JP2009208352A - 薄板の射出圧縮成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内で薄板の成形を行う薄板の射出圧縮成形金型で成形される薄板の主面からバリが一定以上高く突出することにより薄板の板厚が規格外となったり、後でバリが折れたりする不都合を防止する。
【解決手段】 射出圧縮成形により固定金型１３と可動金型１２の間に形成されるキャビティ１４内で薄板Ｐの成形を行う薄板の射出圧縮成形金型１１において、コアブロック１６が枠ブロック１９に対して型開閉方向に相対的に移動可能に設けられ、コアブロック１６のキャビティ形成面１６ａにおける枠ブロック１９に隣接する部分に突条部２１が設けられている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、射出圧縮成形により固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内で薄板の成形を行う薄板の射出圧縮成形金型に関するものであり、とりわけ板厚が非常に薄い導光板やレンズ等の光学薄板の成形に好適に用いられる射出圧縮成形金型に関するものである。

導光板等の光学薄板の成形金型については、特許文献１に記載のように、パーティング面同士を当接させ形成されたキャビティ内に溶融樹脂を射出する射出成形金型がよく知られている。しかし特許文献１は、キャビティの厚みが一定であるので、成形品の板厚が所定以上に薄くなってくるとキャビティ末端まで溶融樹脂を充填することができないという問題があった。また前記射出成形金型で光学薄板を成形する場合、高速射出によりキャビティ末端まで溶融樹脂を充填でき板厚がほぼ一定に成形できた場合でも、内部応力や複屈折率が所望の値が得られないケースが多かった。

そこで前記問題に対応するものとしては、特許文献２や特許文献３に記載のように、キャビティの容積が変更できる射出圧縮成形金型が知られている。特許文献２の図１は、一方の金型の凸部が他方の金型の凹部に嵌合されるインロー金型と呼ばれる金型であり、特許文献１の図２や特許文献３は、キャビティの周囲の枠ブロックがキャビティの中央のコアブロックに対して進退する平当金型と呼ばれる金型である。しかしいずれの射出圧縮成形金型も、導光板の主面（反射面または出光面）を形成するコアブロックに対して、導光板の側面を形成する枠ブロックが相対的に移動してキャビティ内の溶融樹脂を加圧するため、両方のブロックの間には僅かな間隙が形成される。

そして射出圧縮成形金型のキャビティ内に溶融樹脂が射出充填され、コアブロックの前進により溶融樹脂が加圧されると、溶融樹脂の一部は前記間隙に入り込み高さ０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍ程度のバリとなる。図６に示されるようにバリＰ７は、導光板Ｐの主面Ｐ４である出光面からその分突出して形成されてしまうので、成形された導光板Ｐの板厚が規格外となったり、後でバリＰ７が折れたりする不都合があり、仕上処理を行う場合もあった。なお射出圧縮成形金型の両方のブロックの間隙を無くすことは、部材間の摺動によりカジリが発生するという問題がある。

特開２００４−２４９５３８号公報（請求項１、図１） 特開２０００−２６３６１３号公報（請求項６、図１、図２） 特開２００３−１４５５９３号公報（請求項１、図１）

本発明では上記の問題を鑑みて、固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内で薄板の成形を行う薄板の射出圧縮成形金型で成形される薄板の主面からバリが一定以上高く突出することにより薄板の板厚が規格外となったり、後でバリが折れたりする不都合を防止することのできる薄板の射出圧縮成形金型を提供することを目的とする。また場合によっては、成形後のバリ除去工程を無くすことができる薄板の射出圧縮成形金型を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の射出圧縮成形金型は、射出圧縮成形により固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内で薄板の成形を行う薄板の射出圧縮成形金型において、薄板の主面を形成するキャビティ形成面を備えたコアブロックと、コアブロックに対して型開閉方向に相対移動可能に配設され薄板の側面を形成するキャビティ形成面を備えた枠ブロックと、コアブロックのキャビティ形成面における枠ブロックに隣接する部分に設けられた突条部と、が備えられていることを特徴とする。

本発明の薄板の射出圧縮成形金型は、射出圧縮成形により固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内で薄板の成形を行う薄板の射出圧縮成形金型において、コアブロックが枠ブロックに対して型開閉方向に相対的に移動可能に設けられ、コアブロックのキャビティ形成面における枠ブロックに隣接する部分に突条部が設けられているので、薄板の主面側に突出するバリの高さを低くすることができる。

