JP4017927B2

JP4017927B2 - Plastic molded product for optical element, optical scanning unit using the same, and image forming apparatus using the same

Info

Publication number: JP4017927B2
Application number: JP2002203491A
Authority: JP
Inventors: 英一林; 将臣橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004042469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子用のプラスチック成形品及びこれを用いた光走査ユニット及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光レーザ走査方式のデジタル複写機、レーザプリンタ装置、ファクシミリ装置等の光走査ユニット、例えば、光走査式書き込みユニットには、レーザービームを結像させるための矩形状のｆθレンズ、各種の光学補正を行うためのミラー等の光学素子が用いられ、近年、これらの光学素子は、光走査ユニットひいてはデジタル複写機等の製品のコストダウンの要求に伴って、ガラス製の光学素子からプラスチックス製の光学素子に移行しつつある。
【０００３】
また、複数の機能を最小限の個数の光学素子でまかなうようにするために、そのレンズ形状、鏡面形状等も球面形状の他、不完全球面の形状とされる工夫がなされつつある。更に、光学素子がレンズの場合には、そのレンズの光軸方向のレンズ厚を厚くすると共に、光軸と直交する方向に長く延びるレンズ形状とし、しかも、そのレンズの光軸方向のレンズ厚が長手方向に沿って一様でない偏肉形状等の特殊形状とされる場合も多い。
【０００４】
このような光学素子をプラスチック樹脂材料を用いて成形する場合には、特殊形状の光学素子であっても、その光学素子の外形形状に対応する形状とされたキャビティを有する金型のキャビティ内に溶融状態のプラスチック樹脂材料を射出充填し、プラスチックス成形品とすることにより、低コストで大量に生産することができる。
【０００５】
このようなプラスチック成形品の製造工程では、金型のキャビティに充填された溶融状態のプラスチック樹脂材料を冷却硬化させる過程で、キャビティ内の樹脂圧力、樹脂温度の均一化を図ることが、プラスチックス成形品を設計仕様に沿った所望の形状に精度良く仕上げるうえで望ましいのであるが、特殊な形状の成形品、例えば、光軸方向のレンズ厚が長手方向に沿って連続的に異なる偏肉形状のプラスチック成形品の場合には、プラスチック成形品の長手方向各箇所毎に溶融状態のプラスチック樹脂材料の量が異なるために、溶融状態のプラスチック樹脂材料の冷却速度がその長手方向に沿って異なり、ひいては、プラスチックス成形品の長手方向に沿っての体積収縮量に差が生じ、光軸方向のレンズ厚の厚い箇所にヒケが生じる。
【０００６】
光学素子として用いられるプラスチック成形品では、レンズの光学特性が要求される光学特性面、例えば、入射面、出射面、ミラーの光学特性が要求される光学特性面、例えば、鏡面反射面にヒケが生じると、その光学素子の光学特性そのものが損なわれる。
【０００７】
また、光学素子として用いられるプラスチック成形品を光走査ユニットの筐体内への組み付けの際に、そのプラスチック成形品の基準面にヒケが生じていると、組み付け精度が劣化する。
【０００８】
すなわち、光学素子として用いられるプラスチック成形品の製造工程では、その光学特性面、基準面は、金型のキャビティを形成する被転写面生成用駒の転写面の形状を転写することによって形成されているが、このプラスチック成形品の転写面である光学特性面、基準面に極力ヒケが生じないようにしなければならない。
【０００９】
そこで、キャビテイ内への溶融状態のプラスチック樹脂材料の射出充填圧力を大きくしてキャビティ内への射出充填量を多くする射出成形方法が知られているが、キャビティ内への射出充填量を多くすると、内部圧力が大きくなるため、完成品としてのプラスチック成形品の特に薄肉部の内部歪みが大きくなり、光学性能が劣化する。
【００１０】
そこで、特開２０００−１４１４１３号公報等に開示されているように、内部歪みを防止しつつ被転写面そのものにヒケが生じるのを防止して、プラスチック成形品の特性を高精度に保つために、被転写面以外の面の箇所にヒケを誘導する工夫が行われている。
【００１１】
例えば、図１に示す光学素子としてのプラスチック成形品１（例えば、ｆθレンズ）を製造する場合について説明する。その図１において、２はそのプラスチック成形品１の入射面、３は出射面、４は基準面である。このプラスチック成形品１を製造するために、図２に模式的に示す金型５が準備される。その金型５は、固定型側の被転写面生成用駒６〜８、可動型側の案内駒９、１０、可動型側の不完全転写面生成用駒１１から概略構成されている。
【００１２】
被転写面生成用駒６にはプラスチック成形品１の基準面４に対応する転写面１２が形成され、被転写面生成用駒７にはプラスチック成形品１の出射面３に対応する転写面１３が形成され、被転写面生成用駒８にはプラスチック成形品１の入射面２に対応する転写面１４が形成されている。
【００１３】
プラスチック成形品１の基準面４と対向する一面側である対向面はその主要部がヒケを誘導するヒケ誘導面１５とされ、このヒケ誘導面１５にヒケを誘導するために、不完全転写面生成用駒１１は案内駒９、１０に対して摺動する構成とされ、溶融状態のプラスチック樹脂材料の冷却硬化過程で、ヒケ誘導面１５から離間する構成とされている。その不完全転写面生成用駒１１にはエアー通路１１ａが形成されている。
【００１４】
これらの各駒６〜１１によって、キャビティ１６が形成される。その各駒６〜１１はプラスチック樹脂材料の軟化温度未満の温度に加熱保持された状態で、図示を略すゲートからキャビティ１６に軟化温度以上の温度に加熱された溶融状態のプラスチック樹脂材料が低圧で射出充填される。
【００１５】
図２（ａ）はその溶融状態のプラスチック樹脂材料の充填前の状態を示し、図２（ｂ）に示すように、プラスチック成形材料１６’が充填される。キャビテイ１５内の内部圧力Ｐは、プラスチック成形材料１６’の充填に伴って図３に示すように、上昇した後、時間の経過と共に減少する。
