JPH02158314A - プラスチック光学部品の成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラスチック光学部品の成形方法及び装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

プラスチック光学部品は、金型の母型転写により非球面
形状を容易に賦形することができる。このため球面収差
等を削減できる効果があり、近年多方面に適用されつつ
ある。

しかしながら厚肉でしかも高精度が要求される光学部品
においては、ヒケ変形の防止のために徐冷が必要であり
、成形サイクルが長くなる問題点があった。このような
問題点を解決するための装置として、例えば、特開昭６
０−２４５５１７号公報には、中心軸線を中心として回
転自在に装着された回転支持体に、周方向に間隔を置い
て複数個の成形型手段が装着されており、この回転支持
体を所定方向に回転駆動させ、順次に位置する素材装填
域。

成形域、冷却域及び成形品排出域を含む円形搬送経路を
通して成形型手段を移動させるようになっている圧縮成
形装置が開示されている。この圧縮成形装置は数数個の
成形型手段を設けることによって、最も時間を要してい
た冷却工程を並列に行なうことが可能となったため、成
形機の効率向上と成形タクトタイムの短縮を可能とする
ことができた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術は、大型の成形金型を移動・停止する際
に非常に大きな慣性力が発生する。この結果、設備全体
を高剛性にする必要があるので、設備の大型化、設備費
の高騰を避けることはできない。

本発明の目的は、従来技術の欠点をなくし、成形品の成
形装置外冷却及び加熱を小型な設備により実現し、成形
タクトタイムの短縮による製造コストの低減と設備費の
低減を実現することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するためにとられた本発明の構成の主
なるものは、プラスチック光学部品の成形方法において
は、成形材料の流動可能温度以上に成形金型を加熱する
工程と、加熱された該成形金型のキャビティ内に、射出
ユニットから溶融樹脂を射出充填する工程と、前記成形
材料の固化温度以下に前記成形金型を冷却する工程とを
有するプラスチック光学部品を成形する成形方法におい
て、前記成形金型に脱着可能に取り付けられた入駒部の
みを、該成形金形から取外した状態で射出温度まで昇温
させる工程と、昇温した該入駒部を前記成形金型へ装着
し型締圧力を負荷し、前記キャビティ内へ溶融樹脂を射
出充填する工程と、該溶融樹脂が射出充填された前記入
駒部を前記成形金型から取外し、圧縮圧力を負荷しなが
ら冷却し前記溶融樹脂を冷却・固化させる工程と、冷却
・固化した成形品を前記入駒部から離型すると共に、該
成形品を該入駒部から取出す工程とを有していることを
特徴とし、本発明のプラスチック光学部品の成形装置は
、成形材料の流動可能温度以上に加熱した成形金型のキ
ャビティ内に、射出ユニットから溶融樹脂を射出充填し
、前記成形材料の固化温度以下に前記成形金型を冷却す
るプラスチック光学部品の成形装置において、前記成形
金型の成形品を形成する入駒部のみが該成形金型から脱
着可能に構成され、前記入駒部を射出温度まで昇温させ
る加熱ステーションと、前記成形金型へ装着し、型締圧
力を負荷した前記入駒部のキャビティ内へ溶融樹脂を射
出充填する射出ステーションと、前記成型金型から取外
した前記入駒部を圧縮圧力を負荷しながら冷却して、前
記溶融樹脂を冷却・固化させる冷却ステーションと、前
記成形品を前記入駒部から離型すると共に、該成形品を
前記入駒部から取出す離型ステーションと、前記各ステ
ーションを環状に連結し、複数個の前記入駒部を連続的
に移動させる搬送路とを有していることを特徴とするも
のである。

〔作用〕

本発明では、光学部品のキャビティを構成する入駒部は
成形金型に脱着可能な独立構造となっているとともに、
この入駒部自体で独立した型締圧力を保持できる構造と
なっており、さらに、加熱ステーション、射出ステーシ
ョン、冷却ステーション及び離型ステーションは、それ
ぞれ個別のステーションになっており、これら各ステー
ションは搬送路で結合され、入駒部が連続的に移動でき
る構造となっている。従って、溶融樹脂が充填された入
駒部は、型締力の保持された状態で、成形金型から取外
され、各ステーションを連結する搬送路に移動される。

