JPH03211030A - プラスチックレンズ - Google Patents

プラスチックレンズ

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JPH03211030A
JPH03211030A JP619390A JP619390A JPH03211030A JP H03211030 A JPH03211030 A JP H03211030A JP 619390 A JP619390 A JP 619390A JP 619390 A JP619390 A JP 619390A JP H03211030 A JPH03211030 A JP H03211030A
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JP
Japan
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lens
molding
temperature
shape
mold
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Pending
Application number
JP619390A
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English (en)
Inventor
Norio Yatsuda
則夫 谷津田
Hisao Inage
久夫 稲毛
Masao Takagi
正雄 高木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 不発明は、コンパクトディスクプレイヤーの光学ヘッド
やビデオカメラなどの光学機器のレンズとして好適なプ
ラスチックレンズに関する。
〔従来の技術〕
近年、ビデオカメラなどの光学機器用レンズとして、熱
可塑性樹脂を射出成形したプラスチックレンズが使用さ
れるようになってきた。これは、ガラスレンズと比較す
るとプラスチックレンズが容易に製造でき、製造コスト
の低減が図れることと、光学性能の向上が図れる非球面
を容易に製造できることなどによるものである。しかし
反面、形状精度の仕様値達成が難しく、光学的性能が不
安定になるという欠点があった。
そこで、特公平1−14010号公報に記載のように、
プラスチックレンズを形成する金型のキャビティ温度を
、充填される樹脂のガラス転移点ないし融点まで昇温し
で成形することにより、高精度上記従来技術は、高精度
なプラスチックレンズが得られる反面、金型温度を昇降
する成形方法であるため、プラスチックレンズのコスト
メリットを大幅に向上するための成形サイクル短縮(以
下、ハイサイクルと称す)の点についての配慮がされて
おらず、プラスチックレンズのコスト低減に関し問題が
あった。
本発明の目的は、プラスチックレンズのコスト低減を図
るためのハイサイクル成形かっ、高精度なレンズ面の確
保が可能なプラスチックレンズを上記目的は、レンズ面
形状の成形安定性に寄与する成形因子の明確化とそれの
合理的対処及び金型温度を一定温度に設定し成形するこ
と番こより、達成される。
〔作用〕 即ち、金型温度を一定温度に設定して成形することによ
り、成形のハイサイクルが可能となり、かつ、安定性に
寄与する成形因子を合理的に適正化することにより高精
度なレンズ面の確保が可能lζなる。以下、成形因子の
適正化を説明する。
プラスチックレンズの射出成形において、成形品である
プラスチックレンズの形状精度を決定する成形因子は、
充填速度、シリンダ温度、充填圧力、金型温度、及びレ
ンズ形状である。また、プラスチックレンズの最重要な
評価項目は、成形ショット間の形状再現性である。即ち
、形状再現性が良好であれば、金型のレンズを形成する
キャビティの形状を、適正に成形されたレンズをもとに
補正することにより、設計上の最良形状に成形品を近づ
けることができる。
形状再現性に対する各成形因子の寄与率は、成形因子を
変化させたときの形状変化の割合と、その成形因子を制
御する成形設備の制御能力により求められる。そして、
形状変化の割合に対して、成形設備の制御能力が上回っ
ていれば、その成形因子は、形状再現性に対して寄与率
が小さい、言葉をかえれば安定しているということにな
る。
上記内容を把握するため、まず、充填速度、シリンダ温
度、充填圧力(保圧)、金型温度をとりあげ、設計形状
をベースにした時のレンズ形状の変形量を形状誤差と定
