JP2005153294A - Mold for molding plastic, plastic molded product, optical device and optical scanning device - Google Patents

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JP2005153294A JP2003394541A JP2003394541A JP2005153294A JP 2005153294 A JP2005153294 A JP 2005153294A JP 2003394541 A JP2003394541 A JP 2003394541A JP 2003394541 A JP2003394541 A JP 2003394541A JP 2005153294 A JP2005153294 A JP 2005153294A
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Tomohiro Harada
知広 原田
Yasuo Yamanaka
康生 山中
Jun Watabe
順 渡部
Kiyotaka Sawada
清孝 沢田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the dimensional precision of a plastic molded product by uniformizing the temperature distribution of a mold to prevent the lowering of the quality of the plastic molded product. <P>SOLUTION: In this mold for molding a plastic constituted using at least one member comprising a metal-ceramic composite material, coating layers 13,14 and 15 are formed on a part of or the whole of the member comprising the metal-ceramic composite material. The coating layer 13 is a nickel plating layer formed by electroless plating and the coating layer 15 is a mixture layer of nickel and a fluoroplastic formed by electroless plating. The coating layer 14 is either one of a titanium nitride film, a titanium carbide film and a titanium carbonitride film. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ、又はファクシミリ装置の光学走査機器やビデオカメラ等の光学機器等に適用されるプラスチック光学素子とその成型用金型に係り、特に高精度な形状寸法例えば高精度な光学鏡面を要求される熱可塑性プラスチック成型品と光学走査機器又は光学機器、プラスチック成型用金型に関する。   The present invention relates to a plastic optical element applied to a laser type digital copying machine, a laser printer, or an optical apparatus such as a facsimile apparatus or an optical apparatus such as a video camera, and a molding die for the plastic optical element. The present invention relates to a thermoplastic molded article, an optical scanning device or an optical device, and a plastic molding die that require a dimension such as a high-precision optical mirror surface.

近年、様々な形状のプラスチック成型品が、各種用途に用いられるようになってきた。その成型品の製造方法は、製造コストが低く大量生産に適した射出成型法を用いることが一般的となっている。射出成型法でプラスチック成型品を製造する際は、加熱溶融された樹脂材料を金型内に射出充填し、冷却固化させる工程において、金型内の樹脂圧力や樹脂温度を均一にすることで、所望の形状寸法精度、内部歪み精度を確保している。この方法では、樹脂の充填直後の温度分布はキャビティ内の樹脂体積に応じた分布をなしている。
このため、キャビティ形状が複雑、且つ、肉厚に極端な差がある場合、そのまま冷却しても温度分布が均一にならず、形状精度の悪化や光学歪みが発生し、高精度が要求される光学部品等では特に問題になっている。
ここで、不均一な温度分布が問題となる理由を説明する。射出成型法では、成型品は金型から取り出した後、外気によって冷却され収縮する。つまり、金型内で形状を転写していたとしても、成型品取り出し時において、成型品に温度分布があると、金型から取り出した後に、収縮量の違いによって形状精度の悪化が生じることになる。
また、従来の金型温度制御方法では、樹脂と金型の温度差の激しい射出充填直後と温度差の少ない離型前では当然温度分布の程度が異なり、成型の全工程で温度分布均一化を保つには困難である。さらに、金型の設定温度を変更するなど条件が変わった場合も温度分布が変化してしまい均一化が保てなくなるなどの不具合があった。
特開平11−170323号公報 特開2002−155324公報
In recent years, plastic molded products having various shapes have been used for various purposes. As a method for manufacturing the molded product, it is common to use an injection molding method that is low in manufacturing cost and suitable for mass production. When manufacturing a plastic molded product by the injection molding method, in the process of injecting and filling the heat-melted resin material into the mold and cooling and solidifying it, by making the resin pressure and resin temperature in the mold uniform, Desired shape dimensional accuracy and internal distortion accuracy are ensured. In this method, the temperature distribution immediately after the resin is filled has a distribution corresponding to the resin volume in the cavity.
For this reason, when the cavity shape is complicated and there is an extreme difference in thickness, even if it is cooled as it is, the temperature distribution is not uniform, the shape accuracy deteriorates and optical distortion occurs, and high accuracy is required. This is particularly a problem with optical components and the like.
Here, the reason why the uneven temperature distribution becomes a problem will be described. In the injection molding method, after the molded product is taken out from the mold, it is cooled and contracted by the outside air. In other words, even if the shape is transferred in the mold, if the molded product has a temperature distribution when the molded product is taken out, the shape accuracy deteriorates due to the difference in shrinkage after taking out from the mold. Become.
In addition, in the conventional mold temperature control method, the temperature distribution is naturally different between immediately after injection filling where the temperature difference between the resin and the mold is severe and before mold release where the temperature difference is small. It is difficult to keep. Furthermore, even when the conditions change, such as changing the set temperature of the mold, there is a problem that the temperature distribution changes and the uniformity cannot be maintained.
JP-A-11-170323 JP 2002-155324 A

