JP4416159B2

JP4416159B2 - 成形金型

Info

Publication number: JP4416159B2
Application number: JP2004027976A
Authority: JP
Inventors: 逸雄柴田; 良一関口; 政彦井上
Original assignee: 株式会社十王
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: JP2005219280A

Description

本発明は、レンズ等の光学素子のように、高い成形精度を要求される成形体の成形に適した成形金型に関する。

開閉自在な一方の型及び他方の型と、前記一方の型及び前記他方の型の少なくとも一方を加熱する加熱手段とを有し、前記一方の型及び他方の型の型閉めを行って、前記一方の型及び前記他方の型の成形面に応じた形状の成形体を成形する成形金型が知られている。このような成形金型は、近年では、レンズや回析格子のように、高い成形精度を要求される光学素子の製造においても利用されるようになってきている。
また、レンズや回析格子のような光学素子を成形する場合、精密加工を施した成形金型を用いることで、成形後において研削や研磨を必要としない技術も開発されるに至っている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開２００３−５７４０８号公報特開２００１−１１３５８０号公報

図８は、光学素子を射出成形するための射出成形金型の一例にかかり、その構成を示す概略図である。
成形金型１００は、開閉自在な可動型１１０及び固定型１２０と、可動型１１０及び固定型１２０のそれぞれに設けられ、材料Ｍを所定形状に成形するキャビティ１３０が形成された駒１１１及び駒１２１とを有している。
キャビティ１３０には、可動型１１０及び固定型１２０の当接面に沿って形成されたランナー１３１と、固定型１２０に貫通形成されたスプルー１３２とが連通していて、スプルー１３２及びランナー１３１を介して、溶融した材料がキャビティ１３０に射出供給されるようになっている。
この成形金型１００においては、駒１１１及び駒１２１は、図示しないヒータ等によって一定温度に保たれている。

ところで、光学素子のように高い成形精度を要求される成形体の成形においては、キャビティ１３０の成形面１３１ａ，１３２ａの転写性を良好にする必要がある。この転写性は、材料の特性及び加圧・冷却時における成形面１３１ａ，１３２ａの温度と密接に関連し、成形面１３１ａ，１３２ａの温度を材料温度にできるだけ近づけるように制御するのが好ましい。

なお、本願出願人による以下の特許文献３には、キャビティの背後に誘導加熱コイルを配置した成形金型が開示されているが、誘導磁界が成形面を不均一に通過するため、表面の温度ムラが発生しやすく、かつ、小さな成形面に対してコイルを配置することが困難であるという問題がある。
ＷＯ−０２−００４１５号公報

また、光学素子を高精度に加圧成形するためのプレス成形装置も種々提案されているが（例えば、上記の特許文献２参照）、プレス成形装置の成形金型の成形面を加熱するためのヒータや高周波加熱コイル等の加熱手段が成形金型の外側に配置されているため、加熱手段による加熱が、成形面が形成された部分だけでなく、熱容量の大きい周囲の部分に対しても行われるため、成形面の温度を上昇又は下降させることが困難であるほか、成形面の精密な温度制御が困難であるという問題がある。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成で成形面の温度制御を容易に行うことができ、成形面の転写性を向上させて、高い成形精度の成形体を成形することを可能にする成形金型の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の発明者が鋭意研究を行った結果、成形面の間近に加熱手段を設ければよいことに想到した。また、前記加熱手段として、温度制御が容易な誘導加熱コイルを用い、かつ、誘導加熱コイルによる誘導磁界が、成形面に対して実質的に平行になるように、前記誘導加熱コイルを設ければよいことを見出した。

すなわち、請求項１に記載の発明は、開閉自在な一方の型及び他方の型と、前記一方の型及び前記他方の型の少なくとも一方を加熱する加熱手段とを有し、前記一方の型及び他方の型の型閉めを行って、前記一方の型及び前記他方の型の成形面に応じた薄板状の成形体を成形する成形金型において、導線を巻回して構成される誘導加熱コイルを、前記一方の型及び前記他方の型の少なくとも一方における成形面に並べて配置し、前記誘導加熱コイルの誘導磁界が前記成形面の形状に沿うように、前記誘導加熱コイルの一側を前記一方の型の前記成形面及び／又は前記他方の型の前記成形面に応じた形に形成した構成としてある。

請求項２に記載の発明は、前記成形面が、前記一方の型又は前記他方の型に設けられた駒に形成されている場合において、前記誘導加熱コイルを前記駒に設けた構成としてある。
この場合、請求項３に記載するように、前記一方の型又は前記他方の型の温度を、所定のタイミングで上昇又は下降させるように、前記誘導加熱コイルの制御を行う制御装置を設けるとよい。
本発明においては、成形面の温度制御を容易に行うことが可能であるので、加圧後の冷却時における温度制御を行って、転写性のさらなる向上を図ることが可能である。

