(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂光学素子の射出成形に用いられる射出成形金型であって、
１対の型板と、
キャビティを形成するための鏡面成形部を有し、クリアランスを有して前記１対の型板内にセットされる１対の鏡面駒と、この鏡面駒及び型板を加熱する加熱手段とを備える射出成形金型において、  
前記鏡面駒の各々は、前記鏡面成形部を有し所定の小径を持つ小径部と、この小径部の中心軸と同軸で、前記小径部よりも大きい所定の大径を持つ大径部とを、前記中心軸方向に段差をなして有する形状であって、型板材料よりも熱膨張率の大きい材料による単一構造体であり、
前記鏡面駒をセットされる型板の各々は、セットされる鏡面駒の小径部及び大径部に応じた大小２つの内径による段差を中心軸方向に同軸に有する円筒状で、大内径部側が閉じたセット孔を有し、
前記加熱手段による加熱が行われない状態において、各々の鏡面駒は、前記型板のセット孔内に、前記大径部の周面が型面に対して第１のクリアランスを有し、前記小径部の周面が前記型面に対して第２のクリアランスを有してセットされ、  
且つ、前記１対の型板は、それぞれのセット孔の小さい内径部を合わせて、前記中心軸を合致させて密着され、
前記加熱手段による加熱が行われるとき、前記各々の鏡面駒の大径部が、セット孔の奥側面に当接し、且つ、前記各々の鏡面駒の熱膨張により、第１のクリアランスが消失し、第２のクリアランスが消失しないように、前記１対の型板の型面形状および型板材料、前記各々の鏡面駒の前記小径部および大径部の形状が定められたことを特徴とする射出成形金型。
【請求項２】
請求項１記載の射出成形金型を用い、
加熱手段による加熱を行って、各々の鏡面駒を熱膨張させ、各鏡面駒の第１のクリアランスを消失させた状態で、溶融樹脂をキャビティ内に射出して成形することを特徴とする射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、射出成形金型および射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ等の撮影装置を初めとする各種の光学装置においては、材料の低コスト性や、非球面に代表される特殊光学面の形成の容易さから、射出成形で形成される樹脂光学素子の存在が不可欠なものとなってきている。
【０００３】
樹脂光学素子の射出成形は、光学面を精度良く成形するため「鏡面駒」を使用して行われる。例えば、樹脂レンズを射出成形する場合であると、１対の鏡面駒の各々にレンズ面の一方が鏡面成形部として形成され、これら鏡面成形部が対向するように、各鏡面駒が型板にセットされる。鏡面成形部の対向部は「キャビティ」を構成し、このキャビティ内に溶融樹脂が射出されて成形が行われる。
【０００４】
この場合、成形されたレンズにおける両レンズ面の「中心軸相互の位置関係」がずれると、所謂「光軸ずれしたレンズ」となり、このようなものは光学素子として使用することができない。このため、樹脂光学素子の射出成形においては「対向する１対の鏡面駒の鏡面成形部の中心軸を互いに合致させる調整」が必要になる。このように「中心軸を合致させる調整」は「調芯操作」と呼ばれる。  
調芯操作は、前述の通り、樹脂光学素子の射出成形においては極めて重要な操作工程であり、調芯操作の手間が光学素子成形の効率の向上に対する難関の一つとなっていた。
【０００５】
このような調芯操作の手間を省きうる射出成形方法として、特許文献１に記載の方法が知られている。
【０００６】
