JPH02270524A - プラスチックレンズ成形金型 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、熱可塑性樹脂を用いて、軸対称部品、たとえ
ばプラスチックレンズを、射出成形もしくは射出圧縮成
形することができるプラスチックレンズ成形金型に係り
、特に、プラスチックレンズの形状精度向上と、成形サ
イクルの短縮とを指向したプラスチックレンズ成形金型
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、キャビティ内へ熱可塑性樹脂を充填してプラスチ
ックレンズを成形する方法として、前記キャビティ内の
樹脂を所定圧縮力（たとえば、１３００気圧）で圧縮し
たのち、その樹脂の温度が第１の所定温度（たとえば、
ガラス転位点）に下降した時点から、第２の所定温度に
徐冷するまでの間、キャビティ内容積が一定になるよう
に、前記圧縮力を制御するようにしたものが知られてい
る。

なお、この種の成形金型として関連するものには、たと
えば特開昭５°７−１８７２３１号公報が挙げられる。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来技術によれば、プラスチックレンズの、一応の
形状精度向上が可能であるものの、まだその精度は不十
分であった（詳細後述）。また、金型温度を徐冷するな
どのために、成形サイクルも長く、生産性に問題があっ
た。

従来の、プラスチックレンズの形状精度を詳細に検討し
てみると、該レンズは、ゲートと接続して成形された部
分（以下、ゲート周辺という）で、レンズ面形状が非対
称になっていることがわかった。これを、第６，７図を
用いて説明する。

第６，７図は、それぞれ、従来のプラスチックレンズ成
形金型を使用して成形した凸レンズ、凹レンズの一例を
示す模式図である。

第６図において、（ａ）図が正面図、（ｂ）図が平面図
であり、１１は凸レンズ、ｇはゲート、ｒはランナであ
る。この凸レンズｌ□の成形品形状は。

実線で示すものであり、破線は光学設計形状、δ、は、
前記成形品形状と光学設計形状との偏差である。（ｂ）
図における斜線領域は、偏差δ１が発生して、レンズ面
形状が非対称になる領域（以下、アスという）である、
このように、凸レンズ１．のゲート周辺にアスが生ずる
ものであった。

具体例を示すと、アクリル樹脂で、中心厚４゜０■、外
径１．５−２外径３５■の凸レンズｌ工を成形したもの
では、δ、の最大値は一１０μｍであった。

一方、第７図において、（ａ）図が正面図、（ｂ）図が
平面図であり、１３は凹レンズでｉる。

この凹レンズ１８ρ成形品形状は、実線で示すものであ
り、δ３は、成形品形状と光学設計形状との偏差である
。このように、凹レンズｌよについても、ゲート周辺に
アスが発生した。

具体例を示すと、アクリル樹脂で、中心厚２゜５閣、外
径厚８．０閣、外径３８閣の凹レンズ１□を成形したも
のでは、δ３の最大値は＋１２μｍであった。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決して、熱可
塑性樹脂を使用して、高精度のプラスチックレンズを、
短縮した成形サイクルで成形することができるプラスチ
ックレンズ成形金型の提供を、その目的とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するための本発明に係るプラスチック
レンズ成形金型は、所定外径、厚さのプラスチックレン
ズを成形するものであり、型閉めしたとき、前記プラス
チックレンズと同一形状のキャビティを形成し、成形機
から射出した熱可塑性樹脂を、スプル、ランす、ゲート
を経て前記キャビティ内へ充填して、プラスチックレン
ズを成形することができるプラスチックレンズ成形金型
において。

ランナの、ゲートと接続するゲート側部の径寸法を、（
キャビティの、中間径から外径までの平均厚さ）×１．
５にしたものである。

さらに詳しくは、次のとおりである。

キャピテイ内のゲート付近の樹脂の冷却速度と。

ランナ内のゲート付近の樹脂の冷却速度とを同等化する
ために、ランナの径寸法（ランナの断面形状が、円形の
場合にはその直径、台形の場合にはその高さ、平板状の
場合にはその厚さ）を、土ヱビテイの　　　　から　　
までの　　　さ×１゜０〜１．５倍にしたものである。

