(57)【要約】【課題】ガラスの成形型の最大の欠点である欠けやクラックが発生した場合でも、これらが製品に悪影響を及ぼすことのないレンズ等の光学素子の成形装置および成形方法を提供する。【解決手段】光学素子の成形装置１は、一対の成形型２，３のうちの少なくとも一方の成形型２，３に、紫外線を透過する成形型を用い、これら一対の成形型２，３の対向面間の空間に紫外線硬化性樹脂を充填し、該紫外線硬化性樹脂に前記成形型を透過させた紫外線を照射して該紫外線硬化性樹脂を硬化させる。前記一対の成形型２，３の対向面間に、これら対向面の外周部を覆うとともに内周側に前記紫外線硬化性樹脂を充填する枠状の型材７を介在させた。【選択図】図７
2007296677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の成形型のうちの少なくとも一方の成形型に、硬化エネルギーを透過する成形型を用い、これら一対の成形型の対向面間の空間にエネルギー硬化性樹脂を充填し、該エネルギー硬化性樹脂に前記成形型を透過させた硬化エネルギーを付与して該エネルギー硬化性樹脂を硬化させる光学素子の成形装置において、
前記一対の成形型の対向面間に、これら対向面の外周部を覆うとともに内周側に前記エネルギー硬化性樹脂を充填する枠状の型材を介在させたことを特徴とする光学素子の成形装置。
【請求項２】
前記成形型は、ガラスで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
【請求項３】
前記型材は、前記エネルギー硬化性樹脂に対して相溶性を有する樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
【請求項４】
前記型材は、内周面に凹凸部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
【請求項５】
前記型材は、内，外周面を貫通する複数の貫通孔を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
【請求項６】
一対の成形型のうちの少なくとも一方の成形型に、紫外線を透過する成形型を用い、これら一対の成形型の対向面間の空間にエネルギー硬化性樹脂を充填し、該エネルギー硬化性樹脂に前記成形型を透過させた硬化エネルギーを付与して該エネルギー硬化性樹脂を硬化させる光学素子の成形方法において、
前記一対の成形型の対向面に枠状の型材の表裏面を挟んで、該型材の表裏面で前記一対の成形型の対向面の外周部を覆うとともに該枠状の型材内にエネルギー硬化性樹脂を充填し、該エネルギー硬化性樹脂に硬化エネルギーを付与して該エネルギー硬化性樹脂を硬化させることにより前記枠状の型材内で樹脂成形品を成形することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項７】
前記エネルギー硬化性樹脂は、紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項６に記載の光学素子の成形装置。
【請求項８】
前記型材の内周面に対して前記樹脂成形品の外周面を一体的に結合したことを特徴とする請求項６に記載の光学素子の成形方法。
【請求項９】
前記型材の内周面に対して前記樹脂成形品の外周面を非結合状態にしたことを特徴とする請求項６に記載の光学素子の成形方法。
【請求項１０】
一対の成形型の対向面間に枠状の型材を挟んで該枠状の型材内にエネルギー硬化性樹脂を充填して硬化させることにより前記型材を外周部に配置したことを特徴とする樹脂製の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線硬化樹脂を素材とする光学素子の成形装置および成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラ等の光学機器に使用されるレンズ等の光学素子には、ガラス製のものと、プラスチック製のものがある。ガラス製のものに較べて、プラスチック製の光学素子は、軽量で、耐衝撃性に優れ、また、安価に製造することができることから多くの光学機器に広く使用されている。
