JP2008006597A - 光学素子の成形装置および成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス等の成形型の問題点でクラックが発生した場合でも、クラックが製品に対して悪影響を及ぼすことのないレンズ等の光学素子の成形装置および成形方法を提供する。
【解決手段】光学素子の成形装置１は、一対の成形型２，３のうちの少なくとも一方の成形型に、紫外線を透過するガラス製の成形型を用い、これら一対の成形型２，３の対向面間のキャビティ８内に未硬化の紫外線硬化樹脂９を充填し、該紫外線硬化樹脂９に前記ガラス製の成形型を透過させた紫外線ＵＶを照射して該紫外線硬化樹脂９を硬化させて光学素子１１を成形する。ガラス製の成形型のキャビティ形成面の表面に、該表面を被覆する合成樹脂製の保護膜層７を設け、該保護膜層７の内側に紫外線硬化樹脂９を充填して硬化させることにより光学素子１１を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、紫外線硬化樹脂を素材とする光学素子の成形装置および成形方法に関するものである。

カメラ等の光学機器に使用されるレンズ等の光学素子には、ガラス製のものと、プラスチック製のものがある。ガラス製のものに較べて、プラスチック製の光学素子は、軽量で、耐衝撃性に優れ、また、安価に製造することができることから多くの光学機器に広く使用されている。

プラスチック製の光学素子には、熱可塑性樹脂を使用して形成したものと、熱硬化性樹脂を使用して形成したものと、紫外線硬化樹脂を使用して形成したものがある。

熱可塑性樹脂製の光学素子は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の熱可塑性樹脂を射出成形することにより形成される。この方法は、短時間での大量生産が可能である反面、内部均質性やレンズ面の転写性に問題がある。

熱硬化性樹脂製の光学素子は、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（ＣＲ−３９）等の熱硬化性樹脂を注型法により加熱重合して形成される。この注型法は、内部均質性やレンズ面の転写性は良いが、重合に数時間から数十時間を要するので量産性が悪いという問題点がある。

上記加熱重合による注型法の問題点を解決するものとして、紫外線硬化樹脂に高圧水銀灯やメタルハライド灯などを光源として紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を重合硬化させることで、短時間にレンズ等の光学素子を量産する方法が種々提案されている。

紫外線硬化樹脂を使用する光学素子の成形方法は、当然のことながら紫外線を透過させるガラス等の成形型を使用しなければならない。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特開昭５５−１３２２２１号公報 特開平０７−１００８３５号公報 特開平０８−１８０７号公報

ところで、紫外線硬化樹脂製の光学素子の成形装置および成形方法は、紫外線等を透過させるために透明なガラスの成形型を使用しなければならないために次に述べるような問題点があった。
（１）図２２に示すような、レンズ１０１を成形する場合には、レンズ１０１の形状の制約から、図２３に示すように、一対の成形型１０２，１０３の対向面（キャビティ形成面）の最外周部１０４をエッジ状に形成しなければならない。しかし、成形型１０２，１０３をガラスで作る場合に、ガラスは、脆弱で割れ易いことから、図２４に示すように、前記最外周部１０４にクラック１０５等が発生し易い。
（２）クラック１０５が入った成形型１０２，１０３を使用すると、未硬化樹脂を型内に充填した場合に、未硬化樹脂が微小なクラック１０５内に入り込み、樹脂が硬化し、収縮する際に、前記クラック１０５の部分から成形型の一部が剥離されてしまう。この現象は、成形型内への樹脂の充填量が多いほど顕著になる。成形型内へ充填される樹脂の量が多いほど絶対的な収縮量が多くなり、またクラック１０５内への侵入量が多くなるためである。

本発明の目的は、ガラス等の成形型の最大の問題点であるクラック等が発生した場合でも、これらクラック等が製品に対して悪影響を及ぼすことのないレンズ等の光学素子の成形装置および成形方法を提供することにある。

本発明の光学素子の成形装置は、少なくとも一方がガラスで作られた一対の成形型を型締めすることにより形成されるキャビティ内にエネルギー硬化樹脂を充填して硬化させることにより樹脂製の光学素子を成形する光学素子の成形装置において、
前記ガラス製成形型のキャビティ形成面の表面を合成樹脂製の保護膜層で被覆した。