上記従来の課題である温度不均一を改善するために、次の二つの方法が考えられる。
まず第1に、特許文献1に記載のように、金型のキャビティに対向させて金型の内部または外部に少なくとも2本以上の棒状ヒータを設け、棒状ヒータの内部の発熱素子を複数に分割して個々の発熱素子を加熱するようにした金型の温度制御を行うに際し、棒状ヒータの各発熱素子を少なくとも2つ以上のグループに分類し、各グループ毎に個別に設定された温度サイクルに基づいて発熱素子の加熱量を制御する方法で、金型の複数箇所で個別に設定した温度制御を行う方法である。この方法は、温度分布均一化には大きな効果が得られるが、温度制御点数の増加に伴い、成型中の操作性およびメンテナンスを含めた段取性において不具合があった。特に、多数個取りの成型においては、より顕著である。
また第2に、例えば、銅や銅合金、または、アルミニウムやアルミニウム合金などの高熱伝導材料をキャビティ入れ子に使用する方法である。金型温度均一化のために、金型材料に高熱伝導材料を使用する場合に、例えば、高熱伝導材料として、銅やアルミニウムを使用した場合には、従来の金型用鋼材と比較して、銅やアルミニウムは熱膨張係数が大きいため、形状寸法が金型温度などの影響を強く受けることになり、成型品の形状寸法精度が劣る。また、銅やアルミニウムなどと他の鋼材を併せて金型に使用する場合には、入れ子間の接触が悪いなどの不具合がある。
更に、特許文献2に記載のように、高熱伝導材料に金属−セラミックス複合材料を使用する方法もある。金属−セラミックス複合材料は、公知の非加圧浸透法などにより製造され、セラミックスの含有率を広範囲に変えられ、しかもセラミックスの均一分散性も良好で、各種用途に展開されているが、しかし、複合材料特有の巣がはいるなどの不具合のために、粉末状の異物が表面に発生して、それが、成型品品質を下げる異物、コンタミナンスとなり、歩留りを下げるなどの不具合がある。また、摺動箇所などに金属−セラミックス複合材料を適用すると、接触する相手部材を削ってしまい金型のメンテナンスに時間を要するなどの不具合があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金型の温度分布を均一化してプラスチック成型品の寸法精度を向上させ、成型品の品質を下げないようなプラスチック成型品とこの成型品を製造するプラスチック成型用金型、プラスチック成型品を内蔵した光学走査機器、光学機器の提供を目的とする。
In order to improve the temperature non-uniformity which is the conventional problem, the following two methods are conceivable.
First, as described in Patent Document 1, at least two bar heaters are provided inside or outside the mold so as to face the cavity of the mold, and the heating elements inside the bar heater are divided into a plurality of parts. When controlling the temperature of the mold that heats the individual heating elements, classify each heating element of the rod heater into at least two groups and set the temperature cycle individually for each group. This is a method of controlling the heating amount of the heating element based on the temperature control individually set at a plurality of locations of the mold. This method has a great effect on uniforming the temperature distribution, but with the increase in the number of temperature control points, there are problems in operability during molding and setup including maintenance. In particular, it is more conspicuous in multi-cavity molding.
A second method is to use a high thermal conductivity material such as copper or copper alloy, or aluminum or aluminum alloy for cavity nesting. In order to make the mold temperature uniform, when using a high thermal conductivity material for the mold material, for example, when copper or aluminum is used as the high thermal conductivity material, compared to conventional steel for molds, Since copper and aluminum have a large coefficient of thermal expansion, the shape dimension is strongly affected by the mold temperature and the like, and the shape dimension accuracy of the molded product is inferior. Moreover, when using copper, aluminum, etc. and other steel materials together for a metal mold | die, there exists malfunctions, such as bad contact between nesting.
Furthermore, as described in Patent Document 2, there is a method of using a metal-ceramic composite material as a high thermal conductive material. The metal-ceramic composite material is manufactured by a known non-pressure permeation method, etc., and the ceramic content can be changed over a wide range, and the uniform dispersibility of the ceramic is also good, and has been developed in various applications. Due to a defect such as a nest peculiar to the composite material, a powdery foreign substance is generated on the surface, which causes a defect such as a foreign substance that deteriorates the quality of a molded product, contamination, and a decrease in yield. In addition, when a metal-ceramic composite material is applied to a sliding portion or the like, there is a problem that a mating member to be contacted is cut and time is required for maintenance of the mold.
The present invention has been made in view of the above, and a plastic molded product and a molded product that make the temperature distribution of the mold uniform, improve the dimensional accuracy of the plastic molded product, and do not lower the quality of the molded product. An object of the present invention is to provide a mold for plastic molding, an optical scanning device incorporating a plastic molded product, and an optical device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、金属−セラミックス複合材料からなる部材を、少なくとも一つ以上用いて構成されるプラスチック成型用金型において、上記金属−セラミックス複合材料からなる部材の一部もしくは全部に、被覆層が形成されていることを特徴とする。
また、請求項2にかかる発明は、請求項1にかかる発明において、被覆層は、無電解めっきにより形成されたニッケルめっき層であることを特徴とする。
また、請求項3にかかる発明は、請求項1にかかる発明において、被覆層は、無電解めっきにより形成されたニッケル及びフッ素樹脂の混合物層であることを特徴とする。
また、請求項4にかかる発明は、請求項1にかかる発明において、被覆層は、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つであることを特徴とする。
また、請求項5にかかる発明は、請求項2にかかる発明において、キャビティの転写面が金属−セラミックス複合材料のニッケルめっき層にて構成されていることを特徴とする。
また、請求項6にかかる発明は、請求項3にかかる発明において、キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の混合物層であることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the invention according to claim 1 is directed to a metal mold for plastic molding constituted by using at least one member made of a metal-ceramic composite material. A coating layer is formed on a part or all of a member made of a ceramic composite material.
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the coating layer is a nickel plating layer formed by electroless plating.
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, wherein the coating layer is a mixture layer of nickel and a fluororesin formed by electroless plating.
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1, wherein the coating layer is any one of a titanium nitride film, a titanium carbide film, and a titanium carbonitride film.
The invention according to claim 5 is the invention according to claim 2, characterized in that the transfer surface of the cavity is composed of a nickel plating layer of a metal-ceramic composite material.
The invention according to claim 6 is the invention according to claim 3, characterized in that the surface other than the transfer surface of the cavity is a mixture layer of a metal-ceramic composite material.

また、請求項7にかかる発明は、請求項4にかかる発明において、キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかにて構成されていることを特徴とする。
また、請求項8にかかる発明は、請求項2又は5にかかる発明において、ニッケルめっき層の厚さが20μm以上の厚さであることを特徴とする。
また、請求項9にかかる発明は、請求項3又は6にかかる発明において、混合物層の厚さが20μm以下の厚さであることを特徴とする。
また、請求項10にかかる発明は、請求項4又は7にかかる発明において、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかの皮膜が、10μm以下の厚さであることを特徴とする。
また、請求項11にかかる発明は、請求項3、6又は9にかかる発明において、混合物層におけるニッケル中のフッ素樹脂が10〜30体積%であることを特徴とする。
また、請求項12にかかる発明は、請求項1〜11のいずれかにかかる発明において、金属−セラミックス複合材料は、セラミックス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとすることを特徴とする。
また、請求項13にかかる発明は、請求項1〜12のいずれか一項記載のプラスチック成型用金型により成型されたプラスチック成型品を特徴とする。
また、請求項14にかかる発明は、請求項13に記載のプラスチック成型品を内蔵する光学走査機器又は光学機器を特徴とする。
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 4, wherein the surface other than the transfer surface of the cavity is any one of a titanium nitride film, a titanium carbide film, and a titanium carbonitride film of a metal-ceramic composite material. It is comprised by these.
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 2 or 5, characterized in that the nickel plating layer has a thickness of 20 μm or more.
The invention according to claim 9 is the invention according to claim 3 or 6, characterized in that the thickness of the mixture layer is 20 μm or less.
The invention according to claim 10 is the invention according to claim 4 or 7, wherein any one of the titanium nitride film, the titanium carbide film, and the titanium carbonitride film has a thickness of 10 μm or less. It is characterized by.
The invention according to claim 11 is characterized in that, in the invention according to claim 3, 6 or 9, the fluorine resin in nickel in the mixture layer is 10 to 30% by volume.
The invention according to claim 12 is the invention according to any one of claims 1 to 11, wherein the metal-ceramic composite material has ceramic powder or ceramic fiber as a reinforcing material and aluminum or an aluminum alloy as a matrix. Features.
The invention according to claim 13 is characterized by a plastic molded product molded by the plastic molding die according to any one of claims 1-12.
The invention according to claim 14 is characterized by an optical scanning device or an optical device incorporating the plastic molded product according to claim 13.

請求項1にかかる発明によれば、金属−セラミックス複合材料からなる部材を、少なくとも一つ以上用いて構成されるプラスチック成型用金型において、該金属−セラミックス複合材料からなる部材の一部もしくは全部に、被覆層が形成されていることで、複合材料特有の巣がはいるなどの不具合のために生じる粉末状の異物を表面に発生させずに済み、成型品の異物、コンタミの不良を減らすことができ、歩留りを向上することができる。また、摺動箇所においては、接触する相手部材を削ってしまうなどの不具合を防止することができ、金型メンテナンスの時間を減らすことができる。さらに、熱伝導率が大きい金属−セラミックス複合材料を選択することで、キャビティ近傍の金型温度分布を極端に小さくすることができる。
また、請求項2にかかる発明によれば、被覆層が、無電解めっきにより形成されたニッケルめっき層であることで、ニッケルめっき層を非晶性にできるため、結晶粒界の影響がなく、結果、切削・研削・研磨などの後加工が容易であり、優れた表面形状精度の金型を製造することができる。
また、請求項3にかかる発明によれば、被覆層が、無電解めっきにより形成されたニッケル及びフッ素樹脂の混合物層であることで、金型入れ子間の界面における耐磨耗性(摺動性)を向上させることができる。また、フッ素樹脂を含有するため、樹脂との離型性を向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, in a plastic molding die configured by using at least one member made of a metal-ceramic composite material, part or all of the member made of the metal-ceramic composite material In addition, the formation of a coating layer eliminates the generation of powdery foreign matter on the surface due to defects such as the nests peculiar to composite materials, and reduces foreign matter and contamination defects in molded products. And the yield can be improved. Moreover, in the sliding location, it is possible to prevent problems such as scraping the mating member that comes into contact, and the time for mold maintenance can be reduced. Furthermore, by selecting a metal-ceramic composite material having a high thermal conductivity, the mold temperature distribution near the cavity can be made extremely small.
Further, according to the invention of claim 2, since the coating layer is a nickel plating layer formed by electroless plating, the nickel plating layer can be made amorphous, so there is no influence of crystal grain boundaries, As a result, post-processing such as cutting, grinding, and polishing is easy, and a mold having excellent surface shape accuracy can be manufactured.
According to the invention of claim 3, the coating layer is a mixture layer of nickel and fluororesin formed by electroless plating, so that wear resistance (sliding property) at the interface between the mold inserts is obtained. ) Can be improved. Moreover, since it contains a fluororesin, the releasability from the resin can be improved.

