光學元件製造方法、光學元件成型模具及光學元件的製作方法

2023-07-05 19:14:36 2

專利名稱：光學元件製造方法、光學元件成型模具及光學元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及用注射成型製造光學元件的製造方法，用來實施這種製造方法的光學 元件成型模具，以及用這種成型模具得到的光學元件。
背景技術：
近年來，使用藍光光碟(BD =Blu-Ray Disc)那樣高記憶容量光碟的光拾取裝置已 被實用化，藍光光碟比以往的DVD密度更高，使用波長400nm以上410nm以下的藍紫色激 光，物鏡的像側數值孔徑NA在0.80以上。對這種使用藍紫色雷射的高記憶容量光碟進行 記錄或再生時使用的物鏡，與以往僅僅與短波長對應的DVD用物鏡不同，比以往的物鏡要 求更高的NA。這種BD和以往的例如DVD及⑶的記錄或再生時通用的互換型物鏡，表面上被實 施衍射圖案等用來付與光程差的微細的凹凸形狀，由此與多種光碟的規格對應。但是，這種 物鏡因為使用藍紫色雷射進行BD的記錄或再生，且必需的NA在0. 80以上，還必須與多種不 同波長的光束對應，所以，僅略微的形狀誤差也會導致各光束光利用效率的降低，存在問題。另外，像至少在BD記錄或再生時使用的物鏡那樣，NA在0. 80以上高NA的話，光 學面的偏心對彗形像差有較大的影響，存在問題。因此，量產高NA物鏡時，光學面的偏心狀 態變動不安定的話，產品出成率下降，不利於量產性，存在問題。作為通過注射成型製造上述具有微細凹凸形狀且要求高精度轉印的透鏡等光學 元件的製造方法，已經知道有反覆加熱及冷卻模具反覆升降模具腔表面溫度的所謂熱循環 成型。這種熱循環成型中，是在將模具加熱到樹脂熔融溫度以上的高溫狀態下，充填樹脂， 充填樹脂後，冷卻模具固化充填的樹脂，然後取出樹脂成型品，由此能夠實現腔表面形狀向 樹脂成型品的高度轉印。但是，必須高溫加熱及低溫冷卻模具，反覆切換向模具供給高溫媒質和低溫媒質 以及溫度控制等，設備大型化複雜化，光學元件的製造成本上升。尤其是因為需要高溫和低 溫的反覆升降，光學元件成型花費時間，即循環時間非常長，存在問題。另外，成型周期的大 幅度延長不僅僅引起生產率惡化，周期內的加熱冷卻致使定模及動模反覆膨脹收縮，這樣， 形成各光學面的一對嵌件的相對位置偏離，偏心不安定，也存在問題。作為不依靠這種熱循環成型的製造方法，已經知道有採用下述成型模具的方法， 該成型模具備有模具部件(嵌件)，該模具部件(嵌件)以熱傳導率在所定以下的低熱傳導 材料為母材(基材)，通過切削加工在母材表面上覆蓋的低硬度材料，形成了用來轉印光學 元件微細形狀的成型面(請參照專利文獻1)。專利文獻1中記載了成型後使成型模具離間 進行開模，然後頂出模具部件(嵌件)，由此從成型模具脫模光學元件。專利文獻1 特開2004-284110號公報

發明內容
但是，專利文獻1的製造方法中，雖然因採用以低熱傳導材料為母材構成的模具部件(嵌件)，而能夠將充填到模具部件中的樹脂漸漸冷卻到所望的程度，能夠將樹脂充分 充填到模具部件的微細形狀先端，進行高精度轉印，但是，因為由模具部件(嵌件)頂出光 學元件，所以由於成型光學面的模具部件的滑動，反覆成型光學元件時，光學面的偏心狀態 不安定，存在問題。 另外，用模具部件頂出光學元件之後，一般是使取出部件把持成型時形成的澆道 和流道，剝下保持在模具部件上的光學元件，此時，是先從光學元件的澆口側開始剝下，但 是，因為以低熱傳導材料為母材構成的模具部件高精度轉印微細形狀先端，所以，剝下時微 細形狀的先端走形，產生脫模不良，出現新的問題。可以認為這是因為與以往樹脂沒有充填 到微細形狀先端、以下垂大的形狀被成型的情況不同，由於微細形狀先端部被高精度成型， 結果從模具部件脫模光學元件時，微細形狀先端接觸模具部件而引起的。尤其是如上述與 多種光碟規格對應的互換性物鏡，微細形狀的高精度轉印和偏心抑制是重要的問題。
對此，本發明的目的在於提供一種光學元件製造方法，其中，在成型具有微細形狀 的光程差付與構造等凹凸形狀的光學元件時，沒有不必要地延長成型循環時間，防止凹凸 形狀走形，確保良好的脫模性，能夠實現高精度的轉印，同時，即使反覆成型，也能夠使光學 元件的偏心狀態安定，降低像差。本發明的目的還在於提供一種為了實現上述光學元件製造方法的光學元件成型 模具，以及由此成型的光學元件。為了解決上述課題，本發明第一的光學元件製造方法，是製造備有光學面上有凹 凸形狀的光學功能部和凸緣部的光學元件的製造方法，光學元件製造方法的特徵在於，包 括下述工序成型工序，採用動模定模之一對模具，通過注射成型成型光學元件，所述動 模定模的至少一個備有嵌件，所述嵌件備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且用熱傳導率在 20W/m ·Κ以下的低熱傳導材料構成基材；脫模工序，離間所述定模和所述動模，並用頂出部 件頂出成型好的光學元件的光學面之外的部分，使光學元件脫模。上述製造方法的成型工序中，因為採用在定模動模的至少一方備有嵌件的一對模 具，該嵌件備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且用熱傳導率在20W/m · K以下的低熱傳導材 料構成基材，所以，被充填到一對模具間的腔中的樹脂不會急劇冷卻，可以漸漸冷卻到所望 的程度，能夠在防止成型循環時間增加的同時，達成光學元件凹凸形狀的高精度轉印。