JP4812592B2

JP4812592B2 - 複合光学部品の製造方法

Info

Publication number: JP4812592B2
Application number: JP2006291871A
Authority: JP
Inventors: 幸男西川; 正行高橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: CN101168278A; CN101168278B; US7586695B2; JP2008105328A; US20080100921A1

Description

本発明は、２枚以上のレンズ体を組み合わせることにより、色収差や球面収差等を補正する複合光学部品の製造方法に関するものである。

従来の複合光学部品の製造方法は、レンズの接合面同士を接着剤で接着したり、金型内に導入されたガラスレンズに注型し、反応によりガラスレンズの表または裏面にレンズを成形した複合光学部品が、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。

この製造方法では、接着力が時間経過によって低下して剥がれを起こすだけでなく、接合部において脱泡処理を行う必要があるなど、信頼性と製造の容易さの点で問題があるとして、特許文献３には図９に示すように製造が容易で、低コスト化を実現できる方法が提案されている。

図９は、型閉めを行った直後の状態を示しており、キャビティ３０４内にはインサートである芯レンズ体Ｃが、支持ピン１０７，１０７，２０７，２０７によって上下から挟持して保持されている。詳しくは、芯レンズ体Ｃは下側の支持ピン２０７と上側の支持ピン１０７により弾性力で保持されている。

成形機の固定側ダイプレート１０１に固定側型板１０２が取り付けられ、この固定側型板１０２に固定側コア１０３が固定されている。固定側コア１０３には、取付板１０４および駆動板１０５が型開き方向に摺動自在に収容され、取付板１０４と駆動板１０５とは、その間に複数の支持ピン１０７および受圧ピン１０８を挟持した状態で、相互に固着されている。駆動板１０５と固定側ダイプレート１０１との間には弾性バネ１０６が圧縮状態で保持されている。

また、可動側ダイプレート２０１には可動側型板２０２が取り付けられ、可動側型板２０２の内部に可動側コア２０３が固定されている。可動側コア２０３の内部には取付板２０４および駆動板２０５が型開き方向に摺動自在に収容され、取付板２０４と駆動板２０５とは、その間に複数の支持ピン２０７および受圧ピン２０８を挟持した状態で、相互に固着されている。駆動板２０５と可動側ダイプレート２０１との間には弾性バネ２０６が圧縮状態で保持されている。可動側ダイプレート２０１に穿設された貫通孔を通して、突出ロッド２０９が出没自在に形成されており、突出ロッド２０９の先端は駆動板２０５を押圧可能に配置されている。

樹脂は、導入孔３０１，３０２を介してゲート３０３から、キャビティ３０４に注入される。導入孔３０１には、上記受圧ピン１０８，２０８の先端に形成された受圧面が臨んでいる。通常は、弾性バネ１０６，２０６の弾性力によりキャビティ３０４に支持ピン１０７，２０７が突出しており、インサートである芯レンズ体Ｃを支持ピン１０７に支持させた状態に導入して型閉めを行うと、図９に示すように、より大きく設定された弾性バネ１０６の弾性係数により支持ピン１０７の位置は保持されるとともに、弾性バネ１０６よりも小さな弾性係数をもつ弾性バネ２０６は若干圧縮されて支持ピン２０７は多少引き込まれる。このようにして、芯レンズ体Ｃは支持ピン１０７，２０７により弾性力で挟持された状態になる。

この状態で導入孔３０１から樹脂を導入すると、樹脂は芯レンズ体Ｃの周囲に充満するとともに、導入された樹脂の射出圧力により導入孔３０１に臨む受圧面が押圧されることにより受圧ピン１０８，２０８が後退し、支持ピン１０７，２０７はキャビティ３０４内から退避する。

このようにして、キャビティ３０４の中央に芯レンズ体Ｃが浮いている状態で樹脂が硬化し、芯レンズ体Ｃの表裏両面に樹脂レンズが形成される。
特開昭６３−２２５５５７号公報特開昭６０−２４３６０１号公報特開平８−１９０００４号公報

しかしながら、単にキャビティ３０４内で芯レンズ体Ｃのコバ部を支持ピン１０７，２０７，１０７，２０７で保持する方式であるため、個々の芯レンズ体Ｃが形状誤差を持つことから必要になる芯出しや傾きなどの調整手段が無く、調整する方法についても述べられておらず、芯レンズ体Ｃと樹脂レンズとの間で光軸等の位置調整を行うことができないことになり、設計上の光学特性の確保が難しい。

