CN101516591B - 光学元件成形用模具的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学元件成形用模具的制造方法，该光学元件成形用模具能够防止隔热层的连续成形中的形状变化，并得到高精度的复制性。本发明的光学元件成形用模具(10)的制造方法，用于制造如下的光学元件成形用模具，该光学元件成形用模具具有带有成形基面的母材(11)以及设置于母材的成形基面上的覆盖层(12～15)，并且在覆盖层(12～15)的表面中，母材的成形基面的上方的部分是成形面，其特征在于，具有如下工序：在母材的成形基面上形成覆盖层的覆盖工序，对覆盖层的表面加压的加压工序，以及在加压工序后，在覆盖层的表面上实施精密加工从而形成成形面的精密加工工序。

Description

光学元件成形用模具的制造方法

技术领域

本发明涉及一种光学元件成形用模具的制造方法，该光学元件成形用模具用于通过树脂的注射模塑成形而制造例如光学透镜或衍射光栅的光学元件等。更详细地说，本发明涉及一种用于成形要求精密级以下的精度的光学元件的光学元件成形用模具的制造方法。

背景技术

以往，在通过合成树脂的注射模塑成形而进行的光学元件的成形中，使用由钢等的金属材料制成的模具。近年，由于光学产品的细微化、精密化，光学元件等也要求精密级以下的高精度，但是，使用以往的模具难以获得这样高精度的复制性。因此，作为成形这样高精度的光学元件的模具，在专利文献1中公开了一种在不锈钢制的型芯模具的表面形成隔热层和表面加工层的光学元件成形用模具。

根据该文献中记载的光学元件成形用模具，在型芯模具的表面喷镀陶瓷类材料并使隔热层一体地形成于模具母材上，并且将非铁金属材料非电解电镀于该隔热层上而形成表面加工层。由此，能够在表面加工层加工精度高的模具形状，从而得到形状误差小的成形品。

专利文献1：日本特开2002-96335号公报

但是，在上述以往的光学元件成形用模具中，由于为了成形光学元件而反复升温、降温，所以存在各层间发生剥离的危险。特别是，在陶瓷类材料的隔热层和非铁金属材料的表面加工层之间，容易由其热膨胀率的差而引起剥离。即使是部分的剥离，也存在造成表面加工层的微小的变形或偏移的可能性，从而存在降低成形品的形状精度的危险。

并且，要求作为隔热层而选择的材料具有各种性质。考虑到稳定性、隔热性、低成本性、以及生产率等的结果是，存在不得不选择硬度或致密度不足的的材料的情况。使用这样的材料的隔热层，由于在成形时受到来自树脂的压力和热，因此存在由于连续成形而引起形状变化的危险。当引起隔热层形状变化时，导致成形品的形状精度低下。

发明内容

本发明就是为了解决上述以往的光学元件成形用模具的制造方法所存在的问题而做出的。即，本发明的课题是提供一种光学元件成形用模具的制造方法，该光学元件成形用模具能够防止隔热层的连续成形中的形状变化，并得到高精度的复制性。

以解决该课题为目的而做出的本发明的光学元件成形用模具的制造方法，用于制造如下的光学元件成形用模具，该光学元件成形用模具具有带有成形基面的母材以及设置于上述母材的成形基面上的覆盖层，并且在上述覆盖层的表面中，上述母材的成形基面的上方的部分是成形面，具有如下工序：在上述母材的成形基面上形成上述覆盖层的覆盖工序，对上述覆盖层的表面加压的加压工序，以及在上述加压工序后，在上述覆盖层的表面上实施精密加工从而形成成形面的精密加工工序。

根据本发明的光学元件成形用模具的制造方法，在覆盖工序中，在母材的成形基面上形成覆盖层，在加工工序中对覆盖层的表面加压。另外，在精密加工工序中，在加压后的覆盖层的表面上实施精密加工。因此，即使在例如覆盖层的一部分上使用硬度或致密度不足的材料的情况下，也会在加压工序中预先引起形状变化。因此，在精密加工工序后不会引起大的形状变化。由此，本光学元件成形用模具的制造方法能够防止隔热层的连接成形中的形状变化，并且能够得到高精度的复制性。另外，“设置于母材的成形基面上的覆盖层”并不妨碍覆盖层为多层结构(粘结层、隔热层、中间层、表面层等)。并且，该情况下的“覆盖层的表面”是表示最上层的表面。

