JP2876277B2 - 複合型成形品 - Google Patents

複合型成形品

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、小径非球面レンズ、マ
イクロレンズ、レンズアレー、回折格子等の光学部品
や、高精度の寸法精度が要求される精密部品等に用いら
れる複合型成形品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ガラス基板に光硬化型樹脂や熱硬
化型樹脂の硬化物を一体成形した複合型光学部品の製造
方法としては、次に説明する方法が提案されている。
【0003】(イ)ガラス基板の表面をシランカップリ
ング材で処理することによって有機化合物に対して活性
化しておき、このガラス基板と所望の形状をもつ型とを
透明な有機高分子の半重合物を介して重ね合わせたの
ち、前記有機高分子を重合させる方法(特開昭54−6
006号公報参照)。
【0004】(ロ)レンズ基材の表面に液状の活性エネ
ルギー線硬化型樹脂を供給したのち、前記活性エネルギ
ー線硬化型樹脂側から非球面型体にて型締し、ついで活
性エネルギー線の照射によって前記活性エネルギー線硬
化型樹脂を硬化させたのち離型する成形工程を少なくと
も2回繰返す方法(特開平1−171932号公報参
照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の技術
のうち(イ)は、基板に対して有機高分子層の厚み偏差
の大きいもの、例えば中心厚みが100μ以上、外径が
0.2〜数mm程度のマイクロレンズを成形する場合等
においては、有機高分子の硬化収縮に起因する体積収縮
によって、ヒケ、歪み、気泡混入などの成形不良が発生
するという問題点がある。
【0006】また、(ロ)は、上述した(イ)の有する
体積収縮に起因する成形不良は発生しなくなるものの、
上述のような成形工程を少なくとも2回繰返し行う必要
があるため、成形に長時間かかるとともに、高価な非球
面型体の使用頻度が高いために非球面型体1個当たりの
成形可能数量が少なくなるので、製造コストが高くなる
という問題点がある。
【0007】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであって、基板に一体成形された
反応硬化型樹脂成形物に硬化収縮に起因するヒケ、歪
み、気泡混入等の成形不良が発生しない高精度な複合型
成形品を実現することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の複合型成形品は、基板と、前記基板の少な
くとも片面に一体成形された反応硬化型樹脂成形物とか
らなる複合型成形品であって、前記反応硬化型樹脂成形
物の周辺部近傍には柔軟性を有する微粒子が埋込成形さ
れていることを特徴とするものである。
【0009】また、微粒子は、弾性率が1×105 kg
/cm2 以下の材料からなるものとしたり、粒径1乃至
1000μの略球状粒子とすると効果的である。
【0010】
【作用】反応硬化型樹脂成形物の周辺部近傍に埋込成形
されている柔軟性を有する微粒子が、複合型成形品の製
造過程における反応硬化型樹脂の硬化収縮に起因する体
積収縮量をその変形によって補うため、ヒケ、歪み、気
泡混入等の成形不良が発生しない。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0012】図1は、複合型成形品の第1実施例を示
し、(a)は模式平面図、(b)は(a)のA−A線に
沿う模式断面図である。
【0013】本実施例の複合型成形品であるマイクロレ
ンズ1は、ガラス製の平面視方形状の基板3の片面に、
中央部に球面レンズを構成する突出部2aをもつ反応硬
化型樹脂成形物2が一体成形されたものであって、反応
硬化型樹脂成形物2の周辺部近傍である4隅には、柔軟
性を有する微粒子4が埋込成形されている。
【0014】図2は複合型成形品の第2実施例の模式平
面図であって、本実施例の複合型成形品であるマイクロ
レンズ11は、中央部に球面レンズを構成する突出部1
2aをもつ反応硬化型樹脂成形物12の周辺部近傍に沿
って柔軟性を有する微粒子14が埋込成形されている。
その他の部分は上述した複合型成形品の第1実施例と同
様である。
【0015】図3は複合型成形品の第3実施例の模式平
面図であって、本実施例の複合型成形品であるマイクロ
レンズ21は、中央部に球面レンズを構成する突出部2
2aをもつ反応硬化型樹脂成形物22の前記突出部22
