(57)【要約】【課題】例えば粘度の低い樹脂を用いて光学素子を容易に成形することができる金型、成形装置、中間成形体及び光学素子を提供する。【解決手段】コア部材１０，２０は、熱硬化性樹脂の接触する面が一体となっているため、粘度が低い熱硬化性の樹脂が漏れ出る隙間がなく、従って高精度な光学素子の成形を行うことができる。又、嵌合隙間内で硬化した樹脂と成形樹脂が一体化して離型不良が発生するという問題が無く，更に嵌合隙間内でに固着した樹脂を取り除くといったメンテナンスも不要となる。これにより、極めて効率の良い成形が実現でき，低コスト高品位高性能の成形品を得ることが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学面転写面を複数個有する金型であって、各第１の光学面転写面に対向して配置される第２の光学面転写面を複数個有する対向金型に対して合わせられ、両金型間に形成されるキャビティに樹脂を供給することで光学素子を成形する金型において、
少なくとも前記キャビティに供給される樹脂が接触する面は、一体で形成されていることを特徴とする金型。
【請求項２】
前記樹脂はエネルギー硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記エネルギー硬化性樹脂は，硬化前の粘度が１００（ｐｏｉｓｅ）以下であることを特徴とする請求項２に記載の金型。
【請求項４】
前記第１の光学面転写面の中心は、金型表面の１点を中心とする第１の円周上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金型。
【請求項５】
前記第１の光学面転写面の中心は、金型表面の１点を中心とする第１の円周上に少なくとも２個配置され、更に、前記第１の円周と同一表面上にあって、前記第１の円周と中心が同じであり、第１の円周と半径が異なる第２の円周上に少なくとも２個配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金型。
【請求項６】
前記円周の中心に向かって、外部より延在する供給路が設けられ、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする請求項４又は５に記載の金型。
【請求項７】
前記円周の半径方向外方に、外部より延在する供給路が設けられ、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする請求項４又は５に記載の金型。
【請求項８】
前記金型が、前記第１の光学面転写面を有する第１のコア部材と、前記第１のコア部材を保持する第１の保持部材とを有し、前記第１のコア部材は、前記対向金型に設けられた前記第２の光学面転写面を有する第２のコア部材に対して面接触し、且つ前記第１の保持部材は、前記対向金型に設けられた前記第２のコア部材を保持する第２の保持部材に対して面接触することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の金型。
【請求項９】
前記金型が、前記第１の光学面転写面を有する第１のコア部材と、前記第１のコア部材を保持する第１の保持部材とを有し、前記第１のコア部材は、前記対向金型に設けられた前記第２の光学面転写面を有する第２のコア部材に対して面接触するが、前記第１の保持部材は、前記対向金型に設けられた前記第２のコア部材を保持する第２の保持部材に対して、面接触しないことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の金型。
【請求項１０】
第１の光学面転写面を複数個有する第１のコア部材と、各第１の光学面転写面に対向して配置される第２の光学面転写面を複数個有する第２のコア部材とを有し、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材とを合わせた状態で、両コア部材間に形成されるキャビティに、前記第１のコア部材又は前記第２のコア部材に形成された供給路を介して樹脂を供給することで光学素子を成形する成形装置であって、
前記コア部材のうち少なくとも一方において、前記キャビティに供給される樹脂が接触する面は一体で形成されていることを特徴とする成形装置。
【請求項１１】
前記樹脂はエネルギー硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の成形装置。
【請求項１２】
前記エネルギー硬化性樹脂は，硬化前の粘度が１００（ｐｏｉｓｅ）以下であることを特徴とする請求項１１に記載の成形装置。
【請求項１３】
前記第１の光学面転写面の中心は、前記第１のコア部材表面の１点を中心とする第１の円周上に配置されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の成形装置。
【請求項１４】
前記第１の光学面転写面の中心は、前記第１のコア部材表面の１点を中心とする第１の円周上に少なくとも２個配置され、更に、前記第１の円周と同一表面上にあって、前記第１の円周と中心が同じであり、第１の円周と半径が異なる第２の円周上に少なくとも２個配置されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の成形装置。
【請求項１５】
前記第１のコア部材には、前記円周の中心に向かって、外部より延在する供給路が設けられ、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の成形装置。
【請求項１６】
前記第１のコア部材には、前記円周の半径方向外方に、外部より延在する供給路が設けられ、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の成形装置。
【請求項１７】
