JP4204298B2 - プラスチックレンズの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックレンズの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種電子機器の小型化に合わせて、そこに搭載される電子部品も小型化、チップ化が進んでいる。そして、従来これらの電子部品の回路基板への実装においては、リフロー炉を活用して半田付けする表面実装方法が一般的である。このような電子部品の中に、例えば、レンズ付きCCD、レンズ付きCMOSセンサなどのように、半導体とレンズとを一体化した電子部品が、産業用、医療用、民生用に広く活用されるようになっている。このような電子部品に使用されるレンズには、低価格化のために単玉で性能の良い非球面プラスチックレンズが多く採用されている。
【0003】
一般に、レンズ、プリズム等の透明プラスチック成形品を得るには、液状モノマーを鋳型に流し込んでポリマーと成す注形法が用いられている。この方法によれば、歪みのない均一等方性の成形品を容易に得ることができる。他に押出成形でも、かなり均一等方性の成形品ができる。射出成形による方法では、ゲート付近で分子配向歪が発生しやすく、均一等方性の成形品を得るのは極めて困難であり、用いられていなかった。この点を改良して射出成形を可能にした考案もある(例えば、特許文献1参照)。従来のこのようなプラスチックレンズの材料としては、各レンズの用途によって、例えば、ポリカーボネート樹脂、AS樹脂、ポリスチレン樹脂、或いはメタクリル樹脂等の、透明性樹脂が用いられている。
【0004】
【特許文献1】
特公昭61−57167号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の電子部品に採用するレンズとしては、実装の際に適用されるリフロー炉の熱(260℃)に耐える必要がある。ガラスレンズならばリフロー温度に耐えられるが、従来のプラスチックレンズは安価という利点はあるが耐熱温度が170℃以下であり、リフロー炉に通すことができない。そこで、リフロー温度に耐えられる熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を用いて、上下分離、或いは左右分離金型を用いて単玉非球面レンズの成形を試みたが、成形品と金型との間にエア及び樹脂からのガスが滞留して、金型からの転写性が悪く、レンズ面の品質の悪いものしかできなかった。
【0006】
上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電子部品に好適なリフロー炉の熱に耐えるプラスチックレンズの製造方法を提供することである。
【0007】
前記課題を解決するための本発明の手段は、大気開放の注形型を使用して熱硬化性樹脂材料から予め成形した1枚の平凸レンズ又は平凹レンズをもう一枚の平凸レンズ又は平凹レンズと各々の平面同士を接着することにより形成するプラスチックレンズの製造方法であって、前記平凸レンズ又は平凹レンズの周縁部の内側に凹部を設け、該凹部により形成された空間部に接着剤を充填するプラスチックレンズの製造方法において、一方の前記平凸レンズ又は平凹レンズには前記空間部から外気へ通じる少なくとも一つの貫通穴が設けられており、該貫通穴から前記接着剤を注入することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態であるプラスチックレンズの製造法について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの断面図である。図2及び図3はこのプラスチックレンズの製造方法を示す成形用注形型の断面図である。
【0017】
まず、本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの構成について説明する。図1において、1はプラスチックレンズであり、2及び3は透明なエポキシ樹脂を材料として成形した片レンズ(平凸レンズ又は平凹レンズのことを、以下単に片レンズと略称)であり、図面には共に平凸レンズとして描かれている。2枚の片レンズ2、3は同一形状に描かれているが、必ずしも同一形状である必要はない。すなわち、2枚の片レンズ2、3は平凸レンズに限らず、共に平凹レンズであってもよいし、一方が平凸レンズで他方が平凹レンズであってもよい。
【0018】
片レンズ2、3の平面側には、外周より内側に表面が平滑な凹部2c、3cが形成されている。2枚の片レンズ2、3の平面側の周縁部2b、3b同士が接着されて鍔部1aを有する1枚のレンズであるプラスチックレンズ1となっている。6は片レンズ2及び3成形時に形成された凹部2c及び3cにより形成された空間部である。なお、鍔部1aは電子部品などのパッケージに固定される時の保持部となる。なお、凹部2c又は3cは何れか一方の片レンズ2又は3の平面側に形成されていなくてもよい。すなわち、凹部は少なくとも一方の片レンズに形成されていればよい。
【0019】
次に、プラスチックレンズ1の製造方法について説明する。図2において、51はレンズ球面の反対の形状を有するキャビティ51aに樹脂を注入して片レンズ2又は3を成形するための大気開放の注形型である。52は樹脂平面を平滑にするための円形の平板である。平板52はキャビティ51aの周縁部との間に隙間を有し、注形型51より浮き上がり、上面は注形型51の上面以上の位置になるように設定される。53は平板52をキャビティ51a中央に浮き上がるように平板52の周囲を部分的に支持する支持部材である。10は熱硬化性樹脂材料である透明なエポキシ樹脂である。
