(57)【要約】【課題】  厚肉・偏肉な長尺形状を有しかつリブを有するプラスチック走査レンズであっても、高精度な形状寸法を有し、十分な成型品強度を有し、低コストとした。【解決手段】  熱変形温度以上に加熱された非晶性樹脂材料を金型で成型することにより厚肉又は偏肉な長尺形状を有しリブを備えたプラスチック走査レンズにおいて、レンズ厚さに応じてリブ高さを変えた形状を有する。この場合、リブを除いた高さ寸法ｈが０．５ｄ＜ｈ＜１．５ｄの範囲にある部分においては、リブを含めた高さ寸法ＨをＨ＜１．２ｈとし、リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＜０．５ｄの範囲にある部分においては、リブを含めた高さ寸法ＨをＨ＞２ｈとし、リブを含めた高さ寸法Ｈからリブを除いた高さ寸法ｈを差し引いた値Ｈ−ｈをＨ−ｈ＞Ｄ−ｄとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱変形温度以上に加熱された非晶性樹脂材料を金型で成型することにより厚肉又は偏肉な長尺形状を有しリブを備えたプラスチック走査レンズにおいて、
レンズ厚さに応じてリブ高さを変えた形状を有することを特徴とするプラスチック走査レンズ。
【請求項２】
断面形状にあって、リブを含めた幅寸法Ｄとリブを除いた幅寸法ｄ、リブを含めた高さ寸法Ｈとリブを除いた高さ寸法ｈとするとき、
リブを除いた高さ寸法ｈが０．５ｄ＜ｈ＜１．５ｄの範囲にある部分においては、
リブを含めた高さ寸法ＨをＨ＜１．２ｈとしたことを特徴とする請求項１記載のプラスチック走査レンズ。
【請求項３】
断面形状にあって、リブを含めた幅寸法Ｄとリブを除いた幅寸法ｄ、リブを含めた高さ寸法Ｈとリブを除いた高さ寸法ｈとするとき、
リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＜０．５ｄの範囲にある部分においては、
リブを含めた高さ寸法ＨをＨ＞２ｈとしたことを特徴とする請求項１記載のプラスチック走査レンズ。
【請求項４】
断面形状にあって、リブを含めた幅寸法Ｄとリブを除いた幅寸法ｄ、リブを含めた高さ寸法Ｈとリブを除いた高さ寸法ｈとするとき、
リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＞１．５ｄの範囲にある部分においては、
リブを含めた高さ寸法Ｈからリブを除いた高さ寸法ｈを差し引いた値Ｈ−ｈをＨ−ｈ＞Ｄ−ｄとしたことを特徴とする請求項１記載のプラスチック走査レンズ。
【請求項５】
リブを含めた高さ寸法Ｈが長手方向全域にわたって連続的に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズ。
【請求項６】
リブを含めた幅寸法Ｄが長手方向全域にわたって一定値であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズ。
【請求項７】
リブには突出したピンが配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズの製造工程中での樹脂冷却工程において、
プラスチック成型品を金型から取り出した後、成型品温度が使用樹脂材料の熱変形温度以下になるまで、徐冷することを特徴とするプラスチックの走査レンズの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズの製造工程中での樹脂冷却工程において、
プラスチック成型品を金型から取り出した後、成型品温度が使用樹脂材料の熱変形温度±５℃の範囲において一定温度で一定時間保持することを特徴とするプラスチック走査レンズの製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズを内蔵したことを特徴とするレーザ走査光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ、又はファクシミリ装置等の光学走査機器、ビデオカメラ等の光学機器等に適用されるプラスチック光学素子に係り、特に高精度な形状寸法を要求され、厚肉・偏肉な長尺形状を有しかつリブを有するプラスチック走査レンズ、製造方法及びこれを使用したレーザ走査光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な形状のプラスチック成型品が、各種用途に用いられるようになってきた。その製造方法は、製造コストが低く大量生産に適した射出成型法を用いることが一般的となっている。射出成型法で製造するにあたっては、加熱溶融された樹脂材料を金型内に射出充填し、冷却固化させる工程において、金型内の樹脂圧力や樹脂温度を均一にすることで、所望の形状寸法精度、内部歪み精度を確保している。