また、請求項4にかかる発明によれば、被覆部が、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つであることで、金型入れ子間の界面における耐磨耗性(摺動性)及び耐衝撃性を向上させることができる。
また、請求項5にかかる発明によれば、キャビティの転写面が金属−セラミックス複合材料のニッケルめっき層を用いて構成されていることで、優れた表面形状精度を有する金型を製造することができ、金型から製造されたプラスチック成型品は優れた表面形状精度を有する。
また、請求項6にかかる発明によれば、キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の混合物層を用いて構成されていることで、樹脂との離型性を向上させることができる。
また、請求項7にかかる発明によれば、キャビティの転写面以外の面が該金属−セラミックス複合材料の窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つを用いて構成されていることで、樹脂との離型性を向上させることができる。
また、請求項8にかかる発明によれば、ニッケルめっき層が20μm以上の厚さであることで、後加工の際の加工しろを確保することができ、優れた表面形状精度を有する金型を製造することができる。
また、請求項9にかかる発明によれば、混合物層が20μm以下の厚さであることで、母材との密着性及び機械的強度を得ることができる。
According to the invention of claim 4, the coating portion is any one of a titanium nitride film, a titanium carbide film, and a titanium carbonitride film, so that the wear resistance at the interface between the mold inserts is improved. Abrasion (slidability) and impact resistance can be improved.
According to the invention of claim 5, a mold having excellent surface shape accuracy can be manufactured by forming the transfer surface of the cavity using a nickel plating layer of a metal-ceramic composite material. The plastic molded product manufactured from the mold has excellent surface shape accuracy.
According to the invention of claim 6, the surface other than the transfer surface of the cavity is configured by using the metal-ceramic composite material mixture layer, so that the releasability from the resin can be improved. .
According to the invention of claim 7, the surface other than the transfer surface of the cavity uses any one of the titanium nitride film, titanium carbide film, and titanium carbonitride film of the metal-ceramic composite material. By being comprised, the mold release property with resin can be improved.
Moreover, according to the invention concerning Claim 8, since the nickel plating layer has a thickness of 20 μm or more, it is possible to secure a machining margin at the time of post-processing, and to provide a mold having excellent surface shape accuracy. Can be manufactured.
Moreover, according to the invention concerning Claim 9, adhesiveness with a base material and mechanical strength can be obtained because a mixture layer is 20 micrometers or less in thickness.

また、請求項10にかかる発明によれば、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つの皮膜が、10μm以下の厚さであることで、母材との密着性を確保することができる。
また、請求項11にかかる発明によれば、混合物中のフッ素樹脂が10体積%以上であることで、樹脂との離型性及び金型入れ子間の界面における耐磨耗性を確保できる。また混合物中のフッ素樹脂が30体積%以下であることで、優れた寸法精度を確保することができる。
また、請求項12にかかる発明によれば、金属−セラミックス複合材料が、セラミックス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料であることで、セラミックスの含有率を有意に選択することができる。その結果、熱膨張率及び熱伝導率を有意に選択することができ、多種多様な箇所及び組み合わせで該金属−セラミックス複合材料をプラスチック成型用金型に適用することができる。
また、請求項13にかかる発明によれば、請求項1〜12記載のプラスチック成型用金型により成型されたプラスチック成型品は、金型から取り出した後のプラスチック成型品の収縮量ばらつきが極端に少なく、高精度な形状寸法を有する。さらに、該プラスチック成型品は異物・コンタミナンスが少ない。
また請求項14にかかる発明によれば請求項13に記載のプラスチック成型品を光学走査機器又は光学機器に用いることにより、高精度な画像が得られる。
Moreover, according to the invention concerning Claim 10, when any one of the titanium nitride film, the titanium carbide film, and the titanium carbonitride film has a thickness of 10 μm or less, it is in close contact with the base material. Sex can be secured.
Moreover, according to the invention concerning Claim 11, when the fluororesin in a mixture is 10 volume% or more, the mold release property with resin and the abrasion resistance in the interface between metal mold inserts are securable. Moreover, the outstanding dimensional accuracy is securable because the fluororesin in a mixture is 30 volume% or less.
According to the invention of claim 12, the metal-ceramic composite material is a metal-ceramic composite material having ceramic powder or ceramic fiber as a reinforcing material and aluminum or an aluminum alloy as a matrix. The rate can be selected significantly. As a result, the coefficient of thermal expansion and the thermal conductivity can be selected significantly, and the metal-ceramic composite material can be applied to a plastic mold in various places and combinations.
According to the invention of claim 13, the plastic molded product molded by the plastic molding die according to claims 1 to 12 has an extremely large variation in shrinkage of the plastic molded product after being taken out from the mold. There are few and highly accurate shape dimensions. Further, the plastic molded product has less foreign matter and contamination.
According to the invention of claim 14, a high-precision image can be obtained by using the plastic molded product of claim 13 for an optical scanning device or an optical device.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるプラスチック成型用金型及びプラスチック成型品の最良な実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる走査レンズの概略図である。
図1において、レーザプリンタ等に用いられる走査レンズ1は、その上面と下面が光学面2であり、レーザプリンタに組み込まれた場合には、下面から上面に向かってレーザビームが透過するように使用されるプラスチック光学素子である。また、この走査レンズの材質は、例えば日本ゼオン社製のシクロオレフィンポリマーZeonex樹脂(商品名)である。
この図1に示す走査レンズは、長手方向中央部が厚肉部、長手方向端部が薄肉部となっており、下記の寸法にて成型加工を行う場合を説明する。
・使用する樹脂・・・Zeonex(ガラス転移温度 138℃ 試験方法は示差走査熱量測定(DSC)を用いた)
・走査レンズ1の形状寸法・・・中央部レンズ厚さHa:14mm、端部レンズ厚さHu:7mm、短手長さD:14mm、長手長さL:220mm
図2は、図1の走査レンズの成型にあたって使用した射出成型用金型3のキャビティ周辺の断面概略図である。この図2の金型では、光学面を形成する一対の鏡面駒4、鏡面駒4を支持する側面駒5、エジェクタピン6、光学面以外の面を形成する一対のキャビティ入れ子7、摺動自在に設けられた一対の摺動駒8で構成されて、キャビティ9を有する。そして、摺動自在に設けられた一対の摺動駒8には図示しない駆動装置を連結しておき、さらに、側面駒5には、金型を加熱するために、カートリッジヒータ10と熱電対11とを具備し、カートリッジヒータ10と熱電対11は、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置に連結しておく。また、アンギュラピン12は固定側の図示しない金型ベースに取り付けられる。
ここで、金型入れ子の材質はすべて金属−セラミックス複合材料からなっており、鏡面駒4は、図3に示すように、光学面にニッケルめっき層13が形成され、光学面以外のエジェクタピン6の摺動穴を含む全面に窒化チタン皮膜14が形成される。さらに、光学面以外の面を形成する一対のキャビティ入れ子7は、図4に示すように、全面に窒化チタン皮膜14が形成され、摺動自在に設けられた一対の摺動駒8は、図5に示すように、全面にニッケルとフッ素樹脂の混合物層15が形成される。
Exemplary embodiments of a plastic molding die and a plastic molded product according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view of a scanning lens according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a scanning lens 1 used in a laser printer or the like has an upper surface and a lower surface that are optical surfaces 2, and when incorporated in a laser printer, is used so that a laser beam is transmitted from the lower surface toward the upper surface. Plastic optical element. The material of the scanning lens is, for example, cycloolefin polymer Zeonex resin (trade name) manufactured by Nippon Zeon.
The scanning lens shown in FIG. 1 has a thick central portion in the longitudinal direction and a thin end portion in the longitudinal direction, and the case where molding processing is performed with the following dimensions will be described.
Resin to be used: Zeonex (Glass transition temperature 138 ° C. The test method used differential scanning calorimetry (DSC))
Scanning lens 1 shape dimensions: Center lens thickness Ha: 14 mm, end lens thickness Hu: 7 mm, short length D: 14 mm, long length L: 220 mm
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the periphery of the cavity of the injection mold 3 used for molding the scanning lens of FIG. In the mold of FIG. 2, a pair of mirror pieces 4 that form an optical surface, a side piece 5 that supports the mirror piece 4, an ejector pin 6, a pair of cavity inserts 7 that form a surface other than the optical surface, and a slidable structure. Is formed of a pair of sliding pieces 8 and has a cavity 9. A drive unit (not shown) is connected to the pair of sliding pieces 8 provided slidably, and the side piece 5 is further connected to the cartridge heater 10 and the thermocouple 11 in order to heat the mold. The cartridge heater 10 and the thermocouple 11 are connected to another temperature control device (not shown) prepared outside the mold. The angular pin 12 is attached to a mold base (not shown) on the fixed side.
Here, all the mold inserts are made of a metal-ceramic composite material. As shown in FIG. 3, the mirror piece 4 has a nickel plating layer 13 formed on the optical surface and ejector pins 6 other than the optical surface. The titanium nitride film 14 is formed on the entire surface including the sliding holes. Further, as shown in FIG. 4, the pair of cavity inserts 7 that form surfaces other than the optical surface has a titanium nitride film 14 formed on the entire surface, and the pair of sliding pieces 8 that are slidably provided are shown in FIG. As shown in FIG. 5, a mixture layer 15 of nickel and fluororesin is formed on the entire surface.

