JP5479704B2 - ２色成形品とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、１次成形部を成形した後に２次成形部を成形すると同時に１次成形部と２次成形部を一体化して得られる２色成形品とその製造方法に関する。

従来、光学素子部（透明部）とその支持部（着色部）とを比較的容易に一体成形する技術として２色成形方法が広く採用されている。その一般的な成形方法では、例えば、１次成形用の金型に１次成形用の樹脂を射出・充填して光学素子部を成形し、その後、２次成形用の金型に２次成形用の樹脂を射出・充填して支持部を成形するとともに、これら光学素子部と支持部とを一体化させている。

しかしながら、このような成形方法では、２次成形時の樹脂圧及びゲートに作用する圧力の不均一さにより、１次成形部の形状が崩れたり、１次成形部の光学素子の内部応力や歪が増大するという弊害があった。

これに対し、例えば特許文献１には、透明部の周縁に着色部を成形する場合、着色部を１次成形により射出成形した後、透明部を２次成形により射出圧縮成形とする技術が提案されている。これにより、透明部に熱による残留応力等を生じさせないというものである。

また、特許文献２には、透明部を１次成形により射出成形した後、その周縁に２次成形により着色部を射出成形する場合において、少なくとも１次成形の透明部を射出圧縮成形で行うという技術が開示されている。これにより、樹脂の金型への射出流入段階で、樹脂をより流動させて金型のより端部へ到達させることができる。そして、その後、圧力をかけて樹脂を圧縮するため、薄肉成形品を得ることができ、しかも成形品全面に均一圧力がかけられるため、透明部に内部残留歪の少ない成形品が得られるというものである。
特開２００１−１５０４８４号公報 特公平７−１００３３１号公報

しかしながら、特許文献１では、透明部を２次成形とすると、２次成形の樹脂温度により、１次成形の着色部（非透明樹脂）が溶融し、これが２次成形の透明樹脂に入り込み、所望の光学特性が得られなくなるおそれがある。特に、このような現象は、２色成形品が光学素子であって透明部が微小な場合に顕著に現れる。

また、特許文献２では、圧縮設備が必要であるとともに、金型側に射出圧縮用の成形設備が必要となる。このため、成形装置が高価になってしまう。
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、２次成形部を成形する際の射出圧力等によって１次成形部に変形や歪が生じないようにした２色成形品とその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
１次成形において１次成形部である光学素子部を成形した後、２次成形において２次成形部であり前記光学素子部を支持する外周部を成形すると同時に、前記光学素子部と前記外周部とを一体化する２色成形品の製造方法において、
前記２次成形において前記光学素子部の光学機能部に作用する応力を吸収するために、前記光学機能部の外側から前記光学機能部へ向かって作用する応力により変形する変形部を、前記光学素子部及び前記外周部の少なくとも一方のうち前記光学機能部の外周に形成するステップを有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の２色成形品の製造方法において、
前記変形部は前記光学機能部よりも剛性が低い部分であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の２色成形品の製造方法において、
前記変形部は前記光学機能部の最外周よりも薄い部分であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の２色成形品の製造方法において、
前記変形部は前記光学素子部に形成した孔と孔との間を結ぶブリッジ部であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、
１次成形において１次成形部である光学素子部を成形した後、２次成形において２次成形部であり前記光学素子部を支持する外周部を成形すると同時に、前記光学素子部と前記外周部とを一体化して得られる２色成形品において、
前記光学素子部及び前記外周部の少なくとも一方は、前記２次成形において前記光学機能部の外側から前記光学機能部へ向かって作用する応力により変形する変形部を前記光学機能部の外周に有することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の２色成形品において、
前記変形部は前記光学機能部よりも剛性が低い部分であることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の２色成形品において、
前記変形部は前記光学機能部の最外周よりも薄い部分であることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項５又は６に記載の２色成形品において、
前記変形部は前記光学素子部に形成した孔と孔との間を結ぶブリッジ部であることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項５〜８のいずれかに記載の２色成形品において、
前記光学素子部はレンズであり前記光学機能部はレンズ面であることを特徴とする。

本発明によれば、２次成形部を成形する際の射出圧力等によって１次成形部に変形や歪が生じないようにすることができる。これにより、１次成形部に変形や歪のない高品質の２色成形品を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１（Ａ）は、第１の実施の形態での２色成形品の断正面図、図１（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図であり、図２〜図６は、２色成形用金型の断面構成を示す図である。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）において、光学素子などの２色成形品２８は、１次成形部としての透明な光学素子部（レンズ）１と、これを支持する２次成形部としての着色外周部２とを有している。光学素子部１は、光学機能部としての光学機能面（レンズ面）１ａを有している。着色外周部２は、２色成形品２８を鏡筒に取付ける際の鏡筒内での位置決めに用いられるものである。

