JP2007106058A

JP2007106058A - 成形用金型

Info

Publication number: JP2007106058A
Application number: JP2005301143A
Authority: JP
Inventors: Noriko Sakaeba; 範子榮羽; Seiichi Watanabe; 清一渡辺
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-04-26
Also published as: US7381047B2; CN1951669A; US20070087068A1

Abstract

【課題】本発明では、球状体の材質が金型の材質よりも硬い場合であっても、金型の劣化を抑制することができ、また樹脂充填圧力がかかっても入れ子と本体部材を高精度で調心することができる成形用金型を提供することを目的とする。
【解決手段】成形用金型１は、光学レンズの一部の形状を象ったキャビティ面Ｃａを有する入れ子１１０と、入れ子１１０を複数の球状体１３１を介して外側から支持する本体部材１２０と、を有している。そして、本体部材１２０と球状体１３１との間や入れ子１１０と球状体１３１との間には、球状体１３１よりも硬い筒状のライナー１４０，１５０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャビティ面を有する入れ子が、複数の球を介して本体部材で支持される成形用金型に関する。

デジタルカメラや望遠レンズなどの光学系を支持する部材である鏡枠は、光学系の光軸の精度に大きな影響を与えるため、非常に高い加工精度が要求される。また、光軸の精度は、製品の性能・品質にとって特に重要な事項であるから、例えば光学系として１０枚のレンズを用いる場合には、そのうちの１枚を微調整できるように鏡枠を製造しておき、その１枚のレンズを微調整することにより、最終的な光軸の調整を行うことが一般的であった。また、最近では、レンズ付きフィルムカメラやカメラ付き携帯電話等の光学系を支持する鏡枠として、プラスチック成形により製造された小型の鏡枠が広く用いられている。さらには、光学系を構成するレンズ自体をプラスチック射出成形によって形成することが行われており、かかるレンズの製造においても光軸の精度は非常に重要である。

製品を精度よく製造することができる成形用金型としては、例えば、図３に示すように、第１の金型６００と第２の金型７００との間にキャビティを形成し、該キャビティで製品を射出成形する成形用金型５００が知られている（例えば、特許文献１参照）。この第１の金型６００は、キャビティ面６１０ａを有する入れ子６１０と、入れ子６１０を外側から保持するとともに、第２の金型７００側の端面に凸型テーパ部６２１を有する本体部材６２０と、入れ子６１０と本体部材６２０との間に介在させられるボールリテーナ６３０と、から構成されている。また、第２の金型７００は、キャビティ面７１０ａを有する入れ子７１０と、入れ子７１０を外側から保持するとともに、第１の金型６００側の端面に凹型テーパ部７２１を有する本体部材７２０と、入れ子７１０と本体部材７２０との間に介在させられるボールリテーナ７３０と、から構成されている。

かかる金型は、ボールリテーナ６３０，７３０を介在させることで、入れ子６１０と本体部材６２０、入れ子７１０と本体部材７２０の心合わせを行ない、凸型テーパ部６２１と凹型テーパ部７２１によって、第１の金型６００と第２の金型７００の心合わせを行っている。そして、このような金型では、入れ子６１０を本体部材６２０に対して移動させることで、成形品を取り出している。

特開２００３−２３１１５９号公報（段落００２０−００２９、図１）

しかしながら、前記した金型では、入れ子とボールリテーナや、ボールリテーナと本体部材とが成形品の取出作業のたびに球状体が転動するので、金型（入れ子、本体部材）の材質よりも球状体の材質の方が硬い場合には、金型の軌道面が劣化するおそれがあった。また、金型の軌道面が削れた場合には、その削り屑によってさらに金型が削られるとともに、その削り屑や削られた窪みによって球状体の位置がずれて入れ子の同心性が低下するといった問題もあった。なお、一般に、金型は加工のし易さを考慮して真鍮、アルミ、銅、およびステンレス系の鋼材（ＨＲＣ３３〜５２）等にニッケルや銅をメッキしたもので形成され、球状体はそれらよりも硬いベアリング鋼（ＨＲＣ５８〜６４）などで形成されるため、前記した問題は起こりやすくなっている。また、このような問題を解消するために、金型の材質を球状体の材質よりも硬いものにした場合には、金型の加工がし難くなることから、その分製造コストが高くなる、もしくは硬い材料では所望の加工精度が得られないといった問題があった。

