JP2017537819A - 多層合成樹脂レンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

多層合成樹脂レンズの製造のために合成樹脂材料の複数の中間層が順次に射出成形装置(２０)内において基部に対し種々のキャビティ（２３、２４、２５、２６、２７）内で形成られ、少なくとも幾つかのキャビティ（２３、２４、２５、２６）が共通の材料供給（３５）付きの共通の第１の成形システム（３３）を有する。続いて第２の成形システム（３４）により合成樹脂材料から成る少なくとも１つの外側層が別のキャビティ（２７）内で形成され、第２の成形システムが固有の材料供給と固有の調整を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、合成樹脂材料の複数の中間層が順次に射出成形装置内において基材に対し異なるキャビティ内で形成られるようにした多層合成樹脂レンズの製造方法に関する。

かなり以前より光学部材、たとえば合成樹脂レンズをガラスの代わりに合成樹脂から作ることが試みられている。なぜなら合成樹脂は加工しやすく特に廉価であるからである。しかし光学部材もしくは合成樹脂レンズはたとえば両凸レンズのように比較的大きな厚みを有する場合には、レンズの中心部よりも外側および端部範囲に合成樹脂の冷却相がより急速に生じ、この間に熱収縮による機械的変形および少なくともレンズの光学的特性の変化が生じるという問題が発生する恐れがある。これを避けるために、相応するレンズを均一の合成樹脂材料で順次施された２つの層から形成することが知られている。この目的のためたとえば第１のキャビティにおいて合成材料から成る基材が射出成形される。この基材が十分な強度を有するようになると直ちに射出成形用金型が開かれ、基材が第２のキャビティ内に配置されるように位置替えされ、このキャビティ内で合成樹脂材料から成る第２の層が形成され、その際基材を形成する第１の層と形成された第２の層が結合され、１つの均一的なモノリシック部材が形成される。この部材に後続の作業工程で相応するキャビティにおいて、第３、第４の層等々を形成することができるが、これらの層は全て同一の合成樹脂材料から成る。

この場合、特に困難なのは経済的な連続製造プロセスを達成することである。なぜなら個々の層は大きさおよび厚さが異なり、したがって異なる固化時間と射出パラメータを必要とするからである。多層モノリシック光学合成樹脂レンズの製造は通常は極めて時間を要し、従ってコストが高くなるということが判明している。

本発明の課題は、相応する合成樹脂レンズを迅速かつコスト的に有利に良好な品質で製造できる多層合成樹脂レンズの製造方法を提供することにある。

この課題は請求項１の特徴を有する方法により解決される。この方法ではまず合成樹脂材料の複数の中間層が順次に１つの射出成形装置内において基材に対し異なるキャビティ内で形成され、その際少なくとも幾つかのキャビティが共通の材料供給付きの共通の第１の成形システムを有する。第１の成形システムは通常はいわゆるホットチャネルであり、これは合成樹脂および特に熱可塑性物質の射出成形装置において普通に使用されているものであり、他の射出成形用金型に対して熱的に絶縁され、より高度に温度調整されている。

本発明の基本になっている認識は、中間層が施されるもしくは形成されるときの製造パラメータが完成した合成樹脂レンズの光学的品質にとって重要なのではなく、合成樹脂レンズの光学的特性にとって重要なことは、外側層が最適な製造パラメータで形成および施されることにあるということである。本発明によれば、それゆえ中間層の形成後に合成樹脂材料から成る外側層を好適には同様にホットチャネルシステムである第２の成形システムのキャビティ内で形成することが行われる。第２の成形システムは、固有の材料供給と固有の調整を有する。第２の成形システムの固有の材料供給および固有の調整によりレンズの外側層を射出する製造パラメータは、一方では正確に製造技術上の周辺条件に調整でき、他方ではこの製造パラメータは中間層および場合によっては基材を作るもしくは射出する製造パラメータとは無関係に調整される。

本発明の有利な実施形態では、第２の成形システムは供給および射出される合成樹脂材料の温度に関する温度調整装置および／または合成樹脂材料をキャビティに射出する圧力を調整する圧力調整装置を有するようにされる。

合成樹脂レンズは担体状の基部を有し、これに第１の成形システムのキャビティ内で順次に中間層が上下に重なるように形成される。基部は予め作ることができるが、これを製造工程に組み込み、第１の工程で好適には第１の成形システムの一部である１つのキャビティ内で形成するようにすることもできる。この場合基部は好適には以後に第１の成形システム内で形成される中間層と同一の合成樹脂材料から成る。

