(57)【要約】【課題】余分なエネルギーを消費することなく、金型表面のみを選択的に加熱し、樹脂表面の転写性を確保及び樹脂表面と中心の温度差を小さくし、内部歪を低減し、低収差な製品の提供を目的とする。【解決手段】固定側金型（２）と、固定側金型に対して進退自在であり、かつ、固定側金型と接することで固定側金型との間にキャビティーを形成する可動側金型（３）と、固定側金型を貫通するノズルゲート，ランナー及びスプルーからなる樹脂流路と、樹脂流路を介して前記キャビティーに樹脂を圧入して成形する射出成形金型であって、固定側金型及び可動側金型の少なくとも一方のレンズインサート転写面を上基準として下へ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下離れた位置まで穴が施されており、この穴に加熱源を挿入することで解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側金型と、前記固定側金型に対して進退自在であり、かつ、前記固定側金型と接することで前記固定側金型との間にキャビティーを形成する可動側金型と、前記固定側金型を貫通するノズルゲート，ランナー及びスプルーからなる樹脂流路と、前記樹脂流路を介して前記キャビティーに樹脂を圧入して成形する射出成形金型において、
前記固定側金型及び前記可動側金型の少なくとも一方のレンズインサート転写面を上基準として下へ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下離れた位置まで穴が施されており、前記穴に加熱源が挿入してあること
を特徴とする射出成形金型。
【請求項２】
加熱源は、円柱形状であるセラミックヒーターであって、前記レンズインサートを加熱す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】
加熱源は、円柱形状であるヒートコンデンサとヒートパイプであって、冷却工程での樹脂熱をヒートコンデンサに蓄熱し、ヒートパイプによって潜熱輸送することで前記レンズインサート転写面を加熱す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４】
加熱源の外径が、製品外径の０．７から１．２倍であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の射出成形金型。
【請求項５】
樹脂のガラス転移温度以下に温度制御された固定型と可動型の構成からなる金型内に形成される空隙部（キャビティー）に、ガラス転移温度以上に制御された樹脂材料を射出充填させ、一定の時間圧力を保持する保圧工程を経て冷却することで樹脂レンズを得る型閉工程・射出工程・保圧工程・冷却工程・型開工程・取出工程の一連の成形方法であって、任意のタイミングでレンズ表面を加熱する加熱工程を導入したこと
を特徴とした射出成形金型の成形方法。
【請求項６】
所定の温度に制御された樹脂材料において、その温度を使用する樹脂のガラス転移温度以上、ガラス転移温度＋１２０℃以下に制御することを特徴とする請求項５に記載の射出成形金型の成形方法。
【請求項７】
型開き工程から射出工程終了までの時間において、任意の時間だけ加熱工程を加えたことを特徴とする請求項５に記載の射出成形金型の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック樹脂を材料とする光学関連製品の射出成形技術において、製品に接する金型表面を型開きから射出充填完了まで、ガラス転移温度以上に加熱する温度制御を用いて、高転写で内部歪のない高精度な光学素子を得ることが可能なプラスチック製品の射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂レンズ成形方法として、特許文献１に記載されているような大きな容積を有した金型を用い一度に多数個のレンズを成形する多数個取り成形方法が行われている。
【０００３】
図４は、従来の樹脂レンズ成形金型を示すものである。
【０００４】
図４に記載の樹脂レンズ成形金型は、固定金型３１と可動金型３２からなる空隙（キャビティー）３３にノズル３４より溶融した樹脂をスプルー及びランナー３５を介して射出し、所定の圧力にて保持した後、十分樹脂がガラス転移温度以下になるまで冷却し、成形レンズを得る金型である。
【０００５】
このような従来のプラスチック射出成形では、溶融した熱可塑性樹脂等の材料樹脂が金型に接する表面から急速に冷却され厚い固化層を形成または熱収縮するに起因して、金型表面と樹脂表面の転写が十分行われず、転写不良が生じる。これは樹脂表面の固い固化層が、樹脂の内圧による変形を阻害して、金型表面に樹脂表面が密着し、転写するのを妨げるためである。また、従来の射出成形では、材料樹脂が金型に接する表面と製品部の厚み中心の温度差が大きいため、製品に内部歪が生じ、収差が悪化する。
