JP2003071900A

JP2003071900A - プラスチック光学素子の射出成形方法

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Publication number: JP2003071900A
Application number: JP2001271499A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kodama; 卓弥児玉
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック光学素子を成形する際の射出成
形におけるキャビティの内部歪みを抑制し、面精度を良
好とするための再加熱を不要として、成形サイクルを短
縮する。【解決手段】射出成形機で溶融・計量されたプラスチ
ック材料を金型内に射出・充填し、所望形状を反転さ
せ、冷却後、金型から取り出してプラスチック光学素子
を成形する。金型入子の表面温度をプラスチック材料の
ガラス転移点に対し９２％〜９５％の温度範囲に制御
し、且つ金型内の樹脂流路の温度をプラスチック材料の
ガラス転移点に対し９４％〜９６％の温度範囲に制御し
て成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歪みが少なく面形
状精度が良好なプラスチック光学素子を短い成形サイク
ルで成形することができるプラスチック光学素子の射出
成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の様々な射出成形機や周辺装置の開
発により、薄肉製品のハイサイクル成形等様々な高付加
価値を有する成形が実現されてきている。プラスチック
光学素子の光学面の精度向上のため、特公平６−５３３
７５号公報には樹脂を再加熱溶融する方法が開示されて
おり、特公平６−５１３３２号公報には再加熱しながら
更に樹脂を圧縮する方法が開示されている。

【０００３】プラスチック光学素子の成形においては、
光学面の形状精度を確保することが成形時の最大のポイ
ントである。光学面の形状精度が確保できない主要因
は、成形される光学素子製品の部位による冷却速度の違
い、成形時の加圧分布によるキャビティ内部に生じる歪
みであり、これが表面に現れて精度を悪化させている。
これに対し、上述した特公平６−５３３７５号公報や同
６−５１３３２号公報に開示されている成形方法によれ
ば、成形時の圧力分布が緩和できることから内部の歪み
を抑えることができ、良好な形状精度を得ることが可能
となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法によって光学面の形状精度を向上させることが可
能となっているが、金型を再加熱し、再度冷却するため
成形サイクルが長くなる工程上の問題を有している。ま
た、通常の成形においても、プリズム等の厚肉プラスチ
ック光学素子の場合には、特にキャビティの内部歪みが
発生し易いため、この歪みを緩和するために金型内部で
十分徐冷する必要がある。このため、成形サイクルが長
くなる同様な問題を有している。

【０００５】キャビティの内部歪みは金型の温度を上昇
させることで軽減させることが可能であるが、樹脂の冷
却速度が低下したり、樹脂の流路（スプルーランナー
部）が過度な昇温状態となって樹脂と入子の密着力が上
昇し、これらによってサイクルタイムを短縮させるため
の効果が十分発揮できないという問題がある。そして、
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、製品コストが上昇する原因となる。

【０００６】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
たものであり、短い成形サイクルで、高い面精度を有し
たプラスチック光学素子を成形することが可能な射出成
形方法を提供することを目的とする。特に、請求項１の
発明は、キャビティに加えられる圧力分布を低減してキ
ャビティの内部における歪みを少なくすることを目的と
し、請求項２の発明は、金型内の光学面を有する入子と
樹脂との過度な密着を防止して成形されたプラスチック
光学素子を金型から取り出すときに発生する面形状精度
の悪化を抑制することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明のプラスチック光学素子の射出成形
方法は、射出成形機で溶融・計量されたプラスチック材
料を金型内に射出・充填し、所望形状を反転させ、冷却
後、金型から取り出してプラスチック光学素子を成形す
る射出成形方法において、金型入子の表面温度をプラス
チック材料のガラス転移点に対し９２％〜９５％の温度
範囲に制御し、且つ金型内の樹脂流路の温度をプラスチ
ック材料のガラス転移点に対し９４％〜９６％の温度範
囲に制御して成形することを特徴とする。

【０００８】射出成形によって得られるプラスチック光
学素子は、内部に残留する歪みと面精度との間に図１に
示す相関を有している。同図の領域Ａはキャビティ内の
内部歪みが少ないと面精度も良好になる領域であり、領
域Ｂは内部歪みとは無関係に面精度が低下する領域であ
る。

