JP2005153294A - Mold for molding plastic, plastic molded product, optical device and optical scanning device - Google Patents
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Abstract
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。
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.
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
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
The invention according to
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
The invention according to claim 6 is the invention according to
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
The invention according to
The invention according to claim 9 is the invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
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
According to the invention of
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
Moreover, according to the
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
Moreover, according to the
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
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
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
Here, all the mold inserts are made of a metal-ceramic composite material. As shown in FIG. 3, the mirror piece 4 has a
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
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
In the molding described above, sink marks (concave portions) are induced on the surface in contact with the sliding
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
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
Next, a pair of sliding
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
The
-Resin used: PC (glass transition temperature 145 ° C test method DSC)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the periphery of the cavity of the
Further, the mold inserts are all made of a metal-ceramic composite material, and the mirror piece 4 has a
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
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
Next, the two pairs of
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
-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
The material of the
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
The press molding die 19 is heated by the
Here, the metal-ceramic composite material used is Selencus PSI-55 manufactured by Selencus, as in the first embodiment. The
Next, the
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.
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
Claims (14)
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.
An optical scanning device or an optical device incorporating the plastic molded product according to claim 13.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003394541A JP2005153294A (en) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | Mold for molding plastic, plastic molded product, optical device and optical scanning device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003394541A JP2005153294A (en) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | Mold for molding plastic, plastic molded product, optical device and optical scanning device |
Publications (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008230004A (en) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Fujifilm Corp | Lens molding mold and plastic lens |
EP1977894A1 (en) * | 2007-04-03 | 2008-10-08 | Komori Corporation | Gripper device in sheet-fed rotary printing press, and method of manufacturing the same |
JP2013123884A (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-24 | Konica Minolta Advanced Layers Inc | Method for manufacturing forming mold |
-
2003
- 2003-11-25 JP JP2003394541A patent/JP2005153294A/en active Pending
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EP1977894A1 (en) * | 2007-04-03 | 2008-10-08 | Komori Corporation | Gripper device in sheet-fed rotary printing press, and method of manufacturing the same |
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