KR20090060278A - 광학 부품용 금형 장치 및 그 셋업 방법 - Google Patents

광학 부품용 금형 장치 및 그 셋업 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 금형 장치는 고정측 금형(27)과 가동측 금형(28)을 온도 조정하면서 형체결하고 그 사이의 성형 공간에 성형재를 주입하여 광학 부품을 제조하는 것이며, 고정측 금형(27)을 유지하는 동시에, 금형측의 면의 일부에 로케이팅 홀(11a)이 형성된 고정 플래튼(11)과, 외면과 내면을 갖는 형상이며 로케이팅 홀(11a)에 외면에서 끼워맞추어지는 링(12)을 갖고, 고정측 금형(27)에는 고정 플래튼(11)을 향하여 돌출되는 동시에 로케이팅 홀(11a)의 내면에 끼워 맞추어지는 로케이팅 돌기(21a)가 형성되어 있으며, 링(12)이 고정 플래튼(11)의 재질 및 로케이팅 돌기(21a)의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되어 있다.
고정측 금형, 가동측 금형, 광학 부품, 링, 선팽창 계수

Description

광학 부품용 금형 장치 및 그 셋업 방법{METAL MOLD ASSEMBLY FOR OPTICAL PART AND METHOD OF SETUP THEREFOR}
본 발명은, 사출 성형에 의해 광학 부품을 제조하기 위한 광학 부품용 금형 장치 및 그 금형 장치를 사출 성형 장치에 설치 또는 분리하는 셋업 방법에 관한 것이다. 더 상세히는, 적어도 성형 실행 시에는 금형이 성형 장치의 플래튼에 어긋남 없이 확실하게 설치되어 있도록 하기 위한 광학 부품용 금형 장치 및 그 셋업 방법에 관한 것이다.
종래부터, 사출 성형 장치에 있어서 금형 셋업을 행하기 위해서는, 고정측 금형과 가동측 금형을 맞춘 것을 크레인 등으로 매달아, 장치의 고정 플래튼에 설치한다. 이때, 고정측 금형과 고정 플레튼의 노즐의 중심 위치 맞춤을 위해, 로케이팅 링이 사용되고 있다. 예를 들어, 고정측 금형에 로케이팅 링이 설치되어, 고정 플레튼에 설치된 로케이팅 홀에 끼워 넣어진다. 이때 일반적으로 로케이팅 링은 로케이팅 홀 직경보다 30㎛ 정도 작게 형성된다. 이것은, 크레인을 사용하므로 그다지 정밀한 위치 맞춤은 할 수 없기 때문이다.
또 다른 형태로서, 특허 문헌1에는 고정 플레튼의 노즐 중심 주위에 로케이팅 링을 설치하고, 금형에 로케이팅 링 결합 구멍을 형성한 금형 위치 결정 장치가 개시되어 있다. 본 문헌의 장치에 의하면, 금형의 외형 치수와 관계없이, 금형을 성형기의 고정 플래튼에 용이하게 위치 결정 가능하게 되어 있다.
그러나, 특허 문헌1에 개시되어 있는 금형 위치 결정 장치에 있어서도 크레인을 사용한 금형 셋업인 것은 동일하여, 그 설치 위치 맞춤의 정밀도에는 한계가 있다. 또한, 로케이팅 링의 가공 정밀도에도 한계가 있다. 그 때문에, 로케이팅 링와 로케이팅 링 결합 구멍 사이에 어느 정도의 간극을 형성해 두는 것이 필요했다. 그리고, 이 클리어런스 때문에 위치 결정 정밀도에는 한계가 있었다.
또한, 고정 플레튼은 주철제가 일반적이다. 그 때문에, 고정 플래튼에 로케이팅 홀을 형성하는 경우에 그 성형 정밀도나 면 조도를 고정밀도의 것으로 하는 것은 곤란했다. 또한, 금형은 일반적으로 고정 플래튼에 비교하여 인성면에서 우수한 재질(예를 들어 탄소강 등)로 형성된다. 그 때문에, 금형 셋업의 반복에 의해 고정 플래튼측의 로케이팅 홀이 변형되기 쉽다. 로케이팅 홀이 변형되면 금형과의 사이의 덜걱거림이 커져 더욱 위치 정밀도가 저하된다는 문제점이 있었다.
특허 문헌1 : 일본 특허 공개평9-11241호 공보
본 발명은, 상기한 종래의 금형 위치 결정 장치가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이다. 즉, 그 과제로 하는 점은 경시적인 위치 정밀도의 저하를 억제하여, 성형 시의 위치 정밀도를 더 향상시킬 수 있는 광학 부품용 금형 장치 및 그 셋업 방법을 제공하는 것에 있다.
이 과제의 해결을 목적으로 하여 이루어진 본 발명의 광학 부품용 금형 장치는, 고정측 금형과 가동측 금형을 온도 조정하면서 형체결하고 그 사이의 성형 공간에 성형재를 주입하여 광학 부품을 제조하는 광학 부품용 금형 장치로서, 고정측 금형을 유지하는 동시에, 금형측의 면의 일부에 로케이팅 홀이 형성된 유지 부재와, 외면과 내면을 갖는 형상이며, 로케이팅 홀에 외면에서 끼워 맞추어지는 로케이팅 부재를 갖고, 고정측 금형에는 유지 부재를 향하여 돌출되는 동시에 로케이팅 부재의 내면에 끼워 맞추어지는 로케이팅 돌기가 형성되어 있고, 로케이팅 부재가 유지 부재의 재질 및 로케이팅 돌기의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되어 있는 것이다.
