(57)【要約】【課題】光学部材シート、特にフレネルレンズシートを支える部分であるサポート部分及びレンズが互いに隣り合う境界線の交差部分で、割れ及び離型マークが発生することを抑制すること。【解決手段】本発明の光学部材シートの製造方法は、複数の光学部材を隣接して配置した形状に対応する成形型を用いて熱可塑性樹脂を成形する光学部材シートの製造方法であって、成形型は、光学部材の中心を含む第１領域Ｒ１、前記光学部材の境界が交差する交差点を少なくとも含む第２領域Ｒ２および光学部材シートにサポート部材を取り付けるための平坦部分に対応する第３領域Ｒ３を有し、第２領域Ｒ２または、第３領域Ｒ３において、中心方向に対して傾斜する傾斜面を有する形状である。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学部材を隣接して配置した形状に対応する成形型を用いて熱可塑性樹脂を成形する光学部材シートの製造方法であって、
前記成形型は、光学部材の中心を含む第１領域、前記光学部材の境界が交差する交差点を少なくとも含む第２領域および光学部材シートにサポート部材を取り付けるための平坦部分に対応する第３領域を有し、
前記第２領域または、前記第３領域において、中心方向に対して傾斜する傾斜面を有する形状を備えた光学部材シートの製造方法。
【請求項２】
前記成形型は、前記第２領域または前記第３領域において、中心方向と前記傾斜面のなす角度が２０°以上且つ２５°以下である請求項１に記載の光学部材シートの製造方法。
【請求項３】
前記第２領域または前記第３領域における前記傾斜面の表面粗さＲａは、０．３μｍ以下である請求項１または２に記載の光学部材シートの製造方法。
【請求項４】
前記第２領域または前記第３領域における傾斜面の傾斜は、少なくとも前記成形型の頂部から５０％の位置から前記成形型の頂部まで形成されている請求項１から３のいずれかに記載の光学部材シートの製造方法。
【請求項５】
前記成形が、射出成形である請求項１から４のいずれかに記載の光学部材シートの製造方法。
【請求項６】
前記光学部材がフレネルレンズである請求項１から５のいずれかに記載の光学部材シートの製造方法。
【請求項７】
複数の光学部材を隣接して配置した形状に対応する、光学部材シート成形用の成形型であって、
前記成形型は、光学部材の中心を含む第１領域、前記光学部材の境界が交差する交差点を少なくとも含む第２領域および光学部材シートにサポート部材を取り付けるための平坦部分に対応する第３領域を有し、
前記第２領域または第３領域において、中心方向に対して傾斜する傾斜面を有する形状である成形型。
【請求項８】
前記第２領域または前記第３領域において、中心方向と前記傾斜面のなす角度が２０°以上且つ２５°以下である請求項７に記載の成形型。
【請求項９】
前記第２領域または前記第３領域における前記傾斜面の表面粗さＲａは、０．３μｍ以下である請求項７または８に記載の成形型。
【請求項１０】
前記第２領域または前記第３領域における傾斜面の傾斜は、少なくとも前記成形型の頂部から５０％の位置から前記成形型の頂部まで形成されている請求項７から９のいずれかに記載の成形型。
【請求項１１】
前記成形型が、最大厚さ０．１ｍｍ〜３ｍｍのＮｉ板である請求項７から１０のいずれかに記載の成形型。
【請求項１２】
前記光学部材がフレネルレンズである請求項７から１１のいずれかに記載の成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学部材、特にフレネルレンズシートの製造方法および成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギーの利用が注目されており、そのひとつに太陽光を利用する太陽電池による発電がある。太陽電池による発電では、発電量を増加させるため、太陽電池の前方側に、太陽光を集光させるために複数のフレネルレンズを配置した集光式太陽電池装置が知られている。
【０００３】
フレネルレンズは、通常のレンズを同心円状の領域に分割し厚みを減らしたレンズである。このフレネルレンズは、樹脂を材料として構成することができる。例えば、特許文献１には、フレネルレンズに対応する形状のキャビティ内に溶融した樹脂を充填し、冷却して固化させることでフレネルレンズが成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数のフレネルレンズをまとめたフレネルレンズシートを成形する場合、連続してフレネルレンズシートを成形すると、フレネルレンズシートを支える部分であるサポート部分及びレンズが互いに隣り合う境界線の交差部分で、割れ及び離型マークが発生するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］  複数の光学部材を隣接して配置した形状に対応する成形型を用いて熱可塑性樹脂を成形する光学部材シートの製造方法であって、
【０００７】
前記成形型は、光学部材の中心を含む第１領域、前記光学部材の境界が交差する交差点を少なくとも含む第２領域および光学部材シートにサポート部材を取り付けるための平坦部分に対応する第３領域を有し、
【０００８】
前記第２領域または、前記第３領域において、中心方向に対して傾斜する傾斜面を有する形状を備えた光学部材シートの製造方法。
