射出成形金型、射出成形方法およびレンズ
【課題】樹脂製の薄い凹レンズにおいて、ウェルドラインによる光学特性の低下を防止しつつ、生産性の低下を防止できる射出成形金型を提供する。
【解決手段】レンズ成形空間部３の成形面には、金型より熱伝導率の低い断熱層１４，２４が設けられている。レンズ成形空間部３内では、ゲート６１，６２から流入した溶融樹脂うちのフランジ成形部３２の光学機能成形部３１の右側を通った溶融樹脂と、フランジ成形部３２の光学機能成形部３１の左側を通った溶融樹脂とが、フランジ成形部３２のゲート６１，６２に対向する側で会合する。この際に、ゲート６１，６２からレンズ成形空間部３内に流入された溶融樹脂のうちのフランジ成形部３２から最薄部を含む光学機能成形部３１を通った溶融樹脂がゲート６１，６２に対向する側で光学機能成形部３１とフランジ成形部３２との境界を越えてフランジ成形部３２に至るように設定されている。
【解決手段】レンズ成形空間部３の成形面には、金型より熱伝導率の低い断熱層１４，２４が設けられている。レンズ成形空間部３内では、ゲート６１，６２から流入した溶融樹脂うちのフランジ成形部３２の光学機能成形部３１の右側を通った溶融樹脂と、フランジ成形部３２の光学機能成形部３１の左側を通った溶融樹脂とが、フランジ成形部３２のゲート６１，６２に対向する側で会合する。この際に、ゲート６１，６２からレンズ成形空間部３内に流入された溶融樹脂のうちのフランジ成形部３２から最薄部を含む光学機能成形部３１を通った溶融樹脂がゲート６１，６２に対向する側で光学機能成形部３１とフランジ成形部３２との境界を越えてフランジ成形部３２に至るように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄い樹脂製のレンズを成形するための射出成形金型およびこの射出成形金型を用いた射出成形方法および薄い樹脂製のレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話やスマートフォン等に高解像度の小型カメラが内蔵されている。また、自動車のバック時に後方を撮影したり、自動車の前方の障害物を撮影したり、事故等が発生した場合にそれを記録したりするための車載カメラや、玄関ドアの外を撮影する防犯カメラ等として、小型で高解像度のカメラが用いられる場合がある。
【０００３】
これらのカメラでは、複数枚のレンズを光軸方向に並べて固定したレンズユニットが用いられている。このようなレンズユニットを、例えば、携帯電話やスマートフォン等の厚さの薄い機器に内蔵する場合に、前記レンズユニットの光軸方向に沿った長さが制限されることになる。したがって、レンズユニット内の各レンズの薄型化が求められる。例えば、レンズユニット内で用いられる凹レンズは、その最も薄い部分の厚さ（光軸方向に沿った厚さ）をできるだけ薄くすることによって、レンズ全体の厚さを薄くすることが可能である。
【０００４】
そこで、できるだけ中心部の薄い樹脂製の凹レンズが求められている。
このような樹脂製（熱可塑性樹脂製）のレンズの射出成形においては、射出成形金型に射出される溶融樹脂が、流動性を有するように、その溶融樹脂のガラス転移点温度よりかなり高い温度とされるのに対して、射出成形金型は、少なくとも成形されたレンズを金型から取り出す前に、レンズを冷却硬化させるために、上述のガラス転移点温度より低い温度とされる。ここで、射出成形金型は、たとえば、溶融樹脂が流入されて充填されるキャビティをそれぞれ備えた可動金型と固定金型とを有し、成形後に固定金型に対して可動金型を離すように動かすことによって成形されたレンズの取り出しが可能になっている。
【０００５】
できるだけ薄い凹レンズを成形するにあたって、前記金型のキャビティ部分の温度を射出される溶融樹脂のガラス転移点温度より低い温度に設定して、最も薄い最薄部の光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下のレンズを成形しようとすると、以下のような問題が生じることがわかった。
すなわち、凹レンズの最薄部の厚さを０．４ｍｍ以下とする射出成形金型を用いてレンズの射出成形を行うと、成形されたレンズにウェルドラインが生じる。
このウェルドラインの発生の原因として、本発明者らは、通常の樹脂成型の成型温度、すなわち溶融樹脂のガラス転移点温度より例えば５℃から１０℃程度低くされている金型を用いた凹レンズの射出成形において、金型のキャビティの最も薄くなる部分の光軸方向に沿った厚みが０．４ｍｍ以下になると、その部分における溶融樹脂の流速が極端に遅くなることを発見した。
【０００６】
上述の溶融樹脂が、そのガラス転移点温度より低いキャビティの内面に接した場合に、溶融樹脂のキャビティの内面に近接した部分では、金型に熱が伝導されて溶融樹脂の流動性が低下した状態になってしまう。それに対して、溶融樹脂のキャビティの内面からある程度離れた位置では、キャビティの内面との間に存在する溶融樹脂により熱伝導が抑制され、流動性が保たれた状態になり、溶融樹脂がある程度の流速で流れることが可能になる。
【０００７】
すなわち、キャビティの内面から０．２ｍｍ以上離れた位置では、溶融樹脂の流動性が保持されるが、それよりキャビティの内面に近いと、溶融樹脂が金型側に熱を放熱することによって急激に温度低下し、溶融樹脂の流動性が大きく低下するものと思われる。したがって、対向するキャビティの内面同士の距離が０．２ｍｍの２倍になる０．４ｍｍより狭くなると、キャビティの断面において、対向する内面から０．２ｍｍまでの部分での溶融樹脂の流動性が低くなってしまうので、溶融樹脂の流動性が保持される部分がなくなってしまう。
【０００８】
これにより、上述のように、キャビティの厚さ（すなわち、内面同士の間の距離）が０．４ｍｍ以下になると、溶融樹脂の流速が明らかに遅くなり、最終的に溶融樹脂の流れが止まる虞がある。キャビティ内で溶融樹脂の流れが止まると、溶融樹脂は金型に熱を放熱して直ぐに硬化してしまう。
この場合に、キャビティの中央部の厚さが０．４ｍｍ以下になっている部分を流れる溶融樹脂の流速より、前記中央部の外周側を流れる溶融樹脂の流速の方が速くなる。
これにより、ゲートからキャビティ内に流入した溶融樹脂のうちのキャビティの中央部を流れる溶融樹脂は、キャビティの中央部で流れが極端に遅くなるか止まった状態となっているのに対して、キャビティの中央部より左右を流れる溶融樹脂は、中央部で略止まった状態の溶融樹脂の左右を流れ、中央部を回り込むようにして、キャビティのゲートの反対側となる部分に流れる。この際に、キャビティの中央部の溶融樹脂より中央部の左右を流れた溶融樹脂の方が流速が速いことから、中央部側の未だ溶融樹脂が流れずに空隙となっている部分に、中央部の左右を流れた溶融樹脂が逆流し、逆流した溶融樹脂により空隙が埋められる。
【０００９】
ここで、凹レンズの中心部が十分厚い場合、溶融樹脂が、キャビティのゲート側部分からキャビティのゲートの反対側部分に、中央部と外周部とで大きな速度差が生じることなく、略一様に流れた場合には、溶融樹脂の流れ方向も略一様であり、流れ方向の異なる溶融樹脂どうしが会合する状態となり難い。しかし、上述のように、中央部とその左右とで溶融樹脂が異なる流れ方をすると、キャビティのゲート側から中央部の左右をそれぞれ流れた溶融樹脂がキャビティのゲートの反対側で互いに会合し、さらに、上述のように逆流した溶融樹脂が中央部をゆっくり流れるか止まった状態の溶融樹脂と会合することになる。
このようにキャビティ内で流れ方向の異なる溶融樹脂が会合した場合に、温度を低下させながら流動して会合した溶融樹脂どうしが均質に一体化せずに、ウェルドラインが発生する可能性が高い。特に、中央部を流れる溶融樹脂と、逆流した溶融樹脂との間では、中央部を流れる溶融樹脂が上述のように既に有る程度硬化している虞があり、ウェルドラインが発生してしまう。
【００１０】
ここで、一般的なウェルドラインの防止方法としては、例えば、射出成形金型のキャビティ部分の温度を溶融樹脂が射出される際に、溶融樹脂のガラス転移点温度より高く上昇させ、溶融樹脂が金型に接してガラス転移点温度以下になるのを防止し、次いで、射出成形金型のキャビティ部分の温度を下げて、前記ガラス転移点温度より低くすることによって、キャビティ内の溶融樹脂を硬化させる方法がある。
【００１１】
この方法では、金型のキャビティ部分の温度を迅速に大きく変化させるために射出成形金型の構成が煩雑なるとともに、設備コストが高くなる。また、金型の加熱や冷却の時間を必要とすることから、順次成形と成形品の取り出しとを繰り返す射出成形における一回の成形に必要な時間（サイクルタイム）が長くなり、生産性が低くなる。
【００１２】
また、上述のようにキャビティ中心部の厚さが薄いことにより発生するウェルドラインのない製品を得る方法として、ウェルドラインが発生しないように、射出成形金型のキャビティから構成されるレンズ成形空間を目的物とされるレンズよりも厚くしておき、これによりウェルドラインのないプリフォームのレンズを成型する。レンズを厚くすることにより、溶融樹脂が会合する状態になるのを抑制して、ウェルドラインの発生を防止している。成形されたプリフォームのレンズは、目的物とされるレンズより厚いので、これを再加熱しながら圧縮成形することによって、実際の製品としての厚みのレンズとする。
この方法では、射出成形機と別に圧縮成形機が必要になり設備コストが高くなる。また、射出成形にかかる時間に加えて圧縮成形に係る時間が必要になり、レンズを連続的に生産する際に、射出成形と圧縮成形とを並行的に行うものとしても、レンズの成形に必要な時間が長くなり、生産性が低下する。
【００１３】
上述の小型カメラ用の小さくて薄い凹レンズではなく、車両用灯具のレンズ、すなわち、車両のランプ部分の透明なカバーの射出成形において以下のようにウェルドラインの防止を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この車両用灯具のレンズには、開口部がある。このレンズを成形するための金型のキャビティ内には、前記開口部を形成するために溶融樹脂が入り込めない障害部があり、この障害部を避けた部分で溶融樹脂同士が会合してウェルドラインが形成される。そこで、金型のキャビティの内面に断熱層を形成することによって、金型に接した溶融樹脂が急冷されて厚いスキン層が生じるのを防止し、このスキン層同士の会合により生じるウェルドラインの発生を防止している。
【００１４】
また、上述のような金型のガラス転移点温度以上の加熱と、上述のキャビティ内面に形成される断熱層とを組み合わせて、ウェルドラインの発生の防止を図ったものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−１１１８２６号公報
【特許文献１】特開２００１−１１３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、断熱層と金型の加熱とを組み合わせた場合には、上述のガラス点移転以上に金型を加熱する場合と同じ問題が生じる。すなわち、溶融樹脂のガラス転移点温度より高い温度からガラス転移点温度より低い温度まで短期間に金型の温度を制御するための設備にコストがかかるとともに、レンズの成形のサイクルタイムが長くなることによる生産性の低下を招くことになる。
【００１７】
したがって、溶融樹脂のガラス転移点温度を挟んで急激に金型の温度を制御することなく（金型を所定温度範囲内に保持する制御は行う）、断熱層だけでウェルドラインの発生を防止することが好ましい。
しかし、上述のように小型で最薄部が０．４ｍｍ以下となる凹レンズでは、断熱層によりキャビティ内面に近接する溶融樹脂の金型への放熱による流動性の低下を防止し、キャビティの中央部でも溶融樹脂が有る程度の流速で流れるようにしても、厚さが薄い中央部を流れる溶融樹脂の流速より、中央部の左右となる厚さの厚い外周部を流れる溶融樹脂の流速の方が速くなる可能性が高く、キャビティのゲートの反対側部分で、キャビティの中央部を流れる溶融樹脂と、キャビティの中央部の左右をそれぞれ流れる溶融樹脂とが会合する状態となってしまう。
【００１８】
この場合、０．４ｍｍ以下の最薄部でない部分でもキャビティの厚みが薄いことから、会合する溶融樹脂の厚さが薄くなるとともに、放熱して温度低下し易い。したがって、ウェルドラインの発生を防止することが困難である。但し、断熱層の厚さをかなり厚くすることにより、金型への放熱による溶融樹脂の温度低下をさらに抑制するものとすれば、上述のようにキャビティ内で溶融樹脂どうしが会合してしまうものであっても、会合する溶融樹脂の温度が例えば溶融樹脂のガラス転移点温度より高いことにより、ウェルドラインの発生を防止できる可能性がある。
しかし、この場合に、厚い断熱層により、溶融樹脂の温度が高い状態に保持されてしまい、キャビティ内に溶融樹脂が満たされた後に、溶融樹脂が金型から取り外せる程度に冷却硬化されるまで時間がかることになる。これにより順次レンズを成形していく場合のサイクルタイムが長くなり、生産性が低下する。
【００１９】
すなわち、基本的にレンズの厚さを薄くしたことによって、前記サイクルタイム、特に、サイクルタイムのうちの成形後の冷却にかかる時間が短くなるはずであるが、断熱性能が極めて高い断熱層を設けることによって、冷却時間が長くなり、サイクルタイムを短くできず、生産性が低下するといった問題がある。
【００２０】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、最薄部が０．４ｍｍ以下となる樹脂製の薄い凹レンズにおいて、ウェルドラインによる光学特性の低下を防止し、かつ、生産性の低下を防止できる射出成形金型、射出成形方法およびレンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の射出成形金型は、射出された溶融樹脂が流入してレンズが成形されるレンズ成形空間部を少なくとも一対の金型で構成する射出成形用金型であって、
前記レンズ成形空間部は、前記レンズとしての光学機能を有する光学機能部を成形する光学機能成形部と、前記光学機能部の周囲に設けられ、前記レンズの固定に用いられるフランジ部を成形するフランジ成形部とを備え、
前記光学機能成形部の最も薄い最薄部における前記レンズの光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、かつ、前記フランジ成形部の最も厚い最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが前記光学機能成形部の前記最薄部の前記厚さより厚くされ、
前記レンズ成形空間部の内面である成形面には、前記金型より熱伝導率の低い断熱層が設けられ、
少なくとも前記光学機能成形部には、前記断熱層を覆い、射出される溶融樹脂に接触する表面成形層が設けられ、
前記断熱層の材質および厚さは、
前記フランジ成形部に繋がるゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、前記フランジ成形部の前記ゲートに対向する側で会合する際に、
前記ゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部から前記最薄部を含む前記光学機能成形部を通った溶融樹脂が前記ゲートに対向する側で前記光学機能成形部と前記フランジ成形部との境界を越えて前記フランジ成形部に至るように設定され、
前記フランジ成形部にだけウェルドラインが形成されるようになっていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１に記載の発明においては、少なくとも一対の金型で構成され、レンズを成形するレンズ成形空間部（キャビティ）は、レンズの光学機能を有する光学機能部を成形する光学機能成形部と、レンズの光学機能部の周囲でレンズの固定等に用いられるフランジ部を成形するフランジ成形部とを備えている。
