(57)【要約】【課題】  高精細形状のパターンを忠実に転写成形しながら、その成形動作過程で成形品取り出しが可能な熱変形温度以下に冷却することができ、成形工程時間を大幅に短縮することができて生産性を大幅に向上させることができる射出成形金型を得ることにある。【解決手段】  凹部を有する金型本体２と、その凹部に摺動自在に嵌合保持され当該凹部内にキャビティ５を形成する入れ子ブロック４とを備え、前記入れ子ブロック４を被成形樹脂のガラス転移点以上に加熱して前記キャビティ５内に充填した樹脂を前記入れ子ブロック４で圧縮成形する射出成形金型において、前記入れ子ブロック４のキャビティ側と反対側の端面に接離可能に独立して配置された冷却ブロック６と、この冷却ブロック６を前記入れ子ブロック４に対する接離方向に駆動する駆動手段７とを備えたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する金型本体と、その凹部に摺動自在に嵌合保持され当該凹部内にキャビティを形成する入れ子ブロックとを備え、前記入れ子ブロックを被成形樹脂のガラス転移点以上に加熱して前記キャビティ内に充填した樹脂を前記入れ子ブロックで圧縮成形する射出成形金型において、前記入れ子ブロックのキャビティ側と反対側の端面に接離可能に独立して配置された冷却ブロックと、この冷却ブロックを前記入れ子ブロックに対する接離方向に駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする射出成形金型。
【請求項２】
キャビティを挟んで対向する金型本体と入れ子ブロックとの対向面における少なくとも一方の面が連続凹凸面状のパターン形成面として形成されていることを特徴とする請求項１記載の射出成形金型。
【請求項３】
金型本体の開放端部にはスカート状の型枠が取り付けられ、その型枠の内周壁面と入れ子ブロックおよび冷却ブロックとの間には断熱層が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の射出成形金型。
【請求項４】
入れ子ブロックには加熱手段が埋設され、この加熱手段は、冷却ブロックによる前記入れ子ブロックの押圧移動時に当該入れ子ブロックの加熱を停止する温度制御手段に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の射出成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばエンコーダ樹脂円板や携帯電話機等の立体表示液晶のキーデバイスとなる両面プリズムシート等のような光学部品を高精度に射出成形するための射出成形金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回折格子やフレネルレンズ等の微細パターンを表面に有する光学部品を樹脂材料で高精度に成形するために射出成形金型を適用し、金型温度を樹脂のガラス転移点以上に加熱した状態で樹脂を金型内に充填して射出成形や射出圧縮成形を行う方法は既に知られている。しかし、このような射出成形金型では、成形品を金型から取り出すためには金型内に充填された樹脂が熱変形温度以下となるまで冷却する必要があり、その冷却に要する時間が長くなって生産性が悪いという課題があった。この課題を解決するために、樹脂のＰＶＴ（圧力、比容積、温度）特性を利用して樹脂母材をガラス転移温度以上に加熱してから熱変形温度以下に徐冷する過程で、キャビティを最終形状よりも拡大された状態から最終形状に縮小するように構成した射出成形金型も既に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された従来の射出成形金型によれば、キャビティを拡大することで樹脂母材の圧力と共にガラス転移温度を低下させ、これを加熱して内部圧力を均一化する所要時間を短縮し、樹脂母材が固化するまでにキャビティを最終形状に縮小し、形状精度が高く内部密度が均一な樹脂製品を最終形状に成形するが、その徐冷時間も樹脂母材の加熱温度が低いので短縮されるというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３８９９４号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