(57)【要約】【課題】  光学素子の光軸の要求精度を満足した状態で、生産に耐えうることができる光学素子成形型これを用いた光学素子の成形方法を提供する。【解決手段】  加熱溶融しうる光学素子用成形材料を可動側成形型6と固定側成形型5が閉じた状態で形成されるキャビティ内に射出充填し、光学素子1を成形するための光学素子成形型であって、前記可動側成形型６と固定側成形型5それぞれにおいて、光学素子を成形するためのキャビティの一部を構成し光学素子の光学素子面を形成するための光学素子面成形面5h、6hを有するインサート5c、6cと、前記インサートの外径部5k、6kを摺動、案内するための内径部5m、6mを形成したブロック5a、6aとを具備し、前記インサートの材質と前記ブロックの材質の硬さが何れもＨＲＣ６０以上か、または、何れもＨＲＣ５０以上で、且つ、硬さの差がＨＲＣ５以上である光学素子成形型。【選択図】  図１
2005288940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱溶融しうる光学素子用成形材料を可動側成形型と固定側成形型が閉じた状態で形成されるキャビティ内に射出充填し、光学素子を成形するための光学素子成形型であって、
前記可動側成形型と固定側成形型それぞれにおいて、光学素子を成形するためのキャビティの一部を構成し光学素子の光学素子面を形成するための光学素子面成形面を有するインサートと、前記インサートの外径部を摺動、案内するための内径部を形成したブロックとを具備し、前記インサートの材質と前記ブロックの材質の硬さが何れもＨＲＣ６０以上か、または、何れもＨＲＣ５０以上で且つ硬さの差がＨＲＣ５以上であることを特徴とする光学素子成形型。
【請求項２】
前記固定側成形型及び前記可動側成形型の少なくとも一方の成形型において、前記インサートの材質の熱膨張係数αｉと前記ブロックの材質の熱膨張係数αｂの関係が、αｉ≧αｂである請求項（１）記載の光学素子成形型。
【請求項３】
前記可動側成形型と前記固定側成形型それぞれの前記インサートの外径部の外径と、前記インサートを摺動、案内するブロックの内径部の内径とのクリアランスが０．０１ｍｍより小さい請求項（１）記載の光学素子成形型。
【請求項４】
加熱溶融しうる光学素子用成形材料を可動側成形型と固定側成形型が閉じた状態で形成されるキャビティ内に射出充填し、光学素子を成形するための光学素子成形型であって、前記可動側成形型と固定側成形型それぞれにおいて、光学素子を成形するためのキャビティの一部を構成し光学素子の光学素子面を形成するための光学素子面成形面を有するインサートと、前記インサートの外径部を摺動、案内するための内径部を形成したブロックとを具備し、前記インサートの材質と前記ブロックの材質の硬さが何れもＨＲＣ６０以上か、または、何れもＨＲＣ５０以上で且つ硬さの差がＨＲＣ５以上である光学素子成形型を用い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５】
前記固定側成形型及び前記可動側成形型の少なくとも一方の成形型において、前記インサートの材質の熱膨張係数αｉと前記ブロックの材質の熱膨張係数αｂの関係が、αｉ≧αｂである光学素子成形型を用いる請求項（４）記載の光学素子成形方法。
【請求項６】
前記インサートの外径部の外径と前記インサートを摺動、案内するブロックの内径部の内径とのクリアランスが０．０１ｍｍより小さい光学素子成形型を用いる請求項（４）記載の光学素子成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器に使用されるレンズ、プリズム、ミラー等の高精度光学素子を形成するための光学素子成形型、光学素子成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学素子の成形方法としては、例えば、加熱溶融し得るプラスチック又はその他の材料のペレットを加熱混錬溶融し、インサートで形成されたキャビティ内に射出充填して得る射出成形法や、あらかじめ略概形状に形成された成形素材をキャビティ内に供給し加熱加圧成形する方法などがある（下記特許文献１及び２参照）。
【０００３】
以下に従来の射出成形方法の一例について図を用いて簡単に説明する。尚、図面は、図３や図1など、光学素子射出成形機並びにその一部を構成する光学素子成形型は、その構造はほぼ従来例も本発明も共通するし、また、図４の中間成形品の概略形状も従来例においても本発明においてもほぼ共通するので、本発明の説明にもまた従来例の説明にもそれぞれの図面を適宜引用して説明している。
【０００４】
図３は、光学素子の射出成形方法に用いられる射出成形機の概略断面図であり、７はホッパ、８は成形材料、９は射出シリンダ、１０は加熱シリンダ、１１はスクリュ、１２はノズル、１３は固定ダイプレート、１４は移動ダイプレート、１５は型締めシリンダ、５は光学素子成形型（固定側）、６は光学素子成形型（可動側）、４はスプルー、３はランナー、２はゲート、１は光学素子である。
【０００５】
図４は前述の射出成形方法で得られた成形品（光学素子用の中間成形品）の形状概略図で、（ａ）は概略平面図［光学素子成形型（可動側）から見た図］、（ｂ）図４（ａ）のＡ−Ａ’方向の概略断面図ある。４はスプルー、３はランナー、２はゲート、１は光学素子である。
【０００６】
