(57)【要約】【課題】製造コストの低減を図りつつ高品質の光学素子を得る。【解決手段】金型ブロック２６に形成されたキャビティ３３に樹脂素材３４を供給し、加熱加圧して成形する光学素子３６の製造方法であって、樹脂素材３４を加熱加圧して該樹脂素材３４の内部歪及び表面欠陥を除去する第１プレス工程（歪取り工程）１４と、歪取り工程１４を経た樹脂素材３４をさらに加熱加圧して光学素子３６の形状を確保する第３プレス工程（形状安定化工程）１８と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内に形成された空間に樹脂素材を供給し、加熱加圧して成形する光学素子の製造方法であって、
前記樹脂素材を加熱加圧して該樹脂素材の内部歪及び表面欠陥を除去する工程と、
該内部歪及び表面欠陥を除去する工程を経た前記樹脂素材をさらに加熱加圧して前記光学素子の形状を確保する形状安定化工程と、を有する、
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記内部歪及び表面欠陥を除去する工程での成形温度は前記形状安定化工程での成形温度よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記内部歪及び表面欠陥を除去する工程での前記樹脂素材の変形量を前記形状安定化工程での変形量よりも大きくした
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記内部歪及び表面欠陥を除去する工程での成形温度は、前記樹脂素材のガラス転移点をＴｇとしたとき、
Ｔｇ＋４５℃以上でＴｇ＋８５℃以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記内部歪及び表面欠陥を除去する工程では、前記樹脂素材の全変形量の７０％以上から９５％以下を変形させる
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予備成形された樹脂素材を用いて成形手段により光学素子を製造する光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂を用いて光学素子を成形する場合、例えば射出成形によって略最終形状に予備成形された樹脂塊を成形型内に供給し、加熱加圧して所望形状の光学素子を得る方法が採られている。
【０００３】
この場合、射出成形によって予備成形された樹脂塊に残留歪があると、光学素子の性能にばらつきが生じる原因となる。
このため、例えば特許文献１では、射出成形によって成形された略球状の樹脂塊を、研磨加工することで球状にする点が開示されている。これにより、ばり等が除去され表面粗さを小さくして内部歪を除去した光学素子素材を用いて、表面欠陥の少ない光学素子が得られるというものである。
【特許文献１】特開２００２−７９５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、射出成形によって得られた樹脂塊を研磨加工してから圧縮成形を行っている。このため、作業内容に研磨工程が増加し、これに伴う多大の工数が発生する。よって、製造コストが高くなる。
【０００５】
また、射出成形によって作製された樹脂塊のゲート部付近は樹脂密度が異なることから内部歪が発生する。この内部歪を研磨により、均一に除去するには、多くの量の樹脂研磨が必要となり、加工コストが高くなる。
【０００６】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、製造コストの低減を図りつつ高品質の光学素子を得ることのできる光学素子の製造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】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
金型内に形成された空間に樹脂素材を供給し、加熱加圧して成形する光学素子の製造方法であって、
前記樹脂素材を加熱加圧して該樹脂素材の内部歪及び表面欠陥を除去する工程と、
該内部歪及び表面欠陥を除去する工程を経た前記樹脂素材をさらに加熱加圧して前記光学素子の形状を確保する形状安定化工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、
前記内部歪及び表面欠陥を除去する工程での成形温度は前記形状安定化工程での成形温度よりも高いことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、