本発明の薄板の射出圧縮成形金型について、図１ないし図７を参照して説明する。図１は、薄板の射出圧縮成形金型の一例として本実施形態の導光板の射出圧縮成形金型の可動金型の正面図である。図２は、図１におけるＡ―Ａ線の断面図であって、射出開始前の状態を示す図である。図３は、図１におけるＡ―Ａ線の断面図であって、キャビティ内の樹脂が加圧された状態を示す図である。図４は、図１におけるＢ―Ｂ線の断面図である。図５は、本実施形態の導光板の射出圧縮成形金型によって成形された導光板の断面図である。図７は別の実施形態の導光板の射出圧縮成形金型を示す図である。

本実施形態の導光板の射出圧縮成形金型１１は、対角寸法３インチ、板厚０．３ｍｍの均等板厚の携帯電話用導光板を射出圧縮成形により成形する金型である。射出圧縮成形は、成形開始時から成形終了時までの間に可動金型１２と固定金型１３の距離が可変となり、キャビティ１４内の溶融樹脂が加圧可能なものである。従って僅かにキャビティの厚みが厚い状態で可動金型を停止し、射出後に可動金型を前進させ溶融樹脂を加圧する射出プレスと呼ばれるタイプ（本実施形態）と、型閉状態で射出して一旦僅かにキャビティが拡大した後に可動金型を前進させ溶融樹脂を加圧するタイプが射出圧縮成形に含まれる。

これら射出圧縮成形では、成形完了時に比較して、射出開始前または射出開始後にキャビティが僅かに開いた状態となるので、一例として対角寸法２インチ〜４インチでは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、４インチ〜６インチでは０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ、６インチ〜１３インチでは０．４〜２．０ｍｍといった板厚が非常に薄い導光板等の光学薄板の成形に有利である。そして射出開始後に可動金型１２を型締方向に移動させて溶融樹脂に加圧できることから、射出時に超高速射出を行う必要がなく、内部応力や複屈折率に優れた導光板Ｐを成形できる。

射出圧縮成形機の可動盤に取付けられる可動金型１２は、図２、図３に示されるように、可動盤側に断熱板が取付けられた金型本体部１５と、溶融樹脂を加圧するブロックであるコアブロック１６と、枠ブロック１９等から構成されている。そして金型本体部１５の固定金型側の面における略中央には、導光板Ｐの主面である出光面の形状に略合致した略四角形のコアブロック１６が固着されている。コアブロック１６は、枠ブロック１９に対してバネ１８やシリンダ等の進退機構により型開閉方向に相対的に移動可能となっているのでカジリを生じにくいように硬度金属部材から形成されている。またコアブロック１６の内部には、冷却媒体流路１７が形成されている。

前記金型本体部１５の固定金型側の面には、バネ１８を介して枠ブロック１９が取付られている。枠ブロック１９は、図１に示されるように枠ブロック１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ（以下枠ブロック全体を示すときは単に１９と記す）から構成されている。そして枠ブロック１９の内側には、導光板Ｐの側面Ｐ８を形成するキャビティ形成面２７が設けられている。前記枠ブロック１９は、コアブロック１６の周囲を囲むよう配設され、前記バネ１８により金型本体部１５およびコアブロック１６に対して型開閉方向に移動可能となっている。また枠ブロック１９ａ，１９ｂ，１９ｃについては、図示しないバネでコアブロック１６に向けて押圧するようにしてもよい。

そしてコアブロック１６と枠ブロック１９との間には、コアブロック１６と枠ブロック１９のカジリを防止し、キャビティ１４内の溶融樹脂から発生したガスを抜くとともに離型用の気体を噴出する僅かな間隙（例えば３〜１０μｍ）の気体流通路３４が設けられている。なお前記気体流通路３４は、ガス抜きおよび離型用気体の噴出にいずれかのみを行うものでもよく、キャビティ内を減圧する真空ポンプに接続されたものでもよい。枠ブロック１９の固定金型１３と対向する面は当接面（パーティング面）となっている。ゲートＰ３とは反対側の枠ブロック１９ａには、導光板Ｐの入光面形成面２０ａが形成された入光面形成ブロック２０が着脱自在に配設されている。なお枠ブロック１９は一体形成されたものや二以上に分割されたものでもよい。

コアブロック１６のキャビティ形成面１６ａの一辺２２ａに隣接してゲートＰ３が形成されている。そして前記ゲートＰ３には、ゲートカッタ部材２４が配設されている。そしてゲートカッタ部材２４とコアブロック１６の間も図４に示される気体流通路３４と同様にカジリを生じない僅かな間隙が形成されている。またコアブロック１６，１６の間に前記一辺２２ａに隣接して設けられた枠ブロック１９ｄの一部は、ゲートカッタ部材２４に接続されるランナ形成面３２となっている。