【０００３】
プラスチック製の光学素子には、熱可塑性樹脂を使用して形成したものと、熱硬化性樹脂を使用して形成したものと、紫外線硬化樹脂を使用して形成したものがある。
【０００４】
熱可塑性樹脂製の光学素子は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の熱可塑性樹脂を射出成形することにより形成される。この方法は、短時間での大量生産が可能である反面、内部均質性やレンズ面の転写性に問題がある。
【０００５】
熱硬化性樹脂製の光学素子は、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（ＣＲ−３９）等の熱硬化性樹脂を注型法により加熱重合して形成される。この注型法は、内部均質性やレンズ面の転写性は良いが、重合に数時間から数十時間を要するので量産性が悪いという問題点がある。
【０００６】
上記加熱重合による注型法の問題点を解決するものとして、紫外線硬化樹脂に高圧水銀灯やメタルハライド灯などを光源として紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を重合硬化させることで、短時間にレンズ等の光学素子を量産する方法が種々提案されている。
【０００７】
紫外線硬化樹脂を使用する光学素子の成形方法は、当然のことながら紫外線を透過させるガラス等の成形型を使用しなければならない。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭５５−１３２２２１号公報
【特許文献２】特開平０７−１００８３５号公報
【特許文献３】特開平０８−１８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、紫外線硬化樹脂製の光学素子の成形装置および成形方法は、紫外線等を透過させるために透明なガラスの成形型を使用しなければならないために次に述べるような問題点があった。
（１）図２９に示すような、レンズ１０１を成形する場合には、レンズ１０１の形状の制約から、図３０に示すように、一対の成形型１０２，１０３の対向面（キャビティー形成面）の最外周部１０４をエッジ状に形成しなければならない。しかし、成形型１０２，１０３をガラスで作る場合に、ガラスは、脆弱で割れ易いことから、図３１に示すように、前記最外周部１０４に微小な欠損（欠け）１０５やクラック１０６等が発生し易い。前記欠損１０５部分の存在する成形型を使用してレンズ１０１を成形した場合には、図３２に示すように、レンズ１０１には所謂バリ１０７が発生し、レンズ１０１の品質を損なう。
（２）また、バリ１０７がカメラの鏡筒等への取付基準面に発生した場合に、これをそのままレンズ鏡筒へ取付けようとすると、図３３に示すように、レンズ１０１がレンズ鏡筒１０８内で傾いてしまい光軸１０９のズレを引き起こすため、バリ取り作業が必要になる。また、バリ１０７を取り除くことなく、光軸ズレを防止する方法として、図３４に示すように、レンズ鏡筒１０８内に前記バリ１０７を収容するバリの逃げ部１１０を設けることも考えられるが、レンズ鏡筒１０８の設計を複雑にしたり設計の自由度を阻害する。
（３）また、クラック１０６が入った成形型１０２，１０３を使用すると、溶融樹脂を型内に充填した場合に、溶融樹脂が微小なクラック１０６内に入り込み、樹脂が硬化し、収縮する際に、前記クラック１０６の部分から成形型の一部が剥離されてしまう。この現象は、クラック１０６の部分への樹脂の充填量が多いほど顕著になる。樹脂の量が多いほど、絶対的な収縮量が多くなるためである。
【０００９】
本発明の目的は、ガラス等の成形型の最大の問題点である欠けやクラックが発生した場合でも、これら欠けやクラックが製品に対して悪影響を及ぼすことのないレンズ等の光学素子の成形装置および成形方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、成形後に芯取り作業の必要のないレンズ等の光学素子の成形装置および成形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】
