JP2010173280A

JP2010173280A - 極薄成形品の成形金型および成形方法

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Publication number: JP2010173280A
Application number: JP2009021065A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ebina; 利幸蛯名
Original assignee: Meiki Seisakusho KK
Current assignee: Meiki Seisakusho KK
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP5234640B2

Abstract

【課題】極薄成形品を成形する際に、キャビティの他端部まで溶融樹脂を良好に充填でき、極薄成形品を良好な状態で成形することができる極薄成形品の成形金型および成形方法を提供する。
【解決手段】固定金型１３と可動金型１２の間にキャビティ１４が配設され、該キャビティ１４の端部にゲートＰ３が設けられた極薄成形品Ｐの成形金型１１において、ゲート隣接部Ｐ４から最遠方の他端部Ｐ５までの流動長寸法Ｌに対する板厚寸法Ｔが０．２％〜０．５％の極薄成形品Ｐを成形可能なキャビティ１４が設けられ、前記キャビティ１４またはランナＰ２を形成するブロック１８，２２，３９，４２の表面側には該ブロック１８，２２，３９，４２の母材よりも熱伝導率が低い断熱層５１，５７が形成され、断熱層５１，５７の表面側には該断熱層５１，５７よりも熱伝導率が高い保熱層５２，５８が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形に用いられる極薄成形品の成形金型および成形方法に関するものである。

射出成形機により導光板等の薄板成形品を成形する成形金型としては、特許文献１に記載のものが知られている。しかし近年の導光板は、一例として対角寸法３．５インチのもので板厚０．２５ｍｍ、対角寸法８インチのもので板厚０．６ｍｍ、対角寸法１４インチのもので板厚１．０ｍｍといった具合に、より一層極薄化が進行しており、従来の特許文献１のような成形金型ではキャビティの他端部（流動端部）まで充填できなかったり板厚が不均一となる場合があった。それに対して射出速度を例えば１０００ｍｍ／ｓｅｃ以上に超高速化することによりキャビティの他端部まで溶融樹脂を充填できる場合もあるが、内部応力不良やバリの発生、また射出装置の大型化によるコストアップ等の問題があった。

一方、導光板等の転写性を向上させるための成形金型として特許文献２に記載された成形金型が知られている。特許文献２は、導光板等の成形金型に関し、キャビティ形成面に２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率の断熱層を設けること、更にその表面に金属層を形成すること等が記載されている。しかし特許文献２は、圧縮成形を行う成形金型ではないため、キャビティ間隔が一定であって、極薄成形品の成形の際には溶融樹脂の充填が困難であるという問題があった。また特許文献２は、使用する樹脂材料、射出成形機や成形金型の成形条件、成形金型の断熱層や金属層の厚み等が開示されていないので、実際に当業者が実施できる程度に開示がされているとは言えず、対応する効果も不明なものであった。

更にはディスク基板の成形用金型のキャビティ形成面に金属溶射層を設けることは、特許文献３に記載されている。しかしディスク基板は、ＤＶＤの場合でも板厚が０．６ｍｍあり、ゲート隣接部から最遠方の他端部までの溶融樹脂の流動長も５２．５ｍｍ前後と比較的短いため、更に薄い極薄成形品の成形には直ちに転用できないものであった。そしてまたディスク基板の成形と極薄成形品の成形とでは射出速度等の成形条件も異なるが、特許文献３には極薄成形品を良好に射出充填するための成形条件についての開示がされていないので、極薄成形品の成形の際に参考となるものではなかった。

特開２００８−３０７８８２号公報（００１７、図２）特開２００６−４４２４６号公報（請求項２、図２）特開２００８−１８３７６５号公報（請求項１、図１、図２）

本発明では上記の問題を鑑みて、極薄成形品を成形する際に、キャビティの他端部まで溶融樹脂を良好に充填でき、極薄成形品を良好な状態で成形することができる極薄成形品の成形金型および成形方法を提供することを目的とする。

本発明の極薄成形品の成形金型は、固定金型と可動金型の間にキャビティが配設され、該キャビティの端部にゲートが設けられた極薄成形品の成形金型において、ゲート隣接部から最遠方の他端部までの流動長寸法に対する板厚寸法が０．２％〜０．５％の極薄成形品を成形可能なキャビティが設けられ、前記キャビティまたはランナを形成するブロックの表面側には該ブロックの母材よりも熱伝導率が低い断熱層が形成され、前記断熱層の表面側には該断熱層よりも熱伝導率が高い保熱層が形成されていることを特徴とする。

また本発明の極薄成形品の成形方法は、請求項１に記載の成形金型を用いた極薄成形品の成形方法において、射出時に少なくともキャビティの厚さを極薄成形品の板厚よりも広げた状態で溶融樹脂の射出を行い、射出中または射出後にキャビティ内の溶融樹脂を圧縮することを特徴とする。

本発明の極薄成形品の成形金型および極薄成形品の成形方法は、固定金型と可動金型の間にキャビティが配設され、該キャビティの端部にゲートが設けられた極薄成形品の成形金型において、ゲート隣接部から最遠方の他端部までの流動長寸法に対する板厚寸法が０．２％〜０．５％の極薄成形品を成形可能なキャビティが設けられ、前記キャビティまたはランナを形成するブロックの表面側には該ブロックの母材よりも熱伝導率が低い断熱層が形成され、前記断熱層の表面側には該断熱層よりも熱伝導率が高い保熱層が形成されているので、特に溶融樹脂の流動性に優れ、極薄成形品を良好な状態で成形することができる。

