JPH0453690B2 - - Google Patents
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- JPH0453690B2 JPH0453690B2 JP31451288A JP31451288A JPH0453690B2 JP H0453690 B2 JPH0453690 B2 JP H0453690B2 JP 31451288 A JP31451288 A JP 31451288A JP 31451288 A JP31451288 A JP 31451288A JP H0453690 B2 JPH0453690 B2 JP H0453690B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
- B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
- B29C45/78—Measuring, controlling or regulating of temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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- B29C45/72—Heating or cooling
- B29C45/73—Heating or cooling of the mould
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Description
〔発明の属する分野〕
本発明は射出成形に用いる金型に係り、より詳
細に高周波誘導加熱方式により加熱される金型に
関する。 〔発明の従来技術〕 従来、高周波加熱により金型を加熱し、射出成
形することは、特開昭50−45039号等に記載され
ているように、金型内に発振電極と冷却水路を持
ち、外部に発振機と冷却水ポンプを持つよう構成
され、樹脂の充填時に金型を金型内に設けられた
発振電極により瞬間的に加熱し、充填完了後発振
を停止し、冷却水ポンプにより冷却水を金型へ流
し、冷却し、樹脂を固化させる方法が提案されて
いる。 又、特開昭58−40504号の公報には、熱可塑性
樹脂を射出成形するにあたり、射出成形品表面を
形成させるべき金型表面を予め該熱可塑性樹脂の
加熱変形温度以上に高周波誘導加熱して射出成形
する射出成形方法が提案されている。 金型の材料としては圧延鋼材（SS）、機械構造
用炭素鋼（SS、SCK）、工具鋼（SK、SKS）、高
速度鋼（SNC）、クロムモリブデン鋼等の鋼材を
鋳造、圧延加工するか、又、熱処理する。そして
切削加工、仕上げ組立て加工によつて金型をを形
成する。 上述の鉄系金型材は前述の高周波誘導加熱方式
による金型の加熱に適している。 又、金型材料として上述の鉄系材料以外に銅
系、アルミニウム系及びリン青銅等の材料があ
る。 〔発明の解決しようとする課題〕 光学部品等の成形精度を高く要求される成形
品、例えばレンズ・フレネルレンズ等は表面の仕
上げ精度、レンズ曲率の形成精度を要求される。
レンズの場合には金型のキヤビテイに射出された
溶融樹脂は射出終了後金型の冷却によつて射出樹
脂の冷却固化が進み、レンズ形状が形成される。
このとき金型の冷却温度の制御の仕方の具合が悪
いとレンズ表面にひけを生じレンズの主となりレ
ンズ曲率の形状が所望の通りにできない。 第９図に示すフレネルレンズの場合もやはり金
型の温度制御が具合良く行われないと頂角部１０
０Ａの先端の鋭角部の成形が行われない。 金型の加熱を高周波誘導加熱で行うと金型を短
時間内に高温度に加熱操作することができる。そ
して金型材料として前述の鉄系材料を用いると前
記高周波誘導加熱による加熱が効率的に行われ
る。しかしながら、前述鉄系材料、特に昨今多用
される鋼系材は切削加工性に難点がある。即ち、
超硬度な材質なためにキヤビテイ面を高精度の表
面粗さを保つて切削加工により曲面創成したりキ
ヤビテイ面にフレネル形状を加工すること、特に
フレネルレンズの場合μｍの凹凸部を形成するこ
とは困難である。 キヤビテイ面への微細凹凸形状の形成のために
は加工性の良い金型材料が好ましく前述した銅系
又はアルミニウム系材料が適するのであるが、こ
れらの材料は金型加熱のための前記高周波誘導加
熱手段を用いることができない。 本発明はキヤビテイ面に微細形状を切削加工す
ることが可能で、かつ、キヤビテイ内に射出され
た溶融樹脂がキヤビテイ内の前記微細凹凸部に注
入し易くするため高周波誘導加熱方式による加熱
が可能となる金型を提案することを目的とする。 更に本発明の課題の他の１つはレンズ・フレネ
ルレンズ等の光学部品で成形表面粗さの精度が高
い精度を要求される成形品の生産性を向上するこ
とにある。前述した従来用いられた鋼材を中心と
した金型は鏡面切削が不可能であつた。 本発明は金型のキヤビテイ表層部分を鏡面加工
できる組成として成形品の微細形状の転写率を向
上するとともに、金型基部を高周波誘導加熱手段
によつてキヤビテイ表層部分を短い時間に高温加
熱することにより成形サイクルを短くして時間当
りの生産性を向上し得た金型を提案する。 第１表は従来例(1)として炭素鋼（S45C）、従来
例(2)としてリン青銅を用いた場合の鏡面性（表面
粗さ精度）と高周波加熱手段による金型の加熱速
度を示すが、表に示すように炭素鋼は加熱速度は
22℃／secで速いが鏡面加工は不可能である。又、
リン青銅は鏡面加工は可能であるが加熱速度は３
℃／secと非常に遅く、いずれも金型材料として
