(57)【要約】      （修正有）【課題】第１の樹脂と第２の樹脂とを積層して一体化する場合に、第１の樹脂の硬化収縮の影響で第２の樹脂の変形を防止する。【解決手段】紫外線硬化型樹脂１５を供給する工程と、紫外線硬化型樹脂１５を硬化させる工程と、紫外線硬化型樹脂１５の光学面に熱可塑性樹脂を供給する工程と、熱可塑性樹脂を硬化させる工程とを有し、紫外線硬化型樹脂１５の収縮率が熱可塑性樹脂の収縮率よりも大きく、ガラス転移点が紫外線硬化型樹脂の方が熱可塑性樹脂よりも高いことが望ましい。【選択図】図１Ａ
2008296450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の樹脂を供給する工程と、
前記第１の樹脂を硬化させる工程と、
前記第１の樹脂の光学面に第２の樹脂を供給する工程と、
前記第２の樹脂を硬化させる工程と、を有し、
前記第１の樹脂の収縮率が、前記第２の樹脂の収縮率よりも大きい
ことを特徴とする複合光学素子の成形方法。
【請求項２】
前記第１の樹脂を硬化させる工程では、前記第１の樹脂にエネルギーを与えることで樹脂の硬化が行なわれ、
前記第２の樹脂を硬化させる工程では、前記第２の樹脂の温度を下げることで樹脂の硬化が行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子の成形方法。
【請求項３】
前記第１の樹脂がエネルギー硬化型樹脂であり、
前記第２の樹脂が熱可塑性樹脂である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合光学素子の成形方法。
【請求項４】
前記第１の樹脂のガラス転移点が、前記第２の樹脂のガラス転移点よりも高い
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合光学素子の成形方法。
【請求項５】
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂が熱可塑性樹脂である
ことを特徴とする請求項４に記載の複合光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材側の光学素子に別の成形素材を一体的に接合する複合光学素子の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合光学レンズ等の複合光学素子は、ベースとなる光学レンズの光学面に非球面等の樹脂レンズ層を積層して形成し、全体として収差補正の性能を向上させたものである。この複合光学素子は、単一の光学レンズでは得られない優れた光学性能を有する。このため、例えば撮影光学系を有するカメラや、顕微鏡、内視鏡等の医療機器の分野において重用されている。
【０００３】
従来、この種の複合光学素子として、例えば特許文献１に記載された技術が知られている。この特許文献１には、基材となる光学レンズの光学面に紫外線硬化型樹脂を吐出し、これらを一体的に接合して複合光学素子を成形する点が開示されている。
【０００４】
そして、基材となる光学レンズ及び金型の温度を一定に制御しながら成形することにより、例えば樹脂の硬化時に発生する熱によって光学レンズ及び金型が膨張変形することを防止している。
【特許文献１】特開平４−１７１４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、紫外線硬化型樹脂の収縮に伴う基材側の光学レンズの変形については、何ら考慮されていない。ここで、例えば図４Ａに示すように、熱可塑性樹脂の基材レンズ１１６を用い、この基材レンズ１１６の光学面に紫外線硬化型樹脂１１５を積層して接合する場合を考えてみる。
【０００６】
すると、紫外線硬化型樹脂１１５は、一方の光学面（予定面）を基材レンズ１１６に当接され、他方の光学面（予定面）を金型１１２の成形面に拘束された状態で成形される。このため、紫外線硬化型樹脂１１５の硬化による収縮に伴い、基材レンズ１１６には矢印Ａ方向の応力が発生する。
【０００７】
そして、図４Ｂに示すように、紫外線硬化型樹脂１１５が硬化した後に離型され拘束が解かれると、基材レンズ１１６の弾性回復により紫外線硬化型樹脂１１５（及び基材レンズ１１６）が矢印Ｂ方向に変形してしまう。これでは、所望の複合光学素子を得ることはできない。
