JP6300265B2 - 樹脂成形品の製造方法及び射出成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形品の製造方法及び射出成形用金型に関し、特に微細流路等の凹部が形成された板状の樹脂成形品に好適な製造方法に関する。

微細流路等の凹部が形成された板状の樹脂成形品は、雌型と、コアを有する雄型とを含む金型を用いた射出成形により作製することができる。金型から成形品を取り出す離型方法としては、エジェクタピンを用いて成形品を押し出す方法が一般的である。例えば、特許文献１は、固定型と、可動型と、この可動型に付着した成形品を突き出すエジェクタピンと、このエジェクタピンを支持して可動型内に進退移動可能に組み込まれたエジェクタプレートとを備えた射出成形用金型を開示している。

特開２００５−５３１２９号公報

ところで、エジェクタピンを用いて離型する場合、エジェクタピンが押し当てられる成形品の面にピン跡が付いてしまう。成形品の用途等によっては、ピン跡が付くことにより種々の不具合を招くことが想定される。

エジェクタピンを用いて微細流路等の凹部が形成された板状成形品を離型する場合は、凹部が形成された主面にピン跡が付く。主面にピン跡が付くと、成形品の意匠性が損なわれるだけでなく、図７に示すように、例えば主面上に樹脂フィルム等の別部材を積層して微細流路を封止する必要がある場合に、成形品と樹脂フィルムとの間にピン跡に起因する意図しない隙間が形成されて気密性が低下するといった問題が生じる。

本発明に係る樹脂成形品の製造方法は、雌型と、コアを有する雄型と、を含む射出成形用金型のキャビティー内に樹脂を射出して、主面に凹部が形成された板状の樹脂成形体を作製する第１工程と、前記雄型と前記雌型の少なくとも一方を互いに離れる方向へ移動させて、前記雄型から前記樹脂成形体を離型する第２工程と、前記雌型から前記樹脂成形体を離型する第３工程と、を備え、前記雌型は、前記コアの高さ方向に対して略垂直な方向に延びた保持部を有し、前記第２工程では、前記保持部が前記樹脂成形体の板厚方向に沿った側面に食い込み、前記雄型と前記樹脂成形体との密着力を超える力で当該側面を保持することを特徴とする。

前記樹脂成形体は、前記主面に形成された前記凹部に起因して、雄型との密着力が強くなる。例えば、前記凹部の立ち壁の総面積が、前記主面の面積（前記凹部が形成された領域を除く）の２０％以上であり、雄型と立ち壁との間に大きな摩擦力が作用する。本発明の実施形態の一例では、当該立ち壁の少なくとも一部又は全てが、前記樹脂成形体の板厚方向、即ち前記コアの高さ方向に対して略平行である。また、前記樹脂成形体（樹脂成形品）は、前記主面の投影面積と前記側面の最大投影面積との比率（主面の投影面積／側面の最大投影面積）が１００倍以上である。

本発明に係る樹脂成形品の製造方法において、前記保持部は、前記樹脂成形体の互いに対向する前記側面にそれぞれ食い込み、前記樹脂成形体を両側から保持するように設けられていることが好適である。或いは、前記樹脂成形体の前記凹部は、前記側面の１つである第１側面に沿って長く延び、前記保持部は、少なくとも当該第１側面に食い込むように設けられていることが好適である。

本発明に係る樹脂成形品の製造方法において、前記樹脂成形体は、互いに略平行な第１側面及び第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面に対して略垂直な第３側面と、を有し、前記保持部は、少なくとも前記第１側面、前記第２側面、及び前記第３側面にそれぞれ食い込むように設けられることが好適である。

本発明に係る樹脂成形品の製造方法において、前記保持部は、前記側面の長手方向に所定間隔をあけて並ぶように複数設けられた小突起であることが好適である。また、当該各小突起の前記長手方向に沿った長さは、前記長手方向に沿った前記側面の長さの１０％以下が好ましく、７％以下がより好ましい。前記小突起の前記長手方向に沿った長さの和は、６０％以下が好ましい。

本発明に係る射出成形用金型は、前記樹脂成形品の製造方法に使用される金型であって、雌型と、コアを有する雄型とを含み、前記雌型は、前記コアの高さ方向に対して略垂直な方向に延びた保持部を有することを特徴とする。また、前記雌型は、前記保持部が設けられた傾斜スライドを有することが好適である。

本発明によれば、型開き時にエジェクタピンを用いることなく金型から樹脂成形体をスムーズに離型することができる。

本発明によれば、型開き時にエジェクタピンを用いないため、微細流路等の凹部が形成された樹脂成形品の主面にピン跡が付かない。これにより、例えば樹脂成形品の意匠性が向上する。また、主面上に別部材を積層して微細流路を封止する必要がある場合に、成形品と別部材との間にピン跡に起因する意図しない隙間が形成されず、良好な気密性を得ることができる。

