(57)【要約】【課題】コアと貫通孔との間の摩擦抵抗を軽減することが可能な、新規かつ改良された光学素子成形型を提供すること。【解決手段】成形材料が射出充填されるキャビティを有し、光学素子を成形する光学素子成形型１００であって、キャビティの内面の一部を構成する光学機能転写面１２６が形成されたコア１２０と、コアが貫通する貫通孔１０４、１１８が形成された金型本体部１０２とを備え、金型本体部はコアを支持し、金型本体部の貫通孔にはコアが摺動するように挿入されており、コアの表面には、ニッケルメッキ層１４０と、ニッケルメッキ層上に形成された潤滑コート層１５０とが積層されたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形材料が射出充填されるキャビティを有し、光学素子を成形する光学素子成形型であって、
前記キャビティの内面の一部を構成する光学機能転写面が形成されたコアと、
前記コアが貫通する貫通孔が形成された金型本体部と、
を備え、
前記金型本体部は前記コアを支持し、前記金型本体部の前記貫通孔には前記コアが摺動するように挿入されており、
前記コアの表面には、ニッケルメッキ層と、前記ニッケルメッキ層上に形成された潤滑コート層と、が積層されたことを特徴とする、光学素子成形型。
【請求項２】
前記コアの前記潤滑コート層は、前記光学機能転写面以外の領域であって、前記コアが前記貫通孔と接する面に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の光学素子成形型。
【請求項３】
前記潤滑コート層は、ＴｉＡｌＮを含む層であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子成形型。
【請求項４】
前記潤滑コート層は、ＴｉＮを含む層であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子成形型。
【請求項５】
前記潤滑コート層は、ＣｒＮを含む層であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック製の光学素子、例えばカメラ付き携帯電話などのレンズ等を製造する方法として、一般に、加熱溶融する成形材料を使用して、射出成形機で成形材料を光学素子の形状に成形する方法が行われている。射出成形機は、金型として、キャビティが形成された光学素子成形型を備える。キャビティの内面の一部には、光学機能転写面が形成され、キャビティに成形材料が加圧充填されて冷却されることで、光学素子が成形される。
【０００３】
光学素子成形型は、位置が固定された固定型と、固定型に対して移動可能な可動型とで構成され、固定型と可動型との間で分割可能な金型である。例えば、下記の特許文献１には、射出成形機に適用されるプラスチックレンズ用成形型が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８８９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、上記の固定型及び分割型は、それぞれ更に光学機能転写面を備えたコアと、コアが貫通する貫通孔が形成された金型本体部とを備える。そして、成形材料を射出充填し冷却している間は、コア、金型本体部とも固定されているが、硬化した成形品を取り出す際、コアが貫通孔を摺動する。さらに、成形品の取り出し後、コアを元の位置に移動させる際も、コアが貫通孔を摺動する。また、コアは、先端に球面形状又は非球面形状の光学機能転写面を形成するため、ニッケルメッキなど比較的軟らかい材料で表面が被覆されている。
【０００６】
従って、コアと貫通孔が摺動する摺動部では、ニッケルメッキ部分が磨耗しやすいという問題があった。そして、磨耗の結果、コアが貫通孔に対して摺動されにくくなるという問題があった。また、摺動部でのコアの可動を良くするため、コアと貫通孔との間に隙間を設けて、余裕を持たせると、コアが軸ずれしたり、偏心したりするため、要求精度の高いレンズを成形することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コアと貫通孔との間の摩擦抵抗を軽減することが可能な、新規かつ改良された光学素子成形型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、成形材料が射出充填されるキャビティを有し、光学素子を成形する光学素子成形型であって、キャビティの内面の一部を構成する光学機能転写面が形成されたコアと、コアが貫通する貫通孔が形成された金型本体部と、を備え、金型本体部はコアを支持し、金型本体部の貫通孔にはコアが摺動するように挿入されており、コアの表面には、ニッケルメッキ層と、ニッケルメッキ層上に形成された潤滑コート層とが積層されたことを特徴とする、光学素子成形型が提供される。
【０００９】