図１は、実施例１の極薄成形品の成形金型の水平断面図であって射出開始前の状態を示す図である。図２は、実施例１の極薄成形品の成形金型の水平断面図であって圧縮完了後の状態を示す図である。図３は、図１の要部の水平断面図である。図４は、実施例１の極薄成形品の成形金型で成形される極薄導光板の斜視図である。図５は、アクリルを使用した際の極薄成形品の成形金型におけるランナ形成面の温度推移を示す図である。図６は、アクリルを使用した際の極薄成形品の成形金型におけるキャビティ形成面の温度推移を示す図である。図７は、ポリカーボネートを使用した際の極薄成形品の成形金型におけるキャビティ形成面の温度推移を示す図である。

射出成形機（射出圧縮成形およびその一分野の射出プレス成形を可能な射出圧縮成形機を含む）に取付けられる極薄成形品の成形金型は、固定金型と可動金型の間に、端部にゲートが設けられたキャビティが形成されるようになっている。そして前記成形金型のキャビティは、ゲート隣接部から最遠方の他端部（流動端）までの流動長寸法に対する板厚寸法が０．２％〜０．５％の極薄成形品（極薄樹脂板）が成形可能となっている。キャビティを形成するキャビティ形成ブロックまたはランナ形成ブロックの表面側（母材の表面または母材と別部材を介した表面）には、前記ブロックの母材よりも熱伝導率が低い断熱層として、厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの金属溶射層が溶射により形成されている。そして金属溶射層の表面側（金属溶射層の表面または金属溶射層と別部材を介した表面）には断熱層よりも熱伝導率が高い保熱層として、厚さ０．０１ｍｍ〜０．５０ｍｍの金属層がメッキ等の方法によって形成されている。

そして少なくともキャビティは、厚みが変更可能となっており、射出時にキャビティの厚さを極薄成形品の板厚よりも広げた状態で溶融樹脂の射出を行う。この際の射出速度は、３００ｍｍ／ｓｅｃ〜９００ｍｍ／ｓｅｃと比較的高速であることがより望ましい。使用される樹脂は、光学極薄成形品においては、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマ等のオレフィン系樹脂またはそれらの混合物である。中でもアクリル樹脂（特に導光板グレード）は、流動性に優れ、光学性能も充足されるので極薄導光板の成形に用いられる。アクリル樹脂を使用した際、成形金型のキャビティ形成面を冷却する冷却媒体の温度は、４０℃〜１００℃に設定される。

図１ないし図４に示される極薄成形品の成形金型である極薄導光板の成形金型１１について説明する。極薄導光板の成形金型１１は、第１の金型である可動金型１２と第２の金型である固定金型１３とからなり、型合わせされた両金型１２，１３の間には容積および厚さが可変のキャビティ１４が形成されるようになっている。キャビティ１４では、図４に示されるゲート隣接部Ｐ４から最遠方の他端部Ｐ５までの流動長寸法Ｌに対する板厚寸法Ｔが０．２％〜０．５％の極薄成形品を成形可能となっている。なお前記において極薄導光板Ｐの板厚寸法Ｔは、極薄導光板Ｐの主面（転写面）の板厚であってパターンが形成されている場合は平均板厚とする。またゲート隣接部Ｐ４とは幅のあるゲートの場合、最遠方の他端部Ｐ５に最も近い部分とする。そして前記極薄導光板Ｐの寸法は、成形完了して一定時間経過して収縮等が完了した時点で測定される。ただし成形金型１１の型締完了時のキャビティ厚さ（溶融樹脂が射出充填されていない状態でどこまでキャビティ１４を薄くできるか）については前記板厚寸法Ｔよりも薄いものも含まれる。

成形金型１１の可動金型１２は、本体部１５（母型）、キャビティ形成ブロック２２を含むコアブロック１６、可動枠ブロック１７、ランナ形成ブロック１８、およびゲートカッタ１９、突出ピン２０等からなっている。なおゲートカッタ１９、突出ピン２０は必須ではなく必要に応じて設けられる。コアブロック１６は、本体部１５に固定されており、可動枠ブロック１７は、本体部１５に対してバネを介して取付けられている。従ってコアブロック１６と可動枠ブロック１７が型開閉方向に相対的に位置変更可能となっている。そして可動枠ブロック１７も成形される極薄導光板Ｐに応じて交換可能としてもよく、入光面形成ブロック１７ａを独立して設け、交換可能としてもよい。また実施例１ではコアブロック１６は、本体部１５側のスペーサブロック２１と前面側のキャビティ形成ブロック２２（ブロック）からなっている。成形金型１１のキャビティ形成ブロック２２を含む主要部の母材は、マルテンサイト系のステンレス鋼であるＳＵＳ４２０Ｊ２（１３Ｃｒ−０．３Ｃ）が使用され、その熱伝導率は、２１Ｗ／（ｍ・ｋ）、熱膨張率は、１１×１０⁻⁶／℃程度である。

そして図３に特に示されるように、キャビティ形成ブロック２２の前面部分は、０．４ｍｍの深さに切削され、底部に溶射接合面２３が形成されている。なお溶射接合面２３はショットブラスト等の加工をしてもよく、後述する金属溶射層５１との接着性が良好になるように他部材をコーティングしてもよい。そして前記溶射接合面２３に、断熱層として厚さ０．３ｍｍの金属溶射層５１が最初に形成されている。なお本発明において「金属溶射層」とは、「金属（副材料としてセラミックを一定以下含有するものを除外しない）を高温のガス炎やプラズマ環境下に投入して、溶融もしくは半溶融状態の微粒子とし、基体表面に吹き付けることにより形成される皮膜」と定義して使用する。

