(57)【要約】【課題】  光学歪みが少なく、成形コストが低く、成形品の小型化に伴う成形品の搬送物流、保管がし易く、多品種変量生産に対応できる樹脂製の光学素子の成形方法及び装置を提供する。【解決手段】  上型１１ａと下型１１ｂにそれぞれ所定の工程数に対応する複数の鏡面入れ子１４ａ、１４ｂが組み込まれた成形金型に帯状樹脂材料２を供給し、帯状樹脂材料２を上型１１ａと下型１１ｂの各鏡面入れ子１４ａ、１４ｂで成形し、成形後に成形金型内の鏡面入れ子１４ａ、１４ｂ間で移動させる動作を初期工程から最終工程まで順次繰り返し、樹脂材料を所定形状の光学素子に成形するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型にそれぞれ所定の工程数に対応する複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型に樹脂材料を供給し、樹脂材料を上型と下型の各鏡面入れ子で成形し成形後に成形金型内の鏡面入れ子間で移動させる動作を初期工程から最終工程まで順次繰り返し、樹脂材料を所定形状の光学素子に成形することを特徴とする光学素子成形方法。
【請求項２】
上型と下型にそれぞれ初期工程及び中間工程に対応する複数の鏡面入れ子と最終工程に対応する複数の成形品形状に応じた複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型に樹脂材料を供給し、樹脂材料を上型と下型の各鏡面入れ子で成形し成形後に成形金型内の鏡面入れ子間で移動させる動作を初期工程から最終工程まで順次繰り返し、かつ初期工程と中間工程では最終仕上げ工程の成形品形状に対応した成形条件で成形し、樹脂材料を任意の成形品形状の光学素子に成形することを特徴とする光学素子成形方法。
【請求項３】
樹脂材料は、帯状樹脂材料の形態で供給することを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子成形方法。
【請求項４】
最終工程の鏡面入れ子から取り出された樹脂成形品を、ガラス転移点以下の雰囲気温度で少なくともその表面がガラス転移点以下になるまで徐冷することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光学素子成形方法。
【請求項５】
初期工程若しくは最終工程以前の工程時に、樹脂材料の光学素子となる部分の近傍に、成形時に押し出される樹脂が溜まる樹脂溜まり空間を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学素子成形方法。
【請求項６】
樹脂溜まり空間の体積を、成形時に押し出される樹脂体積の８０〜１２０％とすることを特徴とする請求項５記載の光学素子成形方法。
【請求項７】
樹脂溜まり空間は、樹脂材料のプリプレスにより形成することを特徴とする請求項５又は６記載の光学素子成形方法。
【請求項８】
上型と下型にそれぞれ所定の工程数に対応する複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型と、成形金型に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを備えたことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項９】
上型と下型にそれぞれ初期工程及び中間工程に対応する複数の鏡面入れ子と最終工程に対応する複数の成形品形状に応じた複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型と、成形金型に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを備え、初期工程と中間工程の鏡面入れ子は、最終仕上げ工程の成形品形状に対応して成形条件を可変としたことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項１０】
上型と下型にそれぞれ複数の成形品形状について各々所定の工程数に対応する複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型と、成形金型に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを備えたことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項１１】
各工程における複数の成形品形状に対応する複数の鏡面入れ子をそれぞれ回転体に配設し、回転体を回転させて任意の成形品形状に対応する鏡面入れ子を選択するように構成したことを特徴とする請求項１０記載の光学素子成形装置。
【請求項１２】
成形金型の最終工程の鏡面入れ子から取り出された樹脂成形品を、ガラス転移点以下の雰囲気温度で徐冷するアニール手段を設けたことを特徴とする請求項８〜１１の何れかに記載の光学素子成形装置。
【請求項１３】
