CN1064589C - 光学元件集合体的连续形成方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供连续形成光学元件集合体的方法及装置，所述方法包括：将合成树脂片以合成树脂的流动温度范围的温度直接提供给模压装置的加热成形区域；一边保持其流动温度一边将合成树脂片连续地放进该模压装置上的具有光学元件集合体形状的模具内，使树脂片与模具相压紧，在树脂片的一个侧面上形成光学元件集合体之后，根据需要将表层薄膜层叠到树脂片不与模具相接触的侧面上；然后，在将载体薄膜提供给并贴到所获得的层叠物不与模具相接触的侧面上，然后将树脂片的温度冷却至该合成树脂玻化温度以下。

Description

光学元件集合体的连续形成方法及其装置
技术领域
本发明涉及在合成树脂片等板片上连续地形成直角棱镜、线性棱镜、双凸透镜、折射透镜、菲涅耳透镜、线性菲涅耳透镜、全息型等光学元件集合体的方法以及用于该方法的装置，具体地说，本发明涉及到对制造直角型循环反射体即制造入射光大致向光源反射的物体是有用的直角微棱镜集合体的连续形成方法以及用于该方法的装置。
背景技术
以往有多种有关将上述多种光学元件集合体搭载到合成树脂片表面上的光学合成树脂片的制造方法的提案。
在这种光学合成树脂片的制造中，与合成树脂的所谓模压加工，拉制加工、暗光精加工等一般树脂加工有所不同，光学元件的形状精度决定了光学性能。必须要作精度非常高的加工。例如，将直角棱镜集合体搭载到合成树脂板上，在所谓微棱镜式循环反射片的情况下成形加工构成棱镜的相互成90°的三个面时，即使有1°左右的变动，循环反射的光束的发散角也会过大，从而产生不能使用的不良现象。
为了改善上述不良现象，对在合成树脂片表面上搭载光学元件集合体的方法进行了多种改善的尝试。以下说明若干公开的有关光学合成树脂片的制造的专利。
Rowland的美国专利第3689346号说明书说明了连续制造直角型循环反射片的方法。这种方法是：在直角金属模中填充了可以硬化的成形材料后，将透明柔软的薄膜状材料敷到上述成形材料上，然后，通过使上述成形材料在硬化的同时与该薄膜材料相结合从而制造出循环反射片。但是，上述说明中具体记载的该成形材料的树脂实际只限于含有交联性丙烯酸酯单体的塑料溶胶型氯乙烯树脂等交联型树脂，虽然也说明了使用一部分溶融状态的树脂，但具体未对树脂在什么样的溶融粘度条件、加热条件和冷却条件下进行模压加工才能获得形状精度良好的制品作任何的说明。
在Rowland的美国专利第4244683号说明书(=特公昭56-51320号公报)中，公开了在热可塑性合成树脂片表面上半连续地对直角棱镜进行模压加工的装置和方法，即所谓的顺序加压成形方法。在该说明书中记载了下列内容：将平板状的模压金属模放置在合成树脂片上，而该合成树脂片则在表面平滑的循环带上移动，在三种压制操作台即预加热操作台、加热成形操作台以及多个冷却操作台处顺次加压成形从而形成棱镜元件。但是，因为用这种方法形成的棱镜片是由并排放置平板状金属模而成形，所以有明显的接缝，制品的外观很难看，而且，存在着生产率低的问题。
Pricone等人的美国专利第4486363号说明书(=特开昭59-140021号公报)及美国专利第4601861号说明书(=特开昭61-47237号公报)中公开了在热可塑性合成树脂片表面上对直角棱镜进行连续模压加工的装置和方法。依照上述说明书中所记载的模压加工方法。在带有精密模压图案的循环带构成的模压装置的一部分的温度加热到热可塑性合成树脂的玻化温度以上的温度之后，用多个加压点对热可塑性合成树脂片作连续的模压加工，然后，在冷却操作台冷却至上述合成树脂的玻化温度以下的温度。
但是，上述说明书中所记载的方法仅限于模压加工温度在合成树脂的玻化温度以上的温度而且在载体薄膜的玻化温度以下的温度，所以，树脂的流动往往不充分，因而需要长的加压时间并需要设置多个加压点等，因此不是生产率高的方法。另外，在此温度条件下被模压加工的元件会因弹性变形而存在形状精度下降的不良现象。而且，因为模压加工温度限于在上述合成树脂的玻化温度以上而且在载体薄膜的玻化温度以下的温度，所以，例如在对聚碳酸酯树脂等高融点合成树脂片进行模压加工的情况下，存在着对载体薄膜的选择有限制的不良现象。
