JP2004082482A - 射出成形用金型、射出成形方法及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、熱可塑性樹脂の充填圧力の利用及び弾性部材の採用によって、複雑な金型構造を必要とせず、高価な成形設備も不要な射出成形用金型を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂を用いて光学素子を形成する射出成形用金型１において、キャビティ１２を構成する金型駒のうち固定金型２側の金型駒４が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒４の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒４を支持する固定部材５との間に隙間ｄを有し、その隙間ｄに弾性部材６を備えたものである。
【選択図】 図１
【解決手段】熱可塑性樹脂を用いて光学素子を形成する射出成形用金型１において、キャビティ１２を構成する金型駒のうち固定金型２側の金型駒４が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒４の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒４を支持する固定部材５との間に隙間ｄを有し、その隙間ｄに弾性部材６を備えたものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形用金型、射出成形方法及び光学素子に関し、詳しくは、成形サイクルの短縮による製造コストダウンを実現できる射出成形用金型、射出成形方法及びこの射出成形用金型、射出成形方法を使用して得られる高精度な光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶融された熱可塑性樹脂を金型内に射出充填する射出成形方法では、転写面を転写させるために転写面がヒケない程度の射出圧力を掛けなければならない。しかし、成形品の形状によっては偏肉形状であったり、充填圧力及び保圧が伝達しづらい複雑な形状を有しているものもあり、そういった成形品形状に対しては、充填圧力及び保圧を大きくして転写面全体をヒケ限界圧力以上にしなければならない。
【０００３】
しかしながら、充填圧力及び保圧を大きくすることにより、薄肉部や応力集中しやすい箇所では過剰な圧力が加わるため内部歪みが大きくなってしまうおそれがある。そのため光学性能等に悪影響を及ぼす。
【０００４】
また、従来の射出成形方法においては、キャビティ内に射出充填された溶融樹脂を冷却固化させる工程において、キャビティ面での面内の圧力や面内の温度を均一にすることが望ましいが、偏肉の成形品の場合には厚肉部と薄肉部での冷却速度が異なるため、各部位によって体積収縮量の差が生じ、形状の悪化やヒケ等の不都合を発生させてしまう。
【０００５】
そこで、キャビティ内に射出充填された溶融樹脂の充填圧力によりキャビティ容積を広げ、溶融樹脂の冷却に追従させて摺動可能な金型駒を前進させて所望のキャビィ形状を得るような射出圧縮成形方法がある。
【０００６】
この場合、溶融樹脂の体積収縮に併せてキャビティ面に圧縮を掛けているので、キャビティ面内の圧力の差を補うことができる。その結果、均等に圧力を掛けることができ、形状精度を確保し、内部歪みの少ない成形品を得ることができる。
【０００７】
また、特開平１１−２８７４５号公報記載の方法では、製品の一部にヒケを誘発させ、ヒケ誘発部位を自由面として変形させることで冷却収縮に伴う内部歪みの発生を吸収させ、光学面の形状精度向上、複屈折の低減を可能にできるとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には次のような問題がある。上述した射出圧縮成形方法では、摺動金型駒の圧縮動作が必要であり、その圧縮動作をキャビティ内の溶融樹脂の体積収縮量に精度よく追従させることは難しく、圧縮機構に油圧シリンダーやサーボモータ等の制御機構を設けなければならない。そのため、成形設備等が高価になってしまう。また、圧縮を行うために複雑な金型機構になり、メンテナンスや段取りに時間が多くかかる等の問題も生じてしまう。さらに、偏肉成形品の場合、圧縮によって歪が入り易くなり、光学性能に悪影響を及ぼしてしまう等の問題もあった。
【０００９】
また、特開平１１−２８７４５号公報記載の方法は、非光学面にヒケを誘発させるために移動駒と樹脂の間に強制的に空隙を形成するものであり、これは移動駒と樹脂の間に空気断熱層ができてしまうことを意味している。この方法によれば、この空気断熱層により空隙部分に面しているキャビティ面（ここでは非光学面）からの樹脂の冷却速度と、移動しないその他の駒が接触している樹脂面からの冷却速度に差異が生じることから、結果的に不均一冷却となり、局部的な歪みや屈折率の分布ができてしまうことがある。
【００１０】
また、空気断熱層によりキャビティ部の樹脂に冷却速度が著しく低下する部分が生じるために却って成形サイクルタイムを長いものにしてしまうこともあった。更には成形金型内部又は外部に摺動駒を摺動させ、強制的に空隙を形成するための特別な油圧回路、空圧回路、電動モータ等の圧力制御機構が必要であり、金型機構が複雑になるとともに金型コストが高くなり、プラスチック化のメリットが最大限発揮できないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、溶融樹脂の体積収縮量に追従させて圧縮する射出圧縮成形方法や、特開平１１−２８７４５号公報記載のような移動駒と樹脂の間に強制的に空隙を形成するものとは異なり、樹脂の充填圧力の利用及び弾性部材の採用によって、複雑な金型構造を必要とせず、高価な成形設備も不要な射出成形用金型及び射出成形方法を提供すること及びかかる射出成形用金型及び射出成形方法により得られる面精度が良好でかつ内部歪の小さい光学素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、熱可塑性樹脂を用いて光学素子を形成する射出成形用金型において、キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には弾性部材が具備されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、熱可塑性樹脂を用いて光学素子を形成する射出成形用金型において、キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には弾性部材が具備されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の射出成形用金型において、前記弾性部材の力量は、熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１乃至３記載の発明の射出成形用金型の作用を以下に説明する。図１に示すように、射出成形用金型１は、固定金型２と可動金型３により構成されており、固定金型２には摺動可能な金型駒４が具備されている。さらに摺動可能な金型駒４とその金型駒４を固定する固定型板５との間には隙間ｄを有してある。
【００１６】
前記隙間ｄ内には弾性部材６を具備している。弾性部材６はスプリングが好ましく、その弾性部材６の力量は熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量であり、熱可塑性樹脂の収縮方向に向かって、キャビティ面を熱可塑性樹脂に密着させている。
【００１７】
溶融された熱可塑性樹脂は、スクリューシリンダー９によりランナー１０、ゲート１１を介してキャビティ１２に充填される。樹脂充填時には熱可塑性樹脂の充填圧力若しくは保圧により摺動可能な金型駒４は押され、弾性部材６は縮み、キャビティ容積が拡大される。
【００１８】
次に、保圧完了から熱可塑性樹脂の冷却・収縮が始まり、その熱可塑性樹脂の収縮に伴い、摺動可能な金型駒４の反キャビティ面側に備えた弾性部材６が自らの弾性力で伸びることにより、摺動可能な金型駒４のキャビティ面は熱可塑性樹脂の体積収縮に追従する状態でこの熱可塑性樹脂に密着しながら移動し、これによりキャビティ１２は所望のキャビティ容積まで戻る。尚、図１中、Ｐ．Ｌはパーティングラインである。
