JPWO2007037137A1 - 射出成形装置 - Google Patents

Abstract

本発明の射出成形装置は，固定金型７と，その固定金型７に対して接離可能に設けられた可動金型８と，固定金型７の反型合わせ面側に設けられ，両金型７，８間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニット１１とを有し，射出ユニット１１は，両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，ノズル部に設けられたヒータおよび温度センサと，射出シリンダに設けられたヒータおよび温度センサとを有し，ノズル部の温度センサの検出精度が，射出シリンダの温度センサの検出精度より高いものである。これにより，大幅なコストアップとなることなく，安定した高精度の射出を可能としたことにより高精度の光学部品を作製することのできる射出成形装置となっている。

Description

本発明は，金型を用いて光学部品を成形する射出成形装置に関する。さらに詳細には，高精度な温度調整を行うことにより，成形精度の向上を図った射出成形装置に関するものである。

従来から，金型を用いて射出成形により種々の成形品を製造することが行われている。例えば特許文献１には，情報記録媒体用のディスクを成形するための射出成形機が開示されている。この文献に記載されている成形機は概略，図３に示すように構成されている。すなわちこの成形機は，固定プラテン１０１と，シリンダ１０３とを有しており，これらの間に４本のタイバー１０４が架設されている。そしてタイバー１０４には可動プラテン１０５が摺動可能に支持されている。可動プラテン１０５はシリンダ１０３により駆動されるようになっている。固定プラテン１０１，可動プラテン１０５にはそれぞれ固定金型１０７，可動金型１０８が取り付けられている。そして，シリンダ１０３により可動金型１０８を固定金型１０７に対して型締めした状態で，射出ユニット１１１から樹脂材料を供給してディスクを成形するのである。

このような射出成形装置の射出ユニットでは，高精度な射出を安定して行うために，高精度に温度調整することが求められる。低すぎれば成形精度が低下し，高すぎれば樹脂の劣化や糸引きのおそれがあるからである。そのため従来より，ノズル部やシリンダ部にそれぞれ温度調整手段が設けられている。例えば特許文献２には，各ゾーンにヒータと温度センサとを備えた射出ユニットが開示されている。この文献では，温度センサとして熱電対が例示されている。これは，安価であり，従来の要求精度に対して十分な精度を有しているため，広く使用されてきた。
特開平１０−３２３８７２号公報 特開２００５−７６２９号公報

しかしながら，光学部品のさらなる高精度化に伴い，前記した従来の射出成形装置の温度調整精度では十分ではなくなってきている。特にマイクロ成形機では，１ショットボリュームが小さく，ノズル部分だけで数ショット分の容積を有するものもある。１ショットボリュームが小さければ，それだけ高精度の射出性能および温度調節精度が要求される。ここで，前記した従来の射出成形装置において，さらに高精度の温度調整を行おうとした場合，高精度な温度センサを用いることが望まれる。熱電対より高精度な温度センサとしては，白金側温体や水晶式温度センサ等がある。しかしながら，これらは高価なものである。前記したように射出ユニットには，各ゾーンにそれぞれ温度調整手段が設けられているので，その全てを高精度な温度センサに変更すればかなりのコスト高となってしまう。

本発明は，前記した従来の射出成形装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，大幅なコストアップとなることなく，安定した高精度の射出を可能としたことにより高精度の光学部品を作製することのできる射出成形装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の射出成形装置は，固定側金型と，前記固定側金型に対して接離可能に設けられた可動側金型と，前記固定側金型の反型合わせ面側に押圧されている状態で両金型間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニットとを有し，前記射出ユニットは，両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，前記ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，前記ノズル部における先端側に設けられた第１ヒータおよび第１温度センサと，前記ノズル部における前記射出部側に設けられた第２ヒータおよび第２温度センサと，前記射出部に設けられた第３ヒータおよび第３温度センサとを含み，前記第１ヒータの目標温度が前記第２ヒータの目標温度より低く，前記第２ヒータの目標温度が前記第３ヒータの目標温度より高いことを特徴とする。

本発明の射出成形装置によれば，固定側金型に可動側金型が当接されてその間の空隙に溶融樹脂が供給されることにより，光学部品が成形される。ここで，各部の目標温度の設定により，糸引きが防止される。また，安定して高精度な成形がなされる。

