JPH0260721A

JPH0260721A - プラスチックレンズの製造方法及びプラスチックレンズ成形用金型

Info

Publication number: JPH0260721A
Application number: JP21277388A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Watanabe; 渡邊　喜夫; Osamu Morikawa; 修森川; Takatoshi Yamada; 隆俊山田; Kenji Kanda; 神田　健治
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-08-27
Filing date: 1988-08-27
Publication date: 1990-03-01

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】〔産業上の利用分野］本発明は、光学ピックアンプの対物レンズ等に用いられ
るプラスチックレンズの製造方法に関するものであり、
さらにはかかるプラスチックレンズの製造に用いられる
プラスチックレンズ成形用金型に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、熱可塑性樹脂よりなるプラスチックレンズを
成形するに際し、所定の無機化合物よりなる被膜が形成
された成形用金型を用いることにより、離型性を改善し
て残留応力の発生を抑制し、レンズ成形時、あるいはレ
ンズ成形後に発生する回度形や保護膜のクラ・７りを防
止しようとするものである。

〔従来の技術〕

近年、光学ディスク駆動装置等において、レーザー光を
読み取るために使用される光学ピックアップの対物レン
ズ等には、加工性や量産性等の観点からプラスチックレ
ンズが広く使用されるようになってきている。

このプラスチックレンズは、例えば、所望のレンズ形状
に対応した曲率半径を有する凹部が設けられた一対のレ
ンズ成形用金型を対向配置し、これら金型間に形成され
る間隙に熱可塑性樹脂を射出することによって成形され
ている。

そして、さらには射出成形されたプラスチックレンズの
表面に、反射防止、静電気防止２表面硬化等を目的とし
て、何らかの保護膜を蒸着形成し、製品化されるのが一
般的である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前述の射出成形したプラスチックレンズでは
、保護膜にクランクが入ることがある。

また、保護膜蒸着時には膜劣化や収差の存在しないレン
ズでも、例えば環境加速試験器に入れて経時変化を観察
すると、回度形が発生し収差が増大するため、レンズ性
能が維持できず使用できなくなることもある。

これらは、いずれもプラスチックレンズの射出成形時に
発生する残留応力が原因と考えられるが、その防止策に
ついてはあまり検討されていないのが実情である。

そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案された
ものであって、離型性に優れ成形時に残留応力を発生さ
せることのないプラスチ７クレンズ成形用金型を提供す
ることを目的とし、さらには保護膜のクラックや回度形
の経時劣化等のないプラスチックレンズを製造可能とす
るプラスチ・ンクレンズの製造方法を提供することを目
的とするものである。

〔５題を解決するための手段〕本発明者等は、上述のような環境試験を行った後に発生
する回度形の原因を追求するために各種の検討を行った
結果、環境試験後のプラスチックレンズの回度形は、プ
ラスチックレンズ体を形成する際に用いるプラスチック
レンズ成形型との離型性に大きく影ツされるものである
との知見を得るに至った。

本発明は、かかる知見を法に完成されたものであって、
プラスチックレンズの形状に対応した曲率半径を有し且
つ無機化合物からなる被膜が蒸着形成されてなる一対の
プラスチックレンズ成形用金型を対向配置し、この成形
用金型の一部に設けられたゲートから熱可塑性樹脂を射
出してプラスチックレンズ体を形成した後、上記プラス
チックレンズ体の表面に保護膜を蒸着形成することを特
徴とするものである。

さらに本発明のプラスチックレンズ成形用金型は、熱可
塑性樹脂よりなるプラスチックレンズを成形する成形用
金型であって、合金母材の表面にＩＶａＶａ族金属ａ族
金属、ＶＩａ族金属、あるいはこれらの窒化物、炭化物
、酸化物、硼化物の少なくとも１種からなる被膜が薄着
形成されていることを特徴とするものである。

〔作用〕

プラスチックレンズ成形用金型の表面に蒸着形成される
被膜の材料である無機化合物（高融点金属、あるいはそ
の化合物）は、プラスチックレンズの構成材料である熱
可塑性樹脂との濡れ性が低いため、射出成形後のレンズ
と金型との離型性が向上する。

したがって、成形時に発生する残留応力の低減が図れ、
その回度形の経時劣化が抑制され、レンズ表面に保護膜
を蒸着形成した際にクラックが発生することもない。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した具体的な実施例について図面を
参照しながら説明する。