また、前記した金型材料では、溶融樹脂をキャビティ内に充填する際の圧力に対する剛性が不十分なため、球状体が金型に押し込まれて（めりこんで）しまい、入れ子と本体部材の同心精度が低下するという問題があった。

そこで、本発明では、球状体の材質が金型の材質よりも硬い場合であっても、金型の劣化を抑制することができ、また樹脂充填圧力がかかっても入れ子と本体部材を高精度で調心することができる成形用金型を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明は、成形品の一部の形状を象ったキャビティ面を有する入れ子と、前記入れ子を複数の球状体を介して外側から支持する本体部材と、を有する成形用金型であって、前記本体部材と前記球状体との間および前記入れ子と前記球状体との間のうちの少なくとも一方に、前記球状体よりも硬い筒状の保護部材を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、例えば本体部材と球状体との間および入れ子と球状体との間の両方に、球状体よりも硬い筒状の保護部材を設けた場合には、本体部材と入れ子はともに保護部材によって球状体から保護されるので、その劣化が抑制されることとなる。すなわち、球状体の材質が金型（本体部材および入れ子）の材質よりも硬い場合であっても、それよりも硬い保護部材によって金型の劣化を抑制することができる。また、硬い保護部材を設置することで溶融樹脂の充填圧力に対する剛性も高くなるため、樹脂充填圧力がかかっても入れ子と本体部材を高精度で調心することができ、成形品の形状精度(同心度)も向上することができる。

また、本発明において、前記保護部材は、前記本体部材の内周面または前記入れ子の外周面に、焼き嵌めにより固定されるのが望ましい。
これによれば、焼き嵌め工法を利用することで、本体部材の内周面または入れ子の外周面への保護部材の取付時における抵抗をなくすことができるとともに、熱収縮時において、本体部材の内周面または入れ子の外周面と、保護部材とが徐々になじむように固定されていくので、本体部材の内周面または入れ子の外周面と、保護部材との同心度を高めることができる。

さらに、本発明において、前記保護部材は、前記本体部材の内周面または前記入れ子の外周面に、コーティングにより形成されるのが望ましい。
ここで、「コーティング」とは、メッキや塗布法等のウェットプロセス、および物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）等のドライプロセス等、特に限定しない。
これによれば、コーティングによって、様々な硬い材料（例えばＤＬＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＣｒＣ等）を保護部材として利用することができるので、例えば焼き嵌めの場合には使えなかった硬い材料（円筒形状に加工できない硬い材料）であっても利用することができ、その剛性をさらに高くすることが可能となる。

なお、ドライプロセスでは、コーティング膜厚をナノメートルオーダーで均一に制御することが可能であるため、高精度で本体部材と入れ子の同心度を確保できる。逆に、ウェットプロセスでは、膜厚の均一化が困難な場合があるが、その場合はコーティングしてから本体部材または入れ子を加工することで、同心度の確保が可能となっている。

本発明によれば、例えば本体部材と球状体との間および入れ子と球状体との間の両方に保護部材を設けた場合、金型は保護部材によって球状体から保護されるので、球状体の材質が金型の材質よりも硬い場合であっても、金型の劣化を抑制することができる。また、硬い保護部材を設置することで溶融樹脂の射出圧力に対する剛性も高まるため、樹脂充填圧力がかかっても入れ子と本体部材を高精度で調心することができ、成形品の形状精度(同心度)も向上することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は本実施形態に係る成形用金型を示す全体断面図である。

図１に示すように、成形用金型１は、第１の金型１００と第２の金型２００との間にキャビティＣを形成し、当該キャビティＣ内に溶融樹脂を供給することで成形品たる光学レンズＬを製造するものである。なお、キャビティＣには、溶融樹脂の通り道となるスプールやゲート（図示せず）が連通するようになっている。また、第１の金型１００および第２の金型２００は、それぞれ図示しない射出成形装置の可動側および固定側に取り付けられ、第１の金型１００は第２の金型２００に対して離接自在（軸方向に移動自在）に配置されている。

第１の金型１００は、光学レンズＬの一方のレンズ面形状（成形品の一部）を象ったキャビティ面Ｃａが先端に形成されている入れ子１１０と、この入れ子１１０が嵌め入れられる本体部材１２０と、で主に構成されており、その入れ子１１０と本体部材１２０との間には、ボールリテーナ１３０が設けられている。