の射出成形金型は以上のように構成されているので、予め略最終形状に成形されてキャビティ内部に投入された樹脂母材をガラス転移点以上に加熱してから熱変形温度以下に徐冷しなければならず、前記樹脂母材をガラス転移点以上に加熱しながら金型温度を樹脂母材の熱変形温度以下に冷却することができないため、成形品取り出しが可能な熱変形温度以下にまで冷却するのに時間がかかり、その結果、成形工程時間の短縮には限界があって生産性向上の点で問題が生じるという課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高精細形状のパターンを忠実に転写成形しながら、その成形動作過程で成形品取り出しが可能な熱変形温度以下に冷却することができ、成形工程時間を大幅に短縮することができて生産性を大幅に向上させることができる射出成形金型を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る射出成形金型は、凹部を有する金型本体と、その凹部に摺動自在に嵌合保持され当該凹部内にキャビティを形成する入れ子ブロックとを備え、前記入れ子ブロックを被成形樹脂のガラス転移点以上に加熱して前記キャビティ内に充填した樹脂を前記入れ子ブロックで圧縮成形する射出成形金型において、前記入れ子ブロックのキャビティ側と反対側の端面に接離可能に独立して配置された冷却ブロックと、この冷却ブロックを前記入れ子ブロックに対する接離方向に駆動する駆動手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、樹脂のガラス転移点以上に加熱された入れ子ブロックを冷却ブロックで押圧移動させてキャビティ内の樹脂を圧縮成形するように構成したので、前記入れ子ブロックによるキャビティ内樹脂の圧縮成形と同時に、その圧縮成形時の前記入れ子ブロックを前記冷却ブロックとの熱交換によって効率よく急速冷却することが可能となり、このため、前記入れ子ブロックによる成形品表面への微細パターンの高精度転写と、前記冷却ブロックによる入れ子ブロックの急速冷却とを実現でき、成形工程時間を大幅に短縮できて生産性向上に大きく寄与できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による射出成形金型を示す断面図である。
図１に示す射出成形金型１は、断面凹形状をなし、その開放端側を下向きにして設置固定される金型本体２と、この金型本体２の開放端側に組み付け固定されたスカート状の型枠３と、前記金型本体２の凹部に摺動自在に嵌合され当該金型本体２内にキャビティ５を形成する入れ子ブロック４と、前記型枠３内に嵌め込まれ前記入れ子ブロック４のキャビティ５側と反対側の端面に接離可能に独立して配置された可動構成の冷却ブロック６と、この冷却ブロック６を前記入れ子ブロック４に対する接離方向に駆動する駆動手段（例えば、油圧シリンダであって、以下、油圧シリンダともいう）７とからなっている。
【００１０】
さらに詳しく説明すると、前記金型本体２は、前記入れ子ブロック４との対向面に形成された連続円弧の凹凸面状をなすパターン成形面２ａを有しており、前記入れ子ブロック４は、前記金型本体２のパターン成形面２ａとの対向面に形成された連続Ｖ溝をなす凹凸面状のパターン成形面４ａを有している。また、前記入れ子ブロック４の上端側周縁部には鍔部４ｂが一体形成され、この鍔部４ｂの外周面が前記金型本体２の内周面に摺接するようになっている。ここで、前記金型本体２の開放端部には、当該金型本体２に対する前記型枠３の組み付け端面によって内段部３ａが形成され、この内段部３ａに前記入れ子ブロック４の鍔部４ｂが係合することによって、その入れ子ブロック４が前記金型本体２内から抜け出さないようになっている。
【００１１】
また、前記金型本体２および前記入れ子ブロック４のそれぞれは温度制御可能な加熱手段としてヒータ８，９が埋設された構造となっている。さらに、前記冷却ブロック６は、水等の冷却媒体を流す冷却通路として冷却配管１０が埋設され、かつその冷却配管１０よりも下方に複数の断熱層（断熱空間）１１が並列状に設けられた構造となっている。ここで、前記ヒータ８，９のそれぞれは温度制御手段（図示せず）に接続されている。この温度制御手段は、入れ子ブロック４と冷却ブロック６とが離間した状態では入れ子ブロック４のヒータ９の電源をＯＮし、前記冷却ブロック６による入れ子ブロック４の押圧移動時（油圧シリンダ７の伸長作動時）に前記ヒータ９の電源をＯＦＦするように、そのヒータ電源をＯＮ・ＯＦＦ制御するものである。