【0020】
まず、支持部材53によって支持された平板52を備える注形型51を水平に設置する。次に、キャビティ51aに適量のエポキシ樹脂10を注入する。なお、平板52はエポキシ樹脂注入後に所定の位置に設置するようにしてもよい。エポキシ樹脂10の適量とは、樹脂の上面が平板52の下面より上で、注形型51の上面よりも下になる量である。次に、水平を保持して注形型51ごと高温槽で加熱しエポキシ樹脂10を硬化させる。次に、注形型51から成形品である片レンズを取り出す。成形品の離型には超音波振動体を活用するなどして容易化する。このような成形方法によって片レンズ2、3には平板52による凹部2c、3cが形成される。こうして形成した片レンズは追加工して平面側を凹部のない片レンズとすることができる。次にこうして形成した片レンズ2、3の平面側同士を接着することによってプラスチックレンズ1が得られる。
【0021】
なお、平板とその支持部材との関係は、図3に示す方法であっても良い。図3において、54は平板であり、平板54は一体に形成された支持部材である支持部54aを有している。この場合支持部52aは注形型51外周部上面に載置されるので、図2に示す方法の場合に片レンズに支持部材53の跡は残らない。
【0022】
次に、本発明の第一の実施の形態の作用・効果について説明する。プラスチックレンズ1は大気開放の注形型を用いてエポキシ樹脂により成形したので、エア及び樹脂からのガスが抜けやすく安価に形成でき、軽量で性能の良いレンズが得られる。耐熱温度は260℃以上あり、リフロー温度に十分耐えられる。また、2枚の片レンズ2、3の接着を周縁部2b、3bのみで行えるので、接着面積を少なくすることができて硬化時間も少なく安価に製造できる。
【0023】
次に、本発明の第二の実施の形態であるプラスチックレンズについて説明する。図4は本発明の第二の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を示す断面図である。図4において、4は大気開放の注形型を用いて透明なエポキシ樹脂を材料として成形した片レンズである。片レンズ4には空間部6から大気側へ通じる貫通穴である接着剤注入口4c及びエア逃げ口4dが形成されている。7は2枚の片レンズ3、4の周縁部3a、4aを挟持しているクランパである。8は2枚の片レンズ3、4の凹部により形成された空間部6に充填された接着剤である。接着剤8はレンズ材料と同じ透明なエポキシ樹脂でもよいし、他の透明な接着剤でもよい。11は2枚の片レンズ3、4を空間部6の接着剤8により接着して形成した1枚のレンズであるプラスチックレンズである。
【0024】
プラスチックレンズ11の製造方法は、まず、キャビティの一部が大気に開放された各々の注形型にエポキシ樹脂を注入し、加熱硬化させて片レンズ3、4を成形する。このとき、上側の片レンズ4を成形する図示しない注形型には、接着剤注入口4c及びエア逃げ口4dを形成するための2本のピンがキャビティ内に植設されている。片レンズ4の周縁部4aには接着剤注入口4c及びエア逃げ口4dが同時に形成される。次に、2枚の片レンズ3、4の周縁部3b、4bを突き合わせて、クランパ7で狭持する。上側になった片レンズ4の接着剤注入口2cから接着剤8を注入し、空間部6に充填させる。この間に、接着剤注入口4cと中心を挟んで反対側にあるエア逃げ口4dよりエアを逃がす。次に、接着剤8を加熱硬化させ、硬化後にクランパ7を外して、1枚になったプラスチックレンズ11を取り出す。
【0025】
次に、本発明の第二の実施の形態の作用・効果について説明する。エア逃げ口4dを接着剤注入口4cの反対側に設けたので、空間部6のエアがスムーズに排出されて、接着剤8内に気泡が閉じこめられることなく空間部6に充填される。空間部6が接着剤8で充填されて空間がなくなるため、平面側の平坦度が光路の曲がりに影響せず、レンズ精度を上げることができる。
【0026】
次に、本発明の第三の実施の形態であるプラスチックレンズについて説明する。図5は本発明の第三の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を示す断面図である。図5において、5は大気開放の注形型を用いて透明なエポキシ樹脂を材料として成形した片レンズである。片レンズ5には、接着剤注入口5c及びエア逃げ口5dが片レンズの周縁部5bの一方の側に並んで植設されている。なお、エア逃げ口5dは接着剤注入口5cが兼ねていてもよい。すなわち、一方の片レンズには空間部6から外気へ通じる貫通穴が少なくとも一つ形成されている。21は2枚の片レンズ3、5を接着剤8により接着して形成した1枚 の両レンズであるプラスチックレンズである。
【0027】
プラスチックレンズ21の製造方法を説明する。片レンズ5を成形する図示しない注形型のキャビティには、接着剤注入口5c及びエア逃げ口5dを形成するためのピンが植設されている。プラスチックレンズ21の製造方法は、片レンズの接着に際して、接着剤注入口5cが略真上を向くようにして行うところが第二の実施形態の場合と異なるが、他は同様である。そして、本発明の第三の実施の形態の作用・効果は、第二の実施の形態の作用・効果と同様である。
【0028】
