JP6345712B2 - レンズ製造方法、それに用いられる樹脂原料およびその製造方法によって得られるレンズ - Google Patents
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Description
(i)熱可塑性樹脂原料を用いて射出成形を行い射出成形金型内でレンズ前駆体を得る工程、および
(ii)レンズ前駆体を圧縮成形金型内へと配置し、レンズ前駆体を圧縮成形に付す工程
を含んで成り、
工程(i)の射出成形から工程(ii)の圧縮成形へとレンズ前駆体を移すに際しては、レンズ前駆体の中心温度が熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度以上であるときにレンズ前駆体を射出成形金型から取り出す。
つまり、式1に基づいて射出成形金型内のレンズ前駆体の中心温度を間接的に把握し、それによって、レンズ前駆体の中心温度が「熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度以上」にあるときにレンズ前駆体を射出成形金型から取り出す。
(a)圧縮成形金型内でレンズ前駆体を加熱に付すサブ工程、
(b)加熱されたレンズ前駆体を圧縮成形に付すサブ工程、および
(c)レンズ前駆体の圧縮成形で得られたレンズを圧縮成形金型内にて冷却に付すサブ工程
を含んで成るものであってよい。換言すれば、工程(ii)の圧縮成形では、レンズ前駆体を予め加熱する加熱工程、そのように予め加熱されたレンズ前駆体を圧縮成形する圧縮成形工程、および圧縮成形により得られたレンズを冷却する冷却工程を含んでいることが好ましい。かかる場合、レンズ前駆体が仕込まれた圧縮成形金型を搬送した状態でもって、加熱サブ工程(a)、圧縮成形サブ工程(b)および冷却サブ工程(c)を順次実施することが好ましい。つまり、レンズ前駆体が内在する圧縮成形金型は、“加熱”、“圧縮成形”および“冷却”の各工程に、この順に連続して搬送させることが好ましい。
本発明のレンズ製造方法は、熱可塑性樹脂原料を用いて射出成形を行い射出成形金型内でレンズ前駆体を得る工程(i)と、そのようにして得られたレンズ前駆体を圧縮成形金型で圧縮成形に付す工程(ii)とを少なくとも有する。特に本発明のレンズ製造方法では、レンズ前駆体の取り扱いを特定の条件下で行う。具体的には、工程(i)における射出成形金型から工程(ii)における圧縮成形金型へとレンズ前駆体を移すに際しては、レンズ前駆体の中心温度が熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度以上であるときにレンズ前駆体を射出成形金型から取り出す。図1には本発明の概念を模式的に表している。
つまり、本発明の特に好適な態様では、式1に基づいて射出成形金型内のレンズ前駆体の中心温度を間接的に把握し、そのようにして把握された温度が熱可塑性樹脂原料の“中間点ガラス転移温度以上”であるときにレンズ前駆体を射出成形金型から取り出す。
α=λ/(c・ρ)
λ[kcal/m・h・℃]:熱可塑性樹脂原料の熱伝導率、
c[kcal/kg・℃]:熱可塑性樹脂原料の比熱
ρ[kg/m3]:熱可塑性樹脂原料の密度
また、θr[℃]は射出成形金型へと射出される熱可塑性樹脂原料温度である。便宜上は、θrとして射出成形機のシリンダ温度を用いることができる。θe[℃]は、射出成形金型内のレンズ前駆体の中心温度である。つまり、θeはレンズ前駆体の中央部の温度のことを指しており、便宜上「レンズ前駆体の中心温度」は、図3に示されるように、レンズの曲面頂部ポイントAと、その頂部ポイントAの接線に対して垂直な方向に位置するレンズ底ポイントBとの間に位置する中間ポイントでの温度とすることができる。θm[℃]は射出成形金型の表面温度である。より具体的には、射出成形金型のキャビティ表面温度である。
(a)圧縮成形金型内でレンズ前駆体を加熱・予熱するサブ工程、
(b)加熱・予熱されたレンズ前駆体を圧縮成形するサブ工程、および
(c)レンズ前駆体の圧縮成形により得られたレンズを圧縮成形金型内で冷却するサブ工程
を含んで成る。かかる場合、レンズ前駆体が仕込まれた圧縮成形金型を搬送することを通じてサブ工程(a)〜(c)を順次実施することが好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂原料は、上述のレンズ製造方法に使用される樹脂原料である。具体的には、工程(i)において射出成形金型内へと射出してレンズ前駆体を得るために用いられる熱可塑性樹脂原料である。それゆえ、本発明の熱可塑性樹脂原料は、例えばペレット形態を有しており、射出成形機への投入に特に適したものであってよい。
