JP2005345853A - 光学素子、射出成形金型及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、光学素子取付時の操作ミスを防ぎ、正確な位置決めを実現すると同時に、光学素子を加工するときの離型時の変形を抑制できる、光学素子、射出成形金型及び光学装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の光学素子は、長尺な光学素子の短手方向有効面外の所定の位置に光学素子の長手方向の位置を規制する位置決め用凸部が設けられている。更に、本発明の光学素子は、位置決め用凸部の光学素子の短手方向と直交し、相対する２つの面の少なくとも一方の面が光学素子を成形するときの金型からの離型が容易な方向に傾斜している傾斜面部と、この傾斜面部と隣接し、光学素子の長手方向と直交して相対する２つの面が光学素子を成形するときの金型から離型する方向と各々平行である平面部とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学素子、射出成形金型及び光学装置に関し、詳細にはデジタル複写機及びレーザビームプリンタ等の光書き込み系に用いられるプラスチック光学素子に関するものである。

レーザ方式のデジタル複写機、プリンタ、又はファクシミリ装置の光書き込みユニットには、レーザビームの結像、及び各種補正機能を有する長尺な矩形状のレンズ、或いはミラー等の光学素子が用いられている。近年、これらの光学素子は、製品のコストダウンの要求でガラスからプラスチック製へと変化し、また複数の機能を最小限の素子で補うため、その転写面形状も球面のみならず複雑な非球面形状を有するようになってきている。

従来、このような長尺のプラスチック光学素子には、その短手方向有効面外の所定の位置に、光学ハウジングに対する長手方向を位置決めするための凸部が設けられている。この位置決め用凸部は、上述したように、短手方向有効面外に形成されるが、プラスチック光学素子の厚肉化を防ぐためなるべく薄くなるように形成される。一方、このようなプラスチック光学素子は通常所望の形状に加工された金型キャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、冷却後金型内に備えられたエジェクタピンによって離型する射出成形方法で作製される。この場合、位置決め用凸部は前述したように形状が小さく薄いため他部分と比較して残圧が残った状態で急冷固化されてしまう。従って、長尺光学素子を金型から離型させる際に、位置決め用凸部が金型キャビティ食らい付きやすくに、凸部はもちろん、その近傍の光学有効面までも変形させてしまうといった問題が生じる。

このような問題を解決するために、特許文献１では、図８の（ａ）に示すように、長尺レンズ１の位置決め用凸部２の１平面のみを成形時に離型する方向と平行な平面部３とし、対向する面を傾斜面部４とすることで離型時の抵抗を軽減させ、上述した離型時の変形を回避させることが提案されている。なお、この場合は離型方向と平行な平面部３のみを光学ハウジングの位置決めピン５に突き当てることで長手方向を位置決めしている。
特開平１１−１８３８１９号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、長尺レンズ１の位置決めが、位置決め用凸部２の平面部３だけを光学ハウジングの位置決めピン５に突き当てることで行われるため、組み付け時の操作ミスが生じやすい。特に、板バネ等の弾性部材で短手方向の規制をしたり、接着剤で光学ハウジングに固定しようとするときに、位置決めピンへの突き当てが不十分であると、図８の（ｂ）に示すように長尺レンズが図中の矢印Ａの方向にずれ、容易に光学ハウジングの位置決めピン５と長尺レンズ１の位置決め用凸部２の平面部３の間に空隙ｄが生じた状態のまま組み付けられてしまうといった組み付けミスが発生する。また、位置決め用凸部２の片側だけに傾斜面部４を設けているために、平面部３と傾斜面部４の離型時の抵抗が位置決め用凸部２の左右で異なり、成形品である長尺レンズを射出成形装置から取り出す様子を示す断面図である図９からわかるように、長尺レンズ１は射出成形装置の金型から傾いて取り出されてしまい、その際長尺レンズ１が変形してしまう。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、光学素子取り付け時の操作ミスを防ぎ、正確な位置決めを実現すると同時に、光学素子を加工するときの離型時の変形を抑制できる、光学素子、射出成形金型及び光学装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の光学素子は、長尺な光学素子の短手方向有効面外の所定の位置に光学素子の長手方向の位置を規制する位置決め用凸部が設けられている。更に、本発明の光学素子は、位置決め用凸部の光学素子の短手方向と直交し、相対する２つの面の少なくとも一方の面が光学素子を成形するときの金型からの離型が容易な方向に傾斜している傾斜面部と、この傾斜面部と隣接し、光学素子の長手方向と直交して相対する２つの面が光学素子を成形するときの金型から離型する方向と各々平行である平面部とを有することに特徴がある。よって、位置決め用凸部のくらいつき力を軽減し、光学素子を金型から離型するときの変形を防ぐことができる。

