(57)【要約】【課題】高精度な被成形物が得られるともに、成形面の形状創成および取り扱いの容易な入れ子を備えた成形型を提供する。【解決手段】可動側金型部１および固定側金型部２からなる成形型において、互いに対向して、レンズ１３を成形するためのキャビティＣを構成する可動側入れ子７および固定側入れ子８の各々を、第１層７ａ、第２層７ｂ、第３層７ｃ、および第１層８ａ、第２層８ｂ、第３層８ｃからなる複数層の構造とし、レンズ１３に接する第１層７ａおよび第１層８ａは、剛性の高いステンレス鋼で構成し、背後の第２層７ｂおよび第２層８ｂは、第１層７ａおよび第１層８ａよりも熱伝導率が小さく保温性の高いガラス等の素材で構成した。第１層７ａおよび第１層８ａに形成されるレンズ成形面７ａ−１、レンズ成形面８ａ−１の強度向上による破損防止と、レンズ１３の薄肉部のゆるやかな冷却による精度向上を両立できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成形物を成形する成形面が形成された入れ子を含む成形型であって、
前記入れ子は、前記被成形物に当接する前記成形面を有する第１層と、前記第１層に隣接する第２層とを含み、前記第２層は、前記第１層よりも熱伝導率の低い材料で形成されたことを特徴とする成形型。
【請求項２】
請求項１記載の成形型において、
前記入れ子の前記第１層は金属材料からなり、前記第２層はガラスで形成され、前記第１層に溶着された構成であることを特徴とする成形型。
【請求項３】
請求項１記載の成形型において、
前記入れ子の前記第１層の前記成形面は、Ｐ−ＮｉメッキまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｐメッキで被覆されていることを特徴とする成形型。
【請求項４】
請求項１記載の成形型において、
前記入れ子の前記第１層の前記成形面によって構成されるキャビティを取り囲む部位は、前記第１層を形成する材料よりも熱伝導率の低い材料で構成されていることを特徴とする成形型。
【請求項５】
請求項１記載の成形型において、
前記被成形物は、樹脂からなる光学素子であることを特徴とする成形型。
【請求項６】
成形面を構成する第１層の背面側に当該第１層よりも熱伝導率の小さい第２層を配置してなる入れ子によってキャビティを構成する工程と、
前記キャビティに可塑性素材を圧入して光学素子を得る工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の光学素子の製造方法において、
前記入れ子の前記第１層は金属材料からなり、前記第２層はガラスで形成され、前記第１層に溶着された構成であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の光学素子の製造方法において、
前記入れ子の前記第１層の前記成形面は、Ｐ−ＮｉメッキまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｐメッキで被覆されていることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の光学素子の製造方法において、
前記第１層で構成される前記キャビティの周囲に前記第１層よりも熱伝導率の小さい部材を配置することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型および光学素子の製造方法に関し、たとえば高精度な樹脂製レンズ等の被成形物を射出成形するための型成形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、射出成形技術によって高精度のレンズ等の光学素子を効率よく量産する技術が普及している。この場合、たとえば、レンズの肉厚の大小に影響されることなく、樹脂の硬化時の冷却速度を均一にすることが高精度の成形を行う観点から重視されている。
【０００３】
このため、たとえば、特許文献１に開示される技術では、金型に着脱可能に装着され、キャビティを構成する成形面を有する入れ子を、熱伝導率の低い材料で構成する技術が開示されている。
【０００４】
この特許文献１の技術によれば、熱伝導率の低い材質で入れ子を形成したことにより、プラスチックレンズの薄肉部の冷却固化が遅延し、厚肉部との固化時間の差を小さくすることができるので、レンズ部位間の変形量の差が少なく、精度の高い樹脂レンズを得ることが可能となる。
【０００５】