実施例１において金属溶射層５１として使用される金属材料は、ｍｅｔｃｏ７００（材料型番）のニクロム合金であり、Ｎｉ２０１０Ｗ９Ｍｏ４Ｃｕ１Ｃ１Ｂ１Ｆｅからなり、粒子径は１２５〜１６μｍのものである。ｍｅｔｃｏ７００（材料型番）については、熱伝導性が１３Ｗ／（ｍ・ｋ）程度であり、熱膨張率１３．２×１０^−６／℃程度、硬度ＨＶ４４６〜４７１である（いずれも常温付近）。しかし溶射材料としては、ＡＭＲＲＹ６２５（（材料型番）Ｎｉ２１．５Ｃｒ８．５Ｍｏ３Ｆｅ０．５Ｃｏ）、ｄｉａｍａｌｌｏｙ１００５（（材料型番）Ｎｉ２１．５Ｃｒ８．５Ｍｏ３Ｆｅ０．５Ｃｏ）、ｄｉａｍａｌｌｏｙ４００４ＮＳ（（材料型番）Ｎｉ１４Ｃｒ９．５Ｃｏ５Ｔｉ４Ｍｏ４Ｗ３Ａｌ）、ｄｉａｍａｌｌｏｙ１００６（（材料型番）Ｎｉ１９Ｃｒ１８Ｆｅ３Ｍｏ１Ｃｏ１Ｔｉ）、ＡＭＲＲＹ９６４（（材料型番）Ｎｉ３１Ｃｒ１１Ａｌ０．６Ｙ）などが用いられる。またＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃ、Ｓｉからなる合金であるモネルや、ＮｉにＭｏ、Ｃｒを添加したハステロイや、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏからなる合金であるインコネルやナイモニックなども同様に溶射材料に用いられる。更にはまた、８０Ｎｉ２０Ｃｒ、或いは８５Ｎｉ１５Ｃｒなどのニクロム合金を溶射材料に使用してもよく、それらＮｉ、Ｃｒの比率は適宜選択される。また前記材料型番のように、Ｎｉ、Ｃｒに加え、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、ＣＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｙ等を適宜に加えたニクロム合金であってもよく、更に上記以外の組成を含むものを除外しない。これらニクロム合金自体の熱伝導率は、１２〜１７Ｗ／（ｍ・ｋ）程度であり、熱膨張率は９．５〜１４×１０^−６／℃程度である。また溶射材料はＣｒを含まないかＣｒが微量でありニクロムの範疇に入らないニッケル基合金であってもよい。これらニクロム合金またはニッケル基合金は、溶射材料として他のセラミック材料や後述するチタン合金等と比較しても廉価である点でも望ましいものである。

更に金属溶射材料としては、ニクロム合金以外に、チタン合金、ジルコニウム合金、クロム合金などを用いても良い。またステンレスであってもキャビティ形成ブロック２２を形成するステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）の熱伝導率よりも熱伝導率の低いステンレスを金属溶射材料としてもよい。さらには本発明においてはサーメット材の溶射を除外するものではないが、金属との接合性に優れ、かつ熱膨張率がステンレス鋼と大きく相違しないものが望ましく、耐衝撃性が劣るものは除かれる。したがって炭化物、窒化物、酸化物からなるセラミック材料の比率が一定以下（４０ｗｔ％より少なく、望ましくは３０ｗｔ％以下）であることが望ましい。ただし金属材料のみからなる溶射材料と比較すると、セラミック材料を含むものは、金属との接合性（親和性）に劣る上に高額なのでステンレス鋼よりも熱伝導率が低い金属からなる溶射材料がより望ましいと言える。

金属溶射層５１を構成する金属材料（バルク材）の熱伝導率は、キャビティ形成ブロック２２を形成するステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）の熱伝導率である２１Ｗ／（ｍ・ｋ）と比較して熱伝導率が低いものが主に使用され、その結果、金属溶射層５１全体の熱伝導率も母材よりも低くなっている。しかし本発明ではキャビティ形成ブロック２２の冷却媒体通路５５を流れる冷却媒体により溶融樹脂を冷却する際には良好な熱伝導性が必要とされるから、あまりに熱伝導率が低すぎるもの（例えば４Ｗ／（ｍ・ｋ）より低いもの）を使用すると、金属溶射層５１の厚さにもよるが断熱性と熱伝導性の両立ができない場合がある。また例示した金属材料を使用すると金属溶射層５１の厚さを一定以上厚く（例えば１５０μｍ以上）することができ、耐久性の点でも望ましい。

