JPH01200925A - プラスチツクレンズの成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する分野］ 本発明はプラスチックの材料を溶融し、レンズを成形す
る金型キャビティ内に射出して成形するプラスチックレ
ンズの成形方法に関し、特に本発明は溶融プラスチック
を金型に射出後成形レンズを歪なく冷却するプロセスを
含む成形方法に関する。

［従来技術の説明］ 従来より、厚肉樹脂製品の成形に於ては、樹脂流動性を
上げるため、ヒーター等により金型を、樹脂のガラス転
移点以上に昇温しで樹脂を射出し、その直後、サイクル
短縮のため、冷却回路に冷媒を流し、強制的に成形品を
冷却して型外に取り出している。そして、多くの場合、
キャビティ近傍に埋め込んだ温度センサーで成形品の表
面温度を推定し、熱変形温度以下に温度センサーが下が
った後に、成形品を取り出し可能と判断して、冷却時間
を決定している。

［発明が解決しようとしている問題点］しかしながら、
上記従来例では、成形品の形状、肉厚、樹脂等が変わる
度に、実際に成形、測定を行なうトライアンドエラーて
成形品の精度を保つ金型冷却条件や、成形サイクルを決
定しており、作業効率が悪いという問題かあった。

また更に、成形品精度についても、全型内樹脂の温度測
定か困難である事から、実際の成形品温度履歴が、不明
確で、信頼性が低いという問題があった。

特にプラスチックレンズの成形方法において、金型加熱
、溶融プラスチックの射出、保圧、冷却工程を経て成形
プラスチックを取り出す場合に問題となるのは成形プラ
スチックの金型から取り出した後のレンズ歪の発生やレ
ンズ表面粗さの精度が低下する等が発生する。この問題
は多くの場合射出−保圧による射出樹脂の圧縮成形後の
成形レンズの冷却速度に上記問題を生じる原因がある。

本発明は上記問題を発生することなく所望のレンズ精度
例えば、中級機カメラ（レンズシャッターカメラ）や−
眼レフカメラ用の撮影レンズに使用し得るプラスチック
レンズを製造するために特に射出−保圧工程の後の成型
されたレンズの冷却工程に工夫を凝らすことにより上記
問題を解決することかできたものであり、特に、前記金
型に取り付けた冷却手段を作動させて前記キャビティ内
の成形プラスチックレンズを冷却する第１冷却工程を有
し、前記第１冷却工程は前記レンズの表面温度が前記ガ
ラス転移温度の近傍の温度に冷却する。

更に前記冷却工程に引き続いて前記金型を冷却し前記成
形レンズ表面の温度プラスチック材料の熱変形温度に達
した時点において、前記成形プラスチックレンズの中心
部とレンズ表面の温度差がガラス転移相変化域内になる
ように冷却する第２の冷却工程を含むことにより前述問
題を解決したものである。

［実施例の説明］ 以下に図を参照して本発明の実施例を詳述する。

第１図は本発明の成形方法による成形レンズの形状を示
し、レンズ形状は凸レンズ、外径寸法１４φ、最大肉圧
寸法５．５ｍｍ レンズ曲率Ｒ１＝１０．３３量ｌ Ｒ２＝２６２．０ｍｍ プラスチック樹脂材料はポリカーボネイトて−音大の阪
売による音大パンライトＡＤ−５５０３を用いた。

第２図は本発明成形方法に係る金型の構成を示し、符号
２Ａは固定側抱き駒、４Ａは固定側型板２Ｂは可動側抱
き駒、４Ｂは可動側型板を示し、各抱き駒２Ａ・２Ｂの
間に前記第１図示のレンズ形状と同じ形状のキャビティ
２Ｃを形成し、該キャビティ２Ｃはスプルーを通して溶
融プラスチック材料を射出する射出シリンター６に接し
ている。

