(57)【要約】【課題】  金型の温度分布を均一化してプラスチック成形品の寸法精度を向上させ、成型品の品質を下げないようにする。【解決手段】  金属−セラミックス複合材料からなる部材を、少なくとも一つ以上用いて構成されるプラスチック成型用金型において、上記金属−セラミックス複合材料からなる部材の一部もしくは全部に、被覆層１３、１４、１５が形成されている。被覆層１３は、無電解めっきにより形成されたニッケルめっき層である。被覆層１５は、無電解めっきにより形成されたニッケル及びフッ素樹脂の混合物層である。被覆層１４は、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つである。【選択図】  図２
2005153294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属−セラミックス複合材料からなる部材を、少なくとも一つ以上用いて構成されるプラスチック成型用金型において、
上記金属−セラミックス複合材料からなる部材の一部もしくは全部に、被覆層が形成されていることを特徴とするプラスチック成型用金型。
【請求項２】
被覆層は、無電解めっきにより形成されたニッケルめっき層であることを特徴とする請求項１記載のプラスチック成型用金型。
【請求項３】
被覆層は、無電解めっきにより形成されたニッケル及びフッ素樹脂の混合物層であることを特徴とする請求項１記載のプラスチック成型用金型。
【請求項４】
被覆層は、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項１記載のプラスチック成型用金型。
【請求項５】
キャビティの転写面が金属−セラミックス複合材料のニッケルめっき層にて構成されていることを特徴とする請求項２記載のプラスチック成型用金型。
【請求項６】
キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の混合物層であることを特徴とする請求項３記載のプラスチック成型用金型。
【請求項７】
キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかにて構成されていることを特徴とする請求項４記載のプラスチック成型用金型。
【請求項８】
ニッケルめっき層の厚さが２０μｍ以上の厚さであることを特徴とする請求項２又は５記載のプラスチック成型用金型。
【請求項９】
混合物層の厚さが２０μｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項３又は６記載のプラスチック成型用金型。
【請求項１０】
窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかの皮膜が、１０μｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項４又は７記載のプラスチック成型用金型。
【請求項１１】
混合物層におけるニッケル中のフッ素樹脂が１０〜３０体積％であることを特徴とする請求項３、６又は９記載のプラスチック成型用金型。
【請求項１２】
金属−セラミックス複合材料は、セラミックス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとすることを特徴とする請求項１〜１１いずれか一項記載のプラスチック成型用金型。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項記載のプラスチック成型用金型により成型されたプラスチック成型品。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプラスチック成型品を内蔵する光学走査機器又は光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ、又はファクシミリ装置の光学走査機器やビデオカメラ等の光学機器等に適用されるプラスチック光学素子とその成型用金型に係り、特に高精度な形状寸法例えば高精度な光学鏡面を要求される熱可塑性プラスチック成型品と光学走査機器又は光学機器、プラスチック成型用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な形状のプラスチック成型品が、各種用途に用いられるようになってきた。その成型品の製造方法は、製造コストが低く大量生産に適した射出成型法を用いることが一般的となっている。射出成型法でプラスチック成型品を製造する際は、加熱溶融された樹脂材料を金型内に射出充填し、冷却固化させる工程において、金型内の樹脂圧力や樹脂温度を均一にすることで、所望の形状寸法精度、内部歪み精度を確保している。この方法では、樹脂の充填直後の温度分布はキャビティ内の樹脂体積に応じた分布をなしている。
