JP6209965B2

JP6209965B2 - プラスチック製透過型光学素子成形方法

Info

Publication number: JP6209965B2
Application number: JP2013263230A
Authority: JP
Inventors: 謙治梅田; 寛哉西岡
Original assignee: Zeon Corp
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP2015116789A

Description

本発明は、透明性に優れた光学レンズに好適な射出成形法に関する。

携帯カメラレンズ、ピックアップレンズ、複写機、レーザービームプリンター等の光走査に用いられるｆθレンズ、プロジェクションレンズに用いられる投射レンズ、車載用レンズ、各種プリズム等の光学素子の素材は、製品のコストダウンの要求からガラスからプラスチックへ移行している。これらの光学素子は、複数の機能を最小限の素子で補うために、平面及び球面のみならず、複雑な非球面形状を有するようになってきている。
近年の電子技術の発展とともに、電子電気機器の軽量化、小型化、薄型化が進んでいる。特に、携帯電話類においては、搭載されるカメラユニットには、形状が薄型・小径化されると共に、画質の面でもＦ値特性（絞り値）及びＭＴＦ特性（コントラスト再現比）が良いことが求められている。また、カメラユニットに採用されるレンズは、製造コストが低く大量生産に適している射出成形法で製造できることが求められている。
ところで、直径が１ｃｍに満たないような小径のレンズは、光学有効面が広い。しかし、射出成形でレンズを形成する場合、ウェルドラインや複屈折の不均一化が生じるため、光学有効面を広げることが難しい。
小型で薄肉のレンズを射出成形する方法として、特許文献１にはノルボルネン系重合体とワックスからなる組成物を用いることが提案されている。しかしながら、ワックスを配合すると成形体表面にワックスがブリードすることがあり、金型汚れなどの問題が生じる。
また、特許文献２には、特定の単量体組成からなる重合体が薄肉成形性に優れ、しかも光学特性や耐熱性も高度にバランスされた小型で薄肉のレンズを与えることが開示されている。
ところで射出成形によるプラスチックの成形品は、金型内での樹脂の残留応力分布の不均等化が、成形品の性能に影響を及ぼす問題が指摘されている。
特に厚みに対して、面積の大きい板状成形体ではこの傾向が高く、例えば特許文献３や４では、樹脂製外層パネルやサンルーフなどの大型成形体では、保圧工程又は冷却工程中に圧の調整を行うことが提案されている。

特開２００９−１３８１１１号公報特開２０１０−１５０４４３号公報特開２０１２−１６６５１７号公報特開平５−０３１７７４号公報

本発明は、光学的な歪みのない、面形状に優れた寸法変化の少ない光学用途に好適なプラスチック成形体を与えるプラスチック成形方法を提供するものである。

本発明者らは、低複屈折で配光角制御性に優れた光学的な歪みのない光学素子を射出成形又は射出圧縮成形により得るべく鋭意検討した結果、保圧工程後の冷却工程で、金型に掛ける圧力を一定範囲の圧力に下げ、一定時間保持すると、プラスチック成形体表面の面形状が安定し、光学的な歪みのない光学素子が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

かくして、本発明によれば、３０ｔ以上の型締め圧力下で成型用金型の型締めを行い、一定圧力の保圧をかけ（保圧工程）、一定時間金型の中で成型品を冷却した（冷却工程）後に金型を開き、成型品を取り出す射出成形、または射出圧縮成形によるプラスチック成形法であって、前記冷却工程中に、型締め圧力を０ｔ超過２ｔ以下に下げ、かつ型締め圧力が０ｔ超過２ｔ以下である時間が冷却時間の５０％以上であることを特徴とするプラスチック成形方法が提供される。
前記冷却中に下げる型締め圧力は０ｔ超過１ｔ以下であり、かつ締め圧力が０ｔ超過以上１ｔ以下である時間は冷却時間の６０％以上であるのが好ましい。
前記樹脂材料は、脂環構造含有樹脂であるの場合に著効が得られるので好ましい。
また本発明によれば、上述したプラスチック成形方法によって得られる光学素子が提供される。

