(57)【要約】【課題】  成形品内部の光線有効径外に空間部を形成し、冷却工程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させること。【解決手段】  成形品内部の光線有効径外に空間部を形成することで、冷却する過程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させる。それによって、大掛かりな金型構造の変更も必要なく、冷却過程での繊細な制御も必要ない。さらには、成形品と金型間に不必要な空間を形成する必要もないため、取り付け基準面の設計自由度を確保した状態で光学機能面の転写精度を向上させより高精度な成形品を得ることが出来る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写面を有する少なくとも１つ以上のキャビティ駒を含む数個のキャビティ駒によって形成されたキャビティ内に、溶融樹脂を充填し前記転写面を転写するプラスチック成形品の成形方法であって、
成形品内部の光線有効径外に空間部を形成し、冷却工程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させることを特徴としたプラスチック成形品の成形方法。
【請求項２】
溶融樹脂をキャビティに充填する工程中に、気体を溶融樹脂中に封入することで成形品内部の光線有効径外に空間部を形成することを特徴とした請求項１記載のプラスチック成形品の成形方法。
【請求項３】
転写面を有する少なくとも１つ以上のキャビティ駒を含む数個のキャビティ駒によって形成されたキャビティ内に、溶融樹脂を充填し前記転写面を転写して成形したプラスチック成形品であって、
溶融樹脂をキャビティに充填する工程中に、気体を溶融樹脂中に封入することで成形品内部の光線有効径外に空間部を形成し、冷却工程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させたことを特徴としたプラスチック成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばファクシミリ、レーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に使用される光走査装置のプラスチック走査レンズ（ｆθ光学系）を対象とし、射出成形法において光学性能を高めた光学素子の製造方法およびレンズ成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ファクシミリ、レーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に用いられる光走査装置においては、レンズの高性能化や低コスト化を目的として、走査レンズ（ｆθ光学系）に長尺の非球面トーリックレンズが用いられている。この走査レンズは、ポリゴンミラー等の光偏向器で偏向された光束を、被走査面上に結像させるために、主走査方向に長いレンズ形状を有している。
【０００３】
前記走査レンズは、プラスチックを材料として射出成形法によって成形される。成形された走査レンズは、レンズ形状や成形条件に依存して、副走査方向に屈折率分布や複屈折分布が生じるが、上記画像記録装置の光学系に用いられる走査レンズに対して、低複屈折と低屈折率分布であることが要求されている。例えば、画像記録装置の１つであるレーザービームプリンタの光学系において、走査レンズの複屈折はレーザービームの膨らみの原因となる。また、屈折率分布は通常、型に密着しているレンズ外周部が先に冷却され固化するので、外周部が内部に比較して屈折率が大となり、レンズとしては負のパワーを持つ。さらに、プラスチックレンズ内部歪みは経時変化により開放されるため、屈折率分布も開放されてピント移動を起こしてしまい、レーザープリンターの印刷画像の劣化を招く。
【０００４】
一般に、屈折率分布は、成形直後のレンズが、レンズ外形の周囲からレンズ中心の肉厚の部分に向かって冷却が進む過程で発生する。冷却の始まる外周部では温度勾配が大きく、急速に冷却が進行するので屈折率分布が生じる。一方、レンズ中心の肉厚の部分は、比較的一様な温度勾配で冷却が進行するため、屈折率分布が生じにくい。
【０００５】
また、複屈折分布は、レンズ内部に応力が残留することによって生じる。このような複屈折分布の発生は、屈折率分布と同様に、樹脂の流動過程と冷却によってレンズが収縮する過程で発生する残留応力と、成形時に型から取り出すときの樹脂内部応力の開放が要因である。
【０００６】
一方、レンズの形状因子に着目すると、例えばレンズ厚みが偏肉形状の場合、レンズ厚みの偏差によって充填された樹脂の冷却速度が長手方向の各部で異なり、体積収縮量に差が生じるため、形状精度が悪化したり、レンズ厚みの厚いところでひけが発生するなどの不具合が生じる。また、厚肉の場合には、樹脂の冷却過程で体積収縮量が多いためにひけが発生しやすく、ひけ発生を防止するために射出圧力を大きくすると、内部歪みが大きくなり、屈折率分布や複屈折分布が生じ光学性能に悪影響を及ぼす。