このため、キャビティ形状が複雑、且つ、肉厚に極端な差がある場合、そのまま冷却しても温度分布が均一にならず、形状精度の悪化や光学歪みが発生し、高精度が要求される光学部品等では特に問題になっている。
ここで、不均一な温度分布が問題となる理由を説明する。射出成型法では、成型品は金型から取り出した後、外気によって冷却され収縮する。つまり、金型内で形状を転写していたとしても、成型品取り出し時において、成型品に温度分布があると、金型から取り出した後に、収縮量の違いによって形状精度の悪化が生じることになる。
また、従来の金型温度制御方法では、樹脂と金型の温度差の激しい射出充填直後と温度差の少ない離型前では当然温度分布の程度が異なり、成型の全工程で温度分布均一化を保つには困難である。さらに、金型の設定温度を変更するなど条件が変わった場合も温度分布が変化してしまい均一化が保てなくなるなどの不具合があった。
【特許文献１】特開平１１−１７０３２３号公報
【特許文献２】特開２００２−１５５３２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の課題である温度不均一を改善するために、次の二つの方法が考えられる。
まず第１に、特許文献１に記載のように、金型のキャビティに対向させて金型の内部または外部に少なくとも２本以上の棒状ヒータを設け、棒状ヒータの内部の発熱素子を複数に分割して個々の発熱素子を加熱するようにした金型の温度制御を行うに際し、棒状ヒータの各発熱素子を少なくとも２つ以上のグループに分類し、各グループ毎に個別に設定された温度サイクルに基づいて発熱素子の加熱量を制御する方法で、金型の複数箇所で個別に設定した温度制御を行う方法である。この方法は、温度分布均一化には大きな効果が得られるが、温度制御点数の増加に伴い、成型中の操作性およびメンテナンスを含めた段取性において不具合があった。特に、多数個取りの成型においては、より顕著である。
また第２に、例えば、銅や銅合金、または、アルミニウムやアルミニウム合金などの高熱伝導材料をキャビティ入れ子に使用する方法である。金型温度均一化のために、金型材料に高熱伝導材料を使用する場合に、例えば、高熱伝導材料として、銅やアルミニウムを使用した場合には、従来の金型用鋼材と比較して、銅やアルミニウムは熱膨張係数が大きいため、形状寸法が金型温度などの影響を強く受けることになり、成型品の形状寸法精度が劣る。また、銅やアルミニウムなどと他の鋼材を併せて金型に使用する場合には、入れ子間の接触が悪いなどの不具合がある。
更に、特許文献２に記載のように、高熱伝導材料に金属−セラミックス複合材料を使用する方法もある。金属−セラミックス複合材料は、公知の非加圧浸透法などにより製造され、セラミックスの含有率を広範囲に変えられ、しかもセラミックスの均一分散性も良好で、各種用途に展開されているが、しかし、複合材料特有の巣がはいるなどの不具合のために、粉末状の異物が表面に発生して、それが、成型品品質を下げる異物、コンタミナンスとなり、歩留りを下げるなどの不具合がある。また、摺動箇所などに金属−セラミックス複合材料を適用すると、接触する相手部材を削ってしまい金型のメンテナンスに時間を要するなどの不具合があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金型の温度分布を均一化してプラスチック成型品の寸法精度を向上させ、成型品の品質を下げないようなプラスチック成型品とこの成型品を製造するプラスチック成型用金型、プラスチック成型品を内蔵した光学走査機器、光学機器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、金属−セラミックス複合材料からなる部材を、少なくとも一つ以上用いて構成されるプラスチック成型用金型において、上記金属−セラミックス複合材料からなる部材の一部もしくは全部に、被覆層が形成されていることを特徴とする。
また、請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、被覆層は、無電解めっきにより形成されたニッケルめっき層であることを特徴とする。
また、請求項３にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、被覆層は、無電解めっきにより形成されたニッケル及びフッ素樹脂の混合物層であることを特徴とする。
