JP2004122751A - 光学素子及び光学素子成形品およびその成形用金型及び射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子成形品において、位置決め基準部における基準面の形状精度を維持できるようにする。
【解決手段】金型を用いた成形加工により製造された樹脂製の光学素子成形品であって、光学素子成形品を他の部材に対して位置決めするための位置決め基準面６ａ，６ｂと、光学素子成形品を金型から離型する際に、位置決め基準面の変形を防止する役割をもつ凸部７とを有する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度が要求される光学素子成形品を射出成形や射出圧縮成形などを用いて成形する技術に関するものであり、特にレーザープリンタやデジタル複写機の走査光学系に用いられるｆθレンズなどのような長尺光学素子を光学箱に組み込む際に用いる位置決め基準部を高精度に成形する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、走査光学系に使用される光学素子成形品、特に長尺の光学素子成形品には、素子を光学箱に組み込む際に用いる位置決め基準部を一体成形して形成している（特公平４−７２２０３号公報）。
【０００３】
ここで位置決め基準部は光軸に対して直交する３つの方向に必要であるが、その中でも長尺光学素子の長手方向の位置決め基準部の一般的な形状を図１０に示す。長尺光学素子１００において、１０１、１０２は光学面であり、１０３は長手方向の位置決め基準部である。ここで、Ｃ―Ｃ’断面を図１１に示す。長手方向の位置決め基準部１０３の基準面は１０４ａ、１０４ｂであり、光学面の光軸に平行である。この長尺光学素子を長手方向に位置決めする状態を図１２に示す。位置決めピン１０５ａと１０５ｂに対してそれぞれ基準面１０４ａ、１０４ｂが対応し、ここで１０４ａ、１０４ｂ間の距離は規定の寸法ｙに対して例えば±０．０２ｍｍの許容誤差で管理されて、所定の精度に管理されたすき間により、長手方向に位置決めされる構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平４−７２２０３号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来例では、以下に説明するような欠点があったために位置決め基準面の精度が悪くなるという問題があった。
【０００６】
図１３は長尺光学素子１００を成形するための金型構造を示し、１０６はスプルー、１０７はゲート、１０８はエジェクタピンである。位置決め基準部１０３の基準面１０４ａおよび１０４ｂは金型の突き出し方向に対して平行に形成されており抜き勾配ゼロであるが、それ以外の部分には金型からの離型抵抗を減らすために抜き勾配が設けられている。
【０００７】
ここで金型に樹脂を注入し冷却した後、金型から突き出しする様子を図１４に示す。光学素子内部の樹脂にはヒケを防止するに相当する保圧力がかけられているために、金型から離型する瞬間に膨張しようとする力が働き、長手方向においてはスプルーロック１０９を中心として矢印の向きに伸びようとする力が発生する。ここで位置決め基準部は抜き勾配がゼロであるために光学素子のなかで金型から離れるのが最も遅くなる。このため、長手方向に伸びようとする力が基準面のうちスプルーから遠い方の基準面１０４ａに集中してかかることになる。そして金型から離れる最後の約１ｍｍ以下の過程で基準面１０４ａの成形品部が金型のエッジ部に当たる力に耐えられなくなり変形してしまう。その結果、図１５に示す１０４ａのように位置決めピン１０５ａと１０５ｂに対して接触する部分が所定の精度であるｙ±０．０２ｍｍより小さくなってしまい、目的とする長手方向の位置決め精度が悪くなるという問題があった。
【０００８】
これに対して、特開平１１−１８３８１９号公報では２つの基準面のうち１面のみを抜き勾配ゼロとしてもう一方の面に抜き勾配を設ける構成を提案している。しかしながら、この構成では片側の位置決め基準面のみを位置決めピンに押しつけながら光学素子を組み込むという動作が必要になり、従来使われている組み込みの自動化設備を使用できないことからコストアップにつながるという欠点があった。
【０００９】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学素子成形品において、位置決め基準部における基準面の形状精度を維持できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる光学素子成形品は、金型を用いた成形加工により製造された樹脂製の光学素子成形品であって、前記光学素子成形品を他の部材に対して位置決めするための位置決め基準面と、前記光学素子成形品を前記金型から離型する際に、前記位置決め基準面の変形を防止する役割をもつ凸部又は凹部とを有することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係わる光学素子成形品において、前記位置決め基準面における前記金型からの離型方向と平行な部分の長さを、前記凸部又は凹部における前記離型方向と平行な部分の長さよりも小さくしたことを特徴としている。
