(57)【要約】【課題】本発明では、本体部材および球状体による入れ子の支持剛性を確保できるとともに、金型耐久性を確保することができる成形用金型を提供することを目的とする。【解決手段】成形用金型１は、成形品の一部の形状を象ったキャビティ面Ｃａを有する入れ子１１０と、入れ子１１０を複数の球状体１３１を介して外側から移動自在に支持する本体部材１２０と、を有している。そして、球状体１３１、入れ子１１０および本体部材１２０は、球状体１３１の直径を入れ子１１０と本体部材１２０の隙間よりも大きくすることによって生じる与圧の値が、球状体１つあたり４μｍ以下であり、かつ、与圧と全球状体数の積が３０μｍ以上となるように形成されている。【選択図】図１
2007130822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品の一部の形状を象ったキャビティ面を有する入れ子と、
前記入れ子を複数の球状体を介して外側から移動自在に支持する本体部材と、を有する成形用金型であって、
前記球状体の径を前記入れ子と前記本体部材の隙間よりも大きくすることによって生じる与圧の値が、球状体１つにつき４μｍ以下であり、かつ、前記与圧と全球状体数の積が３０μｍ以上となるように、前記球状体、前記入れ子および前記本体部材が形成されていることを特徴とする成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビティ面を有する入れ子が、複数の球状体を介して本体部材で支持されることによって、本体部材に対して移動自在となる成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラスチック光学レンズ（以下、単に「光学レンズ」ともいう。）用の成形用金型として、固定側金型のキャビティ面（成形面）を光学レンズの一方の光学面に対応させた形状とするとともに、この固定側金型に対して離接自在となる移動側金型のキャビティ面を光学レンズの他方の光学面に対応させた形状とするものがある。このような金型としては、従来、その先端にキャビティ面が形成されている入れ子と、筒状の周壁の適所で複数の球状体を回転自在に支持するボールリテーナと、このボールリテーナを介して前記入れ子を外側から移動自在に支持する本体部材と、で構成したものが知られている（特許文献１参照）。そして、このような金型では、入れ子を本体部材に対して移動させて、入れ子のキャビティ面を本体部材から突き出すことで、成形品の取り出しが容易となっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２３１１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、金型内で使用されるベアリング（ボールリテーナと、これに転動する入れ子および本体部材の転動部分）は、（１）使用温度が高い（およそ８０℃〜１５０℃）こと、（２）入れ子および本体部材が樹脂からの圧力による変形し、それが何十万回と繰り返されること、（３）樹脂の流れに起因して偏荷重が何十万回と繰り返されてかかる、など使用環境が特殊である。
上記の理由から、位置精度(剛性含む)、耐久性の問題があり、型のベアリング設計指針が明らかでないという問題があった。
【０００５】
具体的には、前記した金型においては、入れ子と本体部材との隙間が球状体の径よりも大きい場合には、入れ子が本体部材に対してがたつくといった問題が発生し、また、前記隙間が球状体の径と同程度かそれよりも僅かに小さい場合には、複数の球状体を介して支持される入れ子の支持剛性が弱いため、溶融樹脂の射出圧力により入れ子が傾くといった問題が発生していた。特に、光学レンズや鏡枠などの光学部品を成形する場合には、入れ子が本体部材に対して傾くと、成形品の光軸がずれてしまい、品質に重大な悪影響を及ぼすおそれもあった。さらに、前記隙間が球状体の径よりもかなり小さい場合には、金型（ベアリング）の耐久性が低下するという問題が発生していた。
【０００６】
そこで、本発明では、複数の球状体を介して支持される入れ子の支持剛性を確保できるとともに、耐久性も確保できる成形用金型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】
【０００７】
