JP2006044246A - 射出成形用金型及び射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 転写性が向上するとともに成形品に反りが発生することを効果的に防止でき、かつ、ハイサイクル化を損なうことのない射出成形用金型及び射出成形方法を得る。
【解決手段】 可動側金型１０と固定側金型２０とを有し、樹脂材からなる光学素子の射出成形用金型。可動側金型１０及び固定側金型２０のいずれにもコア型１２，２２と表面加工層１４，２４との間に断熱材１３，２３が介在されている。断熱材１３，２３が可動側金型１０及び固定側金型２０のいずれにも配置されているため、樹脂成形空間３０に充填された樹脂の表裏面が温度差なく保温され、樹脂の流動性が従来より若干時間的に長く保持されることになる。これにて、微細形状１４ａの転写性が向上することは勿論のこと、成形品に反りが発生することが防止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、射出成形用金型及び射出成形方法、特に、レンズや導光板など小型軽量の光学素子を成形するための射出成形用金型、及び、該光学素子を製造する射出成形方法に関する。

近年では、樹脂材料及び射出成形技術の発展により、小型軽量のレンズ、プリズムプレート（モバイル機器などに用いられるＬＥＤ照明板）、導光板などが種々開発されており、光ピックアップ装置や携帯電話などの光学素子としての需要が高まっている。この種の光学素子にあっては、回折のための微細形状、プリズム面やブレーズ面などの微細形状、あるいは、平滑面を高精度に転写することのできる金型及び成形方法が要求されている。

特に、プリズムプレートや導光板などの肉薄かつ微細形状を有する成形品では、微細形状の転写性のみならず、反りの低減が課題とされている。即ち、携帯電話などでは狭小なスペースにこの種の光学素子を組み込むため、反りが生じていると、組み込みが極めて困難あるいは不能となる。

従来、特許文献１には、高精度での転写性を達成するため、金型母材と表面加工層との間にセラミック製の断熱層を設けた成形用金型が提案されている。しかし、この金型では、ブレーズ面を転写するための一方の金型母材と表面加工層との間にのみ断熱層を設けているだけであり、成形品に反りが発生するおそれを有している。

一方、樹脂成形では成形サイクルの短縮化（ハイサイクル化）が求められており、この種の要請に応えることも重要である。仮に、何らかの手段によって成形精度の向上が図られたとしても、ハイサイクル化が損なわれるのであれば、必ずしも好ましい手段とは言えない。
特開２００２−９６３３５号公報

そこで、本発明の目的は、転写性が向上するとともに成形品に反りが発生することを効果的に防止でき、かつ、ハイサイクル化を損なうことのない射出成形用金型及び射出成形方法を提供することにある。

以上の目的を達成するため、第１の発明は、樹脂材からなる光学素子を射出成形するための射出成形用金型であって、少なくとも可動側金型と固定側金型とを密接させて樹脂成形空間を構成し、光学面を成形するための金型コアと、該金型コアを取り囲むように配置された金型キャビティとが組み合わされて構成され、前記金型コアは断熱材によって樹脂成形空間を構成する面が形成されていることを特徴とする。前記金型コアは断熱材のみで構成されていてもよく、あるいは、該断熱材を保持するコア型を備えていてもよい。

第１の発明に係る射出成形用金型においては、光学面を成形するための金型コアは断熱材によって樹脂成形空間を構成する面が形成されているため、樹脂成形空間に射出された樹脂の表裏面が温度差なく保温され、樹脂の流動性が従来より若干時間的に長く保持されることになり、光学面の転写性が向上するとともに成形品に反りが発生することが防止される。従って、成形品を狭小なスペースであっても無理なく組み込むことが可能となる。

また、金型を強制的により高い温度まで加熱して樹脂の流動性を保持させる方法（ヒートサイクル成形）や、樹脂成形空間構成部材を熱容量の大きいバルク材で被覆する方法などに比べて成形サイクルの長時間化をきたすことがない。

