JP2001079889A - 成形金型 - Google Patents

成形金型

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Abstract

(57)【要約】 【課題】成形品の品質を高精度に維持するとともに冷却
時間の短縮と曲がり等の形状変形を抑制する。 【解決手段】キャビティ１０内に充填した溶融樹脂１２
を冷却しているときに、キャビティ１０内の圧力が第２
の入れ子６の連通孔１１から導入される大気圧より低く
なり、第１の入れ子５がキャビティ１０側に凹み、冷却
して固化している樹脂１２にヒケを生じ、樹脂１２を鏡
面駒８，９の転写面に密着させる。このヒケが生じた樹
脂１２に熱伝導率が高い材料の第１の入れ子５が接触し
ているから、ヒケが生じた部分の樹脂温度を他の部分の
樹脂温度と同じように低くしてキャビティ１０内の樹脂
温度分布を均一にし、成形金型１から取り出した成形品
２１に温度分布の偏りがなく、収縮率の違いによる変形
が生じることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レンズやミラ
ー，プリズムなどプラスチック光学素子の成形金型に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】プラスチックレンズ等のプラスチック光
学素子を高精度に成形する射出成形金型が特許第２６８
６１２２号公報や特開平６−３０４９７３号公報，特開
平１１−２８７４５号公報に開示されている。例えば図
７に示すように、光学面である鏡面２２，２３と非光学
面２４，２５を有するプラスチック光学素子の成形品２
１を成形するとき、特許第２６８６１２２号公報に示さ
れた成形金型１は、図８（ａ）に示すように、固定側金
型２に設けた鏡面駒８と可動側金型３に設けた鏡面駒９
の転写面で成形品２１の鏡面２２，２３を転写する。こ
の鏡面駒８，９以外の非光学面２４，２５に接する成形
面の一部に多孔質部材２６を配置し、溶融樹脂をキャビ
ティ内に充填した後、保圧から冷却工程中に成形品２１
の非光学面２４，２５を多孔質部材２６を介して流入す
る気体で押圧して、成形品２１の鏡面２２，２３を成形
金型１の鏡面駒８，９の転写面に密着させるようにして
いる。また、特開平６−３０４９７３号公報に示された
成形金型１は、図８（ｂ）に示すように、鏡面駒８，９
の転写面以外の成形面に開口する通気口２７と、通気口
２７に連通する連通孔２８を設け、溶融樹脂をキャビテ
ィ内に充填するときに、キャビティ内の空気を連通孔２
８内に圧縮充填し、成形品２１の転写面に接触する部分
と通気口２７の部分とに圧力差を発生させて通気口２７
の部分に選択的にヒケを発生させ、転写面に接触する鏡
面２２，２３の部分にヒケを発生させないようにしてい
る。特開平１１−２８７４５号公報に示された成形金型
１は、図８（ｃ）に示すように、溶融樹脂を軟化温度未
満まで冷却するときに、鏡面駒８，９の転写面以外の成
形面に設けたキャビティ駒２９を樹脂から離して、樹脂
とキャビティ駒２９の間に空隙３０を形成し、空隙３０
に面した樹脂の部分に優先的にヒケを発生させ、転写面
に接触する鏡面２２，２３の部分にヒケを発生させない
ようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記いずれの成形金型
も、成形品の光学素子として使用する有効範囲外にヒケ
を発生させ、光学素子の成形品の鏡面を良好に転写する
とともに内部歪みを少なくして高精度な光学素子の成形
品を得ることができる。しかしながら成形中の軟化温度
以上でヒケを発生する部分の樹脂が金型から離れるた
め、その部分の熱伝達が極端に低くなり、結果的に冷却
時間が長くなるという問題がある。
【０００４】また、図８（ｂ），（ｃ）に示すように、
成形品の鏡面を転写する転写面以外に非対称なヒケを発
生させた場合は、冷却時にヒケが生じた部分の樹脂温度
が高く、その他の部分の樹脂温度が低いために温度分布
が偏り、金型から成形品を取り出した後の収縮率の違い
により成形品が変形してしまう。この成形品の変形を防
ぐためには、取り出し時の温度を下げるなど十分に樹脂
を冷却する必要があるが、冷却時間が長くなってしま
