JP2009122572A - レンズ及び樹脂成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂により成形される大口径でメニスカス形状のレンズにおいて、胴付面に光軸方向のレンズ取り付け基準平面を有していても、面精度の良いレンズ及び樹脂成形金型を得ること。
【解決手段】 樹脂により成形されるメニスカス形状のレンズにおいて、該レンズは、レンズ外周フランジ部を有し、該レンズ外周フランジ部の最外周側面には、該レンズの凸面側に向けて徐々に外径が小さくなる形状の勾配部が設けられていること。
【選択図】 図3

Description

本発明は、樹脂より成形されるレンズ、及びレンズを成型する際、良好なる面精度で成形することができる樹脂成形金型に関するものである。

樹脂より成形されるレンズ（プラスチックレンズ）は、その外形が成形金型から成形品を取り出すのに容易な外形状となっている。例えばレンズ外周部（縁）の型を研磨したり、また型抜きをスムーズに行うようにするために外周部に抜き勾配部（テーパ）をつけることが行われている。

従来より、レンズ外周部にテーパをつけるようにしたプラスチックレンズが知られている（特許文献１〜４）。

特許文献１は、プラスチックレンズにおいて、外周部に設けたテーパ部では型の構造が困難な点を改善している。尚、特許文献１には、面精度の安定化の為の形状については何ら記載されていない。

特許文献２は、プラスチックレンズのゲート切断面のバリ等の逃げとして、テーパ部を設けている。尚、特許文献２には、面精度の安定化のための形状については何ら記載されていない。

特許文献３は、レンズ面の右面と左面の両面で有効径の差がある場合に、レンズ外径の無駄なスペースを排除する為にレンズ外径を円錐形状（テーパ）とすることを開示している。特許文献３には離型性に優れているレンズを開示している。特許文献３は、レンズ面の面精度の安定化のためのレンズ外形というより、むしろ有効径からくるレンズ形状を最適化することを記載している。

特許文献４は、光軸方向のレンズ取り付け基準面を有するレンズにおいて、凹面側の面精度の向上を図ったプラスチックレンズの形状及び樹脂成形金型の構成を記載している。

従来より、樹脂（プラスチック）により成形される一方が凸面で他方が凹面より成るメニスカス形状のレンズ（以下、「メニスカスレンズ」という。）は、一般的に凸面側の有効径が凹面側のそれより大きい。

特許文献３はレンズの小型化のために、レンズ外周部に凸面側から凹面側に向けて徐々に径（外径）が小さくなる形状の勾配部（テーパ）を設けたレンズを開示している。

一般に図６に示すようなメニスカスレンズ６１の場合、メニスカスレンズ６１の有効径は実線６１ｃ内の領域となる。図６に示すように凸面側６１ａの有効径が凹面側６１ｂのそれより大きくなっている。そして、それに伴いレンズ外周部には、凹面側６１ｂに向けて徐々に外径が小さくなる形状の勾配部（テーパ）６１ｄが設けられており、成形時の型開き位置（パーティングライン）は凸面側６１ａになる。図の下部に示す矩形突起６１ｅはゲートである。

図７は図６に示す形状のレンズを成形する成形金型の要部断面図である。

図７の樹脂成形金型では、溶融状態の樹脂材料を供給するためのスプルー１０１が形成された固定側型板１０２Ｌに、固定側成形駒１０３Ｌを保持する固定側駒ホルダー１０４Ｌが一体的に取り付けられている。

固定側成形駒１０３Ｌには、凹レンズ面を成形するたの光学成形面１０５が形成されている。これら固定側型板１０２Ｌ、固定側成形駒１０３Ｌ、固定側駒ホルダー１０４Ｌなどで固定側金型が構成されている。

一方、固定側型板１０２Ｌと対向する可動側型板１０２Ｍには、可動側成形駒１０３Ｍを保持する可動側駒ホルダー１０４Ｍが一体的に取り付けられている。可動側成形駒１０３Ｍには、凸レンズ面を成形するたの光学成形面１０６が形成されている。

