JP2004322499A - 超音波振動を利用した成形方法、成形装置および光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】転写性をさらに向上させ、かつ、歪みをさらに少なくすることができ、高精度・高品質の製品の成形に最適な成形方法を提供する。
【解決手段】金型に形成したキャビティに、樹脂材料を充填して加圧し、所定形状の製品を成形する成形方法において、樹脂製の製品を成形する製品キャビティと、ダミー製品を成形するダミーキャビティと、前記製品キャビティと前記ダミーキャビティとを連通接続するランナーとを有する金型を準備し、前記製品キャビティに前記樹脂材料を充填するとともに、前記ダミーキャビティの少なくとも一部に前記樹脂材料を供給し、前記ダミーキャビティの前記樹脂材料に、所定のタイミングで超音波振動を付与する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型に形成したキャビティに、樹脂材料を充填して圧縮し、所定形状の製品を得る成形技術に関し、特に、高精度、高品質の光学レンズ（眼鏡レンズ等）を成形するための超音波振動を利用した成形方法，成形装置及び光学レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、射出成形によって光学レンズ等の高精度を求められる製品を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２７２１４３号公報（明細書及び図面の記載参照）
【特許文献２】
特開平９−２７７３２７号公報（明細書及び図面の記載参照）
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の方法を利用して、例えば光学レンズを射出成形すると、キャビティ内で冷却固化する際に樹脂材料が収縮して、金型の製品への転写性が低下し、所望の精度を得ることができないという問題がある。そこで、従来の射出成形においては、冷却固化する際の収縮（歪み）や転写性の低下を考慮して目標度数に補正値を加味してキャビティを形成し、このキャビティから取り出した際に目標度数の光学レンズを得ることができるようにしている。例えば、目標度数−４．０ジオプター（Ｄ）の光学レンズを成形するために、補正値αを加味して「−４．０（Ｄ）＋α」の度数の光学レンズの形状に合わせてキャビティを形成している。しかしながら、この方法によっても、高精度の光学レンズの成形は困難であるという問題がある。
【０００５】
また、転写性を向上させるためには、成形を行う際の射出圧力を高くすればよいが、射出圧力を高くすると、型締め力の大きな成形機が必要となったり、剛性の高い金型が必要となってコスト高になるという新たな問題が生じる。さらに、歪みを抑制するためには、特許文献２に記載されているように、高精度な金型温度調整を行い、冷却時間を長くすることによっても歪みや転写性が改善されるが、成形サイクルが長くなりすぎて実用に適さない等の問題がある。
この他、射出成形機において高精度の光学レンズを得るための種々の提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献３】
特開平７−１００８７８号公報（要約及び図面参照）
【０００７】
この特許文献３に記載の技術では、板状キャビティに突入可能で、かつ、突入方向に振動可能な第一のパンチ７を可動金型に設けるとともに、前記板状キャビティを挟んで第一のパンチと対抗して設けられ、前記第一のパンチと従動／同期可能な第二のパンチを固定金型に設けている。そして、少なくともパンチの一方の突入面には製品表面に転写されるべく製品部５の成形形状部を設け、射出成形工程中に両パンチを振動させながら製品部５の圧縮・加圧・打ち抜き等を行うようにしている。
この技術は、内部歪の減少や転写性の向上に効果があるものの、さらに高精度の光学レンズを成形する場合に、未だ十分な効果を得ることができないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、超音波を利用して製品の成形を行う成形方法であって、成形を行う際の転写性をさらに向上させ、かつ、歪みをさらに少なくすることができ、光学レンズ等のように高精度・高品質が求められる製品の最適な成形方法の提供、さらに、この成形方法を実施するための成形装置及び前記成形方法によって成形された眼鏡レンズ等の光学レンズの提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、鋭意研究を重ねた結果、製品キャビティに樹脂材料を充填して製品の成形を行う際に、前記キャビティの外側に位置している樹脂材料に超音波振動を付与することで、転写性を向上させ、歪みを少なくすることができることを見出した。
【００１０】
