JP7074047B2 - 樹脂部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、長辺方向を有した板状をなし射出成形品からなる成形品本体を含む樹脂部品の製造方法に関する。

例えば車載用のヘッドアップディスプレイユニットには、ＬＣＤやレーザスキャンモジュールから投射された光線の結像機能を有するレンズやミラー等の光学素子が用いられている。また、車両に搭載されるレーザ方式の画像検出・測距ユニットには、レーザビームの結像及び各種補正機能を有するレンズやミラー等の光学素子が用いられている。これら光学素子は、近年、軽量化やコストダウンの要求から、従来のガラス製からプラスチック製に変更されてきており、また、複数の機能を最小限の素子でまかなうように、その転写面形状も球面のみならず複雑な非球面形状や多面体など特異な形状を有するものに変化してきている。

上記のような光学部品を製造する場合、射出成形法、或いは、射出圧縮成形法を用いることが一般的である（例えば特許文献１参照）。そのうち射出圧縮成形法は、金型内の転写面の一部を構成する入子を移動可能な可動入子とし、金型内に充填された樹脂の冷却に伴う体積収縮に対して可動入子が前進して圧力を補うことにより、いわゆるひけの発生を抑制し、形状精度を確保する方法である。この場合、上記特許文献１には、転写精度が低くて良い部分に可動入子を配置し、樹脂の冷却が進んだ時点で、可動入子を樹脂との間に空隙を形成する方向に移動させることにより、その部分にひけを発生させて他の部分の転写精度を高める方法が提案されている。

特開２００１－５８３３５号公報

上記のような射出成形法或いは射出圧縮成形法で光学部品を成形する際には、加熱溶融された樹脂材料を金型内に射出充填し、冷却固化させる工程において、金型内の樹脂圧力や樹脂温度が全体で均一になることが、成形品の所望の形状精度を確保するために望ましいことである。しかしながら、金型内への樹脂の流入形態により、充填中の圧力分布や充填時間が変化し、それらのばらつきにより所望される形状精度を確保することが困難になってしまう。このような不具合により、成形品に微小な形状歪が発生し、結果として、ヘッドアップディスプレイにおいては投射画像に歪が発生する問題があり、またレーザ方式の画像検出ユニットにおいては障害物検出での誤認識などの虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、長辺方向を有した板状の成形品本体を含むものにあって、成形品本体に微小な形状歪が発生することを抑制し、高い転写精度を得ることができる樹脂部品の製造方法を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の樹脂部品の製造方法は、長辺方向を有した板状をなし射出成形品からなる成形品本体（１）を含む樹脂部品を製造するための方法であって、成形装置により前記成形品本体（１）を射出成形する射出成形工程を含み、前記成形装置は、前記成形品本体（１）に対応した金型及びその金型内に樹脂を注入する注入口を備え、前記注入口は、前記金型のうち前記成形品本体（１）の長辺方向に延びる端面部に相当する位置であって、該成形品本体（１）の重心（Ｇ）に対応した位置を跨ぐ位置に配置されていると共に、前記注入口の幅寸法Ｗｇは、前記成形品本体の長手方向最大長さ寸法Ｗの１／８以上、１／２以下とされている。

本発明者らは、例えばミラー、レンズといった光学部品のような長辺方向を有した板状をなす射出成形品を成形するにあたり、転写面の高い転写精度を得ながらも、形状歪みを抑制して高い形状精度を得ることを目的とし、様々な試作、研究を重ねた。その結果、成形品本体のゲート部、つまり成形装置の金型の樹脂の注入口を、成形品本体の長辺方向に延びる端面部であって、該成形品本体の重心に対応した位置を跨ぐ位置に配置することにより、優れた結果を得ることができることを見出したのである。尚、重心に対応した位置とは、端面部のうち、成形品本体の重心を通り該成形品本体の長手方向に対して直交する重心線が通る位置であり、成形品本体が曲面状をなしているため重心線が、端面部から外れている場合には、その曲面に向けて法線を下した位置である。