またランナ形成面３２の中央であって、固定金型１３のスプルブッシュ４４と対向する位置には、突き出しピン２３が設けられている。そして枠ブロック１９ｄの突き出しピン２３の周囲にも冷却媒体流路２５が形成されている。また枠ブロック１９ｂ，１９ｃについては、導光板Ｐを表示装置に取付け時に必要となる小突起（ミミ）が形成される場合がある。

次に図４により、本実施形態のコアブロック１６のキャビティ形成面１６ａの表面形状について説明する。キャビティ形成面１６ａは、過半の部分が平面（鏡面）からなる。そしてキャビティ形成面１６ａの両側の枠ブロック１９ｂ，１９ｃに隣接する部分には、突条部２１，２１が設けられている。換言すれば突条部２１，２１は、枠ブロック１９ｂ，１９ｃに沿って、コアブロック１６のゲートＰ３に隣接した辺２２ａの両側の辺２２ｂ，２２ｃの全長に渡って形成されている。なお突条部２１の大きさについては、高さＨが０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ、基部の幅Ｗが０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとすることが望ましい。突条部２１は、平面部に対して３０°の傾斜を持った傾斜面２１ａと上面２１ｂからなっている。しかし突条部２１の形状は、直線状の傾斜面のみから形成してもよい。更には突条部２１は、図７に示されるように平面部１６ｂから連続した断面弧状のＲ面２１ｃを有するものでもよい。そして図７の例についても、突条部２１の高さと基部の幅は、先の図４の例と同様であることが望ましい。なお図７の例においては、頂部２１ｄの側が平らになったものでもよく、突条部２１の形状は限定されない。そしてまたいずれの例ともゲートＰ３側から入光面形成ブロック２０の側にかけて突条部２１の高さが低くなるようにしてもよく、一部に突条部２１が無いものでもよい。

本実施形態ではコアブロック１６のキャビティ形成面１６ａは、表面熱処理がなされている。しかしキャビティ形成面１６ａは、ドットやグルーブ等の微細なパターンが形成された面であってもよい。またキャビティ形成面１６ａはニッケルリンメッキ等がなされたものでもよい。なおキャビティ形成面１６ａを反射面としてもよい。

コアブロック１６のキャビティ形成面１６ａにおいて、枠ブロック１９ａの入光面形成ブロック２０、枠ブロック１９ｄ、ゲートカッタ部材２４と隣接する部分にも、上記のような突条部２１を設けてもよい。しかし本実施形態において両方の枠ブロック１９ｂ，１９ｃに隣接する部分のみに突条部２１が形成されているのは、次のような理由である。まず第１の理由として、コアブロック１６の加工について、両側に突条部２１を設ける場合の方が加工が簡単であるという点があげられる。また第２の理由として、射出圧縮成形時にキャビティ１４内の溶融樹脂は、圧縮されながらゲートＰ３から入光面形成ブロック２０側に到達するので、突条部２１が無い場合、コアブロック１６の両側の辺２２ｂ，２２ｃと枠ブロック１９ｂ，１９ｃとの間隙に溶融樹脂が最も入り込みやすく、その部分のバリＰ７の高さが最も高くなってしまうという点があげられる。

次に固定金型１３について説明すると、図２、図３に示されるように、射出圧縮成形機の固定盤に取付けられる固定金型１３は、金型本体部４１、キャビティ形成ブロック４２、インサートブロック４３、スプルブッシュ４４、ゲートカッタ部材４５、当接ブロック４６等から形成されている。そして金型本体部４１の固定盤側には、断熱板が取付けられるとともに、図示しない射出装置のノズルが挿入される穴が形成され、その周囲にはロケートリングが取付けられている。

金型本体部４１の可動金型側にはキャビティ形成ブロック４２が取付けられ、その可動金型と対向する面は、キャビティ形成面４２ａとなっている。本実施形態ではキャビティ形成面４２ａは、導光板Ｐの一方の主面である反射面Ｐ５を形成する面であり、微細なパターンが形成されている。またキャビティ形成ブロック４２の内部には冷却媒体流路４７が形成されている。そしてキャビティ形成ブロック４２と当接ブロック４６の間には、溝状の気体流通路５３が形成されている。気体流通路５３は、樹脂が入り込みにくい僅かな間隙（例えば３〜７μｍ）に形成されている。なお固定金型１３のキャビティ形成ブロック４２のキャビティ形成面４２ａの当接ブロック４６との隣接部にも、コアブロック１６の突条部２１と同様に突条部を設けてよい。

