(57)【要約】【課題】レンズ形状の高精度化とレンズ内部の複屈折を伴わない高性能樹脂レンズ成形に適した樹脂レンズ成形方法を得る。【解決手段】プレス転写代を見込んで樹脂レンズ成形品を射出成形する射出成形工程、前記樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部のみを加熱軟化させる加熱工程、及び、表面部を加熱軟化させた前記樹脂レンズ成形品を、樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型で押圧し、前記樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ、冷却凝固させる転写冷却工程を施す。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス転写代を見込んで樹脂レンズ成形品を射出成形する射出成形工程、
前記樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部のみを加熱軟化させる加熱工程、
及び、表面部を加熱軟化させた前記樹脂レンズ成形品を、樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型で押圧し、前記樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ、冷却凝固させる転写冷却工程を施すことを特徴とする樹脂レンズ成形方法。
【請求項２】
プレス転写代を見込んで樹脂レンズ成形品を射出成形する射出成形工程、
前記樹脂レンズ成形品を、樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型で、前記樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部のみを加熱軟化させる加熱工程、及び、表面部が加熱軟化された前記樹脂レンズ成形品を前記プレス成形金型で押圧し、前記樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ、冷却凝固させる転写冷却工程を施すことを特徴とする樹脂レンズ成形方法。
【請求項３】
前記加熱工程では、前記樹脂レンズ成形品を、前記プレス成形金型で挟み、前記樹脂レンズ成形品の表面部のみを加熱軟化させ、転写冷却工程では、表面部が加熱軟化された前記樹脂レンズ成形品を挟んだ前記プレス成形金型で押圧し、転写面を転写させ、冷却凝固させることを特徴とする請求項２記載の樹脂レンズ成形方法。
【請求項４】
プレス転写代を見込んで樹脂レンズ成形品を射出成形する射出成形工程、
前記樹脂レンズ成形品に加熱用金型を近接させて、前記樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部のみを加熱軟化させる加熱軟化工程、及び、
表面部が加熱軟化された前記樹脂レンズ成形品を、冷却温度に温調され樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型で押圧し、前記樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ、冷却凝固させる転写冷却工程を施すことを特徴とする樹脂レンズ成形方法。
【請求項５】
プレス転写代を見込んで樹脂レンズ成形品を射出成形する射出成形工程、
前記樹脂レンズ成形品に、離型膜をコーティングした加熱用金型を当接させて、前記樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部のみを加熱軟化させる加熱軟化工程、及び、表面部が加熱軟化された前記樹脂レンズ成形品を、冷却温度に温調され樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型で押圧し、前記樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ、冷却凝固させる転写冷却工程を施すことを特徴とする樹脂レンズ成形方法。
【請求項６】
プレス転写代を見込んで樹脂レンズ成形品を射出成形する射出成形工程、
前記樹脂レンズ成形品に高温ガスを噴き付け前記樹脂レンズ成形品のプレス転写代にあたる表面部のみを加熱軟化させる加熱軟化工程、及び、
表面部が加熱軟化された前記樹脂レンズ成形品を、冷却温度に温調され樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型で押圧し、前記樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ、冷却凝固させる転写冷却工程を施すことを特徴とする樹脂レンズ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常の射出成形だけでは難しかった高精度微細転写、かつ内部応力の発生を抑え複屈折を極力取り除いた高性能樹脂レンズ成形に適する樹脂レンズ成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂レンズ成形方法では、レンズ成形品を成形する場合、レンズ成形用の転写面を高精度に加工した入れ駒を金型内に配置し、その金型のキャビティ内に高速・高圧で溶融樹脂を射出、充填、冷却、凝固させた後、金型から取り出し、レンズ成形品としている。これらの工程の中で、金型に充填させた樹脂レンズ成形品は凝固・冷却時に収縮し、高精度加工された入れ駒のレンズ形状とは、収縮分異なった形状に変形してしまう。
