(57)【要約】【課題】成形品の薄型化・薄肉化に対応する場合でも、金型加工時や成形時の金型変形とウェルドラインの発生を共に抑制することの可能な光学素子成形用金型を提供する。【解決手段】光学素子成形用金型１１は、ヤング率２００ＧＰａ以下の低剛性部材からなる入れ子金型１Ａ，１Ｂと、それに隣り合って位置する金型２Ａ，２Ｂと、を有し、入れ子金型１Ｂが、光学素子の有効領域を形成する機能面Ｂｒと、金型２Ａ，２Ｂと対向する外周面Ｂｆと、を有し、入れ子金型１Ｂが条件式：１０≦ｔ×Ｅ≦２００（ｔ：入れ子金型の機能面最薄肉部から外周面までの機能面法線方向の厚み（ｍｍ）、Ｅ：入れ子金型材料のヤング率（ＧＰａ））を満たす。【選択図】図１
2015101058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヤング率２００ＧＰａ以下の低剛性部材からなる入れ子金型と、その入れ子金型に隣り合って位置する金型と、を有し、前記入れ子金型が、光学素子の有効領域を形成する機能面と、前記隣り合って位置する金型と対向する外周面と、を有する光学素子成形用金型であって、
前記入れ子金型が以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする光学素子成形用金型；
１０≦ｔ×Ｅ≦２００  …（１）
ただし、
ｔ：入れ子金型の機能面最薄肉部から外周面までの機能面法線方向の厚み（ｍｍ）、
Ｅ：入れ子金型材料のヤング率（ＧＰａ）、
である。
【請求項２】
以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１記載の光学素子成形用金型；
０．６≦ａ／ｄ  …（２）
ただし、
ａ：光学素子の有効径、
ｄ：光学素子の外径、
である。
【請求項３】
以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子成形用金型；
３０°≦θ≦９０°  …（３）
ただし、
θ：入れ子金型の機能面端部での接線角、
である。
【請求項４】
以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子成形用金型；
２≦Ｌ１／Ｌ２  …（４）
ただし、
Ｌ１：成形品全体のうち光軸方向に最も厚い部分の厚さ、
Ｌ２：成形品全体のうち光軸方向に最も薄い部分の厚さ、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子成形用金型に関するものであり、例えば、プラスチックレンズの薄肉化に対応可能なプラスチックレンズ成形用金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックレンズの射出成形では、高精度に加工された機能面（例えば、レンズ有効径部分）を持つ入れ子金型と、その他の部分（例えば、レンズフランジ部分等）を成形する金型と、を別体に構成するのが一般的である。その一例としては、特許文献１で提案されているプラスチックレンズ成形用金型が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のプラスチックレンズ成形用金型は、金型加工時や成形時の金型変形を抑制するために、入れ子金型が高剛性部材で構成されている。高剛性部材からなる金型は高熱伝導率材料で構成されることが一般的であるため、成形品の薄型化・薄肉化に対応しようとすると、ウェルドラインが発生しやすくなる。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、成形品の薄型化・薄肉化に対応する場合でも、金型加工時や成形時の金型変形とウェルドラインの発生を共に抑制することの可能な光学素子成形用金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の光学素子成形用金型は、ヤング率２００ＧＰａ以下の低剛性部材からなる入れ子金型と、その入れ子金型に隣り合って位置する金型と、を有し、前記入れ子金型が、光学素子の有効領域を形成する機能面と、前記隣り合って位置する金型と対向する外周面と、を有する光学素子成形用金型であって、