また、位置決め用凸部の平面部は光学素子の長手方向の位置決め面であることにより、光学素子長手方向を正確に位置決めすることができる。

更に、平面部の間隔と、光学素子が搭載される光学ハウジングに設けられた２箇所の位置決め用部材の間隔との差が、光学素子の光学ハウジングに対する長手方向位置ずれが許容される公差以下となるように平面部の間隔を設定する。よって、組み付け時のミスをなくし、より確実に光学素子の長手方向の位置決めを実行うことができる。

また、位置決め用凸部から等間隔の位置に、光学素子を成形するときの金型のエジェクタピンを受けるための受け部を設けたことにより、光学素子が金型から傾いて離型されるのを防ぎ、光学素子を金型から離型するときの変形を防ぐことができる。

更に、位置決め用凸部の先端部における光学素子の短手方向の幅が０．５ｍｍ以上であることにより、位置決め用凸部が座屈したり、その先端部が欠落し異物となることを防ぐことができる。

また、位置決め用凸部が光学素子の長手方向の略中央部に形成されていることにより、環境変動における寸法変化の影響を小さくすることができる。

更に、少なくとも光学素子の短手方向有効面外の両側にリブ部が一体に形成され、リブ部上に位置決め用凸部が形成されていることにより、光学素子の歪みを低減することができる。

また、リブ部の先端と位置決め用凸部の境界に平坦部を設けることにより、金型構造上、光学素子の離型方向にアンダーカットになることを確実に防ぎ、変形のない光学素子を提供できる。

更に、別の発明としての射出成形金型は、上記光学素子を加工するための金型の光学面が加工される部材と同一部材に、光学素子の長手方向の位置決め面を転写するための転写面が形成されていることに特徴がある。よって、位置決め用凸部とレンズ面の位置関係を常に一定とすることが可能な射出成形金型を提供できる。

また、別の発明としての光学装置は、光学素子における位置決め用凸部の平面部が光学ハウジングに設けられた２箇所の位置決め用部材間に勘合され、光学素子の長手方向が光学ハウジングに位置決めされて搭載されることに特徴がある。よって、組み付け時のミスをなくし、より確実に光学素子の長手方向の位置決めを実行うことができる。

更に、位置決め用凸部の平面部の間隔と、光学ハウジングに設けられた２箇所の位置決め用部材の間隔の差が、光学素子の光学ハウジングに対する長手方向位置ずれが許容される公差以下であることにより、組み付け時のミスをなくし、より確実に光学素子の長手方向の位置決めを実行うことができる。

本発明によれば、光学素子取り付け時の操作ミスを防ぎ、正確な位置決めを実現すると同時に、光学素子を加工するときの離型時の変形を抑制できる。

図１は本発明の第１の実施の形態例に係る光学素子を示す断面図である。また、図１の（ｂ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であり、図１の（ｃ）は図１の（ｂ）中の円内の拡大断面図である。なお、本実施の形態例の光学素子として長尺レンズを例として説明する。同図において、図８と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図の（ａ）に示すように、長尺レンズ１の長手方向の略中央部には長手方向の位置決め用凸部２が形成されており、位置決め用凸部２の長尺レンズ１の長手方向と直交する２つの面には平面部３がそれぞれ形成されている。一方、図１の（ｂ）及び図１の（ｃ）に示すように、位置決め用凸部２の長尺レンズ１の短手方向と直交し、かつレンズ面７側には傾斜面部４を有している。また、位置決め用凸部２の先端部には、短手方向の幅Ｗ、例えば１．０ｍｍの平坦部８が形成されている。