また、レンズ成形空間部は、光学機能成形部の最薄部の厚さが０．４ｍｍとされ、フランジ成形部の最厚部はそれより厚くなっている。
【００２３】
レンズ成形空間部の内面には、断熱層が形成され、さらに、少なくともレンズ成形空間部の光学機能成形部では、断熱層上に溶融樹脂と接触する表面成形層が設けられている。
断熱層によって、レンズ成形空間部に射出された溶融樹脂の熱が金型に伝導されて溶融樹脂の温度が低下する際の温度低下速度が遅くなる。これにより、レンズ成形空間部の内面に接触する溶融樹脂の前記内面に近接する部分の流動性低下が抑制される。
【００２４】
したがって、厚さが０．４ｍｍ以下とされた光学機能成形部の最薄部においては、流動性が大きく低下する部分の厚さが成形面から０．２ｍｍより薄くなり、０．４ｍｍ以下の最薄部の中央部で流速が速い部分が存在することになる。
【００２５】
この断熱層により最薄部を含む光学機能成形部を通る溶融樹脂の流速が速くなることで、レンズ成形空間部を流れる溶融樹脂のうちの光学機能成形部の周囲のフランジ成形部を左右に別れて流れる溶融樹脂の先端縁どうしが、レンズ成形空間部のゲートの反対側（ゲートに対向する側）で会合する際に、光学機能成形部を通る溶融樹脂の先端縁がゲートに対向する側で、光学機能成形部とフランジ成形部との境界を越えてフランジ成形部側に至るようにされている。
【００２６】
この場合に、光学機能成形部の周囲のフランジ成形部を左右を流れる溶融樹脂の先端縁と、光学機能成形部を流れる溶融樹脂の先端縁とは、光学機能成形部の外側のフランジ成形部で会合することになる。これにより、溶融樹脂同士が会合することにより生じるウェルドラインは、フランジ成形部だけに形成され、光学機能成形部では形成されない。
この射出成形金型で成形されたレンズは、光学機能部にウェルドラインが無いので、ウェルドラインの発生により、光学機能部の光学特性が大きく劣化させられることがない。
【００２７】
ここで、断熱層の断熱性能が高ければ、溶融樹脂の充填時にレンズ成形空間部の最終的に残った空間内に溶融樹脂が充填される際に、溶融樹脂の温度が断熱層により高く保持され、ウェルドラインの発生を防止できる可能性が高い。しかし、この場合に、成形されたレンズの冷却に時間がかかり、レンズの成形のサイクルタイムが長くなり、レンズの生産性が低下してしまう。
【００２８】
それに対して、フランジ部にウェルドラインが残る程度に、断熱層の断熱性能を設定することによって、成形されたレンズの冷却にかかる時間が長くなるのを抑制し、レンズの成形のサイクルタイムを短くして、生産性の向上を図ることができる。
【００２９】
請求項２に記載の射出成形金型は、請求項１に記載の発明において、前記フランジ成形部の最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能成形部の最薄部の前記光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっていることを特徴とする。
【００３０】
請求項２に記載の発明においては、フランジ成形部が光学機能成形部の最薄部より１．５倍以上厚くなっていることによって、断熱層を設けても、最薄部を通過する溶融樹脂よりフランジ部側を通過する溶融樹脂の流速が速くなる可能性が高く、ウェルドライン発生の抑制がより困難になる。したがって、ウェルドラインの発生を完全に抑制可能な構造とした場合に、レンズの成形のサイクルタイムがより長くなる。それに対して、上述のように光学機能成形部より外側のフランジ成形部にだけウェルドラインを発生させるようにすることによって、サイクルタイムを短縮してレンズの生産性の向上を図ることができる。
【００３１】
請求項３に記載の射出成形金型は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記一対の金型には、前記レンズ成形空間に樹脂を流入させる樹脂の通路としてスプルー、ランナーおよび前記ゲートが設けられ、前記スプルー、前記ランナーおよび前記ゲートの前記溶融樹脂と接する内面に、前記断熱層が設けられていることを特徴とする。
【００３２】
請求項３に記載の発明においては、溶融樹脂が一対の金型のレンズ成形空間部に至る前に、スプルー、ランナーおよびゲートを通過した際に、金型側に熱を伝導して温度が低下しすぎるのを防止することができる。レンズ成形空間部の光学機能成形部の最薄部における溶融樹脂の流速を高めるためには、溶融樹脂の温度低下ができるだけ少ないことが好ましく、スプルー、ランナーおよびゲートの内面にも断熱層を設けることによって、最薄部における溶融樹脂の流速を確実に速くし、光学機能成形部内にウェルドラインが発生するのを防止できる。
【００３３】
請求項４に記載の射出成形方法は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の射出成形金型を用いた射出成形方法であって、射出成形時に前記金型の温度を前記溶融樹脂のガラス転移点温度より低い所定の温度範囲に保持するように設定することを特徴とする。
【００３４】
請求項４に記載の発明においては、請求項１から請求項３に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
また、射出成形時の前記金型の温度範囲を前記溶融樹脂のガラス転移点温度より低い所定の温度範囲に保持するので、レンズを連続的に成形する際に、金型を前記溶融樹脂のガラス転移点温度以上に昇温した後に、前記溶融樹脂のガラス転移点温度より低く降温する時間を必要とせず、サイクルタイムが長くなるのを防止できる。また、前記溶融樹脂のガラス転移点温度を挟んで金型を迅速に昇温および降温するための煩雑な設備を必要とせず、設備コストの増加を防止できる。
【００３５】
請求項５に記載のレンズは、光学機能を有する光学機能部と、前記光学機能部の周囲に設けられ、固定される際に用いられるフランジ部とを備えた樹脂製のレンズであって、
前記光学機能部の最も薄い最薄部における前記光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、かつ、前記フランジ部の最も厚い最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが前記光学機能部の前記最薄部の前記厚さより厚くされ、
前記光学機能部より外側の前記フランジ部にだけウェルドラインが形成されていることを特徴とする。
【００３６】
請求項５に記載の発明においては、光学機能部の最薄部の厚さを０．４ｍｍ以下とし、それよりフランジ部を厚くしたレンズにおいて、フランジ部だけにウェルドラインを形成するようにしたことによって、射出成形による製造時に、レンズにウェルドラインが発生しないように製造した場合よりも、レンズの成形のサイクルタイムを短縮して、レンズの生産性の向上を図ることができる。また、レンズの光学機能部にはウェルドラインが形成されていないので、レンズの光学特性が形成されたウェルドラインにより低下するのを防止することができる。
【００３７】
請求項６に記載のレンズは、請求項５に記載の発明において、前記フランジ部の前記最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能部の前記最薄部の前記光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっていることを特徴とする。
【００３８】
請求項６に記載のレンズにおいては、フランジ部が光学機能部の最薄部より１．５倍以上厚くなっていることによって、製造時にウェルドライン発生の抑制がより困難になり、ウェルドラインの発生を完全に抑制するとよりレンズの成形のサイクルタイムが長くなる。それに対して、光学機能成部より外側のフランジ部にだけウェルドラインを発生させるようにすることによって、サイクルタイムを短縮してレンズの生産性の向上を図ることができる。また、光学機能部の最薄部を薄くしても、フランジ部によりレンズの強度を確保できる。
【００３９】
請求項７に記載のレンズは、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記光学機能部を成形する光学機能成形部と、この光学機能成形部の周囲に設けられて前記フランジ部を成形するフランジ成形部とを有するレンズ成形空間部を備えた射出成形金型で射出成形され、
前記フランジ成形部に繋がるゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、前記フランジ成形部の前記ゲートに対向する側で会合する際に、
前記ゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部から前記最薄部を含む前記光学機能成形部を通った溶融樹脂が前記ゲートに対向する側で前記光学機能成形部と前記フランジ成形部との境界を越えて前記フランジ成形部に至っていたことにより、前記フランジ部にだけウェルドラインが形成されていることを特徴とする。
【００４０】
請求項７に記載のレンズにおいては、製造時に、レンズ成形空間部内では、ゲートから流入した溶融樹脂うちのフランジ成形部の光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、フランジ成形部の光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、フランジ成形部のゲートに対向する側で会合する。この際に、ゲートからレンズ成形空間部内に流入された溶融樹脂のうちのフランジ成形部から最薄部を含む光学機能成形部を通った溶融樹脂がゲートに対向する側で光学機能成形部とフランジ成形部との境界を越えてフランジ成形部に至ることで成形される。これにより、ウェルドラインは、フランジ部にだけ形成されることになり、請求項５に記載の発明ど同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の射出成形金型、射出成形方法およびレンズによれば、極めて薄い凹レンズを射出成形する際に、レンズの成形のサイクルタイムが長くなるのを防止しつつ、ウェルドラインにより光学特性が低下するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態の射出成形金型を示す要部断面図である。
【図２】前記射出成形金型の可動金型を示す要部正面図である。
【図３】溶融樹脂の放熱を説明するための前記射出成形金型のランナーを示す要部概略断面図であって、（ａ）は断熱層が無い場合を示す図であり、（ｂ）は断熱層が有る場合の図である。
【図４】ゲートを切り離す前の成形された凹レンズを示し、断熱層が有る場合の溶融樹脂の流動過程を示す平面図である。
【図５】ゲートを切り離す前の成形された凹レンズを示す断面図である。
【図６】ゲートを切り離した凹レンズを示す斜視図である。
【図７】ゲートを切り離す前の成形された凹レンズを示し、断熱層が無い場合の溶融樹脂の流動過程を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１から図３に示すように、第１実施形態の射出成形金型は、周知の射出成形機で用いられる金型であり、一対の金型として、固定金型（第１金型）１と、可動金型（第２金型）２とを備えている。なお、図１に示されるのは、固定金型１および可動金型２それぞれの型板のレンズを成形する成形面を有するキャビティプレート部分である。
【００４４】
これらキャビティプレートには、レンズを複数個取りするように、複数組のキャビティ１１，２１が設けられている（図１にはキャビティ１１，２１を一組だけ図示、図２にはキャビティ２１を一つだけ図示）。固定金型１のキャビティプレートと、可動金型２のキャビティプレートを突き合わせた際に、固定金型１のキャビティ１１と可動金型２のキャビティ２１が突き合わせれてこれらキャビティ１１，２１からなるレンズ成形空間部（キャビティ）３が形成されている。なお、この例では、図１に示すように、レンズ成形空間部３の主要部分が可動金型２側のキャビティ２１で形成されている。
【００４５】
また、固定金型１および可動金型２それぞれのキャビティ１１，２１は、光学機能を有する光学機能部４１と、その周囲に設けられ、位置決めおよび固定に用いられるフランジ部４２とからなる凹レンズ４（図４および図５に図示）を成形するためのものである。凹レンズ４は、光学機能部４１の中心軸（光軸）を中心とした回転対称の形状を有している。
この成形される凹レンズ４に対応して、レンズ成形空間部３は、凹レンズ４の光学機能部４１を成形する光学機能成形部３１と、光学機能成形部３１の周囲に設けられ、凹レンズ４のフランジ部４２を成形するフランジ成形部３２とを備える。
【００４６】
また、固定金型１および可動金型２には、キャビティプレートの光学機能成形部３１に対応する部分に入れ子１２，２２が挿入される円柱状の孔１３，２３がそれぞれ形成され。この孔１３、２３に円柱状の入れ子１２、２２が回転可能に挿入されている。入れ子１２，２２の先端面が前記光学機能成形部３１で凹レンズ４の光学機能部４１を成形する成形面が形成されている。
【００４７】
また、光学機能成形部３１の中心軸と、入れ子１２，２２の中心軸とが一致させられている。入れ子１２，２２の径は、光学機能成形部３１の径より大きくなっており、入れ子１２，２２の先端面が、上述のように光学機能成形部３１で凹レンズ４の光学機能部４１の成形面になるとともに、光学機能部４１の周囲のフランジ部４２の内周側部分の成形面になっている。また、上述の固定金型１および可動金型２のキャビティプレートの先端面の入れ子１２，２２の周囲が、フランジ成形部３２の外周側部分に対応し、凹レンズ４のフランジ部４２の外周部分を成形するようになっている。
【００４８】
光学機能成形部３１は、凹レンズ４を成形するために、外周側から中央側に向かうにつれて、固定金型１側の内面と、可動金型２側の内面との間の距離（成形される凹レンズ４の光軸方向に沿った距離）が短くなるように形成されている。光学機能成形部３１の中央で、上述の距離が最も短くなる。
前記内面間の距離をレンズ成形空間部３の厚さとし、光学機能成形部３１の略中央になる部分が最も厚さが薄い最薄部になる。この実施形態の光学機能成形部３１の最薄部の成形される凹レンズ４の軸方向に沿った厚さは、例えば、０．４ｍｍ以下にされている。
【００４９】
凹レンズ４を他のレンズと組み合わせて薄い装置に内蔵させる場合に、凹レンズ４はできるだけ薄いことが好ましく、光学機能成形部３１の最薄部の厚さが、０．３ｍｍ以下であってもよい。光学機能部４１の最も薄い最薄部を薄くすることにより、光学機能部４１の最も厚い部分を薄くしても、凹レンズとしての光学特性を満足させることができる。すなわち、光学機能部４１の最も薄い最薄部を薄くすることにより、凹レンズ４全体の厚さを薄くできる。
【００５０】
フランジ成形部３２は、凹レンズ４の外周部であるフランジ部４２を成形する部分であり、光学機能成形部３１の前記光軸方向に沿った厚さが最も厚い部分と同じ厚さになっている。基本的にフランジ成形部３２の厚さは略一様になっている。なお、凹レンズ４のフランジ部４２に、凹部や切欠部を設けたり、凸部を設けてもよく、フランジ成形部３２の厚さが一様でなくてもよい。
【００５１】
