JP4603420B2 - 成形用金型およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形用金型およびその製造方法に関する。

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などの光学部品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５に示すように、第１の金型６００と第２の金型７００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ベアリング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ベアリング７３０と、から構成されている。

かかる金型は、ボールベアリング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。
特開２００３−２３１１５９号公報（段落００２０−００２９、図１）

このような金型によってレンズや鏡枠を高精度に製造するには、金型を型締めした状態で、本体部材６２０と本体部材７２０の軸心を精度よく一致させるのみならず、入れ子６１０の軸心と入れ子７１０の軸心とを精度よく一致させる必要がある。それには、本体部材６２０，７２０の中空部６２２，７２２の軸心と、本体部材６２０，７２０の凸型テーパ部６２１又は凹型テーパ部７２１の軸心とがそれぞれ一致していなければならない。以下、第１の金型６００を中心にして説明する。

ここで、図５に示すように、入れ子６１０の一端側（第２の金型７００側）の径よりも、他端側の径の方が太い場合には、当該入れ子６１０と嵌合する中空部６２２も、一端側を細径とし、他端側を太径とする必要がある。そのため、このような本体部材６２０を製造する場合には、まず、本体部材６２０の原材を工作機械に固定して、一端側から凸型テーパ部６２１を形成した後、当該原材をつかみ替えて他端側から中空部６２２の太径部分を形成しなければならなかった。

しかしながら、このようにすると、本体部材６２０の原材をつかみ替えたときに、原材と工作機械の回転中心の位置関係がずれてしまい、凸型テーパ部６２１の軸心と、中空部６２２の太径部分の軸心とが一致しなくなるという不具合があった。本体部材７２０についても同様である。
凸型テーパ部６２１の軸心と中空部６２２の太径部分の軸心とが一致していないと、第１の金型６００と第２の金型７００の軸心が一致していても、入れ子６１０の軸心と入れ子７１０の軸心が不一致となり、製品を精度よく成形できないこととなる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、製品を高精度で成形可能な成形用金型およびその製造方法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、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入れ子と、前記入れ子の一端側が挿入される細穴部を有する分割部材と、一端側に凸型テーパ部および凹型テーパ部のいずれか一方のテーパ部が形成され、この一方のテーパ部の内側に前記分割部材が設置される凹部を有し、この凹部と他端側とを連通し前記細穴部よりも太径に形成された太穴部を有する本体部材と、を備え、前記第２の金型は、前記第１の金型の一端側と対向する面に、前記一方のテーパ部と嵌り合う他方のテーパ部を有するとともに、当該他方のテーパ部の内側にキャビティ面の他の一部を備え、前記一方のテーパ部は、前記太穴部と同心に形成され、前記凹部は、該凹部の底面から前記太穴部の周面が臨出する大きさに形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、第１の金型は、一端側にキャビティ面の一部を有する入れ子と、前記入れ子の一端側が挿入される細穴部を有する分割部材と、一端側に凸型テーパ部および凹型テーパ部のいずれか一方のテーパ部が形成され、この一方のテーパ部の内側に前記分割部材が設置される凹部を有し、この凹部と他端側とを連通し前記細穴部よりも太径に形成された太穴部を有する本体部材と、を備え、前記凹部は、該凹部の底面から前記太穴部の周面が臨出する大きさに形成されていることから、前記本体部を加工する際に、本体部の原材をつかみ替えることなく一端側から加工することができる。そのため、前記一方のテーパ部と前記太穴部との同心性を確保することができる。したがって、かかる金型を用いれば、レンズや鏡枠などの製品を精度よく成形することができる。

ここで、第１の金型を構成する本体部材と入れ子とは、ぐらつきがないように嵌め合わされていれば、どのように嵌め合わされていてもよい。嵌め合わせ方としては、例えば、ベアリングを介してスライド可能に嵌め合わせてもよいし、焼き嵌めや締り嵌めなどの方法を用いて嵌め殺しにしてもよい。本発明は、特に、ベアリングを介して入れ子と本体部材とを嵌め合わせる場合に好適である。

なお、かかる成形用金型は、複数の光学系を保持する鏡枠やプラスチック光学レンズの製造に用いるのが好適である。特に、かかる金型を鏡枠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容易になり、レンズの微調整を省略することが可能となる。そのため、鏡枠の小型化や生産効率の向上を図ることができる。

また、本発明に係る成形用金型の製造方法は、請求項１に記載の成形用金型の製造方法であって、前記本体部材の原材を工作機械に固定する原材固定工程と、前記原材をつかみ替えることなく一端側から加工して、前記一方のテーパ部と前記太穴部とを同心に形成する原材加工工程と、を含むことを特徴とする。