本発明の光学素子の成形装置は、一対の成形型のうちの少なくとも一方の成形型に、紫外線等の硬化エネルギーを透過する成形型を用い、これら一対の成形型の対向面間の空間にエネルギー硬化性樹脂を充填し、該エネルギー硬化性樹脂に前記成形型を透過させた硬化エネルギーを付与して該エネルギー硬化性樹脂を硬化させる光学素子の成形装置において、
前記一対の成形型の対向面間に、これら対向面の外周部を覆うとともに内周側に前記エネルギー硬化性樹脂を充填する枠状の型材を介在させた。
【００１２】
本発明の光学素子の成形方法は、一対の成形型のうちの少なくとも一方の成形型に、紫外線等の硬化エネルギーを透過する成形型を用い、これら一対の成形型の対向面間の空間にエネルギー硬化性樹脂を充填し、該エネルギー硬化性樹脂に前記成形型を透過させた硬化エネルギーを付与して該エネルギー硬化性樹脂を硬化させる光学素子の成形方法において、
前記一対の成形型の対向面に枠状の型材の表裏面を挟んで、該型材の表裏面で前記一対の成形型の対向面の外周部を覆うとともに該枠状の型材内にエネルギー硬化性樹脂を充填し、該エネルギー硬化性樹脂に硬化エネルギーを付与して該エネルギー硬化性樹脂を硬化させることにより前記枠状の型材内で光学素子を成形した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光学素子の成形装置は、一対の成形型の対向面間に介在される型材によって、前記一対の成形型の対向面の外周部を覆うので、前記対向面の外周部に微小な欠損（欠け）がある場合でも、該欠損によって成形された光学素子にバリ等が発生するのを未然に防止する。また、前記対向面の最外周部にクラックがある場合でも該クラックに溶融樹脂が侵入するのを防止して、樹脂が硬化、収縮する際に、前記クラックの部分から成形型の一部が剥離されてしまうのを未然に防止することができる。
【００１４】
本発明の光学素子の成形方法は、一対の成形型の対向面の外周部に型材を介在させて光学素子を成形するという簡単な方法で、前記型材により前記一対の成形型の対向面の最外周部を保護した状態で光学素子を成形できる。そして、前記一対の成形型の対向面の最外周部に欠損（欠け）やクラックがある場合でも、バリ等の無い光学素子を成形することができる。レンズにおけるバリの発生は、それが光学有効径外であったとしても、光学有効径外を通った光がバリで乱反射して光学有効径内に戻ってフレアを引き起こす可能性があるが、本発明によればバリの発生を確実に防止するので前記のような現象でフレアが発生することはない。また、成形型の対向面の最外周部をエッジにする必要がなく、任意のＣ面やＲ面にすることができるので成形型の強度を向上させ、破損のリスクを低減させる。このことは成形型の長寿命化に止まらず、段取り替え工数の削減という意味でもコストダウンに繋がる。    また、樹脂の硬化時には不可避的に樹脂の収縮が発生し、収縮したままの状態では光学軸や偏芯精度が保証できず、鏡筒への取付け基準とするために精密な寸法を出すには成形後における芯取り作業を必要とするが、本発明においては外径寸法の保証された型材を使用することにより、光学素子の外径寸法も高精度のものとすることができるため、光学軸や偏芯精度を高精度のものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光学素子の成形装置および成形方法について説明する。図１は光学素子の成形装置（以下、単に成形装置と称する）１の断面図、図２は型材の斜視図、図３は成形方法のフローチャート図、図４〜図８は前記成形装置１による光学素子の成形工程を示す略示的断面図である。
【００１６】
図１に示すように、成形装置１は、上下一対の第１，第２の成形型２，３と、これら第１，第２の成形型２，３の芯だしを行うスリーブ４と、を備えている。前記第１，第２の成形型２，３は、紫外線を透過させるガラスで形成されている。ガラスは紫外線透過率の高い素材、例えば合成石英等が良いが、その他の素材のガラスであってもよい。前記第１，第２の成形型２，３は、図示を省略した型駆動機構により上下動可能になっていて前記スリーブ４に挿抜される。
【００１７】
