(57)【要約】【課題】メンテナンス性を向上させ、長期間にわたって高精度な成形を可能とすることができる成形装置及び成形方法を提供する。【解決手段】転がり軸受２３を介してレール１２に沿って可動側金型２０を案内することで、転写面１１，１２の光軸が精度良く整列するようになるので、高精度なレンズの成形を行うことができる。特に、転動体である球２３ｂが常にレール１２に接触しているので、安定した保持を行うことができる。又、レンズに回折構造が形成されているような場合、本実施の形態は特に有効である。更に、レール１２と転がり軸受２３とは、摺動ではなく転がり接触するので、部材の削れや摩耗を抑えることができ、変形を抑制すると共に金型や光学素子の汚染を抑制しつつ、長期間にわたって安定した成形を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を転写成形する成形装置において、
それぞれ光学素子の転写面を備え、相対的に可動な第１の金型及び第２の金型と、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの一方に設けられ、転動体を備えた転がり軸受と、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの他方に設けられ、前記転がり軸受の転動体が常に接して転動するレールと、を有することを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記転がり軸受の転動体は、前記一方の金型内において循環することを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記転がり軸受の転動体は、筒状の保持体に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
【請求項４】
前記転がり軸受の転動体は球又はころであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形装置。
【請求項５】
前記転がり軸受の転動体には予圧が付与されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形装置。
【請求項６】
前記光学素子には回折構造が設けられ、前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの一方の転写面には、前記回折構造に対応した微細形状が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形装置。
【請求項７】
前記光学素子の像側開口数ＮＡが、０．８≦ＮＡ≦０．９５であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成形装置。
【請求項８】
それぞれ光学素子の転写面を備え、相対的に可動な第１の金型及び第２の金型を用いて、光学素子を転写成形する成形方法において、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの一方に設けたレールに沿って、前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの他方に設けられた転がり軸受を介して案内しつつ、前記第１の金型と前記第２の金型とを型締めして成形を行うことを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を成形するのに好適な成形装置及び成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、高密度光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える光ピックアップ装置が開発され、既に市販されている。高密度光ディスクの一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２５ＧＢの情報の記録が可能である。 
【０００３】