【００１６】
そのキャビテイ１６内には、溶融状態のプラスチック樹脂材料の冷却過程途中で、例えば、常温のエアーがエアー通路１１ａを介してヒケ誘導面１５に吹き付けられ、そのキャビテイ１６内の内部圧力Ｐがほぼ大気圧と等しくなるタイミングで、図２（ｃ）に示すように、不完全転写面生成用駒１１をヒケ誘導面１５から離間させるとヒケ誘導面１５と不完全転写面生成用駒１１との間に空隙１７が形成され、プラスチック成形品１が更に冷却されると、図２（ｄ）、図１に示すように、ヒケ誘導面１５に窪み１８が生じ、入射面２、出射面３、基準面４にヒケが生じるのを防止できると共に、内部歪みがプラスチック成形品１に発生するのが低減される。
【００１７】
このプラスチック成形品の製造方法によれば、内部歪みが小さく、かつ、ヒケの発生箇所の制御が可能で、しかも、薄肉成形品と同程度の成形サイクルでプラスチック成形品を製造でき、安定かつ低コストでのプラスチック成形品の量産が可能である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このプラスチック成形品の製造方法による場合、図４に示すように、プラスチック成形品１がその長手方向に沿って曲がり又はソリが生じ、形状特性がいま一つ安定しないという問題が残存している。特に、形状特性により一層高精度が要求される光学素子に用いられるプラスチック成形品１の場合にこの曲がりが問題となる。
【００１９】
この長手方向に曲がりの生じたプラスチック成形品１が、例えば、ｆθレンズであり、この曲がりのあるｆθレンズが組み込まれた走査ユニットを用いてレーザーにより書き込みを行うと、走査線曲がりという現象が生じる。
【００２０】
また、長手方向に偏肉形状のプラスチックス成形品１の場合には、短手方向の温度分布の相違により屈折率分布特性が異なり、設計上予定されている屈折率特性を期待できないという不都合も生じる。
【００２１】
本発明の目的は、曲がり、ソリ等の形状特性の劣化、屈折率分布特性の劣化を極力回避することのできる光学素子用のプラスチック成形品及びこれを用いた光走査ユニット及びこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のプラスチック成形品は、溶融状態のプラスチック樹脂材料の冷却硬化時にプラスチック樹脂材料が被転写面生成用駒の転写面に密着されることにより形成された被転写面と、溶融状態のプラスチック樹脂材料の冷却硬化時に案内駒に対して摺動されて冷却途中のプラスチック樹脂材料の一面側から不完全転写面生成用駒が離間されることにより形成された不完全転写面とを有して該不完全転写面がヒケによる窪みが形成されるヒケ誘導面とされた光学素子用のプラスチック成形品において、
前記ヒケ誘導面に少なくとも溶融状態のプラスチック樹脂材料の冷却硬化時の放熱を助長するための複数個の放熱用凹凸条部が形成され、該複数個の放熱用凹凸条部が光軸方向と平行に延びていることを特徴とする。
請求項２に記載の光学素子用のプラスチック成形品は、請求項１に記載の光学素子用のプラスチック成形品において、前記複数個の放熱用凹凸条部が前記ヒケ誘導面以外の領域に延びていることを特徴とする。
請求項３に記載の光学素子用のプラスチック成形品は、請求項１又は請求項２に記載の光学素子用のプラスチック成形品において、前記複数個の放熱用凹凸条部の各断面形状が三角形状又は円柱形状又は台形状又はテーパ形状であることを特徴とする。
請求項４に記載の光学素子用のプラスチック成形品は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学素子用のプラスチック成形品において、前記ヒケ誘導面に加えて、さらに、レーザー光が入射する入射面とレーザー光が出射される出射面とを有することを特徴とする。
請求項５に記載の光学素子用のプラスチック成形品は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学素子用のプラスチック成形品において、前記ヒケ誘導面に加えて、さらに、レーザー光が入射する入射面と入射したレーザー光を鏡面反射する反射面を有していることを特徴とする。
請求項６に記載の光学素子用のプラスチック成形品は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光学素子用のプラスチック成形品において、前記プラスチック樹脂材料の樹脂特性が非晶質であることを特徴とする。
請求項７に記載の光走査ユニットは、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光学素子用のプラスチック成形品が組み付けられていることを特徴とする。
請求項８に記載の画像形成装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光学素子用のプラスチック成形品が組み付けられていることを特徴とする。
請求項９に記載の光走査ユニットは、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学素子用のプラスチック成形品が筐体内に組み付けられていることを特徴とする。
請求項１０に記載の画像形成装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学素子用のプラスチック成形品が筐体内に組み付けられていることを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図５は本発明に係わるプラスチック成形品２０の外観図を示している。このプラスチック成形品２０は後述する光走査ユニットの筐体内に組み付けられる光学素子としてのｆθレンズとして用いられる。
【００３６】
このプラスチック成形品２０は、レーザー光が入射する入射面２１、レーザー光が出射される出射面２２、光走査ユニットの筐体内への組付けの際の基準面２３を有する。その基準面２３と対向する一面側である対向面は、その主要部がヒケ誘導面２４となっている。
【００３７】
このプラスチック成形品２０は、光軸Ｏと直交する方向に長く延びる形状とされ、その長手方向中央部分が周辺部に較べて光軸方向に厚肉の偏肉形状とされている。そのヒケ誘導面２４には、溶融状態のプラスチック樹脂材料の冷却硬化時の放熱を助長するための放熱用凹凸条部２５が長手方向一側から他側に向かって多数個形成されている。ここでは、各放熱用凹凸条部は断面三角形状とされ、その各放熱用凹凸条部２５は光軸Ｏの延びる方向に延びるものとされている。そのヒケ誘導面２４には、図６〜図８に示す金型２７を用いて溶融状態のプラスチック成形材料を冷却硬化させる過程で、ヒケによる窪み２６が形成される。