気孔を有する金属溶射層５１全体の熱伝導率については、「溶射技術マニュアル」編著者：馬込正勝に次のような記載がなされている。
すなわち熱伝導率ｋは、次の実験式で表わすことができる。
ｋ≒ｋｃ（１−βＰ）
Ｋｃ＝バルク材の熱伝導率
Ｐ＝空孔率（気孔率）（％）
β＝物質と材料の微細組織による因子を示す。
また同著によれば、銅、アルミニウムにおける鋳造材と溶線式フレーム溶射皮膜を比較したところ、同一金属でも溶射皮膜では熱伝導率が５０％以下となる実例（表）が示されている。
本発明においても前記金属溶射層５１には、後述するように一部例外を除き０．５〜１０％の空孔率を有するような金属溶射層を形成する場合が想定されているから、実際の気孔を有する金属溶射層５１全体では、金属材料（バルク材）の５０％程度の熱伝導率となっていることが想定される。従って本実施形態に使用されるニクロム合金の熱伝導率が１３Ｗ／（ｍ・ｋ）であっても、気孔を有する金属溶射層自体の熱伝導率は、１３Ｗ／（ｍ・ｋ）以下、例えば５〜１３Ｗ／（ｍ・ｋ）となっていることが想定される。

また断熱層である金属溶射層５１の熱膨張率は、主としてキャビティ形成ブロック２２を構成する金属と熱膨張率と大きく相違しないことが金属溶射層５１の母材からの剥離を防止する上で望ましい。具体的には、主としてキャビティ形成ブロック２２を構成するステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）の熱膨張率は、１１．５×１０^−６／℃であり、他にキャビティ形成ブロック２２として使用されるステンレス鋼の熱膨張率も１１×１０^−６／℃〜１７×１０^−６／℃程度であるから、金属溶射層５１の熱膨張率も９．５×１０^−６／℃〜１８×１０^−６／℃程度であることが望ましい。

金属溶射層５１の硬度は、主としてキャビティ形成ブロック２２を構成するステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）の硬度（５００〜５２０ＨＶ）よりは若干劣っても４００ＨＶ以上であれば十分であり、ニッケル基合金の金属溶射層５１の硬度は通常４５０ＨＶ前後である。従って本発明の金属溶射層５１は、従来技術の断熱層と比較して、衝撃を含む成形時に発生する物理的な力に対して耐久性が高いと言える。

ニクロム合金（ｍｅｔｃｏ７００）の溶射方法は、プラズマ溶射によって行われる。本実施形態では、噴射点温度１３００℃、噴射装置内温度（粒子温度）２０００℃、ワーク温度１５０℃でｍｅｔｃｏ７００の溶射がキャビティ形成ブロック２２が切削された溶射接合面２３に対して行われる。そしてプラズマ溶射により溶射された金属溶射層の空孔率は、０．５〜８％である。しかし本発明では金属溶射層５１により断熱層を形成するので空孔率が高い方が望ましく、空孔率が２％以上とすることがより望ましい。そして空孔の大きさおよび粒子径は前記材料径にほぼ一致し１２５〜１６μｍのものがほとんどとなっている。ただし溶射距離の変更等の溶射状態の変更により空孔率を変化させることもできる。また金属溶射層５１の形成としては粉末式フレーム溶射、アーク溶射といった空孔率が高くなる溶射方法を用いて空孔率５〜１０％の金属溶射層を形成することができる。また前記ｍｅｔｃｏ７００よりも更に熱伝導率が低い溶射材料を使用する際は、前記プラズマ溶射や高速フレーム溶射により空孔率を０〜２％程度としてもよい。また空孔を有する金属溶射層を形成後、空孔部分に他の断熱性の高い部材を含浸させるようにしてもよい。

プラズマ溶射による金属溶射層５１の形成作業は、キャビティ形成ブロック２２の溶射接合面２３に対して当初、０．５〜０．８ｍｍ程度の厚みにニクロム合金の金属溶射層５１の形成を行う。そして前記金属溶射層５１を研磨により薄くしていって０．３ｍｍの金属溶射層５１を形成する。当初は最終的に必要とされる金属溶射層５１の厚みよりも厚く溶射し、その後研磨を行う理由は、溶射を行ったままの表面は、凹凸が目立つので、研磨加工によって表面５１ａを鏡面状態にするためである。なお金属溶射層５１の厚みは、一例として０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ（より一層望ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）が適切な厚みである。なお従来のジルコニアやＴｉｎのみにより断熱層を形成した場合には、表面の研磨加工を行うことが極めて難しかったが本発明ではそのような問題はなくなり、また再溶射による再加工も容易となった。

なおキャビティ形成ブロック２２の表面側（母材の表面または母材と別部材を介した表面）に形成される金属溶射層５１からなる断熱層は、２層以上に形成されたものでもよい。その場合、空孔率大きい金属溶射層の表面５１ａ側に空孔率が小さい異なる溶射を形成することにより、表面５１ａ側の穴が目立たなくなる。また金属材料は、同じ金属材料で２層以上の金属溶射層を形成してもよく、異なる金属材料で２層以上の金属溶射層を形成してもよい。また金属溶射層５１は、セラミック等の溶射層を用いたものを除外しない。

そして断熱層である金属溶射層５１の表面５１ａ側には、保熱層として厚さ０．１ｍｍの金属層５２が形成されている。実施例１において金属層５２として使用される金属材料は、ニッケルリンであり、熱伝導率はリンの含有量によっても相違するが９０〜１２０Ｗ／（ｍ・ｋ）程度である。なお保熱層は、断熱層の熱伝導率よりも保熱層の熱伝導率の方が高ければ目的を一応達成するので、ステンレス鋼等でもよいが、より好ましくは前記ニッケルリン、ニッケル合金等のニッケル基や、硬質クロム等の熱伝導率の７０〜１２０Ｗ／（ｍ・ｋ）程度の金属（各種合金を含む）が用いられる。