不適当である。 本発明は光学部品を成形するために金型の鏡面
加工が行い得て、かつ、高周波誘導加熱手段によ
る高速加熱が出来る金型を提案する。 〔課題を解決するための手段〕 本発明に係る金型は金型の基部を鉄系金属材と
し該鉄系金属基部の表面に無電解ニツケル−リン
メツキ層を形成する。 本発明はニツケルNiとリンＰ、又はニツケル
NiとリンＰとコバルトCoを組合わせた組成の特
性に着目し、ニツケルNi及びコバルトCoの持つ
磁性による高周波誘導による加熱と、ニツケル
NiとリンＰの組成物の有する非晶質構造を金型
表面に形成する。 〔作用〕 リンＰを含有したニツケルNiは組成が非晶質
化しダイヤモンドバイトを用いた鏡面切削加工に
よる金型表面の鏡面仕上げが出来て、ニツケル
Ni又はコバルトCoのもつ磁性により高周波誘導
加熱によつて金型のキヤビテイの表層部分の温度
を短時間に高めることができる。 〔実施例の説明〕 第１図は本発明の後述する金型を用いた射出成
形装置の構成図、第２図は金型の温度曲線図、第
３図は前記装置を構成する各ユニツトのタイミン
グチヤート図である。 図において、符号１は射出成形機の本体を示
し、該本体は不図示の成形品を形成するキヤビテ
イを有する固定側金型２Ａと移動側金型２Ｂと前
記金型を支持する型板４Ａ・４Ｂ・移動ガイド部
材６と、及びホツパー８、射出シリンダー１０と
並びに、前記金型の開閉及び型閉じめを行う駆動
手段１２等から構成する。 １４は金型の温度を調整する温度調整器で、該
調整器１４はパイプ１４Ａを介して金型２Ａ，２
Ｂ内の冷却媒体流通路（不図示）に接続し不図示
のポンプによつて冷却媒体を循環させられるよう
になつている。 １８は高周波誘導加熱手段を示し、該手段は高
周波誘導制御部１８Ａとコイル部１８Ｂと、及
び、前記コイル部１８Ｂを支持する支持部材１８
Ｃと、並びに、該支持部材を図示矢印Ａ方向に進
退駆動する移動手段１８Ｄから構成されている。 ２０Ａ，２０Ｂは温度検知センサーであり、該
センサーは前記金型のキヤビテイ面の温度を検出
して検知信号を出力するべく前記金型の適宜位置
に埋設されており、該検知信号はリード線２２Ａ
を介して温度検知手段２２に入力する。 ２４は成形品取出手段を示し、該手段２４はオ
ートハンド２４Ａによつて成形された成形品を取
り出す。 ２６は成形装置全体を制御する制御器である。 〔金型の第１の実施例〕 第３図は鉄系金属層１００とメツキ層１１０か
ら構成された金型を示す。鉄系金属としてS55C
を用いた。第４図は第１実施例の金型の製造工程
を示す。 まず、鉄系金属S55Cの表面に成形品のキヤビ
テイ形状の形状加工を行う(a)。表面粗さの精度
Rmaxは1μｍ以下に加工する。その後、リン含有
量11％のメツキ液中にて無電解ニツケル−リンメ
ツキ層１１０層を100μｍの厚さにS55Cのキヤビ
テイ面にメツキする(b)。メツキ層形成後、大気恒
温槽内で250℃の温度で２時間の熱処理を行つた
(c)。熱処理後ダイヤモンド工具を用いて精密施盤
によつて深さ50μｍの山形溝を鏡面切削加工して
キヤビテイ面を形成した。キヤビテイ面の表面粗
さ精度はRmax0.01μｍ以下の精度に保つた(d)。 上述第１実施例による金型を前記第１図に示し
た成形装置に装着して該金型に温度センサーを設
置する。 高周波誘導加熱手段１６の加熱コイル１６Ｂと
金型キヤビテイ面との空間間隔を２mmに設定して
高周波出力8.2Kwatt、周波数132KHzの発振操作
を行い、前述温度センサー２０Ａ，２０Ｂの出力
を温度制御器２２で測定したところ、キヤビテイ
面の表面温度は9.5秒間で55℃から244℃に瞬間的
に加熱された。本実施例の金型の加熱速度は毎秒
20℃であつた。第１表において本実施例と従来例
１、２を鏡面性と加熱速度を比較するといずれの
面においても本実施例の金型が優れている。 第２表は前述リン含有率11％の第１実施例の金
型と他の比較例との比較を示す。比較例１はリン
含有率４％で250℃の熱処理を２時間行つた型材
をダイヤモンド切削したところ表面粗さの精度
0.15μｍが限界であつた。高周波加熱による加熱
速度は21℃／secであつたが、光学部品等の高度
の表面粗さ精度を要求された金型の型材には不適
当である。 比較例２は11％含有率で400℃で２時間熱処理
の型材のデータであり、比較例３は14％含有率を
250℃２時間熱処理をした型材のデータを示す。 第２表の比較データから理解されるようにリン
の含有率を多くすると鏡面性の向上を図ることが
できる。又、ニツケル自体は磁性を有するが鏡面
性は低く、リンを含有したニツケルのメツキ層
は、組成が非晶質な為、鏡面切削性が良く、又、
熱処理することにより熱処理条件によつて磁性化
する為、高周波加熱が効率良く行うことが出来
る。 種々の実験検討の繰り返し作業の結果、リン含
有率を８％から13％以内にし、熱処理温度を200
℃から350℃の間、かつ、熱処理時間を１時間か
ら３時間の間で処理して形成した型材はメツキ層
の切削加工の表面粗さは0.01μｍ以下の精度が得
られ、又、高周波誘導加熱手段による加熱速度は
20℃／sec以上の速度が得られたことが判明した。 第３表は前記第１実施例に示した金型を用いて
フレネルレンズを成形したときのデータを示す。 次に第２図を加えて第１図装置の操作について
説明する。制御器２６の不図示の成形起動操作に
より、初期の型開きの位置に存する移動側金型２
Ｂは型を閉じる方向に移動を開始し、移動側金型
２Ｂが固定側金型２Ａと所定の距離に保つ第１の
位置に来ると移動側金型２Ｂは移動を停止する。 前記移動側金型２Ｂが前記第１の位置に来て止
