JP2008224814A - Lens manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金型の内部に溶融した樹脂材料を充填して光学レンズを製造するレンズ製造方法に関するものである。 The present invention relates to a lens manufacturing method for manufacturing an optical lens by filling a molten resin material into a mold.
近年、レーザービームプリンタ、レーザーファクシミリ等で使用されている光走査装置において、樹脂材料により成形したプラスチックレンズ(光学レンズ)が使用されている。光走査装置によって照射されるレーザビームによって感光体ドラム等に画像が書き込まれるため、高精度な画像を感光体ドラム等に書き込むためには高精度で製造したプラスチックレンズを使用する必要がある。 In recent years, plastic lenses (optical lenses) molded from resin materials are used in optical scanning devices used in laser beam printers, laser facsimiles, and the like. Since an image is written on the photosensitive drum or the like by the laser beam emitted by the optical scanning device, it is necessary to use a plastic lens manufactured with high accuracy in order to write a highly accurate image on the photosensitive drum or the like.
一般的に光走査装置に使用されるプラスチックレンズは長尺のものが多く、高精度なプラスチックレンズを成形により製造しようとすると、金型からの離型時にプラスチックレンズが変形しないよう、複数のエジェクターピンにより金型からプラスチックレンズを離型させることが必要である。そこで複数のエジェクターピンによりプラスチックレンズが押される箇所を確保するため、特許文献1に記載されているようにプラスチックレンズのの外周に鍔部を設けることが考えられる。その具体的な構成を図8に示す。 In general, many plastic lenses used in optical scanning devices are long, and when a high-precision plastic lens is manufactured by molding, multiple ejectors are used to prevent the plastic lens from being deformed when released from the mold. It is necessary to release the plastic lens from the mold with a pin. Therefore, in order to secure a place where the plastic lens is pushed by a plurality of ejector pins, it is conceivable to provide a flange on the outer periphery of the plastic lens as described in Patent Document 1. Its specific configuration is shown in FIG.
図8(a)はプラスチックレンズの平面図であり、図8(b)はプラスチックレンズの一部分を示す斜視図である。 FIG. 8A is a plan view of the plastic lens, and FIG. 8B is a perspective view showing a part of the plastic lens.
図8(b)に示すようにプラスチックレンズ1000の中央部に光学機能を有するレンズ部1001が設けられており、レンズ部1001の外周に鍔部1002が設けられている。
As shown in FIG. 8B, a
図9はプラスチックレンズを成形する金型の構造を示した概略図である。 FIG. 9 is a schematic view showing the structure of a mold for molding a plastic lens.
プラスチックレンズ1000を成形する金型は、基本的に金型2000と金型3000により構成される。レンズ部1001の一方の面は金型2000内に配置された不図示の入子の金型で形成され、レンズ部1001の他方の面は金型3000内に配置された不図示の入子の金型で成形される。
A mold for molding the
金型2000と金型3000が接触する位置で溶融した樹脂材料がキャビティに充填され、充填された樹脂材料がある程度冷却されると、金型2000と金型3000が離間する。そしてプラスチックレンズ1000の鍔部1002を複数のエジェクターピン3001で押して、金型3000からプラスチックレンズ1000が離型される。
The molten resin material is filled in the cavity at a position where the
このようにプラスチックレンズ1000の鍔部1002を複数のエジェクターピン3001で押すことによって、離型時にプラスチックレンズ1000が変形せず、高精度のレンズ部1001を有するプラスチックレンズ1000を製造することが出来る。
図10(a)は、図8で示したプラスチックレンズ1000の斜視図であり、図10(b)は、図10(a)に示すx部分の断面図である。
10 (a) is a perspective view of the
プラスチックレンズ1000を成形する場合、溶融した樹脂材料の合流ムラであるウエルドがレンズ部1001に発生しないよう、プラスチックレンズ1000の長手方向における端部(図10(a)におけるy部分)より、まずレンズ部1001から充填されるように樹脂材料を射出し充填させる。
When the
また、プラスチックレンズ1000を金型3000(図9参照)から離型しやすくするために、金型3000に抜きテーパを設けられている。金型3000に抜きテーパを設けると、プラスチックレンズ1000の外形は図10(b)の破線で示す形状となる(図10(b)で示す「T」が抜きテーパの角度である)。
Further, in order to make it easy to release the
抜きテーパTの角度が小さいとプラスチックレンズ1000の離型性を十分に確保できず、金型からの離型時にプラスチックレンズ1000が変形する可能性がある。
If the angle of the taper taper T is small, the releasability of the
一方、抜きテーパTの角度が大きいと、図10(b)に示すように鍔部1002の厚さが増し、樹脂材料が鍔部1002に先に充填してその後でレンズ部1001に充填される可能性があり、そうなるとレンズ部1001にウエルドが発生してしまう。特に図10(c)で示すようにレンズ部1001の短手方向の形状が凹形状となっているプラスチックレンズは、レンズ部1001の厚みが中央部で小さいため、ウエルドが発生しやすい。
On the other hand, when the angle of the taper taper T is large, the thickness of the
そこで、本発明の目的は、長尺の光学レンズを適正に製造し、かつ光学機能を有するレンズ部においてウエルドを防止するレンズ製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a lens manufacturing method for appropriately manufacturing a long optical lens and preventing welds in a lens portion having an optical function.
