(57)【要約】【課題】熱膨張により部材が変形することで生ずる光学素子の光学面形状転写精度の悪化を防止することなどができる光学素子製造装置を提供する。【解決手段】上部加圧成形ステージ１４ａは、ヒータブロック３１と、断熱板３２と、接続板３３とを備えている。ヒータブロック３１、断熱板３２、及び接続板３３は、連結ボルト３６で連結して固定される。間隔形成部材３８は断熱板３２と連結ボルト３６との間に設けられており、特定の位置に間隔を形成するためのものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を成形するための成形ブロックの上下に配置され、少なくとも一方が第１方向に沿って移動して前記成形ブロックに対して加熱又は加圧を行う一対のステージを有する光学素子製造装置において、
前記一対のステージのうち少なくとも一方は、
前記成形ブロックに対して加熱する加熱部材と、
前記加熱部材に取り付けられ、前記加熱部材とは熱膨張係数が異なる断熱板と、
前記断熱板のうち前記加熱部材の取付面とは反対側の面に取り付けられる特定部材と、
前記加熱部材、前記断熱板、及び前記特定部材を連結して固定する連結部材と、
前記連結部材と前記断熱板の間に設けられ、特定の位置に間隔を形成するための間隔形成部材とを備える光学素子製造装置。
【請求項２】
前記間隔形成部材の熱膨張係数は、前記連結部材の熱膨張係数以下である請求項１記載の光学素子製造装置。
【請求項３】
昇温時に、前記間隔形成部材によって、前記特定の位置として、前記断熱板と前記特定部材との間に間隔が形成され、
加圧時に、前記間隔形成部材によって、前記特定の位置として、前記間隔形成部材と前記特定部材との間に間隔が形成される請求項１または２記載の光学素子製造装置。
【請求項４】
前記特定部材に形成される前記連結部材用の孔の底部と、前記間隔形成部材の端部に形成されるフランジ部との間に設けられ、前記間隔形成部材からの熱が前記特定部材に伝わることを抑える断熱ワッシャを有する請求項１ないし３いずれか１項記載の光学素子製造装置。
【請求項５】
前記間隔形成部材の各設置位置から求まる前記間隔形成部材の設置位置の重心と、前記断熱板の重心とは一致する請求項１ないし４いずれか１項記載の光学素子製造装置。
【請求項６】
前記間隔形成部材によって形成される前記断熱板と前記特定部材との間隔は、前記断熱板の熱膨張量よりも大きい請求項１ないし５いずれか１項記載の光学素子製造装置。
【請求項７】
前記特定部材に形成される前記連結部材用の孔は、前記第１方向と直交する第２方向のガタ量が、前記断熱板の中心との距離と前記加熱部材の熱膨張係数と７００とをそれぞれ掛け合わせた値以上である請求項１ないし６いずれか１項記載の光学素子製造装置。
【請求項８】
前記特定部材に形成される前記連結部材用の孔は、前記第１方向と直交する第２方向のガタ量が、前記断熱板の中心との距離と、前記加熱部材の熱膨張係数と１０００とをそれぞれ掛け合わせた値以下である請求項１ないし７いずれか１項記載の光学素子製造装置。
【請求項９】
前記断熱板の熱膨張係数は前記加熱部材の熱膨張係数よりも低い請求項１ないし８いずれか１項記載の光学素子製造装置。
【請求項１０】
前記特定部材に形成される前記連結部材用の孔は、前記断熱板の中心に対して放射状に延びている請求項１ないし９いずれか１項記載の光学素子製造装置。
【請求項１１】
前記特定部材に形成される前記連結部材用の孔は長穴形状である請求項１０記載の光学素子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズやプリズムなどの光学素子を製造する光学素子製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、成形ブロック内に光学素子素材を収納し、その光学素子素材を加熱して軟化させるとともに加圧して成形することで、所定形状の光学素子を大量に低コストで製造することが行われている。この成形ブロックを用いて光学素子を製造する光学素子製造装置では、加熱工程、加圧成形工程、及び冷却工程を行うステージが設けられており、各ステージにおいて、成形ブロックを加熱、加圧成形、冷却することによって、光学素子を製造する。