このフランジ成形部３２の最も厚い最厚部の成形される凹レンズ４の光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能成形部の最も薄い最薄部の成形される凹レンズ４の光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっている。なお、２倍以上や３倍以上になっていてもよいが、凹レンズ４の厚さを薄くするためには、フランジ成形部３２の厚さが薄い方が好ましい。ただし、光学機能成形部３１の最も厚い部分より薄くしても、凹レンズ４の最も厚い部分の厚さは薄くならない。
【００５２】
また、固定金型１および可動金型２には、固定金型１に設けられた図示しないスプルーを介して射出された溶融樹脂が流入するランナー５１，５２が設けられ、ランナー５１，５２とキャビティ１１，２１との間にゲート６１，６２が設けられている。ゲート６１，６２は、その主要部が可動金型２側に設けられている。
そして、固定金型１および可動金型２の溶融樹脂と接触する部分には、全て断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７が形成されている。
【００５３】
すなわち、入れ子１２，２２の先端面に断熱層１４，２４が形成されている。また、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのフランジ成形部３２の外周部分に対応する部分に断熱層１５，２５が設けられている。また、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのランナー５１，５２に対応する部分に断熱層１７，２７が設けられている。また、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのゲート６１，６２に対応する部分に断熱層１６，２６が設けられている。図示しないスプルーの内面にも断熱層が形成されている。
【００５４】
また、入れ子１２，２２においては、上述の断熱層１４，２４の表面にさらに表面成形層１８、２８が設けられている。表面成形層１８，２８は、入れ子１２，２２の先端面だけではなく、先端面から先端部の外周面にまで形成されている。
【００５５】
前記断熱層は、例えば、熱可塑性のポリイミド系の樹脂や、熱硬化性のエポキシ系の樹脂等を用いるものとしてもよいし、酸化ジルコニウム系，酸化アルミニウム系，酸化チタン，酸化クロム系等のセラミックスを用いてもよい。但し、固定金型１および可動金型２に耐久性を考慮した場合に、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７を樹脂ではなくセラミックスで構成することが好ましい。
この実施形態では、ジルコニア（ＺｒＯ２）セラミックスを用い、固定金型１および可動金型２の上述の断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７が形成される部分に溶射によって断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７を形成する。
【００５６】
また、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚みは、凹レンズ４を成形した際に、凹レンズ４の光学機能部４１の外側のフランジ部４２だけにウェルドラインが発生するように設定される。これは、例えば、実験等によりデータを求め、ウェルドラインが光学機能部４１より外側のフランジ部４２に設けられ、かつ、できるだけ凹レンズ４の成形のサイクルタイムが短くなるように設定される。なお、凹レンズ４の材料になる合成樹脂によっても、最適な断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚みが異なる可能性がある。
【００５７】
ここで、例えば、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７を溶射により形成されたジルコニアセラミックスとした場合に、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚さを１００μｍ〜１．０ｍｍとすることが好ましい。
断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚みを１００μｍ以上とすることにより、上述のようにレンズ成形空間部３の光学機能成形部３１の最薄部の厚さが０．４ｍｍ以下で、レンズ成形空間部３のフランジ成形部３２の厚さが、光学機能成形部３１の最薄部の厚さの１．５倍以上であっても、凹レンズ４の光学機能部４１にウェルドラインが発生するのを防止することができ、フランジ部４２にだけウェルドラインが発生した状態になる。
【００５８】
また、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚みを１．０ｍｍ以下とすることにより、上述のようにレンズ成形空間部３の光学機能成形部３１の最薄部の厚さが０．４ｍｍ以下で、レンズ成形空間部３のフランジ成形部３２の厚さが、光学機能成形部３１の最薄部の厚さの１．５倍以上であっても、凹レンズ４のフランジ部４２にだけウェルドラインが発生し、かつ、凹レンズ４のサイクルタイムが長くなるのを防止することができる。
また、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚さを１５０μｍ〜５００μｍとすることがより好ましい。さらに、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚さを２００μｍ〜３００μｍとすることがより好ましい。上述に例
は、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７をジルコニアセラミックスとした場合のものである。断熱層の種類や成型温度により、必要な断熱層の厚さは異なるが、断熱層の熱伝導率を考慮して、断熱層の厚さは決定される。
断熱層の熱伝導率は、金型の熱伝導率をα（Ｗ／（ｍ・ｋ））とした場合に、０．１α〜０．０１αの範囲が望ましい。すなわち、断熱層の熱伝導率は、金型の熱伝導率の１／１０以下で１／１００以上となっていることが好ましい。
【００５９】
なお、入れ子１２，２２の先端面に形成され、凹レンズ４の主に光学機能部４１を成形するための断熱層１４，２４と、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートの前記入れ子１２，２２の周囲で、凹レンズ４の主に凹レンズ４のフランジ部４２を成形するための断熱層１５，２５と、固定金型１および可動金型２のゲート６１，６２の内面に形成される断熱層１６、２６と、固定金型１および可動金型２のランナー５１，５２の内面に形成される断熱層１７、２７と、図示しないスプルーの内面に形成される断熱層とで厚みを異なるものとしてもよい。
【００６０】
例えば、レンズ成形空間部３側の断熱層１４，１５、２４，２５に対して、レンズ成形空間部３に溶融樹脂を誘導する側の断熱層１６，１７、２６，２７（スプルー内面の断熱層を含む）を厚くするものとしてもよい。この場合に、断熱層１４，１５、２４，２５の厚さが上述の範囲内になっていれば、断熱層１６，１７、２６，２７（スプルー内面の断熱層を含む）が上述の厚さの範囲より厚くなっていてもよい。
このような構成とすることによって、レンズ成形空間部３に達する前の溶融樹脂の温度が低下してしまうのを確実に防止し、光学機能部４１にウェルドラインが形成されるのをさらに抑制することができる。
【００６１】
表面成形層１８，２８は、凹レンズ４の光学機能部４１を成形するために、例えば、鏡面加工が施される部分であり、例えば、ニッケル系合金等の合金をメッキしたものである。この実施形態では、ニッケル・リンがメッキされている。また、光学機能部４１に微細な形状が形成される場合には、表面成形層１８，２８に光学機能部４１の表面に転写される微細な加工を施すものとしてもよい。また、表面成形層１８，２８の厚さは、例えば、１００μｍ〜２００μｍであることが好ましい。
【００６２】
このような射出成形金型を用いた射出成形方法においては、固定金型１と可動金型２とから形成されるレンズ成形空間部３に射出された溶融樹脂がスプルー、ランナー５１，５２およびゲート６１，６２を介して流入されることになる。この際に、溶融樹脂の温度は、溶融樹脂が流動性を有するように、射出される溶融樹脂のガラス転移点温度より高い温度範囲に設定することになるが、基本的に従来と同様の温度範囲に設定して、射出成形を行うことができる。
【００６３】
また、射出時の溶融樹脂の時間当たりの射出量（流速）は、レンズ成形空間部３内をゲート６１，６２側からゲート６１，６２側の反対側に流動する際に、溶融樹脂の先端縁が、後述のようにＶ字状になり難くするように、設定することが好ましい。
【００６４】
また、射出成形時の固定金型１および可動金型２の温度は、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７を介した溶融樹脂から固定金型１および可動金型２への放熱により、溶融樹脂の流動性が低下することに基づき、光学機能成形部でウェルドラインが生成することがない温度以上で、かつ、溶融樹脂がレンズ成形空間部３に略充填された後に、速やかに溶融樹脂が硬化可能な温度になっている必要がある。固定金型１および可動金型２の温度は、従来と同様に溶融樹脂のガラス転移点温度より５℃〜１０℃低い温度範囲に設定しても良いが、サイクルタイムを速くするために、固定金型１および可動金型２の温度は、ガラス転移点温度より１０℃〜２０℃低い温度範囲に設定することが好ましい。
【００６５】
ここで、この実施形態では、固定金型１および可動金型２の温度を従来より低くしても、入れ子１２，２２の先端面に断熱層１４，２４が形成され、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのフランジ成形部３２の外周部分に対応する部分に断熱層１５，２５が設けられているので、すなわち、レンズ成形空間部３の内周面に断熱層１４，１５，２４，２５が形成されているので、溶融樹脂がレンズ成形空間部３の内周面に接したときに、急激に冷却されるのを防止でき、上述のようにフランジ部４２にだけウェルドラインが形成されるようにすることが可能である。
【００６６】
特に、この実施形態においては、レンズ成形空間部３の内周面だけではなく、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのランナー５１，５２に対応する部分に断熱層１７，２７が設けられ、ゲート６１，６２に対応する部分に断熱層１６，２６が設けられ、さらにスプルーの内周面にも断熱層が設けられているので、上述のように固定金型１および可動金型２の温度を従来より低くても、溶融樹脂がレンズ成形空間部３に至る前に必要以上に温度が低下してしまうのを防止できる。これにより、上述のように、フランジ部４２にだけウェルドラインが形成されるようにすることが可能である。
【００６７】
また、固定金型１および可動金型２の温度を、溶融樹脂のガラス転移点温度より高くなるように昇温し、昇温後に溶融樹脂のガラス転移点温度より低くなるように降温する温度制御を行わずに、例えば、周知の金型温度調節機により、溶融樹脂のガラス点移転温度より低い上述の温度範囲内に固定金型１および可動金型２の温度を保持する制御、基本的には、溶融樹脂のガラス転移点温度から所定温度差だけ低い略一定の温度に保持する制御だけ行う。したがって、レンズの成形のサイクルタイムに、固定金型１および可動金型２の昇温や降温のための時間を必要としない。また、迅速に昇温や降温を行うための設備を必要としない。
【００６８】
上述の射出成形金型で上述の射出成形方法で成形された凹レンズ４は、図４〜図６に示すように、円形状の光学機能部４１の周囲に円環状のフランジ部４２を備えた形状になっている。なお、図４における二点鎖線は、射出成形時の溶融樹脂の流動過程（流動する溶融樹脂の先端縁の位置）を段階的に示したものである。
また、図４、図５においては、凹レンズ４からゲート６１，６２で成形されたゲート部４３およびランナー５１，５２で成形されたランナー部４４を除去していない状態を図示している。
【００６９】
この凹レンズ４は、光学機能部４１の最も薄い最薄部における凹レンズ４の光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、光学機能部４１の周囲に形成されたフランジ部４２の最も厚い最圧部の厚さが光学機能部４１の最薄部の厚さの１．５倍以上とされている。
また、光学機能部４１においては、光学機能部４１の中央部が最も薄く、光学機能部４１の最外周が最も厚くなっている。また、フランジ部４２は、厚さが略一様とされるとともに、その厚さが光学機能部４１で最も厚い最外周部（光学機能部４１とフランジ部４２との境界）と略同じ厚みとされている。
【００７０】
また、上述の射出成形金型を用いた射出成形方法により形成された凹レンズ４においては、凹面を有し、実際に凹レンズとしての光学特性を有する光学機能部４１にはウェルドラインがなく、ウェルドラインによって光学特性が低下させられることがない。
また、フランジ部４２には、ウェルドラインが発生している。
【００７１】
また、凹レンズ４の材料としては、たとえば、ポリメタクリル酸メチレン樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー樹脂（ＣＯＣ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリエステル樹脂（ＰＥ）等を好適に用いることができるが、これらに限られるものではない。
【００７２】
上述の射出成形金型を用いた凹レンズ４の射出成形方法においては、設定された温度にされた溶融樹脂がスプルーに射出され、溶融樹脂はスプルーから、ランナー５１，５２を通ってゲート６１，６２からキャビティとしてのレンズ成形空間部３に流入する。
ここで、図１に示すように、スプルー、ランナー５１，５２、ゲート６１，６２、レンズ成形空間部３の光学機能成形部３１およびフランジ成形部３２に内面に、上述のように、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７が形成されている。したがって、例えば、図３（ａ）に示すように、例えば、ランナー５１，５２を通過する溶融樹脂Ｐは、断熱層１７，２７がない固定金型１ａおよび可動金型２ａの場合に、溶融樹脂Ｐのガラス転移点温度より低く、熱伝導率の高い固定金型１ａおよび可動金型２ａに対して溶融樹脂Ｐから矢印で示されるように大きな放熱が生じ、溶融樹脂のランナー５１，５２の内面に近接する部分（二点鎖線で示される部分）の流動性が大きく低下する。それに対して、ランナー５１，５２の内面に断熱層１７，２７を設けることによって、溶融樹脂Ｐから固定金型１および可動金型２への矢印で示される放熱が断熱層１７，２７で弱められ、溶融樹脂Ｐのランナー５１，５２の内面に近接する部分でも有る程度の流動性を持たせることができる。または、流動性が低下する部分の厚さを薄くできる。
【００７３】
このように断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７によって、溶融樹脂の降温速度を遅くし、溶融樹脂の流動性の低下を遅らせることができる。また、光学機能成形部３１の厚さが０．４ｍｍ以下の最薄部とその近傍においては、溶融樹脂が固定金型１および可動金型２に直接接触することによって、接触した溶融樹脂を含む固定金型１および可動金型２に近接した溶融樹脂が大きな放熱により温度低下し、その部分の流動性が大きく低下するのを防止できる。これにより、光学機能成形部３１の最薄部でも溶融樹脂の流動性を保持して流動可能としている。
【００７４】
