JP2009045816A - プラスチック成形品の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、転写面を高精度に得ることができる、プラスチック成形品の製造方法及びその製造装置を提供する。
【解決手段】 本発明のプラスチック成形品の製造方法によれば、樹脂の軟化温度以下の温度に加熱したキャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填する際に用いる転写面を形成する第１の入子の転写面形状と、第１の入子の転写面に接触して冷却された樹脂と転写面との間に空隙を形成させ後樹脂の表層部に転写面を密着させる際に用いる第２の入子の転写面形状が異なる。
【選択図】 図１

Description

本発明はプラスチック成形品の製造方法及びその製造装置に関し、詳細には表面に高精度な回折パターン、微細パターンを有するプラスチック光学素子の製造方法に関する。

デジタル複写機、プリンタなどのレーザ方式の画像機器の光走査光学系に用いられるレンズ、あるいはプロジェクタに用いられる投影レンズなどの光学素子は、製品のコストダウンの要求から、ガラス製のものからプラスチック製のものへと変化している。これらの光学素子は、複数の機能を最小限の光学素子で補うため、その光学面の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。

また、プラスチックレンズの場合には、その形状はレンズ厚さが厚く、レンズ厚が一定ではない偏肉形状であるものが多い。それらのレンズの製造方法は、製造コストが低く、大量生産に適した射出成形法を用いるのが一般的である。しかし、レンズ厚さが一定ではない偏肉形状のプラスチックレンズを射出成形法で製造した場合、レンズ厚さの偏差によって、金型内に充填された樹脂の冷却速度がレンズの長手方向の各部で異なり、レンズ内部に熱応力が発生し、内部歪みとなる。そのため、プラスチックレンズを金型から取り出した後、プラスチックレンズの場所により樹脂の収縮率差が生じ、高精度な光学面を有するプラスチックレンズを得ることができない。また、プラスチックレンズの薄肉部やゲート近傍では、高圧下で樹脂が急冷されるため、レンズ内部の熱応力、内部歪みが非常に大きくなり、光学特性としては複屈折が大きくなってしまう問題点があった。

このような射出成形法の問題点を改善する方法として、金型内で樹脂をガラス転移温度以上に加熱して、レンズ内部に生じる熱応力を充分に緩和させた後、徐冷して樹脂が固化した状態でプラスチックレンズを金型から取り出す方法がいくつか提案されている。その一つとして、特許文献１では、予め作製した樹脂母材を金型に挿入し、ガラス転移温度以上に加熱溶融して、樹脂内圧を発生させた後にゆっくり冷却する方法が提案されている。また、特許文献２には、樹脂のガラス転移温度以上に加熱された金型に、樹脂を射出・充填し、一定時間保持した後、ガラス転移温度以下まで冷却して成形品を取り出す方法が提案されている。更に、特許文献３には、キャビティ間に樹脂を保持した状態で、そのガラス転移温度以上に加熱保持し、樹脂が受ける圧力が変化しないように、外部からの圧力を調整しながら樹脂のガラス転移温度近傍まで冷却する方法が提案されている。これらの従来の方法によれば、プラスチックレンズが偏肉形状でも、レンズ内部の熱応力が非常に小さいため、内部歪みも小さく、光学面の形状精度が良いプラスチックレンズを得ることができる。

しかし、上記従来の方法においては、樹脂のガラス転移温度以上にまで金型を加熱した後、徐冷するといった工程を必要とするため、非常に成形サイクルが長くなる上、多大な電力を消費するため、コストが非常に高くなる欠点がある。

そこで、この欠点を解決するために提案された特許文献４について図面を用いて以下に説明する。図５の（ａ）に示すように、金型１０１，１０２の一方に、転写面１０３以外の面１０４に対応させて、摺動自在な可動入子１０５を設け、金型１０１，１０２内へ溶融状態の樹脂１０６を射出充填し、次いで転写面１０３に樹脂圧力を発生させて樹脂１０６を転写面１０３に密着させる。その後、樹脂１０６を軟化温度以下まで冷却する過程において、図５の（ｂ）に示すように、可動入子１０５を樹脂１０６から離隔する方向に移動させることにより、樹脂１０６と可動入子１０５の間に強制的に空隙１０７を形成させている。よって、特許文献４のプラスチック成形品の製造方法によれば、空隙に面している非転写面では、金型壁面との密着力が働かないことにより、樹脂が冷却とともに優先的に収縮するため、図５の（ｂ）に示すように、非転写面にヒケ（凹形状、または凸形状、もしくはその両方の場合もあり）を発生させることができる。そのため、非常に低圧で金型内に樹脂を射出充填しても、転写面に、ヒケが発生することはない。低圧で成形することにより、内部歪みが小さく、光学面の形状精度が良いレンズを得ることができる。

