JP2006082421A - 光学素子の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂の型成形にて光学素子を得る光学素子の製造技術において、気泡の混入に起因する欠陥のない光学素子を歩留まり良く製造する。
【解決手段】 樹脂成形装置１０の成形型部２０において、胴型２１、ガラス型２２、胴型２３およびガラス型２４にて構成されるキャビティ２８の鉛直方向の最下部に樹脂注入路２５のゲート２５ａを設けるとともに、キャビティ２８の最上部に空気排出口２６を設け、キャビティ２８の底部から注入される紫外線硬化型樹脂６０が徐々に上昇して最終充填位置である空気排出口２６に至るようにして、キャビティ２８に充填される紫外線硬化型樹脂６０への空気の巻き込みに起因する気泡等の欠陥発生を防止し、気泡等の欠陥のない光学素子を高歩留りで製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子の製造技術に関し、特に、エネルギー硬化型樹脂の成形工程等に適用して有効な技術に関する。

近年、ガラス等に比較して耐衝撃性に優れ量産が可能であることから、樹脂成形によるプラスチック光学素子の製造技術が広範に普及してきている。
たとえば、従来のプラスチック光学素子の製造方法には、熱可塑性樹脂を用い、射出成形により素子を製造する方法や、エネルギー硬化型の樹脂を用い、注型法により製造する方法等があり、具体例の１つとして、紫外線を透過する成形型によりキャビティを形成し、そのキャビティ内に紫外線硬化性樹脂を注入した後、成形型を透過させて紫外線を照射する事で紫外線硬化型樹脂を重合硬化させ、所望のプラスチック光学素子を成形するという製造方法がある。

一般的な樹脂注入方法として、特許文献１があるが、樹脂注入口がキャビティの上方部にあるため、注入時に空気を巻き込み易く、歩留まりが悪くなる懸念がある。気泡の巻き込みを防止するためには、型内を流れ落ちる樹脂の速度を小さくして空気の逃げる時間を長くすることが考えられるが、型の上部から注入する方法では、一旦、注入口から離れた樹脂が型内を流れ落ちる速度は、自重で決まり、制御できない。

すなわち、たとえば、図２５Ａのような凹レンズ用の成形型５００のキャビティに、その上部に設けられたノズル５０１から樹脂５０２を注入する場合、図２５Ｂのように広がりながら樹脂５０２は自重で下降して成形型５００の底部に到達し、この時、中央部に気泡５０３を巻き込み、樹脂５０２の粘度が高い場合は、図２５Ｃのように気泡５０３は底部に止まり、さらに図２５Ｄのように充填が完了する時点でも、気泡５０３は型（キャビティ）内に残ったままとなり、この気泡５０３の部分が成形品の欠陥となる。

また、図２６のように、注入中の樹脂５０２と成形型５００の壁面に着目すると、樹脂５０２の壁面に接する部分は、降下中に壁面との摩擦により、中央部側よりも降下が遅れ、この結果、樹脂５０２と壁面との間には断面が楔状の空間が形成され、この空間の空気が気泡５０３となって壁面との間に残存し、成形品の表面欠陥となる。

また、樹脂５０２の最終充填位置となる部位が、樹脂充填方向と垂直な面を有するプラスチック光学素子（たとえば、キャビティの断面が矩形の場合）においては、図２７Ａに示されるように、キャビティの上壁面と樹脂５０２の液面がほぼ平行になるため、最終充填位置の液面高さにおいて、図２７Ｂ、図２７Ｃのように、逃げ場を失った空気が気泡５０３となって残る場合があり、この気泡５０３は、成形品の表面欠陥となる。

これらの現象は、樹脂の粘度が高いほうが顕著に発生する。
特許文献２では、モールド型への樹脂の注入時に巻き込んだゴミや気泡を、注入後、モールド型を回転させることで周縁部に移動させる方法が開示されている。しかし、この特許文献２の方法では、モールド型を回転させる装置および工程が別途必要となり、コスト高となる。また、工程が増えるため、生産性が劣るという技術的課題がある。
特公平５−３６２１１号公報 特開平１０−２４４３３号公報

本発明の目的は、エネルギー硬化型樹脂の型成形にて目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造技術において、気泡の混入に起因する欠陥のない光学素子を歩留まり良く製造することにある。

本発明の他の目的は、エネルギー硬化型樹脂の型成形にて目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造技術において、低コストにて、かつ高い生産性にて気泡の混入に起因する欠陥のない光学素子を歩留まり良く製造することにある。

本発明の第１の観点は、エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
前記キャビティの鉛直方向の下部に設けられた注入口から前記エネルギー硬化型樹脂を注入する光学素子の製造方法を提供する。

本発明の第２の観点は、エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
前記キャビティに設けられた排気口から前記キャビティ内を吸引することで、前記キャビティの鉛直方向の下部に設けられた注入口から前記エネルギー硬化型樹脂を前記キャビティ内に流入させる光学素子の製造方法を提供する。

本発明の第３の観点は、エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
前記キャビティにおいて鉛直方向の上部に排気口を設けるとともに、前記キャビティの前記上部には前記排気口に向かって上り勾配となるテーパ部を形成し、前記キャビティに注入される前記エネルギー硬化型樹脂は、前記テーパ部に沿って上昇した後に前記排気口に至るように充填される光学素子の製造方法を提供する。

