JP2008273188A - 光学部材の製造方法及び製造装置ならびに光学部材 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体となったナノコンポジット素材を、ハンドリング性を高めて光学部材に成形し易くすると共に、流動性が悪い材料であっても所望の光学特性に安定して成形できる光学部材の製造方法および製造装置ならびに光学レンズを提供する。
【解決手段】無機微粒子が熱可塑性樹脂に含有されてなるナノコンポジット粉体６１から光学部材６７を形成する光学部材の製造方法であって、ナノコンポジット粉体６１を加熱して塊状の中間体６３を作製する中間体作製工程と、中間体６３を加熱圧縮して最終形状の光学部材６７に形成するプレス成形工程と、により光学部材を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部材の製造方法及び製造装置ならびに光学部材に関し、より詳細には、ナノコンポジット素材を用いて光学部材を形成する技術に関する。

近年の携帯カメラやＤＶＤ，ＣＤ，ＭＯドライブといった光情報記録機器の高性能化、小型化、低コスト化に伴って、これら光情報記録機器に用いられる光学レンズやフィルタ等の光学部材に対しても、優れた材料や工程の開発が強く望まれている。

特にプラスチックレンズは、ガラスなどの無機材料に比べ軽量で割れにくく、様々な形状に加工できるため、さらに低コストで生産できるため、眼鏡レンズのみならず、上記の光学レンズとしても急速に普及しつつある。これに伴い、レンズを薄肉化するために素材自体を高屈折率化することや、光学屈折率を熱膨張や温度変化に対して安定化させること等が求められている。その一つの解決策としてプラスチック樹脂中に金属微粒子などの無機微粒子を分散させたナノコンポジット素材をレンズ材料として用いることで、光学屈折率を向上させ、熱膨張率や光学屈折率の温度変化を抑える試みが種々行われている（例えば特許文献１〜４参照）。

このようなナノコンポジット素材を用いて光学部材を形成する場合、高度の透明性を要求される光学部材に対しては、無機微粒子をプラスチック樹脂中に分散させる際、光散乱を低減させるために無機微粒子の粒径を少なくとも使用する光の波長よりも小さくする必要があった。さらに、レイリー散乱による透過光強度の減衰を低減するためには、粒子サイズが１５ｎｍ以下に揃ったナノ粒子を調製して分散する必要があった。
特開２００６−３４３３８７号公報 特開２００２−４７４２５号公報 特開２００３−１５５４１５号公報 特開２００６−２１３８９５号公報

プラスチック樹脂中に無機微粒子を分散させたナノコンポジット素材を作製するには、次のような手法が挙げられる。
（１）プラスチック樹脂に無機微粒子を直接投入して混ぜ込む。
（２）溶媒となる液中で無機微粒子を混合させた後、溶媒を加熱して取り除く。
（３）モノマーと無機微粒子を混合させた後、モノマーを重合させて無機微粒子を含有させる。

しかし、（１）の方法では、粒子濃度が高い場合に粒子が凝集してしまい、透明にならない、（３）の方法では、重合時の収縮が大きく、形状の制御が困難で、例えば、携帯用小型カメラの撮影レンズやピックアップレンズなどに必要な精度で成形できないという問題があった。（２）の方法が最も品質の高いレンズを作ることが出来る方法だが、これまでの方法では溶媒の除去に時間がかかるという問題が残されていた。

そこで、（２）の方法で溶媒を除去する乾燥工程を、無機微粒子を含む溶液を微粒子化させて乾燥させれば、溶液の表面積が増えることで溶媒除去時間が短縮する。この方法によれば、ナノコンポジット素材を比較的短時間で均一な性状で作製できるが、得られる素材は細かな粉状になってしまい、周囲に粉が舞う、ゴミなどが混入しやすい、輸送時に詰まりやすい等といった問題を新たに生じる。そのため、レンズ成形のための各工程のおけるハンドリングが難しくなるという問題があった。

また、特許文献１に記載の光学素子及びその製造方法は、樹脂中に微粒子を分散させたナノコンポジット素材を射出成形して予備形状片とし、該予備形状片を押圧成形して光学素子を製作している。しかし、微粒子を含む樹脂材料を射出成形すると、微粒子が局所的に凝結したりして、透明体にならない虞がある。このような粒子凝集を防ぐために微粒子を樹脂材料に結合させると、流動性が低下し、射出成形ができない場合が生じる。
前記したように、ナノ粒子を樹脂材料に分散させることで、高屈折率化や、温度変化に対する屈折率や体積などが安定する。屈折率や熱安定性は、微粒子添加量を増加させることでより向上するが、ナノコンポジット樹脂の流動性は反対に悪化する。特に、屈折率向上のためには多量に微粒子を分散させなくてはならず、流動性はさらに悪化する。
そのため、ナノコンポジット樹脂を射出成形する場合、高温にしても射出成形に必要な樹脂の流動性が得られないため良品の成形が困難となる。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、粉体となったナノコンポジット素材を、ハンドリング性を高めて光学部材に成形し易くすると共に、流動性が悪い材料であっても所望の光学特性に安定して成形できる光学部材の製造方法および製造装置ならびに光学レンズを提供することを目的としている。

本発明の上記目的は、下記光学部材の製造方法によって達成される。
（１） 無機微粒子が熱可塑性樹脂に含有されてなるコンポジット素材の粉体から光学部材を形成する光学部材の製造方法であって、
前記コンポジット素材の粉体を加熱して塊状の中間体を作製する中間体作製工程と、
前記中間体を加熱圧縮して最終形状の光学部材に形成するプレス成形工程と、
を含む光学部材の製造方法。

この光学部材の製造方法によれば、ナノコンポジット素材の粉体を加熱して塊状の中間体を作製し、更に該中間体を加熱圧縮して最終形状の光学部材を形成するので、粉体を成形工程で扱うことがなく、ハンドリング性が向上する。また、粉体から塊状の中間体にすることで、レンズなどの光学部材の成形時に要求される高精度な重量（体積）制御が容易に可能となる。例えば、携帯電話に搭載される小型カメラに使用される光学レンズの成形は、レンズの総重量略５０ｍｇに対して０．１ｍｇの精度で重量管理して成形する必要がある。しかし、粉体は容易に移動、浮遊、付着などするため、粉体状態のままでは高精度で重量計測し、成形することが困難であった。このような粉体を例えば、断面積一定の棒状（塊状）の中間体とすれば、重量測定に変えて、高精度測定が容易な長さ測定に置き換えることができ、取扱性を大幅に向上させることができる。

（２） （１）記載の光学部材の製造方法であって、
前記中間体が、１つの個体で１つの光学部材を形成するものである光学部材の製造方法。

この光学部材の製造方法によれば、１つの塊状の中間体によって１つの光学部材を形成するようにしたので、光学部材の最終形状の重量（体積）を高精度に設定できると共に、製造工程が簡略化される。