かかる方法によれば、本体部材の原材を工作機械に固定したのち、前記原材をつかみ替えることなくワンチャックで一端側から加工して、一方のテーパ部と太穴部とを同心に形成することから、製品を高精度で成形可能な成形用金型を製造することができる。

本発明によれば、第１の金型における一方のテーパ部と太穴部との同心性を確保できることから、第１の金型と第２の金型の同心性をも確保することができる。したがって、製品を高精度で成形可能な成形用金型およびその製造方法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、本発明を鏡枠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り、（ａ）は型締め時、（ｂ）は型開き時の状態をそれぞれ示す。図２は、本実施形態に係る成形用金型の分解断面図である。図３は、本実施形態に係る成形用金型の図２におけるＡ矢視図である。

成形用金型１は、図１に示すように、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で製品たる鏡枠Ｋを成形するものである。鏡枠Ｋは、図１（ｂ）に示すように、光学系を構成する複数のレンズ（図示省略）を保持する部材であり、絞りｓを備えて形成される。本実施形態では、鏡枠Ｋの構成のうち、絞りｓより一端側（図１の右側）の部分が、第２の金型２００に形成されたキャビティＣの一部によって形成され、絞りｓより他端側（図１の左側）の部分が、第１の金型１００に形成されたキャビティＣの一部によって形成されるようになっている。本実施形態に係る成形用金型１は、絞りｓの両側に設置されるレンズの光軸が一致するように、鏡枠Ｋを精度よく成形できる金型である。

第１の金型１００は、図１、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と本体部材１２０との間に介在させられるボールベアリング１４０と、から構成されている。

入れ子１１０は、鏡枠Ｋのエッジをシャープに形成するために、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、一端側にキャビティ面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、例えば入れ子１１０をスライドさせることにより、成形された鏡枠ＫをキャビティＣから取り出し可能となっている。

入れ子１１０の太径部１１２は、ボールベアリング１４０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、鏡枠Ｋ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。

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、ボールベアリング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。

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、第１の金型１００と第２の金型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（図３参照）、その中空部分は入れ子１１０を嵌め入れる太穴部１２１となっている。また、本体部材１２０は、一端側に円錐台形状を呈する凸型テーパ部１２２を備えている。そして、この凸型テーパ部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、ボールベアリング１４０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。凸型テーパ部１２２は、一端側に向かうほど先細りになっており、後記する第２の金型２００に形成された凹型テーパ部２２２と嵌合して、第２の金型２００に対する第１の金型１００の位置を調節する役割を担う部分である。すなわち、凸型テーパ部１２２と凹型テーパ部２２２は、成形用金型１の位置決め手段として機能するものである。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。そのため、図２の矢視Ａ方向から本体部材１２０をみると、図３に示すように、凹部１２３の底面１２３ａから太穴部１２１の周面がすべて臨出（露出）した状態になっている。

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の一端側の面と本体部材１２０の凸型テーパ部１２２の一端側の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の内周面の一端側には、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。

分割部材１３０は、本体部材１２０の一端側から、太穴部１２１と凸型テーパ部１２２の両方を切削加工できるように、本体部材１２０とは別部材に形成された部材である。すなわち、仮に、分割部材１３０を本体部材１２０と一体に構成した場合には、太穴部１２１よりも細穴部１３１の方が小径であるため、本体部材１２０の一端側のみから、太穴部１２１と凸型テーパ部１２２とを形成することができず、加工する部材をつかみ替える必要があるが、本体部材１２０と分割部材１３０とを別部材にすれば（細穴部１３１と太穴部１２１を別部材に形成すれば）、細穴部１３１を気にすることなく、太穴部１２１と凸型テーパ部１２２とを本体部材１２０の一端側から形成することができる。
なお、分割部材１３０は、少なくとも太穴部１２１と凹部１２３とを本体部材１２０に形成した後に、当該凹部１２３に嵌め入れればよい。

ボールベアリング１４０は、入れ子１１０のがたつきを抑え、キャビティ面Ｃａを太穴部１２１の中心に精度よく配置する役割を担う部材である。ボールベアリング１４０は、図２に示すように、入れ子１１０の太径部１１２と本体部材１２０の太穴部１２１との間に介在させられる。ボールベアリング１４０は、公知のベアリングの中から最適なものを選択して適用される。

このように、本体部材１２０は、分割部材１３０と別部材に形成されており、凹部１２３の底面１２３ａから太穴部１２１の周面がすべて臨出（露出）した状態になっていることから、特別な工具を用いることなく、本体部材１２０の一端側から太穴部１２１と凸型テーパ部１２２とを加工・形成することができる。そのため、本体部材１２０の原材を加工する際に当該原材をつかみ替える必要がないので太穴部１２１の軸心を、凸型テーパ部１２２の軸心と同心に形成することが可能となる。本体部材１２０の加工方法については後に詳しく説明する。

