JP5609216B2 - 成形プラスティック部材の形状修正方法及びプラスティック部材用形状修正装置 - Google Patents

Description

本発明は、成形プラスティック部材の加工方法、特に形状修正及びこの形状修正に用いられる装置に関する。

従来、射出成形などで成形されたプラスティック部品では、その形状を測定し、それが目標の形状になっていない場合は、成形用の金型を修正し、修正した金型で再度成形を行い、目標の形状となるまで成形、測定、金型修正を繰り返していた。

ところが、金型は精密で高価なものであり、また、数ミクロン単位での修正は、かなり難しい作業であり、多大の時間を費やすという問題がある。

請求項１の発明による成形プラスティック部材の形状修正方法は、成形されたプラスティック部材の形状を計測する第1の計測工程と、第1の計測工程の計測結果に基づいて、計測された形状と成形プラスティック部材の基準形状とのずれ量を算出する算出工程と、算出工程で算出されたずれ量に基づいて、成形プラスティック部材の所定部位にレーザ光を照射して第1の溝を刻設する第1のレーザ照射工程と、を含むことを特徴とする。
請求項１１の発明によるプラスティック部材用形状修正装置は、成形されたプラスティック部材を保持する保持手段と、保持手段に保持された成形プラスティック部材の形状を計測する計測手段と、計測手段の計測結果に基づいて、計測された形状とプラスティック部材の基準形状とのずれ量を算出する算出手段と、算出手段が算出したずれ量に基づいて、保持手段に保持された成形プラスティック部材の所定部位にレーザ光を照射して溝を刻設するレーザ照射手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の成形プラスティック部材の形状修正方法によれば、プラスティック部材を成形後に形状計測を行い、基準形状とのずれ量を算出し、そのずれ量に基づいてそのプラスティック部材にレーザ光を照射して形状を補正することができる。

本発明の実施の形態に係るプラスティック部材用形状修正装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示す各構成部品の配置を示す模式図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は側面図である。 プラスティック部材へのレーザ照射の一例を示す模式図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図である。 プラスティック部材へのレーザ照射前後の内部応力分布を模式的に示す部分断面図であり、図４（ａ）はレーザ照射前の内部応力分布を示す図、図４（ｂ）はレーザ照射後の内部応力分布を示す図である。 プラスティック部材の一例であるカメラのレンズホルダーの模式図である。 図５に示すレンズホルダーが収納されるカメラの内部を模式的に示す図である。 図３に示すプラスティック部材へのレーザ照射の別例を示す模式図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図である。

以下、本発明の実施の形態によるプラスティック部材用形状修正装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１、２では、直交座標を用いて方向を示す。
図１に示されるように、成形プラスティック部材用形状修正装置（以下、形状修正装置と略す）１００は、プラスティック部材１０を保持する保持具１１と、レーザマーカ１２と、Ｍ型ブロック１３と、反射ミラー１４Ａ，１４Ｂと、レーザ変位計１５，１６と、演算制御部１７とを備え、プラスティック部材１０の形状測定及び形状修正を行う。

本実施の形態のプラスティック部材１０は、射出成型機によって射出成形された横長形状の平板状レンズホルダーであって、このレンズホルダー１０は、デジタルカメラ用の撮影レンズを構成する一枚のレンズ１０ａを保持している。
保持具１１は、Ｘ方向に移動可能であり、プラスティック部材１０の一端を脱着可能に固定する。図１では、プラスティック部材１０の長手方向がＸ方向と一致するように固定している。
レーザマーカ１２は、例えばＹＡＧレーザである。

図１及び図２（ａ）において、Ｍ型ブロック１３は、一端で互いに連結された三角柱ブロック１３Ａ、１３Ｂから構成されている。これらの三角柱ブロック１３Ａ，１３Ｂは、断面が二等辺直角三角形であり、ＸＹ平面に対して４５°の角度の斜面をそれぞれ有し、各斜面には反射ミラー１４Ａ、１４Ｂが設けられている。
このような反射ミラー１４Ａ、１４Ｂは、反射ミラ−板を三角柱ブロック１３Ａ，１３Ｂの斜面に貼り付けてもよいし、または、三角柱ブロック１３Ａ，１３Ｂの斜面にミラーコーティングを施してもよい。