特开昭56-159039号公报及特开昭56-159127号公报中公开了将合成树脂部件提供到一对循环带之间并在该合成树脂片表面形成双凸透镜及菲涅耳透镜等光学元件集合体的方法。但是，上述公报中对模压加工时合成树脂的溶融粘度条件、加热条件及冷却条件未作任何具体说明，而且，所公开的装置不具有把经模压成形的合成树脂在充分冷却后再将其剥下的结构，因而不适于成形具有足够光学精度的光学元件集合体。
特开平4-107502号公报中记载了下列内容：在一对弹性辊与冷却辊之间，将挤出机挤出的处于溶融状态的合成树脂片挤出到搭接于上述冷却辊与其它辊之间的衍射光栅模压用循环捣实器上，从而可形成フォログラム片。但是，在上述公报所记载的方法中，由于所挤出的合成树脂片不能充分冷却，所以，难以提高用这种方法获得的光学元件的形状精度。另外，上述公报未具体说明在什么样的溶融条件及加热条件、冷却条件中能由模压加工获得形状良好的制品。
以下说明用上述先有技术在合成树脂片上连续地形成上述直角棱镜片等光学元件集合体时的问题。
作为前述先有技术中预想到的形成光学元件集合体的问题，根据发明者的实验，可以列举出由于合成树脂流动不良而造成金属模的填充不良、溶融不良而导致压力释放后的弹性变形、由于合成树脂的化学化合以及溶剂或合成树脂中低分子成分的飞散而引起的收缩等。
特别是在较低温度例如室温左右的合成树脂片的状态下将合成树脂提供给模压装置时，因为在加压成形区域的前段或加热成形区域内合成树脂不能得到充分地加热，而容易发生由于合成树脂流动不良而造成金属模填充不良。具体地说，在Pricone等人的美国专利第4486363号说明书(=特开昭59-140021号公报)及美国专利4601861号说明书(=特开昭61-47237号公报)所记载的方法中，对合成树脂片进行模压加工的温度限于该合成树脂玻化温度以上而且在载体薄膜的玻化温度以下的温度，所以，合成树脂的流动状态往往不充分。
为此，Pricone等人采用了设置多个加压点的方法以及减慢合成树脂片的移动速度以便给予足够的加压时间的方法，但是，这都不是可提高生产率的方法。而且，在设置多个加压点稍有疏忽时，当在下一个加压点再次对从金属模上剥离下来的合成树脂片进行加压成形时，存在着图案不吻合的不良现象。作为其它的改进方法，例如，虽然记载了用挤出机等以片状方式提供溶融了的合成树脂，但是，具体未对用什么样的温度条件和合成树脂的溶融状态才能制造出精度良好的光学元件集合体作任何说明。
由于溶融不良而引起的压力释放后的弹性变形容易发生在当合成树脂在溶融不良状态下被高压强行填充金属模内的情况下。在这种情况下，虽然能将合成树脂完全填充进金属模，但是，例如会产生本来应为平面的光学元件面因压力释放后的弹性变形而膨胀成凸面状这种不良现象。而且，还存在着在上述条件下的高压成形会降低金属模寿命的弊端。
因合成树脂的收缩而导致的光学元件的变形的现象是：在加压成形和压力释放后，由于化学结合以及溶剂和合成树脂中的低分子成分的分散，会出现本来应是平面的光学元件表面收缩变形成凹面状现象。这种收缩现象会影响从金属模中剥离合成树脂，从而降低生产率。而且，在合成树脂中含有低分子成分的情况下，金属模的表面会附着有该低分子成分，从而会出现剥离不良和表面平滑性下降等不良现象，另外，残留在所得到的模压片上的挥发成分在产品使用中会慢慢地飞散。从而会发生光学元件的变形，因而会破坏产品的性能。
本发明人进行了研究以便解决在合成树脂片上连续形成光学元件集合体时的上述问题，特别是解决在连续形成用于制造直角式循环反射体的直角微棱镜集合体时的上述问题。结果，实现了本发明，本发明发现：在提高到合成树脂的流动温度范围后，将合成树脂片直接提供给模压装置的加热成形区域并保持在该流动温度，并且，将合成树脂片连续地放进具有上述模压装置的光学元件集合体形状的模具内并使合成树脂片与模具相压紧，在合成树脂片的一个侧面上形成了光学元件集合体之后，根据需要将表层薄膜层叠到合成树脂片不与模具相接触的侧面上，然后，在将载体薄膜提供并紧贴到所得到的层叠物不与模具相接触的一侧之后，使合成树脂片的温度冷却至合成树脂玻化温度以下的温度，由此可以高效率地生产出表面上带有光学元件集合体的光学精度良好的合成树脂片。
发明的公开
本发明提供了连续形成光学元件集合体的方法，该方法包括：连续地提供合成树脂片；在加热成形区域内将合成树脂片放进使树脂片移动的具有光学元件集合体形状的模具内、使树脂片与模具相压紧，从而在树脂片的一个侧面上形成光学元件集合体；继续以与模具成一体的状态将树脂片移动至冷却区域；在该冷却区域内将树脂片冷却到合成树脂的玻化温度以下的温度以后，从模具上剥下树脂片；上述方法的特征在于：
