JP2007076178A - Manufacturing equipment and manufacturing method for molded body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成形体の製造方法および製造装置に関するものであり、詳しくは、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスであっても、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能な、成形体の製造装置および製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a molded body, and more specifically, a molded body having ultrafine processing, high dimensional accuracy, low residual stress, low birefringence, high light transmittance, and excellent mechanical strength. The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a molded body that can be provided with a three-dimensional, thin, and large-area shape even in an ultra-low pressure molding process.
現在、数十nmから数百μmの超微細な凹凸形状を表面に有するとともに、三次元、薄肉、かつ大面積の形状を有する成形体が、マイクロレンズ・アレイのような電子ディスプレイ用光学部品、マルチモード光導波路のような光情報通信用部品、マイクロ化学チップのようなライフサイエンス部品等として求められている。 Currently, a molded article having an ultra-fine irregular shape of several tens of nm to several hundred μm on the surface, and a three-dimensional, thin, and large-area shape is an optical component for electronic displays such as a microlens array, There is a demand for optical information communication components such as multimode optical waveguides, life science components such as microchemical chips, and the like.
下記は、このような表面に微細な凹凸部を有する成形品の製造方法の従来技術である。 The following is the prior art of the manufacturing method of the molded article which has such a fine uneven part on the surface.
特許文献1には、光線透過性、低複屈折性、及び機械的強度特性に優れ、微細な凹凸を有し薄く且つ大型の光学用成形体を効率よく製造する方法を提供することを目的として、少なくとも一方の金型のキャビティ面に、高さ又は深さが50μm未満である微細凹凸が形成され、距離を置いて設けられた上金型及び下金型からなるプレス成形機の下金型に、溶融したハロゲン不含有熱可塑性樹脂を供給し、該溶融樹脂の温度が該樹脂のガラス転移温度(Tg)に対し、(Tg+10℃)以上(Tg+150℃)未満の温度範囲にある間にプレスすることを特徴とする光学用成形体の製造方法が開示されている。 Patent Document 1 aims to provide a method for efficiently producing a thin and large optical molded article having excellent light transmittance, low birefringence, and mechanical strength characteristics, and having fine irregularities. The lower die of a press molding machine comprising an upper die and a lower die provided with a fine unevenness having a height or depth of less than 50 μm on the cavity surface of at least one die and provided at a distance. The molten halogen-free thermoplastic resin is supplied, and the molten resin is pressed while the temperature of the molten resin is in the temperature range of (Tg + 10 ° C.) or more and less than (Tg + 150 ° C.) with respect to the glass transition temperature (Tg) of the resin. A method for producing an optical molded body is disclosed.
特許文献2には、微細凹凸パターンを正確に形成し、樹脂の不均一充填がなく、離型性が向上し離型時の製品の温度ムラがなくなり、且つ反りのない、広面積で薄い成形体を得るのに好適な製造法を提供することを目的として、ダイヤモンドライクカーボンで内面が被覆された可動側金型と、固定側金型とによって形成されたキャビティーに、溶融した脂環構造含有重合体樹脂を充填し、次いで可動側金型で前記溶融樹脂を圧縮することからなる、成形体の製造法が開示されている。 Patent Document 2 accurately forms a fine concavo-convex pattern, eliminates non-uniform filling of resin, improves releasability, eliminates temperature unevenness of the product at the time of demolding, and has a large area and thin molding without warping. For the purpose of providing a production method suitable for obtaining a body, a molten alicyclic structure is formed in a cavity formed by a movable mold whose inner surface is coated with diamond-like carbon and a fixed mold. A method for producing a molded body is disclosed, which comprises filling a containing polymer resin and then compressing the molten resin with a movable mold.
特許文献3には、効率良く、精度の高い微細形状を転写する方法を提供することを目的として、凹凸パターンが形成された転写面を有する型を準備し、特定温度に加熱により軟化した基材に、前記転写面を加圧して押しつけたのち、強制的に前記型を特定温度で前記基材から引き離して、前記基材の表面に前記凹凸パターンの反転パターンを転写する微細形状転写方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a base material prepared with a mold having a transfer surface on which a concavo-convex pattern is formed and softened by heating to a specific temperature for the purpose of providing a method for efficiently and accurately transferring a fine shape. In addition, a fine shape transfer method is disclosed in which, after pressing and pressing the transfer surface, the mold is forcibly separated from the base material at a specific temperature, and the reverse pattern of the concave-convex pattern is transferred to the surface of the base material. Has been.
特許文献4には、微細なフレネルレンズ、レンチキュラーレンズあるいはプリズムレンズ形状などの光学要素を有する光学物品を高品質にしかも安価に提供することを目的として、スリットノズルを用い、成形型の微細凹凸形状全面に放射線硬化型樹脂液を塗布形成する工程を含む光学物品の製造方法が開示されている。
In
特許文献5には、安価で大量生産が可能な、光の波長以下を含む微細な凹凸パターンを被転写体に形成できる微細パターンの転写加工方法を提供することを目的として、微細な凹凸パターンを備えた転写体を準備し、被転写体となる材料を加熱により溶融している状態で前記転写体の凹凸パターン上に流し込み、その後冷却することにより被転写体となる材料を固化すると共に前記凹凸パターンを転写し、その後前記転写体から分離して被転写体として取り出すことを特徴とする微細パターンの転写加工方法が開示されている。
しかしながら上記の従来技術では、成形体の光学的なひずみや反り、熱収縮による微細凹凸パターンの寸法変化等の不良が発生したり(特許文献1)、プレスに高圧が必要であったり(特許文献1,2,5)、三次元薄肉大面積の形状の成形品の製造には不適であったり(特許文献2,3)、樹脂液が飛び散り不良品が発生する(特許文献4)等の問題点がある。 However, in the above prior art, defects such as optical distortion and warpage of the molded body, dimensional change of the fine uneven pattern due to heat shrinkage, etc. occur (Patent Document 1), and high pressure is required for the press (Patent Document). 1, 2, 5), unsuitable for the manufacture of molded products with a three-dimensional thin-walled large area (Patent Documents 2 and 3), and the occurrence of defective products due to scattering of resin liquid (Patent Document 4) There is a point.
したがって本発明の目的は、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスであっても、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能な、成形体の製造装置および製造方法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to form a molded body having ultrafine processing, high dimensional accuracy, low residual stress, low birefringence, high light transmittance, and excellent mechanical strength, even in an ultra-low pressure molding process, in a three-dimensional manner. Another object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a molded body that can be provided with a thin and large-area shape.
請求項1の発明は、熱可塑性樹脂を溶融し輸送する樹脂溶融部と、前記樹脂溶融部に連結されているとともに、流入した溶融樹脂を規定量で送出する樹脂送出部と、前記樹脂送出部から送出された溶融樹脂を被塗布面に上方から塗布する吐出部と、対向して配置される一対の金型とを備え、前記溶融樹脂の被塗布面が、前記一対の金型における下金型の少なくとも1部であり、前記吐出部を移動させながら、前記下金型に溶融樹脂を塗布した後、両金型の加圧によって成形体を得ることを特徴とする成形体の製造装置である。 The invention according to claim 1 includes a resin melting part that melts and transports a thermoplastic resin, a resin sending part that is connected to the resin melting part and sends a molten resin that flows in a specified amount, and the resin sending part. A discharge portion that applies the molten resin delivered from above onto the application surface and a pair of molds arranged to face each other, and the application surface of the molten resin is a lower mold in the pair of molds An apparatus for producing a molded body, which is at least a part of a mold and obtains a molded body by pressurizing both molds after applying a molten resin to the lower mold while moving the discharge part is there.
請求項2の発明は、前記樹脂送出部が、流入した溶融樹脂を一旦貯留した後規定量で送出する貯留シリンダであることを特徴とする請求項1に記載の成形体の製造装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the molded body manufacturing apparatus according to the first aspect, wherein the resin delivery section is a storage cylinder that temporarily stores the molten resin that has flowed in and then sends the molten resin in a specified amount.
請求項3の発明は、前記貯留シリンダが、溶融樹脂を貯留するシリンダと、前記シリンダ内に設けられるとともに前記溶融樹脂を規定量で押し出し送出するピストンと、前記ピストンを前後進させるピストン駆動手段とを有し、前記シリンダとピストンとの間には、前記溶融樹脂が通過可能な間隙部が設けられ、前記樹脂溶融部からの溶融樹脂の流入とともに前記ピストン駆動手段によって前記ピストンを後進させ、所定量の溶融樹脂を前記シリンダの先端部から徐々に貯留させた後、前記ピストンを前進させて規定量の溶融樹脂が送出されるように構成したことを特徴とする請求項2に記載の成形体の製造装置である。 According to a third aspect of the present invention, the storage cylinder includes a cylinder that stores the molten resin, a piston that is provided in the cylinder and that pushes and sends out the molten resin in a specified amount, and a piston driving unit that moves the piston back and forth. A gap portion through which the molten resin can pass is provided between the cylinder and the piston, and the piston is moved backward by the piston driving means together with the inflow of the molten resin from the resin melting portion. 3. The molded body according to claim 2, wherein a fixed amount of molten resin is gradually stored from the tip of the cylinder, and then the piston is advanced so that a specified amount of molten resin is delivered. It is a manufacturing apparatus.
