JP2016215531A - 光学部材の成形方法、成形装置および光学部材 - Google Patents

Abstract

【課題】成形設備を大型化することなく、成形サイクルの短い光学部材の成形方法、成形装置を提供する。【解決手段】型閉めした一対の金型によって画成されるキャビティＣで光学部材を成形する方法で、金型の分割面21,31にその一部が挟持される中子40によりキャビティＣを型閉め方向に分割し、分割キャビティC1,C2で一次成形し、中子40を取り出すことで形成された新たにキャビティC3で二次成形(積層成形)する。中子挿入→型閉→射出成形→型開(中子取出)→型閉→射出成形→型開(成形品取出)の全７工程で済み、成形サイクルが短い。【選択図】図６

Description

本発明は、投射凸レンズのような光学部材を成形する成形方法、成形装置および同方法によって成形された光学部材に関する。

下記特許文献１には、ＬＥＤ照明等の投射凸レンズの積層成形方法、成形装置および同方法によって成形された光学部材（凸レンズ）の従来技術が開示されている。

詳しくは、特許文献１には、接近離反動作可能な左右一対の金型(可動側と固定側)の対向する分割面のそれぞれに、キャビティを画成する８個の成形面が周方向等間隔に形成されており、回転駆動機構により、可動側金型を水平回転軸周りに間歇回転させつつ射出成形するロータリー式の多層成形装置が記載されている。

即ち、可動側金型の８個の成形面は、すべてが同一の凹球面に形成され、一方、固定側金型の８個の成形面は、凸球面の曲率が最も大きい第１の位置から、可動側金型の回転する側(→第２の位置→第３の位置・・・)にいくほど、凸球面の曲率が徐々に小さくなる（回転する側にいくほど、成形面によって画成されるキャビティが厚くなる）とともに、それぞれのキャビティで成形された樹脂層は、型開きした可動側金型（の成形面）に残るように構成されている。

このため、可動側金型を所定角度（例えば、４５度）回転し、型閉めし、射出成形し、型開きするという一連の動作を繰り返すことで、回転する側にいくほど、キャビティ内の樹脂層の数が増え、最終となる第８の位置のキャビティでは、８層の樹脂層を積層した樹脂製凸レンズが成形される。

ＷＯ 2012/111381(段落0030〜0034、図１〜４)

しかし、前記した特許文献１では、左右一対の金型(可動側と固定型側）の水平回転軸回り８個所にキャビティを設けた構造で、第１には、成形設備が大型となる。

第２には、樹脂製凸レンズを成形するためには、型閉め・射出・保圧・型開き・可動側金型の回転という一連の工程を複数回（例えば８回）繰り返す必要があり、成形装置が１個の凸レンズを成形するまでに要す時間、いわゆる成形サイクルが長い。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、成形設備を大型化することなく、しかも成形サイクルの短い光学部材の成形方法、成形装置および同方法で成形された光学部材を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、型閉めする一対の金型によって画成されるキャビティに樹脂を充填し成形する光学部材の成形方法において、
前記金型の分割面にその一部が挟持される中子により前記キャビティを金型の型閉め方向に分割し、各分割キャビティに樹脂を射出し成形する一次成形工程と、
前記金型の一方に一次成形体である第１の樹脂層が、他方に一次成形体である第２の樹脂層および前記中子がそれぞれ取り付くように型開きして、前記中子を取り出す中子取り出し工程と、
前記金型を再度型閉めし、前記第１，第２の樹脂層間に形成された、前記中子の容積に対応する新たなキャビティに、樹脂を射出し成形する二次成形工程と、を備えたことを特徴とする。

前記課題を解決するために、請求項５に係る発明は、固定側金型と、前記固定側金型に対し接近離反方向に移動可能な可動側金型とを備え、型閉めした前記一対の金型によって画成されたキャビティに樹脂を射出し成形する光学部材の成形装置において、
前記金型の分割面にその一部が挟持されて前記キャビティを金型の型閉め方向に分割する、取り外し可能な中子を備え、
前記金型と前記中子によって画成される一対の分割キャビティによって一次成形用キャビティが構成され、
一次成形後、前記金型の一方に一次成形体である第１の樹脂層が、他方に一次成形体である第２の樹脂層および前記中子がそれぞれ取り付くように型開きして、前記中子を取り出した後、再度型閉めすることで前記第１，第２の樹脂層間に形成された、前記中子の容積に対応する新たなキャビティによって二次成形用キャビティが構成されることを特徴とする。

（請求項１に係る発明または請求項５に係る発明の作用）
従来技術では、型閉め→射出→保圧(成形)→型開き→回転という一連の工程を、積層する樹脂層の数に対応した回数だけ繰り返す必要があるのに対し、本発明では、「中子挿入」と「中子取り出し」とが新たに追加されるものの、型閉め→射出→保圧(成形)→型開きという一連の工程を、積層する樹脂層の数よりも少ない回数（一次成形と二次成形の２回）繰り返すだけでよく、成形サイクルが短くなる。

例えば、三層からなる積層成形体（光学部材）を成形するには、従来技術では、型閉め→射出→保圧(成形)→型開き→回転という５工程を３回繰り返す、全１５工程を要すのに対し、本発明では、「中子挿入」と「中子取り出し」の２工程が追加されるものの、型閉め→射出→保圧(成形)→型開きという一連の工程を２回（一次成形と二次成形）繰り返すだけでよい。即ち、中子挿入→型閉め→射出→保圧(一次成形)→型開き→中子取り出し→型閉め→射出→保圧(二次成形)→型開き、までの全１０工程でよいので、成形サイクルが従来技術に比べて短くなることは、明らかである。

また、本発明では、光学部材の成形装置を、型閉め・型開き可能な一対の金型と、金型の分割面に少なくともその一部が挟持されてキャビティを金型の型閉め方向に分割する、取り外し可能な中子で構成されるので、装置の構造が簡潔で、しかもコンパクトとなる。