成形金型の最終工程の鏡面入れ子の外側に成形した光学素子の外周部を切断するカッターを配設したことを特徴とする請求項８〜１２の何れかに記載の光学素子成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂製の光学素子を成形する光学素子成形方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学走査系を有するレーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置、光信号ピックアップ系を有する光ディスク装置、撮像系を有するデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯端末などにおける光学デバイスのレンズ成形方法としては、樹脂レンズでは射出形成法、射出圧縮成形法、樹脂プレス法など、ガラスレンズではガラス成形法がある。
【０００３】
射出成形法及び射出圧縮成形法は、金型の温度を成形用樹脂の軟化温度未満にした状態で、金型の一定容積のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、保圧を制御しながら徐冷した後、金型を開いて成形品を取り出す方法である。
【０００４】
また、樹脂プレス法としては、図１８に示すように、下型１０１ａと上型１０１ｂから成る複数対の鏡面金型を、初期位置から仕上げ位置まで所定速度で移動させるとともに仕上げ位置から初期位置に還流させて循環させるように構成し、樹脂供給装置１０３から連続して供給される帯状樹脂材料１０２を各々の鏡面金型にて初期位置から仕上げ位置まで所定速度で移動しつつ順次加圧し、仕上げ位置で下型１０１ａと上型１０１ｂを隔離し樹脂を離脱させて成形する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ガラス成形法は、成形型が石英管によって取り囲まれ、石英管の内室は充填された不活性ガスによって不活性雰囲気になっており、予め計量されたガラス素材を上型と下型の間に挿入し、ガラス素材を高周波などによる誘導加熱方式で加熱軟化しながら加圧した後、徐冷して取り出し、所定形状に成形する方法が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１５６７６号公報
【特許文献２】特公昭５４−３８１２６号公報
【特許文献３】特開昭４９−８１４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記射出成形法及び射出圧縮成形法においては、溶融した樹脂を高圧で金型キャビティ内へ射出することによる成形品内部での歪み残留や溶融樹脂が金型内で固化する過程での体積収縮による成形品外形の変形が発生し、光学性能に悪影響を及ぼす恐れが高いという問題がある。また、射出成形では金型内に樹脂が射出された時点から溶融樹脂の硬化が始まり、キャビティ内の樹脂流動性低下による充填不足や、ゲート部の樹脂硬化による保圧不足で転写性が低下して品質不良を招くという問題があり、これは成形品の薄肉化と小型化に応じてより顕著に表れる。この問題に対しては射出圧力の高圧化、射出速度の高速化で対応しているが、成形機の大型化と使用エネルギーの増加を来すとともに薄肉化に対して限界があるという問題がある。さらに、溶融樹脂をキャビティ内に導入するための経路（ランナー）が必要で、生産性向上のために成形品を多数個取りするほどランナー容積が大きくなるため、投入樹脂材料に対する成形品の重量比率は約５％となり、材料利用効率が極めて低いという問題があった。
【０００７】
また、一般に、樹脂光学素子は表面の汚れが性能に直結するため、金型からの成形品取り出し時及び搬送物流時の取扱いが歩留りに影響するが、薄肉、小型化の拡大は、成形品の搬送物流にも影響を及ぼし、物流装置の高精度化と大型化及び高価格化を招いているという問題もある。
【０００８】
また、上記樹脂プレス法では、単軸によるプレスで、一対の下型１０１ａと上型１０１ｂに対して一動作であり、成形品と金型は対で移動していくため、大量生産時には多数面の金型が必要であること、その金型毎のばらつきが成形品ばらつきとなり、調整に多くの時間が必要であること、単工程であるため一面の金型においては一種類のみの生産しかできないこと、複数対の鏡面金型が連続して供給される帯状樹脂材料１０２を順次加圧しながら初期位置から仕上げ位置まで移動させる時、樹脂の加圧方向に発生する応力と移動方向に発生する応力の合成応力が成形品内に残留応力として発生するため、残留応力による光学的歪みによって収差などの光学特性を満足することができないことなど、生産性、コスト、品質などで問題が発生している。
【０００９】
また、ガラス成形法においては、ガラス素材を加熱軟化、加圧成形、徐冷、取り出しの一連の工程を一対の金型を用いて行うため、金型生産性が低く、生産性を上げるためには多数の金型が必要で、結果としてコスト高になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、光学歪みが少なく、成形コストが低く、成形品の小型化に伴う成形品の搬送物流、保管がし易く、多品種変量生産に対応できる樹脂製の光学素子の成形方法及び装置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】
【００１１】
