JP2016064579A

JP2016064579A - 射出成形品の製造方法

Info

Publication number: JP2016064579A
Application number: JP2014194826A
Authority: JP
Inventors: 輝大島; Teru Oshima
Original assignee: Mitsubishi Engineering Plastics Corp; Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Engineering Plastics Corp; Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-04-28

Abstract

【課題】設計値により近い射出成形品を製造し得る射出成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の射出成形品の製造方法は、第１金型５１と第２金型５２とを型締しながら又は型締前後に、当該型締方向とは直交する方向に沿って第１金型５１と第２金型５２との間に形成されるキャビティＳＰＣ内の所定位置にまでスライドコア５３を移動させる型締工程と、キャビティＳＰＣに溶融樹脂を射出する射出工程と、キャビティＳＰＣに射出された溶融樹脂を冷却する冷却工程と、第１金型５１と第２金型５２とを型開しながら又は型開前後に、前記型締方向とは直交する方向に沿って所定位置からスライドコア５３を離間させる型開工程とを備える。スライドコア５３におけるキャビティＳＰＣ側の表面には金型５１、５２及びスライドコア５３の熱浸透率よりも低い熱浸透率の断熱層５５が形成され、その断熱層５５の表面にはモスアイパターン５６が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、設計値により近い射出成形品を製造する場合に好適なものである。

射出成形品は、一対の金型を型締めすることによって形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出した後に冷却することによって製造される。このような射出成形品の製造方法に用いられる金型として、キャビティを構成する金型部分を低熱伝導材料で作製したものがある（例えば下記特許文献１参照）。

下記特許文献１では、キャビティを構成する金型部分に低熱伝導材料で作製した入れ子が用いられ、その入れ子の表面には凹凸が形成されている。

特開２００７−２３７４４５号公報

ところで、一対の金型が型締めされる方向とは直交する方向となる側面側に凹凸を設けるといった要請がある。しかしながら、このような凹凸がキャビティを形成する一対の金型の側面に設けられた場合、当該金型を型開するときに凹凸に引っかかる等して破壊され、設計値からかけ離れた射出成形品となってしまう虜がある。

そこで本発明は、設計値により近い射出成形品を製造し得る射出成形品の製造方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明は、射出成形品の製造方法であって、第１金型と第２金型とを型締しながら、又は型締前後に、前記第１金型と前記第２金型とが型締される型締方向とは直交する方向に沿って前記第１金型と前記第２金型との間に形成されるキャビティ内の所定位置にまでスライドコアを移動させる型締工程と、前記キャビティに溶融樹脂を射出する射出工程と、前記キャビティに射出された溶融樹脂を冷却する冷却工程と、前記第１金型と前記第２金型とを型開しながら、又は型開前後に、前記型締方向とは直交する方向に沿って前記所定位置からスライドコアを離間させる型開工程とを備え、前記スライドコアにおける前記キャビティ側の表面には、前記スライドコアの熱浸透率よりも低い熱浸透率の断熱層が形成され、前記断熱層の表面には、モスアイパターンが形成されることを特徴とする。

この製造方法では、モスアイパターンを有するスライドコアが、第１金型と第２金型との型開に連動して、又はその型開前後に油圧シリンダー等によって、キャビティ内の所定位置から型締方向とは直交する方向に沿って離間する。このため、モスアイパターンによって溶融樹脂に転写され、その溶融樹脂の冷却により得られた微細な凹凸が第１金型と第２金型との型開時にスライドコアのモスアイパターンに引っかかる等して破壊されることが回避される。
ところで、一般的に第１金型及び第２金型に比べてスライドコアは温度制御し難く、第１金型及び第２金型の温度よりもスライドコアの温度が低くなる傾向にある。したがって、第１金型及び第２金型の温度を基準値よりも高めに設定しなければ、スライドコアに設けられるモスアイパターンの転写性を保持することができず、当該温度を高めるとその分だけ生産性が低下することになる。
この点、本発明では、スライドコアの熱浸透率よりも低い熱浸透率の断熱層がスライドコアにおけるキャビティ側の表面に形成され、その断熱層の表面にモスアイパターンが形成されている。このため、断熱層によってモスアイパターンにおける急速な冷却が低減される。したがって、第１金型及び第２金型の温度を基準値よりも高めに設定しなくても、溶融樹脂の表面に形成される固化層の発達を遅らせてモスアイパターンの転写性を向上させることができる。
こうして、設計値により近い射出成形品を製造し得る射出成形品の製造方法が実現される。