本発明の光学素子の成形方法は、少なくとも一方がガラスで作られた一対の成形型を型締めすることにより形成されるキャビティ内にエネルギー硬化樹脂を充填して硬化させることにより樹脂製の光学素子を成形する光学素子の成形方法において、ガラス製の成形型のキャビティ形成面の表面にエネルギー硬化樹脂で保護膜層を形成する保護膜層形成工程と、該保護膜層形成工程により前記保護膜層を形成したガラス製の成形型およびこれと対を成す成形型を型締めする型締め工程と、該型締め工程により型締めされた一対の成形型の対向面間のキャビティ内にエネルギー硬化樹脂を充填するエネルギー硬化樹脂充填工程と、該エネルギー硬化樹脂充填工程により前記キャビティ内に充填したエネルギー硬化樹脂に前記ガラス製の成形型を通して硬化エネルギー光を照射して前記キャビティ内に充填されているエネルギー硬化樹脂を硬化させる硬化工程と、前記型締めされている一対の成形型を離間させて前記キャビティ内で硬化させることにより成形した光学素子を前記一対の成形型から取出す光学素子取出工程と、を備えている。

本発明の光学素子の成形装置は、前記ガラス製の成形型のキャビティ形成面の表面に、該表面を被覆する合成樹脂製の保護膜層を設けたので、前記ガラス製の成形型のキャビティ形成面にクラック等が存在する場合でも、前記クラック等は、前記保護膜層で覆われているので、光学素子を成形するべくキャビティ内に未硬化の紫外線硬化樹脂を充填して加圧した場合でも、未硬化の紫外線硬化樹脂が前記クラック等内に侵入するのを前記保護膜層で阻止する。

本発明の光学素子の成形方法は、保護膜層形成工程により、ガラス製の成形型のキャビティ形成面の表面に保護膜層を形成してから、キャビティ内にエネルギー硬化樹脂を充填するので、該充填された未硬化のエネルギー硬化樹脂が前記ガラス製の成形型のクラック等に侵入するのを前記保護膜層によって阻止する。保護膜層形成工程においては、保護膜層を形成する未硬化の紫外線硬化樹脂は、ガラス製の成形型のキャビティ形成面の表面に塗布するなどして形成され、光学素子を成形する場合のように強い圧力を掛ける必要がないので、前記保護膜層を形成する未硬化の紫外線硬化樹脂が前記ガラス製の成形型のクラック等に侵入するのは抑制される。

以下、本発明の光学素子の成形装置および成形方法について説明する。図１は光学素子の成形装置（以下、単に成形装置と称する）１の断面図である。

図１に示すように、成形装置１は、上下一対の第１，第２の成形型２，３と、これら第１，第２の成形型２，３の芯出しを行うスリーブ４と、を備えている。前記第１，第２の成形型２，３は、硬化エネルギー光としての紫外線を透過させるガラスで形成されている。ガラスは紫外線透過率の高い素材、例えば合成石英等が良いが、その他の素材のガラスであってもよい。前記第１，第２の成形型２，３は、図示を省略した型駆動機構により上下動可能になっていて前記スリーブ４に挿抜される。

前記第１，第２の成形型２，３のキャビティ形成面としての上、下面（対向面）の中央部には、球面状または非球面状の凹部（凹面）５が形成され、該凹部５の外周にはフラット部（フラット面）６が形成されている。前記第１，第２の成形型２，３の凹部５によって光学素子の光学有効径部が形成され、前記フラット部６によって鏡筒等への取付基準面が形成される。前記第１，第２の成形型２，３の対向する上，下面、即ちキャビティ形成面の表面には、合成樹脂製の保護膜層７が設けられている。前記合成樹脂製の保護膜層７は、透明なエネルギー硬化樹脂としての紫外線硬化樹脂で形成されている。

そして、図２に示すように、前記紫外線硬化樹脂の保護膜層７を設けた第１，第２の成形型２，３を所定の隙間δを持たせた状態で型締めして第１，第２の成形型２，３間にキャビティ８を形成し、図３に示すように、前記第１，第２の成形型２，３のキャビティ８内、即ち保護膜層７の内側に未硬化のエネルギー硬化樹脂として紫外線硬化樹脂９を前記スリーブ４に設けた樹脂注入ゲート１０から注入、充填し、図４に示すように、硬化エネルギー光として紫外線ＵＶを前記ガラス製の第１，第２の成形型２，３を通して前記未硬化の紫外線硬化樹脂９に照射して該紫外線硬化樹脂９を硬化させた後に、図５に示すように、前記第１，第２の成形型２，３を離間させ、前記第２の成形型３から取り外すことにより、図６に示すように、前記保護膜層７と前記紫外線硬化樹脂９が一体的に結合された光学素子１１が形成される。

