CN103648745B - 模制品的制造方法以及模具 - Google Patents

Abstract

通过树脂注入模制而形成的模制品取决于在模制品从模具中取出时的模具温度，模制品的形状根据该模具温度而变化。模具温度由于环境温度例如室温的对流而引起每次发射之间的变化。因此，存在模制品的形状根据温度的变化而变化的问题。特别地，在高精度模制品例如光学元件中不可以允许这种变化量。在模具打开后，测量保持模制品的第一型模部件的空腔的温度，且当空腔的温度达到预定温度时从空腔中取出模制品。

Description

模制品的制造方法以及模具

技术领域

本发明涉及一种通过使用塑料作为材料、由模具形成塑料模制品的模制方法。特别是，本发明适用于提高长角透镜例如fθ透镜的精度，该长角透镜需要高的精度，并用于打印机的扫描光学系统和复印机的图像记录装置中。

背景技术

例如，安装在打印机和复印机的扫描光学系统中的fθ透镜需要高精度。

不过，由于在模制处理中的多种因素，模制品的形状在多次发射（shots）之间变化。图12表示了在模制品的批量生产中模制品形状的变化。对于在模制品的批量生产中在连续30次发射中的每三次发射，测量fθ透镜的纵向形状（该纵向形状经过光学轴线的中心）并且测量相对于目标形状的误差，从而产生误差形式的曲线图。如图12中所示，于在模制处理中的多种因素，模制品的形状在多次发射（shot）之间变化。

安装于当今的高分辨率产品中的fθ透镜需要高精度，且已经发明了用于减小在多次发射之间的形状变化的模制方法。

PTL1利用模制品取出时的温度。PTL1公开了一种模制方法，其中，检测布置在模具分模线上的热电偶的温度，并且当该温度达到预定温度时，将模具打开并取出模制品。

在PTL2中，模具的升高的温度通过连续形成模制品来控制。PTL2公开了一种模制方法，其中，监控模具的温度，使得即使当模具的温度升高时也通过可变地调节循环而防止形成由于不充分冷却而引起的缩痕和翘曲。

引用文献列表

专利文献

PTL1日本专利申请公开No.5-192977

PTL2日本专利申请公开No.6-254929

发明内容

技术问题

在PTL1和PTL2中公开的技术的目的是稳定从模具向模制品传递的温度。不过，只考虑了在模具打开时之前的温度历史。

通常，在两板式模具中，模具在模制品与模具的可动侧紧密接触的同时打开。

模制品间歇地与模具的可动侧部件紧密接触，直到当模制品通过顶推器而从模具中排出时。因此，模制品持续地从模具的可动表面接收比室温更高的模具温度，直到模具打开和取出模制品。因此，模制品的收缩情况根据所接收的温度而变化，并且模制品的形状受到影响，从而PTL1和PTL2（该PTL1和PTL2使得模具打开之前的温度历史稳定）并不足以抑制模制品的形状变化。因此，可能存在这样的情况，其中，必须对所模制的透镜一个个地进行性能评估，以便选择满足性能的透镜。因此，消耗大量的劳动来进行评估。

考虑到上述背景做出本发明，本发明减小了模制品的形状变化。

问题的解决方案

本发明提供了一种模制品的制造方法，其中，模具包括由第一型模部件和第二型模部件形成的空腔，且该方法包括将树脂注入空腔内、冷却树脂、然后通过使得第一型模部件和第二型模部件相互分离而打开模具、由第一型模部件来保持模制品、然后从第一型模部件取出模制品。在打开模具之后，测量保持模制品的第一型模部件的温度，且当第一型模部件的温度达到预定温度时开始从第一型模部件取出模制品的操作。本发明的模具包括由第一型模部件和第二型模部件形成的空腔，且第一型模部件包括温度传感器，用于测量在模具打开之后第一型模部件的温度。

