成形用金型及び光学素子の製造方法
【課題】簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる成形用金型を提供する。
【解決手段】成形用金型は、キャビティ３４を含むコアブロック３２と、コアブロック３２の周辺に配置され、コアブロック３２を冷却可能な周辺ブロック３６と、コアブロック３２を加熱するカートリッジヒータ３７と、を備え、周辺ブロック３６がコアブロック３２に対し接触及び離間の切替可能である。
【解決手段】成形用金型は、キャビティ３４を含むコアブロック３２と、コアブロック３２の周辺に配置され、コアブロック３２を冷却可能な周辺ブロック３６と、コアブロック３２を加熱するカートリッジヒータ３７と、を備え、周辺ブロック３６がコアブロック３２に対し接触及び離間の切替可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用金型及び光学素子の製造方法に関し、特にヒートサイクル成形を行うのに有用な成形用金型及び光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂の転写性を向上させるための技術としてヒートサイクル成形が知られている。「ヒートサイクル成形」とは、金型温度を樹脂のガラス転移点Ｔｇ以上に昇温して樹脂流動性を高めてから樹脂を射出し、射出後に金型を強制的に冷却して成形品を取り出すものであり、金型の加熱及び冷却に時間が費やされるため生産性が低下し製造コストが増大することから、サイクルタイムの短縮を図ることが課題となっている。ヒートサイクル成形の一例が特許文献１，２に開示されている。特許文献１では、キャビティの周囲に水管を設け高圧水蒸気と冷水とを選択的に流して金型を加熱・冷却している。他方、特許文献２では、金型に入れ子を嵌装してその入れ子に冷媒液路を形成し、冷媒液路中の冷媒をヒータにより加熱したり冷媒液路中に冷媒を流したりしてキャビティを加熱・冷却している。
【特許文献１】特開昭６１−４３１６９号公報
【特許文献２】特許第３４３８９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された技術のように、加熱時には高温の媒体を流路中で循環させ、冷却時には低温の媒体を流路中で循環させるといった従来の方法では、加熱する際には金型が冷却された状態から昇温を開始するために多くの熱量が必要となり、また冷却を開始する際には加熱された状態から放熱させなければならず効率が悪い。
【０００４】
特に、ピックアップレンズ等の光学素子において、樹脂の温度特性を改善するために無機微粒子を配合した有機無機複合材料（ナノコンポジット）を用いて成形を行う際には、表面性（回折構造の転写性等）を確保するために、樹脂の充填時はキャビティの温度を高く（樹脂のガラス転移点Ｔｇ＋１０℃〜Ｔｇ＋４０℃）が必要であり、かつ、離型時の面形状変化を抑制するためには十分に冷却（Ｔｇ−５℃〜Ｔｇ−３０℃）することが必要であることから、金型のキャビティの昇降温速度の向上は極めて重要である。
【０００５】
その意味で、特許文献２に開示された技術では、キャビティの近傍に温度センサを設けてその温度センサの検出結果に基づき、キャビティの加熱・冷却を制御するような構成となっているから、キャビティの温度を正確に把握する上で重要であると思われるが、構成が複雑であり、ピックアップレンズ等の小径の光学素子の製造に応用するのは困難である。
【０００６】
本発明の主な目的は、簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる成形用金型及び光学素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
キャビティを含むコア部と、
前記コア部の周辺に配置され、前記コア部を冷却可能な周辺部と、
前記コア部を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記周辺部が前記コア部に対し接触及び離間の切替可能である成形用金型が提供される。
【０００８】
前記加熱手段は、前記コア部の内部であってキャビティの近傍に設けられたヒータであってもよいし、前記周辺部が前記コア部に対し離間した際に、前記周辺部と前記コア部との間に形成される空隙に加熱媒体を供給する構成を有するものであってもよく、前記周辺部が前記コア部から離間された際に生じる流路を通して前記コア部に加熱媒体を供給する構成を有するものであってもよく、前記コア部のキャビティの近傍に設けられた流路中に加熱媒体を循環させる構成を有するものであってもよい。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、
キャビティを含むコア部と、前記コア部の周辺に配置され、前記コア部を冷却可能な周辺部と、前記コア部を加熱する加熱手段と、を備え、前記周辺部が前記コア部に対し接触及び離間の切替可能である成形用金型を用いて光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、
前記コア部に対し前記周辺部を離間させた状態で前記加熱手段により前記コア部を加熱する工程と、
熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を前記コア部のキャビティに充填する工程と、
前記コア部に対し前記周辺部を接触させた状態で前記周辺部により前記コア部を冷却する工程と、
前記コア部のキャビティから前記有機無機複合材料で構成された成形品を取り出す工程と、
を備える光学素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様である成形用金型によれば、周辺部がコア部に対し接触可能であるから、コア部を冷却する際には、単にコア部を冷却するだけでなく、周辺部をコア部に接触させるという構成で、コア部の熱を周辺部に伝導することができ、ヒートサイクル中の冷却時間を短縮することができる。他方、周辺部がコア部に対し離間可能でもあるから、コア部を加熱する際には、単に周辺部をコア部から離間させるという簡単な構成で、コア部から周辺部への熱の伝導（放熱）を抑えることができ、ヒートサイクル中の加熱時間を短縮することができる。以上から、簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる。
【００１１】
本発明の他の態様である光学素子の製造方法によれば、コア部を加熱する工程では、コア部に対し周辺部を離間させるから、このような簡単な構成で、コア部から周辺部への熱の伝導（放熱）を抑えることができ、ヒートサイクル中の加熱時間を短縮することができる。他方、コア部を冷却する工程では、コア部に対し周辺部を接触させるから、このような簡単な構成で、コア部の熱を周辺部に容易に伝導することができ、ヒートサイクル中の冷却時間を短縮することができる。以上から、簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
本実施例は、熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を射出・成形し、光学素子を製造する成形用金型を提供するものであり、更にはその成形用金型を用いた光学素子の製造方法を提供するものである。
下記では、始めに（１）金型の構成について説明し、その後に有機無機複合材料を構成する（２）熱可塑性樹脂と（３）無機微粒子とについて説明し、最後に（４）その金型を用いて光学素子を製造する方法（射出成形方法を含む。）について説明する。
【００１４】
（１）金型の構成
図１に示す通り、金型１は固定型２と可動型３とで構成されており、射出成形機にセットされた状態において固定型２が当該射出成形機の所定位置に固定され、可動型３が固定型２に対し図１中左右方向に可動するようになっている。
【００１５】
固定型２は射出成形機の所定位置に取り付けられる固定側取付け板２０を有している。固定側取付け板２０の中央部にはコアブロック２２が設けられており、コアブロック２２には被成形材料（本実施例では有機無機複合材料に相当する。）が流入するスプルー２４が形成されている。
【００１６】
コアブロック２２の周辺には４つの周辺ブロック２６が設けられている。４つの周辺ブロック２６のうち、２つの周辺ブロック２６はコアブロック２２の図１中上方と下方とに１つずつ設けられ、残り２つの周辺ブロック２６は図１紙面中の表側と裏側とに１つずつ設けられている。つまり、周辺ブロック２６はコアブロック２２に対し４方向に１つずつ設けられている。
【００１７】
