JP2001205652A - 光学素子成形型およびこれを用いた光学素子製造方法、ならびに光ヘッドおよび光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形時にバリが発生することを抑制できる光
学素子成形型、およびこれを用いた光学素子製造方法、
ならびに光ヘッドおよび光ディスク装置を提供する。 【解決手段】 略円筒状の胴型１１と、胴型１１の上下
からそれぞれ嵌挿される上型１２および下型１３とを備
え、胴型１１は、その内周面１１ａの一部に、上型１２
または下型１３と非接触となる切り欠き部１１ｂを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子成形型お
よびこれを用いた光学素子製造方法、ならびに光ヘッド
および光ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子は、光ディスク装置などの光ヘ
ッド等に利用されている。プラスチック材料を用いて光
学素子を成形する従来の方法としては、たとえば、ペレ
ットを加熱混練溶融し、インサートで形成されたキャビ
ティ内に射出充填する射出成形法や、前記射出成形によ
り略最終形状に前加工されたプラスチック素材を一定温
度に保持された成形型内に供給したのち加圧する圧縮成
形法等（特開平５−１７７７２５号公報）がある。以下
に従来の成形方法、成形型、光学素子について図を用い
て簡単に説明する。

【０００３】従来の成形型を用いた場合の成形状態につ
いて、概略断面図を図６に示す。図６を参照して、従来
の成形型は、胴型１ａおよび１ｂからなる胴型１と、胴
型１の上下から嵌挿される上型２および下型３とからな
る。

【０００４】射出成形により、略最終形状に前加工され
た光学素子材料（ポリカーボネイト）４ａを、胴型１と
上型２と下型３とによって形成されるキャビティー内部
に配置する。成形型は、加熱加圧機構を有するプレスヘ
ッド５と、加熱機構を有するプレスステージ６とによっ
て荷重たわみ温度以上でガラス転移点未満の温度に予め
昇温されている。光学素子材料４ａの温度が胴型１、上
型２および下型１３の温度と略一致し、荷重たわみ温度
以上でガラス転移点未満の一定温度になったとき、プレ
スヘッド５を下降させ、上型２によって、光学素子材料
４ａに約９８０Ｎ／ｃｍ²（約１００ｋｇｆ／ｃｍ²）の
加圧力を加えて変形保持した後、加圧力を解除し、荷重
たわみ温度まで冷却した後、上型２を取り外して成形さ
れた光学素子４を取り出す。このようにして成形された
光学素子４の断面図を図７に示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の成形方法および成形型では、上型および下型と胴型
とのクリアランス部に光学素子材料４ａが流入し、成形
された光学素子４の外径面に、長さＢで示すバリが生じ
るという問題があった。

【０００６】バリを有する光学素子を用いて光ヘッドな
どを製造すると、機器への実装取り付けばらつきや、性
能ばらつきの要因となる。光学素子を機器へ取り付ける
際には、光学素子有効面のうち少なくとも片方の面が基
準となるため、その面に生じたバリが大きなバリの場
合、成形後の工程でバリ除去加工をする必要があった。
また、このバリ除去工程では、光学素子を保持する際
に、光学素子に傷などを発生させ、歩留まりの低下を招
いていた。更には、バリの一部が成形型内に残ることが
あるため、次の成形を行う前に成形型内部に残ったバリ
の一部を取り除く作業が必要であった。これらの問題の
ため、光学素子のコストが高くなるという問題もあっ
た。

【０００７】上記問題を解決するため、本発明は、成形
時にバリが発生することを抑制できる光学素子成形型、
およびこれを用いた光学素子製造方法、ならびに光ヘッ
ドおよび光ディスク装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学素子成形型は、光学素子材料を加熱加
圧成形して光学素子を製造するための光学素子成形型で
あって、略円筒状の胴型と、胴型の上下からそれぞれ嵌
挿される上型および下型とを備え、胴型が、その内周面
の一部に切り欠き部を備えることを特徴とする。上記構
成によれば、光学素子の成形時にバリが発生することを
抑制できる。

【０００９】上記光学素子成形型では、下型のプレス面
と切り欠き部との距離Ｌが２ｍｍ以下であることが好ま
しい。上記構成によれば、光学素子の成形時にバリが発
生することを特に抑制できる。

【００１０】また、本発明の光学素子製造方法は、成形
型の内部に光学素子材料を配置したのち、上記成形型に
よって光学素子材料を加熱加圧成形する光学素子の製造
方法であって、成形型が上記本発明の光学素子成形型で
あることを特徴とする。上記光学素子製造方法によれ
ば、光学素子の成形時にバリが発生することを抑制でき
る。

