JP3875326B2

JP3875326B2 - 射出成形方法及び光学部品

Info

Publication number: JP3875326B2
Application number: JP29835596A
Authority: JP
Inventors: 修司保科; 信行細沼
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2016-11-11
Also published as: JPH10138275A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明樹脂を用いて表面に微細な凹凸形状を施した成形品を射出成形する方法に関する。特に、面照明光源用導光板等の光学部品の成形に適する射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種透明樹脂の射出成形に於いては、スクリュー等を利用して透明樹脂を加熱溶融し、金型内へ充填後、冷却固化して任意の形状の成形品を得る方法が一般に用いられている。このような方法では、溶融した透明樹脂が金型表面に接触すると、その接触面で透明樹脂が急速に冷却され、透明樹脂の流動性が著しく低下するため、金型表面に施された微細な凹凸形状を成形品に転写させる場合、充分な転写効果が得られない場合がある。
【０００３】
表面に微細な凹凸形状を有する成形品を射出成形する方法に於いては、通常は射出圧力や保圧を高くする、流動性の高い透明樹脂材料を用いる、金型温度を高くする等の方法が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、射出圧力や保圧を高めていくと、溶融した透明樹脂を充填する時の流動抵抗、及び冷却時の固化速度の不均一性が大きくなり、金型内部に生じる圧力分布によって成形品中の残留応力が増加し、成形品の変形あるいは反り等が発生する。
【０００５】
また、形状が微細になるほど、射出圧力や保圧のみを高めただけでは転写効果に限界があり、溶融した透明樹脂が固化する前に微細凹凸部に入り込んで付形させるために、更に射出速度を大きくする必要がある。但し、射出速度を大きくすると、溶融した透明樹脂のせん断発熱によるシルバーストリークス、金型表面と溶融した熱可塑性樹脂との摩擦抵抗によるジェッティングやフローマーク等の外観不良が発生する。
【０００６】
流動性の高い透明樹脂を用いる場合、通常は分子量を低下させて流動性を高める方法が採用され、微細な凹凸形状を転写させる効果は得られるが、成形品の機械的強度が低下し、高温高湿下や溶剤に接触する環境下でクラック、クレージング等が発生するといった問題が生じる。
【０００７】
金型温度を高くする事は、表面に微細な凹凸形状を転写させる有効な手段であるが、金型の表面をＪＩＳＫ−７２０７法で規定された透明樹脂の荷重たわみ温度以上に保持したまま成形品を金型から離型し取り出す事は不可能である。成形品を金型から離型し取り出すためには、使用する透明樹脂の荷重たわみ温度より低い温度まで冷却固化する必要があるが、射出成形に用いる金型は重量、容量ともに成形品形状よりも何倍も大きい鋼鉄製のものが一般的であり、熱媒及び冷媒を交互に循環させ加熱、冷却を繰り返すためには多くの熱量と時間を必要とし、工業的に安定に生産するには困難である。
【０００８】
また、転写させる凹凸形状が微細になるほど樹脂を充填した時に金型キャビティ表面と充填された樹脂との間の空気が排出されにくくなり、微細凹凸形状が充分に転写されず、また光沢ムラやフローマーク等の外観不良を招く場合がある。特に、面照明光源用導光板、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、記録用ディスク、光拡散シート、プリズムシート等の光学部品に於いては、非常に微細な形状の転写性が要求されており、転写不良や外観不良は致命的な問題となる。
【０００９】
本発明の目的は、透明樹脂を用いて、微細な凹凸形状の転写性に優れた成形品を透明樹脂が本来持つ物性を低下させず、外観不良や変形等を伴わずに工業的に安定して生産する方法、及びその方法により成形される光学部品を提供する事にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、金型キャビティに二酸化炭素を特定の圧力で満たしておき射出成形する事により、金型表面の微細な凹凸形状が充分に転写され外観不良のない成形品が得られる事を見出し、本発明を完成した。
【００１１】
即ち本発明は、透明樹脂を用いて、少なくとも一方の面に微細な凹凸形状が付与された成形品を射出成形する方法に於いて、金型キャビティに二酸化炭素を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力で満たしておき射出成形する事を特徴とする射出成形方法及び該射出成形方法により得られる光学部品である。
【００１２】
本発明は、従来、溶融した樹脂の充填により高温圧縮されて樹脂の酸化劣化をもたらし、また金型表面形状の転写を阻害すると考えられていた金型キャビティ内の空気を特定のガスで置換しておく点に着目したものである。
【００１３】
即ち、金型キャビティ内に二酸化炭素を封入しておく事で、溶融樹脂が充填され二酸化炭素が高温圧縮されても、樹脂への溶解性が高いために樹脂中へ溶け込み、酸化劣化を引き起こす事がない。また、金型キャビティへ充填された溶融樹脂の表面付近で二酸化炭素が樹脂へ溶解する事で、溶融した樹脂の固化温度が下がり金型表面での樹脂の急激な粘度上昇を抑えられるため、金型表面の凹凸形状の細部にまで樹脂が流動して付形され、転写性が向上する。
【００１４】
また、溶融した樹脂の固化温度が下がる事により、金型内部での流動性が良くなり、低い射出圧力での成形が可能となるため、成形品の残留歪みを低減させる事ができる。さらに、薄肉部が１ｍｍ以下であるような薄肉、偏肉形状の成形品の成形も可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる二酸化炭素の圧力は、各成形工程に使用するガス量を最小限に押さえ、金型の気密性を持たせる構造やガス供給装置の構造を簡単にできる点で、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である必要がある。１０ＭＰａ以下であれば、金型を開こうとする力を無視でき、また金型の気密性が悪くなる等の問題が生じず、好ましい。
【００１６】
二酸化炭素は特に限定されないが、純度９５％以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明で用いる金型の表面に施される微細な凹凸形状は、特に限定されないが、例えば、構成単位がプリズム形状、立方体形状、直方体形状、円筒形状、楕円筒形状、球面状または非球面状であるもの、梨地状等が挙げられる。
【００１８】
構成単位がプリズム形状、立方体形状、直方体形状、円筒形状、楕円筒形状、球面状または非球面状である場合には、構成単位の形状の高さａと配列ピッチｂとの比ｂ／ａが０．２〜５００である事が好ましい。より好ましくは１〜５０である。形状の高さａと配列ピッチｂは図１に示す様に定義する。即ち、形状の高さａとは、構成単位の最大高さを、配列ピッチｂとは、隣り合う構成単位の中心線間の長さをいう。ｂ／ａが０．２〜５００の範囲内にあれば、形状の高さａと配列ピッチｂは、縦又は横方向で任意に変化しても良い。
【００１９】
これらの形状の配列は、例えばドット状、直線状、曲線状の何れでも良い。また、凹凸形状の高さと配列されている間隔は、縦又は横方向で任意に変化しても良い。尚、微細な凹凸形状は市販の光学顕微鏡又は電子顕微鏡により観察する事ができる。
【００２０】
