CN102666054A - 成型模具以及成型模具的制造方法 - Google Patents

Abstract

因为是使型芯支承部件（12、22）的热膨胀系数大于模具套管（10、20）的热膨胀系数地选择素材，所以，转印成型时，通过热膨胀，型芯支承部件（12、22）的外径的扩大，大于等于模具套管（10、20）的开口径（10a、20a）的扩大，与开口（10a、20a）之间的间隙消失，所以，形成在型芯（13、23）上的成型转印面的光轴相对开口（10a、20a）的轴精度良好地定位，由此能够成型高精度的光学元件。

Description

成型模具以及成型模具的制造方法

技术领域

本发明涉及成型模具及成型模具的制造方法，尤其涉及适用于成型光学元件的成型模具以及成型模具的制造方法。

背景技术

光拾取装置等光学器械中采用透镜等光学元件。这种光学元件可以以塑料和玻璃等为素材用成型模具成型。近年来，光拾取装置中，信息的高密度记录/再生的要求提高，希望成型精度更高的光学元件。

一般成型例如物镜的光学元件成型模具是使具有非球面形状的上模下模相对，在其间注射熔融树脂或***加热过的玻璃预成型品，然后加压、冷却，由此能够得到所望形状的物镜。另外，为了能够根据转印成型面的损耗状况进行交换，大多是在上下模相对形成的开口内分别嵌合具有转印面的型芯。但是，不管怎样精度良好地形成相对的开口，由于开口与型芯之间存在型芯放入拿出时所必须的微小间隙（例如5μm左右），所以，开口和型芯之间有可能相应产生轴线偏离。一旦产生轴线偏离，光学元件的光学面则产生芯偏离，这样就有可能不能满足要求的光学性能。这在一次同时成型多个光学元件的场合尤其成为问题。

对此，专利文献1中公开了一种技术，其中是用压电元件对配置在台上的多个模具一个个进行定位。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：特开2009-167096号公报

发明内容

发明欲解决的课题

但是专利文献1中公开的技术其中成型模具复杂、庞大，成本昂贵，存在问题。对此，希望用更简单的结构来抑制成型转印面的芯偏离。

本发明鉴于上述以往技术的问题点，目的在于提供一种成型模具以及成型模具的制造方法，其中能够用更简单的结构来抑制成型转印面的芯偏离。

用来解决课题的手段

本发明第1形态的成型模具，其特征在于，

具有：至少一对具有开口的模具套管；

型芯支承部件，备有嵌合于所述模具套管中的至少一个开口的嵌合部；

型芯，与所述型芯支承部件联结，具有成型转印面；

所述型芯支承部件的热膨胀系数，大于该型芯支承部件被安装在的所述模具套管的热膨胀系数。

成型转印时，由于加热，型芯的温度被加热到400℃左右，热膨胀致使模具套管的开口径变大，另外型芯的外径也变大，但是，如以往技术那样将型芯直接嵌合于模具套管开口内的结构中，因为一般模具套管素材是热膨胀系数较大的WC（超硬），型芯素材是相同的WC（超硬）或热膨胀系数较小的陶瓷，所以，转印成型时，模具套管的开口与型芯间的间隙变得更大，导致型芯的轴心偏离。为了减小该轴心偏离而进一步减小模具套管开口与型芯间的间隙的话，那么常温时间隙减小，因此难以嵌合组装。这样，如果型芯使用热膨胀系数小的素材的话，那么，作为模具套管素材，希望选择热膨胀系数更小的材料，但是，要选择同时满足热膨胀系数之外的其他特性的材料却有困难。

对此，本发明中使型芯支承部件介于所述模具套管的开口与所述型芯之间，并且选择素材，使所述型芯支承部件的热膨胀系数大于所述模具套管的热膨胀系数。这样，即使是将所述型芯与所述型芯支承部件的间隙设在常温时容易嵌合的程度，转印成型时，热膨胀引起的型芯支承部件外径的扩大也大于模具套管开口径的扩大，这样使嵌合的间隙消失，由此，型芯形成的成型转印面相对开口精度良好地定位。由此，能够成型高精度的光学元件等。

尤其是持有模具光学面的型芯部件，有时由于成型条件而使用的材料受到限定。例如作为型芯材料，大多是SiC最为适合，但由于SiC的热膨胀系数较小，所以，如果想利用热膨胀来埋没嵌合间隙的话，则模具套管的材料必须使用热膨胀系数更小的素材。但是，则仅仅是热膨胀系数小于SiC的素材的话倒是存在的，但实际上考虑用于成型的话还不得不考虑热膨胀系数之外的其他条件，这样的话材料的选择就变得困难。但如果改变看法则可以认为，只不过是成型转印面部分必须是SiC而已，嵌合部分并不一定要采用SiC。于是，通过将顶出结构分为分别具有下述两功能的两个部分：具有转印面所必须之功能的部分；具有以通过热膨胀来埋没嵌合间隙之功能的部分；由此能够在采用SiC的同时避免轴线偏离之问题。这样，既利用用热膨胀进行调芯之机构，又扩大光学面上想使用的材料选择自由度，能够制作更有利于成型的模具。

