JP3285586B2 - 光学素子集合体の連続的形成方法及びその装置 - Google Patents

光学素子集合体の連続的形成方法及びその装置

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育夫 三村
恵二 安達
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    • B29L2011/0016—Lenses

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、コーナーキューブ型プリズム、リニアプリ
ズム、レンチキュラーレンズ、屈折型レンズ、フレネル
レンズ、リニアフレネルレンズ、フォログラムパターン
などの光学素子の集合体を合成樹脂シート等のシート上
に連続的に形成する方法及びそのための装置に関し、特
に、コーナーキューブ型再帰反射体、即ち、入射した光
が概ね光源に向かって反射する物体の製造に有用なコー
ナーキューブ型マイクロプリズム集合体の連続的形成方
法及びそのための装置に関する。
背景技術 従来より合成樹脂シート表面上に上記の如き種々の光
学素子の集合体を搭載した合成樹脂光学シートの製造法
に関しては数多くの提案がなされている。
これら合成樹脂光学シートの製造においては、合成樹
脂の所謂エンボス加工、シボ加工、梨地加工などの一般
的な樹脂加工とは異なり、光学素子の形状精度が光学性
能を決定するという意味で非常に精度の高い加工を必要
とする。例えば、コーナーキューブの集合体を合成樹脂
シート上に搭載した、所謂マイクロプリズム型再帰反射
シートの場合、プリズムを構成する互いに90゜の三つの
面が成形加工時に、例えば１゜程度変動しただけども、
再帰反射する光の束の発散角度が大きくなり過ぎて実用
にならないという不具合を生じる。
これら不具合の改善を目的として、合成樹脂シートの
表面上に光学素子集合体を搭載する方法について種々の
改善の試みが行われている。以下、合成樹脂光学シート
の製造に関して開示しているいくつかの特許について説
明する。
Rowlandによる米国特許第3,689,346号明細書には、コ
ーナーキューブ型再帰反射シートを連続的に製造する方
法が記載されている。その方法は、コーナーキューブ金
型に硬化可能な成形材料を充填した後、透明で柔軟なフ
ィルム状材料を該成形材料上に被せ、しかる後に該成形
材料を硬化させると同時に該フィルム材料と結合させる
ことにより再帰反射シートを製造することからなる。し
かしながら、この明細書に該成形材料として具体的に記
載されている樹脂は、架橋性アクリル酸エステルモノマ
ーを含有したプラスチゾル型塩化ビニル樹脂などのよう
な架橋型の樹脂に実質的に限られており、一部溶融状態
の樹脂を用いうることも示唆されてはいるが、どのよう
な樹脂の溶融粘度条件、加熱条件又は冷却条件において
エンボス加工すれば形状精度の良い製品が得られるにつ
いて具体的には何ら記載されていない。
Rowlandによる米国特許第4,244,683号明細書（＝特公
昭56−51320号公報）には、熱可塑性合成樹脂シートの
表面に半連続的にコーナーキューブ型プリズムをエンボ
ス加工する装置及び方法、所謂、順送りプレス成形方法
が開示されている。この明細書には、表面が平滑なエン
ドレスベルトの上を移動する合成樹脂シートの上に平板
状のエンボス金型を置き、３種のプレスステーション、
即ち、予備加熱ステーション、加熱成形ステーション及
び複数の冷却ステーションで順次加圧成形してプリズム
素子を形成することが記載されている。しかしながら、
この方法により形成されるプリズムシートは、平板状の
金型を並べて成形するために継ぎ目が明らかになり製品
の外観が低下し、また、生産性にも劣るという問題があ
る。
Pricone et al.による米国特許第4,486,363号明細書
（＝特開昭59−140021号公報）、及び米国特許第4,601,
861号明細書（＝特開昭61−47237号公報）には、熱可塑
性合成樹脂シートの表面に連続的にコーナーキューブ型
プリズムをエンボス加工する装置及び方法が開示されて
いる。これらの明細書に記載のエンボス加工方法によれ
ば、精密エンボスパターンを有するエンドレスベルトよ
りなるエンボス装置の一部の温度が熱可塑性合成樹脂の
ガラス転移点以上の温度に加熱された後に、複数の加圧
点により熱可塑性合成樹脂シートが連続的にエンボス加
工され、しかる後に冷却ステーションにおいて該合成樹
脂のガラス転移点以下の温度に冷却される。
しかしながら、これらの明細書に記載の方法は、エン
ボス加工温度が合成樹脂のガラス転移点以上で且つキャ
リアフィルムのガラス転移点以下の温度に限られている
ために、樹脂の流動状態が不十分となりがちで、長い加
圧時間を必要としたり複数の加圧点を設置するなどの必
要があり、生産性の優れた方法ではない。また、該温度
条件においてエンボス加工された素子は、弾性変形によ
り形状精度が低下するという不都合がある。さらに、エ
ンボス加工温度が上記のとおり該合成樹脂のガラス転移
点以上で且つキャリアフィルムのガラス転移点以下の温
度に限られているために、例えば、ポリカーボネート樹
脂などの高融点の合成樹脂シートをエンボス加工する場
合には、キャリアフィルムの選択に限りが有るという不
都合がある。
特開昭56−159039号公報及び特開昭56−159127号公報
には、一対のエンドレスベルトの間に合成樹脂部材を供
給し、レンチキュラーレンズ及びフレネルレンズなどの
光学素子集合体を該合成樹脂のシートの表面に形成する
方法が開示されている。しかしながら、これらの公報に
は、エンボス加工時の合成樹脂の溶融粘度条件、加熱条
件及び冷却条件について具体的には何ら記載されておら
ず、また、開示されている装置は、エンボス成形された
合成樹脂を十分に冷却した後に剥離するような構造にな
っておらず、十分な光学精度を有する光学素子集合体の
成形には適していない。
