JPH0768568A

JPH0768568A - 複合型光学素子の成形方法

Info

Publication number: JPH0768568A
Application number: JP24375293A
Authority: JP
Inventors: Norimitsu Nagayama; 典光永山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】金型が樹脂に接触する際の速度を特に低速度
とする必要がなく、接触した直後に所定の時間だけ保持
する必要をなくし成形タクトタイムの短縮を図る。ま
た、気泡の混入を回避する。【構成】光学基材１に載置された樹脂９を、金型５が
接触する前に部分的または全体的にゲル化させておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学基材とこの基材表
面に形成されたエネルギー硬化型樹脂とからなる複合型
光学素子の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、非球面レンズを製造する一般的な
方法として、所望の光学的形状の成形面を有する金型と
光学基材との間にエネルギー硬化型樹脂を介在させて硬
化させることにより、前記基材表面に前記金型の成形面
を転写した樹脂層を設ける複合型光学素子の成形方法が
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。そしてこの
ような成形方法においては金型と樹脂とを接触させる工
程があり、この工程で樹脂中に光学性能や外観を著しく
劣化させる気泡が混入してしまうという欠点があった。

【０００３】上記欠点を解決すべく、例えば特開平５−
８２３１号公報記載の成形方法が提案されている。上記
発明は、金型と樹脂とが接触する直前の位置から接触す
るまでは、金型と樹脂を載置した光学基材との少なくと
もどちらか一方を低速で移動させ、さらに接触した状態
で所定時間放置し、接触後も低速で移動するという方法
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般的に樹脂が金型と
接触する際、樹脂中に気泡が混入してしまうのは図１２
〜図１５に示すようなプロセスで進行する。つまり、金
型６３が光学基材６１上に載置された樹脂６２に接触
（マクロ的な見地からすると衝突）すると、金型６３に
より押し込まれた体積分の樹脂６２が外周に向かって押
し出される。この衝突時の衝撃が強ければ、矢印ａ方向
に押し出されるよりも矢印ｂ方向に押し出される方が、
体積（重量）が少ないので速度が速く、図１４および１
５に示すような挙動を示して気泡を巻き込んでしまう。

【０００５】また衝突した際に、その衝突速度によって
は図１６に示すように樹脂６２の表面が波打つ。そして
波の頂点の部分が金型６３に接触してしまうと、波の谷
の部分の空気が樹脂の外に出ることができなくなり、こ
れが気泡となる。

【０００６】従って、樹脂が金型と接触する際に巻き込
む気泡は、樹脂が低粘度であればあるほど、また衝突速
度が速ければ速いほど顕著となる。この問題について、
前記特開平５−８２３１号公報記載の発明においては、
接触速度の低速化により解決しているが、接触速度を低
速にすれば成形タクトタイムが長時間化するという欠点
が生じる。

【０００７】さらに、気泡の巻き込みを回避するために
使用樹脂を高粘度にすれば、樹脂を圧送式のディスペン
サーで吐出する際に、低粘度樹脂を吐出する場合よりも
余計に時間を要してしまう。

【０００８】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑みてなされたもので、気泡の発生のない高精度な
複合型光学素子をより短時間で成形できる複合型光学素
子の成形方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光学素子の基
材上に載置されたエネルギー硬化型の樹脂を成形面が所
望の光学的形状を有する金型で押圧して樹脂層を形成
し、エネルギーを照射して樹脂層を硬化させる複合型光
学素子の成形方法において、前記樹脂の少なくとも一部
分をゲル化させた後、樹脂を押圧する成形方法である。

【００１０】図１は本発明を示す概念図である。通常、
複合型光学素子に用いる樹脂は粘度が数千ｃｐｓ程度で
あり、これは樹脂の吐出を行う際に時間的な面で都合が
良い。しかしながら、前記従来技術でも前述したよう
に、金型接触時に気泡が混入し易い。本発明では、図１
に示すように、光学基材１に載置された樹脂９の表面を
部分的または全体的にゲル化させておくことにより、樹
脂９は図１３に示すような矢印ｂ方向には動きにくいの
で、金型５を低速度で接触させなくても気泡が混入する
要因を排除することが可能になる。

