JP2006110920A - マイクロ成形加工装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力によるオーバーパック等による大きな内部歪みを発生させることなく、プリフォーム材をランナレスで１個取りすることができ、偏肉、厚肉の成形部品の不均一収縮を回避して微細精密形状の転写が可能であり、かつエネルギーロスが少ないマイクロ成形加工装置および方法を提供する。
【解決手段】 成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材３をランナレスで１個取りするプリフォーム成形装置１０と、プリフォーム材３を真空状態で一次圧縮成形を行った後、プリフォーム材をガラス転移点近傍まで冷却し、次いで表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品を転写する精密圧縮成形装置４０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、偏肉、厚肉形状の光学部品を、微細精密形状転写により、素材の損失なしに量産可能なマイクロ成形加工装置および方法に関する。

レンズ等の精密光学部品を、射出成形でプリフォーム材を成形し、これを圧縮成形して微細精密形状を転写する成形手段が、従来から知られている。

しかし、従来は、射出成形等で複数のプリフォーム材を同時に成形するため、各プリフォーム材に溶融材料（素材）を供給する部分（ランナ部と呼ぶ）が、プリフォーム材と一体に成形され、ランナ部に相当する大量の素材をスクラップ化またはリサイクルする必要が生じる問題があった。
そこで、このような素材の損失を防止するために、ランナ部を無くした射出成形手段も一部で提案されている（例えば、特許文献１、２）。

また、レンズ等の精密光学部品を金型の間でプリフォーム材を圧縮成形する手段も一部で提案されている（例えば、特許文献３）。

特許文献１の「ランナレス成形金型」は、図６に示すように、射出された成形材料をスプルー５４及びランナ５５において溶融状態に保持するマニホールド５１及び成形品を形成するキャビティ５７を有し、マニホールド内に滞留する成形材料の容量がキャビティの全容量の２／３以下であることを特徴とするものである。
この構成により、１ショット毎にマニホールド内の成形材料のすべてが新しくなるので、連続成形が容易に行えるとともに成形不良の発生がほとんどない特徴を有する。

特許文献２の「スプール射出成形金型」は、高速大量生産のためのホットランナ方式のランナレス金型であり、この金型は図７に示すように固定ブロック６０が外入子ブロック６４とヒータ６８を内蔵した中入子ブロック６５との二重入子構造で構成されている。ヒータ６８の熱を断熱させるために中入子ブロック６５は熱伝導率の低いステンレス系の材料で形成されており、中入子ブロック６５と外入子ブロック６４との間にはエアー断熱空間６１が設けられている。また、外入子ブロック６４は冷却水孔６６、６７による冷却効果を向上させるために、ベリリウム銅合金等の高熱伝導材料で形成されている。

特許文献３の「レンズ製造装置及びレンズ製造方法」は、小径レンズを高精度で製造することを目的とし、図８に示すように、一対の成型型７４ａ，７４ｂの間にレンズ材料からなるプリフォーム７５を挟み込むプリフォーム工程と、挟み込まれたプリフォーム７５を加熱しながら加圧して所定の形状とする加熱成型工程とを有し、プリフォーム工程及び加熱成型工程の一連の工程を真空下で行うものである。

特開平６−３３９９５４号公報、「ランナレス成形金型」 特開平８−１０３９２９号公報、「スプール射出成形金型」 特開２００２−１１４５２４号公報、「レンズ製造装置及びレンズ製造方法」

モバイル用の光ピックアップレンズやレンズアレイ、導光板のような樹脂製の微細な光学部品（以下、「小型精密光学部品」又は単に「小型部品」と呼ぶ）は、近年、小型化、微細精密化によりその体積は飛躍的に小容量化へ進んでいる。しかし、これに対して射出成形装置はこのような小型部品への対応が遅れており、小型部品に対して大容量の可塑化能力を持つ射出成形機で射出成形を行うことになり、以下のような問題点がある。

