(57)【要約】【課題】溶融プラスチック材料の粘度を低減し、射出成形機に高濾過精度のフィルターを設置しても濾過圧損が低くフィルターの破損を招くことがないので、異物の含有される確率の低いプラスチック製光学部品を得ることができ、異物の混入による不良を低減し、歩留りの向上およびコストの低減に有効なプラスチック製光学部品の製造方法の提供。【解決手段】射出成形機内の流路の途中に設けたフィルターによって、二酸化炭素を０．１質量％以上溶解した溶融プラスチック材料中の異物を除去した後、溶融プラスチック材料の発泡が抑制されるように予め加圧気体で加圧された成形金型内に溶融プラスチック材料を射出することを特徴とするプラスチック製光学部品の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック材料を用いて射出成形機により成形するプラスチック製光学部品の製造方法であって、二酸化炭素を０．１質量％以上溶解した溶融プラスチック材料を、射出成形機内の溶融プラスチック材料の流路の途中に設けたフィルターによって、溶融プラスチック材料中の異物を除去した後、溶融プラスチック材料の発泡が抑制されるように予め加圧気体で加圧された成形金型内に溶融プラスチック材料を射出することを特徴とするプラスチック製光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラスチック製光学部品の製造方法に関し、特に、異物の含有量が少ない、あるいは異物を含有していてもその異物の大きさが光学性能を阻害するような異物の含有確確率が小さいプラスチック製光学部品を得ることができるプラスチック光学部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラのレンズまたはファインダー、あるいはコピー機器、プリンタ、プロジェクター、光通信等に用いられる各種レンズまたはプリズム、また、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、拡大鏡等の光学部品は、ガラスを材料として製造されることが多かった。しかし、近年のプラスチック射出成形技術の進歩に伴い、原料が安く大量生産が可能でかつ軽量なプラスチック製のレンズやプリズムが採用されるようになってきた。
【０００３】
ガラス製の光学部品では、原料ガラスの溶融工程において、有機質の異物であれば分解・燃焼され、また無機質の異物であれば溶融してガラス本体と均一混合され、その多くは消失してしまうが、プラスチック製の光学部品では、成形温度はせいぜい３００℃程度であるため、製造工程で発生したり、あるいはプラスチック材料中に混入していた異物は、殆どそのまま製品である光学部品中に残存してしまうことになる。
【０００４】
このような光学部品中に異物が残存し、特に、光路中に異物が存在すると、光学部品に入射した光線を遮りまたは散乱させ、入射光を正しく屈折させることができず、透過光の光路の偏向、透過光量の低減、結像の歪み、コントラストの低下等の種々の問題の原因となり、光学部品としての機能が損なわれる原因となる場合がある。そこで、カメラ（銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等を含む）の撮影用レンズやファインダー等の光学部品においては、異物が混入すると、光学部品としての機能そのものが損なわれる場合がある。また、たとえ光学部品としての機能を損なわない程度のものであっても、光学部品中に目視可能な異物が存在すると、高精度機器に対する使用者の不信感を招くので好ましくない。そのため、プラスチック光学部品の射出成形法による製造では、異物の混入に起因する製品不良率が高く、甚だしいときには２４％にも達することがあり、製造ロスの増加、歩留りの低下、コストアップの原因となってしまう。
【０００５】
一方、容器等のプラスチック製品を成形する場合、ゲート詰りによるショート不良やゲート詰りに伴う欠落による設備停止、ゲートを通過した場合の外観不良等の不具合を防止するため、プラスチック材料中に混入された異物を除去するフィルター、ストレーナ等の異物排除手段が設けられる。特に、近年使用頻度の高まったリサイクル樹脂においては異物混入量が多いため、異物排除手段を設けることが不可欠である。そこで、ストレーナ等を射出成形機に取り付ける方法が提案されている（特開昭５３−２１２６０号公報、特開平３−１４０２２５号公報、特開平６−２０６２４０号公報、特開平１０−２１７２８１号公報）。例えば、特開平６−２０６２４０号公報には、射出シリンダの前端部に設けられたノズルの内部に形成された樹脂流路内に、内周側から外周側へ樹脂材料を通過させ樹脂材料中の異物を排除する筒状のフィルタが装着され、ノズルに、樹脂流路のフィルタ内周側に供給された樹脂材料を該フィルタを通過させることなくノズルの先端孔まで導くバイパス流路が形成されるとともに、射出成形時には前記バイパス流路を閉じる一方、非射出成形時にはバイパス流路を開く弁機構が設けられている射出成形機のフィルタノズル装置が開示されている。
