JP2007125731A - 成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品の取り出し位置精度を確保して、安定した円滑な取り出しを行なうことで、成形品の取り出し時の損傷を防止できる成形用金型を提供する。
【解決手段】固定型１００と可動型２００を有し、光学部品を成形品（Ｌ）とする成形用金型１において、成形品（Ｌ）が、型開き時に固定型１００に残るように構成され、固定型１００に成形品（Ｌ）のエジェクト機構を備え、固定型１００は、挿入穴を有する本体部材１２０と、挿入穴（１２１）にスライド可能に係合され、成形品（Ｌ）を成形するキャビティ面の一部を有する入れ子１１０と、この入れ子１１０と本体部材１２０との間に介装された球状体１４０と、スペーサ１４１とを備え、入れ子１１０をスライドさせることで、成形品（Ｌ）を突き出すように構成したことを特徴とする成形用金型１。
【選択図】図３

Description

本発明は成形用金型に関し、特に、光学レンズ等に代表される高精度が要求される光学部品に適する取り出し位置精度を高めた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構成するレンズ等は、撮像性能に直接影響を与えるため、光軸のずれやひずみ等に関して、高精度が要求される。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構成するレンズとして、プラスチック射出成形により製造された小型のレンズが広く用いられている。

このような高精度が要求される成形品に適した成形用金型としては、例えば、図５に示すように、可動型６００と固定型７００の間にキャビティＣ′を形成し、該キャビティＣ′で製品を射出成形するプラスチック光学レンズ用の成形用金型５００が知られている（例えば特許文献１参照）。
この可動型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、固定型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、固定型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、可動型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、可動型６００と固定型７００の心合わせを行なっている。
特開２００３−２３１１５９号公報（段落００２０−００２９、図１）

ところで、成形品を金型から取り出す場合には、一般に、可動型側に設けられた突き出し機構を利用するため、型開きの際に成形品が固定型から外れやすいように型割りして、可動型に貼り付くように構成し、成形品を金型から外して、取り出しロボット等で取り出している。
しかしながら、可動型に成形品が残るように型割すると、可動型は型開き時に移動するため、成形品の取り出し位置がずれてしまい位置の再現性に問題があった。このような成形品の取り出し位置のずれは、高精度が要求される成形品の場合には、成形品をロボットで掴んで金型から取り出す際に、成形品に傷を付けてしまったり、無理な力が作用して成形品が歪んだり、内部応力が残留したりして成形品質に重大な影響を及ぼす場合があった。

本発明は、かかる背景に鑑みて創案されたものであり、成形品の取り出し位置精度を確保して、安定した円滑な取り出しを行なうことで、成形品の取り出し時の損傷を防止できる成形用金型を提供することを課題とする。

本発明の請求項１に係る成形用金型は、前記課題を解決するため、固定型と可動型を有し、光学部品を成形品とする成形用金型において、前記成形品が、型開き時に前記固定型に残るように構成され、前記固定型に前記成形品のエジェクト機構を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、成形品が固定型に残るように構成したことで、固定型は成形機に固定され、可動型のように移動することがないので、成形品を安定した位置に保持することができる。このため、成形品の取り出し位置精度を確保して、安定して円滑に成形品を取り出すことができる。
そして、突き出し機構やエアエジェクト等の成形品を取り出すためのエジェクト機構を固定型に備えて構成される。

請求項２に係る成形用金型は、請求項１に記載の成形用金型であって、前記固定型は、挿入穴を有する本体部材と、前記挿入穴にスライド可能に係合され、成形品を成形するキャビティ面の一部を有する入れ子と、この入れ子と前記本体部材との間に介装されたボールベアリングと、を備え、前記入れ子をスライドさせることで、成形品を突き出すように構成したことを特徴とする。

かかる構成によれば、本体部材と入れ子との間にボールベアリングを介装したことで、本体部材と入れ子との芯合せを容易に、かつ高精度に行なうことができる。また、ボールベアリングは、摩擦抵抗等の摺動特性に優れるため、入れ子の位置精度を確保したまま、入れ子を円滑にスライドさせて、成形品を突き出すことができる。
なお、ここでいうボールベアリングには、汎用品としてのスライドベアリングやボールリテーナ等が含まれる。

したがって、本発明に係る成形用金型は高精度が要求されるプラスチック光学レンズ等の光学部品の製造に用いるのが好適である。特に、かかる金型を光学レンズの製造に適用すれば、光学系の光軸を高精度で一致させることが可能になり、レンズの微調整を省略することも可能である。そのため、光学性能の安定化、およびレンズの小型化や生産効率の向上を図ることができる。

