(57)【要約】【課題】現実的かつ容易に高精度のレンズ用成形型を製造する方法を提供する。【解決手段】所定のキャビティを形成する第１次成形型ＭＡを用意する第１工程と、第１次成形型ＭＡで第１次試作成形レンズ１Ａを成形し、第１次試作成形レンズ１Ａの少なくとも１つのレンズ面形状を測定し、ｘおよびｙ方向に関する第１次試作成形レンズ１Ａの収縮率ｍx，ｍyを決定する第２工程と、少なくとも１つのレンズ面形状と、第１次成形型ＭＡにおける対応する成形面の形状との、ｚ方向についての差分である離型量ｅi（ｘ，ｙ）を、ei(x,y)=Fi(x,y)-fi(mx*x,my*y)として算出し、第２次成形型のレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）を、Fi′(x,y)=fi′(mx*x,my*y)+ei(x,y)として算出する第３工程と、第２次成形型のレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）に基づいて、第１次成形型を修正加工し、第２次成形型を作成する第４工程とを備える。【選択図】図３
2011212924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する１対のレンズ面を有するレンズの成形型の製造方法であって、
１対のレンズ面の一方に対応する成形面を有する第１型と、他方に対応する成形面を有する第２型とを備えて、所定のキャビティを形成する第１次成形型を用意する第１工程と、
前記第１次成形型で第１次試作成形レンズを成形し、当該第１次試作成形レンズにおける少なくとも１つのレンズ面形状を測定し、前記第１型および前記第２型の対面方向に直交するｘおよびｙ方向に関する前記第１次試作成形レンズの収縮率ｍx，ｍyを決定する第２工程と、
前記少なくとも１つのレンズ面形状と、前記第１次成形型における対応する成形面の形状との、ｘおよびｙ方向に直交するｚ方向についての差分である離型量ｅi（ｘ，ｙ）を、
ｅi（ｘ，ｙ）＝Ｆi（ｘ，ｙ）−ｆi（ｍx＊ｘ，ｍy＊ｙ）
但し、
Ｆi（ｘ，ｙ）：第１次成形型のレンズ成形面形状
ｆi（ｘ，ｙ）：第１次試作成形レンズのレンズ面形状
ｍx：ｘ方向における収縮率
ｍy：ｙ方向における収縮率
ｉ：型識別番号
として算出し、第２次成形型のレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）を、
Ｆi′（ｘ，ｙ）＝ｆi′（ｍx＊ｘ，ｍy＊ｙ）＋ｅi（ｘ，ｙ）
ｆi′（ｘ，ｙ）：レンズの設計形状
として算出する第３工程と、
前記第２次成形型のレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）に基づいて、前記第１次成形型を修正加工し、第２次成形型を作成する第４工程と、を有することを特徴とする成形型の製造方法。
【請求項２】
前記第１次試作成形レンズの１対のレンズ面間距離を測定し、当該レンズ面間距離と、レンズの設計形状における１対のレンズ面間距離との差に基づき、第２次成形型を組み上げる際の前記第２次成形型における１対のレンズ面形状に対応する成形面の距離を調整する第５工程を有することを特徴とする請求項１に記載の成形型の製造方法。
【請求項３】
前記第２次成形型で第２次試作成形レンズを成形し、当該第２次試作成形レンズの１対のレンズ面間距離を測定し、当該測定したレンズ面間距離と、レンズの設計形状における１対のレンズ面間距離との差に基づき、前記第２次成形型における１対のレンズ面形状に対応する成形面の距離を調整する第６工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成形型の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程において、ｘおよびｙ方向に関する収縮率ｍx，ｍyの決定に際し、前記第１次成形型による試作成形レンズの成形および測定に代えて、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いた成形材料の収縮のシミュレーション結果を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成形型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズの成形型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形によりレンズを成形する場合、金型のキャビティ内に射出された材料が冷えて固まると収縮するため、レンズの成形金型は、この収縮を考慮して製品形状より大きなキャビティとなるような金型形状に形成されている。射出された材料が冷えて固まるときの収縮は、すべての方向に均一に起こるのではなく、製品の形状、射出時の温度分布などにより不均一に生じる。そのため、この収縮を考慮してレンズ用の成形金型を製造する際には、金型を一回で成形するのは難しく、試し打ち後の補正作業が必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１の光学素子の製造方法においては、初期金型により成形された成形品の形状を測定し、この測定値と成形品の寸法差である形状誤差を求め、この形状誤差を低減するよう金型の形状を修正し、成形品の向上を図っている。