う。
【０００５】また、溶融樹脂を軟化温度未満まで冷却す
るときに、転写面以外の面に設けたキャビティ駒を樹脂
から離して、樹脂とキャビティ駒の間に空隙を形成する
場合は、キャビティ駒を樹脂から離すときにキャビティ
駒と樹脂との間の密着力が変動して成形品が変形する可
能性がある。
【０００６】この発明はかかる短所を改善し、成形品の
品質を高精度に維持するとともに冷却時間の短縮と曲が
り等の形状変形を抑制することができる成形金型を提供
することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る成形金型
は所定の形状を形成する転写面以外の部分に成形中の樹
脂の移動に対して追従して変形できる金型入れ子を設け
たことを特徴とする。
【０００８】上記金型入れ子を金属の薄板又は金属と樹
脂を混合した薄板で形成し、金型入れ子を保持する保持
用入れ子に金型入れ子の表面と外部とを連通した連通孔
を有する。
【０００９】また、上記金型入れ子を金属の薄板又は金
属と樹脂を混合した薄板で形成し、金型入れ子を保持す
る保持用入れ子に滑動自在に取り付けられ、金型入れ子
と接離する第３の入れ子を有し、第３の入れ子に金型入
れ子の表面と外部とを連通した連通孔を設けても良い。
【００１０】さらに、充填した樹脂の冷却過程で上記連
通孔から加圧流体を注入することが望ましい。
【００１１】また、充填した樹脂の冷却過程で上記導入
管から冷却流体を注入すると良い。
【００１２】上記金型入れ子を金属の薄板又は金属と樹
脂を混合した薄板で形成し、金型入れ子にあらかじめキ
ャビティ側に成形品最終形状に合わせた形状の突出した
凸面を設けても良い。
【００１３】また、上記金型入れ子を金属の薄板又は金
属と樹脂を混合した薄板で形成し、金型入れ子を保持す
る保持用入れ子の金型入れ子との接触面にあらかじめ定
めた大きさの凹部を設けても良い。
【００１４】さらに、離型時にキャビティから成形品を
取り出す前に機械的又は流体圧により上記金型入れ子を
成形品から剥離させることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】この発明のプラスチック光学素子
の成形品を成形する成形金型は固定側金型と可動側金型
と基準面側入れ子と第１の入れ子と第２の入れ子を有す
る。固定側金型には成形品の一方の鏡面を転写する鏡面
駒を有し、可動側金型には成形品の他方の鏡面を転写す
る鏡面駒を有する。この鏡面駒の先端の転写面と基準面
側入れ子の側面及び第１の入れ子で所定容積のキャビテ
ィを形成する。第１の入れ子は柔軟性と耐熱性を有し、
熱伝導率が高い材料、例えば鉄等の金属薄板やシリコン
樹脂などの柔軟性を有するバインダに金属粒を混入した
薄板からなる。第２の入れ子は第１の入れ子を保持する
ものであり、第１の入れ子の表面と成形金型の外部とを
連通した連通孔を有する。
【００１６】この成形金型でプラスチック光学素子の成
形品を成形するときは、溶融樹脂をキャビティ内に充填
して冷却し固化させる。この溶融樹脂の充填量は通常の
成形では冷却途中で成形品にヒケが生じる量である。こ
のキャビティ内に充填した溶融樹脂を冷却しているとき
に、キャビティ内の圧力が第２の入れ子の連通孔から導
入される大気圧より低くなり、第１の入れ子がキャビテ
ィ側に凹んで冷却して固化している樹脂にヒケを生じ、
樹脂を鏡面駒の転写面に密着させる。このヒケが生じた
樹脂に熱伝導率が高い材料の第１の入れ子が接触してい
るから、ヒケが生じた部分の樹脂温度を他の部分の樹脂
温度と同じように低くすることができ、キャビティ内の
樹脂温度分布を均一にすることができる。したがって成
形金型から取り出した成形品には温度分布の偏りがな
く、収縮率の違いによる変形が生じることを防止して、
良質なプラスチック光学素子の成形品を成形することが
できる。
【００１７】
【実施例】〔第１の実施例〕 図１はこの発明の一実施
例を示す断面図である。例えば図７に示すプラスチック
光学素子の成形品２１を成形する成形金型１は固定側金
型２と可動側金型３と基準面側入れ子４と第１の入れ子
５と第２の入れ子６及びロッキングブロック７を有す
る。固定側金型２には成形品２１の一方の鏡面２２を転