另外 上述製造方法的脫模工序中，因為採用頂出部件頂出成型好的光學元件的光學面之外的部 分，使光學元件從備有凹凸形狀的嵌件脫模，所以，能夠防止脫模時凹凸形狀走形，確保良 好的脫模性，實現高精度的轉印。並且，因為採用頂出部件從備有凹凸形狀的嵌件脫模，所 以，與使嵌件退避進行脫模的情況相比，還能夠提高光學面的偏心精度。本發明第2的光學元件製造方法，是製造備有光學面上有凹凸形狀的光學功能部 和凸緣部的光學元件的製造方法，光學元件製造方法的特徵在於，包括下述工序成型工 序，採用動模定模之一對模具，通過注射成型成型光學元件，所述動模定模的至少一個備有 嵌件，所述嵌件備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且在形成所述轉印面的表面加工層和基 材之間備有由熱傳導率在20W/m · K以下的低熱傳導材料構成的熱傳導抑制層；脫模工序， 離間所述定模和所述動模，並用頂出部件頂出成型好的光學元件的光學面之外的部分，使 光學元件脫模。上述製造方法中，由於存在設在嵌件中的熱傳導抑制層，所以被充填到一對模具間腔中的樹脂也不會急劇冷卻，可以漸漸冷卻到所望的程度，能夠在防止成型循環時間增 加的同時，達成光學元件凹凸形狀的高精度轉印。另外上述製造方法中，因為採用頂出部件 頂出成型好的光學元件的光學面之外的部分使之從備有凹凸形狀的嵌件脫模，所以，能夠 在提高光學面偏心精度的同時，防止脫模時凹凸形狀走形，確保良好的脫模性，實現高精度 轉印。本發明具體形態或觀點中的上述製造方法，其中，用來轉印所述凸緣部形狀的轉 印部的至少一部分，用熱傳導率在20W/m · K以下的低熱傳導材料構成。此時，不僅基材和 低熱傳導材料，包括設在周邊側的凸緣部用的轉印部(以下稱為「凸緣形成部」)，也能夠進 行放熱管理，所以，能夠抑制被充填到一對模具間腔中的樹脂急劇冷卻，能夠更精密地調整 光學元件的冷卻速度。本發明的另一形態中，所述頂出部件中的至少一部分用熱傳導率在20W/m*K以下 的低熱傳導材料構成。此時，能夠防止頂出部件導致急劇放熱，能夠抑制被充填到一對模具 間腔中的樹脂急劇冷卻。如上所述頂出部件的至少一部分用低熱傳導材料構成時，用來轉印凸緣部形狀的 轉印部的至少一部分也可以用低熱傳導材料構成。但是，通過凸緣部用轉印部不用低熱傳 導材料構成、頂出部件用低熱傳導材料構成，這樣能夠在確保高度轉印的同時進一步防止 成型循環時間延長。另外此時凸緣部基材用陶瓷等低熱傳導材料構成時，還能夠避免凸緣 部用轉印部複雜的形狀加工出現困難和成本上升等，所以優選。本發明的又一形態中，所述頂出部件備有頂出成型好的光學元件的光學面之外部 分的多個部件，多個部件中，頂出靠近成型光學元件時形成的澆口一側的部件，與頂出遠離 澆口一側的部件，用不同的熱傳導率的材料形成。此時，能夠在靠近澆口一側和遠離澆口一 側之間整微調熔融樹脂的徐冷。 此時，如果頂出遠離澆口 一側的部件，用熱傳導率低於頂出靠近澆口 一側的部件 的材料形成，則降低熔融樹脂在遠離澆口一側的易冷卻度，光學元件整體能夠幾乎均等地 冷卻。由此，能夠抑制面形狀精度誤差引起的像差劣化，能夠得到尤其適合於ΝΑΟ. 80以上 的光拾取裝置用物鏡的光學元件。本發明的又一形態中，所述頂出部件是轉印所述凸緣部形狀的一部並頂出所述凸 緣部一部分的部件，用來轉印所述凸緣部形狀的轉印部中，由頂出部件轉印的部分之外的 轉印部，用與頂出部件不同的熱傳導率的材料形成。此時，能夠微調整熔融樹脂的冷卻和成 型循環的時間，例如通過調整轉印凸緣部一部分的頂出部件的先端面的面積，能夠調整熔 融樹脂的冷卻和成型循環的時間，還能夠控制像散等光學性能。本發明的又一形態中，所述動模備有嵌件，該嵌件具有用低熱傳導材料構成的基 材或熱傳導抑制層。此時，可以通過設在動模中的嵌件的轉印面在光學元件上轉印凹凸形 狀，由頂出部件脫模，從而能夠達成上述凹凸形狀的高度轉印。本發明的又一形態中，所述定模備有嵌件，該嵌件具有用低熱傳導材料構成的基 材或熱傳導抑制層。此時，可以通過設在定模中的嵌件的轉印面在光學元件上轉印凹凸形 狀，頂出部件在定模動模開模時不影響光學元件凹凸形狀走形，能夠達成上述凹凸形狀的 高度轉印。本發明的又一形態中，所述光學元件是透鏡。此時，能夠提供備有衍射圖樣等微細凹凸形狀的高精度高性能透鏡，例如光拾取裝置用物鏡。本發明第1的光學元件成型模具，是用一對模具成型光學元件的光學元件成型模 具，所述一對模具中的至少一個備有嵌件，其備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且用熱傳 導率在20W/m · K以下的低熱傳導材料構成基材；模具部件，其支撐所述嵌件；頂出部件，其 在所述一對模具相互離間時頂出成型好的光學元件的光學面之外的部分使光學元件脫模。上述光學元件成型模具因為備有用低熱傳導材料構成基材的嵌件，所以，能夠至 所望的程度漸漸冷卻被充填到一對模具間腔中的樹脂，能夠在防止成型循環時間增加的同 時，達成光學元件凹凸形狀的高度轉印。另外，因為上述光學元件成型模具備有通過頂出成 型好的光學元件的光學面之外的部分使之脫模的頂出部件，所以，能夠在提高光學面偏心 精度的同時，防止脫模時凹凸形狀的走形，確保良好的脫模性，實現高精度轉印。