(57)【要約】【課題】  レンズの製造コストを低減しながらレンズの形状精度を向上させることができるレンズ製造方法を提供すること。【解決手段】  レンズ製造方法は、射出成形によってレンズを製造する方法であって、射出成形用金型を用いて、樹脂材料から仮成形品を作る仮成形ステップと、射出成形用金型から取り出した仮成形品を冷却水に浸漬させて急冷することで、成形品を作る急冷ステップと、を含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形によってレンズを製造する方法であって、
射出成形用金型を用いて、樹脂材料から仮成形品を作る仮成形ステップと、
前記射出成形用金型から取り出した前記仮成形品を冷却水に浸漬させて急冷することで、成形品を作る急冷ステップと、を含む、レンズ製造方法。
【請求項２】
前記急冷ステップにおいて、前記仮成形品のランナー部を保持しながら前記仮成形品を前記冷却水に浸漬させることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ製造方法。
【請求項３】
前記仮成形品は、第１レンズ面と、前記第１レンズ面よりも曲率の大きい第２レンズ面とを有し、
前記急冷ステップにおいて、前記第２レンズ面から先に前記冷却水に浸漬させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレンズ製造方法。
【請求項４】
前記仮成形品は、第１の部分と、前記第１の部分よりも大きな厚みを有する第２の部分とを有し、
前記急冷ステップにおいて、前記第２の部分から先に前記冷却水に浸漬させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレンズ製造方法。
【請求項５】
前記急冷ステップの後、前記冷却水から取り出した前記成形品の表面にエアを吹き付ける吹付けステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載のレンズ製造方法。
【請求項６】
前記急冷ステップにおいて、前記冷却水に循環水を用いることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載のレンズ製造方法。
【請求項７】
前記急冷ステップの後、前記冷却水から取り出した前記成形品をアニールするアニールステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載のレンズ製造方法。
【請求項８】
前記アニールステップ後の前記成形品の表面形状をもとに、前記射出成形用金型の面形状を補正するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のレンズ製造方法。
【請求項９】
前記樹脂材料として、吸水率０．１以下の光学用樹脂材料を用いることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載のレンズ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形によってレンズを製造するレンズ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚肉レンズの射出成形では、成形品の中心部の温度が十分に下がりきらない状態で成形品を成形機から取り出すと、成形品の表面に大きなヒケ（Sink Marks）が生じる場合がある。このヒケが生じないようにするために、大型成形機で十分な保圧を行いながら金型中で徐冷（冷却保持）することが必要になる。この場合、成形タクトが延びることで生産性が低下してコストアップすることが課題であった。
【０００３】
そのため、成形タクトを延ばすことなくヒケを抑制する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１では、厚肉レンズの肉厚方向に応じて複数の金型を形成して、金型を交換しながら複数回の樹脂の注入を行うことによって、ヒケを抑制した厚肉レンズの成形方法が検討されている。
【０００４】
また特許文献２では、成形品の表面にエアをブローすることにより、成形品の表面を急冷して表面形状精度を向上する成形方法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１９１３６５
【特許文献２】特開２０００−８５０２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、複数個の金型を準備する必要があるため、金型のコストがアップしてしまう。特に、大型レンズなどの金型加工面積が大きいものでは、金型１個当たりのコストが大幅に増大するため、大きなコストアップに繋がるという課題がある。
