JP4609144B2 - 横型成形装置 - Google Patents

Description

本発明は，金型を用いて光学部品を成形する光学部品成形装置およびその方法に関する。さらに詳細には，金型を水平に移動させる横型の成形装置であって，各部分間の温度差もしくはその変動に起因する軸ずれ等を防止して成形精度の向上を図った横型光学部品成形装置に関するものである。

従来から，金型を用いて射出成形により種々の成形品を製造することが行われている。例えば特許文献１には，情報記録媒体用のディスクを成形するための方法およびその成形機が開示されている。この文献に記載されている成形機は概略，図８に示すように構成されている。すなわちこの成形機は固定プラテン１０１と，シリンダ１０３とを有しており，これらの間に４本のタイバー１０４が水平に架設されている。そしてタイバー１０４には可動プラテン１０５が摺動可能に支持されている。可動プラテン１０５はシリンダ１０３により駆動されるようになっている。固定プラテン１０１，可動プラテン１０５にはそれぞれ固定金型１０７，可動金型１０８が取り付けられている。

そして，シリンダ１０３により可動金型１０８を固定金型１０７に対して型締めした状態で，射出ユニット１１１から樹脂材料を供給してディスクを成形するのである。ここにおいて，固定金型１０７および可動金型１０８は温度調整を受け，樹脂の成形温度に昇温されるようになっている。
特開平１０−３２３８７２号公報

しかしながら，前記した従来の成形機を，レンズその他の光学部品の成形に利用しようとすると，以下のような問題点があった。すなわち，この種の成形機では，固定金型１０７が温度調整を受けることにより固定プラテン１０１も昇温する。このため固定プラテン１０１とシリンダ１０３との間に熱膨張差が生じる。これは，固定プラテン１０１と可動プラテン１０５との間の軸ずれを起こす要因となる。すなわち，プラテン軸が固定プラテン１０１と可動プラテン１０５とでずれてしまうのである。プラテン軸とは，４本のタイバー１０４の対角線の交点を通りかつプラテンの金型取り付け面に垂直なプラテン上の軸のことである。

また，可動金型１０８の温度調整による可動プラテン１０５の熱膨張も軸ずれの要因となる。さらに，４本のタイバー１０４についても，下のものより上のものの方が高温になりがちである。可動金型１０８および固定金型１０７により昇温した空気が上方へ向かうからである。これは固定プラテン１０１と可動プラテン１０５との平行度を低下させることになる。これらの現象に対し，温調箇所を増やすことにより温度不均一を減少させることは可能であるが，皆無にはできない。

本発明は，前記した従来の成形機が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，各部分間の不可避的な温度不均一による金型間の軸ずれその他の成形精度の低下要因を可能な限り抑制した横型光学部品成形装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の横型光学部品成形装置は，固定金型を取り付ける固定プラテンと，後部プラテンと，固定プラテンと後部プラテンとにより横に支持された上方タイバーおよび下方タイバーと，固定プラテンと後部プラテンとの間に移動可能に支持され可動金型を取り付ける可動プラテンとを有し，可動プラテンが上方タイバーおよび下方タイバーに沿って横に動くことで固定金型と可動金型との型締めを行うものであり，固定プラテンが，線膨張係数５×１０^-6／Ｋ以下の低膨張材料で構成されているものである。このようにすることにより，固定プラテンと後部プラテンとの間の不可避的な温度差による金型間の軸ずれが抑制される。これにより成形精度の低下が最小限に抑えられる。

さらに，固定プラテンばかりでなく，後部プラテンおよび可動プラテンも低膨張材料で構成されていればなおよい。加えて，上方タイバーおよび下方タイバーも低膨張材料で構成されていれば，金型間の平行度の低下も抑制される。

低膨張材料としては例えば，３４〜３６重量％のニッケルを含有し，残部が鉄および不可避不純物であるもの（いわゆるインバー），３０〜３３重量％のニッケルと，４〜６重量％のコバルトとを含有し，残部が鉄および不可避不純物であるもの（いわゆるスーパーインバー），３４〜３６重量％のニッケルと，１〜２．８重量％のシリコンとを含有し，炭素含有率が２．４重量％を超えず，マンガン含有率が１重量％を超えず，残部が鉄および不可避不純物であるもの（いわゆるニレジスト），３０〜３３重量％のニッケルと，４〜６重量％のコバルトと，０.８〜３重量％の炭素と，１〜３重量％のシリコンと，０.４〜２重量％のマンガンとを含有し，残部が鉄および不可避不純物であるもの（いわゆるノビナイト）等が挙げられる。

