JPWO2010116792A1 - 成形装置 - Google Patents

Abstract

型と入れ子のシフトを抑制できる成形装置を提供する。前記成形装置において、入れ子３０が成形位置に復帰すると、ストレート連結部４３の弾性変形が戻るため、円盤部４２は輪帯部４１に対して元の位置に戻り、これにより可動型２０の円筒部２０ａに対して入れ子３０の大径部３０ａを精度良く位置決めすることができる。

Description

本発明は、成形装置に関し、光学素子の射出成形等に好適な成形装置に関する。

樹脂の射出成形により光学素子を成形すると、高精度な形状を有する光学素子を大量生産できるというメリットがある。成形装置の一タイプとして、特許文献１に示すように、固定型に対向する可動型に転写面を形成した入れ子を嵌合させ、成形後に可動型から入れ子を突き出して成形品を取り出すことができるものが知られている。

特開２００８−１１９８３０号公報

ところで、可動型に対して入れ子を相対移動可能とするためには、ある程度のクリアランスが必要でなる。しかるに、可動型に対して入れ子が突き出した後、次の成形を行う前に、入れ子を元の状態に復帰させる必要があるが、可動型と入れ子との間に過大なクリアランスがあると、復帰毎に可動型と入れ子との相対位置が変化してズレが生じ、成形の再現性が悪化することとなる。即ち、固定型と入れ子の転写面同士の軸線が互いにシフトすることで、例えば光学素子用の成形装置の場合など、過大なコマ収差を発生させる光学素子が成形される恐れがある。特に、近年において開発されたＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用の光ピックアップ装置などに用いる対物レンズのように、高ＮＡで高精度な光学素子においては、コマ収差の許容度が非常に低く、より高精度な成形を行える成形装置が望まれている。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、型と入れ子のシフトを抑制できる成形装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の成形装置は、
第１の成形転写面を備えた第１の型と、
前記第１の型に対して相対的に移動可能な第２の型と、
前記第１の成形転写面に対向して第２の成形転写面を備え、前記第２の型に対して、成形位置と突き出し位置との間で相対的に移動可能となっている入れ子と、
前記第２の型と前記入れ子との間に配置され、所定の復元力を発生することにより、前記成形位置へと戻ったとき、前記第２の型に対して、前記入れ子の移動方向と直交する方向に前記入れ子を位置決めする位置決め部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記第２の型と前記入れ子との間に配置された前記位置決め部材が、所定の復元力を発生することにより、前記成形位置へと戻ったとき、前記第２の型に対して、前記入れ子の移動方向と直交する方向に前記入れ子を位置決めするので、前記第２の型と前記入れ子との間のクリアランスに関わらず、成形位置では常に精度良い関係を維持することが出来、これにより高精度な成形を行うことができる。特に微細な回折構造を有するレンズ、例えばＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）専用レンズ及びＢＤ三互換レンズ等の場合に本発明の効果が期待される。

請求項２に記載の成形装置は、請求項１に記載の発明において、前記位置決め部材は板材から形成されており、前記第２の型に固定される固定部と、前記入れ子に当接する当接部と、前記固定部と前記当接部とを連結し、前記第２の型に対して前記入れ子が前記突き出し位置に移動した時に変形する連結部とを有することを特徴とするので、簡素な構成で低コストでありながら、高精度な成形を実現できる。

請求項３に記載の成形装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記位置決め部材は、複数の板材から構成されていることを特徴とする。これにより、前記入れ子の倒れを有効に抑制できる。

請求項４に記載の成形装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記位置決め部材はステンレス鋼から形成されていることを特徴とする。例えば、ステンレス鋼を用いて第２の型や入れ子を形成した場合、前記位置決め部材を同じステンレス鋼から形成すると、熱膨張率など物性が近い為、温度が上昇したときに各部に生じる歪み等が小さくなり、また耐久性にも優れる。

請求項５に記載の成形装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記位置決め部材は高分子材料から形成されていることを特徴とする。高分子材料としては、例えばＪＩＳ Ｂ２４０１ ４種Ｄのゴム等を用いることができるが、それに限られない。

請求項６に記載の成形装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記位置決め部材は形状記憶合金から形成されていることを特徴とする。形状記憶合金が元の形状に戻る性質を有することを利用して、第２の型に対して入れ子を位置決めすることができる。