另外，在本发明中，优选覆盖层包含含有陶瓷的隔热层。陶瓷的隔热性优良，多作为隔热层使用。

另外，在加压工序中，优选施加压力在30～400MPa的范围内。优选为以下的范围，即，在适度地对隔热层加压并使其变形的同时，不对其它层施加不良影响的压力范围。

并且，优选加压工序的施加时间总计为10分钟以上。由于在短时间内急剧的加压存在导致隔热层的不均匀的变形的危险，所以不理想。另外，施加时间最长为40小时即可。

并且，优选加压工序的压力施加时的温度在20～400℃的范围内。优选不对隔热层施加过大的热负荷而使其适度地变形的温度范围。

另外，在本发明中，在加压工序中，优选使该模具与对象模具部件相配合，并进行将熔融成形材料注入成形空间内而加压的模拟成形(ダミ一成形)。通过模拟成形，光学元件成形用模具与实际的成形处理的情况大致相同地被加压。

另外，在本发明的加压工序中，优选使施加压力成为通常成形时的施加压力以上的压力。更优选为比通常成形时的施加压力高25MPa以上的压力。由此，能够可靠地使隔热层变形。

并且，优选注射次数为1000以上。如果进行1000次注射以上的成形处理，则隔热层的变性几乎结束。

并且，优选使1次注射的施加时间等于或大于通常成形时的1次注射的施加时间。这样，到熔融成形材料固化而不能向型芯加压为止能够充分地加压。

另外，在本发明的加压工序中，优选使注射次数为2000以上。如果进行2000次注射以上的成形处理，则隔热层的变形可靠地结束。

另外，在本发明中，在加压工序中，也可以将该模具载置于加压容器内，并且对加压容器内进行加压。这样也能够适当地加压。

另外，在本发明中，在加压工序中优选在以下状态下进行加压，即，以覆盖部件覆盖该模具中成为成形面的面以外的部分的状态。这样，由于仅对成形面加压，所以不存在影响其它部分的可能性。

根据本发明的光学元件成形用模具的制造方法，能够防止隔热层的连续成形中的形状变化，并且可得到高精度的复制性。

附图说明

图1是表示本实施方式的光学元件成形用模具的结构的截面图。

图2是表示注射数与模具的变化量的关系的图表。

图3是表示模拟成形处理的说明图。

图4是表示加压炉内保持处理的说明图。

图5是表示加压炉内保持处理的说明图。

标号说明

10 光学元件成形用模具

11 母材

13 隔热层

15 表面加工层

24 加压炉

25 覆盖部件

具体实施方式

下面，参照附图，对将本发明具体化的最佳实施方式进行详细说明。在本实施方式中，将本发明适用于用来制造光学透镜或衍射光学元件等的光学元件成形用模具。

本实施方式的光学元件成形用模具10如图1所示，在图中从下面开始顺序层叠母材11、结合层12、隔热层13、中间层14以及表面加工层15。母材11的图中的上表面是成形基面，前端部向负方向(マイナス)偏移。并且，形成保养检查等时把持用的槽11a。成形品的大致形状通过该母材11而成形。在本实施方式中，设置于母材11的图中上方的结合层12、隔热层13、中间层14、以及表面加工层15是覆膜层，作为其最上表面的表面加工层15的表面相当于覆膜层的表面。并且，表面加工层15的图中的上表面是成形面。

结合层12是用于提高母材11和隔热层13之间的密合性的内涂层。隔热层13由陶瓷类材料形成。其是为了防止在光学元件等的注射模塑成形时，树脂材料的热向母材11逃逸而急速冷却。通过机械加工而将该隔热层13精加工成所需的形状，由此，隔热层13的厚度不会参差不齐。这样，由于到周围为止形成没有塌边的边缘，所以周围的成形复制性提高。并且，能够使下一层的中间层14变薄。