義し、検討を行った。詳細データは実施例の中で説明す
るが、最も形状再現性に寄与するのは金型温度である。
即ち、金型温度の変化による形状誤差の変化が、金型温
度の制御能力に対し、大きく上回っていた。
このため、金型温度に対する形状変化の割合を小さくで
きる成形要因の検討を行った。
その結果、レンズの最大肉厚と最小肉厚の比である肉厚
比りと、ゲートの断面積が、金型温度に対する形状変化
の割合を決定する成形因子であった。そこで、金型温度
の制御能力が±1℃である時、−2μmの成形安定性を
確保できるレンズ形状要因をつめていった。
即ち、プラスチックレンズの形状(肉厚比)及びゲート
の断面積を適正設計することで、金型温度を一定温度に
設定してのハイサイクル成形かっ、高精度なレンズ形状
確保を実現した。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図から第11図により説明
する。
第1図は、本発明の一実施例を示す外形寸法図、第2図
から第9図は、各成形因子の適正条件の説明図、第1O
図、第11図は成形結果の説明図である2第1図に示し
た実施例は、レンズ外径が23鮨、レンズA面の曲率半
径が77WルンズB面の曲率半径が14M1 レンズ最
小肉厚が2.5■、レンズ最大肉厚が6鰭、ツバ厚が1
關、ゲート1の長さが1.5■、厚さが1閣、幅が3囮
のプラスチック凹レンズで材料はポリカーボネート樹脂
である。このレンズの肉厚比は2.4であり、ゲート1
の断面積は3mm2である。
成形条件として、当初は、金型温度を110℃に設定し
、充填速度とシリンダ温度の適正化を行った。レンズ面
の形状は、光学設計からの偏差を形状誤差と定義し、三
次元測定機により測定評価を行った。この結果、形状誤
差5μmのレンズを得た。
そして、このレンズをカメラに組込み、光学性能評価を
行った。この結果、所望する光学性能が得られず、−例
として、ズームレンズのテレ端周辺の解像度で説明する
と、目標値である40本/闘を大幅に下回る10本/−
1,か得られなかった。このため、レンズを形成する金
型のキャビテイ面の形状を、レンズの形状誤差分だけ補
正する(例えばレンズ中央部が凸形状に変形している場
合、キャビテイ面の中央部を凹形状に補正する)ことに
した。この結果、形状誤差2μmのレンズが得られた。
そこで、再度、光学性能評価を行ったところ、所望する
性能が得られ、−例としてテレ端周辺の解像度で説明す
ると40本/Mが得られた。このため、レンズの形状誤
差の仕様を2μm以内と定めた。しかし、このレンズを
連続成形したところ、形状誤差のバラツキが大きく、2
μ調以内の精度を有するレンズは10%以下であった。
このため、再度、成−ゝ\ 、弓7゜ 形条件の適正化を行った。この結果、充填圧力と金型温
度を適正化することにより、大幅な成形安定性の向上が
図れ、接続成形による歩留り95チ以上を確保すること
ができた。
次に、第1図で説明したレンズのゲート形状を幅2鰭に
変更し、ゲート1の断面積を202として成形を行った
。しかし、所望する形状精度及び安定性は得られなかっ
た。このため、ゲート1の形状を幅3鱈番こ戻し、次に
レンズの最小肉厚を1.5鱈に変更し、肉厚比を3.3
として成形を行った。しかし、所望する形状精度及び安
定性は得られなかった。このため、金型温度を一定にし
てノ1イサイクル成形をする時の形状精度及び安定性を
確保するための条件を検討した。
以下、各成形因子の条件適正化について説明する。
第2図は、充填速度と形状誤差の関係を示している。横
軸は充填速度(単位wm / 8 )、縦軸は形状誤差
(μm)である。他の条件として、金型の設定温度は1
36℃、充填圧力(保圧)は750Kt/j一ノ°。
シリンダ温度は230℃である。
充填速度に対する形状誤差の変化率は、0.2μVws
/S である。
第3図は、シリンダ温度と形状誤差の関係を示している
。横軸は、シリンダ温度(℃)、縦軸は形状誤差(μm
)である。他の条件として、金型の設定温度は136℃
、充填圧力(保圧)は750 Kt/m、充填速度は4
0譚/Sである。
シリンダ温度に対する形状誤差の変化率は、0.2μw
r/Cである。
第4図は、充填圧力と形状誤差の関係を示している。横
軸は、充填圧力(4/ffl ) 、縦軸は形状誤差(
μm)である。他の条件として、金型の設定温度は13
6℃、充填速度は4Q ws / 8 、シリンダ温度
は230℃である。