位置決め部材は、以上に限られず、例えばピエゾ素子や静圧軸受等などを用いても良い。

本発明によれば、型と入れ子のシフトを抑制できる成形装置を提供することができる。

光学素子としてのレンズを、成形装置を用いて成形する工程を示す図である。 連結部材４０を示す図である。 連結部材４０の変形例を示す図である。 別な実施の形態にかかる成形装置の断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、光学素子としてのレンズを、本実施の形態にかかる成形装置を用いて成形する工程を示す図である。図２は連結部材４０を示す図である。成形装置は、第１の型である固定型１０と、第２の型である可動型２０と、入れ子３０と、位置決め部材である連結部材４０とを含む。

不図示の固定フレーム等に固定された固定型１０は、光学面転写面１０ａとフランジ部転写面１０ｂとを有する。固定型１０に対して相対的に移動可能となっている可動型２０は、円筒部２０ａと、円筒部２０ａの固定型１０側端を塞ぐように形成されたフランジ部２０ｂとを有する。フランジ部２０ｂの中央には、円筒状の開口２０ｃが形成され、開口２０ｃの周囲において固定型１０のフランジ部転写面１０ｂに対向して、フランジ部転写面２０ｄが形成されている。

可動型２０の円筒部２０ａ内に収容される略円筒状の入れ子３０は、大径部３０ａと小径部３０ｂとを直列に接合した形状を有し、小径部３０ｂは、円筒状の開口２０ｃ内に嵌合配置され、相対摺動可能となっている。小径部３０ｂは、固定型１０の光学面転写面１０ａに対向して、光学面転写面３０ｃを有する。尚、小径部３０ｂの周囲であって、可動型２０のフランジ部２０ｂと、それに対向する入れ子３０の大径部３０ａの端面との間には、バネ部材３１が配置されており、フランジ部２０ｂに対して入れ子３０を図１で左方に付勢している。

連結部材４０は、ステンレス鋼板から形成され、図２に示すように、外周の輪帯部（固定部）４１と、中央の円盤部（当接部）４２と、輪帯部４１と円盤部４２とを半径方向に連結する４本の等配されたストレート連結部（連結部）４３とからなる。

連結部材４０は、円盤部４２を入れ子３０の大径部３０ａの端面に固定することで、入れ子３０に取り付けられ、更に輪帯部４１を可動型２０の円筒部２０ａの端面に固定することで、可動型２０に取り付けられる。これにより、可動型２０と入れ子３０とは連結部材４０で連結されて一体となる。ここで、可動型２０と入れ子３０と連結部材４０との固定は、ねじ止め、接着、溶接、挟み込みなど種々の態様が考えられる。

図１において、連結部材４０を取り付けた可動型２０は、更に可動フレーム５０の平らな端面に取り付けられている。可動フレーム５０は、不図示の駆動源により固定型１０に対して接近・離反可能となっている。可動フレーム５０の前記端面の中央には、開口５０ａが形成され、開口５０ａ内にはイジェクトピン５１が配置されている。イジェクトピン５１は、可動型２０に取り付けた連結部材４０の円盤部４２に対向しており、不図示の電動トグル機構や油圧シリンダ等により、可動フレーム５０に対して図１で左右方向に押し出しもしくは引き込み可能となっている。イジェクトピン５１が、図１（ｂ）に示す引き込み位置にあるときには、入れ子３０は成形位置にあり、図１（ｃ）に示す押し出し位置にあるときには、入れ子３０は突き出し位置にある。

次に、本成形装置を用いた光学素子の成形工程について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、入れ子３０を成形位置として、可動型２０を固定型１０に突き合わせて密着させ、所定の保圧にて型締めを行う。更に固定型１０と可動型２０とを不図示のヒータにより加熱することにより、型締め時点での光学面転写面１０ａ、３０ａを所定温度まで加熱した後、不図示のノズルからゲートを介して任意の圧力に加圧された状態で樹脂を供給する。次に、溶融した樹脂が光学面転写面１０ａ、３０ｃ，フランジ部転写面１０ｂ、２０ｄの形状を転写した状態で固化した後、型温度を低下させて樹脂を冷却して固化させる。

その後、図１（ｂ）に示すように、可動フレーム５０を図で左方に移動させ、固定型１０から可動型２０を離反させて静止させる。このとき、イジェクトピン５１は可動フレーム５０と一体で移動するため、入れ子３０は成形位置のままである。