（３） （１）又は（２）記載の光学部材の製造方法であって、
前記ナノコンポジット粉体の平均粒径が１mm以下である光学部材の製造方法。

この光学部材の製造方法によれば、平均粒径が１mm以下の粉体を用いることで、生産性を高めることができる。すなわち、ナノコンポジット粉体は、例えば樹脂と無機微粒子が分散した溶液を細かい液滴にして乾燥させ粉状にする場合、この乾燥工程において、粉体の平均粒径が１ｍｍ以下であることで表面積の増大により乾燥が早められる。

（４） （１）又は（２）記載の光学部材の製造方法であって、
前記中間体の作製後に、該中間体を加熱圧縮して前記最終形状に近い形状のプリフォームを作製するプリフォーム作製工程を含み、
前記プレス成形工程が、前記プリフォームの表裏両面に光学機能面を形成する工程である光学部材の製造方法。

この光学部材の製造方法によれば、中間体を加熱圧縮して光学部材の最終形状に近い形状のプリフォームを作製した後、プレス成形によってプリフォームの表裏両面に光学機能面を形成するようにしたので、高い精度を必要としない安価な金型によってプリフォームを経済的に作製することができる。そして、このプリフォームを高精度の金型でプレス成形し、表裏両面に高精度の光学機能面を確実に形成し、光学特性の優れた光学部材を製作することができる。

（５） （１）〜（４）のいずれか1項記載の光学部材の製造方法であって、
前記中間体作製工程が、前記ナノコンポジット素材の粉体を加熱して溶融させた後、押し出し成形により所望の体積を押し出し、切断することにより前記中間体を作製する光学部材の製造方法。

この光学部材の製造方法によれば、ナノコンポジット素材の粉体を加熱して溶融させた後、押し出し成形により所望の体積を押し出し、切断して中間体を作製するようにしたので、中間体が断面積一定に形成され、高精度な重量（体積）管理が容易に行える。つまり、短時間で高精度な測定が困難な粉体の重量測定に代えて中間体の長さの測定にすることで、容易にかつ高精度で重量（体積）管理が可能となる。

（６） （１）〜（４）のいずれか１項記載の光学部材の製造方法であって、
前記中間体作製工程が、前記ナノコンポジット素材の粉体を加熱して溶融させた後、押し出し成形により一定断面積の棒状体を作製し、前記棒状体を切断することにより前記中間体を作製する光学部材の製造方法。

この光学部材の製造方法によれば、押し出し成形により断面積一定の棒状体を作製した後、この棒状体を切断することで中間体を作製するので、断面積一定の棒状体の長さと体積が比例することを利用して、簡単に所望量の中間体を作製することができる。

（７） （１）又は（２）記載の光学部材の製造方法であって、
前記中間体作製工程が、粉体状にされた前記ナノコンポジット素材の粉体を加熱圧縮して前記最終形状に近い形状の中間体を作製する工程である光学部材の製造方法。

この光学部材の製造方法によれば、ナノコンポジット素材の粉体を簡単な工程で粉体をプリフォームにすることができ、後段の工程におけるハンドリング性を高めつつ、工程全体としての工数を削減できる。

（８） 無機微粒子が熱可塑性樹脂に含有されてなるナノコンポジット素材の粉体から光学部材を形成する光学部材の製造装置であって、
前記ナノコンポジット素材の粉体を容器内に収容し、該粉体を加熱して塊状の中間体を作製する第１の成形手段と、
前記光学部材へ光学機能面を転写する光学機能転写面が形成された少なくとも２つの金型を有し、前記金型の間に前記中間体を挟んで加熱圧縮成形する第２の成形手段と、
を備えた光学部材の製造装置。

この光学部材の製造装置によれば、容器内に収容したナノコンポジット素材の粉体を加熱して塊状の中間体を作製する第１の成形手段と、少なくとも２つの金型の間に中間体を挟んで加熱圧縮成形し、中間体の表裏両面に光学機能面を転写する第２の成形手段とを備えたので、ナノコンポジット素材の粉体を一旦、取扱性の優れた中間体に成形し、その後に光学機能面を形成することで、工数の増大を抑えつつ光学部材を高精度で製造することができる。

（９） （８）記載の光学部材の製造装置であって、
前記第１の成形手段が、
前記容器内に収容されたナノコンポジット素材の粉体を加熱する加熱手段と、
加熱により溶融したナノコンポジット材を押し出し成形する押し出し成形手段と、
前記押し出されたナノコンポジット材を所望の量で切断する切断手段と、
を具備した光学部材の製造装置。

この光学部材の製造装置によれば、加熱手段によって容器内に収容されたナノコンポジット素材の粉体を加熱して溶融したナノコンポジット材とした後、押し出し成形手段によって押し出し、押し出されたナノコンポジット材を切断手段で所望の量で切断して中間体を形成するようにしたので、中間体を連続して容易に形成することができる。また、ナノコンポジット材を断面的一定の筒から押し出せば、押し出した長さを計測することで、中間体の重量（体積）を高精度で管理することができる。

（１０） （１）〜（６）のいずれか１項記載の光学部材の製造方法により形成された光学部材。

この光学部材によれば、高精度で重量（体積）が管理されたナノコンポジット素材の粉体によって光学部材が製造されるので、光学特性の優れた高精度の光学部材となる。

（１１） （１０）記載の光学部材であって、
前記光学部材がレンズである光学部材。

この光学部材によれば、光学特性の優れたレンズを容易に得ることができる。

本発明によれば、無機微粒子が熱可塑性樹脂に含有されてなるナノコンポジット素材の粉体を、ハンドリング性を高めて光学部材に成形し易くすると共に、光学特性の安定した光学部材を成形することができる。

以下、本発明に係る光学部材の製造方法及び製造装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
以下の各実施形態で述べる本発明の要旨は、優れた透明性と高い屈折率を有し、光学特性の優れた光学部材を製作可能なナノコンポジット素材によって光学部材を製作する際に、ハンドリングが困難なナノコンポジット素材の粉体を、重量（体積）管理が容易な中間体に一旦形成した後、該中間体から光学部材を形成して、高精度の光学部材を製作することである。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

（第１実施形態）
先ず、本発明に係る光学部材の製造方法の第１実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態である光学部材の製造方法の概略手順を示すフローチャートである。
図１に示すように、ナノコンポジット粉体は、後述する中間体形成装置によって、加熱工程（ステップ１：Ｓ１）、押し出し工程（Ｓ２）、切断工程（Ｓ３）を経て塊状の中間体６３が形成され、次いで、中間体がプレス成形（Ｓ４）により加熱、圧縮されてレンズなどの光学部材６７が製造される。なお、ナノコンポジット粉体とは、熱可塑性樹脂中に平均粒子サイズが１〜１５ｎｍの無機微粒子を分散させた材料であり、その詳細については後述する。

以下に上記の手順について順次説明する。まず、加熱工程Ｓ１，押し出し工程Ｓ２，切断工程Ｓ３は、図２に示す中間体形成装置により行われる。図２にコンポジット粉体から塊状の中間体を作製する中間体形成装置の要部縦断面図を示した。なお、図２に示す構成は一例であって、これに限定されるものではない。
第１の成形手段である中間体成形装置１００は、ナノコンポジット粉体６１を加熱して塊状の中間体６３を作製するためのものであり、材料吐出機構１１を備える。材料吐出機構１１のシリンダ１３は、下端部１３ｂから上端部１３ｃまでを上下方向に向かって穿設された貫通孔１３ａを有する。この貫通孔１３ａの横断面形状は一定の円形状であり、その横断面の直径（断面積）が貫通孔１３ａの全体に渡って均一に形成されている。