請求項３に係る成形用金型は、請求項２に記載の成形用金型であって、前記ボールベアリングには、所定の予圧（プリロード）が設定されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ボールベアリングに予圧を設定することで、ボールが弾性的に変形して、入れ子の外周面と挿入穴の内周面の間に隙間なく配置されることで、入れ子のがたつきが抑えられ、本体部材に対する入れ子の位置合わせを高精度に行ないながら、円滑な摺動特性を得ることができる。

請求項４に係る成形用金型は、請求項２または請求項３に記載の成形用金型であって、前記ボールベアリングは、前記入れ子の外周面と前記挿入穴の内周面との間に、スライド方向に対して数列にわたり配置される球状体と、前記球状体の各列の間に配置されるスペーサと、を備えたことを特徴とする。かかる構成によれば、球状体を入れ子の外周方向に密に配置することができるため、円周方向の剛性を高めることができる。
また、前記ボールベアリングを構成する球状体は、前記入れ子の外周面と前記挿入穴の内周面との間で、所定の予圧が与えられて配置されたことを特徴とする。かかる構成によれば、球状体には予圧が与えられているため、球状体が弾性的に変形して、入れ子の外周面と挿入穴の内周面の間に隙間なく配置されることで、入れ子のがたつきが抑えられ、本体部材に対する入れ子の位置合わせを高精度に行ないながら、円滑な摺動特性を得ることができる。

本発明によれば、成形品の取り出し位置精度を確保して、安定した円滑な取り出しを行なうことで、成形品の取り出し時の損傷を防止できる成形用金型を提供することができる。

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型締め時の状態を示す断面図であり、図２は図１の分解図であり、図３は本実施形態に係る成形用金型の型開き時の状態を示す断面図である。図４は、本実施形態に係る成形用金型におけるベアリングの構成を示す断面図である。

成形用金型１は、図１に示すように、固定型１００と可動型２００との間にキャビティＣを形成し、当該キャビティＣで光学部品としてのレンズＬ（図３参照）を成形するものである。レンズＬは、一例として、携帯電話に装着されるカメラ用のレンズであり、図３に示すように、レンズ面となる鏡面部Ｌ１と、鏡枠で保持される周縁部Ｌ２と、を備えている。
ここで、成形用金型１は、成形後に固定型１００側にレンズＬが残るようにパーティング面ＰＬが設定されている。具体的には、パーティング面ＰＬは、レンズＬの周縁部Ｌ２の厚み方向のセンタではなく、可動型２００側寄りの鏡面部Ｌ１と周縁部Ｌ２との境界にとり（図３参照）、固定型１００側のキャビティＣの表面積を可動型２００よりも大きくすることで、固定型１００にレンズＬが貼りつくように型割りされている。

固定型１００は、図２に示すように、先端にキャビティ面の一部（以下、「キャビティ面Ｃａ」という。）を備える入れ子１１０と、この入れ子１１０が嵌め入れられる本体部材１２０と、本体部材１２０とは別部材に形成され、入れ子１１０の先端に外嵌する分割部材１３０と、入れ子１１０の太径部１１２と本体部材１２０の太穴部１２１との間に、スライド方向に対して数列にわたり配置される球状体１４０と、球状体１４０の各列の間に配置されるスペーサ１４１と、球状体１４０とスペーサ１４１のスライド方向の移動を規制するストッパ１４２と、から構成されている。
なお、固定型１００には、図示しない成形機のノズルからキャビティＣ（図１参照）まで溶融樹脂を供給するランナー、ゲート等が設けられているが、本実施形態においてはその構成は重要ではないので図示を省略する。

入れ子１１０は、レンズＬの面粗度および成形精度を確保すべく、鏡面仕上げされ、耐久性を向上させるために、本体部材１２０とは別部品に構成された部材であり、図２に示すように、可動型２００側の端面にキャビティ面Ｃａを備える円柱形状の細径部１１１と、この細径部１１１の他端側（図上右側）に連続して該細径部１１１よりも太径に形成された円柱形状の太径部１１２と、この太径部１１２の他端側に連続して形成された入れ子本体１１３、とから構成されている。