上述の金型にて図1に示す走査レンズ1を成型するにあたっては、次の工程を採る。
射出成型用金型3を図示しない射出成型機にセットする。この金型は使用樹脂材料のガラス転移温度直下の135℃になるようにカートリッジヒータ10で加熱しておき、キャビティ9に溶融樹脂を充填する。そして、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である所定の温度に保持するように、カートリッジヒータ10の温度を調節しておく。
次いで、キャビティ9内に樹脂圧力を発生させて、樹脂を、光学面を形成する一対の鏡面駒4に密着(転写)させる。この際、樹脂冷却過程時の収縮に伴うひけ(凹部)が光学面に発生しないように、キャビティ内の樹脂圧力が0になったところで、摺動自在に設けられた一対の摺動駒8を樹脂から離隔するように摺動させ、樹脂と摺動駒8の間に強制的に空隙を形成し、ひけを摺動駒8と接する面に誘導する。その後、成型品の温度が均一になったところで、型開きを行う。この時、キャビティ入れ子7がアンギュラピン12により、スライドする。次いで、固化したプラスチック成型品を、エジェクタピン6により突出し、図示しない成型品取り出し装置を用いて金型から取り出し、室温放冷している。
上記成型では、摺動駒8と接する面にひけ(凹部)を誘導した結果、光学面2にひけが生じるのを防止することができ、所望する光学面を短い成型サイクルで忠実に転写することができる。また、冷却時の光学面に作用する樹脂内圧を大気圧に近づける(型開き前に、キャビティ内の樹脂圧力が0になるように成型する)ことができるため、内部歪みの小さい成型品を得ることができる。
In molding the scanning lens 1 shown in FIG. 1 with the above-described mold, the following steps are taken.
The injection mold 3 is set in an injection molding machine (not shown). This mold is heated by the cartridge heater 10 so as to be 135 ° C. just below the glass transition temperature of the resin material used, and the cavity 9 is filled with molten resin. Then, the temperature of the cartridge heater 10 is adjusted so that the mold is maintained at a predetermined temperature that is equal to or lower than the glass transition temperature of the resin material used.
Next, a resin pressure is generated in the cavity 9 so that the resin is brought into close contact (transfer) with the pair of mirror surface pieces 4 forming the optical surface. At this time, the pair of sliding pieces 8 slidably provided are placed when the resin pressure in the cavity becomes zero so that sinks (concave portions) due to shrinkage during the resin cooling process do not occur on the optical surface. The resin is slid away from the resin, and a gap is forcibly formed between the resin and the sliding piece 8, and the sink is guided to the surface in contact with the sliding piece 8. Thereafter, the mold is opened when the temperature of the molded product becomes uniform. At this time, the cavity insert 7 is slid by the angular pin 12. Next, the solidified plastic molded product is projected by the ejector pins 6, taken out from the mold using a molding product take-out device (not shown), and allowed to cool to room temperature.
In the molding described above, sink marks (concave portions) are induced on the surface in contact with the sliding piece 8, so that the optical surface 2 can be prevented from sinking, and the desired optical surface can be faithfully transferred in a short molding cycle. Can do. In addition, since the resin internal pressure acting on the optical surface during cooling can be made close to atmospheric pressure (molding is performed so that the resin pressure in the cavity becomes zero before mold opening), a molded product with low internal distortion is obtained. be able to.

