JP2008229889A - 射出成形型 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の形状の光学素子を成形する。
【解決手段】光学素子10を射出成形する射出成形型2の可動型4は、孔部42bを有する型本体42と、摺動可能な状態で孔部42b内に配設された突き出し型41とを有する。突き出し型41は、光学機能面12aを形成する中央側成形面41bと、外周側の面を形成する外周側成形面41cとを有する。中央側成形面41bは複数の回折パターンDPを有し、少なくとも最外周の回折パターンDPのピッチは10μｍ以下である。外周側成形面41cは、中央側成形面41bを囲んで突出する環状突出部41dを有する。環状突出部41dの先端部の外周面には、固定型3に近づくに従って外径の小さくなる環状テーパー面41eが形成され、この環状テーパー面41eは、固定型3と可動型4との接離方向に対する角度が15〜45°であり、幅が0.05〜2mmである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子を形成するための射出成形型に関する。

従来、対物レンズなどの光学素子は、微細な回折構造の設けられた光学機能面の外周側にフランジを有しており、このフランジによって把持されるようになっている。

このような光学素子を射出成形する射出成形型は、図４に示すように、固定型１０１と、当該固定型１０１に対してＸ方向に接離可能な可動型１０２を有しており、これら固定型１０１及び可動型１０２が当接することによってプラスチック材料の流路としてのゲート１０３等と、プラスチック材料を成形するためのキャビティ１０４とを形成するようになっている。

より詳細には、可動型１０２は、キャビティ１０４の外周側部分を形成する型本体１２１と、Ｘ方向に摺動可能な状態で型本体１２１内に嵌合してキャビティ１０４の中央側部分を形成する突き出し型１２２とを有している。

このうち、型本体１２１には、Ｘ方向に貫通するして突き出し型１２２を収容する孔部１２１ｂと、当該孔部１２１ｂの周りを囲む成形面１２１ａとが設けられており、この成形面１２１ａによって光学素子２００におけるフランジ２０１の外周側部分を形成するようになっている。

一方、突き出し型１２２には、固定型１０１に対向する成形面１２２ａが設けられており、この成形面１２２ａは中央側成形面１２２ｂによって光学素子２００における光学機能面２００ｂを、外周側成形面１２２ｃによって光学素子２００におけるフランジ２０１の内周側部分を、それぞれ形成するようになっている。

ここで、中央側成形面１２２ｂには、光学機能面２００ｂに輪帯段差を形成するための微細な輪帯状の回折パターンＤＰが設けられており、外周側成形面１２２ｃには、環状突出部１２２ｄが中央側成形面１２２ｂを囲んで設けられている。また、環状突出部１２２ｄの先端部の外周面は、Ｘ方向と平行か、或いは固定型１０１に近づくに従って外形の小さくなるテーパー状になっている（例えば、特許文献１参照）。なお、このテーパー面のＸ方向に対する角度は２５°以下となっている。

このような射出成形型１００を使用して光学素子２００を成形する場合には、まず、図４（ａ）に示すように、溶融したプラスチック材料をゲート１０３からキャビティ１０４に注入して加圧成形し、プラスチック材料が固化して光学素子２００が形成されたら、図４（ｂ）に示すように、可動型１０２を固定型１０１から離間させて可動型１０２側に光学素子２００を残す。そして、突き出し型１２２を型本体１２１から突出させて型本体１２１から光学素子２００を押し出した後、ゲート１０３内で固化した棒状のプラスチック材料部分（以下、引っ張り部とする）２００ａを引っ張って突き出し型１２２から光学素子２００を離型する。これにより、光学素子２００の成形が完了する。
特開２００５−１３２００２号公報

しかしながら、特許文献１記載の射出成形型によって光学素子２００を成形すると、図５に示すように、引っ張り部２００ａを引っ張って突き出し型１２２から光学素子２００を離型する際に、フランジ２０１が環状突出部１２２ｄに引っ掛かって大きな離型抵抗が生じるため、この離型抵抗よりも引っ張り部２００ａによる引っ張り力が大きくなった時点で光学素子２００が一気に突き出し型１２２から離型される結果、光学素子２００の光学機能面２００ｂに形成された輪帯段差が回折パターンＤＰによって破壊されてしまう。特に、外周側の回折パターンＤＰのピッチが１０μｍ以下の場合には、この問題がいっそう顕著となる。