しかし近年、上記の成型法でも要求精度を満足できない場合も生じてきた。具体的には、成型品形状の設計値に基づくずれが±１μｍ以下を要求される場合がある。
図１５により、従来の成型法を用いて、形状寸法精度低下が生じる原因を説明する。従来の成型法を用いて、所望のキャビティ形状を高精度に転写し、樹脂を冷却した後、型開きを行いプラスチック成型品を取り出す。この時、成型品温度と金型周囲の雰囲気温度（室温）との差は非常に大きいため、成型品は急冷される。そのため、厚肉・偏肉形状をした成型品の場合には、薄肉部（断面Ｃ）と厚肉部（断面Ａ）で成型品内部の温度分布が異なってくる。この温度分布が成型品内部の熱応力の発生原因となり、熱応力による形状寸法精度低下を生じさせる。つまり、図１５のプラスチック成型品の長手位置によって、形状寸法変化量も変化することになる。よって、従来の成型法を用いて成型を行い、金型内でキャビティ形状を成型品側に高精度に転写して、内部の均一性を保っても、金型から取り出した後に形状寸法精度低下が生じてしまう。
こうしてみると、プラスチック成型品の製造過程において、上記形状寸法精度低下という現象を改善する必要があるのは、金型取り出し温度が使用樹脂材料の熱変形温度以上でありかつ、熱変形温度と雰囲気温度に著しい温度差がある場合、成型品が厚肉形状である場合、成型品が高精度な形状寸法を要求される場合、の３条件が整った場合である。
【特許文献１】特許第２５３７２３１号
【特許文献２】特開平７−２０５２３９号公報
【特許文献３】特開平５−８０２０８号公報
【特許文献４】特開２００１−３０５７０７公報
【特許文献５】特許第２７８４１６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来上記の問題に対して、以下の二つの方法が考えられている。
１．金型温度を樹脂のガラス転移点温度以上に高くし、充填された樹脂の冷却速度が樹脂の各部でできるだけ一定になるように金型内において熱変形温度以下になるまで徐冷する方法である。この成型方法は、樹脂温度を均一に保ったまま冷却されるために形状寸法精度、内部歪みともに良好な成型品を得ることができる。
また、上記の製造方法を発展させ、金型から成型品を取り出すまでの時間を短縮させる方法として、特許文献１がある。この方法は、プラスチックレンズを成型する金型をプラスチックのガラス転移温度以上の温度に加熱する工程と、前記金型のキャビティ内に樹脂の流動可能温度以上に加熱したプラスチック溶融樹脂を注入する射出工程と、前記金型に取り付けた冷却手段を作動させて前記キャビティ内の成型プラスチックレンズを冷却し、レンズの表面温度が前記ガラス転移温度の近傍の温度まで冷却速度を高めて冷却する第１冷却工程と、第１冷却工程に引き続いて前記金型を冷却し前記成型レンズ表面の温度がプラスチック材料の熱変形温度に達した時点において、成型プラスチックレンズの中心部の温度がガラス転移点以下で、かつ、熱変形温度以上の温度になるように冷却する第２の冷却工程を有するものである。すなわち、成型品の表面温度がプラスチック材料の熱変形温度に達した時点において、成型品の中心部の温度がガラス転移点以下で、かつ、熱変形温度以上の温度になるように冷却している。
しかし、この方法は、金型内において徐冷を実施する方法であるため、成型サイクルが増加してしまうことが課題である。
【０００４】
２．上記成型サイクルを短縮するために、金型外において徐冷を実施する方法として、特許文献２がある。この方法では、予め金型キャビティを開いた状態で、成型用熱可塑性樹脂を射出し、その後金型キャビティを加圧圧縮しながら、成型品を得る金型キャビティ面温度を熱可塑性樹脂の熱変形温度より１０℃高い温度以下まで冷却し、その後、成型品を金型キャビティより取り出し、熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱した炉に入れて、３分以上保持した後、室温付近まで徐冷を行うものである。
上記方法は、金型外において徐冷をしているため、コスト面での効果は得られるが、金型キャビティより取り出した成型品を、熱可塑性樹脂の熱変形温度以上に加熱した炉に入れるまでの間に、上記形状寸法精度の低下が生じる不具合があった。この金型取り出し時から加熱炉に投入するまでの許容時間は成型品の寸法及び要求仕様により異なる。また、成型品が多数個取りされる場合には、ゲート処理を行うか、ゲート処理前の状態で徐冷を行う必要があり、設備が大掛かりになることが考えられる。また、成型品を金型取り出し後、熱変形温度以下まで均一に徐冷することが必要であるため、加熱炉内の温度分布及び気流が成型品に悪影響を及ぼすことが考えられる。
このように形状寸法精度の低下を改善しようとしても別の問題が生じてしまうのが現状である。
