(57)【要約】【課題】薄肉の成形品を射出成形する場合であっても、射出装置への過負荷を抑制しつつヒケや減肉の発生を防止できる射出成形装置を提供すること。【解決手段】射出口２１ｔの径φｔとノズル２１の胴部２１ｂの内径φｂとの比が３：１０から３：２０までの範囲にあるので、ノズル２１内の断面積減少による圧力損失を低減でき、逆止リング２４とシリンダー２２との隙間量Ｇａが５０μｍ以上１００μｍ以下であるので、バックフローによる圧力損失が軽減される。これにより、樹脂の充填性能が向上し、薄肉のレンズＬＰに対応するキャビティＣＡにも充填が可能となる。この際、樹脂の温度、金型４１，４２の温度を過度に上昇させることなく充填が可能となるため、樹脂の物性を壊すことなく成形が可能となる。また、溶融樹脂の充填速度を過度に上昇させることなく充填が可能となるため、射出装置１６のサーボやスクリュー２３にかかる負荷等を軽減できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にノズルを固定したシリンダーと、前記シリンダー内に収納されたスクリューと、前記スクリューのヘッド部に取り付けられた逆止リングとを有する射出装置を備える射出成形装置であって、
前記ノズルの先端に形成された射出口の径と前記ノズルの胴部の内径との比が３：１０から３：２０までの範囲にあり、
前記逆止リングと前記シリンダーとの隙間量が５０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
前記ノズルの胴部の内径と前記シリンダーの内径との比が１：１から１：５までの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項３】
前記シリンダーの内径は、２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項４】
最薄部の厚みが０．２ｍｍ以下の薄肉の成形品に対応する型空間に樹脂の充填を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品その他の成形品を成形するための射出成形装置に関し、特にインライン型のスクリューを備える射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形装置において、溶融樹脂の滞留や漏れを低減でき均一な混練が可能なことから、インラインスクリュー方式の射出計量機構を組み込んだ射出装置が広く多く用いられている。
【０００３】
近年における光学部品その他の製品の小型化の要求の高まりに伴って、射出成形による成形品の微小化及び薄肉化が進んでいる。成形品の薄肉化が進むほど溶融樹脂の射出に際して充填が困難になり、射出装置の充填能力が低い場合には充填不足による成形品のヒケや減肉といった不良が発生する。それらに対する解決策として、樹脂温度や型温度を上昇させ溶融樹脂の流動性を上げる、射出速度設定を上げ流速を上げるといった方法があるが、樹脂の物性によって樹脂温度の設定域が定義されており、また、射出速度は射出装置側の圧力制御に関わるためその調整には限界がある。
【０００４】
なお、樹脂温度が許容範囲内であっても、溶融樹脂の温度を上げて粘性を低下させると、樹脂射出時のバックフローが増加し充填圧力の逃げ及びバラツキが増大するという問題がある。そのため、逆止リングを調整し溶融樹脂のバックフローを抑制することで充填の圧力逃げ・バラツキを軽減させることも一般的に知られている。
【０００５】
しかしながら、非常に薄肉の成形品の場合、逆止リングとシリンダーとの隙間を減らしバックフローを抑制することで充填圧力の逃げは低減可能であるが、圧力が逃げないことで射出装置のサーボやスクリューへの負荷も増加してしまうという問題が生じてしまう。サーボやスクリューへの負荷が高過ぎるとセンサーが圧力ピークを感知して停止してしまったり、状態によっては故障へとつながるおそれがある。特に充填工程から保圧工程への切り替えを圧力設定により制御している場合、上記のような圧力ピークを感知してしまうと設定通りの成形ができない、といった不具合も起こりうる。
【０００６】
なお、射出成形でなく押出成形用であるが、ノズル内径の調整によって溶融樹脂がノズルを通過する際に受ける抵抗を小さくし、射出能力が落ちないようにする技術が知られている（特許文献１）。
【０００７】
