JP2991455B2 - 複合型光学素子の成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複合型光学素子の成形方法に関する。

［従来の技術］ 従来、複合型光学素子を成形した後、金型の離型に際
して離型を容易にする離型剤等の非粘着層を金型に設け
ることが一般的である。この非粘着層の形成としては、
例えば、特開昭60−73816号公報記載のように、金型に
離型剤を浸漬法、スプレー法、スピン法およびハケ塗り
法等により塗布していた。

また、非粘着層を形成する方法と異なる方法として
は、例えば、特開昭54−6006号公報記載の発明には、樹
脂と型材とに温度差を与えその熱膨張率の違いを利用し
て離型させる方法が提案されている。

さらに別の方法としては、例えば、特開昭60−76319
号公報記載の発明には、成形品と金型との密着体に超音
波振動子を当接させて超音波振動を密着体に与えること
により離型させる方法が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、前記従来技術には以下のような欠点があ
る。

すなわち、特開昭60−73816号公報に記載された離型
剤を成形面全体に塗布する方法においては、塗布層の厚
さの制御が困難なため塗布ムラを発生する。また、非粘
着質のために硬化中に樹脂がヒケてしまうことで、金型
から樹脂が剥離してしまい、光学的に必要な表面が形成
できない欠点を有するとともに、ゴミの付着や、離型剤
を希釈するために用いられる有機溶剤による作業環境お
よびその取扱いに注意を要する等の欠点があった。

また、特開昭54−6006号公報記載の発明については、
温度変化を与えるための時間が長くかかり、成形サイク
ルタイムが長くなってしまう欠点がある。さらに、特開
昭60−76319号公報記載の発明についても、成形サイク
ルタイムが長くなる欠点を有している。そして、上記２
つの発明に共通な欠点として、共に複雑な機構を備えな
くてはならないものである。

因って、本発明は前記従来技術における欠点に鑑みて
開発されたもので、コストをかけず、加工精度を悪化さ
せずに容易な離型が実現できる複合型光学素子の成形方
法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］ 本発明は、球面ガラスレンズの少なくとも１つの表面
にエネルギー硬化型の樹脂を載置し、所望の形状を反転
させた面を有する金型を圧着した状態でエネルギーを照
射して樹脂を硬化させ、硬化させた樹脂を前記金型から
離型する複合型光学素子の成形方法において、前記金型
の成形面における光学有効径外周縁部に凹凸形状を設
け、該凹凸形状に前記樹脂の外周部を接触させるととも
に樹脂をその谷に完全に充填させないで成形する方法で
ある。また、球面ガラスレンズの少なくとも１つの表面
にエネルギー硬化型の樹脂を載置し、所望の形状を反転
させた面を有する金型を圧着した状態でエネルギーを照
射して樹脂を硬化させ、硬化させた樹脂を前記金型から
離型する複合型光学素子の成形方法において、前記金型
の成形面における光学有効径外周縁部に金型よりも密着
性の悪い物質を配設し、この密着性の悪い物質に前記樹
脂の外周部を接触させて成形する方法である。

本発明に係る作用を第８図，第９図および第10図を用
いて説明する。

第10図に示す如く従来技術の場合、金型50の外径より
大径に形成された基材52の外周部に金型50から樹脂層51
を剥す力Ｆを加えると、力Ｆに最も近い樹脂外周部56に
は力53が加わる。力53は、一般的に金型成形面が曲率を
もっているため垂直抗力54と摩擦力55とに分けられる。
そして樹脂を剥す力は垂直抗力54である。しかしなが
ら、金型50の成形面は曲率を有しているため、垂直抗力
54は力53より小さくなり、基材52の外周部に加えた力Ｆ
は剥離のために効果的な作用をしない。

本発明の光学有効径外周縁部に設けられた凹凸形状71
の中に、例えば第８図a,bおよびｃ図示のような形状が
存在したと仮定する。金型60と樹脂61とを剥す力を加え
るとモーメント荷重が働く。第８図ａ〜ｃの各部分に均
等な力63,66,69が働いた場合、この均等な力63,66,69を
夫々摩擦力62,65,68と垂直抗力64,67,70とに分けること
ができる。そして、剥離に直接関係する垂直抗力64,67,
70の大きさを第８図ａ〜ｃにおいて比較すると、垂直抗
力64より67が、67より70が大きな力となる。つまり、垂
直抗力70は均等な力69を効果的に剥離する力として用い
ており、当然、従来技術である第10図の垂直抗力54より
も大きい。また、垂直抗力64の大きさの力でもある面積
では剥離できないものの、それよりも小さい面積ならば
剥離できる場合もある。

