JP2008221612A - レンズ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】離型時の変形を防止し、適正に長尺の光学レンズを製造すること。
【解決手段】長手方向における断面形状がメニスカス形状であるレンズ部１７Ａと、レンズ部１７Ａの外側に位置する鍔部１７Ｂと、を有し、長手方向における最大長さＡと、短手方向における最大長さＢが６≦Ａ／Ｂ≦３０の関係式を満たす光学レンズ１７を製造する方法であって、レンズ部１７Ａの長手方向における断面形状が凸の側から、複数のエジェクターピン２０１で鍔部１７Ｂを押して光学レンズを金型から離型させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、金型の内部に溶融した樹脂材料を充填して光学レンズを製造するレンズ製造方法に関するものである。

近年、レーザービームプリンタ、レーザーファクシミリ等で使用されている光走査装置において、樹脂材料により成形したプラスチックレンズ（光学レンズ）が使用されている。光走査装置によって照射されるレーザビームによって感光体ドラム等に画像が書き込まれるため、高精度な画像を感光体ドラム等に書き込むためには高精度で製造したプラスチックレンズを使用する必要がある。

一般的に光走査装置に使用されるプラスチックレンズは長尺のものが多く、高精度なプラスチックレンズを成形により製造しようとすると、金型からの離型時にプラスチックレンズが変形しないよう、複数のエジェクターピンにより金型からプラスチックレンズを離型させることが必要である。そこで複数のエジェクターピンによりプラスチックレンズが押される箇所を確保するため、特許文献１に記載されているようにプラスチックレンズのの外周に鍔部を設けることが考えられる。その具体的な構成を図８に示す。

図８（ａ）はプラスチックレンズの平面図であり、図８（ｂ）はプラスチックレンズの一部分を示す斜視図である。

図８（ｂ）に示すようにプラスチックレンズ１０００の中央部には、光学機能を有するレンズ部１００１が設けられており、レンズ部１００１の長手方向における断面形状はメニスカス形状となっている。また、レンズ部１００１の外周には、プラスチックレンズ１０００の成形時にエジェクターピンにより押される鍔部１００２が設けられている。

このようにプラスチックレンズ１７の外周に複数のエジェクターピンが押される鍔部１００２を設けることによって、レンズ部１００１が離型時に変形することがなく、高精度なレンズ部１００１を有するプラスチックレンズ１０００を製造することが出来る。
特開２０００−１１１８２１号公報

図８に示すプラスチックレンズ１０００のレンズ部１００１を成形しようとする場合、例えば図９に示すような金型構造が考えられる。

図９はプラスチックレンズ１０００のレンズ部１００１における金型の断面図である。

プラスチックレンズ１０００の外形は金型２０００と金型３０００により成形されるが、プラスチックレンズ１０００のレンズ部１００１は金型４０００と金型５０００により成形される。図９で示すように、レンズ部１００１の一方の光学面１００１Ａは金型２０００の中に位置する金型４０００により成形され、レンズ部１００１の他方の光学面１００１Ｂは金型３０００の中に位置する金型５０００により成形される。

ここで、金型２０００等からプラスチックレンズ１０００を変形させずに離型させる方法を考えてみる。例えば、金型２０００、金型４０００に対して、金型３０００、金型５０００を図１０で示すようにｘ方向に移動させ、その後に不図示のエジェクターピンでプラスチックレンズ１０００を金型３０００、金型５０００から離型させる方法が考えられる。

金型３０００、金型５０００をｘ方向に移動させる際に、金型２０００及び金型４０００からプラスチックレンズ１０００を良好に離型させるためには、金型４０００の端部４０００Ａとプラスチックレンズの端部１０００Ａとの間の離型性を考慮する必要がある。

図１１にプラスチックレンズ１０００の端部１０００Ａの拡大図を示す。

金型４０００の端部４０００Ａとプラスチックレンズ１０００の端部１０００Ａとの離型性を向上させるためには、図１１で示す抜きテーパＴ１の角度をある程度確保する必要がある。また、鍔部１００２もエジェクターピンによって押されるため、一定の厚さが必要である。従って、鍔部１００２の厚さを一定に保ちながら離型性を考慮して抜きテーパＴ１の角度を大きくとってしまうとプラスチックレンズ１０００が長手方向に長くなってしまう。また、短手方向の断面形状が凹形状のレンズにおいては、レンズ部の厚みが少なく、離型時にプラスチックレンズが変形しやすいため、より高精度の製造が要求される。