保熱層である金属層５２の形成方法は、溶射以外の方法により、気孔がほとんど無いように形成され、一般的には無電解メッキ等のメッキ処理により形成される。またニッケルリンメッキ層等の金属層５２の厚みは、０．０１ｍｍ〜０．５０ｍｍであることがより望ましい。また金属層５２の形成方法は、メッキ以外の方法であっても前記厚みに気孔の無い金属層を形成できるものであれば構わない。なお断熱層である金属溶射層５１の表面５１ａ側に保熱層である金属層５２を形成する目的は次の通りである。第１の目的としては溶融樹脂が接触した際にキャビティ形成ブロック２２のキャビティ形成面５３ａ等の表面温度を急激に上昇させ、一定時間保持可能とするためである。次に第２の目的としては、金属溶射層５１は、研磨されるが、その表面に微細な気孔が残っているので、前記ニッケルリンメッキ層等の金属層５２を形成することにより表面を平滑にすることができるためである。この際一般的には金属層５２の表面も研磨される。次に第３の目的としては、キャビティ形成面５３ａの表面保護のためにも行われる。例えば硬質クロム層（熱伝導率９３．７Ｗ／（ｍ・ｋ）、熱膨張率１７×１０^−６／℃）を金属層５２として用いた場合などは特に表面保護に有利である。次に第４の目的としては、後述する固定金型１３側で示されるようにキャビティ形成面５８ａにパターン５９を刻設する際の母材層として金属メッキ層が形成される。パターン５９を刻設する場合は、比較的硬度の低い、ニッケルリンメッキ層等が好適に用いられる。この金属層５８等にパターン５９を形成する方法は、転写を行う際にスタンパを取付ける必要がなく、また輝度分布等に問題があった場合にメッキ層を研磨するか再度形成した後に、パターンを再び刻設できるという点で優れている。

また実施例１では、保熱層の更に上層に耐磨耗性を高め平滑性を得る目的から厚さ０．００１ｍｍ〜０．０１ｍｍのＷｃ−ｃｏ（熱伝導率６０Ｗ／（ｍ・ｋ））のコーティング層５３が積層形成されている。そしてコーティング層５３の表面がキャビティ形成面５３ａとなっている。またコーティング層５３については、ＤＬＣ、Ｔｉｎなど他の材料のコーティング層でもよい。また蒸着によってＤＬＣやＴｉｎ等のコーティング層を形成した場合は、熱伝導率１〜２Ｗ／（ｍ・ｋ）程度であるが、厚さが０．００１ｍｍ程度であるので、溶融樹脂により保熱層が昇温される程度についてはそれほど影響が無く、特にＤＬＣを用いた場合は表面平滑性が得られる。なおコーティング層については必須ではなく、保熱層である金属層５２がキャビティ１４の表面であってもよい。

また実施例１では成形金型１１にスタンパは配設されていないが、スタンパが配設されるものでもよい。その場合板厚が０．３ｍｍ程度でニッケル等の熱伝導率が比較的高いスタンパを保熱層としてもよく、保熱層である金属層５２の上に更にスタンパを配設してもよい。

また図３に示されるようにキャビティ形成ブロック２２の表面側において、ニクロム合金の金属溶射層５１からなる断熱層や、ニッケルリンメッキ層の金属層５２からなる保熱層が形成されるのは、キャビティ形成ブロック２２のキャビティ側のほぼ全面であるが、可動枠ブロック１７に隣接する周囲の０．５ｍｍ程度の幅の部分には形成されない。これはキャビティ形成ブロック２２の端部（略全周）は、可動枠ブロック１７と対向して相対的に移動されるので摺動により、前記金属溶射層５１や前記金属層５２が剥離する可能性があるからである。そしてキャビティ形成ブロック２２における可動枠ブロック１７と対向する側面部分には、Ｗｃ−ｃｏコーティング層５４等が形成され、摺動性を高めている。なおＷｃ−ｃｏコーティング層５４は、キャビティ表面のコーティング層５３と側面部分が同時に一体に連続するように形成されている。

またキャビティ形成ブロック２２の内部には、冷却媒体が流される冷却媒体流路５５が配設されている。なおキャビティ形成ブロック２２は、成形される極薄導光板Ｐに応じて変更可能である。またキャビティ形成ブロック２２の背面に金属メッキ層を形成したりシム等の薄板を挟んでキャビティ１４の厚みを調節するようにしてもよい。更にまた成形金型１１内に個別に設けた油圧シリンダ等によりコアブロックを個別に制御して位置決めまたは前進させるようにしてもよい。

本体部１５の中央部には、可動金型１２側のランナ形成面５６を形成するランナ形成ブロック１８（ブロック）が一体に固定されている。そしてランナ形成ブロック１８の中心には、突出ピン２０が進退可能に設けられ、可動盤２６内に突出ピン２０の駆動機構である油圧シリンダ２７が設けられている。またランナ形成ブロック１８内部またはその周囲のブロックの内部にはランナＰ２やスプルＰ１を冷却するための冷却媒体が送られる冷却媒体流路２８が形成されている。ランナ形成ブロック１８のランナ形成面５６には前記キャビティ形成ブロック２２と同様に該ランナ形成ブロック１８の母材よりも熱伝導率が低い断熱層が形成され、断熱層の表面側には該断熱層よりも熱伝導率が高い保熱層が形成されているが、詳細についてはキャビティ形成ブロック２２と同じであるので省略する。なおランナ形成ブロック１８については可動枠ブロック１７と同様に、コアブロック１６に対してバネにより相対的に位置変更可能としてもよい。