レンズ成形空間部３に流入した樹脂は、概略円板状のレンズ成形空間部３をゲート６１，６２の接続部分からレンズ成形空間部３のゲート６１，６２の反対側（ゲート６１，６２に対向する側）に向って流動する。この際に、概略円板状のレンズ成形空間部３の左右幅に対応して左右に広がりながら流れ、流動する溶融樹脂の先端縁がレンズ成形空間部３のゲート６１、６２の反対側に到達してレンズ成形空間部３が溶融樹脂に満たされた状態になる。
【００７５】
この際にウェルドラインが発生する要因は、レンズ成形空間部３への溶融樹脂の充填時に、流動する溶融樹脂の先端縁同士が会合する状態になることによる。例えば、円形状の凸レンズの成形時には、円板状のレンズ成形空間部の中央部分が最も厚くなることから、流動する溶融樹脂の先端縁は、中央部がその外側より早く進みため凸状になり、ランドに対向する側に溶融樹脂が到達する際に、２方向から溶融樹脂が会合する状態になり難く、ウェルドラインが発生し難い。
【００７６】
このような凸レンズに対して凹レンズ４の場合には、ウェルドラインｗが発生し易い状態となる。図７は、ゲート部４３を切断していない状態の凹レンズ４を示すとともに、二点鎖線ａ〜ｄで溶融樹脂の充填状態（流動する溶融樹脂の先端縁の位置）を段階的に図示したものである。また、図７に示す凹レンズ４では、二点鎖線ａ〜ｄは、射出成形用金型に断熱層を設けなかった場合もしくは断熱層の断熱性能が十分でなかった場合の溶融樹脂の充填状態を示しており、ウェルドラインｗが光学機能部４１からフランジ部４２に渡って形成されている比較例を示している。
【００７７】
凹レンズ４の場合で、特に外周部に厚いフランジ部４２がある場合には、例えば、図７に二点鎖線ａで示されるように、レンズ成形空間部３に溶融樹脂が流入開始直後は、ほぼ一様の厚さのフランジ部４２を形成するフランジ成形部３２に溶融樹脂が流入するため、基本的に流動する溶融樹脂の先端縁が凸状の曲線になる。
【００７８】
次に、溶融樹脂の先端縁の中央部が光学機能部４１を成形する光学機能成形部３１に入り込むと、中央部の厚さが薄くなっていくことから、溶融樹脂の先端縁は、二点鎖線ｂで示すように、中央部の流速が、相対的に厚みのある光学機能部４１の外周部分での流速に対して、遅くなり、凹状の曲線になる。
さらに、溶融樹脂の先端縁の中央部が、光学機能成形部３１の厚さが０．４ｍｍ以下の最薄部としての中央部を通過する際には、溶融樹脂の先端縁は、二点鎖線ｃで示されるように、中央部の流速がさらに遅くなり、大きく凹んだ状態の中央部に対して、中央部より左右になる部分がかなり先に進んで突出した状態になる。
【００７９】
ここで、二点鎖線ｃの中央部では、流速が遅いことから、光学機能部４１の中央の位置に対して僅かしか進まないのに対して、二点鎖線ｃの左右の突出部が中央部より相対的に早く進むことになり、最終的には、二点鎖線ｄに示すように、溶融樹脂の先端縁が略Ｖ字状になり、左右の溶融樹脂の先端縁が会合する状態になって、ウェルドラインｗが形成される。
この際に、二点鎖線ｃで示される段階から、二点鎖線ｄで示される段階まで、これら二点鎖線の中央部に対応する溶融樹脂の先端縁の中央部は、僅かしか流動せず、二点鎖線ｄで示される段階となっても未だ、光学機能部４１内にあり、フランジ部４２に至っていない。この状態で、左右突出部を形成している溶融樹脂同士が２点鎖線ｄに示すように会合して、ウェルドラインｗが形成される。これにより、ウェルドラインｗの一部は、光学機能部４１内に形成されてしまうことになる。また、二点鎖線ｄでは、溶融樹脂の先端縁が概略Ｖ字状になっているが、さらに、二点鎖線ｄで示される溶融樹脂の先端縁の中央部で樹脂の流れが遅れると、それより先側で、左右の突出部分が互いに接触した後も、光学機能部４１側に溶融樹脂が充填されない部分が残り、互いに会合した溶融樹脂が逆流するように光学機能部４１の中央側に向って、光学機能部側の未だ樹脂が充填されていない部分に溶融樹脂が充填される場合もある。
この場合にウェルドラインｗは、１本の直線状ではなく、複数本でかつ曲線状のものを含む場合がある。
【００８０】
それに対して、図４に示す実施の形態の凹レンズ４の成形においては、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の断熱性能が必要十分なものとなっているので、二点鎖線ａ〜ｄで示される溶融樹脂の段階的に示される流れの先端縁の特に、二点鎖線ｃで示される溶融樹脂の先端縁の中央部の進み具合が図７に示される場合よりも早くなっている。
これにより、二点鎖線ｄで示されるように、溶融樹脂の先端縁が略Ｖ字状となった場合に、Ｖ字状の先端縁の中央部のＶ字の頂点となる部分の位置が、光学機能部４１の外側のフランジ部４２側になる。これにより、ウェルドラインｗが光学機能部側に形成されるのを防止できる。
【００８１】
以上の溶融樹脂のレンズ成形空間部３内の流れを言い換えると、レンズ成形空間部３内では、ゲート６１，６２から流入した溶融樹脂うちのフランジ成形部３２の光学機能成形部３１の右側を通った溶融樹脂と、フランジ成形部３２の光学機能成形部３１の左側を通った溶融樹脂とが、フランジ成形部３２のゲート６１，６２に対向する側で会合する。
【００８２】
この際に、図７に示すように、ゲート６１，６２からレンズ成形空間部３内に流入された溶融樹脂のうちのフランジ成形部３２から最薄部を含む光学機能成形部３１を通った溶融樹脂がゲート６１，６２に対向する側で光学機能成形部３１とフランジ成形部３２との境界を越えていないと、光学機能成形部３１内で、上述ように左右から流れる溶融樹脂が会合したり、フランジ成形部３２で会合した溶融樹脂が、光学機能成形部３１に残る空隙側に逆流したりする。この場合には、光学機能成形部３１内にウェルドラインが形成されてしまう。
【００８３】
しかし、この実施形態では、上述の断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７により、溶融樹脂から固定金型１および可動金型２への放熱を抑制して、流動性の低下を抑制しているので、図４に示すようにウェルドラインｗが光学機能部４１側に発生するのを防止できる。
すなわち、溶融樹脂の先端縁が二点鎖線ｄに示すよにＶ字状となった際に、Ｖ字状部分の頂点が光学機能部４１ではなく、光学機能部４１とフランジ成形部４２の境界を越えてフランジ成形部４２側に至るようになっている。
言い換えると、フランジ成形部３２の光学機能成形部３１の右側を通った溶融樹脂と、フランジ成形部３２の光学機能成形部３１の左側を通った溶融樹脂とが、フランジ成形部３２のゲート６１，６２に対向する側で会合する際に、ゲート６１，６２からレンズ成形空間部３内に流入された溶融樹脂のうちのフランジ成形部３２から最薄部を含む光学機能成形部３１を通った溶融樹脂がゲート６１，６２に対向する側で光学機能成形部３１とフランジ成形部３２との境界を越えてフランジ成形部３２に至るようになっている。
【００８４】
この実施形態の凹レンズ４では、最薄部が０．４ｍｍ以下となっていることによって、溶融樹脂の先端縁の左右の突出部が会合しない状態とするのは困難であり、ウェルドラインを無くすためには、溶融樹脂の先端縁が会合する際の金型に接するか近接する溶融樹脂の温度を溶融樹脂のガラス転移点温度より高める必要がある。
この場合には、固定金型１および可動金型２の溶融樹脂の充填時の温度を溶融樹脂のガラス転移点温度より高くすることが考えられる。また、極めて断熱性能が高い断熱層を設けることにより、固定金型１および可動金型２の溶融樹脂の充填時の温度を溶融樹脂のガラス転移点温度より低く設定しても、充填される溶融樹脂の温度が充填中にガラス転移点温度より低くならないようにすることが考えられる。または、これらの方法を組合わせることが考えられる。これらの場合に、溶融樹脂を固定金型１および可動金型２から取り出せる温度まで冷却するのに時間がかかることになり、凹レンズ４の成形のサイクルタイムが長くなって生産性が低下する。
【００８５】
そこで、本願発明においては、上述のようにフランジ部４２にあえてウェルドラインが発生する状態とすることにより、凹レンズ４の成形における冷却工程が長くなるのを抑制し、サイクルタイムを短縮して生産性の向上を図っている。
すなわち、この実施形態では、上述のようにレンズ成形空間部３に溶融樹脂が充填される際に、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７により溶融樹脂の温度低下を防止することによって、溶融樹脂の流動性を高め、溶融樹脂の先端縁が図４の二点鎖線ｄに示されるように略Ｖ字状になる際に、Ｖ字の頂点が光学機能部４１（光学機能成形部３１）より外側のフランジ部４２（フランジ成形部３２）側に位置するようにしたものである。
【００８６】
断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７は、溶融樹脂の先端縁が会合する際の温度をウェルドラインが発生する温度より高い温度（溶融樹脂のガラス転移点より高い温度）に保持するためのものではなく、溶融樹脂の先端縁の左右の部分が互いに会合するより前、もしくは溶融樹脂の先端縁が略Ｖ字状になる前（先端縁の凹部の中央が凹状の曲線の状態になっている際）に、溶融樹脂の先端縁の中央部（最薄部を含む光学機能成形部３１を通過した溶融樹脂の先端縁）が、ゲート６１，６２の反対側で、光学機能部４１（光学機能成形部３１）を越えてフランジ部４２（フランジ成形部３２）に至るようにしたものである。
【００８７】
これにより、光学機能部４１にウェルドラインが発生して、凹レンズ４の光学特性が劣化するのを防止できるとともに、レンズの成形のサイクルタイムを短縮して生産性の向上を図ることができる。
【００８８】
なお、成形品としての凹レンズ４には、上述のゲート６１，６２等で成形された非製品部分（ゲート部４３、ランナー部４４等）が繋がった状態となっているので、これを切断する必要がある。この際にフランジ部４２の外周面は凹レンズ４を固定する際の位置決めに用いられる可能性があるので、フランジ部４２の外周面から切断された残りの非製品部分が突出していないことが好ましい。
このため、フランジ部４２の非製品部分が繋がっている部分をフランジ部４２側で直線状にカットすることが行われている。
【００８９】
また、フランジ部４２の非製品部分が繋がる位置を予め直線状にカットした形状に成形することで、非製品部分が繋がる位置が、フランジ部４２の外周面と重なる仮想円より少し内側に入り込んだ形状とし、このフランジ部４２の前記仮想円より内側の部分で非製品部分をカットする構成としてもよい。すなわち、凹レンズ４およびレンズ成形空間部３の形状をその外周面が円となる形状ではなく、円の一部を直線状にカットした形状としてもよい。
また、凹レンズとして、一方側が凹面で他方側が平面のレンズや、両面が凹面となったレンズに適応できる。
以上、中心部の薄い凹型レンズについて説明してきたが、これに限定されるものではなく、例えば、中心部の薄いメニスカスレンズにも適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１ 固定金型（金型）
２ 可動金型（金型）
３ レンズ成形空間部（キャビティ）
３１ 光学機能成形部
３２ フランジ成形部
４ 凹レンズ（レンズ）
４１ 光学機能部
４２ フランジ部
５１，５２ ランナー
６１，６２ ゲート
１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７ 断熱層
１８、２８ 表面成形層
ｗ ウェルドライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄い樹脂製のレンズを成形するための射出成形金型およびこの射出成形金型を用いた射出成形方法および薄い樹脂製のレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話やスマートフォン等に高解像度の小型カメラが内蔵されている。また、自動車のバック時に後方を撮影したり、自動車の前方の障害物を撮影したり、事故等が発生した場合にそれを記録したりするための車載カメラや、玄関ドアの外を撮影する防犯カメラ等として、小型で高解像度のカメラが用いられる場合がある。
【０００３】
これらのカメラでは、複数枚のレンズを光軸方向に並べて固定したレンズユニットが用いられている。このようなレンズユニットを、例えば、携帯電話やスマートフォン等の厚さの薄い機器に内蔵する場合に、前記レンズユニットの光軸方向に沿った長さが制限されることになる。したがって、レンズユニット内の各レンズの薄型化が求められる。例えば、レンズユニット内で用いられる凹レンズは、その最も薄い部分の厚さ（光軸方向に沿った厚さ）をできるだけ薄くすることによって、レンズ全体の厚さを薄くすることが可能である。
【０００４】
そこで、できるだけ中心部の薄い樹脂製の凹レンズが求められている。
このような樹脂製（熱可塑性樹脂製）のレンズの射出成形においては、射出成形金型に射出される溶融樹脂が、流動性を有するように、その溶融樹脂のガラス転移点温度よりかなり高い温度とされるのに対して、射出成形金型は、少なくとも成形されたレンズを金型から取り出す前に、レンズを冷却硬化させるために、上述のガラス転移点温度より低い温度とされる。ここで、射出成形金型は、たとえば、溶融樹脂が流入されて充填されるキャビティをそれぞれ備えた可動金型と固定金型とを有し、成形後に固定金型に対して可動金型を離すように動かすことによって成形されたレンズの取り出しが可能になっている。
【０００５】
できるだけ薄い凹レンズを成形するにあたって、前記金型のキャビティ部分の温度を射出される溶融樹脂のガラス転移点温度より低い温度に設定して、最も薄い最薄部の光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下のレンズを成形しようとすると、以下のような問題が生じることがわかった。
すなわち、凹レンズの最薄部の厚さを０．４ｍｍ以下とする射出成形金型を用いてレンズの射出成形を行うと、成形されたレンズにウェルドラインが生じる。
このウェルドラインの発生の原因として、本発明者らは、通常の樹脂成型の成型温度、すなわち溶融樹脂のガラス転移点温度より例えば５℃から１０℃程度低くされている金型を用いた凹レンズの射出成形において、金型のキャビティの最も薄くなる部分の光軸方向に沿った厚みが０．４ｍｍ以下になると、その部分における溶融樹脂の流速が極端に遅くなることを発見した。
【０００６】
上述の溶融樹脂が、そのガラス転移点温度より低いキャビティの内面に接した場合に、溶融樹脂のキャビティの内面に近接した部分では、金型に熱が伝導されて溶融樹脂の流動性が低下した状態になってしまう。それに対して、溶融樹脂のキャビティの内面からある程度離れた位置では、キャビティの内面との間に存在する溶融樹脂により熱伝導が抑制され、流動性が保たれた状態になり、溶融樹脂がある程度の流速で流れることが可能になる。
【０００７】
すなわち、キャビティの内面から０．２ｍｍ以上離れた位置では、溶融樹脂の流動性が保持されるが、それよりキャビティの内面に近いと、溶融樹脂が金型側に熱を放熱することによって急激に温度低下し、溶融樹脂の流動性が大きく低下するものと思われる。したがって、対向するキャビティの内面同士の距離が０．２ｍｍの２倍になる０．４ｍｍより狭くなると、キャビティの断面において、対向する内面から０．２ｍｍまでの部分での溶融樹脂の流動性が低くなってしまうので、溶融樹脂の流動性が保持される部分がなくなってしまう。
【０００８】
これにより、上述のように、キャビティの厚さ（すなわち、内面同士の間の距離）が０．４ｍｍ以下になると、溶融樹脂の流速が明らかに遅くなり、最終的に溶融樹脂の流れが止まる虞がある。キャビティ内で溶融樹脂の流れが止まると、溶融樹脂は金型に熱を放熱して直ぐに硬化してしまう。