ここで、上記成型にて使用した金型の金属−セラミックス複合材料について説明する。金属−セラミックス複合材料は、セランクス社製のセランクス(商品名)PSI−55を用いており、PSI−55はAl−Si系のアルミニウム合金とSiC系のセラミックスを非加圧金属浸透法により複合させた材料であり、SiC含有率が55体積%有している。アルミニウム合金が、Al−Si系の合金からなる理由は、セラミックスとの濡れ性が良好となるため非加圧での浸透が可能となり、さらには内部に金属が浸透しない欠陥部分が発生しにくくなるためである。
金属−セラミックス複合材料は、高剛性でかつ、アルミニウム合金や銅合金と比較して熱膨張係数が小さく、しかも熱伝導性に優れている。例えば、従来、鋼材に使用されてきた金属、例えば(SUS系)の熱伝導率25W/m・℃と比較して、セランクス社製セランクスPSI−55の熱伝導率は159W/m・℃と6倍以上大きく、大幅に温度分布を改善することができる。具体的には、キャビティ周辺の温度分布を1℃以内に均等化することも可能である。
また、金属−セラミックス複合材料は、熱伝導率が大きく、熱膨張率が小さいため、プラスチック成型用金型に適用できるが、しかし、従来の鋼材と比較して、表面の粗さや硬度、さらに耐磨耗性などは劣っている。そこで、本例での金型は、金型入れ子各々の機能に合わせた皮膜を、入れ子の一部もしくは全部に被覆している。
上記金型では、鏡面駒4は、光学面以外のエジェクタピン6の摺動穴を含む全面に窒化チタンを3μmの厚さで皮膜し、さらに、光学面を形成する面に無電解めっきによりニッケルめっき層13を100μmの厚さで皮膜している。そして、熱処理をした後に、ニッケルめっき層13には、非球面形状の切削加工を施している。無電解めっきにより形成されたニッケルめっきは非晶性であるため、結晶状態と比較して、結晶粒界の影響がなく、加工が容易であり、加工精度も得やすい。本例の金型では、後加工の際の加工しろを確保する目的で厚さを100μmとしたが、光学面としての機能を果たすには20μm以上あれば、充分である。また、本例のように、高精度な形状寸法を要求される場合には、被覆層の厚みを見込んで、金属−セラミックス複合材料を加工しておく必要がある。また、窒化チタン皮膜14は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法(PVD)により成膜されるが、本例ではイオンプレーティングにより成膜した。イオンプレーティングで成膜された窒化チタン皮膜14は、緻密で密着性も良好であり、また、耐磨耗性及び耐衝撃性にも優れている。耐磨耗性及び耐衝撃性、さらに、母材との密着性を考慮すると、窒化チタン皮膜のほか、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかであれば、被覆層として適用可能である。本例のように、エジェクタピン6の摺動穴として使用する場合には、効果がより顕著であるが、さらに不具合を防止するには、エジェクタピン6は丸ピンであることが望ましい。
Here, the metal-ceramic composite material of the mold used in the above molding will be described. As the metal-ceramic composite material, Selenx (trade name) PSI-55 manufactured by Selenx is used. PSI-55 is a composite of Al-Si aluminum alloy and SiC ceramics by non-pressure metal penetration method. It has a SiC content of 55% by volume. The reason why the aluminum alloy is made of an Al-Si alloy is that it has good wettability with ceramics, so that non-pressurized permeation is possible, and further, a defect portion where the metal does not permeate hardly occurs. Because.
The metal-ceramic composite material is highly rigid, has a smaller coefficient of thermal expansion than aluminum alloys and copper alloys, and is excellent in thermal conductivity. For example, compared to the heat conductivity of 25 W / m · ° C. of metals conventionally used in steel materials, such as (SUS), the heat conductivity of Selencus PSI-55 made by Selangs is 159 W / m · ° C. The temperature distribution can be greatly improved by more than double. Specifically, the temperature distribution around the cavity can be equalized within 1 ° C.
In addition, metal-ceramic composite materials can be applied to plastic molding dies because of their high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion. However, compared to conventional steel materials, surface roughness and hardness, Abrasion is inferior. Therefore, in the mold in this example, a part or all of the insert is covered with a film adapted to the function of each mold insert.
In the above mold, the mirror piece 4 is formed by coating titanium nitride with a thickness of 3 μm on the entire surface including the sliding holes of the ejector pins 6 other than the optical surface, and further, by electroless plating on the surface forming the optical surface. The plating layer 13 is coated with a thickness of 100 μm. After the heat treatment, the nickel plating layer 13 is subjected to aspherical cutting. Since nickel plating formed by electroless plating is amorphous, there is no influence of crystal grain boundaries compared to the crystalline state, and processing is easy, and processing accuracy is easy to obtain. In the mold of this example, the thickness is set to 100 μm for the purpose of securing a processing margin at the time of post-processing, but 20 μm or more is enough to fulfill the function as an optical surface. Further, when a highly accurate shape and dimension are required as in this example, it is necessary to process the metal-ceramic composite material in consideration of the thickness of the coating layer. The titanium nitride film 14 is formed by a physical vapor deposition method (PVD) such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, or an ion plating method. In this example, the titanium nitride film 14 is formed by ion plating. The titanium nitride film 14 formed by ion plating is dense and has good adhesion, and is excellent in wear resistance and impact resistance. In consideration of wear resistance and impact resistance, as well as adhesion to the base material, any of titanium nitride film, titanium carbide film and titanium carbonitride film can be applied as a coating layer. It is. As in this example, when used as a sliding hole for the ejector pin 6, the effect is more remarkable, but it is desirable that the ejector pin 6 is a round pin in order to prevent further problems.

次に、光学面以外の面を形成する一対のキャビティ入れ子7について説明する。キャビティ入れ子7は、全面に3μmの厚さで窒化チタン皮膜14を有している。このキャビティ入れ子7は、成型品突出し時の離型抵抗を減らすために、固定側に取り付けられたアンギュラピン12により、型開き時にスライドする機構であるため、耐磨耗性が要求される。窒化チタン皮膜14の厚さは、10μm以上設けると、密着力が落ちるため、10μm以下であることが望ましい。
次に、摺動自在に設けられた一対の摺動駒8について説明する。摺動駒8は、全面にニッケルとフッ素樹脂の混合物層15を有している。本例でのニッケルとフッ素樹脂の混合物層15は、ニフグリップ処理で形成され、無電解ニッケルとテフロン(登録商標)を処理液中で共析させ、さらに、成膜後に熱処理を施すことで密着力を向上させている。厚さは全面に渡って5μmである。前述のように、摺動駒8は成型時に離隔するため、樹脂との離型性が要求される。離型性が悪いと離隔した際に樹脂を引っ張る力が発生し、光学面の転写に悪影響が生じる。また、摺動駒8は摺動するため、耐磨耗性も合わせて要求される。本例のように、ニッケルとフッ素樹脂の混合物層15を有することで、樹脂との離型性と他の金型入れ子との耐磨耗性を向上させることができる。また、本例では、厚さを5μmとしたが、機械的強度も合わせて考えると、20μm以下の厚さが望ましい。また、本例ではテフロン(登録商標)を20体積%としたのであるが、離型性と耐磨耗性の確保から10体積%以上が必要である。さらに、含有するテフロン(登録商標)の熱膨張を考慮すると、寸法精度の確保から30体積%以下であることが望ましい。
Next, the pair of cavity inserts 7 that form surfaces other than the optical surface will be described. The cavity insert 7 has a titanium nitride film 14 with a thickness of 3 μm on the entire surface. Since the cavity insert 7 is a mechanism that slides when the mold is opened by the angular pin 12 attached to the fixed side in order to reduce the mold release resistance when the molded product is protruded, wear resistance is required. The thickness of the titanium nitride film 14 is preferably 10 μm or less because the adhesive strength is lowered when the thickness is 10 μm or more.
Next, a pair of sliding pieces 8 provided slidably will be described. The sliding piece 8 has a mixture layer 15 of nickel and fluororesin on the entire surface. The mixed layer 15 of nickel and fluororesin in this example is formed by a nif grip process, and electroless nickel and Teflon (registered trademark) are co-deposited in a processing solution, and further, a heat treatment is performed after the film formation so that the adhesion strength is increased. Has improved. The thickness is 5 μm over the entire surface. As described above, since the sliding piece 8 is separated at the time of molding, it is required to release from the resin. If the releasability is poor, a force for pulling the resin occurs when the mold is separated, which adversely affects the transfer of the optical surface. Further, since the sliding piece 8 slides, wear resistance is also required. By having the mixture layer 15 of nickel and fluororesin as in this example, it is possible to improve the releasability with the resin and the wear resistance with other mold inserts. In this example, the thickness is 5 μm, but considering the mechanical strength, a thickness of 20 μm or less is desirable. Further, in this example, Teflon (registered trademark) is 20% by volume, but 10% by volume or more is necessary in order to secure release properties and wear resistance. Furthermore, in consideration of the thermal expansion of the Teflon (registered trademark) to be contained, it is desirable that it is 30% by volume or less in order to ensure dimensional accuracy.