【００３８】
金型２７は被転写面生成用駒２８〜３０、案内駒３１、不完全転写面生成用駒３２、補助駒３３を有する。これらの被転写面生成用駒２８〜３０、案内駒３１、不完全転写面生成用駒３３によって溶融状態のプラスチック樹脂材料が充填されるキャビティ３４が形成されている。
【００３９】
被転写面生成用駒２８は被転写面としての基準面２３をプラスチック成形品２０に形成するための転写面２８ａを有する。被転写面生成用駒２９は被転写面としての出射面２２をプラスチックス成形品２０に形成するための転写面２９ａを有する。被転写面生成用駒３０は被転写面としての入射面２１をプラスチック成形品２０に形成するための転写面３０ａを有する。
【００４０】
不完全転写面生成用駒３２には、複数本のエアー通路３２ａが形成され、このエアー通路３２ａはキャビティ３４内に向かって開口され、溶融状態のプラスチック樹脂材料の冷却に用いられる。
【００４１】
その不完全転写面生成用駒３０には、キャビティ３４に臨む面の側に、プラスチック成形品２０のヒケ誘導面２４に複数個の放熱用凹凸条部２５を形成するために、断面三角形状の凹凸条部３２ｂが彫り込んで形成されている。この各凹凸条部３２ｂは転写面２９ａから転写面３０ｂに向かって延びている。
【００４２】
金型２７はプラスチック樹脂材料の軟化温度以下の温度Ｔ°Ｃに予備加熱され、キャビテイ３４内にプラスチック樹脂材料の軟化温度（ガラス転移温度）以上に加熱された溶融状態のプラスチック樹脂材料３５が図７に示すように低圧で射出充填される。
【００４３】
そのプラスチック樹脂材料には、透明性を要求されるため、非晶質の材料が用いられ、例えば、ポリメタアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式アクリル樹脂、環状ポリオレフィンコポリマーを用いることができる。キャビテイ３４内の内部圧力Ｐは、プラスチック樹脂材料の冷却硬化に伴って図３に示すように変化する。
【００４４】
その溶融状態のプラスチック樹脂材料２５の冷却硬化時にプラスチック樹脂材料３５の被転写面生成用駒２８〜３０の各転写面２８ａ〜３０ａにプラスチック樹脂材料３５が密着維持されるため、プラスチック成形品２０に被転写面が形成される。
【００４５】
不完全転写面生成用駒３２はキャビテイ３４内の圧力Ｐがほぼ大気圧となるタイミングでヒケ誘導面３４から離間される。これにより、ヒケ誘導面３４と不完全転写面生成用駒３２との間に図８に示すように空隙３６が形成される。また、不完全転写面生成用駒３２がキャビテイ３４から離間されるので、ヒケ誘導面３４は不完全転写面となる。この空隙形成工程で、冷却用のエアーがエアー通路３２ａからヒケ誘導面３４に吹き付けられる。
【００４６】
空隙３６は断熱部として作用するので熱伝導効率が小さく、これに対して、被転写面生成用駒２８〜３０は金属であるので熱伝導効率大きい。従って、被転写面生成用駒２８〜３０が接触している各被転写面側の溶融状態のプラスチック樹脂材料３５の部分が先に冷却され、ヒケ誘導面２４の側は後から冷却されることになる。このように、ヒケ誘導面２４が後から冷却されるため、ヒケ誘導面２４にヒケが積極的に誘導され、ヒケによる窪み２６が形成されることになる。
【００４７】
ところで、溶融状態のプラスチック樹脂材料３５の被転写面生成用駒２８から空隙３６に向かう方向の温度勾配（例えば、放熱用凹凸条部２５を設けないときの光軸Ｏの方向の温度差は１５°Ｃ）が大きいと、金型２７を型開きして金型２７からプラスチック成形品２０を取り外して環境雰囲気内で冷却硬化させたときに、長手方向に沿っての冷却速度にアンバランスが生じ、プラスチック成形品２０の曲がり、ソリを生じる原因となり易いが、このプラスチック成形品２０によれば、放熱用凹凸条部２５が成形の際に形成され、ヒケ誘導面２４となる一面側の表面積が基準面２３よりも大きく形成され、ヒケ誘導面２４の側の放熱が助長されるので、プラスチック成形品２０の光軸Ｏの方向の温度勾配（エアーを吹き付けないときの温度差は約５°Ｃ）が小さくなり、プラスチック成形品２０の曲がり、ソリの発生を抑制できる。なお、エアーを吹き付けたときの温度勾配は、基準面２３の側とその対向面の側とでほぼ温度差０°Ｃとなる。
【００４８】
このようにして形成されたプラスチック成形品２０は、平面的に見ると、図９に示すように、その各放熱用凹凸条部２５の頂部２５ａがヒケ誘導面２４から突出するものとなっているが、不完全転写面生成用駒３２の凹凸条部３２ｂの彫り込みを変更することにより、図１０に示すように、各放熱用凹凸条部２５の頂部２５ａをヒケ誘導面２４から凹んだ形状とすることもできる。
【００４９】
以上の実施例では、各放熱用凹凸条部２５の断面形状を三角形状としたが、図１１に示すように、各放熱用凹凸条部２５の形状を円弧形状（円柱形状）としても良く、また、図示は略すが各放熱用凹凸条部２５の断面台形状又はテーパ形状としても良い。
【００５０】
この種のプラスチック成形品２０は図１２に示す光走査ユニット３３の筐体３４に基準面２３を基準にして組み付けられる。その光走査ユニット３３には、ポリゴンミラー３４が設けられ、その筐体内３４にはポリゴンミラー駆動用モータ（図示を略す）が設けられている。
【００５１】
その光走査ユニット３３はその筐体３４内の雰囲気温度がポリゴンミラー駆動用モータによって上昇する。その筐体３４には放熱を助長するための金属製放熱板（図示を略す）が設けられているが、プラスチック成形品２０がそのポリゴンミラー駆動用モータの熱を受けて温度上昇すると、プラスチック成形品２０の膨張収縮により光学特性が変化する。従って、従来から金属製放熱板をプラスチック成形品２０に接触させて、プラスチック成形品２０の放熱を図る工夫が行われているが、本発明に係わるプラスチック成形品２０によれば、プラスチック樹脂材料の冷却硬化の際の各放熱用凹凸条部２５が光走査ユニット３３にプラスチック成形品を組み込んだ際の放熱用凹凸条部としても機能するため、光走査ユニット３３の使用中の光学特性品質の向上も期待できる。
【００５２】