本発明の光学素子成形方法は、上型と下型にそれぞれ所定の工程数に対応する複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型に樹脂材料を供給し、樹脂材料を上型と下型の各鏡面入れ子で成形し、成形後に成形金型内の鏡面入れ子間で移動させる動作を初期工程から最終工程まで順次繰り返し、樹脂材料を所定形状の光学素子に成形するものである。
【００１２】
この構成によると、樹脂材料を溶融流動させない成形が可能であるため、射出成形及び射出圧縮成形で問題となっていた充填不良や流動むらによる成形歪みなどの成形不良のない良好な樹脂製光学素子を得ることができる。また、成形品には射出成形では樹脂の流路として必要であったスプルー、ランナー、ゲートが不要になるため、樹脂使用量の大幅な削減が可能になるとともに、ゲート近傍の残留応力や歪みも解消できるため、良好な樹脂製光学素子を得ることができる。また、従来のプレス成形では複数面の金型を用いて成形しているので、金型間の成形品のばらつきを調整するのに多くの時間を要したが、そのような調整に時間を取られず、また上型と下型に組み込まれた鏡面入れ子を任意に入れ替えることで多品種生産への対応も可能となる。また、成形加工工程と移送工程が分離されるので、移動方向に発生する応力を解消することができ、光学歪みの少ない光学素子を得ることができる。
【００１３】
また、上型と下型にそれぞれ初期工程及び中間工程に対応する複数の鏡面入れ子と最終工程に対応する複数の成形品形状に応じた複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型に樹脂材料を供給し、樹脂材料を上型と下型の各鏡面入れ子で成形し成形後に成形金型内の鏡面入れ子間で移動させる動作を初期工程から最終工程まで順次繰り返し、かつ初期工程と中間工程では最終仕上げ工程の成形品形状に対応した成形条件で成形し、樹脂材料を任意の成形品形状の光学素子に成形すると、上記作用効果に加え、異種形状の成形品を変量生産でき、かつ成形品の加圧方向に発生する応力を最小にすることができるため、光学歪みの少ない成形品を得ることができる。
【００１４】
また、樹脂材料を、帯状樹脂材料の形態で供給すると、連続的に生産性良く光学素子を製造できる。なお、樹脂材料を、任意の寸法形状に前加工した樹脂材料のブランク材の形態で供給しても良い。
【００１５】
また、最終工程の鏡面入れ子から取り出された樹脂成形品を、ガラス転移点以下の雰囲気温度で少なくともその表面がガラス転移点以下になるまで徐冷すると、移送中の温度低下による内部歪みの発生を抑制でき、より光学歪みの少ない成形品を得ることができ、最終仕上げ時に樹脂成形品の中心部分がガラス転移点まで降温してから取り出す必要がないため、成形品品質を低下させることなく、成形サイクルを短くすることができる。
【００１６】
また、初期工程若しくは最終工程以前の工程時に、樹脂材料の光学素子となる部分の近傍に、成形時に押し出される樹脂が溜まる樹脂溜まり空間を形成すると、加圧によって押し出された樹脂が光学素子の外周付近に溜まって光学特性に悪影響を与えるのを防止でき、特性の良好な光学素子を成形することができる。
【００１７】
樹脂溜まり空間の体積は、成形時に押し出される樹脂体積の８０〜１２０％が好適である。また、樹脂溜まり空間は、樹脂材料のプリプレスにより形成するのが好適である。
【００１８】
また、本発明の光学素子成形装置は、上型と下型にそれぞれ所定の工程数に対応する複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型と、成形金型に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを備えたものであり、上記光学素子成形方法を実施してその作用効果を奏することができる。
【００１９】
また、上型と下型にそれぞれ初期工程及び中間工程に対応する複数の鏡面入れ子と最終工程に対応する複数の成形品形状に応じた複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型と、成形金型に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを備え、初期工程と中間工程の鏡面入れ子は、最終仕上げ工程の成形品形状に対応して成形条件を可変とすると、上記のように異種形状の成形品を変量生産でき、かつ成形品の加圧方向に発生する応力を最小にすることができるため、光学歪みの少ない成形品を得ることができる。
【００２０】
また、上型と下型にそれぞれ複数の成形品形状について各々所定の工程数に対応する複数の鏡面入れ子が組み込まれた成形金型と、成形金型に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを備えると、異種形状の成形品の変量生産を生産性良く行うことができ、さらに各工程における複数の成形品形状に対応する複数の鏡面入れ子をそれぞれ回転体に配設し、回転体を回転させて任意の成形品形状に対応する鏡面入れ子を選択するように構成すると、同様の効果を奏するラインを省スペースで構成することができる。
【００２１】
また、成形金型の最終工程の鏡面入れ子から取り出された樹脂成形品を、ガラス転移点以下の雰囲気温度で徐冷するアニール手段を設けると、光学歪みの少ない成形品を得ることができかつ樹脂成形品の中心部分がガラス転移点まで降温してから取り出す必要がないため、成形品品質を低下させることなく、成形サイクルを短くすることができる。