一方、近年では、光学素子において、光学面に微細パターンを形成させることにより、新たな機能を付加する試みがなされている。例えば、図６の（ａ）、図６の（ｂ）に示すように、光学面に光源波長の数倍の回折パターン１１１を形成することにより、レンズ効果を持たせた回折レンズ１１０がある。このように、光学面に回折パターンを形成することにより、光学系における収差の改善、波長選択性を与えることができる。

また、図７に示すプロジェクタに用いられる投影レンズなどの丸レンズや、図８に示すレーザ方式の画像機器（デジタル複写機、プリンタなど）の光走査光学系などに用いられる光走査レンズ（ｆθレンズ）の光学面に、図７に示すような光源波長より小さいピッチの格子、柱、ピット、円錐、Ｖ溝などが配列された微細構造を設けることがある。これは屈折率を有する薄膜が存在することと等価となるため、微細構造の配列や構造を工夫することにより、反射防止機能が付加できることが知られている。

従来、レンズの光学面からの反射光がゴーストやフレアの原因となり、画像機器の画質を劣化させる。そこで、光学面からの反射光を抑制するために、レンズを成形後に反射防止膜を真空蒸着していた。しかし、前述の微細構造をレンズの光学面に形成させることにより、真空蒸着の工程が不要となり、コストを大幅に低減することができる。

一般的な射出成形法では、成形サイクルを短くするため、使用する樹脂の軟化温度以下で一定温度に保持された金型に、溶融樹脂を射出充填し、樹脂を急冷固化させることにより成形品を製造している。しかし、前述のように光学面に回折パターン、あるいは光源波長以下の微細パターンを有する光学素子を射出成形法で製造しようとすると、金型内に溶融樹脂が射出充填されるともに、金型壁面に接触して急冷されるため、金型の回折パターン、微細パターンへ樹脂を完全に充填できないという問題点が生じる。

このような回折パターン、微細パターンの転写に対して、下記の方法が従来より提案されている。先ず、特許文献５には、樹脂をガラス転移温度＋１０℃〜＋１５０℃の範囲でプレス加工して、金型の回折パターン、微細パターンを転写させる方法が提案されている。また、特許文献６には、金型に熱伝導率が小さい材料を用いることによって、樹脂の冷却を遅らせて、金型の回折パターン、微細パターンを転写させる方法が提案されている。更に、特許文献７には、金型内に樹脂を充填した後、金型を樹脂のガラス転移温度以上に加熱して、押圧することによって、金型の回折パターン、微細パターンを転写させる方法が提案されている。また、特許文献８には、金型を光透過性材料で構成し、光エネルギーを照射することにより、樹脂をガラス転移温度以上に加熱することによって、金型の回折パターン、微細パターンを転写させる方法が提案されている。
特許第２，７９９，２３９号明細書 特許第３，５３０，６１３号明細書 特開２０００−２５１２０号公報 特許第３，５１２，５９５号明細書 特開２００３−２１１４７５号公報 特開２００４−２８４１１０号公報 特開２００５−０４９８２９号公報 特開２００５−２０５８６０号公報

しかし、上記特許文献５、７に関しては、上記特許文献１〜特許文献３と同様に、金型を樹脂のガラス転移温度以上に加熱後、冷却するといった工程が必要であるため、成形サイクルが長くなり、コストが高くなる欠点がある。また、上記特許文献６に関しては、金型に熱伝導率が小さい材料を用いることによって、樹脂が冷却されにくくなり、金型の回折パターン、微細パターンの転写を促進させようとしているが、金型温度は樹脂の軟化温度以下で一定温度に保持されているため、樹脂は金型内を流動しながら冷却が進み、ゲートから離れた場所では樹脂温度が低下しているため、微細パターンの充填は難しい。また、金型全体を熱伝導率が小さい材料で構成しているため、樹脂の冷却が遅くなり、成形サイクルが長くなる欠点もある。更に、特許文献８に関しては、金型材料がサファイア、シリコンなどの光透過性材料に限定され、それらの材料は金属よりもはるかに高価である上、さらに材料強度が低いため、成形圧力が制限され、微細パターンの充分な転写が得られない。