また、前記モスアイパターンは、前記キャビティ内を流動する前記溶融樹脂の流動末端に配置されることが好ましい。あるいは、前記モスアイパターンは、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出する射出ゲート部から最も遠い位置に配置されることが好ましい。

キャビティ内を流動する溶融樹脂が射出ゲート部から遠くなるほど、射出ゲート部側に比べて流動末端の射出圧が低くなり、流動末端での転写性が低下する傾向にある。この点、断熱層の表面に形成されるモスアイパターンが、溶融樹脂の流動末端あるいは射出ゲート部から最も遠い位置に配置された場合には、射出ゲート部側に比べて流動末端の射出圧が低くても、その溶融樹脂の表面に形成される固化層の発達を遅らせてモスアイパターンの転写性を保持することができる。

また、前記型締工程で前記キャビティを形成する前記第１金型の表面と前記第２金型の表面との間の最大距離は０．５ｍｍよりも小さくされる場合、溶融樹脂の流動抵抗が高まり、特に流動末端の射出圧が低くなる傾向にある。したがって、このような薄厚製品を成形する場合には、スライドコアにおけるキャビティ側の表面に断熱層を設けた意義が高まる。

前記射出成形品が導光板である場合、流動末端のモスアイパターンの転写性を上げる為に射出圧を高くすると、成形品内部に残留応力が多く残ってしまい、輝度の低下やムラの要因となって導光板としての性能が著しく低下する。したがって、前記射出成形品が導光板である場合には、その導光板の歩留まりを向上する観点からも、スライドコアにおけるキャビティ側の表面に断熱層を設けた意義が高まる。また、導光板の入光側の端部が少し厚くなる傾向にあるため、成膜等により得たフィルムをせん断する製法によりも比較的簡易に製造することができる。

なお、前記溶融樹脂は、ポリカーボネートとされるようにしても良い。

以上のように、本発明によれば、射出成形品が薄厚であっても設計値により近い射出成形品を製造し得る射出成形品の製造方法が提供される。

導光板の厚み方向に沿った断面を示す図である。金型ユニットの断面を示す図である。射出成形品の製造方法を示すフローチャートである。射出工程の様子を示す図である。型開工程の様子を示す図である。

以下、本発明に係る射出成形品の製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態における射出成形品は導光板であり、例えば直方体形状とされる。図１は、導光板１の厚み方向に沿った断面を示す図である。図１に示すように、本実施形態の導光板１における一方の広面には凹凸１０が形成され、入光側となる側面Ｓ１には光の波長以下の周期で凹凸を配列したモスアイパターン２０が形成される。

このモスアイパターン２０における凹凸の段差（高低差）は数百ｎｍ程度とされる。なお、凹凸１０の間隔及び段差は、モスアイパターン２０との関係では特に限定されるものではないが、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度とされる。

また、本実施形態の導光板１では、入光側となる側面Ｓ１側の端部の厚みＴ１はその端部以外の厚みＴ２よりも大きくされる。この導光板１における側面Ｓ１側の端部の厚みＴ１は０．５ｍｍ程度とされ、当該端部以外の厚みＴ２は０．４ｍｍ以下でおおむね一定とされる。

本実施形態の導光板１に用いられる樹脂の種類は、特に限定されるものではないが、具体的には、ポリカーボネート、メタクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー等を例示することができる。

なお、導光板１に用いられる樹脂には、離型剤、可塑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、滑剤、着色剤、耐衝撃強化剤、充填剤などのいずれか１つあるいは複数が混合されていても良い。

このような導光板１における入光側となる端部の側面Ｓ１から光が入射される場合、その側面Ｓ１にはモスアイパターン２０が形成されているため、当該側面Ｓ１での光の反射率が低減される。この側面Ｓ１から光が入射すると、その光は全反射により導光板１内を透過する。また、導光板１の凹凸１０に当たった光はその進路を変え、全反射角よりも小さい角度となった光が導光板１から出射する。

次に、導光板１を製造する際に用いられる金型ユニットについて説明する。図２は金型ユニット５０の断面を示す図である。図２に示すように、金型ユニット５０は、第１金型５１と第２金型５２とスライドコア５３とを有する。

第１金型５１と第２金型５２とは、互いに近づく型締方向Ｄ１又は互いに離れる型開方向Ｄ２へ相対的に移動可能とされる。本実施形態では、第１金型５１は固定側金型とされ、第２金型５２は可動側金型とされる。なお、図２では、型締状態にある第１金型５１と第２金型５２とが示されている。