【００２２】
また、成形金型の最終工程の鏡面入れ子の外側に成形した光学素子の外周部を切断するカッターを配設すると、完成された個別の光学素子の形態で取り出すことができ、後処理を不要にできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光学素子成形方法によれば、樹脂材料を溶融流動させない成形が可能であるため、射出成形及び射出圧縮成形で問題となっていた充填不良や流動むらによる成形歪みなどの成形不良のない良好な樹脂製光学素子を得ることができる。また、本発明の光学素子成形装置によれば、スプルーなどの樹脂経路が必要ないので樹脂使用量の大幅な削減が可能になるとともに、ゲート近傍の残留応力や歪みも解消できるため、良好な樹脂製光学素子を得ることができ、さらに従来のプレス成形に比して金型間で成形品のばらつきを生じる恐れがなく、また上型と下型に組み込まれた鏡面入れ子を任意に入れ替えることで多品種生産への対応も可能となり、また成形加工工程と移送工程が分離されるので、移動方向に発生する応力を解消することができ、光学歪みの少ない光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の光学素子成形装置の各実施形態について、図１〜図１７を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態では技術的に好ましい限定が付されているが、本発明の技術的範囲は、特に限定する旨の記載がない限りこれらの形態に限定されるものではない。また、特に断りがない限り、同一参照符号は同一の構成要素を示すものとする。
【００２５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の光学素子成形装置を、図１、図２を参照して説明する。本実施形態は、鏡面加工部に溶融樹脂を連続供給し、鏡面加工部で並んで配設された鏡面金型でレンズ状に順次成形加工するものである。
【００２６】
図１において、上下型１１ａ、１１ｂ内に、所定の形状を持った鏡面入れ子１４ａと１４ｂの一対を１工程とし、工程１、工程２、工程３、工程４の各工程の鏡面入れ子１４ａ、１４ｂを所定ピッチで組み込み、１面の金型を構成している。この金型の初期工程である工程１へ向けて、材料供給装置３により常温若しくは予備加熱された帯状樹脂材料２が供給され、金型内の上下型１１ａ、１１ｂ内、若しくは周辺に配置された熱源によってガラス転移温度前後に加熱が行われる。加熱後に、上下動可能な加圧装置１５が下降動作し、上型１１ａが下降し、帯状樹脂材料２を塑性変形させるための圧力が付与される。
【００２７】
次に、任意の塑性変形圧力、温度、保持時間で成形後、加圧装置１５は上昇し、帯状樹脂材料２はガラス転移点前後の温度を保持しながら、材料供給装置３によって順送りされ、金型１ａ、１ｂ内に組み込まれた位置決め部材に沿って金型内での位置検出後、工程１と同様の動作を工程において実施する。以降、任意の工程数を最終工程まで繰り返すことによって、所定の形状寸法を持つ樹脂製光学素子が得られる。最終工程では、成形品を切断若しくは未切断にて、光学素子の最終形状または次工程への段取りとしての形状確定が行われる。
【００２８】
以上の工程を、図２に線図化して表している。図２では、工程３の部分に未加工冷却工程を設定しているが、これは工程２の加圧１にて発生した内部歪みを緩和するものである。帯状樹脂材料２は加圧の際、凹形状側は外側へ、凸形状側は内側への材料移動があり、このときストレスが発生し、内部歪みとなる。これを放置しておくと、最終工程での残留歪みとなり、結果として成形品形状を歪ませ、光学特性を悪化させることになる。また、冷却を行うと、帯状樹脂材料２は材料特性上収縮が発生し、上記加圧時と逆方向の力が成形品内部に発生する。この現象から、加圧による内部歪みが大きい加圧工程後に冷却工程を設定することで、内部歪みの緩和が可能となる。本実施形態では、金型構造上、この工程は任意の工程間に設けることができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の光学素子成形装置を、図３〜図５を参照して説明する。本実施形態も、鏡面加工部に溶融樹脂を連続供給し、鏡面加工部で並んで配設された鏡面金型でレンズ状に順次成形加工するものである。
【００３０】
図３において、上下型２１ａ、２１ｂ内に、所定の形状を持った鏡面入れ子２４ａ、２４ｂの一対を１工程とし、工程１、工程２、工程３、工程４Ａ、工程４Ｂの各工程の鏡面入れ子２４ａ、２４ｂを所定ピッチにて組み込み、１面の金型を構成している。この金型の初期工程である工程１へ向けて、材料供給装置３により常温若しくは予備加熱された帯状樹脂材料２が供給され、金型内の上下型２１ａ、２１ｂ内、若しくは周辺に配置された熱源によってガラス転移温度前後に加熱が行われる。加熱後に、上下動可能な加圧装置２５が下降動作し、上型２１ａが下降し、帯状樹脂材料２を塑性変形させるための圧力が付与される。
【００３１】