写する鏡面駒８を有し、可動側金型３には成形品２１の
他方の鏡面２３を転写する鏡面駒９を有する。この鏡面
駒８，９の先端の転写面と基準面側入れ子４の側面及び
第１の入れ子５で所定容積のキャビティ１０を形成す
る。第１の入れ子５は柔軟性と耐熱性を有し、熱伝導率
が高い材料、例えば鉄等の金属板やシリコン樹脂などの
柔軟性を有するバインダに金属粒を混入したものからな
る。この第１の入れ子５の厚さは、キャビティ１０に充
填する樹脂と接触する面積に応じて定められ、樹脂と接
触する面積が大きい場合は、３ｍｍ程度の１枚の薄板を
使用したり、あるいは１ｍｍ以下の薄板を複数枚層状に
重ね合わせて使用する。また、樹脂と接触する面積が例
えば長さ１３０ｍｍ×高さ４０ｍｍ程度の場合は０．１
ｍｍ程度の鉄板を使用しても良い。第２の入れ子６は第
１の入れ子５を保持するものであり、第１の入れ子５の
表面と成形金型１の外部とを連通した連通孔１１を有す
る。
【００１８】この成形金型１でプラスチック光学素子の
成形品２１を成形するときは、図１（ａ）に示すよう
に、溶融樹脂１２をキャビティ１０内に充填して冷却し
固化させる。この溶融樹脂１２の充填量は通常の成形で
は冷却途中で成形品にヒケが生じる量である。このキャ
ビティ１０内に充填した溶融樹脂１２を冷却していると
きに、キャビティ１０内の圧力が第２の入れ子６の連通
孔１１から導入される大気圧より低くなり、図１（ｂ）
に示すように、第１の入れ子５がキャビティ１０側に凹
み、冷却して固化している樹脂１２にヒケを生じ、樹脂
１２を鏡面駒８，９の転写面に密着させる。このヒケが
生じた樹脂１２に熱伝導率が高い材料の第１の入れ子５
が接触しているから、ヒケが生じた部分の樹脂温度を他
の部分の樹脂温度と同じように低くすることができ、キ
ャビティ１０内の樹脂温度分布を均一にすることができ
る。したがって成形金型１から取り出した成形品２１に
は温度分布の偏りがなく、収縮率の違いによる変形が生
じることを防止して、良質なプラスチック光学素子の成
形品２１を成形することができる。
【００１９】上記実施例はキャビティ１０に充填した樹
脂１２を冷却しているときに、第２の入れ子６の連通孔
１１から導入される大気圧によりキャビティ１０内に圧
力差を生じさせる場合について説明したが、樹脂１２の
冷却工程で第２の入れ子６の連通孔１１から加圧流体を
導入しても良い。このように第２の入れ子６の連通孔１
１から加圧流体を導入することにより、キャビティ１０
に充填した樹脂１２の第１の入れ子５側に凹みを確実に
発生させることができる。
【００２０】〔第２の実施例〕 また、上記第１の実施
例はキャビティ１０に充填した樹脂１２を冷却している
ときに、第２の入れ子６を固定している場合について説
明したが、図２（ａ）の断面図に示すように、第２の入
れ子６の中心部に滑動自在な第３の入れ子１３を設け、
図２（ｂ）に示すように、キャビティ１０に充填した樹
脂１２を冷却途中に第３の入れ子１３を後退させながら
第３の入れ子１３に設けた連通孔１４から大気又は加圧
流体を導入するようにしても良い。このようにキャビテ
ィ１０に充填した樹脂１２を冷却しているときに第３の
入れ子１３を後退させて、大気又は加圧流体を導入する
ことにより、キャビティ１０に充填した樹脂１２の第１
の入れ子５側にヒケを確実に発生させることができる。
また、第３の入れ子１３を後退させるとき、第３の入れ
子１３と第１の入れ子５との密着強度はキャビティ１０
内の樹脂１２と第１の入れ子５との密着強度と比較して
十分小さいため、第３の入れ子１３が第１の入れ子５か
ら離れるだけで、キャビティ１０内の樹脂１２と第１の
入れ子５は密着しているために、第３の入れ子１３を後
退させるときに、キャビティ１０内の樹脂１２に変形が
生じることを防ぐことができ、安定した形状の成形品２
１を成形することができる。
【００２１】また、キャビティ１０に充填した樹脂１２
の冷却工程で、第３の入れ子１３を後退させながら連通
孔１４から空気や水，油等の冷却用流体を導入しても良
い。このように連通孔１４から冷却用流体を導入するこ
とにより、キャビティ１０に充填した樹脂１２の冷却効
率を高めることができ、冷却時間を短縮できる。
【００２２】