８Ａ・８Ｂ・・・は金型２Ａ・２Ｂを温めるヒータであ
り、ＩＯＡ・ＩＯＢ・・・は金型２Ａ・２Ｂを冷却する
冷却水を流す冷却管であり、各冷却管に取り付けた不図
示の開閉バルブによって冷却水槽から冷却水を流通循環
させて金型を冷やす。１２Ａ・１２Ｂ・・・は可動側及
び固定側型板に配した温度調整管を示し、該管内には約
１３０℃の油を循環させる。

実施例１ 第３図は本発明の第１の実施例に係るプロセス線図を示
し、該線図に基すいて説明する。

第３図のプロセス線図は横軸に各プロセスの手順を示し
縦軸に成形温度を示す。

まず第１の例においてはヒータ８Ａ・８Ｂ・・・を作動
させて可動側及び固定側各型板２Ａ・２Ｂを加熱し金型
のキャビティ近傍の型温度を１７０℃に加熱し該温度１
７０’ｃを保圧工程の終りまで保持する。

金型温度が前記の１７０℃に達した後、前記射出シリン
ダー６から３００°Ｃに加熱し溶融状態にある前記ポリ
カーボネイト樹脂（ＰＣ樹脂）をスプルーを通して１　
ｍ　／　ｓの射出速度でキャビティ内に射出する。溶融
ＰＣ樹脂を所定容量射出後、キャビティにｌ　ＯＯＯＯ
Ｋｇ／ｃｍ２以上の保圧をかけ射出工程を終える。

射出工程の次にキャビティ内に射出された溶融樹脂を冷
却して成形−固化してレンズ成型するために金型を冷や
すために前記冷却管１０Ａ・・・に冷却水を流して冷却
工程に入る。第３図のプロセス線図に示すようにキャビ
ティ内の成形レンズは肉圧寸法を有し、又、金型の温度
１７０℃とＰＣ樹脂の射出温度３００℃とはかなり大き
な温度差を有しているため成形レンズの周辺（表面）温
度と成形レンズの肉圧中心部の温度とは射出終了直後か
ら冷却工程開始時点においては大きな温度差を生じる。

第３図の線図において曲線Ｐ１はレンズ表面の温度曲線
を示し、曲線Ｐ２はレンズ肉圧中心部の温度曲線をそれ
ぞれ示す。又曲線Ｐ３は金型の温度変化を示す。

キャビティ内の成型レンズの温度を下げ、型から成型レ
ンズを取り出した後にレンズ面の歪、表面粗さの変化を
生じないように金型の冷却管１０Ａ−１０Ｂ・・・に冷
却水を流すのであるが本実施例では温度２０℃水を０．
５！；Ｌ／ｓｉｎの流量に制御して冷却した。プラスチ
ック成型加工の冷却工程はプラスチックの成型溶融温度
が３００°Ｃと高く、成型品の熱による変形を生じない
ための温度（熱変形温度）約１３０℃と温度差が大きい
、それ故成形品の温度冷却速度に応じて成形工程の所要
工程時間が長くなり成形品のコストに影響を与える。冷
却速度を高め工程時間を短くすると成形品の表面と中心
部の温度差を生じ前述の歪、表面粗さの精度が低下３図
の各温度曲線Ｐ１．Ｐ２．Ｐ３．の温度解析方法の例を
述べる。

本実施例の各時点における各個所の温度決定は有限要素
法の解析手法に依った。

第４図Ａは本発明実施例の金型装置を示ル、金型のキャ
ビティを中心とした周囲３６００の２６分割の１つのブ
ロックＡを軸対称モデルＡとして対称モデルのブロック
と考える。

第４図ＢはモデルブロックＡの拡大斜視図を示し、該ブ
ロックＡには成形レンズの一部分となるレンズ部分ブロ
ックＢと金型ブロックＣから成り、レンズブロックＢは
第４図Ｃに示すように更にＹ軸方向に２辺、Ｘ軸方向に
４辺をとり各辺によって構成されるｌ細分ブロックが変
形六面体の細分ブロックＢ１−Ｂ２・Ｂ３・・・に分割
する。