第２の発明は、樹脂材からなる光学素子を射出成形するための射出成形用金型であって、少なくとも可動側金型と固定側金型とを密接させて樹脂成形空間を構成し、光学面を成形するための金型コアと、該金型コアを取り囲むように配置された金型キャビティとが組み合わされて構成され、前記金型コアは断熱材を備え、該断熱材の表面に別の素材で樹脂成形空間を構成する面が形成されていることを特徴とする。前記金型コアは断熱材と樹脂成形空間構成面のみで構成されていてもよく、あるいは、該断熱材を保持するコア型を備えていてもよい。

第２の発明に係る射出成形用金型は、光学面を成形するための金型コアが断熱材を備えているため、前記第１の発明に係る射出成形用金型と同様に、樹脂成形空間に射出された樹脂の流動性が従来より若干時間的に長く保持されることになり、光学面の転写性が向上するとともに成形品に反りが発生することが防止される。また、成形サイクルの長時間化をきたすことがない。

第１及び第２の発明に係る射出成形用金型において、前記断熱材の熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。断熱材としてはステンレス鋼、チタン合金、ニッケル合金又はセラミックのいずれかを用いることが好ましい。

また、可動側金型の表面及び／又は固定側金型の表面に微細形状が形成されていてもよい。さらに、可動側金型及び固定側金型の少なくとも一方の金型コアは、平面状の成形転写面を備えていてもよく、あるいは、曲面状の成形転写面を備えていてもよい。そして、これらの成形転写面上に微細形状が形成されていてもよい。

第３の発明に係る射出成形方法は、前記第１又は第２の発明に係る射出成形用金型を用いて樹脂材にて光学素子を成形することを特徴とする。

第４の発明は、少なくとも可動側金型と固定側金型とを有する射出成形用金型を用いて樹脂材からなる光学素子を成形する射出成形方法において、前記可動側金型及び前記固定側金型のいずれにも金型コアと表面加工層との間に断熱材を介在させて樹脂材にて光学素子を成形することを特徴とする。

第４の発明に係る射出成形方法においては、可動側金型及び固定側金型のいずれにも金型コアと表面加工層との間に断熱材を介在させて樹脂材にて光学素子を成形するため、金型に射出された樹脂の表裏面が温度差なく保温され、樹脂の流動性が従来より若干時間的に長く保持されることになり、光学面の転写性が向上するとともに成形品に反りが発生することが防止される。従って、成形された光学素子を狭小なスペースであっても無理なく組み込むことが可能となる。また、ハイサイクル化を損なうこともない。

以下、本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各実施例を示す図面においては、共通する部材には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

（第１実施例、図１参照）
第１実施例である金型１Ａは、図１に示すように、可動側金型１０と固定側金型２０とからなる。可動側金型１０は、型板１１と、コア型１２と、断熱材１３と、表面加工層１４とで構成されている。固定側金型２０は、型板２１と、コア型２２と、断熱材２３と、表面加工層２４とで構成されている。コア型１２，２２、断熱材１３，２３及び表面加工層１４，２４を金型コアと称し、型板１１，２１を金型キャビティと称する。

表面加工層１４，２４は、レンズ、ミラー、プリズムプレート、導光板などの成形品（光学素子）の表裏面形状に対応して仕上げられており、樹脂成形空間３０を構成する。本第１実施例において、回折格子、プリズム面やブレーズ面などの微細形状１４ａは可動側金型１０の表面加工層１４の平面状の成形転写面に形成されている。

型板１１，２１及びコア型１２，２２は、通常の金型母材材料、例えば、炭素鋼やステンレス鋼などの金属材料で製作されている。断熱材１３，２３は、コア型１２，２２上に溶射したセラミック、ポリイミド樹脂などの有機系材料（耐熱性重合体）、低熱伝導材である焼結セラミック、チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂなど）、サーメット（チタン酸アルミニウム、ＴｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３）、ステンレス鋼（マルテンサイト系、オーステナイト系など）、ニッケル合金（インコネル、ＦｅＮｉ）などにより形成されている。前記セラミックとしては、ジルコニア系、窒化珪素系、窒化チタンなどを用いることができる。また、表面加工層１４，２４は、断熱材１３，２３上に非鉄金属材料、例えば、ニッケルをメッキして形成されている。