本發明第2的光學元件成型模具，是用一對模具成型光學元件的光學元件成型模 具，所述一對模具中的至少一個備有嵌件，其備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且在形成 所述轉印面的表面加工層和基材之間備有用熱傳導率在20W/m · K以下的低熱傳導材料構 成的熱傳導抑制層；模具部件，其支撐所述嵌件；頂出部件，其在所述一對模具相互離間時 頂出成型好的光學元件的光學面之外的部分使光學元件脫模。上述光學元件成型模具因為備有嵌件，該嵌件備有用低熱傳導材料構成的熱傳導 抑制層，所以，能夠至所望的程度漸漸冷卻被充填到一對模具間腔中的樹脂，能夠在防止成 型循環時間增加的同時，達成光學元件凹凸形狀的高度轉印。另外，因為上述光學元件成型 模具備有通過頂出成型好的光學元件的光學面之外的部分使之脫模的頂出部件，所以，能 夠在提高光學面偏心精度的同時，防止脫模時凹凸形狀的走形，確保良好的脫模性，實現高 精度轉印。本發明的光學元件，其特徵在於，用上述光學元件成型模具形成。此時，通過用上 述光學元件成型模具成型光學元件，能夠以較少的偏心形成良好轉印的凹凸形狀。具體則 能夠提供BD用高精度高性能的高NA物鏡，或與BD、DVD及CD的多種光碟規格對應的互換 型的高精度高性能的高NA物鏡等。上述中，從發揮漸漸冷卻微細凹凸形狀實現高精度轉印的效果來說，較優選低熱 傳導材料是10W/m · K以下的低熱傳導材料。尤其是像ΝΑΟ. 80以上的高NA物鏡那樣大曲 率的光學面(深的光學面)上備有微細凹凸形狀的物鏡，對它也能夠實現高精度轉印。另 外，優選低熱傳導材料是0. 05ff/m · K以上。低熱傳導材料由例如金屬、陶瓷、樹脂、玻璃等 構成。本說明書中，光學面是指被用作有效地發揮光學面功能的區域。凹凸形狀是指具 有衍射圖樣等微細臺階的形狀等具有對入射光付與光程差之功能的構造。嵌件的基材表示 構成嵌件的本質性部分(母材)。另外，本說明書中，表面加工層是指用來設凹凸形狀的層，是在塗層鍍金層等之 後，用金剛石刀刃等實施表面加工到所望形狀的層。嵌件表面也可以在表面加工層上進一 步有保護層和脫模層。頂出部件由多個銷、塊、筒狀部件等構成。優選頂出部件沿開模方向頂出光學元 件，為了對稱光學面中心幾乎均等頂出，用先端呈環狀的部件在光學面一周上頂出光學面 之外的部分，頂出部件由多個部件構成、頂出部件的先端接觸在光學面之外部分的多處上時，進一步優選以光學面的中心為中心對稱配置頂出點進行頂出。




圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖6 圖7 圖8 圖9 圖10圖11圖12圖13圖14圖15
說明由定模動模構成的光學元件成型模具構造的部分側截面圖(
圖1的一部分放大截面圖。
圖1所示動模的R箭頭方向看到的端面圖。
用圖1的模具注射成型的透鏡的放大側面圖。
說明裝有圖1所示的光學元件成型模具的成型裝置的正面圖。
圖5的成型裝置的動作流程說明。
說明圖1所示的光學元件成型模具脫模的概念圖。
第2實施方式的模具及製造方法的說明截面圖。
第3實施方式的模具及製造方法的說明截面圖。
符號說明
11. 12.15.
16. 30.41.
42. 46. 51. 51a53.
56a
56b
61,361 61a63.64.
可動板 固定板
開閉驅動裝置 注射裝置 控制裝置 定模 動模
模具溫度調節機 外周模 端面
52,252. · ·型芯部
安裝板
.光學面成型面 .成型面
外周模
端面
62,262,461. · ·型芯部
安裝板 可動銷
64,364...可動銷
65b. ·.銷插通孔
66a.. 光學面成型面
66b. · 成型面
67,267...鎳格林合金鍍金層
68...進退機構
81...頂出機構
100. ·.成型裝置
162c. ·熱傳導抑制層
ΑΧ. · ·軸
Fl...凸緣面
F2...凸緣面
FC...流路空間
FF. · ·凸緣形成部
FM. · ·凸緣形成部
FP. · ·微細形狀
GT...澆口
MM...熔融樹脂
MP. · ·樹脂成型品
0L...透鏡
OLa...中心部
OLb...凸緣部
SS...微細構造
Sa...光學面
Sb...光學面
具體實施例方式第1實施方式以下參照附圖，對本發明第1實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方 法作說明。圖1是說明由定模動模構成的光學元件成型模具構造的部分側截面圖，圖2(A) 圖2 (C)是圖1中Pl部分的放大截面圖，圖3是圖2(A)所示動模從箭頭R方向看到視圖。 圖4是用圖1模具注射成型的透鏡的放大側面圖。定模41和動模42以合模線為PL為界能夠開閉。兩模具41、42夾起的空間腔CV 與成型品光學元件透鏡0L(參照圖4等)的形狀對應。透鏡OL是塑料的，包括作為具有光 學功能的光學功能部的中心部OLa和從中心部La向外徑方向延伸的環狀凸緣部OLb。透鏡 OL是光拾取裝置用物鏡，是對BD、DVD及⑶能夠互換、對BD用的波長光束滿足ΝΑΟ. 85的透鏡。定模41備有作為固定側嵌件的型芯部52、具有支撐固定方嵌件且能夠固定為一 體之構造的外周模51、將外周模51及型芯部52固定為一體的安裝板53。這裡的外周模51和安裝板53是模具部件，它們從周圍支撐作為嵌件的型芯部52。外周模51具有形成合模線PL的端面51a。另外，外周模51先端上設有凸緣形成 部FF，凸緣形成部FF表面形成了用來畫成腔CV的成型面56b。成型面56b是成型透鏡OL 的凸緣部OLb凸緣面F1、即一面環狀端面的轉印面。外周模51內部形成了型芯插通孔55， 它是支撐型芯部52的圓柱狀貫通孔。