本実施形態では、光学素子部１における光学機能面１ａの外周に、円環状の溝３を形成することで、変形部としての円環状の薄肉部１ｂを形成した点に特徴を有している。
この薄肉部１ｂの剛性は、光学機能面１ａの剛性よりも低くなるように形成されている。なお、この剛性とは、外力に対する物体の変形しにくい性質のことをいう。また、本実施形態では、光学素子部１として平凹レンズを例として説明するが、これに限らない。例えば、平凸レンズやメニスカスレンズ等であってもよい。

次に、２色成形用金型３０の概略構成を説明する。
図２において、２色成形用金型３０は、１次成形側金型３１と２次成形側金型３２とを有している。１次成形側金型３１は、パーティングラインＰＬを挟んで対向配置された１次固定側金型４_１及び可動側金型５を有している。また、２次成形側金型３２は、パーティングラインＰＬを挟んで対向配置された２次固定側金型４_２と可動側金型５を有している。

これら１次成形側金型３１と２次成形側金型３２とは、１次固定側金型４_１と２次固定側金型４_２の構成が相違している。また、可動側金型５については、１次側も２次側も同一の構成を有している。このため、可動側金型５の構成部材には、１次側も２次側も同一の符号を付して説明する。

成形時には、１次成形側金型３１で透明な光学素子部１を射出成形する１次成形が行われ、また、２次成形側金型３２で着色外周部２を成形すると同時に、光学素子部１と着色外周部２とを一体化する。

１次固定側金型４_１は、１次固定側取付板６_１、１次固定側落下板７_１、及び１次固定側型板８_１を有している。この１次固定側金型４_１に対向する可動側金型５は、可動側型板９、可動側受け板１０、スペーサブロック１１、及び可動側取付板１３を有している。スペーサブロック１１の内側には、突出し機構を構成する突出し板１２が設けられている。この突出し板１２には、エジェクタピン１８が取付けられている。

２次固定側金型４_２は、２次固定側取付板６_２、２次固定側落下板７_２、及び２次固定側型板８_２を有している。この２次固定側金型４_２に対向する可動側金型５は、前述したように、１次固定側金型４_１に対向する可動側金型５と同一の構成を有している。

これら１次成形側金型３１の可動側取付板１３と、２次成形側金型３２の可動側取付板１３とは、不図示の成形機の可動側プラテン２１に固定されている。この可動側プラテン２１は、離型方向（図の上下方向）に移動可能であるとともに、回転軸２０を中心として回転可能とされている。同様に、１次成形側金型３１の１次固定側取付板６_１と、２次成形側金型３２の２次固定側取付板６_２とは、不図示の固定側プラテンに固定されている。

次に、１次成形側金型３１の詳細構成について説明する。
１次固定側金型４_１の１次固定側型板８_１には、その略中央に１次固定側型板８_１と別部材で構成された１次固定側ピース１５_１が嵌挿されている。この１次固定側ピース１５_１には、パーティングラインＰＬ側に平坦な成形面（図３等参照）１５１ａが形成されている。

１次固定側型板８_１には、加熱手段としての温調媒体（例えば媒体温度１２０℃）を供給する１次固定側温調管１４_１が形成されている。
１次固定側型板８_１に対向する可動側型板９には、１次固定側ピース１５_１と対向するように可動側型板９と別部材で構成された可動ピース１７及び可動入子１６が嵌挿されて
いる。この可動ピース１７及び可動入子１６には、１次固定側ピース１５_１との対向面側に、夫々凸状の成形面（図３等参照）１７ａ及び突起（図３等参照）１６ａが形成されている。

こうして、可動ピース１７で形成された凸状の成形面１７ａ及び可動入子１６で形成された突起１６ａと、１次固定側ピース１５_１の成形面１５１ａとで、パーティングラインＰＬを挟んでキャビティ（符号は省略する）が形成されている。

そして、後述するように、可動ピース１７で形成される凸状の成形面１７ａで、後述する２色成形品２８における光学素子部１の光学機能面１ａが成形され、また、可動入子１６で形成される突起１６ａで、溝３が形成される。

このように、本実施形態では、溝３を成形する部分を可動側金型５に設けたものである。これにより、１次成形後に金型が開く際、図３のように光学素子部１が可動側金型５に残る。