本発明のレンズ100は、上述のレンズ製造方法で得られるレンズである。図6には本発明のレンズが例示的に示されている。本発明のレンズは、例えば、レンズ部101、レンズ部102およびフランジ部103から構成される。具体的には、レンズ部101はレンズ部102よりも高さ寸法が大きくなっており、レンズ部101とレンズ部102とがフランジ部103を介在して相互に連結されている。なお、本発明においてレンズ形状は、これに限定されるものではなく、用いられる用途に応じて適宜変更され得る。例えば、レンズ部102は、図6に示される形態に従うと凸面を有するものの、これに限定されず、所望のレンズ性能に応じて、凹面を有していてよいし、あるいは、フラット面を有するものであってもよい。
第1態様:レンズを製造する方法であって、
(i)熱可塑性樹脂原料を用いて射出成形を行い射出成形金型内でレンズ前駆体を得る工程、および
(ii)レンズ前駆体を圧縮成形金型内へと配置し、レンズ前駆体を圧縮成形に付す工程
を有して成り、
工程(i)の射出成形から工程(ii)の圧縮成形へとレンズ前駆体を移すに際しては、レンズ前駆体の中心温度が熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度以上であるときにレンズ前駆体を射出成形金型から取り出すことを特徴とする、レンズ製造方法。
第2態様:上記第1態様において、射出成形金型内におけるレンズ前駆体の中心温度を式1に基づいて間接的に把握することを特徴とするレンズ製造方法。
第3態様:上記第1態様または上記第2態様において、複数のレンズを並列的に製造しており、
あるレンズ前駆体をその中間点ガラス転移温度以上で取り出した射出成形金型に対して、引き続いて可及的速やかに熱可塑性樹脂原料を射出して別のレンズ前駆体を得ることを特徴とするレンズ製造方法。
第4態様:上記第1態様〜上記第3態様のいずれかにおいて、工程(ii)の圧縮成形に付すに先立ってはレンズ前駆体を射出成形金型から取り出した状態で冷却に付すことを特徴とするレンズ製造方法。
第5態様:上記第1態様〜上記第3態様のいずれかにおいて、射出成形金型から取り出したレンズ前駆体を実質的な冷却に付すことなく、圧縮成形金型に移すことを特徴とするレンズ製造方法。
第6態様:上記第1態様〜上記第5態様のいずれかにおいて、工程(i)で用いる熱可塑性樹脂原料として、JIS K7206(B50法)で測定したビカット軟化温度が105℃以上かつ120℃以下であり、JIS K7210で測定したメルトマスフローレイトが1g/10min以上かつ20g/10min以下である熱可塑性樹脂原料を用いることを特徴とするレンズ製造方法。
第7態様:上記第1態様〜上記第6態様のいずれかにおいて、工程(i)で用いる熱可塑性樹脂原料として、(メタ)アクリル樹脂を用いることを特徴とするレンズ製造方法。
第8態様:上記第7態様において、(メタ)アクリル樹脂が、メタクリル酸エステルとメタクリル酸エステル以外の単量体とからなる共重合体であることを特徴とするレンズ製造方法。
第9態様:上記第1態様〜上記第8態様のいずれかにおいて、工程(i)により得られるレンズ前駆体につき、最大厚み寸法が10mm以上かつ150mm以下であり、最大幅寸法(フランジ部がある場合には、そのフランジ部を除いて考えたレンズ最大幅寸法)が10mm以上かつ200mm以下であることを特徴とするレンズ製造方法。
第10態様:上記第1態様〜上記第9態様のいずれかにおいて、工程(ii)において圧縮成形金型の金型温度Tp(℃)と熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度Tmg(℃)とが「Tmg+45≦Tp≦Tmg+85」の関係を満たし、圧縮成形金型による圧縮圧力が15kN以上かつ80kN以下となり、また、圧縮成形金型による圧縮時間が110秒以上かつ200秒以下となる条件でレンズ前駆体を圧縮成形に付すことを特徴とするレンズ製造方法。
第11態様:上記第1態様〜上記第10態様のいずれかにおいて、工程(ii)が、
(a)圧縮成形金型内でレンズ前駆体を加熱に付すサブ工程、
(b)加熱されたレンズ前駆体を圧縮成形に付すサブ工程、および
(c)レンズ前駆体の圧縮成形により得られたレンズを圧縮成形金型内にて冷却に付すサブ工程
を含んで成ることを特徴とするレンズ製造方法。