特に、一次成形後、型開きした金型の分割面に中子が露呈するので、中子の取り出しが容易で、成形サイクルの短縮に貢献する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記金型の分割面に沿って設けた、前記中子の一部が係合する溝を、前記新たなキャビティに二次成形用樹脂を導くランナとして利用することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の発明において、前記金型の分割面には、前記新たなキャビティに二次成形用樹脂を導くランナが設けられ、前記ランナは、前記中子の一部が係合する溝として機能することを特徴とする。

（請求項２に係る発明または請求項６に係る発明の作用）
金型の分割面に挟持される中子の一部が、金型の分割面に沿って設けた溝と係合することで、キャビティに対し中子が位置決めされるので、中子の金型への組み付けが容易となる。

また、金型に設けた、中子の一部が係合する溝を、新たなキャビティに二次成形用樹脂を導くランナとして利用するので、金型におけるランナの形成が容易かつ簡単となる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記中子には、前記溝に係合する柄が形成されるとともに、前記中子の周縁部の少なくとも一部には、前記金型の分割面に挟持されるフランジ部が形成され、
前記金型の分割面が前記フランジ部の少なくとも一部および前記柄を挟持する形態で一次成形を行うことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発明において、前記金型の分割面が前記フランジ部の少なくとも周縁部寄りを挟持する形態で一次成形を行うことを特徴とする。

（請求項３，４に係る発明の作用）
請求項１，２では、中子は、中子の一部である柄が金型の分割面に挟持されることで、キャビティを型閉め方向に分割する位置に保持されるが、キャビティ内に片持ち状に延出する中子は、分割キャビティに射出・充填される一次成形用樹脂の圧力により振動したり撓んだり変形したりして、一次成形体である樹脂層にヒケや形状不良が発生するおそれがある。然るに、請求項３，４では、一次成形の際の中子は、中子の周縁部の少なくとも一部に形成されたフランジ部の少なくとも一部も金型の分割面に挟持されて、キャビティを二分割する所定位置に固定保持されるので、振動や撓みや変形が抑制され、金型の成形面に倣う面形状を備え、ヒケや形状不良のない所定形状の一次成形体である一対の樹脂層が、分割キャビティで成形される。

請求項７に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の方法によって成形された光学部材であって、
前記光学部材は、先打ちした一次成形体である第１，第２の樹脂層間に、後打ちした第３の樹脂層を積層成形した二次成形体で構成されたことを特徴とする。

(請求項７に係る発明の作用) また、従来の方法で成形された光学部材では、キャビティ内の後打ちされた樹脂層の冷却速度が金型に接する側と先打ちされた樹脂層に接する側とにおいて大きく相違し、後打ちされた樹脂層に熱ヒケが発生するおそれがある。然るに、請求項７に係る発明では、先打ちした第１，第２の樹脂層間に、後打ちした第３の樹脂層が積層一体化された構造で、第３の樹脂層の冷却速度は、第１，第２の樹脂層との界面においてほぼ同一である（差がない）ので、第３の樹脂層に熱ヒケが発生しない。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る光学部材の成形方法および成形装置によれば、成形設備を大型化することなく、成形サイクルが短い光学部材の成形方法および成形装置を提供できる。

請求項２，６に係る発明によれば、中子の金型への組み付けが容易となる分、成形サイクルがいっそう短縮される。

また、金型におけるランナの形成が容易かつ簡単となる分、成形装置の構造がそれだけ簡潔となる。

請求項３，４に係る発明によれば、一次成形の際、中子がキャビティを二分割する所定位置に確実に固定保持されるので、ヒケや形状不良のない所定形状の一次成形体である一対の樹脂層が分割キャビティにより成形される。

請求項７に係る発明によれば、光学部材を成形する際に熱ヒケが発生しないので、優れた品質の光学部材を提供できる。

本発明の第１の実施例である投射凸レンズの成形装置の概要を示す断面図である。 （ａ）は中子の正面斜視図、（ｂ）は中子のフランジ周縁部に形成したサイドゲート形成溝を拡大して示す背面斜視図である。 可動側金型の正面図（成形面に正対する図）である。 固定側金型の正面図（成形面に正対する図）である。 金型の要部縦断面図で、（ａ）は図３の線Ａ-Ａに沿う金型の要部縦断面図、（ｂ）は図４の線Ｂ-Ｂに沿う金型の要部縦断面図である。 一次成形後に中子を取り出し、再度型閉めした金型の要部縦断面図である。 可動側金型の要部拡大正面図である。 金型の要部拡大縦断面図（図７に示す線VIII-VIIIに沿う金型の断面図）である。 一次成形工程を示す金型の要部縦断面図である。 型開き工程を示す金型の要部縦断面図である。 中子取り出し工程を示す金型の要部縦断面図である。 二次成形工程を示す金型の要部縦断面図である。 成形された投射凸レンズを示し、金型から取り出した状態の投射凸レンズの背面斜視図である。 同投射凸レンズの縦断面図である。 本発明の第２の実施例である投射凸レンズの成形装置の金型の要部拡大縦断面図（図８に対応する断面図）である。 固定側金型の分割面に形成したランナ形成溝位置における金型の要部縦断面図である（図５（ｂ）に対応する断面図）である。 同成形装置によって成形された投射凸レンズの縦断面図である（図１４に対応する断面図）である。 本発明の第３の実施例である投射凸レンズの成形装置の金型の要部拡大縦断面図（図８に対応する断面図）である。 固定側金型の分割面に形成したランナ形成溝位置における金型の要部縦断面図である（図５（ｂ）に対応する断面図）である。 可動側金型の分割面に設けたサイドゲート形成溝を示す斜視図である。 同成形装置によって成形された投射凸レンズの縦断面図である（図１４に対応する断面図）である。 本発明の他の実施例である投射凸レンズの成形装置の要部である可動側金型の正面図（図３に対応する図）である。 同成形装置の要部である固定側金型の正面図（図４に対応する図）である。 中子ユニットの正面図である。 本発明の別の実施例である投射凸レンズの成形装置によって成形された投射凸レンズの正面図である。 同投射凸レンズの右側面図である。 同投射凸レンズの水平断面図（図２５に示す線XXVII-XXVIIに沿う断面図）である。 同投射凸レンズの縦断面図（図２５に示す線XXVIII-XXVIIIに沿う断面図）である。

