JP2015016581A

JP2015016581A - モールド型の製造方法

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Publication number: JP2015016581A
Application number: JP2013143722A
Authority: JP
Inventors: 誠大坪; Makoto Otsubo
Original assignee: Asukanet Co Ltd
Current assignee: Asukanet Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP5723928B2

Abstract

【課題】透明平板内に一定間隔で平行配置された平面光反射部を形成するのに最適に用いられるモールド型の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】両面２１、２２が鏡面となった所定寸法の透明板２３を複数枚用意し、透明板２３をダイシングシート２４又は加温すると溶けるワックスを用いて仮接合して積層体２５を製造する第１工程と、積層体２５を積層方向に直交する方向に所定幅でスライス材２７を形成する第２工程と、スライス材２７の少なくとも片側の切断端を鏡面研磨する第３工程と、ダイシングシート２４又はワックスによる仮接合を解いて複数枚の短冊板１４、１５を作る第４工程と、短冊板１４、１５を鏡面研磨された端面を交互に一致させて重ね、積み重ねた短冊板１４、１５の端部に一定ピッチで凹凸部３０を形成する第５工程とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、平板に一方の面から一定間隔で断面矩形の溝を製造するときに使用するモールド型の製造方法に関する。

物体表面から発する光（散乱光）を用いて立体像を形成する光学結像装置として、多数の微小透光部を備えた不透光パネルと、この不透光パネルの背部に配置されて微小透光部に対応する多数の小画像が表示された画像表示パネルとを有する立体像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、レンズ等の光学手段を使用しない立体像表示装置として、幅が数ミクロンから数十ミクロンの複数本の両面反射帯を隣接する反射面が互いに向かい合うように並べて構成した結像素子が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、特許文献４には、相互に直交する２つの鏡面要素を備えた単位光学素子を複数平面上に形成した反射型面対称結像素子からなる光線屈曲面と、この光線屈曲面に向けて配置された鏡面とを具備し、光線屈曲面を挟んで、鏡面とは反対側である観察側に配置した像を、被投影物から発せられる光が光線屈曲面を透過して鏡面に反射し、更に光線屈曲面を透過することによって、鏡面の光線屈曲面に対する面対称位置に移動させた実体のない仮想鏡に映した位置に結像させる光学システムが提案されている。

ところが、特許文献１、２の発明には、予め多数の小画像を記録しておく必要があり、光学像を結像させるために多大の労力を必要とすると共に、特に動いている対象物の光学像を処理する場合には膨大な情報量を必要とするため、データ処理が困難になるという問題がある。また、特許文献３の発明には、物体からの散乱光は、結像素子を通過した後は、必ずしも一点には収束しないという問題がある。
また、特許文献４記載の光学システムにおいては、反射型面対称結像素子からなる光線屈曲面の製造が極めて難しく、実用化に障害があった。

そこで、本発明者は、特許文献５に記載のような光学結像方法（装置）を完成した。この光学結像装置６０を図６、図７に示すが、この光学結像装置６０は透明平板６１、６２の内部に、透明平板６１、６２の一方側の面に垂直に多数かつ帯状の平面光反射部６３、６４を並べて形成した第１及び第２の光制御パネル６５、６６を用い、第１及び第２の光制御パネル６５、６６のそれぞれの一面側を、それぞれの平面光反射部６３、６４を直交させた状態で向かい合わせて構成されている。

そして、第１の光制御パネル６５の平面光反射部６３に物体Ｎからの光ｈ１、ｈ２を入射させ、この平面光反射部６３で反射した反射光ｋ１、ｋ２を第２の光制御パネル６６の平面光反射部６４で再度反射させた反射光ｊ１、ｊ２によって、物体Ｎの像をこの光学結像装置６０の反対側に実像Ｎ’として結像させることができる。

