(57)【要約】【課題】成形設備や製造コストの増大を招くことなく、エネルギー硬化型樹脂と成形型との離型を確実に行わせることが可能な複合光学型光学素子の成形技術を提供する。【解決手段】光学基材１１に供給された紫外線硬化型樹脂１５に当接して成形面１ａの形状を転写する金型１の回りに、金型１とは土器率に軸方向に変位し、光学基材１１のコバ部１１ａに当接する離型環３１と、この離型環３１の一部に設けられ、光学基材１１のコバ部１１ａに衝撃力を与える衝撃発生部材３２を設け、金型１を加熱冷却素子３４にて所定の温度に冷却する離型時に、離型環３１で光学基材１１のコバ部１１ａを離型方向に押圧した状態で衝撃発生部材３２からコバ部１１ａに衝撃力を与えることで金型１の成形面１ａから紫外線硬化型樹脂１５を確実に剥離させる離型動作を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基材と成形型の間に存在するエネルギー硬化型樹脂に前記成形型の形状を転写して硬化させる複合型光学素子の成形方法であって、
前記エネルギー硬化型樹脂を硬化させる第１工程と、
前記成形型と前記エネルギー硬化型樹脂を剥離する方向に持続的に第１外力を加える第２工程と、
前記成形型と前記エネルギー硬化型樹脂を剥離する方向に一時的に第２外力を加える第３工程と、
を含むことを特徴とする複合型光学素子の成形方法。
【請求項２】
請求項１記載の複合型光学素子の成形方法において、
前記第１工程では、前記エネルギー硬化型樹脂の硬化に先立って、前記エネルギー硬化型樹脂に接する前記成形型を第１温度に制御し、
前記第２工程では、前記第２外力を加える動作に先立って、前記成形型を前記第１温度から第２温度に冷却する、ことを特徴とする複合型光学素子の成形方法。
【請求項３】
請求項２記載の複合型光学素子の成形方法において、
前記エネルギー硬化型樹脂は紫外線硬化型樹脂であり、前記第１温度は前記紫外線硬化型樹脂の硬化に最適な温度であり、前記第２温度は前記成形型と前記エネルギー硬化型樹脂の熱膨張率の差を利用して離型を促す温度であることを特徴とする複合型光学素子の成形方法。
【請求項４】
光学基材に対向し、前記光学基材との間に供給されるエネルギー硬化型樹脂に光学機能面を転写する成形型と、
前記成形型の回りに配置され、当該成形型と前記光学基材とを離間させる方向に持続的に作用する第１外力を発生することが可能な第１離型手段と、
前記光学基材に一時的な第２外力を与える第２離型手段と、
を含むことを特徴とする成形装置。
【請求項５】
請求項４記載の成形装置において、
前記第１離型手段は、前記成形型の外周部に同軸に配置され、当該成形型とは独立に変位する離型環からなることを特徴とする成形装置。
【請求項６】
請求項４記載の成形装置において、
前記成形型は、当該成形型の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする成形装置。
【請求項７】
請求項４記載の成形装置において、
前記エネルギー硬化型樹脂の硬化後、前記成形型を冷却した後に、前記第１離型手段から前記光学基材に前記第１外力を作用させ、さらに前記第２離型手段から前記第２外力を前記光学基材に作用させることを特徴とする成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合型光学素子の成形方法および成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子に非球面等の複雑な光学機能面を形成する方法として、光学素子の基材に被着された紫外線硬化型樹脂に対して成形型から光学機能面を転写して成形することで複合型光学素子を製造する技術が知られている。
【０００３】
このような複合型光学素子の製造技術として、特許文献１には、紫外線硬化型樹脂と金型との離型性を向上させる目的で、紫外線硬化型樹脂の硬化後、金型を冷却することで金型と樹脂との熱膨張率の差異を利用して離型を行う場合に、冷却中に離型力の変化を監視し、離型開始時点で金型の冷却を打ち切ることで過度の冷却を回避し、次回の成形時の金型の成形温度までの到達時間の増大を防止する技術が開示されている。