実施例で用いた金型から得られる成形体の形状を説明する図である。

本発明に用いる樹脂材料は、プラスチックレンズに一般的に使用される、（メタ）アクリル樹脂、脂環構造含有樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ウレタン樹脂、チオウレタン樹脂等を例示することができる。特に本発明では脂環構造含有樹脂が好適に用いられる。

脂環構造含有樹脂は、主鎖及び／又は側鎖に脂環式構造を有する樹脂である。脂環式構造としては、飽和環状炭化水素（シクロアルカン）構造、不飽和環状炭化水素（シクロアルケン、シクロアルキン）構造などを挙げることができる。機械的強度、耐熱性などの観点から、シクロアルカン構造やシクロアルケン構造が好ましく、中でもシクロアルカン構造が最も好ましい。脂環式構造を構成する炭素原子数は、格別な制限はないが、通常４〜３０個、好ましくは５〜２０個、より好ましくは５〜１５個の範囲であるときに、機械的強度、耐熱性や、結像素子の成形性の特性が高度にバランスされ、好適である。

脂環構造含有樹脂の具体例としては、
（１）ノルボルネン系単量体の開環重合体及びノルボルネン系単量体とこれと開環共重合可能なその他の単量体との開環共重合体、並びにこれらの水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体及びノルボルネン系単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との付加共重合体などのノルボルネン系重合体、
（２）単環の環状オレフィン系重合体及びその水素添加物、
（３）環状共役ジエン系重合体及びその水素添加物、
（４）ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体及びビニル脂環式炭化水素系単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との共重合体、並びにこれらの水素添加物、ビニル芳香族系単量体の重合体の芳香環の水素添加物及びビニル芳香族単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との共重合体の芳香環の水素添加物などのビニル脂環式炭化水素系重合体、などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、機械的強度等の観点から、脂環構造含有重合体が特に好ましい。
このような脂環構造含有重合体としては、具体的には特開平５−２７９５５４号公報に記載されている開環重合体およびその水素添加物、特開２００４−０６７９８５号公報に記載のメタクリル基を側鎖にもつノルボルネン誘導体をメタロセン触媒等で開環重合させた後、水素化して得られる重合体、特開２００１−２６６９３号公報に記載されるエチレンと環状オレフィンの共重合体が挙げられる。

脂環構造含有樹脂の具体例としては、日本ゼオン社製ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、ＺＥＯＮＯＲ（登録商標）、三井化学社製ＡＰＥＬ（登録商標）、ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ（登録商標）、ポリプラスチックス社製ＴＯＰＡＳ（登録商標）などが挙げられる。

本発明においては、樹脂に、ゴム質重合体、酸化防止剤、光安定剤、熱安定剤、帯電防止剤、滑剤など、任意の添加剤を配合することができる。
樹脂に添加剤を配合する方法に格別な制限はなく、例えば、ロール、ニーダー、押出混練機、バンバリーミキサー、フィーダールーダー等の混練器で練りながら、樹脂と添加剤とを混合する方法；樹脂を適当な溶剤に溶解し、これに添加剤を配合して混合し、次いで溶媒を除去する方法；などが挙げられる。
必要に応じて添加剤が配合された樹脂は、通常、ペレット化された後、シート状に成形される。ペレットの製造方法に格別な制限はないが、樹脂と必要に応じて配合された添加剤とを二軸混練機などの混合機を用いて混合した後、ストランド状に押出、それをペレタイザーなどで細かく切断することでペレットを得ることができる。

