JPH08281758A - 射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型自体に部分的な調整を与えることなく均
質な成形品を得る。 【構成】 金型１で同一な寸法形状の素子をアレイ状に
配列した成形品２を射出成形すると、成形品２の各々の
素子の特性が、金型１内の圧力に依存して変化すること
が知られているので、圧力センサにより金型１内の圧力
を圧力変動の大きい複数個所で検知し、検出された圧力
信号を射出条件コントローラ１０へフィードバックして
成形する。更に、圧力に影響を与える金型内温度、およ
び、成形品２の圧力に関係をもつ成形品の重量測定８を
行ってこれらのデータを含めて射出成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形装置に関し、
より詳細には、等倍結像素子としてのルーフミラーレン
ズアレイを構成するレンズアレイ、ルーフミラーアレイ
等の射出成形装置に関し、一般のアレイ状成形品の射出
成形に応用される。

【０００２】

【従来の技術】ルーフミラーレンズアレイ（以後ＲＭＬ
Ａと記す）は、複写機、ファクシミリなどに利用される
小形、低コストのアレイ化等倍結像素子であり、光路分
離ミラー（以後ＳＭと記す）、レンズアレイ（以後ＬＡ
と記す）、ルーフミラーアレイ（以後ＲＭＡと記す）お
よびＬＡの各々のレンズに入射する光量調整用の絞り等
により構成される。ＲＭＬＡによる等倍結像の光は、ま
ず、目的とする物体から順次ＳＭの入射面、ＬＡ、ＲＭ
Ａに入射し反射され、再びＬＡを通り、ＳＭの反射面に
より反射されて正像等倍に結像される。これらの光学部
品は、その機能上、アレイ状に並設されたレンズまたは
ミラーが均質であることが求められる。しかし、これら
の部品は、コスト的に優位な射出成形で作られるため、
成形される過程で圧力の偏在が生じ、結果として成形品
各部の均質性が失われる。この問題を解決するために、
本出願人は、特開平５−３２９８８９号公報を開示し
た。

【０００３】特開平５−３２９８８９号公報に記載の発
明は、ＬＡのレンズの表面形状を転写するためのＬＡ用
の成形金型に関するものである。すなわち、成形品が成
形されたとき成形品内に収縮率差が生じても長手方向に
複数並設されたレンズの曲率半径が等しくなるように、
各レンズに表面形状を転写する金型の転写面を複数グル
ープに分け、各グループ毎に曲率半径を設定することに
より、結像精度の優れたＬＡを得るようにしたもので、
成形過程での圧力の偏在をあらかじめ見込んで、機能に
関係するレンズの曲率半径等の特性を調整するというも
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アレイ状に並設された
レンズ、直角ミラー等の機能に関係する特性を調整する
ために、予め圧力の偏在による収縮率の違いを見込んで
金型を製作することは、成形条件が一定であることを前
提としたものであるが、成形条件を変更すると、圧力分
布等、圧力の状態が変わってしまうため、目的とした機
能特性のものが得られなくなる。このため、生産上、成
形条件の変更を求められる場合でも、成形条件を変更す
ることができず、成形上の制約が大きくなり、生産性の
低下をもたらす。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、金型自体に部分的な調整を入れずに成形を
得るため、圧力と成形品の関係をつかみ、圧力をコント
ロールすることにより、均等な特性をもった成形品を得
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）一定の寸法形状をもつ素子を複数
一列に配列したアレイ状体を金型を用いて樹脂成形する
アレイ状体の成形装置において、前金型内の前記アレイ
状体の前記素子配列方向に設けられた少くとも２つ以上
の金型内圧力検出手段と、前記金型内に充填された溶融
樹脂の充填量を検出する充填量検出手段と、前記金型内
の温度を検出する金型温度検出手段とを有し、前記各々
の検出手段により検出された検出データがフィードバッ
クされることにより、射出条件が設定されること、更に
は、（２）前記（１）において、前記金型内圧力検出手
段として、前記金型内に圧力センサを設けたこと、更に
は、（３）前記（１）において、射出成形された前記ア
レイ状体の素子がレンズのプラスチックレンズアレイで
あるとき、前記金型内圧力として、成形された前記プラ
スチックレンズアレイの前記レンズの曲率半径測定デー
タを用いること、更には、（４）前記（１）において、
射出成形された前記アレイ状体の素子が直角ミラーのプ
ラスチックルーフミラーアレイであるとき、前記金型内
圧力として、成形品の前記直角ミラーによる２面反射の
波面収差測定データを用いること、更には、（５）前記
（１）乃至（４）の何れかにおいて、前記金型内圧力検
出手段の圧力検出位置を、前記成形品のゲート近傍、前
記成形品端部および前記ゲートと端部との中間に位置す
る部分の３ヵ所とすること、更には、（６）前記（１）
において、前記樹脂の充填量を、前記成形品の重量を測
定した成形品重量測定データとすること、更には、
（７）前記（１）において、前記金型温度検出手段を熱
電対とし、該熱電対を成形品アレイ方向に少くとも２ヵ
所以上に設けたことを特徴としたものである。