可動側駒ホルダー１０４Ｍには、テーパを形成する環状テーパ部１２１と、外周平面部を形成する環状平面部１２２が形成されている。

そして、これら可動側型板１０２Ｍ、可動側成形駒１０３Ｍ、可動側駒ホルダー１０４Ｍなどで可動側金型が構成されている。

固定側金型および可動側金型の成形駒１０３Ｌ、１０３Ｍと駒ホルダー１０４Ｌ、１０４Ｍとでプラスチックレンズと対応したキャビティＣが形成されている。

固定側型板１０２Ｌおよび固定側駒ホルダー１０４Ｌと、可動側型板１０２Ｍおよび可動側駒ホルダー１０４Ｍとの間には、スプルー１０１とキャビティＣとに連通するランナ１０７およびゲート１０８が形成されている。これらランナ１０７およびゲート１０８を介してキャビティＣがスプルー１０１と連通するようになっている。

可動側型板１０２Ｍには、可動側駒ホルダー１０４Ｍを貫通して先端がプラスチックレンズの突出部と対応するキャビティＣの部分に臨む複数本のエジェクタピン１０９がキャビティＣ内に突出可能に取り付けられている。

同様に、この可動側型板１０２Ｍを貫通して先端がスプルーロック１１１に臨むエジェクタピン１１０も突出可能に取り付けられている。

可動側金型を固定側金型の方に駆動して固定側型板１０２Ｌと可動側型板１０２Ｍとを当接させる。そしてエジェクタピン１０９，１１０を退避させた状態にてスプルー１０１から溶融樹脂をランナ１０７およびゲート１０８を介してキャビティＣ内に射出する。その後、冷却、固化させた後、固定側金型から可動側金型を引き離すように移動して可動側型板１０２Ｍを固定側型板１０２Ｌから引き離し、その後にエジェクタピン１０９，１１０を固定側型板１０２Ｌおよび固定側駒ホルダー１０４Ｌ側に突出させる。そして突出部にエジェクタピン１０９を突き当てることにより、可動側駒ホルダー１０４Ｍから射出成形されたレンズをランナ１０７およびゲート１０８に対応した部分と共に抜き出している。
特開２００４−３０９５６７号公報 特開平１０−２７４７０３号公報 特開平５−１６４９０５号公報 特開平８−３０９８７３号公報

樹脂成形金型でレンズを成形するとき、型と樹脂の、成形時の温度と線膨張率を比較すると、成形時はレンズの方が大きく膨張している。そして、固定側にある凸面側は、型開時にも低温にならず、鏡面側に喰い付いた状態で、レンズを引きながら型から外す状態になる。この結果、面の変形、またはクセ等が発生しやすくなる。

特に外形状が大きくなる大口径レンズの場合は、同じ膨張率でも、径が大きくなれば、膨張する量は増大していくため、型の喰い付き発生が起こりやすい状況にある。例えば有効径がφ２５ｍｍを超えるこのような
大口径レンズにおいては、この傾向が強い。

特許文献４では、樹脂により成形されるメニスカスレンズにおいて、成形性の向上を図る構成を開示している。

特許文献４で開示されているメニスカスレンズは、凹面側に、胴付面である光軸方向のレンズ取り付け基準平面がなく、全面を凹面の光学面としており、レンズの鏡筒内での取り付けが難しい。また胴付面である取り付け基準平面を凹面側に設定した場合は、特許文献４に記載されているように凹面側の面精度が凸レンズ面に対して低下する傾向になる。

本発明は樹脂により成形される大口径でメニスカス形状のレンズにおいて、胴付面に光軸方向のレンズ取り付け基準平面を有していても、面精度の良いレンズ及び樹脂成形金型の提供を目的とする。

本発明は、
樹脂により成形されるメニスカス形状のレンズにおいて、
該レンズは、レンズ外周フランジ部を有し、該レンズ外周フランジ部の最外周側面には、該レンズの凸面側に向けて徐々に外径が小さくなる形状の勾配部が設けられていることを特徴としている。

本発明によれば面に変形、ヒケ、クセ等が少なく、面精度の良い樹脂により成形されるレンズを得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明のレンズを成形するための樹脂成形金型の実施例１の要部断面図である。図２、図３は図１の樹脂成形金型で成形したレンズ（プラスチックレンズ）の要部概略図である。