【０００７】
特許文献２で用いているエアブローによる冷却は薄肉成形品には有効であるが、厚肉成形品では冷却能力が十分でないため、ヒケを抑制しきれない。また、エアが直接当たっている箇所は冷却されるが、エアが当たっていない箇所は冷却されにくく、成形品全面では冷却不均一が生じるため、形状精度が劣化しやすい。特に、レンズ等の高精度が必要なデバイスでは均一性が大きな課題となる。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するもので、レンズの製造コストを低減しながらレンズの形状精度を向上させることができるレンズ製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のレンズ製造方法は、射出成形によってレンズを製造する方法であって、射出成形用金型を用いて、樹脂材料から仮成形品を作る仮成形ステップと、前記射出成形用金型から取り出した前記仮成形品を冷却水に浸漬させて急冷することで、成形品を作る急冷ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のレンズ製造方法によれば、レンズの製造コストを低減しながらレンズの形状精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の厚肉レンズ成形プロセスの説明図
【図２】本発明の実施の形態におけるプロセスの説明図
【図３】ランナー部を保持しながら成形品を冷却水に浸漬するプロセスの説明図
【図４】曲率の大きい面を有するレンズを冷却水へ浸漬させる方法を示す図
【図５】偏肉量の大きいレンズを冷却水へ浸漬させる方法を示す図
【図６】冷却水から成形品を取り出す際の説明図
【図７】アニールプロセスの説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の第１態様によれば、射出成形によってレンズを製造する方法であって、射出成形用金型を用いて、樹脂材料から仮成形品を作る仮成形ステップと、前記射出成形用金型から取り出した前記仮成形品を冷却水に浸漬させて急冷することで、成形品を作る急冷ステップと、を含む、レンズ製造方法を提供する。
【００１３】
本発明の第２態様によれば、前記急冷ステップにおいて、前記仮成形品のランナー部を保持しながら前記仮成形品を前記冷却水に浸漬させることを特徴とする、第１態様に記載のレンズ製造方法を提供する。
【００１４】
本発明の第３態様によれば、前記仮成形品は、第１レンズ面と、前記第１レンズ面よりも曲率の大きい第２レンズ面とを有し、前記急冷ステップにおいて、前記第２レンズ面から先に前記冷却水に浸漬させることを特徴とする、第１態様又は第２態様に記載のレンズ製造方法を提供する。
【００１５】
本発明の第４態様によれば、前記仮成形品は、第１の部分と、前記第１の部分よりも大きな厚みを有する第２の部分とを有し、前記急冷ステップにおいて、前記第２の部分から先に前記冷却水に浸漬させることを特徴とする、第１態様又は第２態様に記載のレンズ製造方法を提供する。
【００１６】
本発明の第５態様によれば、前記急冷ステップの後、前記冷却水から取り出した前記成形品の表面にエアを吹き付ける吹付けステップをさらに含むことを特徴とする、第１態様から第４態様のいずれか１つに記載のレンズ製造方法を提供する。
【００１７】
本発明の第６態様によれば、前記急冷ステップにおいて、前記冷却水に循環水を用いることを特徴とする、第１態様から第５態様のいずれか１つに記載のレンズ製造方法を提供する。
【００１８】
本発明の第７態様によれば、前記急冷ステップの後、前記冷却水から取り出した前記成形品をアニールするアニールステップをさらに含むことを特徴とする、第１態様から第６態様のいずれか１つに記載のレンズ製造方法を提供する。
【００１９】
本発明の第８態様によれば、前記アニールステップ後の前記成形品の表面形状をもとに、前記射出成形用金型の面形状を補正するステップをさらに含むことを特徴とする、第７態様に記載のレンズ製造方法を提供する。
【００２０】
本発明の第９態様によれば、前記樹脂材料として、吸水率０．１以下の光学用樹脂材料を用いることを特徴とする、第１態様から第８態様のいずれか１つに記載のレンズ製造方法を提供する。
【００２１】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、従来のレンズ成形プロセスの説明図を示している。
【００２３】
