JPH02111509A - 放射線硬化樹脂を用いた成形方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は放射線硬化樹脂を用いて成形する方法及び製造
装置に係り、特に成形精度、ボイドレス成形及び離型方
法に好適な成形方法及び製造装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置を以下の３件の公知例により説明する。

（１）特開昭６１−１７７２１５号記載例を第８図に示
す。第８図はアクリル樹脂等の透明樹脂板（基板）３６
と紫外線硬化性樹脂とによってフレネルレンズを成形す
る金型を示す断面図である。下型３１には所定のフレネ
ルレンズ面３２、樹脂を注入する注入口３３、真空ポン
プによって排気される排気口３４を形成し、上型３５に
は基板３６を着脱自在に密にはめ合せるための段部を形
成している。真空ポンプによって排気口３４がら空洞３
７内を真空引きしながら注入口３３から注入された樹脂
が空洞３７内に充満すると、これに紫外線照射装置３８
から紫外線を照射し硬化させるようになっている。

（２）特開昭６１−２４８７０８号記載例を第９図に示
す。金型３９とアクリル板（基板）３６の間に数画程度
の間隙があるように基板３６をセットし、バルブ（１）
４０を開いてこの間隙にフォトポリマを充填する。次に
、バルブ（１）４０を閉じてバルブ（２）４１を開き、
真空ポンプ４２の力でフォトポリマを吸引すると、フォ
トポリマの一部はトラップ４３に排出され、アクリル板
３６はその柔軟性で金型３９のフレネルレンズ面に接近
する。この状態で金型３９キャビティ部４４を押し上げ
、基板３６を平面に戻し紫外線を照射し硬化させる。こ
のフレネルレンズを金型３９から離型して所定のフレネ
ルレンズを得るようになっている。

（３）特開昭６１−２４８７０７号記載例を第１０図に
示す。プラスチックシート基板３６と金型３９間に隙間
を設け、背面を補強板４５で支え、内部を真空状態にす
る。この真空圧を真空タンク４６より低くシ、真空タン
ク４６内の紫外線硬化樹脂４７を隙間内に充填させる。

この状態で紫外線照射装置３８から紫外線を照射し硬化
させる。紫外線硬化樹脂４７が硬化した後に成形装置か
ら取り出すようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

（１）上記従来技術は、紫外線等で硬化する放射線硬化
樹脂（以下樹脂と称す）が硬化する時の硬化収縮につい
ての配慮がされておらず、硬化収縮により金型の転写精
度が悪くなったり、成形品にヒケが生じ光学的性能が悪
くなる問題があった。本発明の目的は、この硬化収縮に
よる転写精度の劣化及び成形品のヒケをなくすることに
ある。

（２）上記従来技術は、基板の寸法バラツキの点につい
て配慮がされておらず、基板の寸法バラツキによる樹脂
漏れ、エアー漏れの問題があった。本発明の目的は、基
板に寸法バラツキがあっても、樹脂、１閘れ、エアー漏
れを無くすることにある。

（３）上記従来技術は、樹脂硬化後成形品を金型から離
型する方法について配慮がされておらず、離型時の転写
形状破損や、金型への樹脂残りの問題があった。本発明
の目的は、Ｎｉ型時の成形品凹凸部の変形破損、金型へ
の樹脂残りを無くすることにある。

（４）上記従来技術は、硬化した樹脂と未硬化の樹脂と
の分は、特に樹脂注入口付近の金型構造について配慮が
されておらず、注入口および排気口付近も樹脂が硬化し
、離型時間付近がアンダーカットとなりは型が困難にな
ったり、次の樹脂注入が困難又は一部硬化した樹脂が製
品部に入り込み不良となってしまう問題があった。

本発明の目的は、離型時硬化した部分と硬化しない部分
をアンダーカットにならないように分離し、連続して次
の樹脂注入、成形ができるようにすることにある。

（５）上記従来技術は、樹脂注入時のエアー巻き込み対
策として間隙内を真空にして樹脂を吸引する構造をとっ
ているが、樹脂内に含まれるエアー及び真空にした時の
金型へのエアー漏れについての配慮がされておらず、樹
脂内に含まれるエアーが真空にすると体積が膨張し、か
えってボイドとなったり、金型と基板の隙間からのエア
ー漏れがあればこれもボイドとなってしまう問題点があ
った。本発明の目的は、樹脂注入時ボイドを巻き込まず
注入することにある。

