(57)【要約】【課題】従来、射出成形法により複数個のレンズ等を同時成形する光学素子の成形は、その同時成形される複数個の光学素子は同じ光学特性であることから、大量生産には適しているが、少量他品種生産や、例えば必要とする光学特性が組レンズで構成される場合には、その光学素子の成形には複数の高価な光学素子成形型が必要となっている。【解決手段】光学素子成形型の複数のキャビティに、少なくとも２種類の異なる光学特性を有する光学素子を同時に成形する形状の異なる光学形成面を形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱混錬溶融された成形材料を複数のキャビティ内に射出充填し、前記複数のキャビティに形成された光学形成面により複数個の光学素子を同時に成形する光学素子成形型であって、前記複数のキャビティに形成された光学形成面は、これにより形成される光学素子の光学特性が異なる少なくとも２種類の形状を有することを特徴とする光学素子成形型。
【請求項２】
加熱混錬溶融された成形材料を複数のキャビティ内に射出充填し、前記複数のキャビティに形成された光学形成面により複数個の光学素子を同時に成形する光学素子成形型であって、前記複数のキャビティは、前記光学形成面とともにその容積が異なる少なくとも２種類の形状からなり、かつ前記少なくとも２種類のキャビティの容積差をそれぞれ吸収する容積差吸収部を設けたことを特徴とする光学素子成形型。
【請求項３】
前記容積差吸収部は前記複数のキャビティのうち容積が小さい方のキャビティにおいて、これにより成形される光学素子の光学面に影響しない部分に設けたことを特徴とする請求項２に記載の光学素子成形型。
【請求項４】
容積差吸収部は、ゲート部かあるいは、ゲートに近接するランナー部に設けたことを特徴とする請求項２乃至請求項３に記載の光学素子の成形型。
【請求項５】
異なる容積のキャビティが交互に配置されたことを特徴とする請求項２乃至請求項４に記載の光学素子の成形型。
【請求項６】
加熱混錬溶融された成形材料を複数のキャビティ内に射出充填し、前記複数のキャビティに形成された光学形成面により光学特性が異なる少なくとも２種類の光学素子を同時に成形する光学素子成形方法であって、前記光学特性が異なる少なくとも２種類の光学素子はキャビティに形成された形状が異なる光学形成面により成形されることを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項７】
加熱混錬溶融された成形材料を容積が異なる複数のキャビティ内に射出充填し、前記複数のキャビティに形成された光学形成面により複数個の光学素子を同時に成形する成形方法であって、前記複数のキャビティの容積差をそれぞれ吸収する容積差吸収部を設けて、スプルー、ランナー部を含んだ容積を各々略同容積とし、前記各光学素子の外径Ｌとゲート部の幅Ｇの関係が0.1＜Ｇ/Ｌ＜0.4であることを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学素子成形型または請求項６乃至請求項７に記載の光学素子の成形方法により成形された光学特性が異なる少なくとも２種類の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデジタルビデオディスクプレヤー等の光学機器に使用されるレンズ、プリズム、ミラー等の高精度な光学素子の成形型、成形方法及び光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学機器に使用されるレンズ等の光学素子の成形方法としては、特許文献１に開示されているように、光学素子の成形材料である樹脂ペレットを加熱混錬溶融し、これを成形型に形成されたキャビティ内に射出充填して成形する射出成形方法がある。
【０００３】
以下に一般的な従来の成形型及び成形方法で得られる光学素子について、図７、図８を用いて説明する。
【０００４】
図７は、複数個の光学素子を射出成形方法により同時に成形する射出成形機の概略断面図であり、１５はホッパ、１６は樹脂ペレットからなる成形材料、１７は射出シリンダ、１８は加熱シリンダ、１９はスクリュ、２０はノズル、２１は固定ダイプレート、２２は移動ダイプレート、２３は型締めシリンダ、５は固定側の光学素子成形型、１０は可動側の光学素子成形型、４はスプルー、３はランナー、２はゲート、１は成形中の光学素子である。
【０００５】
