JPH0939007A - プラスチック光学素子の圧縮成形方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学性能の優れたプラスチックレンズをそのレ
ンズ形状の肉厚に応じた最適な加熱圧縮制御をすること
により成形できるプラスチック光学素子の圧縮成形方法
を提供する。 【解決手段】レンズ成形品の最小肉厚部および最大肉厚
部の圧縮冷却時の比容積挙動に注目し、この最小／最大
肉厚部の比容積がいずれも圧縮冷却の値の成形品取出し
時に、取出し温度Ｔ_fとガラス転移点Ｔ_gとの間に位置
し、かつ前述の最小肉厚部および最大肉厚部それぞれの
比容積が、常温常圧における比容積Ｖ₀と、ガラス転移
点Ｔ_gで大気圧における比容積Ｖ_gの範囲内（斜線部Ａ）
に位置するように目標を定めて加熱圧縮制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック光学
素子の圧縮成形方法及びその装置に関し、特に非球面光
学レンズ等のように成形精度や表面精度が高度に要求さ
れ、しかも研削成形に適さない成形品を工業的量産過程
で成形することが出来るようにしたプラスチック光学素
子の圧縮成形方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からプラスチックレンズを成形する
方法として、注型法、射出成形法あるいは射出圧縮成形
法等がある。注型法においては、重合に伴う収縮量が大
きいため、レンズ面の高精度な成形が困難である。

【０００３】一方、射出成形法においてはレンズ肉厚の
変化に伴う温度分布によりヒケ等の成形不良による精度
劣化が生じたり、熱応力による成形歪みを生じる問題点
がある。また、射出成形法では成形装置の射出シリンダ
内の樹脂の可塑化状態、射出速度や射出圧力、あるいは
金型温度などの変動によりキャビティ内に圧力の変動が
生じ、寸法や重量の均一な成形品が得られず、また歩留
まりが低いという欠点もある。

【０００４】同様に、射出圧縮成形法においても、射出
した後に成形装置や金型内に取付けられた圧縮装置によ
り成形品を加圧して成形精度や表面精度を向上させるこ
とができるが、根本的には充填時における圧力分布や温
度分布の影響を完全になくすることはできないため成形
精度上に限界がある。 （１）ここで、上記各従来技術の中で、特に圧縮制御技
術について更に具体的に説明する。

【０００５】先ず、従来のプラスチックレンズの圧縮成
形法における加熱圧縮制御に関しては、以下に示すいく
つかの方法がある。 加熱圧縮工程で圧縮変位、圧縮速度、圧縮圧力、金型
温度などを各種センサにより計測し、あらかじめ設定し
た標準となる圧縮変位、圧縮速度、圧縮圧力あるいは金
型温度になるように加熱圧縮制御する方法（特開昭６２
−９５２０５号、特公昭６２−１０１７７号参照）。

【０００６】適用する樹脂のＰ（圧力）−Ｖ（体積）
−Ｔ（温度）曲線に基づき加熱圧縮成形中の比容積が滑
らかに変化するように制御する方法（特公昭６１−５７
１６６号参照）。特に、圧縮成形法における比容積制御
方式では、キャビティ内の圧力・温度を独立して制御で
きる加熱圧縮成形装置を使用して、キャビティ内の樹脂
の比容積がこの樹脂の常温、常圧下の比容積と一致する
ようにキャビティ内の圧力・温度を独立して制御しつつ
樹脂の冷却・減圧を行なうシステムが提案されている。

【０００７】また、圧縮成形法に類似の射出圧縮成形法
における圧縮制御方法としては、以下に示すものがあ
る。 適用する樹脂のＰ−Ｖ−Ｔ曲線に基づき加熱圧縮成形
中の比容積変化が常温、常圧の比容積などの一定比容積
で変化するように制御する方法（特公平１−２８６８８
号、特開昭６２−１９８４２８号、特開昭６２−７４６
１９号参照）。

【０００８】また、上記圧縮制御技術を具体的に実施す
るための装置としては、従来は油圧駆動による加圧装置
を用いていたが、この油圧駆動による加圧方法は装置が
安価で圧力制御に適している反面、位置制御（速度制
御）を主体とした圧縮制御技術には応答性や精度に限界
があった。 （２）また、従来の射出成形法、射出圧縮成形法あるい
は圧縮成形法においては、対称レンズ形状に対して要求
面精度を得るために、鏡面駒精度を忠実に成形品に転写
させることに重点が置かれていた。そのため、最適な成
形条件を設定するのには多くの試行錯誤を繰り返す必要
があり、成形条件範囲も広くできないことから再現性を
得るための厳密な制御方法が必要とされていた。そし
て、レンズ形状によっては要求される面精度が得られな
いというケースも多く発生していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、以下に説明する問題点がある。 １）上記に記載した加熱圧縮制御方法（特開昭６２−
９５２０５号、特公昭６２−１０１７７号参照）では、 ａ．基本的に成形品の成形時の品質ばらつきを低減（即
ち、標準となる成形条件の再現性を得る）するために有
効な制御方法であるけれども、この標準となる成形条件
を得られるような制御方法を導き出すまでにはレンズ成
形品の形状によりかなりの試行錯誤が必要である。