次いで、図１（ｃ）に示すように、イジェクトピン５１を押し出し位置へと移動させ、開口５０ａから突き出すようにすると、その先端が、連結部材４０の円盤部４２を介して入れ子３０の端面を押圧することとなる。これにより入れ子３０は、バネ部材３１の付勢力に抗して突き出し位置へと移動するので、入れ子３０の突き出しにより、成形された光学素子ＯＥは可動型２０から剥がれ、容易に取り出すことができる。このとき、輪帯部４１と円盤部４２とを連結する４本のストレート連結部４３は、イジェクトピン５１の突き出しに応じて弾性変形する。

その後、イジェクトピン５１を引き込み位置へと移動させると、入れ子３０はバネ部材３１の付勢力により押し戻され、それにより図１（ｂ）に示す左方の成形位置へと復帰する。このとき、連結部材４０のストレート連結部４３は、可動フレーム５０の端面に当接することによって、光軸方向における可動型２０に対する入れ子３０の位置決めを精度良く行うことができる。

一方、イジェクトピン５１の引き込み位置への移動により、ストレート連結部４３の弾性変形が戻り、弾性変形により生じた内部応力が消失するようにして、円盤部４２も輪帯部４１に対して元の位置に戻るから、これにより所定の復元力を発揮して、可動型２０の円筒部２０ａに対して入れ子３０の大径部３０ａを軸線直交方向に精度良く位置決めすることができる。従って、成形毎に光学面転写面１０ａ、３０ｃの光軸がシフトすることがなくなるので、更に図１（ａ）の状態に戻って成形した場合に良好な成形再現性を実現出来、これにより高精度な光学素子を安定して成形できることとなる。

特に、入れ子３０の小径部３０ｂと、可動型２０の開口２０ｃとの間には、相対移動を可能とすべくある程度の隙間を設けているが、かかる隙間が許容値を超えると、成形時に隙間から樹脂が漏れ出してバリなどを生じさせることとなる。この隙間は、小径部３０ｂを挟んで開口２０ｃの両側に生じるが、入れ子３０と可動型２０との間に軸線直交方向のシフトが生じると、小径部３０ｂが開口２０ｃ内で偏ってしまい、容易に許容値を超えてしまう。本実施の形態のように、連結部材４０を用いて成形時における可動型２０に対する入れ子３０の位置決めを行えば、小径部３０ｂと開口２０ｃとの間の合計隙間を比較的大きくしても、樹脂が洩れにくくなるという効果もある。

尚、連結部材４０を形状記憶合金から形成することもできる。かかる場合、図１（ｃ）の状態から温度を変化させることで、図１（ａ）に示すような元の形状に復帰させることが出来る。かかる場合には、バネ部材３１が不要となる。

図３は、本実施の形態にかかる連結部材の変形例を示す図である。図３（ａ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間に、中間輪帯部４４を設け、輪帯部４１と中間輪帯部４４との間を２本のストレート連結部４３ａで連結し、中間輪帯部４４と円盤部４２との間を２本のストレート連結部４３ｂで直交方向に連結している。

図３（ｂ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間に、第１中間輪帯部４４ａと第２中間輪帯部４４ｂを設け、輪帯部４１と第１中間輪帯部４４ａとの間を２本のストレート連結部４３ａで連結し、第１中間輪帯部４４ａと第２中間輪帯部４４ｂとの間を２本のストレート連結部４３ｂで直交方向に連結し、第２中間輪帯部４４ｂと円盤部４２との間を２本のストレート連結部４３ｃで直交方向に連結している。図３（ａ）に示す連結部材４０よりも変形許容量が大きく、よって突き出し量を増大できる。

図３（ｃ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間に、中間輪帯部４４を設け、輪帯部４１と中間輪帯部４４との間を４本のストレート連結部４３ａで連結し、中間輪帯部４４と円盤部４２との間を２本のストレート連結部４３ｂで斜め方向に連結している。

図３（ｄ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間に、中間輪帯部４４を設け、輪帯部４１と中間輪帯部４４との間を１本のストレート連結部４３ａで半径方向に連結し、中間輪帯部４４と円盤部４２との間を１本のストレート連結部４３ｂで直交方向に連結している。

図３（ｅ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間を、１本の渦巻き状の連結部４３で連結している。図３（ｂ）に示す連結部材４０よりも更に変形許容量が大きく、よって突き出し量を増大できる。また、本変形例では、輪帯部４１からの円盤部４２の突出量に応じて、円盤部４２が軸線回りに回転する。

図３（ｆ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間に、中間輪帯部４４を設け、輪帯部４１と中間輪帯部４４との間を２本のストレート連結部４３ａで連結し、中間輪帯部４４と円盤部４２との間を４本のストレート連結部４３ｂで斜め方向に連結している。

