JPH04135807A

JPH04135807A - 光学素子の製造方法

Info

Publication number: JPH04135807A
Application number: JP2257252A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kumagai; 熊谷　裕昭
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-11
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JP2680175B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、樹脂、ゴム等の流動性のある原料を型内に流
し込んで成形品母材の表面に所望の形状を形成するレプ
リカ成形法に使用する型に関し、また該型を用いたガラ
ス母材上に紫外線硬化樹脂層を有する光学素子の製造方
法に関する。

［従来の技術］従来、上記のような成形法に利用される型の材料として
、金属、ガラス、プラスチック、ゴム等が用いられてい
たが、型内で樹脂モノマーを重合、硬化させてから離型
する際、樹脂が型表面に密着あるいは接着してしまい成
形品を離型することが容易でないため、熱シヨツク法、
超音波脱型法や機械による引き離し、また型への離型剤
の塗布等の方法が用いられてきた。

また、従来、ガラス母材上に紫外線硬化樹脂より、なる
樹脂層を有する光学素子の製造には、有機官能基あるい
は反応基を持つシランカップリング剤をガラス母材に塗
布し処理して、ガラス母材表面に結合または吸着してい
る水水子の存在により、ガラス母材表面にシラノール基
を介して有磯物被覆膜を形成することにより、ガラス母
材と樹脂層との接着性を向上させる方法が用いられてい
た。

また、樹脂層と接する成形型は、石英ガラス、鋼鉄等の
酸化物あるいは鉄系合金を材料として作られている。ま
た、これらの成形型の表面は空気中では酸化物で被われ
ており、その上に水分子が結合・吸着していると考えら
れている。そして、この水分子が樹脂層中にあるカルボ
キシル基、アミノ基、シアノ基などの極性基と水素結合
を形成するため、成形型と樹脂層の接着力は太き（、従
って成形型への樹脂層りによる不良品の発生を引き起こ
していた。そこで、成形型と樹脂層の接着力を弱め離型
性を向上させるため、エステル系の界面活性剤やフッ素
樹脂系の離型剤を塗布していた。

［発明が解決しようとしている課題］しかしながら、熱シヨツク法では、冷却加熱を繰り返す
ため成形品の変形、変質、割れ等の問題があった。また
、超音波脱型法では、成形品の割れがしばしば生じ良品
率が低いという問題があった。機械的な引き離しでは、
成形品の一部に大きな力がかかるため成形品に変形が生
じたり、また成形品を型から取り出し易いように成形品
にテーパー形状をつけなければならず、成形品形状に制
約を受けるという問題があった。

また、ガラス母材のカップリング処理では、スピンコー
ド、ディッピング等の塗布方法におけるカップリング剤
の濃度、ガラス母材の回転または引き上げ速償等の条件
出しが困難であり、また専用の設備も必要であった。

また、樹脂層と接する成形型にフッ素樹脂、シリコーン
樹脂、脂肪酸エステル、リン酸エステル等の離型剤をデ
ィッピング等により塗布して離型性を向上させる方法は
、成形品表面が汚れたり、成形回数が増えるに従い離型
剤が型表面より失しなわれ離型効果が減少するので度々
離型剤を塗布しなければならない等の問題があった。

従って、本発明の第１の目的は、離型剤を使用すること
なく離型性を向上させた光学素子成形用型、該型を用い
た光学素子の製造方法、並びに該方法により製造された
光学素子を提供することにある。

本発明の第２の目的は、ガラス母材にカップリング処理
をすることなくガラス母材と樹脂層との接着性が向上し
た光学素子の製造方法、並びに該方法により製造された
光学素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］すなわち、本発明は、■レプリカ法により樹脂層を有す
る光学素子を形成するのに用いる光学素子成形用型にお
いて、前記型の少なくとも樹脂層と接する部分が、炭化
物結晶粒および窒化物結晶粒から選ばれる１種または２
種の焼結体からなることを特徴とする光学素子成形用型
、■光学素子成形用型により紫外線硬化樹脂組成物を用
いてガラス母材上に樹脂層を形成する光学素子の製造方
法において、前記型の樹脂層と接する部分が炭化物結晶
粒および窒化物結晶粒から選ばれる１種または２種の焼
結体からなり、前記樹脂組成物が該組成物１００重量部
に対し１〜７重量部のシランカップリング剤を含有し、
かつ前記ガラス母材が２７重量％以上のＳｉＯ□を含有
することを特徴とする光学素子の製造方法、並びに■該
方法により製造された光学素子である。