【０００８】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、第１の樹脂と第２の樹脂とを積層して一体化する場合に、第１の樹脂の硬化収縮による第２の樹脂の変形を防止し得る複合光学素子の成形方法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】
【０００９】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
第１の樹脂を供給する工程と、
前記第１の樹脂を硬化させる工程と、
前記第１の樹脂の光学面に第２の樹脂を供給する工程と、
前記第２の樹脂を硬化させる工程と、を有し、
前記第１の樹脂の収縮率が、前記第２の樹脂の収縮率よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の複合光学素子の成形方法において、
前記第１の樹脂を硬化させる工程では、前記第１の樹脂にエネルギーを与えることで樹脂の硬化が行なわれ、
前記第２の樹脂を硬化させる工程では、前記第２の樹脂の温度を下げることで樹脂の硬化が行われることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の複合光学素子の成形方法において、
前記第１の樹脂がエネルギー硬化型樹脂であり、
前記第２の樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合光学素子の成形方法において、
前記第１の樹脂のガラス転移点が、前記第２の樹脂のガラス転移点よりも高いことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の複合光学素子の成形方法において、
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１の樹脂と第２の樹脂とを積層して一体化する場合に、第１の樹脂の硬化収縮による第２の樹脂の変形を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
本実施形態では、光学レンズの色収差を効果的に補正するために、紫外線硬化型樹脂（エネルギー硬化型樹脂）と熱可塑性樹脂とを接合した複合光学素子を検討する。なお、熱可塑性樹脂の代わりにガラスを用いることも可能である。但し、製造コストの低減を図るためには、熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。
【００１６】
例えば、熱可塑性樹脂を基材とし、この熱可塑性樹脂の層に紫外線硬化型樹脂を滴下して固化させる場合を考える。ここで、紫外線硬化型樹脂と熱可塑性樹脂とでは、収縮率が大きく異なる。例えば、紫外線硬化型樹脂の収縮率は８％程度であるのに対し、熱可塑性樹脂の収縮率は０．６〜０．７％程度である。このため、紫外線硬化型樹脂の収縮に伴い、熱可塑性樹脂が変形してしまう。なお、仮に熱可塑性樹脂（基材）の剛性が高い場合は、基材はほとんど変形しない。しかし、界面（接合面）には時間経過の中で変形や剥離につながる大きな応力が発生する。
【００１７】
一方、熱可塑性樹脂の収縮率は、前述したように０．６〜０．７％程度である。すなわち、紫外線硬化型樹脂と比較して収縮率が非常に小さい。そこで、本実施形態では、紫外線硬化型樹脂を基材とし、この紫外線硬化型樹脂の層に熱可塑性樹脂を積層することを考える。すると、熱可塑性樹脂によって硬化収縮が生じても、この硬化収縮による紫外線硬化型樹脂（基板）を変形させる力は弱くなる。また、この場合、界面に発生する応力も弱いので経時変化も低減される。本実施形態では、この点に着目して複合光学素子の成形を行う。
【００１８】
図１Ａ〜図１Ｇは、成形装置１０により複合光学素子を成形する工程を示す図である。
成形装置１０は、型部材１１、第１の上型１２（図１Ｂ参照）、第２の上型１２’（図１Ｅ参照）、下型１３、及び紫外線照射装置１４（図１Ｃ参照）を有している。型部材１１には、円形の型収容孔１１ａが形成されている。この型収容孔１１ａに、第１の上型１２（又は第２の上型１２’）、及び下型１３が嵌挿される。なお、第１の上型１２と第２の上型１２’は、選択的に型収容孔１１ａに嵌挿されるようになっている。
【００１９】
