(57)【要約】【課題】硬化収縮量を見込んだ型部材の成形測定に要する時間と労力を不要にし、基材の破損を確実に防止しつつ、成型装置の大幅な設計見直しを不要にするとともに、成型のサイクルタイムを短くして生産性の向上を図ることができる複合型光学素子の成型装置及びその成型方法を提供する。【解決手段】基材上に紫外線硬化型樹脂よりなる樹脂層を形成する複合型光学素子の成型装置を前提とする。そして、転写可能な光学機能面11aを有する型部材11と、この光学機能面に対し紫外線硬化型樹脂Wを供給する樹脂供給装置3と、光学機能面に供給される前に紫外線硬化型樹脂Wを予め冷却しておく冷却装置33と、光学機能面に供給された紫外線硬化型樹脂を基材との間で押圧して押し広げるように型部材を上昇させる駆動機構と、基材2と型部材との間で押し広げられた紫外線硬化型樹脂に対し紫外線を照射する紫外線照射装置12とを備えている。【図１】【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上にエネルギー硬化型樹脂よりなる樹脂層を形成する複合型光学素子の成型装置であって、
転写可能な光学機能面を有する型部材と、
この型部材の光学機能面に対しエネルギー硬化型樹脂を供給するエネルギー硬化型樹脂供給手段と、
このエネルギー硬化型樹脂供給手段により型部材の光学機能面に供給されたエネルギー硬化型樹脂を上記基材との間で押圧して押し広げるように基材と型部材とを相対的に接近させる駆動機構と、
この駆動機構により基材と型部材との間で押し広げられたエネルギー硬化型樹脂に対しエネルギーを照射するエネルギー照射手段と、
上記基材と型部材との間で押し広げられる前のエネルギー硬化型樹脂を予め冷却しておく冷却手段と
を備えていることを特徴とする複合型光学素子の成型装置。
【請求項２】
上記請求項１に記載の複合型光学素子の成型装置において、
基材と型部材との間で押し広げられたエネルギー硬化型樹脂を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする複合型光学素子の成型装置。
【請求項３】
上記請求項２に記載の複合型光学素子の成型装置において、
加熱手段により加熱されたエネルギー硬化型樹脂の加熱温度は、エネルギー硬化型樹脂のガラス転移点温度以下に設定されていることを特徴とする複合型光学素子の成型装置。
【請求項４】
上記請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の複合型光学素子の成型装置において、
冷却手段は、エネルギー硬化型樹脂供給手段と一体的に設けられていることを特徴とする複合型光学素子の成型装置。
【請求項５】
冷却されたエネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面に対し供給する供給工程と、
この供給手段により供給されたエネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面と基材との間で押圧して押し広げ、そのエネルギー硬化型樹脂に対し型部材の光学機能面を転写する転写工程と、
この転写工程により光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂に対しエネルギーを照射して硬化させる硬化工程と、
硬化工程により硬化されたエネルギー硬化型樹脂を型部材から離型させる離型工程と
を備えていることを特徴とする複合型光学素子の成型方法。
【請求項６】
エネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面に対し供給する供給工程と、
この供給工程により供給されたエネルギー硬化型樹脂を冷却する冷却工程と、
この冷却工程により冷却されたエネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面と基材との間で押圧して押し広げ、そのエネルギー硬化型樹脂に対し型部材の光学機能面を転写する転写工程と、
この転写工程により光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂に対しエネルギーを照射して硬化させる硬化工程と、
硬化工程により硬化されたエネルギー硬化型樹脂を型部材から離型させる離型工程と
を備えていることを特徴とする複合型光学素子の成型方法。
【請求項７】
上記請求項５または請求項６に記載の複合型光学素子の成型方法において、
転写工程と硬化工程との間に、転写工程により光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂を硬化工程に移行する前に昇温させる昇温工程が付加されていることを特徴とする複合型光学素子の成型方法。
【請求項８】
上記請求項５または請求項６に記載の複合型光学素子の成型方法において、
転写工程により光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂を硬化工程と並行して昇温させる昇温工程が付加されていることを特徴とする複合型光学素子の成型方法。
【請求項９】
上記請求項７または請求項８に記載の複合型光学素子の成型方法において、