또한 본 발명의 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법은, 고정측 금형과 가동측 금형을 온도 조정하면서 형체결하고 그 사이의 성형 공간에 성형재를 주입하여 광학 부품을 제조하는 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법으로서, 고정측 금형과 가동측 금형 중 적어도 한 쪽의 금형으로서, 형맞춤면의 반대측을 향하여 돌출되는 로케이팅 돌기가 형성되어 있는 것을 사용하고, 적어도 한쪽의 금형을 유지하는 동시에, 금형측의 면의 일부에 로케이팅 홀이 형성된 유지 부재를 사용하고, 유지 부재의 재질 및 로케이팅 돌기의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되는 동시에 외면과 내면을 갖는 형상이며, 로케이팅 홀에 외면에서 끼워 맞추어지고, 로케이팅 돌기가 내면에 끼워 맞추어지는 로케이팅 부재를 사용하고,
유지 부재를 이하의 관계를 만족하는 제1 온도로 조정하는 제1 스텝과,
t1+40≤제1 온도≤t1+60(℃)
(단, t1은 당해 금형 장치에 있어서의 광학 부품의 성형 시의 유지 부재의 온도)
제1 스텝에서 조정한 온도 조건으로 유지 부재와 로케이팅 부재의 설치를 행하는 제2 스텝과,
유지 부재의 온도를 t1±5(℃)의 범위 내로 조정하는 동시에, 적어도 한쪽의 금형을, 이하의 관계를 만족하는 제2 온도로 조정하는 제3 스텝과,
제2 온도≤t1-10(℃)
제3 스텝에서 조정한 온도 조건으로 로케이팅 부재와 적어도 한쪽의 금형의 로케이팅 돌기의 설치를 행하는 제4 스텝과,
적어도 한쪽의 금형의 온도를 t2±5(℃)의 범위 내로 조정하는 제5 스텝
(단, t2는 당해 금형 장치에 있어서의 광학 부품의 성형 시의 적어도 한쪽의 금형의 온도)을 갖는 것이다.
본 발명의 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법에서는, 로케이팅 부재의 재질로서 유지 부재의 재질이나 금형의 재질과 비교하여 저선팽창 계수의 것을 사용하고 있다. 따라서, 온도를 변경함으로써 이들 부재의 크기의 관계를 어느 정도 변화시킬 수 있다. 그리고, 유지 부재를 제1 온도로 하여 유지 부재에 로케이팅 부재를 설치하고, 다음에, 금형을 제2 온도로 하여 유지 부재에 설치된 로케이팅 부 재에 금형을 설치하면, 유지 부재와 금형을 로케이팅 부재를 개재하여 설치할 수 있다. 또한, 고정측 금형과 그 유지 부재의 설치에 관해서도 가동측 금형과 가동측 유지 부재의 설치에 관해서도 모두 마찬가지의 셋업 방법을 적용할 수 있다.
또한 본 발명의 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법은 고정측 금형과 가동측 금형을 온도 조정하면서 형체결하고 그 사이의 성형 공간에 성형재를 주입하여 광학 부품을 제조하는 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법으로서, 고정측 금형과 가동측 금형 중 적어도 한쪽의 금형으로서, 형맞춤면의 반대측을 향하여 돌출되는 로케이팅 돌기가 형성되어 있는 것을 사용하고, 적어도 한쪽의 금형을 유지하는 동시에 금형측의 면의 일부에 로케이팅 홀이 형성된 유지 부재를 사용하고, 유지 부재의 재질 및 로케이팅 돌기의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되는 동시에, 외면과 내면을 갖는 형상이며, 로케이팅 홀에 외면에서 끼워 맞추어지고 로케이팅 돌기가 내면에 끼워 맞추어지는 로케이팅 부재를 사용하고, 유지 부재와 로케이팅 부재가 설치되어 있으며, 로케이팅 부재와 적어도 한쪽의 금형의 로케이팅 돌기가 설치되어 있는 상태로부터,
유지 부재의 온도를 t1±5(℃)의 범위 내로 조정하는 동시에, 적어도 한쪽의 금형을 이하의 관계를 만족하는 제2 온도로 조정하는 제1 공정과,
제2 온도≤t1-10(℃)
제1 공정에서 조정한 온도 조건으로 로케이팅 부재와 적어도 한쪽의 금형의 로케이팅 돌기의 분리를 행하는 제2 공정과,
유지 부재를, 이하의 관계를 만족하는 제1 온도로 조정하는 제3 공정과,
t1+40≤제1 온도≤t1+60(℃)
제3 공정에서 조정한 온도 조건으로 유지 부재와 로케이팅 부재의 분리를 행하는 제4 공정을 갖는 것이다.
도 1은 본 형태에 따른 금형 위치 결정 장치를 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 고정 플래튼을 도시하는 단면도이다.
도 3은 링을 도시하는 단면도이다.
도 4는 위치 결정 수순을 도시하는 설명도이다.
도 5는 위치 결정 수순을 도시하는 설명도이다.
도 6은 위치 결정 수순을 도시하는 설명도이다.
도 7은 위치 결정 수순을 도시하는 설명도이다.
