(57)【要約】【課題】残留ひずみ、そりを低減可能で転写性に優れ、かつ耐久性に優れた射出成形金型を提供する。【解決手段】固定型３と可動型２とを合わせキャビティ６を形成する射出成形金型であって、前記固定型３及び／又は前記可動型２は入れ子８、７を有し、該入れ子８、７は前記キャビティ６の少なくとも一部を形成し、前記入れ子７（８）は、キャビティ面側から反キャビティ面側に向かって、金属板１２（２２）、断熱性を有するセラミックス材１３（２３）、金属製の入れ子本体１４（２４）の順で構成され、前記金属板１２（２２）と前記セラミックス材１３（２３）、前記セラミックス材１３（２３）と前記入れ子本体１４（２４）とは、各々部材間にインサート材１５（２５）、１６（２６）を挿入し拡散接合により接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型と可動型とを合わせキャビティを形成する射出成形金型であって、
前記固定型及び／又は前記可動型は入れ子を有し、該入れ子は前記キャビティの少なくとも一部を形成し、
前記入れ子は、キャビティ面側から反キャビティ面側に向かって、金属板、断熱性を有するセラミックス材、金属製の入れ子本体の順で構成され、前記金属板と前記セラミックス材、前記セラミックス材と前記入れ子本体とは、各々部材間にインサート材を挿入し拡散接合により接合されていることを特徴とする射出成形金型。
【請求項２】
前記拡散接合において、前記インサート材は全て消失することなく一部が残存することを特徴とする請求項１に記載の射出成形金型。
【請求項３】
前記入れ子は、さらに前記金属板のキャビティ側表面に他の種類の金属層を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の射出成形金型。
【請求項４】
前記金属層は、めっきにより形成することを特徴とする請求項３に記載の射出成形金型。
【請求項５】
前記金属層は、金属箔を拡散接合により接合し形成することを特徴とする請求項３に記載の射出成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形金型に関し、導光板など微細な形状、形態を要求される成形品の成形に好適に使用することが可能な断熱層を有する射出成形金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、導光板、光ディスク基板を始め、微細な形状、形態を要求される成形品が射出成形により製造されている。導光板、光ディスク基板を始め、微細な形状、形態を備える成形品、薄肉の成形品を射出成形により製造する場合、射出成形金型に溶融樹脂を射出すると、キャビティを形成する金型の壁面で溶融樹脂が急激に冷却され、壁面に樹脂が固化した層（以下スキン層と記す場合もある）が形成される。この結果、溶融樹脂を射出するときの流動抵抗が増加し、これにより成形品に残留ひずみ、そりなどの不具合が生じることが従来から指摘されている。これを解決する手段として、金型の温度を上昇させる方法、高い射出圧力、保圧を高める方法、キャビティを形成する金型の壁面に断熱材、又は熱伝導度の低い材料を取付け、スキン層の形成を遅らせる方法などが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
キャビティを形成する金型の壁面に断熱材を取付け、スキン層の形成を遅らせる方法に関してもいくつかの技術が提案されている。例えばキャビティの一部を形成する入れ子を断熱材であるジルコニアセラミックスのみで形成すると、壁面に所望の凹凸を加工することができない、又は金型組立て時に端部に応力が加わり入れ子が破損するとし、セラミックスからなる入れ子本体の表面にめっきにより金属層を形成した金型が提案されている（例えば特許文献２参照）。この金型は、金属層が形成されているので凸部又は凹部の加工が容易であるとする。この他、断熱材に耐熱性樹脂を使用し、その樹脂の表面に金属板を接着剤により接着した金型もある（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−３１８５３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９３８号公報