(a)将温度在流动温度范围内的合成树脂片直接提供至加热成形区域；
(b)在加热成形区域内将合成树脂片的温度保持在该合成树脂流动温度范围；以及
(c)在使合成树脂片与模具压紧之后，将载体薄膜提供并紧贴到树脂片不与模具相接触的一侧上，然后，将树脂片的温度冷却至合成树脂玻化温度以下的温度。
此外，本发明还提供了连续形成光学元件集合体的装置，该装置带有：无缝的模压装置，其外表面上带有具有光学元件集合体形状的模具；加热装置，它对上述模压装置加热以使其升温从而在该模压装置上形成加热成形区域；合成树脂片供给装置，它将合成树脂片连续地提供给上述模压装置的加热成形区域；挤压成形装置，它在模压装置的加热成形区域内将所提供的合成树脂片放进模压装置外表面上的具有光学元件集合体形状的模具内并使树脂片与模具相压紧，从而在树脂片的一个侧面上形成光学元件集合体；模压装置的驱动装置，它使上述树脂片以与模具成一体的方式移至冷却区域；冷却装置，它用于冷却上述模压装置并形成使上述模压装置内的合成树脂片的温度降至该合成树脂玻化温度以下温度的冷却区域；以及，剥离装置，它从模压装置的模具上剥下形成有光学元件集合体的合成树脂片，上述连续形成光学元件集合体的装置的特征在于：
(a)合成树脂片供给装置带有使所提供的树脂片的温度升高至合成树脂流动温度范围的加热装置并且是能够将温度在流动温度范围内的合成树脂片连续地直接提供给模压装置的加热成形区域的合成树脂片供给装置；
(b)模压装置的加热成形区域的温度是将所提供并挤压成形的合成树脂片的温度能够充分保持在该合成树脂流动温度范围内的温度；以及
(c)所具有的载体薄膜供给装置在合成树脂片与模具紧压之后并在合成树脂片的温度冷却至其合成树脂玻化温度以下温度之前，将载体薄膜提供给合成树脂片与模具不相接触的一侧。
以下进一步地详细说明本发明。光学元件的形状以及光学元件集合体母模具的形成方法
作为本发明可以形成光学元件的具体实例，例如可以列举出直角棱镜、线性棱镜、双凸透镜、折射透镜、菲涅耳透镜、线性菲涅耳透镜、全息(hologram)型等，其中，最佳是适用于制造直角型循环反射体，即：入射光大致向光源反射的物体的直角型微棱镜。
作为在合成树脂片上连续形成上述光学元件集合体所必要的基本模具的光学元件集合体母模具的形成方法，例如可列举出：通过快速切削法、划线法、钻石切削法等手段从多个方向在金属表面上切削加工出槽以便形成光学元件的方法(例如参照特开昭60-100103号公报(=参照美国专利第4588258号说明书))；使金属和合成树脂片相重合并在其端面上切削加工出槽之后，按槽的深度和槽的间距使树脂片移动从而在树脂片端面上形成光学元件集合体的母模具的方法(例如参照美国专利第4073568号说明书)。
而且，在本发明中，用这样的方法制造出最佳的直角微棱镜集合体的母模具，所述方法的特征在于，它符合1996年7月26日提交的PCT国际申请PCT／JP96／02117中所公开的方法，即：将多个具有相互平行的二个平面的平板重叠，使所得到的平板层叠物的一个侧面朝向所说的平面并在直角方向上等间距地切削出V形槽，由此可以形成顶角约为90°的连续的屋顶状突起群，然后，以与形成在相邻平板上的V形槽的底部相一致的方式移动形成在各平板上的屋顶状突起群的屋顶顶部，这时，所使用的平板厚度为50-500μm，并且，上述平板是用洛氏硬度在70以上的合成树脂构成的。
本发明中用来形成光学元件集合体的合成树脂片的合成树脂只要是透明性良好的树脂，并不特别限定，例如，可以列举出丙烯酸类树脂、聚脂类树脂、聚碳酸酯类树脂、氯乙烯类树脂、聚苯乙烯类树脂、聚氨酯类树脂、聚烯烃类树脂等。其中，从耐气候性和透明性等的观点来看，丙烯酸类树脂、聚碳酸酯类树脂、聚氯乙烯类树脂及聚氨酯类树脂是最佳的。模压装置的形成方法
上述形成光学元件集合体的母模具可通过已知的方法例如电铸加工法等(例如参照《实务表面技术》35(8)，10-16页，(1988)、“特殊电铸及其应用电铸中使用的材料与药剂”(井上学著))复制出多个可以进行合成树脂片成形加工且相翻转的金属模。上述电铸复制出的多个金属模连在一起从而能形成大尺寸的金属模。按以上方式复制并连接起来的金属模成为一个大的片状金属模后，例如用激光焊接等手段将片的末端接合起来，从而能形成无接缝的带状金属模(模压带)，该模可用于对合成树脂片进行模压加工并在其表面上形成光学元件集合体。
而且，例如，依照实公昭48-1072号公报记载的方法，通过以无间隙的方式将按上述方法制出的复制电铸金属模安装到旋转式滚筒电极的内面后进一步进行电铸加工，可以借助焊接形成无接缝的带状金属模。