コアブロック２２にはカートリッジヒータ２７が設けられており、周辺ブロック２６には冷媒が流通可能な流路（図示略）が形成されている。以上の固定型２では、固定側取付け板２０と周辺ブロック２６との外壁に断熱板２９が設けられており、固定型２で発生する熱の放熱が抑制される構成となっている。
【００１８】
他方、可動型３は射出成形機の所定位置に取り付けられる可動側取付け板３０を有している。可動側取付け板３０の中央部にはスペーサ３１が設けられており、スペーサ３１の中央部にはコアブロック３２が設けられている。図１及び図２に示す通り、コアブロック３２には被成形材料が流通するランナー３３と、被成形材料の充填を受けるキャビティ３４が形成されている。
【００１９】
コアブロック３２の周辺には４つの周辺ブロック３６が設けられている。図１では、４つの周辺ブロック３６のうち、２つの周辺ブロック３６はコアブロック３２の上方と下方とに１つずつ設けられ、残り２つの周辺ブロック２６は紙面の表側と裏側とに１つずつ設けられている。つまり、図２に示す通り、周辺ブロック３６はコアブロック３２に対し４方向に１つずつ設けられている。
【００２０】
コアブロック３２には４つのカートリッジヒータ３７が設けられており、周辺ブロック３６には冷媒が流通可能な流路３８が形成されている。これら４つの周辺ブロック３６は、図２に示す通りにコアブロック３２に対し接触したり、図３に示す通りにコアブロック３２から分離するようにコアブロック３２に対し離間したりすることができるようになっている（このような構成は固定型２の周辺ブロック２６においても同様となっている。）。以上の可動型３では、可動側取付け板３０と周辺ブロック３６との外壁に断熱板３９が設けられており、可動型３で発生する熱の放熱が抑制される構成となっている。
【００２１】
（２）熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂としては、光学素子としての加工性の観点から、アクリル樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂又はポリイミド樹脂であることが好ましく、環状オレフィンであることが特に好ましい。具体例として、特開２００３−７３５５９号公報に記載の化合物を挙げることができ、その好ましい化合物を下記表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
なお、上述した熱可塑性樹脂は、光学材料としての寸法安定性の観点から、吸湿率が０．２％以下であることが望ましいため、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン）、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、テフロン（登録商標）ＡＦ：デュポン社製）、環状オレフィン樹脂（日本ゼオン製：ＺＥＯＮＥＸ、三井化学製：ＡＰＥＬ、ＪＳＲ製：アートン、チコナ製：ＴＯＰＡＳ）、インデン／スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂等が好適に用いられる。
【００２４】
（３）無機微粒子
無機微粒子としては、酸化物微粒子、金属塩微粒子、半導体微粒子などが挙げられ、この中から、光学素子として使用する波長領域において吸収、発光、蛍光等が生じないものを適宜選択して使用することができる。
【００２５】
酸化物微粒子としては、金属酸化物を構成する金属が、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ及び希土類金属からなる群より選ばれる１種または２種以上の金属である金属酸化物を用いることができ、具体的には、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、アルミニウム・マグネシウム酸化物（ＭｇＡｌ2Ｏ4）等が挙げられる。
【００２６】
その他の酸化物微粒子として希土類酸化物を用いることもでき、具体的には酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム等も挙げられる。金属塩微粒子としては、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩などが挙げられ、具体的には炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム等が挙げられる。
【００２７】
半導体微粒子とは、半導体結晶組成の微粒子を意味し、該半導体結晶組成の具体的な組成例としては、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表第１４族元素の単体、リン（黒リン）等の周期表第１５族元素の単体、セレン、テルル等の周期表第１６族元素の単体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の複数の周期表第１４族元素からなる化合物、酸化錫（IV）（ＳｎＯ2）、硫化錫（II，IV）（Ｓｎ（II）Ｓｎ（IV）Ｓ3）、硫化錫（IV）（ＳｎＳ2）、硫化錫（II）（ＳｎＳ）、セレン化錫（II）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（II）（ＳｎＴｅ）、硫化鉛（II）（ＰｂＳ）、セレン化鉛（II）（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（II）（ＰｂＴｅ）等の周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等の周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物（あるいはIII−Ｖ族化合物半導体）、硫化アルミニウム（Ａｌ2Ｓ3）、セレン化アルミニウム（Ａｌ2Ｓｅ3）、硫化ガリウム（Ｇａ2Ｓ3）、セレン化ガリウム（Ｇａ2Ｓｅ3）、テルル化ガリウム（Ｇａ2Ｔｅ3）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、硫化インジウム（Ｉｎ2Ｓ3）、セレン化インジウム（Ｉｎ2Ｓｅ3）、テルル化インジウム（Ｉｎ2Ｔｅ3）等の周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化タリウム（Ｉ）（ＴｌＣｌ）、臭化タリウム（Ｉ）（ＴｌＢｒ）、ヨウ化タリウム（Ｉ）（ＴｌＩ）等の周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）等の周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物（あるいはII−VI族化合物半導体）、硫化砒素（III）（Ａｓ2Ｓ3）、セレン化砒素（III）（Ａｓ2Ｓｅ3）、テルル化砒素（III）（Ａｓ2Ｔｅ3）、硫化アンチモン（III）（Ｓｂ2Ｓ3）、セレン化アンチモン（III）（Ｓｂ2Ｓｅ3）、テルル化アンチモン（III）（Ｓｂ2Ｔｅ3）、硫化ビスマス（III）（Ｂｉ2Ｓ3）、セレン化ビスマス（III）（Ｂｉ2Ｓｅ3）、テルル化ビスマス（III）（Ｂｉ2Ｔｅ3）等の周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ2Ｏ）、セレン化銅（Ｉ）（Ｃｕ2Ｓｅ）等の周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）等の周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化ニッケル（II）（ＮｉＯ）等の周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化コバルト（II）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（II）（ＣｏＳ）等の周期表第９族元素と周期表第１６族元素との化合物、四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）、硫化鉄（II）（ＦｅＳ）等の周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化マンガン（II）（ＭｎＯ）等の周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化モリブデン（IV）（ＭｏＳ2）、酸化タングステン（IV）（ＷＯ2）等の周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化バナジウム（II）（ＶＯ）、酸化バナジウム（IV）（ＶＯ2）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ2Ｏ5）等の周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化チタン（ＴｉＯ2、Ｔｉ2Ｏ5、Ｔｉ2Ｏ3、Ｔｉ5Ｏ9等）等の周期表第４族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）等の周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化カドミウム（II）クロム（III）（ＣｄＣｒ2Ｏ4）、セレン化カドミウム（II）クロム（III）（ＣｄＣｒ2Ｓｅ4）、硫化銅（II）クロム（III）（ＣｕＣｒ2Ｓ4）、セレン化水銀（II）クロム（III）（ＨｇＣｒ2Ｓｅ4）等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート（ＢａＴｉＯ3）等が挙げられる。