本発明の実施形態の一例である樹脂成形品を示す斜視図である。 本発明の実施形態の一例である樹脂成形品を主面側から見た平面図である。 図２のＡＡ線断面の一部を示す図である。 本発明の実施形態の一例である射出成形用金型を示す図である。 本発明の実施形態の一例である樹脂成形品の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態の一例である樹脂成形品の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態の一例である樹脂成形品の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態の一例である樹脂成形品の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態の一例である射出成形用金型における保持部の構成、及び樹脂成形品に形成される保持跡のパターンを説明するための図である。 従来技術の問題点を説明するための図である。

図面を参照しながら、本発明の実施形態の一例について、以下詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において、「略＊＊」との用語は、略平行を例に挙げて説明すると、完全に平行はもとより、実質的に平行と認められる状態を含む意図である。

本実施形態では、板状の樹脂成形品として、主面１１が平面視略四角形状の樹脂成形品１０を例に挙げて説明する。但し、本発明が適用される樹脂成形品は、樹脂成形品１０に限定されず、主面の形状が円形や楕円形、四角形以外の多角形（例えば、三角形や五角形）、その他複雑な形状を有する板状体であってもよい。なお、本明細書において、樹脂成形品、樹脂成形体との用語は、いずれも樹脂が所定の形状に成形されたものであり、互いに略同一の形態を有するものを意味するが、説明の便宜上、前者を金型から取り出されたもの、後者を金型内に存在するものとする。

図１〜図３は、本発明の実施形態の一例である樹脂成形品１０を示す図である。
樹脂成形品１０は、主面１１に凹部１３が形成された板状の樹脂製部材である。主面１１は、樹脂成形品１０の板厚方向に略垂直な面であって、本実施形態では略四角形状を有している。樹脂成形品１０の板厚方向に沿った面が側面１２である。側面１２は、例えば主面１１に対して略垂直である。

樹脂成形品１０の寸法は、特に限定されず、例えば用途等に応じて適宜変更できる。樹脂成形品１０がマイクロｔａｓチップ等の生化学チップである場合は、一辺の長さを２０〜１００ｍｍ程度、板厚を１〜５ｍｍ程度とすることが好ましい。樹脂成形品１０は、例えば主面１１の投影面積と側面１２の最大投影面積（面積が最も大きな側面１２の投影面積との比率（主面１１の投影面積／側面１２の最大投影面積）が１００倍以上である。

樹脂成形品１０は、互いに対向する側面１２ａ（第１側面）及び側面１２ｂ（第２側面）を有する。側面１２ａ，１２ｂは、例えば互いに略平行である。本実施形態では、互いに対向する側面１２ｃ（第３側面）及び側面１２ｄ（第４側面）が、側面１２ａ，１２ｂに対して略垂直である。即ち、側面１２ｃ，１２ｄは互いに略平行である。側面１２ａの長さと側面１２ｂの長さは略同一であり、側面１２ｃの長さと側面１２ｄの長さは略同一である。なお、樹脂成形品は、各側面の形状や長さが互いに異なっていてもよく、また円盤形状の場合など、連続した１つの側面を有していてもよい。

樹脂成形品１０の側面１２には、後述する射出成形用金型２０の保持部２５が食い込んでできた跡である保持跡１４が形成されている。保持跡１４は、少なくとも互いに対向する側面１２に形成されることが好適である。本実施形態では、互いに対向する側面１２ａ，１２ｂだけでなく、これらに略垂直な側面１２ｃにも保持跡１４が形成され、さらに側面１２ｄにも保持跡１４が形成されている。即ち、樹脂成形品１０の四方に保持跡１４が形成されている。

凹部１３は、例えば血液等の検体が流れる微細流路である。本実施形態では、主面１１の広い範囲に、蛇行した微細流路（凹部１３）が形成されている。凹部１３は、側面１２ａ，１２ｂに沿って側面１２ｃの近傍から側面１２ｄの近傍まで延び、側面１２ｄの近傍で略Ｕ字状に曲がり再び側面１２ａ，１２ｂに沿って側面１２ｃの近傍まで延びている。このパターンが繰り返されて蛇行した凹部１３が形成されている。なお、凹部１３の形状は、用途等に応じて適宜変更できる。