本発明の第４の観点は、エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
多角形の輪郭形状を持つ前記キャビティの角部が鉛直方向の最下部に位置するように前記キャビティを配置し、最下部の前記角部に設けられた注入口から前記エネルギー硬化型樹脂を注入する光学素子の製造方法を提供する。

本発明の第５の観点は、エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
多角形の輪郭形状を持つ前記キャビティの角部が鉛直方向の最上部に位置するように前記キャビティを配置し、前記エネルギー硬化型樹脂を前記キャビティに注入することによって排除される空気を最上部の前記角部に設けられた空気排出口から排出する光学素子の製造方法を提供する。

本発明の第６の観点は、エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造装置であって、
前記キャビティの鉛直方向の下部に設けられた注入口と、前記注入口を通じて前記エネルギー硬化型樹脂を前記キャビティ内に注入する樹脂供給機構と、を含む光学素子の製造装置を提供する。

本発明の第７の観点は、キャビティが設けられた成形型と、前記キャビティ内にエネルギー硬化型樹脂を供給する樹脂供給機構と、を含む光学素子の製造装置であって、
前記キャビティは、鉛直方向の上部に設けられた排気口と、前記排気口に向かって上り勾配となるテーパ部とを含み、前記樹脂供給機構から前記キャビティに注入される前記エネルギー硬化型樹脂は、前記テーパ部に沿って上昇した後に前記排気口に至るように充填される光学素子の製造装置を提供する。

上記した本発明の第１、第２および第４、第６の観点によれば、キャビティの鉛直方向の下部に設けられた注入口からエネルギー硬化型樹脂をキャビティ内に注入することにより、注入中にキャビティ内を徐々に上昇するエネルギー硬化型樹脂の液面にてキャビティ内の空気を確実にキャビティ外部に排除でき、キャビティ内の空気がエネルギー硬化型樹脂に巻き込まれることに起因する気泡の発生が抑止され、当該気泡に起因する光学素子の欠陥が減少し、歩留りが向上する。

また、本発明の第３、第５および第７の観点によれば、キャビティの最上部に設けられた排気口に向かって傾斜した壁面に沿って上昇するエネルギー硬化型樹脂の液面によって、キャビティ内の空気が排気口から確実に排出され、エネルギー硬化型樹脂への空気の巻き込み等に起因する気泡の発生が抑止され、当該気泡に起因する光学素子の欠陥が減少し、歩留りが向上する。

また、気泡等の除去のための余分な装置や工程を必要としないので、低コスト化および生産性の向上を実現できる。

本発明によれば、エネルギー硬化型樹脂の型成形にて目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造技術において、気泡の混入に起因する欠陥のない光学素子を歩留まり良く製造することが可能になる。

また、エネルギー硬化型樹脂の型成形にて目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造技術において、低コストにて、かつ高い生産性にて気泡の混入に起因する欠陥のない光学素子を歩留まり良く製造することが可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法を実施する樹脂成形装置の構成の一例を示すブロック図であり、図２は、その成形型部の断面図である。

図１に例示されるように、本実施の形態の樹脂成形装置１０は、成形型部２０、樹脂供給部３０、および成形制御部４０で構成されている。
成形型部２０は、胴型２１に保持されたガラス型２２と、胴型２３に保持されたガラス型２４とが対向して配置され、ガラス型２２およびガラス型２４の対向面と、胴型２１の内周壁面とで、目的の光学素子５０の輪郭形状を呈するキャビティ２８が形成される構造となっている。

本実施の形態の場合、ガラス型２２およびガラス型２４の対向面は、それぞれ凸面および凹面を呈しており、キャビティ２８は、外周部が円形のメニスカスレンズからなる光学素子５０の輪郭形状を呈している。

一方のガラス型２４は、紫外線２７ａを透過する光学ガラス又は石英で構成されており、このガラス型２４の外側には、当該ガラス型２４を介して内部のキャビティ２８に対して紫外線２７ａを照射する紫外線光源２７が配置されている。

本実施の形態の場合、成形型部２０において、キャビティ２８を構成する胴型２１の鉛直方向の下端面には、キャビティ２８の最下部に開口するように樹脂注入路２５が設けられている。樹脂注入路２５は、弾性体からなる注入路固定部材２５ｂを貫通して胴型２１に挿抜自在に支持されている。そして、樹脂注入路２５を注入路固定部材２５ｂに貫通させることによって、樹脂注入路２５の先端部はキャビティ２８内に開口するゲート２５ａを構成し、樹脂注入路２５を注入路固定部材２５ｂから抜去する方向に後退させることでゲート２５ａ（弾性体からなる注入路固定部材２５ｂの貫通口）は閉じられる構成となっている。

また、胴型２１および胴型２３の最上部の合わせ面には、空気排出口２６が形成されている。すなわち、この空気排出口２６は、キャビティ２８の鉛直方向の最上部（樹脂最終充填位置）に開口している。