上述の特許文献１において、入れ子を構成する材料としては、マシナブルセラミックス、セラミックスの適用が示されているが、これら熱伝導率の低い材料は一般に脆性材料である。このため、材料の機械特性としては非常に脆く、少しの衝撃で、成形時にレンズと当接する成形面が簡単に破損してしまうため、レンズとの当接面の形状創成加工中や、手作業等による取り扱い中にエッジ部が欠けてしまい、金型として使用できなくなる懸念がある、という技術的課題があった。
【０００６】
このような入れ子の破損は、入れ子の交換作業に起因する成形工程の稼働率の低下、交換用の入れ子の製作を含む入れ子の製作コストの上昇を招き、光学素子の成形工程の生産性の低下の一因となる。
【特許文献１】特開平５−２００７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高精度な被成形物が得られるともに、成形面の形状創成および取り扱いの容易な入れ子を備えた成形型を提供することにある。
本発明の他の目的は、成形型の入れ子の破損による交換や再製作の頻度を低減して、光学素子の成形工程の生産性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、被成形物を成形する成形面が形成された入れ子を含む成形型であって、
前記入れ子は、前記被成形物に当接する前記成形面を有する第１層と、前記第１層に隣接する第２層とを含み、前記第２層は、前記第１層よりも熱伝導率の低い材料で形成された成形型を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点は、成形面を構成する第１層の背面側に当該第１層よりも熱伝導率の小さい第２層を配置してなる入れ子によってキャビティを構成する工程と、
前記キャビティに可塑性素材を圧入して光学素子を得る工程と、
を含む光学素子の製造方法を提供する。
【００１０】
すなわち、本発明では、一例として、樹脂レンズ等の被成形物を射出成形する成形型において、キャビティを構成する入れ子を、樹脂レンズに当接する第１層と、それに隣接する第２層を含む２層以上の部材で構成する。前記第１層は、たとえば金属材料を母材として形成され、前記第２層は第１層を構成する母材よりも熱伝導率の低い材料で構成する。
【００１１】
このように、前記第２層を熱伝導率の低い材質で構成したことにより、たとえば、プラスチックレンズ等の光学素子（被成形体）の薄肉部の冷却固化が遅延し、厚肉部との固化時間の差を小さくすることができるので、レンズ部位間の変形量の差が少なく、精度の高い樹脂レンズを得ることが可能となる。また、レンズと当接する第１層は金属材料を母材としており、破壊靱性が高いので、金型のエッジ部が欠けにくい。
【００１２】
また、前記第２層は、たとえばガラスで形成され、第１層に溶着された構成とすることができる。
これにより、第１層に対して第２層は溶着により、突合せ面全体にわたって均一に接合することができる。
【００１３】
また、前記第１層のレンズ成形面は、たとえばＰ−ＮｉメッキまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｐメッキで被覆する構成とすることができる。
これにより、高精度な成形面を、単結晶ダイヤモンド工具による切削加工で容易に得ることが可能である。
【００１４】
また、上述の成形型において、前記入れ子を装着する型板の第１層と対向する部位（第１層を取り囲む部位）は、第１層を形成する材質よりも熱伝導率の低い材料で構成することができる。
【００１５】
これにより、第１層の外周からの熱拡散を抑制することで、樹脂レンズの冷却遅延作用が高まり、更に高精度なレンズの成形が可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高精度な被成形物が得られると同時に、成形面の形状創成および取り扱いの容易な入れ子を備えた成形型を提供することができる。
また、成形型の入れ子の破損による交換や再製作の頻度を低減して、光学素子の成形工程の生産性を向上させることが可能な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法を実施する射出成形加工で用いる成形型の一例である金型の断面図である。
【００１８】
全体の構成として、実施の形態で用いる射出成形加工用金型は、可動側金型部１と固定側金型部２で構成されている。
可動側金型部１は、可動側型板５内に嵌入されている可動側入れ子７が、入れ子突出手段１０により、金型の開閉方向に進退する構成となっている。
