JP4053716B2 - プラスチック成形品及びその成形方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンター、又はファクシミリ装置の光学走査系、ビデオカメラ等の光学機器等に適用されるプラスチック成形品、特に、高精度な光学鏡面を有する厚肉、偏肉形状のプラスチックレンズ、或いはプラスチックミラー等のプラスチック成形品及びその成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数のレーザ光線から出射された各ビームを偏向手段及び結像手段を介して夫々感光体上に導き、該感光体上に画像情報に応じた画像を形成する多色画像形成装置が従来より採用されている。近年この多色画像形成装置の高速化、高画質化に対応するために、4つの感光体ドラムを出力紙の搬送方向に配列させ、各感光体ドラムに対応したビームで同時露出し、各々異なる色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)の現像器で現像した画像を順次、転写し、重ね合わせてカラー画像を形成するデジタル複写機やレーザプリンタが実用化されている。このような画像出力機にて光走査する際、複数の走査手段が用いられるが、その走査手段を配置するために大きなスペースが必要になり、装置全体が大型化することから、特開平4−127115号公報に開示されているように複数のビームを単一の偏向器に入射して走査し、結像レンズを積み重ねて配置する方法が提案されている。また、特開平10−148777号公報に開示するように複数のビームを単一の偏向器に入射して走査し、各々対応する感光体に結像させる結像手段を各ビーム毎に設け、該結像手段を構成する結像素子を副走査方向に層状に重ねて一体的に構成する方法が提案されている。この結像素子を副走査方向に層状に重ねて一体的に構成することにより、偏向手段(ポリゴンミラー)を重ねる間隔が短縮でき、或いは1枚のポリゴンミラーで兼ねることも可能となるため、ポリゴンミラーを回転させるためのモータの負荷を軽減でき、小型化も可能となる。また、結像素子を樹脂により一体成形した場合には、各結像素子の配置精度は相対的に一致し、組み付けも容易になる上、部品点数も削減できる効果がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
結像素子を副走査方向に層状に重ねて一体的に構成する手段としては、各ビームに対応した結像素子を接合により一体化する手段、或いは層状に重ねた結像素子を樹脂により一体成形する手段がある。また、先に述べたように、結像素子を樹脂により一体成形した場合、各結像素子の配置精度は相対的に一致し、組み付けも容易になる上、部品点数も削減できることから、高品位な光走査装置を低コストに作製でき、そのメリットは大きいことになる。一方、結像素子を一体化すると厚みが厚くなり、結像素子がレンズの場合にはそのレンズ厚が場所によって異なることから偏肉形状も伴ってくる。これを一体成形で製造する場合、厚肉で偏肉な成形品を高精度で、かつ内部が均質になるように成形しなければならないため、かなり高度な成形技術が必要になる。
【0004】
前記結像素子を射出成形法で製造する場合、加熱溶融された樹脂材料を金型内に射出充填し、冷却工程で金型内の樹脂圧力や樹脂温度が均一になることが、所望の形状精度を確保するために望ましい。しかし、厚肉形状の場合には、樹脂の冷却過程で体積収縮が大きいためにひけが発生しやすく、また、偏肉形状の場合には冷却時に温度分布が生じ、その結果、厚肉部にひけが発生しやすいという不具合がある。このひけを防止するために樹脂充填圧力を大きくすると、内部歪みが大きくなり、光学性能に悪影響を及ぼす。
【0005】
前記の射出成形法の欠点を改善する方法として、特開平11−028745号公報に開示されているように、低圧低充填で成形を行い、非転写面にひけを誘導し、内部歪みを低減しながら転写面の形状精度を確保する方法が提案されている。
【0006】