まず、ホッパ１５に成形材料１６を投入し、この成形材料１６はスクリュ１９の回転に伴い、ノズル２０の方向へと移動する。成形材料１６はスクリュ１９及び加熱シリンダ１８により加熱混錬溶融される。そして、ノズル２０から、スプルー４、ランナー３、及びゲート２を通過して、各々に必要な光学形成面が形成された光学素子成形型５、１０のキャビティ内に射出され、充填される。光学素子成形型５、１０は所定の温度、例えば成形材料１６の荷重たわみ温度近傍に設定されており、そして光学素子１が成形されて冷却され、取り出し可能な状態になると、光学素子成形型１０を開き、ゲートカットを行い、スプルー４、ランナー３、ゲート２から切り離し、成形された光学素子１を取り出す。
【０００６】
図８（ａ）は前述の射出成形方法で同一の光学特性をもつ６つの光学素子が成形された成形品３０の概略上面図であり、図８（ｂ）は同概略断面図である。４はスプルー、３は前記スプルー４から放射状に延びたランナー、２は各ランナー３の先端のゲート、１は各ゲート２の先端に放射状に成形された光学素子である。
【特許文献１】特開平５−１７７７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した従来の固定側及び可動側の光学素子成形型には、複数個のインサート型が取付けられ、かつこの各インサート型によるキャビティの形状と光学形成面は同一形状であるため、射出成形方法によって得られた光学素子は同じ光学特性のもの、すなわち１種類の光学素子であることから、これは大量生産には適している。しかしながら少量他品種生産や例えば光学機器に要求される光学特性として複数個のレンズを組み合わせた組レンズで構成する必要がある場合には、それぞれ光学素子毎の成形型を用意する必要があり、非常に高価な光学素子成形型を複数種用意することは非経済的である。また光学素子毎の成形型とその射出成形条件の設定や、各光学素子毎に成形型の切り替え等の手間や時間を必要とするため、設備の稼働率や作業効率が悪く、その結果、得られた光学素子が非常に高価なものとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、少なくとも２種類の異なる光学特性を持つ光学素子を同時に成形することにより、上記のような従来の課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この本発明によれば、高価な成形型の数が削減され、射出成形条件の設定回数も低減されるため、少量他品種生産や光学特性の異なる複数個のレンズを組み合わせた組レンズの成形等に最適であり、そして設備の稼働率や作業効率が向上し、光学素子を安価に提供できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に説明する各実施の形態における射出成形機については、図７を参照して説明した複数個の光学素子を射出成形方法により同時に成形する射出成形機と同種のものであるため、これを適用し、その説明は省略する。また、光学素子成形型及び成形品等の各構成部分について、従来例と同一構成部分については同一符号が附してあり、その重複部分の説明は省略する。
【００１１】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態１における光学素子成形型の概略断面図であり、図２は実施の形態１における射出成形方法で成形された成形品３０の概略上面図である。
【００１３】
図１に示す光学素子成形型５、１０は、プリハードン鋼、ステンレス鋼（Ｓ５５Ｃ、ＨＰＭ、ＮＡＫ）等を材料とし、この成形型５、１０に形成された凹部等に取付けられ、所望の光学面を有する光学素子を形成するための光学形成面を有するインサート型（図示せず）は、超硬合金を材料として製作したものを用いた。言うまでもないが、光学素子成形型５、１０は前述の材料以外でも射出成形に使用可能なものであればよい。また、インサート型の材料は所望の光学特性を有する光学素子の成形が可能であればステンレス鋼（ＳＴＡＶＡＸ）等を基材として、その表面に例えば無電解ニッケルメッキを施したものを加工してインサート型として用いてもよい。ただし、強度を考えた場合、超硬合金を基材として用いるのが好ましい。また、離型性の向上や、型の酸化、腐食防止のために表面に保護膜等を施してもよい。
【００１４】
本発明は、光学特性が異なる少なくとも２種類の光学素子を同時成形により成形することにあり、図２はその成形品３０の例を示している。ここでは３つの光学素子１ａは同じ光学特性を有するグループであり、また他の３つの光学素子１ｂはそれぞれ同じ光学特性を有するグループである。ただし、前記光学素子１ａのグループは光学素子１ｂのグループよりも小径で体積が異なり、かつ光学素子１ｂのグループとは異なる光学特性を有している。