レーザマーカ１２は、反射ミラー１４Ａに向けてレーザビームＬ１を射出し、このレーザビームＬ１を角度θ１に渡って走査することができる。
また、レーザマーカ１２は、反射ミラー１４Ｂに向けてレーザビームＬ２を射出し、このレーザビームＬ２を角度θ２に渡って走査することができる。
なお、レーザマーカ１２は、レーザビームＬ１とＬ２との両方を同時に射出することもできるし、その一方を択一的に射出することもできる。

レーザビームＬ１、Ｌ２は、反射ミラー１４Ａ、１４Ｂでそれぞれ反射され、プラスティック部材１０の表面と裏面とに入射して、そこを照射する。
レーザビームＬ１，Ｌ２は、角度θ１，θ２の走査によって、プラスティック部材１０の表面及び裏面をＺ方向、即ち上下方向に横切るように、プラスティック部材１０の両面の上端から下端まで走査照射する。レーザビームの照射によって、プラスティック部材１０の表面、裏面に、極めて細い溝である刻線が刻設される。

図１、図２（ｂ）及び（ｃ）において、一対のレーザ変位計１５，１６は、機能的に同種のものであり、Ｘ方向に沿って所定間隔をとって配設されている。詳述すると、一対のレーザ変位計１５，１６は、レーザビームＬ１，Ｌ２がプラスティック部材１０を照射する照射領域、即ち刻線領域１２１、１２１Ａとレンズ１０ａとを挟むように、間隔Ｄで配設されている。
レーザ変位計１５，１６は、それぞれ測定光Ｍ１，Ｍ２をプラスティック部材１０の測定スポット１５０，１６０にそれぞれ照射し、そこからの反射光を受光して、測定スポット１５０，１６０までの距離ｄ１，ｄ２を測定する。測定スポット１５０，１６０は、プラスティック部材１０のＸ方向の中心線上にある。

演算制御部１７は、レーザマーカ１２のレーザ光照射条件、例えば、出力値、照射範囲、照射回数、照射時間やパルス照射を行う際のデューティー比を制御する。また、演算制御部１７は、レーザ変位計１５，１６からの測定値と間隔Ｄとに基づいて、プラスティック部材１０のＸ方向の形状を算出すると共に、その基準形状、即ち設計値形状とのズレ量を算出する。

次に、プラスティック部材１０に対する刻線形成について詳細に説明する。
図３（ａ）に示されるように、刻線領域１２１には、後述するレーザ照射によって複数本の刻線１２０がプラスティック部材１０の上端から下端まで形成される。刻線１２０は、図３（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図に示されるように、プラスティック部材１０の表面近傍に浅い溝として形成される。
複数本の刻線１２０は、例えば、等間隔０．１４ｍｍで互いに平行に刻設される。線幅は、０．０５ｍｍ〜０，５ｍｍの範囲が好ましい。このような複数本の刻線１２０の形成は、レーザマーカ１２がレーザビームＬ１，Ｌ２をＸ方向に微少量づつ偏向させて射出することによって形成することもできるし、保持具１１をＸ方向に微少量づつ移動して、レーザビームＬ１，Ｌ２を照射することによって形成することもできる。なお、刻線１２０は、線状の溝に限らず、不連続な溝、例えば小孔の連なりであってもよい。

図４は、刻線領域１２１の部分断面を拡大して示したものである。
図４（ａ）は、成形されたプラスティック部材１０に残留する内部応力分布を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態のプラスティック部材１０に後述するレーザ照射によって刻線領域１２１を形成した時の内部応力分布を示す。これらの内部応力分布は、等高線方式の縞１０１で表わされ、同一の応力値をもつ地点は同一の線分で表わされる。なお、このような応力分布が生じるのは、プラスティック部材１０の成形時の金型圧力や冷却過程における冷却速度などに起因する。