aを挟む両側周辺部近傍に柔軟性を有する微粒子24が
埋込成形されている。その他の部分は上述した複合型成
形品の第1実施例と同様である。
【0016】本発明において、柔軟性を有する微粒子
は、種々の公知の無機材料、有機材料が使用できる。
【0017】その柔軟性は指標として弾性率(E)を用
いた場合、1×105 kg/cm2以下が好ましく、
0.5×105 kg/cm2 以下がより好ましい。該弾
性率の試験方法としては、規格化された方法、たとえば
ASTM規格のD638、D743、D747(「プラ
スチックハンドブック」1969年朝倉書店p.669
〜679参照)等を適宜用いる。
【0018】弾性率が1×105 kg/cm2 以上であ
れば、後述する硬化収縮による体積収縮量を微粒子によ
り吸収する効果が薄れ、結果として転写不良などの成形
不良が生じる。
【0019】弾性率が1×105 kg/cm2 以下の微
粒子の材料としては公知の合成高分子材料が好適に用い
られる。
【0020】合成高分子材料としては、例えば、スチレ
ン、塩化ビニル、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アク
リル酸エステル類、メタクリル酸エステル類などのビニ
ル系モノマーの単一重合体及び/または共重合体、スチ
レン−ブタジエン共重合体、メチルメタクリレート−ブ
タジエン共重合体などのブタジエン系共重合体、ポリエ
チレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂、ポリ
アミド、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレ
ン、シリコン樹脂などの熱可塑性樹脂や、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂、ブ
タジエンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコン
ゴム等のエラストマー樹脂があげられ、また上述の代表
的な樹脂の弾性率は公知である。
【0021】形状としては、球、だ円球、立方体、直方
体、円すい、異形状等いかなるものでもよいが球形状が
寸法精度がよく、また寸法精度がそろっているものが容
易に入手しやすい。
【0022】大きさとしては、例えば略球状粒子の場
合、粒径1〜1000μm程度が成形精度を保つために
好ましい。すなわち、1μm以下では反応硬化型樹脂の
層が薄くなり過ぎるため、後述する硬化収縮に起因する
体積収縮量を吸収しきれず、成形不良が生じ、1000
μm以上では反応硬化型樹脂の絶対量が大きくなり、そ
れに伴い収縮体積の絶対量も大きくなり微粒子による吸
収効果が薄れる。好ましくは粒径10〜500μmがよ
い。
【0023】さらに、微粒子と反応硬化型樹脂の硬化物
の屈折率が等しい材料を選択すれば外観上好ましい。
【0024】反応硬化型樹脂としては、紫外線硬化型樹
脂やこれ以外に、熱硬化型または常温硬化型のエポキシ
樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル、ポリウレタン等を
用い、紫外線以外の活性エネルギー線、たとえば赤外
線、可視光線、電子線、X線等を用いてもよい。樹脂材
料としてはウレタンアクリレート、エポキシアクリレー
ト、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレ
ート等のアクリル系モノマーや、エポキシ、シリコン、
ポリエステル、ウレタン系モノマーなどに光開始剤を混
合した、単一組成物あるいは数種のモノマーをブレンド
した混合組成物があげられる。
【0025】基板としては、ガラス板、金属板、プラス
チック板等を用いることができる。
【0026】ここで、本発明の複合型成形品の製造方法
について、図1に示す複合型成形品であるマイクロレン
ズの第1実施例を製造する場合を例に挙げて説明する。
【0027】図4は、複合型成形品の一例であるマイク
ロレンズの製造方法の各工程を示す説明図である。
【0028】工程の説明の前に、マイクロレンズを成形
するための型について説明すると、図4の(a)に示す
ように、型100はガラス、金属、プラスチック等から
なるものであって、マイクロレンズの形状に対して反転
した形状のキャビティ部101を有し、このキャビティ
部101は研磨や切削加工等により所定の光学面精度に
仕上げられている。
【0029】 図4の(a)に示すように、型100
