(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合型光学素子を製造するため、光学素子のガラス基材表面にエネルギー硬化型の樹脂を供給し、所望の光学面を有する金型と上記ガラス基材とを相対的に接近させて所望の樹脂層を形成した後、エネルギーを照射することにより硬化した樹脂層と上記金型とを剥離するにあたり、上記金型と密着している上記樹脂層の界面を除いた上記複合型光学素子に接している気体を大気圧よりも低くし、上記ガラス基材をベル受けに載置したまま上記金型を剥離することを特徴とする複合型光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光学素子基材表面に樹脂層を載置した複合型光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複合型光学素子を製造した後に金型と樹脂層を剥離する方法に関しては種々の方法が提案されており、例えば特開平４−２４４８１９号公報および特開平４−５０１０号公報記載の発明が挙げられる。
特開平４−２４４８１９号公報記載の発明は、剥離開始時に基材の一部へ集中荷重をかけ、そこから次第に荷重を分散させて金型と樹脂層との剥離を行う方法である。
また、特開平４−５０１０号公報記載の発明は、金型と硬化した樹脂層との間に挿入された気体噴出ノズルから気体を噴出させる方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各従来技術には以下のような問題点があった。
すなわち、大気圧下（１０１３±２００ｈｐａ程度、標高，気候および室内の空調等に影響される）において、金型と樹脂層とを剥離させるためには、密着または接着している金型と樹脂層とを剥し、次に金型と樹脂層との間に空気を流入させなければならないが、特開平４−２４４８１９号公報記載の発明ではこの工程をすべて機械的な力で行っている。このため、金型に密着または接着している樹脂層を剥し、真空だった金型と樹脂層との空間に空気を流入させるには、樹脂層または基材を変形させなければならず、金型と樹脂層との剥離に必要な力が大きくなるのは避けられない。
【０００４】
特に、複合型光学素子の金型と樹脂層との密着する面積が大きい，樹脂層が薄い，または基材の剛性が高いと、金型と樹脂層との間にかかる力が大きくなるために剥離が不可能であったり、剥離の際に基材を破損する率が高くなったり、樹脂層の変形により光学面精度が低下したりする。また、高い精度が必要とされる複合型光学素子の製造装置に力がかかるため、頻繁に調整が必要だったり、製造装置の剛性が必要とされるため高価になる等の問題が生じ、製品のコストが高くなるという不具合が生じてしまう。
【０００５】
また、特開平４−５０１０号公報のように、大気圧下において金型と成形された複合型光学素子との間に挿入された気体噴出ノズルから気体を噴出させる方法では、金型と密着している樹脂層の界面を除く複合型光学素子の表面に接している気体が複合型光学素子を金型に押しつけている圧力に逆らい、金型と樹脂層との密着または接着を剥し、金型と樹脂層との界面に空間を形成する事が可能な圧力で気体を噴出させなければならないが、気体が噴出されても樹脂層と金型の界面には広がり難い。また、金型の有効光学面の精度を確保する理由で、周辺部に気体の噴出口があるため、噴出した気体が均等に広がった場合でも、光学面の中心部に噴出した気体が到達する前に、金型または樹脂層の外周部に流出してしまう。
【０００６】
つまり、噴出された気体の圧力がいくら高くても、金型と樹脂層とを剥離させる効果があるのは噴出した気体が金型と樹脂層との間に広がった部分だけであり、金型から気体を噴出させるだけで金型と樹脂層とを完全に剥離させる事は難しい。また、あまりにも高い圧力を持った気体を噴出させると、気体の圧力による樹脂層の変形や気体の体積変化による急激な温度変化により、有効径光学面の外側から噴出された気体であっても有効光学面に悪影響を及ぼす恐れがある。さらに、高圧の気体を瞬時に噴出させるために製造装置の構造が複雑となるため高価になり、製品のコストが高くなるという不具合が生じてしまう。
【０００７】
請求項１の目的は、金型と樹脂層とを容易に剥離できる方法の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複合型光学素子を製造するため、光学素子のガラス基材表面にエネルギー硬化型の樹脂を供給し、所望の光学面を有する金型と上記ガラス基材とを相対的に接近させて所望の樹脂層を形成した後、エネルギーを照射することにより硬化した樹脂層と上記金型とを剥離するにあたり、上記金型と密着している上記樹脂層の界面を除いた上記複合型光学素子に接している気体を大気圧よりも低くし、上記ガラス基材をベル受けに載置したまま上記金型を剥離することを特徴とする複合型光学素子の製造方法である。