以上説明したプラスチック成型用金型は、成型品に異物が混入しにくく、且つ、キャビティ近傍の金型温度分布が極端に少ない。また、本例によって製造されたプラスチック成型品は、金型から取り出した後のプラスチック成型品の収縮量ばらつきが極端に小さく、非常に高精度な形状寸法を有し、且つ、異物・コンタミナンスも少ない。
また、本例では、上記走査レンズについて成型を実施したのであるが、厚肉・偏肉のすべての形状のプラスチック成型品にて、上述の効果が得られる。
また、高精度な形状寸法を要求される転写面(光学面)形状についても、平面、球面、非球面、自由曲面、あらゆる形状に適用され得る。
本例は、成型の対象としてシクロオレフィンポリマーに関してのものであるが、本発明は使用樹脂材料によらず、上述の効果が得られるすべての熱可塑性プラスチックに適用される。つまり、成型品の金型取り出し温度と雰囲気温度に著しい温度差がある場合、成型品が厚肉・偏肉形状である場合、成型品が高精度な形状寸法を要求されるプラスチック成型品について顕著な効果を有する。
上記説明は、樹脂材料を金型内で所望の成型品形状に成型加工する工程を射出成型法で行った例を述べているが、本発明は、金型温度を均一にし、金型から取り出した後の成型品収縮量ばらつきを小さくすることと異物・コンタミナンスがないことを特徴としているため、成型法には限定されず、射出成型のほかに射出圧縮/プレス成型、ガスアシスト成型や押し出し成型など様々な成型法に適用可能である。
The plastic mold described above is less likely to have foreign matter mixed in the molded product, and the mold temperature distribution near the cavity is extremely small. In addition, the plastic molded product manufactured according to this example has extremely small variation in the amount of shrinkage of the plastic molded product after being taken out from the mold, has a very high precision shape, and has no foreign matter or contamination. Few.
Further, in this example, the above-described scanning lens is molded, but the above-mentioned effects can be obtained with plastic molded products having all shapes of thick and uneven thickness.
Also, a transfer surface (optical surface) shape that requires a highly accurate shape dimension can be applied to all shapes such as a flat surface, a spherical surface, an aspherical surface, a free-form surface.
This example relates to a cycloolefin polymer as an object of molding, but the present invention is applicable to all thermoplastic plastics that can obtain the above-described effects regardless of the resin material used. In other words, when there is a significant temperature difference between the mold take-out temperature and the ambient temperature of the molded product, when the molded product is thick or uneven, the molded product is prominent for plastic molded products that require highly accurate shape dimensions. It has a great effect.
The above description describes an example in which the resin material is molded into a desired molded product shape by the injection molding method in the mold, but the present invention makes the mold temperature uniform and removes the mold from the mold. Since it is characterized by reduced variation in the amount of shrinkage after molding and no foreign matter / contamination, it is not limited to molding methods. In addition to injection molding, injection compression / press molding, gas assist molding and extrusion It can be applied to various molding methods such as molding.

(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態にかかる走査レンズの概略図である。
図6において、レーザプリンタ等に用いられる走査レンズ16は、その上面と下面が光学面2であり、レーザプリンタに組み込まれた場合には、下面から上面に向かってレーザビームが透過するように使用されるプラスチック光学素子である。また、この走査レンズの材質はポリカーボネート樹脂(PC光学グレードを有する)である。
この図6に示す走査レンズ16は、長手方向中央部が厚肉部、長手方向端部が薄肉部となっており、下記の寸法にて成型加工を行う場合を説明する。
・使用する樹脂・・・PC(ガラス転移温度 145℃ 試験方法DSC)
・走査レンズ16形状寸法・・・中央部レンズ厚さHa:35mm、端部レンズ厚さHu:5mm、短手長さD:10mm、長手長さL:160mm
図7は、図6の走査レンズの成型にあたって使用した射出成型用金型3のキャビティ周辺の断面概略図である。この図7の金型では、光学面を形成する一対の鏡面駒4、光学面以外の面を形成する二対のキャビティ入れ子7で構成されたキャビティ9を有している。さらに、キャビティ入れ子7には、金型を加熱するために、油温調用パイプ17と、熱電対11を具備している。
また、金型入れ子の材質はすべて金属−セラミックス複合材料からなっており、鏡面駒4には、図8に示すように、光学面にニッケルめっき層13を有する。さらに、光学面以外の面を形成する二対のキャビティ入れ子7は、図9に示すように、二面であるPL(パーティングライン)面及びキャビティ面に窒化チタン皮膜14を有している。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a schematic view of a scanning lens according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 6, a scanning lens 16 used in a laser printer or the like has an upper surface and a lower surface that are optical surfaces 2, and when incorporated in a laser printer, the scanning lens 16 is used so that a laser beam is transmitted from the lower surface toward the upper surface. Plastic optical element. The material of the scanning lens is polycarbonate resin (having PC optical grade).
The scanning lens 16 shown in FIG. 6 has a thick central portion in the longitudinal direction and a thin thickness portion at the longitudinal end, and the case where molding processing is performed with the following dimensions will be described.
-Resin used: PC (glass transition temperature 145 ° C test method DSC)
Scanning lens 16 shape dimensions: center lens thickness Ha: 35 mm, end lens thickness Hu: 5 mm, short length D: 10 mm, long length L: 160 mm
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the periphery of the cavity of the injection mold 3 used for molding the scanning lens of FIG. The mold shown in FIG. 7 has a cavity 9 composed of a pair of mirror pieces 4 forming an optical surface and two pairs of cavity inserts 7 forming a surface other than the optical surface. Further, the cavity insert 7 includes an oil temperature adjusting pipe 17 and a thermocouple 11 for heating the mold.
Further, the mold inserts are all made of a metal-ceramic composite material, and the mirror piece 4 has a nickel plating layer 13 on the optical surface as shown in FIG. Furthermore, as shown in FIG. 9, the two pairs of cavity inserts 7 that form surfaces other than the optical surface have a titanium nitride film 14 on the two PL (parting line) surfaces and the cavity surface.

上述の金型にて図6に示す走査レンズ1を成型するにあたっては、次の工程を採る。
射出成型用金型3を図示しない射出成型機にセットし、金型には使用樹脂材料のガラス転移温度直下の142℃になるように油温調用パイプ13内に油を流通させ、加熱しておき、キャビティ9に溶融樹脂を充填する。そして、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である所定の温度に保持するように、油温調用パイプ13内の油の温度を調節しておく。次いで、キャビティ9内に樹脂圧力を発生させて、樹脂を、光学面を形成する一対の鏡面駒4に密着させ、次いで、固化したプラスチック成型品を、図示しない成型品取り出し装置を用いて金型から取り出し、室温放冷している。
ここで、使用した金属−セラミックス複合材料は第1実施形態と同様、セランクス社製のセランクスPSI−55を用いている。鏡面駒4には、光学面を形成する面にのみ無電解めっきによりニッケルめっき層13を50μmの厚さで皮膜している。熱処理をした後に、ニッケルめっき層13には非球面形状の切削加工を施している。本例のように、選択的に被覆層を有することで、金型の製造コストを低減することができる。また、高精度な形状寸法を要求される場合には、被覆層の厚みを見込んで、金属−セラミックス複合材料を加工しておく必要がある。
次に、光学面以外の面を形成する二対のキャビティ入れ子7について説明する。キャビティ入れ子7には、PL面及びキャビティ面にのみ5μmの厚さで窒化チタン皮膜14が形成される。PL面には型閉め時に高圧がかかるが、本例のように、窒化チタン皮膜14を有することで、耐衝撃性を向上することができ、PL面が削れることを防止することができている。また、本例のように、選択的に被覆層を有することで、金型の製造コストを低減することができる。
本例によって製造されたプラスチック成型用金型は、成型品に異物が混入しにくく、且つ、キャビティ近傍の金型温度分布が極端に少ない。また、本例によって製造されたプラスチック成型品は、金型から取り出した後のプラスチック成型品の収縮量ばらつきが極端に小さく、非常に高精度な形状寸法を有し、かつ異物・コンタミナンスも少ない。
In molding the scanning lens 1 shown in FIG. 6 with the above-described mold, the following steps are taken.
The injection mold 3 is set in an injection molding machine (not shown), and oil is circulated through the oil temperature adjusting pipe 13 and heated so that the mold is 142 ° C. just below the glass transition temperature of the resin material used. Then, the cavity 9 is filled with molten resin. Then, the temperature of the oil in the oil temperature adjusting pipe 13 is adjusted so that the mold is maintained at a predetermined temperature that is equal to or lower than the glass transition temperature of the resin material used. Next, a resin pressure is generated in the cavity 9 so that the resin is brought into close contact with the pair of mirror surface pieces 4 forming the optical surface, and the solidified plastic molded product is then molded using a molded product take-out device (not shown). It is taken out from the room and allowed to cool to room temperature.
Here, the metal-ceramic composite material used is Selencus PSI-55 manufactured by Selencus, as in the first embodiment. The mirror piece 4 is coated with a nickel plating layer 13 with a thickness of 50 μm by electroless plating only on the surface forming the optical surface. After the heat treatment, the nickel plating layer 13 is subjected to aspherical cutting. By selectively having a coating layer as in this example, the manufacturing cost of the mold can be reduced. Moreover, when a highly accurate shape dimension is requested | required, it is necessary to process the metal-ceramics composite material in consideration of the thickness of a coating layer.
Next, the two pairs of cavity inserts 7 that form surfaces other than the optical surface will be described. In the cavity insert 7, a titanium nitride film 14 is formed with a thickness of 5 μm only on the PL surface and the cavity surface. Although a high pressure is applied to the PL surface when the mold is closed, the impact resistance can be improved and the PL surface can be prevented from being scraped by having the titanium nitride film 14 as in this example. . Moreover, the manufacturing cost of a metal mold | die can be reduced by having a coating layer selectively like this example.
The plastic molding die manufactured according to this example is unlikely to have foreign matters mixed in the molded product, and the mold temperature distribution near the cavity is extremely small. In addition, the plastic molded product manufactured according to this example has extremely small variation in the amount of shrinkage of the plastic molded product after being taken out from the mold, has a very high precision shape, and has little foreign matter and contamination. .