請求項4の発明は、前記貯留シリンダが、溶融樹脂を貯留するシリンダと、前記シリンダ内に設けられるとともに前記溶融樹脂を規定量で押し出し送出するピストンと、前記ピストンを前後進させるピストン駆動手段とを有し、前記シリンダとピストンとの間には、前記溶融樹脂が通過可能な間隙部が設けられ、所定量の溶融樹脂を貯留できる場所まで前記ピストン駆動手段によって前記ピストンを後進させ、続いて前記樹脂溶融部から溶融樹脂を流入させて前記貯留シリンダ内に所定量の溶融樹脂を前記シリンダの先端部から徐々に貯留させた後、前記ピストンを前進させて規定量の溶融樹脂が送出されるように構成したことを特徴とする請求項2に記載の成形体の製造装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, the storage cylinder includes a cylinder that stores the molten resin, a piston that is provided in the cylinder and that pushes out the molten resin in a specified amount, and a piston driving unit that moves the piston back and forth. A gap portion through which the molten resin can pass is provided between the cylinder and the piston, and the piston is moved backward by the piston driving means to a place where a predetermined amount of the molten resin can be stored. After a molten resin is caused to flow from the resin melting portion and a predetermined amount of the molten resin is gradually stored from the tip of the cylinder in the storage cylinder, the piston is advanced to deliver a specified amount of the molten resin. It is comprised as follows. It is a manufacturing apparatus of the molded object of Claim 2.
請求項5の発明は、前記樹脂送出部が、規定量で溶融樹脂を射出する射出機能を有するシリンダであることを特徴とする請求項1に記載の成形体の製造装置である。 The invention according to claim 5 is the molded body manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the resin delivery section is a cylinder having an injection function of injecting a molten resin in a specified amount.
請求項6の発明は、前記樹脂溶融部および樹脂送出部間の連結流路に、前記連結流路を開閉するバルブを設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の成形体の製造装置である。 Invention of Claim 6 provided the valve which opens and closes the said connection flow path in the connection flow path between the said resin fusion | melting part and the resin delivery part, The shaping | molding in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. It is a body manufacturing device.
請求項7の発明は、前記吐出部が、前記溶融樹脂の塗布の反作用によって上下方向に撓まないように、高剛性ガイドに支持されながら移動して前記溶融樹脂の塗布を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の成形体の製造装置である。 The invention according to claim 7 is characterized in that the discharge unit moves while being supported by a high-rigidity guide so as not to bend in the vertical direction due to a reaction of the application of the molten resin, and applies the molten resin. It is the manufacturing apparatus of the molded object in any one of Claims 1-6.
請求項8の発明は、前記吐出部の両側が、前記溶融樹脂の塗布方向に沿って設けられた少なくとも2本の高剛性ガイドによって支持され、かつ前記高剛性ガイドが、前記溶融樹脂の塗布方向の上流側および下流側にそれぞれ設けられた2箇所以上の支持部材によって固定されていることを特徴とする請求項7に記載の成形体の製造装置である。 In the invention according to claim 8, both sides of the discharge part are supported by at least two high-rigidity guides provided along the application direction of the molten resin, and the high-rigidity guides are applied in the application direction of the molten resin. The molded body manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the molded body manufacturing apparatus is fixed by two or more supporting members respectively provided on the upstream side and the downstream side of the base plate.
請求項9の発明は、前記製造装置が、前記樹脂溶融部、樹脂送出部、吐出部および金型と、これらを搭載するベッドとを有し、前記吐出部が、支持部材を介して、前記溶融樹脂の塗布方向に沿って設けられた少なくとも1本の高剛性ガイドによって支持され、かつ前記高剛性ガイドが、前記ベッドに固定されていることを特徴とする請求項7に記載の成形体の製造装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, the manufacturing apparatus includes the resin melting portion, the resin delivery portion, a discharge portion, and a mold, and a bed on which these are mounted, and the discharge portion is interposed through a support member. The molded body according to claim 7, wherein the molded body is supported by at least one high-rigidity guide provided along the application direction of the molten resin, and the high-rigidity guide is fixed to the bed. It is a manufacturing device.
請求項10の発明は、前記溶融樹脂を塗布する前記吐出部の先端部と前記下金型の被塗布面との距離を調節できるように、前記下金型の被塗布面を鉛直方向に移動させる移動手段をさらに設けてなることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の成形体の製造装置である。 According to a tenth aspect of the present invention, the application surface of the lower mold is moved in the vertical direction so that the distance between the tip of the discharge part for applying the molten resin and the application surface of the lower mold can be adjusted. The apparatus for producing a molded body according to any one of claims 7 to 9, further comprising moving means for moving the molded body.
請求項11の発明は、前記移動手段が、前記下金型を載置するとともに前記両金型の加圧するためのプレス型盤であり、前記プレス型盤の上下動によって前記吐出部の先端部と前記下金型の被塗布面との距離が調節されることを特徴とする請求項10に記載の成形体の製造装置である。
The invention according to
請求項12の発明は、前記移動手段が、前記下金型を載置するとともに前記両金型の加圧するためのプレス型盤と、前記下金型との間に設けられた上下動ステージであり、前記上下動ステージの上下動によって前記吐出部の先端部と前記下金型の被塗布面との距離が調節されることを特徴とする請求項10に記載の成形体の製造装置である。
According to a twelfth aspect of the present invention, the moving means is a vertical movement stage provided between the lower mold and a press mold plate for placing the lower mold and pressurizing both molds. 11. The molded body manufacturing apparatus according to
請求項13の発明は、前記移動手段が、前記下金型の被塗布面のみを上下動させる手段であり、前記手段の上下動によって前記吐出部の先端部と前記下金型の被塗布面との距離が調節されることを特徴とする請求項10に記載の成形体の製造装置である。
In the invention of claim 13, the moving means is a means for moving up and down only the coated surface of the lower mold, and the tip of the discharge portion and the coated surface of the lower mold are moved up and down by the means. The apparatus for producing a molded body according to
請求項14の発明は、熱可塑性樹脂を溶融する機能および規定量で溶融樹脂を射出する射出機能を有する樹脂送出部と、前記樹脂送出部から送出された溶融樹脂を被塗布面に移動しながら上方から塗布する吐出部とを備えてなることを特徴とする成形体の製造装置である。
The invention according to
請求項15の発明は、請求項1〜13のいずれかに記載の製造装置を用いて成形体を製造する方法であって、
(1)前記一対の金型の少なくとも一方を昇温する工程と、(2)前記樹脂溶融部において熱可塑性樹脂を溶融する工程と、(3)得られた溶融樹脂を樹脂送出部に流入させ、貯留させる工程と、(4)前記樹脂送出部に貯留した溶融樹脂を規定量で送出する工程と、(5)送出した溶融樹脂を吐出部を用いて下金型の被塗布面に上方から塗布し被塗布面に塗布する工程と、(6)前記塗布された樹脂をプレスして樹脂の形状を整えながら冷却し固化させる工程とを有することを特徴とする成形体の製造方法である。
Invention of
(1) a step of raising the temperature of at least one of the pair of molds, (2) a step of melting a thermoplastic resin in the resin melting portion, and (3) allowing the obtained molten resin to flow into the resin delivery portion. A step of storing, (4) a step of sending the molten resin stored in the resin delivery part in a specified amount, and (5) the delivered molten resin from above to the coated surface of the lower mold using the discharge part. A method for producing a molded body, comprising: a step of applying and applying to a surface to be applied; and (6) a step of cooling and solidifying the applied resin while pressing the applied resin to adjust the shape of the resin.
