光学製品の射出成形方法
【課題】 未乾燥の樹脂材料を用いても、成形不良の発生しない光学製品の射出成形方法を提供する。
【解決手段】 射出装置１２の加熱筒３１内を減圧した状態で樹脂材料Ｍを可塑化し、可塑化した溶融材料Ｍ１を成形金型６４内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法において、前記加熱筒３１内を常時気密状態とするとともに真空ポンプで吸引し、真空度を０．３３ｋＰａ〜１１．３３ｋＰａとし、未乾燥の樹脂材料Ｍの可塑化を行い、可塑化された溶融材料Ｍ１を成形金型６４内に射出する。
【解決手段】 射出装置１２の加熱筒３１内を減圧した状態で樹脂材料Ｍを可塑化し、可塑化した溶融材料Ｍ１を成形金型６４内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法において、前記加熱筒３１内を常時気密状態とするとともに真空ポンプで吸引し、真空度を０．３３ｋＰａ〜１１．３３ｋＰａとし、未乾燥の樹脂材料Ｍの可塑化を行い、可塑化された溶融材料Ｍ１を成形金型６４内に射出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出装置の加熱筒内を減圧した状態で樹脂材料を可塑化し、可塑化した溶融材料を成形金型内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導光板、光拡散板、レンズ、および光ディスク等の光学製品は、自然光、照射光、レーザー光、および紫外線等の光線の透過率が低い場合には、製造工程または使用時に強い光線が必要となってしまうことから光線透過率が高い光学製品が望まれている。よって光学製品は、前記光線透過率に優れた、ポリカーボネート、アクリル、環状オレフィン系樹脂等の透明樹脂材料を用いて射出成形（キャビティ内で溶融材料が圧縮される射出圧縮成形を含む）により成形されることが一般的である。ところが射出成形により光学製品を成形する場合には、射出成形機の加熱筒内で樹脂材料を可塑化して溶融する過程や射出してキャビティ内へ注入される過程で樹脂材料が劣化し、光学製品に「焼け」や「黄変」が発生して前記光線透過率が低下してしまうという問題があった。また同様に加熱筒内で樹脂材料を可塑化して溶融する過程や射出してキャビティ内へ注入される過程でガスや水分が発生し、それらが光学製品に混入して銀条（シルバーストリーク）が発生することがあった。
【０００３】
前記の問題を解決しようとしたものとして特許文献１ないし特許文献４に記載されたものが公知である。特許文献１は、導光板用射出成形機に関するものであって、射出装置が可塑化の工程に入ると開閉装置を閉鎖して加熱筒内を気密状態とし、溶融材料から発生するガスを吸引し或る程度の減圧状態とすることが記載されている。そして特許文献１の射出装置は、可塑化の工程が終了すると、前記開閉装置を開放して、再び樹脂を供給するので加熱筒内は大気圧に戻る。しかしこのような機構では成形サイクルの間に加熱筒内の閉鎖と開放を繰り返すので、真空度が十分に上昇する前に溶融材料の計量を行って射出することになり、黄変を防止し、光線透過率の高い光学製品を成形することは不可能であった。また特許文献１では樹脂材料の供給量を調節することが十分に出来ないので、加熱筒内から効率的にガスや水分を吸引することが出来ないものであった。
【０００４】
また特許文献２についても、導光板等のシルバーストリーク対策や樹脂の劣化対策のために、導光板を成形する射出成形機の加熱筒内を回転弁体で気密状態とし、加熱筒内を真空ポンプにより吸引することが記載されている。しかしながら特許文献２の射出装置は、回転弁体を回転する際に少量の空気が加熱筒内に入り込むことから真空度を高真空状態に到達させることが困難であった。従って特許文献２についても、導光板等のシルバーストリーク対策やある程度の変色を抑えることは可能であるが、光線透過率が高い導光板等の光学製品を成形することは不可能であった。また特許文献２では、回転弁体を用いることにより樹脂材料の供給量が調節されずに一度に大量に加熱筒内に供給され、そのまま溶融されることから加熱筒内から効率的にガスや水分を吸引することが出来ないものであった。
【０００５】
更に特許文献３では、導光板の酸化・変色を防止するために、導光板を成形する射出成形機の加熱筒内または前記加熱筒内へ樹脂材料を供給する供給装置内に向けて窒素等の不活性ガスを供給することが記載されている。しかしながら特許文献３のように窒素を加熱筒内に供給して可塑化された溶融材料で成形された導光板は、単に黄変等の変色を一定程度抑えるに留まり、十分な光線透過率が得られていなかった。また導光板の成形はクリーンルーム内で行われるが大量の窒素が用いられることによる環境問題等もあった。更に特許文献３についても樹脂材料の供給量を調節することが十分に出来ないので、加熱筒内から効率的にガスや水分を吸引することが出来ないものであった。
【０００６】
更にまた特許文献４では、加熱シリンダの供給口から不活性ガスを圧送してベント口から吸引した状態で、予備乾燥を省略した樹脂材料の可塑化を行い、計量された樹脂をキャビティ内に充填して板厚０．６〜１．２ｍｍ程の情報記録ディスクの成形を行うことが記載されている。しかしながら特許文献４は、加熱シリンダ内に不活性ガスを圧送し、それをベント口から吸引するので、加熱シリンダ内にガスの流れを作ることや僅かに加熱シリンダ内を減圧することは可能であるが、加熱シリンダ内を真空化することは出来ないものであった。従って溶融材料から発生するガスや水分の吸引が完全にできないものであった。また大量の樹脂材料が供給口から調節されずに供給されるため、加熱シリンダ内が樹脂材料で満たされて圧送した不活性ガスや樹脂材料から発生したガスの吸引が著しく制限されるものであった。従って予備乾燥を省略した樹脂を使用した場合には、水分が完全に除去されない状態で可塑化されるので、情報記録ディスクにシルバーストリーク等の不良が発生するという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】実用新案登録３０１６７８１号公報（０００１、００１０、００１１、００１３、図１）
【特許文献２】特開平９−１６４５２７号公報（０００５、０００８、０００９、図１）
【特許文献３】特開平８−５２７６３号公報（請求項１、００２２、図１）
【特許文献４】特開平９−１３１７７７号公報（請求項１、００１０、００１５、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明では上記の問題を鑑みて、未乾燥の樹脂材料を用いても、成形不良の発生しない光学製品の射出成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の光学製品の射出成形方法は、射出装置の加熱筒内を減圧した状態で樹脂材料を可塑化し、可塑化した溶融材料を成形金型内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法において、前記加熱筒内を常時気密状態とするとともに真空ポンプで吸引し、真空度を０．３３ｋＰａ〜１１．３３ｋＰａとし、未乾燥の樹脂材料の可塑化を行い、可塑化された溶融材料を成形金型内に射出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学製品の射出成形方法は、射出装置の加熱筒内を減圧した状態で樹脂材料を可塑化し、可塑化した溶融材料を成形金型内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法において、加熱筒内の真空度を０．３３ｋＰａ〜１１．３３ｋＰａとして未乾燥の樹脂材料の可塑化を行うので、可塑化された溶融材料を成形金型内に射出するので、乾燥装置を別途に設ける必要がなく、乾燥装置の消費電力の節約や乾燥装置へ樹脂材料を出入れする等の乾燥作業を省略することができ、なおかつ光学製品の焼けや黄変、シルバーストリークといった不良を防止した成形品を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施形態の光学製品の射出成形方法について、図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本実施形態における光学製品の射出成形機の概略説明図である。図２は、本実施形態における光学製品の射出成形機に取付けられるスクリュのフライトの展開図である。図３は、光学製品成形時の射出速度と加熱筒内真空吸引の関係を示す図である。
