JP2010234671A - 成形金型及びその成形金型によって成形された光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】エジェクターピンや突き出し機構部といった駆動機構を用いることなく、離型時の光学素子の変形を抑制し、光学素子の形状精度を向上させる。
【解決手段】樹脂を充填して光学素子を成形する金型であって、金型によって形成されるキャビティ４は、ゲート部２とこのゲート部２に連通する光学素子成形部１とを備え、光学素子成形部１は、光学効果を有する光学有効面成形部１ａと非光学面であるフランジ成形部１ｂとからなり、フランジ成形部１ｂには、ゲート部２に対向するフランジ成形部１ｂの位置に、外周端側に向かうに従ってフランジ厚みが減少するような傾斜面１２ａが設けられている。また、ゲート部２は、フランジ成形部１ｂに向かうに従って断面積が大きくなるような形状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形金型及びその成形金型によって成形された光学素子に関する。

従来、射出成形にて光学素子を成形する工程は、まず金型のキャビティに樹脂を流し込んで冷却固化する工程と、金型から成形品（光学素子）を取り出すために型開きを行う工程と、型開きと平行な方向にエジェクターピンにて成形品を突き出す工程と、によって行われている（これを従来技術１という。）。しかしながら、このような成形工程では、エジェクターピンにて突き出す際に、突き出し跡が成形品の光学的有効径内の光学面に局部的に残るため、光学性能上好ましくないといった問題があった。

そのため、このような問題を解決するものとして、特許文献１に記載の光学素子の製造方法が提案されている。

図１４ないし図１６は、特許文献１に記載の製造方法に用いられる金型の構造を示している。ただし、図１４は、金型に樹脂を射出した状態を示す断面図、図１５は、金型の型開きを示す断面図、図１６は、突き出し機構の作動状態を示す断面図である。

この金型は、光学素子としてプラスチックレンズを製造するものであり、成形品を離型させる突き出し機構１１０を備える金型１１１と、突き出し機構を備えない金型１１２とを有し、金型１１１が型開き状態で成形品が残る金型を構成し、金型１１２が型開き状態で成形品が離型する金型を構成している。すなわち、金型１１２は固定され、金型１１１が移動する構造であり、光学素子としてのプラスチックレンズ１０１を射出成形する。

突き出し機構１１０を備える金型１１１は、光学素子の光学機能部１０１ａの外周のフランジ部１０１ｂを形成する型面１１１ａを有し、突き出し機構１１０は、光学素子の光学機能部１０１ａを形成する型面１１０ａと、この光学機能部１０１ａの外周に形成されるフランジ部１０１ｂとの接続部１０１ｃを形成する型面１１０ｂを有し、このフランジ部１０１ｂとの接続部１０１ｃを形成する型面１１０ｂは、突き出し機構１１０を備える金型１１１のフランジ部１０１ｂを形成する型面１１１ａより突出しており、型内に樹脂を射出した後に型開きを行ない、突き出し機構１１０を作動させて成形品を突き出し離型するようになっている。

すなわち、樹脂注入は、金型１１１の樹脂注入流路であるランナー１１１ｂからゲート部１１１ｂ１を通じて行い、冷却の後に、図１５に示すように、突き出し機構１１０を備える金型１１１を移動して型開きを行い、図１６に示すように、突き出し機構１１０を作動させてプラスチックレンズ１０１の成形品を突き出し離型させるようになっている。

なお、形成されたフランジ部１０１ｂは、レンズを鏡筒に組み込む際にレンズを径方向あるいは軸方向に位置決めしたり、鏡筒に保持させたりするために利用されるものである。

この従来技術によれば、光学素子の光学機能部１０１ａを形成する突き出し機構１１０の型面１１０ａでプラスチックレンズ１０１を突き出して離型することで、離型による変形を抑制することができる。

しかし、上記特許文献１の技術では、突き出し機構１１０が動くため、成形サイクル毎に突き出し機構１１０の光軸中心がばらつく可能性があり、レンズの精度面において課題を有している。

また、硬化性の樹脂を成形材料として用いた場合、初期状態が液状であり、低粘度のものが多い。そのため、上記従来技術１のようなエジェクターピンや、上記特許文献１のような突き出し機構１１０などの駆動機構を設けた場合、この駆動機構用のクリアランス部（上記特許文献１の技術で言えば、突き出し機構１１０と金型１１１との隙間）に樹脂が浸入して、エジェクターピンや突き出し機構１１０の駆動不良を起こすといった問題があった。

この問題を解決するためには、エジェクターピンや突き出し機構１１０などの駆動機構部を設けずに、金型の型開きの際、固定側金型、もしくは可動側金型のいずれか一方に成形品が残るようにし、型開き後、または型開き動作中に成形品を離型して取り出すなどの方法をとればよい。

例えば、ランナー部に成形品を食い付かせるような突起を設けて離型する。これにより、金型にエジェクターピンや突き出し機構１１０などの駆動機構を設ける必要がなく、成形サイクル毎に成形品である光学素子の光軸中心がばらつくことはない。