まると前記高周波誘導加熱手段１６を制御する信
号P1が前記制御器２６から出力する。前記制御
信号P1を受けて、前記移動手段１６Ｄは前記金
型２Ａ，２Ｂの開閉移動域外に退避していた加熱
コイル１８Ｂを移動側金型２Ｂと固定側金型２Ａ
の間に進入を開始する。加熱コイル１８BVは金
型の不図示のキヤビテイ面に対向する位置であつ
て、キヤビテイ面を加熱するために好ましい位置
に来たときに停止する。前記加熱コイル１８Ｂの
停止にともなつて高周波誘導制御部１６Ａは出力
8.2Kwatt、周波数132KHzの高周波発振を行い、
これによつて前記加熱コイル１８Ｂに高周波発振
が伝えられ、公知の高周波誘導加熱動作により金
型２Ａ，２Ｂは加熱されて温度が第２図に示すよ
うに、発振開始時点t1の温度tAからピーク温度tB
に向う曲線ａに沿つて上昇する。 制御部２６からは前記温度調整器１４を作動す
る信号P2が作動し温度調節器１４は前記制御器
の成形起動操作の初期操作時に作動する。前記温
度調整器１４は不図示の貯蔵槽の冷却媒体を所定
温度の80℃に温度調整すると同時に不図示のポン
プを作動させて流通路１４Ａを通して固定側金型
と移動側金型内に冷却媒体を循環させる。冷却媒
体が金型内を循環する一方において前記加熱コイ
ル１６Ｂによる高周波誘導発振により金型のキヤ
ビテイは急速に第２図に示すピーク温度tBの244
℃まで温度上昇する。金型の温度はそれぞれの金
型に設置したセンサー２０Ａ，２０Ｂによつて検
知され検知信号は温度検知手段２２に入力する。 温度検知手段２２はセンサーが前記ピーク温度
tB244℃を検知すると高周波発振制御部１６Ａに
発振停止信号を送ると同時に、前記移動手段１６
Ｄによつて加熱コイル１６Ｂを退避させる。 加熱コイル１６Ｂの退避完了と同時に型駆動手
段１２によつて移動側金型２Ｂが閉成し型締め動
作が行われる。型締め動作の完了により、金型は
樹脂材料（ポリカーボネイト）の射出準備が完了
するわけであるが、前述の加熱コイルの発振停止
による加熱停止から型締め動作の完了までは第２
図に示す時間t2から時間t3に至る時間の経過Δt1
がある。この経過時間Δt1の間に金型の温度は
（tB−tC）＝244−160＝84℃の温度降下を生じる
が、本装置の特徴の１つであつ高周波誘電加熱に
よる瞬間的加熱と前期加熱中も冷却媒体による冷
却操作によつて、ピーク温度tB＝244℃から射出
温度tC＝160℃までの温度降下曲線ｂは常に一定
の曲線が形成されるようになり射出温度tC＝160
℃の温度は射出成形サイクルを何サイクル繰り返
しても常に一定である。 制御部２６からは射出シリンダ１０を作動させ
ホツパー８内の溶融樹脂材料の射出が不図示のゲ
ートから金型のキヤビテイ内に注入される。樹脂
材料が所定量注入された後金型は温度曲線Ｃに沿
つて冷却されてキヤビテイ内の溶融樹脂のキヤビ
テイ形状に沿つた固化が進行して成形品が形成さ
れる。 その後、金型温度が離型に適する温度tD＝110
℃に降下すると制御部２６から型駆動手段１２に
型開き信号が送られて移動側金型２Ｂが移動す
る。型開きが完了すると成形取出手段２４が作動
してオートハンド２４Ａによつて成形品の取り出
しが行われ成形が終了し成形の１サイクルが終
る。 前述した成形品が第９図に示すようなフレネル
レンズの場合、キヤビテイ内に射出された溶融樹
脂材料はレンズの鋭角部分を形成するキヤビテイ
内の隅々に行き渡り空〓を生ずることがないよう
にする必要があり、そのためには金型温度を高い
温度に設定して樹脂の流動性を促進することが要
求されると同時に、成形サイクルを何サイクル繰
り返しても、どのサイクルでも第２図の温度曲線
を保つ必要があるが、本発明は前述成形方法によ
つて充分満足を得られる効果があつた。 第３表に示す比較例の金型の型材はSKD61で
あり、第３表から理解できるように前記第１実施
例に示す型材の金型に依れば比較例に比し成形サ
イクルを大幅に短縮することができた。 第８図Ａ，Ｂは前記第１表のデータに基づく本
発明による成形方法と前述比較例による成形品の
成形結果を示す模式図である。 上記第８図Ａ，Ｂの成形品はフレネルレンズの
断面の拡大図を示し、第８図Ｂは従来技術の成形
方法を示し、図から明らかなように頂角部はダレ
て、先端な丸まつている。これに対し第８図Ａは
本発明の成形方法を示し、頂角部は角度が正確に
鋭角となり先端は丸まつていない。フレネルレン
ズの場合入射光X1，X2…はレンズ面で屈折して
光軸上の一点に焦点を結ぶ必要がある。本発明に
係る実施例は第４図Ａに示すように頂角部に入射
した光は正確に屈折するので各入射光は一点に焦
点を結ぶことができ、結像のゴーストと云われる
像のボケは生じない。これに対し従来技術の場合
には第８図Ｂに示すように頂角部に入射した光は
頂角のダレのために屈折角が小さくなり入射光は
光軸上の一点で焦点を結ぶことができずゴースト
が発生し像のボケを生じる。 フレネルレンズの成形精度を測る目安として第
１０図に示す方法がある。 フレネルレンズの底部から頂角部までの設計値
上の高さＨに対し実際に成形によつて得られた高
さｈの割合ｈ／Ｈが大きければ大きい程成形精度
が高いと云える。 この方法によると従来技術の場合70％程度であ
つたが、本発明の上述実施例１・２の場合は98〜
99％と非常に高い数値を得ることができた。 〔金型の第２の実施例〕 本実施例は無電解メツキ層の上にコバルト層を
形成した型材を提供する。第５図は本実施例の型
材の構成を示す図である。図において１００は鉄
系金属、１２０は無電解ニツケル−リンメツキ
層、１３０は上記メツキ層の上に蒸着したコバル