本発明は、複合成形されたレンズの光学特性を確保し易くし、またレンズ体と樹脂層の間の密着性に優れた複合光学部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の複合光学部品の製造方法は、第１金型と第２金型とを閉じて形成したキャビティ内に芯レンズ体を導入し、前記第１金型と第２金型とを閉じて、前記芯レンズ体の光学中心部とゲートの中央部を結ぶ線上と干渉しない位置で、前記芯レンズ体と前記第１ベルクランプ式ホルダーあるいは前記第２ベルクランプ式ホルダーの先端が接触した状態で、前記第１ベルクランプ式ホルダーと前記第２ベルクランプ式ホルダーで前記芯レンズ体を挟むとともに荷重をかけ、前記芯レンズ体を前記第１ベルクランプ式ホルダーあるいは前記第２ベルクランプ式ホルダーに対して滑らせて芯出しを行い、前記第１ベルクランプ式ホルダーと前記第２ベルクランプ式ホルダーで挟持した前記芯レンズ体の周囲に前記ゲートから樹脂を射出し、前記第１金型と前記第２金型を開き、成形品を取り出すことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の複合光学部品の製造方法は、請求項１において、前記芯レンズ体の表面と前記第１ベルクランプ式ホルダーとの接触点での、前記芯レンズ体の表面の第１接線と、前記芯レンズ体の表面と前記第２ベルクランプ式ホルダーとの接触点での、前記芯レンズ体の表面の第２接線と、のなす角度を６〜８度にしたことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の複合光学部品の製造方法は、請求項１または請求項２において、前記第１ベルクランプ式ホルダーあるいは前記第２ベルクランプ式ホルダーの先端は、前記芯レンズ体と３点以上で接することを特徴とする。

本発明の請求項４記載の複合光学部品の製造方法は、請求項１において、前記芯レンズ体としてガラスレンズを使用することを特徴とする。

この構成によると、第１金型と第２金型内の第１ベルクランプ式ホルダー，記第２ベルクランプ式ホルダーを用いて芯出しをした芯レンズ体の周囲に樹脂レンズを形成するので、芯レンズ体と樹脂レンズの光軸合せが向上して光学特性を確保し易くなるだけでなく、芯レンズ体の周囲を樹脂レンズが覆うことで密着性にも優れた複合光学部品を容易に製造できる。

以下、本発明の複合光学部品の製造方法を具体的な実施の形態を示す図１〜図８に基づいて説明する。
図１は金型の製品部に芯レンズ体を導入した状態を示しており、１は重力方向に開閉が可能な可動側の第１金型、２は固定側の第２金型である。

まず、射出成形機のノズル３を十分な距離で後退させた後、第１金型１を上方向に移動させて開く。この時点では第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５は、第１金型１と第２金型２の内部に格納された状態である。突き出しピン６は、固定側金型２の内部に格納された状態である。

次にガラス製凸レンズの芯レンズ体７を搬送機構８により金型外から導入し、第２金型２の製品部９内に置く。芯レンズ体７を導入した後は搬送機構８を金型外部へ後退させる。芯レンズ体７に用いられる代表的なガラス材料としては、ＢＫ７やＳＦ２などがある。

図２は第１金型１と第２金型２とを閉じて形成したキャビティを形成した状態を示す。
第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５を第１金型１と第２金型２の製品部９，１０の表面から所定の高さ、すなわち樹脂レンズ層に必要な厚さ分だけ突き出す。この状態から第１金型１を閉じ、第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５で芯レンズ体７を挟み込む。

第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５は黄銅製で、本実施例でこれらに与える荷重は５ｋｇである。また、第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５で芯レンズ体７を保持する時期は、金型を閉じてから第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５を突き出すことで行っても良い。

芯レンズ体７を第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５で保持した状態を図３に示す。
Ｏ１，Ｏ２はレンズの曲率中心、Ｒ１，Ｒ２はレンズの曲率半径、Ｄ１は第１ベルクランプ式ホルダー４の直径である。Ｄ２は第２ベルクランプ式ホルダー５の直径である。ここではＤ１＝Ｄ２であったが、芯レンズ体７を安定して支持できるようにＤ１＞Ｄ２に構成することもできる。

前記ベルクランプ式保持機構による芯出し方法とは、レンズを両側から先端の尖ったホルダーで挟み、芯レンズ体７の両面に荷重を与えてホルダーを密着させると、ホルダーが接触している部分のレンズ厚さは全周にわたって等しくなり、光軸がホルダー回転軸と一致するという原理を利用するものである。