【０００４】
ところが、上述の特許文献１の技術では、離型時において、金型の冷却による熱膨張率の差を利用して樹脂から金型を引き離すのみであるため、たとえ樹脂層に線膨張の差が大きくなったとしても、樹脂の機械的特性として弾性に起因して樹脂層と金型の界面で十分な滑りが発生せず、金型から樹脂を剥離させる離型操作が不十分となる懸念がある。
【０００５】
また、離型時に金型の冷却停止のタイミングを検出するために、比較的高価な圧力センサを使用して剥離力の変化を測定しているため、成形設備や製造コストの増大の一因となる。
【特許文献１】特開平６−３４４３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、成形設備や製造コストの増大を招くことなく、エネルギー硬化型樹脂と成形型との離型を確実に行わせることが可能な複合型光学素子の成形技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、光学基材と成形型の間に存在するエネルギー硬化型樹脂に前記成形型の形状を転写して硬化させる複合型光学素子の成形方法であって、
前記エネルギー硬化型樹脂を硬化させる第１工程と、
前記成形型と前記エネルギー硬化型樹脂を剥離する方向に持続的に第１外力を加える第２工程と、
前記成形型と前記エネルギー硬化型樹脂を剥離する方向に一時的に第２外力を加える第３工程と、
を含む複合型光学素子の成形方法を提供する。
【０００８】
本発明の第２の観点は、光学基材に対向し、前記光学基材との間に供給されるエネルギー硬化型樹脂に光学機能面を転写する成形型と、
前記成形型の回りに配置され、当該成形型と前記光学基材とを離間させる方向に持続的に作用する第１外力を発生することが可能な第１離型手段と、
前記光学基材に一時的な第２外力を与える第２離型手段と、
を含む成形装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、成形設備や製造コストの増大を招くことなく、エネルギー硬化型樹脂と成形型との離型を確実に行わせることが可能な複合型光学素子の成形技術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】
【００１０】
本実施の形態の一態様の光学素子の成形装置は、複合型光学素子を製造する工程に於いて、加熱、冷却とも可能なデバイスを金型内に設け、金型で樹脂を圧着し樹脂を押し広げ、紫外線を照射して樹脂層を硬化させる工程では樹脂が硬化する最適な温度に金型温度を加熱調節する。
【００１１】
樹脂が硬化し金型に密着した樹脂層を金型から剥離する工程では、金型と樹脂との間に線膨張の差を大きくして剥離を促すために金型を冷却調節し、樹脂を金型から剥離するために金型の周囲に設けられた離型環を、金型と樹脂層を光学軸方向に剥離する方向に、徐々に光学基材のコバ部の全周に押し当て、さらに離型環の一部を勢いよく光学基材のコバ部に打ち当てる。
【００１２】
本態様の成形装置によれば、樹脂を硬化させるために金型を最適な温度に調節させた後、金型を冷却することにより金型と樹脂層の間に線膨張の差によって歪と滑り発生させて剥離するための安定した状態にし、金型の周囲の離型環の全周を徐々に光学基材のコバ部に押し当てることで金型と樹脂層の間に大きく歪を発生させ、さらに離型環の一部を勢いよく光学基材のコバ部に打ち当て、剥離方向に衝撃を与えて金型と樹脂層の間に空隙を発生させることで完全に金型と樹脂層を剥離させることができる。
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である複合型光学素子の成形方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略断面図であり、図２は、その作用の一例を示す線図である。
【００１４】