【０００４】
ところが、特許文献１の方法では、熱収縮により金型の座標系とレンズ座標系とがずれる座標シフトが考慮されておらず、形状誤差を低減しきれない問題があることから、特許文献２の成形用型の製造方法においては、レンズの収縮変形を相似変形と非相似変形とに区別し、ｘｙｚの各座標系それぞれに収縮率を個々に与えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−６０８５７号公報
【特許文献２】特開２００２−３５５８２１号公報
【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、現実には、レンズの長軸方向であるｘ方向および短軸方向であるｙ方向に対してはマーキングなどにより比較的容易に収縮率分布を求めることができるものの、ｚ方向（光軸方向）に関しては、金型から取り出すときの離型抵抗による変形や、金型から取り出す時の突き出し変形など形状変化を起こす要因が数多くあり、収縮率を確定することが不可能である。すなわち、光軸方向に関しては、相似変形と非相似変形を区別することが不可能であり、特許文献２の方法で金型の修正を行うことはできなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、現実的かつ容易に高精度なレンズ用の成形型を製造する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】
【０００８】
前記した目的を達成するため、本発明は、対向する１対のレンズ面を有するレンズの成形型の製造方法であって、１対のレンズ面の一方に対応する成形面を有する第１型と、他方に対応する成形面を有する第２型とを備えて、所定のキャビティを形成する第１次成形型を用意する第１工程と、前記第１次成形型で第１次試作成形レンズを成形し、当該第１次試作成形レンズにおける少なくとも１つのレンズ面形状を測定し、前記第１型および前記第２型の対面方向に直交するｘおよびｙ方向に関する前記第１次試作成形レンズの収縮率ｍx，ｍy分布を決定する第２工程と、前記少なくとも１つのレンズ面形状と、前記第１次成形型における対応する成形面の形状との、ｘおよびｙ方向に直交するｚ方向についての差分である離型量ｅi（ｘ，ｙ）を、
ｅi（ｘ，ｙ）＝Ｆi（ｘ，ｙ）−ｆi（ｍx＊ｘ，ｍy＊ｙ）  ・・・（１）
但し、
Ｆi（ｘ，ｙ）：第１次成形型のレンズ成形面形状
ｆi（ｘ，ｙ）：第１次試作成形レンズのレンズ面形状
ｍx：ｘ方向における収縮率
ｍy：ｙ方向における収縮率
ｉ：型識別番号
として算出し、第２次成形型のレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）を、
Ｆi′（ｘ，ｙ）＝ｆi′（ｍx＊ｘ，ｍy＊ｙ）＋ｅi（ｘ，ｙ）  ・・・（２）
ｆi′（ｘ，ｙ）：レンズの設計形状
として算出する第３工程と、前記第２次成形型のレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）に基づいて、前記第１次成形型を修正加工し、第２次成形型を作成する第４工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
このようなレンズ用成形型の製造方法によれば、第１次成形型で成形を行った場合のｚ方向への収縮率を、線形収縮と非線形収縮に分けて得る必要がないので、容易かつ現実的に成形型のレンズ面部分の形状を作成することができる。そして、レンズ面部分の形状ができれば、第１型と第２型のレンズ面形状部分の距離（ｚ方向の距離）を調整すれば、レンズ厚についての補正は容易に実施できるので、レンズの全体形状を高精度に成形することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のレンズの成形型の製造方法によれば、現実的かつ容易に高精度のレンズ用成形型を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】成形品としてレンズの一例を示す斜視図である。