このように微小面積ながら剥離した部分が何点かあ
り、そのような部分に空気が進入し、オプティカル・コ
ンタクト状態が解かれて離型につながる。

また、第９図に示す如く、樹脂61が金型60の光学有効
径外周縁部に設けられた凹凸形状71の谷に完全に充填さ
れていない未充填部分72が何点かあり、そのような未充
填部分72はオプティカル・コンタクトを初めから解かれ
ている状態であるため密着力が弱い。従って、その未充
填部分72をきっかけにして離型につながる。

以上のような２つの離型につながる部分の相乗により
容易な離型が得られる。

また、光学有効径外周縁部に金型よりも密着性の悪い
物質を配設した場合、樹脂との濡れ性が悪く、樹脂との
密着力が悪いために、モーメント荷重が加わると容易に
剥がれ、そこがきっかけとなり鏡面にて形成されている
光学有効面に空気が進入して離型される。これは、第10
図に示す垂直抗力54が樹脂外周部56にかかる従来技術と
同様であるが、密着力が悪いため容易な離型がえられ
る。

従って、ガラス基材の少なくとも１つの表面に、所望
の金型成形面を反転させた面を有するエネルギー硬化型
の樹脂層は、前記エネルギー硬化型の樹脂層の前記反転
させた面の光学有効径外周縁部に、前記反転させた面の
光学有効面に施された面状態、即ち金型の光学有効面に
施された鏡面加工の面が反転されて形成された面状態よ
りも粗な面、具体的には例えば、前記凹凸形状の谷に完
全に樹脂が充填されないで形成された粗な面、または密
着性の悪い物質に接触して形成された粗な面、が形成さ
れることになる。

因って、複合型光学素子は、樹脂層の前記反転させた
面の光学有効径外周縁部に前記反転させた面の光学有効
面に施された鏡面よりも粗な面を形成していることにな
り、この粗な面の外側がガラス基材の露出した面となっ
ていて該露出面に剥す力を加えると、この粗な面によっ
て、金型と樹脂との離型が容易になっているということ
もできる。

［実施例］ 以下、本発明に係る複合型光学素子の成形方法、およ
び得られる複合型光学素子の実施例について図面を参照
しながら詳細に説明する。

（第１実施例） 第１図〜第３図ｃは本発明の第１実施例を示し、第１
図は断面図、第２図は金型の底面図、第３図a,bおよび
ｃは複合型光学素子の成形工程を示す断面図である。

１は金型で、この金型１は上下動自在に保持され、そ
の成形面1aの光学有効径外周縁部には＃100の砂摺り面1
bが形成されている。光学有効面は、後述の（比較例
１）で記載するように、鏡面加工が施されている。金型
１の下方には同一軸線上に球面研磨ガラス基材２（以
下、基材と言う）が配設されている。基材２の外径は金
型１の外径よりも大径であり、基材２の外周部は金型１
の外周から外方に出ている。金型１と基材２との間にウ
レタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂３（以下、樹脂
と言う）を介在させ金型１、基材２および樹脂３は密着
している。基材２の外周部上方には、該外周部の当接す
るストッパ４が設けられている。

以下、第３図a,bおよびｃを用いて成形工程を説明す
る。

まず、光学硝材BK−７により形成された基材２の上面
に樹脂３を必要量吐出する（第３図ａ参照）。基材２の
上面は予め樹脂３との密着性を向上させるためにシラン
カップリング剤KBM−503（商品名：信越化学工業株式会
社製）をエタノールにて１重量％に希釈した液で処理
し、80℃で20分間乾燥されている。次に、金型１を下降
させ基材２に近付ける事により樹脂３を拡げ、樹脂３が
所望の厚さとなった位置で停止する。この時、樹脂３の
最外周部3aは金型１の成形面1aの光学有効径外周縁部に
設けられた砂摺り面1bと接する様に樹脂３の吐出量を決
定する。この状態で基材２下方より紫外線を照射して樹
脂３を硬化させる。これにより、金型1,基材２および樹
脂３が密着した密着体が形成される（第３図ｂ参照）。

次に、金型１を上昇させると、基材２の外周部が当接
するように設けられたストッパ４にその外周部、即ちガ
ラス基材の露出した面が当接する。そして、樹脂３の最
外周部3aのストッパ４に最も近い部分3bに応力集中が生
じ、容易かつ瞬時に金型１より基材２と樹脂３との密着
体である複合型光学素子が離型される。よって、離型さ
れた複合型光学素子は、金型１の成形面1aの光学有効径
外周縁部の砂摺り面1bで形成された粗な面を、外周部に
有し、更にその外側にガラス基材の露出した面を有する
ことになる。