型芯部52具有圓筒狀外周側面，能夠嵌合到型芯插通孔55中，在設在型芯部52 先端部52b的先端面上，設有用來畫成腔CV的光學面成型面56a。光學面成型面56a是凹 面，是成型透鏡OL中心部OLa —面光學面Sa的轉印面。定模41中，外周模51用熱傳導率大於20W/m ·Κ的高熱傳導材料、例如預堅鋼、即 低碳鋼(熱傳導率60. Off/m ·Κ)等構成。型芯部52也用熱傳導率大於20W/m ·Κ的高熱傳 導材料、具體則是用低碳鋼和不鏽鋼母材構成。型芯部62的腔CV側端面可以用由化學鍍 鎳法形成的鎳格林合金鍍金層覆蓋，可以通過該鎳格林合金鍍金層形成光學面成型面56a。 光學面成型面56a並可以用樹脂類材料形成的薄的脫模膜覆蓋。動模42備有作為可動側型芯的型芯部62、具有支撐可動側型芯且能夠固定為一 體之構造的外周模61、將外周模61及型芯部62固定為一體的安裝板63、作為頂出透鏡OL 進行脫模的頂出部件的可動銷64、用來使可動銷64相對定模41前進後退的進退機構68。 這裡的外周模61和安裝板63是從周圍支撐作為嵌件的型芯部62的模具部件。動模42能 夠沿軸AX移動，相對定模41進行開閉動作。外周模61用熱傳導率大於20W/m ·Κ的高熱傳導材料、例如預堅鋼、即低碳鋼(熱 傳導率60. OW/m · K)等構成。而型芯部62與外周模61相比用低熱傳導材料構成。構成 型芯部62的母材、即基材的低熱傳導材料的熱傳導率在0. 05ff/m · K以上20W/m · K以下， 例如可以以6-4Ti為母材。外周模61具有形成合模線PL的端面61a。另外，外周模51內部形成了用來支撐 型芯部62的型芯插通孔65和用來支撐可動銷64的銷插通孔65b。型芯插通孔65是圓柱 狀的貫通孔，銷插通孔65b是較細徑的貫通孔。外周模61先端上設有凸緣形成部FM，凸緣 形成部FM表面形成了用來畫成腔CV的成型面66b。成型面66b是成型透鏡OL凸緣部OLb 的凸緣面F2、即一面環狀端面的轉印面。型芯部62具有圓筒狀外周側面，能夠嵌合到型芯插通孔65中，在設在型芯部62 先端部62b的先端面上，設有用來畫成腔CV的光學面成型面66a。光學面成型面66a是凹 面，是成型透鏡OL中心部OLa —面光學面Sb的轉印面。為了良好被削性，型芯部62的腔 CV側端面用由化學鍍鎳法形成的鎳格林合金鍍金層67覆蓋，通過表面加工鎳格林合金鍍 金層67，鎳格林合金鍍金層67表面形成光學面成型面66a。光學面成型面66a並可以用樹 脂類材料形成的薄的脫模膜覆蓋。圖中雖然沒有出示，在型芯部62根側端面和安裝板62 前面之間可以存在空間。這樣可以調整型芯部62光學面成型面66a和與其相對的型芯部 52光學面成型面56a之間的間隔。可動銷64插在銷插通孔65b中，能夠在銷插通孔65b內沿軸AX移動。即可動銷 64由進退機構68驅動，能夠在外周模61的銷插通孔65b內向定模41側前進或向相反側後 退。銷插通孔65b的先端構成畫成腔CV的成型面66b的一部分。如圖3所示，沿著外周模 61環狀成型面66b，以等間隔配置4根可動銷64，能夠沿軸AX平衡良好地推出透鏡OL凸緣部 OLb。可動銷64的設置個數不局限於4根，可以根據透鏡OL尺寸和容許精度等規格，設 置為3根以上的各種根數。可以使可動銷64為塊狀部件。另外，也可以取代可動銷64在 型芯部62周圍配置能夠推出凸緣部OLb凸緣面F 2的管狀頂出部件，使之沿軸AX往復移動。進退機構68備有設在可動銷64後方端部上的凸緣狀後端部72、被支撐在後端部 72和安裝板63之間的復位彈簧73、支撐後端部72在軸方向進退的銷驅動板74。因為復位 彈簧73向後方拉可動銷64，所以可動銷64在後退狀態下受支撐拉力，在受到銷驅動板74 作用力時頂出所需量。銷驅動板74由後述注射成型機的頂杆驅動，沿軸AX以適當時機位 移脫模所必需的距離。圖5是說明用來實施本實施方式製造方法的成型裝置的正面圖。圖示的成型裝置 100備有注射成型機10，是注射成型製作樹脂成型品MP的本體部分；取出裝置20，是從注 射成型機10取出樹脂成型品MP的附屬部分；控制裝置30，其總括性控制構成成型裝置100 的各部動作。注射成型機10備有可動板11、固定板12、鎖模板13、開閉驅動裝置15、注射裝置 16。注射成型機10在可動板11和固定板12之間夾持動模42和定模41，通過鎖模兩模具 41,42能夠進行成型。可動板11由滑動導向15a支撐，能夠相對固定板12進退。可動板11支撐動模 42，動模42可拆卸。可動板11中裝有頂杆45。頂杆45是使圖1所示的進退機構68動作 的部分。頂杆45還使可動銷64作頂出動作，由此向定模41側推出動模42內的樹脂成型 品MP，使能夠由取出裝置20移送。樹脂成型品MP備有多個圖4所示的透鏡0L，這多個透 鏡OL通過成型時附隨形成的澆道和流道(沒有圖示)相互聯結。固定板12對著可動板11地被固定在支撐框14中央，固定板12上部支撐著取出裝 置20。固定板12支撐定模41，定模41可拆卸。固定板12通過拉杆固定在鎖模板13上， 成型時能夠承受鎖模的壓力。鎖模板13被支撐在支撐框14的端部。鎖模時，鎖模板13通過開閉驅動裝置15 的動力傳達部15d，從可動板11的背後支撐可動板11。開閉驅動裝置15備有滑動導向15a、動力傳達部15d、傳動裝置15e。滑動導向15a 支撐可動板11且使它能夠相對固定板12在進退方向作暢通的往復移動。動力傳達部15d 從由控制裝置30控制動作的傳動裝置15e接受驅動力作伸縮。