JP2003177214A

JP2003177214A - プラスチック光学素子

Info

Publication number: JP2003177214A
Application number: JP2001379534A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Yamanaka; 康生山中; Jun Watabe; 順渡部; Kiyotaka Sawada; 清孝沢田; Tomohiro Harada; 知広原田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック製の光学素子を接合して一体化し
てプラスチック光学素子を構成するについて、接合され
る光学素子の配置精度が高く、かつ低コストに層状に重
ねて一体化されるように、光学素子の接合面を工夫する
こと。【解決手段】複数のプラスチック光学素子を層状に重ね
て、接合により一体的に構成するプラスチック光学素子
を前提として、前記プラスチック光学素子の一方または
両方の接合面を含む面内に、その面を形成する金型壁面
に対して未転写による凹部と、少なくとも１つ以上の段
差面（凸面）とを設けたこと。上記段差面（凸面）には
凹部（ヒケ）が発生することなく形状精度が得られるの
で、この面を接合時の受け面とすることで光学素子の配
置精度が向上される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ方式のデジタ
ル複写機、レーザプリンター、又はファクシミリ装置の
光学走査系に適用されるプラスチック光学素子、殊に、
高精度な光学鏡面を有するプラスチックレンズ、或いは
プラスチックミラーに関するものであり、重ね合わせて
接合された光学素子の配置精度を容易に向上させること
ができるものである。

【０００２】

【従来の技術】複数のレーザ光線から出射された各ビー
ムを偏向手段及び結像手段を介してそれぞれ感光体上に
導き、該感光体上にて画像情報に応じて画像形成する多
色画像形成装置の光走査装置があり、また近年、多色画
像形成装置の高速化、高画質化に対応するために、４つ
の感光体ドラムを出力紙の搬送方向に配列させ、各感光
体ドラムに対応したビームで同時露光し、各々異なる色
（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の現像器で
現像した画像を順次、転写し、重ね合わせてカラー画像
を形成するデジタル複写機やレーザプリンタが実用化さ
れている。このような画像出力機にて光走査する際、各
色に対応した複数の走査手段が用いられるが、その走査
手段を配置するためには大きなスペースが必要であり、
装置全体が大型化することから、特開平４−１２７１１
５号公報に記載されているように、複数のビームを単一
の偏向器に入射して走査し、光学素子（結像素子）を積
み重ねて配置する方法が提案されている。

【０００３】また、上記の欠点を補うものとして、複数
のビームを単一の偏向器に入射して走査し、各々対応す
る感光体に結像させる結像手段を各ビーム毎に設け、該
結像手段を構成する結像素子を副走査方向に層状に重ね
て一体的に構成する方法が特開平１０−１４８７７７号
公報、特開平４−１２７１１５号公報に記載されてい
る。この結像素子を副走査方向に層状に重ねて一体的に
構成することにより、偏光手段（ポリゴンミラー）を重
ねる間隔が短縮でき、あるいは１枚のポリゴンミラーで
兼ねることも可能となるため、ポリゴンミラーを回転さ
せるためのモータの負荷を軽減でき、小型化も可能とな
る。

【０００４】この結像素子を副走査方向に層状に重ねて
一体的に構成する手段として、各ビームに対応した結
像素子を接合（接着）により一体化する手段、層状に
重ねた結像素子を樹脂により一体成形で形成する手段が
ある。近年、これらの結像素子はコストダウンの要求
と、成形技術の進歩からプラスチック製に置き換わって
きている。しかし、上記の結合素子を一体成形で製造
する場合、各結像素子の配置精度は金型精度で決まるた
め高い精度が得られ易いが、他方、結合素子が更に厚肉
になるため、その光学面の形状を高精度に、あるいは、
結合素子がレンズの場合にはレンズ内部が均質（内部歪
みが少ない）になるように成形するためには、かなり高
度な成形技術が必要になるとともに、成形時の樹脂冷却
にかなり長い時間を要するためコストアップになってし
まうという問題がある。

【０００５】また、上記の結像素子を接合により一体
化する場合、各結像素子の配置精度を得るためには、結
像素子の接合面に高い形状精度（平面度）が要求され
る。しかし、結像素子がレンズの場合には所望の結像性
能を得るために、レンズ厚（光線通過方向の厚み）が厚
く、また、レンズ厚が部分的に変化して偏肉形状になる
ため、レンズ面形状を高精度に、かつ内部が均質になる
ように加工するには、かなり高度な成形技術が必要とな
る。この厚肉／偏肉形状を成形する場合、従来の射出成
形法では、樹脂の冷却過程で体積収縮が大きいためにヒ
ケが発生し易く、特に、偏肉形状である場合はその厚肉
部にヒケという成形不良が発生してしまう。このヒケを
防止するために金型内への樹脂充填量を多くすると、レ
ンズ内部の歪みが大きくなり、光学性能に悪影響を及ぼ
してしまう。

