JP5326276B2 - プラスチックレンズの成型用金型、プラスチックレンズ、及びこれを具備する光走査装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラーデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ(ＭＦＰ)、レーザプリンタ、ファクシミリ、プロッタ、あるいはこれらの複合機能を有する画像形成装置、光走査装置、及びこれらを構成するプラスチックレンズに関するものである。

従来から、レーザ方式のデジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等に組み込まれている光書き込み用ユニットには、レーザ光を結像させ、かつ補正する機能を備えた矩形状の光学素子（レンズ、ミラー）が主要部として搭載されている。

上記光書込み用ユニットに組み込まれる光学素子は、一層コストダウン化を図るべくプラスチック材料が用いられるようになってきている。
また、光書込み用ユニットの複数の機能を最低限の素子によって実効させるべく、光学素子の鏡面形状は、複雑な非球面形状に形成されているものが知られている。
また、上記光学素子がレンズである場合、長手方向の厚さが一定でない偏肉形状に設計されているものも知られている。
このような光学素子は、機能に応じた特殊形状のキャビティを具備する金型により低コストで大量に生産することができる。

光学素子を樹脂成型するにあたっては、キャビティ内の溶融樹脂を冷却固化させる工程を経るが、このとき樹脂の内部歪みを低減化させることが必要であるため、キャビティ内の樹脂圧力を低くする操作が行われる。また更には、形状精度を高めるべく、溶融樹脂の温度分布は均一化することが望ましい。

しかし、キャビティ内の溶融樹脂を低圧化すると、その後の冷却固化工程において、樹脂が収縮してしまい、樹脂が金型面から離れ、光学素子の光学機能面にヒケが発生するという問題を生じる。
また、厚肉で、かつ偏肉形状の光学素子を成型する場合には、樹脂の冷却速度が必然的に部位によって偏ってしまうため、樹脂の収縮量に偏りを生じ、形状精度の悪化や内部歪みを生じるという問題がある。

上述したような樹脂のヒケ、形状精度の悪化、内部歪み等、光学的機能の低下を防止するべく、従来においては、成型用金型の、レンズの非光線通過面を転写する「入れ子」の部分に通気口を設け、ここから空気を非光線通過面に噴射することにより、樹脂を空気圧で押し、かつ樹脂の中央付近の冷却速度を上げるという方法が提案されている（例えば、下記特許文献１、２参照。）。

しかし、これら従来技術においては、空気噴射用の「通気口」の形状が、目的とするプラスチックレンズの個々の形状には対応して形成されたものとなっておらず、画一的形状であった。このため、目的とする光学素子が偏肉形状である場合や、長手方向に大きく湾曲するような形状のものである場合には、光線入出射面付近に空気が噴射されてしまったりし、光線入出射面にヒケが発生するという問題が生じた。
また、「通気口」の形状が画一的であると、操作の自由度は必然的に狭くなるため、非光線入出射面にヒケを誘導するような操作が困難になるという問題もある。
また更には、プラスチックレンズの中心部分即ち樹脂の冷却速度の最も遅い部分を優先的に冷却することも操作上困難であるために樹脂温度分布が不均一になってしまうという問題もあった。

特許第３８６９２９６号公報 特開２００５−３２６６９７号公報

そこで、本発明においては、樹脂成型により光学素子を作製するにあたり、用いる型の、非光線通過面に対応する入れ子に設けられている通気口についての検討を行い、目的とする光学素子の光線入出射面への空気の回り込みの低減化、非光線入出射面へのヒケ誘導量の増加、及び樹脂温度の不均一性の低減化を図り、形状精度の向上及び内部歪みの低減化を図ることを目的とした。

請求項１の発明においては、光線入射面及び光線出射面を転写する入れ子と、前記光線入射面及び光線出射面を転写する入れ子の両端部に設けられ、かつ光線方向に平行で対向する、非光線通過面を転写する対の入れ子とを具備するプラスチックレンズ成型用金型であって、前記非光線通過面を転写する入れ子のうちの少なくとも一つに、前記光線入射面、及び光線出射面の主走査方向に長いスリット状の通気口が設けられており、前記通気口は、前記光線入射面及び前記光線出射面から、略等距離の位置に沿って光線有効範囲以上の長さに亘って設けられており、溶融樹脂の冷却固化工程においては前記通気口から空気を吹き付けることによって、樹脂冷却の促進が図られるようになされることを特徴とするプラスチックレンズ成型用金型を提供する。