そして前記コアブロック１６とランナ形成ブロック１８の間のクリアランスには、ゲートカッタ１９がそれぞれ油圧シリンダ３３により進退自在に設けられている。実施例１のゲートは極薄導光板Ｐ用のキャビティ１４への溶融樹脂の充填に適したフィルムゲートである。そしてゲートカッタ１９の端部に隣接する部分が図４に示される極薄導光板Ｐのゲート隣接部Ｐ４に対応している。

次に実施例１の成形金型１１の固定金型１３について説明する。図１、図２に示されるように、固定盤３４に取付けられる固定金型１３は、本体部３５（母型）、コアブロック３６、当接ブロック３７、メスカッタ３８、ランナ形成ブロック３９、スプルブッシュ４０等からなる。そして本体部３５に、前記コアブロック３６、当接ブロック３７、およびランナ形成ブロック３９等が固定されている。コアブロック３６は、スペーサブロック４１とキャビティ形成面５８ａを構成するキャビティ形成ブロック４２（ブロック）からなっている。キャビティ形成ブロック４２の母材であるステンレス鋼の表面側（母材の表面または母材と別部材を介した表面）には、可動金型１２と同様に、キャビティ形成ブロック４２の母材よりも熱伝導率が低い金属溶射層５７からなる断熱層が形成され、断熱層の表面側（金属溶射層５７の表面または金属溶射層５７と別部材を介した表面）には該断熱層よりも熱伝導率が高い金属層５８からなる保熱層が形成されている。これらの詳細についてはキャビティ形成ブロック２２とほぼ同じであるので省略する。ただし実施例１では、固定金型１３の金属層５８のキャビティ形成面５８ａには極薄導光板Ｐに転写を行うパターン５９が刻設されている。なおパターン５９は必須でなく、少なくとも一方の金型に形成されたものでもよい。また断熱層と保熱層の組合わせは、パターンが刻設される側の金型のみに設けてもよい。

また固定金型１３のランナ形成ブロック３９（ブロック）のランナ形成面６０についても表面側（母材の表面または母材と別部材を介した表面）に該ランナ形成ブロック３９の母材よりも熱伝導率が低い金属溶射層からなる断熱層が形成され、断熱層の表面側には該断熱層よりも熱伝導率が高い金属層からなる保熱層が形成されている。また場合によってはスプルブッシュ４０の内面にも同様に断熱層と保熱層を形成してもよい。またランナ形成ブロック３９内部のランナ形成面６０の近傍には、ランナＰ２およびスプルＰ１を冷却するための冷却媒体が送られる冷却媒体流路２９が形成されている。

なお実施例１では、コアブロック１６に対して相対的に位置変更可能な可動枠ブロック１７が、固定金型１３の当接ブロック３７と当接する平当金型と呼ばれるタイプの成形金型１１について説明したが、一方の金型の凸部が他方の金型の凹部内に嵌合され、その間に容積可変のキャビティが形成されるインロー金型と呼ばれるタイプについても本発明を適用することができる。また本発明は少なくともキャビティ１４の厚みが変更される圧縮成形金型が望ましいがそれに限定されない。

実施例１の極薄導光板の成形金型１１が取付けられる射出成形機２４は、射出圧縮成形（その一分野の射出プレス成形を含む）が可能な射出圧縮成形機であって、固定盤３４と可動盤２６からなる型締装置２５と射出装置４４等から構成されている。そして型締装置２５は、可動盤２６の位置が高精度に制御可能となっている。また射出装置４４は、高速射出が可能となっている。

次に極薄導光板の成形金型１１が取付けられた射出成形機２４による極薄成形品である極薄導光板Ｐの成形方法（射出成形方法）について、図５、図６を中心に説明する。実施例１では対角寸法８インチ、板厚０．６ｍｍの均等板厚の極薄導光板Ｐをアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を使用して成形を行う。なお本発明は、図４に示されるように、例えば対角寸法３．５インチ（キャビティ１４の流動長寸法Ｌ＝７．５ｃｍ）では板厚０．１５ｍｍ〜０．３７５ｍｍ、対角寸法８インチ（キャビティの流動長寸法Ｌ＝１７．５ｃｍ）では板厚０．３５ｍｍ〜０．８７５ｍｍ、対角寸法１４インチ（キャビティの流動長寸法Ｌ＝２９．７ｃｍ）では板厚０．５９４ｍｍ〜１．４８５ｍｍというように、ゲート隣接部Ｐ４から他端部Ｐ５までの流動長寸法Ｌに対する板厚寸法Ｔが０．２％〜０．５％の極薄成形品である極薄導光板Ｐを成形するものである。なお極薄導光板Ｐの流動長寸法Ｌは、極薄導光板Ｐの形状、ゲート幅、およびゲート位置等により異なる。

一般的にアクリル樹脂（導光板専用グレード）で成形される極薄導光板Ｐは、流動長寸法Ｌが長い中型〜大型のものが多い。そしてアクリル樹脂は、光学特性に優れているが、内部応力により割れやすいという性質を持っている。従って９００ｍｍ／ｓｅｃよりも高い射出速度は、極薄導光板Ｐの内部応力を悪化されるため好ましくない。そして射出成形機２４の加熱筒前部の温度は、２５０℃（より一層好ましくは２３０℃〜３２０℃）とし、固定金型１３と可動金型１２のキャビティ形成面５３ａ，５８ａを冷却する冷却媒体の温度は、それぞれ６０℃（一例としてより好ましくは４０℃〜１００℃）とし、スプルＰ１およびランナＰ２を冷却する冷却媒体の温度もそれぞれ６０℃（より一層好ましくは４０℃〜１００℃）に設定する。