一方、このような問題を解消する手法としては、環状突出部１２２ｄの先端部の外周面をテーパー状に設け、Ｘ方向に対する当該テーパー面の角度を大きくすることが考えられるが、この角度を大きくし過ぎると、光学素子２００がＸ方向に熱収縮して中央側成形面１２２ｂと光学素子２００の光学機能面２００ｂとの間に隙間が生じる場合に、当該光学機能面２００ｂの部分がＸ方向と直交する方向にも熱収縮するため、光学機能面２００ｂの輪帯段差と中央側成形面１２２ｂの回折パターンＤＰとの位置関係がずれる結果、突き出し型１２２によって型本体１２１から光学素子２００を押し出す際に、回折パターンＤＰによって光学機能面２００ｂに微小な傷が付いてしまう（上記特許文献１参照）。

本発明の課題は、所望の形状の光学素子を成形することのできる射出成形型を提供することである。

請求項１記載の発明は、光学素子を射出成形するための射出成形型であって、
前記光学素子の一方の面を形成する固定型と、
当該固定型に対して接離可能に設けられ、前記光学素子の他方の面を形成する可動型と、を備え、
前記可動型は、
孔部を有する型本体と、
前記型本体に対して摺動可能な状態で前記孔部内に配設された突き出し型と、を有し、
前記突き出し型は、
前記他方の面内の光学機能面を形成する中央側成形面と、
当該光学機能面よりも外周側の面を形成する外周側成形面と、を有し、
前記中央側成形面は、
前記光学機能面に輪帯段差を形成する輪帯状の複数の回折パターンを有し、
これら複数の回折パターンのうち、少なくとも最外周の回折パターンのピッチは１０μｍ以下であり、
前記外周側成形面は、
前記中央側成形面を囲んで突出する環状突出部を有し、
この環状突出部の先端部の外周面には、
前記固定型に近づくに従って外径の小さくなる環状テーパー面が形成され、
この環状テーパー面は、
前記固定型と前記可動型との接離方向に対する角度が１５〜４５°であり、幅が０．０５〜２ｍｍであることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の射出成形型において、
前記孔部は前記型本体に貫通して設けられ、
前記環状突出部は、前記突き出し型の外周縁に設けられ、
前記可動型は、前記固定型側に向かって前記孔部内に前記突き出し型を挿入して形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の射出成形型において、
前記環状突出部は、前記光学素子のフランジの基部を形成することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、外周側成形面は中央側成形面を囲んで突出する環状突出部を有し、この環状突出部の先端部の外周面には、固定型に近づくに従って外径の小さくなる環状テーパー面が形成され、この環状テーパー面は、固定型と可動型との接離方向に対する角度が１５〜４５°であり、幅が０．０５〜２ｍｍであるので、突き出し型の中央側成形面に設けられた輪帯状の複数の回折パターンのうち、最外周の回折パターンのピッチが１０μｍ以下であっても、光学素子の一端を引っ張って突き出し型から光学素子を離型する際に、光学機能面よりも外周側の面が環状突出部に引っ掛かることによる離型抵抗が従来よりも小さくなる。従って、光学素子を徐々に突き出し型から離型することができるため、回折パターンによって光学素子の前記他方の光学機能面に形成される輪帯段差が破壊されるのを防止することができる。

また、固定型と可動型との接離方向に対する環状テーパー面の角度が１５〜４５°であるので、光学素子が当該接離方向に熱収縮して中央側成形面と他方の面内の光学機能面との間に隙間が生じる場合であっても、当該光学機能面の部分がこの接離方向と直交する方向に熱収縮するのが環状テーパー面によって防止される。従って、突き出し型によって型本体から光学素子を押し出す際に回折パターンによって光学機能面に微小な傷が付けられるのを防止することができる。
よって、所望の形状の光学素子を成形することができる。

請求項２記載の発明によれば、孔部は型本体に貫通して設けられ、環状突出部は突き出し型の外周縁に設けられ、可動型は固定型側に向かって孔部内に突き出し型を挿入して形成されているので、型本体の孔部に突き出し型を挿入して可動型を形成する際に、環状テーパー面の基部と、孔部の内周面とに傷が付くのを防止することができる。よって、より確実に所望の形状の光学素子を成形することができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る射出成形型を備える成形機について説明する。
図１は、光学素子を射出成形するための成形機１の概略構成を示す概念図である。