前記第１のコア部材には、前記円周の中心に向かって延在する貫通孔が形成され、前記第２のコア部材には、前記貫通孔に対向して凹部が形成され、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材とを合わせた状態で、前記凹部に液体状の樹脂を貯留させ、前記貫通孔に対して摺動するピストン部材で前記凹部の樹脂を押し出すことにより、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の成形装置。
【請求項１８】
前記第１のコア部材を保持する第１の保持部材と、前記第２のコア部材を保持する第２の保持部材とを有し、前記第１のコア部材は、前記第２のコア部材に対して面接触し、且つ前記第１の保持部材は、前記第２の保持部材に対して面接触することを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の成形装置。
【請求項１９】
前記第１のコア部材を保持する第１の保持部材と、前記第２のコア部材を保持する第２の保持部材とを有し、前記第１のコア部材は、前記第２のコア部材に対して面接触するが、前記第１の保持部材は、前記第２の保持部材に対して面接触しないことを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の成形装置。
【請求項２０】
前記第１のコア部材と前記第２のコア部材との間にシーリング部材を配置したことを特徴とする請求項１０〜１９のいずれかに記載の成形装置。
【請求項２１】
前記シーリング部材は、複数の前記第１の光学面転写面と前記第２の光学面転写面とを囲うリング状であることを特徴とする請求項２０に記載の成形装置。
【請求項２２】
前記第２のコア部材に合わせる前に、前記第１のコア部材を、第３のコア部材に合わせ、前記第１のコア部材と前記第３のコア部材との間に樹脂を供給することで前記第１のコア部材上に前記シーリング部材を形成したことを特徴とする請求項２０又は２１に記載の成形装置。
【請求項２３】
請求項１０〜２２のいずれかに記載の成形装置により成形された状態で、前記光学面転写面から成形された光学面を有する一つの光学素子と、それに隣接する光学素子とが樹脂材により連結されていることを特徴とする中間成形体。
【請求項２４】
請求項２３に記載の中間成形体を切断することによって製造されることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の成形技術に関し、特にエネルギー硬化性樹脂を用いて光学素子を成形するための金型、成形装置、中間成形体及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、携帯電話等に撮像装置を搭載することが通常行われている。一般的な撮像装置は、基板上にレンズ等の光学素子を接合し、光学素子を介して固体撮像素子の受光面に被写体像を結像させるようになっている。ところで、製造プロセスの簡略化のために、基板に光学素子を搭載した状態で、高温のハンダリフロー槽内を通過させたいという要請がある。ところが、光学素子の素材として現在用いられているアクリルやポリカーボネートは耐熱性が低く、高温のハンダリフロー槽内を通過させたとき、容易に溶融・変形してしまうという問題がある。これに対し、例えば特許文献１に示すような熱硬化性の樹脂は、加熱することで粘度が低下して流れ易くなるが、さらに加熱して一旦固化すると、より高温下でもその形状を維持するという特徴を有する。又、光硬化性の樹脂も、光を当てない状態では液状であるが、光を当てて一旦固化すると、高温下でもその形状を維持するという特徴を有する。従って、熱硬化性の樹脂又は光硬化性の樹脂を用いれば、ハンダリフロー槽を通過させることができる光学素子を成形することができる。
【特許文献１】特開２００４−１９７００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、熱硬化性の樹脂や光硬化性の樹脂に代表されるエネルギー硬化性樹脂を用いて成形を行う際の問題点の一つは、一般的にエネルギー硬化性樹脂が、常温では液体状であって粘度が低いため、成形時に金型部品の隙間から漏れやすく、成形圧力を高めることができないということがある。また別の問題点としては、エネルギー硬化性樹脂が金型部品の隙間内で一旦固化すると、その除去に手間取るということがある。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば粘度の低い樹脂を用いて光学素子を容易に成形することができる金型、成形装置、中間成形体及び光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の金型は、第１の光学面転写面を複数個有する金型であって、各第１の光学面転写面に対向して配置される第２の光学面転写面を複数個有する対向金型に対して合わせられ、両金型間に形成されるキャビティに樹脂を供給することで光学素子を成形する金型において、
少なくとも前記キャビティに供給される樹脂が接触する面は、一体で形成されていることを特徴とする。
【０００６】
例えばエネルギー硬化性樹脂等を用いて成形する場合、常温での粘度が低く液体状態で金型内に供給できるので、加圧しながらキャビティ内に注入することにより、固化時に光学面転写面に付着して品質を低下させる泡などの発生を抑制でき、高精度な光学素子を成形できる。ところが金型に隙間が存在すると、その隙間より樹脂が漏れだしてしまい、十分に加圧できないという問題がある。これに対し、本発明によれば、少なくとも前記キャビティに供給される樹脂が接触する金型の面を一体で形成することで、隙間をなくして樹脂の漏れ出しを抑え、高精度な光学素子の成形を行うことができる。又、嵌合隙間内で硬化した樹脂と成形樹脂が一体化して離型不良が発生するという問題が無く，更に嵌合隙間内でに固着した樹脂を取り除くといったメンテナンスも不要となる。これにより、極めて効率の良い成形が実現でき，低コスト高品位高性能の成形品を得ることが可能となる。尚、「一体で形成された面」とは、複数部品を組み合わせた場合に生じるつなぎ目の隙間がない面であることを意味するので、例え複数の部品から構成された面であっても溶接などにより隙間なく接合された面は、一体で形成された面とする。
