(57)【要約】【課題】  ＬＩＭ法を用いてプラスチック製品を成形する際に、気泡をほとんど含まない良質のプラスチック製品を作製することのできる金型を提供する。【解決手段】  固定金型と、可動金型とを備え、固定金型及び可動金型の互いに対向する面の少なくとも一方にオーバーフローキャッチャー部が設けられており、該オーバーフローキャッチャー部が金型のガスベント及び成形品のキャビティと流通するように設けられていることを特徴とする金型を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂からなる成形品をＬＩＭ法で成形する際に用いる金型であって、
固定金型と、
可動金型とを備え、
上記金型が、上記金型が閉じられた際に上記固定金型及び上記可動金型間に画成される上記成形品のキャビティ内のガスを外部に排出するガスベントを有し、且つ、上記固定金型及び上記可動金型の互いに対向する面の少なくとも一方にオーバーフローキャッチャー部が設けられており、該オーバーフローキャッチャー部が上記ガスベント及び上記キャビティと流通するように設けられていることを特徴とする金型。
【請求項２】
上記キャビティ内の上記熱硬化性樹脂の最終充填位置付近に上記オーバーフローキャッチャー部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項３】
上記熱硬化性樹脂が透明性樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の金型。
【請求項４】
上記熱硬化性樹脂の粘度が２５℃で１５００〜１５０００ｄ・ｐａｓであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型。
【請求項５】
上記熱硬化性樹脂がシリコーンであることを特徴とする特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に関し、より詳細には、ＬＩＭ法で使用される金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラスチック製品（または部品）を成形加工するためには、金型を備える射出成形機が用いられる。射出成形機内の金型は、通常、固定金型と可動金型とからなり、固定金型と可動金型の互いに対向する面の少なくとも一方には、製造するプラスチック製品の外形に対応した凹凸パターンが形成されている。そして、両金型を閉じることによりプラスチック製品の外形に対応するキャビティを画成し、そのキャビティに樹脂を射出することにより、所定形状のプラスチック製品を成形する。
【０００３】
従来の射出成形に用いられる金型では、樹脂を射出した際に、キャビティ内のガスが成形品内に残らないようにするために、通常、キャビティに流通したガスベント（ガス抜きの穴）が形成されている。射出成形時にキャビティ内に樹脂が射出されると、キャビティ内の空気は樹脂の圧力によりガスベントから外部に排出される。なお、この際、ガスベントの径は通常１０μｍ程度であり、キャビティ内に射出された樹脂の粘度が高いので、射出された樹脂はガスベント内に流入しない。
【０００４】
また、射出成形法には種々の方法があり、その一つに、液状樹脂射出成形（ＬＩＭ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法がある。この方法は、常温で液状の原料樹脂を、高温の金型に射出して加熱硬化させる成形法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、ＬＩＭ法を用いて、例えばプラスチック製の光学部品を作製したところ、所望の光学特性を有した光学部品を製造することができなかった。
【０００６】
本発明の目的は、ＬＩＭ法を用いてプラスチック製品を成形する際に、完成品に必要とされる所望の特性（光学特性、強度、耐久性等）を有する良質のプラスチック製品を容易に作製することのできる金型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、熱硬化性樹脂からなる成形品をＬＩＭ法で成形する際に用いる金型であって、固定金型と、可動金型とを備え、上記金型が、上記金型が閉じられた際に上記固定金型及び上記可動金型間に画成される上記成形品のキャビティ内のガスを外部に排出するガスベントを有し、且つ、上記固定金型及び上記可動金型の互いに対向する面の少なくとも一方にオーバーフローキャッチャー部が設けられており、該オーバーフローキャッチャー部が上記ガスベント及び上記キャビティと流通するように設けられていることを特徴とする金型が提供される。