【０００９】成形時における金型入子の表面温度は入子
の形状の転写性を左右する。金型入子の表面温度が成形
されるプラスチック材料のガラス転移点（Ｔｇ）に対し
て、９２％未満の大幅に低い状態ではキャビティへの樹
脂充填と同時にスキン層が発達し、高い圧力を加えない
と入子面が樹脂に転写されずに、これが内部歪みの要因
となる。

【００１０】これに対し、金型入子の表面温度がガラス
転移点に近づくと、スキン層の発達がそれに応じて遅く
なり低圧でも入子面が転写するようになる。このためキ
ャビティ内部歪みが少なくなり、図１の領域Ａのような
挙動を示す。そして金型入子の表面温度がガラス転移点
に対し９５％の領域を越え、かつ樹脂流路（スプルーラ
ンナー部）の温度がガラス転移点に対し９６％の温度領
域を越えると入子表面の樹脂が過度に密着した状態とな
るため、内部歪みとしては小さいものの金型からの取り
出し時（離型時）に離型不良を起こして面精度が劣化
し、図１の領域Ｂに移行する。また、樹脂流路（スプル
ーランナー部）の温度がガラス転移点に対し９４％未満
の温度領域では、プラスチック材料の流動性が低下して
キャビティへの充填不良となる。

【００１１】請求項１の発明では、金型入子の表面温度
をプラスチック材料のガラス転移点に対し９２％〜９５
％の温度範囲に制御し、且つ金型内の樹脂流路の温度を
プラスチック材料のガラス転移点に対し９４％〜９６％
の温度範囲に制御して成形することにより、キャビティ
の内部歪みを抑制し、これにより、再加熱を不要とした
短い成形サイクルであっても、高い面精度を有したプラ
スチック光学素子を成形することができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載のプラス
チック光学素子の射出成形方法であって、金型入子の内
部の最高温度をプラスチック材料のガラス転移点に対し
９４％〜９８％の温度に制御して成形することを特徴と
する。

【００１３】金型入子の内部温度は樹脂の冷却速度に大
きな影響を与える。金型入子の材質によって多少の変動
はあるが、樹脂のガラス転移点に対し金型入子の内部温
度が９８％を越えるとキャビティ部の中心温度がガラス
転移点を下回るまでに多大な時間を必要とする。これに
より、短い成形サイクルでは金型からの取り出し時（離
型時）に突き出しによる変形が誘発する。一方、金型入
子の内部の最高温度がプラスチック材料のガラス転移点
に対し９４％未満では、金型入子の転写性が低下する。

【００１４】請求項２の発明では、金型入子の内部の最
高温度をプラスチック材料のガラス転移点に対し９４％
〜９８％の温度に制御して成形することにより、金型入
子と樹脂の過度な密着を防止して金型から取り出すとき
に発生する光学素子の面形状精度の悪化を抑制し、これ
により、高い面精度を有したプラスチック光学素子を成
形することができる。

【００１５】以上の請求項１及び請求項２のように、内
部歪み、密着力、成形サイクルには密接な関係があり、
金型入子の表面温度、金型入子の内部温度、樹脂流路の
温度を適正に制御することにより、短い時間で歪みが少
なく、良好な面精度のプラスチック光学素子を成形する
ことが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図２及び図３は
本発明の実施の形態１であり、図２はこの実施の形態に
よって成形されたプラスチック光学素子としてのプリズ
ム１を、図３は成形に用いる金型１０を示す。

【００１７】金型１０においては、図３に示すように、
固定側固定入子１２、可動側固定入子１３および図示さ
れない光学面を形成するスライド入子によってキャビテ
ィ１１が形成されている。固定側固定入子１２は固定側
型板１７に固定され、可動側固定入子１３は可動側型板
１８に固定されている。固定側型板１７は固定側取付板
１６に取り付けられており、固定側型板１７及び固定側
取付板１６にかけてスプルーブッシュ１４が配置されて
おり、スプルーブッシュ１４とキャビティ１１とがラン
ナー部１５によって連通している。

【００１８】溶融樹脂はスプルーブッシュ１４、ランナ
ー部１５を介してキャビティ１１に充填されることによ
り、図２に示すプリズム１が成形される。プリズム１
は、高さａ＝１６ｍｍ、幅ｂ＝１４ｍｍ、厚さｃ＝７．
５ｍｍの寸法となっている。

