JP4673912B2 - プラスチックレンズの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックレンズの製造方法に関する。

近年、各種電子機器の小型化に合わせて、そこに搭載される電子部品も小型化、チップ化が進んでいる。そして、従来これらの電子部品の回路基板への実装においては、リフロー炉を活用して半田付けする表面実装方法によるものが一般的である。このような電子部品の中に、例えば、レンズ付きＣＣＤ、レンズ付きＣＭＯＳセンサなどのように、半導体とレンズとを一体化した電子部品が、産業用、医療用、民生用に広く活用されるようになっている。このような電子部品に使用されるレンズには、低価格化のために単玉で性能の良い非球面プラスチックレンズが多く採用されている。

一般に、レンズ、プリズム等の透明プラスチック成形品を得るには、液状モノマーを鋳型に流し込んでポリマーと成す注形法が用いられている。この方法によれば、歪みのない均一等方性の成形品を容易に得ることができる。他に押出成形でも、かなり均一等方性の成形品ができる。射出成形による方法では、ゲート付近で分子配向歪が発生しやすく、均一等方性の成形品を得るのは極めて困難であり、用いられていなかった。この点を改良して射出成形を可能にした考案もある（例えば、特許文献１参照）。従来のこのようなプラスチックレンズの材料としては、各レンズの用途によって、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＡＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、或いはメタクリル樹脂等の、透明性樹脂が用いられている。

特公昭６１−５７１６７号公報

しかしながら、上記の電子部品に採用するレンズとしては、実装の際に適用されるリフロー炉の熱（２６０℃）に耐える必要がある。ガラスレンズならばリフロー温度に耐えられるが、従来のプラスチックレンズは安価という利点はあるが耐熱温度が１７０℃以下であり、リフロー炉に通すことができない。そこで、リフロー温度に耐えられる熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を用いて、上下分離、或いは左右分離金型を用いて単玉非球面レンズの成形を試みたが、成形品と金型との間にエア及び樹脂からのガスが滞留して、金型からの転写性が悪く、レンズ面の品質の悪いものしかできなかった。

上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、レンズを使用する電子部品に好適なリフロー炉の熱に耐えるプラスチックレンズの製造方法を提供することである。

前記課題を解決するための本発明の手段は、プラスチックレンズの製造方法において、大気開放の注形型のキャビティに熱硬化性樹脂を充填し、該熱硬化性樹脂表面より下に下面位置が来るように平板を支持部材により前記注形型に載置して、前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより平凸レンズ又は平凹レンズを成形することを特徴とする。

前記課題を解決するための本発明の他の手段は、キャビティの一部が大気に開放されたレンズ成形用の第二の注形型に透明なエポキシ樹脂を注入する工程と、予めレンズ成形用の第一の注形型により同材料で別途製作した平凸レンズ又は平凹レンズを前記第二の注形型のキャビティの一部に位置決めして載置する工程と、前記第二の注形型を高温槽に入れて前記エポキシ樹脂を硬化させることにより前記平凸レンズ又は平凹レンズと１体化したレンズを成形する工程とを有することを特徴とする。

また、前記平凸レンズ又は平凹レンズは多数個の集合体として形成された後、単個に切断されることを特徴とする。

本発明によれば、大気開放の注形型のキャビティに熱硬化性樹脂を充填し、該熱硬化性樹脂表面より下に下面位置が来るように平板を支持部材により前記注形型に載置して、前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより平凸レンズ又は平凹レンズを成形するので、軽量でリフロー耐熱性のあるレンズが安価に得られることとなった。

また、キャビティの一部が大気に開放された注形型を用いて、予め形成された片レンズをキャビティに被せて、キャビティ内に注入した熱硬化性樹脂を硬化させることにより一体化した両レンズを形成するようにしたので、エアや樹脂からのガス逃げがよく、軽量でリフロー耐熱性のある良質のレンズが安価に得られることとなった。