昇温工程により昇温されたエネルギー硬化型樹脂の昇温温度は、エネルギー硬化型樹脂のガラス転移点温度以下に設定されていることを特徴とする複合型光学素子の成型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上にエネルギー硬化型樹脂よりなる樹脂層を形成して所望の光学機能面を得る複合型光学素子の成型装置およびその成型方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複合型光学素子の成型方法としては、所望の光学機能面を有する型部材上にエネルギー硬化型樹脂を供給し、このエネルギー硬化型樹脂が供給された型部材の光学機能面と、ガラス製の基材の少なくとも一方の表面とを相対的に接近させて型部材の光学機能面と基材の表面との間でエネルギー硬化型樹脂を押圧しながら押し広げて所望の樹脂層を形成した後、エネルギーの照射により樹脂層を硬化させ、その後、硬化した樹脂層を型部材から剥離することによって、基材上に光学機能面を備えた樹脂層が形成された複合型光学素子を得るようにしている。これによって、例えば、ガラス材料では加工し難い非球面などの光学機能面を備えた複合型光学素子が得られる。
【０００３】
しかし、このような成型方法では、エネルギー照射により樹脂層を硬化させる工程において、エネルギー硬化型樹脂の硬化収縮により、型部材の光学機能面を樹脂層に転写する精度が悪化することになる。
【０００４】
かかる点から、従来より、予めその効果収縮量を見込んだ型部材を用いて成型するという方法や、エネルギー照射により樹脂層を硬化させる工程で加圧するという成型方法（例えば、特許文献１参照）が採られている。
【０００５】
また、この他の複合型光学素子の成型方法としては、液状のエネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面と基材との間に挟持し、この状態で、エネルギー照射を行ってエネルギー硬化型樹脂を硬化させる際に、基材上にエネルギー硬化型樹脂を接着するとともに、型部材の光学機能面を大まかにエネルギー硬化型樹脂に転写する。そして、この工程の後、エネルギー硬化型樹脂を型部材と基材とで挟持した状態で、型部材をヒータで加熱し、エネルギー硬化型樹脂をガラス転移点以上に加熱して流動性を持たせ、熱膨張による圧力で型部材の光学機能面を精度良くエネルギー硬化型樹脂に転写した後、除冷して基材上に精度の高い光学機能面を備えた樹脂層が形成された複合型光学素子を得るようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６２−２５８４０１号公報
【特許文献２】特開２００１−１２１５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来のものには、以下のような課題を包含している。
【０００７】
つまり、予め硬化収縮量を見込んだ型部材を用いるものでは、所望する光学素子の形状が変更する度ごとに型部材を成型測定し、その測定値に基づいてその見込み量を算出した上で、正規の型部材を作成しなければならず、これでは、多くの時間と労力を要することになる。
【０００８】
また、特許文献１に示すもののように、エネルギー硬化型樹脂の硬化時に加圧する場合、低圧では効果がないためある程度の圧力を加える必要があり、その結果、加圧中に基材が破損するおそれがある。
【０００９】
更に、特許文献２に示すもののように、通常の複合型光学素子の成型工程、すなわちエネルギー硬化型樹脂の供給工程、エネルギー照射による硬化工程、および樹脂層から型部材を剥離する離型工程の他に、エネルギー硬化型樹脂をガラス転移点以上に加熱する工程と、除冷する工程とが必要となる。かかる２つの工程を実施するためには、基材および型部材の温度調節を行うための装置を成型装置に組み込む必要があり、これを採用するためには成型装置の設計を大幅に見直す必要がある。また、加温・除冷は瞬時に行うことができないため、成型のサイクルタイムが長くなり、生産性が悪化することになる。
【００１０】
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、硬化収縮量を見込んだ型部材の成形測定に要する時間と労力を不要にし、基材の破損を確実に防止しつつ、成型装置の大幅な設計見直しを不要にするとともに、成型のサイクルタイムを短くして生産性の向上を図ることができる複合型光学素子の成型装置およびその成型方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明が講じた解決手段は、基材上にエネルギー硬化型樹脂よりなる樹脂層を形成する複合型光学素子の成型装置を前提とする。そして、転写可能な光学機能面を有する型部材と、この型部材の光学機能面に対しエネルギー硬化型樹脂を供給するエネルギー硬化型樹脂供給手段と、このエネルギー硬化型樹脂供給手段により型部材の光学機能面に供給されたエネルギー硬化型樹脂を上記基材との間で押圧して押し広げるように基材と型部材とを相対的に接近させる駆動機構と、この駆動機構により基材と型部材との間で押し広げられたエネルギー硬化型樹脂に対しエネルギーを照射するエネルギー照射手段と、上記基材と型部材との間で押し広げられる前のエネルギー硬化型樹脂を予め冷却しておく冷却手段とを備えている。
【００１２】
