JP4936935B2

JP4936935B2 - プラスチック製光学素子の樹脂成形装置、及び樹脂成形方法

Info

Publication number: JP4936935B2
Application number: JP2007059492A
Authority: JP
Inventors: 寿治畠山; 克典須藤; 清孝沢田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: JP2008221501A

Description

本発明は、プラスチック製光学素子の樹脂成形装置、樹脂成形方法及び樹脂成形品に関するものであり、特に転写面に微細形状や光学面等を備えた高精度の樹脂成形品を成形するための樹脂成形装置、樹脂成形方法に関するものであり、微細形状や光学面等の転写面の高精度転写性を確保し、かつ離型時の樹脂成形品の変形を少なくすることができるものである。

ディジタル複写機やレーザプリンタ等の光書込光学系には、レーザビームの結像及び各種補正機器を有する矩形のレンズあるいはミラー等の光学素子が用いられている。近年、これらの光学素子は、製品のコストダウンの要求から、その材料がガラスからプラスチックへと移行し、形状についても、必要な光学性能に応じてレンズ厚が厚肉、薄肉、あるいは、長手方向で一定の均肉形状または一定ではない偏肉形状と、多種多様になっている。

そして、樹脂成形においては、熱収縮量の偏在、熱応力の残留などのために、肉厚部、偏肉部を有する成形品を高精度に成形することが一般的には困難であり、機能上、高い形状精度が必要な部分や微細表面形状の転写が必要な部分に「ひけ」や収縮の分布が生じると、高い成形精度は確保されない。
そこで、高い成形精度が必要な転写面以外の任意の箇所に選択的、局所的に「ひけ」による凹部を非転写面に発生させることによって、低圧成形条件下で転写面の転写性が高められるようにする樹脂成形方法及び樹脂成形装置の一例が特開平２００１−０７９８７６号公報に記載されている。

しかしながら、このような樹脂成形方法及び樹脂成形装置にあっては、ディジタル複写機、レーザプリンタやファクシミリ装置等の光書込光学系に用いられるカップリングレンズやシリンドリカルレンズの様な小さい樹脂成形品の成形に適用する場合には、非転写面が少なく、「ひけ」を誘導できる領域が狭いので、成形精度向上のために上記従来技術を適用するのは難しいという問題がある。
また、上記のような樹脂成形品を高精度に成形するには、樹脂成形品に変形を起こさせないで、円滑に金型から取り出すことが重要である。
樹脂成形品の突き出しは、成形収縮によってキャビティ内面に密着した樹脂を金型から離脱させるものであり、離型抵抗の大きい所に突き出し位置が選定される。

突き出し方法としては、エジェクタピン、ストリッパプレート、スリーブ等があるが、中でもエジェクタピンは加工しやすく、焼入れ、研削も容易であり、樹脂成形品の任意の箇所に対して配置できるため、最も広く使用されている。また、破損した場合は、互換性があるので取り替えが容易である。

しかし、エジェクタピンによる場合は、狭い面積で押し出すので応力が集中し、このため、エジェクタピン近傍に内部歪みの悪化現象が起こる。特に上記のカップリングレンズやシリンドリカルレンズの様な小さい樹脂成形品の成形においては、光線透過範囲に内部歪みを生じ、また、レンズ面形状の精度が低下するおそれがある。
特開２００１−０７９８７６号公報

本発明は、上記の問題認識を基礎とするものであり、その課題は、微細形状や光学面等の転写面の高精度の転写性を確保し、かつ離型時の樹脂成形品の変形を少なくし、以て、高精度での成形が可能な樹脂成形装置、樹脂成形方法を提供することである。

この発明の解決手段は、圧縮気体を非転写面に圧入することにより「ひけ」が誘導され、空間部が形成されるようにする空間部形成手段を有する樹脂成形装置を前提として、
前記空間部形成手段が、成形品突き出し面を押圧する金型の突き出し機構部内に設けられており、成形品突き出し面内に空間部を形成し、当該空間部の容積を、金型の突き出し機構部の移動量によって制御する制御手段を備えていることである。