【００１５】
なお、上記の成形品３０において、２ａ、２ｂはゲート、３ａ、３ｂはランナー、４はスプルーであり、これらは光学素子１ａ、１ｂの成形のために光学素子成形型５，１０に射出される成形材料の通路によりスプルー４を中心に一体成形される。
【００１６】
前記成形品３０を成形する光学素子成形型５、１０に備えられた複数の対をなすインサート型によって形成されるキャビティは大径の光学素子１ｂを成形する大径のキャビティ３１と、それよりも小径の光学素子１ａを成形する小径のキャビティ３２が構成され、そしてこれらの光学形成面によって光学素子１ａ、１ｂに所望の光学面が形成されるように設計製作されており、その２種類のキャビティ３１と３２の容積差は２：１である。
【００１７】
この実施の形態１における光学素子成形型５、１０では、上述のように一回の成形工程で６個の光学素子が成形されるようにキャビティ３１と３２が放射状に配置され、かつキャビティバランスをとるために容積の異なる（種類が異なる）キャビティを交互に配置している。すなわち、体積が異なる光学素子１ａを成形するキャビティ３２と光学素子１ｂを成形するキャビティ３１を交互に配置する理由は、光学素子成形型５、１０において、成形材料をキャビティに充填する時に生じる成形材料量差によってその光学素子成形型５、１０に伝わる温度差のバランスを取り、また成形材料の異なる充填力で高められたキャビティ内圧で光学素子成形型５、１０を押し開こうとする力のバランスを取り、また、光学素子成形型５、１０の型閉め力の均一化を図ることによって安定に体積が異なる光学素子が成形されるようにするためである。本実施の形態に示す金型を使用し、容積の異なるキャビティを交互に配置せずに成形した場合の光学素子は、一部の光学素子が所望の特性が得られなかったが、容積が異なるキャビティを交互に配置して成形して得られた光学素子は、すべての光学素子の性能が良好であった。
【００１８】
上記光学素子成形型５、１０において、キャビティの容積が異なる２種類の光学素子の同時成形において、成形材料の射出条件、充填条件、保圧条件、成形型温度条件等の射出成形条件に加え、異なる容積のキャビティのバランスをとるためにキャビティの小さい光学素子１ａのランナー３ａの形状が大きくなるように光学素子成形型５のランナー形成部５ａを光学素子１ｂのランナー形成部５ｂよりも図１に示すように左右方向に幅広に形成し、各光学素子１ａに対する各光学素子１ｂのキャビティの容積差をランナ−形成部５ａの容積増大により吸収するようにしている。したがって、ランナー形成部５ａは容積差吸収部を兼ねている。
【００１９】
このように、各光学素子１ａと１ｂを成形するキャビティの容積差をランナー形成部の容積を変える手段を用い、これにより成形される２種類の光学素子の光学特性がもっとも良好で、安定した成形が行われる最適な条件を得る。
【００２０】
次に、上記の光学素子成形型を用いて２種類の光学素子の成形について説明する。射出成形機は図７に示す従来の一般的な成形機を使用し、これに組み込まれた光学素子成形型５、１０のキャビティ３１、３２内に加熱溶融混錬された成形材料を射出充填する。成形材料としては、ポリオレフィン系樹脂（ガラス転移点Ｔｇ＝１５０℃、熱変形温度Ｔｔ＝１２５℃）を用いた。
【００２１】
そして、射出成形条件（射出条件、充填条件、保圧条件、成形型温度条件等）として最適と思われる条件にて各光学素子を成形した結果、その光学素子の光学特性、すなわち各収差は下記表１のようになった。なお収差の単位はｍλであり、光学特性の評価方法は、干渉計を用いて透過波面収差（測定波長λ＝６３２．８ｎｍ）の測定を行い、代表的な光学特性である非点収差、コマ収差、球面収差を確認した。各収差は小さければ小さいほど望ましいが、ここでは各収差の規格範囲を３５ｍλ以下とし、良好な光学特性であるとした。
【００２２】
下記の表１において、３つの光学素子１ａはそれぞれ１ａ−１、１ａ−２、１ａ−３で示し、また３つの光学素子１ｂはそれぞれ１ｂ−１、１ｂ−２、１ｂ−３で示している。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上記表１に示したように、２種類の異なる光学特性からなる光学素子１ａ、１ｂの全ての収差が規格を満たすことができた。
【００２５】
なお、高性能の光学特性を必要とする場合は、可能な限りキャビティ容積差が少ない光学特性の異なる光学素子を同時成形するようにすればよい。
【００２６】
上記の例では、ランナー形成部５ａが容積差吸収部を兼ねたものであるが、ゲート２部に容積差吸収部を設けてもよく、これは成形材料の通路であればよい。
