JPH11291261A - プラスチック成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金型に入れる樹脂母材の樹脂量の変動に対して
成形品質が影響を受けにくくして高精度の成形品を製造
する。 【解決手段】金型１のキャビティ７内にほぼ最終形状の
樹脂母材１１を挿入して型締めした後に樹脂母材１１を
軟化温度以上に加熱する。樹脂母材１１の加熱による熱
膨張により可動転写駒５を上面に圧力を加えた状態で上
方に移動し、キャビティ７に充填した樹脂母材１１の樹
脂量（重量）が変動しても、転写面に対して所定の樹脂
圧力を加える。このとき樹脂母材１１の余分な量は上型
２と下型３の一方の面に設けた空隙７に入り込み適正な
樹脂量に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ方式のデ
ジタル複写機やレーザプリンタ，ファクシミリ装置の光
学走査系，ビデオカメラ等の光学機器及び光ディスク等
に適用されるプラスチック成形品の製造方法、特に、高
精度な鏡面を有する厚肉，偏肉形状のプラスチックレン
ズ又はプラスチックミラー等のプラスチック成形品の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、射出成形法は金型温度を成形用
樹脂の軟化温度未満とした一定容積のキャビティ内に溶
融樹脂を射出充填し、保圧を制御しながら徐冷した後、
金型を開いて成形品を取り出す方法である。また、射出
圧縮成形法は金型内の転写面を形成する転写駒を可動可
能にし、金型温度を成形用樹脂の軟化温度未満とした所
定容積のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、保圧を
制御しながら徐冷するときに樹脂が体積収縮するのに対
応して転写駒を摺動させて樹脂に圧力を付加して、樹脂
の圧力分布を均一化して成形品形状をより高精度に形成
する方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの方法は、樹脂
が冷却固化する時に金型内の樹脂圧力や樹脂温度が均一
になることが所望の形状精度を確保するために望まし
い。しかし、射出成形法は、成形品が偏肉形状の場合に
は冷却時に厚肉部と薄肉部で樹脂温度が不均一になり、
薄肉部に残圧が発生したり、或いは厚肉部にひけが発生
してしまうという不具合があった。また、厚肉形状の成
形品においては、樹脂の冷却過程で体積収縮量が多いた
めひけが発生しやすく、ひけ発生を防止するためにキャ
ビティ内への樹脂充填圧力を大きくすると、残留歪みが
大きくなり、高精度な成形品が得られないという問題が
あった。また、射出圧縮成形法は、前記射出成形法より
低い充填圧力で成形することが可能であるが、成形品が
偏肉形状の場合には、成形品の厚みにより収縮量に差が
生じ、転写駒が樹脂の収縮に追従できず均等な圧力をか
けることができないため、圧力の低い部分にひけが発生
し、形状精度が低下するという問題があった。

【０００４】そこで、厚肉或いは偏肉形状の成形品を高
精度に成形する方法として、温度を樹脂の軟化温度以上
に高くした金型に加熱溶融樹脂を射出充填し、冷却過程
で成形品の各部の温度ができるだけ一定になるように徐
冷する方法によって前記不具合は解消するようにしてい
る。しかしながら、金型の加熱と冷却に時間を要するた
め成形時間が長くなり、生産性が低下してしまうという
欠点があった。