（１）射出成形機のワンショットの成形容量が小型部品の容量に比べて遥かに大きい。そのため、ワンショットで多数の小型部品を成形する「多数個取り」が行われるが、その結果、スプール、ランナー部が占める割合が高くなり、廃棄又はリサイクルされる樹脂の割合が非常に高くなる。例えば、一般的に採用される８〜１２個取りの金型の場合、成形総体積に対する製品体積は１／１３〜１／９にすぎず、エネルギーロスも本来必要とするエネルギーの約１０倍を消費している。
（２）これに対して、特許文献１、２に示したように、部品をランナレスで１個取りする射出成形手段も開示されているが、圧力によるオーバーパックなどの問題により大きな歪みが発生するため、より細密な小型精密光学部品を成型することは困難である。
すなわち偏肉、厚肉の小型精密光学部品を成形するとき、樹脂材料は高温で加熱され流動状態となる。このとき樹脂材料は膨張しており、キャビティ内に射出充填後、ゲートシールされ、その表面層から急速に固化を始め、内部の固化は大幅に遅れる。このとき厚肉、偏肉の成形部品は総体収縮と共に偏肉分の不均一収縮をするため、その収縮差以下の微細形状転写は困難である。
（３）また、特許文献３に示したように、プリフォーム工程と加熱成型工程を真空下で行うレンズ製造手段も開示されているが、この手段では、プリフォームを予め別工程で製造しておく必要があるため、エネルギーロスが大きい。また、加熱成型工程では挟み込まれたプリフォームを高温に加熱しながら加圧して所定の形状とするため、加熱により樹脂材料全体が膨張しており、その表面層から急速に冷却されるため、内部の冷却が大幅に遅れる。このとき厚肉、偏肉の成形部品は総体収縮と共に偏肉分の不均一収縮をするため、その収縮差以下の微細形状転写は困難である。

本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、圧力によるオーバーパック等による大きな内部歪みを発生させることなく、プリフォーム材をランナレスで１個取りすることができ、偏肉、厚肉の成形部品の不均一収縮を回避して微細精密形状の転写が可能であり、かつエネルギーロスが少ないマイクロ成形加工装置および方法を提供することにある。

本発明によれば、成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材をランナレスで１個取りするプリフォーム成形装置と、
該プリフォーム材を真空状態で一次圧縮成形を行った後、プリフォーム材をガラス転移点近傍まで冷却し、次いで表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品を転写する精密圧縮成形装置と、を備えたことを特徴とするマイクロ成形加工装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記プリフォーム成形装置は、樹脂を加熱し可塑化し、可塑化した溶融樹脂を混練し、所定量の溶融樹脂を射出する精密定量射出装置と、
射出された溶融樹脂をランナレスで凝固して前記プリフォーム材に成形する分割可能な金型を有し、かつ成形したプリフォーム材を自動取り出し可能なプリフォーム金型装置と、からなる。

また、前記精密圧縮成形装置は、成形する小型精密光学部品に対応するキャビティを有する複数対の精密圧縮金型と、該複数対の精密圧縮金型を順次所定量移動させる金型インデックス装置と、精密圧縮金型内を真空状態に減圧する真空装置と、精密圧縮金型を加熱する加熱装置と、精密圧縮金型を圧縮して圧縮成形を行う圧縮成形装置と、精密圧縮金型をガラス転移点近傍まで冷却する冷却装置と、を備え、
真空状態で精密圧縮金型を加熱して一次圧縮成形を行い、次いで精密圧縮金型を再加熱し金型に密着している面の必要最小限の厚み分のみ軟化させ、微細精密形状を転写する二次圧縮成形を行う。

また本発明によれば、成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材をランナレスで１個取りするプリフォーム成形工程と、
該プリフォーム材を真空状態で一次圧縮成形を行った後、プリフォーム材をガラス転移点近傍まで冷却し、次いで表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品を転写する精密圧縮成形工程と、を備えたことを特徴とするマイクロ成形加工方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記プリフォーム成形工程は、樹脂を加熱し可塑化し、可塑化した溶融樹脂を混練し、所定量の溶融樹脂を射出する精密定量射出工程と、
射出された溶融樹脂をランナレスで凝固して前記プリフォーム材に成形するプリフォーム成形工程と、
成形したプリフォーム材を取り出すプリフォーム取出し工程と、からなる。