【０００３】
各工程に設けられたステージは、温度制御可能なヒーターを内蔵したヒータブロックを有しており、このヒータブロックに対しては、断熱板などの部材がボルト等で固定されている。このようなステージの各部材は、ヒータブロックから発せられる熱により、熱膨張して変形したり、破損することがある。これに対して、特許文献１では、ボルトに皿バネを介して、各部材を固定することで、熱膨張による熱応力を皿バネで変形させて緩和することで、部材の変形や破損を防止している。また、特許文献２では、ヒータブロックと断熱板の間に、断熱板の変形や劣化を防止するための緩衝材を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９３３９６号公報
【特許文献２】特開２００２−３６１５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、皿バネを用いて、ステージの各部材の変形や破損を防止する場合、ヒータブロックからの熱に長時間さらされるとともに繰り返し荷重が加わることで、皿バネが劣化するおそれがある。したがって、皿バネは一定期間毎に交換する必要がある。また、近年、光学面要求精度が高まっていることから、特許文献１のような皿バネを使用する場合、皿バネ性能の厳しい管理をすることが求められている。このような状況の下で、多数のステージを用いる場合には、各ステージにおける皿バネのメンテナンスが非常に煩雑になってしまう。また、特許文献２については、緩衝材として、高温耐性が無いフッ素系ゴムを使用しているため、経年劣化による交換が必要であり、また、ガラスなどの高温形成材料を用いる場合には、特許文献２のような緩衝材を適用することができない。
【０００６】
本発明は、熱膨張により部材が変形することで生ずる光学素子の光学面形状転写精度の悪化を防止するとともに、各部材が擦れることで発生する粉塵による光学素子の形状、外観精度の悪化を防止し、更に、変形に耐え切れずに部材が破損することを防止することができる光学素子製造装置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】
本発明は、光学素子を成形するための成形ブロックの上下に配置され、少なくとも一方が第１方向（第１方向）に沿って移動して成形ブロックに対して加熱又は加圧を行う一対のステージを有する光学素子製造装置において、一対のステージのうち少なくとも一方は、成形ブロックに対して加熱する加熱部材と、加熱部材に取り付けられ、加熱部材とは熱膨張係数が異なる断熱板と、断熱板のうち加熱部材の取付面とは反対側の面に取り付けられる特定部材と、加熱部材、断熱板、及び特定部材を連結して固定する連結部材と、連結部材と断熱板の間に設けられ、特定の位置に間隔を形成するための間隔形成部材とを備える。
【０００８】
間隔形成部材の熱膨張係数は、連結部材の熱膨張係数以下であることが好ましい。昇温時に、間隔形成部材によって、特定の位置として、断熱板と特定部材との間に間隔が形成され、加圧時に、間隔形成部材によって、特定の位置として、間隔形成部材と特定部材との間に間隔が形成されることが好ましい。特定部材に形成される連結部材用の孔の底部と、間隔形成部材の端部に形成されるフランジ部との間に設けられ、間隔形成部材からの熱が特定部材に伝わることを抑える断熱ワッシャを有することが好ましい。
【０００９】
間隔形成部材の各設置位置から求まる間隔形成部材の設置位置の重心と、断熱板の重心とは一致することが好ましい。間隔形成部材によって形成される断熱板と特定部材との間隔は、断熱板の熱膨張量よりも大きいことが好ましい。
【００１０】
特定部材に形成される前記連結部材用の孔は、第１方向と直交する第２方向のガタ量が、断熱板の中心との距離と加熱部材の熱膨張係数と７００とをそれぞれ掛け合わせた値以上であることが好ましい。特定部材に形成される連結部材用の孔は、第１方向と直交する第２方向のガタ量が、断熱板の中心との距離と、加熱部材の熱膨張係数と１０００とをそれぞれ掛け合わせた値以下であることが好ましい。