【０００５】また、平開平４−１６３１１９号公報に開
示されているプラスチック成形品の製造方法は、あらか
じめ製作したほぼ最終形状の樹脂母材を金型のキャビテ
ィ内に挿入して型締めした後に、樹脂母材をその軟化温
度以上に加熱して樹脂の熱膨張により転写面に樹脂圧力
を発生させて転写面を樹脂母材に転写し、その温度を保
持して樹脂母材の樹脂温度を均一にした後、樹脂母材を
その熱変形温度以下まで冷却して型開きして取り出すよ
うにしている。この方法も金型の加熱と冷却に時間を要
するため成形時間が長くなるが、射出充填工程がないた
め、金型内に発生する樹脂圧力が極めて低く、一対の金
型内のキャビティ数を増して多数個取りができ、生産性
を向上させることができる。しかしながら、ほぼ最終形
状の樹脂母材の樹脂量（重量）のばらつきが金型内に発
生する樹脂圧力に影響して成形収縮率を変化させるた
め、キャビティ容積に対する樹脂量（重量）を±０．２
％、好ましくは±０．１５％以下にする必要がある。こ
の樹脂量の管理は、多数個取りになるほど、あるいは成
形品形状が複雑になるほど困難となり、歩留まり（良品
率）が低下してしまうという不具合があった。

【０００６】この発明はかかる不具合を解消し、ほぼ最
終形状の樹脂母材の樹脂量（重量）の変動に対して成形
品質が影響を受けにくく、厚肉或いは偏肉形状の成形品
を高精度に製造することができるプラスチック成形品の
製造方法を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るプラスチ
ック成形品の製造方法は、少なくとも１個以上のキャビ
ティを画成するとともに、それぞれ少なくとも１つ以上
の転写面を有する一対の金型を準備し、該金型のキャビ
ティ内にほぼ最終形状の樹脂母材を挿入して型締めした
後に、樹脂母材を軟化温度以上に加熱して樹脂の熱膨張
により転写面に樹脂圧力を発生させて転写面を樹脂母材
に転写し、加熱温度を保持して樹脂母材の樹脂温度を均
一にした後、樹脂母材をその熱変形温度以下まで冷却し
て型開きして取り出すプラスチック成形品の製造方法に
おいて、前記金型の転写面以外の少なくとも１つの面の
一部または全部と樹脂母材との間に予め空隙を画成して
おき、樹脂圧力が所定圧力に保持されるように転写面を
形成する入駒を可動させることを特徴とする。

【０００８】前記転写面を形成する入駒を弾性部材によ
り可動させたり、油圧駆動装置又は電動駆動装置により
可動させると良い。

【０００９】また、樹脂圧力を検出する圧力検出手段を
設け、圧力検出手段からの検出情報に基づいて転写面を
形成する入駒を可動させることが望ましい。この樹脂圧
力が０．０１〜１ＭＰａに保持されるように転写面を形
成する入駒を可動させると良い。

【００１０】さらに、転写面以外の少なくとも１つの面
の一部または全部と樹脂母材との間に画成された空隙と
金型外部とを連通させると良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明のプラスチック成形品を
製造する金型は２つ割した上型と下型と固定転写駒び可
動転写駒とを有する。上型と下型の一方の面とキャビテ
ィとの間には空隙を有する。固定転写駒の上面と可動転
写駒の下面には転写面を有する。可動転写駒の上面には
あらかじめ設定した圧力が加えられ、可動転写駒は上型
に沿って上下に移動できるようになっている。

【００１２】この金型で、例えば高精度な鏡面を有する
厚肉，偏肉形状のプラスチックレンズを成形するとき、
金型のキャビティ内にほぼ最終形状の樹脂母材を挿入し
て型締めした後に、樹脂母材を軟化温度以上に加熱す
る。この加熱による樹脂母材の熱膨張によって固定転写
駒と可動転写駒の転写面に樹脂圧力が加えられ、樹脂母
材の下面と上面に固定転写駒と可動転写駒の転写面を転
写する。この樹脂母材を加熱して熱膨張させたときに、
可動転写駒を上面に圧力を加えた状態で上方に移動する
からキャビティに充填した樹脂母材の樹脂量（重量）が
変動しても、転写面に対して所定の樹脂圧力を加えるこ
とができる。また、樹脂母材の余分な量は上型と下型の
一方の面に設けた空隙に入り込み、適正な樹脂量に調整
することができる。