のキャビティ部101を囲む周辺部の4隅近傍に微粒子
4を少量載置する。
【0030】 そののち、図4の(b)に示すよう
に、キャビティ部101およびそのまわりにかけて紫外
線硬化型の液状の反応硬化型樹脂102を微粒子4に接
するようにディスペンサー等を用いて充填する。
【0031】 ついで図4の(c)に示すように、透
明なガラス製の基板3を前記反応硬化型樹脂102の図
示上面を覆うように重ね合わせたのち、紫外線103を
照射して前記反応硬化型樹脂102を硬化させて、周辺
部近傍に柔軟性をもつ微粒子4が埋込成形された反応硬
化型樹脂成形物2を基板3と一体成形する。このとき、
前記反応硬化型樹脂成形物2には硬化収縮が起るが、前
記柔軟性を有する微粒子4がスペーサの如く作用するた
め、図7に示すように、基板3と型100とによって押
圧されて変形し、前記硬化収縮による体積収縮量に見合
う距離だけ基板3と型100とが接近する。このため、
前記反応硬化型樹脂成形物2にヒケ等の成形不良が発生
しない。
【0032】 上記の工程後、反応硬化型樹脂成形
物2が完全に硬化したら、型100から離型して図4の
(d)に示すような基板3と、前記基板3の少なくとも
片面に一体成形された反応硬化型樹脂成形物2とからな
るマイクロレンズ1、つまり、基板と、前記基板の片面
に一体成形された反応硬化型樹脂成形物からなる複合型
成形品であって、前記反応硬化型樹脂成形物の周辺部近
傍に柔軟性を有する微粒子が埋込成形された複合型成形
品を得る。
【0033】次に上記製造方法の変形例について説明す
る。
【0034】本変形例は、上記図4に示す製造方法の各
工程中の上記の工程と上記の工程とを逆に行うもの
であって、図5の(a)に示すように、型100のキャ
ビテイ部101およびそのまわりに紫外線硬化型の液状
の反応硬化型樹脂102を充填したのち、図5の(b)
に示すように、キャビティ部101のまわりの前記反応
硬化型樹脂102の周辺部の4隅に接するように微粒子
4を載置する点が異なるのみであって、その後の図5の
(c)および(d)に示す工程は、上記およびの工
程と同様であるので説明は省略する。
【0035】柔軟性をもつ微粒子を載置するための供給
方法としては、ピンセットに保持して供給する方法、ホ
ッパーの落下口より落下させる方法、ノズルよりエアー
とともに流出する方法がある。またこれらの方法に代え
て、図6に示すように、上述したディスペンサーとは別
の第2のディスペンサー103を用いて、予め液状の反
応硬化型樹脂に柔軟性をもつ微粒子4を混入した混合物
を滴下する方法を採用すると前記微粒子4の取扱いが簡
便となる。
【0036】さらに、柔軟性をもつ微粒子を載置する位
置は、型のキャビティ部が形成された面上の少なくとも
キャビティ部を中心とした対角線上の2箇所、またはそ
れ以上の数箇所であればよく、好ましくは図1のように
4箇所程度であれば基板を覆いかぶせたとき、基板の傾
きが発生せず反応硬化型樹脂層の厚みが均一になるので
好ましい。
【0037】本発明に係る複合型成形品としては、上記
各実施例のマイクロレンズ以外に、図8の(a)に示す
基板33に凹凸の繰返し形状をもつ反応硬化型樹脂成形
物32を一体成形した回折格子31、図8の(b)に示
す基板43に山形の繰返し形状をもつ反応硬化型樹脂成
形物42を一体成形したブレーズド格子41、図8の
(c)に示す基板53に多数の半球状の突出部をもつ反
応硬化型樹脂成形物52を一体成形したレンズアレー5
1がある。
【0038】またこの他に、図9の(a)に示す基板6
3に一つの山形形状をもつ反応硬化型樹脂成形物62を
一体成形した反射プリズム61、図9の(b)に示す基
板73に溝形形状をもつ反応硬化型樹脂成形物72を一
体成形したプリンタのインキノズル用溝部品71、図9
の(c)に示す基板83に一つの凹部をもつ反応硬化型
樹脂成形物82を一体成形した凹レンズ81、図9の
(d)に示す基板83の両面にそれぞれ反応硬化型樹脂
成形物82a,82bを一体成形した基板の両面に反応
硬化型樹脂成形物をもつ部品91等がある。
【0039】(実施例1)型材質をリン青銅とし、直径
1.8mm、曲率半径1.6mm、面精度がニュートン
リング1本以下の図4に示すような型を精密切削加工法
により作成した。
【0040】次に粘度が3500cpsのウレタンアク
リレート系紫外線硬化型樹脂を、図5の(a)に示すよ
うに型のキャビティ部内およびその周辺部に滴下充填
し、さらに粒径100μmのポリスチレン微粒子(Du
ke社製、商品名:ポリスチレンDVB、弾性率:3.
