JPH04338515A - 光硬化性樹脂の硬化方法とそれを用いた光学部品 - Google Patents

光硬化性樹脂の硬化方法とそれを用いた光学部品

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JPH04338515A
JPH04338515A JP3110121A JP11012191A JPH04338515A JP H04338515 A JPH04338515 A JP H04338515A JP 3110121 A JP3110121 A JP 3110121A JP 11012191 A JP11012191 A JP 11012191A JP H04338515 A JPH04338515 A JP H04338515A
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JP
Japan
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resin
curing
mold
light
cured
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JP3110121A
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Ryoichi Sudo
須藤 亮一
Chiyoko Masuda
増田 知代子
Hiroaki Miwa
広明 三輪
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • B29C33/02Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means
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    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
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    • B29C35/0888Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using transparant moulds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29L2011/00Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • B29L2011/0016Lenses
    • B29L2011/005Fresnel lenses

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光硬化性樹脂を用いて透
明の光学部品の成形体を製造することに関する。
【0002】
【従来の技術】テレビジョン用投射型スクリーン、一般
フレネルレンズ、一般レンズ、光ディスク基板、回折格
子等を製造するには、表面に凹凸や一定の曲面を有する
母型から転写を行ない、多数の光学部品を形成すること
が行なわれている。
【0003】この種の光学部品を製造するには次に示す
ような二つの方法がある。第一の方法は、図1に示すよ
うに、母型1a、1bが形成する空間2の中に注入口3
から光硬化性樹脂4を注入し、樹脂に光源5より光照射
して硬化後、光硬化性樹脂硬化物4から成る光学部品6
aを得る(例えば、特開昭59−141号公報)第二の
方法は、図2に示すように、透明成形体7と母型1cと
の空間2に光硬化性樹脂4を入れ、該樹脂を光を照射し
て硬化後、母型1cを剥がして透明成形体7と光硬化性
樹脂4から成る光学部品6bを得る(例えば、特開昭5
3−86756号、特開昭61−177215号公報)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の方法によ
ると、樹脂成形品の反応が十分に行なわれないため、成
形品が軟く変形したり、揮発成分により臭気を発生した
り、着色により光透過率が低下する難点があった。
【0005】本発明の目的は、変形、臭気、着色を生じ
ない高性能高信頼性光学部品を得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は光硬化性
樹脂成形品の反応率を向上させるためになされたもので
、光硬化を初期硬化と後硬化の2段階にわたって行なう
。初期硬化では樹脂を保温して光硬化し、後硬化では樹