この特定事項により、基材と型部材との間で押し広げられる前のエネルギー硬化型樹脂が冷却手段によって予め冷却されているので、基材と型部材との間で押し広げられる前のエネルギー硬化型樹脂は、冷却による熱収縮によって体積が縮められているため、エネルギーの照射による硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いなくても、冷却による熱収縮が解除されたエネルギー硬化型樹脂が常温に戻ると、常温で供給されて基材と型部材との間で押し広げられるエネルギー硬化型樹脂よりも多くのエネルギー硬化型樹脂が基材と型部材との間で押し広げられることになり、エネルギーの照射による硬化収縮量を予め見込んだエネルギー硬化型樹脂が基材と型部材との間に供給される。このとき、エネルギーの照射によってエネルギー硬化型樹脂は温度上昇して熱膨張するため、硬化収縮によるエネルギー硬化型樹脂の体積減少分が熱膨張により補われることになる。これにより、エネルギーの照射によるエネルギー硬化型樹脂の硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いる必要がなく、所望する光学素子の形状が変更する度ごとに型部材を成型測定した測定値に基づいてその見込み量を算出した正規の型部材を作成する必要がなくなり、硬化収縮量を見込んだ型部材の成形測定に要する時間と労力を不要にすることが可能となる。しかも、エネルギー硬化型樹脂の硬化時に加圧する必要がなく、基材の破損を確実に防止することも可能となる。
【００１３】
また、基材と型部材との間で押し広げられる前のエネルギー硬化型樹脂が冷却手段によって予め冷却されていることにより、冷却による熱収縮によって体積が縮められていたエネルギー硬化型樹脂は、エネルギーの照射により常温に戻り、熱膨張しながら硬化することになる。このため、エネルギー硬化型樹脂は、熱膨張による体積の増加によって硬化収縮による体積の減少が緩和され、硬化収縮による形状精度の悪化や、エネルギー硬化型樹脂の割れ、またはヒケによるエネルギー硬化型樹脂の形状精度の悪化が防止されることになり、精度よく型部材の光学機能面を転写することが可能となる。
【００１４】
その上、冷却手段は、基材と型部材との間で押し広げられる前のエネルギー硬化型樹脂を予め冷却するためのものであることから、成型装置に付設するだけで済み、成型装置の設計を大幅に見直す必要はなく、成型装置に容易に組み込むことが可能となる。また、冷却手段によるエネルギー硬化型樹脂の冷却は、基材と型部材との間で挟持される前に予めしておけばよいことから、エネルギー硬化型樹脂の冷却工程を成型工程に組み込む必要がなく、成型のサイクルタイムを短くして生産性の向上を図ることが可能となる。
【００１５】
ここで、基材と型部材との間で押し広げられたエネルギー硬化型樹脂を、例えばエネルギー硬化型樹脂のガラス転移点温度以下の温度まで加熱する加熱手段を備えている場合には、冷却による熱収縮によって体積が縮められていたエネルギー硬化型樹脂は、エネルギーの照射時に加熱手段による加熱により加熱されて、円滑に熱膨張しながら硬化することになる。このため、エネルギー硬化型樹脂は、円滑な熱膨張による体積の増加によって硬化収縮による体積の減少がより緩和され、硬化収縮による形状精度の悪化や、エネルギー硬化型樹脂の割れ、またはヒケによるエネルギー硬化型樹脂の形状精度の悪化が効果的に防止されることになり、より精度よく型部材の光学機能面を転写することが可能となる。
【００１６】
しかも、加熱手段によってエネルギー硬化型樹脂がそのガラス転移点温度以下の温度まで加熱されているので、エネルギーの照射による硬化後にエネルギー硬化型樹脂に流動性を生じることはなく、成型のサイクル中にエネルギー硬化型樹脂を除冷する必要もなくなって型部材から迅速に離型することが可能となる。更に、エネルギー硬化型樹脂をそのガラス転移点温度以下の温度まで加熱すればよいことから、加熱手段を簡単な構成で安価なものにすることが可能となる上、既存の成型装置への組み込みを容易に行うことが可能となる。
【００１７】
また、エネルギー硬化型樹脂供給手段と一体的に冷却手段を設けている場合には、エネルギー硬化型樹脂供給手段から供給されるエネルギー硬化型樹脂が冷却手段によって均一に冷却されることになる。このため、エネルギー硬化型樹脂が温度上昇する際のムラがなくなり、エネルギー硬化型樹脂の形状精度を効果的に保つことが可能となる。
【００１８】
特に、上記目的を達成するため、本発明が講じた複合型光学素子の成型方法としては、冷却されたエネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面に対し供給する供給工程と、この供給手段により供給されたエネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面と基材との間で押圧して押し広げ、そのエネルギー硬化型樹脂に対し型部材の光学機能面を転写する転写工程と、この転写工程により光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂に対しエネルギーを照射して硬化させる硬化工程と、硬化工程により硬化されたエネルギー硬化型樹脂を型部材から離型させる離型工程とを備えている。
【００１９】
