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光学元件、光扫描装置、光学元件制造方法及成形用模具.pdf

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光学 元件 扫描 装置 制造 方法 成形 模具
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摘要
申请专利号:

CN201380008422.7

申请日:

2013.01.23

公开号:

CN104136192A

公开日:

2014.11.05

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B29C 45/27申请日:20130123|||公开
IPC分类号: B29C45/27; G02B3/00; G02B3/06; G02B13/24; B29L11/00 主分类号: B29C45/27
申请人: 柯尼卡美能达株式会社
发明人: 内藤笃; 高木宽司; 原新一朗; 真岛利行; 金子直树; 荒川隆生
地址: 日本东京都
优?#28909;ǎ?/td> 2012.02.09 JP 2012-025661
专利代理机构: ?#26412;?#38598;佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 李洋;杨林森
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法律状态
申请(专利)号:

CN201380008422.7

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.06.29|||2014.12.10|||2014.11.05

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及光学元件、光扫描装置、光学元件制造方法以及成形用模具。光学元件是通过从浇口部切开经由浇口部与横浇道部连结,并包含至少具有使光透过或者反射的第1光学面的光学部的长条主体部,来使长条主体部单片化而得到的长条光学元件。第1光学面至少具有在长边方向端部向短边方向弯曲的曲面,另外,主体部的浇口部侧端面的第1光学面侧的第1边缘部分沿第1光学面弯曲。主体部与浇口部的边界面以比主体部的浇口部侧端面窄的方式形成。至少第1边缘部分的与第1光学面的有效区域对应的部位与边界面上第1光学面侧的第2边缘部分的与第1光学面的有效区域对应的部位的距离均匀地形成。

权利要求书

权利要求书
1.  一种光学元件,是通过从浇口部切开经由所述浇口部与横浇道部连结,并包含至少具有使光透过或者反射的第1光学面的光学部的长条的主体部,来使所述主体部单片化而得到的长条的光学元件,其特征在于,
所述第1光学面具有至少在长边方向端部向短边方向弯曲的曲面,所述主体部的浇口部侧端面的第1光学面侧的第1边缘部分沿所述第1光学面弯曲,
所述主体部与所述浇口部之间的边界面形成得?#20154;?#36848;主体部的浇口部侧端面窄,
至少所述第1边缘部分的与所述第1光学面的有效区域对应的部位与所述边界面中所述第1光学面侧的第2边缘部分的与所述第1光学面的有效区域对应的部位的距离均匀地形成。

2.  根据权利要求1所述的光学元件,其特征在于,
所述主体部在所述浇口部与所述第1光学面之间具有周边部,该周边部具有沿所述第1光学面弯曲的表面,该周边部的表面相对于所述光学元件的光轴方向位于与所述第1光学面相同的位置。

3.  根据权利要求1所述的光学元件,其特征在于,
所述主体部在所述浇口部与所述第1光学面之间具有周边部,该周边部具有沿所述第1光学面弯曲的表面,该周边部的表面相对于所述光学元件的光轴方向位于?#20154;?#36848;第1光学面低的位置。

4.  根据权利要求1~3中?#25105;?#39033;所述的光学元件,其特征在于,
所述光学部还包含第2光学面,该第2光学面以位于与所述第1光学面相反的一侧且与所述第1光学面光学地对置的方式设置。

5.  一种光扫描装置,其特征在于,
具有权利要求1~4中?#25105;?#39033;所述的光学元件。

6.  一种光学元件制造方法,是通过使来自注射成形机的树脂通过成形用模具内的直浇道、横浇道以及浇口,并填充于型腔内来进行成形的长条的光学元件制造方法,其特征在于,具有:
将树脂填充于成形用模具的工序,在所述成形用模具中,在所述浇口与所述型腔的连结部分,所述型腔侧的端面中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分弯曲,并且在所述浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分沿所述第1边缘部分弯曲,并且所述浇口侧的端面形成得?#20154;?#36848;型腔侧的端面窄,所述规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与在所述浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分的距离均匀地形成;以及
取出所述型腔内冷却的树脂,并切断与所述浇口对应的树脂部分和与所述型腔对应的树脂部分的工序。

7.  一种成形用模具,具有直浇道、横浇道、浇口以及型腔,用于使长条的光学元件成形,其特征在于,
在所述浇口与所述型腔的连结部分,所述型腔侧的端面中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分弯曲,并且在所述浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分沿所述第1边缘部分弯曲,并且所述浇口侧的端面形成得?#20154;?#36848;型腔侧的端面窄,
所述规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与在所述浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分的距离均匀地形成。

