックレンズの射出圧縮成形金型の充填開始時の断面図
【図６】本発明の実施の形態におけるプラスチックレンズの射出成形金型の圧縮終了状態の断面図
【図７】ＰＭＭＡ樹脂のＰＶＴ特性を示す図
【図８】ＰＭＭＡ樹脂のＰＶＴ特性を示す図
【図９】ＰＭＭＡ樹脂のＰＶＴ特性を示す図
【図１０】金型圧縮の成形条件を示す図
【符号の説明】
１１  ＰＶＴカーブフィット処理部
１２  成形時の目標ＰＴＶカーブ設定
１３  充填・保圧流動解析
１４  成形時の温度プロファイルデータベース
１５  成形品の温度プロファイル平均化演算部
１６  温度プロファイルカーブフィット処理部
１７  圧縮圧力プロファイル処理部
１８  金型の圧縮圧力制御部
１９  温度センサー
２０  温度プロファイル比較・補正処理部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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