(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成によりプリフォームを効率的に予熱し、軟化したプリフォームが予熱台または搬送装置のプリフォーム接触面に融着しない光学素子製造装置を提供する。【解決手段】プリフォームＰを載置する載置台１４と、熱伝導を利用して前記載置台に載置された前記プリフォームを予熱するヒーター１８と、前記プリフォームを吸着し、予熱された前記プリフォームを前記載置台から下型上に搬送する搬送装置と、前記下型上に搬送された前記プリフォームを成形温度まで加熱して、上型と下型と胴型とで囲まれる空間内で圧縮成形する金型とを有し、予熱された前記プリフォームと接触する前記載置台の表面は、水に対する濡れ角が所定値以上とされることで、予熱による前記プリフォームの融着を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に搬送されるプリフォームを成形温度まで加熱して圧縮することにより光学素子を製造する光学素子製造装置であって、
前記プリフォームを載置する載置台と、
熱伝導を利用して前記載置台に載置された前記プリフォームを予熱するヒーターと、
前記プリフォームを吸着し、予熱された前記プリフォームを前記載置台から前記下型上に搬送する搬送装置と、
前記下型上に搬送された前記プリフォームを前記成形温度まで加熱して、前記上型と前記下型と前記胴型とで囲まれる空間内で圧縮成形する金型と
を有し、
予熱された前記プリフォームと接触する前記載置台の表面は、水に対する濡れ角が所定値以上とされることで、予熱による前記プリフォームの融着が抑制されていることを特徴とする光学素子製造装置。
【請求項２】
前記濡れ角の所定値は、８５度であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子製造装置。
【請求項３】
予熱された前記プリフォームと接触する前記載置台の表面は、ガラス状カーボンで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子製造装置。
【請求項４】
予熱された前記プリフォームが前記載置台から離型する時に前記載置台を振動させる振動装置をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子製造装置。
【請求項５】
予熱された前記プリフォームと接触する前記搬送装置の表面は、水に対する濡れ角が所定値以上とされることで、予熱による前記プリフォームの融着が抑制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光学素子製造装置。
【請求項６】
前記搬送装置の濡れ角の所定値は、８５度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子製造装置。
【請求項７】
予熱された前記プリフォームと接触する前記搬送装置の表面は、ガラス状カーボンで構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリフォームを加熱圧縮成形することにより光学素子を製造する光学素子製造装置に係り、特に、予熱されたプリフォームを加熱圧縮成形することにより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】
デジタルカメラやカメラ付き携帯電話で使用される非球面レンズや小型レンズなどの光学素子は、一般的に、ガラス製のプリフォームを金型内において所定の成形温度まで加熱して軟化させ、軟化したプリフォームを圧縮することにより成形されている。このような成形方法において、プリフォームは、金型とは別に設置された予熱部で予熱された後に搬送装置で金型内に搬送されて加熱圧縮されることがある。このように、プリフォームを予熱しておくことで、金型内においてプリフォームを成形温度まで加熱する時間を短縮し、光学素子の生産性を向上させることができる。
しかしながら、プリフォームの温度を成形温度付近まで高めるとプリフォームが軟化してしまい、軟化したプリフォームが予熱台または搬送装置のプリフォーム接触面に融着するといった問題があった。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、プリフォームに温度制御された気体を供給することでプリフォームを非接触状態で搬送しながら加熱軟化させる搬送装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４８７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の装置では、プリフォームを搬送する手段の構成が複雑化すると共にプリフォームの予熱効率が低下するおそれがある。