本発明のレンズ２は、樹脂により成形されるメニスカス形状のレンズ（プラスチックレンズ）である。

本発明のレンズ２は、レンズ外周フランジ部２０を有している。レンズ外周フランジ部２０の最外周側面にはレンズ２の凸面側２ａに向けて徐々に外径が小さくなる形状の勾配部（テーパ）２１が設けられている。

まず図１の本発明のレンズ２を射出成形し得る樹脂成形金型の実施例１の要部断面図について説明する。

図１において、溶融状態の樹脂材料を供給するためのスプルー１が形成された固定側型板２Ｌには、固定側成形駒３Ｌを保持する固定側駒ホルダー４Ｌが一体的に取り付けられている。

固定側成形駒３Ｌには、凹レンズ面を成形するたの光学成形面５が形成されている。２３は固定側駒ホルダー４Ｌに設けたレンズ取付基準面を形成する基準面である。これら固定側型板２Ｌ、固定側成形駒３Ｌ、固定側駒ホルダー４Ｌなどで固定側金型が構成されている。

一方、固定側型板２Ｌと対向する可動側型板２Ｍには、可動側成形駒３Ｍを保持する可動側駒ホルダー４Ｍが一体的に取り付けられている。可動側成形駒３Ｍには、凸レンズ面を成形するための光学成形面６が形成されている。

可動側駒ホルダー４Ｍには、テーパを形成する環状テーパ部２１と、外周平面部を形成する環状平面部２２が形成されている。

そして、これら可動側型板２Ｍ、可動側成形駒３Ｍ、可動側駒ホルダー４Ｍなどで可動側金型が構成されている。

固定側金型および可動側金型の成形駒３Ｌ、３Ｍと駒ホルダー４Ｌ、４Ｍとでレンズ２と対応したキャビティＣが形成されている。

固定側型板２Ｌおよび固定側駒ホルダー４Ｌと、可動側型板２Ｍおよび可動側駒ホルダー４Ｍとの間には、スプルー１とキャビティＣとに連通するランナ７およびゲート８が形成されている。これらランナ７およびゲート８を介してキャビティＣがスプルー１と連通するようになっている。

可動側型板２Ｍには、可動側駒ホルダー４Ｍを貫通して先端がレンズの突出部と対応するキャビティＣの部分に臨む複数本のエジェクタピン９がキャビティＣ内に突出可能に取り付けられている。

同様に、この可動側型板２Ｍを貫通して先端がスプルーロック１１に臨むエジェクタピン１０も突出可能に取り付けられている。

本実施例では、可動側金型を固定側金型の方に駆動して固定側型板２Ｌと可動側型板２Ｍとを当接させる。そしてエジェクタピン９，１０を退避させた状態にてスプルー１から溶融樹脂をランナ７およびゲート８を介してキャビティＣ内に射出する。

その後、冷却、固化させた後、固定側金型から可動側金型を引き離すように移動して可動側型板２Ｍを固定側型板２Ｌから引き離し、その後にエジェクタピン９，１０を固定側型板２Ｌおよび固定側駒ホルダー４Ｌ側に突出させる。そして突出部にエジェクタピン９を突き当てることにより、可動側駒ホルダー４Ｍから射出成形されたレンズ２をランナ７およびゲート８に対応した部分と共に押し出しながら外す。

本実施例の樹脂より成形されるレンズ２は、以上のようにして成形している。

従来の樹脂より成形されるレンズは、図７の樹脂成形金型を用いて成形されている。

図７に示すように型開き位置（パーティングライン）１０３ａは成形駒１０３Ｍ，１０３Ｌの間で、最大径の凸面側になる。その際、型と樹脂の、成形時の温度と線膨張率を比較すると、成形時はレンズの方が大きく膨張している。そして固定側の成形駒１０３Ｌにある凸面側１０５は、型開時にも低温にならず、成形駒側１０３Ｌに喰い付いた状態で、レンズを引き抜いて成形駒１０３Ｌから外す状態になる。その結果、面の変形、ヒケ、またはクセ等が発生しやすくなる。