前記内部歪及び表面欠陥を除去する工程での前記樹脂素材の変形量を前記形状安定化工程での変形量よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法であって、
前記内部歪及び表面欠陥を除去する工程での成形温度は、前記樹脂素材のガラス転移点をＴｇとしたとき、
Ｔｇ＋４５℃以上でＴｇ＋８５℃以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１又は３に記載の光学素子の製造方法であって、
前記内部歪及び表面欠陥を除去する工程では、前記樹脂素材の全変形量の７０％以上から９５％以下を変形させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、樹脂素材の内部歪及び表面欠陥を除去し、この樹脂素材をさらに加熱加圧して光学素子の形状を確保するようにしたので、製造コストの低減を図りつつ高品質の光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、光学素子の製造方法を実施するための製造装置の概略説明図である。
この製造装置１０は、加熱工程１２、歪取り工程としての第１プレス工程１４、第２プレス工程１６、形状安定化工程としての第３プレス工程１８、及び冷却工程２０を有している。
【００１４】
加熱工程１２では、樹脂素材３４を所定温度に加熱し、また、第１プレス工程（歪取り工程）１４では、樹脂素材３４を所定温度で加熱加圧して該樹脂素材３４の内部歪及び表面欠陥を除去する。さらに、第２プレス工程１６では、樹脂素材３４を第１プレス工程１４よりも低い温度で加熱加圧する。また、第３プレス工程（形状安定化工程）１８では、第１プレス工程１４を経た樹脂素材をさらに加熱加圧して光学素子の形状を確保し、冷却工程２０では、樹脂素材３４を所定温度に冷却して保持する。
【００１５】
各工程には、夫々同一構成の上プレート２２と下プレート２４とが所定間隔を隔てて対向配置されている。上プレート２２は、不図示のエアシリンダにより下プレート２４に対し接近、離反自在に配置されている。
【００１６】
また、上プレート２２及び下プレート２４には、不図示のヒータが内蔵されている。このヒータにより、上プレート２２及び下プレート２４は所定温度に制御可能となっている。そして、この上プレート２２及び下プレート２４間には、金型ブロック２６が配置されるようになっている。
【００１７】
すなわち、金型ブロック２６は各工程において所定温度に加熱、加圧されながら、各工程間を、順に不図示の搬送装置により矢印Ａ方向に搬送される仕組みになっている。
図２は、金型ブロック２６の断面図である。
【００１８】
金型ブロック２６は、上型２８、下型３０、及びスリーブ３２を有している。上型２８と下型３０は夫々成形面２８ａ、３０ａを有している。上型２８及び下型３０は、スリーブ３２の内部で、成形面２８ａと成形面３０ａとが対向するようにスリーブ３２の両端側から嵌挿されている。これら対向する成形面２８ａ、３０ａとスリーブ３２の内周面との間に、金型内に形成される空間としてのキャビティ３３が形成される。
【００１９】
上型２８は、その鍔部２８ｂがスリーブ３２の端面に当接されている。また、下型３０は、段付き円柱状をなしている。そして、金型ブロック２６のキャビティ３３に、射出成形によって予備成形された樹脂素材３４が配置される。
【００２０】
図３（ａ）は、射出成形により予備成形された樹脂素材３４の外観を示す図であり、図３（ｂ）は、製造装置１０により成形された光学素子３６の外観を示す図である。
図３（ａ）に示すように、この樹脂素材３４は、射出成形によって予備成形されたもので、両面が球面で直径φ＝９．５ｍｍ、厚みｔ０＝３．７５ｍｍのものを使用する。但し、この形状に限定されるものではない。例えば、略球状のものでもよいし楕円状のものでもよい。この樹脂素材３４のガラス転移点Ｔｇは、Ｔｇ＝１３９℃である。
【００２１】
次に、各工程での成形条件について説明する。
加熱工程１２では、金型ブロック２６を１７０℃に加熱し、荷重１０ｋｇｆで１８０ｓｅｃ保持する。なお、ここでの樹脂素材３４のレンズ形状の中心厚の変形量（以下、「潰し量」という）は０に設定されている。
【００２２】
金型ブロック２６は、次にこの加熱工程１２を経て第１プレス工程１４に搬送される。この第１プレス工程１４では、金型ブロック２６を２２０℃（Ｔｇ＋８１℃）に加熱し、荷重４０ｋｇｆで６０ｓｅｃ加圧する。すなわち、この第１プレス工程１４では、後述する第２プレス工程１６よりも高い温度で加熱、成形を行う。これにより、樹脂素材３４に残留している内部歪及び表面欠陥の除去を行うものである。
【００２３】