본 발명의 광학 부품용 금형 장치에 따르면, 유지 부재의 로케이팅 홀에는 로케이팅 부재가 외면에서 끼워 맞추어진다. 그리고, 고정측 금형의 로케이팅 돌기가 로케이팅 부재의 내면에 끼워 맞추어진다. 즉, 유지 부재와 고정측 금형은 로케이팅 부재를 개재하여 설치된다. 여기서, 로케이팅 부재로서, 유지 부재의 재질 및 로케이팅 돌기의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되어 있으므로, 온도를 변화시킴으로써 이들 크기의 관계를 바꿀 수 있다. 따라서, 설치 시 혹은 분리 시에는 어느 정도 여유가 있어, 성형 시에는 빈틈없이 끼워 넣어져 있는 상태로 할 수 있다. 따라서, 경시적인 위치 정밀도의 저하를 억제하여, 성형 시의 위치 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에서는 유지 부재의 온도를 제어하는 온도 조정 수단을 갖는 것이 바람직하다. 금형뿐만 아니라, 유지 부재의 온도도 제어할 수 있으면 유지 부재와 로케이팅 부재의 온도의 관계를 용이하게 조정할 수 있다.
또한 본 발명에서는 로케이팅 부재를 구성하는 재질의 선팽창 계수가 5×10-6/K 이하인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.1×10-6 내지 2.0×10-6/K로 한다. 이러한 것이면, 유지 부재 또는 고정측 금형에 일반적으로 사용되는 재질의 선팽창 계수보다도 선팽창 계수가 작은 재질이 선택되어 있다.
또한 본 발명에서는 가동측 금형을 유지하는 동시에, 금형측의 면의 일부에 제2 로케이팅 홀이 형성된 가동측 유지 부재와, 외면과 내면을 갖는 형상이며, 제2 로케이팅 홀에 외면에서 끼워 맞추어지는 가동측 로케이팅 부재를 갖고, 가동측 금형에는 가동측 유지 부재를 향하여 돌출되는 동시에, 가동측 로케이팅 부재의 내면에 끼워 맞추어지는 가동측 로케이팅 돌기가 형성되어 있으며, 가동측 로케이팅 부재가 가동측 유지 부재의 재질 및 가동측 로케이팅 돌기의 재질보다도 선팽창 계수가 작을 때 재질로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 고정측 금형과 그 유지 부재의 위치 정밀도뿐만 아니라, 가동측 금형과 그 유지 부재의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법에 따르면, 유지 부재와 고정측 금형과, 혹은 가동측 유지 부재와 가동측 금형을 모두 용이하게 분리할 수 있다.
또한 본 발명의 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법에서는 유지 부재로서 제1 온도에 있어서 로케이팅 홀의 직경이 로케이팅 부재의 외면 직경보다도 20 내지 60㎛의 범위 내의 차로 크게 형성된 것을 사용하고, 적어도 한쪽의 금형으로서 상 온에 있어서의 로케이팅 돌기의 직경이 제2 온도에 있어서의 로케이팅 부재의 내면 직경보다도 15 내지 90㎛의 범위 내의 차로 작게 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법에 의하면 제1 온도에서는 유지 부재와 로케이팅 부재의 설치 또는 분리는 용이하며, 제2 온도에서는 로케이팅 부재와 금형의 설치 또는 분리는 용이하다. 또한 성형 시에 있어서는 유지 부재, 로케이팅 부재, 금형이 서로 거의 간극없이 고정되므로 위치 정밀도가 더 향상된 금형 장치로 되어 있다.
이하, 본 발명을 구체화한 최량의 형태에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 형태는, 광학 소자 등을 사출 성형하기 위하여 사용되는 금형 장치 및 그 셋업 방법에 본 발명을 적용한 것이다.
본 형태의 금형 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이 금형조(金型組)(20)와 고정 플레튼(11)과, 이들의 위치 결정을 행하기 위한 링(12)을 갖고 있다. 고정 플레튼(11)은 사출 성형 장치의 일부이며, 소정의 부위에 고정되어 있다. 이 고정 플래튼(11)이 유지 부재에 상당한다. 고정 플래튼(11)의 도 1에서 좌측의 면이 금형측의 면이다.
고정 플래튼(11)의 중앙부에는, 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이 단차가 있는 관통 구멍(11a, 11b)이 형성되어 있다. 관통 구멍 중, 도면에서 좌측의 구멍 직경이 큰 부분이 로케이팅 홀(11a)이다. 도면에서 우측의 구멍 직경이 작은 부분은 노즐 구멍(11b)이다. 이들은 연속하여 형성되어 있으며, 금형 셋업 시의 위치 규제를 행하는 동시에 사출통 노즐이 노즐 터치할 때의 릴리프 구멍을 겸하고 있다.
링(12)은, 도 1과 도 3에 도시한 바와 같이 둥근 고리 형상의 부재이다. 대경측의 원통면이 외면(12a), 소경측의 원통면이 내면(12b)이다. 그리고, 도 1에 도시한 바와 같이 외면(12a)은 고정 플래튼(11)의 로케이팅 홀(11a)과 거의 동일 직경으로 되어 있다. 이 링(12)은 그 외면(12a)에서 로케이팅 홀(11a)에 끼워 맞추어져 있다. 또한, 도면에서 좌우 방향인 링(12)의 축방향 길이는 로케이팅 홀(11a)의 깊이보다 약간 작게 되어 있다. 이 링(12)이 로케이팅 부재에 상당한다.
금형조(20)는 도 1에서 우측부터 순서대로 고정측 설치판(21), 고정측 형판(22), 가동측 형판(23), 지지판(24), 스페이서 블록(25), 가동측 설치판(26)을 갖고 있다. 여기에서는, 이들이 볼트 혹은 핀 등에 의해 서로 고정되어 일체화되어 있는 것이다. 또한, 도 1에서는 고정 플래튼(11), 링(12), 고정측 설치판(21)의 3부재만을 단면으로 도시하고, 다른 것은 측면으로 도시하고 있다.