図１〜図１４は、本発明に係る光学部材の成形方法および成形装置を投射凸レンズの成形方法および成形装置に適用した第１の実施例を示す。

図１において、投射凸レンズを成形する成形装置１０は、主として、成形面２２を備えた固定側金型２０と、成形面２２に対向する成形面３２を備え、固定側金型２０に対し接近離反方向（図１では左右方向）に移動可能な可動側金型３０と、可動側金型３０を移動させる型閉め・型開き機構７０と、型閉めした金型２０，３０の分割面２１，３１にその一部である柄４２が挟持されて成形面３２の開口側に係合し、成形面２２，３２によって画成されるキャビティＣを型閉め方向に二分割する、取り外し可能な中子４０（図２参照）と、中子４０によって分割された分割キャビティ、即ち、成形面２２，３２と中子４０によって画成された一次成形用キャビティC1，C2（図５（ａ），（ｂ）参照）に一次成形用樹脂を供給するとともに、一次成形工程後に中子４０を取り出すことで形成された、中子４０の容積に対応する新たなキャビティ、即ち、二次成形用キャビティC3（図６参照）に二次成形用樹脂を供給する射出機６０で構成されている。なお、可動側金型３０を移動させる型閉め・型開き機構７０は、油圧シリンダ機構やトグル機構といった公知の駆動機構で構成されている。

図１，３，４，５に示すように、型閉めした金型２０，３０の分割面２１，３１には、キャビティＣから放射状に半径方向外方に延びる３本のランナ２４，３４，３６が設けられている。ランナ２４，３４は、サイドゲート２５，３５を介して分割キャビティ（一次成形用キャビティ）C1，C2に連通し、ランナ３６は、サイドゲート３７を介して新たなキャビティ（二次成形用キャビティ）C3に連通している。

また、図１，４に示すように、固定側金型２０には、バルブゲート２７を介してランナ２４，３４，３６にそれぞれ連通する３本のホットランナ２６が並設され、それぞれのホットランナ２６には、成形する凸レンズ２（図１３，１４参照）の素材（透明樹脂）が射出機６０から溶融状態で供給される。

なお、図１，６に示すように、二次成形用樹脂を二次成形用キャビティC3に導くランナ３６は、後で詳しく説明するが、可動側金型３０の分割面３１に形成されたランナ形成溝３６ａと、固定側金型２０の分割面２１とで構成されている。そして、中子４０の柄４２（図２参照）が係合できるランナ形成溝３６ａは、金型２０の分割面２１と協働して中子４０（の柄４２）を挟持する溝（図５（ａ），（ｂ）参照）を構成している。

以下、金型２０，３０および中子４０の構造を、図２〜８に基づいて詳しく説明する。

固定側金型２０の分割面２１には、分割面２１に対し僅かに窪んだ正面視円形の凹型平面２２ａで構成された成形面２２が設けられ、一方、可動側金型３０の分割面３１に設けられた成形面３２は、分割面３１に対し大きく窪んだ正面視円形の凹型球面３２ａと、該凹型球面３２ａの開口側周縁部に形成された、分割面３１に対し僅かに窪んだ円環状の凹型平面３２ｂで構成されている。そして、型閉めされた金型２０，３０の成形面２２，３２は、成形装置１０が成形しようとする投射凸レンズ２（図１３，１４参照）に対応する形状のキャビティＣ（図１参照）を画成するように構成されている。

また、可動側金型３０の分割面３１には、図３に示すように、正面視円形の成形面３２からサイドゲート形成溝３５ａ，３７ａを介して半径方向外方に延びる断面円弧状のランナ形成溝３４ａ，３６ａが設けられ、固定側金型２０の分割面２１にも、図４に示すように、正面視円形の成形面２２からサイドゲート形成溝２５ａを介して半径方向外方に延びる断面円弧状のランナ形成溝２４ａが設けられており、金型２０，３０を型閉めすることで、図５，６に示すように、ランナ形成溝３４ａ，３６ａと分割面２１によって一次成形用樹脂を供給するランナ３４，３６が形成され、ランナ形成溝２４ａと分割面３１によって二次成形用樹脂を供給するランナ２４が形成されている。なお、キャビティＣから半径方向外方に延びるランナ２４，３４，３６(ランナ形成溝２４ａ，３４ａ，３６ａ)は、図３，４に示すように、キャビティＣから周方向１２０度の放射状方向に延びている。

一方、中子４０は、図２に示すように、円盤形状の中子本体４１の周縁部から半径方向外方に１本の棒状の柄４２が延出した構造で、金型２０，３０を構成する素材と同様の素材（熱伝達性に優れた金属）で構成されている。

中子本体４１は、成形面３２の凹型球面３２ａの曲率よりも小さい曲率の縦断面円弧状の中央部領域４１ａの外周に、円環状の凹型平面３２ｂの深さに整合する厚さの円環状フランジ部４１ｂが一体形成された構造で、図５に示すように、型閉めされた金型２０，３０の成形面２２，３２で画成されるキャビティＣに係合できる大きさ（外径）に形成されるとともに、キャビティＣを型閉め方向に略等間隔に二分割できる形状に構成されている。

また、中子本体４１の円環状フランジ部４１ｂの外周縁部所定位置には、図２，図５（ａ）および図８に示すように、金型３０の分割面３１に設けたサイドゲート形成溝３５ａと協働して、ランナ形成溝３４ａを分割キャビティC2に連通させる、Ｌ字型に延びるサイドゲート形成溝４１ｂ１が形成されている。即ち、中子４０によってキャビティＣを分割した形態で行う一次成形の際に、バルブゲート２７を介してランナ３４に導かれた一次成形用樹脂は、連通するサイドゲート形成溝３５ａ，４１ｂ１によって構成されるサイドゲート３５を介して、分割キャビティC2に射出される。

中子本体４１は、型閉めされた金型２０，３０によって形成されるキャビティＣ内にあって、一次成形の際は、成形面２２，３２と協働して分割キャビティC1，C2を画成するとともに、二次成形の際の新たなキャビティ、即ち、一次成形体である第１，第２の樹脂層2-1,2-2で挟まれた新たなキャビティC3（図６参照）を設定する部材でもある。このため、中子本体４１の中央部領域４１ａは、分割キャビティC１，C2、新たなキャビティC3にそれぞれ射出された溶融樹脂がスムーズに流動して充填されるように、滑らかな曲面形状に構成されている。