入れ子１１０は、本体部材１２０とは別部品に構成された真鍮製の部材であり、略円柱状に形成される入れ子本体１１１と、この入れ子本体１１１の一端側（図１の右側）の中央部から延出する柱状部１１２と、から構成されている。

入れ子本体１１１は、後記する本体部材１２０の太穴部１２２よりも大径に形成されており、これにより、その一端側の面が本体部材１２０の他端側（図１の左側）の面と当接可能となっている。

柱状部１１２は、本体部材１２０と嵌合する部分であり、本実施形態においては、一端側にキャビティ面Ｃａを備える円柱形状の細径部１１４と、この細径部１１４の他端側に連続して細径部１１４よりも太径に形成された円柱形状の太径部１１５と、から構成されている。そして、この太径部１１５の外周面には、後記する球状体１３１よりも硬い材質で形成される円筒状の内側ライナー（保護部材）１４０が、焼き嵌めにより固定されている。ここで、この内側ライナー１４０の材質としては、後記する球状体１３１よりも硬い材質であれば、特に限定されず、例えば工具鋼（ハイス鋼：ＨＲＣ７０以上）や超硬（ＨＲＣ６５以上）などを用いればよい。この内側ライナー１４０の厚みは０．３〜３ｍｍが望ましく、１〜１．５ｍｍがさらに好ましい。

本体部材１２０は、入れ子１１０を外側から保持するためのステンレス系鋼材（焼き入れ焼戻し鋼）の部材であり、その中心に中空部を備える円筒形状を呈している。本体部材１２０の中空部は、入れ子１１０の細径部１１４が嵌め込まれる細穴部１２１と、入れ子１１０の太径部１１５と遊嵌する太穴部１２２と、で構成されている。また、本体部材１２０の一端側には、円錐台形状を呈する凸型テーパ部１２３が設けられており、第２の金型２００に対して心合わせができるようになっている。

細穴部１２１は、入れ子１１０の細径部１１４に対して略同程度か若干大きく形成されている。具体的には、細穴部１２１は、細径部１１４に対して直径１０〜３０μｍ程度（半径５〜１５μｍ程度）大きく形成するのが好ましく、直径１０〜２０μｍ程度（半径５〜１０μｍ程度）大きく形成するのがさらに好ましい。また、細穴部１２１の一端側は本体部材１２０の一端側に開口しており、当該細穴部１２１に入れ子１１０の細径部１１４を嵌め入れると、細径部１１４の一端側に形成されたキャビティ面Ｃａが、本体部材１２０の一端面に露出するようになっている。なお、光学レンズＬをキャビティ面Ｃａから突き出すため、図示のように、太径部１１５の一端側の面と、太穴部１２２の一端側の底面との間と、入れ子本体１１１の一端側の面と本体部材１２０の他端側の面との間に、所定の隙間Ｓが生じるように、入れ子１１０および本体部材１２０が設置されている。これにより、図２に示すように、第１の金型１００が第２の金型２００から離れた後、イジェクタープレートＳＴにより入れ子１１０を押すことで、キャビティ面Ｃａが突き出し、成形品たる光学レンズＬを押し出すようになっている。

太穴部１２２には、その内周面に前記した内側ライナー１４０と同材質となる外側ライナー（保護部材）１５０が焼き嵌めにより固定されている。そして、内側ライナー１４０と外側ライナー１５０との間は、ボールリテーナ１３０の球状体１３１の直径と同一かそれよりも若干小さい程度の隙間が空く大きさに形成されている。これにより、本体部材１２０が、ボールリテーナ１３０に設けられる複数の球状体１３１を介して、入れ子１１０を軸方向に移動自在に支持するようになっている。また、太穴部１２２の他端側は本体部材１２０の他端側端面に開口しており、入れ子１１０の柱状部１１２を挿入可能になっている。また、太穴部１２２の一端側は、細穴部１２１の他端側と連通している。

ボールリテーナ１３０は、本体部材１２０と入れ子１１０との間に介在して入れ子１１０を支持するとともに調心するための部品であり、複数の球状体１３１と、これらの球状体１３１を回転自在に支持する円筒状の支持体１３２とを備えて構成されている。