【０００７】
このような問題に対して、これまで金型温度を樹脂のガラス転移点温度（Ｔｇ点）以上に高くして樹脂を充填し、その後の冷却過程で充填された樹脂の冷却速度が長手方向の各部でできるだけ一定になるようにＴｇ点以下になるまで徐冷する高型温成形法をとることにより、光学性能の不具合を解消している。しかし、この成形方法は冷却時間（成形時間）が長くなるためコストアップとなってしまう大きな欠点がある。
【０００８】
これに対し、厚肉、或いは偏肉形状の場合であっても、射出成形法と同程度の生産コストで、かつ高精度なプラスチック部品を製造する方法として、以下に示す提案がされている。
【０００９】
・特許文献１『射出成形品及びその成形方法』
本発明は、成形材料の鏡面に対応する鏡面部と通気口に対応する通気口部との間に圧力差あるいは空気圧を発生させ、該通気口部にひけを発生させる構成の射出成形金型によって形成される射出成形品において、射出成形金型のキャビティ内の通気口と鏡面部の間に段差を設ける。具体例としては、射出成形品の通気口側の面に、通気口と鏡面の間を遮る段差を設けることにより、ひけの領域を段差内に制御でき、鏡面にひけが達することが防止される。
【００１０】
・特許文献２『プラスチック成形品の成形方法及び金型』
金型は、キャビティを形成する面のうち、少なくとも１つ以上転写面を有し、当該転写面以外の面の少なくとも１つ以上の面が摺動可能なキャビティ駒で形成され、軟化温度未満に加熱されている金型のキャビティ内に、溶融樹脂を射出充填し、当該樹脂を転写面に密着させた後、冷却固化させてプラスチック成形品を成形するが、このキャビティ駒を樹脂から引き離して樹脂との間に空隙を形し、空隙と接する面以外の面の全ての面を所定温度に加熱している。したがって、キャビティ駒を樹脂から離隔させた際に生じる成形品内の不均一な温度分布を抑制することができ、低歪みで、かつ、高精度な成形品を成形することができる。
【００１１】
・特許文献３『プラスチック成形品の製造方法及び成形用金型』
この製造方法は、キャビティを画成する面に少なくとも１つ以上の転写面を有した１対の金型を用い、溶融樹脂をその樹脂の軟化温度未満の温度に保持された前記金型に射出充填し、樹脂圧力を発生させることにより樹脂と転写面を密着させた後、樹脂をその溶融温度からその軟化温度未満にまで冷却する過程において、キャビティ内でキャビティ駒を含む金型と樹脂面との間に空隙を形成し、かつ空隙と接する樹脂面以外のうちで少なくとも１つ以上の樹脂面の熱伝導を他の金型に接している樹脂面と比較して低下させることができる。
【００１２】
・特許文献４『プラスチック成形品の成形方法およびプラスチック成形品の成形用金型』
この成形方法は、溶融樹脂を金型内に射出充填した後、樹脂の軟化温度未満まで冷却する間に、非転写面に設けてある摺動可能なキャビティ駒を樹脂から離隔する方向に移動させ、キャビティ駒と樹脂との間に強制的に空隙を形成させる成形方法である。
【００１３】
空隙に接している部分では、金型壁面との密着力が働かないことにより、樹脂が移動しやすくなりこの部分に優先的にひけ（凹形状又は凸形状又はその両方の場合も有り）を発生させることができる。その結果、転写面にひけが生じるのを防ぐことができ、高い形状精度の成形品を得ることができる。また、低圧で成形することにより内部歪みも非常に良好な成形品を得ることができる。
【特許文献１】特許第３３４３４９１号公報
【特許文献２】特開２００３−８９１３６号公報
【特許文献３】特開２００２−０８６５１７号公報
【特許文献４】特開平１１−２８７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
走査レンズの光学有効領域外にひけを発生させて複屈折を低減させる手段として、上記に示した従来例をまとめると以下の３つに分類される。
【００１５】
（１）冷却過程でヒータによる局部加熱によりひけを発生させる（特許文献２）。
【００１６】
（２）冷却過程でエアーを突出させて樹脂を強制的に離型させてひけを発生させる（特許文献３）。
【００１７】
（３）冷却過程で金型コアを引いて樹脂を強制的に離型させてひけを発生させる（特許文献３，特許文献４）。
【００１８】
しかしながら、
（１）の場合、ヒータを型に埋設するため金型構造が複雑になる、ヒータ加熱時の温度分布が発生し、光学面精度が悪化するという問題がある。
（２）の場合、エアー突出装置や金型内にエアー流路が必要となり煩雑になる。局所的に型と樹脂を離型させる必要があるためエアーと突出量の繊細な制御が必要となり成形安定性にかける。さらには、先に離型させる面は当然局所的な収縮により形状精度が得られない。そのため、成形品を装置等に取り付ける際の基準面を形成する部位が限られてしまうという設計上のリスクが伴う。