前記入れ子金型が以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする。
１０≦ｔ×Ｅ≦２００  …（１）
ただし、
ｔ：入れ子金型の機能面最薄肉部から外周面までの機能面法線方向の厚み（ｍｍ）、
Ｅ：入れ子金型材料のヤング率（ＧＰａ）、
である。
【０００７】
第２の発明の光学素子成形用金型は、上記第１の発明において、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする。
０．６≦ａ／ｄ  …（２）
ただし、
ａ：光学素子の有効径、
ｄ：光学素子の外径、
である。
【０００８】
第３の発明の光学素子成形用金型は、上記第１又は第２の発明において、以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする。
３０°≦θ≦９０°  …（３）
ただし、
θ：入れ子金型の機能面端部での接線角、
である。
【０００９】
第４の発明の光学素子成形用金型は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする。
２≦Ｌ１／Ｌ２  …（４）
ただし、
Ｌ１：成形品全体のうち光軸方向に最も厚い部分の厚さ、
Ｌ２：成形品全体のうち光軸方向に最も薄い部分の厚さ、
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学素子成形用金型によれば、成形品の薄型化・薄肉化に対応する場合でも、金型加工時や成形時の金型変形とウェルドラインの発生を共に抑制することが可能である。したがって、本発明の光学素子成形用金型を用いれば、高精度の機能面を有する薄型で薄肉の光学素子を良好な転写性で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】光学素子成形用金型の一実施の形態を示す断面図。
【図２】光学素子成形用金型の参考例を比較のために示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施した光学素子成形用金型等を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態，参考・比較のための形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１３】
プラスチックレンズの射出成形では、前述したように、高精度に加工された機能面（例えば、レンズ有効径部分）を持つ入れ子金型と、その他の部分（例えば、レンズフランジ部分等）を成形する金型と、を別体に構成するのが一般的である。そのようなプラスチックレンズ成形用金型の一例を、図２に示す。図２（Ａ）は、プラスチックレンズ１０とその成形用金型１２を断面で示しており、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中の要部（入れ子金型端部）Ｐ２を拡大して示している。金型１２は、上金型１Ａ，２Ａと下金型１Ｂ，２Ｂとからなっている。機能面Ａｒを持つ上金型１Ａと、機能面Ｂｒを持つ下金型１Ｂと、が入れ子金型であり、上金型１Ａと下金型１Ｂとでレンズ部分ＬＮが成形され、上金型２Ａと下金型２Ｂとでフランジ部分ＦＮが成形される。
【００１４】
成形品の偏肉比（成形品全体における最薄部と最厚部との厚さ比）が高くなると、その薄肉化に伴うウェルドラインの発生が顕著になる。例えば、プラスチックレンズ１０の場合、レンズ部分ＬＮとフランジ部分ＦＮとの境界部分での薄肉化（つまり、レンズの高ＮＡ化・小型化に伴う入れ子金型の外周部分の薄肉化）により、ウェルドラインが発生し易くなって、転写性を維持することが困難になる。このウェルドラインの発生を抑えるには、低熱伝導材料で入れ子金型を構成する必要がある。
【００１５】
一方、成形品の小型化・薄型化（高精度化，高曲率化）のため、成形品の外径は小さくなり、レンズ有効径は大きくなることが予想される。その結果、入れ子金型を使用すると、入れ子金型の端部が非常に薄くなってしまう。このとき、使用したい低熱伝導率材料は低剛性部材である場合が多いため、図２（Ｂ）に示すように刃物Ｊで下金型１Ｂの機能面Ｂｒを加工したり、成形を行ったりすると、その力Ｆで入れ子金型端部Ｐ２に変形が生じるおそれがある。