【０００８】
本発明者らは、従来のＬＩＭ法によりプラスチック製の光学レンズを作製したが、成形された光学レンズには、ガスベントに対応する位置にバリが発生した。これは、用いた熱硬化性樹脂（シリコーン）の粘度が低く流動性が高いため、射出成形時に樹脂がガスベントに流入したためであると考えられる。このように成形品にバリが発生すると、成形品ごとにバリを除去する処理が必要となり、量産性向上の妨げとなる。
【０００９】
そこで、成形された光学レンズにバリが発生しないように、すなわち、ガスベントに樹脂が流れ込まないようにするために、ガスベントの径を従来より狭くして（５μｍ程度）射出成形を行い、光学レンズを作製した。しかしながら、成形された光学レンズを検査したところ、光学レンズにバリは発生しなかったが、光学レンズの内部、特に樹脂を流し込むゲートとは反対側の領域に気泡が存在した。これは、ガスベントを狭くして射出成形したため、キャビティ内の空気が抜けきれず成形品内に気泡が残ったためであると考えられる。このように、光学レンズ内に気泡が含まれると光学レンズの透過率、屈折率等が変化するので、所望の光学特性を得ることができない。
【００１０】
なお、光学レンズに限らずプラスチック製の成形品内に気泡が存在すると、必要とする成形品の特性（強度、耐久性等）が得られない恐れがある。また、このように、成形品内に気泡が残る可能性がある場合には、全成形品を検査する必要があり量産性の点では好ましくない。さらに、成形品に気泡が残らないように無理な成形条件で射出成形を行うと、成形品にバラツキ等の不具合が生じる恐れもある。
【００１１】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決するために、ＬＩＭ法でプラスチック製品を成形するために用いる金型内部に、固定金型及び可動金型閉じた際に画成される成形品のキャビティと流通するオーバーフローキャッチャーを設けた。本明細書でいう「オーバーフローキャッチャー」とは、射出成形時に画成される成形品のキャビティと流通し且つ射出された樹脂がキャビティを介して流れ込む樹脂の収容室のことである。なお、本発明の金型では、固定金型及び可動金型の互いに対向する面の少なくとも一方にオーバーフローキャッチャー部を設け、金型を閉じた際に、一方の金型に設けられたオーバーフローキャッチャー部と、それと対向する他方の金型の表面、または、それと対向する他方の金型に設けられたオーバーフローキャッチャー部とで、オーバーフローキャッチャーが画成される。
【００１２】
本発明の金型を用いてＬＩＭ法で成形品を作製した場合、キャビティに樹脂を射出すると、まず、キャビティ内を樹脂で充填され、その後、樹脂はオーバーフローキャッチャーに流れ込む。その際、キャビティ内のガスは樹脂と一緒にオーバーフローキャッチャーに押し出される。そして、オーバーフローキャッチャーに押し出されたガスはオーバーフローキャッチャーに流通するガスベントを介して外部に排出される。上述のように、本発明の金型を用いれば、キャビティ内のガスは樹脂と一緒にオーバーフローキャッチャーに押し出されるので、キャビティ内にガスがほとんど残らない。それゆえ、成形品内にも気泡がほとんど残らない。
【００１３】
そして、成形品を金型から取り出した後、その成形品から、樹脂を射出するゲートやオーバーフローキャッチャー等で固化した不要な成形部分を除去すれば気泡をほとんど含まない所望のプラスチック製品が得られる。この際、上述のように金型から取り出した直後の成形品にはオーバーフローキャッチャーで固化した成形部分が着いた状態であるが、この成形部分は全ての成形品で同じ形状となるので、ゲート等で固化した不要な成形部分と同様の方法で機械的に切断することができる。それゆえ、成形品全品に対して個別にバリ除去処理や気泡の有無を検査する必要がなくなるので、量産性が向上する。
【００１４】