本実施の形態の複合型光学素子成形装置Ｍは、金型１、金型押え板２、金型保持部材３、温度センサ４、温度コントロールユニット７、光学基材受け台１２、スライドテーブル１８、ボールネジ２１、成形機架台２２、サーボモータ２３、カップリング２４、結合部材２６、成形機金型軸本体２７、チャック爪２８、紫外線照射装置２９、離型環３１（第１離型手段）、衝撃発生部材３２（第２離型手段）、加熱冷却素子３４、歯車３５、パルスモータ３６、を備えている。
【００１５】
本実施の形態の複合型光学素子成形装置Ｍに備えられた金型１は、金型押え板２および金型保持部材３を介して成形機金型軸本体２７に、成形面１ａを下向きにした姿勢で支持されている。
【００１６】
この金型１は、その成形面１ａとは反対側の背面凹部１ｂに、金型１の冷却と加熱の両方の機能を有する加熱冷却素子３４を備えた構成となっており、成形面１ａの温度を自在に制御することが可能になっている。
【００１７】
さらに、成形面１ａの温度を近似的にモニタできるように、金型１の成形面１ａと反対の背面凹部１ｂから成形面１ａに程近い箇所に温度センサ４が埋め込まれている。
加熱冷却素子３４と温度センサ４は、外部の温度コントロールユニット７に接続されており、温度コントロールユニット７は、所望の設定温度に対して温度センサ４によって計測されたモニタ温度との差をなくすように加熱冷却素子３４を制御する。
【００１８】
なお、加熱冷却素子３４には、たとえば、通電によって加熱および冷却の双方が可能なペルチェ素子を用いることができる。
金型１の下方には、成形機架台２２に支持された筒状の光学基材受け台１２が金型１と同軸に配置されており、この光学基材受け台１２には、金型１の成形面１ａに対向するように光学基材１１が載置される。
【００１９】
光学基材１１が載置される光学基材受け台１２の周囲には、複数のチャック爪２８が配置されている。このチャック爪２８は、光学基材１１を３方向から締め付けることで、光学基材受け台１２に載置された光学基材１１の光軸が金型１の成形面１ａの光軸と同軸なるように調整して固定する動作を行う。
【００２０】
光学基材受け台１２の下方には、紫外線２９ａを上向き方向に出射する紫外線照射装置２９が配置されている。
本実施の形態の場合、金型１の周囲に同心円状に円盤形状の離型環３１が配置されている。この離型環３１の側面にはラック等の歯車の送り歯３１ａが切ってあり、この送り歯３１ａには、パルスモータ３６によって回転駆動するピニオン等の歯車３５が歯合している。
【００２１】
そして、パルスモータ３６により、歯車３５の回転方向および回転量を制御することで、送り歯３１ａおよび歯車３５によって構成されるラック／ピニオン機構により、送り歯３１ａを介して歯車３５に歯合する離型環３１が、金型１の軸方向（図１の上下方向）に、当該金型１とは独立に、所望の位置に直線変位させることが可能になっている。
【００２２】
なお、離型環３１は金型１の周方向に遊動状態に装着されているため、パルスモータ３６によって駆動される歯車３５に送り歯３１ａが歯合することにより、離型環３１は、直線変位とともに、金型１の中心軸（光軸）の回りの回転変位も与えられる。
【００２３】
この離型環３１の口径は、後述のように、成形後の紫外線硬化型樹脂１５（エネルギー硬化型樹脂）を金型１から剥離するためにちょうど光学基材１１の外周部（コバ部１１ａ）の全周に当接して押圧可能な寸法に設定されている。
【００２４】
この構造により、図示しない位置制御回路によってパルスモータ３６を制御して歯車３５を回動させることで、たとえば、離型環３１は金型１とは独立に光学軸方向に位置制御をしながら一定速度で上下動させることができる。
【００２５】
本実施の形態の場合、さらに、離型環３１には、図示しない駆動回路によって当該離型環３１の下端面に当接する光学基材１１のコバ部１１ａに対して突出する方向に直線往復動作を行うことにより、当該光学基材１１のコバ部に対して衝撃力を与える衝撃発生部材３２が配置されている。
【００２６】
これらの機構を搭載した金型１は、上述のように、金型保持部材３によって保持され、金型押え板２によって金型保持部材３に固定されている。
上記、金型１及びその他の機構を保持し固定した金型保持部材３は成形機金型軸本体２７に固定されており、成形機架台２２に設置される光学基材１１の光軸方向（上下方向）に精密な位置制御を行いながら移動可能となっている。