更に金型本体部４１には、キャビティ形成ブロック４２とともにインサートブロック４３が配設されている。インサートブロック４３は、その中央部に可動盤側に向けて拡径された孔が設けられたスプルブッシュ４４が配設されている。そしてスプルブッシュ４４の周囲にはスプルＰ１およびランナＰ２を冷却する冷却媒体流路５１が形成されている。またインサートブロック４３の可動金型１２と対向する面には、スプルブッシュ４４の先端からキャビティ形成面に向けて、ランナ形成面５４が形成されている。そしてインサートブロック４３とキャビティ形成ブロック４２との間には、硬質金属部材からなるゲートカッタ部材４５が固定されている。

次に本実施形態の射出圧縮成形金型を用いた導光板Ｐの射出圧縮成形方法について説明する。導光板Ｐの成形に用いられる樹脂は、ポリカーボネート（出光興産ＬＣ−１５００）であり、図示しない射出装置の前部ゾーン（最もノズルに近いゾーン）は３６０℃〜３８０℃に温度設定されている。また射出圧縮成形金型１１のコアブロック１６の冷却媒体流路１７、キャビティ形成ブロック４２の冷却媒体流路４７へ送られる冷却媒体の温度は、９０〜１１０℃が望ましい。また射出圧縮成形金型１１のスプルＰ１およびランナＰ２を冷却する冷却媒体流路５１や冷却媒体流路２５へ送られる冷却媒体の温度は同じか更に低い温度としてもよい。そして図示しない型締装置が作動され、固定金型１３に対して可動盤に取付けられた可動金型１２を型閉し図２に示される所定の射出開始位置で停止する。その際可動金型の枠ブロック１９の当接面と当接ブロック４６の当接面が当接されているが、バネ１８はまだ一定量伸長した状態である。このようにして固定金型１３と可動金型１２との間には、厚さ可変のキャビティ１４が形成される。

次に、射出装置のノズルからスプルブッシュ４４を介して２５０〜６００ｍｍ／ｓｅｃの射出速度により溶融樹脂を射出する。そして溶融樹脂がキャビティ１４内に一定量入ったタイミングで型締装置を再作動させ金型本体部１５およびコアブロック１６を急速前進させる。それによりバネ１８は更に収縮され、枠ブロック１９に対してコアブロック１６が前進されキャビティ１４内の溶融樹脂が加圧される。またこの際のタイミングは溶融樹脂がキャビティ１４内に入り、入光面形成ブロック２０に到達していないタイミングが望ましい。そして型締装置による溶融樹脂の加圧については、所定の目標圧力までの昇圧速度は０．０２〜０．０５秒、コアブロック１６の圧縮速度（移動速度）は５〜２５ｍｍ／ｓｅｃ、圧力は２５〜８０ＭＰａとすることが望ましい。なおここに記載された成形条件は一例であって、本発明はこれ以外の範囲で実施されることも有り得る。

前記コアブロック１６の前進によりキャビティ１４内の溶融樹脂は流動速度が低下した分が補われて、入光面形成ブロック２０へ向けて流れるが、その際にコアブロック１６の両側には突条部２１が設けられているので、突条部２１の傾斜面２１ａにより溶融樹脂が中央方向に向けて押され、気体流通路３４、３４に向けて溶融樹脂の圧力がかかりにくくなる。従って気体流通路３４，３４に長いバリが形成されにくくなる。

射出装置のスクリュ位置が所定の保圧切換位置に到達すると、射出制御から保圧制御に切換えられる。また保圧切換と同時か僅かに前後して可動金型１２のゲートカッタ部材２４を前進させ、溶融樹脂が完全に固化していないゲートＰ３の切断を行い、ゲートカッタ部材２４が前進位置に保持される。そのことにより射出装置側からキャビティ１４内の溶融樹脂へは完全に保圧が及ばなくなるが、型締装置の駆動によって可動金型１２が前進されることによりキャビティ１４内の溶融樹脂の圧縮を行うことができるので、冷却による収縮があっても、ヒケが発生せず、良好な転写成形ができる。そしてキャビティ内の導光板Ｐの冷却が行われて所定時間が経過すると可動金型１２の枠ブロック１９とコアブロック１６の間の気体流通路３４，３４を介してキャビティ１４へ離型用の圧搾エアを及ぼす。次に型締装置を作動させ圧抜、型開を順に行って成形品を取出装置により取出す。