一方、中子４０の柄４２は、金型３０の分割面３１に沿って形成されているランナ形成溝３６ａにがたつくことなく係合できる大きさに形成されている。即ち、柄４２の横断面形状は、ランナ形成溝３６ａの横断面形状に一致する。

このため、金型３０の分割面３１に中子４０を組み付ける際、柄４２がランナ形成溝３６ａに一致するように組み付けることで、中子本体４１が成形面３２の開口側に係合するとともに、中子本体４１の外周縁部に形成されているサイドゲート形成溝４１ｂ１が可動側金型３０の分割面３１に形成されているサイドゲート形成溝３５ａに正確に一致する。即ち、中子４０の柄４２と分割面３１に設けたランナ形成溝３６ａとは、キャビティＣを構成する成形面３２に対し中子本体４１を周方向に位置決めする位置決め手段を構成している。

また、一次成形工程における中子４０は、その柄４２がランナ形成溝３６ａと金型２０の分割面２１に挟持されるとともに、その円環状フランジ部４１ｂ全体が成形面３２の周縁部寄りの円環状凹型平面３２ｂと金型２０の分割面２１に挟持されて、一次成形工程中の中子４０が振動したり変形したりしないように確実に固定保持される(図８参照)。

詳しくは、中子４０は、その柄４２だけがランナ形成溝３６ａと金型２０の分割面２１に挟持されて、中子本体４１がキャビティＣ内に片持ち状に延出する構造にすることも可能であるが、分割キャビティC1，C2に射出・充填される一次成形用樹脂の圧力により中子本体４１が振動したり撓んだり変形したりして、一次成形体である樹脂層2-1，2-2にヒケや形状不良が発生するおそれがある。

然るに、本実施例では、中子４０の柄４２がランナ形成溝３６ａと金型２０の分割面２１に挟持されることに加えて、中子本体４１のフランジ部４１ｂ全体が金型３０の円環状の凹型平面３２ｂと金型２０の分割面２１に挟持されるため、一次成形の際に中子本体４１に発生するおそれのある振動や撓みや変形が確実に抑制される。この結果、ヒケや形状不良のない、成形面２２，３２に倣う面形状を備えた、所定形状の一次成形体である一対の樹脂層2-1,2-2が分割キャビティC1，C2によって成形される（図９参照）。

特に、分割キャビティ（一次成形用キャビティ）C1,C2は、熱伝導性に優れた金型２０，３０と中子４０で画成されているので、キャビティの一方の成形面が樹脂層で形成されている先行特許文献１と比べて、分割キャビティC1,C2に充填された樹脂層2-1，2-2が冷却固化するまでの時間が短く、このため、一次成形において必要な保圧時間が短く、それだけ成形装置１０の成形サイクルの短縮に繋がる。

また、図７，８に示すように、可動側金型３０の成形面３２外周寄りの円環状凹型平面３２ｂには、分割キャビティC2内に突出動作可能な中子突き出しピン５０が周方向等間隔８箇所に設けられており、中子突き出しピン５０は、一次成形後、型開きした金型３０から一次成形体である樹脂層2-2を金型３０に残したまま、中子４０だけを取り出すために使用される（図１１参照）。なお、中子突き出しピン５０は、二次成形された成形品（凸レンズ２）を金型３０から取り出す際のノックアウトピンとしても機能する。

即ち、分割キャビティC1，C2により樹脂層2-1,2-2を一次成形した後、金型２０，３０を型開きすると、図１０に示すように、金型２０，３０は、分割面２１，３１から分離されるが、固定側金型２０では、分割面２１と成形面２２（凹型平面２２ａ）間に段差部があるため、さらには、分割面２１にランナ形成溝２４ａが形成されているため、一次成形体である樹脂層2-1が成形面２２に密着した形態に保持される。特に、中子本体４１は、その表面が粗面仕上げ加工されて、樹脂層2-1,2-2から剥がれ易い。詳しくは、中子本体４１と一次成形体である樹脂層2-1,2-2との密着性は、界面の真空状態による吸着力が大きく影響する。そして、中子本体４１の表面を粗面化することで、中子本体４１が樹脂層2-1,2-2から剥がれそうになったタイミングで界面に空気が侵入し、樹脂層2-1,2-2との密着性が低下して、中子本体４１が樹脂層2-1,2-2から簡単に剥がれる。

なお、中子本体４１を樹脂層2-1,2-2から剥がれ易くするためには、前記した表面粗面化処理に代えて、樹脂に対する離型性を上げる公知の表面処理（例えば、フッ化物材料層，セラミック層，金属化合物層等の形成）を中子本体４１に施してもよいし、さらには両者を組み合わせることも可能である。

このため、型開きの際に、樹脂層2-1は確実に固定側金型２０の成形面２２に密着した形態に保持される。一方、可動側金型３０では、一次成形体である他の樹脂層2-2が、成形面３２に密着した形態に保持され、さらに中子本体４１も樹脂層2-2に密着した形態に保持される。

このように、型開きした可動側金型３０の成形面３２には、一次成形体である樹脂層2-2と中子本体４１とが積層されているが、図８矢印に示すように、中子突き出しピン５０が中子本体４１のフランジ部４１ｂを突き押しすることで、中子本体４１が樹脂層2-2からスムーズに分離して、成形面３２に密着している樹脂層2-2に対し中子本体４１を含む中子４０全体が離間する方向に分離される（図１１参照）。

図６は、一次成形後に型開きした金型３０から中子４０を取り出した後、再度型閉めした金型２０，３０の要部縦断面図である。型閉めした金型２０，３０の内部には、取り出した中子４０の容積に対応する新たなキャビティC3が形成されており、金型２０，３０の分割面２１，３１に設けられたランナ３６のゲート３７を介して、二次成形用樹脂がキャビティC3に射出される。