【００１１】上記製造方法では、光学素子材料を加熱加
圧成形する際に、下型の温度を上型の温度よりも高くす
ることが好ましい。上記構成によれば、光学素子の成形
時にバリが発生することを特に抑制できる。

【００１２】上記製造方法では、光学素子材料が球状で
あることが好ましい。上記構成によれば、光学素子材料
を加熱・加圧して成形する際に、軸対称性を保った状態
で変形が進むため、性能バラツキを少なくできる。

【００１３】また、本発明の光ヘッドは、光源と光源の
光軸上に配置された光学素子とを備える光ヘッドであっ
て、光学素子が、上記本発明の光学素子製造方法によっ
て製造された光学素子であることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の光ディスク装置は、光ディ
スクに対して情報の記録または再生を行う光ディスク装
置であって、光源と、光源と光ディスクとの間に配置さ
れた光学素子とを備え、光学素子が、上記本発明の光学
素子製造方法によって製造された光学素子であることを
特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１６】（実施形態１）実施形態１では、本発明の
光学素子成形型の一例を説明する。実施形態１の光学素
子成形型１０について、断面図を図１（ａ）に示す。図
１（ａ）を参照して、光学素子成形型１０は、略円筒状
の胴型１１と、胴型１１の上下からそれぞれ嵌挿される
上型１２および下型１３とを備える。そして、光学素子
成形型１０は、その内部に配置された光学素子材料１４
を加熱加圧成形する。

【００１７】胴型１１を下型１３側から見たときの平面
図を図１（ｂ）に示す。胴型１１は、その内周面１１ａ
の一部に、上型１２または下型１３と非接触となる切り
欠き部１１ｂを備える。なお、図１では、切り欠き部１
１ｂが下型１３側に形成されている場合を示している
が、切り欠き部１１ｂが上型１２側に形成されている場
合でもよい。

【００１８】光学素子成形型１０では、下型１３のプレ
ス面１３ａと切り欠き部１１ｂとの距離Ｌが４ｍｍ以下
となるように切り欠き部１１ｂを形成することが好まし
い。さらに、距離Ｌが２ｍｍ以下となるように切り欠き
部１１ｂを形成することが特に好ましい。

【００１９】上記実施形態１の光学素子成形型によれ
ば、光学素子を加熱加圧成形する際にバリが生じること
を抑制できる。

【００２０】（実施形態２）実施形態２では、本発明の
光学素子製造方法について説明する。

【００２１】実施形態２の光学素子製造方法では、実施
形態１で説明した光学素子成形型１０の内部に光学素子
材料１４を配置し、光学素子成形型１０によって光学素
子材料１４を加熱加圧成形することによって光学素子を
製造する。このとき、上型１２の温度と下型１３の温度
とが異なる状態で加熱加圧成形することが好ましい。さ
らに、光学素子材料１４を加熱加圧成形する際に、上型
１２の温度よりも下型１３の温度を高くすることが特に
好ましい。

【００２２】また、光学素子材料１４は球状であること
が好ましい。光学素子材料１４を球状にする方法として
は、たとえば、ブロック状の光学素子材料を切削加工に
よって球状にする方法や、射出成形によって球状にする
方法が挙げられる。射出成形によれば、生産性よく低コ
ストに球状の光学素子材料を形成できる。

【００２３】上記実施形態２の光学素子製造方法によれ
ば、バリがない光学素子を製造することができる。そし
て、この光学素子製造方法によって製造された光学素子
を光ヘッドや光ディスク装置に用いることによって、信
頼性が高い光ヘッドや光ディスク装置が得られる。

【００２４】（実施形態３）実施形態３では、本発明の
光ヘッドについて、一例を説明する。

【００２５】実施形態３の光ヘッドについて、図２（ハ
ッチングは省略する）に構成を模式的に示す。図２を参
照して、光ヘッド２０は、光源（レーザ光源）２１と、
ハーフミラー２２と、コリメートレンズ２３と、光学素
子（対物レンズ）２４と、受光素子２５を備える。光学
素子２４は、実施形態２の光学素子製造方法によって製
造された光学素子である。光学素子２４は、光源２１の
光軸上に配置されている。

【００２６】光ヘッド２０では、光源２１から出射され
た光は、ハーフミラー２２によって反射され、コリメー
トレンズ２３によって略平行光にされる。この略平行光
は、次に、光学素子２４によって情報媒体２６に集光さ
れ、反射される。情報媒体２６からの反射光は、光学素
子２４、コリメートレンズ２３およびハーフミラー２２
を透過し、受光素子２５に到達する。受光素子２５は、
入射した光を電気信号に変換して出力する。このように
して、情報媒体２６に記録された情報信号を再生する。