【第３の実施例】 また、図３（ａ）の断面図に示すよ
うに、第１の入れ子５にあらかじめキャビティ１０側に
突出した凸面５１を設けても良い。この場合は、キャビ
ティ１０内に樹脂１２を充填しているとき、図３（ｂ）
に示すように、樹脂１２の充填圧力により、第１の入れ
子５の凸面５１が押されて変形し平坦になり、キャビテ
ィ１０内に充填した樹脂１２を冷却しているとき、図３
（ｃ）に示すように、キャビティ１０内の圧力降下によ
り第１の入れ子５の形状が復元して樹脂１２にヒケを形
成する。このようにして簡単な構成で樹脂１２を鏡面駒
８，９の転写面に密着させて成形品１２の鏡面を良好に
転写することができる。
【００２３】〔第４の実施例〕上記第３の実施例は第１
の入れ子５にあらかじめキャビティ１０側に突出した凸
面５１を設けた場合について説明したは、図４（ａ）の
断面図に示すように、第１の入れ子５を押える第２の入
れ子６の第１の入れ子５との接触面にあらかじめ凹み６
１を形成しておいても良い。この場合は、キャビティ１
０内に樹脂１２を充填しているとき、図４（ｂ）に示す
ように、樹脂１２の充填圧力により、第１の入れ子５が
第２の入れ子６の凹み６１に倣って変形する。このキャ
ビティ１０内に充填した樹脂１２を冷却しているとき、
図４（ｃ）に示すように、キャビティ１０内の圧力降下
により第１の入れ子５の形状が復元し、その復元力でキ
ャビティ１０内の樹脂１２を押圧して、樹脂１２を鏡面
駒８，９の転写面に密着させる。このようにして成形品
２１の鏡面を良好に転写することができる。
【００２４】上記各実施例により成形した成形品２１を
成形金型１から取り出すために可動金型３を金型開閉方
向に開くと、可動金型３と共に移動する成形品２１と第
１の入れ子５との間に大きな離型抵抗が働く。第１の入
れ子５は薄板であるため、この離型抵抗により破損する
可能性がある。そこで成形金型１を離型するとき、図５
（ａ）に示すように、離型前にロッキングブロック７を
移動させて第１の入れ子５を取り付けた第２の入れ子６
を外側に移動させる。この第２の入れ子６の移動により
第１の入れ子５を成形品２１の表面から引き剥がすこと
ができる。この状態で、図５（ｂ）に示すように、可動
金型３を開くことにより、第１の入れ子５又は成形品２
１に疵を付けることなしに成形品２１を取り出すことが
できる。
【００２５】また、第２の入れ子６を外側に移動させる
ときに、図６の断面図に示すように、第２の入れ子６に
設けた空気導入管１６により成形品２１と第１の入れ子
５との間に空気を注入ることにより、成形品２１や第１
の入れ子５を破損することなしに第１の入れ子５を成形
品２１から引き剥がすことができる。
【００２６】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、所定の
形状を形成する転写面以外の部分に成形中の樹脂の移動
に対して追従して変形できる金型入れ子を設けたから、
キャビティに樹脂を充填して冷却しているときに、転写
面以外の樹脂の部分にヒケを生じ、樹脂を鏡面駒の転写
面に密着させるととができ、良質なプラスチック光学素
子の成形品を成形することができる。
【００２７】また、金型入れ子金属の薄板又は金属と樹
脂を混合した薄板で形成することにより熱伝導率を高め
て、ヒケが生じた部分の樹脂温度を他の部分の樹脂温度
と同じように低くことができるから、キャビティ内の樹
脂温度分布を均一にすることができる。したがって成形
金型から取り出した成形品には温度分布の偏りがなく、
収縮率の違いによる変形が生じることを防止して良質な
プラスチック光学素子の成形品を成形することができ
る。
【００２８】また、金型入れ子を保持する保持用入れ子
に金型入れ子の表面と外部とを連通した連通孔を設ける
ことにより、転写面以外の樹脂部分に確実にヒケを生じ
させることができる。
【００２９】さらに、金型入れ子を保持する保持用入れ
子に金型入れ子と接離する第３の入れ子を設け、充填し
た樹脂の冷却過程で第３の入れ子を金型入れ子から離す
ときに第３の入れ子に設けた連通孔から金型入れ子と第
３の入れ子の間に大気を注入することにより、キャビテ
ィ内に確実に圧力差を生じさせてキャビティに充填した
樹脂の金型入れ子側に確実にヒケを発生させることがで