上記目的を達成するため、本発明に係るレンズ製造方法は、
短手方向の形状が凹形状であるレンズ部と、当該レンズ部の外側に位置する鍔部と、を有し、長手方向における前記鍔部を含めた最大長さAと、短手方向における前記鍔部を含めた最大長さBが以下の関係式を満たす光学レンズを、成形によって製造するレンズ製造方法であって、
光学レンズの外周面に相当する箇所に以下の関係式を満たす抜きテーパを設けた金型を使用し、当該金型の内部に溶融した樹脂材料を充填して光学レンズを製造することを特徴とするものである。
6≦A/B≦30
3°≦T≦10°
但し、Tは、前記光学レンズの光軸と前記抜きテーパがなす角度である。
In order to achieve the above object, a lens manufacturing method according to the present invention includes:
A lens part having a concave shape in the short direction, and a collar part located outside the lens part, and a maximum length A including the collar part in the longitudinal direction; A lens manufacturing method for manufacturing, by molding, an optical lens in which the maximum length B including the collar portion satisfies the following relational expression,
The present invention is characterized in that an optical lens is manufactured by using a mold provided with a punch taper satisfying the following relational expression at a location corresponding to the outer peripheral surface of the optical lens, and filling the melted resin material into the mold. To do.
6 ≦ A / B ≦ 30
3 ° ≦ T ≦ 10 °
Here, T is an angle formed by the optical axis of the optical lens and the draft taper.
本発明に係るレンズ製造方法によれば、長尺の光学レンズを適正に製造し、かつ光学機能を有するレンズ部においてウエルドを防止することが出来る。 According to the lens manufacturing method of the present invention, it is possible to appropriately manufacture a long optical lens and prevent welds in a lens portion having an optical function.
まず、本発明に係るレンズ製造方法により製造したプラスチックレンズ(光学レンズ)を使用する光走査装置について説明する。 First, an optical scanning device using a plastic lens (optical lens) manufactured by the lens manufacturing method according to the present invention will be described.
図1は光走査装置を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an optical scanning device.
光走査装置10は、ハウジング11の中に、半導体レーザ12、回転多面鏡15、fθレンズ16等が設置された構成となっている。
The
半導体レーザ12から射出したレーザビームLは、コリメートレンズ13により平行光となり、第1結像光学系の第1シリンドリカルレンズ14を透過して高速で回転する回転多面鏡15に入射する。回転多面鏡15で反射したレーザビームLは、fθレンズ16、第2シリンドリカルレンズ17から成る第2結像光学系を透過して反射ミラー18に入射し、感光体ドラム1に所定のスポット径で照射される。感光体ドラム1上への画像情報の書込は、レーザビームLをインデックスセンサ19で検知することにより、所定のタイミングで実行される。
The laser beam L emitted from the
第2シリンドリカルレンズ17はトロイダル面や自由曲面を用いてもよいが、ここではこれらを総称して「シリンドリカルレンズ」と呼んでいる。
The second
本発明に係るレンズ製造方法により製造したプラスチックレンズ(光学レンズ)を使用する光走査装置として、図1に示すような構成をとった場合、第2シリンドリカルレンズ17は、短手方向に凹の形状であるため、短手方向すなわち副走査方向の集光力を得るために、少なくともfθレンズ16または反射ミラー18のいずれかに、副走査方向に正の屈折力を負荷する必要がある。
When the optical scanning device using the plastic lens (optical lens) manufactured by the lens manufacturing method according to the present invention is configured as shown in FIG. 1, the second