ここで、貫通孔１３ａの横断面の直径は、１０ｍｍ以下、現実的には０．５ｍｍ〜７ｍｍ程度の大きさが望ましい。貫通孔１３ａの横断面の直径が小さい方がより高精度の計量が可能になるが、小さすぎると１回の吐出容積が減少するため複数回の吐出が必要となり、計量時間が余分にかかることになる。

シリンダ１３の貫通孔１３ａには、上端部１３ｃからピストン１５の一部分が挿入される。加熱して溶融したナノコンポジット材６１Ａを押し出し成形するピストン１５は、シリンダ１３と略同一の断面形状を有する細長形状であり、貫通孔１３ａ内を上下方向に摺動可能になっている。ピストン１５は、その基端側がサーボモータやステッピングモータ等によって駆動されるピストン上下動機構１６に接続されており、シリンダ１３内を上下方向に摺動する。また、材料吐出機構１１は、図示しない変位センサを備え、ピストン１５のストローク方向の移動距離が、該変位センサによって検出される。なお、移動ストローク計測に用いる変位センサとしては、例えば、レーザ変位計などの光学式センサ、接触式センサ、静電容量センサなどを用いることができる。これらシリンダ１３，ピストン１５，ピストン上下動機構１６，変位センサが押し出し成形手段として機能する。

一方、シリンダ１３の外周面の一部には可塑化機構１７が連結されている。可塑化機構１７は、製品の原料であるナノコンポジット粉体６１を貯留するホッパー１９を備えている。可塑化機構１７の外周面には、ナノコンポジット粉体６１を加熱溶融させて流動状のナノコンポジット材６１Ａとする加熱手段としてのヒータ２１が設けてある。

可塑化機構１７は、ヒータ２１による加熱と材料間の摩擦熱により溶融して流動性を持った流動状のナノコンポジット材６１Ａを生成し、該ナノコンポジット材６１Ａをスクリュー１７ａで撹拌しながら吐出側前方へ導き、シリンダ１３の貫通孔１３ａへ吐出する。貫通孔１３ａへ吐出されたナノコンポジット材６１Ａは、流路１７ｂを通じてシリンダ１３の貫通孔１３ａに送られる。流路１７ｂの途中には、ナノコンポジット材６１Ａの可塑化機構１７側への逆流を防止する逆止弁２３が設けられている。可塑化部の温度はガラス転移温度Ｔｇ−２０℃〜Ｔｇ＋２００℃が望ましく、Ｔｇ〜Ｔｇ＋１５０℃がさらに望ましく、Ｔｇ＋２０℃〜Ｔｇ＋１２０℃がさらに望ましい。材料の流動性を上げるため、二酸化酸素または窒素などの溶解性気体を高圧で導入してもよい。

シリンダ１３の内部には、ナノコンポジット材６１Ａの温度をガラス転移温度以上に維持するためのヒータ２０が埋設され、シリンダ１３の外周には、保温用の断熱材２５が適宜な配置場所に設けられている。

シリンダ１３の貫通孔１３ａと可塑化機構１７からの流路１７ｂとの合流点からシリンダ１３の下端部１３ｂまでの間の吐出口２７の近傍には、貫通孔１３ａと連通する開口部に圧力センサ２９が設置されており、吐出口２７の近傍におけるナノコンポジット材６１Ａに加わる圧力を検出する。

また、吐出口２７の周囲には、吐出されたナノコンポジット材６１Aを切断する切断手段としてのカッター３１が設置してある。カッター３１は吐出口２７の左右に配置された一対の刃３１ａ，３１ｂで構成され、刃３１ａ，３１ｂが往復することにより、吐出口２７から吐出されるナノコンポジット材６１Ａが切断される。

なお、カッター３１は、ナノコンポジット材６１Ａのガラス転移温度Ｔｇより若干高め（Ｔｇ＋２０℃からＴｇ＋１３０℃の範囲）に加熱してある。これは、カッター３１が常温であると、刃の部分からナノコンポジット材６１Ａが固まり、切断時にナノコンポジット材６１Ａが飛散するようになり、逆に高すぎると、カッター３１の刃３１ａ、３１ｂにナノコンポジット材６１Ａが貼り付いてしまうためである。

次に、上記構成の中間体成形装置１００により中間体６３を生成する処理手順の各内容について、図３〜図５を参照して説明する。
図３は中間体形成装置によって中間体を生成する手順を示すフローチャート、図４は中間体が所定量だけ押し出される動作を（ａ）〜（ｅ）で示す説明図である。
図３に示すように、中間体６３の作製にあたり、まず、ホッパー１９に貯留されているナノコンポジット粉体６１を可塑化機構１７に供給し（Ｓ１１）、ヒータ２１によってナノコンポジット粉体６１を加熱して流動状のナノコンポジット材６１Ａとし、流動性を付与する（Ｓ１２）。このとき、シリンダ１３の貫通孔１３ａに挿入されたピストン１５は、図４（ａ）に示すように、可塑化機構１７の内空間とシリンダ１３の貫通孔１３ａとを連通する流路１７ｂの上方(押し出しの上流側)に位置している。

なお、可塑化機構１７に材料を投入するホッパー１９は、ナノコンポジット粉体６１のスクリュー１７ａへの流れが止まらないように、ホッパーを振動（超音波振動、物理的な強制振動等）させることが好ましい。さらに、スクリュー１７ａまで強制的にナノコンポジット粉体６１を送るために、図示のスクリュー１７ａとは別にスクリュー設けて送るようにしてもよく、あるいは、ポンプを使用して送るようにしてもよい。また、ナノコンポジット粉体６１は熱により溶けやすい状態であるので、可塑化機構１７の可塑化部直前までは水などで冷却して、可塑化部による熱が伝わらないようにすることが好ましい。

次に、図４（ｂ）に示すように、前述の図示しない変位センサで検出される位置情報を参照しながらピストン上下動機構１６によりピストン１５を貫通孔１３ａ内で上昇させると共に、スクリュー１７ａを回転させて加熱された流動状のナノコンポジット材６１Ａをシリンダ１３の貫通孔１３ａへ吐出し、貫通孔１３ａ内にナノコンポジット材６１Ａを充填する（Ｓ１３）。このナノコンポジット材６１Ａの充填時は、カッター３１は閉じた状態とされる。

そして、図４（ｃ）に示すように、カッター３１を閉じた状態でピストン１５を基準位置ｈ０まで下降させて、貫通孔１３ａ内に注入されているナノコンポジット材６１Ａの下端を吐出口２７の位置まで押し下げる（Ｓ１４）。このとき、逆止弁２３は閉じられてナノコンポジット材６１Ａの可塑化機構１７への逆流を防止する。なお、ナノコンポジット材６１Ａを吐出口２７から少量はみ出させてからカッター３１で切断し、端面を整えてもよい。