第２金型５２において第１金型５１と対向する表面部位には、型締方向Ｄ１とは直交する方向に溶融樹脂を射出するための射出ゲート部ＧＴが設けられており、当該射出ゲート部ＧＴを第１金型５１と挟み込むように第２金型５２が型締される。この第２金型５２において第１金型５１と対向する表面には、凹凸１０に対応する凹凸５４が形成される。

スライドコア５３は、型締方向Ｄ１とは直交する方向に設けられ、型締状態にある第１金型５１と第２金型５２との間に形成されるキャビティＳＰＣ内を、当該第２金型５２と連動して型締方向Ｄ１とは直交する接近方向Ｄ３又は離間方向Ｄ４へスライド可能とされる。なお、キャビティＳＰＣは、本実施形態の射出成形品である導光板１に対応する空間となる。

すなわち、第１金型５１と第２金型５２とが型締される場合、型締方向Ｄ１とは直交する接近方向Ｄ３に沿ってキャビティＳＰＣ内の所定位置にまでスライドコア５３の先端面が入り込むように、スライドコア５３が移動される。また、第１金型５１と第２金型５２とが型開される場合、型締方向Ｄ１とは直交する離間方向Ｄ４に沿って所定位置からスライドコア５３の先端面がキャビティＳＰＣを離れるように、スライドコア５３が移動される。

スライドコア５３を移動させる手法としては、例えば、第１金型５１に対して表面から斜めに突出するようにアンギュラピンを設け、その第１金型５１と第２金型５２との型開に応じてアンギュラピンに沿って移動可能な孔をスライドコア５３に設ける等の手法がある。

なお、スライドコア５３の先端面が配置されるべきキャビティＳＰＣ内の所定位置は、本実施形態では、射出ゲート部ＧＴにおける射出口と正対する側とされ、またキャビティＳＰＣ内を流動する溶融樹脂の流動末端とされ、さらに射出ゲート部ＧＴから最も遠い位置とされる。

このようなスライドコア５３におけるキャビティＳＰＣ側の表面には断熱層５５が形成され、当該断熱層５５の表面にはモスアイパターン２０に対応するモスアイパターン５６が形成される。

断熱層５５は、第１金型５１、第２金型５２及びスライドコア５３における熱浸透率よりも低い熱浸透率であり、かつ、樹脂の射出圧力や金型の押圧力に耐え得るものとされる。この断熱層５５の厚みは、０．２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲内とされ、断熱層の熱浸透率によって決定される。例えば、断熱層５５が、熱浸透率２９００J/s^0.5m²k程度のジルコニアである場合は、断熱層の厚みは５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とされる。

また、断熱層５５の材料として、例えば、アルミナやジルコニア等のセラミックス、ガラス、あるいは、熱硬化性樹脂やスーパーエンジニアリングプラスチックスなどが挙げられる。また、断熱層５５の形成手法として、例えば、プラズマパウダースプレー法やＨＶＯＦ(High Velocity Oxygen Fuel)等の溶射法により断熱層５５をコーティングする手法、あるいは、入れ子として断熱層５５を設置する手法などが挙げられる。

モスアイパターン５６は、上述したように光の波長以下の周期で凹凸を配列したパターンとされ、当該凹凸の段差は数百ｎｍ程度とされる。このモスアイパターン５６形成手法としては、例えば、プラズマエッチング手法などが挙げられる。

次に、本実施形態における射出成形品の製造方法について説明する。図３に示すように、本実施形態に係る射出成形品の製造方法は、型締工程Ｐ１、射出工程Ｐ２、保圧工程Ｐ３、冷却工程Ｐ４、及び、型開工程Ｐ５を主な工程として備える。

＜型締工程Ｐ１＞
この型締工程Ｐ１では、図２に示すように、第２金型５２が射出ゲート部ＧＴを挟み込むように第１金型５１に対して近づく方向に沿って移動され、その第２金型５２に連動して型締方向Ｄ１とは直交する接近方向Ｄ３に沿ってキャビティＳＰＣ内の所定位置にまでスライドコア５３が移動される。

これにより射出ゲート部ＧＴを挟み込むようにして第１金型５１と第２金型５２との間に形成されるキャビティＳＰＣは、スライドコア５３によって閉じられる。

＜射出工程Ｐ２＞
この射出工程Ｐ２では、図４に示すように、型締工程Ｐ１で形成されるキャビティＳＰＣ内に、規定射出量の溶融樹脂ＭＳが所定の射出速度で射出ゲート部ＧＴから射出され始める。なお、溶融樹脂ＭＳの射出圧は、例えば、１００ＭＰａ〜３００ＭＰａの範囲内とされ、当該溶融樹脂ＭＳの温度はガラス転移温度以上の温度とされる。