【０００７】

【作用】樹脂射出によりアレイ状の成形品を作るとき、
成形品のゲート部と端部との間に圧力の偏差が生じ、結
果として成形品各部の均質性が失われる。例えば、成形
品がＲＭＬＡの部品であるＬＡ又はＲＭＡであるとき、
金型内の圧力はアレイ状の配列方向に変化し、各々の素
子の配列方向の光学的特性が変化する。このような圧力
変化の大きさは、成形条件によって変動し、一定ではな
く、特性も変化する。しかし、光学素子の光学的特性と
圧力との関係が知られているので、この関係から金型内
圧力を推定するか直接圧力センサで検出して成形条件に
フィードバックすることにより、成形条件が変動しても
均質な成形品を得る。更に成形時の圧力に関する温度条
件、成形品重量を検出してフィードバックすることによ
り、更に均質成形品とする。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明による射出成形装置の一例を
説明するための構成図であり、図中、１は金型、２は成
形品、３は圧力センサ、４は圧力変換器、５は温度セン
サ、６は温度変換器、７は成形品評価器、８は成形品重
量測定器、９は条件設定コントローラ、１０は射出条件
コントローラである。

【０００９】図１において、金型１は、溶融樹脂を流し
込み、長尺なアレイ状光学素子の成形品２を成形するた
めのもので、左右の圧力バランスを均等にするために中
央にゲートＧを設け、このゲートＧから溶融樹脂を注入
するようになっている。圧力センサ３は、例えば、ゲー
トＧ部、中央部、端部の圧力を測定するため、複数の圧
力センサ３ａ，３ｂ，３ｃが金型１内に取り付けられて
おり、検出された圧力信号は圧力変換器４により所定レ
ベルの圧力信号に変換されて条件設定コントローラ９に
入力される。

【００１０】温度センサ５も圧力センサ３と同様に成形
品２の長手方向の温度分布を測定可能とするため、複数
の温度センサ、例えば中央部と端部の温度センサ５ａ，
５ｂが金型１内に装着され、検出された温度信号は、温
度変換器６により所定レベルの温度信号に変換されて条
件設定コントローラ９に入力される。

【００１１】更に、成形後、金型１から取り出された成
形品２は、成形品評価器７により成形されたＬＡの各々
のレンズの焦点距離、ＲＭＡの直角度等が測定されてか
ら、成形品重量測定器８により重量が測定され、測定さ
れた成形品２の重量は条件設定コントローラ９に入力さ
れる。

【００１２】条件設定コントローラ９に入力された圧力
信号、温度信号、および成形品の重量信号は、射出条件
コントローラ１０にフィードバックされ、前記圧力、温
度、重量に応じた射出条件が設定され射出される。次
に、図１に示した射出成形装置を適用するためのアレイ
状成形品の諸特性について説明する。

【００１３】図２は、成形品の一例を説明するための概
略図であり、図中、１１はアレイ状成形品、１２はレン
ズもしくは直角ミラー（ダハミラー又はルーフミラーと
呼ぶ）素子である。

【００１４】アレイ状成形品１１は、同形等寸のレンズ
もしくは直角ミラー素子１２がアレイ状に、１２₁,…,
１２_i,…,１２_nと並設されたもので、長尺形状をしてお
り、金型による成形時に左右の樹脂圧力のバランスがと
れるように中央にゲート部Ｇを配置している。しかし、
左右の樹脂圧力バランスがとれていても、樹脂の流動抵
抗のため、均一な圧力分布とはならず、圧力は中央のゲ
ート部Ｇが大きく、両端部１１ａに近づくに従って小さ
くなっている。この樹脂圧力の変化は、レンズの場合は
曲率半径の相異、直角ミラーの場合は、直角精度、直角
に交わる平面の平面精度が変化する現象がある。この現
像を、ＬＡとＲＭＡについて以下に述べる。

