JP2002103405A - 光学素子の成形方法及び成形金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、良質な面精度の光学素子を成形で
きる光学素子の成形金型を提供する。 【解決手段】 射出注入される溶融樹脂を、内部にて成
形保圧し、冷却して所望の形状の成形品である光学素子
を得る光学素子１の成形金型において、光学素子１の光
学面（ａ）乃至（ｄ）を成形する複数の入子１１乃至１
４と、光学素子ぬ１非光学面（ｆ）を成形するスリーブ
１９とを備え、前記スリーブ１９側に成形時における成
形品の非光学面（ｆ）若しくはその一部の温度を、光学
面（ａ）乃至（ｄ）の温度よりも高くかつガラス転移点
よりも低くする電熱ヒータを設けたことを特徴とするも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の成形方
法及び成形金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な射出成形機や周辺装置の開
発により、プラスチック射出成形品であるプラスチック
レンズ等のような薄肉製品のハイサイクル成形等、様々
な高付加価値を持った成形技術が実現されてきており、
このようなプラスチックレンズの光学面の精度向上の手
段としては、特公平６−５３３７５号公報に開示されて
いるように樹脂を再加熱溶融する成形方法や、特公平６
−５１３３２号公報に開示されているように金型を再加
熱しながら更に樹脂を圧縮する射出圧縮成形方法等が挙
げられる。

【０００３】プラスチックレンズ等のようなプラスチッ
ク光学素子の場合、光学面の歪みを抑えることが成形の
最大の課題である。光学面の歪みの主要因は、製品の冷
却速度の違いにより生じる内部の温度バラツキと成形時
の圧力分布に起因する。

【０００４】特公平６−５３３７５号公報、特公平６−
５１３３２号公報に開示された成形方法では、圧力分布
が緩和できることから光学面の歪みを抑えることが可能
であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の成形方法では、光学面の形状精度を向上させることは
可能であるが、金型を再加熱し、再度冷却するため工程
が必要で、温度分布が小さくなるまで金型内部で十分徐
冷しなければならず、成形サイクルが長くなるという問
題をかかえていた。このように成形サイクルが長くなる
ことは量産性に欠け、製品コストが高騰してしまう原因
となる。

【０００６】また、上述した成形方法では、プリズム等
のような厚肉のプラスチック光学素子の場合の表層部と
中心部付近の温度分布の不均衡による収縮差からおこる
面精度不良については何等考慮されていない。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、成形品の肉厚の大小を問わず、短い成形サイク
ルで良質な面精度の成形品を成形できる光学素子の成形
方法及び成形金型を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
溶融樹脂を金型内部に射出し、保圧、冷却して所望の形
状の光学素子を得る光学素子の成形方法において、光学
素子の非光学面若しくはその一部の温度を、光学面の温
度よりも高くかつガラス転移点よりも低くして成形する
工程と、成形した光学素子の光学面の温度をガラス転移
点以下に冷却した後、前記金型より取り出す工程とを含
むことを特徴とするものである。

【０００９】この発明によれば、光学素子の非光学面若
しくはその一部の温度を、光学面の温度よりも高くかつ
ガラス転移点よりも低くして成形し、成形した光学素子
の光学面の温度をガラス転移点以下に冷却した後、金型
より取り出すものである。

【００１０】成形品（光学素子）の冷却による温度変化
に伴う面精度不良は、成形品の表層部と中心部付近との
温度差によるものである。

【００１１】つまり、金型から取り出された際に成形品
の表層部の温度より中心部付近の温度が高いために、中
心部付近が冷却固化されるに伴って表層部側を中心方向
に向かって引張ってしまうことによる。

【００１２】表層部の弾性強度は、成形品材料（樹脂）
の温度と比例関係にあるため、表層部の温度が高い程固
化する部分の厚みが薄く強度が弱くなり、中心方向に引
張られ易く、ヒケが生じ易い。本発明のように成形品の
表層部の一部、即ち、非光学面若しくはその一部に局部
的に温度を高める部分を設けることにより、その部分が
特に中心方向に引張られることになり、成形品取り出し
後のヒケが起こりやすくなり、その分光字面の面変化が
小さくなる。これにより、短い成形サイクルによっても
良質な面精度の成形品である光学素子を得ることができ
る。