射出成形機２４の型締装置２５が駆動され型閉がなされると、型締完了前のキャビティ１４のキャビティ間隔が僅かに開いた位置（容積が僅かに拡大された位置）に可動盤２６および可動金型１２が一旦停止される。（または一旦型締完了位置まで可動金型１２を前進させてから停止位置へ後退させる。）その際の型締力は比較的低い値であって可動盤２６等が型締方向および型開方向の両方に移動しないように型締装置２５の型締シリンダに油を封じ込める。またはサーボモータを用いた型締装置の場合はサーボロック状態とする。そして次に射出成形機２４の射出装置４４のスクリュが前進され、スプルＰ１、ランナＰ２、ゲートＰ３を介してそれぞれのキャビティ１４に向けて溶融樹脂を射出する。この際の射出速度は、５００ｍｍ／ｓｅｃ（望ましくは３００〜９００ｍｍ／ｓｅｃ、より望ましくは３００〜７００ｍｍ／ｓｅｃ）とする。

この際、図５に示されるようにランナ形成面５６，６０の保熱層の温度は、断熱層の断熱効果により、冷却媒体温度である６０℃程度から溶融樹脂温度（ただし加熱筒内部よりも温度は低下）近くまで急速に昇温される。このランナ形成面５６，６０の昇温カーブは、従来の断熱層と保熱層の無い成形金型よりも急激なカーブで昇温される。そのためランナ形成面５６，６０の表面にスキン層が形成されるのが遅れ、溶融樹脂の流動性が確保される。また射出充填終了後に熱容量の大きい母型側から断熱層を介して保熱層側に冷却熱が伝達されると、保熱層は熱伝導率が高いことから急速にランナＰ２が冷却される。極薄導光板Ｐの成形においては、成形品よりもランナＰ２またはスプルＰ１の部分の方が板厚が厚いので、ランナＰ２またはスプルＰ１が急速に冷却されることは成形サイクル時間の短縮に寄与する。

そしてまた実施例１の射出プレス成形では、射出開始前にランナ形成ブロック１８およびキャビティ形成ブロック２２は後退した位置であるので、ランナＰ２およびゲートＰ３の断面積が広がった状態でキャビティ１４内に射出充填を行うことができる。（射出圧縮成形の場合は、射出圧によりランナおよびゲートが広がるので類似した効果が得られる。）そして射出により溶融樹脂の一部がキャビティ１４内に流入したタイミングをスクリュの前進位置により検出して型締装置２５の再駆動（昇圧）を行う。そして可動金型１２のコアブロック１６を固定金型１３のコアブロック３６に向けて前進させ、キャビティ１４内の溶融樹脂を圧縮し、溶融樹脂をキャビティ１４のゲートＰ３から他端部（流動端部）まで延展する。

この際、射出工程の間はスクリュ前進によりゲートＰ３等を介してキャビティ１４内に向けて溶融樹脂が供給される。しかし射出工程が完了し保圧工程に移行し射出装置４４側からの圧力が急速に低下された際には、まだ型締装置２５による溶融樹脂の圧縮は継続されているので、今度はキャビティ１４からゲートＰ３を介して溶融樹脂がランナＰ２側に逆流する。なお逆流開始時は、射出速度、射出圧力、保圧時の圧力、保圧切換のタイミング、型締速度、型締力、および型締開始のタイミング等、キャビティ容積等により一定ではないが、保圧切換時を中心にしてその直前から型締装置２５の昇圧完了までの間である。このように溶融樹脂を逆流させることにより、極薄導光板Ｐのゲート側の板厚の方が最遠方の他端部Ｐ５側よりも厚くなるのを防止することができる。

この際、図６に示されるようにキャビティ形成ブロック２２，４２の保熱層である金属層５２，５８の温度は、断熱層である金属溶射層５１，５７の断熱効果により、冷却媒体温度である６０℃程度から流動する溶融樹脂温度近くまで急速に昇温される。このキャビティ形成面５３ａ，５８ａの昇温カーブは、従来の断熱層と保熱層の無い成形金型よりも急激なカーブで昇温される。そのためキャビティ形成面５３ａ，５８ａの表面にスキン層が形成されるのが遅れ溶融樹脂の流動性が確保されるとともに、型締装置２５による圧縮も加わってパターン５９による極薄導光板Ｐへの転写も良好になる。また射出充填終了後に断熱層を介して熱容量の大きい母型側から保熱層側に冷却熱が伝達されると、保熱層は熱伝導率が高いことから急速に冷却され、キャビティ１４内の溶融樹脂の冷却を促進する。または当初のキャビティ形成面５３ａ，５８ａの温度を従来と同じ８０℃に近づけた温度にしておけば、成形サイクル時間の短縮は見込めないが、キャビティ１４内での溶融樹脂の流動性を更に高めることができる。