【００１０】ｂ．最終成形品の品質は、レンズ成形品の
形状（凹レンズ形状か凸レンズ形状か、あるいは肉厚変
化が大きいか小さいかなど）にかなり強く依存する。従
って、加熱圧縮制御方法もこのレンズ形状により条件設
定が異なり理論的に有効な制御方法の指針がないため、
必要な品質の成形品を得るためにかなりの試行錯誤が必
要である。

【００１１】ｃ．レンズを加熱圧縮成形する場合、樹脂
と金型との接触状態を見ることができないので、成形品
の品質の良し悪しは成形途中では全く不明で、成形終了
後に型内から成形品を取り出して初めて品質の判定が可
能となる。このため、複屈折の原因となる内部応力が小
さく、また表面性の優れた品質によい成形品を形成する
のに最適な圧縮力を与えるための成形条件を見出すに
は、予備的な成形工程を多数回数繰り返さなければなら
ず、条件設定のために長い時間を要するという欠点があ
る。

【００１２】２）上記、に記載した加熱圧縮制御方
法において、特に、常温、常圧の一定容積で変化するよ
うに制御する方法では、加圧冷却工程において温度低下
に伴う容積収縮と圧力低下による容積膨張が相殺して容
積変化を生じない理想的な成形が可能となる。しかしな
がら、 ａ．非常に高い加圧力が必要であり、また加圧力の変化
を精密に制御する機構や、キャビティに投入する樹脂の
体積を精密に制御する必要があり、更に高い加圧力に耐
える高精度、高剛性の金型機構および成形機構が必要と
なる。

【００１３】ｂ．肉厚変化が大きいレンズ形状を成形す
る場合、圧縮冷却時に成形品の最大肉厚部と最小肉厚部
とで冷却勾配がかなり異なるので、成形品全体について
一定比容積変化となるように加圧制御することは非常に
困難である。仮に、一定比容積変化となるように加圧制
御しようとするならば最大肉厚部と最小肉厚部とで冷却
勾配が生じないように徐々に冷却する必要があり、成形
サイクルが長くなり生産性が著しく悪くなる。

【００１４】３）上記従来の圧縮成形法においては、要
求レンズ形状の曲率と成形後のレンズ形状の曲率との偏
差を求め、鏡面駒形状を補正して正規形状を得るような
方法は形状補正する加工自体が困難であったため実際に
は行われず、対象レンズ形状に対して要求される面精度
を加熱圧縮制御方法など成形条件のみを厳密に設定する
ことにより達成可能となっていた。しかしながら、この
ように成形条件のみを厳密に設定する方法では、最適な
成形条件を見出すまでにかなりの時間を費やさなければ
ならない。また、最適な成形条件が見出せたとしても要
求される面精度が得られる成形条件範囲が狭いことが多
く、かなり厳密に設定する成形条件を再現させる制御技
術が必要とされていた。

【００１５】４）従来は圧縮制御技術を具体的に実施す
るための装置として、油圧駆動による加圧装置を用いて
いたが、この油圧駆動による加圧方式は装置が安価で圧
力制御に適している反面、位置制御（速度制御）を主体
とした圧縮制御技術には応答性や精度に限界があった。 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的は、上記従来技術の問題点を除去し、光学性能
の優れたプラスチックレンズをそのレンズ形状の肉厚に
応じた最適な加熱圧縮制御方法により高能率で成形でき
るプラスチック光学素子の圧縮成形方法及びその装置を
提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明のプラスチック光学素子の
圧縮成形方法は、以下のステップを備える。即ち、最終
仕上がり形状と略同じ形状に予め加工されたレンズブラ
ンクを成形金型へ投入し、加熱及び圧縮及び冷却処理を
施して該最終仕上がり形状に成形するプラスチック光学
素子の圧縮成形方法であって、前記加熱及び圧縮及び冷
却処理後の成形品取り出し時において、前記レンズブラ
ンクの最小肉厚部及び最大肉厚部の比容積変化の値が、
成形品の熱変形温度以下であって該成形品を金型から取
り出す温度とガラス転移温度とで規定される範囲内に設
定され、且つ該最小肉厚部及び最大肉厚部の夫々の比容
積が、常温、常圧における比容積と前記ガラス転移温度
であって常圧における比容積とで規定される範囲内に設
定されることを特徴とする。