【０００６】
転写不良は、金型内の樹脂圧力を高圧として樹脂の金型表面への押し付けを強くすることによってもある程度改善できる。しかし、金型内圧を高圧にすることは、より高強度な金型や高圧を発生できる大型の成形機を必要とし費用が高くなるほか、製品自体も内部歪み、変形が発生し、収差を悪化させる。
【０００７】
最も転写不良や収差に対し効果が高いのは、金型の製品に接する表面においてガラス転移温度以上の高温に加熱することである。これは、金型表面を高温にすることで、金型表面に接する樹脂の固化層が薄く、変形しやすくなり、金型表面を忠実に転写しやすくなる。また、材料樹脂が金型に接する表面と製品部の厚み中心の温度差が小さくなるため、製品の内部歪が小さくなり、収差が良化する。しかし、単に高温に加熱するだけでは、製品に反り、変形が生じるなど、新たな問題を生じる他、成形サイクルが延びて製品コストが高くなる弊害が生じる。
【０００８】
従来、転写性/収差改善のため、金型表面を加熱した装置として、以下の各種のものが提案されている。
【０００９】
１）型表面を全体に電気絶縁層及び電気通電層を設置し、通電加熱を行うもの（特許文献２）。  
【００１０】
２）コイルを型開から型閉の間、金型パート面に投入して表面を誘導加熱するもの（特許文献３  ）。
【００１１】
３）金型内部に金型温度調節用媒体を急速に加熱、冷却或いは加熱、冷却した媒体を切り替えて  金型に供給する装置を設け、供給される加熱、冷却媒体を金型内の温度調節用媒体管路に通  して金型を加熱、冷却できるようにしたもの（特許文献４及び５）。
【特許文献１】特開昭５５−２５９７３号公報
【特許文献２】特許第２６１８１００号公報
【特許文献３】特開２００２−１８７１８１号公報
【特許文献４】特開平８−１８４４４１号公報
【特許文献５】特開平１１−１１５０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のように、製品の転写不良は、金型の材料樹脂が流れる表面を高温に加熱することによって改善できるが、加熱、冷却に時間をかければ成形サイクルが延びて生産性が低下し、製品コストの高騰を招くほか、製品自体反り等の新たな不良が生じる。また、金型表面を加熱する方法についても、上記従来法には以下のような問題がある。
【００１３】
上記１）の型表面を全体に通電加熱を技術は、金型全体を加熱するため必要のない部分も加熱するため余分なエネルギーを消費することになる。また、連続成形運転中には、固体金型と可動金型が高温・高圧で当接するため発熱体の耐久性および可動型と固定型との間で電気的に短絡する危険性がある。
【００１４】
更に、金型全体に加熱体が存在するため、金型周囲の外気状態により、型開閉時に金型表面温度が急激に変化しやすい。発熱体の発熱のしくみは電気抵抗体に通電することによる発熱を利用しており、金型周囲の外気温度が変化すると発熱体の電気抵抗値が変化するため、発熱量の適正制御が困難になる。
【００１５】
また、上記２）の金型パート面にコイルを投入して表面を誘導加熱する技術は、成形中の温度制御が不可である。また、加熱のために型開き時間が長くなり、成形サイクルが延びる。
【００１６】
更に上記３）の外部装置により加熱、冷却媒体を金型内の温度調節用媒体循環路に通して金型表面を加熱、冷却する技術は、金型温度表面の応答が遅いために、温度の制御精度が悪くなる問題がある。
【００１７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光学素子の成形において、金型表面を加熱する際に、必要な個所のみを加熱し消費エネルギーの縮小化かつ電気短絡が発生しない金型構成、レンズ径の小さな製品にも対応する構造にすることにより、転写性を確保し、かつ内部歪を低減する高転写で低収差な製品を成形できる金型とこの成形工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記従来の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の射出成形金型は、固定側金型と、前記固定側金型に対して進退自在であり、かつ、前記固定側金型と接することで前記固定側金型との間にキャビティーを形成する可動側金型と、前記固定側金型を貫通するノズルゲート，ランナー及びスプルーからなる樹脂流路と、前記樹脂流路を介して前記キャビティーに樹脂を圧入して成形する射出成形金型において、前記固定側金型及び前記可動側金型の少なくとも一方のレンズインサート転写面を上基準として下へ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下離れた位置まで穴が施されており、前記穴に加熱源が挿入してあることを特徴とする。その結果、金型表面を重点的に加熱でき、温度応答性の良い金型構造にできる。また、型開きから射出完了までの時間、加熱部材の出力を制御するものである。