ト蒸着層である。鉄系金属としてS55Cを用いて
前記第１の実施例と同様に形状加工とリン含有率
11％の無電解ニツケル−リンメツキ層１２０を
100μｍの厚さに形成し、250℃、２時間の熱処理
を行う。その後深さ50μｍの山形溝を鏡面加工し
た後にイオン・プレーテイング方法によりコバル
トを該鏡面加工した表面に厚さ2μｍに蒸着した。 上述のように作つた金型を前記第１図の装置に
装着し、出力8.2Kwatt、周波数132KHzにて高周
波誘導加熱手段を作動させて金型に加熱したとこ
ろ、金型表面温度は８秒間で55℃から245℃に上
昇した。本実施例の金型の加熱速度は24℃／sec
であつた。尚、上記コバルト蒸着層の表面粗さの
精度はRmax0.01μｍであつた。 上記の第２実施例の金型をフレネルレンズを成
形するために第３表実施例２の条件で成形して表
のデータを得た。その結果、成形サイクルは58±
２秒のサイクル時間であつた。 本実施例の確認実験の結果、コバルト含有率２
％から10％の範囲、かつリン含有率４％から10％
の範囲で200℃〜350℃の温度で１時間乃至３時間
の熱処理を施した金型は第１表実施例２に示すデ
ータを確保した。 〔金型の第３の実施例〕 第６図は第３の実施例による金型の型材構造を
示す。図において、１００は鉄系金属S55Cであ
り、１２０は無電解ニツケル−リンメツキ層、１
４０はハードクロームメツキ層である。鉄系金属
S55Cを用いて前述第１実施例と同様に形状加工
を行い、リン含有率10％の無電解ニツケル−リン
メツキ層100μｍの厚さに形成し、200℃の温度で
２時間の熱処理操作を行い。前記ニツケル−リン
メツキ層の上に厚さ3μｍのハードクロームメツ
キ層１４０を形成して金型と成した。 上記第３実施例の金型を第１図の成形機に装着
して金型の温度テストを行つたところ、出力
10Kwatt、周波数132KHzの条件で高周波誘導加
熱手段を作動させて温度測定を行つた。その結果
８秒間で55℃から198℃への温度上昇が確認でき
た。この金型の鏡面性は表面粗さがRmax0.01μ
ｍであつた。 〔金型の第４の実施例〕 第７図は第４の実施例を示す。図において２０
０は銅合金から成る金型の基部、２１０は無電解
ニツケル−リンメツキ層である。銅合金の表面粗
さ精度はRmax2μｍに仕上げる。銅合金の表面に
11％リン含有率の無電解ニツケル−リンメツキ層
を厚さ１mm形成して鏡面切削により深さ50μｍの
山形溝を加工する。この時粗さはRmax0.01μｍ
であつた。この金型を第１図示の成形機に装着し
て、出力30Kwatt、周波数420KHzで高周波誘導
加熱手段を作動させたところ、10秒の間に金型表
面は55℃から200℃に加熱した。 上記第４の実施例の金型の基部は鉄系金属でな
い非磁性の銅合金であり、銅合金の表面に無電解
ニツケル−リンメツキ層を形成することにより該
メツキ層をアモルフアス化させて型表面の形状加
工の鏡面性を確保し、加熱のために30Kwatt、
420KHzと大出力の発振によつて金型の温度上昇
を行うことができたものである。 〔発明の効果〕 本発明に依れば鉄系金属のもつ磁性と無電解ニ
ツケル−リンメツキ層熱処理することにより金型
表面の鏡面性を併わせ備えた金型の型材を得るこ
とにより、高周波誘導加熱による短時間に高温度
になる加熱速度の大きい金型を得ることができ
た。本発明の金型により表面粗さ精度に優れ、か
つ、微細な凹凸形状を有するキヤビテイの形成を
可能とし光学部品等の成形精度を向上することが
できた。 又、前記鉄系金属の磁性と併せて高周波誘導加
熱時の鉄系金属の抵抗値によつて短時間に高温度
に加熱できこれにより前述第２図示の成形サイク
ルを短くすることができて生産性の向上を図れ
た。
細に高周波誘導加熱方式により加熱される金型に
関する。 〔発明の従来技術〕 従来、高周波加熱により金型を加熱し、射出成
形することは、特開昭50−45039号等に記載され
ているように、金型内に発振電極と冷却水路を持
ち、外部に発振機と冷却水ポンプを持つよう構成
され、樹脂の充填時に金型を金型内に設けられた
発振電極により瞬間的に加熱し、充填完了後発振
を停止し、冷却水ポンプにより冷却水を金型へ流
し、冷却し、樹脂を固化させる方法が提案されて
いる。 又、特開昭58−40504号の公報には、熱可塑性
樹脂を射出成形するにあたり、射出成形品表面を
形成させるべき金型表面を予め該熱可塑性樹脂の
加熱変形温度以上に高周波誘導加熱して射出成形
する射出成形方法が提案されている。 金型の材料としては圧延鋼材（SS）、機械構造
用炭素鋼（SS、SCK）、工具鋼（SK、SKS）、高
速度鋼（SNC）、クロムモリブデン鋼等の鋼材を
鋳造、圧延加工するか、又、熱処理する。そして
切削加工、仕上げ組立て加工によつて金型をを形
成する。 上述の鉄系金型材は前述の高周波誘導加熱方式
による金型の加熱に適している。 又、金型材料として上述の鉄系材料以外に銅
系、アルミニウム系及びリン青銅等の材料があ
る。 〔発明の解決しようとする課題〕 光学部品等の成形精度を高く要求される成形
品、例えばレンズ・フレネルレンズ等は表面の仕
上げ精度、レンズ曲率の形成精度を要求される。
レンズの場合には金型のキヤビテイに射出された
溶融樹脂は射出終了後金型の冷却によつて射出樹
脂の冷却固化が進み、レンズ形状が形成される。
このとき金型の冷却温度の制御の仕方の具合が悪
いとレンズ表面にひけを生じレンズの主となりレ
ンズ曲率の形状が所望の通りにできない。 第９図に示すフレネルレンズの場合もやはり金
型の温度制御が具合良く行われないと頂角部１０
０Ａの先端の鋭角部の成形が行われない。 金型の加熱を高周波誘導加熱で行うと金型を短