なお、プラスチック成形品２０のヒケ誘導面２４に形成された窪み２６の深さは、図１３に示すように、レーザー光束の有効透過領域２０Ａに侵入しない深さであるため、光走査ユニット３３にプラスチック成形品２０を組み付けたとしてもその機能に支障を生じない。
【００５３】
特に、図１４に示すように、二重走査式の光学素子としてのプラスチック成形品２０を形成する場合には、光軸Ｏ方向の厚さのみならず、光軸Ｏと直交する方向の厚さも厚くなるので、何らの対策も施さないと、その体積収縮量が大きくなるため、曲がり、ソリが発生しやすくなるが、この発明の実施の形態によれば、放熱用凹凸条部２５を形成したので、冷却硬化時の曲がり、ソリを低減できる。
【００５４】
以上、実施例においては、ｆθレンズとして用いられるプラスチック成形品２０の製造方法及びこれに用いる金型について説明したが、図１５、図１６に示すように、入射するレーザー光を鏡面反射する反射面３６と光走査ユニット３３の筐体３４内への組付けの際の基準面３７とを有しかつｆθミラーとして用いられるプラスチック成形品２０の基準面３７に対向する一面側である対向面にヒケ誘導面２４を形成し、このヒケ誘導面２４に複数個の凹凸条部２５を形成する構成とすることもできる。なお、この場合には、透明性を要求されないので、結晶性樹脂を用いても良い。
【００５５】
なお、この発明の実施の形態では、低圧の射出成形方法について説明したが、射出圧縮成形方法、ガスアシスト成形方法にも適用できる。
【００５６】
また、放熱用凹凸条部２５の長手方向の長さ、各放熱用凹凸条部２５の頂部２５ａの高さを適宜工夫することにより、ヒケによる窪み２６の発生箇所をコントロールすることも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項６に記載の発明によれば、光学素子用のプラスチック成形品の曲がり、ソリ等の形状特性の劣化、屈折率分布特性の劣化を回避でき、高精度の光学素子用のプラスチック成形品を形成できる。
すなわち、ヒケ誘導面は後から冷却され、この後から冷却されてヒケによる窪みが形成された領域の表面積が拡大されることによって放熱が助長され、更に、冷却用エアーが吹き付けられることによって、ソリ等の形状特性の劣化や屈折率分布特性の劣化を回避できる。
また、ヒケを目立たなくすることができるという効果も奏する。
プラスチック成形品に形成された凹凸条部の断面形状を三角、又は、テーパ形状にすると、不完全転写駒をヒケ誘導面から離間させやすく、また、そのプラスチック成形品に凹凸条部を形成するのが容易である。
請求項７、請求項９に記載の発明によれば、環境温度に対して画像劣化の小さい光走査ユニットを提供できる。
請求項８、請求項１０に記載の発明によれば、環境温度に対して画像劣化の小さい画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプラスチック成形品を示す外観図である。
【図２】従来のプラスチック成形品の製造工程の一例を示す説明図であって、（ａ）はプラスチック樹脂材料のキャビティ内への充填前の状態を示し、（ｂ）はキャビテイ内へのプラスチック樹脂材料の充填後の状態を示し、（ｃ）はプラスチック樹脂材料の充填後ヒケ誘導面から不完全転写面を離隔させた状態を示し、（ｄ）はヒケ誘導面に窪みが生じた状態を示している。
【図３】キャビテイ内の内部圧力と経過時間との関係を示す圧力変化特性図である。
【図４】プラスチック成形品の曲がりの一例を示す説明図である。
【図５】本発明に係わるプラスチック成形品としてのｆθレンズの外観図である。
【図６】本発明に係わるプラスチック成形品の成形に用いる金型の一例を示す説明図である。
【図７】金型のキャビティ内にプラスチック樹脂材料を充填した状態を示す説明図である。
【図８】不完全転写面を基準面と対向する一面側から離隔させた状態を示す説明図である。
【図９】図５に示すプラスチック成形品の平面図である。
【図１０】プラスチック成形品の平面図であって、放熱用凹凸条部がヒケ誘導面から凹んだ状態を示す変形例である。
【図１１】プラスチック成形品の外観図であって、円柱形状の放熱用凹凸条部を形成した変形例を示す。
【図１２】本発明に係わるｆθレンズの光走査ユニットへの組み付け状態の一例を示す平面図である。
【図１３】本発明に係わるｆθレンズの光束有効透過領域の説明図である。
【図１４】本発明に係わる２重走査式ｆθレンズの光束有効透過領域の説明図である。
【図１５】本発明に係わるプラスチック成形品としてのｆθミラーの正面図である。
【図１６】図１５に示すｆθミラーの平面図である。
【符号の説明】
２０…プラスチック成形品
２１…入射面（被転写面）
２２…出射面（被転写面）
２３…基準面（被転写面）
２４…ヒケ誘導面（不完全転写面）
２５…放熱用凹凸条部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plastic molded product for an optical element, an optical scanning unit using the same, and an image forming apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an optical scanning unit such as an optical laser scanning type digital copying machine, a laser printer device, a facsimile device, for example, an optical scanning writing unit, a rectangular fθ lens for imaging a laser beam, Optical elements such as mirrors for optical correction are used, and these optical elements have recently been changed from glass optical elements to plastics due to the demand for cost reduction of products such as optical scanning units and thus digital copying machines. The optical elements are being made.