【００１２】
本実施形態では、光学製品である携帯電話用の導光板（対角寸法３インチ、板厚０．３ｍｍ）を、同時に２個を成形する場合について説明する。本実施形態では未乾燥の樹脂材料Ｍの可塑化を行い、可塑化された溶融材料Ｍ１を成形金型６４内に射出することを特徴としているので、樹脂材料の予備乾燥を行う乾燥装置は配置されていない。しかしながら未乾燥の樹脂材料Ｍはなるべく吸湿しない状態で保存することが望ましい。図１に示されるように材料貯蔵タンク１３から射出成形機１１へは、供給管１５が接続されている。そして図示しない圧送機構により未乾燥の樹脂材料Ｍが、射出装置１２に取付けられた樹脂材料供給装置１４へ送られる。樹脂材料供給装置１４は、上部に材料投入口を有し下部には未乾燥の樹脂材料Ｍの調整量を調節する供給量調節装置２１に連通する開口を有する筒状の供給筒２２と、供給筒２２の内部空間を開閉自在に区画する上部シャッタ２３ａ、下部シャッタ２３ｂ等によって、上部貯留室２４、中間貯留室２５、および下部貯留室２６に分割されている。なお本発明は、前工程での予備乾燥を行わないものであって、射出成形機１１の一部である前記上部貯留室２４、中間貯留室２５、および下部貯留室２６をヒータにより加熱して未乾燥の樹脂材料Ｍの昇温および短時間における乾燥作用を得るものを除外するものではない。
【００１３】
次に射出成形機１１の射出装置１２について説明する。図１に示されるように射出装置１２の供給量調節装置２１は、モータ２７によって回転駆動されるフィードスクリュ２８が搬送筒２９の内部に水平方向に配設されている。そして供給量調節装置２１は、前記下部貯留室２６と搬送筒２９の後側上部が接続され、搬送筒２９の前側下部は筒部３０を介して射出装置１２の加熱筒３１に接続されている。本発明では前記の供給量調節装置２１を用いることにより、加熱筒３１内へ未乾燥の樹脂材料Ｍを調節して供給することができる。加熱筒３１は可塑化された溶融材料Ｍ１の圧力に耐えるため所定肉厚の円筒部材であり、各ゾーンにはヒータ３６と熱電対３７がそれぞれ配設され、制御装置３８から各ゾーン毎に温度制御可能となっている。前記加熱筒３１には、ノズル３２のノズル孔３２ａに連通される内孔３９が形成されている。そして加熱筒３１の内孔３９には前方に逆流防止弁４０が設けられたスクリュ４２が回転可能かつ前後進可能に配設されている。そして加熱筒３１の前部には、シリンダヘッド３３が固着され、シリンダヘッド３３にはノズル３２が固着されている。また加熱筒３１の後部における投入口３５の周囲には、ハウジング３４が固着されている。ハウジング３４は温調装置により温調されるが結露を防止するため図示しないヒータも配設されている。
【００１４】
本実施形態においてスクリュ４２は、前後のメインフライト１６間の溝部１７に前記メインフライト１６よりも高さが低いサブフライト１８が形成されたサブフライトスクリュが用いられており、直径は２８ｍｍとなっている。スクリュ４２は、前方側から順に、軸部４３が大径に形成されメインフライト１６の高さが低いメタリングゾーン４４、軸部４３が前方側に向けてテーパー状に拡径されたコンプレッションゾーン４５、軸部４３の直径が小径に形成されメインフライト１６の高さが高いフィードゾーン４６に区分される。そして図１の概略説明図および図２の展開図に示されるように、前記フィードゾーン４６におけるメインフライト１６の前面１６ａにはサブフライト１８の始端部１８ａが接続されている。そしてサブフライト１８は、溝部１７の内部においてサブフライト１８の後面１８ｂとメインフライト１６の前面１６ａとの間の溝部１７ａの幅が前方に向けて徐々に拡大されるとともにサブフライト１８の前面１８ｃとメインフライト１６の後面１６ｂとの間の溝部１７ｂの幅が徐々に縮小される。そしてコンプレッションゾーン４５内においてメインフライト１６の後面１６ｂとサブフライト１８の終端部１８ｄが接続されている。なお加工上の理由により図２において１８ｅ，１８ｆで示されるようにサブフライト１８の始端部１８ａの前方と終端部１８ｄの後方の接続部分は、サブフライト１８と同様の高さとしてもよい。
【００１５】
なおサブフライト１８の始端部１８ａの設けられる位置は、フィードゾーン４６とコンプレッションゾーン４５の境界部であってもよく、コンプレッションゾーン４５内であってもよい。このサブフライト１８の始端部１８ａが設けられる位置は、スクリュ４２を加熱筒３１内に配設した場合、ハウジング３４によって熱を奪われない加熱筒３１の温度制御ゾーン（最後の温度制御ゾーンを除く）に対応していることが望ましい。またサブフライト１８は一部に切欠が設けられたものや、２本のサブフライト１８が前方と後方、又は平行して設けられたものでもよい。またサブフライト１８の後面１８ｂ側に位置するメインフライト１６についても、一部にガス抜き用の切欠が設けられたものや、他の部分のメインフライト１６の高さよりも低いがサブフライト１８よりも高いフライト高さとしたものでもよい。そしてサブフライトタイプのスクリュ４２のＬ／Ｄは、１８〜２８程度が望ましい。なおスクリュ４２は、ベント式射出装置に用いられるようなフィードゾーンの直径が太くなった後、一旦細くなり再度太くなるようなスクリュであってもよく、サブフライト１８の無い一般的なものを用いることも想定される。
【００１６】
またスクリュ４２の後方の軸部４７は、加熱筒３１に設けられたシール部材４８により回転自在にシールされている。そして射出装置１２には、計量時に未乾燥の樹脂材料Ｍを可塑化するためにスクリュ４２を回転させる計量用サーボモータ４９と、計量時に背圧を付与するとともに射出時にスクリュ４２を前進させる射出用サーボモータ５０が配設されている。
【００１７】
また樹脂材料供給装置１４、射出装置１２の供給量調節装置２１および加熱筒３１の各部は図示しないシール部材によりシールされ、加熱筒３１内が気密に保たれるようになっている。そして前記供給量調節装置２１の搬送筒２９の上部に設けられた吸引口５１には、管路５２が接続され、前記管路５２は、開閉バルブ５３を介して射出成形機１１に隣接して配設された真空装置の真空ポンプ５４に接続されている。また中間貯留室２５にも管路５５が接続され、図示しない開閉バルブを介して前記管路５２に接続されている。前記管路５２には加熱筒３１内の真空度を測定する真空計５６が配設されている。なお真空ポンプ５４から射出装置１２に接続される管路５２の吸引口５１は、加熱筒３１の後部（後端部を含む）、ハウジング３４、筒部３０を含む供給量調節装置２１のいずれかの場所に設けてもよい。
【００１８】
本実施形態で用いられる真空ポンプ５４は、ルーツ型４段のドライポンプであり、排気速度は９１０Ｌ／ｍｉｎ、到達真空度−１０１ｋＰａ（絶対真空度０．３３ｋＰａ）の能力を有する。なお真空ポンプ５４は回転翼型の油回転ポンプ等を用いてもよい。そして真空ポンプ５４の能力に余裕がある場合は、２台以上の射出成形機に接続してもよい。真空度が大気圧基準（ゲージ圧基準）で−９０ｋＰａ以下（絶対真空度で１１．３３ｋＰａ以下）であれば、望ましいガス吸引効果が得られ、更に望ましくは−９５ｋＰａ以下（絶対圧基準で６．３３ｋＰａ以下）であれば、ほぼ最高のガス吸引効果が得られる。また−９０ｋＰａ（１１．３３ｋＰａ）よりも低真空となると可塑化時のガスや水分の吸引作用が不足する。そしてゲージ圧が−１０１ｋＰａよりも下回るような高い真空度を得る真空ポンプ５４は、コストとの関係でオーバースペックとなる。なお真空ポンプ５４の排出側には、サイレンサ５７や脱臭装置５８が接続され、クリーンルームの外部に配管が接続される。