【特許文献３】特開平１０−５２８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２に記載の技術の特徴は、入れ子本体を断熱材であるジルコニアセラミックスとし、その表面にめっきにより金属層を形成するものであるが、入れ子本体がジルコニアセラミックスであるので、入れ子を可動型プレート及び／又は固定型プレートに取付ける場合、入れ子本体が破損しないような形状の制約を伴うと共に取扱性が悪い。また、ジルコニアセラミックスの表面にめっきにより金属層を形成するので、金属層の接着性が十分に高いとは言えず、耐久性、信頼性が低い。まためっきを行うに際しては、前処理も含め多くの工程を必要とし、多くの時間と費用を必要とする。また特許文献３に記載の技術は、断熱材が樹脂であり、樹脂表面に形成される金属層は、金属板を接着剤で接着するので、耐久性に問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、残留ひずみ、そりを低減可能で転写性に優れ、かつ耐久性に優れた射出成形金型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の射出成形金型は、固定型と可動型とを合わせキャビティを形成する射出成形金型であって、前記固定型及び／又は前記可動型は入れ子を有し、該入れ子は前記キャビティの少なくとも一部を形成し、前記入れ子は、キャビティ面側から反キャビティ面側に向かって、金属板、断熱性を有するセラミックス材、金属製の入れ子本体の順で構成され、前記金属板と前記セラミックス材、前記セラミックス材と前記入れ子本体とは、各々部材間にインサート材を挿入し拡散接合により接合されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の射出成形金型は、請求項１に記載の構成に加え、前記拡散接合において、前記インサート材は全て消失することなく一部が残存することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の射出成形金型は、請求項１又は請求項２に記載の射出成形金型において、前記入れ子は、さらに前記金属板のキャビティ側表面に他の種類の金属層を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の射出成形金型は、請求項３に記載の射出成形金型において、前記金属層は、めっきにより形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の射出成形金型は、請求項３に記載の射出成形金型において、前記金属層は、金属箔を拡散接合により接合し形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の本発明によれば、固定型及び／又は可動型は入れ子を有し、入れ子はキャビティの少なくとも一部を形成し、この入れ子が、キャビティ面側から反キャビティ面側に向かって、金属板、断熱性を有するセラミックス材、金属製の入れ子本体の順で構成されているので、キャビティに溶融樹脂を射出したとき、入れ子本体側への熱移動が制限され金型表面でのスキン層の形成を遅延せしめることができる。この結果、残留ひずみ、そりを低減し、転写性に優れた成形品を得ることができる。また、セラミックス材の上に金属板を有するので、セラミックス材の割れなどを回避することが可能となり、耐久性、信頼性に優れる。またセラミックス材の上に金属板を有するので、セラミックス材の形状が転写面に表れない。よってセラミックス材は必ずしも一体的に形成されたものである必要はなく、分割されたセラミックス材でもよく、大型の射出成形金型であっても、簡単に又安価に製造することができる。また、入れ子の本体が金属製であるので、固定型プレート及び／又は可動型プレートへの取付けを容易に行うことができる。さらに金属板とセラミックス材、セラミックス材と入れ子本体とは各々部材間にインサート材を挿入し拡散接合により接合されているので、耐久性、信頼性に優れる射出成形金型を得ることができる。また、入れ子本体側への熱移動を抑制することができるので、金型全体の温度を下げて成形することが可能となり、射出成形のサイクルを短くすることができる。
【００１２】
また請求項２に記載の本発明によれば、入れ子は、金属板とセラミックス材、セラミックス材と入れ子本体とを拡散接合するとき使用するインサート材の一部が残存するので、接合する部材間の線膨張率の違いをより吸収することが可能となり、耐久性、信頼性に優れる射出成形金型を得ることができる。さらにインサート材の厚さが比較的厚くてもよく、インサート材の製作加工が容易である。
【００１３】
また請求項３に記載の本発明によれば、射出成形金型は、前記入れ子の金属板のキャビティ側表面に他の種類の金属層を備えるので、射出成形金型の用途が広がる。