[0003]
Further, in order to cover a plurality of functions with a minimum number of optical elements, a device is being devised in which the lens shape, mirror surface shape, and the like are incomplete spherical surfaces in addition to spherical shapes. Further, when the optical element is a lens, the lens thickness in the optical axis direction of the lens is increased, and the lens shape is elongated in a direction orthogonal to the optical axis, and the lens thickness in the optical axis direction of the lens is In many cases, a special shape such as an uneven thickness shape is not uniform along the longitudinal direction.
[0004]
When such an optical element is molded using a plastic resin material, even a special-shaped optical element is placed in a cavity of a mold having a cavity that has a shape corresponding to the outer shape of the optical element. By injection-filling a molten plastic resin material into a plastic molded product, it can be produced in large quantities at low cost.
[0005]
In the manufacturing process of such plastic molded products, in the process of cooling and curing the molten plastic resin material filled in the mold cavity, the resin pressure and resin temperature in the cavity are made uniform. Although it is desirable to accurately finish the molded product into the desired shape according to the design specifications, the molded product with a special shape, for example, an uneven thickness shape in which the lens thickness in the optical axis direction varies continuously along the longitudinal direction. In the case of the plastic molded product, since the amount of the molten plastic resin material is different for each location in the longitudinal direction of the plastic molded product, the cooling rate of the molten plastic resin material varies along the longitudinal direction, Eventually, a difference occurs in the volume shrinkage along the longitudinal direction of the plastic molded product, and sink marks occur at locations where the lens thickness is thick in the optical axis direction.
[0006]
In a plastic molded product used as an optical element, there is a sink on an optical characteristic surface that requires optical characteristics of a lens, such as an incident surface, an exit surface, and an optical characteristic surface that requires optical characteristics of a mirror, such as a specular reflection surface. When it occurs, the optical characteristics of the optical element itself are impaired.
[0007]
In addition, when a plastic molded product used as an optical element is assembled in the casing of the optical scanning unit, if there is a sink on the reference surface of the plastic molded product, the assembly accuracy is deteriorated.
[0008]
That is, in the manufacturing process of a plastic molded product used as an optical element, the optical characteristic surface and the reference surface are formed by transferring the shape of the transfer surface of the transfer surface generating piece that forms the cavity of the mold. However, it is necessary to avoid sink marks as much as possible on the optical characteristic surface and the reference surface, which are transfer surfaces of the plastic molded product.
[0009]
Therefore, an injection molding method is known in which the injection filling pressure of the molten plastic resin material into the cavity is increased to increase the injection filling amount into the cavity, but when the injection filling amount into the cavity is increased. Since the internal pressure increases, the internal distortion of the thin plastic part of the finished plastic molded product increases, and the optical performance deteriorates.
[0010]
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-141413, etc., in order to prevent the occurrence of sink marks on the transfer surface itself while preventing internal distortion, and to maintain the characteristics of the plastic molded product with high accuracy. A device has been devised that induces sink marks on the surface other than the transferred surface.
[0011]
For example, the case where the plastic molded product 1 (for example, fθ lens) as an optical element shown in FIG. 1 is manufactured will be described. In FIG. 1, 2 is an incident surface of the plastic molded product 1, 3 is an exit surface, and 4 is a reference surface. In order to manufacture this plastic molded product 1, a mold 5 schematically shown in FIG. 2 is prepared. The mold 5 is generally composed of fixed-surface-side transfer surface generating pieces 6 to 8, movable-type side guide pieces 9 and 10, and movable-type-side imperfect transfer surface generating pieces 11.
[0012]
A transfer surface 12 corresponding to the reference surface 4 of the plastic molded product 1 is formed on the transfer surface generating piece 6, and a transfer surface 13 corresponding to the emission surface 3 of the plastic molded product 1 is formed on the transfer surface generating piece 7. The transfer surface generation piece 8 is formed with a transfer surface 14 corresponding to the incident surface 2 of the plastic molded product 1.
[0013]
The opposing surface which is the one surface facing the reference surface 4 of the plastic molded article 1 is a sink guide surface 15 whose main part guides sink marks. In order to guide sinks to the sink guide surface 15, an incomplete transfer surface The generation piece 11 is configured to slide with respect to the guide pieces 9 and 10 and is configured to be separated from the sink guide surface 15 during the cooling and hardening process of the molten plastic resin material. An air passage 11 a is formed in the imperfect transfer surface generation piece 11.
[0014]
A cavity 16 is formed by these pieces 6 to 11. Each of the pieces 6 to 11 is heated and held at a temperature lower than the softening temperature of the plastic resin material, and the molten plastic resin material heated to a temperature higher than the softening temperature from the gate (not shown) to the cavity 16 has a low pressure. Injection filled.
[0015]
FIG. 2A shows a state before filling with the molten plastic resin material. As shown in FIG. 2B, the plastic molding material 16 ′ is filled. As shown in FIG. 3, the internal pressure P in the cavity 15 rises as the plastic molding material 16 ′ is filled, and then decreases with time.
[0016]
In the cavity 16, for example, normal temperature air is blown to the sink guide surface 15 through the air passage 11 a during the cooling process of the molten plastic resin material, and the internal pressure P in the cavity 16 is almost large. When the incomplete transfer surface generation piece 11 is separated from the sink guide surface 15 at a timing equal to the atmospheric pressure, as shown in FIG. 2C, it is between the sink guide surface 15 and the incomplete transfer surface generation piece 11. When the gap 17 is formed in the plastic molding 1 and the plastic molded article 1 is further cooled, as shown in FIGS. 2 (d) and 1, a depression 18 is formed in the sink guide surface 15, and the incident surface 2, the output surface 3, and the reference The occurrence of sink marks on the surface 4 can be prevented, and the occurrence of internal distortion in the plastic molded article 1 is reduced.
