JPH08132541A - 光学素子の成形方法および光学素子の成形装置 - Google Patents

光学素子の成形方法および光学素子の成形装置

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JPH08132541A
JPH08132541A JP6271294A JP27129494A JPH08132541A JP H08132541 A JPH08132541 A JP H08132541A JP 6271294 A JP6271294 A JP 6271294A JP 27129494 A JP27129494 A JP 27129494A JP H08132541 A JPH08132541 A JP H08132541A
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JP
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molding
optical element
mold
die
pellet
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Application number
JP6271294A
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English (en)
Inventor
Atsushi Murata
淳 村田
Toshiaki Takano
利昭 高野
Shoji Nakamura
正二 中村
Takahisa Kondo
隆久 近藤
Takashi Inoue
孝志 井上
Masaaki Haruhara
正明 春原
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価でかつ光学性能に優れた光学素子を提供
する。 【構成】 上型11と下型12と胴型14で囲まれる空
間に、光学素子成形用材料である樹脂ペレット1を所定
重量相当分供給して成形する。 【効果】 複数個の成形用材料を必要量だけ秤量して型
内に投入して成形できるため、材料の無駄が無い。ま
た、ペレット供給装置により任意の量のペレットを成形
型内に供給でき、成形直前まで供給装置により保温でき
るため成形中に発泡することがない。成形前に光学素子
用材料の表面処理を行っておくことにより、光学性能が
良好となり、また安定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学素子のプレス成形法
に係わり、特に形状精度及び面精度に優れた光学素子の
成形方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のレンズのプレス成形方法は、例え
ば特開平5−177725号公報に記載のように、射出
成形用金型に溶融樹脂を射出することにより熱可塑性プ
ラスチック母材を略最終形状に前加工した後、成形金型
内で加熱加圧後冷却してレンズを成形する方法が開示さ
れている。
【0003】図4に従来の成形用型の断面図を示す。4
3は可動側入駒、42は固定側入駒、プラスチック母材
はたとえば図5の40に示すような略最終形状のものを
使用する。
【0004】以上の構成において、最終加工するために
あらかじめ温度を荷重たわみ温度以上でかつそのガラス
転移点未満に設定された可動側入駒43を型開きして母
材40を投入し、加圧したのち型開きをして成形品44
を取り出す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の成形方法にあっ
ては、射出成形用金型に溶融樹脂を射出することにより
熱可塑性プラスチック母材を略最終形状に前加工してお
り、前加工にかかるコストが大きく最終レンズコストが
高くなり、また前加工後最終成形してレンズに仕上げる
という工程であるために量産性に問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の光学素子の成形方法は、上型と下型と胴型か
らなる成形型で、前記下型と胴型で囲まれる空間に供給
したプラスチック材料を加熱加圧成形する方法に於い
て、前記空間にペレットを所定重量相当分供給して成形
することを特徴とするものである。
【0007】
【作用】上記のような構成であれば、硝材前加工の必要
がなく量産化が容易となる。
【0008】
【実施例】
(第1実施例)以下、本発明の第1実施例について図面