【００１９】
また、請求項２に記載の射出成形金型は、請求項１において、加熱源が円柱形状であるセラミックヒーターであって、前記レンズインサートを加熱することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３に記載の射出成形金型は、請求項１において、加熱源が円柱形状であるヒートコンデンサとヒートパイプであって、冷却工程での樹脂熱をヒートコンデンサに蓄熱し、ヒートパイプによって潜熱輸送することで前記レンズインサート転写面を加熱することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４に記載の射出成形金型は、請求項１から３の何れか一項において、加熱源の外径が製品外径の０．７から１．２倍であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５に記載の射出成形金型の成形方法は、樹脂のガラス転移温度以下に温度制御された固定型と可動型の構成からなる金型内に形成される空隙部（キャビティー）に、ガラス転移温度以上に制御された樹脂材料を射出充填させ、一定の時間圧力を保持する保圧工程を経て冷却することで樹脂レンズを得る型閉工程・射出工程・保圧工程・冷却工程・型開工程・取出工程の一連の成形方法であって、任意のタイミングでレンズ表面を加熱する加熱工程を導入したことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６に記載の射出成形金型の成形方法は、請求項５において、所定の温度に制御された樹脂材料において、その温度を使用する樹脂のガラス転移温度以上、ガラス転移温度＋１２０℃以下に制御することを特徴とする。
【００２４】
更に、請求項７に記載の射出成形金型の成形方法は、型開き工程から射出工程終了までの時間において、任意の時間だけ加熱工程を加えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の成形金型及び成形方法は、上記機構構成及びプロセス構成を有し、転写性を確保し且つ内部歪を低減し低収差にさせることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態図面を参照にしながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の成形金型の概略図を示す図であり、同図を参照しながら本実施の形態に係る成形方法を説明する。
【００２８】
使用する樹脂のガラス転移温度以下に温度制御された固定型２と可動型３の構成からなる金型内に形成される空隙部（キャビティー）４に、ガラス転移温度以上に制御された樹脂材料を射出充填させ、一定の時間圧力を保持する保圧工程を経て冷却することで樹脂レンズを得る型閉工程・射出工程・保圧工程・冷却工程・型開工程・取出工程の一連の成形方法において、型閉工程から射出工程の間にレンズ転写面を有した金型部材であるレンズインサート５、７の転写面６、８近傍に設置された加熱手段１７を用いて樹脂表面を加熱する。
【００２９】
この際加熱する温度はレンズ形状により異なるがレンズ表面層における樹脂の粘度が低下し流動性を増加させることにより、微細な形状の転写を確保することができる。また、ここで加熱手段１７は電気を通電させることにより発熱する発熱体、またはヒートパイプとヒートコンデンサである。
【００３０】
射出工程終了後に該加熱手段１７の加熱を一旦ストップさせ、樹脂の熱を金型に伝導させることにより樹脂温度を低下させる。それにより、樹脂温度がガラス転移温度以下になるまで冷却し、レンズ内の温度歪を低減させた。本発明の成形方法は、１個取りの場合に限らず、複数の場合でも有効である。
【００３１】
（実施の形態２）
図１を用いて本発明に用いた金型構成を説明する。
【００３２】
この成形金型１は一対の金型として固定金型２と可動金型３からなり、この固定金型２は位置不動に支持されており、可動金型３は固定金型２と離接自在に支持されている。
【００３３】
固定金型２は、外周部に段差９と中央部に樹脂材料の射出用のノズル孔１０が設けられ、このノズル孔１０にホッパー（図示せず）が連結されている。また、レンズ転写面６を高精度に加工したインサート５を設けている。可動金型３も、外周部に段差１１が設けられており、レンズ転写面８を高精度に加工したインサート７が摺動可能な状態で固定されている。そして、可動金型３を固定金型２に接合させると、可動金型３の段差１１と固定金型２の段差９が密着し、インサート５、７が対向するキャビティー４が形成される。
【００３４】
次に、インサートの転写面近傍に設置した加熱源１７の構成を、図２を参照しながら説明する。
【００３５】