脂を不活性気体の雰囲気中で保温して光硬化することに
より反応率を向上した。
【0007】
【作用】初期硬化する際、光硬化性樹脂は毋型に接して
いる。毋型は高精度であったり大型であるため加熱しに
くいが、ゆるされる時は毋型を保温しながら光を照射し
樹脂を硬化させる。樹脂の温度が低い状態で光照射する
と、樹脂の反応が進みにくいのに対して樹脂を保温し、
特に樹脂のガラス転移温度以上に保温してから光照射す
ると硬化が早く進み、反応率が向上する。
【0008】母型の保温がむずかしかったり、母型を高
温度にすることがむずかしいときは、後硬化を行なう。 あらかじめ母型内で初期硬化させた光硬化性樹脂成形品
を不活性気体の雰囲気中で保温して光硬化(後硬化)す
るとことにより反応率の向上が達成される。
【0009】本発明で用いる光硬化性樹脂は、常温で液
状で紫外線、可視光線等のエネルギ線の照射により重合
硬化し成形品を形成するものならば特に限定するもので
ないが、例えば、アクリル系またはメタアクリル系光硬
化性樹脂、チオール系光硬化性樹脂などが有用である。
【0010】アクリル系またはメタアクリル系光硬化性
樹脂は分子中一つ以上のアクリル基、または、メタアク
リル基をもつ化合物に光照射によりラジカルを発生する
光重合開始剤を添加したものである。この樹脂は光照射
により光重合開始剤がラジカルを生じこれがアクリル基
またはメタアクリル基をもった化合物をラジカル重合さ
せる(例えば、特開昭53−86756号公報)チオー
ル系光硬化性樹脂分子中二つ以上のチオール基をもつ化
合物と分子中二つ以上のビニール基をもつ化合物に光重
合開始剤を添加したものである。この樹脂は光照射によ
り光重合開始剤がラジカルを生じこれがチオール基をも
つ化合物と分子中二つ以上のビニール基をもつ化合物を
付加重合させる(例えば、特開昭54−138406号
公報)
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例を詳述する。
【0012】〈実施例1〉2,2−ビス(4−アクリロ
イルオキシポリエチレンオキシフェニル)プロパン(分
子量:510)  79重量%、ベンジルメタクリレー
ト  19重量%、光重合開始剤[1−4−(イソプロ
ピルフェニル)2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−
1−オン]  2重量%を溶解混合し、常温(25℃)
における粘度150mPa・sの光硬化性樹脂を作成し
た。この樹脂を98%以上反応させた時のガラス転移温
度は約60℃であった。
【0013】厚さ1mmのガラス板と厚さ5mmの真鍮
板の間にこの光硬化性樹脂を厚さが0.3mmになるよ
うにはさみ、高圧水銀灯(波長365nmにおける光強
度30mW/cm2)で光硬化した。この際、樹脂を各
種の温度に保持し、照射する紫外線のエネルギ量を変え
て樹脂を初期硬化させた。樹脂硬化物をガラス板と真鍮
板から剥がし、アクリル基及びメタクリル基の反応した
割合を赤外線吸収スペクトル法により測定し、百分率で
反応率として求めた。初期硬化時の保持温度と樹脂の反
応率との関係を図3に示した。図3において、初期硬化
の際に樹脂に照射したエネルギ量はAが500mJ、B
が1000mJ、Cが4000mである。
【0014】樹脂の温度を高く保持して光硬化させたも
のほど高い反応率を示す。特に、樹脂のガラス転移温度
である60℃以上に保温すると反応率を高められる。 〈実施例2〉実施例1において、保持温度40℃、照射
エネルギ量500mJで初期硬化させた樹脂は反応率が
81%であり、かなり低めである。この樹脂硬化物を厚
さ約10mmの真鍮製加熱板上に置き周囲に窒素ガスを
充満させた後、実施例1で用いたの同様の高圧水銀灯に
より紫外線を照射し、後硬化させた。後硬化時の保持温
度と樹脂の反応率との関係を図4に示した。図4におい
て、〇印は初期硬化させた樹脂を示す。また、後硬化の
際に樹脂に照射したエネルギ量はDが500mJ、Eが
1000mJ、Fが4000mである。
【0015】樹脂の温度を高く保持して光硬化させたも
のほど高い反応率を示す。特に、樹脂のガラス転移温度
である60℃以上に保温すると反応率を高められる。
【0016】図3のBと図4のDは樹脂に与えた照射エ
ネルギ量が等しいにもかかわらず、同じ樹脂温度で反応
率を比べるとBの反応率はDの値より常に小さい。図3
のAと図4のDがほぼ等しく、図3のBと図4のEがほ
ぼ等しい。これにより、光硬化性樹脂の反応率を高いレ
ベルに向上するには、初期硬化と後硬化にかかわらず、
樹脂の温度を高く保持しながら光を照射することが大切