この結果、成形品は成形装置の外部で冷却することが可
能となり、成形装置は冷却時間の間を待機することなく
次の射出工程に移行することができる。このため、成形
装置は効率的に稼動し成形タフ１−タイムを短縮するこ
とができ、製品コス１〜の低減が可能となる。

また、搬送路により移動される入駒部の容量は、成形品
のキャビティを構成する部分に限定されたものであるの
で、その重量は成形金型重量の１／１０以下である。従
って入駒部の移動・停止の際に発生する慣性力も前述の
重量に比例して減少する。この結果、各工程を構成する
ステーション及びステーションを連結する搬送路に発生
する応力も大幅に軽減され、設備の小型化と設備製作費
の低減が可能となる。

〔実施例〕

以下、実施例を同一部分は同一符号で示した図面を用い
て説明する。

第１図は本発明によるプラスチック光学部品の成形装置
の一実施例の説明図である。第１−図において、１は加
熱ステーションで、上下の加熱盤により構成されている
。２は射出ステーションで、射出ユニット３と成形金型
の型締ユニット４がら構成されている。射出ユニット３
は成形材料を可塑化溶融する可塑化装置、射出装置から
構成され、型締ユニット４はタイバー５に摺動自在に取
付けられたダイプレートを」二下方向に移動し、成形金
型を開閉すると共に、射出ユニット３による溶融樹脂の
射出圧力に対抗し、成形金型のパーティング面が開かな
いよう型締圧力を負荷する機能を有している。６は冷却
ステーションで、上下の冷却盤により構成されている。

７は離型ステーションで、案内ロッド８に摺動自在に取
付けられ押出プレー１〜９を上下方向に移し、クランプ
した入駒部を開閉すると共に、成形品を離型するユニツ
１へで構成されている。１０は各ステーションを互いに
連結する搬送路である。

第２図は、射出ステーション２に取付けられた成形金型
１１の断面図である。成形金型１１は上部ダイプレー１
〜１２ａ、下部ダイプレート１２ｂに固定されている。

１３ａ、１３ｂは上部入駒。

上部入駒であり、凸レンズのキャビティ１４を形成して
いる。１５　ａ　、　１．５　ｂは上部スリーブ、下部
スリーブであり上部入駒１３ａ、上部入駒１３ｂを嵌合
、固定している（上部入駒１３ａ、下部人駒１．３　ｂ
　、　１部スリーブ１５ａ及び下部スリーブ］−５ｂの
一体になった部分を入駒部１６と称し、上部入駒１３ａ
と上部スリーブ１５ａとよりなる部分及び上部入駒１３
ｂと下部スリーブ１５ｂとよりなる部分を、それぞれ、
上部人駒部１６ａ及び下部入駒部１６ｂと称する）。上
部スリーブ１５ａには、スリーブの中心部を貫通する押
出ロッド挿入穴１７が加工されている。１８ａ、１．８
ｂは上型、下型であり、それぞれ上部スリーブ１５ａ。

下部スリーブ１５ｂを保持すると共にそれぞれ取付板１
９ａ、１９ｂを介してそれぞれ上部ダイプレート１２ａ
、下部ダイプレート１２ｂに固定されている。２０ａ、
２０ｂは入駒分離シリンダで、それぞれ上部ダイプレー
ト１．２　ａ　、下部ダイプレート１２ｂに固定されて
いる。２１は射出口で、射出ユニット３（第１図参照）
のノズル部が接触しランナ一部２７を通ってキャビティ
１４へ溶融樹脂を射出充填する入口である。

また、上部スリーブ１５ａ及び下部スリーブ１５ｂには
両者の接合部にそれぞれテーパ一部を有する突起部２３
ａ及び２３ｂを有し、この突起部が２３ａ及び２３ｂが
入駒搬送ロボット２４（第４図及び第５図参照）に設け
られ、テーパー部を有する凹部２５に嵌合するようにな
っており、この入駒搬送ロボット２４を用いることによ
って、入駒部１６を、搬送路１０を介して、加熱ステー
ション１．射出ステーション２．冷却ステーション６、
離型ステーション７の各ステーション間ヲ移動させるこ
とができるようになっている。