この工程での樹脂素材３４の潰し量は、０．９ｍｍに設定されている。すなわち、樹脂素材３４の当初の厚みはｔ０＝３．７５ｍｍであり、光学素子３６（図３（ｂ）参照）は、中心厚みｔ１＝２．６５ｍｍであるから、全潰し量は１．１ｍｍとなる。よって、この工程での潰し量（０．９ｍｍ）は全潰し量（１．１ｍｍ）の約８２％に相当する。
【００２４】
金型ブロック２６は、次にこの第１プレス工程１４を経て第２プレス工程１６に搬送される。この第２プレス工程１６では、金型ブロック２６を第１プレス工程１４での加熱温度（２２０℃）よりも低い１７０℃に設定し、荷重４０ｋｇｆで６０ｓｅｃ加圧する。ここでの樹脂素材３４の潰し量は、０．１ｍｍに設定されている。
【００２５】
金型ブロック２６は、次にこの第２プレス工程１６を経て第３プレス工程１８に搬送される。この第３プレス工程１８では、金型ブロック２６を第２プレス工程１６での加熱温度（１７０℃）から、それよりも低い加熱温度（１００℃）に設定して、荷重４０ｋｇｆで６０ｓｅｃ加圧する。
【００２６】
ここでの樹脂素材３４の潰し量は、１７０℃から１００℃に冷却される間に変形されるであろうと予想される０．１ｍｍに設定されている。この工程では、レンズ形状を確保して安定化するのが主な目的である。また、荷重設定（４０ｋｇｆ）は、ガラス転移点Ｔｇ以下の温度で樹脂素材３４がほとんど塑性変形しないような値に設定されている。
【００２７】
金型ブロック２６は、次にこの第３プレス工程１８を経て冷却工程２０に搬送される。この冷却工程２０では、金型ブロック２６を５０℃に冷却し、荷重１５ｋｇｆで６０ｓｅｃ保持する。
【００２８】
ここでの樹脂素材３４の潰し量は０に設定されている。この工程では、樹脂素材３４を加熱成形して得られた光学素子３６（図３（ｂ）参照）を取り出し可能な温度にまで冷却する。
【００２９】
以上の各工程を実施した後、金型ブロック２６を搬出して内部の光学素子３６を取り出す。そして、図３（ｂ）に示すように、成形された光学素子３６は、両凸形状で直径φ＝１２ｍｍ、中心厚みｈ＝２．６５ｍｍのものが得られた。
【００３０】
次に、具体的な実施例の結果を示す。
図４は、射出成形によって予備成形された樹脂素材３４の表面欠陥の例を示している。
以下に、この表面欠陥としての傷の幅（単位ｍｍ）と深さ（単位ｍｍ）の値を示す。
【００３１】
傷１  幅０．２    深さ０．２
傷２  幅０．１７  深さ０．２
傷３  幅０．１２  深さ０．１
次に、第１プレス工程１４で、金型ブロック２６を１７０℃に加熱、加圧した場合の表面欠陥の傷の幅（単位ｍｍ）と深さ（単位ｍｍ）の値を示す。
【００３２】
傷１  幅０．１７  深さ０．１６
傷２  幅０．１２  深さ０．１４
傷３  幅０．０８  深さ０．０５
これにより、射出成形によって予備成形された樹脂素材３４そのものよりも、第１プレス工程１４で１７０℃に加熱、加圧した場合の方が、全ての傷の幅や傷深さが小さくなっていることがわかる。
【００３３】
次に、第１プレス工程１４で、金型ブロック２６を２２０℃に加熱、加圧した場合の表面欠陥の傷の幅（単位ｍｍ）と深さ（単位ｍｍ）の値を示す（潰し量０．９ｍｍ、全潰し量の約８２％）。
【００３４】
傷１  幅０．０７  深さ０．０９
傷２  幅０．０４  深さ０．０７
傷３  幅０．０２  深さ０．０２
これによれば、樹脂素材３４を第１プレス工程１４で１７０℃に加熱、加圧した場合よりも、第１プレス工程１４で２２０℃に加熱、加圧した場合の方が、全ての傷の幅や傷深さが小さくなっていることがわかる。
【００３５】
次に、第１プレス工程１４で、金型ブロック２６を２２０℃に加熱、加圧した場合の表面欠陥の傷の幅（単位ｍｍ）と深さ（単位ｍｍ）の値を示す（潰し量０．７ｍｍ、全潰し量の約６４％）。
【００３６】
傷１  幅０．１２  深さ０．１４
傷２  幅０．１    深さ０．１
傷３  幅０．０５  深さ０．０３
これによれば、第１プレス工程１４で２２０℃に加熱、加圧した場合であっても、全潰し量の約６４％を潰した場合よりも、全潰し量の約８２％を潰した場合の方が、全ての傷の幅や傷深さが小さいことがわかる。
【００３７】
よって、第１プレス工程１４で２２０℃に加熱、加圧し、さらに全潰し量の約８２％を潰した場合が最も好ましいといえる。
なお、第１プレス工程１４で、金型ブロック２６を２３０℃に加熱、加圧して成形すると、光学素子表面に泡が発生することがわかった。すなわち、Ｔｇ＋９１℃では好ましくない結果となった。
【００３８】
そこで、傷の大きさと残留応力の大きさの観点から判断して、第１プレス工程１４での加熱温度は、樹脂素材３４のガラス転移点をＴｇとしたとき、Ｔｇ＋４５℃以上でＴｇ＋８５℃以下であるのが好ましい。
【００３９】
