(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板と透明なエネルギー硬化型樹脂層とが界面を形成して一体化されている複合型光学部品において、
前記ガラス基板の外周面部が前記樹脂層の外周面部の外側にあり、前記ガラス基板の該外周面部と前記樹脂層の前記外周面部との隔たりを０．２ｍｍ以上とし、かつ、前記ガラス基板と前記樹脂層を形成する樹脂との接触部の角度が４５°以下であることを特徴とする複合型光学部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス基板と成形された透明なエネルギー硬化型樹脂とが一体的に接合されて構成される複合型光学部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から前記複合型光学部品は種々提案されている。これらの複合型光学部品のガラス基板と樹脂層との界面では、成形時の樹脂の硬化収縮による応力、温湿度などの環境変化あるいは経時的変化に対して十分な接着強さを有することが必要である。そこで、十分な接着強さを発現させるために、特開昭６３―８９３４３号公報において、樹脂層を形成するガラス基板表面にカップリング層を設けること、さらにガラス基板表面に金属酸化物膜を設けることなどが提案されている。また、特開昭６３―２２５５５７号公報のようにガラス基板の樹脂層形成面にスリ面を設け、樹脂層をそのスリ面に接触させ密着力を増大させるなどの提案がされている。そのため、ガラス基板と樹脂層との接着強さは十分発現されるようになった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、脆性なガラスよりなる基板と剛直なエネルギー硬化型樹脂層とからなる複合型光学部品では、成形時の樹脂の硬化収縮による応力、樹脂と金型との離型時に発生する応力、ガラスと樹脂の熱線膨張係数の違いから発生する応力などにより、ガラス基板と樹脂層での界面が破壊されるのではなく、ガラス基板が有するマイクロクラックや欠陥により、ガラス基板自体が破壊することがあった。
【０００４】
特に、製品の小型軽量化に伴う複合型光学部品の小型化により、樹脂に発生する応力をガラス基板が直接受けるためガラス破壊が発生しやすい傾向にあった。具体的には、小型化して円形状の光学有効径外周部と樹脂層の外周部が同一面である構造や、円周（円形状）レンズでなく小判型あるいは半円型などのガラス基板端部（円形状のレンズを弦で切断して得られた切断部）の切断時に生ずるマイクロクラックや欠陥（欠け）の存在が多い複合型光学部品ではガラス破壊の発生は極めて顕著であることが確認された。
【０００５】
一般に、エネルギー硬化型樹脂の硬化収縮率は４〜８体積％であり、樹脂のヤング率を１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 とした場合の硬化収縮による応力は、（０．０４〜０．０８）×ｔ（樹脂層厚さ）×１５０（単位：ｋｇｆ）となる。
【０００６】
離型時に発生する応力は、樹脂と金型の接着強さおよび接着面積に依存し、一般に十数ｋｇｆになると見られている。
【０００７】
また、熱線膨張による応力は、線膨張係数をそれぞれガラス：８×１０-6、樹脂：１．２×１０-4、ヤング率１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 とすると、−１０℃〜４０℃の温度範囲では、（１．２×１０-4−８×１０-6）×（４０−（−１０））×１５０＝８４ｋｇｆとなる。（単純計算であるため、実際の応力とは異なる可能性が大きい、参考値とする）
【０００８】
さらに、ガラス基板の円周部あるいは切断したときの切断面からなる端部に存在するマイクロクラックや欠陥の存在によってガラスの理論強度より著しく小さい応力によってガラス破壊に至ることが判った。
【０００９】
以上から、円形状の外周面を有するガラス基板に限らず、円形状のガラス基板を切断したときの切断面からなる端部を有する小判型あるいは半円型等のガラス基板を用いて、小型化した複合型光学部品を作成しても、この小型化した複合型光学部品が破壊しないことが望まれている。以下、ガラス基板（および樹脂層）の円周部とは、ガラス基板（および樹脂層）が円形状であり、その外周面をいう。また、ガラス基板（および樹脂層）の端部とは、円形状を弦で切断して得られた切断面をいう。さらに、外周面および切断面で形成されるガラス基板（および樹脂層）周囲の全面を外周面部という。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、脆性なガラスを用いた場合でも樹脂層の応力によるガラス割れ発生のない耐久性に優れた複合型光学部品を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の複合型光学部品は、ガラス基板と透明なエネルギー硬化型樹脂層とが界面を形成して一体化されている複合型光学部品において、前記ガラス基板の外周面部が前記樹脂層の外周面部の外側にあり、前記ガラス基板の該外周面部と前記樹脂層の前記外周面部との隔たりを０．２ｍｍ以上とし、かつ、前記ガラス基板と前記樹脂層を形成する樹脂との接触部の角度が４５°以下であることを特徴とする。