図７は本発明の光学素子の成形方法の第１の実施の形態を示すフローチャート図である。第１の実施の形態の光学素子の成形方法は、ステップ１として、ガラス製の成形型のキャビティ形成面の表面に硬化エネルギー光としての紫外線を透過する合成樹脂製の保護膜層を形成する保護膜層形成工程と、ステップ２として、前記保護膜層形成工程により前記保護膜層を形成したガラス製の成形型とこれと対をなす成形型を所定の隙間をもって対向させてこれら対を成す成形型の対向面間にキャビティを構成する型締め工程と、ステップ３として、前記型締め工程により型締めされた前記一対の成形型の前記キャビティ内にエネルギー硬化樹脂としての紫外線硬化樹脂を充填する硬化樹脂充填工程と、ステップ４として、前記硬化樹脂充填工程により前記キャビティ内に充填した紫外線硬化樹脂に前記ガラス製の成形型を通して紫外線を照射して前記キャビティ内に充填されている紫外線硬化樹脂を硬化させる硬化工程と、ステップ５として、前記型締めされている一対の成形型を離間させて前記キャビティ内で紫外線硬化させることにより成形した光学素子を前記一対の成形型から取出す製品取出工程と、を備えている。

図８，図９は、前記保護膜層形成工程を示す説明図である。図８に示すように、ガラス製の第１の成形型２のキャビティ形成面の凹部（凹面）５内に未硬化の紫外線硬化樹脂７Ａを注入する。そして、前記ガラス製の成形型２のキャビティ形成面の凹部５と略同じ形状の凸部（凸面）２０１とフラット部（フラット面）２０２を有する保護膜層形成金型２０３を芯出し用のスリーブ２０４に沿って下降させることにより、図９に示すように、前記未硬化の紫外線硬化樹脂７Ａを前記保護膜層形成金型２０３と前記ガラス製の成形型２の間で挟んで、軽く圧縮して、前記未硬化の紫外線硬化樹脂７Ａを前記第１の成形型２の凹部５に沿って引き延ばして所定の肉厚の樹脂層にして、前記キャビティ形成面の表面を覆うようにした後に、紫外線を照射し、硬化させて、図１０に示すように保護膜層７を形成する。同様にして、図１１に示すように、第２の成形型３にも保護膜層７を形成する。

前記保護膜層７は薄いので該保護膜層７を形成するために成形型内に注入する樹脂の量は少なくて済み、硬化する際の絶対的な収縮量も少ない。従ってガラス製の成形型２にクラック等が存在する場合でもクラックの割れ等を引き起こすのを防ぐことができる。

前記保護膜層７は、前記第１，第２の成形型２，３から容易に剥離可能になっていて、後に説明するように保護膜層７内において光学素子を成形した後、該光学素子を前記第１，第２の成形型２，３から取り外す際に、光学素子の一部として前記第１，第２の成形型２，３から剥離される。

前記ステップ２の型締め工程においては、図２に示すように、前記保護膜層７を形成した第１，第２の成形型２，３のキャビティ形成面としての対向面を所定の隙間δをもって対向させて、これら対向面間にキャビティ（成形空間）８を形成する。

前記ステップ３の紫外線硬化樹脂充填工程においては、図３に示すように、型締めされた前記一対の成形型２，３の前記キャビティ８内、即ち前記保護膜層７の内側に紫外線硬化樹脂９を充填して加圧する。加圧により紫外線硬化樹脂９は、前記保護膜層７の内面に密着し、該保護膜層７と一体になる。仮にガラス製の第１，第２の成形型２，３のキャビティ形成面にクラック等が存在する場合でも、該クラック等は保護膜層７で被覆された状態になっているので、紫外線硬化樹脂９を加圧した場合でも紫外線硬化樹脂９がクラック等に侵入することはない。

前記ステップ４の硬化工程においては、図４に示すように、ガラス製の第１，第２の成形型２，３および保護膜層７を通して、該保護膜層７の内側に充填した紫外線硬化樹脂９に紫外線（ＵＶ）を照射して硬化させる。

前記ステップ５の光学素子取出工程においては、図５に示すように、前記型締めされている一対の成形型２，３を離間させ、前記保護膜層７と紫外線硬化樹脂９とが一体化された樹脂成形品としての光学素子１１が取り出される。