この図に示すように、成形機１は、プラスチック材料の搬送方向における上流側から下流側に向かって、ホッパ５１と、シリンダ５３と、ノズル５５と、本発明に係る射出成形型２等とを備えている。

ホッパ５１は、プラスチック材料が供給される部分であり、シリンダ５３に連結されている。シリンダ５３は、内部にスクリュー５２を備えるとともに、先端部でノズル５５に連結されており、ホッパ５１から供給されたプラスチック材料をスクリュー５２によってノズル５５側に押し出すようになっている。また、このシリンダ５３の側面には、シリンダ５３内部のプラスチック材料を溶融させるためのヒータ５４が設けられている。

ノズル５５は、シリンダ５３から押し出されたプラスチック材料を射出成形型２に射出する部分であり、後述する射出成形型２のスプルー２１に連通している。

射出成形型２は、ノズル５５に対して固定された固定型３と、当該固定型３に対してＸ方向に接離可能に設けられた可動型４を有しており、これら固定型３及び可動型４が当接することによってプラスチック材料の流路としてのスプルー２１、ランナー２２及びゲート２３と、プラスチック材料を成形するためのキャビティ２４とを形成するようになっている。

図２に示すように、固定型３は、光学素子１０の一方の面１１を形成するものであり、キャビティ２４の中央側部分を形成する第１部材３１と、外周側部分を形成する第２部材３２とを有している。

第１部材３１には、可動型４に対向して成形面３１ａが設けられており、この成形面３１ａによって光学素子１０の一方の面１１内の光学機能面１１ａを形成するようになっている。なお、この成形面３１ａには、微細な輪帯状の回折パターンが設けられていても良い。

一方、第２部材３２には、成形面３１ａの周りを囲む環状の成形面３２ａが設けられており、この成形面３２ａによって光学素子１０の外周部にフランジ１５を形成するようになっている。

以上の第１部材３１及び第２部材３２は、ともに単一の鋼材で形成され、互いに一体的に固定されている。

また、可動型４は、光学素子１０の他方の面１２を形成するものであり、キャビティ２４の外周側部分を形成する型本体４２と、中央側部分を形成する突き出し型４１とを有している。

型本体４２には、Ｘ方向に貫通する孔部４２ｂと、当該孔部４２ｂの周りを囲む成形面４２ａとが設けられており、この成形面４２ａによって光学素子１０の外周部にフランジ１５を形成するようになっている。

突き出し型４１は、図３に示すように、当該孔部４２ｂに嵌合した状態でＸ方向に摺動可能となっており、図１に示すように、型本体４２に対して突き出し型４１を摺動させる突き出し部材４３に連結されている。

また、この突き出し型４１には、図２に示すように、固定型３に対向する成形面４１ａが設けられており、この成形面４１ａは、光学素子１０の他方の面１２内の光学機能面１２ａを形成する中央側成形面４１ｂと、光学機能面１２ａよりも外周側にフランジ１５の基部を形成する外周側成形面４１ｃとを有している。

中央側成形面４１ｂは、光学機能面１２ａに輪帯段差を形成する微細な輪帯状の回折パターンＤＰを有している。この回折パターンＤＰは、少なくとも最外周のピッチＰが１０μｍ以下、深さが数μｍ程度となっている。なお、中央側成形面４１ｂが全体として凹状に形成されている場合には、回折パターンＤＰの最外周のピッチＰとは、Ｘ方向に直交する面に対して各回折パターンＤＰを投影した場合のピッチを言う。

外周側成形面４１ｃは、中央側成形面４１ｂを囲んで突出する環状突出部４１ｄを有している。この環状突出部４１ｄは光学素子１０の光学機能面１２ａとフランジ１５とに高低差を付けるものであり、この高低差によって、製造後の光学素子１０を載置して搬送する場合などに、光学機能面１２ａに傷が付くのが防止される。
環状突出部４１ｄの先端部の外周面には、固定型３に近づくに従って外径の小さくなる環状テーパー面４１ｅが形成されている。この環状テーパー面４１ｅは、突き出し型４１の外周縁に位置しており、Ｘ方向に対する角度θが１５〜４５°、幅Ｌが０．０５〜２ｍｍとなっている。