【００１３】その後、加熱温度を保持して樹脂母材の樹
脂温度を均一にした後、樹脂母材を熱変形温度以下まで
冷却する。樹脂母材を冷却しているときに、樹脂母材の
体積収縮が起こる。このとき上型と下型の一方の面に設
けた空隙の位置に相当する樹脂母材の非転写面は大気と
接触しているため、その断熱効果により冷却固化が他の
面より遅くなり優先的に変形して、樹脂母材の樹脂量
（重量）の変動を調整して転写面の形状精度を確保す
る。

【００１４】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の金型の構成図で
ある。図に示すように、高精度な鏡面を有する厚肉，偏
肉形状のプラスチックレンズ又はプラスチックミラー等
のプラスチック成形品を製造する金型１は２つ割した上
型２と下型３と固定転写駒４及び可動転写駒５とを有
し、上型２と下型３と固定転写駒４及び可動転写駒５で
成形材料を入れるキャビティ６を形成している。上型２
と下型３の一方の面とキャビティ６との間には空隙７を
有する。固定転写駒４の上面と可動転写駒５の下面には
例えば高精度な鏡面を有する厚肉，偏肉形状のプラスチ
ックレンズ等を成形する転写面を有する。上型２と下型
３は２つ割した型枠８，９に取り付けられている。可動
転写駒５の上面とは型枠８との間にはバネ等の弾性部材
１０が設けられ、可動転写駒５は上型２に沿って上下に
移動できるようになっている。

【００１５】この金型１で、例えば高精度な鏡面を有す
る厚肉，偏肉形状のプラスチックレンズを成形するとき
の動作を図２の工程図を参照して説明する。

【００１６】プラスチックレンズのように透明性が要求
される光学素子を成形する場合は、軟化温度がそのガラ
ス転移温度である非晶性樹脂、例えば、ポリメタアクリ
ル樹脂やポリカーボネート樹脂，脂環式アクリル樹脂，
環状ポリオレフィンコポリマー等の樹脂を使用し、金型
１のキャビティ６内にほぼ最終形状の樹脂母材１１を挿
入して型締めした後に、樹脂母材１１を軟化温度以上に
加熱する。この加熱による樹脂母材１１の熱膨張によっ
て固定転写駒４と可動転写駒５の転写面に樹脂圧力が加
えられ、樹脂母材１１の下面と上面に固定転写駒４と可
動転写駒５の転写面を転写する。この樹脂母材１１を軟
化温度以上に加熱して熱膨張させたときに、図２（ａ）
に示すように、可動転写駒５の上面に弾性部材１０で圧
力を加えた状態で上方に移動するからキャビティ７に充
填した樹脂母材１１の樹脂量（重量）が変動しても、転
写面に対して所定の樹脂圧力を加えることができる。ま
た、樹脂母材１１の余分な量は上型２と下型３の一方の
面に設けた空隙７に入り込み、適正な樹脂量すなわち、
所定の寸法に調整することができる。

【００１７】その後、加熱温度を保持して樹脂母材１１
の樹脂温度を均一にした後、樹脂母材１１を熱変形温度
以下まで冷却する。樹脂母材１１を熱変形温度以下まで
冷却すると、図２（ｂ）に示すように、樹脂母材１１の
体積収縮が起こるが、樹脂母材１１の上面と下面の転写
面は固定転写駒４と可動転写駒５の転写面と接触してい
るため密着力が発生し、熱変形温度以下まで冷却する過
程で絶えず押圧されているので、高精度な形状精度を維
持することができる。一方、空隙７の位置に相当する樹
脂母材１１の非転写面１１ａは拘束力が働かないため体
積収縮時に変形を起こす。また、空隙７の位置に相当す
る樹脂母材１１の非転写面１１ａは大気と接触している
ため、その断熱効果により冷却固化が他の面より遅くな
ることも相乗効果として働き、優先的に変形を起こす。
そして樹脂母材１１の樹脂量（重量）が成形するに必要
な樹脂圧力を発生させるための樹脂量以上になっていた
場合には、空隙７の位置に相当する非転写面１１ａは凸
形状が形成され、樹脂量が不足している場合には、図２
（ｂ）に示すように凹形状となり、樹脂母材１１の樹脂
量（重量）が変動しても調整することができ、その結
果、連続成形において成形収縮率の変動を少なくするこ
とができる。このようにして樹脂が熱変形温度以下まで
冷却したら型開きして成形品を取り出す。