を参照しながら説明する。
【0009】図1は、本実施例の全体的な概念を示す工
程図である。図1(a)において、あらかじめ下型12
に胴型14をセットしてできた空間にペレット硝材1を
挿入する。
【0010】このペレット硝材1は従来、射出成形用の
材料として使用されているものであり、簡単な加熱機構
を備えた押し出し機で押し出しながら、一定寸法毎に切
断装置で切断したものである。したがってペレットの外
径部分は鏡面ではあるが、傷、へこみ等があり、また切
断面は一定形状でなく、鏡面ではないものが多い。
【0011】ペレット硝材1は一般に射出成形する際に
使用するものと同一のものである。メーカーによって異
なるが、1個当たり10mg前後である。
【0012】われわれは前記ペレットを複数個、光学素
子成形用型に投入して直接、加熱加圧成形することによ
り、光学素子が得られることを確認した。
【0013】本実施例では1個13mgの非晶質ポリオ
レフィン系ペレットを使用した。本実施例で得た光学素
子は外径φ6で重量は39mgであり、ペレットが3個
必要である。
【0014】ペレットの倍数分の重量の光学素子でない
場合は、ペレットを切断して最適重量となるように秤量
する必要があるが、あらかじめ所定寸法に切断したペレ
ットをペレット供給装置(図2参照)に供給しておけば
良く比較的簡単に実現できる。
【0015】次に、同図(b)に示すように上型11を
胴型14に挿入して同図(c)の状態で型の組立を終了
する。
【0016】同図(d)は、複数のペレットが溶融して
一体に成形された成形終了時点の型の断面図を示してい
る。上下型の端面は所望の光学素子形状が得られるよう
に高精度に加工してある。
【0017】本実施例を次に、図2に基づき、より詳細
に説明する。ペレット供給装置21により成形型内にペ
レットを所望の量(数)だけ供給すし、その後、上型1
1を配置する。この様にして組立の終了した成形型を、
図2の成形装置20の入り口ステージ24に搬送し、シ
ャッターを開放後、予熱ステージ21に型を投入する。
【0018】その後、ペレット硝材を内部に保持する成
形型を、順次、成形ステージ22、冷却ステージ23、
水冷ステージ24に搬送し、各ステージで所定の操作を
行い、出口シャッターを開放して型を取り出し、型を分
解して光学素子を取り出す。
【0019】各々のステージはあらかじめ所望の温度に
設定してあり、一定温度となっている。本実施例では、
60sec毎に搬送を行った。
【0020】本検討で使用した非晶質ポリオレフィン樹
脂のガラス転移点温度は140℃であり、荷重たわみ温
度は123℃である。
【0021】成形ステージ22の温度は、樹脂の実質温
度が60secで140℃以上となるように設定した。
叉、冷却ステージの温度は樹脂の実質温度が60sec
でガラス転移点を下回るような温度に設定した。本実施
例における成形条件を(表1)に示す。
【0022】
【表1】
【0023】以上のような構成における成形過程を以下
に詳細に説明する。まず、ペレット供給ステージ23に
下型12に胴型14をセットした状態の型を、図示して
いないが搬送アームで下型12をつかんでペレット供給
装置の下の位置に搬送する。
【0024】次にペレット供給口の開閉プレート22を
開けて、ペレットを3個型内に落下供給する。ペレット
の数の検知ついては図示していないが、ペレット供給口
にセンサを設置しておき、3個カウントした時点で開閉
プレートを閉じるような構成になっている。
【0025】またペレット供給装置21はヒータを内蔵
しており、一定温度でペレットを加熱して吸湿を防止し
ている。吸湿がペレット内部に進行すると、成形時に発
泡することがあり、成形直前まで加熱保温しておくと良
いことが検討のなかで明かとなっている。
【0026】またペレットのもつ歪を予めアニールによ
って除去したものを成形すると、成形光学素子の複屈折
量が低減できることから、ペレット供給装置にはあらか
じめアニール処理したペレットを供給してある。
【0027】アニールは電気炉にて150℃で1hr加
熱して行い、その後イソプロピルアルコールで30分間
超音波洗浄を行った。
【0028】次に予備ステージ24で上型11を胴型1
4にセットした後、入り口シャッターを開放して予熱ス
テージ21に搬送する。
【0029】次に図示していないがエアーシリンダで上
ヒータブロック29を下降させ加熱する。この時、上ヒ
ータブロック29と上型は非接触である。上ヒータブロ
ック29は胴型14の側面からも加熱できるように、鎧
式のヒータブロックとなっている。このことにより、成