特開平４−107502号公報には、押出し機により押出さ
れた溶融状態の合成樹脂シートを、一対の弾性ロール及
び冷却ロールの間で、この冷却ロールと他のロールに掛
け渡された回折格子エンボス用のエンドレススタンパに
押し付けることにより、フォログラムシートを形成する
ことが記載されている。しかしながら、この公報に記載
の方法では、押し付けられた合成樹脂シートが十分に冷
却されないために、この方法によって得られる光学素子
の形状は精度の高いものとはなり難い。さらに、上記公
報にもどのような溶融粘度条件又は加熱条件、冷却条件
においてエンボス加工すれば形状性の良い製品が得られ
るかについて具体的な記載はなされていない。
次に、以上に述べた如き従来技術の方法を用いて、コ
ーナーキューブ型プリズムなどの前記の如き光学素子集
合体を合成樹脂シート上に連続的に形成する場合の問題
点について述べる。
前記従来技術の方法において予想される光学素子集合
体の形成にかかわる問題点としては、発明者等の実験に
よれば、合成樹脂の流動不良に基づく金型への充填不
良、溶融不良に起因する圧力解放後の弾性変性、合成樹
脂の化学結合及び溶剤や合成樹脂中の低分子成分の飛散
などに基づく収縮などが挙げられる。
合成樹脂の流動不良に基づく金型への充填不良は、特
に合成樹脂が比較的低温、例えば室温程度のシートの状
態でエンボス装置に供給される場合、加圧成形区域の前
段又は加熱成形区域内で合成樹脂が十分に加熱され得な
いことにより発生しやすい。特に、Pricone et al.によ
る米国特許第4,486,363号明細書（＝特開昭59−140021
号公報）及び米国特許第4,601,861号明細書（＝特開昭6
1−47237号公報）に記載の方法においては、合成樹脂シ
ートがエンボス加工される温度が該合成樹脂のガラス転
移点以上で且つキャリアフィルムのガラス転移点以下の
温度に限られているために、合成樹脂の流動状態が不十
分となりがちである。
このためPricone et al.は、加圧点を複数設置する方
法や、合成樹脂シートの移動速度を遅くして十分な加圧
時間を付与するという方法を採用しているが、何れも生
産性に優れた方法とはいえない。また、数多くの加圧点
を不用意に設置した場合には、金型から剥離した合成樹
脂シートが次の加圧点で再度加圧成形される際にパター
ンずれを生じるという不都合もある。また他の改善の方
法として、例えば押出し成形機などで溶融させた合成樹
脂を、シート状で供給する方法が記載されているが、ど
のような温度条件や合成樹脂の溶融状態を用いれば精度
のよい光学素子集合体を製造することができるか具体的
には何ら記載されていない。
溶融不良に起因する圧力解放後の弾性変形は、合成樹
脂が溶融不良状態において高圧力により強制的に金型内
に充填された場合に発生し易い。この場合、合成樹脂は
金型に完全に充填されはするが、圧力解放後の弾性変形
により、例えば、本来平面であるべき光学素子面が凸面
状に膨れるなどの不都合が発生しやすい。また、このよ
うな条件下での高圧成形は、金型の寿命を低下させると
いう弊害もある。
合成樹脂の収縮による光学素子の変形は、加圧成形下
や圧力解放後に化学結合及び溶媒や合成樹脂中の低分子
成分の飛散などに基づいて本来平面であるべき光学素子
面が凹面状に収縮変形する現象である。この収縮現象は
金型からの合成樹脂の剥離を阻害して生産性を低下させ
易い。また、合成樹脂中に低分子成分が含まれている場
合、金型表面にこの低分子成分が固着し、剥離不良や表
面の平滑性の低下などの不具合を発生し易く、さらに、
得られるエンボスシートに残留している揮発成分が、製
品として使用中に徐々に飛散して光学素子の変形を生じ
て製品の性能を損なうという不都合がある。
本発明者等は、光学素子集合体を合成樹脂シート上に
連続的に形成する場合の前述した如き問題点、特にコー
ナーキューブ型再帰反射体の製造に用いるコーナーキュ
ーブ型マイクロプリズムの集合体を連続的に形成する場
合の上記の如き問題点を解決するために研究を行ってき
た。その結果、今回、合成樹脂シートを該合成樹脂の流
動温度領域まで高めてそのまま、直接エンボス手段の加
熱成形区域に供給し、その流動温度を保ちながら、該エ
ンボス手段の光学素子集合体形状をもつ型に連続的に押
し当てて該シートと型とを圧着させ、該シートの一方の
面に光学素子集合体を形成させた後、必要に応じて、該
シートの型と接していない側の面に表層フィルムを積層
し、次いで得られる積層物の型と接していない側にキャ
リアフィルムを供給して密着させた後、該シートの温度
を該合成樹脂のガラス転移点以下の温度に冷却すること
により、表面に光学素子集合体を有する光学精度に優れ
た合成樹脂シートを生産性よく作成することができるこ
とを見出だし本発明を完成した。
発明の開示 本発明は、合成樹脂シートを連続的に供給し、加熱成
形区域において該シートを移動している光学素子集合体
形状をもつ型に押し当て、該シートと型とを圧着させ
て、該シートの一方の面に光学素子集合体を形成させ、
引き続き該シートを型と共に一体の状態で冷却区域に移
動させ、該冷却区域において該シートを該合成樹脂のガ
ラス転移点以下の温度に冷却した後、該シートを型から
剥離させることからなる光学素子集合体の連続的形成方
法において、 （ａ）温度が流動温度領域にある合成樹脂シートを加熱
成形区域に直接供給すること、 （ｂ）加熱成形区域において、合成樹脂シートの温度を
該合成樹脂の流動温度領域に保持すること、及び、 （ｃ）合成樹脂シートと型とを圧着させた後、該シート
の型と接していない側にキャリアフィルムを供給し密着
させ、次いで該シートの温度を該合成樹脂のガラス転移
点以下の温度に冷却すること、 を特徴とする光学素子集合体の連続的形成方法を提供す
るものである。
本発明はまた、外側表面に光学素子集合体形状の型を
有する継ぎ目のないエンボス手段；該エンボス手段を加
熱して昇温させ該エンボス手段に加熱成形区域を形成さ
せる加熱手段；該エンボス手段の加熱成形区域に合成樹