入れ子１１０は、本体部材１２０および分割部材１３０に対してスライド可能になっており、入れ子１１０を可動型２００側にスライドさせることで、レンズＬを突き出すように構成されている（エジェクト機構）。具体的には、入れ子本体１１３の端部に図示しないエアシリンダ等の流体シリンダのロッドを連結して入れ子１１０をスライドさせることにより、成形されたレンズＬをキャビティＣから取り出し可能となっている。
なお、エジェクト機構としての入れ子１１０のスライド機構は前記エアシリンダ等に限定されずエアエジェクト等の周知のエジェクト機構を適宜適用することができる。また、
図示は省略するが、多数個取り等の場合において、入れ子１１０の底部に直接シリンダを連結するのではなく、入れ子１１０の底部にエジェクタプレートを配置して、このエジェクタプレートを介して間接的に入れ子１１０をシリンダで移動させてもよい。また、駆動装置は必ずしも固定型に設ける必要はなく、例えば、型開きの駆動力を利用してリンク機構を介して入れ子１１０を移動させてもよい。

入れ子１１０の太径部１１２は、図２に示すように、球状体１４０およびスペーサ１４１を介して本体部材１２０と嵌合する部分である。また、入れ子１１０の細径部１１１は、分割部材１３０と嵌合する部分であり、その先端には、レンズＬの成形面の形状に対応する形状を有するキャビティ面Ｃａが形成されている。

本体部材１２０は、入れ子１１０が嵌め入れられる部材であり、また、固定型１００と可動型２００との位置関係を調節する役割を担う部材である。本体部材１２０は、略円筒形状を呈しており、その中空部分は入れ子１１０を嵌め入れる太穴部１２１が形成されている。
また、本体部材１２０の可動型側の端面には、この端面側から他端側（図上右側）に向かうほど先細りに縮径された凹型テーパ部１２２が形成されている。そして、この凹型テーパ部１２２の中央部分には、分割部材１３０と嵌合する凹部１２３が形成されている。太穴部１２１は、この凹部１２３の底面１２３ａと本体部材１２０の他端側（図上右側）とを連通している。

太穴部１２１は、断面円形状の中空部分であり、図２に示すように、球状体１４０およびスペーサ１４１を介して入れ子１１０をスライド可能に支持する役割を担う部分である。凹型テーパ部１２２は、後記する可動型２００に形成された凸型テーパ部２２２と嵌合して、固定型１００に対して可動型２００の位置を合わせる役割を担う部分である。凹部１２３は、断面円形状を呈する空間であり、その径は太穴部１２１よりも大きく形成されている。

球状体１４０は、一例として、ボールベアリングに使用される鋼製の球体からなるが、滑り性、耐摩耗性に優れた樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレン樹脂等により構成してもよい。また、セラミック製のボール等使用条件に応じて適宜材質が決定されるが、一般に市販されている種々のベアリングボールで構成することもできる。
球状体１４０は、図４に示すように、請求項４に記載の「入れ子の外周面」としての太径部１１２の外周面と、太穴部１２１の内周面と、スペーサ１４１の表面とに当接しながら入れ子１１０をスライド可能に保持している。したがって、入れ子１１０のスライド移動により球状体１４０は転動しながらスライド方向に移動する。

球状体１４０は、太径部１１２の外周面と太穴部１２１の内周面との間で、所定の予圧が与えられて配置されている。
すなわち、球状体１４０の直径は、太穴部１２１の内径と太径部１１２の外径の差の１／２の量に対して所定の締め代を与えて設定され、この締め代の大きさにより予圧の値が決定される。
具体的には、予圧（締め代）の大きさは、高精度が要求される光学部品の成形型においては、例えば、球状体数が６０個の場合には、球状体１個あたりの予圧を０．５〜４μｍとするのが好ましい。同様に、球状体数が３０個の場合には予圧を１〜４μｍ、１００個の場合には予圧を０．３〜４μｍとするのが好ましい。このようにすれば、入れ子１１０、本体部材１２０、および球状体１４０に加わる予圧の値が、球状体１個あたり直径で４μｍ以下であり、かつ、予圧と全球状体数の積が３０以上となるため、入れ子１１０を強固に支持しながら、金型の耐久性をも確保することができる。
なお、前記した予圧の値（範囲）は、発明者の鋭意研究により得られた値であり、このような値とすることで、前記した入れ子の支持剛性の確保と、金型の耐久性の確保という相反する２つの課題の両立が実現されることが実験やシミュレーション等により確認されている。