また、安価な成形型を用いてレンズ集合体の形で多数個同時に成形されることにより、軽量でリフロー耐熱性のある良質のレンズが一層安価に製造できる。

以下、本発明の実施の形態であるプラスチックレンズの製造法について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの断面図である。図２及び図３はこのプラスチックレンズの製造方法を示す成形用注形型の断面図である。

まず、本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの構成について説明する。図１において、１はプラスチックレンズであり、２及び３は透明なエポキシ樹脂を材料として成形した片レンズ（平凸レンズ又は平凹レンズのことを、以下単に片レンズと略称）であり、図面には共に平凸レンズとして描かれている。２枚の片レンズ２、３は同一形状に描かれているが、必ずしも同一形状である必要はない。すなわち、２枚の片レンズ２、３は平凸レンズに限らず、共に平凹レンズであってもよいし、一方が平凸レンズで他方が平凹レンズであってもよい。

片レンズ２、３の平面側には、外周より内側に表面が平滑な凹部２ｃ、３ｃが形成されている。２枚の片レンズ２、３の平面側の周縁部２ｂ、３ｂ同士が接着されて鍔部１ａを有する１枚のレンズであるプラスチックレンズ１となっている。６は片レンズ２及び３成形時に形成された凹部２ｃ及び３ｃにより形成された空間部である。なお、鍔部１ａは電子部品などのパッケージに固定される時の保持部となる。なお、凹部２ｃ又は３ｃは何れか一方の片レンズ２又は３の平面側に形成されていなくてもよい。すなわち、凹部は少なくとも一方の片レンズに形成されていればよい。

次に、プラスチックレンズ１の製造方法について説明する。図２において、５１はレンズ球面の反対の形状を有するキャビティ５１ａに樹脂を注入して片レンズ２又は３を成形するための大気開放の注形型である。５２は樹脂平面を平滑にするための円形の平板である。平板５２はキャビティ５１ａの周縁部との間に隙間を有し、注形型５１より浮き上がり、上面は注形型５１の上面以上の位置になるように設定される。５３は平板５２をキャビティ５１ａ中央に浮き上がるように平板５２の周囲を部分的に支持する支持部材である。１０は熱硬化性樹脂材料である透明なエポキシ樹脂である。

まず、支持部材５３によって支持された平板５２を備える注形型５１を水平に設置する。次に、キャビティ５１ａに適量のエポキシ樹脂１０を注入する。なお、平板５２はエポキシ樹脂注入後に所定の位置に設置するようにしてもよい。エポキシ樹脂１０の適量とは、樹脂の上面が平板５２の下面より上で、注形型５１の上面よりも下になる量である。次に、水平を保持して注形型５１ごと高温槽で加熱しエポキシ樹脂１０を硬化させる。次に、注形型５１から成形品である片レンズを取り出す。成形品の離型には超音波振動体を活用するなどして容易化する。このような成形方法によって片レンズ２、３には平板５２による凹部２ｃ、３ｃが形成される。こうして形成した片レンズは追加工して平面側を凹部のない片レンズとすることができる。次にこうして形成した片レンズ２、３の平面側同士を接着することによってプラスチックレンズ１が得られる。

なお、平板とその支持部材との関係は、図３に示す方法であっても良い。図３において、５４は平板であり、平板５４は一体に形成された支持部材である支持部５４ａを有している。この場合支持部５２ａは注形型５１外周部上面に載置されるので、図２に示す方法の場合に片レンズに支持部材５３の跡は残らない。

次に、本発明の第一の実施の形態の作用・効果について説明する。プラスチックレンズ１は大気開放の注形型を用いてエポキシ樹脂により成形したので、エア及び樹脂からのガスが抜けやすく安価に形成でき、軽量で性能の良いレンズが得られる。耐熱温度は２６０℃以上あり、リフロー温度に十分耐えられる。また、２枚の片レンズ２、３の接着を周縁部２ｂ、３ｂのみで行えるので、接着面積を少なくすることができて硬化時間も少なく安価に製造できる。