図３（ｇ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間を、２本の連結部４３で連結しているが、一対の連結部４３は点対称的に配置され、ストレート部と１／４円弧部とから形成されている。また、本変形例では、輪帯部４１からの円盤部４２の突出量に応じて、円盤部４２が軸線回りに回転する。

図３（ｈ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間を、２本の連結部４３で連結しているが、一対の連結部４３は線対称的に配置され、ストレート部と半円弧部とから形成されている。

図３（ｉ）の連結部材４０は、輪帯部４１と、円盤部４２との間を、２本の連結部４３で連結しているが、一対の連結部４３は点対称的に配置され、ストレート部とＳ字状部とから形成されている。また、本変形例では、輪帯部４１からの円盤部４２の突出量に応じて、円盤部４２が軸線回りに回転する。

図４は別な実施の形態にかかる成形装置の断面図である。本実施の形態においては、２枚の連結部材４０を用いている。より具体的には、例えば図２に示す連結部材４０を２つ、その輪帯部間に周囲間座４５を介在させ，且つ円盤部間に中央間座４６を介在させた平行な状態で相互に固定し、これを可動型２０に上述と同様に取り付ける。かかる構成では、一対の連結部材４０のストレート連結部４３が、変形時にも平行状態を維持するので、入れ子３０の傾きを抑制できるというメリットがある。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。

本発明の位置決め部材は、以上に限られない、例えばピエゾ素子を用いて、可動型２０の開口２０ｃに対して、成形位置における入れ子３０の小径部３０ｂをセンタリングさせても良いし、可動型２０の開口２０ｃ内に円管状の多孔質パッドを嵌入し、小径部３０ｂを挿通した状態で、多孔質パッドに外部の空気圧源から空気を圧送することで全周に形成される静圧を用いて、可動型２０の開口２０ｃに対して、入れ子３０の小径部３０ｂをセンタリングさせても良い。又、入子を成形位置に戻す機構はバネ以外にも、リターンピン（製品取り出し後、可動側型のＰＬ面側に突き出たピンが型締め時に固定側の型に当たり、突き出たピンが入れ子を押し戻す機構）や、入れ子を突き出すピンが入れ子に引っかかる形状をしている場合、そのピンで入れ子を引っ張って成形位置へ戻す、といった所定の復元力を機械的に発揮する機構もある。

本発明によれば、型と入れ子のシフトを抑制できる成形装置を提供することができるが、入れ子は固定型に設けても良い。又、成形の対象は光学素子に限られず、種々の製品が対象になる。

１０ 固定型
１０ａ 光学面転写面
１０ｂ フランジ部転写面
２０ 可動型
２０ａ 円筒部
２０ｂ フランジ部
２０ｃ 開口
２０ｄ フランジ部転写面
３０ 入れ子
３０ａ 大径部
３０ｂ 小径部
３０ｃ 光学面転写面
３１ バネ部材
４０ 連結部材
４１ 輪帯部
４２ 円盤部
４３ ストレート連結部又は連結部
４３ａ ストレート連結部
４３ｂ ストレート連結部
４３ｃ ストレート連結部
４４ 中間輪帯部
４４ａ 第１中間輪帯部
４４ｂ 第２中間輪帯部
４５ 周囲間座
４６ 中央間座
５０ 可動フレーム
５０ａ 開口
５１ イジェクトピン
ＯＥ 光学素子

Claims (6)

1. 第１の成形転写面を備えた第１の型と、
   前記第１の型に対して相対的に移動可能な第２の型と、
   前記第１の成形転写面に対向して第２の成形転写面を備え、前記第２の型に対して、成形位置と突き出し位置との間で相対的に移動可能となっている入れ子と、
   前記第２の型と前記入れ子との間に配置され、所定の復元力を発生することにより、前記成形位置へと戻ったとき、前記第２の型に対して、前記入れ子の移動方向と直交する方向に前記入れ子を位置決めする位置決め部材と、を有することを特徴とする成形装置。
2. 前記位置決め部材は板材から形成されており、前記第２の型に固定される固定部と、前記入れ子に当接する当接部と、前記固定部と前記当接部とを連結し、前記第２の型に対して前記入れ子が前記突き出し位置に移動した時に変形する連結部とを有することを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記位置決め部材は、複数の板材から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形装置。
4. 前記位置決め部材はステンレス鋼から形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の成形装置。
5. 前記位置決め部材は高分子材料から形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の成形装置。
6. 前記位置決め部材は形状記憶合金から形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の成形装置。