第１の上型１２（又は第２の上型１２’）と下型１３は、型収容孔１１ａ内で、それぞれの成形面１２ａ（又は成形面１２’ａ）と成形面１３ａが対向するように嵌挿される。成形面１２ａは、凹球面状をなし、また、成形面１２’ａと成形面１３ａは凸球面状をなしている。これらの成形面１２ａ，１２’ａ、成形面１３ａは、いずれも鏡面に仕上げられている。
【００２０】
第１の上型１２と第２の上型１２’は、型収容孔１１ａの軸方向に摺動可能となっている。成形にあたって、まず最初に収縮率の大きい第１の樹脂、すなわち紫外線硬化型樹脂１５を成形する。次いで、成形後の紫外線硬化型樹脂１５の層の一方の光学面に、収縮率の小さい第２の樹脂、すなわち熱可塑性樹脂１６を接合成形する。以下、その成形工程を具体的に説明する。
【００２１】
図１Ａにおいて、下型１３の成形面１３ａ上に、液状の紫外線硬化型樹脂１５１を所定量吐出する。この紫外線硬化型樹脂１５１は常温では液状（又は半流動体状）であり、紫外線のエネルギーを照射することによって固化する。この吐出工程は、不図示の吐出装置によって行われる。
【００２２】
次いで、図１Ｂに示すように、下型１３の成形面１３ａに対向して第１の上型１２を配置する。この第１の上型１２は、例えば紫外線が透過可能なようにガラスで形成されている。次いで、この第１の上型１２を下型１３に接近移動させる。この場合、第１の上型１２の成形面１２ａと下型１３の成形面１３ａとの間隔が、求める成形品の中心肉厚よりも若干大き目の位置で停止させるようにする（その理由は後述する）。こうして、液状の紫外線硬化型樹脂１５１は、所定形状（薄い凹面鏡状）に変形される。
【００２３】
次に、図１Ｃに示すように、第１の上型１２の上方に配置された紫外線照射装置１４の紫外線ランプ１４ａに通電し、紫外線硬化型樹脂１５１に紫外線を照射する。これにより、紫外線硬化型樹脂１５１は硬化し、薄い凹面鏡状の紫外線硬化型レンズ１５２が得られる。
【００２４】
なお、この工程では、液状である紫外線硬化型樹脂１５１の硬化収縮に合わせて、第１の上型１２を下型１３に接近させるように移動させるとよい。こうすることで、成形後の紫外線硬化型レンズ１５２にひけが発生するのを防止することができる。
【００２５】
次に、図１Ｄに示すように、第１の上型１２を型収容孔１１ａから離脱させて退避させる。このとき、成形された紫外線硬化型レンズ１５２は、一方の光学面が下型１３に付着したままである。なお、この場合、下型１３はスライド式又はロータリ式のものでもよい。また、第１の上型１２を退避させる代わりに、型部材１１及び下型１３を次工程に移動させるようにしてもよい。本実施形態では、第１の上型１２を退避させる場合を例として説明する。
【００２６】
次に、図１Ｅに示すように、第１の上型１２の代わりに、これと別体の第２の上型１２’を、下型１３に対向するように型収容孔１１ａに嵌挿する。こうして、第２の上型１２’の成形面１２’ａと紫外線硬化型レンズ１５２との間に、所定の空間（キャビティ）１９を形成する。このとき形成される空間１９は、両凹レンズ状となっている。
【００２７】
次に、図１Ｆに示すように、前述の空間（キャビティ）１９に、型部材１１に形成された射出口１１ｂから、熱可塑性樹脂１６１を射出充填する。すると、紫外線硬化型レンズ１５２における下型１３の成形面１３ａと反対側の光学面（接合面）に、熱可塑性樹脂１６１が供給される。やがて、空間（キャビティ）１９内が射出された熱可塑性樹脂１６１で満杯になる。次いで、供給された熱可塑性樹脂１６１に対し所定の保圧力を付与する。すると、熱可塑性樹脂１６１が熱可塑性樹脂レンズ１６２として成形される。その後、型を冷却して成形品を取り出す。
【００２８】
取り出された成形品は、図１Ｇに示すように、紫外線硬化型レンズ１５２に熱可塑性樹脂レンズ１６２が界面で接合された両凹レンズ状の複合光学素子１８である。
本実施形態では、紫外線硬化型樹脂１５に対しては紫外線のエネルギーを与えることで硬化させ、また、熱可塑性樹脂１６の硬化はその温度を下げることで硬化させている。すなわち、成形後の紫外線硬化型レンズ１５２は、硬化した状態で既に収縮が完了している。よって、熱可塑性樹脂１６１を射出して成形する際に、紫外線硬化型樹脂１５１の硬化は、該熱可塑性樹脂１６１に影響を及ぼすことはない。
【００２９】
なお、本実施形態では、紫外線硬化型樹脂１５と熱可塑性樹脂１６の２つの樹脂層を接合した場合について説明したが、これに限らず、例えば３種類以上の樹脂層を接合することもできる。この場合にも、成形時には収縮率の大きい樹脂から順に成形していく。また、基材レンズとしての紫外線硬化型レンズ１５２の両方の光学面に熱可塑性樹脂１６を積層することもできる。