【００１１】
また、この発明に係わる光学素子成形品において、前記凸部又は凹部は、前記位置決め基準面から見て前記金型のゲートとは反対側の位置に設けられていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係わる光学素子成形用金型は、樹脂製の光学素子を成形するための光学素子成形用金型であって、前記光学素子を他の部材に対して位置決めするための位置決め基準面を成形するための第１の成形部と、成形された前記光学素子を離型する際に、前記位置決め基準面の変形を防止する役割をもつ凸部又は凹部を成形するための第２の成形部とを有することを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わる光学素子成形用金型において、前記第１の成形部における前記光学素子の離型方向と平行な部分の長さを、前記第２の成形部における前記離型方向と平行な部分の長さよりも小さくしたことを特徴としている。
【００１４】
また、この発明に係わる光学素子成形用金型において、前記第２の成形部は、前記第１の成形部から見て前記光学素子成形用金型のゲートとは反対側の位置に設けられていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係わる光学素子の射出成形方法は、他の部材に取り付けるための取り付け基準部を備える光学素子を成形するための光学素子の射出成形方法であって、前記光学素子の光学有効面から離れた位置に離型時の変形防止機能部を設け、前記光学素子を射出成形する成形金型に前記光学素子本体部と、前記取り付け基準部と、前記変形防止機能部とを成形するキャビテイを形成し、前記光学素子の前記キャビテイからの離型操作時に、前記取り付け基準部の離型後に、前記変形防止機能部の離型操作が行われるようにすることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係わる光学素子の射出成形方法において、前記変形防止機能部を、前記光学素子の外周近傍に位置する凹部又は凸部から構成することを特徴とする。
【００１７】
また、この発明に係わる光学素子の射出成形方法において、前記変形防止機能部を、前記成形金型の樹脂の射出ゲート位置と対向する位置に配置することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係わる光学素子は、他の部材に取り付けるための取り付け部を有し、光軸に直交する方向に長手寸法を有する射出成形により成形された光学素子であって、射出成形用金型の、樹脂を射出するゲート位置に対向する位置に凹部又は凸部を設け、成形加工後の離型操作時に、前記取り付け部の前記射出成形用金型からの型離れの後に、前記凹部又は凸部が前記射出成形用金型から離れるようにして成形したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係わる光学素子の射出成形方法は、１つの軸方向に長手寸法を有し、他の部材に取り付ける取り付け基準部を備える光学素子を成形するための光学素子の射出成形方法であって、前記長手寸法方向の一端側に変形防止機能部を設け、前記光学素子を射出成形する成形金型に、前記光学素子本体部と、前記取り付け基準部と、前記変形防止機能部とを成形するキャビテイを形成し、前記光学素子の離型操作時に、前記取り付け基準部の離型後に、前記変形防止機能部の離型操作が行われるようにすることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係わる光学素子は、他の部材に取り付けるための凹形状又は凸形状を成す取り付け部を有し、成形用金型により光学機能面を成形加工した光学素子であって、前記光学素子の射出成形加工後の、前記取り付け部の凹形状又は凸形状の前記成形用金型からの離型時の変形を防止するための変形防止機能部を設けたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係わる光学素子において、前記取り付け部は前記光学素子の光軸の近傍位置に配置され、前記変形防止機能部は前記光学素子の光学機能部から離れた位置に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
また、この発明に係わる光学素子において、前記光学素子は、ｆθレンズであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