具体的に、請求項１に記載の発明は、金型のキャビティに溶融状態の樹脂材料を充填し、冷却して所定形状の製品を得る成形方法において、前記製品を成形する製品キャビティと、ダミー製品を成形するダミーキャビティと、前記製品キャビティと前記ダミーキャビティとを連通接続するランナーとを有する金型を準備し、前記製品キャビティに前記樹脂材料を充填するとともに、前記ダミーキャビティの少なくとも一部に溶融状態の前記樹脂材料を供給し、前記ダミーキャビティの前記樹脂材料に、所定のタイミングで超音波振動を付与する成形方法である。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、金型のキャビティに溶融状態の樹脂材料を充填し、冷却して所定形状の製品を得る成形方法において、前記製品を成形する複数の製品キャビティと、この製品キャビティを相互に連通接続するランナーと、前記ランナーの途中部位に設けられた樹脂溜まりとを有する金型を準備し、前記樹脂溜まりに前記樹脂材料を供給し、前記複数の製品キャビティの全てに前記樹脂材料を充填するとともに、前記樹脂溜まりの前記樹脂材料に、所定のタイミングで超音波振動を付与する成形方法である。
請求項１又は請求項２に記載の方法によれば、ダミーキャビティ又は樹脂溜まりの樹脂材料に超音波振動を付与することで、ダミーキャビティ又は樹脂溜まりの樹脂材料が加熱されて溶融し、かつ、製品キャビティの樹脂材料を加圧するポンプ効果が作用して、製品キャビティで成形される製品（光学レンズ等の製品）の歪みが減少するとともに転写性が向上すると推測される。
【００１２】
超音波振動付与のタイミングは、請求項３に記載するように、前記ダミーキャビティ又は前記樹脂溜まりの少なくとも一部に供給が開始された後であって、前記ランナー内の樹脂材料が所定の粘性を有している間であるとよく、また、請求項４に記載するように、前記製品キャビティに樹脂材料を充填・圧縮した後、圧縮状態を保持している間に、前記超音波振動を付与するようにしてもよい。
さらに、請求項５に記載するように、前記ダミーキャビティ及び前記製品キャビティ以外の空隙から前記製品キャビティに流入する樹脂材料の量が、前記製品キャビティに充填される樹脂材料の０．１容量％〜５容量％となるように、前記超音波振動を付与するようにするとよい。
【００１３】
また、請求項６に記載するように、前記樹脂材料の充填開始直後から、前記製品キャビティに連通するゲートがシールされるまでの間、前記超音波振動を付与するようにするとよく、請求項７に記載するように、前記樹脂材料の充填完了直後に、前記金型に樹脂材料を供給する成形機のノズルを閉じるようにするとよい。本発明は、請求項８に記載するように、高精度・高品質が求められる光学レンズの成形に好適で、特に、請求項９に記載するように、前記眼鏡レンズの成形に好適である。また、眼鏡レンズを成形する場合は、請求項９に記載するように、成形後に表面処理を施すのが好ましい。
【００１４】
上記方法は、請求項１１〜１６に記載の成形装置によって実施が可能である。
請求項１１に記載の発明は、金型のキャビティに溶融状態の樹脂材料を充填し、冷却して所定形状の製品を得る成形装置において、製品を成形する製品キャビティと、ダミー製品を成形するダミーキャビティと、前記製品キャビティと前記ダミーキャビティとを連通接続するランナーとを有する金型と、前記ダミーキャビティの前記樹脂材料に、超音波振動を付与する超音波付与手段と、前記超音波振動手段による超音波振動の付与タイミングを制御する制御手段とを有する構成としてある。
この構成によれば、ダミー製品を成形するダミーキャビティに所定のタイミングで超音波振動を付与することにより、製品キャビティで成形される製品の転写性を向上させ、歪みを減少させることができる。
【００１５】
また、請求項１２に記載するように、金型のキャビティに溶融状態の樹脂材料を充填し、冷却して所定形状の製品を成形する成形装置において、製品を成形する複数の製品キャビティと、この製品キャビティを相互に連通接続するランナーと、前記ランナーの途中部位に設けられた樹脂溜まりとを有する金型と、前記樹脂溜まりの前記樹脂材料に、超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、前記超音波振動手段による超音波振動の付与タイミングを制御する制御手段とを有する構成としてもよい。
この場合は、樹脂溜まりに所定の超音波振動を付与することで、製品キャビティで成形される製品の転写性を向上させ、歪みを減少させることができる。
【００１６】
前記制御手段による前記超音波振動付与のタイミングは、請求項１３に記載するように、前記ダミーキャビティ又は前記樹脂溜まりの少なくとも一部に供給が開始された後であって、前記ランナー内の樹脂材料が所定の粘性を有している間のタイミングであってもよいし、請求項１４に記載するように、前記製品キャビティに樹脂材料を充填・圧縮した後、圧縮状態を保持しているタイミングであってもよい。
【００１７】
前記金型は、請求項１５に記載するように、ランナーに連通するスプルーを有していてもよい。また、請求項１６に記載するように、前記樹脂溜まりを前記ランナーの中間に形成してもよい。さらに、スプルーとランナーとが連通する部分に、樹脂溜まりを形成してもよい。
本発明の成形装置は、請求項１７に記載するように、高精度・高品質が求められる、光学レンズ（眼鏡レンズを含む）の成形に好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を、図面にしたがって詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる成形装置の金型を示す図で、（ａ）は金型の構成を説明する断面概略図、（ｂ）はキャビティが形成された可動型の平面図である。
【００１９】
［成形の範囲］