次に、本発明の第二の実施の形態であるプラスチックレンズについて説明する。図４は本発明の第二の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を示す断面図である。図４において、４は大気開放の注形型を用いて透明なエポキシ樹脂を材料として成形した片レンズである。片レンズ４には空間部６から大気側へ通じる貫通穴である接着剤注入口４ｃ及びエア逃げ口４ｄが形成されている。７は２枚の片レンズ３、４の周縁部３ａ、４ａを挟持しているクランパである。８は２枚の片レンズ３、４の凹部により形成された空間部６に充填された接着剤である。接着剤８はレンズ材料と同じ透明なエポキシ樹脂でもよいし、他の透明な接着剤でもよい。１１は２枚の片レンズ３、４を空間部６の接着剤８により接着して形成した１枚のレンズであるプラスチックレンズである。

プラスチックレンズ１１の製造方法は、まず、キャビティの一部が大気に開放された各々の注形型にエポキシ樹脂を注入し、加熱硬化させて片レンズ３、４を成形する。このとき、上側の片レンズ４を成形する図示しない注形型には、接着剤注入口４ｃ及びエア逃げ口４ｄを形成するための２本のピンがキャビティ内に植設されている。片レンズ４の周縁部４ａには接着剤注入口４ｃ及びエア逃げ口４ｄが同時に形成される。次に、２枚の片レンズ３、４の周縁部３ｂ、４ｂを突き合わせて、クランパ７で狭持する。上側になった片レンズ４の接着剤注入口２ｃから接着剤８を注入し、空間部６に充填させる。この間に、接着剤注入口４ｃと中心を挟んで反対側にあるエア逃げ口４ｄよりエアを逃がす。次に、接着剤８を加熱硬化させ、硬化後にクランパ７を外して、１枚になったプラスチックレンズ１１を取り出す。

次に、本発明の第二の実施の形態の作用・効果について説明する。エア逃げ口４ｄを接着剤注入口４ｃの反対側に設けたので、空間部６のエアがスムーズに排出されて、接着剤８内に気泡が閉じこめられることなく空間部６に充填される。空間部６が接着剤８で充填されて空間がなくなるため、平面側の平坦度が光路の曲がりに影響せず、レンズ精度を上げることができる。

次に、本発明の第三の実施の形態であるプラスチックレンズについて説明する。図５は本発明の第三の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を示す断面図である。図５において、５は大気開放の注形型を用いて透明なエポキシ樹脂を材料として成形した片レンズである。片レンズ５には、接着剤注入口５ｃ及びエア逃げ口５ｄが片レンズの周縁部５ｂの一方の側に並んで植設されている。なお、エア逃げ口５ｄは接着剤注入口５ｃが兼ねていてもよい。すなわち、一方の片レンズには空間部６から外気へ通じる貫通穴が少なくとも一つ形成されている。２１は２枚の片レンズ３、５を接着剤８により接着して形成した１枚の両レンズであるプラスチックレンズである。

プラスチックレンズ２１の製造方法を説明する。片レンズ５を成形する図示しない注形型のキャビティには、接着剤注入口５ｃ及びエア逃げ口５ｄを形成するためのピンが植設されている。プラスチックレンズ２１の製造方法は、片レンズの接着に際して、接着剤注入口５ｃが略真上を向くようにして行うところが第二の実施形態の場合と異なるが、他は同様である。そして、本発明の第三の実施の形態の作用・効果は、第二の実施の形態の作用・効果と同様である。

次に、本発明の第四の実施の形態であるプラスチックレンズの製造方法について説明する。図６及び図７は本発明の第四の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を工程順に示す断面図である。図６（ａ）において、４１はキャビティ４１ａの一部が大気に開放された多数個（例えば４個）取りのレンズ成形用の第一の注形型である。図６（ｂ）において、３２は第一の注形型４１を用いてエポキシ樹脂１０により成形した片レンズである。まず、図６（ａ）に示すようにして、第一の注形型４１に適量の透明なエポキシ樹脂１０を注入して加熱硬化させ、図６（ｂ）に示すような片レンズ３２を得る。