本発明の光学素子成形用型においては、炭化物結晶粒、
窒化物結晶粒の焼結体からなる成形型により離型性を向
上させている。

本発明の光学素子の製造方法においては、ガラス母材と
して２７重量％以上のＳｉＯ□を含有するガラスを用い
、かつ樹脂層の形成に用いる紫外線硬化樹脂組成物に１
〜７重量部のシランカップリング剤を含有させることに
より、ガラス母材にシランカップリング処理を施すこと
なくガラス母材と樹脂層との密着性を向上させている。

また、シランカップリング剤に対する反応性が低いとい
う特性、すなわち表面に結合・吸着する水分子が少ない
ためシランカップリング剤を含有する樹脂層に対する接
着力が小さいという特性を有する材料である炭化物結晶
粒、窒化物結晶粒の焼結体からなる成形型を用いること
により、成形型に離型処理を施すことなく樹脂層との離
型性を向上させている。

本発明において炭化物の成形型としては、ＷＣＴｉＣ，
ＴａＣ，ＶＣ：、　ＺｒＣ，ＮｂＣ，Ｂ４Ｃ，ＳｉＣｌ
ＭＯ２Ｃ等の粉体をホットプレス法により成形・焼結し
たもの、またはこれらの炭化物粉体に焼結助剤としてＣ
ｏ、Ｎｉ。

Ｃｒ、Ｎｂ等の金属を５〜２０重量％加えてホットプレ
ス法により成形・焼結したものなどが用いられる。離型
性の点で好ましいのはＷＣ，ＴｉＣ，Ｂ４Ｃ，ＳｉＣで
ある。窒化物の成形型としては、ＢＮ、　Ｓｉ３Ｎ４等
の粉体をホットプレスで成形・焼結したものなどが用い
られる。また、成形型として上言己炭化物や窒化物と同
様にＳｉ３Ｎ４−５ｉＣの焼結体も用いられる。

本発明において紫外線硬化樹脂としては、エポキシ、ウ
レタン、ポリエステル、ビニル、シリコン、ポリエン等
のアクリレートなど、及びエポキシ、ポリイミド、不飽
和ポリエステル等のモノマー又はオリゴマーと重合開始
剤の組み合わせが用いられる。

本発明においてシランカップリング剤としては、エポキ
シ系シラン、メタクリロキシ系シラン、インシアネート
系シラン、アミノ系シラン、メルカプト系シラン等が用
いらる。これらシランカップリング剤は前記紫外線硬化
樹脂を含む組成物１００重量部に対し１〜７重量部含有
させる′。

好ましくは２〜５重量部である。シランカップリング剤
が１重量部未満であるとガラス母材と樹脂層の密着性が
低下し、７重量部を越えると樹脂層と成形型との離型性
が低下する。

本発明においてガラス母材としては、樹脂層との密着性
を良好なものにするためＳｉＯ□を２７重量％以上含有
するガラスを用いる。好ましくはＳｉＯ□含有量が４０
重量％以上である。ガラス母材として具体的にはＢＫｌ
、　ＢＫ７等の光学ガラスが用いられる。

また、本発明における光学素子は、非球面レンズ、フレ
ネルレンズ、カメラのピント板、ビームスプリッタ−素
子に見られるような山形状のくり返し形状、回折格子、
リニアエンコーダーのような凹凸形状のくり返し等を成
形する用途に応用が可能である。

［実施例］次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明する。

見立土ユ第１図は、ガラス表面に非球面樹脂層を形成するレプリ
カ法を示す模式断面図である。１は型ホルダ−，２は炭
化物焼結体からなる成形型、３はガスケットであり、成
形型１とガラスレンズ５の空隙部に樹脂を注入し、レン
ズ側から光を！ｌｑ射して樹脂を硬化させレンズ５上に
樹脂層４を形成する。その製造工程を第３図に示した。

本発明の光学素子成形用型を用いた製造工程では型の離
型処理は不要である。

焼結ＷＣ（住友電工ＷＨＩ）を型材として、直径２０ｍ
ｍ、参照曲率半径４５ｍｍ、最大偏差７０μｍの非球面
凹状に鏡面加工して成形型を作成した。

次いで、型上にジシクロペンチルオキシエチルアクリレ
−）４０重量部、トリス（２−アクリロキシ）インシア
ネート２０重量部、ポリウレタンアクリレート４０重量
部、紫外線硬化剤としてヒドロキシへキシルフェニルケ
トン２重量部からなる紫外線硬化樹脂組成物をデイスペ
ンサーにより滴下し、その上にガラス母材として光学ガ
ラスレンズ５Ｋ１２　（ＳｉＯ２４３％含有）、直径２
２ｍｍ、曲率半径１５．８ｍｍ、光線有効径２０ｍｍの
凸レンズを載せて固定した。次いで、ガラス母材側より
２０Ｗのケミカルランプ（０，６５ｍＷ／ｃｍ２）で１
０分間照射し、更に４０　Ｗ／ｃｍ”の高圧水銀灯で７
分間照射して、ガラス母材の片側に非球面樹脂層を有す
るレンズを成形した。