【００１９】
なお本実施形態では、不活性ガスである窒素の供給装置が配設されておらず、真空ポンプ５４を用いて加熱筒３１内の可塑化された溶融材料Ｍ１から発生した物質を真空吸引するので、クリーンルーム内に大量の窒素が排出されることが無く、環境問題の点でも優れている。また加熱筒３１内に不活性ガスを圧送しないので、真空度を上昇させることができる。
【００２０】
一方射出成形機１１の型締装置６０には、図示しないサーボバルブにより作動される型締シリンダ６１が配設されている。なお型締機構は、型締シリンダ６１の代わりに電動トグル機構を用いてもよい。そして本実施形態では、型締装置６０の固定盤６２と可動盤６３の間に携帯電話用の導光板を成形するための成形金型６４が取付けられている。前記成形金型６４は固定金型６５と可動金型６６とからなり、両者の間には容積が変更可能なキャビティ６７,６７が形成される。また固定金型６５および可動金型６６の少なくとも一方のキャビティ形成面には、導光板にパターン面を成形するための転写面が形成されている。なおキャビティ形成面は金属メッキ層（転写面がある場合と無い場合あり）や、スタンパを設けるようにしてもよい。なお本実施形態ではキャビティ内の真空吸引は行っていないが、行うものを除外するものではない。
【００２１】
制御装置３８は、前記加熱筒３１やノズル３２の熱電対３７、計量用サーボモータ４９や射出用サーボモータ５０のロータリエンコーダ、型締装置６０の可動盤６３の図示しない位置センサ、および型締装置６０の図示しない圧力センサ等といった射出成形機１１の各所、真空計５６、取出装置、および図示しない成形金型の温調装置等から検出信号が入力されるようになっている。また制御装置３８からは、供給量調節装置２１のモータ２７、加熱筒３１やノズル３２のヒータ、計量用サーボモータ４９、射出用サーボモータ５０、型締装置６０の油圧機構やその各開閉弁等といった射出成形機１１の各所、真空ポンプ５４、開閉バルブ５３等、上部シャッタ２３ａ、下部シャッタ２３ｂの駆動源、開閉バルブ５３等、取出装置、および図示しない成形金型の温調装置等に信号が送られるようになっている。
【００２２】
次に光学製品の射出成形方法（射出圧縮成形を含む）について説明する。本実施形態では導光板の射出成形機１１による導光板の成形方法について説明する。予備乾燥されていない未乾燥の樹脂材料Ｍ（ポリカーボネート樹脂のバージンペレットが一般的である）が、材料貯蔵タンク１３から樹脂材料供給装置１４の上部貯留室２４に供給される。すると加熱筒３１内の真空度が低下しないように、まず制御装置３８からの信号により上部シャッタ２３ａを開放し、中間貯留室２５に未乾燥の樹脂材料Ｍを落下させると上部シャッタ２３ａを閉鎖する。次に図示しない反射式の樹脂量感知センサの検出値やタイマの計時等により下部シャッタ２３ｂを開放し、中間貯留室２５の未乾燥の樹脂材料Ｍを供給量調節装置２１に連通する下部貯留室２６へ落下させる。従って加熱筒３１内は上下のシャッタ２３ａ，２３ｂは同時に開放されることなく、常に気密状態に保たれる（加熱筒３１のシール部材４８とスクリュ４２の軸部４７との間等からの僅かなリーク等を除く）。
【００２３】
供給量調節装置２１では、モータ２７による回転制御により加熱筒３１内が常に飢餓状態（加熱筒３１の投入口３５においてスクリュ４２の軸部４７の上面以上に未乾燥の樹脂材料Ｍが充満されない状態）となるようフィードスクリュ２８の回転数および／または回転時間を制御して未乾燥の樹脂材料Ｍを筒部３０を介して加熱筒３１内に調節して供給する。本実施形態では制御装置３８において計量時のスクリュ４２の回転数に対して供給量調節装置２１のフィードスクリュ２８の回転数が演算されモータ２７により回転制御されるようになっている。加熱筒３１内の未乾燥の樹脂材料Ｍを飢餓状態とするのは後方からのガス等の吸引を容易にするためと、加熱筒３１内での未乾燥の樹脂材料Ｍの滞留時間を減少させて熱劣化を防止するためである。しかしながら計量完了位置や成形品の重量ばらつきをより安定させたい場合は、完全な飢餓状態とせずにガス等の吸引の通路が確保される程度で未乾燥の樹脂材料Ｍの供給量を増やすようにしてもよい。
【００２４】
加熱筒３１の温度は、最も温度が高い前部ゾーンが３４０℃〜３８０℃、ハウジング３４に近い後部ゾーンが２８０℃〜３３０℃となるように制御装置３８によりＰＩＤ制御されている。特に前部ゾーンについては、現在の一般的に使用されるポリカーボネート樹脂ではこれ以上高い温度とすると樹脂材料の熱分解が進行して成形された導光板において焼けや黄変が発生する。真空装置の真空ポンプ５４の能力は前記のように０．３３ｋＰａまで到達可能であるが、実質的には加熱筒３１内の真空度は、僅かなリークがあり大気圧基準（ゲージ圧基準）で−９８ｋＰａ、絶対圧基準で３．３３ｋＰａ程度となっている。なお前記加熱筒３１内の真空度は、−９０ｋＰａ（１１．３３ｋＰａ）〜−１０１ｋＰａ（０．３３ｋＰａ）として可塑化することが望ましく、更には−９５ｋＰａ（６．３３ｋＰａ）〜−１０１ｋＰａ（０．３３ｋＰａ）として可塑化することがより一層望ましい。真空ポンプ５４は、原則として成形中に停止されることなく連続作動される。なお本発明は、前記真空度を達成可能なものであれば、窒素ガス等の不活性ガスを射出装置１２の加熱筒３１内またはその前工程に微量投入するものを完全に除外するものではない。
【００２５】
そして前記のように真空ポンプ５４で吸引（減圧した状態）されている加熱筒３１内のスクリュ４２のフライト間に供給された未乾燥の樹脂材料Ｍは、計量開始とともに計量用サーボモータ４９の駆動によるスクリュ回転によって加熱筒３１の前方へ送られる。計量時のスクリュ回転数は２００ｒ．ｐ．ｍ．〜４００ｒ．ｐ．ｍ．と高回転であることがより望ましく、背圧は０．５ＭＰａ〜３ＭＰａと低めであることがより望ましい。そして未乾燥の樹脂材料Ｍは、前記条件によるスクリュ回転時のスクリュ４２と加熱筒３１の内孔３９の間におけるせん断発熱と、ヒータ３６によって加熱された加熱筒３１から加えられる熱とによって可塑化が行われる。より具体的にはサブフライト１８の分岐される付近から未乾燥の樹脂材料Ｍは溶融開始されるように温度コントロールがなされている。そしてサブフライト１８の前面１８ｃとメインフライト１６の後面１６ｂとの間の溝部１７ｂを未溶融の樹脂材料Ｍは前方に送られる。その際未溶融の樹脂材料Ｍは、サブフライト１８の前面１８ｃ側に沿って滞留され、加熱筒３１の内孔３９の側から僅かづつ溶融が進行する。そして前記未溶融の樹脂材料Ｍのうち可塑化された溶融材料Ｍ１（不完全な溶融状態のものを含む場合あり）がサブフライト１８を超えてサブフライト１８の後面１８ｂとメインフライト１６の前面１６ａとの間の溝部１７ａへ移動される。
【００２６】
従って溝部１７ｂには未溶融の樹脂材料Ｍが存在し、特にメインフライト１６の後面１６ｂ側には隙間があるので、真空ポンプ５４によって後方から加熱筒３１内を真空吸引した際、未乾燥の樹脂材料Ｍや可塑化された溶融材料Ｍ１に邪魔されることなくガスや水分を効率的に吸引除去することができる。また可塑化された溶融材料Ｍ１は、サブフライト１８の後面１８ｂとメインフライト１６の前面１６ａとの間の溝部１７ａに蓄積されるが、メインフライト１６と加熱筒３１の内孔３９の間にはガス等が流通する隙間は存在するので、可塑化された溶融材料Ｍ１から発生したガス等は、メインフライト１６を乗越えて先ほどの溝部１７ｂの隙間を介して後方に吸引される。なおメインフライト１６に切欠等を設けてより積極的にガス等を吸引可能としてもよい点は上記した通りである。また別の形状のスクリュにおいてもフライト間に溶融材料が完全に充満されるのではなく、吸引口５１に向けてガス抜きの通路が連通されるものが望ましい。また加熱筒３１の中間よりも後方部分（スクリュ４２のフィードゾーン４６に対応する部分）から未乾燥の樹脂材料Ｍの溶融が開始されるものが望ましい。