このように光走査装置10によりレーザビームLが照射されることにより、感光体ドラム1には潜像画像が書き込まれる。なお、本実施形態では感光体ドラム1にレーザービームLを照射しているが、被照射体は感光体ドラムに限られず、感光体フィルム等の他の被照射体であってもよい。
In this way, the laser beam L is emitted from the
図1における第2シリンドリカルレンズ17は本発明に係るレンズ製造方法により製造したプラスチックレンズであり、金型の内部に溶融した樹脂材料を充填して成形される。
A second
なお、本発明に係るレンズ製造方法により製造したプラスチックレンズを、図1に示す光走査装置10では第2シリンドリカルレンズ17に使用しているが、光走査装置に使用されるレンズであれば他のレンズに使用しても構わない。以下、第2シリンドリカルレンズ17を単にプラスチックレンズ17という。
The plastic lens manufactured by the lens manufacturing method according to the present invention is used for the second
図2はプラスチックレンズ17の詳細図である。
FIG. 2 is a detailed view of the
図2(a)はプラスチックレンズ17の斜視図、図2(b)はプラスチックレンズ17の正面図、図2(c)は図2(b)におけるプラスチックレンズ17のC−C断面図、図2(d)はプラスチックレンズ17の側面図である。
2A is a perspective view of the
図2(b)で示すように、プラスチックレンズ17の中央部には光学機能を有するレンズ部17Aが設けられている。また、レンズ部17Aの外側には箱状に鍔部17Bが設けられている。また、図2(c)で示すように、レンズ部17Aは図の上方向に凸のメニスカス形状となっている。
As shown in FIG. 2B, a
プラスチックレンズ17を金型により成形する場合は、鍔部17Bの面をエジェクターピンで押すことによりプラスチックレンズ17が金型から離型される。プラスチックレンズ17を製造するレンズ製造方法については後述する。
When the
図2(d)で示すように、プラスチックレンズ17の外周面には同一面上にレンズ位置決め部17C〜17Eが形成されている。レンズ位置決め部17Cは突起形状となっており、プラスチックレンズ17を光走査装置1の設置台20(図1参照)に設置する際の基準となる(つまり、位置決めの基準となる)。
As shown in FIG. 2D,
また、レンズ位置決め部17Dと17Eもプラスチックレンズ17を設置台20に設置する際の基準となり、レンズ位置決め部17Dと17Eはプラスチックレンズ17の走査(光学レンズの光軸)方向に略平行な面を有する。鍔部底面に略垂直な面を有するとも言える。プラスチックレンズ17の設置台20への設置を容易にするため、レンズ位置決め部17D、17Eの長さαとプラスチックレンズ17の高さβとの関係は以下の関係式を満足することが好ましい。
1/3≦α/β≦2/3 ・・・(1)
より好ましくは、以下の関係式を満たすことである。
1/2≦α/β≦2/3 ・・・(1)’
プラスチックレンズ17の外周面には、3つのレンズ位置決め部が設けられているが、少なくとも2つ以上あれば、良好にプラスチックレンズ17を設置台20に設置させることが出来る。
The
1/3 ≦ α / β ≦ 2/3 (1)
More preferably, the following relational expression is satisfied.
1/2 ≦ α / β ≦ 2/3 (1) ′
Three lens positioning portions are provided on the outer peripheral surface of the
なお、レンズ位置決め部は、光学レンズを長手方向から見た際に(図2(d)の状態)、光学レンズの長手方向中心(17Cの位置)と光学レンズ端部との中間の位置よりも、光学レンズ端部よりの位置に、シンメトリに設けられていることが好ましい。また、レンズ位置決め部の光学レンズ長手方向の長さγは、1mm以上、15mm以下であることが好ましい。
When the optical lens is viewed from the longitudinal direction (the state shown in FIG. 2D), the lens positioning unit is located at a position intermediate between the longitudinal center of the optical lens (
プラスチックレンズ17は長尺のレンズであり、図2(a)に示すようにプラスチックレンズ17の長手方向における鍔部17Bを含めた最大長さAと、短手方向における鍔部17Bを含めた最大長さBとの関係が以下の(2)式を満たす形状である。
6≦A/B≦30 ・・・(2)
本発明の効果をより顕著に得られる形状は、以下の(2)’式を満たす形状であり、本発明の効果を更に顕著に得られる形状は、以下の(2)”式を満たす形状である。
10≦A/B≦30 ・・・(2)’
20≦A/B≦30 ・・・(2)”
次にプラスチックレンズ17を金型により製造する方法を詳しく説明する。
The
6 ≦ A / B ≦ 30 (2)
The shape that can more effectively obtain the effect of the present invention is a shape that satisfies the following expression (2) ', and the shape that can more effectively obtain the effect of the present invention is a shape that satisfies the following expression (2) ": is there.