中間層は基部に片側で順次形成られ、最終的に外側層により覆われるようにすることができる。この種の合成樹脂レンズは一方では基部により他方では外側層により境界付けられるが、これらは光の入射方向に応じて光の入射面もしくは光の出射面上に配置される。

代替的に、少なくとも幾つかの中間層および好適には全ての中間層を２つの部分層の形でそれぞれ基部もしくは基部と少なくとも１つの中間層から成る素材の相対する側に射出することも可能である。第１の中間層は相対する両側から基部に射出される。次の製造工程で第２の中間層も相対する両側からそれ以前の製造工程で形成された先の第１の中間層の上に形成られる。この処置は、すべての中間層が２つの部分層の形でそれぞれ相対する側に先の製造工程で作られた素材上に形成られるまで実施される。最終的に外側層も第２の成形システムで相対する両側から先の製造工程で作られ基部と両側に形成られた中間層を含む素材上に形成されるので、合成樹脂レンズはその光入射面および光出射面でそれぞれ外側層の部分層を有することになる。

本発明の有利な実施形態では、合成樹脂レンズの全ての中間層および場合によっては基部も第１の成形システムのキャビティ内でおよび合成樹脂レンズの外側層だけが（片側または両側で）第２の成形システム内で射出もしくは形成されるようにされる。

しかし代替的に、第２の成形システムにより合成樹脂レンズの外側層とその下にある少なくとも１つの中間層が形成られるようにすることも可能である。

好適には基部、全ての中間層および外側層は同一の合成樹脂材料から成るが、外側層は別のまたは少なくとも若干異なった合成樹脂材料から形成することもできる。

好適には、各キャビティに１つの射出チャネルを付設し、このチャネルにより合成樹脂材料のそれぞれの量がキャビティ内に充填される。この場合、合成樹脂材料の圧力および／または温度は少なくとも幾つかの射出チャネル内でおよび好適には全ての射出チャネル内でそれぞれ個々に互いに独立して制御および調整することができる。この場合には、第１の成形システムの個々のキャビティに充填される合成樹脂材料の量は互いに最大±１０％、特に最大±５％および特に有利には単に最大±１％だけ異ならせるようにすることができる。この場合の基本的考察の出発点は、個々の中間層の容積および従って個々の中間層を形成するためにそれぞれ充填される合成樹脂材料の量ができるだけ同じかまたは少なくともごくわずかな差にすることである。これにより、中間層は第１の成形システムにおいて連続製造プロセスで同時に形成することが可能になる。なぜなら各中間層に必要な合成樹脂材料の量は極めて類似しているか同一であり、従って類似のまたは同一の射出成形パラメータおよび特に固化時間を有することになるからである。個々のキャビティが種々の形状を有するので、キャビティへの射出液状合成樹脂材料の充填は射出圧力の調整により達成される。この目的のため本発明によれば、合成樹脂材料の圧力は第１の成形システムの少なくとも幾つかの射出チャネルにおいて特に全ての射出チャネルにおいて個々に互いに独立して調整可能とすれば、最適な射出工程が達成可能となる。

好適には本発明の方法にはいわゆるリボルバ射出成形用金型を使用し、２つの金型半部を開放位置で互いに相対的に旋回可能にし、従って金型半部にそれぞれ形成された部分キャビティが種々の共同作用のもとにそれぞれ異なるキャビティを形成するようにされる。相応するリボルバ射出成形用金型は多層成分射出成形法において公知であり、本発明との関連においては、光学的合成樹脂レンズの素材を約２〜３ｍｍの薄い中間層で順次に唯一の合成樹脂材料から形成するために利用される。

続いて素材は第２の成形システムにおいて外側層を上に形成られるが、その際第１の成形システムと第２の成形システムは共通の射出成形用金型内にしかし互いに独立的に形成することができる。

本発明の有利な実施形態では、第１の成形システムの個々のキャビティに通じる射出チャネルは共通の供給チャネルから合成樹脂材料を提供する。共通の供給チャネルでは合成樹脂材料は、好適には合成樹脂材料が個々のキャビティに射出されるときの圧力よりも高い所定の圧力下にある。供給チャネル内の圧力と各キャビティへの本来の射出圧力との間の圧力低下は、射出チャネル内の合成樹脂材料の圧力が低下され、各キャビティに対するもしくはこのキャビティ内で形成される中間層にとっての最適値に適合されることにより達成される。これは本発明の可能な実施形態では、キャビティ内の合成樹脂材料の圧力がたとえば各射出チャネルに可調整絞り箇所が配置される各射出チャネルの断面積の減少により調整されることにより達成される。