【００２７】
そして計量の進行とともにスクリュ４２が回転しながら後退して、スクリュ４２の前方に可塑化され溶融された溶融材料Ｍ１（１回の成形分＋クッション量）が貯留される。計量時にノズル３２の先端は固定金型６５に常時当接され、加熱筒３１内の前方側の気密が保たれている。なお溶融された溶融材料Ｍ１から除去された物質は、図示しないフィルタにより固形分が捕集された上で真空ポンプ５４へ送られ、その後ガスは脱臭装置５８で脱臭された上でクリーンルーム外に放出される。
【００２８】
次に射出用サーボモータ５０の駆動により、スクリュ前方の可塑化された溶融材料Ｍ１がノズル３２のノズル孔３２ａおよび型閉めされた成形金型６４のスプルを介して同じく成形金型６４のキャビティ６７，６７内に射出充填される。この際の射出速度は成形される導光板の大きさと板厚の関係によって決定されるが、本実施形態では３６０ｍｍ／ｓｅｃとなっている。なお射出速度については導光板の対角寸法に対して板厚が薄くなるほど超高速が求められる。しかし本実施形態では射出圧縮成形（射出プレス成形）により、キャビティ６７を広げた状態から射出ができるので射出速度を比較的低く中速とすることができる。射出速度は導光板の対角寸法を板厚で除算したものに８〜２５を乗算した値（単位はｍｍ／ｓｅｃ）であって、８００ｍｍ／ｓｅｃより低い速度である中速射出が望ましく、例えば８００ｍｍ／ｓｅｃ以上の超高速射出は望ましくない。
【００２９】
何故なら図３にも示されるように、８００ｍｍ／ｓｅｃ以上の超高速射出では、射出時に溶融材料が流路との間で高摩擦状態となって異常発熱されることに加え、超高速射出により溶融材料が送込まれることにより、ノズル、スプル、ランナ、およびキャビティ内の空気（酸素）が逃げ場を失って、急激に圧縮されて高温となり、前記溶融材料に焼けが生じるからである。しかしながら従来の導光板成形では、キャビティ容積が変更されない成形金型を用いて通常の射出成形が行われていたので、導光板の対角寸法を板厚で除算した値が１５以上である薄肉導光板（一例として対角寸法３インチで板厚０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの導光板や、対角寸法７インチで板厚０．５〜１．０ｍｍの導光板等）は、射出速度が８００ｍｍ／ｓｅｃ以上の超高速射出を行うことが必須であった。また前記焼けの問題は、成形金型のキャビティ内を真空吸引しておくことによりある程度解決可能であるが、キャビティ内を真空吸引すると、今度はキャビティ内で溶融材料から発生するガスや水蒸気がシルバーストリーク等の不良を引き起こすという問題があった。そしてまた加熱筒内を大気圧の状態、または不活性ガスを充填した状態で可塑化したものでは、射出速度の程度に拘わらず、シルバーストリークや黄変が発生し、超高速射出を行うとシルバーストリークと黄変に加えて焼けの不良も発生する。一方加熱筒内を真空吸引するとともに前記の中速射出を行ったものでは、焼け、黄変、およびシルバーストリークともに良好な結果を示した。
【００３０】
なお前記において超高速射出を行う場合、射出装置が大型化し大容量のサーボモータやアキュームレータを必要とするので装置コストが高額化するという問題や、射出成形機や成形金型の消耗が激しくメンテナンスコストがかかるという問題もある。また成形金型のキャビティ内を真空吸引する場合についても装置コストとメンテナンスコストが別途に発生するという問題がある。
【００３１】
キャビティ６７，６７内の可塑化された溶融材料Ｍ１は、型締装置６０の型締シリンダ６１の高速昇圧作動により急速に圧縮されて射出圧縮成形がなされる。そして前記成形金型６４のキャビティ形成面の転写面により導光板に良好な転写が行われる。導光板の成形金型６４は、図示しない温調装置から成形金型６４内の冷却流路に送られる冷却媒体により冷却がされており、導光板の冷却が進行すると可動金型６６が型開きされ、取出装置により取り出され、次の冷却工程へ送られる。なお本実施形態では、携帯電話用の導光板の成形サイクルは、３．０〜４．５秒で行われ、未乾燥の樹脂材料Ｍが高温状態で熱分解される時間を短縮することがより望ましい。
【００３２】
導光板の成形に用いられる樹脂は、前記のポリカーボネートが最も未乾燥状態からの成形に適するが、アクリルの他、環状オレフィン系樹脂等を用いてもよい。環状オレフィン系の樹脂としてはアートン、アペル、ゼオノア（それぞれ登録商標）等があげられ、中でも高流動性グレードの透明樹脂が選択される。またスプル等の再生樹脂をそのまま利用するものでもよい。そして真空状態の加熱筒３１内で可塑化された溶融材料Ｍ１を用いて前記のような中速射出でキャビティ６７内に溶融材料Ｍ１が射出され、キャビティ内で型締装置６０により圧縮がなされ導光板の成形がなされる。
【００３３】
本発明で成形される導光板は、対角寸法が２０インチ以上の大型導光板を含み、サイズは限定されない。また板厚が厚い部分と薄い部分がある場合も含まれ、その場合は薄い部分によって薄肉導光板であるかが定義される。更に光学製品としては、拡散板やレンズ、光ディスクのディスク基板等でもよい。ディスク基板については全てに適用可能であるが、ＤＶＤ用（登録商標）のダミーディスク基板や、ブルーレイディスク用（登録商標）のディスク基板は、ディスク基板内にレーザー光を透光させて信号を読取らないのでより一層本発明に適する。
【００３４】
本発明で成形される射出成形機は、次のようなものでもよい。射出装置１２の供給量調節装置２１は、フィードスクリュ２８が取付けられたもの以外にも、シャッタ動作によって樹脂供給量を調節するものや、通路の断面積を絞って樹脂供給量を調節するものでもよい。また射出装置については、スクリュによって可塑化された溶融材料を別のプランジャ装置に送り、プランジャ装置から成形金型内に射出するものでもよい。更に成形金型については、インロー構造の成形金型であって射出圧縮成形（射出プレスを含む）が可能なものでもよい。
【００３５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態における光学製品の射出成形機の概略説明図である。
【図２】本実施形態における光学製品の射出成形機に取付けられるスクリュのフライトの展開図である。
【図３】光学製品成形時の射出速度と加熱筒内真空吸引の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１ 射出成形機
１２ 射出装置
１４ 樹脂材料供給装置
１６ メインフライト
１７，１７ａ，１７ｂ 溝部
１８ サブフライト
２１ 供給量調節装置
３１ 加熱筒
４２ スクリュ
５４ 真空ポンプ
Ｍ 未乾燥の樹脂材料
Ｍ１ 可塑化された溶融材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出装置の加熱筒内を減圧した状態で樹脂材料を可塑化し、可塑化した溶融材料を成形金型内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導光板、光拡散板、レンズ、および光ディスク等の光学製品は、自然光、照射光、レーザー光、および紫外線等の光線の透過率が低い場合には、製造工程または使用時に強い光線が必要となってしまうことから光線透過率が高い光学製品が望まれている。よって光学製品は、前記光線透過率に優れた、ポリカーボネート、アクリル、環状オレフィン系樹脂等の透明樹脂材料を用いて射出成形（キャビティ内で溶融材料が圧縮される射出圧縮成形を含む）により成形されることが一般的である。ところが射出成形により光学製品を成形する場合には、射出成形機の加熱筒内で樹脂材料を可塑化して溶融する過程や射出してキャビティ内へ注入される過程で樹脂材料が劣化し、光学製品に「焼け」や「黄変」が発生して前記光線透過率が低下してしまうという問題があった。また同様に加熱筒内で樹脂材料を可塑化して溶融する過程や射出してキャビティ内へ注入される過程でガスや水分が発生し、それらが光学製品に混入して銀条（シルバーストリーク）が発生することがあった。