また、光走査装置の光学性能を向上させるために、結像素子の転写面形状は非球面であることが多く、成形用金型の作製も高度な鏡面加工技術が必要になっている。結像素子の転写面が隣接するように層状に重ねて一体的に構成する場合、転写面である光学鏡面を形成するための金型部材(鏡面駒)もまた一体で加工することが望ましいが、一体で加工すると鏡面駒の形状が複雑になり、転写面の形状精度を確保することが困難になってしまう。このため、鏡面駒を別々に加工して金型内で重ね合わせて成形用金型を作製する方法で成形を行なうと、キャビティ内の樹脂圧力がゼロになり、非転写面にひけが発生する時に、鏡面駒の合わせ目から空気が進入し、鏡面部にもその空気が回り込んでひけを発生させてしまう不具合が生じる。
【0007】
本発明は、前記の各種の問題点を解決するもので、厚肉,偏肉形状のプラスチック成形品であってもひけが発生せず、歪みが少なく高精度の転写面が得られるプラスチック成形品及びその成形方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項1のプラスチック成形品の成形方法は、1つ以上の光学鏡面を有する成形部を、段差部を挟んで隣接せしめて一体構造に成形し、前記光学鏡面と非転写面との間に段差部を形成してなるプラスチック成形品の成形方法であって、該成形方法は、前記プラスチック成形品の前記光学鏡面及び前記段差部に対応する凹凸部を形成する第1のキャビティ駒と、該第1のキャビティ駒と共に前記プラスチック成形品の形状に見合う空間であるキャビティを形成し金型の本体側に摺動可能に支持される第2のキャビティ駒とから構成されるプラスチック金型内を用い、前記プラスチック成形品の成形最終工程において前記第2のキャビティ駒をスライドさせて樹脂とキャビティ駒との間に空隙を形成する成形方法からなり、前記プラスチック金型を樹脂の軟化温度未満に加熱保持する第1の手順と、前記キャビティ内に前記軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填する第2の手順と、射出圧力により前記溶融樹脂を前記光学鏡面に押圧密着させた後、溶融樹脂を軟化温度以下に冷却する第3の手順と、該第3の手順の実施時に前記第2のキャビティ駒の少なくとも1つを前記樹脂側から離隔する方向に移動させて前記空隙を形成する第4の手順とを行なうことを特徴とする。
【0015】
また、請求項2のプラスチック成形品の成形方法は、1つ以上の光学鏡面を有する成形部を、段差部を挟んで隣接せしめて一体構造に成形し、前記光学鏡面と非転写面との間に段差部を形成してなるプラスチック成形品の成形方法であって、該成形方法は、前記プラスチック成形品の前記光学鏡面及び前記段差部に対応する凹凸部を形成する第1のキャビティ駒と、該第1のキャビティ駒と共に前記プラスチック成形品の形状に見合う空間であるキャビティを形成し金型の本体側に摺動可能に支持される第2のキャビティ駒とから構成されるプラスチック金型内を用い、前記プラスチック成形品の成形最終工程において前記プラスチック金型に設けた通気口より前記キャビティ駒内に圧縮気体を通気させて樹脂と前記キャビティ駒との間に空隙を形成する成形方法からなり、前記プラスチック金型を樹脂の軟化温度未満に加熱保持する第1の手順と、前記キャビティ内に前記軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填する第2の手順と、射出圧力により前記溶融樹脂を前記光学鏡面に押圧密着させた後、溶融樹脂を軟化温度以下に冷却する第3の手順と、該第3の手順の実施時に前記通気口から圧縮気体を前記キャビティ内に通気して樹脂とキャビティ駒との間に前記空隙を形成する第4の手順とを行なうことを特徴とする。
【0016】
一方、請求項1及び2のプラスチック成形品の成形方法は、成形の最終工程において樹脂とキャビティ駒との間に空隙を作り、溶融樹脂の温度の不均一化によるひけを防止すると共に、この際に回り込んでくる空気や圧縮空気が段差部により遮断され、結果としてひけのない高精度の光学鏡面を得ることができる。
【0017】
また、請求項3のプラスチック成形品の成形方法は、前記プラスチック成形が射出成形により行われることを特徴とする。厚肉,偏肉のプラスチック成形品を効率的に、かつ高精度に成形するには射出圧縮成形法やガスアシスト成形法よりも射出成形法が優れている。特に、プラスチック成形品にひけを強制的に形成する場合には射出成形法が望ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラスチック成形品及びその成形方法の実施の形態を、図面を参照して詳述する。なお、以下の実施の形態において使用される樹脂は、透明性が要求される光学素子を成形する場合には、軟化温度がそのガラス転移温度である非晶性樹脂、たとえば、ポリメタアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式アクリル樹脂、環状ポリオレフィンコポリマー(例、日本ゼオン(株)商品名:ゼオネックス)等を使用することができる。また、光学素子以外の用途の場合には軟化温度がその融解温度である結晶性樹脂を使用することも可能である。なお、本発明における樹脂は以上のものに限定するものではない。