空間部形成手段が、成形品突き出し面を押圧する金型の突き出し機構部内に設けられていることから、圧縮気体圧入用の通気孔を有する入れ子駒を特別に設ける必要はなく、金型構成を複雑化（金型部品数の増加）させることがなく、容易に低圧ひけ誘導成形を実現することができる。また、成形品突き出し面内に形成される空間部の容積を、金型の突き出し機構部の移動量によって制御する制御手段を備えていることから、容易に「ひけ量」を的確に制御することができ、最適な低圧ひけ誘導成形を実現することができる。その結果、転写面の高精度の転写性が確保され、内部歪みが少ない高精度なプラスチック成形品が成形される。

本発明の効果を各請求項の発明毎に整理すれば、次の通りである。
（１）請求項１の発明の効果
請求項１の発明によれば、圧縮気体を非転写面の樹脂部に圧入することにより「ひけ」が誘導され、空間部が形成されるようにする空間部形成手段を有する樹脂成形装置において、空間部形成手段が、成形品突き出し面を押圧する金型の突き出し機構部内に設けられていることから、別途、圧縮気体圧入用の通気孔を有する入れ子駒を設ける必要がなく、金型構成を複雑化（金型部品数の増加）させることなしに、容易に低圧ひけ誘導成形を実現することができる。
また、成形品突き出し面内に形成される空間部の容積を、金型の突き出し機構部の移動量によって制御する制御手段を備えていることから、容易に「ひけ量」を的確に制御することができ、最適な低圧ひけ誘導成形を実現することができる。
その結果、転写面の高転写性を確保しつつ、内部歪みが少ない高精度なプラスチック成形品を成形することができる。

（２）請求項２の発明の効果
請求項２の発明によれば、非転写面である成形品突き出し面内に形成された空間部を包囲する領域に、気体封止手段が設けられ、この気体封止手段が突き出し機構部先端に設けられたシール部材であることから、極めて簡単な構造で気体漏れを防ぎ、転写面にまで「ひけ」が及ぶことによる成形品精度の悪化を防止することができる。

（３）請求項３の発明
請求項３の発明によれば、非転写面である成形品突き出し面内に形成された空間部を包囲する領域に、気体封止手段が設けられ、この気体封止手段が金型成形面の環状溝によって成形品と一体で形成される凸形状部であることから、極めて簡単な構造で、気体漏れを防ぎ、転写面にまで「ひけ」が及ぶことによる成形品精度の悪化を防止することができる。

（４）請求項４の発明
請求項４の発明によれば、樹脂を成型する樹脂成形方法であって、樹脂成形装置には、圧縮気体を非転写面の樹脂部に圧入することにより、非転写面に空間部を形成する空間部形成手段が、成形品突き出し面を押圧する金型の突き出し機構部内に設けられており、成形品突き出し面内に空間部を形成し、当該空間部の容積を、金型の突き出し機構部の移動量によって制御することから、圧縮気体圧入用の通気孔を有した摺動可能な入れ子駒を特別に設ける必要はなく、金型構成を複雑化（金型部品数の増加）させることなく、容易に「ひけ量」を的確に制御することができ、最適な低圧ひけ誘導成形を実現することができる。その結果、転写面の高転写性を確保しつつ、内部歪みが少ない高精度なプラスチック成形品を成形することができる。

（５）請求項５の発明
請求項５の発明によれば、請求項４に記載の樹脂成形方法において、突き出し機構部による成形品突き出し時に、突き出し面内に形成された空間部に、圧縮気体を圧入することにより、成形品を金型から離型させて取り出すことから、突き出し機構部（エジェクタピン）によるメカニカルな突き出しと、エアーエジェクトとの併用により、成形品を確実にバランス良く突き出すことができる。その結果、転写面の高転写性を確保しつつ、内部歪みが少ない高精度なプラスチック成形品を成形することができる。