樹脂供給部３０は、たとえば粘度が４０００ｃｐｓの紫外線硬化型樹脂６０が貯留され、樹脂供給配管３４を介して成形型部２０の樹脂注入路２５に接続されるシリンジ３１と、シリンジ３１内の紫外線硬化型樹脂６０を与圧して樹脂供給配管３４に押し出して樹脂注入路２５に供給するための空気圧源３２と、空気圧源３２からシリンジ３１へ作用する空気圧のＯＮ／ＯＦＦや圧力の大小を制御する空気圧制御弁３３を備えている。

成形制御部４０は、たとえばコンピュータからなるコントローラ４１と、このコントローラ４１に対して作業者がコマンドや情報の入力を行うための入力インターフェイス４３と、コントローラ４１から出力される情報を可視化して作業者に表示するためのディスプレイ４２と、コントローラ４１からの指令に基づいて成形型部２０を制御する型駆動機構部４４を備えている。

そして、コントローラ４１は、内蔵するプログラムや作業者からのコマンドにより、型駆動機構部４４を介して、紫外線光源２７からの紫外線２７ａの出射のＯＮ／ＯＦＦ制御、空気圧制御弁３３の開度の制御によるシリンジ３１からの紫外線硬化型樹脂６０の吐出流量の制御、胴型２１および胴型２３等の機構部の駆動制御を行うことが可能となっている。

また、コントローラ４１は、注入対象のキャビティ２８の三次元形状の情報に基づいて、当該キャビティ２８に注入される紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａの面積の注入中の変化を算出し、樹脂供給部３０を制御して自動的に注入流量を変化させる機能を備えることもできる。

以下、本実施の形態の作用の一例について説明する。
コントローラ４１は、成形型部２０の胴型２１と胴型２３を密着させることでキャビティ２８を構成した後、空気圧制御弁３３を制御して所定の空気圧をシリンジ３１に作用させ、樹脂供給配管３４から樹脂注入路２５のゲート２５ａを経由して紫外線硬化型樹脂６０をキャビティ２８に注入する。この時のシリンジ３１からの紫外線硬化型樹脂６０の吐出圧力は、たとえば２００ｋＰａである。

この時、本実施の形態の場合には、図３Ａおよび図３Ｂに例示されるように、樹脂注入路２５がキャビティ２８の最下部に設けられているため、シリンジ３１から供給される紫外線硬化型樹脂６０は、その液面６０ａがキャビティ２８の内部を徐々に上昇するように注入され、紫外線硬化型樹脂６０よりも比重の小さなキャビティ２８内の空気は、下側から上昇する液面６０ａにて、徐々に最上部に設けられた空気排出口２６に押し出される。このため、キャビティ２８内の空気が紫外線硬化型樹脂６０に混入して気泡を形成することがない。

そして、図４Ａおよび図４Ｂのように、キャビティ２８内を上昇する紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａが、最上部（すなわち最終充填位置）にある空気排出口２６に達した時点で、空気圧制御弁３３を操作して注入を止める。

その後、樹脂注入路２５を後退させる事で、弾性体である注入路固定部材２５ｂに形成されていたゲート２５ａを閉じた後、凹面形状を有するガラス型２４を透過して紫外線光源２７から紫外線２７ａをキャビティ２８内の紫外線硬化型樹脂６０に照射し、当該紫外線硬化型樹脂６０を重合硬化させ、硬化した成形品（光学素子５０）をガラス型２２およびガラス型２４から剥離する事で、所望の形状を有するプラスチック製の光学素子５０を得る。

このように成形した本実施の形態の光学素子５０では、目視で気泡の混入は見られなかった。すなわち、本実施の形態の場合には、キャビティ２８の最下部に開口する樹脂注入路２５から注入される紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａが徐々に上昇してキャビティ２８内の空気を巻き込むことなく、最終充填位置に設けられた空気排出口２６を通じて外部に排除するので、キャビティ２８に注入される紫外線硬化型樹脂６０に気泡が混入することがなくなる。

このため、キャビティ２８内の紫外線硬化型樹脂６０を硬化させて得られる光学素子５０の表面や内部に成形時の気泡に起因する欠陥が形成されることがなくなり、成形工程における光学素子５０の歩留りが確実に向上する。

また、紫外線硬化型樹脂６０の気泡を排除する目的で成形型部２０を回転させるための装置や工程を別途設ける必要がなくなり、光学素子５０の製造工程におけるコストの低減や生産性の向上を実現できる。

本実施の形態では、紫外線硬化型樹脂６０の吐出流量を樹脂供給部３０のシリンジ３１の吐出圧力によって決定しているが、最適な吐出流量・吐出圧力は、紫外線硬化型樹脂６０の粘度、樹脂供給配管３４や樹脂注入路２５等の樹脂供給路の断面積や長さ、所望の光学素子５０のレンズ形状等に対応したキャビティ２８の形状等によって異なるため、本実施の形態の条件に限定されるものではない。

また、紫外線硬化型樹脂６０を、シリンジ３１を用いて、空気圧源３２からの加圧力によりキャビティ２８に注入しているが、空気排出口２６に連通した図示しない減圧ポンプにより、空気排出口２６からキャビティ２８内を減圧する事で、樹脂注入路２５から紫外線硬化型樹脂６０を吸引してキャビティ２８内に注入しても同様の効果が得られる。