【０００３】
前記の問題を解決しようとしたものとして特許文献１ないし特許文献４に記載されたものが公知である。特許文献１は、導光板用射出成形機に関するものであって、射出装置が可塑化の工程に入ると開閉装置を閉鎖して加熱筒内を気密状態とし、溶融材料から発生するガスを吸引し或る程度の減圧状態とすることが記載されている。そして特許文献１の射出装置は、可塑化の工程が終了すると、前記開閉装置を開放して、再び樹脂を供給するので加熱筒内は大気圧に戻る。しかしこのような機構では成形サイクルの間に加熱筒内の閉鎖と開放を繰り返すので、真空度が十分に上昇する前に溶融材料の計量を行って射出することになり、黄変を防止し、光線透過率の高い光学製品を成形することは不可能であった。また特許文献１では樹脂材料の供給量を調節することが十分に出来ないので、加熱筒内から効率的にガスや水分を吸引することが出来ないものであった。
【０００４】
また特許文献２についても、導光板等のシルバーストリーク対策や樹脂の劣化対策のために、導光板を成形する射出成形機の加熱筒内を回転弁体で気密状態とし、加熱筒内を真空ポンプにより吸引することが記載されている。しかしながら特許文献２の射出装置は、回転弁体を回転する際に少量の空気が加熱筒内に入り込むことから真空度を高真空状態に到達させることが困難であった。従って特許文献２についても、導光板等のシルバーストリーク対策やある程度の変色を抑えることは可能であるが、光線透過率が高い導光板等の光学製品を成形することは不可能であった。また特許文献２では、回転弁体を用いることにより樹脂材料の供給量が調節されずに一度に大量に加熱筒内に供給され、そのまま溶融されることから加熱筒内から効率的にガスや水分を吸引することが出来ないものであった。
【０００５】
更に特許文献３では、導光板の酸化・変色を防止するために、導光板を成形する射出成形機の加熱筒内または前記加熱筒内へ樹脂材料を供給する供給装置内に向けて窒素等の不活性ガスを供給することが記載されている。しかしながら特許文献３のように窒素を加熱筒内に供給して可塑化された溶融材料で成形された導光板は、単に黄変等の変色を一定程度抑えるに留まり、十分な光線透過率が得られていなかった。また導光板の成形はクリーンルーム内で行われるが大量の窒素が用いられることによる環境問題等もあった。更に特許文献３についても樹脂材料の供給量を調節することが十分に出来ないので、加熱筒内から効率的にガスや水分を吸引することが出来ないものであった。
【０００６】
更にまた特許文献４では、加熱シリンダの供給口から不活性ガスを圧送してベント口から吸引した状態で、予備乾燥を省略した樹脂材料の可塑化を行い、計量された樹脂をキャビティ内に充填して板厚０．６〜１．２ｍｍ程の情報記録ディスクの成形を行うことが記載されている。しかしながら特許文献４は、加熱シリンダ内に不活性ガスを圧送し、それをベント口から吸引するので、加熱シリンダ内にガスの流れを作ることや僅かに加熱シリンダ内を減圧することは可能であるが、加熱シリンダ内を真空化することは出来ないものであった。従って溶融材料から発生するガスや水分の吸引が完全にできないものであった。また大量の樹脂材料が供給口から調節されずに供給されるため、加熱シリンダ内が樹脂材料で満たされて圧送した不活性ガスや樹脂材料から発生したガスの吸引が著しく制限されるものであった。従って予備乾燥を省略した樹脂を使用した場合には、水分が完全に除去されない状態で可塑化されるので、情報記録ディスクにシルバーストリーク等の不良が発生するという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】実用新案登録３０１６７８１号公報（０００１、００１０、００１１、００１３、図１）
【特許文献２】特開平９−１６４５２７号公報（０００５、０００８、０００９、図１）
【特許文献３】特開平８−５２７６３号公報（請求項１、００２２、図１）
【特許文献４】特開平９−１３１７７７号公報（請求項１、００１０、００１５、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明では上記の問題を鑑みて、未乾燥の樹脂材料を用いても、成形不良の発生しない光学製品の射出成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の光学製品の射出成形方法は、射出装置の加熱筒内を減圧した状態で樹脂材料を可塑化し、可塑化した溶融材料を成形金型内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法において、前記加熱筒内を常時気密状態とするとともに真空ポンプで吸引し、真空度を０．３３ｋＰａ〜１１．３３ｋＰａとし、未乾燥の樹脂材料の可塑化を行い、可塑化された溶融材料を成形金型内に射出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学製品の射出成形方法は、射出装置の加熱筒内を減圧した状態で樹脂材料を可塑化し、可塑化した溶融材料を成形金型内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法において、加熱筒内の真空度を０．３３ｋＰａ〜１１．３３ｋＰａとして未乾燥の樹脂材料の可塑化を行うので、可塑化された溶融材料を成形金型内に射出するので、乾燥装置を別途に設ける必要がなく、乾燥装置の消費電力の節約や乾燥装置へ樹脂材料を出入れする等の乾燥作業を省略することができ、なおかつ光学製品の焼けや黄変、シルバーストリークといった不良を防止した成形品を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施形態の光学製品の射出成形方法について、図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本実施形態における光学製品の射出成形機の概略説明図である。図２は、本実施形態における光学製品の射出成形機に取付けられるスクリュのフライトの展開図である。図３は、光学製品成形時の射出速度と加熱筒内真空吸引の関係を示す図である。
【００１２】
本実施形態では、光学製品である携帯電話用の導光板（対角寸法３インチ、板厚０．３ｍｍ）を、同時に２個を成形する場合について説明する。本実施形態では未乾燥の樹脂材料Ｍの可塑化を行い、可塑化された溶融材料Ｍ１を成形金型６４内に射出することを特徴としているので、樹脂材料の予備乾燥を行う乾燥装置は配置されていない。しかしながら未乾燥の樹脂材料Ｍはなるべく吸湿しない状態で保存することが望ましい。図１に示されるように材料貯蔵タンク１３から射出成形機１１へは、供給管１５が接続されている。そして図示しない圧送機構により未乾燥の樹脂材料Ｍが、射出装置１２に取付けられた樹脂材料供給装置１４へ送られる。樹脂材料供給装置１４は、上部に材料投入口を有し下部には未乾燥の樹脂材料Ｍの調整量を調節する供給量調節装置２１に連通する開口を有する筒状の供給筒２２と、供給筒２２の内部空間を開閉自在に区画する上部シャッタ２３ａ、下部シャッタ２３ｂ等によって、上部貯留室２４、中間貯留室２５、および下部貯留室２６に分割されている。なお本発明は、前工程での予備乾燥を行わないものであって、射出成形機１１の一部である前記上部貯留室２４、中間貯留室２５、および下部貯留室２６をヒータにより加熱して未乾燥の樹脂材料Ｍの昇温および短時間における乾燥作用を得るものを除外するものではない。
【００１３】