本発明の金型では、上記キャビティ内の上記熱硬化性樹脂の最終充填位置付近に上記オーバーフローキャッチャー部が設けられているこが好ましい。本発明の金型を用いた成形プロセスでは、上述のように、キャビティに射出された熱硬化性樹脂によりキャビティ内のガスをオーバーフローキャッチャーに押し出して、キャビティ内のガスを抜くので、オーバーフローキャッチャー部をキャビティ内の熱硬化性樹脂の最終充填位置付近に設けることにより、確実にキャビティ内のガスを抜くことができる。
【００１５】
本発明の金型では、流入させる熱硬化性樹脂としては透明性樹脂であることが好ましい。ＬＩＭ法で透明性樹脂からなるレンズ等の光学部品を成形する場合、その成形品に気泡が含まれているとその光学特性（透過率、屈折率等）が劣化するので、気泡をほとんど含まない成形品を製造することができる本発明の金型を用いることが好適である。なお、本発明はこれに限定されず、流入させる熱硬化性樹脂としては不透明な樹脂を用いても良い。本発明の金型を用いると、気泡の含まない良質な樹脂製品を製造することができるので、成形品の強度や耐久性といった特性を向上させることができ、ＬＩＭ法で不透明な樹脂からなる成形品の作製する際にも好適である。
【００１６】
本発明の金型では、上記熱硬化性樹脂の粘度が２５℃で１５００〜１５０００ｄ・ｐａｓであることが好ましい。特に、上記熱硬化性樹脂がシリコーンであることが好ましい。シリコーン以外で、上記特性を有する熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エリア樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の金型によれば、成形品が成形されるキャビティと流通するオーバーフローキャッチャーを設けており、射出成形時にはキャビティ内のガスは樹脂と一緒にオーバーフローキャチャ−に押し出されるので、成形品内部に気泡が残らない。それゆえ、本発明の金型を用いて成形品を作製した場合には、非常に良質な熱硬化性樹脂からなる成形品を製造することができる。
【００１８】
また、本発明の金型を用いて成形品を作製した場合には、金型から取り出した直後の成形品にはオーバーフローキャッチャーで固化した不要な成形部分が着いた状態であるが、この成形部分は、ゲート等で固化した不要な成形部分と同様の方法で機械的に除去することができるので、量産性を向上させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の金型の一実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。
【実施例】
【００２０】
実施例では、光学レンズをＬＩＭ法で成形し、光学レンズの形成材料としてはシリコーンを用いた。
【００２１】
［金型の構造］
実施例で用いた射出成形機の金型部分の概略構成を図１に示した。なお、図１は、金型を閉じた状態の概略断面図である。この例の金型１００は、図１に示すように、可動金型１２と、固定金型２２とから構成される。なお、実施例で用いた射出成形機では、金型以外の部分は従来用いられている射出成形機と同じ構造であり、可動金型１２は可動プラテン（不図示）に取り付けられており、固定金型２２は固定プラテン（不図示）に取り付けられており、また、可動プラテンには成形品を金型から取り出すため突き出しロッド（不図示）が設けられている。
【００２２】
可動金型１２の固定金型２２側の表面には、可動ランナー部１４と、可動成形部１６と、可動ランナー部１４及び可動成形部１６を繋ぐ可動ゲート部１５と、オーバーフローキャッチャー部１７とが形成されている。この例では、オーバーフローキャッチャー部１７は可動成形部１６の可動ゲート部１５側とは反対側（熱硬化樹脂の最終充填位置）に設けた。
【００２３】
また、オーバーフローキャッチャー部１７は、図１に示すように、キャビティから押し出された樹脂を溜める樹脂受け部１７ａと、樹脂受け部１７ａ及び可動成形部１６を繋ぐ流路部１７ｂとから構成される。なお、この例では、オーバーフローキャッチャー１７の流路部１７ｂの深さを、樹脂受け部１７ａの深さより浅く形成した。この流路部１７ｂで固化する成形部分は、成形品を金型から突き出し法により取り出す際に、突き出しピンの当たる部分に対応しており、流路部１７ｂで固化した成形部分の厚さを、樹脂受け部１７ａで固化した成形部分の厚さより薄くすることにより突き出しピンを突き立て易くなる。なお、本発明はこれに限定されず、流路部１７ｂの深さと、樹脂受け部１７ａの深さとを同じ深さにしても良い。