そこで、光学面に回折パターン、微細パターンを高精度に転写して、内部歪みが小さい光学素子を、短い成形サイクルで得ることができるプラスチック光学素子の製造方法が提案されている。

そのプラスチック光学素子の製造方法は、転写面を形成する入子を摺動自在な構造とした金型を、使用する樹脂の軟化温度以下に加熱した状態で、金型キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する。その後、転写面を形成する入子を後退させることにより、入子の転写面と入子の転写面に接触して冷却された樹脂との間に、空隙を形成させる。この時、樹脂の熱伝導率は非常に小さいため、金型キャビティ中心部の樹脂は、まだ高温状態となっている。また、空隙は樹脂よりさらに熱伝導率が小さいため、熱が金型キャビティ中心部の高温側から、低温側の転写面側へ伝わるにつれ、空隙に接している樹脂の温度は上昇して、再溶融する。その後、入子の転写面を樹脂に再密着させ、加圧することにより、転写面、回折パターン、微細パターンを有する転写面を高精度に転写する方法である。この方法は、金型温度を上昇させることなく、射出成形法と同等の成形サイクルで、高精度な光学素子を得ることができる。

しかし、この方法にも下記に示すような問題点が生じている。図９に示すように、金型キャビティ内に溶融状態の樹脂１２１を射出充填した後、圧力制御・駆動装置１２２によって回折パターンの転写面１２３を形成する可動入子１２４を後退させて、可動入子１２４の転写面１２３と樹脂１２１との間に空隙を形成させる時に、可動入子１２４の転写面１２３と樹脂１２１との密着力が大きく、樹脂１２１が転写面１２３から剥がれずに付着する問題が生じた。更に、転写面１２３と対向する側の樹脂１２１が固定入子１２５の光学鏡面の転写面１２６から剥離してしまう場合もある。特に、光学素子の転写面に形成される回折パターン、微細パターンの、パターン寸法が非常に微細になった場合や、パターン寸法のアスペクト比の値が大きくなった場合などに、その問題が顕著に生じた。ここで、パターン寸法のアスペクト比とは、図１０に示すように、柱、ピット、円錐、Ｖ溝などの高さをＨ、周期をＰとすると、Ｈ／Ｐと定義されるものである。その原因は、光学素子の光学面に非常に微細で高アスペクト比な微細パターンを有していることにより、光学面と樹脂との接触面積が大幅に増大することと、高アスペクト比になることにより離型抵抗が増大することで、入子の転写面と樹脂との密着力が大幅に増大するためである。そのため、樹脂から転写面を有する入子を後退させるためには大きな力が必要となるが、大きな力で無理に、転写面を有する入子を後退させようとすると、金型キャビティ中心部の樹脂温度はまだ高く、小さな力でも変形してしまうため、樹脂が入子の転写面に付着したまま入子が後退して、樹脂全体が大きく変形してしまう。

また、樹脂が可動入子の転写面に付着したまま可動入子が後退すると、図１１に示すように、樹脂１３１が回折パターン、微細パターンを形成する可動入子１３２の転写面から樹脂１３１が急冷される状態が継続する。また、金型キャビティ内に溶融状態の樹脂１３１を射出充填すると、樹脂１３１は可動入子１３２の転写面の回折パターン、微細パターンの凹部、溝部などへ不完全であるが充填しているため、樹脂１３１と可動入子１３２の転写面の接触面積が、転写面に回折パターン、微細パターンが形成されていない転写面と比較して大きくなり、さらに樹脂１３１が急冷されてしまう。すると、図１１のＡ’点に示すように、可動入子の転写面に接触して冷却された樹脂との間に、空隙を形成させて、金型キャビティ中心部からの熱伝導により、空隙に接している樹脂を再溶融させる工程において、図１２の（ａ）に示すように温度上昇が小さく、樹脂の粘度低下が小さくなってしまう。そのため、図１２の（ｄ）に示すように、可動入子１３２の転写面を樹脂１３１に再密着させ、加圧しても、回折パターン、微細パターンを有する金型転写面に十分に充填ができず、高精度な転写ができなくなってしまう問題点が生じた。