特開２００２−２００６５４号公報

しかし、上記のように成形したプラスチックレンズを片方の金型に食い付かせて離型し、次に、この金型からプラスチックレンズを離型する場合、図１７に示すように、このプラスチックレンズ（以下、単にレンズともいう。）１２０に連続するゲート形成部１２１の連続点１２１ａを力点とし、レンズ光軸中心Ｒを通るゲート対向側の端部１２１ｂを支点として、上方に回動（図１７（ａ）参照）するように離型される。因みに、図１７は、離型する際に成形品に働く力を説明する図である。このとき、レンズ１２０は、力点である連続点１２１ａから支点であるレンズ端部１２１ｂに向かって、金型１３１からの剥離が徐々に生じ、最後には完全に離型されることになる。この剥離の間、レンズ１２０には離型に伴う応力による変形が生じ、これによりレンズ形状精度を悪化させるといった問題があった。

ここで、離型に伴う応力による変形について具体的に説明する。

離型に際して、支点及び力点は、離型による力が大きく加わる部分である。そして、離型の際、キャビティ内で成型されたレンズ１２０には、金型の型開き方向（パーティング面と略垂直方向）に力が加わることになる。この場合、図１７に示すように、支点となるレンズ端部１２１ｂの端面形状が、金型の型開き方向に略平行な垂直面であった場合、図１８（ａ）に示すように、離型の力ｆ０が、レンズ端部１２１ｂの端面とキャビティ側面１３２ｂとの摩擦力（離型に伴う応力）として、レンズ端部１２１ｂにそのまま加わることになる。

一方、図１８（ｂ）に示すように、金型１３１のキャビティ側面１３２ｂ及びレンズ１２０のレンズ端部１２１ｂの端面を傾斜面に形成すると、離型の力ｆ０は、キャビティ側面１３２ｂの傾斜面に沿う力ｆ１と、キャビティ側面１３２ｂの法線方向の力ｆ２とに分散されることになる。すなわち、レンズ端部１２１ｂの端面とキャビティ側面１３２ｂとの摩擦力はｆ１（＜ｆ０）となるため、この摩擦力（離型に伴う応力）ｆ１による変形も抑制されることになる。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、エジェクターピンや突き出し機構部といった駆動機構を用いることなく、離型時の光学素子の変形を抑制し、光学素子の形状精度を向上させることができる成形金型、及びこの成形金型によって成形される光学素子を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の成形金型は、樹脂を充填して光学素子を成形する金型であり、前記金型によって形成されるキャビティは、ゲート部とこのゲート部に連通する光学素子成形部とを有し、前記光学素子成形部は、光学効果を有する光学有効面成形部と非光学面であるフランジ成形部とを有している。上記構成において、本発明では、前記フランジ成形部に、外周端側に向かうに従ってフランジ厚みが減少するように傾斜面を設けた構成としている。

このような成形金型によって成形される光学素子は、光学効果を有する光学有効面と、非光学面であるフランジ部とからなり、前記フランジ部には、外周端側に向かってフランジ厚みが減少するように傾斜面が形成された形状となる。なお、この傾斜面は、平面であっても曲面であってもよい。

ここで、成形品である光学素子（プラスチックレンズ）に働く力は、光学素子に連続するゲート形成部の連続部分が力点となり、レンズ光軸を通るゲート対向側のフランジ端部が支点となる。そして、ゲート形成部を持ち上げるようにして金型から離すと、光学素子には離型に伴う応力が加わり、特に、支点となる位置は最後に剥離されるため、この支点の剥離が容易に行えない場合には、光学素子全体が離型の力によって曲げられ、変形することになる。従って、この支点部分のフランジ部のフランジ厚みを外周端側に向かうに従って減少するように構成する。これにより、このような成形金型によって成形される光学素子は、非光学面であるフランジ部のゲート形成部に対して光学有効面の光軸を挟んだ対向側のフランジ位置（支点部分）に傾斜面が形成された形状となる。すなわち、この支点部分のフランジ部のフランジ厚みを外周端側に向かうに従って減少するように傾斜面を形成することで、この傾斜面のフランジ部分での離型に伴う摩擦力を小さくすることができる。すなわち、上記図１８（ｂ）で説明したように、支点となるフランジ部分に局所的に加わる力ｆ０の向きを変える（すなわち、力ｆ０をｆ１とｆ２に分散させる）ことで、レンズの変形を抑制することができる。

また、金型に形成される前記傾斜面は、前記ゲート部の流れ方向と直交する方向のフランジ成形部にも設けてもよい。このような成形金型によって成形される光学素子は、非光学面であるフランジ部のゲート形成部と光学有効面の光軸とを結ぶ直線に対して直交する方向のフランジ位置にそれぞれ傾斜面が形成された形状となる。また、金型に形成される前記傾斜面は、前記ゲート部と前記光学素子成形部との間のフランジ成形部に設けてもよい。