说明书

说明书光学元件、光扫描装置、光学元件制造方法及成形用模具
?#38469;?#39046;域
该发明涉及光学元件、光扫描装置、光学元件制造方法以及成形用模具。
背景?#38469;?
近年来,在电子照片方式的图像形成装置等中所使用的光扫描装置中,使用以扫描透镜、扫描反射镜为代表的长条透镜、反射镜等树脂制光学元件。通过使用树脂,存在能够比?#20808;?#26131;地得到分量轻且价格低廉,并?#39029;?#23544;、布局等适合光扫描装置侧的复杂形状的元件这样的优点。
另一方面,作为树脂制光学元件制造方法的一个,已知有使用被称为“注射成形”的成形?#38469;?#26469;获得光学元件的方法。注射成形例如如以下方式来进行。首先,经由注射成形机的喷嘴向模具内注射熔融的液体状树脂。树脂通过设于模具的直浇道、横浇道,并经由浇口填充?#21015;?#33108;。填充于型腔内的树脂固化后,从模具取下树脂模制品。然后,能够通过从填充于浇口的树脂部分切开填充于型腔的树脂部分,得到与型腔的形状对应的成型品(这里是光学元件)。
作为使上述的光学元件(例如,长条透镜)注射成形的?#38469;酰?#22312;专利文献1的图5~7等记载了以浇口部与凸缘部在剪切浇口处理之前其边界处在光轴方向的厚度相等的方式成形的?#38469;酢?#22312;专利文献1中,通过使浇口[6b]与型腔[6a]的连结部分为相同的形状,能够抑制在浇口?#27975;?#30340;凸缘部的成形部位因夹入空气而引起的熔合痕的产生。
专利文献1:日本特开2009-184241号公报
然而,在专利文献1的塑料透镜光学元件[1]中,浇口部[4]与透镜部[2](凸缘部[3])的连结部分为相同形状,所?#28304;?#27975;口部[4]切开透镜部[2](凸缘部[3])的情况下,产生难以把握切断位置这样的问题。因此,存在误将凸缘部切断而对光学性能产生负面影响,或者为了不切断凸缘部,结果浇口部的切断残余较多而需要元件的后加工, 或者需要确保安装元件的空间从而光扫描装置大型化?#20219;?#39064;。另外,型腔[6a]的剖面与浇口[6b]的剖面相等,所以也存在填充于型腔[6a]的树脂容易向浇口[6b]逆流,而影响光学元件的光学性能的可能性。
另一方面,通过使模具的浇口的剖面构成为比型腔的剖面小,虽然能够消除上述切断时的问题、树脂逆流所带来的问题,但这会产生成形不良的问题。根据本申请发明人他们的研究,明确?#23435;?#20102;赋予较高的光学性能而使光学面形成为自由曲面等曲面的情况下,成形不良的产生特别显著,在成形品的表面容易产生波状的条纹(以下,称为“流痕”)。另外,通过注射成形制造长条光学元件的情况下,为了抑制光学元件在长边方向的光学性能的不均,另外为了缩短制造工?#20445;?#38656;要尽量在短时间内进行注射。明确了若在这样的要求下提高注射速度,则容易导致上述流痕的产生。
发明内容
该发明是解决上述问题点的发明,其目的在于提供一种能够容易地制造并且减少成形不良并能够发挥良好的光学性能的光学元件。另外,本发明的其他的目的在于提供一种能够容易地制造减少成形不良且能够发挥良好的光学性能的光学元件的光学元件制造方法以及该制造方法所使用的模具。另外,本发明的其他的目的在于提供一种具有良好的光学性能且能够避免装置大型化的新的并且有用的光扫描装置。
为?#31169;?#20915;上述课题,本申请发明人他们经过各种研究,结果发现通过使模具的浇口的剖面构成为比型腔的剖面小,尽管能够消除切断、逆流?#20219;?#39064;,但在光学面为向光学元件的短边方向弯曲的曲面的情况下,因光学面为曲面,树脂从浇口进入型腔?#20445;?#22312;型腔的宽度方向(即、光学元件的短边方向)树脂的流入状态产生偏差,结果容易产生流痕,并完成了本发明。
即,本发明的?#38469;?#26041;案1所述的光学元件是通过从浇口部切开经由浇口部与横浇道部连结,并包含至少具有使光透过或者反射的第1光学面的光学部的长条的主体部,来使主体部单片化而得到的长条的光学元件。第1光学面具有至少在长边方向端部向短边方向弯曲的曲面。主体部的浇口部侧端面的第1光学面侧的第1边缘部分沿第1光学面弯曲。 主体部与浇口部的边界面形成得比主体部的浇口部侧端面窄。至少第1边缘部分的与第1光学面的有效区域对应的部位与边界面?#26800;?光学面侧的第2边缘部分的与第1光学面的有效区域对应的部位的距离均匀地形成。
另外,本发明的?#38469;?#26041;案2所述的光学元件是?#38469;?#26041;案1所述的光学元件,在浇口部与第1光学面之间具有周边部,该周边部具有沿第1光学面弯曲的表面,周边部的表面相对于光学元件的光轴方向位于与第1光学面相同的位置。
另外,本发明的?#38469;?#26041;案3记载的光学元件是?#38469;?#26041;案1所述的光学元件,主体部在浇口部与第1光学面之间具有周边部,该周边部具有沿第1光学面弯曲的表面,周边部的表面相对于光学元件的光轴方向位于比第1光学面低的位置。
另外,本发明的?#38469;?#26041;案4所述的光学元件是?#38469;?#26041;案1~3中?#25105;?#39033;所述的光学元件,光学部还包含第2光学面,第2光学面以位于与第1光学面相反的一侧且与第1光学面光学地对置的方式设置。
另外,本发明的?#38469;?#26041;案5所述的光扫描装置具有?#38469;?#26041;案1~4中?#25105;?#39033;所述的光学元件。