【００１９】
固定側金型部２は、固定側取付板４に固定側型板６が固定されており、固定側型板６内には、上述の固定側型板６の側の可動側入れ子７に対向する位置に固定側入れ子８が嵌入されている。固定側入れ子８は、固定側取付板４にボルト１２により固定されている。
【００２０】
可動側型板５および固定側型板６には、図示しないヒータが設けられており、可動側型板５および固定側型板６に設けられた可動側入れ子７および固定側入れ子８を所望の成形温度に加熱したり、冷却したり、加熱速度、冷却速度を随意に制御することが可能になっている。
【００２１】
可動側取付板３には、サーボモータ又は油圧シリンダ等（図示省略）により、進退する駆動軸を挿入するための、貫通孔３ａが穿設されている。
固定側取付板４には樹脂注入口４ａが形成されている。固定側型板６には、樹脂注入口４ａに対応する位置に厚さ方向に貫通する圧送路６ａが穿設されている。この圧送路６ａは、後述のランナ５ａに連通している。圧送路６ａには、可動側型板５の側に向かって断面積が漸増するような抜き勾配が設けられており、離型時に、圧送路６ａに充填されていた樹脂２０が容易に抜去可能になっている。
【００２２】
以下、可動側金型部１の構成の詳細について説明する。
可動側金型部１内の可動側取付板３にはスペーサブロック９を介して受け板１１と可動側型板５が固定されている。可動側取付板３と受け板１１と間にある入れ子突出手段１０は、突出板１０ａおよび突出板１０ｂと、突出ロッド１０ｄからなる。突出板１０ａ，１０ｂは金型の開閉方向（図１の左右方向）に摺動可能に設けられている。
【００２３】
また、突出ロッド１０ｄは、突出板１０ｂ、受け板１１を貫通して配設され、ボルト１０ｃが内挿してあり、ボルト１０ｃの先端は可動側入れ子７の底面に螺合してある。また、突出板１０ｂには、受け板１１及び可動側型板５を貫通するエジェクタピン１０ｅが保持してある。エジェクタピン１０ｅは、可動側型板５から突出して、成形品を押し出して離型させる。
【００２４】
次に、この実施の形態１における可動側入れ子７と固定側入れ子８の構成について詳細に説明する。
本実施の形態１の可動側入れ子７は、被成形体であるレンズ１３と当接する第１層７ａと、可動側入れ子７の底面を構成する第３層７ｃ、それらに挟まれた第２層７ｂで構成されている。
【００２５】
この場合、一例として、可動側入れ子７の第１層７ａと第３層７ｃはステンレス鋼を母材としている。
第１層７ａのレンズ成形面７ａ−１には、たとえばＰ−Ｎｉメッキによる被覆層が形成されており、成形するレンズの形状に切削、研削、研磨加工のいずれかの加工法により高精度に形状創成されている。
【００２６】
第２層７ｂは両端面を平面形状に形成したガラスで構成され、第１層７ａおよび第３層７ｃに対してガラス溶着により結合されている。
第３層７ｃの底面部は上述のようにボルト１０ｃを介して入れ子突出手段１０と連接されている。
【００２７】
固定側入れ子８は上述の可動側入れ子７と同様の構成であり、ガラスで構成される第２層８ｂを、ステンレス鋼を母材として形成される第１層８ａおよび第３層８ｃによって挟み込む形態となっている。また、第３層の底面はボルト１２を介して固定側取付板４に固定されている。
【００２８】
第１層８ａには、Ｐ−Ｎｉメッキによる被覆層が形成されたレンズ成形面８ａ−１が設けられている。このレンズ成形面８ａ−１も、上述のレンズ成形面７ａ−１と同様に、成形するレンズ１３の形状に切削、研削、研磨加工のいずれかの加工法により高精度に形状創成されている。
【００２９】
そして、可動側型板５と固定側型板６が密着する型締め状態において、互いに対向する可動側入れ子７のレンズ成形面７ａ−１と固定側入れ子８のレンズ成形面８ａ−１により、成形空間としてのキャビティＣが構成される。
【００３０】
このキャビティＣには、可動側型板５と固定側型板６の対向面に刻設されたランナ５ａの一端が連通している。ランナ５ａのキャビティＣに対する連通部には縮径されたゲート５ｂが設けられている。このランナ５ａの他端部は上述の圧送路６ａに連通している。
【００３１】
本実施の形態においては、可動側入れ子７、８の第１層７ａ、８ａと、ガラスで構成される第２層７ｂ、８ｂの結合面の形状は平面に限るものではなく、例えば成形するレンズ１３の曲面（光学面）と近似形状としても良い。また、第１層７ａ、８ａのレンズ成形面７ａ−１、８ａ−１には、たとえばＮｉ−Ｃｕ−Ｐメッキによる被覆層が形成されていても良い。
【００３２】