【００１１】また、仮に図１６に示すように、樹脂９が
波打ったとしても低粘度時よりも波の高さを抑えること
が可能となり、金型５が低速度でなくとも樹脂９中への
気泡の混入を回避することと、タクトタイムを長くせず
に成形することが可能になる。

【００１２】以下、本発明に係る複合型光学素子の成形
方法の実施例について図面を参照しながら詳細に説明す
る。

【００１３】

【実施例１】図２〜図７は本実施例を行うための装置お
よび工程を示す側面図である。光学基材１を芯出しした
後、その場で保持するための芯出し保持機構２が設置さ
れており、その上方にはボールネジ３を会したモータ４
により上下動可能な金型５が設けられている。

【００１４】芯出し保持機構２の下方には紫外線を照射
するための超高圧水銀灯６が設けられるとともに、金型
５と芯出し保持機構２との中間には、出力としては超高
圧水銀灯６よりも低エネルギーであるが微小範囲を照射
することが可能で、二次元的な動作が可能なライトガイ
ド７ａ付き紫外線ランプ７が設けられている。さらに成
形品を金型５から離型させる際に必要な部材８が光学基
材１端面付近に設けられ、成形軸上でないポイントで樹
脂９を吐出するためのディスペンサー１０および樹脂９
の満たされているシリンジ１１が設置されている。

【００１５】以上の構成からなる装置を用いての成形方
法は、まずディスペンサー１０に接続されたシリンジ１
１により光学基材１上にウレタンアクリレート系紫外線
硬化型樹脂９（５０００ｃｐｓ）を適量吐出する。吐出
前には樹脂９と光学基材１との密着力を向上させるため
に、シランカップリング剤塗布処理を光学基材１表面に
施すのが一般的である。それを図示しない搬送機構によ
り芯出し保持機構２に載置する。そして、金型５の中心
と光学基材１の外径中心とを一致させるために芯出しを
行った後保持する。

【００１６】その後、樹脂９中心付近に紫外線を照射す
ることが可能な位置にライトガイド７ａを移動し、樹脂
９上方より低エネルギー紫外線を短時間照射する。使用
する樹脂９によっても大きく変わってくる内容ではある
が、具体的には有効径が２５ｍｍのレプリカレンズを成
形する場合、実験および測定により確認された値ではあ
るが、φ３ｍｍの円内に１０ｍＷ／ｃｍ²程度のエネル
ギーを持った紫外線を１ｓｅｃ照射し、５００００ｃｐ
ｓ程度にするのが適当である。

【００１７】これに比較して高エネルギーであったり、
長時間照射すると必要以上に高粘度化が進み気泡が入り
にくくなる代わりに、金型５の成形面形状が転写されに
くくなってしまうので注意するとともに、もし成形の対
象や使用する樹脂９が変更になる場合などは各パラメー
ターと面精度の関係をよく吟味し、照射条件を確立して
いく必要がある。

【００１８】そして、図４に示すように、ライトガイド
７ａを金型５と干渉しないように退避させてモータ４を
駆動し、金型５を降下させる。すると金型５と光学基材
１上の樹脂９とが接触するわけであるが、この接触時の
金型５の降下速度が少なくとも１０ｍｍ／ｓｅｃ以上で
あっても適度に高粘度化しているので気泡の混入はな
い。しかしながら、２０ｍｍ／ｓｅｃを越える速度で接
触すると樹脂９層を形成する際に真円度が悪化して、あ
る部分においては有効径を割り込んでしまう等の外観不
良になる場合があるので注意が必要である。接触する直
前の金型５降下速度に関しては、使用している金型５降
下機構の出し得る最高速度で降下させれば、より成形タ
クトタイムの短縮につながる。

【００１９】その後、図５に示すように、樹脂９層が所
望の厚さになるまで金型５を降下させ、所望の厚さにな
ったところで金型５を保持し、光学基材１の下方に位置
する超高圧水銀灯６により高エネルギーの紫外線を照射
し、所望の形状を持った樹脂９層として硬化させる（図
６参照）。例えば４０ｍＷ／ｃｍ²，３５ｓｅｃの照射
を行うわけであるが、一般的に樹脂９に関しては多少の
差はあるにせよ、硬化収縮するという性質を有している
ので、その硬化収縮を最小限に抑えて精度の向上を図る
ために、初めに低エネルギー（１０ｍＷ／ｃｍ²，４ｓ
ｅｃ）の紫外線を照射し、次に高エネルギー（４０ｍＷ
／ｃｍ²，３４ｓｅｃ）の紫外線を照射するという多段
照射を実施する場合もある。