まず、本実施形態の概要について説明する。
本実施形態では、光学面および位置決め基準部を有する光学素子において、前記位置決め基準部における基準面の形状精度を保障する役割をもつ凸部もしくは凹部を設けている。この構成において、凸部または凹部は、光学素子成形品が金型から離型する際に、それ自体が金型と接触しながら変形することにより、位置決め基準部の基準面が金型との接触で変形するのを防止するという作用がある。
【００２４】
また、本実施形態では、位置決め基準面における離型方向と平行な部分の長さｈ１と、前記凸部もしくは凹部における離型方向と平行な部分の長さｈ２の関係を、ｈ１＜ｈ２としている。この構成において、光学素子成形品が金型から離型する際に、凸部または凹部はそれ自体が金型と接触する長さｈ２が位置決め基準部の基準面が金型と接触する長さｈ１よりも大きいために、ｈ１＜ｘ＜ｈ２である寸法ｘだけ突き出して離型した状態においては、基準面が変形せずに離型した後も、凸部または凹部は金型と接触状態にある。その後さらに寸法ｈ２以上まで突き出して凸部または凹部が離型する瞬間には、長手方向に伸びようとする力により凸部または凹部自体が金型のエッジに強く押し当てられて変形する。このようにして基準面の変形を防止するという作用がある。
【００２５】
また、本実施形態では、凸部もしくは凹部を、位置決め基準面から見てゲートとは反対側の部位に設けている。この構成において、離型する瞬間に成形品が長手方向に伸びようとする力および伸び量は、スプルーから見て長手方向の端部になるほど大きい。つまり位置決め基準面から見てゲートとは反対側の部位にある凸部または凹部は、長手方向に伸びる力および伸び量が基準面よりも大きい。その伸び量が大きい凸部もしくは凹部を金型で拘束している状態で、基準面が金型から離型するので、基準面の変形を防止できるという作用がある。
【００２６】
また、本実施形態では、離型時に、位置決め基準面が離型した状態で、凸部もしくは凹部における離型方向と平行な部分が金型に接触した状態を保つようにしている。この構成において、凸部もしくは凹部が金型により変形しても、位置決め基準面は既に金型から離れているので何ら変形の危険性がないという作用がある。
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる長尺光学素子の形状を示す側面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
【００２８】
図１において、１は樹脂製の長尺光学素子成形品、２，３は光学面であり、４は長手方向の位置決め基準部、５はゲートである。位置決め基準部４の基準面は６ａ，６ｂであり、金型からの離型方向と平行でかつ光学面の光軸に平行である。７は、位置決め基準部４における基準面６ａ、６ｂの形状精度を保障する役割をもつ凸部であり、金型からの離型方向と平行でかつ光学面の光軸と平行な側面８ａ，８ｂを備える。
【００２９】
ここで位置決め基準面６ａ，６ｂにおける離型方向と平行な部分の長さをｈ１、凸部７における離型方向と平行な側面８ａ，８ｂの長さをｈ２とすると、本実施形態ではｈ１＜ｈ２に設定している。さらに、凸部７は長手方向において位置決め基準部４から見てゲート５とは反対側の光学素子の端部に設けた。
【００３０】
図３は図１に示した長尺光学素子１を成形する際に用いる金型の構造を示す図である。図３において、９はスプルー、５はゲート、１０はエジェクタピンである。位置決め基準部４の基準面６ａ，６ｂおよび凸部７における離型方向と平行な側面８ａ，８ｂは、金型の突き出し方向に対して平行に形成されており、抜き勾配ゼロであるが、それ以外の部分には金型からの離型抵抗を減らすために抜き勾配が設けられている。
【００３１】
次に金型に樹脂を注入し冷却した後、ｈ１＜ｘ１＜ｈ２である寸法ｘ１だけ、成形品を金型から突き出す様子を図４に示す。長尺光学素子成形品１が金型からｘ１だけ離型する際に、凸部７の側面８ａはそれ自体が金型と接触する長さｈ２が位置決め基準部４の基準面６ａが金型と接触する長さｈ１よりも大きいために、位置決め基準部４が変形せずに金型から離れた後も、凸部７は金型と接触状態にあり、光学素子全体のなかで金型から離れるのが最も遅くなる。ここで光学素子内部の樹脂にはヒケを防止するのに相当する保圧力がかけられているために、金型から離型する瞬間に膨張しようとする力が働き、長手方向においてはスプルーロック１１を中心として図５の矢印の向きに伸びようとする力が発生するが、凸部７の側面８ａが金型と接触している面積が大きいので成形品はこの方向に実際には膨張せず、したがって基準部４は変形することなく離型できる。
【００３２】
次にｘ２＞ｈ２である寸法ｘ２だけ金型から長尺光学素子成形品１を突き出しした様子を図５に示す。ここでは、長手方向に伸びようとする力が凸部７のうちスプルーから遠い方の側面８ａに集中してかかることになる。そして金型から離れる最後の約１ｍｍ以下の過程で凸部７の側面８ａは金型のエッジ部１２に当たる力に耐えられなくなり変形してしまう。ただし、位置決め基準部４は、図４でｘ１だけ突き出した段階で既に離型しているので何の影響なく、要求される寸法どおりのものが得られる。