これによれば、ゲート部（樹脂の注入口）を成形品本体の重心に対応した位置を跨ぐ位置に設けたことにより、金型内の長手方向の両側に向けて均等に充填していくことができ、圧力分布や温度分布を良好に、つまりばらつきを少なく均等にすることができる。また、樹脂の注入口を、重心に対応した位置を跨ぐような比較的長い幅で設けることにより、溶融樹脂が注入口を通る際の摩擦抵抗を少なくして、溶融樹脂の流れを均一で良好とすることができる。この結果、長辺方向を有した板状の成形品本体を含むものにあって、成形品本体に微小な形状歪が発生することを抑制し、高い転写精度を得ることができるという優れた効果を得ることができる。

一実施形態を示すもので、光学部品の斜視図 光学部品の正面図（ａ）及び平面図（ｂ）

以下、ミラー、レンズといった光学部品に適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る樹脂部品としての光学部品を構成する成形品本体１の外観を示している。この成形品本体１から構成される光学部品は、例えば車載用のヘッドアップディスプレイユニットに用いられるミラーとして使用される。成形品本体１は、熱可塑性樹脂による射出成型品からなり、後述するように、本実施形態に係る製造方法により製造される。樹脂材料としては、例えば、環状オレフィン系樹脂やポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂などが採用される。

前記成形品本体１は、図で左右方向に長い、つまり長辺方向を有した矩形板状をなすと共に、上面が凹状となるような、長手方向に緩やかな曲面状に構成されている。この場合、成形品本体１は、画像を投射するフロントガラスの面の形状（曲率）に応じて、左右部において非対称な曲率に構成され、図で上側を向く面が、高精度転写面であるミラー面とされている。また、成形品本体１の左右の辺部には、タブ２、２を一体に有している。

さて、本実施形態では、成形品本体１は、樹脂の注入口の跡であるゲート部１ａ（便宜上、図１にハッチングを付して示す）が、成形品本体１の長辺方向に延びる端面部であって、該成形品本体１の重心Ｇに対応した位置を跨ぐ位置に配置されている。具体的には、成形品本体１の長辺の一方の縁部である図で手前側（前面側）の端面部に、中央やや左寄りに位置して、比較的広い幅寸法Ｗｇで設けられている。このとき、図２に示すように、成形品本体１の重心Ｇは、成形品本体１の長手方向中心線Ｃ（図２（ｂ）参照）から図で左側にややずれた位置であり、成形品本体１の上面から上方にやや浮き上がって位置される。

この場合、成形品本体１の重心Ｇに対応した位置とは、端面部のうち、成形品本体１の重心Ｇを通り該成形品本体１の長手方向に対して直交する重心線Ｌが通る位置であり、重心線Ｌが浮いている場合には、重心線Ｌから成形品本体１の上面に向けて法線Ｖ（図２（ａ）参照）を下した位置である。ゲート部１ａは、重心線Ｌを中心として、左右両側に同じ幅（Ｗｇ／２）となるように設けられている。本実施形態では、ゲート部１ａの幅寸法Ｗｇは、成形品本体１の長手方向最大長さ寸法Ｗに対し、例えば１／２以下とされ、より具体的には、（Ｗ／４）≦Ｗｇ≦（Ｗ／３）の範囲とされている。

ここで、図示は省略するが、上記成形品本体１を製造するために用いられる成形装置について述べる。この成形装置は、成形品本体１に対応したキャビティを有する金型、この金型を開閉する開閉機構、前記キャビティ内に溶融樹脂を注入する樹脂注入機構、冷却固化後の製品（成形品本体１）を取出す製品取出機構を備えている。更に、キャビティの各部の温度を検出する温度センサ、キャビティの各部の圧力を検出する圧力センサ、金型の温度を調整する温度調整装置、全体を制御する制御装置等を備えている。

