JPH05147047A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】完成した光学素子を型部材から離型させる時
に、硝子部材と樹脂層との間での剥離を確実に防止でき
る様な光学素子の成形方法を提供する。 【構成】樹脂層３２の表面に所定の表面形状を転写する
ための成形面１２ａを有する型部材１２に対して、硝子
部材３０を、硝子部材３０の表面が成形面１２ａに対し
て樹脂層３２の厚みを規定する距離だけ離間された状態
で保持し、硝子部材３２の表面と成形面１２ａとの間に
規定される空間に樹脂材料を充填して硬化させる第１の
工程と、型部材１２を加熱して熱膨張させ、型部材１２
と硝子部材３０とに成形面１２ａに沿う方向に寸法差を
生じさせることにより、光学素子３３を型部材１２から
離型させる第２の工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硝子部材の表面に、樹
脂層を一体的に形成するための光学素子の成形方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、硝子部材の表面に、樹脂材料
から成る薄い膜を成形加工することにより、硝子材料で
は加工しにくい非球面形状を有するレンズを形成する方
法が知られている。このような方法により成形されたレ
ンズは、一般的にレプリカレンズと呼ばれている。この
レプリカレンズの成形にあたっては、図３に示す様に、
所望の非球面形状を有する型部材５２の上に、この非球
面形状に近い曲率を有する球面形状に加工された硝子部
材５０を載置し、この硝子部材５０の表面と、型部材５
２の成形面５２ａとの間に規定される空間部５４に、液
体状の樹脂材料を充填して硬化させることにより、所望
の非球面形状を有するレプリカレンズ５５を形成すると
いう方法がとられている。そして、樹脂材料が硬化した
後に、樹脂材料が展着された硝子部材５０を型部材５２
から離型することによりレプリカレンズ５５が完成す
る。従来、この離型の工程においては、図３に示した様
に、エアシリンダ等に接続された押上ピン５６により硝
子部材５０を成形面に略直交する方向（矢印で示した方
向）につき上げ、硝子部材５０と樹脂層５４とを成形面
５２ａから引きはがすという方法が取られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レプリ
カ成形に使用される樹脂材料は、硝子部材５０に強力に
密着される必要があるため、通常接着剤としての特性を
備えており、型部材５２に対しても同様に強力な接着力
を有している。そしてレプリカレンズの離型を行う場合
には、前述した様に樹脂材料の硬化後に、硝子部材５０
に成形面５２ａ及び硝子部材５０の表面に略直交する方
向に引きはがす力が加えられるため、硝子部材５０の表
面と樹脂層５４の間及び成形面５２ａと樹脂層５４の間
には夫々同等の剥離力が働くことになる。このことは、
本来剥離が生じてはいけない硝子部材５０と樹脂層５４
の間での剥離を誘発することになる。実際上は、硝子部
材５０と樹脂層５４との間での剥離を防止するために、
型部材５２に離型剤等を塗布して成形面５２ａと樹脂材
料との離型性を向上させるという方法が取られている。
しかし、この剥離剤の塗布が均一でない場合もあり、硝
子部材５０と樹脂層５４との剥離を完全には防止できな
いという問題点があった。従って、本発明は上述の課題
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、完成した光学素子を型部材から離型させる時に、硝
子部材と樹脂層との間での剥離を確実に防止できる様な
光学素子の成形方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明の光学素子の成形方法は、
硝子部材の表面に、所定の表面形状を有する樹脂層を成
形加工によって形成することにより、硝子材料と樹脂材
料とを一体化した光学素子を形成するための光学素子の
成形方法において、前記樹脂層の表面に前記所定の表面
形状を転写するための成形面を有する型部材に対して、
前記硝子部材を、該硝子部材の表面が前記成形面に対し
て前記樹脂層の厚みを規定する距離だけ離間された状態
で保持し、前記硝子部材の表面と前記成形面との間に規
定される空間に樹脂材料を充填して硬化させる第１の工
程と、前記型部材を加熱して熱膨張させ、該型部材と前
記硝子部材とに前記成形面に沿う方向に寸法差を生じさ
せることにより、前記光学素子を前記型部材から離型さ
せる第２の工程とを具備することを特徴としている。ま
た、この発明に係わる光学素子の成形方法において、前
記樹脂材料は活性エネルギー線硬化型の樹脂であること
を特徴としている。また、この発明に係わる光学素子の
成形方法において、前記型部材は、高周波誘導により加
熱されることを特徴としている。