ところで、このような光ピックアップ装置に用いる対物レンズを樹脂で成形すると、安価に大量生産が可能になるため好ましいが、かかる対物レンズは本来的に高ＮＡであることから、所望の光学特性を得る為には例えば光学面の位置ズレを精度良く抑える必要がある。これに対し特許文献１には、固定側金型と可動側金型の位置合わせをテーパブッシュとテーパガイドを使用することで、入子の転写面の位置ずれを抑える成形装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平9-267362号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の技術によれば、テーパ面同士を篏合させると、その嵌合部が線当たりもしくは面当たりとなり、固定側金型と可動側金型を合わせたときに、嵌合部が擦り合わさる状態になる。これにより嵌合部が削れたり摩耗し、テーパガイドやテーパブッシュが早期に変形する恐れがあり、かかる変形により金型の位置合わせの精度が低下してしまうこととなる。また、嵌合部の削れや摩耗により削り粉が発生し、金型を汚したり、製品への付着や混入が起こりやすく、安定した製品を提供できなくなるという問題がある。かかる問題を抑制すべく、極力嵌合部が擦れない様に型合わせを行うには、テーパガイドとテーパブッシュの位置合わせを嵌合前に精度良く行う必要があるが、そのためにはテーパガイドとテーパブッシュの軸線を精度良く位置合わせする機構を設けることが考えられる。しかし、このような位置合わせ機構を設けた分、金型が大きく複雑になり、このため工数とコストの増大を招くこととなる。
【０００６】
本発明は、コストを低く抑えつつ、高精度な光学素子の成形を可能とすることができる成形装置及び成形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】
請求項１に記載の成形装置は、光学素子を転写成形する成形装置において、
それぞれ光学素子の転写面を備え、相対的に可動な第１の金型及び第２の金型と、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの一方に設けられ、転動体を備えた転がり軸受と、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの他方に設けられ、前記転がり軸受の転動体が常に接して転動するレールと、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、成形時に、前記転動体が前記レールに沿って転動することにより、前記第１の金型と前記第２の金型との案内を行うことで、高い繰り返し位置決め精度が確保され、これにより高精度な光学素子を成形することができ、特にレンズの場合には光学面間偏心を有効に抑えることができる。又、前記レールと前記転がり軸受とは、摺動ではなく転がり接触するので、部材の削れや摩耗を抑えることができ、変形を抑制すると共に金型や光学素子の汚染を抑制しつつ、長期間にわたって安定した成形を行うことができる。尚、転がり軸受は、筒部と開口との間に、転動体を転動可能に収容する保持体を有していても良い。
【０００９】
請求項２に記載の成形装置は、請求項１に記載の発明において、前記転がり軸受の転動体は、前記一方の金型内において循環することを特徴とする。これにより、簡素な構成でありながらも前記筒部を用いて円滑な案内を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の成形装置は、請求項１に記載の発明において、前記転がり軸受の転動体は、筒状の保持体に保持されていることを特徴とする。これにより、簡素な構成でありながらも前記筒部を用いて円滑な案内を行うことができる。
【００１１】
請求項４に記載の成形装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記転がり軸受の転動体は球又はころであることを特徴とする。特に、ころを用いた場合には、球の点当たりに対し、線当たりになるから、より支持剛性が高くなる。更に、円筒状の軸受の場合、回転防止の機能が付加されるので、安定した位置合わせをすることができる。
【００１２】
請求項５に記載の成形装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記転がり軸受の転動体には予圧が付与されることを特徴とする。「予圧を付与する」とは、転動体を収容する隙間の間隔より僅かに大きな径の転動体を、かかる隙間に収容することをいう。このように、ころがり軸受の転動体に予圧がかかるようにすることで、ガタを抑えて、安定した金型の位置合わせを行うことができる。
【００１３】