特に大口径レンズの場合は、同じ膨張率でも、単純に径が大きくなれば、膨張する量は増大していくため、型の喰い付き発生は起こりやすい状況にある。

具体的には図7において、レンズのレンズ線膨張率（アクリル）6.0×e-5 cm/cm℃ 成形駒１０３Ｍ、１０３Ｌの型材料の線膨張率 1.0×e-5 cm/cm℃ とした場合、完成品のレンズ径を常温20℃想定で、有効径φ40.0ｍｍとする。この際は、型抜きを考え型の内径をφ40.18ｍｍ程度に設定しても、型成形時＝型開時の温度を125℃相当とした場合、レンズ径はφ40.252ｍｍに、型の径はφ40.222mmになる。

このように径の逆転が起こり、型開時に凸面側で、樹脂面１０５が成形駒１０３Ｌに食い込むような形態になる。

この状態で従来のような凸面側１０５から型開きを行うと、凸面側１０５は開く際、型に吸着されるようになり、面の変形、またはクセ等が発生する傾向があった。特に有効径φ25mmを超えるこのような
大口径レンズにおいては、この傾向が強かった。

これに対し、本発明のメニスカス形状のレンズ２では、図２、図３に示すようにレンズ外周フランジ部２０を有し、レンズ外周フランジ部２０の側面２０ａはレンズの凸面２ａ側に向けて徐々に径が小さくなる形状の勾配部（テーパ）２１を設けている。

即ち図１に示すような型構造にすることにより、成形時の樹脂の膨張は樹脂凹面２ｂの光学成形面５で起こり、樹脂凹面２ｂから離れる方向となる。型開きのタイミングにおいて、樹脂は温度が下がりきらずに膨張した状態となる。又、型は温度が下がって通常の体積に戻っている状態になっている。この結果、樹脂の凹面側の離型がしやすい状態となる。この為、型開きの際は、離型し易い構成となる。さらに、反対側凸面２ａの光学成形面６も離型後エジェクタピン９で突き出す際、温度も下がり、離型しやすくなっている。

さらにレンズ外周フランジ部２０の側面２０ａは凸面側に向けて徐々に径が小さくなる形状の勾配部（テーパ）２１を有するようにすることによりさらに型抜きしやすくなり、良好な面精度が確保される。

その際、特にレンズ外周フランジ部２０の最外周側面２２の勾配部２１の角度は、レンズ光軸Ｌａに対して５°以上としている。この角度が小さく、浅くなると、離径時の摩擦が大きくなり良好な面精度の保持が難しくなる。

尚、好ましくは、勾配部２１の角度を５°以上、３０°以下が良い。

また、レンズ外周フランジ部２０の側面には、光軸Ｌａと平行な平面部円柱状の外周部２２を設けている。これは鏡筒に対してレンズ２を固定するための位置決めとなるところで、この部分が無いと、テーパ部２１だけとなり、レンズ２の光軸Ｌａに対して垂直方向の位置決めが難しい。特にこの平面部２２は最も外周部に配し、ゲート８とつながっていることが型構成上好ましい。

また、レンズ取り付け基準面２３を、フランジ部２０の凹面側に平面部２３ａを有するように構成している。この平面部２３ａは、図１に示すように、凹面５に連続してある平面でも良いが、この平面部２３ａを基準として、さらに突出した少なくとも３箇所の小面積の小平面で構成しても良い。

さらに成形の為のゲート８を、レンズ外周フランジ部２０の凹面側に有している。そして成形時の型割（型開き位置）をこのゲート８の凹面側の面と同一面で行う（同じ平面内で型割を行う）ことが型構造上好ましい。

さらに光軸Ｌａ方向のレンズ取り付け基準面２３を、成形時の型割のあるゲート８の凹面側の面と同一の面にすることが好ましい。これにより型割面３ａとゲート８の片面と、レンズ取り付け基準面２３が同一平面上に構成され、型構成が精度よく設定される。

またこの構成で成形されるレンズ２の外径が２５ｍｍ以上であるのが好ましい。特にこの径が大きくなるほど上述した型と樹脂の、線膨張率差が影響してくる。特に外形は２５ｍｍ以上、１００ｍｍ以下が好ましい。