時間内に高温度に加熱操作することができる。そ
して金型材料として前述の鉄系材料を用いると前
記高周波誘導加熱による加熱が効率的に行われ
る。しかしながら、前述鉄系材料、特に昨今多用
される鋼系材は切削加工性に難点がある。即ち、
超硬度な材質なためにキヤビテイ面を高精度の表
面粗さを保つて切削加工により曲面創成したりキ
ヤビテイ面にフレネル形状を加工すること、特に
フレネルレンズの場合μｍの凹凸部を形成するこ
とは困難である。 キヤビテイ面への微細凹凸形状の形成のために
は加工性の良い金型材料が好ましく前述した銅系
又はアルミニウム系材料が適するのであるが、こ
れらの材料は金型加熱のための前記高周波誘導加
熱手段を用いることができない。 本発明はキヤビテイ面に微細形状を切削加工す
ることが可能で、かつ、キヤビテイ内に射出され
た溶融樹脂がキヤビテイ内の前記微細凹凸部に注
入し易くするため高周波誘導加熱方式による加熱
が可能となる金型を提案することを目的とする。 更に本発明の課題の他の１つはレンズ・フレネ
ルレンズ等の光学部品で成形表面粗さの精度が高
い精度を要求される成形品の生産性を向上するこ
とにある。前述した従来用いられた鋼材を中心と
した金型は鏡面切削が不可能であつた。 本発明は金型のキヤビテイ表層部分を鏡面加工
できる組成として成形品の微細形状の転写率を向
上するとともに、金型基部を高周波誘導加熱手段
によつてキヤビテイ表層部分を短い時間に高温加
熱することにより成形サイクルを短くして時間当
りの生産性を向上し得た金型を提案する。 第１表は従来例(1)として炭素鋼（S45C）、従来
例(2)としてリン青銅を用いた場合の鏡面性（表面
粗さ精度）と高周波加熱手段による金型の加熱速
度を示すが、表に示すように炭素鋼は加熱速度は
22℃／secで速いが鏡面加工は不可能である。又、
リン青銅は鏡面加工は可能であるが加熱速度は３
℃／secと非常に遅く、いずれも金型材料として
不適当である。 本発明は光学部品を成形するために金型の鏡面
加工が行い得て、かつ、高周波誘導加熱手段によ
る高速加熱が出来る金型を提案する。 〔課題を解決するための手段〕 本発明に係る金型は金型の基部を鉄系金属材と
し該鉄系金属基部の表面に無電解ニツケル−リン
メツキ層を形成する。 本発明はニツケルNiとリンＰ、又はニツケル
NiとリンＰとコバルトCoを組合わせた組成の特
性に着目し、ニツケルNi及びコバルトCoの持つ
磁性による高周波誘導による加熱と、ニツケル
NiとリンＰの組成物の有する非晶質構造を金型
表面に形成する。 〔作用〕 リンＰを含有したニツケルNiは組成が非晶質
化しダイヤモンドバイトを用いた鏡面切削加工に
よる金型表面の鏡面仕上げが出来て、ニツケル
Ni又はコバルトCoのもつ磁性により高周波誘導
加熱によつて金型のキヤビテイの表層部分の温度
を短時間に高めることができる。 〔実施例の説明〕 第１図は本発明の後述する金型を用いた射出成
形装置の構成図、第２図は金型の温度曲線図、第
３図は前記装置を構成する各ユニツトのタイミン
グチヤート図である。 図において、符号１は射出成形機の本体を示
し、該本体は不図示の成形品を形成するキヤビテ
イを有する固定側金型２Ａと移動側金型２Ｂと前
記金型を支持する型板４Ａ・４Ｂ・移動ガイド部
材６と、及びホツパー８、射出シリンダー１０と
並びに、前記金型の開閉及び型閉じめを行う駆動
手段１２等から構成する。 １４は金型の温度を調整する温度調整器で、該
調整器１４はパイプ１４Ａを介して金型２Ａ，２
Ｂ内の冷却媒体流通路（不図示）に接続し不図示
のポンプによつて冷却媒体を循環させられるよう
になつている。 １８は高周波誘導加熱手段を示し、該手段は高
周波誘導制御部１８Ａとコイル部１８Ｂと、及
び、前記コイル部１８Ｂを支持する支持部材１８
Ｃと、並びに、該支持部材を図示矢印Ａ方向に進
退駆動する移動手段１８Ｄから構成されている。 ２０Ａ，２０Ｂは温度検知センサーであり、該
センサーは前記金型のキヤビテイ面の温度を検出
して検知信号を出力するべく前記金型の適宜位置
に埋設されており、該検知信号はリード線２２Ａ
を介して温度検知手段２２に入力する。 ２４は成形品取出手段を示し、該手段２４はオ
ートハンド２４Ａによつて成形された成形品を取
り出す。 ２６は成形装置全体を制御する制御器である。 〔金型の第１の実施例〕 第３図は鉄系金属層１００とメツキ層１１０か
ら構成された金型を示す。鉄系金属としてS55C
を用いた。第４図は第１実施例の金型の製造工程
を示す。 まず、鉄系金属S55Cの表面に成形品のキヤビ
テイ形状の形状加工を行う(a)。表面粗さの精度
Rmaxは1μｍ以下に加工する。その後、リン含有
量11％のメツキ液中にて無電解ニツケル−リンメ
ツキ層１１０層を100μｍの厚さにS55Cのキヤビ
テイ面にメツキする(b)。メツキ層形成後、大気恒
温槽内で250℃の温度で２時間の熱処理を行つた
(c)。熱処理後ダイヤモンド工具を用いて精密施盤
によつて深さ50μｍの山形溝を鏡面切削加工して
キヤビテイ面を形成した。キヤビテイ面の表面粗
さ精度はRmax0.01μｍ以下の精度に保つた(d)。 上述第１実施例による金型を前記第１図に示し
た成形装置に装着して該金型に温度センサーを設
置する。 高周波誘導加熱手段１６の加熱コイル１６Ｂと
金型キヤビテイ面との空間間隔を２mmに設定して
高周波出力8.2Kwatt、周波数132KHzの発振操作
を行い、前述温度センサー２０Ａ，２０Ｂの出力
を温度制御器２２で測定したところ、キヤビテイ
面の表面温度は9.5秒間で55℃から244℃に瞬間的