ホッパ７に光学素子用の成形材料８を投入する。成形材料８はスクリュ１１の回転に伴い、ノズル１２の方向へと移動する。成形材料８は、スクリュ１１及び加熱シリンダ１０により加熱混錬溶融される。そして、ノズル１２から、スプルー４、ランナー３、及びゲート２を通過して、光学素子成形型５、６のキャビティ内に射出、充填される。光学素子成形型５、６は所定の温度例えば、荷重たわみ温度近傍に設定されており、光学素子１が取り出し可能な状態になると、光学素子成形型６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、光学素子１を取り出す。図３では図示を省略しているが、光学素子成形型５、６の詳細構造は後述する図１と構造的に同様なので、図１を参照してさらに成形品の取り出し工程について説明すると、成形後成形材料が冷却されて光学素子１が取り出し可能な状態になると、図１（ｂ）に示すように、可動側の光学素子成形型６が成形型可動方向（矢印２０の方向）に可動し、成形型５と６の間が開かれる。その後、成形品であるスプルー４、ランナー３、ゲート２、光学素子１を取り出すために、エジェクタピン６ｄ、６ｅが、成形機のエジェクタ機構（図示せず）、光学素子成形型のエジェクタプレート（図示せず）を介して、図１（ｂ）に示すエジェクタ可動方向（矢印２１の方向）に可動する。エジェクタピン６ｄ、６ｅの可動に伴い、連接、配置されているインサート６ｃが可動する。その可動の際、インサート６ｃの外径φＩの外径部６ｋが、ブロック６ａに形成してある内径φＢの内径部６ｍ内で、摺動し、案内される。これにより、成形品が、光学素子成形型から突き出されることになる。その後、取り出し機（図示せず）により、スプルー４をチャックし、取り出し、ゲートカット機（図示せず）を用いて、光学素子１とゲート２を切断し、光学素子が完成する。成形品の取り出しが完了すると、エジェクタピンが元の位置まで可動する（矢印２１と反対の方向）。それと同時にインサート６ｃの外径部６ｋが、矢印２１と反対の方向にブロック６ａの内径部６ｍ内で、摺動、案内されながら、所定の位置に配置、収納される。その後、図１（ａ）に示される様に、可動側の光学素子成形型６が、固定側の光学素子成形型５に当接するまで閉じていき、次の射出工程に対応するように待機するという工程をたどる。［但し、図１（ａ）は、成形材料が成形型のキャビティ内に射出された状態を示しており、成形材料が成形型のキャビティ内に射出される以前の待機の状態を示していないが、待機の状態は、成形材料がキャビティ内に存在しない状態である。］
【特許文献１】特開平５−１７７７２５号公報
【特許文献２】特開平１１−４２６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の光学素子成形方法、光学素子成形型においては、キャビティの一部を構成し光学素子の光学素子面１ａ、１ｂ（図４参照）を形成するための光学素子面成形面５ｈ、６ｈを有したインサート５ｃ、６ｃの外径部５ｋ、６ｋと前記インサートを摺動、案内するブロック５ａ、６ａの内径部５ｍ、６ｍの間で形成されるクリアランス部が、可動側と固定側の成形型の光学素子面成形面のズレなど光学素子面の光軸のズレに影響を与える。
【０００８】
ここでいうインサートの光学素子面を形成するための光学素子面成形面５ｈ、６ｈとは、光学素子に要求される光学特性を生み出すために必要な光学作用面を含んだ面（光学素子面１ａ、１ｂ・・・図４参照）を成形するための成形面のことで、成形された光学素子の光線の経路になる面を成形するための成形面である。これまでの光学素子、例えば、ＣＤや、ＭＤ、ＤＶＤで用いられるレンズなどの光学素子は、光軸のズレは約１０〜２０μｍを満足すれば、良好な光学特性を得ることが可能であった。しかし、回折面を有した特殊レンズや、ブルーレイディスク（ＢＤ）用レンズ、高画素化の進む携帯電話やデジタルスチルカメラに用いられる撮像系レンズの光軸の要求精度は高く、光軸のズレとしては１０μｍよりも小さいことが望まれ、より具体的には、約５μｍ以下が必要となっている。そのために、これまでの光学素子を実現してきた光学素子成形型では、厳しい光軸への要求精度を実現し、生産性を維持することが困難となっていた。
【０００９】
具体的には、如何に加工によって、インサートとブロックのクリアランスを小さくし、光軸のズレの要求精度を満たし、生産を開始しても、成形数（ショット数）が増えると、インサート外径部５ｋ、６ｋとブロック内径部５ｍ、６ｍの摺動部、すなわちクリアランス部分で焼き付きが生じてしまい、特に可動側の光学素子成形型６では、インサート外径部６ｋとブロック内径部６ｍの摺動ができなくなり、使用寿命、耐久性の短い光学素子成形型となり、その結果、光学素子の生産性が著しく低下し、光学素子も高価になってしまうという課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、光学素子成形型の構成において、光学素子の光軸のズレを決定づける光学素子の光学素子面を形成するための光学素子面成形面を形成したインサートの外径部の外径とインサートの外径部を摺動、案内するブロックの内径部の内径とのクリアランスを小さくし、光学素子の光軸の要求精度を満足した状態で、長期間の連続生産に耐えうることができる光学素子成形型を提供すること及びこれを用いた光学素子の光軸の高い要求精度を満足し、長期間連続して成形でき、従って生産性が良好な光学素子の成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明の光学素子成形型は、