【００１３】請求項２記載の発明は、成形された光学素
子を金型内部から取り出した後に、この光学素子の非光
学面若しくはその一部の温度を所定の時間ガラス転移点
よりも低く、かつ、光学面の温度よりも高温に保持した
後に冷却して成形品とすることを特徴とするものであ
る。

【００１４】この発明によれば、成形された光学素子を
金型内部から取り出した後において、請求項１記載の発
明の場合と同様にして、非光学面若しくはその一部に局
部的に温度を高める部分を設けることにより、その部分
が特に中心方向に引張られることになり、この部分のヒ
ケが起こりやすくなり、その分光字面の面変化が小さく
なる。これにより、良質な面精度の光学素子を得ること
ができる。

【００１５】請求項３記載の発明は、射出注入される溶
融樹脂を、内部にて成形保圧し、冷却して所望の形状の
成形品である光学素子を得る光学素子の成形金型におい
て、光学素子の光学面を成形する複数の入子と、光学素
子の非光学面を成形する入子又はスリーブとを備え、前
記非光学面を成形する入子又はスリーブ側に成形時にお
ける成形品の非光学面若しくはその一部の温度を、光学
面の温度よりも高くかつガラス転移点よりも低くする温
度調整手段を設けたことを特徴とするものである。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、前記非光学
面を成形する入子又はスリーブ側に成形時における成形
品の非光学面若しくはその一部の温度を、光学面の温度
よりも高くかつガラス転移点よりも低くする温度調整手
段を設けているので、成形品である光学素子の非光学面
若しくはその一部に局部的に温度を高める部分を設ける
ことができ、その部分が特に中心方向に引張られ、ヒケ
が起こりやすくなり、その分光字面の面変化が小さくな
る。これにより、良質な面精度の光学素子を成形できる
成形金型を提供することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１８】（実施の形態１） （構成）本発明の実施の形態１では、図１に示すよう
に、４面の光学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と、
２面の非光学面（ｅ）、（ｆ）を有する光学素子１を成
形するものとして以下の説明を行う。

【００１９】前記光学素子１を成形する成形金型は、図
２、図３に示すように、非光学面（ｅ）を形成する金型
固定側の入子１８、非光学面（ｆ）を形成する金型可動
側のスリーブ１９の両方若しくは一方の内部に図示しな
いがヒータ又は断熱材を埋め込んでいる。

【００２０】これにより、入子１８又はスリーブ１９の
方が、光学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を形成す
る入子１１、１４、１３、１２よりもガラス転移点以下
で高くなるように設定するか若しくは冷却が遅れるよう
する。

【００２１】本実施の形態１の成形方法においては、成
形金型内部に成形材料（樹脂）を射出し、保圧後、光学
面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）がガラス転移点以下
に冷却されてから成形品を成形金型より取り出す。

【００２２】また、成形品を成形金型から取り出した際
に、非光学面（ｅ）、（ｆ）をガラス転移点以下で加熱
するか、断熱材を接触させるかの手段によって、成形金
型外部で上述した場合と同様のことを行っても良い。

【００２３】（作用）上記のように本実施の形態１によ
り成形された光学素子１の冷却状態を図４に示す。

【００２４】この光学素子１の非光学面（ｅ）、（ｆ）
は、スリーブ１９内のヒータで加熱又は断熱材による冷
却遅延で、光学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の４
面（図４では光学面（ｂ）及び（ｃ）は省略）よりも温
度が高いため、非光学面（ｅ）、（ｆ）の冷却層（斜線
を付して示す）３は、光学面（ａ）、（ｄ）の冷却層
（斜線を付して示す）４の厚さよりも薄くなっており、
また、中心部付近５は前記冷却層３及び冷却層４よりも
高温の状態である。