凹部１３は、幅方向の断面形状が、例えば略コの字状である。即ち、凹部１３の立ち壁１３ｆは、板厚方向（側面１２）に略平行である。立ち壁１３ｆとは、主面１１の最表面から凹部１３の底に延びる側壁であって、例えば幅方向の断面形状が底の尖った三角形状である場合は凹部１３を形成する全ての壁が立ち壁１３ｆである。なお、凹部１３の断面形状は、略コの字状に限定されず、Ｕの字状や三角形状、台形状等であってもよい。

凹部１３は、上記のように、側面１２ａ，１２ｂに沿って長く延びている。即ち、凹部１３のうち、側面１２ａ，１２ｂに沿って延びる部分の長さは、側面１２ｃ，１２ｄに沿って延びる部分の長さよりも長い。例えば、凹部１３の大部分が側面１２ａ，１２ｂに対して略平行に形成され、また立ち壁１３ｆの大部分が側面１２ａ，１２ｂに対して略平行に形成される。樹脂成形品１０は、少なくとも略平行に形成される凹部１３の長さが長く、また略平行に形成される立ち壁１３ｆの面積が大きな側面１２ａ，１２ｂに、保持跡１４が形成されていることが好適である。

凹部１３の立ち壁１３ｆの総面積は、例えば主面１１の面積（凹部１３が形成された領域を除く）の２０％以上である。なお、雄型２１と樹脂成形体１０ｚとの密着力Ｆは、主に凹部１３の立ち壁１３ｆの総面積に依存し、立ち壁１３ｆの総面積が大きくなるほど密着力Ｆは大きくなる。

以下、図４〜図６を参照して、樹脂成形品１０の製造方法の一例について詳説する。
図４は、樹脂成形品１０の製造に使用される射出成形用金型２０（以下、単に「金型２０」という）を示す図である。図５Ａ〜図５Ｄは、本製造方法における各工程を示す図であって、金型２０及び樹脂成形体１０ｚを側面１２ｄ側から見た断面図である。図６は、金型２０における保持部２５の構成、及び樹脂成形品１０（樹脂成形体１０ｚ）に形成される保持跡１４のパターンを説明するための図である。

図４に示すように、樹脂成形品１０の製造工程で使用される金型２０は、コア２２（図５参照）を有する雄型２１と、雌型２３とを含む。金型２０を閉じることで雄型２１と雌型２３との間に、樹脂成形品１０の形状に対応した空間であるキャビティー２６が形成される（図５Ａ参照）。本実施形態では、雄型２１が固定型、雌型２３が可動型である。金型２０は、詳しくは後述するように、傾斜スライド機構を有し、雌型２３の傾斜スライド２４に複数の保持部２５が設けられていることを特徴とする。

図５Ａ〜図５Ｄに示すように、樹脂成形品１０の製造工程は、金型２０のキャビティー２６内に樹脂を射出して樹脂成形体１０ｚを作製する第１工程と、雄型２１と雌型２３の少なくとも一方を互いに離れる方向へ移動させて雄型２１から樹脂成形体１０ｚを離型する第２工程と、雌型２３から樹脂成形体１０ｚを離型する第３工程とを備える。上記のように、雌型２３が可動型であるから、第２工程では、雌型２３を雄型２１から離れる方向に移動させる。

第１工程は、金型２０を用いた射出成形工程である。金型２０を閉じることで樹脂成形体１０ｚの形状に対応したキャビティー２６が形成される（図５Ａ参照）。このキャビティー２６内に、例えば溶融した熱可塑性樹脂を射出して板状の樹脂成形体１０ｚを作製する（図５Ｂ参照）。樹脂成形体１０ｚを構成する樹脂としては、射出成形可能な樹脂であれば特に限定されず、熱硬化性樹脂を用いることもできる。

第１工程で作製される樹脂成形体１０ｚには、雄型２１に設けられた突起であるコア２２によって主面１１に凹部１３が形成される。さらに、雌型２３に設けられた突起である保持部２５によって側面１２に保持跡１４が形成される。保持部２５は、コア２２の高さ方向に対して略垂直な方向に延びている。コア２２の高さ方向は雌型２３の移動方向と同じ方向であるから、保持部２５は雌型２３の移動方向に対して略垂直な方向に延びているといえる。

第２工程は、閉じられた金型２０を開いてキャビティー２６を開放する型開き工程であって、雌型２３が樹脂成形体１０ｚを保持して雄型２１から樹脂成形体１０ｚを離型させる（図５Ｃ参照）。なお、雌型２３の移動方向（型開き方向）に沿った立ち壁１３ｆが多い樹脂成形体１０ｚは、コア２２を有する雄型２１との密着力Ｆが強く雄型２１から外れ難い。そこで、第２工程では、雌型２３に設けられた保持部２５が樹脂成形体１０ｚの板厚方向に沿った側面１２に食い込み、雄型２１と樹脂成形体１０ｚとの密着力Ｆを超える力で側面１２を保持する。これにより、主面１１を押すエジェクタピンを用いることなく樹脂成形体１０ｚを雄型２１から外すことができる。