また、本発明では、前記ゲート部は、前記フランジ成形部に向かうに従って断面積が大きくなるような形状としてもよい。より具体的に説明すると、前記ゲート部は、樹脂の流れ方向と直交する方向の断面形状が、下辺と、下辺の左右両端部からそれぞれ上方に延設された側辺と、各側辺の上端部からそれぞれ斜め外方に延設された傾斜辺と、これら傾斜辺の上端部同士を連接する上辺とからなる六角形状であり、前記傾斜辺が、前記フランジ成形部に向かうに従って長くなるように形成されている。すなわち、傾斜辺の長さがフランジ成形部に向かうに従って長くなる結果、この傾斜辺の上端部同士を連接する上辺の長さもフランジ成形部に向かうに従って長くなるように形成されている。

ここで、このような形状のゲート部のゲート幅は、前記光学素子成形部の外径寸法をＬ、前記光学有効面成形部の光学有効径寸法をｌ、ゲート部の最大幅をｄとしたとき、
ｄ≦（Ｌ²−ｌ²）^1/2 ・・・（１）
の関係を満たすように設定すればよい。このゲート部の最大幅ｄは、上記断面形状で言えば上辺の長さに相当する。ゲート部の最大幅をこのように設定することで、その後のゲートカット工程で、ゲート形成部を光学素子のフランジ部分で直線的にカットしても、そのカットラインが内側の光学有効面に掛かることがない。

本発明は上記のように構成したので、エジェクターピンや突き出し機構部といった駆動機構を用いることなく、金型から光学素子を離型する場合において、離型時の光学素子の変形を抑制することができ、光学素子の形状精度を向上させることができる。

本発明の実施形態１に係る成形金型の構造を示す断面図である。 （ａ）は上金型のパーティング面の正面図、（ｂ）は下金型のパーティング面の正面図である。 （ａ）は下金型のゲート部の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 実施形態１の成形金型によって成形された光学素子であるプラスチックレンズを示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）はゲート形成部側から見た側面図である。 （ａ）は、下金型から成形品を離型するときの力の働きを説明する図、（ｂ）は、支点部分に働く力の関係を説明する図である。 ゲート形成部を含む成形品の形状を示す平面図である。 （ａ）は成形品である光学素子の形状を示す断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の実施形態２に係る成形金型の構造を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は下金型のパーティング面の正面図である。 本発明の実施形態２に係る成形金型によって成形された光学素子の形状を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の実施形態３に係る成形金型の構造を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は下金型のパーティング面の正面図である。 実施形態３に係る成形金型によって成形された光学素子の形状を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はゲート形成部側から見た側面図である。 成形品を金型から離型する際に成形品に働く力を説明する図であり、（ａ）は、下金型のキャビティ部に樹脂充填された状態のパーティング面の正面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＤ１−Ｄ１線に沿う断面図、（ｃ）は、同図（ａ）のＤ２−Ｄ２線に沿う断面図である。 傾斜角度の説明図である。 従来の成形金型に樹脂を射出した状態を示す断面図である。 従来の成形金型の型開きを示す断面図である。 従来の成形金型の突き出し機構の作動状態を示す断面図である。 従来の成形金型からプラスチックレンズを離型する際に働く力を説明する図であり、（ａ）は樹脂充填された成形金型のキャビティ部分の断面図、（ｂ）は下金型に充填されたプラスチックレンズの正面図である。 離型時に支点に働く力の関係を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲が以下の実施形態及び図面に限定されるものではない。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る成形金型の断面構造を示している。また、図２（ａ）は上金型のパーティング面の正面図、同図（ｂ）は下金型のパーティング面の正面図であり、光学素子成形部（キャビティ）、ゲート部、及びランナー部の一部の構造を示している。また、図３（ａ）は下金型のゲート部の斜視図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図４は、本実施形態１の成形金型によって成形された光学素子であるプラスチックレンズを示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）はゲート形成部側から見た側面図である。ただし、（ｃ）ではランナー部を切除した状態（ゲート部が見える状態）で図示している。また、図５（ａ）は、下金型から成形品を離型するときの力の働きを説明する図、同図（ｂ）は、支点部分に働く力の関係を説明する図、図６は、ゲート形成部を含む成形品の形状を示す平面図、図７（ａ）は、成形品である光学素子の形状を示す断面図、同図（ｂ）は平面図である。

本実施形態１の成形金型は、光学素子としてプラスチックレンズを製造するものであり、上金型１０と下金型１１を合せることによってキャビティ４を形成する。このキャビティ４は、光学素子成形部１と、これに連通するゲート部２と、さらにゲート部２と連通するランナー部３とから構成されている。