另外，优选型芯支承部件的热膨胀系数，是该型芯支承部件被安装在的模具套管的热膨胀系数的2倍以上（其中包括2倍）。通过这种构成，容易使确保用来嵌合所必须的间隙和通过热膨胀消失间隙得到两立。

另外，优选在所述模具套管上形成多个所述开口。通过这种构成，安装在各开口中的型芯位置被定，容易调整多个模具型芯的位置。

另外，优选至少一对所述模具套管中的一个模具套管的开口与其他模具套管的开口同时机械加工。这样能够使开口互相的相对位置理论上一致，并且相对开口来说型芯的位置被高精度置于开口的轴上，所以能够高精度成型。作为机械加工，优选钻孔、电火花等穿通加工，但并不局限于此。

另外，优选所述型芯粘结于所述型芯支承部件。也可以用螺丝等作机械性固定。

另外，优选外径尺寸是常温时所述型芯支承部件的嵌合部的外径小于所述型芯的最外径，且成型时所述型芯支承部件的嵌合部的外径大于所述型芯的最外径。通过这种构成，能够减小热膨胀后所述型芯的外径与型芯支承部件的外径之差，能够进一步减小模具套管的开口部与型芯的间隙。

并且，优选所述模具套管的素材是WC，所述型芯支承部件的素材是STAVAX，所述型芯的素材是SiC。

本发明第1形态的成型模具的制造方法，是一种成型模具的加工方法，该模具具有：至少一对具有开口的模具套管；型芯支承部件，备有嵌合于所述模具套管中的至少一个开口的嵌合部；型芯，与所述型芯支承部件联结，具有成型转印面；所述型芯支承部件的热膨胀系数大于该型芯支承部件被安装在的所述模具套管的热膨胀系数，成型模具加工方法的特征在于，

同时机械加工至少一对所述模具套管中的一个模具套管的开口与其他模具套管的开口。

根据本发明，能够使开口互相的相对位置理论上一致，并且相对开口型芯的位置被高精度置于开口的轴上，能够高精度成型。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够以简单的结构来抑制成型转印面芯偏离的成型模具及其制造方法。

附图说明

图1：成型模具的截面图，图1（a）表示开模状态，图1（b）表示关模状态。

图2：型芯与型芯支承部件的示意图。

图3：模具套管加工状态的立体示意图。

图4：变形例中的型芯与型芯支承部件的示意图。

图5：另一变形例中的型芯与型芯支承部件的示意图。

具体实施方式

以下参照附图，说明本发明的实施方式。图1是成型模具的截面图，图2是型芯与型芯支承部件的示意图，图3是模具套管加工状态的立体示意图。

图1中，由上部支架11支承的上模（模具套管）10具有多个（图中是排列3列3行）圆筒状开口10a。开口10a内嵌合着型芯支承部件12。上模10以热膨胀系数为5.7×10^-6／K的WC为素材。

如图2所示，中空圆筒状的型芯支承部件12具有大径部12a与小径部（嵌合部）12b直列联结成一体的形状，轴线方向具有贯通孔12c，素材由STAVAX（预坚模钢）构成。STAVAX的热膨胀系数为1.2×10^－5／K。

图2中，型芯13具有端面形成了成型转印面13a的头部13b以及与头部13b连接的轴部13c。将圆筒状的轴部13c***小径部12b的贯通孔12c中并用耐热性的粘结剂固定，由此型芯13被装在型芯支承部件12的端部。型芯13以热膨胀系数为4.7×10^-6/K的SiC（碳化硅）为素材。

图1中，由下部支架21支承的上模（模具套管）20具有多个（图中是排列3列3行）圆筒状开口20a。开口20a内嵌合着型芯支承部件22。下模20与下模10相同以WC为素材。

中空圆筒状的型芯支承部件22具有与型芯支承部件12相同的形状，素材由STAVAX（预坚模钢）构成。另外型芯23也具有与型芯13相同的形状，同样被装在型芯支承部件22上，与型芯13相同以SiC（碳化硅）为素材。

形成上模10开口10a和下模20开口20a时，优选如图3所示，用钻头DR对以没有图示的对准标志为基准相互定位重合的上模10和下模20一起形成开口10a、20a。这样能够几乎同轴地形成开口10a、20a。

然后分开上模10下模20，使分别装有型芯13的型芯支承部件12的小径部12b嵌合到装在上模支架11上的上模10开口10a中。同样，使分别装有型芯23的型芯支承部件22的小径部嵌合到装在下模支架21上的下模20开口20a中。然后使相对的多个开口10a、20a同心整列。上部支架11的开口11a与型芯支承部件12大径部12a之间形成较大的间隙，下部支架21的开口21a与型芯支承部件22大径部之间形成较大的间隙。

接下去对采用本实施方式成型模具的成型作说明。如图1（a）所示，使上模10下模20离间，在用外部线圈30加热过的相对的成型转印面之间配置玻璃预成型品PF，进一步如图1（b）所示，使上模10下模20接近，用成型转印面加压预成型品PF使之变形。由此，成型转印面的形状精度良好地转印到预成型品PF。然后冷却模具，使上模10下模20分离，由此能够取出成型的多个光学元件。