請求項６に記載の成形装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記光学素子には回折構造が設けられ、前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの一方の転写面には、前記回折構造に対応した微細形状が設けられていることを特徴とする。本発明の成形装置によれば、前記第１の金型と前記第２の金型とを精度良く位置決めできるので、光学素子の光学面に精度良く回折構造を形成できる。「回折構造」とは、段差を有し、回折によって光束を収束あるいは発散させる作用を持たせる構造の総称である。例えば、単位形状が光軸を中心として複数並ぶことによって構成されており、それぞれの単位形状に光束が入射し、透過した光の波面が、隣り合う輪帯毎にズレを起こし、その結果、新たな波面を形成することによって光を収束あるいは発散させるような構造を含むものである。回折構造は、好ましくは段差を複数有し、段差は光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。また、回折構造を設けたレンズが単玉非球面レンズの場合、光軸からの高さによって光束のレンズへの入射角が異なるため、回折構造の段差量は各輪帯毎に若干異なることとなる。例えば、レンズが単玉非球面の凸レンズである場合、同じ回折次数の回折光を発生させる回折構造であっても、一般的に光軸から離れる程、段差量が大きくなる傾向となる。
【００１４】
請求項７に記載の成形装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の像側開口数NAが、０．８≦ＮＡ≦０．９５であることを特徴とする。ＢＤ用光ピックアップ装置用の対物レンズなどの高NAレンズ、特に３互換対応レンズなどのレンズ径の大きいレンズは、光学面の偏心が性能を劣化させる影響が非常に大きいので、本発明の効果が特に顕著となる。
【００１５】
請求項８に記載の成形方法は、それぞれ光学素子の転写面を備え、相対的に可動な第１の金型及び第２の金型を用いて、光学素子を転写成形する成形方法において、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの一方に設けたレールに沿って、前記第１の金型及び前記第２の金型のうちの他方に設けられた転がり軸受を介して案内しつつ、前記第１の金型と前記第２の金型とを型締めして成形を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、前記転がり軸受を介して前記レールに沿って、前記第１の金型と前記第２の金型との案内を行って型締めすることで、高い繰り返し位置決め精度が確保され、これにより高精度な光学素子を成形することができ、特にレンズの場合には光学面間偏心を有効に抑えることができる。又、前記レールと前記転がり軸受とは、摺動ではなく転がり接触するので、部材の削れや摩耗を抑えることができ、変形を抑制すると共に金型や光学素子の汚染を抑制しつつ、長期間にわたって安定した成形を行うことができる。
【００１７】
本明細書において用いる光学素子としては、例えばレンズ、プリズム、回折格子光学部品（回折レンズ、回折プリズム、回折板）、光学フィルター（空間ローパスフィルター、波長バンドパスフィルター、波長ローパスフィルター、波長ハイパスフィルター等々）、偏光フィルター（検光子、旋光子、偏光分離プリズム等々）、位相フィルター（位相板、ホログラム等々）などがあるが、以上に限られることはない。ＢＤ用光ピックアップ装置用の対物レンズなどの高NAレンズ、特に３互換対応レンズなどのレンズ径の大きいレンズは、光学面の偏心が性能を劣化させる影響が非常に大きいので、その成形に本発明が有効である。又、プリズムなどの角度に厳しい光学素子は、光の反射や回折面をする光学面が固定側金型と可動側金型に分かれている場合、転写面の相対角度がずれることを非常に嫌うから、その成形に本発明が有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コストを低く抑えつつ、高精度な光学素子の成形を可能とすることができる成形装置及び成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係る成形装置の一部の軸線方向断面図である。
【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】本実施の形態の変形例を示す図３と同様な図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる成形装置の部分断面図である。
【図５】変形例にかかる転がり軸受２３Ａと円筒部１２Ａの軸線直交方向断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の成形方法を実行する第１の実施の形態に係る成形装置の一部の軸線方向断面図である。図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。第１の金型である固定側金型１０は、不図示のフレームに固定され、転写面１１と、転写面１１を設けた面と交差する面に複数の（ここでは２本の）レール１２とを有している。但し、図２では１本のレール１２のみ示す。レール１２は、断面が矩形状の棒状体であり、図２に示すように、その両側面に、断面形状が円弧状であってレール１２の軸線方向に延在する溝１２ａを２列ずつ有している。