図５は、本実施形態により成形された導光板Ｐの入光面と平行方向の断面（図１においてはＢ−Ｂ方向の断面）である。導光板Ｐでは、主面である出光面Ｐ４の端部近傍に、突条部２１によって出光面Ｐ４よりも低い低位部Ｐ６が形成される。そしてこの低位部Ｐ６の端にバリＰ７が形成される。本実施形態では、突条部２１によって形成される低位部Ｐ６は、出光面Ｐ４よりも０．０５ｍｍ低い位置にある。また低位部Ｐ６に形成されるバリＰ７の高さは０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍ程度であるので、バリＰ７が出光面Ｐ４から突出しない。また図７に示された例でも同様に、バリＰ７は主面から突出しない。そして低位部Ｐ６は、導光板Ｐが表示装置に組み込まれた際に出光に影響のない周辺部に形成されるので問題はない。なお本発明の目的は、バリＰ７の高さを許容範囲内とすることであるので、出光面Ｐ４よりもバリＰ７の高さが低くなっている場合に加えて、低位部Ｐ６に形成されたバリＰ７の方が出光面Ｐ４の高さよりも僅かに高くなっている場合も許容範囲内であれば目的を達成することができる。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。本発明は、特許文献２の図１に記載されたような、一方の金型のコアブロックが他方の金型の枠ブロック内に嵌合されるインロー金型にも適用される。即ちインロー金型においては、一方の金型のコアブロックの周囲に他方の金型のキャビティ側面を形成する枠ブロックが、型開閉方向に相対的に移動可能に設けられ、両者の間にはカジリを生じない僅かな間隙が設けられる。そしてコアブロックのキャビティ形成面における枠ブロックに隣接する部分に突条部が設けられる。このインロー金型のタイプにより形成される光学薄板においても、キャビティ形成面により形成される主面（出光面または入光面）に比較して、突条部により形成される低位部は低く形成され、バリの高さを抑えることができる。

本発明の射出圧縮成形金型は、内部応力や複屈折率の問題から射出速度をあまり高速にできない導光板、拡散板、レンズ等の光学薄板の射出圧縮成形に好適に用いられる。しかしそれ以外の成形品であっても、板厚が０．１〜１ｍｍの薄板で、通常の射出成形では板厚差とバリが問題視される成形品の射出圧縮成形にも好適に用いられる。また本発明の射出圧縮成形金型は、キャビティ内の溶融樹脂がコアブロックにより圧縮されると同時に溝部に溶融樹脂が入り込む可能性がある成形品の成形により好適に用いられる。具体的には、矩形形状（僅かな凹凸を含む）の成形品やゲートから一方向に向って溶融樹脂が流れる形状の成形品により一層好適に用いられる。

更に型締装置によらず金型に設けられた油圧シリンダのコア圧縮のみにより射出圧縮成形を行うものでもよい。更には、垂直方向に型開閉が行われる成形金型を用いたものでもよい。

本実施形態の導光板の射出圧縮成形金型の可動金型の正面図である。 図１におけるＡ―Ａ線の断面図であって、射出開始前の状態を示す図である。 図１におけるＡ―Ａ線の断面図であって、キャビティ内の樹脂が加圧された状態を示す図である。 図１におけるＢ―Ｂ線の断面図である。 本実施形態の導光板の射出圧縮成形金型によって成形された導光板の断面図である。 従来の導光板の射出圧縮成形金型によって成形された導光板の断面図である。 別の実施形態の導光板の射出圧縮成形金型を示す図である。

符号の説明

１１ 射出圧縮成形金型
１２ 可動金型
１３ 固定金型
１４ キャビティ
１６ コアブロック
１６ａ，４２ａ キャビティ形成面
１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 枠ブロック
２１ 突条部
３４ 気体流通路
Ｐ 導光板
Ｐ４ 出光面（主面）
Ｐ７ バリ
Ｐ８ 側面

Claims (3)

1. 射出圧縮成形により固定金型と可動金型の間に形成されるキャビティ内で薄板の成形を行う薄板の射出圧縮成形金型において、
   前記薄板の主面を形成するキャビティ形成面を備えたコアブロックと、
   前記コアブロックに対して型開閉方向に相対移動可能に配設され前記薄板の側面を形成するキャビティ形成面を備えた枠ブロックと、
   前記コアブロックのキャビティ形成面における枠ブロックに隣接する部分に設けられた突条部と、
   が備えられたことを特徴とする薄板の射出圧縮成形金型。
2. 可動金型の金型本体部に対してコアブロックが固着されるとともに、
   前記金型本体部に対して枠ブロックが型開閉方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄板の射出圧縮成形金型。
3. 前記コアブロックのキャビティ形成面の一辺に隣接してゲートが形成され、
   前記ゲートに隣接した辺の両側の辺に突条部が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄板の射出圧縮成形金型。

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