成形後のレンズの離型性は非常に良く、型への樹脂残り
はなく、型表面は成形前の状態を保っていた。また、レ
ンズ表面からの樹脂剥離は起きなかった。引き続き１か
月間成形を繰り返しても、レンズ表面は充分な光学精度
を保っており、型表面に樹脂残りは認められなかった。

更番こ、レンズのガラス母材と樹脂層との密着性をテー
プ剥離試験（１ｍｍ間隔、１０ｘｌＯの基盤目状にカミ
ソ１）でカット）で評価したところ、レンズからの樹脂
剥離は認められなかった。

また、ガラス母材としてシランカップリング処理を施し
たものを用いた他は、上記と同様番こして樹脂層を形成
し、ＪＩＳ　Ｋ６８４９により樹脂層とＷＣ成形型との
接着破壊力を測定したところ、３．１ｋｇ／ａｍ”であ
った。

一較王ユ型材をＳＯ５Ａｌ５Ｉ４２０　　（商品名スタバツク、
大同製鋼製）とした他は、実施例１と同じ条件で成形を
行ったところ、３回目に型表面への樹脂残りが発生し、
また１０回成形を行った後に型表面を顕微鏡で観察する
と、無数のキズが型表面に存在した。更に、成形を続け
ると、型表面のキズ・＼の樹脂残りのため型表面の再研
磨が必要となった。

また、ガラス母材としてシラン力・ツブリング処理を施
したものを用いた他は、上記と同様にして樹脂層を形成
し、ＪＩＳ　Ｋ６８４９により樹脂層とＳＵＳ型との接
着破壊力を測定したところ、１９．２ｋｇ／ｃｍ”であ
った。

比ｌｕ江ｌ型材をＳＯ５Ａｌ５Ｉ４２０　　（商品名スタバック、
大同製鋼製）とし、更に型材上に離型剤としてフッ素樹
脂をディッピングにより塗布した他は、実施例１と同じ
条件で成形を行ったところ、１２回目に型への樹脂残り
が発生し、成形品表面の光学精度が低下した。また、成
形を行う毎に離型剤の塗布を行うと、離型剤の型表面の
濃度分布に起因して、成形品の光学精度が低下した。

また、ＪＩＳ　Ｋ６８４９により樹脂層とフッ素樹脂系
離型剤が塗布されたＳＵＳ型との接着破壊力を測定した
ところ、１回目は４．８ｋｇ／Ｃｍ”とかなり低い値を
示したが、離型剤を再塗布せずに成形を続けると１０回
目には１７．８ｋｇ／ｃ＋ｎ”と離型剤の効果がな（な
った。

天上ｌ糺ｌ光学ガラスレンズをＢＫ７　（Ｓｉ０□６９％含有）と
し、更に紫外線硬化樹脂組成物にシラン力・シブ１ノン
グ剤としてγ−メタクリロキシプロビルト１ノメトキシ
シランを５重量部加えた他は、実施例１と同じ条件で成
形を行なった。その製造工程を第４図に示し、比較のた
め従来の製造工程を第２図番こ示した。本発明の製造工
程では型の離型処理、ガラス母材のシランカップリング
剤処理は不要である。

成形後のレンズの離型性は非常によく、型表面への樹脂
残り、レンズ表面からの樹脂剥離は起きなかった。引き
続き１か月間成形を繰り返しても、レンズ表面は充分な
光学精度を保っており、型表面に樹脂残りは認められな
かった。更に、実施例１と同様にテープ剥離試験により
レンズのガラス母材と樹脂層の密着性を評価したところ
、レンズ表面からの樹脂剥離は認められなかった。