そして、図４（ｄ）に示すように、カッター３１の刃３１ａ，３１ｂを離反させて吐出口２７を開き（Ｓ１５）、ピストン１５を基準位置ｈ０からｈ１までの所定距離Δｈを、変位センサで検出される位置情報を参照しながら下降させる（Ｓ１６）。これにより、シリンダ１３の貫通孔１３ａに注入されたナノコンポジット材６１Ａが吐出口２７から徐々に吐出される。なお、吐出口２７から吐出されるナノコンポジット材６１Ａは、シリンダ１３内部のヒータ２０により、ガラス転移温度以上の温度に加熱されている。

次に、図４（ｅ）に示すように、カッター３１を駆動して、吐出口２７から吐出されたナノコンポジット材６１Ａを切断し、貫通孔１３ａ内のナノコンポジット材６１Ａから切り離す（Ｓ１７）。切り離されたナノコンポジット材は、後述する圧縮成形用の中間体６３として利用される。

ここで、貫通孔１３ａ内のナノコンポジット材６１Ａの圧力は、ピストン１５の移動に伴って上昇するので、ピストン１５の移動を停止した後、圧力センサ２９によって圧力が常圧に低下したことを確認してから、ナノコンポジット材６１Ａの切断を行うのが望ましい。これにより、圧力によって生じるナノコンポジット材６１Ａの密度変化の影響が排除されて、より高精度で重量（体積）計測された円柱状の中間体６３が得られる。また、カッター３１による切断は、吐出口２７から吐出されたナノコンポジット材６１Ａが熱い状態での切断、冷却してからの切断のいずれでもよいが、エネルギーロスを考慮すると熱い状態での切断が好ましい。なお、中間体６３の形状は、図示例の円柱状に限らず棒状等とすることもできる。棒状とした場合は、さらに最終形状（レンズ）に近い寸法に適宜な切断手段により切断し、これを後段で使用する中間体６３とする。また、吐出されたナノコンポジット材料が棒状である場合には、切断手段により中間体６３の形を整えてもよく、加熱による熱変形により形を整えてもよい。
また、中間体６３をガラス転移温度以上でハンドリングする場合は、中間体６３を掴む把持部を非粘着性の物質にしておくことが望ましい。具体的には、非粘着材料としてはフッ素系樹脂や溶射などにより接触面積が小さい材料が適用可能である。さらに、中間体６３の温度を高温に保つために、把持部も中間体６３と同程度の温度に加熱しておくことが望ましい。

以上の動作を、予め設定された数量の中間体６３が得られるまで繰り返し行なう（Ｓ１８）。なお、吐出の形態には種々のパターンが考えられ、上述のように一回のナノコンポジット材料の充填により、複数回の吐出を行う以外にも、１回の充填分を１回の吐出で使い切る場合、複数回の充填分で１個の中間体６３を作製する場合、等があり、中間体６３のサイズや設定される体積の精度等に応じて適宜使い分けることができる。

以上のように、流動状のナノコンポジット材６１Ａの密度や温度が一定であれば、貫通孔１３ａの内空間の横断面積とピストン１５の移動ストロークとの積として求められる体積と、中間体６３の重量とは比例関係が成立し、中間体６３の重量計測をピストン１５の移動ストローク計測に変換することができ、高精度での重量（体積）管理が可能となる。例えば、小型カメラに使用される光学レンズが、レンズの総重量略５０ｍｇに対して０．１ｍｇの精度で重量管理して成形する場合であっても、高精度測定が容易な長さ測定により重量（体積）管理するため、所望の形状を、光学特性を落とすことなく高精度で成形することができる。

なお、上記例では、押し出し方向を下向きにしているが、これに限らず、上向きや横向きとしてもよい。上向きの場合は、押し出した材料がより球状に近い形になるので、レンズへの加工が容易となる。

中間体成形装置１００によって１つずつ高精度で計量されて作製された中間体６３は、図示しないハンドリング機構により把持されて次工程のプレス成形工程に送られ、次に説明するプレス成形工程を経て光学部材６７に成形される。これにより、粉体から塊状の材料に置き換えられるので、各工程中の取扱性を大幅に向上させることができる。なお、中間体６３をガラス転移温度Ｔｇ以上（高くてもＴｇ＋３０℃程度）の温度に維持しつつ搬送する場合には、次工程における加熱時間を短縮することができる。

図５は中間体を圧縮成形して光学部材を成形する工程を示す説明図である。
第２の成形手段である圧縮成形装置２００は、上金型３３と下金型３５の少なくとも２つの金型を有し、本実施形態においては、上金型３３と下金型３５が嵌合する外金型３７の３つの金型を有した構成とされている。上金型３３の下面と、下金型３５の上面には、それぞれ光学部材６７へ光学機能面（レンズ面）６７ａ，６７ｂを転写する光学機能転写面３３ａ，３５ａが高い寸法精度で形成されている。また、この圧縮成形装置２００は、各金型を加熱するための図示しない加熱機構を備えている。

中間体６３から光学部材６７を成形するには、図５（ａ）に示すように、金型３３，３５を互いに離間させた状態で、中間体成形装置１００で生成された１つの中間体６３を外金型３７に組み合わせた下金型３５上に投入する。このとき、中間体６３は金型の中央に投入する。そして、金型内に投入された中間体６３を所定の温度まで加熱した後、図５（ｂ）に示すように、上金型３３を下金型３５に向けて移動する。これにより、図５（ｃ）に示すように、中間体６３が外金型３７内で上金型３３と下金型３５との間でプレスされて製品形状に成形される。そして、加圧状態のまま中間体６３を冷却した後、図５（ｄ）に示すように、上下金型３３，３５を開き、圧縮成形されたレンズ（光学部材）６７を取り出す。上記の中間体６３の加熱方法は、金型を加熱することによる伝導電熱、中間体６３をレーザーや赤外線で加熱する方法等が適宜利用でき、特に制限されることはない。金型の加熱方式としては、加熱冷却を高速かつ高精度に行うために、ヒートブロックを用いて伝導伝熱加熱する、高周波誘導加熱で金型を直接加熱する、といった方式が用いられるが、特に限定されない。

プレス成形時の中間体６３の温度は、ガラス転移温度Ｔｇ〜Ｔｇ＋２５０℃の範囲が好ましく、Ｔｇ〜Ｔｇ＋２００℃がより好ましく、Ｔｇ＋２０℃〜Ｔｇ＋１５０℃がさらに好ましい。中間体６３の温度が高いと冷却に時間がかかり生産性が低下するだけでなく、材料が熱により劣化して着色・透明性低下などの問題が発生する。逆に温度が低すぎるとプレスにより複屈折が発生し、レンズとしての品質が低下する。プレス成形時の加圧力は０．００５〜１００ｋｇ／ｍｍ²の範囲で行い、好ましくは０．０１〜５０ｋｇ／ｍｍ²、さらに好ましくは０．０５〜２５ｋｇ／ｍｍ²である。加圧速度は０．１〜１０００ｋｇ／ｓｅｃ、加圧時間は０．１〜９００ｓｅｃで、好ましくは０．５〜６００ｓｅｃ、さらに好ましくは１〜３００ｓｅｃである。また、プレスの開始タイミングは、加熱直後でも良いし、均熱（中間体６３の温度を内部まで均一にすること）のために一定時間を置いた後でも良い。