【００１４】
また請求項４に記載の本発明によれば、入れ子の金属板のキャビティ側表面の金属層は、めっきにより形成するので、精密な成形品、微細な成形品の製造に適した射出成形金型とすることができる。まためっきは、金属板の上に行うので操作が簡単であり、かつ接着性に優れ、さらに再めっきも可能である。
【００１５】
また請求項５に記載の本発明によれば、入れ子の金属板のキャビティ側表面の金属層は、金属箔を拡散接合により接合し形成するので、比較的厚みのある金属層であっても簡単に形成することができ、かつ耐久性に優れる。これにより精密な成形品、微細な成形品の製造に適した射出成形金型を簡単に又安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施の一形態としての導光板を成形するための射出成形金型１の断面図である。図２は図１のＡ部の拡大図、図３は図１のＢ部の拡大図である。図１から図３は、必ずしも同一縮尺で描かれているわけではない。また本発明が、本実施形態に限定されないことは言うまでもない。射出成形金型１は、可動型２と固定型３とを含み構成され、可動型２のパーティング面４と固定型３のパーティング面５とを合わせることで、成形品の形状に対応するキャビティ空間６が形成される。可動型２には凹部が形成され、この凹部に可動型入れ子７が嵌め込まれている。同様に固定型３にも凹部が形成され、この凹部に固定型入れ子８が嵌め込まれている。可動型入れ子７及び固定型入れ子８は、キャビティ空間６の一部を形成する。
【００１７】
可動型入れ子７は、キャビティ空間６から反キャビティ空間に向かって、金属層１１、金属板１２、インサート材１５、熱伝導度が小さく断熱材として機能するセラミックス材１３、インサート材１６、金属製の入れ子本体１４での順に積層され、これらは一体的に接合されている。金属板１２の上の金属層１１は、金属板１２の表面にめっきにより形成された厚さ約１００μｍのニッケル−リンめっき層であり、金属層１１の表面は、成形品に対応した形状に精密加工されている。金属板１２上のめっきは、特定のめっき材料に限定されるものではなく、成形品又は金型の要求に応じて適宜選択すればよく、ニッケル−リンめっきの他クロムめっきなどが例示され、めっきの厚さも適宜選択可能なことは言うまでもない。まためっきの方法も、特定の方法に限定することなく電気めっき、無電解めっきなどを用いてめっきを施すことができる。金属板上のめっきは、成形品の形状に対応し必要に応じてなされるものであり、必ずしも必要ではない。成形品の形状によっては、金属板１２の表面に金属層１１を施さず、金属板１２の表面を直接、切削加工してもよい。さらに金属板１２の上への金属層１１の形成を、別の金属板、金属箔を接合することで行ってもよく、これら接合には拡散接合を用いることができる。
【００１８】
金属板１２はプラスチック金型用鋼からなり、下層のセラミックス材１３とは、インサート材１５を挟んで拡散接合により接合されている。金属板１２の主な役目は、第一に可動型入れ子７のキャビティ空間側の表面に、成形品に対応し加工に適した金属層を容易に形成可能とする点にある。よって上記のように金属板１２の表面にめっきにより金属層１１を形成するときは、めっき材料との関係を考慮し材料を選定することが好ましく、めっきに換え、金属板１２の上へ別の金属板、又は金属箔を接合するときも、これらの接合性を考慮し材料を選定することが好ましい。金属板１２の上に別の金属板、又は金属箔を接合するときも、必要に応じてインサート材を挟み込み、拡散接合を行えばよく、金属板１２の上へ別の金属板、又は金属箔を接合することで、厚さのある金属層を比較的簡単に形成することができる。さらに金属板１２の上に金属層を形成することなく、金属板１２の表面を直接、切削加工するときはこの点を考慮し適宜材料選定することが好ましい。金属板１２の第二の役目は、金属板１２の下層のセラミックス材１３の保護及びセラミックス材１３の表面形状が転写面に表れないようにすることにある。よって、金属板１２にはある程度の強度と厚さが必要である。金型の大きさ、成形品の形状等により異なるけれども、金属板の厚さを例示すれば０．５〜１．５ｍｍ程度である。
【００１９】