【００２５】この状態で、成形金型から成形品の取り出
しを行うと、成形品の冷却が進行し、これに伴い収縮が
起こるが、中心部付近５の冷却進行による収縮力は、光
学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の冷却層４よりも
薄い非光学面（ｅ）、（ｆ）の冷却層３を選択的に引張
るようになる。

【００２６】これにより、従来例で述べたように光学面
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）が中心方向に引張られ
る際の面形状の変化量が、非光学面（ｅ）、（ｆ）の変
化量に吸収される、つまり、非光学面（ｅ）、（ｆ）に
ヒケを誘発する形になる。その分、光学面（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の面精度が劣化することは無く
なる。

【００２７】ここで、従来の光学素子の光学面における
成形金型からの取り出し後の形状変化（曲率がある面の
場合は曲率をキャンセルして平面換算）であるＰ−Ｖ値
と、凹凸変化の状態を図５に示し、本実施の形態１の光
学素子１の光学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）にお
ける成形金型からの取り出し後の形状変化（曲率がある
面の場合は曲率をキャンセルして平面換算）であるＰ−
Ｖ値と、凹凸変化の状態を図６に示す。

【００２８】図５、図６の比較から明らかなように、本
実施の形態１の光学素子１の場合の方が、従来の光学素
子の場合よりもＰ−Ｖ値、凹凸変化とも少ないことが判
明した。

【００２９】（効果）上述したように、本実施の形態１
の成形方法によれば、光学素子１の光学面（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の面形状変化が、図５、図６の
比較から明らかなように小さくなるため、これら光学面
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の面精度を従来の成形
方法の場合よりもよりも向上させることができる。

【００３０】また、本実施の形態１の成形方法によれ
ば、成形サイクルを短縮しても光学面（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）の温度よりも非光学面（ｅ）、（ｆ）の
温度が高いため、やはり非光学面（ｅ）、（ｆ）に対
し、光学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の面形状変
化が小さく、単純に成形サイクルを短縮した場合に比べ
光学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の面精度の向上
が見られる。また、本実施の形態１の成形方法によれ
ば、成形サイクルをより短縮することが可能となる。
尚、成形金型外部で成形品である光学素子１について上
述した場合と同様の温度差をつけた場合も同様である。

【００３１】（実施の形態２）以下に、本発明の実施の
形態２を詳細に説明する。

【００３２】図７、図８は、本発明の実施の形態２の成
形金型を示すものである。

【００３３】本実施の形態２においても、図１に示すよ
うに光学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の４面と、
２面の非光学面（ｅ）、（ｆ）を有する光学素子１を成
形するものとして以下の説明を行う。

【００３４】図７に示すように、光学素子１の４面の光
学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それそれが４
つの入子１１、１４、１３、１２から形成され、（ａ）
面を形成する入子１２及び（ｃ）面を形成する入子１３
はスライド本体１５に組み込まれ、光学面（ｄ）を形成
する入子１２はスライド本体１６に、光学面（ｂ）を形
成する入子１８はスライド本体１７にそれぞれ組み付け
られる。

【００３５】非光学面（ｅ）は、成形金型固定側の入子
１８にて形成され、非光学面（ｆ）は、前記入子１１、
１３、１２、１４がそれぞれが組み付けられたスライド
本体１５、１６、１７が成形金型の開閉に連動して摺動
するように配置された成形金型可動側のスリーブ１９に
て形成される。

【００３６】非光学面（ｅ）を形成する入子１８は、冷
却工程後の成形金型閉時に光学素子１より離型され、入
子１１、１３、１２、１４は、それそれが組み込まれた
スライド本体１５、１６、１７とともに摺動し、成形金
型閉時には前進、成形金型開時には後退して成形品が取
り出される状態になる。

【００３７】この成形金型において、金型固定側の入子
１８及び金型可動側のスリーブ１９に光学面を形成する
入子１１、１３、１２、１４よりも熱伝導率の低い材質
であるジルコニアに無電解ＰＮｉメッキを施したものを
用いる。