带状金属模的厚度无任何限制，但最好为通常使用的滚辊直径的1／3000～1／500特别是1／1200～1／800厚。
此外，也可以使用滚辊表面上直接设置具有光学元件集合体形状的金属模的模压辊式模压装置。在线性棱镜、线性菲涅耳透镜、双凸透镜等直线式光学元件的情况下，模压辊式的模压装置最好能在滚辊表面上直接切削加工出元件的形状。合成树脂片的供给方法及装置
将流动温度范围内的合成树脂片提供给本发明的连续形成光学元件集合体的装置内的方法，可例举出：用加热溶融挤出机等将流动温度范围内的合成树脂片直接提供给加热成形区的方法；通过预热装置将预先形成片状的合成树脂加热到流动温度范围以上然后提供给加热成形区域的方法等。
使用挤出机时的具体方法，一般是利用安装在单螺杆挤出机上的衣架式模头来挤出溶融状态的合成树脂。挤出机的螺杆形状，例如可例举出直径与长度的比率(直径／长度)为1／20～1／35。螺杆压缩比为1．5～2．0，转速为20～100rpm左右。而且，可以根据合成树脂的特性同时使用真空口、齿轮泵供给设备等。另外，为了提高树脂片的厚度精度，也可以在提供合成树脂片的加热成形区域的正好前方设置一对压延辊。例如，所使用的压延辊直径为100～500mm左右，最好是表面为镜面状的金属辊并且具有内部可加热的结构为好。最好能控制压延辊的间隙以获得需要的合成树脂片的厚度。
另外，把按预先形成片状的合成树脂加热至流动温度范围以上然后提供给加热成形区域的方法，可以列举出利用使所形成的合成树脂片通过两个以上的加热辊之间从而加热到流动温度范围以上的方法。这时，也可以同时使用吹热风装置、近红外器加热装置、远红外器加热装置等间接加热装置。加热成形区域及加热装置
利用上述合成树脂片供给方法及装置直接提供给连续形成光学元件集合体的设备的加热成形区域的并且在流动温度范围内的合成树脂片可通过挤压成形装置放进具有光学元件集合体形状的模具内，使该树脂片与模具相压紧，然后以与模具为一体的状态在加热成形区域内移动，从而在上述树脂片的表面上形成光学元件集合体。
作为挤压成形装置，可以列举出相对上述模压带或模压辊设置的一个以上的加压辊。加压辊可以使用金属制、橡胶制或合成树脂制的辊，因为压紧时的加压力取决于构成树脂片的合成树脂的种类和金属模的形状等，所以没有严格的限制，但是，通常对加压辊的宽度来说，加压力最好为5～100kg／cm特别是20～60kg／cm左右。作为连续挤压成形的速度，一般可以为5～30m／min最好是在7～15m／min的范围内，也可以根据光学元件的尺寸、成形的压力和速度等设置多个加压辊。
作为加热方式可以采用从辊的内部供热的内部加热方法，作为热供给方式可以使用感应加热方式，热介质循环方式等。此外，作为辅助手段，还可以组合使用热吹风装置，近红外器加热装置、远红外器加热装置等间接加热装置。在例如使用模压带的情况下，可利用把搭接模压带的两个辊中的一个作为加热辊而形成加热成形区域，而且，在使用模压辊等的情况下，利用把模压辊的一半作为加热区域而形成加热成形区域。此外，还可以根据需要在剥下下述成形结束的合成树脂片(的层叠物)之后，用辅助加热装置对前述模压带进行预加热。流动温度范围
本发明中，所谓“流动温度范围”是指合成树脂片在溶融状态被放进设置有光学元件集合体形状的金属模时，可以按照金属模的形状流动并加以填充从而能与模具成为一体的温度，就是指不会产生先有技术中常出现的不良现象，即：由于合成树脂的流动不充分而造成金属模填充不良、溶融不良而引起压力释放后的弹性变形等的温度范围。
具体地说，流动温度范围是使合成树脂粘度在100，000泊以下最好是在50，000泊以下的温度以上并且是未到该合成树脂分解温度的温度范围。可以用JISK-7210中规定的高化式流动测试器通过升温法测定合成树脂的溶融粘度，利用按以上方法求得的温度-粘度关系来规定流动温度范围。
作为升温法的具体测定方法，将合成树脂试料1．5g放入开始温度设定为140℃、设置有孔径为1．0mmφ、长度为10mm的模具的、截面面积为1cm2的金属圆筒内，在升温速度为3℃／min、加压压力为30kgf的条件下使试料升温并对其挤压。通过这时的试料温度与流出速度的关系可求出溶融粘度。
另外，例如还可用红外线温度计测定加热成形区域内的合成树脂片的温度。表层薄膜的层叠