【０００５】
更に、これらの光学素子の形状は、必要な光学性能に応じて、レンズ厚が厚肉、薄肉、あるいは、長手方向で一定の均肉形状または一定でない偏肉形状と、多種多様化している。このような要求に基づく、長尺形状のプラスチックレンズあるいはプラスチックミラー等のプラスチック成型品は、リブと呼ばれる補強部材をレンズ部の周辺に設けることが一般的に行われている。
長尺あるいは薄肉形状の成型品では、リブ構造を有することで、（１）成型品強度の向上（２）成型品の取り扱い性の向上（３）成型品の位置決め（ハウジングへの取付性向上）（４）突出しピンの配置などのメリットがある。
しかし、その反面、より高精度なレンズやミラー等の光学部品に対し、リブ構造を採用すると、金型内でのリブ部の局所的な歪み増加や金型から取り出した後の成型品温度分布の不均一化を招き、形状精度が低下するなどの不具合がある。
リブは従来、図１６に示すように、箱状のフレームを有しており、レンズ面が長手方向に曲率を有しているのに対して、その端面は直線で形成されている。そのため、レンズ高さによって、長手方向位置に伴うリブ高さが均等でなく、レンズ高さによって、収縮量のアンバランスがあった。
上記課題に対して、特許文献３にあるように、全長に対して、その幅と厚みの寸法割合が小さい長尺形状であり、レンズ面は全長方向に均等な肉厚であるとともに、長尺方向に曲率を有し、前記レンズ面の内周側、外周側の全周にわたって均等な高さと厚みのリブで構成されたフレーム形状を有する」ように構成する方法がある。均等な高さと厚みのリブで構成することで、成型時における収縮量はレンズ面の全周にわたって均等にすることができる。しかし、この方法では、レンズ面が偏肉形状である時には、リブ高さが均等であることが逆に不具合になる。
【０００６】
また、特許文献４では、光学面の長手方向の両端または一端に、非光学面であって、かつ光学面形状と連続する形状部分を有することが開示され、特許文献３に示す例よりも、リブ高さが低く、光学面の形状にならった形状をしている。しかし、この方法でも、レンズ厚が偏肉形状である場合には、リブ形状を指示していない。
また、特許文献５では、成型品のリブを含めた幅寸法ａと前記成型品のリブを除いた幅寸法ｂの比ｂ／ａが０．５以下、かつ前記成型品のリブを含めた高さ寸法ｃとリブを除いた高さ寸法ｄとの比ｄ／ｃが０．３以上となるように成型品の形状を規定している。しかし上記構造では、ガラス転移温度Ｔｇ以上で流動する樹脂は、Ｔｇ以下の温度域で移動が起こりにくくなり、リブ部との間で圧力のアンバランスが生じ、金型から取り出した後の温度収縮には効果が得られない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、厚肉・偏肉な長尺形状を有しかつリブを有するプラスチック走査レンズであっても、高精度な形状寸法を有し、十分な成型品強度を有し、低コストのプラスチック走査レンズ、その製造方法、このレンズを内蔵したレーザ走査光学装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、熱変形温度以上に加熱された非晶性樹脂材料を金型で成型することにより厚肉又は偏肉な長尺形状を有しリブを備えたプラスチック走査レンズにおいて、レンズ厚さに応じてリブ高さを変えた形状を有することを特徴とする。
また、請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、断面形状にあって、リブを含めた幅寸法Ｄとリブを除いた幅寸法ｄ、リブを含めた高さ寸法Ｈとリブを除いた高さ寸法ｈとするとき、リブを除いた高さ寸法ｈが０．５ｄ＜ｈ＜１．５ｄの範囲にある部分においては、リブを含めた高さ寸法ＨをＨ＜１．２ｈとしたことを特徴とする。
また、請求項３にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、断面形状にあって、リブを含めた幅寸法Ｄとリブを除いた幅寸法ｄ、リブを含めた高さ寸法Ｈとリブを除いた高さ寸法ｈとするとき、リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＜０．５ｄの範囲にある部分においては、リブを含めた高さ寸法ＨをＨ＞２ｈとしたことを特徴とする。
また、請求項４にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、断面形状にあって、リブを含めた幅寸法Ｄとリブを除いた幅寸法ｄ、リブを含めた高さ寸法Ｈとリブを除いた高さ寸法ｈとするとき、リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＞１．５ｄの範囲にある部分においては、リブを含めた高さ寸法Ｈからリブを除いた高さ寸法ｈを差し引いた値Ｈ−ｈをＨ−ｈ＞Ｄ−ｄとしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４のいずれか一項にかかる発明において、リブを含めた高さ寸法Ｈが長手方向全域にわたって連続的に形成されることを特徴とする。