【０００６】
しかし、これら従来の射出成形機で除去対象とされている異物は、外径が５０μｍ程度の大きいものであり、これに対して、光学部品のように、高い精度が要求される製品では、異物についてもより小さい外径、例えば、２０μｍ程度の異物の含有も問題とされる。それにもかかわらず、従来、光学部品の射出成形において混入する異物を除去するといった発想はなかった。これは、プラスチック製光学部品に使用される材料樹脂の溶融粘度が比較的高く、生産効率を上げるため射出速度を早くした場合、その高い溶融粘度に対応して、高濾過精度かつ高耐圧損を発揮できるフィルター材料がなく、フィルターが破損してしまう。また、射出成形機内のフィルタの配置箇所の制約から、濾過面積を大きくして圧損を低減することも実質的に不可能なことに起因する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、溶融プラスチック材料の粘度を低減し、射出成形機に高濾過精度のフィルターを設置しても濾過圧損が低くフィルターの破損を招くことがないので、異物の含有される確率の低いプラスチック製光学部品を得ることができ、異物の混入による不良を低減し、歩留りの向上およびコストの低減に有効なプラスチック製光学部品の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、鋭意検討の結果、溶融プラスチックに二酸化炭素を溶解させて溶融粘度を低下させれば、フィルターにおける圧力損失が低下し、フィルターに要求される耐圧性能も下がり、またフィルターの濾過面積も小さくて済むため、フィルターによって光学部品の光学性能において問題となるサイズの異物を除去することができることを知見した。
【０００９】
一方、二酸化炭素を溶解した溶融プラスチックをそのまま成形金型内に射出する場合には、金型内部の圧力が低いと溶融プラスチックに溶解している二酸化炭素が気化・発泡し、白濁したり、甚だしい場合は内部にいわゆる「ス」を有する多孔質の成形品となり、光学部品として使用できない。そこで、検討の結果、予め成形用金型内を加圧気体で加圧して射出を行えば、溶融プラスチック材料中に溶解している二酸化炭素の気化・発泡を抑制して、白濁等のない光学部品を得るために有効であることを知見した。
【００１０】
すなわち、本発明は、前記知見に基づき、プラスチック材料を用いて射出成形機により成形するプラスチック製光学部品の製造方法であって、二酸化炭素を０．１質量％以上溶解した溶融プラスチック材料を、射出成形機内の溶融プラスチック材料の流路の途中に設けたフィルターによって、溶融プラスチック材料中の異物を除去した後、溶融プラスチック材料の発泡が抑制されるように予め加圧気体で加圧された成形金型内に溶融プラスチック材料を射出することを特徴とするプラスチック製光学部品の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明において、「光学部品」とは、カメラ（銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等を含む）の撮影用レンズやファインダー、あるいはコピー機器、プリンタ、プロジェクター、光通信機器等に用いられる各種レンズまたはプリズム、また、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、拡大鏡等の各種機器に組み込まれ、あるいは単独で用いられ、光学機能を発揮する部材または部品をいう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラスチック製光学部品の製造方法（以下、「本発明の方法」という）について詳細に説明する。
【００１３】