光学素子成形部１は、光学効果を有する平面視円形状に形成された光学有効面成形部１ａと、この光学有効面成形部1ａの外周を取り囲むようにして平面視リング状に形成された光学効果を有さない非光学面であるフランジ成形部１ｂとで構成されている。また、下金型１１のフランジ成形部１ｂには、レンズ光軸中心Ｒを介してゲート部２とは反対側に、フランジ成形部１ｂの外周端側に向かうに従ってフランジ厚みが減少するように（すなわち、斜め上方に向かって傾斜した）傾斜面１２ａが設けられている。この傾斜面１２ａは、フランジ成形部１ｂが平面視リング状であることから、フランジ成形部１ｂの外周端側に向かうに従って幅も減少するようになっている。なお、この傾斜面１２ａは、図面では平面を成すテーパ面として形成しているが、緩やかな曲面であってもよい。

一方、ゲート部２は、ランナー部３から光学素子成形部１のフランジ成形部１ｂに向かうに従って断面積が大きくなるような形状に形成されている。具体的には、主に図３（ａ）に示すように、ゲート部２は、下面２１と、下面２１の左右両側辺からそれぞれ上方に延設された側面２２，２３と、各側面２２，２３の上端辺からそれぞれ斜め外方に延設された傾斜面２４，２５とで構成され、ゲート部２の上面は型合わせをしたときに上金型１０によって構成されるようになっている。また、傾斜面２４，２５は、ランナー部３から光学素子成形部１のフランジ成形部１ｂに向かってその幅が次第に広くなるような略三角形状に形成されている。

このようなゲート部２の形状を、樹脂の流れ方向Ｘと直交する方向Ｙの断面形状で見ると、図３（ｂ）に示すように、ゲート部２は、下辺２１ａと、下辺２１ａの左右両端部からそれぞれ上方に延設された側辺２２ｂ，２３ｂと、各側辺２２ｂ，２３ｂの上端部からそれぞれ斜め外方に延設された傾斜辺２４ｃ，２５ｃと、これら傾斜辺２４ｃ，２５ｃの上端部同士を連接する上辺２６ｄ（ただし、この上辺２６ｄは上金型１０によって形成される。）とからなる六角形状（いわゆる盃形状）であり、この両傾斜辺２４ｃ，２５ｃが、フランジ成形部１ｂに向かうに従って次第に長くなるように形成されている。

このように、傾斜面２４，２５の幅が次第に広く（すなわち、傾斜辺２４ｃ，２５ｃの長さが次第に長く）なるように形成することで、ゲート部２は、ランナー部３から光学素子成形部１のフランジ成形部１ｂに向かうに従って断面積が次第に大きくなっている。

次に、上記構成の成形金型を用いてレンズを製造する工程を説明する。

上金型１０と下金型１１が形成するキャビティ４（図１参照）にレンズの材料となる樹脂を充填する。ここで、使用する樹脂は特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂であって良いし、硬化性樹脂であっても良い。

この樹脂充填は、ランナー部３から行う。すなわち、ランナー部３からゲート部２を通り、光学素子成形部１まで充填される。この時点で成形品は、図４に示すように、光学素子成形部１の光学有効面成形部１ａ及びフランジ成形部１ｂによって成形されたレンズ部５１及びフランジ部５２と、フランジ部５２の一部に連通するゲート形成部５３及びランナー形成部５４とが一体的に形成されている。なお、ゲート形成部５３とランナー形成部５４とは、後のゲートカット工程で切断される。

このように樹脂を充填後、固化または硬化を行う。固化または硬化工程（以下、単に硬化と統一して呼ぶ）では、使用する樹脂に適した成形手段を用いればよいが、硬化のための手段は従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。そして、この硬化の後に、上金型１０と下金型１１を互いに離間させて型開きを行う。この際、一般的に接触面積が大きい金型側に成形品が残る。本実施形態１では、成形品は下金型１１側に残ることになる。

次に、レンズ部５１及びフランジ部５２を下金型１１から離型させる。このとき、ゲート形成部５３を力点として利用して、ランナー形成部５４側からレンズ部５１及びフランジ部５２を回動させるように離型を行う。この回動を行うための手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、型開き後に下金型１１側に残された成形品の一部をロボットハンドなどにより掴んで離型しても良いし、予め上金型１０側のランナー部３を構成する金型面に成形樹脂を食い付かせるような突起などを設けておき、型開き動作に伴い、上金型１０に引っ張られるようにして離型させてもよい。