特開平７−５６１１２号公報特開平６−１６０７７０号公報特開昭５８−２１７０２号公報特開２００８−１５８１１４号公報特許第４８６５０８８号公報

この特許文献５に記載されている光学結像方法には、平面光反射部６３、６４を一定ピッチで備えた第１、第２の光制御パネル６５、６６を用意することが必要である。この第１、第２の光制御パネル６５、６６の製造方法においては、特許文献５に記載のように、両面又は片面に鏡面処理を行った透明物質板（例えば、ガラス板、透明プラスチック板）を積層し、この積層体を薄幅で切断したものが使用されている。

しかしながら、第１、第２の光制御パネル６５、６６の切り出し幅にバラツキが生じ易く、これによって、形成された実像Ｎ’が歪む場合があるという問題があった。
また、積層体をスライスして製造するので、切断面を再度研磨する必要があり、大量に製造することは困難であった。本発明者はモールド金型を用いて成形すれば、光制御パネルを安価に製造できると考えた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、透明平板内に一定間隔で平行配置された平面光反射部を形成するのに最適に用いられるモールド型の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るモールド型の製造方法は、一定の間隔を有して配置される溝の側面、該溝の底面、及び隣り合う前記溝を連結する凸条面が、表面粗度５０ｎｍ以下の超平面となったモールド型の製造方法であって、
両面が鏡面となった所定寸法の透明板を複数枚用意し、該透明板をダイシングシート又は加温すると溶けるワックスを用いて仮接合して積層体を製造する第１工程と、
前記積層体を積層方向に直交する方向に所定幅で切断してスライス材を形成する第２工程と、
前記スライス材の少なくとも片側の切断端を鏡面研磨する第３工程と、
前記ダイシングシート又はワックスによる仮接合を解いて複数枚の短冊板を作る第４工程と、
前記短冊板を鏡面研磨された端面を交互に一致させて重ね、積み重ねた前記短冊板の端部に一定ピッチで凹凸部を形成する第５工程とを有し、
しかも、前記第５工程の前に、重ね合う前記短冊板の重合部分を接合する接着剤を塗布しておく。

本発明に係るモールド型の製造方法において、前記透明板は厚みが１００μｍ〜２ｍｍの範囲にあるガラス板、アクリル板又はその他の透明合成樹脂板であるのが好ましい。

本発明に係るモールド型の製造方法において、前記ダイシングシートは紫外線照射剥離シートであるのが好ましい。

本発明に係るモールド型の製造方法において、前記第５工程での前記短冊板の積み重ねには、特定位置に配置された前記短冊板を予め指定された位置に搬送する搬送ロボットを使用するのがよい。

本発明に係るモールド型の製造方法において、前記短冊板の重合部分を接合する接着剤は印刷によって形成することもできる。そして、前記接着剤は紫外線硬化型の樹脂であるのがよい。

本発明に係るモールド型の製造方法において、透明対象物に凹凸部を形成するモールド型は、凹凸部を形成する溝の側面及び底面並びに溝を形成する凸条の表面が鏡面状態となっているので、光学結像装置を構成する第１、第２の光制御パネルの製造にこのモールド型を適用すれば、転写された凹凸面は超平面となる。
従って、このモールド型の製造においては、使用する透明板の両面を鏡面とする必要があり、手間ではあるが、一旦モールド型が製造されれば、光制御パネルの安価な大量生産が可能となる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るモールド型の製造方法の説明図である。（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ同モールド型の製造方法の説明図である。（Ｇ）、（Ｈ）、（Ｉ）、（Ｊ）はそれぞれ同モールド型を使用した光制御パネルの製造方法の説明図である。（Ｋ）、（Ｌ）は同モールド型を使用した光制御パネルの製造方法の説明図である。同モールド型の説明図である。従来例に係る光学結像装置の説明図である。同光学結像装置の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明のモールド型の製造方法を具体化した実施の形態について説明する。
まず、図５を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るモールド型の製造方法によって製造されたモールド型１０について説明する。
モールド型１０は、同一ピッチで複数の断面矩形の溝１１が平行に形成されている。溝１１の幅ｗ１と、隣り合う溝１１を連結する凸条１２の幅ｗ２は、例えば１００μｍ〜２ｍｍの範囲にあって同一となっている。ここで、溝１１の深さｄ１は、例えばｗ１の１〜４倍程度となっている。