また、前記精密圧縮成形工程は、成形する小型精密光学部品に対応するキャビティを有する複数対の精密圧縮金型を順次所定量移動させる金型インデックス工程と、精密圧縮金型内を真空状態に減圧する真空工程と、真空状態で精密圧縮金型を加熱して一次圧縮成形を行う一次圧縮成形工程と、次いで精密圧縮金型をガラス転移点近傍まで冷却する冷却工程と、次いで精密圧縮金型を再加熱し金型に密着している面の必要最小限の厚み分のみ軟化させ、微細精密形状を転写する二次圧縮成形工程と、からなる、
また、本発明の好ましい実施形態によれば、前記精密圧縮成形工程の成形条件を決める際に、材料物性値、型構造形状データ、型温度や型圧縮条件などを入力することにより有限要素法シミュレーションにより最適条件を出す事ができる。

本発明の装置および方法によれば、成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材をランナレスで１個取りするので、圧力によるオーバーパック等による大きな内部歪みを発生させることなく、プリフォーム材をランナレスで１個取りすることができる。
また、プリフォーム材を真空状態で一次圧縮成形を行った後、表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品を転写するので、偏肉、厚肉の成形部品の不均一収縮を回避して微細精密形状の転写が可能である。
さらに、プリフォーム材をランナレスで１個取りし、このプリフォーム材を精密圧縮成形するので、「多数個取り」やプリフォームを別工程で製造する場合に比較し、エネルギーロスを大幅に低減することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるマイクロ成形加工装置の全体構成図である。 この図に示すように本発明のマイクロ成形加工装置は、プリフォーム成形装置１０と精密圧縮成形装置４０とを備える。
プリフォーム成形装置１０は、成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材１をランナレスで１個取りする装置である。
また、精密圧縮成形装置４０は、プリフォーム材３を真空状態で一次圧縮成形を行った後、プリフォーム材をガラス転移点近傍まで冷却し、次いで表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品を転写する装置である。

プリフォーム成形装置１０は、精密定量射出装置１２とプリフォーム金型装置２０とからなる。

精密定量射出装置１２は、光学素子用の樹脂１を収容するホッパー１３、樹脂１を加熱する加熱シリンダー１４、駆動モータ１５ａで回転駆動され可塑化した溶融樹脂２を混練する混練スクリュー１５、所定量の溶融樹脂２を計量し内部に保有する計量シリンダー１６、溶融樹脂２を圧力で射出する射出プランジャー１７からなり、樹脂１を加熱し可塑化し、可塑化した溶融樹脂２を混練し、所定量の溶融樹脂２を射出ノズル１８からプリフォーム金型装置２０内に射出するようになっている。

この構成により、ホッパー１３から加熱シリンダー１４内の混錬スクリュー１５により樹脂を可塑化、混練し、計量シリンダー１６に溶融樹脂を圧送充填することができる。
また射出プランジャー１７が樹脂の充填と共に上昇し、所定位置で停止し、この射出シリンダー１７により、プリフォーム金型装置２０に溶融樹脂２を射出充填することができる。

プリフォーム金型装置２０は、射出された溶融樹脂２をランナレスで凝固してプリフォーム材３に成形する分割可能な金型２２を有し、かつ成形したプリフォーム材３を自動取り出し可能な自動取出し機構２６を有する。

図２は、図１のプリフォーム金型装置２０の構成図である。
分割可能な金型２２は、金型本体２３、前部コア２４、及び後部コア２５からなる。金型本体２３は、金型部分２３ａ，２３ｂ，２３ｃが一体に連結され相互に移動しないように図示しない固定位置に固定され、図でＺ-Ｚ軸を中心とする中空円筒形の貫通孔を有している。
前部コア２４は、この中空円筒形の貫通孔に嵌合する円筒形部材２４ａとその右端部近傍に固定されたフランジ部材２４ｂとからなり、フランジ部材２４ｂが金型部分２３ｂ，２３ｃの間でＺ-Ｚ軸方向に移動できるようになっている。
後部コア２５は、中空円筒形の貫通孔に嵌合する円筒形部材であり、その左端部は連結部材２９に一体的に固定されている。

金型本体２３に対して、前部コア２４がフランジ部材２４ｂが金型部分２３ｃに当接する位置まで右方向に移動し、後部コア２５も連結部材２９が金型本体２３に当接する位置まで右方向に移動しているとき、図２に示すように、それらの間に成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材に相当する空洞Ａ（キャビティ）が形成されるようになっている。
このキャビティＡの形状は、この例では円筒形であり、その形状及び大きさは、成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材をランナレスで１個取りし、かつ圧力によるオーバーパック等による大きな内部歪みを発生させないように設定されている。
また、金型本体２３の下方には、後部コア２５と後部コア２５を固定する後部連結部材２９ａが左方に後退した際に形成される空間に連通する開口Ｂが設けられ、プリフォーム材をこの開口Ｂを通して下方に落下させるようになっている。

