JPH06166059A - 射出成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ プラスチックレンズのように偏肉度の大きな
成形品の成形において、精度良く金型形状を転写でき、
安価で簡単な構造とする。 ［構成］ レンズ入子１の表面に、母材２よりも線膨張
率の大きな材料により表面部材３を形成する。表面部材
３の表面は、キャビティを形成し、所望のレンズ形状と
する。表面部材３は、その厚さがあらかじめ設計した値
に連続的に変化するように曲率を見込んだ母材２に一体
的に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精度のプラスチック
成形品を成形するための射出成形用金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金型の形状を高精度に転写する射
出成形装置として、例えば特開平１−１１４４１１号公
報に開示されたものが知られている。この射出成形装置
は、成形機の可動盤に取り付けた圧縮用シリンダ装置
と、これに取り付けられ、型締め方向に移動可能な圧縮
部材を有する金型とを備えている。そして、この装置
は、キャビティ内に溶融樹脂を射出充填した後に、圧縮
用シリンダ装置により金型の圧縮部材を押圧し、キャビ
ティ内の樹脂を圧縮することにより、冷却に伴う樹脂の
収縮を補って、高精度な成形品を得るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の射
出成形装置では、キャビティ内の樹脂を圧縮するための
圧縮装置を必要とするので、設備が高価になるととも
に、金型構造も複雑になってしまった。また、圧縮部材
は任意に摺動する機構のために、摺動時の停止位置にバ
ラツキを生じ、成形品の肉厚が不安定になるという問題
があった。さらに、例えばレンズのように偏肉度の大き
な成形品を成形する場合、本来、厚肉部ほど収縮量が大
きいので圧力を部分的に高くすべきところを、厚肉部も
薄肉部も均等に押圧してしまう。したがって、冷却固化
後に、金型から取り出したときには、金型形状を精密に
転写できないという問題点もあった。

【０００４】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、プラスチックレンズなどのように偏肉度
の大きな成形品の成形に対し、精度良く金型形状を転写
でき、安価で簡単な構造の射出成形用金型を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、キャビティを形成する部材の表面を、母
材よりも線膨張率の大きな材料により形成するととも
に、その厚さを成形品の肉厚に対応して変化させて射出
成形用金型を構成した。

【０００６】

【作用】かかる構成の射出成形用金型を用いて成形する
際、キャビティを形成する部材の表面部が成形温度に昇
温されると、その表面部の厚さと線膨張率の積だけ常温
状態よりも寸法が増大する。したがって、あらかじめ表
面部の厚さを適切に形成しておけば、偏肉による収縮量
の差を相殺することができる。

【０００７】

【実施例１】図１は本実施例の射出成形用金型を示すも
ので、円柱部材の一方の端面を図２に示した干渉縞を有
する凸球面に鏡面研摩したレンズ金型用のレンズ入子１
の縦断面図である。レンズ入子１において、円柱状の母
材２の一方の端面には、キャビティを形成する表面部材
３が形成されている。表面部材３の表面の曲率Ｒ（球
面）は、所望のレンズ形状に対応した形状となるように
形成され、表面部材３は、その厚さがあらかじめ設計し
た値に連続的に変化するように曲率を見込んだ母材２に
一体的に形成されている。また、表面部材３を形成する
材料は、線膨張係数が母材２のそれよりも大きな材料に
より形成されている。本実施例では、母材２に快削性の
マシナブルセラミックを用い、表面部材３には無電解Ｎ
ｉを用いた。表１にその物性値を示す。

【０００８】

【表１】

【０００９】母材２と表面部材３とを一体的に形成する
（貼り合わせる）には、母材２のセラミックの表面をフ
ッ酸などでエッチング処理にて粗面化し、無電解Ｎｉメ
ッキした。

【００１０】上記構成のレンズ入子１を成形温度まで昇
温させると、母材２よりも表面部材３の方が線膨張率が
大きく、かつ表面部材２は中心部分が薄く、周辺部分が
厚いので、図３に示すように接合面に剪断応力が働くと
共に、線膨張量の差により曲率が変化する。図３では、
線膨張による変化を模式的に矢印の長さと向きで示した
が、計算で求めた形状変化の結果を図４に、また解析に
用いたコンター図と変形の解析データを図５に示した。
図６は、母材２と表面部材３との境界部に生じた剪断応
力を示すミゼス応力図である。