但し、その際、空気排出口２６と減圧ポンプを連通した部材も減圧されており、減圧ポンプを停止しても樹脂注入の停止のレスポンスが遅れるため、このレスポンスの遅れを見越して、紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａが空気排出口２６に達する前に減圧ポンプを停止するか、空気排出口２６の近傍の連通部材にバルブ等の圧力遮断部材を設け、その部材によりキャビティ２８内の減圧を停止する必要がある。

紫外線２７ａの照射は、凸面形状を有するガラス型２２の側から行っても良い。更には、ガラス型２２およびガラス型２３の両面からでも良い。この場合、紫外線硬化型樹脂６０に対する紫外線２７ａの照射エネルギーが高くなるため、より短時間で重合を完了させる事ができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２では、紫外線硬化型樹脂注入中におけるキャビティへの吐出流量を変化させる場合について説明する。装置構成は、上述の実施の形態１と同様のものを用いる。

図５に、本実施の形態２における樹脂供給部３０での、空気圧源３２からシリンジ３１に作用させる吐出圧力と、紫外線硬化型樹脂６０の吐出量（流量）の関係の一例を示す。
使用する紫外線硬化型樹脂６０の粘度や、樹脂供給配管３４、樹脂注入路２５の断面積・長さ等により図５の線図の傾きは変わるが、両者は比例関係にあるため、吐出圧力を制御することは、吐出流量を制御することと等価である。

本実施の形態では、空気圧制御弁３３を制御して吐出圧力を変化させる事で紫外線硬化型樹脂６０の吐出量を変化させる。
図６は、紫外線硬化型樹脂６０の注入中の吐出圧力（吐出流量）の制御プロファイル例を示す線図である。

この図６に例示されるように、キャビティ２８に対する紫外線硬化型樹脂６０の充填初期（時刻ｔ０）の吐出圧力を１００ｋＰａとし、徐々に吐出圧力を上げてき３００ｋＰａまで上がった所（時刻ｔ１）で一定とした。さらに、紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａがレンズ（キャビティ２８）の中心を通過した時点（時刻ｔ２）で徐々に圧力を落とし、液面６０ａが空気排出口２６に達した時点（時刻ｔ３）で１００ｋＰａとなる様にした。

このように、本実施の形態２では、紫外線硬化型樹脂６０をキャビティ２８に注入する際に、注入流量を変化させつつ注入する事で、紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａの上昇速度の最適化が図られ、より効果的に紫外線硬化型樹脂６０に対する気泡の巻き込みを押える事ができる。

さらに、紫外線硬化型樹脂６０の注入流量を、上昇する液面６０ａの面積が大きくなるほど多くすることで（時刻ｔ０〜ｔ２）、上昇速度の遅くなる部位での上昇速度を速めることができ、充填時間の短縮が図られる。逆に、面積が小さくなるほど少なくすることで（時刻ｔ２〜ｔ３）、より高粘度の紫外線硬化型樹脂６０でも、紫外線硬化型樹脂６０がキャビティ２８を上昇する際に巻き込む気泡をなくす事ができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３である樹脂成形装置にて製造される光学素子の構成の一例を示す斜視図であり、図８Ａおよび図８Ｂは、この光学素子を成形するための樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。

この実施の形態３の場合、実施の形態１と同様の樹脂成形装置１０を用いることができるが、成形型部２０のキャビティの構成が異なる。
光学素子５１は、凸レンズであり、凸面をなすレンズ面５１ａおよびレンズ面５１ｂと、矩形の断面形状を有する外周面５１ｃから構成されている。

この光学素子５１を成形すべく、成形型部２０は、凹面の成形面を有するガラス型２２ａおよびガラス型２４ａを備えている。また、光学素子５１の矩形の外周面５１ｃを構成するため、ガラス型２２ａを支持する胴型２１ａは、図８Ｂに例示されるように矩形の内周面を有している。

この場合、さらに、胴型２１ａは、底辺が、水平方向から角度θ１だけ傾斜しており、二つの対向するコーナ部２１ｂおよびコーナ部２１ｃの一方のコーナ部２１ｂは鉛直方向の最下部に位置し、対向するコーナ部２１ｃは、最上部に位置するようになっている。本実施の形態の場合、θ１の値は、たとえば１０°、望ましくは、５°以上がよい。

そして、これにより、矩形断面を有するキャビティ２８ａの上辺２１ｄは、最上部のコーナ部２１ｃ（空気排出口２６）に向かって上り勾配をなすテーパとなる。また、最下部のコーナ部２１ｂには樹脂注入路２５が開口し、最上部のコーナ部２１ｃには、空気排出口２６が開口している。

そして、図９Ａのように、最下部のコーナ部２１ｂに設けられた樹脂注入路２５から、たとえば、３００ｋＰａで一定の吐出圧力にて紫外線硬化型樹脂６０を、キャビティ２８ａ内に注入すると、紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａの上昇とともに、キャビティ２８ａ内の空気は、空気排出口２６から排出される。

そして、液面６０ａが上辺２１ｄに達すると、上辺２１ｄは最上部の空気排出口２６に向かって上り勾配となっているため、液面６０ａによって押し出される空気は、図９Ｂのように、最終充填位置である最上部の空気排出口２６に向かって確実に排除され、液面６０ａと上辺２１ｄとの間に空気が巻き込まれて気泡が形成されることが確実に防止される。