そのため、成形条件として、射出樹脂温度や速度、圧力、冷却時の保持圧、保持時間、金型温度、押し出し速度、押し出しタイミングなどを変化させて、より転写性の良い条件を作り出さなくてはならない。また、成形金型側としては、可動入れ駒による射出圧縮（例えば特許文献１）、金型温度の温調切り替え調整制御（例えば特許文献２，３）など、様々な金型案が提案されている。
また、量産性を考慮して、射出、充填、冷却、凝固を工程を分けないで行う方法では、温調をたくみに調節することで、レンズの温度分布を一定に保ち、薄肉部と厚肉部、又は、表面部と中央部（肉厚に対して）が、同時にガラス転移点に突入するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４４１１９号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０７４９号公報
【特許文献２】特開２００３−８９１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の樹脂レンズ成形方法では、レンズ成形品の高精度化が進む中、あらかじめ収縮率やそれぞれのレンズ成形品形状によって、入れ駒のレンズ形状に補正を入れて加工を行い、凝固・冷却後の形状を設計値に近づけることが普通である。また、補正にはかなりの経験値が必要で、レンズ形状及びその他のコバ部分などの形状にも左右され、レンズ形状部の軸対象補正だけではなく、高度な３次元的な自由曲面補正も必要となる。
また、射出、充填、冷却、凝固を工程を分けないで行う方法では、温調をたくみに調節することで、レンズの温度分布を一定に保ち、薄肉部と厚肉部、又は、表面部と中央部が、同時にガラス転移点に突入するようにしているが、かえって時間をかけることになり、成形ばらつきの原因にもなる。
さらに、転写性を上げるために、射出圧，保圧とも高圧であり、金型に拘束されていることによる収縮の妨げ、及び凝固を伴う熱流体の挙動によって発生する、レンズ成形品内部の位置による圧力差などにより、内部応力が発生して複屈折を伴う。
【０００５】
以上のことから、形状精度と共に屈折率にもバラツキを生じてしまい、レンズの光学的性能を落とす主な原因になっている。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、レンズ形状の高精度化とレンズ内部の複屈折を伴わない高性能樹脂レンズ成形に適した樹脂レンズ成形方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる樹脂レンズ成形方法は、プレス転写代を見込んで樹脂レンズ成形品を射出成形する射出成形工程、前記樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部のみを加熱軟化させる加熱工程、及び、表面部を加熱軟化させた前記樹脂レンズ成形品を、樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型で押圧し、前記樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ、冷却凝固させる転写冷却工程を施すものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の樹脂レンズ成形方法によれば、プレス転写代を見込んだ射出成形品には、高精度な転写を行う必要がないので、内部応力をできるだけ除去した成形が可能となる。このとき、必要であれば、アニールを施して残留応力を取り除くことも、高精度転写前であることから、形状精度を気にすることなく行うことができる。転写面の転写時には、プレス転写代に当たる表面部だけを加熱するので、レンズ母体の大きな収縮が起こらず、レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型を用いて、転写面を転写させることが可能となり、精度の高い樹脂レンズ成形品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わるレンズ成形品を示す斜視図である。図２は実施の形態１に係わるレンズ成形品とランナー部とゲート部を示す斜視図である。図３は実施の形態１に係わる軸対称ではないレンズ成形品とランナー部とゲート部を示す斜視図である。図１〜図３には実施の形態１に係る代表的なレンズ成形品の概観が示されている。図１において、レンズ成形品はレンズ形状部１と、これに一体成形された固定させる為のコバ部２から構成される成形品である。射出成形金型には、簡単には金型内部に図２に示す成形品形状部３と溶融樹脂を成形品形状部３に誘導するランナー部５と成形品形状部３に溶融樹脂を注入するゲート部４が配置される。
【０００９】
射出成形では、溶融樹脂がゲート部４を通過し、成形品形状部３内を金型に冷却されながら、ゲート部４から徐々に満たして行き反ゲート部の方向に向かって流れていく。溶融樹脂がすべて充填された状態では、ゲート部４側と反ゲート部側では温度差がつき、軸対称の部品でありながら温度分布が軸対称とはならず、凝固時の収縮量も、軸対称にはなりにくい。図３に示すレンズ成形品は、成形品組み立て上、Ｈカット部６が存在し、コバ部２の欠落はレンズ形状部分にも収縮量の非軸対称性を生じ、ゲートからの流れによる温度分布以上に収縮量のばらつきを生じる。現在の金型の多くは、軸対称レンズ形状で有り、軸対称の収縮量のばらつきによる形状誤差の補正は行えるが、軸対称成分以外は３次元自由局面形状補正が必要となって、難度の高い金型加工が必要となる。また、金型転写性を向上させるために、高速射出や充填完了後の高圧保圧などを用いるが、複屈折の増大を招く。
【００１０】