【０００７】
「光学素子」としては、例えばレンズ、プリズム、回折格子光学素子（回折レンズ、回折プリズム、回折板）、光学フィルター（空間ローパスフィルター、波長バンドパスフィルター、波長ローパスフィルター、波長ハイパスフィルター等々）、偏光フィルター（検光子、旋光子、偏光分離プリズム等々）、位相フィルター（位相板、ホログラム等々）があげられるが、以上に限られることはない。
【０００８】
請求項２に記載の金型は、請求項１に記載の発明において、前記樹脂はエネルギー硬化性樹脂であることを特徴とする。エネルギー硬化性樹脂としては、例えば熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などがある。熱硬化性樹脂は、加熱することで硬化するので、常温で液体状の熱硬化性樹脂を、加熱した金型内に供給することで固化させることができる。一方、紫外線硬化性樹脂は、紫外線を照射することで硬化するので、常温で液体状の紫外線硬化性樹脂を、透明な金型内に供給した後、外部から紫外線を照射することで固化させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の金型は、請求項２に記載の発明において、前記エネルギー硬化性樹脂は，硬化前の粘度が１００（ｐｏｉｓｅ）以下であることを特徴とする。このように粘度の低いエネルギー硬化性樹脂は流れ性が良く、また外部から加圧することで、成形圧力を高く維持することが出来るので，高圧で光学面転写面に樹脂を押しつけて硬化することが出来，金型形状の転写性に優れた高品質高性能の光学素子を得ることが出来る。
【００１０】
請求項４に記載の金型は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学面転写面の中心は、金型表面の１点を中心とする第１の円周上に配置されていることを特徴とする。このように、中心が第１の円周上に配置されるような複数の光学面転写面を有する金型は、後述するようにして旋盤によって効率的に加工することが出来る。そのため，金型加工コストの低減と加工時間の大幅な短縮を実現できる。
【００１１】
請求項５に記載の金型は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学面転写面の中心は、金型表面の１点を中心とする第１の円周上に少なくとも２個配置され、更に、前記第１の円周と同一表面上にあって、前記第１の円周と中心が同じであり、第１の円周と半径が異なる第２の円周上に少なくとも２個配置されていることを特徴とするので、更に効率的な加工を行うことが出来，金型加工コストの低減と加工時間の大幅な短縮を実現できる。
【００１２】
尚、光学面転写面の円周上での配置は、等間隔（等角度）であれば、例えば光学面転写面を旋削加工する際に、コア部材を毎回一定角度回して次の加工面を旋盤の主軸回転中心に位置決めすれば良いので、作業として容易であり加工ミスを少なくできる。しかし、本発明の範囲はこれに限定されず、光学面転写面はコア部材の円周上であるが、等間隔（当角度）には配置されなくとも良い。例えば、光学面転写面の角度を適当に選ぶことによって、特に同心円上の光学面転写面同士を略直線上に並べることもできる。かかる場合、旋削加工では面加工時に毎回異なる角度にコア部材を回転せねばならず、煩雑な作業となるが、この金型により成形された光学面転写面を個片に切り出す際には、直線的に刃物を通すことができるので作業が容易になるというメリットが生じる。従って、円周上の光学面転写面の配置は、等間隔（等角度）である必要はなく、円周上に配置しているという点が、本発明において特に重要な事項である。
【００１３】
請求項６に記載の金型は、請求項４又は５に記載の発明において、前記円周の中心に向かって、外部より延在する供給路が設けられ、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする。前記供給路を介して樹脂を供給すると，各第１の光学面転写面及び各第２の光学面転写面に対して放射状に樹脂を供給できるので，前記供給路から各第１の光学面転写面及び各第２の光学面転写面までの樹脂の流路長が等しくなる。それにより転写される各光学素子の成形条件を均一化でき、成形条件と成形結果の対応が明確化され成形誤差を小さくできるので，厳格な成形条件を設定することが出来，それによって更に品質の揃った高性能な光学素子を得ることが出来る。
【００１４】
請求項７に記載の金型は、請求項４又は５に記載の発明において、前記円周の半径方向外方に、外部より延在する供給路が設けられ、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする。金型が上下方向に（縦に）開く場合は、キャビティへの樹脂の流れが回転対称となって、均等となり成形条件の偏りやバラツキが少なくなるが、金型が水平方向に（横に）開く場合は、キャビティの配列が縦となる。かかる金型に対して、前記円周の中心側から樹脂を充填すると、粘度が低いので樹脂は重力により一旦下側のキャビティに溜まり、充填と共に徐々に樹脂界面が上昇するように満たされる。そのため、前記円周の中心側から樹脂を充填すると、充填の前半はキャビティ内で自由落下により樹脂が流れるので基本的に不均一で、気泡を巻き込んだりする恐れがある。これに対し、水平方向に開く金型において、重力方向下方が予めわかっている場合には、最初からキャビティの下方に前記供給路を設けておき、ここから樹脂を充填すれば、一方向で均一な樹脂流となり、気泡を巻き込むこともなく良好な成形条件を確保できる。
【００１５】