【００２７】上記実施形態３の光ヘッドでは、本発明の
光学素子を用いているため、光学性能が優れた光ヘッド
が得られる。

【００２８】なお、図２に示した光ヘッドの構成は一例
であり、本発明の光学素子を用いる光ヘッドであれば、
他の構成はいかなるものであってもよい。

【００２９】また、コリメートレンズ２３に本発明の光
学素子製造方法で製造された光学素子を用いてもよい。
これによって、特に光学性能に優れた光ヘッドが得られ
る。

【００３０】また、本発明の光ディスク装置は、光ディ
スクに対して情報の記録または再生を行う光ディスク装
置であって、光源と、光源と光ディスクとの間に配置さ
れた光学素子とを備え、光学素子が、実施形態２の製造
方法によって製造された光学素子である。すなわち、本
発明の光ディスク装置は、上記光ヘッド２０を備える光
ディスク装置である。上記光ディスク装置では、光学性
能が優れた光ディスク装置が得られる。

【００３１】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。

【００３２】この実施例では、図１に示した光学素子成
形型１０を用いて光学素子を作製した一例について説明
する。実施例１で使用した胴型の寸法について表１に示
す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１中、下型首下長さ（下型１３のプレス
面１３ａ〜胴型１１と下型１３との当接面までの距離を
いう）Ｈ、くりぬき高さ（切り欠き部１１ｂの高さ）
ｈ、くりぬき幅（切り欠き部１１ｂの幅）Ｓは、それぞ
れ図１（ａ）中のＨ、ｈおよびＳに示す寸法である。こ
こで、下型のプレス面と切り欠き部との距離Ｌ＝（Ｈ−
ｈ）である。

【００３５】表１の胴型を備える光学素子成形型を、図
３（ハッチングは省略する）に示す成形装置３０の投入
ステージ３１にロボット（図示せず）によって搬送し、
投入扉を開けて予熱ステージ３０ａに投入した。投入扉
は次の型を投入するまで閉じた状態である。その後、光
学素子成形型は、成形ステージ３０ｂ、第１冷却ステー
ジ３０ｃ、第２冷却ステージ３０ｄを経て取り出しステ
ージ３２に移送され、ロボットによって分解されて光学
素子が取り出される。成形装置内の搬送は搬送アームに
より行われる。

【００３６】以下に、本実施例を詳細に説明する。光学
素子材料には、ポリオレフィン樹脂（ガラス転移点Ｔｇ
＝１４０℃、荷重たわみ温度Ｔｔ＝１２３℃）であり、
樹脂のブロックを切削加工によって球状（半径が約３ｍ
ｍ）に前加工したものを用いた。上型１２および下型１
３は超硬材料からなり、所望の形状に加工した。胴型１
１は、ステンレス鋼からなる。形成される光学素子４０
の平面図を図４（ａ）に、断面図を図４（ｂ）に示す。
光学素子４０の概略形状は、曲率半径Ｒ１＝２ｍｍ、曲
率半径Ｒ２＝７ｍｍ、中心厚ｔ＝１．６ｍｍ、外径＝
４．５ｍｍである。

【００３７】上記光学素子成形型と光学素子材料とを使
用して、成形装置３０によって光学素子４０を成形し
た。成形方法について、以下に説明する。

【００３８】各ステージ３０ａ〜３０ｄにおいて、下型
と接するプレスステージ３３および上型を加圧するプレ
スヘッド３４にはそれぞれヒータが内蔵されており、温
度を自由に設定できるようになっている。各ステージは
あらかじめ所望の温度に昇温されており、成形型が所定
の時間経過したのち次のステージに搬送されるようなシ
ステムとなっている。本実施例では５０ｓｅｃタクトで
成形を行った。各ステージの設定温度を表２に示す。

【００３９】

【表２】

【００４０】成形装置３０では、光学素子成形型を予熱
ステージ３０ａに搬送したのち、プレスヘッド３４を上
型に当接させた。予熱ステージ３０ａでは、光学素子材
料の温度が変形可能な温度に達していないため、加圧力
は約２９．４Ｎ（３ｋｇｆ）以下の小さい加圧力とし
た。そして、所定の時間経過後に、搬送アームによって
光学素子成形型を次のステージの成形ステージ３０ｂへ
搬送した。成形ステージ３０ｂでは、予熱ステージ３０
ａと同様にプレスヘッドを上型に当接した。成形ステー
ジ３０ｂでは、光学素子材料が変形可能な温度に到達し
たのち、約４９０Ｎ（約５０ｋｇｆ）の加圧力で成形し
た。成形ステージ３０ｂでは、上型および下型はヒータ
の熱によって温度上昇し、光学素子材料を加熱する。こ
のとき、光学素子材料には上型および下型と接触する部
分から熱が伝わるため、光学素子材料は両端から温度上
昇する。