セラミックス材１３は、熱伝導度の小さいセラミックス材からなり、上層の金属板１２とはインサート材１５を介して接合し、下層の入れ子本体１４とはインサート材１６を介して接合されている。セラミックス材１３は、キャビティ空間６に溶融樹脂が射出されたとき、キャビティ面から入れ子本体１４側へ熱が逃げることを防止する目的で取付けられるものであるから、耐熱性に優れ、できるだけ熱伝導度の小さいセラミックス材であることが望ましい。また射出時に荷重が加わるため、これに耐え得る強度が必要であり、容易に入手可能であればより好ましい。これらに該当するセラミックス材としては、ジルコニア、部分安定化ジルコニアが例示される。セラミックス材の厚さは、キャビティ表面の温度に応じて適宜設定することができる。一例を示せば１〜２ｍｍ程度の厚さである。セラミックス材１３は、必ずしも一体的に成形されたものでなくてもよく、例えば分割されたセラミックス材を隙間なく並べたものであってもよい。セラミックス材の表面に直接めっきを施す従来の射出成形金型の場合は、隣り合うセラミックス材との継ぎ目が、転写面に現れる場合もあるが、本発明では、セラミックス材１３の上に金属板１２が接合されているので、そのような心配がなく、大型の射出成形金型であっても、容易に製造することができる。
【００２０】
入れ子本体１４は、プラスチック金型用鋼からなり上層のセラミックス材１３とインサート材１６を介して接合する。また下方には、金型を冷却するための冷却用流路１８が設けられている。本実施形態では、入れ子本体１４は、一つの部材で形成されているけれども、薄い金属板を積層、接合した積層体としてもよい。薄い金属板を積層、接合した積層体を使用すると、冷却用流路に該当する溝を金属板に加工した後、積層、接合することができるので、複雑な冷却用流路、微細な冷却用流路を簡単に設けることができる。可動型入れ子７に加わる熱応力を緩和する点から、接合する各部材間の線膨張係数の値が同一また近似することが好ましい。
【００２１】
金属板１２とセラミックス材１３、セラミックス材１３と入れ子本体１４との接合は、それぞれ部材間にインサート材１５、１６を挿入し拡散接合により接合する。インサート材は、部材間の接合性を高めるために使用するものであるから、接合する部材の種類に応じて適宜選定することが重要であり、拡散接合条件もインサート材の種類等に応じて適宜選定することが重要なことは言うまでもない。本実施形態では、金属板１２とセラミックス材１３、セラミックス材１３と入れ子本体１４との線膨張率の違いをより吸収することが可能なように、拡散接合後、インサート材１５、１６の一部がそのまま残存する厚さとしているけれども、拡散接合後、インサート材が残存することなく全て拡散し消失するようにしてもよいことは言うまでもない。インサート材の種類によっては、拡散接合後インサート材を多く残し過ぎると、射出成形時の金型の変形が懸念される。一方、厚いインサート材は、インサート材の加工が容易である利点もある。よって上記の点を考慮し金型の要求に合致するように、拡散接合後のインサート材の残存量を決めればよい。なお使用する二つのインサート材１５、１６の種類が同じであれば、拡散接合を一度に行うことが可能であり、インサート材１５、１６の種類が異なり、拡散接合条件が異なるときは、２度に分けて行えばよい。このとき拡散接合条件のうち温度の高い方を先に行う。金属板１２の上に他金属板、金属箔を拡散接合で接合する場合は、必要に応じてインサート材を使用すればよい。また、インサート材１５、１６は必ずしも板状体、箔である必要はなく、粉末状とし、これをアルコールに混ぜ塗布することで行ってもよい。以下、拡散接合の一接合例を示す。
【００２２】
入れ子本体１４はステンレス鋼、インサート材１５、１６はアルミニムに０．５ｍａｓｓ％のＳｎ、１．０ｍａｓｓ％のＭｇを添加した厚さ０．１〜０．５ｍｍの材料、セラミックス材１３は厚さ２ｍｍのジルコニア、金属板１２は厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼を使用した。各部材の表面を研削した後、表面をアルコールで洗浄し、これら材料を入れ子本体１４、インサート材１６、セラミックス材１３、インサート材１５、金属板１２の順に積層し、これら積層体に荷重を加えながら拡散接合炉で加熱し接合した。拡散接合炉内の温度は６００〜６５０℃、積層体に加える荷重は１０〜１２ＭＰａ、時間１２０分であり、このとき拡散接合炉内の圧力は真空状態に保持した。その結果、インサート材１５、１６の一部は残存し、各部材間の接合性は良好であった。アルミニウムは、試料表面に熱的に安定でまた強固な酸化被膜が形成されるため拡散接合が難しいと言われている。ここでは、Ｓｎ、Ｍｇを添加したアルミニウムをインサート材として使用しているので、Ｓｎ、Ｍｇがアルミニウム表面の酸化被膜を破壊し接合が進行する。さらにＳｎは界面近傍の熱応力の緩和に寄与する。これにより接合性に優れ、さらに接合部の熱応力を緩和することができる。