【００２１】
一方、第２の金型である可動側金型２０は、図１において不図示の駆動装置により移動可能に支持されており、転写面１１に対向する転写面２１と、レール１２を保持する転がり軸受２３を設けた保持部２２とを有している。
【００２２】
転がり軸受２３は、図２に示すように、保持部２２内に形成された循環路２３ａと、循環路２３ａ内に連なって循環するように配置された複数の球２３ｂとからなる。循環路２３ａは、開口２２の内周面に一部が露出する表層路２３ｃと、表層路２３ｃより奥側に形成された深層路２３ｄの端部同士を、それぞれ連結した形状である。表層路２３ｃ内を転動する球２３ｂは、レール１２の溝１２ａに常時接触するようになっている。
【００２３】
転写面１１，２１の少なくとも一方には、回折構造に対応した輪帯状の微細形状が形成されている。尚、可動側金型にレールを設け、固定側金型に転がり軸受を設けても良い。
【００２４】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、図１に示すごとく、固定側金型１０に対して可動側金型２０を離間した状態から、不図示の駆動装置により可動側金型２０を接近させる。
【００２５】
このとき、循環路２３ａの表層路２３ｃ内に位置する球２３ｂは、保持部２２の相対移動に応じてレール１２の溝１２ａ上を転動するが、表層路２３ｃ内で順次押されるので、その奥側の球２３ｂは深層路２３ｄ内へと転動してゆくと共に、深層路２３ｄ内の球２３ｂが表層路２３ｃへと現れて、循環しながらレール１２の溝１２ａに接触してゆく。このとき、球２３ｂにはレール１２と保持部２２との間で予圧が付与されるようになり、これによりレール１２に対して保持部２２はガタなく支持され、精度良く案内されることとなる。
【００２６】
可動側金型２０が固定側金型１０と密着するまで移動して、型締めを行った後、不図示の供給源から、転写面１１，２１とで形成されるキャビティ内に樹脂を充填し、固化させた後、図１に示すように、可動側金型２０を固定側金型１０から離間することで、回折構造を有するレンズを成形することができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、転がり軸受２３を介してレール１２に沿って可動側金型２０を案内することで、転写面１１，１２の光軸が精度良く整列するようになるので、像側開口数NAが、０．８≦ＮＡ≦０．９５であるような高精度なレンズの成形を行うことができる。特に、転動体である球２３ｂが常にレール１２に接触しているので、安定した保持を行うことができる。又、レンズに回折構造が形成されているような場合、本実施の形態は特に有効である。更に、レール１２と転がり軸受２３とは、摺動ではなく転がり接触するので、部材の削れや摩耗を抑えることができ、変形を抑制すると共に金型や光学素子の汚染を抑制しつつ、長期間にわたって安定した成形を行うことができる。
【００２８】
図３は、本実施の形態の変形例を示す図３と同様な図である。本変形例においては、転がり軸受２３’の転動体として、ころ２３ｂ’を用いている。より具体的には、レール１２’の両側面には、Ｖ字状の溝１２ａ’が形成されており、その一対の斜面１２ｂ’が転動面となっている。一方、溝１２ａ’に対向して、保持部２２’の内側面には、断面が一定の三角形状でレール１２’の軸線方向に延在する隆起２２ａ’が形成されており、その一対の斜面２２ｂ’が転動面となっている。尚、ころ２３ｂ’は不図示の循環路を介して循環可能となっている。
【００２９】
本実施の形態によれば、転がり軸受２３’のころ２３ｂ’が、斜面１２ｂ’、２２ｂ’との間で転動するため、点接触である球に比べて転動面に線接触することから支持剛性が高くなり、転写面１１，１２（図１）の光軸がより精度良く整列するようになるので、高精度なレンズの成形を行うことができる。
【００３０】
図４は、第２の実施の形態にかかる成形装置の部分断面図である。第１の金型である固定側金型１０”は、上述の実施の形態と同様に不図示のフレームに固定され、転写面１１”と、転写面１１”を設けた面から延在する複数の（ここでは２本の）レール１２”とを有している。レール１２”は円筒状であるが、角筒状でも良い。
【００３１】
一方、第２の金型である可動側金型２０”は、上述と同様に不図示の駆動装置により駆動され、転写面１１”に対向する転写面２１”と、レール１２”を内包するように形成された貫通開口２２”と、貫通開口２２”の周囲に等間隔に設けられた複数の（ここでは一対の）転がり軸受２３”とを有する。貫通開口２２”の内径は、レール１２”の外形より僅かに大きくなっている。転写面１１”，２１”の少なくとも一方には、回折構造に対応した輪帯状の微細形状が形成されている。尚、可動側金型にレールを設け、固定側金型に開口を設けても良い。