溝１１及び凸条１２を形成する短冊板１４、１５は同一材料（この実施の形態ではガラス）から形成され、当接部分は接着剤１６によって接合されている。溝１１の側面１７、１８、底面１９及び隣接する溝１１を連結する凸条１２の表面である凸条面２０は、表面粗度が光の波長の０．１倍より小さい、５０ｎｍ以下（より好ましくは３０ｎｍ以下、更に好ましくは２０ｎｍ以下）の超平面となっている。このような構造となったモールド型１０は前記した第１、第２の光制御パネル６５、６６（図６、図７参照）の製造に使用される。

次に、このモールド型１０の製造方法について説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るモールド型の製造方法は、両面２１、２２が鏡面となった、例えば、縦が３００〜７００ｍｍ、横が３００〜７００ｍｍ、厚みが１００μｍ〜４ｍｍ（より好ましくは、１００μｍ〜２ｍｍ）の透明板の一例であるガラス板２３を複数枚（例えば、１００〜１０００枚）使用する。そして、これらのガラス板２３をダイシングシート２４を用いて仮接合して重ねて立法体又は直方体形状の積層体２５を製造する（以上、第１工程）。

ここで、ダイシングシート２４としては、ＵＶ剥離型ダイシングシート（紫外線照射剥離シート、又はテープ、フィルム）を使用する。ダイシングシート２４の代わりに、加温（例えば、５０〜１００℃）すると溶けるワックス等を用いてもよいが、ワックスを使用する場合は、最終的には完全にガラス板２３から剥離するものを使用する。

ガラス板２３の代わりに、光透光性のよい透明合成樹脂板、例えば、アクリル板等であってもよい。ガラス板２３は表面の粗度が５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、更に好ましくは２０ｎｍ以下のものを使用する。ガラス板２３の表面の素地が粗い又は僅少のうねり等がある場合には、鏡面加工（具体的には研磨加工）を行ってもよい。また、積層体２５の厚みは特定されないが、２０〜１００ｍｍ又は４００ｍｍ程度とする。

次に、図１（Ｃ）に示すように、積層体２５を積層方向に直交するようにして、例えば、５〜３０ｍｍ幅でスライスし、板状のスライス材２７を作る（以上、第２工程）。そして、このスライス材２７の端面（切断端）の鏡面加工を行う（以上、第３工程）。鏡面加工された端面は、各ガラス板２３の面２１、２２に対して正確に直角（例えば、９０度±０．２度以内の範囲）とする。端面加工は実際にモールド型１０として作用するスライス材２７の片側のみであってもよい。

この後、図２（Ｄ）に示すように、スライス材２７に紫外線（ＵＶＲ）を照射して、ダイシングシート２４の剥離を行って複数枚の短冊板１４、１５を作る。この場合、紫外線はダイシングシート２４に直接当たるのが好ましいので、紫外線投光性の高いダイシングシート２４を使用するのがよい。勿論、スライス材２７の端部から紫外線を照射してもよい、スライス材２７の表面から紫外線を照射し、短冊板１４、１５を一枚又は複数枚分離する毎に紫外線を照射してもよい。なお、スライス材２７を製造する過程においては、表裏面、一側面が鏡面状となっている短冊板１４、１５の区別はない（以上、第４工程）。