（３）の場合、金型コア構造や金型コアを摺動させる油圧シリンダーなど駆動元が必要となり、金型や成形装置が煩雑となる。やはり成形品と型との間に強制的に空間を形成することから、離型の繊細な制御が必要であり成形安定性を得るのが難しい。そして、先に離型させる面の形状精度が得られないことから、基準面を形成する部位が限られ設計上のリスクが伴う。
【００１９】
そこで本発明では、成形品内部の光線有効径外に空間部を形成することで、冷却する過程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させる。それによって、大掛かりな金型構造の変更も必要なく、冷却過程での繊細な制御も必要ない。さらには、成形品と金型間に不必要な空間を形成する必要もないため、取り付け基準面の設計自由度を確保した状態で光学機能面の転写精度を向上させより高精度な成形品を得ることが出来るレンズ成形品の製造方法および成形品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】
【００２０】
（請求項１に関して）
請求項１記載の発明は、成形品内部の光線有効径外に空間部を形成し、冷却工程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させることを特徴としている。
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、冷却工程において型と樹脂との繊細な離型制御の必要がないため成形が安定する方向に作用する。さらに成形品と金型間に不必要な空間を形成する必要もないため、取り付け基準面の設計自由度を確保した状態で非常に高精度な転写が可能な方向に作用する。
【００２２】
（請求項２に関して）
請求項２記載の発明は、請求項１の特徴に加えて、溶融樹脂をキャビティに充填する工程中に、気体を溶融樹脂中に封入することで成形品内部の光線有効径外に空間部を形成することを特徴としている。
請求項２記載の発明によれば、請求項１による効果に加えて大掛かりな金型構造の変更も必要なく、非常に成形品精度を高く出来る方向に作用する。
【００２３】
（請求項３に関して）
請求項３記載の発明は、溶融樹脂をキャビティに充填する工程中に、気体を溶融樹脂中に封入することで成形品内部の光線有効径外に空間部を形成し、冷却工程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させたことを特徴としている。
請求項３記載の発明品は、冷却工程において型と樹脂が不必要に離型していないため取り付け基準面の設計自由度を確保する方向に作用する。なおかつ、冷却工程において型と樹脂との繊細な離型制御の必要性がないことから、圧力制御の自由度が高く、転写面の精度および内部の屈折率分布といった品質を非常に高精度に安定させる方向に作用する。
【発明の効果】
【００２４】
（請求項１に関して）
請求項１記載の本発明の、成形品内部の光線有効径外に空間部を形成し、冷却工程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させることを特徴としたプラスチック成形品の製造方法によれば、
請求項１記載の発明によれば、冷却工程において型と樹脂との繊細な離型制御の必要がないため安定した成形品を得ることが可能となる。さらに成形品と金型間に不必要な空間を形成する必要もないため、取り付け基準面の設計自由度を確保した状態で非常に高精度な転写面を有する成形品を得ることができる。
【００２５】
（請求項２に関して）
請求項２記載の本発明の、溶融樹脂をキャビティに充填する工程中に、気体を溶融樹脂中に封入することで成形品内部の光線有効径外に空間部を形成することを特徴とした請求項１記載のプラスチック成形品の製造方法によれば、
請求項２記載の発明によれば、請求項１による効果に加えて大掛かりな金型構造の変更も必要なく非常に高精度な成形品を得ることができる。
【００２６】
（請求項３に関して）
請求項３記載の本発明の、溶融樹脂をキャビティに充填する工程中に、気体を溶融樹脂中に封入することで成形品内部の光線有効径外に空間部を形成し、冷却工程において上記空間部に局部的な収縮を吸収させたことを特徴としたプラスチック成形品によれば、
冷却工程において型と樹脂が不必要に離型していないため取り付け基準面の設計自由度を確保している。なおかつ、冷却工程において型と樹脂との繊細な離型制御の必要性がないことから、圧力制御の自由度が高く、転写面の精度および内部の屈折率分布といった品質が非常に高精度に安定したプラスチックレンズが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１〜図６は、本発明の樹脂成形方法及び樹脂成形品の第１の実施の形態を示す図である。
【００２９】