前記第１，第２の成形型２，３の上下面（対向面）の中央部には、球面状または非球面状の凹面５が形成され、該凹面５の外周にはフラット面６が形成されている。前記第１，第２の成形型２，３の凹面５によって光学素子の光学有効径部が形成され、前記フラット面６によって鏡筒等への取付基準面が形成される。前記第１，第２の成形型２，３の上下面には、製品の離型性を高めるためフッ素等の離型剤が必要に応じて塗布される。
【００１８】
前記第１，第２の成形型２，３の上下面の間には、これら第１，第２の成形型２，３の上下面の外周部（フラット面６の外周部）を覆うとともに内周側にエネルギー硬化性樹脂としての紫外線硬化性樹脂を充填する枠状の型材７が介在される。前記型材７の幅Ｗ１は、前記フラット面６の幅Ｗ２の略１／２程度の幅に形成されていて、前記第１の成形型２や第２の成形型３の上下面の最外周部に欠損６ａ等がある場合にこれを覆うようになっている。
【００１９】
前記枠状の型材７は、金属または樹脂によって、図２に示すようにリング状に形成されている。前記枠状の型材７は、軽量化や成形される光学素子への加圧を考慮すると適度の弾性を有する樹脂が望ましい。また、前記型材７を形成する樹脂と前記光学素子を形成する樹脂に、線膨張係数の略等しい樹脂を選定することにより線膨張による歪を抑制することができる。また、前記型材７を形成する樹脂と前記光学素子を形成する樹脂に、相溶性を有する樹脂を使用することにより前記型材７と光学素子を一体的に結合することができる。また、色彩については、不要な光の反射を防止する意味と鏡筒の外観品位の面で黒色が望ましい。
【００２０】
次に、上記光学素子の成形装置１を使用しての光学素子の成形方法の一例を図４〜図８を参照して説明する。
【００２１】
ステップ１の型材組付工程においては、図４に示すように、第２の成形型３の上面に前記型材７を載置して、前記第２の成形型３を前記スリーブ４内に挿入する。
【００２２】
ステップ２の型締め工程においては、図５に示すように、第１の成形型２を前記スリーブ４内に挿入して、前記第１，第２の成形型２，３の上下面で前記枠状の型材７の上下面を挟んで、前記型材７の内周側に樹脂注入空間８を形成する。
【００２３】
ステップ３の樹脂充填工程においては、図６に示すように、前記樹脂注入空間８内に紫外線硬化性樹脂９を充填する。樹脂注入空間８への紫外線硬化性樹脂９の充填は、図示を省略したディスペンス機構によって行なわれる。
【００２４】
ステップ４の硬化エネルギー照射工程においては、図７に示すように、前記樹脂注入空間８に充填した紫外線硬化性樹脂９に紫外線照射装置１０から硬化エネルギーとしての紫外線を照射して樹脂注入空間８に充填されている紫外線硬化性樹脂９を硬化させる。この際に紫外線硬化性樹脂９が収縮して成形される光学素子の面精度不良が発生する虞があるので、これを防止するために第１，第２の成形型２，３で紫外線硬化性樹脂を加圧してもよい。また、紫外線硬化性樹脂の硬化を促進するために紫外線の照射に加えて加熱してもよい。
【００２５】
ステップ５の冷却、取出工程においては、紫外線硬化性樹脂９を冷却したのち、図８に示すように、前記第１，第２の成形型２，３をスリーブ４から抜き出す。そして、前記第２の成形型３から樹脂成形品１１を取り出す。樹脂成形品１１は、図９、図１０に示すように、枠状の型材７が一体的にアウトサートされた両凸レンズの光学素子１２として取り出される。前記取り出された光学素子１２に歪除去や、より硬化度を高める目的で、アニール処理を施してもよい。
【００２６】
前記実施の形態においては、図２に示すように、型材７をリング状に形成し、内面７ａを平滑面に形成した場合を示したが、型材７の内面７ａが平滑面の場合には、該枠状の型材７の内側に成形された紫外線硬化性樹脂との境界部分で剥離を生じ易い。
【００２７】
そこで、図１１〜図１３に示すように、型材７の内面に鋸噛状の突起７ｂ（図１２）や凹溝７ｃ（図１３）あるいは凸条７ｄ（図１４）等を形成し、型材７の内面を凹凸面や粗面に形成することにより、紫外線硬化性樹脂との間で所謂食い付きを良くして剥離を防止する構成にしてもよい。
【００２８】