5×104 kg/cm2 )を、型周辺部近傍4箇所に1
0〜20個設置した。あらかじめ表面をシランカップリ
ング剤で前処理されたされた透明で厚み1mmのガラス
基板をその上に覆い、照度が30mw/cm2 の紫外線
を2分間照射し、前記樹脂を硬化させた。
【0041】次に離型を行い、図1に示すような複合型
成形品であるマイクロレンズを得た。面精度を測定した
ところ、ニュートン1本であり、良好な転写性を示し
た。
【0042】(実施例2)型材質をアルミニウムとし、
断面形状が200μm角、長さが10mmの図9の
(b)に示すような溝形状の反転形状をもつ型を精密切
削加工法により作成した。
【0043】次に実施例1と同様な紫外線硬化型樹脂を
型のキャビティ部内およびその周辺部に滴下充填し、さ
らに、架橋ポリメチルメタクリレート粒子を分級してし
て得られた、平均粒径300μmの微粒子(弾性率:
3.2×104 kg/cm2 )を、型周辺部4箇所に1
0〜20個設置した。あらかじめ表面をシランカップリ
ング剤で前処理された透明で厚み1mmのガラス基板を
その上に覆い、照度が30mw/cm2 の紫外線を2分
間照射し、キャビティ内の前記樹脂を硬化させた。
【0044】次に離型を行い、図9の(b)に示すよう
な複合型成形品であるプリンタのインキノズル用溝部品
を得た。顕微鏡による表面観察により良好な転写性を示
していることがわかった。
【0045】(比較例1)実施例1とまったく同様な型
および液状の紫外線硬化型樹脂を用い、図10の(a)
のように前記樹脂202を型200のキャビティ部20
1内いっぱいに滴下充填し、あらかじめ表面をシランカ
ップリング剤で前処理された透明で厚み1mmのガラス
基板203で覆い、図10の(b)のように30mw/
cm2 の紫外線を2分間照射し、離型を行い、図10の
(c)のような複合型凸レンズを得た。レンズ面にヒケ
不良の発生が観察され、面精度を測定したところ、ニュ
ートン20本以上であり、転写性が悪かった。
【0046】(比較例2)実施例2とまったく同様な型
および紫外線硬化型樹脂を用い、該樹脂を型のキャビテ
ィ部内いっぱいに滴下充填し、あらかじめ表面をシラン
カップリング剤で前処理された透明で厚み1mmのガラ
ス基板で覆い、30mw/cm2 の紫外線を2分間照射
し、離型を行い、図9の(b)に示すようなプリンタの
インキノズル用溝部品を得た。顕微鏡による表面観察に
より、直径0.2mm程度のヒケ不良の発生が数個観察
され、転写性が悪いことが示された。
【0047】(比較例3)実施例2とまったく同様な型
および紫外線硬化型樹脂を用い、該樹脂を型のキャビテ
ィ部内およびその周辺部に滴下充填しさらに、ソーダラ
イムガラス粒子を分級して得られた平均粒径300μm
の微粒子(弾性率:7.0×105 kg/cm2 )を、
型周辺部4箇所に10〜20個設置した。ついで、あら
かじめ表面をシランカップリング剤で前処理された透明
で厚み1mmのガラス基板で覆い、30mw/cm2
紫外線を2分間照射し、離型を行い、図9の(b)に示
すようなプリンタのインキノズル用溝部品を得た。顕微
鏡による表面観察により、直径0.1mm程度のヒケ不
良の発生が多数個観察され、転写性が悪いことが示され
た。
【0048】
【発明の効果】本発明の複合型成形品は、反応硬化型樹
脂の硬化収縮に起因するヒケ、歪み、気泡混入等の成形
不良が発生せず、良好な転写精度を有するため、厚み変
化の大きい反応硬化型樹脂成形物をもつ複合型成形品で
あっても、精度よくしかも簡単に製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】複合型成形品の第1実施例を示し、(a)は模
式平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う模式断面図
である。
【図2】複合型成形品の第2実施例を示す模式平面図で
ある。
【図3】複合型成形品の第3実施例を示す模式平面図で
ある。
【図4】図1に示す複合型成形品の一製造方法の工程を
示す説明図である。
【図5】図1に示す複合型成形品の他の製造方法の工程
を示す説明図である。
【図6】微粒子の供給方法の一例を示す説明図である。
【図7】図1に示す複合型成形品の製造工程中における
反応硬化型樹脂の硬化収縮に対する柔軟性をもつ微粒子
の体積収縮吸収原理を示す説明図である。
【図8】複合型成形品の他の実施例を示す模式断面図で
ある。
【図9】複合型成形品の他の実施例を示す模式断面図で
ある。
【図10】従来の複合型成形品の製造方法の工程を示す
説明図である。
【符号の説明】
1,11,21 マイクロレンズ 2,12,22 反応硬化型樹脂成形物 2a,12a,22a 突出部 3,13,23 基板 4,14,24 微粒子 31 回折格子 41 ブレーズド格子 51 レンズアレー 61 反射プリズム 71 プリンタのインキノズル用溝部品 81 凹レンズ 91 基板の両面に反応硬化型樹脂成形物をもつ部品 100 型 101 キャビティ部 102 反応硬化型樹脂

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板の少なくとも片面に一
    体成形された反応硬化型樹脂成形物とからなる複合型成
    形品であって、前記反応硬化型樹脂成形物の周辺部近傍
    には柔軟性を有する微粒子が埋込成形されていることを
    特徴とする複合型成形品。
  2. 【請求項2】 微粒子は、弾性率が1×105 kg/c
    2 以下の材料からなることを特徴とする請求項1記載
    の複合型成形品。
  3. 【請求項3】 微粒子が、粒径1乃至1000μの略球
    状粒子であることを特徴する請求項1または2記載の複
    合型成形品。
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