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JP3320513B2 - プラスチック光学素子の射出成形方法 - Google Patents

プラスチック光学素子の射出成形方法

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JP3320513B2
JP3320513B2 JP20890893A JP20890893A JP3320513B2 JP 3320513 B2 JP3320513 B2 JP 3320513B2 JP 20890893 A JP20890893 A JP 20890893A JP 20890893 A JP20890893 A JP 20890893A JP 3320513 B2 JP3320513 B2 JP 3320513B2
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Japan
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健二 芳賀
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Olympus Corp
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Olympus Optic Co Ltd
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Publication date
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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラスチック光学素子の
射出成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック光学素子の成形は、一定の
温度に保持された金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出
し、冷却固化させる方法が一般的に用いられている。こ
の成形方法によれば、厚肉で且つ偏肉の大きい光学素子
の場合、成形品の中心部と表層部及び成形品の厚肉部と
薄肉部とで樹脂の冷却速度に差が生じて歪が発生するこ
とにより、良好な面精度を有した光学面が得られない。
【0003】この問題点を解消する従来方法として、特
開昭62−183320号公報では、一度冷却固化され
た成形品の表層部を金型内で再び加熱溶融し、その後再
び冷却固化させる方法が開示されている。この方法で
は、成形品の表層部が均一に再溶融されるため、表層部
に保有されている応力歪が消失する。また、成形品の中
心部が固化した状態で表層部が再溶融及び再冷却される
ため、再冷却工程における成形品中心部の固化収縮又は
復元膨張があっても表層部に歪が発生することがなくな
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来方法は、
表層部を再溶融し、パスカルの原理に基づき成形品各面
の樹脂圧力を均一にし、歪を低減させるものである。し
かしながら、溶融された樹脂は物性劣化が開始される直
前まで加熱されても、大きな粘性を保有しているため水
などに比べて圧力の伝達が行われにくい。従って例え
ば、図6および図7に示すように、円盤形状の成形面
や、図8に示す球形状の成形面のように、エッジ部が存
在しない面内では樹脂圧力の均一化を図ることが容易で
あるが、図9および図10に示す3角柱形状や図11に
示す左右両端が直線的に切り欠かれたレンズ形状の場合
には、エッジ部の両側の面内での樹脂圧力の相互の均一
化が困難であり、エッジ部の両側の面で樹脂圧力の差が
生じ成形品の内部に残留する。
【0005】このため、光学面となる成形面の間にエッ
ジ部を有する3角プリズムなどの光学素子を成形する場
合においては、表層部を再加熱しても各光学面の間で樹
脂圧力の差が存在する。従って、特定の光学面の面精度
を向上させる目的で、金型の型開き時に特定光学面の表
層部の樹脂が金型面を押圧する圧力を0kg/cm2
近ずけるように射出圧力を調整した場合に、他の光学面
にヒケが発生する問題があった。
【0006】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のであり、他の光学面にヒケを生じさせることなく、特
定の光学面の面精度を向上させることが可能なプラスチ
ック光学素子の射出成形方法を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の射出
成形方法は、以下の工程順により構成される。 (1)金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出する工程。 (2)射出後にキャビティ内の樹脂をガラス転移点より
も低い温度まで冷却する一次冷却工程。 (3)一次冷却工程後に、成形品の各面の表層部の樹脂
を少なくともガラス転移点以上の温度まで加熱して軟化
させる再加熱工程。この再加熱工程では、面精度が要求
される特定の光学面の表層部を他の光学面の表層部より
も低い温度となるように温度差を設けて加熱する。かか
る温度差の設定は金型のキャビティの各面を形成する入
子の内、特定の光学面を形成する入子の温度を他の光学
面を形成する入子の温度よりも低くなるように加熱する