また、図１４に示すように、型材７に内，外面７ａ，７ｅを貫通する複数の貫通孔７ｆ，７ｇを設け、前記一方の貫通孔７ｆを樹脂注入孔として使用し、他方の貫通孔７ｇを空気排出孔として利用してもよい。この場合には図１５に示すように、スリーブ４に、前記一方の貫通孔７ｆに連らなるノズル挿入孔４ａと、前記他方の貫通孔７ｇに連らなる空気排出孔４ｂを設ける。そして、図１６に示すように、前記ノズル挿入孔４ａに樹脂供給ノズル２１を挿入して、該樹脂供給ノズル２１の先端を前記一方の貫通孔７ｆの端部に接続して前記樹脂供給ノズル２１から樹脂２２を前記樹脂注入空間８内に注入すれば、注入された樹脂２２の体積に相当する体積の空気は、前記他方の貫通孔７ｇおよびスリーブ４の空気排出孔４ｂを介して外部に排出され、樹脂２２は円滑に前記樹脂注入空間８内に注入されることになる。
【００２９】
前記内，外面７ａ，７ｅを貫通する貫通孔７ｆ，７ｇを設けた型材７を使用して成形された樹脂成形品１１は、図１７に示すように、前記型材７の貫通孔７ｆ，７ｇ内に樹脂２２の一部が侵入して、樹脂成形品１１と型材７の一体化が図られる。
【００３０】
図１８は、前記型材７の外面７ｅに周方向に所定の間隔をもって上下面に開口する複数の溝３１を設けた場合を示す。前記溝３１は、図１９に示すように、樹脂成形品１１を鏡筒１０８に接着する場合に接着剤３２の供給部（塗布部）として使用することができる。また、前記溝３１が存在しない場合には前記型材７の上下面が第１，第２の成形型２，３の上下面に密着して型材７から第１，第２の成形型２，３を剥離、即ち離型するのが困難になる場合があったが、図２０に示すように、前記溝３１の存在によって前記型材７のと第１，第２の成形型２，３の剥離上下面との間に大気圧部ができるので前記型材７から第１，第２の成形型２，３を離型するのが容易になる。
【００３１】
図２１は、前記型材７の上下面に環状の溝３３を設けた場合を示す。図２２に示すように、前記溝３３に鏡筒１０８に設けた位置決め用の突起１１１を挿入することにより鏡筒１０８に対して光学素子の位置決めを行う。前記環状の溝３３を同心円状に複数形成して、所謂ラビリンス状に形成してもよい。
【００３２】
上記実施の形態においては、型材７と、樹脂成形品１１を一体的に結合する場合を示したが、型材７内で樹脂成形品１１を成形した後に、図２３に示すように、前記型材７から樹脂成形品１１を取り外してもよい。この方法は、図２４に示すように、第１，第２の成形型２，３の間に形成されるキャビティー内に完全に樹脂を充填させず、第１，第２の成形型２，３の最外周部に樹脂が到達しないようにして樹脂を硬化させる場合に適用される。外径寸法保証の必要のない（後加工での芯取り作業が許容される等）場合にはこの方法が適用できる。
【００３３】
なお、上記実施の形態においては、型材７および樹脂成形品１１を円形状に形成した場合を示したが、型材７および樹脂成形品１１の形状は、図２５に示すような円の一部が直線となった形状や、図２６に示すような四角形等でもよく、光学設計や鏡筒設計の必要性に応じて適宜変更可能である。また、上記実施の形態においては、両凸レンズを形成する場合について説明したが、図２７、図２８に示す両凹レンズやメニスカスレンズを形成する場合にも適用される。また、上記実施の形態においては、エネルギー硬化樹脂に紫外線硬化樹脂を使用した場合を示したが、エネルギー硬化樹脂は、紫外線硬化樹脂に限定されない。成形型もガラス製に限定されない。
【００３４】
また、この発明は、スチルカメラやデジタルカメラ、光ピックアップ装置、携帯情報端末、ビデオカメラ等の撮像部分や、投影装置、各種計測装置、信号装置等に用いられる光学素子に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】光学素子の成形装置の略示的断面図。
【図２】枠状の型材の斜視図。
【図３】光学素子の成形工程を示すフローチャート図。
【図４】光学素子の成形工程を示す略示的断面図。
【図５】光学素子の成形工程を示す略示的断面図。
【図６】光学素子の成形工程を示す略示的断面図。
【図７】光学素子の成形工程を示す略示的断面図。
【図８】光学素子の成形工程を示す略示的断面図。
【図９】成形された光学素子の断面図。