【００１１】
断熱板の熱膨張係数は加熱部材の熱膨張係数よりも低いことが好ましい。特定部材に形成される連結部材用の孔は、断熱板の中心に対して放射状に延びていることが好ましい。特定部材に形成される連結部材用の孔は長穴形状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱膨張により部材が変形することで生ずる光学素子の光学面形状転写精度の悪化を防止するとともに、各部材が擦れることで発生する粉塵による光学素子の形状、外観精度の悪化を防止し、更に、変形に耐え切れずに部材が破損することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】光学素子製造装置の概略図である。
【図２】上部加圧成形ステージの断面図である。
【図３】間隔形成部材の斜視図である。
【図４】断熱ワッシャの斜視図である。
【図５】昇温時に形成される断熱板と接続板の間の間隔ＣＬ１を示す上部加圧成形ステージの断面図である。
【図６】加圧時に形成される間隔形成部材と接続板の間の間隔ＣＬ２を示す上部加圧成形ステージの断面図である。
【図７】加熱時に形成される間隔形成部材のフランジ部と連結ボルトの頭部の間の間隔ＣＬ３を示す上部加圧成形ステージの断面図である。
【図８】熱応力が加えられた状態の間隔形成部材を示す上部加圧成形ステージの断面図
【図９】断熱板を底面側から見た説明図であって、断熱板に間隔形成部材を８個設けた場合における間隔形成部材の設置位置の重心Ｐｘと断熱板の重心Ｐｙを示す説明図である。
【図１０】断熱板を底面側から見た説明図であって、断熱板に間隔形成部材を４個設けた場合における間隔形成部材の設置位置の重心Ｐｘと断熱板の重心Ｐｙを示す説明図である。
【図１１】断熱板を底面側から見た説明図であって、断熱板に間隔形成部材を３個設けた場合における間隔形成部材の設置位置の重心Ｐｘと断熱板の重心Ｐｙを示す説明図である。
【図１２】断熱板を底面側から見た説明図であって、接続板のボルト用孔の形状を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示すように、光学素子製造装置１０は、成形ブロック１１を用いて、光学素子素材Ｓを特定の形に成形することによって、レンズやプリズムなどの光学素子を製造する。この光学素子製造装置１０では、光学素子素材Ｓを最大で７００℃に達するような高温状態にして、加圧成形を行う。光学素子製造装置１０は、供給ステージ１２と、予熱ステージ１３と、加圧成形ステージ１４と、冷却ステージ１５と、取出しステージ１６とを備えており、成形ブロック１１を、供給ステージ１２、予熱ステージ１３、加圧成形ステージ１４、冷却ステージ１５、取出しステージ１６の順で、移動手段（図示しない）によって移動させる。予熱ステージ１３、加圧成形ステージ１４、冷却ステージ１５は成形室１８の内部に設けられており、供給ステージ１２、取出しステージ１６は成形室１８の外部に設けられている。なお、成形ブロック１１は成形型１１ａと胴型１１ｂにより構成される。また、予熱ステージ１３は、図１では１つ設けているが、複数設けてもよい。同様にして、冷却ステージ１５は、図１では１つ設けているが、複数設けてもよい。
【００１５】
成形室１８のうち供給ステージ１２側には入口シャッター１８ａが設けられ、取出しステージ１６側には出口シャッター１８ｂが設けられている。成形ブロック１１が成形室１８の内部にあるときには、入口シャッター１８ａと出口シャッター１８ｂはいずれも閉じている。成形ブロック１１を成形室１８内に移動させるときには入口シャッター１８ａが開かれ、成形ブロック１１を成形室１８の外へ移動させるときには出口シャッター１８ｂが開かれる。
【００１６】