另外,本发明的?#38469;?#26041;案6所述的光学元件制造方法通过使来自注射成形机的树脂通过成形用模具内的直浇道、横浇道以及浇口,并填充于型腔内来使长条的光学元件成形。而且,具有将树脂填充于成形用模具的工序,在成形用模具中,在浇口与型腔的连结部分,型腔侧的端面中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分弯曲,并且浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分沿第1边缘部分弯曲,并且浇口侧的端面形成得比型腔侧的端面窄,规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分的距离均匀地形成。光学元件制造方法具有取出型腔内冷却的树脂,并切断与浇口对应的树脂部分和与型腔对应的树脂部分的工序。
另外,本发明的?#38469;?#26041;案7所述的成形用模具是具有直浇道、横浇道、浇口以及型腔并用于形成长条的光学元件的模具。成形用模具在浇口与型腔的连结部分,型腔侧的端面中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分弯曲, 并且在浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分沿上述第1边缘部分弯曲,并且浇口侧的端面形成得比型腔侧的端面窄,规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分的距离均匀地形成。
本发明?#26800;?#20809;学元件的第1光学面至少在长边方向端部具有向短边方向弯曲的曲面,另外主体部的浇口部侧端面的第1光学面侧的第1边缘部分沿第1光学面弯曲。另外,主体部与浇口部的边界面形成得比主体部的浇口部侧端面窄。而且,至少第1边缘部分的与第1光学面的有效区域对应的部位与边界面?#26800;?光学面侧的第2边缘部分的与第1光学面的有效区域对应的部位的距离均匀地形成。因此,容易制造,并且减少流痕等成形不良,能够发挥良好的光学性能。
另外,本发明?#26800;?#20809;学元件制造方法使用在浇口与型腔的连结部分,浇口侧的端面形成得比型腔侧的端面窄,型腔侧的端面中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分的距离大致均匀地形成的成形用模具。因此,能够制成流痕那样的外观不良较少的光学元件。另外,其结果不良品的产生变少,所以能够使成品率提高。另外,容易进行浇口对应部分与型腔对应部分的切开而能够容易地制造光学元件。
另外,本发明?#26800;?#20809;扫描装置能够具有良好的光学性能并避免大型化。
另外,本发明?#26800;?#25104;型用模具在浇口与型腔的连结部分,型腔侧的端面中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分弯曲,并且浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分沿上述第1边缘部分弯曲,并且浇口侧的端面形成得比型腔侧的端面窄,规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与浇口侧的端面中所对应的第2边缘部分的距离均匀地形成。因此,能够减少成型品所产生的流痕那样的外观不良。另外,其结果不良品的产生变少,所以能够使成品率提高。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的光扫描装置的构成的图。
图2是表示实施方式所涉及的光扫描装置的构成的图。
图3A是表示实施方式所涉及的成形用模具的构成的图。
图3B是表示实施方式所涉及的成形用模具的构成的图。
图3C是表示实施方式所涉及的成形用模具的构成的图。
图4是表示实施方式所涉及的光学元件制造方法的流程图。
图5是表示实施方式所涉及的树脂模制品的图。
图6A是表示实施方式所涉及的光学元件的图。
图6B是表示实施方式所涉及的光学元件的图。
图6C是表示实施方式所涉及的光学元件的图。
图6D是表示实施方式所涉及的光学元件的图。
图6E是表示实施方式所涉及的光学元件的图。
图6F是表示实施方式所涉及的光学元件的图。
图7是表示变形例1所涉及的光学元件的图。
图8是表示变形例2所涉及的光学元件的图。
图9是表示比较例所涉及的成形用模具的构成的图。
图10A是表示实施例所涉及的光学元件的图。
图10B是表示实施例所涉及的光学元件的图。
图11是表示比较例所涉及的光学元件的图。
具体实施方式
?#38469;?#26045;方式>
[光扫描装置]
参照图1以及图2,进行实施方式所涉及的光扫描装置1的说明。 在图1以及图2中,将主扫描方向设为Y轴方向,将副扫描方向设为Z轴方向。另外,将与Y轴方向和Z轴方向正交的方向定义为X轴方向。即,图1是从Z轴方向观察光扫描装置1得到的图,图2是从Y轴方向观察光扫描装置1得到的图。
光扫描装置1使用于具备感光体鼓50(50Y、50M、50C、50K。参照图2)的图像形成装置(仅?#38469;?#20809;扫描装置?#36879;?#20809;体的部分)。感光体鼓50设置了与图像形成装置所使用的多种颜色对应的数目。即,感光体鼓50Y与黄色(yellow)对应。感光体鼓50M与品红(magenta)对应。感光体鼓50C与青色(cyan)对应。感光体鼓50K与黑色(black)对应。光扫描装置1对图2所?#38236;?#21508;感光体鼓50(50Y、50M、50C、50K),照射光束B(BY、BM、BC、BK),在感光体鼓50的周面形成静电潜像。
如图1以及图2所示,光扫描装置1构成为包含壳体11、发光元件12(12Y、12M、12C、12K)、准直透镜14(14Y、14M、14C、14K)、反射镜16(16M、16C、16K)、柱面透镜18、偏转器20、扫描透镜22、扫描透镜24、扫描透镜26(26Y、26M、26C、26K)、反射镜28、反射镜30、传感器32、反射镜34(34Y、34M、34C、34K)、反射镜36(36Y、36M、36C)、反射镜38C以及防?#38745;?#29827;40(40Y、40M、40C、40K)。