ここで、入れ子１１０と本体部材１２０との位置関係は、かかる太径部１１２のがたつきによって、その精度が左右されるところ、本実施形態においては、球状体１４０によって１μｍ単位で太径部１１２のがたつきが抑えられて調心されている。そのため、この太径部１１２に連続する細径部１１１の先端に形成されたキャビティ面Ｃａを、目的の位置に精度よく配置することができる。

スペーサ１４１は、平面視で円形のリング状に形成され、スペーサ１４１の外径は太穴部１２１の内径よりも若干小さく、スペーサ１４１の内径は太径部１１２の外形よりも若干大きく設定されている。スペーサ１４１は、太穴部１２１の内周面と太径部１１２の外周面で構成される筒状の空間内で安定した姿勢を保持しながらスライドできるように構成されている。
なお、スペーサ１４１は、例えば、ポリオキシメチレン樹脂、超高分子量ポリエチレンなどの滑り性と耐摩耗性に優れた材料から構成することができる。

ストッパ１４２は、一例として、Ｃ形止め輪で構成されている。ストッパ１４２を太穴部１２１の開口側の両縁部に装着することで、スライド方向に交互に並べられた球状体１４０とスペーサ１４１とを両端から係止してスライド方向の移動を規制して、係合部１５０からの離脱を防止している（図１参照）。
また、本実施形態においては、図１に示すように、ストッパ１４２とストッパ１４２との間に球状体１４０とスペーサ１４１を配置した状態で隙間δが形成されるようにストッパ１４２，１４２が配置されている。この隙間δは入れ子１１０のスライド移動量よりも若干大きく設定されている。このような隙間δを設けることで、入れ子１１０のスライド移動により、球状体１４０が転動しながら移動して、スライド移動時の摩擦係数を低減するとともに、円滑な摺動特性を確保することができる。

なお、ストッパ１４２は、本実施形態においては、太穴部１２１側に設けられているが、これに限定されず太径部１１２側に設けてもよい。また、ストッパ１４２は、太径部１１２の端面１１２ａや太穴部１２１の端面１２３ａにねじ止め等で固着したり、Ｏリング等のパッキンを使用したりすることもできる。

分割部材１３０は、略円筒形状を呈する部材であり、その中空部分は入れ子１１０の細径部１１１が挿入される細穴部１３１となっている。分割部材１３０は、本体部材１２０の凹部１２３に嵌め入れられたときに、分割部材１３０の可動型２００側の面と本体部材１２０の凹型テーパ部１２２の底面とが面一になる厚さに形成されている。また、分割部材１３０の細穴部１３１の内周面の可動型側には、キャビティ面の他の一部（以下、「キャビティ面Ｃｂ」という。）が形成されている。細穴部１３１は、入れ子１１０の細径部１１１との間に１０μｍ程度の隙間ができる直径に形成されている。
なお、本実施形態では、本体部材１２０と分割部材１３０を分割して構成したが、両者を単一の部材としてもよい。

可動型２００は、固定型１００と略同様の構成を有しており、図２に示すように、先端にキャビティ面の一部（以下、「キャビティ面Ｃｃ」という。）を備える入れ子２１０と、この入れ子２１０が嵌め入れられる本体部材２２０と、本体部材２２０とは別部材に形成され入れ子２１０の先端に外嵌する分割部材２３０と、から構成されている。
ここで、本実施形態においては、入れ子２１０と本体部材２２０との間には球状体１４０′を敷き詰めて、入れ子２１０が本体部材２２０に固定されている。
すなわち、入れ子２１０の太径部２１２と本体部材２２０の太穴部２２１との間隙に対し、例えば、締りばめ程度の締め代を設けて球状体１４０′の外径を設定し、球状体１４０′を入れ子２１０と本体部材２２０との間に敷き詰めている。このため、入れ子２１０は、球状体１４０′が圧縮されて弾性変形することによる反発力で、本体部材２２０に固定されている。かかる構成により、球状体１４０′の弾性変形により、本体部材２２０と入れ子２１０との心合わせを精度よく、かつ、容易に行なうことができる。
なお、本実施形態においては、入れ子２１０を本体部材２２０に固定しているが、これに限定されることはなく、入れ子２１０をスライド可能に本体部材２２０と係合する構成とすることも可能である。

入れ子２１０は、固定型１００側にキャビティ面Ｃｃを備える円柱形状の細径部２１１と、この細径部２１１の一端側に連続して、該細径部２１１よりも太径に形成された円柱形状の太径部２１２と、この太径部２１２の一端側に連続して形成された入れ子本体２１３、とから構成されている。