次に、任意の塑性変形圧力、温度、保持時間で成形後、加圧装置２５は上昇し、帯状樹脂材料２はガラス転移点前後の温度を保持しながら、材料供給装置３及び製品搬送装置によって順送りされ、金型２１ａ、２１ｂ内に組み込まれた位置決め部材によって金型内での位置検出後、工程１と同様の動作を工程２以降において実施する。任意の工程数を最終工程まで繰り返すことによって、所定の形状寸法を持つ樹脂製光学素子が得られる。最終工程では、成形品を切断若しくは未切断にて、光学素子の最終形状または次工程への段取りとしての形状確定が行われる。
【００３２】
本実施形態では、工程１、工程２、工程３では、各々独立して温度、圧力を変更することが可能で、材料供給装置３により常温もしくは予備加熱された帯状樹脂材料２、例えば熱可塑性のポリオレフィン系樹脂を用い、エアを巻き込まないように徐々に予備的に熱塑性変形させる。また、工程４Ａ、４Ｂはレンズ最終形状を有した金型で、各々鏡面形状の異なる金型である。例えば、工程４Ａに示すようなレンズ径φ５ｍｍ、厚みｔ１ｍｍの薄肉レンズを成形する場合は、図４に示すような温度・圧力工程線図を用いる。各工程の圧力、温度は、工程１：１０００Ｎ／ｃｍ2 ，１４０℃、工程２：２０００Ｎ／ｃｍ2 ，１６０℃、工程３：２５００Ｎ／ｃｍ2 ，１８０℃、工程４：３０００Ｎ／ｃｍ2 ，１８０℃〜１００℃で制御する。また、工程４Ｂに示すようなレンズ径φ５ｍｍ、厚みｔ３ｍｍの厚肉レンズを成形する場合は、図５に示すような温度・圧力工程線図を用いる。各工程の圧力、温度は、工程１：１０００Ｎ／ｃｍ2 ，１４０℃、工程２：２０００Ｎ／ｃｍ2 ，１６０℃、工程３：２２００Ｎ／ｃｍ2 ，１８０℃、工程４：２５００Ｎ／ｃｍ2 ，１８０℃〜１００℃で制御する。このように薄肉レンズを成形する場合は、特に最終工程での圧力を厚肉レンズを成形する場合と比較して高くすることによって、圧縮密度を大きくして熱塑性変形させる。このように、帯状樹脂材料２が順送される時に、予備的熱塑性加工工程である工程１、２、３で、最終形状である工程４Ａ、４Ｂのレンズ形状に対応して、予め求めた圧力・温度条件で熱塑性変形させておいて最終金型形状で熱塑性変形させることによって、一つのライン構成で、異種形状のレンズを変量生産することができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の光学素子成形装置を、図６、図７を参照して説明する。本実施形態も、鏡面加工部に溶融樹脂を連続供給し、鏡面加工部で並んで配設された鏡面金型でレンズ状に順次成形加工するものである。
【００３４】
図６において、上下型３１ａ、３１ｂ内に、所定の形状を持った鏡面入れ子３４ａ、３４ｂの一対を１工程とし、工程１Ａ、工程１Ｂ、工程２Ａ、工程２Ｂ、工程３Ａ、工程３Ｂの各工程の鏡面入れ子３４ａ、３４ｂを所定ピッチにて組み込み、１面の金型を構成している。この金型の初期工程である工程１Ａ若しくは１Ｂへ向けて、材料供給装置３により常温若しくは予備加熱された帯状樹脂材料２が供給され、金型内の上下型３１ａ、３１ｂ内、若しくは周辺に配置された熱源によってガラス転移温度前後に加熱が行われる。加熱後に、上下動可能な加圧装置３５が下降動作し、上型３１ａが下降し、帯状樹脂材料２を塑性変形させるための圧力が付与される。
【００３５】
次に、任意の塑性変形圧力、温度、保持時間で成形することで、所定の形状寸法を持つ樹脂製光学素子を得ることができる。その後、加圧装置３５は上昇し、帯状樹脂材料２は順送りされ、最終工程で、成形品を切断若しくは未切断にて、光学素子の最終形状または次工程への段取りとしての形状確定が行われる。
【００３６】
工程Ａ（１Ａ〜３Ａ）と工程Ｂ（１Ｂ〜３Ｂ）は、各々独立して温度、圧力を変更することが可能で、材料供給装置３により常温若しくは予備加熱された帯状樹脂材料２をエアを巻き込まないように徐々に予備的に熱塑性変形させる。工程Ａに示すようなレンズ径φ５ｍｍ、厚みｔ１ｍｍの薄肉レンズを成形する場合は、圧力、温度を、工程１Ａ：１０００Ｎ／ｃｍ2 ，１４０℃、工程２Ａ：２０００Ｎ／ｃｍ2 ，１６０℃、工程３Ａ：３０００Ｎ／ｃｍ2 ，１８０℃〜１００℃で制御する。また、工程Ｂに示すようなレンズ径φ５ｍｍ、厚みｔ３ｍｍの薄肉レンズを成形する場合は、圧力、温度を、工程１Ｂ：１０００Ｎ／ｃｍ2 ，１４０℃、工程２Ｂ：２０００Ｎ／ｃｍ2 ，１６０℃、工程３Ａ：２５００Ｎ／ｃｍ2 ，１８０℃〜１００℃で制御する。
【００３７】
以上の温度、圧力曲線を図７に示す。このように、異なる成形品形状を有する複数対の鏡面金型を複数配し、追続して供給される樹脂を成形した後、鏡面金型を離隔すると同時に成形完成品の順送と樹脂の追続供給を行って成形加工することによって、成形品完成までの移送がないため、より光学歪みの少ない成形品を得ることができる。
【００３８】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態の光学素子成形装置を、図８を参照して説明する。本実施形態も、鏡面加工部に溶融樹脂を連続供給し、鏡面加工部で並んで配設された鏡面金型でレンズ状に順次成形加工するものである。
【００３９】