【００１６】
金型加工時や成形時の入れ子金型端部Ｐ２の変形を抑えるために、入れ子金型端部Ｐ２を厚くすると、成形品外径が大きくなってしまう。また、本来別体の上金型２Ａ及び下金型２Ｂに設けられている有効径近傍の構造体が、入れ子金型端部Ｐ２に含まれてしまうため、面補正時の金型加工のコストアップを招く原因にもなる。さらに、有効径近傍に割り線ＬＳが無い場合、樹脂充填時の空気の逃げ道が確保されにくく、ウェルドがより大きく発生してしまうという問題もある。
【００１７】
上記問題点を解消するには、入れ子金型端部Ｐ２の厚みを適正に設定する必要性がある。そこで、本発明に係る光学素子成形用金型は、ヤング率２００ＧＰａ以下の低剛性部材からなる入れ子金型と、その入れ子金型に隣り合って位置する金型と、を有し、前記入れ子金型が、光学素子の有効領域を形成する機能面と、前記隣り合って位置する金型と対向する外周面と、を有する光学素子成形用金型であって、前記入れ子金型が以下の条件式（１）を満たすことを特徴としている。
１０≦ｔ×Ｅ≦２００  …（１）
ただし、
ｔ：入れ子金型の機能面最薄肉部から外周面までの機能面法線方向の厚み（ｍｍ）、
Ｅ：入れ子金型材料のヤング率（ＧＰａ）、
である。
【００１８】
図１に、プラスチックレンズ成形用金型の一実施の形態を示す。図１（Ａ）は、プラスチックレンズ１０とその成形用金型１１を断面で示しており、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の要部（入れ子金型端部）Ｐ１を拡大して示している。この金型１１も、前記金型１２（図２）と同様、上金型１Ａ，２Ａと下金型１Ｂ，２Ｂとからなっている。高精度に加工された機能面Ａｒを持つ上金型１Ａと、高精度に加工された機能面Ｂｒを持つ下金型１Ｂと、が入れ子金型であり、上金型１Ａと下金型１Ｂとでレンズ部分ＬＮが成形され、上金型２Ａと下金型２Ｂとでフランジ部分ＦＮが成形される。
【００１９】
一般的なＳＵＳ系射出成形金型のヤング率は２００（ＧＰａ）程度であるが、ここで想定している低剛性部材はヤング率：２００（ＧＰａ）以下の部材である。したがって、一般的な成形用金型材質のヤング率Ｅ＝２００（ＧＰａ）の場合、厚みｔ＝０．０５〜１．００ｍｍである。
【００２０】
ｔ×Ｅを１０以上とすることにより条件式（１）を満たせば、低熱伝導率の低剛性部材からなる入れ子金型において、金型加工時・成形時の金型変形やウェルドラインの発生が抑制され、求める高い精度を得ることができる。また、ｔ×Ｅを２００以下とすることにより条件式（１）を満たせば、外径の小径化を維持しつつ有効径近傍にある構造体を別体にすることが可能となる。さらに、有効径近傍に割り線ＬＳがあることで空気の逃げ道が確保され易くなるため、ウェルド低減に寄与することが可能である。
【００２１】
したがって、条件式（１）を満たすことにより、プラスチックレンズ１０の薄型化・薄肉化に対応する場合でも、金型加工時や成形時の金型１Ａ，１Ｂの変形とウェルドラインの発生を共に抑制することが可能である。また、樹脂との接触面積が小さいため小径薄型化レンズの離型に有利であり、補正したい面以外の加工が必要ないため低コスト化に有利である。そして、この金型１１を用いれば、高精度の機能面Ａｒ，Ｂｒを有する薄型で薄肉のプラスチックレンズ１０を良好な転写性で得ることができ、結果として、入れ子金型の材質選択に幅をもたせることができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更なる性能向上を達成するうえで好ましい条件等を以下に説明する。
【００２２】
以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
０．６≦ａ／ｄ  …（２）
ただし、
ａ：光学素子の有効径、
ｄ：光学素子の外径、
である。
【００２３】
光学素子の有効径ａとは、例えば非球面レンズの非球面径であり、図１（Ａ）に示すように、下金型１Ｂの機能面Ｂｒで成形されるレンズ部分ＬＮの径（ｍｍ）に相当する。光学素子の外径ｄは、図１（Ａ）に示すように、下金型２Ｂで成形されるフランジ部分ＦＮの径（ｍｍ）に相当する。小型化に伴って入れ子金型端部Ｐ１が薄肉化するため、この条件式（２）を満たすことは、外径の小型化と有効径の大型化との両立を図るうえで有効である。