壳体11是以规定的位置关?#31561;?#32435;发光元件12、准直透镜14、反射镜16、柱面透镜18、偏转器20、扫描透镜22、24、26、反射镜28、反射镜30、传感器32、反射镜34、36、38C以及防?#38745;?#29827;40的部件。
发光元件12例如由激光二极管构成,放射光束B。发光元件12Y、12M、12C、12K各自形成一个光源。
准直透镜14将发光元件12所放射出的光束B整形为在xy面内大致平?#26800;?#20809;。
如图1所示,反射镜16M向偏转器20侧反射通过了准直透镜14M的光束BM,并与光束BY合成。由此,从Z轴方向俯视?#20445;?#20809;束BY与光束BM重合。如图1所示,反射镜16C向偏转器20侧反射通过了 准直透镜14C的光束BC,并与光束BY以及光束BM合成。由此,从Z轴方向俯视?#20445;?#20809;束BC与光束BY以及光束BM重合。如图1所示,反射镜16K向偏转器20侧反射通过了准直透镜14K的光束BK,并与光束BY、光束BM以及光束BC合成。由此,从Z轴方向俯视?#20445;?#20809;束BK与光束BY、光束BM以及光束BC重合。
柱面透镜18使光束BY、光束BM、光束BC以及光束BK向Z轴方向聚光。
如图1所示,偏转器20由具有多个反射面的多面镜以及使多面镜顺时针旋转的马达(未?#38469;?构成。偏转器20使照射到反射面的光束BY、光束BM、光束BC以及光束BK向规定方向偏转。
扫描透镜22、扫描透镜24以及扫描透镜26是被偏转器20偏转后的光束B所通过的透镜,使光束B在感光体鼓50成像。由此,如图1所示,光束B朝向Y轴方向的正方向侧?#20154;?#22320;扫描。另外,如图1以及图2所示,扫描透镜22、24、26从Z轴方向观察?#20445;?#19982;偏转器20相比设于X轴方向的正方向侧,且在Y轴方向具有长边方向。本实施方式?#26800;?#25195;描透镜26是“光学元件”的一个例子。后述扫描透镜26的详细的构成。
如图2所示,反射镜34Y以及反射镜36Y反射通过了扫描透镜22以及扫描透镜24的光束BY,并导向感光体鼓50Y。扫描透镜26Y设在反射镜34Y与反射镜36Y之间。反射镜34M以及反射镜36M反射通过了扫描透镜22以及扫描透镜24的光束BM,并导向感光体鼓50M。扫描透镜26M设在反射镜34M与反射镜36M之间。反射镜34C、反射镜36C以及反射镜38C反射通过了扫描透镜22以及扫描透镜24的光束BC,并导向感光体鼓50C。扫描透镜26C设在反射镜36C与反射镜38C之间。反射镜34K反射通过了扫描透镜22以及扫描透镜24的光束BK,并导向感光体鼓50K。扫描透镜26K设在反射镜34K的跟前。
防?#38745;?#29827;40设在壳体11的底面(Z轴方向的负方向侧的面),防止?#26223;?#31561;侵入壳体11内。光束B通过防?#38745;?#29827;40在感光体鼓50的周面成像。
反射镜28反射被偏转器20偏转,并且未通过扫描透镜22以及扫描透镜24的光束BY(以下,有时称为“光束BYa”),并导向传感器32。如图1所示,反射镜28设在扫描透镜22的Y轴方向的负方向侧。即,反射镜28相对于扫描透镜22,设在光束B的扫描方向的上游侧。传感器32检测未通过扫描透镜22以及扫描透镜24而与扫描透镜22以及扫描透镜24相比通过Y轴方向的负方向侧,并?#20918;?#21453;射镜28反射的光束BYa,从而生成控制信号。
反射镜30反射被偏转器20偏转,并且通过了扫描透镜22的点P以及扫描透镜24的光束BY(以下,有时称为“光束BYb”),并导向传感器32。点P是与扫描透镜22的图像形成区域A相比位于Y轴方向的负方向侧(光束BY的扫描方向的上游侧)的点。所谓的图像形成区域A是扫描透镜22中,与在感光体鼓50Y形成?#21496;?#30005;潜像的区域对应的区域。即,所谓的图像形成区域A是在对感光体鼓50Y形成?#21496;?#30005;潜像的期间,光束BY在扫描透镜22中通过的区域。传感器32检测通过了扫描透镜22的点P以及扫描透镜24的光束BYb,从而生成控制信号。此外,在传感器32生成的控制信号例如用于修正发光元件12的动作,从而即使在图像形成装置等的内部温度上升的情况下,也形成与装置动作开?#38469;?#30456;同的图像。
[光学元件制造方法]
接下来,参照图3A~图5,对实施方式所涉及的光学元件制造方法进行说明。在本实施方式中,使用注射成形的方法。
首先,对注射成形所使用的成形用模具100的构成进行叙述。图3A是从侧面观察成形用模具100的情况下的?#36866;?#22270;(图3B的A-A剖面)。图3B是从上面观察成形用模具100的情况下的?#36866;?#22270;(图3A的B-B剖面)。图3C是图3A?#26800;腃-C剖面的放大图。此外,在图3A以及图3B中,为了容易理解而省略成形用模具100的一部分,但还具备一对与?#38469;镜?#30456;同的构成。换句话说,具有同时制成四个模制品的构成。?#27604;唬?#21516;时制成模制品的数目并不特别限制,?#37096;?#20197;?#20154;?#20010;多,?#37096;?#20197;在四个以下。
成形用模具100由固定侧的第1模具101以及可动侧的第2模具102 构成。通过对第1模具101和第2模具102进行合模,在两者之间形成填充了树脂的空间。该空间构成为包含直浇道100a、横浇道100b、浇口100c以及型腔100d。在本实施方式中,图3A的附图标记PL表示分型面。型腔100d具备用于使后述的光学元件的光学面以及周边部成形的成形面。此外,也能够将第1模具101作为可动侧、使分型面的位置与本实施方式不同。
直浇道100a是用于使从注射成形机的喷嘴α注射的熔融的液状树脂流入横浇道100b的流入通路。直浇道100a在横浇道100b侧的端部以比直浇道100a在注射成形机的喷嘴α侧的端部粗的方式形成。直浇道100a相对于成形用模具100设置一个。