在挤压成形并压紧于金属模从而与该模成一体且一个侧面上形成有光学元件集合体的合成树脂片上，为了改善其耐气候性、耐溶剂性、耐污染性、耐洗涤性、柔软性、耐寒性、耐伤性、耐磨损性、耐弯曲性等诸性能，可根据需要将表层薄膜层叠到上述树脂片不与模具相接触的侧面(以下称为外表面)上。作为层叠的装置，可以列举出相对模压带设置的橡胶辊。表层薄膜通过橡胶辊提供给合成树脂片上并通过橡胶辊加热压接而进行层叠，而合成树脂片至少处于流动开始点以上的温度、最好在流动温度范围内。最好在其玻化温度以上的温度条件下通过热融接法层叠上述表层薄膜。
这里，“流动开动点温度”是指常温下为固体的树脂被加热到玻化温度以上的温度从而软化并且进一步被加热从而在可以挤压成形的程度下开始流动的温度，具体地说，“流动开始点温度”是指使合成树脂溶融粘度在1，000，000泊以下的温度。
依照以上目的层叠在合成树脂片外表面上的表层薄膜的材料，可以列举出丙烯酸类树脂、氟类树脂、氯乙烯类树脂、聚酯类树脂、聚氨酯类树脂等。虽然对表层薄膜的厚度没有特别的限制，但是，该厚度通常为10-100μm，最好在20-50μm左右。
而且，可在表层薄膜上根据需要印刷上字符和交通标识。最好在表层薄膜的背面即在表层薄膜与合成树脂片相接触的侧面上进行印刷以使印刷油墨不会剥离。载体薄膜的层叠
在按上述方式挤压成形并压紧于金属模的合成树脂片或者根据需要在外表面上层叠有表层薄膜的合成树脂片以与金属模成一体的状态移至冷却区域之前，将载体薄膜提供给并层叠到该树脂片不与金属模相接触的一侧。作为层叠载体薄膜的装置，可列举出相对模压带设置的辊例如橡胶辊。载体薄膜通过橡胶辊提供给至少在流动开始温度以上温度的合成树脂片外表面上或者根据需要提供给层叠的表层薄膜与上述树脂片不相接触的一侧表面上，并通过辊进行加热压接。
这样，通过将载体薄膜按压并层叠到上述溶融且压接于模具从而与该模成一体状态的合成树脂片的外表面上或者根据需要按压并层叠到层叠的表层薄膜不与合成树脂片相接触的侧表面上，由此可以将载体薄膜的表面复制到合成树脂片的外表面或表层薄膜的外表面上并形成平滑的表面。而且，载体薄膜在制造过程中也起到了防止损伤制品表面的保护层的作用。因为载体薄膜在层叠到合成树脂片或表层薄膜上之后马上开始冷却，所以，可以使用与合成树脂片或表层薄膜具有大致相等的流动温度的合成树脂薄膜。
作为可以用于载体薄膜的合成树脂的具体实例，虽然聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂，聚酰亚胺类树脂、芳族聚酰胺类树脂等耐热性较好的树脂是最佳的，但也可以是与用作合成树脂片的合成树脂的玻化温度大致相同的树脂。
此外，对载体薄膜的厚度没有特别的限制，但该厚度一般为35～150μm、最好在50～100μm左右。冷却区域与冷却装置
为了使载体薄膜加热压紧时的温度与合成树脂片放入并压紧于金属模从而与该金属模成一体时的温度大致相等，必须要设置在层叠之后立即快速进行冷却的冷却区域，以便使得载体薄膜不会溶融。作为冷却区域中的冷却手段例如可以采用：将冷却介质喷嘴设置在离相对载体薄膜层叠装置的位置在移动方向下游侧的方法，所述喷嘴用于向带状金属模(模压带)的一面或两面吹出空气、氮气、水等冷却介质；将搭接有模压带的两个辊中的一个如前述那样作为加热辊(加热成形区域)并将另一个作为用水等冷却介质进行冷却的冷却辊的方法；以及，将上述两种方法结合起来等。这种情况下，设置有冷却辊及模压带的冷却介质喷嘴的区域成为冷却区域。而且，在将上述模压辊等的辊表面设置成光学元件集合体形状的成形装置中，也可以将辊的一半作为冷却区域。这种情况下，通过分隔形成在辊内部的多个孔的两个总管并使热介质和冷介质流过各自的总管，由此可以在辊上设定加热成形区域和冷却区域两个温度区域。
在上述冷却区域中，可将合成树脂片与载体薄膜的层叠物或合成树脂片及表层薄膜与载体薄膜的层叠物冷却至该合成树脂玻化温度(Tg)以下的温度，较好是冷却至(Tg(℃)～20℃)以下的温度，最好是冷却至(Tg(℃)～50℃)以下的温度。剥离装置
可以通过通常的装置例如剥离辊从金属模具中剥下被冷却的合成树脂片与载体薄膜的层叠物或者合成树脂片及表层薄膜与载体薄膜的层叠物(以下仅称为树脂片层叠物)。为了防止冷却处理后从金属模剥下的树脂片层叠物被剥离辊压紧在冷却辊上，剥离辊最好设置成不与冷却辊相接触。剥离辊，例如可以使用橡胶辊、金属辊、合成树脂辊等。后续工序