(第3の実施形態)
図10は、本発明の第3の実施形態にかかるプラスチックミラーの概略図である。
図10において、レーザプリンタ等に用いられるプラスチックミラー18は、光学面2にアルミニウム蒸着を施すなどして、レーザビームを反射させるプラスチック光学素子である。また、このプラスチックミラーの材質はポリカーボネート樹脂(PC光学グレードを有する)である。この図10に示すプラスチックミラー18は、長手方向中央部が薄肉部、長手方向端部が厚肉部となっており、下記の寸法にて成型を行う場合を説明する。
・使用する樹脂・・・PC(ガラス転移温度 145℃ 試験方法DSC)
・プラスチックミラー18の形状寸法・・・中央部レンズ厚さHa:6mm、端部レンズ厚さHu:15mm、短手長さD:14mm、長手長さL:260mm
図11は、図10のプラスチックミラーを成型するに使用したプレス成型用金型19の断面概略図を示す。プレス成型用金型19の上側ダイプレート20には、光学面を形成する上型部材21を有し、下側ダイプレート22には、光学面以外の面を形成する下型部材23を有している。さらに、上型部材21及び下型部材23には、金型を加熱するために、カートリッジヒータ10と熱電対11とを具備し、カートリッジヒータ10と熱電対11は、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置に連結しておく。一方、下型部材23には、予め射出成型によって略最終形状に加工されたポリカーボネート樹脂からなるプラスチック基材24が備えられている。
金型19の材質は金属−セラミックス複合材料からなっており、光学面を形成する上型部材21は、光学面にニッケルめっき層13、PL面に窒化チタン皮膜14を有する。さらに、光学面以外の面を形成する下型部材23は、PL面及びキャビティ面に窒化チタン皮膜14を有している。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a schematic view of a plastic mirror according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 10, a plastic mirror 18 used in a laser printer or the like is a plastic optical element that reflects a laser beam, for example, by depositing aluminum on the optical surface 2. The plastic mirror is made of polycarbonate resin (having PC optical grade). The plastic mirror 18 shown in FIG. 10 has a thin central portion in the longitudinal direction and a thick portion at the longitudinal end, and a case where molding is performed with the following dimensions will be described.
-Resin used: PC (glass transition temperature 145 ° C test method DSC)
Shape dimension of the plastic mirror 18: center lens thickness Ha: 6 mm, end lens thickness Hu: 15 mm, short length D: 14 mm, long length L: 260 mm
FIG. 11 shows a schematic cross-sectional view of a press molding die 19 used for molding the plastic mirror of FIG. The upper die plate 20 of the press molding die 19 has an upper mold member 21 that forms an optical surface, and the lower die plate 22 has a lower mold member 23 that forms a surface other than the optical surface. ing. Further, the upper mold member 21 and the lower mold member 23 are provided with a cartridge heater 10 and a thermocouple 11 in order to heat the mold, and the cartridge heater 10 and the thermocouple 11 are prepared outside the mold. It connects with another temperature control apparatus which is not illustrated. On the other hand, the lower mold member 23 is provided with a plastic substrate 24 made of a polycarbonate resin that has been processed in advance into a substantially final shape by injection molding.
The material of the mold 19 is made of a metal-ceramic composite material, and the upper mold member 21 that forms the optical surface has a nickel plating layer 13 on the optical surface and a titanium nitride film 14 on the PL surface. Further, the lower mold member 23 that forms a surface other than the optical surface has a titanium nitride film 14 on the PL surface and the cavity surface.

上述の金型にて図11に示すプラスチックミラー18を成型するにあたっては、次の工程を採る。
プレス成型用金型19は使用樹脂材料のガラス転移温度以上の150℃になるようにカートリッジヒータ10で加熱しておく。次いで、プレス成型装置の上側ダイプレート20を下降させることで、プラスチック基材24に樹脂圧力を発生させ、キャビティ面を完全に密着させる。その後、金型と樹脂の密着状態を保ったまま、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である120℃まで1℃/分の速度で徐冷した後、金型から成型品を取り出し、室温放冷する。
ここで、使用した金属−セラミックス複合材料は第1実施形態と同様、セランクス社製のセランクスPSI−55を用いている。上型部材21は、光学面にのみ無電解めっきによりニッケルめっき層13を50μmの厚さで皮膜し、さらに、PL面にのみ5μmの厚さで窒化チタン皮膜14をしている。熱処理をした後に、ニッケルめっき層には非球面形状の切削加工を施している。本実施例のように、選択的に被覆層を有することで、金型の製造コストを低減することができる。また、高精度な形状寸法を要求される場合には、被覆層の厚みを見込んで、金属−セラミックス複合材料を加工しておく必要がある。
次に、光学面以外の面を形成する下型部材23について説明する。下型部材23は、PL面及びキャビティ面にのみ5μmの厚さで窒化チタン皮膜14を有している。本例のように、選択的に被覆層を有することで、金型の製造コストを低減することができる。窒化チタン皮膜14は、離型性及び耐磨耗性に優れている。
本例によって製造されたプラスチック成型用金型は、成型品に異物が混入しにくく、かつキャビティ近傍の金型温度分布が極端に少ない。また、本例によって製造されたプラスチック成型品は、金型から取り出した後のプラスチック成型品の収縮量ばらつきが極端に小さく、非常に高精度な形状寸法を有し、かつ異物・コンタミナンスも少ない。
In molding the plastic mirror 18 shown in FIG. 11 with the above-described mold, the following steps are taken.
The press molding die 19 is heated by the cartridge heater 10 so as to be 150 ° C. higher than the glass transition temperature of the resin material used. Next, by lowering the upper die plate 20 of the press molding apparatus, a resin pressure is generated on the plastic base material 24, and the cavity surface is completely adhered. Then, with the mold and resin kept in close contact, the mold was slowly cooled to 120 ° C., which is lower than the glass transition temperature of the resin material used, at a rate of 1 ° C./min. Allow to cool to room temperature.
Here, the metal-ceramic composite material used is Selencus PSI-55 manufactured by Selencus, as in the first embodiment. The upper mold member 21 is formed by coating the nickel plating layer 13 with a thickness of 50 μm by electroless plating only on the optical surface, and further forming the titanium nitride film 14 with a thickness of 5 μm only on the PL surface. After the heat treatment, the nickel plating layer is subjected to aspherical cutting. As in this embodiment, by selectively having a coating layer, the manufacturing cost of the mold can be reduced. Moreover, when a highly accurate shape dimension is requested | required, it is necessary to process the metal-ceramics composite material in consideration of the thickness of a coating layer.
Next, the lower mold member 23 that forms a surface other than the optical surface will be described. The lower mold member 23 has the titanium nitride film 14 with a thickness of 5 μm only on the PL surface and the cavity surface. By selectively having a coating layer as in this example, the manufacturing cost of the mold can be reduced. The titanium nitride film 14 is excellent in releasability and wear resistance.
The plastic molding die manufactured according to the present example hardly mixes foreign matter into the molded product, and the mold temperature distribution near the cavity is extremely small. In addition, the plastic molded product manufactured according to this example has extremely small variation in the amount of shrinkage of the plastic molded product after being taken out from the mold, has a very high precision shape, and has little foreign matter and contamination. .