【００１７】また、本発明のプラスチック光学素子の圧
縮成形装置は、以下の構成を備える。即ち、最終仕上が
り形状と略同じ形状に予め加工されたレンズブランクを
成形金型へ投入し、加熱及び圧縮及び冷却処理を施して
該最終仕上がり形状に成形するプラスチック光学素子の
圧縮成形装置であって、前記成形金型により前記レンズ
ブランクを所定条件下で圧縮する圧縮手段と、前記レン
ズブランクに所定の圧縮圧力を付加した状態で冷却する
冷却手段とを備え、前記圧縮及び冷却手段は、仕上がっ
た成形品の取り出し時において、前記レンズブランクの
最小肉厚部及び最大肉厚部の比容積変化の値が、成形品
の熱変形温度以下であって該成形品を金型から取り出す
温度とガラス転移温度とで規定される範囲内に設定さ
れ、且つ該最小肉厚部及び最大肉厚部の夫々の比容積
が、常温、常圧における比容積と前記ガラス転移温度で
あって常圧における比容積とで規定される範囲内に設定
されるように制御されることを特徴とする。

【００１８】また、好ましくは、前記圧縮手段は、サー
ボモータとボールネジにより、前記成形品のレンズ面を
成形する鏡面駒を制御されることを特徴とする。以上の
ように、本発明に係わるプラスチック光学素子の圧縮成
形方法によれば、 対象となるレンズ成形品の最小肉厚部および最大肉厚
部の圧縮冷却時の比容積挙動が上記に示したようなＰＶ
Ｔ線図上の比容積範囲に入るように加熱圧縮制御する方
法によれば、異なるレンズ形状であっても形状に応じた
最適制御条件を理論的に設定することができ、従来のよ
うな試行錯誤による標準成形条件設定に要する時間を大
幅に短縮することができる。また、従来のような常温、
常圧の一定比容積制御を行う必要もなくなるため高い圧
縮力を必要とせず、圧縮力の変化を精密に制御する機構
や金型機構および成形機構が簡単になる。

【００１９】また、対称レンズ形状に対して得られた
面精度と要求される最終面精度の偏差を算出して補正を
する方法によれば、従来のように特定された成形条件範
囲よりも成形条件が広い範囲で安定した成形条件を選択
することができ、従って従来のような試行錯誤による標
準成形条件決定に要する時間を大幅に短縮することがで
きる。また、製品化対象となるレンズ形状の範囲も従来
に比べて広げることができる。

【００２０】また、本発明に係わるプラスチック光学素
子の圧縮成形装置によれば、 比容積制御を行なう際のキャビティ体積を制御するの
にサーボモータとボールネジから構成される鏡面駒駆動
装置を用いるので、位置制御（速度制御）を主体とした
圧縮制御における応答性や精度が向上し、油圧駆動によ
る加圧方式に比べてさらに精密な制御が可能となり、成
形条件的により安定した高い精度のレンズを得ることが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につき
添付図面を参照して詳細に説明する。 ＜圧縮成形方法の原理＞図１は、本発明に基づくプラス
チック光学素子の圧縮成形方法の原理を説明するための
図であり、プラスチックレンズの成形過程における各状
態量（圧力・体積・温度）の変化を示すＰＶＴ線図であ
る。図１において、横軸はレンズの温度Ｔを、縦軸はレ
ンズの比容積Ｂを、パラメータＰはレンズに加える圧縮
圧力をそれぞれ表わしたものである。Ｐ＝Ｐ₀は大気圧
を表わし、Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₄、Ｐ₅の順に圧縮圧力Ｐ
が高いことを表わしている。

【００２２】先ず、従来の成形過程について説明する
と、完成の手前の工程において、完成品と略同じ形状に
成形されたレンズブランクは、加熱工程Ｑ₁において一
定の圧縮圧力Ｐの状態で加熱され、レンズの温度Ｔの上
昇に伴いレンズの比容積Ｖが増大する。次に、圧縮工程
Ｑ₃においてレンズの温度Ｔが一定の状態Ｑ₂に達した時
点で圧縮され、圧縮圧力Ｐの増大に伴いレンズの比容積
が減少し、圧縮工程Ｑ₃の完了時点Ｑ₄（あるいは
Ｑ’₄）に至る。更に、冷却工程Ｑ₅において圧縮圧力Ｐ
を徐々に減圧制御しながら（あるいは冷却工程Ｑ’₅に
おいて圧縮圧力Ｐを一定にしながら）、冷却工程完了時
点Ｑ₆に至る。この冷却工程Ｑ₅又はＱ’₅における圧縮
圧力Ｐの制御方法として、レンズの比容積変化が常温、
常圧で一定比容積Ｖ₀となるような、あるいは比容積Ｖ
が徐々に変化（滑らかな変化）するような制御が行われ
ている。