請求項８に記載の金型は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記金型が、前記第１の光学面転写面を有する第１のコア部材と、前記第１のコア部材を保持する第１の保持部材とを有し、前記第１のコア部材は、前記対向金型に設けられた前記第２の光学面転写面を有する第２のコア部材に対して面接触し、且つ前記第１の保持部材は、前記対向金型に設けられた前記第２のコア部材を保持する第２の保持部材に対して面接触することを特徴とする。前記第１のコア部材と前記第１の保持部材とで本発明の金型を構成し、更に前記第１の保持部材と前記第２の保持部材でも型締め時の圧力を受けるようにすることで、大きな金型部品に直接，高精度な光学面を転写する第１の光学面転写面を形成する必要が無くなり，小さい半径の円周に沿って中心を配置するようにして前記第１の光学面転写面を前記第１のコア部材に加工すれば良いので，加工機などの設備を小さく抑えることができ，また空間の有効利用を図れ、設備投資が少なくて済み，金型製作費を低減できる。
【００１６】
請求項９に記載の金型は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記金型が、前記第１の光学面転写面を有する第１のコア部材と、前記第１のコア部材を保持する第１の保持部材とを有し、前記第１のコア部材は、前記対向金型に設けられた前記第２の光学面転写面を有する第２のコア部材に対して面接触するが、前記第１の保持部材は、前記対向金型に設けられた前記第２のコア部材を保持する第２の保持部材に対して、面接触しないことを特徴とする。前記金型と前記対向金型を合わせたときに，前記第１のコア部材と前記第２のコア部材のみが面接触して互いに押圧しあうので，相手の合わせ面に倣うことで，前記第１の光学面転写面と、それに対向する前記第２の光学面転写面とのティルト偏心が抑制され，同軸度の高い高精度なキャビティが構成され，これにより高精度な光学素子が成形される。また，押圧領域を，光学面転写面を円周上に沿って配置したコア部材の合わせ面に限定することで小さくできるので，合わせ面の面圧が高くなり，加圧供給された樹脂のシーリング効果が高まり漏れにくくなるという効果もある。樹脂が漏れにくくなると，成形圧力を高く維持することが出来，また成形圧力の再現性も高く維持できるので，樹脂が光学面転写面に強くバラツキ無く押しつけられて成形転写性が高まり，高精度かつ高品位な光学素子を高効率に得ることが出来る。
【００１７】
請求項１０に記載の成形装置は、第１の光学面転写面を複数個有する第１のコア部材と、各第１の光学面転写面に対向して配置される第２の光学面転写面を複数個有する第２のコア部材とを有し、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材とを合わせた状態で、両コア部材間に形成されるキャビティに、前記第１のコア部材又は前記第２のコア部材に形成された供給路を介して樹脂を供給することで光学素子を成形する成形装置であって、
前記コア部材のうち少なくとも一方において、前記キャビティに供給される樹脂が接触する面は一体で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、少なくとも前記キャビティに供給される樹脂が接触する前記コア部材のうち少なくとも一方の面を一体で形成することで、隙間をなくして樹脂の漏れ出しを抑え、高精度な光学素子の成形を行うことができる。又、嵌合隙間内で硬化した樹脂と成形樹脂が一体化して離型不良が発生するという問題が無く，更に嵌合隙間内でに固着した樹脂を取り除くといったメンテナンスも不要となる。これにより、極めて効率の良い成形が実現でき，低コスト高品位高性能の成形品を得ることが可能となる。
【００１９】
請求項１１に記載の成形装置は、請求項１０に記載の発明において、前記樹脂はエネルギー硬化性樹脂であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の成形装置は、請求項１１に記載の発明において、前記エネルギー硬化性樹脂は，硬化前の粘度が１００（ｐｏｉｓｅ）以下であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の成形装置は、請求項１０〜１２のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学面転写面の中心は、前記第１のコア部材表面の１点を中心とする第１の円周上に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の成形装置は、請求項１０〜１２のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学面転写面の中心は、前記第１のコア部材表面の１点を中心とする第１の円周上に少なくとも２個配置され、更に、前記第１の円周と同一表面上にあって、前記第１の円周と中心が同じであり、第１の円周と半径が異なる第２の円周上に少なくとも２個配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１５に記載の成形装置は、請求項１３又は１４に記載の発明において、前記第１のコア部材には、前記円周の中心に向かって、外部より延在する供給路が設けられ、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１６に記載の成形装置は、請求項１３又は１４に記載の発明において、前記第１のコア部材には、前記円周の半径方向外方に、外部より延在する供給路が設けられ、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１７に記載の成形装置は、請求項１３又は１４に記載の発明において、前記第１のコア部材には、前記円周の中心に向かって延在する貫通孔が形成され、前記第２のコア部材には、前記貫通孔に対向して凹部が形成され、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材とを合わせた状態で、前記凹部に液体状の樹脂を貯留させ、前記貫通孔に対して摺動するピストン部材で前記凹部の樹脂を押し出すことにより、前記供給路を介して加圧された樹脂が前記キャビティに供給されるようになっていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１８に記載の成形装置は、請求項１０〜１７のいずれかに記載の発明において、前記第１のコア部材を保持する第１の保持部材と、前記第２のコア部材を保持する第２の保持部材とを有し、前記第１のコア部材は、前記第２のコア部材に対して面接触し、且つ前記第１の保持部材は、前記第２の保持部材に対して面接触することを特徴とする。