請求項16の発明は、前記貯留シリンダが、溶融樹脂を貯留するシリンダと、前記シリンダ内に設けられるとともに前記溶融樹脂を規定量で押し出し送出するピストンと、前記ピストンを前後進させるピストン駆動手段とを有し、前記シリンダとピストンとの間には、前記溶融樹脂が通過可能な間隙部が設けられ、前記(3)工程において、前記樹脂溶融部からの溶融樹脂の流入とともに前記ピストン駆動手段によって前記ピストンを後進させ、所定量の溶融樹脂を前記シリンダの先端部から徐々に貯留させた後、前記(4)工程において、前記ピストンを前進させて規定量の溶融樹脂を送出することを特徴とする請求項15に記載の成形体の製造方法である。
According to a sixteenth aspect of the present invention, the storage cylinder includes a cylinder that stores the molten resin, a piston that is provided in the cylinder and that pushes out the molten resin by a specified amount, and a piston driving unit that moves the piston back and forth. And a gap through which the molten resin can pass is provided between the cylinder and the piston, and in the step (3), the piston driving means together with the inflow of the molten resin from the resin melting portion. The piston is moved backward, and after a predetermined amount of molten resin is gradually stored from the tip of the cylinder, in the step (4), the piston is advanced to deliver a specified amount of molten resin. The method for producing a molded body according to
請求項17の発明は、前記樹脂溶融部および樹脂送出部間の連結流路に、前記連結流路を開閉するバルブを設け、前記(3)工程において、前記溶融樹脂の貯留が完了した時点で前記バルブを閉じることを特徴とする請求項15または16に記載の成形体の製造方法である。
According to a seventeenth aspect of the present invention, a valve for opening and closing the connection flow path is provided in the connection flow path between the resin melting portion and the resin delivery portion, and when the molten resin storage is completed in the step (3). The method according to
請求項18の発明は、前記(5)工程において、被塗布面に塗布した溶融樹脂の厚みが50μm〜3mmであることを特徴とする請求項15〜17のいずれかに記載の成形体の製造方法である。
The invention according to claim 18 is characterized in that in the step (5), the thickness of the molten resin applied to the coated surface is 50 μm to 3 mm, and the molded article according to any one of
請求項19の発明は、請求項14に記載の製造装置を用いて成形体を製造する方法であって、
樹脂送出部において熱可塑性樹脂を溶融し規定量で溶融樹脂を射出し送出する工程と、送出した溶融樹脂を吐出部を用いて被塗布面に上方から塗布する工程とを有することを特徴とする成形体の製造方法である。
The invention of claim 19 is a method for producing a molded body using the production apparatus according to
The method includes: a step of melting a thermoplastic resin in a resin delivery portion, injecting and delivering the molten resin in a specified amount; and a step of applying the delivered molten resin to an application surface from above using a discharge portion. It is a manufacturing method of a molded object.
本発明によれば、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスであっても、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能な、成形体の製造装置および製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a molded body having ultra-fine processing, high dimensional accuracy, low residual stress, low birefringence, high light transmission, and excellent mechanical strength can be obtained in three dimensions, even in an ultra-low pressure molding process. It is possible to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a molded body that can be provided with a thin-walled and large-area shape.
以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。
図1は本発明の製造装置を説明するための模式的断面図である。
図1において、本発明の製造装置1は、熱可塑性樹脂を溶融し輸送する樹脂溶融部10と、樹脂溶融部10に連結されているとともに、流入した溶融樹脂を規定量で送出する樹脂送出部11と、樹脂送出部11から送出された溶融樹脂を被塗布面に上方から塗布する吐出部12とから主に構成されている。また本発明の製造装置1は、詳しくは後述するが、対向して配置される一対の上金型131および下金型132をさらに備え、下金型132の少なくとも1部の表面が溶融樹脂の被塗布面を構成し、成形体の製造工程では、吐出部12を例えば矢印方向に移動させながら、下金型132の被塗布面に溶融樹脂を塗布した後、両金型131,132の加圧によって成形体を得ることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the production apparatus of the present invention.
In FIG. 1, a manufacturing apparatus 1 of the present invention includes a
樹脂溶融部10は、当業界で公知の押出機を利用することができ、このような押出機は、よく知られているように、固体樹脂を可塑化・溶融するためのシリンダ101およびスクリュ102、スクリュ102を回転させるためのスクリュ回転機構103、固体樹脂をシリンダ101に導入するためのホッパ104を備え、シリンダ101の外周部に加熱手段としてのヒータ1011を有し、必要に応じて図示していない冷却手段を有する。
As the
樹脂送出部11は、本発明の一実施形態によれば、流入した溶融樹脂を一旦貯留した後規定量で送出する貯留シリンダであるのが好ましい。
図2は、本発明に使用される貯留シリンダを説明するための模式的断面図である。
図2において、貯留シリンダ110は、全体形状が円筒状をなし溶融樹脂を貯留するシリンダ1101と、シリンダ1101内に設けられるとともに溶融樹脂を規定量で押し出し送出するピストン1102と、ピストンを前後進させるピストン駆動手段1103とを有する。また、貯留シリンダ110は、外周部に加熱手段としてのヒータ1107を有し、必要に応じて図示していない冷却手段を有する。図2に示すように、シリンダ1101とピストン1102との間には、溶融樹脂が通過可能な間隙部1104が設けられ、樹脂溶融部10から溶融樹脂が流入口1105を経て流入する際には、この間隙部1104を通って溶融樹脂が矢印方向に流れていく。溶融樹脂の流速を速めに設定することにより、溶融樹脂の滞留を防止することができる。間隙部1104のサイズは、通過する溶融樹脂の流速をできるだけ速くすると同時に、そこに溶融樹脂が滞留しないように、また溶融樹脂を流入させるに際し、樹脂溶融部10に過度の圧力負担がかからない程度で適宜決定すればよいが、例えば数mm程度、具体的には0.5〜5mmである。
溶融樹脂の流入とともに、ピストン駆動手段1103を稼動させ、図3に示すようにピストン1102を後進させる。この操作により、溶融樹脂はシリンダ1101の先端部(吐出部側)から徐々に貯留していくことになる。これとは別に、所定量の溶融樹脂を貯留できる場所までピストン駆動手段1103によってピストン1102を後進させ、続いて樹脂溶融部10から溶融樹脂を流入させてシリンダ1101内に所定量の溶融樹脂を先端部から徐々に貯留させてもよい。溶融樹脂の貯留が規定量でもって完了したら、ピストン駆動手段1103を稼動させ、ピストン1102を所定距離前進させ、規定量の溶融樹脂を送出することができる。なお、ピストン1102の位置制御精度には比較的高い精度が要求される。よって、ピストン駆動手段1103としてサーボモータとボールネジとを組合わせた方法などの精度を確保しやすい機構を用いた手段を用いるのが好ましい。
According to an embodiment of the present invention, the
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a storage cylinder used in the present invention.
In FIG. 2, a
As the molten resin flows in, the piston driving means 1103 is operated to move the
このような構成によれば、最初に流入した溶融樹脂が最初に吐出部に送出され塗布されることになる。したがって、溶融樹脂の長い滞留時間による熱劣化(透明な樹脂が黄変したり(ヤケ)、茶褐色(黒点)になったりする)が防止される。さらに、樹脂溶融部10と貯留シリンダ110が短い流路でもって連結していることによっても、溶融樹脂の滞留時間が短くなり、熱劣化の問題が一層防止されることになる。なお、熱劣化を起こした溶融樹脂を用いて成形体を製造すると、例えば成形体の用途が光学製品である場合、所望の光透過性や屈折率等が得られなくなる場合があり好ましくない。
なお、溶融樹脂が通過可能な間隙部1104を設けない場合、シリンダ1101とピストン1102が接してしまい、両金属の摩擦により金属粉が発生し、これが製品に悪影響を及ぼす恐れがあるが、本発明における貯留シリンダ110は、シリンダ1101とピストン1102との間に間隙部1104が設けられているため、このような金属粉の発生がない。
According to such a configuration, the molten resin that has flowed in first is first sent to the discharge portion and applied. Therefore, thermal deterioration due to a long residence time of the molten resin (transparent resin is yellowed (discolored) or browned (black spot)) is prevented. Furthermore, even when the
If the
また、図2〜3に示すように、貯留シリンダ110には、シリンダ1101内に最初に流入した溶融樹脂がシリンダ1101の先端部とは逆の方向(ピストン駆動手段1103側)に侵入しないように、溶融樹脂を通過させない逆流防止部1106が設けられている。なお逆流防止部1106は、溶融樹脂がシリンダ1101の先端部に容易に導かれるように、溶融樹脂の流入口1105からシリンダ1101の先端部の方向に向かって曲面を形成している。
As shown in FIGS. 2 to 3, the molten resin that first flows into the
また本発明によれば、樹脂溶融部10および貯留シリンダ110間の連結流路に、連結流路を開閉するバルブを設けるのが好ましい。