【００１１】したがって、表面部材３の厚さの増減を母
材２の曲率との組み合わせ方によりあらかじめ適切に設
計しておけば、昇温した時点でのレンズ入子１としての
形状を任意に操作することが可能である。すなわち、常
温で球面のレンズ入子１が、成形温度においては所望の
非球面形状のレンズを成形することができる。図７は、
常温での面精度が図２に示す球面のレンズ入れ子１を１
００℃に昇温させた時の干渉縞を示すもので、周辺部分
で曲率が変化した非球面形状になっている。

【００１２】なお、本実施例では、表面部材３の中央部
分を薄く設計したので、成形温度での表面の曲率は中心
部分よりも周辺部分の方が大きくなる非球面になった
が、これとは反対に中心部分を厚く設計すれば、逆の作
用を得ることができる。また、母材２と表面部材３とを
一体的に形成するには、Ｎｉ電鋳や溶射、蒸着、接着な
どの手段を用いてもよい。さらに、本実施例では、レン
ズ入子１と同軸の母材２を用いたが、偏芯させたり、部
分的に母材２の一部を削り取ることにより、非軸対称の
レンズを得ることも可能である。

【００１３】

【実施例２】図８および図９は、長方形のプラスチック
レンズの正面図および縦断面図である。このプラスチッ
クレンズを従来の金型で成形した場合の面精度の例を図
１０に示す。長手方向の両側で干渉縞にクセが出てい
る。これは、長手方向の外周部分に厚肉部があり、成形
時の冷却条件に片寄りが生ずるためである。これを図１
１および図１２を用いて簡単に説明する。溶融樹脂が金
型内で冷却される時、成形品の表面から次第に固化が進
むので、中央部分の薄肉部４が最初に固化し、斜線で示
す厚肉部５が最も固化が遅くなる。したがって、斜線の
厚肉部５の収縮量が最も大きくなるので、図１０に示す
ような干渉縞になってしまう。

【００１４】以下、角形レンズの金型に応用した実施例
２について説明する。図１３は、角入子の平面、縦断正
面および縦断側面を示す構成図である。母材６は、快削
性のセラミックなどの線膨張率の小さな材料により形成
されており、実施例１と同様にして、その表面には母材
６よりも線膨張率の大きな、例えばＮｉ電鋳などの表面
部材７が密着して被覆されている。表面部材７の表面は
球面に鏡面仕上されている。母材６の曲面形状は、角入
子の短手方向に内接する円の範囲よりも少し内側までは
表面部材７の厚さがｔになるような曲率Ｒ₁ とし、その
外側は、表面部材７の肉厚が滑らかに減少するように、
大きな曲率Ｒ₂ に変化させている。また、角入子の外周
側面は、摺動性や耐摩耗性を向上させるために、表面を
薄く被覆してある。

【００１５】上記構成の角入子を成形温度まで昇温させ
ると、表面部材７の肉厚は中心部分で最も厚いので、周
辺部分に比べて厚さの増加量が最も大きくなる。反対
に、最も増加量が小さいのは長手方向の周辺部分で、こ
れは図１０、図１１および図１２に示す収縮の大きな厚
肉部５に一致する。したがって、本実施例の角入子を用
いて成形した場合、偏肉による収縮量の差は表面部材７
の膨張量の差で打ち消されるので、求める球面精度を高
精度に転写したプラスチックレンズを得ることができ
る。

【００１６】なお、本実施例では、母材６の曲面を曲率
Ｒ₁ とＲ₂ との組み合わせで形成したが、レンズの収縮
の特性に合わせて任意の非球面形状とすれば、さらにき
め細かな補正が可能となり、また表面部材７も必ずしも
球面である必要はないことは勿論である。

【００１７】

【実施例３】図１４は本実施例の角入子を示すもので、
前記実施例２の角入子とほぼ同様の構成であり、図１５
において図１１と同様に斜線で示す収縮量の大きな厚肉
部８に対応する母材９の部分は、実施例２のものに比べ
てさらに島状の凸部になるように形成した。母材９の表
面粗さはむしろ粗い方が表面部材１０の密着性が良くな
り、通常の工作機械で簡単に加工できる。本実施例で
は、角入子の外周側面の表面粗さも粗く仕上げてある。