次に射出成形機１１の射出装置１２について説明する。図１に示されるように射出装置１２の供給量調節装置２１は、モータ２７によって回転駆動されるフィードスクリュ２８が搬送筒２９の内部に水平方向に配設されている。そして供給量調節装置２１は、前記下部貯留室２６と搬送筒２９の後側上部が接続され、搬送筒２９の前側下部は筒部３０を介して射出装置１２の加熱筒３１に接続されている。本発明では前記の供給量調節装置２１を用いることにより、加熱筒３１内へ未乾燥の樹脂材料Ｍを調節して供給することができる。加熱筒３１は可塑化された溶融材料Ｍ１の圧力に耐えるため所定肉厚の円筒部材であり、各ゾーンにはヒータ３６と熱電対３７がそれぞれ配設され、制御装置３８から各ゾーン毎に温度制御可能となっている。前記加熱筒３１には、ノズル３２のノズル孔３２ａに連通される内孔３９が形成されている。そして加熱筒３１の内孔３９には前方に逆流防止弁４０が設けられたスクリュ４２が回転可能かつ前後進可能に配設されている。そして加熱筒３１の前部には、シリンダヘッド３３が固着され、シリンダヘッド３３にはノズル３２が固着されている。また加熱筒３１の後部における投入口３５の周囲には、ハウジング３４が固着されている。ハウジング３４は温調装置により温調されるが結露を防止するため図示しないヒータも配設されている。
【００１４】
本実施形態においてスクリュ４２は、前後のメインフライト１６間の溝部１７に前記メインフライト１６よりも高さが低いサブフライト１８が形成されたサブフライトスクリュが用いられており、直径は２８ｍｍとなっている。スクリュ４２は、前方側から順に、軸部４３が大径に形成されメインフライト１６の高さが低いメタリングゾーン４４、軸部４３が前方側に向けてテーパー状に拡径されたコンプレッションゾーン４５、軸部４３の直径が小径に形成されメインフライト１６の高さが高いフィードゾーン４６に区分される。そして図１の概略説明図および図２の展開図に示されるように、前記フィードゾーン４６におけるメインフライト１６の前面１６ａにはサブフライト１８の始端部１８ａが接続されている。そしてサブフライト１８は、溝部１７の内部においてサブフライト１８の後面１８ｂとメインフライト１６の前面１６ａとの間の溝部１７ａの幅が前方に向けて徐々に拡大されるとともにサブフライト１８の前面１８ｃとメインフライト１６の後面１６ｂとの間の溝部１７ｂの幅が徐々に縮小される。そしてコンプレッションゾーン４５内においてメインフライト１６の後面１６ｂとサブフライト１８の終端部１８ｄが接続されている。なお加工上の理由により図２において１８ｅ，１８ｆで示されるようにサブフライト１８の始端部１８ａの前方と終端部１８ｄの後方の接続部分は、サブフライト１８と同様の高さとしてもよい。
【００１５】
なおサブフライト１８の始端部１８ａの設けられる位置は、フィードゾーン４６とコンプレッションゾーン４５の境界部であってもよく、コンプレッションゾーン４５内であってもよい。このサブフライト１８の始端部１８ａが設けられる位置は、スクリュ４２を加熱筒３１内に配設した場合、ハウジング３４によって熱を奪われない加熱筒３１の温度制御ゾーン（最後の温度制御ゾーンを除く）に対応していることが望ましい。またサブフライト１８は一部に切欠が設けられたものや、２本のサブフライト１８が前方と後方、又は平行して設けられたものでもよい。またサブフライト１８の後面１８ｂ側に位置するメインフライト１６についても、一部にガス抜き用の切欠が設けられたものや、他の部分のメインフライト１６の高さよりも低いがサブフライト１８よりも高いフライト高さとしたものでもよい。そしてサブフライトタイプのスクリュ４２のＬ／Ｄは、１８〜２８程度が望ましい。なおスクリュ４２は、ベント式射出装置に用いられるようなフィードゾーンの直径が太くなった後、一旦細くなり再度太くなるようなスクリュであってもよく、サブフライト１８の無い一般的なものを用いることも想定される。
【００１６】
またスクリュ４２の後方の軸部４７は、加熱筒３１に設けられたシール部材４８により回転自在にシールされている。そして射出装置１２には、計量時に未乾燥の樹脂材料Ｍを可塑化するためにスクリュ４２を回転させる計量用サーボモータ４９と、計量時に背圧を付与するとともに射出時にスクリュ４２を前進させる射出用サーボモータ５０が配設されている。
【００１７】
また樹脂材料供給装置１４、射出装置１２の供給量調節装置２１および加熱筒３１の各部は図示しないシール部材によりシールされ、加熱筒３１内が気密に保たれるようになっている。そして前記供給量調節装置２１の搬送筒２９の上部に設けられた吸引口５１には、管路５２が接続され、前記管路５２は、開閉バルブ５３を介して射出成形機１１に隣接して配設された真空装置の真空ポンプ５４に接続されている。また中間貯留室２５にも管路５５が接続され、図示しない開閉バルブを介して前記管路５２に接続されている。前記管路５２には加熱筒３１内の真空度を測定する真空計５６が配設されている。なお真空ポンプ５４から射出装置１２に接続される管路５２の吸引口５１は、加熱筒３１の後部（後端部を含む）、ハウジング３４、筒部３０を含む供給量調節装置２１のいずれかの場所に設けてもよい。
【００１８】
本実施形態で用いられる真空ポンプ５４は、ルーツ型４段のドライポンプであり、排気速度は９１０Ｌ／ｍｉｎ、到達真空度−１０１ｋＰａ（絶対真空度０．３３ｋＰａ）の能力を有する。なお真空ポンプ５４は回転翼型の油回転ポンプ等を用いてもよい。そして真空ポンプ５４の能力に余裕がある場合は、２台以上の射出成形機に接続してもよい。真空度が大気圧基準（ゲージ圧基準）で−９０ｋＰａ以下（絶対真空度で１１．３３ｋＰａ以下）であれば、望ましいガス吸引効果が得られ、更に望ましくは−９５ｋＰａ以下（絶対圧基準で６．３３ｋＰａ以下）であれば、ほぼ最高のガス吸引効果が得られる。また−９０ｋＰａ（１１．３３ｋＰａ）よりも低真空となると可塑化時のガスや水分の吸引作用が不足する。そしてゲージ圧が−１０１ｋＰａよりも下回るような高い真空度を得る真空ポンプ５４は、コストとの関係でオーバースペックとなる。なお真空ポンプ５４の排出側には、サイレンサ５７や脱臭装置５８が接続され、クリーンルームの外部に配管が接続される。
【００１９】
なお本実施形態では、不活性ガスである窒素の供給装置が配設されておらず、真空ポンプ５４を用いて加熱筒３１内の可塑化された溶融材料Ｍ１から発生した物質を真空吸引するので、クリーンルーム内に大量の窒素が排出されることが無く、環境問題の点でも優れている。また加熱筒３１内に不活性ガスを圧送しないので、真空度を上昇させることができる。
【００２０】
一方射出成形機１１の型締装置６０には、図示しないサーボバルブにより作動される型締シリンダ６１が配設されている。なお型締機構は、型締シリンダ６１の代わりに電動トグル機構を用いてもよい。そして本実施形態では、型締装置６０の固定盤６２と可動盤６３の間に携帯電話用の導光板を成形するための成形金型６４が取付けられている。前記成形金型６４は固定金型６５と可動金型６６とからなり、両者の間には容積が変更可能なキャビティ６７,６７が形成される。また固定金型６５および可動金型６６の少なくとも一方のキャビティ形成面には、導光板にパターン面を成形するための転写面が形成されている。なおキャビティ形成面は金属メッキ層（転写面がある場合と無い場合あり）や、スタンパを設けるようにしてもよい。なお本実施形態ではキャビティ内の真空吸引は行っていないが、行うものを除外するものではない。
【００２１】
制御装置３８は、前記加熱筒３１やノズル３２の熱電対３７、計量用サーボモータ４９や射出用サーボモータ５０のロータリエンコーダ、型締装置６０の可動盤６３の図示しない位置センサ、および型締装置６０の図示しない圧力センサ等といった射出成形機１１の各所、真空計５６、取出装置、および図示しない成形金型の温調装置等から検出信号が入力されるようになっている。また制御装置３８からは、供給量調節装置２１のモータ２７、加熱筒３１やノズル３２のヒータ、計量用サーボモータ４９、射出用サーボモータ５０、型締装置６０の油圧機構やその各開閉弁等といった射出成形機１１の各所、真空ポンプ５４、開閉バルブ５３等、上部シャッタ２３ａ、下部シャッタ２３ｂの駆動源、開閉バルブ５３等、取出装置、および図示しない成形金型の温調装置等に信号が送られるようになっている。
【００２２】