ここで、加温すると溶けるワックスによって各ガラス板２３を接合した場合、各短冊板１４、１５はワックスにより接合されている。従って、加温してワックスを溶かし、個々の短冊板１４、１５を分離する。ここで、ワックス（又はダイシングシート）の一部が短冊板１４、１５の表面に付着していると光学的性質が悪くなるので、短冊板１４、１５を溶剤で洗浄して、完全に付着物を除去する。
個々の短冊板１４、１５の積み重ね（搬送）には図示しないアームの先に吸着パッド３２が設けられた搬送ロボットのアーム（ＮＣ搬送装置）を使用する。この場合、吸着パッド３２が溝１１の側面１７、１８を形成する面に当接すると、溝１１内が汚れるので、各短冊板１４、１５に対して溝１１が形成されない位置に吸着パッド３２が当接するようにする。短冊板１４、１５の重合部分には接着剤１６を印刷法によって塗布する。この場合の接着剤１６は通常のガラス接合用又はプラスチック接合用のものであってもよいが、紫外線硬化型の樹脂を用いるのが好ましい。なお、搬送ロボットは特定位置に配置された短冊板１４、１５を予め指定された位置に正確に搬送することができる。

図２（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、短冊板１４、１５の鏡面加工された一方側の端面の位置を、溝１１の深さ分（ｄ１）だけ変えて（交互に一致させて）積層する。なお、溝１１の側面１７、１８、底面１９及び凸条面２０には、接着剤を塗布しない。これによって、所定間隔で配置された溝１１を有する凹凸部３０を備えたモールド型１０が形成される（以上、第５工程）。なお、以上の搬送ロボットを使用すると共に、位置を変えて配置される短冊板１４、１５の位置決めを、特定の位置に配置された２種類の部材（ストッパー）を用いて行いながら積層してもよい。

次に、このモールド型１０の使用方法について、図３（Ｇ）〜（Ｊ）、図４（Ｋ）、（Ｌ）を参照しながら説明する。
図３（Ｇ）に示すように、内底が鏡面状態となった容器３５を用意する。この場合の容器３５は、第１、第２の光制御パネル６５、６６の大きさ（広さ）と同一とする。深さは、例えば第１、第２の光制御パネル６５、６６の厚みの４０〜１５０％とする。

そして、容器３５の中に透明な紫外線硬化型樹脂３６を入れる。注入量は、容器３５の深さの１／２程度でよいが、溝１１の深さｄ１より大きくするのが好ましい。
容器３５を水平に保った状態で、モールド型１０の溝１１の側面１７、１８を垂直状態に保って、図３（Ｈ）に示すように、溝１１の底面１９が完全に紫外線硬化型樹脂３６に漬かるまで、即ち、所定位置まで入れる。この後、紫外線硬化型樹脂３６に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂３６を硬化させて全体を透明な光学材３７とする。

これによって、図３（Ｉ）に示すように、溝１１が転写された透明な光学材３７が形成される。この光学材３７には平行な側面３８、３９を有する断面矩形の溝４０が形成される。この溝４０の側面３８、３９、底面４１、隣り合う各溝４０を形成する凸条４２の表面４３の表面粗度が、例えば、３０ｎｍ以下の鏡面となる。これはモールド型１０が凹凸部３０の表面粗度がそのままコピーされるからである。なお光学材３７の底部に、例えば図４（Ｋ）に示すような硬質の透明平板（例えば、ガラス板）３７ａを設けることもできる。この場合は、容器３５の底にこの透明平板３７ａを配置しておくことになる。

次に、図３（Ｉ）に示すように、光学材３７の溝４０の底面４１、凸条４２の表面４３に紫外線照射剥離樹脂４５、４６を塗布する。この場合、インクジェットがＮＣ制御されるインクジェットプリンターを用いて両者の塗装（表面印刷）を行うのが好ましい。なお、溝４０の側面３８、３９にはインク（紫外線照射剥離樹脂）が付着しないようにする。

この後、図３（Ｊ）に示すように、光学材３７の凹凸部４８に蒸着処理を行って鏡面とする。これによって、この溝４０の側面３８、３９、底面４１、隣り合う各溝４０を形成する凸条４２の表面４３に蒸着層４８ａが形成される。
次に、光学材３７の裏面から紫外線を照射し、紫外線照射剥離樹脂４５、４６をその上に形成された蒸着層４８ａと同時に除去する。この状態を、図４（Ｋ）に示す。