また、請求項４にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、被覆層は、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つであることを特徴とする。
また、請求項５にかかる発明は、請求項２にかかる発明において、キャビティの転写面が金属−セラミックス複合材料のニッケルめっき層にて構成されていることを特徴とする。
また、請求項６にかかる発明は、請求項３にかかる発明において、キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の混合物層であることを特徴とする。
【０００５】
また、請求項７にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかにて構成されていることを特徴とする。
また、請求項８にかかる発明は、請求項２又は５にかかる発明において、ニッケルめっき層の厚さが２０μｍ以上の厚さであることを特徴とする。
また、請求項９にかかる発明は、請求項３又は６にかかる発明において、混合物層の厚さが２０μｍ以下の厚さであることを特徴とする。
また、請求項１０にかかる発明は、請求項４又は７にかかる発明において、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかの皮膜が、１０μｍ以下の厚さであることを特徴とする。
また、請求項１１にかかる発明は、請求項３、６又は９にかかる発明において、混合物層におけるニッケル中のフッ素樹脂が１０〜３０体積％であることを特徴とする。
また、請求項１２にかかる発明は、請求項１〜１１のいずれかにかかる発明において、金属−セラミックス複合材料は、セラミックス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとすることを特徴とする。
また、請求項１３にかかる発明は、請求項１〜１２のいずれか一項記載のプラスチック成型用金型により成型されたプラスチック成型品を特徴とする。
また、請求項１４にかかる発明は、請求項１３に記載のプラスチック成型品を内蔵する光学走査機器又は光学機器を特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１にかかる発明によれば、金属−セラミックス複合材料からなる部材を、少なくとも一つ以上用いて構成されるプラスチック成型用金型において、該金属−セラミックス複合材料からなる部材の一部もしくは全部に、被覆層が形成されていることで、複合材料特有の巣がはいるなどの不具合のために生じる粉末状の異物を表面に発生させずに済み、成型品の異物、コンタミの不良を減らすことができ、歩留りを向上することができる。また、摺動箇所においては、接触する相手部材を削ってしまうなどの不具合を防止することができ、金型メンテナンスの時間を減らすことができる。さらに、熱伝導率が大きい金属−セラミックス複合材料を選択することで、キャビティ近傍の金型温度分布を極端に小さくすることができる。
また、請求項２にかかる発明によれば、被覆層が、無電解めっきにより形成されたニッケルめっき層であることで、ニッケルめっき層を非晶性にできるため、結晶粒界の影響がなく、結果、切削・研削・研磨などの後加工が容易であり、優れた表面形状精度の金型を製造することができる。
また、請求項３にかかる発明によれば、被覆層が、無電解めっきにより形成されたニッケル及びフッ素樹脂の混合物層であることで、金型入れ子間の界面における耐磨耗性（摺動性）を向上させることができる。また、フッ素樹脂を含有するため、樹脂との離型性を向上させることができる。
【０００７】
また、請求項４にかかる発明によれば、被覆部が、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つであることで、金型入れ子間の界面における耐磨耗性（摺動性）及び耐衝撃性を向上させることができる。
また、請求項５にかかる発明によれば、キャビティの転写面が金属−セラミックス複合材料のニッケルめっき層を用いて構成されていることで、優れた表面形状精度を有する金型を製造することができ、金型から製造されたプラスチック成型品は優れた表面形状精度を有する。
また、請求項６にかかる発明によれば、キャビティの転写面以外の面が金属−セラミックス複合材料の混合物層を用いて構成されていることで、樹脂との離型性を向上させることができる。