【0019】
図1は本発明に係るプラスチック成形品1を示す。このプラスチック成形品1は弧状の上面に2つの転写面2,2を有するものからなり、側面には非転写面4を形成するカマボコ状のものからなる。なお、本発明のプラスチック成形品は図示のものに限定するものではなく、1つ以上の転写面を層状に隣接せしめて一体的に形成したものからなる。転写面2,2の間には凸状の段差部3が形成され、転写面2と非転写面4との間にも段差部3が形成される。図2は図1のA−A線断面を示すものであり、転写面2や段差部3は上下に形成され、非転写面4は左右の側面に形成され両者は直交して形成されている。なお、図1,図2に示すように段差部3は転写面2から突出した凸形状のものからなる。また、この転写面2は光学鏡面として形成される。
【0020】
図1,図2に示すように、段差部3は転写面2から寸法δだけ突出して形成され、このδの値は0.1mm以上に形成される。0.1mm以上としたのは、これ未満では、後に説明するように成形の最終工程等において樹脂側に進入しようとする空気や圧縮空気を遮断することが難しいためである。また、0.1mm以上といっても段差部3の高さが余り高いと転写面2を有するプラスチック成形品1としての機能が損なわれる場合もあり、適宜の高さに制限することが望ましい。
【0021】
また、図1,図2に示すように段差部3は本実施の形態では転写面2と直交するほぼ垂直に立ち上る凸形状のものからなる。これに対し、図3に示す段差部3aは側面に傾斜面5を形成するテーパ状のものからなる。この傾斜面5は抜き勾配として機能するものであり、このように段差部3aを形成することにより成形後におけるプラスチック成形品1の金型からの離脱の円滑化が図れ、結果としてより高精度の転写面2を形成することができる。
【0022】
図4は図3に示すプラスチック成形品1aの非転写面4の1つの部分に意図的にひけ6を形成したものである。ひけ6を設けることにより特に厚肉や偏肉のプラスチック成形品の歪みを低減することができ、結果的に転写面2aにおけるひけが防止され、高精度の転写面を得ることができる。
【0023】
図5は図1,図2に示したプラスチック成形品1と異なる横断面形状のプラスチック成形品1bを示すものであり、実際上は本発明ではこのような形状のプラスチック成形品1bは採用されない。図示のように、このプラスチック成形品1bの場合、転写面2bに対し段差部3bは凹形状に形成される。このような凹形状の段差部3bでも空気や圧縮空気の遮断効果はある。然しながら、この断面形状のプラスチック成形品1bを樹脂成形するための金型はこの横断面形状に見合う断面形状を有するものからなり、段差部3bに対応する金型の部分の加工が難しくコスト高になると共に、プラスチック成形品の精度を高精度に保持することが難しくなる問題点を有する。
【0024】
次に、図1,図2に示したプラスチック成形品1の成形方法を説明する。図6はこのプラスチック成形品1を成形するための金型7の概要断面構造を示すものであり、図7は成形工程の1つを示す模式的断面図である。金型7は上型と下型を合わさったものからなり、前記上型及び下型には第1のキャビティ駒8,8aと、第2のキャビティ駒9,9aが摺動可能に保持される。本実施の形態では第1のキャビティ駒8と8aは同一形状のものからなり、両者は互いに隣接し密接して配置される。第1のキャビティ駒8,8aは転写面2に対応する凸状部10を突出形成すると共に、隣接する凸状部10,10間には段差部3に対応する凹溝11が形成される。
【0025】
一方、第2のキャビティ駒9,9aは第1キャビティ駒8,8aの側面に非転写面12,12aを当接して配置される。なお、第2のキャビティ駒9,9aは図6における左右方向、即ち、第1のキャビティ駒8,8aと非転写面12,12aが離隔する方向に移動可能に金型側に保持される。