請求項２の発明においては、前記非光線通過面を転写する入れ子のうちの少なくとも一つは、転写面の一部を前記溶融樹脂から離れる方向に摺動可能とな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レンズ成型用金型を提供する。

請求項３の発明においては、請求項１又は２に記載のプラスチックレンズ成型用金型を用いて作製されたことを特徴とするプラスチックレンズを提供する。

請求項４の発明においては、レーザ光照射用レンズであることを特徴とする請求項３に記載のプラスチックレンズを提供する。

請求項５の発明においては、請求項３又は４に記載のプラスチックレンズが搭載されていることを特徴とする光走査装置を提供する。

請求項６の発明においては、請求項５に記載の光走査装置が搭載されていることを特徴とする画像形成装置を提供する。

請求項１の発明によれば、光線入出射面への空気の回り込みが低減化し、非光線入出射面へのヒケ誘導量の増加、及び樹脂温度の不均一性の低減化が図られ、光学素子の形状精度の向上及び内部歪みの低減化を図ることができた。

請求項２の発明によれば、非光線通過面を転写する入れ子に設けられた摺動部を、成型用樹脂から離れる方向に摺動させ、空隙を設けるようにしたことにより、樹脂の中央部分を優先的に冷却させることができるようになり、空隙に接する面と金型に接する面の温度差を効果的に低減化でき、最終的に目的とする光学素子の形状精度を高めることができた。

また、請求項３の発明に係るプラスチックレンズ、さらには請求項４の発明に係るレーザ照射用レンズを搭載した請求項５の発明に係る光走査装置、及び請求項６の発明に係る画像形成装置によれば、照射光スポットの位置ずれ発生が効果的に回避され、優れた光学特性が得られた。

本発明のプラスチックレンズ成型用金型は、光線入射面及び光線出射面を転写する入れ子と、前記光線入射面及び光線出射面を転写する入れ子の両端部に設けられ、かつ光線方向に平行で対向する、非光線通過面を転写する対の入れ子とを具備するプラスチックレンズ成型用金型である。
前記非光線通過面を転写する入れ子のうちの少なくとも一つには、前記光線入射面光線出射面の主走査方向に長いスリット状の通気口が設けられている。この通気口は、前記光線入射面及び前記光線出射面から、略等距離の位置に沿って光線有効範囲以上の長さに亘って設けられている。
本発明のプラスチックレンズ成型用金型は、溶融樹脂の冷却固化工程において前記通気口から空気を吹き付けて樹脂冷却を促進する成型工程に適用されるものである。

〔第一の実施形態〕
本発明の成型用金型について、図を参照して具体的に説明する。
図１に、プラスチックレンズを成形する金型のキャビティを、目的とするレンズの長手方向から見た状態の概略図を示す。
図１中、符号１は樹脂が充填されるキャビティ、符号２〜５はキャビティの構成部品で、入れ子である。
符号２、３は、目的とする光学素子、すなわちプラスチックレンズの非光線通過面を転写する入れ子である。
符号４、５は、光線入出射面を転写する入れ子である。

図２に、図１のキャビティをＡの方向から見た状態の概略図を示す。この図においては、キャビティの入れ子２に設けられた通気口６と、最終的に目的とするプラスチックレンズ（図中破線）との対応位置関係を示している。
この例においては、光線入射面４ａと光線出射面５ａとから、略等距離の位置に沿って通気口６が形成されている。

図３は、図１のキャビティをＡの方向から見た状態の他の一例の概略平面図である。
この例における入れ子２’は、通気口６’が直線形状となっており、通気口６’は両端部分ほど光線出射面５ａに接近している。
このような通気口６’を通じて空気を吹き付けると、図中破線のプラスチックレンズの外周部分、特にプラスチックレンズの光線入射面及び光線出射面付近にまで空気が流入・噴射されることになり、かかる光線入出射面にヒケを生じさせ、かつ非光線入出射面にヒケを誘導することができない。
また更には、プラスチックレンズの中心部分、すなわち樹脂が肉厚で冷却速度が最も遅い部分を優先的に冷却することができず、樹脂温度が不均一となってしまう。
他方、上述した図２の構成の場合には、通気口６が光線入射面４ａ及び光線出射面５ａから略等距離の位置に沿って形成されている場合には、光線入出射面に空気が流入してしまうことが回避される。これによりかかる領域において樹脂のヒケの発生が防止でき、かつ噴射する空気圧を高く設定することもできるので、樹脂のヒケが発生した場合にも、これを容易に誘導することが可能である。

