(57)【要約】【課題】  本発明は溶融樹脂を使用してプラスチック光学素子を成形する射出成形金型に関し、特にキャビティに充填された樹脂の熱が均等にキャビティ周囲の部材に伝導し、光学素子に偏心を生じさせることのない射出成形金型を提供するものである。【解決手段】  本発明は射出成形金型に取り付ける入子の支持を、入子の側面に当接する入子保持手段によって行い、入子と入子の隣接部材である固定側型板又は可動側型板との間隔を一定間隔以内に保持し、この隙間に熱伝導物質を充填して本発明の射出成形金型を構成する。このように構成することにより、キャビティに充填された溶融樹脂が冷却される際、溶融樹脂の熱は入子に伝わり、更に耐熱性、熱伝導性、及び粘性の優れた熱伝導物質を介して固定側型板や可動側型板に均一に伝導し、偏心のない光学素子を成形することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側金型及び可動側金型に設けた入子によってキャビティを構成する射出成形金型において、
前記入子の側面、又は前記入子の側面に隣接する隣接部材のいずれか一方に設けた、少なくとも３点の突起状の入子保持手段により、前記入子を点接触で保持し、前記入子の側面と前記隣接部材との隙間に、双方に密着する熱伝導物質を充填させたことを特徴とする射出成形金型。
【請求項２】
前記入子保持手段が、前記入子と隣接部材との位置調整手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の射出成形金型。
【請求項３】
前記熱伝導物質は、前記金型による成形品の成形中、前記隙間から漏れ出ない粘性を有する材料であることを特徴とする請求項１、又は２記載の射出成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融樹脂を使用してプラスチック光学素子を成形する射出成形金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、溶融樹脂を使用してプラスチック光学素子を成形する射出成形金型が使用されている。従来、プラスチック光学素子を成形する場合、溶融混錬された樹脂を金型キャビティ内に射出し、充填させ、キャビティの壁面を通じて溶融樹脂を冷却し、固化させる。
【０００３】
しかし、上記溶融樹脂の冷却が安定しない場合、成形体に残留応力やヒケ、変形を生じ、高精度な光学素子の成形を行うことができない。樹脂の冷却を安定化させるためには、金型温度を高精度に制御し、キャビティに充填された樹脂の熱を安定して冷却する必要がある。このため、従来から金型内に、例えば温調媒体を循環させる温調管や、ヒータ等の温度調整装置を設置し、金型温度の制御を行っている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、キャビティ近傍にヒータ等の温度調整装置を配置し、かつキャビティ近傍の主に加熱媒体の存在しない方向に断熱層を配置し、成形中のキャビティ部から加熱媒体のない方向への熱伝導を制限することで、キャビティに充填された樹脂を安定的に冷却する発明が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、所定の形状を転写させるための創成領域、樹脂の内圧による変形を最小限に抑えるための耐圧領域、温度を均一化するための高熱伝導を行う導熱領域で構成される入子が開示され、各領域を対応する材料で構成している。例えば、樹脂の熱を伝導する導熱領域は銅、金、銀、アルミニウム等の金属で構成している。
【特許文献１】特開２０００−１３５７２７号公報（段落番号０００６、０００８〜００１２）
【特許文献２】特開２００３−２５３８１号公報（段落番号０００９、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の発明では、キャビティに充填された樹脂が冷却される際、樹脂の熱は入子、型板等のキャビティ周囲の部材に伝導する。すなわち、金型内にはプラスチック光学素子を所定の形状に成形するための入子等が使用されており、この部材に溶融樹脂の熱が伝導し、更に型板等の部材に熱が伝導する。
【０００７】
しかし、入子側面と周囲部材との接触状態は制御できないため、型組の前後で入子側面と周囲部材との接触状態が異なり、キャビティに充填された樹脂からの熱移動が一定せず、安定した冷却が行えない。