図１の（１）に示すように、溶融した高温の樹脂材料１５を射出成形用金型（「レンズ金型」と称してもよい。）１１に射出する。樹脂材料１５は射出成形用金型１１との接触により冷却されて固化し、図１の（２）、（３）に示すように、レンズの成形品（「レンズ成形品」と称してもよい。）１４となる。
【００２４】
図１の（１）に示すように、樹脂材料１５のうち、射出成形用金型１１の表面に接触している表面部１２は比較的速く冷却されるが、樹脂材料１５の熱伝導率が低いため、中心部１３まで冷却されるには時間を要する。特に、厚肉レンズでは中心部１３まで冷却されるのに長い時間を要し、数十ｍｍ厚のレンズでは射出成形用金型１１内での冷却が１０分以上必要となる場合があった。射出成形用金型１１内での冷却時間が長くなることで、レンズの成形サイクルが長くなってしまい、成形品１４の生産性が下がっていた。一方、生産性を上げるために冷却時間を短くすると、成形品１４の中心部１３の温度が十分に下がっていないために、成形品１４にヒケが生じてしまう場合があった。
【００２５】
図２は、本発明の実施の形態におけるプロセスの説明図である。図２の（１）に示すように、溶融した高温の樹脂材料２６を射出成形用金型２１に射出して保圧する。樹脂材料２６の射出および保圧までは、図１で示した従来のレンズ成形プロセスと同様の条件で成形する。図２の（１）では、射出成形用金型２１内での冷却時間が十分長くない状態が示されており、従来プロセスと同様に樹脂材料２６の表面部２２は冷却されているものの、中心部２３は十分に冷却されていない状態である。本実施の形態では、図２の（１）に示すような冷却時間が十分でない状態で仮成形品を射出成形用金型２１から取り出し、その直後に、図２の（２）に示すように、冷却水２４の中に仮成形品２７を浸漬させて急冷する。急冷された仮成形品２７は、図２の（３）に示すように成形品２５となる。
【００２６】
仮成形品２７を急冷することによって、仮成形品２７の表面が冷却固化して、射出成形用金型２１の表面形状を転写した形状を維持することができる。このため、射出成形用金型２１内での冷却保持時間を大幅に短縮しても、ヒケを抑制した成形品２５を得ることができる。冷却水２４の水温としては、５℃以上２５℃以下、より限定的には１０℃以上２０℃以下に設定してもよい。このような水温の設定により、冷却効果を高めつつ、結露を防止することができる。
【００２７】
冷却水２４に浸漬して冷却すると、水の熱容量が大きいために、従来のエアブローによる冷却よりも冷却効果が大きく、十分な急冷が可能となる。また、仮成形品２７の全面に冷却水２４が瞬時に回り込むことにより、仮成形品２７の全面を均一に冷却することができ、従来のエアブロー冷却のように冷却の不均一が起こりにくい。
【００２８】
冷却水２４に成形品２７を浸漬させる方法として、本実施の形態では図３に示すように、仮成形品２７のランナー部３１をエアチャック３２で保持して浸漬することを特徴としている。射出成形用金型２１から仮成形品２７を自動取出して冷却水２４に浸漬するまで搬送保持が必要になるが、ランナー部３１は形状精度を求められないため、冷却する必要がない。このため、ランナー部３１を保持部として利用することで、所望の形状精度を実現しながら、仮成形品２７を効率的に冷却することができる。
【００２９】
また実施の形態では、ランナー部３１を切断するポイントであるゲート部３４を、冷却水２４による仮成形品２７の冷却後に切断している（いわゆる「ゲートカット」）。冷却前にランナー部３１を切断する場合に比べて、ゲート部３４およびその近傍の温度が低い状態で切断することができるため、熱変形を抑制することができる。
【００３０】
また、成形品の形状によって最も冷却されるべき箇所が異なる。冷却水２４に先に浸漬される箇所が最も冷却が速いため、表面形状が最も維持されやすい。一方、冷却が速いために最も温度差が出やすく、残留歪みが最も大きくなりやすい傾向がある。
【００３１】
図４に、曲率の大きい面を有するレンズを製造する際の冷却水への浸漬方法を示している。図４に示すように、仮成形品４４は、第１レンズ面４６と、第２レンズ面４８とを有する。第１レンズ面４６の曲率よりも第２レンズ面４８の曲率の方が大きく設定されている。図４に示す例では、第１レンズ面４６は略平坦な面であり、曲率は略０である。なお、立体的な面の曲率を算出する方法としては、本願出願時に公知となっている任意の手法を用いてもよい。
【００３２】
図４の矢印Ａで示すように、実施の形態では、２面あるレンズ面４６、４８のうち、曲率の大きい第２レンズ面４８から先に冷却水４１に浸漬させることを特徴としている。第２レンズ面４８は曲率が大きいことで形状精度が劣化しやすいのに対して、第２レンズ面４８を先に冷却することで形状を維持しやすくしている。