〔課題を解決するための手段〕

以下発明が解決しようとする問題点の項と対応させ記述
する。

（１）上記（１）の目的は、予め基板と金型とのすきま
を、樹脂の充填空間が樹脂の硬化収縮分だけ大きくなる
ように金型を閉じるス１〜〇−りを少なくして、つまり
すきまを広くして樹脂を充填し、樹脂を充填後注入口他
の樹脂の出入口を遮断し、内部圧力が逃げないようにし
た後、硬化収縮分だけさらに金型を閉じ、すきまをせま
くする。この状態で紫外線等の放射線を照射することに
より達成される。

（２）上記（３）の目的は、基板の金型への保持を、そ
の端面ではなく、○リング等を用いその表面で吸引保持
することにより達成される。

（３）上記（４）の目的は、基板の外周部を押え、空気
が逃げないようにした状態で、その外周部と製品となる
凹凸部の間に高圧空気を注入することにより達成される
。

（４）上記（５）の目的は、紫外線等の放射線を照射す
る方向に対しテーパ状のゲー１−を設けることにより達
成される。

（５）上記（６）の目的は、樹脂単体を予め真空脱泡し
ておき、金型を３０６〜９０°傾けた状態で、傾けた下
方より注入することにより達成される。なおこの際金型
内は、樹脂注入速度を上げる目的で多少負圧にしてもよ
いが、真空脱泡以上の負圧にしてはならない。また硬化
時は水平に元して硬化させた方が良い。

〔作用〕

以下問題点を解決しようとするための手段の項と対応さ
せて記述する。

（１）上記（１）の手段をとることにより、金型を閉じ
た体積分すなわち硬化収縮分だけ基板は弾性変形し、樹
脂厚み方向への復元応力として作用する。そのため充填
された樹脂はプラス圧力となる。この状態で紫外線等の
放射線を照射し樹脂を硬化させる。硬化が進むにつれて
樹脂は収縮を起こすがその収縮分だけ基板が元にもどり
、転写不良及びヒケ等を生しさせることはない。

（２）基板は表面で吸引され保持されており基板端面の
金型での拘束は無いため、基板の寸法バラツキは、金型
への取付けに支障を来すことはない。また、基板の厚み
方向のバラツキは金型を閉じるストロークに影響するだ
けで、基板寸法バラツキによって樹脂漏れ、エアー漏れ
を起こすことはない。

（３）高圧エアーは凹凸のある金型面と硬化した樹脂の
間に入り成形品を離型させる。ここで基板の外周部を押
えることにより圧縮エアーが逃げないため効果的に雛型
させることができる。

また離型時基板は大きく反ることなく、その離型方向は
金型面に対し直角となるため、凹凸形状を破損すること
なく離型させることができる。

（４）紫外線等の放射線照射方向にテーパ状になったゲ
ートは、その照射強度、照射時間により硬化する深さが
変化する。それによって雛型時硬化樹脂によってアンダ
ーカットとなることはない。また硬化した樹脂はすべて
離型されるため、次の樹脂注入時、硬化した樹脂が注入
されることはない。

（５）樹脂注入時、流れの先端で樹脂内に右き込まれた
エアーは、傾けられた金型の上方向、つまり流れの方向
に移動するように働く。それになってエアーが、途中に
留まることなく、ボイドどなることはない。また硬化時
に金型を水平に戻すことにより、重力による樹脂のかた
よりが無く硬化することができる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図〜第７図により説明する
。

本発明の一実施例として背面投写形プロジェクションテ
レビのスクリーンとして用いられるフレネルレンズの成
形について説明する。第２図は本実施例で成形したフレ
ネルレンズである。第２図において製品寸法は４５イン
チタイプのプロジェクションテレビの場合、約９５０ｍ
Ｘ７５０ｍｍ、厚さが約３　ｎｏである。表面１７には
その高さｈが製品の外周部で約Ｑ、２ｎｏ、中心で０ｒ
ｒｔｎのプリズムがピッチ約０．１ｎｎの同心円状に形
成されている。プリズム角Ｏは外周部で約６０’中心部
て０°である。本実施例では、基板２として、透明アク
リル板を用い、その表面に厚さＯ，ｌｎｇｎ〜０．５ｎ
ｎの屈折率の高い紫外線硬化樹脂でプリズム部１８を成
形する方式をとった。