そこで、本発明の目的は、製造される光学レンズが長手方向に長くなることを抑制し、離型時の変形を防止して適正に長尺の光学レンズを製造するレンズ製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るレンズ製造方法は、
長手方向における断面形状がメニスカス形状であり、短手方向における断面形状が凹形状であるレンズ部と、当該レンズ部の外側に位置する鍔部と、を有し、長手方向における前記鍔部を含めた最大長さＡと、短手方向における前記鍔部を含めた最大長さＢが６≦Ａ／Ｂ≦３０の関係式を満たす光学レンズを、成形によって製造するレンズ製造方法であって、
前記レンズ部の長手方向における断面形状が凸の側から、複数のエジェクターピンで前記鍔部を押し、成形した光学レンズを金型から離型させることを特徴とするものである。

本発明に係るレンズ製造方法によれば、製造される光学レンズが長手方向に長くなることを抑制し、離型時の変形を防止して適正に長尺の光学レンズを製造することが出来る。

まず、本発明に係るレンズ製造方法により製造したプラスチックレンズ（光学レンズ）を使用する光走査装置について説明する。

図１は光走査装置を示す斜視図である。

光走査装置１０は、ハウジング１１の中に、半導体レーザ１２、回転多面鏡１５、ｆθレンズ１６等が設置された構成となっている。

半導体レーザ１２から射出したレーザビームＬは、コリメートレンズ１３により平行光となり、第１結像光学系の第１シリンドリカルレンズ１４を透過して高速で回転する回転多面鏡１５に入射する。回転多面鏡１５で反射したレーザビームＬは、ｆθレンズ１６、第２シリンドリカルレンズ１７から成る第２結像光学系を透過して反射ミラー１８に入射し、感光体ドラム１に所定のスポット径で照射される。感光体ドラム１上への画像情報の書込は、レーザビームＬをインデックスセンサ１９で検知することにより、所定のタイミングで実行される。

第２シリンドリカルレンズ１７はトロイダル面や自由曲面を用いてもよいが、ここではこれらを総称して「シリンドリカルレンズ」と呼んでいる。

本発明に係るレンズ製造方法により製造したプラスチックレンズ（光学レンズ）を使用する光走査装置として、図１に示すような構成をとった場合、第２シリンドリカルレンズ１７は、短手方向に凹の形状であるため、短手方向すなわち副走査方向の集光力を得るために、少なくともｆθレンズ１６または反射ミラー１８のいずれかに、副走査方向に正の屈折力を付加する必要がある。

このように光走査装置１０によりレーザビームＬが照射されることにより、感光体ドラム１には潜像画像が書き込まれる。なお、本実施形態では感光体ドラム１にレーザービームＬを照射しているが、被照射体は感光体ドラムに限られず、感光体フィルム等の他の被照射体であってもよい。

図１における第２シリンドリカルレンズ１７は本発明に係るレンズ製造方法により製造したプラスチックレンズであり、金型の内部に溶融した樹脂材料を充填して成形される。

なお、本発明に係るレンズ製造方法により製造したプラスチックレンズを、図１に示す光走査装置１０では第２シリンドリカルレンズ１７に使用しているが、光走査装置に使用されるレンズであれば他のレンズに使用しても構わない。以下、第２シリンドリカルレンズ１７を単にプラスチックレンズ１７という。

図２はプラスチックレンズ１７の詳細図である。

図２（ａ）はプラスチックレンズ１７の斜視図、図２（ｂ）はプラスチックレンズ１７の正面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）におけるプラスチックレンズ１７のＣ−Ｃ断面図、図２（ｄ）はプラスチックレンズ１７の側面図である。図２（ｅ）は、図２（ａ）におけるＤ部分の断面図である。

図２（ｂ）で示すように、プラスチックレンズ１７の中央部には光学機能を有するレンズ部１７Ａが設けられている。また、レンズ部１７Ａの外側には箱状に鍔部１７Ｂが設けられている。レンズ部１７Ａの長手方向における断面形状は、図２（ｃ）で示すようにメニスカス形状となっており、図２（ｃ）における上方向に凸形状となっている。また、レンズ部１７Ａの短手方向における断面形状は図２（ｅ）で示すように凹形状となっている。

プラスチックレンズ１７を金型により成形する場合は、鍔部１７Ｂをエジェクターピンで押すことによりプラスチックレンズ１７が金型から離型される。プラスチックレンズ１７を製造するレンズ製造方法については後述する。

図２（ｄ）で示すように、プラスチックレンズ１７の外周面には同一面上にレンズ位置決め部１７Ｃ〜１７Ｅが形成されている。レンズ位置決め部１７Ｃは突起形状となっており、プラスチックレンズ１７を光走査装置１の設置台２０（図１参照）に設置する際の基準となる（つまり、位置決めの基準となる）。

