JP2006168285A

JP2006168285A - プラスチック光学素子、入れ子、金型、光走査装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2006168285A
Application number: JP2004366856A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Hayashi; 英一林
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: JP4827406B2

Abstract

【課題】現状の光学性能を維持しつつ、光学的な外観不良を低減し、量産性を向上したプラスチック光学素子、これを有する光走査装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】主走査方向に鍔部２ａを有する長尺状のプラスチック光学素子Ａにおいて、光線有効部１ａと前記鍔部２ａの一部が同一の入れ子３により成形されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ、またはファクシミリ装置の光学走査系、ビデオカメラ等の光学機器に適用されるプラスチック光学素子、とくに、高精度な光学鏡面を有する厚肉、偏肉形状のプラスチック走査レンズ等のプラスチック成形品、光走査装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、レーザ方式のデジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の走査光学系の光学ユニットには、レーザビームの結像及び各補正機能を有する光学素子（レンズ、ミラー）が用いられることが知られている（例えば、特許文献１乃至４参照）。
近年、これら光学素子においては、非球面の採用による光学性能の向上や複雑な形状が成形可能な射出成形法や射出圧縮成形法の採用によるコストダウンが進んでいる。
特許文献１には、プラスチック成形品及びその成形方法が、特許文献２には、プラスチック成形品及びその成形方法が、そして特許文献３には、プラスチック成形品の成形方法及びプラスチック成形品の成形用金型が開示されている。
前述の射出成形法や射出圧縮成形法などを含むプラスチック成形では、一般に、金型のキャビティ内の溶融樹脂を冷却固化させる工程において、キャビティ内の樹脂圧力と樹脂温度、つまり金型の温度分布を均一化することが所望の形状に精度よく成形するのに望ましい。
しかし、仮に、樹脂温度が均一でない場合、つまり金型に局所的な金型温度分布がある場合は、熱収縮量が部位により異なり、結果として外観不具合であるヒケが発生する。
この問題を解決するため、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填するさい、溶融樹脂の射出圧力を大きくして射出充填量を多くすることが考えられるが、その場合、プラスチック成形品の内部ひずみ、とくに、薄肉部での内部ひずみが大きくなり光学性能などに悪影響を及ぼす恐れがある。
加えて、成形対象物が長尺、偏肉形状の光学素子である場合、レンズ厚の違いにより、部位による樹脂の冷却速度、つまり熱収縮量が異なり、長手方向全域の金型温度分布を均一化することが必要であることから外観不具合であるヒケの発生率は高くなる。
そのような長尺、偏肉形状の光学素子における特徴的なヒケの態様として、光線有効部の主走査方向の端部、つまり光線有効部と鍔部の入れ子の間隙付近において発生するヒケがある。前記ヒケは、主に、従来の入れ子構成、つまり光線有効部と鍔部の入れ子が別部材で構成される場合に発生する。そのようなヒケの発生メカニズムとしては、キャビティへ溶融樹脂を射出充填するさいの、部材の間隙からのエアの巻き込みが、局所的な金型温度の低下或いは密着力の低下を生み、結果として局所的な熱収縮、つまり外観不具合であるヒケを発生させると推測される。また、ヒケ以外にも、気泡といった外観不具合が前記部材の間隙付近に発生するが、これもヒケ同様、間隙からのエアの巻き込みが原因と推測される。

また最近では、長尺、偏肉のプラスチック光学素子を樹脂内圧や内部歪みが残存することなく、薄肉成形品と同程度の生産コストかつ高精度に成形する方法として特許文献１に提案されているような、転写面以外の位置に凹形状や凸形状の不完全転写を設けることが提案されている。
転写面以外の面の一部に凹形状を形成する具体的な方法としては、特許文献４及び特許文献３に提案されているように、前記非転写面を含む面を形成するキャビティ駒に少なくとも１つ以上の通気口と、前記通気口に連通して成形品に圧縮気体を付与する少なくとも１つ以上の連通口を設け、前記連通口には金型外部に設けた圧縮気体供給装置を連結し、転写面及びキャビティ駒によって少なくとも１つ以上のキャビティが画成された１対の金型を準備する。
前記金型を樹脂の軟化温度未満に加熱保持し、前記キャビティ内に軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填し、次いで、前記転写面に樹脂圧力を発生させて樹脂を前記転写面に密着させた後、前記樹脂を軟化温度以下に冷却するときに、前記通気口からキャビティ内の樹脂に圧縮気体を付与して、樹脂と前記通気口が設けられたキャビティ駒の間に強制的に空隙を画成することにより、非転写面を形成する方法などがある。
特開２０００−８４９４５公報特開２００２−３３７１７８公報特開平１１−２８７４５号公報特開２０００−１４１４１３公報