図２は本発明の光学素子を射出成形するための射出成形金型を示す断面図である。なお、図２の（ｂ）は図２の（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図であり、図２の（ｃ）は図２の（ｂ）中の円内の拡大断面図である。同図において、本発明の射出成形金型を用いた射出成形工程においては、所定のレンズ形状に加工されたキャビティ１０を有し、図示しないゲートより溶融樹脂を射出充填し、冷却後型開きし、エジェクタピン１１によって長尺レンズ１を離型方向に離型される。ここで、図２の（ａ）に示すように、前述した位置決め用凸部２の平面部３は、金型９から長尺レンズ１を離型する方向に平行であり、一方、図２の（ｂ）及び図２の（ｃ）に示すように、傾斜面４は射出成形金型１３を構成する金型９から離型し易い方向に傾斜している。また、金型９に備えられている複数のエジェクタピン１１は、少なくとも位置決め用凸部２より同間隔（Ｌ１＝Ｌ２）を隔てて備えられ、またそれぞれのエジェクタピン１１を受ける受け部（図示せず）が設けられている。また、位置決め用凸部２の平面部３を形成するための転写部（図示せず）は、キャビティ１０を構成する部材中、レンズ面７が加工された、射出成形金型１３を構成する部材（以下金駒と称す）１２と同一部材に加工されている。

図３は本発明の光学素子を搭載する光学装置の一例を示す概要平面図である。同図において、図１及び図８と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図３の光学装置の一例として光走査装置を示すものとする。同図に示すように、半導体レーザ１４より出射されたレーザ光１５は、ポリゴンミラー１６に照射され反射、偏光される。その後、ポリゴンミラー１６によって等角速度に偏光されたレーザ光１５はｆθレンズ１７、本発明の光学素子である長尺レンズ１を通過して感光体１８上に結像される。図示しない光学ハウジング上には長尺レンズ１の長手方向を位置決めするため立てられた２本の位置決めピン５が配置されており、長尺レンズ１は位置決め用凸部２を光学ハウジングに配置された２本の位置決めピン５の間に勘合させことによって位置決めされている。

図４は光学ハウジング上に位置決めされた長尺レンズの位置決め用凸部の拡大平面図である。同図に示すように、位置決め用凸部２の幅Ｗ_１と２本の位置決めピン５の間隔Ｗ_２との差（Ｗ_２−Ｗ_１）は、設計上の長尺レンズ１の長手方向の公差以下になるように定められている。

以上説明したように、本実施の形態例の光学素子によれば、位置決め用凸部２には、金型９から離型し易い方向に傾斜した傾斜面部４が設けられているため、長尺レンズ１が金型９から離型される時の応力が軽減される。また、長尺レンズ１の位置決め用凸部２の傾斜面部４は光学面７側にあり、長手方向に対しては対象形状になっている。更には、長尺レンズ１を離型するためのエジェクタピン１１が位置決め用凸部２に対して対称（等間隔）な位置に設けられ、かつエジェクタピン１１を受けるための受け部が設けられているため、離型時のバランスが傾いて離型されるといった問題が生じない。よって、長尺レンズ１を金型９から離型するときに位置決め用凸部２がキャビティ１０に食らい付いてレンズ面７や位置決め用凸部２自体が変形するといった問題を防ぐことが可能で、高精度なレンズ面を維持できる。なお、位置決め用凸部２の傾斜面部４を図５に示すようにレンズ面７側と対向する面にも設けてもかまわないが、本実施の形態例のように少なくともレンズ面側７のみにあれば十分な効果が得られる。

また、長尺レンズ１の位置決め用凸部２は、レンズ面７側に傾斜面部４を有するため、その平坦部８の短手方向が肉薄となる。平坦部８があまり薄すぎると、位置決め用凸部２自体が座屈したり、離型時もしくはレンズ組み付け等の取り扱い時に平坦部８が削れて異物となるが、平坦部８の短手方向の幅を少なくとも０．５ｍｍ以上、望ましくは本実施の形態例のように１．０ｍｍにすることでこのような問題を回避できる。