【図１０】成形された光学素子の斜視図。
【図１１】Ａは型材の第１の変形例の斜視図、Ｂは断面図。
【図１２】Ａは型材の第２の変形例の斜視図、Ｂは断面図。
【図１３】Ａは型材の第３の変形例の斜視図、Ｂは断面図。
【図１４】型材の第４の変形例の斜視図。
【図１５】第４の変形例の型材を使用した光学素子の成形工程を示す略示的断面図。
【図１６】第４の変形例の型材を使用した光学素子の成形工程を示す略示的断面図。
【図１７】第４の変形例の型材を使用して成形された光学素子の斜視図。
【図１８】Ａは型材の第５の変形例の斜視図、Ｂは断面図。
【図１９】第５の変形例の型材の効果を示す断面図。
【図２０】第５の変形例の型材の効果を示す断面図。
【図２１】型材の第６の変形例の斜視図。
【図２２】第６の変形例の型材の効果を示す断面図。
【図２３】型材と樹脂成形品を分離した状態の断面図。
【図２４】キャビティーの外周部に樹脂が到達させないで成形する場合を示す断面図。
【図２５】円の一部が直線となった形状の型材および樹脂成形品の斜視図。
【図２６】四角形状に形成した型材および樹脂成形品の斜視図。
【図２７】両凹レンズを形成する場合を示す説明図。
【図２８】メニスカスレンズを形成する場合を示す説明図。
【図２９】樹脂により成形されたレンズの断面図。
【図３０】レンズの成形装置を示す断面図。
【図３１】ガラスの成形型の問題点を示す断面図。
【図３２】バリの発生したレンズの断面図。
【図３３】バリの発生したレンズの問題点を示す断面図。
【図３４】バリの発生したレンズの問題点を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１…成形装置、２…第１の成形型、３…第２の成形型、４…スリーブ、５…凹面、６…フラット面、７…枠状の型材、７ａ…内面、７ｂ…鋸歯状の突起、７ｃ…凹溝、７ｄ…凸条、７ｅ…外面、７ｆ，７ｇ…貫通孔、８…樹脂注入空間、９…エネルギー硬化性樹脂、１０…紫外線照射装置、１１…樹脂成形品、１２…光学素子。
【図１】
2007296677.tif 000003
【図２】
2007296677.tif 000004
【図３】
2007296677.tif 000005
【図４】
2007296677.tif 000006
【図５】
2007296677.tif 000007
【図６】
2007296677.tif 000008
【図７】
2007296677.tif 000009
【図８】
2007296677.tif 000010
【図９】
2007296677.tif 000011
【図１０】
2007296677.tif 000012
【図１１】
2007296677.tif 000013
【図１２】
2007296677.tif 000014
【図１３】
2007296677.tif 000015
【図１４】
2007296677.tif 000016
【図１５】
2007296677.tif 000017
【図１６】
2007296677.tif 000018
【図１７】
2007296677.tif 000019
【図１８】
2007296677.tif 000020
【図１９】
2007296677.tif 000021
【図２０】
2007296677.tif 000022
【図２１】
2007296677.tif 000023
【図２２】
2007296677.tif 000024
【図２３】
2007296677.tif 000025
【図２４】
2007296677.tif 000026
【図２５】
2007296677.tif 000027
【図２６】
2007296677.tif 000028
【図２７】
2007296677.tif 000029
【図２８】
2007296677.tif 000030
【図２９】
2007296677.tif 000031
【図３０】
2007296677.tif 000032
【図３１】
2007296677.tif 000033
【図３２】
2007296677.tif 000034
【図３３】
2007296677.tif 000035
【図３４】
2007296677.tif 000036