(57)【要約】【課題】射出成形において、離型性に優れ、樹脂成形品を金型の任意の側に残し、離型時の離型痕など成形品欠点の発生を防止できる射出成形金型を提供する。【解決手段】可動側金型４と固定側金型１とを有する射出成形金型において、可動側金型表面５と固定側金型表面２とのの対水接触角が、双方とも９０°以上であり、相互の差が２０°以上であるように撥水性表面処理されてなる射出成形金型；および該射出成形金型を用いて射出成形し、型開き時に、可動側金型または固定側金型の表面の耐水接触角の低い方、好ましくは可動側の金型に成形品を残す射出成形方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動側金型と固定側金型とを有する射出成形金型において、可動側金型と固定側金型との表面の対水接触角が、双方とも９０°以上であり、相互の差が２０°以上であるように撥水性表面処理されてなる射出成形金型。
【請求項２】
耐水接触角の低い方の金型が可動側金型である請求項１に記載の射出成形金型。
【請求項３】
３００μｍ以下の微細パターンを少なくとも固定側金型に有する請求項１または２に記載の射出成形金型。
【請求項４】
微細パターンのアスペクト比が０．１〜３であり、高さが５００μｍ以下である請求項３に記載の射出成形金型。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の射出成形金型を用いて射出成形し、型開き時に、可動側金型または固定側金型の表面の耐水接触角の低い方の金型に成形品を残す射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱可塑性樹脂を成形する射出成形金型に関し、金型の固定側と可動側とで樹脂成形品の金型からの離型性を変化させ、型開き時に離型性に優れ、樹脂成形品を金型の任意の側に残し、離型時の成形品欠点の発生を防止するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂の成形加工において、金型からの樹脂成形品の離型性を向上させる手法としては、例えば、樹脂を改良する方法として樹脂に滑剤等を添加する方法が知られている。また、金型自体の離型性を向上させる手法としては、塗布式の離型剤を金型表面に塗布する手法が知られている。
【０００３】
金型に機械的な工夫を施すことで樹脂成形品を任意の金型面に残す手法としては、スプル部のＺピンによって成形品を金型固定側に残らないようする、または金型製品部にテーパーを付与したり、アンダカットを設けることで成形品を金型可動側に残す、といった手法が従来から知られていた。また、機械的に成形品を金型固定側に残し同時に離型する手法も知られている。（特許文献１および２参照）
【０００４】
金型表面に表面処理等を施すことで金型表面を改質する手法も知られている。金型の表面を改質することによって得られる効果としては、金型の長寿命化や、離型性の向上、金型表面形状の転写性向上等が挙げられる（特許文献３〜６参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２３４１３８号公報
【特許文献２】特開平１０−３０９７２２号公報
【特許文献３】特開平７−７６０２９号公報
【特許文献４】特開平７−１９５３７７号公報
【特許文献５】特開平１１−２９１２５９号公報
【特許文献６】特開平９−２３４８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の射出成形金型の型開き時には、金型形状により、成形品の残る側が一定しない場合や、取出し時の作業性に劣ることのある固定側に成形品が残らざるを得ない場合があり、取出しにロボットが使えずに手作業となって成形サイクルが長くなる；取出し時の傷付きによる良品率が低下する；といった課題があった。
【０００７】
これに対し塗布型の離型剤を用いた場合、金型へ塗布された離型剤の成形品への転写付着による外観不良；離型効果が低下する度に離型剤を再塗布したりする必要や離型不良が生じ、全体として成形サイクルが長くなる；といった課題があった。また、スプレー等による塗布では金型表面への均一な塗布が困難であり、表面に微細パターンを有する金型や高温度の金型への均一な塗布は特に困難であった。また、容易に塗布が可能な離型剤を使用する場合、多くの離型剤は耐熱温度が低く、樹脂温度により効果が消失するといった課題があった。
【０００８】
金型に凹凸を設けて機械的に成形品を金型可動側に残す場合、不要な凹凸部の除去の為の工程増や、樹脂の使用量増、金型形状の制約、といった課題があった。
【０００９】
樹脂に滑剤等の添加剤を混入させた場合、添加剤によっては、添加剤がガス化し、金型汚染の原因となる場合もあった。また、滑剤によっては成形後、凝集固化し成形品表面にブリードアウトする問題もあった。
【００１０】
金型表面に例えばアスペクト比０．１〜５、パターン高さ５００μｍ以下といった微細パターンを有する成形品の場合、滑らかに離型せずに成形品のパターン面に離型痕（離型マーク）が生じたり、離型剤や添加剤によりパターン部位の崩れが見られ、期待された機能を発現出来ないこともあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち本発明は、