〔実施例１〕 第１図は本発明を応用してフレネルレンズを成形した金
型装置を示す断面図である。下型８には所定形状のフレ
ネルレンズ面を形成したフレネル金型入駒１が金型吸着
用真空排気口１１を介して真空ポンプ（図示せず）にて
真空吸着されている。

また−側に紫外線硬化樹脂を注入する樹脂注入口１４が
設けられ、途中バルブ１０を介してゲート９から樹脂充
填空間３につながっている。他側にはオーバーフローさ
せる樹脂の排出口１５がやはりバルブ１０を介して設け
られている。上型７には透明アクリル板２が、Ｏリング
６を介して上型７と下型８に保持されている。また透明
アクリル板２の上方には紫外線を照射する紫外線照射装
置１３が樹脂充填空間３の全或を照射できるように駆動
装置（図示せず）に取りつけられている。ここで透明ア
クリル板２は、紫外線（通常の水銀ランプではその波長
が３６５＋ｎｍ）を透過する材料を使用する必要がある
。樹脂充填空間３の寸法は、フレネルレンズの性能には
影響しないが、紫外線硬化樹脂の使用量を少なくするた
め離型時に支障の無い程度に薄くするのが良い。本実施
例では。

プリズム高さｈを含んで０．３ｍ＋ｎ〜０．８１ｍの範
囲で成形した。透明アクリル板２とプレス金型入駒１の
間には紫外線硬化樹脂の硬化収縮だけ余分に樹脂を充填
できるように予め透明アクリル板と、金型のすきま、つ
まり樹脂充填空間３をさらに、上型と下型のすきま１６
の分だけ余分に開いである。なお本金型は、油圧プレス
（図示せず）等により型開閉を行なう。

以上のように構成されたフレネルレンズ成形金型におい
て、上型と下型のすきま１６は紫外線硬化樹脂の硬化収
縮率と樹脂の成形厚さの関係で求まる。この状態で樹脂
排出口１５のバルブ１０と樹脂注入口１４のバルブ１０
を開は樹脂注入口１４より樹脂充填空間３内に樹脂を充
填する。樹脂充填の際、樹脂流れの先端部で多少エアー
を春き込むため、先端部のエアーを含んだ樹脂は排出口
１５よりオーバーフローさせるのがよい。このようにし
て充填空間３をすべて樹脂で充填後バルブ１０を閉じ樹
脂が漏れないようにする。次に、型締めを行ない上型と
下型のすきま１６を０にする。そうすると樹脂は密閉さ
れているため、透明アクリル板２を弾性変形させる。こ
の状態を図３に示す。紫外線照射装置１３より紫外線を
照射し、充填空間３内の樹脂を硬化させる。今まで変形
していた透明アクリル板２は、その弾性力により元の平
面に戻る力が働く。一方紫外線を照射することにより硬
化した樹脂は硬化収縮を起こし、この硬化収縮を起こし
た分だけ透明アクリル板２が、元に戻る。つまり、樹脂
注入後すきま１６をＯにすることによりこの硬化収縮分
だけ変形させられた透明アクリル板２は、樹脂が完全硬
化した時平面となる。型開き後エジェクタピン１２によ
りは型し、製品を取り出す。本実施例によれば、樹脂の
硬化収縮によるフレネル形状の転写性劣化又は成形品の
ヒケ等が無くなり請度の良いフレネルレンズが得られる
。

〔実施例２〕 透明アクリル板２は、その寸法が９５０　ｕｒｎ　Ｘ７
５０ｍｍ以上と大きく、またコスト面を考慮し押出し材
を使用するため、その寸法精度は悪く±Ｑ、５ｏａ以上
を維持するのは難しく、また厚み方向の寸法精度も±Ｏ
，１ｍｎ以上の精度は期待できない。このような基材を
通常方法で保持すると樹脂漏れ、エアー漏れとなってし
まう。本実施例では第１図に示すように樹脂充填空間の
外側にＯリング等で、透明アクリル板２の平面部を密着
保持し、外周部は固定しない構造とした。上型７と透明
アクリル板２の間にはクリアランス４があり寸法バラツ
キを吸収する。また厚み方向の寸法バラツキは油圧プレ
ス等成形材のストロークで吸収できる構造とした。本実
施例によれば、透明アクリル板２の寸法精度に関係無く
樹脂漏れ、エアー漏れを無くすることができ、精度のよ
いフレネルレンズを得ることができる。