また、溶融樹脂が冷却固化する工程において、非光線通過面及びプラスチックレンズ内部の冷却速度は、面の外周に近い部分ほど速く、面の中央部分の冷却速度が最も遅いものである。
従って、所定の面の中央部分に冷却用の空気を噴きつけ、かかる部分を優先的に冷却させるようにすれば、樹脂全体の温度が不均一になることを効果的に防止することができる。
なお、前記所定の面の中央部分とは、図示したプラスチックレンズの光線入射面及び光線出射面から等距離の位置にある部分を意味し、かかる部分に沿って形成されたキャビティの入れ子の通気口から空気を噴射すれば、プレスチックレンズの非光線通過面の中央部分を優先的に冷却することができ、最終的に目的とするプラスチックレンズの形状精度の向上や内部歪みの低減化を図ることができる。

図４及び図５に、それぞれ、図１のキャビティをＡの方向から見た状態の、他の具体例の概略平面図を示す。
図４及び図５中の符号６は、それぞれキャビティの入れ子２に形成された通気口である。
これらにおいてはいずれも、最終的に目的とするプラスチックレンズ（図中破線）の、光線入射面４ａと光線出射面５ａとの双方から略等距離の位置に沿って形成されている。
これらの例においても、キャビティの入れ子の通気口から空気を噴射すれば、プレスチックレンズの非光線通過面の中央部分を優先的に冷却でき、最終的に目的とするプラスチックレンズの形状精度の向上や内部歪みの低減化を図ることができる。

図６〜図９においては、それぞれ、図１のキャビティをＡの方向から見た状態の、他の具体例の概略平面図を示す。
これらにおいては、いずれもプラスチックレンズの光線入射面４ａ及び光線出射面５ａから略等距離の位置に沿って通気口６が設けられているとともに、レンズの厚さに対応して通気口６の幅や径、長さを変化させている。
図６、図７においては、プラスチックレンズの肉厚部分に対応する位置ほど通気口６の幅が太くなるように形成されている。
図８においては、通気口６を各々独立した穴状に形成した例を示すが、この例においては、プラスチックレンズの肉厚部分に対応する位置ほど、通気口６の径が大きくなるように形成されている。
図９においては、通気口６を各々独立した縦長のスリット状に形成した例を示すが、この例においては、プラスチックレンズの肉厚部分に対応する位置ほど、通気口６が長く形成されている。
図６〜図９のいずれにおいても、通気口から冷却用空気を吹き付けることにより、薄肉部分に比べて肉厚部分へ当る空気量を多することができ、かかる部分の冷却効率の向上効果が得られる。

〔第二の実施形態〕
図１０に、プラスチックレンズを成形する金型のキャビティを、目的とするレンズの長手方向から見た状態の概略図を示す。
図１０中、符号１は樹脂が充填されるキャビティ、符号２〜５はキャビティの構成部品で、入れ子である。
符号２、３は、目的とするプラスチックレンズの非光線通過面を転写する入れ子である。
符号４，５は、光線入出射面を転写する入れ子である。
この例においては、レンズの非光線通過面を転写する入れ子２は、樹脂から離れる方向に摺動可能とする摺動部２ａを具備している。
また、図１１に図１０のキャビティをＢの方向から見た状態の概略図を示す。
この図においては、キャビティの入れ子２に設けられた通気口６及び摺動部２ａの、プラスチックレンズ（図中破線）との対応位置関係を示している。
光線入射面４ａと光線出射面５ａとから、略等距離の位置に沿って通気口６が形成されている。