【００１５】図３は、レンズアレイの配列方向に対する
曲率半径の分布の一例を示す図で、横軸に配列方向の位
置、縦軸に曲率半径をとってある。図３によると、金型
の曲率半径はすべて同じであるにもかかわらず、成形品
の曲率半径はアレイ状成形品１１の部分により大きく異
なり、中央のゲートＧ部が大きく、端部１１ａに向けて
小さくなっている。この現象は、前述のごとく圧力の偏
在に起因しており、この圧力の違いによって、各部分の
曲率半径の収縮率が異なる結果である。この現象から曲
率半径を評価することで、各部分の圧力が推定できる。
すなわち、曲率半径は圧力の履歴を示すセンサとするこ
とができる。

【００１６】図４は、圧力と曲率半径との関係を示す図
であり、横軸が成形射型内樹脂圧力（ＭＰａ）、縦軸が
曲率半径である。図４は、成形品の配列方向の圧力と曲
率半径との関係をあらわすデータを解析してまとめた結
果によるもので、直線Ａは黒点で示すデータの最小２乗
法により求めた直線であり、圧力と曲半径とは直線関係
にあることを示す。

【００１７】図５は、ルーフミラーアレイの平面度、直
角度の測定方法を説明するための図で、図中、２１はＲ
ＭＡ、２２，２３はＲＭＡの直角ミラーのミラー面、２
４はレーザ干渉計、２５，２６はレーザ光である。

【００１８】図５に示したＲＭＡ測定方法は、レーザ干
渉計２４を利用してＲＭＡ２１の相隣る直角ミラー、２
１ａ，２１ｂの各々直角に交わるミラー面２２，２３の
直角度および平面形状や面精度を計測する方法である。

【００１９】これは、レーザ干渉計２４から出射される
レーザ光２５，２６に対し、直角ミラー２１ａ，２１ｂ
のように、隣り合う平面が直角に交わるミラー面２２，
２３を有するＲＭＡ２１からの反射光が直角に取り込ま
れるように、ＲＭＡ２１を設置したとき、ミラー面２
２，２３の二面で反射し、レーザ干渉計２４に取り込ま
れたレーザ光２５，２６の反射光と、干渉計２４内の基
準参照面（図示せず）からの反射光との位相差△λを測
定したとき、位相差△λが被測定物の直角誤差△θを表
すことを利用して、図５に示すような干渉縞パターンを
求め、この干渉縞パターンから得られた波面形状と直角
度の関係から、ＲＭＡ２１の各々の直角ミラー２１ａ，
２１ｂ…の面精度と直角度との複合された評価を行うも
のである。

【００２０】図６は、圧力と干渉縞パターンの評価結果
との対応を説明するための図で、図中、被測定物の前記
角度の波面形状を鋭角から鈍角に従って順に並べ
て、各々の波面形状を３１，３２，３３，３４，３５で
あらわし、中央のに示した波面形状３３は直角の場合
のものである。図６に示すように、隣り合う面の角度が
ほぼ直角なときは、波面形状３３が平面となり、，
に示す凸型の波面形状３４，３５のときは、直角度が
鈍角、，に示す凹型の波面形状３１，３２のときは
直角度は鋭角となる。つまり、波面形状が凸形状か凹形
状かを見ることによって、直角度が鋭角か鈍角かがわか
る。また、図６の〜に示した波面形状３１〜３５
は、面精度を平均化しているのではなく、隣り合う２面
の形状（直角度及び面精度）をそのまま示している。つ
まり、図６中の波面形状３１〜３５を横方向に区分した
細かな凹凸、例えば、直角の波面形状３３の曲線３３
ａ，３３ｂは各々隣接する直角ミラー２１ａ，２１ｂ間
の面精度、直角度を示すもので、計測される所定間隔毎
の値が点線で示される。例えば、曲線３３ａ，３３ｂの
凹凸の大きさが面精度を示しているので、この波面形状
が平面に近く、凹凸が少ない程、所程の形状精度が得ら
れ、ＲＭＡ２１としての機能が満足なものと評価するこ
とができることとなる。図６に示したＲＭＡ２１の干渉
縞パターンによる波形形状は、圧力が大きい場合、即
ち、過充填の場合に波形形状，に示した鋭角とな
り、圧力が小さい場合、即ち、ひけ気味に充填した場合
に、波形形状，に示すように鈍角となることが確認
されている。