なお、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄら；Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，４巻，４９４頁（１９９１）に報告されている（ＢＮ）７５（ＢＦ２）１５Ｆ１５や、Ｄ．Ｆｅｎｓｋｅら；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，２９巻，１４５２頁（１９９０）に報告されているＣｕ146Ｓｅ73（トリエチルホスフィン）22のように構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示される。
【００２８】
上記の無機微粒子の中でも、光学材料として用いられる樹脂の屈折率が１．４〜１．７程度である場合が多いことから、これに近い屈折率をもつ酸化物微粒子が、好ましく用いられる。具体的には、シリカ（酸化ケイ素）、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム酸化物などが挙げられる。任意に屈折率を調節できるという観点から、ＳｉとＳｉ以外の金属元素を含む複合酸化物微粒子がさらに好ましく用いられる。また、複合粒子の形態については、同一粒子内で成分がほぼ均一である複合構造であっても、粒子を構成する内層の成分と外層の成分とが異なる所謂コアシェル構造と呼ばれる複合構造であってもよい。
【００２９】
本実施例において熱可塑性樹脂中に分散される無機微粒子は、光線透過率を劣化させない範囲であれば、１種類の無機微粒子を用いてもよく、また複数種類の無機微粒子を併用してもよい。異なる性質を有する複数種類の微粒子を用いることで、必要とされる特性を更に効率よく向上させることもできる。
【００３０】
無機微粒子の平均一次粒子径は、１〜１００ｎｍであることが好ましく、１〜５０ｎｍであることがより好ましく、１〜１５ｎｍであることが特に好ましい。無機微粒子の平均一次粒子径は、無機微粒子を同体積の球に換算したときの直径の平均値を示し、この値は透過型電子顕微鏡写真から評価することができる。
【００３１】
無機微粒子の形状は、特に限定されるものではないが、球状の微粒子が好適に用いられる。具体的には、粒子の最小径（微粒子の外周に接する２本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最小値）／最大径（微粒子の外周に接する２本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最大値）が０．５〜１．０であることが好ましく、０．７〜１．０であることが更に好ましい。
【００３２】
また、有機無機複合材料とされた状態（熱可塑性樹脂中に分散された状態）において、その有機無機複合材料全体に対する無機微粒子の混合比は、下限が５体積％以上であり、好ましくは１０体積％以上であり、より好ましくは２０体積％以上であり、上限が５０体積％以下であり、好ましくは４０体積％以下である。
【００３３】
（４）光学素子の製造方法
始めに、樹脂可塑性樹脂に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を製造する。具体的には、無機微粒子存在下で熱可塑性樹脂を重合させることで複合化する方法、熱可塑性樹脂の存在下で無機微粒子を形成し複合化する方法、無機微粒子を熱可塑性樹脂の溶媒になる液中に分散液とし、その後溶媒を除去することで複合化する方法、無機微粒子と熱可塑性樹脂を別々に用意し、溶融混練、溶媒を含んだ状態での溶融混練などで複合化する方法等、何れの方法によっても製造することができる。
【００３４】
これらの中で、無機微粒子と熱可塑性樹脂を別々に用意し、溶融混練で複合化する方法は、簡便で製造コストを抑えることが可能なことから、好ましく用いられる。溶融混練に用いることのできる装置としては、ラボプラストミル、ブラベンダー、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等のような密閉式混練装置またはバッチ式混練装置を挙げることができる。また、単軸押出機、二軸押出機等のように連続式の溶融混練装置を用いて製造することもできる。
【００３５】
有機無機複合材料の製造方法において、溶融混練を用いる場合、熱可塑性樹脂と無機微粒子を一括で添加し混練してもよいし、段階的に分割添加して混練してもよい。この場合、押出機などの溶融混練装置では、段階的に添加する成分をシリンダーの途中から添加することも可能である。また、予め混練後、熱可塑性樹脂以外の成分で予め添加しなかった成分を添加して更に溶融混練する際も、これらを一括で添加して、混練してもよいし、段階的に分割添加して混練してもよい。分割して添加する方法も、一成分を数回に分けて添加する方法も採用でき、一成分は一括で添加し、異なる成分を段階的に添加する方法も採用でき、そのいずれをも合わせた方法でも良い。
【００３６】
溶融混練による複合化を行う場合、無機微粒子は粉体のまま添加することも可能であるし、又は液中に分散された状態で添加することも可能であるが、予め所定の混合比で無機微粒子と樹脂とを予備混合したマスターバッチを作製し、その後にそのマスターバッチと樹脂とを溶融混練で複合化する方法が好適である。この場合に、マスターバッチの作製方法としては、有機無機複合材料へのダメージが少なく、均一に混合することができるという観点から、湿式混合方式を適用するのが好ましい。湿式混合方式とは、適宜選択された溶媒中に樹脂を溶解させ、この樹脂が溶解した溶媒と無機微粒子とを混合することによりマスターバッチを作製する方法であり、前記溶媒を揮発させることにより最終的にマスターバッチを得ることができる。
【００３７】
マスターバッチの作製に適用可能な溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ヘプタノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸−ｔ−ブチル、酢酸−ｎ−ブチル、酢酸−ｎ−ヘキシル等のエステル類、１，２−ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン等のエーテル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で使用することもできるし、又は２種以上を混合して使用することもできる。
【００３８】
有機無機複合材料の製造を終えたら、金型１を用いてその有機無機複合材料を射出・成形し、光学素子を製造する。始めに、金型１を一定の射出成形機の所定位置にセットし、図４（ａ）に示す通りに固定型２と可動型３とを密着させるとともにコアブロック２２，３２に対し周辺ブロック２６，３６を離間させる。この状態において、コアブロック２２，３２のカートリッジヒータ２７，３７を作動させ、コアブロック２２，３２を加熱する。
【００３９】
コアブロック２２，３２が一定の温度に上昇したら、カートリッジヒータ２７，３７の作動を停止させ、図４（ｂ）に示す通り、溶融させた有機無機複合材料をスプルー２４に流入させ、その有機無機複合材料をランナー３３からキャビティ３４に充填する。
【００４０】