【0026】
図6に示すように、図1のプラスチック成形品1は上下の第1のキャビティ駒8,8aと上下の第2のキャビティ駒9,9aによって囲まれた空間のキャビティ13と相対する横断面形状を有するものからなり、このキャビティ13内に溶融樹脂16(図7を参照)を流し込ませて硬化させることにより製作される。
【0027】
一方、図6に明記されていないが、金型7にはキャビティ13内に空気を導入する手段や、金型7側に形成された図略の通気口から圧縮空気をキャビティ13内に導入する手段が設けられている。なお、空気は第1のキャビティ駒8,8a間の合わせ面や第1のキャビティ8,8aと第2のキャビティ9,9aとの合わせ面等からキャビティ13内に進入させることができる。
【0028】
金型7は図6に示すような構造に組み上げられた後、使用樹脂の温度未満の温度にまず加熱されて保持される。次に、図略の射出成形機から軟化温度以上に加熱された溶融樹脂16がキャビティ13内に射出されて充填される。溶融樹脂16は射出圧力により第1のキャビティ駒8,8aの凸状部10に密接すると共に凹溝11内に進入し充填される。
【0029】
次に、キャビティ13内に導入された溶融機能を軟化温度以下に冷却し、溶融樹脂を固化させる。同時に図7に示すように第2のキャビティ駒9を第1のキャビティ駒8から離隔する方向に移動させ、その間に微小の空隙14を形成させる。なお、図示は第2のキャビティ駒9のみを移動させたが、第2のキャビティ駒9aを移動させてもよく両者を移動させてもよい。なお、この第2のキャビティ駒9を移動させる替りに前記のように金型7に形成されている通気口(図略)から圧縮空気を導入し、空隙14を形成するようにしてもよい。
【0030】
溶融樹脂が冷却される場合には各部が均一に冷却される場合は少なく、特に厚肉や偏肉の形状のプラスチック成形品の場合は内部温度が不均一となり、固化の度合が場所により異なる。この弊害は前記の空隙14を設けることにより解消され、固化の均一化が図れ、結果としてひけのない転写面2を得ることができる。然しながら、空隙14の形成に伴って第1のキャビティ駒8,8aの合わせ面や第1のキャビティ駒8,8aと第2のキャビティ駒9,9aとの当接面の部分から空気や圧縮空気がキャビティ13内に入るが、この空気や圧縮空気は段差部3により進入が防止される。このため、低歪みで高精度の転写面を形成することができる。
【0031】
図8,図9は図4に示したプラスチック成形品1aのように意図的にひけ6を設けたプラスチック成形品を成形するための金型構造とその成形方法を示すものである。一対の金型7の転写面以外の面を画成する壁面の一部に摺動自在な可動入子15を設け、射出成形法により成形を行なう際に、キャビティ内に射出充填された樹脂の冷却固化が進み、樹脂圧力が所定圧力になった時に前記可動入子15を樹脂から離隔する方向に移動(後退)させ、可動入子と樹脂の間に強制的に空隙17を設ける。即ち、射出成形法等により、金型キャビティに樹脂を充填し、少なくとも1つの転写面を含む金型キャビティ壁面に対して樹脂内圧を発生させて樹脂を密着させる。その後、一定時間後に、キャビティ壁面の任意の場所で樹脂とキャビティ壁面を離隔する。このとき、樹脂内圧が大気圧以下であれば離隔部形状に概略相似の凹形状、いわゆる「ひけ」を形成することができる。この離隔部分は自由面となり動きやすく、また、熱が逃げにくいことから他のキャビティに接触している部分よりも高温となり、優先的に樹脂移動と収縮が生じて凹形状となる。また、この時の凹部は前記可動入子15の断面形状に準ずる形状が得られる。
【0032】
【発明の効果】
1.本発明の請求項1及び2のプラスチック成形品の成形方法によれば、光学鏡面の境界の部分に段差部を設けることにより、光学鏡面の合わせ目からのキャビティ内の空気の進入が防止され、段差部が封止手段の役割を果たすため、光学鏡面のひけが防止され、厚肉,偏肉形状のプラスチック成形品であっても低歪みで、かつ光学鏡面を高精度に確保することができる。2.本発明の請求項3のプラスチック成形品の成形方法によれば、射出成形法を適用することにより、射出圧縮成形法やガスアシスト成形法に較べて特に厚肉,偏肉のプラスチック成形品を効率よく生産することができると共に任意の位置にひけを意図的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラスチック成形品の斜視図。