次に、成形装置１０を用いて投射凸レンズ２を成形する工程を、図５，６，９〜１２を参照して説明する。

まず、固定側金型２０に対し型開きした可動側金型３０の分割面３１所定位置に中子４０を組み付けた後、可動側金型３０を固定側金型２０に接近する方向に移動し、型閉めすることで、分割キャビティC1，C2を形成する（図５（ａ），（ｂ）参照）。

次いで、図９に示すように、分割キャビティC1，C2に同時に溶融樹脂を射出し、所定時間保圧することで、一次成形体である樹脂層2-1，2-2を成形する一次成形工程を行う。

次に、図１０に示すように、可動側金型３０を固定側金型２０から離間する方向に移動させる型開きを行うと、一次成形体である第１の樹脂層2-1は、固定側金型２０に、一次成形体である第２の樹脂層および中子４０は、可動側金型３０にそれぞれ取り付いた形態に保持される。そして、図１１に示すように、中子突き出しピン５０（図７，８参照）を駆動して、金型３０から中子４０だけを取り出す。

次に、可動側金型３０を固定側金型２０に接近する方向に移動し、図６に示すように、再度型閉めすると、キャビティＣ内には、一次成形体である第１，第２の樹脂層2-1,2-2に挟まれた、中子４０（中子本体４１）の容積に対応する新たなキャビティC3が形成される。

次に、図１２に示すように、ランナ３６を介して新たなキャビティC3に溶融樹脂を射出し成形する二次成形工程を行い、先打ちした一次成形体である樹脂層2-1,2-2間に後打ちした樹脂層2-3を積層一体化した二次成形体である投射凸レンズ２を成形する（図１２参照）。

最後に、可動側金型３０を固定側金型２０から離間する方向に移動させる型開き工程を行った後、中子突き出しピン５０（図７，８参照）を駆動し、金型３０から成形品である投射凸レンズ２を取り出す。

図１３には、金型３０から取り出した投射凸レンズ２を示す。投射凸レンズ２の外周には、ランナ２４，３４，３６内で冷却固化した棒状の樹脂成形体３，４，５が放射状に延出しているので、後工程において、これらの樹脂成形体３，４，５をその付け根位置（投射凸レンズ２との分岐位置）で切断除去すれば、所定の投射凸レンズ２（図１４参照）ができあがる。

先行特許文献１の方法で成形された凸レンズでは、キャビティ内に後打ちした樹脂層の冷却速度が、金型に接する側と先打ちした樹脂層に接する側とにおいて大きく相違し、後打ちした樹脂層に熱ヒケが発生するおそれがある。然るに、本実施例方法で成形された凸レンズ２では、先打ちされた第１，第２の樹脂層2-1,2-2間に、後打ちされた第３の樹脂層2-3が積層成形された構造(図１２参照)で、後打ちした第３の樹脂層2-3の冷却速度は、第１，第２の樹脂層2-1,2-2との界面においてほぼ同一である（差がない）ため、第３の樹脂層2-3に熱ヒケが発生しない。したがって、本実施例方法によれば、熱ヒケの発生しない優れた品質の投射凸レンズ２が得られる。

なお、凸レンズ２は、図１４に示すように、可動側金型３０の成形面３２（の凹型球面３２ａ）と固定側金型２０の成形面２２（の凹型平面２２ａ）によって成形された凸レンズ本体２ａで構成され、凸レンズ本体２ａの周縁部には、可動側金型３０の成形面３２外周寄りの円環状凹型平面３２ｂと、固定側金型２０の分割面２１によって成形された所定幅の円環状フランジ部２ｂが一体に形成されている。

固定側金型２０の成形面２２（の凹型平面２２ａ）が分割面２１に対し僅かに窪んでいるため、凸レンズ２の背面側には、図１３，１４に示すように、凸レンズ本体２ａとフランジ部２ｂとの間に段差部２ｄが形成されている。さらに、樹脂成形体３の付け根位置には、サイドゲート形成溝２５ａに対応する凸部２ｅが段差部２ｄと面一に形成されている。

しかし、段差部２ｄにかからない凸レンズ本体２ａの中心軸Ｌに近い領域だけを配光形成領域として利用することで、段差部２ｄや凸部２ｅによって凸レンズ２としての配光機能が損なわれるものではない。なお、図１４における符号Ｄ１は、凸レンズ２における有効配光形成領域を示す。

また、凸レンズ２は、図１２，１４に示すように、第１，第２，第３の樹脂層2-1，2-2,2-3の積層体で構成されているが、凸レンズ本体２ａは、第１，第２，第３の樹脂層2-1，2-2,2-3の三層で構成され、フランジ部２ｂは、第３の樹脂層2-3単層で構成されている。

凸レンズ２のフランジ部２ｂは、第３の樹脂層2-3単層で形成されており、フランジ部２ｂが複数層で形成されている構造と比べて、積層界面での割れや剥離が発生するリスクが少ないし、フランジ部２ｂを成形する樹脂の流れがスムーズとなる分、二次成形の際の射出圧力を低減できる。

次に、本実施例に係る成形方法および成形装置によれば、以下のような効果がある。

先行特許文献１によって、図１２，１４に示すような、三層からなる凸レンズ２を積層成形するには、型閉め→射出→保圧(成形)→型開き→可動側金型の回転という５工程を３回繰り返す、全１５工程を必要とするが、本実施例では、「中子挿入」と「中子取り出し」の２工程が追加されるものの、型閉め→射出→保圧(成形)→型開きという一連の工程を２回（一次成形と二次成形）繰り返すだけでよい。詳しくは、中子挿入→型閉め→射出→保圧(一次成形)→型開き→中子取り出し→型閉め→射出→保圧(二次成形)→型開き、までの全１０工程でよいので、本実施例では、成形サイクルが先行特許文献１と比べて短くなることは、明らかである。

また、先行特許文献１では、複数のキャビティの型閉め・型開きをすべて同じタイミングで行うため、複数のキャビティの最長となる必要保圧時間に基づいて、型開きのタイミング（保圧時間）を設定しなければならないのに対し、本実施例では、一次成形と二次成形で異なる保圧時間を設定できるので、一次成形と二次成形で最適保圧時間を選択することで、成形サイクルがさらに短くなる。