また、梨地状である場合には、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４法により測定した表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）が１〜１００μｍの範囲にある事が好ましい。より好ましくは１〜５０μｍである。尚、梨地状面の表面粗さは、市販の表面粗さ計を用いて測定する事ができる。
【００２１】
本発明に用いられる透明樹脂は、特に限定されないが、ＪＩＳＫ−７１０５に準じて測定したヘーズが１０％以下となる物質が好ましい。具体的にはメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−メチルメタクリレート共重合樹脂、スチレン−ブタジエン共重合樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられる。好ましく採用されるものは、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂である。特に好ましく採用されるものは、メタクリル樹脂である。
【００２２】
メタクリル樹脂としては、例えばメタクリル酸メチルを主体とする樹脂が挙げられ、具体的にはメチルメタクリレートの単独重合体、又はメチルメタクリレートとメチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、アクリロニトリル、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルピリジン、ビニルモルホリン、ビニルピリドンテトラヒドロフルフリルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、２−ヒドロキシアクリレート、エチレングリコールモノアクリレート、グリセリンモノアクリレート、無水マレイン酸、スチレン、もしくはα−メチルスチレンなどの共重合可能なモノマーのいずれか一つ以上との共重合体、及び耐熱性アクリル樹脂、低吸湿性アクリル樹脂などが含まれる。これらは単独で用いてもよいしブレンドしてもよい。
【００２３】
透明性を維持して耐衝撃性を同時に持たせるためには耐衝撃性アクリル樹脂が用いられ、そのゴム弾性体は特開昭５３−５８５５４号公報、同５５−９４９１７号公報、同６１−３２３４６号公報等に開示されている。簡単に説明すると、アクリル系重合体芯材料のまわりに弾性層及び非弾性層を交互に生成させる多段階逐次重合法により製造される多段重合体である。
【００２４】
本発明の射出成形方法に於いては二酸化炭素を使用するが、二酸化炭素は溶融樹脂表面に溶解し固化してしまえば発泡現象を引き起こす事はない。また、成形品表面中に溶け込んだ二酸化炭素は、成形品を取り出した後、徐々に大気中に放散すると考えられるため、危険性はない。
【００２５】
本発明に於ける射出成形方法は、金型温度を高く設定すれば低い二酸化炭素圧力で充分な転写効果が得られる。金型温度の好ましい範囲は６０〜１００℃である。
【００２６】
また本発明に於ける射出成形方法では、樹脂の充填速度を変化させても金型表面形状の成形品への転写状態は変化する事がないため、成形条件範囲が広がる。本発明の射出成形方法は、特に光学部品の成形に好適である。光学部品としては、例えば、表面に凹凸形状が施された板状の面照明光源用導光板、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、記録用ディスク、光拡散シート、プリズムシート等が挙げられる。これらの部品の厚みは特に限定されないが、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、更に好ましくは０．５〜５ｍｍである。
【００２７】
特に、液晶表示装置等に用いられる面照明光源は明るさに対する要求が高く、導光板表面に形成された凹凸部の配列の規則性や形状、大きさを変化させる事により面照明光源の性能が決定されている。従って、微細凹凸形状の転写性が高く輝度分布が一様で、外観不良による輝点不良等がない導光板が望まれている。本発明の射出成形方法により得られる面照明光源用導光板は、微細凹凸形状の転写性が高いため発光効率が高く、また外観不良による輝点不良等を防げるため良好な面照明光源を得る事ができるため非常に好ましい。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例、比較例で本発明を具体的に説明する。なお、各実施例、比較例で用いた評価及び試験方法は次の通りである。
【００２９】
（１）表面に微細凹凸形状を有する射出成形品の作成
図２に示す様に、成形品中心に直径８ｍｍのダイレクトゲート１を設け、スプル２の長さは５８ｍｍ、ノズルタッチ部３の直径を３．５ｍｍである金型（Ａ）を用いた。金型のキャビティ外周にはガス供給と開放のための深さ０．０５ｍｍのベントスリット４とベント５、およびベント５から金型外に通じるガス供給・排出孔６を設けてガス供給装置と接続し、ベントスリット４とガス供給・排出孔６の外周にガスシールのためにＯリング７を設け、キャビティを気密構造とした。また、キャビティ表面は鏡面部分８と梨地状面部分９を設けた。梨地状面部分９のＪＩＳＢ０６０１−１９９４法により測定した表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）は１５μｍである。得られる成形品は厚み２ｍｍで、縦横各１００ｍｍの正方形平板である。
【００３０】
また、同様の機密構造を持たせ、キャビティ表面に形状の高さａが３２μｍ、配列ピッチｂが１９０〜７１０μｍの範囲で順次変化する直方体形状単位が配列された金型（Ｂ）を準備した。得られる成形品は厚肉部が２．５ｍｍ、薄肉部が１ｍｍである楔形で、縦１５０ｍｍ、横１００ｍｍの長方形板である。
【００３１】
これら２種類の金型を成形機（住友重機械工業製ＳＧ−１００）に取付け、成形温度を２４０℃に設定し、透明樹脂としてメタクリル樹脂（旭化成工業製デルペット８０ＮＨ）を用いて射出成形を行った。
【００３２】
ガスは純度９９％以上の二酸化炭素、窒素、及び圧縮空気を使用した。
【００３３】
（２）成形品の表面凹凸形状の転写率の測定
上記（１）で用いた金型（Ａ）の表面、及び上記（１）の方法で金型（Ａ）を用いて得た成形品の表面の粗さを、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９９６に準じた表面粗さ計（東京精密製サーフコム５７５Ａ型）で測定し、最大高さ（Ｒｙ）を測定する。次式に従って、転写率を導出する。
転写率＝（成形品のＲｙの値）／（金型表面のＲｙの値）
【００３４】
（３）全光線透過率、ヘーズの測定
上記（１）の方法で金型（Ａ）を用いて得た成形品について、ＪＩＳＫ−７１０５に準じたヘイズメーター（日本電色工業製１００１−ＤＰ型）により全光線透過率、ヘーズを測定する。
【００３５】
（４）６０度鏡面光沢度の測定
上記（１）の方法で金型（Ａ）を用いて得た成形品について、ＪＩＳＺ−８７４１法に準じたグロスチェッカ（堀場製作所製ＩＧ−３１０型）により６０度鏡面光沢度を測定する。
【００３６】
（５）面照明光源の輝度分布測定
図３に示す様に、上記（１）の方法で金型（Ｂ）を用いて得た成形品１０の凹凸形状面に反射フィルム１１、反対側の面に拡散フィルム１２を貼り付け、成形品１０の厚肉部端面に冷陰極管１３（直径３ｍｍ、長さ２２０ｍｍ）を配置しインバーターに接続して面光源照明装置を作成した。冷陰極管１３を点灯後３０分間放置して明るさを安定させた後、発光面の輝度を輝度計１４（ミノルタカメラ社製ＣＡ−１０００型）で測定した。得られた輝度分布に於いて、輝度平均値、及び輝度均斉度（輝度最小値を輝度最大値で除した値）を導出した。
【００３７】
（実施例１〜３、比較例１〜４）
金型（Ａ）を用い、使用したガスの種類、圧力、及び金型温度を表１に示す通りとして射出成形を行い、得られた成形品を用いて上記（２）〜（４）の評価を行い、表２に示す結果を得た。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