【００１９】成形時の温度調整を行う温調媒体は固定側
取付板１６、固定側型板１７および可動側型板１８を流
動する。また、温調媒体は固定側固定入子１２および可
動側固定入子１３に対しても固定側型板１７および可動
側型板１８を介して流動する。この流動を行うため、こ
れらの部材には、図示を省略した温調管が配置される。
なお、固定側型板１７および固定側固定入子１２、可動
側型板１８および可動側固定入子１３の温調管の接続部
分はそれぞれ図示されないシールリングでシーリングさ
れ温調媒体が漏れ出さないようになっている。

【００２０】成形用のプラスチック材料としては、非晶
性ポリオレフィン系材料（ガラス転移点Ｔｇ＝１３８
℃）を使用し、金型１０はそれぞれ図示されない熱電対
により温度モニターされている。そして、固定側固定入
子１２および可動側固定入子１３の表面をそれぞれ１２
９℃（Ｔｇに対し９３．４％）、固定側固定入子１２お
よび可動側固定入子１３の内部を、それぞれ１３２℃
（Ｔｇに対し９５．７％）、樹脂流路であるスプルーブ
ッシュ１４およびランナー部１５をそれぞれ１３１．５
℃（Ｔｇに対し９５．３％）に制御する。

【００２１】図２に示す形状のプリズム１を成形サイク
ル１６０秒で取り出した場合、キャビティ１１の内部歪
みが少なく、極めて良好な面形状精度のものが得られ
た。一方、固定側固定入子１２および可動側固定入子１
３に温調媒体を供給しない場合、固定側固定入子１２お
よび可動側固定入子１３の内部の温度が同等になるよう
に温度設定された条件においては、固定側固定入子１２
および可動側固定入子１３の表面がそれぞれ１２４℃
（Ｔｇに対し９７．１％）、樹脂流路であるスプルーブ
ッシュ１４およびランナー部１５がそれぞれ１３４℃
（Ｔｇに対し９７．１％）となり、この条件で成形した
場合、上述したと同等の面形状精度とするのに必要な成
形サイクルが５０％近く長くなることが確認された。

【００２２】（実施の形態２）図４及び図５は本発明の
実施の形態２であり、図４はこの実施の形態によって成
形されたプラスチック光学素子としてのレンズ２を、図
５は成形に用いる金型２０を示す。

【００２３】金型２０においては、図５に示すように、
固定側固定入子２２、可動側固定入子２３および図示さ
れない光学面を形成するスライド入子によってキャビテ
ィ２１が形成されている。固定側固定入子２２は固定側
型板２７に固定され、可動側固定入子２３は可動側型板
２８に固定されている。固定側型板２７は固定側取付板
２６に取り付けられており、固定側型板２７及び固定側
取付板２６にかけてスプルーブッシュ２４が配置されて
おり、スプルーブッシュ２４とキャビティ２１とがラン
ナー部２５によって連通している。

【００２４】溶融樹脂はスプルーブッシュ２４、ランナ
ー部２５を介してキャビティ２１に充填されることによ
り、図４に示すレンズ２が成形される。レンズ２は、大
径部の直径ｆ＝１６ｍｍ、大径部と同心円上の小径部の
直径ｇ＝１３ｍｍ、小径部の厚さｈ＝４ｍｍの形状とな
っている。

【００２５】レンズ２の成形時の温度調整を行う温調媒
体は、固定側取付板２６、固定側型板２７および可動側
型板２８を流動する。また、温調媒体は固定側固定入子
２２および可動側固定入子２３に対しても、固定側型板
２７および可動側型板２８を介して流動する。この流動
を行うため、これらの部材には、図示を省略した温調管
が配置される。なお、固定側型板２７および固定側固定
入子２２、可動側型板２８および可動側固定入子２３の
温調管の接続部分はそれぞれ図示されないシールリング
でシーリングされ温調媒体が漏れ出さないようになって
いる。

【００２６】成形用のプラスチック材料としては、非晶
性ポリオレフィン系材料（ガラス転移点Ｔｇ＝１２３
℃）を使用し、金型２０はそれぞれ図示されない熱電対
により温度モニターされている。そして、固定側固定入
子２２および可動側固定入子２３の表面をそれぞれ１１
４℃（Ｔｇに対し９３．５％）、固定側固定入子２２お
よび可動側固定入子２３の内部を、それぞれ１１８℃
（Ｔｇに対し９５．９％）、樹脂流路であるスプルーブ
ッシュ２４およびランナー部２５をそれぞれ１１７℃
（Ｔｇに対し９５．１％）に制御する。