きる。
【００３０】また、第３の入れ子を後退させるとき、第
３の入れ子と金型入れ子との密着強度はキャビティ内の
樹脂と金型入れ子との密着強度と比較して十分小さいか
ら、第３の入れ子を後退させるときに、キャビティ内の
樹脂に変形が生じることを防ぐことができ、安定した形
状の成形品を成形することができる。
【００３１】また、充填した樹脂の冷却過程で連通孔か
ら加圧流体を注入することにより、キャビティに充填し
た樹脂の金型入れ子側により確実にヒケを発生させるこ
とができる。
【００３２】また、充填した樹脂の冷却過程で連通孔か
ら冷却流体を注入することにより冷却時間を短縮するこ
とができる。
【００３３】さらに、金型入れ子にあらかじめキャビテ
ィ側に成形品最終形状に合わせた形状の突出した凸面を
設けたり、金型入れ子を保持する保持用入れ子の金型入
れ子との接触面にあらかじめ定めた大きさの凹部を設け
ることにより、簡単な構成でキャビティ内の樹脂を鏡面
駒の転写面に密着させて成形品の鏡面を良好に転写する
ことができる。
【００３４】また、離型時にキャビティから成形品を取
り出す前に機械的又は流体圧により金型入れ子を成形品
から剥離させることにより、離型時に成形品や金型入れ
子を破損することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の第２の実施例の構成を示す断面図で
ある。
【図３】この発明の第３の実施例の構成を示す断面図で
ある。
【図４】この発明の第４の実施例の構成を示す断面図で
ある。
【図５】離型時の状態を示す断面図である。
【図６】他の実施例の構成を示す断面図である。
【図７】プラスチック光学素子の成形品を示す斜視図で
ある。
【図８】従来例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１；成形金型、２；固定側金型、３；可動側金型、４；
基準面側入れ子、５；第１の入れ子、６；第２の入れ
子、７；ロッキングブロック、８，９；鏡面駒、１０；
キャビティ、１１；連通孔、１２；樹脂、１３；第３の
入れ子、１４；連通孔、２１；成形品。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の形状を形成する転写面以外の部分
    に成形中の樹脂の移動に対して追従して変形できる金型
    入れ子を設けたことを特徴とする成形金型。
  2. 【請求項２】 上記金型入れ子を金属の薄板又は金属と
    樹脂を混合した薄板で形成し、金型入れ子を保持する保
    持用入れ子に金型入れ子の表面と外部とを連通した連通
    孔を有する請求項１記載の成形金型。
  3. 【請求項３】 上記金型入れ子を金属の薄板又は金属と
    樹脂を混合した薄板で形成し、金型入れ子を保持する保
    持用入れ子に滑動自在に取り付けられ、金型入れ子と接
    離する第３の入れ子を有し、第３の入れ子に金型入れ子
    の表面と外部とを連通した連通孔を設けた請求項１記載
    の成形金型。
  4. 【請求項４】 充填した樹脂の冷却過程で上記連通孔か
    ら加圧流体を注入する請求項２又は３記載の成形金型。
  5. 【請求項５】 充填した樹脂の冷却過程で上記連通孔か
    ら冷却流体を注入する請求項２又は３記載の成形金型。
  6. 【請求項６】 上記金型入れ子を金属の薄板又は金属と
    樹脂を混合した薄板で形成し、金型入れ子にあらかじめ
    キャビティ側に成形品最終形状に合わせた形状の突出し
    た凸面を設けた請求項１記載の成形金型。
  7. 【請求項７】 上記金型入れ子を金属の薄板又は金属と
    樹脂を混合した薄板で形成し、金型入れ子を保持する保
    持用入れ子の金型入れ子との接触面にあらかじめ定めた
    大きさの凹部を設けた請求項１記載の成形金型。
  8. 【請求項８】 離型時にキャビティから成形品を取り出
    す前に機械的又は流体圧により上記金型入れ子を成形品
    から剥離させる請求項１乃至７のいずれかに記載の成形
    金型。
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