【００２４】
一方、固定金型２２には、図１に示すように、熱硬化性樹脂が射出されるスプルーブッシュ３３が設けられている。また、固定金型２２の可動金型１２側の表面には、図１に示すように、固定ランナー部２４、固定ゲート部２５及び固定成形部２６が形成されており、それらは、それぞれ可動金型１２の可動ランナー部１４、可動ゲート部１５及び可動成形部１６と対向する領域に形成されている。
【００２５】
本発明の金型では、図１に示すように、金型を閉じた状態にすることにより、可動ランナー部１４の開口部と固定ランナー部２４の開口部が重なりランナー３４が画成される。同様に、可動ゲート部１５と固定ゲート部２５とからゲート３５が画成され、可動成形部１６と固定成形部２６とからキャビティ３６が画成される。そして、この例では、可動金型１２のオーバーフローキャッチャー部１７と、それと対向する固定金型２２の表面領域とでオーバーフローキャッチャー３７が画成される。また、この例では、図１に示すように、オーバーフローキャッチャー３７のキャビティ３６側とは反対側にガスベント３８を設けた。
【００２６】
なお、この例では後述するように、最終的にはオーバーフローキャッチャー３７で固化した成形部分は切断されるので、キャビティ３６からオーバーフローキャッチャー３７に押し出された全てのガスがガスベント３８を介して排出される必要はなく、オーバーフローキャッチャー３７に気泡として残っても良い。それゆえ、ガスベント３８の径（サイズ）をより小さくしても良い。また、逆により効率的にガス抜きを行うためにガスベント３８の径をある程度大きくしても良い。この場合には、ガスベント３８に樹脂が流入してオーバーフローキャッチャー３７のガスベント３８側にバリが発生するが、オーバーフローキャッチャー３８で固化した成形部分は切断されるので問題がない。すなわち、オーバーフローキャッチャー３７と流通するガスベント３８の径（サイズ）は、樹脂が金型から飛び出さない程度の大きさであれば任意であり、その径は使用する樹脂等に応じて適宜設定し得る。
【００２７】
また、この例の金型１００では、オーバーフローキャッチャー３７の流路部１７ｂとそれに対向する固定金型２２の表面との距離が、ゲート３５の径とほぼ同じになるように、オーバーフローキャッチャー部１７の流路部１７ｂを形成した。このようなサイズで流路部１７ｂを形成すると、金型から取り出された成形品からオーバーフローキャッチャー３７で固化した不要な成形部分を切断する際に、ゲート３５で固化した成形部分と同様の手段及び方法を用いて切断することができるので量産性を向上させることができる。また、この例では、金型１００を閉じた際に画成されるオーバーフローキャッチャー３７の容量がキャビティ３６の容量の約５０％となるように、流路部１７ｂ及び樹脂受け部１７ａのサイズを設定した、
【００２８】
なお、オーバーフローキャッチャー部１７の寸法や形状は、キャビティ３６の形状、容量等に応じて適宜設定し得る。特に、オーバーフローキャッチャー３７の容量が、キャビティ３６の容量の１０〜１００％程度となるようにオーバーフローキャッチャー部１７の寸法、形状を設定することが好ましい。また、オーバーフローキャッチャー３７の幅（あるいは径）がガスベント３８の径の約１０倍以上であることが好ましい。オーバーフローキャッチャー３７の容量及び寸法が上記範囲となるようにオーバーフローキャッチャー部１７を設けることにより、より効率的に且つ確実に、キャビティ３６内のガスをオーバーフローキャッチャー３７及びガスベント３８を介して外部に排出することができる。
【００２９】
［光学レンズの成形方法及び製造方法］
次に、この例の金型を用いた光学レンズの成形方法及び製造方法について、図２を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、実施例における成形プロセスの手順を示した図である。なお、図２の各図は、図１中のＡ−Ａ側から見たランナー、ゲート、キャビティ及びオーバーフローキャッチャーの概略平面図である。なお、図２では説明を簡略化するため、オーバーフローキャッチャー３７と流通するガスベント３８は省略した。