有機無機複合材料をキャビティ３４に充填したら、図４（ｃ）に示す通り、コアブロック２２，３２に対し周辺ブロック２６，３６を接触させる。この状態において、周辺ブロック２６，３６の流路３８に冷媒を流通させて、コアブロック２２，３２を冷却し、キャビティ３４に充填した有機無機複合材料を硬化させる。流路３８に循環させる「冷媒」としては、有機無機複合材料中の熱可塑性樹脂のガラス転移温度より温度の低いものであればその種類は問わず、例えばエアー等の気体やオイル等の液体を使用する。
【００４１】
コアブロック２２，３２が一定の温度まで下降したら、図４（ｄ）に示す通り、周辺ブロック２６，３６をコアブロック２２，３２から離間させるとともに可動型３を移動（後退）させ、キャビティ３４において有機無機複合材料を硬化させて成形した成形品を取り出す。これにより、本実施例に係る光学素子を製造することができる。
【００４２】
以上の本実施例では、周辺ブロック２６，３６がコアブロック２２，３２に対し離間可能であって、コアブロック２２，３２を加熱する際には、単に周辺ブロック２６，３６をコアブロック２２，３２から離間させているから（図４（ａ）参照）、このような簡単な構成で、コアブロック２２，３２から周辺ブロック２６，３６への熱の伝導（放熱）を抑えることができ、ヒートサイクル中の加熱時間を短縮することができる。また、コアブロック２２，３２を加熱中も、周辺ブロック２６，３６は離間されている為、独立して冷却することが可能である。
【００４３】
更に、周辺ブロック２６，３６がコアブロック２２，３２に対し接触可能であって、コアブロック２２，３２を冷却する際には、単に周辺ブロック２６，３６をコアブロック２２，３２に接触させているから（図４（ｃ）参照）、このような簡単な構成で、コアブロック２２，３２の熱を周辺ブロック２６，３６に容易に伝導することができ、ヒートサイクル中の冷却時間を短縮することができる。
以上から、簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる。
【実施例２】
【００４４】
本実施例は主には下記の点で実施例１と異なっており、それ以外は同様となっている。
すなわち、図５に示す通り、コアブロック３２にはカートリッジヒータ３７が設けられておらず、その代わりに加熱媒体供給管４０がコアブロック３２の角部に設けられている。本実施例でも、周辺ブロック３６は、図５に示す通りにコアブロック３２に対し接触したり、図６に示す通りにコアブロック３２から分離するようにコアブロック３２に対し離間したりすることができるようになっている。
【００４５】
このような構成は固定型２のコアブロック２２においても同様となっており、コアブロック２２の角部には加熱媒体供給管４０と同様の加熱媒体供給管が設けられている。
【００４６】
そして光学素子を製造する場合には、コアブロック２２，３２を加熱する工程において、図６に示す通り、コアブロック２２，３２に対し周辺ブロック２６，３６を離間（後退）させる。この状態において、加熱媒体供給管４０とそれと同様のコアブロック２２用の加熱媒体供給管とからコアブロック２２，３２に向けて加熱媒体ガスを噴き付ける。このとき、周辺ブロック２６，３６とコアブロック２２，３２との間に空隙４１が形成され、加熱媒体ガスが空隙４１を流通してコアブロック２２，３２を加熱する。また、本実施例においては、冷却時には周辺ブロック２６，３６が、コアブロック２２，３２をそれぞれ隙間なく覆っているが、加熱時に周辺ブロック２６，３６をコアブロック２２，３２から離間させた際には、各周辺ブロック２６，３６の間に隙間が生じ、そこから加熱媒体ガスが供給されるように構成されている。コアブロック２２，３２に噴き付ける「加熱媒体ガス」としては、有機無機複合材料中の熱可塑性樹脂のガラス転移温度より温度の高いものであればその種類は問わず、例えばエアーを使用する。具体的には、インフリッヂ工業社製エアーヒータ等の装置を用いて加熱媒体ガスを供給することができる。
【実施例３】
【００４７】
本実施例は主には下記の点で実施例１と異なっており、それ以外は同様となっている。
すなわち、図７に示す通り、コアブロック３２にはカートリッジヒータ３７が設けられておらず、その代わりにコアブロック３２に流路５０が形成されている。流路５０はキャビティ３４を取り囲むようにコアブロック３２の周縁部を周回しており、加熱媒体が流路５０を循環することができるようになっている。本実施例でも、周辺ブロック３６は、図７に示す通りにコアブロック３２に対し接触したり、図８に示す通りにコアブロック３２から分離するようにコアブロック３２に対し離間したりすることができるようになっている。
【００４８】
このような構成は固定型２のコアブロック２２と周辺ブロック２６とにおいても同様となっており、コアブロック２２の周縁部には流路５０と同様の流路が設けられている。
【００４９】
そして光学素子を製造する場合には、コアブロック２２，３２を加熱する工程において、図８に示す通り、コアブロック２２，３２に対し周辺ブロック２６，３６を離間（後退）させる。この状態において、流路５０とそれと同様のコアブロック２２用の流路中に加熱媒体を循環させ、コアブロック２２，３２を加熱する。流路５０に循環させる「加熱媒体」としては、有機無機複合材料中の熱可塑性樹脂のガラス転移温度より温度の高いものであればその種類は問わず、例えばエアー等の気体やオイル等の液体を使用する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の好ましい実施例（実施例１）に係る金型の概略構成を示す断面図である。
【図２】実施例１に係る可動型のコアブロックと周辺ブロックとの概略構成を示す平面図である。
【図３】実施例１に係る固定型，可動型の周辺ブロックがコアブロックに対し離間した際の概略的な状態を示す平面図である。
【図４】実施例１に係る光学素子の製造方法を説明するための図面である。
【図５】本発明の好ましい実施例（実施例２）に係る金型であって特に可動型付近の概略構成を示す平面図である。
【図６】実施例２に係る可動型の周辺ブロックがコアブロックに対し離間した際の概略的な状態を示す平面図である。
【図７】本発明の好ましい実施例（実施例３）に係る金型であって特に可動型付近の概略構成を示す平面図である。
【図８】実施例３に係る可動型の周辺ブロックがコアブロックに対し離間した際の概略的な状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 金型
２ 固定型
２０ 固定側取付け板
２２ コアブロック
２４ スプルー
２６ 周辺ブロック
２７ カートリッジヒータ
２８ 流路
２９ 断熱板
３ 可動型
３０ 可動側取付け板
３１ スペーサ
３２ コアブロック
３３ ランナー
３４ キャビティ
３６ 周辺ブロック
３７ カートリッジヒータ
３８ 流路
３９ 断熱板
４０ 加熱媒体供給管
５０ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用金型及び光学素子の製造方法に関し、特にヒートサイクル成形を行うのに有用な成形用金型及び光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂の転写性を向上させるための技術としてヒートサイクル成形が知られている。「ヒートサイクル成形」とは、金型温度を樹脂のガラス転移点Ｔｇ以上に昇温して樹脂流動性を高めてから樹脂を射出し、射出後に金型を強制的に冷却して成形品を取り出すものであり、金型の加熱及び冷却に時間が費やされるため生産性が低下し製造コストが増大することから、サイクルタイムの短縮を図ることが課題となっている。ヒートサイクル成形の一例が特許文献１，２に開示されている。特許文献１では、キャビティの周囲に水管を設け高圧水蒸気と冷水とを選択的に流して金型を加熱・冷却している。他方、特許文献２では、金型に入れ子を嵌装してその入れ子に冷媒液路を形成し、冷媒液路中の冷媒をヒータにより加熱したり冷媒液路中に冷媒を流したりしてキャビティを加熱・冷却している。
【特許文献１】特開昭６１−４３１６９号公報
【特許文献２】特許第３４３８９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された技術のように、加熱時には高温の媒体を流路中で循環させ、冷却時には低温の媒体を流路中で循環させるといった従来の方法では、加熱する際には金型が冷却された状態から昇温を開始するために多くの熱量が必要となり、また冷却を開始する際には加熱された状態から放熱させなければならず効率が悪い。
【０００４】