ことで行うことができる。 (4)再加熱工程終了後における成形品を取出し温度ま
で冷却する二次冷却工程。この二次冷却工程では、面精
度が要求される特定の光学面の表層部を他の光学面の表
層部よりも低い温度となるように温度差を設けて冷却す
る。かかる温度差の設定は再加熱工程と同様に、特定の
光学面を形成する入子と他の光学面を形成する入子とに
温度差が生じるように冷却することで可能となる。
【0008】以上のような構成において、再加熱工程で
は、成形品の中心部が固化した状態で、表層部に溶融樹
脂層が生成されるため、この再加熱工程を経ることによ
り、成形品の中心部の樹脂の膨張及び収縮の影響がなく
なる。また、再加熱工程から二次冷却工程における表層
部の溶融樹脂層のガラス転移点近傍までの冷却の間、面
精度が要求される特定の光学面の表層部の樹脂温度が、
他の光学面よりも低いため、表層部の樹脂圧力が他の光
学面の樹脂圧力よりも低くなる。そして、取出し温度ま
で冷却されるまでの間に、各光学面の表層部の樹脂圧力
はこの高低差を有したまま低下し、一定の圧力に収束す
る。
【0009】従って、型開き時に面精度が要求される光
学面の表層部の樹脂圧力が0kg/cmとなるように
射出圧力を調整しても、他の光学面の型開き時の樹脂圧
力が0kg/cmよりも大きいものであるため、他の
光学面にヒケが発生することがなくなる。
【0010】
【実施例1】図1は本発明の実施例1により製造される
3角プリズム1を示す。この3角プリズム1は光学面
2,3,4および側面5,6の5面により構成されてお
り、光学面2が使用上の理由から他の光学面3,4より
も高精度な面精度が要求されている。以下、光学面2を
A面、光学面3をB面、光学面4をC面と記する。
【0011】図2はこの3角プリズムを成形する金型を
示す。キャビティ1′はA面入子7に設けられた金型A
面2′と、B面入子8に設けられた金型B面3′と、C
面入子9に設けられた金型C面4′とによって形成され
ている。A面入子7、B面入子8、C面入子9にはそれ
ぞれA面入子水管10とB面入子水管11とC面入子水
管12が設けられていると共に、金型A面2′と金型B
面3′と金型C面4′の近傍にA面入子熱電対13、B
面入子熱電対14、C面入子熱電対15が埋設されてい
る。
【0012】また、A面入子水管10はA面入子用加熱
油タンク(図示省略)とA面入子用冷却油タンク(図示
省略)とに切換可能に接続されると共に、B面入子水管
11とC面入子水管12はBC面入子用加熱油タンク
(図示省略)及びBC面入子用冷却油タンク(図示省
略)に切換可能に接続されている。
【0013】A面入子7,B面入子8,C面入子9は金
型ベース(図示省略)内に埋設されており、成形機ノズ
ルより金型ベース内に射出された樹脂はゲート16を介
してキャビティ1′内に充填される。
【0014】次に本実施例による製造工程を説明する。
図3は製造工程におけるキャビティ1′内の樹脂温度の
変化を示したものであり、特性曲線21はBC面の表層
部の温度、特性曲線22はA面の表層部の温度を示して
いる。また、金型に対して行われる各操作の切換を、時
間の目盛りとして、b,c,d,eで図3に記入する。
【0015】まず、A面入子水管10と、B面入子水管
11とC面入子水管12とにA面入子用冷却油タンクと
BC面入子冷却油タンクからそれぞれ冷却油を供給し
て、A面入子7,B面入子8,C面入子9を取出し温度
Teと同じにし、この状態で成形機からゲート16を介
し、キャビティ1′内に溶融樹脂を射出して充填する。
この充填された溶融樹脂によってA面入子7,B面入子
8,C面入子9の温度が上昇し、図3の温度Tbとな
る。
【0016】次に、キャビティ1′内の樹脂を一次冷却
工程として所定時間で冷却固化させてガラス転移点より
も低い温度である図3の温度Tcとする。この温度Tc
は、取り出し温度Teと同じに設定されている。この
後、A面入子水管10と、B面入子水管11と、C面入
子水管12とにA面入子用加熱油タンクおよびBC面入
子用加熱油タンクからの加熱油を供給して、A面入子
7,B面入子8,C面入子9を少なくともガラス転移点
以上に加熱する再加熱工程のために、所定時間の再加熱
を行う。この時、BC面入子用加熱タンク内の加熱油を
A面入子用加熱タンク内の加熱油よりも高温度に保持し
ており、これにより再加熱工程完了時においては、B面
入子8及びC面入子9の温度Td−BCがA面入子7の
温度Td−よりも高い温度まで到達し、いずれもガラ
ス転移点よりも高い温度となっている。
【0017】次に、A面入子用水管10,B面入子水管
11およびC面入子用水管12にA面入子用冷却タンク
およびBC面入子用冷却タンクから冷却油を供給し、A
面入子7,B面入子8およびC面入子9の温度が二次冷
却工程によって取出し温度Teとなるまで所定時間冷却
する。
【0018】この冷却工程(二次冷却工程)において、
A面入子7,B面入子8およびC面入子9がガラス転移
点近傍に下がるまでは、B面入子8およびC面入子9の
温度がA面入子7の温度より高い温度となり、内且つこ
の冷却工程が完了した時に、A面入子7,B面入子8お
よびC面入子9の温度が均一となる様にA面入子用冷却
タンクとBC面入子用冷却タンク内の冷却油の温度がそ
れぞれ調整されている。また、取出し時においては、A
面表層部18(図2参照)が金型のA面2′に接触した
状態で同表層部18の樹脂圧力が0kg/cmに収束
する様に射出工程の射出圧力調整を行う。
【0019】図4は上記工程における金型内の樹脂圧力