図４はこの発明の実施の形態１に係り、レンズ形状の転写工程を説明する断面図である。図４において、プレス転写代７、例えば５０μｍ〜１００μｍ程度を見込んで射出成形された樹脂レンズ成形品８に、常温から樹脂凝固温度（ガラス転移点温度１５０℃程度）までの金型線膨張分が補正され、樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型９を樹脂レンズ成形品８の上下に配置し、内蔵の熱電対１０で温度管理されたヒーター１１で、樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部のみを樹脂の軟化温度まで加熱した後、樹脂レンズ成形品８を挟み込みプレス作業（押圧）を行う。このとき、樹脂レンズ成形品８は熱の伝わりが悪いため、レンズ転写代７に当たる接触表面部のみが軟化しプレス成形金型の転写面の形状が転写される。その後熱が全体に伝わらない間に、前記プレス成形金型９の冷却流路１２に通水してプレス成形金型９を樹脂製品の凝固温度まで冷却した後プレス作業を終了する。
なお、前述で、表面部のみを樹脂の軟化温度まで加熱しますが、その温度は、樹脂による違いが存在するが、常温のプリ成形品内部に熱を投入させたくないので、同じ金型で軟化・冷却を行う場合はガラス転移点温度＋５℃以下、軟化・冷却工程を分けている場合は＋１０℃〜２０℃程度である。
【００１１】
このように、第１段階として、射出成形や機械加工などを用いてプリ樹脂レンズ成形品を製作し、ガラス転移点温度以下、望ましくは、常温にし、第２段階として、超精密加工により樹脂レンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型を温度調節（加熱）し、プリ樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部だけを軟化させ、第３段階で軟化させた表面部に転写面を転写させた後、そのプレス成形金型に温度調節（冷却）を行うことで、高性能樹脂レンズ成形加工を行うことができる。
【００１２】
このような成形方法によれば、第１段階（射出成形工程）で高精度転写成形又は、高精度機械加工を必要とせず、内部応力を極力抑えたプリ樹脂レンズ成形品の製造が可能で、アニール等の応力除去作業を用いても、その作業による変形量は考慮しなくても良い。第２段階（加熱工程）で、超精密加工によりレンズ成形用の転写面に加工されたプレス成形金型を温度調節（加熱）し、プリ樹脂レンズ成形品のプレス転写代に当たる表面部だけを熱で軟化させる。第３段階で軟化させた表面部に転写面をプレス転写成形させることで、高精度な形状転写を行うことができる。離型時には、その金型に温度調節（冷却）を行う必要があるが、レンズ成形品全体に熱を加えないので、冷却時の引け等の変形を最小限に抑えることができ、レンズ成形品内部に熱を伝えずに表面転写を行うため、内部に応力を残さない複屈折を抑える成形加工が実現でき、高性能な樹脂レンズ成形が可能となる。また、成形品のいびつな形状による収縮量の補正が簡単となる。
【００１３】
換言すれば、プレス転写代７を残した射出成形品には、高精度な転写を行う必要がないので、高速・高圧成形を必要とせず、内部応力をできるだけ除去した成形が可能となる。このとき、アニールを施して残留応力を取り除くことも、高精度転写前であることから、形状精度を気にすることなく行える。高精度レンズ形状の転写時には、プレス転写代に当たる表面部だけを加熱軟化させるので、レンズ母体の大きな収縮が起こらず、軸対称のレンズ形状のためのプレス成形金型を用いて、形状転写を行うことが可能となり、高精度レンズ成形品を得ることができると共に、高精度レンズ形状転写金型（プレス成形金型）の製作が容易となる。
【００１４】
実施の形態２．
実施の形態１では、同一のプレス成形金型９で射出成形された樹脂レンズ成形品を加熱・冷却したが、実施の形態２では、加熱過程と冷却過程を同一のプレス成形金型で実施しないようにしたものである。これによりレンズ形状の転写性を向上させるものである。図５は実施の形態２に係り、プレス前加熱を近接した加熱用金型による輻射熱で行う場合を説明する断面図である。図５において、プレス転写代１３を見込んで射出成形された常温の樹脂レンズ成形品１４に、レンズ形状に近似した形状に加工された加熱用金型１５を樹脂レンズ成形品１４の上下に配置し、熱電対１６で温度管理されたヒーター１７で樹脂の軟化温度以上に加熱した後、樹脂レンズ成形品１４と接触しない程度に近づけて、ある一定の時間停止させ、輻射熱により樹脂レンズ成形品１４のプレス転写代１３に当たる表面部だけを軟化させる。なお、加熱用金型１５はレンズ形状に近似した形状に加工されていればよく、高精度加工は必要としない。また、加熱は樹脂レンズ成形品の必要な部分だけを加熱することができ、加熱効率を向上させることができる。
【００１５】
また、樹脂レンズ成形品１４の表面部を軟化させる別な方法もある。図６は実施の形態２に係わる他の加熱方法を示し、プレス前加熱を高温ガス吹き付けで行う場合を説明する断面図である。常温の樹脂レンズ成形品１４のコバ部１９等のレンズ形状部以外を冷却流路２０で冷却された固定台２１でマスキングを行い、高温ガス噴き付けノズル２２からの高温ガスを一定時間噴き付けることにより、樹脂レンズ成形品１４のプレス転写代１３に当たる表面部だけを加熱軟化させる。
【００１６】
図７は実施の形態２に係わり、プレス成形金型で樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ冷却凝固させる場合を説明する断面図である。図７において、プレス転写代１３を見込んで射出成形された樹脂レンズ成形品１４は、図５又は図６で説明した方法により、樹脂レンズ成形品１４の表面部だけが加熱軟化させられている。この表面部だけが加熱軟化させた樹脂レンズ成形品１４の上下に、先端部がレンズ形状用の転写面に加工され、冷却流路２３で冷却温度（常温）に冷却温調されたプレス成形金型２４を配置し挟み込んで押圧し、樹脂レンズ成形品１４に転写面を転写させ、冷却凝固させる。
