JPH08323880A

JPH08323880A - 光学素子の成形方法および光学素子用材料ならびに光学素子

Info

Publication number: JPH08323880A
Application number: JP13334895A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Murata; 淳村田; Toshiaki Takano; 利昭高野; Takahisa Kondo; 隆久近藤; Takashi Inoue; 孝志井上; Masaaki Haruhara; 正明春原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】安価でかつ光学性能に優れた光学素子を提供
する。【構成】上型と下型と胴型からなる成形型で、前記下
型と胴型で囲まれる空間に複数個の光学素子用材料を所
定重量相当分供給し、加熱加圧成形する。【効果】複数個の成形用材料を必要量だけ秤量して型
内に投入して成形できるため、材料の無駄が無い。ま
た、ペレット供給装置により任意の量のペレットを成形
型内に供給でき、成形直前まで供給装置により保温でき
るため成形中に発泡することがない。成形前に光学素子
用材料の表面処理を行っておくことにより、光学性能が
良好となり、また安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学素子製造法に係わ
り、特に形状精度及び面精度に優れた光学素子の成形方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のレンズのプレス成形方法は、例え
ば特開平５−１７７７２５に記載のように、射出成形用
金型に溶融樹脂を射出することにより熱可塑性プラスチ
ック母材を略最終形状に前加工した後、成形金型内で加
熱加圧後冷却してレンズを成形する方法が開示されてい
る。

【０００３】図４に、従来の成形用型の断面図を示す。
図４の形状の詳細は例えば図６に示されるように、４３
は可動側入駒、４２は固定側入駒、プラスチック母材は
例えば図７の４０に示すような略最終形状のものを使用
する。以上の構成において、最終加工するためにあらか
じめ温度を荷重たわみ温度以上で、かつそのガラス転移
点未満に設定された可動側入駒４３を型開きして母材４
０を投入し、加圧したのち型開きをして成形品４４を取
り出す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の成形方法にあっ
ては、前加工の射出成形においてキャビティに遅い速度
で溶融樹脂を射出し、冷却固化後に型を開いて取り出し
ゲートをカットする。このため、射出成形時にひけ、ジ
ェッティングおよび残留応力の発生を最低限に抑えつつ
略最終形状のプラスチック母材を形成している。

【０００５】しかし、ゲート付近の歪は射出条件をコン
トロールしても解消することが困難で、最終加工後にも
前加工時に発生したゲート付近の歪の影響が残留し、所
望の光学性能が得られないといった問題があった。

【０００６】また、最終加工後の光学素子に保護膜を成
膜後も、ゲート付近の歪の残留の影響で膜に亀裂が発生
するといった問題があった。また、場合によっては膜が
剥離することにより透過率の劣化の原因となることもあ
り、信頼性に大きな問題があった。

【０００７】本発明は、歪の影響を低減し、光学性能及
び信頼性を向上した光学素子及び光学素子の成形方法を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の光学素子の成形方法は、上型と下型と胴型か
らなる成形型で、前記上型と下型と胴型で囲まれる空間
に供給した光学素子用材料を加熱して加圧成形する方法
に於いて、予め材料の密度の均一化処理を施した光学素
子用材料を前記空間に投入することを特徴とするもので
ある。

【０００９】

【作用】上記のような構成であれば、成形前に密度が均
一化された材料を成形するため、成形後の光学素子の光
学性能が良好となる。

【００１０】

【実施例】以下第一の実施例について図面を参照し説明
する。図１（ａ）に本発明に使用した光学素子用材料を
示す。射出成形によって前加工したもので、射出成形金
型内に溶融樹脂を射出してスプール４、ランナー３、ゲ
ート２を通って光学素子用材料１が形成される。同図に
示したように、１回の射出成形で２個の光学素子用材料
が得られる。

【００１１】光学素子用材料１はボール形状で、非晶質
ポリオレフィン系樹脂を使用し、直径７ｍｍ、重量約５
０ｍｇである。また、ゲート２の断面寸法は１ｍｍ×１
ｍｍの□形状である。