[0017]
According to this method of manufacturing a plastic molded product, the internal distortion is small, the occurrence of sink marks can be controlled, and the plastic molded product can be manufactured with a molding cycle similar to that of a thin molded product. Mass production of plastic molded products is possible at low cost.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this method of manufacturing a plastic molded product, as shown in FIG. 4, the plastic molded product 1 is bent or warped along the longitudinal direction, and the problem that the shape characteristics are not stable remains. Yes. In particular, this bending becomes a problem in the case of a plastic molded product 1 used for an optical element that requires higher accuracy due to shape characteristics.
[0019]
When the plastic molded product 1 bent in the longitudinal direction is, for example, an fθ lens, and writing is performed with a laser using a scanning unit in which the bent fθ lens is incorporated, a phenomenon of bending of the scanning line occurs. .
[0020]
Further, in the case of the plastics molded product 1 having an uneven thickness in the longitudinal direction, the refractive index distribution characteristic varies depending on the difference in the temperature distribution in the short direction, and the inconvenience that the refractive index characteristic scheduled in design cannot be expected. Arise.
[0021]
An object of the present invention is to provide a plastic molded article for an optical element capable of avoiding as much as possible deterioration of shape characteristics such as bending and warping, and deterioration of refractive index distribution characteristics, an optical scanning unit using the same, and an image using the same. It is to provide a forming apparatus.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The plastic molded article according to claim 1 includes a transfer surface formed by bringing the plastic resin material into close contact with the transfer surface of the transfer surface generating piece when the molten plastic resin material is cooled and cured, and a molten state. An incomplete transfer surface formed by sliding an incomplete transfer surface generating piece away from one surface side of the plastic resin material that is being slid with respect to the guide piece during cooling hardening of the plastic resin material. In the plastic molded product for an optical element in which the imperfect transfer surface is a sink guide surface in which a depression due to sink is formed ,
A plurality of heat radiating projections and depressions are formed on the sinking guide surface to promote heat dissipation during cooling and hardening of at least a molten plastic resin material, and the plurality of heat radiating projections and depressions are parallel to the optical axis direction. It is characterized by extending.
The plastic molded product for an optical element according to claim 2 is the plastic molded product for an optical element according to claim 1, wherein the plurality of heat radiating projections and recesses extend to a region other than the sink guide surface. It is characterized by being.
The plastic molded product for the optical element according to claim 3 is the plastic molded product for the optical element according to claim 1 or 2, wherein each of the plurality of heat radiation uneven strips has a triangular shape. Or it is a cylindrical shape, trapezoidal shape, or a taper shape.
The plastic molded article for an optical element according to claim 4 is the plastic molded article for an optical element according to any one of claims 1 to 3, further comprising a laser in addition to the sink guide surface. It has an incident surface on which light is incident and an exit surface from which laser light is emitted.
The plastic molded product for an optical element according to claim 5 is the plastic molded product for an optical element according to any one of claims 1 to 3, further comprising a laser in addition to the sink guide surface. It has an incident surface on which light is incident and a reflecting surface that specularly reflects incident laser light.
The plastic molded article for an optical element according to claim 6 is the plastic molded article for an optical element according to any one of claims 1 to 5, wherein the resin characteristic of the plastic resin material is amorphous. It is characterized by being.
The optical scanning unit according to claim 7 is characterized in that the plastic molded product for an optical element according to any one of claims 1 to 6 is assembled.
An image forming apparatus according to an eighth aspect is characterized in that the plastic molded product for an optical element according to any one of the first to sixth aspects is assembled.
An optical scanning unit according to a ninth aspect is characterized in that the plastic molded product for an optical element according to any one of the first to third aspects is assembled in a housing.
An image forming apparatus according to a tenth aspect is characterized in that the plastic molded product for an optical element according to any one of the first to third aspects is assembled in a housing.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 5 shows an external view of a plastic molded product 20 according to the present invention. This plastic molded product 20 is used as an fθ lens as an optical element assembled in a case of an optical scanning unit described later.
[0036]
The plastic molded product 20 has an incident surface 21 on which laser light is incident, an output surface 22 on which laser light is emitted, and a reference surface 23 when the optical scanning unit is assembled in the housing. The main part of the opposing surface, which is one side facing the reference surface 23, is a sink guide surface 24.
[0037]
The plastic molded product 20 has a shape that extends long in a direction perpendicular to the optical axis O, and a central portion in the longitudinal direction is thicker in the optical axis direction than the peripheral portion. On the sink guide surface 24, a large number of heat radiating projections and recesses 25 are formed from one side in the longitudinal direction to the other side to promote heat dissipation during cooling and hardening of the molten plastic resin material. Here, each heat radiation uneven | corrugated strip is made into the triangle cross-section, and each heat radiation uneven | corrugated strip 25 shall be extended in the direction where the optical axis O is extended. On the sinking guide surface 24, sinkholes 26 are formed in the process of cooling and hardening the molten plastic molding material using the mold 27 shown in FIGS. 6 to 8.
[0038]
The mold 27 includes transfer surface generation pieces 28 to 30, a guide piece 31, an incomplete transfer surface generation piece 32, and an auxiliary piece 33. A cavity 34 filled with a molten plastic resin material is formed by the transfer surface generation pieces 28 to 30, the guide piece 31, and the incomplete transfer surface generation piece 33.
[0039]
The transfer surface generating piece 28 has a transfer surface 28 a for forming a reference surface 23 as a transfer surface on the plastic molded product 20. The transfer surface generating piece 29 has a transfer surface 29 a for forming the emission surface 22 as the transfer surface on the plastic molded product 20. The transfer surface generating piece 30 has a transfer surface 30 a for forming the incident surface 21 as the transfer surface on the plastic molded product 20.
[0040]
A plurality of air passages 32a are formed in the imperfect transfer surface generating piece 32, and the air passages 32a are opened into the cavity 34, and are used for cooling the molten plastic resin material.
