JP2015079104A - プラスチック光学部材およびその製造方法と金型 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラスチックで形成された芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されたプラスチック光学部材であって、
前記芯レンズは、少なくとも第1側面傾斜部と第2側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有し、
前記側面傾斜部上に、前記芯レンズの表裏光学面を被覆一体化する被覆プラスチックと連結されたリブが設けられ、
前記芯レンズの前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に位置する前記リブ上に、前記被覆プラスチックのゲートが配置されている構成とする。
【選択図】 図1
Description
しかし光学部材の厚さが増加するに伴って、成形中に先に硬化する表面プラスチック層と遅れて硬化する内部プラスチック部との間の硬化収縮の差による応力の増加がみられる。そのことで、光学部材内部に真空泡(ボイド)の発生や、内部応力の残留という問題点がある。
また、このような厚肉の光学部材については、金型内における冷却時間が厚さの増加により急激に長くなるため、成形サイクルが著しく増大するという問題点もある。
このような問題点を解決するため、特許文献1ではプラスチック製の芯レンズが内部に収容され、該芯レンズの表裏光学面に同時に被覆プラスチックで一体化するというプラスチック光学部材の製造方法が提案されている。
そのため、デジタルカメラにおいては表に露出する部分に用いる為の耐擦過性能を満足することができず、また、複写機等においても、製造時やメンテナンス時に厚肉のプラスチック光学部材に傷をつけてしまうことが懸念される。
前記の特許文献1に記載の従来例においても、芯レンズと被覆プラスチックが同材質であるため、この課題は避けられない。
このような課題を解決するため、吸水率は高いが表面硬度の高い材質を吸湿変形の少ない領域の厚みで芯レンズに被覆させることによりその解決が見込まれる。
しかし、このような手法によっても、被覆プラスチックを成形する際の熱と圧力によって、芯レンズが再溶融し流動してしまい、その流動痕が外観異常となることが懸念される。また、被覆プラスチックを安価に成形するためにリブを用いて被覆プラスチックを芯レンズの表裏に分岐流入させる構成とすることが考えられる。その場合、芯レンズ側面の一部に沿って被覆プラスチックが流動する。
その際、芯レンズに付与した金型から離型し易くするための抜き勾配角が変化する箇所が被覆プラスチックを成形する際の樹脂流動時の壁となる。その結果、溶融した被覆プラスチックの熱と圧力によってその壁が破壊されてしまう。
そのため、破壊された壁が樹脂流動に沿った流動痕となり、特に外観異常の原因となることが懸念される。
およびその製造方法と金型の提供を目的とする。
前記芯レンズは、少なくとも第1側面傾斜部と第2側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有し、
前記側面傾斜部上に、前記芯レンズの表裏光学面を被覆一体化する被覆プラスチックと連結されたリブが設けられ、
前記芯レンズの前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に位置する前記リブ上に、前記被覆プラスチックのゲートが配置されていることを特徴とする。
また、本発明のプラスチック光学部材の製造方法は、プラスチックで形成された芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されたプラスチック光学部材の製造方法であって
少なくとも第1側面傾斜部と第2側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有する前記芯レンズを製造する工程と、
前記芯レンズの前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に、前記被覆プラスチックのゲートを配置し、
前記ゲートから流し込まれた溶融プラスチックにより、前記芯レンズの前記側面傾斜部上に形成されたリブを介して前記芯レンズの表裏光学面に前記被覆プラスチックを形成して被覆一体化する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明のプラスチック光学部材を製造する金型は、プラスチックで形成された芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されたプラスチック光学部材を製造する金型であって、
少なくとも第1側面傾斜部と第2側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有する前記芯レンズを製造する芯レンズ用金型と、
芯レンズ用金型により製造された前記芯レンズをインサートし、被覆プラスチックを製造する際に用いる被覆プラスチック用金型として、
前記芯レンズの前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に配置された、前記被覆プラスチックのゲートを有し、
前記ゲートから流し込まれた溶融プラスチックにより、前記芯レンズの前記側面傾斜部上に形成されたリブを介して前記芯レンズの表裏光学面に前記被覆プラスチックを形成して被覆一体化するように構成された被覆プラスチック用金型と、
を有することを特徴とする。
まず、本実施形態のプラスチック光学部材を製造する金型によって製造されるプラスチック光学部材について、説明する。
本実施形態のプラスチック光学部材は、プラスチックで形成された芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されている。
その際、前記芯レンズは、少なくとも第1側面傾斜部と第2側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有しており、前記側面傾斜部上に、前記芯レンズの表裏光学面を被覆一体化する被覆プラスチックと連結されたリブが設けられている。