しかしながら、非常に薄肉の成形品を射出成形する場合、上記のようなノズル内径の調整だけでは対応できない。特に、サーボ等への負荷が問題とならない程度に逆止リングとシリンダーとの隙間を減らし、サーボやスクリューへの負荷が大きくなりすぎない範囲で充填圧力の逃げを低減する場合、ノズルの先端形状によっては、ノズルとシリンダーとの接合部に過負荷がかかってしまい、ノズルが外れてしまうなどのおそれが生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１８８７７２号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、薄肉の成形品を射出成形する場合であっても、射出装置への過負荷を抑制しつつヒケや減肉の発生を防止できる射出成形装置を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る射出成形装置は、先端にノズルを固定したシリンダーと、シリンダー内に収納されたスクリューと、スクリューのヘッド部に取り付けられた逆止リングとを有する射出装置を備える射出成形装置であって、ノズルの先端に形成された射出口の径とノズルの胴部の内径との比が３：１０から３：２０までの範囲にあり、逆止リングとシリンダーとの隙間量が５０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００１１】
上記射出成形装置では、射出口の径とノズルの胴部の内径との比が３：１０から３：２０までの範囲にあるので、特に比が小さくなって差が開く側においてもノズル内の断面積減少による圧力損失を低減でき、逆止リングとシリンダーとの隙間量が５０μｍ以上１００μｍ以下であるので、特に隙間量の上限側においてもバックフローによる圧力損失が軽減される。これにより、樹脂の充填性能が向上し、薄肉の製品に対応するキャビティにも充填が可能となる。この際、樹脂の温度、金型の温度を過度に上昇させることなく充填が可能となるため、樹脂の物性を壊すことなく成形が可能となる。加えて、樹脂の温度上昇による樹脂焼け（黄変）又は黒ゴミの発生も防止できる。また、溶融樹脂の充填速度を過度に上昇させることなく充填が可能となるため、射出装置のサーボやスクリューにかかる負荷のほか、ノズルとシリンダー等との接続部にかかる負荷を軽減できる。
【００１２】
本発明の具体的な側面では、上記射出成形装置において、ノズルの胴部の内径とシリンダーの内径との比が１：１から１：５までの範囲にある。この場合、ノズル内の断面積減少による圧力損失をより確実に低減することができる。
【００１３】
本発明の別の側面では、シリンダーの内径は、２５ｍｍ以下である。この場合、シリンダーは、比較的小型の成形品に対応するものとなる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、最薄部の厚みが０．２ｍｍ以下の薄肉の成形品に対応する型空間に樹脂の充填を行う。この場合、一般的にはキャビティへの充填が困難になって充填不足による成形品のヒケや減肉が発生しやすくなるが、上記のように射出口の径とノズルの胴部の内径との比、並びに逆止リングとシリンダーとの隙間量が適切に設定されているので、樹脂の物性を壊すことなく射出装置の負荷を増加させることなく成形品におけるヒケや減肉の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る射出成形装置を実施するための成形装置を説明する概念図である。
【図２】図１の成形装置の一部を拡大した断面図である。
【図３】図１の成形装置によって形成される成形品の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る射出成形装置について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１７】
図１を参照して、実施形態に係る射出成形装置を実施するための成形装置について説明する。成形装置１００は、射出成形を行って成形品ＭＰを作製する本体部分である射出成形機１０と、成形装置１００を構成する各部の動作を統括的に制御する制御装置３０とを備える。
【００１８】
射出成形機１０は、横型の成形機であり、成形金型４０と、固定盤１１と、可動盤１２と、開閉駆動装置１５と、射出装置１６とを備える。射出成形機１０には、これに付随して金型温度調節機４７等も設けられている。射出成形機１０は、固定盤１１と可動盤１２との間に成形金型４０を構成する第１金型４１と第２金型４２とを挟持して両金型４１，４２を型締めすることにより成形を可能にする。
【００１９】
支持フレーム１４上に固定された固定盤１１は、第１金型４１を着脱可能に支持している。固定盤１１には、後述するノズル２１を通す開口１１ｂが形成されている。