【００２７】
請求項１９に記載の成形装置は、請求項１０〜１７のいずれかに記載の発明において、前記第１のコア部材を保持する第１の保持部材と、前記第２のコア部材を保持する第２の保持部材とを有し、前記第１のコア部材は、前記第２のコア部材に対して面接触するが、前記第１の保持部材は、前記第２の保持部材に対して面接触しないことを特徴とする。
【００２８】
請求項２０に記載の成形装置は、請求項１０〜１９のいずれかに記載の発明において、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材との間にシーリング部材を配置したことを特徴とする。本発明の成形装置のように割り型を用いる限り、金型の合わせ面が生じることは避けられない。合わせ面の精度を向上することで、その隙間を小さく抑えることができるが、供給される樹脂の粘度が低く圧力が高い場合には、それでも漏れ出す恐れがある。これに対し本発明のように、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材との間にシーリング部材を配置することにより、金型の合わせ面からの樹脂漏れを防ぐことが出来，成形圧力を更に高く維持できるので，高圧で光学面転写面に樹脂を押しつけて固化させることが出来，光学面転写面形状の転写性に優れた高品質高性能の光学素子を得ることが出来る。
【００２９】
請求項２１に記載の成形装置は、請求項２０に記載の発明において、前記シーリング部材は、複数の前記第１の光学面転写面と前記第２の光学面転写面とを囲うリング状であることを特徴とする。前記シーリング部材により、前記第１の光学面転写面と前記第２の光学面転写面の外側を一括的にシーリングすることで，粘度の低い樹脂のシーリングを確実に行え，また前記シーリング部材も最小で済むので，低コストで成形圧力を高く維持でき，成形再現性を高めることができる。シーリング部材としては，断面形状がＯリング状であっても良いし，Ｃ状であっても良い。又、シーリング部材の材料は，ナイロン，バイトン，ニトリルゴム，シリコン樹脂，エポキシ等の高分子材料であっても良いし、銅、アルミ、鉛などの軟質金属であっても良い。
【００３０】
請求項２２に記載の成形装置は、請求項２０又は２１に記載の発明において、前記第２のコア部材に合わせる前に、前記第１のコア部材を、第３のコア部材に合わせ、前記第１のコア部材と前記第３のコア部材との間に樹脂を供給することで前記第１のコア部材上に前記シーリング部材を形成したことを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、まず前記第１のコア部材と前記第３のコア部材とにより、前記第１のコア部材上に前記シーリング部材を形成するので、その後、前記第１のコア部材に対して前記第２のコア部材を合わせたときに、それらの間にシーリング部材が介在し、粘度が低い樹脂が金型の合わせ面から漏れ出すことが抑制される。例えばシーリング部材を別々に成形して接着する場合に比べて、部品同士の位置決めや接着の工数を削減できるので、コスト低減効果が大きい。
【００３２】
請求項２３に記載の中間成形体は、請求項１０〜２２のいずれかに記載の成形装置により成形された状態で、前記光学面転写面から成形された光学面を有する一つの光学素子と、それに隣接する光学素子とが樹脂材により連結されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項２４に記載の光学素子は、請求項２３に記載の中間成形体を切断することによって製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、例えば粘度の低い樹脂を用いて光学素子を容易に成形することができる金型、成形装置、中間成形体及び光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。まず、本実施の形態にかかる金型の製造方法について述べる。図１は、本実施の形態にかかるコア部材を治具Ｊにより保持した状態で示す斜視図である。図１において、円筒状である治具Ｊは、一方の面に２つの円筒状の開口Ｊ１，Ｊ２を有している。開口Ｊ１には、超鋼等より形成された円筒状のコア部材（第１のコア部材）２０が収容されており、不図示のインデックス装置を用いて、開口Ｊ１内で所定角度ピッチ毎に回転可能に配置されている。一方、開口Ｊ２には、コア部材２０に相当する質量のカウンタバランスＣＢが収容されている。尚、コア部材２０には、予め中央の供給路２２や水平供給路２４（図３）等が形成されていてよいが、その周囲の光学面転写面（第１の光学面転写面）２１は、未加工であるものとする。
【００３６】
図２は、本実施の形態に係るコア部材を加工装置するＸ、Ｙ、Ｚ、θ軸超精密旋盤の斜視図である。図２において、定盤１１０に対してＺ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ１０５上に回転支持部１０９が設置され、回転支持部１０９が回転駆動するチャック１０９ａ上に、コア部材２０を取り付けた治具Ｊを保持している。一方、定盤１１０に対してＺ軸方向に交差するＸ軸方向に移動自在なＸ軸ステージ１０６上には、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に交差するＹ軸方向に移動可能なＹ軸ステージ１０７が配置されており、Ｙ軸ステージ１０７にはダイヤモンド工具１１３が取り付けられている。Ｘ軸ステージ１０６と、Ｙ軸ステージ１０７と、Ｚ軸ステージ１０５と、回転支持部１０９とはＮＣプログラムにより独立して制御され、コア部材２０と、ダイヤモンド工具１１３とを相対的に移動させることにより、光学面転写面２１の加工を行うようになっている。