上述表面上形成有光学元件集合体的合成树脂光学片在剥去载体薄膜后成为成品，但是，为了确保在形成有光学片的光学元件集合体的侧面上有空气层。可根据需要配置背面片，侧如，从其背面即不朝向所述光学片的侧面对前述背面片进行热模压，从而形成连续细线状的网格花纹连接壁，通过使形成有光学片的光学元件集合体的侧面与背面片部分地结合，可以形成盒式结构，而且，在光学片的光学元件集合体的表面上设置有通过金属蒸镀和化学镀银等进行光反射的镜面层。此外，为了与其它结构相接合，可将粘接层等设置在镜面层上，该镜面层设置于相结合的背面片背面和光学元件集合体表面上。
以下参照附图更详细地说明本发明的连续形成光学元件集合体的方法及装置。
图1是表示本发明连续形成光学元件集合体的装置的一种形态的概念图。
图2是表示本发明连续形成光学元件集合体的装置的另一种形态的概念图。
图3是表示本发明连续形成光学元件集合体的装置的又一种形态的概念图。
在图1所示的形态中，两个钢辊(1)、(2)上搭接着环状的无缝模压带(3)。辊(1)的内部带有油循环方式的加热装置，辊(1)是形成加热成形区域的加热成形用辊。辊(2)的内部带有冷却装置，它具有由冷却介质进行冷却的结构，辊(2)是构成冷却区域主要部分的冷却用辊。此外，无缝模压带(3)的表面上设置有具有光学元件集合体形状的金属模。
合成树脂片(5)从安装在挤出机上的压模(4)中以保持在流动温度范围内的方式连续地挤压出来，并被提供给由液压缸(6)所压紧的压紧成形用橡胶辊(7)与加热成形区域内的辊(1)上的模压带(3)的表面之间，合成树脂片(5)被压紧于被按压并设置在模压带表面上的具有光学元件集合体形状的金属模中，从而在与该金属模成一体的同时，在合成树脂片(5)的一个侧面上形成光学元件集合体。
与金属模成一体的合成树脂片(5)与模压带(3)一同移过加热成形区域，在该加热成形区域终点附近将载体片(9)提供给树脂片(5)的外表面，由橡胶制的层叠用压紧辊(8)压紧并层叠载体片(9)，同时完成光学元件集合体的成形。气缸(11)通过由支点以自由旋转方式支承的金属杆(10)压紧辊(8)，而且，由放线机(12)放出载体片(9)。
然后，以与金属模成一体的状态同模压带(3)一起移动的载体片(9)和合成树脂片(5)的层叠物移向冷却区域，由鼓风冷却器(13)冷却后，在构成冷却区域主要部分的辊(21)上进一步冷却至合成树脂玻化温度以下的温度。冷却后的片状层叠物通过剥离辊(14)从模压带上剥离下来，卷成成品。
在图2所示的形状中，两个钢辊(25)、(26)上搭接有模压带(27)。辊(25)的内部带有感应加热方式的加热装置，辊(25)是形成加热成形区域的加热成形用辊。辊(26)的内部带有冷却装置，它具有由冷却介质进行冷却的结构，辊(26)是构成冷却区域主要部分的冷却用辊。此外，无缝模压带(27)的表面上设置具有光学元件集合体形状的金属模。
合成树脂片从安装在挤出机上的压模(21)中以保持在流动温度范围内的方式连续地挤压出来并被提供给由液压缸(22)所压紧的一对钢制压延辊(23)、(24)之间，然后移过压延辊(23)并由压延辊(23)压紧在加热成形区域内的模压带(27)且压紧于设置在模压带表面上的具有光学元件集合体形状的金属模上，从而与该金属模成一体并且于合成树脂片的一个侧面上形成光学元件集合体。此时，根据情况也可以在与压延辊(23)相邻处再设置压紧辊以便完成压紧。
与金属模成一体的合成树脂片与模压带(27)一同移过加热成形区域，在该加热成形区域内将表层薄膜(29)提供给树脂片的外表面，由橡胶制的层叠用压紧辊(28)压紧并层叠表层薄膜(29)。气缸(31)通过金属杆(30)压紧辊(28)，而且，放线机(32)放出表层薄膜(29)。
以与金属模成一体的状态同模压带(27)一起移动的合成树脂片和表层薄膜(29)的层叠物进而与模压带(27)一起移过加热成形区域，在该加热成形区域终点附近将载体片(34)提供给表层薄膜的外表面。由橡胶制的层叠用压紧辊(33)压紧并层叠载体片(34)，同时完成了光学元件集合体的成形。由气缸(36)通过金属杆(35)压紧辊(33)，而且，由放线机(37)放出载体片(34)。
然后，合成树脂片、表层薄膜(29)以及载体片(34)层叠的片状层叠物移向冷却区域，由鼓风冷却器(38)冷却后，在构成冷却区域主要部分的辊(26)上进一步冷却至合成树脂玻化温度以下的温度。冷却后的片状层叠物通过剥离辊(39)从循环带(27)上剥离下来并作为成品卷绕到卷绕机(40)上。剥离了片状层叠物的循环带(27)一边移动一边由近红外线加热方式的预热器(41)预热到挤压温度后返回至辊(25)与(23)之间。