図4は、樹脂溶融部10および貯留シリンダ110間の連結流路にバルブを設けた形態を説明するための製造装置の模式的断面図である。図4の製造装置は、図1とほぼ同様の形態であるが、樹脂溶融部10および貯留シリンダ110間の連結流路14にバルブ15を設けた点が異なっている。前述のように、貯留シリンダ110のシリンダ1101内に溶融樹脂の貯留が完了した後、ピストン駆動手段1103を稼動させ、ピストン1102を所定距離前進させ、規定量の溶融樹脂を吐出部12に送出するが、溶融樹脂の送出量は、成形体の体積によって決定される。したがって、精度よく成形体を製造するには、制御された量でもってシリンダ1101内に溶融樹脂を貯留し、溶融樹脂を送出する必要がある。しかし溶融樹脂の貯留後、樹脂溶融部10および貯留シリンダ110間に圧力差が生じた場合(通常樹脂溶融部10の溶融樹脂圧力が高くなる)、溶融樹脂部10内の溶融樹脂が必要以上に流入し、規定量を超え、溶融樹脂の貯留量が過剰となり、精度よく成形体を製造することができなくなる。そこで、樹脂溶融部10および貯留シリンダ110間の連結流路14にバルブ15を設け、シリンダ1101内への溶融樹脂の貯留が完了した時点でバルブ15を閉じ、樹脂溶融部10からの溶融樹脂の流入を遮断する。これにより、規定量の溶融樹脂の貯留が可能となる。
さらに、溶融樹脂の貯留が完了した後は、ピストン駆動手段1103を稼動させ、ピストン1102を所定距離前進させ、規定量の溶融樹脂を吐出部12に送出するが、このときもバルブ15を閉じておくのが好ましい。バルブ15を閉じておくことで、ピストン1102の前進による溶融樹脂の送出圧力が、連結流路14を経て樹脂溶融部10に逃れることが防止される。これにより、規定量の溶融樹脂が吐出部12に送出され、結果として精度よく成形体を製造することができる。
Further, according to the present invention, it is preferable to provide a valve for opening and closing the connection channel in the connection channel between the
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing apparatus for explaining a form in which a valve is provided in a connecting flow path between the
Furthermore, after the molten resin storage is completed, the piston driving means 1103 is operated, the
バルブ15としては、溶融樹脂の流路(連結流路14)を遮断し、溶融樹脂の流入・流出を制御することができれば、とくに制限されないが、例えば公知のロータリーバルブを利用することができる。
The
また本発明において、樹脂送出部11から送出された溶融樹脂を被塗布面に上方から吐出もしくは金型の被塗布面に塗布する吐出部12は、とくに制限されないが、溶融樹脂を精度よくシート(フィルム)状に変形させて吐出するものが好ましい。通常、吐出部12は樹脂送出部11と直接連結している。
In the present invention, the
前記では、樹脂送出部11として、流入した溶融樹脂を一旦貯留した後規定量で送出する貯留シリンダ110を例にとり説明したが、本発明ではこの形態に制限されるものではない。例えば樹脂送出部11として貯留シリンダ110の替わりに射出機能を有するシリンダを使用することもできる。
図5は、射出機能を有するシリンダを樹脂送出部として用いた本発明の製造装置の別の形態を説明するための模式的断面図である。
図5に示される本発明の製造装置2は、図1と同様に、熱可塑性樹脂を溶融し輸送する樹脂溶融部10と、樹脂溶融部10に連結されているとともに、流入した溶融樹脂を規定量で送出する樹脂送出部11と、樹脂送出部11から送出された溶融樹脂を被塗布面に上方から塗布する吐出部12とから主に構成されている。本形態の製造装置2は、樹脂送出部として、射出機能を有するシリンダ111を使用している。シリンダ111としては、射出成形機用のシリンダを用いることができ、例えば、全体形状が円筒状をなしスクリュ1111が内設された貫通内孔1112を有するシリンダであり、このシリンダ111の外周面には複数のヒータ1114を有し、必要に応じて図示していない冷却手段が装着されている。スクリュ1111は駆動手段1113により回転駆動および前後動駆動されるように構成されている。
樹脂溶融部10からの溶融樹脂が連結流路14を経て流入し、スクリュ1111の回転によってシリンダ111の先端部方向に送られる。先端部に所定量の溶融樹脂が貯留された後、スクリュ1111を前進させ、規定量の溶融樹脂を吐出部12に送出する。なお、図4で示した形態と同様に、樹脂溶融部10およびシリンダ111間の連結流路14にバルブ15を設け、シリンダ111内への溶融樹脂の貯留が完了した時点でバルブ15を閉じ、樹脂溶融部10からの溶融樹脂の流入を遮断するのが好ましい。なおかつ、溶融樹脂の貯留が完了した後は、シリンダ111の射出機能によって規定量の溶融樹脂を吐出部12に送出するが、このときもバルブ15を閉じておくのが好ましい。これにより、前記貯留シリンダの場合と同様に、溶融樹脂の所定量の送出が可能となり、精度よく成形体を製造することができる。
In the above description, the
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining another form of the manufacturing apparatus of the present invention using a cylinder having an injection function as a resin delivery section.
The manufacturing apparatus 2 of the present invention shown in FIG. 5 is similar to FIG. 1, and is connected to the
Molten resin from the
さらに本発明の製造装置は、前記で説明した形態とは異なり、熱可塑性樹脂を溶融する機能および規定量で溶融樹脂を射出する射出機能を有する樹脂送出部と、樹脂送出部から送出された溶融樹脂を被塗布面に移動しながら上方から塗布する吐出部とを備えたものであってもよい。
図6は、このような本発明の別の形態の製造装置を説明するための模式的断面図である。
図6において、本発明の製造装置3は、熱可塑性樹脂を溶融する機能および規定量で溶融樹脂を射出する射出機能を有する樹脂送出部21と、樹脂送出部21から送出された溶融樹脂を被塗布面に上方から塗布する吐出部12とから主に構成されている。本形態の製造装置3は、樹脂送出部21として、射出成形機用のシリンダを用いることができ、例えば当該シリンダは、全体形状が円筒状をなしスクリュ211が内設された貫通内孔212を有し、このシリンダの外周面には複数のヒータ215を有し、必要に応じて図示していない冷却手段が装着されている。スクリュ211は駆動手段213により回転駆動および前後方向に駆動されるように構成されている。
固体樹脂をホッパ214から投入すると、固体樹脂はシリンダ内でスクリュ211の回転によって先端部方向に送られるが、この時、シリンダはヒータ215によって加熱されているので、シリンダからの伝熱とスクリュ211の回転による剪断熱により固体樹脂が溶融する。先端部に所定量の溶融樹脂が貯留された後、スクリュ211を前進させ、規定量の溶融樹脂を吐出部12に送出する。
さらにまた本発明の製造装置は、前記した図6の形態において、熱可塑性樹脂を溶融する機能および規定量で溶融樹脂を射出する射出機能を有する樹脂送出部21の替わりに押出機を用いることもできる。よく知られているように、押出機はシリンダとその内部のスクリュと、スクリュを回転駆動する駆動手段が設けられている。この場合、溶融樹脂の送出は、スクリュの単位時間あたりの回転数によって溶融樹脂の送出量、すなわち吐出部からの吐出量を調整し、回転時間によって総吐出量を決定することができる。
Furthermore, the manufacturing apparatus of the present invention, unlike the embodiment described above, has a resin delivery part having a function of melting a thermoplastic resin and an injection function of injecting a molten resin in a specified amount, and a melt delivered from the resin delivery part. It may be provided with a discharge unit that applies the resin from above while moving the resin to the surface to be applied.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining such a manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
In FIG. 6, the manufacturing apparatus 3 of the present invention includes a
When the solid resin is introduced from the
Furthermore, the manufacturing apparatus of the present invention may use an extruder instead of the
次に、本発明の製造装置を用いて成形体を製造する工程について説明する。
本発明の成形体の製造方法は、(1)前記一対の金型の少なくとも一方を昇温する工程と、(2)前記樹脂溶融部において熱可塑性樹脂を溶融する工程と、(3)得られた溶融樹脂を樹脂送出部に流入させ、貯留させる工程と、(4)前記樹脂送出部に貯留した溶融樹脂を規定量で送出する工程と、(5)送出した溶融樹脂を吐出部を用いて下金型の被塗布面に上方から塗布し被塗布面に塗布する工程と、(6)前記塗布された樹脂をプレスして樹脂の形状を整えながら冷却し固化させる工程とを有する。
なお、下記の説明では、樹脂送出部として、図1〜4で示したような、流入した溶融樹脂を一旦貯留した後規定量で送出する貯留シリンダを用いる形態を例示しているが、本発明は下記例に制限されるものではない。
Next, the process of manufacturing a molded body using the manufacturing apparatus of the present invention will be described.
The method for producing a molded body of the present invention includes (1) a step of raising the temperature of at least one of the pair of molds, (2) a step of melting a thermoplastic resin in the resin melting portion, and (3) obtained. A step of causing the molten resin to flow into the resin delivery section and storing it; (4) a step of delivering the molten resin stored in the resin delivery section in a specified amount; and (5) using the discharge section to deliver the delivered molten resin. A step of coating the coated surface of the lower mold from above and coating the coated surface; and (6) a step of pressing the coated resin to cool and solidify it while adjusting the shape of the resin.
In addition, although the following description has illustrated the form using the storage cylinder which sends out the molten resin which flowed in once as a resin delivery part, after having stored temporarily, as shown in FIGS. 1-4, this invention Is not limited to the following examples.
前記(1)工程については下記で説明する。
次に、(2)工程において、固体樹脂を樹脂溶融部10にホッパ104からシリンダ101内に導入し、シリンダ101の外周部の加熱とスクリュ102の回転による剪断熱により固体樹脂が溶融する。
固体樹脂としては、とくに制限されないが、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィン(COP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアリレート(PAR)、ポリイミド(PI)、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)、ポリアミド(PA)、ポリエチレン(PE)、ポリアセタール(POM)、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフェニレンオキサイド(PPO)またはこれらの混合物などの熱可塑性樹脂が挙げられる。また、成形体に求められる性能にあわせて、特別に製造された熱可塑性樹脂でもよい。なお熱可塑性樹脂には必要に応じてガラス繊維やカーボンなどの各種充填材や、耐熱安定剤、耐候安定剤、耐電防止剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、染料、顔料、天然油、合成油、ワックスなどの公知の各種添加剤を配合することもできる。
The step (1) will be described below.