【００３０】
まず、金型内部を高温（約１５０℃）に温調した。次いで、固定金型２２のスプレーブッシュ３３を介して熱硬化樹脂４０（シリコーン）をランナー３４に射出した。ランナー３４に射出された熱硬化性樹脂４０は、ゲート３５を介してキャビティ３６に流れ込む（図２（ａ）の状態）。この際、金型は高温に温調されているので、熱硬化性樹脂４０は射出された時点で固化し始めるが、流動している領域では固化しない。
【００３１】
キャビティ３６に流れ込んだ熱硬化性樹脂４０は、キャビティ３６内の空気をオーバーフローキャッチャー３７に押し出しながら、キャビティ３６内に充填される（図２（ｂ）の状態）。オーバーフローキャッチャー３７に押し出された空気は、ガスベント３８を介して外部に排出される。次いで、さらに圧力を加えてキャビティ３６に流れ込んだ熱硬化性樹脂４０を製品形状に成形した。
【００３２】
さらに、熱硬化性樹脂４０をキャビティ３６に流し込むと、キャビティ３６内の熱硬化性樹脂４０がオーバーフローキャッチャー３７に流れ込む。次いで、熱硬化性樹脂４０がオーバーフローキャッチャー３７に充填されるまで熱硬化性樹脂４０をキャビティ３６に流し込んだ。そして、オーバーフローキャッチャー３７が熱硬化性樹脂４０で充填された時点で、成形プロセスを終了した。この時点で熱硬化性樹脂４０の流動がなくなり、熱硬化性樹脂４０が充填された領域全体が固化する（図２（ｃ）の状態）。上述のようにしてこの例では光学レンズを成形した。
【００３３】
なお、オーバーフローキャッチャー３７に押し出された空気は、ガスベント３８を介して外部に排出されるが、全て排出されず、図２（ｃ）に示すように、オーバーフローキャッチャー３７に気泡５０が多少残っても良い。オーバーフローキャッチャー３７で固化した成形部分４７は成形品から切断される部分であるので、オーバーフローキャッチャー３７に気泡５０が残っていても良い。
【００３４】
上記成形方法で光学レンズを成形した後、金型を常温に戻して金型を開き、突き出しピンにより、成形品を突き出して、金型から成形品を取り出した。なお、この際、ゲート３５及びオーバーフローキャッチャー３７に設けられたエジェクトピン（不図示）を成形品に突き立てることにより成形品を取り出した。最後に、ランナー３４、ゲート３５及びオーバーフローキャッチャー３７で固化した成形部分（図２（ｃ）中の４４、４５及び４７の固化部分）を切断して、この例の光学レンズを得た。この例で作製した光学レンズを調べたところ、レンズ内に気泡は見られず、所望の光学特性が得られた。
【００３５】
［比較例］
比較例では、オーバーフローキャッチャーを備えない従来の金型を用いてＬＩＭ法により光学レンズを成形した。光学レンズの形成材料としては、実施例と同様にシリコーンを用いた。なお、この例では、シリコーンがガスベントに流入しないように、ガスベントの径を十分小さくした（約５μｍ以下）。それ以外は、実施例と同様にして光学レンズを作製した。その結果、光学レンズ内には気泡が残り、所望の光学特性を得ることができなかった。光学レンズ内に気泡が残る原因について図３を用いて説明する。なお、図３は、比較例における成形プロセスのフローチャートであり、ここでは、説明を簡略化するために、キャビティに流通するガスベントは省略した。
【００３６】
まず、固定金型１２のスプレー１３を介して熱硬化樹脂４０をランナー３４に射出すると、ランナー３４に射出された熱硬化性樹脂４０は、ゲート３５を介してキャビティ３６に流れ込む（図３（ａ）の状態）。キャビティ３６に流れ込んだ熱硬化性樹脂４０は、キャビティ３６内の空気５１をゲート３５とは反対側に押し出しながら、キャビティ３６内に充填される（図３（ｂ）の状態）。この際、キャビティ３６内の空気は、キャビティ３６と流通するガスベント（不図示）を介して外部に排出される。次いで、さらに圧力を加えてキャビティ３６に流れ込んだ熱硬化性樹脂４０を製品形状に成形する。そして、熱硬化性樹脂４０がオーバーフローキャッチャー３８に充填されれば、成形プロセスを終了する（図３（ｃ）の状態）。
【００３７】