予熱ステージ１３は、上部予熱ステージ１３ａと、この上部予熱ステージ１３ａに対向して設けられる下部予熱ステージ１３ｂとを備えている。上部予熱ステージ１３ａは、シャフト２２によって、上下方向（第１方向）に移動可能である。下部予熱ステージ１３ｂは、成形室１８の底部に固定されている。これら上部予熱ステージ１３ａ及び下部予熱ステージ１３ｂは、それぞれ特定の温度に加熱されている。この予熱ステージ１３においては、成形ブロック１１が下部予熱ステージ１３ｂにセットされると、上部予熱ステージ１３ａが下降して成形ブロック１１と当接あるいは近接して、成形ブロック１１を上部予熱ステージ１３ａと下部予熱ステージ１３ｂで挟み込んだ状態にする。この状態で、成形ブロック１１を所定の温度になるまで加熱して、光学素子素材Ｓの成形しやすい状態にする。成形ブロック１１の加熱が終了すると、上部予熱ステージ１３ａが上昇して、成形ブロック１１の挟み込みを開放する。そして、成形ブロック１１を、次の加圧成形ステージ１４に移動させる。
【００１７】
加圧成形ステージ１４は、上部加圧成形ステージ１４ａと、この上部加圧成形ステージ１４ａに対向して設けられる下部加圧成形ステージ１４ｂとを備えている。上部加圧成形ステージ１４ａは、シャフト２３によって、上下方向（第１方向）に移動可能である。下部加圧成形ステージ１４ｂは、成形室１８の底部に固定されている。これら上部加圧成形ステージ１４ａ及び下部加圧成形ステージ１４ｂは、それぞれ特定の温度に加熱されている。この加圧成形ステージ１４においては、成形ブロック１１が下部加圧成形ステージ１４ｂにセットされると、上部加圧成形ステージ１４ａが下降して成形ブロック１１と当接し、成形ブロック１１を上部加圧成形ステージ１４ａと下部加圧成形ステージ１４ｂで挟み込む。この状態で、成形ブロック１１を加圧して、光学素子素材Ｓの特定の形状に成形する。成形ブロック１１の加圧成形が終了すると、上部加圧成形ステージ１４ａが上昇して、成形ブロック１１の挟み込みを開放する。そして、成形ブロック１１を、次の冷却ステージ１５に移動させる。
【００１８】
冷却ステージ１５は、上部冷却ステージ１５ａと、この上部冷却ステージ１５ａに対向して設けられる下部冷却ステージ１５ｂとを備えている。上部冷却ステージ１５ａは、シャフト２４によって、上下方向（第１方向）に移動可能である。下部冷却ステージ１５ｂは、成形室１８の底部に固定されている。これら上部冷却ステージ１５ａ及び下部冷却ステージ１５ｂは、それぞれ特定の温度に調整されている。この冷却ステージ１５においては、成形ブロック１１が下部冷却ステージ１５ｂにセットされると、上部冷却ステージ１５ａが下降して成形ブロック１１と当接あるいは近接し、成形ブロック１１を上部冷却ステージ１５ａと下部冷却ステージ１５ｂで挟み込む。この状態で、成形ブロック１１を、所定の温度になるまで冷却する。成形ブロック１１の冷却が終了すると、上部冷却ステージ１５ａが上昇して、成形ブロック１１の挟み込みを開放する。そして、成形ブロック１１を、次の取出しステージ１６に移動させる。
【００１９】
図２に示すように、上部加圧成形ステージ１４ａは、トッププレート３０と、ヒータブロック３１（加熱部材）と、断熱板３２と、接続板３３（特定部材）と、水冷板３４とを備えている。なお、上部加圧成形ステージ１４ａの他、下部加圧成形ステージ１４ｂについても、上部加圧成形ステージ１４ａと同様の構成を有してもよく、また、上部予熱ステージ１３ａ、下部予熱ステージ１３ｂについても、上部加圧成形ステージ１４ａと同様の構成を有してもよい。
【００２０】
トッププレート３０が成形ブロック１１と当接して加圧する。ヒータブロック３１は、温度制御可能なヒーター３５を備えており、ヒーター３５から発せられる熱が、ヒータブロック３１を介して、トッププレート３０に伝えられる。ヒータブロック３１はステンレス（ＳＵＳ）などであることが好ましい。断熱板３２は、接続板３３とヒータブロック３１との間に設けられ、ヒータブロック３１からの熱が接続板３３側に伝わらないようにしている。断熱板３２は、熱伝導係数の低いセラミックなどであることが好ましい。接続板３３は、断熱板３２のうちヒータブロック３１の取付面とは反対側の面に取り付けられている。水冷板３４は冷却装置（図示しない）が設けられており、接続板３３から発せられる熱によって成形室１８が加熱されることを防ぐ。