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成によりプリフォームを効率的に予熱す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】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学素子製造装置は、上型と下型と胴型とで囲まれる空間内に搬送されるプリフォームを成形温度まで加熱して圧縮することにより光学素子を製造する光学素子製造装置であって、前記プリフォームを載置する載置台と、熱伝導を利用して前記載置台に載置された前記プリフォームを予熱するヒーターと、前記プリフォームを吸着し、予熱された前記プリフォームを前記載置台から前記下型上に搬送する搬送装置と、前記下型上に搬送された前記プリフォームを前記成形温度まで加熱して、前記上型と前記下型と前記胴型とで囲まれる空間内で圧縮成形する金型とを有し、予熱された前記プリフォームと接触する前記載置台の表面は、水に対する濡れ角が所定値以上とされることで、予熱による前記プリフォームの融着が抑制されているものである。
【０００８】
ここで、前記濡れ角の所定値は、８５度であることが好ましい。また、予熱された前記プリフォームと接触する前記載置台の表面は、ガラス状カーボンで構成することもできる。
また、予熱された前記プリフォームが前記載置台から離型する時に前記載置台を振動させる振動装置をさらに有してもよい。
【０００９】
また、予熱された前記プリフォームと接触する前記搬送装置の表面は、水に対する濡れ角が所定値以上とされることで、予熱による前記プリフォームの融着が抑制されていてもよい。また、前記搬送装置の濡れ角の所定値は、８５度であることが好ましい。また、予熱された前記プリフォームと接触する前記搬送装置の表面は、ガラス状カーボンで構成することもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構成によりプリフォームを効率的に予熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学素子製造装置の構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態で用いられた予熱台の構成を示す断面図である。
【図３】濡れ角を測定する様子を示す図である。
【図４】本実施形態で用いられた搬送装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１に、本発明の一実施形態に係る光学素子製造装置の構成を示す。光学素子製造装置は、内部で光学素子を成形するためのチャンバ１を有する。チャンバ１には、その内部と外部とを連通する開口部２が形成されると共に開口部２を開閉するシャッター３が設けられている。
【００１４】
チャンバ１の内部には、金型４が設置されている。金型４は、チャンバ１の下面に設置された下型５と、下型５に対して上下方向に移動自在に配置された上型６と、成形時において下型５と上型６の外周を囲む円筒形状の胴型７とを有する。下型５の上面には、プリフォームＰが配置されると共に光学素子の一方の面を成形するための成形面８ａが形成されている。下型５には、プリフォームＰを所定の成形温度まで加熱するための図示しないヒーターが内蔵されている。上型６の下面には、光学素子の他方の面を成形するための成形面８ｂが形成されている。成形面８ａおよび８ｂと胴型７の内周面とによって光学素子を成形する空間が形成される。
【００１５】
上型６の上面には、移動軸９の一端が固定されている。移動軸９はチャンバ１の上面を貫通してチャンバ１の外部まで延びており、その他端はチャンバ１の上方に配置されたプレス装置１０と接続されている。プレス装置１０は、移動軸９を介して上型６を上下方向に移動させる。
チャンバ１の内部には、開口部２と金型４との間に予熱部１１が設置されている。予熱部１１は、プリフォームＰを所定の予熱温度まで予熱するためのものである。ここで、予熱温度とは、成形温度より低く且つプリフォームＰが予熱部１１に融着しない温度である。
【００１６】
チャンバ１の外部には、待機台１２が設置されている。待機台１２の上面には、チャンバ１の外部で予熱前のプリフォームＰを載置するための窪みが形成されている。
チャンバ１の外部には、プリフォームＰを搬送するための搬送装置１３が配置されている。搬送装置１３は、プリフォームＰを待機台１２から予熱部１１まで、および予熱部１１から金型４まで搬送する。
【００１７】
図２に予熱部１１の構成を示す。予熱部１１は、プリフォームＰを載置するための載置台１４を有する。載置台１４の上面には、載置されたプリフォームＰが変形しないような形状に窪んだ凹面部１５が形成されている。凹面部１５は、例えばガラス状カーボンなどの水に対する濡れ角が８５度以上となる素材で構成されている。ここで、ガラス状カーボンとは、黒鉛とダイヤモンドの中間的構造を有し、結晶学的には非晶質な構造を示す網目状無定形炭素の１つで分子量１００以上のものである。また、凹面部１５を構成する素材と水との濡れ角とは、図３に示すように、その素材で構成された水平面１６に空気中で水滴Ｗを接触させた時に、水滴Ｗと水平面１６の接触が始まる点で水滴Ｗの表面に引いた接線１７と水平面１６とのなす角度である。