Next, in the step (2), solid resin is introduced into the
The solid resin is not particularly limited. PI), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyamide (PA), polyethylene (PE), polyacetal (POM), ethylene-vinyl acetate copolymer resin (EVA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyvinyl chloride ( PVC), polyphenylene oxide (PPO) or a mixture thereof. Further, a thermoplastic resin specially manufactured in accordance with the performance required for the molded body may be used. For thermoplastic resins, various fillers such as glass fiber and carbon, heat stabilizer, weather stabilizer, antistatic agent, slip agent, antiblocking agent, antifogging agent, lubricant, dye, pigment, Various known additives such as natural oils, synthetic oils and waxes can also be blended.
次に(3)工程において、溶融樹脂を連結流路14を経て貯留シリンダ110に流入させる。貯留シリンダ110には、シリンダ1101とピストン1102との間に溶融樹脂が通過可能な間隙部1104が設けられており、樹脂溶融部10から溶融樹脂が流入口1105から流入する際には、この間隙部1104を通って溶融樹脂が矢印方向に流れていく。樹脂溶融部10からの溶融樹脂の流入とともにピストン駆動手段1103によってピストン1102を後進させ、所定量の溶融樹脂をシリンダ1101の先端部から徐々に貯留させる。貯留が完了した後、図4に示すようにバルブ15を閉じ、樹脂溶融部10からの溶融樹脂の流入を遮断するのが好ましいことは、前述のとおりである。
Next, in the step (3), the molten resin is caused to flow into the
続いて、(4)工程において、貯留シリンダ110に貯留した溶融樹脂を規定量で吐出部12に送出する。この溶融樹脂の送出は、ピストン駆動手段1103の稼動により、ピストン1102を所定距離前進させることにより行う。ピストン1102の前進により、最初に流入した溶融樹脂が最初に吐出部12に送出され塗布されることになり、溶融樹脂の長い滞留時間による熱劣化が防止される。なお、溶融樹脂の送出時は、バルブ15を閉じ、ピストン1102の前進による溶融樹脂の送出圧力が、連結流路14を経て樹脂溶融部10に逃れることを防止するのが好ましい。
Subsequently, in step (4), the molten resin stored in the
次に、(5)工程において、吐出部12を用いて溶融樹脂を被塗布面に上方から塗布する。
本発明では、溶融樹脂の被塗布面が、対向して配置される一対の金型における下金型の少なくとも1部であり、吐出部12を移動させながら下金型に溶融樹脂を塗布した後、両金型の加圧によって成形体を得ることが好ましい。すなわち、図1に示したように本発明の製造装置1は、対向して配置される一対の上金型131および下金型132をさらに備え、下金型132の少なくとも1部の表面が溶融樹脂の被塗布面を構成し、吐出部12を例えば矢印方向に移動させながら、下金型132の被塗布面に溶融樹脂を塗布した後、両金型131,132の加圧によって成形体を得るのが好ましい。
前記(6)工程については下記で説明する。
Next, in the step (5), the molten resin is applied to the surface to be coated from above using the
In the present invention, the application surface of the molten resin is at least one part of the lower mold in the pair of molds arranged to face each other, and after applying the molten resin to the lower mold while moving the
The step (6) will be described below.
下金型132の被塗布面は、下金型132上に設置されるとともに、表面に微細な凹凸部を有する成形型であることができる。
図7(a)は下金型132に載置された成形型81の平面図であり、図7(b)は正面図である。図7の形態では、図7(a)の矢印82方向に、溶融樹脂をフィルム上に吐出可能な吐出部を用いて溶融樹脂を1回塗布するものとする。また、成形型81の一部として、表面に微細な凹凸部を有するスタンパ83を使用し、これを成形型81の凸部の表面に設置した。なお、微細な凹凸部に溶融樹脂が付着するように、成形型81およびスタンパ83は加熱されている。図7(b)において、吐出部の先端リップ部84を矢印82方向に、かつ成形型81およびスタンパ83の形状に沿って移動させながら、下金型132の被塗布面に溶融した熱可塑性樹脂85を最終製品にほぼ近い形状および厚さに塗布していく。続いて、図7(c)において、上金型131および下金型132の協働により、塗布された熱可塑性樹脂をプレスし、成形体の形状を整える。次に図7(d)において、プレス力を印加したまま前記熱可塑性樹脂を冷却し固化させ、金型を開き、成形体86を取り出す。
The coated surface of the
FIG. 7A is a plan view of the
ここで本発明によれば、前記図7(b)の工程において、吐出部が溶融樹脂の塗布の反作用によって上下方向に撓まないように、高剛性ガイドに支持されながら移動して溶融樹脂の塗布を行うことが好ましい。
図8は、高剛性ガイドに支持されながら移動する吐出部から溶融樹脂を塗布する工程を説明するための図である。
図8(a)において、吐出部12の両側が、溶融樹脂の塗布方向に沿って設けられた少なくとも2本の高剛性ガイド91,92によって支持され、かつ高剛性ガイド91,92が、溶融樹脂の塗布方向の上流側および下流側にそれぞれ設けられた2箇所以上の支持部材93,94によって固定されている。吐出部から溶融樹脂を塗布する際は、図8(a)に示すように高剛性ガイド91,92に沿って吐出部12が矢印方向に移動し、溶融樹脂を塗布する。これにより、吐出部12が金型の被塗布面に溶融樹脂を塗布するときの反作用によって上下方向に撓むことがなく、設定通りの厚みに溶融樹脂を塗布することができる。
高剛性ガイド91,92は、吐出部12が溶融樹脂の塗布の反作用によって上下方向に撓むことがなければ、どのような材質から構成されていてもよいが、例えばステンレス製のガイドが挙げられる。
Here, according to the present invention, in the step of FIG. 7 (b), the discharge portion moves while being supported by the high-rigidity guide so as not to bend in the vertical direction due to the reaction of the application of the molten resin. It is preferable to apply.
FIG. 8 is a diagram for explaining a process of applying a molten resin from a discharge unit that moves while being supported by a high-rigidity guide.
In FIG. 8A, both sides of the
The high-rigidity guides 91 and 92 may be made of any material as long as the
また図8(b)は、高剛性ガイドを用いる別の形態を説明する図である(平面図、側面図および正面図を含む)。この形態において、本発明の製造装置は、前記で説明したような樹脂溶融部、樹脂送出部、吐出部および金型と、これらを搭載するベッドとを有する(図8(b)では吐出部、ベッド、高剛性ガイドおよび支持部材のみが示されている)。図8(b)において、吐出部12は、2本の支持部材931,941を介して、溶融樹脂の塗布方向に沿って設けられた少なくとも1本の高剛性ガイド911によって支持されている。図8(b)の形態では、1本の高剛性ガイド911はベアリングを備えたガイドレールの形状であり、支持部材931,941および吐出部12がガイドレール上を塗布方向に沿って移動するようになっている。この高剛性ガイド911は、ベッド950上に固定されている。さらに、金型の被塗布面上に溶融樹脂を塗布する際の剛性をさらに高めるためには、吐出部12の支持をさらに被塗布面に近づけることが好ましく、高剛性ガイドを金型を載置したプレス型盤に固定してもよい。吐出部から溶融樹脂を塗布する際は、図8(b)に示すように高剛性ガイド911に沿って吐出部12が矢印方向に移動し、溶融樹脂を塗布する。これにより、吐出部12が溶融樹脂の塗布の反作用によって上下方向に撓むことがなく、設定通りの厚みに溶融樹脂を塗布することができる。
Moreover, FIG.8 (b) is a figure explaining another form using a highly rigid guide (a top view, a side view, and a front view are included). In this embodiment, the manufacturing apparatus of the present invention includes the resin melting portion, the resin delivery portion, the discharge portion, and the mold as described above, and a bed on which these are mounted (in FIG. 8B, the discharge portion, Only the bed, the rigid guide and the support member are shown). In FIG. 8B, the
なお、図7に示した形態では、成形型81が凸部を有し、その凸部の表面に微細な凹凸部を有するスタンパ83を設置している。そこで吐出部の先端リップ部84を成形型81およびスタンパ83の形状に沿って移動させるために、下金型を鉛直方向に移動させる移動手段を設け、吐出部の先端リップ部84とスタンパ83との距離を調節するのが好ましい。吐出部、樹脂溶融部および樹脂送出部を鉛直方向に移動させる大掛かりな装置構成に比べて、この形態では鉛直方向の移動の役割を金型にもたせることにより、迅速な鉛直方向の動作が可能となり、ひいては吐出部の移動速度を高め、生産性を高めることができる。
In the form shown in FIG. 7, the
具体的には、図9に示すように下金型132を設置するとともに一対の金型の加圧機能を有するプレス型盤100を移動手段として用い、プレス型盤100を上下動することにより、吐出部の先端部リップ部84とスタンパ83の距離が調節する方法が挙げられる。
また、図10に示すように、移動手段としてプレス型盤100と、下金型132との間に上下動ステージ1001を設け、この上下動ステージ1001の上下動によって吐出部の先端リップ部84とスタンパ83の距離が調節する方法が挙げられる。
さらにまた、図11に示すように、下金型132と成形型81とを分離可能に構成し、成形型のみを上下動させるようにし、この上下動によって吐出部の先端リップ部84ととスタンパ83の距離が調節する方法が挙げられる。
なお前記の移動手段は各種アクチュエータを用いて行えばよい。前記形態によって、3次元形状に溶融樹脂をスタンパ83上に塗布したり、スタンパ83への溶融樹脂の塗布厚みを容易に変更することができる。
Specifically, as shown in FIG. 9, by installing the
Further, as shown in FIG. 10, a
Furthermore, as shown in FIG. 11, the