本发明的模具包括由第一型模部件和第二型模部件形成的空腔，与第一型模部件相邻的部件包括温度传感器，用于测量在模具打开之后第一型模部件的温度。

本发明的模具包括由第一型模部件和第二型模部件形成的空腔以及用于测量在模具打开之后第一型模部件的温度的非接触式温度传感器。

发明的有利效果

在本发明中，能够通过使温度稳定直到模制品从可动侧部模具中排出而大大降低模制品的形状变化。

而且，能够减少在模制品的批量生产中评估透镜性能的处理，从而能够大大降低生产成本。

附图说明

图1A和图1B是fθ透镜的示意图。

图2是用于制造本发明的模制品的注入模具的实例的示意图。

图3A至图3D是示出本发明的模制品的制造方法的实例的示意图。

图4A和图4B是示出第一型模部件的温度的变化的视图。

图5是示出在排出时在第一型模部件的温度与形状误差之间的关系的视图。

图6是从在模制机器中获得温度传感器的值时至进行排出时的流程图。

图7A和图7B是示出在排出时在第一型模部件的温度与形状误差之间的关系的视图。

图8是示出第二实施例的视图。

图9是示出第三实施例的视图。

图10A和图10B是示出第三实施例的视图。

图11是示出第四实施例的视图。

图12是示出模制品变化的视图。

具体实施方式

下面将参考附图介绍本发明的实施例。

第一实施例

下面将参考图1A、图1B、图2和图3A至图3D介绍第一实施例。首先，图1A和图1B示出了激光打印机的fθ透镜的形状，该fθ透镜是由根据本发明的模制品的制造方法而形成的模制品的实例。图1A是fθ透镜从侧部看时的视图。图1B是fθ透镜从上面看时的视图。

如图1中所示，fθ透镜具有纵向长度L、短边长度W、高度H和两个光学表面R1和R2。在本发明中，纵向方向由箭头8表示。fθ透镜具有高的光学灵敏性，在树脂注入模制处理中需要极高的精度。

下面将参考图2和图3A至图3D介绍fθ透镜的制造方法，该方法是根据本发明的模制品的制造方法的一个实施例。

图2是本发明的、用于制造模制品的注入模具的实例的示意图。在图2中，参考标号22表示模制机器的可动侧压板，参考标号23表示模制机器的固定侧压板，参考标号9表示塑化单元，参考标号10表示浇口，参考标号11表示流道，而参考标号12表示闸门。参考标号161表示作为第一型模部件的可动侧镜面精加工插入部件，参考标号162表示作为第二型模部件的固定侧镜面精加工插入部件，参考标号261表示固定该可动侧镜面精加工插入部件的可动侧模具座（moldset），而参考标号262表示固定该固定侧镜面精加工插入部件的固定侧模具座。参考标号13表示由第一型模部件161和第二型模部件162形成的空腔。参考标号14表示模具温度调节水管，而参考标号15表示模具分模线。参考标号17表示温度传感器，例如布置成测量可动侧镜面精加工插入部件的温度的热电偶，而参考标号18表示用于将温度传感器的值输入模制机器内的引线。参考标号19表示顶推器销，参考标号20表示顶推器板，参考标号21表示模制机器顶推器杆，而参考标号24表示自动模制品取出机器（见图3D）。

模具的温度通过与模具温度调节水管14连接的温度调节机器而调节在预定的预设温度。由塑化缸9塑化的树脂通过浇口10、流道11和闸门12而注入模具内和填充空腔13。第一型模部件的形状转印表面和第二型模部件的形状转印表面通过来自塑化缸9的压力而转印给树脂，并形成透镜。然后，对空腔中的模制品进行冷却，直到树脂固化。

图3A至图3D是示出本发明的模制品的制造方法的实例的示意图。图3A是示出当冷却完成时模具和模制品的状态的视图。图3B是示出在模具打开后模具和模制品的状态的视图。图3C是示出当模制品从模具的可动侧排出时模具和模制品的状态的视图。图3D是示出当模制品由取出机器夹住时模具和模制品的状态的视图。

如图3A中所示，将模制品冷却直到树脂固化。然后，如图3B中所示，分模线15打开，模具分成固定侧和可动侧，且可动侧镜面精加工插入部件（第一型模部件）161和固定侧镜面精加工插入部件（第二型模部件）162相互分离。模制品保持在可动侧镜面精加工插入部件（第一型模部件）161的空腔形成部分中。在模具打开之后，模制品保持与可动侧镜面精加工插入部件（第一型模部件）161的形状转印表面紧密接触一定时间。然后，如图3C中所示，与模制机器的顶推器驱动马达相关联的顶推器杆21滑动，以便将顶推器板20推出。附接在顶推器板上的顶推器销19相对运动，使得模制品从第一型模部件被推出。然后，如图3D中所示，模制品由模制品取出机器24夹持，然后储存在模制品储存室中。尽管取决于模制品取出机器24的定时，从模具打开时到模制品与第一型模部件分离时的持续时间为大约5至15秒。