本発明の成形方法が適用可能な「成形」には、金型のキャビティに樹脂材料を射出して所定形状の製品を成形する射出成形が含まれ、キャビティに樹脂材料を充填した後にキャビティ内の樹脂材料を加圧する射出圧縮成形も含まれる。
【００２０】
［成形材料］
本発明に用いられる成形材料の一例として、熱可塑性樹脂又はこの熱可塑性樹脂に有機物又は無機物を混合させた熱可塑性樹脂組成物を用いることができる。
【００２１】
［金型の構成］
金型１０は、固定型１１と可動型１２とから構成されている。可動型１２には、所定形状の製品（光学レンズ等）を成形するための製品キャビティ１７と、ダミーの製品を成形するダミーキャビティ１８とが形成されている。また、製品キャビティ１７とダミーキャビティ１８とはランナー１９で連結されている。
固定型１１には、ランナー１９に樹脂材料を供給するためのスプルー１３が貫通形成されている。スプルー１３には図示しない成形機のノズルが押し当てられて、前記ノズルから射出供給された樹脂材料が、スプルー１３及びランナー１９を介して製品キャビティ１７及びダミーキャビティ１８に供給される。
【００２２】
また、ダミーキャビティ１８に対応する位置には、収納部１１ａが形成されていて、この収納部１１ａに振動体１５が設けられている。そして、この振動体１５の先端が、型閉めの際に、コア１５ａを介して、ダミーキャビティ１８に供給された樹脂材料に接触するようになっている。
振動体１５の側面には、超音波振動子１６が取り付けられ、この超音波振動子１６の振動が、振動体１５に付与されるようになっている。
【００２３】
［振動付与手段］
超音波振動子１６が振動すると、この振動が振動体１５に伝達され、径方向の振動となって、金型１０に付与される。
なお、振動体１５は、超音波振動子１６の駆動によって、節部を有しない振動を樹脂材料に付与するものであってもよい。この場合、振動体１５の振動をダミーキャビティ１８に付与するコア１５ａは、ダミーキャビティ１８の内径とほぼ同一の外径を有するようにする。
また、特に図示はしないが、超音波振動子１６と振動体１５とを所定長さの棒状の振動ホーンで連結し、この振動ホーンを介して、超音波振動子１６の振動を振動体１５に伝達するようにしてもよい。
【００２４】
振動体１５及び超音波振動子１６は、金属，セラミックス，グラファイト等を用いて形成することができるが、超音波振動の伝達損失を考慮すると、伝達損失の小さいアルミ合金，チタン合金等の金属で形成するのが好ましい。
振動体１５の固定は、共振をできるだけ妨げないようにして行なう必要がある。振動体１５が振動の節部を有しないようにするには、超音波振動子１６にフランジ（図示せず）を設け、このフランジをボルト等で振動体１５に固定するようにするとよい。
【００２５】
超音波振動子１６は、図示しない超音波発振器によって振動させられる。前記した超音波発振器は、温度変化に伴う共振周波数の変化、あるいは成形条件の変化に伴う音響的な負荷変動に対応するため、振幅制御回路付自動周波数追尾型の発振器であるのが好ましい。
また、必要な超音波出力が一個の振動子では要求される値に達しない場合には、超音波振動子１６を複数個使用することも可能である。その際には、同じ振動特性をもつ超音波振動子１６を必要な本数用意し、振動体１５の外周面に均等間隔で取り付ければよい。
【００２６】
さらに、大きな超音波振動を振動体１５に付与するために、公知の超音波出力合成器を用いることもできる。この場合は、例えば、振動特性を損なわないように多角形（八角形以上）に形成した振動板の各辺に超音波振動子１６を接合し、これら超音波振動子１６を同一位相で振動させ、その出力を中央部に集めて、中央部に設けた共振棒から振動体１５に振動を付与するようにするとよい。
【００２７】
［超音波発振器］
ダミーキャビティ１８の樹脂材料に超音波振動を付与する超音波発振器（図示せず）としては、例えば、本願出願人の出願に基づいて公開された特開平１１−２６２９３８号公報等で周知のものを用いることができる。
【００２８】
［振動周波数］
前記超音波発振器から発振される超音波振動の振動モードは、前記樹脂材料に所定の振動（振幅及び振動数）を付与することができるものであればよく、縦振動、横振動、径振動、ねじれ振動のいずれか、又はこれらの複合振動でもよい。
超音波振動の周波数は、１ＫＨｚ〜１ＭＨｚが好ましく、成形時に樹脂材料に振動を有効に作用させるために、１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの範囲内で選択するのが好ましい。
また、超音波振動の最大振幅は、金型１０を構成する材料の疲労強度で決定される。例えば、ＳＵＳ系の材料で金型１０を構成している場合には、最大振幅は２０μｍ程度、ジュラルミンでは同４０μｍ程度、チタン合金では同１００μｍ程度とするのがよい。
【００２９】
［超音波振動付与のタイミング］
超音波振動付与のタイミングは、樹脂材料の射出開始直後から、製品キャビティ１７のゲートが、冷却した樹脂材料でシールされる間の任意の時である。なお、超音波振動を付与している間の充填完了直後に、図示しない成形機のノズルを閉じる（ノズルシャットする）ようにするとよい。
また、ダミーキャビティ１８及び製品キャビティ１７以外の空隙、この実施形態では、ダミーキャビティ１８やランナー１９等から、製品キャビティ１７に流入する樹脂材料が、製品キャビティ１７の全容積の０．１容量％〜５容量％、好ましくは、０．２容量％〜２容量％に相当する量になるように、超音波振動を付与するのが好ましい。