なお、上述の例では、樹脂注入路２５を最下端のコーナ部２１ｂに設けた場合を例示したが、これに限らず、たとえば、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、上辺２１ｄの下端角部に樹脂注入路２５−１を開口させて紫外線硬化型樹脂６０をキャビティ２８ａ内に注入するようにしてもよい。この場合も、最終充填位置が、キャビティ２８ａの上辺２１ｄの最上部のコーナ部２１ｃに設けられた空気排出口２６となるため、紫外線硬化型樹脂６０に対する空気の巻き込みを的確に防止できる。

（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４である樹脂成形装置にて製造される光学素子の構成の一例を示す斜視図であり、図１２Ａおよび図１２Ｂは、この光学素子を成形するための樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。

この実施の形態４の場合、光学素子５２は、図１１に示されるように、凸レンズであり、凸面のレンズ面５２ａと、平面のレンズ面５２ｂと、略矩形の外周面５２ｃで構成されている。そして、本実施の形態の場合、光学素子５２の外周面５２ｃのうち、成形時に鉛直方向の上側となる上面には、成形時における気泡の巻き込み防止等の目的で、中央部に向かって上り勾配（水平方向となす角度θ２）となるテーパ面５２ｄが形成されており、このテーパ面５２ｄの出会う中央部には、平坦面５２ｅが形成されている。このθ２の値は、たとえば１２．５°である。このθ２の値は、たとえば、５°から２０°の範囲で随意に設定することができる。

このように形状の光学素子５２を紫外線硬化型樹脂６０にて成形すべく、本実施の形態４では、図１２Ａおよび図１２Ｂに例示される成形型部７０を備えた樹脂成形装置１０を用いる。なお、成形型部７０以外の構成は、上述の実施の形態１と同様の装置構成を用いることができる。

本実施の形態４の成形型部７０は、金属型保持板７１に保持され、凹面からなる型面が形成された金属型７２と、ガラス型保持板７３に保持され、紫外線２７ａを透過させる光学ガラスや石英等からなるガラス型７４を備え、これらの金属型７２、ガラス型７４および金属型保持板７１にて、光学素子５２の輪郭形状を呈するキャビティ７７が構成されている。

金属型７２を保持する金属型保持板７１の内周面は、図１２Ｂに例示されるように、光学素子５２の外周面５２ｃを構成する多角形となっている。なお、キャビティ７７の輪郭で光学素子５２の各部に対応する部位には、必要に応じて、光学素子５２の符号を付して説明する。

そして、キャビティ７７の底部には、樹脂注入路７５（ゲート７５ａ）が開口し、キャビティ７７の最上部の、光学素子５２における平坦面５２ｅに対応する部位（すなわち、後述の紫外線硬化型樹脂６０の最終充填位置）には空気排出口７６が開口している。

以下、本実施の形態４の作用の一例について説明する。なお、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂ、に、キャビティ７７内における紫外線硬化型樹脂６０の充填の推移を例示し、図１６に、樹脂供給部３０からの紫外線硬化型樹脂６０の吐出圧（吐出流量）の制御プロファイルを示す。

まず、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、樹脂供給部３０を作動させて樹脂注入路７５に紫外線硬化型樹脂６０を圧送することで、紫外線硬化型樹脂６０を樹脂注入路７５を経てゲート７５ａからキャビティ７７に注入を開始する。この時、吐出圧力は１５０ｋＰａで注入を開始し（時刻ｔ１０）、紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａがキャビティ７７の空気排出口７６が設けられた傾斜面の下端角部（光学素子５２のテーパ面５２ｄの下端角部に対応）に達した時点で（時刻ｔ１１）（図１４Ａ、図１４Ｂの状態）、紫外線硬化型樹脂６０の吐出圧力を下げて５０ｋＰａとし、最終充填位置にある空気排出口７６に液面６０ａが達した時点で紫外線硬化型樹脂６０の注入を止める（図１５Ａ、図１５Ｂの状態）。

その後、ガラス型７４を透過させて紫外線２７ａを、キャビティ７７内の紫外線硬化型樹脂６０に照射して重合硬化させ、硬化した成形品（光学素子５２）を成形型部７０から剥離する事で、所望の形状を有するプラスチック光学素子を得る。

この場合、キャビティ７７の最上部の空気排出口７６が開口する面にテーパ面５２ｄの勾配を設けてあるため、キャビティ７７内を上昇する紫外線硬化型樹脂６０の最終充填位置が、常に空気排出口７６の位置となるように不変であり、紫外線硬化型樹脂６０の注入中におけるキャビティ７７内の空気を完全に抜くことができる。

なお、光学素子５２のテーパ面５２ｄの勾配が大きいほど気泡巻き込み防止には有利であるが、レンズ等の光学素子５２の外形寸法が大きくなる。一方、テーパ面５２ｄの勾配が小さい（たとえばθ２が５°以下）と顕著な効果が見られない。従って、θ２の値は、上述のように５°から２０°の範囲が望ましい。

さらに、上述のテーパ面５２ｄの下端角部（キャビティ７７の肩部）に液面６０ａが到達した以降は、紫外線硬化型樹脂６０の吐出流量を減らし、液面６０ａの上昇速度を減少させたことにより、光学素子５２が図１１のような角型レンズの場合でも、キャビティ７７内の空気を完全に抜くことができる。