（３）射出成形
このペレットをホッパーに入れ、ホッパーからシリンダへ移送され、ここで溶融される。溶融樹脂は、シリンダからノズルを通して金型へ供給される。溶融樹脂の温度は、樹脂のガラス転移温度や融点に応じて任意に設定すれば良いが、脂環構造含有樹脂の場合、通常Ｔｇ＋５０℃〜Ｔｇ＋２００℃、好ましくは、Ｔｇ＋１２０℃〜Ｔｇ＋１７０℃である。また、金型の温度についても樹脂のガラス転移温度や融点に応じて任意に設定すればよく、脂環構造含有樹脂の場合、通常Ｔｇ−３０℃〜Ｔｇ＋１０℃、好ましくは、Ｔｇ−２０〜Ｔｇである。
成形時、金型に加える圧力（型締め圧力）は、成形体の大きさや形状などにより任意に設定すればよいが、通常、２０ｔ〜１５０ｔである。
溶融樹脂が金型に充填された後、保圧工程に入るが、保圧力（射出圧力）も、成形品の大きさや形状などにより任意に設定すればよく、通常２００〜２０００ｋｇ／ｃｍ^２である。保圧時間についても成形体の大きさや形状などにより任意に設定すればよいが、通常２〜３０秒である。
保圧工程が終了後、冷却工程に入る。冷却時間については格別な制限はないが、生産性の観点から通常１〜５００秒である。
本発明において、この冷却工程で型締め圧力を下げることが特徴である。具体的には、０ｔ超過２ｔ以下、好ましくは０．１ｔ超過１ｔ以下の範囲に型締め圧力を下げる。また、このような圧力に下げてから金型を開くまでの時間は、冷却工程に要する時間全体の内、５０％以上、好ましくは６０％以上であり、冷却開始と同時に型締め圧力を下げても良い。
また、冷却工程での型締め圧力を下げる際は、圧力を一定速度で徐々に低下させても良いし、一気に所望の圧力まで減圧しても良い。但し、徐々に圧力を低下させる場合、型締め圧力が２ｔ以下になった時点から冷却終了までの時間が５０％以上でなければならない。
冷却後は、金型を開いて成形体を取り出す。

このようにして得られた射出成形体は、歪みの少ない、配光角制御性に優れた、面形状の安定した光学用途に好適なプラスチック成形体となる。光学用のプラスチック成形体としては、レンズ、プリズム、偏向フィルム等が挙げられる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。なお、各例中の部及び％は、特に断りのない限り、重量基準である。
また、各例における測定や評価は、以下の方法により行った。
・複屈折制御
複屈折制御については、樹脂成形レンズ検査システム「ＷＰＡ−１００」（フォトニックスラティス社製）を用いて評価した。
評価の方法としては成形品の位相差の値について、成形サイクル中に型締めを緩めない従来の手法と比較し、３０％以上の位相差低減効果が確認できているものについては○、２０％以上３０％未満の位相差低減効果が確認できたものについては△、位相差低減効果が２０％未満のものについては×で示した。
・配光角制御
配光角制御については、樹脂成形レンズ検査システム「ＷＰＡ−１００」（フォトニックスラティス社製）を用いて評価した。
評価の方法としては成形品の長手方向Ｌのうち、Ｌ／４と３Ｌ／４の位置における配光角度の差が、成形サイクル中に型締めを緩めない従来の方法と比較して２０％以上配光角差が低減できているものについては○、１０％以上２０％未満配光角差が低減できているものについては△、配光角差低減が１０％未満のものについては×で示した。
・形状
形状については、成形品の形状にヒケ又はバリ等の不良が発生するか否かを目視で評価した。
ヒケ又はバリ等の不良が無く、形状が制御されているものについては○、ヒケ又はバリ等の不良が発生し、形状不良の発生しているものについては×で示した。

＜実施例１＞
樹脂材料としてノルボルネン系開環重合体水素化物（製品名「ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒ」、日本ゼオン社製）を用い、射出成形機（製品名「Ｓ２０００ｉ−１００Ａ」、ＦＡＮＵＣ社製、スクリュー径３２ｍｍ）で、以下の要領にて射出成形を行った。
１００ｔで型締めした成型用金型にシリンダ温度２８０℃で溶融させた樹脂を流し込んだ後、１３００ｋｇ／ｃｍ^２で１５秒間保圧工程を行った。保圧工程が終了した後、７５秒後に型締め圧を０．１ｔまで下げた。保圧工程終了時から２００秒経過後に金型を開き、成型品（図１参照）を取り出した。
得られた成型品の位相差、配向角、形状を上記に示す方法で評価した。
尚、成形体の最厚部Ｗ１は１０ｍｍ、ランナー部厚Ｗ２は１ｍｍ、ゲート部厚Ｗ３は２ｍｍ、曲率半径（設計値）Ｒは３．０１ｍｍである。