【００３０】
本実施形態によれば、紫外線硬化型樹脂１５を先に成形することで、紫外線硬化型樹脂１５側の界面（接合面）の収縮が完了した状態で熱可塑性樹脂１６との接合を行うことができる。このため、紫外線硬化型樹脂１５の硬化収縮に伴う熱可塑性樹脂１６の変形を防止することができる。よって、高精度に設計された通りの所望の形状の複合光学素子１８を得ることができる。
【００３１】
なお、基板を変形させる力や界面に発生する応力は、紫外線硬化型樹脂と熱可塑性樹脂の体積にも関係してくるものと思われる。したがって、実際に複合光学素子の成形を行なう際には、紫外線硬化型樹脂の大きさ（体積）を考慮して、紫外線硬化型樹脂の量を決定することになる。
（第２の実施の形態）
本実施形態は、圧縮成形法によって２種類の熱可塑性樹脂同士を成形するものである。
【００３２】
すなわち、光学特性が合致すれば、２種類の熱可塑性樹脂同士の複合化も可能である。この場合は、第１の熱可塑性樹脂のガラス転移点（Ｔｇ１）が第２の熱可塑性樹脂のガラス転移点（Ｔｇ２）よりも高いことが好ましい。すなわち、Ｔｇ１＞Ｔｇ２  の関係にあることが好ましい。そして、第１の熱可塑性樹脂を硬化させた後に、その光学面に第２の熱可塑性樹脂を供給して硬化させる。
【００３３】
これは、若しも、第１の熱可塑性樹脂のガラス転移点（Ｔｇ１）が第２の熱可塑性樹脂のガラス転移点（Ｔｇ２）よりも低いと、第１の熱可塑性樹脂の光学面に、ガラス転移点以上に加熱された第２の熱可塑性樹脂が接触して、第１の熱可塑性樹脂の変形が大きくなるためである。
【００３４】
これに対し、逆の場合(Ｔｇ１＞Ｔｇ２)には、第１の熱可塑性樹脂の変形は大きくならない。以下、その成形工程を具体的に説明する。
図２Ａ〜図２Ｃは、圧縮成形法に用いられる型セット２０の全体構成を示している。
【００３５】
図２Ａに示すように、型セット２０は、第１の上型２１、下型２２、及びスリーブ２３を有している。第１の上型２１と下型２２は、スリーブ２３の内部で、それぞれの成形面２１ａ，２２ａが対向するようにスリーブ２３の両端側から嵌挿されている。第１の上型２１の成形面２１ａは凸球面をなし、下型２２の成形面２２ａは凹球面をなしている。第１の上型２１は、スリーブ２３の軸方向に摺動可能となっている。第１の上型２１の成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとの間には、球形状の第１の熱可塑性樹脂（ガラス転移点Ｔｇ１）２４１が配置されている。
【００３６】
この状態で、型セット２０を所定温度（ガラス転移点Ｔｇ１付近の温度）に加熱して第１の熱可塑性樹脂２４１を加熱軟化させる（加熱工程）。次いで、下型２２に対し第１の上型２１を接近移動させる。すると、図２Ｂに示すように、第１の熱可塑性樹脂２４１は所定形状に押しつぶされて変形し、第１のレンズ２４２に成形される（押圧工程）。次に、図２Ｃに示すように、型セット２０を冷却して分解し、成形後の固化した第１のレンズ２４２を取り出す（冷却取り出し工程）。この第１のレンズ２４２は、両凹レンズ形状をなしている。
【００３７】
次に、図３Ａ〜図３Ｃに基づき、成形された第１のレンズ２４２に第２の熱可塑性樹脂２５１を接合する工程について説明する。なお、前述したように、第１の熱可塑性樹脂２４１のガラス転移点（Ｔｇ１）は第２の熱可塑性樹脂２５１のガラス転移点（Ｔｇ２）よりも高いものを用いている。
【００３８】
図３Ａに示すように、第１の上型２１の代わりに第２の上型２１’を下型２２に対向配置する。この第２の上型２１’は、凸球面状の成形面２１ａ’を有している。そして、下型２２の成形面２２ａ上に前述した第１のレンズ２４２を載置し、さらに下型２２の成形面２２ａと反対側の光学面に、球形状の第２の熱可塑性樹脂２５１を配置する。
【００３９】
この状態で、型セット２０を所定温度（ガラス転移点Ｔｇ２付近の温度）に加熱して第２の熱可塑性樹脂２５１を加熱軟化させる（加熱工程）。このとき、第１の熱可塑性樹脂２４１のガラス転移点（Ｔｇ１）が第２の熱可塑性樹脂２５１のガラス転移点（Ｔｇ２）よりも高いため、既に成形された第１のレンズ２４２は軟化しない。このため、硬化した第１のレンズ２４２に、加熱軟化された第２の熱可塑性樹脂２５１が接触しても、それほど大きな変化は見られない。