横浇道100b是用于将从直浇道100a流入的熔融树脂分别导向多个型腔100d的流路。横浇道100b的长度以及形状根据树脂的种类等决定。
浇口100c是从横浇道100b向型腔100d填充树脂时的入口。浇口100c设有与型腔100d对应的数目。通过改变浇口100c的形状,能够进行树脂的流量和方向的控制。在本实施方式中,如图3A所示,浇口100c以比型腔100d窄的方式形成。另外,如图3B所示,浇口100c形成为与横浇道100b侧的端部相比,型腔100d侧的端部更宽的扇状。另外,浇口100c构成为随着接近型腔100d而变厚。通过像这样地构成,通过树脂通过浇口100c时产生的剪切热使树脂的温度上升,能够?#26723;?#27969;动粘度而优化向型腔100d内的填充。另外,能够使残余应力等减少,所以能够减少翘曲等成形不良。并且,冷却、固化浇口100c的树脂的时间比型腔100d内的树脂快,所以能够防止树脂?#26377;?#33108;100d逆流。
型腔100d是在成形用模具100中光学元件等成型品成形的缝隙。在本实施方式中,对一个成形用模具100设置多个型腔100d。因此,使用一个成形用模具100,能够一次使多个成形品成形。
这里,图3C所?#38236;腃-C剖面表示浇口100c与型腔100d的连结部分。虚线表示型腔100d侧的端面Fc。实线表示浇口100c侧的端面Fg。如图3C所示,型腔100d具有能够转印光学元件的各部分的转印面。例如,在后述的使扫描透镜26成形的情况下,型腔100d具有能够使向短边方向凸状地弯曲的光学面M1(第1光学面)和与其邻接的平 坦的周边部26b、以及与光学面M1相反的一侧的平坦的光学面M2(第2光学面)成形的转印面。浇口100c侧的端面Fg处于型腔100d侧的端面Fc内,并且以比端面Fc窄的方式形成。
另外,型腔100d侧的端面Fc?#26800;?模具101侧的边缘部分Ec的规定?#27573;?#37096;分Ec1弯曲,并且在浇口100c侧的端面Fg中与上述规定?#27573;?#23545;应的第1模具101侧的边缘部分Eg的规定?#27573;?#37096;分Eg1沿上述边缘部分Ec1弯曲,且两者的距离L(浇口100c与型腔100d连结的连结部分的边界面上的两者的距离)均匀地形成。这里,所谓的两者的“距离均匀”是指包含(1)在一个边缘部分的?#25105;?#37096;位到另一个边缘部分的距离均相等的情况、以及、(2)以在一个边缘部分的?#25105;?#37096;位到另一个边缘部分的距离均相等的方式设计但实际上在允许误差的?#27573;?#20869;存在偏差的情况、以及、(3)根据边缘部分的部位的不同而与另一个边缘部分的距离存在偏差但实用上无碍的?#27573;?#30340;?#25105;?#24773;况。具体而言,所谓的两者的“距离均匀?#20445;?#26159;指包含相对于两者间的距离的平均值偏差的?#27573;?#25233;制在±3%的情况。另外,所谓的上述规定?#27573;В?#20363;如是与作为成形品的光学元件的光学面的有效区域相当的?#27573;А?#36825;里,对仅在一边设定规定?#27573;?#30340;例子进行了说明,但?#37096;?#20197;在多个边(例如,对置的两边)设定规定?#27573;А?#25442;句话说,?#37096;?#20197;使型腔100d侧的端面Fc?#26800;?模具102侧的规定?#27573;?#30340;边缘部分沿在浇口100c侧的端面Fg与上述规定?#27573;?#23545;应的第2模具102侧的边缘部分弯曲,并且使两者的距离L均匀地形成。另外,所谓的“沿着弯曲?#20445;?#26159;指包含(1)使其弯曲为与对象形状相同的形状的情况、(2)以使其弯曲为与对象形状相同的形状的方式设计但实际上在误差?#27573;?#20869;存在偏差的情况、(3)使对象形状缩小比例尺成为相似形状的形状的情况、以及、(4)至少部分曲率与对象形状的曲率不同但抑制在实用上无碍的?#27573;?#20869;的情况?#26800;娜我?#24773;况。
接下来,参照图4以及图5,对使用了成形用模具100的光学元件的制法进行说明。图4是表示光学元件制造方法的流程图。
首先,从注射成形机的喷嘴α对成形用模具100注射熔融树脂(S10)。注射的树脂通过直浇道100a、横浇道100b,到达浇口100c。
浇口100c内的树脂通过从注射成形机经由喷嘴α给予的压力,填充于型腔100d(S11)。此?#20445;?#27975;口100c侧的端面Fg以比型腔100d侧 的端面Fc窄的方式形成。因此,树脂通过狭窄的浇口100c填充于较宽的型腔100d内,所以不容易引起树脂?#26377;?#33108;100d向浇口100c逆流。
另外,型腔100d侧的端面Fc中规定?#27573;?#30340;边缘部分Ec与在浇口100c侧的端面Fg中所对应的边缘部分Eg的距离L均匀地形成。因此,即使在提高树脂的注射速度的情况下,在该规定?#27573;?#20869;,树脂的进入容易度也恒定,树脂在边缘部分Eg的任何部位均以相同的方式从浇口100c进入型腔100d,且树脂从浇口100c向型腔100d沿边缘部分的形状顺利地扩散。详细的机制不明确,但在边缘部分Eg的任何部位树脂均以相同的方式进入,结果估计出不容易产生树脂的?#24615;?#31561;,能够减少成形品光学面上流痕的产生。
在型腔100d内填充了树脂的状态下,冷却成形用模具100,使树脂固化(S12)。