この場合、樹脂注入機構における、前記金型のキャビティに対する溶融樹脂の注入口が、前記ゲート部１ａの位置に対応している。また、成形装置には、前記注入口を任意のタイミングで開閉することが可能なゲート開閉機構が設けられている。そして本実施形態では、図示はしないが、前記金型のうちキャビティ形成部分には、可動入子が設けられ、その可動入子を駆動する可動入子駆動機構が設けられている。可動入子は、金型のうち、成形品本体１の面精度が必要な面とは反対の面、この場合成形品本体１の下面側を形成する部分に、成形品本体１の下面のうち外周部を除くほぼ全体を形成するように設けられ、キャビティ内に前進、後退する方向に移動される。

次に、上記構成の成形装置を用いた、成形品本体１の製造手順について述べる。上記成形装置により成形品本体１を成形するにあたっては、金型の型締め状態で、樹脂注入機構によってキャビティ内に溶融した樹脂を注入し、冷却固化させて成形品本体１を射出成形する射出成形工程が実行される。この射出成形工程における金型の温度は、比較的低い温度、例えば樹脂材料のガラス転移点より２０～３０度低い温度に維持されている。また、射出成型工程の初期の状態では、金型の可動入子は、金型の他のキャビティ部分と連続した状態の初期位置に位置している。

射出成形工程においては、金型の注入口からキャビティ内に溶融樹脂が注入されるのであるが、このとき、金型の樹脂の注入口（ひいてはゲート部１ａ）が、成形品本体１の重心Ｇに対応した位置を跨ぐ位置に設けられている。これにより、溶融樹脂をキャビティ内の長手方向の両側に向けて均等に充填していくことができ、キャビティ内の圧力分布や温度分布を良好に、つまりばらつきを少なく均等にすることができる。

また、注入口（ゲート部１ａ）が、重心Ｇに対応した位置を跨ぐような比較的長い幅で設けられていることによっても、溶融樹脂が注入口を通る際の摩擦抵抗を少なくして、キャビティ内における溶融樹脂の流れを均一で良好とすることができる。特に、注入口の幅寸法Ｗｇが、成形品本体１の長手方向最大長さ寸法Ｗの１／２以下とされていることにより、溶融樹脂の流れを極めて良好とすることができる。寸法Ｗｇの下限は１／８以上とすることができる。より好ましくは、（Ｗ／４）≦Ｗｇ≦（Ｗ／３）の範囲である。

そして、本実施形態では、射出成形工程において、樹脂注入機構による金型のキャビティ内への樹脂の注入、即ちキャビティ全体への樹脂の充填が完了すると、ゲート開閉機構により注入口を閉鎖するゲートカット動作が行われる。これにより、溶融樹脂の注入直後の樹脂の粘性の低い状態、つまり硬化収縮の始まらない状態で、注入口が閉鎖されるので、キャビティ内部全体の圧力をほぼ均等にすることができ、その状態で溶融樹脂の冷却硬化が進行されるようになる。

更に本実施形態では、前記ゲートカット動作が行われた直後に、キャビティ内の樹脂に加圧力を付与する方向に可動入子を動作させる加圧動作が行われる。この加圧動作は、可動入子駆動機構により、可動入子を初期位置から前進する方向に設定されたストロークで移動することにより行われる。これにより、キャビティ内の樹脂を高圧状態に制御して樹脂の収縮率を小さく抑えることができ、キャビティ内の樹脂のうち一部硬化が進んだ部分が部分的に圧力低下してしまうことを抑制して全体的な圧力変動の均等性を確保し、いわゆるひけの発生を抑えることができる。