非光学機能面を転写する入れ子に設けられた摺動部に接する樹脂は、金型に接している樹脂よりも熱伝導性の低い空隙に接するようになるため、樹脂内部からの伝熱により温度が上昇し、金型に接している面に比べて空隙に接する面の温度が高いという関係を保ったまま室温まで冷却されようになり、樹脂収縮量が空隙に接していた面と金型に接していた面とで異なるようになる。このとき、空隙に接する面の冷却速度は、面外周に近い部分ほど速く、中央部分ほど遅い。従って中央部分を優先的に冷やすようにすれば、空隙に接する面と金型に接する面との温度差が抑制でき、外形変形が低減化できる。
よって、図示のように、レンズの非光線通過面を転写する入れ子に設けられた摺動部２ａを、成型用樹脂から離れる方向に摺動させ空隙を設けるようにすることにより、樹脂の中央部分を優先的に冷却させることができ、空隙に接する面と金型に接する面の温度差を効果的に低減化でき、最終的に目的とするレンズの形状精度を高めることができる。

図１２は、図１０のキャビティをＢの方向から見た状態の他の一例の概略図を示す。
この例においては、キャビティの入れ子の通気口６は、弧状であり対応するプラスチックレンズの光線入出射面４ａ、５ａからほぼ等距離の位置に沿っている。
この例においても、レンズの非光線通過面を転写する入れ子に設けられた摺動部２ａを、成型用樹脂から離れる方向に摺動させ、空隙を設けるようにすることにより、樹脂の中央部分を優先的に冷却させることができ、空隙に接する面と金型に接する面の温度差を効果的に低減化でき、最終的に目的とするレンズの形状精度を高めることができる。

〔第三の実施形態〕
図１３に、プラスチックレンズを成形する金型のキャビティを、目的とするレンズの長手方向から見た状態の概略図を示す。
図１３中、符号１は樹脂が充填されるキャビティ、符号２〜５はキャビティの構成部品である。
符号２、３は、目的とするプラスチックレンズの非光線通過面を転写する入れ子である。
符号４，５は、光線入出射面を転写する入れ子である。
この例においては特に、樹脂を介して対向する位置関係にある二つの入れ子２、３の双方に通気口６、７が設けられている。

〔第四の実施形態〕
図１４に、プラスチックレンズを成形する金型のキャビティを、目的とするレンズの長手方向から見た状態の概略図を示す。
図１４中、符号１は樹脂が充填されるキャビティ、符号２〜５はキャビティの構成部品である。
符号２、３は、目的とするプラスチックレンズの非光線通過面を転写する入れ子である。
符号４、５は、光線入出射面を転写する入れ子である。
この例においては特に、樹脂を介して対向する位置関係にある二つの入れ子２、３の双方に通気口６、７が設けられており、通気口６形成側の入れ子２に、樹脂から離れる方向に摺動可能な摺動部２ａが設けられている。

〔第五の実施形態〕
図１５に、プラスチックレンズを成形する金型のキャビティを、目的とするレンズの長手方向から見た状態の概略図を示す。
図１５中、符号１は樹脂が充填されるキャビティ、符号２〜５はキャビティの構成部品である。
符号２、３は、目的とするプラスチックレンズの非光線通過面を転写する入れ子である。
符号４、５は、光線入出射面を転写する入れ子である。
この例においては特に、樹脂を介して対向する位置関係にある二つの入れ子２、３の双方に通気口６、７が設けられており、通気口６、７を形成した入れ子２、３の双方に、樹脂から離れる方向に摺動可能な摺動部２ａ、３ａが設けられている。

図１６、図１７に、本発明の光走査用プラスチックレンズの成型用金型により作製したレンズの概略斜視図を示す。
図１６は、レンズの光線入出射面のほぼ中心に沿った通気口を有する金型を用いて成形されたプラスチックレンズ１０の概略斜視図を示す。
このレンズにおいては、キャビティの入れ子に設けられた通気口の形状がレンズに転写され、同形状のスジ１１及びヒケ誘導面１２が形成される。
図１７は、レンズの光線入出射面のほぼ中心に沿った通気口及び摺動部を有する金型を用いて形成されたプラスチックレンズ１０の概略斜視図を示す。
このレンズにおいては、キャビティの入れ子に設けられた通気口と摺動部の形状がレンズに転写され、これらと同形状のスジ１１と、摺動部の外形と同形のヒケ誘導面１３が形成される。