【０００８】
また、特許文献２の発明では、樹脂の熱を伝導する導熱領域は前述のように金属で構成され、可動側型板との間にクリアランスを生じさせる。このため、キャビティの面（光学面）に偏心が生じ、光学素子に偏心が発生する。そのため、安定した冷却ができない。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、安定した冷却が行える射出成形金型を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は本発明によれば、固定側金型及び可動側金型に設けた入子によってキャビティを構成する射出成形金型において、前記入子の側面、又は前記入子の側面に隣接する隣接部材のいずれか一方に設けた、少なくとも３点の突起状の入子保持手段により、前記入子を点接触で保持し、前記入子の側面と前記隣接部材との隙間に、双方に密着する熱伝導物質を充填させた射出成形金型を提供することによって達成できる。
【００１１】
また、前記入子保持手段が、例えば前記入子と隣接部材との位置調整手段を備えている構成である。
さらに、前記熱伝導物質は前記金型による成形品の成形中、例えば前記隙間から漏れ出ない粘性を有する材料で構成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、キャビティに充填した樹脂から入子に伝導した熱が、熱伝導物質を介して均等に入子の周囲部材に伝わるため、安定した冷却が行える。その結果、面精度と屈折率分布が良好な光学素子を成形することができる。
【００１３】
また、入子保持手段が位置調整手段を具備しており、型組み作業を行っても熱的接触状態を良好に再現でき、型組み前後でも安定して良好な成形品を得ることができる。
さらに、複数のキャビティによって、複数個の成形品を成形する場合、キャビティ毎の入子側面と周囲部材との接触状態を一定に制御できるので、キャビティに充填された樹脂からの熱移動が一定する。よって、成形品を複数個取りする射出成形金型においても、面精度や屈折率分布のばらつきの少ない成形品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、本実施形態の射出成形金型の構成を示す図である。
【００１５】
同図において、本例の射出成形金型は、固定金型１と可動金型２で構成され、固定金型１には入子３が取り付けられ、可動金型２には入子４が取り付けられている。入子３、及び入子４はキャビティを構成する駒である。このような構成において、入子３、及び入子４間に形成されたキャビティ５に、溶融樹脂を充填する。また、固定金型１には入子３の隣接部材として固定側型板６が設けられ、可動金型２には入子４の隣接部材として可動側型板７が設けられている。
【００１６】
固定金型１と可動金型２はパーティング面（ＰＬ）において分割され、可動金型２は固定金型１に対して矢印方向に移動可能である。成形時、可動金型２を固定金型１に所定圧力で当て付けた状態で、溶融樹脂を注入部８から金型内に移送するスプルー５０、及び溶融樹脂をキャビティ内に導くランナー５１を介して、キャビティ５に充填する。その後、溶融樹脂を冷却固化して光学素子を成形する。
【００１７】
また、固定側型板６には入子３を保持するための入子保持手段９が設けられ、可動側型板７にも入子４を保持するための入子保持手段１０が設けられている。図２は、上記入子４を保持する入子保持手段１０の配設構成を示す図である。なお、入子３を保持する入子保持手段９の配設構成も図２と同様である。
【００１８】
入子４は、３個の入子保持手段１０で保持されている。具体的には、３個の入子保持手段１０の配置は、互いに１２０度の角度をもって配設されている。このような構成により、安定して入子４を支持できる。
【００１９】
図３は、具体的な入子保持手段１０の構成を示す図である。尚、入子保持手段９も入子保持手段１０と同じ構成である。入子保持手段１０は先端に半球形状の凸部１０ａとネジ部１０ｂを有するネジ部材である。入子保持手段１０のネジ部１０ｂを可動側型板７に螺着することにより、可動側型板７に取り付けることができる。入子保持手段１０を固定側型板７に螺着することにより、入子保持手段１０の先端に設けられた凸部１０ａが、入子４の側面に所定の圧力で当接する。
【００２０】