【００２０】
可動盤１２は、リニアガイド１５ａによって固定盤１１に対して進退移動可能に支持されている。可動盤１２は、第２金型４２を着脱可能に支持している。なお、可動盤１２には、エジェクター駆動部４５が組み付けられている。
【００２１】
開閉駆動装置１５は、型締め盤１３に支持されており、リニアガイド１５ａと、動力伝達部１５ｄと、アクチュエーター１５ｅとを備える。動力伝達部１５ｄは、制御装置３０の制御下で動作するアクチュエーター１５ｅからの駆動力を受けて伸縮する。これにより、固定盤１１と可動盤１２とを互いに近接又は離間させることができ、第１金型４１と第２金型４２との型締め又は型開きを行うことができる。
【００２２】
射出装置１６は、インラインスクリュー式の装置であり、フィード部１６ａ、原料貯留部１６ｂ、駆動部１６ｃ等を備える。射出装置１６は、制御装置３０の制御下で適当なタイミングで動作するものであり、フィード部１６ａの先端に設けられた樹脂射出用のノズル２１から温度及び充填圧力が制御された状態の溶融樹脂を所望のタイミングで射出することができる。この際、駆動部１６ｃは、樹脂の混錬、計量、射出等を可能にすべく、これに内蔵された不図示のサーボ機構により、フィード部１６ａ中に挿入されたスクリュー２３（図２参照）を必要な速度で回転さ或いは前進等させることができる。
【００２３】
射出成形機１０に付随して設けられた金型温度調節機４７は、両金型４１，４２中に温度制御された熱媒体を循環させる。これにより、成形時に両金型４１，４２の温度を適切な温度に保つことができる。
【００２４】
制御装置３０は、開閉制御部３１と、射出装置制御部３２と、エジェクター制御部３３とを備える。開閉制御部３１は、アクチュエーター１５ｅを動作させることによって両金型４１，４２の型閉じ、型締め、型開き等を可能にする。射出装置制御部３２は、フィード部１６ａ、駆動部１６ｃ等を適宜動作させることによって両金型４１，４２間に形成されたキャビティ中に所望の圧力で溶融樹脂を注入させる。エジェクター制御部３３は、エジェクター駆動部４５を動作させることによって型開き時に第２金型４２に残る成形品ＭＰを第２金型４２内から押し出させて離型を行わせる。
【００２５】
図２を参照して、成形金型４０について説明する。成形金型４０のうち固定側の第１金型４１は、図１に示す固定盤１１に固定される裏面側にノズル２１の先端に対応する窪み形状を有するスプルーブッシュ又はノズルタッチ部４１ｄが形成されている。ノズルタッチ部４１ｄから第２金型４２に面する表面側に向けては、スプルー４１ｅが形成されている。一方、可動側の第２金型４２は、図１に示す機構によってＡＢ方向に往復移動可能になっている。この第２金型４２を固定側の第１金型４１に向けて移動させ、両金型４１，４２を型合わせ面ＰＳ１，ＰＳ２で型合わせして型締めすることにより、光学素子を成形するためのキャビティＣＶと、これにゲートを介して連通するランナーＲＵとが形成される。ランナーＲＵやスプルー４１ｅは、キャビティＣＶに溶融樹脂を供給するための流路空間ＦＣを構成する。
【００２６】
第１金型４１と第２金型４２とに挟まれた空間であるキャビティＣＶは、成形品である光学素子の形状に対応するものとなっている。
図３に示すように、図１の全体としての成形品ＭＰから切り出された部分的な成形品であるレンズＬＰは、プラスチック製で、光学的機能を有する光学的機能部としての中心部ＬＰａと、中心部ＬＰａから外径方向に延在する環状で平坦なフランジ部ＬＰｂとを備える。このレンズＬＰは、例えば光ピックアップ装置に組み込まれる対物レンズ、携帯電話、スマートフォン等に組み込まれる撮像レンズを構成する要素レンズ等である。中心部ＬＰａとフランジ部ＬＰｂとの間は肉薄部ＰＬｃとなっている。肉薄部ＰＬｃにおいて、光軸ＯＡ方向の厚みが最も減少している最薄部は、０．２ｍｍ以下の厚みＴｈを有するものとなっている。
【００２７】