【図２】成形用金型の構成を示す断面図である。
【図３】第１次成形型でレンズを成形した状態を示す断面図である。
【図４】第１次試作成形レンズの斜視図である。
【図５】追加工による金型の修正を説明する図であり、（ａ）固定型と（ｂ）可動型を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明のレンズ用成形型の製造方法の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。まず、レンズ用成形型で製造するレンズの一例としてのｆθレンズについて説明する。
【００１３】
図１に示すｆθレンズ１は、電子写真方式の画像形成装置において偏向器により偏向されたレーザ光を、感光体上に結合させるためのレンズであり、レーザ光の走査方向（図１におけるｘ方向であり、主走査方向ともいう）に細長く形成されている。ｆθレンズ１は、レンズ部２と、レンズ部２の主走査方向の端部に設けられた、ｆθレンズ１を光学装置に取り付けるためのフランジ部４と、レンズ部２の副走査方向（図１のｙ方向で、主走査方向および光軸に直交する方向）の両側に配置されたリブ３を備えてなる。レンズ部２は、レーザ光が入射および出射する一対のレンズ面の一例としての入射面２１および出射面２２を有している。ｆθレンズ１は、樹脂の射出成形やガラスモールドからなり、その材質は特に限定されない。
【００１４】
図２に示すように、ｆθレンズ１を成形するためのレンズ用成形型Ｍは、第１型の一例としての固定型３０と、第２型の一例としての可動型４０とからなる。固定型３０は、主型３１と、主型３１に組み込まれた入れ子３２を備えてなり、可動型４０も同様に、主型４１と入れ子４２を備えてなる。固定型３０および可動型４０の各部材は、通常、金属で構成されるが、構成材料は特に限定されない。
【００１５】
固定型３０の入れ子３２は、入射面２１に対応する入射面成形面３３と、入射面２１側の各形状を成形するためのその他の成形面を有している。可動型４０の入れ子４２は、出射面２２に対応する出射面成形面４３と、出射面２２側の各形状を成形するためのその他の成形面を有している。これにより、固定型３０と可動型４０の間には、ｆθレンズ１に対応した形状のキャビティ５０が形成されている。ｆθレンズ１を樹脂の射出成形により製造する場合には、公知のように、キャビティ５０内に溶融樹脂を射出して、冷却し、射出材料が固まった後、可動型４０を固定型３０から離して成形品を取り出す。
【００１６】
固定型３０の主型３１と入れ子３２の間には、固定型３０と可動型４０の対面方向（図２のｚ方向）における入れ子３２の位置を調整するためのスペーサ３９が設けられている。同様に、可動型４０の主型４１と入れ子４２の間には、ｚ方向における入れ子４２の位置を調整するためのスペーサ４９が設けられている。このスペーサ３９，４９を、厚さの異なるものに交換することで、入れ子３２の位置を変え、成形されるｆθレンズ１の厚みを調整することが可能である。
【００１７】
ｆθレンズ１のレンズの性能を確保するためには、入射面２１と出射面２２の形状およびこれらの位置関係が重要である。そこで、次に、これらを成形するためのレンズ用成形型の製造方法について説明する。具体的には、入れ子３２の入射面成形面３３と、入れ子４２の出射面成形面４３の製作方法について説明する。
【００１８】
入れ子３２，４２は、型素材（成形面形状を彫り込む前のブロック）をＮＣ加工機で機械加工して入射面成形面３３と出射面成形面４３を形成することで製作されるが、一回の加工で所望の形状のｆθレンズ１を成形可能な形状にすることはできない。そのため、図３に示すように、まず、ｆθレンズ１におよそ近い形状の成形品が得られるような第１次成形型ＭＡを機械加工などにより用意する（第１工程）。第１次成形型ＭＡのキャビティ５０の形状は、成形品がおよそ設計上の形状に近い所定の形状であれば、厳密な形状は問わない。一例として、図３に示す第１次成形型ＭＡの入れ子３２Ａ，４２Ａの入射面成形面３３Ａ，４３Ａは、設計上のｆθレンズ１の形状をｘ，ｙ，ｚのすべての方向に所定割合で比例的に拡大させた形状のキャビティ５０Ａとなるように形成することができる。
【００１９】
次に、この第１次成形型ＭＡにより、安定して成形品が得られるような条件（射出圧力、射出速度、金型温度、冷却速度など）を決定した後、その成形条件で第１次試作成形レンズ１Ａを成形する。成形された第１次試作成形レンズ１Ａは、図３に示すように、金型のキャビティ５０Ａの形状と比較すると収縮により小さくなる。第１次成形型ＭＡの入射面成形面３３Ａにおける点Ｐ１［ｘ1，ｙ1］は、第１次試作成形レンズ１Ａの入射面２１Ａにおける点Ｐ１′［ｍ1x＊ｘ1，ｍ1y＊ｙ1］に対応する。同様に、第１次成形型ＭＡの出射面成形面４３Ａにおける点Ｐ２［ｘ2，ｙ2］は、第１次試作成形レンズ１Ａの出射面２２Ａにおける点Ｐ２′［ｍ2x＊ｘ2，ｍ2y＊ｙ2］に対応する。