また、請求項６にかかる発明は、請求項１乃至５のいずれか一項にかかる発明において、リブを含めた幅寸法Ｄが長手方向全域にわたって一定値であることを特徴とする。
また、請求項７にかかる発明は、請求項１乃至６のいずれか一項にかかる発明において、リブには突出したピンが配置されることを特徴とする。
また、請求項８にかかる発明は、請求項１乃至７のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズの製造工程中での樹脂冷却工程において、プラスチック成型品を金型から取り出した後、成型品温度が使用樹脂材料の熱変形温度以下になるまで、徐冷することを特徴とする。
また、請求項９にかかる発明は、請求項１乃至７のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズの製造工程中での樹脂冷却工程において、プラスチック成型品を金型から取り出した後、成型品温度が使用樹脂材料の熱変形温度±５℃の範囲において一定温度で一定時間保持することを特徴とする。
また、請求項１０にかかる発明は、請求項１乃至７のいずれか一項記載のプラスチック走査レンズを内蔵したことを特徴とするレーザ走査光学装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１にかかる発明によれば、プラスチック走査レンズのレンズ厚に応じて、リブ高さを変えた形状を有するプラスチック走査レンズは、金型から取り出した後の形状変形が少なく優れた形状寸法で、かつ充分な成型品強度を備えている。
また、請求項２にかかる発明によれば、リブを除いた高さ寸法ｈが０．５ｄ＜ｈ＜１．５ｄの範囲にある部分においては、リブを含めた高さ寸法ＨがＨ＜１．２ｈであることで、金型から取り出した後の形状変形が少なく優れた形状寸法を有するプラスチック走査レンズを得ることができる。
また、請求項３にかかる発明によれば、リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＜０．５ｄの範囲にある部分においては、リブを含めた高さ寸法ＨがＨ＞２ｈであることで、充分な成型品強度を得ることができる。
また、請求項４にかかる発明によれば、リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＞１．５ｄの範囲にある部分においては、リブを含めた高さ寸法Ｈからリブを除いた高さ寸法ｈを差し引いたＨ−ｈがＨ−ｈ＞Ｄ−ｄであることで、成型サイクルを短くすることができ、非常に高精度な形状寸法を有するプラスチック走査レンズを低コストで得ることができる。
また、請求項５にかかる発明によれば、プラスチック走査レンズにおいて、リブを含めた高さ寸法Ｈがプラスチック走査レンズの長手方向全域にわたって連続的に形成されることで、非常に高精度な外形形状を有するプラスチック走査レンズを得ることができる。
【００１０】
また、請求項６にかかる発明によれば、リブを含めた幅寸法Ｄがプラスチック走査レンズの長手方向全域にわたって一定値であることで、ハウジングへの取付が容易であり、また、走査レンズの取り扱いが容易に行えるプラスチック走査レンズを得ることができる。
また、請求項７にかかる発明によれば、リブに突出しピンが配置されることで、光学面に影響を及ぼすことなく、長手方向全域に均等な突出しができるため、優れた外形形状寸法を有するプラスチック走査レンズを得ることができる。また、リブに突出しピンを配置することで、金型構造を簡素化できる。
また、請求項８にかかる発明によれば、プラスチック成型品を金型から取り出した後、成型品温度が使用樹脂材料の熱変形温度以下になるまで、徐冷することで、金型から取り出した後のプラスチック成型品の形状変形が極端に少ない優れた形状寸法を有するプラスチック走査レンズを得ることができる。
また、請求項９にかかる発明によれば、プラスチック成型品を金型から取り出した後、成型品温度が使用樹脂材料の熱変形温度±５℃の範囲において一定温度で一定時間保持することで、非常に簡易的な方法で、金型から取り出した後のプラスチック成型品の形状変形が極端に少ない優れた形状寸法を有するプラスチック走査レンズを得ることができる。