【００１９】
前記射出成形用金型１を用いることで、圧縮機構を有するような設備を用いなくても熱可塑性樹脂の体積収縮量に追従でき、キャビティ１２の収縮に併せて光学面を密着できるので、光学面内の温度分布を均一にでき冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。これにより、面精度が良好でかつ内部歪を抑制した光学素子を得ることができる。また、前記熱可塑性樹脂としては光透過性樹脂を用いる。
【００２０】
請求項４記載の発明の射出成形方法は、キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型により熱可塑性樹脂から光学素子を形成する射出成形方法であって、熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程と、を有することを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５記載の発明の射出成形方法は、キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型により熱可塑性樹脂から光学素子を形成する射出成形方法であって、熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程と、を有することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６記載の発明は、キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型を使用し、熱可塑性樹脂を素子材料として成形された光学素子であって、熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程とを経て成形されたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項７記載の発明は、キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型を使用し、熱可塑性樹脂を素子材料として成形された光学素子であって、熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程とを経て成形されたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項４、５記載の発明の射出成形方法及び請求項６、７記載の発明の光学素子についてさらに詳述する。
【００２５】
図１の射出成形用金型１を用いて光学素子を射出成形する射出成形方法であり、溶融された熱可塑性樹脂をキャビティ１２内に射出、充填し、保圧工程、冷却工程を有する射出成形方法である。
【００２６】
前記射出成形用金型１のキャビティ内圧は、充填された熱可塑性樹脂の充填圧力により高くなる。そのため、射出成形用金型１内の摺動可能な金型駒４は、充填圧力若しくは保圧により摺動し、キャビティ容積は拡大する。その際、摺動可能な金型駒４と固定部材５との隙間ｄ内に備えた弾性部材６は収縮する。
【００２７】
次に、キャビティ１２内の熱可塑性樹脂の冷却、体積収縮に伴なって、弾性部材６は、金型駒４のキャビティ面を熱可塑性樹脂に密着させながら所望のキャビティ容積となるようにこの金型駒４を戻す。これにより、光学素子の取出し時には、金型駒４は熱可塑性樹脂と密着しせたまま所望のキャビティ容積を形成するようになっている。
【００２８】
この射出成形方法によれば、熱可塑性樹脂の冷却、収縮の際に、金型駒４が常に熱可塑性樹脂に密着しながら所望のキャビティ形状を形成する状態に戻るため、キャビティ面と熱可塑性樹脂との間には体積収縮量による離隔が発生せず、ヒケが生じることがなくなる。また、熱可塑性樹脂の体積収縮に併せてキャビティ面が密着しているので、キャビティ面内での冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。
【００２９】
また、弾性部材６は熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有しているので、熱可塑性樹脂に圧縮力を掛けることはなく、過剰な圧力が加わらず、これにより、光学素子における内部歪みの発生を抑制することができる。また、前記熱可塑性樹脂としては光透過性樹脂を用いる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（構成）
本発明の実施の形態１を、図２、図３及び図４を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態１における射出成形用金型の概略断面図、図３は実施の形態１における樹脂Ｓ充填時のキャビティ部分の拡大図、図４は実施の形態１における冷却時のキャビティ部分の拡大図を示す。
【００３１】
図２に示すように、射出成形用金型３１は、固定金型３２と可動金型３３により構成されており、固定金型３２には摺動可能な金型駒３４が具備されている。さらに摺動可能な金型駒３４とその摺動可能な金型駒３４を固定する固定型板３５との間には隙間ｄが形成されており、その隙間ｄ内には弾性部材３６が備えられている。弾性部材３６は、スプリング３７が好ましく、その弾性部材３６の弾性力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱い力量であり、熱可塑性樹脂Ｓの収縮方向に向かって、キャビティ面を熱可塑性樹脂Ｓに密着できるようにしている。
【００３２】
尚、弾性部材３６の力量により摺動可能な金型駒３４は所望のキャビティ形状を形成するようになっている。
【００３３】
また、図３において、４１、４２は光学面を有する光学面入子であり、４３、４４は非光学面を有する非光学面入子であり、非光学面入子４３は固定金型３２に固定され、非光学面入子４４は可動金型３３に固定されている。非光学面入子４３には更に摺動可能な金型駒３４が挿入されており、キャビティ５４の形状は、光学面入子４１、４２と、図示しない２個の光学面入子と、非光学面入子４３、４４と、金型駒３４とで囲まれる空間である。
【００３４】
固定型板３５の側部に配置したスクリューシリンダー５１により、溶融された熱可塑性樹脂Ｓはランナー５２、ゲート５３を介してキャビティ５４内に充填される。その際、図３に示すように、樹脂充填時には熱可塑性樹脂Ｓの充填圧力及び保圧により摺動可能な金型駒３４は矢印方向に押され、弾性部材３６は縮み、キャビティ５４の容積が拡大される。
【００３５】
次に、図４に示すように、熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮が始まる。保圧完了時点から熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮が始まり、その熱可塑性樹脂Ｓの収縮に伴い、摺動可能な金型駒３４の反キャビティ面側に備えた弾性部材３６が伸びることにより、前記金型駒３４のキャビティ面は熱可塑性樹脂Ｓの収縮に追従する状態で、かつ熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら所望のキャビティ容積を形成する位置までまで戻る。
【００３６】
尚、本実施の形態１は摺動可能な金型駒３４を固定金型３２側に備えている場合を示したが、可動金型３３側に備える構成とすることもできる。
【００３７】
（作用）
本発明の実施の形態１の作用を説明する。熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮の際に、摺動可能な金型駒３４は、反キャビティ面側の弾性部材３６により押され、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら所望のキャビティ形状を形成する位置に戻る。そのため、キャビティ面と熱可塑性樹脂Ｓとの間には体積収縮に伴う離隔が発生せず、ヒケが生じることはない。また、体積収縮に併せてキャビティ面が熱可塑性樹脂Ｓに密着しているので、キャビティ面内での冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。また、弾性部材６の力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱いため、熱可塑性樹脂Ｓに圧縮による過剰な圧力が加わらず、これにより成形される光学素子に内部歪みの発生することを抑制することができる。