図１は、本発明の樹脂成形方法及び樹脂成形品の第１の実施の形態を適用した射出成形用金型１の正面断面図であり、図２は図１の射出成形用金型１の（１）−（１）断面図、図３は図１の射出成形用金型１の（２）−（２）断面図である。
【００３０】
図１、図２及び図３において、射出成形用金型１は、キャビティ駒２〜８とを備えており、下側駒７及び８と上側駒６及び４とは、少なくとも一方が他方から離れる方向に移動可能に配設されている。
【００３１】
下側の駒７には、光学機能面を形成する転写面９が備えてあり、同様に上側の駒６には、光学機能面を形成する転写面１０が備えてある。また駒５には成形品を装置等に組み込む際に基準となる面の内、Ｚ方向基準面１１を備えている。さらに、駒４は本発明の特徴である成形品内部の空間部を形成する部位に用いている駒だが、ｘ方向基準面１２及びｙ方向基準面１３を備えている。
【００３２】
本発明の特徴である成形品内部の空間部を形成する部位は、成形品本体から飛び出した形状をしており、取り付け基準面を設けるには非常に都合がよく。以上の各駒を含む駒２〜８によりキャビティ１４が画成される。
【００３３】
また、駒２には、図１に示すように、樹脂をキャビティ１４内に導入する樹脂導入路１５が形成されている。上記樹脂導入路１５は溶融樹脂導入後に、本発明の特徴である成形品内部の空間部を形成するためガスを導入する通路も兼ねている。そのためガス用のバイパス路１６がゲート１７直前に設けられている。図１の射出成形用金型１の（２）−（２）断面図である図３にバイパス路１６とゲート１７の断面形状を示している。
【００３４】
本実施例において上述したように、溶融樹脂の導入とガスの導入を同じ樹脂導入路１５を用いて行う。そのためには、溶融樹脂導入後、ガスを送り込む際にゲート１７にガスが流れ込むことを防止する必要がある。本実施例では、ゲート１７の断面形状を長方形形状とし、ガス用のバイパス路１６を円形状とした。
【００３５】
これにより、ゲート１７に充填されている樹脂は、駒２からの冷却が強く作用し、ガス用のバイパス路１６内に充填されている樹脂に比較して先に硬化した状態になる。その時点でガスを導入することで、一番硬化していないガス用のバイパス路１６の中心部を自動的に選択しながらガスが流れキャビティ内の所望の部位に空間部を形成することが可能となる。また本実施例では導入するガスとして発泡ガスを使用した。
【００３６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。射出成形用金型１は、キャビティ駒２〜８によりキャビティ１４を形成している。上記キャビティ１４を形成している各面には図１及び２に示す転写面９及び１０、取り付け基準面１１〜１３を含んでいる。この射出成形用金型１を使用して、プラスチック成形品を成形するには、まず、キャビティ駒２〜８を樹脂の軟化温度未満に加熱した後、図４に示すように、樹脂導入路１５からキャビティ１４内に軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填する。
【００３７】
この樹脂は、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。射出された樹脂はゲート１７、ガス用のバイパス路１６を通りキャビティ１４内に導出される。その際に、キャビティ１４内には、後にガスによる空間部１８を形成する分の隙間１９を残し充填を完了する。図４に上記空間部１８を形成する分の隙間１９を残し充填を完了した状態の図を示す。
【００３８】
この段階で各駒２〜８は樹脂の軟化温度未満に加熱されているため、溶融樹脂は各駒２〜８に熱を奪われ、各駒２〜８と接触している外表面から冷却固化が進み出す。そこで次に、樹脂導入路１５から発砲ガスを導出する。ガスは上述した様に、樹脂内の一番冷却固化していない部位を選択しつつキャビティ１４内に流れ込み本発明の特徴である成形品内部の空間部１８を形成する。図５にガスの流れを示す。また、上記空間部１８を形成した状態での図５における（１）−（１）断面を図６に示す。
【００３９】
キャビティ１４内に入ったガスはやはり型から遠く、冷却の影響がもっとも少ない樹脂の部分を選択して進んでいく。結果、図５及び図６に示す状態の空間部１８を形成するに至る。
【００４０】
空間部１８が成形品内部に形成されることによって、この空間部１８に接する部分の樹脂が他の部分より動きやすくなり、冷却によって生じる樹脂の収縮を空間部１８に接する部分の樹脂が動いて吸収し、転写面９及び１０に面している部分の樹脂のひけを防止することができる。その結果、樹脂を転写面９及び１０に押圧することができ、転写精度を向上させることができる。
【００４１】
その後、図２に示す駒７及び８、もしくは駒４及び６の少なくとも一方、本実施例では、駒７及び８を下方開く方向に移動させて、成形品の樹脂を取り出した。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、成形品内部の光線有効径外に空間部１８を形成し、冷却工程において上記空間部１８に局部的な収縮を吸収させることで、転写精度を向上させることが可能となった。