【００１８】上記実施例は可動転写駒５に弾性部材９で
圧力を加えながら上下に移動する場合につて説明した
が、図３に示すように、型枠８に油圧シリンダ１２を取
付け、油圧発生装置１３から供給する作動油で油圧シリ
ンダ１２を駆動して可動転写駒５の上面に加える圧力を
所定の樹脂圧力が保持されるように調整するようにして
も良い。このように可動転写駒５の上面に加える圧力を
所定の樹脂圧力が保持されるように調整することによ
り、成形品を形成するときに可動転写駒５を精密に可動
させることができる。

【００１９】この場合、樹脂母材１１を加熱したときの
樹脂圧力を検出する圧力検出手段を設け、圧力検出手段
で検出した樹脂圧力が所定の樹脂圧力になるように油圧
発生装置１３から供給する作動油の圧力を調整して、油
圧シリンダ１２が可動転写駒５に加える圧力を制御す
る。このように可動転写駒５に加える圧力を制御するこ
とにより、連続成形するときに、樹脂母材１１を加熱し
たときの樹脂圧力を常に所定の圧力に保持することがで
き、所定寸法の成形品を安定して形成することができ
る。この場合、樹脂圧力が０．０１〜１ＭＰａになるよ
うに可動転写駒５に加える圧力を制御すると良い。これ
のように可動転写駒５に加える圧力を制御することによ
り、樹脂母材１１をその軟化温度以上に加熱して樹脂の
熱膨張により樹脂圧力を発生させて固定転写駒４と可動
転写駒５の転写面を樹脂母材１１に転写するときに、必
要以上の樹脂圧力が発生して樹脂母材１１が上型２と下
型３の空隙７以外の空隙に入り込むことを防ぐことがで
きる。

【００２０】上記実施例は可動転写駒５に加える圧力を
油圧発生装置１３で制御する場合について説明したが、
油圧発生装置１３の代わりに電動駆動装置を用いても良
い。

【００２１】また、上記各実施例は上型２と下型３の間
に空隙７を設けた場合について説明したが、図４に示す
ように型枠８，９に空隙７と連通する連通穴１４を設け
ても良い。このように型枠８，９に空隙７と連通する連
通穴１４を設けることにより、空隙７の位置に相当する
樹脂母材１１の非転写面１１ａを確実に大気に接触させ
ることができ、冷却工程で非転写面１１ａは大気による
断熱効果により冷却固化が他の面より遅くなり、その結
果、収縮量が多くなり優先的に変形を受けて、樹脂母材
１１の樹脂量（重量）の変動をより安定して調整するこ
とができる。

【００２２】また上記実施例は軟化温度がそのガラス転
移温度である非晶性樹脂を使用した場合について説明し
たが、軟化温度がその融解温度である結晶性樹脂を使用
することもできる。

【００２３】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、金型の
転写面以外の少なくとも１つの面の一部または全部と樹
脂母材との間にあらかじめ空隙を形成しておき、成形す
るためクアビティに入れた樹脂母材を加熱したときに、
余分な樹脂を空隙に逃がしながら転写面を形成する入駒
を可動させるから、樹脂圧力を所定圧力に保持すること
ができ、樹脂母材の樹脂量（重量）が変動しても、低歪
みでかつ転写面の形状精度を確保した成形品を安定して
製造することができる。