特に種々の中間層を順次充填することによる凸型合成樹脂レンズの形成に際しては、各層はそれぞれその下側の層よりも大面積とされる。個々の中間層の形成に提供される合成樹脂量が同じまたは少なくともほぼ同じであれば、層に変化が生じる。この場合、本発明により合成樹脂レンズの個々の中間層が異なる層厚で形成され、その際（ｎ＋１）番目の層の層厚が先に形成されたｎ番目の層の層厚よりも少ないようにすると有利であることが実証されている。

本発明の更なる詳細および特徴は図面を参照した実施例の以下の記載から明らかである。

図１は第１の実施例による層状に形成された合成樹脂レンズの横断面図である。 図２は第２の実施例による層状に形成された合成樹脂レンズの横断面図である。 図３は本発明方法により多層合成樹脂レンズを製造するための射出成形装置の概略図である。 図４は図３による射出成形装置の変形例である。

図１は、第１の実施例による多層合成樹脂レンズの横断面を示す。合成樹脂レンズ１０は担体状の基部１１を有し、その上に複数の上下に配置された層が形成されている。基部１１の上には第１の中間層１２が片側に射出される。第１の中間層１２の上には第２の中間層１３が施され、この層は第３の中間層１４により覆われる。この上には、更に第３の中間層１４を覆う第４の中間層１５が施される。最後に全ての中間層１２、１３、１４、１５を覆う外側層１６が施されるが、この層は滑かに基部１１に移行する。全ての層は同一の合成樹脂材料から成るので、均一材料から成る多層に形成された１つのモノリシック体が形成される。

図１によれば、全ての層が基部１１の上に片側にのみ形成されているので、合成樹脂レンズ１０は、完成状態では一方では基部１１により他方では外側層１６により境界付けられている。図２は、各層が両側で基部１１の上に形成されている変形実施例を示す。合成樹脂レンズ１０の図２に示された実施例では、第１の実施例と同様に担体状の１つの基部１１が設けられ、この基部は第１の工程において両側に第１の中間層１２の合成樹脂材料が施される。基部１１の相対する側に配置された第１の中間層１２のこれらの部分層はそれぞれ第２の中間層１３の相応する部分層で覆われる。続いて、順次に第３の中間層１４および第４の中間層１５の部分層が両側に施される。最後に、基部１１とこれらの中間層から形成された素材の上に両側で外側層１６が射出されるので、合成樹脂レンズ１０は基部１１の両側にそれぞれ４つの中間層１２、１３、１４、１５と外側を覆う外側層１６から成る層を有することになる。

図３は射出成形装置２０の概略図を示し、この装置で図１もしくは図２に示す合成樹脂レンズ１０が本発明方法により製造される。射出成形装置２０は金型部２１を含み、この中に複数のキャビティ、すなわち第１のキャビティ２２、第２のキャビティ２３、第３のキャビティ２４、第４のキャビティ２５および第５のキャビティ２６が形成される。図示の実施例ではこれらのキャビティは一列に横に並んで配置されているが、キャビティを回転可能な金型部の円周上に配置することも可能であり、この方がむしろ有利である。

合成樹脂レンズの製造にはキャビティは図示しない別の金型部により通常は閉鎖されており、全てのキャビティ２２、２３、２４、２５、２６には同一の合成樹脂材料がいわゆるワンショットで同時に充填される。

射出成形装置２０は第１の成形システム３３とこれとは完全に別個の第２の成形システム３４を含み、これらのシステムは好適にはそれぞれいわゆるホットチャネルシステムである。第１の成形システム３３は金型部２１のキャビティ２２、２３、２４、２５、２６を含む。

合成樹脂材料は概略表示した合成樹脂貯蔵槽２９内にあり、この貯蔵槽から共通の供給チャネル３５が各キャビティ２２、２３、２４、２５、２６に通じている。供給チャネル３５からは各キャビティに固有の射出チャネル３６が分岐されている。各射出チャネル３６には圧力調整装置３２が可調整絞りの形で配置されている。付加的に各射出チャネル３６には温度調整装置３１が配置されており、これにより各射出チャネル３６内の合成樹脂材料の温度を調整することができる。