【００２０】
そして、得られた第１次試作成形レンズ１Ａの入射面２１と出射面２２の形状を測定し、ｘおよびｙ方向に関する第１次試作成形レンズ１Ａの収縮率分布を決定する（第２工程）。具体的には、第１次成形型ＭＡの入射面成形面３３Ａと出射面成形面４３Ａに、主走査方向に所定間隔で罫書き線を付けておくことで、図４に示すように、第１次試作成形レンズ１Ａの入射面２１内の副走査方向の両端部に、微小な突起からなるマーキング２３を形成しておく。図示はしないが、出射面２２にもマーキング２３と同様のマーキングを形成しておく。このマーキング２３の主走査方向の間隔および入射面２１内の副走査方向に並ぶマーキング２３同士の間隔を測定することで、入射面２１の近傍におけるｘ方向およびｙ方向に関する収縮率ｍ1x，ｍ1yを決定することができる。出射面２２についても同様にマーキングの間隔を測定することで、出射面２２の近傍におけるｘ方向およびｙ方向に関する収縮率ｍ2x，ｍ2yを決定することができる。なお、本実施形態では、入射面２１と出射面２２のそれぞれについて収縮率を決定しているが、レンズ形状が比較的、ｘｙ平面に関して対称な場合などは、ｘおよびｙ方向の収縮率をレンズ面ごとに区別せず、１組の収縮率ｍx，ｍyを決定するだけでもよい。
【００２１】
また、後に入れ子３２，４２のｚ方向の位置を調整するため、第１次試作成形レンズ１Ａの厚みを測定しておく。例えば、厚みの代表的な値として光軸の位置での厚みＤ１を測定しておく。
【００２２】
そして、入射面２１の形状と、第１次成形型ＭＡにおける入射面成形面３３Ａとのｚ方向についての差分である離型量ｅi（ｘ，ｙ）を、
ｅi（ｘ，ｙ）＝Ｆi（ｘ，ｙ）−ｆi（ｍix＊ｘ，ｍiy＊ｙ）  ・・・（１）
により算出する。ここで、
Ｆi（ｘ，ｙ）：第１次成形型のレンズ成形面形状
ｆi（ｘ，ｙ）：第１次試作成形レンズのレンズ面形状
ｍix：ｘ方向における収縮率
ｍiy：ｙ方向における収縮率
ｉ：型識別番号
である。
【００２３】
この離型量ｅi（ｘ，ｙ）を用いれば、補正加工量Ｅi（ｘ，ｙ）は、ｆi′（ｘ，ｙ）をレンズの設計形状として、
Ｅi（ｘ，ｙ）＝ｆi′（ｘ，ｙ）−ｆi（ｍix＊ｘ，ｍiy＊ｙ）
＝ｆi′（ｘ，ｙ）−Ｆi（ｘ，ｙ）＋ｅi（ｘ，ｙ）
と表すことができる。これにより補正加工量Ｅi（ｘ，ｙ）だけ追加工した場合のレンズ成形面形状（第２次成形型のレンズ成形面形状）Ｆi′（ｘ，ｙ）を、
Ｆi′（ｘ，ｙ）＝ｆi′（ｘ，ｙ）＋ｅi（ｘ，ｙ）  ・・・（２）
として算出する（第３工程）。
【００２４】
この第２次成形レンズのレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）について、一例を示す。まず、レンズ面（入射面２１または出射面２２）の設計式を変形トーリック面として表すと、次式（３）のようになる。
【数１】
2011212924.tif 000003
（Ａi，Ｃx，Ｂj，Ｋ1は定数）
そして、第１次成形型ＭＡを用いて試作した結果得られた離型量ｅ（ｘ，ｙ）を、
【数２】
2011212924.tif 000004
（Ｃijは定数）
と表し、ｍxを一定値、ｍyを、ｘ位置の関数として
【数３】
2011212924.tif 000005
（Ｔy0，Ｃmは定数）
とすれば、第２次成形型のレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）は、
【数４】
2011212924.tif 000006
とすることができる。
【００２５】
そして、この第２次成形型のレンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）に基づき、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１次成形型ＭＡの入射面成形面３３および出射面成形面４３を追加工する（第４工程）。具体的には、レンズ成形面形状Ｆi′（ｘ，ｙ）の形状を加工するようにＮＣ加工機にＮＣ加工データを入力して加工する。なお、第１次成形型ＭＡの入射面成形面３３Ａおよび出射面成形面４３Ａを追加工する際に、加工代が生じるように（入射面成形面３３Ａおよび出射面成形面４３Ａが削れるように）、ＮＣ加工データまたは加工基準面を調整する。
【００２６】