次に、この実施の形態１の作用について説明する。上述のように構成された本実施の形態の射出成形金型では、まず、可動側型板５および固定側型板６は、所望の成形温度に加熱されている。
【００３３】
そして、可動側取付板３を固定側金型部２に接近させることで、可動側型板５と可動側入れ子７が、固定側型板６と固定側入れ子８にそれぞれ当接する型締め状態となる。
その結果、互いに対向するレンズ成形面７ａ−１とレンズ成形面８ａ−１の間に形成されるキャビティＣに、樹脂注入口４ａ、圧送路６ａ、ランナ５ａ、ゲート５ｂを通じて、溶融状態の樹脂２０が圧入され、レンズ成形面７ａ−１とレンズ成形面８ａ−１の形状が精密に転写された光学面を有するレンズ１３が成形される。
【００３４】
そして、キャビティＣ内で成形されたレンズ１３は、可動側型板５および固定側型板６の温度を下げることで冷却される。そして、所定の温度にまでレンズ１３が冷却された後、可動側型板５を固定側型板６から離間させるとともに、可動側入れ子７およびエジェクタピン１０ｅを突出させ、レンズ１３およびそれに連なるランナ５ａ内の樹脂２０を、キャビティＣおよび可動側型板５等から離間させる離型動作が行われる。
【００３５】
ここで、本実施の形態においては、可動側入れ子７と固定側入れ子８は、上述のように、長手方向に３層構造を有しており、レンズ成形面７ａ−１（レンズ成形面８ａ−１）である第１層７ａ（第１層８ａ）と入れ子底面を形成するステンレス鋼を母材とした第３層７ｃ（第３層８ｃ）に挟まれるようにガラスの第２層７ｂ（第２層８ｂ）が形成されている。
【００３６】
第１層７ａ（第１層８ａ）を形成するステンレス鋼の熱伝導率ｋ１は１６〜２４（Ｗ／ｍ・Ｋ）、第２層７ｂ（第２層８ｂ）を構成するガラスの熱伝導率ｋ２はその１／１０以下の０．５〜１．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるために、レンズ１３の成形の過程において、キャビティＣ内に充填された樹脂２０の温度が低下しにくくなる。その結果、レンズ１３の薄肉部が緩やかに冷却される。
【００３７】
すなわち、本実施の形態によれば、射出成形法による樹脂レンズ等のレンズ１３の成形加工において、レンズ１３の薄肉部の冷却速度が緩やかになることによって、厚肉部との冷却時間の差がなくなることで、高精度な樹脂レンズを得ることができる。
【００３８】
また、キャビティＣを構成する可動側入れ子７および固定側入れ子８において、第１層７ａのレンズ成形面７ａ−１、第１層８ａのレンズ成形面８ａ−１は、破壊靱性の高いステンレス鋼を母材としているために、エッジ部が欠けにくく、高精度な入れ子のレンズ成形面が得られ、且つ、可動側入れ子７、固定側入れ子８の取り扱いが簡単になる。
【００３９】
換言すれば、可動側入れ子７および固定側入れ子８の、レンズ１３に接する第１層７ａおよび第１層８ａの材質を、任意の熱伝導率ｋ１の剛性の高い非脆性の素材で構成し、それに接する第２層７ｂ、第２層８ｂを、上述の熱伝導率ｋ１よりも小さい熱伝導率ｋ２の材料で構成することにより、レンズ成形面７ａ−１およびレンズ成形面８ａ−１の強度の向上と、キャビティＣ内のレンズ１３の冷却速度の制御による成形精度の向上とを両立させることが可能になる。
【００４０】
さらに、可動側入れ子７および固定側入れ子８のレンズ成形面７ａ−１およびレンズ成形面８ａ−１の強度が向上したことにより、可動側入れ子７および固定側入れ子８の破損や交換作業による成形工程の停止頻度や、可動側入れ子７および固定側入れ子８の破損等に起因する再作成の頻度が減少し、成形工程の稼働率が向上するとともに設備コストの低減が実現できる。この結果、レンズ１３の成形工程の生産性が向上する。
［実施の形態２］
図２は本発明の他の実施の形態の射出成形金型を示す断面図である。なお、上述した実施の形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
この実施の形態２の射出成形金型においては、可動側型板５と固定側型板６の、それぞれの可動側入れ子７、固定側入れ子８を挿入するための貫通孔の内周面のうち、前記各入れ子の第１層７ａ，８ａと対向する部位（第１層７ａ，８ａを取り囲む部位）を、前記第１層を構成する材料よりも熱伝導率の低い、断熱部材１４、断熱部材１５で構成した点が、上述の実施の形態１異なっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４２】
すなわち、固定側型板６における固定側入れ子８の挿入孔の開口端側には、固定側入れ子８の先端側の第１層８ａを取り囲む位置に筒状の断熱部材１５が配置されている。