この際、レンズ部５１及びフランジ部５２に働く力は、図５（ａ）に示すように、ゲート形成部５３が力点ａとなり、レンズ光軸中心Ｒを通りゲート形成部５３と対向するフランジ部５２の位置がおおよそ支点ｂとなる。この離型の際、従来技術でも説明したように、レンズ部５１及びフランジ部５２には離型に伴う応力が加わり、レンズ部５１及びフランジ部５２の形状を変形させる要因となる。特に、支点ｂとなる位置は最後に金型から剥離されるため、この支点ｂ部分での剥離が容易に行えない場合、レンズ部５１及びフランジ部５２の全体が離型に伴う応力によって曲げられ、変形が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態１の成形金型では、上記したように、下金型１１のフランジ成形部１ｂにおいて、レンズ光軸中心Ｒを介してゲート部２とは反対側に、フランジ成形部１ｂの外周端側に向かうに従ってフランジ厚み及びフランジ幅が減少するように傾斜面１２ａを設けている。従って、この成形金型によって成形される成形品のフランジ部５２には、外周端側に向かってフランジ厚み及びフランジ幅が減少する傾斜面５２ａが形成された形状となる。すなわち、支点ｂとなる部分のフランジ部５２は、外周端側に向かうに従ってフランジ厚み及びフランジ幅が減少するようになっている。そのため、この傾斜面５２ａが形成されたフランジ部５２での離型に伴う応力（摩擦力）を小さくできる。すなわち、上記図１８（ｂ）でも説明したが、図５（ｂ）に示すように、支点ｂとなるフランジ部５２の端面を傾斜面５２ａに形成すると、離型の力ｆ０は、フランジ成形部１ｂの傾斜面１２ａに沿う力ｆ１と、フランジ成形部１ｂの傾斜面１２ａの法線方向の力ｆ２とに分散されることになる。すなわち、成形品であるフランジ部５２の傾斜面５２ａと、下金型１１のフランジ成形部１ｂの傾斜面１２ａとの摩擦力はｆ１（＜ｆ０）となるため、この摩擦力（離型に伴う応力）ｆ１による変形も抑制されることになる。従って、傾斜面５２ａの傾斜角度αは、型開きする方向（図５（ｂ）では垂直方向）に対して、レンズ部５１に掛からない範囲内で、できるだけ傾斜させておくのがよい。

このように、本実施形態１では、フランジ部５２に、外周端側に向かってフランジ厚み及びフランジ幅が減少する傾斜面５２ａを形成することで、支点ｂとなるフランジ部５２に局所的に加わる力を分散できるため、従来技術の場合に比べて、レンズの変形を抑制することができる。

一方、力点ａとして働くゲート形成部５３においても離型の力がフランジ部５２に伝えられるために変形を起こし易い。

そこで、本実施形態１では、上記したように、下金型１１のゲート部２の形状をいわゆる断面盃形状とし、かつ図３（ａ）に示すように、傾斜面２４，２５の幅がフランジ成形部１ｂに向かって次第に広くなるように形成している。すなわち、このゲート部２を通して樹脂を充填することで、充填樹脂によるゲート形成部５３の形状も、図４（ｂ）に示すように、ランナー形成部５４側からフランジ部５２に向かうに従って次第に幅広となるように形成される。このように、ゲート形成部５３の幅を大きくしてフランジ部５２へ伝わる力を分散させる構造とすることで、ゲート形成部５３付近の変形も小さくすることができる。

また、本実施形態１では、図４（ｃ）に示すように、ゲート形成部５３自体を断面盃形状に形成し、上面５３ａの左右両側に傾斜面５３ｂ，５３ｂを形成している。すなわち、ゲート形成部５３の幅を大きくすることに加え、ゲート形成部５３自体も離型し易いように側面に傾斜面５３ｂ，５３ｂを持たせた構造とすることで、上記図５（ｂ）で説明したのと同様の理由で、ゲート形成部５３の離型を容易に行うことができる。従って、力点ａ部分の離型によるその後のゲート形成部５３及びフランジ部５２の変形を抑制することができる。

このように、本実施形態１では、レンズ部５１及びフランジ部５２に働く力が大きく加わる、力点ａ部分及び支点ｂ部分での下金型１１からの成形品の剥離が行い易くなり、その結果、レンズ部５１及びフランジ部５２の変形を抑制することができる。

ここで、成形品のゲート形成部５３の幅（すなわち、下金型１１で言えばゲート部２の幅）について図６に示す成形品の平面図を参照して説明する。

フランジ部５２に連通するゲート形成部５３の幅は大きい程、力点ａでの力を分散させることができるが、大きくし過ぎた場合、ゲートカット時に弊害を生じる可能性がある。例えば、ゲート形成部５３のカット残りを無くすように直線的にカットする場合、光学有効面であるレンズ部５１にこのカット面が掛かる可能性がある。そのため、光学有効面であるレンズ部５１に掛からずにゲート形成部５３のカット残りを無くすためには、フランジ部５２の外周に沿って直線的に複数回のカットを行うか、若しくはフランジ部５２の外周径に沿って曲線的にカットする必要があり、ゲートカット工程が煩雑になる。このような弊害を無くすためには、図６に示すように、レンズ部５１を含むフランジ部５２の外径をＬ、レンズ部５１の光学有効径をｌ、ゲート形成部５３のゲート幅（すなわち、フランジ部５２に接続されている部分のゲート形成部５３の幅）をｄ、レンズ部５１のレンズ光軸中心Ｒからフランジ部５２に接続されているゲート形成部５３の両端点Ｓ，Ｓまでを結んだ２本の直線の間の角度の１／２の角度をθとした場合、次の関係式（１）を満たす範囲でゲート幅ｄを設ければよい。