其后,从第1模具101分离第2模具102,并通过未?#38469;镜?#25490;出机构等推出,从而从成形用模具100取下固化的树脂模制品(S13)。取下的树脂模制品R的一个例子如图5所?#23613;?#22270;5是从上侧(与图3B相同的侧)观察树脂模制品R得到的图。在图5中,省略了树脂模制品R的一部分。树脂模制品R构成为包含与直浇道100a对应的直浇道部100a′、与横浇道100b对应的横浇道部100b′、与浇口100c对应的多个浇口部100c′、以及与型腔100d对应的多个主体部100d′。此外,在主体部100d′形成有透过光的光学面M。光学面内侧的规定区域为有效区域ME。在本实施方式中,使扫描透镜成形作为光学元件,所以如后述,在主体部100d′的上面以及下面分别形成光学面。?#37096;?#20197;使扫描反射镜成形作为光学元件,该情况下仅在一个面设置光学面即可。
在树脂模制品R中,从浇口部100c′切开各主体部100d′并使其单片化(S14)。该单片化的主体部100d′相当于一个光学元件。
[扫描透镜]
接下来,参照图6A~图6F,对基于上述制造方法制成的光学元件的详细的构成进行说明。作为该光学元件,这里对扫描透镜26的构成进行叙述。此外,在以下的说明中,将扫描透镜26的长边方向设为y 方向,将短边方向设为z方向。另外,将与y方向以及z方向正交的方向设为x方向。图6A是从x方向观察扫描透镜26得到的图。图6B是从z方向观察扫描透镜26得到的图。图6A以及图6B?#26800;?#34394;线表示注射成形时与扫描透镜26连结的浇口部100c′。图6C是表示图6A的D-D剖面的光学部26a侧的放大图(从+y方向观察到的图)。图6D是表示图6A的D-D剖面的周边部26b侧的放大图(从-y方向观察到的图)。图6E是从浇口部100c′侧观察扫描透镜26得到的端面的放大图(从+y方向观察到的图)。图6F是扫描透镜26的立体图。在图6F中,省略扫描透镜26的一部分。
扫描透镜26是使用上述的成形用模具100等注射成形的细长的板状部件。扫描透镜26通过由?#20154;?#24615;的树脂(例如,聚碳酸酯)构成的具有透光性的材料形成。扫描透镜26构成为包含包括实现光学功能的部位的光学部26a、和与其周边邻接的周边部26b。
光学部26a具有使来自发光元件12等的光入射、透过的光学面M。在本实施方式中,光学面M的短边方向的剖面包含凸状的曲面。曲面可以具有恒定的曲率,?#37096;?#20197;是曲率缓缓变化的自由曲面。另外,在本实施方式中,光学面M所包含的曲面是相同的形状在长边方向连续的曲面,但?#37096;?#20197;是光学面M的形状在长边方向缓缓变化的曲面。此外,在与光学面M的周边相比靠内侧设定有规定尺寸的有效区域ME(使光反射、透过的区域。即,成形时应该具有光学性能的?#27573;?。使用扫描透镜26?#20445;?#20351;光射入该有效区域ME内。
在本实施方式中,扫描透镜26作为透镜发挥作用,所以光学面M由设在光学部26a的对置的两个面的、光学地对置的两个光学面构成。在本实施方式的扫描透镜26中,一个光学面(第1光学面M1)形成为自由曲面,另一个光学面(第2光学面M2)形成为平面。第2光学面M2?#37096;?#20197;为曲面,?#37096;?#20197;与第1光学面M1相同地为短边方向的剖面弯曲的曲面。另一方面,在作为反射镜发挥作用的光学元件的情况下,光学面M形成在光学部26a的?#25105;?#19968;个面即可。
周边部26b设在光学部26a的周围。周边部26b例如具有作为在光扫描装置1内支承扫描透镜26时的支承部的功能。
本实施方式?#26800;?#21608;边部26b也设在光学部26a与浇口部100c′之间。连续地构成了光学部26a(光学面M)和浇口部100c′的情况下,存在因树脂的流动、压力等影响,而影响接近浇口部100c′的光学面M的光学性能的可能性。因此,通过在浇口部100c′与光学部26a之间设置周边部26b,容易确保光学面M的光学性能。即,周边部26b也具有防止光学性能?#26723;?#30340;功能。相反,对于接近浇口部100c′的光学面M的光学特性并不要求较高的性能,相?#20174;?#20808;空间的合适与否的情况下,不需要一定在光学部26a与浇口部100c′之间设置周边部26b。
另外,如图6B~图6D所示,设于主体部100d′的周边部26b中,设在浇口部100c′与第1光学面M1之间的部分具有沿第1光学面M1弯曲的表面。更具体而言,如图6C以及图6D所示,在光学部26a与周边部26b的边界部分(D-D剖面),光学部26a的剖面形状与周边部26b的剖面形状相同。换句话说,在光学面M1与周边部26b的边界部分中,光学面M1的边缘部分与周边部26b的边缘部分为同一形状,相对于扫描透镜26的光轴方向位于相同的位置。通过成为同一剖面形状,能够使用于制成光学元件的型腔100d的形状简单化。另外,为同一剖面形状,所以树脂?#26377;?#33108;100d内的与周边部26b对应的部分向与光学部26a对应的部分的流动变得顺畅,能够进一步可靠地减少流痕的产生。此外,光学部26a的剖面形状与周边部26b的剖面形状?#37096;?#20197;在不给予光学部26a的光学性能造成影响的?#27573;?#20869;存在误差。
浇口部100c′在周边部26b的浇口部100c′侧的端面Fb与周边部26b(主体部100d′)连结。
这里,进行浇口部100c′与扫描透镜26(主体部100d′)的连结部分中假想的边界面Cg的说明。在图6E中,以虚线表示边界面Cg,以实线表?#23616;?#36793;部26b的浇口部100c′侧的端面Fb。在图6F中,以斜线区域表示边界面Cg。此外,边界面Cg在浇口部100c′与扫描透镜26(周边部26b)的连结部分切断的情况下,通过切断形成的剖面相当于边界面Cg。实际上,也存在因在横浇道侧切断位置偏移,而在端面Fb残留浇口部100c′的一部分的情况,但该情况下,边界面Cg是残留在扫描透镜26侧的浇口部100c′与扫描透镜26(周边部26b)连结的连结部分的边界面。