また、請求項７にかかる発明によれば、キャビティの転写面以外の面が該金属−セラミックス複合材料の窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つを用いて構成されていることで、樹脂との離型性を向上させることができる。
また、請求項８にかかる発明によれば、ニッケルめっき層が２０μｍ以上の厚さであることで、後加工の際の加工しろを確保することができ、優れた表面形状精度を有する金型を製造することができる。
また、請求項９にかかる発明によれば、混合物層が２０μｍ以下の厚さであることで、母材との密着性及び機械的強度を得ることができる。
【０００８】
また、請求項１０にかかる発明によれば、窒化チタン皮膜、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれか一つの皮膜が、１０μｍ以下の厚さであることで、母材との密着性を確保することができる。
また、請求項１１にかかる発明によれば、混合物中のフッ素樹脂が１０体積％以上であることで、樹脂との離型性及び金型入れ子間の界面における耐磨耗性を確保できる。また混合物中のフッ素樹脂が３０体積％以下であることで、優れた寸法精度を確保することができる。
また、請求項１２にかかる発明によれば、金属−セラミックス複合材料が、セラミックス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料であることで、セラミックスの含有率を有意に選択することができる。その結果、熱膨張率及び熱伝導率を有意に選択することができ、多種多様な箇所及び組み合わせで該金属−セラミックス複合材料をプラスチック成型用金型に適用することができる。
また、請求項１３にかかる発明によれば、請求項１〜１２記載のプラスチック成型用金型により成型されたプラスチック成型品は、金型から取り出した後のプラスチック成型品の収縮量ばらつきが極端に少なく、高精度な形状寸法を有する。さらに、該プラスチック成型品は異物・コンタミナンスが少ない。
また請求項１４にかかる発明によれば請求項１３に記載のプラスチック成型品を光学走査機器又は光学機器に用いることにより、高精度な画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるプラスチック成型用金型及びプラスチック成型品の最良な実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる走査レンズの概略図である。
図１において、レーザプリンタ等に用いられる走査レンズ１は、その上面と下面が光学面２であり、レーザプリンタに組み込まれた場合には、下面から上面に向かってレーザビームが透過するように使用されるプラスチック光学素子である。また、この走査レンズの材質は、例えば日本ゼオン社製のシクロオレフィンポリマーＺｅｏｎｅｘ樹脂（商品名）である。
この図１に示す走査レンズは、長手方向中央部が厚肉部、長手方向端部が薄肉部となっており、下記の寸法にて成型加工を行う場合を説明する。
・使用する樹脂・・・Ｚｅｏｎｅｘ（ガラス転移温度  １３８℃  試験方法は示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いた）
・走査レンズ１の形状寸法・・・中央部レンズ厚さＨａ：１４ｍｍ、端部レンズ厚さＨｕ：７ｍｍ、短手長さＤ：１４ｍｍ、長手長さＬ：２２０ｍｍ
図２は、図１の走査レンズの成型にあたって使用した射出成型用金型３のキャビティ周辺の断面概略図である。この図２の金型では、光学面を形成する一対の鏡面駒４、鏡面駒４を支持する側面駒５、エジェクタピン６、光学面以外の面を形成する一対のキャビティ入れ子７、摺動自在に設けられた一対の摺動駒８で構成されて、キャビティ９を有する。そして、摺動自在に設けられた一対の摺動駒８には図示しない駆動装置を連結しておき、さらに、側面駒５には、金型を加熱するために、カートリッジヒータ１０と熱電対１１とを具備し、カートリッジヒータ１０と熱電対１１は、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置に連結しておく。また、アンギュラピン１２は固定側の図示しない金型ベースに取り付けられる。
ここで、金型入れ子の材質はすべて金属−セラミックス複合材料からなっており、鏡面駒４は、図３に示すように、光学面にニッケルめっき層１３が形成され、光学面以外のエジェクタピン６の摺動穴を含む全面に窒化チタン皮膜１４が形成される。さらに、光学面以外の面を形成する一対のキャビティ入れ子７は、図４に示すように、全面に窒化チタン皮膜１４が形成され、摺動自在に設けられた一対の摺動駒８は、図５に示すように、全面にニッケルとフッ素樹脂の混合物層１５が形成される。