根据本实施方式，因为是使型芯支承部件12、22的热膨胀系数大于模具套管10、20的热膨胀系数地选择素材，并且使得在转印成型温度时成为所望尺寸地决定型芯支承部件12、22的外径及模具套管10、20的开口径尺寸，所以，转印成型时，通过热膨胀，型芯支承部件12、22的外径的扩大，大于等于模具套管10、20的开口径10a、20a扩大，与开口10a、20a之间的间隙消失，所以，形成在型芯13、23上的成型转印面相对同心整列的开口10a、20a的轴高精度定位，由此能够成型高精度的光学元件。

根据本实施方式，外径尺寸在常温时是型芯支承部件12、22小径部12b的外径小于型芯13、23的最外径，且成型时是型芯支承部件12、22小径部12b的外径大于型芯13、23的最外径。通过使用这种型芯13、23及型芯支承部件12、22，成型加热时，嵌合部分中使用的型芯支承部件12、22比模具套管10、20的开口10a、20a还要膨胀，能够实现减小或消去嵌合间隙之状态，所以，能够实现开口10a、20a和型芯13、23几乎没有轴偏离的状态。

该手法在成型成型透镜两面的一对模具套管10、20上配置多个型芯13、23的多面模具套管时更有效果。多面模具套管的情况时，各对面的多对型芯13、23的轴线全部一致很重要。因此，通过同时加工一对模具套管10、20的开口10a、20a，能够使开口10a、20a的位置完全一致。并且，通过采用本实施方式的型芯支承部件13、23，能够使所有型芯13、23的轴线几乎一致，因此能够实现所有成型品的高精度。也就是说，根据本实施方式，能够解决下述以往的技术问题：各型芯在嵌合间隙范围产生位置偏离，即使在某位置的成型品对准轴位置，其他位置的成型品也不能对准轴位置。

图4是变形例中的型芯和型芯支承部件的示意图。本变形例中，型芯支承部件12是实心形状，短圆筒状的型芯13粘结在型芯支承部件12的端面。根据本变形例，能够抑制热膨胀差引起的型芯13和型芯支承部件12在轴线垂直方向的位置偏离。

图5是另一变形例中的型芯和型芯支承部件的示意图。本变形例中，在型芯支承部件12的端面设锥状凹部12v，在型芯13的端面形成锥状凸部13t。通过使凸部13t系合于凹部12v，能够将型芯13置于型芯支承部件12的中心，在该状态下粘结两者即可。

产业上的可用性

本发明并不局限于说明书中记载的实施例，本技术领域的专业人员可以从本说明书中记载的实施例和思维明确本发明还包括其他实施例和变形例。例如，本发明并不局限于玻璃的转印成型，也可应用于树脂的注射成型。

符号说明

10上模

10a开口

11上部支架

11a开口

12型芯支承部件

12a大径部

12b小径部

13型芯

13a成型转印面

13b头部

13c轴部

20下模

20a开口

21下部支架

21a开口

22型芯支承部件

23型芯

30线圈

DR钻头

PF预成型品

Claims (8)

1.一种成型模具，其特征在于，

具有：至少一对具有开口的模具套管；

型芯支承部件，备有嵌合于所述模具套管中的至少一个开口的嵌合部；

型芯，与所述型芯支承部件联结，具有成型转印面；

所述型芯支承部件的热膨胀系数，大于该型芯支承部件被安装在的所述模具套管的热膨胀系数。

2.如权利要求1中记载的成型模具，其特征在于，所述型芯支承部件的热膨胀系数，比该型芯支承部件被安装在的所述模具套管的热膨胀系数大2倍以上。

3.如权利要求1或2中记载的成型模具，其特征在于，所述模具套管上形成了多个所述开口。

4.如权利要求1至3的任何一项中记载的成型模具，其特征在于，至少一对所述模具套管中的一个模具套管的开口与其他模具套管的开口同时机械加工。

5.如权利要求1至4的任何一项中记载的成型模具，其特征在于，所述型芯被粘结于所述型芯支承部件。

6.如权利要求1、2、5的任何一项中记载的成型模具，其特征在于，外径尺寸是常温时所述型芯支承部件的嵌合部的外径小于所述型芯的最外径，且成型时所述型芯支承部件的嵌合部的外径大于所述型芯的最外径。

7.如权利要求1至6的任何一项中记载的成型模具，其特征在于，所述模具套管的素材是WC，所述型芯支承部件的素材是STAVAX，所述型芯的素材是SiC。

8.一种成型模具的加工方法，该成型模具具有：至少一对具有开口的模具套管；型芯支承部件，备有嵌合于所述模具套管中的至少一个开口的嵌合部；型芯，与所述型芯支承部件联结，具有成型转印面；所述型芯支承部件的热膨胀系数大于该型芯支承部件被安装在的所述模具套管的热膨胀系数，成型模具加工方法的特征在于，

同时机械加工至少一对所述模具套管中的一个模具套管的开口与其他模具套管的开口。

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