また，本発明の射出成形装置は，固定側金型と，前記固定側金型に対して接離可能に設けられた可動側金型と，前記固定側金型の反型合わせ面側に押圧されている状態で両金型間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニットとを有し，前記射出ユニットは，両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，前記ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，前記ノズル部に設けられたノズルヒータおよびノズル温度センサと，前記射出部に設けられた射出部ヒータおよび射出部温度センサとを含み，前記ノズル温度センサの検出精度が，前記射出部温度センサの検出精度より高いことを特徴とする。

本発明の射出成形装置によれば，ノズル部の温度センサにのみ高精度のものを使用しているので，大幅なコストアップとなることはない。さらに，射出される直前の樹脂が貯留されるノズル部は高精度に温度調整されるので，安定した高精度の射出が可能になっている。従って，高精度の光学部品を作製することができる。

また，本発明の射出成形装置は，固定側金型と，前記固定側金型に対して接離可能に設けられた可動側金型と，前記固定側金型の反型合わせ面側に押圧されている状態で両金型間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニットとを有し，前記射出ユニットは，両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，前記ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，前記ノズル部における先端側に設けられた第１ヒータおよび第１温度センサと， 前記ノズル部における前記射出部側に設けられた第２ヒータおよび第２温度センサと，前記射出部に設けられた第３ヒータおよび第３温度センサとを含み，前記第２ヒータの目標温度が前記第３ヒータの目標温度より高いことを特徴とする。

また，本発明の射出成形装置は，固定側金型と，前記固定側金型に対して接離可能に設けられた可動側金型と，前記固定側金型の反型合わせ面側に押圧されている状態で，両金型間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニットとを有し， 前記射出ユニットは，両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，前記ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，前記ノズル部における先端側に設けられた第１ヒータおよび第１温度センサと，前記ノズル部における前記射出部側に設けられた第２ヒータおよび第２温度センサと，前記射出部に設けられた第３ヒータおよび第３温度センサとを含み，前記第１ヒータの目標温度が前記第２ヒータの目標温度より低いことを特徴とする。

本発明の射出成形装置によれば，大幅なコストアップとなることなく，安定した高精度の射出を可能としたことにより高精度の光学部品を作製することができる。

本形態に係るレンズ成形装置の概略構成を示す正面図である。 本形態に係る射出ユニットの概略構成を示す断面図である。 射出ユニットのノズル部の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

７ 固定金型
８ 可動金型
１１ 射出ユニット
１２ ノズル部
３１，３２，３３，３４ ヒータ
４１，４２，４３，４４ 温度センサ
５０ 温調部

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，携帯端末搭載カメラ用のレンズを製造するためのレンズ成形装置として本発明を具体化したものである。本形態は，外径が１２ｍｍ以下の小形の複数個の光学部品を同時に成形するための成形装置であり，成形される光学部品はその光学面の面粗度がＲａ２０ｎｍ以下の精度が求められる。また，本形態は，型締め力が１５０ｋＮ以下のマイクロ射出成形装置に適用される。

本形態のレンズ成形装置は，図１に示すように構成されている。すなわち，フレーム２上に，固定プラテン１と後部プラテン３とが配置されている。これらのプラテンは，フレーム２に対して固定して設けられている。これらのプラテンを図１中側方から見ると，ほぼ正方形である。そして，固定プラテン１と後部プラテン３との間には，４本のタイバー４が架設されている。タイバー４は，固定プラテン１および後部プラテン３の四隅に配置され，固定プラテン１および後部プラテン３に対して固定して設けられており，互いに平行である。

固定プラテン１と後部プラテン３との間に，可動プラテン５が配置されている。可動プラテン５は，図１中側方から見てほぼ正方形であり，その四隅付近を各タイバー４が貫通している。可動プラテン５における各タイバー４の貫通箇所には，ガイドブッシュ５１が設けられている。可動プラテン５は，各タイバー４に対して摺動可能である。可動プラテン５は，フレーム２から浮いた状態でタイバー４に支持されている。後部プラテン３には，油圧プレス６が設けられている。油圧プレス６と可動プラテン５は，タイロッド６１により接続されている。すなわち，油圧プレス６の駆動により可動プラテン５を左右に移動させることができるようになっている。