なお、キャビティ両面の温度分布を軸対称にするために
、成形金型の固定型および可動型の両方に、キャビティ
中心軸まわりに同心円状、らせん状、もしくは放射状の
冷却孔を設けるようにしたものである。

［作用］ プラスチックレンズの成形工程は、■成形金型のキャビ
ティ内へ高温（たとえば、アクリル樹脂では約２２０℃
）の溶融樹脂を充填する注入段階と、■キャビティ内に
注入された樹脂の冷却にともなう体積収縮を補給するた
めに、成形機からの圧力を、前記注入段階以降も継続し
て加える保圧段階と、■それ以降の圧縮−冷却段階とか
らなるものである。

本発明のプラスチックレンズ成形金型を使用することに
より、前記保圧段階において、ランナからキャビティ内
のゲート付近へ補給する樹脂と、すでにキャビティ内に
充填した樹脂との、局方向の温度差を解消することがで
きるので、成形品の成形収縮率分布が軸対称になってア
スを発生することはなく、高精度のプラスチックレンズ
が得られる。また、金型温度を所定温度間で徐冷するな
どの必要もないので、成形サイクルが著しく短縮する。

［実施例］ 実施例の説明に入るまえに、本発明に係る基本的事項を
、第４，５図を用いて説明する。

第４，５図は、本発明に係る基本的事項を説明するため
のものであり、第４図は、凸レンズの成形工程における
保圧段階での、ランナからキャビティへの樹脂の流動状
態を示す模式図、第５図は、前記ランナの径寸法をいろ
いろに変えた場合の。

キャビティ、ランナの代表点の温度の経時変化を示す温
度特性図である。

第４図において、（ａ）図は、正面断面図。

（ｂ）図は平面図である。Ａ点は、キャビティの代表点
で、アスと接する円（この半径Ｒは、キャビティ中間径
のほぼ１／２）上の、該アスとの接点Ｂと対向する点で
あり、Ａ、Ｂ点ともキャビティ厚さ中心にある。０点は
、ランナの代表点で。

ゲート付近のランナ厚さ中心にある点である。

前記保圧段階において、溶融樹脂（温度約２２０℃）が
、ランナからゲートを経てキャビティ内へ補給されると
き（第４図において、Ｃ→Ｂ）。

キャビティを形成している成形金型の温度は、樹脂の熱
変形温度（約１００℃）に維持されている。

本発明者らが行なった有限要素法による非定常温度解析
結果によれば、たとえば、ランナの径寸法が６閣で、キ
ャビティの中心厚４．０−２外径厚１．５ｍ、外径３５
■で凸レンズを成形する場合には、キャビティの代表点
Ａの温度（すなわち、Ｂ点の温度）がすでに流動停止温
度（１５０℃）になった時点ｔ（第５図）において、ラ
ンナの代表点Ｃの温度は、はとんど低下せず２２０℃で
ある。したがって、０点からＢ点へ補給される樹脂は、
Ｂ点へ到達する間に多少温度低下したとしても、Ｂ点に
充填されていた樹脂よりも相当高温である。このため、
キャビティ内樹脂の冷却とともに、前記補給された樹脂
が余計に収縮して、成形品である凸レンズのゲート周辺
で肉厚が薄くなってアスを発生する。

このアスを防止する手段として１本発明は、ランナの径
寸法を小さくして、ランナ内のゲート付近の樹脂の冷却
速度と、キャビティ内のゲート付近の樹脂の冷却速度と
を同等化するようにしたものであり、これを実施可能に
するために、ランナの径寸法を、キャピテイの中間径か
ら外径までの平均厚さの、１．０〜１．５倍にすればよ
い、たとえば、前記例の場合には、ランナの径寸法を２
゜８閣にすればよい。