在图3所示的形态中，模压辊(55)具有在其内部细孔(56)中流有热介质从而能进行热交换的结构，由设置在辊的外圆周上的总管(57)、(58)分隔成两个区域。辊(55)上部的细孔流过被加热的热介质油从而使加热总管(57)形成加热成形区域，冷却水穿过辊下部的细孔从而冷却总管(58)形成冷却区域。这样，模压辊(55)被分成了两个温度区域。模压辊(55)的表面上设置具有光学元件集合体形状的金属模。
合成树脂片(52)从安装在挤出机上的压模(51)中以保持在流动温度范围内的方式连续地挤出，并被提供给一对钢制压延辊(53)、(54)之间并被紧压，然后移过压延辊(54)并由压延辊(54)压紧在模压带(55)的加热成形区域，并且压接于设置在模压辊(55)表面上的具有光学元件集合体形状的金属模上，从而与该金属模成一体并且于合成树脂片的一个侧面上形成光学元件集合体。
与金属模成一体的合成树脂片(52)随着模压辊(55)的旋转而移动，在模压辊(55)的加热成形区域的最后部分处将载体片(60)提供到树脂片(52)的外表面上，由层叠用辊(59)压紧并层叠载体片(60)，同时完成光学元件集合体的成形。然后，合成树脂片(52)与载体片(60)的层叠物通过旋转移至模压辊(55)的冷却区域而被快速冷却，而且还由吹冷风装置(61)从表面进行冷却，冷却至合成树脂玻化温度以下的温度。冷却后的片状层叠物由剥离辊(62)剥下并作为成品卷绕起来。
在本发明的上述成形方法中，因为在合成树脂流动温度范围内挤压成形光学元件，所以可以改善由于树脂流动不充分而引起的金属模填充不良、溶融不良而导致压力释放后的弹性变形、由于树脂的化学结合以及溶剂飞散的收缩等先有技术中常出现的不良现象，从而能够生产出光学精度极佳的光学元件集合体。
而且，若使用本发明的装置，可以快速地完成向合成树脂片的金属模内的填充，从而显著地提高了光学元件集合体的生产率。
实施例
以下用实施例进一步详细说明本发明。
实施例1
以下说明用图2所示装置连续形成本发明光学元件集合体的具体实例。
在图2中，周长4000mm、宽700mm的模压带(27)搭接于直径300mm、宽800mm的一对钢辊(25)、(26)，上部辊(25)通过其内部设置的感应加热方式能够加热至280。而且，下部辊(26)内部带有冷却装置，它能用水将表面温度冷却至30℃。上述一对辊之间搭接无缝模压带(27)，该模压带的表面上在宽度为600mm的范围内以最密集填充状态设置有棱镜高为100μm，光学轴倾斜角为8°的凹状三角锥形直角循环反射式元件。
在上述模压带装置中，在280℃温度条件下从设置有宽度为650mm的衣架式模头(21)的、直径为50mm的单螺杆挤出机中挤出的厚250μm的聚碳酸酯树脂(三菱工程塑料公司制)通过由液压缸(22)压紧的一对表面温度为180℃的镀铬辊(23)、(24)之间以后按线性压力为50kg／cm的加压力压接到上述模压带装置的模压带上。而且，用直径200mm，宽700mm的硅辊(图中未示出)在加压力30kg／cm的加压力下挤压和模压带一同移动的聚碳酸酯树脂薄膜。
然后，可用直径200mm，宽700mm的硅辊(28)在聚碳酸酯树脂片上层叠厚度为30μm的丙烯酸树脂薄膜(三菱人造丝公司制)。融接上述丙烯酸薄膜的聚碳酸酯树脂薄膜和模压带一起行进，进而用直径200mm、宽700mm的硅辊(33)将厚75μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂片(34)层叠到已层叠了的丙烯酸树脂薄膜上。
上述层叠片直接用配备喷吹温度为20℃空气的鼓风喷嘴的冷却装置(38)冷却至50℃以下并从下部冷却辊(26)上剥离下来。由此，表面会受到聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂片的保护并层叠有丙烯酸树脂薄膜，从而获得在聚碳酸酯树脂表面上形成有多个三角锥形直角式循环反射元件的光学元件集合体。
用扫描式电子显微镜按1000倍观察所得到的光学元件集合体中各元件的外观，各元件的反射面非常平滑，而且，可以确认元件的顶点及各个棱均无缺陷，能均匀、轮廓清晰地成形。此外，对所得到的光学元件集合体按JISZ8714“循环反射体-光学特性-测定方法”测定入射角为5°、观察角为0．2°的循环反射性能时，得到了880cd／1x·cm2非常好的值。

Claims (12)