形状誤差は充填圧カフ50Kr/a+  で最小となる
充填圧力に対する形状誤差の変化率は、変化の急激な区
間で0.05μV(tである。
第5図は、金型の設定温度と形状誤差の関係を示してい
る。横軸は金型の設定温度(℃)、縦軸は形状誤差(μ
m)である。他の条件として、充填速度は40 m /
 8 、シリンダ温度は230℃、充填圧力は750〜
/6II  である。
形状誤差は金型の設定温度136℃で最小となる。
金型の設定温度に対する形状誤差の変化率は、1.0μ
m/℃である。
ここで第2図から第5図を用いて説明した、充填速度、
シリンダ温度、充填圧力、金型温度の形状誤差に対する
寄与率を比較する。寄与率は、成形設備の制御能力ΔH
と、各成形因子に対する形状誤差の変化率から求まる形
状誤差変化を2μmに抑える為に必要な制御幅ΔSを用
い、制御幅ΔSを制御能力ΔHで割った値である。
第6図に各成形因子の寄与率を示す。充填速度、シリン
ダ温度、充填圧力は寄与率が5以上であり、現在の成形
機の制御能力でも充分に2μm以下の成形安定性の確保
が可能である。
一方、金型温度は、制御能力が±1℃である時、2μm
の成形安定性が確保できる。
なお、金型の設定温度が132℃以下及び140℃以上
では、上記した制御幅が2℃以下となる。このため、金
型の設定温度は132℃から140℃の範囲内に設定し
なければならない。
一方、充填圧力は、他の成形因子の条件が最適化されて
いる場合は、現在の制御能力でも充分であるが、第4図
に示した形状誤差の変化割合が最小となる750h/a
iを中心に、その±100(−の範囲内に設定して成形
すれば、より安定した成形が可能である。また、今回は
、レンズ材料としてポリカーボネート樹脂を例にとり説
明したが、アクリル樹脂の場合、金型の最適設定温度は
109℃であり、この±3℃の範囲で安定した成形が可
能である。両レンズ材料をまとめて、ガラス転移温度(
以下、Tgと称す)で表現すると、Tgから低温側に9
℃から21℃の範囲が適正である。また、アクリル樹脂
においても充填圧力の適正範囲はポリカーボネート樹脂
と同じ750Q/j±100(−である。
以上の説明が、レンズ形状以外の各成形因子の適正化に
関するものである。充填速度、シリンダ温度、充填圧力
、金型温度のうち、金型温度が最、11゜ 重要な成形因子である。
次に、この金型温度を変数とした時のレンズの肉厚比の
形状誤差に対する影響を説明する。
第7図に、金型温度と肉厚比及び形状Iv4iの関係を
示す。横軸は金型の設定温度(C)、縦軸は形状誤差(
μm)であり、プロットしである各曲線は肉厚比である
。他の条件として、充填速度は旬am / 8 、シリ
ンダ温度は230℃、充填圧力は7504/at 、ゲ
ート1の断面積は3mm2である。また、肉厚比は、第
1図で説明したレンズの最小肉厚を変化させて変えた。
いづれの肉厚比においても、形状誤差は、金型の設定温
度136℃で最小となっており、その前後では、形状誤
差が大きくなっている。また、肉厚比が小さい程、形状
誤差が小さくなっている。
第8図に、肉厚比とゲート1の断面積及び、形状誤差を
2μmに抑えるために必要な金型設定温度の制御幅の関
係を示す。横軸は肉厚比、縦軸は、形状誤差を2μml
こ抑えるために心安な金型設定温度の制御幅(C)、プ
ロットの各曲線は、ゲートの断面積(−)を示している
金型設定温度の制御幅ΔSは、いづれのゲート1断面積
下でも、肉厚比が2.5以上の範囲で2℃以下になって
いる。また、ゲート1の断面積が大きくなる程、金型設
定温度の制御幅ΔSは、増加している。
金型設定温度の制御幅ΔSが大きくなるということは、
即ち、成形の安定性が向上することと同値である。従っ
て、肉厚比が小さい程、また、ゲート1の断面積が大き
い程、成形安定性は向上する。
第9図に、成形安定性2μmを確保できる肉厚比とゲー
トlの断面積の関係を示す。横軸は肉厚比、縦軸がゲー
ト1の断面積(−)であり、図中の斜線の部分が、成形
安定性2μmを確保できる領域である。
肉厚比2.5以下、かつ、ゲートlの断面積3w1以上
の範囲が、成形安定性2μmを確保できる領域である。
また、今回は、プ・ラスチックレンズのうち、凹レンズ
に関し説明を行ったが、凸レンズに関しても同様の結果
を得ている。
また、レンズ材料も、ポリカーボネート樹脂とアクリル
樹脂を例に説明したが、他の樹脂材料でも、肉厚比とゲ
ート1の断面積の適正範囲は同じであり、充填圧力の適
正範囲も同じである。ただ、金型の設定温度は、使用す