特に、ピックアップレンズ等の光学素子において、樹脂の温度特性を改善するために無機微粒子を配合した有機無機複合材料（ナノコンポジット）を用いて成形を行う際には、表面性（回折構造の転写性等）を確保するために、樹脂の充填時はキャビティの温度を高く（樹脂のガラス転移点Ｔｇ＋１０℃〜Ｔｇ＋４０℃）が必要であり、かつ、離型時の面形状変化を抑制するためには十分に冷却（Ｔｇ−５℃〜Ｔｇ−３０℃）することが必要であることから、金型のキャビティの昇降温速度の向上は極めて重要である。
【０００５】
その意味で、特許文献２に開示された技術では、キャビティの近傍に温度センサを設けてその温度センサの検出結果に基づき、キャビティの加熱・冷却を制御するような構成となっているから、キャビティの温度を正確に把握する上で重要であると思われるが、構成が複雑であり、ピックアップレンズ等の小径の光学素子の製造に応用するのは困難である。
【０００６】
本発明の主な目的は、簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる成形用金型及び光学素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
キャビティを含むコア部と、
前記コア部の周辺に配置され、前記コア部を冷却可能な周辺部と、
前記コア部を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記周辺部が前記コア部に対し接触及び離間の切替可能である成形用金型が提供される。
【０００８】
前記加熱手段は、前記コア部の内部であってキャビティの近傍に設けられたヒータであってもよいし、前記周辺部が前記コア部に対し離間した際に、前記周辺部と前記コア部との間に形成される空隙に加熱媒体を供給する構成を有するものであってもよく、前記周辺部が前記コア部から離間された際に生じる流路を通して前記コア部に加熱媒体を供給する構成を有するものであってもよく、前記コア部のキャビティの近傍に設けられた流路中に加熱媒体を循環させる構成を有するものであってもよい。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、
キャビティを含むコア部と、前記コア部の周辺に配置され、前記コア部を冷却可能な周辺部と、前記コア部を加熱する加熱手段と、を備え、前記周辺部が前記コア部に対し接触及び離間の切替可能である成形用金型を用いて光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、
前記コア部に対し前記周辺部を離間させた状態で前記加熱手段により前記コア部を加熱する工程と、
熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を前記コア部のキャビティに充填する工程と、
前記コア部に対し前記周辺部を接触させた状態で前記周辺部により前記コア部を冷却する工程と、
前記コア部のキャビティから前記有機無機複合材料で構成された成形品を取り出す工程と、
を備える光学素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様である成形用金型によれば、周辺部がコア部に対し接触可能であるから、コア部を冷却する際には、単にコア部を冷却するだけでなく、周辺部をコア部に接触させるという構成で、コア部の熱を周辺部に伝導することができ、ヒートサイクル中の冷却時間を短縮することができる。他方、周辺部がコア部に対し離間可能でもあるから、コア部を加熱する際には、単に周辺部をコア部から離間させるという簡単な構成で、コア部から周辺部への熱の伝導（放熱）を抑えることができ、ヒートサイクル中の加熱時間を短縮することができる。以上から、簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる。
【００１１】
本発明の他の態様である光学素子の製造方法によれば、コア部を加熱する工程では、コア部に対し周辺部を離間させるから、このような簡単な構成で、コア部から周辺部への熱の伝導（放熱）を抑えることができ、ヒートサイクル中の加熱時間を短縮することができる。他方、コア部を冷却する工程では、コア部に対し周辺部を接触させるから、このような簡単な構成で、コア部の熱を周辺部に容易に伝導することができ、ヒートサイクル中の冷却時間を短縮することができる。以上から、簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
本実施例は、熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を射出・成形し、光学素子を製造する成形用金型を提供するものであり、更にはその成形用金型を用いた光学素子の製造方法を提供するものである。
下記では、始めに（１）金型の構成について説明し、その後に有機無機複合材料を構成する（２）熱可塑性樹脂と（３）無機微粒子とについて説明し、最後に（４）その金型を用いて光学素子を製造する方法（射出成形方法を含む。）について説明する。
【００１４】
（１）金型の構成
図１に示す通り、金型１は固定型２と可動型３とで構成されており、射出成形機にセットされた状態において固定型２が当該射出成形機の所定位置に固定され、可動型３が固定型２に対し図１中左右方向に可動するようになっている。
【００１５】
固定型２は射出成形機の所定位置に取り付けられる固定側取付け板２０を有している。固定側取付け板２０の中央部にはコアブロック２２が設けられており、コアブロック２２には被成形材料（本実施例では有機無機複合材料に相当する。）が流入するスプルー２４が形成されている。
【００１６】
コアブロック２２の周辺には４つの周辺ブロック２６が設けられている。４つの周辺ブロック２６のうち、２つの周辺ブロック２６はコアブロック２２の図１中上方と下方とに１つずつ設けられ、残り２つの周辺ブロック２６は図１紙面中の表側と裏側とに１つずつ設けられている。つまり、周辺ブロック２６はコアブロック２２に対し４方向に１つずつ設けられている。
【００１７】
コアブロック２２にはカートリッジヒータ２７が設けられており、周辺ブロック２６には冷媒が流通可能な流路（図示略）が形成されている。以上の固定型２では、固定側取付け板２０と周辺ブロック２６との外壁に断熱板２９が設けられており、固定型２で発生する熱の放熱が抑制される構成となっている。
【００１８】
他方、可動型３は射出成形機の所定位置に取り付けられる可動側取付け板３０を有している。可動側取付け板３０の中央部にはスペーサ３１が設けられており、スペーサ３１の中央部にはコアブロック３２が設けられている。図１及び図２に示す通り、コアブロック３２には被成形材料が流通するランナー３３と、被成形材料の充填を受けるキャビティ３４が形成されている。
【００１９】
コアブロック３２の周辺には４つの周辺ブロック３６が設けられている。図１では、４つの周辺ブロック３６のうち、２つの周辺ブロック３６はコアブロック３２の上方と下方とに１つずつ設けられ、残り２つの周辺ブロック２６は紙面の表側と裏側とに１つずつ設けられている。つまり、図２に示す通り、周辺ブロック３６はコアブロック３２に対し４方向に１つずつ設けられている。
【００２０】
コアブロック３２には４つのカートリッジヒータ３７が設けられており、周辺ブロック３６には冷媒が流通可能な流路３８が形成されている。これら４つの周辺ブロック３６は、図２に示す通りにコアブロック３２に対し接触したり、図３に示す通りにコアブロック３２から分離するようにコアブロック３２に対し離間したりすることができるようになっている（このような構成は固定型２の周辺ブロック２６においても同様となっている。）。以上の可動型３では、可動側取付け板３０と周辺ブロック３６との外壁に断熱板３９が設けられており、可動型３で発生する熱の放熱が抑制される構成となっている。
【００２１】
（２）熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂としては、光学素子としての加工性の観点から、アクリル樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂又はポリイミド樹脂であることが好ましく、環状オレフィンであることが特に好ましい。具体例として、特開２００３−７３５５９号公報に記載の化合物を挙げることができ、その好ましい化合物を下記表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
なお、上述した熱可塑性樹脂は、光学材料としての寸法安定性の観点から、吸湿率が０．２％以下であることが望ましいため、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン）、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、テフロン（登録商標）ＡＦ：デュポン社製）、環状オレフィン樹脂（日本ゼオン製：ＺＥＯＮＥＸ、三井化学製：ＡＰＥＬ、ＪＳＲ製：アートン、チコナ製：ＴＯＰＡＳ）、インデン／スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂等が好適に用いられる。
