CN1715033A - 注射成形用模具和光学元件的成形方法 - Google Patents

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Abstract

得到注射成形用模具及光学元件的成形方法，该注射成形用模具能够进一步提高精细形状的复制性。该模具是具备由母材11、21、绝热层13、表面加工层14构成的动模10和由母材21构成的定模20，将熔融树脂填充在型腔30内，模制成形光学元件的注射成形用模具。绝热材料层15配置于模具母材11的内周上缘部，即构成型腔30的一部分的部分。绝热层13位于表面加工层14的背部，因此精细形状14a的复制性得到提高，而且，由于绝热材料层15邻接精细形状14a配置，因此树脂的散热减少，精细形状14a的复制性得到进一步提高。

Description

注射成形用模具和光学元件的成形方法
技术领域
本发明涉及注射成形用模具和光学元件的成形方法，尤其涉及模制透镜、导光板等小型轻质的光学元件的注射成形用模具和光学元件的成形方法。
背景技术
近年来，由于树脂材料及注射成形技术的发展，开发了各种小型轻质的透镜、棱镜板、导光板等，并且光学传感装置、移动电话机等对光学元件的需求日益增加。对于这种光学元件，要求注射成形用模具能够高精度地复制衍射用的精细形状，棱镜面、闪光面等精细形状或者平滑面。
以往，为达到高精度的复制性，在日本专利特开2002-96335号公报中提出了一种注射成形用模具50，该注射成形用模具50如图7所示，在配置于模具母材51中央部分的型芯母材52与表面加工层54之间设置了绝热层53。在形成了作为精细形状的闪光面54a的表面加工层54与模具母材55之间形成了型腔60。绝热层53最好是陶瓷喷镀层，表面加工层54最好是镍镀层。
在该模具50中，在精细形状(闪光面54a)的背部配置了绝热层53，因此，可以提高树脂充填后的闪光面54a的保温性，将精细形状高精度地复制在成形品上。但是发现了以下问题，即在与闪光面54a邻接的型腔部分51a露出了热传导率比较大的模具母材51，充填在该部分51a的熔融树脂的散热严重，对于精细形状的复制性产生不良影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够实现精细形状复制性更进一步提高的注射成形用模具和光学元件的成形方法。
为达到前述目的，本发明1的由树脂材料构成的光学元件的注射成形用模具的特征是，在型芯母材与表面加工层之间设置绝热层，构成填充树脂的型腔的模具母材的至少与前述表面加工层邻接的部分用绝热材料形成。
本发明2的使用至少具有动模和定模的注射成形用模具、将树脂材料模制成形为光学元件的方法的特征是，前述注射成形用模具的型芯母材与表面加工层之间具备绝热层，构成填充树脂的型腔的模具母材的至少与前述表面加工层邻接的部分用绝热材料形成，由此使树脂材料模制成形。
本发明1和2中，可以将模具母材整体用绝热材料形成，或者可以将绝热材料夹隔在模具母材与表面加工层之间。这种绝热材料例如可以用不锈钢、钛合金、镍合金、陶瓷或耐热性树脂等中的任一种材料形成。
本发明1和2中，由于在型芯母材与表面加工层之间具备绝热层，因此，填充在型腔中的树脂的保温性良好，尤其是在表面加工层形成的精细形状的复制性得到提高。而且，由于构成型腔的模具母材中的至少与表面加工层邻接的部分用绝热材料形成，因此，在与精细形状邻接的部分树脂的散热减少，精细形状的复制性得到了进一步提高。
附图说明
图1是本发明的模具的实施例1的剖视图。
图2是本发明的模具的实施例2的剖视图。
图3是本发明的模具的实施例3的剖视图。
图4是本发明的模具的实施例4的剖视图。
图5是本发明的模具的实施例5的剖视图。
图6是本发明的模具的实施例6的剖视图。
图7是以往的注射成形用模具的剖视图。
符号说明：1A～1F···模具，11、21···模具母材，12、22···型芯母材，13、23···绝热层，14、24···表面加工层，14a、24a···精细形状，15、16、17、27···绝热材料，30···型腔