この特定事項により、冷却されたエネルギー硬化型樹脂が型部材の光学機能面に対し供給されると、型部材の光学機能面と基材との間で押し広げられて型部材の光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂に対しエネルギーを照射して硬化させるようにしているので、基材と型部材との間で押し広げられる前、つまり型部材の光学機能面に対し供給されるエネルギー硬化型樹脂は、既に冷却による熱収縮によって体積が縮められているため、エネルギーの照射による硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いなくても、常温で供給されるエネルギー硬化型樹脂よりも多くのエネルギー硬化型樹脂が基材と型部材との間で押し広げられることになり、エネルギーの照射による硬化収縮量を予め見込んだエネルギー硬化型樹脂が基材と型部材との間に供給されることになる。このとき、エネルギーの照射によってエネルギー硬化型樹脂は温度上昇して熱膨張するため、硬化収縮によるエネルギー硬化型樹脂の体積減少分が熱膨張により補われることになる。これにより、エネルギーの照射によるエネルギー硬化型樹脂の硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いる必要がなく、所望する光学素子の形状が変更する度ごとに型部材を成型測定した測定値に基づいてその見込み量を算出した正規の型部材を作成する必要がなくなり、硬化収縮量を見込んだ型部材の成形測定に要する時間と労力を不要にすることが可能となる。しかも、エネルギー硬化型樹脂の硬化時に加圧する必要がなく、基材の破損を確実に防止することも可能となる。
【００２０】
また、冷却されたエネルギー硬化型樹脂が型部材の光学機能面に供給されることにより、冷却による熱収縮によって体積が縮められていたエネルギー硬化型樹脂は、エネルギーの照射により常温に戻り、熱膨張しながら硬化することになる。このため、エネルギー硬化型樹脂は、熱膨張による体積の増加によって硬化収縮による体積の減少が緩和され、硬化収縮による形状精度の悪化や、エネルギー硬化型樹脂の割れ、またはヒケによるエネルギー硬化型樹脂の形状精度の悪化が防止されることになり、精度よく型部材の光学機能面を転写することが可能となる。
【００２１】
その上、エネルギー硬化型樹脂は、予め冷却された状態で型部材の光学機能面に供給されることから、エネルギー硬化型樹脂を冷却する手段を、成型装置に付設するだけで済み、成型装置の設計を大幅に見直す必要はなく、成型装置に容易に組み込むことが可能となる。また、エネルギー硬化型樹脂の冷却は、型部材の光学機能面に供給される前に行われることから、エネルギー硬化型樹脂の冷却工程を成型工程に組み込む必要がなく、成型のサイクルタイムを短くして生産性の向上を図ることが可能となる。更に、エネルギー硬化型樹脂の冷却が型部材の光学機能面に供給される前に行われているため、エネルギー硬化型樹脂が均一に冷却されることになり、エネルギー硬化型樹脂が温度上昇する際のムラがなくなり、エネルギー硬化型樹脂の形状精度を効果的に保つことが可能となる。
【００２２】
また、上記目的を達成するため、本発明が講じたその他の複合型光学素子の成型方法としては、エネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面に対し供給する供給工程と、この供給工程により供給されたエネルギー硬化型樹脂を冷却する冷却工程と、この冷却工程により冷却されたエネルギー硬化型樹脂を型部材の光学機能面と基材との間で押圧して押し広げ、そのエネルギー硬化型樹脂に対し型部材の光学機能面を転写する転写工程と、この転写工程により光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂に対しエネルギーを照射して硬化させる硬化工程と、硬化工程により硬化されたエネルギー硬化型樹脂を型部材から離型させる離型工程とを備えている。
【００２３】
この特定事項により、型部材の光学機能面に対し供給されたエネルギー硬化型樹脂が冷却されると、型部材の光学機能面と基材との間でエネルギー硬化型樹脂が押し広げられて型部材の光学機能面が転写されてから、このエネルギー硬化型樹脂に対しエネルギーを照射して硬化させるようにしているので、基材と型部材との間で押し広げられる前、つまり型部材の光学機能面に対し供給されたエネルギー硬化型樹脂は、冷却されて熱収縮により体積が縮められた状態で、基材と型部材との間で押し広げられるため、エネルギーの照射による硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いなくても、常温で供給されるエネルギー硬化型樹脂よりも多くのエネルギー硬化型樹脂が基材と型部材との間で押し広げられることになり、エネルギーの照射による硬化収縮量を予め見込んだエネルギー硬化型樹脂が基材と型部材との間に供給されることになる。このとき、エネルギーの照射によってエネルギー硬化型樹脂は温度上昇して熱膨張するため、硬化収縮によるエネルギー硬化型樹脂の体積減少分が熱膨張により補われることになる。これにより、エネルギーの照射によるエネルギー硬化型樹脂の硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いる必要がなく、所望する光学素子の形状が変更する度ごとに型部材を成型測定した測定値に基づいてその見込み量を算出した正規の型部材を作成する必要がなくなり、硬化収縮量を見込んだ型部材の成形測定に要する時間と労力を不要にすることが可能となる。しかも、エネルギー硬化型樹脂の硬化時に加圧する必要がなく、基材の破損を確実に防止することも可能となる。
【００２４】