【００４１】次に、光学素子成形型を第１冷却ステージ
３０ｃに搬送し、予熱ステージ３０ａと同様にプレスヘ
ッド３４を下降させて上型に当接させた。第１冷却ステ
ージ３０ｃは、タクト終了時点において、成形された光
学素子が荷重たわみ温度以下となるような設定温度とし
た。

【００４２】次に、光学素子成形型を第２冷却ステージ
３０ｄに搬送し、第１冷却ステージ３０ｃと同様にプレ
スヘッドを当接して冷却を行った。そして、ロボットで
取り出し可能な温度まで光学素子を冷却したのち、成形
装置の外の取り出しステージ３２に搬送した。その後、
ロボットで分解組立ステージ（図示せず）に移送して分
解し、光学素子を取り出した。

【００４３】成形装置３０の予熱ステージ３０ａ、成形
ステージ３０ｂ、第１冷却ステージ３０ｃおよび第２冷
却ステージ３０ｄにおける成形タクト終了時の光学素子
材料の断面図を、それぞれ図５（ａ）〜（ｄ）に示す。
図５（ｂ）に示すように、成形ステージにおける光学素
子材料は、レンズ転写面に沿って変形が進み、その後、
胴型に光学素子材料が到達する。この状態でプレスヘッ
ドの加圧力によって光学素子材料をさらに加圧変形して
上下型の形状を転写させる。成形ステージにおけるタク
ト終了時点では、光学素子材料の成形が終了する。成形
途中において、胴型１１と上型１２とのクリアランス部
に光学素子材料が入り込む隙間があるが、表２に示すよ
うにプレスヘッドの温度をプレスステージの温度よりも
低くしてあるため、上型への光学素子材料の流動が抑制
され、上記クリアランス部にはほとんど光学素子材料が
入り込まない。

【００４４】一方、胴型１１と下型１３との嵌合部のク
リアランス部にも光学素子材料が入り込む隙間がある
が、本実施例では、胴型１１が切り欠き部１１ｂを備え
るため、バリが生じることを抑制できる。切り欠き部１
１ｂの形状を変化させたときのバリ量について、表１に
示す。表１のバリ量は、図７のＢの長さである。

【００４５】切り欠き部がない胴型を用いて同様の条件
で光学素子を成形した場合には、バリ量は、０．１ｍｍ
であった。これにたいし、切り欠き部がある胴型を用い
た場合には、バリ量が０．０１ｍｍ以下と小さくなっ
た。また、下型のプレス面と切り欠き部との距離Ｌを４
ｍｍ以下とすることによって、バリ量を０．００５ｍｍ
以下とすることができる。特に、サンプル４または５の
ように距離Ｌを２ｍｍ以下とした場合には、バリが発生
せず、光学性能が優れた光学素子が得られた。この光学
素子を用いて光ヘッドおよび光ディスク装置をテストし
たところ、本実施例の光学素子はインジェクション成形
で得た光学素子に比べて内部ひずみの量が少ないため、
本実施例の光学素子を搭載した光ヘッドまたは光ディス
ク装置は初期特性が良好であることがわかった。

【００４６】また、本発明の製造方法によって製造され
た光学素子にはバリがないため、特に光ヘッドに組み立
てる際に、バリによって生ずる光軸に対するレンズ有効
面の傾きがほとんど発生せず、組立工数が削減できる。

【００４７】さらに、従来の製造方法で製造された光学
素子を光ヘッドに用いる場合、光ヘッドに組み立てる際
のボビンと光学素子とを接着する工程において、バリの
影響で接着層がばらつくため接着後の光学性能が劣化す
るという問題があったが、本発明の光学素子ではこの問
題も解消された。

【００４８】したがって、本発明の光学素子を用いた光
ヘッドを搭載した光ディスク装置は、光学性能が従来の
製造方法に比べて光学性能に優れたものとなる。

【００４９】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施形態に限定され
ず、本発明の技術的思想に基づき、他の実施形態へ適用
することができる。