更に、プラスチックは、温度、湿度等の環境変動によって寸法が大きく変化する。そこで、本実施の形態例においては、長手方向の位置決め用凸部２が長尺レンズ１の略中央部に設けられているため、前述した環境変動における寸法変化は、基準位置に対して小さくすることができ、その影響を最も小さくできる。つまり、長尺レンズ１の片端に基準を持ってきた場合は、他端の環境変動による寸法変化量が非常に大きくなる。

また、位置決め用凸部２の平面部３は、光学ハウジング取り付け時の位置決め面となるため、当然レンズ面７との位置関係が常に一定である必要がある。本発明においては、平面部３を転写するための転写部が、レンズ面７が加工された金駒１２と同一部材に加工されているため、金型の組み付け誤差等によって平面部３とレンズ面７の位置関係がずれることがなく、正確な位置決めを実現できる。

更に、長尺レンズ１の位置決め用凸部２が、光学ハウジングに配置された２本の位置決めピン５の間に勘合され、かつ位置決め用凸部２の幅Ｗ_１と、２本の位置決めピン５の間隔Ｗ_２の差は、設計上の長手方向の公差以下になるように定められている。従って、位置決め用凸部２を２本の位置決めピン５の間に勘合後は、公差範囲以上動くことがないため、板バネ等の弾性部材で短手方向の規制をしたり、接着剤で光学ハウジングに固定しようとするときに、長尺レンズ１が動くことがなく、確実に位置ずれなく設置することができる。なお、本実施の形態例では、光学ハウジングに位置決め用ピン５を設けたが、これに限らず例えば光学ハウジング上に予め位置決め用の溝を設けておいても良い。また、本実施の形態例の説明では、長尺レンズ１のみについて行ったが、図３に示すように、同様にｆθレンズ１７のような光学レンズに適用してもその効果を得ることができる。

図６は本発明の第２の実施の形態例に係る光学素子を示す断面図である。また、図６の（ｂ）は図６の（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図であり、図６の（ｃ）は図６の（ｃ）中の円内の拡大断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本実施の形態例の光学素子も長尺レンズを例として説明する。

同図の（ａ）に示すように、長尺レンズ１のレンズ面７の外周部にはリブ部１９が備えられており、リブ部１９上の長手方向には略中央部に位置決め用凸部２が形成されており、第１の実施の形態例と同様に位置決め用凸部２の長尺レンズ１の長手方向と直交する２つの面には平面部３が形成されている。一方、図６の（ｂ）及び図６の（ｃ）に示すように、レンズ面７側には傾斜面部４を有しており、リブ部１９と位置決め用凸部２の境界には平坦部２０を有している。

このような構成を有する本実施の形態例によれば、レンズ面７の外周部にリブ部１９を設けることで補強効果があり、自重による変形や金型から離型するときの離型抵抗による変形を防ぐことができることはもちろんだが、更にリブ部１９上に位置決め用凸部２を設けることで、長尺レンズ１成形時の歪みを低減することができる。前述したように、位置決め用凸部２は薄肉であるため残圧が残った状態で急冷固化され、位置決め用凸部２近傍で光学歪みが生じるが、本発明によれば位置決め用凸部２をリブ部１９上に設けることで、レンズ面７から遠ざけることが可能となる。従って、上述した歪みの影響をレンズ面７に及ぼすのを防ぐことができる。また、図６の（ｃ）に示すように、リブ部１９のレンズ面７側にも傾斜面部２１を形成することで、リブ部１９に対する金型から離型するときの離型から抵抗を軽減することができる。