また、請求項１０にかかる発明によれば、レーザ走査光学装置は、設計時の光学的機能を有しており、その結果として正確な走査が可能となり、高画質の画像を形成することができる。特に、カラーレーザプリンタやカラーデジタル複写機に適用した場合に、色ずれの少ない高画質のカラー画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるプラスチック走査レンズ及びレーザ走査光学装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。
ここで、本発明では実施の形態の説明に先立ち予備実験を行った実験例について述べる。
図１は本発明に関する予備実験で使用したプラスチック成型品１の概略図である。プラスチック成型品１はリブ構造２を有している。また、材質は日本ゼオン社製のシクロオレフィンポリマーＺｅｏｎｅｘ（商品名）樹脂である。
Ｚｅｏｎｅｘ  Ｅ４８Ｒ（熱変形温度（荷重たわみ温度）１２３℃  試験方法ＡＳＴＭ  Ｄ６４８）（ガラス転移温度  １３８℃  試験方法ＤＳＣ）
この予備実験に使用した射出成型用金型３の断面概略図を図２に示す。鏡面を形成する一対の鏡面駒４と、成型品側面を形成する一対のキャビティ駒５で囲まれたキャビティ６を有している。金型ベース７には、金型全体を加熱するために、カートリッジヒータ８と、熱電対９を具備し、カートリッジヒータと熱電対は、金型外部に用意された図示しない別の温度制御装置に接続しておく。
【００１２】
次に、予備実験の工程について説明する。
射出成型用金型３を図示しない射出成型機にセットし、プラスチック成型品１の成型を行う。金型は使用樹脂材料の熱変形温度以上（ガラス転移温度未満）である所定の温度になるようにカートリッジヒータ８で加熱しておき、キャビティ６に溶融樹脂を充填する。そして、金型を使用樹脂材料の熱変形温度以上である所定の温度に保持するように、カートリッジヒータ８の温度を調節しておく。
次いで、キャビティ６内に樹脂圧力を発生させて、樹脂を鏡面を形成する一対の鏡面駒４に密着させ、次いで、固化したプラスチック成型品を、図示しない成型品取り出し装置を用いて金型から取り出し、室温放冷する。
この上述の工程において、下記の実験１〜３を実施した。
＜実験１＞
プラスチック成型品１の長手方向断面形状に関して、図１に示すようにリブ２を含めた幅寸法Ｄとリブ２を除いた幅寸法ｄ、リブ２を含めた高さ寸法Ｈとリブ２を除いた高さ寸法ｈとした場合、リブ２を除いた高さ寸法ｈが０．５ｄ＜ｈ＜１．５ｄの範囲にある部分においては、金型から取り出した後、鏡面部に形状変形が生じることがわかっている（図３参照）。
そこで、リブを除いた幅寸法ｄ＝１０ｍｍ、リブを含めた幅寸法Ｄ＝１４ｍｍ、リブを除いた高さ寸法ｈ＝１０ｍｍ、成型品長手寸法Ｌ＝２２０ｍｍ、を固定して、リブを含めた高さ寸法Ｈ＝１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０と変化させた場合の形状誤差を図４に示す。図４は、横軸にリブを含めた高さ寸法Ｈ、縦軸にプラスチック成型品鏡面部の形状誤差Δｈ（長手方向中心位置の短手形状誤差）を示す。
図４から判明するように、リブ高さが高くなるにつれて、形状誤差が増加している。これは、金型から取り出した後、リブ部の冷却が鏡面部と比較して速く、局所的な温度分布が熱応力の発生原因となり、形状を変形させた結果と推測できる。つまり、金型から取り出した後の急冷による形状変形を抑えるには、リブ高さが極力小さいことが望ましい。特に、鏡面部の形状寸法精度が０．５μｍ以内を要求される場合には、リブ高さがＨ＜１．２ｈの範囲にあることが必要になる。
【００１３】
＜実験２＞
次に、リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＜０．５ｄの範囲にある部分において、リブを除いた幅寸法ｄ＝１０ｍｍ、リブを含めた幅寸法Ｄ＝１４ｍｍ、リブを除いた高さ寸法ｈ＝４ｍｍ、成型品長手寸法Ｌ＝２２０ｍｍ、を固定して、リブを含めた高さ寸法Ｈ＝４、８、１２、１６、２０と変化させた場合の成型品自重によるたわみ量を図５に示す。図５は、横軸にリブを含めた高さ寸法Ｈ、縦軸に成型品自重によるたわみ量を示す。
図５からわかるように、リブ高さが高くなるにつれて、成型品自重によるたわみ量が減少している。これは、リブ高さが大きくなるにつれて、成型品の断面２次モーメント（図６）が増加していることに依存している。つまり、成型品の強度を得るには、リブ高さが極力大きいことが望ましい。特に、成型品自重によるたわみ量が５０μｍ以内を要求される場合には、リブ高さがＨ＞２ｈの範囲にあることが必要になる。
【００１４】
＜実験３＞
次に、リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＞１．５ｄの範囲にある部分においては、成型品が側面方向（幅方向）から冷却されるため、成型サイクルがリブを含めた幅寸法Ｄに依存する。つまり、成型品サイクルを短縮するには、リブを含めた幅寸法Ｄが極力小さいことが望ましい。特に、コストダウンが要求される成型品の場合には、幅寸法Ｄが、少なくともＤ−ｄ＜Ｈ−ｈの範囲にあることが必要になる。