この量に達する時間は、製品となる製品の大きさにもよるが、製品が例えば眼鏡レンズである場合、充填開始から３０秒〜６０秒程度を目安とすることができる。この場合、眼鏡レンズが大きい場合は６０秒程度となり、眼鏡レンズが小さい場合は３０秒程度となる。
【００３０】
上記構成の金型を用いた成形装置による光学レンズ成形の手順を、図２を参照しながら説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、可動型１２を固定型１１に向けて移動させて型閉めを行う。
型閉め完了後、樹脂材料Ｍをスプルー１３からランナー１９をとおして、製品キャビティ１７に供給する。このとき、樹脂材料Ｍの一部が、ランナー１９をとおってダミーキャビティ１８にも供給される。
【００３１】
そして、図２（ｂ）に示すように、樹脂材料Ｍの充填開始直後から、前記超音発信器を駆動させて、振動子１５からダミーキャビティ１８に超音波振動を付与する。
この場合、製品キャビティ１７及びダミーキャビティ１８への樹脂材料Ｍの充填が完了した後も、一定時間（例えば４５秒間）加圧状態を保持し、この間、超音波振動の付与を継続するようにしてもよい。また、製品キャビティ１７及びダミーキャビティ１８への樹脂材料の充填が完了した後、ノズルを閉じ、保圧を行わないで、樹脂加圧を行いながら超音波振動の付与を行うようにしてもよい。なお、後者の場合は、製品の大きさに応じて一定時間（例えば６０秒間）、超音波振動の付与を継続するのが好ましい。
【００３２】
超音波振動の付与により、ダミーキャビティ１８の樹脂材料が加熱されて溶融し、製品キャビティ１７内に流入しようとする。（これを、この明細書では、「ポンプ効果」と称する）。そして、これにより、製品キャビティ１７に充填された樹脂材料Ｍが加圧され、歪みを少なくするとともに、転写性を向上させることができる。
製品キャビティ１７内の樹脂材料Ｍが冷却して製品キャビティ１７のゲートが冷却固化した時点で、超音波振動の付与を止め、図２（ｃ）に示すように可動金型１２を固定金型１１に対して離間方向に移動させて型開きを行い、製品Ｐを取り出す。取り出された製品Ｐには、製品部分Ｐａ（光学レンズとなる部分）とダミー製品部分Ｐｂとが形成されているので、次工程で製品部分Ｐａのみを分離する。
【００３３】
［第二の実施形態］
図３は、本発明の第二の実施形態にかかる成形装置の金型を説明する図で、（ａ）は金型の構成を説明する断面概略図、（ｂ）はキャビティが形成された可動型の平面図である。
なお、この第二の実施形態では、光学レンズとしての眼鏡レンズを成形する場合を例に挙げて説明する。
金型２０は、固定型２１と可動型２２とから構成されている。そして、可動型２２に、製品を成形するための製品キャビティ２７が複数形成されている。製品キャビティ２７の各々は、ランナー２９で連結されている。そして、固定型２１に形成されたスプルー２３を介して供給された樹脂材料が、ランナー２９を経て、製品キャビティ２７に充填され、所定形状の製品が成形されるようになっている。
【００３４】
ランナー２９の中間位置、この実施形態では、スプルー２３とランナー２９とが連通する部分に、樹脂溜まり２８が形成されていて、製品（眼鏡レンズ）の成形を行う際に、所定量の樹脂材料がこの樹脂溜まり２８に貯留されるようになっている。この樹脂溜まり２８の容積は、製品キャビティ２７の容積に対して３％以上とするのがよく、１０％以上とするのが好ましい。
ただし、６０％を超えると樹脂材料のロス量が多くなり、実用上好ましくないので、好ましくは３％〜６０％、より好ましくは１０％〜４０％の範囲内とするのがよい。
【００３５】
可動型２２には、樹脂溜まり２８に連通する貫通孔２２ｂが可動型２２の進退移動方向と同方向に形成されていて、この貫通孔２２ｂに振動体２５の一部が挿入されている。そして、この振動体２５の先端部２５ａが、樹脂溜まり２８の底部を形成している。
振動体２５は、可動型２２（固定型２１の反対側）に取り付けられた保持部材２２ａによって支持されている。また、振動体２５の側面には、超音波振動子２６が取り付けられている。
なお、振動体２５、超音波振動子２６、音波発振器及びその他振動付与のための基本構成は第一の実施形態と変わりがないので、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００３６】
超音波振動付与のタイミングは、第一の実施形態と同様としてもよいし、射出と同時としてもよい。また、第一の実施形態と同様に、樹脂溜まり２８やランナー２９から製品キャビティ２７に流入する樹脂材料が、製品キャビティ２７の全容積の０．１容量％〜５容量％、好ましくは、０．２容量％〜２容量％に相当する量になるように、超音波振動を付与するのが好ましい。
また、このような眼鏡レンズの成形方法は、前述の通り、本発明の成形方法、成形装置を用いることで得られるが、より好ましくは、更に眼鏡レンズの凸面が固定金型になるようにし、その固定金型に超音波振動を付与することである。
また、射出充填後に保圧をかけるよりも、ノズルシャットする方が、残留歪みを抑える点では好ましく、更に型締め力も高くする方が、歪み低減と設計通りのレンズ度数に近づく。保圧をかける場合は、型締め力を減らすと、残留歪みが小さくなる方向に進む。
【００３７】
