(57)【要約】【課題】樹脂成形材料を複数のキャビティ内に射出充填して光学素子を成形する光学素子成形型において、前記複数のキャビティを構成するインサート型は、従来、ステンレス鋼等を機械加工したものからなる。特に非球面形状の加工には非常に高価な精密加工機を必要とし、また、加工は個々にしなければならないため、加工精度、表面粗さ等が異なり、光学素子の特性にバラツキが生じる。さらに、得られた光学素子も非常に高価なものとなっている。【解決手段】成形型を構成するインサート型を、母型によりガラス材料を押圧成形して作製する。これにより精度の均一な多数のインサート型が得られ、複数の光学素子を同時成形するのに適している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形材料を加熱混錬溶融し、複数のキャビティ内に前記成形材料を射出充填して光学素子を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を構成し、かつ光学素子に光学形成面を転写するインサート型を、母型により押圧成形したガラス材料から構成したことを特徴とする光学素子成形型。
【請求項２】
インサート型のガラス材料は、結晶化ガラス若しくは光学ガラス材料からなることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形型。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学素子成形型に形成された複数のキャビティ内に、加熱混錬溶融された樹脂成形材料を射出充填して光学素子を成形することを特徴とする光学素子成形方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光学素子成形方法により成形されたことを特徴とする光学素子。
【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成形方法の一つとして、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、これを成形型によって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、一般的な従来の射出成形方法と、これにより成形される光学素子について、図３、図４を用いて説明する。
【０００４】
図３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、３０はホッパ、３１は樹脂ペレットからなる樹脂成形材料、３２は射出シリンダ、３３は加熱シリンダ、３４はスクリュ、３５はノズル、３６は固定ダイプレート、３７は移動ダイプレート、３８は型締めシリンダ、３９は固定側の光学素子成形型、４０は可動側の光学素子成形型、４１はスプルー、４２はランナー、４３はゲート、４４は成形中の光学素子である。
【０００５】
まず、ホッパ３０に樹脂成形材料３１を投入し、この成形材料３１はスクリュ３４の回転に伴い、ノズル３５の方向へと移動する。樹脂成形材料３１はスクリュ３４及び加熱シリンダ３３により加熱混錬溶融され、ノズル３５から、スプルー４１、ランナー４２、及びゲート４３を通過して、光学素子成形型３９と４０にそれぞれ取付けられてその一部を構成し、各々に必要な光学形成面が形成されているインサート型（図示せず）によって形成されたキャビティ内に射出され、充填される。前記光学素子成形型３９、４０は所定の温度、例えば樹脂成形材料３１の荷重たわみ温度近傍に設定されているため、インサート型の光学形成面が転写された光学素子４４が成形され、冷却される。そして、これが取り出し可能な状態になった後、型締めシリンダ３８により光学素子成形型４０を後退させた後キャビティを開いて成形品を取り出し、ゲートカットを行って光学素子４４を得る。
【０００６】
図４は前記射出成形方法で同一の光学特性をもつ２つの光学素子４４が成形された成形品４５の概略断面図である。４１はスプルー、４２は前記スプルー４１から延びたランナー、４３は各ランナー４２の先端のゲート、４４は各ゲート４３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】
従来、光学素子成形型に取付けられ、所望の光学形成面を有するインサート型は、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用いられているのが一般的である。また強度の面から、超硬合金を基材として用いられる場合もある。さらに、成形品との離型性の向上や、型の酸化、腐食防止のために光学形成面の表面に保護膜等が施されている。
【０００８】
しかしながら、射出成形方法の利点を生かして光学素子を１回の射出成形で複数個の光学素子を同時に成形しようとすると、同一の成形条件で光学特性が同一の複数の光学素子を同時に成形するには、加工精度、表面粗さなどが均一の複数のインサート型が必要となり、これをステンレス鋼や超硬合金から個々に加工して精度を均一化することは難しく、特に非球面形状加工は非常に高価な精密加工機で加工する必要があると同時に、個々の精度を均一に加工するには限度がある。
【０００９】
また、加工上は均一であってもその加工精度からは判断しにくい光学素子の精度バラツキが発生しやすく、さらに、高価な設備でインサート型を多数製造するため、これから成形する光学素子の価格が非常に高価なものとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、成形材料を加熱混錬溶融し、複数のキャビティ内に前記成形材料を射出充填して光学素子を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を構成し、かつ光学素子に光学形成面を転写するインサート型を、母型により押圧成形したガラス材料から構成した光学素子成形型であり、そして、この成形型により光学素子を成形することにより、上記従来の課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガラス材料を押圧成形して得られたインサート型は、加工機で作製するより極めて短時間で作製できるため、特に１回の射出成形により多数個の光学素子を成形する場合に必要とする複数のインサート型の作製に最適である。そして、ガラス材料を押圧成形して得るインサート型は同一の母型によって形状精度の均一な多数の成形型を作製できるため、従来の加工機で個々に作製しているインサート型に比べて価格が安価となり、これにより精度のよい光学素子を安価に提供することができるという利点がある。さらに、ガラス材料はステンレス鋼等を加工機により形成したものに比べて光学形成面の表面がなめらかになり、光学素子の表面粗さが向上するという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明するにあたり、その射出成形機及び光学素子成形型については、図３に示す射出成形機などと同種のものであるため、これを援用し、その説明は省略する。また、成形品の各構成部分については、図４の従来例と同一であるため、その構成部分については同一符号を附して援用し、その説明は省略する。
【００１３】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態にかかる光学素子成形型の概略断面図であり、図２（a）は実施の形態にかかるインサート型の作製中の概略断面図、図２（ｂ）は（a）で作製されたインサート型の断面図である。