【００３８】射出成形の際には成形材料としてポリオレ
フィン系材脂を用い、２６５℃で加熱溶融する。

【００３９】成形金型温度は、１３１℃とし、射出、保
圧及び冷却を行った。成形品中心部付近がガラス転移点
まで冷却されるまでの時間は理論計算上約１５０秒であ
るため、成形サイクル開始後１５０秒で成形金型を開き
成形品を成形金型内部より取り出した。

【００４０】十分な冷却時間経過後、各光学面（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の面精度測定を行ったところ、
いずれの光学面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）も面の
山と谷の最大差を表わすＰ−Ｖ値は約０．７μｍであ
り、干渉縞の様子からクセ等は確認されなかった。

【００４１】（実施の形態３）実施の形態３において
は、上述した実施の形態２の成形金型において、図９に
示すように、入子１８、スリーブ１９には、入子１１、
１３、１２、１４と同じ材質のものを使用し、入子１
８、スリーブ１９の後方に外部コントローラにて温度コ
ントロールされる温度調整手段である電熱ヒータ２０を
埋設し、更に断熱材２１で周囲を覆い電熱ヒータ２０の
熱が成形金型に伝導しないようにし、成形品の非光学面
（ｅ）、（ｆ）を形成する部位のみが加熱されるように
した。

【００４２】使用樹脂、樹脂温度、成形金型温度は実施
の形態２と同様であるが、電熱ヒータ２０による加熱温
度を樹脂材料のガラス転移点よりも１℃低く設定した。

【００４３】射出、保圧、冷却後、実施の形態２の場合
と同様、成形サイクル開始後１５０秒で成形品を成形金
型から取り出し、十分冷却後面精度測定を行ったとこ
ろ、実施の形態２の成形方法の際と同様の結果が得られ
た。

【００４４】（実施の形態４）実施の形態１の成形金型
において、前記入子１８、スリーブ１９には入子１１、
１２、１３、１４と同じ材質のものを使用した。

【００４５】成形サイクル開始１５０秒後、成形金型か
ら取り出した成形品の非光学面（ｅ）（ｆ）を、外部コ
ントローラにて温度コントロールされる図１１に示す電
熱ヒータ２２を埋設した金属ブロック２３で保持し、成
形金型と同温度で２分３０秒保持させ、その後金属ブロ
ック２３での保持を開放、自然放冷した。

【００４６】十分冷却後、面精度測定を行ったところ、
実施の形態２、実施の形態３の成形方法の場合と同様の
結果が得られた。

【００４７】（比較例１）実施の形態３の成形金型にお
いて、同様の射出成形条件で成形を行った。成形サイク
ル開始１５０秒後に成形金型より成形品を取り出し、十
分冷却後面精度測定を行ったところ各光学面にはヒケが
発生しており、Ｐ−Ｖ値を測定するに至らなかった。

【００４８】（比較例２）比較例１と同様に射出成形を
行い、実施の形態２乃至４の場合と同様なレベルの面精
度が得られるように成形サイクルを伸ばしたところ、成
形金型内部に２８０秒保持後、取り出し、自然放冷しな
ければならないことが明らかになった。

【００４９】上述した本実施の形態１乃至４及び比較例
１、２の説明から明かなように、成形金型内部又は外部
で、非光学面の表面温度を光学面の表面温度よりも高く
保つことで、中心部付近５の冷却収縮が、表層固化部の
厚さが大きい光学面よりも、表層固化部の厚さが薄い非
光学面がより多くの影響を受け、成形品取り出し後のヒ
ケが起こりやすくなり、その分光字面の面変化が小さく
なる。