第12態様:上記第11態様において、レンズ前駆体が仕込まれた圧縮成形金型を搬送ないしは移動させながら、サブ工程(a)、サブ工程(b)およびサブ工程(c)を順次実施することを特徴とするレンズ製造方法。
第13態様:上記第7態様のレンズ製造方法で使用される(メタ)アクリル樹脂。
第14態様:上記第1態様〜上記第12態様のいずれかのレンズ製造方法によって得られるレンズ。
第15態様:上記第14態様において、レンズが車両ランプ・レンズであることを特徴とするレンズ。
熱可塑性樹脂原料として(メタ)アクリル樹脂を用いた。かかる(メタ)アクリル樹脂およびそれから得られたレンズの各種物性の測定および評価は以下の通りである。
(メタ)アクリル樹脂を原料樹脂とした試験片を得た。具体的には厚さが3mmの10cm四方の樹脂板をプレス成形して試験片を得た。得られた試験片について、JIS K7206のB50法に準拠して、荷重50Nおよび昇温速度50℃/時の条件下でビカット軟化温度(VST)を測定した。
(メタ)アクリル樹脂について、JIS K7210に準拠して、温度230℃、荷重3.8kgの条件で測定した。
(メタ)アクリル樹脂について、セイコーインスツールメント製の示差走査熱分析装置を用い、昇温速度10℃/min、窒素雰囲気下の条件で測定した。
(メタ)アクリル樹脂としてはSumipex MHF(住友化学株式会社製)を用いた。かかる熱可塑性樹脂原料を射出成形金型内へと射出してレンズ前駆体を得た。射出成形金型に内在するレンズ前駆体の中心温度と冷却時間との関係については、式1から算出した。
tla=S2/(π2・α)ln(8/π2・(θr−θm)/(θe−θm)) (式1)
式中、tlaはレンズ中間体の冷却時間(s)であり、θeがレンズ中間体の中心温度(℃)である。また、S=23mm、α=0.66mm2/s、θr=230℃、θm=80℃となった。
得られたレンズについて、90℃のオーブン中にて100時間静置した。静置後に、レンズが変形していなければ“○”、変形していれば“×”と評価した。
射出成形段階(工程(i))
射出成形機EC180SX−6A(東芝機械株式会社製)を用いた。熱可塑性樹脂原料のSumipex MHF(VST=約110℃、MFR=約2g/10min、Tmg=約111℃、住友化学株式会社製)を、レンズ形状の金型キャビティを1つ備えた射出成形金型へと射出(シリンダ温度:約230℃、射出速度:約0.6mm/s、射出成形金型の表面温度:約80℃)してレンズ前駆体を得た。次いで、レンズ前駆体の中心温度が熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度Tmg以上であるときにレンズ前駆体を射出成形金型から取り出した。具体的には、上記の式1に基づいて射出成形金型内のレンズ前駆体の中心温度を間接的に把握し、その結果、“180秒間”射出成形金型でレンズ前駆体を冷却に付した後でレンズ前駆体を射出成形金型から離型した(ここでの“冷却”は、樹脂原料が射出成形金型の温度環境下にさらされることによってもたらされるものである。そして上記“180秒”は、射出された樹脂原料が流動停止した時点からの経過時間であり、即ち、射出成形金型内への熱可塑性樹脂原料の充填が完了した時点からの経過時間である)。このような操作によって、レンズ前駆体の中心温度が熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度以上であるときにレンズ前駆体を射出成形金型から取り出すことができた。取り出されたレンズ前駆体は、最終品たるレンズと同様にレンズ部101’、レンズ部103’およびフランジ部102’から構成され、レンズ部101’およびレンズ部103’が各々フランジ部と接する面の直径が共に約60mmであり、レンズ部101’からレンズ部103’までの最大厚みが約23mmであった(図3参照)。
移動式高精度ガラス成形装置(東芝機械株式会社製)を用いて圧縮成形工程を実施した。具体的には、射出成形金型から取り出したレンズ前駆体を圧縮成形金型へと仕込んで、そのように仕込んだ圧縮成形金型をベルトコンベヤーで搬送しながら圧縮成形プロセスを実施した。より具体的には、レンズ前駆体を内在する圧縮成形金型をベルトコンベヤーで搬送しながら加熱サブ工程、安定化サブ工程、圧縮成形サブ工程、および第1〜第3冷却サブ工程を、この順で逐次実施した。かかるサブ工程の条件を表2に示す。