また、型部材の光学機能面に供給されたエネルギー硬化型樹脂が冷却されることにより、冷却による熱収縮によって体積が縮められたエネルギー硬化型樹脂は、エネルギーの照射により常温に戻り、熱膨張しながら硬化することになる。このため、エネルギー硬化型樹脂は、熱膨張による体積の増加によって硬化収縮による体積の減少が緩和され、硬化収縮による形状精度の悪化や、エネルギー硬化型樹脂の割れ、またはヒケによるエネルギー硬化型樹脂の形状精度の悪化が防止されることになり、精度よく型部材の光学機能面を転写することが可能となる。
【００２５】
その上、型部材の光学機能面に供給されたエネルギー硬化型樹脂が冷却されることから、エネルギー硬化型樹脂を冷却する手段を、成型装置に付設するだけで済み、成型装置の設計を大幅に見直す必要はなく、成型装置に容易に組み込むことが可能となる。また、エネルギー硬化型樹脂の冷却は、型部材の光学機能面に供給されてから行われることにより、成型工程にエネルギー硬化型樹脂の冷却工程のみが組み込まれ、エネルギー硬化型樹脂の冷却に要する時間が僅かなものであることから、成型のサイクルタイムを短くして生産性の向上を図ることが可能となる。更に、エネルギー硬化型樹脂の冷却が型部材の光学機能面に供給されてから行われるため、エネルギー硬化型樹脂がほぼ均一に冷却されることになり、エネルギー硬化型樹脂が温度上昇する際のムラがなくなり、エネルギー硬化型樹脂の形状精度を効果的に保つことが可能となる。
【００２６】
ここで、転写工程と硬化工程との間に、転写工程により光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂を硬化工程に移行する前に、例えばエネルギー硬化型樹脂のガラス転移点温度以下の温度までエネルギー硬化型樹脂を昇温させる昇温工程を付加している場合には、冷却による熱収縮によって体積が縮められたエネルギー硬化型樹脂は、硬化工程に移行する前の昇温工程でガラス転移点温度以下の温度まで昇温されて熱膨張することになる。このため、エネルギー硬化型樹脂は、熱膨張による体積の増加によって硬化収縮による体積の減少がより緩和され、硬化収縮による形状精度の悪化や、エネルギー硬化型樹脂の割れ、またはヒケによるエネルギー硬化型樹脂の形状精度の悪化が効果的に防止されることになり、より精度よく型部材の光学機能面を転写することが可能となる。
【００２７】
これに対し、転写工程により光学機能面が転写されたエネルギー硬化型樹脂を硬化工程と並行して、例えばエネルギー硬化型樹脂のガラス転移点温度以下の温度までエネルギー硬化型樹脂を昇温させる昇温工程が付加されている場合には、冷却による熱収縮によって体積が縮められたエネルギー硬化型樹脂は、硬化工程と並行する昇温工程でガラス転移点温度以下の温度まで昇温されて、熱膨張しながら硬化することになる。このため、エネルギー硬化型樹脂は、熱膨張による体積の増加によって硬化収縮による体積の減少がより緩和され、硬化収縮による形状精度の悪化や、エネルギー硬化型樹脂の割れ、またはヒケによるエネルギー硬化型樹脂の形状精度の悪化が効果的に防止されることになり、より精度よく型部材の光学機能面を転写することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上、要するに、基材と型部材との間で押し広げられる前のエネルギー硬化型樹脂を予め冷却することで、冷却による熱収縮によってエネルギー硬化型樹脂の体積を縮めさせて、エネルギーの照射による硬化収縮量を予め見込んだエネルギー硬化型樹脂を基材と型部材との間に供給し、エネルギーの照射によって温度上昇して熱膨張するエネルギー硬化型樹脂の熱膨張によって、硬化収縮によるエネルギー硬化型樹脂の体積減少分を補い、よって、エネルギーの照射によるエネルギー硬化型樹脂の硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いる必要がなく、硬化収縮量を見込んだ型部材の成形測定に要する時間と労力を不要にすることができるとともに、エネルギー硬化型樹脂の硬化時に加圧する必要をなくして基材の破損を確実に防止することができる。しかも、エネルギー硬化型樹脂の熱膨張による体積の増加によって硬化収縮による体積の減少を緩和し、硬化収縮による形状精度の悪化や、エネルギー硬化型樹脂の割れ、またはヒケによるエネルギー硬化型樹脂の形状精度の悪化を防止して、精度よく型部材の光学機能面を転写することができる。更に、冷却手段を成型装置に付設するだけで済み、成型装置の設計の大幅な見直しを不要にして成型装置に容易に組み込むことができる上、基材と型部材との間での挟持前に予めエネルギー硬化型樹脂を冷却しておけばよく、エネルギー硬化型樹脂の冷却工程を成型工程に組み込むことなく成型のサイクルタイムを短くして生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明の実施例１に係わる複合型光学素子の成型装置を模式的に示す図である。
【００３１】
この図１において、成型装置１は、所望する樹脂層表面に転写可能な光学機能面１１ａを有する型部材１１と、この型部材１１を上下方向に昇降駆動させる型部材駆動機構（図示せず）と、エネルギーとしての紫外線を照射する紫外線照射装置１２（エネルギー照射手段）と、型部材１１の光学機能面１１ａに対しエネルギー硬化型樹脂としての紫外線硬化型樹脂Ｗを供給する樹脂供給装置３（エネルギー硬化型樹脂供給手段）とを備えている。
【００３２】