また、可動側型板９には、温調媒体（例えば媒体温度１２０℃）を供給する可動側温調管１９が形成されている。
さらに、可動側型板９には、可動入子１６の外周部でパーティングラインＰＬに面する側に、型軸中心と同心状に２色成形品２８の着色外周部２を成形するための枠体空間２３（図３等参照）が形成されている。

そして、この成形空間２３の底面（反パーティングライン側）に当接するように、エジェクタピン１８が配置されている。
なお、キャビティに射出される樹脂は、例えばポリカーボネートが用いられる。ただし、光学素子部１を成形するキャビティに射出される材料の色は透明であり、また、着色外周部２を成形する成形空間２３に射出される材料の色は例えば黒色である。

次に、２次成形側金型３２の詳細構成について説明する。
２次固定側金型４_２の２次固定側型板８_２には、その略中央に２次固定側型板８_２と別部材で構成された２次固定側ピース１５_２が嵌挿されている。この２次固定側ピース１５_２には、パーティングラインＰＬ側に平坦な成形面（図３等参照）１５２ａが形成されている。

この成形面１５２ａは、対向する可動ピース１７及び可動入子１６の夫々の凸状の成形面（図３等参照）１７ａ及び突起（図３等参照）１６ａとともにキャビティ（符号は省略する）を形成している。この２次固定側ピース１５_２の成形面１５２ａは、２次固定側型板８_２にも連続的に延びて、成形面１５２ａの外周部に形成されたフランジ空間２４（図３等参照）に連通している。

このフランジ空間２４を含むキャビティに樹脂が充填されて、後述する２色成形品２８の着色外周部２が形成される。
このフランジ空間２４は、パーティングラインＰＬを挟んで可動側型板９に形成された枠体空間２３と対向配置されている。

次に、図２〜図６に基づき本実施形態の成形工程について説明する。
まず、不図示の射出ユニットにより、１次成形側金型３１のキャビティに透明な樹脂を射出充填する。次いで、充填された樹脂に対し所定の圧力で保圧状態が維持され、その後、冷却を行って光学素子部１が得られる。

その後、図３に示すように、１次固定側金型４_１及び２次固定側金型４_２に対し可動側金型５を移動させて型開きを行う。この場合、上述のように光学素子部１は可動側金型５に残るように設計されている。

更に、図４に示すように、光学素子部１を可動側金型５に残したまま、可動側プラテン２１を回転軸２０を中心として１８０°回転させる。これにより、１次固定側金型４_１と光学素子部１のない可動側金型５、及び２次固定側金型４_２と光学素子部１が残った可動側金型５が対向配置される。

この状態で、図５に示すように、型を閉じる。
次いで、２次成形側金型３２のキャビティに着色した樹脂を射出充填する。こうして、光学素子部１の周囲に着色外周部２を成形すると同時に、光学素子部１と着色外周部２とを一体化する。さらに、この２次成形側金型３２の動作と並行して、１次成形側金型３１においても、前述と同様にキャビティに透明な樹脂の射出充填を行う。こうして、１次成形側金型３１に光学素子部１を形成する。

このとき、２次成形側金型３２のキャビティへの樹脂射出時の圧力又は射出後の冷却時の樹脂の収縮力により、図７（Ａ）（Ｂ）に示すような、矢印方向に力が作用する。
このような力が作用することで、一般的に光学素子部１の光学機能面１ａに応力が加わり、変形して光学機能が損なわれるおそれがある。そこで、本実施形態では、光学素子部１の光学機能面１ａの外周に、円環状の溝３を形成することで、光学機能面１ａよりも剛性が低くなるような円環状の薄肉部１ｂを形成した。そして、前述した応力により、この薄肉部１ｂを積極的に変形させることで、光学機能面１ａに応力が加わったり変形するのを防止した。

本実施形態では、溝３の断面形状を矩形状としたが、これに限らない。例えば、溝３の断面がＶ字状でもよいし、またＵ字状であってもよい。さらに、溝３は連続的に連なっているものでもよいし、不連続であってもよい。

なお、本実施形態では、薄肉部１ｂの剛性を光学機能面１ａの剛性よりも低くするため、薄肉部１ｂの光軸方向の厚みを薄くして実現した。具体的には、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、光学機能面１ａよりも外周側で溝３よりも内側（光軸中心側）の光学素子部１の厚さをコバ厚Ｔとしたとき、薄肉部１ｂの厚さｔ_１は、コバ厚Ｔよりも薄くかつ光学機能面１ａの中心の厚さｔ_０よりも薄くした。すなわち、薄肉部１ｂの厚さｔ１は光学機能面１ａの最外周の厚さＴよりも薄く形成されている。