なお、入駒搬送ロボット２４には、例えば、内周面に円
形の四部２５の設けられている一対の半円状円盤が用い
られる。

次に、この様に構成された射出装置と成形金型の動作に
ついて説明する。成形される光学部品はポリカーボネー
１〜樹脂の凸レンズであり、近似曲率半径がＲ１２５，
Ｒ２５０の非球面で構成されている外径１５０ｎｎ＋、
中心肉厚３８ｍの大口径投写レンズである。

第３図はこの成形工程において用いた金型温度の変化パ
ターンの説明図で、横軸にはサイクルタイム（分）、縦
軸には金型温度（°Ｃ）がとってあり、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｉ
）は、入駒部１６がそれぞれ加熱ステーション１．射出
ステーション２．冷却ステーション６及び離型ステーシ
ョン７に保持される時間が示しである。

成形に当りキャビティ１４の設けられている入駒部１６
は、後述のようにして成形金型１１から取外された状態
で加熱ステーション１にセットされ、第３図に示す金型
温度の変化パターンに基づき加熱ステーション１で１８
０℃まで加熱され（第３図Ａ参照）、搬送路１０により
射出ステーション２へ送られる。射出ステーション２へ
送られた入駒部１６は、入駒搬送ロボット２４により成
形金型１１へ挿入され、嵌合・固定された後、成形金型
１１は型締ユニット４により高圧で圧縮される。次に射
出ユニット３が移動し、その射出ノズルが成形金型１１
射出口２１で圧接し、溶融樹脂がランナ一部２２を経由
してキャビティ１４の内部へ射出充填される。射出・保
圧時間２０秒が経過した時点（第３図Ｂ参照）で、入駒
部１６の取外しのための動作が進められる。まず、上部
ダイプレート１２ａを上方向に移動させると、それに伴
い上型１７ａが移動し、上型１７ａ、下型１７ｂは分離
する。この上型１７ａの動きに同期して、分離シリンダ
２０ａ及び２０ｂが動作するようになっており、」二部
入駒部１６ａと下部入駒部１６ｂは、第４図に示すよう
に圧縮された状態で、上型１８ａと下型１８ｂの中間部
に保持される。

次に上部入駒部１６ａと下部入駒部１６ｂは、第５図に
示すように、入駒搬送ロボット２４により保持され、冷
却ステーション６へ移動される。

型締ユニット４から冷却ステーション６へ移動される間
、上部スリーブ１５ａ、下部スリーブ１５ｂのそれぞれ
の突起部２３ａ、２３ｂのテーパ一部と入駒搬送ロボツ
１−２４の凹部２５のテーパ一部は互いに圧接し、クサ
ビ効果により圧縮圧力が保持できる。

第６図及び第７図は、冷却ステーション６の説明図で、
第６図は縦断面図、第７図は要部の横断面図である。こ
れらの図で、２６及び２７はその間に入駒部１６が挿入
される冷却上面盤及び冷却下面盤であり、２８は冷却上
面盤２６の冷却盤コラムで、内部に冷却媒体流路２９が
設けられている。冷却盤コラム２８には冷却媒体供給口
３０゜冷却媒体戻り口３１及び冷却電体溝３２が設＋−
１られている冷却媒体マニホールド３３が○リング３４
を介して嵌合している。３５は入駒圧縮ユニツＩ−であ
る。