［２］  前記成形型は、前記第２領域または前記第３領域において、中心方向と前記傾斜面のなす角度が２０°以上且つ２５°以下である［１］に記載の光学部材シートの製造方法。
［３］  前記第２領域または前記第３領域における前記傾斜面の表面粗さＲａは、０．３μｍ以下である［１］または［２］に記載の光学部材シートの製造方法。
［４］  前記第２領域または前記第３領域における傾斜面の傾斜は、少なくとも前記成形型の頂部から５０％の位置から前記成形型の頂部まで形成されている［１］から［３］のいずれかに記載の光学部材シートの製造方法。
［５］  前記成形が、射出成形である［１］から［４］のいずれかに記載の光学部材シートの製造方法。
［６］  前記光学部材がフレネルレンズである[１]から[５]のいずれかに記載の光学部材シートの製造方法。
［７］  複数の光学部材を隣接して配置した形状に対応する、光学部材シート成形用の成形型であって、
【０００９】
前記成形型は、光学部材の中心を含む第１領域、前記光学部材の境界が交差する交差点を少なくとも含む第２領域および光学部材シートにサポート部材を取り付けるための平坦部分に対応する第３領域を有し、
【００１０】
前記第２領域または第３領域において、中心方向に対して傾斜する傾斜面を有する形状である成形型。
［８］  前記第２領域または前記第３領域において、中心方向と前記傾斜面のなす角度が２０°以上且つ２５°以下である［７］に記載の成形型
［９］  前記第２領域または前記第３領域における前記傾斜面の表面粗さＲａは、０．３μｍ以下である［７］または［８］に記載の成形型。
［１０］  前記第２領域または前記第３領域における傾斜面の傾斜は、少なくとも前記成形型の頂部から５０％の位置から前記成形型の頂部まで形成されている［７］から［９］のいずれかに記載の成形型。
［１１］  前記成形型が、最大厚さ０．１ｍｍ〜３ｍｍのＮｉ板である［７］から［１０］のいずれかに記載の成形型。
［１２]   前記光学部材がフレネルレンズである［７］から［１１］のいずれかに記載の成形型。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学部材、特にフレネルレンズシートの製造方法および成形型によれば、光学部材シートやフレネルレンズシートを支える部分であるサポート部分及び光学部材が互いに隣り合う境界線の交差部分で、割れ及び離型マークが発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】マスター作成の一例を示す図である。
【図２】マスター作成の一例を示す図である。
【図３】単眼レンズが二次元に配列されたマスターの一例を示す正面図及び断面図である。
【図４】二次元に配列されたスタンパー作成の一例を示す図である。
【図５】成形装置の一例を示す図である。
【図６】剥離工程の一例を示す図である。
【図７】フレネルレンズシートに作用する応力の一例を説明する略図である。
【図８】スタンパーの一例を示す図である。
【図９】マスタータイリング後のスタンパーの一例を示す断面図である。
【図１０】削った後のスタンパーの一例を示す断面図である。
【図１１】実施の形態１にかかるスタンパーの一例を示す断面図である。
【図１２】成形回数と割れの発生した回数との関係を示すグラフである。
【図１３】成形回数と離型マークの発生した回数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお図面において、縮尺及び寸法は説明の便宜のため、適宜改変されている。
【００１４】
最初に、複数の光学部材からなるシートの一例として多眼フレネルレンズシートを成形するためのスタンパー（金型）について説明する。まず、成形するフレネルレンズシートと同じ形状を有するマスターを作成し、マスターを使用して電鋳することにより、フレネルレンズシートに対応する形状のスタンパーが得られる。
【００１５】
図１は、マスター作成の一例を示す図である。図１に示すように、外形が四角形である単眼レンズ１１のマスターを一列に並べて接合（タイリング）することにより、単眼レンズが一列に並んだマスター１２が形成される。この単眼レンズのマスター１１は、例えば、旋盤によって金属板を所定ピッチの同心円状の凹凸面を有するように切削することで得ることができる。
【００１６】
単眼レンズが一列に並んだマスター１２を複数並べて接合することにより、縦、横の二次元に配列されたマスター１３が形成される。図２は、マスター作成の一例を示す図である。
【００１７】
図３は、単眼レンズが二次元に配列されたマスターの一例を示す正面図及び断面図である。図３の断面図に示すように、単眼レンズが二次元に配列されたマスター２１は、サポート部材を取り付けるための平坦部分２２を有する。この平坦部分には、フレネルレンズシートの強度を補うためにサポート部材を取り付けられる。
【００１８】
そして、図３に示すマスターの表面形状に対応するスタンパーを形成する。図４は、二次元に配列されたスタンパー作成の一例を示す図である。例えば、マスターを使用して電鋳することにより、スタンパーが形成される。そして、形成したスタンパーを金型に取り付けることになる。例えば、フレネルレンズシートの凹凸転写面裏面に、イミド系耐熱接着剤及び耐熱接着シートを用いてステンレスシート等の金属基板を貼り合わせ張り合わせることで、金属製のフレネルレンズシートを作製する。