여기서, 고정측 설치판(21)과 고정측 형판(22)의 조(組)가 고정측 금형(27)이며, 그 이외의 가동측 형판(23), 지지판(24), 스페이서 블록(25), 가동측 설치판(26)을 조합한 것이 가동측 금형(28)이다. 즉, 도 1의 상태에서는 금형조(20)로서 일체화되어 있으나, 셋업이 종료되어 광학 부품의 제조를 실제로 행할 때에는 고정측 형판(22)과 가동측 형판(23) 사이가 개폐된다. 즉, 고정측 금형(27) 및 고정 플래튼(11)은 고정되어 있으나, 가동측 금형(28)은 가동 플래튼(29)에 의해 도 1에서 좌우 방향으로 이동된다.
고정측 금형(27) 중 가장 고정 플래튼(11)측에 위치하는 고정측 설치판(21)은, 도 1에 도시한 바와 같이 대략 원통 형상으로 도면에서 우측 방향으로 돌출된 로케이팅 돌기(21a)를 갖고 있다. 또한, 로케이팅 돌기(21a)는 반드시 고정측 설치판(21)과 일체일 필요는 없다. 로케이팅 돌기(21a)는 링(12)의 내면(12b)에 끼워 맞추어져 있다. 또한, 고정측 설치판(21)에는 용융 수지의 통로인 스풀(21b)이 로케이팅 돌기(21a)를 관통하여 형성되어 있다. 또한 스풀(21b)은, 이 도면에서는 단순한 원기둥 형상의 구멍으로 도시되어 있으나, 일반적으로는 수지의 사출에 의해 적합한 형상으로 형성된다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이 고정 플래튼(11)의 내부에는 유로(11c)가 형성되어 있으며, 유로(11c)는 매체식 온도 조절 장치(31)에 연통되어 있다. 매체식 온도 조절 장치(31)는 오일 등의 열매체를 온도 조절하면서 순환시키는 것이며, 이에 의해 고정 플래튼(11)은 온도 제어되도록 되어 있다. 또한, 고정측 금형(27)과 가동측 금형(28)에도 유로가 형성되어 있어, 매체식 온도 조절 장치(31)에 의해 각각 독립적으로 온도 조절할 수 있도록 되어 있다. 즉, 매체식 온도 조절 장치(31)에 의하면 고정측 금형(27)과 고정 플래튼(11)이 다른 온도가 되도록 제어할 수 있다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이 고정 플래튼(11)과 고정측 금형(27)의 고정측 형판(22)에는 각각 온도 검출 부재로서, 예를 들어 K 열전대 막대 센서(32, 33)가 설치되어 있다.
다음에, 고정 플래튼(11), 링(12), 고정측 설치판(21)의 재질에 대하여 설명 한다. 본 형태의 고정 플래튼(11)은 종래의 것과 마찬가지로 주철제이다. 예를 들어, 덕타일 주철 등에 의해 형성되어 있다. 또한, 고정형 설치판(21)은 고정측 형판(22) 등과 마찬가지로 일반적으로 금형에 사용되는 탄소강(예를 들어, S55C 등)을 사용한다. 이에 대해, 다음의 표에 나타낸 바와 같이 링(12)은 고정 플레튼(11)의 재질 및 고정형 설치판(21)의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되어 있다.
Figure 112009011543670-PCT00001
상기한 표에 나타낸 바와 같이, 주철이나 탄소강의 선팽창 계수는, 11 내지 12×10-6/K 정도이다. 이들에 비교하여, 예를 들어 인바(1)의 선팽창 계수는 2.0×10-6/K 이하이며, 1/5 이하인 것을 알 수 있다. 이와 같이, 링(12)의 재질로서는 그 선팽창 계수가 5×10-6/K 이하, 더 바람직하게는 0.1×10-6 내지 2.0×10-6/K 인 것을 사용한다. 따라서, 소정의 온도 변화를 시킨 경우, 고정 플래튼(11)과 고정측 설치판(21)은 비교적 크게 신축되나, 이들에 비교하여 링(12)의 신축량은 작다. 또한, 표1에서는 링(12)의 재질로서 3종류의 것을 나타냈으나, 이들 중 어느 것을 사용해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
따라서, 고정 플레튼(11)의 로케이팅 홀(11a)의 직경과 링(12)의 외면(12a)의 직경의 관계는 고정 플래튼(11)과 링(12)의 각각의 온도에 따라 다르다. 어느 소정의 온도에서 이들 직경이 동등해지도록 고정 플래튼(11)과 링(12)을 형성했다고 하면, 그보다 고온의 상태에서는 고정 플래튼(11)이 링(12)보다 크게 팽창됨으로써 로케이팅 홀(11a)의 직경은 외면(12a)의 직경에 비교하여 커진다. 즉, 온도에 따라, 이들의 사이는 줄어든 상태로 되거나, 여유있는 상태로 되거나 하는 것이다.
마찬가지의 것이 링(12)의 내면(12b)의 직경과 로케이팅 돌기(21a)의 외경 사이에도 일어난다. 이들의 경우에는 어느 소정의 온도에서 이들 직경이 동등해지도록, 링(12)과 고정측 설치판(21)을 형성했다고 하면, 그보다 저온의 상태에서는 고정측 설치판(21)이 링(12)보다 대폭으로 수축됨으로써 로케이팅 돌기(21a)의 직경은 내면(12b)의 직경에 비교하여 작게 된다. 즉, 온도에 따라, 이들의 사이는 줄어든 상태로 되거나, 여유가 있는 상태로 되거나 하는 것이다. 따라서, 이들 관계를 이용하여 본 형태의 금형 장치의 셋업을 행한다.