上記説明は、凸レンズの成形についてのものであるが、
凹レンズの成形についても、アス防止の手段は同様であ
る。

たとえば、ランナの径が６−で、キャビティの中心厚２
．５−１外径厚８．０閣、外径３５−で凹レンズを成形
する場合には、ランナの径寸法がキャビティ外径厚より
も小さいので、ランナからキャビティ内へ補給される樹
脂の方が、すでにキヤビテイ内へ充填された樹脂よりも
早く温度低下し、低温になっている。このため、キャビ
ティ内樹脂の冷却にともない、前記補給された樹脂の収
縮がその周りの樹脂より小さく、したがって、成形品で
ある凹レンズのゲート周辺で肉厚が厚くなってアスを発
生する。そこで、ランナの径寸法を大きくして７．５画
にし、ランナ内のゲート付近の樹脂の冷却速度と、キャ
ビティ内のゲート付近の樹脂の冷却速度とを同等化すれ
ばよい。

本発明は、上記した基本的事項に基づいてなされたもの
であり、以下、実施例によって、図面を用いて説明する
。

第１図は、本発明の一実施例に係るプラスチックレンズ
成形金型を示す部分断面正面図である。

このプラスチックレンズ成形金型の概要を説明すると、
これは、所定外径、厚さのプラスチックレンズに係る凸
レンズを成形するものであり、型閉めしたとき、前記凸
しンズト同一形状のキャビティ２０を形成し、成形機（
図示せず）から射出した熱可塑性樹脂を、スプル２４．
ランナ（詳細後述）、ゲート２７を経て前記キャビティ
２０内へ充填して、凸レンズを成形することができるも
のであって、 前記ランナは、その断面形状が円形で、ゲート２７と接
続するゲート側部２６の直径を、キャビティ２０の中間
径から外径までの平均厚さの１゜３倍にしたプラスチッ
ク成形金型である。

以下、詳細に説明する。

３Ａは、固定型枠１内に固定型ブツシュ２を介して固定
型入駒３が設けられた固定型、６Ａは、可動型枠４内に
可動型ブツシュ５を介して、圧縮用入駒６が摺動自在に
設けられた可動型であり。

両者は互いに対向している。前記圧縮用入駒６は、円筒
状のクリアランス７を設けた摺動部によって上下動可能
に支持されている。２０は、圧縮用入駒６のキャビテイ
面に係るレンズ面８と、これに対向する固定型入駒３の
キャビテイ面に係るレンズ面９と、キャビティ側面１０
とによって形成され、凸レンズを成形することができる
キャビティである。１１は、このキャビティ２０内の樹
脂と、前記圧縮用入駒６とを押圧するための加圧力を発
生する油圧シリンダである。固定型入駒３と固定型ブツ
シュ２との間には、クリアランス７と共軸。

同一半径、同一寸法のクリアランス１２が設けられてい
る。

固定型３Ａ、可動型６Ａを冷却もしくは温調する手段と
しては、固定型入駒３の、キャビティ中心軸ａ上に穿設
された冷却孔１３と、固定型ブツシュ２の、キャビティ
中心軸ａを中心として、キャビティ側面１０と同心円に
穿設された冷却孔１４と、圧縮用入駒６の、キャビティ
中心軸ａ上に穿設された冷却孔１５と、可動型ブツシュ
５の、キャビティ中心軸ａを中心として、キャビティ側
面１０と同心円に穿設された冷却孔１６とが、それぞれ
配置されている。そして、前記冷却孔１３〜１６へは、
冷却媒体を流すことができるようになっている。

１７は、固定型ブツシュ２と固定型枠１との間に設けら
れた。キャビティ側面１０と同心円の断熱層、１８は、
可動型ブツシュ５と可動型枠４との間に設けられた、キ
ャビティ側面１０と同心円の断熱層、１９は、固定型入
駒３と固定型取り付は板２１との間に設けられた断熱層
、２２は、圧縮用入駒６と油圧シリンダ１１との間に設
けた断熱層である。前記断熱層１７．１８，１９．２２
の役割は、固定型入駒３．圧縮用人駒６．固定型ブツシ
ュ２．可動型ブツシュ５と、固定型枠１゜可動型枠４と
間の熱移動を減じ、成形金型の実効的熱容量を小さくす
ることにより、金型温度を短時間で均一化させるための
ものである。