（１）加熱溶融しうる光学素子用成形材料を可動側成形型と固定側成形型が閉じた状態で形成されるキャビティ内に射出充填し、光学素子を成形するための光学素子成形型であって、
前記可動側成形型と固定側成形型それぞれにおいて、光学素子を成形するためのキャビティの一部を構成し光学素子の光学素子面を形成するための光学素子面成形面を有するインサートと、前記インサートの外径部を摺動、案内するための内径部を形成したブロックとを具備し、前記インサートの材質と前記ブロックの材質の硬さが何れもＨＲＣ６０以上か、または、何れもＨＲＣ５０以上で且つ、硬さの差がＨＲＣ５以上であることを特徴とする。
【００１２】
（２）前記（１）項に記載の光学素子成形型においては、前記固定側成形型及び前記可動側成形型の少なくとも一方の成形型において、前記インサートの材質の熱膨張係数αｉと前記ブロックの材質の熱膨張係数αｂの関係が、αｉ≧αｂであることが好ましい。
【００１３】
（３）また、前記（１）項に記載の光学素子成形型においては、前記可動側成形型と前記固定側成形型それぞれの前記インサートの外径部の外径と、前記インサートを摺動、案内するブロックの内径部の内径とのクリアランスが０．０１ｍｍより小さいことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光学素子の成形方法は、
（４）加熱溶融しうる光学素子用成形材料を可動側成形型と固定側成形型が閉じた状態で形成されるキャビティ内に射出充填し、光学素子を成形するための光学素子成形型であって、前記可動側成形型と固定側成形型それぞれにおいて、光学素子を成形するためのキャビティの一部を構成し光学素子の光学素子面を形成するための光学素子面成形面を有するインサートと、前記インサートの外径部を摺動、案内するための内径部を形成したブロックとを具備し、前記インサートの材質と前記ブロックの材質の硬さが何れもＨＲＣ６０以上か、または、何れもＨＲＣ５０以上で且つ硬さの差がＨＲＣ５以上である光学素子成形型を用いて光学素子を成形することを特徴とする。
【００１５】
（５）前記（４）項に記載の光学素子素子の方法においては、前記固定側成形型及び前記可動側成形型の少なくとも一方の成形型において、前記インサートの材質の熱膨張係数αｉとブロックの材質の熱膨張係数αｂの関係が、αｉ≧αｂである光学素子成形型であることが好ましい。
【００１６】
（６）前記（４）項に記載の光学素子素子の方法においては、前記インサートの外径部の外径と前記インサートを摺動、案内するブロックの内径部の内径とのクリアランスが０．０１ｍｍより小さい光学素子成形型を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明の光学素子成形型及び光学素子成形方法は、インサートとブロックの硬さを所定の値にして選定、構成したために、クリアランスを従来（約１０μｍ）よりも小さくしても、焼き付きなどの不具合が生じることなく、耐久性の高い光学素子成形型が実現でき、光軸のズレの小さい高精度な光学素子を安定に生産可能とし、その結果、高精度な光学素子を高能率で生産でき、コスト低減に寄与するという効果が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
本発明者らは、光学素子を光学素子成形型で成形する際に、光学素子の光学素子面成形面を有したインサートの外径部の外径とインサートを案内し、摺動するためのブロックの内径部（空間）の内径で形成されるクリアランスの大きさが小さくなる（具体的には１０μｍより小さくなると）と、前記インサートの材質とブロックの材質の硬さが、成形型の耐久性に大きく影響を与えるが、各々の材質の硬さを所望の範囲にすることにより、非常に成形寿命の長い成形型を実現できるということを見出し本発明を完成したものである。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に関わる光学素子成形型での成形状態を示した概略断面図で、図１（ａ）は、成形材料が成形型内に充填、保圧されている状態を示す概略断面図、図１（ｂ）は、成形型を開き、成形品を取り出す状態を示す概略断面図である。
【００２１】
１は光学素子、２はゲート、３はランナー、４はスプルー、５は光学素子成形型の固定側（固定側の光学素子成形型）、５ａは固定側ブロック、５ｂは固定側バックプレート、５ｃは固定側インサート、６は光学素子成形型の可動側（可動側の光学素子成形型）、６ａは可動側ブロック、６ｂは可動側バックプレート、６ｃは可動側インサート、６ｅ、６ｄはエジェクタピンの一部、図中のφＩはインサートの外径部の外径を、φＢは外径φＩの外径部を有するインサートを案内、摺動するブロック内径部の内径を示す。可動側の光学素子成形型、エジェクタは、成形工程において成形品の取り出しのために、可動し、成形型の開閉及び成形品の突き出しをする。
【００２２】
本実施形態例１では、図１に示す光学素子成形型のインサートの材質とブロックの材質を変え、硬さを変えた光学素子成形型を示す。
【００２３】
より具体的に、光学素子成形方法、光学素子成形型について記述する。
