JPH04201221A - 成形金型及びそれを用いた成形方法 - 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〕 本発明は固定金型と□可動金型とにより構成されるキャ
ビティ内へ樹脂を射出、注入して成形品を得る射出成形
金型に関するもので、特にレンズのような高精度光学部
品を安定性良く得られるように改良を図った射出成形金
型に関するものである。　−〔従来の技術〕 従来、レンズ等の高精度部品の多数個数りに用いる射出
成形金型は、特開昭５５−２５９７３号、特開昭５７−
１２３０３１号公報に記載のように固定型と可動型で構
成されており、成形材料であるプラスチックの樹脂を充
填し成形品を得るための空間すなわちキャビティが固定
型の一部と可動型の一部で形成されている。単なる射出
成形用金型、射出成形後に圧縮する所謂射出圧縮成形用
金型とも基本的にこの構造を用いている。

ここで前述したキャビティは固定型や可動型そのもので
形成されるよりもそれぞれ入駒構造とし組み込まれた入
駒の面で形成されることが多い。。

このキャビティを形成する固定型の入駒と可動型の入駒
は同じ材質で製作され、そのキャビティ面は同じ表面状
態に仕上げられている。

プラスチックレンズの成形においては、例えば固定型の
入駒と可動型の入駒ともステンレス系の鋼材で作製され
、レンズ面を賦形するキャビティ表面は雨音とも無電解
ニッケルめっきをかけ鏡面まで研磨するというようにな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、成形形状安定性についての配慮が十
分ではなく、同一成形条件で成形した成形品の形状が異
なり、歩留りを著しく低Ｆさせるという問題があった。

詳しく述べると、ある成形条件の領域においては、同一
成形条件で成形したにもかかわらず、第３図（ａ）の形
状をした成形品１と（ｂ）の形状をした成形品１”が得
られた。この成形品１と成形品１”の形状差δは数十ミ
クロン−数百ミクロンに及ぶこともある。

第４図はこの成形品の精度と発生頻度を示している。形
状（ａ）のグループ、形状（ｂ）のグループともそれぞ
ればらつき幅を有している。しかし形状（ａ）のグルー
プと形状（ｂ）のグループの精度は完全に分離しており
、この両者の差はばらつきによるものではない。

このため一方のグループが精度の目標を達成していでも
他方のグループは精度不良となり、有効に使用できる成
形品か減少し歩留りか低下した。

本発明の目的は、安定良く高精度の成形品を得る成形方
法、その成形に用いる金型、その金型製作に用いる製作
法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、まず本発明者らは前述の形状
の２極化現象の発生原因を究明した。その結果、この２
極化現象は金型キャピテイ内に充填された樹脂が金型内
で冷却される際に生じる収縮量が大きい場合に発生する
ことが判明した。

すなわち射出圧力か小さい場合、金型温度が低い場合、
冷却時間が長い場合などに発生する。従って射出圧力を
高くする、金型温度を高くする、冷却時間を短かくする
等の成形条件でこの２極化現象を低減することは可能で
ある。

しかし射出圧力を高くすると樹脂の圧力によって金型が
変形し、成形品の精度を劣化させる。例えばレンズの成
形の場合には、固定側のキャビティ面で賦形された面と
可動側のキャビティ面で賦形された面か傾いたり、軸河
称であるべき形状か非軸対称になる。また内部の残留応
力か大きくなり、応力緩和や高温時の変形により精度か
劣化するなどの間厘／′にある。

また金型温度を高くする場合には、冷却時間か長くなり
生産性か劣化したり、形状のばらつき幅が太き（なった
りする。冷却時間を短か（する場合にも形状のばらつき
幅が大きくなくなる。

以上のように成形条件で２極化現象を低減すると、他の
問題点が発生する。そこで本発明では、成形金型でこの
２極化現象の防止を図った。

金型内での樹脂の収縮が大きい場合に２極化現象が発生
すること及びこの現象は必ず２極化であって３極化もし
くはそれ以上にはならない。また表面形状が２極化した
成形品であっても、その肉厚分布は、同一である即ち所
謂びけの発生によるものではなく、そり現象に近いもの
であることから、本発明者らはこの２極化現象は樹脂か
冷却により収縮しキャビティ面からの離れる際の挙動に
よるものであると考えた。