边界面Cg形成为比周边部26b在浇口部100c′侧的端面Fb窄。另外,端面Fb的光学面M1侧的边缘部分eb中与光学面M1的有效区域ME1对应的部分eb1与边界面Cg上光学面M1侧的边缘部分ec中与有效区域ME1对应的部分ec1的距离L均匀地形成。并且,在扫描透镜26中,与光学面M2的有效区域ME2对应的端面Fb的边缘部分eb2与边界面Cg上的光学面M2侧的边缘部分ec2一?#38534;?#21363;,边缘部分eb2与边缘部分ec2的距离L为0而均匀。不需要边缘部分eb1(eb2)与边缘部分ec1(ec2)的距离L完全均匀。即,距离L只要在能够保持扫描透镜26的光学性能的?#27573;?#20869;即可,?#37096;?#20197;多少有些误差。
另一方面,在边界面Cg中,边缘部分ec1、ec2以外的边缘部分与端面Fb的边缘部分的距离?#37096;?#20197;不均匀。即,在最低限度欲确保光学性能的部分,边缘部分间的距离L相等即可。此外,端面Fb的边缘部分与边界面Cg的边缘部分的距离L全部均匀的情况下,端面Fb与边界面Cg成为相似形。
[作用、效果]
对本实施方式的作用以及效果进行说明。
本实施方式所涉及的长条的光学元件能够通过从浇口部100c′切开经由浇口部100c′与横浇道部100b′连结,且包含至少具有使光透过或者反射的光学面M1的光学部26a的长条的主体部100d′,并使其单片化来获得。光学面M1具有至少在长边方向端部向短边方向弯曲的曲面,另外主体部100d′的浇口部100c′侧端面Fb的光学面M1侧的第1边缘部分(eb)沿光学面M1弯曲。主体部100d′与浇口部100c′的边界面Cg形成为比主体部100d′的浇口部100c′侧端面Fb窄。至少第1边缘部分的与光学面M1的有效区域ME1对应的部位(eb1)与在边界面Cg中光学面M1侧的第2边缘部分(ec)的与光学面M1的有效区域对应的部位(ec1)的距离L均匀地形成。换句话说,本实施方式所涉及的光学元件成为容易制造并且减少流痕那样的成形不良,能够确保良好的光学性能的构成。
另外,本实施方式所涉及的光学元件?#26800;?#20027;体部100d′在浇口部100c′与光学面M1之间具有周边部26b,该周边部26b具有沿光学面 M1弯曲的表面,周边部26b的表面相对于光学元件的光轴方向位于与光学面M1相同的位置。或者,主体部100d′在浇口部100c′与光学面M1之间具有周边部26b,该周边部26b具有沿光学面M1弯曲的表面,周边部26b的表面相对于光学元件的光轴方向位于比光学面M1低的位置。像这样具有周边部26b的光学元件能够使注射成形时影响光学面M的光学性能的可能性?#26723;汀?
另外,在本实施方式所涉及的光学元件中,光学部26a还包含以位于与光学面M1相反的一侧且光学地对置的方式设置的光学面M2。
这样,本实施方式所涉及的光学元件能够作为透镜(例如,扫描透镜26)使用。
另外,也能够将本实施方式所涉及的光学元件组装于光扫描装置。
这样的光扫描装置具有良好的光学性能,并且能够避免大型化。
另外,本实施方式所涉及的光学元件制造方法通过使来自注射成形机的树脂通过成形用模具100内的直浇道100a、横浇道100b、浇口100c,并使其填充在型腔100d内来进行成形,制造长条的光学元件。光学元件制造方法具有在成形用模具填充树脂的工序,该成形用模具在浇口100c与型腔100d的连结部分,型腔100d侧的端面Fc上的规定?#27573;?#30340;第1边缘部分(Ec1)弯曲,并且在浇口100c侧的端面Fg中所对应的第2边缘部分(Eg1)沿第1边缘部分弯曲,并且浇口100c侧的端面Fg形成为比型腔100d侧的端面Fc窄,规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与在浇口100c侧的端面Fg中所对应的第2边缘部分的距离L均匀地形成。另外,光学元件制造方法具有取出在型腔100d内冷却了的树脂,并切断与浇口100c对应的树脂部分(浇口部100c′)和与型腔100d对应的树脂部分(主体部100d′)的工序。
这样,型腔100d侧的端面Fc中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与浇口100c侧的端面Fg中所对应的第2边缘部分的距离均匀地形成,所以树脂从浇口100c沿边缘部分的形状向型腔100d顺利地扩散。因此,能够制成流痕那样的外观不良较少的光学元件。另外,其结果,不良品的产生变少,所以能够使成品率提高。并且,在成形用模具100中,浇口100c侧的端面Fg以比型腔100d侧的端面Fc窄的方式形成,所以容?#35013;?#25569; 与型腔100d对应的树脂部分(主体部100d′)和与浇口100c对应的树脂部分(浇口部100c′)的连结部分。因此,能够实现从浇口部100c′切断主体部100d′的作业的效率化。
另外,本实施方式的成形用模具100具有直浇道100a、横浇道100b、浇口100c、以及型腔100d,用于使长条的光学元件成形。成形用模具100在浇口100c与型腔100d的连结部分中,在型腔100d侧的端面Fc中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分(Ec1)弯曲,并且在浇口100c侧的端面Fg中所对应的第2边缘部分(Eg1)沿第1边缘部分弯曲,并且浇口100c侧的端面Fg以比型腔100d侧的端面Fc窄的方式形成,规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与浇口100c侧的端面Fg中所对应的第2边缘部分的距离L均匀地形成。
这样,型腔100d侧的端面Fc中规定?#27573;?#30340;第1边缘部分与浇口100c侧的端面Fg中所对应的第2边缘部分的距离L均匀地形成,所以在规定?#27573;?#20013;,树脂从浇口100c沿边缘部分的形状向型腔100d顺利地扩散。因此,通过使用该成形用模具100,能够使成型品产生的流痕那样的外观不?#25216;?#23569;。另外,其结果,不良品的产生变少,所以能够使成品率提高。并且,浇口100c侧的端面Fg以比型腔100d侧的端面Fc窄的方式形成,所以容?#35013;?#25569;与型腔100d对应的树脂部分(主体部100d′)和与浇口100c对应的树脂部分(浇口部100c′)的连结部分。因此,能够实现从浇口部100c′切断主体部100d′的作业的效率化。