次に光学製品の射出成形方法（射出圧縮成形を含む）について説明する。本実施形態では導光板の射出成形機１１による導光板の成形方法について説明する。予備乾燥されていない未乾燥の樹脂材料Ｍ（ポリカーボネート樹脂のバージンペレットが一般的である）が、材料貯蔵タンク１３から樹脂材料供給装置１４の上部貯留室２４に供給される。すると加熱筒３１内の真空度が低下しないように、まず制御装置３８からの信号により上部シャッタ２３ａを開放し、中間貯留室２５に未乾燥の樹脂材料Ｍを落下させると上部シャッタ２３ａを閉鎖する。次に図示しない反射式の樹脂量感知センサの検出値やタイマの計時等により下部シャッタ２３ｂを開放し、中間貯留室２５の未乾燥の樹脂材料Ｍを供給量調節装置２１に連通する下部貯留室２６へ落下させる。従って加熱筒３１内は上下のシャッタ２３ａ，２３ｂは同時に開放されることなく、常に気密状態に保たれる（加熱筒３１のシール部材４８とスクリュ４２の軸部４７との間等からの僅かなリーク等を除く）。
【００２３】
供給量調節装置２１では、モータ２７による回転制御により加熱筒３１内が常に飢餓状態（加熱筒３１の投入口３５においてスクリュ４２の軸部４７の上面以上に未乾燥の樹脂材料Ｍが充満されない状態）となるようフィードスクリュ２８の回転数および／または回転時間を制御して未乾燥の樹脂材料Ｍを筒部３０を介して加熱筒３１内に調節して供給する。本実施形態では制御装置３８において計量時のスクリュ４２の回転数に対して供給量調節装置２１のフィードスクリュ２８の回転数が演算されモータ２７により回転制御されるようになっている。加熱筒３１内の未乾燥の樹脂材料Ｍを飢餓状態とするのは後方からのガス等の吸引を容易にするためと、加熱筒３１内での未乾燥の樹脂材料Ｍの滞留時間を減少させて熱劣化を防止するためである。しかしながら計量完了位置や成形品の重量ばらつきをより安定させたい場合は、完全な飢餓状態とせずにガス等の吸引の通路が確保される程度で未乾燥の樹脂材料Ｍの供給量を増やすようにしてもよい。
【００２４】
加熱筒３１の温度は、最も温度が高い前部ゾーンが３４０℃〜３８０℃、ハウジング３４に近い後部ゾーンが２８０℃〜３３０℃となるように制御装置３８によりＰＩＤ制御されている。特に前部ゾーンについては、現在の一般的に使用されるポリカーボネート樹脂ではこれ以上高い温度とすると樹脂材料の熱分解が進行して成形された導光板において焼けや黄変が発生する。真空装置の真空ポンプ５４の能力は前記のように０．３３ｋＰａまで到達可能であるが、実質的には加熱筒３１内の真空度は、僅かなリークがあり大気圧基準（ゲージ圧基準）で−９８ｋＰａ、絶対圧基準で３．３３ｋＰａ程度となっている。なお前記加熱筒３１内の真空度は、−９０ｋＰａ（１１．３３ｋＰａ）〜−１０１ｋＰａ（０．３３ｋＰａ）として可塑化することが望ましく、更には−９５ｋＰａ（６．３３ｋＰａ）〜−１０１ｋＰａ（０．３３ｋＰａ）として可塑化することがより一層望ましい。真空ポンプ５４は、原則として成形中に停止されることなく連続作動される。なお本発明は、前記真空度を達成可能なものであれば、窒素ガス等の不活性ガスを射出装置１２の加熱筒３１内またはその前工程に微量投入するものを完全に除外するものではない。
【００２５】
そして前記のように真空ポンプ５４で吸引（減圧した状態）されている加熱筒３１内のスクリュ４２のフライト間に供給された未乾燥の樹脂材料Ｍは、計量開始とともに計量用サーボモータ４９の駆動によるスクリュ回転によって加熱筒３１の前方へ送られる。計量時のスクリュ回転数は２００ｒ．ｐ．ｍ．〜４００ｒ．ｐ．ｍ．と高回転であることがより望ましく、背圧は０．５ＭＰａ〜３ＭＰａと低めであることがより望ましい。そして未乾燥の樹脂材料Ｍは、前記条件によるスクリュ回転時のスクリュ４２と加熱筒３１の内孔３９の間におけるせん断発熱と、ヒータ３６によって加熱された加熱筒３１から加えられる熱とによって可塑化が行われる。より具体的にはサブフライト１８の分岐される付近から未乾燥の樹脂材料Ｍは溶融開始されるように温度コントロールがなされている。そしてサブフライト１８の前面１８ｃとメインフライト１６の後面１６ｂとの間の溝部１７ｂを未溶融の樹脂材料Ｍは前方に送られる。その際未溶融の樹脂材料Ｍは、サブフライト１８の前面１８ｃ側に沿って滞留され、加熱筒３１の内孔３９の側から僅かづつ溶融が進行する。そして前記未溶融の樹脂材料Ｍのうち可塑化された溶融材料Ｍ１（不完全な溶融状態のものを含む場合あり）がサブフライト１８を超えてサブフライト１８の後面１８ｂとメインフライト１６の前面１６ａとの間の溝部１７ａへ移動される。
【００２６】
従って溝部１７ｂには未溶融の樹脂材料Ｍが存在し、特にメインフライト１６の後面１６ｂ側には隙間があるので、真空ポンプ５４によって後方から加熱筒３１内を真空吸引した際、未乾燥の樹脂材料Ｍや可塑化された溶融材料Ｍ１に邪魔されることなくガスや水分を効率的に吸引除去することができる。また可塑化された溶融材料Ｍ１は、サブフライト１８の後面１８ｂとメインフライト１６の前面１６ａとの間の溝部１７ａに蓄積されるが、メインフライト１６と加熱筒３１の内孔３９の間にはガス等が流通する隙間は存在するので、可塑化された溶融材料Ｍ１から発生したガス等は、メインフライト１６を乗越えて先ほどの溝部１７ｂの隙間を介して後方に吸引される。なおメインフライト１６に切欠等を設けてより積極的にガス等を吸引可能としてもよい点は上記した通りである。また別の形状のスクリュにおいてもフライト間に溶融材料が完全に充満されるのではなく、吸引口５１に向けてガス抜きの通路が連通されるものが望ましい。また加熱筒３１の中間よりも後方部分（スクリュ４２のフィードゾーン４６に対応する部分）から未乾燥の樹脂材料Ｍの溶融が開始されるものが望ましい。
【００２７】
そして計量の進行とともにスクリュ４２が回転しながら後退して、スクリュ４２の前方に可塑化され溶融された溶融材料Ｍ１（１回の成形分＋クッション量）が貯留される。計量時にノズル３２の先端は固定金型６５に常時当接され、加熱筒３１内の前方側の気密が保たれている。なお溶融された溶融材料Ｍ１から除去された物質は、図示しないフィルタにより固形分が捕集された上で真空ポンプ５４へ送られ、その後ガスは脱臭装置５８で脱臭された上でクリーンルーム外に放出される。
【００２８】
次に射出用サーボモータ５０の駆動により、スクリュ前方の可塑化された溶融材料Ｍ１がノズル３２のノズル孔３２ａおよび型閉めされた成形金型６４のスプルを介して同じく成形金型６４のキャビティ６７，６７内に射出充填される。この際の射出速度は成形される導光板の大きさと板厚の関係によって決定されるが、本実施形態では３６０ｍｍ／ｓｅｃとなっている。なお射出速度については導光板の対角寸法に対して板厚が薄くなるほど超高速が求められる。しかし本実施形態では射出圧縮成形（射出プレス成形）により、キャビティ６７を広げた状態から射出ができるので射出速度を比較的低く中速とすることができる。射出速度は導光板の対角寸法を板厚で除算したものに８〜２５を乗算した値（単位はｍｍ／ｓｅｃ）であって、８００ｍｍ／ｓｅｃより低い速度である中速射出が望ましく、例えば８００ｍｍ／ｓｅｃ以上の超高速射出は望ましくない。
【００２９】
何故なら図３にも示されるように、８００ｍｍ／ｓｅｃ以上の超高速射出では、射出時に溶融材料が流路との間で高摩擦状態となって異常発熱されることに加え、超高速射出により溶融材料が送込まれることにより、ノズル、スプル、ランナ、およびキャビティ内の空気（酸素）が逃げ場を失って、急激に圧縮されて高温となり、前記溶融材料に焼けが生じるからである。しかしながら従来の導光板成形では、キャビティ容積が変更されない成形金型を用いて通常の射出成形が行われていたので、導光板の対角寸法を板厚で除算した値が１５以上である薄肉導光板（一例として対角寸法３インチで板厚０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの導光板や、対角寸法７インチで板厚０．５〜１．０ｍｍの導光板等）は、射出速度が８００ｍｍ／ｓｅｃ以上の超高速射出を行うことが必須であった。また前記焼けの問題は、成形金型のキャビティ内を真空吸引しておくことによりある程度解決可能であるが、キャビティ内を真空吸引すると、今度はキャビティ内で溶融材料から発生するガスや水蒸気がシルバーストリーク等の不良を引き起こすという問題があった。そしてまた加熱筒内を大気圧の状態、または不活性ガスを充填した状態で可塑化したものでは、射出速度の程度に拘わらず、シルバーストリークや黄変が発生し、超高速射出を行うとシルバーストリークと黄変に加えて焼けの不良も発生する。一方加熱筒内を真空吸引するとともに前記の中速射出を行ったものでは、焼け、黄変、およびシルバーストリークともに良好な結果を示した。