前記課題を解決する本発明は、成形品の一部の形状を象ったキャビティ面を有する入れ子と、前記入れ子を複数の球状体を介して外側から移動自在に支持する本体部材と、を有する成形用金型であって、前記球状体の径を前記入れ子と前記本体部材の隙間よりも大きくすることによって生じる与圧の値が、球状体１つあたり４μｍ以下であり、かつ、与圧と全球状体数の積が３０μｍ以上となるように、前記球状体、前記入れ子および前記本体部材が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、「与圧」とは、球状体と内壁（本体部材）または外壁（入れ子）との間に隙間がなくなるように圧力をかけることをいい、その単位は、圧力の単位（Ｐａ）ではなく、内壁と外壁の隙間と球状体直径との差で「μｍ」となっている。
【０００９】
本発明によれば、与圧と全球状体数の積を３０μｍ以上とすることで、本体部材および球状体による入れ子の支持剛性を確保できるとともに、球状体１つあたり４μｍ以下とすることで、金型（球状体・入れ子・本体部材全て含む）の耐久性を確保できる。なお、前記した与圧と球状体数の値は、発明者の鋭意研究により得られた値である。すなわち、発明者は、耐久性の支配因子は与圧であり、与圧が高すぎると球状体だけでなく入れ子や本体部材が劣化し、金型の寿命が短くなる（耐久性の低下）ことに着目して、射出成形用金型の一般的な寿命である５０万ショットを保たせるためには、与圧は球状体１つあたり４μｍ以下にすることが望ましいことを見いだした。一方で、発明者は、位置精度（剛性）は与圧と球数が支配因子であり、与圧および球数を大きくすることで位置精度は向上することに着目して、位置精度に関する与圧と球数の適性範囲は実験から以下の式を満たせばよいことを見いだした。(与圧は球状体１つあたり)
（与圧[μｍ]）×（全球数）≧３０〔μｍ〕
そして、このように与圧および球状体数を設定することで、入れ子の支持剛性の確保と金型の耐久性の確保といった、従来ではなし得なかった相反する２つの課題の両立が実現されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、与圧が球状体１つあたり直径で４mｍ以下であり、かつ、与圧と全球状体数の積が３０μｍ以上となるように、球状体、入れ子および本体部材を形成するので、入れ子の支持剛性を確保できるとともに、金型の耐久性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る成形用金型を示す全体断面図である。
【００１２】
図１に示すように、成形用金型１は、第１の金型１００と第２の金型２００との間にキャビティＣを形成し、当該キャビティＣ内に溶融樹脂を供給することで成形品たる光学レンズを成形するものである。なお、キャビティＣには、溶融樹脂の通り道となるスプールやゲート（図示せず）が連通するようになっている。また、第１の金型１００および第２の金型２００は、それぞれ図示しない射出成形装置の可動側および固定側に取り付けられ、第１の金型１００は第２の金型２００に対して離接自在（軸方向に移動自在）に配置されている。
【００１３】
第１の金型１００は、光学レンズの一方の光学面形状（成形品の一部）を象ったキャビティ面Ｃａが先端に形成されている入れ子１１０と、この入れ子１１０が嵌め入れられる本体部材１２０と、で主に構成されており、その入れ子１１０と本体部材１２０との間には、ボールリテーナ１３０が設けられている。
【００１４】
入れ子１１０は、本体部材１２０とは別部品に構成された金属製の部材であり、略円柱状に形成される入れ子本体１１１と、この入れ子本体１１１の一端側（図１の右側）の中央部から延出する柱状部１１２と、から構成されている。
【００１５】
入れ子本体１１１は、後記する本体部材１２０の太穴部１２２よりも太径に形成されており、これにより、その一端側の面が本体部材１２０の他端側（図１の左側）の面と当接可能となっている。
【００１６】
柱状部１１２は、本体部材１２０と嵌合する部分であり、本実施形態においては、一端側にキャビティ面Ｃａを備える円柱形状の細径部１１４と、この細径部１１４の他端側に連続して細径部１１４よりも太径に形成された円柱形状の太径部１１５と、から構成されている。
【００１７】
本体部材１２０は、入れ子１１０を外側から保持するための金属製の部材であり、その中心に中空部を備える円筒形状を呈している。本体部材１２０の中空部は、入れ子１１０の細径部１１４が嵌め込まれる細穴部１２１と、入れ子１１０の太径部１１５と遊嵌する太穴部１２２と、で構成されている。また、本体部材１２０の一端側には、円錐台形状を呈する凸型テーパ部１２３が設けられており、第２の金型２００に対して心合わせができるようになっている。
【００１８】