【０００５】

【作用】以上の様に、この発明に係わる光学素子の成形
方法は構成されているので、型部材を加熱し、型部材の
成形面をその表面に沿う方向に膨張させることにより、
樹脂材料と型部材の間に寸法差を生じさせることがで
き、結果として、樹脂層の表面と成形面との間に剪断力
を発生させることができ、確実に樹脂層と成形面との間
で剥離を生じさせることが可能となる。また、樹脂層と
硝子部材との間には寸法差が生じないので、これらの間
には剪断力が発生せず、従って、樹脂層と硝子部材との
剥離を防止しながら、確実に樹脂層と成形面との間で剥
離が生ずる様にすることが可能となり、良好な離型動作
を実現することができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について、添
付図面を参照して詳細に説明する。図１は、一実施例の
光学素子の成形方法を適用して、光学素子としてのレン
ズ体を成形するための型の構造を示したものである。図
１において、レンズ体３３は、凸面を有する硝子部材３
０の表面である接合面３０ａに非球面形状の樹脂層３２
を形成したものであり、いわゆるレプリカレンズと呼ば
れるものである。まず、このレンズ体３３について説明
する前に、硝子部材３０の表面に樹脂層３２を形成する
ための型１１について説明する。

【０００７】型１１は、レンズ体３３を製造するための
不図示の製造装置本体に、水平方向に延出した状態で支
持されている支持基板１０上に載置されている。詳しく
は、支持基板１０上には、型１１の主要部を構成する略
円柱状の型部材１２がその中心軸を鉛直線に添わせた状
態で載置されており、この型部材１２の上端面には、樹
脂層３２の表面に所定の非球面形状を転写するための成
形面１２ａが形成されている。この型部材１２は金属材
料を加工したものであり、後述する高周波コイル４０に
高周波電流を流すことにより、型１２の内部に渦電流を
生じさせ、内部から加熱することが可能にされている。
型部材１２の外側には、型部材１２の外周面と嵌合する
内周面を有する略円筒状の支持部材１４が装着されてい
る。支持部材１４の上部には、硝子部材３０を、この硝
子部材３０の接合面３０ａを型部材１２の成形面１２ａ
から樹脂層３２の厚みを規定する距離だけ離間させた状
態で支持するための支持面１４ａが形成されている。

【０００８】ここで、この支持面１４ａは、図示した様
に型部材１２の成形面１２ａのエッジ部から突出量ｈだ
け突出しており、この突出量ｈにより樹脂層３２の厚み
が規定される。そしてこの突出量ｈの値は、成形面１２
ａの非球面量によって異なるが、樹脂層３２の厚みが最
も薄くなる部位においても、所定の厚み（例えば３０μ
ｍ）より薄くならない様に設定されている。

【０００９】支持部材１４の上端部の支持面１４ａの外
周部には、円筒状の位置決め部１４ｂが支持面１４ａか
ら上方に突出する様に形成されている。この位置決め部
１４ｂの内周面１４ｃは、後述する硝子部材３０の胴付
き部３０ｂの外周面と嵌合する内径を有しており、この
内周面１４ｃに硝子部材３０の胴付き部３０ｂの外周面
を嵌合させることにより、硝子部材３０の光軸中心を成
形面１２ａの中心と正確に一致させることができる。

【００１０】また、型１１の上方には、コイル４０が配
置されており、このコイル４０の端部には、高周波電流
をこのコイル４０に通電するための電源装置４２が接続
されている。電源装置４２から高周波の電流をコイル４
０に印加することにより、型部材１２の内部に渦電流を
発生させ、型部材１２を内部から加熱することができ
る。なお、コイル４０に電流が印加された時には、金属
材料から成る型部材１２は加熱されるが、硝子部材及び
樹脂層は、導体でもなく、また誘電体でもないので、加
熱されることはない。すなわち、コイル４０は、型部材
１２のみを加熱する役目を果たすこととなる。