【００１２】前加工時において、内部歪の残留しないよ
うな射出成形条件を検討したが、歪を全くなくすことは
困難であることが明かとなった。特にゲート２付近の樹
脂充填具合が、光学素子用材料内部の充填具合に比べて
粗であり、後加工の成形によってできた光学素子に悪影
響を及ぼすことがわかった。すなわち、図５のＡに示す
ように、前加工時のゲート部が後加工の成形途中に流動
変形して変質層となって残留した。

【００１３】そこでゲート部付近の影響をなくする為
に、前加工後に図１（ａ）に示すようなスプール４、ラ
ンナー３、ゲート２が一体となった状態で熱処理を行っ
た。熱処理条件は、光学素子用材料の内部とゲート付近
の樹脂の充填具合が均一になるような条件を見いだし
た。（表１）に検討結果の一例を示す。ゲート２付近の
歪を除去する事によって、樹脂の充填密度の不均一が修
正されることが明らかになった。

【００１４】

【表１】

【００１５】次に、図１（ｂ）に示すように、図３の上
型１０を胴型１４に挿入して図２（ｃ）の状態で型の組
立を終了する。図２（ｄ）は成形終了時点の型の断面図
を示している。上下型の端面は所望の光学素子形状が得
られるように高精度に加工してある。

【００１６】組立の終了した成形型を図３の成形装置２
０の入り口ステージ２１に搬送し、シャッターをシャッ
ター開閉手段３０により開放後、予熱ステージ２２に型
を投入する。

【００１７】その後順次成形ステージ２３、冷却ステー
ジ２４、水冷ステージ２５に搬送し、出口シャッターを
シャッター開閉手段３２により開放して型を取り出しス
テージ２６で取り出し、型を分解して光学素子を取り出
す。

【００１８】各々のステージはあらかじめ所望の温度に
設定してあり、一定温度となっている。

【００１９】本実施例では、６０ｓｅｃ毎に搬送を行っ
た。本検討で使用した非晶質ポリオレフィン樹脂のガラ
ス転移点温度は１４０℃であり、荷重たわみ温度は１２
３℃である。成形ステージ２３の温度は、樹脂の実質温
度が６０ｓｅｃで１４０℃以上となるように設定した。
また、冷却ステージ２４の温度は、樹脂の実質温度が６
０ｓｅｃでガラス転移点を下回るような温度に設定し
た。本実施例における成形条件を（表２）に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】以上のような構成における成形過程を以下
に詳細に説明する。まず、ペレット供給ステージに下型
１２に胴型１４をセットした状態の型を、図示していな
いが搬送アームで下型１２をつかんでペレット供給装置
の下の位置に搬送する。

【００２２】次にペレット供給口の開閉プレートを開け
て、ペレットを３個型内に落下供給する。ペレットの数
の検知ついては図示していないが、ペレット供給口にセ
ンサを設置しておき、３個カウントした時点で開閉プレ
ートを閉じるような構成になっている。

【００２３】また、ペレット供給装置にはヒータを内蔵
しており、一定温度でペレットを加熱して吸湿を防止し
ている。吸湿がペレット内部に進行すると成形時に発泡
することがあり、成形直前まで加熱保温しておくと良い
ことが検討のなかで明かとなっている。

【００２４】また、ペレットのもつ歪を予めアニールに
よって除去したものを成形すると、成形光学素子の複屈
折量が低減できることから、ペレット供給装置にはあら
かじめアニール処理したペレットを供給すると好まし
い。アニールは電気炉にて１５０℃１ｈｒ行い、その
後、イソプロピルアルコールで３０分間超音波洗浄を行
った。

【００２５】次に、予備ステージで上型１１を胴型１４
にセットした後、入り口シャッターを開放して予熱ステ
ージ２２に搬送する。

【００２６】次に、図示していないがエアーシリンダ
で、上ヒータブロック２７を下降させ加熱する。上ヒー
タブロック２７と上型とは非接触である。上ヒータブロ
ック２７は、胴型１４の側面からも加熱できるように鎧
式のヒータブロックとなっている。このことにより、成
形タクトを短縮することが可能となる。