本実施例によれば、金型１の成形面1aに離型処理を施
さず、連続して50ショット以上の離型が容易に行えた。

（第２実施例） 第４図および第５図は本発明の第２実施例を示し、第
４図は断面図、第５図は金型の底面図である。

本実施例は、前記第１実施例における金型１の砂摺り
面1bに代わり、金型11の成形面11aの光学有効径外周縁
部に複数の輪帯状のＶ形溝11bを形成した点が異なり、
他の構成は同一の構成から成るもので、同一構成部分に
は同一番号を付してその説明を省略する。

Ｖ形溝11bは、金型11の形成面11aの光学有効径外周縁
部に精密施盤によりバイト角60゜のバイトを用い１本の
Ｖ形溝巾を0.1mmとし、金型11外周より0.1mmピッチで20
本の加工が施されている。

この金型11を用いて前記第１実施例と同様にして金型
11,基材２および樹脂３が密着した密着体を形成する。
この時、樹脂３の最外周部3aは金型11のＶ形溝11bと接
した状態になっている。次に、金型11を上昇させると基
材２の外周部に当接するように設けられたストッパ４に
基材２が当接し、樹脂３の最外周部3aのストッパ４に最
も近い部分3bに応力集中が生じ、容易に基材２と樹脂３
との密着体である複合型光学素子が瞬時に金型11より離
型される。よって、離型された複合型光学素子は、金型
11のＶ形溝11bで形成された粗な面を外周部に有するこ
とになる。

本実施例によれば、前記第１実施例と同様な効果が得
られる。

（第３実施例） 第６図は本発明の第３実施例を示す断面図である。

本実施例は、前記第１実施例における金型１の砂摺り
面1bに代わり、金型21の成形面21aの光学有効径外周縁
部にポリテトラフルオロエチレン（以下、PTFEと言う）
22を巻付けて構成した点が異なり、他の構成は同一の構
成から成るもので、同一構成部分には同一番号を付して
その説明を省略する。

金型21へのPTFE22の焼付けは、PTFE22との密着性を向
上させるために金型21のPTFE22の焼付け面21bを＃100の
砂摺り面とし、その表面にプライマーを塗布して焼付け
を行う。さらにプライマー処理面をPTFE塗料を500μｍ
程度塗装した後、約400℃にて焼成したものである。

この金型21を用いて前記第１実施例と同様にして金型
21,基材２および樹脂３が密着した密着体を形成する。
この時、樹脂３の最外周部3aは金型21に形成したPTFE22
と接した状態になっている。次に、金型21を上昇させる
と基材２の外周部に当接するように設けられたストッパ
４に基材２が当接し、樹脂３の最外周部3aのストッパ４
に最も近い部分3bの密着性が悪いために、鏡面加工され
た光学有効面の如きオプティカル・コンタクト状態にな
らず、容易に基材２と樹脂３との密着体である複合型光
学素子が瞬時に金型21より離型される。

よって、離型された複合型光学素子は、金型21に焼付
けたPTFE塗料の面で形成された面を外周部に有すること
になる。

本実施例によれば、前記第１実施例と同様な効果が得
られる。

（第４実施例） 第７図は本発明の第４実施例を示す断面図である。

本実施例は、前記第１実施例における金型１に代わ
り、光学有効径以上の外形を有する金型31をPTFEで形成
されたリング32に圧入して構成した点が異なり、他の構
成は同一の構成から成るもので、同一構成部分には同一
番号を付してその説明を省略する。

PTFEのリング32に嵌合された金型31を用いて、前記第
１実施例と同様にして金型31,リング32,基材２および樹
脂３が密着した密着体を形成する。この時、樹脂３の最
外周部3aは金型31を嵌合したリング32の下面と接した状
態になっている。よって、リング32の下面は、樹脂３の
外周側を成形する金型成形面としての機能を有する。次
に、金型31を上昇させると基材２の外周部に当接するよ
うに設けられたストッパ４に基材２が当接し、樹脂３の
最外周部3aのストッパ４に最も近い部分3bの密着性が悪
いために、容易に基材２と樹脂３との密着体である複合
型光学素子が瞬時に金型31より離型され、そして複合型
光学素子が得られる。

本実施例によれば、前記第１実施例と同様な効果が得
られる。

尚、前記各実施例では紫外線硬化型樹脂を用いたが、
本発明はこれに限定するものではなく、熱硬化型樹脂や
電子線硬化型樹脂等の他のエネルギー硬化型樹脂を用い
ることができ、同様の効果が得られる。

また、前記第３実施例および第４実施例において、さ
らに離型効果を高めるためにPTFEの樹脂接触面を前記第
１実施例および第２実施例の様に砂摺り又はＶ形溝を形
成しても良い。この場合に得られる複合型光学素子の外
周部は、金型の光学有効径外周縁部の密着性の悪い面で
形成される面よりもさらに粗い面を有することになる。