[0041]
The incomplete transfer surface generation piece 30 has a triangular cross section in order to form a plurality of heat radiation uneven portions 25 on the sink guide surface 24 of the plastic molded product 20 on the side facing the cavity 34. An uneven strip portion 32b is formed by engraving. Each of the ridges 32b extends from the transfer surface 29a toward the transfer surface 30b.
[0042]
The mold 27 is preheated to a temperature T ° C. which is not higher than the softening temperature of the plastic resin material, and a molten plastic resin material 35 is heated in the cavity 34 to be higher than the softening temperature (glass transition temperature) of the plastic resin material. As shown in FIG.
[0043]
Since the plastic resin material is required to be transparent, an amorphous material is used. For example, polymethacrylic resin, polycarbonate resin, alicyclic acrylic resin, and cyclic polyolefin copolymer can be used. The internal pressure P in the cavity 34 changes as shown in FIG. 3 as the plastic resin material cools and hardens.
[0044]
When the molten plastic resin material 25 is cooled and cured, the plastic resin material 35 is kept in close contact with the transfer surfaces 28a to 30a of the transfer surface generation pieces 28 to 30 of the plastic resin material 35. A transferred surface is formed.
[0045]
The incomplete transfer surface generating piece 32 is separated from the sinking guide surface 34 at a timing when the pressure P in the cavity 34 becomes almost atmospheric pressure. As a result, a gap 36 is formed between the sink guide surface 34 and the imperfect transfer surface generating piece 32 as shown in FIG. Further, since the incomplete transfer surface generation piece 32 is separated from the cavity 34, the sink guide surface 34 becomes an incomplete transfer surface. In this gap forming step, cooling air is blown from the air passage 32a to the sink guide surface 34.
[0046]
Since the air gap 36 acts as a heat insulating portion, the heat conduction efficiency is low. On the other hand, since the transfer surface generation pieces 28 to 30 are metal, the heat conduction efficiency is high. Accordingly, the portion of the plastic resin material 35 in the molten state on each transfer surface side that is in contact with the transfer surface generation pieces 28 to 30 is cooled first, and the sinking guide surface 24 side is cooled later. become. Thus, since the sink guide surface 24 is cooled later, sink marks are positively guided to the sink guide surface 24 and a recess 26 due to sink marks is formed.
[0047]
By the way, the temperature gradient in the direction from the transfer surface generating piece 28 of the molten plastic resin material 35 toward the gap 36 (for example, the temperature difference in the direction of the optical axis O when the heat radiation uneven portion 25 is not provided is 15). If the temperature is high, when the mold 27 is opened and the plastic molded product 20 is removed from the mold 27 and cooled and hardened in an environmental atmosphere, an imbalance occurs in the cooling rate along the longitudinal direction. The plastic molded product 20 is likely to bend and warp. However, according to the plastic molded product 20, the heat radiating uneven portion 25 is formed at the time of molding, and the surface area on one side that becomes the sink guide surface 24 is reduced. Since it is formed larger than the reference surface 23 and heat dissipation on the sink guide surface 24 side is promoted, a temperature gradient in the direction of the optical axis O of the plastic molded product 20 (temperature difference when air is not blown) About 5 ° C) decreases, the bending of the plastic article 20, it can suppress the occurrence of warpage. The temperature gradient when air is blown becomes a temperature difference of approximately 0 ° C. between the reference surface 23 side and the opposite surface side.
[0048]
When the plastic molded product 20 formed in this way is viewed in a plan view, as shown in FIG. 9, the top portions 25 a of the respective heat radiating uneven portions 25 protrude from the sink guide surface 24. However, by changing the engraving of the concave and convex portion 32b of the imperfect transfer surface generating piece 32, as shown in FIG. 10, the top portion 25a of each heat radiating concave and convex portion 25 is recessed from the sink guide surface 24. You can also
[0049]
In the above embodiment, the cross-sectional shape of each heat dissipation uneven portion 25 is triangular, but as shown in FIG. 11 , the shape of each heat release uneven portion 25 may be an arc shape (cylindrical shape) In addition, although not shown in the drawings, the cross-sectional trapezoidal shape or the taper shape of each heat radiating uneven portion 25 may be used.
[0050]
This type of plastic molded product 20 is assembled to the housing 34 of the optical scanning unit 33 shown in FIG . The optical scanning unit 33 is provided with a polygon mirror 34, and a polygon mirror driving motor (not shown) is provided in the housing 34.
[0051]
In the optical scanning unit 33, the ambient temperature in the housing 34 is raised by a polygon mirror driving motor. The casing 34 is provided with a metal heat radiating plate (not shown) for promoting heat radiation. When the temperature of the plastic molded product 20 rises due to the heat of the polygon mirror driving motor, the plastic molding 20 The optical characteristics change due to the expansion and contraction of the product 20. Therefore, there has been conventionally devised to heat the plastic molded product 20 by bringing a metal heat sink into contact with the plastic molded product 20, but according to the plastic molded product 20 of the present invention, the plastic resin material Since each of the heat release uneven portions 25 at the time of cooling and curing functions as a heat release uneven portion when a plastic molded product is incorporated into the optical scanning unit 33, the optical characteristic quality during use of the optical scanning unit 33 is improved. Can also be expected.
[0052]
The depth of the recess 26 formed on the sink guide surface 24 of the plastic molded product 20 is a depth that does not enter the effective transmission region 20A of the laser beam as shown in FIG. Even if the plastic molded product 20 is assembled, the function is not hindered.
[0053]
In particular, as shown in FIG. 14 , in the case of forming a plastic molded product 20 as a double scanning optical element, not only the thickness in the direction of the optical axis O but also the thickness in the direction orthogonal to the optical axis O Since it becomes thicker, if no measures are taken, the volume shrinkage becomes large, so that bending and warping are likely to occur. However, according to the embodiment of the present invention, the heat-dissipating uneven portion 25 is formed. Therefore, bending and warping during cooling and hardening can be reduced.