〔実施例３〕 離型方法の一実施例を第４図（α）〜（ｃ）に示す。第
５図（α）は、エジェクタービン付近の構造図を示した
もので、エジェクタービン１２の先端はテーパ形状をし
ており、離型ビン１２の軸と軸穴にはクリアランス２０
があり、高圧空気供給口２１につながっている。またク
リアランス２０は、Ｏリング６−１によって外気とは遮
断される機構となっている。離型時、エジェクタービン
１２を少し持ち上げることによりエジェクタービン１２
の先端部を通り高圧空気供給口２１より供給された高圧
空気は硬化樹脂２２とフレネル金型の間に入り込み、透
明アクリル板２と硬化樹脂２２の成形品を持ち上げる。

一方透明アクリル仮２は上型７と下型８によりＯリング
６を介して圧縮されているため、高圧空気は、外に漏れ
ることなく、順次中心に向い金型より成形品を雛型して
行く。この雛型されて行く時、透明アクリル板２の外周
が固定されているのと、隙間１６が小さい（実施例１で
は１＋＋＋ｎ＋以下）ため、透明アクリル板２の変形も
小さく、雛型方向は、フレネルレンズ面全或にわたって
ほぼ垂直となり理想的な離型が得られる。この離型完了
後の形状を第４図（ｃ）に示す。従って本実施例によれ
ば離型による凹凸部の破損がなく精度の良いフレネルレ
ンズが得られる。

〔実施例４〕 離型時に紫外線によって硬化した部分と未硬化部分を、
アンダーカット無しに分離する構造を第５図に示す。紫
外線照射方向１３−１とは型方向１２−１と同方向にテ
ーパ角度を持ち、かつ下方向より紫外線硬化樹脂を注入
できるゲート９の構造とした。樹脂注入口１４より注入
された樹脂は紫外線１３により硬化するが、照射エネル
ギーによって硬化する量が変化する。本実施例では５０
０　ｍ’　／ａｎ”の照射エネルギーで行ない、テーパ
内部で硬化部９−１と未硬化部９−２に分かれた。この
ような状態で成形品を取り出すと硬化部９−１が製品に
ついて取り出され１次の樹脂注入時は未硬化部９−２が
そのまま注入され、連続成形が可能となった。また硬化
部が次の成形品に入ることもなく、精度の良いフレネル
レンズが得られた。

〔実施例５〕 金型を水平及び垂直にできるプレス装置２５に取りつけ
、垂直にして樹脂を注入（第６図（α）に示す注入方向
２６）し、水平にして硬化する方式とした。その構造図
を第６図に示す。樹脂注入時、樹脂の流れの先端部分で
エアーを巻き込みボイドとなる。本実施例ではこれを金
型を垂直に立て注入した結果ボイドは常に上方向つまり
流れ方向に移動し、充填空間内に残ることは無くなった
。

但し、この垂直の状態で硬化を行なうと、重力により樹
脂が下方に下がり樹脂層の厚みのバラツキが発生したた
め、硬化時は金型を水平方向に戻し行なった。本実施例
によれば、ボイド含有の無い精度の高いフレネルレンズ
が得られる。

〔実施例６〕 本発明による成形方法及び製造装置により、実施例１〜
５ではフレネルレンズ成形を例としたが、この他に、レ
ンチキュラーレンズ、光ディスク。

グレーティング等も同成形方法にて成形が可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、上記した技術課題
に対し、以下の効果がある。

（１）放射線硬化樹脂が紫外線等の放射線で硬化する時
の硬化収縮を補充できるので、硬化収縮による成形品の
ヒケ、及び金型の転写不良を無くす効果がある。

（２）大面積基板を金型に保持する場合、基板の寸法バ
ラツキを吸収できるので、基板の寸法バラツキによる樹
脂の漏れ、エアーの漏れを無くす効果がある。

（３）製品部に離型ピンを使用できない場合でも、成形
品を変形させることなく、金型と直角に離型できるので
、金型の微小凹凸の金型への樹脂残りを無くし、精度よ
くは型できる効果がある。

（４）ａ型時、紫外線等によって硬化した部分と、未硬
化部分をアンダーカット無しに分敲てきるので、離型時
のアンダーカットトラブルを無くし、連続成形を可能に
する効果がある。