なお、断熱材１３，２３は、前記の材料に限定されるものではなく、熱伝導率が型板１１，２１及びコア型１２，２２よりも低い材料、例えば、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であればいかなる材料であってもよい。

（第２実施例、図２参照）
第２実施例である金型１Ｂは、図２に示すように、固定側金型２０の表面加工層２４に、回折格子、プリズム面やブレーズ面などの微細形状２４ａを形成したものである。他の部材及びその材料は第１実施例である金型１Ａと同じである。

（第３実施例、図３参照）
第３実施例である金型１Ｃは、図３に示すように、可動側金型１０及び固定側金型２０の表面加工層１４，２４のいずれにも、回折格子、プリズム面やブレーズ面などの微細形状１４ａ，２４ａを形成したものである。他の部材及びその材料は第１実施例である金型１Ａと同じである。

（第４〜第６実施例、図４〜図６参照）
以下に示す第４〜第６実施例は、主に、光学面を成形するための金型コアの構成に関するものである。基本的には前記第１実施例として示した金型１Ａの変形例として説明するが、第２及び第３実施例の変形例として適用することも可能である。

図４は第４実施例を示し、この金型１Ａにおいては、コア型が断熱材３１，４１で構成され、該断熱材３１，４１の表面が成形品の表面加工面とされている。

図５は第５実施例を示し、この金型１Ａにおいては、コア型が断熱材３１，４１で構成され、該断熱材３１，４１上に表面加工層３２，４２を設けたものである。表面加工層３２，４２は非鉄金属材料、例えば、ニッケルをメッキして形成されている。

図６は第６実施例を示し、この金型１Ａにおいては、コア型１２，２２に断熱材３１，４１を設け、該断熱材３１，４１の表面が成形品の表面加工面とされている。

（第７実施例、図７参照）
図７は第７実施例を示し、この金型１Ａは、成形転写面を曲面状として微細形状１４ａを形成したものである。なお、この第７実施例は前記第１実施例に対応したものとして示しているが、第２〜第６実施例においても、成形転写面を曲面状とし、かつ、微細形状を形成してもよい。

（成形方法）
ここで、前記金型１Ａ〜１Ｃを用いた射出成形方法について説明する。

まず、所定の温度に溶融された樹脂（例えば、非晶質ポリオレフィン樹脂）を樹脂成形空間３０内に充填し、充填が完了すると直ちに保圧工程に入る。保圧工程は樹脂成形空間３０に充填された樹脂が温度低下によって若干収縮する分を補うために樹脂に対して所定の圧力を保持しておく工程である。保圧工程の後、冷却工程（自然冷却）に入り、少なくとも樹脂（成形品）の表面が熱変形温度以下にまで低下した時点で型開きを行い、成形品を図示しないエジェクトピンなどで突き出す。

樹脂成形空間３０内において、樹脂は充填完了直後から低下し始める。しかし、前記金型１Ａ〜１Ｃにおいては、可動側金型１０及び固定側金型２０のいずれにも断熱材１３，２３が配置されているため、樹脂成形空間３０に射出された樹脂の表裏面が温度差なく保温される。それゆえ、樹脂成形空間３０内での樹脂の流動性が従来より若干時間的に長く保持されることになり、微細形状１４ａ，２４ａの転写性が向上し、成形品に反りが発生することが防止される。

前記金型１Ａにあっては、成形品である光学素子に転写される微細形状１４ａは可動側金型１０の表面加工層１４に形成されている。この場合、金型１Ａを開く際に発生する軸ずれによる微細形状のめくれや、引っ掻き傷の発生を防止することができる。

また、前記金型１Ｂにあっては、成形品である光学素子に転写される微細形状２４ａは固定側金型２０の表面加工層２４に形成されている。この場合、エジェクトピンによって成形品を突き出す際の微細形状のめくれや引っ掻き傷の発生を防止することができる。

また、前記金型１Ｃにあっては、成形品である光学素子に転写される微細形状１４ａ，２４ａは可動側金型１０の表面加工層１４及び固定側金型２０の表面加工層２４のいずれにも形成されていている。この場合、成形品の表裏いずれの面にも微細形状を有する性能の良好な光学素子を得ることができる。

