JP2007111980A

JP2007111980A - 成形用金型

Info

Publication number: JP2007111980A
Application number: JP2005305325A
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: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】保持筒の設置スペースを確保して入れ子をスライド可能に保持しつつ入れ子と本体部材との同心性に優れる成形用金型を提供する。
【解決手段】入れ子１１０の外周方向に沿って配列される複数の球状体１３１の球数ｎについて、（１）式の関係を満足するように設定する。

ここで、Ａ：球状体の球径（ｍｍ：０．８≦Ａ≦１），Ｂ：入れ子の外径（ｍｍ：３≦Ｂ≦２５）。
【選択図】図２

Description

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

一般に、プラスチック光学レンズ（以下、単に「光学レンズ」と称する。）用の成形用金型として、固定側金型のキャビティ面（成形面）を光学レンズの一方のレンズ面に対応させた形状とするとともに、この固定側金型に対して離接自在となる移動側金型のキャビティ面を光学レンズの他方のレンズ面に対応させた形状とするものがある。このような金型としては、従来、成形品である光学レンズの面間偏心を小さくするために、その先端にキャビティ面が形成されている入れ子と、筒状の周壁の適所で複数の球状体を回転自在に保持するボールリテーナと、このボールリテーナを介して前記入れ子を外側から移動自在に支持する本体部材と、で構成されたものが知られている。かかる成形用金型によれば、ボールリテーナによって入れ子がスライド可能に支持されるため、入れ子の突き出しによるエジェクト機構を構成することができる。
特開２００３−２３１１５９号公報（段落００２０−００２９、図１）

ところで、このような従来の金型では、入れ子の外周方向に沿って配列される球状体の数に応じて入れ子の支持剛性が変化することとなる。すなわち、入れ子の外周方向に沿って配列される球状体の数が多いほど、入れ子を支える支点が多くなり、軸心に直交する方向の入れ子の支持剛性が大きくなる。
しかしながら、球状体の数を多くし過ぎると、球状体同士の間隔が狭くなり、球状体を回転可能に支持するリテーナ（保持筒）の球状体のかしめ代が小さくなり、製作が困難になる。一方、球状体の数が少なくなると入れ子の支持剛性が低下し、溶融樹脂の射出圧等によって入れ子が傾き、入れ子と本体部材との同心性が損なわれるおそれがある。そのため、光学レンズやこれを支える鏡枠などの光学部品を成形する場合に、光軸の精度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、保持筒の製作が容易で、かつ、入れ子と本体部材との同心性に優れる成形用金型を提供することを課題とする。

本発明に係る成形用金型は、第１の金型と第２の金型との間でキャビティを形成し、当該キャビティ内で製品を成形するための成形用金型であって、前記第１の金型は、一端側にキャビティ面の一部を有する円柱形状の入れ子と、前記入れ子を外側から保持する本体部材と、前記入れ子と前記本体部材との間に介在して前記入れ子の心合わせを行う複数の球状体と、前記複数の球状体を回転自在に保持する保持筒と、を備え、前記入れ子の外周方向に沿って配列される前記複数の球状体の球数ｎは、前記球状体の球径Ａ及び前記入れ子の外径Ｂに対して（１）式の関係を満足することを特徴とする。

発明者らは、鋭意研究の結果、入れ子の外周方向に沿って配列される球状体の球数ｎが、球状体の球径Ａ及び入れ子の外径Ｂに対して（１）式の関係を満足する範囲にある場合には、保持筒の製作が容易で、かつ、入れ子の支持剛性が十分であることを見出し、本発明を創案するに至った。
これにより、球状体の球径Ａと入れ子の外径Ｂと球状体の球数ｎとの関係が明確になり、保持筒の製作を困難にすることなく、入れ子と本体部材との同心性に優れる成形用金型を容易に得ることができる。

なお、第２の金型については、特に限定されるものではなく、第１の金型のように入れ子と本体部材とから構成してもよいし、分割せずに単一の部材で構成してもよい。

また、前記複数の球状体は、予圧を受けた状態で前記入れ子と前記本体部材との間に詰め込まれているのが好適である。

かかる構成によれば、より強い支持力で入れ子を支持できることから、入れ子の支持剛性をさらに高めることが可能となる。球状体に予圧を与えるには、本体部材と入れ子との隙間の大きさよりも若干直径の大きい金属製の球状体を用いればよい。このようにすれば、本体部材、入れ子、球状体のいずれかが弾性変形しながら球状体が詰め込まれることとなり、その復元力が予圧として作用することとなる。

本発明によれば、保持筒の部材厚を確保して入れ子をスライド可能に保持しつつ、入れ子と本体部材との同心性に優れる成形用金型を提供することができる。そのため、光学部品などの成形品を高精度に成形することが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。また、本実施形態では、本発明を光学レンズの製造に適用した場合について説明する。