【００２７】本実施例では、成形タクトを６０ｓｅｃと
したが、更にタクト短縮が可能である。６０ｓｅｃ経過
後のペレットの温度は、ガラス転移点（以下Ｔｇ）近傍
の温度になっている。

【００２８】その後、上ヒータブロック２７を上昇さ
せ、型を成形ステージ２３に搬送する。搬送手段は図示
していないが、搬送アームで型をつかんで所定の位置に
搬送する。あるいは、搬送用の竿で胴型側面を押してス
ライドさせても良い。

【００２９】成形ステージに搬送後、上ヒータブロック
２８を下降させ、上型に接触させる。加圧力は図示して
いないが、エアーシリンダを使用して調節する。

【００３０】本実施例では５０ｋｇ／ｃｍ²で加圧を行
った。加圧力と性能の関係について検討した結果を（表
３）に示す。（表３）に示すように、４０ｋｇ／ｃｍ²
以下の成形圧力で成形すると、ペレットが完全に融着し
ないために光学素子性能が劣化する。５０ｋｇ／ｃｍ²
以上であれば、良好な光学素子性能が得られた。

【００３１】

【表３】

【００３２】なお、上ヒータブロック２８の形状はフラ
ットなものを使用したが、予熱ステージの上ヒータブロ
ック２７のような鎧式としても良い。

【００３３】成形ステージにおいて型内のペレットは、
ガラス転移点近傍の温度を超えた時点から各々溶着が始
まり、加圧によって完全に一体化する。型内のキャビテ
ィー容積いっぱいに広がり、上下型の光学素子形状面に
密着する。温度の上昇と共にキャビティー内の樹脂は膨
張する。

【００３４】温度によって膨張量は変化するため、キャ
ビティー容積と同一の容積になるような温度に制御して
いる。温度が高すぎると、上下型と胴型の隙間に樹脂が
入り込み、成形後に上型と胴型がぬけなくなる。従っ
て、樹脂の膨張量を規制するために成形温度は重要であ
る。

【００３５】本実施例では、成形ステージで６０ｓｅｃ
経過後に約１７５℃となっている。成形ステージ２３に
て６０ｓｅｃ経過後、同様に冷却ステージ２４に搬送す
る。冷却ステージ２４に搬送後、上ヒータブロック２９
を下降して上金型に接触させる。

【００３６】冷却ステージでは、キャビティー内の樹脂
を荷重たわみ温度近傍まで均一に冷却する。６０ｓｅｃ
経過後に荷重たわみ温度近傍となっている。

【００３７】その後水冷盤２５に移送し、６０ｓｅｃ経
過後に出口シャッターを開放して金型を成形装置の外に
搬送する。その後型を分解し光学素子を取り出す。取り
出した光学素子は、光学特性に優れたものであった。

【００３８】なお、本実施例では一つの型について説明
したが、連続で型を投入し各ステージで空きがないよう
にして成形すると量産性が高い。また、本実施例では軸
対称光学素子の成形方法について述べているが、これに
限定されるものではなく、ＣＤや光ディスク、ビデオム
ービー等に使用する軸非対称の光学素子やプリズム、あ
るいはレーザビームプリンタに使用するｆθレンズやト
ーリックレンズ等も同様にして成形が可能である。

【００３９】光学素子用材料としてはペレットに限定さ
れるものでなく、射出成形によって前加工した材料でも
同様に成形できる。また無機ガラスでもよく、例えば溶
融ガラスを受け皿に滴下させて疑似ボールにしたもの
を、必要な量を複数個秤量して型に投入し直接成形する
か、あるいは疑似ボールを研磨加工し、この研磨ボール
を必要な量を複数個秤量して型に投入し、本実施例と同
様にして光学素子を成形する事は可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上に説明した成形方法である
ために、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４１】(１)複数個の成形用材料を必要量だけ秤量
して型内に投入して成形できるため、材料の無駄が無
い。