本体部材２２０は、入れ子２１０が嵌め入れられる部材であり、固定型１００と可動型２００との位置関係を調節する役割を担う部材である。本体部材２２０は、略円筒形状を呈しており、その中空部分は、図２に示すように、入れ子２１０が嵌め入れられる太穴部２２１と、分割部材２３０が嵌め入れられる凹部２２３と、円錐台形状の凸型テーパ部２２２と、を備えている。
凸型テーパ部２２２は、固定型１００側の端面に形成され、この凸型テーパ部２２２と固定型１００の可動型２００側の端面に形成された凹型テーパ部１２２とが嵌合されて固定型１００と可動型２００とが調心されている。また、凹部２２３は、太穴部２２１よりも大径に形成されている。

分割部材２３０は、略円筒形状を呈する扁平な部材であり、その中空部分は入れ子２１０の細径部２１１が挿入される細穴部２３１となっている。分割部材２３０は、本体部材２２０の凹部２２３に嵌め入れられたときに、分割部材２３０の固定型１００側の端面と本体部材２２０の固定型１００側の端面とが面一になる大きさに形成されている。

以上のように構成された本発明の実施形態に係る成形用金型１の作用について説明する。
本実施形態においては、成形品であるレンズＬが固定型１００に残るようにパーティング面ＰＬを設定している。そして、固定型１００は、本体部材１２０に対してスライド可能に入れ子１１０が挿入され、本体部材１２０と入れ子１１０の間には球状体１４０とスペーサ１４１とが介装されている。
したがって、レンズＬが成形機に固定されている固定型１００に残るように構成されているため、可動型２００のように移動することがないので、レンズＬを安定した位置に保持することができる。このため、レンズＬの取り出し位置精度を確保して、安定して円滑にレンズＬを取り出すことができる。
また、本体部材１２０と入れ子１１０との間に球状体１４０とスペーサ１４１とを介装して構成しているため、本体部材１２０と入れ子１１０との心合わせを高精度に行なうことができ、しかも、球状体１４０を密に配置しているため剛性が高く、摩擦抵抗等の摺動特性に優れているため、高精度が要求される光学レンズの成形用金型として特に適している。

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可能である。

例えば、本実施形態においては、成形品を固定型１００に残るように構成するために、パーティング面ＰＬを、レンズＬのセンタではなく、可動型２００側寄りにとり、固定型１００のキャビティＣの表面積が大きくなるように設定したが、これに限定されるものではなく、種々の形態を採用することができる。すなわち、可動型２００に押し出しピンやエア圧等を利用したエジェクト機構を設けて成形品のレンズＬが可動型２００に残らないように構成することもできる。

また、本実施形態においては、光学部品であるレンズＬを製造するための成形用金型１に本発明を適用した場合について説明したが、これに限られるものではなく、レンズと同様に高精度が要求される光学系を構成する複数のレンズを保持する鏡枠等にも適している。

本実施形態に係る成形用金型の型締め時の状態を示す断面図である。 図１の分解図である。 本実施形態に係る成形用金型の型開き時の状態を示す断面図である。 本実施形態に係る成形用金型におけるベアリングの構成を示す断面図である。 従来の成形用金型の断面図である。

符号の説明

１ 成形用金型
１００ 固定型
１１０ 入れ子
１２０ 本体部材
１４０ 球状体
１４１ スペーサ
１４２ ストッパ
２００ 可動型
２１０ 入れ子
２２０ 本体部材
Ｌ レンズ
ＰＬ パーティング面

Claims (4)

1. 固定型と可動型を有し、光学部品を成形品とする成形用金型において、
   前記成形品が、型開き時に前記固定型に残るように構成され、
   前記固定型に前記成形品のエジェクト機構を備えたことを特徴とする成形用金型。
2. 前記固定型は、挿入穴を有する本体部材と、前記挿入穴にスライド可能に係合され、成形品を成形するキャビティ面の一部を有する入れ子と、この入れ子と前記本体部材との間に介装されたボールベアリングと、を備え、
   前記入れ子をスライドさせることで、成形品を突き出すように構成したことを特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
3. 前記ボールベアリングには、所定の予圧が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の成形用金型。
4. 前記ボールベアリングは、前記入れ子の外周面と前記挿入穴の内周面との間に、スライド方向に対して数列にわたり配置される球状体と、前記球状体の各列の間に配置されるスペーサと、
   を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の成形用金型。

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