の変化を示し、また、この金型に対して行われる各操作
の切換えを時間目盛りとして図3に対応させてb,c,
d,eで示すものであり、特性曲線23はBC面表層部
19,20(図2参照)の樹脂圧力、特性曲線24はA
面表層部18の樹脂圧力である。図4における時間b
は、図3において、キャビティ1′内に溶融樹脂を射出
して充填完了したときであり、b→c間は冷却工程(一
次冷却工程)であり、この工程では成形品全体が一度冷
却固化される。このときA面表層部18とB面表層部1
9とC面表層部20の樹脂圧力はそれぞれPC−A,P
C−BCに収束するが、PC−A>PC−BCとなって
いる。
【0020】次に、再加熱工程では、成形品の中心部1
7(図2参照)が固化した状態でA面表層部18、B面
表層部19およびC面表層部20がそれぞれ温度T
d−A,Td−BCとなるまで加熱されるが、Td−A
<Td−BCとなっている。このとき、それぞれの樹脂
圧力はPd−A<Pd−BCとなっている。
【0021】次に、二次冷却工程では、A面表層部1
8、B面表層部19およびC面表層部20が取出し温度
Te(図3参照)まで冷却されることにより、取り出し
時(時間e)ではそれぞれの樹脂圧力がPe−A,P
e−BCとなる。また、このとき固化が開始されるガラ
ス転移点付近(図3参照)では、Td−A<Td−BC
関係が維持されているため、Pe−A<Pe−BCの関
係が生じる。従って、Pe−A≒0となる様に射出圧力
を調整してもPe−BC>0となる。
【0022】以上のような本実施例では、成形品の中心
部17が固化した状態で、A面表層部18とB面表層ぶ
19とC面表層部20とが再度軟化させられるため、成
形品の中心部17の収縮または膨張の影響を受けること
なく、それぞれにおける応力歪が解消され良好な面精度
とすることができる。また、A面表層部18の型開き時
の樹脂圧力Pe-A がB面表層部19とC面表層部の樹脂
圧力Pe-BCよりも低いところから、光学面2の面精度を
向上させるためにPe-A が0kg/cm2 に等しくなる
様に射出圧力を調整した場合でも、Pe-BC>0となり、
光学面3および光学面4にヒケが発生することがない。
【0023】
【実施例2】図5は本発明の実施例2に使用される金型
を示す。この金型ではA面入子7がA面スリーブ31内
に配設されると共に、B面入子8及びC面入子9がBC
面スリーブ32内に埋設され、これらのA面スリーブ3
1とBC面スリーブ32が金型ベース(図示省略)内に
埋設されている。
【0024】また、A面入子7とB面入子8とC面入子
9にはそれぞれA面入子ヒータ35,B面入子ヒータ3
6,C面入子ヒータ37が埋設されていると共に、A面
スリーブ31とB面スリーブ32にはそれぞれA面スリ
ーブ水管33とBC面スリーブ水管34が設けられてい
る。そして、これらのA面スリーブ水管33およびBC
面スリーブ水管34にはA面用冷却水タンク(図示省
略)とBC面用冷却水タンク(図示省略)が接続されて
いる。
【0025】このような、金型を用いた製造において、
射出工程、一次冷却工程および二次冷却工程ではA面ス
リーブ水管33とBC面スリーブ水管34にA面用冷却
タンクとBC面用冷却水タンクから冷却水を供給する。
また、再加熱時にはこの通水を停止し、A面入子ヒータ
35、B面入子ヒータ36およびC面入子ヒータ37に
通電することによりA面入子7、B面入子8およびC面
入子9を加熱する。その他の操作は実施例1と同様に行
う。
【0026】このような本実施例では、A面入子ヒータ
35,B面入子ヒータ36およびC面入子ヒータ37で
A面入子7とB面入子8とC面入子9を加熱するため、
水管を設けることができない小型の入子でも再加熱を行
うことができる。また、この実施例では実施例1よりも
短時間でA面入子7,B面入子8およびC面入子9を所
定の温度まで加熱することが可能であり迅速な製造がで
きる。
【0027】
【発明の効果】以上のとおり本発明では、厚肉が厚く、
偏肉のある光学素子でも良好な面精度で製造できると共
に、他の光学面の面精度にヒケを発生させることなく、
特定の光学面の面精度を選択的に向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1により製造される3角プリズ
ムの斜視図である。
【図2】実施例1に使用される金型の断面図である。
【図3】実施例1の製造に伴う樹脂温度の特性図であ
る。
【図4】実施例1の製造に伴う樹脂圧力の特性図であ
る。
【図5】実施例2に使用される金型の断面図である。
【図6】光学素子の第1例の正面図である。
【図7】図6の側面図である。
【図8】光学素子の第2例の正面図である。
【図9】光学素子の第3例の正面図である。
【図10】図9の正面図である。
【図11】光学素子の第4例の正面図である。
【符号の説明】
1 3角プリズム 2,3,4 光学面 5,6 側面

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出す
    る射出工程と、射出された樹脂を冷却する一次冷却工程
    と、成形品を形成する各面の表層部の樹脂を少なくとも
    ガラス転移点以上に加熱する再加熱工程と、成形品を取
    出し温度まで冷却する二次冷却工程とを備え、前記再加
    熱工程において成形品の各面に対して選択的に加熱温度
    差を設けて加熱することを特徴とするプラスチック光学
    素子の射出成形方法。
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