また、ＪＩＳ　Ｋ６１１ｔ４９により樹脂層とＷＣ型と
の接着破壊力を測定したところ、３．１ｋｇｆ／ｃ＋ｎ
”であった。

Ｋ立五旦焼結ＢＮ　（信越科学製）を直径２０ｍｍ、参照曲率半
径４５ｎｏａ、最大偏差７０μｍの非球面凹状に鏡面加
工した型母材上に、光硬化性ウレタンアクリレート（日
本化薬製）１００重量部に対してシランカップリング剤
としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
カップリング剤を２重量部加えた紫外線硬化樹脂組成物
をデイスペンサーで滴下し、その上に光学ガラスレンズ
ＳＦ６　　（Ｓｉ０□２７％含有）、直径２２ｍｍ、曲
率半径１５．８ｍｍ、光線有効径２０ｍｍの凸レンズを
載せて固定した。次いで、ガラスレンズ側より２０Ｗの
ケミカルランプ（０，６５ｍＷ／ｃｍ”）で１０分間照
射し、更に４０Ｗ／ｃｍ”の高圧水銀灯で７分間照射し
て成形を行い、ガラス母材の片側に非球面樹脂層を成形
した。

成形後のレンズの離型性は良好で、離型後の型表面に樹
脂残り、キズ等の問題はなく、成形品の非球面もレンズ
として充分な光学精度を持っていた。引き続き１か月間
成形を繰り返しても、レンズ表面は充分な光学精度を保
っており、型表面に樹脂残りは認められなかった。

［発明の効果］以上、詳細に説明したようにレプリカ法に用いる型に、
樹脂層に接する部分が炭化物結晶粒子、窒化物結晶粒子
の１種または２種の焼結体からなる型を用いることによ
り、 ■成形品を変形させずに、容易に離型することが可能と
なり、 ■離型が容易であるため型の耐久性が向上し、■離型剤
を使用することな（離型するため、型および成形品の’
ｌｋ浄工程が省略できる。

また、ガラス母材上に紫外線硬化樹脂層を有する光学素
子の製造方法において、樹脂層に１〜７重量部のシラン
カップリング剤を配合し、ガラス母材として２７％以上
のＳｉＯ□を含有するガラスを用い、樹脂層にチする型
材が、樹脂層に対して離型性を有する炭化物、窒化物の
１種または２種からなる焼結体である成形型を用いるこ
とにより、■ガラス母材にカップリング処理をすること
な（、ガラス母材と樹脂層の密着性を向上させることが
できる。

■成形型に離型処理を施さなくとも成形品の離型が容易
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レンズ上に樹脂層を形成する際の状態を示す
模式断面図である。第２図は従来の光学素子製造工程図
である。第３図は本発明の光学素子成形用型を用いた製
造工程図である。第４図は本発明の光学素子製造工程図
である。型ホルダー型、ガスケット、樹脂層、ガラスレンズ。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レプリカ法により樹脂層を有する光学素子を形成
するのに用いる光学素子成形用型において、前記型の少
なくとも樹脂層と接する部分が、炭化物結晶粒および窒
化物結晶粒から選ばれる１種または２種の焼結体からな
ることを特徴とする光学素子成形用型。
（２）前記炭化物が、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＶＣ、Ｚ
ｒＣ、ＮｂＣ、Ｂ＿４Ｃ、ＳｉＣおよびＭｏ＿２Ｃから
選ばれる１種または２種以上である請求項１記載の光学
素子成形用型。
（３）前記窒化物が、ＢＮおよびＳｉ＿３Ｎ＿４から選
ばれる１種または２種である請求項１記載の光学素子成
形用型。
（４）光学素子成形用型により紫外線硬化樹脂組成物を
用いてガラス母材上に樹脂層を形成する光学素子の製造
方法において、前記型の樹脂層と接する部分が炭化物結
晶粒および窒化物結晶粒から選ばれる１種または２種の
焼結体からなり、前記樹脂組成物が該組成物１００重量
部に対し１〜７重量部のシランカップリング剤を含有し
、かつ前記ガラス母材が２７重量％以上のＳｉＯ＿２を
含有することを特徴とする光学素子の製造方法。
（５）前記炭化物が、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＶＣ、Ｚ
ｒＣ、ＮｂＣ、Ｂ＿４Ｃ、ＳｉＣおよびＭｏ＿２Ｃから
選ばれる１種または２種以上である請求項４記載の光学
素子の製造方法。
（６）前記窒化物が、ＢＮおよびＳｉ＿３Ｎ＿４から選
ばれる１種または２種である請求項４記載の光学素子の
製造方法。
（７）２７重量％以上のＳｉＯ＿２を含有するガラス母
材と、該ガラス母材上に、紫外線硬化樹脂組成物１００
重量部に対し１〜７重量部のシランカップリング剤を含
有する樹脂組成物を硬化してなる樹脂層を有する光学素
子。
（８）前記ガラス母材が２つの光学面から形成されてお
り、少なくとも１つの光学面上に、前記樹脂層を非球面
形状として有する請求項７記載の光学素子。