また、レンズ位置決め部１７Ｄと１７Ｅもプラスチックレンズ１７を設置台２０に設置する際の基準となり、レンズ位置決め部１７Ｄと１７Ｅはプラスチックレンズ１７の走査（光学レンズの光軸）方向に略平行な面を有する。鍔部底面に略垂直な面を有するとも言える。プラスチックレンズ１７の設置台２０への設置を容易にするため、レンズ位置決め部１７Ｄ、１７Ｅの長さαとプラスチックレンズ１７の高さβとの関係は以下の関係式を満足することが好ましい。
１／３≦α／β≦２／３ ・・・（１）
より好ましくは、以下の関係式を満たすことである。
１／２≦α／β≦２／３ ・・・（１）’
プラスチックレンズ１７の外周面には、３つのレンズ位置決め部が設けられているが、少なくとも２つ以上あれば、良好にプラスチックレンズ１７を設置台２０に設置させることが出来る。尚、レンズ位置決め部は、光学レンズを短手方向から見た際に（図２（ｄ）の状態）、光学レンズの長手方向中心（１７Ｃの位置）と光学レンズ端部との中間の位置よりも、光学レンズ端部よりの位置に、シンメトリに設けられていることが好ましい。また、レンズ位置決め部の光学レンズ長手方向の長さγは、１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることが好ましい。

プラスチックレンズ１７は長尺のレンズであり、図２（ａ）に示すようにプラスチックレンズ１７の長手方向における鍔部１７Ｂを含めた最大長さＡと、短手方向における鍔部１７Ｂを含めた最大長さＢとの関係が以下の（２）式を満たす形状である。
６≦Ａ／Ｂ≦３０ ・・・（２）
副走査方向の長さを小さくするためには、以下の（２）’式を満たす形状とする事が好ましく、更に好ましくは、以下の（２）”式を満たす形状である。
１０≦Ａ／Ｂ≦３０ ・・・（２）’
２０≦Ａ／Ｂ≦３０ ・・・（２）”
また、凹形状の曲率は大きくなり過ぎない事が好ましい。より具体的には、レンズ部短手方向中央における光軸方向の距離（図２（ｅ）におけるＹ）と、レンズ部短手方向端部における光軸方向の距離（図２（ｅ）におけるＹ’）とが以下の関係式を満たすことが好ましい。

０．９≦Ｙ／Ｙ’＜１ ・・・（３）
次にプラスチックレンズ１７を金型により製造する方法を詳しく説明する。

図３及び図４はプラスチックレンズ１７の長手方向における金型の断面図である。

プラスチックレンズ１７の外形は基本的に第１金型１００と第２金型２００により成形される。プラスチックレンズ１７におけるレンズ部１７Ａの成形に関しては後述する。

第１金型１００と第２金型２００が接触する位置で溶融した樹脂材料がゲート４０１よりキャビティ３００に射出され充填される。溶融した樹脂材料の充填はランナー４００及びゲート４０１を経路として実行される。図３で示すように、プラスチックレンズ１７の長手方向の端部に相当する箇所から金型の内部に溶融した樹脂材料を充填し、プラスチックレンズ１７のレンズ部から樹脂材料を充填するようにする。このようにすれば、後述の抜きテーパＴの条件を満足させることで、レンズ部におけるウエルドを防止することが可能である。

充填された樹脂材料がある程度冷却されると、第１金型１００に対して第２金型２００がａ方向に移動し、図４に示すように第１金型１００と第２金型２００が離間する。５００はプラスチックレンズ１７のレンズ部１７Ａを成形するための第３金型であり、第１金型１００と第２金型２００が離間することにより図４のように見える状態となる。

第１金型１００と第２金型２００が離間した状態ではプラスチックレンズ１７は第２金型２００側に残っている。その後、図４に示すｂ方向に複数のエジェクターピン２０１がプラスチックレンズ１７の鍔部１７Ｂを押すことにより、プラスチックレンズ１７が第２金型２００から離型される。

プラスチックレンズ１７におけるレンズ部１７Ａの成形に関しては図５〜図７を用いて説明する。

図５はプラスチックレンズ１７のレンズ部１７Ａにおける金型の断面図である。

プラスチックレンズ１７の外形は図３及び図４で説明したように第１金型１００と第２金型２００により成形されるが、プラスチックレンズ１７のレンズ部１７Ａは第３金型５００と第４金型６００により成形される。図５で示すように、レンズ部１７Ａの一方の光学面１７１Ａは第１金型１００の中に位置する第３金型５００により成形され、レンズ部１７Ａの他方の光学面１７２Ａは第２金型２００の中に位置する第４金型６００により成形される。