なお、中間体６３投入時の金型温度はガラス転移温度Ｔｇより高くても低くても良いが、高くなっている方が、中間体６３の加熱が短時間で済むため好ましい。また、冷却時に中間体６３は収縮するので、この冷却進行度合いに合わせてプレスを行う方が金型形状（光学機能転写面３３ａ，３５ａ）をより高精度で転写できる。例えば、金型又は中間体６３の温度を検出し、この検出温度に応じてプレス速度を制御すればよい。また、圧縮成形装置２００に投入される中間体６３の重量（体積）は、中間体成形装置１００のピストン１５の移動ストロークを高精度で計測することによって極めて小さなばらつき範囲内に管理されている。中間体６３の大きさ（直径ｄ）は、光学部材（レンズ）６７の直径Ｄに対して、１／４から３／４の大きさにすることが好ましく、成形性を考慮すると略１／２とすることが更に好ましい。

本実施形態の光学部材製造方法においては、略円筒状の中間体６３から、１回の圧縮成形によって最終製品である光学部材６７が形成されるので、圧縮成形装置２００の金型、特に、光学機能面６７ａ，６７ｂを転写する光学機能転写面３３ａ，３５ａは、高精度で製作されている必要がある。また、比較的ゆっくりとした速度、例えばＴｇ以上では５℃〜５０℃/min等で冷却させながら賦形するのが、光学機能面６７ａ，６７ｂを良好に転写するために望ましい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、優れた透明性と高い屈折率を有し、光学特性の優れた光学部材を製作可能なナノコンポジット素材によって光学部材を製作する際に、ハンドリングが困難なナノコンポジット素材の粉体を、重量（体積）管理が容易な中間体に形成することで、ハンドリング性を改善できる。また、この中間体の重量（体積）を高精度に設定できるため、形成される光学部材の厚みを設計通りにすることができ、高性能でしかも高精度の光学部材を製作することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る光学部材の製造方法の第２実施形態について、図６〜図８を参照して説明する。
図６は第２実施形態の光学部材の製造方法の概略手順を示すフローチャート、図７は塊状の中間体を加熱圧縮してプリフォームを成形する工程を示す説明図、図８は圧縮成形装置によってプリフォームから光学部材を形成する工程を示す説明図である。

本実施形態の光学部材の製造方法は、図６に示すように、第１実施形態と同様な加熱工程（Ｓ１）、押し出し工程（Ｓ２）、切断工程（Ｓ３）を経て塊状の中間体が形成される。次いで、中間体が圧縮工程（Ｓ５）により圧縮されて光学部材（レンズ）と近似形状を有するプリフォームに成形された後、プレス成形工程（Ｓ６）によって最終製品である光学部材が製造される。本実施形態においては、圧縮行程（Ｓ５）とプレス成形工程（Ｓ６）が前述の第１実施形態と異なっている。

ここで、ナノコンポジット粉体６１から中間体６３を形成する上記の加熱工程（Ｓ１）、押し出し工程（Ｓ２）、切断工程（Ｓ３）、及び中間体形成装置は、図１〜図５に示すものと同じであるので、その説明を省略する。

図６及び図７に示すように、中間体成形装置１００によって重量（体積）管理されて形成された中間体６３は、圧縮工程（Ｓ５）の作業を実施するプリフォーム成形装置３００に送られ、プリフォーム６５に成形される。プリフォーム成形装置３００は、上金型４１、下金型４３、及び上金型４１と下金型４３が組み合わされる外金型４５とからなり、上金型４１の下面４１ａ、及び下金型４３の上面４３ａは、それぞれ最終製品である光学部材６７の形状と近似した形状に形成されている。しかし、プリフォーム成形装置３００は、中間体６３を光学部材６７に近似した形状に成形できればよいので、上金型４１の下面４１ａ及び下金型４３の上面４３ａの形状は、比較的精度を必要としない。従って、金型の製作コストが安価で済む。

図７に示すように、中間体成形装置１００によって形成された中間体６３は、外金型４５内に配置された下金型４３上に投入され、上金型４１と下金型４３との間でプレスして、プリフォーム６５に成形される（Ｓ６）。
ここで、プリフォーム６５を成形する場合、プリフォーム６５の金型が凹面の場合(レンズ凸面)は、プリフォーム６５表面の曲率を製品形状より大きくすることが望ましい。また、プリフォーム６５成形時のプレス条件としては、第１実施形態の中間体６３のプレス成形工程と同様である。

図８に示すように、光学部材６７と近似形状にまで成形されたプリフォーム６５は、図５において既に説明したものと同様に構成された圧縮成形装置２００の下金型３５上に投入され、加熱しながら外金型３７内で上金型３３と下金型３５との間でプレスして製品形状に成形する（図８（ｂ））。そして、加圧状態のまま冷却した後、上下金型３３，３５を開き、圧縮成形された製品である光学部材６７を取り出す（図８（ｃ））。

本実施形態の光学部材の製造方法によれば、製品である光学部材６７が２回の圧縮成形により段階的に行われるので、歪みが残り難く、より高精度の光学部材６７が作り易い傾向がある。また、その他にも前述の第１の実施形態の製造方法と同様の作用効果が得られる。また、第一の実施形態では作製が困難な形状(たとえば両凸レンズ)でも高精度に作ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る光学部材の製造方法の第３実施形態について、図９及び図１０を参照して説明する。
図９は第３実施形態の光学部材の製造方法の概略手順を示すフローチャート、図１０はナノコンポジット粉体を加熱圧縮してナノコンポジット粉体から直接、プリフォームを成形する工程を示す説明図である。

本実施形態の光学部材の概略製造方法は、図９に示すように、コンポジット粉体を粉体のままプリフォーム成形装置に投入し、加熱工程（Ｓ７）、圧縮工程（Ｓ８）を経てレンズ（光学部材）と近似形状を有するプリフォームに成形する。次いで、第２実施形態と同様なプレス成形工程（Ｓ９）によって最終製品である光学部材を製造する。本実施形態においては、プリフォームの形成方法が前述の第２実施形態と異なっている。

図１０に示すように、プリフォーム成形装置４００は、上金型５１、下金型５３、及び上金型５１と下金型５３が組み合わされる外金型５５とを少なくとも有し、上金型５１の下面５１ａ、及び下金型５３の上面５３ａは、それぞれ最終製品である光学部材６７の形状と近似した形状に形成されている。しかし、プリフォーム成形装置４００は、光学部材６７に近似した形状のプリフォーム６５が成形できればよいので、比較的精度を必要とせず、金型の製作コストが安価で済む。

具体的な手順を説明すると、図１０に示すように、ナノコンポジット粉体６１は、粉体の状態のまま外金型５５内に配置された下金型５３上に投入され（図１０（ａ））、加熱されながら上金型５１と下金型５３との間でプレスされてプリフォーム６５に成形される（図１０（ｂ））。次いで、下金型５３を上方に移動させてプリフォーム６５をプリフォーム成形装置４００から取り出す（図１０（ｃ））。
また、前述したように、プリフォーム６５を成形する場合、プリフォーム６５の金型が凹面の場合(レンズ凸面)は、プリフォーム６５表面の曲率を製品形状より大きくすることが望ましい。このときのプリフォーム６５成形時のプレス条件は、第１実施形態の中間体６３のプレス成形工程と同様である。