【００３７】
より具体的に加工の態様を説明すると、チャック１０９ａ上に、コア部材２０を取り付けた治具Ｊを保持した状態では、コア部材２０の軸線ＡＸ（図１）とずれた位置に、チャック１０９ａの回転軸線ＲＸ（図２）が配置されるようになっている。従って、チャック１０９ａを回転させながら、ダイヤモンド工具１１３を接近させると、コア部材２０の軸線ＡＸから離れた位置に、光学面転写面２１が旋削により形成されることとなる。一つの光学面転写面２１が形成されたら、不図示のインデックス装置により、コア部材２０を開口Ｊ１内で所定角度ピッチ（例えば４５度）で回転させ、同様に旋削することで別な光学面転写面２１が形成される。このように順次旋削を行いながら、コア部材２０の端面に複数の光学面転写面を形成することができる。
【００３８】
コア部材２０の端面に複数の光学面転写面２１を形成する場合、例えば４軸や５軸の高価な多軸加工機を用いたエンドミル切削を行えば、マトリクス状に配置された複数の光学面転写面も任意に形成できるが、加工に時間がかかる。これに対し、図２に示すように、チャック１０９ａの回転軸線ＲＸに光学面転写面の軸線を一致させた状態で加工を行えば、２軸または３軸の汎用的な加工機を用いて、コア部材２０の軸線ＡＸを中心として、同一の円周上に複数の光学面転写面２１の中心を配置するように加工することができ、４軸や５軸の高価な多軸加工機を用いたエンドミル切削加工に比べて、１／１０以下の加工時間で効率よく、且つ３倍以上滑らかな光学面転写面の表面粗さを得ることが出来る、しかも、光学面転写面同士の形状バラツキも極力抑えることができる。
【００３９】
図９，１０は、本実施の形態の変形例にかかるコア部材を治具Ｊ’により保持した状態で示す斜視図である。本変形例の治具Ｊ’においては、軸線が平行な同径の円筒を重ね合わせたような開口Ｊ１’を形成している。従って、開口Ｊ１’には、円筒状のコア部材２０は、図９に示す位置と図１０に示す位置とに選択的に装着可能となっている。又、開口Ｊ１’内の、コア部材２０以外の空間には、ハッチングで示すように、断面が三日月状のカウンタバランスＣＢ１が装着されている。図９に示す位置と図１０に示す位置とでは、カウンタバランスＣＢ１の位置が逆になる。
【００４０】
本実施の形態によれば、治具Ｊ’を用いることで、まず図９に示す状態で上述と同様にして、コア部材２０の軸線ＡＸを中心として、半径Ｒの第１の円周上に複数の光学面転写面２１の中心を配置するように旋削加工することができる。続いて、コア部材２０を入れ替えて、図１０に示す状態で、コア部材２０の軸線ＡＸを中心として、半径Ｒ／２の第２の円周上に複数の光学面転写面２１’の中心を配置するように旋削加工することができる。これにより、コア部材２０の表面において、軸線ＡＸの周囲に２列になった光学面転写面２１、２１’を形成でき、一つのコア部材２０で多数の光学素子を効率よく成形できることとなる。尚、治具Ｊ’に対してコア部材２０を位置決めする手段は、上述の態様に限られず、例えば治具Ｊ’の開口Ｊ１’を長孔として、その内部に配置されたコア部材２０を微動ステージで変位させるようにしても良い。又、コア部材２０と同径の開口を、治具Ｊ’の中心からの距離を異ならせて複数個設けても良い。
【００４１】
図３は、本実施の形態にかかるコア部材を含む成形装置により、光学素子を成形する工程を示す概略図である。上述のようにして形成されたコア部材２０は、保持部材（第１の保持部材）６０に保持されて成形装置に保持される。一方、同様にして光学面転写面（第２の光学面転写面）１１を形成されたコア部材（第２のコア部材）１０は、保持部材（第２の保持部材）７０に保持されて、コア部材１０に対向する形で成形装置に保持される。このとき、光学面転写面１１，２１は互いの軸線が一致するように整列される。尚、コア部材２０と保持部材６０と第１の金型を構成し、コア部材１０と保持部材７０と第２の金型を構成する。以下の例では、コア部材２０の外周に段部２３を形成しているが、これは通常の旋盤で形成できる。
【００４２】
光学素子を成形する工程について説明する。ここで、コア部材１０，２０の間に形成されるキャビティの温度は、コア部材１０又はコア部材２０内に配置したサーミスタ（不図示）などによって測定することができる。
【００４３】
まず、図３（ａ）に示すように、コア部材２０の段部２３内の上面に、光学面転写面２１を囲うようにしてリング状のシーリング部材３０を載置し、その上方にコア部材１０及び保持部材７０をセットする。その後、図３（ｂ）に示すように、コア部材２０に対してシーリング部材３０を介してコア部材１０を密着させて、所定の保圧にて型締めを行う。このとき、コア部材１０の下面とコア部材２０の上面のみが互いに面接触し、保持部材６０，７０は当接しないので、コア部材同士が相手の合わせ面に倣うことで，光学面転写面１１，２１のティルト偏心が抑制され，同軸度の高い高精度なキャビティが構成され，これにより高精度な光学素子が成形される。また，押圧領域を，コア部材１０，２０の合わせ面に限定することで小さくできるので，合わせ面の面圧が高くなり，加圧供給された熱硬化性樹脂のシーリング効果が高まり漏れにくくなるという効果もある。樹脂が漏れにくくなると，成形圧力を高く維持することが出来，また成形圧力の再現性も高く維持できるので，熱硬化性樹脂が光学面転写面１１，２１に強く且つバラツキ無く押しつけられて成形転写性が高まり，高精度かつ高品位な光学素子を高効率に得ることが出来る。
【００４４】
更に、シーリング部材３０はコア部材１０とコア部材２０との間で弾性変形するので、キャビティ内に液状の熱硬化性樹脂を加圧しながら充填しても、コア部材１０，２０の合わせ面から漏れることが抑制される。
【００４５】
更にコア部材１０及び保持部材７０とコア部材２０及び保持部材６０とを、ヒータ５０により加熱する。又、コア部材２０の供給路２２に、液状の熱硬化性樹脂を加圧しながら吐出できるノズルＮを接続する。ノズルＮは、不図示の源から、所定の圧力に加圧された状態で熱硬化性樹脂を供給される。