固定プラテン１における可動プラテン５側の面には，固定金型７が取り付けられている。可動プラテン５における固定プラテン１側の面には，可動金型８が取り付けられている。ここで，可動金型８および固定金型７は，それぞれ温度調整されるようになっている。

フレーム２上にはさらに，固定プラテン１より可動プラテン５の反対側に，射出ユニット１１が設けられている。射出ユニット１１は，図２に示すように構成されている。図中下部の射出機構部分には，ノズル部１２，射出シンリダ１３，射出プランジャ１４，射出油圧シリンダ１６，圧力センサ１７が設けられている。さらに，射出機構部分の図中上部には，樹脂を可塑化して射出シリンダ１３内へ供給するための可塑化機構２１が設けられている。

この射出ユニット１１は，樹脂を可塑化し，適切な可塑状態を保持するために，各所にヒータが設けられている。さらには，各ヒータの近傍にはそれぞれ温度センサが取り付けられて，その部分の温度が検出されている。さらに，各温度センサの検出結果を受けて，各ヒータを制御する温調部５０を有している。これにより，各所の温度がそれぞれ適温となるように制御されている。例えば，可塑化シリンダ２１と射出シンリダ１３とノズル部１２とは，それぞれの適温を目標としてそれぞれ制御されている。

ここで，本形態では，図３に示すように，ノズル部１２にヒータ３１，３２，射出シリンダ１３にヒータ３３，３４が設けられている。また，各ヒータの近傍に温度センサ４１，４２，４３，４４が取り付けられている。これらの温度センサ４１，４２，４３，４４にはそれぞれ所定の目標温度が設定されており，その温度を目標として温調部５０は，各ヒータ３１，３２，３３，３４を制御する。なお，ここでは射出シリンダ１３に設けられるヒータと温度センサとの数を２個ずつとしているが，射出シリンダ１３の大きさや容量に応じて，さらに多数設けても良い。

ここで，近年の品質安定性の要求から金型温度安定性はＰＶ１度以下が要求されている。これに対し，従来の温度センサである熱電対のセンサおよび測定器を含めた測定確度は±１．５度＋０．４％であり，十分とは言えない。そこで，さらに高精度な温度センサとして，例えば水晶式温度センサあるいは白金測温体の使用が望まれる。これらのセンサおよび測定器を含めた測定確度は，水晶式温度センサで±０．０５度，白金測温体で±０．１５度である。一方，本発明では，ノズル先端部から１ショット分の射出容量に相当する範囲内に配置される温度センサの検出精度は，残りの温度センサの検出精度よりも高いことが望ましい。

そこで本形態では，ノズル部１２や射出シリンダ１３の容量と，１ショット分の射出容量との関係から，次のように温度センサの検出精度を選択する。ノズル部１２の内部容量のみで１ショット分の射出容量をまかなえる場合は，ノズル部１２に設けられる温度センサ４１，４２のみを高精度な温度センサとし，射出シリンダ１３に設けられる温度センサ４３，４４は従来と同様の熱電対を使用する。またあるいは，ノズル部１２と射出シリンダ１３の先端部のみで１ショット分の射出容量をまかなえる場合は，ノズル部１２に設けられる温度センサ４１，４２と射出シリンダ１３の先端部に設けられる温度センサ４３とを高精度な温度センサとする。

また，１ショット分の射出容量がさらに多い場合には，ノズル部１２に設けられる温度センサ４１，４２と，射出シリンダ１３に設けられる温度センサ４３，４４とを高精度な温度センサとする。このようにすることにより，少なくとも１ショット分の樹脂部分は，温度モニター精度が±０．２℃以下，望ましくは±０．０５℃で温度調整され，目標温度±０．３℃，さらに好ましくは目標温度±０．１℃の範囲に制御される。さらに，高精度の成形が要求される場合には，金型ベース部材やキャビティ部材についても高精度な温度センサによって温度調整することが望ましい。これ以外の部分，例えば可塑化機構部分では従来と同様の熱電対による制御で十分である。