載置台１４の外周面には、これを囲むように円筒形状を有するヒーター１８が設置されている。ヒーター１８は、載置台１４を直接加熱することで、熱伝導を利用して載置台１４に載置されたプリフォームＰを予熱する。
載置台１４およびヒーター１８の下面には、プリフォームＰを予熱する熱を下方に伝えないように断熱効果を有する素材で構成された断熱板１９が設置されている。断熱板１９の下面には、断熱板１９を介して載置台１４を振動させる振動装置２０が設置されている。振動装置２０の下面には、チャンバ１の底面に予熱部１１を固定する固定台２１が設置されている。
【００１８】
図４に搬送装置１３の構成を示す。搬送装置１３は、プリフォームＰを搬送するために上下左右方向に移動する搬送アーム２２を有する。搬送アーム２２の一端には、プリフォームＰを吸着するための吸着パッド２３が設置されている。吸着パッド２３の下面には、吸着されたプリフォームＰの形状が変形しないような形状に窪んだ吸着面２４が形成されている。吸着パッド２３と搬送アーム２２の内部には、吸着面２４の表面から吸着パッド２３および搬送アーム２２の内部を通って搬送アーム２２の他端まで貫通した流路２５が形成されている。搬送アーム２２の他端側には、流路２５に接続された吸引装置２６が設置されており、吸引装置２６が流路２５を介して吸着面２４側の空気を吸引することで吸着面２４にプリフォームＰを吸着させる。吸引装置２６は、プリフォームＰを吸着パッド２３に吸着させてもプリフォームＰの表面に吸着痕が残らないように空気の吸引量を調節している。
【００１９】
次に、図１に示した光学素子製造装置の動作を説明する。
【００２０】
まず、チャンバ１の内部に設置された予熱部１１のヒーター１８が駆動され、ヒーター１８により載置台１４が直接加熱される。次に、図４に示すような搬送装置１３の搬送アーム２２が吸着パッド２３の吸着面２４と待機台１２の上面に載置されたプリフォームＰの表面とが接するように吸着パッド２３を移動し、吸引装置２６が駆動される。吸引装置２６は、流路２５を介して吸着パッド２３の吸着面２４側の空気を吸引することで、待機台１２に載置されたプリフォームＰを吸着パッド２３の吸着面２４に吸着させる。
【００２１】
続いて、チャンバ１のシャッター３が開かれ、搬送アーム２２が吸着パッド２３に吸着されたプリフォームＰを待機台１２から開口部２を通ってチャンバ１の内部に設置された予熱部１１まで搬送する。ここで、搬送アーム２２は、予熱部１１の載置台１４に形成された凹面部１５の表面と吸着パッド２３に吸着されたプリフォームＰの表面とが接する位置までプリフォームＰの搬送を行う。プリフォームＰが予熱台１１まで搬送されると、プリフォームＰを吸着パッド２３に吸着させるための吸引装置２６による空気の吸引が停止され、プリフォームＰが吸着パッド２３から離型する。プリフォームＰは、吸着パッド２３からの離型により、図２に示すように、予熱部１１の載置台１４上に載置される。プリフォームＰは、載置台１４に載置されると、ヒーター１８からの熱伝動により例えば成形温度付近に設定された予熱温度まで予熱されることで軟化する。
【００２２】
ここで、載置台１４の凹面部１５は、水に対する濡れ角が８５度以上の素材で構成されているため、凹面部１５のプリフォームＰとの接触面に予熱により軟化したプリフォームＰが融着するのを抑制することができる。また、ヒーター１８は、熱伝導を利用してプリフォームＰを予熱するため、予熱に要する時間を短縮することができる。
【００２３】
プリフォームＰが載置台１４上で成形温度まで予熱されると、予熱部１１の振動装置２０により載置台１４を振動させ、振動搬送装置１３の搬送アーム２２が吸着パッド２３の吸着面２４と予熱されたプリフォームＰの表面とが接するように吸着パッド２３を移動し、再度、吸着装置２６が駆動される。吸着装置２６の駆動により、吸着パッド２３の吸着面２４側の空気が吸引されることで、予熱されたプリフォームＰを載置台１４上から離型させる。
【００２４】
このとき、振動装置２０による振動が載置台１４上から予熱されたプリフォームＰが離型するのを補助することで、離型時に載置台１４のプリフォームＰと接触する面に軟化したプリフォームＰが融着するのを抑制することができる。
【００２５】
載置台１４から離型したプリフォームＰは、吸引装置２６により軟化したプリフォームＰの表面に吸着痕が残らないように調節された吸引量で吸着パッド２３に吸着される。予熱されたプリフォームＰは、吸着パッド２３に吸着されると、搬送アーム２２により金型４まで搬送される。ここで、搬送アーム２２は、金型４の下型５の上面に形成された成型面８ａと吸着パッド２３に吸着されたプリフォームＰの表面とが接する位置までプリフォームＰの搬送を行う。予熱されたプリフォームＰが金型４まで搬送されると、吸引装置２６による空気の吸引が停止され、プリフォームＰが吸着パッド２３から離型する。
【００２６】
ここで、吸着パッド２３の吸着面２４は、水に対する濡れ角が９０度以上の素材で構成されているため、吸着面２４のプリフォームＰとの接触面に予熱により軟化したプリフォームＰが融着するのを抑制することができる。
【００２７】