【００２１】図３，４に示したＬＡの成形時の金型内樹
脂圧力とレンズ曲率半径との関係、および、図５，６に
示したＲＭＡの樹脂圧力と直角ミラーの面精度および直
角度との関係から、ＲＭＡの場合もＬＡの場合も同様
に、圧力の違いが機能に大きな影響を及ぼすことが知ら
れる。また、成形品の特性等を評価することで、圧力の
履歴が評価できるよう解析されていることが理解でき
る。

【００２２】このように、金型内圧力と成形品の特性と
の関係、および、金型内圧力がアレイ方向に変化する関
係とから、金型内圧力を検知する圧力検知手段をアレイ
方向で２ヵ所以上設置して圧力を検知し、検知された圧
力信号を射出条件を設定制御する射出条件コントローラ
１０にフィードバックして射出成形を行うことにより希
望する成形品が得られる。また、成形条件の管理も行う
ことができる。このとき、圧力条件に影響を及ぼす金型
内温度を温度検知手段により検知して射出条件に含め、
更には、成形品の重量を検知する重量検知手段を有する
ことにより、より高精度の特性の成形品が得られ（請求
項１）、外乱影響を打ち消す制御がなされ、成形品や条
件の管理が確実に行える。

【００２３】圧力検知手段としては、高温状態で圧力検
知可能な圧力センサを用いて、この圧力センサを金型内
の２ヵ所以上の位置に設ける。このときの圧力センサの
設置位置をアレイ状成形品の圧力分布線形状に基づいて
圧力変化が大きい場所に設ける（請求項２）ことが効果
的である。

【００２４】金型内に圧力センサを設けることが困難な
場合は、前述の圧力と素子の特性の関係から成形品を評
価することにより圧力を推定することが可能であり、推
定された圧力値の違いが大きい推定ポイントを複数選ん
で、成形品の評価をし、評価により得られた圧力値をフ
ィードバックすることが可能である。例えば、ＬＡの場
合は、図４に示す成形時型内樹脂圧力と曲率半径の関係
に示したように、レンズ曲率半径と樹脂圧力との関係が
知られるので、曲率半径を計測することにより圧力が推
定できる（請求項３）。また、ＲＭＡの場合は、図６に
示すようなレーザ干渉計を用いた干渉縞パターンから直
角ミラーの面精度、直角度と圧力との関係が知られ、こ
の関係から圧力が推定できる（請求項４）。

【００２５】図３，図４から知られるように、金型圧力
の変化の大きい部分はアレイ状成形品１１のゲート部
Ｇ、端部１１ａ、中間部１１ｂで左右対称な圧力分布を
示すが、これらの部位では、成形条件が変化すると圧力
が大きく変動する。このため、ゲートＧと、ゲートＧを
挟んだ左右何れかの端部１１ａ、中間部１１ｂの３点圧
力センサを設置する（請求項５）ことが効果的である。

【００２６】アレイ状成形品１１の各部分の圧力は、上
記の手段により計測し、フィードバックして成形するこ
とにより成形品の均質化が図れるが、この時の圧力値
は、アレイ状成形品１１の特性が要求された特性値の範
囲内にあるようにしなければならない。このために、最
終的な充填量の確認が有効であり、このために、はかり
等の充填量検出手段により成形品の重量を計測し、計測
された成形品の重量を充填データとして扱うことで圧力
レベル等を管理することができる（請求項６）。

【００２７】成形品は、溶融樹脂を金型射出成形して得
られるが、樹脂の粘度は、温度上昇に伴い低下し、流動
性を増すので、温度が変化すると圧力分布も変化する。
しかも、成形品は長尺のアレイ状体であるため、温度分
布を持ちやすい形状であるから、金型の温度検出手段を
成形品アレイ方向に少くとも２ヵ所以上設けて、外乱影
響等による温度変化がないように、温度データをフィー
ドバックする必要がある。このため、温度検出手段とし
ては、安価で容積の小さい熱電対が用いられる（請求項
７）。