【００３８】
（効果）
本発明の実施の形態１によれば、前記射出成形用金型３１を用いることで、圧縮機構を有するような高価な設備を用いなくても、摺動可能な金型駒３４を熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に追従させることができ、また、複雑な圧縮機構を有する構成にしなくても前記弾性部材３６のみで熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に追従させることができる。
【００３９】
また、熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に併せて金型駒３４の成形面を密着できるので、光学面内の冷却分布を均一化にすることができ、これにより、面精度が良好でかつ内部歪を抑制できる高品質の光学素子を成形することができる。
【００４０】
（実施の形態２）
（構成）
次に、図５、図６及び図７を参照して本発明の実施の形態２の説明を行う。図５は本実施の形態２における射出成形用金型の概略断面図、図６は実施の形態２における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図、図７は実施の形態２における冷却時のキャビティ部分の拡大図を示す。
【００４１】
図５に示すように、射出成形金型６１は、固定金型６２と可動金型６３とにより構成されており、図６に示すように、キャビティ７４は光学面を有する光学面入子６４、６５で囲まれる空間で構成されており、光学面入子６４（金型駒６６）は固定金型６２に備えられており、光学面入子６５は可動金型６３に固定されている。
【００４２】
更に光学面入子６４は摺動可能に構成され、この光学面入子６４と該光学面入子６４を支持するための固定型板６７との間には隙間ｄが設けられている。その隙間ｄ内には弾性部材６８が具備されている。弾性部材６８はスプリングが好ましく、その弾性部材６８の力量は熱可塑性樹脂Ｓの充填圧力よりも弱い力量であり、熱可塑性樹脂Ｓの収縮方向に向かって、キャビティ面を熱可塑性樹脂Ｓに密着できることを特徴としている。尚、樹脂充填前においては弾性部材６８の力量により摺動可能な金型駒６６と光学面入子６５により、所望の形状のキャビティ７４を形成するようになっている。
【００４３】
固定型板６２の側部に配置したスクリューシリンダー７１により、溶融された熱可塑性樹脂は、ランナー７２、ゲート７３を介してキャビティ７４内に充填される。その際、図６に示すように、樹脂充填時には熱可塑性樹脂Ｓの充填圧力により光学面入子６４は矢印方向に押され、弾性部材６８は縮み、キャビティ７４の容積が拡大される。
【００４４】
次に、図７に示すように、熱可塑性樹脂Ｓの冷却が始まる。保圧完了時点から熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮が始まり、その収縮に伴い、光学面入子６４の反キャビティ面側に備えた弾性部材６８が矢印方向に伸び、光学面入子６４のキャビティ面は熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に追従する状態で、かつ、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら移動し、キャビティ７４は所望のキャビティ容積に戻る。
【００４５】
（作用）
本発明の実施の形態２の作用を説明する。熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮の際に、摺動可能な光学面入子６４は、反キャビティ面側の弾性部材６８により押され、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら所望のキャビティ形状を形成する位置に戻る。そのため、キャビティ面と熱可塑性樹脂Ｓとの間には体積収縮に伴う離隔が発生せず、ヒケが生じることはない。また、体積収縮に併せてキャビティ面が熱可塑性樹脂Ｓに密着しているので、キャビティ面内での冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。また、弾性部材６８の力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱いため、熱可塑性樹脂Ｓに圧縮による過剰な圧力が加わらず、これにより成形される光学素子に内部歪みの発生することを抑制することができる。
【００４６】
更に、本実施の形態２は偏肉の光学素子、特に凸レンズのような光学素子を成形することができるものであり、偏肉の光学素子の成形に際しても、熱可塑性樹脂の収縮に併せて光学面入子６４の光学面を密着せしめるので、偏肉差の体積収縮量の違いによる熱可塑性樹脂と光学面の離隔を発生させることはなくヒケの発生を抑制することができる。これにより、面精度が良好でかつ内部歪が抑制された偏肉の光学素子を成形することができる。
【００４７】
（効果）
本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得られることに加え、面精度が良好でかつ内部歪を抑制できる偏肉の光学素子、特に凸レンズのような光学素子を成形することが可能となる。
【００４８】
（実施の形態３）
（構成）
図８、図９及び図１０を参照して本発明の実施の形態３について説明する。図８は本発明の実施の形態３における射出成形用金型の概略断面図、図９は実施の形態３における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図、図１０は実施の形態３における冷却時のキャビティ部分の拡大図を示す。
【００４９】
図８に示すように、射出成形用金型９１は、固定金型９２と可動金型９３とにより構成されており、光学面を有する光学面入子９４、９５、９６、９７と図示しない２個の光学面入子で囲まれる空間によりキャビティ１００が形成されている。光学面入子９４は、固定金型９２に固定され、光学面入子９５、図示しない２個の光学面入子は可動金型９３に固定され、さらに光学面入子９６、９７は可動金型９３に備えられている。
【００５０】
また、光学面入子９６、９７は摺動可能な金型駒１０１、１０２であり、光学面入子９６、９７の反キャビティ面側と、光学面入子９６、９７を固定する可動金型９３との間には各々隙間ｄが設けられ、その隙間ｄ内に弾性部材１０３が備えられている。弾性部材１０３はスプリングが好ましく、その弾性部材１０３の力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱い力量であり、熱可塑性樹脂Ｓの収縮方向に向かって光学面入子９６、９７の各キャビティ面を熱可塑性樹脂Ｓに密着させるようになっている。尚、弾性部材１０３の力量により摺動可能な光学面入子９６、９７（金型駒１０１、１０２）は所望のキャビティ形状を形成するようになっている。
【００５１】
また、図９に示すように、摺動可能な光学面入子９６、９７は、各々スライドコア１０４を具備しており、更に、各ガイドレール１０５により案内されて摺動するようにしている。
【００５２】
固定型板９２の側部に配置したスクリューシリンダー１０６により、溶融された熱可塑性樹脂Ｓはランナー１０７、ゲート１０８を介してキャビティ１００内に充填される。その際、図９に示すように、樹脂充填時には熱可塑性樹脂Ｓの充填圧力により摺動可能な光学面入子９６、９７は各々矢印方向に押され、弾性部材１０３は縮み、キャビティ１００の容積が拡大される。
【００５３】
次に、図１０に示すように、熱可塑性樹脂Ｓの冷却が始まる。保圧完了時点から熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮が始まり、その熱可塑性樹脂Ｓの収縮に伴い、摺動可能な光学面入子９６、９７の反キャビティ面側に備えた弾性部材１０３が伸び、摺動可能な光学面入子９６、９７のキャビティ面が熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に追従する状態で、かつ、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら移動し、キャビティ１００は所望の容積まで戻る。これにより、プリズムのような多数の光学面を有する複雑な形状の光学素子を成形する場合でも歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度のものとすることができる。
