(57)【要約】注入成型プラスチックを用いて正確な光学素子を製造するために、金属型が、２つのポジ型マスターから、製造される。２つのポジ型マスターは、所望のプラスチック部の正確な複製物を備え、その上には、金属シェル（５１）が、電気的に形成される、或いは、めっきされる。２つのポジ型マスターは、各型のために必要であり、１つは、その型の上側部分を規定するために形成され、他は、その型の下側部分を規定するために形成される。各ポジ型マスターは、軸方向線（５２）と、その軸方向線から僅かにずれた切断線とで印を付けられ、上側部分の型のための切断線は、軸方向線よりも下側にあり、下側部分の型のための切断線は、軸方向線よりも上側にある。その後、ポジ型マスターは、切断線に沿って切断され、金属シェルは、取り除かれ、その後、軸方向線と切断線との間にある残りの金属シェルの一部（６７）は、形を整えられる。型の上側部分（６３）と下側部分とは、その後、組み合わされて、完全な注入型を規定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック光学構成部品用の注入型を製造する方法であって、該方法は、
（ａ）製造されるプラスチック光学構成部品の少なくとも２つの金属模型を形成するステップ（ステップ１１）と、
（ｂ）前記金属模型のそれぞれの上に、金属シェル（５１）を形成するステップ（ステップ１２２）と、
（ｃ）前記金属シェルのそれぞれの上に、軸方向の線（５２）で印を付けるステップ（ステップ１２３）と、
（ｄ）前記シェルの第１のシェルを、軸方向の線よりも下側にある線（６５）に沿って切断し、前記シェルの他方のシェルを、軸方向の線よりも上側にある線（７５）に沿って切断するステップ（ステップ１２５）と、
（ｅ）切断線からの金属シェル部分及び金属模型部分を、前記シェルのそれぞれの軸方向の線から遠ざけて廃棄するステップと、
（ｆ）残りの金属シェルから金属模型を取り除き、切断線と前記シェルのそれぞれの軸方向の線との間にある金属シェルの一部（６７，７７）の形を整えるステップと、
（ｇ）注入型を形成するために、その結果として生じる２つの金属シェル部分（６３，７３）を組み合わせるステップ（ステップ１４）と、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、金属模型を形成する前記ステップが、
（ａ）成型されるプラスチックの縮小率を求めるステップと、
（ｂ）それに従って、前記模型の寸法を調整するステップ（ステップ１１１）と、を含む、方法。
【請求項３】
プラスチック光学構成部品を形成する際に適切な注入型を製造する方法であって、該方法は、
（ａ）第１の金属から、前記光学構成部品の複数の複製ポジ型マスターを製造するステップ（ステップ１１）と、
（ｂ）前記複数の複製ポジ型マスターのそれぞれを、光学的な表面仕上げまで磨くステップ（ステップ１１４）と、
（ｃ）前記複数の複製ポジ型マスターのそれぞれを、電気鋳造液の中に置くステップ（ステップ１２１）と、
（ｄ）前記複数の複製ポジ型マスターのそれぞれの上に、第２の金属のシェル（５１）を所定の厚さまで電気的に形成するステップ（ステップ１２２）と、
（ｅ）前記電気的に形成されたシェルのそれぞれの上に、軸方向の成型線で印を付けるステップ（ステップ１２３）と、
（ｆ）ネガ型マスター部分を形成するために、所定の切断線（６７，７７）に沿って、１組のポジ型マスターのそれぞれを切断するステップ（１２４）であって、ネガ型マスター部分のそれぞれが、ポジ型マスターに関して電気的に形成された部分を備えている、ステップ（１２４）と、
（ｇ）前記所定の切断線の１つと前記成型線との間に介在する電気的に形成されたシェルの一部（６７，７７）を備えるはみ出し領域を取り除くことによって、前記ネガ型マスター部分のそれぞれの形を整えるステップ（ステップ１２６）と、
（ｈ）１組のネガ型マスター成型部分を形成するために、前記ネガ型マスター部分のそれぞれから、前記ポジ型マスター部分のそれぞれを分離するステップと、
（ｉ）１組のネガ型マスター成型部分から、型を組み立てるステップ（１１２）であって、１組のネガ型マスター成型部分が、前記プラスチック光学構成部品を完全に規定する、ステップ（１１２）と、を含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、該方法さらに、