脂シートを連続的に供給する合成樹脂シート供給手段；
供給された合成樹脂シートを該エンボス手段の加熱成形
区域において該エンボス手段外側表面の光学素子集合体
形状の型に押し当て、該シートと型とを圧着させて該シ
ートの一方の面に光学素子集合体を形成させる押圧成形
手段；該シートを型と一体の状態で冷却区域に移動させ
るエンボス手段の駆動手段；該エンボス手段を冷却して
該エンボス手段に合成樹脂シートの温度を該合成樹脂の
ガラス転移点以下の温度に低下させるための冷却区域を
形成させる冷却手段；及び、光学素子集合体が形成され
た合成樹脂シートを該エンボス手段の型から剥離させる
剥離手段を有する光学素子集合体の連続的形成装置にお
いて、 （ａ）合成樹脂シート供給手段が、供給される該シート
の温度を該合成樹脂の流動温度領域に高める加熱手段を
有し、且つ温度が流動温度領域にある合成樹脂シートを
エンボス手段の加熱成形区域に合成樹脂シートを連続的
に直接供給できる供給手段であること、 （ｂ）エンボス手段の加熱成形区域の温度が、供給され
押圧成形される合成樹脂シートの温度を該合成樹脂の流
動温度領域に保持させるに十分な温度であること、及
び、 （ｃ）合成樹脂シートと型とを圧着させた後、該シート
の温度がそのガラス転移点以下の温度に冷却される前
に、該シートの型と接していない側にキャリアフィルム
を供給するキャリアフィルム供給手段を有しているこ
と、 を特徴とする光学素子集合体の連続的形成装置を提供す
るものである。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
光学素子の形状及び光学素子集合体の母型の形成方法： 本発明により作成可能な光学素子の具体例としては、
例えば、コーナーキューブ型プリズム、リニアプリズ
ム、レンチキュラーレンズ、屈折型レンズ、フレネルレ
ンズ、リニアフレネルレンズ、フォログラムパターンな
どを挙げることができ、中でも、コーナーキューブ型再
帰反射体、即ち、入射した光が概ね光源に向かって反射
する物体の製造に用いるコーナーキューブ型マイクロプ
リズムが好適である。
これらの光学素子の集合体を合成樹脂シート上に連続
的に形成するために必要な基本的な型である、光学素子
集合体の母型の形成方法としては、例えば、フライカッ
ト法、ルーリング法、ダイアモンドターニング法などの
手段によって、金属表面に複数の方向から溝を切削加工
して光学素子を形成する方法（例えば、特開昭60−1001
03号公報（＝米国特許第4,588,258号明細書参照）；金
属や合成樹脂のシートを重ね合わせてその端面に溝を切
削加工した後に、溝の深さと溝のピッチの長さ分シート
を移動させて該シートの端面に光学素子集合体の母型を
形成させる方法（例えば、米国特許第4,073,568号明細
書参照）などを挙げることができる。
また、本発明において好適なコーナーキューブ型マイ
クロプリズム集合体の母型の作成は、1996年７月26日に
出願されたPCT国際出願PCT/JP96/02117に開示されてい
る方法に従い、すなわち、互いに平行な二平面を持つ複
数の平板を重ね、得られる平板積層物の一側面を該平面
に対して直角な方向に等しいピッチでＶ溝を切削するこ
とにより、頂角が約90゜の連続する屋根型の突起群を形
成し、次いで各々の平板上に形成された屋根型突起群の
屋根の頂部を、隣接する平板上に形成されたＶ溝の底部
に一致させるように移動させることからなり、その際、
用いる平板の厚さが50〜500μｍであり、且つ、該平板
がロックウェル硬さ70以上の合成樹脂で形成されている
ことを特徴とする方法によって製造することができる。
本発明において光学素子集合体を形成するための合成
樹脂シートに用いることのできる合成樹脂は、透明性の
良い樹脂であれば特に限定されるものではなく、例え
ば、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボ
ネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹
脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフイン系樹脂等を例
示することができる。耐候性や透明性等の観点から、中
でも、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化
ビニル系樹脂及びポリウレタン系樹脂が好適である。
エンボス手段の形成方法： これらの光学素子集合体が形成された母型は、それ自
体既知の方法、例えば、電鋳加工法等により（例えば、
実務表面技術，35（８）,10〜16（1988）、「特殊電鋳
とその応用 電鋳に使用される材料と薬剤」（井上学
著）参照）合成樹脂シートの成形加工が可能な、反転さ
れた金型に多数枚複写することができる。これらの電鋳
複写された複数の金型は、さらにつなぎ合わせて大きな
寸法の金型に形成することが可能である。このようにし
て複写され、つなぎ合わされた金型は、一枚の大きなシ
ート状金型とした後にシートの末端を例えばレーザー溶
接等により接合して、合成樹脂シートをエンボス加工し
てその表面に光学素子集合体を形成するための継ぎ目の
ないベルト状金型（エンボスベルト）に形成することが
できる。
また、例えば、実公昭48−1072号公報に記載の如き方
法に従って、回転ドラム型電極の内面に上記の如くして
作製される複写電鋳金型を隙間なく取り付けた後さらに
電鋳加工することにより、溶接による継ぎ目のないベル
ト状金型を形成することも可能である。
ベルト状金型の厚さは、何ら制限されるものではない
が、通常、用いるロールの直径の1/3000〜1/500、特に1
/1200〜1/800の厚さとするのが好ましい。
さらに、ロール表面上に直接光学素子集合体形状の金
型を設けたエンボスロール型のエンボス手段も使用可能
である。エンボスロール型のエンボス手段は、リニアプ
リズム、リニアフレネルレンズ、レンチキュラーレンズ