即ち、この射出成形方法では、キャビティを形成するための鏡面成形部を有する鏡面駒が、鏡面成形部を有した駒本体と「この駒本体の中心軸と中心軸が一致した一体状態となっていると共に、駒本体の熱膨張率よりも大きな熱膨張率の材質によって形成された熱膨張部材」とを一体状態として形成され、これら鏡面駒を型板に「型面に対してクリアランスを有する」ようにセットし、セット後に加熱手段による加熱を行い、熱膨張部材を膨張させることにより「熱膨張部材の外周部を型面に密着」させて前記クリアランスを消失させた状態で溶融樹脂をキャビティ内に射出して成形を行う。
【０００７】
この射出成形方法では、溶融樹脂がキャビティ内に射出されるとき、鏡面駒の一部をなす熱膨張部材が熱膨張して、型板の型面に密着状態となってクリアランスを消失させているから、熱膨張部材の中心軸は自動的に「型板の型面の中心軸」と合致する。そして、熱膨張部材の中心軸は駒本体の中心軸と合致しているから、鏡面成形部の中心軸も自動的に前記「型面の中心軸」と合致し、自動的に「調芯された状態」が実現される。
【０００８】
この方法は、自動的な調芯操作として優れている。  
しかしながら、特許文献１に記載された射出成形方法では、鏡面駒が「鏡面成形部を有する駒本体」と「熱膨張部材」とで構成され、熱膨張部材は「駒本体よりも大きい熱膨張率を有する」ものであるから「駒本体とは別材料」であり、さらに加熱による熱膨張により型面とのクリアランスを消失させるために、その熱膨張率は型板の材料のものよりも大きくなければならない。
【０００９】
このように「鏡面駒を構成する駒本体と熱膨張部材とが別材料である」ので、鏡面駒を製造する際に「駒本体と熱膨張部材とを一体化する工程」を必要とする。特許文献１は、駒本体と熱膨張部材の一体化の態様として「ボルト等の締結部材による結合」と「熱膨張部材への駒本体の同軸的な嵌合一体化」を開示している。
【００１０】
締結部材による結合は「締結部材」という専用の部材を必要とし、駒本体および熱膨張部材にも締結部材を係合する構造が必要となり、鏡面駒の製造要素・製造工程が多くなるため、鏡面駒の製造効率を高めることが難しい。
【００１１】
また「熱膨張部材に駒本体を同軸的に嵌合させて一体化」する場合、加熱手段による加熱の際に、駒本体と熱膨張部材との熱膨張率差により「嵌合部にクリアランスが生じる虞」があり、これを避けるため、駒本体を熱膨張部材に「焼き嵌めにより圧入」する必要があり「一体化のための圧入工程の存在」が鏡面駒製造効率の向上を困難とする。
【００１２】
また、駒本体と熱膨張部材とは別材料であるが、駒本体の大きさは「鏡面成形部」の大きさにより区々であり、熱膨張部材に所望の「クリアランス消失効果」を発現させるためには、熱膨張部材の寸法・材料を駒本体に応じて個別的に設計する必要があるという問題もある。
【００１３】
【特許文献１】特許第３８５０１１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、面倒な調芯操作を行う必要がなく、鏡面駒の製造効率のよい射出成形金型・射出成形方法の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の射出成形金型は、樹脂光学素子の射出成形に用いられるものであって、１対の型板と、１対の鏡面駒と、加熱手段とを有する。  
「鏡面駒」は、光学面を形成するための「鏡面成形部」を有し、１対で用いられ、１対の鏡面駒の互いに対向する鏡面成形部がキャビティを形成する。  
「加熱手段」は、１対の鏡面駒及び１対の型板を加熱する手段である。
１対の「型板」の個々は、射出成形時に鏡面駒をセットされて保持する。
請求項１記載の射出成形金型は以下の如き特徴を有する。 
即ち、キャビティを形成する１対の鏡面駒の各々は「単一構造体」である。単一構造体は、全体が単体として構成された構造である。従って、鏡面駒の各々は「均質材料」で形成される。均質材料は「単一材料」に限らず、合金等の複合材料でもよい。
【００１６】
１対の鏡面駒の各々は、小径部と大径部とを有する。  