【００５０】たとえば、上記実施例では、光学素子材料
としてポリオレフィン樹脂を用いる場合を示したが、他
の熱可塑性樹脂（ポリカーボネイト、アクリル等）を用
いてもよい。従来の、略最終形状に加工された光学素子
材料の形状で成形した場合に比べて、本実施例で使用し
た球状の光学材料は成形途中における胴型の内径面への
樹脂到達時間が長くなるためバリが発生しにくい。

【００５１】また、加圧変形温度、加熱時間や保持時
間、加圧変形温度から荷重たわみ温度までの冷却時間
は、上記実施例に限定されない。

【００５２】また、一つのステージで予熱、加圧成形お
よび冷却を行う成形装置を用いて光学素子材料を成形し
てもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明の光学素子成形型
によれば、光学素子材料を成形する際に、バリが発生す
ることを抑制できる。

【００５４】また、本発明の光学素子製造方法によれ
ば、成形時にバリが発生することを抑制できる。したが
って、本発明の光学素子製造方法によれば、光ヘッドな
どに組み込んだときの信頼性および光学特性が高い光学
素子を製造できる。さらに、本発明の光学素子製造方法
では、成形後の工程でバリ除去加工をする必要がなく、
また、バリ除去加工で発生する傷なども発生しないた
め、生産性および歩留まりよく光学素子を製造できる。
したがって、低コストに光学素子を製造できる。また、
本発明の光学素子製造方法では、従来の製造方法とは異
なり、光学素子成形型への光学素子材料の付着を抑制で
きるため、成形型のメンテナンスの回数を減らすことが
可能となる。

【００５５】また、本発明の光ヘッドまたは光ディスク
装置では、本発明の光学素子製造方法で製造された光学
素子を用いているため、光学性能に優れた光ヘッドまた
は光ディスク装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光学素子成形型について一例の
（ａ）断面図および（ｂ）平面図である。

【図２】 本発明の光ヘッドについて一例を示す模式図
である。

【図３】 本発明の光学素子製造方法について製造装置
の一例を示す図である。

【図４】 本発明の光学素子製造方法によって製造され
る光学素子について一例を示す（ａ）平面図および
（ｂ）断面図である。

【図５】 本発明の光学素子製造方法について製造工程
を示す工程図である。

【図６】 従来の光学素子の製造方法について一例を示
す断面図である。

【図７】 従来の光学素子の製造方法によって製造され
た光学素子について一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 光学素子成形型 １１ 胴型 １１ａ 内周面 １１ｂ 切り欠き部 １２ 上型 １３ 下型 １３ａ プレス面 １４ 光学素子材料 ２０ 光ヘッド ４０ 光学素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 正二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4F202 AG19 AH74 AH79 AM03 AM33 AR06 CA09 CB01 CK90 CL02 CN01 5D119 AA38 BA01 JA02 JA43 JA44 NA05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学素子材料を加熱加圧成形して光学素
   子を製造するための光学素子成形型であって、 略円筒状の胴型と、前記胴型の上下からそれぞれ嵌挿さ
   れる上型および下型とを備え、 前記胴型が、その内周面の一部に切り欠き部を備えるこ
   とを特徴とする光学素子成形型。
2. 【請求項２】 前記下型のプレス面と前記切り欠き部と
   の距離Ｌが２ｍｍ以下である請求項１に記載の光学素子
   成形型。
3. 【請求項３】 成形型の内部に光学素子材料を配置した
   のち、前記成形型によって前記光学素子材料を加熱加圧
   成形する光学素子の製造方法であって、 前記成形型が請求項１または２に記載の光学素子成形型
   であることを特徴とする光学素子製造方法。
4. 【請求項４】 前記光学素子材料を加熱加圧成形する際
   に、前記下型の温度を前記上型の温度よりも高くする請
   求項３に記載の光学素子製造方法。
5. 【請求項５】 前記光学素子材料が球状である請求項３
   に記載の光学素子製造方法。
6. 【請求項６】 光源と前記光源の光軸上に配置された光
   学素子とを備える光ヘッドであって、 前記光学素子が、請求項３ないし５のいずれかに記載の
   光学素子製造方法によって製造された光学素子であるこ
   とを特徴とする光ヘッド。
7. 【請求項７】 光ディスクに対して情報の記録または再
   生を行う光ディスク装置であって、 光源と、前記光源と前記光ディスクとの間に配置された
   光学素子とを備え、 前記光学素子が、請求項３ないし５のいずれかに記載の
   光学素子製造方法によって製造された光学素子であるこ
   とを特徴とする光ディスク装置。