图4A和图4B示出了第一型模部件的温度变化的实例。水平轴线表示模制时间，竖直轴线表示温度。图4A示出了在注入、模具打开和模制品取出的过程中的温度变化。在本实施例中，第一型模部件的温度是由布置在作为第一型模部件的可动侧镜面精加工插入部件161中的温度传感器测量的值，该温度传感器例如为热电偶。温度传感器（例如热电偶）尽可能靠近空腔或第一型模部件的形状转印表面地布置。在比第一型模部件的温度高的温度下熔化的树脂注入空腔中，使得模具部件的温度暂时升高。过了一会儿，模具部件通过流入模具温度调节水管14中的温度调节水而冷却。当模具部件的温度达到温度调节机器的预设温度附近时，将模具打开。图4B是由图4A中的虚线包围的区域的放大图，示出了从模具打开时开始由热电偶17测量的温度波形的实例。在模具打开之前，也就是当模具正被冷却时，作为在第一型模部件与第二型模部件之间的接触表面的分模表面没有暴露给室温，因此没有大的温度变化。不过，当模具打开时，作为在第一型模部件与第二型模部件之间的接触表面的分模表面暴露于室温，因此产生大的温度变化。如上所述，从模具打开时到模制品从第一型模部件排出时的等待时间为大约5至15秒。在等待时间期间在模制品中产生温度变化，使得模制品在产生大的温度变化的同时被推出。

当温度下降行为对于每次发射都稳定时，将不会产生模制品变化（模制品变化是本发明要解决的问题）。不过发现，由于不确定的因素（例如周围温度的波动），下降的温度的行为对于每次发射都变化，使得模制品排出时的温度受到下降的温度的不稳定行为的影响并且变化。换句话说，已经发现，通过使排出温度（模制品在该排出温度下从第一型模部件推出）稳定将抑制模制品的形状变化。由于上述发现，在本发明的模制品的制造方法中，在模具打开后测量保持模制品的第一型模部件的温度，并且当所述温度达到预定温度时从第一型模部件取出模制品。

具体地说，作为实例，由布置在第一型模部件中的热电偶17监控的温度输入模制机器中。然后，当温度达到任意设定的预设温度时驱动顶推器驱动马达，使得排出温度稳定，并减少模制品的形状误差。为了实现上述处理，将图6中所示的程序嵌入模制机器中以便形成模制品。在模具打开后，由热电偶17监控的温度输入模制机器中，且当所述温度达到预设温度T℃时，驱动模制机器的顶推器驱动马达。

当模具打开时的温度是K℃时，在预设温度T℃设置为低于K℃的任意温度时将抑制模制品的形状变化。模制品排出时的温度的变化能够通过充分延长从当模具打开时到当模制品排出时的时间而减小。这是因为模具温度和室温达到平衡，模具温度稳定。不过，当从模具打开时到当模制品排出时的时间越长，模制循环也越长，成本越高。因此，预设温度T℃应当设置成尽可能地接近模具打开时的温度。希望在模制品与第一型模部件的形状转印表面完全接触的状态下保持和冷却排出前的模制品。不过，当由第二型模部件的形状转印表面形成的表面暴露于室温中的时间较长时，模制品收缩，且模制品从第一型模部件的形状转印表面上剥离。当模制品在排出前剥离时，将在光学表面上从中心至外侧形成称为表面裂纹的不连续形状。因此，必须在不产生表面裂纹的同时排出模制品。通过研究，发现在从模具打开时的温度至比模具打开时的所述温度低1.5℃的温度的范围中几乎不会产生表面裂纹。

换句话说，为了获得低成本和高精度，需要使得当顶推器销推出时的定时（也就是顶推器驱动马达被驱动的定时）是当温度低于K℃（该K℃是模具打开时的温度）并且高于或等于（K-1.5）℃时。简单地说，当在模具打开时第一型模部件的温度是K℃时，任意设置的预设温度T℃应当设置成K>T≥（K-1.5）。

预设温度的温度范围（温度变化）越小，模制品的可重复性就能够越精确。预设温度的温度范围（温度变化）应当为大约±0.3℃。因此，模制品的形状变化被抑制为常规模制品的形状变化的大约三分之一。因此，不会产生较差外观（例如表面裂纹），从而能够将塑料模制的透镜安装在需要高精度的产品中。