図４は、入子保持手段１０を可動側型板７に取り付けた状態を示す図である。入子保持手段１０は、同図の矢印ａ方向に螺着され、入子保持手段１０の先端凸部１０ａが入子４の側面に当接する位置で止まる。複数の入子保持手段１０によって、入子４を保持する。尚、入子保持手段１０を螺着する際、各々の入子保持手段１０を交互にまわし、当接する位置の微調整を行う。上記入子保持手段１０の取り付けは、図２に示したように互いに１２０度の角度をもって３箇所で行われる。このとき、それぞれの入子保持手段１０に対して微調整を行うことによって、入子４の外周面と固定側型板７の内周面の隙間を均一に調整する。したがって、入子保持手段１０は位置調節手段としての機能も有する。
【００２１】
また、図４に示すように、入子４と可動側型板７間の隙間には熱伝導物質１１が充填される。この隙間は、例えば０．０３ｍｍ以内に設定されるよう、上記微調整を行う。また、熱伝導物質１１は成形時の温度に耐える耐熱性、効率的に熱を伝導する熱伝導性を有している。また、熱伝導物質１１は型組時、入子と隣接部材との隙間に均一に充填されるものであって、且つ成形時、隙間からキャビティ５に漏れ出ない優れた粘性を有する材料である。
【００２２】
また、同図に示すように、入子４と可動側型板７には溝１２ａ、１２ｂが設けられ、溝１２ａ、１２ｂにはＯリング１３が嵌合している。この構成により、熱伝導物質１１がキャビティ５に漏れ出すことを防止する。
【００２３】
以上の構成により、注入部８からキャビティ５に注入された溶融樹脂の熱は、入子４（及び入子３）に伝達され、更に熱伝導物質１１を介して均等に固定側型板７（及び可動側型板６）に伝達される。
【００２４】
すなわち、本例では入子３と固定側型板６の隙間、及び入子４と可動側型板７の隙間は、入子保持手段９及び１０によって一定間隔に保持され、入子３と固定側型板６、及び入子４と可動側型板７が接触することがなく、キャビティ５に充填された溶融樹脂からの熱は均一に隣接部材に伝達される。
【００２５】
また、上記隙間には耐熱性、熱伝導性、及び粘性に優れた熱伝導物質１１が充填されており、効率よく溶融樹脂の熱を隣接部材に伝達し、迅速に溶融樹脂を冷却することができる。したがって、キャビティ７に注入された溶融樹脂は均等に冷却されるので、面精度と屈折率分布が良好な光学素子を成形することができる。
【００２６】
尚、上記入子保持手段９（及び入子保持手段１０）は、前述の図４に示す例のみではなく、例えば図５に示すように、先端部に装填された複数の小ボール１４により、先端のボール１５を回転自在に支持する構成であってもよい。このように構成することにより、摺動性がよく、所謂かじりを抑制でき、例えば金型に入子３及び４を組み込む際、作業を容易に行うことができる。
【００２７】
また、可動金型２に残る完成品（光学素子）を突き出すため（収納するため）、入子４を摺動させるタイプの金型がある。このような金型の場合、滑らかに入子４を摺動することができる。さらに、ボール１５が回転可能なため、入子３及び入子４とボール１５の当接点には必ず熱伝導物質１１が介在する。そのため、熱伝導を効率よく行うことができる。
【００２８】
また、図６は他の入子保持手段の例を示す図である。ここでは、先端のボール１７が、複数の小ボール１６により、回転自在に支持されている。この先端のボール１７が、ケーシング１８内に配設されたバネ１９により、常時入子３又は入子４に押圧している。このように構成することにより、溶融樹脂によって入子３及び４が例え膨張しても、バネ１９の付勢力により追従しながら入子３及び４を保持することができる。尚、バネ１９のバネ定数を、入子保持手段を取り付ける位置によって変えることにより、例えば重力の影響を考慮した適切な付勢力を入子３（及び入子４）に付与することができる。
【００２９】
一方、前述のＯリング１３の配設についても、図７に示すようにＯリング１３を取り付ける溝を入子４（入子３）側のみに設けてもよい。更に、図８に示すように、Ｏリングを使用せず、可動側型板７（固定側型板６）のみに溝２０を設ける構成としてもよい。このように構成することにより、熱伝導物質１１が溝２０に入る抵抗と圧力によって、熱伝導物質１１が光学面に漏れ出すことを防止することができる。
【００３０】
