JP6245930B2 - プラスチック光学部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック光学部材およびその製造方法と金型に関する。特に、デジタルカメラや複写機等の光学機器に使用されるプラスチック光学部材およびその製造方法と金型に関するものである。

近年、射出成形法を用いた厚肉の光学部材を製造する需要が高まっている。
しかし光学部材の厚さが増加するに伴って、成形中に先に硬化する表面プラスチック層と遅れて硬化する内部プラスチック部との間の硬化収縮の差による応力の増加がみられる。そのことで、光学部材内部に真空泡（ボイド）の発生や、内部応力の残留という問題点がある。
また、このような厚肉の光学部材については、金型内における冷却時間が厚さの増加により急激に長くなるため、成形サイクルが著しく増大するという問題点もある。
このような問題点を解決するため、特許文献１ではプラスチック製の芯レンズが内部に収容され、該芯レンズの表裏光学面に同時に被覆プラスチックで一体化するというプラスチック光学部材の製造方法が提案されている。

特開平８−１８７７９３号公報

厚肉のプラスチック光学部材はプラスチック自身の吸湿による変形に考慮しなければならず、そのためには吸水率の低いプラスチックを用いる必要がある。しかし、射出成形に用いられる吸水率の低いプラスチックに表面硬度の高いプラスチックが無いのが現状である。
そのため、デジタルカメラにおいては表に露出する部分に用いる為の耐擦過性能を満足することができず、また、複写機等においても、製造時やメンテナンス時に厚肉のプラスチック光学部材に傷をつけてしまうことが懸念される。
前記の特許文献１に記載の従来例においても、芯レンズと被覆プラスチックが同材質であるため、この課題は避けられない。
このような課題を解決するため、吸水率は高いが表面硬度の高い材質を吸湿変形の少ない領域の厚みで芯レンズに被覆させることによりその解決が見込まれる。
しかし、このような手法によっても、被覆プラスチックを成形する際の熱と圧力によって、芯レンズが再溶融し流動してしまい、その流動痕が外観異常となることが懸念される。また、被覆プラスチックを安価に成形するためにリブを用いて被覆プラスチックを芯レンズの表裏に分岐流入させる構成とすることが考えられる。その場合、芯レンズ側面の一部に沿って被覆プラスチックが流動する。
その際、芯レンズに付与した金型から離型し易くするための抜き勾配角が変化する箇所が被覆プラスチックを成形する際の樹脂流動時の壁となる。その結果、溶融した被覆プラスチックの熱と圧力によってその壁が破壊されてしまう。
そのため、破壊された壁が樹脂流動に沿った流動痕となり、特に外観異常の原因となることが懸念される。

本発明は、上記課題に鑑み、外観異常の抑制が可能となる芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されたプラスチック光学部材
およびその製造方法と金型の提供を目的とする。

本発明のプラスチック光学部材の製造方法は、プラスチックで形成された芯レンズの表光学面と裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックにより被覆されたプラスチック光学部材の製造方法であって、前記芯レンズは、少なくとも、第１側面傾斜部と、第２側面傾斜部と、前記第１側面傾斜部と前記第２側面傾斜部との交差部であって側面傾斜角が変化する部分と、表光学面と、裏光学面と、を有し、前記芯レンズを金型にインサートし、前記インサートされた芯レンズの前記交差部の外側にゲートを設け、前記ゲートから溶融された前記被覆プラスチックを射出し、前記第１側面傾斜部上、前記第２側面傾斜部上、前記表光学面上、および前記裏光学面上に前記被覆プラスチックを被覆することを特徴とする。

本発明によれば、外観異常の抑制が可能となる芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されたプラスチック光学部材およびその製造方法と金型を実現することができる。

本発明の実施する形態に係る複合プラスチック部材を説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。 本発明の実施する形態に係る金型を説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）はその断面図である。 本発明の実施する形態に係る複合プラスチック部材を説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。 本発明の実施例１に係る複合プラスチック部材を説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。 本発明の実施例２に係る複合プラスチック部材を説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。