図６はプラスチックレンズ１７の短手方向における金型の断面図である。

プラスチックレンズ１７は、レンズ部１７Ａの短手方向（図２（ａ）で示すＢの方向）における断面形状が負の屈折力を有する形状となっている。

図６でも分かるようにプラスチックレンズ１７の鍔部１７Ｂは第１金型１００と第２金型２００により成形され、プラスチックレンズ１７のレンズ部１７Ａは第３金型５００と第４金型６００により成形される。またプラスチックレンズ１７の鍔部１７Ｂを複数のエジェクターピン２０１が押す構造になっている。エジェクターピン２０１により押される鍔部１７Ｂの厚さｔは１．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下である。

複数のエジェクターピン２０１によるプラスチックレンズ１７の突き出しが行われるため、第２金型２００にはプラスチックレンズ１７に接触する箇所に抜きテーパＴが設置されている。抜きテーパＴは第２金型２００からの離型性、レンズ部１７Ａのウエルド等の観点から、３°以上１０°以下であることが好ましく、特に５°以上９°以下であることが好ましい。

改めて図７に基づいてレンズ製造方法を説明する。

充填された樹脂材料がある程度冷却されると、第１金型１００、第３金型５００に対して、第２金型２００、第４金型４００がａ方向に移動し、その後、複数のエジェクターピン２０１（図３及び図４参照）がプラスチックレンズ１７の鍔部１７Ｂをｂ方向に押すことにより、プラスチックレンズ１７が第２金型２００及び第４金型４００から離型される。

第３金型５００の中央部５００Ａはレンズ部１７Ａ側に凸形状となっている。しかし、レンズ部１７Ａの中央部はなだらかな曲面であるため、複数のエジェクターピンによらなくても第３金型５００に対してプラスチックレンズ１７は離型しやすい。

一方、第４金型６００の端部６００Ａはプラスチックレンズ１７の端部に深く入り込んでおり、プラスチックレンズ１７の端部において離型性が悪い。しかし、レンズ部１７Ａの長手方向における断面形状が凸の側に複数のエジェクターピン３１（図３及び図４参照）を設け、その複数のエジェクターピン３１でプラスチックレンズ１７の鍔部１７Ｂを押して、プラスチックレンズ１７を第４金型６００から離型させるようにする。このようにすれば、複数のエジェクターピン３１によりプラスチックレンズ１７が平行に押されるため、第４金型６００の端部６００Ａにおける抜きテーパの角度をそれほど確保する必要がなく、またプラスチックレンズ１７の端部を変形させないで第４金型６００からプラスチックレンズを離型させることが出来る。つまり、プラスチックレンズ１７が長手方向に長くなることを抑制し、離型時の変形を防止して適正に長尺のプラスチックレンズを製造することが出来る。

特に図６で示すようにレンズ部１７Ａの短手方向における断面形状が負の屈折力を有する形状（凹形状）では、レンズ部１７Ａの厚みが少なく、離型時にプラスチックレンズが変形しやすいため、当該レンズ製造方法はそのようなプラスチックレンズに対して効果的である。

本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、本発明は当該実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

光走査装置を示す斜視図である。 プラスチックレンズの詳細図である。 プラスチックレンズの長手方向における金型の断面図である。 プラスチックレンズの長手方向における金型の断面図である。 プラスチックレンズのレンズ部における金型の断面図である。 プラスチックレンズの短手方向における金型の断面図である。 プラスチックレンズのレンズ部における金型の断面図である。 外周に鍔部を設けたプラスチックレンズの説明図である。 プラスチックレンズのレンズ部における金型の断面図である。 プラスチックレンズのレンズ部における金型の断面図である。 プラスチックレンズが金型から離型する際の状態を示す説明図である。

符号の説明

１７ プラスチックレンズ
１７Ａ レンズ部
１７Ｂ 鍔部
１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ 位置決め部
１００ 第１金型
２００ 第２金型
２０１ エジェクターピン
５００ 第３金型
６００ 第４金型

Claims (2)

1. 長手方向における断面形状がメニスカス形状であり、短手方向における断面形状が凹形状であるレンズ部と、当該レンズ部の外側に位置する鍔部と、を有し、長手方向における前記鍔部を含めた最大長さＡと、短手方向における前記鍔部を含めた最大長さＢが６≦Ａ／Ｂ≦３０の関係式を満たす光学レンズを、成形によって製造するレンズ製造方法であって、
   前記レンズ部の長手方向における断面形状が凸の側から、複数のエジェクターピンで前記鍔部を押し、成形した光学レンズを金型から離型させることを特徴とするレンズ製造方法。
2. 光学レンズの長手方向における端部に相当する箇所から前記金型の内部に溶融した樹脂材料を充填する請求項１項に記載のレンズ製造方法。

Images