次に上記第二実施形態において、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す金型を使用したメニスカス形状を有する眼鏡レンズの成形の好ましい手順について、図５のフローチャートとともに説明する。
尚、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、成形装置の金型の可動型２２と固定型２１の駆動状態及び製品キャビティ、樹脂溜まり、ランナーおよびスプルーを有するモールド構成体（２３，２７，２８，２９）と振動子２５の配置を説明している。
まず、成形しようとするレンズの種類に応じて、金型を選択する。
プラス度数レンズ成形の場合には、中心肉厚が周辺部より厚い製品キャビティを有する金型を、また、マイナス度数レンズ成形の場合には、中心肉厚が周辺部より薄い製品キャビティを有する金型を用意する。
【００３８】
ＳＴ（ステップ）１において、計量を行う。射出装置のホッパ（図示せず）に投入された原料樹脂を可塑化し、その可塑化された溶融樹脂を射出シリンダユニット内に導入して計量する。ここでは、製品キャビティ、樹脂溜まり、ランナーおよびスプルーを有するモールド構成体に必要な量の樹脂材料を計量する。
尚、計量は、初期操作後、連続成形中では、成形サイクルとしては、後述の冷却工程中に独立して操作されるのが一般的である。
【００３９】
ＳＴ２において、樹脂圧縮条件の設定を行う。これは、予め、適正な圧力を製品キャビティの樹脂に付加するために、成形されるレンズ特性（レンズ形状およびレンズ度数など）に応じて、型締め力を調整するためのものである。無論、この樹脂圧縮条件は樹脂特性に応じて変化させ、樹脂特性に対しては、すべての成形条件において考慮される。
ＳＴ３、ＳＴ４において、パーティングラインで型閉じを行うとともに製品キャビティ容積の設定を行う。即ち、予め設定した製品キャビティ容積設定位置まで可動型を前進させる。このとき、製品キャビティの容積（肉厚）は、成形されるレンズ容積（肉厚）、つまり、取出し製品の肉厚より大きく拡大された状態にある。
【００４０】
ＳＴ５において、射出を行う。計量工程によって計量された樹脂材料を射出ノズルの通路を通じてモールド構成体に射出する。つまり、射出装置の射出シリンダユニットに導入して計量した樹脂材料をスクリューの回転により射出する。すると、樹脂材料が射出ノズル、スプルーブッシュのスプルー、樹脂溜まり、ランナーおよびゲートを通じて製品キャビティ内に充填されていく。樹脂材料が製品キャビティに充填されるとき、射出速度は所定の速度に制御されている。また、製品キャビティは大きく拡大していることから、成形型との不適切な樹脂抵抗も発生せずに、射出充填が進行する。
【００４１】
このとき、図４（ｂ）に示すように、樹脂材料が樹脂溜まりに貯蔵される。また、樹脂材料の供給開始と同時に、超音波発信器を振動させて、振動子２５から樹脂溜まり２８内の樹脂材料に超音波振動を付与する。
ＳＴ６において、樹脂材料を型内に封じ込める。ノズルシャット機構（例えば、実用新案登録第２０４０１８８号、特許第３３９０７８１号）によって射出ノズルを直ちに閉じる。つまり、ノズルシャットピンをスプルー内に突出させて射出ノズルの通路先端を閉じる。これにより、樹脂材料は成形型内に封じ込められる。
【００４２】
ＳＴ７において、樹脂加圧を行う。成形装置の型締め装置（図示せず：例えば、前述の特許第３３９０７８１号）で圧縮を行い、成形型内に封じ込められた樹脂材料を圧縮、加圧する。
前述の超音波振動は、この工程まで（ＳＴ５〜ＳＴ７）継続するのが好ましい。特に、ノズルシャット機構を使用することにより、より超音波振動の効果を促進させることができる。
無論、ノズルシャット機構ではなく、保圧による方法も可能である。
即ち、製品キャビティ２７，２７に樹脂材料Ｍが充填された後、金型２０は圧縮状態を一定時間（例えば、充填完了直後にノズルシャットをした場合で６０秒、加圧状態を保持する場合は４５秒）維持し、この間、超音波振動を継続するのが好ましい。
【００４３】
ＳＴ８において、冷却を行う。これには、成形型の各部の温度が、成形するレンズ特性に応じて所定の設定された温度になるように、金型温度調節装置（図示せず）によって温度制御を行う。
キャビティに充填された樹脂は、圧縮された状態で冷却が進行していくにつれ、固化され、収縮されて、所定の製品形状に成形されていく。
ＳＴ９において、離型工程では、冷却工程終了後に、所定期間、可動型と固定型との相対位置が略一定に維持された状態で、製品キャビティ内の樹脂材料にかかる圧力を低下させ、この後、固定型に対して可動型を型開きさせる。ＳＴ１０において、そして、型が開かれ、製品がエジェクトされる。
【００４４】
この実施形態の成形金型２０によれば、製品の複数個取りを行うことができるので、生産効率に優れているという利点がある。
次に、前記製品の眼鏡レンズの表面処理方法について説明する。
眼鏡レンズとしては、物理的、化学的耐久性を付与させるために表面処理を施すことが好ましい。
ここでは、前記エジェクトされた製品がゲートカット処理され、円形の眼鏡レンズ形状になった状態での表面処理について説明する。
【００４５】
〔レンズの表面処理〕