【００２４】
（３）無機微粒子
無機微粒子としては、酸化物微粒子、金属塩微粒子、半導体微粒子などが挙げられ、この中から、光学素子として使用する波長領域において吸収、発光、蛍光等が生じないものを適宜選択して使用することができる。
【００２５】
酸化物微粒子としては、金属酸化物を構成する金属が、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ及び希土類金属からなる群より選ばれる１種または２種以上の金属である金属酸化物を用いることができ、具体的には、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、アルミニウム・マグネシウム酸化物（ＭｇＡｌ2Ｏ4）等が挙げられる。
【００２６】
その他の酸化物微粒子として希土類酸化物を用いることもでき、具体的には酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム等も挙げられる。金属塩微粒子としては、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩などが挙げられ、具体的には炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム等が挙げられる。
【００２７】
半導体微粒子とは、半導体結晶組成の微粒子を意味し、該半導体結晶組成の具体的な組成例としては、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表第１４族元素の単体、リン（黒リン）等の周期表第１５族元素の単体、セレン、テルル等の周期表第１６族元素の単体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の複数の周期表第１４族元素からなる化合物、酸化錫（IV）（ＳｎＯ2）、硫化錫（II，IV）（Ｓｎ（II）Ｓｎ（IV）Ｓ3）、硫化錫（IV）（ＳｎＳ2）、硫化錫（II）（ＳｎＳ）、セレン化錫（II）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（II）（ＳｎＴｅ）、硫化鉛（II）（ＰｂＳ）、セレン化鉛（II）（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（II）（ＰｂＴｅ）等の周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等の周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物（あるいはIII−Ｖ族化合物半導体）、硫化アルミニウム（Ａｌ2Ｓ3）、セレン化アルミニウム（Ａｌ2Ｓｅ3）、硫化ガリウム（Ｇａ2Ｓ3）、セレン化ガリウム（Ｇａ2Ｓｅ3）、テルル化ガリウム（Ｇａ2Ｔｅ3）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、硫化インジウム（Ｉｎ2Ｓ3）、セレン化インジウム（Ｉｎ2Ｓｅ3）、テルル化インジウム（Ｉｎ2Ｔｅ3）等の周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化タリウム（Ｉ）（ＴｌＣｌ）、臭化タリウム（Ｉ）（ＴｌＢｒ）、ヨウ化タリウム（Ｉ）（ＴｌＩ）等の周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）等の周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物（あるいはII−VI族化合物半導体）、硫化砒素（III）（Ａｓ2Ｓ3）、セレン化砒素（III）（Ａｓ2Ｓｅ3）、テルル化砒素（III）（Ａｓ2Ｔｅ3）、硫化アンチモン（III）（Ｓｂ2Ｓ3）、セレン化アンチモン（III）（Ｓｂ2Ｓｅ3）、テルル化アンチモン（III）（Ｓｂ2Ｔｅ3）、硫化ビスマス（III）（Ｂｉ2Ｓ3）、セレン化ビスマス（III）（Ｂｉ2Ｓｅ3）、テルル化ビスマス（III）（Ｂｉ2Ｔｅ3）等の周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ2Ｏ）、セレン化銅（Ｉ）（Ｃｕ2Ｓｅ）等の周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）等の周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化ニッケル（II）（ＮｉＯ）等の周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化コバルト（II）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（II）（ＣｏＳ）等の周期表第９族元素と周期表第１６族元素との化合物、四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）、硫化鉄（II）（ＦｅＳ）等の周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化マンガン（II）（ＭｎＯ）等の周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化モリブデン（IV）（ＭｏＳ2）、酸化タングステン（IV）（ＷＯ2）等の周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化バナジウム（II）（ＶＯ）、酸化バナジウム（IV）（ＶＯ2）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ2Ｏ5）等の周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化チタン（ＴｉＯ2、Ｔｉ2Ｏ5、Ｔｉ2Ｏ3、Ｔｉ5Ｏ9等）等の周期表第４族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）等の周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化カドミウム（II）クロム（III）（ＣｄＣｒ2Ｏ4）、セレン化カドミウム（II）クロム（III）（ＣｄＣｒ2Ｓｅ4）、硫化銅（II）クロム（III）（ＣｕＣｒ2Ｓ4）、セレン化水銀（II）クロム（III）（ＨｇＣｒ2Ｓｅ4）等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート（ＢａＴｉＯ3）等が挙げられる。なお、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄら；Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，４巻，４９４頁（１９９１）に報告されている（ＢＮ）７５（ＢＦ２）１５Ｆ１５や、Ｄ．Ｆｅｎｓｋｅら；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，２９巻，１４５２頁（１９９０）に報告されているＣｕ146Ｓｅ73（トリエチルホスフィン）22のように構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示される。
【００２８】
上記の無機微粒子の中でも、光学材料として用いられる樹脂の屈折率が１．４〜１．７程度である場合が多いことから、これに近い屈折率をもつ酸化物微粒子が、好ましく用いられる。具体的には、シリカ（酸化ケイ素）、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム酸化物などが挙げられる。任意に屈折率を調節できるという観点から、ＳｉとＳｉ以外の金属元素を含む複合酸化物微粒子がさらに好ましく用いられる。また、複合粒子の形態については、同一粒子内で成分がほぼ均一である複合構造であっても、粒子を構成する内層の成分と外層の成分とが異なる所謂コアシェル構造と呼ばれる複合構造であってもよい。
【００２９】