【００２３】
固定型入れ子８は、キャビティ空間６から反キャビティ空間に向かって金属板２２、インサート材２５、熱伝導度が小さく断熱材として機能するセラミックス材２３、インサート材２６、冷却用流路２８を有する金属製の入れ子本体２４での順に積層され、これらは一体的に接合されている。キャビティ面に金属層を有しておらず、金属板２２の表面が直接キャビティ面を形成している点が可動型入れ子７と異なるけれども、基本的な構成は可動型入れ子７と同じであり、金属板２２とセラミックス材２３、セラミックス材２３と入れ子本体２４との接合要領も同じである。
【００２４】
以上の構成からなる射出成形金型１のキャビティ空間６に溶融樹脂を射出すると、溶融樹脂は、固定型入れ子７及び可動型入れ子８のキャビティ面を形成する金属層表面１１及び金属板２２表面に接触し冷却される。このとき可動型入れ子７は、主な断熱材であるセラミックス材１３、その他、金属層１１、金属板１２、インサート材１５、１６を含めた複合体が入れ子本体１４への熱移動を抑制する。固定型入れ子８も同様である。この結果キャビティ表面でのスキン層の形成を遅延させることが可能となり、残留ひずみ、そりを低減し、転写性に優れた成形品を得ることができる。さらにスキン層の形成を遅延せしめることができるため、金型の温度を下げて成形しても品質を満足する製品を得ることが可能となり、サイクル時間を短縮することができる。本発明のキャビティ面から入れ子本体１４（２４）への熱の移動は、セラミックス材１３（２３）を含めた複合体が抑制するため、各材料の熱伝導、厚さを適宜選択することで断熱性能の自由度を高めることができる。
【００２５】
上記のように本発明の射出成形金型１は、セラミックス材１３（２３）の上に金属板１２（２２）を有するので、セラミックス材１３、２３の割れなどを回避することが可能となり、耐久性、信頼性に優れる。さらに金属板１２（２２）とセラミックス材１３（２３）、セラミックス材１３（２３）と入れ子本体１４（２４）とは、インサート材１５（２５）、１６（２６）を挿入し各々拡散接合により接合されているので、耐久性、信頼性に優れる。また、入れ子本体１４（２４）は金属製であるので、固定型３及び可動型２への取付けを容易に行うことができる。入れ子を構成する入れ子本体１４（２４）、セラミックス材１３（２３）、金属板１２（２２）など各部材が一体的に接合されていない場合、これを連結するためにボルト締めを始めとした機械的接合が必要となり、それに対応してとり代など余分な形状を考慮する必要があるけれども、本発明の射出成形金型１では不要である。またキャビティ面から反キャビティ面への熱の移動の抑制は、セラミックス材１３（２３）を主としつつも金属層１１、金属板１２（２２）、インサート材１５（２５）、１６（２６）の複合体が行うので、従来のセラミックス材のみで熱の抑制を行っていた金型に比較し、熱移動を抑制するための自由度が大きいことも本発明の金型の特徴の一つである。さらにめっきは金属板１２（２２）の上に行うことができるので操作が簡単であり、かつ接着性に優れ、さらに再めっきも可能である。なお、本実施形態では、可動型２及び固定型３の両方に、断熱材であるセラミックス材１３（２３）を備える入れ子７（８）を設ける例を示したけれども、成形品の形状等によっては、可動型２及び固定型３のいずれか一方のみ断熱材であるセラミックス材１３（２３）を備える入れ子７（８）を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の一形態としての導光板を成形するための射出成形金型１の断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】図１のＢ部の拡大図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    射出成形金型
２    可動型
３    固定型
６    キャビティ空間
７    可動型入れ子
８    固定型入れ子
１１  金属層
１２  金属板
１３  セラミックス材
１４  入れ子本体
１５  インサート材
１６  インサート材
２２  金属板
２３  セラミックス材
２４  入れ子本体
２５  インサート材
２６  インサート材
【図１】
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【図２】
2009018467.tif 000004
【図３】
2009018467.tif 000005