「小径部」は、駒の軸方向単部に「鏡面成形部」を形成され「所定の小径」を有する。
小径部は前記所定の小径を直径とする円筒状である。  
「大径部」は、小径部よりも大きい所定の大径を持つ円筒状であり、小径部との境界部に軸方向に段差をなす。小径部と大径部とは同軸である。即ち、小径部のなす円筒状部分の中心軸と、大径部のなす円筒状部分の中心軸とは合致している。
【００１７】
そして鏡面駒の各々は、これらがセットされる型板の材料よりも「熱膨張率の大きい材料」で形成される。
鏡面駒をセットされる型板の各々は、セットされる鏡面駒の小径部及び大径部に応じた大小２つの内径による段差を中心軸方向に同軸に有する円筒状で、大内径部側が閉じたセット孔を有する。
【００１８】
鏡面駒の各々は、加熱手段による加熱が行われない状態において、型板内に「大径部の周面が型面に対して第１のクリアランスを有し、小径部の周面が型面に対して第２のクリアランスを有してセット」される。鏡面駒が「小径部と大径部」とを有することに対応して、型板の片面も「大径部に対向する部分と、小径部に対向する部分」とが段差をなす。
【００１９】
加熱手段による型板・鏡面駒の加熱が行われるとき、各々の鏡面駒の熱膨張により「第１のクリアランスが消失し、第２のクリアランスが消失しない」ように、型板の型面形状および各々の鏡面駒の「小径部および大径部の形状」が定められている。
加熱が行われるときには、各型板のセット孔にセットされた鏡面駒は、大径部がセット孔の奥側面に当接する。
【００２０】
上記の如く、この発明の射出成形金型に用いられる鏡面駒は「鏡面成形部を有し所定の小径を持つ小径部と、この小径部の中心軸と同軸で、小径部よりも大きい所定の大径を持つ大径部とを、中心軸方向に段差をなして有する形状」であり「型板材料よりも熱膨張率の大きい材料による単一構造体」である。
【００２１】
そして、鏡面駒は「加熱手段による加熱が行われない状態において、型板内に、大径部の周面が型面に対して第１のクリアランスを有し、小径部の周面が型面に対して第２のクリアランスを有してセット」され、加熱手段による加熱が行われるとき、各々の鏡面駒の熱膨張により、第１のクリアランスが消失し、第２のクリアランスが消失しないように、小径部および大径部の形状が、型板の型面形状・型板材料に応じて定められている。
【００２２】
このような鏡面駒は「大径部を切削加工したのち、小径部を同軸で切削加工して形成」するのが良い。
【００２３】
従来技術として説明した「駒本体と熱膨張部材とを別材料で形成して一体化」した鏡面駒は、特許文献１に記載されたように、駒本体および熱膨張部材を「それぞれの中心軸を一致するように組み付けた状態」で、外周部を同時に切削加工することにより製造できるが、外周部を切削加工する前工程として「駒本体と熱膨張部材とを、それぞれの中心軸を一致するように組み付ける工程」が必要である。
【００２４】
これに対し、この発明における鏡面駒は「単一の材料に対し、大径部を切削加工したのち、小径部を同軸で切削加工して形成」することができるため、製造が容易である。
【００２５】
この発明の射出成形方法は、請求項１記載の射出成形金型を用い、加熱手段による加熱を行って、各々の鏡面駒を熱膨張させ、各鏡面駒の第１のクリアランスを消失させた状態で、溶融樹脂をキャビティ内に射出して成形することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な射出成形金型およびこれに用いる鏡面駒、これらを用いる射出成形方法を実現できる。この発明の射出成形金型・射出成形方法は、使用する鏡面駒が単一構造体であるので、その製造が容易であり、成形時には、大径部と型面との第１のクリアランスが消失することにより、自動的に調芯された状態が実現するので、調芯操作の煩わしさがない。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、射出成形金型の実施の１形態を説明図的に示す図である。この射出成形金型は「樹脂光学素子」としての樹脂レンズの射出成形に用いられる。  