可動側金型と固定側金型とを有する射出成形金型において、可動側金型と固定側金型との表面の対水接触角が、双方とも９０°以上であり、相互の差が２０°以上であるように撥水性表面処理されてなる射出成形金型；および
該射出成形金型を用いて射出成形し、型開き時に、可動側金型または固定側金型の表面の耐水接触角の低い方の金型に成形品を残す射出成形方法；である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により金型表面に撥水性を持たせることで、樹脂成形品の成形工程において、金型製品面からの成形品の離型を容易にさせ、表面性に優れた成形品を得ることができる。尚且つ、可動側と固定側とでその表面の撥水性に差を持たせることで任意の側の金型面に成形品を残すことが可能となり、例えば成形品を金型の可動側に確実に残すことにより、成形品の取り出しが容易になり、成形サイクルが安定化する。また、金型固定側からの離型が良くなるため、成形品の金型固定側の面の外観不良が少なくなり、特に表面に微細パターンを有する成形品を成形する場合、均一にパターン腑型面を金型から離型させることが可能となり、設計通りの成形品を離型痕の発生なく得ることが出来る。また、設計通りに微細パターンの腑型が可能となり、期待通りの機能、例えば光学的性能を発現させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、可動側金型と固定側金型とを有する射出成形金型において、可動側金型と固定側金型との表面の対水接触角が、双方とも９０°以上であり、相互の差が２０°以上であるように撥水性表面処理されてなる射出成形金型である。該表面の対水接触角とは、撥水性表面処理された金型表面内の鏡面である箇所において測定される接触角である。
固体表面の撥水性は、水滴の接触角θが指標になっており、一般にはθが９０°以上の場合を撥水性（疎水性）、１１０°から１５０°だと高撥水性、１５０°以上だと超撥水性とされる。本発明では、共に撥水性に表面処理した可動側金型と固定側金型との内で、片方のみにより強い高撥水性〜超撥水性の撥水性処理を施し、射出成形工程の型開き時に、該撥水性の強い金型側で先に金型表面から成形品を離型させ、反対側の金型に成形品が接触したまま残るようにする。撥水性の強い側の金型は固定側であることが好ましく、それにより成形品を作業性等の良いことの多い可動側金型に再現性良く残すことができ、外観品位を損なうことなく成形品を得ることができる。
【００１４】
本発明において、金型への表面処理は、金属めっき、真空蒸着法、イオンプレーティング、スパッタ法などに代表されるＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によることができ、有機化合物・無機化合物またはそれらを複合させた化合物からなる膜を形成させる表面処理であり、これらの中でも真空蒸着法が好ましい。表面処理は、金型表面に付与したい対水接触角に応じて市販の表面処理膜またはその製膜条件、膜厚等を選択すればよく、例えば以下の銘柄を挙げることができ、詳細は実施例に記載する。
撥水性表面処理：オンワード技研社製「ＣＦＣ」膜
高撥水性表面処理：竹内真空被膜社製「トリアジンジチオール」膜
高撥水性表面処理：ティーアンドケー社製「ナノスＢ」膜
【００１５】
金型を構成する材料は、表面処理を施すことが可能な材質であれば、炭素鋼、アルミニウム、セラミックス等、特に限定は無い。中でも炭素鋼またはアルミニウムが好ましく、炭素鋼としては例えばＮＡＫ８０を挙げることができる。また微細パターンを賦形する金型の場合、該微細パターン部分の金型表面は、ニッケル（Ｎｉ）電鋳等により別途製造されたスタンパであることが好ましく、該スタンパは、射出成形金型本体に対して断熱層を介して装着されているのがより好ましい。金型キャビティは、成形品を１個取り〜多数個取りの何れであってもよい。さらにこれらの金型は、樹脂の射出後の冷却中にキャビティ内の樹脂を圧縮する射出圧縮成形機能を担うものであってもよい。
【００１６】
本発明の金型は、微細パターンを有する成形品または平板状であれば厚さ１ｍｍ未満の薄物成形品の製造に適する。微細パターンとは、例えば、定形または不定形の微細な凹凸が、凸部中心間または凹部中心間で３００μｍ以下の最短距離で多数賦形される成形面（雄型）またはそれを賦形するための金型面（雌型）を指す。微細パターンは、高さが５００μｍ以下であるのが好ましく、凹凸斜面のアスペクト比（高さ／底辺）が０．１〜３であるのが好ましい。微細パターンの断面形状としては、例えば台形、略半円形、三角形、矩形、鋸歯状、など特に限定されない。
【００１７】
射出成形に用いる樹脂は熱可塑性樹脂であり、例えば、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン系樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体（ＭＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンオキシド、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリアミド、ポリイミド等が挙げられる。中でも微細パターンの効果を有効に発揮できる光学部品用の硬質透明樹脂が好ましく、そのような硬質透明樹脂としては、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シクロオレフィン樹脂、ＭＳ樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、用いる表面処理の耐熱温度以下の樹脂温度で成形されるものであるのが好ましい。