はじめに、本実施形態に係る成形用金型の構成について説明する。
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の断面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ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（図示せず）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ルーやゲート（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、第２の金型２００は、図示しない射出成形機の固定側、可動側の型取付板にそれぞれ固定され、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）に構成されている。

第１の金型１００は、光学レンズ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金属製の部材であり、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１１０は、ボールリテーナ１３０によって、本体部材１２０に対してスライド可能になっている。

入れ子本体１１１は、後記する本体部材１２０の太穴部１２２よりも太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、図１及び図２に示すように、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該細径部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。

本体部材１２０は、入れ子１１０を外側から保持するための金属製の部材であり、図１及び図２に示すように、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、を構成している。また、本体部材１２０の一端側の端面には、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の一端側の面に開口しており、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。また、細穴部１２１の一端側には、成形品たる光学レンズのフランジ部を象ったキャビティ面Ｃｂが形成されている。このような型割りにより、型開き時に第１の金型１００側に成形品が残るようになっている。

太穴部１２２は、当該太穴部１２２に入れ子１１０の太径部１１５を挿入したときに、太径部１１５の周囲に、後記するボールリテーナ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（内径）に形成されている。また、太穴部１２２の他端側は本体部材１２０の他端側の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。

なお、入れ子１１０及び本体部材１２０を構成する材料としては、一般に金型に使用可能な材料であれば特に限定されるものではない。例えば、アルミニウム、真鍮、銅などを用いることができる。また、これらの材料に高精度加工用のめっきや酸化防止層等をコーティングしてもよい。

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材であり、複数の球状体１３１と、これらの球状体１３１を回転自在に保持する保持筒１３２とから構成されている。

球状体１３１は、いわゆるベアリングボールであり、本体部材１２０と入れ子１１０との間に介在して入れ子１１０を調心しつつスライド可能に支持している。球状体はベアリング鋼、工具鋼、セラミック製など一般に市販されているベアリングボールであれば、その材質は特に限定しない。

また、球状体１３１は、太径部１１５と太穴部１２２との隙間に対して、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は、弾性的に押し潰された状態で太径部１１５と太穴部１２２との隙間に詰め込まれることとなり、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が一層しっかりと支持されることとなる。なお、太径部１１５の外周面と太穴部１２２の内周面も、球状体１３１に当接することによって弾性変形し、その復元力が予圧として作用することとなる。

保持筒１３２は、円筒形状を呈する部材であり、球状体１３１を回転自在に保持している。具体的には、保持筒１３２は、図１及び図２に示すように、球状体１３１を回転自在に保持する保持孔１３２ａを、入れ子１１０のスライド方向及び外周方向のそれぞれに等間隔で備えている。
なお、保持筒１３２は、保持孔１３２ａに保持された球状体１３１の球面が保持筒１３２の表面から突出するように、球状体１３１の球径よりも薄く構成されている。

第１の金型１００は、図１に示すように、型締めした状態で、入れ子１１０と本体部材１２０との間、より詳しくは太径部１１５の一端側の端面と、太穴部１２２の一端側の端面（段差）との間に隙間Ｓが形成されている。かかる隙間Ｓは、成形品たる光学レンズを取り出す際の入れ子１１０のストローク代となる。

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、入れ子１１０のキャビティ面Ｃａの外縁が本体部材２２０の他端面（合わせ面）と一致するときにおいて入れ子１１０と本体部材２２０との間に第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。

つづいて、太径部１１５（入れ子１１０）の外周方向に沿って配列される複数の球状体１３１の球数ｎと、球状体１３１の球径Ａ及び太径部１１５（入れ子１１０）の外径Ｂとの関係について説明する。図２は、図１のＩ−Ｉ断面図である。

図２に示すように、太径部１１５（入れ子１１０）の外周方向に沿って配列される複数の球状体１３１の球数ｎは、球状体１３１の球径Ａ及び太径部１１５（入れ子１１０）の外径Ｂに対して（１）式の関係を満足するようになっている。

例えば、球状体１３１の球径が１ｍｍ、太径部１１５（入れ子１１０）の外形が３ｍｍである場合、（１）式は、４．３４≦ｎ≦８．３８となり、球状体１３１の球数ｎは、５個乃至８個となる（図２参照）。

例えば、球状体１３１の球径が１ｍｍ、太径部１１５（入れ子１１０）の外形が６ｍｍである場合、（１）式は、５．８６≦ｎ≦１４．６６となり、球状体１３１の球数ｎは、６個乃至１４個となる。

例えば、球状体１３１の球径が１ｍｍ、太径部１１５（入れ子１１０）の外形が１０ｍｍである場合、（１）式は、６．５８≦ｎ≦２３．０４となり、球状体１３１の球数ｎは、７個乃至２３個となる。