【００５０】このことは、非光学面（ｅ）（ｆ）のＰ−
Ｖ値を３次元測定器を用いて測定した場合、実施の形態
１乃至４の成形方法による光学素子１では約２μｍ、比
較例１及び２の成形方法による光学素子では約１μｍで
あることからも裏付けられる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、より短い
成形サイクルで従来の成形品と同じ面精度レベルの光学
素子を得ることが可能となり、成形品の製造コストダウ
ンに寄与することが可能な光学素子の成形方法を提供で
きる。また、本発明によれば、成形サイクルを従来例並
みとした場合は、より面精度の良い光学素子を得ること
が可能であり、製品の高精度化に寄与することが可能な
光学素子の成形方法を提供できる。

【００５２】請求項２記載の発明によれば、成形された
光学素子を金型内部から取り出した後において、非光学
面若しくはその一部に局部的に中心方向に引張りヒケを
生させ、その分光字面の面変化をが小さくし、これによ
り、良質な面精度の光学素子を得ることができる光学素
子の成形方法を提供できる。

【００５３】請求項３記載の発明によれば、非光学面を
成形する入子又はスリーブ側に前記温度調整手段を設け
ることによって、良質な面精度の光学素子を成形できる
成形金型を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の光学素子を示す斜視図
である。

【図２】本発明の実施の形態１の光学素子を成形する成
形金型（可動側）を示す平面図である。

【図３】本発明の実施の形態１の光学素子を成形する成
形金型（固定側）を示す平面図である。

【図４】本発明の実施の形態１の光学素子の冷却状態の
説明図である。

【図５】従来例の光学素子の取出後の経過時間に対する
Ｐ−Ｖ値及び凹凸変化を示すグラフである。

【図６】本発明の実施の形態１の光学素子の取出後の経
過時間に対するＰ−Ｖ値及び凹凸変化を示すグラフであ
る。

【図７】本発明の実施の形態２の光学素子を成形する成
形金型（可動側）を示す平面図である。

【図８】本発明の実施の形態２の光学素子を成形する成
形金型（固定側）を示す平面図である。

【図９】本発明の実施の形態３の光学素子を成形する成
形金型（可動側）を示す平面図である。

【図１０】本発明の実施の形態３の光学素子を成形する
成形金型（固定側）を示す平面図である。

【図１１】本発明の実施の形態４の電熱ヒータを埋設し
た金属ブロックを示す断面図である。

【符号の説明】

１ 光学素子 ３ 冷却層 ４ 冷却層 ５ 中心部付近 １１ 入子 １２ 入子 １３ 入子 １４ 入子 １５ スライド本体 １６ スライド本体 １７ スライド本体 １８ 入子 １９ スリーブ ２０ 電熱ヒータ ２１ 断熱材 ２２ 電熱ヒータ ２３ 金属ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｂ２９Ｌ 11:00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融樹脂を金型内部に射出し、保圧、冷
   却して所望の形状の光学素子を得る光学素子の成形方法
   において、 光学素子の非光学面若しくはその一部の温度を、光学面
   の温度よりも高くかつガラス転移点よりも低くして成形
   する工程と、 成形した光学素子の光学面の温度をガラス転移点以下に
   冷却した後、前記金型より取り出す工程と、 を含むことを特徴とする光学素子の射出成形方法。
2. 【請求項２】 成形された光学素子を金型内部から取り
   出した後に、この光学素子の非光学面若しくはその一部
   の温度を所定の時間ガラス転移点よりも低く、かつ、光
   学面の温度よりも高温に保持した後に冷却して成形品と
   することを特徴とする射出成形方法。
3. 【請求項３】 射出注入される溶融樹脂を、内部にて成
   形保圧し、冷却して所望の形状の成形品である光学素子
   を得る光学素子の成形金型において、 光学素子の光学面を成形する複数の入子と、 光学素子の非光学面を成形する入子又はスリーブとを備
   え、 前記非光学面を成形する入子又はスリーブ側に成形時に
   おける成形品の非光学面若しくはその一部の温度を、光
   学面の温度よりも高くかつガラス転移点よりも低くする
   温度調整手段を設けたこと、 を特徴とする光学素子の成形金型。