第２の金型２００は、第１の金型１００と略同様の構成を有しており、図１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。すなわち、第２の金型２００は、ボールベアリング１４０に相当する構成を備えていない点が、第１の金型１００と主に異なっている。

入れ子２１０は、図２に示すように、他端側（第１の金型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。太径部２１２は、円錐台形状（テーパ形状）を呈しており、他端側（細径部２１１側）に向かうほど先細りになっている。また、入れ子２１０は、入れ子本体２１３の一端側とキャビティ面Ｃｃとを連通するスプールＳＰ及びゲートＧを備えている。

本体部材２２０は、入れ子２１０が嵌め入れられる部材であり、また、第１の金型１００と第２の金型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、他端側にリブが形成されている。本体部材２２０の中空部分は、図２に示すように、一端側から、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、第１の金型１００の凸型テーパ部１２２と嵌合する凹型テーパ部２２２と、を構成している。太穴部２２１は、他端側に向かうほど先細りになるテーパ形状の空間に形成されており、嵌め入れられた入れ子２１０を調心可能になっている。また、凹型テーパ部２２２は、一端側に向かうほど先細りになるテーパ形状の空間に形成されており、第１の金型１００と第２の金型２００とを調心可能になっている。また、凹部２２３は、太穴部２２１よりも大径に形成されており、凹型テーパ部２２２は、凹部２２３よりもさらに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の他端側の面と凹型テーパ部２２２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２３０の細穴部２３１の内周面の一端側には、キャビティ面Ｃｄが形成されている。

このように、第２の金型２００は、入れ子２１０の細径部２１１に外嵌する細穴部２３１が、本体部材２２０と別部材である分割部材２３０に形成されていることから、本体部材２２０の太穴部２２１と凹型テーパ部２２２とを他端側から形成することができる。そのため、本体部材２２０を加工する際に原材をつかみ替える必要がないので、第１の金型１００と同様に、太穴部２２１と凹型テーパ部２２２の軸心を一致させることが可能となる。なお、詳細な説明は第１の金型１００と重複するため省略する。

つづいて成形用金型１の製造方法について説明する。
成形用金型１は、工作機械を用いて、金型の原材料となる金属塊を所定の形状に切削加工して入れ子１１０，２１０や本体部材１２０，２２０や分割部材１３０，２３０を形成し、これらを組み立てることにより製造される。工作機械としては、公知の旋盤装置などを用いることができる。このうち、本体部材１２０の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本体部材の切削加工工程を段階的に示した図である。

はじめに、図４（ａ）に示すように、工作機械（図示省略）のチャックＣＨに本体部材１２０の原材Ｍを固定する（原材固定工程）。

つぎに、図４（ｂ）に示すように、工作機械の心押台に穴あけ加工用のドリルＤを装着し、ドリルＤのセンタを工作機械の回転中心に位置あわせする。そして、チャックＣＨを回転させながら、ドリルＤを原材Ｍに押し付けて切削する。これにより、太穴部１２１が形成される。

つぎに、図４（ｃ）に示すように、穴ぐり加工用のバイトＢ１に交換し、太穴部１２１の一端側の内周面にバイトＢ１の刃先を押し当て、太穴部１２１の一部を拡径することにより凹部１２３を形成する。

つぎに、図４（ｄ）に示すように、テーパ加工用のバイトＢ２に交換し、回転中心に対するバイトＢ２の送り方向をテーパの角度θに調節し、原材Ｍの一端側の周縁部をテーパ加工する。これにより、凸型テーパ部１２２が形成される。以上の工程により本体部材１２０が完成する（以上、原材加工工程）。
なお、第２の金型２００の本体部材２２０も、略同様の工程で製造することができる。

このようにして形成した本体部材１２０の凹部１２３に、別に加工した分割部材１３０を嵌め入れ、さらに、ボールベアリング１４０を介在させながら入れ子１１０の細径部１１１及び太径部１１２を本体部材１２０の太穴部１２１及び分割部材１３０の細穴部１３１に嵌め入れることにより、第一の金型１００が組み立てられる。また、同様の手順により第２の金型２００が組み立てられる。
なお、本体部材１２０と分割部材１３０との取付精度は、製品たる鏡枠Ｋのレンズ保持部（すなわち鏡枠Ｋの内側）の精度に大きな影響を与えないことから、別部材としても差し支えない。