実際の動作としては、芯レンズ体７が２つのホルダー間で滑ることで芯出しされて安定な位置に落ち着く。芯レンズ体７の滑りが無くなり安定する位置は摩擦力と滑動力のつり合いによって決まり、本実施例の場合はホルダー先端における芯レンズ体７両表面の接線が形成する接触角αが８度以下になる位置である。また接触角が６度以下では滑りが起こらず、芯出しはできない。したがって、芯出しが終了した時点での接触角は、芯レンズ体７の表面と第１ベルクランプ式ホルダー４との接触点での芯レンズ体７の表面の第１接線３１と、芯レンズ体７の表面と第２ベルクランプ式ホルダー５との接触点での前芯レンズ体７の表面の第２接線３２と、のなす角度が６〜８度になる。また、滑り動作に対して荷重の大きさは影響しない。

次に図４に示すように射出成形を行う。
射出成形機のノズル３の先端を、閉じた金型のスプルーブッシュ２２に接触させ、樹脂を射出する。光学部品の射出成形用樹脂としては熱可塑性のメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）が代表的な材料があり、ここではポリカーボネートを用いた。金型温度をヒータ１１で８０℃に加熱し、射出成形する。射出された樹脂はスプル１２とランナ１３を通過し、製品部９，１０内で第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５によって保持された芯レンズ体７の周囲を充填する。

製品部９，１０はレンズ機能を発揮できる表面形状を有しており、充填後に硬化した樹脂に形状が転写される。また、流入する樹脂によって芯レンズ体７が動かないように、樹脂の硬化が終わるまで第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５は芯レンズ体７に荷重を与え続ける。芯レンズ体７と第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５の先端１４との位置関係を成形機のノズル３側から示したものが図５である。

ホルダー先端１４が円周状に芯レンズ体７に接触すると、射出成形時にホルダー内側への樹脂の流動が困難になるため、不連続点で接触するのが良い。ここでは構成が簡単で精度を出しやすい４点支持の場合を図５（ａ）に示す。３点支持の場合を図５（ｂ）に示す。支持点数はこれよりも多くても良い。両者とも、スプル１２とランナ１３を充填した樹脂が芯レンズ体７上に流動する方向（矢印１５）に対して、ホルダー先端１４が樹脂流動の障害にならないように、芯レンズ体７の最厚肉である光学中心部１６とゲート１７の中央部を結ぶ間にホルダー先端１４が来ないように配置してある。

より詳細には、芯レンズ体７の光学中心から角度を等配分した位置で、かつ有効光学範囲以外の芯レンズ体７の周囲に支持部を配置している。芯レンズ体７の光学中心と樹脂成形ゲートを結ぶ直線状に支持部が存在しないことと、この支持部の数は、３点以上の複数であることが必要条件である。

上述の支持部とゲートの位置関係で成形した中心が芯レンズ体で周囲が樹脂の複合レンズは、上述の支持部に対応する凹部２１が、周囲の樹脂層の表面から芯レンズ体７の表面まで達する形状となる。この凹部２１は複合レンズの有効光学範囲以外のレンズの周囲に配置している。

図６は射出した樹脂が硬化した後に金型を開いた状態を示す。
まず射出成形機のノズル３を第１金型１と干渉しないように十分に後退させる。次に、第１金型１の第１ベルクランプ式ホルダー４の先端が製品部１０の表面に現われないように後退させた後、第１金型１を上方向に後退させ金型を開く。第２金型２の第２ベルクランプ式ホルダー５は、スプル１２、ランナ１３、芯レンズ体７と樹脂レンズ層１８からなる成形品１９を保持するために成形時の位置に留まっている。

図７は成形品１９を第２金型２の製品部９から突き出した状態を示す。
スプル１２が第１金型１から完全に抜け、かつ干渉しないように十分な間隔で金型を開いた後、第２ベルクランプ式ホルダー５と突き出しピン６を第２金型２内から更に突き出して、成形品１９を製品部９から突き出させる。この状態から取り出し機２０でスプル１２をつかんだ後、第２ベルクランプ式ホルダー５と突き出しピン６を重力方向に後退させ、成形品１９を中空に保持した後、取り出し機２０により金型外へ成形品１９を移動し回収する。