雌型２３は、傾斜スライド２４を有することが好適であり、この場合、保持部２５は傾斜スライド２４に設けられる。保持部２５は、例えば傾斜スライド２４の先端近傍に設けられる。傾斜スライド２４は、図示しない押出し板に取り付けられ、雌型２３を雄型２１から離間させた後、又は雌型２３が雄型２１から離間するにつれて、先端が雄型２１側に押し出される。

第３工程は、雌型２３から樹脂成形体１０ｚを離型する工程である。本実施形態では、金型２０に傾斜スライド機構が設けられているため、傾斜スライド２４のスライドにより雌型２３から樹脂成形体１０ｚが離型する。例えば、雌型２３が雄型２１から離間するにつれて、傾斜スライド２４が外側にスライドし、保持部２５が設けられた各傾斜スライド２４の先端間距離が広くなる（図５Ｄ参照）。これにより、樹脂成形体１０ｚから保持部２５が外れて、樹脂成形体１０ｚが雌型２３から離型する。

以下、第２工程について、さらに詳説する。
第２工程では、複数の保持部２５が樹脂成形体１０ｚの互いに対向する側面１２にそれぞれ食い込み、樹脂成形体１０ｚを両側から保持することが好適である。保持部２５は、傾斜スライド２４において、少なくとも互いに略平行な側面１２ａ，１２ｂに食い込むようにそれぞれ設けられる。これにより、樹脂成形体１０ｚの保持性が向上し、樹脂成形体１０ｚを雄型２１から引き離すことが容易になる。

樹脂成形体１０ｚの凹部１３は、側面１２ａ，１２ｂに沿って長く延びるように形成され、立ち壁１３ｆの大部分が側面１２ａ，１２ｂに対して略平行に形成されている。即ち、第２工程では、保持部２５が略平行に存在する凹部１３（立ち壁１３ｆ）の長さが長い側面１２ａ，１２ｂに食い込むように設けられていることが好適である。

第２工程では、さらに、側面１２ａ，１２ｂに対して略垂直な側面１２ｃに保持部２５が食い込み、樹脂成形体１０ｚを保持することが好適である。側面１２ａ，１２ｂの保持のみで樹脂成形体１０ｚを雄型２１から離型するための保持力としては十分であったとしても、側面１２ｃを保持することで、例えば樹脂成形体１０ｚの反りを抑制することができる。また、生産性等に支障がなければ、側面１２ｄにも保持部２５が食い込み、樹脂成形体１０ｚを保持することが特に好適である。即ち、各側面に保持部２５が食い込んで、四方から樹脂成形体１０ｚを保持することが特に好適である。

図６に示すように、保持部２５は、側面１２の長手方向に所定間隔をあけて並ぶように複数設けられた小突起とすることが好適である。保持部２５は側面１２の長手方向に長く延びた突起とすることもできるが、この場合は、例えば樹脂成形品１０の端部の強度低下を招くことがある。小突起状の保持部２５を複数設けることで、側面１２の長手方向に沿って大きな穴（保持跡１４）は形成されず、小さな穴が所定間隔をあけて多数形成される。これにより、樹脂成形品１０の強度を低下させることなく、型開き時において十分な保持力を得ることができる。

保持部２５の長さＬ₂₅（側面１２の長手方向に沿った長さ）は、側面１２の長手方向長さの１０％以下であることが好ましく、７％以下であることがより好ましい。長さＬ₂₅の和は、側面１２の長手方向長さの６０％以下であることが好ましい。また、上記所定間隔Ｄ₂₅（保持部２５同士の間隔）は、長さＬ₂₅以下であることが好ましい。保持部２５の突出長さＨ₂₅は、長さＬ₂₅の１０％以上であることが好ましい。

保持部２５の配置の好ましい具体例としては、各側面１２ａ〜１２ｄの長手方向中央を挟んで所定範囲が挙げられる。保持部２５は、例えば当該所定範囲に略均等な間隔で複数設けられる。