【００２１】
ヒータブロック３１、断熱板３２、接続板３３は、複数の連結ボルト３６（連結部材）によって、連結して固定されている。そのため、ヒータブロック３１、断熱板３２、接続板３３には、連結ボルト３６を取り付けるためのボルト用孔３１ａ、３２ａ、３３ａが設けられている。また、連結ボルト３６は、断熱板３２と直接接しないように、間隔形成部材３８を介して取り付けられている。
【００２２】
図３に示すように、間隔形成部材３８は金属などで形成され、断熱板３２と連結ボルト３６との間に設けられる。この間隔形成部材３８は、断熱板３２及び連結ボルト３６の軸部３６ａと近接する間隔形成部材本体３８ａと、この間隔形成部材本体３８ａの端部に設けられ、連結ボルト３６の頭部３６ｂと接するフランジ部３８ｂとを有している。間隔形成部材３８のフランジ部３８ｂと接続板３３のボルト用孔３３ａ（連結部材用の孔）の底部との間には、図４に示す断熱ワッシャ４０が設けられている。断熱ワッシャ４０は、連結ボルト３６及び間隔形成部材３８からの熱が接続板３３に伝わることを抑える。断熱ワッシャ４０は、ヒータブロックよりも熱伝導係数が低い素材（例えばセラミック等）で形成されることが好ましい。なお、連結ボルト３６は六角穴付きボルトであることが好ましい。
【００２３】
断熱板３２の熱膨張係数はヒータブロック３１の熱膨張係数よりも低くなっている。このように断熱板３２とヒータブロック３１の熱膨張係数が異なるため、連結ボルト３６だけでヒータブロック３１と断熱板３２を連結固定した場合には、加熱時に、各部材が変形することによって光学面転写精度が悪化する他、各部材が擦れることによって粉塵が発生し、更には変形に耐え切れずに部材が破損することがあった。この問題に対して、間隔形成部材３８を介して、連結ボルト３６で固定することで、昇温時には、図５に示すように、断熱板３２と接続板３３との間に間隔ＣＬ１ができ、加圧時には、図６に示すように、間隔形成部材３８と接続板３３との間に間隔ＣＬ２ができるため、ヒータブロック３１からの熱が接続板３３に直接伝わることを避けることができるようになった。これにより、加熱時に生じる部材の破損や粉塵等の発生を抑えることが可能となるとともに、断熱板３２のゆがみを抑制することが可能となった。なお、断熱板３２の熱伝導係数はヒータブロック３１の熱伝導係数よりも低いことが好ましい。
【００２４】
また、間隔形成部材３８は、熱膨張係数が連結ボルト３６の熱膨張係数よりも小さいものが用いられる。この場合には、図７に示すように、加熱時においては、連結ボルト３６のほうが熱膨張して、連結ボルト３６の頭部３６ｂと間隔形成部材３８のフランジ部３８ｂとの間隔ＣＬ３が広くなる。そのため、ヒータブロック３１からの熱の影響を抑えることができるため、部材の破損や粉塵等の発生を抑えることができる。これに対して、間隔形成部材３８の熱膨張係数が連結ボルト３６の熱膨張係数よりも大きい場合には、図８に示すように、間隔形成部材３８のほうが熱膨張し、この間隔形成部材３８の熱応力が、連結ボルト３６の頭部３６ｂに加わる。この場合には、間隔形成部材３８又は連結ボルト３６のうち強度の低い方が破損するおそれがある。
【００２５】
また、間隔形成部材３８により断熱板３２と接続板３３との間に間隔ＣＬ１を形成する場合には、間隔ＣＬ１は断熱板３２の熱膨張量よりも大きくすることが好ましい（図５参照）。このように間隔ＣＬ１を設定することで、間隔ＣＬ１が、昇温時における断熱板３２の熱膨張を吸収して、各部材に摩擦力が生ずることを防止できる。一方、間隔ＣＬ１が断熱板３２の熱膨張量よりも小さい場合には、間隔ＣＬ１が昇温時における断熱板３２の熱膨張を吸収することができず、各部材に摩擦力が働いて変形や破損が生じるおそれがある。
【００２６】