自動取出し機構２６は、前部コア作動シリンダ２７、後部コアロックシリンダ２８、連結部材２９からなる。前部コア作動シリンダ２７は、そのロッド２７ａがＺ-Ｚ軸方向に伸縮し、前部コア２４の右端面に当接してこれを図で左方に移動させるようになっている。
後部コアロックシリンダ２８は、後部コア２５が取り付けられた連結部材２９の溝２９ｃに嵌合する伸縮可能なロッド２８ａを有する。
連結部材２９は、後部コア２５を固定する後部連結部材２９ａと、前部コア作動シリンダ２７のロッド２７ａに固定された前部連結部材２９ｂとからなり、この２つの連結部材２９ａ、２９ｂは、図示しない連結バーで常に同期してＺ-Ｚ軸方向に移動できるようになっている。

図３は、図１のプリフォーム金型装置の作動説明図である。
この図において工程（Ａ）は、射出ノズル１８内に溶融樹脂２が充填され、キャビティＡ内は未充填の状態である。また、後部コアロックシリンダ２８のロッド２８ａが溝２９ｃに嵌合し、後部コア２５が移動しないようになっている。
工程（Ｂ）では、工程（Ａ）の状態のままキャビティＡ内に溶融樹脂２を射出充填し、射出された溶融樹脂を凝固してプリフォーム材３を成形する。このとき前部コア２４は射出ノズル１８の先端に接する位置に配置されており、射出ノズル先端を直角方向に移動させることにより、ランナーレス成形が実現する。
工程（Ｃ）では、ロッド２８ａを溝２９ｃから外し、前部コア作動シリンダ２７のロッド２７ａを図で左方に伸ばし、前部コア２４の右端面に当接するまで移動する。これと同時にロッド２７ａに固定された前部連結部材２９ｂと後部連結部材２９ａが同期して左に移動し、後部コア２５が左に後退移動する。これにより、成形されたプリフォーム材３の左側に後部コア２５と後部連結部材２９ａが左方に後退した空間が形成される。
工程（Ｄ）では、前部コア作動シリンダ２７のロッド２７ａを更に図で左方に伸ばし、前部コア２４を図で左に移動させて、左にプリフォーム材３を突き出し、プリフォーム３は開口Ｂを通して下方に落下し、金型外部に排出される。
工程（Ｄ）の後、前部コア作動シリンダ２７のロッド２７ａを図で右方に縮め、後部コアロックシリンダ２８のロッド２８ａを溝２９ｃに嵌合させて、工程（Ａ）に戻る。

この構成により、プリフォーム金型装置２０により、成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材３をランナレスで１個取りし、次に、プリフォーム金型装置２０の型を開き、排出動作によりプリフォーム材３は移載装置３０上に排出落下させることができる。

図１において、移載装置３０は、プリフォーム金型装置２０から落下したプリフォーム３を下方で受け取り、これを精密圧縮成形装置４０の所定の供給位置に挿入するようになっている。

図４は、図１の精密定量射出装置の全体斜視図である。
図４において、微細精密圧縮成形金型の配置数は、成形部品のサイズにより生産タクトが異なるため、必要成形生産量に合わせ金型配置数を設定する。

図１および図４において、精密圧縮成形装置４０は、複数対の精密圧縮金型４１、金型インデックス装置４２、真空装置４３、加熱装置４４、冷却装置４５、圧縮成形装置４６を備える。

複数対の精密圧縮金型４１は、それぞれ対になった上下の金型４１ａ，４１ｂを有し、その間に成形する小型精密光学部品に対応するキャビティを有する。
金型インデックス装置４２は、この例ではロータリーインデックス装置であり、一定の角速度で回転する回転板４２ａを有し、この回転板４２ａに複数対の精密圧縮金型４１を円形状に配置し、回転しながら精密圧縮金型４１を順次所定量移動させるようになっている。上金型４１ａと下金型４１ｂは、その軸心に沿って上下動できるように構成されている。