また、第１プレス工程１４で、全潰し量の９５％よりも大きいと、第２プレス工程１６、第３プレス工程１８における潰し量が少なくなり、光学素子の形状精度を出すことができない。一方、全潰し量の７０％未満の場合は光学素子の性能上問題のある傷が残ってしまう。
【００４０】
すなわち、第１プレス工程１４で、全潰し量の７０％未満では内部歪及び表面欠陥の除去効果が少ない、また、全潰し量の９５％よりも大きいと光学素子の形状精度が確保できないことがわかった。
【００４１】
図５は、射出成形によって予備成形された樹脂素材３４の歪状態を示している（平行ニコル法による観察）。
平行ニコル法では、視野全体が明るく白に見え、そこに観察物（樹脂素材３４）を入れると、歪がある部分は黒く見え、歪がない部分は明るく白に見える。すなわち、平行ニコル法では、色の濃い部分ほど歪が大きく色の薄い部分ほど歪が小さいことを現している。
【００４２】
同図５によると、樹脂素材３４のゲート付近に歪が集中していることがわかる。一般に、射出成形によって作製された樹脂素材３４には、表面欠陥として傷、ウェルドが発生する場合があることが知られている。また、特にゲート付近は樹脂密度が異なるために大きな内部歪が発生することが予想される。そして、このことを平行ニコル法の観察により実証しているといえる。
【００４３】
図６は、射出成形によって予備成形された樹脂素材３４を第１プレス工程１４（金型ブロック２６を１７０℃に加熱）で加熱、加圧して成形した光学素子３６の歪状態（平行ニコル法による観察）を示している。
【００４４】
すなわち、Ｔｇ＋４５℃未満で加熱、加圧した場合は、光学素子３６には光学性能上、問題のある傷と応力が残ってしまう。また、Ｔｇ＋８５℃よりも高い温度で加熱、加圧した場合は、光学素子３６の表面に発泡等が生じてしまう。
【００４５】
図７は、射出成形によって予備成形された樹脂素材３４を第１プレス工程１４（金型ブロック２６を２２０℃に加熱）で加熱、加圧して成形した光学素子３６の歪状態（平行ニコル法による観察）を示している。
【００４６】
図６と図７を比較すると、図７の歪状態の方が色が薄く歪が少ない状態であることが観察できる。
本実施形態によれば、樹脂素材３４の加熱温度を上げて粘度を低くして成形することで、傷、ウェルドを小さくすることができる。すなわち、樹脂素材３４の粘度を下げることで樹脂密度を均一化して内部歪を減らすことができる。
【００４７】
例えば、第１プレス工程１４における成形温度は、樹脂素材３４のガラス転移点をＴｇとしたとき、Ｔｇ＋４５℃以上でＴｇ＋８５℃以下とするのが好ましい。これにより、光学性能上問題のある傷や応力を除去することができる。このように、研磨工程等を新たに追加することなく高精度な光学素子３６を得ることができる。
【００４８】
さらに、樹脂素材３４の粘度を低くした第１プレス工程１４において、樹脂素材３４の変形量を多くとるとよい。例えば、全潰し量の７０％以上から９５％以下とするのが好ましい。これにより、光学性能上問題のある傷が残ることはなくなると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】光学素子の製造方法を実施するための製造装置の概略説明図である。
【図２】金型ブロックの断面図である。
【図３】（ａ）は、射出成形により予備成形された樹脂素材の外観を示す図であり、（ｂ）は、製造装置により成形された光学素子の外観を示す図である。
【図４】射出成形によって予備成形された樹脂素材の表面欠陥の例を示す図である。
【図５】射出成形によって予備成形された樹脂素材の歪状態を示す図である。
【図６】樹脂素材を第１プレス工程（１７０℃加熱）で加熱、加圧して成形した光学素子の歪状態を示す図である。
【図７】樹脂素材を第１プレス工程（２２０℃加熱）で加熱、加圧して成形した光学素子の歪状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０      製造装置
１２      加熱工程
１４      第１プレス工程
１６      第２プレス工程
１８      第３プレス工程
２０      冷却工程
２２      上プレート
２４      下プレート
２６      金型ブロック
２８      上型
２８ａ    成形面
２８ｂ    鍔部
３０      下型
３０ａ    成形面
３２      スリーブ
３３      キャビティ
３４      樹脂素材
３６      光学素子
【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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