本発明の方法において、光学部品の原料として用いられるプラスチック材料は、特に制限されず、プラスチック製光学部品の原材料として常用されるものを用いることができ、特に制限されない。例えば、メタクリル樹脂（例えばＰＭＭＡ等）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、トリシクロデカン環を含む樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、スチレン・ブタジエンコポリマー、フルオレン基を有するポリエステル等が挙げられる。
【００１４】
また、用いられる射出成形機は、金型に射出される前の溶融されたプラスチックに二酸化炭素を加圧下で混合できるものであれば特に制限されず、光学部品成形用としては高精度の射出制御が可能な機種が好ましい。
【００１５】
本発明の方法において、射出成形機に供給されたプラスチック材料は、射出成形機のシリンダー内で加熱溶融して可塑化される。このとき、プラスチック材料を可塑化して溶融するための加熱温度、シリンダー内でプラスチック材料を混練するスクリューの回転数等は、用いるプラスチック材料の種類、量、求められる溶融粘度等に応じて適宜選択される。
【００１６】
本発明の方法において、射出成形機のシリンダー内でプラスチック材料を溶融混練して溶融プラスチック材料にした後、二酸化炭素を溶融プラスチック材料に溶解させる。これにより、溶融プラスチック材料の粘度を低減し、後記のフィルタによる濾過時の圧力損失を低減し、濾過面積の小さいフィルターによっても十分に所期の大きさの異物を除去することが可能となる。例えば、溶融プラスチック材料に二酸化炭素を溶解させると、条件にもよるが溶融粘度が３０〜５０％低下し、後記のフィルタにおける濾過時の圧力損失の低減が可能となる。必要に応じ濾過面積を低減し不要な滞留部分を低減させることも可能である。
【００１７】
溶融プラスチック材料に溶解させる二酸化炭素の溶解量は０．１質量％以上、好ましくは０．５〜５質量％である。溶解量が０．１質量％未満では、溶融プラスチック材料の粘度低下効果が少ない。
【００１８】
溶融プラスチック材料に二酸化炭素を溶解させる方法は、スクリューシリンダー内の溶融プラスチック材料に二酸化炭素を溶解させることができる方法であれば、いずれの方法によって行ってもよい。例えば、原料であるプラスチック材料を射出成形機内に供給するために設けられる原料投入ホッパーから、プラスチック材料とともに二酸化炭素を供給する方法、原料プラスチック材料とは別に、射出成形機のスクリューシリンダーに設けられたノズルから供給する方法などが挙げられる。これらの中でも、容積の大きいホッパーを高圧にする必要がなく、大規模な設備を必要とせず、運転も簡便に行うことができることから、スクリューシリンダーに設けられたノズルから二酸化炭素を供給する方法が好ましい。
【００１９】
スクリューシリンダーに設けられたノズルから二酸化炭素を供給する場合、二酸化炭素を供給するノズルは、原料投入ホッパーから、射出ノズルまでの溶融プラスチック材料の流路の途中に設置され、ペレットが溶融する前に二酸化炭素を供給すると、気体となった二酸化炭素が溶融プラスチック材料にシールされることなくホッパー側に逆流し、加圧することができないため、シリンダー内のプラスチック材料の可塑化領域から射出ノズルまでの流路の途中に設けることが好ましい。
【００２０】
本発明において、二酸化炭素を溶解した溶融プラスチックは、射出成形機内の溶融プラスチック材料の流路の途中に設けたフィルターによって、溶融プラスチック材料中の異物を除去した後、成形金型内に射出される。フィルターは射出成形機の先端に位置する射出ノズルの内腔に設置することが、溶融プラスチック材料の流路が複雑にならず、設備的にも単純である点で、好ましい。これにより、もともとプラスチック材料中に混入していた異物、あるいは射出成形機の内部で発生する異物（例えば熱劣化したプラスチック材料）を除去することができる。
【００２１】
用いられるフィルターは、濾過精度５０μｍ以下のものが好ましく、特に、撮影レンズ、ファインダー等の高い精度が要求される光学部品を製造する場合には、濾過精度２０μｍ以下のフィルターを用いることが好ましい。
【００２２】
フィルターの材質は、通過する溶融プラスチック材料の温度、約３００℃において、十分な耐熱性、耐圧性、あるいは機械的強度を有するものであれば、特に制限されない。例えば、材質はステンレス鋼が好ましいが、濾材としてはステンレス繊維の不織布、ステンレスの金網およびこれらを焼結したもの、さらにステンレスパウダーを焼結したもの等が挙げられる。長期的に濾過精度を維持し、高い機械的強度を発揮させる点で、濾材を焼結したものが好ましい。