【実施例】
【００１８】
〔表面処理〕
（１）フッ素系膜１：オンワード技研社製のＣＦＣ膜（フッ化カーボン）であり、鋼材に対して膜付けされると、対水接触角は９８°で、撥水性を有している。金型表面にＣＶＤ（真空蒸着）法により膜付け。フッ化カーボン層厚０．２μｍ。
（２）フッ素系膜２：竹内真空被膜社製のトリアジンジチオール膜であり、鋼材に対して膜付けされると、対水接触角は１２５°で、高撥水性を有している。金型表面に真空蒸着法で製膜。膜厚０．１μｍ。
（３）フッ素系膜３：ティーアンドケー社製のナノスＢ膜（フッ素系高分子）であり、鋼材に対して膜付けされると、対水接触角は１２７°で、高撥水性を有している。金型表面に真空蒸着法で製膜。膜厚５〜７０ｎｍ。
（４）表面処理を何も施さない状態での平滑な鏡面（金型鋼材：ＮＡＫ８０）の対水接触角は約７０°であり、撥水性を有していない。
【００１９】
〔試験方法〕
射出成形機：名機製作所Ｍ−１００Ｃ（型締力：100t）
材料：メタクリル系樹脂成形材料（クラレ社製パラペットＧＨ−Ｓ）
成形条件：シリンダ温度２７５℃、金型温度７５℃
【００２０】
＜実施例１、２＞、＜比較例１〜３＞
金型：平板金型（キャビティ：４０ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ）
試験方法：平板入れ子表面とスプルブッシュ内面に表１に示す各種表面処理を施した金型、または未処理の金型を用いて射出成形を行ない、成形品外観の観察を目視で行なった。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
実施例１および２では金型固定側と金型可動側に対水接触角の差が２０°以上になっており、良好に成形品を離型し、且つ型開時に成形品が金型可動側にあり、安定したサイクルでの成形が可能となると共に、外観に優れた成形品を得ることができた。比較例１では、金型固定側及び可動側が高撥水性を有しているため金型からの成形品の離型は良好であるが、金型固定側の耐水接触角と金型可動側の耐水接触角に差が無いため、型開時に成形品が金型固定側に残ることがあり、成形サイクルが安定しなかった。比較例２では金型固定側が高撥水性を有しているため、成形品は、金型固定側からの離型は良好であったが金型可動側に残り、金型可動側からの離型が悪く成形品に離型痕が残った。比較例３では成形品が金型固定側に残ってしまい、且つ離型痕が発生し成形サイクルも安定しなかった。
【００２３】
＜実施例３＞、＜比較例４、５＞
次に微細パターンを有する金型を用いた発明の実施例を示す。
金型：平板金型（製品：６０ｍｍ×６０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）に微細パターン転写はスタンパ方式を使用、金型固定側にＮｉ製スタンパを装着。２個取り。
パターン形状：図２参照（高さ３０μｍ）
試験方法：金型パターン面表面に表面処理を施したもの、及び比較のため未処理のものを用いて射出成形を行ない、成形品のパターン部の外観の観察を目視で行なった。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
実施例３では金型固定側と金型可動側に対水接触角の差が２０°以上になっており、良好に成形品を離型し成形品パターン部位にパターンの崩れは無かった。且つ型開時に成形品が金型可動側にあり、安定したサイクルでの成形が可能であった。金型固定側、可動側共に高撥水性を有している比較例４では良好に成形品を離型し成形品パターン部位にパターンの崩れは無かったが、成形品が金型固定側に残ることがあり、成形サイクルが安定しなかった。比較例５では、成形品パターン部に離型痕があり、また成形品が金型固定側に残ることがあり、成形サイクルが安定しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を実施するにあたり使用したスタンパ方式射出成形金型の断面図である。図におけるスタンパの微細パターンは、フレネルレンズ形状の断面（高さ最大１７０μｍ、間隔最大２５０μｍ）を略して例示した。Ｎｉスタンパが金型固定側表面処理部に該当する。
【図２】実施例３で用いたスタンパの微細パターンを示す平面図、側面図および断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：金型固定側
２：Ｎｉスタンパ及びスタンパホルダー
３：スプルブッシュ
４：金型可動側
５：金型可動側鏡面部（金型可動側表面処理部）
６：エジェクタプレート
７：エジェクタロッド
８：ガイドピン
【図１】
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【図２】
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