The moving means may be performed using various actuators. By the said form, molten resin can be apply | coated on the
本発明の成形体の製造方法のとくに好適な方法は、下記の(a)〜(i)の一連の工程を含む。
(a) 図7に示したように、上金型131および下金型132の2枚の金型を準備する。そして、上金型131のキャビティ面の温度を、プレス工程で、上金型131のキャビティ面に接触した溶融樹脂85の表層に固化層が形成されず、かつ印加されたプレス力の下で、上金型131のキャビティ面の形状に変形しうる程度の軟化状態を維持できる温度まで昇温する。なおかつ、下金型132のキャビティ面の温度を、溶融樹脂85が微細な凹凸部に粘着する温度まで昇温する(金型昇温工程);
(b) 金型の昇温が完了した後、吐出部の先端リップ部84から微細な凹凸部の全体に溶融樹脂85が充填されるように、リップ部84を移動させながら塗布を行い、かつ成形体の最終形状にほぼ近い形状まで塗布を行う。溶融樹脂85の厚みは、50μm〜3mmであるのが好ましい(塗布工程);
(c) 塗布工程終了後、上金型131と下金型132とを嵌合させ、加力発生器で上金型131のキャビティ面と下金型132のキャビティ面との間に存在する溶融樹脂85をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に樹脂の形状を整える(プレス工程);
(d) 溶融樹脂85の冷却に伴う収縮を補償するためにプレス力を印加したまま、所望の温度になるまで熱可塑性樹脂を冷却し固化させる(固化工程);
(e) 固化工程終了後、前記上金型131と下金型132とを、嵌合している範囲で微量開く(型緩め工程);
(f) 前記上金型131のキャビティ面と成形体との間、または下金型132のキャビティ面と成形体との間のいずれか一方で、金型に搭載された剥離手段(図示せず)によって、キャビティ面と成形体とを剥離させる(第一の剥離工程);
(g) 前記(f)工程とは逆の剥離面で、金型に搭載された剥離手段によって、キャビティ面と成形体とを剥離させる(第二の剥離工程);
(h) 成形体を取り出せる程度まで金型を開く(型開き工程);および
(i) 成形体を金型外に取り出す(成形体取り出し工程)。
A particularly suitable method for producing the molded article of the present invention includes the following series of steps (a) to (i).
(a) As shown in FIG. 7, two molds of an
(b) After the temperature rise of the mold is completed, application is performed while moving the
(c) After the coating process is completed, the
(d) Cooling and solidifying the thermoplastic resin to a desired temperature while applying a pressing force in order to compensate for shrinkage due to cooling of the molten resin 85 (solidification step);
(e) After completion of the solidification process, a small amount of the
(f) Peeling means (not shown) mounted on the mold, either between the cavity surface of the
(g) The cavity surface and the molded body are peeled off by a peeling means mounted on the mold on the peeling surface opposite to the step (f) (second peeling step);
(h) Open the mold to the extent that the molded body can be removed (mold opening process); and
(i) The molded body is taken out of the mold (molded body removing step).
前記(a)工程において、下金型のキャビティ面の温度の、「塗布工程で吐出される熱可塑性樹脂が前記微細な凹凸部に粘着する温度」は、成形型81の表面性状(表面粗さなど)、材質(材質、離型剤処理の有無など)、樹脂の種類や温度、吐出部の先端リップ部84の移動速度(塗布速度)などに鑑みて決定される。
In the step (a), the temperature of the cavity surface of the lower mold, “the temperature at which the thermoplastic resin discharged in the coating step adheres to the fine irregularities” is the surface property (surface roughness of the mold 81). Etc.), material (material, presence / absence of release agent treatment, etc.), resin type and temperature, movement speed (application speed) of the
前記(b)工程において、一般的に溶融樹脂85は、例えば液状の紫外線硬化型樹脂とは異なり、溶融状態であっても一定の粘度を有しているため(例えば1000Pa.s以上)、成形体の最終形状にほぼ近い形状にまで塗布を行うことができる。なお、図7の形態では、吐出部の先端リップ部84から樹脂を1回塗布するものであるが、本発明はこれに限定されず吐出部の先端リップ部84を複数回往復させながら、塗布を行ってもよい。
In the step (b), since the
前記(c)工程において、プレス圧力は、10MPa以下であることができる。したがって、加力発生器が小さくても、大面積製品を製造することができる。また、装置の小型化、省スペース化、省エネルギー化、低コスト化に繋がる。また、プレス時にキャビティ内の樹脂が殆ど流動しないため、プレス工程においても樹脂の流動に伴う高分子鎖の配向など、光学的歪みや反りの原因となる現象を生じにくい。さらに、本プレス工程および先の塗布工程において、高粘度となった熱可塑性樹脂を無理矢理流動させることがない。この結果、従来技術の射出成形法などに比べて低残留応力、低複屈折、高光透過性などの光学特性に優れ、反りなどがない高い寸法精度を有する成形体を得ることができる。さらに、成形型81上のスタンパ83の微細な凹凸部が破壊されにくく、長寿命化につながる。さらにまた、強大なプレス力を必要としないので、圧力に耐性のないセレン化亜鉛(ZnSe)やシリコン(Si)などからなる金型を使用することができる。
In the step (c), the pressing pressure can be 10 MPa or less. Therefore, even if the force generator is small, a large area product can be manufactured. Moreover, it leads to size reduction, space saving, energy saving, and cost reduction of the apparatus. In addition, since the resin in the cavity hardly flows during pressing, a phenomenon that causes optical distortion and warpage, such as orientation of polymer chains accompanying the flow of the resin, hardly occurs in the pressing process. Further, in the present pressing step and the previous coating step, the thermoplastic resin having a high viscosity is not forced to flow. As a result, it is possible to obtain a molded article having excellent optical characteristics such as low residual stress, low birefringence, and high light transmittance and high dimensional accuracy without warping as compared with the injection molding method of the prior art. Furthermore, the fine irregularities of the
なお、プレスする直前に、塗布された樹脂の上に加熱板を挿入し、樹脂の上面を加熱することで一時的に粘度を下げてプレスすれば、より低圧で成形体の形状を整えることができる。加熱板は、ハロゲンランプなどの赤外線ランプが設置されたものでもよいし、一般的な電熱ヒータなどで加熱された板(板からのふく射伝熱で樹脂を加熱)でもよい。さらには、上金型のキャビティ面が樹脂に接する直前で一時停止させ、上金型のキャビティ面からの放射熱で樹脂上面の温度が上昇するのを待ってからプレスしてもよい。これらの加熱手段例は、いずれもふく射伝熱であるため真空中でも熱が伝わる。よって、下記の減圧・真空工程を行っても、無駄なく加熱を行うことができる。 In addition, just before pressing, if a hot plate is inserted on the applied resin and the upper surface of the resin is heated to temporarily reduce the viscosity, the shape of the molded body can be adjusted at a lower pressure. it can. The heating plate may be one provided with an infrared lamp such as a halogen lamp, or a plate heated by a general electric heater or the like (resin is heated by radiant heat from the plate). Further, the pressing may be temporarily stopped immediately before the cavity surface of the upper mold comes into contact with the resin, and the press is performed after waiting for the temperature of the upper surface of the resin to rise due to the radiant heat from the cavity surface of the upper mold. Since these heating means are all radiant heat transfer, heat is transferred even in a vacuum. Therefore, even if the following pressure reduction / vacuum process is performed, heating can be performed without waste.
なお、上下金型の少なくともいずれか一方を移動させることで金型を開閉させることと型締め・プレスが可能な精密加力発生器は、例えば竪型プレス機などで実現される。 Note that the precision force generator that can open and close the mold by moving at least one of the upper and lower molds and can perform clamping and pressing is realized by a vertical press machine, for example.