또한, 본 형태의 금형 장치의 셋업이 종료되어 광학 부품을 제조할 때는 매체식 온도 조절 장치(31)에 의해 고정 플래튼(11) 및 고정측 금형(27)은 각각 상이한 온도로 조정된다. 일반적으로는 고정측 형판(22)의 성형 시 온도는 100 내지 150℃의 범위 내에 있으며, 플래튼의 성형 시 온도는 60 내지 70℃의 범위 내로 조절한다. 따라서, 이 성형 시 온도에 있어서, 로케이팅 홀(11a)과 링(12)의 외면(12a) 사이, 및 링(12)의 내면(12b)과 로케이팅 돌기(21a) 사이가 모두 확실하게 고정되어 있도록 각 부재의 사이즈를 결정하면 된다. 즉, 내측의 부재의 외경이, 외측의 부재의 내경과 동일하거나 약간 큰 상태인 것이 바람직하다.
다음에, 본 형태의 금형 장치의 셋업 방법에 대하여 설명한다. 일반적으로 금형 셋업에서는 고정측 금형과 가동측 금형을 일체로 한 금형조(20)를, 크레인 등에 의해 끌어 올려, 사출 성형 장치의 고정 플래튼(11)에 고정측 설치판(21)을 고정한다. 금형조(20) 중의 각 부재는, 일체화된 상태에서는 고정밀도로 위치 결정되어 있다. 그 후, 가동 플래튼(29)을 금형조(20)에 근접시켜 가동 플래튼(29)과 가동측 설치판(26)이 고정된다. 본 형태에서도 기본적으로 이 수순으로 행해진다. 그 중, 고정 플래튼(11)과 고정측 설치판(21)의 고정을 위한 공정 부분에 본 형태의 특징이 있다.
본 형태의 셋업 방법에서는, 상기한 재료로 각각 형성된 고정 플래튼(11), 링(12), 고정측 설치판(21)을, 이하의 각 공정을 순서대로 행하는 것에 의한 수순으로 설치한다. (1) 링 끼워 넣기 공정(도 4 참조) (2) 링 고정 공정(도 5 참조) (3) 금형 끼워 넣기 공정(도 6 참조) (4) 금형 고정 공정(도 7 참조)
우선, 수순(1)에서는 매체식 온도 조절 장치(31)에 의해 고정 플레튼(11)을 120℃ 정도까지 승온시켜 둔다. 즉, 성형 시 온도보다도 40 내지 60℃ 높은 온도로 한다. 이에 의해, 고정 플레튼(11)은 성형 시 온도 시와 비교하여 꽤 팽창된 상태로 된다. 따라서, 로케이팅 홀(11a)의 내경은 성형 시 온도 때보다 크게 되어 있다. 예를 들어, φ100mm 정도의 것에서는 20 내지 60㎛ 정도 커진다. 여기에, 도 4에 도시한 바와 같이, 상온의 링(12)[직경(RA)]을 끼워 넣는다.
이때, 120℃ 정도에 있어서의 로케이팅 홀(11a)의 내경이 상온에 있어서의 링(12)의 외경에 비하여 어느 정도의 여유[도면에서 클리어런스(CA)]를 갖고 큰 것이 되도록 링(12)의 외경 사이즈가 결정되어 있다. 클리어런스(CA)로서는, 예를 들어 30 내지 50㎛ 정도로 하면 된다. 또한, 이들 도면에서는 알기 쉽게 하기 위해, 클리어런스를 매우 크게 도시하고 있다.
다음에, 수순(2)에서는 수순(1)에서 120℃ 정도까지 승온하였던 고정 플래튼(11)의 온도를 내린다. 예를 들어, 60 내지 70℃ 정도까지 저하시킨다. 이것은, 성형 시의 고정 플래튼(11)의 온도이다. 이에 의해, 고정 플래튼(11)은 수순(1)의 상태보다 수축되어, 로케이팅 홀(11a)의 내경도 작아진다. 한편, 링(12)은 온도 조절되어 있지 않다. 그러나, 고정 플레튼(11)에 접촉되어 있으므로 고정 플래튼(11)의 열에 의해 어느 정도 승온된다. 그러나, 링(12)은 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되어 있으므로, 온도가 변해도 링(12)의 외경은 거의 변화되지 않는다.
그리고, 로케이팅 홀(11a)의 내경이 작아지고, 링(12)의 외경이 거의 변화되지 않기 때문에 클리어런스(CA)가 감소된다. 그리고, 60 내지 70℃ 정도에 있어서의 로케이팅 홀(11a)의 내경이, 링(12)의 외경에 비하여 동일하거나 약간 작은 것으로 되도록 각 부의 사이즈가 결정되어 있다. 이에 의해, 도 5에 도시한 바와 같이 고정 플래튼(11)과 링(12) 사이에는 수축 끼워 맞춤된 것과 마찬가지의 상태로 되어 간극없이 고정된다.
다음에, 수순(3)에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 금형조(20)를 일체적으로 크레인으로 들어 올려 링(12)의 내경 내에 고정측 설치판(21)의 로케이팅 돌기(21a)를 끼워 넣는다. 이때, 고정 플래튼(11)은 수순(2)의 60 내지 70℃ 정도로 유지되고 있다. 또한, 링(12)도 이것에 가까운 온도로 되어 있다. 한편, 이때의 금형조(20)는 상온인 것으로 한다.