【００３３】
図５に、偏肉量の大きいレンズを製造する際の冷却水への浸漬方法を示している。図５に示すように、仮成形品５２は、第１の部分５４と、第１の部分５４よりも厚みの大きい第２の部分５６とを有する。図５の矢印Ｂで示すように、実施の形態では、第２の部分５６から先に冷却水５１に浸漬することを特徴としている。偏肉量の大きいレンズにおいては、厚肉部に残留歪みが大きくなると、アニールによって残留歪みを除去する際に、形状変形が大きくなってしまう場合がある。実施の形態のように厚肉部である第２の部分５６から先に冷却することで、第２の部分５６における残留歪みを小さくすることができ、アニールによる形状変形を抑制することができる。
【００３４】
偏肉量については、本願出願時に公知となっている任意の算出手法により判断してもよい。例えば、仮成形品５２の最大厚み部と最小厚み部の鉛直方向距離／水平方向距離を偏肉量として算出してもよい。算出した偏肉量が所定値以上である場合に、図５に示した方法を適用してもよく、これにより、偏肉量の大きなレンズをアニールした際の形状変形を効果的に抑制することができる。なお、図５において、仮成形品５２の全長はＸ１、最大厚みはＸ２、最小厚みはＸ３である。
【００３５】
図６に、冷却水６１から成形品６４を取り出す際の説明図を示している。実施の形態では、図６の（１）で示すように仮成形品を冷却水６１に浸漬させて成形品６４とした後、成形品６４を冷却水６１から取り出し、取り出した成形品６４の表面にエア６２を吹き付けることを特徴としている。冷却水６１から取り出した後に成形品６４の表面に付着している水滴を早期に除去することで、水滴を飛ばして即座に除去することができる。これにより、成形品６４の表面にシミ（stain）が生じることを抑制することができる。また、冷却水６１の温度が低く、冷却水６１から取り出した成形品６４の表面に結露が生じやすい場合であっても、エア６２を噴きつけることで結露も抑制することができる。
【００３６】
また、本実施の形態の冷却水は、循環水（チラー）を用いていることを特徴としている。冷却保持時間を短縮した高温状態の成形品を冷却水に浸漬させるため、冷却水の水温が変化しやすいが、循環水を用いることで水温変化を抑制することができる。
【００３７】
本実施の形態のように冷却水に浸漬して冷却すると冷却効果が非常に大きいため、成形品内の温度勾配が大きくなり、成形品内部に歪みが残留して、光学レンズとして内部複屈折が生じる場合がある。そこで本実施の形態では、急冷して表面形状を維持した成形品をアニールすることにより、内部に残留した複屈折箇所を除去するプロセスを有することを特徴としている。
【００３８】
図７に、アニールプロセスの説明図を示す。冷却水によって急冷された成形品７２を冷却水から取り出した後、アニール炉７１の中に静置する。アニール炉７１の炉内温度を、成形品７２の原料である樹脂材料のガラス転位点（Ｔｇ点）より低い温度まで上昇させた後、ゆっくりと室温まで降温させる。これにより、成形品７２のアニール処理を行い、成形品７２の歪みを除去することができる。なお、炉内温度をＴｇ点より１０℃〜３０℃低い温度に設定することで、成形品７２の歪みをより効果的に除去してもよい。また、降温にかける時間を２時間以上１０時間以下であることで、成形品７２の歪みをより効果的に除去してもよい。
【００３９】
歪みが残留した成形品７２をアニールすると、歪みが解放される一方で、形状変形が発生する場合がある。そこで本実施の形態では、アニールされた成形品７２の表面形状をもとに、前述した射出成形用金型２１（図２）の面形状を補正することを特徴としている。具体的には、アニールによって変形した方向と反対方向に射出成形用金型２１の面形状を補正し、補正した射出成形用金型２１を用いて成形品を成形することで、レンズの表面形状を整えて所望の形状を得ることができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、成形品の原料である樹脂材料として、吸水率が０．１以下の光学用樹脂材料を用いることを特徴としている。これにより、樹脂材料を仮硬化させた仮成形品を冷却水に浸漬しても、仮成形品が吸水しにくくなり、膨潤を抑制することができる。なお、具体的な光学用樹脂材料としては、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）もしくはシクロオレフィン子ポリマー（ＣＯＣ）を用いてもよく、これにより、仮成形品の膨潤をより効果的に抑制することができる。
【００４１】