これにより得られた、図５に示す、第２次成形型を構成する入れ子３２，４２の入射面成形面３３と出射面成形面４３の形状は、それぞれ、ほぼ設計通りのｆθレンズ１の入射面２１と出射面２２を成形するのに適した形状となる。しかし、入れ子３２，４２を追加工したままで、単に元の主型３１，４１に組み付けるだけであると、追加工したことにも起因して、通常、レンズの厚みが厚くなってしまうので、測定した第１次試作成形レンズ１Ａの厚みＤ１に基づき、スペーサ３９，４９を適当な厚さのものに交換して、第２次成形型を組み上げる際の入射面成形面３３と出射面成形面４３の距離を調整するとよい（第５工程）。これにより、第２次成形型（レンズ用成形型Ｍ）で得られる成形品の厚み（レンズ面間距離）を正確にすることができる。
【００２７】
ｆθレンズ１の厚み（レンズ面間距離）をより正確にするためには、さらに、第２次成形型で第２次試作成形レンズを成形し、当該第２次試作成形レンズの１対のレンズ面間距離を測定し、当該測定したレンズ面間距離と、レンズの設計形状における入射面２１と出射面２２のレンズ面間距離との差に基づき、スペーサ３９，４９を適当な厚さのものに交換して第２次成形型における入射面成形面３３と出射面成形面４３の距離を調整するとよい（第６工程）。これにより、レンズ用成形型Ｍにより成形されるｆθレンズ１のレンズ面間距離をより正確にすることができる。
【００２８】
以上の第１から第６工程を経た第２次成形型が、設計形状にほぼ近いｆθレンズ１を成形するのに適したレンズ用成形型Ｍとなる。
【００２９】
このようにして、本実施形態のレンズの成形型の製造方法によれば、入射面成形面３３および出射面成形面４３の追加工時に、光軸方向（ｚ方向）の収縮率を考慮しなくてよいので、現実的かつ容易に高精度のレンズ用成形型Ｍを製造することができる。
【００３０】
以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明の方法は、適宜変更して実施することができる。例えば、前記した第５工程および第６工程は、追加工して得られた第２次成形型で成形されるレンズの厚みが所望の厚さになっていれば、省略してもよい。また、第５工程を省いて第６工程のみ行ってもよいし、第５工程のみを行ってよい。
【００３１】
また、第２工程による収縮率ｍx，ｍy（ｍix，ｍiy）の決定ついては、実際に第１次成形型ＭＡによる試作成形レンズの成形および測定をするのに代えて、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いた成形材料の収縮のシミュレーション結果を用いてもよい。試作成形レンズの収縮率を予測するためのソフトウエアとしては、市販されている、Ｍｏｌｄｆｌｏｗ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｉｎｓｉｇｈｔ（登録商標）、３ＤＴＩＭＯＮ（登録商標）、Ｍｏｌｄｅｘ３Ｄ、等の樹脂流動解析ソフトウエアを用いることができる。
【００３２】
樹脂流動解析ソフトウエアを使用した試作成形レンズの収縮率のシミュレーションを行う場合、次のようにして行う。
まず、ＣＡＤで作成された試作成形レンズの形状に対して、ＣＡＥ解析で使用するＣＡＥ用形状を作成し、樹脂の流入点であるゲートを指定し、材料となる樹脂の密度や比熱、熱伝導率、溶融粘度特性、ＰＶＴ特性などの物性データと、成形温度、金型温度、射出速度（または時間）、保圧時間、保圧力などの成形条件を入力する。そして、流動工程、保圧冷却工程のシミュレーションを実行し、ＣＡＥ用形状の各要素あるいは各節点位置での体積収縮歪を求め、これを荷重条件とし、樹脂の弾性率、ポアソン比を考慮して構造解析を実行することで、試作成形レンズの変形形状から収縮率ｍx，ｍy（ｍix，ｍiy）を決定することができる。
【００３３】
また、前記実施形態においては、１対のレンズ面に対応する成形面の両方について、（２）式に基づく追加工を行う本発明の方法を用いたが、一方の成形面のみについて、本発明の方法でレンズ面に対応する成形面の加工を行ってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１      ｆθレンズ
１Ａ    第１次試作成形レンズ
２      レンズ部
２１    入射面
２２    出射面
２３    マーキング
３０    固定型
３２    入れ子
３３    入射面成形面
３３Ａ  入射面成形面
３９    スペーサ
４０    可動型
４２    入れ子
４３    出射面成形面
４３Ａ  出射面成形面
４９    スペーサ
５０    キャビティ
ＭＡ    第１次成形型
【図１】
2011212924.tif 000007
【図２】
2011212924.tif 000008
【図３】
2011212924.tif 000009
【図４】
2011212924.tif 000010
【図５】
2011212924.tif 000011