であることが判る。保持温度40℃、照射エネルギ量5
00mJで初期硬化させた樹脂には光重合開始剤が約1
.5%残留しておりこれが後硬化時に働く。
【0017】なお、後硬化の際、樹脂成形品を置く雰囲
気を空気に変えても、樹脂の反応率は窒素ガス雰囲気で
硬化させた時と同等であった。
【0018】比較のために、初期硬化させた樹脂硬化物
(反応率が81%)を25℃、60℃、100℃の温度
に暗状態でそれぞれ一時間放置したところ、反応率はそ
れぞれ81%、82%、82%となり、反応率の変化が
ほとんど認められなかった。
【0019】〈実施例3〉実施例1と実施例2で作成し
た樹脂硬化物の反応率と重量法で測定した揮発成分量(
100℃10h加熱時)との関係を求めた。反応率が8
0、85、90、95、98%のとき、揮発成分量はそ
れぞれ1.5、1.1、0.8、0.2、0.08重量
%であった。反応率が高めるほど成形品の臭気の原因と
なる揮発成分量を低減することができる。
【0020】〈実施例4〉実施例1と実施例2で作成し
た光硬化性樹脂硬化物について波長400nmの光透過
率を測定し、表1に示した。母型内で初期硬化のみ施し
た樹脂は光透過率が90%以上で目標を満たすが、空気
中に曝して後硬化した樹脂は光透過率が90%以下とな
る。しかし、窒素雰囲気において後硬化した樹脂は光透
過率が90%以上となり目標を満たすことができる。
【0021】
【表1】
【0022】〈実施例5〉2,2−ビス(4−アクリロ
イルオキシポリエチレンオキシフェニル)プロパン(分
子量:510)  62重量%、ベンジルメタクリレー
ト  26重量%、トリメチロ−ルプロパントリアクリ
レート  10重量%、光重合開始剤[1−4−(イソ
プロピルフェニル)2−ヒドロキシ−2−メチルプロパ
ン−1−オン]2重量%を溶解混合し、常温(25℃)
における粘度65mPa・sの光硬化性樹脂を作成した
【0023】この光硬化性樹脂の初期硬化と後硬化を実
施例1と実施例2に示したと同様の手順で行なったが、
反応率に関してほぼ同様の結果を得た。
【0024】〈実施例6〉図5に例示するように、97
0×730×10mmの石英ガラス板1aとこれと同面
積の真鍮性フレネルパタ−ン付き金型1bを3mm間隔
をあけて平行に配置した母型1a、1bを形成した。こ
の際、金型1bの下面に加熱体8を配置し金型温度を4
0℃に保った。母型1a、1b内の空間2内に、実施例
1で作成した光硬化性樹脂4を注入口3より注入した。 石英ガラス板の側よりメタルハライド灯(波長365n
mにおいて光強度50mW/cm2で15秒)にて注入
した樹脂4を初期硬化(樹脂の反応率約82%)し、石
英ガラス板1aと金型1bからなる母型1a、1bをは
ずし、光硬化性樹脂4から成るフレネルパターン付き板
を得た。この板のフレネル面を上にして70℃に加熱し
たステンレス板8上に置き、窒素ガス雰囲気でさらに7
50mJの紫外線を紫外線光源より照射し、後硬化(樹
脂の反応率約95%)し、光学部品6cとしてのフレネ
ルレンズを得た。
【0025】初期硬化のみのフレネルパターン付き板は
70℃に加熱したとき若干の臭気を示したが、後硬化を
施したフレネルレンズ6cには臭気がなかった。
【0026】後硬化したフレネルレンズの幅100mm
当りの反りは0.1mm以内であった。また、フレネル
レンズの面はフレネルピッチ0.11mmの鋸歯状断面
を母型より正確に転写していた。
【0027】〈実施例7〉図6に例示するように、97
0×730×10mmのメタクリル酸メチルースチレン
の六対四共重合体製透明成形板7とこれと同面積の真鍮
性フレネルパターン付き母型1cを用意し、加熱体8を
用いて母型1cを40℃に保温した。前期透明成形板7
と母型1cとの空間2に、実施例5で作成した光硬化性
樹脂4を約200mmの厚さに注入した後、透明成形板
7の側より高圧水銀灯5(波長365nmにおいて光強
度48mW/cm2で10秒)で注入した樹脂を初期硬
化(樹脂の反応率約75%)した。透明成形板7と母型
1cとの間に力を加えたところ、母型1cと光硬化性樹
脂4との間が剥がれ、透明成形板7の上に光硬化性樹脂
4が付着したフレネルパターン付き板を得た。この板の
フレネル面を上にして赤外線灯9で表面を約80℃に加
熱ししつつ、窒素ガス雰囲気でさらに600mJの紫外
線を紫外線光源5より照射し、後硬化(樹脂の反応率約
95%)し、光学部品6dとしてのフレネルレンズを得
た。
【0028】初期硬化のみのフレネルパターン付き板は
70℃に加熱したとき若干の臭気を示したが、後硬化を
施したフレネルレンズには臭気がなかった。