【００３３】
図６は成形された長尺光学素子１を光学箱に対して長手方向に位置決めした状態を示す図である。位置決めピン１３ａと１３ｂに対してそれぞれ基準面６ａ，６ｂが対応し、ここで６ａ、６ｂ間の距離は規定の寸法ｙに対して±０．０２ｍｍの誤差が許容されている。この実施例では６ａ、６ｂの距離をｙ±０．０２ｍｍという所定の精度内に管理できたことにより、狙いどおりに長手方向に位置決めすることができた。凸部７の側面８ａは変形しているが、位置決めに対しては何の問題もない。
【００３４】
（第２の実施形態）
図７は図１に示した長尺光学素子成形品１を成形する際の別の金型の構造を示す図である。７は、位置決め基準部４における基準面６ａ，６ｂの形状精度を保障する役割をもつ凸部であるが、エジェクタピン１４を成形品の面からｈ２だけ短く設定することにより形成している。
【００３５】
この構造により、部品点数を増やすことなく、凸部７をより簡単な金型構造で構成することができる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図８は位置決め基準部４における基準面６ａ，６ｂの形状精度を保障する役割をもつ凹部１５の場合の例であり、凹部１５は光学面の光軸と平行な面１６ａ、１６ｂからなる。ここで位置決め基準面６ａ，６ｂにおける離型方向と平行な部分の長さをｈ２１、凹部１５における離型方向と平行な部分１６ａ，１６ｂの長さをｈ２２とすると、ｈ２１＜ｈ２２に設定した。さらに、凹部１５は長手方向において位置決め基準部４から見てゲート５とは反対側の光学素子の端部に設けた。
【００３７】
この構成においても、位置決め基準部４は変形することがなく、要求されている寸法どおりのものが得られた。
【００３８】
（第４の実施形態）
図９は位置決め基準部１７が凹形状の場合の例であり、基準面１８ａ、１８ｂを備える。ここで位置決め基準面１８ａ，１８ｂにおける離型方向と平行な部分の長さをｈ３１、凸部７における離型方向と平行な部分８ａ，８ｂの長さをｈ３２とすると、ｈ３１＜ｈ３２に設定した。さらに、凸部７は長手方向において位置決め基準部１７から見てゲート５とは反対側の光学素子の端部に設けた。
【００３９】
この構成においても、位置決め基準部１７は変形することがなく、要求されている寸法どおりのものが得られた。
【００４０】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、位置決め基準部の基準面が金型との接触で変形するのを防止することにより、要求されている寸法どおりの位置決め基準部が得られるという効果がある。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学素子成形品において、位置決め基準部における基準面の形状精度を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる長尺光学素子を説明する図である。
【図２】図１の長尺光学素子の断面を説明する図である。
【図３】図１の長尺光学素子を成形する際の金型構造を説明する図である。
【図４】図３の金型に樹脂を注入し冷却した後、ｈ１＜ｘ１＜ｈ２である寸法ｘ１だけ突き出した様子を説明する図である。
【図５】図３の金型において、ｘ２＞ｈ２である寸法ｘ２だけ金型から長尺光学素子成形品を突き出した様子を説明する図である。
【図６】図３の金型で成形された長尺光学素子を光学箱に対して長手方向に位置決めした状態を説明する図である。
【図７】図１に示した長尺光学素子成形品を成形する際の別の金型構造を説明する図である。
【図８】位置決め基準部の形状精度を保障する役割をもつ形状を凹形状とした場合の例を説明する図である。
【図９】位置決め基準部が凹形状の場合の例を説明する図である。
【図１０】従来例の長尺光学素子の一般的な形状を説明する図である。
【図１１】図１０の光学素子の断面を説明する図である。
【図１２】従来の長尺光学素子を長手方向に位置決めする状態を説明する図である。
【図１３】従来の長尺光学素子を成形するための金型構造を説明する図である。
【図１４】従来の金型に樹脂を注入し冷却した後、金型から突き出しする様子を説明する図である。
【図１５】従来の長尺光学素子の離型後に、位置決め基準部が変形した様子を説明した図である。
【符号の説明】
１　長尺光学素子成形品
２　光学面
３　光学面
４　長手方向の位置決め基準部
５　ゲート
６ａ，６ｂ　位置決め基準部の基準面
７　凸部
８ａ，８ｂ　凸部の側面
９　スプルー
１０　エジェクタピン
１１　スプルーロック
１２　金型のエッジ部
１３ａ，１３ｂ　位置決めピン
１４　エジェクタピン
１５　凹部