球状体１３１は、前記した入れ子１１０や本体部材１２０の材質よりも硬い材質で、例えばベアリング鋼（硬度：ＨＲＣ５８）やステンレス鋼（ＳＵＳ４４０、硬度：ＨＲＣ５６）などで形成されている。ただし、本実施形態では、この球状体１３１と入れ子１１０との間や、球状体１３１と本体部材１２０との間に、前記した球状体１３１よりも硬い材質（例えば工具鋼）のライナー１４０，１５０が設けられているので、入れ子１１０や本体部材１２０が、これらよりも硬い球状体１３１によって削られることが防止されている。

さらに、球状体１３１が直に接する部材が、金型（すなわち入れ子１１０および本体部材１２０）より硬い材質のライナー１４０，１５０となることで、樹脂充填時の圧力に対する剛性が向上し、光学レンズＬの形状精度、具体時には同心度が向上する。

また、球状体１３１は、各ライナー１４０，１５０の隙間に対して、略同一あるいは若干大きな直径に形成されている。具体的には、球状体１３１は、前記隙間の間隔に対してその直径が１〜６μｍ程度大きいものを用いるのが好ましく、１〜３μｍ程度大きいものがより好ましい。このようにすれば、球状体１３１および各ライナー１４０，１５０のいずれかが、弾性的に押し潰された状態で各ライナー１４０，１５０の隙間に配設されることとなり、球状体１３１の復元力が予圧として作用することにより、入れ子１１０が強固に支持されることとなる。

支持体１３２は、球状体１３１を回転自在に支持するための支持孔を複数有しており、これらの支持孔によって支持された各球状体１３１が、支持体１３２の外周面および内周面から突出して、各ライナー１４０，１５０に転動することによって入れ子１１０が本体部材１２０に対して移動自在となっている。

第２の金型２００は、本体部材２２０の他端側（図１の左側）の端面に、第１の金型１００の本体部材１２０の凸型テーパ部１２３と嵌合する凹型テーパ部２２３が形成される点と、突き出し機構が不要なために、第１の金型１００のような隙間Ｓがなく密着する点で第１の金型１００とは異なるが、その他の構造は第１の金型１００と同様の構造となっている。なお、第２の金型２００における第１の金型１００と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明は省略することとする。

以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
本体部材１２０と球状体１３１との間および入れ子１１０と球状体１３１との間の両方に、球状体１３１よりも硬い筒状のライナー１４０，１５０を設けることで、球状体１３１から金型（本体部材１２０および入れ子１１０）が保護されるので、球状体１３１の材質が金型の材質よりも硬い場合であっても、金型の劣化を防止することができる。

また、球状体１３１が直に接する部材を、金型（すなわち入れ子１１０および本体部材１２０）より硬いライナー１４０，１５０とすることで、樹脂充填時の圧力に対する剛性が向上し、光学レンズＬの形状精度、具体的には同心度が向上することができる。

以上の効果が得られることにより、金型（本体部材１２０および入れ子１１０）は保護部材（ライナー１４０，１５０）によって球状体１３１から保護されるので、一般に金型材料として使える材料であれば、どのような材料であっても金型用材料として使用することができる。なお、現在、金型材料として使える材料は多種多様に存在するが、鏡面等の超高精度な加工を必要とする金型として使用出来る材料はその中でも限られており、球状体支持によりさらに使用可能な材料が制限されることは望ましくない状況であることを考慮すると、本発明のように、保護部材を設けることで球状体を用いることによる材料限定がないことは非常に好ましい。

本実施形態では、焼き嵌め工法を利用することで、入れ子１１０の外周面または本体部材１２０の内周面への各ライナー１４０，１５０の取付時における抵抗をなくすことができるとともに、熱収縮時において、入れ子１１０の外周面または本体部材１２０の内周面と、各ライナー１４０，１５０とを徐々になじむように固定させることができる。そのため、入れ子１１０の外周面と内側ライナー１４０との同心度や、本体部材１２０の内周面と外側ライナー１５０との同心度を高めることができる。

なお、焼き嵌め時の加熱により応力が解放され、変形が生じる場合には、本体部材１２０に外側ライナー１５０を焼き嵌めした後に、テーパ部１２３（または２２３）とライナー内壁を加工して、同心度を高めても良い。