【００２７】
ここで、上記実施の形態１の比較例として、ランナー形成部５ａに容積吸収部を設けることなく、すなわちゲート２ａ、２ｂ、ランナー３ａ、３ｂ等をそれぞれにおいて同一形状として上記と同じ２種類のキャビティにて成形した光学素子１ａ、１ｂの光学特性、すなわち各収差を下記表２に示す。この比較例における光学特性の評価方法は、上記の実施形態１におけるものと同様である。
【００２８】
なお、この表２においても３つの光学素子１ａはそれぞれ１ａ−１、１ａ−２、１ａ−３で示し、また３つの光学素子１ｂはそれぞれ１ｂ−１、１ｂ−２、１ｂ−３で示している。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
上記表２から明らかなように、光学素子１ａのグループは全ての収差について規格を満たしているが、光学素子１ｂのグループは全ての収差について規格を満たしてはいなかった。
【００３１】
なお、この比較例においては、光学素子成形型の各ゲート部に成形材料の流入を止めるストッパーを設けることにより、このストッパーを操作して同じ光学特性の光学素子のみ成形、または必要な光学素子のみを選択して成形することができるものである。
【００３２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について、図３及び図４を参照して説明する。この実施の形態２において、実施の形態１と同一構成部分には同一符号を附し、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００３３】
まず、図４に示す成形品３０において、各光学素子１ａの周囲にその各光学素子１ａの光学特性に影響しない延在部３３が一体に設けられている。この延在部３３は図３に示すようにキャビティ３１の容積に対するキャビティ３２の容積差を吸収するために、光学形成面に影響しない部分のキャビティ３２の径を大きくした容積差吸収部３２ａによって成形された部分である。
【００３４】
上記のように、キャビティ３２に容積差吸収部３２ａを設けることによっても上記の実施の形態１と同様に光学特性の異なる光学素子１ａ、１ｂを同時に成形することができるものである。
【００３５】
なお、光学素子１ａに形成される延在部３３はその光学特性に何ら影響するものではないことから、そのままの状態で光学機器に搭載されてもよく、また必要に応じて切り離してもよい。
【００３６】
（実施の形態３）
この実施の形態３について、図５の成形品３０を参照して説明する。なお、ここの説明では上記実施の形態１と同一構成部分には同一符号を附し、異なる部分について説明する。
【００３７】
図５において、実施の形態１と同様に、３つの光学素子１ａは同一の光学特性を有し、また３つの光学素子１ｂは前記光学素子１ａと異なる光学特性を有する。そして前記光学素子１ａのグループと光学素子１ｂのグループはそれぞれ光学素子１ａ、１ｂ、ゲート２ａ、２ｂ、ランナー３ａ、３ｂともに実質的に同一の形状と体積からなる。また、光学素子成形型５、１０においてはキャビティ３１、３２、ゲート２、ランナー３はそれぞれ実質的に同一の形状と容積に形成されている。
【００３８】
前記光学素子１ａのグループのキャビティ３１は光学形成面の形状は同一であり、また光学素子１ｂのグループのキャビティ３２は光学形成面の形状も同一である。しかし光学素子１ａのグループのキャビティ３１は光学形成面の形状と、光学素子１ｂのグループのキャビティ３２の光学形成面の形状は異なる。
【００３９】
このような構成によっても、光学特性の異なる光学素子を同時に成形することができるものであり、高価な成形型の数が削減され、射出成形条件の設定回数も低減されるため、少量他品種生産や光学特性の異なる複数個のレンズを組み合わせた組レンズの成形等に最適である。
【００４０】
なお、上記の各実施の形態では光学特性が異なる２種類の光学素子を各複数個成形するものについて説明したが、これらの数は上記の数に限られるものではない。
【００４１】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について図６を参照して説明する。この実施の形態４は例えば上記実施の形態１における光学素子１ａ、１ｂの成形において、その光学素子の光学性能に影響するゲート部の幅を規定するものであり、光学素子成形型の構成は、実施の形態１と同様であるため、これを援用し、その説明は省略する。この実施の形態４では、実施の形態１と同様に異なる容積のキャビティのバランスをとるために小さいキャビティで成形される小さい光学素子１ａのランナー３ａの形状が大きくなるように光学素子成形型５のランナー形成部５ａを大きいキャビティで成形される光学素子１ｂのランナー形成部５ｂよりも図１に示すように左右方向に幅広に形成し、各光学素子１ａに対する各光学素子１ｂのキャビティの容積差をランナー形成部５ａの容積増大により吸収するようにしている。したがって、ランナー形成部５ａは容積差吸収部を兼ねている。