図８において、所定の形状を持った鏡面入れ子４４と４５、４６と４７、４８と４９の各一対を１工程とし、これを所定ピッチにて上下型４１ａ、４１ｂに組み込んだものを１面の金型として構成している。初期位置である工程１、中仕上げ位置である工程２、最終仕上げ位置である工程３に対してそれぞれ鏡面形状が異なる鏡面入れ子４４〜４９が配置されている。各工程の鏡面入れ子４４〜４９において、各々の鏡面形状が異なる複数の入れ子（Ａ〜Ｄ）が回転可能配置され、最終形状に対応して所定の鏡面形状の入れ子Ａ〜Ｄを選択することができる。
【００４０】
この金型へは金型内の初期工程である工程１へ、材料供給装置３により常温もしくは予備加熱された帯状樹脂材料２を供給した後、鏡面入れ子４４から４９内もしくは周辺に配置された熱源によりガラス転移温度前後に加熱が行われる。加熱後に上下動可能な加圧装置（図示せず）の加工に伴い、上型４１ａが下降し帯状樹脂材料２に塑性変形のための圧力が与えられる。任意の塑性変形圧力と温度と保持時間の後、加圧装置は上昇し、帯状樹脂材料２はガラス転移点前後の温度を保持しながら、材料供給装置３及び製品搬送装置によって順送され、鏡面入れ子４４から４９内に組み込まれた位置決め部品に沿って金型内での位置検出後、工程１と同様の動作を工程２以降に実施する。以降、任意の工程数により最終工程までを繰り返すことで、所定の形状寸法を持つ樹脂製光学素子が得られる。最終工程では、成形品を切断若しくは未切断にて、光学素子の最終形状または次工程への段取りとしての形状確定が行われる。
【００４１】
工程１、２、３は各々独立して温度、圧力を変更することが可能で、材料供給装置３により常温もしくは予備加熱された帯状樹脂材料２をエアを巻き込まないように徐々に予備的に熱塑性変形させる。また、工程３はレンズ最終形状を有した金型である。各工程において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは各々鏡面形状の異なる金型で、例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に鏡面の曲率半径が小さく成っている。工程３の４８Ａ、４９Ａのように曲率半径が大きく薄肉の最終形状のレンズを成形する場合は、工程１及び工程２において、入れ子保持部を回転させ、４４Ａ、４５Ａ、４６Ａ、４７Ａの上下鏡面金型を選択して成形する。また、工程３の４８Ｄ、４９Ｄのように曲率半径が小さく厚肉の最終形状のレンズを成形する場合は、工程１及び工程２において、入れ子保持部を回転させ、４４Ｄ、４５Ｄ、４６Ｄ、４７Ｄの上下鏡面金型を選択して成形する。
【００４２】
このように、帯状樹脂材料２が順送される時に、予備的熱塑性変形工程である工程１、２で、最終形状である工程３のレンズ形状に対応した鏡面金型を選択し、予め求めた圧力・温度条件で熱塑性変形してから最終金型形状で熱塑性変形させることによって、１つのライン構成で異種形状のレンズを変量生産することができる。
【００４３】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態の光学素子成形装置を、図９を参照して説明する。本実施形態も、鏡面加工部に帯状樹脂材料を連続供給し、鏡面加工部で並んで配設された鏡面金型でレンズ状に順次成形加工するものである。
【００４４】
図９において、本実施形態では、第１の実施形態において最終金型形状で熱塑性変形させる工程４の後に上側のアニール炉５１ａと下側のアニール炉５１ｂを設置している。この構成により、工程４で取り出された樹脂成形品の表面をガラス転移点以下の雰囲気温度で徐冷することより、順送中の温度低下による内部歪みの発生が抑制され、光学歪みの少ない成形品を得ることができる。また、樹脂成形品の中心部分はガラス転移点より高くても、表面が硬化して形状維持が可能なため、最終仕上げ時に樹脂成形品の中心部分がガラス転移点まで降温してから取り出す必要がないため、成形品質を低下させることなく、成形サイクルを短くすることができる。
【００４５】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態の光学素子成形装置を、図１０、図１１を参照して説明する。
【００４６】
図１０は、上型を移動させプレス成形する場合の金型構成を示している。上型１ａと下型１ｂから成る金型が、プレス金型内にその工程数に応じて多数設置され、上型１ａと下型１ｂの間を帯状樹脂材料２がトランスファーや順送方式で各ポジションに順次送られ、段階的にレンズ形状に成形される。図１０に示した上型１ａ、下型１ｂは最終工程のポジションであり、そこでレンズ形状が最終に決められる。下型１ｂのレンズ外周部には突出しピン４が配設されている。
【００４７】
次に、本レンズプレス成形の動作について説明する。各ポジションでプレスされた帯状樹脂材料２が下型１ｂにセットされ、上型１ａが下降して最終成形される。プレス後のレンズ取り出し時に、下型１ｂの突出しピン４が動作してレンズ外周部の突出し兼キャリア部を突き出してレンズ１０を離型する。その後、取り出し装置５が上型１ａと下型１ｂの間に入り、レンズ１０の外周部の突出し兼キャリア部１７を把持してストックポジション（図示せず）に搬送する。こうして、一連の最終プレスから取り出しまでの動作が終わる。
【００４８】