そして、前記芯レンズの前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に位置する前記リブ上に、前記被覆プラスチックのゲートが配置されている
図1において、1は芯レンズ、2は被覆プラスチック、3は複合プラスチック光学部材、4は複合プラスチック光学部材のリブ、5はリブ4の厚み、6は複合プラスチック光学部材のゲートである。
また、7、8は芯レンズ側面の傾斜部、9は芯レンズ側面の傾斜角が変化する箇所を示す。
本実施形態のプラスチック光学部材は、図1に示された被覆プラスチック2を連結させるリブ4が設けられている。
そして、リブ4に被覆プラスチック2のゲート6を設けることで、リブ4を介して被覆プラスチック2を芯レンズ1の表裏光学面に同時に成形する。これにより、芯レンズ1の表裏光学面の表、裏別々に被覆プラスチック2を流入させるための流路を設ける必要が無くなる。
結果、被覆プラスチック2を成形する際に使用する不図示の射出成形機のシリンダーを少なくすることができ、また金型構造も簡易となる。
また、リブの厚み5を0.5mm以上3mm以下とする。これは、リブの厚み5を0.5mmより小さくしてしまうと、被覆プラスチック2を溶融させ金型に流し込む際の応力が大きくなり、ひけや残留応力の増大が懸念される。
また、リブの厚み5を3mmより大きくしてしまうと、被覆プラスチック2を成形する際の必要成形圧力が大きくなり、芯レンズ1に変形が生じることが懸念される。
そして、芯レンズ側面傾斜部7、8が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9を跨ぐように被覆プラスチックのゲート6を配置させる。
その結果、芯レンズ側面傾斜部7、8が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9に生じた樹脂流動時の壁が破壊されても、ゲート6からの樹脂圧で破壊された壁がその場に留まり、流動痕となることを防止できる。
よって、外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できる。
またこの際、レンズ形状はメニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ等特に限定されない。
また、光学面形状も、球面、非球面、自由曲面等特に限定されない。
また、芯レンズ1の材質として、例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンとα−オレフィンの共重合体、ポリスチレン、スチレンとメタクリル酸メチルとの共重合体、フルオレン系ポリエステル等が上げられる。しかし、いずれの材
質によるかは特に問わない。
図2において、10は芯レンズ用金型、11は芯レンズ用金型10の固定型、12は芯レンズ用金型10の可動型である。
また、13は被覆プラスチック用金型、14は被覆プラスチック用金型13の固定型、15は被覆プラスチック用金型13の可動型である。
また、図2において、16、17は芯レンズ側面の抜き勾配形成部を示す。
本実施形態の上記金型を用いて製造するプラスチック光学部材の製造方法においては、まず図2に示された芯レンズ用金型10にて芯レンズ1を成形する。
その際、芯レンズ側面の抜き勾配形成部16、17によって芯レンズ1の傾斜部7、8が形成される。
そして、芯レンズ1を被覆プラスチック用金型13にインサートし、被覆プラスチックを成形する。
その際、芯レンズ側面傾斜部7、8が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9を跨ぐように被覆プラスチックのゲート6を配置させる。
そして、該ゲートから流し込まれた溶融プラスチックにより、被覆プラスチックを成形する。その際、少なくとも芯レンズ1の傾斜部7、8の一方は、金型離間方向に対して0°以上の勾配とする。
また、芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9を跨いで設置されるゲート6の跨ぐ距離を0.1mm以上とする。それらの結果、外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できる。
この際、芯レンズ側面の抜き勾配形成部16、17のどちらが芯レンズ用金型10の固定型11及び可動型12で形成されるかは特に問わない。
図3において、18は芯レンズ側面傾斜部を示し、図中19は芯レンズ側面傾斜部8、18が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所を示す。
この例では、芯レンズ側面傾斜部7、8が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9を跨ぐように被覆プラスチックのゲート6を配置させる。
また、芯レンズ側面傾斜部7、8が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所以外の、芯レンズ側面傾斜部8、18が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所19にはR面取り形状を施す。
それらの結果、芯レンズ側面傾斜部8、18が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所19にできる樹脂流動時の壁の破壊が抑制でき、外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できる。
これにより、外観異常が抑制され且表面の耐擦過性能の優れた複合プラスチック光学部材を供給できる。その際、メタクリル酸メチルに紫外線吸収特性を有する添加剤を少なくとも1種類以上添加してもよい。
その結果、紫外線特性にも優れた厚肉のプラスチック光学部材とすることができる。紫外線吸収特性を有する添加剤としては、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、トリアジン系化合物等が上げられるが、特に限定されない。