【００２３】また、従来の成形では加熱工程Ｑ₁以降で
特にレンズの比容積Ｖの変化には注目せず、レンズ形状
に最適な標準成形条件を加熱圧縮条件（圧縮変位、圧縮
速度、圧縮圧力、金型温度など）を変えて試行錯誤しな
がら決定して、成形時にこの標準成形条件からの偏差を
最少とするような加熱圧縮制御が行われている。これに
対して、本発明に基づく実施形態の加熱圧縮制御方法
は、レンズ成形品の最小肉厚部および最大肉厚部の圧縮
冷却時の比容積挙動に注目し、この最小／最大肉厚部の
比容積がいずれも圧縮冷却の値の成形品取出し時にＰＶ
Ｔ線図上において、取出し温度Ｔ_fとガラス転移点Ｔ_gと
の間に位置し、かつ前述の最小肉厚部および最大肉厚部
それぞれの比容積が、常温常圧における比容積Ｖ₀と、
ガラス転移点Ｔ_gで大気圧における比容積Ｖ_gの範囲内
（図２中の斜線部Ａ）に位置するように目標を定めて加
熱圧縮制御する。

【００２４】ところで、ＰＶＴ線図上におけるこの比容
積範囲内（Ｖ_g−Ｖ₀）にレンズ成形品の最小肉厚部およ
び最大肉厚部の比容積が至るように加熱加圧制御するこ
とが、なぜ対象とするレンズ形状に対して最適な制御条
件となりうるかという根拠は次に説明する通りである。
即ち、 １）レンズ形状のうち最小肉厚部および最大肉厚部の２
か所において冷却時の比容積挙動を代表させることがで
き、他の肉厚部は必ず両者（最小／最大肉厚部）の中間
の比容積挙動をとる。

【００２５】２）レンズ成形品の最小／最大肉厚部の比
容積が、圧縮冷却後の成形品取出し時に、ＰＶＴ線図上
においてガラス転移点Ｔ_g以上の比容積範囲内（図２中
の斜線部Ｂ）に位置するような成形の場合には、取出し
時の温度が高いためその後の常温常圧に至るまでの比容
積変化が比容積範囲Ａの場合よりも大きく品質のよいレ
ンズ成形品は得られない。

【００２６】３）また、レンズ成形品の最小／最大肉厚
部の比容積が、圧縮冷却後の成形品取出し時に、ＰＶＴ
線図上において常温常圧の比容積より小さい比容積範囲
内（図２中の斜線部Ｃ）に位置するような成形の場合に
は、成形品取出し時の圧縮圧力の解放に伴うレンズ成形
品の膨張が生じ、その膨張量は比容積範囲Ａの場合より
も大きく、品質の良いレンズ成形品は得られない。

【００２７】４）さらに、レンズ成形品の最小／最大肉
厚部で肉厚差があると、どちらか一方の比容積が比容積
範囲Ａに至っても、もう一方の比容積は範囲Ａに至るの
が困難なケースが生じるが、この場合にも両者の比容積
挙動には大きな差が生じてしまい、品質の良いレンズ成
形品は得られない。従って、圧縮冷却後の成形品取出し
時の、レンズ成形品の最小／最大肉厚部両方の比容積を
ＰＶＴ線図上の比容積範囲Ａに位置するように加熱圧縮
制御することで、レンズ成形品全体の比容積挙動差が最
小になり、より品質の良いレンズ成形品が得られること
になる。そして、レンズ形状の最小肉厚部と最大肉厚部
の比が大きい場合には冷却時に徐々に冷却する、また両
者肉厚の比が小さい場合には冷却時に早く冷却するなど
して、レンズ形状に応じた最適な冷却勾配を設定するこ
とで、最小肉厚部と最大肉厚部の夫々の比容積挙動が目
標比容積範囲Ａ内に至るように加熱圧縮制御することが
できる。