【００２４】
得ようとする成形品である光学素子に対応するように光学素子成形型は、光学素子の光学素子面（光学機能の作用を有する面）を形成するための光学素子面成形面５ｈ、６ｈがインサート５ｃ、６ｃの表面にそれぞれ形成され、得られる光学素子の外径部（例えばレンズを例にとると、レンズの外周の縁に該当する部分）は、インサートの外径部を摺動、案内する内径部（空間）を有したブロック５ａ、６ａの内径部５ｍ、６ｍにより形成している。また、ゲート２は光学素子の外径部に連接配置されるように製作、組立されている。本実施形態例の光学素子成形型では、インサートの外径部の外径φＩとブロックの内径部の内径φＢのクリアランスは、０．０１ｍｍより小さくなるように加工されており、光学素子がこの例では４個同時に成形できるようにキャビティを具備しているものとした。
【００２５】
インサートとブロックの材質としては、前記インサートの材質と前記ブロックの材質の硬さ（ロックウェル硬さ）が何れもＨＲＣ６０以上で構成されるか、もしくは、何れもＨＲＣ５０以上で、且つ、硬さの差がＨＲＣ５以上で構成されるよう選定する必要がある。
【００２６】
これらの材料の例としては、焼き入れ焼き戻し鋼（ＳＫＤ１１系、ＳＵＳ系、より具体的には例えばウッデホルム（株）の“ＳＴＡＶＡＸ”（硬さＨＲＣ５２）、日本高周波鋼業（株）の“ＫＤ１１Ｓ”（硬さＨＲＣ６０）、日立金属（株）の“ＳＵＳ４４０Ｃ”（硬さＨＲＣ５７）など）、時効処理鋼（マルエージング鋼、非磁性鋼、ＳＵＳ系、より具体的には例えば日立金属（株）の“ＹＡＧ”（硬さＨＲＣ５７）など）、高速度工具鋼（モリブデン系、ＳＫＨ５１、ＳＫＨ５５、タングステン系、より具体的には日本高周波鋼業（株）の“Ｈ５１”（硬さＨＲＣ６０）など）や、硬質工具材料（サーメット（ＴｉＣ−Ｎｉ系合金など、より具体的には例えば、東洋鋼鈑（株）の“Ｒ４０”（硬さＨＲＣ７０）など）、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ系合金など、より具体的には例えば、富士ダイス（株）の“Ｄ５０”（硬さＨＲＣ７３）など）で、様々な硬さの材質を選択し、上記の条件を満たす組み合せとすればよい。プリハードン鋼（ＳＣ系、ＳＣＭ系、ＡＩＳＩＰ２１系、ＳＫＤ６１系、ＳＵＳ系、より具体的には例えばＳＵＳ系では大同特殊鋼（株）の“ＮＡＫ１０１”（硬さＨＲＣ３５）、（株）日本製鋼所の“ＮＰＤ８”（硬さＨＲＣ３５）など）、プリハードン鋼（大同特殊鋼（株）の“ＮＡＫ８０”（硬さＨＲＣ４０）など）のＨＲＣが５０よりも小さい材料は成形の際に焼き付きなどが生じる問題がある。
【００２７】
インサートの光学素子成形面５ｈ、６ｈは、無電解ニッケルメッキなどを施しておくことが光学素子面をより正確に成形する上で好ましい。言うまでもないが、無電解ニッケルメッキに限らず、光学素子としての表面性を確保できる膜であれば問題ない。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などを施してもよい。また、光学素子として十分な表面性が得られる材質であれば、前述のような膜を成膜しなくてもよい。
【００２８】
次に成形工程における前述の光学素子成形型の動作について図１と射出成形機の概略断面図である図３を用いて述べる。図３においては、光学素子成形型は省略図で記載しているので、光学素子成形型の部分の詳細は図１を参照する。
【００２９】
まず、ホッパ７に成形材料８を投入する。成形材料８はスクリュ１１の回転に伴い、ノズル１２の方向へと移動する。成形材料８は、スクリュ１１及び加熱シリンダ１０により、所望の温度に加熱混錬溶融される。同じくほぼ同様の温度に加熱されたノズル１２から、スプルー４、ランナー３、及びゲート２を通過して、光学素子成形型５、６のキャビティ内に溶融した成形材料射出し、キャビティ内に充填した後、射出シリンダ９にて、保圧されるという工程をたどる。この工程、すなわち、射出、充填、保圧工程での光学素子成形型は、図１（ａ）に示すように、可動側の光学素子成形型６と固定側の光学素子成形型５とが射出成形機の成形型開閉機構である型締めシリンダ１５により、当接し、閉じられた状態に保たれており、光学素子を得るためのキャビティが形成されている。光学素子成形型５，６は所定の一定温度に保たれ、成形材料が、キャビティ内に充填が始まると同時に、成形材料が冷却されていく。光学素子１が取り出し可能な状態になると、図１（ｂ）に示すように、可動側の光学素子成形型６が成形型可動方向（矢印２０の方向）に可動し、可動側の光学素子成形型６と固定側の光学素子成形型５の間が開かれる。その後、成形品であるスプルー４、ランナー３、ゲート２、光学素子１を取り出すために、エジェクタピン６ｄ、６ｅが、成形機のエジェクタ機構（図示せず）、光学素子成形型のエジェクタプレート（図示せず）を介して、図１（ｂ）に示すエジェクタ可動方向（矢印２１の方向）に可動する。エジェクタピンの可動に伴い、連接、配置されているインサート６ｃも矢印２１の方向に可動する。その可動の際、インサート６ｃの外径φＩの外径部６ｋが、ブロック６ａに形成してある内径φＢの内径部６ｍ内で、摺動し、案内される。これにより、成形品が、光学素子成形型から突き出されることになる。その後、取り出し機（図示せず）により、スプルー４をチャックし、取り出し、ゲートカット機（図示せず）を用いて、光学素子１とゲート２を切断し、光学素子が完成する。成形品の取り出しが完了すると、エジェクタピンが元の位置まで可動する（矢印２１と反対の方向）。それと同時にインサート６ｃの外径部６ｋが、矢印２１と反対の方向にブロック６ａの内径部６ｍ内で、摺動、案内されながら、所定の位置に配置、収納される。その後、可動側の光学素子成形型６が、固定側の光学素子成形型５に当接するまで閉じていき、次の射出工程に対応するように待機するという工程をたどる。