【００１２】
以上のように構成された射出成形金型１において、型枠３の内壁面と入れ子ブロック４の胴部周壁面との間、型枠３の内壁面と冷却ブロック６の周壁面との間には断熱層（断熱空間）１２が設けられ、また、金型本体２開放端側の内段部３ａに入れ子ブロック４の鍔部４ｂが当接支承された状態となる樹脂成形後には、入れ子ブロック４から冷却ブロック６が下降離間して両者の対向面間にも断熱層（断熱空間）１２ａが設けられるようになっている。
【００１３】
次に動作について説明する。
樹脂成形前においては、図１に示すように、入れ子ブロック４は鍔部４ｂが射出成形金型１の内段部３ａ上に係合支承された下降位置に保持され、かつ冷却ブロック６は前記入れ子ブロック４から分離した下降位置に保持される。この状態において、金型本体２は、ガラス転移点以下に、入れ子ブロック４はヒータ８，９によって樹脂のガラス転移点以上の設定温度まで加熱され、かつ、冷却ブロック６の冷却配管１０には冷却媒体を供給・循環させている。その状態において、射出成形機（図示せず）から金型本体２のキャビティ５内に樹脂を充填し、その充填後に油圧シリンダ７を稼働（伸長作動）させると、冷却ブロック６が入れ子ブロック４を押圧して当該入れ子ブロック４が上昇することにより前記キャビティ５内の樹脂が加圧成形される。その加圧と同時に入れ子ブロック４のヒータ９の電源が遮断することにより、入れ子ブロック４の昇温が抑止される。このときの入れ子ブロック４には冷却ブロック６が接触しているため、両者の熱交換が迅速に効率よく行われ、入れ子ブロック４が降温する。これにより、入れ子ブロック４が熱変形温度以下まで低下した段階で前記金型１を開き樹脂成型品を取り出す。その取り出し後に油圧シリンダ７を短縮作動させて冷却ブロック６と入れ子ブロック４を下降させることにより、図１に示すように、入れ子ブロック４と冷却ブロック６とを分離させる。その分離後に、入れ子ブロック４のヒータ９の電源が投入されることにより、入れ子ブロックを再びガラス転移点以上まで昇温させ、前述の樹脂成形を繰り返す。
【００１４】
以上説明した実施の形態１によれば、金型本体２と入れ子ブロック４のキャビティ５を挟む対向面にそれぞれ形状が異なる高精細なパターン成形面２ａ，４ａを形成し、前記入れ子ブロック４を樹脂のガラス転移点以上に加熱して前記キャビティ５内に樹脂を充填した後、冷却ブロック６で入れ子ブロック４を押圧移動させて当該入れ子ブロック４で前記樹脂を圧縮成形するように構成したので、前記パターン成形面２ａ，４ａによって高精細なパターンを成形品表面に忠実に転写させることができ、特に、その成形品素材である前記樹脂の圧縮成形と同時に、前記入れ子ブロック４を前記冷却ブロック６との熱交換によって成形品取り出しが可能な熱変形温度以下に急速冷却することができ、このため、成形品取り出しまでの成形工程時間を大幅に短縮できるという効果がある。しかも、前記入れ子ブロック４による樹脂圧縮開始時、すなわち、冷却ブロック６による入れ子ブロック４の押圧時には当該入れ子ブロック４のヒータ９の電源が遮断されるので、前記入れ子ブロック４と冷却ブロック６との熱交換効率がいっそう向上し、前記入れ子ブロック４の迅速な急冷を実現でき、成形品取り出しまでの成形工程時間をいっそう大幅に短縮できるという効果がある。
【００１５】
また、上記実施の形態１によれば、キャビティ５内への樹脂充填時には入れ子ブロック４から冷却ブロック６が離れ、その両者間に断熱層１２ａが形成されるので、前記入れ子ブロック６を樹脂のガラス転移点以上の加熱状態に維持できるという効果がある。さらには、前記入れ子ブロック４および冷却ブロック６の周囲と型枠３との間にも断熱層１２を形成したので、高温に加熱される入れ子ブロック４と低温の冷却ブロック６とを同一の金型内に設置することができると共に、入れ子ブロック４による樹脂圧縮時には当該入れ子ブロック４と冷却ブロック６のみが接触することとなって両者の熱交換効率が向上し、前記入れ子ブロック４の迅速な急冷をいっそう確実に実現できるという効果がある。
【００１６】
実施例１．