本実施例において熱可塑性樹脂中に分散される無機微粒子は、光線透過率を劣化させない範囲であれば、１種類の無機微粒子を用いてもよく、また複数種類の無機微粒子を併用してもよい。異なる性質を有する複数種類の微粒子を用いることで、必要とされる特性を更に効率よく向上させることもできる。
【００３０】
無機微粒子の平均一次粒子径は、１〜１００ｎｍであることが好ましく、１〜５０ｎｍであることがより好ましく、１〜１５ｎｍであることが特に好ましい。無機微粒子の平均一次粒子径は、無機微粒子を同体積の球に換算したときの直径の平均値を示し、この値は透過型電子顕微鏡写真から評価することができる。
【００３１】
無機微粒子の形状は、特に限定されるものではないが、球状の微粒子が好適に用いられる。具体的には、粒子の最小径（微粒子の外周に接する２本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最小値）／最大径（微粒子の外周に接する２本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最大値）が０．５〜１．０であることが好ましく、０．７〜１．０であることが更に好ましい。
【００３２】
また、有機無機複合材料とされた状態（熱可塑性樹脂中に分散された状態）において、その有機無機複合材料全体に対する無機微粒子の混合比は、下限が５体積％以上であり、好ましくは１０体積％以上であり、より好ましくは２０体積％以上であり、上限が５０体積％以下であり、好ましくは４０体積％以下である。
【００３３】
（４）光学素子の製造方法
始めに、樹脂可塑性樹脂に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を製造する。具体的には、無機微粒子存在下で熱可塑性樹脂を重合させることで複合化する方法、熱可塑性樹脂の存在下で無機微粒子を形成し複合化する方法、無機微粒子を熱可塑性樹脂の溶媒になる液中に分散液とし、その後溶媒を除去することで複合化する方法、無機微粒子と熱可塑性樹脂を別々に用意し、溶融混練、溶媒を含んだ状態での溶融混練などで複合化する方法等、何れの方法によっても製造することができる。
【００３４】
これらの中で、無機微粒子と熱可塑性樹脂を別々に用意し、溶融混練で複合化する方法は、簡便で製造コストを抑えることが可能なことから、好ましく用いられる。溶融混練に用いることのできる装置としては、ラボプラストミル、ブラベンダー、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等のような密閉式混練装置またはバッチ式混練装置を挙げることができる。また、単軸押出機、二軸押出機等のように連続式の溶融混練装置を用いて製造することもできる。
【００３５】
有機無機複合材料の製造方法において、溶融混練を用いる場合、熱可塑性樹脂と無機微粒子を一括で添加し混練してもよいし、段階的に分割添加して混練してもよい。この場合、押出機などの溶融混練装置では、段階的に添加する成分をシリンダーの途中から添加することも可能である。また、予め混練後、熱可塑性樹脂以外の成分で予め添加しなかった成分を添加して更に溶融混練する際も、これらを一括で添加して、混練してもよいし、段階的に分割添加して混練してもよい。分割して添加する方法も、一成分を数回に分けて添加する方法も採用でき、一成分は一括で添加し、異なる成分を段階的に添加する方法も採用でき、そのいずれをも合わせた方法でも良い。
【００３６】
溶融混練による複合化を行う場合、無機微粒子は粉体のまま添加することも可能であるし、又は液中に分散された状態で添加することも可能であるが、予め所定の混合比で無機微粒子と樹脂とを予備混合したマスターバッチを作製し、その後にそのマスターバッチと樹脂とを溶融混練で複合化する方法が好適である。この場合に、マスターバッチの作製方法としては、有機無機複合材料へのダメージが少なく、均一に混合することができるという観点から、湿式混合方式を適用するのが好ましい。湿式混合方式とは、適宜選択された溶媒中に樹脂を溶解させ、この樹脂が溶解した溶媒と無機微粒子とを混合することによりマスターバッチを作製する方法であり、前記溶媒を揮発させることにより最終的にマスターバッチを得ることができる。
【００３７】
マスターバッチの作製に適用可能な溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ヘプタノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸−ｔ−ブチル、酢酸−ｎ−ブチル、酢酸−ｎ−ヘキシル等のエステル類、１，２−ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン等のエーテル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で使用することもできるし、又は２種以上を混合して使用することもできる。
【００３８】
有機無機複合材料の製造を終えたら、金型１を用いてその有機無機複合材料を射出・成形し、光学素子を製造する。始めに、金型１を一定の射出成形機の所定位置にセットし、図４（ａ）に示す通りに固定型２と可動型３とを密着させるとともにコアブロック２２，３２に対し周辺ブロック２６，３６を離間させる。この状態において、コアブロック２２，３２のカートリッジヒータ２７，３７を作動させ、コアブロック２２，３２を加熱する。
【００３９】
コアブロック２２，３２が一定の温度に上昇したら、カートリッジヒータ２７，３７の作動を停止させ、図４（ｂ）に示す通り、溶融させた有機無機複合材料をスプルー２４に流入させ、その有機無機複合材料をランナー３３からキャビティ３４に充填する。
【００４０】
有機無機複合材料をキャビティ３４に充填したら、図４（ｃ）に示す通り、コアブロック２２，３２に対し周辺ブロック２６，３６を接触させる。この状態において、周辺ブロック２６，３６の流路３８に冷媒を流通させて、コアブロック２２，３２を冷却し、キャビティ３４に充填した有機無機複合材料を硬化させる。流路３８に循環させる「冷媒」としては、有機無機複合材料中の熱可塑性樹脂のガラス転移温度より温度の低いものであればその種類は問わず、例えばエアー等の気体やオイル等の液体を使用する。
【００４１】
コアブロック２２，３２が一定の温度まで下降したら、図４（ｄ）に示す通り、周辺ブロック２６，３６をコアブロック２２，３２から離間させるとともに可動型３を移動（後退）させ、キャビティ３４において有機無機複合材料を硬化させて成形した成形品を取り出す。これにより、本実施例に係る光学素子を製造することができる。
【００４２】
以上の本実施例では、周辺ブロック２６，３６がコアブロック２２，３２に対し離間可能であって、コアブロック２２，３２を加熱する際には、単に周辺ブロック２６，３６をコアブロック２２，３２から離間させているから（図４（ａ）参照）、このような簡単な構成で、コアブロック２２，３２から周辺ブロック２６，３６への熱の伝導（放熱）を抑えることができ、ヒートサイクル中の加熱時間を短縮することができる。また、コアブロック２２，３２を加熱中も、周辺ブロック２６，３６は離間されている為、独立して冷却することが可能である。
【００４３】
更に、周辺ブロック２６，３６がコアブロック２２，３２に対し接触可能であって、コアブロック２２，３２を冷却する際には、単に周辺ブロック２６，３６をコアブロック２２，３２に接触させているから（図４（ｃ）参照）、このような簡単な構成で、コアブロック２２，３２の熱を周辺ブロック２６，３６に容易に伝導することができ、ヒートサイクル中の冷却時間を短縮することができる。
以上から、簡単な構成でサイクルタイムの短縮を図ることができる。
【実施例２】
【００４４】
本実施例は主には下記の点で実施例１と異なっており、それ以外は同様となっている。
すなわち、図５に示す通り、コアブロック３２にはカートリッジヒータ３７が設けられておらず、その代わりに加熱媒体供給管４０がコアブロック３２の角部に設けられている。本実施例でも、周辺ブロック３６は、図５に示す通りにコアブロック３２に対し接触したり、図６に示す通りにコアブロック３２から分離するようにコアブロック３２に対し離間したりすることができるようになっている。
【００４５】
このような構成は固定型２のコアブロック２２においても同様となっており、コアブロック２２の角部には加熱媒体供給管４０と同様の加熱媒体供給管が設けられている。
【００４６】