金型ブロックＣは軸方向に８辺、Ｘ軸方向に１６辺、仰
角を３辺にそれぞれ分割して細分ブロックＣ１・Ｃ２・
Ｃ３・・・に分割し、第４図ＢのブロックＡ全体として
５６４個の要素ブロックに分ける。各細分ブロックは６
面体と成り、該６面体を形成する角度はｌ細分ブロック
で８節点となり、ブロックＡ全体では９００Ｗ１点とな
る。金型において、レンズ端部から２０ｍｍの位置に１
０＋ｍｘ３ｍｍの冷却用溝を設け、更にレンズ端部より
４２ｍｍの位置に１０φの温調管用開口部を加工する。

前記冷却用溝を流れる水温は２０°Ｃ１温調温度は１３
０℃である。温度センサーはレンズ端部から６ｍｍの位
置に埋設する。

温度解析は汎用の有限要素法プログラムであるＮＡＳＴ
ＲＡＮ　（ナストラン）の熱伝導解析を用いた。

本実施例で冷却水の流量を０．５Ｌ；Ｌ／＋ｓｉｎに制
御したところ、成形レンズのレンズ表面温度とレンズ中
心温度は第３図に示すそれぞれの温度曲＆！　Ｐ　Ｉ−
Ｐ　２になった。

レンズ表面温度は射出終了時点（冷却開始時）では３０
０℃であったか約１７．５秒間で曲線ＰＩに示すように
ガラス転移温度の１６０°Ｃに低下した。この時のレン
ズ中心部の温度は曲線ＰＩに示す２８９℃金型温度は１
５５℃てあった。

更に温度２０°Ｃの冷却水を前述と同量流しつづけた結
果冷却開始から４５秒後に金型温度は１２８．４℃レン
ズ表面温度は１３０．４℃、レンズ中心部温度は１９１
．５°Ｃとなり、更にその後各温度測定点の温度曲線Ｐ
１・Ｒ２・Ｒ３に示すように低下して行き、冷却開始か
ら９０秒後にレンズ中心部温度が熱変形温度の１３０°
Ｃに達した。レンズ表面温度は１１３．８°Ｃ１金型温
度は１１３．ｌ’ｃであった。この熱変形温度はプラス
チック成形加工技術において成形品を金型から取り出し
た後に変形、歪、表面精度上の問題を生じない理論上の
成形品取り出し可能な温度とされている。上記の温度曲
線Ｐ１・Ｒ２・Ｒ３の各曲線に沿った冷却作用を行なっ
たプラスチックレンズを計測した結果は Ｒ１面でニュートン稿本数７〜８本 Ｒ２面て　　　　　　　　５〜６本 であった。

実施例の２ 上記第１の実施例は冷却水を０．５Ｊｌ／ｗｉｎの流量
に制御して冷却を行なった結果冷却開始からレンズ中心
部の温度が熱変形温度を下まわるまでの時間は′５Ｓ３
図に示すように９０秒であった。その結果、レンズ表面
の温度が熱変形温度近傍の１３０．４℃に達したときの
レンズ中心部温度は１９１．５℃てあり、両者（量測定
温度）間の温度差は約６０°Ｃであり、レンズ表面が表
面樹脂の変動を生しない状態であってもレンズ中心部は
樹脂の移動か行なわれる状態になっておりこの両者の樹
脂状態の相違により前述の測定結果となって表われたも
のと思料できる。

そこで本発明者はレンズ表面の温度が熱変形温度の１３
０°Ｃ近辺のときにレンズ中心部の温度を出来るたけレ
ンズ表面温度もしくは熱変形温度に近づけること例えば
１０℃位の温度差以内になるように冷却曲線を制御する
ことを目標に実験検討し次の第２の実施例を得た。