【００２８】以上述べた、圧力検出手段、充填量検出手
段、金型温度検出手段等の各検出手段を用いた成形装置
で成形することにより、希望の成形品が得ることが可能
となった。さらに、フィードバック管理を行うことで、
成形品の良否判定などの管理や成形条件の管理が確実に
行えるようになった。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下の効果がある。 請求項１に対応する効果 アレイ方向に少なくとも２ヵ所以上の圧力検出手段と、
樹脂の充填量および金型温度を検出する検出手段を有
し、それら検出手段によるデータをフィードバックする
ことで、要求する特性の成形品が確実に得ることができ
る。さらに、外乱による条件の変化も制御できるため、
成形品の管理、条件の管理が確実に行えるので、均質な
アレイ状成形品を得ることができる。 請求項２に対応する効果 金型内に圧力センサを入れ、成形品の特性に影響を与え
る圧力を検知し、検知した圧力信号をフィードバックし
たことで、簡単に、かつ成形中リアルタイムで射出制御
が可能となる。 請求項３,４に対応する効果 レンズアレイのレンズ曲率半径と圧力分布およびルーフ
ミラーアレイのミラー面積度、直角度と圧力との関係に
よるレンズアレイ、ルーフミラーアレイの各々独特の評
価項目で圧力管理が行える。特に装置を必要としないた
め、コスト負担がなく、確実に評価できる。 請求項５に対応する効果 金型内圧力がもっとも変化の大きい部位に圧力センサを
設置したので、特性を評価することで、効率よく、しか
も安価で確実な制御が可能となる。 請求項６に対応する効果 成形品の重量を検知して、成形品の樹脂量をデータとし
たので、この樹脂重量から全体の圧力レベルが簡単に評
価できる。 請求項７に対応する効果 金型圧力に関係する金型温度を検知したので、外乱など
による変化が簡単に検知でき、より確実な制御が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による射出成形装置の一例を説明する
ための構成図である。

【図２】 成形品の一例を説明するための概略図であ
る。

【図３】 レンズアレイの配列方向に対する曲率半径の
分布の一例を示す図である。

【図４】 圧力と曲率半径との関係を示す図である。

【図５】 ルーフミラーアレイの平面度、直角度の測定
方法を説明するための図である。

【図６】 圧力と干渉縞パターンの評価結果との対応を
説明するための図である。

【符号の説明】

１…金型、２…成形品、３…圧力センサ、４…圧力変換
器、５…温度センサ、６…温度変換器、７…成形品評価
器、８…成形品重量測定器、９…条件設定コントロー
ラ、１０…射出条件コントローラ、１１…アレイ状成形
品、１２…レンズもしくは直角ミラー素子、２１…ＲＭ
Ａ、２２，２３…ＲＭＡの直角ミラーのミラー面、２４
…レーザ干渉計、２５，２６…レーザ光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 順 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 沢田 清孝 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の寸法形状をもつ素子を複数一列に
   配列したアレイ状体を金型を用いて樹脂成形するアレイ
   状体の成形装置において、前金型内の前記アレイ状体の
   前記素子配列方向に設けられた少くとも２つ以上の金型
   内圧力検出手段と、前記金型内に充填された溶融樹脂の
   充填量を検出する充填量検出手段と、前記金型内の温度
   を検出する金型温度検出手段とを有し、前記各々の検出
   手段により検出された検出データがフィードバックされ
   ることにより、射出条件が設定されることを特徴とする
   射出成形装置。
2. 【請求項２】 前記金型内圧力検出手段として、前記金
   型内に圧力センサを設けたことを特徴とする請求項１に
   記載の射出成形装置。
3. 【請求項３】 射出成形された前記アレイ状体の素子が
   レンズのプラスチックレンズアレイであるとき、前記金
   型内圧力として、成形された前記プラスチックレンズア
   レイの前記レンズの曲率半径測定データを用いることを
   特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
4. 【請求項４】 射出成形された前記アレイ状体の素子が
   直角ミラーのプラスチックルーフミラーアレイであると
   き、前記金型内圧力として、成形品の前記直角ミラーに
   よる２面反射の波面収差測定データを用いることを特徴
   とする請求項１に記載の射出成形装置。
5. 【請求項５】 前記金型内圧力検出手段の圧力検出位置
   を、前記成形品のゲート近傍、前記成形品端部および前
   記ゲートと端部との中間に位置する部分の３ヵ所とする
   ことを特徴とする請求項１乃至４項の何れかに記載の射
   出成形装置。
6. 【請求項６】 前記樹脂の充填量を、前記成形品の重量
   を測定した成形品重量測定データとすることを特徴とす
   る請求項１に記載の射出成形装置。
7. 【請求項７】 前記金型温度検出手段を熱電対とし、該
   熱電対を成形品アレイ方向に少くとも２ヵ所以上に設け
   たことを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。