＜保圧工程Ｐ３＞
この保圧工程Ｐ３では、規定射出量の溶融樹脂ＭＳが射出された以降に、その溶融樹脂の射出圧が射出開始時の射出圧よりも下げられ、その下げられた射出圧で一定の期間だけ加圧される。

＜冷却工程Ｐ４＞
この冷却工程Ｐ４では、型締工程で形成されるキャビティＳＰＣに充填された溶融樹脂ＭＳが、例えば第１金型５１及び第２金型５２の冷却を通じて冷却される。

＜型開工程Ｐ５＞
この型開工程Ｐ５では、図５に示すように、第２金型５２が第１金型５１から離れる方向Ｄ２に沿って移動され、その第２金型５２に連動して型締方向Ｄ１とは直交する離間方向Ｄ４に沿ってキャビティＳＰＣ内の所定位置からスライドコア５３が離間される。

このとき、冷却工程Ｐ４で冷却されることによりキャビティにて固化した成形体ＣＡは、固定側金型である第１金型５１から離れると共にスライドコア５３のモスアイパターン５６から離れながら、可動側金型である第２金型５２とともに移動する。この成形体ＣＡは第２金型５２から取り外された後にその成形体の不要部分が取り除かれ、射出成形品として図１に示したような導光板１が得られる。

以上の説明のとおり、本実施形態における射出成形品の製造方法では、モスアイパターン５６を有するスライドコア５３が、第１金型５１と第２金型５２との型開に連動して、キャビティＳＰＣ内の所定位置から型締方向Ｄ１とは直交する離間方向Ｄ４に沿って離間する。

このため、断熱層５５に形成されるモスアイパターン５６によって溶融樹脂に転写され、その溶融樹脂の冷却により得られた微細な凹凸（モスアイパターン２０）が第１金型５１及び第２金型５２との型開時に断熱層５５のモスアイパターン５６に引っかかる等して破壊されることが回避される。

ところで、一般的に第１金型５１及び第２金型５２に比べてスライドコア５３は温度制御し難く、第１金型５１及び第２金型５２の温度よりもスライドコア５３の温度が低くなる傾向にある。したがって、第１金型５１及び第２金型５２の温度を基準値よりも高めに設定しなければ、スライドコア５３に設けられるモスアイパターン５６の転写性を保持することができず、当該温度を高めるとその分だけ生産性が低下することになる。

この点、本実施形態では、第１金型５１及び第２金型５２の熱浸透率よりも低い熱浸透率の断熱層５５がスライドコア５３におけるキャビティ側の表面に形成され、その断熱層５５の表面にモスアイパターン５６が形成されている。

このため、断熱層５５によってモスアイパターン５６における急速な冷却が低減される。したがって、第１金型５１及び第２金型５２の温度を基準値よりも高めに設定しなくても、溶融樹脂の表面に形成される固化層の発達を遅らせてモスアイパターン５６の転写性を向上させることができる。こうして、射出成形品が薄厚であっても設計値により近い射出成形品を製造し得る射出成形品の製造方法が実現される。

なお、キャビティＳＰＣ内を流動する溶融樹脂ＭＳが射出ゲート部ＧＴから遠くなるほど、射出ゲート部ＧＴ側に比べて流動末端の射出圧が低くなり、流動末端での転写性が低下する傾向にある。

本実施形態の場合、スライドコア５３における断熱層５５の表面上に形成されるモスアイパターン５６は、キャビティＳＰＣ内を流動する溶融樹脂ＭＳの流動末端に配置される。そして、この流動末端は、射出ゲート部ＧＴから最も遠い位置とされる。このため、射出ゲート部ＧＴ側に比べて流動末端の射出圧が低くても、その溶融樹脂の表面に形成される固化層の発達を遅らせてモスアイパターン５６の転写性を保持することができる。

また、本実施形態では、型締工程Ｐ１でキャビティＳＰＣを形成する第１金型５１の表面と第２金型５２の表面との間の最大距離は０．５ｍｍよりも小さくされる。このようにキャビティＳＰＣが狭い空間である場合には溶融樹脂の流動抵抗が高まり、特に流動末端の射出圧が低くなる傾向にある。したがって、このような薄厚製品を成形する場合には、スライドコア５３におけるキャビティＳＰＣ側の表面に断熱層５５を設けた意義が高まる。