次に、上記実施の形態１による射出成形金型１によって、幅３５ｍｍ、長さ４３ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのシート状樹脂の両面に連続Ｖ溝と連続円弧の微細パターンを形成した実験結果について説明する。
この実施例１においては、金型本体２のパターン成形面（連続円弧面）２ａを、Ｒ９０μｍ、ピッチ９０μｍで長辺と平行に連続形成すると共に、入れ子ブロック４のパターン成形面（連続Ｖ溝）４ａは、長辺と平行に高さ７７μｍ、頂角６０゜、ピッチ９０μｍで連続形成した。また、キャビティ５に充填する樹脂としては、環状ポリオレフィン系ポリマーの商品名ＴＯＰＡＳ５０１３（ポリプラスチック株式会社）を用いた。そして、金型本体２は樹脂のガラス転移点よりも低い１３５℃に、かつ、入れ子ブロック４は樹脂のガラス転移点よりも高い１５０℃に、それぞれのヒータ８，９で加熱昇温させた。また、冷却ブロック６の冷却配管１０には３０℃の水を冷却媒体として供給・循環させた。この状態で射出成形機から金型本体２のキャビティ５に樹脂を充填した。このときの樹脂温度は３００℃に設定した。樹脂充填後、図２に示すように冷却ブロック６を油圧シリンダ７で押圧し入れ子ブロック４に接触させて当該入れ子ブロック４を上昇させることにより、キャビティ５内の樹脂を加圧した。その加圧と同時に入れ子ブロック４のヒータ９の電源を遮断した。これにより、入れ子ブロック４の昇温が抑止され、かつ、当該入れ子ブロック４と冷却ブロック６との接触による両者の熱交換が行われ、入れ子ブロック４の温度を金型本体２と同じガラス転移点以下の１３５℃まで下げることができた。そこで、金型１を開いて樹脂成型品を取り出した。その取り出し後に冷却ブロック６と入れ子ブロック４を後退させて入れ子ブロック４と冷却ブロック６を離した。次いで、入れ子ブロック４のヒータ９の電源を入れ、入れ子ブロック４を１５０℃まで昇温させ、再びキャビティ５に樹脂を充填し前述と同じ工程の成形を行った。
【００１７】
以上説明した実施例１によれば、冷却ブロック６を介して入れ子ブロック４でキャビティ５内の樹脂が圧縮されて、厚さ０．２５ｍｍの超薄肉成形品の両面に連続Ｖ溝と連続円弧が忠実に転写され、さらには入れ子ブロック４が冷却ブロック６との接触によって迅速に急冷され、高精度の成形品を短時間で得ることができた。
【００１８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による射出成形金型を示す断面図、図４は図３の動作状態を示す断面図であり、図１および図２と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態２では、上記実施の形態１による金型本体２のパターン成形面（連続円弧面）２ａをなくして入れ子ブロック４のパターン成形面（連続Ｖ溝）４ａとの対向面を平坦面としたものである。したがって、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１の金型本体２のパターン成形面２ａによる効果を除いて上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００１９】
実施例２．
次に、上記実施の形態２による射出成形金型１によって、幅３５ｍｍ、長さ４３ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのシート状樹脂の片面に連続Ｖ溝状の微細パターンを形成した実験結果について説明する。
この実施例２においては、入れ子ブロック４のパターン成形面４ａの連続Ｖ溝は、長辺と平行に高さ１３０μｍ、頂角６０゜、ピッチ１５０μｍで連続形成した。また、キャビティ５に充填する樹脂としては、環状ポリオレフィン系ポリマー樹脂の商品名ゼオノア（日本ゼオン株式会社）を用いた。そして、金型本体２は樹脂のガラス転移点よりも低い１３５℃に、かつ、入れ子ブロック４は樹脂のガラス転移点よりも高い１４５℃まで、それぞれのヒータ８，９で加熱昇温させた。また、冷却ブロック６の冷却配管１０には３０℃の水を冷却媒体として供給・循環させた。
【００２０】