この場合に、キャビティの中央部の厚さが０．４ｍｍ以下になっている部分を流れる溶融樹脂の流速より、前記中央部の外周側を流れる溶融樹脂の流速の方が速くなる。
これにより、ゲートからキャビティ内に流入した溶融樹脂のうちのキャビティの中央部を流れる溶融樹脂は、キャビティの中央部で流れが極端に遅くなるか止まった状態となっているのに対して、キャビティの中央部より左右を流れる溶融樹脂は、中央部で略止まった状態の溶融樹脂の左右を流れ、中央部を回り込むようにして、キャビティのゲートの反対側となる部分に流れる。この際に、キャビティの中央部の溶融樹脂より中央部の左右を流れた溶融樹脂の方が流速が速いことから、中央部側の未だ溶融樹脂が流れずに空隙となっている部分に、中央部の左右を流れた溶融樹脂が逆流し、逆流した溶融樹脂により空隙が埋められる。
【０００９】
ここで、凹レンズの中心部が十分厚い場合、溶融樹脂が、キャビティのゲート側部分からキャビティのゲートの反対側部分に、中央部と外周部とで大きな速度差が生じることなく、略一様に流れた場合には、溶融樹脂の流れ方向も略一様であり、流れ方向の異なる溶融樹脂どうしが会合する状態となり難い。しかし、上述のように、中央部とその左右とで溶融樹脂が異なる流れ方をすると、キャビティのゲート側から中央部の左右をそれぞれ流れた溶融樹脂がキャビティのゲートの反対側で互いに会合し、さらに、上述のように逆流した溶融樹脂が中央部をゆっくり流れるか止まった状態の溶融樹脂と会合することになる。
このようにキャビティ内で流れ方向の異なる溶融樹脂が会合した場合に、温度を低下させながら流動して会合した溶融樹脂どうしが均質に一体化せずに、ウェルドラインが発生する可能性が高い。特に、中央部を流れる溶融樹脂と、逆流した溶融樹脂との間では、中央部を流れる溶融樹脂が上述のように既に有る程度硬化している虞があり、ウェルドラインが発生してしまう。
【００１０】
ここで、一般的なウェルドラインの防止方法としては、例えば、射出成形金型のキャビティ部分の温度を溶融樹脂が射出される際に、溶融樹脂のガラス転移点温度より高く上昇させ、溶融樹脂が金型に接してガラス転移点温度以下になるのを防止し、次いで、射出成形金型のキャビティ部分の温度を下げて、前記ガラス転移点温度より低くすることによって、キャビティ内の溶融樹脂を硬化させる方法がある。
【００１１】
この方法では、金型のキャビティ部分の温度を迅速に大きく変化させるために射出成形金型の構成が煩雑なるとともに、設備コストが高くなる。また、金型の加熱や冷却の時間を必要とすることから、順次成形と成形品の取り出しとを繰り返す射出成形における一回の成形に必要な時間（サイクルタイム）が長くなり、生産性が低くなる。
【００１２】
また、上述のようにキャビティ中心部の厚さが薄いことにより発生するウェルドラインのない製品を得る方法として、ウェルドラインが発生しないように、射出成形金型のキャビティから構成されるレンズ成形空間を目的物とされるレンズよりも厚くしておき、これによりウェルドラインのないプリフォームのレンズを成型する。レンズを厚くすることにより、溶融樹脂が会合する状態になるのを抑制して、ウェルドラインの発生を防止している。成形されたプリフォームのレンズは、目的物とされるレンズより厚いので、これを再加熱しながら圧縮成形することによって、実際の製品としての厚みのレンズとする。
この方法では、射出成形機と別に圧縮成形機が必要になり設備コストが高くなる。また、射出成形にかかる時間に加えて圧縮成形に係る時間が必要になり、レンズを連続的に生産する際に、射出成形と圧縮成形とを並行的に行うものとしても、レンズの成形に必要な時間が長くなり、生産性が低下する。
【００１３】
上述の小型カメラ用の小さくて薄い凹レンズではなく、車両用灯具のレンズ、すなわち、車両のランプ部分の透明なカバーの射出成形において以下のようにウェルドラインの防止を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この車両用灯具のレンズには、開口部がある。このレンズを成形するための金型のキャビティ内には、前記開口部を形成するために溶融樹脂が入り込めない障害部があり、この障害部を避けた部分で溶融樹脂同士が会合してウェルドラインが形成される。そこで、金型のキャビティの内面に断熱層を形成することによって、金型に接した溶融樹脂が急冷されて厚いスキン層が生じるのを防止し、このスキン層同士の会合により生じるウェルドラインの発生を防止している。
【００１４】
また、上述のような金型のガラス転移点温度以上の加熱と、上述のキャビティ内面に形成される断熱層とを組み合わせて、ウェルドラインの発生の防止を図ったものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−１１１８２６号公報
【特許文献１】特開２００１−１１３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、断熱層と金型の加熱とを組み合わせた場合には、上述のガラス点移転以上に金型を加熱する場合と同じ問題が生じる。すなわち、溶融樹脂のガラス転移点温度より高い温度からガラス転移点温度より低い温度まで短期間に金型の温度を制御するための設備にコストがかかるとともに、レンズの成形のサイクルタイムが長くなることによる生産性の低下を招くことになる。
【００１７】
したがって、溶融樹脂のガラス転移点温度を挟んで急激に金型の温度を制御することなく（金型を所定温度範囲内に保持する制御は行う）、断熱層だけでウェルドラインの発生を防止することが好ましい。
しかし、上述のように小型で最薄部が０．４ｍｍ以下となる凹レンズでは、断熱層によりキャビティ内面に近接する溶融樹脂の金型への放熱による流動性の低下を防止し、キャビティの中央部でも溶融樹脂が有る程度の流速で流れるようにしても、厚さが薄い中央部を流れる溶融樹脂の流速より、中央部の左右となる厚さの厚い外周部を流れる溶融樹脂の流速の方が速くなる可能性が高く、キャビティのゲートの反対側部分で、キャビティの中央部を流れる溶融樹脂と、キャビティの中央部の左右をそれぞれ流れる溶融樹脂とが会合する状態となってしまう。
【００１８】
この場合、０．４ｍｍ以下の最薄部でない部分でもキャビティの厚みが薄いことから、会合する溶融樹脂の厚さが薄くなるとともに、放熱して温度低下し易い。したがって、ウェルドラインの発生を防止することが困難である。但し、断熱層の厚さをかなり厚くすることにより、金型への放熱による溶融樹脂の温度低下をさらに抑制するものとすれば、上述のようにキャビティ内で溶融樹脂どうしが会合してしまうものであっても、会合する溶融樹脂の温度が例えば溶融樹脂のガラス転移点温度より高いことにより、ウェルドラインの発生を防止できる可能性がある。
しかし、この場合に、厚い断熱層により、溶融樹脂の温度が高い状態に保持されてしまい、キャビティ内に溶融樹脂が満たされた後に、溶融樹脂が金型から取り外せる程度に冷却硬化されるまで時間がかることになる。これにより順次レンズを成形していく場合のサイクルタイムが長くなり、生産性が低下する。
【００１９】
すなわち、基本的にレンズの厚さを薄くしたことによって、前記サイクルタイム、特に、サイクルタイムのうちの成形後の冷却にかかる時間が短くなるはずであるが、断熱性能が極めて高い断熱層を設けることによって、冷却時間が長くなり、サイクルタイムを短くできず、生産性が低下するといった問題がある。
【００２０】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、最薄部が０．４ｍｍ以下となる樹脂製の薄い凹レンズにおいて、ウェルドラインによる光学特性の低下を防止し、かつ、生産性の低下を防止できる射出成形金型、射出成形方法およびレンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の射出成形金型は、射出された溶融樹脂が流入してレンズが成形されるレンズ成形空間部を少なくとも一対の金型で構成する射出成形用金型であって、
前記レンズ成形空間部は、前記レンズとしての光学機能を有する光学機能部を成形する光学機能成形部と、前記光学機能部の周囲に設けられ、前記レンズの固定に用いられるフランジ部を成形するフランジ成形部とを備え、
前記光学機能成形部の最も薄い最薄部における前記レンズの光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、かつ、前記フランジ成形部の最も厚い最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが前記光学機能成形部の前記最薄部の前記厚さより厚くされ、
前記レンズ成形空間部の内面である成形面には、前記金型より熱伝導率の低い断熱層が設けられ、
少なくとも前記光学機能成形部には、前記断熱層を覆い、射出される溶融樹脂に接触する表面成形層が設けられ、
前記断熱層の材質および厚さは、
前記フランジ成形部に繋がるゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、前記フランジ成形部の前記ゲートに対向する側で会合する際に、
前記ゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部から前記最薄部を含む前記光学機能成形部を通った溶融樹脂が前記ゲートに対向する側で前記光学機能成形部と前記フランジ成形部との境界を越えて前記フランジ成形部に至るように設定され、
前記フランジ成形部にだけウェルドラインが形成されるようになっていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１に記載の発明においては、少なくとも一対の金型で構成され、レンズを成形するレンズ成形空間部（キャビティ）は、レンズの光学機能を有する光学機能部を成形する光学機能成形部と、レンズの光学機能部の周囲でレンズの固定等に用いられるフランジ部を成形するフランジ成形部とを備えている。
また、レンズ成形空間部は、光学機能成形部の最薄部の厚さが０．４ｍｍとされ、フランジ成形部の最厚部はそれより厚くなっている。
【００２３】
レンズ成形空間部の内面には、断熱層が形成され、さらに、少なくともレンズ成形空間部の光学機能成形部では、断熱層上に溶融樹脂と接触する表面成形層が設けられている。
断熱層によって、レンズ成形空間部に射出された溶融樹脂の熱が金型に伝導されて溶融樹脂の温度が低下する際の温度低下速度が遅くなる。これにより、レンズ成形空間部の内面に接触する溶融樹脂の前記内面に近接する部分の流動性低下が抑制される。
【００２４】
したがって、厚さが０．４ｍｍ以下とされた光学機能成形部の最薄部においては、流動性が大きく低下する部分の厚さが成形面から０．２ｍｍより薄くなり、０．４ｍｍ以下の最薄部の中央部で流速が速い部分が存在することになる。
【００２５】
この断熱層により最薄部を含む光学機能成形部を通る溶融樹脂の流速が速くなることで、レンズ成形空間部を流れる溶融樹脂のうちの光学機能成形部の周囲のフランジ成形部を左右に別れて流れる溶融樹脂の先端縁どうしが、レンズ成形空間部のゲートの反対側（ゲートに対向する側）で会合する際に、光学機能成形部を通る溶融樹脂の先端縁がゲートに対向する側で、光学機能成形部とフランジ成形部との境界を越えてフランジ成形部側に至るようにされている。
【００２６】
この場合に、光学機能成形部の周囲のフランジ成形部を左右を流れる溶融樹脂の先端縁と、光学機能成形部を流れる溶融樹脂の先端縁とは、光学機能成形部の外側のフランジ成形部で会合することになる。これにより、溶融樹脂同士が会合することにより生じるウェルドラインは、フランジ成形部だけに形成され、光学機能成形部では形成されない。
この射出成形金型で成形されたレンズは、光学機能部にウェルドラインが無いので、ウェルドラインの発生により、光学機能部の光学特性が大きく劣化させられることがない。
【００２７】
ここで、断熱層の断熱性能が高ければ、溶融樹脂の充填時にレンズ成形空間部の最終的に残った空間内に溶融樹脂が充填される際に、溶融樹脂の温度が断熱層により高く保持され、ウェルドラインの発生を防止できる可能性が高い。しかし、この場合に、成形されたレンズの冷却に時間がかかり、レンズの成形のサイクルタイムが長くなり、レンズの生産性が低下してしまう。
【００２８】
それに対して、フランジ部にウェルドラインが残る程度に、断熱層の断熱性能を設定することによって、成形されたレンズの冷却にかかる時間が長くなるのを抑制し、レンズの成形のサイクルタイムを短くして、生産性の向上を図ることができる。
【００２９】
請求項２に記載の射出成形金型は、請求項１に記載の発明において、前記フランジ成形部の最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能成形部の最薄部の前記光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっていることを特徴とする。
【００３０】
請求項２に記載の発明においては、フランジ成形部が光学機能成形部の最薄部より１．５倍以上厚くなっていることによって、断熱層を設けても、最薄部を通過する溶融樹脂よりフランジ部側を通過する溶融樹脂の流速が速くなる可能性が高く、ウェルドライン発生の抑制がより困難になる。したがって、ウェルドラインの発生を完全に抑制可能な構造とした場合に、レンズの成形のサイクルタイムがより長くなる。それに対して、上述のように光学機能成形部より外側のフランジ成形部にだけウェルドラインを発生させるようにすることによって、サイクルタイムを短縮してレンズの生産性の向上を図ることができる。
【００３１】
請求項３に記載の射出成形金型は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記一対の金型には、前記レンズ成形空間に樹脂を流入させる樹脂の通路としてスプルー、ランナーおよび前記ゲートが設けられ、前記スプルー、前記ランナーおよび前記ゲートの前記溶融樹脂と接する内面に、前記断熱層が設けられていることを特徴とする。
【００３２】
請求項３に記載の発明においては、溶融樹脂が一対の金型のレンズ成形空間部に至る前に、スプルー、ランナーおよびゲートを通過した際に、金型側に熱を伝導して温度が低下しすぎるのを防止することができる。レンズ成形空間部の光学機能成形部の最薄部における溶融樹脂の流速を高めるためには、溶融樹脂の温度低下ができるだけ少ないことが好ましく、スプルー、ランナーおよびゲートの内面にも断熱層を設けることによって、最薄部における溶融樹脂の流速を確実に速くし、光学機能成形部内にウェルドラインが発生するのを防止できる。
【００３３】
請求項４に記載の射出成形方法は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の射出成形金型を用いた射出成形方法であって、射出成形時に前記金型の温度を前記溶融樹脂のガラス転移点温度より低い所定の温度範囲に保持するように設定することを特徴とする。
【００３４】
請求項４に記載の発明においては、請求項１から請求項３に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
また、射出成形時の前記金型の温度範囲を前記溶融樹脂のガラス転移点温度より低い所定の温度範囲に保持するので、レンズを連続的に成形する際に、金型を前記溶融樹脂のガラス転移点温度以上に昇温した後に、前記溶融樹脂のガラス転移点温度より低く降温する時間を必要とせず、サイクルタイムが長くなるのを防止できる。また、前記溶融樹脂のガラス転移点温度を挟んで金型を迅速に昇温および降温するための煩雑な設備を必要とせず、設備コストの増加を防止できる。