中间层14是用于提高隔热层13和表面加工层15的密合性的部分。由于隔热层13是陶瓷类的材料，而表面加工层15使用金属类的材料，所以，中间层14优选是与这些材料中的任意一个都能良好结合的材料。在表面加工层15的图1中的上表面实施切削加工，从而形成成形面。该表面加工层15优选金属类材料。特别优选镍等非铁金属类材料。

已知具有上述结构的光学元件成形用模具10由于连续成形而稍微变形。在发明者们的实验中，发现连续成形的注射数与模具的变化量之间存在如图2所示的关系。即，在从成形开始起的初期阶段，变化量急剧变大，在达到某种程度的变形量之后，变形变得困难。特别是，这里所使用的工件在从成形开始起到大约注射2000次为止的期间内发生大的变形，之后，到注射8000次左右为止几乎没有变形。另外，还了解到变形的部分主要是隔热层13。

因此，在本实施方式中，通过以该顺序进行接下来的(1)～(3)工序来制造光学元件成形用模具10。

(1)覆盖工序

(2)加压工序

(3)精密加工工序

另外，本实施方式的光学元件成形用模具10是一般被称为型芯的部分，将其组装进注射模塑成形装置的底模(ベ一ス金型)而形成精密的模腔。

首先，在(1)覆盖工序中，使结合层12、隔热层13、中间层14、以及表面加工层15按照该顺序层叠于形成成形基面的母材11上。各层的材料可以与以往使用的材料相同。并且，可以根据需要而省去这些层当中的任意一个，也可以另外追加其它的层。在该时刻，虽然不在表面加工层15的表面实施精密加工，但是作为型芯的整体形状完成，能够在该状态下组装到注射模塑成形装置的底模。

接下来，在(2)加压工序中，对在(1)中覆盖的覆盖层的表面(这里是表面加工层15的表面)加压。但是，也可以只在与成形面大致垂直的方向(这里指图1中的向下的方向)加压。在本实施方式中，以满足以下条件的加压条件加压。

施加压力：30～400MPa

总计施加时间：10分钟～40小时

压力施加时的温度：20～400℃

通过以满足该条件的方式加压，能够使隔热层13预先变形。由此，在成形阶段几乎不变形。

如果施加压力比30MPa低，则隔热层13不能充分地变形。并且，如果施加压力比400MPa高，则存在连母材11都变形的危险，因此不理想。另外，如果总计施加时间比10分钟短，则隔热层13不能充分变形。并且，即使总计施加时间比40小时长，由于隔热层13的变形结束，所以也没有意义。另外，如果施加压力时的温度比20℃低，则与作为模具的实际使用状况不符，不理想。并且，如果施加压力时的温度比400℃高，则存在由于热冲击而在光学元件成形用模具10的各层或它们的边界处产生裂缝、剥离等影响的危险，所以不理想。

接下来，在(3)精密加工工序中，在加压后的覆盖层的表面实施精密加工。即，在表面加工层15的表面中，在成为成形面的面上(图1中的上表面)，通过例如精密的切削加工等形成成形形状。作为精密加工的方法，有铣削、刨削、车削等的切削加工，爱立特(エリツト)磨削等的磨削加工，以及抛光加工等的研磨加工。通过从以上加工方法中选择适当的加工方法并进行加工，能够精密地形成成形面。由此，完成本实施方式的光学元件成形用模具10。

根据通过该(1)～(3)工序而形成的本实施方式的光学元件成形用模具10，由于预先引起隔热层13的初期形状变化，因此，能够防止之后的连续成形中的形状变化。另外，在这些工序中，(1)覆盖工序与(3)精密加工工序是与以往工序相同的工序。因此，对作为本实施方式的特征部分的(2)加压工序进行更详细的说明。

对满足上述条件的(2)加压工序的处理方法的例子进行说明。作为该(2)加压工序的具体方法，最好进行接下来的A)和B)2个处理中的任意一个。

A)模拟成形处理(参照图3)

B)加压炉内保持处理(参照图4、5)

任意一个处理方法都是对上述(1)覆盖工序结束后的阶段的型芯进行的。即，是这样的型芯：使各层层叠，实施粗加工直到能够组装进底模内的状态为止。但是，在该时刻，不实施该表面加工层15的精密加工。以下，将该状态的型芯称为粗加工型芯21。