図１において符号１０で示す「固定型」は、固定側取付板１２に固定側の型板１４が取付けられた構成であり、符号２０で示す可動型は、可動側取付板２２にスペーサ２３を介して可動側の型板２４が取付けられた構成となっている。可動側取付板２２には突出し板２５が取付けられ、突出し板２５に取付けられたエジェクタピン２６の先端が可動側の型板２４に摺動可能に挿入されている。
【００２８】
固定側の型板１４及び可動側の型板２４には、「大小２つの内径による段差」を有する円筒状のセット孔１４１、２４１が、図１の上下方向に対向するように形成され、これらのセット孔１４１、２４１に、固定側の鏡面駒３０、可動側の鏡面駒４０がそれぞれセットされている。セットされた１対の鏡面駒３０、４０の対向面は、型締めされることによって成形用のキャビティ６０を形成している。
【００２９】
固定側の型板１４及び可動側の型板２４には、「加熱手段」としての温調孔１４３、２４３がそれぞれ鏡面駒３０、４０の周囲に形成され、熱流体を供給されることによって鏡面駒３０、４０と型板１４、２４とを加熱する。  
固定側取付板１２と固定側の型板１４には、溶融樹脂を供給するスプール５０が貫通され、可動側の型板２４の一部まで延び、型板１４と型板２４との突き合わせ面には、スプール５０と連通するランナ５１が形成され、このランナ５１がキャビティ６０に連通している。エジェクタピン２６の先端面はスプール５０の「図で下方の端面」に臨んでいる。
【００３０】
図２（ａ）は、図１における型板１４、２４に鏡面駒３０、４０をセットした状態を示している。図２（ａ）の状態では「加熱手段による加熱」は行われていない。
【００３１】
鏡面駒３０は、円筒状の小径部と大径部とが「中心軸方向に段差をなす」ように形成された単一構造体である。図２（ａ）に示すように、小径部３１はその端部に端面形状として鏡面成形部３３を形成されている。鏡面駒３０の大径部３２は、小径部３１よりも大きい所定の大径を持つ。そして、小径部３１と大径部３２とは中心軸ＣＬの方向に段差をなす。中心軸ＣＬは「小径部３１、大径部３２に共通の軸」である。
【００３２】
鏡面駒４０は、円筒状の小径部と大径部とが「中心軸方向に段差をなす」ように形成された単一構造体である。図２（ａ）に示すように、小径部４１はその端部に端面形状として鏡面成形部４３を形成されている。鏡面駒４０の大径部４２は、小径部４１よりも大きい所定の大径を持つ。そして、小径部４１と大径部４２とは中心軸ＣＬの方向に段差をなす。中心軸ＣＬは「小径部４１、大径部４２に共通の軸」である。鏡面成形部３３、４３はレンズの両面を形成するための面である。
【００３３】
鏡面駒３０をセットされる型板１４のセット孔１４１は、鏡面駒３０の小径部３１、大径部３２に応じた「大小２つの内径による段差」を中心軸ＣＬ方向に有する円筒状であり、鏡面駒３０はこのセット孔１４１にセットされる。セット孔１４１の内周面が型板１４の「型面」である。
【００３４】
鏡面駒３０は、型板１４のセット孔１４１に、大径部３２の周面が型面に対して第１のクリアランスＣＬ１を有し、小径部３１の周面が前記型面に対して第２のクリアランスＣＬ２を有するようにセットされる。
【００３５】
鏡面駒４０をセットされる型板２４のセット孔２４１は、鏡面駒４０の小径部４１、大径部４２に応じた「大小２つの内径による段差」を中心軸ＣＬ方向に有する円筒状であり、鏡面駒４０はこのセット孔２４１にセットされる。セット孔２４１の内周面が型板２４の「型面」である。
【００３６】
鏡面駒４０は、型板２４のセット孔２４１に、大径部４２の周面が型面に対して第１のクリアランスＣＬ３を有し、小径部４１の周面が前記型面に対して第２のクリアランスＣＬ４を有するようにセットされる。