保持部２５は、側面１２に対して１０％以上の領域に食い込むことが好ましい。保持部２５が食い込む領域の割合Ｐは、保持跡１４が形成された領域の面積Ａ₁₄と、側面１２の外形寸法から求めた面積Ａ₁₂（保持跡１４が形成された領域を含む面積）とに基づいて、次式により求める。
割合Ｐ（％）＝（面積Ａ₁₄／面積Ａ₁₂）×１００
好ましい割合Ｐは、保持部２５の配置や雄型２１と樹脂成形体１０ｚとの密着力Ｆ等によっても異なるが、少なくとも１０％であり、密着力超過による成形品主面、及び保持跡１４の変形抑制等を考慮すると、例えば１０〜３０％である。

保持部２５の荷重受け面２５ｆには、第２工程において雄型２１と樹脂成形体１０ｚとの密着力Ｆを超える力が作用する。なお、荷重受け面２５ｆとは、コア２２の高さ方向に略垂直で雄型２１と反対側に向いた面である。荷重受け面２５ｆの面積が大きいほど、密着力Ｆに対抗して樹脂成形体１０ｚを保持する力が大きくなる。上記のように、密着力Ｆは凹部１３の立ち壁１３ｆの総面積に影響する。ゆえに、荷重受け面２５ｆの総面積は、立ち壁１３ｆの総面積に対して、少なくとも１０倍とすることが好ましく、２０倍以上がより好ましい。

以上のように、本製造方法によれば、第２工程において雌型２３の保持部２５が樹脂成形体１０ｚの側面１２に食い込み、雄型２１と樹脂成形体１０ｚとの密着力Ｆを超える力で側面１２を保持する。このため、エジェクタピンを用いることなく雄型２１から樹脂成形体１０ｚをスムーズに離型することができる。

本製造方法により製造される樹脂成形品１０は、側面１２に保持部２５の跡が形成されるが、凹部１３が形成された主面１１にはピン跡が付かない。このため、主面１１にピン跡が形成される場合と比べて、例えば樹脂成形品１０の意匠性が向上する。また、主面１１上に樹脂フィルム等を積層して微細流路等の凹部１３を封止する必要がある場合に、樹脂成形品１０と樹脂フィルムとの間にピン跡に起因する意図しない隙間が形成されず、良好な気密性を得ることができる。

１０ 樹脂成形品、１０ｚ 樹脂成形体、１１ 主面、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 側面、１３ 凹部、１３ｆ 立ち壁、１４ 保持跡、２０ 射出成形用金型（金型）、２１ 雄型、２２ コア、２３ 雌型、２４ 傾斜スライド、２５ 保持部、２５ｆ 荷重受け面、２６ キャビティー

Claims (9)

1. 雌型と、コアを有する雄型とを含む、エジェクタピンを有さない射出成形用金型のキャビティー内に樹脂を射出して、主面に凹部が形成された板状の樹脂成形体を作製する第１工程と、
   前記雄型と前記雌型の少なくとも一方を互いに離れる方向へ移動させて、前記雄型から前記樹脂成形体を離型する第２工程と、
   前記雌型から前記樹脂成形体を離型する第３工程と、
   を備え、
   前記雌型は、前記コアの高さ方向に対して略垂直な方向に延びた保持部を有し、
   前記第２工程では、前記保持部が前記樹脂成形体の板厚方向に沿った側面に食い込み、前記雄型と前記樹脂成形体との密着力を超える力で当該側面を保持した状態で、前記雄型から前記樹脂成形体を離型することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
2. 前記保持部は、前記樹脂成形体の互いに対向する前記側面にそれぞれ食い込み、前記樹脂成形体を両側から保持するように設けられている、請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
3. 前記樹脂成形体の前記凹部は、前記側面の１つである第１側面に沿って長く延び、
   前記保持部は、少なくとも前記第１側面に食い込むように設けられている、請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法。
4. 前記樹脂成形体は、互いに略平行な第１側面及び第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面に対して略垂直な第３側面と、を有し、
   前記保持部は、少なくとも前記第１側面、前記第２側面、及び前記第３側面にそれぞれ食い込むように設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂成形品の製造方法。
5. 前記保持部は、前記側面の長手方向に所定間隔をあけて並ぶように複数設けられた小突起である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂成形品の製造方法。
6. 前記保持部は、前記側面に対して１０％以上の領域に食い込む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂成形品の製造方法。
7. 前記保持部は、前記コアの高さ方向に略垂直で前記雄型と反対側に向いた荷重受け面を有し、
   前記荷重受け面の総面積が、前記樹脂成形体に形成される前記凹部の立ち壁の総面積に対して１０倍以上に設定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂成形品の製造方法。
8. 前記雌型は、前記保持部が設けられた傾斜スライドを有し、
   前記第３工程では、前記傾斜スライドのスライドにより前記雌型から前記樹脂成形体が離型する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の樹脂成形品の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の樹脂成形品の製造方法に使用される射出成形用金型。
   

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