【００３０】
本発明においては、インサートの材質、ブロックの材質の何れの硬さもＨＲＣ６０以上であれば、光学素子成形型として十分に利用可能である。また、インサートの材質とブロックの材質の硬さが、ＨＲＣ６０より小さい場合でも、インサートの材質、ブロックの材質の硬さが何れもＨＲＣ５０以上で且つ硬さの差がＨＲＣ５以上であれば、同様に光学素子成形型として十分に利用可能である。
【００３１】
インサートの外径部の外径φＩとブロックの内径部の内径φＢのクリアランスの範囲は、０．０１ｍｍより小さくすることが好ましく、下限は特に限定するものではないが、０．００１ｍｍとしても焼き付きが生じにくい。特に固定側の成形型においては、成形時にはインサートがブロックの内径部内に摺動するというような作動が生じないので、実質上このクリアランスを０ｍｍとすることも可能である。尚、熱膨張の影響でクリアランスが変わる場合は、インサートの外径寸法か、ブロックの内径寸法を考慮してクリアランスを所定量に調整すればよい。一方で、クリアランスが０．０１ｍｍより大きい場合は、いずれの組み合わせでも、インサートとブロックに焼き付きは生じない。しかし、０．０１ｍｍ以上のクリアランスでは、光軸のズレの厳しい光学素子の光学特性を安定に高歩留まりで実現、満足することはできない。すなわち、クリアランスを非常に小さくした場合には、前述のような材料の硬さを選択することにより、焼き付きが生じることなく光軸のズレの小さい光学素子の成形が可能となった。
【００３２】
また、硬さを前述の範囲にしておくことに加えて、インサートの材質とインサートの外径部を摺動、案内する内径部を有したブロックの材質の熱膨張係数に差を設ける組み合わせを選択する、具体的には、固定側成形型５及び可動側成形型６の少なくとも一方の成形型において、インサートの材質の熱膨張率をαｉ、ブロックの材質の熱膨張係数をαｂとしたときに、αｉ≧αｂにしておくと、常温時のインサートとブロックのクリアランスが、成形温度の際に小さくなり、より高精度なクリアランスを持った光学素子成形型になる。
【００３３】
尚、固定側成形型５では、図１（ｂ）で示される様に、成形のたび毎に、可動側成形型６のように、インサート５ｃの外径部５ｋとブロック５ａの内径部５ｍが摺動する必要はない。固定側成形型５において、インサート５ｃの摺動、案内が必要なのは、かかる成形型を新たに設置する際に、成形型を組み立てる場合と、メンテナンスで分解、組み立てる場合にインサート５ｃの外径部５ｋをブロック５ａの内径部５ｍ内に摺動、案内することが必要になる。
【００３４】
従って、固定側成形型においては、熱膨張でインサートの外径寸法とブロックの内径寸法の差が可動側の成形型に比べて、より小さくなる組み合せを選定できる。固定側成形型の新規設置の際とメンテナンスで分解、組み立を行う場合には、常温にして行うことにより、問題なく上記作業を行うことができる。
【００３５】
次に別の実施形態例２について図２を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に関わる光学素子成形型での成形状態を示した概略断面図で、図２（ａ）は、成形材料が成形型内に充填、保圧されている状態を示す概略断面図、図２（ｂ）は、成形型を開き、成形品を取り出す状態を示す概略断面図である。この図において、図１の実施形態例１の光学素子と同一構成部分には同一符号が附してあり、実施形態例１と異なる個所についてのみ説明する。実施形態例２では、実施形態例１の図１に示す、インサート６ｃの外径部６ｋを摺動、案内する内径部６ｍを形成したブロック６ａを、図２に示すようにインサート６ｃの外径部６ｋを摺動、案内する内径部６ｍを形成した部分ブロック６ｆと、前記部分ブロック６ｆの外側の一部と接していて前記部分ブロック６ｆを保持している主ブロック６ｇに分割して構成している。部分ブロック６ｆと主ブロック６ｇは、連接、配置されており、例えば、ネジによる固定、圧入による固定など何らかの方法で固定され、成形工程中に、両者間が動かないように位置決めされている。同様に固定側の光学素子成形型についても、主ブロック５ｇと部分ブロック５ｆに分割して構成している。部分ブロック６ｆと５ｆは、いずれも成形時において、光学素子の外径部を規制して成形する部位に少なくとも用いられる。即ち、光学素子成形時にインサートの光学素子面形成面とともにキャビティを形成する部位に用いられる。
【００３６】
実施形態例２で、インサートの材質とブロックの材質の硬さの関係は、「前記インサートの外径部を摺動、案内するための内径部を形成したブロック」において前記インサートの材質と前記ブロックの材質の硬さが何れもＨＲＣ６０以上か、または、何れもＨＲＣ５０以上で且つ硬さの差がＨＲＣ５以上で構成されると記載したように、ブロックとして、保持すべき硬さの条件は少なくとも部分ブロック５ｆ、６ｆがこの条件を満たしていればよい。もちろん主ブロックと部分ブロックの両方が、本発明の上記規定の硬さの条件を満足していてもよい。