などの直線状の光学素子の場合に、ロール表面上に直接
素子形状を切削加工できるので好ましい。
合成樹脂シートの供給方法及び手段： 本発明に従う光学素子集合体の連続的形成装置に流動
温度領域にある合成樹脂シートを供給する方法として
は、加熱溶融押出し成形機等を用いて流動温度領域にあ
る合成樹脂シートを直接加熱成形区域に供給する方法；
予めシート状に形成された合成樹脂を予熱手段により流
動温度領域以上に加熱した後に加熱成形区域に供給する
方法などが挙げられる。
押出し成形機を用いる場合の具体的方法としては、一
軸型押出し成形機に取り付けたコートハンガータイプ押
出しダイスより溶融状態の合成樹脂を押出す方法が一般
的である。押出し成形機のスクリュウ形状としては、例
えば、直径と長さの比率（直径／長さ）が1/20〜1/35、
スクリュウの圧縮比が1.5〜2.0、回転数が20〜100rpm程
度のものを例示することができる。また、合成樹脂の特
性に応じて、真空ベント、ギアポンプ供給装置などを併
用することもできる。さらに、シートの厚み精度を向上
させる目的で、一対のカレンダーロールを合成樹脂シー
トが供給される加熱成形区域の直前に設置することも可
能である。使用しうるカレンダーロールとしては100〜5
00mm程度の直径を有するものを例示することができ、表
面が鏡面状の金属ロールが好ましく、内部加熱可能な構
造になっているものがよい。カレンダーロールの間隙
は、所望の合成樹脂シート厚さが得られるように制御す
ることが望ましい。
一方、予めシート状に形成された合成樹脂を流動温度
領域以上に加熱した後に加熱成形区域に供給する方法と
しては、成形された合成樹脂シートを２本以上の加熱ロ
ールの間を通過させることにより流動温度領域以上に加
熱する方法が挙げられる。この際に、熱風吹き付け装
置、近赤外ランプ加熱装置、遠赤外ランプ加熱装置など
の間接加熱装置を併用することも可能である。
加熱成形区域及び加熱手段： 上記の合成樹脂シートの供給方法及び手段によって光
学素子集合体の連続形成装置の加熱成形区域に直接供給
された流動温度領域にある合成樹脂シートは、押圧成形
手段により光学素子集合体形状をもつ型に押し当てられ
て該シートと型とが圧着され、引き続いて加熱成形区域
内を型と共に一体の状態で移動して、該シートの表面に
光学素子集合体が形成される。
押圧成形手段としては、前記の如きエンボスベルト又
はエンボスロールに対して設置された１個以上の加圧ロ
ールを例示することができる。加圧ロールは金属製、ゴ
ム製又は合成樹脂製のロールを使用することができ、圧
着時の加圧力は該シートを構成する合成樹脂の種類や金
型の形状等に依存するので厳密に規制されるものではな
いが、通常、ロールの幅に対して５〜100kg/cm、特に20
〜60kg/cm程度であるのが好ましい。連続的に押圧成形
する速度としては一般に５〜30m/min、好ましくは７〜1
5m/minの範囲内を例示することができ、光学素子のサイ
ズ、成形の圧力や速度等に応じて複数のロールを設置す
ることも可能である。
加熱手段としては、ロール内部から熱を供給する内部
加熱方法を採用することができ、熱の供給手段として
は、誘電加熱方式、熱媒体循環方式などを用いることが
できる。また補助手段として、熱風吹き付け装置、近赤
外ランプ加熱装置、遠赤外ランプ加熱装置などの間接加
熱装置を組み合わせて用いることも可能である。加熱成
形区域は、例えば、エンボスベルトを用いる場合、該ベ
ルトが掛け渡されている２つのロールの一方を加熱ロー
ルとすることにより、また、エンボスロールなどを用い
る場合は、該ロールの半分を加熱ゾーンとすることによ
り形成することができる。さらに必要に応じて、後記す
る成形終了後の合成樹脂シート（の積層物）を引き剥が
した後、該ベルトを補助加熱手段により予備加熱するこ
ともできる。
流動温度領域： 本発明において「流動温度領域」とは、合成樹脂シー
トが溶融状態になり、これが光学素子集合体形状が設け
られている金型に押し当てられた時、型の形状に従って
流動して充填され、型と一体化されることが可能となる
温度をいい、従来技術で発生しがちであった前記の不具
合、即ち、合成樹脂の流動不足に基づく金型への充填不
良、溶融不良に起因する圧力解放後の弾性変形などが発
生しない温度領域を意味する。
流動温度領域は、具体的には、合成樹脂の溶融粘度が
100,000ポイズ以下、好ましくは50,000ポイズ以下とな
る温度以上で且つ該合成樹脂の分解温度未満の温度領域
である。合成樹脂の溶融粘度は、JIS K−7210に規定さ
れた高化式フローテスターを用いて昇温法により測定さ
れ、それから求められる温度−粘度の関係により流動温
度領域が規定される。
昇温法の具体的測定法としては、合成樹脂の試料1.5g
を開始温度140℃に設定された穴径1.0mmφ、長さ10mmの
ダイを設置した断面積1cm2の金属製シリンダーに入れ、
昇温速度３℃/min、加圧力30kgfの条件で該試料を昇温
させながら押出しさせる。このときの試料の温度と流出
速度との関係より溶融粘度を求めることができる。
なお、加熱成形区域にある合成樹脂シートの温度は、
例えば、赤外線温度計で測定することができる。
表層フィルムの積層： 押圧成形されて金型に圧着され一体化されて、その一
方の面に光学素子集合体を形成された合成樹脂シートに
は、必要に応じて、該シートの型と接していない側の表
面（以下、外表面ということがある）に、耐候性、耐溶
剤性、耐汚染性、耐クリーニング性、柔軟性、耐寒性、
耐傷性、耐摩耗性、耐屈曲性などの諸性能の改善を目的
として、表層フィルムを積層することができる。積層の
手段としてはエンボスベルトに相対して設置されたゴム
ロールを例示することができる。表層フィルムはゴムロ
ールを通じて、少なくとも流動開始点温度以上の温度、
好ましくは流動温度領域になる合成樹脂シート上に供給
され、ゴムロールにより加熱圧着されて積層される。そ
の際表層フィルムはそのガラス転移点以上の温度条件