このように、本実施形態に係る成形用金型１は、入れ子１１０の太径部１１２を保持する本体部材１２０と、入れ子１１０の細径部１１１に外嵌する分割部材１３０とを、別部材に構成したことから、本体部材１２０の原材Ｍを工作機械のチャックＣＨに一度固定したら、これをつかみ替えることなく、太穴部１２１と凸型テーパ部１２２とを一端側から切削加工することができる。そのため、太穴部１２１と凸型テーパ部１２２とを高精度で同心に形成することができる。

そして、鏡枠Ｋが高精度に形成されることから、従来のように光学系を構成するレンズのうちの一枚を微調整する必要がなくなり、製品の大量生産が容易になる。また、微調整が困難であった小型の製品（例えばカメラ付き携帯電話など）に当該鏡枠Ｋを適用することにより、製品の品質を容易に向上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可能である。

例えば、本実施形態においては、第１の金型と第２の金型の両方を、入れ子と本体部材と分割部材とで構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、いずれか一方の金型が、入れ子と本体部材と分割部材とで構成されていればよい。

また、本実施形態においては、第１の金型１００において、入れ子１１０を、ボールベアリング１４０を介して本体部材１２０に支持させることとしたが、これに限られるものではなく、第２の金型２００のように、ボールベアリング１４０を用いることなく、テーパを用いて心合わせをするようにしてもよい。また、この逆に、第２の金型２００に、ボールベアリングを適用してもよい。

また、本実施形態では、分割部材１３０の外周面にテーパを形成せず、凹部１２３の内周面にもテーパを形成しない構成としたが、本体部材１２０の凹部１２３を、他端側に向かうほど先細りとなる凹型のテーパ状に形成するとともに、分割部材１３０を、他端側に向かうほど先細りとなる円錐台形状（テーパ状）に形成することにより、両者を調心するようにしてもよい。かかる構成によれば、さらに精度よく製品を成形することができる。

また、本実施形態においては、製品として鏡枠Ｋを製造するための成形用金型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、例えばプラスチック光学レンズ用の成形用金型など、他の製品（例えばレンズなどの光学部品）を製造するための金型に適用できることは言うまでもない。

また、本実施形態では、本体部材１２０の切削加工において、３種類のドリル及びバイトを用いて加工するように説明したが、これに限られるものではなく、本体部材１２０の原材Ｍをつかみ替えることがない限り、何種類のバイトを用いても構わない。例えば、各工程で仕上げ用の砥石を用いて研削加工を行うこととすれば、さらに精度よく加工することができる。

また、本実施形態では、原材加工工程において、（１）太穴部１２１、（２）凹部１２３、（３）凸型テーパ部１２２、の順番に加工することとしたが、本体部材１２０の原材をつかみ替えることなく太穴部と凸型テーパ部（一方のテーパ部）を形成するのであれば、この順番に限られるものではない。例えば、凸型テーパ部１２２を形成したのちに、太穴部１２１を形成してもよい。

本実施形態に係る成形用金型の断面図であり、（ａ）は型締め時、（ｂ）は型開き時の状態をそれぞれ示す。 本実施形態に係る成形用金型の分解断面図である。 本実施形態に係る成形用金型の図２におけるＡ矢視図である。 本体部材の切削加工工程を段階的に示した図である。 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 第１の金型
１１０ 入れ子
１２０ 本体部材
１３０ 分割部材
１４０ ボールベアリング
２００ 第２の金型
２１０ 入れ子
２２０ 本体部材
２３０ 分割部材
Ｋ 鏡枠

Claims (2)

1. 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入れ子と、
   前記入れ子の一端側が挿入される細穴部を有する分割部材と、
   一端側に凸型テーパ部および凹型テーパ部のいずれか一方のテーパ部が形成され、この一方のテーパ部の内側に前記分割部材が設置される凹部を有し、この凹部と他端側とを連通し前記細穴部よりも太径に形成された太穴部を有する本体部材と、を備え、
   前記第２の金型は、前記第１の金型の一端側と対向する面に、前記一方のテーパ部と嵌り合う他方のテーパ部を有するとともに、当該他方のテーパ部の内側にキャビティ面の他の一部を備え、
   前記一方のテーパ部は、前記太穴部と同心に形成され、
   前記凹部は、該凹部の底面から前記太穴部の周面が臨出する大きさに形成されていることを特徴とする成形用金型。
2. 請求項１に記載の成形用金型の製造方法であって、
   前記本体部材の原材を工作機械に固定する原材固定工程と、
   前記原材をつかみ替えることなく前記一端側から加工して、前記一方のテーパ部と前記太穴部とを同心に形成する原材加工工程と、を含むことを特徴とする成形用金型の製造方法。

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