細穴部１２１は、入れ子１１０の細径部１１４に対して略同程度か若干大きく形成されている。具体的には、細穴部１２１は、細径部１１４に対して直径１０〜３０μｍ程度（半径５〜１５μｍ程度）大きく形成するのが好ましく、直径１０〜２０μｍ程度（半径５〜１０μｍ程度）大きく形成するのがさらに好ましい。また、細穴部１２１の一端側は本体部材１２０の一端側に開口しており、当該細穴部１２１に入れ子１１０の細径部１１４を嵌め入れると、細径部１１４の一端側に形成されたキャビティ面Ｃａが、本体部材１２０の一端面に露出するようになっている。なお、成形品をキャビティ面Ｃａから突き出すため、図示のように、太径部１１５の一端側の面と、太穴部１２２の底面との間と、入れ子本体１１１の一端側の面と本体部材１２０の他端側の面との間に、所定の隙間Ｓが生じるように、入れ子１１０および本体部材１２０が配置されている。これにより、第１の金型１００が第２の金型から離れた後、イジェクタープレート（図示せず）により入れ子１１０を押すことで、キャビティ面Ｃａが突き出し、成形品を押し出すようになっている。
【００１９】
太穴部１２２は、その他端側が本体部材１２０の他端側の端面に開口しており、これにより、入れ子１１０の柱状部１１２が挿入可能になっている。また、太穴部１２２の一端側は、細穴部１２１の他端側と連通している。そして、太穴部１２２と、この太穴部１２２に遊嵌される入れ子１１０の太径部１１５との間には、ボールリテーナ１３０の球状体１３１の直径よりも若干小さい所定の隙間Ｓ２が形成されている。なお、この隙間Ｓ２に関しては、後で詳述することとする。
【００２０】
ボールリテーナ１３０は、本体部材１２０と入れ子１１０との間に介在して入れ子１１０を支持するとともに調心するための部品であり、複数の球状体１３１と、これらの球状体１３１を回転自在に支持する円筒状の支持体１３２とを備えて構成されている。
【００２１】
球状体１３１は、前記した入れ子１１０や本体部材１２０の材質よりも硬い材質、例えばベアリング鋼（硬度：ＨＲＣ５８）やステンレス鋼（ＳＵＳ４４０、硬度：ＨＲＣ５６）などで形成されている。また、各球状体１３１は、それぞれ直径公差が１μｍ以下という、非常に高い精度で均一な大きさで形成されており、前記した隙間Ｓ２よりも若干大きな直径に形成されている。具体的には、球状体数が６０個の場合、球状体１つあたりの与圧は０．５〜４μｍとするのが好ましい。同様に、球状体数が３０個の場合は、与圧は１〜４μｍ、１００個の場合は、与圧は０．３〜４μｍとするのが好ましい。このようにすれば、入れ子１１０、本体部材１２０または球状体１３１に加わる与圧（プリロード）の値が、球状体１つあたり４μｍ以下であり、かつ、与圧と全球状体数の積が３０μｍ以上となるため、入れ子１１０が強固に支持されることとなるとともに、金型の耐久性を確保出来る。なお、前記したプリロードの値（範囲）は、発明者の鋭意研究により得られた値であり、このような値とすることで、前記した入れ子の支持剛性の確保と、金型の耐久性の確保といった相反する２つの課題の両立が実現されることが実験やシミュレーション等により確認されている。
【００２２】
ここで、前記した〔金型の耐久性〕と〔与圧〕との関係や、〔入れ子の支持剛性〕と〔与圧と全球状体数との積〕との関係は、図２に示すグラフのようになっている。すなわち、金型の耐久性は、図２（ａ）に示すように、所定の小さな与圧のところでピークとなり、その後、与圧が大きくなるにつれて、徐々に小さくなるようになっている。そのため、十分な耐久性を確保するためには、与圧を４μｍ以下に設定すればよいことが分かる。一方、剛性は、図２（ｂ）に示すように、与圧と全球状体数との積が大きくなるにつれて、略比例的に大きくなるようになっている。そのため、十分な剛性を確保するためには、与圧と全球状体数との積が３０μｍ以上となるように設定すればよいことが分かる。
【００２３】
支持体１３２は、球状体１３１を回転自在に支持するための支持孔を複数有しており、これらの支持孔によって支持された各球状体１３１が、支持体１３２の外周面および内周面から突出して、入れ子１１０と本体部材１２０に転動することによって入れ子１１０が本体部材１２０に対して移動自在となっている。
【００２４】
第２の金型２００は、本体部材２２０の他端側（図１の左側）の端面に、第１の金型１００の本体部材１２０の凸型テーパ部１２３と嵌合する凹型テーパ部２２３が形成される点と、突き出し機構が不要なために、第１の金型１００のような隙間Ｓ１がなく密着する点で第１の金型１００とは異なるが、その他の構造は第１の金型１００と同様の構造となっている。なお、第２の金型２００における第１の金型１００と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明は省略することとする。
【００２５】