【００４６】
ここで、図３（ｃ）を参照して、粘度の低い（硬化前の粘度が１００（ｐｏｉｓｅ）以下）熱硬化性樹脂を、ノズルＮから、同一の円周上に配置された光学面転写面１１，２１の中心に向かって延在する供給路２２と、それから水平に延在する水平供給路２４を介して、光学面転写面１１，２１の間に注入する。このとき、コア部材１０，２０は、熱硬化性樹脂の接触する面が一体となっているため、粘度が低い熱硬化性の樹脂が漏れ出る隙間がなく、従って高精度な光学素子の成形を行うことができる。又、嵌合隙間内で硬化した樹脂と成形樹脂が一体化して離型不良が発生するという問題が無く，更に嵌合隙間内でに固着した樹脂を取り除くといったメンテナンスも不要となる。これにより、極めて効率の良い成形が実現でき，低コスト、高品位、高性能の成形品を得ることが可能となる。
【００４７】
キャビティ内で加熱されることによって、熱硬化性樹脂が光学面転写面１１，２１の形状を転写した状態で固化した後、ヒータ５０の加熱動作を停止させキャビティ温度を下げるとともに、成形圧力を大気圧まで減少させる。
【００４８】
その後、コア部材１０及び保持部材７０を上方に移動させて型開きを行うと、フランジ部がシーリング部材３０に密着するように成形された樹脂成形物（中間成形体）Ｍが露出する。そこで、図３（ｄ）に示すように、シーリング部材３０をコア部材２０から取り外すことにより、シーリング部材３０に付着した樹脂成形物Ｍを一緒に取り外すことができる。樹脂成形物Ｍは、シーリング部材３０から容易に分離でき、更に所定の位置で切り出すことで、光学面転写面１１，２１の形状を転写した複数の光学素子ＯＥを得ることができる。以上で、光学素子成形の１サイクルが完了する。
【００４９】
尚、コア部材１０，２０を合わせた状態で、保持部材６０，７０でも型締め時の圧力を受けるようにしても良い。これにより，大きな金型部品に直接，光学面転写面を形成する必要が無くなり，小さい半径の同一の円周に沿って光学面転写面１１，２１をコア部材１０，２０に加工すれば良いため，加工機などの設備を小さく抑えることができ，また空間の有効利用を図れ、設備投資が少なくて済み，金型製作費を低減できる。
【００５０】
図４は、別な実施の形態にかかる成形装置における光学素子の成形工程を示す概略図である。尚、本実施の形態においては、説明を簡素化するために、シーリング部材が囲う光学面転写面は上下一対として示している。又、保持部材も省略している。回転駆動軸ＲＳの下端には、第２のコア部材１０と第３のコア部材４０とが取り付けられている。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すように、不図示の定盤上に設置した第１のコア部材２０の上に、第３のコア部材４０を対向させるように回転駆動軸ＲＳを回転して位置決めする。その後、回転駆動軸ＲＳを下降させて、第１のコア部材２０上に第３のコア部材４０を密着させる。このとき、第１のコア部材２０の光学素子用の加工面（光学面転写面とフランジ転写面を含む、１０ａも同様）２０ａには、対応する形状を有する第３のコア部材４０の加工面４０ａが密着する。また、その周囲に環状の空間Ａが形成される。
【００５２】
ここで、第１のコア部材２０と第３のコア部材４０を不図示のヒータで加熱しながら、不図示の供給路を介して、外部より溶融した樹脂（ここでは熱可塑性樹脂）を環状の空間Ａに充填する。しかし、光学素子用の加工面２０ａには第３のコア部材４０の加工面４０ａが密着しているので、その間に樹脂が侵入せず、成形品としてリング状のシーリング部材３０のみが形成されることとなる。又、熱可塑性樹脂はキャビティ注入時の粘度が比較的高いので、コア部材２０、４０の分割面から漏れ出す恐れは低い。
【００５３】
熱可塑性樹脂が固化した後、回転駆動軸ＲＳを上昇させ更に１８０度回転させて、第１のコア部材２０に第２のコア部材１０を対向させるようにする。その後、回転駆動軸ＲＳを下降させて、第１のコア部材２０上に第２のコア部材１０を密着させる（図４（ｂ）参照）。このとき、シーリング部材３０は、加工面（光学面転写面）２０ａ、１０ａの周囲に配置された状態で、第１のコア部材２０と第２のコア部材１０との間に所定の面圧で密着することとなる。ここで、樹脂の弾性変形領域内で、回転駆動軸ＲＳを介して付与されるプレス圧を調整することで、第１のコア部材２０と第２のコア部材１０との距離が変化するため、それにより、成形された後の光学素子の軸上厚さを調整することができる。
【００５４】
更に、上述の実施の形態と同様に、第１のコア部材２０と第２のコア部材１０とを不図示のヒータで熱硬化性樹脂の硬化温度に加熱しながら、不図示の供給路を介して、外部より液体状の熱硬化性樹脂を加工面２０ａ、１０ａの間に充填する。かかる状態では、シーリング部材３０により第１のコア部材２０と第２のコア部材１０との分割面がシールされているため、粘度の低い熱硬化性の樹脂を、加工面（光学面転写面）２０ａ、１０ａの間に注入しても漏れが生じることはない。このとき、シーリング部材３０の素材は、熱硬化性樹脂の硬化温度でも溶融・変形しない程度の耐熱性を有することが望ましい。
【００５５】
熱硬化性樹脂を加熱して硬化した後に、回転駆動軸ＲＳと共に第２のコア部材１０を上方に移動させると、シーリング部材３０に密着するように一体的に成形された光学素子ＯＥが露出する。その後、図４（ｃ）に示すように、回転駆動軸ＲＳを１８０度回転させ、第１のコア部材２０に第２のコア部材１０を対向させてから、回転駆動軸ＲＳを下降させて、第１のコア部材２０上に第３のコア部材４０を密着させる。これにより新たなシーリング部材３０の成形を行えるが、この成形中に、先のシーリング部材３０と光学素子ＯＥとを一体として離型させることができる。離型した状態で、光学素子ＯＥとシーリング部材３０は一体成形品となっている。その後、同様の工程を繰り返すことで、光学素子ＯＥの成形を行うことができる（図４（ｄ）参照）。
【００５６】