一般に、粉体状であるナノコンポジット粉体６１を短時間で且つ精度よく重量計測することは困難である。本実施の形態においては、ナノコンポジット粉体６１の重量（体積）を概略計量してプリフォーム成形装置４００に投入し、所定の厚さとなるようにプリフォーム６５を圧縮成形することにより、プリフォーム成形装置４００から取り出したプリフォーム６５は、安定して光学部材６７に近似した形状にされる。なお、ここでのプリフォーム６５は、高精度に重量（体積）制御する必要はなく、最低限、粉体から固形体になっていればよい。また、出来上がったプリフォーム６５を、必要に応じてフランジ６５ａの外周部分を削る等して最終形状に近似させる加工を施してもよい。このような加工を施す場合は、プリフォーム成形装置４００の金型内に投入するナノコンポジット粉体６１を、重量（体積）を特に意識することなく詰め込み、余剰な粉体はフランジ６５ａで吸収させて、プリフォーム形成工程をより簡略化することができる。また、最終形状に近似させることで、後段のプレス成形工程における加工精度を高めることができる。

このようにして光学部材６７と近似形状にまで成形されたプリフォーム６５は、図８において説明したように、圧縮成形装置２００の下金型３５上に投入し、加熱しながら外金型３７内で上金型３３と下金型３５との間でプレスして製品形状に成形し、加圧状態のまま冷却した後、上下金型３３，３５を開く。これにより、圧縮成形された製品である光学部材６７が取り出される。

本実施形態の製造方法によれば、ナノコンポジット粉体６１を、粉体の状態から直接、プリフォーム６５に成形するので、後段の工程におけるワーク（プリフォーム）のハンドリング性が向上し、各工程の工数を削減することができ、成形サイクルを速めることができる。
また、粉体から塊状のプリフォームにする際に、粉体の間に残留する空気が材料内に閉じこめられ、転写不良や光学歪み等の不良を発生させることを抑制するために、圧縮成形時の雰囲気をＣＯ₂ ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気や真空雰囲気としてもよい。ＣＯ₂や窒素は樹脂材料への溶解性が高く、空気のように材料中に閉じこめられて残存することがない。また、成形サイクルを短縮化する上では、圧縮成形毎の真空にするよりは、ＣＯ₂や窒素への雰囲気置換の方が有利となる。なお、ＣＯ₂の方が窒素よりも溶解性が高いのでより好ましい。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る光学部材の製造方法の第４実施形態について、図１１を参照して説明する。
図１１は断面積一定の棒状のナノコンポジット材を作製し、切断して中間体を作製する工程例を示す説明図である。
本実施の形態においては、第１実施形態で説明した可塑化機構１７から吐出されるナノコンポジット材６１Ａを、ベルトコンベア７１上に押し出すことで、断面積一定とされた棒状のナノコンポジット材６１Ｂを作製する。このとき、可塑化機構１７のスクリュー１７ａを一定速度で回転させることにより、一定の条件で押し出しが行われるため、ナノコンポジット材６１Ａの押し出し速度を高い精度で一定にできる。さらに、押し出されたナノコンポジット材料６１Ａを、搬送速度を吐出速度と略一致させたベルトコンベア７１上に載せることにより、密度と断面積が一定にされた棒状のナノコンポジット材６１Ｂが得られる。

上記のように、密度・断面積一定のナノコンポジット材６１Ｂを作製した後、棒状のナノコンポジット材６１Ｂを所定の長さに切断して中間体を得る。切断の方法としては、レーザ加熱による切断等、種々の方法が採用できるが、例えば、棒状のナノコンポジット材６１Ｂの一端部を突き当て部７５に押し当てて、この突き当て部７５から所定の長さ手前に設置されたカッター７３により、ナノコンポジット材６１Ｂを所定の長さに切断することでもよい。これにより、レンズにするために必要な体積が、棒の長さを測ることで計量可能となり、高い精度で重量（体積）管理が行える。

なお、カッター７３でナノコンポジット材６１Ｂを切断するときは、第１実施形態でのカッター３１の場合と同様に、カッター７３の刃の温度をナノコンポジット材のガラス転移温度Ｔｇより高い温度（Ｔｇ＋５０℃前後）に設定する。

本実施の形態によれば、棒状のナノコンポジット材６１Ｂを作製する押し出し工程、棒状のナノコンポジット材６１Ｂを所望の長さに切断して中間体６３を得る切断工程とを、それぞれ独立して行うことができるため、各工程を最適な環境条件の下で行うことができる。例えば、押し出し工程ではナノコンポジット材６１Ｂの温度が高温から冷めていない状態で切断すると、熱膨張分の寸法誤差が生じるが、別工程にしておけば、十分に冷えた状態で切断することができる。また、多数の本数を纏めて作製した後に、切断工程を纏めて行うこともでき、生産性が高められる。また、切断工程の環境温度を一定とすることも容易となり、加工精度を高められる。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良等が可能である。

次に、本発明の光学部材の製造方法に用いるナノコンポジット素材（無機微粒子が熱可塑性樹脂に含有されたナノコンポジット素材）について、以下に詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。

［無機微粒子］
本発明に用いられる有機無機複合材料には、数平均粒子サイズが１〜１５ｎｍの無機微粒子としている。無機微粒子の数平均粒子サイズは、小さすぎると該微粒子を構成する物質固有の特性が変化する場合があり、逆に大きすぎるとレイリー散乱の影響が顕著となり、有機無機複合材料の透明性が極端に低下する場合がある。従って、本発明における無機微粒子の数平均粒子サイズは１〜１５ｎｍにすることが必要であり、好ましくは２〜１３ｎｍであり、より好ましくは３〜１０ｎｍである。

本発明に用いられる無機微粒子としては、例えば、酸化物微粒子、硫化物微粒子、セレン化物微粒子、テルル化物微粒子等が挙げられる。より具体的には、チタニア微粒子、酸化亜鉛微粒子、ジルコニア微粒子、酸化錫微粒子、硫化亜鉛微粒子等を挙げることができ、好ましくは、チタニア微粒子、ジルコニア微粒子、硫化亜鉛微粒子であり、より好ましくはチタニア微粒子、ジルコニア微粒子であるが、これらに限定されるものではない。本発明では、１種類の無機微粒子を用いてもよいし、複数種の無機微粒子を併用してもよい。また、コアシェル型の粒子のように、核と外側が異なる組成であってもよい。

本発明に用いられる無機微粒子の波長５８９ｎｍにおける屈折率は、１．９０〜３．００であることが好ましく、１．９０〜２．７０であることがより好ましく、２．００〜２．７０であることがさらに好ましい。屈折率が１．９０以上である無機微粒子を用いれば屈折率が１．６５より大きい有機無機複合材料を作成しやすくなり、粒子と樹脂の屈折率差が大きいと散乱が起きやすいため、屈折率が３．００以下の無機微粒子を用いれば透過率が８０％以上の有機無機複合材料を作成しやすい傾向がある。なお、本発明における屈折率は、アッベ屈折計（アタゴ社ＤＲ−Ｍ４）にて波長５８９ｎｍの光について２５℃で測定した値である。