表面処理層を形成する被膜は、ハードコート層、酸化物被覆層（反射防止膜）、耐衝撃層、撥水膜層、下地層等を少なくとも二種以上組み合わせた複合構造の被膜構成が好ましい。通常は、プラスチックレンズ基材上に、耐衝撃層、ハードコート層、酸化物被覆層（反射防止膜）、撥水膜層の膜構成か、ハードコート層、酸化物被覆層（反射防止膜）、撥水膜層の膜構成が一般的である。また、ハードコート層のみや密着性の補助などの機能性膜としての下地層を有する膜構成も存在する。
【００４６】
ハードコート層を形成する基質材料としては、アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、エポキシ系樹脂等があるが、特に有機ケイ素系被覆層が好ましく、例えば、下記一般式で示される有機ケイ素化合物および／若しくはその加水分解物を含むコーティング液、又は下記一般式で示される有機ケイ素化合物および／若しくはその加水分解物と酸化物微粒子とを含むコーティング液を基材上に塗布、硬化する。（例えば、特公平３−５１７３３号公報、ＷＯ９９／５７２１２公報等）
Ｒ^１ _ａ Ｒ^２ _ｂ Ｓｉ（ＯＲ^３ ）_{４−（ａ ＋ ｂ）}
【００４７】
（ここで、Ｒ^１ ，Ｒ^２ は炭素数が１〜１０のアルキル、アリール、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリール、アルケニル、またはエポキシ基、（メタ）アクリルオキシ基、メルカプト基、アミノ基、もしくはシアノ基を有する有機基でＳｉ−Ｃ結合によりケイ素と結合されるものであり、Ｒ^３は炭素数が１〜８のアルキル基、アルコキシアルキル基、アシル基、フェニル基、アリルアルキル基であり、ａおよびｂは０、１、または２であり、ａ＋ｂが１または２である。）
これらの有機ケイ素化合物は、一種のみならず二種以上を併用して使用することも充分可能である。
【００４８】
また、前記コーティング液に含まれる酸化物微粒子には、とくに制限はないが、例えば、ケイ素、アンチモン、チタン、アルミニウム、スズ、タングステン、ジルコニウム等が挙げられる。これらの酸化物微粒子は粒径が、例えば１〜３００ｎｍであり、該微粒子を水、有機溶媒またはこれらの混合溶媒に分散させたコロイド溶液の形で用いられ、硬化膜の屈折率、耐擦傷性を高め、さらに耐水性を向上させるためのものである。基材の屈折率に応じて、干渉縞が発現しないように、前記酸化物微粒子の種類を調製することが好ましい。
【００４９】
前記コーティング液は、反応を促進し、低温で硬化させるために、さらに硬化剤を含有することもできる。
例えば、具体的なコーティング液（屈折率１．５０程度）の調製および硬化被膜の形成方法は下記の通りである。
攪拌手段を備えたガラス製の容器にγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン４７重量部、熱可塑性ポリウレタン３２重量部、酢酸１０重量部、ジアセトンアルコール４０重量部を加え、攪拌しながら、０．１規定塩酸１２重量部を滴下する。滴下終了後、２４時間攪拌を行い、加水分解物を得る。ついで、イソプロピルアルコール分散シリカ微粒子（固形分３０％、平均粒子径１５ミリミクロン）１２０重量部、酢酸１０重量部、ジアセトンアルコール５６重量部を加え、２時間攪拌する。続いてプロピレングリコールモノメチルエーテル４８重量部、イソプロピルアルコール２４重量部、硬化剤としてアルミニウムアセチルアセトン５重量部、さらに滑剤としてシリコーン系界面活性剤０．３重量部を加え、十分攪拌した後、４８時間熟成を行い、コーティング液を調製する。
コーティング方法として、例えば、ディッピング方法、スピンコート方法等が好ましく用いられる。
【００５０】
反射防止膜は単層、多層ともに用いることができ、多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した膜構成が使用できる。被膜の酸化物被覆層では、単層または２層以上の金属酸化物被覆層である。酸化物を構成する金属成分としては、例えば、アルミニウム、セリウム、ハフニウム、インジウム、ランタン、ネオジウム、アンチモン、スカンジウム、ケイ素、タンタル、チタン、イットリウム、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００５１】
そして、真空蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング、イオンクラスタービーム蒸着等により成膜することができる。
例えば、具体的には、有機ケイ素系被覆層を施したレンズ基材、または被覆前の基材直接に、６．７×１０^−３Ｐａ以下の圧力でＳｉＯ_２を約０．５μの膜厚まで真空蒸着し、その上にＺｒＯ_２を約λ／１７（λは５５０ｍμ）蒸着してから、その上にＳｉＯ_２を、２物質の合計の光学的膜厚が約λ／４になるまで蒸着する。そして、その上にＺｒＯ_２をλ／２蒸着した後、その上にＳｉＯ_２をλ／４の膜厚になるまで蒸着して、酸化物被覆層である反射防止膜を有するプラスチックレンズを得る。
【００５２】
撥水膜層は反射防止膜上に形成することが効果的で好ましく、例えば、フッ素含有シラン系化合物をフッ素系溶媒に溶解して撥水性薄膜材料得て、該材料を多孔性材料の焼結フィルターに含浸させ、例えば、加熱温度：２００〜６００℃、真空蒸着装置内の真空度：１．３×１０^{− １}〜１０^{− ３}Ｐａ、蒸着速度：１×１０^−３ｍｇ／ｃｍ^２秒〜１×１０^−５ｍｇ／ｃｍ^２秒の製造条件下で加熱しながら真空蒸着にてプラスチック製光学部材上に成膜する。