【００３０】
なお前記において超高速射出を行う場合、射出装置が大型化し大容量のサーボモータやアキュームレータを必要とするので装置コストが高額化するという問題や、射出成形機や成形金型の消耗が激しくメンテナンスコストがかかるという問題もある。また成形金型のキャビティ内を真空吸引する場合についても装置コストとメンテナンスコストが別途に発生するという問題がある。
【００３１】
キャビティ６７，６７内の可塑化された溶融材料Ｍ１は、型締装置６０の型締シリンダ６１の高速昇圧作動により急速に圧縮されて射出圧縮成形がなされる。そして前記成形金型６４のキャビティ形成面の転写面により導光板に良好な転写が行われる。導光板の成形金型６４は、図示しない温調装置から成形金型６４内の冷却流路に送られる冷却媒体により冷却がされており、導光板の冷却が進行すると可動金型６６が型開きされ、取出装置により取り出され、次の冷却工程へ送られる。なお本実施形態では、携帯電話用の導光板の成形サイクルは、３．０〜４．５秒で行われ、未乾燥の樹脂材料Ｍが高温状態で熱分解される時間を短縮することがより望ましい。
【００３２】
導光板の成形に用いられる樹脂は、前記のポリカーボネートが最も未乾燥状態からの成形に適するが、アクリルの他、環状オレフィン系樹脂等を用いてもよい。環状オレフィン系の樹脂としてはアートン、アペル、ゼオノア（それぞれ登録商標）等があげられ、中でも高流動性グレードの透明樹脂が選択される。またスプル等の再生樹脂をそのまま利用するものでもよい。そして真空状態の加熱筒３１内で可塑化された溶融材料Ｍ１を用いて前記のような中速射出でキャビティ６７内に溶融材料Ｍ１が射出され、キャビティ内で型締装置６０により圧縮がなされ導光板の成形がなされる。
【００３３】
本発明で成形される導光板は、対角寸法が２０インチ以上の大型導光板を含み、サイズは限定されない。また板厚が厚い部分と薄い部分がある場合も含まれ、その場合は薄い部分によって薄肉導光板であるかが定義される。更に光学製品としては、拡散板やレンズ、光ディスクのディスク基板等でもよい。ディスク基板については全てに適用可能であるが、ＤＶＤ用（登録商標）のダミーディスク基板や、ブルーレイディスク用（登録商標）のディスク基板は、ディスク基板内にレーザー光を透光させて信号を読取らないのでより一層本発明に適する。
【００３４】
本発明で成形される射出成形機は、次のようなものでもよい。射出装置１２の供給量調節装置２１は、フィードスクリュ２８が取付けられたもの以外にも、シャッタ動作によって樹脂供給量を調節するものや、通路の断面積を絞って樹脂供給量を調節するものでもよい。また射出装置については、スクリュによって可塑化された溶融材料を別のプランジャ装置に送り、プランジャ装置から成形金型内に射出するものでもよい。更に成形金型については、インロー構造の成形金型であって射出圧縮成形（射出プレスを含む）が可能なものでもよい。
【００３５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態における光学製品の射出成形機の概略説明図である。
【図２】本実施形態における光学製品の射出成形機に取付けられるスクリュのフライトの展開図である。
【図３】光学製品成形時の射出速度と加熱筒内真空吸引の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１ 射出成形機
１２ 射出装置
１４ 樹脂材料供給装置
１６ メインフライト
１７，１７ａ，１７ｂ 溝部
１８ サブフライト
２１ 供給量調節装置
３１ 加熱筒
４２ スクリュ
５４ 真空ポンプ
Ｍ 未乾燥の樹脂材料
Ｍ１ 可塑化された溶融材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出装置の加熱筒内を減圧した状態で樹脂材料を可塑化し、可塑化した溶融材料を成形金型内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法において、
前記加熱筒内を常時気密状態とするとともに真空ポンプで吸引し、真空度を０．３３ｋＰａ〜１１．３３ｋＰａとし、未乾燥の樹脂材料の可塑化を行い、可塑化された溶融材料を成形金型内に射出することを特徴とする光学製品の射出成形方法。
【請求項２】
前記加熱筒内へは不活性ガスの投入を行わないことを特徴とする請求項１に記載の光学製品の射出成形方法。
【請求項３】
前記射出装置の加熱筒に設けられた供給量調節装置により、加熱筒内に供給する樹脂材料の供給量を調節して供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学製品の射出成形方法。
【請求項４】
型締装置により成形金型のキャビティ内に射出された溶融材料を圧縮することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学製品の射出成形方法。
【請求項５】
前記光学製品は、薄肉導光板であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学製品の射出成形方法。
【請求項１】
射出装置の加熱筒内を減圧した状態で樹脂材料を可塑化し、可塑化した溶融材料を成形金型内に射出して光学製品を成形する光学製品の射出成形方法において、
前記加熱筒内を常時気密状態とするとともに真空ポンプで吸引し、真空度を０．３３ｋＰａ〜１１．３３ｋＰａとし、未乾燥の樹脂材料の可塑化を行い、可塑化された溶融材料を成形金型内に射出することを特徴とする光学製品の射出成形方法。
【請求項２】
前記加熱筒内へは不活性ガスの投入を行わないことを特徴とする請求項１に記載の光学製品の射出成形方法。
【請求項３】
前記射出装置の加熱筒に設けられた供給量調節装置により、加熱筒内に供給する樹脂材料の供給量を調節して供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学製品の射出成形方法。
【請求項４】
型締装置により成形金型のキャビティ内に射出された溶融材料を圧縮することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学製品の射出成形方法。
【請求項５】
前記光学製品は、薄肉導光板であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学製品の射出成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１０５３７３（Ｐ２０１０−１０５３７３Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２６４９（Ｐ２００８−２８２６４９）
【出願日】平成２０年１１月３日（２００８．１１．３）
【出願人】（０００１５５１５９）株式会社名機製作所 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月３日（２００８．１１．３）
【出願人】（０００１５５１５９）株式会社名機製作所 (255)
【Ｆターム（参考）】
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