２３はスプルブツシュであり、このスプルブツシュ２３
の中心にはスプル２４が穿設されている。

また、可動型枠４内には、ランナのスプル側部２５が穿
設され、可動型ブツシュ５内には、該ランナのゲート側
部２６．ゲート２７がそれぞれ穿設されており、前記成
形機から射出された樹脂を、キャビティ２０へ導く流路
を形成している。前記ランナのゲート側部２６は、その
直径が、キャビティ２０の中間径から外径までの平均厚
さの１゜３倍（前記有限要素解析、および成形実験を参
照して決めたもの）で、その長さは、キャビティ２０の
外径とほぼ等しいにの長さに決めた理由は保圧段階でキ
ャビティ２０内へ流入する樹脂の量は、キャビティ２０
内での樹脂の冷却収縮によって発生する量に相当するも
のであり、前記長さのゲート側部２６内の樹脂量を補給
すれば十分であるからである。一方、前記ランナのスプ
ル側部２５の直径は、ゲート側部２６の直径よりも大き
くした。

前記固定型３Ａは、固定型取付は板２１を介して前記成
形機の固定盤に取り付けられ、成形金型の固定側を構成
し、一方、可動型６Ａ、スペーサ２８、油圧シリンダー
１１は、可動型取付は板２９を介して前記成形機の可動
盤に取り付けられ、該成形金型の可動側を構成している
。

このように構成したプラスチックレンズ成形金型により
、アクリル樹脂を用いて、凸レンズを成形する動作を説
明する。

成形開始に先き立ち、型閉めして冷却孔１３〜１６ヘア
クリル樹脂の熱変形温度（約１００℃）前後の一定温度
の媒体を循環させて、該成形金型、　　を所定温度に保
持する。

ここで、前記成形機をＯＮにして、該成形機から高温溶
融樹脂（約２２０℃）を射出し、スプル２４、ランナ２
５，２６．ゲート２７を経て、これをキャビティ２０内
へ充填する。成形金型の温度は、樹脂の熱変形温度前後
の一定温度になっているので、キャビティ２０内へ充填
された高温溶融樹脂は、冷却されて体積収縮する。この
ため、キャビティ２０内の樹脂は圧力低下するが、注入
以後も成形機からの圧力がスプル２４．ランナ２５．２
６．ゲート２７を介してキャビティ２０内へ継続して加
えられるので、キャビティ２０のゲート２７の附近へは
、キャビティ２０内の樹脂の体積収縮に応じた樹脂量が
ゲート２７を経て流入し、前記体積収縮を補償する。こ
のとき、ランナのゲート側部２６内の樹脂の冷却速度と
、キャビティ２０内のゲート２７付近の樹脂の冷却速、
度とを同等化しであるので、保圧段階で、ランナのゲー
ト側部２６からキャビティ２０へ流入する樹脂温度は、
キャビティ中心軸ａに対して同じ距離に位置するキャビ
ティ２０内の周方向各部の樹脂温度と同一化が実現でき
る。

ゲート２７内の樹脂が流動しなくなるゲートシール前後
で、油圧シリンダー１１がＯＮになり、圧縮用入駒６を
介してキャビティ２０内の樹脂が所定の圧力で押圧され
ながら冷却される。さらに、キャビティ２０内の成形品
が成形金型外へ取出し可能になるまで冷却され、油圧シ
リンダー１１がＯＦＦになって押圧が終了したのち、型
開きが行なわれ、油圧シリンダー１１によって圧縮用入
駒６が押上１ブられレンズ成形品が取り出されて、成形
機がＯＦＦになる。