図２に示すように、射出装置１６において、フィード部１６ａは、先端に固定されたノズル２１と、ノズル２１の根元側を支持するシリンダー２２と、シリンダー２２内に収納されたスクリュー２３と、スクリュー２３のヘッド部２３ａに取り付けられた逆止リング２４とを備える。ノズル２１は、筒状で内部に流路２１ａを有し、先端部２１ｂに細い射出口２１ｔを有する。流路２１ａは、根元側で広くなっており、シリンダー２２の内部空間２２ａに接続されている。シリンダー２２は、一様な断面を有し、内部空間２２ａにスクリュー２３を収納している。シリンダー２２の先端部にはノズル２１がネジ付けられている。シリンダー２２の周囲には、温度センサーを付随させたヒーター２５が配置されており、不図示の温度センサーの出力に基づいて内部空間２２ａに溜まった溶融樹脂の温度を所望の状態に保つ。スクリュー２３は、ロッド状の部材であり、外周側面に螺旋状又はネジ山状の凸部２３ｂが形成されている。スクリュー２３に背圧をかけつつ回転させることによって、樹脂を先端側に送り込むことができる。スクリュー２３をノズル２１側に前進させることによって、射出口２１ｔから所望の速度で溶融樹脂を射出させることができる。その後、スクリュー２３に前進方向の圧を掛けけた状態を維持することで保圧が行われる。逆止リング２４は、ヘッド部２３ａの後端から後方に延びる筒状の部材である。逆止リング２４は、詳細な構造の説明を省略するが、スクリュー２３が溶融樹脂を先端に送り込むように順方向に回転する際には、スクリュー２３との間に流路を確保して溶融樹脂の計量を可能にし、スクリュー２３が逆方向に回転すると、スクリュー２３との間の流路を遮断して溶融樹脂の逆流を防止する。
【００２８】
以下、フィード部１６ａ内における樹脂流路の寸法について説明する。まず、シリンダー２２の内径φｃは、２５ｍｍ以下である。シリンダー２２内において、逆止リング２４の外側面２４ｐとシリンダー２２の内径面２２ｐとの隙間量Ｇａは、５０μｍ以上１００μｍ以下としている。ノズル２１の胴部２１ｂの内径φｂについては、特に制限がないが、ノズル２１の先端に形成された射出口２１ｔの径φｔとノズル２１の胴部２１ｂの内径φｂとの比は、３：１０から３：２０までの範囲、すなわちφｔ／φｂが０．３〜０．１５の範囲となっている。さらに、ノズル２１の胴部２１ｂの内径φｂと、シリンダー２２の内径φｃとの比は、１：１から１：５までの範囲、すなわちφｂ／φｃが１〜０．２の範囲となっている。
【００２９】
本実施形態の射出成形装置では、射出口２１ｔの径φｔとノズル２１の胴部２１ｂの内径φｂとの比が３：１０から３：２０までの範囲にある（特に３：２０又は０．１５以上である）ので、ノズル２１内の断面積減少による圧力損失を低減でき、逆止リング２４とシリンダー２２との隙間量Ｇａが５０μｍ以上１００μｍ以下である（特に１００μｍ以下である）ので、バックフローによる圧力損失が軽減される。これにより、樹脂の充填性能が向上し、薄肉のレンズＬＰに対応するキャビティＣＶにも充填が可能となる。この際、樹脂の温度、金型４１，４２の温度を過度に上昇させることなく充填が可能となるため、樹脂の物性を壊すことなく成形が可能となる。また、溶融樹脂の充填速度を過度に上昇させることなく充填が可能となるため、射出装置１６のサーボ機構やスクリュー２３にかかる負荷やノズル２１とシリンダー２２先端との接続部にかかる負荷を軽減できる。なお、径φｔと内径φｂとの比を３：１０又は０．３以下とすることにより、ノズル２１内に十分な樹脂を溜めることができ、隙間量Ｇａを５０μｍ以上とすることにより、逆止リング２４の動作を確保することが容易になる。
【００３０】
以下、具体的な実施例について説明する。まず、ノズル２１先端の射出口２１ｔの径φｔとノズル２１の胴部２１ｂの内径φｂとの比を０．３（すなわち１．５：５）に設定し、シリンダーと逆止リングの隙間を５０μｍに設定して、樹脂温度や充填速度を変化させた実験を行った。樹脂として使用した材料は環状オレフィンコポリマー（具体的には三井化学製のＡＰＥＬ（商標））であり、成形品としてのレンズの最薄部の厚みは０．１１ｍｍであった。なお、上記実験に際して、保圧は、まず７．４×１０７Ｎ／ｍ２で１秒、次いで６．４×１０７Ｎ／ｍ２で３秒、最後に０．９８×１０７Ｎ／ｍ２で２秒とした。キャビティＣＶ周辺の金型温度は１３０℃とした。溶融樹脂の充填後の冷却時間は、１０秒とし、樹脂乾燥温度及び樹脂乾燥時間は、９０℃及び１２時間とし、シリンダー温度（すなわち樹脂温度）は、２５０〜２８０℃であった。第１の実験例の結果を以下の表１にまとめた。
〔表１〕
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以上の表１において、記号「◎」は、問題なく充填可能であることを意味し、記号「×」は、ヒケ、未充填等があって充填不可能であることを意味する。なお、成形結果が◎ということは、樹脂が有するエネルギーが成形機内部で滞留していないということであり、サーボ、スクリュー、並びに、ノズルとシリンダーとの接続部に掛る負荷が少ないと言える。以上の表１から明らかなように、広い樹脂温度及び充填時間の範囲内で成形可能であることがわかる。
【００３１】