ｄ≦（Ｌ²−ｌ²）^1/2 ・・・（１）
ここで、上記（１）式について説明する。

図６の直角三角形ＲＳＵの部分について考える。

ここで、光学有効径ｌをカットしない条件は、図６の直角三角形ＲＳＵの底辺の長さＲＵ（＝L・ｃｏｓθ／２）が光学有効径ｌの半径（ｌ／２）以上になることである。

つまり、L・ｃｏｓθ／２≧ｌ／２、すなわち、L・ｃｏｓθ≧ｌの条件を満たすことである。

この条件は、変形すると下式（１−１）のようになる。

ｃｏｓθ≧ｌ／Ｌ ・・・（１−１）
また、上記直角三角形のｓｉｎθは、
ｓｉｎθ＝ｄ／ｌ ・・・（１−２）
となり、この（１−２）式と、ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θ＝１の関係から、次式（１−３）を導くことができる。

ｃｏｓθ＝（１−（ｄ／Ｌ）²）^1/2 ・・・（１−３）
そして、（１−３）式と（１−１）式とにより、上記（１）式を得ることができる。

すなわち、上記（１）式は、図６の直角三角形ＲＳＵの底辺の長さＲＵ（＝L・ｃｏｓθ／２）が光学有効径ｌの半径（ｌ／２）以上になる条件を定めた式となっています。

上述の工程により、図４に示すような、レンズ部５１と、フランジ部５２と、このフランジ部５２に連通するゲート形成部５３と、ランナー形成部５４とが一体的に形成された成形品を得ることができる。この成形品から、ゲート形成部５３とフランジ部５２とを切り離すように所望の位置で切断することで、最終形状の成形品である光学素子を得ることができる。

ここで、ゲートカット位置は、特に限定されるものではなく、図４中のＭ−Ｍ線で切断しても良いし、Ｎ−Ｎ線で切断しても良いが、ゲート形成部５３のカット残りがある場合（例えば、Ｍ−Ｍ線で切断した場合）には、その後、光学素子を図示しないホルダなどに組み込む場合に配置の妨げとなるため、Ｎ−Ｎ線で切断する方がより好ましい。

以上のようにして製造された光学素子は、図７に示すように、光学有効面であるレンズ部５１と、フランジ部５２と、フランジ部５２のゲートカット面５５と、レンズ光軸中心Ｒを介してゲートカット面５５と対向する側のフランジ部５２に、フランジ部５２の外周端側に向かうに従ってフランジ厚みが減少するように形成された傾斜面５２ａとを有する形状となる。なお、本実施形態１では、レンズ部５１は曲面を有する円形のレンズであるが、これに限定されず、板状のレンズや回折格子などでもよい。

＜実施形態２＞
図８は、本発明の実施形態２に係る成形金型の構造を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は下金型のパーティング面の正面図である。また、図９は、本実施形態２の成形金型によって成形された成形品（光学素子）の形状を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

本実施形態２に係る成形金型は、図８に示す通り、ゲート部２と連通する部分のフランジ成形部１ｂの端面が、樹脂の流方向Ｘに対して直交する方向に平行であって、かつ、レンズ光軸方向Ｒを含む平面と平行な平面１３に形成された、いわゆるＤカットの形状を成している点が上記実施形態１と異なっている。なお、その他の構成は上記実施形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

ここで、この平面（Ｄカット面）１３について説明する。

Ｄカット面１３のカット幅ｄ′は、図６に示すように、レンズ成形部１ａを含むフランジ成形部１ｂの外径をＬ、レンズ成形部１ａの光学有効径をｌとした場合、次の関係式（２）を満たす範囲で設けられる。

ｄ′≦（Ｌ²−ｌ²）^1/2 ・・・（２）
上記（２）式の右辺の項は上記（１）式で説明した通りである。

この範囲内で、Ｄカット面１３を形成することで、Ｄカット面１３がレンズ成形部１ａの光学有効径ｌに掛かることがない。

次に、上記構成の成形金型を用いて光学素子を製造する工程を説明するが、ここでは、上記実施形態１と異なる点であるゲートカット工程についてのみ説明する。

本実施形態２では、Ｄカット面１３にゲート部２が連通する構造となっている。このため、フランジ成形部１ｂとゲート部２とを連通する部分は、フランジ成形部１ｂの外径Ｌ内のＤカット面１３に位置している。従って、ゲートカットを実施する場合、フランジ成形部１ｂの外径Ｌ以内で行えば、ゲートカット残りがあったとしても、成形後の光学素子をホルダ等に組み込む際に邪魔になることはない。すなわち、上記実施形態１では、フランジ部５２を含めてカットする必要があったが、本実施形態２では、ゲート形成部５３のみをカットするだけよく、カットする位置にも余裕を持たせることが可能となる。また、上記実施形態１に比べて、ゲートカットする幅を小さくすることができるため、ゲートカットを容易に行うことができる。