【００１０】
上述の金型にて図１に示す走査レンズ１を成型するにあたっては、次の工程を採る。
射出成型用金型３を図示しない射出成型機にセットする。この金型は使用樹脂材料のガラス転移温度直下の１３５℃になるようにカートリッジヒータ１０で加熱しておき、キャビティ９に溶融樹脂を充填する。そして、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である所定の温度に保持するように、カートリッジヒータ１０の温度を調節しておく。
次いで、キャビティ９内に樹脂圧力を発生させて、樹脂を、光学面を形成する一対の鏡面駒４に密着（転写）させる。この際、樹脂冷却過程時の収縮に伴うひけ（凹部）が光学面に発生しないように、キャビティ内の樹脂圧力が０になったところで、摺動自在に設けられた一対の摺動駒８を樹脂から離隔するように摺動させ、樹脂と摺動駒８の間に強制的に空隙を形成し、ひけを摺動駒８と接する面に誘導する。その後、成型品の温度が均一になったところで、型開きを行う。この時、キャビティ入れ子７がアンギュラピン１２により、スライドする。次いで、固化したプラスチック成型品を、エジェクタピン６により突出し、図示しない成型品取り出し装置を用いて金型から取り出し、室温放冷している。
上記成型では、摺動駒８と接する面にひけ（凹部）を誘導した結果、光学面２にひけが生じるのを防止することができ、所望する光学面を短い成型サイクルで忠実に転写することができる。また、冷却時の光学面に作用する樹脂内圧を大気圧に近づける（型開き前に、キャビティ内の樹脂圧力が０になるように成型する）ことができるため、内部歪みの小さい成型品を得ることができる。
【００１１】
ここで、上記成型にて使用した金型の金属−セラミックス複合材料について説明する。金属−セラミックス複合材料は、セランクス社製のセランクス（商品名）ＰＳＩ−５５を用いており、ＰＳＩ−５５はＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金とＳｉＣ系のセラミックスを非加圧金属浸透法により複合させた材料であり、ＳｉＣ含有率が５５体積％有している。アルミニウム合金が、Ａｌ−Ｓｉ系の合金からなる理由は、セラミックスとの濡れ性が良好となるため非加圧での浸透が可能となり、さらには内部に金属が浸透しない欠陥部分が発生しにくくなるためである。
金属−セラミックス複合材料は、高剛性でかつ、アルミニウム合金や銅合金と比較して熱膨張係数が小さく、しかも熱伝導性に優れている。例えば、従来、鋼材に使用されてきた金属、例えば（ＳＵＳ系）の熱伝導率２５Ｗ／ｍ・℃と比較して、セランクス社製セランクスＰＳＩ−５５の熱伝導率は１５９Ｗ／ｍ・℃と６倍以上大きく、大幅に温度分布を改善することができる。具体的には、キャビティ周辺の温度分布を１℃以内に均等化することも可能である。
また、金属−セラミックス複合材料は、熱伝導率が大きく、熱膨張率が小さいため、プラスチック成型用金型に適用できるが、しかし、従来の鋼材と比較して、表面の粗さや硬度、さらに耐磨耗性などは劣っている。そこで、本例での金型は、金型入れ子各々の機能に合わせた皮膜を、入れ子の一部もしくは全部に被覆している。
上記金型では、鏡面駒４は、光学面以外のエジェクタピン６の摺動穴を含む全面に窒化チタンを３μｍの厚さで皮膜し、さらに、光学面を形成する面に無電解めっきによりニッケルめっき層１３を１００μｍの厚さで皮膜している。そして、熱処理をした後に、ニッケルめっき層１３には、非球面形状の切削加工を施している。無電解めっきにより形成されたニッケルめっきは非晶性であるため、結晶状態と比較して、結晶粒界の影響がなく、加工が容易であり、加工精度も得やすい。本例の金型では、後加工の際の加工しろを確保する目的で厚さを１００μｍとしたが、光学面としての機能を果たすには２０μｍ以上あれば、充分である。また、本例のように、高精度な形状寸法を要求される場合には、被覆層の厚みを見込んで、金属−セラミックス複合材料を加工しておく必要がある。また、窒化チタン皮膜１４は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法（ＰＶＤ）により成膜されるが、本例ではイオンプレーティングにより成膜した。イオンプレーティングで成膜された窒化チタン皮膜１４は、緻密で密着性も良好であり、また、耐磨耗性及び耐衝撃性にも優れている。耐磨耗性及び耐衝撃性、さらに、母材との密着性を考慮すると、窒化チタン皮膜のほか、炭化チタン皮膜、チタン炭窒化物皮膜のうちのいずれかであれば、被覆層として適用可能である。本例のように、エジェクタピン６の摺動穴として使用する場合には、効果がより顕著であるが、さらに不具合を防止するには、エジェクタピン６は丸ピンであることが望ましい。