図４（ａ）では、プラスティック部材１０の内部応力分布が上面１０Ａの側と下面１０Ｂの側とでほぼ対称となっており、応力が釣り合っているので、プラスティック部材１０の上面１０Ａ及び下面１０Ｂは互いに平行な平面である。
図４（ｂ）に示すように、プラスティック部材１０の上面１０Ａにのみ刻線１２０を形成すると、上面１０Ａ側の応力が解放される結果、上面１０Ａが凹面形状に湾曲するような形状変化が生じる。

このような形状変化の程度は、同一材料、同一寸法のプラスティック部材１０においては、レーザマーカ１２のレーザビーム照射条件によって変化する。主な照射条件は、レーザの出力値、刻線領域の面積である。レーザの出力値を大きくすると、刻線１２０の幅と深さが増加するため、多くの応力を解放し、大きな形状変化を得ることができる。
また、刻線領域１２１の幅を広くすることにより、多数の刻線１２０を形成することによっても、大きな形状変化を得ることができる。
更に、図３に示した複数本の刻線１２０を、所定の間隔を空けて、複数箇所に形成することによっても一層大きな形状変化を得ることができる。

図５は、プラスティック部材１０としてのレンズホルダーの具体的な形状を示したもので、レンズホルダー１０は、デジタルカメラの撮影光学系の一部を構成するレンズ１０ａが取り付けられるレンズ保持部１１０Ａとアーム部１１０Ｂとから構成される。

図６は、沈胴式デジタルカメラの内部構成を示す図であり、レンズホルダー１０は、撮影動作時は、レンズ１０ａをその光軸が撮影光学系の光軸に一致するように保持し、撮影動作の終了時に撮影光学系の沈胴動作に応じてアーム部１１０Ｂが回動駆動されて、レンズ１０ａを撮影光路外に移動する。
このように、レンズホルダー１０は、撮影レンズ１０ａをその光軸が撮影光軸に一致するように保持する。従って、レンズホルダー１０の形状が成形時に所定の設計形状、即ち基準形状に一致していないと、撮影レンズ１０ａをその光軸が撮影光軸に一致するように保持することができなくなってしまう。

再び図１及び図２を参照してレンズホルダー１０の形状修正作業について説明する。
射出成型機によって成形されたレンズホルダー１０にレンズ１０ａを取り付ける。その後に、レンズホルダー１０のアーム部１１０Ｂを保持具１１に固定する。
レーザ変位計１５，１６は、測定光Ｍ１，Ｍ２をレンズホルダー１０の測定スポット１５０，１６０にそれぞれ照射し、それぞれ反射光を受光し、距離ｄ１，ｄ２を測定する。
演算制御部１７は、この測定された距離ｄ１及びｄ２とレーザ変位計１５，１６の間隔Ｄとからレンズホルダー１０のレンズ保持部１１０Ａ（図５参照）の形状を算出する。

演算制御部１７は、この算出した形状データとこのレンズホルダーの基準形状データとから、基準形状に対するレンズホルダー１０の形状のズレ量を算出する。基準形状データは、例えばセラミックス製の基準品を保持具１１に固定してレーザ変位計１５，１６で測定し、その測定値に基づく形状データとして、演算制御部１７に記憶されている。

詳述すると、演算制御部１７は、レンズホルダー１０のどの箇所がどの位、基準形状に対してずれているかを算出する。
例えば、基準形状のレンズホルダー１０を保持具１１に取り付けた場合には、測定スポット１５０までの距離がｄ１であり、測定スポット１６０までの距離が（ｄ２＋Δｄ）であるとすると、上記のズレ量は、Δｄとして算出される。
演算制御部１７は、この算出したズレ量に基づきレーザマーカ１２のレーザビームＬ１、Ｌ２の選択やレーザビームの照射位置やレーザビームの強度などのレーザビーム照射条件を決定する。例えば、レーザビームＬ１を使用し、９Ｗのレーザパワーで刻線領域１２１に刻線を０．１４ｍｍピッチで１０本形成するという条件を定める。