そして射出開始時または型締開始時から所定時間が経過したことがタイマで検出されるとゲートカッタ１９の駆動機構が作動しゲートが切断される。この際にゲートカッタ１９の前進により逆流中の溶融樹脂を遮断することにより、上記のように一層極薄導光板Ｐの板厚精度の向上が図りやすい。そしてキャビティ１４内で溶融樹脂の冷却が完了すると板厚精度が良好な極薄導光板Ｐが取出され、後工程へ送られる。

図７に示される実施例２は、実施例１と同様の成形金型１１および射出成形機２４によりポリカーボネート樹脂（ＰＣ）を用いて射出成形を行った際のキャビティ形成面５３ａまたは５８ａの温度等を示している。一般的にポリカーボネート樹脂（導光板専用グレード）で成形される極薄導光板Ｐは、携帯電話用等の小型のものが多い。そして射出成形機２４の加熱筒前部の温度は、３３０℃〜３９５℃とし、キャビティ形成面５３ａ，５８ａを冷却する冷却媒体の温度は、９０℃〜１３０℃（実施例２では１１５℃）に設定する。そして前記同様に射出速度を３００〜９００ｍｍ／ｓｅｃとしてポリカーボネート樹脂の射出を行う。

そして射出された溶融樹脂により、キャビティ形成面５８ａを直接構成する金属層５８、またはキャビティ形成面５３ａの裏面側の金属層５２の温度は、射出中に急速に昇温され、従来の断熱層と保熱層の無い成形金型よりも高温になる。そのためキャビティ１４内の溶融樹脂の流動性および転写性が確保される。また射出充填終了後に断熱層である金属溶射層５１，５７を介して熱容量の大きい母型側から保熱層である金属層５２，５８側に冷却熱が伝達されると、前記金属層５２，５８は熱伝導率が高いことから急速に冷却され、成形サイクル時間の短縮に寄与する。または当初温度を１３５℃に近づけておくことにより、成形サイクル時間の短縮はされないが溶融樹脂の流動性を更に高めることができる。実施例２についてもキャビティ１４と同様にスプルＰ１やランナＰ２も断熱層と保熱層を設けて保熱層を急速に昇温させることもできる。

実施例３の成形金型については図示を省略するが、上下に型開閉され、パーティング面にスプルブッシュが形成されている。そしてスプルブッシュ、ランナ形成面、キャビティ形成面に断熱層と保熱層が形成されている。その場合、スプルブッシュは、両方の金型に跨っており分割されるので、断熱層と保熱層の形成作業が容易となる。またスプルブッシュ内でスプル切断がされた場合も断熱層等にダメージを与えずに取出しがしやすい。更には平面または平面に近いパーティング面上にスプルブッシュ、ランナ、キャビティを連続して形成することができるので、射出した溶融樹脂の流動損失が少ない。キャビティを複数形成する場合は、ランナをＹ字形に配設する（射出側がＹ字の下側）ことにより流動損失を更に小さくすることも可能である。

本発明は、極薄導光板以外にも光拡散板、レンズ、樹脂ガラスや車輌用樹脂窓材、ＳＤカードケース、電池ケース等の種類を問わない極薄成形品を成形する成形金型全般に用いられる。また極薄成形品は、均等圧な板厚のものに限定されず、一部に厚肉部を有するもの、曲面を有するもの、および箱状のもの等でも記載された流動長寸法と板厚の比に該当するものであればよい。更に極薄成形品を成形する材料は、実施例に記載された樹脂に限定されず各種樹脂材料であってもよい。

１１導光板の成形金型（極薄成形品の成形金型）
１２可動金型
１３固定金型
１４キャビティ
１８，３９ランナ形成ブロック（ブロック）
２２，４２キャビティ形成ブロック（ブロック）
２４導光板の射出成形機（極薄成形品の射出成形機）
２５型締装置
５１，５７金属溶射層（断熱層）
５２，５８金属層（保熱層）
５３ａ，５８ａキャビティ形成面
Ｌ流動長寸法
Ｐ極薄導光板
Ｐ２ランナ
Ｔ板厚

Claims

固定金型と可動金型の間にキャビティが配設され、該キャビティの端部にゲートが設けられた極薄成形品の成形金型において、
ゲート隣接部から最遠方の他端部までの流動長寸法に対する板厚寸法が０．２％〜０．５％の極薄成形品を成形可能なキャビティが設けられ、
前記キャビティまたはランナを形成するブロックの表面側には該ブロックの母材よりも熱伝導率が低い断熱層が形成され、
前記断熱層の表面側には該断熱層よりも熱伝導率が高い保熱層が形成されていることを特徴とする極薄成形品の成形金型。
前記断熱層は、厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの金属溶射層であり、前記保熱層は、溶射以外の方法により形成された厚さ０．０１ｍｍ〜０．５０ｍｍの金属層であることを特徴とする請求項１に記載の極薄成形品の成形金型。
少なくともキャビティは厚みが変更可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の極薄成形品の成形金型。
請求項１に記載の成形金型を用いた極薄成形品の成形方法において、
射出時に少なくともキャビティの厚さを極薄成形品の板厚よりも広げた状態で溶融樹脂の射出を行い、射出中または射出後にキャビティ内の溶融樹脂を圧縮することを特徴とする極薄成形品の成形方法。
射出時の射出速度は、３００ｍｍ／ｓｅｃ〜９００ｍｍ／ｓｅｃとすることを特徴とする請求項４に記載の極薄成形品の成形方法。
極薄成形品の成形材料はアクリルであって、キャビティ形成ブロックを冷却する媒体の温度は４０℃〜１００℃とすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の極薄成形品の成形方法。