第二实施例

图8示出了一个实施例，其中，热电偶不能布置在可动侧镜面精加工插入部件（第一型模部件）161中。

在本实施例中，第一型模部件的温度是由布置在与第一型模部件相邻的部件中的热电偶来测量的值。对用于形成模制品的最大型模部件（在光学元件例如fθ透镜的情况下，该最大型模部件是可动侧镜面精加工插入部件（第一型模部件）161）的温度进行监控，且被监控到的温度用作第一型模部件的温度。不过，当型模部件的尺寸较小或者型模部件的形状复杂时，热电偶不能布置在该型模部件中。在这种情况下，热电偶布置在模具座261中，该模具座261是与第一型模部件相邻的部件，由热电偶测量的温度用作第一型模部件的温度，从而能够获得相同效果。

以与第一实施例中相同的方式，熔融树脂注入空腔中，然后对树脂进行冷却，并且打开模具。然后，当由布置在模具座中的热电偶25监控的、输入模制机器中的温度达到预设温度时，模制机器的顶推器驱动马达被驱动，模制品被排出。热电偶25尽可能靠近空腔或第一型模部件的形状转印表面地布置。

第三实施例

图9示出了执行多件模制的实施例。

在图9中，模具包括两组的第一型模部件和第二型模部件，这两组分别形成空腔27和空腔28。热电偶29和热电偶30分别布置在两个第一型模部件中。

图10示出了在模具打开之前以及之后由热电偶29测量的空腔27的温度和由热电偶30测量的空腔28的温度的波形。

如图10中所示，这些空腔的温度可以彼此不同。可以认为这是因为在模具周围的环境温度可能由于对流等情况而不同。

在这种情况下，由布置在第一型模部件中的热电偶27、28监控的两个温度都输入模制机器中。然后，计算每次监控温度的平均值，且当平均值达到预设温度时，驱动模制机器的顶推器驱动马达，并排出模制品。

因此，在两个空腔中，能够形成多个模制品，且这些模制品形状的发射变化较小。同时，空腔之间的变化能够最小化。

尽管在第三实施例中介绍了两件模制的情况，但是第三实施例也能够以相同方式适用于使用两个或更多空腔的多件模制。

第四实施例

尽管在第一、第二和第三实施例中介绍的温度传感器是通过与部件接触来检测温度的热电偶传感器，但是在第四实施例中，将介绍模具的可动侧的温度通过使用红外线的非接触式温度传感器来监控的方法。在本实施例中，第一型模部件的温度是由非接触式温度传感器测量的第一型模部件和模制品的温度值。图11示出了第四实施例。

红外线温度传感器34布置在模制机器固定侧压板23的上表面上，当模具打开时，第一型模部件和模制品由红外线温度传感器34来监控，使得可动侧模具部件的温度或模制品的温度能够从分模方向来测量。被监控的温度输入模制机器中，当所述温度达到预设温度时，模制机器的顶推器驱动马达被驱动，并排出模制品。

热电偶不需要布置在可动侧模具部件（第一型模部件）中，因此本发明能够很容易地应用于现有模具。

第五实施例

模制品例如透镜（其中，厚度变化较大）具有在模制品内的不同收缩系数，使得翘曲的绝对值可能很大。为了校正这种较大翘曲，在图2所示的模具中，可以在固定侧模具262的模具温度调节路径和可动侧模具261的模具温度调节路径之间设置通过温度调节装置设置的模具的预设温度的温度差。

例如，当调节固定侧模具262的温度的介质的温度设置成125℃，且调节可动侧模具261的温度的介质的温度设置成135℃时，固定侧模具的温度由布置在固定侧模具中的热电偶来测量，可动侧模具的温度由布置在可动侧模具中的热电偶来测量。然后，在模具打开之后，发生这样的现象，其中，可动侧模具的温度快速升高，固定侧模具的温度快速降低。产生这种现象的原因可以认为如下：从执行注入时到模具打开时，固定侧模具和可动侧模具相互接触，使得热流稳定。不过，当模具打开时，热流中断，使得固定侧模具的温度朝着由温度调节装置设置的125℃的预设模具温度降低，而可动侧模具的温度朝着由温度调节装置设置的135℃的预设模具温度升高。

如上所述，当模制品排出时的可动侧模具的温度梯度大于在不设置固定侧模具与可动侧模具之间的温度差的恒定温度下进行模制的温度梯度。因此，由于不确定因素（例如如上所述的在模制氛围中的环境温度波动），模制品被排出时的温度变化更大。在上述状态中推出的模制品的多次发射之间的形状变化比当固定侧模具和可动侧模具保持在恒定温度时在模制品中的形状变化大。模制品被推出时的温度通过本发明来稳定，因此能够大大降低模制品的形状变化。而且，本发明是用于减小在固定侧模具和可动侧模具之间设置温度差时在模制品中在多次发射之间的形状变化的非常有效的措施。