【００３７】
また、固定側成形型及び可動側成形型の少なくとも一方の成形型において、前記インサートの材質の熱膨張係数αｉと前記ブロックの材質の熱膨張係数αｂの関係が、αｉ≧αｂであると言う好ましい条件についても、固定側成形型のブロックとして、保持すべき熱膨張係数の条件は少なくとも部分ブロック５ｆとインサート５ｃがこの条件を満たしていればよい。もちろん主ブロック５ｇと部分ブロック５ｆの両方がインサート５ｃとの関係で、本発明の上記規定の熱膨張係数の条件を満足していてもよい。可動側成形型についても同様であり、少なくとも部分ブロック６ｆとインサート６ｃがこの条件を満たしていればよい。もちろん主ブロック６ｇと部分ブロック６ｆの両方がインサート６ｃとの関係で、本発明の上記規定の熱膨張係数の条件を満足していてもよい。
【００３８】
また、可動側成形型と固定側成形型それぞれの前記インサートの外径部の外径と、前記インサートを摺動、案内するブロックの内径部の内径とのクリアランスが０．０１ｍｍより小さいと言う本発明の好ましいクリアランス条件についても、前記インサート５ｃの外径部５ｋの外径と部分ブロック５ｆの内径部５ｍの内径との関係が上記クリアランス条件を満足していれば良く、同様に前記インサート６ｃの外径部６ｋの外径と部分ブロック６ｆの内径部６ｍの内径との関係が上記クリアランス条件を満足していれば良いのである。
【００３９】
即ち、部分ブロック５ｆ、６ｆを連接、配置されている主ブロック５ｇ、６ｇの材質、上記硬さ条件、熱膨張係数などの条件は、主ブロック５ｇ、６ｇが直接、インサートの外径部を摺動、案内する位置関係にはないため、部分ブロックと同じでも、異なっても問題ない。
【００４０】
実施形態例２では、実施形態例１とは異なり、実施形態例１の図１に示すブロックを、図２に示すように、インサートの外径部を摺動、案内する部分ブロックと、部分ブロックを連接し、配置するための主ブロックに分割したため、例えば、成形工程中、何らかの不具合により、光学素子の外径を形成する部分が破損したとき、破損した箇所の部分ブロックだけを交換すればよく、修繕費が安価となる。また、光学素子の外径が変わった場合などの際も、部分ブロックのみの交換で、光学素子の外径の変更に対応可能であるというメリットがある。
【００４１】
以下、本発明の実施例について図面、表を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００４２】
本実施例１では、図１で説明した、本発明の実施形態例１で用いた光学素子成形型を用いて図３を引用して説明した成形方法で、図１に示す光学素子成形型のインサートの材質とブロックの材質を変え、硬さを変えた光学素子成形型を製作し、光学素子、光学素子成形型を評価確認した。
【００４３】
成形材料（光学素子の材料）としては、非晶質ポリオレフィン系樹脂（日本ゼオン株式会社製、商品名“ＺＥＯＮＥＸ”、ガラス転移点Ｔｇ＝１５０℃、熱変形温度温度Ｔｔ＝１２５℃）を用いた。得ようとする光学素子の主な形状寸法は、外径＝φ５ｍｍ、光学素子面径＝φ３．８ｍｍ、中心厚＝１．８ｍｍ、コバ厚＝０．３６ｍｍで、両凸形状を有し、所望の光学仕様で、光学特性が得られるように設計されている。得ようとする成形品である光学素子に対応するように光学素子成形型は、光学素子の光学素子面（光学機能の作用を有する面）を形成するための光学素子面成形面５ｈ、６ｈをインサート５ｃ、６ｃの表面にそれぞれ形成し、光学素子の外径部（レンズを例にとると、レンズの外周の縁の部分に相当する部分）の成形（規制）は、インサートの外径部を摺動、案内する内径部を有したブロック５ａ、６ａで成形している。また、ゲートの形状は、ゲート幅＝０．８ｍｍ、ゲート厚み＝０．３５ｍｍで、光学素子の外径に連接配置されるように製作、組立されている。本実施例の光学素子成形型では、外径φＩの外径部を有するインサートと内径φＢの内径部を有するブロックの前記内径と外径の差であるクリアランスは、０．００５ｍｍになるように加工されており、光学素子が４個同時に成形できるようにキャビティを具備しているものを用いた。インサートとブロックの材質としては、プリハードン鋼（大同特殊鋼（株）の“ＮＡＫ１０１”：硬さＨＲＣ３５）、プリハードン鋼（大同特殊鋼（株）の“ＮＡＫ８０”：硬さＨＲＣ４０）、焼き入れ焼き戻し鋼（ウッデホルム（株）の“ＳＴＡＶＡＸ”：硬さＨＲＣ５２）、日立金属（株）の“ＳＵＳ４４０Ｃ”（硬さＨＲＣ５７）、日本高周波鋼業（株）の“ＫＤ１１Ｓ”（硬さＨＲＣ６０）、硬質工具材料（サーメット  東洋鋼鈑（株）の“Ｒ４０”：硬さＨＲＣ７０）、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ系合金富士ダイス（株）の“Ｄ５０”：硬さＨＲＣ７３）で、様々な硬さの材質を選択し、準備した。成形工程で、射出成形条件（射出条件、充填条件、保圧条件、成形型温度条件など）、ランナーやゲートの形状のなどを抽出し、所望の光学特性が得られる状態にそれぞれの硬さの様々な材質で製作した光学素子成形型を仕上げた。インサートの光学素子成形面５ｈ、６ｈは、無電解ニッケルメッキを施して形成している。
【００４４】
尚、成形工程は図１を用いて実施の形態例１で説明したと同様である。しかして、加熱シリンダ１０の設定温度は２６５℃、ノズル１２の設定温度も２６５℃、光学素子成形型５，６は１３０℃に設定して成形を行った。