【０００６】そこで、従来の射出成形法の欠点を改善し
て、厚肉／偏肉形状の成形品を成形する方法として、特
開平１１−０２８７４５号に開示されているように、低
圧低充填で成形を行い、非転写面（機能上の形状転写が
不要な面）に未転写による凹部（ヒケ）を強制的に発生
させて、内部歪みを低減させながら転写面の形状精度を
確保する方法が提案されている。しかし、この方法で得
られたレンズを接合して一体化する場合には、接合面の
一方または両方が未転写による凹部（ヒケ）を含む面に
なり、接合した時に結像素子の配置精度が得られないと
いう不具合があった（図１）。仮に、凹部（ヒケ）の発
生領域を制御して接合面を確保しようとして、離隔駒を
小さくした金型構造で成形したとしても、離隔駒の離隔
で得られた空隙と隣接する離隔されない駒と、樹脂の間
に気体（空気）が進入して凹部（ヒケ）が広がってしま
うため、接合面に凹部（ヒケ）が発生するという不具合
があった。

【０００７】

【解決しようとする課題】そこで、この発明は、プラス
チック製の光学素子を接合して一体化してプラスチック
光学素子を構成するについて、接合される光学素子の配
置精度が高く、かつ低コストに層状に重ねて一体化され
るように、光学素子の接合面を工夫することをその課題
とするものである。

【０００８】

【課題解決のために講じた手段】（請求項１に対応）上
記課題解決のために講じた手段は、複数のプラスチック
光学素子を層状に重ねて、接合により一体的に構成する
プラスチック光学素子を前提として、前記プラスチック
光学素子の一方または両方の接合面を含む面内に、その
面を形成する金型壁面に対して未転写による凹部と、少
なくとも１つ以上の段差面（凸面）とを設けたことであ
る。

【０００９】

【作用】上記段差面（凸面）には凹部（ヒケ）が発生す
ることなく形状精度が得られるので、この面を接合時の
受け面とすることで光学素子の配置精度が向上される。

【００１０】

【実施態様１】（請求項２に対応）実施態様１は、上記
前記段差面（凸面）を接合面としたことである。

【００１１】

【実施態様２】（請求項３に対応）実施態様２は、上記
段差面（凸面）に、成形時に金型から離型する方向に抜
き勾配が存在しないようにしたことである。

【００１２】

【実施態様３】（請求項４に対応）実施態様３は、上記
段差面（凸面）を囲む面に抜き勾配を設けたことであ
る。

【作用】成形品を金型から離型する際のプラスチック光
学素子の変形が低減されるので、離型時の変形による転
写面の形状精度の低下が低減され、その結果、転写面の
形状精度が向上する。

【００１３】

【実施態様４】（請求項５に対応）実施態様４は、上記
プラスチック光学素子の段差面（凸面）に、成形時に金
型から離型する方向に抜き勾配を設け、段差面（凸面）
同士をその抜き勾配が互い違いの向きになるようにして
接合したことである。

【作用】抜き勾配による接合面の傾斜方向が互いに反対
で、互いに補完し合う関係で密着接合される。

【００１４】

【実施態様５】（請求項６に対応）実施態様５は、上記
接合面を、光硬化型接着剤により接合することである。

【作用】光学素子を重ね合わせて接合する際に、接合位
置を確認しながら接着剤を硬化させることができる。ま
た、接着剤の硬化時間が短いため、他の接着剤による場
合に比して生産性が向上する。

【００１５】

【実施態様６】（請求項７に対応）実施態様６は、上記
接合面以外の面の一部に、接合時の位置決め用の突起を
設けたことである。

【作用】上記突起で位置決めされた状態で、プラスチッ
ク光学素子が互いに重ねられるから、接合時の位置合せ
精度が容易に高められ、したがって、プラスチック光学
素子の接合一体化の配置精度を容易に高くすることがで
きる。

【００１６】

【実施態様７】（請求項８に対応）実施態様７は、上記
プラスチック光学素子のプラスチック材料を、略同一の
線膨脹率を有するプラスチック材料製とすることであ
る。

【作用】互いに接合された光学素子が異種材料であって
も、その線膨脹率が略同一であるので、温度変化に対し
て、不要な歪み（内部応力）を発生させることなく、光
学性能を維持することができる。