【００４０】
実施例１〜３では、転写率は０．７２〜０．９０を示しいずれも比較例１に示した通常成形品に対して転写性の向上効果が確認できた。微細形状の転写性が向上した事により表面の光反射が増加し、全光線透過率は８７〜９１％、６０度鏡面光沢度は３〜７と低下、ヘーズは６６〜７３％と向上し非常に好ましい。
【００４１】
比較例１では、ガスを使用せずに通常の射出成形を行った。転写率は０．６７と充分ではなく、全光線透過率は８７％、ヘーズは５５％、６０度鏡面光沢度は１２であった。
【００４３】
比較例２〜４では、ガスに圧縮空気、窒素を用いて射出成形を行った。金型内のガスは溶融樹脂への溶解性を示さないため、最終充填前に樹脂が急冷されてしまい、転写率は０．４２〜０．５と通常成形よりも悪い結果となった。また、全光線透過率は９２％、ヘーズは４８〜５０％、６０度鏡面光沢度は１４〜１７であり通常成形よりも透明感があり、金型表面の微細形状が充分に転写されておらず好ましくない結果となった。
【００４４】
（実施例４〜５、比較例５〜６）
金型（Ｂ）を用い、使用したガスの種類、圧力、及び金型温度を表３に示す通りとして射出成形を行い、得られた成形品を用いて上記（５）の評価を行い、表４に示す結果を得た。
【００４５】
【表３】