なお、レンズ１０の外周部の突出し兼キャリア部１７としては、図１１（ａ）に示すレンズ１０ａのように突出しと取り出し搬送を考慮しただけの突出し兼キャリア部１７ａや、図１１（ｂ）に示すレンズ１０ｂのように、組立時までそのままストックできるようにレンズ面を保護するような形状の突出し兼キャリア部１７ｂとすることができる。これらの構成により、図１９に示すように、従来例で問題となっていた突出しの出し入れの入れ子１０６構造におけるクリアランス１０７の確保から生じるレンズ同軸度の悪化や、取り出し手段１０５による取り出し時の吸着機構１０８により生じるレンズ面の吸着痕などの問題を解消することができる。
【００４９】
以上のように本実施形態の光学素子成形装置は、金型構造の自由度が高く、任意の工程設定が可能である帯状樹脂材料２の特性を活かし、成形完了後の成形品の搬送、物流に使用可能な成形品形状を得ることが可能であり、かつ搬送・物流の課題を解決するために、塑性変形工程でのレンズ形状加工時にレンズにキャリア機能を持つ突出し兼キャリア部１７を構成している。トランスファーなどの単品加工時はレンズ外周部に、また順送方式などの連続時は、加工されるレンズ部と供給樹脂材料の間を連続したままにすることでキャリア機能を付加することができる。かくして、成形後のレンズ取り出しや搬送を簡易化することができる。
【００５０】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態の光学素子成形装置を、図１２を参照して説明する。
【００５１】
本実施形態では、成形品を連続的に繋げた形態にする点で、上記第６の実施形態と異なっている。このレンズプレス成形は、図１０に示した帯状樹脂材料２を板状プリフォーム素材７として、各ポジションが繋がったままプレスする構成としている。成形されたレンズ１０はある程度の個数で一連になり、板状のまま取り出される。レンズは組立工程まで板状のホルダー８についたまま管理することができるので、搬送や保管に非常に効果が高い形態である。また、この構成でも、図１９に示す従来例で問題となっていた突出しの出し入れの入れ子１０６構造におけるクリアランス１０７の確保から生じるレンズ同軸度の悪化や取り出し時の吸着機構１０８により生じるレンズ面の吸着痕などの問題を解消することができる。
【００５２】
また、このように成形品が連続し、組立工程時までその形態で取り扱うことができるので、特に小径の取扱いが困難なレンズの場合は、取り出しや搬送に関する工程や設備費などに低く抑える効果が高く得られる。
【００５３】
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態の光学素子成形装置を、図１３を参照して説明する。
【００５４】
図１３は、上型を移動させプレス成形する場合の金型構造を示している。上型１２ａと下型１２ｂは最終工程のポシションであり、そこでレンズ形状が最終的に決められる。鏡面入れ子１６の外側に同軸で外周部にねじ状の溝を持った回転筒１３が設置され、その外周を内周にねじ溝を持った上型１２ａに螺合された構成になっている。このねじ溝によりプレス時の上下動に対して回転筒１３が同期して回転し、回転筒１３に取り付けられた位置可変なカッター１４がレンズの外周部を切断する構成となっている。カッター１４は各プレス毎に位置を可変することができ、レンズを多品種混在で生産しているときでも、随時その外径を可変することができる。また、これによりレンズの外径が成形品１０ａ、１０ｂとして示すように調整が容易になるので、相手方鏡筒の内径調整が必要なく、生産立ち上げ時に必要な鏡筒や金型の径寸法調整が不要になる。
【００５５】
（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態の光学素子成形装置を、図１４〜図１７を参照して説明する。
【００５６】
本実施形態では、プレス時に図２０に示すように押し出される樹脂による影響を解消するため、順送プレス成形装置でレンズ形状を成形する前に、押し出される樹脂を逃がす空間を設けるようにしている。具体的には、図１４に示すように、押し出される樹脂の体積分だけ板材を打ち抜く方法と、図１６に示すように、押し出される樹脂の体積分だけプリプレスにより除去する方法がある。
【００５７】
まず、打ち抜きによる方法を図１４を参照して説明する。カットする方法としては、順送金型の初期位置に、打ち抜きパンチを設置し、プレス工程と同期させることにより所定の樹脂を打ち抜くように構成されている。ここで、打ち抜く空間の体積は、レンズがプレスにより成形される際に押し出される体積の８０〜１２０％が望ましい。この範囲以下、若しくはこの範囲以上であると、レンズ外周部における樹脂密度が疎もしくは密になり、レンズ形状に悪影響をもたらす。図１５に体積費を変化させた場合のレンズ形状精度（以下、Ｐ−Ｖ値と述べる）の関係を示す。このＰ−Ｖ値とは、レンズ設計形状と成形レンズの実測形状との差を示した値である。図１５において、体積比が８０〜１２０％付近とすることで形状精度が良くなることが確認される。これは、樹脂溜まりの空間に押し出される樹脂体積が少な過ぎる場合は、レンズ外周部の樹脂密度が密になるため歪みが発生し、逆に樹脂溜まりの空間に押し出される樹脂体積が多過ぎる場合はレンズ外周部の樹脂密度が疎になるためひけが発生するためと考えられる。
【００５８】