【００２０】最後に、成形品を金型５から離型させるた
めの部材８を成形品端部に進出させて、金型５を上昇さ
せることにより成形品端部を部材８に引っかけて成形品
を離型させ、成形品（レプリカレンズ）として完成させ
る（図７参照）。

【００２１】本実施例によれば、樹脂９と金型５との接
触時における金型５の移動速度を、気泡の混入回避のた
めの低速にする必要がないので、成形タクトタイムを長
くせずに、気泡の混入のない高精度な複合型光学素子の
成形が可能になる。

【００２２】

【実施例２】前記実施例１が樹脂を高粘度化するための
低エネルギー紫外線の照射範囲が中心部付近に限定され
ているのに対し、本実施例では吐出された樹脂表面の全
体に均一に照射するということのみが異なり、他の構成
および工程は前記実施例１と同様なので省略する。

【００２３】樹脂厚分布に余り差のないレプリカレンズ
の成形では中心部のみを高粘度化させてしまうと、硬化
による収縮のバランスが崩れて、光学面精度が悪化して
しまう。そのようなタイプのレプリカレンズの成形で
は、吐出された樹脂表面の全体にわたり低エネルギー紫
外線を均一に照射し、粘度を均一にして硬化することが
必要である。

【００２４】本実施例によれば、樹脂厚分布に余り差の
ないレプリカレンズの成形においても、前記実施例１と
同様な効果を得ることが可能になる。

【００２５】

【実施例３】図８〜図１０は本実施例を行うための装置
および工程を示し、図８および図１０は側面図、図９は
要部平面図である。本実施例は、前記実施例１における
ライトガイド７ａ付き紫外線ランプ７を廃止し、代わり
に高エネルギーの紫外線を照射する超高圧水銀灯６を流
用し、低エネルギに減衰するとともに照射範囲を限定す
るための減衰フィルター１２およびマスク１３をエアシ
リンダー１４で二次元的に動作させるといったものが一
式、超高圧水銀灯６と芯出し保持機構２との間に位置し
ている点のみが異なり、他は同一の構成から成るもので
あり、同一番号を付してその説明を省略する。

【００２６】本実施例は、前記実施例１中で樹脂９表面
の中心部付近を高粘度化させるためのライトガイド７ａ
付き紫外線ランプ７による照射の代わりに、減衰フィル
ター１２およびマスク１３で所望の条件になるように調
整された紫外線を超高圧水銀灯６により樹脂９が載置さ
れた光学基材１の下方より所定時間照射する。ここでの
所望の条件というのは前記実施例１中でのそれと同様で
あるので省略する。下方からの照射といってもあまり樹
脂９の厚みに差はないので同様で構わない。

【００２７】樹脂９表面を高粘度化させるための照射が
終了した後、前記実施例１と同様に、金型５を降下させ
て樹脂９と接触し、押圧して所望の樹脂９層を形成す
る。次に、上記で使用した減衰フィルター１２およびマ
スク１３をエアシリンダー１４により退避（図１０中、
右方向）させ、高エネルギーの紫外線を再度、超高圧水
銀灯６により照射し、樹脂９を硬化させる。離型に関し
ては前記実施例１と同様なので省略する。

【００２８】本実施例によれば、樹脂９を高粘度化させ
るための照射を行うためのみの光源を用意する必要がな
く、所望の照射条件を得るために必要な簡便な機構のみ
で前記実施例１と同様な効果を得ることが可能になる。

【００２９】尚、本実施例においては、前記実施例１で
前述した様な硬化収縮を最小限に抑えて精度の向上を図
るための多段照射する場合、樹脂９表面を高粘度化させ
るための照射が終了した後、マスク１３のみを退避さ
せ、減衰フィルター１２を介して低エネルギーの紫外線
を照射し、次に減衰フィルター１２を退避させて高エネ
ルギーの紫外線を照射してもよいことは勿論である。