【００１１】一方、硝子部材３０は、その中心部に光学
機能部を有しており、この光学機能部の上下の面を球面
状に加工されている。そして、この光学機能部の下側の
面である接合面３０ａに樹脂層３２を形成する様にされ
ている。また、硝子部材３０は、その外周部にフランジ
状の胴付き部３０ｂを有しており、この胴付き部３０ｂ
には、支持部材１４の支持面１４ａに当接して、この硝
子部材３０の型部材１２に対する上下方向の位置を規定
するための高さ決め面３０ｃが形成されている。また、
胴付き部３０ｂの外周面３０ｄは、前述した様に支持部
材１４の位置決め部１４ｂの内周面１４ｃと嵌合する外
径に加工されている。この高さ決め面３０ｃ及び外周面
３０ｄは、このレンズ体３３をレンズ鏡筒に組み込む時
の位置決め部としても使用される。

【００１２】次に、レンズ体３３を成形加工する手順に
ついて説明する。まず、図１において、支持部材１４上
から硝子部材３０を取りはずした状態で、樹脂材料を型
部材１２の成形面１２ａ上に供給する。ここで、供給す
る樹脂材料は、活性エネルギー線硬化型の樹脂である。
特にレンズ体３３を成形するために適した活性エネルギ
ー線硬化型の樹脂材料としては、例えば紫外線硬化型の
樹脂（ウレタン変性アクリレート及びアクリレートをモ
ノマー成分とする樹脂）が知られている。

【００１３】次に、硝子部材３０を、その胴付き部３０
ｂを支持部材１４の位置決め部１４ｂの内側に嵌入させ
て、支持部材１４上に載置する。このように硝子部材３
０が支持部材１４上に載置された状態では、硝子部材３
０の高さ決め面３０ｃは、支持部材１４の支持面１４ａ
に当接しており、また、胴付き部３０ｂの外周面は、位
置決め部１４ｂの内周面１４ｃに嵌合している。従っ
て、硝子部材３０は、その光軸に沿う方向及び光軸に直
交する方向に関して、型部材１２に対して正確に位置決
めされている。また、硝子部材３０を支持部材１４上に
載置する時には、硝子部材３０の接合面３０ａが樹脂材
料を成形面１２ａ上の全面に押し広げていくわけである
が、この時に、樹脂材料に気泡が混入しない様に、この
載置の工程は慎重に行われるものである。

【００１４】硝子部材３０を支持部材１４上に載置する
工程が終了すると、次に、樹脂材料に活性エネルギー線
を照射して、樹脂材料を硬化させ、樹脂層３２を形成す
る。この時、樹脂材料として、紫外線硬化型の樹脂を使
用した場合には、当然のことながら、活性エネルギー線
として紫外線を照射する。そして、樹脂層３２を完全に
硬化させる。次に、コイル４０に高周波電流を印加し、
型部材１２を内部から加熱する。型部材１２は、加熱さ
れることにより、その成形面が半径方向に膨張し、樹脂
層３２に対して、半径方向に相対的に移動することにな
る。これにより、樹脂層３２の表面と成形面１２ａとの
間に剪断力が発生し、樹脂層３２の表面と成形面１２ａ
との間に剥離が生じ、離型が行われることとなる。

【００１５】ここで、型部材１２が加熱されると、樹脂
層３２にも型部材１２の熱が伝達されることになるが、
樹脂層３２は極めて薄い層であり、また硝子部材３０に
密着しているので、樹脂層３２はその樹脂材料固有の熱
膨張率では膨張せず、硝子部材３０と略一体的に熱膨張
する。一方、硝子部材３０にも、当然、樹脂層３２を介
して型部材１２の熱が伝達されるので、例えば、型部材
１２をゆっくりと加熱した場合には硝子部材３０も型部
材１２と略同等の温度にまで加熱されることとなり、型
部材１２と硝子部材３０との熱膨張による寸法差が小さ
くなってしまい、硝子部材３０の型部材１２からの離型
が円滑に行われなくなる。すなわち、ゆっくりと熱を加
えたり、硝子部材３０も一様に加熱される様な加熱方法
では離型が行われないことが考えられる。そこで、一実
施例においては、高周波誘導により、金属材料から成る
型部材１２のみを短い時間で急激に加熱し、良好な離型
動作を実現している。