以上のことを包括的に考えると、レンズ厚が薄い領域では、成型品強度を得るために、極力リブ高さを大きくとり、レンズ厚がレンズ幅と同等の領域では、離型後の形状変形を防止するために、極力リブ高さを小さくとり、レンズ厚が厚い領域では、成型サイクルを短縮するために、極力リブ幅を小さくとることが必要となる。
ここで、予備実験における成型品温度履歴を図７に示す。予備実験では、プラスチック成型品を金型から取り出した後、室温放冷しているため、金型取り出し時の成型品温度と金型周囲の雰囲気温度（室温）との差は非常に大きく、成型品は急冷される。そのため、厚肉形状をした成型品の場合には、端部と中央部で成型品内部に温度差が生じる。この温度分布が成型品内部の熱応力の発生原因となり、熱応力による形状寸法精度低下を生じさせる。よって、いくら金型内で鏡面駒４に高精度に転写しても、金型から取り出した後に形状寸法精度低下が生じてしまう。
つまり、プラスチック成型品の製造過程において、上記の現象を改善する必要があるのは、金型取り出し温度が使用樹脂材料の熱変形温度以上であり、かつ熱変形温度と雰囲気温度に著しい温度差がある場合、成型品が厚肉形状である場合、成型品が高精度な形状寸法を要求される場合の３条件を満たす場合である。
【００１５】
（第１の実施形態）
以上の予備実験の結果を踏まえて、第１実施形態について説明する。
図８は、本例で使用したレーザプリンタ等に用いられるプラスチック走査レンズ１０の概略図である。図８での上面と下面が光学面であり、レーザプリンタに組み込まれて使用される場合には、下面から上面に向かってレーザビームが透過する。また、材質は予備実験と同様、日本ゼオン社製のシクロオレフィンポリマーＺｅｏｎｅｘ樹脂である。
走査レンズ１０形状寸法
中央部レンズ厚さｈ０：９ｍｍ、端部レンズ厚さｈ８０：２ｍｍ、光学面短手幅ｄ：１０ｍｍ、リブを含めた短手幅：１４ｍｍ、長手長さＬ：２００ｍｍ、アスペクト比ｈ／ｄ：０．２〜０．９
図８には、併せて、横軸にレンズ高さ、縦軸にリブを含めた高さ寸法Ｈとリブを除いた高さ寸法ｈ（レンズ厚さ）を各々示している。
また、図９には、比較例として、図８とはリブ高さの異なるプラスチック走査レンズを示す。
図８及び図９に示すレンズは、母線方向（長手方向）断面における曲率半径と子線方向（短手方向）断面における曲率半径が異なる所謂トーリックレンズと呼ばれるものであり、特にレーザ走査光学系において使用されるレンズ形状である。
かかる構造のプラスチック走査レンズについて予備実験と同様の工程にて成型を行った。
【００１６】
図１０に本実施形態及び比較例の形状測定結果を示す。図１０は、横軸にレンズ高さ、縦軸にプラスチック成型品鏡面部の形状誤差Δｈ（短手形状誤差）を示す。図１０にて判明するように、本実施形態は比較例と比べて優れた形状精度を有していることがわかる。これは、リブを除いた高さ寸法ｈが０．５ｄ＜ｈ＜１．５ｄの範囲において、リブ高さを小さくすることで、離型後の急冷状態において、局所的な温度分布により発生する熱応力を低減できたためと考えられる。
また、本実施形態は比較例に比べて、レンズのたわみ量も小さく、充分な成型品強度を有している。これは、リブを除いた高さ寸法ｈがｈ＜０．５ｄの範囲において、リブ高さを大きくすることで、断面２次モーメントを大きくでき、結果、成型品強度を向上できたためと考えられる。
本実施形態は、リブを含めた高さ寸法Ｈが、プラスチック走査レンズの長手方向全域にわたって連続的に形成されている。リブに不連続な段差があると、成型品にアンダカット部ができるなどして、型開き時にとられが生じ、成型品の外形形状を劣化する。さらに、リブの不連続な段差は、局所的な温度分布を発生させるため、形状精度を確保するためにも、リブは連続的に形成されることが望ましい。
また、本実施形態は、リブを含めた幅寸法Ｄが、プラスチック走査レンズの長手方向全域にわたって一定値である。リブを含めた幅寸法Ｄが、一定値であることで、ハウジングへの取付けが容易であり、また、走査レンズの取り扱いが容易に行える。
更に、本実施形態は、プラスチック走査レンズのリブに突出しピンが配置されており、光学面に影響を及ぼすことなく、長手方向全域に均等な突出しができるため、優れた外形形状寸法を有している。また、リブに突出しピンを配置することで、金型構造を簡素化できる。
【００１７】
また、本実施形態によって製造された走査レンズは、レンズ厚に応じて、リブ高さを変えて設計されているため、金型から取り出した後のプラスチック成型品の形状変形が少なく優れた形状寸法で、かつ充分な成型品強度を備えている。