（ａ）成型される材料の縮小率を求める準備ステップと、
（ｂ）前記縮小率を補うために、前記複製ポジ型マスターの寸法を調整する準備ステップと、を含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、複製ポジ型マスターの寸法を調整する前記ステップが、計算機援用設計技術を用いて実行される、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、前記第１の金属が、銅、鋼鉄、銅コート鋼鉄、およびニッケル・コート鋼鉄からなるグループから選択される、方法。
【請求項７】
請求項３に記載の方法であって、前記第３の金属が、固い金属である、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記固い金属が、ニッケルである、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記型が、シクロオレフィンポリマー、透明アクリル樹脂、およびポリスチレンからなるグループから選択されたプラスチック材料を注入成型する際に、適している、方法。
【請求項１０】
プラスチック光学構成部品用の注入型を製造する方法であって、該方法は、
（ａ）型によって製造されるプラスチック光学構成部品の２つの正確な金属模型（６１，７１）を形成するステップ（ステップ１１）と、
（ｂ）前記金属模型のそれぞれの上に、金属シェル（５１）を形成するステップ（ステップ１２２,１３２）と、
（ｃ）前記金属シェルのそれぞれの端から端まで、線（５２）で印を付けるステップ（ステップ１２３,１３２）であって、前記複数線が、前記複数シェルの上側部分（６３）と下側部分（７３）とを線引きし、前記複数上側部分が、等しく、前記複数下側部分が、等しい、ステップ（ステップ１２３,１３２）と、
（ｅ）前記シェルの１つのシェルを、線引線よりも上側にある線（７５）に沿って切断し、前記シェルの他方のシェルを、線引線よりも下側にある線（６５）に沿って切断するステップ（ステップ１２５，１３５）と、
（ｆ）切断線よりも下側にある前記１つのシェルの一部（６７）と切断線よりも上側にある前記他方のシェルの一部（７７）とを取り除くステップと、
（ｇ）前記１つのシェルから、切断線よりも上側にある前記金属模型の一部を取り除き、前記他方のシェルから、切断線よりも下側にある前記金属模型の一部を取り除くステップと、
（ｈ）線引線と切断線との間にある各シェルの部分の形を整えて取り去るステップ（ステップ１２６，１３６）と、
（ｉ）注入型を形成するために、前記１つ及び他方のシェルの残りの部分を組み合わせるステップ（ステップ１４）と、を含む方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、２つの正確な金属模型を形成するステップが、
（ａ）成型される前記プラスチックの縮小率を求めるステップと、
（ｂ）それに従って、前記模型の寸法を調整するステップ（ステップ１１２）と、を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記模型の金属が、銅、鋼鉄、銅コート鋼鉄、およびニッケル・コート鋼鉄からなるグループから選択され、前記シェルの金属が、ニッケルである、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、金属模型のそれぞれの上に金属シェルを形成する前記ステップが、電気的に形成するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注入成型分野に関連し、詳細には、プラスチック光学素子を形成する際に適切な型を準備する方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