10 ≦ A / B ≦ 30 (2) ′
20 ≦ A / B ≦ 30 (2) ”
Next, a method for manufacturing the
図3及び図4はプラスチックレンズ17の長手方向における金型の断面図である。
3 and 4 are sectional views of the mold in the longitudinal direction of the
プラスチックレンズ17の外形は基本的に第1金型100と第2金型200により成形される。プラスチックレンズ17におけるレンズ部17Aの成形に関しては後述する。
The outer shape of the
第1金型100と第2金型200が接触する位置で溶融した樹脂材料がゲート401よりキャビティ300に射出され充填される。溶融した樹脂材料の充填はランナー400及びゲート401を経路として実行される。図3で示すように、プラスチックレンズ17の長手方向の端部に相当する箇所から金型の内部に溶融した樹脂材料を充填し、プラスチックレンズ17のレンズ部から樹脂材料を充填するようにする。このようにすれば、後述の抜きテーパTの条件を満足させることで、レンズ部におけるウエルドを防止することが可能である。
The molten resin material is injected and filled from the
充填された樹脂材料がある程度冷却されると、第1金型100に対して第2金型200がa方向に移動し、図4に示すように第1金型100と第2金型200が離間する。500はプラスチックレンズ17のレンズ部17Aを成形するための第3金型であり、第1金型100と第2金型200が離間することにより図4のように見える状態となる。
When the filled resin material is cooled to some extent, the
第1金型100と第2金型200が離間した状態ではプラスチックレンズ17は第2金型200側に残っている。その後、図4に示すb方向に複数のエジェクターピン201がプラスチックレンズ17の鍔部17Bを押すことにより、プラスチックレンズ17が第2金型200から離型される。
In a state where the
プラスチックレンズ17におけるレンズ部17Aの成形に関しては図5及び図6を用いて説明する。
The molding of the
図5はプラスチックレンズ17のレンズ部17Aにおける金型の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the mold in the
プラスチックレンズ17の外形は図3及び図4で説明したように第1金型100と第2金型200により成形されるが、プラスチックレンズ17のレンズ部17Aは第3金型500と第4金型600により成形される。図5で示すように、レンズ部17Aの一方の光学面171Aは第1金型100の中に位置する第3金型500により成形され、レンズ部17Aの他方の光学面172Aは第2金型200の中に位置する第4金型600により成形される。
The outer shape of the
図6はプラスチックレンズ17の短手方向における金型の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the mold in the short direction of the
図6に示すようにプラスチックレンズ17の鍔部17Bは第1金型100と第2金型200により成形され、光学面171A、172Aで構成されるレンズ部17Aは第3金型500と第4金型600により成形される。またプラスチックレンズ17の鍔部17Bを複数のエジェクターピン201が押す構造になっている。
As shown in FIG. 6, the
図3及び図4で説明したように、充填された樹脂材料がある程度冷却されると、第1金型100、第3金型500に対して、第2金型200、第4金型400がa方向に移動し、その後、複数のエジェクターピン201がプラスチックレンズ17の鍔部17Bをb方向に押すことにより、プラスチックレンズ17が第2金型200及び第4金型400から離型される。エジェクターピン201により押される鍔部17Bの厚さtは1.5mm以上3.0mm以下である。
As described with reference to FIGS. 3 and 4, when the filled resin material is cooled to some extent, the
プラスチックレンズ17の鍔部17Bは、エジェクターピンの突き出し後として、複数の凹部を有することになる。
The
このようにエジェクターピン201によるプラスチックレンズ17の突き出しが行われるため、第2金型200にはプラスチックレンズ17に接触する箇所に抜きテーパTが設置されている。この第2金型200の抜きテーパについて詳しく検討する。
Since the
図7(a)はプラスチックレンズ17の斜視図であり、図7(b)は図7(a)に示すD部分の断面図である。
7A is a perspective view of the
第2金型200(図6参照)に抜きテーパTを設けてプラスチックレンズ17を成形すると、プラスチックレンズ17は図7(b)に示すように抜きテーパTの角度(テーパ方向と、走査(光軸)方向とがなす角度)が反映された形状となる。また、プラスチックレンズ17におけるレンズ部は光学機能を発揮させるため、短手方向の形状が凹形状となっている。なお、凹形状の曲率は大きくなり過ぎない事が好ましい。より具体的には、レンズ部短手方向中央における光軸方向の距離(図7(b)におけるY)と、レンズ部短手方向端部における光軸方向の距離(図7(b)におけるY’)とが以下の関係式を満たすことが好ましい。
0.9≦Y/Y’<1 ・・・(3)
抜きテーパTの角度が小さいとプラスチックレンズ17の第2金型200からの離型性を十分に確保できず、第2金型200からの離型時にプラスチックレンズ17が変形する可能性がある。
When the
0.9 ≦ Y / Y ′ <1 (3)
If the angle of the taper taper T is small, the releasability of the