同様に、可動側型板５における可動側入れ子７の挿入孔の開口端側には、可動側入れ子７の先端側の第１層７ａを取り囲む位置に筒状の断熱部材１４が配置されている。
【００４３】
また、この可動側型板５の側の断熱部材１４には、ランナ５ａに対応する位置に、径方向に貫通するゲート１４ａが形成されている。
本実施の形態２の場合、この断熱部材１４、断熱部材１５としては、たとえば、その熱伝導率ｋ３が、上述の第１層７ａおよび第１層８ａを構成するステンレス鋼等の材料の熱伝導率ｋ１よりも小さい、ガラス、またはアルミナなどのセラミックスス、その他マシナブルセラミックス等の素材を選択して構成する。
【００４４】
本実施の形態２における、樹脂レンズ等のレンズ１３の射出成形は、実施の形態１と同様に、可動側取付板３を固定側金型部２に接近させることで、可動側型板５と可動側入れ子７が、固定側型板６と固定側入れ子８にそれぞれ当接するように型締めする。
【００４５】
その結果、可動側入れ子７の第１層７ａと、固定側入れ子８の第１層８ａとの間に形成されるキャビティＣに、樹脂注入口４ａ、圧送路６ａ、ランナ５ａ、ゲート１４ａを通って溶融した樹脂２０が供給され、レンズ１３が成形される。
【００４６】
本実施の形態２においては、上述の実施の形態１と同様に可動側入れ子７、固定側入れ子８のそれぞれの第２層７ｂ、８ｂを形成するガラスの断熱による効果で、キャビティＣ内に充填された樹脂２０の温度が低下しにくくなり、その結果、レンズ１３の薄肉部が緩やかに冷却される。
【００４７】
それに加え、本実施の形態２の場合には、断熱部材１４、断熱部材１５が配設されているため、上述のレンズ１３の薄肉部が緩やかに冷却される冷却遅延効果がさらに高くなる。
【００４８】
本実施の形態２においては、実施の形態１と同様に可動側入れ子７、固定側入れ子８の各々の第２層７ｂ、８ｂを形成するガラスの断熱による効果で、成形されたレンズ１３の形状精度が高くできる。
【００４９】
加えて、断熱部材１４、断熱部材１５の断熱効果により、さらに高精度な樹脂レンズ等のレンズ１３の成形が可能である。
また、実施の形態１と同様に、レンズ成形面７ａ−１、レンズ成形面８ａ−１は破壊靱性の高いステンレス鋼を母材としているために、エッジ部が欠けにくく、高精度な可動側入れ子７、固定側入れ子８のレンズ成形面７ａ−１、８ａ−１が得られ、且つ可動側入れ子７、固定側入れ子８の取り扱いが簡単になる。
【００５０】
以上説明したように、本発明の各実施の形態によれば、高精度な樹脂レンズ等の光学素子の射出成形加工が可能であり、入れ子のレンズ成形面の破壊靱性が高いので、エッジ部が欠けにくく、高精度な入れ子のレンズ成形面が得られ、入れ子の取り扱いが簡単になる。
【００５１】
また、成形型の入れ子の破損による交換や再製作の頻度を低減して、光学素子の成形工程の生産性を向上させることができる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００５２】
たとえは、被成形体である光学素子としてはレンズ１３に限らず、たとえば、プリズムその他の任意の光学素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法を実施する射出成形加工で用いる成形型の一例である金型の断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の射出成形金型を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  可動側金型部
２  固定側金型部
３  可動側取付板
３ａ  貫通孔
４  固定側取付板
４ａ  樹脂注入口
５  可動側型板
５ａ  ランナ
５ｂ  ゲート
６  固定側型板
６ａ  圧送路
７  可動側入れ子
７ａ  第１層
７ａ−１  レンズ成形面
７ｂ  第２層
７ｃ  第３層
８  固定側入れ子
８ａ  第１層
８ａ−１  レンズ成形面
８ｂ  第２層
８ｃ  第３層
９  スペーサブロック
１０  入れ子突出手段
１０ａ  突出板
１０ｂ  突出板
１０ｃ  ボルト
１０ｄ  突出ロッド
１０ｅ  エジェクタピン
１１  受け板
１２  ボルト
１３  レンズ
１４  断熱部材
１４ａ  ゲート
１５  断熱部材
２０  樹脂
Ｃ  キャビティ
【図１】
2008284704.tif 000003
【図２】
2008284704.tif 000004