また，ノズル部１２では，その先端側に設けられているヒータ３１の近傍と，射出シリンダ１３側に設けられているヒータ３２の近傍とでは，その目標温度が異なる温度に設定されている。すなわち，射出シリンダ１３側の温度センサ４２の目標温度は，先端側の温度センサ４１の目標温度に比較してやや高く設定されている。一方，射出シリンダ１３の温度センサ４３と４４とは同じ目標温度が設定されている。射出シリンダ１３の目標温度は，ノズル部１２の射出シリンダ１３側であるヒータ３２近傍の目標温度よりもやや低く設定されている。

このように，温調部５０によって，ノズル部１２の先端側と射出シリンダ１３側とが異なる目標温度に制御される。小さい光学部品を成形する場合においては，１ショットボリュームが小さいため，ノズル部１２に貯留される樹脂のみで１ショット分を超える場合もある。ノズル部１２内でも目標温度を変えることにより，必要な量の樹脂部分のみを適切に温度調整することができる。

上記のように構成された本形態のレンズ成形装置では，外部から供給された樹脂は，可塑化シリンダ２１内において，加熱されるとともに可塑化スクリュー２２によって攪拌される。可塑化スクリュー２２は油圧モータ２４によって駆動されている。可塑化された樹脂は，所定量が射出シリンダ１３からノズル部１２の内部に供給される。射出シリンダ１３内では，ヒータ３３，３４によって温度調整される。ノズル部１２ではヒータ３１，３２によって高精度に温度調整される。そして，固定金型７と可動金型８とが型締めされ，射出ユニット１１が所定の圧力で固定金型７に圧接される。その状態で，射出プランジャ１４が射出油圧シリンダ１６によって駆動され，ノズル部１２から両金型間のキャビティに溶融樹脂を供給してレンズを成形する。

なお使用する溶融樹脂の種類は，例えば，特開２００４−１４４９５１号公報，特開２００４−１４４９５３号公報，特開２００４−１４４９５４号公報に記載されているものであればよい。これらの樹脂では一般に，高温では流動性が高く，射出成形性が良好となる。その一方で，長時間高温で保持すると，樹脂のヤケ，劣化，黄変等の発生のおそれがあり，好ましくない。本形態では，成形性を高めるために比較的高温に保持されるのはノズル部１２の射出シリンダ１３側の部分のみである。射出シリンダ１３内の樹脂はヒータ３３，３４によって温度制御されているので，樹脂の劣化が防止されている。

さらに本形態では上記のように，ノズル部１２はその先端側と射出シリンダ１３側とで別のヒータ３１，３２を有し，それぞれの部分には異なる目標温度が設定されている。しかも，これらのヒータ３１，３２は高精度な温度センサ４１，４２を用いて制御されているので，目標温度からのズレはごく小さく抑えられる。これにより，少量の樹脂を射出する場合でも，微細形状の転写性が向上し，さらに高精度な成形が可能となった。さらに，ノズル部１２の射出シリンダ１３側において十分に加熱され流動性を高められた樹脂は，ノズル部１２の先端部においてやや低温とされることにより，糸引きが防止されている。

以上詳細に説明したように本形態のレンズ成形装置によれば，ノズル部１２のみ高精度な温度制御がなされている。従って，高精度で高価格な温度センサを使用するのは１ショット分の射出容量に対応する部分のみであるので，大幅なコストアップとなることはない。さらに，射出直前の樹脂は高精度に温度制御されているので，安定した高精度の射出が可能であり，高精度の光学部品を作製することのできる射出成形装置となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば本形態では，射出ユニット１１としてプリプラ式のものを例示したが，インライン式の射出ユニットにも適用可能である。また，可動プラテン５を駆動する手段は油圧プレス６に限られない。油圧によるシリンダー方式，油圧によるトグル方式，電動モータによるシリンダー方式，電動モータによるトグル方式，その他何でも良い。また，本発明は，可動プラテン５の荷重をフレーム２で受けるフレーム支持タイプのレンズ成形装置に対しても，適用が可能である。

Claims (11)