次に、第２の実験例として、ノズル２１先端の射出口２１ｔの径φｔとノズル２１の胴部２１ｂの内径φｂとの比を０．１５（すなわち１．５：１０）に設定し、シリンダーと逆止リングの隙間を１００μｍに設定して、樹脂温度や充填速度を変化させた実験を行った。樹脂として使用した材料はＡＰＥＬであり、成形品としてのレンズの最薄部の厚みは０．１１ｍｍであった。なお、上記第２の実験例の実験に際して、保圧、冷却時間、樹脂乾燥温度及び時間、シリンダー温度等は、第１の実験例の場合と同様とした。第２の実験例の結果を以下の表２にまとめた。
〔表２〕
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以上の表２から明らかなように、樹脂温度３１０℃及び充填時間０．０６秒のピンポイント領域で成形可能であった。
【００３２】
射出口２１ｔの径（射出口径）φｔとノズル２１の胴部２１ｂの内径（ノズル内径）φｂとの組み合わせを適宜設定し、逆止リング２４及びシリンダー２２間の隙間量Ｇａとの寸法を変化させた実験を行った。径φｔは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲で変化させ、内径φｂは２．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で変化させ、隙間量Ｇａは２５〜１００μｍの範囲で変化させた。その他の条件は、上記第１の実験例の場合と同様とした。結果を以下の表３にまとめた。
〔表３〕
2016175210.tif 000005
以上の表３において、記号「◎」は、問題なく充填可能であることを意味し、記号「×」は、ヒケ、未充填等があって充填不可能であることを意味する。記号「○」は、ヒケが発生しないが、厚み０．１１ｍｍ程度の最薄部を有する成形品では０．００１〜０．００２ｍｍ程度の減肉が発生するため、記号「◎」より充填性能が劣る領域であることを意味する。ただし、光学的には問題がない。記号「△」は、充填は可能であるが圧力損失が大きくヒケが発生する。
【００３３】
ノズル２１の胴部２１ｂの内径（ノズル内径）φｂと逆止リング２４及びシリンダー２２間の隙間量Ｇａとを適宜設定し、シリンダー２２の内径φｃの寸法を変化させた実験も行った。内径φｂは５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で変化させ、隙間量Ｇａは２５〜１００μｍの範囲で変化させ、内径φｃは１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で変化させた。その他の条件は、上記第１の実験例又は表３の場合と同様とした。結果を以下の表４にまとめた。
〔表４〕
2016175210.tif 000006
以上の表４において、記号「◎」、「○」、「△」、「×」等の意味は、表３の場合と同様である。
【００３４】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、射出成形機１０は、横型であるが、第１金型４１と第２金型４２とを上下に配置する竪型の成形機とすることができる。
【００３５】
また、上記実施形態において、第１金型４１及び第２金型４２の成型面（つまりキャビティＣＶ）の形状を図３に例示する形状に対応するものとしているが、成型面の形状、大きさは、用途に応じて適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…射出成形機、  １１…固定盤、  １２…可動盤、  １５…開閉駆動装置、  １６…射出装置、  １６ａ…フィード部、  １６ｂ…原料貯留部、  １６ｃ…駆動部、  ２１…ノズル、  ２１ｂ…先端部、  ２１ｔ…射出口、  ２１ａ…流路、  ２１ｂ…胴部、  ２１ｔ…射出口、  ２２…シリンダー、  ２２ａ…内部空間、  ２２ｐ…内径面、  ２３…スクリュー、  ２３ｂ…凸部、  ２３ａ…ヘッド部、  ２４…逆止リング、  ２４ｐ…外側面、  ２５…ヒーター、  ３０…制御装置、  ３１…開閉制御部、  ３２…射出装置制御部、  ４０…成形金型、  ４１，４２…金型、  ４１ｄ…ノズルタッチ部、  ４７…金型温度調節機、  １００…成形装置、  ＣＶ…キャビティ、  ＦＣ…流路空間、  ＬＰ…レンズ、  ＬＰａ…中心部、  ＬＰｂ…フランジ部、  ＭＰ…成形品、  ＰＬｃ…肉薄部、  ＰＳ１，ＰＳ２…型合わせ面
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016175210.tif 000009