後述する減圧・真空工程では、金型の位置を正確に検出して、上金型キャビティ面と溶融樹脂上面との間に微小間隙を有する状態で型閉じ動作を一時停止する機能を有することが好ましい。また、固化工程では、成形体の体積収縮を補償するために精度よく圧力を設定値に追従させつつ、成形体の体積収縮に対応する量だけ金型を閉じていける(精度の高い圧力制御)ことが好ましい。さらに、下記の型緩め工程では、成形体の厚みよりも小さなストロークだけわずかに金型を開く必要がある。これらより、金型を移動させる際の位置決め精度、速度制御精度および型締時(プレス時)の圧力制御精度には比較的高い精度が要求される。よって、駆動系としてサーボモータとボールネジとを組合わせた方法などの精度を確保しやすい機構を用いた加力発生器の方が好ましい。 In the decompression / vacuum process, which will be described later, it has a function of accurately detecting the position of the mold and temporarily stopping the mold closing operation with a minute gap between the upper mold cavity surface and the molten resin upper surface. preferable. Also, in the solidification process, the mold can be closed by an amount corresponding to the volume shrinkage of the molded body (highly accurate pressure control) while accurately following the set value to compensate the volume shrinkage of the molded body. It is preferable. Furthermore, in the following mold loosening step, it is necessary to slightly open the mold by a stroke smaller than the thickness of the molded body. Therefore, relatively high accuracy is required for positioning accuracy when moving the mold, speed control accuracy, and pressure control accuracy during mold clamping (pressing). Therefore, a force generator using a mechanism that easily ensures accuracy, such as a method of combining a servo motor and a ball screw as a drive system, is preferable.
前記(c)工程においては、上金型131と下金型132とを嵌合させ、上金型131のキャビティ面と熱可塑性樹脂上面との間に微小間隙を有する状態で、前記微小間隙内の空気を吸引し、減圧または略真空状態とした後に、上金型131のキャビティ面と熱可塑性樹脂上面とを接触させ、プレス力を印加するのがさらに好ましい。このようにすれば、溶融した熱可塑性樹脂とキャビティとの間の空気が排除され、空気の巻き込み・封じ込みによる転写不良を回避できる。
In the step (c), the
空気吸引口は、キャビティ面に特別に設けてもよいが、例えば機械式エジェクタを有する金型であれば、エジェクタが摺動するために生じるキャビティの間隙から吸引することも可能である。吸引手段は公知の真空ポンプなどを用いればよい。この減圧・真空工程は、上下金型のキャビティが雄雌形状を有し、型閉じ工程で上下金型を嵌合させたとき、雌側キャビティに雄側キャビティが微量入り込み、閉空間を形成する金型である場合により効率よく行える。減圧、略真空とするタイミングは、前記閉空間を形成後、上金型キャビティ面と樹脂上面との間に微小間隙を有している間が好ましい。キャビティ面と樹脂とが接触して空気を閉じこめた後では、閉じこめられた範囲に吸引口がない場合、吸引の効果を得られないためである。減圧・真空工程の動作を適正なタイミングで行うために、例えば加力発生器から金型位置の情報を得て、所望の位置に達したら吸引手段を起動させ、上金型キャビティ面が樹脂上面に完全に接触した位置で吸引手段を停止すればよい。また、吸引手段の起動→型閉じを停止→タイマなどで管理して一定時間吸引→型閉じ再開といった動作を行ってもよいし、キャビティ内の圧力を検出する手段を設け、吸引動作後、所望の圧力まで減圧された時点で型閉じを再開するなど、様々な形態の実施が可能である。 The air suction port may be specially provided on the cavity surface. However, for example, in the case of a mold having a mechanical ejector, the air suction port can be sucked from the cavity gap generated due to the sliding of the ejector. A known vacuum pump or the like may be used as the suction means. In this decompression and vacuum process, the upper and lower mold cavities have male and female shapes, and when the upper and lower molds are fitted in the mold closing process, a small amount of the male cavity enters the female cavity to form a closed space. More efficient when using a mold. The timing of depressurization and substantially vacuum is preferably after a small gap is formed between the upper mold cavity surface and the resin upper surface after forming the closed space. This is because after the cavity surface comes into contact with the resin and the air is confined, the suction effect cannot be obtained if there is no suction port in the confined range. In order to perform the decompression / vacuum process at an appropriate timing, for example, information on the mold position is obtained from a force generator, and when the desired position is reached, the suction means is activated, and the upper mold cavity surface is the top surface of the resin. What is necessary is just to stop a suction means in the position which touched completely. Also, starting of suction means → stopping mold closing → controlling with a timer, etc., and performing operations such as suction for a certain period of time → restarting mold closing, a means for detecting the pressure in the cavity is provided, and after the suction operation, desired Various forms of implementation are possible, such as resuming mold closing when the pressure is reduced to the pressure of.
前記工程(d)において、所望の温度になるまでプレス力を印加したままで成形体を冷却するので、樹脂の体積収縮にともなうヒケなどの不良発生を防止し、寸法精度の高い高品位な成形体を得ることができる。 In the step (d), the molded body is cooled while a pressing force is applied until a desired temperature is reached, so that occurrence of defects such as sink marks due to resin volume shrinkage is prevented, and high-quality molding with high dimensional accuracy is achieved. You can get a body.
前記工程(e)において、金型の開き量は、大きくても上下金型が嵌合状態を維持できる程度であって、好ましくは、微細な凹凸部の深さ(または高さ)以上の少ない開き量である。例えば微細な凹凸部のの深さまたは(高さ)が50μmであれば、50μm以上開き、微細な凹凸部から成形体が抜ければよい。 In the step (e), even if the opening amount of the mold is large, the upper and lower molds can be kept in a fitted state, and preferably the depth (or height) of the fine uneven portion is small. Opening amount. For example, if the depth or (height) of the fine concavo-convex part is 50 μm, it can be opened by 50 μm or more and the molded body can be removed from the fine concavo-convex part.
前記工程(f)〜(i)において、金型に搭載された剥離手段としては、金型に搭載された機械式エジェクタやエアブロー機構が挙げられ、これによって成形体全面をキャビティ面から剥離することができる。機械的エジェクタの押し力や、流体吐出口から吐出した流体に加わる吐出圧によって、成形体とキャビティ面との間に微量の剥離部が形成されると、そこに流体が入り込み、吐出圧が伝播して次の剥離を促進し、剥離部を徐々に拡大させていく。この現象が連続的に起きることで成形体全面がキャビティ面から剥離する。前記の中でも、より好ましくは、公知のエアブロー機構、すなわち、空気などの流体を吐出するための吐出口をキャビティ面(好ましくは成形体中央)に設け、該吐出口から流体を吐出させる機構を設けることが好ましい。機械式エジェクタ方式では、局所的な部分しか押す(剥離力を作用させる)ことができないため、成形体の厚みが薄くなると、剥離を生じさせる前に成形体が破れる・壊れるなどの問題が生じる。上記のように圧力が印加された気体を剥離部に送り込む方法なら、剥離部全体に圧力が作用して、均等に剥離力を発生させることができるため、薄い成形体の剥離が容易となる。続いて、成形体を取り出せる程度まで金型を開き、成形体を金型外に取り出すことができる。 In the steps (f) to (i), examples of the peeling means mounted on the mold include a mechanical ejector mounted on the mold and an air blow mechanism, whereby the entire molded body is peeled from the cavity surface. Can do. If a small amount of peeled part is formed between the molded body and the cavity surface due to the pushing force of the mechanical ejector or the discharge pressure applied to the fluid discharged from the fluid discharge port, the fluid enters the part and the discharge pressure propagates there. Then, the next peeling is promoted, and the peeling portion is gradually enlarged. When this phenomenon occurs continuously, the entire molded body is peeled off from the cavity surface. Among the above, more preferably, a known air blow mechanism, that is, a discharge port for discharging a fluid such as air is provided in the cavity surface (preferably in the center of the molded body), and a mechanism for discharging the fluid from the discharge port is provided. It is preferable. In the mechanical ejector system, only a local part can be pushed (peeling force is applied). Therefore, when the thickness of the molded body is reduced, there arises a problem that the molded body is torn or broken before peeling occurs. With the method of feeding the gas to which the pressure is applied to the peeling portion as described above, the pressure acts on the entire peeling portion, and the peeling force can be generated uniformly, so that the thin molded body can be easily peeled off. Subsequently, the mold can be opened to such an extent that the molded body can be taken out, and the molded body can be taken out of the mold.
本発明によれば、厚さが50μm〜5mmの範囲であり、成形体の辺長が厚さの1000倍を超える薄肉大面積の成形体を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a thin-walled and large-area molded body having a thickness in the range of 50 μm to 5 mm and having a side length of the molded body exceeding 1000 times the thickness.