【００１７】
このような成形方法によれば、実施の形態１と同様に残留応力低減、軸対象レンズ形状プレス成形金型による高精度成形が可能となると共に、冷却温度（常温）温調金型を用い、表面部のみに転写を行うので、樹脂の収縮と金型の線膨張を考慮する必要がほとんどなく、樹脂レンズ成形品の設計形状を、補正することがほとんどなく金型加工を行うことができ、金型加工精度での成形転写が可能となる。また、高精度転写冷却時に金型と（母体が収縮移動しない）樹脂製品の線膨張差がほとんど無いことから、フレネルレンズや、レンズアレイ等の超微細転写成形品にも適用することができ、今後の超高精度レンズ、複合レンズ（プリズムレンズ等）、大型レンズ、超微細パターンレンズ等の成形適用に有効となる。
【００１８】
換言すれば、樹脂レンズ成形用の転写面に加工された高精度プレス成形金型は加熱の必要がなくなり、冷却温度で用いられるため、目的の高精度レンズ形状のための補正の必要がほとんどなく、より高精度な成形レンズが得られる。また、フレネルレンズや、レンズアレイ部品の成形にも、転写金型の線膨張による影響がほとんど無く、微細パターン部以外の大きな樹脂成形品の収縮がないので、良好な転写性が得られる。また、レンズ成形品・金型ともに熱変位をほとんど起こさないので、金型は設計値どおりの形状でほとんど良く、微細な形状の転写も可能となる。
【００１９】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態２の加熱工程を接触する加熱用金型で行い、加熱効率を向上させるものである。図８は実施の形態３に係り、プレス前加熱を接触する加熱用金型で行う場合を説明する断面図である。図８において、プレス転写代２７を見込んで射出成形された常温の樹脂レンズ成形品２８に、レンズ形状に近似した形状に加工され、その表面にテフロン（登録商標）コート等の溶着防止膜（離型膜）２９をコーティングした加熱用金型３０を樹脂レンズ成形品２８の上下に配置し、その加熱用金型３０を熱電対３１で温度管理されたヒーター３２で樹脂レンズ成形品２８の表面の軟化温度に加熱した後、樹脂レンズ成形品２８と接触させて樹脂レンズ成形品２８のプレス転写代２７に当たる表面部を加熱軟化させる。
【００２０】
このような加熱方法によれば、実施の形態２の加熱効率を向上させることができ、樹脂レンズ成形品２８の表面部の軟化層を安定して作り出すことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明の成形方法は高精度ミラーの成形方法にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１に係わるレンズ成形品を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係わるレンズ成形品とランナー部とゲート部を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係わる軸対称ではないレンズ成形品とランナー部とゲート部を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係り、レンズ形状の転写工程を説明する断面図である。
【図５】実施の形態２に係り、プレス前加熱を近接した加熱用金型による輻射熱で行う場合を説明する断面図である。
【図６】実施の形態２に係わる他の加熱方法を示し、プレス前加熱を高温ガス吹き付けで行う場合を説明する断面図である。
【図７】実施の形態２に係わり、プレス成形金型で樹脂レンズ成形品に転写面を転写させ冷却凝固させる場合を説明する断面図である。
【図８】実施の形態３に係り、プレス前加熱を接触する加熱用金型で行う場合を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  レンズ形状部                        ２  コバ部
３  成形品形状部                        ４  ゲート部
５  ランナー部                          ６  Hカット部
７  プレス転写代                        ８  樹脂レンズ成形品
９  プレス成形金型                    １０  熱電対
１１  ヒーター                          １２  冷却流路
１３  プレス転写代                      １４  樹脂レンズ成形品
１５  加熱用金型                        １６  熱電対
１７  ヒーター                          １９  コバ部
２０  冷却流路                          ２１  固定台
２２  高温ガス噴き付けノズル            ２３  冷却流路
２４  プレス成形金型                    ２７  プレス転写代
２８  樹脂レンズ成形品                  ２９  離型膜
３０．加熱用金型                        ３１  熱電対
３２  ヒーター
【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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【図８】
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