樹脂供給装置３は、紫外線硬化樹脂Ｗを内部に蓄えるシリンジ３１と、このシリンジ３１内の紫外線硬化樹脂Ｗを空気圧によって吐出口３１ａから吐出させるコンプレッサ３２とを備えている。上記シリンジ３１は、樹脂供給装置３の本体ケーシング３０内に収容され、この本体ケーシング３０には冷却手段としての冷却装置３３が一体的に連結されている。そして、上記シリンジ３１内に蓄えられた紫外線硬化樹脂Ｗは、冷却装置３３から冷媒導入管３３ａおよび冷媒導出管３３ｂを介して本体ケーシング３０内（シリンジ３１の外側）に給排される冷媒によって冷却されるようになっている。
【００３３】
基材２は、球面ガラスレンズであり、一対の把持機構１３によって両側から把持されている。
【００３４】
次に、紫外線硬化型樹脂Ｗよりなる樹脂層Ｗ１を基材上に形成した複合型光学素子を成型装置により成型する場合の成型方法の一例を図１および図２を用いて説明する。
【００３５】
先ず、供給工程として、冷却装置３３によって冷却されている、シリンジ３１内に貯留された紫外線硬化型樹脂Ｗを、コンプレッサ３２からの空気圧により吐出口３１ａから吐出させて型部材１１の光学機能面１１ａ上に適量供給する。
【００３６】
次いで、転写工程として、上記供給工程で型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給された紫外線硬化型樹脂Ｗを、図２に示すように、基材２と型部材１１との相対的な接近、つまり型部材１１を基材２に対し上昇させることによって押圧して押し広げ、基材２上に所望の非球面形状をなす樹脂層Ｗ１を形成する。この場合、成型を行う環境の温度である作業温度Ｔを２０゜Ｃ、冷却装置３３による紫外線硬化型樹脂Ｗの冷却温度Ｔｒを−１０゜Ｃとすると、この時点での樹脂層Ｗ１の温度Ｔ１は、冷却温度Ｔｒと等しい−１０゜Ｃである。この温度は、紫外線硬化樹脂Ｗが流動性を持つほぼ限界の温度である。この場合、冷却温度Ｔｒは冷却装置３３内で循環する冷媒を変更することで調整可能である。
【００３７】
その後、硬化工程として、上記転写工程で基材２上に形成された樹脂層Ｗ１に対し基材２側から紫外線照射装置１２による紫外線照射を行い、樹脂層Ｗ１を硬化させる。
【００３８】
しかる後、離型工程として、上記硬化工程により硬化された樹脂層Ｗ１に対し型部材１１を基材２に対し下降させることによって、樹脂層Ｗ１を型部材１１から離型させる。
【００３９】
この場合、紫外線照射による樹脂層Ｗ１の硬化時には、紫外線硬化型樹脂Ｗの硬化収縮率が数％であっても、樹脂層Ｗ１に硬化収縮が発生して形状精度に悪影響が生じるが、これと同時に、紫外線照射によるエネルギー授受が生じるため、樹脂層Ｗ１は温度が上昇し、熱膨張する。このとき、硬化収縮による樹脂層Ｗ１の体積減少分が熱膨張により補われるため、樹脂層Ｗ１の硬化中の型部材１１からの剥離や、樹脂層Ｗ１のわれ、またはヒケによる樹脂層Ｗ１の形状精度の悪化が防止され、精度良く型部材１１の光学機能面１１ａの形状が樹脂層Ｗ１に転写されることになる。
【００４０】
また、樹脂層Ｗ１の温度Ｔ１が４０゜Ｃまで昇温する場合、例えば使用する紫外線硬化樹脂Ｗ（エポキシ系）の体積膨張率βを２０×１０−５／゜Ｃ、硬化収縮率ｄＰを１．５％とすると、このときの樹脂層Ｗ１の体積増加Ｖβは次式で近似される。
【００４１】
Ｖβ＝β×（Ｔ−Ｔｒ）×１００＝１．０［％］
従って、この体積増加分の圧力が転写力となって精密転写が行われる。
【００４２】
また、硬化収縮率ｄＰ＝１．５［％］であるため、１．０／１．５×１００＝６７［％］の硬化収縮がキャンセルされる。つまり、樹脂層Ｗ１の硬化収縮による体積減少分が、冷却による熱収縮を利用して体積が縮められた紫外線硬化型樹脂Ｗによって、型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給された時点で予め補充されているため、樹脂層Ｗ１の硬化収縮が抑制されるようになっている。
【００４３】
したがって、上記実施例１では、紫外線硬化型樹脂Ｗは、基材２と型部材１１の光学機能面１１ａとの間で押し広げられる前、つまり型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給される前に冷却装置３３によってシリンジ３１内で予め冷却されているので、型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給された紫外線硬化型樹脂Ｗが冷却による熱収縮によって体積が縮められている。このため、紫外線の照射による硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いなくても、冷却による熱収縮が解除された紫外線硬化型樹脂Ｗが常温に戻ると、常温で供給されて基材と型部材との間で押し広げられる紫外線硬化型樹脂（エネルギー硬化型樹脂）よりも多くの紫外線硬化型樹脂Ｗが基材２と型部材１１との間で押し広げられることになり、紫外線の照射による硬化収縮量を予め見込んだ紫外線硬化型樹脂Ｗが基材２と型部材１１との間に供給される。このとき、紫外線の照射によって紫外線硬化型樹脂Ｗは温度上昇して熱膨張するため、硬化収縮による紫外線硬化型樹脂Ｗ（樹脂層Ｗ１）の体積減少分が熱膨張により補われることになる。これにより、紫外線の照射による紫外線硬化型樹脂Ｗの硬化収縮量を予め見込んだ型部材を用いる必要がなく、所望する光学素子の形状が変更する度ごとに型部材を成型測定した測定値に基づいてその見込み量を算出した正規の型部材を作成する必要がなくなり、硬化収縮量を見込んだ型部材の成形測定に要する時間と労力を不要にすることができる。しかも、紫外線硬化型樹脂Ｗの硬化時に加圧する必要がなく、基材２の破損を確実に防止することもできる。