【００２７】
すなわち、金型１が搭載された成形機金型軸本体２７の基端部は、結合部材２６を介してスライドテーブル１８に上下動可能に支持されている。
さらに、成形機金型軸本体２７を支持するスライドテーブル１８は、結合部材２６を介してボールネジ２１に接続されている。
【００２８】
このボールネジ２１の一端は、カップリング２４を介してサーボモータ２３の回転得に同軸に結合されている。
そして、サーボモータ２３の回転方向および回転量を制御することで、成形機金型軸本体２７に搭載された金型１は任意に高さに精密に移動および位置決めが可能である。
【００２９】
次に上述のように構成された本実施の形態の複合型光学素子成形装置Ｍの作用を説明する。
光学基材１１の上に必要量の紫外線硬化型樹脂１５を供給し、図示しない搬送装置により光学基材受け台１２上に搬送した後、チャック爪２８にて金型１と同軸となるように芯出しして固定する。
【００３０】
その後、温度Ｔが、たとえば常温Ｔ０から紫外線硬化型樹脂１５の硬化に最適な硬化温度Ｔ１（第１温度）に調節された金型１を、サーボモータ２３およびボールネジ２１の駆動により下降させ、成形面１ａによって光学基材１１の上の紫外線硬化型樹脂１５を押し広げ、光軸位置で所定の厚さになるように押圧し、さらに、紫外線照射装置２９から出射される紫外線２９ａを光学基材１１を介して下側から照射することで紫外線硬化型樹脂１５を硬化させる（第１工程）。
【００３１】
これにより、金型１の成形面１ａの形状（所望の光学機能面）が、光学基材１１に被着された紫外線硬化型樹脂１５の表面に転写される。
この状態では、金型１の成形面１ａと紫外線硬化型樹脂１５とは密着状態にあり、容易に剥離することは困難である。この状態において、金型１の温度を上述の硬化に最適な硬化温度Ｔ１から温度降下ΔＴ（たとえば１０℃）だけ温度を下げて離型温度Ｔ２（第２温度）となるように調節するとともに、光学基材１１の外周を拘束していたチャック爪２８を開放し、サーボモータ２３によるボールネジ２１の駆動により、成形された複合型光学素子（光学基材１１および紫外線硬化型樹脂１５）と光学基材受け台１２の間に図示しない搬送装置が入り込める程度の高さまで当該複合型光学素子を金型１とともに上昇させ、当該搬送装置を待機させる。
【００３２】
そして、金型１の温度が目的の離型温度Ｔ２に安定したことを温度コントロールユニット７が温度センサ４を介して検出し、この金型１が離型温度Ｔ２に安定したことを契機に、パルスモータ３６（歯車３５）を作動させ、離型環３１が一定速度で回転しながら金型１と紫外線硬化型樹脂１５を剥離する方向に光学基材１１のコバ部１１ａの全周を一定の力（第１外力）を継続的に加えるように押しつけて停止させる（第２工程）。この状態では金型１の成形面１ａと紫外線硬化型樹脂１５の境界面に歪と滑りが拡大しつつあるが剥離には至らない。
【００３３】
さらに金型１と紫外線硬化型樹脂１５の剥離を完全にするために離型環３１に設けられた衝撃発生部材３２を素早く作動させ、光学基材１１のコバの一部に衝突（当接）させることで一時的な衝撃力（第２外力）を加える（第３工程）。
【００３４】
このとき、衝撃発生部材３２はいわゆるハンマーの様な役目をはたし、衝撃発生部材３２から衝撃が加えられた光学基材１１に固着している紫外線硬化型樹脂１５と金型１の成形面１ａとの境界には空隙が発生し、オプティカルコンタクト状態であった金型１の成形面１ａと紫外線硬化型樹脂１５の関係は崩れ、金型１の成形面１ａの全体が紫外線硬化型樹脂１５から剥離する離型動作が実現する。
【００３５】
そして、紫外線硬化型樹脂１５および光学基材１１からなる成形済みの複合型光学素子は、この離型動作によって、金型１から離脱して落下し、上述のように、予め下方に待機していた図示しない搬送装置に受け止められて回収される。
【００３６】
上述の本実施の形態における複合型光学素子成形装置Ｍの一連の動作における金型１、離型環３１、衝撃発生部材３２、紫外線照射装置２９等の各部の連携動作のタイミングが図２に例示されている。
【００３７】
以上のように構成された成形機構での成形によれば、下記のような効果を得ることができる。