实例

下面将利用实例具体介绍本发明。不过，本发明并不局限于这些实例。

实例1

通过使用在第一实施例中所述的模制方法来执行Fθ透镜的连续模制。固定侧模具23和可动侧模具22的温度设置成120℃，模制机器的施加压力设置成110Mpa。当由热电偶17监控的温度达到121.3℃时，驱动模制机器的顶推器驱动马达，并连续执行fθ透镜的模制。当执行连续模制时，从每三次发射中随机地抽取10个模制品，并测量当模制品被排出时第一型模部件的温度和模制品的形状误差。关于形状误差，测量fθ透镜的经过光学轴线的中心的纵向形状，并测量相对于目标形状的误差。图7A示出了测量值。发射数标绘在水平轴线上。第一型模部件的空腔的温度和形状误差标绘在竖直轴线上。从图7A的曲线图可以确定，在排出时（也就是在顶推器销推出时）的温度变化在±0.3℃内。还发现形状误差的变化为大约10μm，非常小。

图7B是执行排出时（顶推器销推出时）的温度变化量和形状误差的变化量（模制品的变化量）的表格。发现，当执行排出时的温度的变化越小，模制品的形状误差的变化就越小。还发现，排出定时优选是在±0.3℃的变化范围内，以便满足fθ透镜的性能。

对比实例1

对于排出的定时，尽管第一实施例示出了其中顶推器驱动马达在热电偶17的监控温度达到121.3℃时被驱动，但是这里，代替使用温度，顶推器驱动马达在从模具打开经过12秒后被驱动。除了上述处理之外，以与第一实施例中相同的方式执行连续模制。当执行连续模制时，从每三次发射中随机地抽取10个模制品，并测量当模制品排出时第一型模部件的温度和模制品的形状误差。关于形状误差，测量fθ透镜的经过光学轴线的中心）的纵向形状，并测量相对于目标形状的误差。图5示出了测量值。发射数标绘在水平轴线上。第一型模部件的空腔的温度和形状误差标绘在竖直轴线上。发现形状误差的变化为大约28μm。还发现在执行排出时第一型模部件的温度与形状误差之间存在很高的相关性。

尽管已经参考示例性实施例介绍了本发明，但是应当知道，本发明并不局限于所述的示例性实施例。下面的权利要求的范围应当根据最广义的解释，以便包含所有这些变化以及等效结构和功能。

本申请要求日本专利申请No.2011-146511的优先权，该日本专利申请的申请日为2011年6月30日，该文献整体被本文参引。

参考标号列表

8fθ透镜的纵向方向

9塑化单元

10浇口

11流道

12闸门

13空腔

14模具温度调节路径

15模具分模线

161第一型模部件

162第二型模部件

17温度传感器（热电偶）

19顶推器

20顶推器板

Claims (8)

1.一种模制品的制造方法，其中，模具包括由第一型模部件和第二型模部件形成的空腔，该制造方法包括：

将树脂注入空腔中；

冷却树脂；

然后，通过使得第一型模部件和第二型模部件相互分离而打开模具；

由第一型模部件来保持模制品；以及

然后，从第一型模部件取出模制品；

其中，在打开模具之后，测量保持模制品的第一型模部件的温度，且当第一型模部件的温度达到预定温度时开始从第一型模部件取出模制品的操作。

2.根据权利要求1所述的模制品的制造方法，其中：模制品是fθ透镜。

3.根据权利要求1或2所述的模制品的制造方法，其中：当模具的空腔被打开时第一型模部件的温度为K℃时，所述预定温度T℃满足公式“K>T≥(K-1.5)”。

4.根据权利要求1所述的模制品的制造方法，其中：第一型模部件的温度通过布置在第一型模部件中的温度传感器来测量。

5.根据权利要求1所述的模制品的制造方法，其中：第一型模部件的温度通过布置在与第一型模部件相邻的部件中的温度传感器来测量。

6.根据权利要求1所述的模制品的制造方法，其中：第一型模部件的温度由通过用非接触式温度传感器测量第一型模部件和模制品而获得的值来测量。

7.根据权利要求1所述的模制品的制造方法，其中：

模具包括多个第一型模部件和多个第二型模部件，这些第一型模部件和第二型模部件形成多个空腔；以及

所述第一型模部件的温度是所述多个第一型模部件的温度的平均值。

8.根据权利要求1所述的模制品的制造方法，其中：用于取出模制品的操作是驱动顶推器驱动马达的操作。