【００５４】
尚、本発明の実施の形態３においては、摺動可能な光学面入子９６、９７（金型駒１０１、１０２）を２個構成としたが、１つの面のみ摺動可能な金型駒とする構成とすることも可能である。
【００５５】
（作用）
本発明の実施の形態３の作用を説明する。熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮の際に、摺動可能な光学面入子９６、９７は、反キャビティ面側の弾性部材１０３により押され、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら所望のキャビティ形状を形成する位置に戻る。そのため、キャビティ面と熱可塑性樹脂Ｓとの間には体積収縮に伴う離隔が発生せず、ヒケが生じることはない。また、体積収縮に併せてキャビティ面が熱可塑性樹脂Ｓに密着しているので、キャビティ面内での冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。また、弾性部材１０３の力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱いため、熱可塑性樹脂Ｓに圧縮による過剰な圧力が加わらず、これによりプリズムのような多数の光学面を有する複雑な形状の光学素子を成形する場合でも歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度のものとすることができる。
【００５６】
（効果）
本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができ、更に、プリズムのような多数の光学面を有する複雑な形状の光学素子を成形する場合においても、内部歪みが抑制され、かつ、面精度が良好な光学素子を成形することができる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１乃至３記載の発明によれば、摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材（固定型板）との間に備えた弾性部材により、キャビティ内に充填された熱可塑性樹脂の体積収縮に追従させて、摺動可能な金型駒を密着させたまま摺動させることで、複雑な金型構造を必要とせず、高価な成形設備も不要である安価な射出成形用金型を提供することができる。
【００５８】
また、固定型板の採用により、より簡易な射出成形用金型を提供することができ、さらに弾性部材の力量を熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量にすることで、熱可塑性樹脂に過剰な圧力を加えることなくキャビティ面を密着させつつ歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度の光学素子を成形できる射出成形用金型を提供することができる。
【００５９】
請求項４、５記載の発明によれば、熱可塑性樹脂の充填圧力を利用して摺動可能な金型駒を摺動させ、更にキャビティ面を熱可塑性樹脂の体積収縮に追従させて、キャビティ面と熱可塑性樹脂を密着させたまま所望のキャビティに戻すことで、キャビティ面内の冷却を均一にすることができ、短いサイクルで歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度の光学素子を得ることができる射出成形方法を提供することができる。
【００６０】
請求項６、７記載の発明によれば、上記射出成形用金型及び射出成形方法によって、歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度の光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出成形用金型の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における射出成形用金型の概略断面図である。
【図３】実施の形態１における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図である。
【図４】実施の形態２における冷却時のキャビティ部分の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態２における射出成形用金型の概略断面図である。
【図６】実施の形態２における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図である。
【図７】実施の形態２における冷却時のキャビティ部分の拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態３における射出成形用金型の概略断面図である。
【図９】実施の形態３における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図である。
【図１０】実施の形態３における冷却時のキャビティ部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ 射出成形用金型
２ 移動金型
３ 固定金型
４ 金型駒
５ 固定部材
６ 弾性部材
９ スクリューシリンダー
１０ ランナー
１１ ゲート
１２ キャビティ
３１ 射出成形用金型
３２ 固定金型
３３ 可動金型
３４ 金型駒
３５ 固定型板
３６ 弾性部材
４１、４２ 光学面入子
４３、４４ 非光学面入子
５１ スクリューシリンダー
５２ ランナー
５３ ゲート
５４ キャビティ
６１ 射出成形金型
６２ 固定金型
６３ 可動金型
６４、６５ 光学面入子
６６ 金型駒
６７ 固定型板
６８ 弾性部材
７１ スクリューシリンダー
７２ ランナー
７３ ゲート
７４ キャビティ
９１ 射出成形用金型
９２ 固定金型
９３ 可動金型
９４ 光学面入子
９５ 光学面入子
９６、９７ 光学面入子
９８ 固定型板
１００ キャビティ
１０１、１０２ 金型駒
１０３ 弾性部材
１０４ スライドコア
１０５ ガイドレール
１０６ スクリューシリンダー
１０７ ランナー
１０８ ゲート
ｄ 隙間
Ｓ 熱可塑性樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形用金型、射出成形方法及び光学素子に関し、詳しくは、成形サイクルの短縮による製造コストダウンを実現できる射出成形用金型、射出成形方法及びこの射出成形用金型、射出成形方法を使用して得られる高精度な光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶融された熱可塑性樹脂を金型内に射出充填する射出成形方法では、転写面を転写させるために転写面がヒケない程度の射出圧力を掛けなければならない。しかし、成形品の形状によっては偏肉形状であったり、充填圧力及び保圧が伝達しづらい複雑な形状を有しているものもあり、そういった成形品形状に対しては、充填圧力及び保圧を大きくして転写面全体をヒケ限界圧力以上にしなければならない。
【０００３】
しかしながら、充填圧力及び保圧を大きくすることにより、薄肉部や応力集中しやすい箇所では過剰な圧力が加わるため内部歪みが大きくなってしまうおそれがある。そのため光学性能等に悪影響を及ぼす。
【０００４】
また、従来の射出成形方法においては、キャビティ内に射出充填された溶融樹脂を冷却固化させる工程において、キャビティ面での面内の圧力や面内の温度を均一にすることが望ましいが、偏肉の成形品の場合には厚肉部と薄肉部での冷却速度が異なるため、各部位によって体積収縮量の差が生じ、形状の悪化やヒケ等の不都合を発生させてしまう。
【０００５】
そこで、キャビティ内に射出充填された溶融樹脂の充填圧力によりキャビティ容積を広げ、溶融樹脂の冷却に追従させて摺動可能な金型駒を前進させて所望のキャビィ形状を得るような射出圧縮成形方法がある。