[0054]
As described above, in the embodiment, the manufacturing method of the plastic molded product 20 used as the fθ lens and the mold used for the plastic molding product 20 have been described . However, as shown in FIGS. 36 and a reference surface 37 for assembling the optical scanning unit 33 into the housing 34, and a sink is formed on the opposing surface, which is one side facing the reference surface 37 of the plastic molded product 20 used as an fθ mirror. It is also possible to form the guide surface 24 and to form a plurality of concave and convex portions 25 on the sink guide surface 24. In this case, since a transparency is not required, a crystalline resin may be used.
[0055]
In the embodiment of the present invention, the low pressure injection molding method has been described. However, the present invention can also be applied to an injection compression molding method and a gas assist molding method.
[0056]
In addition, by appropriately devising the length in the longitudinal direction of the heat radiation uneven portion 25 and the height of the top portion 25a of each heat release uneven portion 25, it is also possible to control the location where the depression 26 due to sink marks is generated. .
[0057]
【The invention's effect】
According to the first to sixth aspects of the present invention, it is possible to avoid bending of plastic molded products for optical elements , deterioration of shape characteristics such as warpage, and deterioration of refractive index distribution characteristics . Plastic molded products can be formed.
In other words, the sinking surface is cooled later, and the surface area of the area where the sinking depressions are formed is increased after that, so that heat dissipation is promoted, and further, cooling air is blown so that Thus, it is possible to avoid the deterioration of the shape characteristics and the deterioration of the refractive index distribution characteristics.
In addition, there is an effect that sink marks can be made inconspicuous.
If the cross-sectional shape of the concavo-convex portion formed in the plastic molded product is triangular or tapered, the imperfect transfer piece can be easily separated from the sink guide surface, and the concavo-convex portion is formed in the plastic molded product. Is easy.
According to the seventh and ninth aspects of the invention, it is possible to provide an optical scanning unit with little image deterioration with respect to the environmental temperature.
According to the eighth and tenth aspects of the present invention, it is possible to provide an image forming apparatus with little image deterioration with respect to the environmental temperature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view showing a conventional plastic molded product.
FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing an example of a manufacturing process of a conventional plastic molded article, in which FIG. 2A shows a state before filling a plastic resin material into a cavity, and FIG. 2B shows a plastic in a cavity. The state after filling the resin material is shown, (c) shows the state where the imperfect transfer surface is separated from the sink induction surface after filling with the plastic resin material, and (d) shows the state where the depression is generated on the sink induction surface. Show.
FIG. 3 is a pressure change characteristic diagram showing the relationship between the internal pressure in the cavity and the elapsed time.
FIG. 4 is an explanatory view showing an example of bending of a plastic molded product.
FIG. 5 is an external view of an fθ lens as a plastic molded product according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing an example of a mold used for molding a plastic molded article according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing a state where a plastic resin material is filled in a cavity of a mold.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which the incomplete transfer surface is separated from the one surface facing the reference surface.
FIG. 9 is a plan view of the plastic molded product shown in FIG.
FIG. 10 is a plan view of a plastic molded product, and is a modification showing a state in which the heat radiating concave and convex portions are recessed from the sinking guide surface.
FIG. 11 is an external view of a plastic molded product, and shows a modification in which a cylindrical heat radiation uneven portion is formed.
FIG. 12 is a plan view showing an example of an assembled state of the fθ lens according to the present invention to the optical scanning unit.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a luminous flux effective transmission region of an fθ lens according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a light flux effective transmission region of a double scanning fθ lens according to the present invention.
FIG. 15 is a front view of an fθ mirror as a plastic molded product according to the present invention.
16 is a plan view of the fθ mirror shown in FIG. 15.
[Explanation of symbols]
20 ... Plastic molded product 21 ... Incident surface (transfer surface)
22: Emission surface (transfer surface)
23 ... Reference surface (transfer surface)
24 ... Sink guide surface (incomplete transfer surface)
25. Convex and concave portions for heat dissipation

Claims

When the molten plastic resin material is cooled and cured, the plastic resin material is brought into close contact with the transfer surface of the transfer surface generating piece, and when the molten plastic resin material is cooled and cured, An imperfect transfer surface formed by separating the imperfect transfer surface generating piece from one side of the plastic resin material that is being slid and being cooled. In a plastic molded product for an optical element formed as a sink guide surface to be formed ,
A plurality of heat radiating projections and depressions are formed on the sinking guide surface to promote heat dissipation during cooling and hardening of at least a molten plastic resin material, and the plurality of heat radiating projections and depressions are parallel to the optical axis direction. A plastic molded article for an optical element , characterized in that

2. The plastic molded product for an optical element according to claim 1, wherein the plurality of heat radiating projections and recesses extend to a region other than the sink guide surface .

3. The plastic molded product for an optical element according to claim 1, wherein each of the cross-sectional shapes of the plurality of radiating projections and recesses is triangular, cylindrical, trapezoidal, or tapered.

4. The optical according to claim 1 , further comprising an incident surface on which laser light is incident and an emission surface from which laser light is emitted in addition to the sink guide surface. Plastic molded products for devices.

4. The apparatus according to claim 1 , further comprising an incident surface on which laser light is incident and a reflecting surface that specularly reflects the incident laser light in addition to the sink guide surface. Plastic molded products for optical elements as described in 1.

The plastic molded article for an optical element according to any one of claims 1 to 5 , wherein the resin characteristic of the plastic resin material is amorphous.

An optical scanning unit, wherein the plastic molded product for an optical element according to any one of claims 1 to 6 is assembled.

An image forming apparatus, wherein the plastic molded product for an optical element according to claim 1 is assembled.

An optical scanning unit, wherein the plastic molded product for an optical element according to any one of claims 1 to 3 is assembled in a housing.

An image forming apparatus, wherein the plastic molded product for an optical element according to any one of claims 1 to 3 is assembled in a housing.