また、本実施形態における射出成形品は導光板１である。この場合、流動末端のモスアイパターンの転写性を上げる為に射出圧を高くすると、成形品内部に残留応力が多く残ってしまい、輝度の低下やムラの要因となって導光板１としての性能が著しく低下する。したがって、導光板１の歩留まりを向上する観点からも、スライドコア５３におけるキャビティＳＰＣ側の表面に断熱層５５を設けた意義が高まる。また、導光板１の入光側の端部が少し厚くなる傾向にあるため、本実施形態における射出成形品の製造方法によれば、成膜等により得たフィルムをせん断する製法によりも比較的簡易に製造することができる。

なお、上記実施形態はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば上記実施形態では、第１金型５１と第２金型５２との互いに対向する表面上に断熱層が設けられなかったが、当該断熱層５５と同様の断熱層が形成されても良い。このようにすれば、キャビティＳＰＣに射出される溶融樹脂の固化を遅らせてより一段と溶融樹脂の転写性を向上させることができる。

また上記実施形態では、第１金型５１に第２金型５２を移動させて型締したが、第２金型５２に第１金型５１を移動させて型締しても良い。要するに、第１金型５１と第２金型５２とが型締されれば良い。

また上記実施形態の型締工程Ｐ１では、第１金型５１と第２金型５２とが型締されながらキャビティＳＰＣ内の所定位置にまでスライドコア５３が移動され、型開工程Ｐ５では、第１金型５１と第２金型５２とが型開されながらキャビティＳＰＣ内の所定位置にまでスライドコア５３が移動された。しかしながら、型締工程Ｐ１では、第１金型５１と第２金型５２とが型締された後に油圧シリンダー等によってスライドコア５３が移動され、型開工程Ｐ５では、第１金型５１と第２金型５２とが型開される前に油圧シリンダー等によってスライドコア５３が移動されても良い。また、型締工程Ｐ１では、第１金型５１と第２金型５２とが型締される前に油圧シリンダー等によってスライドコア５３が移動され、型開工程Ｐ５では、第１金型５１と第２金型５２とが型開された後に油圧シリンダー等によってスライドコア５３が移動されても良い。

上記実施形態では、射出成形品として導光板１が適用された。しかしながら、導光板１以外の光学素子が適用されても良く、光学素子以外の物品が適用されても良い。

本発明は、射出成形品を取り扱う分野において利用可能性がある。

１・・・導光板
５０・・・金型ユニット
５１・・・第１金型
５２・・・第２金型
５３・・・スライドコア
５４・・・凹凸
５５・・・断熱層
５６・・・モスアイパターン
ＳＰＣ・・・キャビティ
ＧＴ・・・射出ゲート部
Ｐ１・・・型締工程
Ｐ２・・・射出工程
Ｐ３・・・保圧工程
Ｐ４・・・冷却工程
Ｐ５・・・型開工程

Claims

第１金型と第２金型とを型締しながら、又は型締前後に、前記第１金型と前記第２金型とが型締される型締方向とは直交する方向に沿って前記第１金型と前記第２金型との間に形成されるキャビティ内の所定位置にまでスライドコアを移動させる型締工程と、
前記キャビティに溶融樹脂を射出する射出工程と、
前記キャビティに射出された溶融樹脂を冷却する冷却工程と、
前記第１金型と前記第２金型とを型開しながら、又は型開前後に、前記型締方向とは直交する方向に沿って前記所定位置からスライドコアを離間させる型開工程と
を備え、
前記スライドコアにおける前記キャビティ側の表面には、前記スライドコアの熱浸透率よりも低い熱浸透率の断熱層が形成され、
前記断熱層の表面には、モスアイパターンが形成される
ことを特徴とする射出成形品の製造方法。
前記モスアイパターンは、前記キャビティ内を流動する前記溶融樹脂の流動末端に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形品の製造方法。
前記モスアイパターンは、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出する射出ゲート部から最も遠い位置に配置される
ことを特徴とする請求項２に記載の射出成形品の製造方法。
前記型締工程で前記キャビティを形成する前記第１金型の表面と前記第２金型の表面との間の最大距離は０．５ｍｍよりも小さくされる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか１項に記載の射出成形品の製造方法。
前記射出成形品は導光板である
ことを特徴とする請求項４に記載の射出成形品の製造方法。
前記溶融樹脂は、ポリカーボネートとされる
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれか１項に記載の射出成形品の製造方法。