第１図及び第２図は、本実施例で使用されるプラスチッ
クレンズ成形用金型を示すものであって、この金型は基
本的には可動側である上型（１）と固定側である下型（
２）とから構成される。

これら上型（１）と下型（２）の対向面には、それぞれ
作成するプラスチックレンズの形状に応じて所定の極率
半径を有する成形部（３）　、　（４）や、射出成形機
のノズルから射出されたプラスチックが流れるスプル一
部（５）〔上型（１）のみ〕、ランナー部（６Ｌ（７）
　、ゲート部（８）　、　（９）が所定形状の凹部とし
て設けられている。

また、特に下型（２）には、射出成形品の突き出し機構
として、前記成形部（４）　の外周位置にスリーブ（１
０）が、またスプル一部（５）と対向する位置にピン（
１１）が、それぞれ上下動可能な状態で取付けられてい
る。

ここで、上記上型（１）及び下型（２）を構成する材料
としては、例えばステンレスをはじめとして、モリブデ
ン、チタン、タングステンを主体とする合金等、この種
の金型材料として通常使用される各種合金がいずれも使
用可能である。

一方、これら上型（１）、下型（２）の少なくとも成形
部（３）　、　（４）の表面には、射出成形されたプラ
スチックレンズの離型性を改善し残留応力の発生を抑制
するために無機化合物よりなる被膜（図示は省略する。

）が形成されている。この被膜を構成する無機化合物と
しては、周期律表の［Ｖａ、Ｖａ。

ＶＩａ族に属する金属、例えばＴｉ、■、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等のいわゆる高融点金属単
体、もしくはこれらの合金、あるいはこれらの例えばホ
ウ化物、炭化物、窒化物、酸化物等が使用される。

前記被膜の厚みは、耐久性や生産性等を考慮して適宜設
定されるが、通常は１〜２μｍ程度の厚さとされる。

また、上記被膜を合金製の上型（１）１下型（２）にコ
ーティングする方法としては、例えばイオンブレーティ
ング法やスパッタリング法、真空蒸着法等、通常使用さ
れるＰＶＤ技術がいずれも使用可能である。

上述のプラスチックレンズ成形用金型によりプラスチッ
クレンズを成形するには、第３図に示すように、下型（
２）と接する位置まで上型（１）を移動し、図示しない
型締め機構でこれらを締め付けた後、スプル一部（５）
より射出側から供給される溶融状態の熱可塑性樹脂（１
２）を射出し、ランナー部（６）　、　（７）及びゲー
ト部（８）　、　（９）を介して成形部（３）　、　（
４）によって形成される空間（キャビティ）内に当該樹
脂（１２）を注入すればよい。

なお、熱可塑性樹脂としては、例えばジエチレングリコ
ールビスアリルカーボネート樹脂をはじめ、ポリメチル
メタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポ
リ塩化ビニル等の各種合成樹脂が使用される。

かかる射出成形の後、樹脂が冷却したら成形品を取り出
すが、この場合、第４図に示すように、下型（２）に設
けられたスリーブ（１０）及びピン（１１）を突き出す
ことにより、容易に成形品が取り出し可能である。

取り出した成形品は、ゲートカントされ、各プラスチッ
クレンズ体（１３）に分割される。

次いで、上述のような熱可塑性樹脂を射出成形して形成
したプラスチックレンズ体（１３）の表面には、真空茎
着法やイオンブレーティング法、スパッタリング法等の
ＰＶＤ技術により保護膜が形成される。この保＃ｆ！膜
は、反射防止、耐擦傷性、化学耐久性等を目的として設
けられるもので、したがってかかる保護膜の材料として
は、例えばＳｉ○、５ｉＯｚ、５ｔｚＮｎ、Ｔｉ０ｚ、
ＺｒＯ２、Ａ　Ｎ　ｚ　Ｏ＊、Ｍ　ｇ　Ｆ　ｚ等の無機
化合物が使用可能である。

特に、応力が少なくレンズを変形させることがないこと
、良好な反射防止効果を有すること、優れた耐擦傷性、
化学耐久性を有すること等の観点から、第５図に示すよ
うに、プラスチックレンズ（１３）の表面に第１眉（２
１）、第２７ｉ　（２２）　、第３層（２３）、第４Ｎ
（２４）からなる４Ｎ構造の保護膜（反射防止膜）を形
成することが好ましい。