【００１２】
すなわち、請求項１の複合型光学部品では、ガラス基板の外周面部が前記樹脂層の外周面部の外側にあり、前記ガラス基板の該外周面部と前記樹脂層の前記外周面部との隔たりを０．２ｍｍ以上とし、かつ、前記ガラス基板と前記樹脂層を形成する樹脂との接触部の角度が４５°以下となっているので、樹脂層に発生する応力がガラス基板の外周面部に直接掛からず、熱線膨張変化に伴う応力値が低減し、さらに応力集中が極めて大きいガラス基板の端部への応力が極端に小さくなり、これにより、脆性なガラスを用いた場合でも樹脂層の応力によるガラス割れ発生のない耐久性に優れた複合型光学部品を提供することができる。
【００１３】
以下に、図１（ａ）に示す複合型光学部品を用いて、ガラス基板１の外周面部１ａと樹脂層２の外周面部２ａとの隔たりΔＬを変化させたときの熱線膨張変化に伴う応力値を表１に示す。この場合、樹脂層２の外周面部２ａはＲ形状となっている。熱変化は２０℃〜−４７℃として求めた。この結果から明らかに応力が低減することがわかる。そして、本実験よると、熱膨張による応力値が０．６７０ｋｇｆ／ｍｍ2 の場合にはガラス基板１のガラス破壊が発生することを見い出し、望ましくは、０．６５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下、具体的には、ガラス基板１の外周面部１ａと樹脂層２の外周面部２ａとの隔たりΔＬを０．２ｍｍ以上設けると良いことを見い出した。
【００１４】
【表１】
0004187337.tif 000002
【００１５】
以下に、図１（ｂ）に示す複合型光学部品を用いて、ガラス基板１の外周面部１ａと樹脂層２の外周面部２ａとのなす角度θを変化させたときの熱線膨張変化に伴う応力値を表２に示す。この場合も、樹脂層の外周面はＲ形状となっている。熱変化は２０℃〜−４７℃として求めた。（ガラス基板１と樹脂層２との径が同じ場合、ガラス基板１の表面が球面であるため角度θは９０℃ではなく１０７℃であった。）この結果から、明らかに角度θが小さくなるにつれて応力が低減することがわかる。そして、本実験によると、熱線膨張による応力値が０．６５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下のときはガラス破壊を防ぐことができることを見い出し、望ましくはガラス基板１と樹脂層２とのなす角度θが４５°以下に設定すると良いことを見い出した。
【００１６】
【表２】
0004187337.tif 000003
【００１７】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１，２］
以下、図２を用いて、本発明の実施の形態１，２を説明する。図２は本実施の形態の複合型光学部品を示す半裁断面図である。
【００１８】
本実施の形態の複合型光学部品は、図２に示すように、ガラス基板１の外周面部１ａと樹脂層２の外周面部２ａとに隔たりΔＬを設けて、ガラス基板１の外周面部１ａが樹脂層２の外周面部２ａの外側となるようにし、且つ樹脂層２の外周面部２ａを凹形状とした。
【００１９】
ガラス基板１は光学ガラス（ＰＢＨ１）を用い、径φＬ１＝φ１２．０ｍｍ、中心厚さＴ2 ＝２．５ｍｍ、樹脂層形成面（上面）の曲率半径Ｒ1 ＝１６．５ｍｍの光学レンズであり、ガラス基板１の上面１ｂの樹脂層２はエネルギー硬化型樹脂からなる中心厚さＴ1 ＝０．２０ｍｍ、表面の曲率半径Ｒ2 ＝１７．５ｍｍの光学レンズが接合された複合型光学部品である。
【００２０】
そして、実施の形態１の複合型光学部品は、樹脂層２の径をφＬ２＝１１．４ｍｍにして、ガラス基板１の外周面部（外周面）１ａと樹脂層２の外周面部（外周面）２ａとの隔たりΔＬ＝０．３ｍｍとした。また、実施の形態２の複合型光学部品は、樹脂層２の径をφＬ２＝１１．２ｍｍにして、ΔＬ＝０．４ｍｍとした。
【００２１】
図４を用いて、複合型光学部品の基本的な成形工程を説明する。まず、光学ガラス（ＰＢＨ１）により形成されたガラス基板１の上面１ｂにエネルギー硬化型樹脂（以下、単に樹脂という）３を必要量吐出する（図４（ａ））。ガラス基板１の上面（樹脂層の形成面）１ｂには予め樹脂３との密着性を向上させるためシランカップリング剤層を設けてある。
【００２２】