【００１７】

【実施例】次いで、図面を参照しながら実施例を説明す
る。請求項１に係る発明は、複数のプラスチック光学素
子１を層状に重ねて、接合により一体的に構成するプラ
スチック光学素子において、前記プラスチック光学素子
の一方または両方の接合面を含む面内に、その面を形成
する金型壁面に対して未転写による凹部６と、少なくと
も１つ以上の段差面（凸面）５とを設けたことを特徴と
するものである。上記のように、厚肉／偏肉形状のプラ
スチック部品を形状のみならず、その内部までも高精度
に、かつ低コストに成形するためには、低圧低充填で成
形を行い、非転写面（機能上の形状転写が不要な面）に
未転写による凹部（ヒケ）６を強制的に発生させて、内
部歪みを低減させながら転写面の形状精度を確保する方
法が提案されている。この凹部（ヒケ）は、成形時にキ
ャビティ内の樹脂圧力がゼロになった時に、所定方法に
より金型壁面と樹脂の間に空気を進入させ、両者の密着
力を低下させることにより発生させるものである。しか
し、進入してくる空気の広がりが制御できないため、凹
部（ヒケ）の発生領域を制御することができなかった。

【００１８】そこで、図２、図３に示すように、凹部
（ヒケ）６を発生させる面と同一面内に段差面（凸面）
５を設けることで、この段差面（凸面）５が封止材の役
割をして、段差面５の上面にその空気が回り込むことを
防止できる。図２（ａ）の場合に使用する金型の断面図
を図４に示している。段差面（凸面）５には凹部（ヒ
ケ）が発生することなく、高い形状精度が得られ、接合
時の受け面とすることでプラスチック光学素子１の高い
配置精度が得られる。

【００１９】また、未転写による凹部（ヒケ）６を発生
させる方法として、特開平１１−０２８７４５号の他
に、特許第０３０３４７２１号に開示されている方法が
ある。この方法は、図５の金型断面図に示すように通気
口８から樹脂表面に圧縮気体９を作用させて非転写面
（機能上の形状転写が不要な面）に凹部（ヒケ）６を発
生させ、これによって接着面の高い転写精度を確保する
ものであるが、段差面（凸面）５を設けることで、この
段差面への圧縮気体の回り込みを防止し、この段差面で
のヒケの発生を回避して当該段差面（凸面）５の高い形
状精度が確保される。請求項２に係る発明は、上記段差
面（凸面）５を接合面としたことを特徴とするものであ
るが、高い形状精度が確保される段差面（凸面）５を接
合面とすることで、光学素子を互いに重ねて接合した時
のその配置精度を高くすることができる。また、接着剤
を用いて接合する場合には、段差面（凸面）５の周囲の
凹みが、余分な接着剤の逃げ場（溜まり場）になるた
め、接着剤層４の厚さが容易に均一になり、したがって
均一な厚さの接着剤層４によって光学素子を接合するこ
とができる。

【００２０】請求項３に係る発明は、光学素子１に設け
た段差面（凸面）に、成形時に金型２０から離型する方
向に抜き勾配が存在しない（設けない）ことを特徴とし
ているものである。光学素子の光軸が接合面に対して平
行な場合には、容易に高い配置精度を得ることができ
る。また、抜き勾配を設けない形状は、成形用金型にス
ライド構造１０を設けることで容易に実施できる（図
６）。

【００２１】請求項４に係る発明は、前記段差面（凸
面）５を囲む面に抜き勾配を設けたことを特徴とするも
のである。これにより、光学素子（成形品）１を金型２
０から離型する際に、離型時の変形を低減して転写面の
高い形状精度を確保することができる。

【００２２】請求項５に係る発明は、前記プラスチック
光学素子の段差面（凸面）５に、成形時に金型２０から
離型する方向に抜き勾配を設け、段差面（凸面）５同士
をその抜き勾配が互い違いの向きになるようにして接合
したことを特徴とするものである（図７）。これによ
り、成形品を金型２０から離型する際に、離型時におけ
る成形品の変形を低減し、その結果、転写面の高い形状
精度を確保することができる。また、光学素子１の光軸
が接合面に対して平行な場合でも、抜き勾配が互い違い
の向きになるようにして接合したため、互いに接合され
る傾斜面が互いに補完し合い、その結果、高い配置精度
をもって光学素子１，１が重ね合わされる。また、重ね
合わせる光学素子１，１の光軸が平行ではなくて異なる
場合には、両者の抜き勾配の角度を調節することで、高
い配置精度を容易に確保することができる。