真空装置４３は、精密圧縮金型４１のキャビティに連通する真空排気口４３ａとこれと中空管を介して連通する真空排気装置（図示せず）とからなり、上下の金型４１ａ，４１ｂの間に形成されるキャビティ内を排気して真空状態を形成するようになっている。
加熱装置４４は、上下の金型４１ａ，４１ｂに取り付けられた加熱ヒーターであり、上下の金型４１ａ，４１ｂを外部から加熱するようになっている。
冷却装置４５は、上下の金型４１ａ，４１ｂに取り付けられた水冷環であり、精密圧縮金型をガラス転移点近傍まで冷却するようになっている。
圧縮成形装置４６は、上金型４１ａを下金型４１ｂに向けて押し付けるプレス装置である。

上述したように、金型インデックス装置４２（この例ではロータリーインデックス圧縮成形装置）の外周に精密圧縮金型４１、冷却装置４５、加熱装置４４、可動スリーブ４７、固定スリーブ４８、真空排気口４３ａが１組として構成され円形状に複数個配置されている。
このとき上金型４１ａ、可動スリーブ４７に必要回転位置で外部駆動により上下加圧動作、加熱、冷却をコントロールできる構造とする。また真空排気口４３ａも同様に必要回転位置で真空排気及び真空状態を維持できるようになっている。

図５は、本発明のマイクロ成形加工方法の作動説明図である。
本発明のマイクロ成形加工方法は、プリフォーム成形工程Ｓと精密圧縮成形工程Ｇからなる。
プリフォーム成形工程Ｓは、樹脂１を加熱し可塑化し、可塑化した溶融樹脂２を混練し、所定量の溶融樹脂２を射出する精密定量射出工程Ｓ１と、射出された溶融樹脂をランナレスで凝固してプリフォーム材３に成形するプリフォーム成形工程Ｓ２と、成形したプリフォーム材３を取り出すプリフォーム取出し工程Ｓ３とからなり、成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材３をランナレスで１個取りする。
プリフォーム金型装置２０から落下したプリフォーム３は、移載装置３０で下方で受け取られ、これを精密圧縮成形装置４０の所定の供給位置に挿入される。

精密圧縮成形工程Ｇは、プリフォーム材３を真空状態で一次圧縮成形を行った後、プリフォーム材３をガラス転移点近傍まで冷却し、次いで表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品を転写する工程であり、金型インデックス工程Ｇ１、真空工程Ｇ２、一次圧縮成形工程Ｇ３、冷却工程Ｇ４、及び二次圧縮成形工程Ｇ５からなる。
金型インデックス工程Ｇ１では、金型インデックス装置４２により成形する小型精密光学部品に対応するキャビティを有する複数対の精密圧縮金型４１を順次所定量移動させる。この例では８対の精密圧縮金型４１を順次一定の速度、又はステップ状に４５度づつ回転させ、各金型４１をプリフォーム材３の供給位置Ｔ１からその取出位置Ｔ８まで、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８の順で送るようになっている。
真空工程Ｇ２では、精密圧縮金型１４内を真空状態に減圧する。この工程は、例えばＴ２〜Ｔ７の間で行う。
一次圧縮成形工程Ｇ３では、加熱装置４４と圧縮成形装置４６を併用し、真空状態で精密圧縮金型４１を加熱して一次圧縮成形を行う。
次いで冷却工程Ｇ４では、冷却装置４５により精密圧縮金型１４をガラス転移点近傍まで冷却する。
次いで二次圧縮成形工程Ｇ５では、加熱装置４４と圧縮成形装置４６を併用し、精密圧縮金型１４を再加熱し金型に密着している面の必要最小限の厚み分のみ軟化させ、微細精密形状を転写する。

図５において、プリフォーム金型装置２０により成形されたプリフォーム材３は移載装置３０により精密圧縮成形装置４０に円形状に複数配置された精密圧縮金型４１に移載挿入される。
Ｔ１からＴ２に精密圧縮金型４１がロータリーインデックスされたとき、可動スリーブ４７が外部駆動により下降して型閉めし、真空排気口４３ａより、キャビティ内を排気する。
Ｔ３の位置で加熱装置４４により精密圧縮金型４１を加熱し、圧縮する。Ｔ４で冷却し、Ｔ５、Ｔ６で再加熱し、微細精密圧縮する。Ｔ７で冷却し、Ｔ８の位置で可動スリーブ４７と上金型４１ａを上昇させ、次に下金型４１ｂを外部駆動により上昇させ、小型精密光学部品４（微細精密圧縮成形品）を取り出す。