尚、上記熱伝導物質１１として要求される条件は、前述の耐熱性、熱伝導性、及び粘性を有する材料であり、例えば耐熱性としては１５０℃以上、望ましくは２００℃以上の温度に耐える材料を使用する。また、熱伝導性としては、熱伝導率ｋが０．０５Ｗ/ｍ・Ｋ＜ｋ＜４０Ｗ/ｍ・Ｋの範囲の物性を有する材料を使用する。さらに、粘性としては粘性係数μが２０℃で０．００１Ｐa・ｓ＜μ＜４０００Ｐa・ｓの物性であり、且つ１５０℃で０．５Ｐa・ｓ＜μ＜１ＭＰa・ｓの物性の材料を使用する。
【００３１】
上記条件を満足する具体例としては、例えばシリコーンオイル、変性シリコーンオイル、シリコーン粘着剤、シリコーンレジン、シリコーンエラストマー、エポキシ系グリス等がある。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。尚、本例は、金型に複数のキャビティを形成し、成形品の多数個取りを行う場合の例である。以下、具体的に説明する。
【００３２】
図９は、本例の射出成形金型について説明する図である。また、図１０は上記射出成形金型の固定側型板６の構成を示す図である。両図において、２１は固定金型であり、２２は固定金型２１に対して当接、離間を繰り返す可動金型である。
【００３３】
本例の射出成形金型は、１回の操作によって４個の光学素子を成形する構成であり、固定金型２１には４個の入子２３ａ〜２３ｄ（但し、図９において入子２３ｃ、２３ｄは見えない位置である）が取り付けられ、可動金型２２にも４個の入子２４ａ〜２４ｄ（但し、図９において入子２４ｃ、２４ｄは見えない位置である）が取り付けられている。また、固定側型板２５は入子２３ａ〜２３ｄの隣接部材であり、可動側型板２６は入子２４ａ〜２４ｄの隣接部材である。
【００３４】
固定金型２１と可動金型２２は、パーティング面（ＰＬ）において分割される。成形時には、可動金型２２を固定金型２１に所定の圧力で当て付ける。そして、この状態で、キャビティ３５に溶融樹脂を充填する。すなわち、溶融樹脂を注入部２８から金型内に移送するスプルー２９、及び溶融樹脂をキャビティ内に導くランナー３０を介して、溶融樹脂をキャビティ３５に充填する。
【００３５】
一方、固定側型板２５には、それぞれ入子２３ａ〜２３ｄを保持するための入子保持手段３１ａ〜３１ｄ（但し、図９において入子保持手段３１ｃ、３１ｄは見えない位置である）が設けられ、可動側型板２６には入子２４ａ〜２４ｄを保持するための入子保持手段３２ａ〜３２ｄ（但し、図９において入子保持手段３２ｃ、３２ｄは見えない位置である）が設けられている。
【００３６】
本例の場合、４個のキャビティ３５に溶融樹脂を充填し、冷却して光学素子を成形した後、可動金型２２を矢印Ａ方向に移動する。この時、キャビティ３５に形成された光学素子が可動金型２２側に残り、可動金型２２の移動と共に矢印Ａ方向に移動する。その後、可動金型２２に残る光学素子はピン３３によって突き出される。すなわち、樹脂の冷却がすむと可動金型２２を矢印Ａ方向に移動させる。そして、ピン可動機構３４を駆動し、ピン３３を矢印Ｂ方向に移動させる。これにより、ピン３３の先端３３ａをランナー３０に付き当てる。そして、４個の光学素子を一体として、不図示の収納部に収納する。
【００３７】
本例の場合にも、固定側型板２５と入子２３ａ〜２３ｄ間の隙間には熱伝導物質１１が充填され、キャビティ３５に充填された溶融樹脂の熱は、それぞれ対応する入子２３ａ〜２３ｄを介して均一に固定側型板２５に伝導される。また、可動金型２２側についても同様であり、可動側型板２６と入子２４ａ〜２４ｄ間の隙間には熱伝導物質１１が充填され、キャビティ３５に充填された溶融樹脂の熱は、それぞれ対応する入子２４ａ〜２４ｄを介して均一に可動側型板２６に伝導される。
【００３８】
したがって、金型に複数のキャビティを配置し、多数個取りの成形を行う場合でも、各キャビティで冷却過程が一定となる。よって、複数取りの射出成形金型においても、完成品の面精度や屈折率分布のばらつきを抑えることができる。
【００３９】
尚、本例においても、図５に示す複数の小ボール１４を使用した入子保持手段を使用すれば摺動性よく、金型に入子を組み込むことが容易となる。また、図６に示すバネ１９を内蔵する入子保持手段を使用すれば、入子の保持を自動的に適切な圧力で保持することができる。
【００４０】
また、本例で使用する熱伝導物質１１として要求される条件は、前述の耐熱性、熱伝導性、及び粘性を有する材料であり、上記条件を有する材料であれば前述のシリコーンオイルや、変性シリコーンオイル等に限定されるものではない。