【００２８】＜第１の実施形態−レンズブランク全体を
加熱溶融＞図３は、本発明に基づく第１の実施形態とし
てプラスチック光学素子の圧縮成形方法を用いた圧縮成
形装置を示す全体構成図である。図３において、１は外
形５０mm、中心肉厚６mmの最終仕上がりレンズ形状に近
い形状にプリフォーム加工された材質がＰＭＭＡ樹脂の
軸対称形状を有する凹レンズブランクであり、２は成形
金型ダイセット、３はレンズ抱き駒、４はレンズ入れ
駒、５はキャビティ、６はレンズブランク１の加熱およ
び冷却に用いられる金型温調流路、７は金型温調装置で
ある。８は同じくレンズブランク１の加熱に用いられる
ヒータ、９はヒータ制御装置である。

【００２９】この圧縮成形装置は、油圧駆動による開閉
装置とサーボ駆動プレス装置から構成され、先ず開閉装
置は、成形金型ダイセット２の開閉を目的として、固定
盤１０、可動盤１１及びこの可動盤１１を駆動するため
の圧縮ラム１２及び圧縮シリンダ１３よりなり、油圧発
生源１４に電気油圧制御弁１５を介して接続され、開閉
速度は設定器１６により設定する。また、サーボ駆動プ
レス装置は成形金型ダイセット２が閉じた後のレンズブ
ランク１の加圧制御を目的として、下型のレンズ入れ駒
４ｂを直接駆動させるための圧縮ロッド１７よりなり、
サーボモータ１８にボールネジ１９を介して接続されて
いる。

【００３０】加熱圧縮制御部は、検出系と制御系から成
る。検出系は、レンズブランク１の成形中の温度状態と
ブランク１に負荷されている圧縮圧力を同時に検出する
ことが可能な超音波センサ２０、超音波送受信器２１及
び検出した超音波の音速、音圧から圧力、温度に変化し
て比容積を計算し、ブランク１の最小／最大肉厚部の２
か所について、ＰＶＴ線図上の比容積挙動として描かせ
る表示装置２２からなる。尚、超音波計測では超音波が
レンズブランクを通過する時の音速を検出することによ
り、温度をレンズブランクと金型表面との界面での音圧
を検出することにより圧力を計測することができる。た
だし、レンズブランクの樹脂材質について超音波音速と
温度の関係、超音波音圧と圧力の関係についてあらかじ
めキャリブレーションを行っておく。

【００３１】また、サーボ駆動プレス装置により下型の
レンズ入れ駒４ｂに加わる軸力を検出するためのロード
セル２３及びその圧力変換器２４、レンズ入れ駒４の温
度を検出するための温度センサ２５及びその温度変換器
２６、レンズ入れ駒４の移動量を検出する変位センサ２
７及びその変位変換器２８から構成されている。制御系
は、上述の各種センサにより検出された入力データに基
づいて金型全体の加熱／冷却条件を設定するための金型
温調装置７、レンズブランク１のヒータ加熱装置及びサ
ーボ駆動プレス装置の夫々に制御信号を出力するコント
ローラ３０及びこの制御信号を状態量に変換する電気制
御装置３１から構成されている。

【００３２】以上のような圧縮成形装置による成形プロ
セスの流れの一例を図６に示す。成形金型ダイセット
２、レンズ抱き駒３及びレンズ入れ駒４は、加熱工程
（図６のステップＳ２）において設定器２９の条件に基
づいて金型温調流路６に供給されるコントローラ３０の
条件に基づいて圧縮可能な金型温度１８０℃までヒータ
昇温された時点で、あらかじめレンズブランク全体が１
００℃に予備加熱されて成形可能となったレンズブラン
ク１がキャビティ５に投入される。レンズブランク１が
投入された時点で、油圧駆動による開閉装置が作動して
設定器１６の条件に基づいて金型ダイセット２が閉じ
る。次にサーボ駆動による圧縮工程（図６のステップＳ
４、Ｓ６）において、下型のレンズ入れ駒４ｂが上昇す
ることでレンズブランクの形状成形が開始され、上述し
たレンズの最小／最大肉厚部の比容積挙動が最適条件と
なるように設定されたコントローラ３０の制御条件に基
づいてレンズ抱き駒３とレンズ入れ駒４の温度制御とレ
ンズ入れ駒４の圧縮制御が同時に行われ、レンズ面が成
形される。その後、取出し温度９０℃になり成形が終了
した時点で、金型ダイセット２が開き、下型のレンズ入
れ駒４ｂを押し挙げることによりレンズ成形品を取り出
す。