この問題点は、転写面の面積が大きい成形品の場合、転写面の偏肉度が大きい形状の場合などでも、転写面を形成する可動入子を後退させて、可動入子の転写面と樹脂との間に空隙を形成させる時に、可動入子の転写面と樹脂との密着力が大きく、樹脂が転写面から剥がれずに付着するため、空隙に接している樹脂を再溶融させる工程において、温度上昇が小さく、樹脂の粘度低下が小さくなってしまうため、同様に生じた。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、転写面を高精度に得ることができる、プラスチック成形品の製造方法及びその製造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、少なくとも１つ以上の転写面を有するキャビティを形成する金型を用い、樹脂の軟化温度以下の温度に加熱したキャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填して転写面に密着させた後、転写面に接触して冷却された樹脂と転写面との間に空隙を形成させた状態で軟化温度以上である樹脂の中心部の熱を利用して転写面に接触して冷却された樹脂を再溶融させた後、樹脂の表層部に転写面を再密着させ、樹脂を軟化温度以下まで冷却して金型から離型させる、本発明のプラスチック成形品の製造方法において、樹脂の軟化温度以下の温度に加熱したキャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填する際に用いる転写面を形成する第１の入子の転写面形状と、第１の入子の転写面に接触して冷却された樹脂と転写面との間に空隙を形成させ後樹脂の表層部に転写面を密着させる際に用いる第２の入子の転写面形状が異なることに特徴がある。よって、転写面に形成される回折パターン、微細パターンのパターン寸法が非常に微細な場合、あるいはパターン寸法のアスペクト比の値が大きい場合、転写面の面積が大きい場合などのプラスチック成形品に適用可能で、転写面を高精度に得ることができる。

また、第１の入子の転写面の総面積より、第２の入子の転写面の総面積が大きい。よって、空隙を形成させるために可動入子を後退させる際の密着力は小さくなるため、樹脂が可動入子に付着して変形することなく、可動入子を容易に後退させることができる。そのため、可動入子の転写面と樹脂との間に、空隙を確実に形成することができる。そして、空隙は熱伝導率が非常に小さいため、熱が金型キャビティ中心部の高温側から、低温側の転写面側へ伝わるにつれ、空隙に接している樹脂の温度は上昇して、再溶融する。

更に、第１の入子の転写面形状の高低差より、第２の入子の転写面形状の高低差が大きい。よって、空隙を形成させるために可動入子を後退させる際の接触面積が小さくなり密着力は低減するため、樹脂が可動入子に付着して変形することなく、可動入子を容易に後退させることができる。そのため、可動入子の転写面と樹脂との間に、空隙を確実に形成することができる。そして、空隙は熱伝導率が非常に小さいため、熱が金型キャビティ中心部の高温側から、低温側の転写面側へ伝わるにつれ、空隙に接している樹脂の温度は上昇して、再溶融する。

また、第１の入子の転写面が粗面で、第２の入子の転写面が光学鏡面であることにより、金型製作費を低減させることができる。

更に、第１の入子の転写面が平面もしくは曲面の光学鏡面で、第２の入子の転写面が平面上もしくは曲面上に微細な凹凸パターンが形成されている光学鏡面であることが好ましい。
また、第１の入子の転写面が平面もしくは曲面の粗面で、第２の入子の転写面が平面上もしくは曲面上に微細な凹凸パターンが形成されている光学鏡面である。よって、空隙を形成させるために可動入子を後退させる際の密着力は小さくなるため、樹脂が可動入子に付着して変形することなく、可動入子を容易に後退させることができる。そのため、可動入子の転写面と樹脂との間に、空隙を確実に形成することができる。そして、空隙は熱伝導率が非常に小さいため、熱が金型キャビティ中心部の高温側から、低温側の転写面側へ伝わるにつれ、空隙に接している樹脂の温度は上昇して、再溶融する。