キャビティ内に充填された樹脂はキャビティ両面に密着
する。冷却が進行するにつれて樹脂が収縮してキャビテ
ィ面から離れる。この際、固定側のキャビティ面と可動
側のキャビティ面が同時に離れることはなく、固定側も
しくは可動側のいずれか一方の面が先に離れると考えら
れる。ここで先にはなれる面か一定していないため、２
種類の形状すなわち２極化現象が発生する。例えば固定
側の面から先に離れた場合には、第３図の（ａ）の形状
の成形品１となり、可動側の面から先に離れた場合には
（ｂ）の形状の成形品ｌ゛となる。

従って本発明では、樹脂が収縮する際に先にキャビティ
から離れる面を固定側もしくは可動側のいずれか一方に
定めることにより２極化現象を防止することにした。

先にキャビティから離れる面を定めるために、固定側の
キャビティ面と可動側のキャビティ面の離型性（逆に言
えば親和性）を異ならせた。すなわち表面状態が固定側
と可動側が異なる。

レンズのような高精度光学部品の成形の場合にはキャビ
ティ面は鏡面でなくてはならないので、表面を粗（する
ことはできない。従ってコーティングにより表面処理し
た。

また成形品とキャビティ面の離型性は両方の材質によっ
ても異なるので、表面処理を施こさずにキャビティ面を
有する金型（入駒）を固定側と可動側で別の材質とした
。

〔作用〕

固定側のキャビティ面と可動側のキャビティ面にそれぞ
れ異なる材料のコーティングを施こすとそれぞれの面と
樹脂との離型性（逆に言うと親和性）が異なる。従って
樹脂が冷却時の収縮によってキャビティ面から離れ始め
ようとした時、離型性の優れたコーティング材料を用い
た面が常に先に離れる。

先に離れる面が一方の面に定まると、成形品の形状は一
種類のものしか発生しない。

同様の作用は、表面層材質は同じであっても該表面処理
条件の差により表面層密度差による親和性が可動型入駒
と固定型入駒で異ならせた場合にも認められる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図である。成形
金型２は固定型３と可動型４から構成されている。固定
型３は固定型架体５、固定型入駒６、固定型取付板７か
ら構成されている。固定型入駒６は固定型架体５に組み
込まれている。

一方、可動型４は可動型架体８、可動型入駒９、スペー
サブロック１０、可動型取付板１１、押出板１２、押出
ピン１３．２ピン１４から構成されている２可動型人駒
９は可動型架体８に組み込まれている。可動型８、スペ
ーサブロック１０、可動型取付板１１は押出板１２が摺
動するための空間１５を形成している。

また固定型２には図示せざる成形機から射出される溶融
樹脂が通過するスプル１６が設けである。

また可動型３には同様に樹脂が通過するランナ１７、ゲ
ート１８が設けである。そして固定型入駒６、可動型入
駒９により最終的に樹脂を成形品形状に賦形するキャビ
ティ１９が形成されている。

ここで可動型入駒９の成形品を賦形するキャビティ面９
ａには第２図のように表面処理層２０が形成されている
。この表面処理層２０は成形品の樹脂材料との離型性の
優れている材質、言い換えると密着性の弱い材質を採用
している。

一方、固定型入駒６の成形品を賦形するキャビティ面６
ａには表面処理層は設けておらず、入駒の金属材料のま
まである。

以上のように構成された成形金型の動作を説明する。成
形機で溶融された樹脂がスプル１６、ランナ１７、ゲー
ト１８を通過し、キャビティ１９に射出・充填される。

充填された樹脂はキャビティ１９内に一杯になり、固定
型入駒６のキャビティ面６ａ及び可動型入駒９のキャビ
ティ面９ａは充填された樹脂と密着している。

その後、充填された樹脂は成形金型１内で冷却される。

この冷却工程において充填された樹脂が収縮し始める。

ここで収縮量が小さい成形条件の場合には冷却工程が終
了し、金型が開き始めるまで固定型入駒６、可動型入駒
９ともキャビティ面６ａ、９ａに樹脂が密着している。

しかし、この収縮量の小さい成形条件では金型が変形し
、成形品の精度が劣化する。従って収縮量が大きく、金
型が開き始める前に、充填した樹脂かキャビティ面から
離れるような成形条件としている。