図１２は本発明の光学素子の成形方法の第２の実施の形態を示すフローチャート図である。第２の実施の形態の光学素子の成形方法は、ステップ１として、一対の成形型のうちの少なくとも一方の成形型にガラス製の成形型を用いた一対の成形型２，３を型締めしてこれら一対の成形型２，３の対向面間にキャビティを形成する型締め工程と、ステップ２として、前記キャビティ形成面に硬化エネルギー光としての紫外線を透過する合成樹脂で保護膜層を形成する保護膜層形成工程と、ステップ３として、前記保護膜層の内側にエネルギー硬化樹脂としての紫外線硬化樹脂を充填する紫外線硬化樹脂充填工程と、ステップ４として、前記紫外線硬化樹脂充填工程により前記キャビティ内に充填した紫外線硬化樹脂に前記ガラス製の成形型および保護膜層を通して紫外線を照射して前記キャビティ内に充填されている紫外線硬化樹脂を硬化させる硬化工程と、ステップ５として、前記型締めされている一対の成形型を開いて前記キャビティ内で紫外線硬化させることにより成形した光学素子を前記一対の成形型から取出す光学素子取出工程と、を備えている。

図１３は、前記ステップ１の型締め工程を示す説明図である。少なくとも一方を紫外線を通すガラスで形成した第１，第２の成形型２，３のキャビティ形成面である上，下面を所定の間隙δをもって対向させ、第１，第２の成形型２，３の間にキャビティ８を形成する。

図１４〜図１７は、前記ステップ２の保護膜層形成工程を示す説明図である。図１４に示すように、前記型締めした第１，第２の成形型２，３のキャビティ８内に、前記芯出しスリーブ４に設けた樹脂注入ゲート１０から前記キャビティ８の容積の数分の１程度の未硬化の紫外線硬化樹脂７Ａを注入する。その後に前記第１，第２の成形型２，３を回転させるなどして、図１５に示すように、前記未硬化の紫外線硬化樹脂７Ａを前記キャビティ形成面の表面に均一に塗布する。そして、図１６に示すように前記紫外線硬化樹脂７Ａに紫外線（ＵＶ）を照射して硬化させることにより、前記紫外線硬化樹脂７Ａは、硬質の保護膜層７となる。前記未硬化の紫外線硬化樹脂７Ａのチクソ性（粘弾性）等を制御することにより前記キャビティ形成面の表面に紫外線硬化樹脂７Ａを均等に塗布することができる。また、図１７に示すように、前記キャビティ内に未硬化の紫外線硬化樹脂を霧状に噴霧して、キャビティの内面に樹脂層を形成した後に紫外線を照射して硬化させることにより保護膜層７を形成してもよい。或いは、ブロー成形により保護膜層７を形成してもよい。前記保護膜層７は薄いので該保護膜層７を形成するための樹脂の量は少なくて済み硬化する際の絶対的な収縮量も少ない。従ってガラス製の成形型２にクラック等が存在する場合でもクラックの割れ等を引き起こすのを防ぐことができる。なお、図１３〜図１７に示す方法で保護膜層７を形成する場合には、樹脂注入ゲート１０が保護膜層７で塞がれるのを防止するための適宜の手段が講じられる。

図１８は、前記ステップ３の紫外線硬化樹脂充填工程を示す説明図である。紫外線硬化樹脂充填工程においては、前記型締め工程により型締めされた前記一対の成形型のキャビティ８内、即ち前記保護膜層７の内側に紫外線硬化樹脂９を前記芯出しスリーブ４に設けた樹脂注入ゲート１０から注入、充填して加圧する。加圧により紫外線硬化樹脂９は、前記保護膜層７の内面に密着し、該保護膜層７と一体化される。仮にガラス製の第１，第２の成形型２，３のキャビティ形成面にクラック等が存在する場合でも、クラックは保護膜層７で被覆、保護されているので、紫外線硬化樹脂９を加圧しても紫外線硬化樹脂９が前記クラック内に侵入することはない。

図１９は、前記ステップ４の硬化工程を示す説明図である。硬化工程においては、ガラス製の第１，第２の成形型２，３および保護膜層７を通して、該保護膜層７の内側に充填した紫外線硬化樹脂９に紫外線を照射して硬化させる。

前記ステップ５の光学素子取出工程においては、図５に示すように、前記型締めされている一対の成形型２，３を開いて、前記保護膜層７が一体化された樹脂成形品としての光学素子１１が取り出される。

なお、上記実施の形態においては、光学素子として、両凸レンズを形成する場合を示したが、図２０、図２１に示すように、両凹レンズやメニスカスレンズを形成する場合にも適用される。スチルカメラやデジタルカメラ、光ピックアップ装置、携帯情報端末、ビデオカメラ等の撮像部分や、投影装置、各種計測装置、信号装置等に用いられる光学素子に適用される。また、エネルギー硬化樹脂として紫外線硬化樹脂を使用した場合を示したが、エネルギー硬化樹脂は、紫外線以外の硬化エネルギー光で硬化する樹脂であってもよい。また、上記各実施の形態においては、保護膜層７を光学素子１１の一部として一体化した場合を示したが、保護膜層７は、ガラス製の成形型側に残る構成にしてもよい。