【００４４】
また、型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給される前に冷却装置３３によってシリンジ３１内の紫外線硬化型樹脂Ｗが予め冷却されていることにより、冷却による熱収縮によって体積が縮められていた紫外線硬化型樹脂Ｗは、紫外線の照射により常温に戻り、熱膨張しながら硬化することになる。このため、紫外線硬化型樹脂Ｗは、熱膨張による体積の増加によって硬化収縮による体積の減少が緩和され、硬化収縮による形状精度の悪化や、紫外線硬化型樹脂Ｗの割れ、またはヒケによる紫外線硬化型樹脂Ｗの形状精度の悪化が防止されることになり、精度よく型部材１１の光学機能面１１ａを転写することができる。
【００４５】
その上、冷却装置３３は、型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給される前にシリンジ３１内に貯留されている紫外線硬化型樹脂Ｗを予め冷却するためのものであることから、成型装置１に付設するだけで済み、成型装置１の設計を大幅に見直す必要はなく、成型装置１に容易に組み込むことができる。
【００４６】
また、冷却装置３３による紫外線硬化型樹脂Ｗの冷却は、型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給される前にシリンジ３１内で予めしておけばよいことから、紫外線硬化型樹脂Ｗの冷却工程を成型工程、つまり供給工程、転写工程、硬化工程および離型工程に組み込む必要がなく同時に行える上、樹脂層５の温度を上昇させる工程は紫外線照射による硬化工程が兼ねているため、成型のサイクルタイムを短くして生産性の向上を図ることができる。
【００４７】
そして、樹脂供給装置３の本体ケーシング３０に一体的に冷却装置３３が連結されているので、シリンジ３１内に蓄えられた紫外線硬化型樹脂Ｗは本体ケーシング３０内に給排される冷媒によって均一に冷却された状態で型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給されることになる。このため、紫外線硬化型樹脂Ｗが温度上昇する際のムラがなくなり、紫外線硬化型樹脂Ｗの形状精度を効果的に保つことができる。
【００４８】
更に、樹脂供給装置３の本体ケーシング３０に冷却装置３３が一体的に連結されていることにより、成型装置１に大幅な設計変更を行う必要がなく、基材２上に樹脂層Ｗ１を形成して得られる複合型光学素子の成型プロセスも従来の複合型光学素子の成型プロセスと全く同様であるため、成型装置１の動作プログラムの変更や、生産計画の見直しを行う必要がない。これにより、冷却装置１を短時間にかつ低コストで導入することができる。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の実施例２を図３および図４に基づいて説明する。
【００５０】
この実施例２では、成型装置に昇温装置を付加している。なお、昇温装置を除くその他の構成は、上記実施例１の場合と同じであり、同一の部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００５１】
すなわち、本実施例では、図３およびに示すように、複合型光学素子の成型装置１′は、加熱手段としての昇温装置５を備えている。この昇温装置５としては、例えば、温風ヒータなどが適用されている。
【００５２】
ここで、紫外線硬化型樹脂Ｗよりなる樹脂層Ｗ１を基材上に形成した複合型光学素子を成型装置により成型する場合の成型方法の一例を図３および図４を用いて説明する。
【００５３】
先ず、供給工程として、冷却装置３３によって冷却されている、シリンジ３１内に貯留された紫外線硬化型樹脂Ｗを、コンプレッサ３２からの空気圧により吐出口３１ａから吐出させて型部材１１の光学機能面１１ａ上に適量供給する。
【００５４】
次いで、転写工程として、上記供給工程で型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給された紫外線硬化型樹脂Ｗを、図４に示すように、基材２と型部材１１との相対的な接近、つまり型部材１１を基材２に対し上昇させることによって押圧して押し広げ、基材２上に所望の非球面形状をなす樹脂層Ｗ１を形成する。この場合、成型を行う環境の温度である作業温度Ｔを２０゜Ｃ、冷却装置３３による紫外線硬化型樹脂Ｗの冷却温度Ｔｒを作業温度Ｔよりも低い−１０゜Ｃとしている。
【００５５】
その後、硬化工程として、上記転写工程で基材２上に形成された樹脂層Ｗ１を昇温装置によって、紫外線硬化型樹脂Ｗのガラス転移点温度よりも低い温度Ｔｕ＝５０゜Ｃまで昇温させながら、基材２側から紫外線照射装置１２による紫外線照射を行い、樹脂層Ｗ１を硬化させる。このとき、紫外線照射装置１２には、紫外線照射によって樹脂層Ｗ１が温度上昇しないように熱線カットフィルタ（図示せず）が取り付けられていて、熱線を遮断するようにしている。
【００５６】
しかる後、離型工程として、上記硬化工程により硬化された樹脂層Ｗ１に対し型部材１１を基材２に対し下降させることによって、樹脂層Ｗ１を型部材１１から離型させる。
【００５７】