次いで、図６に示すように、型を開き、図示しない成形機のエジェクタロッドにより、突出し板１２及びこれに連結された可動ピース１７及びエジェクタピン１８を離型方向に移動させることで、２次成形側金型３２の可動側金型５に存在する２色成形品２８を取り出す。また、１次成形側金型３１の可動側金型５に存在する光学素子部１は残しておく。

次に、前述した図４に示したように、可動側プラテン２１を回転軸２０を中心として１８０°回転させ、さらに、図５に示したように、型を閉じて、２次成形側金型３２のキャビティに着色した樹脂を射出充填し、この２次成形側金型３２の動作と並行して、１次成形側金型３１においても、前述と同様にキャビティに透明な樹脂の射出充填を行う。以下、同様に繰り返す。

本実施形態によれば、光学機能面１ａの周りに溝３を形成し、薄肉部１ｂを形成することで、この薄肉部１ｂが２次成形樹脂の圧力及び２次成形樹脂の収縮力に対して積極的に変形する。これにより、光学機能面１ａに加わる圧力や変形を抑制することができる。こ
うして、光学機能面１ａの変形及び内部歪を軽減させ良好な面精度の２色成形品２８を得ることができる。
［第２の実施の形態］
図８（Ａ）は、第２の実施の形態で成形された２色成形品２８の断面図を示し、図８（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

本実施形態では、光学素子部（レンズ）１の光学機能面（レンズ面）１ａの外周に、複数（図では４個）の長円孔３を形成したものである。
第１の実施の形態のように光学素子部１に薄肉部１ｂを設けると、光学素子部１を粘度の高い樹脂で成形する場合、樹脂の流動抵抗が大きくなって流れにくくなる。この場合は、光学機能面１ａに適切な圧力が加わらず良好な面が得られないおそれがある。

そこで、本実施形態では、光学素子部１の光軸（図示せず）と同心状に、光学機能面１ａの周りに貫通した長円孔３を不連続に形成することで、薄肉部１ｂをなくし樹脂が流れやすいような形状とした。

この場合、長円孔３と同心上に変形部としてのブリッジ部（長円孔３と長円孔３との接続部）２６が形成され、このブリッジ部２６により光学素子部１が一体化されている。なお、このブリッジ部の剛性は、光学機能面１ａの剛性よりも低くなるように形成されている。

本実施形態によれば、光学機能面１ａの周りに貫通した長円孔３を不連続に形成することで、ブリッジ部２６を形成しているため、第１の実施の形態の効果に加えて、光学素子部１を粘度の高い樹脂で成形する場合にも適用することができる。
［第３の実施の形態］
図９（Ａ）は、第３の実施の形態で成形された２色成形品２８の断面図を示し、図９（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

本実施形態では、円環状の溝３を着色外周部２に形成することで、着色外周部２に剛性の小さい変形部としての円環状の薄肉部２ａを形成したものである。例えば、光学素子部（レンズ）１の光学機能面（レンズ面）１ａの面積が大きく、光学素子部１に溝３を設けるスペースがない場合に、着色外周部２に溝３を形成することで、剛性の低い薄肉部２ａを形成することができる。

この溝３は、断面矩形状で光学素子部１の光軸（図示せず）と同心状に連続して設けられている。この薄肉部２ａの剛性は、光学機能面１ａの剛性よりも低く形成されている。また、薄肉部２ａの厚さは光学機能面１ａの最外周よりも薄く、かつ光学機能面１ａの中心部よりも薄く形成されている。なお、溝３の断面形状は矩形状に限らない。

本実施形態によれば、剛性の小さい薄肉部２ａを着色外周部２に設けたことで、第１の実施の形態の効果に加えて、光学素子部１の光学機能面１ａにスペース的に余裕がなく、剛性の低い変形部を形成できない場合にも対応することができる。
［第４の実施の形態］
図１０（Ａ）は、第４の実施の形態で成形された２色成形品２８の断面図を示し、図１０（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

本実施形態では、４つの長円孔３_１を光学素子部（レンズ）１に設け、円環状の溝３_２
を着色外周部２に設けたものである。第２の実施の形態（図８（Ａ）及び図８（Ｂ））では、長円孔３と同心上にブリッジ部（長円孔３と長円孔３との接続部）２６を有していて、このブリッジ部２６の変形が顕著になり、光学機能面（レンズ面）１ａの性能を損なうおそれが生じ得る。

そこで、本実施形態では、光学素子部１の光軸（図示せず）と同心状に光学素子部１に長円孔３_１を形成することで、変形部としてのブリッジ部２６を設けるとともに、着色外周部２に円環状の溝３_２を形成することで、変形部としての円環状の薄肉部２ａを設けた。これらブリッジ部２６および薄肉部２ａの剛性は、光学機能面１ａの剛性よりも低く形成されている。また、薄肉部２ａの厚さは光学機能面１ａの最外周よりも薄い。