一般的に、偏肉、厚肉の成形品を成形するとき、樹脂材料は高温で加熱され流動状態となる、このとき樹脂材料は膨張しており、キャビティ内に射出充填後、ゲートシールされ、その表面層から急速に固化を始め、内部の固化は大幅に遅れる。このとき厚肉、偏肉の成形部品は総体収縮と共に偏肉分の不均一収縮をするため、その収縮差以下の微細形状転写は困難である。通常の圧縮成形でも同様のことが発生する。

これに対して、本発明では微細精密形状転写が必要な偏肉、厚肉の成形部品において、プリフォーム成形装置１０にてプリフォーム材３を作り、連続的に圧縮成形を行うため複数の金型を備えたロータリーインデックス形圧縮成形装置（精密圧縮成形装置４０）で微細精密圧縮成形を行うことを特徴としている。

本発明では、まず樹脂材料の無駄を省くためと、精密な圧縮成形を行うためランナーレス成形によりプリフォーム材３を成形し、連続的に圧縮成形を行うため複数の金型４１を備えたロータリーインデックス形圧縮成形装置４０にプリフォーム材３を移載装置３０により移載して、キャビティ内に挿入し、金型を閉じ、キャビティ内を真空環境にした後、金型を加熱し、一次圧縮成形を行う。次にいったん金型冷却を行った後、微細精密転写を必要とする面を形成する金型コアのみを再加熱し、コアに密接している微細精密転写を必要とする表面層のみを再軟化させる。
この時軟化する面は均一な薄肉厚となり、且つ精密転写に必要な最小限の肉厚を軟化させるようコントロールされる。またこのとき内部は固化状態にある。所定の表面層軟化後二次圧縮成形を行い、金型コアを冷却し、圧縮成形品４を取り出す。

上述した本発明の装置および方法によれば、成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材３をランナレスで１個取りするので、圧力によるオーバーパック等による大きな内部歪みを発生させることなく、プリフォーム材３をランナレスで１個取りすることができる。
また、プリフォーム材３を真空状態で一次圧縮成形を行った後、ガラス転移点近傍まで一旦冷却し、表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品４を転写するので、内部が固化した状態で表面のみ再成形するので、偏肉、厚肉の成形部品であってもその不均一収縮を回避して微細精密形状の転写が可能である。
さらに、プリフォーム材３をランナレスで１個取りし、このプリフォーム材を精密圧縮成形するので、「多数個取り」やプリフォームを別工程で製造する場合に比較し、エネルギーロスを大幅に低減することができる。

また、微細精密圧縮形状を必要とする光デバイスなどの高精度、高機能デバイスの多くは射出成形法により製作されている。このとき形状、寸法精度及び光学性能を要求仕様で生産するまでに、金型試作、成形テストのトライ＆エラーを何度も繰り返すことが避けられない。又市販されているコンピューターシュミレーションソフトは、光デバイスなどの高精度、高機能デバイスの微細構造解析は不可である。
そこで、光デバイスなどの高精度、高機能デバイスにおいて、従来の射出成形法では困難な微細精密形状の光デバイス等を成形する手段として、精密圧縮成形法によることとし、光デバイスのデザイン、金型設計製作、成形条件をコンピューター解析により事前に圧縮成形シュミレーション解析し、微細精密光デバイス等の微細圧縮成形からトライ＆エラー作業を削除することが望ましい。

なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明によるマイクロ成形加工装置の全体構成図である。 図１のプリフォーム金型装置の構成図である。 図１のプリフォーム金型装置の作動説明図である。 図１の精密定量射出装置の全体斜視図である。 本発明のマイクロ成形加工方法の作動説明図である。 特許文献１の「ランナレス成形金型」の構成図である。 特許文献２の「スプール射出成形金型」の構成図である。 特許文献３の「レンズ製造装置及びレンズ製造方法」の構成図である。