そして光学素子を製造する場合には、コアブロック２２，３２を加熱する工程において、図６に示す通り、コアブロック２２，３２に対し周辺ブロック２６，３６を離間（後退）させる。この状態において、加熱媒体供給管４０とそれと同様のコアブロック２２用の加熱媒体供給管とからコアブロック２２，３２に向けて加熱媒体ガスを噴き付ける。このとき、周辺ブロック２６，３６とコアブロック２２，３２との間に空隙４１が形成され、加熱媒体ガスが空隙４１を流通してコアブロック２２，３２を加熱する。また、本実施例においては、冷却時には周辺ブロック２６，３６が、コアブロック２２，３２をそれぞれ隙間なく覆っているが、加熱時に周辺ブロック２６，３６をコアブロック２２，３２から離間させた際には、各周辺ブロック２６，３６の間に隙間が生じ、そこから加熱媒体ガスが供給されるように構成されている。コアブロック２２，３２に噴き付ける「加熱媒体ガス」としては、有機無機複合材料中の熱可塑性樹脂のガラス転移温度より温度の高いものであればその種類は問わず、例えばエアーを使用する。具体的には、インフリッヂ工業社製エアーヒータ等の装置を用いて加熱媒体ガスを供給することができる。
【実施例３】
【００４７】
本実施例は主には下記の点で実施例１と異なっており、それ以外は同様となっている。
すなわち、図７に示す通り、コアブロック３２にはカートリッジヒータ３７が設けられておらず、その代わりにコアブロック３２に流路５０が形成されている。流路５０はキャビティ３４を取り囲むようにコアブロック３２の周縁部を周回しており、加熱媒体が流路５０を循環することができるようになっている。本実施例でも、周辺ブロック３６は、図７に示す通りにコアブロック３２に対し接触したり、図８に示す通りにコアブロック３２から分離するようにコアブロック３２に対し離間したりすることができるようになっている。
【００４８】
このような構成は固定型２のコアブロック２２と周辺ブロック２６とにおいても同様となっており、コアブロック２２の周縁部には流路５０と同様の流路が設けられている。
【００４９】
そして光学素子を製造する場合には、コアブロック２２，３２を加熱する工程において、図８に示す通り、コアブロック２２，３２に対し周辺ブロック２６，３６を離間（後退）させる。この状態において、流路５０とそれと同様のコアブロック２２用の流路中に加熱媒体を循環させ、コアブロック２２，３２を加熱する。流路５０に循環させる「加熱媒体」としては、有機無機複合材料中の熱可塑性樹脂のガラス転移温度より温度の高いものであればその種類は問わず、例えばエアー等の気体やオイル等の液体を使用する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の好ましい実施例（実施例１）に係る金型の概略構成を示す断面図である。
【図２】実施例１に係る可動型のコアブロックと周辺ブロックとの概略構成を示す平面図である。
【図３】実施例１に係る固定型，可動型の周辺ブロックがコアブロックに対し離間した際の概略的な状態を示す平面図である。
【図４】実施例１に係る光学素子の製造方法を説明するための図面である。
【図５】本発明の好ましい実施例（実施例２）に係る金型であって特に可動型付近の概略構成を示す平面図である。
【図６】実施例２に係る可動型の周辺ブロックがコアブロックに対し離間した際の概略的な状態を示す平面図である。
【図７】本発明の好ましい実施例（実施例３）に係る金型であって特に可動型付近の概略構成を示す平面図である。
【図８】実施例３に係る可動型の周辺ブロックがコアブロックに対し離間した際の概略的な状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 金型
２ 固定型
２０ 固定側取付け板
２２ コアブロック
２４ スプルー
２６ 周辺ブロック
２７ カートリッジヒータ
２８ 流路
２９ 断熱板
３ 可動型
３０ 可動側取付け板
３１ スペーサ
３２ コアブロック
３３ ランナー
３４ キャビティ
３６ 周辺ブロック
３７ カートリッジヒータ
３８ 流路
３９ 断熱板
４０ 加熱媒体供給管
５０ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを含むコア部と、
前記コア部の周辺に配置され、前記コア部を冷却可能な周辺部と、
前記コア部を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記周辺部が前記コア部に対し接触及び離間の切替可能であることを特徴とする成形用金型。
【請求項２】
請求項１に記載の成形用金型において、
前記加熱手段が、前記コア部の内部であってキャビティの近傍に設けられたヒータであることを特徴とする成形用金型。
【請求項３】
請求項１に記載の成形用金型において、
前記加熱手段が、前記周辺部が前記コア部に対し離間した際に、前記周辺部と前記コア部との間に形成される空隙に加熱媒体を供給する構成を有することを特徴とする成形用金型。
【請求項４】
請求項１に記載の成形用金型において、
前記加熱手段が、前記周辺部が前記コア部から離間された際に生じる流路を通して前記コア部に加熱媒体を供給する構成を有することを特徴とする成形用金型。
【請求項５】
請求項１に記載の成形用金型において、
前記加熱手段が、前記コア部のキャビティの近傍に設けられた流路中に加熱媒体を循環させる構成を有することを特徴とする成形用金型。
【請求項６】
キャビティを含むコア部と、前記コア部の周辺に配置され、前記コア部を冷却可能な周辺部と、前記コア部を加熱する加熱手段と、を備え、前記周辺部が前記コア部に対し接触及び離間の切替可能である成形用金型を用いて光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、
前記コア部に対し前記周辺部を離間させた状態で前記加熱手段により前記コア部を加熱する工程と、
熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を前記コア部のキャビティに充填する工程と、
前記コア部に対し前記周辺部を接触させた状態で前記周辺部により前記コア部を冷却する工程と、
前記コア部のキャビティから前記有機無機複合材料で構成された成形品を取り出す工程と、
を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１】
キャビティを含むコア部と、
前記コア部の周辺に配置され、前記コア部を冷却可能な周辺部と、
前記コア部を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記周辺部が前記コア部に対し接触及び離間の切替可能であることを特徴とする成形用金型。
【請求項２】
請求項１に記載の成形用金型において、
前記加熱手段が、前記コア部の内部であってキャビティの近傍に設けられたヒータであることを特徴とする成形用金型。
【請求項３】
請求項１に記載の成形用金型において、
前記加熱手段が、前記周辺部が前記コア部に対し離間した際に、前記周辺部と前記コア部との間に形成される空隙に加熱媒体を供給する構成を有することを特徴とする成形用金型。
【請求項４】
請求項１に記載の成形用金型において、
前記加熱手段が、前記周辺部が前記コア部から離間された際に生じる流路を通して前記コア部に加熱媒体を供給する構成を有することを特徴とする成形用金型。
【請求項５】
請求項１に記載の成形用金型において、
前記加熱手段が、前記コア部のキャビティの近傍に設けられた流路中に加熱媒体を循環させる構成を有することを特徴とする成形用金型。
【請求項６】
キャビティを含むコア部と、前記コア部の周辺に配置され、前記コア部を冷却可能な周辺部と、前記コア部を加熱する加熱手段と、を備え、前記周辺部が前記コア部に対し接触及び離間の切替可能である成形用金型を用いて光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、
前記コア部に対し前記周辺部を離間させた状態で前記加熱手段により前記コア部を加熱する工程と、
熱可塑性樹脂中に無機微粒子が分散された有機無機複合材料を前記コア部のキャビティに充填する工程と、
前記コア部に対し前記周辺部を接触させた状態で前記周辺部により前記コア部を冷却する工程と、
前記コア部のキャビティから前記有機無機複合材料で構成された成形品を取り出す工程と、
を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２３８７０３（Ｐ２００８−２３８７０３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８４８５３（Ｐ２００７−８４８５３）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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