【００１８】上記構成の角入子は、最も収縮量が大き
く、面精度にクセが出やすい部分に対し、選択的にメッ
キが薄い部分を形成したので、収縮に見合っただけの量
を容易に相殺することができる。

【００１９】

【実施例４】図１６は本実施例の凹面入子を示すもの
で、母材１１の一方の端面に形成した表面部材１２は、
中心部分が最も薄く、周辺部分に向かって次第に厚くな
るように母材１１の曲率を適宜変化させて、境界部を固
着させてある。なお、表面部材１２の線膨張率が母材１
１のそれよりも大きくなるような素材を選択しているこ
とは前記実施例１〜３と同様である。

【００２０】上記構成の凹面入子により成形されるレン
ズは凸レンズで、中心部分の肉厚が厚いので、中心部分
の収縮量が最も大きくなる。ところが、この凹面入子が
成形温度にまで昇温すると、周辺部分に比べて中心部分
の表面部材１２の厚さが減少するので、レンズの収縮差
を打ち消すことができる。

【００２１】以上のように、母材と表面部材との組み合
わせで、表面部材の肉厚はプラスチックレンズの収縮特
性に合わせていかなるようにも設計可能なので、最終的
に面精度の良いプラスチックレンズを得ることができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明の射出成形用金型
によれば、常温状態で球面の金型でも非球面の成形品を
高精度に成形することができ、非球面加工のための高価
な設備が不要となり、金型コストを下げることができ
る。また、角形のプラスチックレンズなどの異形レンズ
の場合は、光軸中心からの距離の差による収縮量の違い
を相殺し、異方性のない高精度のレンズを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のレンズ入子を示す縦断面図
である。

【図２】同実施例１のレンズ入子の表面における干渉縞
を示す図である。

【図３】同実施例１のレンズ入子の接合面における剪断
応力を説明するための縦断面図である。

【図４】同実施例１のレンズ入子の温度と鏡面部法線方
向変位量の関係を示すグラフである。

【図５】同実施例１において線膨張による変位量を解析
したコンター図である。

【図６】同実施例１において表面部材と母材の境界部に
生じた剪断応力を示すミゼス応力図である。

【図７】同実施例１のレンズ入子の１００℃昇温時にお
ける表面の干渉縞を示す図である。

【図８】長方形のプラスチックレンズの正面図である。

【図９】長方形のプラスチックレンズの縦断面図であ
る。

【図１０】図８に示すレンズを従来の金型で成形した場
合の干渉縞を示す図である。

【図１１】長方形のプラスチックレンズの正面図であ
る。

【図１２】長方形のプラスチックレンズの側面図であ
る。

【図１３】本発明の実施例２の角入子の平面、縦断正面
および縦断側面を示す構成図である。

【図１４】本発明の実施例３の角入子を示す縦断面図で
ある。

【図１５】長方形のプラスチックレンズの正面図であ
る。

【図１６】本発明の実施例４の凹面入子を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１ レンズ入子 ２，６，９，１１ 母材 ３，７，１０，１２ 表面部材

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【手続補正書】

【提出日】平成４年２月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】追加

【補正内容】

【００１６】なお、本実施例では、母材６の曲面を曲率
Ｒ₁ とＲ₂ との組み合わせで形成したが、レンズの収縮
の特性に合わせて任意の非球面形状とすれば、さらにき
め細かな補正が可能となり、また表面部材７の表面も必
ずしも球面である必要はないことは勿論である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】追加

【補正内容】

【００１９】

【実施例４】図１６は本実施例の凹面入子を示すもの
で、母材１１の一方の端面に形成した表面部材１２は、
中心部分が最も薄く、周辺部分に向かって次第に厚くな
るように母材１１の曲率（球でも構わない）を適宜変化
させて、境界部を固着させてある。なお、表面部材１２
の線膨張率が母材１１のそれよりも大きくなるような素
材を選択していることは前記実施例１〜３と同様であ
る。また、本実施例は第１〜３実施例を単純な球面で構
成した変形例であり、従って凸面の入子に対しても先の
実施例と同様中心部が最も薄く（又は厚く）なるように
単純な球面で構成した場合も同一概念である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビティを形成する部材の表面を、母
   材よりも線膨張率の大きな材料により形成するととも
   に、その厚さを成形品の肉厚に対応して変化させたこと
   を特徴とする射出成形用金型。