しかしながら、この例では、ガスベントの径を非常に小さくしているので、キャビティ３６内から、空気が抜けきれず、図３（ｃ）に示すように、成形品５６内に気泡５２が残る。そのため、この例では成形された光学レンズ内に気泡が残り、所望の光学特性が得られない。
【００３８】
上記実施例では、可動金型の表面にオーバーフローキャッチャー部を形成し、可動金型のオーバーフローキャッチャー部とそれに対向する固定金型の表面とでオーバーフローキャッチャーを画成する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。固定金型の表面にオーバーフローキャッチャー部を形成し、固定金型のオーバーフローキャッチャー部とそれに対向する可動金型の表面とでオーバーフローキャッチャーを画成しても良い。また、固定金型及び可動金型の互いに対向する表面にそれぞれ、所定形状のオーバーフローキャッチャー部を設け、固定金型のオーバーフローキャッチャー部と、可動金型のオーバーフローキャッチャー部とでオーバーフローキャッチャーを画成しても良い。
【００３９】
上記実施例では、光学レンズを例にとり説明したが、本発明はこれに限定されない。粘性の低い熱硬化性樹脂を用いて成形品を作製する場合であれば、本発明の金型を用いることにより、気泡を含まない良質の成形品を作製することができる。具体的には、粘度が２５℃で１５００〜１５０００ｄ・ｐａｓの熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エリア樹脂、メラミン樹脂等を用いて成形品を作製する場合にも有効である。
【００４０】
上記実施例では、透明な成形品（光学レンズ）を作製する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。不透明な成形品に対しても本発明の金型は適用可能である。その場合にも、気泡を含まない良質な成形品が得られるので、成形品の強度や耐久性等の特性を向上させることが可能である。
【００４１】
上記実施例では、オーバーフローキャッチャーをキャビティのゲート側と反対側に設けたが、本発明はこれに限定されず、成形品の形状に応じて任意の位置に設けることができる。キャビティ内のガスをより確実にオーバーフローキャッチャーに押し出すためには、キャビティ内の熱硬化性樹脂最終充填部付近に設けることが好ましい。それゆえ、熱硬化性樹脂の最終充填位置がキャビティのゲート付近にある場合には、オーバーフローキャッチャーをキャビティのゲート付近に設ける場合もある。
【００４２】
また、上記実施例では、１つのオーバーフローキャッチャーを設けた例を説明したが、本発明はこれに限定されず、複数のオーバーフローキャッチャーを設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の金型を用いて成形品を成形した場合には、気泡をほとんど含まない良質な成形品を提供することができるので、本発明の金型は、熱硬化性樹脂からなる光学レンズ等のような、気泡を含むことにより成形品の特性に大きく劣化する成形品をＬＩＭ法で成形する際に用いられる金型として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、実施例で用いた金型の概略断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、実施例における成形プロセスを説明するための図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、比較例における成形プロセスを説明するための図である。
【符号の説明】
【００４５】
１２  可動金型
１４  可動ランナー部
１５  可動ゲート部
１６  可動成形部
１７  オーバーフローキャッチャー部
１７ａ  樹脂受け部
１７ｂ  流路部
２２  固定金型
２４  固定ランナー部
２５  固定ゲート部
２６  固定成形部
３３  スプルーブッシュ
３４  ランナー
３５  ゲート
３６  キャビティ
３７  オーバーフローキャッチャー
３８  ガスベント
【図１】
2007245595.tif 000003
【図２】
2007245595.tif 000004
【図３】
2007245595.tif 000005