【００３５】
請求項５に記載のレンズは、光学機能を有する光学機能部と、前記光学機能部の周囲に設けられ、固定される際に用いられるフランジ部とを備えた樹脂製のレンズであって、
前記光学機能部の最も薄い最薄部における前記光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、かつ、前記フランジ部の最も厚い最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが前記光学機能部の前記最薄部の前記厚さより厚くされ、
前記光学機能部より外側の前記フランジ部にだけウェルドラインが形成されていることを特徴とする。
【００３６】
請求項５に記載の発明においては、光学機能部の最薄部の厚さを０．４ｍｍ以下とし、それよりフランジ部を厚くしたレンズにおいて、フランジ部だけにウェルドラインを形成するようにしたことによって、射出成形による製造時に、レンズにウェルドラインが発生しないように製造した場合よりも、レンズの成形のサイクルタイムを短縮して、レンズの生産性の向上を図ることができる。また、レンズの光学機能部にはウェルドラインが形成されていないので、レンズの光学特性が形成されたウェルドラインにより低下するのを防止することができる。
【００３７】
請求項６に記載のレンズは、請求項５に記載の発明において、前記フランジ部の前記最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能部の前記最薄部の前記光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっていることを特徴とする。
【００３８】
請求項６に記載のレンズにおいては、フランジ部が光学機能部の最薄部より１．５倍以上厚くなっていることによって、製造時にウェルドライン発生の抑制がより困難になり、ウェルドラインの発生を完全に抑制するとよりレンズの成形のサイクルタイムが長くなる。それに対して、光学機能成部より外側のフランジ部にだけウェルドラインを発生させるようにすることによって、サイクルタイムを短縮してレンズの生産性の向上を図ることができる。また、光学機能部の最薄部を薄くしても、フランジ部によりレンズの強度を確保できる。
【００３９】
請求項７に記載のレンズは、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記光学機能部を成形する光学機能成形部と、この光学機能成形部の周囲に設けられて前記フランジ部を成形するフランジ成形部とを有するレンズ成形空間部を備えた射出成形金型で射出成形され、
前記フランジ成形部に繋がるゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、前記フランジ成形部の前記ゲートに対向する側で会合する際に、
前記ゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部から前記最薄部を含む前記光学機能成形部を通った溶融樹脂が前記ゲートに対向する側で前記光学機能成形部と前記フランジ成形部との境界を越えて前記フランジ成形部に至っていたことにより、前記フランジ部にだけウェルドラインが形成されていることを特徴とする。
【００４０】
請求項７に記載のレンズにおいては、製造時に、レンズ成形空間部内では、ゲートから流入した溶融樹脂うちのフランジ成形部の光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、フランジ成形部の光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、フランジ成形部のゲートに対向する側で会合する。この際に、ゲートからレンズ成形空間部内に流入された溶融樹脂のうちのフランジ成形部から最薄部を含む光学機能成形部を通った溶融樹脂がゲートに対向する側で光学機能成形部とフランジ成形部との境界を越えてフランジ成形部に至ることで成形される。これにより、ウェルドラインは、フランジ部にだけ形成されることになり、請求項５に記載の発明ど同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の射出成形金型、射出成形方法およびレンズによれば、極めて薄い凹レンズを射出成形する際に、レンズの成形のサイクルタイムが長くなるのを防止しつつ、ウェルドラインにより光学特性が低下するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態の射出成形金型を示す要部断面図である。
【図２】前記射出成形金型の可動金型を示す要部正面図である。
【図３】溶融樹脂の放熱を説明するための前記射出成形金型のランナーを示す要部概略断面図であって、（ａ）は断熱層が無い場合を示す図であり、（ｂ）は断熱層が有る場合の図である。
【図４】ゲートを切り離す前の成形された凹レンズを示し、断熱層が有る場合の溶融樹脂の流動過程を示す平面図である。
【図５】ゲートを切り離す前の成形された凹レンズを示す断面図である。
【図６】ゲートを切り離した凹レンズを示す斜視図である。
【図７】ゲートを切り離す前の成形された凹レンズを示し、断熱層が無い場合の溶融樹脂の流動過程を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１から図３に示すように、第１実施形態の射出成形金型は、周知の射出成形機で用いられる金型であり、一対の金型として、固定金型（第１金型）１と、可動金型（第２金型）２とを備えている。なお、図１に示されるのは、固定金型１および可動金型２それぞれの型板のレンズを成形する成形面を有するキャビティプレート部分である。
【００４４】
これらキャビティプレートには、レンズを複数個取りするように、複数組のキャビティ１１，２１が設けられている（図１にはキャビティ１１，２１を一組だけ図示、図２にはキャビティ２１を一つだけ図示）。固定金型１のキャビティプレートと、可動金型２のキャビティプレートを突き合わせた際に、固定金型１のキャビティ１１と可動金型２のキャビティ２１が突き合わせれてこれらキャビティ１１，２１からなるレンズ成形空間部（キャビティ）３が形成されている。なお、この例では、図１に示すように、レンズ成形空間部３の主要部分が可動金型２側のキャビティ２１で形成されている。
【００４５】
また、固定金型１および可動金型２それぞれのキャビティ１１，２１は、光学機能を有する光学機能部４１と、その周囲に設けられ、位置決めおよび固定に用いられるフランジ部４２とからなる凹レンズ４（図４および図５に図示）を成形するためのものである。凹レンズ４は、光学機能部４１の中心軸（光軸）を中心とした回転対称の形状を有している。
この成形される凹レンズ４に対応して、レンズ成形空間部３は、凹レンズ４の光学機能部４１を成形する光学機能成形部３１と、光学機能成形部３１の周囲に設けられ、凹レンズ４のフランジ部４２を成形するフランジ成形部３２とを備える。
【００４６】
また、固定金型１および可動金型２には、キャビティプレートの光学機能成形部３１に対応する部分に入れ子１２，２２が挿入される円柱状の孔１３，２３がそれぞれ形成され。この孔１３、２３に円柱状の入れ子１２、２２が回転可能に挿入されている。入れ子１２，２２の先端面が前記光学機能成形部３１で凹レンズ４の光学機能部４１を成形する成形面が形成されている。
【００４７】
また、光学機能成形部３１の中心軸と、入れ子１２，２２の中心軸とが一致させられている。入れ子１２，２２の径は、光学機能成形部３１の径より大きくなっており、入れ子１２，２２の先端面が、上述のように光学機能成形部３１で凹レンズ４の光学機能部４１の成形面になるとともに、光学機能部４１の周囲のフランジ部４２の内周側部分の成形面になっている。また、上述の固定金型１および可動金型２のキャビティプレートの先端面の入れ子１２，２２の周囲が、フランジ成形部３２の外周側部分に対応し、凹レンズ４のフランジ部４２の外周部分を成形するようになっている。
【００４８】
光学機能成形部３１は、凹レンズ４を成形するために、外周側から中央側に向かうにつれて、固定金型１側の内面と、可動金型２側の内面との間の距離（成形される凹レンズ４の光軸方向に沿った距離）が短くなるように形成されている。光学機能成形部３１の中央で、上述の距離が最も短くなる。
前記内面間の距離をレンズ成形空間部３の厚さとし、光学機能成形部３１の略中央になる部分が最も厚さが薄い最薄部になる。この実施形態の光学機能成形部３１の最薄部の成形される凹レンズ４の軸方向に沿った厚さは、例えば、０．４ｍｍ以下にされている。
【００４９】
凹レンズ４を他のレンズと組み合わせて薄い装置に内蔵させる場合に、凹レンズ４はできるだけ薄いことが好ましく、光学機能成形部３１の最薄部の厚さが、０．３ｍｍ以下であってもよい。光学機能部４１の最も薄い最薄部を薄くすることにより、光学機能部４１の最も厚い部分を薄くしても、凹レンズとしての光学特性を満足させることができる。すなわち、光学機能部４１の最も薄い最薄部を薄くすることにより、凹レンズ４全体の厚さを薄くできる。
【００５０】
フランジ成形部３２は、凹レンズ４の外周部であるフランジ部４２を成形する部分であり、光学機能成形部３１の前記光軸方向に沿った厚さが最も厚い部分と同じ厚さになっている。基本的にフランジ成形部３２の厚さは略一様になっている。なお、凹レンズ４のフランジ部４２に、凹部や切欠部を設けたり、凸部を設けてもよく、フランジ成形部３２の厚さが一様でなくてもよい。
【００５１】
このフランジ成形部３２の最も厚い最厚部の成形される凹レンズ４の光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能成形部の最も薄い最薄部の成形される凹レンズ４の光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっている。なお、２倍以上や３倍以上になっていてもよいが、凹レンズ４の厚さを薄くするためには、フランジ成形部３２の厚さが薄い方が好ましい。ただし、光学機能成形部３１の最も厚い部分より薄くしても、凹レンズ４の最も厚い部分の厚さは薄くならない。
【００５２】
また、固定金型１および可動金型２には、固定金型１に設けられた図示しないスプルーを介して射出された溶融樹脂が流入するランナー５１，５２が設けられ、ランナー５１，５２とキャビティ１１，２１との間にゲート６１，６２が設けられている。ゲート６１，６２は、その主要部が可動金型２側に設けられている。
そして、固定金型１および可動金型２の溶融樹脂と接触する部分には、全て断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７が形成されている。
【００５３】
すなわち、入れ子１２，２２の先端面に断熱層１４，２４が形成されている。また、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのフランジ成形部３２の外周部分に対応する部分に断熱層１５，２５が設けられている。また、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのランナー５１，５２に対応する部分に断熱層１７，２７が設けられている。また、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのゲート６１，６２に対応する部分に断熱層１６，２６が設けられている。図示しないスプルーの内面にも断熱層が形成されている。
【００５４】
また、入れ子１２，２２においては、上述の断熱層１４，２４の表面にさらに表面成形層１８、２８が設けられている。表面成形層１８，２８は、入れ子１２，２２の先端面だけではなく、先端面から先端部の外周面にまで形成されている。
【００５５】
前記断熱層は、例えば、熱可塑性のポリイミド系の樹脂や、熱硬化性のエポキシ系の樹脂等を用いるものとしてもよいし、酸化ジルコニウム系，酸化アルミニウム系，酸化チタン，酸化クロム系等のセラミックスを用いてもよい。但し、固定金型１および可動金型２に耐久性を考慮した場合に、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７を樹脂ではなくセラミックスで構成することが好ましい。
この実施形態では、ジルコニア（ＺｒＯ２）セラミックスを用い、固定金型１および可動金型２の上述の断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７が形成される部分に溶射によって断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７を形成する。
【００５６】
また、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚みは、凹レンズ４を成形した際に、凹レンズ４の光学機能部４１の外側のフランジ部４２だけにウェルドラインが発生するように設定される。これは、例えば、実験等によりデータを求め、ウェルドラインが光学機能部４１より外側のフランジ部４２に設けられ、かつ、できるだけ凹レンズ４の成形のサイクルタイムが短くなるように設定される。なお、凹レンズ４の材料になる合成樹脂によっても、最適な断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚みが異なる可能性がある。
【００５７】
ここで、例えば、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７を溶射により形成されたジルコニアセラミックスとした場合に、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚さを１００μｍ〜１．０ｍｍとすることが好ましい。
断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚みを１００μｍ以上とすることにより、上述のようにレンズ成形空間部３の光学機能成形部３１の最薄部の厚さが０．４ｍｍ以下で、レンズ成形空間部３のフランジ成形部３２の厚さが、光学機能成形部３１の最薄部の厚さの１．５倍以上であっても、凹レンズ４の光学機能部４１にウェルドラインが発生するのを防止することができ、フランジ部４２にだけウェルドラインが発生した状態になる。
【００５８】
また、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚みを１．０ｍｍ以下とすることにより、上述のようにレンズ成形空間部３の光学機能成形部３１の最薄部の厚さが０．４ｍｍ以下で、レンズ成形空間部３のフランジ成形部３２の厚さが、光学機能成形部３１の最薄部の厚さの１．５倍以上であっても、凹レンズ４のフランジ部４２にだけウェルドラインが発生し、かつ、凹レンズ４のサイクルタイムが長くなるのを防止することができる。
また、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚さを１５０μｍ〜５００μｍとすることがより好ましい。さらに、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の厚さを２００μｍ〜３００μｍとすることがより好ましい。上述に例
は、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７をジルコニアセラミックスとした場合のものである。断熱層の種類や成型温度により、必要な断熱層の厚さは異なるが、断熱層の熱伝導率を考慮して、断熱層の厚さは決定される。