【００３７】
第１のクリアランスＣＬ１（セット孔１４１の大内径の型面と鏡面駒３０の大径部３２との半径差）とＣＬ３（セット孔２４１の大内径の型面と鏡面駒４０の大径部４２との半径差）は、この実施の形態においては同じである。また、第２のクリアランスＣＬ２（セット孔１４１の小内径の型面と鏡面駒３０の小径部３１との半径差）とＣＬ４（セット孔２４１の小内径の型面と鏡面駒４０の小径部４１との半径差）も、この実施の形態において同じである。
【００３８】
これらのクリアランスＣＬ１〜ＣＬ４は互いに同一でも良いし異なっていても良い。
【００３９】
この実施の形態においては、鏡面駒３０、４０は同一材料であり、型板１４、２４も同一材料である。そして鏡面駒３０、４０の材料は、その熱膨張率が「型板１４、２４の材料の熱膨張率」より大きい材料が選択される。
【００４０】
射出成形を行うときには、前記「加熱手段」をなす温調孔１４３、２４３（図１参照）に熱流体を供給し、鏡面駒３０、４０と型板１４、２４とを加熱する。
【００４１】
この加熱により、鏡面駒３０、４０は熱膨張し、小径部・大径部ともに「径が増大」する。また、型板１４１、２４１も熱膨張し、それに伴いセット孔１４１、２４１の型面の径も増大する。
【００４２】
鏡面駒３０の小径部３１の半径をｒ１１、大径部３２の半径をｒ１２とし、セット孔１４１における型面の小内径の半径をＲ１１、大内径の半径をＲ１２とし、鏡面駒３０の熱膨張率（線膨張係数）をα１、型板１４の熱膨張率（線膨張係数）をβ１とし、加熱による温度上昇をＴとすると、鏡面駒３０、型板１４の熱膨張により、上記小径部３１の半径は「ｒ１１（１＋α１・Ｔ）」となり、大径部３２の半径は「ｒ１２（（１＋α１・Ｔ））となる。
【００４３】
また、セット孔１４１における型面の小内径の半径は「Ｒ１１（１＋β１・Ｔ）」、大内径の半径は「Ｒ１２（１＋β１・Ｔ）」となる。
【００４４】
従って、この熱膨張により、クリアランスＣＬ１は
ＣＬ１−｛Ｒ１２（１＋β１・Ｔ）―ｒ１２（（１＋α１・Ｔ））｝
＝ＣＬ１−｛Ｒ１２―ｒ１２｝＋｛ｒ１２・α１−Ｒ１２・β１｝Ｔ
＝｛ｒ１２・α１−Ｒ１２・β１｝Ｔ＝ΔＣＬ１
になる。
【００４５】
一方、クリアランスＣＬ２は、同様の演算により、
｛ｒ１１・α１−Ｒ１１・β１｝Ｔ＝ΔＣＬ２
となる。
【００４６】
従って、成形が行われるときに加熱手段により上昇させるべき温度：Ｔに対し、
ΔＣＬ１≦０、で、且つ、
ΔＣＬ２＞０
が満足されるように、上記量：ｒ１１、ｒ１２、Ｒ１１、Ｒ１２、α１、β１を設定すれば、成形が行われるときには、鏡面駒３０はその大径部３２の周面部がセット孔１４１の大内径の型面と密着ないし圧着して第１のクリアランスＣＬ１は消失し、第２のクリアランスＣＬ２は消失しない。
【００４７】
鏡面駒４０と型板２４のセット孔２４１との関係も同様である。
【００４８】
このようにして、射出成形を行うとき、加熱手段により鏡面駒３０、４０、型板１４、２４を所定の温度：Ｔだけ昇温させることにより、鏡面駒３０、４０の大径部と「対応するセット孔の大内径の型面」との第１のクリアランスが消失し、鏡面駒３０、４０の中心軸ＣＬは自動的に「調芯された状態」になる。
【００４９】
図２（Ｂ）は、この状態を示している。第１のクリアランスは消失し、第２のクリアランスＣＬ２’、ＣＬ４’（説明中の例では「ＣＬ２’＝ＣＬ４’」である。）は、加熱前の大きさＣＬ２、ＣＬ４よりも小さくなっているが、有限の大きさを保っている。このように第２のクリアランスＣＬ２’、ＣＬ４’が微小ではあるが０でないので、小径部に対する熱膨張による応力がかからず、鏡面成形部の面形状を良好に転写して「光軸ずれのない良好な樹脂レンズ」を得ることができる。
【００５０】