【００１２】
次に、光学面以外の面を形成する一対のキャビティ入れ子７について説明する。キャビティ入れ子７は、全面に３μｍの厚さで窒化チタン皮膜１４を有している。このキャビティ入れ子７は、成型品突出し時の離型抵抗を減らすために、固定側に取り付けられたアンギュラピン１２により、型開き時にスライドする機構であるため、耐磨耗性が要求される。窒化チタン皮膜１４の厚さは、１０μｍ以上設けると、密着力が落ちるため、１０μｍ以下であることが望ましい。
次に、摺動自在に設けられた一対の摺動駒８について説明する。摺動駒８は、全面にニッケルとフッ素樹脂の混合物層１５を有している。本例でのニッケルとフッ素樹脂の混合物層１５は、ニフグリップ処理で形成され、無電解ニッケルとテフロン（登録商標）を処理液中で共析させ、さらに、成膜後に熱処理を施すことで密着力を向上させている。厚さは全面に渡って５μｍである。前述のように、摺動駒８は成型時に離隔するため、樹脂との離型性が要求される。離型性が悪いと離隔した際に樹脂を引っ張る力が発生し、光学面の転写に悪影響が生じる。また、摺動駒８は摺動するため、耐磨耗性も合わせて要求される。本例のように、ニッケルとフッ素樹脂の混合物層１５を有することで、樹脂との離型性と他の金型入れ子との耐磨耗性を向上させることができる。また、本例では、厚さを５μｍとしたが、機械的強度も合わせて考えると、２０μｍ以下の厚さが望ましい。また、本例ではテフロン（登録商標）を２０体積％としたのであるが、離型性と耐磨耗性の確保から１０体積％以上が必要である。さらに、含有するテフロン（登録商標）の熱膨張を考慮すると、寸法精度の確保から３０体積％以下であることが望ましい。
【００１３】
以上説明したプラスチック成型用金型は、成型品に異物が混入しにくく、且つ、キャビティ近傍の金型温度分布が極端に少ない。また、本例によって製造されたプラスチック成型品は、金型から取り出した後のプラスチック成型品の収縮量ばらつきが極端に小さく、非常に高精度な形状寸法を有し、且つ、異物・コンタミナンスも少ない。
また、本例では、上記走査レンズについて成型を実施したのであるが、厚肉・偏肉のすべての形状のプラスチック成型品にて、上述の効果が得られる。
また、高精度な形状寸法を要求される転写面（光学面）形状についても、平面、球面、非球面、自由曲面、あらゆる形状に適用され得る。
本例は、成型の対象としてシクロオレフィンポリマーに関してのものであるが、本発明は使用樹脂材料によらず、上述の効果が得られるすべての熱可塑性プラスチックに適用される。つまり、成型品の金型取り出し温度と雰囲気温度に著しい温度差がある場合、成型品が厚肉・偏肉形状である場合、成型品が高精度な形状寸法を要求されるプラスチック成型品について顕著な効果を有する。
上記説明は、樹脂材料を金型内で所望の成型品形状に成型加工する工程を射出成型法で行った例を述べているが、本発明は、金型温度を均一にし、金型から取り出した後の成型品収縮量ばらつきを小さくすることと異物・コンタミナンスがないことを特徴としているため、成型法には限定されず、射出成型のほかに射出圧縮／プレス成型、ガスアシスト成型や押し出し成型など様々な成型法に適用可能である。
【００１４】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態にかかる走査レンズの概略図である。
図６において、レーザプリンタ等に用いられる走査レンズ１６は、その上面と下面が光学面２であり、レーザプリンタに組み込まれた場合には、下面から上面に向かってレーザビームが透過するように使用されるプラスチック光学素子である。また、この走査レンズの材質はポリカーボネート樹脂（ＰＣ光学グレードを有する）である。
この図６に示す走査レンズ１６は、長手方向中央部が厚肉部、長手方向端部が薄肉部となっており、下記の寸法にて成型加工を行う場合を説明する。
・使用する樹脂・・・ＰＣ（ガラス転移温度  １４５℃  試験方法ＤＳＣ）
・走査レンズ１６形状寸法・・・中央部レンズ厚さＨａ：３５ｍｍ、端部レンズ厚さＨｕ：５ｍｍ、短手長さＤ：１０ｍｍ、長手長さＬ：１６０ｍｍ