また、添加量については被覆プラスチック2の物性に影響を与えない量とし、0.1〜5重量部が好ましい。
[実施例1]
実施例1として、本発明を適用した複合プラスチック光学部材の構成例について、図4を用いて説明する。
図4において、20、21は複合プラスチック光学部材の最大外形寸法を示し、ここでは、最大外形寸法20を20mm、最大外形寸法21を15mmとした。
また、図中22はリブ4の最大幅を示し、18mmとした。また、図中23は被覆プラスチックのゲート6の幅、24は被覆プラスチックのゲート6の厚みを示し、23は2mm、24は3mmとした。またリブ4の厚み5は1mmとした。
また、図中25、26は芯レンズ側面の傾斜部7、8に対応したそれぞれの傾斜角度を示す。
また、図中27は芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9に対して被覆プラスチックのゲート6が跨ぐ距離を示す。
そして、表1の組合せ1〜6及び比較例1〜5に今回実験を行った結果を示す。
具体的には、芯レンズ側面の傾斜部7、8に対応したそれぞれの傾斜角度25、26及び芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9に対して被覆プラスチックのゲート6が跨ぐ距離27の組合せに対しての外観異常発生結果を示す。
この際、芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9に対して被覆プラスチックのゲート6が跨ぐ距離27は±で表記し、+の場合は跨いで配置され、−の場合は跨がずに配置させる事を示す。
本結果より、組合せ1〜6において、外観異常が抑制できた。つまり、芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9に対して被覆プラスチックのゲート6が跨ぐように配置されると外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できることが判った。
また、少なくとも傾斜角度25、26の一方が0°以上となり、距離27が+0.1mm以上であると外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できることが判った。
この際、被覆プラスチック2は、紫外線吸収特性を有する1.2−ヒドロキシ−5−メチル−1−ベンゾトリアゾールを1.0重量部含有させたポリメタクリル酸メチルとした。また、芯レンズ1の材質はスチレンとメタクリル酸メチルの共重合体とした。
実施例2としてと、実施例1とは異なる形態の複合プラスチック光学部材の構成例について、図5を用いて説明する。
図5において、図中20、21は複合プラスチック光学部材の最大外形寸法を示し、ここでは最大外形寸法20を20mm、最大外形寸法21を15mmとした。
また、22はリブ4の最大幅を示し、18mmとした。
また、23は被覆プラスチックのゲート6の幅、24は被覆プラスチックのゲート6の厚みを示し、23は2mm、24は3mmとした。また、リブ4の厚み5は1mmとした。また、25、26、28は芯レンズ側面の傾斜部7、8、18に対応したそれぞれの傾斜角度を示し、それぞれ7は1°、8は1°、18は5°とした。
また、27は芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9に対して被覆プラスチックのゲート6が跨ぐ距離を示し、+0.5mmとした。
この際、芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所9に対して被覆プラスチックのゲート6が跨ぐ距離27は±で表記し、+の場合は跨いで配置され、−の場合は跨がずに配置させる事を示す。
また、表2に芯レンズ側面傾斜部8、18が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所19に施す面取り量と外観異常発生結果を示す。本結果より、組合せ7、8において、外観異常が抑制できた。
つまり、芯レンズ側面傾斜部8、18が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所19にR面取りを施すことで外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できることが判った。
この際、被覆プラスチック2は、紫外線吸収特性を有する1.2−ヒドロキシ−5−メチル−1−ベンゾトリアゾールを1.0重量部含有させたポリメタクリル酸メチルとした。また、芯レンズ1の材質はスチレンとメタクリル酸メチルの共重合体とした。
2:被覆プラスチック
3:複合プラスチック光学部材
4:リブ
5:リブ厚み
6:被覆プラスチックのゲート
7:芯レンズ側面傾斜部
8:芯レンズ側面傾斜部
9:芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所
Claims (20)
- プラスチックで形成された芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されたプラスチック光学部材であって、
前記芯レンズは、少なくとも第1側面傾斜部と第2側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有し、
前記側面傾斜部上に、前記芯レンズの表裏光学面を被覆一体化する被覆プラスチックと連結されたリブが設けられ、
前記芯レンズの前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に位置する前記リブ上に、前記被覆プラスチックのゲートが配置されていることを特徴とするプラスチック光学部材。 - 前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所以外の、前記複数の側面傾斜部が交差し側面傾斜角が変化する箇所には、R面取り形状が施されていることを特徴とする請求項1に記載のプラスチック光学部材。
- 前記被覆プラスチックの材質が、メタクリル酸メチルであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプラスチック光学部材。