여기서, 이 상태에서의 링(12)의 내경[도 6에서 내경(RB)]이 상온에 있어서의 고정측 설치판(21)의 로케이팅 돌기(21a)의 외경에 비하여 어느 정도의 여유[도면에서 클리어런스(CB)]를 갖고 큰 것이 되도록 각 부의 사이즈가 결정되어 있다. 클리어런스(CB)로서는, 예를 들어 20 내지 40㎛ 정도이면 된다. 예를 들어, 로케이팅 돌기(21a)의 외경이 φ80mm 정도의 것으로는 클리어런스(CB)를 15 내지 90㎛ 정도로 할 수 있다. 이 정도의 클리어런스가 있으면 수순(3)은 크레인을 사용하는 종래의 셋업 방법에 의해 충분히 가능하다.
또한, 이때 금형조(20)의 로케이팅 돌기(21a)는 고정 플래튼(11)에 직접 접촉하는 일은 없다. 링(12)에 의해 보호되어 있기 때문이다. 따라서, 고정 플레튼(11)이 주철제이어도 변형의 우려는 없다. 링(12)은 인성면에서 우수한 재질이므로, 형셋업을 반복함으로써 금형조(20)의 로케이팅 돌기(21a)와 복수회 접촉해도 변형의 우려는 거의 없다. 또한 만일 링(12)의 내면(12b)에 변형 등의 징후가 보이면, 링(12)만을 교환하는 것은 용이하다. 단, 링(12)을 교환하는 빈도는 극히 낮다.
다음에, 수순(4)에서는 성형 시의 온도로 금형을 승온시킨다. 즉, 금형조(20)를 100 내지 150℃ 정도로 승온한다. 이에 의해, 고정측 설치판(21) 및 그 로케이팅 돌기(21a)도 승온된다. 그 결과, 도 7에 도시한 바와 같이 고정측 설치판(21) 및 그 로케이팅 돌기(21a)가 어느 정도 팽창된다. 한편, 플래튼 온도는 60 내지 70℃ 정도로 유지되며, 또한 링(12)은 저선팽창재이기 때문에, 링(12)의 내경은 거의 변화되지 않는다. 그 때문에, 링(12)과 로케이팅 돌기(21a) 사이의 클리어런스(CB)가 감소된다.
이때, 링(12)의 내경이 100 내지 150℃ 정도에 있어서의 로케이팅 돌기(21a)의 외경에 비하여, 동일하거나 약간 작은 것으로 되도록 각 부의 사이즈가 결정되어 있다. 이에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이 링(12)과 로케이팅 돌기(21a)의 사이는 수축 끼워 맞춤된 것과 마찬가지의 상태가 되어, 간극없이 고정된다. 이에 의해, 성형 시 온도에 있어서, 고정 플래튼(11)과 고정측 금형(27)의 고정측 설치판(21)이 확실하게 고정된다.
이 방법에 의하면, 수순(1)에 있어서 링(12)을 끼워 넣을 때도 수순(3)으로 형셋업을 행할 때에도 각각 어느 정도의 클리어런스가 있다. 그 때문에, 끼워 넣기 시에 고정밀도의 위치 맞춤이 요구되는 일은 없다. 무리한 힘이 가해지는 일도 없다. 또한, 수순(2) 및 수순(4)에 있어서, 온도를 변화시킴으로써 수축 끼워 맞춤과 같은 처리가 행해진다. 즉, 선팽창 계수의 차에 의해 클리어런스가 없어져 확실하게 고정된다. 이와 같이 되어 있으면, 성형 시 온도에 있어서는 고정측 금형(27)은 링(12)을 통하여 고정 플래튼(11)에 고정밀도로 고정되어 있다.
상기한 수순(1) 내지 (4)가 종료된 후, 이 온도를 유지한 상태로 가동 플레튼(29)과 가동측 설치판(26)이 고정된다. 즉, 이 상태에서 가동측 금형(28)의 도 1에서 좌측에 가동 플래튼(29)을 접촉시켜 가동 플래튼(29)과 가동측 설치판(26)을 나사 등에 의해 고정한다. 그리고, 고정측 형판(22)과 가동측 형판(23) 사이의 걸림을 해제한다. 이에 의해, 고정되어 있는 고정측 금형(27)에 대하여 가동측 금형(28)이 접속 및 분리가 가능해진다. 따라서, 형체결된 상태로 고정측 형판(22)과 가동측 형판(23) 사이의 성형 공간에 용융 수지가 주입되어 광학 부품이 제조된다.
또한, 분리할 때는 상기한 수순을 역순으로 행한다. 즉, 성형 후 바로인 경우에는 수순(4)의 상태로 되어 있으므로 우선 금형조(20)의 가온을 정지시켜 상온까지 온도를 내린다. 이때 고정 플래튼(11)의 온도 조절은 정지하지 않는다. 이에 의해, 수순(3)의 상태로 되어 링(12)과 로케이팅 돌기(21a) 사이에 클리어런스가 생긴다. 따라서, 금형조(20)를 고정 플레튼(11)으로부터 분리할 수 있다. 다른 금형의 셋업을 행하는 경우에는, 이 상태로 상온의 다른 금형조를 설치한다.
혹은, 성형으로부터 시간이 지나, 고정 플레튼(11)도 금형조(20)도 상온인 경우에는 고정 플래튼(11)만을 가온한다. 이에 의해 수순(3)의 상태로 되어, 링(12)과 로케이팅 돌기(21a) 사이에 클리어런스가 생긴다. 따라서, 금형조(20)를 고정 플래튼(11)으로부터 분리할 수 있다.
또한, 금형조(20)를 분리한 후의 고정 플레튼(11)으로부터 링(12)을 분리할 경우에는 고정 플레튼(11)을 더 가온한다. 이에 의해, 수순(1)의 상태로 되어, 링(12)과 로케이팅 홀(11a) 사이에 클리어런스가 생긴다. 따라서, 링(12)을 고정 플레튼(11)으로부터 분리할 수 있다.