本発明は，可動プラテンが，上方タイバーおよび下方タイバーに摺動可能に支持されるタイバー支持方式の横型光学部品成形装置に適用できる。また，固定プラテンおよび後部プラテンを支持するフレームを備え，可動プラテンがフレームに摺動可能に支持されるフレーム支持方式の横型光学部品成形装置にも適用できる。むろん，可動プラテンをタイバーとフレームとの双方で支持する方式でもよい。

本発明によれば，各部分間の不可避的な温度不均一による軸合わせ精度その他の成形精度の低下を可能な限り抑制した横型光学部品成形装置が提供されている。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，携帯端末搭載カメラ用のレンズを製造するためのレンズ成形装置として本発明を具体化したものである。

本形態のレンズ成形装置は，図１に示すように構成されている。すなわち，フレーム２上に，固定プラテン１と後部プラテン３とが配置されている。これらのプラテンは，フレーム２に対して固定して設けられている。これらのプラテンを図１中側方から見ると，ほぼ正方形である。そして，固定プラテン１と後部プラテン３との間には，上方タイバー４と，下方タイバー９とが架設されている。上方タイバー４および下方タイバー９はいずれも実際には２本ずつあり，固定プラテン１および後部プラテン３の四隅に配置されている。上方タイバー４および下方タイバー９は，固定プラテン１および後部プラテン３に対して固定して設けられており，互いに平行である。

固定プラテン１と後部プラテン３との間に，可動プラテン５が配置されている。可動プラテン５は，図１中側方から見てほぼ正方形であり，その四隅付近を上方タイバー４および下方タイバー９が貫通している。可動プラテン５における各タイバーの貫通箇所には，ガイドブッシュ５１が設けられている。ガイドブッシュ５１と各タイバーとの間のクリアランスは３μｍと僅少に設定されている。可動プラテン５は，上方タイバー４および下方タイバー９に対して摺動可能である。可動プラテン５は，フレーム２から浮いた状態で上方タイバー４および下方タイバー９に支持されている。後部プラテン３には，油圧プレス６が設けられている。油圧プレス６と可動プラテン５は，タイロッド６１により接続されている。すなわち，油圧プレス６の駆動により油圧プレス６を図１中左右に移動させることができるようになっている。

固定プラテン１における可動プラテン５側の面には，固定金型７が取り付けられている。固定プラテン１におけるその裏側には，射出ユニット１１が設けられている。固定プラテン１における可動プラテン５側の面には，可動金型８が取り付けられている。ここで，可動金型８および固定金型７は，各々，オイルヒータ等の図外の温度調整手段により温度調整されるようになっている。

なお使用する溶融樹脂の種類は，例えば，特開２００４−１４４９５１号公報，特開２００４−１４４９５３号公報，特開２００４−１４４９５４号公報に記載されているものであればよい。

図１に示したのは，可動プラテン５の荷重を上方タイバー４および下方タイバー９で受けるタイバー支持タイプのレンズ成形装置である。本発明は，可動プラテン５の荷重をフレーム２で受けるフレーム支持タイプのレンズ成形装置（図２，図３）に対しても，適用が可能である。

本形態のレンズ成形装置における固定プラテン１は，線膨張係数５×１０^-6／Ｋ以下の低膨張材料で構成されている。具体的には，表１に示すいずれかのものである。

上記のように構成された本形態のレンズ成形装置では，固定金型７および可動金型８が温度調整されている。具体的には，金型への樹脂充填時の樹脂の流動性を確保し，また樹脂が冷却固化する温度（一般には樹脂のガラス転移温度，結晶化温度以下の熱変形温度近傍の温度）から室温までの間の範囲で温度調整されている。その状態で成形が行われる。すなわち，昇温した状態で図４に示すように型締めする。その状態で射出ユニット１１から両金型間のキャビティに溶融樹脂を供給してレンズを成形するのである。