【００２７】図４に示す形状のレンズ２を成形サイクル
７０秒で取り出した場合、キャビティ１１の内部歪みが
少なく、極めて良好な面形状精度のものが得られた。一
方、固定側固定入子２２および可動側固定入子２３への
温調媒体の供給を停止し、固定側型板２７および可動側
型板２８への温調のみで固定側固定入子２２、可動側固
定入子２３の内部が同じ温度になるように設定して成形
した場合、固定側固定入子２２および可動側固定入子２
３の表面は、それぞれ１１３℃（Ｔｇに対し９１．９
％）、樹脂流路であるスプルーブッシュ２４およびラン
ナー部２５はそれぞれ１１９℃（Ｔｇに対し９６．７
％）となり、成形サイクルを５０％延長しても、この実
施の形態と同等レベルの面形状精度を得ることができな
かった。

【００２８】（実施の形態３）この実施の形態では、図
３に示す実施の形態１の金型１０を用いる一方、プラス
チック材料としてポリメチルメテクリレート樹脂（Ｔｇ
＝１０９℃）を用いてプリズム１を成形した。

【００２９】熱電対でモニターされた温度は、固定側固
定入子１２および可動側固定入子１３の表面でそれぞれ
１０２℃（Ｔｇに対し９３．６％）、固定側固定入子１
２および可動側固定入子１３の内部でそれぞれ１０５℃
（Ｔｇに対し９６．３％）、樹脂流路であるスプルーブ
ッシュ１４およびランナー部１５でそれぞれ１０４℃
（Ｔｇに対し９５．４％）であり、これらの温度となる
ように制御されて成形が行われる。

【００３０】図２に示したプリズム１を成形サイクル１
５０秒で取り出した場合、キャビティ１１の内部歪みが
少なく、極めて良好な面形状精度のものが得られた。一
方、固定側固定入子１２および可動側固定入子１３に温
調媒体を供給しないで、可動側固定入子１２の内部温度
が同等になるように温調設定された条件においては、固
定側固定入子１２および可動側固定入子１３の表面がそ
れぞれ９９℃（Ｔｇに対し９０．８％）、樹脂流路であ
るスプルーブッシュ１４およびランナー部１５がそれぞ
れ１０５．５℃（Ｔｇに対し９６．８％）となり、同等
の面形状精度になる成形サイクルが４５％近く長くなる
ことが確認された。

【００３１】以上の実施の形態から、請求項１及び２記
載の発明では、キャビティの内部歪みの低減、樹脂およ
び金型の貼り付きを防止することができ、プラスチック
光学素子の成形サイクルを短縮することが可能であるこ
とを確認できた。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、キャビティの
内部歪みを抑制するため、再加熱が不要となり、成形サ
イクルを短くすることができると共に、高い面精度を有
したプラスチック光学素子を成形することができる。

【００３３】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果を有するのに加えて、金型入子と樹脂の過度な密
着を防止して金型から取り出すときに発生する光学素子
の面形状精度の悪化を抑制するため、高い面精度を有し
たプラスチック光学素子を成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラスチック光学素子を成形する際の内部歪み
と面精度との関係を示す特性図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１及び３によ
って成形されるプリズムの正面図及び側面図である。

【図３】実施の形態１及び３の成形に用いられる金型の
断面図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態２よって成形
されるレンズの正面図及び側面図である。

【図５】実施の形態２の成形に用いられる金型の断面図
である。

【符号の説明】

１プリズム２レンズ１１，２１キャビティ１２，２２固定側固定入子１３，２３可動側固定入子１４，２４スプルーブッシュ１５，２５ランナー部１６，２６固定側取付板１７，２７固定側型板１８，２８可動側型板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】射出成形機で溶融・計量されたプラスチ
ック材料を金型内に射出・充填し、所望形状を反転さ
せ、冷却後、金型から取り出してプラスチック光学素子
を成形する射出成形方法において、金型入子の表面温度
をプラスチック材料のガラス転移点に対し９２％〜９５
％の温度範囲に制御し、且つ金型内の樹脂流路の温度を
プラスチック材料のガラス転移点に対し９４％〜９６％
の温度範囲に制御して成形することを特徴とするプラス
チック光学素子の射出成形方法。
【請求項２】金型入子の内部の最高温度をプラスチッ
ク材料のガラス転移点に対し９４％〜９８％の温度に制
御して成形することを特徴とする請求項１記載のプラス
チック光学素子の射出成形方法。