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的注射成形用模具和光学元件的成形方法的实施例进行说明。此外，在表示各实施例的附图中，对相同的部件赋予同一符号，省略重复的说明。
(实施例1，参照图1)
实施例1的模具1A如图1所示，由动模10与定模2构成。动模10由母材11、12，绝热层13及表面加工层14构成。定模20由母材21构成。
表面加工层14对应透镜、反射镜、棱镜板、导光板等成形品(光学元件)的光学面形状进行精加工，形成衍射光栅、棱镜面、闪光面等精细形状14a。型腔30由表面加工层14、母材21和母材11的内周上缘部构成。
母材12、21用通常的模具母材材料制作，例如碳素钢或不锈钢等金属材料。碳素钢的热传导率是50W/m·K，马氏体系不锈钢的热传导率是27W/m·K。
另一方面，母材11用绝热材料形成。这里的绝热材料采用热传导率比前述母材12、21低的各种材料。例如，铁素体系不锈钢(热传导率为17W/m·K)、奥氏体系不锈钢(13W/m·K)、钛合金(Ti-6Al-4V，热传导率是7.5W/m·K)、镍合金(镍铬铁耐热耐蚀合金，热传导率是15W/m·K)等。
绝热层13由喷镀在型芯母材12上的陶瓷、聚酰亚胺树脂等有机系材料(耐热性聚合物)、作为低热传导材料的烧结陶瓷、钛合金(Ti-6Al-4V，Ti-3Al-2.5V，Ti-6Al-7Nb等)、金属陶瓷(钛酸铝，TiO2-Al2O3)、不锈钢(铁素体系、奥氏体系等)、镍合金(镍铬铁耐热耐蚀合金、FeNi)等形成。前述陶瓷能够使用氧化锆系、氮化硅系、氮化钛系等。表面加工层14通过在绝热层13上镀有色金属材料而形成，例如镀镍。
绝热层13不限于前述材料，也可以是热传导率比型芯母材12低的材料，例如热传导率为20W/k·K以下的任何材料。
该实施例1中，由于在型芯母材12与表面加工层14之间设置了绝热层13，因此，充填在型腔30中的树脂的保温性良好，尤其是表面加工层14上形成的精细形状14a的复制性得到提高。
构成型腔30的一部分的模具母材11具有与表面加工层14邻接的部分11a，由于母材11整体用绝热材料形成，因此，在与精细形状14a邻接的部分11a的树脂的散热减少，精细形状14a的复制性得到进一步提高。
(实施例2，参照图2)
实施例2的模具1B如图2所示，使环状绝热材料层15位于构成动模10的母材11的内周上缘部、即构成型腔30的一部分的部分，换而言之，就是位于母材11与表面加工层14之间。
在该模具1B中，母材11用通常的模具母材材料制得。绝热材料层15由实施例1中所示的热传导率低的各种不锈钢、钛合金、镍合金形成。或者也可以用作为陶瓷的氮化硅(Si3N4，20W/m·K)或钛酸铝(Al2O3·TiO2，1.2W/m·K)等形成。还可以用聚酰亚胺树脂(热传导率为0.28W/m·K)等耐热性聚合物形成。当然，也可以使用前述以外的材料，陶瓷可使用各种组成的陶瓷。另外，其它的部件及其材料与实施例1的模具1A相同。
该实施例2中，由于型芯母材12与表面加工层14之间具备绝热层13，因此，充填在型腔30中的树脂的保温性良好，尤其是在表面加工层14上形成的精细形状14a的复制性得到提高。
此外，由于绝热材料15介于构成型腔30的一部分的模具母材11与表面加工层14之间，因此，在与精细形状14a邻接部分的树脂的散热减少，进一步提高了精细形状14a的复制性。
(实施例3，参照图3)
实施例3的模具1C如图3所示，设置了绝热材料层16以代替前述实施例2的模具1B中的绝热材料层15。绝热材料层16的材料与绝热材料层15相同，其它的构成及材料与实施例2相同。因此，其作用效果也与实施例2同样。
(实施例4，参照图4)
作为实施例4的模具1D如图4所示，不仅动模10，而且定模20也由母材21、22和绝热层23、表面加工层24构成。表面加工层24与表面加工层14同样，对应成形品(光学元件)的光学面形状进行精加工，形成精细形状24a。