冷却ステーション６に搬送された入駒部１６は冷却上面
盤２６と冷却下面盤２７どの間に挿入保持されるが、冷
却下面盤２７の下部には、入駒部圧縮ユニット３５が装
着してあり、入駒部１６に冷却上面盤２６と冷却下面盤
２７の間で圧縮し型締圧力を負荷すると共に、入駒部１
Ｇの熱量が冷却」二面盤２６及び冷却下面盤２７ノ＼良
好に熱伝導されるようになっている。また、冷却−Ｌ面
盤２６は、その中央部に設けられた冷却盤コラム２８か
ら外部の回転駆動装置（図示せず）により回転される構
造となっており、冷却盤コラム２８は、０リング３４を
介して冷却媒体マニホールド３３に接続されている。そ
して、冷却媒体マニホールド３３に設けられている冷却
媒体供給口３０と冷却媒体戻り口３１は、外部の金型温
調機（図示せず）へ接続されており、冷却媒体マニホー
ルド３３には冷却媒体溝３２が円周状に加工され、冷却
上面盤２６に設けられた各ブロックの冷却媒体流路２９
に接続されているので、外部の金型温調機から供給され
た冷却媒体、冷却媒体供給口３０、冷却媒体溝３２を経
由して冷却上面盤２６に設けられた冷却媒体流路２９へ
と流れる。冷却上面盤２６．入駒部１６との熱交換によ
り温度上昇した熱媒体は、冷却媒体溝３２を経由して冷
却媒体戻り口３１から外部の金型温調機へ戻される。

すなわち、入駒部１６は冷却上面盤２７．２６と冷却下
面盤２７の間に固定され、熱伝導により直接冷却される
。これにより入駒部１６は、第３図に示すように、約６
分間で１−８０℃から］００°Ｃまて冷却され（第３図
Ｃ参照）、これに伴いキャビティ］４に充填された溶融
樹脂も冷却され、賦形・固化が完了する。

第８図は離型ステーション７の説明図て、３６ａ及び３
６ｂはそれぞれ上部スリーブ１．５　ａ及び下部スリー
ブ１５ｂの係合用のクランパー３７ａ及び３７ｂが設け
られている上部押出プレート及び下部押出プレートで、
上部押出プレート３６ａには上部スリーブ１５ａの押出
ロッド挿入穴１７に挿入される離型ロッド３８を有する
離型シリンダ３９が設けられている。

離型ステーション７に搬送された入駒部１６は、クラン
パー３７ａ、３７ｂにより上部押出プレート３６ａ及び
下部押出プレート３６ｂに固定される。クランパー３７
ａ、３７ｂはそれぞれ、上部押出プレート３６ａ及び下
部押出しプレート３６ｂに設けられたＴ溝を摺動可能な
構造となっており、移動シリンダ（図示せず）により前
進し、入駒部１６を下部押出プレー１−３６　ｂ　ｌに
固定する。入駒部１６の固定が完了した時点で、上部押
出プレート３６ｂを上方向に移動し、下部入駒部１６ａ
。

下部入駒部］、　６　ｂを型開きする。型開きが完了し
た時点で、」二部押出プレーｈ　３６　ａに固定されて
いる離型シリンダ３９を動作させ、離型シリンダ３９に
連結されている離型ロッド３８を下方へ突出す。上部入
駒］、　３　ａは離型ロツ１へ３８に押され、」二部ス
リーブ１５ａの内部を摺動し、成形レンズ４０をパーテ
ィング面上へ押出す。押出された成形レンズ４０は、レ
ンズ取出機（図示セず）により離型・取出され（第３図
り参照）、次工程へ搬送される。一方、入駒部１６は、
再度型締され、サイクルの開始工程である加熱ステーシ
ョン１へ移動する。

以上は１個の入駒部１６に着眼して、各工程毎にその動
作を説明したものである。これに対して各工程を構成す
る各ステーションにおいては、射出ステーション２のタ
フ１−タイムに同期し、間欠的に入駒部」６を移動する
。すなわち、射出ステジョン２においては、１個の入駒
部１６へ射出・充填が完了すると直ちに次の入駒部１６
へ同様に射出・充填を実施することができる。従って８
分サイクルの工程において、射出ステーション２のタク
トタイム２０秒で入駒部１６が間欠的に送り出される本
発明のシステムでは、入駒部１６が同時に２４個稼動し
ていることになる。