【００４０】
次いで、下型２２に対し第２の上型２１’を接近移動させる。すると、図３Ｂに示すように、第２の熱可塑性素材２５１は、第１のレンズ２４２上で所定形状に押しつぶされて第２のレンズ２５２に成形される（押圧工程）。次に、図３Ｃに示すように、型セット２０を冷却して分解し、成形品を取り出す（冷却取り出し工程）。取り出された成形品は、第１のレンズ２４２に第２のレンズ２５２が接合された複合光学素子２６である。
【００４１】
なお、本実施形態では、第１の熱可塑性樹脂２４１と第２の熱可塑性樹脂２５１の２つの樹脂層を接合した場合について説明したが、これに限らず、例えば３種類以上の樹脂層を接合することもできる。この場合にも、成形時にはガラス転移点の高い樹脂から順に成形していく。また、基材レンズの両方の光学面に熱可塑性樹脂を積層することもできる。
【００４２】
本実施形態によれば、ガラス転移点の高い第１の熱可塑性樹脂２４１を先に成形することで、接合面の収縮が完了した状態でガラス転移点の低い第２の熱可塑性樹脂２５１との接合を行うことができる。このため、第２の熱可塑性樹脂２５１の硬化収縮に伴う第１のレンズ２４２の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】第１の実施の形態の吐出工程を示す図である。
【図１Ｂ】同上の成形工程を示す図である。
【図１Ｃ】同上の紫外線を照射する工程を示す図である。
【図１Ｄ】同上の上型を退避させた状態を示す図である。
【図１Ｅ】同上の熱可塑性樹脂の射出工程を示す図である。
【図１Ｆ】同上の上型と下型間に所定の空間（キャビティ）を形成した状態を示す図である。
【図１Ｇ】成形された複合光学素子の外観を示す図である。
【図２Ａ】第２の実施の形態の加熱工程を示す図である。
【図２Ｂ】同上の押圧工程を示す図である。
【図２Ｃ】成形されたレンズの外観を示す図である。
【図３Ａ】同上の加熱工程を示す図である。
【図３Ｂ】同上の押圧工程を示す図である。
【図３Ｃ】成形された複合光学素子の外観を示す図である。
【図４Ａ】従来の複合光学素子の成形工程を示す図である。
【図４Ｂ】従来の複合光学素子の外観を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０      成形装置
１１      型部材
１１ａ    型収容孔
１１ｂ    射出口
１２      第１の上型
１２ａ    成形面
１２’    第２の上型
１２’ａ  成形面
１３      下型
１４      紫外線照射装置
１４ａ    紫外線ランプ
１５      紫外線硬化型樹脂
１５１    紫外線硬化型樹脂
１５２    紫外線硬化型レンズ
１６      熱可塑性樹脂
１６１    熱可塑性樹脂
１６２    熱可塑性樹脂レンズ
１７      界面
１８      複合光学素子
１９      所定の空間（キャビティ）
２０      型セット
２１      第１の上型
２１ａ    成形面
２１’    第２の上型
２１’ａ  成形面
２２      下型
２３      スリーブ
２４      第１の熱可塑性部材
２４１    第１の熱可塑性樹脂
２４２    第１のレンズ
２５      第２の熱可塑性部材
２５１    第２の熱可塑性樹脂
２５２    第２のレンズ
２６      複合光学素子
【図２Ａ】
2008296450.tif 000003
【図２Ｂ】
2008296450.tif 000004
【図２Ｃ】
2008296450.tif 000005
【図３Ａ】
2008296450.tif 000006
【図３Ｂ】
2008296450.tif 000007
【図３Ｃ】
2008296450.tif 000008
【図１Ａ】
2008296450.tif 000009
【図１Ｂ】
2008296450.tif 000010
【図１Ｃ】
2008296450.tif 000011
【図１Ｄ】
2008296450.tif 000012
【図１Ｅ】
2008296450.tif 000013
【図１Ｆ】
2008296450.tif 000014
【図１Ｇ】
2008296450.tif 000015
【図４Ａ】
2008296450.tif 000016
【図４Ｂ】
2008296450.tif 000017