【００４１】
尚、上記２つの実施形態の説明では、入子保持手段を３個使用して各入子を３点で支持したが、３点に限らず、入子保持手段を４個使用して各入子を４点で支持してもよく、更に５点以上で支持する構成としてもよい。
【００４２】
また、各入子の支持を前後２箇所の位置で行ってもよい。図１１はこの構成を示す図である。すなわち、入子３６の側面に当接する３個の入子保持手段３７と、同じ入子３６の側面であって入子３６の長手方向の異なる位置に当接する３個の入子保持手段３８を配設する。このように構成することにより、入子３６と固定側型板４２間の隙間をより正確に一定に保持することができる。
【００４３】
尚、上記構成は可動側金型についても同様であり、入子３９の側面に当接する３個の入子保持手段４０と、同じ入子３９の側面であって入子３９の長手方向の異なる位置に当接する３個の入子保持手段４１を配設し、入子３９と可動側型板４３間の隙間をより正確に一定に保持することができる。
【００４４】
また、本例の説明では、入子保持手段を固定側型板や可動側型板に取り付けたが、入子側に取り付け、入子保持手段の先端が固定側型板や可動側型板の側面に当接する構成としてもよい。また、入子保持手段としてネジ部材を使用したが、Ｏリングを使用してもよく、更にローラタップを設ける構成としてもよい。
【００４５】
さらに、入子側面に隣接する隣接部材は、固定側型板や可動側型板に限らず、中子やスリーブ等であってもよく、入子の配置上、入子に隣接する部材であれば適用できる。例えば、図１２はスリーブが入子に隣接する部材である場合の例であり、同図（ａ）は側面図を示し、同図（ｂ）は平面図を示す。尚、入子、入子保持手段等の番号は前述の図９及び図１０と同じ番号を使用する。同図（ａ）、（ｂ）に示すように、スリーブ４５は入子２３ａ〜２３ｄと固定側型板２５間に介装され、キャビティに充填された溶融樹脂の熱は、それぞれ対応する入子２３ａ〜２３ｄを介して、熱伝導物質１１に伝達され、更に均一にスリーブ４５に放熱される。尚、この場合、入子保持手段３１ａ〜３１ｄはスリーブ４５に取り付けられ、入子保持手段３１ａ〜３１ｄの先端が入子２３ａ〜２３ｄの側面に当接する構成である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態の射出成形金型の構成を示す図である。
【図２】入子と入子保持手段の関係を示す図である。
【図３】入子保持手段の構成を示す図である。
【図４】入子保持手段を可動側型板に取り付けた状態を示す図である。
【図５】他の入子保持手段の構成を示す図である。
【図６】さらに、他の入子保持手段の構成を示す図である。
【図７】Ｏリングを取り付ける溝を入子側のみに設けた構成を説明する図である。
【図８】Ｏリングを使用せず、固定側型板のみに溝を設けた構成を説明する図である。
【図９】実施形態２の射出成形金型について説明する図である。
【図１０】実施形態２の射出成形金型の固定金型側の構成を説明する図である。
【図１１】本実施形態の変形例を説明する図である。
【図１２】スリーブが入子に隣接する部材である場合の例を説明する図であり、（ａ）はその側面図を示し、（ｂ）はその平面図を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・固定金型
２・・・可動金型
３、４・・・入子
５・・・キャビティ
６・・・固定側型板
７・・・可動側型板
８・・・注入部
９、１０、３７、３８・・・入子保持手段
１０ａ・・・凸部
１１・・・熱伝導物質
１２ａ、１２ｂ・・・溝
１３・・・Ｏリング
１４・・・小ボール
１５、１６・・・ボール
１８・・・ケーシング
１９・・・バネ
２０・・・溝
２１・・・固定金型
２２・・・可動金型
２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄ・・・入子
２５・・・固定側型板
２６・・・可動側型板
２８・・・注入部
２９・・・スプルー
３０・・・ランナー
３５・・・キャビティ
３６、３９・・・入子
４０、４１・・・入子保持手段
４２・・・固定側型板
４３・・・可動側型板
４５・・・スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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