また、スタンパ83に設けられる微細凹凸形状は、フォトリソグラフィ法、電気鋳造法、イオンエッチング法などの半導体プロセスを利用して形成することができる。スタンパの材質は、ニッケル(またはニッケル合金)、シリコン、ガラスなどが挙げられ、このような材料のみで形成されてもよいし、例えば数十μm〜数mmの厚さを有する板状母材(シリコン基板)上にニッケルで微細凹凸を形成するなどしてもよい。なお本発明では、スタンパを使用せずに、下金型本体のキャビティ面に直接微細凹凸形状を形成してもよい。凹凸部の断面形状は、矩形を基本とするが、テーパー(台形)型、三角型、半円型、半楕円型などでもよい。
Further, the fine uneven shape provided in the
上下金型のキャビティ面を加熱・冷却する手段は様々な方法がある。
加熱手段としては、例えば下記のような方法である。
(1)温調された水(湯)や油などの熱媒体を、金型に設けられた該媒体の流路に流通させ
て加熱する方法。
(2)プレートヒータ、カートリッジヒータなどの電熱ヒータを金型に装着して加熱する
方法。
(3)ハロゲンランプ、遠赤外線ヒータなど、赤外線を放射する装置によって、赤外線を
金型キャビティ表面に照射して加熱する方法。
(4)誘導加熱する方法。
(5)キャビティ本体を電気絶縁体として、キャビティ本体表面に薄い導電性膜を形成し、導電性膜に通電することで、導電性膜を発熱させる方法。
There are various methods for heating and cooling the cavity surfaces of the upper and lower molds.
As the heating means, for example, the following method is used.
(1) A method in which a heat medium such as temperature-controlled water (hot water) or oil is circulated through a flow path of the medium provided in a mold and heated.
(2) A method in which an electric heater such as a plate heater or a cartridge heater is mounted on a mold and heated.
(3) A method in which infrared rays are irradiated on the surface of a mold cavity by a device that emits infrared rays, such as a halogen lamp and a far infrared heater, and heated.
(4) A method of induction heating.
(5) A method in which a thin conductive film is formed on the cavity body surface using the cavity body as an electrical insulator, and the conductive film is heated by energizing the conductive film.
次に、冷却手段としては、例えば下記のような方法である。
(1)金型に設けられた媒体の流路に温調水を流通させて冷却する方法。
(2)金型に設けられた管路に空気を流通させて冷却する方法。
(3)キャビティ表面に空気や揮発性(キャビティ表面で液体から気体に相変化する)の液体と気体とを混合したミストを吹き付けて冷却する方法。
(4)ヒートパイプにより、金型内の熱を金型外に輸送・放出することで冷却する方法。
(5)ペルチェ素子などの電気的冷却器によって、金型内またはキャビティ表面の熱を奪って冷却する方法。
上記の加熱・冷却手段を適宜組み合わせて用いれば良い。
Next, as a cooling means, for example, the following method is used.
(1) A method in which temperature-controlled water is circulated through a flow path of a medium provided in a mold and cooled.
(2) A method in which air is circulated through a pipe line provided in the mold and cooled.
(3) A method in which air or volatile (a phase change from liquid to gas at the cavity surface) and mist mixed with gas are sprayed on the cavity surface to cool it.
(4) A method of cooling by transporting and releasing the heat inside the mold out of the mold with a heat pipe.
(5) A method in which heat is taken from the inside of the mold or the cavity surface by an electric cooler such as a Peltier element.
What is necessary is just to use combining said heating and cooling means suitably.
なお、前記は流入した溶融樹脂を一旦貯留した後規定量で送出する貯留シリンダを用いる形態を例示したが、本発明はこれに制限されず、例えば図5で示した射出機能を有するシリンダを樹脂送出部として用いた装置、あるいは図6で示した熱可塑性樹脂を溶融する機能および規定量で溶融樹脂を射出する射出機能を有する樹脂送出部として用いた装置であってもよい。 In the above, an example of using a storage cylinder that temporarily stores the molten resin that has flowed in and then sends out the specified amount is used. However, the present invention is not limited to this. For example, the cylinder having the injection function shown in FIG. The apparatus used as the delivery unit or the apparatus used as the resin delivery unit having the function of melting the thermoplastic resin shown in FIG. 6 and the injection function of injecting the molten resin in a specified amount may be used.
また、樹脂溶融部、樹脂送出部、上下金型などの温度制御;樹脂溶融部および樹脂送出部におけるスクリュ、ピストン等の回転および前後動制御;樹脂溶融部および樹脂送出部間の連結流路に設けられたバルブのバルブの開閉制御;吐出部を所望の位置に所望の速度で動かす動作の制御;金型の鉛直方向の上下動の制御などは、各々図示されていない制御装置によって行われる。 Also, temperature control of resin melting section, resin delivery section, upper and lower molds, etc .; rotation and forward / backward movement control of screw, piston, etc. in resin melting section and resin delivery section; on connecting flow path between resin melting section and resin delivery section Control of opening and closing of the valve of the provided valve; control of the operation of moving the discharge unit to a desired position at a desired speed; control of vertical movement of the mold in the vertical direction, and the like are each performed by a control device (not shown).
本発明により得られる成形体は、超微細加工、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスであっても、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供可能であり、例えば、 (a)マイクロレンズアレイ、液晶用導光板、フレキシブルディスプレイ基板、波長板、反射板、位相差板、自由曲面ミラー、LED発光パネル、フレネルレンズなどの電子ディスプレイ分野の基幹部品、(b)フレキシブルポリマー製光導波路、自由曲面回折格子、二次元イメージセンサアレイ、ピックアップレンズ、ホログラム、フレキシブル導波路型照明板などの光情報通信分野の基幹部品、(c)次世代DVD(ブルーレイディスク)、ブルーレイディスクのカバー層、DVD、CD、超薄肉ICカードなどの光記録媒体分野の基幹部品、(d)集積化学チップ、DNAチップ、バイオチップ、プロテインチップ、マイクロ流体デバイス、環境分析チップなどライフサイエンス分野の基幹部品、(e)燃料電池セパレータ、携帯電話超薄肉バッテリーケース、太陽光集光フレネルレンズなど新エネルギー分野の基幹部品、等に好適に用いることができる。 The molded body obtained by the present invention is a molded body having ultrafine processing, high dimensional accuracy, low residual stress, low birefringence, high light transmittance, and excellent mechanical strength, even in an ultra-low pressure molding process. For example, (a) microlens array, liquid crystal light guide plate, flexible display substrate, wave plate, reflector, retardation plate, free-form surface mirror, LED Key components in the field of electronic displays such as light-emitting panels and Fresnel lenses, (b) Optical information communications such as flexible polymer optical waveguides, free-form curved diffraction gratings, two-dimensional image sensor arrays, pickup lenses, holograms, and flexible waveguide illumination plates Core components in the field, (c) Next-generation DVD (Blu-ray Disc), Blu-ray Disc cover layer, DVD, CD, ultra-thin IC card and other optical recording media fields (D) key components in the life science field such as integrated chemical chips, DNA chips, biochips, protein chips, microfluidic devices, environmental analysis chips, (e) fuel cell separators, ultra-thin battery cases for mobile phones, It can be suitably used for key parts in the new energy field such as a sunlight collecting Fresnel lens.
1,2,3 本発明の製造装置
10 樹脂溶融部
11,21 樹脂送出部
12 吐出部
14 連結流路
15 バルブ
81 成形型
83 スタンパ
84 吐出部の先端リップ部
85 溶融した熱可塑性樹脂
86 成形体
91,92,911 高剛性ガイド
950 ベッド
100 プレス型盤
101 シリンダ
102,211,1111 スクリュ
103 スクリュ回転機構
110 貯留シリンダ
111,1101 シリンダ
1102 ピストン
1103 ピストン駆動手段
1104 間隙部
1106 逆流防止部
131 上金型
132 下金型
1001 上下動ステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2, 3 Manufacturing apparatus of this
Claims (19)
(1)前記一対の金型の少なくとも一方を昇温する工程と、(2)前記樹脂溶融部において熱可塑性樹脂を溶融する工程と、(3)得られた溶融樹脂を樹脂送出部に流入させ、貯留させる工程と、(4)前記樹脂送出部に貯留した溶融樹脂を規定量で送出する工程と、(5)送出した溶融樹脂を吐出部を用いて下金型の被塗布面に上方から塗布し被塗布面に塗布する工程と、(6)前記塗布された樹脂をプレスして樹脂の形状を整えながら冷却し固化させる工程とを有することを特徴とする成形体の製造方法。 A method for producing a molded body using the production apparatus according to claim 1,
(1) a step of raising the temperature of at least one of the pair of molds, (2) a step of melting a thermoplastic resin in the resin melting portion, and (3) allowing the obtained molten resin to flow into the resin delivery portion. A step of storing, (4) a step of sending the molten resin stored in the resin delivery part in a specified amount, and (5) the delivered molten resin from above to the coated surface of the lower mold using the discharge part. A method for producing a molded body, comprising: a step of applying and applying to a surface to be applied; and (6) a step of cooling and solidifying the applied resin while pressing the applied resin to adjust the shape of the resin.
樹脂送出部において熱可塑性樹脂を溶融し規定量で溶融樹脂を射出し送出する工程と、送出した溶融樹脂を吐出部を用いて被塗布面に上方から塗布する工程とを有することを特徴とする成形体の製造方法。 A method for producing a molded body using the production apparatus according to claim 14,
The method includes: a step of melting a thermoplastic resin in a resin delivery portion, injecting and delivering the molten resin in a specified amount; and a step of applying the delivered molten resin to an application surface from above using a discharge portion. Manufacturing method of a molded object.
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