一般に有効外径が大きく、特に外径が２５ｍｍ以上になると、面に変形、ヒケ、クセ等が多く発生してくる。これに対し、本実施例によれば、これらの発生が少なく、良好なる面を有するレンズ２が得られる。

以上のように構成することで、径は若干大きくなるが、精度の良い面を有するレンズ（プラスチックレンズ）２を達成することができる。

また、本発明の樹脂成形金型は、図１に示すようにレンズ２を成形するための各部材、例えば成形駒と成形駒を保持する駒ホルダー等を有している。

図４は本発明の樹脂により成形されるレンズ（プラスチックレンズ）の実施例２の要部断面図である。図４の実施例２のレンズ４は正の屈折力のメニスカス形状より成っている。

図４において、４ａは凸面、４ｂは凹面である。Ｌａは光軸である。２１はレンズ外周フランジ部の最外周側面に凸面４ａ側に向けて、徐々に外径が小さくなる形状の勾配部（テーパ）である。２２はレンズ外周フランジ部の最外周側面に設けた位置決め用の平面部である。８はゲートである。

図５は本発明の樹脂により成形されるレンズ（プラスチックレンズ）の実施例３の要部断面図である。

図５の実施例３のレンズ５は、図２の実施例１に比べてレンズ外周フランジ部の凹面５ｂ側であって、ゲートの無い位相３箇所に光軸Ｌａ方向のレンズ取り付け基準面５１を形成している点が異なっている。

光軸方向のレンズ取り付け基準面５１のうち、あと２箇所の取り付け位置は、この断面では確認できないが、１２０°毎の位相に配置している。５ａは凸面である。

この他の構成は実施例１と同じである。

尚、以上説明した本発明のレンズの各実施例として外周が円形状のレンズについて記載をしていたが、レンズは外周が矩形形状でも、４隅をＤカットした形状でも同様に適用可能である。

本発明に係る撮像光学系や投射光学系やズームレンズ等の光学系では、前述した各実施例のレンズを用いている。これにより良好なる光学性能の光学系を達成している。

本発明のレンズを成形する為の樹脂成形金型の型構造概略図 本発明により成形されたレンズの実施例１の要部断面図 本発明の樹脂成形金型の型構造の概略図 本発明のレンズの実施例２の要部断面図 本発明のレンズの実施例３の要部断面図 従来のレンズの説明図 従来のレンズを成形する為の樹脂成形金型の型構造概略図

符号の説明

1、101 スプルー
2L、2M、102L、102M 型板
3L、3M、103L、103M 成形駒
4L、4M、104L、104M 型ホルダ
5、6、105、106 光学成形面
7、107 ランナー
8、108 ゲート
9、10、109、110 エジェクタピン
11、111 スプルーロック
21 テーパ面
22 外周平面部
23 レンズ取り付け基準面
C キャビティ

Claims (9)

1. 樹脂により成形されるメニスカス形状のレンズにおいて、
   該レンズは、レンズ外周フランジ部を有し、該レンズ外周フランジ部の最外周側面には、該レンズの凸面側に向けて徐々に外径が小さくなる形状の勾配部が設けられていることを特徴とするレンズ。
2. 前記勾配部は、レンズ光軸に対して５°以上の角度で設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
3. 前記レンズ外周フランジ部の側面には、レンズ光軸と平行な円柱状の外周部が設けられていることを特徴とする請求項1又は２に記載のレンズ。
4. 前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側に光軸方向のレンズ取り付け基準面が設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のレンズ。
5. 前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側に成形のためのゲートを有し、該ゲートの該レンズの凹面側の面と同一面は、成形時の型割であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズ。
6. 前記レンズ外周フランジ部の前記レンズの凹面側に成形のためのゲートを有し、該ゲートの該レンズの凹面側の面と同一面は、光軸方向のレンズ取り付け基準面であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズ。
7. 前記レンズは、外径が２５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレンズを成形するための成形駒と、該成形駒を保持する駒ホルダーとを有することを特徴とする樹脂成形金型。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレンズを有することを特徴とする光学系。

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