［熱可塑性樹脂］
本発明で用いられる熱可塑性樹脂の構造には特に制限がなく、たとえば、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリビニルカルバゾール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリチオウレタン、ポリイミド、ポリエーテル、ポリチオエーテ、ポリエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等の公知の構造を有する樹脂を例示することができるが、本発明では少なくとも、高分子鎖末端、または側鎖に無機微粒子と任意の化学結合を形成しうる官能基を有する熱可塑性樹脂が特に好ましい。このような熱可塑性樹脂としては、

（１）高分子鎖末端、または側鎖に下記から選ばれる官能基を有する熱可塑性樹脂

［Ｒ¹¹、Ｒ¹²、Ｒ¹³、Ｒ¹⁴は、それぞれ独立に水素原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルケニル基、置換または無置換のアルキニル基、あるいは、置換または無置換のアリール基を表す。］、−ＳＯ₃Ｈ、−ＯＳＯ₃Ｈ、−ＣＯ₂Ｈ、または−Ｓｉ（ＯＲ¹⁵）_m1Ｒ¹⁶ _3-m1［Ｒ¹⁵、Ｒ¹⁶はそれぞれ独立に水素原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルケニル基、置換または無置換のアルキニル基、あるいは、置換または無置換のアリール基を表し、ｍ１は１〜３の整数を表す。］；

（２）疎水性セグメントおよび親水性セグメントで構成されるブロック共重合体；
が好ましい例として挙げられる。
以下、熱可塑性樹脂（１）について、詳細に説明する。

熱可塑性樹脂（１）
本発明で用いられる熱可塑性樹脂（１）は、高分子鎖末端、側鎖に無機微粒子と化学結合を形成しうる官能基を有する。ここで、「化学結合」とは、例えば、共有結合、イオン結合、配位結合、水素結合等が挙げられ、官能基が複数存在する場合は、それぞれ無機微粒子と異なる化学結合を形成しうるものであってもよい。化学結合を形成しうるか否かは、有機溶媒中において熱可塑性樹脂と無機微粒子とを混合したときに、熱可塑性樹脂の官能基が無機微粒子と化学結合を形成しうるか否かで判定する。熱可塑性樹脂の官能基は、そのすべてが無機微粒子と化学結合を形成していてもよいし、一部が無機微粒子と化学結合を形成していてもよい。

本発明で用いられる熱可塑性樹脂は、下記一般式（１）で表される繰り返し単位を有するコポリマーであることが特に好ましい。このようなコポリマーは、下記一般式（２）で表わされるビニルモノマーを共重合することにより得ることができる。

一般式（１）

一般式（２）

一般式（１）および一般式（２）中、Ｒは、水素原子、ハロゲン原子またはメチル基を表し、Ｘは−ＣＯ₂−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＯＣＯＮＨ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、および、置換または無置換のアリーレン基からなる群より選ばれる２価の連結基を表し、より好ましくは−ＣＯ₂−またはｐ−フェニレン基である。

Ｙは炭素数が１〜３０である２価の連結基を表す。炭素数は１〜２０が好ましく、２〜１０がより好ましく、２〜５がさらに好ましい。具体的には、アルキレン基、アルキレンオキシ基、アルキレンオキシカルボニル基、アリーレン基、アリーレンオキシ基、アリーレンオキシカルボニル基、およびこれらを組み合わせた基を挙げることができ、好ましくはアルキレン基である。

ｑは０〜１８の整数を表す。より好ましくは０〜１０の整数であり、さらに好ましくは０〜５の整数であり、特に好ましくは０〜１の整数である。

Ｚは、前記[化１]に示される官能基である。

以下に一般式（２）で表されるモノマーの具体例を挙げるが、本発明で用いることができるモノマーはこれらに限定されるものではない。

本発明において一般式（２）で表わされるモノマーと共重合可能な他の種類のモノマーとしては、Polymer Handbook 2nd ed.,J.Brandrup,Wiley lnterscience (1975) Chapter 2 Page 1〜483に記載のものを用いることができる。

具体的には、例えば、スチレン誘導体、１−ビニルナフタレン、２−ビニルナフタレン、ビニルカルバゾール、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、イタコン酸ジアルキル類、前記フマール酸のジアルキルエステル類またはモノアルキルエステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を１個有する化合物等を挙げることができる。

本発明で用いられる熱可塑性樹脂（１）の重量平均分子量は１，０００〜５００，０００であることが好ましく、３，０００〜３００，０００であることがさらに好ましく、１０，０００〜１００，０００であることが特に好ましい。前記熱可塑性樹脂（１）の重量平均分子量を５００，０００以下とすることにより、成形加工性が向上する傾向にあり、１，０００以上とすることにより力学強度が向上する傾向にある。

本発明で用いられる熱可塑性樹脂（１）において、無機微粒子と結合する上記官能基はポリマー鎖１本あたり平均０．１〜２０個であることが好ましく、０．５〜１０個であることがより好ましく、１〜５個であることが特に好ましい。前記官能基の含有量がポリマー鎖一本あたり平均２０個以下であれば、熱可塑性樹脂（１）が複数の無機微粒子に配位して溶液状態で高粘度化やゲル化が起こるのを防ぎやすい傾向がある。また、ポリマー鎖一本あたり平均官能基の数が０．１個以上であれば、無機微粒子を安定に分散させやすい傾向がある。

本発明で用いられる熱可塑性樹脂（１）のガラス転移温度は８０℃〜４００℃であることが好ましく、１３０℃〜３８０℃であることがより好ましい。ガラス転移温度が８０℃以上の樹脂を用いれば十分な耐熱性を有する光学部品が得られやすくなり、また、ガラス転移温度が４００℃以下の樹脂を用いれば成形加工が行いやすくなる傾向がある。

次に、上記の各実施形態で用いるナノコンポジット素材の粉体の製造方法について簡単に説明する。
本実施形態のナノコンポジット素材は、上述した無機微粒子を有機溶剤などの溶媒中で熱可塑性樹脂に混合させたものであり、調整したナノコンポジット溶液から溶媒を除去することで、ナノコンポジット素材の粉体を得る。
このナノコンポジット粉体の平均粒径は、１mm以下とすることが乾燥を早められる点で好ましい。例えば樹脂と無機微粒子が分散した溶液を細かい液滴にして乾燥させ粉状にする場合に、粉体の平均粒径を１ｍｍ以下であると表面積の増大により乾燥が早められる。また、平均粒径が１ｍｍを超えると、完全に乾燥させるまでの時間が長くなり、工数増加に繋がることになる。