図７は、図６の走査レンズの成型にあたって使用した射出成型用金型３のキャビティ周辺の断面概略図である。この図７の金型では、光学面を形成する一対の鏡面駒４、光学面以外の面を形成する二対のキャビティ入れ子７で構成されたキャビティ９を有している。さらに、キャビティ入れ子７には、金型を加熱するために、油温調用パイプ１７と、熱電対１１を具備している。
また、金型入れ子の材質はすべて金属−セラミックス複合材料からなっており、鏡面駒４には、図８に示すように、光学面にニッケルめっき層１３を有する。さらに、光学面以外の面を形成する二対のキャビティ入れ子７は、図９に示すように、二面であるＰＬ（パーティングライン）面及びキャビティ面に窒化チタン皮膜１４を有している。
【００１５】
上述の金型にて図６に示す走査レンズ１を成型するにあたっては、次の工程を採る。
射出成型用金型３を図示しない射出成型機にセットし、金型には使用樹脂材料のガラス転移温度直下の１４２℃になるように油温調用パイプ１３内に油を流通させ、加熱しておき、キャビティ９に溶融樹脂を充填する。そして、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である所定の温度に保持するように、油温調用パイプ１３内の油の温度を調節しておく。次いで、キャビティ９内に樹脂圧力を発生させて、樹脂を、光学面を形成する一対の鏡面駒４に密着させ、次いで、固化したプラスチック成型品を、図示しない成型品取り出し装置を用いて金型から取り出し、室温放冷している。
ここで、使用した金属−セラミックス複合材料は第１実施形態と同様、セランクス社製のセランクスＰＳＩ−５５を用いている。鏡面駒４には、光学面を形成する面にのみ無電解めっきによりニッケルめっき層１３を５０μｍの厚さで皮膜している。熱処理をした後に、ニッケルめっき層１３には非球面形状の切削加工を施している。本例のように、選択的に被覆層を有することで、金型の製造コストを低減することができる。また、高精度な形状寸法を要求される場合には、被覆層の厚みを見込んで、金属−セラミックス複合材料を加工しておく必要がある。
次に、光学面以外の面を形成する二対のキャビティ入れ子７について説明する。キャビティ入れ子７には、ＰＬ面及びキャビティ面にのみ５μｍの厚さで窒化チタン皮膜１４が形成される。ＰＬ面には型閉め時に高圧がかかるが、本例のように、窒化チタン皮膜１４を有することで、耐衝撃性を向上することができ、ＰＬ面が削れることを防止することができている。また、本例のように、選択的に被覆層を有することで、金型の製造コストを低減することができる。
本例によって製造されたプラスチック成型用金型は、成型品に異物が混入しにくく、且つ、キャビティ近傍の金型温度分布が極端に少ない。また、本例によって製造されたプラスチック成型品は、金型から取り出した後のプラスチック成型品の収縮量ばらつきが極端に小さく、非常に高精度な形状寸法を有し、かつ異物・コンタミナンスも少ない。
【００１６】
（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態にかかるプラスチックミラーの概略図である。
図１０において、レーザプリンタ等に用いられるプラスチックミラー１８は、光学面２にアルミニウム蒸着を施すなどして、レーザビームを反射させるプラスチック光学素子である。また、このプラスチックミラーの材質はポリカーボネート樹脂（ＰＣ光学グレードを有する）である。この図１０に示すプラスチックミラー１８は、長手方向中央部が薄肉部、長手方向端部が厚肉部となっており、下記の寸法にて成型を行う場合を説明する。
・使用する樹脂・・・ＰＣ（ガラス転移温度  １４５℃  試験方法ＤＳＣ）
・プラスチックミラー１８の形状寸法・・・中央部レンズ厚さＨａ：６ｍｍ、端部レンズ厚さＨｕ：１５ｍｍ、短手長さＤ：１４ｍｍ、長手長さＬ：２６０ｍｍ
図１１は、図１０のプラスチックミラーを成型するに使用したプレス成型用金型１９の断面概略図を示す。プレス成型用金型１９の上側ダイプレート２０には、光学面を形成する上型部材２１を有し、下側ダイプレート２２には、光学面以外の面を形成する下型部材２３を有している。さらに、上型部材２１及び下型部材２３には、金型を加熱するために、カートリッジヒータ１０と熱電対１１とを具備し、カートリッジヒータ１０と熱電対１１は、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置に連結しておく。一方、下型部材２３には、予め射出成型によって略最終形状に加工されたポリカーボネート樹脂からなるプラスチック基材２４が備えられている。