【０００９】
【作用】
請求項１の作用は、複合型光学素子の製造工程において、従来の金型と密着している樹脂層の界面を除く複合型光学素子の表面は、大気圧（１０１３±２００ｈｐａ程度、標高，気候および室内の空調等に影響される）またはそれ以上の圧力による気体（嫌気性樹脂表面を硬化するための窒素噴出等）により押されている。しかし、金型に密着または接着している樹脂層を剥すには、真空である金型と樹脂層との界面に空気を流入させなければならなかった。
【００１０】
そこで、樹脂硬化後の金型と樹脂層とを剥離する際に、金型と密着している樹脂層の界面を除く複合型光学素子の表面に接している気体の圧力を大気圧よりも低くすることにより、真空である金型と樹脂層の界面と、それ以外の複合型光学素子表面との気体圧力差が減少する。
つまり、金型と密着している樹脂層の界面を除く複合型光学素子の表面に接している気体の圧力が減少すれば、、基材と密着している樹脂層が金型に押しつけられる力も同時に減少し、金型と樹脂層との剥離に必要な力も減少する。
このため、従来の様々な剥離手段による金型と樹脂層との剥離が、さらに容易かつスムーズに、小さな力で金型と樹脂層とを剥離することが可能となる。
【００１２】
【実施例１】
図１および図２は本実施例で用いる装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、樹脂を載置する成形面側が凹面で曲率半径６０ｍｍ、その裏側の反成形面側が凸面で曲率半径８０ｍｍ、中心基材厚３ｍｍで直径２５ｍｍのメニス形状をしたガラス製の基材３には紫外線硬化型樹脂が必要量吐出され、下軸ベース４に固定されたベル受け５の上に載置されている。この時、基材３の中心軸を、金型１の中心軸と同一になるように調整する。金型１の直径は２４ｍｍで、そのうち有効光学面の直径は２３ｍｍ、凸面形状で曲率半径５０ｍｍの光学面を持っている。
【００１３】
この金型１を下降し、紫外線硬化型樹脂を押圧して中心軸上の金型１と基材３との距離が０．１ｍｍになるように近付ける。この時、樹脂は最外周部が金型１の有効光学面（φ２３ｍｍ）に達し、金型１の直径（φ２４ｍｍ）からはみ出ないように押圧されて広がり樹脂層２となる。
なお、金型１と結合されている気密漏れの無い部材により形成された減圧室６の下端部６ａは、金型１が下降すると同時に下軸ベース４の溝へ取り付けられたＯリング１１と気密漏れ無く接触する。
【００１４】
次に、紫外線照射装置７により均一な光束の紫外線を基材３下部より照射して樹脂層２を硬化する。ここで紫外線の光路である下軸ベース４には紫外線の透過率に優れた石英板９が気密漏れの無いように挿入されているため、金型１，樹脂層２および基材３を包含する減圧室６の空間は外気から遮断された状態となり、さらに大気圧だった減圧室６の中の気体を下軸ベース４に取り付けられた排気口８から不図示の真空ポンプにより１００ｈｐａ以下になるまで減圧する。この時、通気口１２により反成形面側も同時に減圧される。
【００１５】
つづいて図２に示すように、金型１と樹脂層２とを機械的に剥離させるための剥離爪１０をモーター１３によりスライドし、基材３の成形面側の金型１の直径よりも外側の位置に剥離爪１０を当接させて基材３を固定した後、金型１を８ｍｍ／ｍｉｎのスピードで上昇させることにより、金型１と樹脂層２とを剥離する。
なお、減圧室６の下端部６ａが嵌合している下軸ベース４の溝の気密性は、樹脂層２を押圧して成形を行う金型１の位置より上方に１０ｍｍの範囲にわたって確保されている構造であるため、金型１を剥離の為に上昇させる程度のストロークであれば減圧室６の気密は保たれる。金型１と樹脂層２との剥離後、さらに金型１の移動スピードを早めて上昇を続ける事により、自動的に減圧室６中に空気が流入して大気圧となり、複合型光学素子の製造工程が完了する。
【００１６】
実験によれば、大気圧下での金型１と樹脂層２との剥離では金型１と基材３との間に１８０Ｎの力をかけなければ剥離しなかったが、通常の大気圧の１／１０以下に減圧された状態では、金型１と樹脂層２との界面に働く力が減少し、金型１と樹脂層２との剥離に必要な力も減少するため、金型１と樹脂層２との間に働く力は１００Ｎに減少した。
【００１７】
本実施例によれば、従来の剥離爪を用いる複合型光学素子の製造方法に比較し、金型と樹脂層との剥離に必要な力が減少するため、従来では剥離が不可能だった複合型光学素子でも剥離が可能になった。また、剥離の際に基材を破損する率が低くなった。さらに、樹脂層の変形により光学面精度が低下する可能性が減少した。