この実施の形態によれば、紫外線硬化型樹脂１５を硬化させるために金型１を最適な温度（硬化温度Ｔ１）に調節させた後、金型１を硬化温度Ｔ１から離型温度Ｔ２まで温度降下ΔＴだけ冷却することにより剥離するための安定した温度状態にし、金型１の周囲に設けられた離型環３１を徐々に光学基材１１のコバ部１１ａの全周に押し当てることで金型１と紫外線硬化型樹脂１５の間に大きく歪を発生させ、さらに衝撃発生部材３２を勢いよく光学基材１１のコバ部１１ａの一部に打ち当てることで剥離方向に衝撃を与えて、金型１と紫外線硬化型樹脂１５の間に空隙を発生させて完全に金型１と紫外線硬化型樹脂１５を剥離させることができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、金型１の温度制御のために設けられている一般的な温度センサ４を利用して離型環３１および衝撃発生部材３２の動作のタイミングを制御しているので、金型１と紫外線硬化型樹脂１５との間の剥離力の変化を監視するための圧力センサ等の高価な部品も不要である。
【００３９】
すなわち、複合型光学素子成形装置Ｍ等の成形設備や製造コストの増大を招くことなく、エネルギー硬化型樹脂と成形型との離型を確実に行わせることが可能な複合光学型光学素子の成形技術を提供することができる。
【００４０】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
［付記１］
光学基材表面に紫外線硬化型の樹脂を配置し、前記光学基材に配置した前記樹脂を所望形状の有する金型に圧着して樹脂を押し広げ、紫外線を照射して樹脂層を硬化させた後、前記金型と樹脂層を剥離する複合型光学素子の成形方法に於いて、
前記樹脂層の硬化に最適な温度に安定する工程と、
樹脂層の硬化後、金型を冷却する工程と、
金型と樹脂層を光学軸方向に剥離する方向に緩やかに外力を加える工程と、
前記の緩やかに外力を加えた後、さらに同方向に衝撃的な外力を加える工程と、
を有することを特徴とする複合型光学素子の成形方法。
［付記２］
光学基材表面に紫外線硬化型の樹脂を配置し、前記光学基材に配置した前記樹脂を所望形状の有する金型に圧着して樹脂を押し広げ、紫外線を照射して樹脂層を硬化させた後、前記金型と樹脂層を剥離する複合型光学素子の成形装置に於いて、
前記金型の周囲部を金型から独立して、金型と樹脂層を光学軸方向に剥離する方向に可動できる機構を有することを特徴とする成形装置。
［付記３］
付記２記載の成形装置に於いて、金型の周囲部の平面部の一部が周囲部から独立して、金型と樹脂層を光学軸方向に金型の軸方向に直進可動できる機構を有することを特徴とする成形装置。
［付記４］
付記２記載の成形装置に於いて、金型に冷却する機構を有することを特徴とする成形装置。
［付記５］
付記２記載の成形装置に於いて、金型に加熱する機構を有することを特徴とする成形装置。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態である複合型光学素子の成形方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略断面図である。
【図２】その作用の一例を示す線図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  金型
１ａ  成形面
１ｂ  背面凹部
２  金型押え板
３  金型保持部材
４  温度センサ
７  温度コントロールユニット
１１  光学基材
１１ａ  コバ部
１２  光学基材受け台
１５  紫外線硬化型樹脂
１８  スライドテーブル
２１  ボールネジ
２２  成形機架台
２３  サーボモータ
２４  カップリング
２６  結合部材
２７  成形機金型軸本体
２８  チャック爪
２９  紫外線照射装置
２９ａ  紫外線
３１  離型環
３１ａ  送り歯
３２  衝撃発生部材
３４  加熱冷却素子
３５  歯車
３６  パルスモータ
Ｍ  複合型光学素子成形装置
【図２】
2009202466.tif 000003
【図１】
2009202466.tif 000004