充填した樹脂がキャビティ面から離れる際、可動型入駒
９のキャビティ面９ａに充填した樹脂との離型性の優れ
た材質の表面処理層が設けであるため、常に可動型入駒
９のキャビティ面９ａと樹脂が離れ、固定型入駒６のキ
ャビティ面６ａと樹脂は密着したままである。

さらに冷却が進むにつれて可動型入駒９のキャビティ面
９ａと樹脂の離れ量が大きくなる。固定　。

型入駒６のキャビティ面６ａは冷却工程が終了し金型が
開き始めるまで密着している。

冷却工程が終了すると、成形金型１は固定型２と可動型
３に分離される。そして押出板１２が空間１５を摺動し
、それに伴い押出ピン１３が摺動し成形品を突き出す。

そして成形品が取り出され、次の成形へと動作は繰り返
される。

取り出された成形品は成形金型外で室温まで冷却される
。

以上の動作で一定の形状の成形品が得られた。

また上記実施例とは逆に、固定型入駒６の成形品を賦形
するキャビティ６ａに離型性の優れた材質の表面処理層
を設け、可動型入駒９のキャビティ面９ａには表面処理
層を設けず入駒の金属材料のままでとした場合には、冷
却工程中に充填した樹脂がキャビティ面から離れる際、
常に固定型入駒６のキャビティ面６ａと樹脂が離れ、可
動型入駒９のキャビティ面９ａと樹脂は密着したままで
ある。

以降は上記実施例と同様で一定の形状の成形品が得られ
た。

ここで、表面処理層２０を可動型入駒９のキャビティ面
９ａに設けた場合と、固定型入駒６のキャビティ面６ａ
に設けた場合に、各々のキャビティ面９ａ、６ａの形状
が同一であると成形品の形状は異なる。従って、表面処
理層２０を可動型入駒９のキャビティ面９ａに設けた場
合の可動型入駒９のキャビティ面９ａの形状と固定型入
駒６のキャビティ面６ａの形状は、表面処理層を固定型
入駒６のキャビティ面６ａに設けた場合の可動型入駒９
のキャビティ面９ｄの形状と固定型入駒６のキャビティ
面６ａの形状とは変わっており、各々そのキャビティ面
形状の場合に成形品の形状が目標の形状になるようにし
である。

上記実施例では、一方のキャビティ面を金型素材母材そ
のものとし、他方のキャビティ面に表面処理層を設け、
両方のキャビティ面での離型性に差をつけているが、両
方のキャビティ面に表面処理層を設けて各々の離型性に
差をつけた場合も同様の効果が得られる。

本実施例では、成形品をレンズのような光学部品とした
ので、固定型入駒６及び可動型入駒９のキャビティ面６
ａ、９ａは鏡面状態になっている。

次に表面処理層の材質について説明する。表面処理層は
めっきやコーティングにより形成される。

めっきの場合、材質はＣｒ　（クロム）やＮｉにニッケ
ル）等が用いられる。またコーティングの場合、材質は
ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴｉＮ（窒化チタンン、ＴｉＣ
○（酸炭化チタシ）、Ｔ↓ＣＮ（炭窒化チタン）、Ｔ１
ＣＮ○（酸炭窒化チタン）、ＨｆＣ（炭化ハフニＴクム
）、ＡΩ２０゜（酸化アルミニウム）等がある。