以上の可動型４は、固定型３側に向かって孔部４２ｂ内に突き出し型４１を挿入することによって形成されている。この挿入にあたり、環状テーパー面４１ｅが突き出し型４１の外周縁に設けられており、当該環状テーパー面４１ｅはＸ方向（型本体４２に対する突き出し型４１の摺動方向）に対する角度θが１５〜４５°であり、幅Ｌが０．０５〜２ｍｍであるので、突き出し型４１の角の部分、つまり環状テーパー面４１ｅの基部と、孔部４２ｂの内周面とに傷が付くのが防止される。

続いて、上記の成形機１を使用した光学素子１０の成形方法について説明する。なお、この成形機１によって成形する光学素子１０としては、透明性を要求される用途のものが好ましい。

まず、プラスチック材料をホッパ５１に入れ、スクリュー５２によりノズル５５の方向に搬送しつつ、ヒータ５４で溶融させる。

次に、図３（ａ）に示すように、融けたプラスチック材をノズル５５、スプルー２１より射出成形型２のランナー２２、ゲート２３、キャビティ２４に注入し、加圧成形する。これにより、キャビティ２４内のプラスチック材料が固化して光学素子１０が形成されるとともに、ゲート２３内のプラスチック材料が固化して棒状の引っ張り部１０ｄが光学素子１０と一体的に設けられる。

次に、図３（ｂ）に示すように、可動型４を固定型３から離間させて可動型４側に光学素子１０を残した後、突き出し部材４３によって突き出し型４１を型本体４２から突出させて、型本体４２から光学素子１０を押し出す。このとき、Ｘ方向に対する環状テーパー面４１ｅの角度が１５〜４５°であるので、光学素子１０がＸ方向に熱収縮して中央側成形面４１ｂと光学機能面１２ａとの間に隙間が生じた場合であっても、光学機能面１２ａの部分がＸ方向と直交する方向に熱収縮するのが環状テーパー面４１ｅによって防止される。従って、光学機能面１２ａの輪帯段差と中央側成形面４１ｂの回折パターンＤＰとの位置が一致した状態で、突き出し型４１により光学素子１０が型本体４２から押し出される。

次に、引っ張り部１０ｄを引っ張って突き出し型４１から光学素子１０を離型する。このとき、環状テーパー面４１ｅのＸ方向（型本体４２に対する突き出し型４１の摺動方向）に対する角度θが１５〜４５°であり、幅Ｌが０．０５〜２ｍｍであるので、突き出し型４１の中央側成形面４１ｂに設けられた複数の回折パターンＤＰのうち、最外周の回折パターンＤＰのピッチが１０μｍ以下であっても、フランジ１５の基部が環状突出部４１ｄに引っ掛かることによる離型抵抗が従来よりも小さくなる。従って、光学素子１０が徐々に突き出し型４１から離型されることとなる。

そして、光学素子１０から引っ張り部１０ｄを除去することにより、光学素子の成形が完了する。

以上の射出成形型２によれば、光学素子１０を徐々に突き出し型４１から離型することができるため、引っ張り部１０ｄを引っ張って突き出し型４１から光学素子１０を離型する際に光学機能面１２ａの輪帯段差が回折パターンＤＰによって破壊されるのを防止することができる。また、光学機能面１２ａの輪帯段差と中央側成形面４１ｂの回折パターンＤＰとの位置が一致した状態で突き出し型４１により光学素子１０を型本体４２から押し出すことができるため、突き出し型４１によって型本体４２から光学素子１０を押し出す際に光学機能面１２ａが回折パターンＤＰによって傷付けられるのを防止することができる。よって、所望の形状の光学素子を成形することができる。

また、型本体４２の孔部４２ｂに突き出し型４１を挿入して可動型４を形成する際に、突き出し型４１の角の部分、つまり環状テーパー面４１ｅの基部と、孔部４２ｂの内周面とに傷が付くのを防止することができるため、環状テーパー面の基部や孔部の内周面の傷が光学素子に転写されてしまうのを防止することができる。よって、より確実に、所望の形状の光学素子を成形することができる。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態においては、環状突出部４１ｄはフランジ１５の基部を形成することとして説明したが、当該基部よりよりも外周側の部分を形成することとしても良い。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（１）試料の作製
下記の表１に示すように、射出成形型２の実施例，比較例として、環状テーパー面４１ｅの幅Ｌと、Ｘ方向に対する角度θとを変化させた資料（１）〜（６４）を作成した。これら資料（１）〜（６４）のうち、資料（１８）〜（２３），（２６）〜（３１），（３４）〜（３９），（４２）〜（４７）は本発明の実施例、これら以外は比較例となっている。なお、何れの資料においても、突き出し型４１の中央側成形面４１ｂには１０μｍのピッチで回折パターンＤＰが設けられている。