これにより、ブリッジ部（長円孔３_１と長円孔３_１との接続部）２６の変形を抑制することができる。なお、本実施形態では、両凸レンズを例として説明するが、これに限らない。例えば、平凹レンズやメニスカスレンズ等であってもよい。

本実施形態によれば、剛性の小さい変形部を光学素子部１と着色外周部２の両方に設けたことで、第１の実施の形態の効果に加えて、長円孔３_１と長円孔３_１とを接続しているブリッジ部２６の変形が顕著になる場合であっても、光学機能面１ａに加わる圧力や変形を一層抑制することができる。

（Ａ）は、第１の実施の形態における２色成形品の断正面図、（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図である。 ２色成形用金型の断面構成を示す図である。 ２色成形用金型の断面構成を示す図である。 ２色成形用金型の断面構成を示す図である。 ２色成形用金型の断面構成を示す図である。 ２色成形用金型の断面構成を示す図である。 （Ａ）は、２色成形品の断正面図、（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図である。 （Ａ）は、第２の実施の形態における２色成形品の断正面図、（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図である。 （Ａ）は、第３の実施の形態における２色成形品の断正面図、（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図である。 （Ａ）は、第４の実施の形態における２色成形品の断正面図、（Ｂ）は、そのＸ−Ｘに沿う断平面図である。

符号の説明

１ 光学素子部
１ａ 光学機能面
２ 着色外周部
３ 溝
３_１ 長円孔
３_２ 溝
４_１ １次固定側金型
４_２ ２次固定側金型
５ 可動側金型
６_１ １次固定側取付板
６_２ ２次固定側取付板
７_１ １次固定側落下板
７_２ ２次固定側落下板
８_１ １次固定側型板
８_２ ２次固定側型板
９ 可動側型板
１０ 可動側受け板
１１ スペーサブロック
１２ 突出し板
１３ 可動側取付板
１４_１ １次固定側温調管
１４_２ ２次固定側温調管
１５_１ １次固定側ピース
１５_２ ２次固定側ピース
１５１ａ 成形面
１５２ａ 成形面
１６ 可動入子
１６ａ 突起
１７ 可動ピース
１７ａ 凸状の成形面
１８ エジェクタピン
１９ 可動側温調管
２０ 回転軸
２１ 可動側プラテン
２３ 枠体空間
２４ フランジ空間
２６ ブリッジ部
２８ ２色成形品
３０ ２色成形用金型
３１ １次成形側金型
３２ ２次成形側金型

Claims (9)

1. １次成形において１次成形部である光学素子部を成形した後、２次成形において２次成形部であり前記光学素子部を支持する外周部を成形すると同時に、前記光学素子部と前記外周部とを一体化する２色成形品の製造方法において、
   前記２次成形において前記光学素子部の光学機能部に作用する応力を吸収するために、前記光学機能部の外側から前記光学機能部へ向かって作用する応力により変形する変形部を、前記光学素子部及び前記外周部の少なくとも一方のうち前記光学機能部の外周に形成するステップを有する
   ことを特徴とする２色成形品の製造方法。
2. 前記変形部は前記光学機能部よりも剛性が低い部分である
   ことを特徴とする請求項１に記載の２色成形品の製造方法。
3. 前記変形部は前記光学機能部の最外周よりも薄い部分である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の２色成形品の製造方法。
4. 前記変形部は前記光学素子部に形成した孔と孔との間を結ぶブリッジ部である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の２色成形品の製造方法。
5. １次成形において１次成形部である光学素子部を成形した後、２次成形において２次成形部であり前記光学素子部を支持する外周部を成形すると同時に、前記光学素子部と前記外周部とを一体化して得られる２色成形品において、
   前記光学素子部及び前記外周部の少なくとも一方は、前記２次成形において前記光学機能部の外側から前記光学機能部へ向かって作用する応力により変形する変形部を前記光学機能部の外周に有する
   ことを特徴とする２色成形品。
6. 前記変形部は前記光学機能部よりも剛性が低い部分である
   ことを特徴とする請求項５に記載の２色成形品。
7. 前記変形部は前記光学機能部の最外周よりも薄い部分である
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の２色成形品。
8. 前記変形部は前記光学素子部に形成した孔と孔との間を結ぶブリッジ部である
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の２色成形品。
9. 前記光学素子部はレンズであり前記光学機能部はレンズ面である
   ことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の２色成形品。