また、本発明においては、駒の加熱を、一方の型及び他方の型の加熱（温度管理）と独立して行うことが可能である。すなわち、請求項４に記載の発明は、前記制御装置が、前記誘導加熱コイルによる加熱の制御を行うとともに、前記一方の型又は前記他方の型の温度管理を行うように構成してある。
上記した本発明の成形金型は、あらゆる成形体の成形に適用が可能であるが、請求項５に記載するように、高い成形精度が要求されるレンズや回折格子等の光学素子の成形に最適である。

本発明にかかる成形金型によれば、簡単な構成で成形面の温度制御を簡単に行うことができ、これによって成形面の転写性を向上させて、成形精度が高く、高品質の成形体を得ることができる。

以下、本発明の成形金型の好適な実施形態を、図面に従って詳細に説明する。
なお、以下の説明では、樹脂材料をキャビティに射出して所定形状の光学素子を成形する射出成形金型を例に挙げて説明するが、本発明は、ガラスや樹脂をプレスして所定形状の光学素子を成形するプレス成形金型にも適用が可能である。

図１は、本発明の第一の実施形態にかかり、成形金型に設けられた駒の部分を示す正面図、図２は、駒の図１におけるI-I方向断面図である。
固定型１の駒１１及び可動型２の駒１２には、駒１１，１２を横断する方向（図１の紙面に直交する方向に、貫通孔１１ｂ，１２ｂが形成されている。貫通孔１１ｂ及び貫通孔１２ｂは、それぞれ二段に形成され、一方（例えば図面上方）の貫通穴１１ｂ，１２ｂを挿通した誘導加熱コイル１３，１４が、他方（例えば図面下方）の貫通穴１１ｂ，１２ｂに挿入されて、全体として螺旋をなすようになっている。

図２に、誘導加熱コイル１３，１４による誘導磁界を一点鎖線で示すが、図示するように、誘導磁界の向きが、成形面１１ａ，１２ａが形成された駒１１，１２の面と実質的に同じになり、かつ、磁束も均一になって、成形面１１ａ，１２ａを効率良く、かつ、温度むらなく加熱することができる。
なお、誘導加熱コイル１３，１４を設ける位置は、可能な限り成形面１１ａ，１２ａに近いことが好ましいが、誘導加熱コイル１３，１４による誘導磁界の強さや、貫通穴１１ｂ，１２ｂが成形体の成形精度に与える影響等を考慮して、成形金型ごとに設定するのが好ましい。

上記の駒１１，１２においては、図２に示すように、貫通穴１１ｂ，１２ｂが直線状に形成されている。このような貫通孔１１ｂ，１２ｂは、形成が容易であるという利点がある。
一方、図３に示す実施形態では、駒２１，２２の成形面２１ａ，２２ａに沿って、貫通孔２１ｂ，２２ｂの一部が湾曲するように形成されている。このようにすることで、成形面２１ａ，２２ａの形状に近似した形態の誘導磁界を得ることができ、成形面を通過する誘導磁界の強さをより一層均一にして、温度分布のさらなる均一化を期待することができる。

［実施例］
次に、上記構成の本発明の成形金型における具体的な実施例を、図４〜図７を参照しながら説明する。
図４は、成形面１１ａ及び成形面１２ａに設けた測温ポイントを示す図である。
この実施例では、縦寸法Ｌ１＝２５ｍｍ、横寸法Ｌ２＝１８ｍｍ、曲率半径２５ｍｍの凹状の成形面１１ａを有するレンズ駒１１と、縦寸法Ｌ３＝２５ｍｍ、横寸法Ｌ４＝１８ｍｍ、曲率半径５５ｍｍの凹状の成形面１２ａを有する駒１２とを準備し、各駒１１，１２に誘導加熱コイル１３，１４を二つ設けた。
また、図４に示すように、成形面１１ａ，１２ａには、それぞれ五ヶ所に測温ポイント２０１〜２０５及び測温ポイント２０６〜２１０を設け、各測温ポイント２０１〜２１０に温度センサを埋設した。

そして、上記の駒１１，１２を固定型１及び可動型２に設置し、成形体を成形するときと同様の手順で、型閉め及び型開きを行った。
図５は、誘導加熱コイル１３，１４による成形面１１ａ，１２ａの温度制御グラフである。
型開き状態において、駒１１，１２は、ベース温度が約１２６℃に保たれるようにする。なお、固定型１及び可動型２は、ベース温度が常に１２０℃で一定に保たれるように温度を管理する。