（２）成形された光学素子の評価
上記の資料（１）〜（６４）の射出成形型によって成形された各光学素子について、輪帯段差に変形が生じているか否かや、光学機能面１２ａに微小な傷が付けられているか否かを観察した。

また、輪帯段差の破壊状況を調べるため、各光学素子の非点収差を引っ張り部１０ｄ側の領域と、その反対側の領域とで測定し、非点収差のばらつきσを計算した。

そして、これらの観察及び測定の結果に基づいて、資料（１）〜（６４）の射出成形型によって所望の形状の光学素子を成形できるか否かを評価した。評価結果を上記表１に示す。但し、表１中、「◎」，「○」，「×」，「●」，「▲」の基準は下記に従う。

◎…輪帯段差に変形が生じておらず、非点収差のばらつきσが０．０００５以下である。
○…輪帯段差に変形が生じているが、非点収差のばらつきσは０．００１以下である。
×…輪帯段差に変形が生じた結果、非点収差の測定が不能となっている。
●…光学機能面１２ａに微小な傷が付けられているが、実用可能な程度である。
▲…光学機能面１２ａに微小な傷が付けられており、実用不可能な程度である。

上記表１に示すように、環状テーパー面４１ｅのＸ方向に対する角度θが１５〜４５°であり、幅Ｌが０．０５〜２ｍｍである資料（１８）〜（２３），（２６）〜（３１），（３４）〜（３９），（４２）〜（４７）では、これら以外の資料と異なり、所望の形状の光学素子を成形することができることが分かった。

成形機の概略構成を示す概念図である。 本発明に係る射出成形型の断面図である。 本発明に係る射出成形型によって光学素子を成形する方法を説明する図であり、（ａ）は成形時における型開き前の状態を示す図、（ｂ）は光学素子を突き出した状態を示す図である。 従来の射出成形型の断面図である。 従来の射出成形型によって光学素子の回折構造が変形する状態を示す図である。

符号の説明

２ 射出成形型
３ 固定型
４ 可動型
１０ 光学素子
１１ 一方の面
１２ 他方の面
１５ フランジ
４２ 型本体
４１ 突き出し型
４１ｂ 中央側成形面
４１ｃ 外周側成形面
４１ｄ 環状突出部
４１ｅ 環状テーパー面
ＤＰ 回折パターン

Claims (3)

1. 光学素子を射出成形するための射出成形型であって、
   前記光学素子の一方の面を形成する固定型と、
   当該固定型に対して接離可能に設けられ、前記光学素子の他方の面を形成する可動型と、を備え、
   前記可動型は、
   孔部を有する型本体と、
   前記型本体に対して摺動可能な状態で前記孔部内に配設された突き出し型と、を有し、
   前記突き出し型は、
   前記他方の面内の光学機能面を形成する中央側成形面と、
   当該光学機能面よりも外周側の面を形成する外周側成形面と、を有し、
   前記中央側成形面は、
   前記光学機能面に輪帯段差を形成する輪帯状の複数の回折パターンを有し、
   これら複数の回折パターンのうち、少なくとも最外周の回折パターンのピッチは１０μｍ以下であり、
   前記外周側成形面は、
   前記中央側成形面を囲んで突出する環状突出部を有し、
   この環状突出部の先端部の外周面には、
   前記固定型に近づくに従って外径の小さくなる環状テーパー面が形成され、
   この環状テーパー面は、
   前記固定型と前記可動型との接離方向に対する角度が１５〜４５°であり、幅が０．０５〜２ｍｍであることを特徴とする射出成形型。
2. 請求項１記載の射出成形型において、
   前記孔部は前記型本体に貫通して設けられ、
   前記環状突出部は、前記突き出し型の外周縁に設けられ、
   前記可動型は、前記固定型側に向かって前記孔部内に前記突き出し型を挿入して形成されていることを特徴とする射出成形型。
3. 請求項１または２記載の射出成形型において、
   前記環状突出部は、前記光学素子のフランジの基部を形成することを特徴とする射出成形型。

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