（削除）

次いで、図面を参照して実施例を説明する。
この実施例の樹脂成形装置は、コア入れ子１及び可動側受け板２と、可動側受け板２に固定された可動側型板３、樹脂成形品４の突き出し面５を押圧する突き出し機構部６とからなる可動金型と、キャビティ入れ子７及び固定側受け板８と、固定側受け板８に固定された固定側型板９からなる固定金型とで構成されており、キャビティ入れ子７には、射出成形機の射出部１０から溶融樹脂を成形キャビティ内に射出充填する複数のゲート１１がある。

また、突き出し機構部６のエジェクタピン６ａの中央部には、通気孔１２が設けられており、当該通気孔１２は空間部形成手段１３に接続されている。この空間部形成手段１３の気体供給装置１３ａによって、所定圧力（例えば０．６ＭＰａ）に調整された圧縮気体が、非転写面である突き出し面５に導入される。これによって、「ひけ」が所定位置に誘導され、当該所定位置に「ひけ」による空間部１４が形成される。

尚、本発明では圧縮気体がひけ誘導部である突き出し面５以外の転写面１５にまで及ぶことによる樹脂成形品精度の悪化を防ぐために、上記空間部１４を包囲する領域にシール部材１６ａによる気体封止手段１６を設けている（図２、図３参照）。
図２に示す気体封止手段１６は、突き出し機構部６のエジェクタピン６ａの先端に設けた耐熱樹脂製のＯリング又は同等の形状、機能を有するシール部材１６ａで構成されているものである。
図３に示す気体封止手段１６は、樹脂成形品４の突き出し面５に対向する金型成形面の周囲に環状溝が設けられ、この環状溝に溶融樹脂が侵入して充填され、上記環状溝に充填された樹脂による環状凸部１６ｂが樹脂成形品４に形成され、この環状凸部１６ｂが気体封止機能を奏することになる。
図２の例、図３の例のいずれも、極めて簡単な構造であり、これによって、圧入された気体漏れが防がれ、非転写面である突き出し面５のみに確実に「ひけ」が誘導される。その結果、転写面１５の転写性が向上され、樹脂成形品の形状精度が向上される。

次に、本樹脂成形装置による樹脂成形方法について説明する。
本発明では、一定温度に保持された金型のキャビテイ内に溶融樹脂を低圧充填する。樹脂充填後、空間部形成手段１３（気体供給装置１３ａ）を用いて、突き出し機構部６のエジェクタピン６ａの中心部に形成された通気孔１２を介して、非転写面である突き出し面５の一部に圧縮気体を導入する。
これによって、圧縮気体を導入した部分の樹脂と金型との密着力が解除された状態となり、この部分に選択的に「ひけ」を発生させることができる。一度「ひけ」が発生すると、その部分は、金型からの冷却が阻害されるため、金型と接している部分よりも相対的に温度が高く、樹脂粘度が低く、このため、その表層がより動きやすくなり、この部分でひけが進行するので、この「ひけ」によって空間部１４が形成される。この空間部１４が形成されることによって、その分だけ、転写させたい部分が肉厚部の熱収縮で引っ張られることが少なくなり、その収縮変形（熱歪みの残留）が防止される。

尚、本発明では、突き出し機構部６のエジェクタピン６ａを、適時に後退させ、その後退移動量によって、該空間部１４の容積を制御する（図４）。
この手法によって、「ひけ量」を的確に制御することが可能であり、最適な低圧ひけ誘導による樹脂成形を実現することができる。
すなわち、エジェクタピンの後退時期を早めに設定するなど適宜調整し、後退移動量を大きくすることによって、空間部１４の容積が増大される。