【図2】図1のA−A線断面図。
【図3】抜け勾配を形成し得る段差部を有する本発明のプラスチック成形品の断面図であって、図1のA−A線断面図に相当するもの。
【図4】意図的に非転写面の部分にひけを形成したプラスチック成形品の断面図であって、図1のA−A線断面図に相当するもの。
【図5】凹状の段差部を形成するプラスチック成形品の断面図。
【図6】本発明のプラスチック成形品を射出成形により形成するための金型の概要構造を示す断面図。
【図7】図6の金型を用いた、本発明のプラスチック成形品の成形方法の1つの工程を説明するための模式的断面図。
【図8】非転写面に意図的にひけを形成するプラスチック成形品を製作するための金型を示す模式的断面図。
【図9】図8の金型を用いたプラスチック成形品の成形方法を説明するための模式的断面図。
【符号の説明】
1 プラスチック成形品
1a プラスチック成形品
1b プラスチック成形品
2 転写面
2a 転写面
2b 転写面
3 段差部
3a 段差部
3b 段差部
4 非転写面
5 傾斜面
6 ひけ
7 金型
8 第1のキャビティ駒
8a 第1のキャビティ駒
9 第2のキャビティ駒
9a 第2のキャビティ駒
10 凸状部
11 凹溝
12 非転写面
12a 非転写面
13 キャビティ
14 空隙
15 可動入子
16 溶融樹脂
17 空隙
Claims (3)
- 1つ以上の光学鏡面を有する成形部を、段差部を挟んで隣接せしめて一体構造に成形し、前記光学鏡面と非転写面との間に段差部を形成してなるプラスチック成形品の成形方法であって、該成形方法は、前記プラスチック成形品の前記光学鏡面及び前記段差部に対応する凹凸部を形成する第1のキャビティ駒と、該第1のキャビティ駒と共に前記プラスチック成形品の形状に見合う空間であるキャビティを形成し金型の本体側に摺動可能に支持される第2のキャビティ駒とから構成されるプラスチック金型内を用い、前記プラスチック成形品の成形最終工程において前記第2のキャビティ駒をスライドさせて樹脂とキャビティ駒との間に空隙を形成する成形方法からなり、前記プラスチック金型を樹脂の軟化温度未満に加熱保持する第1の手順と、前記キャビティ内に前記軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填する第2の手順と、射出圧力により前記溶融樹脂を前記光学鏡面に押圧密着させた後、溶融樹脂を軟化温度以下に冷却する第3の手順と、該第3の手順の実施時に前記第2のキャビティ駒の少なくとも1つを前記樹脂側から離隔する方向に移動させて前記空隙を形成する第4の手順とを行なうことを特徴とするプラスチック成形品の成形方法。
- 1つ以上の光学鏡面を有する成形部を、段差部を挟んで隣接せしめて一体構造に成形し、前記光学鏡面と非転写面との間に段差部を形成してなるプラスチック成形品の成形方法であって、該成形方法は、前記プラスチック成形品の前記光学鏡面及び前記段差部に対応する凹凸部を形成する第1のキャビティ駒と、該第1のキャビティ駒と共に前記プラスチック成形品の形状に見合う空間であるキャビティを形成し金型の本体側に摺動可能に支持される第2のキャビティ駒とから構成されるプラスチック金型内を用い、前記プラスチック成形品の成形最終工程において前記プラスチック金型に設けた通気口より前記キャビティ駒内に圧縮気体を通気させて樹脂と前記キャビティ駒との間に空隙を形成する成形方法からなり、前記プラスチック金型を樹脂の軟化温度未満に加熱保持する第1の手順と、前記キャビティ内に前記軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填する第2の手順と、射出圧力により前記溶融樹脂を前記光学鏡面に押圧密着させた後、溶融樹脂を軟化温度以下に冷却する第3の手順と、該第3の手順の実施時に前記通気口から圧縮気体を前記キャビティ内に通気して樹脂とキャビティ駒との間に前記空隙を形成する第4の手順とを行なうことを特徴とするプラスチック成形品の成形方法。
- 前記プラスチック成形が射出成形法により行われる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成形方法。
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