【００３３】＜圧縮工程における圧力・温度・比容積変
化＞次に、第１の実施形態のサーボ駆動プレス装置によ
る圧縮工程での動作について更に詳細に説明する。圧縮
工程は金型キャビティ５にレンズブランク１が投入さ
れ、金型ダイセット２が閉じて下型のレンズ入れ駒４が
駆動することにより開始される。そして圧縮工程は、形
状成形が開始されてレンズブランク１が金型キャビティ
５の全面に接触する時点までの１次圧縮行程（図６のス
テップＳ４）と、その後の温度と圧縮の制御が行われて
レンズ面が賦形され成形が終了するまでの２次圧縮工程
（図６のステップＳ６）とに分けられる。以下、本実施
形態における圧力・温度・比容積の変化を図４〜図７を
参照して説明する。尚、図４は、本実施形態におけるレ
ンズ成形品の圧力・温度・比容積の変化を示す図であ
る。図５は、図４の圧力・温度の時間的変化を示す図で
ある。図６、図７は、本実施形態の加熱圧縮成形過程を
示すフローチャートである。

【００３４】図４〜図７において、１次圧縮工程では、
変位センサ２７及びその変位変換器２８を介して下型の
レンズ入れ駒４ｂの移動量を計測し、圧縮速度がコント
ローラ３０での設定値になるようにサーボ駆動プレス装
置に制御信号を送り圧縮ロッド１６の速度を制御する。
この際、超音波センサ２０、超音波送受信器２１から出
力される超音波の音圧がキャビティ表面とレンズブラン
ク表面の接触界面で急に変化する時点を捕らえることに
よりレンズブランク１が金型キャビティ５の全面に接触
した段階を知ることができる。またこれはロードセル２
３及びその圧力変換器２４によりレンズブランク１に加
わる圧力を常に計測しておき、この圧力が急に上昇する
時点を捕らえることからも知ることができる。

【００３５】２次圧縮工程では、前記ブランクの最小／
最大肉厚部について設置されている超音波センサ２０、
超音波送受信器２１からそれぞれ検出される音速、音圧
から圧力、温度に変換して比容積を計算し（図７のステ
ップＳ１０）、前記ブランクの最小／最大肉厚部につい
てＰＶＴ線図上の比容積挙動として描かれるようになっ
ている表示装置２２上の挙動を監視しながら、先ず最初
に前記レンズブランク１が金型キャビティ５の前面に接
触した時点での圧力よりもさらに加圧する（図４の
Ｓ₂、図７のステップＳ１２）。次に、レンズ入れ駒４
内に設置されたヒータ７の温度とレンズ抱き駒３の金型
温調流路６に流れる熱媒体の流量を制御して、温度を徐
々に下げていく。この際の冷却速度、圧縮圧力は、前記
ブランクの最小／最大肉厚部の比容積変化の差が前記常
温、常圧における比容積Ｖoとガラス転移点Ｔgで常圧に
おける比容積Ｖgの差以内になるように制御する（図４
のＳ₃、図７のステップＳ１４）。次に、前記ブランク
の最小／最大肉厚部の比容積がガラス転移点Ｔg以下に
達した段階（図４のＳ₄、図７のステップＳ１６）から
は急冷を行い、最終的に前記ブランクの最小／最大肉厚
部両者の比容積が、 成形品の最小／最大肉厚部の圧縮冷却時の比容積挙動
が、圧縮冷却後の成形品取出し時にＰＶＴ曲線上で取出
し温度Ｔf（ＰＭＭＡでは、９０℃）とガラス転移点Ｔg
（ＰＭＭＡでは、１１８℃）との間に位置し、 かつ前述の最小肉厚部及び最大肉厚部それぞれの比容
積が、常温、常圧における比容積Ｖo（ＰＭＭＡでは、
０．８４ｃｍ³／ｇ）と、ガラス転移点Ｔgで常圧におけ
る比容積Ｖg（ＰＭＭＡでは、０．８６ｃｍ³／ｇ）とで
定まる比容積範囲Ａに至るように制御する（図４のＳ₄
〜Ｓ₆）。

【００３６】ところで、成形品の最小肉厚部及び最大肉
厚部の圧縮冷却時の比容積挙動は、最終的に取出し時に
比容積許容範囲Ａの範囲内でいろいろな位置をとり得
る。従って、この比容積範囲Ａの中で最も最適な条件に
ついては、レンズ形状に要求される面精度などの品質や
成形安定性、あるいは型補正を前提とする場合は得られ
た面精度に対する形状補正の容易性など状況に応じて検
討を行った上決定する必要がある。特に、対象レンズ形
状が軸対称形状を有する成形品であるレンズ面の型補正
をする場合には、上述の加熱圧縮制御方法により最終成
形品のレンズ面の面形状がレンズ中心軸に対して、その
後のレンズ面の型補正が容易な軸対称形状に仕上がるよ
うに成形条件を決定する。