這樣，可動板11接近、離間 鎖模板13自在進退移動，結果，可動板11和固定板12相互接近、離間，進行定模41動模42 的鎖模及開模。注射裝置16備有圓柱體16a、原料存放部16b、螺杆驅動部16c等。注射裝置16 在控制裝置30控制下按適當時機動作，能夠從樹脂注射噴嘴16d射出溫度狀態受控的熔融 樹脂。注射裝置16能夠在鎖模定模41動模42的狀態下，使樹脂注射噴嘴16d接觸定模41 上設有的澆道開口，按所望的時機，對流路空間FC(參照圖1)供給圓柱體16a中的熔融樹 脂。取出裝置20備有能夠把持樹脂成型品MP的把手21、使把手21作3維移動的3維 驅動裝置22。取出裝置20在控制裝置30控制下，按適當時機動作，在定模41動模42離間開模之後，把持留在動模42上的樹脂成型品MP，搬到外部。控制裝置30備有開閉控制部31、注射裝置控制部32、頂杆控制部33、取出裝置控 制部34。開閉控制部31通過使傳動裝置15e動作而能夠使兩模具41、42鎖模和開模。注 射裝置控制部32使螺杆驅動部16c等動作，由此以所望的壓力使樹脂注入兩模具41、42間 形成的腔中。頂杆控制部33使頂杆45動作，由此從動模42內推出開模時留在動模42中 的樹脂成型品MP。取出裝置控制部34使取出裝置20動作，由此把持開模及脫模後留在動 模42中的樹脂成型品MP，搬到注射成型機10外面。模具溫度調節機46使溫度受控的熱媒質在兩模具41、42中形成的套(沒有圖示) 中循環。由此在成型時能夠將兩模具41、42的溫度保持在適當的溫度。此時可以通過埋在 兩模具41、42中的溫度傳感(沒有圖示)監視兩模具41、42的溫度。圖6概念性說明圖5等中所示的成型裝置100的動作流程。首先通過模具溫度 調節機46將兩模具41、42加熱到適合於成型的溫度(步驟S10)。使兩模具41、42上形成 腔CV的模具部分表面和其附近的溫度處於下述狀態被加熱保持在例如低於被從注射裝 置16供給的熔融樹脂的玻璃轉移溫度50°C的溫度以上、高於上述相同玻璃轉移溫度10°C 的溫度以下。接下去使開閉驅動裝置15動作使可動板11前進，開始關模(步驟Sll)。通過繼 續開閉驅動裝置15的關閉動作，可動板11向固定板12側移動到定模41和動模42接觸的 模碰上位置為止，於是關模結束，進一步繼續開閉驅動裝置15的關閉動作，由此以必要的 壓力鎖緊定模41動模42，進行鎖模(步驟S12)。接下去在注射成型機10中使注射裝置16動作，在鎖模後的定模41動模42間的 腔CV中，以必要的壓力注入熔融樹脂進行注射(步驟S13)。然後注射成型機10保持腔CV 中的樹脂壓。在腔CV中導入熔融樹脂之後，如圖2(A)所示，腔CV中的熔融樹脂通過放熱漸漸 冷卻，所以，等待伴隨該冷卻的熔融樹脂固化和成型結束(步驟S14)。此時，因為用熱傳導 率在0. 05ff/m. K以上20W/m. K以下的低熱傳導材料構成型芯部62的母材，所以，熔融樹脂 MM能夠一直充填到光學面成型面66a上形成的微細構造SS深處(參照圖7(A))。並且在 上述冷卻中，優選不積極冷卻兩模具41、42。這樣能夠防止溫度控制變得複雜以及高溫媒質 引起再加熱時能量消耗增多。另外，可以防止為了成型下一個樹脂成型品而在腔CV內充填 樹脂時由於再次加熱注射成型模具而增加成型循環的時間。接下去在注射成型機10中如圖2(B)所示，使開閉驅動裝置15動作，使可動板11 後退進行開模(步驟S15)。這樣動模42後退，定模41動模42離間。樹脂成型品MP、即透 鏡OL在被支撐在動模42中的狀態下從定模41脫模。接下去在注射成型機10中如圖2(C)所示，使頂杆45動作，由可動銷64進行樹脂 成型品MP的頂出(步驟S16)。具體如下，使4個可動銷64同時頂出，沿著軸AX平衡良好 地推出透鏡OL的凸緣部OLb。這樣，樹脂成型品MP中透鏡OL被可動銷64的先端面推動， 向定模41側推出，作為透鏡OL的樹脂成型品MP從動模42脫模。此時，透鏡OL是沿著軸 AX沒有歪斜地被推出的，所以如圖7(B)所示，作為設在透鏡OL光學面Sb上的凹凸形狀的 微細形狀FP不會變形，維持精密的形狀。圖7(C)是用來進行比較的圖，表示用型芯部62 頂出透鏡OL中心部Ola的情況。此時，在使型芯部62後退的型芯復位時，因為是從澆口側先脫模，所以微細形狀F P走形，先端出現變形部DP，有脫模性不良的傾向。最後使取出裝置20動作，用把手21把持由受頂杆45驅動而動作的銷驅動板74 和可動板64頂出的樹脂成型品MP的適當處，搬到外部(步驟S17)。根據以上說明的第1實施方式的製造方法，在成型工序中，因為採用的光學元件 成型模具在動模42中裝配了用熱傳導率在0. 05ff/m · K以上20W/m · K以下的低熱傳導材 料構成基材的型芯部62，所以能夠徐徐冷卻充填到一對模具41、42間的腔CV中的熔融樹 脂MM至所望的程度，能夠防止成型循環時間的增加，同時達成透鏡OL微細形狀FP的高度 轉印。另外，因為上述製造方法在脫模工序中是採用可動銷64頂出透鏡OL光學面之外的 部分的凸緣部OLb來進行脫模的，所以，能夠軸AX推出並從型芯部62分離密貼在型芯部62 上的透鏡OL中心部OLa，能夠防止脫模時微細形狀FP走形，確保良好的脫模性。並且因為 頂出時採用可動銷64，所以與使型芯部62進退的情況相比，還能夠提高光學面Sb的偏心精 度。第2實施方式下面說明第2實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方法。