【実施例２】
【００４３】
図７及び図８は、本発明の樹脂成形方法及び樹脂成形品の第２の実施の形態を示す図である。
【００４４】
図７は、本発明の樹脂成形方法及び樹脂成形品の第２の実施の形態を適用した射出成形用金型１’の正面断面図であり、図８は図７の射出成形用金型１’の（２）−（２）断面図である。
【００４５】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の射出成形用金型１に酷似した金型１’に、充填ガスとして上記第１の実施の形態と違う蒸発型発泡剤を用い、金型外の発泡気化装置で蒸発型発泡剤を気化させてキャビティに導入した。またそれに伴い、第１の実施の形態では樹脂の導入ノズル１５を用いてガスの導入を行ったが、金型外の発泡気化装置からの発砲ガスの流路の取り回しの関係でガス用の流路をノズル１５’からのバイパスとしてではなく別にガス用流路１６’として設けた。
【００４６】
それにより、図８に示すゲート１７’の断面は、ガス用流路との兼ね合いを考慮する必要がなくなり、樹脂の導入効率のみによる設計値となっている。さらにガス用流路の断面形状においても、上述同様にゲート１７’の断面形状との兼ね合いは考慮する必要なく、本発明の特徴である成形品内部の空間部１８’を形成するためだけの設計となっている。
【００４７】
上記以外の構成に対する本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態と同様の構成となっており、その部分には同一の符号に「’」を付してその詳細な説明を省略する。
【００４８】
次に、本実施の形態の作用を説明する。まず、キャビティ駒２’〜８’を樹脂の軟化温度未満に加熱した後、図９に示すように、樹脂導入路１５’からキャビティ１４’内に軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填する。
【００４９】
射出された樹脂はゲート１７’を通りキャビティ１４’内に導出される。その際に、キャビティ１４’内には、ほぼ図９に示す形状で隙間１９’を残し充填を完了する。
【００５０】
次に、ガス用流路１６’を用い発砲ガスを導出する。ガスは樹脂内の一番冷却固化していない部位を選択しつつキャビティ１４’内に流れ込み本発明の特徴である成形品内部の空間部１８’を形成する。図１０にガスの流れを示す。
【００５１】
また、上記空間部１８’を形成した状態での図１０における（１）−（１）断面を図１１に示す。キャビティ１４’内に入ったガスはやはり型から遠く、冷却の影響がもっとも少ない樹脂の部分を選択して進んでいく。結果、図１０及び図１１に示す状態の空間部１８’を形成するに至る。
【００５２】
その後、所定キャビティ駒を動作させ成形品の樹脂を取り出した。
このように、本実施の形態によれば、成形品内部の光線有効径外に空間部１８’を形成し、冷却工程において上記空間部１８’に局部的な収縮を吸収させることで、転写精度を向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１における射出成形用金型１の正面断面図
【図２】図１の射出成形用金型１の（１）−（１）断面図
【図３】図１の射出成形用金型１の（２）−（２）断面図
【図４】実施例１における隙間１９を残し充填を完了した状態の図
【図５】実施例１における空間部１８を形成した状態の図
【図６】図５における（１）−（１）断面図
【図７】実施例２における射出成形用金型１’の正面断面図
【図８】図７の射出成形用金型１’の（２）−（２）断面図
【図９】実施例２における隙間１９’を残し充填を完了した状態の図
【図１０】実施例２における空間部１８’を形成した状態の図
【図１１】図１０における（１）−（１）断面図
【符号の説明】
【００５４】
１（１’）〜８（８’）    キャビティ駒
９（９’）、１０（１０’）    転写面
１１（１１’）〜１３（１３’）    取り付け基準面
１４（１４’）    キャビティ
１５（１５’）    ノズル
１６（１６’）    ガス用バイパス路（ガス用流路）
１７（１７’）    ゲート
１８（１８’）    成形品内部の空間部
１９（１９’）    隙間
【図１】
2006168162.tif 000003
【図２】
2006168162.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006168162.tif 000009
【図５】
2006168162.tif 000010
【図９】
2006168162.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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