更に射出成形装置３２は第２の成形システム３４を含み、このシステムは金型部２８に形成された第６のキャビティ２７を有しており、この中に合成樹脂貯蔵槽３０から射出チャネル３６を介して合成樹脂材料を注入することができる。射出チャネル３６には同様に温度調整装置３１と圧力調整装置３２が配置されている。

第１の成形システム３３と第２の成形システム３４は１つの共通の射出成形用金型内に形成することができるが、各成形システムに固有の射出成形用金型を設けることも可能であり、しかしこの場合重要なことは成形システム３３、３４を互いに独立して調整および運転可能にすることである。

以下に図３により本発明の合成樹脂レンズの製造方法を詳細に説明する。

製造プロセスの初期段階では合成樹脂材料は第１の成形システム２３の第１のキャビティ２２にのみ射出され、他のキャビティはまだ閉鎖されている。第１のキャビティ２２では担体状の基部１１が形成される。続いて金型が開かれ、各金型部は先に第１のキャビティ２２で形成された基部１１が今や第２のキャビティ２３にあるように互いに相対的に調整される。金型部の閉鎖後合成樹脂材料は第２のキャビティ２３に射出され、これにより基部１１に第１の中間層１２が（片側または両側に）形成され、これによっていわゆる第１の素材が形成される。同時に合成樹脂材料が再び第１のキャビティ２２に射出され、これによりもう一つの基部１１が形成される。別のキャビティはこの場合まだ閉鎖されている。

続いて金型部が再び開かれ互いに相対的に調整されるので、基部１１と第１の中間層１２を含む第１の素材が今や第３のキャビティ２４内に、そして先に第１のキャビティ２２に形成された基部１１が今や第２のキャビティ２３内に配置される。金型部は再び閉じられ、合成樹脂材料が第１、第２、第３のキャビティ２２、２３、２４に射出される。この場合第１のキャビティ２２にはもう一つの基部１１が形成される。第２のキャビティ２３には先に形成された基部１１に第１の中間層１２が形成られ、第３のキャビティ内では基部１１と第１の中間層１２を有する第１の素材に第２の中間層１３が形成られ、これによりいわゆる第２の素材が形成される。第４のキャビティ２５と第５のキャビティ２６はこの場合まだ閉じられている。

続いて金型部が再び開かれ相対的に調整されるので、基部１１、第１の中間層１２および第２の中間層１３から成る第２の素材が第４のキャビティ２５に配置される。同時に第３のキャビティ２４には先に第２のキャビティ２３内で作られた基部１１と第１の中間層１２から成る第１の素材がある。第２のキャビティ２３内には先に第１のキャビティ２２内で形成された基部１１がある。金型部が再び閉じられ、合成樹脂材料が各キャビティに射出される。この方法は相応に続けられる。

このようにして５つの製造工程において第１の成形システム３３内で１つの素材が形成されるが、この素材は担体状の基部１１を有し、この上に図１の例では片側に図２の例では両側に４つの中間層１２、１３、１４、１５が上下に互いを覆うように配置され、この場合基部１１と全ての中間層１２、１３、１４、１５は同一の合成樹脂材料から成る。次の製造工程で、この素材は第１の成形システム３３から取り出され、第２の成形システム３４の第６のキャビティ２７に充填され、そこで図１の例では片側に図２の例では両側に外側層１６が上に形成され、その際外側層１６に使用される合成樹脂材料は第２の成形システム３４の合成樹脂貯蔵槽３０から取り出される。この材料は第１の成形システムの合成樹脂材料と同一の合成樹脂材料とするかまたはこれとは異なる合成樹脂材料とすることができる。

外側層の塗布後射出工程は終了して合成樹脂レンズが層状に形成されるが、その際通常のように必要に応じて更に加工を行うこともできる。

合成樹脂レンズを形成する各層は一個のモノリシック体に結合され、各層間には何らの境界面も見られない。

外側層１６は独立した第２の成形システム３４で作られるので、外側層１６の製造に有効な製造パラメータは外側層１６の必要条件に最適に調整することができ、他方では基部１１と中間層は第１の成形システム３３において良好な品質の素材の迅速な製造を可能にするパラメータの組み合わせで製造される。