特に、先行特許文献１では、キャビティの一方の成形面が先打ちした樹脂層であるため、後打ちした樹脂層が冷却するまでの時間がある程度かかるのに対し、本実施例では、分割キャビティ（一次成形用キャビティ）C1，C2が、熱伝導性に優れた金型２０，３０と中子４０で構成されているので、キャビティC1，C2に充填された樹脂層2-1，2-2が冷却するまでの時間が先行特許文献１と比べて短く、それだけ一次成形における必要保圧時間が短縮されて、成形サイクルがいっそう短くなる。

また、本実施例の成形装置１０は、型閉め・型開き可能な一対の金型２０，３０と、金型２０，３０の分割面２１，３１にその一部である柄４２およびフランジ部４１ｂが挟持されて成形面３２の開口側に係合して、キャビティＣを金型２０，３０の型閉め方向に分割する、取り外し可能な中子４０で構成されるので、装置１０の構成が簡潔である上に、コンパクトでもある。

次に、図１５〜１７に基づいて、本発明の第２の実施例を説明する。図１５は、本発明の第２の実施例である投射凸レンズの成形装置の金型の要部拡大縦断面図（図８に対応する断面図）、図１６は、固定側金型の分割面に形成したランナ形成溝位置における金型の要部縦断面図（図５（ｂ）に対応する断面図）、図１７は、同成形装置によって成形された投射凸レンズの縦断面図（図１４に対応する断面図）である。

前記した第１の実施例の成形装置１０では、図８に示すように、中子本体４１のフランジ部４１ｂの厚さが、可動側金型３０の分割面３１に設けられた成形面３２の凹型平面３２ｂの深さに一致するとともに、固定側金型２０の分割面２１に設けられた正面視円形の凹型平面２２ａで構成された成形面２２の外径寸法と、中子本体４１の縦断面円弧状の中央部領域４１ａの外径寸法が一致するように構成されて、金型２０,３０を型締めすると、中子本体４１のフランジ部４１ｂのほぼ全面が、可動側金型３０の成形面３２の一部（凹型平面３２ｂ）と固定側金型２０の分割面２１によって挟持されるように構成されている。

一方、第２の実施例の成形装置１０Ａでは、図１５，１６に示すように、固定側金型２０Ａの分割面２１Ａに設けられた正面視円形の凹型平面２２ａ’で構成された成形面２２Ａの外径寸法が、中子本体４１の縦断面円弧状の中央部領域４１ａの外径寸法より大きく設定されて、金型２０Ａ,３０を型締めすると、中子本体４１のフランジ部４１ｂにおける周縁部寄りの所定幅の領域４１ｂ２だけが、可動側金型３０の分割面３１に設けられた成形面３２の一部（凹型平面３２ｂ）と固定側金型２０Ａの分割面２１Ａによって挟持されるように構成されている点が相違する。

その他の構成は、前記した第１の実施例の成形装置１０の構造と同一であり、同一の符号を付すことで、その説明は省略する。

この第２の実施例の成形装置１０Ａによって成形された凸レンズ２Ａは、図１７に示すように、第１，第２，第３の樹脂層2-1，2-2,2-3の積層体で構成されているが、凸レンズ本体２ａは、第１，第２，第３の樹脂層2-1，2-2,2-3の三層で構成されているのに対し、フランジ部２ｂは、その付け根側が第１，第３の樹脂層2-1,2-3の二層で構成され、その先端側が第３の樹脂層2-3単層で構成されている。なお、図１７における符号Ｄ２は、凸レンズ２Ａにおける有効配光形成領域を示し、前記第１の実施例の方法および装置１０によって成形された凸レンズ２のもつ有効配光形成領域Ｄ１よりも大きい。

フランジ部２ｂは、その付け根側が第１，第３の樹脂層の二層、その先端側が第３の樹脂層2-3単層で構成されており、フランジ部２ｂが三層で形成されている構造（図２１参照）と比べて、積層界面での割れや剥離が発生するリスクがそれだけ少ないし、フランジ部を成形する樹脂の流れがスムーズとなる分、一次成形および二次成形の際の射出圧力をそれぞれ低減できる。

次に、図１８〜２１に基づいて、本発明の第３の実施例を説明する。図１８は、本発明の第３の実施例である投射凸レンズの成形装置の金型の要部拡大縦断面図（図８に対応する断面図）、図１９は、固定側金型の分割面に形成したランナ形成溝位置における金型の要部縦断面図である（図５（ｂ）に対応する断面図）、図２０は、可動側金型の分割面に設けたサイドゲート形成溝を示す斜視図、図２１は、同成形装置によって成形された投射凸レンズの縦断面図である（図１４に対応する断面図）である。

前記した第１，第２の実施例の成形装置１０，１０Ａでは、図８，１５に示すように、中子４０における中子本体４１のフランジ部４１ｂの厚さが可動側金型３０の分割面３１に設けた凹型平面３２ｂの深さに一致するが、この第３の実施例の成形装置１０Ｂでは、第１には、図１８，１９に示すように、中子４０Ａにおける中子本体４１Ａのフランジ部４１ｂ’が前記した第１，第２の実施例の中子本体４１のフランジ部４１ｂよりも大きく形成されるとともに、フランジ部４１ｂ’の厚さがフランジ部４１ｂよりも薄く、例えば、可動側金型３０の分割面３１に設けられた成形面３２の凹型平面３２ｂの深さの約半分の厚さに形成されている。

第２には、可動側金型３０Ａの分割面３１Ａに形成された凹型球面３２ａを取り囲む円環状の凹型平面３２ｂ’が、固定側金型２０Ａの成形面２２Ａを構成する凹型平面２２ａ’とほぼ同一の外径に形成された、半径方向内側寄りの第１の凹型平面３２ｂ１と、中子本体４１Ａのフランジ部４１ｂ’が係合できる深さおよび外径に形成された、半径方向外側寄りの第２の凹型平面３２ｂ２で構成されている。即ち、可動側金型３０Ａの成形面３２Ａには、固定側金型２０Ａの凹型平面２２ａ’周縁部の段差位置に対応する位置に、凹型球面３２ａを同心円状に取り囲む第１の凹型平面３２ｂ１とその外側の第２の凹型平面３２ｂ２を分離する段差３２ｂ３が形成されている。