成形レンズ形状、及びプラスチック材料、金型構造、射
出条件は第１の実施例と同しである。

第５図は本例の冷却温度曲線を示し、Ｒ４はレンズ表面
の温度曲線、Ｒ５はレンズ中心部の温度曲線、Ｒ６は金
型の温度曲線をそれぞれ示す。

本実施例は冷却速度を前例より緩め冷却水の流量を０．
３又／１ｎ、温度２０℃に制御した。その結果冷却開始
から２５秒後に金型温度１５７．６°Ｃ、レンズ表面温
度がガラス転移点温度近くの１６０．９°Ｃ、レンズ中
心部の温度が２５６．３℃に達した。更に同じ水量を保
って冷却を続は冷却開始から１１０秒後にレンズ表面温
度は熱変形温度近くの１３０．１℃に達し、この時、問
題のレンズ中心部温度は１３８．８℃金型温度は１２９
．７°Ｃであった。引き続き冷却を行なって各測定を続
は冷却開始から１５０秒後にレンズ中心部の温度が１３
０．６℃に達し、この時レンズ表面温度１２６．５℃、
金型温度１２６．２℃であった。

上記第２実施例による成形レンズの表面精度はニュート
ン稿本数でＲ１面４本、Ｒ２面２−３本とな、った。

尚該レンズ表面測定はＺＹＧＯ干渉計で行なった。

本発明者は前記第１・第２の実施例の結果を踏まえ更に
冷却水の流量を減らし前記第５図のレンズ表面が熱変形
温度に達したときにレンズ中心部の温度との温度差を僅
少にするべく流量減少コントロールして成形してレンズ
表面精度を測定したところニュートン稿本数は大きな変
化は無く、幾度がの条件設定の変更の結果、成形レンズ
表面か熱変形温度に達したときにレンズ中心部の温度と
レンズ表面温度の温度差が１０℃以内の条件であればレ
ンズ表面精度の低下が生しないことが分かった。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば射出後の冷却工程は前記レ
ンズの表面温度を前記ガラス転移温度の近傍の温度に冷
却する。更に前記第１冷却工程に引き続いて前記金型を
冷却し前記成形レンズ表面の温度がプラスチック材料の
熱変形温度に達した時点において、前記成形プラスチッ
クレンズの中心部とレンズ表面の温度差がガラス転移相
変化域内になるように冷却することにより冷却後のレン
ズ表面精度を損なわないレンズを得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による成形レンズの形状を示す図。 第２図は本発明の実施例て用いた金型装置を示す図。　
　　　　　　　　　　　　　゛）７第３図は第１実施例
による温度曲線図。 第４図Ａ・第４図Ｂ・第４図Ｃは本発明で用いた温度解
析に採用した金型のモデルツロックを示す図。 第５図は第２実施例による温度曲線図。 Ｐｌ・Ｐ４・・・成形レンズの表面温度を示す線図Ｐ２
・Ｐ５・・・成形レンズのレンズ中心部温度な示す線図 Ｐ３・Ｐ６・・・金型のキャビティ近傍に埋設した温度
センサーか示す温度線図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）次の工程を含むことを特徴とするプラスチックレ
   ンズの成形方法 （ａ）前記プラスチックレンズを成型する金型をプラス
   チックのガラス転移温度以上の 温度に加熱する工程と、 （ｂ）前記金型のキャビティ内に樹脂の流動可能温度以
   上に加熱したプラスチック溶融 樹脂を注入する射出工程と、 （ｃ）前記金型に取り付けた冷却手段を作動させて前記
   キャビティ内の成形プラスチッ クレンズを冷却する第１冷却工程、 前記第１冷却工程は前記レンズの表面温 度が前記ガラス転移温度の近傍の温度 に冷却する。 （ｄ）前記第１冷却工程に引き続いて前記金型を冷却し
   前記成形レンズ表面の温度がプ ラスチック材料の熱変形温度に達した時点 において、前記成形プラスチックレンズの 中心部とレンズ表面の温度差がガラス転移 相変化域内になるように冷却する第２の冷 却工程。