この他の工程は上記実施形態１と同様であるため説明を省略するが、これにより得られる光学素子（プラスチックレンズ）は、図９に示すように、光学有効面であるレンズ部５１と、Ｄカット面１３を含むフランジ部５２及び図示しないゲートカット残り部と、レンズ光軸中心Ｒを介してＤカット面１３と対向する側のフランジ部５２に、フランジ部５２の外周端側に向かうに従ってフランジ厚み及びフランジ幅が減少するように形成された傾斜面５２ａとを有する形状となる。なお、本実施形態２でも、レンズ部５１は曲面を有する円形のレンズであるが、これに限定されず、板状のレンズや回折格子などでもよい。

＜実施形態３＞
図１０は、本発明の実施形態３に係る成形金型の構造を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は下金型のパーティング面の正面図である。

本実施形態３に係る成形金型は、図１０（ｂ）に示す通り、下金型１１のフランジ成形部１ｂにおいて、レンズ光軸中心Ｒを介してゲート部２とは反対側に、フランジ成形部１ｂの外周端側に向かうに従ってフランジ厚み及びフランジ幅が減少するように（すなわち、斜め上方に向かって傾斜した）傾斜面１２ａが設けられている。この傾斜面１２ａは、上記実施形態１，２においても同様に設けられている。本実施形態３では、さらに、ゲート部２と対向する側に、フランジ成形部１ｂの外周端側（すなわち、ゲート２側）に向かうに従ってフランジ厚み及びフランジ幅が減少するように（すなわち、斜め上方に向かって傾斜した）傾斜面１２ｂが設けられ、また、ゲート部２の中心とレンズ光軸中心Ｒとを結ぶ直線（すなわち、ゲート２の樹脂流れ方向）Ｘに対して直交する左右両方向のフランジ成形部１ｂに、フランジ成形部１ｂの外周端側に向かうに従ってフランジ厚み及びフランジ幅が減少するように（すなわち、斜め上方に向かって傾斜した）傾斜面１２ｃ，１２ｄがそれぞれ設けられている。なお、この傾斜面１２ｃ，１２ｄは、その面が樹脂の流れ方向Ｘに平行になるように形成されており、充填された樹脂の流れを妨げないようになっている。すなわち、各傾斜面１２ａ〜１２ｄは、レンズ光軸中心Ｒを中心として水平方向に略９０度の角度を保って形成されている。

図１１は、上記構成の成形金型によって成形された光学素子（ただし、ゲート形成部も含む）の形状を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はゲート部側から見た側面図である。

本実施形態３の成形金型によって成形される成形品（光学素子）は、フランジ部５２に、外周端側に向かってフランジ厚み及びフランジ幅が減少する４つの傾斜面５２ａ〜５２ｄが、レンズ光軸中心Ｒを中心として水平方向に略９０度の角度を保って形成された形状（図１１（ｂ）参照）となる。その他の形状は、上記実施形態１の形状と同様である。なお、本実施形態３でも、レンズ部５１は曲面を有する円形のレンズであるが、これに限定されず、板状のレンズや回折格子などでもよい。

本実施形態３によれば、上記のような金型構造にすることで、上記実施形態１，２に比べて、離型に伴う応力による変形をさらに抑制することができる。

図１２は、成形品を金型から離型する際に成形品に働く力を説明する図であり、（ａ）は、下金型のキャビティ部に樹脂充填された状態のパーティング面の正面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＤ１−Ｄ１線に沿う断面図、（ｃ）は、同図（ａ）のＤ２−Ｄ２線に沿う断面図である。

すなわち、レンズ部５１及びフランジ部５２に働く力は、図１２に示すように、フランジ部５２に傾斜面５２ｂが形成されたゲート形成部５３の位置が力点ａ、レンズ光軸中心Ｒを通りゲート形成部５３と対向するフランジ部５２に形成された傾斜面５２ａの位置が支点ｂ、ゲート形成部５３の中心とレンズ光軸中心Ｒとを結ぶ直線に対して直交する左右両方向のフランジ部５２に形成された傾斜面５２ｃ，５２ｄの位置が作用点ｃとなる。そして、本実施形態３では、この各力が働く点に傾斜面５２ａ〜５２ｄを形成したことで、成形品の離型がより行い易い構造となっている。

すなわち、力点ａ、支点ｂ、作用点ｃとなる部分のフランジ部５２には、外周端側に向かうに従ってフランジ厚み及びフランジ幅が減少する傾斜面５２ａ〜５２ｄが形成されている。そのため、上記図５（ｂ）で説明した理由により、これら各点に形成された傾斜面５２ａ〜５２ｄでの離型に伴う摩擦力を小さくできる。例えば、力点ａの近傍のフランジ部５２に上記のような傾斜面５２ｂを設けることにより、離型初期にレンズ部５１及びフランジ部５２に加わる応力を低減することができる。
（傾斜面５２ａ〜５２ｄの傾斜角度についての説明）
最後に上記実施形態１〜３において設けられている各傾斜面５２ａ〜５２ｄの傾斜角度について、図１３を参照して説明する。なお、図１３は、傾斜角度の説明図である。