上述したように、本実施の形態のレンズ製造方法は、射出成形によってレンズを製造する方法であって、仮成形ステップと、急冷ステップとを含む。仮成形ステップは、射出成形用金型２１を用いて、樹脂材料２６から仮成形品２７を作るステップである。急冷ステップは、射出成形用金型２１から取り出した仮成形品２７を冷却水２４に浸漬させて急冷することで、成形品２５を作るステップである。このような方法によれば、仮成形品２７を冷却水２４に浸漬させて急冷することで、仮成形品２７全体をより均一に冷却することができ、成形品２５の形状精度を向上させることができる。また、射出成形用金型２１以外に金型を準備する必要がないため、金型コストを抑制することができ、レンズの製造コストを低減することができる。
【００４２】
すなわち、厚肉レンズの低コスト成形において、金型コストを増大させることなく、かつ成形機内での冷却時間を短縮したハイサイクル成形を実現することができる。
【００４３】
また実施形態のレンズ製造方法によれば、急冷ステップにおいて、仮成形品２７のランナー部３１を保持しながら仮成形品２７を冷却水２４に浸漬させる。これにより、形状精度が求められない仮成形品２７のランナー部３１を保持しながら冷却することで、仮成形品２７の冷却を効率的に行うことができる。
【００４４】
また実施形態のレンズ製造方法によれば、仮成形品４４は、第１レンズ面４６と、第１レンズ面４６よりも曲率の大きい第２レンズ面４８とを有し、急冷ステップにおいて、第２レンズ面４８から先に冷却水４１に浸漬させる。これにより、曲率の大きい面は形状精度が劣化しやすいため、曲率の大きい第２レンズ面４８から先に冷却水４１に浸漬させることで、第２レンズ面４８の形状劣化を効果的に抑制することができる。
【００４５】
また実施形態のレンズ製造方法によれば、仮成形品５２は、第１の部分５４と、第１の部分５４よりも大きな厚みを有する第２の部分５６とを有し、急冷ステップにおいて、第２の部分５６から先に冷却水５１に浸漬させる。これにより、厚肉部に残留歪みが大きくなるとアニールによって残留歪みを除去する際に形状変形が大きくなってしまうため、厚肉部である第２の部分５６から冷却することで形状変形を抑制することができる。
【００４６】
また実施形態のレンズ製造方法は、急冷ステップの後、冷却水６１から取り出した成形品６４の表面にエア６２を吹き付ける吹付けステップをさらに含む。これにより、成形品６４の表面にシミおよび結露が生じることを抑制することができる。
【００４７】
また実施形態のレンズ製造方法によれば、急冷ステップにおいて、冷却水に循環水を用いる。これにより、冷却水の水温変化を抑制することができる。
【００４８】
また実施形態のレンズ製造方法は、急冷ステップの後、冷却水から取り出した成形品７２をアニールするアニールステップをさらに含む。これにより、成形品７２の残留歪みを減らすことができる。
【００４９】
また実施形態のレンズ製造方法は、アニールステップ後の成形品７２の表面形状をもとに、射出成形用金型２１の面形状を補正するステップをさらに含む。これにより、レンズ形状をより所望の形状とすることができる。
【００５０】
また実施形態のレンズ製造方法によれば、樹脂材料２６として、吸水率０．１以下の光学用樹脂材料を用いる。これにより、仮成形品２７を冷却水２４に浸漬させても膨潤しにくくなるため、レンズの形状精度をより向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のレンズ製造方法は、主に厚肉レンズに適用でき、例えば車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用のレンズや、ヘッドライト用のレンズ、およびプロジェクタ用のレンズなど、外形が大きく厚肉であるレンズに対して特に好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１１  射出成形用金型
１２  表面部
１３  中心部
１４  成形品
１５  樹脂材料
２１  射出成形用金型
２２  表面部
２３  中心部
２４  冷却水
２５  成形品
２６  樹脂材料
２７  仮成形品
３１  ランナー部
３２  エアチャック
３４  ゲート部
４１  冷却水
４４  仮成形品
４６  第１レンズ面
４８  第２レンズ面
５１  冷却水
５２  仮成形品
５４  第１の部分
５６  第２の部分
６１  冷却水
６２  エア
６４  成形品
７１  アニール炉
７２  成形品
Ｘ１  全長
Ｘ２  最大厚み
Ｘ３  最小厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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