（実施の形態５）
図１７は、本発明の実施の形態５である樹脂成形装置にて製造される光学素子の構成の一例を示す斜視図であり、図１８Ａおよび図１８Ｂは、この光学素子を成形するための樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。なお、後述の成形型部７０以外の構成は、上述の実施の形態１に例示した構成と同様である。

この実施の形態５の場合、光学素子５３は、図１７に示されるように、三角プリズムを構成している。すなわち、光学素子５３は、三つの光学面５３ａ、光学面５３ｂ、光学面５３ｃと、後述の成形時に下側となる底面５３ｄおよび上側となる上面からなる。この上面は、所定の高さに吐出した突起平坦面５３ｅと、この突起平坦面５３ｅに向かって上り勾配となるテーパ面５３ｆからなる。このテーパ面５３ｆの水平方向に対する勾配（角度θ３）は、たとえば約１３°である。

このような形状の光学素子５３を成形するため、本実施の形態５の成形型部７０は、図１８Ａ、図１８Ｂに示されるように、金属型保持板７１ａに保持された金属型７２ａと、ガラス型保持板７３に保持されたガラス型７４でキャビティ７７ａを構成している。ガラス型７４は紫外線２７ａを透過する光学ガラス又は石英製である。

キャビティ７７ａにおいて、金属型７２ａは、光学素子５３の二つの光学面５３ａ、光学面５３ｂを構成し、ガラス型７４は、光学面５３ｃを構成する。また、金属型保持板７１ａは、底面５３ｄと、上部の突起平坦面５３ｅおよびテーパ面５３ｆを構成している。

この場合、キャビティ７７ａの底部（底面５３ｄ）には樹脂注入路７５のゲート７５ａが開口しており、キャビティ７７ａの最上部に位置する突起平坦面５３ｅには、空気排出口７６が開口している。すなわち、最も高い空気排出口７６の位置が、常に、後述の紫外線硬化型樹脂６０のキャビティ７７ａへの注入おける最終充填位置となる。

以下、本実施の形態５の作用について説明する。なお、図１９Ａ、図１９Ｂ、図２０Ａ、図２０Ｂ、図２１Ａ、図２１Ｂ、に、キャビティ７７ａ内における紫外線硬化型樹脂６０の充填の推移を例示し、図２２に、樹脂供給部３０からの紫外線硬化型樹脂６０の吐出圧（吐出流量）の制御プロファイルを示す。

樹脂供給部３０を作動させ、樹脂注入路７５から紫外線硬化型樹脂６０を与圧してキャビティ７７ａに注入を開始する。
このとき、図２２に例示されるように、吐出圧力は、紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａが、キャビティ７７ａにおけるゲート７５ａの開口する底面（底面５３ｄ）の全面に広がるまでは吐出量を少なくするため１５０ｋＰａで注入し（時刻ｔ２０〜時刻ｔ２１）（図１９Ａ、図１９Ｂ）、その後、液面６０ａが、キャビティ７７ａの上部の勾配面（テーパ面５３ｆに対応）の下端角部に達するまでは３００ｋＰａで注入し（時刻ｔ２１〜時刻ｔ２２）（図２０Ａ、図２０Ｂ）、さらに、液面６０ａが空気排出口７６に達するまでは１００ｋＰａで吐出し（時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３）（図２１Ａ、図２１Ｂ）、必要量を充填した所で注入を停止する（時刻ｔ２３）。

この注入中におけるキャビティ７７ａの空気は、紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａの上昇によって空気排出口７６から排出される。その後、ガラス型７４を透過してキャビティ７７ａ内の紫外線硬化型樹脂６０に紫外線２７ａを照射し、紫外線硬化型樹脂６０を重合硬化させ、成形品としてプリズムからなる光学素子５３を得ることができる。

この場合、上述のように、空気排出口７６の位置がキャビティ７７ａの最上部となる様に、勾配（テーパ面５３ｆ）を持たせてあるため、最終充填位置が常に空気排出口７６の位置で不変であり、キャビティ７７ａ内の空気を完全に排出できる。

この場合、テーパ面５３ｆの勾配（θ３）が大きいほど有利であるが、光学素子５３としてのプリズムの厚さ寸法が大きくなる。また、勾配が小さい（たとえば５°以下）と顕著な効果が見られない。従って、θ３の値は、５°から２０°の範囲が望ましい。

また、空気を巻き込みやすい、光学素子５３（プリズム）の底面５３ｄ（ゲート７５ａの開口面）に広がる間、及び空気排出口７６を頂点とするテーパ面５３ｆに沿った液面６０ａの上昇中における紫外線硬化型樹脂６０の吐出流量を少なくしているが、それ以外の垂直な側面に沿って上昇する充填時（時刻ｔ２１〜ｔ２２）の吐出量を多くしているために、光学素子５３の成形工程のサイクルタイムがあまり長くならない。

すなわち、注入中における紫外線硬化型樹脂６０の注入流量を、たとえば図２２のような制御プロファイルにて経時的に変化させるように宜制御することで、紫外線硬化型樹脂６０への空気の巻き込みを抑止しつつ、成形工程のスループット、すなわち生産性を向上させることが可能になる。