かかる構成により、貫通孔と摺動するコアの表面には、潤滑コート層が形成されているので、潤滑コート層を設けない場合に比べて、貫通孔とコアとの摺動による摩擦抵抗を軽減することができる。その結果、コアが摩擦によって貫通孔に引っ掛かるという不具合を減らすことができ、更にコアの耐久性を向上させることができる。なお、キャビティとは、光学素子成形型において、成形品に該当する空間部分をいう。
【００１０】
上記コアの潤滑コート層は、光学機能転写面以外の領域であって、コアが貫通孔と接する面に形成されることができる。かかる構成により、光学機能転写面には、潤滑コート層が形成されない。従って、光学機能転写面はニッケルメッキ層が露出し、光学機能転写面は、ニッケルメッキ層を加工することによって得られる。
【００１１】
上記潤滑コート層は、ＴｉＡｌＮを含む層であってもよい。また、上記潤滑コート層は、ＴｉＮを含む層であってもよい。更に、上記潤滑コート層は、ＣｒＮを含む層であってもよい。かかる構成により、ニッケルメッキ層よりも表面硬度を向上させることができ、かつ摩擦抵抗を低減することができるため、潤滑コート層を設けない場合に比べて、コアが摩擦によって貫通孔に引っ掛かるという不具合を減らすことができ、更にコアの耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コアと貫通孔との間の摩擦抵抗を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
まず、本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形型について説明する。図１〜図３は、本実施形態に係る光学素子成形型１００を示す断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る光学素子成形型１００は、合成樹脂製の光学素子を成形する際、射出成形機に適用される成形型である。光学素子成形型１００は、位置が固定された固定型１００ｂと固定型１００ｂに対して移動可能な可動型１００ａとを備える。光学素子成形型１００は、可動型１００ａと固定型１００ｂとの間で分割可能な金型である。可動型１００ａ及び固定型１００ｂは、それぞれ金型本体部１０２ａ、１０２ｂ（以下、金型本体部１０２と総称する場合もある。）と、コア１２０と、支持部１０６ａ、１０６ｂ（以下、支持部１０６と総称する場合もある。）とを備える。可動型１００ａは、更に、連結部１０７と、基部１０８とを備える。
【００１６】
コア１２０は、コア本体部１２２とコア先端部１２４とから構成される。コア本体部１２２とコア先端部１２４とは、例えばそれぞれ径の異なる円柱形状であり、コア本体部１２２は、コア先端部１２４よりも径が太い。コア１２０は、コア本体部１２２とコア先端部１２４が軸方向に直列に組み合わされた一体の形状を有する。コア先端部１２４の先端は、球面状又は非球面状の光学機能転写面１２６が形成されている。光学機能転写面１２６は、キャビティの内面の一部を構成し、例えば光学素子の光学機能面を成形する。コア１２０は、例えば、金型本体部１０２内の４箇所で配置される。かかる構成により、１度の成形で４つの光学素子が成形される。ここで、キャビティとは、光学素子成形型１００において、成形品に該当する空間部分をいう。
【００１７】
コア本体部１２２の一端は、ネジ孔１２８が形成され、ネジ孔１２８に固定ネジ１３０が螺合されることで、コア１２０は、支持部１０６と結合される。コア１２０は、コア本体部１２２が、金型本体部１０２の貫通孔１０４内で摺動するように挿入され、コア先端部１２４が、金型本体部１０２の貫通孔１１８内で摺動するように挿入される。コア１２０は、合成樹脂の成形材料を射出充填させ、硬化させているときは、固定されているが、硬化した成形品を取り出すときに、移動される。なお、貫通孔１０４及び貫通孔１１８は、貫通孔の一例である。
【００１８】
金型本体部１０２は、図１に示すように、可動側金型本体部１０２ａと、固定側金型本体部１０２ｂとが、接することによって、半密閉されたキャビティが構成される。可動側金型本体部１０２ａと固定側金型本体部１０２ｂとが接する面は、平滑な面である。当該面上には、ランナー１１２が形成されている。固定側金型本体部１０２ｂは、位置が固定され、可動側金型本体部１０２ａは、固定側金型本体部１０２ｂに対して移動可能である。可動側金型本体部１０２ａは、成形材料を射出充填させ、硬化させているときは、固定側金型本体部１０２ｂと接して固定されているが、硬化した成形品を取り出すときに、図２に示すように移動される。
【００１９】
金型本体部１０２は、相互の金型本体部１０２が接する面と反対の面に貫通孔１０４が形成される。金型本体部１０２の貫通孔１０４には、コア１２０が挿入され、貫通孔１０４の内径は、コア１２０を支持するように、コア本体部１２２の直径とほぼ同じである。
【００２０】