厚い非結像レンズ（例えば、コリメータ集光非結像レンズ）は、それが一般にガラスの機械加工によって製造されるため、高価である。これらの厚い非結像レンズは、一般に、高アスペクト比と多くの非常に厳しい許容性（表面仕上げ、平坦性、同心性および垂直性を含む）とによって、特徴づけられる。これらの光学素子の費用は、機械加工ガラス構成部品を成型プラスチック構成部品に取り替えることによって、大幅に減少することができる。
【０００３】
当分野において、このような光学素子は、部分形状が成型に向いている場合、例えば注入成型によって、成型することができることが知られている。また、高アスペクト比の光学部品用の型を製造は、困難であることが知られている。
【０００４】
プラスチック光学構成部品の注入成型製造に適切な型を製造する方法が、求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の概要）
我々の発明は、注入成型プラスチックを用いて光学構成部品を製造する際に適切な型の製造方法である。我々の発明に使用する際に適切な注入成型材料は、シクロオレフィンポリマー、透明アクリル樹脂、およびポリスチレンを含むが、それらに限定されない。
【０００６】
我々の発明に従うプラスチック光学素子用の注入型を製造するために、プラスチック光学素子の金属模型は、最初に注意深く、所望のプラスチック光学素子の正確な寸法に、機械加工されるが、その寸法は、プラスチックが完成した型に注入される際のプラスチックに関する（硬化中の）所定の割合の縮小を補うように調整される。具体的には、プラスチック光学部用の注入型を製造するために、２つのこのような機械加工模型が、使用される。その後、これらの金属模型のそれぞれは、例えば電気的形成によって、その上にシェル（ｓｈｅｌｌ）を覆い、このシェルは、金属模型の寸法に、正確に整合する。我々の発明の更なる実施形態において、２つよりも多い機械加工模型及びそれに対応するシェルが、使用される。
【０００７】
我々の発明の１形態に従い、包まれた金属模型を含むシェルのそれぞれは、その後、その外側の上に２つの線で印を付けられ、軸方向の線を規定する第１の線は、１実施形態において、シェルを２つの部分に分離する。成型されるプラスチック光学素子の形状に依存して、軸方向の線は、シェルを、大きさの等しい２つの部分に分離しなくてもよい。第２の印を付けられた線は、第１から僅かにずれ、第１のシェル用の軸方向の線よりも下側にあり、且つ、他のシェル用の軸方向の線よりも上側にある。その後、シェルは、これらの第２の印を付けられた線に沿って切断される。その後、軸方向の線から離れおり、第２の切断線とその上に形成された外側のシェルとの間の金属模型部分は、破棄される。
【０００８】
残りは、所望のプラスチック部分の寸法よりも僅かに大きい２つのシェル部分とこれらのシェル部分の内にある金属模型の一部である。従って、次のステップにおいて、シェル内の残りの金属部とともに、軸方向の線と第２の切断線との間にあるその部分のシェルは、各シェル部分から取り除かれる。印を付けられた切断線にそった切断行程が、これらの切断線に隣接する外側のシェルの寸法を曲げる可能性がある一方、我々の発明に従って、シェルの切断が、軸方向の線から離れて行われるため、その切断行程は、完成注入型を形成するために二つの型半分シェル部分がその後に一緒になる場合、完成型の所望の寸法に影響を与えない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（発明の詳細な説明）
発明の実施モード
図１を参照すると、我々の発明に従って製造された型を用いて高アスペクト比プラスチック部を製造するための方法が、示されている。最初に、例えば銅鉄製のマンドレルを機械加工することによって、所望のプラスチック光学構成部品に関する、１対の正確な模型、即ち、複製ポジ型マスター（ｄｕｐｌｉｃａｔｅ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｍａｓｔｅｒ）が、製造される（ステップ１１）。次に、例えば、第１及び第２の組のポジ型マスターの周りにシェルを電気的に形成して、その後、本発明に従ってこれらの電気的に形成されたシェルを取り外し、シェルの形を整えることによって、第１及び第２の組のネガ型マスター部分が、製造される（ステップ１２及び１３）。次に、その結果として生じる第１及び第２の組のネガ型マスター部分を使用して、型が、作られる（ステップ１４）。最後に、プラスチックは、その型の中に注入され（ステップ１５）、そのプラスチックは、硬化することを許可され（ステップ１６）、完成プラスチック部は、取り外される（ステップ１７）。