【００４２】(２)従来の射出成形用金型に溶融樹脂を射
出することにより、熱可塑性プラスチック母材を略最終
形状に前加工したものを成形するのに比べて、プラスチ
ック母材のコストを大幅にダウンする事が可能である。

【００４３】(３)従来のプラスチック母材を成形してで
きた光学素子の性能と同等の性能の光学素子が得られ
る。

【００４４】(４)ペレット供給装置により任意の量のペ
レットを成形型内に供給でき、成形直前まで供給装置に
より保温できるため成形中に発泡することがない。

【００４５】(５)成形前に光学素子用材料の表面処理を
行っておくことにより、光学性能が良好となり、また安
定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の一実施例の成形型の加圧前
の内部構造を説明する断面図（ｂ）は、（ａ）を加圧した成形型の内部構造を説明す
る断面図

【図２】本発明の成形方法の一実施例の型形状で、（ａ）は、成形前の側面断面図（ｂ）は、成形後の側面断面図（ｃ）は、成形前の正面断面図（ｄ）は、成形後の正面断面図

【図３】本発明の成形装置の側面断面図

【図４】従来の成形型の断面図

【図５】従来のプラスチック母材の断面図

【図６】従来の成形型の断面詳細図

【図７】従来の成形型のプラスチック母材と上型及び下
型の構成断面図

【符号の説明】

１ペレット硝材１０光学素子１１上型１２下型１４胴型２０成形装置２１入口ステージ２２予熱ステージ２３成形ステージ２４冷却ステージ２５水冷ステージ２６取り出しステージ２７上ヒ−タブロック２８上ヒ−タブロック２９上ヒ−タブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｌ 11:00 (72)発明者井上孝志大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者春原正明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上型と下型と胴型からなる成形型で、前記
上型と下型と胴型で囲まれる空間に供給した光学素子用
材料を加熱して加圧成形する方法に於いて、予め密度を
均一化処理した前記光学素子用材料を前記空間に投入す
ることを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項２】成形型に射出成形により光学素子用材料を
供給し、前記射出成形のゲート部が、加熱処理によって
収縮する温度と時間に設定して、前記光学素子用材料の
密度の均一化処理をすることを特徴とする請求項１記載
の光学素子の成形方法。
【請求項３】成形型に供給する光学素子用材料がボール
状であり、前記ボール状の光学素子用材料のゲートカッ
ト部を、前記成形型の可動側の型と向き合うように投入
して成形することを特徴とする請求項１または２何れか
に記載の光学素子の成形方法。
【請求項４】射出成形機により成形型に供給する光学素
子用材料であって、ゲート部が加熱処理によって収縮す
る温度と時間に設定して、前記光学素子用材料の密度の
均一化処理を行ったことを特徴とする光学素子用材料。
【請求項５】スプール、ランナー及びゲートと光学素子
用材料が一体になった状態で加熱処理した後、所定の重
量になる位置でゲートカットして光学素子用材料を得る
ことを特徴とする請求項４記載の光学素子用材料。
【請求項６】ゲートの一部を残した光学素子用材料であ
ることを特徴とする請求項４または５何れかに記載の光
学素子用材料。
【請求項７】ゲートの切断面は平面あるいは凸面の何れ
かの形状となるようにゲートカットしたものであること
を特徴とする請求項４〜６何れかに記載の光学素子用材
料。
【請求項８】光学素子用材料はポリオレフィン系樹脂で
あることを特徴とする請求項４〜６何れかに記載の光学
素子用材料。
【請求項９】射出成形よりなる光学素子用樹脂材料を、
予め材料の密度の均一化処理を施した後、上型と下型と
胴型からなる成形型の、前記上型と下型と胴型で囲まれ
る空間に前記光学素子用材料を投入して、加熱加圧成形
してなることを特徴とする光学素子。
【請求項１０】ゲート部が加熱処理によって収縮する温
度と時間に設定して、光学素子用材料の密度の均一化処
理を行った光学素子用材料を使用することを特徴とする
請求項９記載の光学素子。