また、高い精度を必要とする複合型光学素子の製造装置にかかる力が減少するため、調整回数が減少し、製造装置の強化が必要なくなり、製品のコストが低くなる等の効果が生まれる。
【００１８】
【実施例２】
図３〜図５は本実施例で用いる装置を示す概略構成図である。
図３に示すように、樹脂を載置して成形を行う成形面側が凹面で曲率半径１５０ｍｍ、その裏側の反成形面側も凹面で曲率半径８０ｍｍ、中心基材厚は７ｍｍで直径４３ｍｍのガラス製の基材２３には紫外線硬化型樹脂が必要量吐出され、下軸ベース２４に固定された平面受け２５の上に、中心軸が金型２１の中心軸と同一になるように調整されて載置してある。金型２１は所望の樹脂層形状を反転させた凸面の光学面を持ち、直径４２ｍｍ、光学面の有効直径は３４ｍｍ、曲率半径１２５ｍｍである。また、金型２１には、直径２ｍｍの気体噴出ピストン３０が６個挿入され、有効光学径外に開口部を持つ。この金型２１をシリンダーとする。圧縮上死点で光学面と段差の無い形状の気体噴出ピストン３０は、不図示の駆動ユニットにより駆動可能である。またシリンダーの内壁には、光学面から５ｍｍの位置に流入口３１が空けられている。
【００１９】
この金型２１を下降し、紫外線硬化型樹脂を押圧して中心軸上の金型２１と基材２３との距離が０．０５ｍｍになるように付近ける。
この時、樹脂量の調整された樹脂層２２の最外周部は、直径４１ｍｍ±０．５ｍｍの範囲に広がる。ここで紫外線照射装置２７により紫外線を基材２３下部より照射して樹脂層２２を硬化する。
【００２０】
ここで、図４に示すように、紫外線の光路である下軸ベース２４には紫外線の透過率の高い石英板２９が気密漏れなく取り付けられている。基材２３の載置面と石英板２９との間には排気口２８が設けられている。この排気口２８から不図示の真空ポンプにより、平面受け２５と基材２３と石英板２９とで囲まれた空間の気体を流出させ、２０ｈｐａに減圧する。この後、金型２１に取り付けられた気体噴出ピストン３０を５ｍｍ以上上昇させて流入口３１から大気圧の空気を流入させ、再度気体噴出ピストン３０を１０Ｎの力で金型２１の光学面方向に押し出すと、気体は約５０Ｎ／ｃｍ2 となり、圧縮された気体は金型２１と樹脂層２２との界面に噴出される。
【００２１】
図５に示すように、基材２３は両凹面形状により中心部の基材厚が最も薄いため変形し易く、さらに基材２３の反成形面側は減圧されているため、気体噴出ピストン３０から噴出された気体は、瞬時のうちに金型２１と樹脂層２２との界面の中心部へ向かって広がり、その後周辺部に到達して金型２１と樹脂層２２とは完全に剥離する。万一、金型２１と樹脂層２２との界面が部分的に剥離していない場合でも、基材２３は反成形面側と成形面側の圧力差により平面受け２５に吸いつけられているため、金型２１を上昇させる事により金型２１と樹脂層２２とは完全に剥離する。
【００２２】
平面受け２５内部を減圧しない従来の方法では、気体を噴出させるために気体噴出ピストンを２０Ｎで押し、約１００Ｎ／ｃｍ2 の圧力にしないと気体が噴出しなかった。また、噴出された気体が樹脂と金型とを完全に剥離する前に金型と樹脂層との外周部に流出してしまい、金型と樹脂層との中心軸付近の剥離を行う事が出来なかったため、最終的に基材を機械的に掴んで金型を上昇させて剥離を完了させていた。
しかしながら、本実施例によればその必要が無くなり、スムーズかつ容易に複合型光学素子の成形が可能となった。このため、剥離に必要だった工程が減り、製造装置が簡略化出来、成形時間が短縮され、製品のコストが低減された。また、基材や樹脂層変形の恐れが少なくなり、精度向上や不良率を減少させる事が可能となった。
【００２３】
【実施例３】
図６および図７は本実施例で用いる装置を示す概略構成図である。
図６に示すように、樹脂を載置する成形面側が凸面で曲率半径２００ｍｍ、裏側である反成形面側も凸面で曲率半径１２０ｍｍ、中心基材厚３ｍｍ、直径３６ｍｍのガラス製の基材４３は、紫外線硬化型樹脂が必要量吐出されて下軸ベース４４に取り付けられたベル受け４５の上に載置されている。紫外線の光路となる下軸ベース４４には紫外線の透過率の高い石英板４９が気密漏れなく取り付けられている。さらに、所望形状の樹脂層４２を形成するための光学面を有する金型は、中心軸が基材４３の中心軸と同一で、樹脂層４２の表面（金型で押圧した面）の有効直径より外側を押圧する位置で分割され、有効径内を押圧する凹面形状の内型４１ａ（直径３０ｍｍ，曲率半径２３０ｍｍ）と、中心軸に垂直な鏡面の光学面をもつ外型４１ｂ（内径３０ｍｍ，外径３５ｍｍ）とで構成され、互いに上下動自在に嵌合している。
【００２４】