そして、本実施形態は、上記走査レンズ１０について実施しているが、厚肉・偏肉な長尺形状であり、かつリブを有するプラスチック走査レンズで、上記効果が得られるすべての形状に適用される。
また、高精度な形状寸法を要求される転写面（光学面）形状に関しても平面、球面、非球面、自由曲面、あらゆる形状に適用される。
本実施形態は、上記のシクロオレフィンポリマーについて実施しているが、離型後の冷却過程の変形を防止し、また、充分な成型品強度を確保することが目的であり、上記効果が得られるすべての非晶性樹脂材料に適用される。つまり、ガラス転移点と熱変形温度に差がある樹脂材料を使用し、かつ金型温度が樹脂材料の熱変形温度以上において成型されるプラスチック成型品であれば適用可能である。
本実施形態は、樹脂材料を金型内で所望の成型品形状に成型加工する工程を射出成型法で行ったものであるが、本発明は、離型後の冷却過程の変形を防止し、また、充分な成型品強度を確保することが目的であり、成型法には依らず、射出成型のほかに射出圧縮／プレス成型、ガスアシスト成型や押し出し成型など様々な成型法に適用可能である。
【００１８】
（第２実施形態）
前述の予備実験の結果を踏まえて、第２実施形態について説明する。
プラスチック成型品には第１実施形態で使用した走査レンズ１０と同一形状を用いる。また、材質も予備実験及び第１実施形態で使用したシクロオレフィンポリマーＺｅｏｎｅｘ樹脂である。
この第２実施形態についても予備実験と同様の工程にて成型を行った。
本実施形態では、成型工程直後に固化したプラスチック成型品を、金型から取り出し、図示しない内部温度を制御可能な装置に収納し、金型温度と同一温度である１３５℃から熱変形温度以下である１１０℃まで、２℃／ｍｉｎの速度で徐冷した後、内部温度を制御可能な装置から取り出した。
成型工程では、熱変形温度以上で金型から取り出しているため、成型品の強度が弱く、離型後の冷却過程で形状の劣化が生じることが考えられるが、本実施例では、成型品が熱変形温度以下になるまで、徐冷されるため形状寸法を高精度に保つことができている。
また、熱変形温度以下になるまで徐冷することを成型工程で行わないのは、金型内で徐冷を行うと、金型を占有する時間が、さらに長くなり、大幅なコストアップになるためである。
次に、本実施形態における光学面の形状測定結果を、予備実験及び第１実施形態の結果と併せて図１１に示す。図１１から判明するように、離型後に徐冷することで成型品内部に生じる熱応力を抑制でき、第１実施形態と比較して、更に優れた形状精度を有するプラスチック走査レンズが得られる。但し、成型工程後に、後工程を要するため、部品コストは高くなる。
本実施形態によって製造された走査レンズは、金型から取り出した後のプラスチック成型品の形状変形が極端に少ない優れた形状寸法で、かつ充分な成型品強度を備えている。
【００１９】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。
図１２は、レーザプリンタに用いられるプラスチック走査レンズ１１の概略図である。また、材質は日立化成工業製のアクリル樹脂である。
オプトレッツＯＺ−１３１０（熱変形温度（荷重たわみ温度）１１８℃  試験方法ＡＳＴＭ  Ｄ６４８）（ガラス転移温度１３０℃  試験方法ＤＳＣ）
走査レンズ１１形状寸法
中央部レンズ厚さｈ０：２４ｍｍ、端部レンズ厚さｈ８０：８ｍｍ、光学面短手幅ｄ：８ｍｍ、リブを含めた短手幅：９ｍｍ、長手長さＬ：１４０ｍｍ、アスペクト比ｈ／ｄ：１．０〜３．０
図１２には、併せて、横軸にレンズ高さ、縦軸にリブを含めた高さ寸法Ｈとリブを除いた高さ寸法ｈ（レンズ厚さ）を各々示している。
この第３実施形態についても予備実験と同様の工程で成型を行った。
本実施形態では、成型工程直後に固化したプラスチック成型品を、金型から取り出し、図示しない内部温度を制御可能な装置に収納し、熱変形温度近傍である１２０℃で１０分間保持した後、内部温度を制御可能な装置から取り出した。
成型工程では、熱変形温度以上で金型から取り出しているため、成型品の強度が弱く、離型後の冷却過程で形状の劣化が生じることが考えられるが、本実施形態では、成型品が熱変形温度近傍で一定時間保持されているため、形状寸法を高精度に保つことができている。また、徐冷せず、一定温度で一定時間保持しているため、簡易な設備で優れた形状寸法を有するプラスチック走査レンズを得ることができている。
【００２０】
次に、本実施形態における転写面（光学面）の副走査形状測定結果を図１３に示す。図１３は、横軸にレンズ高さ、縦軸にプラスチック成型品鏡面部の形状誤差Δｈ（短手形状誤差）を示す。図１３からも判明するように、本実施形態により製造されたプラスチック走査レンズは優れた形状精度を有している。