次に、プリプレスによる方法を図１６を参照して説明する。図１６（ａ）に示すようにプリプレスを行った後、、図１６（ｂ）、（ｃ）に示すようにレンズ成形を行うように構成されている。このプリプレスする体積もレンズプレス成形の際に押し出される樹脂体積の８０〜１２０％が望ましく、図１５に示したＰ−Ｖ値特性傾向が確認できた。ただし、この方式ではレンズ外周部に微小な泡が噛み込んでしまう外観不良が発生し易い。そのため、図１７に示すように、一対のプリプレスパンチにより形成される空間の間の最小厚み（Ｘ）がレンズ厚み（Ｙ）より０．０３ｍｍ以上薄く、プリプレスパンチの径（Ａ）がレンズ径（Ｂ）より０．０５ｍｍ以上大きな径にすることにより、微小泡の噛み込みを解消することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の光学素子成形方法及び装置は、初期位置及び中仕上げ位置から最終仕上げ位置まで鏡面形状の異なる複数対の鏡面金型を配設し、複数対の鏡面金型に対して樹脂またはガラスを追続して供給し、複数対の鏡面金型位置での成形加工を最終形状に対応して予め求めた圧力・温度条件で熱塑性変形してから最終金型形状で熱塑性変形させることによって、１つのライン構成で異種形状の部品を変量生産することができ、光学走査系を有するレーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置、光信号ピックアップ系を有する光ディスク装置、撮像系を有するデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯端末等に適用される樹脂製光学素子や小サイズ部品などの成形用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるレンズ成形装置の概略構成図である。
【図２】同実施形態におけるレンズ成形工程の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるレンズ成形装置の概略構成図である。
【図４】同実施形態における第１のレンズ成形工程の説明図である。
【図５】同実施形態における第２のレンズ成形工程の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるレンズ成形装置の概略構成図である。
【図７】同実施形態におけるレンズ成形工程の説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態におけるレンズ成形装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第５の実施形態におけるレンズ成形装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態におけるレンズ単体での成形工程の説明図である。
【図１１】同実施形態における単レンズのレンズ形状の例示図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態における複数のレンズの連続体での成形工程の説明図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態におけるレンズ成形工程の説明図である。
【図１４】本発明の第９の実施形態における樹脂を逃がす空間を打ち抜きで成形する工程の説明図である。
【図１５】同実施形態における樹脂を逃がす空間の体積と形状精度の関係を示すグラフである。
【図１６】同実施形態における樹脂を逃がす空間をプリプレスで成形する工程の説明図である。
【図１７】同実施形態におけるプリプレス量設定の説明図である。
【図１８】従来例のレンズ成形装置の概略構成図である。
【図１９】同従来例におけるレンズ成形工程とその問題点の説明図である。
【図２０】同従来例のレンズ成形装置における余分な樹脂の移動の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ、１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ  上型
１ｂ、１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ  下型
２  帯状樹脂材料
３  材料供給装置
４  突出しピン
５  取り出し装置
７  板状プリフォーム素材
１０、１０ａ、１０ｂ  レンズ
１２ａ  上型
１２ｂ  下型
１３  回転筒
１４  カッター
１５、２５、３５  加圧装置
１６ａ、１６ｂ  鏡面入れ子
１４ａ、２４ａ、３４ａ  上型用鏡面入れ子
１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ  下型用鏡面入れ子
１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ  下型用鏡面入れ子
１７、１７ａ、１７ｂ  突出し兼キャリア部
４４Ａ〜４４Ｄ、４６Ａ〜４６Ｄ、４８Ａ〜４８Ｄ  上型用鏡面入れ子
４５Ａ〜４５Ｄ、４７Ａ〜４７Ｄ、４９Ａ〜４９Ｄ  下型用鏡面入れ子
５１ａ、５１ｂ  アニール炉
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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