ここで，前述のように固定プラテン１が低膨張材料で構成されている。このため，仮に成形時に固定プラテン１と後部プラテン３との間に温度差があったとしても，そのことによる固定プラテン１と後部プラテン３との間の熱膨張差は些少である。したがって，固定金型７と可動金型８との間の軸ずれもほとんどない。

このことにより，以下のメリットがある。まず，成形されるレンズの形状精度（面精度や表裏面の平行精度，偏芯精度）が非常に高い。昇温状態でも固定金型７と可動金型８との間の軸合わせ精度が高く維持されていることによる。このため，携帯端末搭載カメラ用やピックアップ用等の小径のレンズにも対応できる。また，昇温状態でも可動プラテン５の摺動がスムーズである。上方タイバー４および下方タイバー９の平行性が維持されているためである。このため，ガイドブッシュ５１と各タイバーとの間のクリアランスが僅少に設定されているにもかかわらず，昇温状態でも可動プラテン５がスムーズに摺動できるのである。この，クリアランスが小さいことも，レンズの成型精度の高さに貢献している。

もし，固定プラテン１が一般的な線膨張係数（１２×１０^-6／Ｋ程度）の素材で構成されていると，昇温状態では，各部分の状況は，図５に模式的に示す状況となる。すなわち，後部プラテン３と固定プラテン１との熱膨張の差のために，タイバー間隔がプラテン間で違ってしまう。後部プラテン３の温度上昇は固定プラテン１や可動プラテン５の温度上昇より遅く，温度差が生じやすいからである。したがって，後部プラテン３の熱膨張が，固定プラテン１の熱膨張より小さい状態で成形が行われることとなるのである。このため，上方タイバー４および下方タイバー９が撓んでしまい，平行性も害されている。また，上から見た図６で分かるように，上方タイバー４同士の平行性も害されている。下方タイバー９同士の平行性も同様に害されている。むろん図５および図６は，各部の変形を相当に誇張して描いたものである。固定プラテン１に低膨張材料を使用することにより，このような弊害を排除できるのである。

さらに，固定プラテン１ばかりでなく，後部プラテン３および可動プラテン５にも低膨張材料を使用すればなおよい。

また，上方タイバー４および下方タイバー９も低膨張材料で構成されていればさらによい。このようにすることにより，特に上方タイバー４と下方タイバー９との熱膨張差による弊害を排除できる。

もし，各タイバーが低膨張材料でないと，成形時の各部分の状況は，図７に模式的に示す状況となる。すなわち，上方タイバー４と下方タイバー９との熱膨張差のために，固定プラテン１および後部プラテン３が少し傾いてしまっている。このため，固定金型７と可動金型８との間の平行度が低下している。このためにできあがるレンズの形状精度（表裏面の軸精度や平行精度）が悪い。むろん図７は，各部の変形を相当に誇張して描いたものである。

また，上方タイバー４および下方タイバー９の径方向の熱膨張が，固定プラテン１および可動プラテン５の付近では大きく，後部プラテン３の付近では小さい。この熱膨張の長手方向の不均一と平行度の低下のため，可動プラテン５がスムーズに摺動できない。ガイドブッシュ５１と各タイバーとの間のクリアランスを大きく設定しておけばよいが，それは形状精度（表裏面の偏芯精度）をさらに低下させることになる。

上方タイバー４および下方タイバー９に低膨張材料を使用すると，昇温状態でも，固定プラテン１や後部プラテン３の傾きが防止される。また，上方タイバー４や下方タイバー９に長手方向の温度不均一が仮にあったとしても，そのことによるタイバー径の不均一は些少である。

以下，各部の温度と変形状況の測定例（比較例を含む）を説明する。まず，本測定例においては，各タイバーの測温箇所は，固定プラテン１と可動プラテン５の中間位置とした。また，上方タイバー４のうち操作側（操作部が設置される側，通常は図６中下側）のものについては，この他に後部プラテン３付近の位置をも測定した（以下，「Ｘ」で示す。）。１本のタイバー内の長さ方向での温度不均一を把握するためである。