その状態で射出成形機から金型本体２のキャビティ５に樹脂を充填した。このときの樹脂温度は３００℃に設定した。樹脂充填後、図４に示すように冷却ブロック６を油圧シリンダ７で押圧し入れ子ブロック４に接触させて当該入れ子ブロック４を上昇させることにより、キャビティ５内の樹脂を加圧した。その加圧と同時に入れ子ブロック４のヒータ９の電源を遮断した。これにより、入れ子ブロック４の昇温が抑止され、かつ、当該入れ子ブロック４と冷却ブロック６との接触による両者の熱交換が行われ、入れ子ブロック４の温度を金型本体２と同じガラス転移点以下の１３５℃まで下げることができた。そこで、金型１を開いて樹脂成型品を取り出した。その取り出し後に冷却ブロック６と入れ子ブロック４を後退させて入れ子ブロック４と冷却ブロック６を離した。次いで、入れ子ブロック４のヒータ９の電源を入れ、入れ子ブロック４を１４５℃まで昇温させ、再びキャビティ５に樹脂を充填し前述と同じ工程の成形を行った。
【００２１】
以上説明した実施例２によれば、冷却ブロック６を介して入れ子ブロック４でキャビティ５内の樹脂が圧縮されて、厚さ０．４ｍｍの超薄肉成形品の片面に連続Ｖ溝が忠実に転写され、さらには入れ子ブロック４が冷却ブロック６との接触によって迅速に急冷され、高精度の成形品を短時間で得ることができた。
【００２２】
実施例３．
次に、上記実施の形態２による射出成形金型１によって、直径２６ｍｍ、厚さ１．３ｍｍの円板状をなしたシート状樹脂の片面に連続Ｖ溝状の微細パターンを形成した実験結果について説明する。
この実施例２において、入れ子ブロック４のパターン成形面４ａは、径方向に高さ１〜２０μｍ、頂角９０゜でピッチ２〜４０μｍのＶ溝を周方向に形成した。また、キャビティ５に充填する樹脂としては、ポリカーボネート樹脂の商品名ユーピロンＨ４０００（三菱エンジニアリングプラスチック株式会社）を用いた。そして、金型本体２は樹脂のガラス転移点よりも低い１４５℃に、かつ、入れ子ブロック４は樹脂のガラス転移点よりも高い１５５℃まで、それぞれのヒータ８，９で加熱昇温させた。また、冷却ブロック６の冷却配管１０には３０℃の水を冷却媒体として供給・循環させた。
【００２３】
その状態で射出成形機から金型本体２のキャビティ５に樹脂を充填した。このときの樹脂温度は３００℃に設定した。樹脂充填後、上記実施例１の場合と同様に冷却ブロック６を油圧シリンダ７で押圧し入れ子ブロック４に接触させて当該入れ子ブロック４を上昇させることにより、キャビティ５内の樹脂を加圧した。その加圧と同時に入れ子ブロック４のヒータ９の電源を遮断した。これにより、入れ子ブロック４の昇温が抑止され、かつ、当該入れ子ブロック４と冷却ブロック６との接触による両者の熱交換が行われ、入れ子ブロック４の温度を金型本体２と同じガラス転移点以下の１４５℃まで下げることができた。そこで、金型１を開いて樹脂成型品を取り出した。その取り出し後に冷却ブロック６と入れ子ブロック４を後退させて入れ子ブロック４と冷却ブロック６を離した。次いで、入れ子ブロック４のヒータ９の電源を入れ、入れ子ブロック４を１５５℃まで昇温させ、再びキャビティ５に樹脂を充填し前述と同じ工程の成形を行った。
【００２４】
以上説明した実施例３によれば、冷却ブロック６を介して入れ子ブロック４でキャビティ５内の樹脂が圧縮されて、厚さ０．４ｍｍの超薄肉成形品の片面に連続Ｖ溝が忠実に転写され、さらには入れ子ブロック４が冷却ブロック６との接触によって迅速に急冷され、高精度の成形品を短時間で得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１による射出成形金型を示す断面図である。
【図２】図１の動作状態を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による射出成形金型を示す断面図である。
【図４】図３の動作状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  射出成形金型、２  金型本体、２ａ  パターン成形面、３  型枠、３ａ  内段部、４  入れ子ブロック、４ａ  パターン成形面、４ｂ  鍔部、５  キャビティ、６  冷却ブロック、７  駆動手段、８，９  ヒータ（加熱手段）、１０  冷却配管（冷却手段）、１１，１２，１２ａ  断熱層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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