断熱層の熱伝導率は、金型の熱伝導率をα（Ｗ／（ｍ・ｋ））とした場合に、０．１α〜０．０１αの範囲が望ましい。すなわち、断熱層の熱伝導率は、金型の熱伝導率の１／１０以下で１／１００以上となっていることが好ましい。
【００５９】
なお、入れ子１２，２２の先端面に形成され、凹レンズ４の主に光学機能部４１を成形するための断熱層１４，２４と、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートの前記入れ子１２，２２の周囲で、凹レンズ４の主に凹レンズ４のフランジ部４２を成形するための断熱層１５，２５と、固定金型１および可動金型２のゲート６１，６２の内面に形成される断熱層１６、２６と、固定金型１および可動金型２のランナー５１，５２の内面に形成される断熱層１７、２７と、図示しないスプルーの内面に形成される断熱層とで厚みを異なるものとしてもよい。
【００６０】
例えば、レンズ成形空間部３側の断熱層１４，１５、２４，２５に対して、レンズ成形空間部３に溶融樹脂を誘導する側の断熱層１６，１７、２６，２７（スプルー内面の断熱層を含む）を厚くするものとしてもよい。この場合に、断熱層１４，１５、２４，２５の厚さが上述の範囲内になっていれば、断熱層１６，１７、２６，２７（スプルー内面の断熱層を含む）が上述の厚さの範囲より厚くなっていてもよい。
このような構成とすることによって、レンズ成形空間部３に達する前の溶融樹脂の温度が低下してしまうのを確実に防止し、光学機能部４１にウェルドラインが形成されるのをさらに抑制することができる。
【００６１】
表面成形層１８，２８は、凹レンズ４の光学機能部４１を成形するために、例えば、鏡面加工が施される部分であり、例えば、ニッケル系合金等の合金をメッキしたものである。この実施形態では、ニッケル・リンがメッキされている。また、光学機能部４１に微細な形状が形成される場合には、表面成形層１８，２８に光学機能部４１の表面に転写される微細な加工を施すものとしてもよい。また、表面成形層１８，２８の厚さは、例えば、１００μｍ〜２００μｍであることが好ましい。
【００６２】
このような射出成形金型を用いた射出成形方法においては、固定金型１と可動金型２とから形成されるレンズ成形空間部３に射出された溶融樹脂がスプルー、ランナー５１，５２およびゲート６１，６２を介して流入されることになる。この際に、溶融樹脂の温度は、溶融樹脂が流動性を有するように、射出される溶融樹脂のガラス転移点温度より高い温度範囲に設定することになるが、基本的に従来と同様の温度範囲に設定して、射出成形を行うことができる。
【００６３】
また、射出時の溶融樹脂の時間当たりの射出量（流速）は、レンズ成形空間部３内をゲート６１，６２側からゲート６１，６２側の反対側に流動する際に、溶融樹脂の先端縁が、後述のようにＶ字状になり難くするように、設定することが好ましい。
【００６４】
また、射出成形時の固定金型１および可動金型２の温度は、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７を介した溶融樹脂から固定金型１および可動金型２への放熱により、溶融樹脂の流動性が低下することに基づき、光学機能成形部でウェルドラインが生成することがない温度以上で、かつ、溶融樹脂がレンズ成形空間部３に略充填された後に、速やかに溶融樹脂が硬化可能な温度になっている必要がある。固定金型１および可動金型２の温度は、従来と同様に溶融樹脂のガラス転移点温度より５℃〜１０℃低い温度範囲に設定しても良いが、サイクルタイムを速くするために、固定金型１および可動金型２の温度は、ガラス転移点温度より１０℃〜２０℃低い温度範囲に設定することが好ましい。
【００６５】
ここで、この実施形態では、固定金型１および可動金型２の温度を従来より低くしても、入れ子１２，２２の先端面に断熱層１４，２４が形成され、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのフランジ成形部３２の外周部分に対応する部分に断熱層１５，２５が設けられているので、すなわち、レンズ成形空間部３の内周面に断熱層１４，１５，２４，２５が形成されているので、溶融樹脂がレンズ成形空間部３の内周面に接したときに、急激に冷却されるのを防止でき、上述のようにフランジ部４２にだけウェルドラインが形成されるようにすることが可能である。
【００６６】
特に、この実施形態においては、レンズ成形空間部３の内周面だけではなく、固定金型１および可動金型２のキャビティプレートのランナー５１，５２に対応する部分に断熱層１７，２７が設けられ、ゲート６１，６２に対応する部分に断熱層１６，２６が設けられ、さらにスプルーの内周面にも断熱層が設けられているので、上述のように固定金型１および可動金型２の温度を従来より低くても、溶融樹脂がレンズ成形空間部３に至る前に必要以上に温度が低下してしまうのを防止できる。これにより、上述のように、フランジ部４２にだけウェルドラインが形成されるようにすることが可能である。
【００６７】
また、固定金型１および可動金型２の温度を、溶融樹脂のガラス転移点温度より高くなるように昇温し、昇温後に溶融樹脂のガラス転移点温度より低くなるように降温する温度制御を行わずに、例えば、周知の金型温度調節機により、溶融樹脂のガラス点移転温度より低い上述の温度範囲内に固定金型１および可動金型２の温度を保持する制御、基本的には、溶融樹脂のガラス転移点温度から所定温度差だけ低い略一定の温度に保持する制御だけ行う。したがって、レンズの成形のサイクルタイムに、固定金型１および可動金型２の昇温や降温のための時間を必要としない。また、迅速に昇温や降温を行うための設備を必要としない。
【００６８】
上述の射出成形金型で上述の射出成形方法で成形された凹レンズ４は、図４〜図６に示すように、円形状の光学機能部４１の周囲に円環状のフランジ部４２を備えた形状になっている。なお、図４における二点鎖線は、射出成形時の溶融樹脂の流動過程（流動する溶融樹脂の先端縁の位置）を段階的に示したものである。
また、図４、図５においては、凹レンズ４からゲート６１，６２で成形されたゲート部４３およびランナー５１，５２で成形されたランナー部４４を除去していない状態を図示している。
【００６９】
この凹レンズ４は、光学機能部４１の最も薄い最薄部における凹レンズ４の光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、光学機能部４１の周囲に形成されたフランジ部４２の最も厚い最圧部の厚さが光学機能部４１の最薄部の厚さの１．５倍以上とされている。
また、光学機能部４１においては、光学機能部４１の中央部が最も薄く、光学機能部４１の最外周が最も厚くなっている。また、フランジ部４２は、厚さが略一様とされるとともに、その厚さが光学機能部４１で最も厚い最外周部（光学機能部４１とフランジ部４２との境界）と略同じ厚みとされている。
【００７０】
また、上述の射出成形金型を用いた射出成形方法により形成された凹レンズ４においては、凹面を有し、実際に凹レンズとしての光学特性を有する光学機能部４１にはウェルドラインがなく、ウェルドラインによって光学特性が低下させられることがない。
また、フランジ部４２には、ウェルドラインが発生している。
【００７１】
また、凹レンズ４の材料としては、たとえば、ポリメタクリル酸メチレン樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー樹脂（ＣＯＣ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリエステル樹脂（ＰＥ）等を好適に用いることができるが、これらに限られるものではない。
【００７２】
上述の射出成形金型を用いた凹レンズ４の射出成形方法においては、設定された温度にされた溶融樹脂がスプルーに射出され、溶融樹脂はスプルーから、ランナー５１，５２を通ってゲート６１，６２からキャビティとしてのレンズ成形空間部３に流入する。
ここで、図１に示すように、スプルー、ランナー５１，５２、ゲート６１，６２、レンズ成形空間部３の光学機能成形部３１およびフランジ成形部３２に内面に、上述のように、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７が形成されている。したがって、例えば、図３（ａ）に示すように、例えば、ランナー５１，５２を通過する溶融樹脂Ｐは、断熱層１７，２７がない固定金型１ａおよび可動金型２ａの場合に、溶融樹脂Ｐのガラス転移点温度より低く、熱伝導率の高い固定金型１ａおよび可動金型２ａに対して溶融樹脂Ｐから矢印で示されるように大きな放熱が生じ、溶融樹脂のランナー５１，５２の内面に近接する部分（二点鎖線で示される部分）の流動性が大きく低下する。それに対して、ランナー５１，５２の内面に断熱層１７，２７を設けることによって、溶融樹脂Ｐから固定金型１および可動金型２への矢印で示される放熱が断熱層１７，２７で弱められ、溶融樹脂Ｐのランナー５１，５２の内面に近接する部分でも有る程度の流動性を持たせることができる。または、流動性が低下する部分の厚さを薄くできる。
【００７３】
このように断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７によって、溶融樹脂の降温速度を遅くし、溶融樹脂の流動性の低下を遅らせることができる。また、光学機能成形部３１の厚さが０．４ｍｍ以下の最薄部とその近傍においては、溶融樹脂が固定金型１および可動金型２に直接接触することによって、接触した溶融樹脂を含む固定金型１および可動金型２に近接した溶融樹脂が大きな放熱により温度低下し、その部分の流動性が大きく低下するのを防止できる。これにより、光学機能成形部３１の最薄部でも溶融樹脂の流動性を保持して流動可能としている。
【００７４】
レンズ成形空間部３に流入した樹脂は、概略円板状のレンズ成形空間部３をゲート６１，６２の接続部分からレンズ成形空間部３のゲート６１，６２の反対側（ゲート６１，６２に対向する側）に向って流動する。この際に、概略円板状のレンズ成形空間部３の左右幅に対応して左右に広がりながら流れ、流動する溶融樹脂の先端縁がレンズ成形空間部３のゲート６１、６２の反対側に到達してレンズ成形空間部３が溶融樹脂に満たされた状態になる。
【００７５】
この際にウェルドラインが発生する要因は、レンズ成形空間部３への溶融樹脂の充填時に、流動する溶融樹脂の先端縁同士が会合する状態になることによる。例えば、円形状の凸レンズの成形時には、円板状のレンズ成形空間部の中央部分が最も厚くなることから、流動する溶融樹脂の先端縁は、中央部がその外側より早く進みため凸状になり、ランドに対向する側に溶融樹脂が到達する際に、２方向から溶融樹脂が会合する状態になり難く、ウェルドラインが発生し難い。
【００７６】
このような凸レンズに対して凹レンズ４の場合には、ウェルドラインｗが発生し易い状態となる。図７は、ゲート部４３を切断していない状態の凹レンズ４を示すとともに、二点鎖線ａ〜ｄで溶融樹脂の充填状態（流動する溶融樹脂の先端縁の位置）を段階的に図示したものである。また、図７に示す凹レンズ４では、二点鎖線ａ〜ｄは、射出成形用金型に断熱層を設けなかった場合もしくは断熱層の断熱性能が十分でなかった場合の溶融樹脂の充填状態を示しており、ウェルドラインｗが光学機能部４１からフランジ部４２に渡って形成されている比較例を示している。
【００７７】
凹レンズ４の場合で、特に外周部に厚いフランジ部４２がある場合には、例えば、図７に二点鎖線ａで示されるように、レンズ成形空間部３に溶融樹脂が流入開始直後は、ほぼ一様の厚さのフランジ部４２を形成するフランジ成形部３２に溶融樹脂が流入するため、基本的に流動する溶融樹脂の先端縁が凸状の曲線になる。
【００７８】
次に、溶融樹脂の先端縁の中央部が光学機能部４１を成形する光学機能成形部３１に入り込むと、中央部の厚さが薄くなっていくことから、溶融樹脂の先端縁は、二点鎖線ｂで示すように、中央部の流速が、相対的に厚みのある光学機能部４１の外周部分での流速に対して、遅くなり、凹状の曲線になる。
さらに、溶融樹脂の先端縁の中央部が、光学機能成形部３１の厚さが０．４ｍｍ以下の最薄部としての中央部を通過する際には、溶融樹脂の先端縁は、二点鎖線ｃで示されるように、中央部の流速がさらに遅くなり、大きく凹んだ状態の中央部に対して、中央部より左右になる部分がかなり先に進んで突出した状態になる。
【００７９】
ここで、二点鎖線ｃの中央部では、流速が遅いことから、光学機能部４１の中央の位置に対して僅かしか進まないのに対して、二点鎖線ｃの左右の突出部が中央部より相対的に早く進むことになり、最終的には、二点鎖線ｄに示すように、溶融樹脂の先端縁が略Ｖ字状になり、左右の溶融樹脂の先端縁が会合する状態になって、ウェルドラインｗが形成される。
この際に、二点鎖線ｃで示される段階から、二点鎖線ｄで示される段階まで、これら二点鎖線の中央部に対応する溶融樹脂の先端縁の中央部は、僅かしか流動せず、二点鎖線ｄで示される段階となっても未だ、光学機能部４１内にあり、フランジ部４２に至っていない。この状態で、左右突出部を形成している溶融樹脂同士が２点鎖線ｄに示すように会合して、ウェルドラインｗが形成される。これにより、ウェルドラインｗの一部は、光学機能部４１内に形成されてしまうことになる。また、二点鎖線ｄでは、溶融樹脂の先端縁が概略Ｖ字状になっているが、さらに、二点鎖線ｄで示される溶融樹脂の先端縁の中央部で樹脂の流れが遅れると、それより先側で、左右の突出部分が互いに接触した後も、光学機能部４１側に溶融樹脂が充填されない部分が残り、互いに会合した溶融樹脂が逆流するように光学機能部４１の中央側に向って、光学機能部側の未だ樹脂が充填されていない部分に溶融樹脂が充填される場合もある。
この場合にウェルドラインｗは、１本の直線状ではなく、複数本でかつ曲線状のものを含む場合がある。
【００８０】
それに対して、図４に示す実施の形態の凹レンズ４の成形においては、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７の断熱性能が必要十分なものとなっているので、二点鎖線ａ〜ｄで示される溶融樹脂の段階的に示される流れの先端縁の特に、二点鎖線ｃで示される溶融樹脂の先端縁の中央部の進み具合が図７に示される場合よりも早くなっている。
これにより、二点鎖線ｄで示されるように、溶融樹脂の先端縁が略Ｖ字状となった場合に、Ｖ字状の先端縁の中央部のＶ字の頂点となる部分の位置が、光学機能部４１の外側のフランジ部４２側になる。これにより、ウェルドラインｗが光学機能部側に形成されるのを防止できる。
【００８１】
以上の溶融樹脂のレンズ成形空間部３内の流れを言い換えると、レンズ成形空間部３内では、ゲート６１，６２から流入した溶融樹脂うちのフランジ成形部３２の光学機能成形部３１の右側を通った溶融樹脂と、フランジ成形部３２の光学機能成形部３１の左側を通った溶融樹脂とが、フランジ成形部３２のゲート６１，６２に対向する側で会合する。
【００８２】
この際に、図７に示すように、ゲート６１，６２からレンズ成形空間部３内に流入された溶融樹脂のうちのフランジ成形部３２から最薄部を含む光学機能成形部３１を通った溶融樹脂がゲート６１，６２に対向する側で光学機能成形部３１とフランジ成形部３２との境界を越えていないと、光学機能成形部３１内で、上述ように左右から流れる溶融樹脂が会合したり、フランジ成形部３２で会合した溶融樹脂が、光学機能成形部３１に残る空隙側に逆流したりする。この場合には、光学機能成形部３１内にウェルドラインが形成されてしまう。
【００８３】
しかし、この実施形態では、上述の断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７により、溶融樹脂から固定金型１および可動金型２への放熱を抑制して、流動性の低下を抑制しているので、図４に示すようにウェルドラインｗが光学機能部４１側に発生するのを防止できる。