上記の照射条件でレーザビーム照射を行い、レンズホルダー１０に図３に示したような複数本の刻線１２０を刻設する。これによって、レンズホルダー１０は、所定量だけ変形する。
レーザビームの照射後に、再びレーザ変位計１５，１６から測定光Ｍ１，Ｍ２を照射して、測定スポット１５０，１６０までの距離ｄ１、ｄ２を測定する。距離ｄ１は変わらず、距離ｄ２が（ｄ２＋Δｄ）となれば、プラスティック部材１０は目標の形状に修正できたことになる。なお、上記の説明では、測定スポット１５０，１６０の２点を計測しているが、３点以上の測定スポットを計測し、これらの計測結果から目標の形状に修正してもよい。

図５は、レンズホルダー１０がその先端部がΔｄだけ変形した状態を示している。なお、このような先端部の変位により、レンズ１０ａの光軸はＡ１からＡ２へ傾斜するので、本発明の技術を用いることにより、レンズの光軸の傾き調整が可能となる。
なお、この例では、１回のレーザビーム照射で目標の形状に修正できなかった場合は、レーザビーム照射と変位測定を繰り返す。
なお、上述したレーザ変位計１５，１６による第１回目の測定とその後のレーザマーカ１２によるレーザ照射とその後のレーザ変位計１５，１６による第２回目の測定などは、全てレンズホルダー１０が保持具１１に固定された状態で行われる。

図７に示したように、レーザビームの照射は、成形プラスティック部材１０に最初に刻線領域１２１に複数本の刻線を刻設した後に、その刻線領域１２１から左方向に所定距離だけ離れた刻線領域１２２に複数本の刻線を刻設し、更にその後に刻線領域１２１から右方向に所定距離だけ離れた刻線領域１２３に複数本の刻線を刻設することもできる。
このようなレーザ照射加工は、例えば、刻線領域１２１に刻線を施した後に、形状測定を行い、この形状測定によっても基準形状に対してズレ量が存在した場合に、刻線領域１２２に複数本の刻線を刻設し、この後に再度形状測定して上記ズレ量が存在した場合に刻線領域１２３に複数本の刻線を刻設する。

このようにして、レーザ照射による刻線の刻設によってプラスティック部材１０の形状が基準形状に対して所定の許容範囲内になると、修正作業を終了し、成形プラスティック部材１０を保持具１１から取り外す。

本実施の形態の形状修正装置は、次の作用効果を奏する。
（１）成形されたプラスティック部材１０にレーザビームを照射して形状を修正するので、熟練と長時間を要する成形金型の修正作業が不要となる。
（２）プラスティック部材１０を保持具１１に固定したままでプラスティック部材１０に対する形状修正と形状測定ができるので、プラスティック部材１０の保持具１１への着脱作業が不要となり、また、着脱に伴う誤差がなくなる。
（３）プラスティック部材１０を保持具１１に固定したままでプラスティック部材１０に対する形状修正と形状測定を繰り返し行うことができるので、高精度の形状修正が可能である。

上述の実施の形態では、レーザ変位計１５，１６を用いてプラスティック部材１０の形状を測定し、この形状と基準形状とのズレ量を算出する例で説明したが、プラスティック部材１０の測定値に応じて、あらかじめ刻線を形成するレーザビームの照射条件を設定しておき、演算制御部１７が測定値に応じて照射条件を制御するようにしてもよい。この場合は、演算制御部１７は、レーザ変位計１５，１６を用いた形状測定後に行う、基準形状とのズレ量を算出する工程をスキップすることができる。