【００２３】請求項６に係る発明は、前記接合面を光硬
化型接着剤で接合したことを特徴とするものである。光
学素子１がレンズ、ミラーに関わらず透明な樹脂であれ
ば、光硬化型接着剤を用いることができる。これによ
り、光学素子を重ね合わせて接合する際に、接合位置の
正確さを確認してから接着剤を硬化させることができ
る。また、また、接着剤の硬化時間が短いので、他の接
着剤による場合よりも生産性が高い。

【００２４】請求項７に係る発明は、前記接合面以外の
面の一部に、接合時の位置決め用の突起を設けたことを
特徴とするものである。光学素子を重ね合わせて接合す
る際に、位置決め用の突起１１を治具１２に突き当てな
がら接合することで、容易に配置精度が得られる（図
８）。

【００２５】請求項８に係る発明は、上記プラスチック
光学素子が、略同一の線膨脹率を有するプラスチック材
料からなることを特徴とするものである。光学素子を重
ね合わせた時の高い配置精度を確保するために接合面を
２ヶ所以上に設けることが望ましいから、互いに接合さ
れる光学素子間の線膨脹率が異なると温度変化による熱
膨脹差で歪みを生じるが、接合する光学素子が異種材料
であってもその線膨脹率は略同一であれば、温度変化に
よる不要な内部歪みの発生はなく、したがって、温度変
化による光学性能の低下が回避される。使用材料として
は、光学素子がレンズの場合には、非晶性樹脂であるア
クリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフ
ィン系樹脂が代表的なものである。ただし、最近レンズ
用途に開発された様々な樹脂についても、線膨脹率差の
小さいものを種々に組み合わせて用いることもできる。
また、光学素子がミラーの場合には非晶性樹脂だけでは
なく、結晶性樹脂でもよく、ガラス繊維等の充填剤を含
有する樹脂であってもよい。更に、互いに接合されるミ
ラーの一方がガラスや金属製であるときは、他方の樹脂
製のもののプラスチック材に充填剤を混合して線膨脹率
を可及的にそのガラス、金属に近付けることで、これら
とプラスチック製のものとを組み合わせて使用すること
ができる。

【００２６】請求項９に係る発明は、上記プラスチック
光学素子の光軸を調整しながら接合することを特徴とす
るものである。この光学素子を重ね合わせて接合する際
に、光学素子に光を透過させ、その透過光の位置を検出
しながら、光学素子の重ね合わせ位置を調整し、その位
置で接合することで、更に接合した状態での配置精度を
向上させることができる。

【００２７】請求項１０に係る発明は、請求項１乃至請
求項９に係る発明の何れかのプラスチック光学素子を筐
体（光学ハウジング）に接合することによって、光走査
ユニットを高精度かつ低コストにすることができるもの
である。層状に接合して一体化したプラスチック光学素
子と筐体との接合について、光学素子と筐体の材質の線
膨脹率が大きく異なる場合には、中央部１点で接合する
のがよい。また、光学素子と筐体の線膨脹率が近似する
場合は、２点以上で接合するのがよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のとおりの本発明の効果を、各請求
項に係る発明毎に整理すれば次の如くである。（１）請求項１に係る発明の効果複数のプラスチック光学素子を層状に重ねて、接合によ
り一体的に構成するプラスチック光学素子において、前
記プラスチック光学素子の一方または両方の接合面を含
む面内に、その面を形成する金型壁面に対して未転写に
よる凹部と、少なくとも１つ以上の段差面（凸面）とを
設けることで、段差面（凸面）に凹部（ヒケ）が発生す
ることはなく、その結果、高い形状精度が確保され、こ
の面を接合時の受け面とすることで接続された状態での
光学素子の高い配置精度を確保することができる。（２）請求項２に係る発明の効果光学素子を接合した時のその配置精度を向上させること
ができる。（３）請求項３に係る発明の効果光学素子を接合した時の配置精度を容易に向上させるこ
とができる。（４）請求項４に係る発明の効果成形品を金型から離型する際の、離型に伴う光学素子の
変形を低減し、その結果、転写面の高い形状精度を確保
することができる。（５）請求項５に係る発明の効果接合のために重ね合わせたときの光学素子間の配置精度
を容易に向上させることができる。（６）請求項６に係る発明の効果光学素子を重ね合わせて接合する際の接合位置の正確さ
を確認してから接着剤を硬化させることができる。ま
た、接着剤の硬化時間が短いため、他の接着剤を用いる
場合よりも生産性が高い。（７）請求項７に係る発明の効果光学素子を重ね合わせるときの光学素子の位置決めを容
易、正確に行えるので、接合される光学素子間の配置精
度を容易に向上させることができる。（８）請求項８に係る発明の効果接合する光学素子が異種材料であっても、その線膨脹率
の差が小さいから、温度変化（環境）による膨脹差が小
さく、したがって膨脹差に伴う歪みの発生が回避され、
したがって、温度変化に関わり無く高い光学性能が維持
される。（９）請求項９に係る発明の効果接合された状態における光学素子の配置精度を一層向上
させることができる。（１０）請求項１０に係る発明の効果この発明の光学素子による光走査ユニットを高精度かつ
低コストで製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、従来例のプラスチック光学素子の斜
視図、（ｂ），（ｃ）は同光学素子を接合した状態の平
面図である。