次に、金型４を下降させてガラス基板１に近づけることにより樹脂３を広げて上面１ｂに樹脂層２を形成し、樹脂層２が所望の厚さになった位置で停止する（図４（ｂ））。本実施の形態の複合型光学部品において、ガラス基板径、金型径および樹脂吐出量の関係は、光学有効径とガラス破壊を防ぐためのガラス基板径を両立させるように、すなわち、光学有効径を確保し、さらに光学有効径の外側に樹脂層２の外周面２ａがあり、その外側に樹脂層２のないガラス基板１が露出するように、樹脂吐出量を決定する。
【００２３】
この状態でガラス基板１の下側より紫外線を照射して樹脂層２を硬化させる。その後、金型４を樹脂層２から離型することで所望形状を有する複合型光学部品が形成される（図４（ｃ））。さらに、反射防止層を樹脂層２の表面に設けることもできる。
【００２４】
樹脂層２の外周面２ｂに凹形状を形成するには、図２および図４を用いて説明すると、ガラス基板１の円周部（円形状の外周面）１ａと樹脂層２の円周部（円形状の外周面）２ａとの隔たりΔＬを設けるため、樹脂３の吐出量を１３０ｍｇ±１０ｍｇの制御を行い、且つ成形時の環境温度を一定に保てる設備で行っている。図２に示すように、樹脂層２の外周面２ａに凹形状を作るには、図４に示すように金型４を下降して樹脂３を広げ、樹脂３が所望の厚さ（所望の樹脂層２の厚さ）になった後も、さらに０．００２ｍｍ下降した時点でエネルギーとしての紫外線を照射し、紫外線を照射しながら金型４を０．００２ｍｍ上昇し、停止したときに樹脂層２の硬化が終わるようにするとよい。
【００２５】
［実施の形態３，４］
以下、図３を用いて、本発明の実施の形態３，４を説明する。図３は本実施の形態の複合型光学部品を示す半裁断面図である。
【００２６】
本実施の形態の複合型光学部品は、図３に示すように、ガラス基板１の外周面部１ａと樹脂層２の外周面部２ａとに隔たりΔＬを設けて、ガラス基板１の外周面部１ａが樹脂層２の外周面部２ａの外側となるようにし、且つ樹脂層２のガラス基板１との接触部５の角度θ（以下、接触角度θという）を４５°以下にし、樹脂層２の外周面部２ａを凹形状とした。
【００２７】
ガラス基板１は光学ガラス（ＰＢＨ１）を用い、径φＬ１＝φ１２．０ｍｍ、中心厚さＴ2 ＝２．５ｍｍ、樹脂層形成面（上面）の曲率半径Ｒ1 ＝１６．５ｍｍの光学レンズであり、ガラス基板１の上面１ｂの樹脂層２はエネルギー硬化型樹脂からなる中心厚さＴ1 ＝０．２０ｍｍ、表面の曲率半径Ｒ2 ＝１７．５ｍｍの光学レンズが接合された複合型光学部品である。
【００２８】
そして、実施の形態３の複合型光学部品は、樹脂層２の径をφＬ２＝１１．６ｍｍにして、ガラス基板１の外周面部（外周面）１ａと樹脂層２の外周面部（外周面）２ａとの隔たりΔＬ＝０．２ｍｍとした。そして、ガラス基板１の上面１ｂと樹脂層２を形成する樹脂との接触角度θを１０°にした。また、実施の形態４の複合型光学部品は、樹脂層２の径をφＬ２＝１１．４ｍｍにして、ΔＬ＝０．３ｍｍとした。そして、ガラス基板１の上面１ｂと樹脂層２を形成する樹脂との接触角度θを１５°にした。
【００２９】
本実施の形態の複合型光学部品の基本的な成形工程は、図４に示す実施の形態１，２と同様であり、その説明を省略する。
【００３０】
本実施の形態では、樹脂層２のガラス基板１との接触部５に傾斜を設けるため、金型４の押し下げ速度をゆっくりして樹脂層２が十分に広がるようにすることと、且つ所望の樹脂厚より０．０１ｍｍ多く押し下げた後、所望の樹脂厚になるように、０．０１ｍｍ金型４を押し上げる工程が必要となる。この金型４の動作によって、樹脂層２の外周面２ａは、ガラス基板１側が大径となり、金型２側が小径となったＲ形状（Ｒ面）に形成され、その後、紫外線の照射で硬化され所望の光学部品が得られる。
【００３１】
上記の成形工程にて得た４種類の複合型光学部品（実施の形態１〜４）のガラス基板１と樹脂層１の隔たりΔＬおよび接触部５の樹脂傾斜角度θを表３に示した。また、４種類の複合型光学部品について、ガラス基材１の外周面１ａの応力シミュレーションおよび２種類の耐久試験を行い、その結果を表３に示した。なお、参考例１，２として、実施の形態１〜４と同様のガラス基材を用いて、表３に示す形状の複合型光学部品を製造し、同様の応力シミュレーションと耐久試験を行い、その結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
0004187337.tif 000004
【００３３】
応力シミュレーションは、ガラスと樹脂の熱線膨張率の違いによる応力発生を２０℃〜−５０℃の範囲で変化した場合の解析を行った。
熱線膨張係数 ガラス：８×１０-6、樹脂：１．２×１０-4ヤング率 ガラス：７０００ｋｇｆ／ｍｍ２、樹脂：１５０ｋｇｆ／ｍｍ2解析ソフト ｍｅｃｈａｎｉｃａ（ソフト：Ｐｒｏ／ＭＥＣＨＡＮＩＣＡ，Ｒｅｌｅａｓｅ１８．０，Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．）