更に、別の発明としてのプラスチック成形品の製造装置は、少なくとも１つ以上の転写面を有するキャビティを形成する金型を用い、樹脂の軟化温度以下の温度に加熱したキャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填して転写面に密着させた後、樹脂を軟化温度以下まで冷却して金型から離型させる。そして、本発明のプラスチック成形品の製造装置は、樹脂の軟化温度以下の温度に加熱したキャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填する際に用いる転写面を形成する第１の入子を前進させて固定する手段と、第１の入子の転写面に接触して冷却された樹脂と転写面との間に空隙を形成するために第１の入子を後退させる手段と、軟化温度以上である樹脂の中心部の熱を利用して転写面に接触して冷却された樹脂を再溶融させた後、第１の入子の転写面形状が異なる第２の入子をさせて樹脂の表層部に第２の入子の転写面を再密着させる手段とを有することに特徴がある。よって、転写面に形成される回折パターン、微細パターンのパターン寸法が非常に微細な場合、あるいはパターン寸法のアスペクト比の値が大きい場合、転写面の面積が大きい場合などのプラスチック成形品に適用可能で、転写面を高精度に得ることができる。

本発明のプラスチック成形品の製造方法によれば、樹脂の軟化温度以下の温度に加熱したキャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填する際に用いる転写面を形成する第１の入子の転写面形状と、第１の入子の転写面に接触して冷却された樹脂と転写面との間に空隙を形成させ後樹脂の表層部に転写面を密着させる際に用いる第２の入子の転写面形状が異なることにより、転写面に形成される回折パターン、微細パターンのパターン寸法が非常に微細な場合、あるいはパターン寸法のアスペクト比の値が大きい場合、転写面の面積が大きい場合などのプラスチック成形品に適用可能で、転写面を高精度に得ることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係るプラスチック成形品の製造方法における金型を示す平面図である。図２は本実施の形態のプラスチック成形品の製造方法における製造工程を示す断面図である。図２に示す断面図は図１のＡ−Ａ’線断面図である。両図に示す本実施の形態のプラスチック成形品の製造方法は、光学素子の片面に回折パターンを有するプラスチック回折レンズの製造方法である。はじめに、本実施の形態のプラスチック成形品の製造方法において用いられる金型の構造について説明する。図１及び図２に示す本実施の形態のプラスチック成形品の製造工程において用いられる金型１０は、主として、プラスチック回折レンズの回折面に対応する入子として回折パターンを有する摺動自在な可動入子１１と、回折パターンが無い摺動自在な可動入子１２とを含んで構成されている。そして、それら２つの可動入子１１，１２はそれぞれ圧力制御・駆動装置１３，１４に接続され、さらに回転軸１５を中心に回転自在な回転板１６に締結されている。また、プラスチック回折レンズの回折パターンが無い光学鏡面に対応する入子１７，１８は金型ベース１９に固定されている。

次に、本実施の形態のプラスチック成形品の製造工程について説明する。先ず、図２の（ａ）に示すように、使用する樹脂の軟化温度以下に金型１０を加熱した状態で、回折パターンが無い可動入子１２と、光学鏡面に対応する入子１８により形成された金型キャビティ内に、溶融脂を射出充填する。その後、図２の（ｂ）に示すように、圧力制御・駆動装置１４によって回折パターンが無い可動入子１２を後退させることにより、可動入子１２と当該可動入子の転写面に接触して冷却された樹脂との間に、空隙を形成させる。この際、可動入子１２の転写面には回折パターンが無いため、可動入子１２の転写面と樹脂との密着力が小さくなり、樹脂が可動入子１２に付着して変形することなく、可動入子１２を容易に後退させることができる。そのため、可動入子１２の転写面と樹脂との間に、空隙を確実に形成することができる。そして、樹脂の熱伝導率は非常に小さいため、金型キャビティ中心部の樹脂は、まだ高温状態となっている。また、空隙は樹脂よりさらに熱伝導率が小さいため、熱が金型キャビティ中心部の高温側から、低温側の転写面側へ伝わるにつれ、空隙に接している樹脂の温度は上昇して、再溶融する。