【００４２】
さらに、実施の形態１と同様に、６個の光学素子が成形されるように同一容積の３個のキャビティ３１とこれとは容積が異なる同一容積のキャビティ３２が放射状に配置され、かつキャビティバランスをとるためにその異なる容積のキャビティを交互に配置している。
【００４３】
図６（ａ）と（ｂ）は前記キャビティ３２と３１により成形された異なる大きさの光学素子１ａ、１ｂを含む成形体の形状を示した平面図であり、各々の光学素子１ａ、１ｂの外径をＬ１、Ｌ２、各ゲート部２ａ、２ｂの幅をＧ１、Ｇ２とし、そして、各ゲート部およびランナー部を含んで光学素子１ａ、１ｂの外形端から所定の寸法までの総容積をＴ１、Ｔ２とする。なお、光学素子１ａ、１ｂの外形端から寸法Ｘ＝１５ｍｍの長さまでの各容積Ｔ１とＴ２が略同容積となるように成形型を設計した。
【００４４】
このような光学素子成形型を用い、実施の形態１と同様の成形方法で直径が４ｍｍの３個の光学素子１ａと直径が８ｍｍの３個の光学素子１ｂをゲート部２ａ、２ｂの幅を変えて成形した。外径の小さい光学素子１ａ（Ｇ１/Ｌ１＝Ｋ１）と外径の大きい光学素子１ｂ（Ｇ２/Ｌ２＝Ｋ２）について、これらの光学素子としての光学面の性能を透過波面収差で評価したところ、表３の（ａ）、（ｂ）に示すように、光学素子１ａと光学素子１ｂのいずれにおいても光学性能の良品範囲は0.1＜Ｇ/Ｌ＜0.4であった。
【００４５】
なお、前記のようにゲート幅が、成形される光学素子の光学性能、すなわち、収差に影響することは、成形時に樹脂成形材料のキャビティへの充填時にそのキャビティの内圧がゲート幅の大きさによって変化することに起因するものと思われ、光学素子の外径に対してゲート幅が小さすぎる場合には、キャビティの内圧が高くなり過ぎ、一方、ゲート幅が大きすぎる場合には、キャビティの内圧が適正値より低くなり過ぎることによるものと推測される。
【００４６】
上記の評価結果から、異なる体積の光学素子を同時に成形する成形方法においては、複数のキャビティの容積差をそれぞれ吸収する容積差吸収部を設けてスプルー、ランナー部を含んだ容積を各々略同容積とし、かつ、光学素子の外径Ｌとゲート幅Ｇの関係が0.1＜Ｋ＜0.4となる成形型を用いて成形することにより、光学性能の良好な複数の体積が異なる光学素子を得ることができる。
【００４７】
この実施の形態４では２種類の光学素子について検討したが、これに限らず、体積が異なる３種類以上の光学素子を同時に同一成形型で成形する場合にも、同様に成形型を設計すれば、光学性能の良好な光学素子が得られる。
【００４８】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように本発明は、少なくとも２種類の異なる光学特性を持つ光学素子を同時に成形することができるため、少量他品種生産や光学特性の異なる複数個の光学素子を組み合わせた組レンズの成形等に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１における光学素子成形型の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１における成形品の概略上面図
【図３】本発明の実施の形態２における光学素子成形型の概略断面図
【図４】本発明の実施の形態２における成形品の概略上面図
【図５】本発明の実施の形態３における成形品の概略上面図
【図６】本発明の実施の形態４における成形品の概略上面図
【図７】光学素子の製造に用いられる射出成形機の概略断面図
【図８】従来の成形品の概略上面図と概略断面図
【符号の説明】
【００５１】
１ａ、１ｂ  光学素子
２ａ、２ｂ  ゲート
３ａ、３ｂ  ランナー
４  スプルー
５、１０  光学素子成形型
５ａ  ランナー形成部（容積差吸収部）
３１、３２  キャビティ
３２ａ  容積差吸収部
３３  延在部
【図１】
2005161849.tif 000006
【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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