尚、可動入子により設定されたストロークで加圧動作が行われることにより、キャビティ内の樹脂の圧力が過剰に高くなったり、全体的に十分に加圧できなかったりすることを未然に防止することができ、適切な圧力を付与することができる。この後、キャビティ内の樹脂の冷却硬化が進み、固化後、金型の型開きが行われて、成形品本体１が取出される。この場合、成形品本体１には、可動入子による跡が形成されることになるが、その跡は成形品本体１の面精度が必要な面とは反対の面である下面側に設けられるので、光学部品としての高精度な形状が得られ、物性面での要求に応えることができる。

このように本実施形態によれば、樹脂の注入口の跡であるゲート部１ａが、成形品本体１の長辺方向に延びる端面部であって、該成形品本体１の重心Ｇに対応した位置を跨ぐ位置に配置する構成とした。これにより、長辺方向を有した板状の成形品本体１を含むものにあって、成形品本体１に微小な形状歪が発生することを抑制し、高い転写精度を得ることができるという優れた効果を奏するものである。また、本実施形態の製造方法によれば、サイクルタイムを短縮化でき、生産性に優れたものとすることができる。

ところで、本発明者等の研究によれば、上記実施形態の成形品本体１にあっては、内部の樹脂材料の残留歪みを極めて小さくできることが明らかとなった。これにより、成形品本体１における、前記ゲート部１ａ中心からの放射線上の複屈折が、該ゲート部１ａにかけて平坦、もしくは直線的に増加傾向を示すものとなり、複屈折性を良好なものとすることができる。従来の製造方法による樹脂部品では、複屈折がゲート部にかけて二次関数的に増加する傾向を呈するものとなる。

尚、上記した実施形態では、車載用のヘッドアップディスプレイユニットのミラーに適用するようにしたが、レーザ方式の画像検出・測距ユニットのレンズ等の他の車載用機器に使用される光学部品、更には車載用以外の各種用途の樹脂部品に適用することができる。また、上記実施形態では、成形品本体の形状を、矩形板状で凹面状の曲面（自由曲面形状）を有したものとしたが、成形品本体の形状としては、四角台形、五角台形、円形や楕円形などであっても良く、曲面の形状としても、凸面、凹凸面であっても良い。タブ２を備えないものであっても良い。樹脂部品（光学部品）は、成形品本体１に一定の加工を施したり、成形品本体１に別の部品を付加的に取付けて構成したりすることもできる。

その他、成形装置の構成や、製造方法についても様々な変更が可能である。本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は成形品本体、１ａはゲート部、Ｇは重心を示す。

Claims (4)

1. 長辺方向を有した板状をなし射出成形品からなる成形品本体（１）を含む樹脂部品を製造するための方法であって、
   成形装置により前記成形品本体（１）を射出成形する射出成形工程を含み、
   前記成形装置は、前記成形品本体（１）に対応した金型及びその金型内に樹脂を注入する注入口を備え、前記注入口は、前記金型のうち前記成形品本体（１）の長辺方向に延びる端面部に相当する位置であって、該成形品本体（１）の重心（Ｇ）に対応した位置を跨ぐ位置に配置されていると共に、
   前記注入口の幅寸法Ｗｇは、前記成形品本体の長手方向最大長さ寸法Ｗの１／８以上、１／２以下とされている樹脂部品の製造方法。
2. 前記射出成形工程においては、前記金型内への樹脂の注入の完了直後の、内部の樹脂の粘性の低い状態で、前記注入口を閉鎖するゲートカット動作が行われる請求項１記載の樹脂部品の製造方法。
3. 前記成形装置には、前記金型のうち、前記成形品本体の面精度が必要な面とは反対の面の側で、該金型内の樹脂に加圧力を付与する可動入子が設けられ、
   前記射出成形工程においては、前記ゲートカット動作が行われた直後に、前記可動入子を動作させる加圧動作が行われる請求項２記載の樹脂部品の製造方法。
4. 前記加圧動作は、前記可動入子を、設定されたストロークで前記金型の内方に移動することにより行われる請求項３記載の樹脂部品の製造方法。

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