可動側金型本体部１０２ａの中心には、エジェクタピン１１０が挿入される貫通孔１１６が設けられる。固定側金型本体部１０２ｂには、スプルー１１４が形成される。スプルー１１４は、ランナー１１２に連結されたテーパー状の空間を有し、成形材料をキャビティに供給する。
【００２１】
可動側金型本体部１０２ａ及び固定側金型本体部１０２ｂの表面に形成されたランナー１１２は、成形材料をキャビティに供給するための導通路であって、溝形状に形成される。ランナー１１２は、金型本体部１０２の中心から放射状に例えば４本配置される。ランナー１１２は、金型本体部１０２の中央でスプルー１１４と連結される。なお、本実施形態に係るランナーの配置や数は、かかる例に限定されない。
【００２２】
貫通孔１１８は、可動側金型本体部１０２ａ及び固定側金型本体部１０２ｂが接する金型本体部１０２のそれぞれの表面に形成される。貫通孔１１８には、コア１２０のコア先端部１２４が挿入され、貫通孔１１８の直径は、コア先端部１２４と貫通孔１１８が接するように、コア先端部１２４の直径とほぼ同じである。また、図示しないが、光学機能転写面１２６以外の外形成形面が、金型本体部１０２の表面であって、貫通孔１１８の開口部の周囲に形成される。外形成形面は、キャビティの内面の一部を構成する。外形成形面の形状は、成形する光学素子の外形の形状に応じて任意の形状にできる。外形成形面によって成形される成形面は、光学素子の光学機能面以外の外形となる。
【００２３】
エジェクタピン１１０は、例えば円柱形状を有しており、一端は、支持部１０６に固定され、貫通孔１１６内を摺動する。エジェクタピン１１０は、光学素子成形時には、先端が金型本体部１０２内に収容された位置にあり、光学素子が硬化すると、エジェクタピン１１０は、固定型１００ｂ側に向かって摺動され、成形された光学素子をキャビティから離脱させる。
【００２４】
支持部１０６は、例えば板状部材であり、コア１２０及びエジェクタピン１１０を固定する。基部１０８は、可動型１００ａ全体を固定型１００ｂに向かって駆動、押圧する駆動源（図示せず。）に連結されて、この駆動、押圧力を伝達する。また、支持部１０６ａと連結される連結部１０７は、基部１０８とは分離できるように構成され、エジェクタロッド１０９によって押し上げられると、エジェクタピン１１０及びコア１２０を押し上げて、成形された光学素子をキャビティから離脱させる動作を伝達する。
【００２５】
次に、図４及び図５を参照して、コア１２０の構成について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係るコアを示す断面図であり、図５は、本実施形態に係るコア先端部を示す断面図である。
【００２６】
コア１２０は、図４に示すように、表面にニッケル（Ｎｉ）メッキ層１４０と、ニッケルメッキ層１４０上に形成されたＴｉＡｌＮ層１５０とが積層される。ＴｉＡｌＮ層１５０は、潤滑コート層の一例であり、ＴｉＡｌＮを主に含む層である。ＴｉＡｌＮ層１５０は、ＴｉＡｌＮ以外の他の物質が含まれていてもよい。また、潤滑コート層は、ＴｉＡｌＮを含む層に限定されず、ＴｉＮを含む層、又はＣｒＮを含む層であるとしてもよい。
【００２７】
ＴｉＡｌＮの物性は、ビッカース硬度Ｈｖが１３００〜２４００であり、摩擦係数が０．２５以下であり、表面粗さＲａが７ｎｍ以下であり、密着力（剥離荷動）が５０ｇｆ以上である。なお、ＴｉＮ、ＣｒＮの物性値もＴｉＡｌＮとほぼ同じ値である。
【００２８】
コア１２０は、例えばステンレス鋼であり、当該ステンレス鋼上にニッケルメッキ層１４０が、例えば約６０〜７０μｍの厚さで施される。そして、ＴｉＡｌＮ層１５０が、ニッケルメッキ層１４０上に例えば約１μｍ以下の厚さで施される。ＴｉＡｌＮ層１５０は、例えばスパッタリングによって製膜される。ＴｉＡｌＮ層１５０は、図４及び図５に示すように、光学機能転写面１２６以外の領域であって、コア本体部１２２が貫通孔１０４と接する面、及びコア先端部１２４が貫通孔１１８と接する面に形成される。
【００２９】
コア１２０のＴｉＡｌＮ層１５０は、光学機能転写面１２６が製膜されないように、コア先端部１２４の先端を予め金属製のキャップなどでマスキングして、光学機能転写面１２６以外にＴｉＡｌＮ層１５０を製膜する方法で形成される。このとき、マスキングしてＴｉＡｌＮ層１５０を製膜した後に、光学機能転写面１２６を球面状又は非球面状に加工してもよく、反対に、コア先端部１２４の先端を球面状又は非球面状に加工した後に、加工された光学機能転写面１２６をマスキングしてＴｉＡｌＮ層１５０を製膜してもよい。これらの方法によれば、硬度の高いＴｉＡｌＮを切削する必要がないため、光学機能転写面１２６を球面状又は非球面状に加工する際、切削用のバイトを傷めることがなく、バイトの耐久性を保ちつつ加工することができ、また、短時間に加工することができる。
【００３０】