【００４５】
かくして、製作した光学素子成形型で、前述の成形工程を約５万回、繰り返し行い、光学素子の光学特性と、光学素子成形型の評価を行った。
【００４６】
表１に、インサートの材質の硬さとブロックの材質の硬さの組み合わせと、その評価結果を示す。材質の硬さは、ロックウェル硬さＨＲＣで示している。評価としては、約５万回の成形後に、光学素子成形型のインサートとブロックの摺動、案内性が成形開始時と変わらないこと、成形開始時の光学素子の光学特性と約５万回成形後の光学素子の光学特性に変化が無いことを評価することで光学素子成形型の外径φＩのインサート外径部と内径φＢのブロックの内径部のクリアランス部分の焼き付き、変形の評価の指標とした。
【００４７】
表１中の記号は、評価結果を示しており、○は、約５万回の成形後も、光学素子成形型のクリアランス部分に異常が無く、良好な形態を保持しており、また、光学素子の光学特性も良好であったことを示す。×は、約５万回の成形途中で、インサートの外径部とブロックの内径部とが焼き付き、溶着し、可動側の成形型で光学素子成形型が破損し成形ができなくなったり、光学特性が維持できなくなり、光学素子成形型としての十分な耐久性が得られなかったことを示している。
【００４８】
【表１】
2005288940.tif 000003
【００４９】
表１から明らかなように、インサートの材質、ブロックの材質の何れの硬さもＨＲＣ６０以上であれば、光学素子成形型として十分に利用可能であることを見出すことができた。また、インサートの材質とブロックの材質の硬さが、ＨＲＣ６０より小さい場合でも、インサートの材質、ブロックの材質の硬さが何れもＨＲＣ５０以上で且つ硬さの差がＨＲＣ５以上であれば、同様に光学素子成形型として十分に利用可能であることを見出すことができた。
【００５０】
本実施例と同様に、外径φＩのインサートの外径部と内径φＢのブロックの内径部とのクリアランスを、０．００１〜０．００９ｍｍまで変化させて、評価をしたところ、クリアランスが０．０１ｍｍより小さい範囲では、同様な結果が得られた。尚、熱膨張の影響でクリアランスが変わる場合は、インサートの外径寸法か、ブロックの内径寸法を考慮してクリアランスを所定量に調整している。一方で、クリアランスが０．０１ｍｍより大きい場合は、いずれの組み合わせでも、インサートとブロックに焼き付きは生じなかった。但し、０．０１ｍｍ以上のクリアランスでは、光軸のズレの厳しい光学素子の光学特性を安定に高歩留まりで実現、満足することはできない。すなわち、クリアランスが非常に小さい場合には、前述のような硬さの材質を選択しなくてはならないことを見出すことができた。
【００５１】
また、硬さを前述の範囲にしておくことに加えて、インサートの材質とインサートの外径を摺動、案内する内径部を有したブロックの材質の熱膨張係数に差を設ける組み合わせを選択する、具体的には、インサートの材質の熱膨張率をαｉ、ブロックの材質の熱膨張係数をαｂとしたときに、αｉ≧αｂにしておくと、常温時のインサートとブロックのクリアランスが、成形温度の際に小さくなり、より高精度なクリアランスを持った光学素子成形型になる。本実施例の表１の組み合わせで、ブロックの材質として、ＨＲＣ硬さ７３の材質として超硬合金（具体的には、富士ダイス（株）の“Ｄ５０”）を選択し、インサートの材質としてＨＲＣ硬さ５２の材質として焼き入れ焼き戻し鋼（具体的には、ウッデホルム（株）の“ＳＴＡＶＡＸ”）を選択した場合についてクリアランスについて以下に示す結果が得られた。
【００５２】
超硬合金（“Ｄ５０”）の熱膨張係数は、５．４×１０-6（１／℃）で、ブロックの内径部の内径寸法をφ５．００５ｍｍで加工し仕上げた。焼き入れ焼き戻し鋼（“ＳＴＡＶＡＸ”）の熱膨張は、１０．７×１０-6（１／℃）でインサートの外径部の外径を５．０００ｍｍで仕上げた。すなわち常温時（２５℃）ではクリアランスは０．００５ｍｍである。成形時の成形型の温度は１３０℃であり、その時、インサートの外径部の外径寸法は、５．００６ｍｍに、ブロックの内径部の内径寸法は、５．００８ｍｍになり、その結果、成形時のクリアランスは、０．００２ｍｍと常温時以上に小さく構成することができる。言うまでもないが、前述したようにクリアランスが小さくても硬さに差を設けているために焼き付きなどは生じることなく、耐久性のある光学素子成形型が実現できる。また本実施例で、特に、固定側の光学素子成形型５では、成形工程において成形品を突き出すために、インサートを可動させる必要がない、すなわち、インサートの外径が、ブロックの内径により、摺動、案内する必要はないために、常温でのクリアランスを極力小さく仕上げておくことにより、成形温度領域では、クリアランスを０ｍｍにすることができ、成形型上での光軸のズレを極限まで小さく抑えることが可能となる。
【実施例２】
【００５３】
次に実施例２については図２を用いて説明した、本発明の実施形態例２で用いた光学素子成形型を用いて前記で説明した成形方法で、光学素子成形型のインサートの材質と部分ブロックの材質を変え、硬さを変えた光学素子成形型を製作し、光学素子、光学素子成形型を評価確認した。
【００５４】
尚、可動側の成形型の主部ブロック６ｇ、並びに固定側の成形型の主部ブロック５ｇとしては、プリハードン鋼（大同特殊鋼（株）の“ＮＡＫ８０”：硬さＨＲＣ４０）を用いた。