で、熱融着法により積層するのが好ましい。
ここで、「流動開始点温度」とは、常温で固体である
樹脂が、ガラス転移点以上の温度に熱せられて軟化し、
さらに加熱されて押圧成形が可能となる程度に流動しは
じめる温度をいい、具体的には、合成樹脂の溶融粘度が
1,000,000ポイズ以下となる温度をいう。
上記の如き目的で合成樹脂シートの外表面に積層しう
る表層フィルムの材質としては、例えば、アクリル系樹
脂、フッ素系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系
樹脂、ポリウレタン系樹脂などが挙げられる。表層フィ
ルムの厚さは特に制限されるものではないが、通常、10
〜100μｍ、好ましくは20〜50μｍ程度とすることがで
きる。
また、表層フィルムには、必要に応じてロゴや交通標
識マークなどの印刷を施すことが可能である。印刷は表
層フィルムの裏面、すなわち、表層フィルムが合成樹脂
シートと接する側の面に行なう方が印刷インキの剥離を
生じないために好ましい。
キャリアフィルムの積層： 前記のようにして押圧成形されて金型に圧着された合
成樹脂シート、又はさらに必要に応じて、該シートの外
表面に表層フィルムが積層された合成樹脂シートは、金
型と一体の状態で冷却区域に移動する直前に、該シート
の金型と接していない側にキャリアフィルムが供給され
て積層される。キャリアフィルムの積層手段としては、
エンボスベルトに相対して設置されたロール、例えばゴ
ムロールを例示することができる。キャリアフィルムは
ゴムロールを通して少なくとも流動開始温度以上の温度
にある合成樹脂シートの外表面上、又は必要に応じて積
層された表層フィルムの該シートと接していない側の表
面上に供給され、ロールにより加熱圧着される。
このようにして溶融して型に圧着されて一体の状態と
なった合成樹脂シートの外表面、又は必要に応じて積層
される表層フィルムの合成樹脂シートと接していない側
の表面にキャリアフィルムを押し付けて積層することに
より、合成樹脂シートの外表面又は表層フィルムの外表
面にキャリアフィルムの表面を転写し平滑な表面とする
ことができる。また、キャリアフィルムは製造中におけ
る製品表面の傷付き防止などの保護層の役割も果たす。
キャリアフィルムは、合成樹脂シート又は表層フィルム
に積層した直後に冷却が開始されるので、合成樹脂シー
ト又は表層フィルムとほぼ等しい流動温度を有する合成
樹脂フィルムを使用することも可能である。
キャリアフィルムに用いることのできる合成樹脂の具
体例としては、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポ
リイミド系樹脂、アラミド系樹脂などの比較的耐熱性の
高い樹脂が好ましいが、合成樹脂シートに用いられる合
成樹脂のガラス転移点温度とほぼ同程度のものであって
もかまわない。
また、、キャリアフィルムの厚さも特に制限されるも
のではないが、通常、35〜150μｍ、好ましくは50〜100
μｍ程度とすることができる。
冷却区域及び冷却手段： キャリアフィルムの加熱圧着時の温度は、合成樹脂シ
ートが金型に押し当てられて圧着され該金型と一体の状
態となる時の温度にほぼ等しいため、キャリアフィルム
が溶融しないように、積層直後に急速に冷却するための
冷却区域を設ける必要がある。冷却区域における冷却手
段としては、例えば、ベルト状金型（エンボスベルト）
の片面又は両面に空気、窒素ガス、水などの冷却媒体を
吹き付けるための冷却媒体吹き付けノズルをキャリアフ
ィルム積層手段の位置より移動方向下流側に設置する方
法；エンボスベルトが掛け渡されている２つのロールの
一方を前記のように加熱ロール（加熱成形区域）とし、
他方を水などの媒体で冷却されている冷却ロールとする
方法；これら両方法の組合わせなどを採用することがで
きる。この場合、冷却ロール及びエンボスベルトの冷却
媒体吹き付けノズルが設けられている区域が冷却領域と
なっている。また、前記エンボスロールなどのロール表
面に光学素子集合体形状が設置されているような成形手
段においては、ロールの半分を冷却ゾーンにすることも
可能である。この場合、ロールの内部に形成された複数
の孔を区画する２つのマニホールドを通じてそれぞれの
マニホールドに熱媒体と冷却媒体を流すことにより、ロ
ール上に加熱成形領域と冷却領域の二つの温度区域を設
けることができる。
上記冷却区域において、合成樹脂シートとキャリアフ
ィルムとの積層物又は合成樹脂シートと表層フィルムと
キャリアフィルムとの積層物は、該合成樹脂のガラス転
移点（Tg）以下の温度、好ましくは（Tg（℃）−20℃）
以下、より好ましくは（Tg（℃）−50℃）以下の温度に
冷却される。
剥離手段： 冷却された合成樹脂シートとキャリアフィルムとの積
層物、又は合成樹脂シートと表層フィルムとキャリアフ
ィルムとの積層物（以下、単にシート積層物ということ
がある）は通常の手段、例えば引き剥がしロールを通じ
て金型から引き剥がすことができる。引き剥がしロール
は、冷却処理後に金型から剥離するシート積層物が引き
剥がしロールにより冷却ロールに押圧されることを防止
するために、冷却ロールと接触しないように配置されて
いることが好ましい。剥離ロールとしては例えばゴム製
のロール、金属製のロール、合成樹脂ロールなどを用い
ることができる。
後工程： 以上のようにして光学素子集合体が表面に形成された
合成樹脂光学シートは、キャリアフィルムが剥ぎ取られ
た後に製品として供されるが、必要に応じて、該光学シ
ートの光学素子集合体が形成されている側の面に空気層
を確保するため、背面シートを配置して、例えば、該背
面シートをその背面、すなわち、該光学シートに面して
いない側の面から熱エンボスして連続細線状の網目模様
の連結壁を形成し、該光学シートの光学素子集合体が形
成されている側の面と背面シートとを部分的に結合させ
ることによりカプセル構造を形成したり、また、該光学
シートの光学素子集合体の表面に、金属蒸着や銀の化学