【0029】後硬化したフレネルレンズの幅100mm
当りの反りは0.1mm以内であった。また、フレネル
レンズの面はフレネルピッチ0.11mmの鋸歯状断面
を母型より正確に転写していた。〈実施例8〉実施例6
と実施例7で得られたフレネルレンズは入力側焦点を8
59mmとしたときの出力側焦点が9800mmとなり
、焦点ばらつきを目標の10%以内に保つことができた
【0030】図7に示すように、発光チューブ10、レ
ンズ11、ミラー12、スクリーン13からなる投射型
テレビジョン14のうち、フロント板15をあらかじめ
用意し、フレネルレンズ16として先に作成したものを
用いた。投射型テレビジョンの実働試験の結果、色ずれ
、像のひずみが認められず、本発明に係るフレネルレン
ズは十分に実用できることを見出した。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、変形、臭気、着色の無
い高信頼性の光学部品の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光学部品の製造説明図、
【図2】従来の
光学部品の製造説明図、
【図3】本発明に係る初期硬化
の説明図、
【図4】本発明に係る後硬化を説明の図、

図5】本発明に係る光学部品の製造工程説明図、
【図6
】本発明に係る光学部品の製造工程説明図、
【図7】本
発明に係るフレネルレンズを適用する投射型テレビジョ
ンの説明図。
【符号の説明】
1a、1b、1c・・・母型、 2・・・空間、 3・・・注入口、 4・・・光硬化性樹脂材料、 5・・・光源、 6a、6b、6c、6d・・・光学部品、7・・・透明
成形体、 8・・・加熱体、 9・・・赤外線灯。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光硬化性樹脂を用いて成形品を形成する際
    、前記光硬化性樹脂を保温しながら光を照射して硬化さ
    せることを特徴とする光硬化性樹脂の硬化方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記光硬化性樹脂を用
    いて成形品を形成する際、前記光硬化性樹脂を樹脂のガ
    ラス転移温度以上に保温しながら光を照射して硬化させ
    る光硬化性樹脂の硬化方法。
  3. 【請求項3】光硬化性樹脂を用いて成形品を形成する際
    、型内の樹脂を保温することなく光を照射して樹脂をあ
    らかじめ硬化成形させた後、あらためてこの樹脂を保温
    しながら光を照射して硬化させる光硬化性樹脂の硬化方
    法。
  4. 【請求項4】請求項3において、前記光硬化性樹脂を用
    いて成形品を形成する際、型内の樹脂を保温することな
    く光を照射して樹脂をあらかじめ硬化成形させた後、あ
    らためてこの樹脂を樹脂のガラス転移温度以上に保温し
    ながら光を照射して硬化させる光硬化性樹脂の硬化方法
  5. 【請求項5】請求項1において、前記光硬化性樹脂を用
    いて成形品を形成する際、型内の樹脂を樹脂のガラス転
    移温度以下に保温しながら光を照射して樹脂をあらかじ
    め硬化成形させた後、あらためてこの樹脂を樹脂のガラ
    ス転移温度以上に保温しながら光を照射して硬化させる
    光硬化性樹脂の硬化方法。
  6. 【請求項6】請求項3または5において、あらかじめ硬
    化成形させた樹脂を型から取り出してあらためて硬化さ
    せる際、不活性気体の雰囲気中で樹脂を保温しながら光
    を照射する光硬化性樹脂の硬化方法。
  7. 【請求項7】請求項3または請求項5に記載の光硬化性
    樹脂の硬化方法により製造された光学部品。
  8. 【請求項8】請求項3または請求項5に記載の光硬化性
    樹脂の硬化方法により製造されたフレネルレンズ。
  9. 【請求項9】請求項3または請求項5に記載の光硬化性
    樹脂の硬化方法により製造されたテレビジョン用投射型
    スクリーン。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002067057A (ja) * 2000-08-24 2002-03-05 Mitsubishi Rayon Co Ltd レンズシートの製造方法
JP2002166432A (ja) * 2000-11-30 2002-06-11 Asahi Optical Co Ltd レンズの製造方法及びこれに使用する成形セル

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