図５中のＡ点で、誘導加熱コイル１３，１４への加熱用電源の最大出力供給を開始する。
また、予め設定された時間経過後のＢ点で、型閉めを行うように設定するとともに、このＢ点で、成形面１１ａ，１２ａがピーク温度（約１６８℃）になるように制御する。
この後、成形面１１ａ，１２ａの温度が、図５に示すような緩やかな曲線を描きながら下降するように、誘導加熱コイル１３，１４への加熱用電源の供給を制御する。そして、所定時間経過したＣ点で、型開きを行う。

図６は、上記した制御の過程における成形面１１ａ，１２ａの各測温ポイント２０１〜２１０の温度測定結果を示す表、図７は、各測温ポイント２０１〜２０５及び測温ポイント２０６〜２１０の温度分布を示すグラフである。
図６の表及び図７のグラフに示すように、本発明においては、ベース温度１２６℃に対して、成形面１１ａ，１２ａの温度分布は、１２５．７℃〜１２７．３℃の範囲内に収束し、ピーク温度１６８℃に対しては、１５２．４℃〜１６９．２℃の範囲内に収束した。これは、従来に比して、ばらつきの度合いが小さくなっている。したがって、本発明により、成形面１１ａ，１２ａの温度のばらつきを均一にすることができるという効果を確認することができた。

また、成形面１１ａ，１２ａの温度変化も、ほぼ図７に示すグラフに沿った形となり、本発明によって成形面１１ａ，１２ａの温度を精密に制御することができるという効果も確認することができた。

本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態により何ら限定されるものではない。
例えば、上記の説明では固定型及び可動型の双方に駒を設け、この駒に誘導加熱コイルを設けるものとして説明したが、本発明は、駒を有しない成形金型においても適用が可能である。この場合は、成形面の近傍に、本発明と同様の誘導加熱コイルを設けるとよい。

また、上記の説明では、固定型及び可動型の双方の成形面の近傍に誘導加熱コイルを設けているが、固定型及び可動型のいずれか一方の成形面の近傍に、誘導加熱コイルを設けるものとしてもよい。

本発明は、上下に開閉する成形金型に限らず、左右方向に開閉する成形金型や、スライド機構などを有し、多方向に開閉する成形金型においても、適用が可能である。また、レンズ等の光学素子に限らず、他の成形体にも適用が可能である。

本発明の第一の実施形態にかかり、成形金型に設けられた駒の部分を示す正面図である。図１におけるI-I方向断面図である。成形金型の他の実施形態を示す図である。成形面に設けた測温ポイントを示す図である。誘導加熱コイルによる成形面の温度制御グラフである。成形面の各測温ポイントの温度測定結果を示す表である。各測温ポイントの温度分布を示すグラフである。本発明の従来例にかかり、光学素子を成形する射出成形金型の構成を示す概略図である。

符号の説明

１固定型
２可動型
１１，１２駒
１１ａ，１２ａ成形面
１１ｂ，１２ｂ貫通孔
１３，１４誘導加熱コイル

Claims

開閉自在な一方の型及び他方の型と、前記一方の型及び前記他方の型の少なくとも一方を加熱する加熱手段とを有し、前記一方の型及び他方の型の型閉めを行って、前記一方の型及び前記他方の型の成形面に応じた薄板状の成形体を成形する成形金型において、
導線を巻回して構成される誘導加熱コイルを、前記一方の型及び前記他方の型の少なくとも一方における成形面に並べて配置し、
前記誘導加熱コイルの誘導磁界が前記成形面の形状に沿うように、前記誘導加熱コイルの一側を前記一方の型の前記成形面及び／又は前記他方の型の前記成形面に応じた形に形成したこと、
を特徴とする成形金型。
前記成形面が、前記一方の型又は前記他方の型に設けられた駒に形成されている場合において、前記誘導加熱コイルを前記駒に設けたことを特徴とする請求項１に記載の成形金型。
前記一方の型又は前記他方の型の温度を、所定のタイミングで上昇又は下降させるように、前記誘導加熱コイルの制御を行う制御装置を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の成形金型。
前記制御装置が、前記誘導加熱コイルの制御を行うとともに、前記一方の型又は前記他方の型の温度管理を行うことを特徴とする請求項３に記載の成形金型。
前記一方の型及び／又は前記他方の型に形成されたキャビティに前記材料を射出して、前記成形体を成形することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形金型。
型開き状態の前記一方の型及び前記他方の型の間に前記材料を供給した後、前記前記一方の型及び前記他方の型の型閉めを行い、前記材料を前記前記一方の型及び前記他方の型で加圧して前記成形体を成形することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形金型。
前記成形体が、光学素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成形金型。