首先，对作为(2)加压工序的处理方法的第1个例子的A)模拟成形处理进行说明。在进行该处理的情况下，如图3所示，以使各个成形面相对的方式将各粗加工型芯21组装进注射模塑成形装置的固定侧底模22以及可动侧底模23。即，组装进固定侧底模22的粗加工型芯21的成形面为图中左侧面，组装进可动侧底模23的粗加工型芯21的成形面为图中右侧面。由此，在这些成形面之间，形成不具有精密形状的模拟的模腔。

之后，如图3所示，使底模22、23合模并注入熔融树脂，进行与一般的注射模塑成形相同的工序。由此，在形成的模拟的模腔中，施加由注入的树脂而产生的树脂压。如图3所示，由于粗加工型芯21的成形面以外被底模22、23覆盖，所以，只有成形面由熔融树脂被向图中箭头方向加压。

另外，虽然希望将各个原本应该组装的型芯的粗加工状态的型芯组装进各个底模中，但是，只要是能够组装的型芯即可，并不一定必须是原本的一对。并且，虽然在图3中表示了将相同的粗加工型芯21组装进底模22、23中，但是，通常是各不相同的型芯。如果能够组装，则相同的粗加工型芯21也可以。并且，虽然在图中表示有2组4个粗加工型芯21，但是，对应于底模22、23的类型等，型芯可以更多或更少。

接下来，对该A)模拟成形处理的成形条件进行说明。该成形条件满足(2)加压工序的加压条件。即，

树脂压：30～400MPa

每1次注射的施加时间×注射次数：10分钟～40小时(合计施加时间)

树脂温度：能够注入的下限温度～400℃

例如，优选以下条件。

树脂压：80～150MPa

施加时间：8～20sec(每注射一次)

成形注射次数：1000～2500次注射

树脂温度：200～300℃

树脂压在模拟成形处理中为通常的成形处理条件以上。例如，100MPa左右。或者也可以为更大。优选与通常的成形条件相比大例如30MPa左右。而且，进行1000～2500次注射，例如2000次注射左右的连续模拟成形。

另外，优选1次注射的压力的施加时间与通常成形时的1次注射的施加时间相等或为其以上。在注射模塑成形装置中，一般地，通过由熔融成形材料的固化而形成的浇口密封，不能长时间保持在成形面上施加树脂压的状态。但是，通过加压到固化后为止，能够利用保持加压状态的全部时间。

此时使用的树脂材料，优选是与实际成形中使用的树脂相同的材料。但是，由于用于光学元件的树脂一般价格昂贵，所以，只要能够获得同样的成形条件，也可以使用类似的其它树脂材料。并且，树脂温度可以是一般成形时的温度。

接下来，列举满足上述各条件的成形条件的一个例子。

树脂材料：COP(环烯聚合物)

模具温度：120℃

树脂温度：280℃

树脂压：100MPa

施加时间：17sec(每注射一次)

成形注射次数：2000次注射

作为树脂材料，这里使用COP。上述的模具温度和树脂温度等是一个例子，也可根据树脂的种类等适当变更。

另外，在这里，列举该树脂材料的通常的成形条件的一个例子。

树脂材料：COP(环烯聚合物)

模具温度：120℃

树脂温度：280℃

树脂压：70MPa

施加时间：15sec(每注射一次)

即，在本实施方式的例子中，仅变更通常成形条件和树脂压以及施加时间。

当根据上述变更的条件而进行1000次注射以上的连续模拟成形时，在粗加工型芯21的成形面上，进行满足(2)加压工序的加压条件的加压。因此，能够使隔热层13预先变形至大致极界限。并且，在基于该处理方法的加压工序中，与通常成形时相同，在大致垂直于成形面的方向上，在粗加工型芯21上加压。因此，隔热层13在成形方向上充分压缩。由此，能够得到在以后的成形中几乎不变形的型芯。