また、上述の実施の形態では、射出成形されたレンズホルダーをレーザ照射によって形状変形させる場合を説明したが、本発明は、成形されたプラスティック部材であれば、任意の部材に適用することができる。
特に、本発明は、加熱工程を含む成形方法、即ち上述した射出成形、或いはプレス成形で製造されたプラスティック部材に対して適用するのが好ましい。プラスティック部材の材料としては、ナイロンやガラス繊維を配合した樹脂を用いることができる。
上述の実施の形態では、レンズホルダーにレンズを取り付けた状態で計測やレーザ照射をするとの説明であったが、もちろん、レンズホルダー単体に対して計測やレーザ照射を行い、形状修正が完了した後にレンズホルダーにレンズを取り付けてもよい。
本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されるものではない。

１０：プラスティック部材（レンズホルダー） １１：保持具
１２：レーザマーカ １３：Ｍ型ブロック
１４Ａ，１４Ｂ：反射ミラー １５，１６：レーザ変位計
１７：演算制御部 １００：形状修正装置
１２０：刻線 １２１，１２２，１２３：刻線領域

Claims (11)

1. 成形されたプラスティック部材の形状を計測する第1の計測工程と、
   前記第1の計測工程の計測結果に基づいて、前記計測された形状と前記成形プラスティック部材の基準形状とのずれ量を算出する算出工程と、
   前記算出工程で算出されたずれ量に基づいて、前記成形プラスティック部材の所定部位にレーザ光を照射して第1の溝を刻設する第1のレーザ照射工程と、を含むことを特徴とする成形プラスティック部材の形状修正方法。
2. 前記算出工程は、前記計測された形状と前記成形プラスティック部材の基準形状とのずれ位置を更に算出し、
   第1のレーザ照射工程は、前記算出工程で算出されたずれ量及びずれ位置に基づいて、前記成形プラスティック部材の所定部位にレーザ光を照射して前記第1の溝を刻設することを特徴とする請求項１に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
3. 前記レーザ光が照射された前記成形プラスティック部材の形状を計測する第2の計測工程を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
4. 前記第2の計測工程後にその計測結果に基づき、前記成形プラスティック部材の所定部位に2回目のレーザ光を照射して第2の溝を刻設する第2のレーザ照射工程を更に備え、
   前記第2のレーザ照射工程は、前記第1のレーザ照射工程によって刻設された前記第1の溝の位置とは異なった位置に前記第2の溝の刻設を行うことを特徴とする請求項３に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
5. 前記第1のレーザ照射工程により刻設された前記第1の溝は、前記成形プラスティック部材の一方の側端部から他方の側端部まで、延在することを特徴とする請求項１または２に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
6. 前記第1のレーザ照射工程は、前記第1の溝を所定の間隔で複数本刻設することを特徴とする請求項１または５に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
7. 前記第1のレーザ照射工程により刻設された前記第1の溝は、その幅が０．０５ｍｍ〜０，５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
8. 前記第1のレーザ照射工程は、前記第1の溝を、所定の間隔で複数本刻設し、更に前記複数本の溝から前記所定の間隔よりも大きく離れた位置に所定の間隔で複数本更に刻設することを特徴とする請求項１または２に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
9. 前記成形プラスティック部材は、加熱を伴う成形方法により成形されたプラスティック部材であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
10. 前記成形プラスティック部材は、デジタルカメラの撮影レンズを保持するレンズ保持部品であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の成形プラスティック部材の形状修正方法。
11. 成形されたプラスティック部材を保持する保持手段と、
    前記保持手段に保持された前記成形プラスティック部材の形状を計測する計測手段と、
    前記計測手段の計測結果に基づいて、前記計測された形状と前記プラスティック部材の基準形状とのずれ量を算出する算出手段と、
    前記算出手段が算出したずれ量に基づいて、前記保持手段に保持された前記成形プラスティック部材の所定部位にレーザ光を照射して溝を刻設するレーザ照射手段と、
    を備えることを特徴とするプラスティック部材用形状修正装置。

Images