발명자들은, 상기한 재질로 형성한 외경 RA=φ80mm 정도의 링(12)을 사용하여 실험을 행하였다. 고정 플래튼(11) 및 금형조(20)의 재질은 종래와 마찬가지의 것으로 했다. 우선, 수순(1)에 있어서 40㎛ 정도의 클리어런스(CA)가 얻어지도록 고정 플래튼(11)의 로케이팅 홀(11a)의 내경을 결정했다. 이 정도의 클리어런스가 있으면 일반적으로 여유를 갖고 끼워 넣을 수 있다. 또한, 고정 플래튼(11)을 120℃ 정도로부터 60 내지 70℃ 정도까지 온도 변화시킨 결과, 로케이팅 홀(11a)의 직경은 44㎛ 정도 작아졌다. 이 수축량은 상기의 클리어런스(CA)보다 크므로 수순(2)에 있어서 링(12)은 고정 플레튼(11)에 의해 수축 끼워 맞춤 상태로 되는 것이 확인되었다.
또한, 금형조(20)로서는 사용 시의 외경이 φ60mm 정도의 로케이팅 돌기(21a)를 갖는 고정측 설치판(21)에 대하여 실험을 행하였다. 우선, 수순(3)에 있어서 60 내지 70℃ 정도에 있어서의 링(12)의 내경과 로케이팅 돌기(21a)의 외경 사이에 30㎛ 정도의 클리어런스(CB)가 얻어지도록 로케이팅 돌기(21a)를 형성했다. 이 정도의 클리어런스가 있으면 일반적인 셋업 방법에 의해 여유를 갖고 끼워 넣을 수 있다. 또한, 금형조(20)를 100 내지 150℃ 정도로 승온한 바, 로케이팅 돌기(21a)의 외경은 약 35㎛ 커졌다. 이 팽창량은 상기한 클리어런스(CB)보다 크므로 고정측 설치판(21)은 링(12)에 의해 수축 끼워 맞춤된 상태로 되는 것이 확인되었다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 형태의 금형 장치에 따르면, 형셋업의 단계에서는 고정밀도의 위치 맞춤이 요구되는 일은 없으므로, 크레인을 사용한 종래의 방법으로 행할 수 있다. 게다가, 플래튼 온도 조절과 금형 온도 조절을 조합함으로써, 고정 플래튼(11), 링(12), 고정측 설치판(21)의 선팽창 계수의 차이에 의해, 성형 시 온도에서는 확실하게 고정된다. 따라서, 경시적인 위치 정밀도의 저하를 억제하여, 성형 시의 위치 정밀도를 더 향상시킬 수 있다. 여기서, 성형에 사용하는 수지의 종류로서는 폴리올레핀계, 폴리카보네이트, 폴리에스테르계, 아크릴, 노보넨계, 실리콘계 등이 적절하다.
또한, 본 형태의 금형 장치에서는 금형조(20)의 로케이팅 돌기(21a)와 고정 플래튼(11)이 직접 접촉하는 일은 없다. 고정 플래튼(11)의 로케이팅 홀(11a)에 직접 접촉하는 것은 링(12)뿐이며, 링(12)은 고정 플래튼(11)의 재질보다도 인성면에서 우수한 재질이므로 금형조(20)와 접촉해도 용이하게 변형되는 것은 아니다. 또한, 금형조(20)의 설치 시에는 충분한 클리어런스가 있으므로 격렬하게 마찰되는 일은 없다. 또한, 일반적인 금형 교환은 링(12)을 부착한 상태에서 행하므로 링(12)에 의해 고정 플래튼(11)이 변형될 우려는 극히 적다. 따라서, 고정 플래튼(11)이 주철제이어도 변형의 문제는 회피되어 있다.
또한, 본 형태는 단순한 예시에 지나지 않으며, 본 발명을 전혀 한정하는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 당연히 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기한 형태에서는 고정측 설치판(21)과 고정 플레튼(11) 사이의 위치 결정만을 설명했으나, 마찬가지의 구성을 가동 플래튼측에도 설치함으로써 가동 플래튼(29)과 가동측 금형의 위치 결정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 금형 셋업을 고정측과 가동측에서 각각 행함으로써 금형 셋업에 수반하는 축 어긋남 재현성도 향상시키는 것이 가능해진다. 가동 플래튼(29)에 설치하는 경우에는 로케이팅 홀이 관통 구멍이 아니어도 되므로, 스풀도 불필요하다. 또한, 상기한 형태에서는 링(12)으로서 고리 형상의 것을 사용하고 있으나, 부분 고리 형상이어도 된다. 예를 들어, 「C」자 형상의 것이어도 된다. 또한, 고정 플래튼(11), 고정형 금형(27) 등의 온도 조정 방법은 매체식 온도 조절 장치(31)에 한하지 않고, 전열 변환 소자 등에 의한 것이어도 상관없다.