符号の説明

１ 樹脂、２ 溶融樹脂、３ プリフォーム材、４ 小型精密光学部品（圧縮成形品）、
１０ プリフォーム成形装置、１２ 精密定量射出装置、１３ ホッパー、
１４ 加熱シリンダー、１５ 混練スクリュー、１５ａ 駆動モータ、
１６ 計量シリンダー、１７ 射出プランジャー、１８ 射出ノズル、
２０ プリフォーム金型装置、２２ 金型、
２３ 金型本体、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 金型部分、
２４ 前部コア、２４ａ 円筒形部材、２４ｂ フランジ部材、
２５ 後部コア、２６ 自動取出し機構、
２７ 前部コア作動シリンダ、２７ａ ロッド、
２８ 後部コアロックシリンダ、２８ａ ロッド、
２９ 連結部材、２９ａ 後部連結部材、２９ｂ 前部連結部材、２９ｃ 溝、
３０ 移載装置、４０ 精密圧縮成形装置、
４１ 精密圧縮金型、４１ａ 上金型、４１ｂ 下金型、
４２ 金型インデックス装置、４３ 真空装置、４３ａ 真空排気口、
４４ 加熱装置（加熱ヒーター）、４５ 冷却装置（水冷環）、
４６ 圧縮成形装置（プレス装置）、
４７ 可動スリーブ、４８ 固定スリーブ

Claims (7)

1. 成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材をランナレスで１個取りするプリフォーム成形装置と、
   該プリフォーム材を真空状態で一次圧縮成形を行った後、プリフォーム材をガラス転移点近傍まで冷却し、次いで表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品を転写する精密圧縮成形装置と、を備えたことを特徴とするマイクロ成形加工装置。
2. 前記プリフォーム成形装置は、樹脂を加熱し可塑化し、可塑化した溶融樹脂を混練し、所定量の溶融樹脂を射出する精密定量射出装置と、
   射出された溶融樹脂をランナレスで凝固して前記プリフォーム材に成形する分割可能な金型を有し、かつ成形したプリフォーム材を自動取り出し可能なプリフォーム金型装置と、からなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ成形加工装置。
3. 前記精密圧縮成形装置は、成形する小型精密光学部品に対応するキャビティを有する複数対の精密圧縮金型と、該複数対の精密圧縮金型を順次所定量移動させる金型インデックス装置と、精密圧縮金型内を真空状態に減圧する真空装置と、精密圧縮金型を加熱する加熱装置と、精密圧縮金型を圧縮して圧縮成形を行う圧縮成形装置と、精密圧縮金型をガラス転移点近傍まで冷却する冷却装置と、を備え、
   真空状態で精密圧縮金型を加熱して一次圧縮成形を行い、次いで精密圧縮金型を再加熱し金型に密着している面の必要最小限の厚み分のみ軟化させ、微細精密形状を転写する二次圧縮成形を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ成形加工装置。
4. 成形する小型精密光学部品に対応するプリフォーム材をランナレスで１個取りするプリフォーム成形工程と、
   該プリフォーム材を真空状態で一次圧縮成形を行った後、プリフォーム材をガラス転移点近傍まで冷却し、次いで表面層を再軟化して二次圧縮成形して小型精密光学部品を転写する精密圧縮成形工程と、を備えたことを特徴とするマイクロ成形加工方法。
5. 前記プリフォーム成形工程は、樹脂を加熱し可塑化し、可塑化した溶融樹脂を混練し、所定量の溶融樹脂を射出する精密定量射出工程と、
   射出された溶融樹脂をランナレスで凝固して前記プリフォーム材に成形するプリフォーム成形工程と、
   成形したプリフォーム材を取り出すプリフォーム取出し工程と、からなることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ成形加工方法。
6. 前記精密圧縮成形工程は、成形する小型精密光学部品に対応するキャビティを有する複数対の精密圧縮金型を順次所定量移動させる金型インデックス工程と、精密圧縮金型内を真空状態に減圧する真空工程と、真空状態で精密圧縮金型を加熱して一次圧縮成形を行う一次圧縮成形工程と、次いで精密圧縮金型をガラス転移点近傍まで冷却する冷却工程と、次いで精密圧縮金型を再加熱し金型に密着している面の必要最小限の厚み分のみ軟化させ、微細精密形状を転写する二次圧縮成形工程と、からなることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ成形加工方法。
7. 前記精密圧縮成形工程の成形条件を、せん断発熱を伴う熱伝導解析と接触および幾何学的非線形解析を含む圧縮成形解析を連成して行う数値解析によりシミュレーションする、ことを特徴とする請求項６に記載の精密圧縮成形加工法。
   

Images