そして、図２の（ｃ）に示すように、回折パターンを有する可動入子１１、回折パターンが無い可動入子１２及び圧力制御・駆動装置１３，１４が締結されている回転板１６を、金型中心を支点とする回転軸１５を中心にして１８０°回転させることにより、回折パターンを有する可動入子１１が、回折パターンが無い可動入子１２で形成された樹脂の上にくるように配置する。その後、図２の（ｄ）に示すように、圧力制御・駆動装置１４によって回折パターンを有する可動入子１１を前進させ、転写面を樹脂に密着させて加圧する。この際、樹脂は充分に温度上昇して再溶融しており、粘度が小さくなっているため、可動入子１１の転写面に形成されている回折パターンに、樹脂が完全に充填する。その結果、高精度な回折パターンを有するプラスチック回折レンズを、射出成形法と同等の成形サイクルで得ることができる。

図３は本発明の第２の実施の形態に係るプラスチック成形品の製造方法における製造工程を示す断面図である。同図に示す本実施の形態のプラスチック成形品の製造方法は、光学素子の両面に微細パターンを有する反射防止機能付きプラスチックレンズの製造方法である。はじめに、本実施の形態のプラスチック成形品の製造方法において用いられる金型の構造について説明する。同図に示す本実施の形態のプラスチック成形品の製造工程において用いられる金型２０は、主として、反射防止機能付きレンズの微細パターン面に対応する入子として微細パターンを有する摺動自在な可動入子２１，２２と、微細パターンが無い摺動自在な可動入子２３，２４とを含んで構成されている。そして、可動入子２１，２２は圧力制御・駆動装置２５，２６に、可動入子２３，２４は圧力制御・駆動装置２７，２８にそれぞれ接続され、さらに回転軸２９を中心に回転自在な回転板３０，３１にそれぞれ締結されている。また、本実施の形態のプラスチック成形品は光学素子の両面に微細パターンを有する反射防止機能付きプラスチックレンズであるため、微細パターンを有する可動入子２１、微細パターンが無い可動入子２３、および圧力制御・駆動装置２５，２７が締結されている回転板３０が、そして微細パターンを有する可動入子２２、微細パターンが無い可動入子２４、および圧力制御・駆動装置２６，２８が締結されている回転板３１が、それぞれ設けられている。

次に、本実施の形態のプラスチック成形品の製造工程について説明する。先ず、図３の（ａ）に示すように、使用する樹脂の軟化温度以下に金型を加熱した状態で、微細パターンが無い可動入子２３，２４で形成された金型キャビティ内に、溶融樹脂を射出充填する。その後、図３の（ｂ）に示すように、圧力制御・駆動装置２７，２８によって微細パターンが無い可動入子２３，２４をそれぞれ後退させることにより、可動入子２３，２４と当該各可動入子の各転写面に接触して冷却された樹脂との間に、空隙を形成させる。この際、可動入子２３，２４の転写面には微細パターンが無いため、可動入子２３，２４の転写面と樹脂との密着力が小さくなり、樹脂が可動入子２３，２４に付着して変形することなく、可動入子２３，２４を容易にそれぞれ後退させることができる。そのため、可動入子２３，２４の転写面と樹脂との間に、空隙を確実に形成することができる。そして、樹脂の熱伝導率は非常に小さいため、金型キャビティ中心部の樹脂は、まだ高温状態となっている。また、空隙は樹脂よりさらに熱伝導率が小さいため、熱が金型キャビティ中心部の高温側から、低温側の転写面側へ伝わるにつれ、空隙に接している樹脂の温度は上昇して、再溶融する。

そして、図３の（ｃ）に示すように、微細パターンを有する可動入子２１，２２、微細パターンが無い可動入子２３，２４、および圧力制御・駆動装置２５，２７が締結されている回転板３０と圧力制御・駆動装置２６，２８が締結されている回転板３１を、金型中心を支点とする回転軸２９を中心にして１８０°回転させることにより、微細パターンを有する可動入子２１，２２が、回折パターンが無い可動入子２３，２４で形成された樹脂の上下にくるように配置する。本実施の形態では、光学素子の両面に微細パターンを有する反射防止機能付きプラスチックレンズを製造するため、上記の微細パターンを有する可動入子２１，２２、微細パターンが無い可動入子２３，２４、および圧力制御・駆動装置２５，２７が締結されている回転板３０と圧力制御・駆動装置２６，２８が締結されている回転板３１を、同時に回転させる。その後、図３の（ｄ）に示すように、圧力制御・駆動装置２５，２６によって微細パターンを有する可動入子２１，２２を前進させ、転写面を樹脂に密着させて加圧する。この際、樹脂は充分に温度上昇して再溶融しており、粘度が小さくなっているため、可動入子２１，２２の転写面に形成されている微細パターンに、樹脂が完全に充填する。その結果、高精度な微細パターンを有する反射防止機能付きプラスチックレンズを、射出成形法と同等の成形サイクルで得ることができる。