上記のナノコンポジット溶液から溶媒を除去し得る方法として、伝熱乾燥方式・内部発熱乾燥方式・非加熱乾燥方式など各種の乾燥方法が適用可能である。具体的には、箱形乾燥・トンネルおよびバンド乾燥、回転乾燥、通気回転乾燥、溝型攪拌乾燥、流動層乾燥、噴霧乾燥層装置、気流乾燥、真空凍結乾燥、真空乾燥、赤外線乾燥、内部発熱乾燥、円筒乾燥装置、等が挙げられるがこれに限定されない。また、上記乾燥方式を２つ以上組み合わせても良い。

ナノコンポジット樹脂溶液の場合、通常の樹脂溶液と同様、乾燥によりナノコンポジット濃度が増加すると溶液の粘度が増大し、溶媒の拡散速度が急激に低下する性質がある。このため、乾燥のための表面積が大きい乾燥方法ほど望ましい。従って具体的には、回転乾燥、通気回転乾燥、溝型攪拌乾燥、流動層乾燥、噴霧乾燥層装置、気流乾燥、真空凍結乾燥が望ましい。気流乾燥の場合、溶液を微細化するために必要に応じて、回転分散機・解砕機・インクジェットヘッド・ディスペンサヘッドなどにより溶液を液滴化(微細化)してもよい。

生産性向上のため、短時間で乾燥させるためには、表面的は大きいほど良く、具体的には乾燥後の粉の平均値直径が２mm以下、より好ましくは０．５mm以下、にまで微細化して乾燥させることが好ましい。従って、乾燥方法としては、噴霧乾燥層装置、気流乾燥がより好ましい。
熱による劣化(着色・異物混入・微粒子分散不良)を防ぐためには、材料への乾燥時の熱負荷は小さい方が好ましく、具体的には噴霧乾燥・気流乾燥・真空乾燥・真空凍結乾燥がより望ましい。

生産性の観点で乾燥時間は短い方が良く、上記の乾燥方法を組み合わせてもよい。乾燥率を向上させる(残溶媒量を減らす)ために、上記乾燥後に真空乾燥を用いるのも良い。

また、上記乾燥を行う前に、遠心法やプレッシャーフィルトレーション、再沈等による析出、等の手段で、材料を濃縮しても良い。噴霧乾燥時の液体粘度としては１０００ｃＰ以下が好ましく、より好ましくは５００ｃＰ以下、さらに好ましくは１００ｃＰ以下である(液粘度は溶液の濃度により調整可能)。

本発明の第１実施形態である光学部材の製造方法の概略手順を示すフローチャートである。 ナノコンポジット粉体から塊状の中間体を作製する中間体形成装置の要部縦断面図である。 中間体形成装置によって中間体を生成する手順を示すフローチャートである。 中間体が所定量だけ押し出される動作を（ａ）〜（ｅ）に示す説明図である。 中間体を圧縮成形して光学部材を成形する工程を（ａ）〜（ｄ）に示す説明図である。 第２実施形態の光学部材の製造方法の概略手順を示すフローチャートである。 塊状の中間体を加熱圧縮してプリフォームを成形する工程を（ａ），（ｂ）に示す説明図である。 圧縮成形装置によってプリフォームから光学部材を形成する工程を（ａ）〜（ｃ）に示す説明図である。 第３実施形態の光学部材の製造方法の概略手順を示すフローチャートである。 ナノコンポジット粉体を加熱圧縮してコンポジット粉体から直接プリフォームを成形する工程を（ａ）〜（ｃ）に示す説明図である。 第４実施形態の光学部材の製造方法の概略手順を示す図で、断面積一定の棒状のナノコンポジット材を作製し、切断して中間体を作製する工程例を示す説明図である。

符号の説明

１５ ピストン（押し出し手段）
１９ ホッパー（容器）
２１ ヒータ（加熱手段）
３１ カッター（切断手段）
３３ 上金型
３３ａ 光学機能転写面
３５ 下金型
３５ａ 光学機能転写面
４１ 上金型
４３ 下金型
５１ 上金型
５３ 下金型
６１ ナノコンポジット粉体
６１Ａ 流動状のナノコンポジット材
６３ 中間体
６５ プリフォーム
６７ 光学部材
６７ａ 光学機能面
１００ 中間体成形装置（第１の成形手段、光学部材の製造装置）
２００ 圧縮成形装置（第２の成形手段、光学部材の製造装置）
３００ プリフォーム成形装置（光学部材の製造装置）
４００ プリフォーム成形装置（光学部材の製造装置）

Claims (11)

1. 無機微粒子が熱可塑性樹脂に含有されてなるナノコンポジット素材の粉体から光学部材を形成する光学部材の製造方法であって、
   前記ナノコンポジット素材の粉体を加熱して塊状の中間体を作製する中間体作製工程と、
   前記中間体を加熱圧縮して最終形状の光学部材に形成するプレス成形工程と、
   を含む光学部材の製造方法。
2. 請求項１記載の光学部材の製造方法であって、
   前記中間体が、１つの個体で１つの光学部材を形成するものである光学部材の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の光学部材の製造方法であって、
   前記ナノコンポジット粉体の平均粒径が1mm以下である光学部材の製造方法。
4. 請求項１又は請求項２記載の光学部材の製造方法であって、
   前記中間体の作製後に、該中間体を加熱圧縮して前記最終形状に近い形状のプリフォームを作製するプリフォーム作製工程を含み、
   前記プレス成形工程が、前記プリフォームの表裏両面に光学機能面を形成する工程である光学部材の製造方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学部材の製造方法であって、
   前記中間体作製工程が、前記ナノコンポジット素材の粉体を加熱して溶融させた後、押し出し成形により所望の体積を押し出し、切断することにより前記中間体を作製する光学部材の製造方法。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学部材の製造方法であって、
   前記中間体作製工程が、前記ナノコンポジット素材の粉体を加熱して溶融させた後、押し出し成形により一定断面積の棒状体を作製し、前記棒状体を切断することにより前記中間体を作製する光学部材の製造方法。
7. 請求項１又は請求項２記載の光学部材の製造方法であって、
   前記中間体作製工程が、粉体状にされた前記ナノコンポジット素材の粉体を加熱圧縮して前記最終形状に近い形状の中間体を作製する工程である光学部材の製造方法。
8. 無機微粒子が熱可塑性樹脂に含有されてなるナノコンポジット素材の粉体から光学部材を形成する光学部材の製造装置であって、
   前記ナノコンポジット素材の粉体を容器内に収容し、該粉体を加熱して塊状の中間体を作製する第１の成形手段と、
   前記光学部材へ光学機能面を転写する光学機能転写面が形成された少なくとも２つの金型を有し、前記金型の間に前記中間体を挟んで加熱圧縮成形する第２の成形手段と、
   を備えた光学部材の製造装置。
9. 請求項８記載の光学部材の製造装置であって、
   前記第１の成形手段が、
   前記容器内に収容されたナノコンポジット素材の粉体を加熱する加熱手段と、
   加熱により溶融したナノコンポジット材を押し出し成形する押し出し成形手段と、
   前記押し出されたナノコンポジット材を所望の量で切断する切断手段と、
   を具備した光学部材の製造装置。
10. 請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の光学部材の製造方法により形成された光学部材。
11. 請求項１０記載の光学部材であって、
    前記光学部材がレンズである光学部材。

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