表２は，各部の温度測定の結果である。温度の単位はいずれも「℃」である（表３以下においても同じ）。なお試験中を通して，室温は２６℃であった。成形中の金型温度（固定金型７および可動金型８）は１１５℃，射出ユニット１１中の樹脂温度は２６０℃であった。「昇温直後」とは，固定金型７および可動金型８が成形温度１１５℃に達した直後のことである。表２に「成形開始３時間後」の欄が設けられているのは，固定金型７および可動金型８が成形温度に達してから，各部分の温度が概ね安定するのに３時間程度かかるからである。これより，成形開始後３時間経過までを「成形初期」といい，その後を「成形安定後」ということがある。

これより，各部分間の昇温直後，成形初期の温度差（絶対値）が，表３に示すように算出される。表中，「可動Ｐ」，「固定Ｐ」，「後部Ｐ」とあるのはそれぞれ，可動プラテン５，固定プラテン１，後部プラテン３を示す。また，「タイバー間」とあるのは，上方タイバー４および下方タイバー９の計４本間での最大の温度差を示す。また，「タイバー長」とあるのは，操作側の上方タイバー４についての２箇所の測温箇所間の温度差を示す。

表３から，固定プラテン１および可動プラテン５と，後部プラテン３との間にはかなりの温度差があることがわかる。同様に，タイバーの長手方向での温度差もかなりある。また，固定プラテン１と可動プラテン５との間にもある程度の温度差がある。これは，後部プラテン３との間の距離の違いによるものと考えられる。また，上下のタイバー間にもある程度の温度差がある。なお，表３中の「温度差の変動」の欄は，成形安定後における各部の温度差の変動幅である。表２および表３の温度測定結果は，本形態，比較例とも共通であった。

次に，比較例（低膨張材料不使用）における各部の変形状況を説明する。「昇温直後」，「成形初期」，「成形安定後」の各段階において，固定金型７と可動金型８との間に，表４（比較例１：図１のタイバー支持タイプ）および表５（比較例２：図２のフレーム支持タイプ）中の「軸ずれ」の欄に示す量の軸ずれが発生した。「必要Ｃ」の欄は，各々の段階において，可動プラテン５がスムーズに動くために必要なクリアランスを実験的に求めた値である。「平行度」の欄は，固定プラテン１と後部プラテン３との平行度の低下の程度を示している。「軸ずれ」，「必要Ｃ」，「平行度」の単位はいずれも「μｍ」である（表６以下においても同じ）。表４，表５中ではいずれも，かなり大きい（悪い）数値となっている。このうち，「昇温直後」と「成形初期」については，昇温前の状態との差異に起因するものである。「成形安定後」については，成形中の変化に起因するものである。

一方，本形態のものでは，表６〜表８に示す結果となった。ここでは，次の各タイプのレンズ成形装置を本形態の試験対象とした。
本形態１：図１のタイバー支持タイプ；固定プラテン１にのみ低膨張材料（スーパーインバー）を使用
本形態２：図１のタイバー支持タイプ；固定プラテン１，後部プラテン３，可動プラテン５，上方タイバー４，および下方タイバー９のすべてに低膨張材料（スーパーインバー）を使用
本形態３：図２のフレーム支持タイプ；固定プラテン１，後部プラテン３，可動プラテン５，上方タイバー４，および下方タイバー９のすべてに低膨張材料（スーパーインバー）を使用

表６〜表８では，表４および表５と比較して，軸ずれが概ね１０分の１程度の値となっている。この結果から，固定プラテン１に低膨張材料を使用したことにより軸ずれや平行度低下を著しく低減できていることがわかる。そして，表７および表８では，特に成形開始後の軸ずれがさらに小さい。また平行度が特に優れている。これらは，固定プラテン１に加えて後部プラテン３，可動プラテン５，上方タイバー４，および下方タイバー９にも低膨張材料を使用したことの効果である。

以上詳細に説明したように本実施の形態のレンズ成形装置では，少なくとも固定プラテン１に低膨張材料を使用している。好ましくはさらに，可動プラテン５，後部プラテン３，上方タイバー４，および下方タイバー９にも低膨張材料を使用している。このため，成形温度に昇温した状態で仮に各部分間に温度差があったとしても，各部分間の熱膨張差が僅少である。したがって成形時にも，固定プラテン１と可動プラテン５との軸合わせ性が良好である。またプラテン間の平行性，各タイバーの平行性とも良好である。これにより，各部分間の不可避的な温度不均一による金型間の軸合わせ精度，平行度その他の成形精度の低下を可能な限り抑制したレンズ成形装置が実現されている。むろんその対象は光学部品に限られるものではなく，表裏の位置ずれへの要求精度の厳しいあらゆる部品の成形に対応できる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，図２に示したフレーム支持方式の場合，さらにＬＭガイド等のサポート付の構成であってもよい。また，可動プラテン５を駆動する手段は，油圧プレスに限られない。油圧によるシリンダー方式，油圧によるトグル方式，電動モータによるシリンダー方式，電動モータによるトグル方式，その他何でもよい。