本発明の実施形態におけるプラスチック光学部材およびその製造方法と金型の構成例について説明する。
まず、本実施形態のプラスチック光学部材を製造する金型によって製造されるプラスチック光学部材について、説明する。
本実施形態のプラスチック光学部材は、プラスチックで形成された芯レンズの表裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックで被覆一体化されている。
その際、前記芯レンズは、少なくとも第１側面傾斜部と第２側面傾斜部とを含む側面傾斜角が異なる複数の側面傾斜部を有しており、前記側面傾斜部上に、前記芯レンズの表裏光学面を被覆一体化する被覆プラスチックと連結されたリブが設けられている。
そして、前記芯レンズの前記第１側面傾斜部と前記第２側面傾斜部とが交差し側面傾斜角が変化する箇所を跨いだ箇所に位置する前記リブ上に、前記被覆プラスチックのゲートが配置されている

その具体的な構成を、図１を用いて説明する。
図１において、１は芯レンズ、２は被覆プラスチック、３は複合プラスチック光学部材、４は複合プラスチック光学部材のリブ、５はリブ４の厚み、６は複合プラスチック光学部材のゲートである。
また、７、８は芯レンズ側面の傾斜部、９は芯レンズ側面の傾斜角が変化する箇所を示す。
本実施形態のプラスチック光学部材は、図１に示された被覆プラスチック２を連結させるリブ４が設けられている。
そして、リブ４に被覆プラスチック２のゲート６を設けることで、リブ４を介して被覆プラスチック２を芯レンズ１の表裏光学面に同時に成形する。これにより、芯レンズ１の表裏光学面の表、裏別々に被覆プラスチック２を流入させるための流路を設ける必要が無くなる。
結果、被覆プラスチック２を成形する際に使用する不図示の射出成形機のシリンダーを少なくすることができ、また金型構造も簡易となる。
また、リブの厚み５を０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とする。これは、リブの厚み５を０．５ｍｍより小さくしてしまうと、被覆プラスチック２を溶融させ金型に流し込む際の応力が大きくなり、ひけや残留応力の増大が懸念される。
また、リブの厚み５を３ｍｍより大きくしてしまうと、被覆プラスチック２を成形する際の必要成形圧力が大きくなり、芯レンズ１に変形が生じることが懸念される。
そして、芯レンズ側面傾斜部７、８が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９を跨ぐように被覆プラスチックのゲート６を配置させる。
その結果、芯レンズ側面傾斜部７、８が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９に生じた樹脂流動時の壁が破壊されても、ゲート６からの樹脂圧で破壊された壁がその場に留まり、流動痕となることを防止できる。
よって、外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できる。
またこの際、レンズ形状はメニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ等特に限定されない。
また、光学面形状も、球面、非球面、自由曲面等特に限定されない。
また、芯レンズ１の材質として、例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンとα−オレフィンの共重合体、ポリスチレン、スチレンとメタクリル酸メチルとの共重合体、フルオレン系ポリエステル等が上げられる。しかし、いずれの材
質によるかは特に問わない。