ここで、レンズ体（１３）と直接接する第１層（２１）
には、熱可塑性樹脂との被着性に非常に優れた材料が用
いられており、これによりレンズ体（Ｉ３）を加熱する
ことなく密着性の優れた反射防止膜とすることができる
。この第１層（２１）の材料としては、例えばＳｉＯ＋
＋（ただし１≦Ｘ≦２）等が使用可能である。このＳｉ
Ｏｘは合成樹脂に非常に良好に付着する無機材料であり
、したがって合成樹脂の表面上に直接接触して形成され
る第１層（２１）の材料として非常に適切なものである
。

ただし、このＳ　ｉ　Ｏｘよりなる第１Ｎ（２１）は残
留膜応力が非常に強（、熱可塑性樹脂よりなるレンズ体
（１３）の表面を歪ませる虞れがある。そこで、当該第
１４　（２１）の層厚は３００Å以下とすることが好ま
しい。層厚が３００人より大きい場合にはレンズ体（１
３）の表面に歪みが生ずるのに対して、３００λ以下で
あればレンズ体（１３）表面の歪みは問題とならないレ
ベルに抑えられる。なお、下限については特に制約され
るものではなく、僅かであっても密着性改善の効果が得
られるが、第１層（２１）を設けたことによる効果を期
待する点から５０人以王の層厚は必要であろう。

次に、上記第１　Ｎ（２１）の上に積層形成される第２
層（２２）には、光学レンズの分光特性を満足し且つ残
留膜応力をキャンセルするような特性を有した材料が用
いられる。この両者の特性を満足し第２層（２２）に使
用可能な材料としては、Ｃｅ　０２やＺｒ０ｚ等が挙げ
られ、特にＣｅ０ｚは第２　層（２２）の材料として良
好な特性を発運する。

これらＣｅ　Ｏ２やＺｒＯ，は、前述の第１層（２１）
（ＳｉＯ９）や後述の第３層（２３）、第４層（２４）
に対して逆向きの応力が働くような応力を有するもので
、膜応力に対する？１　ｉｌｉ材としての役割を果たす
。また、Ｃｅ０ｚやＺｒＯ□は非常にポーラスな膜であ
り、層厚を厚く形成した場合にもレンズ体に変形を起こ
させることがないという特性も有している。

この第２　Ｎ（２２）の層厚は任意であるが、光学レン
ズの反射防止膜としての分光特性を満足さ田る目的を存
した層でもあるため、この点を考慮して層厚を設定する
ことが好ましい。

また、前記第２１１Ｊ　（２２）上に積層形成される第
３１　（２３）には、熱可塑性樹脂よりなるレンズ体の
耐擦傷性及び化学耐久性を向上させる材料が用いられて
いる。したがって、この第３　ｉ　（２３）の材料とし
ては、Ａｌ□０３等が好適である。このＡ　ｌ　ｔ　Ｏ
３は、蒸着物質として非常に安定した材料であるととも
に、耐擦傷性及び化学耐久性に優れた無機材料である。

しかしながら、このＡ　ｌ　２０．は残留膜応力がＳｉ
Ｏｘと同様に非常に貰く、しかも蒸発温度が高いため熱
可塑性樹脂よりなるレンズ体に対する温度負荷が高くレ
ンズ体表面を歪ませる傾向が強い。したがって、この第
３層（２３）の層厚は５００Å以下とすることが好まし
い。第３１　（２３）のＭＷを５００Å以下と薄くする
ことによって、成膜後の残留膜応力を抑えることができ
、またこの程度の層厚であれば蒸着に際してのレンズ体
の温度上昇を６０　’Ｃ以下程度に抑えることができる
。

なお、第３層（２３）に関しても特に層厚の下限は制約
されず、非常に薄い層厚であっても耐擦傷性。

化学耐久性の改善が見られるが、実用的な効果を得るた
めには１００Å以上とすることが好ましい。

最後に、最上層に積層される第４層（２４）には、光学
レンズの反射防止膜としての分光特性を満足する無機材
料が用いられる。この第４層（２４）は先の第２７ｉ（
２２）とともに反射防止膜として機能を左右するもので
、反射防止膜の分光特性を維持するために設けられるも
のである。当該第４層（２４）には、例えばＳｉＯ，（
１≦Ｘ≦２）が使用されるが、通常は化学的に安定なＳ
ｉＯ□とされる。