図５は、別な実施の形態にかかる成形装置における光学素子の成形工程を示す概略図である。尚、本実施の形態においては、保持部材を省略している。図５において、下方のコア部材（第２のコア部材）１０は、中心が同一の円周上に配置された光学面転写面１１の真ん中に、袋穴状のポット（凹部ともいう）１３を形成している。又、上方のコア部材（第１のコア部材）２０は、中心が同一の円周上に配置された光学面転写面２１と、ポット１３に対応して形成された円筒状の貫通孔２５とを有している。貫通孔２５内には、ピストン部材ＰＭが摺動可能に配置されている。
【００５７】
成形前に、ポット１３内に熱硬化性樹脂ＨＲを貯留しておく。かかる状態で、シーリング部材３０を介在させながらコア部材１０，２０を合わせ、不図示のヒータで加熱した後、ピストン部材ＰＭを、ポット１３に向けて突き出す。これにより、ポット１３内の熱硬化性樹脂ＨＲは放射状に押し出されて、光学面転写面１１，２１の間のキャビティ内に侵入し、固化して光学素子を成形できることとなる。
【００５８】
図６は、本実施の形態の変形例を示す図である。上述した実施の形態では、型締めされるコア部材１０，２０は単一であったが、図６に示すように、複数のコア部材１０，２０を単一の保持部材７０，６０で位置決めしつつ保持することにより、一度に合わせるようにしても良い。
【００５９】
図７は、上述した実施の形態に適用できるエアベントの例を示す図である。図７において、コア部材１０は、シーリング部材３０の外方に、エアエスケープ孔１４を形成している。一方、コア部材２０は、シーリング部材３０及びエアエスケープ孔１４を囲うようにして、周溝２６を形成しており、その中にＯ−リングＯＲを配置している。
【００６０】
成形前には、シーリング部材３０を介在させた状態でコア部材１０，２０を合わせ、バルブＶを介して不図示の真空ポンプをエアエスケープ孔１４に接続して、コア部材１０，２０内のキャビティＣＶより空気を排出させる。キャビティＣＶ内が所定の真空状態になった時点で、バルブＶを閉じてエアエスケープ孔１４からの吸引を中断し、不図示の供給路から熱硬化性樹脂を供給すれば、流れを阻害する空気がキャビティＣＶ内に存在しないことから、熱硬化性樹脂はキャビティＣＶの隅々まで行き渡り、これにより高精度な光学素子を形成できる。尚、熱固化性樹脂はシーリング部材３０によりシールされるので、エアエスケープ孔１４に侵入してこれを閉塞させることはない。
【００６１】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、コア部材の光学面転写面は同一の円周上に沿って配置することなくマトリクス状に配置しても良い。又、光学面転写面の中央に樹脂の供給路を配置する必要はない。熱硬化性樹脂は常温での粘度が低いため、流れ性がよいからである。従って、隣接する光学面転写面の間に水平供給路を設けることもでき、それにより図８に示すように、隣接する光学素子ＯＥ同士の外周が樹脂で一周つながっている中間成形体Ｍを得ることができる。かかる場合、樹脂は外部から注入口Ｂを介して注入される。
【００６２】
更に、樹脂の供給路が同一の円周の中心に向かって外部より延在する場合だけでなく、例えば水平方向に金型が開く場合には、円周の半径方向外側に供給路を設けて、重力方向下方より成形キャビティ内に樹脂を供給したり、或いは各成形キャビティの外周に接続するような全体的に平板状の供給路を設けても良い。外部より延在する小断面積の供給路の場合は、成形圧力が供給路から光学面転写面の成形キャビティに伝達されるので、粘度が高くなる硬化時に収縮での残留応力が不均一になって残りやすく、そのため成形品に複屈折などの光学的な内部不均一を生じることがある。そこで、小断面積の供給路を設ける代わりに、成形キャビティを平板状の供給路に接続することで、光学面転写面の外周から均等に成形圧力がかかった状態で樹脂が硬化することとなり、これにより内部応力や歪みの少ない高品質な成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施の形態にかかるコア部材を治具Ｊにより保持した状態で示す斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るコア部材を加工装置するＸ、Ｙ、Ｚ、θ軸超精密旋盤の斜視図である。
【図３】本実施の形態にかかるコア部材を含む成形装置により、光学素子を成形する工程を示す概略図である。
【図４】別な実施の形態にかかる成形装置における光学素子の成形工程を示す概略図である。
【図５】別な実施の形態にかかる成形装置における光学素子の成形工程を示す概略図である。
【図６】本実施の形態の変形例を示す図である。
【図７】上述した実施の形態に適用できるエアベントの例を示す図である。
【図８】中間成形体の一例を示す図である。
【図９】コア部材を変形例にかかる治具Ｊ’により保持した状態で示す斜視図である。
【図１０】コア部材を変形例にかかる治具Ｊ’により保持した状態で示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ コア部材
１０ａ 加工面
１１ 光学面転写面
１３ ポット
１４ エアエスケープ孔
２０ コア部材
２０ａ 加工面
２１、２１’ 光学面転写面
２２ 供給路
２３ 段部
２４ 水平供給路
２５ 貫通孔
２６ 周溝
３０ シーリング部材
４０ コア部材
４０ａ 加工面
５０ ヒータ
６０ 保持部材
７０ 保持部材
１０５ Ｚ軸ステージ
１０６ Ｘ軸ステージ
１０７ Ｙ軸ステージ
１０９ 回転支持部
１０９ａ チャック
１１０ 定盤
１１３ ダイヤモンド工具
Ａ 空間
ＡＸ 軸線
ＣＢ カウンタバランス
ＣＶ キャビティ
ＨＲ 熱硬化性樹脂
Ｊ、Ｊ’ 治具
Ｊ１、Ｊ１’、Ｊ２ 開口
Ｍ 樹脂成形物
Ｎ ノズル
ＯＥ 光学素子
ＯＲ Ｏ−リング
ＰＭ ピストン部材
ＲＳ 回転駆動軸
ＲＸ 回転軸線
【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５】
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