また、図９及び図１０に示すように、間隔形成部材３８の設置位置は、それぞれ設置位置から求められる間隔形成部材３８の設置位置の重心Ｐｘが断熱板３２の重心Ｐｙと一致するようにしている。これは、間隔形成部材３８により断熱板３２と接続板３３との間などに間隔を設けているが、このように間隔形成部材３８により形成された間隔があっても、間隔形成部材３８の重心と断熱板３２の重心とが一致するようにすることで、断熱板３２を含む上部加圧成形ステージ１４ａ全体のバランスがとれるようにしている。これにより、ヒータブロック３１からの熱が全体に均一に伝わるとともに、成形ブロック１１に対して均一な力を加えることができる。結果として、光学面転写精度を向上することができる。なお、間隔形成部材３８の設置位置の重心が断熱板３２の重心と一致するとは、完全に一致する他、間隔形成部材３８の設置位置の重心から所定範囲に断熱板３２の重心が入っていることも含まれる。
【００２７】
一方、図１１に示すように、間隔形成部材３８の重心と断熱板３２の重心が一致していないと、間隔形成部材３８により形成された間隔が原因で、断熱板３２を含む上部加圧成形ステージ１４ａ全体のバランスを崩れてしまう。この場合には、ヒータブロック３１からの熱が均一に伝わらず、また、成形ブロック１１に対しても均一な力を加えることができない。そのため、光学面転写精度が低下することになる。
【００２８】
間隔形成部材３８のフランジ部３８ｂが位置する接続板３３のボルト用孔３３ａは、図１２に示すように、断熱板３２の水平方向（第２方向）への熱膨張量を吸収できるように、長穴形状を有している。このボルト用孔３３ａの水平方向のガタ量については、（断熱板の中心（重心）との距離Ｌａ）×（ヒータブロック３１の熱膨張係数）×７００以上にすることで、断熱板３２の水平方向への熱膨張量を吸収することが可能となる。なお、接続板３３のボルト用孔３３ａについては、長穴形状のように、断熱板３２の中心に対して放射状に延びた形状であることが好ましい。
【００２９】
更には、ボルト用孔３３ａの水平方向のガタ量については、（断熱板の中心（重心）との距離Ｌａ）×（ヒータブロック３１の熱膨張係数）×１０００以下にすることで、水平方向へのガタ量を小さくすることができ、結果として、光学面転写精度を向上させることができる。なお、ボルト用孔３３ａの水平方向のガタ量が、（断熱板の中心（重心）との距離Ｌａ）×（ヒータブロック３１の熱膨張係数）×７００を下回ると、断熱板３２及び間隔形成部材３８に熱応力が加わって、各部材が変形、破損するおそれがある。
【符号の説明】
【００３０】
１０  光学素子製造装置
１１  成形ブロック
１１ａ  成形型
１１ｂ  胴型
１２  供給ステージ
１３  予熱ステージ
１３ａ  上部予熱ステージ
１３ｂ  下部予熱ステージ
１４  加圧成形ステージ
１４ａ  上部加圧成形ステージ
１４ｂ  下部加圧成形ステージ
１５  冷却ステージ
１５ａ  上部冷却ステージ
１５ｂ  下部冷却ステージ
１６  取出しステージ
１８  成形室
１８ａ  入口シャッター
１８ｂ  出口シャッター
２２  シャフト
２３  シャフト
２４  シャフト
３０  トッププレート
３１  ヒータブロック
３１ａ  ボルト用孔
３２  断熱板
３２ａ  ボルト用孔
３３  接続板
３３ａ  ボルト用孔
３４  水冷板
３５  ヒーター
３６  連結ボルト
３６ａ  軸部
３６ｂ  頭部
３８  間隔形成部材
３８ａ  間隔形成部材本体
３８ｂ  フランジ部
４０  断熱ワッシャ
【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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【図６】
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【図７】
2018145062.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018145062.tif 000011
【図１０】
2018145062.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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