【００１９】
そして、スタンパーを含むキャビティ内に溶融した樹脂を充填し、冷却して固化させることでフレネルレンズシートが成形される。
【００２０】
図５は、成形装置の一例を示す図である。図５に示すように、成形装置３１は、少なくとも充填部３２と、キャビティ３３とを備える。
充填部３２は、溶融した樹脂を充填する構成である。
キャビティ３３は、ミラー側スタンパーからレンズ側スタンパーで内部に空間有するキャビティを構成する。
【００２１】
キャビティ３３内に充填した樹脂が冷えて固化した後、成形されたフレネルレンズシートはスタンパーから剥がされる。図６は、剥離工程の一例を示す図である。図６に示すように、成形されたフレネルレンズシート４１はミラー側スタンパー４２に固定された状態で、レンズ側スタンパー４３から引き離される。図６に示すように、ミラー側スタンパー４２からレンズ側スタンパー４３を引き離すと、ミラー側スタンパー４２に付着しているフレネルレンズシート４１に引っ張り応力が作用する。
【００２２】
ここで、レンズ側スタンパーの形状は、一様に平坦ではなく、凹凸があるので引っ張り応力の大きさが領域により異なる。そして、応力が集中する領域４４に、割れ及び離型マークが発生しやすい。
【００２３】
図７は、フレネルレンズシートに作用する応力の一例を説明する略図である。図７に示すように、フレネルレンズの境界が交差する交差点は、各フレネルレンズ５１の中心５２方向から周囲への引っ張り応力が作用する。すなわち、この交差点には、複数（図７の場合４個）のフレネルレンズにそれぞれ引っ張られる応力が作用することになる。また、フレネルレンズにサポート部材を取り付けるための平坦部分は、平坦部分とフレネルレンズに対応する部分との境界であり、応力が均一ではない。
【００２４】
本実施の形態では、この交差点の領域で、フレネルレンズシートがレンズ側スタンパーから剥離しやすくすることにより、割れ及び離型マークの発生を抑制する。また、本実施の形態では、平坦部分とフレネルレンズに対応する部分との境界の領域でフレネルレンズシートがレンズ側スタンパーから剥離しやすくすることにより、割れ及び離型マークの発生を抑制する。
【００２５】
図８は、スタンパーの一例を示す図である。図８において、フレネルレンズの中心を含む第１領域Ｒ１と比べて、フレネルレンズの境界が交差する交差点を少なくとも含む第２領域Ｒ２と、フレネルレンズにサポート部材を取り付けるための平坦部分に対応する第３領域Ｒ３が割れ及び離型マークの発生しやすい領域である。この第２領域Ｒ２または第３領域Ｒ３において、レンズ中心軸方向に対してライズ面が傾斜を有する形状とする。
【００２６】
例えば、第２領域Ｒ２は、サポート部材を取り付けるための平坦部分とフレネルレンズとの境界線を少なくとも含む領域である。例えば、サポート部材を取り付けるための平坦部分と接するフレネルレンズにおいて、フレネルレンズの最外周のうち、平坦部分に面する半周のライズ面の傾斜を有するようにしてもよい。
【００２７】
例えば、第３領域Ｒ３は、フレネルレンズの境界線が交差する交差点を少なくとも含む領域である。例えば、各フレネルレンズの最外周のライズ面の傾斜を有するようにしてもよい。
【００２８】
次に、本発明における傾斜面、ここでは一例としてフレネルレンズのライズ面の形成について説明する。図９は、マスタータイリング後のスタンパーの一例を示す断面図である。マスタータイリングでは、単眼レンズ（のマスター）が二次元に配列して接合される。図９のスタンパーに対して従来では、レンズ中心軸方向に対してライズ面が垂直となるように削り、平坦部分を形成していた。
【００２９】
これに対して、本実施の形態では、上述の第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３にライズ面の傾斜を有するように削ってスタンパーを作成している。図１０は、削った後のスタンパーの一例を示す断面図である。図１０に示すように、サポート部材を取り付けるための平坦部分が削られているが、この部分に隣接するフレネルレンズの形状では、ライズ面がレンズ中心軸方向に対して垂直となっている。
【００３０】
一方、本実施の形態では、このライズ面に傾斜を付ける。図１１は、実施の形態１にかかるスタンパーの一例を示す断面図である。図１０に示すように、サポート部材を取り付けるための平坦部分が削られているが、この部分に隣接するフレネルレンズの形状では、ライズ面がレンズ中心軸方向に対して垂直ではなく、傾斜を有する角度となっている。
【００３１】
本実施の形態のスタンパーを用いてフレネルレンズシートを約３００ｓｈｏｔの連続成形を実施し、割れの発生の有無を確認したところ、全てのフレネルレンズシートで割れが発生していないことを確認した。
【００３２】
このように本実施の形態のフレネルレンズシートの製造方法によれば、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分で、レンズ中心軸方向に対してライズ面が傾斜を有する形状である成形型を用いて成形することにより、交差部分で割れ及び離型マークが発生することを抑制できる。
【００３３】