【００２４】
以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
３０°≦θ≦９０°  …（３）
ただし、
θ：入れ子金型の機能面端部での接線角、
である。
【００２５】
条件式（３）の下限を下回る場合、入れ子金型端部Ｐ１の変形はほとんどが見られないが、条件式（３）の上限を上回ると、離型抵抗が大きくなって面精度の維持が困難になる。つまり、高曲率化に伴って入れ子金型端部Ｐ１が薄肉化するので、図１（Ｂ）に示すように、入れ子金型端部Ｐ１の接線角θが条件式（３）を満たす成形品においては、金型加工時や成形時の金型変形とウェルドラインの発生を共に効果的に抑制することが可能である。
【００２６】
以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。
２≦Ｌ１／Ｌ２  …（４）
ただし、
Ｌ１：成形品全体のうち光軸方向に最も厚い部分の厚さ、
Ｌ２：成形品全体のうち光軸方向に最も薄い部分の厚さ、
である。
【００２７】
成形品は偏肉比が高くなるに伴って薄肉化するので、最も厚い部分の厚さＬ１と最も薄い部分の厚さＬ２との比が条件式（４）を満たすような成形品においては、ウェルドラインの発生をより効果的に抑制することが可能である。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明に係る光学素子成形用金型等を更に具体的に説明する。成形品，金型等の具体例として、成形品のサイズ，樹脂材料，金型の材質，及び金型変形のデータ例を以下に示す。
【００２９】
［成形品のサイズ］
直径：１０ｍｍ以下のレンズ，偏肉比：２以上
［樹脂材料］
樹脂材料は、光学材料として一般的に用いられる透明樹脂材料であればよい。具体的には、アクリル樹脂，環状オレフィン樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリエステル樹脂，ポリエーテル樹脂，ポリアミド樹脂，ポリイミド樹脂等である。
［金型の材質］
一般的な樹脂成形用金型素材：ＳＵＳ材（熱伝導率２０ｗ／ｍ・ｋ，剛性２００ＧＰａ）
使用金型（例）：Ｔｉ合金材（熱伝導率１０ｗ／ｍ・ｋ，剛性１００ＧＰａ）
［金型変形のデータ例］
ｔ＝０．０６，Ｅ＝２００，ｔ×Ｅ＝１２，θ＝５０°，ａ＝４．９，ｄ＝５．６，ａ／ｄ＝０．８７で、金型変形無し。
ｔ＝０．０６，Ｅ＝１００，ｔ×Ｅ＝６，θ＝５０°，ａ＝４．３，ｄ＝５．４，ａ／ｄ＝０．７９で、金型変形有り。
【００３０】
表１に、代表的な金型材料からなる実施例１〜３及び比較例１，２について、熱伝導率（ｗ／ｍ・ｋ）と、ヤング率（ＧＰａ）と、入れ子金型端部Ｐ１，Ｐ２の変形程度、ウェルドラインの濃さ（転写性）を示す（○：良好、△：やや良好，×：不良）。表２に、ＳＵＳ系射出成形金型材を使用したときの有効径から割り線ＬＳまでの距離Ｔ（図１（Ｂ）では、Ｔ：機能面Ｂｒから外周面Ｂｆまでの光軸ＡＸ垂直方向の距離である。）と、ウェルドラインの濃さと、の関係を示す（○：良好、△：やや良好，×：不良）。なお、各金型材質のヤング率Ｅが１００，２００，５００で、条件式（１）の範囲：１０〜２００に対応する端部厚さｔの範囲を計算すると、ｔ＝０．１０〜２．００，０．０５〜１．００，０．０２〜０．４０となる。
【００３１】
【表１】
2015101058.tif 000003
【００３２】
【表２】
2015101058.tif 000004
【符号の説明】
【００３３】
１０    プラスチックレンズ（光学素子）
１１    金型（光学素子成形用金型）
１Ａ    上金型（入れ子金型）
１Ｂ    下金型（入れ子金型）
２Ａ    上金型
２Ｂ    下金型
Ｂｒ    機能面
Ｂｆ    外周面
Ｂｐ    機能面最薄肉部
ＬＮ    レンズ部分
ＦＮ    フランジ部分
ＬＳ    割り線
ＡＸ    光軸
【図１】
2015101058.tif 000005
【図２】
2015101058.tif 000006