しかしながら、前記成形法を用い、かつ従来の入れ子構成、つまり光線有効部と鍔部の入れ子が別部材で構成される場合、光線有効部の主走査方向の端部、つまり光線有効部と鍔部の入れ子の間隙付近におけるヒケの発生頻度が通常に比べ増加する。
この変化は、付与した圧縮気体が、光線有効部と鍔部の入れ子の間隙から光線有効部に廻り込み、局所的な金型温度の低下或いは密着力の低下を生むことが原因と推測される。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、現状の光学性能を維持しつつ、光学的な外観不良を低減し、量産性を向上したプラスチック光学素子、これを有する光走査装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光線有効部を備えた転写面を備えた光学素子本体と、該光学素子本体の主走査方向に設けた鍔部と、を有する長尺状のプラスチック光学素子において、前記光線有効部と前記鍔部の一部が同一の入れ子により成形されたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、光線有効部を備えた転写面を備えた光学素子本体と、該光学素子本体の主走査方向に設けた鍔部と、を有する長尺状のプラスチック光学素子において、光線有効部を含む転写面と前記鍔部の一部が同一の入れ子により成形されたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記鍔部にリブを有する請求項１または２記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記リブが前記入れ子の端部に設けられた凹部により形成される請求項３記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、光線有効部を含む転写面にリブを有する請求項１乃至４のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記リブがその延長線上である鍔部にも設けられる請求項５記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記光線有効部と前記鍔部の一部が同等の精度で加工されている請求項１乃至６のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、透明樹脂材料で成形される請求項１乃至７のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、透明樹脂材料で成形され、かつｆθレンズである請求項１乃至８のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９記載のプラスチック光学素子を成形するのに使用する入れ子を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の入れ子を構成部品とした金型を特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を搭載した光走査装置を特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を有する光走査装置を搭載した画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、光線有効部と鍔部の一部を同一の入れ子により転写形成することにより、キャビティへ溶融樹脂を射出充填するさいの、部材の間隙からのエアの巻き込みを低減、つまり局所的な金型温度の低下或いは密着力の低下を防止し、結果として局所的な熱収縮、つまり外観不具合であるヒケを低減させる。
また、前記入れ子の構成は、同様の要因により発生する気泡の発生率も低減させる。さらに、上記改善の効果は、キャビティへ溶融樹脂が充填され、最もエアを巻き込み易いゲート側においてより大きいことも確認されている。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明によるプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第１の実施の形態を示す概略斜視図である。図２は入れ子中のプラスチック光学素子（ｆθレンズ）を示す概略断面図である。
図１及び図２において、プラスチック光学素子Ａは光線有効部１ａ、光線有効部１ａを含む転写面１ｂ、鍔部２ａ、この鍔部２ａの１部分２ｂ（同一の入れ子によって形成された領域：点線枠内）を含んでいる。図２中、符号３は一体化された入れ子、そして符号４は入れ子を示している。
本発明の構成、動作を第１の実施の形態に基づいて説明する。プラスチック光学素子Ａとして、カラーレーザビームプリンタの光走査装置の構成部品であるｆθレンズに関して説明する。
本発明は、光線有効部１ａを備えた転写面１ｂを備えた光学素子本体１Ａと、該光学素子本体１Ａの主走査主走査方向に連設した鍔部２ａと、を有する長尺状のプラスチック光学素子Ａにおいて、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部が同一の入れ子４により成形された点が特徴的である。
ｆθレンズが、光線有効部１ａと鍔部２ａの１部分２ｂが同一の入れ子３により成形されている場合、キャビティＣへ溶融樹脂を射出充填するさいの、部材の間隙からのエアの巻き込みを低減、つまり局所的な金型温度の低下或いは密着力の低下を防止し、結果として局所的な熱収縮、つまり外観不具合であるヒケを低減でき、また、前記入れ子４の構成は、同様の要因により発生する気泡の発生率も低減させる。
図３は光線有効部１ａを含む転写面１ｂと鍔部２ａの１部分２ｂが同一の入れ子（図２の入れ子３）により成形されている場合を示す概略図である。この場合も上記と同様に、キャビティへ溶融樹脂を射出充填するさいの、部材の間隙からのエアの巻き込みを低減、つまり局所的な金型温度の低下或いは密着力の低下を防止し、結果として局所的な熱収縮、つまり外観不具合であるヒケを低減できる。また、上記改善の効果は、キャビティへ溶融樹脂が充填され、最もエアを巻き込みやすいゲート側においてより大きいことも確認されている。

図４は本発明によるプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第２の実施の形態を示す概略斜視図である。図５は入れ子中のプラスチック光学素子（ｆθレンズ）を示す概略断面図である。図４及び図５において、このプラスチック光学素子Ａは鍔部２ａにリブ５を有している。
鍔部２ａにリブ５を有し、かつ前記リブ５を前記入れ子６の端部に設けられた凹部６ａにより形成することにより、部材の間隙からのエアの巻き込みがさらに低減し、外観不具合であるヒケ及び気泡を低減できる。図中、符号６はリブ５を有する一体化された入れ子を示している。
図６は本発明によるプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第３の実施の形態を示す概略斜視図である。図７は入れ子中のプラスチック光学素子（ｆθレンズ）を示す概略断面図である。
また、長尺、偏肉のプラスチック光学素子を樹脂内圧や内部歪みが残存することなく、薄肉成形品と同程度の生産コストかつ高精度に成形する方法として特許文献１に提案されているような、転写面以外の位置に凹形状や凸形状の不完全転写を設けることが提案されている。
図６及び図７において、光線有効部１ａと鍔部２ａの一部を同一の入れ子４とし、かつリブ７を、光線有効部１ａを含む転写面１ｂの幅方向両サイドに沿った領域、及び鍔部２ａの幅方向両サイド上に沿った領域に細幅帯状に設けることにより、最も懸念されるエアの側面方向からの巻き込みが低減し、ヒケを低減できる。図中、符号８はリブ７を有する一体化された入れ子を示している。