【００５５】
実施例２でも実施例１の表１と同様に、インサート５ｃ、６ｃの材質と、インサート５ｃ、６ｃの外径部を摺動、案内する内径部を形成している部分ブロック５ｆ、６ｆの材質を変更し、硬さを変えた成形型を製作し、成形を繰り返し行い、評価をした。部分ブロック５ｆ、６ｆを連接、配置されている主ブロック５ｇ、６ｇの材質は、直接、インサートの外径と摺動、案内する位置関係にはないため、部分ブロックと同じでも、異なっても問題はないが、この実施例では、主ブロックの材料として上述のものを用いた。
【００５６】
結果は、実施例１の表１と全く同じであった。すなわち、インサートの外径部とインサートの外径部を摺動、案内する内径部を形成した部分ブロックの材質の硬さについて、同じ関係が成り立つことが分かった。
【００５７】
実施例２では、実施例１とは異なり、前述したように、実施例１の図１に示すブロックを、図２に示すように、インサートの外径部を摺動、案内する部分ブロックと、この部分ブロックを連接し、配置するための主ブロックに分割したため、例えば、成形工程中、何らかの不具合により、光学素子の外径部を形成する部分が破損したとき、破損した箇所の部分ブロックだけを交換すればよく、修繕費が安価となる。また、光学素子の外径が変わった場合などの際も、部分ブロックのみの交換で、光学素子の外径の変更に対応可能であるというメリットがある。
【００５８】
本発明では、前述した実験結果に基づき、前述の要件すなわちインサートと、インサートの外径部を、摺動、案内する内径部を形成したブロックを構成する材質の硬さを何れもＨＲＣ６０以上にするか、または、いずれもＨＲＣ５０以上で且つ硬さの差をＨＲＣ５以上にすることにより、インサートの外径とインサートを摺動、案内するブロックの内径のクリアランスが０．０１ｍｍより小さい場合においても、インサートとブロックが成形を繰り返しても焼き付くことがなく、高精度な光学素子を生産できる耐久性の高い光学素子成形型を実現できる。
【００５９】
尚、実施例においては、成形方法として射出成形法を用いて、光学素子を成形して得たが、これに限らず、例えば、あらかじめ成形材料を所望の形状に加工した後に、加熱加圧、圧縮成形方法を用いて光学素子を得ても、何ら問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に関わる光学素子成形型及び光学素子成形方法は、インサートとインサートを摺動、収納するブロックの材質の硬さを所定硬さ以上にしたり、硬さに差を持たせることにより、クリアランスが非常に小さくても、クリアランス部に焼き付きなどが生じることなく、十分に連続生産に耐えうることの可能な成形型を実現できる。回折面を有した特殊レンズや、ブルーレイディスク（ＢＤ）用レンズ、高画素化の進む携帯電話やデジタルスチルカメラに用いられる撮像系レンズ等の光軸のズレの厳しい精度を要求される高精度な光学素子等の成形に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に関わる光学素子成形型での成形状態を示した概略断面図で、（ａ）は、成形材料が成形型内に充填、保圧されている状態を示す概略断面図、（ｂ）は、成形型を開き、成形品を取り出す状態を示す概略断面図。
【図２】本発明の他の一実施形態に関わる光学素子成形型での成形状態を示した概略断面図で、（ａ）は、成形材料が成形型内に充填、保圧されている状態を示す概略断面図、（ｂ）は、成形型を開き、成形品を取り出す状態を示す概略断面図。
【図３】従来ないし本発明の光学素子成形方法に用いられる射出成形機の概略断面図。
【図４】従来ないし本発明の光学素子の中間成形品の形状を示した形状概略図であり、図４（ａ）は光学素子成形型（可動側）から見た概略平面図、図４（ｂ）は概略断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 光学素子
１ａ  光学素子面
１ｂ  光学素子面
２ ゲート
３ ランナー
４ スプルー
５ 光学素子成形型（固定側）
５ａ  ブロック（固定側）
５ｂ  バックプレート（固定側）
５ｃ  インサート（固定側）
５ｆ  部分ブロック（固定側）
５ｇ  主ブロック（固定側）
５ｈ  光学素子面成形面（固定側）
５ｋ  インサート５ｃの外径部（固定側）
５ｍ  ブロックの内径部（固定側）
６ 光学素子成形型（可動側）
６ａ  ブロック（可動側）
６ｂ  バックプレート（可動側）
６ｃ  インサート（可動側）
６ｄ  エジェクタピンの一部
６ｅ  エジェクタピンの一部
６ｆ  部分ブロック（可動側）
６ｇ  主ブロック（可動側）
６ｈ  光学素子面成形面（可動側）
６ｋ  インサート６ｃの外径部（可動側）
６ｍ  ブロックの内径部（可動側）
７ ホッパ
８ 成形材料
９ 射出シリンダ
１０  加熱シリンダ
１１  スクリュ
１２  ノズル
１３  固定ダイプレート
１４  移動ダイプレート
１５  型締めシリンダ
２０  可動側光学素子成形型６の可動方向を示す矢印
２１  エジェクタ可動方向を示す矢印
【図１】
2005288940.tif 000004
【図２】
2005288940.tif 000005
【図３】
2005288940.tif 000006
【図４】
2005288940.tif 000007