【００３０】

【実施例４】本実施例は、前記実施例３とは工程順が異
なるだけであり、構成に関しては全く同様なので省略す
る。前記実施例３では樹脂を高粘度化させるための照射
終了後に金型５を降下させていたが、本実施例では金型
５を降下させて樹脂９に接触するまでの間に該照射を行
い（減衰フィルター１２およびマスク１３で減衰、範囲
限定された紫外線にて）、接触後に所望の樹脂９層を形
成して減衰フィルター１２およびマスク１３を退避さ
せ、その樹脂９層を硬化するための照射を行う。以下は
前記実施例３と同様なので省略する。

【００３１】本実施例によれば、樹脂９を高粘度化させ
るための照射を行うためのみの光源を用意する必要がな
く、所望の照射条件を得るために必要な簡便な機構のみ
で前記実施例１と同様な効果を得ることが可能になり、
金型５の降下中に高粘度化するための照射を行うので、
前記各実施例よりも短時間で成形可能になる。

【００３２】

【実施例５】図１１は本実施例を行うための装置を示す
側面図である。本実施例は、前記各実施例のように成形
軸上で高粘度化するための低エネルギー照射を行うので
はなく、成形とは全く別の位置で照射を行うところが異
なり、他は同一の構成から成るものでありその説明を省
略する。つまり低エネルギー照射を行うための光源およ
びその他必要な機構は成形軸上には存在しない。

【００３３】まず、光学基材１上に紫外線硬化型樹脂９
をディスペンサー１０により吐出する。次に、樹脂９表
面を高粘度化するための低エネルギーな紫外線を微小範
囲に照射可能な光源１５により、芯出し保持機構２に搬
送される途中もしくは樹脂９を吐出したポイントで照射
される。この時、ここでの低エネルギー照射はその前に
低エネルギー処理された光学基材１および樹脂９が高エ
ネルギー照射を受けている間に行う。その後、図示しな
い搬送機構により芯出し保持機構２に搬送する。低エネ
ルギー照射の条件は前記実施例１に記載されているそれ
と同様なので省略する。

【００３４】次に、金型５を降下して樹脂９と接触させ
て所望な樹脂９層を形成し、前記実施例１と同様に下方
の超高圧水銀灯６により高エネルギーな紫外線を照射す
る。最後に成形品を金型５から離型させて成形を完了す
る。

【００３５】本実施例によれば、成形軸上で樹脂９表面
を高粘度化するための低エネルギー照射を行わずに済む
ので、低エネルギー照射に要する時間は成形タクトタイ
ムをカウントする時間軸とは異なる。因って、前記各実
施例と比較してさらに成形タクトタイムを短縮化するこ
とを可能にするとともに、気泡の混入のない高精度な複
合型光学素子の成形が可能になる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る複合型
光学素子の成形方法によれば、低エネルギーな紫外線を
金型へ最初に接触するであろう付近の樹脂表面に照射
し、高粘度化させてから金型と接触させることで、接触
時の速度を特に低速度とする必要がなく、接触した直後
に所定の時間だけ保持する必要もないことから成形タク
トタイムの短縮が図れるとともに、光学性能および外観
を著しく劣化させる気泡の混入を回避できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す概念図である。

【図２】実施例１を示す側面図である。

【図３】実施例１を示す側面図である。

【図４】実施例１を示す側面図である。

【図５】実施例１を示す側面図である。

【図６】実施例１を示す側面図である。

【図７】実施例１を示す側面図である。

【図８】実施例３を示す側面図である。

【図９】実施例３を示す要部平面図である。

【図１０】実施例３を示す側面図である。

【図１１】実施例５を示す側面図である。

【図１２】従来例を示す側面図である。

【図１３】従来例を示す側面図である。

【図１４】従来例を示す要部側面図である。

【図１５】従来例を示す要部側面図である。

【図１６】従来例を示す側面図である。

【符号の説明】

１光学基材５金型９樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学素子の基材上に載置されたエネルギ
ー硬化型の樹脂を成形面が所望の光学的形状を有する金
型で押圧して樹脂層を形成し、エネルギーを照射して樹
脂層を硬化させる複合型光学素子の成形方法において、
前記樹脂の少なくとも一部分をゲル化させた後、樹脂を
押圧することを特徴とする複合型光学素子の成形方法。