次に、本発明の第四の実施の形態であるプラスチックレンズの製造方法について説明する。図6及び図7は本発明の第四の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を工程順に示す断面図である。図6(a)において、41はキャビティ41aの一部が大気に開放された多数個(例えば4個)取りのレンズ成形用の第一の注形型である。図6(b)において、32は第一の注形型41を用いてエポキシ樹脂10により成形した片レンズである。まず、図6(a)に示すようにして、第一の注形型41に適量の透明なエポキシ樹脂10を注入して加熱硬化させ、図6(b)に示すような片レンズ32を得る。
【0029】
図6(c)において、42はキャビティ42aの一部が大気に開放された多数個取りのレンズ成形用の第二の注形型である。第二の注形型42には、キャビティ42a周縁に片レンズ32を載置するための段部である位置決め部42bが形成され、キャビティ42aから上面へ通じる余分な樹脂の逃げ穴42cが形成されている。次の工程で、図6(c)に示すように、第二の注形型42のキャビティ42aに適量の透明なエポキシ樹脂10を注入する。
【0030】
次の工程で、図7(d)に示すように、先に成形してある片レンズ32の集合体の平面側を下に向けて、第二の注形型42の位置決め部42bへ載置する。樹脂表面が予め位置決め部42bの若干上まであったエポキシ樹脂10は片レンズ32に押されて余分な樹脂が逃げ穴42cから出て行く。次の工程で、先の状態のまま第二の注形型42を高温槽に入れてエポキシ樹脂10を加熱硬化させる。ここで、図7(e)について説明する。33は第二の注形型42によって片レンズ32下面側に接合して形成された片レンズである。34は片レンズ32及び33が一体化されてできたレンズ集合体である。
【0031】
次に、硬化後の成形品は金型と密着しているので、超音波振動体を活用するなどすれば金型から成形品を取り出し易い。こうして、図7(e)に示すような、片レンズ32及び33が一体となったレンズ集合体34が得られる。図7(f)において、31は2枚の片レンズ32、33を接合した1枚の両レンズであるプラスチックレンズある。最後に、レンズ集合体34を単個に切断して鍔部31aを仕上げると、図7(f)に斜視図と共に示すプラスチックレンズ31が得られる。
【0032】
次に、本発明の第四の実施の形態の作用・効果について説明する。プラスチックレンズ31が、安価な成形型を用いてレンズ集合体34の形で多数個同時に成形されるので、軽量で安価なレンズが得られる。その他の効果は第一の実施の形態のものと同様である。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、予め熱硬化性樹脂材料から成形した2枚の片レンズを接合することにより1枚のレンズとしたので、軽量でリフロー耐熱性のあるレンズが安価に得られることとなった。
【0034】
また、キャビティの一部が大気に開放された注形型を用いて、予め形成された片レンズをキャビティに被せて、キャビティ内に注入した熱硬化性樹脂を硬化させることにより一体化した両レンズを形成するようにしたので、エアや樹脂からのガス逃げがよく、軽量でリフロー耐熱性のある良質のレンズが安価に得られることとなった。レンズ集合体を成形することにより、一層安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの断面図である。
【図2】本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの製造方法を示す断面図である。
【図3】本発明の第一の実施の形態であるプラスチックレンズの他の製造方法を示す断面図である。
【図4】本発明の第二の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を示す断面図である。
【図5】本発明の第三の実施の形態であるプラスチックレンズの構成と製造方法を示す断面図である。
【図6】本発明の第四の実施の形態であるプラスチックレンズの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図7】本発明の第四の実施の形態であるプラスチックレンズの製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
1、11、21、31 プラスチックレンズ
2、3、4、5、32、33 片レンズ
2a、2b、3a、3b、4a、4b、5b 周縁部
2c、3c 凹部
4c、5c 接着剤注入口
4d、5d エア逃げ口
6 空間部
8 接着剤
10 エポキシ樹脂(熱硬化性樹脂)
41 第一の注形型
41a キャビティ
42 第二の注形型
42a キャビティ
51 注形型
52、54 平板
53 支持部材
54a 支持部
Claims (1)
- 大気開放の注形型を使用して熱硬化性樹脂材料から予め成形した1枚の平凸レンズ又は平凹レンズをもう一枚の平凸レンズ又は平凹レンズと各々の平面同士を接着することにより形成するプラスチックレンズの製造方法であって、
前記平凸レンズ又は平凹レンズの周縁部の内側に凹部を設け、該凹部により形成された空間部に接着剤を充填するプラスチックレンズの製造方法において、
一方の前記平凸レンズ又は平凹レンズには前記空間部から外気へ通じる少なくとも一つの貫通穴が設けられており、該貫通穴から前記接着剤を注入することを特徴とするプラスチックレンズの製造方法。
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