また、この第４層（２４）の層厚であるが、所望の光学
特性に応じて任意に設定することができ、反射防止の意
味から、例えば単一波長での透過率の向上を図るように
する場合には、この光学レンズで使用される光の波長を
λとし、この第４層（２４）を構成する材料の屈折率を
ｎとして、その層厚ｄはｎｄ＝λ／４なる式より求めら
れる値に設定することが好ましい。

以上により、プラスチックレンズが製造されるが、ここ
で実際にアクリル樹脂を使用し金型表面の被膜の種類を
変えて各種プラスチックレンズ（光学ピックアップ用対
物レンズ：焦点距離４．５ｍｍ、Ｎ、八〇、４５）を作
成し、その変形の様子を調べた。

金型は、ステンレス（ＳＵＳ　４２０Ｊ　ｎ　）を母材
とし、その表面に無電解メツキを施してレンズ面を超精
密加工した後、表に示す各無機化合物をイオンブレーテ
ィング等の手法によりコーティングした。

また、測定したのは収差及び回度形、アクリル樹脂の濡
れ性であるが、収差は干渉計によって評価した時の収差
の二乗平均値であり、アクリル樹脂の濡れ性は、アクリ
ル樹脂（三菱レーヨン社製アクリベントＶ　Ｈ）を平板
状の母材に各コーティングを行ったものの上に載せ、２
５０°Ｃに加熱した時の広がりを見たものである。結果
を次表に示す。

（以下余白）この表より、被膜がＴＶａ族金属、Ｖａ族金属Ｖｉａ族
金属、あるいはこれらの化合物よりなる場合に、アクリ
ル樹脂に対する濡れ性が悪く、回度形や環境試験後の収
差が少ないことがわかる。

これに対して、それ以外の被■り（Ｎｉ、Ａｈ０３．に
ｕＢｅ、ステンレス）では、変形が大きなものとなって
いる。

〔発明の効果］以上の説明からも明らかなように、本発明の製造方法に
よれば、成形時に熱可塑性樹脂よりなるプラスチックレ
ンズの金型への貼りつきがなく残留応力が減少すること
から、レンズ成形時、あるいは保護膜莫着後の経時劣化
（回度形）の発生を防止することができ、特に保護膜で
のクラックの発生を防止することができる。したがって
、光学特性に優れ良好な保護膜を有する超精密レンズを
容易に製造することができる。

また、本発明の金型は、所定の被膜が設けられ熱可塑性
樹脂に対する濡れ性が悪いことから、成形されるプラス
チックレンズでの応力の発生を抑制することができ、経
時劣化（回度形）の無いレンズを成形することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はプラスチックレンズ成形用金型の一
例を示すもので、第１図は上型と下型の突き合わせ状態
の断面図、第２図は上型の底面図である。第３図及び第４図は射出成形工程を示す断面図であり、
第３図は熱可塑性樹脂注入工程、第４図は成形品突き出
し工程をそれぞれ示す。第５図はレンズ体表面に形成される保護膜を一例を示す
要部拡大断面図である。１・・・上型２・・・下型３．４・・・成形部８９・・・ゲート部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラスチックレンズの形状に対応した曲率半径を
有し且つ無機化合物からなる被膜が蒸着形成されてなる
一対のプラスチックレンズ成形用金型を対向配置し、こ
の成形用金型の一部に設けられたゲートから熱可塑性樹
脂を射出してプラスチックレンズ体を形成した後、上記プラスチックレンズ体の表面に保護膜を蒸着形成す
ることを特徴とするプラスチックレンズの製造方法。
（２）無機化合物がIVａ族金属、Ｖａ族金属、VIａ族金
属、あるいはこれらの窒化物、炭化物、酸化物、硼化物
の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載
のプラスチックレンズの製造方法。
（３）熱可塑性樹脂よりなるプラスチックレンズを成形
する成形用金型であって、合金母材の表面にIVａ族金属
、Ｖａ族金属、VIａ族金属、あるいはこれらの窒化物、
炭化物、酸化物、硼化物の少なくとも１種からなる被膜
が蒸着形成されていることを特徴とするプラスチックレ
ンズ成形用金型。