＜実施例２＞
保圧工程が終了した後、２５秒後に型締め圧を０．１ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜実施例３＞
保圧工程が終了した後、５０秒後に型締め圧を０．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜実施例４＞
保圧工程が終了した後、１００秒後に型締め圧を１．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜実施例５＞
保圧工程が終了した後、２５秒後に型締め圧を１．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。

＜実施例６＞
樹脂材料としてノルボルネンとエチレンとの付加型共重合体（製品名「ＴＯＰＡＳ（登録商標）６０１３Ｌ−１７」、ポリプラスチックス社製）を用い、保圧工程が終了した後、５０秒後に型締め圧を０．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜実施例７＞
保圧工程が終了した後、１００秒後に型締め圧を１．５ｔまで下げたこと以外は実施例６と同様の方法で成形、評価を行った。
＜実施例８＞
保圧工程が終了した後、２５秒後に型締め圧を１．５ｔまで下げたこと以外は実施例６と同様の方法で成形、評価を行った。

＜比較例１＞
保圧工程が終了した後、１７５秒後に型締め圧を０．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜比較例２＞
保圧工程が終了した後、１７５秒後に型締め圧を１．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜比較例３＞
保圧工程が終了した後、１７５秒後に型締め圧を２．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜比較例４＞
保圧工程が終了した後、１００秒後に型締め圧を２．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜比較例５＞
保圧工程が終了した後、２５秒後に型締め圧を２．５ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。
＜比較例６＞
保圧工程が終了した後、１００秒後に型締め圧を１０ｔまで下げたこと以外は実施例１と同様の方法で成形、評価を行った。

＜比較例７＞
保圧工程が終了した後、１７５秒後に型締め圧を０．５ｔまで下げた以外は実施例６と同様の方法で成形、評価を行った。
＜比較例８＞
保圧工程が終了した後、１００秒後に型締め圧を２．５ｔまで下げた以外は実施例６と同様の方法で成形、評価を行った。
実施例１〜８、および比較例１〜８で得られた結果を表１に示す。

この結果から、保圧工程が終了した後の冷却工程において、冷却工程中に型締め圧力を０ｔ以上２ｔ以下に下げ、かつ型締め圧力が０ｔ以上２ｔ以下である時間が冷却時間の５０％以上に調整することで、光学的な歪みのない、面形状に優れた寸法変化の少ない光学用途に好適なプラスチック成形体を得ることができることがわかる。

Claims

３０ｔ以上の型締め圧力下で成型用金型の型締めを行い、一定圧力の保圧をかけ（保圧工程）、次いで、一定時間金型の中で成型品を冷却した（冷却工程）後に金型を開き、成型品を取り出す射出成形、又は射出圧縮成形によるプラスチック製透過型光学素子成形方法であって、前記冷却工程中に、型締め圧力を０ｔ超過２ｔ以下に下げ、かつ型締め圧力が０ｔ超過２ｔ以下である時間が冷却時間の５０％以上であることを特徴とするプラスチック製透過型光学素子成形方法。
前記プラスチック製透過型光学素子が、プラスチックレンズである、請求項１に記載のプラスチック製透過型光学素子成形方法。
前記冷却工程に下げる型締め圧力が０ｔ超過１ｔ以下であり、かつ締め圧力が０ｔ超過１ｔ以下である時間が冷却時間の６０％以上である請求項１又は２記載のプラスチック製透過型光学素子成形方法。
材料が、脂環構造含有樹脂である請求項１〜３の何れかに記載のプラスチック製透過型光学素子成形方法。