メッキ等により光を反射する鏡面層を設置したり、さら
に、他の構造物に接合するために、結合された背面シー
トの背面上や光学素子集合体の表面に設置された鏡面層
上に接着層などを設けることもできる。
以下、本発明の光学素子集合体の連続的形成方法及び
装置を、添付図面を参照しつつさらに具体的に説明す
る。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の光学素子集合体の連続的形成装置の
一態様を示す概念図である。
図２は、本発明の光学素子集合体の連続的形成装置の
別の態様を示す概念図である。
図３は、本発明の光学素子集合体の連続的形成装置の
さらに別の態様を示す概念図である。
図１に示す態様において、２個のスチールロール
（１）、（２）に環状のシームレスエンボスベルト
（３）が掛け渡されている。ロール（１）は、その内部
に油循環方式の加熱手段を有しており、加熱成形区域を
形成する加熱成形用ロールである。ロール（２）は、内
部に冷却媒体により冷却できる構造の冷却手段を有して
おり、冷却区域の主要部をなす冷却用ロールである。ま
た、シームレスエンボスベルト（３）の表面には光学素
子集合体形状の金型が設置されている。
合成樹脂シート（５）は、押出し成形機に取り付けら
れた押出しダイス（４）から、流動温度領域に保持され
て連続的に押出され、油圧シリンダー（６）により押圧
された押圧成形用ゴム製ロール（７）と、加熱成形区域
にあるロール（１）上のエンボスベルト（３）の表面と
の間に供給され、押圧されて該エンボスベルトの表面に
設けられている光学素子集合体形状の金型に圧着され、
該金型と一体の状態となると共に、該シート（５）の一
方の面に光学素子集合体が形成される。
金型と一体の状態となった合成樹脂シート（５）は、
エンボスベルト（３）と共に加熱成形区域を移動し、該
加熱成形区域の終点付近で該シート（５）の外表面にキ
ャリアシート（９）が供給され、ゴム製の積層用押圧ロ
ール（８）によって押圧されて該キャリアシート（９）
が積層され、同時に光学素子集合体の賦型が完了する。
ロール（８）は、支点によって回転自在に支持されてい
る金属アーム（10）を介してエアーシリンダー（11）に
より押圧され、また、キャリアシート（９）は巻出し機
（12）より巻き出される。
金型と一体の状態でエンボスベルト（３）と共に移動
するキャリアシート（９）と合成樹脂シート（５）との
積層物は、次いで冷却区域に移動し空気吹き付け冷却器
（13）によって冷却された後に、さらに冷却区域の主要
部を構成しているロール（２）上で該合成樹脂のガラス
転移点以下の温度に冷却される。冷却されたシート積層
物は、剥離ロール（14）を介してエンドレスベルトから
剥ぎ取られ、製品として巻き取られる。
図２に示す態様において、２個のスチールロール（2
5）、（26）にエンドレスベルト（27）が掛け渡されて
いる。ロール（25）は、その内部に誘電加熱方式の加熱
手段を有しており、加熱成形区域を形成する加熱成形用
ロールである。ロール（26）は、内部に冷却媒体により
冷却できる構造の冷却手段を有しており、冷却区域の主
要部をなす冷却用ロールである。また、シームレスエン
ボスベルト（27）の表面には光学素子集合体形状の金型
が設置されている。
合成樹脂シートは、押出し成形機に取り付けられた押
出しダイス（21）から、流動温度領域に保持されて連続
的に押出され、油圧シリンダー（22）により押圧された
一対のスチール製カレンダーロール（23）、（24）の間
に供給され、次いで、カレンダーロール（23）の上を移
動して、カレンダーロール（23）により加熱成形区域に
あるエンボスベルト（27）に押圧されて該エンボスベル
トの表面に設けられている光学素子集合体形状の金型に
圧着され、該金型と一体の状態となると共に、該シート
の一方の面に光学素子集合体が形成される。その際、場
合により、カレンダーロール（23）に隣接してさらに押
圧ロールを設けて圧着を完結させるようにしてもよい。
金型と一体の状態となった合成樹脂シートは、エンボ
スベルト（27）と共に加熱成形区域を移動し、該加熱成
形区域内において該シートの外表面に表層フィルム（2
9）が供給され、ゴム製の積層用押圧ロール（28）によ
って押圧されて表層フィルム（29）が積層される。ロー
ル（28）は金属アーム（30）を介してエアーシリンダー
（31）により押圧され、また、表層フィルム（29）は巻
出し機（32）より巻き出される。
金型と一体の状態でエンボスベルト（27）と共に移動
する合成樹脂シートと表層フィルム（29）との積層物
は、さらにエンボスベルト（27）と共に加熱成形区域を
移動し、該加熱成形区域の終点付近で表層フィルムの外
表面にキャリアシート（34）が供給され、ゴム製の積層
用押圧ロール（33）によって押圧されて該キャリアシー
ト（34）が積層され、同時に光学素子集合体の賦型が完
了する。ロール（33）は金属アーム（35）を介してエア
ーシリンダー（36）により押圧され、また、キャリアシ
ート（34）は巻出し機（37）より巻き出される。
合成樹脂シート、表層フィルム（29）及びキャリアシ
ート（34）が積層されたシート積層物は、次いで冷却区
域へ移動し空気吹き付け冷却器（38）によって冷却され
た後に、さらに冷却区域の主要部を構成しているロール
（26）上で該合成樹脂のガラス転移点以下の温度に冷却
される。冷却されたシート積層物は、剥離ロール（39）
を介してエンドレスベルト（27）から剥ぎ取られ、製品
として巻き取り機（40）に巻き取られる。シート積層物
を剥離したエンドレスベルト（27）は、移動しながら近
赤外線加熱方式の予熱器（41）により押圧温度まで予備
加熱された後、ロール（25）と（23）の間に戻る。
図３に示す態様において、エンボスロール（55）は、
その内部の細孔（56）に熱媒体を流して熱交換可能な構
造になっており、ロールの外周部に設置されたマニホー
ルド（57）、（58）により二つの区画に仕切られてい