【図２】（ａ）は、請求項１に係る発明の実施例のプラ
スチック光学素子の斜視図、（ｂ），（ｃ）は同光学素
子を接合した状態の平面図である。

【図３】（ａ）は、請求項１に係る発明の他の実施例の
プラスチック光学素子の斜視図、（ｂ），（ｃ）は同光
学素子を接合した状態の平面図である。

【図４】（ａ）は、図２のプラスチック光学素子を成形
する場合に使用する金型におけるヒケ発生前の状態を示
す断面図であり、（ｂ）は、同金型におけるヒケ発生後
の状態を示す断面図である。

【図５】（ａ）は、通気口によって成型品にヒケを発生
させる、従来の金型におけるヒケ発生前の状態を示す断
面図、（ｂ）は同金型におけるヒケ発生後の状態を示す
断面図である。

【図６】（ａ）は、請求項３に係る発明、すなわち抜き
勾配を設けないものの実施例の断面図であり、（ｂ）は
同実施例の他の状態を示す断面図である。

【図７】は、請求項５に係る発明、すなわち抜き勾配を
設けたものの実施例の断面図である。

【図８】は、請求項７に係る発明の実施例の断面図であ
る。

【符号の説明】

１：光学素子（レンズ）２：転写面３：非転写面（斜線部は凹部）４：接着剤５：段差面（凸面）６：非転写面（凹部）７：離隔駒８：通気口９：圧縮気体１０：スライド構造１１：位置決め突起１２：治具２０：金型

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０２Ｂ 7/02 Ｇ０２Ｂ 7/02 ＥＦＺ // Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｂ２９Ｌ 11:00 (72)発明者沢田清孝東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者原田知広東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H043 AE02 2H044 AA02 AA17 AB13 AB21 AB25 AC01 AE01 AH15 AJ04 4F202 AH74 CA11 CB01 CK11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のプラスチック光学素子を層状に重ね
て、接合により一体的に構成するプラスチック光学素子
において、前記プラスチック光学素子の一方または両方
の接合面を含む面内に、その面を形成する金型壁面に対
して未転写による凹部と、少なくとも１つ以上の段差面
（凸面）とを設けたことを特徴とするプラスチック光学
素子。
【請求項２】前記段差面（凸面）を接合面としたことを
特徴とする請求項１のプラスチック光学素子。
【請求項３】前記段差面（凸面）に、成形時に金型から
離型する方向に抜き勾配が存在しないことを特徴とする
請求項１又は請求項２のプラスチック光学素子。
【請求項４】前記段差面（凸面）を囲む面に抜き勾配を
設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のプラス
チック光学素子。
【請求項５】前記プラスチック光学素子の段差面（凸
面）に、成形時に金型から離型する方向に抜き勾配を設
け、段差面（凸面）同士をその抜き勾配が互い違いの向
きになるようにして接合したことを特徴とする請求項
１、請求項２又は請求項４のプラスチック光学素子。
【請求項６】前記接合面が、光硬化型接着剤により接合
されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のプ
ラスチック光学素子。
【請求項７】前記接合面以外の面の一部に、接合時の位
置決め用の突起を設けたことを特徴とする請求項１乃至
請求項６のプラスチック光学素子。
【請求項８】前記プラスチック光学素子が、略同一の線
膨脹率を有するプラスチック材料からなることを特徴と
する請求項１乃至請求項７のプラスチック光学素子。
【請求項９】前記プラスチック光学素子の光軸を調整し
ながら接合したものであることを特徴とする請求項１乃
至請求項８のプラスチック光学素子。
【請求項１０】請求項１乃至請求項９の何れかのプラス
チック光学素子を、筐体に接合して構成された光走査ユ
ニット。