図２３に、キャビティ７７ａに対する紫外線硬化型樹脂６０の注入中の注入流量の経時的な制御の変形例を示す。
すなわち、キャビティ７７ａに対する紫外線硬化型樹脂６０の注入時の吐出圧力（吐出流量）を１５０ｋＰａに設定して吐出注入を開始し（時刻ｔ３０）、紫外線硬化型樹脂６０がゲート７５ａの開口するキャビティ７７ａの底面（底面５３ｄ）の全面に広がる時点（時刻ｔ３１）で３００ｋＰａになる様に徐々に圧力を上げ、その後、紫外線硬化型樹脂６０の液面６０ａが、テーパ面５３ｆの下端角部に達するまで（時刻ｔ３２）は３００ｋＰａで一定に保ち、さらに、液面６０ａが空気排出口７６に達する時点（時刻ｔ３３）で１００ｋＰａになる様に徐々に圧力を下げ、必要量充填した所で注入を停止する。

この場合、紫外線硬化型樹脂６０の注入中における吐出流量の平均値は、図２２の制御プロファイルの場合よりも大きくなり、紫外線硬化型樹脂６０のキャビティ７７ａに対する充填所要時間の短縮を実現でき、より生産性が向上する。

なお、上述の実施の形態５の説明では、樹脂注入路７５をキャビティ７７ａの底部に設けた場合を例示したが、これに限らず、図２４Ａおよび図２４Ｂに示されるように、空気排出口７６の位置に、ニードル状の樹脂注入路７５−１を設けてもよい。そして、樹脂注入路７５−１と空気排出口７６の隙間から空気が排出されるようにする。この場合でも、キャビティ７７ａ（光学素子５３）にテーパ面５３ｆを設けたことによる空気の巻き込み防止効果が得られる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、エネルギー硬化型樹脂としては、紫外線硬化型樹脂に限らず、たとえば熱硬化型樹脂を用いてもよい。

本発明の実施の形態１である光学素子の製造方法を実施する樹脂成形装置の構成の一例を示すブロック図である。 その成形型部の断面図である。 本発明の実施の形態１である光学素子の製造方法を実施する樹脂成形装置の作用の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１である光学素子の製造方法を実施する樹脂成形装置の作用の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１である光学素子の製造方法を実施する樹脂成形装置の作用の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１である光学素子の製造方法を実施する樹脂成形装置の作用の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２である光学素子の製造方法を実施する樹脂成形装置の作用の一例を示す線図である。 本発明の実施の形態２である光学素子の製造方法を実施する樹脂成形装置の作用の一例を示す線図である。 本発明の実施の形態３である樹脂成形装置にて製造される光学素子の構成の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３である樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３である樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３である樹脂成形装置の成形型部の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３である樹脂成形装置の成形型部の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置にて製造される光学素子の構成の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す線図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置にて製造される光学素子の構成の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の構成例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の作用例を示す線図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の作用の変形例を示す線図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５である樹脂成形装置の成形型部の変形例を示す断面図である。 本発明の参考技術である樹脂成形の作用を示す断面図である。 本発明の参考技術である樹脂成形の作用を示す説明図である。 本発明の参考技術である樹脂成形の作用を示す説明図である。 本発明の参考技術である樹脂成形の作用を示す説明図である。 本発明の参考技術である樹脂成形の作用を示す説明図である。 本発明の参考技術である樹脂成形の作用を示す説明図である。 本発明の参考技術である樹脂成形の作用を示す説明図である。 本発明の参考技術である樹脂成形の作用を示す説明図である。

符号の説明

１０ 樹脂成形装置（光学素子の製造装置）
２０ 成形型部
２１ 胴型
２１ａ 胴型
２１ｂ コーナ部
２１ｃ コーナ部
２１ｄ 上辺
２２ ガラス型
２２ａ ガラス型
２３ 胴型
２４ ガラス型
２４ａ ガラス型
２５ 樹脂注入路
２５−１ 樹脂注入路
２５ａ ゲート
２５ｂ 注入路固定部材
２６ 空気排出口
２７ 紫外線光源
２７ａ 紫外線
２８ キャビティ
２８ａ キャビティ
３０ 樹脂供給部
３１ シリンジ
３２ 空気圧源
３３ 空気圧制御弁
３４ 樹脂供給配管
４０ 成形制御部
４１ コントローラ
４２ ディスプレイ
４３ 入力インターフェイス
４４ 型駆動機構部
５０ 光学素子
５１ 光学素子
５１ａ レンズ面
５１ｂ レンズ面
５１ｃ 外周面
５２ 光学素子
５２ａ レンズ面
５２ｂ レンズ面
５２ｃ 外周面
５２ｄ テーパ面
５２ｅ 平坦面
５３ 光学素子
５３ａ 光学面
５３ｂ 光学面
５３ｃ 光学面
５３ｄ 底面
５３ｅ 突起平坦面
５３ｆ テーパ面
６０ 紫外線硬化型樹脂
６０ａ 液面
７０ 成形型部
７１ 金属型保持板
７１ａ 金属型保持板
７２ 金属型
７２ａ 金属型
７３ ガラス型保持板
７４ ガラス型
７５ 樹脂注入路
７５−１ 樹脂注入路
７５ａ ゲート
７６ 空気排出口
７７ キャビティ
７７ａ キャビティ