耐衝撃膜層は、基材に直接、即ち、ハードコート層の下層に形成し、例えば、その材料としては熱可塑または熱硬化型のポリウレタン系樹脂を使用でき、塗布条件は、平均的には、例えば、１００℃〜１４０℃、膜厚０．０５〜８μｍ程度で用いられる。
【００５３】
［実施例］
第一の実施形態の金型を用いて眼鏡レンズを成形し、本発明の効果を検証した。眼鏡レンズ及び射出成形の諸条件は以下のとおりである。
樹脂材料：ポリカーボネート系樹脂
成形方法：射出圧縮成形（第一の実施形態の成形方法）
成形温度：２５０℃
眼鏡レンズ径：直径（２Ｒ）＝７７ｍｍ
眼鏡レンズ最小肉厚：１．４ｍｍ
眼鏡レンズ度数（目標度数）：−３．８４（Ｄ）
超音波振動周波数：１９ＫＨｚ
超音波振動の振幅：５μｍ
超音波振動の付与時間：６０ｓｅｃ
保圧圧力：８５ＭＰａ
加圧状態の保持時間： ４５ｓｅｃ
【００５４】
なお、比較例では、超音波振動を付与しない以外は上記の実施例と同一の条件で眼鏡レンズの射出成形を行った。
上記の実施例及び比較例の結果を以下の表に示す。
尚、評価方法は以下のとおりである。
【００５５】
〔歪評価方法〕
ヘイドン（ＨＥＩＤＯＮ）社の歪計（Ｓｔｒａｉｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を使用し、直交ニコル法により、目視で判定した。
判定基準は、歪計の透過窓での目視において、レンズの中心部半径３５ｍｍ以内の領域において、全体にわたり著しく、濃く着色のあるものを、「×」、光学的に着色が見られないものを、「○」とした。
【００５６】
〔度数評価方法〕
ＨＯＹＡ製 ＡＬ−３３００（自動レンズメータ）を使用して測定した。
目標度数に対して、±０．１２５（Ｄ）以内に入るものを、良品、それを超えるものを度数不良品として判定する。
尚、眼鏡レンズとしては、通常、レンズ度数は、０．２５（Ｄ）ピッチで設定されるが、本実施例では、その実用的なレンズ度数ではなく、任意の目標度数を設定し、それに対する偏差により、転写精度を評価した。
【００５７】
【表１】

【００５８】
このように、本発明によれば、歪み及び度数とも通常の射出圧縮成形に比較して大幅に向上した。従って、超音波振動付与による加熱作用とポンプ作用を利用しながら、製品キヤビティー内の溶融状態の樹脂材料に振動圧力を加えることにより、歪みの発生を効果的に抑制し、かつ、転写性も大幅に向上させることができるということを確認することができた。
【００５９】
本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態によりなんら限定されるものではなく、本発明の適用範囲内で種々に変更することが可能である。
例えば、上記の実施形態では射出圧縮成形装置を例に挙げて説明したが、本発明の方法及び成形装置は他の射出成形装置にも適用が可能である。
また、上記の第二の実施形態では、二つの製品キャビティ２７のほぼ中間のスプルー２３との連結部分に樹脂溜まり２８を設けているが、ランナー２９の途中部位であれば、これ以外の他の部位に形成してもよい。
【００６０】
また、図６は、ノズルシャット機構３０を用いた場合における好ましい樹脂溜まりの形状を示す斜視図である。図６において、第二の実施形態の金型と同一部材、同一部分には同一の符号を付している。なお、符号２７ａはゲート部である。この変形例では、前記第一の実施形態における金型の直径７７ｍｍのレンズに対して、樹脂溜まり２８はスプルー部２３とランナー部２９との結合部に形成され、この樹脂溜まり２８の擬似円形部の直径は２０ｍｍ〜４０ｍｍ、厚みは２ｍｍ〜４ｍｍのものが好ましく用いられる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、射出成形を行う際の圧力を高めたり、高精度な金型温度調整や冷却時間の調整を行うことなく、簡単な方法で転写性を飛躍的に向上させ、かつ、歪みをきわめて小さくして、高精度・高品質の製品、例えば眼鏡レンズのような光学レンズを成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる成形装置の金型を示す図で、（ａ）は金型の構成を説明する断面概略図、（ｂ）はキャビティが形成された可動型の平面図である。
【図２】第一の実施形態における製品成形の手順を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態にかかる成形装置の金型を示す図で、（ａ）は金型の構成を説明する断面概略図、（ｂ）はキャビティが形成された可動型の平面図である。
【図４】第二の実施形態における製品成形の手順を示す図である。
【図５】第二の実施形態における眼鏡レンズ成形のフローを示す図である。
【図６】樹脂溜まりの変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０ 金型
１１，２１ 固定型
１２，２２ 可動型
１３，２３ スプルー
１５，２５ 振動体
１６，２６ 超音波振動子
１７，２７ 製品キャビティ
１８ ダミーキャビティ
１９，２９ ランナー
２８ 樹脂溜まり

Claims (17)

1. 金型のキャビティに溶融状態の樹脂材料を充填し、冷却して所定形状の製品を得る成形方法において、