绝热层23及表面加工层24的材料与前述实施例1相同。并且，母材11、21用绝热材料形成。其材料与实施例1中作为母材11的材料所示的材料相同。型芯母材12、22的材料也与实施例1中作为母材12的材料所示的材料相同。
该实施例4中，由于在型芯母材12、22与表面加工层14、24之间具备绝热层13、23，因此充填在型腔30中的树脂的保温性良好，尤其是在表面加工层14、24上形成的精细形状14a、24a的复制性得到提高。
构成型腔30的一部分的模具母材11、21具有与表面加工层14、24邻接的部分11a、21a，由于母材11、21整体用绝热材料形成，因此，与精细形状14a、24a邻接的部分11a、21a的树脂的散热减少，精细形状14a、24a的复制性得到进一步提高。而且，树脂在其正反面被保温，因此，能够消除成形品发生翘曲的可能性。
(实施例5，参照图5)
实施例5的模具1E如图5所示，在模具母材11、21的内周缘部，即构成型腔30的一部分的部分，设置环状的绝热材料层17、27。该绝热材料层17、27的材料与前述实施例2中作为绝热材料层15的材料所示的材料相同。
其它构成及其材料，除了母材11、21用通常的模具母材材料制作之外，与前述实施例4同样。并且，其作用效果也与实施例4同样。
(实施例6，参照图6)
如图6所示，实施例6的模具1F是成形弯曲的透镜用模具，各构成部件与实施例3的模具1C相同，其材料也相同。因此，其作用效果也与实施例3同样。
(成形方法)
这里，对使用前述模具1A～1F的注射成形方法进行简要说明。
首先，将在规定温度熔融的树脂(例如，非晶质聚烯烃树脂)填充在型腔30内，充填结束后立即进入保压工序。保压工序是为了对充填在型腔30内的树脂由于温度降低而略有收缩的部分进行补偿、对树脂保持规定压力的工序。保压工序后进入冷却工序(自然冷却)，至少在树脂(成形品)的表面温度降低到热变形温度以下时再开模，用未图示的推杆等将成形品顶出。
在型腔30内，树脂刚充填结束后温度就开始降低。但是，由于前述模具1A～1F中，在精细形状14a、24a的背部配置有绝热层13、23，因此注射到型腔30内的树脂的保温性良好，而且由于构成型腔30的模具母材的至少一部分用绝热材料形成，因此树脂的散热减少，精细形状14a、24a的复制性得到提高。
(其它实施例)
本发明的注射成形用模具和光学元件的成形方法不限定于前述实施例，在其技术主旨的范围内能够进行各种变更。
尤其是模具结构的细部是任意的，作为使用材料，前述实施例中所示的具体的材料当然也只是例示。此外，在图1～图6中，可以是模具10是固定的而模具20是活动的，或者也可以是具备中间模具构件的三板式成形模具。

Claims (6)

1、注射成形用模具，它是由树脂材料构成的光学元件的注射成形用模具，其特征在于，在型芯母材与表面加工层之间具备绝热层，构成填充树脂的型腔的模具母材的至少与前述表面加工层邻接的部分用绝热材料形成。
2、如权利要求1所述的注射成形用模具，其特征还在于，前述模具母材整体用绝热材料形成。
3、如权利要求1所述的注射成形用模具，其特征还在于，绝热材料介于前述模具母材与前述表面加工层之间。
4、如权利要求1～3中任一项所述的注射成形用模具，其特征还在于，前述绝热材料由热传导率20W/m·K以下的材料构成。
5、如权利要求1～4中任一项所述的注射成形用模具，其特征还在于，前述绝热材料由不锈钢、钛合金、镍合金、陶瓷或耐热性树脂中的任一种材料构成。
6、光学元件的成形方法，它是使用至少具有动模和定模的注射成形用模具、将树脂材料模制成形为光学元件的方法，其特征在于，前述注射成形用模具的型芯母材与表面加工层之间具备绝热层，构成填充树脂的型腔的模具母材的至少与前述表面加工层邻接的部分用绝热材料形成，藉此使树脂材料成形。
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