さらに、前記第３実施例および第４実施例において、
PTFEの代わりにフッ素樹脂やポリアセタール等の濡れ性
の悪い樹脂を用いることができ、同様な効果が得られ
る。

（比較例１） 本発明の比較例として、金型の光学有効径外周縁部が
光学有効面と同様な鏡面加工が施されるとともに、離型
処理が施されていない金型を用いて本発明と同様な金
型、基材および樹脂の密着体を形成し、本発明と同様な
ストッパを用いた離型を行ったところ、金型と樹脂との
密着力が大きく、基材がストッパ部より破損してしま
い、離型ができなかった。

（比較例２） 本発明の比較例として、金型の光学有効径外周縁部も
光学有効面と同様な鏡面加工が施された金型成形面の全
面をシリコーン焼付け型離型剤KS−701（商品名：信越
化学工業株式会社製）をトルエンにて10重量％に希釈し
た液で処理し、250℃で２時間の焼付けを行った。この
金型を用いて金型、基材および樹脂の密着体を形成する
ために、基材側から紫外線を照射して樹脂を硬化させた
ところ、樹脂厚の厚いところは薄いところより硬化収縮
量が大きいため、樹脂厚の厚いところの樹脂が硬化中に
金型より剥れてしまい、離型後の樹脂面は所望する形状
とかけ離れた形状になってしまった。また、連続して成
形・離型を繰り返したところ20ショット程度で離型剤の
効果がなくなり、比較例１と同様に基材が破損してしま
い、離型ができなくなった。

さらに、離型剤の処理ムラがある場合には、成形品の
成形面にそのムラが転写して外観的に問題となる成形品
となった。

［発明の効果］ 以上のように本発明に係る複合型光学素子の成形方法
によれば、金型の成形面における光学有効径外周縁部
に、凹凸形状により樹脂が完全に充填されない未充填部
分があるとオプティカル・コンタクトが初めから解かれ
ている状態となって密着力が弱いから、その未充填部分
をきっかけにして離型が行われることになり、よってコ
ストもかけずに容易な離型が実現できる。

また、金型の成形面における光学有効径外周縁部に、
金型よりも密着性の悪い部分がある樹脂との密着力が悪
いからモーメント荷重が加わると容易に剥れることにな
り、よって、コストもかけずに容易な離型が実現でき
る。

従って、従来のような成形中に樹脂のヒケによる成形
面形状の悪化や離型処理ムラによる成形面の外観ムラの
発生がないので、光学加工精度を悪化させることがな
い。

又、従来のような成形毎に温度変化や超音波等の外的
負荷を与える必要がないので、成形サイクルタイムが短
く出来、成形設備も簡単な構造であるため、成形品、即
ち複合型光学素子の低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図ｃは本発明に係る複合型光学素子の成形
方法の第１実施例を示し、第１図は金型と複合型光学素
子の断面図、第２図は金型の底面図、第３図a,bおよび
ｃは成形工程を示す断面図、第４図および第５図は同第
２実施例を示し、第４図は金型と複合型光学素子の断面
図、第５図は金型の底面図、第６図は同第３実施例を示
す金型と複合型光学素子の断面図、第７図は同第４実施
例を示す断面図、第８図a,bおよびｃ、第９図、並びに
第10図は金型表面における作用を説明する部分拡大断面
図である。 1,11,21,31……金型 ２……基材 ３……樹脂 ４……ストッパ 22……PTFE 32……リング

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】球面ガラスレンズの少なくとも１つの表面
   にエネルギー硬化型の樹脂を載置し、所望の形状を反転
   させた面を有する金型を圧着した状態でエネルギーを照
   射して樹脂を硬化させ、硬化させた樹脂を前記金型から
   離型する複合型光学素子の成形方法において、前記金型
   の成形面における光学有効径外周縁部に樹脂がその谷に
   完全に充填されない凹凸形状を設け、該凹凸形状に前記
   樹脂の外周部を接触させるとともに樹脂をその谷に完全
   に充填させないで成形することを特徴とする複合型光学
   素子の成形方法。
2. 【請求項２】球面ガラスレンズの少なくとも１つの表面
   にエネルギー硬化型の樹脂を載置し、所望の形状を反転
   させた面を有する金型を圧着した状態でエネルギーを照
   射して樹脂を硬化させ、硬化させた樹脂を前記金型から
   離型する複合型光学素子の成形方法において、前記金型
   の成形面における光学有効径外周縁部に金型よりも密着
   性の悪い物質を配設し、この密着性の悪い物質に前記樹
   脂の外周部を接触させて成形することを特徴とする複合
   型光学素子の成形方法。