【００１０】
図２は、複製ポジ型マスターを製造する詳細なステップを示す。最初に、硬化中のプラスチック材料（例えばシクロオレフィンポリマー）の縮小を考慮するために、計算機援用設計（ＣＡＤ）を使用して、完成光学部分の設計寸法が、修正される（ステップ１１１）。複製ポジ型マスターのそれぞれは、金属マンドレル（例えば鋼鉄又は銅）から、完成光学部品の修正寸法に機械加工され（ステップ１１２）、さらに、光学的な表面仕上げ、例えば、８０オングストロームの二乗平均（ＲＭＳ）微少粗さまで、磨かれる（ステップ１１４）。磨き（ステップ１１４）前に、１実施形態において、鋼鉄マンドレルは、最初に、旋盤上でダイアモンド回転され、その後、第２の金属（例えば、銅）で覆われる（ステップ１１３）。
【００１１】
ここで、図３を参照すると、第１のネガ型マスター部分を製造する詳細なステップが、示されている。金属模型、即ちポジ型マスターは、電気鋳造液の中に置かれ（ステップ１２１）、さらに、第１の固いめっき金属で、所定の厚さまで、めっきされる（１２２）。我々の発明の１実施形態において、ポジ型マスターは、ニッケルで、０．６２５ミリメール（０．０２５インチ）のめっき厚さまで、めっきされる。ポジ型マスター及びその電気的形成シェル５１の結果として生じる結合が、図５に示される。
【００１２】
ここで、図５を参照すると、図５は、第１のネガ型マスター部分の機械的な配置を示し、図３への参照に続く。電気的に形成されたシェル５１は、第１のポジ型マスターに関して形成された。電気的形成シェル５１は、軸方向の線５２で、印を付けられ（ステップ１２３）、その後、切断線６５で、印を付けられ（ステップ１２４）、これにより、第１のネガ型マスター部分６３を規定する。図５に示す実施形態において、第１のネガ型マスター部分６３は、電気的形成シェル５１の一部であり、軸方向成型線５２よりも上に位置する。電気的形成シェル５１の廃棄部分６４は、切断線６５よりも下に位置する。軸方向成型線５２と切断線６５との間に位置する電気的形成シェル５１の一部分である、はみ出し部分６７が存在する。
【００１３】
次に、電気的形成シェル５１を含むポジ型マスターは、例えば、ワイヤー放電加工機（ＥＤＭ）を使用して、切断線６５で切断され（ステップ１２５）、電気的形成シェルの廃棄部分６４は、下にあるポジ型マスターの廃棄部分６２とともに、取り外され、廃棄される。
【００１４】
我々の発明の機能を持つ手順におけるこの点において、ポジ型マスターの上側部分は、所望のネガ型マスター、即ちシェル部分６３と、それに包まれたポジ型マスター模型部分６１との双方を含み、さらに、軸方向線５２と切断線６５との間にある、はみ出し部分７２と外側シェル６３とを含む。その後、その型の外側シェル部分６３は、型又はポジ型マスターの保持された部分及びはみ出し部分（６１及び６７）から、取り除かれる。最後に、切断線６５と軸方向線５２との間にある外側シェル６３の部分は、ポジ型マスター又はシェルの残りの上側部分が、所望の最終型の正確に半分になるように、削って形を整えられる。
【００１５】
軸方向線５２にではなく切断線６５に沿って切断することにより、切断行程に起因する成型シェル部分６３の曲がりは、はみ出し部分７２に隣接するシェル部分６３であって、削って形を整えられる部分だけに限定される。
【００１６】
次に図４及び図６を参照すると、第２の又は下側のネガ型マスター部分７３は、第１のネガ型マスター部分６３と同様に製造される。但し、第２のネガ型マスター部分７３は、成型される光学構成部品の反対側を表している。第２のネガ型マスター部分の製造は、ポジ型マスター又は金属模型を電気鋳造液の中に置くステップ（ステップ１３１）、そのポジ型マスターに関して電気的形成シェルをめっきするステップ（ステップ１３２）、軸方向成型線５２で、印を付けるステップ（ステップ１３３）、切断線７５で、印を付けるステップ（ステップ１３４）、切断線で切断するステップ（ステップ１３５）、及び、第２のネガ型マスター部分の形を、軸方向成型線まで整えるステップ（ステップ１３６）によって、製造される。最後に、上述したように、ネガ型マスター部分７３は、当分野で既知の技術を使用して、ポジ型マスターの第２の保持領域７２から分離させる。