図４（Ｋ）に示す光学材３７においては、溝４０の側面３８、３９に蒸着によって形成された金属反射面４９、５０が残る。溝４０の部分は空間となっているので、必要な場合は、内部に光学材３７と同一又は近似した屈折率を有する透明樹脂を充填する。なお、充填した透明樹脂の露出面に凹凸がある場合には、再度研磨加工を行ってもよい。これによって図４（Ｌ）に示すような第１、第２の光制御パネル６５、６６が形成できる。なお、図４（Ｌ）において、６３ａ、６３ｂは平面光反射部を示す。これによって、図６、図７に示すように光学結像装置が形成され、物体の立体像が再生できる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
前記実施の形態において、容器３５の中には、紫外線硬化型樹脂の代わりに熱によって溶解する透明の熱可塑性樹脂を入れることもできる。この場合、モールド型１０の材質はこの熱可塑性樹脂より融点が高い樹脂、又はガラス材、場合によってセラミック、金属材によって形成しておく必要がある。
また、投入する熱可塑性樹脂の熱膨張係数もモールド型１０の熱膨張係数に合わせておく、又は近似させておくのが好ましい。

１０：モールド型、１１：溝、１２：凸条、１４、１５：短冊板、１６：接着剤、１７、１８：側面、１９：底面、２０：凸条面、２１、２２：面、２３：ガラス板、２４：ダイシングシート、２５：積層体、２７：スライス材、３０：凹凸部、３２：吸着パッド、３５：容器、３６：紫外線硬化型樹脂、３７：光学材、３７ａ：透明平板、３８、３９：側面、４０：溝、４１：底面、４２：凸条、４３：表面、４５、４６：紫外線照射剥離樹脂、４８：凹凸部、４８ａ：蒸着層、４９、５０：金属反射面、６３ａ、６３ｂ：平面光反射部、６５：第１の光制御パネル、６６：第２の光制御パネル

Claims

一定の間隔を有して配置される溝の側面、該溝の底面、及び隣り合う前記溝を連結する凸条面が、表面粗度５０ｎｍ以下の超平面となったモールド型の製造方法であって、
両面が鏡面となった所定寸法の透明板を複数枚用意し、該透明板をダイシングシート又は加温すると溶けるワックスを用いて仮接合して積層体を製造する第１工程と、
前記積層体を積層方向に直交する方向に所定幅で切断してスライス材を形成する第２工程と、
前記スライス材の少なくとも片側の切断端を鏡面研磨する第３工程と、
前記ダイシングシート又はワックスによる仮接合を解いて複数枚の短冊板を作る第４工程と、
前記短冊板を鏡面研磨された端面を交互に一致させて重ね、積み重ねた前記短冊板の端部に一定ピッチで凹凸部を形成する第５工程とを有し、
しかも、前記第５工程の前に、重ね合う前記短冊板の重合部分を接合する接着剤を塗布しておくことを特徴とするモールド型の製造方法。
請求項１記載のモールド型の製造方法において、前記透明板は厚みが１００μｍ〜２ｍｍの範囲にあるガラス板、アクリル板又はその他の透明合成樹脂板であることを特徴とするモールド型の製造方法。
請求項１又は２記載のモールド型の製造方法において、前記ダイシングシートは紫外線照射剥離シートであることを特徴とするモールド型の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモールド型の製造方法において、前記第５工程での前記短冊板の積み重ねには、特定位置に配置された前記短冊板を予め指定された位置に搬送する搬送ロボットを使用することを特徴とするモールド型の製造方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のモールド型の製造方法において、前記短冊板の重合部分を接合する接着剤は印刷によって形成されることを特徴とするモールド型の製造方法。
請求項５記載のモールド型の製造方法において、前記接着剤は紫外線硬化型の樹脂であることを特徴とするモールド型の製造方法。