図１８に、プラスチックレンズが搭載された光走査装置の一例の要部の概略構成図を示す。
この光走査装置は、上述した本発明に係るプラスチックレンズの成型用金型であってレンズの光線入出射面のほぼ中心に沿った通気口を具備する成型用金型を用いて作製されたプラスチックレンズ１０ａ，１０ｂ、複数の光源手段１４ａ，１４ｂ、光偏向器１５が搭載された構成を有している。

図１９に、プラスチックレンズが搭載された光走査装置の他の一例の要部の概略構成図を示す。
この光走査装置は、上述した本発明に係るプラスチックレンズの成型用金型であってレンズの光線入出射面のほぼ中心に沿った通気口を具備する成型用金型を用いて作製されたプラスチックレンズ１０ａ，１０ｂ、複数の光源手段１４ａ，１４ｂ、複数の光偏向器１５ａ，１５ｂが搭載された構成を有している。

図２０に、図１８に示した光走査装置の概略側面図を示す。なお、図２０において光偏向器１５を複数設けることにより、図１９の光走査装置の構成となる。

上述した光走査装置を、従来公知の各種画像形成装置に組み込むことがえき、これにより優れた光学特性が発揮されることが確かめられた。

プラスチックレンズを成形する金型のキャビティの概略断面図を示す。 図１のＡ方向から見た状態のキャビティの概略平面図を示す。 図１のＡ方向から見た状態のキャビティの他の例の概略平面図を示す。 図１のＡ方向から見た状態のキャビティの他の例の概略平面図を示す。 図１のＡ方向から見た状態のキャビティの他の例の概略平面図を示す。 図１のＡ方向から見た状態のキャビティの他の例の概略平面図を示す。 図１のＡ方向から見た状態のキャビティの他の例の概略平面図を示す。 図１のＡ方向から見た状態のキャビティの他の例の概略平面図を示す。 図１のＡ方向から見た状態のキャビティの他の例の概略平面図を示す。 プラスチックレンズを成形する金型のキャビティの概略断面図を示す。 図１０のＢの方向から見た状態のキャビティの概略平面図を示す。 図１０のＢの方向から見た状態のキャビティの他の一例の概略平面図を示す。 プラスチックレンズを成形する金型のキャビティの概略断面図を示す。 プラスチックレンズを成形する金型のキャビティの概略断面図を示す。 プラスチックレンズを成形する金型のキャビティの概略断面図を示す。 プラスチックレンズの概略斜視図を示す。 プラスチックレンズの概略斜視図を示す。 光走査装置の一例の要部の概略構成図を示す。 光走査装置の他の一例の要部の概略構成図を示す。 光走査装置の一例の要部の概略側面図を示す。

符号の説明

１ キャビティ
２〜５ 入れ子
２’ 入れ子
２ａ 摺動部
４ａ 光線入射面
５ａ 光線出射面
６ 通気口
６’通気口
７ 通気口
１０，１０ａ，１０ｂ プラスチックレンズ
１４ａ，１４ｂ 光源手段
１５ 光偏向器

Claims (6)

1. 光線入射面及び光線出射面を転写する入れ子と、
   前記光線入射面及び光線出射面を転写する入れ子の両端部に設けられ、かつ光線方向に平行で対向する、非光線通過面を転写する対の入れ子とを具備するプラスチックレンズ成型用金型であって、
   前記非光線通過面を転写する入れ子のうちの少なくとも一つに、前記光線入射面、及び光線出射面の主走査方向に長いスリット状の通気口が設けられており、
   前記通気口は、前記光線入射面及び前記光線出射面から、略等距離の位置に沿って光線有効範囲以上の長さに亘って設けられており、
   溶融樹脂の冷却固化工程においては前記通気口から空気を吹き付けることによって、樹脂冷却の促進が図られるようになされることを特徴とするプラスチックレンズ成型用金型。
2. 前記非光線通過面を転写する入れ子のうちの少なくとも一つは、転写面の一部を前記溶融樹脂から離れる方向に摺動可能とな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レンズ成型用金型。
3. 請求項１又は２に記載のプラスチックレンズ成型用金型を用いて作製されたことを特徴とするプラスチックレンズ。
4. レーザ光照射用レンズであることを特徴とする請求項３に記載のプラスチックレンズ。
5. 請求項３又は４に記載のプラスチックレンズが搭載されていることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項５に記載の光走査装置が搭載されていることを特徴とする画像形成装置。

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