【０００６】
この場合、溶融樹脂の体積収縮に併せてキャビティ面に圧縮を掛けているので、キャビティ面内の圧力の差を補うことができる。その結果、均等に圧力を掛けることができ、形状精度を確保し、内部歪みの少ない成形品を得ることができる。
【０００７】
また、特開平１１−２８７４５号公報記載の方法では、製品の一部にヒケを誘発させ、ヒケ誘発部位を自由面として変形させることで冷却収縮に伴う内部歪みの発生を吸収させ、光学面の形状精度向上、複屈折の低減を可能にできるとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には次のような問題がある。上述した射出圧縮成形方法では、摺動金型駒の圧縮動作が必要であり、その圧縮動作をキャビティ内の溶融樹脂の体積収縮量に精度よく追従させることは難しく、圧縮機構に油圧シリンダーやサーボモータ等の制御機構を設けなければならない。そのため、成形設備等が高価になってしまう。また、圧縮を行うために複雑な金型機構になり、メンテナンスや段取りに時間が多くかかる等の問題も生じてしまう。さらに、偏肉成形品の場合、圧縮によって歪が入り易くなり、光学性能に悪影響を及ぼしてしまう等の問題もあった。
【０００９】
また、特開平１１−２８７４５号公報記載の方法は、非光学面にヒケを誘発させるために移動駒と樹脂の間に強制的に空隙を形成するものであり、これは移動駒と樹脂の間に空気断熱層ができてしまうことを意味している。この方法によれば、この空気断熱層により空隙部分に面しているキャビティ面（ここでは非光学面）からの樹脂の冷却速度と、移動しないその他の駒が接触している樹脂面からの冷却速度に差異が生じることから、結果的に不均一冷却となり、局部的な歪みや屈折率の分布ができてしまうことがある。
【００１０】
また、空気断熱層によりキャビティ部の樹脂に冷却速度が著しく低下する部分が生じるために却って成形サイクルタイムを長いものにしてしまうこともあった。更には成形金型内部又は外部に摺動駒を摺動させ、強制的に空隙を形成するための特別な油圧回路、空圧回路、電動モータ等の圧力制御機構が必要であり、金型機構が複雑になるとともに金型コストが高くなり、プラスチック化のメリットが最大限発揮できないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、溶融樹脂の体積収縮量に追従させて圧縮する射出圧縮成形方法や、特開平１１−２８７４５号公報記載のような移動駒と樹脂の間に強制的に空隙を形成するものとは異なり、樹脂の充填圧力の利用及び弾性部材の採用によって、複雑な金型構造を必要とせず、高価な成形設備も不要な射出成形用金型及び射出成形方法を提供すること及びかかる射出成形用金型及び射出成形方法により得られる面精度が良好でかつ内部歪の小さい光学素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、熱可塑性樹脂を用いて光学素子を形成する射出成形用金型において、キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には弾性部材が具備されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、熱可塑性樹脂を用いて光学素子を形成する射出成形用金型において、キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には弾性部材が具備されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の射出成形用金型において、前記弾性部材の力量は、熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１乃至３記載の発明の射出成形用金型の作用を以下に説明する。図１に示すように、射出成形用金型１は、固定金型２と可動金型３により構成されており、固定金型２には摺動可能な金型駒４が具備されている。さらに摺動可能な金型駒４とその金型駒４を固定する固定型板５との間には隙間ｄを有してある。
【００１６】
前記隙間ｄ内には弾性部材６を具備している。弾性部材６はスプリングが好ましく、その弾性部材６の力量は熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量であり、熱可塑性樹脂の収縮方向に向かって、キャビティ面を熱可塑性樹脂に密着させている。
【００１７】
溶融された熱可塑性樹脂は、スクリューシリンダー９によりランナー１０、ゲート１１を介してキャビティ１２に充填される。樹脂充填時には熱可塑性樹脂の充填圧力若しくは保圧により摺動可能な金型駒４は押され、弾性部材６は縮み、キャビティ容積が拡大される。
【００１８】
次に、保圧完了から熱可塑性樹脂の冷却・収縮が始まり、その熱可塑性樹脂の収縮に伴い、摺動可能な金型駒４の反キャビティ面側に備えた弾性部材６が自らの弾性力で伸びることにより、摺動可能な金型駒４のキャビティ面は熱可塑性樹脂の体積収縮に追従する状態でこの熱可塑性樹脂に密着しながら移動し、これによりキャビティ１２は所望のキャビティ容積まで戻る。尚、図１中、Ｐ．Ｌはパーティングラインである。
【００１９】
前記射出成形用金型１を用いることで、圧縮機構を有するような設備を用いなくても熱可塑性樹脂の体積収縮量に追従でき、キャビティ１２の収縮に併せて光学面を密着できるので、光学面内の温度分布を均一にでき冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。これにより、面精度が良好でかつ内部歪を抑制した光学素子を得ることができる。また、前記熱可塑性樹脂としては光透過性樹脂を用いる。
【００２０】
請求項４記載の発明の射出成形方法は、キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型により熱可塑性樹脂から光学素子を形成する射出成形方法であって、熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程と、を有することを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５記載の発明の射出成形方法は、キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型により熱可塑性樹脂から光学素子を形成する射出成形方法であって、熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程と、を有することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６記載の発明は、キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型を使用し、熱可塑性樹脂を素子材料として成形された光学素子であって、熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程とを経て成形されたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項７記載の発明は、キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型を使用し、熱可塑性樹脂を素子材料として成形された光学素子であって、熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程とを経て成形されたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項４、５記載の発明の射出成形方法及び請求項６、７記載の発明の光学素子についてさらに詳述する。
【００２５】
図１の射出成形用金型１を用いて光学素子を射出成形する射出成形方法であり、溶融された熱可塑性樹脂をキャビティ１２内に射出、充填し、保圧工程、冷却工程を有する射出成形方法である。
【００２６】
前記射出成形用金型１のキャビティ内圧は、充填された熱可塑性樹脂の充填圧力により高くなる。そのため、射出成形用金型１内の摺動可能な金型駒４は、充填圧力若しくは保圧により摺動し、キャビティ容積は拡大する。その際、摺動可能な金型駒４と固定部材５との隙間ｄ内に備えた弾性部材６は収縮する。