接下来，对作为(2)加压工序的处理方法的第2个例子的B)加压炉内保持处理进行说明。在进行该处理的情况下，使用加压炉作为加压容器。而且，如图4所示，将粗加工型芯21载置于加压炉24中，并且对加压炉24内部加压。由此，如图中箭头所示，从全向对粗加工型芯21进行加压。作为加压炉24，可以使用水压式、液压式、以及气压式等中的任意一种。另外，也可以使用能够进行炉内升温的加压炉24，在加压的同时加热。

另外，该B)加压炉内保持处理中的加压条件如以下所示。

加压介质温度：25℃

施加压力：100MPa

施加时间：30分钟

由此，进行满足(2)加压工序的加压条件的加压。因此，能够预先充分压缩隔热层13。

这里，在30～400MPa范围内适当选择施加压力。与之相对应，施加时间在10分钟以上的范围内适当变更。一般地，在施加压力大的情况下施加时间可以短。并且，虽然在这里加压介质温度为25℃，但是可以在20～400℃的范围内选择。另外，在进行该B)加压炉内保持处理的情况下，也可以是这样的型芯，即，仅层叠各层，而不实施到能够组装进底模的状态为止的粗加工。

或者，作为B)加压炉内保持处理，如图5所示，也可以由覆盖部件25覆盖粗加工型芯21的成形面以外的面，并且保持于加压炉24中。这样，由于施加于成形面以外的压力由覆盖部件25承受，所以只有粗加工型芯21的成形面被施压。这样，与1)模拟成形处理相同，仅在与成形面大致垂直的方向上压缩变形。从而，能够有效地防止由于以后的连续成形而导致的形状变化。

这样，通过B)加压炉内保持处理，也能够将合适的压力施加于粗加工型芯21。因此，由于预先变形至大致界限，所以，能够得到在以后的成形中几乎不变形的光学元件成形用模具10。并且，在本方法中，由于不进行成形处理，所以不需要树脂。

如以上所详细说明的那样，根据本实施方式的光学元件成形用模具，在精密加工前的型芯上进行加压处理，从而预先压缩隔热层13。之后，由于进行精密加工，所以，即使连续成形也几乎不会引起更大的形状变化。因此，能够防止隔热层的连续成形中的形状变化，从而成为能够获得高精度的复制性的光学元件成形用模具。

另外，本实施方式仅是范例，本发明并不仅限于此。因此，本发明当然可以在不脱离要旨的范围内进行各种改良或变形。

例如，在(1)覆盖工序和(2)加压工序之间，也可以进行对覆盖层的表面进行粗加工的粗加工工序。并且，图示的光学元件成形用模具10的形状或各层的厚度等仅是一个例子，但并不局限于此。

Claims (7)

1.一种光学元件成形用模具的制造方法，用于制造如下的光学元件成形用模具，该光学元件成形用模具具有带有成形基面的母材以及设置于上述母材的成形基面上、含有包含陶瓷的隔热层的覆盖层，并且在上述覆盖层的表面中，上述母材的成形基面的上方的部分是成形面，其特征在于，具有如下工序：

在上述母材的成形基面上形成上述覆盖层的覆盖工序，

对上述覆盖层的表面加压的加压工序，以及

在上述加压工序后，在上述覆盖层的表面上实施精密加工从而形成成形面的精密加工工序。

2.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，

在上述加压工序中，

施加压力在30～400MPa的范围内，

施加时间总计为10分钟以上，

施加压力时的温度在20～400℃的范围内。

3.如权利要求1所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在上述加压工序中，

使该模具与对象模具部件相配合，并进行将熔融成形材料注入成形空间并加压的模拟成形。

4.如权利要求3所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，

在上述加压工序中，

使施加压力成为通常成形时的压力以上的压力，

使注射次数为1000以上，

使每次注射的施加时间等于或大于通常成形时的每次注射的施加时间。

5.如权利要求4所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在上述加压工序中，

使注射次数为2000以上。

6.如权利要求1或权利要求2所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在上述加压工序中，

将该模具载置于加压容器内，并且对加压容器内加压。

7.如权利要求6所述的光学元件成形用模具的制造方法，其特征在于，在上述加压工序中，

在以覆盖部件覆盖该模具中的成为成形面的面以外的部分的状态下进行加压。

Images