【００３４】
耐久試験１は、６０℃（１時間）→２０℃（３０分）→−１０℃（１時間）の温度サイクルを２０サイクル行い、ガラス割れおよび樹脂表面に施したコーティングのクラックを顕微鏡で観察し、変化のないものを良好とした。
【００３５】
耐久試験２は、２０℃相対湿度６０％（１時間）→６０℃４０％（１１時間）→２０℃６０％（２時間）→−５０℃（１０時間）の合計１サイクル１日を３サイクル行い、ガラス割れ、クラックおよびコートクラックを観察し、変化のないものを良好とした。
【００４０】
応力シミュレーションの結果、実施の形態１〜４の複合型光学部品は、応力値がガラス基板のガラス破壊を発生しない０．６５０ｋｇｆ／ｍｍ2 以下であった。また、耐久試験１，２についても、ガラス割れ、樹脂ハクリ、コートクラックにおいて、全て良好であった。
【００３６】
一方、参考例１，２の複合型光学部品では、ガラス基板と樹脂層との隔たりΔＬが少ない場合や無い場合では応力が大きくなり、ガラス端部のマイクロクラックや欠陥などの強度の弱い部分からガラス割れが発生するため、耐久性能が悪くなり光学部品として使用できないものであった。
【００３７】
なお、図２、図３に示す実施の形態１〜４の複合型光学部品では、円形状のガラス基板１を用い、円形状の樹脂層２を形成したが、図５，６に示すように、ガラス基板１の円形状の外周面１ａを弦で切断して得られた切断面１ｃと、この切断面１ｃと対応する樹脂層２の面２ｃとの関係においても、同様の結果が得られる。
【００３８】
すなわち、図５および図６は、円形状のガラス基板１の外周面１ａを弦で切断して小判型および半円型にした複合型光学部品を示すもので、ガラス基板１は切断面１ｃと円形（円弧）状の外周面１ａを有している。そして、ガラス基板１の上面１ｂにはガラス基板１の形状に倣うように樹脂層２が形成されている。
【００３９】
樹脂層２の外周面２ａおよび面２ｃは凹形状（Ｒ形状を含む）となっており、ガラス基板１の外周面１ａおよび切断面１ｃと樹脂層２の外周面２ａおよび面２ｃとの隔たりΔＬ、接触角度θを実施の形態１〜４と同様に、ΔＬを０．２ｍｍ以上、θを４５°以下にすることで、マイクロクラックや欠陥（欠け）が生ずる恐れのある切断面１ｃを有するガラス基板１を用いても、ガラス割れや樹脂ハクリなどを生じさせずに、実施の形態１〜４の複合型光学部品と同様に良好な複合型光学部品を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の複合型光学部品によれば、樹脂層に発生する応力がガラス基板の外周面部に直接掛からず、熱線膨張変化に伴う応力値が低減し、さらに応力集中が極めて大きいガラス基板の端部への応力が極端に小さくなり、これにより、脆性なガラスを用いた場合でも樹脂層の応力によるガラス割れ発生のない耐久性に優れた複合型光学部品を提供することができる。
【００４１】
さらに、本発明の請求項１の複合型光学部品によれば、特に、光学有効径外周部の余裕が無い構造の複合型光学部品の場合、小判型などのようにガラス基板端部のマイクロクラックや欠陥の存在が多い複合型光学部品の場合などは、請求項１〜３の効果が顕著に現れるため、耐久性の優れた小型あるいは小判型などの光学部品となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合型光学部品を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１，２の複合型光学部品を示す半裁断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３，４の複合型光学部品を示す半裁断面図である。
【図４】本発明の各実施の形態の複合型光学部品の成形工程を示す断面図である。
【図５】本発明の各実施の形態の変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明の各実施の形態の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    ガラス基板
１ａ  外周面部
１ｂ  樹脂層形成面
１ｃ  切断面
２    エネルギー硬化型樹脂層
２ａ  外周面部
３    樹脂
５    接触部
【図１】
0004187337.tif 000005
【図２】
0004187337.tif 000006
【図３】
0004187337.tif 000007
【図４】
0004187337.tif 000008
【図５】
0004187337.tif 000009
【図６】
0004187337.tif 000010