第2實施方 式中的成型模具和製造方法是第1實施方式的變形，沒有特別說明的部分與第1實施方式 相同。圖8 (A)是本實施方式中的定模41和動模42的部分放大截面圖，表示關模及鎖模 狀態。圖8 (B)表示定模41動模42開模後頂出透鏡OL的狀態。如圖8所示，在型芯部62先端部62b中設有用低熱傳導材料構成的熱傳導抑制層 162c。熱傳導抑制層162c被夾在為表面加工層的鎳格林合金層67和為基材的母材部162d 之間，具有防止成型中的透鏡OL急劇冷卻的作用。熱傳導抑制層162c具體是用熱傳導率在0. 05ff/m · K以上20W/m · K以下的低熱 傳導材料構成，可以用例如6-4Ti等金屬材料、聚醯亞胺等樹脂材料、氧化鋯和氧化鋁等陶 瓷形成。母材部162d用熱傳導率大於20W/m · K的高熱傳導材料、具體是用低碳鋼和不鏽 鋼等母材構成。本實施方式中與第1實施方式相同，也能夠徐徐冷卻被充填到一對模具41、42間 腔CV中的熔融樹脂到所望的程度，能夠防止成型循環時間增加，同時達成透鏡OL微細形狀 FP的高度轉印。另外本實施方式中，也是通過用可動銷64頂出透鏡OL光學面之外部分的 凸緣部OLb來進行脫模的，所以能夠防止脫模時微細形狀FP走形，確保良好的脫模性。第3實施方式下面說明第3實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方法。第3實施方 式中的成型模具和製造方法是第1實施方式的變形，沒有特別說明的部分與第1實施方式 相同。圖9 (A)是本實施方式中的定模41和動模42的部分放大截面圖，表示關模及鎖模 狀態。圖9 (B)表示定模41動模42開模狀態，圖9 (C)表示從動模42頂出作為光學元件的 透鏡OL的狀態。如圖9所示，定模41型芯部252的腔CV側端面用鎳格林合金層267覆蓋，通過鎳 格林合金層267的表面加工，形成了作為轉印面的設有凹凸形狀微細構造SS的光學面成型 面 56a。
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與此對應，定模41型芯部252的基材用低熱傳導材料構成，對面的動模42型芯部 262的基材用高熱傳導材料構成。構成定模41側型芯部252的母材、即基材的低熱傳導材 料具有熱傳導率在0. 05ff/m 『 K以上20W/m ·Κ以下的熱傳導率，可以以例如6_4Ti為母材。 構成動模42側型芯部262的母材、即基材的高熱傳導材料，用熱傳導率大於20W/m ·Κ的高 熱傳導材料例如預堅鋼、即低碳鋼等構成。本實施方式中，開模時如圖9(B)所示，動模42後退，定模41和動模42離間。此 時，透鏡OL是在被支撐在動模42中的狀態下從定模41脫模。然後，如圖9(C)所示，由可 動銷64進行透鏡OL的頂出，透鏡OL從動模42脫模。本實施方式中也能夠徐徐冷卻被充填到一對模具41、42間腔CV中的熔融樹脂到 所望的程度，能夠防止成型循環時間增加，同時達成透鏡OL微細形狀FP的高度轉印。另外 本實施方式中的結構，是從備有具備用來轉印微細構造SS之光學面成型面56a的型芯部 252的定模41，脫模透鏡0L，並且不是通過備有凹凸形狀的型芯部252頂出透鏡OL的結構， 所以即使反覆成型，中心部Ola的光學面偏心狀態也不易變動，能夠容易地維持安定的光 學性能。另外，能夠防止定模41和動模42離間時型芯部252偏離離間方向及振動而損傷 微細形狀FP。由此能夠抑制彗形像差，同時得到實現了高精度轉印的高NA物鏡等透鏡0L。第4實施方式下面說明第4實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方法。第4實施方 式中的成型模具和製造方法是第3實施方式的變形，沒有特別說明的部分與第3實施方式 相同。
圖10(A)是本實施方式中的定模41和動模42的部分放大截面圖，表示關模及鎖 模狀態。圖10(B)表示定模41動模42開模狀態，圖10(C)表示從動模42頂出作為光學元 件的透鏡OL的狀態。如圖10所示的定模41中，型芯部252的基材用低熱傳導材料構成，對面的動模42 型芯部262的基材用高熱傳導材料構成。另外，定模41型芯部252的腔CV側端面用鎳格 林合金層267覆蓋。在定模41的外周模51中以適當配列埋設了多個頂出機構81。各頂出機構81備 有為頂出部件的可動銷81a、向動模42側推動可動銷81a的彈簧81b、能夠將可動銷81a收 納在端面51a以內的收納洞穴81c。本實施方式中，開模時如圖10 (B)所示，也是動模42後退，定模41和動模42離間。 此時，透鏡OL是在被支撐在動模42中的狀態下從定模41脫模。因為由頂出機構81向動 模42側推出透鏡0L，所以透鏡OL的脫模安定可靠。然後，如圖10 (C)所示，由可動銷64進 行透鏡OL的頂出，透鏡OL從動模42脫模。本實施方式中與第3實施方式相同，也能夠徐徐冷卻被充填到一對模具41、42間 腔CV中的熔融樹脂到所望的程度，能夠防止成型循環時間增加，同時達成透鏡OL中心部 OLa的微細形狀FP的高度轉印。並且透鏡OL的中心部OLa的光學面偏心狀態也不易變動， 能夠容易地維持安定的光學性能，能夠防止型芯部252偏離離間方向及振動而損傷微細形 狀FP。另外本實施方式中是通過採用可動銷81a等從型芯部252頂出透鏡OL光學面之外 部分的凸緣部OLb來進行脫模的，所以能夠確切地防止脫模時微細構造SS對應的微細形狀 FP走形，確保良好的脫模性。