に加熱された。本実施例の金型の加熱速度は毎秒
20℃であつた。第１表において本実施例と従来例
１、２を鏡面性と加熱速度を比較するといずれの
面においても本実施例の金型が優れている。 第２表は前述リン含有率11％の第１実施例の金
型と他の比較例との比較を示す。比較例１はリン
含有率４％で250℃の熱処理を２時間行つた型材
をダイヤモンド切削したところ表面粗さの精度
0.15μｍが限界であつた。高周波加熱による加熱
速度は21℃／secであつたが、光学部品等の高度
の表面粗さ精度を要求された金型の型材には不適
当である。 比較例２は11％含有率で400℃で２時間熱処理
の型材のデータであり、比較例３は14％含有率を
250℃２時間熱処理をした型材のデータを示す。 第２表の比較データから理解されるようにリン
の含有率を多くすると鏡面性の向上を図ることが
できる。又、ニツケル自体は磁性を有するが鏡面
性は低く、リンを含有したニツケルのメツキ層
は、組成が非晶質な為、鏡面切削性が良く、又、
熱処理することにより熱処理条件によつて磁性化
する為、高周波加熱が効率良く行うことが出来
る。 種々の実験検討の繰り返し作業の結果、リン含
有率を８％から13％以内にし、熱処理温度を200
℃から350℃の間、かつ、熱処理時間を１時間か
ら３時間の間で処理して形成した型材はメツキ層
の切削加工の表面粗さは0.01μｍ以下の精度が得
られ、又、高周波誘導加熱手段による加熱速度は
20℃／sec以上の速度が得られたことが判明した。 第３表は前記第１実施例に示した金型を用いて
フレネルレンズを成形したときのデータを示す。 次に第２図を加えて第１図装置の操作について
説明する。制御器２６の不図示の成形起動操作に
より、初期の型開きの位置に存する移動側金型２
Ｂは型を閉じる方向に移動を開始し、移動側金型
２Ｂが固定側金型２Ａと所定の距離に保つ第１の
位置に来ると移動側金型２Ｂは移動を停止する。 前記移動側金型２Ｂが前記第１の位置に来て止
まると前記高周波誘導加熱手段１６を制御する信
号P1が前記制御器２６から出力する。前記制御
信号P1を受けて、前記移動手段１６Ｄは前記金
型２Ａ，２Ｂの開閉移動域外に退避していた加熱
コイル１８Ｂを移動側金型２Ｂと固定側金型２Ａ
の間に進入を開始する。加熱コイル１８BVは金
型の不図示のキヤビテイ面に対向する位置であつ
て、キヤビテイ面を加熱するために好ましい位置
に来たときに停止する。前記加熱コイル１８Ｂの
停止にともなつて高周波誘導制御部１６Ａは出力
8.2Kwatt、周波数132KHzの高周波発振を行い、
これによつて前記加熱コイル１８Ｂに高周波発振
が伝えられ、公知の高周波誘導加熱動作により金
型２Ａ，２Ｂは加熱されて温度が第２図に示すよ
うに、発振開始時点t1の温度tAからピーク温度tB
に向う曲線ａに沿つて上昇する。 制御部２６からは前記温度調整器１４を作動す
る信号P2が作動し温度調節器１４は前記制御器
の成形起動操作の初期操作時に作動する。前記温
度調整器１４は不図示の貯蔵槽の冷却媒体を所定
温度の80℃に温度調整すると同時に不図示のポン
プを作動させて流通路１４Ａを通して固定側金型
と移動側金型内に冷却媒体を循環させる。冷却媒
体が金型内を循環する一方において前記加熱コイ
ル１６Ｂによる高周波誘導発振により金型のキヤ
ビテイは急速に第２図に示すピーク温度tBの244
℃まで温度上昇する。金型の温度はそれぞれの金
型に設置したセンサー２０Ａ，２０Ｂによつて検
知され検知信号は温度検知手段２２に入力する。 温度検知手段２２はセンサーが前記ピーク温度
tB244℃を検知すると高周波発振制御部１６Ａに
発振停止信号を送ると同時に、前記移動手段１６
Ｄによつて加熱コイル１６Ｂを退避させる。 加熱コイル１６Ｂの退避完了と同時に型駆動手
段１２によつて移動側金型２Ｂが閉成し型締め動
作が行われる。型締め動作の完了により、金型は
樹脂材料（ポリカーボネイト）の射出準備が完了
するわけであるが、前述の加熱コイルの発振停止
による加熱停止から型締め動作の完了までは第２
図に示す時間t2から時間t3に至る時間の経過Δt1
がある。この経過時間Δt1の間に金型の温度は
（tB−tC）＝244−160＝84℃の温度降下を生じる
が、本装置の特徴の１つであつ高周波誘電加熱に
よる瞬間的加熱と前期加熱中も冷却媒体による冷
却操作によつて、ピーク温度tB＝244℃から射出
温度tC＝160℃までの温度降下曲線ｂは常に一定
の曲線が形成されるようになり射出温度tC＝160
℃の温度は射出成形サイクルを何サイクル繰り返
しても常に一定である。 制御部２６からは射出シリンダ１０を作動させ
ホツパー８内の溶融樹脂材料の射出が不図示のゲ
ートから金型のキヤビテイ内に注入される。樹脂
材料が所定量注入された後金型は温度曲線Ｃに沿
つて冷却されてキヤビテイ内の溶融樹脂のキヤビ
テイ形状に沿つた固化が進行して成形品が形成さ
れる。 その後、金型温度が離型に適する温度tD＝110
℃に降下すると制御部２６から型駆動手段１２に
型開き信号が送られて移動側金型２Ｂが移動す
る。型開きが完了すると成形取出手段２４が作動
してオートハンド２４Ａによつて成形品の取り出
しが行われ成形が終了し成形の１サイクルが終
る。 前述した成形品が第９図に示すようなフレネル
レンズの場合、キヤビテイ内に射出された溶融樹
脂材料はレンズの鋭角部分を形成するキヤビテイ
内の隅々に行き渡り空〓を生ずることがないよう
にする必要があり、そのためには金型温度を高い
温度に設定して樹脂の流動性を促進することが要
求されると同時に、成形サイクルを何サイクル繰
り返しても、どのサイクルでも第２図の温度曲線