同様に、焼き嵌め時の加熱により応力が解放され、変形が生じる場合には、入れ子１１０に内側ライナー１４０を焼き嵌めした後に、細径部１１４，キャビティ面Ｃａおよび、ライナー外壁を加工して、同心度を高めても良い。

第２の金型２００の入れ子１１０や本体部材２２０にも、第１の金型１００と同様にライナー１４０，１５０を設けたので、本体部材２２０への入れ子１１０の装着時における、各球状体１３１と本体部材２２０または入れ子１１０とが擦れ合うことによる金型の削れを防止することが可能となっている。ちなみに、第２の金型２００は、第１の金型１００のように入れ子１１０と本体部材１２０とが頻繁に相対移動する構造（光学レンズＬを合わせ面から押し出すことができる構造）でないため、球状体１３１を回転自在に保持する支持体１３２は設けなくとも良い。

以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、本体部材１２０と球状体１３１との間および入れ子１１０と球状体１３１との間の両方に、ライナー１４０，１５０を設けたが、本発明はこれに限定されず、本体部材１２０と球状体１３１との間および入れ子１１０と球状体１３１との間のうちのいずれか一方のみに設けてもよい。これによれば、入れ子１１０、本体部材１２０のいずれか一方の劣化を防ぐことができ、型全体としての劣化が抑制されることとなる。なお、このように入れ子１１０、本体部材１２０のいずれか一方のみにライナーを設ける場合には、他方の材質をライナーと同程度の硬さの材質にするのが望ましい。

前記実施形態では、球状体１３１と支持体１３２で構成されるボールリテーナ１３０を入れ子１１０と本体部材１２０との間に設ける構造に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、例えば入れ子１１０と本体部材１２０との間に球状体のみを設ける構造に本発明を適用してもよい。
前記実施形態においては、光学レンズＬを製造するための金型に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、例えば光学レンズを支持する鏡枠等、高い同心度が必要な高精度部品を製造するための金型に本発明を適用してもよい。

前記実施形態では、第１の金型１００を可動側に、第２の金型２００を固定側に取り付けているが、それには限定されず、突き出し機構を持った第１の金型１００を固定側に取り付けても良い。
前記実施形態では、球状体がベアリング鋼、ステンレス鋼などで形成されているとしたが、それに限らず、セラミック製のボールなど一般に市販されているベアリングボールであれば限定しない。

前記実施形態では、金型が真鍮、ステンレス系鋼材で形成されているとしたが、アルミ、銅、各種鋼材など一般に金型として使用される材料であれば限定しない。なお、それら材料製の部材に、種種のコーティング（高精度加工用のメッキや酸化防止層など）がされていてもよい。
前記実施形態では、ライナーを焼き嵌めにより固定するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えばライナーをコーティングにより形成しても良い。ここで、コーティングとは、メッキや塗布法等のウェットプロセス、および物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）等のドライプロセス等特に限定はしない。これによれば、コーティングによって、様々な硬い材料（例えばＤＬＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＣｒＣ等）を保護部材として利用することができるので、例えば焼き嵌めの場合には使えなかった硬い材料（円筒形状に加工できない硬い材料）であっても利用することができ、その剛性をさらに高くすることが可能となる。

本実施形態に係る成形用金型を示す全体断面図である。成形用金型が開いた状態を示す拡大断面図である。従来の成形用金型を示す全体断面図である。

符号の説明

１成形用金型
１００第１の金型
１１０入れ子
１２０本体部材
１３０ボールリテーナ
１３１球状体
１４０内側ライナー（保護部材）
１５０外側ライナー（保護部材）
２００第２の金型
２２０本体部材
Ｃａキャビティ面
Ｌ光学レンズ（成形品）

Claims

成形品の一部の形状を象ったキャビティ面を有する入れ子と、
前記入れ子を複数の球状体を介して外側から支持する本体部材と、を有する成形用金型であって、
前記本体部材と前記球状体との間および前記入れ子と前記球状体との間のうちの少なくとも一方に、前記球状体よりも硬い筒状の保護部材を設けたことを特徴とする成形用金型。
請求項１に記載の成形用金型であって、
前記保護部材は、前記本体部材の内周面または前記入れ子の外周面に、焼き嵌めにより固定されることを特徴とする成形用金型。
請求項１に記載の成形用金型であって、
前記保護部材は、前記本体部材の内周面または前記入れ子の外周面に、コーティングにより形成されることを特徴とする成形用金型。