すなわち、溶融樹脂の先端縁が二点鎖線ｄに示すよにＶ字状となった際に、Ｖ字状部分の頂点が光学機能部４１ではなく、光学機能部４１とフランジ成形部４２の境界を越えてフランジ成形部４２側に至るようになっている。
言い換えると、フランジ成形部３２の光学機能成形部３１の右側を通った溶融樹脂と、フランジ成形部３２の光学機能成形部３１の左側を通った溶融樹脂とが、フランジ成形部３２のゲート６１，６２に対向する側で会合する際に、ゲート６１，６２からレンズ成形空間部３内に流入された溶融樹脂のうちのフランジ成形部３２から最薄部を含む光学機能成形部３１を通った溶融樹脂がゲート６１，６２に対向する側で光学機能成形部３１とフランジ成形部３２との境界を越えてフランジ成形部３２に至るようになっている。
【００８４】
この実施形態の凹レンズ４では、最薄部が０．４ｍｍ以下となっていることによって、溶融樹脂の先端縁の左右の突出部が会合しない状態とするのは困難であり、ウェルドラインを無くすためには、溶融樹脂の先端縁が会合する際の金型に接するか近接する溶融樹脂の温度を溶融樹脂のガラス転移点温度より高める必要がある。
この場合には、固定金型１および可動金型２の溶融樹脂の充填時の温度を溶融樹脂のガラス転移点温度より高くすることが考えられる。また、極めて断熱性能が高い断熱層を設けることにより、固定金型１および可動金型２の溶融樹脂の充填時の温度を溶融樹脂のガラス転移点温度より低く設定しても、充填される溶融樹脂の温度が充填中にガラス転移点温度より低くならないようにすることが考えられる。または、これらの方法を組合わせることが考えられる。これらの場合に、溶融樹脂を固定金型１および可動金型２から取り出せる温度まで冷却するのに時間がかかることになり、凹レンズ４の成形のサイクルタイムが長くなって生産性が低下する。
【００８５】
そこで、本願発明においては、上述のようにフランジ部４２にあえてウェルドラインが発生する状態とすることにより、凹レンズ４の成形における冷却工程が長くなるのを抑制し、サイクルタイムを短縮して生産性の向上を図っている。
すなわち、この実施形態では、上述のようにレンズ成形空間部３に溶融樹脂が充填される際に、断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７により溶融樹脂の温度低下を防止することによって、溶融樹脂の流動性を高め、溶融樹脂の先端縁が図４の二点鎖線ｄに示されるように略Ｖ字状になる際に、Ｖ字の頂点が光学機能部４１（光学機能成形部３１）より外側のフランジ部４２（フランジ成形部３２）側に位置するようにしたものである。
【００８６】
断熱層１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７は、溶融樹脂の先端縁が会合する際の温度をウェルドラインが発生する温度より高い温度（溶融樹脂のガラス転移点より高い温度）に保持するためのものではなく、溶融樹脂の先端縁の左右の部分が互いに会合するより前、もしくは溶融樹脂の先端縁が略Ｖ字状になる前（先端縁の凹部の中央が凹状の曲線の状態になっている際）に、溶融樹脂の先端縁の中央部（最薄部を含む光学機能成形部３１を通過した溶融樹脂の先端縁）が、ゲート６１，６２の反対側で、光学機能部４１（光学機能成形部３１）を越えてフランジ部４２（フランジ成形部３２）に至るようにしたものである。
【００８７】
これにより、光学機能部４１にウェルドラインが発生して、凹レンズ４の光学特性が劣化するのを防止できるとともに、レンズの成形のサイクルタイムを短縮して生産性の向上を図ることができる。
【００８８】
なお、成形品としての凹レンズ４には、上述のゲート６１，６２等で成形された非製品部分（ゲート部４３、ランナー部４４等）が繋がった状態となっているので、これを切断する必要がある。この際にフランジ部４２の外周面は凹レンズ４を固定する際の位置決めに用いられる可能性があるので、フランジ部４２の外周面から切断された残りの非製品部分が突出していないことが好ましい。
このため、フランジ部４２の非製品部分が繋がっている部分をフランジ部４２側で直線状にカットすることが行われている。
【００８９】
また、フランジ部４２の非製品部分が繋がる位置を予め直線状にカットした形状に成形することで、非製品部分が繋がる位置が、フランジ部４２の外周面と重なる仮想円より少し内側に入り込んだ形状とし、このフランジ部４２の前記仮想円より内側の部分で非製品部分をカットする構成としてもよい。すなわち、凹レンズ４およびレンズ成形空間部３の形状をその外周面が円となる形状ではなく、円の一部を直線状にカットした形状としてもよい。
また、凹レンズとして、一方側が凹面で他方側が平面のレンズや、両面が凹面となったレンズに適応できる。
以上、中心部の薄い凹型レンズについて説明してきたが、これに限定されるものではなく、例えば、中心部の薄いメニスカスレンズにも適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１ 固定金型（金型）
２ 可動金型（金型）
３ レンズ成形空間部（キャビティ）
３１ 光学機能成形部
３２ フランジ成形部
４ 凹レンズ（レンズ）
４１ 光学機能部
４２ フランジ部
５１，５２ ランナー
６１，６２ ゲート
１４，１５，１６，１７，２４，２５，２６，２７ 断熱層
１８、２８ 表面成形層
ｗ ウェルドライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出された溶融樹脂が流入してレンズが成形されるレンズ成形空間部を少なくとも一対の金型で構成する射出成形用金型であって、
前記レンズ成形空間部は、前記レンズとしての光学機能を有する光学機能部を成形する光学機能成形部と、前記光学機能部の周囲に設けられ、前記レンズの固定に用いられるフランジ部を成形するフランジ成形部とを備え、
前記光学機能成形部の最も薄い最薄部における前記レンズの光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、かつ、前記フランジ成形部の最も厚い最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが前記光学機能成形部の前記最薄部の前記厚さより厚くされ、
前記レンズ成形空間部の内面である成形面には、前記金型より熱伝導率の低い断熱層が設けられ、
少なくとも前記光学機能成形部には、前記断熱層を覆い、射出される溶融樹脂に接触する表面成形層が設けられ、
前記断熱層の材質および厚さは、
前記フランジ成形部に繋がるゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、前記フランジ成形部の前記ゲートに対向する側で会合する際に、
前記ゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部から前記最薄部を含む前記光学機能成形部を通った溶融樹脂が前記ゲートに対向する側で前記光学機能成形部と前記フランジ成形部との境界を越えて前記フランジ成形部に至るように設定され、
前記フランジ成形部にだけウェルドラインが形成されるようになっていることを特徴とする射出成形用金型。
【請求項２】
前記フランジ成形部の最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能成形部の最薄部の前記光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型。
【請求項３】
前記一対の金型には、前記レンズ成形空間に樹脂を流入させる樹脂の通路としてスプルー、ランナーおよび前記ゲートが設けられ、前記スプルー、前記ランナーおよび前記ゲートの前記溶融樹脂と接する内面に、前記断熱層が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形用金型。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の射出成形金型を用いた射出成形方法であって、
射出成形時に前記金型の温度を前記溶融樹脂のガラス転移点温度より低い所定の温度範囲に保持するように設定することを特徴とする射出成形方法。
【請求項５】
光学機能を有する光学機能部と、前記光学機能部の周囲に設けられ、固定される際に用いられるフランジ部とを備えた樹脂製のレンズであって、
前記光学機能部の最も薄い最薄部における前記光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、かつ、前記フランジ部の最も厚い最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが前記光学機能部の前記最薄部の前記厚さより厚くされ、
前記光学機能部より外側の前記フランジ部にだけウェルドラインが形成されていることを特徴とするレンズ。
【請求項６】
前記フランジ部の前記最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能部の前記最薄部の前記光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ。
【請求項７】
前記光学機能部を成形する光学機能成形部と、この光学機能成形部の周囲に設けられて前記フランジ部を成形するフランジ成形部とを有するレンズ成形空間部を備えた射出成形金型で射出成形され、
前記フランジ成形部に繋がるゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、前記フランジ成形部の前記ゲートに対向する側で会合する際に、
前記ゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部から前記最薄部を含む前記光学機能成形部を通った溶融樹脂が前記ゲートに対向する側で前記光学機能成形部と前記フランジ成形部との境界を越えて前記フランジ成形部に至っていたことにより、前記フランジ部にだけウェルドラインが形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレンズ。
【請求項１】
射出された溶融樹脂が流入してレンズが成形されるレンズ成形空間部を少なくとも一対の金型で構成する射出成形用金型であって、
前記レンズ成形空間部は、前記レンズとしての光学機能を有する光学機能部を成形する光学機能成形部と、前記光学機能部の周囲に設けられ、前記レンズの固定に用いられるフランジ部を成形するフランジ成形部とを備え、
前記光学機能成形部の最も薄い最薄部における前記レンズの光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、かつ、前記フランジ成形部の最も厚い最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが前記光学機能成形部の前記最薄部の前記厚さより厚くされ、
前記レンズ成形空間部の内面である成形面には、前記金型より熱伝導率の低い断熱層が設けられ、
少なくとも前記光学機能成形部には、前記断熱層を覆い、射出される溶融樹脂に接触する表面成形層が設けられ、
前記断熱層の材質および厚さは、
前記フランジ成形部に繋がるゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、前記フランジ成形部の前記ゲートに対向する側で会合する際に、
前記ゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部から前記最薄部を含む前記光学機能成形部を通った溶融樹脂が前記ゲートに対向する側で前記光学機能成形部と前記フランジ成形部との境界を越えて前記フランジ成形部に至るように設定され、
前記フランジ成形部にだけウェルドラインが形成されるようになっていることを特徴とする射出成形用金型。
【請求項２】
前記フランジ成形部の最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能成形部の最薄部の前記光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型。
【請求項３】
前記一対の金型には、前記レンズ成形空間に樹脂を流入させる樹脂の通路としてスプルー、ランナーおよび前記ゲートが設けられ、前記スプルー、前記ランナーおよび前記ゲートの前記溶融樹脂と接する内面に、前記断熱層が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形用金型。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の射出成形金型を用いた射出成形方法であって、
射出成形時に前記金型の温度を前記溶融樹脂のガラス転移点温度より低い所定の温度範囲に保持するように設定することを特徴とする射出成形方法。
【請求項５】
光学機能を有する光学機能部と、前記光学機能部の周囲に設けられ、固定される際に用いられるフランジ部とを備えた樹脂製のレンズであって、
前記光学機能部の最も薄い最薄部における前記光軸方向に沿った厚さが０．４ｍｍ以下とされ、かつ、前記フランジ部の最も厚い最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが前記光学機能部の前記最薄部の前記厚さより厚くされ、
前記光学機能部より外側の前記フランジ部にだけウェルドラインが形成されていることを特徴とするレンズ。
【請求項６】
前記フランジ部の前記最厚部の前記光軸方向に沿った厚さが、前記光学機能部の前記最薄部の前記光軸方向に沿った厚さの１．５倍以上になっていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ。
【請求項７】
前記光学機能部を成形する光学機能成形部と、この光学機能成形部の周囲に設けられて前記フランジ部を成形するフランジ成形部とを有するレンズ成形空間部を備えた射出成形金型で射出成形され、
前記フランジ成形部に繋がるゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の右側を通った溶融樹脂と、前記フランジ成形部の前記光学機能成形部の左側を通った溶融樹脂とが、前記フランジ成形部の前記ゲートに対向する側で会合する際に、
前記ゲートから前記レンズ成形空間部内に流入された前記溶融樹脂のうちの前記フランジ成形部から前記最薄部を含む前記光学機能成形部を通った溶融樹脂が前記ゲートに対向する側で前記光学機能成形部と前記フランジ成形部との境界を越えて前記フランジ成形部に至っていたことにより、前記フランジ部にだけウェルドラインが形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレンズ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５３０３９（Ｐ２０１２−１５３０３９Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８４０（Ｐ２０１１−１４８４０）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（３９１００２７７５）マクセルファインテック株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（３９１００２７７５）マクセルファインテック株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]