また、本実施形態のプラスチック走査レンズは、リブを除いた高さ寸法ｈとリブを除いた幅寸法ｄがｈ＞１．５ｄの範囲に相当する像高があるため、リブを含めた幅寸法Ｄからリブを除いた幅寸法ｄを差し引いたＤ−ｄを１ｍｍと極端に小さくしている。リブ高さＨ−ｈと比較すると、Ｄ−ｄ＜Ｈ−ｈの関係を持っている。これは、ｈ＞１．５ｄの範囲にある部分においては、成型品が側面方向（幅方向）から冷却されるため、成型サイクルがリブを含めた幅寸法Ｄに依存する。つまり、成型品サイクルを短縮するには、リブを含めた幅寸法Ｄが極力小さいことが望ましい。特に、コストダウンが要求される成型品の場合には、幅寸法Ｄが、少なくともＤ−ｄ＜Ｈ−ｈの範囲にあることが必要になる。
本実施形態によって製造されたプラスチック走査レンズは、金型から取り出した後のプラスチック成型品の形状変形が極端に少ない優れた形状寸法で、かつ充分な成型品強度を備えている。また、リブ幅が極力小さくしてあるため、低コストで生産できる。
【００２１】
図１４は、レーザプリンタやデジタル複写機に搭載される光学システム１２の概略図である。この光学システム１２は光源としての半導体レーザ１３、この半導体レーザ１３からの光を所定角度範囲で等角速度的に偏向する偏向面を有する変更手段としての回転多面鏡１４、この回転多面鏡１４にて偏向された光を等速度的な光に変換する光学系としてのレーザ走査光学系１５、及びレーザ走査光学系１５からの光の方向を変更する折り返しミラー１６等を備えている。ここで、レーザ走査光学系１５には走査レンズ１０及び走査レンズ１１が使用されている。
光学システム１２の動作は次のとおりである。半導体レーザ１３から出射された光は、回転多面鏡１４の偏向面近傍に一旦結像される。回転多面鏡１４は一定の角速度で図中の矢印Ｃ方向に回転しており、偏向面近傍に結像された光は回転多面鏡１４の回転に伴って等角速度的に偏向される。偏向された光は、走査レンズ１０及び走査レンズ１１を順次透過することで等速度的な光に変換され、折り返しミラー１６で反射されて走査対象である感光体１７表面を走査する。
そして、例えば光学システム１２がデジタル複写機に使用された場合には、半導体レーザ１３の光は、複写画像に対応する画像情報によって、その光強度が変調されており、この光が感光体１７表面に結像することによって、感光体表面に複写画像の静電潜像が形成される。従って、走査レンズや走査ミラー等で構成されるレーザ走査光学系の精度、例えば光学面の形状精度、光学素子の配置精度等が、複写画像品質に大きな影響を与えることになる。
従って、本発明に係るレーザプリンタやデジタル複写機では、前述した成型用金型の製造方法によって製造された成型用金型を用いて、例えば、射出成型により成型された走査レンズを使用しているために、光学システムに固定された実使用状態において、設計形状との形状誤差が小さく、設計時の光学的機能を有しており、その結果として正確な走査が可能となり、高画質の画像を形成することができる。特に、カラーレーザプリンタやカラーデジタル複写機に適用した場合に、色ずれの少ない高画質のカラー画像を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上のように、本発明にかかるプラスチック走査レンズ、製造方法及びレーザ走査光学装置は、高精度な形状寸法を有する成型品を得るために有用であり、特に、レーザ走査光学装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】予備実験で使用したプラスチック成型品の概略図。
【図２】予備実験に使用した射出成型用金型の断面概略図。
【図３】鏡面部の形状変形の説明図。
【図４】長手方向中心位置の短手形状誤差を表す線図。
【図５】成型品自重によるたわみ量を表す線図。
【図６】成型品の断面２次モーメントを表す線図。
【図７】成型品温度履歴を表す図。
【図８】第１実施形態のプラスチック走査レンズの説明図。
【図９】比較例としてのプラスチック走査レンズの説明図。
【図１０】第１実施形態と比較例との短手形状誤差を示す線図。
【図１１】光学面の形状測定結果を表す線図。
【図１２】第３実施形態のプラスチック走査レンズの説明図。
【図１３】光学面の副走査形状測定結果を示す線図。
【図１４】光学システムの概略図。
【図１５】従来のプラスチック成型品の寸法精度低下の説明図。
【図１６】リブを有する場合の収縮量不均一の説明図。
【符号の説明】
【００２４】
１  プラスチック成型品
２  リブ
３  射出成型用金型
１０、１１プラスチック走査レンズ
【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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