1. 固定側金型と，
   前記固定側金型に対して接離可能に設けられた可動側金型と，
   前記固定側金型の反型合わせ面側に押圧されている状態で両金型間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニットとを有し，
   前記射出ユニットは，
   両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，
   前記ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，
   前記ノズル部における先端側に設けられた第１ヒータおよび第１温度センサと，
   前記ノズル部における前記射出部側に設けられた第２ヒータおよび第２温度センサと，
   前記射出部に設けられた第３ヒータおよび第３温度センサとを含み，
   前記第１ヒータの目標温度が前記第２ヒータの目標温度より低く，
   前記第２ヒータの目標温度が前記第３ヒータの目標温度より高いことを特徴とする射出成形装置。
2. 請求項１の射出成形装置において，
   前記第１ないし第３温度センサのうち，ノズル先端部から１ショット分の射出容量に相当する範囲内に配置されるものの検出精度は，残りの温度センサの検出精度よりも高い。
3. 請求項１の射出成形装置において，
   前記第１および第２温度センサの検出精度は，前記第３温度センサの検出精度よりも高い。
4. 固定側金型と，
   前記固定側金型に対して接離可能に設けられた可動側金型と，
   前記固定側金型の反型合わせ面側に押圧されている状態で両金型間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニットとを有し，
   前記射出ユニットは，
   両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，
   前記ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，
   前記ノズル部に設けられたノズルヒータおよびノズル温度センサと，
   前記射出部に設けられた射出部ヒータおよび射出部温度センサとを含み，
   前記ノズル温度センサの検出精度が，前記射出部温度センサの検出精度より高いことを特徴とする射出成形装置。
5. 請求項４の射出成形装置において，
   前記ノズルヒータは，
   前記ノズル部における先端側の第１ノズルヒータと，
   前記ノズル部における前記射出部側の第２ノズルヒータとを含み，
   前記ノズル温度センサは，
   前記ノズル部における先端側の第１ノズル温度センサと，
   前記ノズル部における前記射出部側の第２ノズル温度センサとを含み，
   前記第１ノズルヒータと前記第２ノズルヒータとを異なる目標温度に制御する温度制御部をさらに有する。
6. 請求項５の射出成形装置において，前記温度制御部は，
   前記第１ノズルヒータの目標温度を前記第２ノズルヒータの目標温度より低くして温度制御する。
7. 請求項５の射出成形装置において，前記温度制御部は，
   前記第２ノズルヒータの目標温度を前記射出部ヒータの目標温度より高くして温度制御する。
8. 請求項４の射出成形装置において，
   複数個の光学部品を同時に形成する。
9. 請求項８の射出成形装置において，
   外径が１２ｍｍ以内で面粗度Ｒａが２０ｎｍ以下の光学部品を形成する。
10. 固定側金型と，
    前記固定側金型に対して接離可能に設けられた可動側金型と，
    前記固定側金型の反型合わせ面側に押圧されている状態で両金型間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニットとを有し，
    前記射出ユニットは，
    両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，
    前記ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，
    前記ノズル部における先端側に設けられた第１ヒータおよび第１温度センサと，
    前記ノズル部における前記射出部側に設けられた第２ヒータおよび第２温度センサと，
    前記射出部に設けられた第３ヒータおよび第３温度センサとを含み，
    前記第２ヒータの目標温度が前記第３ヒータの目標温度より高いことを特徴とする射出成形装置。
11. 固定側金型と，
    前記固定側金型に対して接離可能に設けられた可動側金型と，
    前記固定側金型の反型合わせ面側に押圧されている状態で，両金型間の空隙に溶融樹脂を供給する射出ユニットとを有し，
    前記射出ユニットは，
    両金型間の空隙に溶融樹脂を注入するノズル部と，
    前記ノズル部を通して両金型間の空隙へ向けて溶融樹脂を加圧する射出部と，
    前記ノズル部における先端側に設けられた第１ヒータおよび第１温度センサと，
    前記ノズル部における前記射出部側に設けられた第２ヒータおよび第２温度センサと，
    前記射出部に設けられた第３ヒータおよび第３温度センサとを含み，
    前記第１ヒータの目標温度が前記第２ヒータの目標温度より低いことを特徴とする射出成形装置。
    

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