本実施例では樹脂としてＰＭＭＡ　（ポリメチルメタク
リレート）を使用し、その樹脂との離型性を考慮し、材
質を選択した。

金型素材をステンレス系のものを使用し、一方の面をこ
の素材面とした場合には、他の面の表面層の材質として
、ニッケルや窒化チタンを用いた。

また両面に表面層を設けた場合には、一方の面をニッケ
ルとし、他の面を炭化チタン、あるいは一方の面を炭化
ハフニウム、他方の面を窒化チタン等とした。

以上により常に樹脂は収縮の際に常に一方の面から離型
し、一定の形状の成形品が得られた。

なお、本実施例では成形品をプラスチックレンズとした
が、ディスク等の他のプラスチック部品にも同様に適用
できる。

またプラスチック成形たけに限らず、ダイキャスト成形
やガラス成形にも適用できる。

本実施例で金型の母材として金属を用いたか、セラミッ
クやガラスを母材とした金型であっても差し支えない。

なお、本実施例では固定型入駒のキャビティ面と可動型
入駒のキャビティ面の両方に表面処理層を設ける場合に
、別々の材質による表面処理層としたが、同じ材質であ
っても特性が異なれば同様の効果が得られる。表面処理
層の作製において、圧力（真空度）、温度、製膜速度の
いずれか又は複数の要因を変えることにより、同じ材質
であっても異なる特性を持たせることができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上工明したように成形金型内での樹脂の収
縮挙動を一定にできるので成形品の形状を一定にするこ
とができる。従って形状の２極化の発生時の２倍の歩留
りで高精度の成形品を得ることができた。

【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の縦断面図、第２
図は第１図の成形金型の主要部の縦断面図、第３図は成
形品形状の２極化の説明図、第４図は第３図の形状の２
極化発生時の精度と頻度の説明図である。 １・・・成形品、２・・・成形金型、３・・・固定型、
４・・・可動型、６・・・固定型入駒、９・・・可動型
入駒、６ａ。 ９ａ・・・キャビティ面、２０・・・表面処理層。 第　２　国 第　３区 １．１′ 策　４閉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定金型と可動金型とにより構成されるキャビティ
   内へ樹脂を射出・注入して成形品を得る成形金型におい
   て、 前記固定金型の成形品を賦形するキャビティ面と前記樹
   脂との離型性と、前記可動金型の成形品を賦形するキャ
   ビティ面と前記樹脂との離型性が異なることを特徴とす
   る成形金型。 ２、請求項１に記載の成形金型において、前記固定金型
   のキャビティ面と前記可動金型のキャビティ面のいずれ
   か一方の面に表面処理層を設け、他の面は前記固定金型
   もしくは可動金型の母材の面であることを特徴とする成
   形金型。 ３、請求項２に記載の成形金型において、前記金型の母
   材を金属としたことを特徴とする成形金型。 ４、請求項２に記載の成形金型において、前記金型の母
   材をセラミックとしたことを特徴とする成形金型。 ５、請求項２に記載の成形金型において、前記金型の母
   材をガラスとしたことを特徴とする成形金型。 ６、請求項１に記載の成形金型において、前記固定金型
   のキャビティ面と前記可動金型のキャビティ面に各々異
   なる材質又は特性の表面処理層を設けたことを特徴とす
   る成形金型。 ７、プラスチックの成形に用いることを特徴とする請求
   項第１項〜第６項の成形金型。 ８、前記成形品がプラスチックレンズであることを特徴
   とするプラスチックレンズ成形用の請求項第７項の成形
   金型。 ９、前記成形品がディスクであることを特徴とするディ
   スク成形用の請求項第７項の成形金型。 １０、ダイキャスト成形に用いることを特徴とする請求
   項第１項〜第６項の成形金型。 １１、ガラス成形に用いることを特徴とする請求項第１
   項〜第６項の成形金型。 １２、該表面処理が、ＣＶＤ又はＰＶＤであり、圧力（
   真空度）及び／又は温度及び／又は製膜速度を変えるこ
   とにより該表面処理層の材質又は特性を制御してなる請
   求項第６項の成形金型の表面処理方法。 １３、固定金型と可動金型とにより構成されるキャビテ
   ィ内へ樹脂を射出・注入して成形品を得る成形方法にお
   いて、 前記キャビティ内で前記樹脂を冷却する工程中に、前記
   樹脂が収縮にする際に、前記樹脂が常に前記固定金型の
   成形品を賦形するキャビティ面から離型するもしくは常
   に前記可動金型の成形品を賦形するキャビティ面から離
   型することを特徴とする成形方法。