一方、抜きテーパTの角度が大きいと、プラスチックレンズ17における鍔部17Bの厚さが増し、樹脂材料が鍔部17Bに先に充填してその後でレンズ部17Aに充填される可能性があり、そうなるとレンズ部17Aにウエルドが発生してしまう。特に図7(b)で示すようにレンズ部17Aの短手方向の形状が凹形状となっているプラスチックレンズ17は、レンズ部17Aの厚みが中央部で小さいため、ウエルドが発生しやすい。
On the other hand, if the angle of the taper taper T is large, the thickness of the
そこで抜きテーパTの適正な数値範囲を求めるため、本発明者は実験を通じて検討した。その結果を以下の表1に示す。 Therefore, in order to obtain an appropriate numerical range of the punch taper T, the present inventor examined through experiments. The results are shown in Table 1 below.
実験の評価項目は、レンズ部17Aにおけるウエルドの状態と、第2金型200からの離型性の2つであり、抜きテーパTの角度を1.0°〜15.0°の範囲で検討した。表1において「◎」は大変良好、「○」は良好、「△」はやや不良、「×」は不良を表す。
The evaluation items of the experiment are the weld state in the
ウエルドの観点では抜きテーパTが10°以下であれば好ましく、特に9°以下が好ましい。また第2金型200からの離型性の観点では、抜きテーパ3°以上が好ましく、特に5°以上が好ましい。
From the viewpoint of welds, the taper taper T is preferably 10 ° or less, and particularly preferably 9 ° or less. Further, from the viewpoint of releasability from the
従って、第2金型200における抜きテーパTの角度としては3°以上10°以下であることが好ましいといえる。特に5°以上9°以下であることが好ましい。
Therefore, it can be said that the angle of the draft taper T in the
以上説明したように抜きテーパTを3°以上10°以下である金型を使用してプラスチックレンズを製造することにより、長尺のプラスチックレンズを適正に製造し、かつ光学機能を有するレンズ部においてウエルドを防止することが出来る。 As described above, by manufacturing a plastic lens using a mold having a pulling taper T of 3 ° or more and 10 ° or less, a long plastic lens is appropriately manufactured and a lens portion having an optical function is used. Weld can be prevented.
本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、本発明は当該実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the embodiment, and changes and additions within the scope not departing from the gist of the present invention are included in the present invention. .
17 プラスチックレンズ
17A レンズ部
17B 鍔部
17C、17D、17E 位置決め部
100 第1金型
200 第2金型
201 エジェクターピン
500 第3金型
600 第4金型
17
Claims (5)
光学レンズの外周面に相当する箇所に以下の関係式を満たす抜きテーパを設けた金型を使用し、当該金型の内部に溶融した樹脂材料を充填して光学レンズを製造することを特徴とするレンズ製造方法。
6≦A/B≦30
3°≦T≦10°
但し、Tは、前記光学レンズの光軸と前記抜きテーパがなす角度である。 A lens part having a concave shape in the short direction, and a collar part located outside the lens part, and a maximum length A including the collar part in the longitudinal direction; A lens manufacturing method for manufacturing, by molding, an optical lens in which the maximum length B including the collar portion satisfies the following relational expression,
The present invention is characterized in that an optical lens is manufactured by using a mold provided with a punch taper satisfying the following relational expression at a location corresponding to the outer peripheral surface of the optical lens, and filling the melted resin material into the mold. Lens manufacturing method.
6 ≦ A / B ≦ 30
3 ° ≦ T ≦ 10 °
Here, T is an angle formed by the optical axis of the optical lens and the draft taper.
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