<变形例1>
扫描透镜26(光学元件)?#37096;?#20197;为如图7所示那样的构成。图7是变形例1所涉及的扫描透镜26的立体图。在图7中,省略扫描透镜26的一部分。另外,在图7中,以斜线区域表示边界面Cg。
本变形例?#26800;?#21608;边部26b在光学元件的光轴方向上形成于比光学面M1低的位置,除此之外,具备与图6A~图6F所?#38469;镜?#25195;描透镜相同的构成。在周边部26b与光学面M1之间形成有阶差,从而能够进一步减少成形时随着浇口部100c′与光学面M1之间的周边部26b的收缩而光学面M1变形的可能性。另外,能够使浇口部100c′的厚度变薄。
此外,在光学面M1与周边部26b的边界部分,周边部26b的边缘部分的形状是沿光学面M1的边缘部分的剖面形状的形状(相似形), 并且也能够构成为位于在扫描透镜26的光轴方向偏移的位置。
<变形例2>
另外,在上述实施方式中,对光学面M以及对应的周边部26b的边缘部分构成为曲面的光学元件进行了说明。如上述的实施方式,优选使浇口部的光学面侧的边缘形状沿光学面以及对应的周边部的边缘部分弯曲,但为了实现所希望的光学性能,存在光学面(对应的周边部26b的边缘部分)为复杂形状的可能性。该情况下,有难以使边界面Cg的边缘部分成为沿周边部26b的光学面M侧的边缘部分的形状的形状的可能。该情况下,也能够使边界面Cg的边缘部分为近似于直线的形状。图8是表示本变形例所涉及的光学元件的端面Fb以及浇口部100c′的边界面Cg的图(从与图6E相同的方向观察光学元件得到的图)。如图8所示,也能够以边界面Cg的边缘部分ec与和边缘部分eb近似的直线S的距离L大致相同的方式形成。
这里所谓的距离L大致相同是指,在将浇口的上端边缘与下端边缘的间隔在浇口宽度方向上的浇口平均厚度设为d?#20445;琫b相对于直线S的在浇口宽度内的最?#31491;?#24046;量在平均浇口厚的5%以下。
此外,在光学面的形状复杂而短边方向的剖面上的起伏过大的情况、或者使浇口的上端边?#21040;?#20284;于直线时成形时浇口的短边方向的树脂的流动产生差异的情况下,难以近似于直线。此?#20445;?#20197;沿光学面的形状的方式规定边界面的形状。
?#38469;?#26045;例>
作为本发明的具体的实施例,制成具有图6A~图6F所说明的构成的扫描透镜26,并测定?#24418;?#27969;痕的产生。另外,为了比较,如图9所示,测定使用在浇口200c与型腔200d的连结部分中,浇口200c的端面Fg上的边缘部分Eg与型腔200d的端面Fc上的边缘部分Ec的距离不均匀的成形用模具200制成了扫描透镜26′的情况下?#24418;?#27969;痕的产生。此外,图9表示成形用模具200?#26800;?#19982;图3C相同的位置的剖面。
扫描透镜26的外形为236mm×19mm,光学面M1的区域为228mm×6.5mm,光学面M1是距离周边部的最大高度为0.5mm的自由曲面,光学面M2(?#38469;?#30465;略)是平面(参照图10A)。另外,浇口部 100c′的宽度为12.6mm,与光学面M1的有效区域ME1对应的部分eb1与边界面Cg上的光学面M1侧的边缘部分ec1的距离为0.5mm且均匀。此外,与光学面M2的有效区域ME2对应的端面Fb的边缘部分eb2与边界面Cg的边缘部分ec2的距离为0(参照图10B)。
另一方面,扫描透镜26′的外形、光学面的区域、光学面的结构、浇口部的宽度与扫描透镜26相同。另一方面,与光学面M1的有效区域ME1对应的端面Fb′的边缘部分eb1与边界面Cg′上的光学面M1侧的边缘部分ec1的距离不均匀(浇口部的光轴方向的厚度为2.5mm且均匀)的点与扫描透镜26不同(参照图11)。
扫描透镜26以及扫描透镜26′的材质为聚碳酸酯(三菱エンジニアリングプラ?#25915;隸氓?#31038;製H4000:三菱工程塑料社制H4000)。另外,成形条件(模具温度:125℃,保压:90MPa)以及要使用的成形机(FUNAC ROBOSHOT S2000。螺杆?#26412;叮?#27492;外,“FUNAC?#24065;?#21450;“ROBOSHOT”是注册商标)相同。
在这些条件下,改变注射速度进行多次注射成形,制成多个成形品(多个扫描透镜26、多个扫描透镜26′),并目测确认各成形品,判断流痕的?#24418;蕖?#36890;过使注射成形机的螺杆的移动速度在10mm/s、20mm/s、30mm/s三个阶段变化来使注射速度变化。
其结果,在扫描透镜26中,?#36824;?#27880;射速度如何均未确认流痕的产生。另一方面,在扫描透镜26′中,观察到在?#25105;?#19968;个注射速度下均在距离光学面的浇口部侧端部10~20mm的位置产生了横切元件长边方向的流痕。
附图标记说明
1…光扫描装置,11…壳体11,12…发光元件,14…准直透镜,16、28、30、34、36、38、38C…反射镜,18…柱面透镜,20…偏转器,22、24、26…扫描透镜,26a…光学部,26b…周边部,32…传感器,40…防?#38745;?#29827;,100…成形用模具,100a…直浇道,100a′…直浇道部,100b…横浇道,100b′…横浇道部,100c…浇口,100c′…浇口部,100d…型腔,100d′…主体部,101…第1模具,102…第2模具,Cg…边界面,eb、ec…边缘部分,Fb、Fc、Fg…端面,M(M1、M2)…光学面,ME(ME1、ME2)…有效区域,PL…分型面。

关于本文
本文标题:光学元件、光扫描装置、光学元件制造方法及成形用模具.pdf
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