【００２７】
次に、キャビティ１２内の熱可塑性樹脂の冷却、体積収縮に伴なって、弾性部材６は、金型駒４のキャビティ面を熱可塑性樹脂に密着させながら所望のキャビティ容積となるようにこの金型駒４を戻す。これにより、光学素子の取出し時には、金型駒４は熱可塑性樹脂と密着しせたまま所望のキャビティ容積を形成するようになっている。
【００２８】
この射出成形方法によれば、熱可塑性樹脂の冷却、収縮の際に、金型駒４が常に熱可塑性樹脂に密着しながら所望のキャビティ形状を形成する状態に戻るため、キャビティ面と熱可塑性樹脂との間には体積収縮量による離隔が発生せず、ヒケが生じることがなくなる。また、熱可塑性樹脂の体積収縮に併せてキャビティ面が密着しているので、キャビティ面内での冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。
【００２９】
また、弾性部材６は熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有しているので、熱可塑性樹脂に圧縮力を掛けることはなく、過剰な圧力が加わらず、これにより、光学素子における内部歪みの発生を抑制することができる。また、前記熱可塑性樹脂としては光透過性樹脂を用いる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（構成）
本発明の実施の形態１を、図２、図３及び図４を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態１における射出成形用金型の概略断面図、図３は実施の形態１における樹脂Ｓ充填時のキャビティ部分の拡大図、図４は実施の形態１における冷却時のキャビティ部分の拡大図を示す。
【００３１】
図２に示すように、射出成形用金型３１は、固定金型３２と可動金型３３により構成されており、固定金型３２には摺動可能な金型駒３４が具備されている。さらに摺動可能な金型駒３４とその摺動可能な金型駒３４を固定する固定型板３５との間には隙間ｄが形成されており、その隙間ｄ内には弾性部材３６が備えられている。弾性部材３６は、スプリング３７が好ましく、その弾性部材３６の弾性力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱い力量であり、熱可塑性樹脂Ｓの収縮方向に向かって、キャビティ面を熱可塑性樹脂Ｓに密着できるようにしている。
【００３２】
尚、弾性部材３６の力量により摺動可能な金型駒３４は所望のキャビティ形状を形成するようになっている。
【００３３】
また、図３において、４１、４２は光学面を有する光学面入子であり、４３、４４は非光学面を有する非光学面入子であり、非光学面入子４３は固定金型３２に固定され、非光学面入子４４は可動金型３３に固定されている。非光学面入子４３には更に摺動可能な金型駒３４が挿入されており、キャビティ５４の形状は、光学面入子４１、４２と、図示しない２個の光学面入子と、非光学面入子４３、４４と、金型駒３４とで囲まれる空間である。
【００３４】
固定型板３５の側部に配置したスクリューシリンダー５１により、溶融された熱可塑性樹脂Ｓはランナー５２、ゲート５３を介してキャビティ５４内に充填される。その際、図３に示すように、樹脂充填時には熱可塑性樹脂Ｓの充填圧力及び保圧により摺動可能な金型駒３４は矢印方向に押され、弾性部材３６は縮み、キャビティ５４の容積が拡大される。
【００３５】
次に、図４に示すように、熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮が始まる。保圧完了時点から熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮が始まり、その熱可塑性樹脂Ｓの収縮に伴い、摺動可能な金型駒３４の反キャビティ面側に備えた弾性部材３６が伸びることにより、前記金型駒３４のキャビティ面は熱可塑性樹脂Ｓの収縮に追従する状態で、かつ熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら所望のキャビティ容積を形成する位置までまで戻る。
【００３６】
尚、本実施の形態１は摺動可能な金型駒３４を固定金型３２側に備えている場合を示したが、可動金型３３側に備える構成とすることもできる。
【００３７】
（作用）
本発明の実施の形態１の作用を説明する。熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮の際に、摺動可能な金型駒３４は、反キャビティ面側の弾性部材３６により押され、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら所望のキャビティ形状を形成する位置に戻る。そのため、キャビティ面と熱可塑性樹脂Ｓとの間には体積収縮に伴う離隔が発生せず、ヒケが生じることはない。また、体積収縮に併せてキャビティ面が熱可塑性樹脂Ｓに密着しているので、キャビティ面内での冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。また、弾性部材６の力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱いため、熱可塑性樹脂Ｓに圧縮による過剰な圧力が加わらず、これにより成形される光学素子に内部歪みの発生することを抑制することができる。
【００３８】
（効果）
本発明の実施の形態１によれば、前記射出成形用金型３１を用いることで、圧縮機構を有するような高価な設備を用いなくても、摺動可能な金型駒３４を熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に追従させることができ、また、複雑な圧縮機構を有する構成にしなくても前記弾性部材３６のみで熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に追従させることができる。
【００３９】
また、熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に併せて金型駒３４の成形面を密着できるので、光学面内の冷却分布を均一化にすることができ、これにより、面精度が良好でかつ内部歪を抑制できる高品質の光学素子を成形することができる。
【００４０】
（実施の形態２）
（構成）
次に、図５、図６及び図７を参照して本発明の実施の形態２の説明を行う。図５は本実施の形態２における射出成形用金型の概略断面図、図６は実施の形態２における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図、図７は実施の形態２における冷却時のキャビティ部分の拡大図を示す。
【００４１】
図５に示すように、射出成形金型６１は、固定金型６２と可動金型６３とにより構成されており、図６に示すように、キャビティ７４は光学面を有する光学面入子６４、６５で囲まれる空間で構成されており、光学面入子６４（金型駒６６）は固定金型６２に備えられており、光学面入子６５は可動金型６３に固定されている。
【００４２】
更に光学面入子６４は摺動可能に構成され、この光学面入子６４と該光学面入子６４を支持するための固定型板６７との間には隙間ｄが設けられている。その隙間ｄ内には弾性部材６８が具備されている。弾性部材６８はスプリングが好ましく、その弾性部材６８の力量は熱可塑性樹脂Ｓの充填圧力よりも弱い力量であり、熱可塑性樹脂Ｓの収縮方向に向かって、キャビティ面を熱可塑性樹脂Ｓに密着できることを特徴としている。尚、樹脂充填前においては弾性部材６８の力量により摺動可能な金型駒６６と光学面入子６５により、所望の形状のキャビティ７４を形成するようになっている。
【００４３】
固定型板６２の側部に配置したスクリューシリンダー７１により、溶融された熱可塑性樹脂は、ランナー７２、ゲート７３を介してキャビティ７４内に充填される。その際、図６に示すように、樹脂充填時には熱可塑性樹脂Ｓの充填圧力により光学面入子６４は矢印方向に押され、弾性部材６８は縮み、キャビティ７４の容積が拡大される。
【００４４】