以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
与圧の値が球状体１つあたり４μｍ以下であり、かつ、与圧と全球状体数の積が３０μｍ以上となるように、球状体１３１、入れ子１１０および本体部材１２０を形成するので、入れ子１１０の支持剛性を確保できるとともに、金型の耐久性を確保することができる。
【００２６】
以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、球状体１３１と支持体１３２で構成されるボールリテーナ１３０を入れ子１１０と本体部材１２０との間に設ける構造に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、例えば入れ子１１０と本体部材１２０との間に球状体のみを設ける構造に本発明を適用してもよい。
前記実施形態では、光学レンズを製造するための金型に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、例えば光学レンズを支持する鏡枠等、高い同心度が必要な高精度部品を製造するための金型に本発明を適用してもよい。
前記実施形態では、入れ子１１０の軸方向（移動方向）において並ぶ球状体１３１の数を４つとしたが、本発明はこれに限定されず、その数は２つ以上であればいくつであってもよい。
【００２７】
前記実施形態では、各球状体１３１を略同じ大きさで形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記実施形態のような入れ子１１０の移動方向において球状体１３１が３つ以上並ぶように配設されている場合においては、入れ子１１０の移動方向に並ぶ複数（４つ）の球状体１３１のうち、入れ子１１０の移動方向（突出方向または復帰方向）における先頭と後尾に位置するものよりも、その内側に位置するものの径が小さく形成されていてもよい。なお、先頭と後尾（両端）の間の球状体直径は両端の球状体直径の０．１〜０．２％小さいことが望ましい。具体的には、入れ子１１０の移動方向における先頭と後尾（ボールリテーナ１３０の両端側）に位置する球状体１３１の直径が１０００μｍの時、その間の球状体１３１の直径は９９８μｍ〜９９９μｍとするのが望ましい。これによれば、先頭と後尾の大きな球状体１３１によって、入れ子１１０の支持剛性が確保され、それ以外の小さな球状体１３１によって、金型の耐久性が確保される。なお、この場合は、先頭および後尾の球状体１３１付近のプリロードの値と、これ以外の球状体１３１付近のプリロードの値が異なることとなるが、これらのプリロードの値がそれぞれ前記したプリロードの値の範囲内（球状体１つあたり４μｍ以下であり、かつ、与圧と全球状体数の積が３０μｍ以上）に収まっていればよい。
【００２８】
前記実施形態では、第１の金型１００を可動側に、第２の金型２００を固定側に取り付けているが、それには限定されず、突き出し機構を持った第１の金型１００を固定側に取り付けても良い。
前記実施形態では、第１の金型１００、第２の金型２００の両方に球状体１３１を用いているが、片側だけでもよい。
【００２９】
前記実施形態では、第１の金型１００が凸型テーパ１２３部、第２の金型が凹型テーパ部２２３となっているが、逆でもよい。
前記実施形態では、球状体１３１を、ベアリング鋼、ステンレス鋼としたがが、それに限らず、工具鋼やセラミック製のボールなど一般に市販されているベアリングボールであれば限定しない。
【００３０】
前記実施形態では、金型を金属製としたが、アルミ、銅、真鍮、各種鋼材など一般に金型として使用される材料であれば限定しない。なお、それら材料製の部材に、種種のコーティング（高精度加工用のメッキや酸化防止層など）がされたものを金型として使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態に係る成形用金型を示す全体断面図である。
【図２】金型の耐久性と与圧との関係を示すグラフ（ａ）と、入れ子の支持剛性と、与圧と全球状体数との積との関係を示すグラフ（ｂ）である。
【符号の説明】
【００３２】
１      成形用金型
１００  第１の金型
１１０  入れ子
１１１  入れ子本体
１１２  柱状部
１１４  細径部
１１５  太径部
１２０  本体部材
１２１  細穴部
１２２  太穴部
１３０  ボールリテーナ
１３１  球状体
１３２  支持体
２００  第２の金型
２２０  本体部材
Ｃａ    キャビティ面
Ｓ２    隙間
【図１】
2007130822.tif 000003
【図２】
2007130822.tif 000004