図４は本発明の第３の実施の形態に係るプラスチック成形品の製造方法における製造工程を示す断面図である。同図に示す本実施の形態のプラスチック成形品の製造方法は、中心部が薄肉で、端部が厚肉である非常に偏肉形状をしたプラスチックレンズの製造方法である。はじめに、本実施の形態のプラスチック成形品の製造方法において用いられる金型の構造について説明する。同図に示す本実施の形態のプラスチック成形品の製造工程において用いられる金型４０は、主として、レンズの最終形状である偏肉形状に対応する摺動自在な可動入子４１，４２と、レンズの初期形状である均肉形状に対応する摺動自在な可動入子４３，４４とを含んで構成されている。そして、可動入子４１，４２は圧力制御・駆動装置４５，４６に、可動入子４３，４４は圧力制御・駆動装置４７，４８にそれぞれ接続され、さらに回転軸４９を中心に回転自在な回転板５０，５１にそれぞれ締結されている。また、偏肉形状に対応する摺動自在な可動入子４１、均肉形状に対応する摺動自在な可動入子４３、および圧力制御・駆動装置４５，４７が締結されている回転板５０が、そして偏肉形状に対応する摺動自在な可動入子４２、均肉形状に対応する摺動自在な可動入子４４、および圧力制御・駆動装置４６，４８が締結されている回転板５１が、それぞれ設けられている。

次に、本実施の形態のプラスチック成形品の製造工程について説明する。先ず、図４の（ａ）に示すように、使用する樹脂の軟化温度以下に金型を加熱した状態で、レンズの均肉形状に対応する可動入子４３，４４で形成された金型キャビティ内に、溶融樹脂を射出充填する。その後、図４の（ｂ）に示すように、圧力制御・駆動装置４７，４８によってレンズの均肉形状に対応する可動入子４３，４４を後退させることにより、可動入子４３，４４と当該可動入子の各転写面に接触して冷却された樹脂との間に、空隙を形成させる。この際、レンズが均肉形状なため、下の可動入子４４の転写面と樹脂との密着面積が小さくなり密着力を低減できるため、樹脂が可動入子４３，４４に付着して変形することなく、可動入子４３，４４を容易に後退させることができる。そのため、可動入子４３，４４の転写面と樹脂との間に、空隙を確実に形成することができる。そして、樹脂の熱伝導率は非常に小さいため、金型キャビティ中心部の樹脂は、まだ高温状態となっている。また、空隙は樹脂よりさらに熱伝導率が小さいため、熱が金型キャビティ中心部の高温側から、低温側の転写面側へ伝わるにつれ、空隙に接している樹脂の温度は上昇して、再溶融する。

そして、図４の（ｃ）に示すように、レンズの最終形状である偏肉形状に対応する可動入子４１，４２、レンズの初期形状である均肉形状に対応する可動入子４３，４４、および圧力制御・駆動装置４５，４７が締結されている回転板５０と圧力制御・駆動装置４６，４８が締結されている回転板５１を、金型中心を支点とする回転軸４９を中心にして１８０°回転させることにより、レンズの最終形状である偏肉形状に対応する可動入子４１，４２が、均肉形状に対応する可動入子４３，４４で形成された樹脂の上下にくるように配置する。本実施の形態では、上記のレンズの最終形状である偏肉形状に対応する可動入子４１，４２、レンズの初期形状である均肉形状に対応する可動入子４３，４４、および圧力制御・駆動装置４５，４７が締結されている回転板５０と圧力制御・駆動装置４６，４８が締結されている回転板５１を、同時に回転させる。その後、図４の（ｄ）に示すように、圧力制御・駆動装置４５，４６によってレンズの最終形状である偏肉形状に対応する可動入子４１，４２を前進させ、転写面を樹脂に密着させて加圧する。この際、樹脂は充分に温度上昇して再溶融しており、粘度が小さくなっているため、可動入子の転写面を高精度に転写する。その結果、高精度な偏肉形状をしたプラスチックレンズを、射出成形法と同等の成形サイクルで得ることができる。