形タクトを短縮することが可能となる。
【0030】本実施例では、成形タクトを60secと
したが、更にタクト短縮が可能である。60sec経過
後のペレットの温度は図3のA点に示すようにガラス転
移点(以下Tg)a近傍の温度になっている。
【0031】その後、上ヒータブロック29を上昇させ
て型を成形ステージ25に搬送する。搬送手段は図示し
ていないが、搬送アームで型をつかんで所定の位置に搬
送する。搬送用の竿で胴型側面を押してスライドさせて
も良い。
【0032】成形ステージに搬送後、上ヒータブロック
30を下降させて上型に接触させる。加圧力は図示して
いないが、エアーシリンダを使用して調節する。本実施
例では50kg/cm2で加圧を行った。
【0033】加圧力と性能の関係について検討した結果
を(表2)に示す。(表2)に示すように40kg/c
2以下の成形圧力で成形するとペレットが完全に融着
しないために光学素子性能が劣化する。50kg/cm
2以上であれば良好な光学素子性能が得られた。
【0034】
【表2】
【0035】成形ステージにおける上ヒータブロックの
形状はフラットなものを使用したが、予熱ステージの上
ヒータブロック29のような鎧式としても良い。
【0036】成形ステージにおいて型内のペレットは、
ガラス転移点近傍の温度を超えた時点から相互に溶着が
始まり、加圧によって完全に一体化する。
【0037】成形ステージにおける加圧操作によって、
溶融したペレット材料は、型内のキャビティー容積いっ
ぱいに広がり、上下型の光学素子形状面に密着する。温
度の上昇と共にキャビティー内の樹脂は膨張する。温度
によって膨張量は変化するため、キャビティー容積と同
一の容積になるような温度に制御している。
【0038】温度が高すぎると、上下型と胴型の隙間に
樹脂が入り込み、成形後に上型と胴型がぬけなくなる。
【0039】従って、樹脂の膨張量を規制するために成
形温度は重要である。本実施例では成形ステージで60
sec経過後に図3のBに示すような温度となってお
り、約175℃となっている。
【0040】成形ステージにて60sec経過後、同様
に冷却ステージ27に搬送する。冷却ステージに搬送
後、上ヒータブロック31を下降して上金型に接触させ
る。冷却ステージではキャビティー内の樹脂を荷重たわ
み温度近傍まで均一に冷却する。図3のDに示すよう
に、60sec経過後に荷重たわみ温度b近傍となって
いる。
【0041】その後水冷盤28に移送し60sec経過
後に出口シャッターを開放して金型を成形装置の外に搬
送する。その後型を分解し光学素子を取り出す。取り出
した光学素子は、光学特性に優れたものであった。
【0042】なお、本実施例では一つの型について説明
したが、連続で型を投入し各ステージで空きがないよう
にして成形すると量産性が高い。
【0043】また、本実施例では軸対称光学素子の成形
方法について述べているが、これに限定されるものでは
なく、CDや光ディスク、ビデオムービー等に使用する
軸非対称の光学素子やプリズム、あるいはレーザビーム
プリンタに使用するfθレンズやトーリックレンズ等も
同様にして成形が可能である。
【0044】光学素子用材料としてはペレットに限定さ
れるものでなく、射出成形によって前加工した材料でも
同様に成形できる。また無機ガラスでもよく、例えば溶
融ガラスを受け皿に滴下させて疑似ボールにしたものを
必要な量を複数個秤量して型に投入し直接成形するか、
あるいは疑似ボールを研磨加工し、この研磨ボールを必
要な量を複数個秤量して型に投入し、本実施例と同様に
して光学素子を成形する事は可能である。
【0045】(第2実施例)次に第2実施例について以
下に説明する。成形型及び成形装置は第1実施例と同じ
ものを使用した。
【0046】本実施例で成形した光学素子の重量は13
mgで、ペレット1個分に相当する。型へのペレットの
投入方法は実施例1と同様であり、ペレット供給装置2
1で供給する。
【0047】ペレットはあらかじめ内部歪を除去してお
くために、150℃1Hrの熱処理を行った後、オゾン
照射装置でペレット表面の活性化処理を行った。成形タ
クトは60secとした。
【0048】本実施例における成形条件を(表3)に示
す。予熱ステージ25での設定温度は、ペレットに表面
欠陥があった場合にも成形ステージ26における加圧成
形で消えるような温度に設定しておく必要があり、本実
施例ではペレットが60secで200℃となるように
設定した。
【0049】成形ステージにおける成形圧力は、型転写
面の形状、及び表面粗さがペレットに転写するような圧