フランジ部５２の外形寸法をＬ、レンズ部５１の光学有効径寸法をｌ、フランジ部５２の厚みをＴとし、これらレンズ部５１及びフランジ部５２を離型する方向を上方向とした場合、フランジ部５２の上面と傾斜面５２ａ（ただし、他の傾斜面５２ｂ〜５２ｄも同様）とのなす角度βは、次の式（３）で表される。

ｔａｎβ≧２Ｔ／（Ｌ−ｌ） ・・・（３）
この関係式は、傾斜面が平面である時に成り立つ関係式であり、曲面である場合にはこれに限定されるものではない。

なお、上記説明では、支点、力点、作用点という表現で力の働く部位を表記しているが、上記説明からも分かるように、ここで言う支点、力点、作用点はピンポイントの点を指しているのではなく、その周辺部も含めた一定の範囲を含んで支点、力点、作用点と表現している。

また、上記説明では、成形品が光学素子であるプラスチックレンズの場合について説明しているが、離型時の成形品の変形を防止するという観点からすれば、離型時に少なくとも力点及び支点となる部分、さらには作用点となる部分に傾斜面を形成できる形状の成形品であれば、本発明を適用することが可能である。

１ 光学素子成形部
１ａ 光学有効面成形部（レンズ成形部）
１ｂ フランジ成形部
２ ゲート部
３ ランナー部
４ キャビティ
１０ 上金型
１１ 下金型
１２ａ〜１２ｄ 傾斜面
２１ 下面
２１ａ下辺
２２，２３ 側面
２２ｂ，２３ｂ 側辺
２４，２５ 傾斜面
２４ｃ，２５ｃ 傾斜辺
２６ｄ 上辺
５１ レンズ部
５２ フランジ部
５２ａ〜５２ｄ 傾斜面
５３ ゲート形成部
５３ａ 上面
５３ｂ 傾斜面
５４ ランナー形成部

Claims (11)

1. 樹脂を充填して光学素子を成形する金型において、
   前記金型によって形成されるキャビティは、ゲート部とこのゲート部に連通する光学素子成形部とを備え、
   前記光学素子成形部は、光学効果を有する光学有効面成形部と非光学面であるフランジ成形部とからなり、
   前記フランジ成形部には、外周端側に向かうに従ってフランジ厚みが減少するように傾斜面が設けられていることを特徴とする成形金型。
2. 請求項１に記載の成形金型において、
   前記傾斜面は、前記ゲート部に対向するフランジ成形部に設けられていることを特徴とする成形金型。
3. 請求項２に記載の成形金型において、
   前記傾斜面は、前記ゲート部の流れ方向と直行する方向のフランジ成形部に設けられていることを特徴とする成形金型。
4. 請求項２または請求項３に記載の成形金型において、
   前記傾斜面は、前記ゲート部と前記光学素子成形部との間のフランジ成形部に設けられていることを特徴とする成形金型。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の成形金型において、
   前記ゲート部は、前記フランジ成形部に向かうに従って断面積が大きくなるような形状であることを特徴とする成形金型。
6. 請求項５に記載の成形金型において、
   前記ゲート部は、樹脂の流れ方向と直交する方向の断面形状が、下辺と、下辺の左右両端部からそれぞれ上方に延設された側辺と、各側辺の上端部からそれぞれ斜め外方に延設された傾斜辺と、これら傾斜辺の上端部同士を連接する上辺とからなる六角形状であり、前記傾斜辺が、前記フランジ成形部に向かうに従って長くなるように形成されていることを特徴とする成形金型。
7. 請求項５または請求項６に記載の成形金型において、
   前記ゲート部は、前記光学素子成形部の外径寸法をＬ、前記光学有効面成形部の光学有効径寸法をｌ、前記ゲートの最大幅をｄとしたとき、
   ｄ≦２×（Ｌ−ｌ²／Ｌ）
   の関係を満たすことを特徴とする成形金型。
8. 成形により製造される光学素子であって、
   前記光学素子は、光学効果を有する光学有効面と、非光学面であるフランジ部とからなり、前記フランジ部には、外周端側に向かってフランジ厚みが減少する傾斜面が形成されていることを特徴する光学素子。
9. 請求項８に記載の光学素子において、
   前記フランジ部にはゲートカット面が形成されており、前記傾斜面は、前記ゲートカット面に対して前記光学有効面の光軸を挟んだ対向側のフランジ位置に形成されていることを特徴する光学素子。
10. 請求項９に記載の光学素子において、
    前記傾斜面は、前記ゲートカット面と前記光学有効面の光軸とを結ぶ直線に対して直交する方向のフランジ位置に形成されていることを特徴する光学素子。
11. 請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の光学素子において、
    前記傾斜面が平面または曲面であることを特徴とする光学素子。

Images