【００１４】
図１に示す光学素子成形型３９、４０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３９、４０に形成された凹部にはガラス材料を押圧成形して作製された所望の光学面を有する光学素子を形成するためのインサート型１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが固定されており、インサート型１ａと１ｃによりキャビティ２が形成され、また、インサート型１ｂと１ｄによりキャビティ３が形成されている。
【００１５】
前記インサート型１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの作製について図２（ａ）を用いて説明する。上型４と下型５は母型であり、下型５の上面はフラットとなっている。上型４の下面には必要とする光学形成面を転写形成する凸部４ａが形成されている。胴型６は押圧成形されて得られるインサート型の外径を規制する。上型４と下型５の間にはインサート型を作製するガラス材料７がセットされている。
【００１６】
インサート型の作製は、上下のヒータブロック８、９により上型４と下型５を加熱し、ヒータブロック８と連結された加圧シリンダー１０によって加圧力Pで上型４を加圧してその凸部４ａによりガラス材料７を変形させ、図２（ｂ）に示す例えばインサート型１ａを作製する。
【００１７】
前記インサート型１ａと同一形状のインサート型１ｂは同一の母型で作製され、また、同一形状のインサート型１ｃとインサート型１ｄは同一の母型で作製される。
【００１８】
ここで、母型および胴型に用いた材料は超硬合金からなり、また母型の押圧成形によって成形されるインサート型のガラス材料７として、一般的な光学ガラス材料であるホウ酸系、リン酸系、ランタン系、ホウケイ酸系などがある。本実施の形態ではホウケイ酸系（屈伏点Ａｔ＝５５３℃、ガラス転移点Ｔｇ＝５１６℃）ガラスを用いた。
【００１９】
次に、上記のようにして作製されたインサート型１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを、図１に示すように光学素子成形型３９、４０の凹部にそれぞれ固定し、これを用いて２つの同一形状で同一の光学性能を有する光学素子の成形について説明する。
【００２０】
射出成形機は図３に示す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３９、４０のキャビティ２、３内に加熱溶融混錬された樹脂成形材料３１を射出充填する。前記樹脂成形材料３１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、射出成形条件として最適と思われる条件、すなわち型温＝１３０℃、樹脂温度＝２５０℃、射出圧＝１００ＭＰａ、冷却時間＝４０sec等にて光学素子４４を図４に示す成形品４５の形で成形し、各ゲート４３をカットしてインサート型１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの光学形成面が転写された光学素子４４を得た。
【００２２】
上記成形方法で成形した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、それ以下であれば良好な光学特性であるとした。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上記表１に示したように、同一性能である各光学素子４４の全ての収差が規格を満たしていた。
【００２５】
なお、上記の成形においてはガラス材料からなるインサート型以外の光学素子成形型の基材として、上記にプリハードン鋼、ステンレス鋼等を掲げたが、例えばこれらとインサート型のガラス材料との熱膨張収縮差によって成形品にバリ等の発生を防止する対策や、また、熱膨張収縮差等で影響する光学特性のバラツキの低減を図るために、ゲート部、ランナー部、成形型のインサート型取付け部分等の内壁に、そのインサート型に用いたガラス材料と同じガラス材料を研削等の手段で加工して作製したガラス部材をそれぞれ取付けてもよい。
【００２６】
また、成形型を構成する基材とインサート型とが熱膨張係数の相違により加熱時に両者間にクリアランスが生じてインサート型が位置ずれを起こして成形光学素子にバリ等が発生することを防止するために、インサート型に用いるガラス材料には熱膨張係数が大きいガラス材料、また成形型の基材には熱膨張係数が小さい材料を用いて加熱時の熱膨張係数の差を大きくすることで両者間のクリアランスを小さくする構成が望ましい。
【００２７】
また、インサート型に使用したガラス材料７の形状は、円柱形で上下面が鏡面仕上げされたものを用いたが、この形状に限られるものではない。また、ガラス材料７の押圧とともにこれを常温から昇温させたが、まず、ガラス材料を昇温し、これが溶融した後に押圧して作製してもよい。
【００２８】
また、インサート型１ａ〜１ｄのガラス材料７の選択に当たっては、光学素子４４の成形材料との線膨張係数、硬度等を考慮し、さらに、ガラス材料の熱変形温度が型温度および成形材料の溶融温度より高い材料を選択する方が望ましい。
【００２９】
なお、インサート型のガラス材料として、ケイ酸塩ガラス（ＳｉＯ2系ガラス）、ホウ酸塩ガラス（Ｂ2Ｏ3系ガラス）、ホウケイ酸塩ガラス（Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系ガラス）等の結晶化ガラス材料であってもよく、その中でホウケイ酸塩ガラスを用いたインサート型で成形した光学素子は、上記した光学ガラス材料で作製したインサート型を用いて成形した光学素子と同等の特性を有していた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、樹脂からなる成形材料を射出成形して光学素子を成形する光学素子成形型において、光学素子の光学形成面を成形するインサート型をガラス材料から押圧成形によって作製することにより、同一形状の精度の高いインサート型を簡単にかつ安価にして多数個作製できるため、量産性に富む光学素子の成形型として最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における光学素子成形型の概略断面図
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態におけるインサート型の作製を示す概略断面図、（ｂ）本発明の実施の形態におけるインサート型の断面図
【図３】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４】成形品の概略断面図
【符号の説明】
【００３２】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  インサート型
２、３  キャビティ
４  上型
５  下型
６  胴型
７  ガラス材料
８、９  ヒータブロック
１０  加圧シリンダー
３１  樹脂成形材料
３９、４０  光学素子成形型
４１  スプルー
４２  ランナー
４３  ゲート
４４  光学素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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