また，温度調整の対象は，可動金型８と固定金型７に限られない。後部プラテン３や上方タイバー４，下方タイバー９，さらにフレーム２をも温度調整することとしてもよい。温度調整手段は，オイルヒータに限らず，水循環式や電熱交換素子方式のものでもよい。タイバーの総本数は，「４」に限定されるわけではない。

実施の形態に係るレンズ成形装置（タイバー支持）の構成を示す正面図である。 実施の形態に係るレンズ成形装置（フレーム支持）の構成を示す正面図である。 実施の形態に係るレンズ成形装置（フレーム支持）の構成を示すＡ−Ａ断面図である。 成形時の状況を示す正面図である。 後部プラテンが低膨張材料でない場合の昇温時の各部の状況を示す模式図（正面図）である。 後部プラテンが低膨張材料でない場合の昇温時の各部の状況を示す模式図（平面図）である。 タイバーが低膨張材料でない場合の昇温時の各部の状況を示す模式図（正面図）である。 従来の射出成形機の概念図である。

符号の説明

１ 固定プラテン
３ 後部プラテン
４ 上方タイバー
５ 可動プラテン
９ 下方タイバー

Claims (9)

1. 固定金型を取り付ける固定プラテンと，後部プラテンと，前記固定プラテンと前記後部プラテンとにより横に支持された上方タイバーおよび下方タイバーと，前記固定プラテンと前記後部プラテンとの間に移動可能に支持され可動金型を取り付ける可動プラテンとを有し，前記可動プラテンが前記上方タイバーおよび前記下方タイバーに沿って横に動くことで固定金型と可動金型との型締めを行う横型光学部品成形装置において，
   前記固定プラテンが，線膨張係数５×１０^-6／Ｋ以下の低膨張材料で構成されていることを特徴とする横型光学部品成形装置。
2. 請求項１に記載の横型光学部品成形装置において，
   前記後部プラテンおよび前記可動プラテンも線膨張係数５×１０^-6／Ｋ以下の低膨張材料で構成されていることを特徴とする横型光学部品成形装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の横型光学部品成形装置において，
   前記上方タイバーおよび前記下方タイバーも線膨張係数５×１０^-6／Ｋ以下の低膨張材料で構成されていることを特徴とする横型光学部品成形装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の横型光学部品成形装置において，
   前記低膨張材料は，３４〜３６重量％のニッケルを含有し，残部が鉄および不可避不純物であることを特徴とする横型光学部品成形装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の横型光学部品成形装置において，
   前記低膨張材料は，３０〜３３重量％のニッケルと，４〜６重量％のコバルトとを含有し，残部が鉄および不可避不純物であることを特徴とする横型光学部品成形装置。
6. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の横型光学部品成形装置において，
   前記低膨張材料は，３４〜３６重量％のニッケルと，１〜２．８重量％のシリコンとを含有し，炭素含有率が２．４重量％を超えず，マンガン含有率が１重量％を超えず，残部が鉄および不可避不純物であることを特徴とする横型光学部品成形装置。
7. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の横型光学部品成形装置において，
   前記低膨張材料は，３０〜３３重量％のニッケルと，４〜６重量％のコバルトと，０．８〜３重量％の炭素と，１〜３重量％のシリコンと，０．４〜２重量％のマンガンとを含有し，残部が鉄および不可避不純物であることを特徴とする横型光学部品成形装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の横型光学部品成形装置において，
   前記可動プラテンは，前記上方タイバーおよび前記下方タイバーに摺動可能に支持されていることを特徴とする横型光学部品成形装置。
9. 請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の横型光学部品成形装置において，
   前記固定プラテンおよび前記後部プラテンを支持するフレームをさらに備え，
   前記可動プラテンは，前記フレームに摺動可能に支持されていることを特徴とする横型光学部品成形装置。

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