圧縮成形工程について、加熱サブ工程、安定化サブ工程、第1〜第2圧縮成形サブ工程、および第1〜第3冷却サブ工程とした以外は、実施例1と同様にレンズを得た。かかる圧縮成形の各サブ工程での条件を表2に示す。最終的には表面凹凸が減じられた(レンズ表面における凹凸が減じられた)外観が良好なレンズを得ることができた。尚、得られたレンズの耐久性評価の結果は同じく表2中に示す。
レンズ前駆体の中心温度が熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度Tmg未満であるときに射出成形金型からレンズ前駆体を取り出したこと以外は、実施例1と同様にレンズを得た。具体的には、上記式1に基づいて射出成形金型内のレンズ前駆体の中心温度を間接的に把握し、その結果、1105秒間射出成形金型でレンズ前駆体を冷却に付した後でレンズ前駆体を射出成形金型から取り出した。最終的には実施例1および実施例2と同様の表面凹凸が減じられた(レンズ表面における凹凸が減じられた)外観が良好なレンズを得ることができた。尚、得られたレンズの耐久性評価の結果は同じく表2中に示す。
「本発明に従ったレンズ製造」と「従来技術のレンズ製造」とにつき、レンズ1個当たりの製造時間を調べた。
・原料樹脂:Sumipex MHF(住友化学社製)
・射出成形金型温度:約80℃
・射出成形金型:6個取り金型
・レンズ品の肉厚(最大厚みTmax):約23mm
・圧縮成形金型:レンズ前駆体の1個仕込みタイプ
20 圧縮成形金型
30 加熱サブ工程
30A 第1加熱サブ工程
30B 第2加熱サブ工程
40 圧縮成形サブ工程
40A 第1圧縮成形サブ工程
40B 第2圧縮成形サブ工程
50 冷却サブ工程
50A 第1冷却サブ工程
50B 第2冷却サブ工程
50C 第3冷却サブ工程
100’ レンズ前駆体
100 レンズ
101 上側レンズ部(レンズ凸部を成す部分)
102 下側レンズ部(レンズ底部を成す部分)
103 レンズ・フランジ部
Claims (11)
- 複数のレンズを並列的に製造しており、
あるレンズ前駆体をその中間点ガラス転移温度以上で取り出した射出成形金型に対して、引き続いて熱可塑性樹脂原料を射出して別のレンズ前駆体を得ることを特徴とする、請求項1に記載のレンズ製造方法。 - 工程(ii)の圧縮成形に付すに先立ってはレンズ前駆体を射出成形金型から取り出した状態で冷却に付すことを特徴とする、請求項1に記載のレンズ製造方法。
- 射出成形金型から取り出したレンズ前駆体を冷却に付すことなく、圧縮成形金型へと移すことを特徴とする、請求項1に記載のレンズ製造方法。
- 工程(i)で用いる熱可塑性樹脂原料として、JIS K7206(B50法)で測定したビカット軟化温度が105℃以上かつ120℃以下であり、JIS K7210で測定したメルトマスフローレイトが1g/10min以上かつ20g/10min以下である熱可塑性樹脂原料を用いることを特徴とする、請求項1に記載のレンズ製造方法。
- 工程(i)で用いる熱可塑性樹脂原料として、(メタ)アクリル樹脂を用いることを特徴とする、請求項1に記載のレンズ製造方法。
- (メタ)アクリル樹脂が、メタクリル酸エステルとメタクリル酸エステル以外の単量体とからなる共重合体であることを特徴とする、請求項6に記載のレンズ製造方法。
- 工程(i)により得られるレンズ前駆体につき、最大厚み寸法が10mm以上かつ150mm以下であり、最大幅寸法が10mm以上かつ200mm以下であることを特徴とする、請求項1に記載のレンズ製造方法。
- 工程(ii)において圧縮成形金型の金型温度Tp(℃)と熱可塑性樹脂原料の中間点ガラス転移温度Tmg(℃)とがTmg+45≦Tp≦Tmg+85の関係を満たし、圧縮成形金型による圧縮圧力が15kN以上かつ80kN以下となり、また、圧縮成形金型による圧縮時間が110秒以上かつ200秒以下となる条件でレンズ前駆体を圧縮成形に付すことを特徴とする、請求項1に記載のレンズ製造方法。
- 工程(ii)が、
(a)圧縮成形金型内でレンズ前駆体を加熱に付すサブ工程、
(b)加熱されたレンズ前駆体を圧縮成形に付すサブ工程、および
(c)レンズ前駆体の圧縮成形により得られたレンズを圧縮成形金型内で冷却に付すサブ工程
を含んで成ることを特徴とする、請求項1に記載のレンズ製造方法。 - レンズ前駆体が仕込まれた圧縮成形金型を搬送しながら、サブ工程(a)、サブ工程(b)およびサブ工程(c)を順次実施することを特徴とする、請求項10に記載のレンズ製造方法。
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