次に、図７に示すように、熱可塑性樹脂Ｓの冷却が始まる。保圧完了時点から熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮が始まり、その収縮に伴い、光学面入子６４の反キャビティ面側に備えた弾性部材６８が矢印方向に伸び、光学面入子６４のキャビティ面は熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に追従する状態で、かつ、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら移動し、キャビティ７４は所望のキャビティ容積に戻る。
【００４５】
（作用）
本発明の実施の形態２の作用を説明する。熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮の際に、摺動可能な光学面入子６４は、反キャビティ面側の弾性部材６８により押され、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら所望のキャビティ形状を形成する位置に戻る。そのため、キャビティ面と熱可塑性樹脂Ｓとの間には体積収縮に伴う離隔が発生せず、ヒケが生じることはない。また、体積収縮に併せてキャビティ面が熱可塑性樹脂Ｓに密着しているので、キャビティ面内での冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。また、弾性部材６８の力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱いため、熱可塑性樹脂Ｓに圧縮による過剰な圧力が加わらず、これにより成形される光学素子に内部歪みの発生することを抑制することができる。
【００４６】
更に、本実施の形態２は偏肉の光学素子、特に凸レンズのような光学素子を成形することができるものであり、偏肉の光学素子の成形に際しても、熱可塑性樹脂の収縮に併せて光学面入子６４の光学面を密着せしめるので、偏肉差の体積収縮量の違いによる熱可塑性樹脂と光学面の離隔を発生させることはなくヒケの発生を抑制することができる。これにより、面精度が良好でかつ内部歪が抑制された偏肉の光学素子を成形することができる。
【００４７】
（効果）
本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得られることに加え、面精度が良好でかつ内部歪を抑制できる偏肉の光学素子、特に凸レンズのような光学素子を成形することが可能となる。
【００４８】
（実施の形態３）
（構成）
図８、図９及び図１０を参照して本発明の実施の形態３について説明する。図８は本発明の実施の形態３における射出成形用金型の概略断面図、図９は実施の形態３における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図、図１０は実施の形態３における冷却時のキャビティ部分の拡大図を示す。
【００４９】
図８に示すように、射出成形用金型９１は、固定金型９２と可動金型９３とにより構成されており、光学面を有する光学面入子９４、９５、９６、９７と図示しない２個の光学面入子で囲まれる空間によりキャビティ１００が形成されている。光学面入子９４は、固定金型９２に固定され、光学面入子９５、図示しない２個の光学面入子は可動金型９３に固定され、さらに光学面入子９６、９７は可動金型９３に備えられている。
【００５０】
また、光学面入子９６、９７は摺動可能な金型駒１０１、１０２であり、光学面入子９６、９７の反キャビティ面側と、光学面入子９６、９７を固定する可動金型９３との間には各々隙間ｄが設けられ、その隙間ｄ内に弾性部材１０３が備えられている。弾性部材１０３はスプリングが好ましく、その弾性部材１０３の力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱い力量であり、熱可塑性樹脂Ｓの収縮方向に向かって光学面入子９６、９７の各キャビティ面を熱可塑性樹脂Ｓに密着させるようになっている。尚、弾性部材１０３の力量により摺動可能な光学面入子９６、９７（金型駒１０１、１０２）は所望のキャビティ形状を形成するようになっている。
【００５１】
また、図９に示すように、摺動可能な光学面入子９６、９７は、各々スライドコア１０４を具備しており、更に、各ガイドレール１０５により案内されて摺動するようにしている。
【００５２】
固定型板９２の側部に配置したスクリューシリンダー１０６により、溶融された熱可塑性樹脂Ｓはランナー１０７、ゲート１０８を介してキャビティ１００内に充填される。その際、図９に示すように、樹脂充填時には熱可塑性樹脂Ｓの充填圧力により摺動可能な光学面入子９６、９７は各々矢印方向に押され、弾性部材１０３は縮み、キャビティ１００の容積が拡大される。
【００５３】
次に、図１０に示すように、熱可塑性樹脂Ｓの冷却が始まる。保圧完了時点から熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮が始まり、その熱可塑性樹脂Ｓの収縮に伴い、摺動可能な光学面入子９６、９７の反キャビティ面側に備えた弾性部材１０３が伸び、摺動可能な光学面入子９６、９７のキャビティ面が熱可塑性樹脂Ｓの体積収縮に追従する状態で、かつ、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら移動し、キャビティ１００は所望の容積まで戻る。これにより、プリズムのような多数の光学面を有する複雑な形状の光学素子を成形する場合でも歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度のものとすることができる。
【００５４】
尚、本発明の実施の形態３においては、摺動可能な光学面入子９６、９７（金型駒１０１、１０２）を２個構成としたが、１つの面のみ摺動可能な金型駒とする構成とすることも可能である。
【００５５】
（作用）
本発明の実施の形態３の作用を説明する。熱可塑性樹脂Ｓの冷却、収縮の際に、摺動可能な光学面入子９６、９７は、反キャビティ面側の弾性部材１０３により押され、熱可塑性樹脂Ｓに密着しながら所望のキャビティ形状を形成する位置に戻る。そのため、キャビティ面と熱可塑性樹脂Ｓとの間には体積収縮に伴う離隔が発生せず、ヒケが生じることはない。また、体積収縮に併せてキャビティ面が熱可塑性樹脂Ｓに密着しているので、キャビティ面内での冷却の違いによる内部歪みの発生を抑制することができる。また、弾性部材１０３の力量は熱可塑性樹脂Ｓの転写圧力よりも弱いため、熱可塑性樹脂Ｓに圧縮による過剰な圧力が加わらず、これによりプリズムのような多数の光学面を有する複雑な形状の光学素子を成形する場合でも歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度のものとすることができる。
【００５６】
（効果）
本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができ、更に、プリズムのような多数の光学面を有する複雑な形状の光学素子を成形する場合においても、内部歪みが抑制され、かつ、面精度が良好な光学素子を成形することができる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１乃至３記載の発明によれば、摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材（固定型板）との間に備えた弾性部材により、キャビティ内に充填された熱可塑性樹脂の体積収縮に追従させて、摺動可能な金型駒を密着させたまま摺動させることで、複雑な金型構造を必要とせず、高価な成形設備も不要である安価な射出成形用金型を提供することができる。
【００５８】
また、固定型板の採用により、より簡易な射出成形用金型を提供することができ、さらに弾性部材の力量を熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量にすることで、熱可塑性樹脂に過剰な圧力を加えることなくキャビティ面を密着させつつ歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度の光学素子を成形できる射出成形用金型を提供することができる。
【００５９】