- 前記メタクリル酸メチルには、紫外線吸収特性を有する添加剤を少なくとも1種類以上添加されていることを特徴とする請求項3に記載のプラスチック光学部材。
- 前記紫外線吸収特性を有する添加剤が、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、トリアジン系化合物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項4に記載のプラスチック光学部材。
- 前記紫外線吸収特性を有する添加剤の添加量が0.1〜5重量部であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のプラスチック光学部材。
- プラスチックで形成された芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されたプラスチック光学部材の製造方法であって
少なくとも第1側面傾斜部と第2側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有する前記芯レンズを製造する工程と、
前記芯レンズの前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に、前記被覆プラスチックのゲートを配置し、
前記ゲートから流し込まれた溶融プラスチックにより、前記芯レンズの前記側面傾斜部上に形成されたリブを介して前記芯レンズの表裏光学面に前記被覆プラスチックを形成して被覆一体化する工程と、
を有することを特徴とするプラスチック光学部材の製造方法。 - 前記ゲートの前記側面傾斜角が変化する箇所を跨ぐ距離が、0.1mm以上であることを特徴とする請求項7に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
- 前記リブの厚みが、0.5mm以上、3mm以下であることを特徴とする請求項7ま
たは請求項8に記載のプラスチック光学部材の製造方法。 - 前記芯レンズを形成する工程は、
前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所以外の、前記複数の側面傾斜部が交差し側面傾斜角が変化する箇所には、R面取り形状を施す工程を含むことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載のプラスチック光学部材の
製造方法。 - 前記被覆プラスチックの材質が、メタクリル酸メチルであることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
- 前記メタクリル酸メチルには、紫外線吸収特性を有する添加剤を少なくとも1種類以上添加されることを特徴とする請求項11に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
- 前記紫外線吸収特性を有する添加剤が、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、トリアジン系化合物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項12に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
- 前記紫外線吸収特性を有する添加剤の添加量が0.1〜5重量部であることを特徴とする請求項12または請求項13に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
- プラスチックで形成された芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されたプラスチック光学部材を製造する金型であって、
少なくとも第1側面傾斜部と第2側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有する前記芯レンズを製造する芯レンズ用金型と、
前記芯レンズ用金型により製造された前記芯レンズをインサートし、前記被覆プラスチックを製造する際に用いる被覆プラスチック用金型として、
前記芯レンズの前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に配置された、前記被覆プラスチックのゲートを有し、
前記ゲートから流し込まれた溶融プラスチックにより、前記芯レンズの前記側面傾斜部上に形成されたリブを介して前記芯レンズの表裏光学面に前記被覆プラスチックを形成して被覆一体化するように構成された被覆プラスチック用金型と、
を有することを特徴とするプラスチック光学部材を製造する金型。 - 前記芯レンズ用金型は、固定型と可動型を備え、前記固定型と可動型におけるいずれかの前記芯レンズ側面の抜き勾配により、前記第1側面傾斜部または前記第2側面傾斜部が形成されることを特徴とする請求項15に記載のプラスチック光学部材を製造する金型。
- 前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部のいずれか一方は、前記金型の離間方向に対して0°以上の勾配を有することを特徴とする請求項16に記載のプラスチック光学部材を製造する金型。
- 前記ゲートの前記側面傾斜角が変化する箇所を跨ぐ距離が、0.1mm以上であることを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載のプラスチック光学部材を製造する金型。
- 前記リブの厚みが、0.5mm以上、3mm以下であることを特徴とする請求項15乃至18のいずれか1項に記載のプラスチック光学部材を製造する金型。
- 前記芯レンズ用金型は、
前記第1側面傾斜部と前記第2側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所以外の、前記複数の側面傾斜部が交差し側面傾斜角が変化する箇所には、R面取り形状が施されていることを特徴とする請求項15乃至19のいずれか1項に記載のプラスチック光学部材を製造する金型。
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