つぎに、図２を用いて、本実施形態における複合プラスチック光学部材を製造する金型と該金型を用いた複合プラスチック光学部材の製造方法の一例について説明する。
図２において、１０は芯レンズ用金型、１１は芯レンズ用金型１０の固定型、１２は芯レンズ用金型１０の可動型である。
また、１３は被覆プラスチック用金型、１４は被覆プラスチック用金型１３の固定型、１５は被覆プラスチック用金型１３の可動型である。
また、図２において、１６、１７は芯レンズ側面の抜き勾配形成部を示す。
本実施形態の上記金型を用いて製造するプラスチック光学部材の製造方法においては、まず図２に示された芯レンズ用金型１０にて芯レンズ１を成形する。
その際、芯レンズ側面の抜き勾配形成部１６、１７によって芯レンズ１の傾斜部７、８が形成される。
そして、芯レンズ１を被覆プラスチック用金型１３にインサートし、被覆プラスチックを成形する。
その際、芯レンズ側面傾斜部７、８が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９を跨ぐように被覆プラスチックのゲート６を配置させる。
そして、該ゲートから流し込まれた溶融プラスチックにより、被覆プラスチックを成形する。その際、少なくとも芯レンズ１の傾斜部７、８の一方は、金型離間方向に対して０°以上の勾配とする。
また、芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９を跨いで設置されるゲート６の跨ぐ距離を０．１ｍｍ以上とする。それらの結果、外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できる。
この際、芯レンズ側面の抜き勾配形成部１６、１７のどちらが芯レンズ用金型１０の固定型１１及び可動型１２で形成されるかは特に問わない。

また、図３を用いて、上記図２とは別の形態による金型と該金型を用いた製造方法の他の例について説明する。
図３において、１８は芯レンズ側面傾斜部を示し、図中１９は芯レンズ側面傾斜部８、１８が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所を示す。
この例では、芯レンズ側面傾斜部７、８が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９を跨ぐように被覆プラスチックのゲート６を配置させる。
また、芯レンズ側面傾斜部７、８が交差する芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所以外の、芯レンズ側面傾斜部８、１８が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所１９にはＲ面取り形状を施す。
それらの結果、芯レンズ側面傾斜部８、１８が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所１９にできる樹脂流動時の壁の破壊が抑制でき、外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できる。

また、本実施形態の複合プラスチック光学部材においては、被覆プラスチック２の材料としてメタクリル酸メチルを用いる。
これにより、外観異常が抑制され且表面の耐擦過性能の優れた複合プラスチック光学部材を供給できる。その際、メタクリル酸メチルに紫外線吸収特性を有する添加剤を少なくとも１種類以上添加してもよい。
その結果、紫外線特性にも優れた厚肉のプラスチック光学部材とすることができる。紫外線吸収特性を有する添加剤としては、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、トリアジン系化合物等が上げられるが、特に限定されない。
また、添加量については被覆プラスチック２の物性に影響を与えない量とし、０．１〜５重量部が好ましい。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した複合プラスチック光学部材の構成例について、図４を用いて説明する。
図４において、２０、２１は複合プラスチック光学部材の最大外形寸法を示し、ここでは、最大外形寸法２０を２０ｍｍ、最大外形寸法２１を１５ｍｍとした。
また、図中２２はリブ４の最大幅を示し、１８ｍｍとした。また、図中２３は被覆プラスチックのゲート６の幅、２４は被覆プラスチックのゲート６の厚みを示し、２３は２ｍｍ、２４は３ｍｍとした。またリブ４の厚み５は１ｍｍとした。
また、図中２５、２６は芯レンズ側面の傾斜部７、８に対応したそれぞれの傾斜角度を示す。
また、図中２７は芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９に対して被覆プラスチックのゲート６が跨ぐ距離を示す。
そして、表１の組合せ１〜６及び比較例１〜５に今回実験を行った結果を示す。
具体的には、芯レンズ側面の傾斜部７、８に対応したそれぞれの傾斜角度２５、２６及び芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９に対して被覆プラスチックのゲート６が跨ぐ距離２７の組合せに対しての外観異常発生結果を示す。
この際、芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９に対して被覆プラスチックのゲート６が跨ぐ距離２７は±で表記し、＋の場合は跨いで配置され、−の場合は跨がずに配置させる事を示す。
本結果より、組合せ１〜６において、外観異常が抑制できた。つまり、芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９に対して被覆プラスチックのゲート６が跨ぐように配置されると外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できることが判った。
また、少なくとも傾斜角度２５、２６の一方が０°以上となり、距離２７が＋０．１ｍｍ以上であると外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できることが判った。
この際、被覆プラスチック２は、紫外線吸収特性を有する１．２−ヒドロキシ−５−メチル−１−ベンゾトリアゾールを１．０重量部含有させたポリメタクリル酸メチルとした。また、芯レンズ１の材質はスチレンとメタクリル酸メチルの共重合体とした。