請求項４、５記載の発明によれば、熱可塑性樹脂の充填圧力を利用して摺動可能な金型駒を摺動させ、更にキャビティ面を熱可塑性樹脂の体積収縮に追従させて、キャビティ面と熱可塑性樹脂を密着させたまま所望のキャビティに戻すことで、キャビティ面内の冷却を均一にすることができ、短いサイクルで歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度の光学素子を得ることができる射出成形方法を提供することができる。
【００６０】
請求項６、７記載の発明によれば、上記射出成形用金型及び射出成形方法によって、歪みが少なく良好な光学面形状を持った高精度の光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出成形用金型の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における射出成形用金型の概略断面図である。
【図３】実施の形態１における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図である。
【図４】実施の形態２における冷却時のキャビティ部分の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態２における射出成形用金型の概略断面図である。
【図６】実施の形態２における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図である。
【図７】実施の形態２における冷却時のキャビティ部分の拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態３における射出成形用金型の概略断面図である。
【図９】実施の形態３における樹脂充填時のキャビティ部分の拡大図である。
【図１０】実施の形態３における冷却時のキャビティ部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ 射出成形用金型
２ 移動金型
３ 固定金型
４ 金型駒
５ 固定部材
６ 弾性部材
９ スクリューシリンダー
１０ ランナー
１１ ゲート
１２ キャビティ
３１ 射出成形用金型
３２ 固定金型
３３ 可動金型
３４ 金型駒
３５ 固定型板
３６ 弾性部材
４１、４２ 光学面入子
４３、４４ 非光学面入子
５１ スクリューシリンダー
５２ ランナー
５３ ゲート
５４ キャビティ
６１ 射出成形金型
６２ 固定金型
６３ 可動金型
６４、６５ 光学面入子
６６ 金型駒
６７ 固定型板
６８ 弾性部材
７１ スクリューシリンダー
７２ ランナー
７３ ゲート
７４ キャビティ
９１ 射出成形用金型
９２ 固定金型
９３ 可動金型
９４ 光学面入子
９５ 光学面入子
９６、９７ 光学面入子
９８ 固定型板
１００ キャビティ
１０１、１０２ 金型駒
１０３ 弾性部材
１０４ スライドコア
１０５ ガイドレール
１０６ スクリューシリンダー
１０７ ランナー
１０８ ゲート
ｄ 隙間
Ｓ 熱可塑性樹脂
Claims (7)
- 熱可塑性樹脂を用いて光学素子を形成する射出成形用金型において、
キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には弾性部材が具備されていることを特徴とする射出成形用金型。 - 熱可塑性樹脂を用いて光学素子を形成する射出成形用金型において、
キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には弾性部材が具備されていることを特徴とする射出成形用金型。 - 前記弾性部材の力量は、熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量であることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形用金型。
- キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型により熱可塑性樹脂から光学素子を形成する射出成形方法であって、
熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、
熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程と、
を有することを特徴とする射出成形方法。 - キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型により熱可塑性樹脂から光学素子を形成する射出成形方法であって、
熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、
熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程と、
を有することを特徴とする射出成形方法。 - キャビティを構成する金型駒のいずれか一つ以上が摺動可能な金型駒で構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる部材との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型を使用し、熱可塑性樹脂を素子材料として成形された光学素子であって、
熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程とを経て成形されたことを特徴とする光学素子。 - キャビティを構成する金型駒のうち固定金型側の金型駒が摺動可能に構成されており、その摺動可能な金型駒の反キャビティ面側とその摺動可能な金型駒を固定させる固定型板との間に隙間を有し、その隙間には熱可塑性樹脂の転写圧力よりも弱い力量を有する弾性部材が具備された射出成形用金型を使用し、熱可塑性樹脂を素子材料として成形された光学素子であって、
熱可塑性樹脂の充填時に摺動可能な金型駒が熱可塑性樹脂の圧力方向に沿って摺動する工程と、熱可塑性樹脂の冷却時にその体積収縮量に追従して金型駒を摺動させる工程とを経て成形されたことを特徴とする光学素子。
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| JP2002245694A JP2004082482A (ja) | 2002-08-26 | 2002-08-26 | 射出成形用金型、射出成形方法及び光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2002245694A JP2004082482A (ja) | 2002-08-26 | 2002-08-26 | 射出成形用金型、射出成形方法及び光学素子 |
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| JP2002245694A Pending JP2004082482A (ja) | 2002-08-26 | 2002-08-26 | 射出成形用金型、射出成形方法及び光学素子 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004114628A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Ricoh Co Ltd | プラスチック成形品の成形方法および射出成形用金型 |
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| WO2017212907A1 (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 三菱電機株式会社 | 射出圧縮成形金型および射出圧縮成形方法 |
-
2002
- 2002-08-26 JP JP2002245694A patent/JP2004082482A/ja active Pending
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| US7988904B2 (en) | 2008-03-31 | 2011-08-02 | Kabushiki Kaisha Honda Lock | Resin molding process and resin-molding mold device |
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