【００１７】
図７を次に参照すると、図７は、光学構成部品用の型を組み立てるステップを表す。多くの光学構成部品用を同時に成型することができる。複数の上側ネガ型成型部分は、型固定装置に固定され（ステップ１４１）、複数の下側ネガ型成型部分は、その型固定装置に固定される（ステップ１４２）。必要であれば、流路及び湯口は、当分野で既知の技術を使用して、追加される（ステップ１４３）。
【００１８】
ここで図８を参照すると、図３で表されたステップを使用して第１のポジ型マスターから製造された上側のネガ型マスター成型部分６３と、図４で表されたステップを使用して第２のポジ型マスターから製造され下側のネガ型マスター成型部分７３とは、ともに、組み合わされたときに、完全に、完成光学構成部品用を規定する。
【００１９】
最後に、図９及び図１０を参照すると、我々の発明を使用して製造することができる一般的な高アスペクト比の光学構成部品は、円形から正方形に少しずつ変化するコリメータ８０である。これらのコリメータ８０は、配列９０へと密に束ねることができ、また、円形ファイバ光学ケーブルを非結像出力に効率的に連結する際に、特に有益である。これらの少しずつ変化するコリメータ８０は、円形の入り口と、正方形の出口と、幅に対する長さの高アスペクト比と、厳しい光学許容性とを含む。上述したように、これらの少しずつ変化するコリメータ８０及び他の同様な光学構成部品は、シクロオレフィンポリマー、透明アクリル樹脂、およびポリスチレンのような様々な材料からの成分から、成型することができる。
【００２０】
利点として、我々の発明の方法を使用して、プラスチックからプラスチック光学構成部品を成型することは、ガラスからのような構成部品を機械加工することよりも、費用がかなり安い。
【００２１】
図面及び明細書は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明したが、様々な変形は、本発明の範囲に影響を与えることなく、本発明の形態として行うことができることが、当業者にとって、明らかである。例えば、我々の発明の実施形態として、２つよりも多い金属模型を使用して、２つよりも多いネガ型成型部分を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従った高アスペクト比プラスチック部用の型を製造する概略的なフローチャートである。
【図２】本発明に従う、図１の手順の詳細を示す。
【図３】本発明に従う、図１の手順の詳細を示す。
【図４】本発明に従う、図１の手順の詳細を示す。
【図５】我々の発明の例示的実施形態に従う、マンドレルを囲み、さらに、第１の廃棄領域を示す、電気的形成されたシェルを備える機械加工されたマンドレルを表す。
【図６】我々の発明の例示的実施形態に従う、マンドレルを囲み、さらに、第２の廃棄領域を示す、電気的形成されたシェルを備える機械加工されたマンドレルを表す。
【図７】本発明に従う、図１の手順の詳細を示す。
【図８】我々の発明の例示的実施形態に従う、２つの分離したネガ型マスターから準備された注入型の２つの半分を表す。
【図９】我々の発明の機能を持つ手法によって製造された高アスペクト比プラスチック光学部の一例である、円形から正方形に少しずつ変化するコリメータを示す。
【図１０】例示的な有用な構成で配置された図９の高アスペクト比プラスチック光学部を示す。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004537435.tif 000029
2004537435.tif 000030
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004537435.tif 000031
2004537435.tif 000032
【国際調査報告】
2004537435.tif 000033
2004537435.tif 000034
2004537435.tif 000035