第5實施方式下面說明第5實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方法。第5實施方 式中的成型模具和製造方法是第1實施方式的變形，沒有特別說明的部分與第1實施方式 相同。圖Il(A)是本實施方式中的定模41和動模42的部分放大截面圖，表示關模及鎖 模狀態。圖11 (B)表示定模41動模42開模後頂出透鏡OL的狀態。圖11所示的外周模361及可動銷364的基材用低熱傳導材料構成，構成這種基材 的低熱傳導材料具有熱傳導率在0. 05ff/m · K以上20W/m · K以下的熱傳導率，可以以例如 6-4Τ 為基材。本實施方式中，用來轉印凸緣部OLb凸緣面F2形狀的轉印面、即成型面66b， 由外周模361先端部和可動銷364先端部合起的轉印部形成。本實施方式中，連同外周模361和可動銷364也一起阻止放熱，所以能夠徐徐冷卻 被充填到一對模具41、42間腔CV中的熔融樹脂，能夠更確切地達成與微細構造SS對應的 微細形狀FP的高度轉印。第6實施方式下面說明第6實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方法。第6實施方 式中的成型模具和製造方法是第5實施方式的變形，沒有特別說明的部分與第5實施方式 相同。圖12(A)是本實施方式中的定模41和動模42的部分放大截面圖，表示關模及鎖 模狀態。圖12 (B)表示定模41動模42開模後頂出透鏡OL的狀態。圖12所示的外周模461的先端部461a以及可動銷364的基材，用低熱傳導材料 構成，構成這種基材的低熱傳導材料具有熱傳導率在0. 05ff/m · K以上20W/m · K以下的熱 傳導率，可以以例如6-4Ti為基材。另外，外周模461本體部分361b用熱傳導率大於20W/ m ·Κ的高熱傳導材料、具體是用低碳鋼和不鏽鋼母材構成。這裡，由外周模461先端部461a 和可動銷364形成的轉印部，形成用來轉印凸緣部OLb凸緣面F2形狀的轉印面、即成型面 66b。第7實施方式下面說明第7實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方法。第7實施方 式中的成型模具和製造方法是第5實施方式的變形，沒有特別說明的部分與第5實施方式 相同。圖13(A)是本實施方式中的定模41和動模42的部分放大截面圖，表示關模及鎖 模狀態。圖13 (B)表示定模41動模42開模後頂出透鏡OL的狀態。圖13所示的可動銷364的基材用低熱傳導材料構成，構成這種基材的低熱傳導材 料具有熱傳導率在0. 05W/m ·Κ以上20W/m ·Κ以下的熱傳導率，可以以例如6_4Ti為基材。 另外，外周模61用熱傳導率大於20W/m ·Κ的高熱傳導材料、具體是用低碳鋼和不鏽鋼母材 構成。本實施方式中，用來轉印凸緣部OLb凸緣面F2形狀的轉印面、即成型面66b，由外 周模61先端部和可動銷364先端部合起的轉印部形成。也就是說，構成轉印部的外周模61 和可動銷364用不同熱傳導率的材料形成。此時，能夠調整熔融樹脂的冷卻和成型循環時 間，例如通過調整轉印凸緣部OLb —部分的可動銷364先端面的面積，能夠調整熔融樹脂的
15冷卻和成型循環時間，除此之外還能夠進行像散等光學性能的控制。第8實施方式下面說明第8實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方法。第8實施方 式中的成型模具和製造方法是第5實施方式的變形，沒有特別說明的部分與第5實施方式 相同。圖14(A)是本實施方式中的定模41和動模42的部分放大截面圖，表示關模及鎖 模狀態。圖14(B)表示定模41動模42開模後頂出透鏡OL的狀態。圖14中所示的可動銷64、364中，一部分可動銷364的基材用低熱傳導材料構成， 構成這種基材的低熱傳導材料具有熱傳導率在0. 05ff/m ·Κ以上20W/m ·Κ以下的熱傳導率， 可以以例如6-4Ti為基材。其他可動銷64和外周模61用熱傳導率大於20W/m · K的高熱 傳導材料、具體是用低碳鋼和不鏽鋼母材構成。上述第8實施方式中，用低熱傳導材料形成遠離從透鏡OL延伸的澆口 GT的可動 銷364，能夠在透鏡OL中靠近澆口 GT —側和遠離澆口 GT —側之間微調整熔融樹脂的徐冷 程度。此時，頂出遠離澆口 GT—側的可動銷364，用熱傳導率低於頂出靠近澆口 GT—側 的可動銷64的材料形成，降低在遠離澆口 GT —側的熔融樹脂的易冷卻度，透鏡OL能夠進 行幾乎均等的冷卻。由此能夠抑制面形狀精度誤差引起的像差劣化，能夠得到尤其適合於 ΝΑΟ. 80以上光拾取裝置用物鏡的光學元件。第9實施方式下面說明第9實施方式的光學元件成型模具和光學元件的製造方法。第9實施方 式中的成型模具和製造方法是第5實施方式的變形，沒有特別說明的部分與第5實施方式 相同。圖15(A)是本實施方式中的定模41和動模42的部分放大截面圖，表示關模及鎖 模狀態。圖15 (B)表示定模41動模42開模後頂出透鏡OL的狀態。圖15中所示的外周模361的基材用低熱傳導材料構成，構成這種基材的低熱傳導 材料具有熱傳導率在0. 05ff/m · K以上20W/m · K以下的熱傳導率，可以以例如6_4Ti為基 材。可動銷64用熱傳導率大於20W/m · K的高熱傳導材料、具體是用低碳鋼和不鏽鋼母材 構成。本實施方式中，用來轉印凸緣部OLb凸緣面F2形狀的轉印面、即成型面66b，由外 周模361先端部和可動銷64先端部合起的轉印部形成。也就是說，構成轉印部的外周模 361和可動銷64用不同熱傳導率的材料形成。這樣，能夠調整熔融樹脂的冷卻和成型循環 時間，例如通過調整轉印凸緣部OLb —部分的可動銷64先端面的面積，能夠調整熔融樹脂 的冷卻和成型循環時間，除此之外還能夠進行像散等光學性能的控制。以上通過實施方式對本發明作了說明，但本發明並不局限於上述實施方式，可作 種種變更。例如設在由定模41動模42構成的注射成型模具中的腔CV，其形狀並不局限於 圖示，可以使之為各種形狀。也就是說，由型芯部52、52等形成的腔CV的形狀只不過是示 例，可以根據透鏡OL的用途等作適當變更。