Claims (19)

1. エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
   前記キャビティの鉛直方向の下部に設けられた注入口から前記エネルギー硬化型樹脂を注入することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 請求項１記載の光学素子の製造方法において、前記注入口から前記エネルギー硬化型樹脂を注入しつつ、前記キャビティの鉛直方向の上部に設けられた空気排出口から前記キャビティ内の空気を排出することを特徴とする光学素子の製造方法。
3. エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
   前記キャビティに設けられた排気口から前記キャビティ内を吸引することで、前記キャビティの鉛直方向の下部に設けられた注入口から前記エネルギー硬化型樹脂を前記キャビティ内に流入させることを特徴とする光学素子の製造方法。
4. エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
   前記キャビティにおいて鉛直方向の上部に排気口を設けるとともに、前記キャビティの前記上部には前記排気口に向かって上り勾配となるテーパ部を形成し、前記キャビティに注入される前記エネルギー硬化型樹脂は、前記テーパ部に沿って上昇した後に前記排気口に至るように充填されることを特徴とする光学素子の製造方法。
5. 請求項４記載の光学素子の製造方法において、前記勾配は、水平方向に対して５°から２０°の角度をなすことを特徴とする光学素子の製造方法。
6. エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
   多角形の輪郭形状を持つ前記キャビティの角部が鉛直方向の最下部に位置するように前記キャビティを配置し、最下部の前記角部に設けられた注入口から前記エネルギー硬化型樹脂を注入することを特徴とする光学素子の製造方法。
7. エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
   多角形の輪郭形状を持つ前記キャビティの角部が鉛直方向の最上部に位置するように前記キャビティを配置し、前記エネルギー硬化型樹脂を前記キャビティに注入することによって排除される空気を最上部の前記角部に設けられた空気排出口から排出することを特徴とする光学素子の製造方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法において、前記注入口から前記キャビティ内に注入または流入される前記エネルギー硬化型樹脂の流量を経時的に変化させることを特徴とする光学素子の製造方法。
9. 請求項８記載の光学素子の製造方法において、前記キャビティ内を上昇する前記エネルギー硬化型樹脂の液面の面積の増減に応じて前記流量を増減させることを特徴とする光学素子の製造方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の光学素子の製造方法において、上昇する前記エネルギー硬化型樹脂の液面が前記キャビティにおける最終充填位置の近傍に到達する時点で前記流量を減少させることを特徴とする光学素子の製造方法。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法において、前記エネルギー硬化型樹脂は、紫外線硬化型樹脂であり、前記キャビティに充填された前記紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させることを特徴とする光学素子の製造方法。
12. エネルギー硬化型樹脂を成形型内に設けられたキャビティに充填して硬化させることにより目的の形状の光学素子を得る光学素子の製造装置であって、
    前記キャビティの鉛直方向の下部に設けられた注入口と、前記注入口を通じて前記エネルギー硬化型樹脂を前記キャビティ内に注入する樹脂供給機構と、を含むことを特徴とする光学素子の製造装置。
13. 請求項１２記載の光学素子の製造装置において、前記キャビティの鉛直方向の上部には空気排出口が設けられ、前記キャビティ内への前記エネルギー硬化型樹脂の流入によって排除される空気は、前記空気排出口を通じて排出されることを特徴とする光学素子の製造装置。
14. キャビティが設けられた成形型と、前記キャビティ内にエネルギー硬化型樹脂を供給する樹脂供給機構と、を含む光学素子の製造装置であって、
    前記キャビティは、鉛直方向の上部に設けられた排気口と、前記排気口に向かって上り勾配となるテーパ部とを含み、前記樹脂供給機構から前記キャビティに注入される前記エネルギー硬化型樹脂は、前記テーパ部に沿って上昇した後に前記排気口に至るように充填されることを特徴とする光学素子の製造装置。
15. 請求項１４記載の光学素子の製造装置において、前記勾配は、水平方向に対して５°から２０°の角度をなすことを特徴とする光学素子の製造装置。
16. 請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の光学素子の製造装置において、前記樹脂供給機構は、前記注入口から前記キャビティ内に注入または流入される前記エネルギー硬化型樹脂の流量を経時的に変化させる機能を備えたことを特徴とする光学素子の製造装置。
17. 請求項１６記載の光学素子の製造装置において、前記樹脂供給機構は、前記キャビティ内を上昇する前記エネルギー硬化型樹脂の液面の面積の増減に応じて前記流量を増減させる機能を備えたことを特徴とする光学素子の製造装置。
18. 請求項１６または請求項１７に記載の光学素子の製造装置において、前記樹脂供給機構は、上昇する前記エネルギー硬化型樹脂の液面が前記キャビティにおける最終充填位置の近傍に到達する時点で前記流量を減少させる機能を備えたことを特徴とする光学素子の製造装置。
19. 請求項１２から請求項１８のいずれか１項に記載の光学素子の製造装置において、前記エネルギー硬化型樹脂は、紫外線硬化型樹脂であり、前記キャビティを構成する前記成形型の少なくとも一部は紫外線を透過する素材で構成され、前記キャビティに充填された前記紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させることを特徴とする光学素子の製造装置。
    
    

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