なお、上記説明した各実施の形態において、溶融状態の樹脂を金型キャビティ内に充填する際に用いる金型転写面を形成する入子の転写面を光学鏡面ではなく粗面にすることで、金型製作費の低減にも効果がある。

また、本発明は上記実施の形態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の実施の形態に係るプラスチック成形品の製造方法における金型を示す平面図である。 本実施の形態のプラスチック成形品の製造方法における製造工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラスチック成形品の製造方法における製造工程を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るプラスチック成形品の製造方法における製造工程を示す断面図である。 従来のプラスチック成形品の製造方法における製造工程を示す断面図である。 回折レンズの構成を示す図である。 丸レンズの構成を示す図である。 光走査レンズの構成を示す図である。 従来の回折レンズの製造工程を示す断面図である。 アスペクト比を説明するための図である。 従来の回折レンズの製造工程における充填樹脂の冷却の様子を示す断面図である。 従来の回折レンズの製造工程における樹脂の冷却による樹脂未充填の様子を示す図である。

符号の説明

１０，２０，４０；金型、
１１，１２，２１〜２４，４１〜４４；可動入子、
１３，１４，２５〜２８，４５〜４８；圧力制御・駆動装置、
１５，２９，４９；回転軸、１６，３０，３１，５０，５１；回転板。

Claims (7)

1. 少なくとも１つ以上の転写面を有するキャビティを形成する金型を用い、樹脂の軟化温度以下の温度に加熱した前記キャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填して前記転写面に密着させた後、前記転写面に接触して冷却された樹脂と前記転写面との間に空隙を形成させた状態で軟化温度以上である樹脂の中心部の熱を利用して前記転写面に接触して冷却された樹脂を再溶融させた後、樹脂の表層部に前記転写面を再密着させ、樹脂を軟化温度以下まで冷却して金型から離型させるプラスチック成形品の製造方法において、
   樹脂の軟化温度以下の温度に加熱した前記キャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填する際に用いる転写面を形成する第１の入子の転写面形状と、前記第１の入子の転写面に接触して冷却された樹脂と転写面との間に空隙を形成させ後樹脂の表層部に転写面を密着させる際に用いる第２の入子の転写面形状が異なることを特徴とするプラスチック成形品の製造方法。
2. 前記第１の入子の転写面の総面積より、前記第２の入子の転写面の総面積が大きいことを特徴とする請求項１記載のプラスチック成形品の製造方法。
3. 前記第１の入子の転写面形状の高低差より、前記第２の入子の転写面形状の高低差が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラスチック成形品の製造方法。
4. 前記第１の入子の転写面が粗面で、前記第２の入子の転写面が光学鏡面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラスチック成形品の製造方法。
5. 前記第１の入子の転写面が平面もしくは曲面の光学鏡面で、前記第２の入子の転写面が平面上もしくは曲面上に微細な凹凸パターンが形成されている光学鏡面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラスチック成形品の製造方法。
6. 前記第１の入子の転写面が平面もしくは曲面の粗面で、前記第２の入子の転写面が平面上もしくは曲面上に微細な凹凸パターンが形成されている光学鏡面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラスチック成形品の製造方法。
7. 少なくとも１つ以上の転写面を有するキャビティを形成する金型を用い、樹脂の軟化温度以下の温度に加熱した前記キャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填して前記転写面に密着させた後、樹脂を軟化温度以下まで冷却して金型から離型させるプラスチック成形品の製造装置において、
   樹脂の軟化温度以下の温度に加熱した前記キャビティ内に樹脂の軟化温度以上に加熱された溶融状態の樹脂を充填する際に用いる転写面を形成する第１の入子を前進させて固定する手段と、
   前記第１の入子の転写面に接触して冷却された樹脂と前記転写面との間に空隙を形成するために前記第１の入子を後退させる手段と、
   軟化温度以上である樹脂の中心部の熱を利用して前記転写面に接触して冷却された樹脂を再溶融させた後、前記第１の入子の転写面形状が異なる第２の入子を前進させて樹脂の表層部に前記第２の入子の転写面を再密着させる手段と
   を有することを特徴とするプラスチック成形品の製造装置。

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