【００２４】また、転写面を形成する可動の入駒にバネ
等の弾性部材によって圧力を加えることにより、金型の
構造を簡素化することができる。

【００２５】さらに、転写面を形成する可動の入駒に油
圧駆動装置や電動駆動装置によって圧力を加えることに
より、成形時の樹脂圧力を所定圧力に保持することがで
き、転写面を形成する入駒をより精密に可動させて安定
した成形品を得ることができる。

【００２６】また、成形時の樹脂圧力を検出して転写面
を形成する可動の入駒に加える圧力を制御することによ
り、連続成形するときにも樹脂圧力を常に所定の圧力に
保持することができ、所定寸法の成形品を安定して形成
することができる。

【００２７】さらに、樹脂圧力が０．０１〜１ＭＰａに
なるように可動の入駒に加える圧力を制御することによ
り、樹脂母材を加熱したときに必要以上の樹脂圧力が発
生して樹脂母材が金型の隙間に入り込むことを防ぎ、安
定した形状の成形品を得ることができる。

【００２８】また、転写面以外の少なくとも１つの面の
一部または全部と樹脂母材との間に画形成された空隙を
金型外部と連通させることにより、空隙の部分の樹脂表
面を確実に大気と接触させることができ、冷却工程で空
隙の部分の樹脂表面は大気による断熱効果により冷却固
化が他の面より遅くなり、収縮量が多くなって優先的に
変形を受けて、樹脂母材の樹脂量（重量）の変動をより
安定して調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の金型の構成図である。

【図２】上記実施例により成形品を製造するときの工程
図である。

【図３】第２の実施例の金型の構成図である。

【図４】第３の実施例の金型の構成図である。

【符号の説明】

１ 金型 ２ 上型 ３ 下型 ４ 固定転写駒 ５ 可動転写駒 ７ 空隙 ８ 型枠 ９ 型枠 １０ 弾性部材 １１ 樹脂母材 １２ 油圧シリンダ １３ 油圧発生装置 １４ 貫通穴

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１個以上のキャビティを画成
   するとともに、それぞれ少なくとも１つ以上の転写面を
   有する一対の金型を準備し、該金型のキャビティ内にほ
   ぼ最終形状の樹脂母材を挿入して型締めした後に、樹脂
   母材を軟化温度以上に加熱して樹脂の熱膨張により転写
   面に樹脂圧力を発生させて転写面を樹脂母材に転写し、
   加熱温度を保持して樹脂母材の樹脂温度を均一にした
   後、樹脂母材をその熱変形温度以下まで冷却して型開き
   して取り出すプラスチック成形品の製造方法において、 前記金型の転写面以外の少なくとも１つの面の一部また
   は全部と樹脂母材との間にあらかじめ空隙を画成してお
   き、樹脂圧力が所定圧力に保持されるように転写面を形
   成する入駒を可動させることを特徴とするプラスチック
   成形品の製造方法。
2. 【請求項２】 前記転写面を形成する入駒を弾性部材に
   より可動させる請求項１記載のプラスチック成形品の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記転写面を形成する入駒を油圧駆動装
   置又は電動駆動装置により可動させる請求項１記載のプ
   ラスチック成形品の製造方法。
4. 【請求項４】 前記樹脂圧力を検出する圧力検出手段を
   設け、圧力検出手段からの検出情報に基づいて転写面を
   形成する入駒を可動させる請求項１，２又は３記載のプ
   ラスチック成形品の製造方法。
5. 【請求項５】 前記樹脂圧力が０．０１〜１ＭＰａに保
   持されるように転写面を形成する入駒を可動させる請求
   項４記載のプラスチック成形品の製造方法。
6. 【請求項６】 前記転写面以外の少なくとも１つの面の
   一部または全部と樹脂母材との間に画成された空隙と金
   型外部とを連通させた請求項１から請求項５のいずれか
   に記載のプラスチック成形品の製造方法。