所望の空間部１４を形成して後、圧縮気体の導入を一旦停止させるが、冷却終了後、突き出し機構部６のエジェクタピン６ａによる押圧により樹脂成形品４を取り出す際に、突き出し面内に形成された空間部１４に、再び圧縮気体を圧入することにより、樹脂成形品４を金型から離型させて取り出す（図５）。
突き出し機構部６のエジェクタピン６ａによるメカニカルな突き出しと、エアー突き出しとの併用により、樹脂成形品４を確実にバランス良く突き出すことができ、その結果、微細面形状や光学面等の転写面１５の高転写性を確保しつつ、内部歪みが少ない高精度な樹脂成形品４が製作される。

図６（ａ），（ｂ）に示されているのは、本発明の樹脂成形装置及び樹脂成形方法により成形された樹脂成形品の一例であり、この樹脂成形品は、非転写面である樹脂成形品の突き出し面５内の一部に「ひけ誘導」による空間部１４が形成されている。この空間部１４を包囲する領域には、気体封止手段１６の痕跡が残っており、この痕跡は気体封止手段の違いによって異なる。
図６（ａ）の樹脂成形品４ａの突き出し面５に凹形状部１６ｃが形成されており、これは、突き出し機構部がエジェクタピン６ａの先端に設けられたシール部材１６ａ（気体封止手段１６）によって形成されたものである。
他方、図６（ｂ）の樹脂成形品４ｂの突き出し面５に凸形状部(環状凸部)１６ｂが形成されており、これは、金型成形面に形成された環状溝に樹脂が侵入して形成されたものである。

は実施例の断面図である。は気体封止手段の一例の拡大断面図である。は気体封止手段の他の例の拡大断面図である。は、突き出し機構のエジェクタピンによる引け誘導操作の説明図である。は、突き出し面内に形成された空間部に、再び圧縮気体を圧入することにより、樹脂成形品を金型から離型させて取り出す成形品取り出し操作の説明図である。（ａ）は、本発明により成形された樹脂成形品の一例であり、（ｂ）は樹脂成形品の他の例である。

符号の説明

１：コア入れ子
２：可動側受け板
３：可動側型板
４：樹脂成形品
５：突き出し面
６：突き出し機構部
６ａ：エジェクタピン
７：キャビティ入れ子
８：固定側受け板
９：固定側型板
１０：射出成形機射出部
１１：ゲート
１２：通気孔
１３ａ：気体供給装置
１３：空間部形成手段
１４：空間部
１５：転写面
１６：気体封止手段
１６ａ：シール部材
１６ｂ：環状凸部

Claims

樹脂成形装置であって、
圧縮気体を非転写面の樹脂部に付与することにより、この非転写面に空間部を形成する空間部形成手段が、成形品突き出し面を押圧する金型の突き出し機構部内に設けられており、
上記成形品突き出し面内に空間部を形成し、当該空間部の容積を、上記金型の突き出し機構部の移動量によって制御する制御手段を備えることを特徴とする樹脂成形装置。
非転写面である成形品突き出し面内に形成された空間部を包囲する領域に、気体封止手段が設けられ、当該気体封止手段が突き出し機構部先端に設けられたシール部材からなることを特徴とする請求項１の樹脂成形装置。
非転写面である成形品突き出し面内に形成された空間部を包囲する領域に、気体封止手段が設けられ、当該気体封止手段が金型成形面の環状溝によって成形品と一体で形成された凸形状部であることを特徴とする請求項１の樹脂成形装置。
樹脂を成型する樹脂成形方法であって、
樹脂成形装置には、圧縮気体を非転写面の樹脂部に付与することにより、非転写面に空間部を形成する空間部形成手段が、成形品突き出し面を押圧する金型の突き出し機構部内に設けられており、
成形品突き出し面内に空間部を形成し、当該空間部の容積を、金型の突き出し機構部の移動量によって制御することを特徴とする樹脂成形方法。
請求項４に記載の樹脂成形方法であって、
突き出し機構部による成形品突き出し時に、突き出し面内に形成された空間部に、圧縮気体を圧入することにより、成形品を金型から離型させて取り出すことを特徴とする樹脂成形方法。