【００２３】
また、本発明の方法において、二酸化炭素を溶解し、フィルターを通った溶融プラスチック材料は、予め加圧気体により加圧された状態に保持された成形用金型内に形成されたキャビティ内に射出される。これにより、溶融プラスチックに溶解した二酸化炭素の気化・発泡が抑制され、光学部品の白濁やスの発生を防止することができる。加圧気体による成形金型の加圧は、溶融プラスチック材料が射出された後も発泡を抑制するように保持され、成形金型内の光学部品が冷却固化した後、加圧を解除して成形金型からプラスチック製光学部品を取り出すことができる。射出後も成形金型内に形成される光学部品が冷却固化されるまで加圧を保持することにより、圧力の低下により二酸化炭素の溶解度が低下し、気体となって遊離し、気泡が発生するのを抑制することができる。
【００２４】
金型内部を加圧する加圧気体は、溶融プラスチック材料等に作用し、得られる光学部品の性状等に影響を与えないものであれば、特に制限されない。例えば、二酸化炭素、窒素、メタン、エタン等の炭化水素、フロン類などを用いることができる。特に、発火の危険がなく、安価かつ無害であること、臨界圧力が低く取扱いが容易である点で、二酸化炭素が好ましい。
【００２５】
金型内における加圧気体の圧力は、発泡の抑制の点では高い方が有利であるが、高すぎると射出の抵抗となることから、発泡の抑制と射出抵抗を勘案して適宜選択される。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
【００２７】
（実施例１）
原料として、予め９０℃の熱風乾燥機で４時間乾燥したアクリル樹脂ペレットを用意した。また、成形機として、シリンダーのほぼ中央部に気体供給口を有し、射出ノズルの先端部内腔に濾過精度２０μｍのステンレス不織布製フィルターを取り付け、シリンダーと射出ノズルの間のスクリュー側にパージ切替え弁を設けたインライン式射出成形機を用いた。
【００２８】
原料ホッパーからアクリル樹脂ペレットをシリンダー内に供給し、２７０℃でスクリューによって溶融混練した。このとき、パージ切替え弁を操作してパージ口を開き、溶融プラスチック中に異物が認められなくなるまで、パージ口から溶融プラスチックをパージした。
【００２９】
次に、パージされる溶融プラスチック中に異物が認められなくなった後、シリンダーの気体供給口から７ＭＰａの圧力で二酸化炭素を供給した。溶融プラスチック中に二酸化炭素の泡が混入するとともに、溶融プラスチックの粘度が低下したことを確認してから、パージ切替え弁を切り替えて、溶融プラスチック材料の流路を射出ノズル側に切替え、フィルターによって溶融プラスチックを濾過するとともに、射出時の溶融プラスチック材料のフィルター通過最大速度を０．０７ｍｌ／ｃｍ２・ｓｅｃとなるように射出速度を調整し、二酸化炭素で５ＭＰａに加圧した成形金型内へ、射出ノズルから溶融プラスチックを射出した。このとき、溶融プラスチック中の二酸化炭素の溶解量は、約２質量％であった。
【００３０】
射出後、成形金型内の成形品を冷却固化させながら、二酸化炭素による成形金型内への加圧を継続した。冷却後、成形金型を型開きして成形品を取り出した。
【００３１】
得られた成形品を目視で検査し、限度見本以上の異物が検出されたものを不合格としたところ、不良率は５％であった。
【００３２】
（比較例１）
気体供給口からのシリンダー内への二酸化炭素の供給、および射出前の金型内の二酸化炭素による加圧を行わない以外は、実施例１と同様にして、射出成形を行った。成形品は得られたが、射出圧力が高く、フィルターを点検したところフィルター材が変形し破れていた。
【００３３】
（比較例２）
金型内への二酸化炭素による加圧を行わない以外は、実施例１と同様にして、射出成形を行ったところ、金型内での二酸化炭素の発泡によって白濁して光学部品として使用できない成形品が得られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の方法によれば、溶融プラスチック材料の粘度を低減し、射出成形機に高濾過精度のフィルターを設置しても濾過圧損が低くフィルターの破損を招くことがなく、フィルタの小型化が可能であり、また汎用の耐圧性能を有するフィルタでも十分に異物を除去できるため、異物の混入によるプラスチック製光学部品の不良を低減し、歩留りの向上およびコストの低減に有効である。