【００３７】ちなみに、本実施形態において、成形品面
形状が軸対称形状に仕上がるような成形条件を決定する
際に考慮したポイントは、 先ず成形前のレンズブランクに対してブランク内部の
残留ひずみを予備加熱工程にて取り除く。 次に、レンズブランクを金型内に投入した時、その後
の圧縮工程時にブランクが均一に加圧されるようにブラ
ンクと型内鏡面駒の中心軸がずれないように位置決めす
る。

【００３８】そして、加熱圧縮工程ではブランク各部
の圧力・温度が非対称にならないように制御を行ってい
く。 ことである。以上説明したように、本実施形態の加熱圧
縮制御方法によれば、レンズ形状に応じて最適な加熱圧
縮制御が可能となる。

【００３９】さらに前記ブランクの最小／最大肉厚部の
２か所の比容積変化を超音波センサ２０、超音波送受新
規２１からそれぞれ検出される音速、音圧から圧力、温
度に変化して比容積を計算し、前記ブランクの最小／最
大肉厚部の２か所について、表示装置２２上にＰＶＴ線
図上の比容積挙動として監視している。そして設定値に
対する偏差が生じた場合にはその偏差に応じた修正信号
をサーボ駆動プレス装置に出力することにより、成形時
のバラツキを低減することが可能となる。

【００４０】また、このようにして成形安定性と軸対称
形状精度が得られれば要求精度に応じて形状補正も可能
であり、レンズ形状と要求精度に対して柔軟に対応して
いくことができる。 ＜変形＞最後に、上記実施形態の変形態様について説明
する。

【００４１】上記実施形態では、レンズブランクは最終
仕上がりレンズ形状に近い形状にプリフォーム加工され
たレンズブランクを対象にして、成形時にレンズブラン
ク全体を成形可能温度まで加熱して圧縮成形する方法に
ついて説明した。しかしながら、本実施形態は、レンズ
ブランクが球形状或いは楕円球形状にプリフォーム加工
されたブランクを対象にすることも可能である。

【００４２】また、成形時にレンズブランクの表層のみ
を型外で加熱し、型内でレンズブランク表層と金型キャ
ビティ表面のいずれか一方或いは両方を同時に、ヒー
タ、高周波加熱、誘電加熱、マイクロウェーブ、ハロゲ
ンランプ、放射熱源などにより成形可能温度まで加熱し
て圧縮成形する方法についても適用可能である。また、
本実施形態のように加熱圧縮成形の他に射出圧縮成形に
も適用可能である。

【００４３】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても、１つの機器から成る装置に適用
しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることはいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係わるプラスチ
ック光学素子の圧縮成形方法によれば、異なるレンズ形
状であっても形状に応じた目標となる最適制御条件を容
易に設定することができ、従来のような試行錯誤による
標準成形条件決定に要する時間を大幅に短縮することが
できる。

【００４５】また、従来のような常温、常圧の一定比容
積制御を行う必要もなくなるため高い圧縮力を必要とせ
ず、圧縮力の変化を精密に制御する機構や金型機構及び
成形機構が簡単になる。また、対象レンズ形状に対して
得られた面精度と要求される最終面精度の偏差を算出し
て補正するので、従来のように特定された成形条件範囲
よりも成形条件が広い範囲で安定した条件を選択するこ
とができ、従来のような試行錯誤による標準成形条件決
定に要する時間を大幅に短縮することができる。

【００４６】また、本発明に係わるプラスチック光学素
子の圧縮成形装置によれば、比容積制御を行なう際のキ
ャビティ体積を制御するのにサーボモータとボールネジ
から構成される鏡面駒駆動装置を用いるので、位置制御
（速度制御）を主体とした圧縮制御における応答性や精
度が向上し、油圧駆動による加圧方式に比べてさらに精
密な制御が可能となり、成形条件的により安定した高い
精度のレンズを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の加熱圧縮成形過程について説明するため
のＰＶＴ線図である。