図６（ｃ）において、４２はキャビティ４２ａの一部が大気に開放された多数個取りのレンズ成形用の第二の注形型である。第二の注形型４２には、キャビティ４２ａ周縁に片レンズ３２を載置するための段部である位置決め部４２ｂが形成され、キャビティ４２ａから上面へ通じる余分な樹脂の逃げ穴４２ｃが形成されている。次の工程で、図６（ｃ）に示すように、第二の注形型４２のキャビティ４２ａに適量の透明なエポキシ樹脂１０を注入する。

次の工程で、図７（ｄ）に示すように、先に成形してある片レンズ３２の集合体の平面側を下に向けて、第二の注形型４２の位置決め部４２ｂへ載置する。樹脂表面が予め位置決め部４２ｂの若干上まであったエポキシ樹脂１０は片レンズ３２に押されて余分な樹脂が逃げ穴４２ｃから出て行く。次の工程で、先の状態のまま第二の注形型４２を高温槽に入れてエポキシ樹脂１０を加熱硬化させる。ここで、図７（ｅ）について説明する。３３は第二の注形型４２によって片レンズ３２下面側に接合して形成された片レンズである。３４は片レンズ３２及び３３が一体化されてできたレンズ集合体である。

次に、硬化後の成形品は金型と密着しているので、超音波振動体を活用するなどすれば金型から成形品を取り出し易い。こうして、図７（ｅ）に示すような、片レンズ３２及び３３が一体となったレンズ集合体３４が得られる。図７（ｆ）において、３１は２枚の片レンズ３２、３３を接合した１枚の両レンズであるプラスチックレンズある。最後に、レンズ集合体３４を単個に切断して鍔部３１ａを仕上げると、図７（ｆ）に斜視図と共に示すプラスチックレンズ３１が得られる。

次に、本発明の第四の実施の形態の作用・効果について説明する。プラスチックレンズ３１が、安価な成形型を用いてレンズ集合体３４の形で多数個同時に成形されるので、軽量で安価なレンズが得られる。その他の効果は第一の実施の形態のものと同様である。

本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの断面図である。 本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの製造方法を示す断面図である。 本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの他の製造方法を示す断面図である。 本発明の第二の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を示す断面図である。 本発明の第三の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を示す断面図である。 本発明の第四の実施の形態であるプラスチックレンズの製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の第四の実施の形態であるプラスチックレンズの製造方法を工程順に示す断面図である。

符号の説明

１、１１、２１、３１ プラスチックレンズ
２、３、４、５、３２、３３ 片レンズ
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ｂ 周縁部
２ｃ、３ｃ 凹部
４ｃ、５ｃ 接着剤注入口
４ｄ、５ｄ エア逃げ口
６ 空間部
８ 接着剤
１０ エポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）
４１ 第一の注形型
４１ａ キャビティ
４２ 第二の注形型
４２ａ キャビティ
５１ 注形型
５２、５４ 平板
５３ 支持部材
５４ａ 支持部

Claims (3)

1. プラスチックレンズの製造方法において、大気開放の注形型のキャビティに熱硬化性樹脂を充填し、該熱硬化性樹脂表面より下に下面位置が来るように平板を支持部材により前記注形型に載置して、前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより平凸レンズ又は平凹レンズを成形することを特徴とするプラスチックレンズの製造方法。
2. キャビティの一部が大気に開放されたレンズ成形用の第二の注形型に透明なエポキシ樹脂を注入する工程と、予めレンズ成形用の第一の注形型により同材料で別途製作した平凸レンズ又は平凹レンズを前記第二の注形型のキャビティの一部に位置決めして載置する工程と、前記第二の注形型を高温槽に入れて前記エポキシ樹脂を硬化させることにより前記平凸レンズ又は平凹レンズと１体化したレンズを成形する工程とを有することを特徴とするプラスチックレンズの製造方法。
3. 前記平凸レンズ又は平凹レンズは多数個の集合体として形成された後、単個に切断されることを特徴とする請求項２記載のプラスチックレンズの製造方法。

Images