を保つ必要があるが、本発明は前述成形方法によ
つて充分満足を得られる効果があつた。 第３表に示す比較例の金型の型材はSKD61で
あり、第３表から理解できるように前記第１実施
例に示す型材の金型に依れば比較例に比し成形サ
イクルを大幅に短縮することができた。 第８図Ａ，Ｂは前記第１表のデータに基づく本
発明による成形方法と前述比較例による成形品の
成形結果を示す模式図である。 上記第８図Ａ，Ｂの成形品はフレネルレンズの
断面の拡大図を示し、第８図Ｂは従来技術の成形
方法を示し、図から明らかなように頂角部はダレ
て、先端な丸まつている。これに対し第８図Ａは
本発明の成形方法を示し、頂角部は角度が正確に
鋭角となり先端は丸まつていない。フレネルレン
ズの場合入射光X1，X2…はレンズ面で屈折して
光軸上の一点に焦点を結ぶ必要がある。本発明に
係る実施例は第４図Ａに示すように頂角部に入射
した光は正確に屈折するので各入射光は一点に焦
点を結ぶことができ、結像のゴーストと云われる
像のボケは生じない。これに対し従来技術の場合
には第８図Ｂに示すように頂角部に入射した光は
頂角のダレのために屈折角が小さくなり入射光は
光軸上の一点で焦点を結ぶことができずゴースト
が発生し像のボケを生じる。 フレネルレンズの成形精度を測る目安として第
１０図に示す方法がある。 フレネルレンズの底部から頂角部までの設計値
上の高さＨに対し実際に成形によつて得られた高
さｈの割合ｈ／Ｈが大きければ大きい程成形精度
が高いと云える。 この方法によると従来技術の場合70％程度であ
つたが、本発明の上述実施例１・２の場合は98〜
99％と非常に高い数値を得ることができた。 〔金型の第２の実施例〕 本実施例は無電解メツキ層の上にコバルト層を
形成した型材を提供する。第５図は本実施例の型
材の構成を示す図である。図において１００は鉄
系金属、１２０は無電解ニツケル−リンメツキ
層、１３０は上記メツキ層の上に蒸着したコバル
ト蒸着層である。鉄系金属としてS55Cを用いて
前記第１の実施例と同様に形状加工とリン含有率
11％の無電解ニツケル−リンメツキ層１２０を
100μｍの厚さに形成し、250℃、２時間の熱処理
を行う。その後深さ50μｍの山形溝を鏡面加工し
た後にイオン・プレーテイング方法によりコバル
トを該鏡面加工した表面に厚さ2μｍに蒸着した。 上述のように作つた金型を前記第１図の装置に
装着し、出力8.2Kwatt、周波数132KHzにて高周
波誘導加熱手段を作動させて金型に加熱したとこ
ろ、金型表面温度は８秒間で55℃から245℃に上
昇した。本実施例の金型の加熱速度は24℃／sec
であつた。尚、上記コバルト蒸着層の表面粗さの
精度はRmax0.01μｍであつた。 上記の第２実施例の金型をフレネルレンズを成
形するために第３表実施例２の条件で成形して表
のデータを得た。その結果、成形サイクルは58±
２秒のサイクル時間であつた。 本実施例の確認実験の結果、コバルト含有率２
％から10％の範囲、かつリン含有率４％から10％
の範囲で200℃〜350℃の温度で１時間乃至３時間
の熱処理を施した金型は第１表実施例２に示すデ
ータを確保した。 〔金型の第３の実施例〕 第６図は第３の実施例による金型の型材構造を
示す。図において、１００は鉄系金属S55Cであ
り、１２０は無電解ニツケル−リンメツキ層、１
４０はハードクロームメツキ層である。鉄系金属
S55Cを用いて前述第１実施例と同様に形状加工
を行い、リン含有率10％の無電解ニツケル−リン
メツキ層100μｍの厚さに形成し、200℃の温度で
２時間の熱処理操作を行い。前記ニツケル−リン
メツキ層の上に厚さ3μｍのハードクロームメツ
キ層１４０を形成して金型と成した。 上記第３実施例の金型を第１図の成形機に装着
して金型の温度テストを行つたところ、出力
10Kwatt、周波数132KHzの条件で高周波誘導加
熱手段を作動させて温度測定を行つた。その結果
８秒間で55℃から198℃への温度上昇が確認でき
た。この金型の鏡面性は表面粗さがRmax0.01μ
ｍであつた。 〔金型の第４の実施例〕 第７図は第４の実施例を示す。図において２０
０は銅合金から成る金型の基部、２１０は無電解
ニツケル−リンメツキ層である。銅合金の表面粗
さ精度はRmax2μｍに仕上げる。銅合金の表面に
11％リン含有率の無電解ニツケル−リンメツキ層
を厚さ１mm形成して鏡面切削により深さ50μｍの
山形溝を加工する。この時粗さはRmax0.01μｍ
であつた。この金型を第１図示の成形機に装着し
て、出力30Kwatt、周波数420KHzで高周波誘導
加熱手段を作動させたところ、10秒の間に金型表
面は55℃から200℃に加熱した。 上記第４の実施例の金型の基部は鉄系金属でな
い非磁性の銅合金であり、銅合金の表面に無電解
ニツケル−リンメツキ層を形成することにより該
メツキ層をアモルフアス化させて型表面の形状加
工の鏡面性を確保し、加熱のために30Kwatt、
420KHzと大出力の発振によつて金型の温度上昇
を行うことができたものである。 〔発明の効果〕 本発明に依れば鉄系金属のもつ磁性と無電解ニ
ツケル−リンメツキ層熱処理することにより金型
表面の鏡面性を併わせ備えた金型の型材を得るこ
とにより、高周波誘導加熱による短時間に高温度
になる加熱速度の大きい金型を得ることができ
た。本発明の金型により表面粗さ精度に優れ、か
つ、微細な凹凸形状を有するキヤビテイの形成を
可能とし光学部品等の成形精度を向上することが
できた。 又、前記鉄系金属の磁性と併せて高周波誘導加
熱時の鉄系金属の抵抗値によつて短時間に高温度
に加熱できこれにより前述第２図示の成形サイク