次に、他の実施例を、第９図〜第１３図を用いて説明す
る。

第９図及び第１０図は同一材料でレンズ肉厚が異なる光
学部品を、同一の成形システムにて形成加工する例であ
る。第９図は中心肉厚が５■の薄肉レンズの成形用人駒
部の断面図であり、第１０図は中心肉厚が４０側の厚肉
レンズの成形用人駒部の断面図である。この実施例にお
いて、射出工程及び離型工程は基本的に同一の方法によ
り実施される。しかし、レンズの肉厚の相違により型開
ストローク、射出充填量、射出速度、射出充填圧力等の
条件が変化するので、これに対応するために、射出ユニ
ット２及び離型ステーションでは、各々の入駒部１６に
設けられた表示器の情報によりレンズの肉厚を判断し、
それぞれ適正条件を切換制御する。

第１１図は、レンズの肉厚により冷却速度が異なる条件
を実現することのできる冷却ステーション６の一部の説
明図である。この実施例の冷却ステーション６には、冷
却媒体流路２９と冷却媒体溝３２の間に流量調整弁４１
が設けられている。

冷却ステーション６は入駒部１６に設けられた温度検知
器の情報により流量調整弁４１を調整する。

これにより冷却面盤に供給される冷却媒体の流量を調整
し、各レンズ毎に適正な冷却条件を実現することができ
る。

第１２図、第１３図は、同一材料でしかも形状が異なる
光学部品を、同一の成形システムによって成形加工する
実施例に説明するものである。第１２図は前述の実施例
と同様な凸レンズを成形するための入駒部１６の断面図
であり、第１３図は、凹レンズを成形するための入駒部
１６の断面図である。この実施例の凹レンズは、近似曲
率半径Ｒ１００、Ｒ＝６００−の非球面で構成されてお
り、外径９５　＋ｉｏ　、中心肉厚３■の大口径投写レ
ンズである。射出工程及び離型工程の条件は、前述の適
正条件調整法により制御される。第１２図及び第１３図
において、４２ａ及び４２ｂは凸レンズの適正冷却条件
を実現するための熱伝導盤、４３ａ及び４３ｂは凹レン
ズの適正冷却条件を実現するための熱伝導盤である。

このような構造とすることにより、凸しンズキヤビテイ
に射出充填された樹脂は、厚肉部の中心部における熱交
換が促進され、レンズ全体に渡り均一な冷却勾配を実現
することができる。凹レンズにおいても全く同様であり
、厚肉部の周辺部における熱交換が促進され、レンズ面
全体に渡り均士な冷却勾配を実現することができる。こ
の結果、冷却工程の温度分布に起因する内部応力あるい
はヒケ変形の発生を防止することができる。このように
同一材料からなる光学部品であるならば、熱伝導盤４２
　ａ　、　４２　ｂ　；　４．３　ａ　、　４３　ｂの
形状を適正に選択することにより、同一成形装置でしか
も同時に成形加工することができる。

以上の実施例の成形装置を用いれば、成形タクトタイム
を従来の８分から２０秒ｌ＼飛躍的に短縮することがで
き、製造コストの低減を実現できた。

また、成形金型から入駒部のみを分離することにより、
搬送重量を２５０ｋｇから４０ｋｇと大幅に小型軽量化
することができた。この結果として成形システム全体を
小型化することができ、設ｍ費の大幅な削減を実現でき
た。