なお、樹脂成形空間３０に充填された樹脂の流動性を保持する方法として、本発明に係る金型を使用する以外に、例えば、金型を強制的により高い温度まで加熱する方法（ヒートサイクル成形）や、樹脂成形空間を構成する部材を熱容量の大きいバルク材で被覆する方法を採用することが考えられる。

しかし、金型を強制的に加熱して充填直後の樹脂の流動性を保持させることは、保圧工程後に成形品を取り出すまでに強制的な冷却工程を必要として時間を要し、ハイサイクル化を損なう。また、バルク材を用いる方法も、バルク材の冷却に時間を要するので、同様に、ハイサイクル化を損なう。

これらに対して、本発明は金型に断熱材を設けて保温するだけで好ましい温度コントロールが可能であり、成形品が取出し可能な温度に低下するまでの時間が短くて済み、ハイサイクル化を損なうことがない。

（他の実施例）
なお、本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、金型構造の細部は任意であり、使用材料として前記実施例で示した具体的な材料は例示であることは勿論である。また、図１〜図７において、金型１０が固定側であり、金型２０が可動側であってもよい。あるいは、中間金型部材を備えたスリープレート方式の成形金型であってもよい。

本発明に係る金型の第１実施例を示す断面図である。 本発明に係る金型の第２実施例を示す断面図である。 本発明に係る金型の第３実施例を示す断面図である。 本発明に係る金型の第４実施例を示す断面図である。 本発明に係る金型の第５実施例を示す断面図である。 本発明に係る金型の第６実施例を示す断面図である。 本発明に係る金型の第７実施例を示す断面図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｃ…金型
１１，２１…型板
１２，２２…コア型
１３，２３…断熱材
１４，２４…表面加工層
３０…樹脂成形空間

Claims (12)

1. 樹脂材からなる光学素子を射出成形するための射出成形用金型であって、
   少なくとも可動側金型と固定側金型とを密接させて樹脂成形空間を構成し、光学面を成形するための金型コアと、該金型コアを取り囲むように配置された金型キャビティとが組み合わされて構成され、
   前記金型コアは断熱材によって樹脂成形空間を構成する面が形成されていること、
   を特徴とする射出成形用金型。
2. 前記金型コアは前記断熱材を保持するコア型を備えていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型。
3. 樹脂材からなる光学素子を射出成形するための射出成形用金型であって、
   少なくとも可動側金型と固定側金型とを密接させて樹脂成形空間を構成し、光学面を成形するための金型コアと、該金型コアを取り囲むように配置された金型キャビティとが組み合わされて構成され、
   前記金型コアは断熱材を備え、該断熱材の表面に別の素材で樹脂成形空間を構成する面が形成されていること、
   を特徴とする射出成形用金型。
4. 前記金型コアは前記断熱材を保持するコア型を備えていることを特徴とする請求項３に記載の射出成形用金型。
5. 前記断熱材の熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の射出成形用金型。
6. 前記断熱材はステンレス鋼、チタン合金、ニッケル合金又はセラミックのいずれかからなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の射出成形用金型。
7. 前記可動側金型の表面及び／又は前記固定側金型の表面に微細形状が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の射出成形用金型。
8. 前記可動側金型及び前記固定側金型の少なくとも一方の前記金型コアは、平面状の成形転写面を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の射出成形用金型。
9. 前記可動側金型及び前記固定側金型の少なくとも一方の前記金型コアは、曲面状の成形転写面を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の射出成形用金型。
10. 前記成形転写面上に微細形状が形成されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の射出成形用金型。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の射出成形用金型を用いて樹脂材にて光学素子を成形することを特徴とする射出成形方法。
12. 少なくとも可動側金型と固定側金型とを有する射出成形用金型を用いて樹脂材からなる光学素子を成形する射出成形方法において、
    前記可動側金型及び前記固定側金型のいずれにも金型コアと表面加工層との間に断熱材を介在させて樹脂材にて光学素子を成形すること、
    を特徴とする射出成形方法。

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