一方、上記の方法ではなく、コア先端部１２４の先端を予めマスキングせずに、ＴｉＡｌＮを含む層を製膜してから、コア先端部１２４の先端を球面状又は非球面状に加工してもよい。このとき、ＴｉＡｌＮ層１５０の下地となるニッケルメッキ層１４０を厚めに積層させておく。ニッケルメッキ層１４０が厚めに積層されていれば、球面状又は非球面状に加工する際に切削量が増えるが、加工の際にコア先端部及びバイトを傷めないように、切り込み量や切削速度、バイトの角度等を調節することで、所望の光学機能転写面１２６を形成することができる。
【００３１】
次に、本実施形態に係る光学素子成形型１００の動作について説明する。
【００３２】
初めに、成形を開始する際、図１に示すように、可動型１００ａと固定型１００ｂとを当接させる。このとき、可動型１００ａのコア１２０は、固定型１００ｂのコア１２０と対向して配置され、成形される光学素子の形状に対応したキャビティが構成される。
【００３３】
次に、スプルー１１４及びランナー１１２を介して、溶融した成形材料がキャビティに供給される。キャビティに射出充填された成形材料は、冷却されて硬化し、成形された光学素子となる。このとき、硬化した成形品は、コア１２０の光学機能転写面１２６及び金型本体部１０２の外形成形面に対応した光学素子と、スプルー１１４及びランナー１１２に対応した光学素子以外の成形品とが一体となっている。
【００３４】
次に、図２に示すように、可動型１００ａが固定型１００ｂから離れるように移動して、光学素子成形型１００が開かれる。その後、図３に示すように、可動型１００ａの位置は固定したまま、エジェクタピン１１０及びコア１２０が固定型１００ｂ側に向かって摺動し、可動型１００ａから離型された一体成形品は、金型本体部１０２ａから離脱される。一体成形品は、例えばピックアップ用ロボットなどにより光学素子成形型１００の外部に取り出される。
【００３５】
上記の図１〜図３を用いて示した光学素子成形型１００の動作は、光学素子の生産工程において繰り返し行われる。このとき、コア本体部１２２が貫通孔１０４に対して繰り返し摺動し、コア先端部１２４が貫通孔１１８に対して繰り返し摺動する。従来では、摺動部分がニッケルメッキ層１４０やステンレス鋼であったため、コア１２０が貫通孔１０４、１１８に引っ掛かることによって生じるいわゆる金型かじりが発生しやすかった。この金型かじり発生の要因は、ニッケルメッキ層の硬度が比較的軟らかいことや、摩擦係数が高いことが考えられる。
【００３６】
一方、本実施形態によれば、摺動部分にＴｉＡｌＮ層１５０が形成されているため、コア１２０の磨耗が少なく、メンテナンスサイクルを長期化させることができる。また、本実施形態によれば、いわゆる金型かじりの発生を低減させることができる。具体的には、従来では、５〜１０万回の光学素子成形毎に１回の割合で不具合が生じていたが、本実施形態によれば、２０万〜５０万回の光学素子成形毎に１回の割合に低減させることができ、最低でも２倍、通常５倍以上の耐久性を得ることができる。更に、本実施形態によれば、コア１２０の先端がニッケルメッキ層１４０のみで、摺動部分にＴｉＡｌＮ層１５０を積層するという構成を有するので、コア１２０の耐久性を高めつつ、光学機能転写面１２６の加工が容易であるという特有の効果を奏する。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、可動型１００ａを例に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、固定型１００ｂは、可動型１００ａとほぼ同様の構成を有しており、固定型１００ｂ内で摺動するコア１２０についても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形型を示す断面図である。
【図２】同実施形態に係る光学素子成形型を示す断面図である。
【図３】同実施形態に係る光学素子成形型を示す断面図である。
【図４】同実施形態に係るコアを示す断面図である。
【図５】同実施形態に係るコア先端部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００      光学素子成形型
１００ａ      可動型
１００ｂ      固定型
１０２、１０２ａ、１０２ｂ      金型本体部
１０４、１１６、１１８      貫通孔
１０６、１０６ａ、１０６ｂ      支持部
１０７      連結部
１０８      基部
１０９      エジェクタロッド
１１０      エジェクタピン
１１２      ランナー
１１４      スプルー
１２０      コア
１２２      コア本体部
１２４      コア先端部
１２６      光学機能転写面
１２８      ネジ孔
１３０      固定ネジ
【図１】
2008179005.tif 000003
【図２】
2008179005.tif 000004
【図３】
2008179005.tif 000005
【図４】
2008179005.tif 000006
【図５】
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