［表１］

［実施例２］
実施例２としてと、実施例１とは異なる形態の複合プラスチック光学部材の構成例について、図５を用いて説明する。
図５において、図中２０、２１は複合プラスチック光学部材の最大外形寸法を示し、ここでは最大外形寸法２０を２０ｍｍ、最大外形寸法２１を１５ｍｍとした。
また、２２はリブ４の最大幅を示し、１８ｍｍとした。
また、２３は被覆プラスチックのゲート６の幅、２４は被覆プラスチックのゲート６の厚みを示し、２３は２ｍｍ、２４は３ｍｍとした。また、リブ４の厚み５は１ｍｍとした。また、２５、２６、２８は芯レンズ側面の傾斜部７、８、１８に対応したそれぞれの傾斜角度を示し、それぞれ７は１°、８は１°、１８は５°とした。
また、２７は芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９に対して被覆プラスチックのゲート６が跨ぐ距離を示し、＋０．５ｍｍとした。
この際、芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所９に対して被覆プラスチックのゲート６が跨ぐ距離２７は±で表記し、＋の場合は跨いで配置され、−の場合は跨がずに配置させる事を示す。
また、表２に芯レンズ側面傾斜部８、１８が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所１９に施す面取り量と外観異常発生結果を示す。本結果より、組合せ７、８において、外観異常が抑制できた。
つまり、芯レンズ側面傾斜部８、１８が交り合う芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所１９にＲ面取りを施すことで外観異常が抑制された複合プラスチック光学部材が製造できることが判った。
この際、被覆プラスチック２は、紫外線吸収特性を有する１．２−ヒドロキシ−５−メチル−１−ベンゾトリアゾールを１．０重量部含有させたポリメタクリル酸メチルとした。また、芯レンズ１の材質はスチレンとメタクリル酸メチルの共重合体とした。

［表２］

１：芯レンズ
２：被覆プラスチック
３：複合プラスチック光学部材
４：リブ
５：リブ厚み
６：被覆プラスチックのゲート
７：芯レンズ側面傾斜部
８：芯レンズ側面傾斜部
９：芯レンズ側面傾斜角が変化する箇所

Claims (6)

1. プラスチックで形成された芯レンズの表光学面と裏光学面が、該芯レンズと異なる材質による被覆プラスチックにより被覆されたプラスチック光学部材の製造方法であって、
   前記芯レンズは、少なくとも、第１側面傾斜部と、第２側面傾斜部と、前記第１側面傾斜部と前記第２側面傾斜部との交差部であって側面傾斜角が変化する部分と、表光学面と、裏光学面と、を有し、
   前記芯レンズを金型にインサートし、前記インサートされた芯レンズの前記交差部の外側にゲートを設け、前記ゲートから溶融された前記被覆プラスチックを射出し、前記第１側面傾斜部上、前記第２側面傾斜部上、前記表光学面上、および前記裏光学面上に前記被覆プラスチックを被覆することを特徴とするプラスチック光学部材の製造方法。
2. 前記被覆プラスチックの材質が、メタクリル酸メチルであることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
3. 前記メタクリル酸メチルには、紫外線吸収特性を有する添加剤を少なくとも１種類以上添加されていることを特徴とする請求項２に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
4. 前記紫外線吸収特性を有する添加剤が、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、トリアジン系化合物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
5. 前記紫外線吸収特性を有する添加剤の添加量が０．１〜５重量部であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプラスチック光学部材の製造方法。
6. 前記第１側面傾斜部上および前記第２側面傾斜部上に形成される前記被覆プラスチックの厚みが、０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項記載のプラスチック光学部材の製造方法。