図８（ａ）（ｂ）は、成形品をゲートカットして得られた複合光学部品の外観模式図で、４点支持のホルダーを用いた場合の断面図と上面図である。
樹脂が硬化するまで第１ベルクランプ式ホルダー４と第２ベルクランプ式ホルダー５とで成形品１９を保持したため、芯レンズ体７の表裏の樹脂レンズ層１８の曲面上には、それぞれ芯レンズ体７の表面に達する４箇所のくさび状の凹部２１が残る。この凹部２１において、芯レンズ体７の表面の接線が表裏でなす接触角は６〜８度の位置にある。樹脂レンズ層１８は芯レンズ体７の周囲を囲った状態なので、接着剤などを使わなくとも密着性は良く、樹脂レンズ層１８が芯レンズ体７から剥がれることはない。

また、熱膨張係数はメタクリル樹脂が５〜９×１０^−５／Ｋ、ポリカーボネートが７×１０^−５／Ｋで、１０^−６／Ｋ台であるガラス材料に比べて大きい。このため、室温よりも温度が高い使用環境でも、樹脂レンズ層１８には芯レンズ体７の膨張に起因した亀裂などの損傷も発生しにくい。

上記の実施の形態では、芯レンズ体７の周囲を樹脂レンズ層１８で覆った複合光学部品単体の製造方法を例に挙げて説明したが、複合光学部品を組み込もうとする筐体部品と樹脂レンズ層１８を一体に樹脂成形し、光軸合せを必要とする複合光学部品とのインサート成形であっても同様に実施できる。

本発明はカメラ付き携帯電話装置、光ディスク記録再生装置のピックアップなどの高機能化に寄与できる。

本発明の実施の形態における複合光学部品の製造方法において、金型の製品部に芯レンズ体を導入した状態を示す金型断面図同実施の形態における第１金型と第２金型とを閉じた状態を示す金型断面図同実施の形態における芯レンズ体を第１，第２ベルクランプ式ホルダーで保持した状態の拡大模式図同実施の形態における射出成形時の状態を示す金型断面図同実施の形態における芯レンズ体と第１，第２ベルクランプ式ホルダー先端との位置関係を示す図同実施の形態における射出した樹脂が硬化した後に金型を開いた状態を示す金型断面図同実施の形態における成形品を金型から突き出した状態を示す金型断面図同実施の形態におけるゲートカット後の複合光学部品の断面図と平面図従来の複合光学部品の製造方法における金型の断面構造図

符号の説明

１可動側の第１金型
２固定側の第２金型
３射出成形機のノズル
４第１ベルクランプ式ホルダー
５第２ベルクランプ式ホルダー
６突き出しピン
７芯レンズ体
８搬送機構
９製品部
１０製品部
１１ヒータ
１２スプル
１３ランナ
１４ホルダー先端
１５樹脂流動方向
１６芯レンズ体の最厚肉部
１７ゲート
１８樹脂レンズ層
１９成形品
２０取り出し機
２１凹部
２２スプルーブッシュ

Claims

第１金型と第２金型とを閉じて形成したキャビティ内に芯レンズ体を導入し、
前記第１金型と第２金型とを閉じて、前記芯レンズ体の光学中心部とゲートの中央部を結ぶ線上と干渉しない位置で、前記芯レンズ体と前記第１ベルクランプ式ホルダーあるいは前記第２ベルクランプ式ホルダーの先端が接触した状態で、前記第１ベルクランプ式ホルダーと前記第２ベルクランプ式ホルダーで前記芯レンズ体を挟むとともに荷重をかけ、前記芯レンズ体を前記第１ベルクランプ式ホルダーあるいは前記第２ベルクランプ式ホルダーに対して滑らせて芯出しを行い、
前記第１ベルクランプ式ホルダーと前記第２ベルクランプ式ホルダーで挟持した前記芯レンズ体の周囲に前記ゲートから樹脂を射出し、前記第１金型と前記第２金型を開き、成形品を取り出すことを特徴とする
複合光学部品の製造方法。
前記芯レンズ体の表面と前記第１ベルクランプ式ホルダーとの接触点での、前記芯レンズ体の表面の第１接線と、
前記芯レンズ体の表面と前記第２ベルクランプ式ホルダーとの接触点での、前記芯レンズ体の表面の第２接線と、のなす角度を６〜８度にしたことを特徴とする
請求項１記載の複合光学部品の製造方法。
前記第１ベルクランプ式ホルダーあるいは前記第２ベルクランプ式ホルダーの先端は、前記芯レンズ体と３点以上で接することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の複合光学部品の製造方法。
前記芯レンズ体としてガラスレンズを使用することを特徴とする
請求項１に記載の複合光学部品の製造方法。