る樹脂のTgに着目し、前述した様な範囲で検討を行え
ば、最適条件は容易に把握できる。
また、本発明は、プラスチックレンズに関するものであ
るが、他のプラスチック部品においても同様な手法によ
り、高精度な形状が確保できることはいう才でもない。
以上が条件適正化に関する説明である。
第10図に、第1図で説明したポリカーボネート凹レン
ズの連続成形結果を示す。横軸は成形ショツト数、縦軸
は形状誤差(μ、、、>である。成形サイクルは3分、
取り数は4ヶ取りである。
1000ショット間における形状誤差の安定性は1μm
以内となっている。
第11図に、レンズ外径と1000シヨツトの連続成形
における安定性との関係を示す。横軸はレンズ外径、縦
軸は1000シヨツトの安定性(μm)である。
いずれのレンズも、肉厚比2.0、ゲート1の断面積4
.51 である。安定性は、レンズ外径が大きくなるに
つれて低下していく傾向にあるものの、全て2μm以内
の安定性を確保していた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、レンズの肉厚比とゲート断面積の適正
化により、高精度なレンズが、金型一定温度成形で得ら
れる。この結果、ハイサイクル成形が可能となり、プラ
スチックレンズの大幅コスト低下の図れる効果が有る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例を示すレンズ外形図、第2図
ないし第9図は、成形因子の条件適正化を説明する図、
W、10図及び第11図は、成形結果を説明する図であ
る。 、15・、 ♀?c0ω寸へ ○ 絃珈す &c9  い 〜 ■ 0 (イ) Q鼠とT蹟頁 兜9ω■寸H。 郭1?Att i 寸CJ oQO(jl 寸(’J Q 酵π緊測l N い Oい マー   +  0 ■繁棟i

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、レンズ最大肉厚をH_m_a_x、レンズ最小肉厚
    をH_m_i_nとするとき、これらの諸量により定義
    されるレンズ肉厚比L(L=H_m_a_x/H_m_
    i_n)が2.5以下、かつ、 レンズを形成する金型のキャビティに、成形機からの樹
    脂を充填する時の入口となるゲート(1)の断面積が3
    mm^2以上である ことを特徴とするプラスチックレンズ。 2、レンズ材料がポリカーボネート樹脂の場合、成形用
    金型の設定温度が132〜140℃の範囲内に設定され
    て成形される請求項1に記載のプラスチックレンズ。 3、レンズ材料がアクリル樹脂の場合、成形用金型の設
    定温度が106〜112℃の範囲内に設定されて成形さ
    れる請求項1に記載のプラスチックレンズ。 4、成形用金型に樹脂を充填する時の成形機の充填圧力
    (保圧)の設定値が650〜850kg/cm^2の範
    囲内に設定されて成形される請求項1に記載のプラスチ
    ックレンズ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006150902A (ja) * 2004-12-01 2006-06-15 Enplas Corp 光学素子および光学素子成形用金型ならびに光学素子の製造方法
WO2012105692A1 (ja) * 2011-02-04 2012-08-09 コニカミノルタオプト株式会社 対物レンズ及び対物レンズの製造方法並びに成形金型
WO2012105693A1 (ja) * 2011-02-04 2012-08-09 コニカミノルタオプト株式会社 対物レンズ及び対物レンズの製造方法並びに成形金型
JP2013250362A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 Sigma Corp 撮影レンズ、撮像装置、及び光学素子
US12257786B2 (en) 2019-12-17 2025-03-25 Polyplastics Co., Ltd. Molded article for laser welding, and agent for suppressing variation in laser transmittance of molded article for laser welding

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