この場合、紫外線照射による樹脂層Ｗ１の硬化時には、紫外線硬化型樹脂Ｗの硬化収縮率が数％であっても、樹脂層Ｗ１に硬化収縮が発生して形状精度に悪影響が生じるが、これと同時に、昇温装置５によって樹脂層Ｗ１は昇温されて熱膨張する。このとき、硬化収縮による樹脂層Ｗ１の体積減少分が熱膨張により補われるため、樹脂層Ｗ１の硬化中の型部材１１からの剥離や、樹脂層Ｗ１のわれ、またはヒケによる樹脂層Ｗ１の形状精度の悪化が防止され、精度良く型部材１１の光学機能面１１ａの形状が樹脂層Ｗ１に転写されることになる。
【００５８】
また、樹脂層Ｗ１の温度Ｔ１が５０゜Ｃまで昇温する場合、例えば使用する紫外線硬化樹脂Ｗ（エポキシ系）の体積膨張率βが２０×１０−５／゜Ｃ、硬化収縮率ｄＰが１．５％であると、このときの樹脂層Ｗ１の体積増加Ｖβ′は次式で近似される。
【００５９】
Ｖβ′＝β×（Ｔｕ−Ｔｒ）×１００＝１．２［％］
従って、この体積増加分の圧力が転写力となって精密転写が行われる。
【００６０】
また、硬化収縮率ｄＰ＝１．５［％］であるため、１．２／１．５×１００＝８０［％］の硬化収縮がキャンセルされる。つまり、樹脂層Ｗ１の硬化収縮による体積減少分が、冷却による熱収縮を利用して体積が縮められた紫外線硬化型樹脂Ｗによって、型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給された時点で予め補充されているため、樹脂層Ｗ１の硬化収縮が抑制されるようになっている。
【００６１】
したがって、上記実施例２では、紫外線を照射する硬化工程では、樹脂層Ｗ１に硬化収縮が発生するが、昇温装置５によって樹脂層Ｗ１を昇温させて熱膨張することと、紫外線硬化型樹脂Ｗを供給する前に冷却して熱収縮させて予め硬化収縮分をある程度補充していることとにより、上記第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
そして、冷却による熱収縮によって体積が縮められた紫外線硬化型樹脂Ｗは、硬化工程において昇温装置５によりガラス転移点温度以下の温度まで昇温されて熱膨張することになる。このため、紫外線硬化型樹脂Ｗは、熱膨張による体積の増加と、供給前の冷却による熱収縮での硬化収縮分のある程度の補充とによって、硬化収縮による体積の減少がより緩和され、硬化収縮による形状精度の悪化や、エネルギー硬化型樹脂の割れ、またはヒケによるエネルギー硬化型樹脂の形状精度の悪化が効果的に防止されることになり、より精度よく型部材の光学機能面を転写することができる。
【００６３】
しかも、硬化工程において硬化する紫外線硬化樹脂Ｗを昇温装置５によって昇温させているため、樹脂層Ｗ１の硬化収縮量がより抑制される上、昇温装置５による紫外線硬化樹脂Ｗの昇温温度Ｔｕは、紫外線硬化型樹脂Ｗのガラス転移点温度よりもかなり低いため、紫外線照射による硬化後に再び流動性を持つことはなく、成型のサイクル中に除冷工程を設ける必要がなく、硬化工程終了後に離型工程を行うことができる。また、樹脂層Ｗ１をガラス転移点温度まで昇温させる場合に比べて昇温装置５の構成が簡単なもので済み、安価な昇温装置を既存の成型装置１′に容易に組み込むことができる。
【００６４】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施例２では、硬化工程において樹脂層Ｗ１を昇温装置によって昇温させながら紫外線照射装置１２による紫外線照射を行って樹脂層Ｗ１を硬化させたが、紫外線硬化型樹脂のガラス転移点温度よりも低い温度まで樹脂層を昇温装置によって昇温させる昇温工程が、転写工程と硬化工程との間に設けられていてもよく、同様の作用効果が得られる。
【００６５】
また、上記各実施例では、型部材１１の光学機能面１１ａ上に供給される前に冷却装置３３によってシリンジ３１内の紫外線硬化型樹脂Ｗを予め冷却するようにしたが、型部材の光学機能面上に供給された紫外線硬化型樹脂が転写工程に移行する前に冷却装置によって冷却されるようにしてもよい。この場合、紫外線硬化型樹脂の冷却は、型部材の光学機能面に供給されてから行われることにより、成型工程にエネルギー硬化型樹脂の冷却工程のみが組み込まれ、エネルギー硬化型樹脂の冷却に要する時間が僅かなものであることから、成型のサイクルタイムを短くして生産性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例１に係わる成型装置の全体構成を概略的に示す概略構成図である。
【図２】同じく型部材上の紫外線硬化型樹脂に対し型部材を押圧している状態を示す成型装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施例２に係わる成型装置の全体構成を概略的に示す概略構成図である。
【図４】同じく型部材上の紫外線硬化型樹脂に対し型部材を押圧している状態を示す成型装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，１′  成型装置
１１      型部材
１１ａ    光学機能面
１２      紫外線照射装置（エネルギー照射手段）
２        基材
３        樹脂供給装置（エネルギー硬化型樹脂供給手段）
３３      冷却装置（冷却手段）
５        昇温装置（加熱手段）
Ｗ        紫外線硬化型樹脂（エネルギー硬化型樹脂）
Ｗ１      樹脂層
【図１】
2006346939.tif 000002
【図２】
2006346939.tif 000003
【図３】
2006346939.tif 000004
【図４】
2006346939.tif 000005