図８は本発明によるプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第４の実施の形態を示す概略斜視図である。図８のプラスチック光学素子Ａは光線有効部１ａと鍔部２ａの一部を同一の入れ子４により形成し、かつリブ７を、光線有効部１ａを含む転写面１ｂ及び鍔部２ａの外周全体を包囲するように設け、この鍔部２ａの１部分２ｂ（同一の入れ子によって形成された領域：点線枠内）を含んでいる。
以上のように、本発明により、現状の光学性能を維持しつつ、光学的な外観不良を低減し、量産性を向上したプラスチック光学素子を提供することが可能となる。
本発明によれば、光線有効部１ａを含む転写面１ｂと鍔部２ａの一部２ｂを同一の入れ子４にて成形し、鍔部２ａにリブ５を有することにより、部材の間隙からのエアの巻き込みがさらに低減し、外観不具合であるヒケ及び気泡を低減できる。さらに、前記リブ５を前記入れ子４の端部に設けられた凹部により形成することにより、その効果をさらに高めることができる。
本発明によれば、光線有効部１ａを含む転写面にリブ７を設けることにより、エアの側面方向からの巻き込みが低減し、外観不具合であるヒケ及び気泡を低減できる。さらに、前記リブ７を転写面１ｂ上から鍔部２ａ側へ延長した領域に亘って延在させることにより、その効果をさらに高めることができる。また、光線有効部１ａと前記鍔部２ａの一部を同等の精度で加工することにより、樹脂と入れ子の密着力が増し、外観不具合であるヒケを低減できる。
前記成形品に使用される樹脂としては、透明性が要求される光学素子を成形する場合には、軟化温度がそのガラス転移温度である非晶性樹脂、例えば、ポリメタアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式アクリル樹脂、環状ポリオレフィンコポリマ等を使用することができる。また、光学素子以外の用途であれば、軟化温度がその融解温度である結晶性樹脂を使用することも可能である。
本発明によれば、上述した入れ子を含む金型によって成型されたプラスチック光学素子Ａを搭載することによって光走査装置を、かつ前記光走査装置を搭載することによって画像形成装置をコストダウンすることができる。

本発明によるプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第１の実施の形態を示す概略斜視図である。入れ子中のプラスチック光学素子（ｆθレンズ）を示す概略断面図である。光線有効部を含む転写面と鍔部の１部分が同一の入れ子により成形されている場合を示す概略図である。本発明によるプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第２の実施の形態を示す概略斜視図である。入れ子中のプラスチック光学素子（ｆθレンズ）を示す概略断面図である。本発明によるプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第３の実施の形態を示す概略斜視図である。入れ子中のプラスチック光学素子（ｆθレンズ）を示す概略断面図である。本発明によるプラスチック光学素子（ｆθレンズ）の第３の実施の形態を示す概略斜視図である。

符号の説明

Ａプラスチック光学素子
１ａ光線有効部
１ｂ光線有効部を含む転写面
２ａ鍔部
２ｂ鍔部の一部
３一体化された入れ子
４入れ子
５鍔部のリブ
６リブを有する一体化された入れ子
７転写面のリブ
８リブを有する一体化された入れ子

Claims

光線有効部を備えた転写面を備えた光学素子本体と、該光学素子本体の主走査方向に連設した鍔部と、を有する長尺状のプラスチック光学素子において、前記光線有効部と前記鍔部の一部が同一の入れ子により成形されたことを特徴とするプラスチック光学素子。
光線有効部を備えた転写面を備えた光学素子本体と、該光学素子本体の主走査方向に設けた鍔部と、を有する長尺状のプラスチック光学素子において、光線有効部を含む転写面と前記鍔部の一部が同一の入れ子により成形されたことを特徴とするプラスチック光学素子。
前記鍔部にリブを有することを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光学素子。
前記リブが前記入れ子の端部に設けられた凹部により形成されることを特徴とする請求項３記載のプラスチック光学素子。
前記光線有効部を含む転写面にリブを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のプラスチック光学素子。
前記リブが連設配置された前記鍔部にかけて延在していることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光学素子。
前記光線有効部と前記鍔部の一部が同等の精度で加工されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のプラスチック光学素子。
透明樹脂材料で成形されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のプラスチック光学素子。
透明樹脂材料で成形され、かつｆθレンズであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のプラスチック光学素子。
請求項１乃至９記載のプラスチック光学素子を成形するのに使用することを特徴とする入れ子。
請求項１０に記載の入れ子を構成部品としたことを特徴とする金型。
請求項１乃至９のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を搭載したことを特徴とする光走査装置。
請求項１乃至９のいずれか１項記載のプラスチック光学素子を有する光走査装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。