金型１９の材質は金属−セラミックス複合材料からなっており、光学面を形成する上型部材２１は、光学面にニッケルめっき層１３、ＰＬ面に窒化チタン皮膜１４を有する。さらに、光学面以外の面を形成する下型部材２３は、ＰＬ面及びキャビティ面に窒化チタン皮膜１４を有している。
【００１７】
上述の金型にて図１１に示すプラスチックミラー１８を成型するにあたっては、次の工程を採る。
プレス成型用金型１９は使用樹脂材料のガラス転移温度以上の１５０℃になるようにカートリッジヒータ１０で加熱しておく。次いで、プレス成型装置の上側ダイプレート２０を下降させることで、プラスチック基材２４に樹脂圧力を発生させ、キャビティ面を完全に密着させる。その後、金型と樹脂の密着状態を保ったまま、金型を使用樹脂材料のガラス転移温度以下である１２０℃まで１℃／分の速度で徐冷した後、金型から成型品を取り出し、室温放冷する。
ここで、使用した金属−セラミックス複合材料は第１実施形態と同様、セランクス社製のセランクスＰＳＩ−５５を用いている。上型部材２１は、光学面にのみ無電解めっきによりニッケルめっき層１３を５０μｍの厚さで皮膜し、さらに、ＰＬ面にのみ５μｍの厚さで窒化チタン皮膜１４をしている。熱処理をした後に、ニッケルめっき層には非球面形状の切削加工を施している。本実施例のように、選択的に被覆層を有することで、金型の製造コストを低減することができる。また、高精度な形状寸法を要求される場合には、被覆層の厚みを見込んで、金属−セラミックス複合材料を加工しておく必要がある。
次に、光学面以外の面を形成する下型部材２３について説明する。下型部材２３は、ＰＬ面及びキャビティ面にのみ５μｍの厚さで窒化チタン皮膜１４を有している。本例のように、選択的に被覆層を有することで、金型の製造コストを低減することができる。窒化チタン皮膜１４は、離型性及び耐磨耗性に優れている。
本例によって製造されたプラスチック成型用金型は、成型品に異物が混入しにくく、かつキャビティ近傍の金型温度分布が極端に少ない。また、本例によって製造されたプラスチック成型品は、金型から取り出した後のプラスチック成型品の収縮量ばらつきが極端に小さく、非常に高精度な形状寸法を有し、かつ異物・コンタミナンスも少ない。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上のように、本発明にかかるプラスチック成型用金型、プラスチック成型品及び光学機器、光学走査機器は、プラスチック成型品の高精度化、光学系の精密化に有用であり、特に、高精度な画像を得る光学機器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態の走査レンズの概略図。
【図２】金型のキャビティ周辺の断面概略図。
【図３】鏡面駒の断面図。
【図４】キャビティ入れ子の断面図。
【図５】摺動駒の構成図
【図６】本発明の第２実施形態の走査レンズの概略図。
【図７】金型のキャビティ周辺の断面概略図。
【図８】鏡面駒の断面図。
【図９】キャビティ入れ子の断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態のプラスチックミラーの概略図。
【図１１】プレス成型用金型の断面概略図。
【符号の説明】
【００２０】
１  走査レンズ
２  光学面
３  射出成型用金型
４  光学面を形成する一対の鏡面駒
５  鏡面駒を支持する側面駒
６  エジェクタピン
７  光学面以外の面を形成する一対のキャビティ入れ子
８  摺動駒
９  キャビティ
１０  カートリッジヒータ
１１  熱電対
１２  アンギュラピン
１３  ニッケルめっき層
１４  窒化チタン皮膜
１５  ニッケルとフッ素樹脂の混合物層
１６  走査レンズ
１７  層油温調用パイプ
１８  プラスチックミラー
１９  プレス成型用金型
２０  上側ダイプレート
２１  光学面を形成する上型部材
２２  下側ダイプレート
２３  光学面以外の面を形成する下型部材
２４  プラスチック基材
【図１】
2005153294.tif 000003
【図２】
2005153294.tif 000004
【図３】
2005153294.tif 000005
【図４】
2005153294.tif 000006
【図５】
2005153294.tif 000007
【図６】
2005153294.tif 000008
【図７】
2005153294.tif 000009
【図８】
2005153294.tif 000010
【図９】
2005153294.tif 000011
【図１０】
2005153294.tif 000012
【図１１】
2005153294.tif 000013