図４は図３の射出成形装置を変形した射出成形装置２０を示す。図４による射出成形装置２０は図３の射出成形装置とは、第２の成形システム３４において最後の中間層１５と外側層１６が順次形成されるのに対し、第１の成形システム３３では単に基部１１と３つの中間層１２、１３、１４が形成される点で異なっている。この目的のため第２の成形システム３４の金型部２８には第５のキャビティ２６並びに第６のキャビティ２７が形成されており、これらのキャビティには合成樹脂貯蔵槽３０から供給チャネル３７および各射出チャネル３６を介して合成樹脂材料が供給できる。各射出チャネル３６には上述のように温度調整装置３１と圧力調整装置３２が設けられる。第１の成形システム３３と第２の成形システム３４の間を移される素材は、この場合担体状の基部１１と図１の例では片側に図２の例では両側に施された３つの中間層１２、１３、１４を含む。素材を第２の成形システム３４に移した後にそこにある第５のキャビティ２６において最後の中間層１５が形成られ、これに基づき続いて次の製造工程で外側層１６が第６のキャビティ２７において形成られる。

１０ 多層合成樹脂レンズ
１１ 基部
１２ 中間層
１３ 中間層
１４ 中間層
１５ 中間層
１６ 外側層
２０ 射出成形装置
２１ 金型部
２２ キャビティ
２３ キャビティ
２４ キャビティ
２５ キャビティ
２６ キャビティ
２７ キャビティ
２８ 金型部
２９ 合成樹脂貯蔵槽
３０ 合成樹脂貯蔵槽
３１ 温度調整装置
３２ 圧力調整装置
３３ 成形システム
３４ 成形システム
３５ 供給チャネル
３６ 射出チャネル
３７ 供給チャネル

Claims (15)

1. 合成樹脂材料の複数の中間層（１２、１３、１４、１５）が順次に１つの射出成形装置(２０)内において基部（１１）に対し種々のキャビティ（２３、２４、２５、２６）内で形成され、少なくとも幾つかのキャビティ（２３、２４、２５、２６）が共通の材料供給付きの共通の第１の成形システム（３３）を有し、続いて第２の成形システム（３４）により合成樹脂材料から成る少なくとも１つの外側層（１６）が１つのキャビティ（２７）内で形成され、第２の成形システム（１６）が固有の材料供給と固有の調整を行うようにした、多層合成樹脂レンズ（１０）の製造方法。
2. 第２の成形システム（１６）の調整が温度調整装置（３１）および／または圧力調整装置（３２）を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 第２の成形システム（３４）により合成樹脂レンズ（１０）の外側層（１６）だけが形成されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 第２の成形システム（３４）により、合成樹脂レンズ（１０）の外側層（１６）とその下にある少なくとも１つの中間層（１５）が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
5. 基部（１１）が第１の工程において、射出成形装置（２０）の１つのキャビティ（２２）で作られることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の方法。
6. 基部（１１）を形成するキャビティ（２２）が第１の成形システム（３３）の一部であることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 基部（１１）および中間層（１２、１３、１４、１５）が同一の合成樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の方法。
8. 外側層（１６）が、中間層（１２、１３、１４、１５）と同じ合成樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の方法。
9. 少なくとも幾つかの中間層（１２、１３、１４、１５）および／または外側層（１６）が２つの部分層の形で基部（１１）もしくは基部（１１）と少なくとも１つの中間層（１２、１３，１４，１５）から成る素材の反対側から形成られることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の方法。
10. 各キャビティ（２２，２３，２４，２５，２６、２７）に合成樹脂材料をキャビティに充填する射出チャネル（３６）が付設され、合成樹脂材料の圧力および／または温度が少なくとも幾つかの射出チャネル（３６）において互いに独立して調整されることを特徴とする請求項１から９の１つに記載の方法。
11. 第１の成形システム（３３）の個々のキャビティ（２２、２３、２４、２５、２６）に充填される合成樹脂材料の量が互いに最大で±１０％異なることを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の方法。
12. 第１の成形システム（３３）の個々のキャビティ（２２、２３、２４、２５、２６）に充填される合成樹脂材料の量が互いに最大で±５％異なることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 第１の成形システム（３３）の個々のキャビティ（２２、２３、２４、２５、２６）に充填される合成樹脂材料の量が互いに最大で±１％異なることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 合成樹脂材料の圧力が全ての射出チャネル（３６）において互いに独立して調整されることを特徴とする請求項１０から１２の１つに記載の方法。
15. 合成樹脂レンズ（１０）の個々の中間層（１２、１３、１４、１５）が種々の層厚で形成され、（ｎ＋１）番目の層の層厚が先に形成されたｎ番目の層の層厚よりも少ないことを特徴とする請求項１から１４の１つに記載の方法。

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