る。ロール（55）上部の細孔には加熱マニホールド（5
7）を通じて熱された熱媒体油が通され加熱成形区域を
形成し、ロール下部の細孔には冷却マニホールド（58）
を通じて冷却水が通され冷却区域を形成する。このよう
にエンボスロール（55）は二つの温度区域に仕切られて
いる。エンボスロール（55）の表面には光学素子集合体
形状の金型が設置されている。
合成樹脂シート（52）は、押出し成形機に取り付けら
れた押出しダイス（51）から流動温度領域に保持されて
連続的に押出され、一対のスチール製のカレンダーロー
ル（53）、（54）の間に供給されて押圧され、次いでカ
レンダーロール（54）の上を移動して該カレンダーロー
ル（54）によってエンボスロール（55）の加熱成形区域
に押圧され、エンボスロール（55）の表面に設けられて
いる光学素子集合体形状の金型に圧着されて該金型と一
体の状態となると共に、該シートの一方の面に光学素子
集合体が形成される。
金型と一体の状態となった合成樹脂シート（52）は、
エンボスロール（55）の回転にともなって移動し、該エ
ンボスロール（55）の加熱成形区域の最後部で該シート
（52）の外表面にキャリアシート（60）が供給され、積
層用ロール（59）によって押圧されてキャリアシート
（60）が積層され、同時に光学素子集合体の賦型が完了
する。合成樹脂シート（52）とキャリアシート（60）と
の積層物は、次いで回転によりエンボスロール（55）の
冷却区域に移動して急速に冷却されると共に、冷却空気
吹き付け装置（61）により表面からも冷却が行われて、
合成樹脂のガラス転移点以下の温度に冷却される。冷却
されたシート積層物は剥離ロール（62）を介して剥ぎ取
られ製品として巻き取られる。
以上に述べた本発明の成形方法においては、合成樹脂
の流動温度領域で光学素子が押圧成形されるために、樹
脂の流動不足に基づく金型への充填不良、溶融不良に起
因する圧力解放後の弾性変形、樹脂の化学結合や溶剤の
飛散に基づく収縮など従来技術に発生しがちな不具合を
改善することができ、光学精度が極めて優れた光学素子
集合体をつくることができる。
しかも、本発明の装置を用いれば、合成樹脂シートの
金型への充填を速やかに達成することができ、光学素子
集合体の生産性を格段に高めることができる。
実施例 以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明す
る。
実施例１ 図２に示す装置を用いて本発明の光学素子集合体を連
続的に製造する場合の具体例を以下に示す。
図２において、直径300mm、幅800mmの一対のスチール
ロール（25）、（26）に周長4000mm、幅700mmのエンド
レスベルト（27）が掛け渡されており、上部ロール（2
5）はその内部に設けられた誘電加熱方式により280℃に
加熱することができる。また、下部ロール（26）は、内
部に水により表面温度が30℃に冷却できるような冷却手
段を有している。この一対のロールの間に、シームレス
エンボスベルト（27）が掛け渡されており、そのベルト
の表面にはプリズム高さが100μｍ、光学軸の傾斜角度
が８゜の凹形状の三角錐型キューブコーナー再帰反射素
子が幅600mmにわたって最密充填状に設置されている。
上記ベルト装置に、幅650mmのコートハンガー型押出
しダイス（21）が設置された直径50mmの一軸スクリユー
型押出し機から280℃の温度条件で押出した、厚み250μ
ｍのポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラ
スチックス社製）を、油圧シリンダー（22）により押圧
された一対の表面温度が180℃のクロムメッキロール（2
3）、（24）の間を通過させた後、上記ベルト装置上の
エンボスベルト上に線圧50kg/cmの加圧力で圧着させ
た。さらに、ベルトとともに移動するポリカーボネート
樹脂フィルムを直径200mm、幅700mmのシリコンロール
（図示せず）により、加圧力30kg/cmの加圧力で押圧し
た。
しかるのち、ポリカーボネート樹脂シート上に厚さ30
μｍのアクリル樹脂フィルム（三菱レーヨン社製）（2
9）を、直径200mm、幅700mmのシリコンロール（28）を
用いて積層した。このアクリルフィルムを融着したポリ
カーボネート樹脂フィルムはエンボスベルトとともに進
み、積層されたアクリル樹脂フィルム上に、さらに、厚
さ75μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂シート（3
4）を、直径200mm、幅700mmのシリコンロール（33）を
用いて積層した。
上記積層シートは直ちに、温度20℃の空気吹き出しノ
ズルを備えた冷却装置（38）により50℃以下に冷却し、
下部冷却ロール（26）から引き剥がした。それによっ
て、表面がポリエチレンテレフタレート樹脂シートによ
り保護され且つアクリル樹脂フィルムが積層され、ポリ
カーボネート樹脂の表面に多数の三角錐型キューブコー
ナー再帰反射素子が形成された光学素子集合体を得た。
得られた光学素子集合体の各素子外観を、走査型電子
顕微鏡を用いて1000倍で観察したところ、該素子の反射
面は非常に平滑であり、また、素子の頂点及び各稜とも
欠陥箇所がなく均一でシャープに賦形されていることが
確認された。さらに、得られた光学素子集合体につい
て、JIS Ｚ 8714「再帰性反射体−光学的特性−測定
方法」に従い、入射角５゜、観察角0.2゜における再帰
反射性能を測定したところ、880cd/1x・cm2という極め
て優れた値を示した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 43/22 B29C 51/08 B29C 59/04

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】合成樹脂シートを連続的に供給し、加熱成
    形区域において該シートを移動している光学素子集合体