【００３２】
転がり軸受２３”は、可動側金型２０”内に形成された循環路２３ａ”と、循環路２３ａ”内に連なって循環するように配置された複数の球２３ｂ”とからなる。循環路２３ａ”は、貫通開口２２”の内周面に一部が露出する表層路２３ｃ”と、表層路２３ｃ”より深層側に形成された深層路２３ｄ”の端部同士を、それぞれ連結したトラック形状である。表層路２３ｃ”内を転動する球２３ｂ”は、その表面の一部が貫通開口２２”内に突出し、常時レール１２”の表面に当接している。球２３ｂ”には可動側金型２０”及びレール１２”との間で予圧が付与されている。
【００３３】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず図４に示すごとく、固定側金型１０”に対して可動側金型２０”を離間した状態から、不図示の駆動装置により接近させると、レール１２”に当接した球２３ｂ”が表層路２３ｃ内を転動し、これにより順次押された奥側の球２３ｂ”は深層路２３ｄ”内へと転動してゆくと共に、深層路２３ｄ”内の球２３ｂ”が表層路２３ｃ”へと現れて、循環しながらレール１２”の外周に接触してゆく。これによりレール１２”はガタなく支持され、精度良く案内されることとなる。
【００３４】
可動側金型２０”が固定側金型１０”と密着するまで移動して、型締めを行った後、不図示の供給源から、転写面１１”，２１”とで形成されるキャビティ内に樹脂を充填し、固化させる。その後、図４に示すように、可動側金型２０”を固定側金型１０”から離間することで、成形された回折構造を有するレンズを容易に取り出すことができる。
【００３５】
本実施の形態によれば、転がり軸受２３”を介してレール１２”に沿って可動側金型２０”を案内することで、転写面１１”，１２”の光軸が精度良く整列するようになるので、高精度なレンズの成形を行うことができる。特に、転動体である球２３ｂ”が常にレール１２”に接触しているので、安定した保持を行うことができる。又、レンズに回折構造が形成されているような場合、本実施の形態は特に有効である。更に、レール１２”と転がり軸受２３”とは、摺動ではなく転がり接触するので、部材の削れや摩耗を抑えることができ、変形を抑制すると共に金型や光学素子の汚染を抑制しつつ、長期間にわたって安定した成形を行うことができる。
【００３６】
図５は、図４に示す実施の形態の変形例にかかる転がり軸受２３Ａと円筒部１２Ａの軸線直交方向断面を示す図である。本変形例においては、固定側金型（不図示）に設けられた円筒部１２Ａの外周には、等間隔で溝１２Ａａが軸線方向に延在するように形成されている。一方、開口２２Ａの内周には、溝１２Ａａに対向するようにして、溝２２Ａａが軸線方向に延在するように形成されている。転がり軸受２３Ａは、複数の球２３Ａｂと、球２３Ａｂを保持する円管状の保持体２３Ａｃとを有する。球２３Ａｂは、溝１２Ａａ、溝２２Ａａ上を転動可能となっており、また不図示の循環路を介して循環可能となっている。転がり軸受２３Ａは、支持剛性が高く、円筒部１２Ａと開口２２Ａとの軸線方向移動を許容しつつ相対回転を阻止する機能を有する。
【００３７】
また、上述した実施の形態において、転写面２１は可動側金型２０に直接形成しても良いし、入れ子の様に別部材として転写面２１を作製し、可動側金型２０に組み込んでも良い。このとき、可動側金型２０に対して転写面２１を有する別部材が、可動側金型２０が移動する方向と直交する方向に移動しない様に固定することが好ましい。例えば、可動側金型２０と転写面２１を有する前記別部材の間に軸受を介在させる方法でも良い。軸受には転動体が保持されていることが好ましく、転動体としては、球やころを使用することができる。例えば、転動体として図３に記載したようなころを用いた軸受を採用しても良い。また、軸受に保持された球またはころに予圧をかけることが好ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１０” 固定側金型
１１、１１“ 転写面
１２ レール
１２Ａ 円筒部
１２Ａａ 溝
１２ａ’ 溝
１２ｂ’ 斜面
２０、２０” 可動側金型
２１、２１“ 転写面
２２ 保持部
２２” 貫通開口
２２Ａ 開口
２２Ａａ 溝
２２ａ’ 隆起
２２ｂ’ 斜面
２３，２３”、２３Ａ 転がり軸受
２３Ａｂ 球
２３Ａｃ 保持体
２３ａ、２３ａ” 循環路
２３ｂ、２３ｂ” 球
２３ｃ、２３ｃ” 表層路
２３ｄ、２３ｄ” 深層路
【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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