力が必要であり、本実施例では60(kg/cm2)とし
た。
【0050】
【表3】
【0051】(表4)に、成形後の光学素子の波面収差
測定結果を示す。同一成形条件で表面処理の有無で収差
を比較したもので、オゾン照射で表面処理した光学素子
の性能は良好であった。
【0052】
【表4】
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、複数個の成形用材料を
必要量だけ秤量して型内に投入して成形できるため、材
料の無駄が無い。又、従来の射出成形用金型に溶融樹脂
を射出することにより熱可塑性プラスチック母材を略最
終形状に前加工したものを成形するのに比べて、プラス
チック母材のコストを大幅にダウンする事が可能であ
り、また従来のプラスチック母材を成形してできた光学
素子の性能と同等の性能の光学素子が得られる。
【0054】また、ペレット供給装置により任意の量の
ペレットを成形型内に供給でき、成形直前まで供給装置
により保温できるため成形中に発泡することがない。成
形前に光学素子用材料の表面処理を行っておくことによ
り、光学性能が良好となり、また安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学素子の成形方法の概略工程を示す
断面図
【図2】本発明の光学素子の成形方法の一実施例を具現
化した成形装置の断面図
【図3】同実施例装置における成形温度プロフィール図
【図4】従来の成形型の断面図
【図5】従来のプラスチック母材の断面図
【符号の説明】
1 ペレット硝材 10 光学素子 11 上型 12 下型 14 胴型 20 成形装置 21 ペレット供給装置 22 開閉プレート 23 ペレット供給ステージ 24 予備ステージ 25 予熱ステージ 26 成形ステージ 27 冷却ステージ 28 水冷盤
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C03B 11/08 G02B 3/00 Z // B29L 11:00 (72)発明者 近藤 隆久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井上 孝志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 春原 正明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上型と下型と胴型からなる成形型で、前記
    下型と胴型で囲まれる空間に供給した光学素子用材料を
    加熱加圧成形して光学素子を成形する方法に於いて、前
    記空間に複数個の光学素子用材料を所定重量相当分供給
    して成形することを特徴とする光学素子の成形方法。
  2. 【請求項2】供給する材料がプラスチック素材かあるい
    は無機ガラス素材であることを特徴とする請求項1記載
    の光学素子の成形方法。
  3. 【請求項3】供給する材料がプラスチック素材かあるい
    は無機ガラス素材のペレットであることを特徴とする請
    求項2記載の光学素子の成形方法。
  4. 【請求項4】射出成形加工したプラスチック素材を加熱
    加圧成形することを特徴とする請求項2記載の光学素子
    の成形方法。
  5. 【請求項5】溶融後滴下させて加工したガラス素材を加
    熱加圧成形することを特徴とする請求項2記載の光学素
    子の成形方法。
  6. 【請求項6】研磨加工したガラス素材を加熱加圧成形す
    ることを特徴とする請求項2記載の光学素子の成形方
    法。
  7. 【請求項7】あらかじめガラス転移点温度以下でアニー
    ルを行い、内部歪を除去した光学素子用材料を用いるこ
    とを特徴とする請求項1記載の光学素子の成形方法。
  8. 【請求項8】あらかじめ成形用材料を洗浄するかあるい
    はオゾン照射することを特徴とする請求項1記載の光学
    素子の成形方法。
  9. 【請求項9】下型と胴型とで囲まれる空間に供給する光
    学素子用材料と上型とからなる成形型に、複数個の光学
    素子用材料を所定重量相当分供給するための材料供給装
    置を具備したことを特徴とする光学素子の成形装置。
  10. 【請求項10】材料供給装置に加熱、秤量する手段を備
    えたことを特徴とする請求項9記載の光学素子の成形装
    置。
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