鏡面駒３０、４０は、上記の如き形状をなしているので、これを製造するには、先ず切削加工により大径部を形成した後、そのまま同軸で小径部を切削加工し、その後、鏡面成形部を所望の面形状に加工すれば良い。
【００５１】
上記第１、第２のクリアランスＣＬ１〜ＣＬ４の実際上の大きさは、２〜５μｍ程度である。鏡面駒３０、４０をセット孔１４１、２４１にセットするとき、大径部においてクリアランスＣＬ１、ＣＬ２があるのでセットが容易である。
【００５２】
なお、鏡面駒３０、４０の熱膨張により、鏡面成形部も膨張により拡大し、鏡面成形部の面形状も、厳密には加熱の前後で異なったものとなるが、このような差は実際上無視することができる場合が多い。加熱の前後での鏡面成形部の面形状の差が問題となるような場合には、熱膨張による変形を予め見込んで、加熱後における「鏡面成形部の面形状」が所望の面形状となるように面形状を作製すれば良い。
【００５３】
型板１４、２４の材料としては、例えば、線膨張係数が室温下で１１．１×１０-6／℃、成形温度下（約１２０℃）で１１．６×１０-6／℃のステンレス材料を使用することができる。この場合、鏡面駒３０、４０の材料としては、例えば、線膨張係数が室温下で約２２．０×１０-6／℃、成形温度下（約１２０℃）で約２３．３×１０-6／℃のアルミニウム材料等、型板１４、２４の材料よりも線膨張係数の大きい材料を用いることができる。
【００５４】
上に実施の形態を説明した図１に示す射出成形金型は、型板１４、２４と、キャビティを形成するための鏡面成形部を有し、クリアランスを有して型板内にセットされる１対の鏡面駒３０、４０と、この鏡面駒及び型板を加熱する加熱手段１４３、２４３とを備える射出成形金型において、鏡面駒３０、４０の各々は、鏡面成形部３３、４３を有し所定の小径を持つ小径部３１、４１と、この小径部の中心軸と同軸で、小径部よりも大きい所定の大径を持つ大径部３２、４２とを、中心軸方向に段差をなして有する形状であって、型板材料よりも熱膨張率の大きい材料による単一構造体であり、加熱手段１４３、２４３による加熱が行われない状態において、各々の鏡面駒３０、４０は、型板１４、２４内に、大径部３２、４２の周面が型面１４１、２４１に対して第１のクリアランスＣＬ１、ＣＬ３を有し、小径部３１、４１の周面が型面１４１、２４１に対して第２のクリアランスＣＬ２、ＣＬ４を有してセットされ、加熱手段による加熱が行われるとき、各々の鏡面駒の熱膨張により、第１のクリアランスＣＬ１、ＣＬ３が消失し、第２のクリアランスが消失しないように、型板１４、２４の型面形状および型板材料、各々の鏡面駒３０、４０の小径部３１、４１および大径部３２、４２の形状が定められた構成（請求項１）である。
【００５５】
また、鏡面駒３０、４０は、大径部３２、４２を切削加工したのち、小径部３１、４１を同軸で切削加工して形成される。
【００５６】
また、図１に示す射出成形金型を用い、加熱手段１４３、２４３による加熱を行って、各々の鏡面駒３０、４０を熱膨張させ、各鏡面駒の第１のクリアランスＣＬ１、ＣＬ３を消失させた状態で、溶融樹脂をキャビティ６０内に射出して成形する射出成形方法（請求項２）が実施される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】射出成形金型の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】１対の鏡面駒を型板にセットした加熱前の状態（ａ）と加熱後の状態（ｂ）を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
１４、２４      型板
３０、４０      鏡面駒
１４３、２４３  加熱手段
６０      キャビティ
【図１】
0005313538.tif 000002
【図２】
0005313538.tif 000003