この金型４１ａ，４１ｂを下降し、紫外線硬化型樹脂を押圧して中心軸上の内型４１ａと基材４３との距離が０．０２５ｍｍになるように近付け、外型４１ｂと内型４１ａとの光学面に段差が無いように設定する。
この時、下軸ベース４４に取り付けられた気密漏れの無い円筒型の減圧室４６の上部と外型４１ｂの一体となっている平面とがＯリング５１により密着される。さらにこの時、樹脂層４２の最外周部が外型４１ｂの光学面に達するように樹脂量を調整しておく。
次に、樹脂の収縮率が一定となるような照度分布を持った紫外線を紫外線照射装置４７により照射して樹脂層４２を硬化する。
【００２５】
ここで、図７に示すように、下軸ベース４４にある排気口４８より気体を吸引し、５０ｈｐａ以下となるように減圧室４６内の圧力を下げ、同時に通気口５２により反成形面側の圧力も減圧した後、内型４１ａを外型４１ｂに対して樹脂層４２から離反する方向に２．０ｍｍ移動し、内型４１ａの光学面と樹脂層４２とを剥離する。次に、減圧室４６の中にある外型４１ｂと樹脂層４２とを機械的に剥離させるための剥離爪５０を、気密漏れの無いように連結された減圧室４６の外にある油圧シリンダー５３によりスライドさせ、基材４３の成形面側の外型４１ｂの直径よりも外側に当接させて基材４３を固定する。
【００２６】
この後、外型４１ｂを１０ｍｍ／ｍｉｎのスピードで上昇し、外型４１ｂと樹脂層４２とを剥離する。この時、外型４１ｂと樹脂層４２とが剥離するまでには約０．３ｍｍの移動が必要であるが、減圧室４６と外型４１ｂと一体になっている平面は、Ｏリング５１の弾性変形により０．９ｍｍまで密閉されているため、外型４１ｂと樹脂層４２との剥離が完了する前に空気が流入する事は無く、外型４１ｂと樹脂層４２とが完全に剥離した後に減圧室４６内は自動的に大気圧に戻り、剥離工程は完了する。
【００２７】
従来の、金型４１ａ，４１ｂと樹脂層４２との剥離時に減圧行われなかった場合では、内型４１ａを上昇させるために、樹脂層４２と密着している外型４１ｂに対して１０５Ｎの力が必要だった。
ここで、内型４１ａと樹脂層４２との界面の剥離により真空の空間が発生すると同時に、内型４１ａに対応した基材４３の反成形面側の表面は大気圧により約１０Ｎ／ｃｍ2 の力を受ける。つまり、内型４１ａに対応する基材４３の面積全体では約７０Ｎになり、剛性の低い基材４３はこの瞬間に割れてしまい、樹脂層４２と内型４１ａとの剥離は不可能であった。
【００２８】
しかし本実施例によれば、内型４１ａを剥離するときに必要な力は内型４１ａと樹脂層４２との接着力だけであるため、内型４１ａと樹脂層４２との剥離に必要な力は４０Ｎに減少して剥離が可能となり、さらに外型４１ｂと樹脂層４２との剥離に必要な力は１２Ｎであった。
【００２９】
因って、剥離の際に基材を破損する事が無くなり、また樹脂層の変形により光学面精度が低下する可能性が減少した。
さらに、高い精度が必要とされる複合型光学素子の製造装置にかかるが減少するため、調整回数が減少し、製造装置の強化が必要なくなり、製品のコストが低くなる等の効果が生まれる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の効果は、従来の剥離方法を用いて、さらに小さな力で金型と光学素子との剥離が可能になることである。つまり、複合型光学素子の剥離時に樹脂層または基材の形状や外観に影響を与える可能性が本発明の効果により減少し、精度のより高い成形を行うことができる。同時に、不良率も減少し、複合型光学素子の製造装置にかかる負担も軽減され、製造装置の頻繁な調整や、製造装置の強化が不必要となったりするため、製品のコストも低減できる。
また、従来では剥離が不可能あるいは困難だった複合型光学素子の形状や剥離方法であっても、容易に金型と樹脂層との剥離が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１を示す概略構成図である。
【図２】実施例１を示す概略構成図である。
【図３】実施例２を示す概略構成図である。
【図４】実施例２を示す概略構成図である。
【図５】実施例２を示す概略構成図である。
【図６】実施例３を示す概略構成図である。
【図７】実施例３を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  金型
２  樹脂層
３  基材
４  下軸ベース
５  ベル受け
６  減圧室
７  紫外線照射装置
８  排気口
９  石英板
１０  剥離爪
１１  Ｏリング
１２  通気孔
１３  モーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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