【図２】本発明の加熱圧縮成形過程について説明するた
めのＰＶＴ線図である。

【図３】加熱圧縮成形装置構成図である。

【図４】本実施形態の圧力・温度・比容積の変化を示す
図である。

【図５】図４の圧力・温度の時間的変化を示す図であ
る。

【図６】本実施形態の加熱圧縮成形過程を示すフローチ
ャートである。

【図７】本実施形態の加熱圧縮成形過程を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ レンズブランク ２ 金型ダイセット ３ レンズ抱き駒（３ａ：上型、３ｂ：下型） ４ レンズ入れ駒（４ａ：上型、４ｂ：下型） ５ キャビティ ６ 金型温調流路 ７ 金型温調装置 ８ ヒータ ９ ヒータ制御装置 １０ 固定盤 １１ 可動盤 １２ 圧縮ラム １３ 圧縮シリンダ １４ 油圧発生源 １５ 電気油圧制御弁 １６ 開閉速度設定器 １７ 圧縮ロッド １８ サーボモータ １９ ボールネジ ２０ 超音波センサ ２１ 超音波送受信器 ２２ 比容積挙動表示装置 ２３ ロードセル ２４ 圧力変換器 ２５ 温度センサ ２６ 温度変換器 ２７ 変位センサ ２８ 変位変換器 ２９ 温調器温度条件を設定するための設計器 ３０ コントローラ ３１ 電気制御装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 最終仕上がり形状と略同じ形状に予め加
   工されたレンズブランクを成形金型へ投入し、加熱及び
   圧縮及び冷却処理を施して該最終仕上がり形状に成形す
   るプラスチック光学素子の圧縮成形方法であって、 前記加熱及び圧縮及び冷却処理後の成形品取り出し時に
   おいて、前記レンズブランクの最小肉厚部及び最大肉厚
   部の比容積変化の値が、成形品の熱変形温度以下であっ
   て該成形品を金型から取り出す温度とガラス転移温度と
   で規定される範囲内に設定され、且つ該最小肉厚部及び
   最大肉厚部の夫々の比容積が、常温、常圧における比容
   積と前記ガラス転移温度であって常圧における比容積と
   で規定される範囲内に設定されることを特徴とするプラ
   スチック光学素子の圧縮成形方法。
2. 【請求項２】 前記最終仕上がり形状と仕上がった前記
   成形品との形状偏差を算出し、該形状偏差に基づいて、
   前記成形金型の一部を構成すると共に、該成形品のレン
   ズ面を成形する鏡面駒の形状を更に補正することを特徴
   とする請求項１に記載のプラスチック光学素子の圧縮成
   形方法。
3. 【請求項３】 前記最終仕上がり形状がレンズ中心軸に
   対して軸対称な形状である場合、前記仕上がった成形品
   の曲率と最終仕上がり形状の曲率との形状偏差を算出
   し、該形状偏差に基づいて前記鏡面駒の形状を補正する
   ことを特徴とする請求項２に記載のプラスチック光学素
   子の圧縮成形方法。
4. 【請求項４】 最終仕上がり形状と略同じ形状に予め加
   工されたレンズブランクを成形金型へ投入し、加熱及び
   圧縮及び冷却処理を施して該最終仕上がり形状に成形す
   るプラスチック光学素子の圧縮成形装置であって、 前記成形金型により前記レンズブランクを所定条件下で
   圧縮する圧縮手段と、 前記レンズブランクに所定の圧縮圧力を付加した状態で
   冷却する冷却手段とを備え、 前記圧縮及び冷却手段は、仕上がった成形品の取り出し
   時において、前記レンズブランクの最小肉厚部及び最大
   肉厚部の比容積変化の値が、成形品の熱変形温度以下で
   あって該成形品を金型から取り出す温度とガラス転移温
   度とで規定される範囲内に設定され、且つ該最小肉厚部
   及び最大肉厚部の夫々の比容積が、常温、常圧における
   比容積と前記ガラス転移温度であって常圧における比容
   積とで規定される範囲内に設定されるように制御される
   ことを特徴とするプラスチック光学素子の圧縮成形装
   置。
5. 【請求項５】 前記圧縮手段は、サーボモータとボール
   ネジにより、前記成形品のレンズ面を成形する鏡面駒を
   制御されることを特徴とする請求項４に記載のプラスチ
   ック光学素子の圧縮成形装置。
6. 【請求項６】 前記最終仕上がり形状と仕上がった成形
   品との形状偏差を算出し、該形状偏差に基づいて、前記
   成形金型の一部を構成すると共に、該成形品のレンズ面
   を成形する鏡面駒の形状を更に補正することを特徴とす
   る請求項４に記載のプラスチック光学素子の圧縮成形装
   置。
7. 【請求項７】 前記最終仕上がり形状がレンズ中心軸に
   対して軸対称な形状である場合、前記仕上がった成形品
   の曲率と最終仕上がり形状の曲率との形状偏差を算出
   し、該形状偏差に基づいて前記鏡面駒の形状を補正する
   ことを特徴とする請求項６に記載のプラスチック光学素
   子の圧縮成形装置。