   前記製品を成形する製品キャビティと、ダミー製品を成形するダミーキャビティと、前記製品キャビティと前記ダミーキャビティとを連通接続するランナーとを有する金型を準備し、
   前記製品キャビティに前記樹脂材料を充填するとともに、前記ダミーキャビティの少なくとも一部に溶融状態の前記樹脂材料を供給し、
   前記ダミーキャビティの前記樹脂材料に、所定のタイミングで超音波振動を付与すること、
   を特徴とする超音波振動を利用した成形方法。
2. 金型のキャビティに溶融状態の樹脂材料を充填し、冷却して所定形状の製品を成形する成形方法において、
   前記製品を成形する複数の製品キャビティと、この製品キャビティを相互に連通接続するランナーと、前記ランナーの途中部位に設けられた樹脂溜まりとを有する金型を準備し、
   前記樹脂溜まりに前記樹脂材料を供給し、前記複数の製品キャビティの全てに前記樹脂材料を充填するとともに、
   前記樹脂溜まりの前記樹脂材料に、所定のタイミングで超音波振動を付与すること、
   を特徴とする超音波振動を利用した成形方法。
3. 前記所定のタイミングが、前記ダミーキャビティ又は前記樹脂溜まりの少なくとも一部に供給が開始された後であって、前記ランナー内の樹脂材料が所定の粘性を有している間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動を利用した成形方法。
4. 前記製品キャビティに樹脂材料を充填・圧縮した後、圧縮状態を保持している間に、前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波振動を利用した成形方法。
5. 前記ダミーキャビティ及び前記製品キャビティ以外の空隙から前記製品キャビティに流入する樹脂材料の量が、前記製品キャビティに充填される樹脂材料の０．１容量％〜５容量％となるように、前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波振動を利用した成形方法。
6. 前記樹脂材料の充填開始直後から、前記製品キャビティに連通するゲートがシールされるまでの間、前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波振動を利用した成形方法。
7. 前記樹脂材料の充填完了直後に、前記金型に樹脂材料を供給する成形機のノズルを閉じることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の超音波振動を利用した成形方法。
8. 前記製品が光学レンズである、請求項８に記載の超音波振動を利用した成形方法。
9. 前記光学レンズが眼鏡レンズであり、更に得られた眼鏡レンズに表面処理が施される工程を加えたことを特徴とする請求項７に記載の超音波振動を利用した成形方法。
10. 請求項８又は９に記載の成形方法により製造されたことを特徴とする光学レンズ。
11. 金型に形成したキャビティに、樹脂材料を充填・圧縮し、所定形状の製品を成形する成形装置において、
    製品を成形する製品キャビティと、ダミー製品を成形するダミーキャビティと、前記製品キャビティと前記ダミーキャビティとを連通接続するランナーとを有する金型と、
    前記ダミーキャビティの前記樹脂材料に、超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
    前記超音波振動手段による超音波振動の付与タイミングを制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする成形装置。
12. 金型に形成したキャビティに、樹脂材料を充填・圧縮し、所定形状の製品を成形する成形装置において、
    製品を成形する複数の製品キャビティと、この製品キャビティを相互に連通接続するランナーと、前記ランナーの途中部位に設けられた樹脂溜まりとを有する金型と、
    前記樹脂溜まりの前記樹脂材料に、超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
    前記超音波振動手段による超音波振動の付与タイミングを制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする成形装置。
13. 前記制御手段は、前記ダミーキャビティ又は前記樹脂溜まりの少なくとも一部に供給が開始された後であって、前記ランナー内の樹脂材料が所定の粘性を有している間のタイミングで前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の成形装置。
14. 前記制御手段は、前記製品キャビティに樹脂材料を充填・圧縮した後、圧縮状態を保持しているタイミングで、前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の成形装置。
15. 前記金型がランナーの他に、このランナーに連通するスプルーを有していることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の成形装置。
16. 前記樹脂溜まりが前記ランナーの中間に位置していることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の成形装置。
17. 前記製品が光学レンズである、請求項１１〜１６のいずれかに記載の成形装置。

Images