ルを短くすることができて生産性の向上を図れ
た。
【表】
【表】
【表】
第１図は本発明に係る金型を用いた成形機の装
置構成図。第２図は温度曲線図。第３図乃至第４
図ａ，ｂ，ｃ，ｄは第１の実施例を示し、第３図
は金型の構成説明図、第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄは金
型製造工程図。第５図は第２実施例の金型の構成
説明図。第６図は第３実施例の金型の構成説明
図。第７図は第４実施例の金型の構成説明図。第
８図Ａ，Ｂはフレネルレンズの説明図。第９図は
フレネルレンズの構成図。第１０図はフレネルレ
ンズの説明図。 ２Ａ，２Ｂ……金型、１６，１６Ａ，１６Ｂ，
１６Ｃ，１６Ｄ……高周波誘導加熱手段、１００
……鉄系金属、１１０，１２０……無電解ニツケ
ル−リンメツキ層。
置構成図。第２図は温度曲線図。第３図乃至第４
図ａ，ｂ，ｃ，ｄは第１の実施例を示し、第３図
は金型の構成説明図、第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄは金
型製造工程図。第５図は第２実施例の金型の構成
説明図。第６図は第３実施例の金型の構成説明
図。第７図は第４実施例の金型の構成説明図。第
８図Ａ，Ｂはフレネルレンズの説明図。第９図は
フレネルレンズの構成図。第１０図はフレネルレ
ンズの説明図。 ２Ａ，２Ｂ……金型、１６，１６Ａ，１６Ｂ，
１６Ｃ，１６Ｄ……高周波誘導加熱手段、１００
……鉄系金属、１１０，１２０……無電解ニツケ
ル−リンメツキ層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 鉄系金属と無電解ニツケル−リンメツキ層か
ら構成し、無電解ニツケル−リンメツキのリン含
有率を８％〜13％とし、熱処理条件を200℃〜350
℃の温度で１時間乃至３時間としたことを特徴と
する射出成形用金型。 ２ 鉄系金属と無電解ニツケル−リンメツキ層
と、及び、コバルト層から構成し、前記無電解ニ
ツケル−リンメツキ層のリン含有率が４％〜10％
の範囲とし、コバルト含有率を２％〜10％とし、
200℃〜350℃の温度で１〜３時間の熱処理を行つ
たことを特徴とする射出成形用金型。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31451288A JPH02158316A (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 射出成形用金型 |
| US07/448,544 US5062786A (en) | 1988-12-12 | 1989-12-11 | Molding device for molding optical elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31451288A JPH02158316A (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 射出成形用金型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02158316A JPH02158316A (ja) | 1990-06-18 |
| JPH0453690B2 true JPH0453690B2 (ja) | 1992-08-27 |
Family
ID=18054180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31451288A Granted JPH02158316A (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 射出成形用金型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02158316A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04173313A (ja) * | 1990-11-07 | 1992-06-22 | Sanshu Mold:Kk | 射出成形用金型およびこの金型を使用する射出成形方法 |
| JP2004153161A (ja) | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Denso Corp | 電磁駆動装置及びそれを用いた流量制御装置 |
| JP5838777B2 (ja) * | 2011-12-15 | 2016-01-06 | コニカミノルタ株式会社 | 成形用型の製造方法 |
| KR20180132665A (ko) * | 2016-03-02 | 2018-12-12 | 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이. | 유리 충전제-보강된 고형 수지 |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP31451288A patent/JPH02158316A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02158316A (ja) | 1990-06-18 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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