１６ａ，１６ｂ　凹部の側面
１７　凹形状の基準部
１８ａ，１８ｂ　凹形状基準部の基準面
１００　長尺光学素子
１０１　光学面
１０２　光学面
１０３　長手方向の位置決め基準部
１０４ａ，１０４ｂ　位置決め基準部の基準面
１０５ａ，１０５ｂ　位置決めピン
１０６　スプルー
１０７　ゲート
１０８　エジェクタピン

Claims (14)

1. 金型を用いた成形加工により製造された樹脂製の光学素子成形品であって、
   前記光学素子成形品を他の部材に対して位置決めするための位置決め基準面と、
   前記光学素子成形品を前記金型から離型する際に、前記位置決め基準面の変形を防止する役割をもつ凸部又は凹部とを有することを特徴とする光学素子成形品。
2. 前記位置決め基準面における前記金型からの離型方向と平行な部分の長さを、前記凸部又は凹部における前記離型方向と平行な部分の長さよりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形品。
3. 前記凸部又は凹部は、前記位置決め基準面から見て前記金型のゲートとは反対側の位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子成形品。
4. 樹脂製の光学素子を成形するための光学素子成形用金型であって、
   前記光学素子を他の部材に対して位置決めするための位置決め基準面を成形するための第１の成形部と、
   成形された前記光学素子を離型する際に、前記位置決め基準面の変形を防止する役割をもつ凸部又は凹部を成形するための第２の成形部とを有することを特徴とする光学素子成形用金型。
5. 前記第１の成形部における前記光学素子の離型方向と平行な部分の長さを、前記第２の成形部における前記離型方向と平行な部分の長さよりも小さくしたことを特徴とする請求項４に記載の光学素子成形用金型。
6. 前記第２の成形部は、前記第１の成形部から見て前記光学素子成形用金型のゲートとは反対側の位置に設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学素子成形用金型。
7. 他の部材に取り付けるための取り付け基準部を備える光学素子を成形するための光学素子の射出成形方法であって、
   前記光学素子の光学有効面から離れた位置に離型時の変形防止機能部を設け、前記光学素子を射出成形する成形金型に前記光学素子本体部と、前記取り付け基準部と、前記変形防止機能部とを成形するキャビテイを形成し、前記光学素子の前記キャビテイからの離型操作時に、前記取り付け基準部の離型後に、前記変形防止機能部の離型操作が行われるようにすることを特徴とする光学素子の射出成形方法。
8. 前記変形防止機能部を、前記光学素子の外周近傍に位置する凹部又は凸部から構成することを特徴とする請求項７に記載の光学素子の射出成形方法。
9. 前記変形防止機能部を、前記成形金型の樹脂の射出ゲート位置と対向する位置に配置することを特徴とする請求項７に記載の光学素子の射出成形方法。
10. 他の部材に取り付けるための取り付け部を有し、光軸に直交する方向に長手寸法を有する射出成形により成形された光学素子であって、
    射出成形用金型の、樹脂を射出するゲート位置に対向する位置に凹部又は凸部を設け、成形加工後の離型操作時に、前記取り付け部の前記射出成形用金型からの型離れの後に、前記凹部又は凸部が前記射出成形用金型から離れるようにして成形したことを特徴とする光学素子。
11. １つの軸方向に長手寸法を有し、他の部材に取り付ける取り付け基準部を備える光学素子を成形するための光学素子の射出成形方法であって、
    前記長手寸法方向の一端側に変形防止機能部を設け、前記光学素子を射出成形する成形金型に、前記光学素子本体部と、前記取り付け基準部と、前記変形防止機能部とを成形するキャビテイを形成し、前記光学素子の離型操作時に、前記取り付け基準部の離型後に、前記変形防止機能部の離型操作が行われるようにすることを特徴とする光学素子の射出成形方法。
12. 他の部材に取り付けるための凹形状又は凸形状を成す取り付け部を有し、成形用金型により光学機能面を成形加工した光学素子であって、前記光学素子の射出成形加工後の、前記取り付け部の凹形状又は凸形状の前記成形用金型からの離型時の変形を防止するための変形防止機能部を設けたことを特徴とする光学素子。
13. 前記取り付け部は前記光学素子の光軸の近傍位置に配置され、前記変形防止機能部は前記光学素子の光学機能部から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子。
14. 前記光学素子は、ｆθレンズであることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子。

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