例えば、球状体１３１の球径が１ｍｍ、太径部１１５（入れ子１１０）の外形が１５ｍｍである場合、（１）式は、７．０５≦ｎ≦３３．５１となり、球状体１３１の球数ｎは、８個乃至３３個となる。

例えば、球状体１３１の球径が１ｍｍ、太径部１１５（入れ子１１０）の外形が２０ｍｍである場合、（１）式は、７．３３≦ｎ≦４３．９８となり、球状体１３１の球数ｎは、８個乃至４３個となる。

例えば、球状体１３１の球径が０．８ｍｍ、太径部１１５（入れ子１１０）の外形が３ｍｍである場合、（１）式は、５．１３≦ｎ≦９．９５となり、球状体１３１の球数ｎは、６個乃至９個となる。

また、球状体１３１の球径が１ｍｍ、太径部１１５（入れ子１１０）の外形が２５ｍｍである場合、（１）式は、７．５１≦ｎ≦５４．４５となり、球状体１３１の球数ｎは、８個乃至５４個となる。

図３は、球状体の球数ｎと入れ子の剛性とリテーナの作りやすさとの関係を示す模式図である。
図３に示すように、入れ子１１０の剛性Ｇは、入れ子１１０の周方向に配列される球状体１３１の球数ｎが少ないほど小さくなるのに対し、保持筒１３２は、入れ子１１０の周方向に配列される球状体１３１の球数ｎが多いほど作りにくくなる（図３符合Ｅ参照）。発明者は、このような相反する効果を両立させるべく、鋭意研究を行った。

そして、発明者の研究によれば、太径部１１５（入れ子１１０）の外周方向に沿って配列される複数の球状体１３１の球数ｎと、球状体１３１の球径Ａ及び太径部１１５（入れ子１１０）の外径Ｂとの関係が、（１）式を満たすように設定すれば、保持筒１３２は容易に製作可能で、入れ子１１０をスライド可能に支持することができ、かつ、樹脂充填圧力に対して十分な剛性を持つため、入れ子１１０と本体部材１２０との軸心を高精度に一致させることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、光学レンズを製造するための金型に本発明を適用した例について説明したが、これに限られるものではなく、例えば光学レンズを支持する鏡枠等高い同心精度を必要とする高精度部品を製造するための金型に適用してもよい。

また、本実施形態においては、入れ子１１０の柱状部１１２を、細径部１１４と太径部１１５とから構成したが、これに限られるものではなく、柱状部１１２を、本体部材１２０の細穴部１２１と同じ一定の太さで構成してもよい。かかる場合には、太穴部１２２の半径と細穴部１２１の半径との差よりも若干大きい寸法（直径）の球状体を用いるのが好適である。

また、本実施形態においては、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、これに限られるものではなく、突き出し機構を備える第１の金型１００を固定側に取り付けてもよい。このようにすれば、成形品を固定側に残してエジェクトできるので、取り出し位置が安定する。

また、本実施形態においては、球状体１３１は、入れ子１１０の軸方向に沿って整列しているが、外周方向の球数ｎが式（１）を満足すれば、螺旋状に配列してもよいし、千鳥状に配列してもよい。特に、外周方向の球数ｎが少ない場合には、螺旋状や千鳥状に配列するのが好ましい。

また、本実施形態においては、第１の金型１００と第２の金型２００のそれぞれに、ボールリテーナ１３０を備える構成としたが、これに限られるものではなく、成形品の突き出しを行わない方（本実施形態では第２の金型２００）のボールリテーナ１３０を省略してもよい。かかる場合には、他の公知の手段（例えばテーパ嵌合等）を用いて入れ子と本体部材との軸心を高精度に一致させるのが好ましい。

本実施形態に係る成形用金型の断面図である。図１のＩ−Ｉ断面図である。球状体の球数ｎと入れ子の剛性とリテーナの作りやすさとの関係を示す模式図である。

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
１３２保持筒
１３２ａ保持孔
２００第２の金型
Ａ球径
Ｂ外径
Ｃキャビティ
ｎ球数

Claims

第１の金型と第２の金型との間でキャビティを形成し、当該キャビティ内で製品を成形するための成形用金型であって、
前記第１の金型は、
一端側にキャビティ面の一部を有する円柱形状の入れ子と、
前記入れ子を外側から保持する本体部材と、
前記入れ子と前記本体部材との間に介在して前記入れ子の心合わせを行う複数の球状体と、
前記複数の球状体を回転自在に保持する保持筒と、を備え、
前記入れ子の外周方向に沿って配列される前記複数の球状体の球数ｎは、前記球状体の球径Ａ及び前記入れ子の外径Ｂに対して（１）式の関係を満足することを特徴とする成形用金型。