權利要求
一種光學元件的製造方法，製造的光學元件備有光學面上有凹凸形狀的光學功能部和凸緣部，光學元件製造方法的特徵在於，包括下述工序成型工序，採用動模定模之一對模具，通過注射成型成型光學元件，所述動模定模的至少一個備有嵌件，所述嵌件備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且用熱傳導率在20W/m·K以下的低熱傳導材料構成基材；脫模工序，離間所述定模和所述動模，並用頂出部件頂出成型好的光學元件的光學面之外的部分，使光學元件脫模。
2.一種光學元件的製造方法，製造的光學元件備有光學面上有凹凸形狀的光學功能部 和凸緣部，光學元件製造方法的特徵在於，包括下述工序成型工序，採用動模定模之一對模具，通過注射成型成型光學元件，所述動模定模的至 少一個備有嵌件，所述嵌件備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且在形成所述轉印面的表面 加工層和基材之間，備有由熱傳導率在20W/m · K以下的低熱傳導材料構成的熱傳導抑制 層；脫模工序，離間所述定模和所述動模，並用頂出部件頂出成型好的光學元件的光學面 之外的部分，使光學元件脫模。
3.如權利要求1或2中記載的光學元件的製造方法，其特徵在於，用來轉印所述凸緣部 形狀的轉印部的至少一部分，用熱傳導率在20W/m · K以下的低熱傳導材料構成。
4.如權利要求1至3的任何一項中記載的光學元件的製造方法，其特徵在於，所述頂出 部件中的至少一部分，用熱傳導率在20W/m · K以下的低熱傳導材料構成。
5.如權利要求1或2中記載的光學元件的製造方法，其特徵在於，所述頂出部件備有頂出成型好的光學元件的所述光學面之外部分的多個部件，多個部件中，頂出靠近成型光學元件時形成的澆口一側的部件，與頂出遠離所述澆口 一側的部件，用不同的熱傳導率的材料形成。
6.如權利要求5中記載的光學元件的製造方法，其特徵在於，頂出遠離所述澆口一側 的部件，用熱傳導率低於頂出靠近所述澆口一側的部件的材料形成。
7.如權利要求1或2中記載的光學元件的製造方法，其特徵在於，所述頂出部件是轉印所述凸緣部形狀的一部分並頂出所述凸緣部一部分的部件，用來轉印所述凸緣部形狀的轉印部中，由所述頂出部件轉印的部分之外的轉印部，用 熱傳導率與頂出部件不同的材料形成。
8.如權利要求1至7的任何一項中記載的光學元件的製造方法，其特徵在於，所述動模 備有所述嵌件，該所述嵌件具有用低熱傳導材料構成的基材或熱傳導抑制層。
9.如權利要求1至8的任何一項中記載的光學元件的製造方法，其特徵在於，所述定模 備有所述嵌件，該所述嵌件具有用低熱傳導材料構成的基材或熱傳導抑制層。
10.如權利要求1至9的任何一項中記載的光學元件的製造方法，其特徵在於，所述光 學元件是透鏡。
11.一種光學元件成型模具，是用一對模具成型光學元件的光學元件成型模具，光學元 件成型模具的特徵在於，所述一對模具中的至少一個備有嵌件，其備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且用熱傳導率在2(Μ/Π1·Κ以下的低熱傳導2材料構成基材；模具部件，其支撐所述嵌件；頂出部件，其在所述一對模具相互離間時，頂出成型好的光學元件的光學面之外的部 分，使光學元件脫模。
12.一種光學元件成型模具，是用一對模具成型光學元件的光學元件成型模具，光學元 件成型模具的特徵在於，所述一對模具中的至少一個備有嵌件，其備有用來轉印凹凸形狀的轉印面，且在形成所述轉印面的表面加工層和基材 之間，備有用熱傳導率在20W/m · K以下的低熱傳導材料構成的熱傳導抑制層； 模具部件，其支撐所述嵌件；頂出部件，其在所述一對模具相互離間時，頂出成型好的光學元件的光學面之外的部 分，使光學元件脫模。
13.一種光學元件，其特徵在於，用權利要求11或12中記載的光學元件成型模具形成。
全文摘要
因為採用的光學元件成型模具在動模42中裝配了用熱傳導率在20W/m·K以下的低熱傳導材料構成基材的型芯部62，所以能夠徐徐冷卻充填到一對模具41、42間的腔CV中的熔融樹脂MM至所望的程度，能夠防止成型循環時間的增加，同時達成透鏡OL微細形狀FP的高度轉印。另外，在脫模工序中，是採用可動銷64頂出透鏡OL光學面之外部分的凸緣部OLb，所以，能夠推出並分離密貼在型芯部62上的透鏡OL中心部OLa，能夠防止脫模時微細形狀FP走形，確保良好的脫模性。
文檔編號B29C45/26GK101980848SQ20098011098
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月9日 優先權日2008年3月31日
發明者德永智信, 森基 申請人:柯尼卡美能達精密光學株式會社