具体例を示す。

その１゜ 中心厚４．０ａｎ、外径厚１．５ｍ、直径３５ａｎの、
アクリル樹脂製のプラスチック凸レンズを、ランナのゲ
ート側部２６の直径を２．８ｍとする成形金型を使用し
て、金型温度を一定にして成形したところ、従来ゲート
附近に発生していた偏差δ、＝−１０μｍが、−０，４
μｍに低減した。また、金型温度を上下に変化もしくは
徐冷していた従来に比し、成形時間を了と飛罹的に短縮
できた。

その２゜ 中心厚２．５ｎ＊、外径厚８．０＋ｎｍ、直径３８Ｉ１
ｗ１１のポリカーボ樹脂製のプラスチック凹レンズを、
ランナのゲート側部２６の直径を７．５＋ｎｎとする成
形金型を使用して、金型温度を一定にして成形したとこ
ろ、従来ゲート附近に発生していた偏差δ、＝＋１２μ
ｍが、＋０．４μｍに低減した。また、金型温度を上下
に変化もしくは徐冷していた従来に比し、成形時間を士
に短縮できた。

以上説明した実施例によれば、金型温度を樹脂の熱変形
温度以下の低温の一定温度にして成形しても、樹脂の冷
却過程において、キャビティ２゜内の樹脂温度分布は、
軸対称的に均一になっているので、成形品のゲート附近
のアスを防止した、レンズ面形状の軸対称性が優れた高
精度プラスチック（凹レンズおよび凸レンズ）を、従来
に比べて、大幅に短縮した成形サイクルで成形すること
ができるという効果がある。

さらに、ランナのスプル側部２５の直径を、ゲート側部
２６の直径よりも大きくしたので、成形機からの圧力は
、ランナ途中での圧力損失が小さく、キャビティ２０内
へ有効に伝達されるという利点もある。

以下、他の実施例を説明する。

第２，３図は、それぞれ１本発明の他の実施例に係る、
凸レンズ成形用、凹レンズ成形用のプラスチックレンズ
成形金型のランナを示す略示図である。

第２図（ａ）〜（Ｑ）は、いずれも凸レンズ成形用のも
のであり、（ａ）図は、ランナのスプル側部２５Ａの直
径を、前記実施例におけるスプル側部２５の直径よりも
細くし、ゲート側部２６の直径と等しくして、長さ方向
に沿って一様にしたものである。このランナは、加工が
容易であり、全長が比較的短い場合へ適用すれば、樹脂
゛流動時の圧力損失も小さい。

（ｂ）図は、ランナのスプル側部２５Ｂの直径をさらに
細くし、ゲート側部２６の直径よりも細くしたものであ
る。このように形成すれば、使用樹脂量を筒材すること
ができるという利点がある。

（Ｑ）図は、ランナのスプル側部２５Ｃの直径を、ゲー
ト側部２６の直径よりも太く、また前記実施例における
スプル側部２５の直径よりも太くしたものである。この
ランナは、多数個取り用の成形金型へ適用すれば、樹脂
流動時の圧力損失を小さくすることができる。

これまでの説明は、凸レンズの成形金型についてのもの
であるが、凹レンズの成形金型へも適用できることは、
前述したとおりである。

第３図（ａ）は、ランナのゲート側部２６Ａの直径を、
凸レンズの成形金型におけると同様に。

キャビティ２０の中間径から外径までの平均厚さの、１
．０〜１．５倍にしたものであり、また。

スプル側部２５Ｄの直径を、ゲート側部２６Ａの直径よ
りも細くしたものである。

（ｂ）図は、ランナのスプル側部２５Ｅの直径と、ゲー
ト側部２６Ａの直後とを同一にし、樹脂流動時の圧力損
失をさらに小さくしたものである。

（Ｑ）図は、ランナのスプル側部２５Ｆの直径を、ゲー
ト側部２６Ａの直径よりも太くして、多数個取り用の成
形金型へ適用するようにしたものである。

なお、前記各実施例においては、ランナの断面形状を円
形にしたが１円形に限るものではなく。

台形、平板状であってもよい０台形のものは、その高さ
を、平板状のものは、その厚さを、キャビ−の　　　　
　か゛　　　　京　　の　″　　　　　×１．０〜１．
５倍にすればよい（平板状のものでは、１゜０〜１．３
倍の範囲にすれば、さらによい）。