（５）樹脂注入時のエアー巻き込みによるボイドが無く
なるので、成形品の歩留りの向上、成形品の精度の向上
に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の成形金型を示す断面図、第
２図は本発明の一実施例で成形した背面投射形プロジェ
クションテレビのスクリーン（フレネルレンズ）の説明
図、第３図は本発明の一実施例に於て、樹脂注入後、硬
化収縮分だけ金型をさらに閉して、基板が弾性変形して
いる状態を示す金型の断面図、第４図は、離型方法を表
わす金型の構造断面図、第５図は、雛型時に紫外線によ
って硬化した部分と未硬化部分をアンダーカット無しに
分離する構造を示すゲート付近の金型断面図、第６図は
金型を垂直及び水平にセントできるプレス装置の構造図
、第７図、第８図、第９図は、従来装置例を示す断面図
である。 １・・・フレネル金型入駒、２・・・基体薄板（透明ア
クリル板）３・・・樹脂充填空間、６・・・○リング、
７・・上型、８・・・下型、９・・・ゲート、１０　・
バルブ。 １１・・・真空排気口、１２・・・エジェクタービン、
１３・・・紫外線照射装置、１４・・・樹脂注入口、１
５・・・樹脂排気口、１Ｇ・・・上型と下型のすきま、
１７・・・フレネルレンズ表面、１８・・・プリズム部
、２０・・・クリアランス、２１・・・高圧空気供給口
、２２・・・硬化樹脂、２４・・テーパ形状、２５・・
・プレス装置、２６・・注入方向、ｈ・・・プリズム高
さ、θ・・・プリズム角、３１・・・下型、３２　・フ
レネルレンズ面、３３・・・注入口、３４・・・排気口
、３５・・・上型、３６・・・基板、３７・・空洞、３
８・・紫外線照射装置、３９・・・金型、４０・・・バ
ルブ（１）、４１・・・バルブ（２）、４３　　・トラ
ップ、４４・・・キャビティ部、４５　・補強板、４６
・・・真空タンク、４７・・・紫外線硬化樹脂。 も１区 ／ノエ九２７−ビン ／δ フ゛ソス２（１ 尾５区 男６已 亮４目 尾８目 拓９Ｉ！１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、紫外線等の放射線を透過する基体薄板（以下基板と
   称す）と、表面に微小凹凸を有する金型（例えばビデオ
   プロジェクタ用スクリーン）の間に紫外線等で硬化する
   放射線硬化樹脂を充填し硬化させる成形法に於て、樹脂
   充填時に樹脂の充填空間が樹脂の硬化収縮分だけ大きく
   なるように基板と金型とのすきまを広げ、樹脂充填後に
   樹脂の硬化収縮分だけ、型締めしてすきまをせまくする
   手段を設けたことを特徴とする放射線硬化樹脂を用いた
   製造装置。 ２、基板の平面部と金型との間に基板の厚さのバラツキ
   及びたて、よこの寸法バラツキを吸収する密閉機構を設
   けたことを特徴とする請求項１記載の放射線硬化樹脂を
   用いた製造装置。 ３、最終製品となる形状転写部とキャビティ内圧力を保
   持するために設けた密閉機構の間にエアー吹込口を設け
   、成形品離形時、基板の外周部を押え、エアーが逃げな
   いようにした状態で、エアー吹込口より高圧エアーを注
   入し成形品を離型させることを特徴とする請求項１記載
   の放射線硬化樹脂を用いた製造装置。 ４、樹脂注入口及び樹脂逃げ部に、製品として硬化する
   部分が、製品の離型時アンダーカットにならない様に紫
   外線等の放射線を照射する方向に対しテーパ状・ゲート
   構造を設けたことを特徴とする請求項１記載の放射線硬
   化樹脂を用いた製造装置。 ５、樹脂充填時、注入方向が重力に対して反対方向とな
   るように金型を３０゜〜９０゜の間で傾斜させ、充填完
   了後金型を水平に戻し硬化させる請求項１記載の放射線
   硬化樹脂を用いた製造装置。 ６、紫外線等の放射線を透過する基体薄板（以下基板と
   称す）と、表面に微小凹凸を有する金型（例えばビデオ
   プロジェクタ用スクリーン）の間に紫外線等で硬化する
   放射線硬化樹脂を充填し硬化させる成形法に於て、樹脂
   の充填空間が樹脂の硬化収縮分だけ大きくなるように基
   板と金型とのすきまを広げて樹脂を充填し、樹脂充填後
   に樹脂の硬化収縮分だけ、型締めしてすきまをせまくす
   ることを特徴とする放射線硬化樹脂を用いた成形方法。