次に、図７は長尺レンズのリブ部及び位置決め用凸部を転写するための転写面が加工された金駒の断面斜視図である。前述したように、図２の（ａ）の金駒１２には、長尺レンズ１のレンズ面７を転写する転写面２２も加工されている。図６に示すように、リブ部１９は、レンズ面７の長手方向に沿って形成されているが、位置決め用凸部２は、レンズ面７の長手方向の一部に形成されている。従って、図７の（ａ）に示すように、型部材２３の加工は、レンズ面７に沿ってリブ部１９の転写するための転写部２４を加工した後に、図７の（ｂ）に示すように、位置決め用凸部２を転写するための転写部２５を加工する。その場合、図７の(ｂ)に示すように、リブ部１９の転写面２４と位置決め用凸部２の転写面２５の境界２６を「０」に合わすことは困難である。一方、位置決め用凸部２の転写面２５を加工するときに、少しでも、工具位置が狙いの境界２６から金駒１２方向にずれると、図７の（ｃ）に示しように、長尺レンズ１を金型９から離型する時にアンダーカットとなり、大きな変形を招いてしまう。従って、図７の（ｄ）に示すように、境界２６に、「０」を超える平坦部２７を設けることにより、長尺レンズ１を金型９から離型する時に生じる大きな変形を防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態例に係る光学素子を示す断面図である。 本発明の光学素子を射出成形するための射出成形金型を示す断面図である。 本発明の光学素子を搭載する光学装置の一例を示す概要平面図である。 光学ハウジング上に位置決めされた長尺レンズの位置決め用凸部の拡大平面図である。 位置決め用凸部の別の構造を示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態例に係る光学素子を示す断面図である。 長尺レンズのリブ部及び位置決め用凸部を転写するための転写面が加工された金駒の断面斜視図である。 従来の光学素子を示す断面図である。 従来における長尺レンズを射出成形装置から取り出す様子を示す断面図である。

符号の説明

１；長尺レンズ、２；位置決め用凸部、３；平面部、
４，２１；傾斜面部、５；位置決めピン、６；
７；レンズ面、８，２０，２７；平坦部、９；金型、
１０；キャビティ、１１；エジェクタピン、１２；金駒、
１３；射出成形金型、１４；半導体レーザ、１５；レーザ光、
１６；ポリゴンミラー、１７；ｆθレンズ、１８；感光体、
１９；リブ部、２２；転写面、２３；型部材、
２４，２５；転写部、２６；境界。

Claims (11)

1. 長尺な光学素子の短手方向有効面外の所定の位置に、前記光学素子の長手方向の位置を規制する位置決め用凸部が設けられた光学素子において、
   前記位置決め用凸部の前記光学素子の短手方向と直交し、相対する２つの面の少なくとも一方の面が前記光学素子を成形するときの金型からの離型が容易な方向に傾斜している傾斜面部と、
   該傾斜面部と隣接し、前記光学素子の長手方向と直交し、相対する２つの面が前記光学素子を成形するときの金型から離型する方向と各々平行である平面部と
   を有することを特徴とする光学素子。
2. 前記位置決め用凸部の前記平面部は、前記光学素子の長手方向の位置決め面である請求項１記載の光学素子。
3. 前記平面部の間隔と、前記光学素子が搭載される光学ハウジングに設けられた２箇所の位置決め用部材の間隔との差が、前記光学素子の前記光学ハウジングに対する長手方向位置ずれが許容される公差以下となるように前記平面部の間隔を設定する請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記位置決め用凸部から等間隔の位置に、前記光学素子を成形するときの金型のエジェクタピンを受けるための受け部を設けた請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
5. 前記位置決め用凸部の先端部における前記光学素子の短手方向の幅が０．５ｍｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子。
6. 前記位置決め用凸部が前記光学素子の長手方向の略中央部に形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
7. 少なくとも前記光学素子の短手方向有効面外の両側にリブ部が一体に形成され、前記リブ部上に前記位置決め用凸部が形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子。
8. 前記リブ部の先端と前記位置決め用凸部の境界に平坦部を設ける請求項７記載の光学素子。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子を加工するための金型の光学面が加工される部材と同一部材に、前記光学素子の長手方向の位置決め面を転写するための転写面が形成されていることを特徴とする射出成形金型。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子が、該光学素子における前記位置決め用凸部の前記平面部が、光学ハウジングに設けられた２箇所の位置決め用部材間に勘合され、前記光学素子の長手方向が前記光学ハウジングに位置決めされて搭載されることを特徴とする光学装置。
11. 前記位置決め用凸部の前記平面部の間隔と、前記光学ハウジングに設けられた２箇所の位置決め用部材の間隔の差が、前記光学素子の光学ハウジングに対する長手方向位置ずれが許容される公差以下である請求項１０記載の光学装置。
    
    

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