そして、金型２０Ａ,３０Ａを型締めすると、中子本体４１のフランジ部４１ｂ’における周縁部寄りの所定幅の領域４１ｂ”だけが、可動側金型３０Ａの成形面３２Ａの一部（第２の凹型平面３２ｂ２）と固定側金型２０Ａの分割面２１Ａによって挟持されるように構成されている。

また、可動側金型３０Ａの分割面３１Ａには、図１８，２０に拡大して示すように、サイドゲート形成溝３５ａと協働して、ランナ形成溝３４ａを分割キャビティC2に連通させる、Ｌ字型に延びるサイドゲート形成溝３５ｂが形成されている。即ち、中子４０ＡによってキャビティＣを分割した形態で行う一次成形の際に、バルブゲート２７を介してランナ３４に導かれた一次成形用樹脂は、接続されたサイドゲート形成溝３５ａとサイドゲート形成溝３５ｂによって構成されるサイドゲート３５’を介して、分割キャビティC2に射出される。

その他の構成は、前記した第１，第２の実施例の成形装置１０，１０Ａの構造と同一であり、同一の符号を付すことで、その説明は省略する。

この第３の実施例の成形装置１０Ｂによって成形された凸レンズ２Ｂは、図２１に示すように、第１，第２，第３の樹脂層2-1，2-2,2-3の積層体で構成されているが、凸レンズ本体２ａは、第１，第２，第３の樹脂層2-1，2-2,2-3の三層で構成されているのに対し、フランジ部２ｂは、その付け根側が第１，第２，第３の樹脂層2-1，2-2,2-3の三層で構成され、その先端側が第３の樹脂層2-3単層で構成されている。

なお、図２１における符号Ｄ３は、凸レンズ２Ｂにおける有効配光形成領域を示し、前記第１の実施例の方法および装置１０によって成形された凸レンズ２のもつ有効配光形成領域Ｄ１よりも大きい。

図２２，２３，２４は、本発明の他の実施例を示し、図２２，２３は、他の実施例に係る投射凸レンズの成形装置の要部である可動側金型，固定側金型の正面図、図２３は、同装置に用いる中子ユニットの正面図である。

前記した第１〜第３の実施例の成形装置１０，１０Ａ，１０Ｂでは、一対の金型によって、１個の凸レンズ２，２，２Ａ，２Ｂを成形するように構成されているが、この実施例の成形装置１０Ｃでは、一対の金型２０Ｃ，３０Ｃによって、複数個(実施例では４個)の凸レンズ２を同時に成形するように構成されている。

即ち、図２３，２２に示すように、固定側金型２０Ｃの分割面２１Ｃ，可動側金型３０Ｃの分割面３１Ｃには、それぞれ４個の成形面２２，３２が周方向等間隔にそれぞれ対向するように設けられるとともに、分割面２１Ｃには、各成形面２２から半径方向外方に延びるランナ形成溝２４ａが設けられ、分割面３１Ｃには、各成形面３２から半径方向外方に延びるランナ形成溝３４ａおよびランナ形成溝３６ａが設けられている。

詳しくは、可動側金型３０Ｃの分割面３１Ｃ中央部付近には、図２２に示すように、固定側金型２０Ｃの分割面２１Ｃと協働して、中子ユニット４０Ｃおける十字形状の柄４２(図２４参照)を挟持する４本のランナ形成溝３６ａが直交するように形成され、各ランナ形成溝３６ａは、サイドゲート形成溝３７ａを介して成形面３２にそれぞれ連通している。ランナ形成溝３４ａは、ランナ形成溝３６ａに対し１２０度の方向に形成され、各ランナ形成溝３４ａは、サイドゲート形成溝３５ａを介して成形面３２にそれぞれ連通している。

また、固定側金型２０Ｃの分割面２１Ｃ中央部には、図２３に示すように、金型２０Ｃ，３０Ｃの分割面２１Ｃ，３１Ｃ間に形成される４本のランナ３６のそれぞれに二次成形用樹脂を供給する共通のバルブゲート２７が開口するとともに、各成形面２２の周方向等分１２０度の位置にも、金型２０Ｃ，３０Ｃの分割面２１Ｃ，３１Ｃ間に形成されるランナ２４，３４に一次成形用樹脂をそれぞれ供給するバルブゲート２７が開口している。また、分割面２１Ｃに形成された各成形面２２と、半径方向外方に延びるランナ形成溝２４ａとは、サイドゲート形成溝２５ａを介して連通している。

そして、型閉めした金型２０Ｃ，３０Ｃの分割面２１Ｃ，３１Ｃに形成されたランナ２４，３４，３６には、固定側金型２０Ｃに設けたホットランナ２６内の溶融樹脂がバルブゲート２７を介してそれぞれ供給される。

また、成形面３２，２２によって画成された各キャビティＣを型閉め方向に分割する中子ユニット４０Ｃは、図２４に示すように、第１の実施例において用いた中子４０（図２参照）を、それぞれの柄４２が十字形状となるように一体化した構造で、中子ユニット４０Ｃにおける各中子本体４１は、金型３０Ｃの分割面３１Ｃに形成された各成形面３２の開口側にそれぞれ係合できるとともに、中子ユニット４０Ｃにおける十字形状の柄４２は、分割面３１Ｃに形成された十字形状に延びるランナ形成溝３６ａ（図２２参照）に係合できる。

また、各中子本体４１の円環状フランジ部４１ｂの外周縁部所定位置には、図２４に示すように、金型３０Ｃの分割面３１Ｃに設けたサイドゲート形成溝３５ａと協働して、ランナ形成溝３４ａを分割キャビティC2に連通させる、Ｌ字型に延びるサイドゲート形成溝４１ｂ１（図２，８参照）が形成されている。即ち、中子本体４１によってキャビティＣを分割した形態で行う一次成形の際に、バルブゲート２７を介してランナ３４に導かれた一次成形用樹脂は、連通するサイドゲート形成溝３５ａ，４１ｂ１によって構成されるサイドゲート３５（図２，８参照）を介して、分割キャビティC2に射出される。