台形、平板状のランナにすれば、成形金型の加工がさら
に容易になる、という利点がある。

さらに、本発明のプラスチック成形金型は、射出圧縮成
形金型に限るものではなく、射出成形金型へも適用しう
ろことは言うまでもない。

さらにまた１本発明の成形金型は、レンズに限るもので
はなく、ディスク、ローラ、歯車などの軸対称部品をを
高精度に成形する金型へ適用しうるものである。

また、成形金型における冷却孔の配置について付記すれ
ば、キャビティと最も近接して設けである冷却孔が軸対
称配置されておれば、キャビティの温度分布を実質的に
軸対称化することができるので、他の冷却孔が軸対称配
置でなくても、あるいは軸対称配置した冷却孔の外側に
軸対称状でない冷却孔配置があっても、さしつかえない
もめである。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明によれば、熱可塑性を
使用して、高精度のプラスチックレンズを、短縮した成
形サイクルで成形することができるプラスチックレンズ
成形金型を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るプラスチックレンズ
成形金型を示す部分断面正面図、第２゜３図は、それぞ
れ、本発明の他の実施例に係る。 凸レンズ成形用、凹レンズ成形用のプラスチックレンズ
成形金型のランナを示す略示図、第４，５図は、本発明
に係る基本的事項を説明するためのものであり、第４図
は、凸レンズの成形工程における保圧段階での、ランナ
からキャビティへの樹脂の流動状態を示す模式図、第５
図は、前記ランナの径寸法をいろいろに変えた場合の、
キャビティ、ランナの代表点の温度の経時変化を示す温
度特性図、第６，７図は、それぞれ、従来のプラスチッ
クレンズ成形金型を使用して成形した凸レンズ、凹レン
ズの一例を示す模式図である。 ２０・・・キャビティ、２４・・・スプル、２５，２５
Ａ、２５Ｂ、２５Ｇ、２５Ｄ、２５Ｅ、２５Ｆ・・・ラ
ンナのスプル側部、２６，２６Ａ・・・ランナのゲート
側部、２７・・・ゲート、。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定外径、厚さのプラスチックレンズを成形するも
   のであり、 型閉めしたとき、前記プラスチックレンズと同一形状の
   キャビティを形成し、 成形機から射出した熱可塑性樹脂を、スプル、ランナ、
   ゲートを経て前記キャビティ内へ充填して、プラスチッ
   クレンズを成形することができるプラスチックレンズ成
   形金型において、ランナの、ゲートと接続するゲート側
   部の径寸法を、（キャビティの、中間径から外径までの
   平均厚さ）×１．０〜１．５にした ことを特徴とするプラスチックレンズ成形金型。 ２、ランナのゲート側部の長さを、キャビティの外径と
   ほぼ等しくした ことを特徴とする請求項１記載のプラスチックレンズ成
   形金型。 ３、ランナは、スプルと接続するスプル側部と、これに
   接続するゲート側部とからなり、 前記スプル側部の径寸法を、前記ゲート側部の径寸法よ
   りも大きくした ことを特徴とする請求項１記載のプラスチックレンズ成
   形金型。 ４、ランナは、スプルと接続するスプル側部と、これに
   接続するゲート側部とからなり、 前記スプル側部の径寸法を、前記ゲート側部の径寸法よ
   りも小さくした ことを特徴とする請求項１記載のプラスチックレンズ成
   形金型。 ５、ランナの径寸法を、長さ方向に沿って一様にした ことを特徴とする請求項１記載のプラスチックレンズ成
   形金型。