    形状をもつ型に押し当て、該シートと型とを圧着させ
    て、該シートの一方の面に光学素子集合体を形成させ、
    引き続き該シートを型と共に一体の状態で冷却区域に移
    動させ、該冷却区域において該シートを該合成樹脂のガ
    ラス転移点以下の温度に冷却した後、該シートを型から
    剥離させることからなる光学素子集合体の連続的形成方
    法において、 （ａ）温度が流動温度領域にある合成樹脂シートを加熱
    成形区域に直接供給すること、 （ｂ）加熱成形区域において、合成樹脂シートの温度を
    該合成樹脂の流動温度領域に保持すること、及び、 （ｃ）合成樹脂シートと型とを圧着させた後、該シート
    の型と接していない側にキャリアフィルムを供給し密着
    させ、次いで該シートの温度を該合成樹脂のガラス転移
    点以下の温度に冷却すること、 を特徴とする光学素子集合体の連続的形成方法。
  2. 【請求項２】加熱成形区域において、合成樹脂シートと
    型とを圧着させた後、該合成樹脂が少なくとも流動開始
    点温度以下の温度にある間に、該シートの型と接してい
    ない側の面に表層フィルムを供給して積層し、次いで得
    られる積層物の型と接していない側にキャリアフィルム
    を供給する請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】合成樹脂の流動温度領域が、該合成樹脂の
    溶融粘度が100,000ポイズ以下となる温度以上で且つ該
    合成樹脂の分解温度未満である請求の範囲第１項に記載
    の方法。
  4. 【請求項４】合成樹脂シートと型とを圧着させた後、該
    合成樹脂が少なくとも流動開始点温度以上の温度にある
    間にキャリアフィルムを供給する請求の範囲第１項に記
    載の方法。
  5. 【請求項５】合成樹脂がアクリル系樹脂、ポリエステル
    系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、
    ポリスチレン系樹脂、ポリオレフイン系樹脂又はポリウ
    レタン系樹脂である請求の範囲第１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】型がベルト状金型又はロール状金型である
    請求の範囲第１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】光学素子集合体がコーナーキューブ型プリ
    ズム、リニアプリズム、レンチキュラーレンズ、屈折型
    レンズ、フレネルレンズ、リニアフレネルレンズ又はフ
    ォログラムパターンである請求の範囲第１項に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】外側表面に光学素子集合体形状の型を有す
    る継ぎ目のないエンボス手段；該エンボス手段を加熱し
    て昇温させ該エンボス手段に加熱成形区域を形成させる
    加熱手段；該エンボス手段の加熱成形区域に合成樹脂シ
    ートを連続的に供給する合成樹脂シート供給手段；供給
    された合成樹脂シートを該エンボス手段の加熱成形区域
    において該エンボス手段外側表面の光学素子集合体形状
    の型に押し当て、該シートと型とを圧着させて該シート
    の一方の面に光学素子集合体を形成させる押圧成形手
    段；該シートを型と一体の状態で冷却区域に移動させる
    エンボス手段の駆動手段；該エンボス手段を冷却して該
    エンボス手段に合成樹脂シートの温度を該合成樹脂のガ
    ラス転移点以下の温度に低下させるための冷却区域を形
    成させる冷却手段；及び、光学素子集合体が形成された
    合成樹脂シートを該エンボス手段の型から剥離させる剥
    離手段を有する光学素子集合体の連続的形成装置におい
    て、 （ａ）合成樹脂シート供給手段が、供給される該シート
    の温度を該合成樹脂の流動温度領域に高める加熱手段を
    有し、且つ温度が流動温度領域にある合成樹脂シートを
    エンボス手段の加熱成形区域に合成樹脂シートを連続的
    に直接供給できる供給手段であること、 （ｂ）エンボス手段の加熱成形区域の温度が、供給され
    押圧成形される合成樹脂シートの温度を該合成樹脂の流
    動温度領域に保持させるに十分な温度であること、及
    び、 （ｃ）合成樹脂シートと型とを圧着させた後、該シート
    の温度がそのガラス転移点以下の温度に冷却される前
    に、該シートの型と接していない側にキャリアフィルム
    を供給するキャリアフィルム供給手段を有しているこ
    と、 を特徴とする光学素子集合体の連続的形成装置。
  9. 【請求項９】エンボス手段の加熱成形区域において、合
    成樹脂シートと型とを圧着させた後で且つキャリアフィ
    ルム供給前に、該シートの型と接していない側の面に表
    層フィルムを供給する表層フィルム供給手段、及び、該
    シートと表層フィルムとを積層する積層手段をさらに有
    している請求の範囲第８項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】エンボス手段がエンボスベルトである請
    求の範囲第８項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】エンボス手段がエンボスロールである請
    求の範囲第８項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】合成樹脂シート供給手段が合成樹脂の加
    熱溶融押出し装置である請求の範囲第８項に記載の装
    置。
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