また、本実施の形態の成形型によれば、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分で、レンズ中心軸方向に対してライズ面が傾斜を有する形状を有することにより、フレネルレンズシートの製造において、交差部分で割れ及び離型マークが発生することを抑制できる。
【００３４】
また、本実施の形態のフレネルレンズシートの製造方法によれば、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分のみで、レンズ中心軸方向に対してライズ面が傾斜を有し、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分以外では、ライズ面が略垂直形状である金型を用いて成形することにより、交差部分で割れ及び離型マークが発生することを抑制しつつ、光の利用効率を高めることができる。
【００３５】
また、本実施の形態のフレネルレンズシートの製造方法及び成形型は、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分において、レンズ中心軸方向とライズ面のなす角度が２０°以上且つ２５°以下とすることが好適である。レンズ中心軸方向とライズ面のなす角度が０°〜２０°の場合、以下の図１２及び図１３に示す様に割れ、離型マークが発生する。
【００３６】
図１２は、成形回数と割れの発生した回数との関係を示すグラフである。図１２では、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分において、レンズ中心軸方向とライズ面のなす角度が０°〜２０°である成形型における、成形回数と割れの発生した回数との関係を示している。図１２において、横軸は成形回数（shot数）を示し、縦軸は割れの発生した回数（発生推移）を示す。図１２に示すように、成形回数が９０回を超えると、成形時に割れが発生している。
【００３７】
また、図１３は、成形回数と離型マークの発生した回数との関係を示すグラフである。図１３では、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分において、レンズ中心軸方向とライズ面のなす角度が０°〜２０°である成形型における、成形回数と離型マークの発生した回数との関係を示している。図１３において、横軸は成形回数（shot数）を示し、縦軸は離型マークの発生した回数（発生推移）を示す。図１３に示すように、成形回数が１６０回を超えると、成形時に離型マークが発生している。
【００３８】
したがって、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分において、レンズ中心軸方向とライズ面のなす角度が２０°以上とすることが望ましい。また、レンズ中心軸方向とライズ面のなす角度が２５°以上となると、サポート機能を逸脱する為、レンズ中心軸方向とライズ面のなす角度を２５°以下とすることが望ましい。
【００３９】
また、本実施の形態のフレネルレンズシートの製造方法及び成形型は、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分におけるライズ面の表面粗さＲａを、０．３μｍ以下とすることが好適である。
【００４０】
このように、本実施の形態の成形型によれば、サポート部分及び交差部分を鏡面に仕上げることにより、成形時に割れ及び離型マークの発生を抑制することができる。
【００４１】
また、本実施の形態のフレネルレンズシートの製造方法及び成形型は、中央のサポート部分及びレンズが互いに隣り合う交差部分におけるライズ面の傾斜は、少なくとも成形型の頂部から５０％の位置から成形型の頂部まで形成されていることが好適である。
【００４２】
製造したフレネルレンズシートは、太陽電池装置において、集光するレンズとして好適である。そして、ＣＰＶ(Concentration PhotoVoltaic)用多眼レンズの射出プレス成形を行う上で、中央サポート部及び隣り合うレンズ交差部分の接合部へ傾斜を付与する事で、射出プレス成形で型開時に、割れ、離型マークが改善することができ、生産性を向上することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、光学部材はフレネルレンズに限るものではなく、プリズムシート、拡散シート、レンズアレイシートなど表面に一定の傾斜面を有する光学部材であれば、いずれでも適用可能である。また、光学部材シートに形成される光学部材の数は、特に限定されない。また、光学部材の外形は、四角形に限定されず、六角形等の多角形としてもよい。たとえば、六角形の外形を有する光学部材を組み合わせた形状の光学部材シートを形成してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１１  単眼レンズ
１２、１３、２１  マスター
２２  平坦部分
３１  成形装置
３２  充填部
３３  キャビティ
４１  フレネルレンズシート
４２  ミラー側スタンパー
４３  レンズ側スタンパー
４４  応力集中領域
５１  フレネルレンズ
５２  中心
Ｒ１  第１領域
Ｒ２  第２領域
Ｒ３  第３領域
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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