以上のように、本発明にかかるプラスチック成型用金型、プラスチック成型品及び光学機器、光学走査機器は、プラスチック成型品の高精度化、光学系の精密化に有用であり、特に、高精度な画像を得る光学機器に適している。   As described above, the mold for plastic molding, the plastic molded product and the optical device, and the optical scanning device according to the present invention are useful for increasing the precision of the plastic molded product and the precision of the optical system. Suitable for optical equipment that obtains images.

本発明の第1実施形態の走査レンズの概略図。1 is a schematic diagram of a scanning lens according to a first embodiment of the present invention. 金型のキャビティ周辺の断面概略図。The cross-sectional schematic of the cavity periphery of a metal mold | die. 鏡面駒の断面図。Sectional drawing of a mirror surface piece. キャビティ入れ子の断面図。Sectional drawing of a cavity nest. 摺動駒の構成図Configuration diagram of sliding piece 本発明の第2実施形態の走査レンズの概略図。Schematic of the scanning lens of 2nd Embodiment of this invention. 金型のキャビティ周辺の断面概略図。The cross-sectional schematic of the cavity periphery of a metal mold | die. 鏡面駒の断面図。Sectional drawing of a mirror surface piece. キャビティ入れ子の断面図。Sectional drawing of a cavity nest. 本発明の第3実施形態のプラスチックミラーの概略図。Schematic of the plastic mirror of 3rd Embodiment of this invention. プレス成型用金型の断面概略図。The cross-sectional schematic of the metal mold | die for press molding.

符号の説明Explanation of symbols

1 走査レンズ
2 光学面
3 射出成型用金型
4 光学面を形成する一対の鏡面駒
5 鏡面駒を支持する側面駒
6 エジェクタピン
7 光学面以外の面を形成する一対のキャビティ入れ子
8 摺動駒
9 キャビティ
10 カートリッジヒータ
11 熱電対
12 アンギュラピン
13 ニッケルめっき層
14 窒化チタン皮膜
15 ニッケルとフッ素樹脂の混合物層
16 走査レンズ
17 層油温調用パイプ
18 プラスチックミラー
19 プレス成型用金型
20 上側ダイプレート
21 光学面を形成する上型部材
22 下側ダイプレート
23 光学面以外の面を形成する下型部材
24 プラスチック基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scan lens 2 Optical surface 3 Injection mold 4 A pair of mirror surface piece which forms an optical surface 5 A side piece which supports a mirror surface piece 6 Ejector pin 7 A pair of cavity inserts which form surfaces other than an optical surface 8 A sliding piece 9 Cavity 10 Cartridge Heater 11 Thermocouple 12 Angular Pin 13 Nickel Plating Layer 14 Titanium Nitride Film 15 Mixture Layer 16 of Nickel and Fluorine Resin 16 Scan Lens 17 Layer Oil Temperature Control Pipe 18 Plastic Mirror 19 Press Mold 20 Upper Die Plate 21 Upper die member 22 that forms an optical surface Lower die plate 23 Lower die member 24 that forms a surface other than the optical surface Plastic base material

Claims (14)

金属−セラミックス複合材料からなる部材を、少なくとも一つ以上用いて構成されるプラスチック成型用金型において、
上記金属−セラミックス複合材料からなる部材の一部もしくは全部に、被覆層が形成されていることを特徴とするプラスチック成型用金型。
In a plastic molding die constituted by using at least one member made of a metal-ceramic composite material,
A mold for plastic molding, characterized in that a coating layer is formed on a part or all of the member made of the metal-ceramic composite material.
被覆層は、無電解めっきにより形成されたニッケルめっき層であることを特徴とする請求項1記載のプラスチック成型用金型。   The mold for plastic molding according to claim 1, wherein the coating layer is a nickel plating layer formed by electroless plating. 被覆層は、無電解めっきにより形成されたニッケル及びフッ素樹脂の混合物層であることを特徴とする請求項1記載のプラスチック成型用金型。   2. The plastic molding die according to claim 1, wherein the coating layer is a mixture layer of nickel and fluororesin formed by electroless plating. 被覆層は、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項1記載のプラスチック成型用金型。   The mold for plastic molding according to claim 1, wherein the coating layer is any one of a titanium nitride film, a titanium carbide film, and a titanium carbonitride film. キャビティの転写面が金属−セラミックス複合材料のニッケルめっき層にて構成されていることを特徴とする請求項2記載のプラスチック成型用金型。   The mold for plastic molding according to claim 2, wherein a transfer surface of the cavity is constituted by a nickel plating layer of a metal-ceramic composite material. キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の混合物層であることを特徴とする請求項3記載のプラスチック成型用金型。   4. The mold for plastic molding according to claim 3, wherein the surface other than the transfer surface of the cavity is a mixture layer of a metal-ceramic composite material. キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかにて構成されていることを特徴とする請求項4記載のプラスチック成型用金型。   5. The plastic molding according to claim 4, wherein the surface other than the transfer surface of the cavity is composed of any one of a titanium nitride film, a titanium carbide film, and a titanium carbonitride film of a metal-ceramic composite material. Mold. ニッケルめっき層の厚さが20μm以上の厚さであることを特徴とする請求項2又は5記載のプラスチック成型用金型。   6. The mold for plastic molding according to claim 2, wherein the nickel plating layer has a thickness of 20 μm or more. 混合物層の厚さが20μm以下の厚さであることを特徴とする請求項3又は6記載のプラスチック成型用金型。   The plastic mold according to claim 3 or 6, wherein the mixture layer has a thickness of 20 µm or less. 窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかの皮膜が、10μm以下の厚さであることを特徴とする請求項4又は7記載のプラスチック成型用金型。   The plastic molding die according to claim 4 or 7, wherein any one of the titanium nitride film, the titanium carbide film, and the titanium carbonitride film has a thickness of 10 µm or less. 混合物層におけるニッケル中のフッ素樹脂が10〜30体積%であることを特徴とする請求項3、6又は9記載のプラスチック成型用金型。   10. The mold for plastic molding according to claim 3, 6 or 9, wherein the fluorine resin in nickel in the mixture layer is 10 to 30% by volume. 金属−セラミックス複合材料は、セラミックス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとすることを特徴とする請求項1〜11いずれか一項記載のプラスチック成型用金型。   12. The metal mold for plastic molding according to claim 1, wherein the metal-ceramic composite material includes ceramic powder or ceramic fiber as a reinforcing material and aluminum or an aluminum alloy as a matrix. 請求項1〜12のいずれか一項記載のプラスチック成型用金型により成型されたプラスチック成型品。   The plastic molded product shape | molded with the metal mold | die for plastic molding as described in any one of Claims 1-12. 請求項13に記載のプラスチック成型品を内蔵する光学走査機器又は光学機器。
An optical scanning device or an optical device incorporating the plastic molded product according to claim 13.
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