光学素子の成形装置の略示的断面図。 第１の成形型と第２の成形型を型締めした状態の断面図。 紫外線硬化樹脂を充填した状態の断面図。 紫外線を照射した状態の断面図。 光学素子を取出す状態を示す略示的断面図。 光学素子の断面図。 第１の実施の形態の光学素子の成形方法を示すフローチャート図。 保護膜層の成形工程を示す略示的断面図。 保護膜層の成形工程を示す略示的断面図。 保護膜層を設けた第１の成形型の断面図。 保護膜層を設けた第２の成形型の断面図。 第２の実施の形態の光学素子の成形方法を示すフローチャート図。 第１の成形型と第２の成形型を型締めした状態の断面図。 保護膜層形成用の紫外線硬化樹脂を成形型内に注入した状態の断面図。 注入した樹脂をキャビティの内面に均一に塗布した状態の断面図。 紫外線を照射している状態を示す断面図。 保護膜層を形成する場合の変形例の断面図。 保護膜層の内側に紫外線硬化樹脂を注入した状態の断面図。 紫外線を照射している状態を示す断面図。 光学素子の変形例の断面図。 光学素子の変形例の断面図。 樹脂により成形されたレンズの断面図。 従来のレンズの成形装置を示す断面図。 ガラスの成形型の問題点を示す断面図。

符号の説明

１…成形装置、２…第１の成形型、３…第２の成形型、４…スリーブ、５…凹部（凹面）、６…フラット部（フラット面）、７…保護膜層、８…キャビティ、９…紫外線硬化樹脂、１１…光学素子。

Claims (6)

1. 少なくとも一方がガラスで作られた一対の成形型を型締めすることにより形成されるキャビティ内にエネルギー硬化樹脂を充填して硬化させることにより樹脂製の光学素子を成形する光学素子の成形装置において、
   前記ガラス製の成形型のキャビティ形成面の表面を合成樹脂製の保護膜層で被覆したことを特徴とする光学素子の成形装置。
2. 前記保護膜層は、紫外線硬化樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
3. 少なくとも一方がガラスで作られた一対の成形型を型締めすることにより形成されるキャビティ内にエネルギー硬化樹脂を充填して硬化させることにより樹脂製の光学素子を成形する光学素子の成形方法において、
   前記ガラス製の成形型のキャビティ形成面の表面にエネルギー硬化樹脂で保護膜層を形成する保護膜層形成工程と、該保護膜層形成工程により前記保護膜層を形成したガラス製の成形型およびこれと対を成す成形型を型締めする型締め工程と、該型締め工程により型締めされた前記一対の成形型のキャビティ内にエネルギー硬化樹脂を充填するエネルギー硬化樹脂充填工程と、該エネルギー硬化樹脂充填工程により前記キャビティ内に充填したエネルギー硬化樹脂に前記ガラス製の成形型を通して硬化エネルギー光を照射して前記キャビティ内に充填されているエネルギー硬化樹脂を硬化させる硬化工程と、前記型締めされている一対の成形型を離間させて前記キャビティ内で硬化させることにより成形した光学素子を前記一対の成形型から取出す光学素子取出工程と、を備えてなる光学素子の成形方法。
4. 前記保護膜層形成工程は、前記ガラス製の成形型のキャビティ形成面に未硬化のエネルギー硬化樹脂を投入し、該未硬化のエネルギー硬化樹脂を保護膜層形成金型で前記ガラス製の成形型のキャビティ形成面に押し付けて、該キャビティ形成面に沿って略均一な肉厚の被膜を形成した後に硬化させて保護膜層を形成することを特徴とする請求項３に記載の光学素子の成形装置。
5. 前記保護膜層形成工程は、前記一対の成形型を型締めした状態でキャビティ内に未硬化のエネルギー硬化樹脂を注入して、これら一対の成形型を回転させることにより前記未硬化のエネルギー硬化樹脂を前記キャビティ表面に略均一な肉厚に塗布して被膜を形成した後に硬化エネルギー光を照射して硬化させて保護膜層を形成することを特徴とする請求項３に記載の光学素子の成形装置。
6. 前記保護膜層形成工程は、前記一対の成形型を型締めした状態で前記キャビティ内で未硬化のエネルギー硬化樹脂を霧状に噴霧して、キャビティ表面に略均一な被膜を形成した後に硬化エネルギー光を照射して硬化させさせて保護膜層を形成することを特徴とする請求項３に記載の光学素子の成形装置。
   

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