본 발명의 광학 부품용 금형 장치 및 그 셋업 방법에 따르면, 경시적인 위치 정밀도의 저하를 억제하여 성형 시의 위치 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 광학 부품용 금형 장치에 있어서,
    고정측 또는 가동측에 있어서, 대향하는 금형과 온도 조정하면서 형체결하고 그 사이의 성형 공간에 성형재를 주입하여 광학 부품을 제조하는 제1 금형과,
    상기 대향하는 금형인 제2 금형과,
    상기 제1 금형을 유지하는 동시에, 제1 금형측의 면의 일부에 로케이팅 홀이 형성된 유지 부재와,
    외면과 내면을 갖는 형상이며, 상기 로케이팅 홀에 외면에서 끼워 맞추어지는 로케이팅 부재를 갖고,
    상기 제1 금형에는 상기 유지 부재를 향하여 돌출되는 동시에, 상기 로케이팅 부재의 내면에 끼워 맞추어지는 로케이팅 돌기가 형성되어 있으며,
    상기 로케이팅 부재가, 상기 유지 부재의 재질 및 상기 로케이팅 돌기의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유지 부재의 온도를 제어하는 온도 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로케이팅 부재를 구성하는 재질의 선팽창 계수가 5×10-6/K 이하인 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 금형은 고정측 금형이며, 제2 금형은 가동측 금형인 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 금형은 가동측 금형이며, 제2 금형은 고정측 금형인 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 금형은 고정측 금형이며 동시에 가동측 금형인 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치.
  7. 고정측 금형과 가동측 금형을 온도 조정하면서 형체결하고 그 사이의 성형 공간에 성형재를 주입하여 광학 부품을 제조하는 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법에 있어서,
    상기 고정측 금형과 상기 가동측 금형 중 적어도 한쪽의 금형으로서, 형맞춤면의 반대측을 향하여 돌출되는 로케이팅 돌기가 형성되어 있는 것을 사용하고,
    상기 적어도 한쪽의 금형을 유지하는 동시에, 금형측의 면의 일부에 로케이팅 홀이 형성된 유지 부재를 사용하고,
    상기 유지 부재의 재질 및 상기 로케이팅 돌기의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되는 동시에, 외면과 내면을 갖는 형상이며, 상기 로케이팅 홀에 외면에서 끼워 맞추어지고, 상기 로케이팅 돌기가 내면에 끼워 맞추어지는 로케이팅 부재를 사용하고,
    상기 유지 부재를 이하의 관계를 만족하는 제1 온도로 조정하는 제1 스텝과,
    t1+40≤제1 온도≤t1+60(℃)
    (단, t1은 당해 금형 장치에 있어서의 광학 부품의 성형 시의 상기 유지 부재의 온도)
    상기 제1 스텝에서 조정한 온도 조건으로 상기 유지 부재와 상기 로케이팅 부재의 설치를 행하는 제2 스텝과,
    상기 유지 부재의 온도를 t1±5(℃)의 범위 내로 조정하는 동시에, 상기 적어도 한쪽의 금형을, 이하의 관계를 만족하는 제2 온도로 조정하는 제3 스텝과,
    제2 온도≤t1-10(℃)
    상기 제3 스텝에서 조정한 온도 조건으로 상기 로케이팅 부재와 상기 적어도 한쪽의 금형의 로케이팅 돌기의 설치를 행하는 제4 스텝과,
    상기 적어도 한쪽의 금형의 온도를 t2±5(℃)의 범위 내로 조정하는 제5 스텝
    (단, t2는 당해 금형 장치에 있어서의 광학 부품의 성형 시의 적어도 한쪽의 금형의 온도)을 갖는 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법.
  8. 고정측 금형과 가동측 금형을 온도 조정하면서 형체결하고, 그 사이의 성형 공간에 성형재를 주입하여 광학 부품을 제조하는 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법에 있어서,
    상기 고정측 금형과 상기 가동측 금형 중 적어도 한쪽의 금형으로서, 형맞춤면의 반대측을 향하여 돌출하는 로케이팅 돌기가 형성되어 있는 것을 사용하고,
    상기 적어도 한쪽의 금형을 유지하는 동시에, 금형측의 면의 일부에 로케이팅 홀이 형성된 유지 부재를 사용하고,
    상기 유지 부재의 재질 및 상기 로케이팅 돌기의 재질보다도 선팽창 계수가 작은 재질로 형성되는 동시에, 외면과 내면을 갖는 형상이며, 상기 로케이팅 홀에 외면에서 끼워 맞추어지고, 상기 로케이팅 돌기가 내면에 끼워 맞추어지는 로케이팅 부재를 사용하고,
    상기 유지 부재와 상기 로케이팅 부재가 설치되어 있으며, 상기 로케이팅 부 재와 상기 적어도 한쪽의 금형의 로케이팅 돌기가 설치되어 있는 상태로부터,
    상기 유지 부재의 온도를 t1±5(℃)의 범위 내로 조정하는 동시에, 상기 적어도 한쪽의 금형을, 이하의 관계를 만족하는 제2 온도로 조정하는 제1 공정과,
    제2 온도≤t1-10(℃)
    상기 제1 공정에서 조정한 온도 조건으로 상기 로케이팅 부재와 상기 적어도 한쪽의 금형의 로케이팅 돌기의 분리를 행하는 제2 공정과,
    상기 유지 부재를, 이하의 관계를 만족하는 제1 온도로 조정하는 제3 공정과,
    t1+40≤제1 온도≤t1+60(℃)
    상기 제3 공정에서 조정한 온도 조건으로 상기 유지 부재와 상기 로케이팅 부재의 분리를 행하는 제4 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 10(℃)≤제2 온도인 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지 부재로서, 상기 제1 온도에 있어서, 상기 로케이팅 홀의 직경이 상기 로케이팅 부재의 외면 직경보다도 20 내지 60㎛의 범위 내의 차로 크게 형성된 것을 사용하고,
    상기 적어도 한쪽의 금형으로서, 상온에 있어서의 상기 로케이팅 돌기의 직경이 상기 제2 온도에 있어서의 상기 로케이팅 부재의 내면 직경보다도 15 내지 90㎛의 범위 내의 차로 작게 형성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는, 광학 부품용 금형 장치의 셋업 방법.
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