【００１６】具体的には、例えば、直径約３０ｍｍの硝
子部材３０に樹脂層３２を成形するために、マルテンサ
イト化ステンレス鋼（熱膨張率１２×１０^-6）から成る
型部材１２を使用した場合には、周波数１００ｋＨｚ、
出力１０ｋｗの電流をコイル４０に約５秒間印加する。
これにより型部材１２は約６０°Ｃだけ温度上昇し、こ
の温度上昇は型部材１２の成形面１２ａの直径（約３０
ｍｍ）を１２×１０^-6×６０×３０＝０．０２２（ｍ
ｍ）＝２２（μｍ）だけ膨張させる。良好な離型動作が
行われるために必要な硝子部材３０と成形面１２ａとの
寸法差は約２０μｍであるので、上記の条件で型部材１
２を加熱すれば、丁度離型に必要な寸法差が得られるこ
ととなる。この時、加熱に要する時間は約５秒間と短い
ので、硝子部材３０には型部材１２の熱はほとんど伝達
されず、型部材１２の熱膨張寸法は、そのまま硝子部材
３０と成形面１２ａとの寸法差となる。以上の様にし
て、硝子部材３０が、その表面に樹脂層３２が展着され
た状態で、型部材１２から離型される。

【００１７】次に、図２は型部材及びコイルの変形例を
示した図である。この変形例においては、コイル４０を
型１１の上部に配置する代わりに型部材１２の下部の周
囲を削り込んで、この部分にコイル４０を巻く様にして
いる。この様な構成においても、図１に示した構成のも
のと全く同様に、コイル４０に高周波電流を印加するこ
とにより型部材１２を加熱することができ、レプリカレ
ンズの離型を行うことができる。

【００１８】なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範
囲で上記実施例を修正または変形したものに適用可能で
ある。例えば、活性エネルギー線硬化型の樹脂として、
紫外線硬化型の樹脂を使用する場合について説明した
が、Ｘ線硬化型の樹脂や、赤外線硬化型の樹脂を使用し
ても良い。また、型部材の加熱方法に高周波誘導を用い
る様に説明したが、本発明はこれに限定されることな
く、型部材の下方から加熱する様にしてもよい。型部材
を下方から、且つ短時間で加熱する様にすれば硝子部材
まで熱が伝達されることを防止することができ、離型動
作を行わせることが可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の光学素子の
成形方法によれば、型部材を加熱し、型部材の成形面を
その表面に沿う方向に膨張させることにより、樹脂材料
と型部材の間に寸法差を生じさせることができ、結果と
して、樹脂層の表面と成形面との間に剪断力を発生させ
ることができ、確実に樹脂層と成形面との間で剥離を生
じさせることが可能となる。また、樹脂層と硝子部材と
の間には寸法差が生じないので、これらの間には剪断力
が発生せず、従って、樹脂層と硝子部材との剥離を防止
しながら、確実に樹脂層と成形面との間で剥離が生ずる
様にすることが可能となり、良好な離型動作を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の光学素子の成形方法を適用して、レ
ンズ体成形するための型の構造を示した図である。

【図２】型部材と高周波コイルの変形例を示した図であ
る。

【図３】従来例を示した図である。

【符号の説明】

１０ 支持基板 １１ 型 １２ 型部材 １４ 支持部材 ３０ 硝子部材 ３２ 樹脂層 ３３ レンズ体 ４０ コイル ４２ 電源装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硝子部材の表面に、所定の表面形状を有
   する樹脂層を成形加工によって形成することにより、硝
   子材料と樹脂材料とを一体化した光学素子を形成するた
   めの光学素子の成形方法において、 前記樹脂層の表面に前記所定の表面形状を転写するため
   の成形面を有する型部材に対して、前記硝子部材を、該
   硝子部材の表面が前記成形面に対して前記樹脂層の厚み
   を規定する距離だけ離間された状態で保持し、前記硝子
   部材の表面と前記成形面との間に規定される空間に樹脂
   材料を充填して硬化させる第１の工程と、 前記型部材を加熱して熱膨張させ、該型部材と前記硝子
   部材とに前記成形面に沿う方向に寸法差を生じさせるこ
   とにより、前記光学素子を前記型部材から離型させる第
   ２の工程とを具備することを特徴とする光学素子の成形
   方法。
2. 【請求項２】 前記樹脂材料は活性エネルギー線硬化型
   の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光学素
   子の成形方法。
3. 【請求項３】 前記型部材は、高周波誘導により加熱さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形
   方法。