1．光学元件集合体的连续形成方法，该方法包括：连续地提供合成树脂片；在加热成形区域内将合成树脂片放进使树脂片移动的具有光学元件集合体形状的模具内，使树脂片与模具压紧，从而在树脂片的一个侧面上形成光学元件集合体；再继续以与模具成一体的状态将树脂片移动至冷却区域；在该冷却区域内将树脂片冷却到合成树脂的玻化温度以下的温度，然后从模具上剥下树脂片；上述方法的特征在于：
(a)将温度在流动温度范围内的合成树脂片直接提供给加热成形区域；
(b)在加热成形区域内将合成树脂片的温度保持在该合成树脂流动温度范围；以及
(c)在使合成树脂片与模具压紧之后，将载体薄膜提供并紧贴到树脂片不与模具相接触的一侧，然后，将树脂片的温度冷却至合成树脂玻化温度以下的温度。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热成形区域内，当合成树脂片紧压于模具之后，在合成树脂至少处于流动开始点温度以上的温度时，将表层薄膜提供给并层叠到树脂片不与模具相接触的侧面上，然后，将载体薄膜提供给所得到的层叠物不与模具相接触的侧面。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，合成树脂的流动温度范围是使得合成树脂溶融粘度为100，000泊以下的温度以上且未到合成树脂分解温度的温度。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，合成树脂片压紧于模具之后，在合成树脂至少处于流动开始点温度以上的温度时提供载体薄膜。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，合成树脂是丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚烯烃树脂或聚氨酯树脂。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，模具是带状金属模或辊状金属模。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，光学元件集合体是直角式棱镜、线性棱镜、双凸透镜、折射透镜、菲涅耳透镜、线性菲涅耳透镜或全息型。
8．光学元件集合体的连续形成装置，该装置带有：无缝模压装置，其外表面上带有具有光学元件集合体形状的模具；加热装置，它对上述模压装置加热以使之升温从而在该模压装置上形成加热成形区域；合成树脂片供给装置，它将合成树脂片连续地提供给上述模压装置的加热成形区域；挤压成形装置，它在模压装置的加热成形区域内将所提供的合成树脂片放进模压装置外表面上的具有光学元件集合体形状的模具内并使树脂片与模具相压紧，从而在树脂片的一个侧面上形成光学元件集合体；模压装置的驱动装置，它使上述树脂片以与模具成一体的状态移至冷却区域；冷却装置，它用于形成冷却区域，冷却上述模压装置并使上述模压装置内的合成树脂片的温度降至该合成树脂玻化温度以下的温度；以及，剥离装置，它从模压装置的模具上剥下形成有光学元件集合体的合成树脂片，上述光学元件集合体的连续形成装置的特征在于：
(a)合成树脂片供给装置带有使所提供的树脂片的温度升高至合成树脂流动温度范围的加热装置并且是能够将温度在流动温度范围内的合成树脂片连续地提供给模压装置的加热成形区域的供给装置；
(b)模压装置的加热成形区域的温度是将所提供并挤压成形的合成树脂片的温度充分保持在合成树脂流动温度范围的温度；以及
(c)所具有的载体薄膜供给装置在合成树脂片与模具压紧之后并在合成树脂片的温度冷却至该合成树脂玻化温度以下的温度之前将载体薄膜提供给树脂片不与模具相接触的一侧。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还具有表层薄膜供给装置，该表层薄膜供给装置在模压装置的加热成形区域内于合成树脂片与模具相压紧之后且于供给载体薄膜之前将表层薄膜提供给树脂片不与模具相接触的侧面；以及还具有层叠装置，它用于将树脂片与表层薄膜层叠起来。
10．如权利要求8所述的装置，其特征在于，模压装置是模压带。
11．如权利要求8所述的装置，其特征在于，模压装置是模压辊。
12．如权利要求8所述的装置，其特征在于，合成树脂片供给装置是合成树脂的加热溶融挤出装置。
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