ヒーター加熱法では所定の加工を施したインサート２１において、ヒーター２２を挿入する。ヒーターには、セラミックヒーターなどを用いる。ここでセラミックヒーターの構造について述べる。セラミックヒーターは、薄い板状のセラミックにタングステン抵抗体を印刷したものをロッド状のセラミックに巻きつけた円柱のものである。
【００３６】
次に、挿入部の加工について述べる。レンズインサート２１をレンズインサートの転写面を上基準として、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下離れた位置まで製品径の０．７から１．２倍となる径で穴をあける。また、スペーサー２３も同様に穴をあけ、電気配線を金型外部に通すため、スペーサー側面に溝を形成し、図３のような加工を施す。インサート内部のヒーター２２の電気供給方法としてスペーサー溝内に電気配線２４により金型外部に設置した電源２５まで接続した。
【００３７】
ヒートパイプ加熱法について説明する。ヒートパイプの構造は容器が銅、作動液が水の円柱上のものである。
【００３８】
次に、挿入部の加工について述べる。レンズインサート２６をレンズインサートの転写面から１ｍｍ以上１０ｍｍ以下離れた位置まで製品径の０．７から１．２倍となる径で穴をあける。スペーサー２８は、ヒートコンデンサ２９の径に合わせて穴をあけ、ヒートパイプ２７とヒートコンデンサ２９を挿入する。
【００３９】
次に、実際のレンズを成形する際の金型動作を説明する。代表してヒーター加熱の場合を示す。
【００４０】
まず、型開き完了後、インサートの転写面近傍に設置されている加熱源１７へ所定の電流を通電させる、次に可動金型３を固定金型２に一体に接合させてキャビティー４を形成し、このキャビティー４にノズル孔１０から溶融した樹脂材料（図示せず）を射出する。その間、キャビティー４に射出充填された樹脂材料の表面を加熱させ、レンズ表面の微細形状転写に必要な温度まで加熱すると該加熱源１７への通電を停止し、樹脂の熱を逃がす。
【００４１】
続いて、樹脂全体がガラス転移温度以下になるまで冷却した後、固体金型２と可動金型３を開き、突上げロッド１５を押し込むことにより突上げプレート１８を押し込まれ、インサート７と突上げピン１６が同期して押し出されることによって、成形品を取出すことが出来る。
【００４２】
実施の形態２に示した成形金型を用い、実施の形態１に示す成形方法により樹脂レンズ成形を行う際の具体的な内容を以下に説明する。
【００４３】
（実施例）
レンズを成形する樹脂材料として、ＡＰＥＬ（５０１４ＤＰ：三井化学製）を使用し、金型温度を１３４℃、樹脂温度を２６０℃に設定した。また、この時の成形サイクル（型閉〜射出〜保圧〜冷却〜型開〜取出し）は８０秒。ヒーター加熱時間は１０秒、出力は１２Ｗとした。その際の樹脂充填後のレンズ内部及び表面部の温度変化を解析にて計算した結果を通常の金型材のみで作成した金型の場合と比較して図４に示す。
【００４４】
本発明では、レンズ表面温度が高温状態を長時間維持するため、微細な転写を形成することが可能である。さらに加熱によって、冷却工程での樹脂表面と中心の温度差を減少させることが出来きる。実際にこの条件にてレンズを作成すると、レンズ特性である収差及び形状精度（設計形状値からのズレ値Ｐ−Ｖ値）が表１に示すように改善することを確認した。
【００４５】
また、転写率（設計溝深さに対する成形溝深さの割合）も改善することを確認した。
【００４６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る射出成形金型およびその成形方法は、製品の転写性を向上させることができると共に、冷却工程における樹脂表面と中心部の温度差を小さくし、内部歪を抑え、収差を低減することができるので、歩留りや性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の成形金型構造を示す図
【図２】本発明の成形金型構造における加熱源を示す図
【図３】本発明のスペーサー構造を示す図
【図４】本発明における冷却工程での樹脂温度の結果を示す図
【図５】従来の技術における樹脂レンズ成形金型を示す図
【符号の説明】
【００４９】
１  金型
２  固定型
３  可動型
４  キャビティー
５  インサート（固定型）
６  転写面（固定型）
７  インサート（可動型）
８  転写面（可動型）
９  段差（固定型）
１０  ノズル孔
１１  段差（可動型）
１２  型板（固定型）
１３  型板（可動型）
１４  冷却回路
１５  突上げロッド
１６  突上げピン
１７  加熱源
１８  突上げプレート
１９  ランナー
【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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