そして、型開きした可動側金型３０Ｃの分割面３１Ｃに対し、中子ユニット４０Ｃを接近離反する方向に移動させることで、中子本体４１，柄４２を各成形面３２，ランナ形成溝３６ａに同時に組み付けたり、取り外したりすることができる。

その他は、前記した第１の実施例と同一であり、その重複する説明は省略する。

なお、前記した種々の実施例では、例えば第１の実施例に示すように、ランナ２４は固定側金型２０の分割面２１に形成したランナ形成溝２４ａで構成され、ランナ３４，３６は可動側金型３０の分割面３１に形成したランナ形成溝３４ａ，３６ａで構成されているが、ランナ２４，３４，３６は、金型２０，３０の分割面２１，３１のいずれの側に溝として形成してもよいし、分割面２１，３１の両方にまたがる溝として形成してもよい。

また、前記した種々の実施例では、その前面側が連続する球面に形成され、その背面側が平面に形成された正面視円形の凸レンズであって、その周縁部全域に所定幅のフランジ部２ｂが円環状に形成された凸レンズ２，２Ａ，２Ｂ(図１４，１７，２１参照)を成形する方法および装置について説明したが、金型２０，３０の分割面２１，３１に形成する成形面２２，３２の形状，ランナ２４，３４，３６の位置および中子４０の形状などを適宜変更することで、図２５〜２８に示すように、その前面側が曲率の大きい球面で形成され、その背面側が前面側よりも曲率の小さい球面で形成された、正面視ほぼ矩形の異形断面凸レンズであって、その左右の側縁部だけに所定幅のフランジ部２ｂが形成された凸レンズ２Ｃを成形することもできる。

Ｃ キャビティ
C1,C2 分割キャビティ（一次成形用キャビティ）
C3 中子の容積に対応する新たなキャビティ（二次成形用キャビティ）
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 光学部材である投射凸レンズ
２ａ 凸レンズ本体
２ｂ フランジ部
2-1，2-2 一次成形体である第１の透明樹脂層および第２の透明樹脂層
2-3 第１，第２の透明樹脂層とともに二次成形体を構成する第３の透明樹脂層
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 凸レンズの成形装置
２０，２０Ａ，２０Ｃ 固定側金型
２１，２１Ａ，２１Ｃ 固定側金型の分割面
２２，２２Ａ 固定側金型の成形面
２２ａ，２２ａ’ 凹型平面
２４，３４ 一次成形用樹脂通路であるランナ
２５，３５，３５’，３７ サイドゲート
２６ ホットランナ
２７ バルブゲート
３０，３０Ａ，３０Ｃ 可動側金型
３１，３１Ａ，３１Ｃ 可動側金型の分割面
３２，３２Ａ 可動側金型の成形面
３２ａ 成形面中央部の凹型球面
３２ｂ，３２ｂ，３２ｂ’ 成形面周縁部の凹型平面
３５ａ，４１ｂ１，３５ｂ サイドゲート形成溝
３６ 二次成形用樹脂通路であるランナ
３６ａ 中子の柄が係合できるランナ形成溝
４０，４０Ａ 中子
４０Ｃ 中子ユニット
４１ 中子本体
４１ａ 中子本体の中央部領域
４１ｂ，４１ｂ’ 中子本体のフランジ部
４２ 柄
５０ 成形品ノックアウトピンを兼ねる中子突き出しピン
６０ 型閉め・型開き機構
７０ 射出機

Claims (7)

1. 型閉めする一対の金型によって画成されるキャビティに樹脂を充填し成形する光学部材の成形方法において、
   前記金型の分割面にその一部が挟持される中子により前記キャビティを金型の型閉め方向に分割し、各分割キャビティに樹脂を射出し成形する一次成形工程と、
   前記金型の一方に一次成形体である第１の樹脂層が、他方に一次成形体である第２の樹脂層および前記中子がそれぞれ取り付くように型開きして、前記中子を取り出す中子取り出し工程と、
   前記金型を再度型閉めし、前記第１，第２の樹脂層間に形成された、前記中子の容積に対応する新たなキャビティに、樹脂を射出し成形する二次成形工程と、を備えたことを特徴とする光学部材の成形方法。
2. 前記金型の分割面に沿って設けた、前記中子の一部が係合する溝を、前記新たなキャビティに二次成形用樹脂を導くランナとして利用することを特徴とする請求項１に記載の光学部材の成形方法。
3. 前記中子には、前記溝に係合する柄が形成されるとともに、前記中子の周縁部の少なくとも一部には、前記金型の分割面に挟持されるフランジ部が形成され、
   前記金型の分割面が前記フランジ部の少なくとも一部および前記柄を挟持する形態で一次成形を行うことを特徴とする請求項２に記載の光学部材の成形方法。
4. 前記金型の分割面が前記フランジ部の少なくとも周縁部寄りを挟持する形態で一次成形を行うことを特徴とする請求項３に記載の光学部材の成形方法。
5. 固定側金型と、前記固定側金型に対し接近離反方向に移動可能な可動側金型とを備え、型閉めした前記一対の金型によって画成されたキャビティに樹脂を射出し成形する光学部材の成形装置において、
   前記金型の分割面にその一部が挟持されて前記キャビティを金型の型閉め方向に分割する、取り外し可能な中子を備え、
   前記金型と前記中子によって画成される一対の分割キャビティによって一次成形用キャビティが構成され、
   一次成形後、前記金型の一方に一次成形体である第１の樹脂層が、他方に一次成形体である第２の樹脂層および前記中子がそれぞれ取り付くように型開きして、前記中子を取り出した後、再度型閉めすることで前記第１，第２の樹脂層間に形成された、前記中子の容積に対応する新たなキャビティによって二次成形用キャビティが構成されることを特徴とする光学部材の成形装置。
6. 前記金型の分割面には、前記新たなキャビティに二次成形用樹脂を導くランナが設けられ、前記ランナは、前記中子の一部が係合する溝として機能することを特徴とする請求項５に記載の光学部材の成形装置。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法によって成形された光学部材であって、
   前記光学部材は、先打ちした一次成形体である第１，第２の樹脂層間に、後打ちした第３の樹脂層を積層成形した二次成形体で構成されたことを特徴とする光学部材。

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