〔発明の効果〕

本発明は、成形品の成形装置外冷却及び加熱を小型な設
備により実現し、成形タクトタイムの短縮による製造コ
ストの低減と設備費の低減を実現可能とするもので、産
業上の効果の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラスチック光学部品の成型装置の一
実施例の説明図、第２図は第１図の射出ステーションに
取付けられた成形金型の断面図、第３図は本発明のプラ
スチック光学部品の成型方法の一実施例において用いた
金型温度の変化パターンの説明図、第４図及び第５図は
第２図の成形金型のそれぞれ異なる二つの状態を示す断
面図、第６図は第１図の冷却ステーションの要部断面図
、第７図は第６図の一部断面図、第８図は第１図の離型
ステーションの要部断面図、第９図及び第１０図は本発
明のプラスチック光学部品の成形装置のそれぞれ異なる
他の実施例の要部の断面図、第１１図は同しく他の実施
例の要部の説明図、第１２図及び第１３図は同じく、そ
れぞれ異なる他の実施例の要部の断面図である。 １・加熱ステーション、２・射出ステーション、６・冷
却ステーション、７・離型ステーション、１０・・搬送
路、１１・・・成形金型、１３ａ　　上部入駒、１３ｂ
・・下部入駒、１４　・キャビティ、１５ａ上部スリー
ブ、１５ｂ・・・下部スリーブ、１６人駒部、１６ａ　
　・上部入駒部、１６ｂ・下部入駒部、２３ａ、２３ｂ
　　突起部、２４　・入駒搬送ロボット、２５・四部、
２６　・冷却上面盤、２７・・冷却下面盤、２８・冷却
媒体流路、３９　離型シリンダ、４０・・成形レンズ、
４１　・流量調整弁、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ
＝熱伝導盤。 第４囚 「＝１ ７１）Ｌ　５ 第５０ 「＝１ 第６ 第′Ｖ口 第 口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成形材料の流動可能温度以上に成形金型を加熱する
   工程と、加熱された該成形金型のキャビティ内に、射出
   ユニットから溶融樹脂を射出充填する工程と、前記成形
   材料の固化温度以下に前記成形金型を冷却する工程とを
   有するプラスチック光学部品を成形する成形方法におい
   て、前記成形金型に脱着可能に取り付けられた入駒部の
   みを、該成形金形から取外した状態で射出温度まで昇温
   させる工程と、昇温した該入駒部を前記成形金型へ装着
   し型締圧力を負荷し、前記キャビティ内へ溶融樹脂を射
   出充填する工程と、該溶融樹脂が射出充填された前記入
   駒部を前記成形金型から取外し、圧縮圧力を負荷しなが
   ら冷却し前記溶融樹脂を冷却・固化させる工程と、冷却
   ・固化した成形品を前記入駒部から離型すると共に、該
   成形品を該入駒部から取出す工程とを有していることを
   特徴とするプラスチック光学部品の成形方法。 ２、成形材料の流動可能温度以上に加熱した成形金型の
   キャビティ内に、射出ユニットから溶融樹脂を射出充填
   し、前記成形材料の固化温度以下に前記成形金型を冷却
   するプラスチック光学部品の成形装置において、前記成
   形金型の成形品を形成する入駒部のみが該成形金型から
   脱着可能に構成され、前記入駒部を射出温度まで昇温さ
   せる加熱ステーションと、前記成形金型へ装着し、型締
   圧力を負荷した前記入駒部のキャビティ内へ溶融樹脂を
   射出充填する射出ステーションと、前記成型金型から取
   外した前記入駒部を圧縮圧力を負荷しながら冷却して、
   前記溶融樹脂を冷却・固化させる冷却ステーションと、
   前記成形品を前記入駒部から離型すると共に、該成形品
   を前記入駒部から取出す離型ステーションと、前記各ス
   テーションを環状に連結し、複数個の前記入駒部を連続
   的に移動させる搬送路とを有していることを特徴とする
   プラスチック光学部品の成形装置。 ３、前記入駒部が、前記キャビティを構成する上部入駒
   及び下部入駒と、該上部入駒及び該下部入駒がそれぞれ
   嵌入する凹部と、外周部に入駒搬送ロボットの凹部に嵌
   合する突起部を有する上部スリーブ及び下部スリーブと
   よりなつている特許請求の範囲第２項記載のプラスチッ
   ク光学部品の成形装置。 ４、前記冷却ステーションが、前記入駒部の挿入される
   間隙を介して対向する一対の冷却面盤と、該一対の冷却
   面盤間に圧縮力を印加する入駒圧縮ユニットと有し、前
   記冷却面盤に冷却媒体流路が設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載のプラスチ
   ック光学部品の成形装置。 ５、前記冷却ステーションに前記入駒部を挿入したとき
   、該入駒部と前記冷却面盤との接触部に、前記成形品の
   形状に対応した形状の熱伝導盤が介挿されている特許請
   求の範囲第４項記載のプラスチック光学部品の成形装置
   。 ６、前記冷却ステーションが、冷媒流路に前記成形品の
   形状に対応して冷媒流量を調整する流量調整弁を有して
   いる特許請求範囲第４項又は第５項記載のプラスチック
   光学部品の成形装置。