【００４６】
【表４】

【００４７】
実施例４〜５では、輝度平均値は５８０〜６２０ｎｔ、輝度均斉度は０．６１〜０．６５と高い値を示しを示し、均一で明るい面照明光源装置を得る事ができ非常に好ましい結果となった。
【００４８】
比較例５〜６では、輝度平均値は３５０〜４８０ｎｔ、輝度均斉度は０．３５〜０．４６と低い値を示し、面照明光源装置として充分な性能が得られず好ましくない結果となった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の射出成形方法により、微細な凹凸形状の転写性に優れた成形品を、透明樹脂が本来持つ物性を低下させず、外観不良や変形等を伴わずに工業的に安定して生産する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微細凹凸形状の構成単位の形状高さａと配列ピッチｂの関係を示す図。
【図２】本実施例に用いた金型の概念図。
【図３】本実施例に用いた面照明光源の輝度分布測定方法の概念図。
【符号の説明】
１ダイレクトゲート
２スプル
３ノズルタッチ部
４ベントスリット
５ベント
６ガス供給・排出孔
７Ｏリング
８鏡面部分
９梨地状面部分
１０成形品
１１反射フィルム
１２拡散フィルム
１３冷陰極管
１４輝度計

Claims

透明樹脂を用いて、表面に微細な凹凸形状を施した金型を用いて少なくとも一方の面に該微細凹凸形状が付与された成形品を射出成形する方法に於いて、金型キャビティに二酸化炭素を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力で満たしておき射出成形する事を特徴とする射出成形方法。
金型表面に施された微細な凹凸形状が、構成単位がプリズム形状、立方体形状、直方体形状、円筒形状、楕円筒形状、球面状、非球面状でかつ形状の高さａと配列ピッチｂとの比ｂ／ａが０．２〜５００であるものから選ばれる事を特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
金型表面に施された微細な凹凸形状面が、梨地状でＪＩＳＢ０６０１−１９９４法により測定した表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）が１〜１００μｍである事を特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
透明樹脂がメタクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂である事を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形方法を用いて成形された事を特徴とする光学部品。