予熱されたプリフォームＰが吸着パッド２３から離型すると、吸着パッド２３は搬送アーム２２の移動によりチャンバ１の外部に戻り、同様にして、待機台１２に載置されたプリフォームＰを吸着装置２６により吸着パッド２３に吸着させて、搬送アーム２２によりプリフォームＰを予熱部１１まで搬送する。プリフォームＰが予熱部１１まで搬送されると、吸着パッド２３は搬送アーム２２によりチャンバ１の外部に移動され、チャンバ１のシャッター３が閉じられる。
【００２８】
一方、予熱されたプリフォームＰは搬送装置１３の吸着パッド２３からの離型により金型４の下型５上に配置されると、プレス装置１０が移動軸９を介して上型６を下方に移動させ、予熱されたプリフォームＰが上型６と下型５と胴型７とで囲まれる。続いて、予熱されたプリフォームＰは、下型５に内蔵された図示しないヒーターにより所定の成形温度まで加熱される。プリフォームＰが所定の成形温度に到達すると、プレス装置１０が上型６をさらに下降させ、プリフォームＰを圧縮することで光学素子が成形される。光学素子が成形されるとプレス装置１０により上型６が上昇され、成形された光学素子が下型５上から取り除かれる。下型５上から光学素子が取り除かれると、搬送装置１３により同様にして予熱されたプリフォームＰが下型５上に搬送される。
【００２９】
このように、成形温度付近まで予熱されたプリフォームＰがその体積および形状を変化させることなく順次金型４内に搬送されることで、光学素子を製造する時間を短縮することができる。
【００３０】
本実施形態によれば、載置台１４の凹面部１５および吸着パッド２３の吸着面２４は、は、水に対する濡れ角が８５度以上の素材で構成されているため、凹面部１５および吸着面２４のプリフォームＰとの接触面に予熱により軟化したプリフォームＰが融着するのを抑制することができる。
また、ヒーター１８は、熱伝導を利用してプリフォームＰを予熱するため、予熱に要する時間を短縮することができる。また、振動装置２０により載置台１４を振動させることで、プリフォームＰが載置台１４の凹面部１５から離型するのを補助するため、プリフォームＰの離型時に凹面部１５のプリフォームＰとの接触面に軟化したプリフォームＰが融着するのを効果的に抑制することができる。
また、例えば成形温度付近まで予熱されたプリフォームＰが順次金型４内に搬送されることで、光学素子を製造する時間を短縮することができる。
【実施例】
【００３１】
予熱部１１の載置台１４および搬送装置１３の吸着パッド２３において予熱されたプリフォームＰの融着の有無を測定した実施例について説明する。この例は、搬送装置１３によりガラス製のプリフォームＰを待機台１２から予熱部１１に搬送し、予め所定の予熱温度まで加熱された載置台１４に５分間放置した。その後、所定の予熱温度に到達したプリフォームＰを搬送装置１３により予熱部１１から金型４内まで搬送し、載置台１４および吸着パッド２３のプリフォームＰとの接触面において予熱により軟化したプリフォームＰの融着を測定したものである。載置台１４および吸着パッド２３を構成する素材としては、水に対する濡れ角が９０度以上であるガラス状カーボンを使用した。ガラス製のプリフォームＰには、質量９２７ｍｇ、ガラス転移点３２０℃のものを使用した。
その結果、表１に示すように、プリフォームＰの予熱温度を３７０℃以下にすると、載置台１４および吸着パッド２３のプリフォームＰとの接触面に軟化されたプリフォームＰが融着しないことがわかった。また、予熱温度が３７０℃以下では、予熱により軟化されたプリフォームＰに載置台１４および吸着パッド２３の形状は転写されていなかった。このことから、プリフォームＰの予熱温度が３７０℃以下において、載置台１４および吸着パッド２３からの軟化したプリフォームＰの離型性がよいことがわかった。なお、プリフォームＰの予熱温度を２５０℃より低くすると、金型４内においてプリフォームＰを成形温度（３７０℃）まで加熱するのに長時間を要するため、プリフォームＰの予熱温度は、２５０℃以上３７０℃以下に設定するのが好ましい。また、プリフォームＰの予熱温度が３７０℃より高い場合には、載置台１４および吸着パッド２３に軟化されたプリフォームＰが融着し、または、軟化されたプリフォームＰに載置台１４および吸着パッド２３の形状が転写するなど、載置台１４および吸着パッド２３からの軟化したプリフォームＰの離型性がわるいことがわかった。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
また、水に対する濡れ性の異なる素材に対するガラスの離型性を測定した。素材としては、水に対する濡れ角が５０度のポリイミド、水に対する濡れ角が７０度のＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、および水に対する濡れ角が９０〜９５度のガラス状カーボンを使用した。
その結果、水に対する濡れ角が８５度より小さいポリイミドとＤＬＣよりも、水に対する濡れ角が８５度以上のガラス状カーボンの方がガラスとの離型性が良いことがわかった。このことから、ポリイミドとＤＬＣに比べてガラス状カーボンではガラスとの濡れ性が悪いことが示唆された。なお、ガラス状カーボンのガラスとの濡れ角は１２０度以上であり、載置台１４および吸着パッド２３にはガラスとの濡れ角が１２０度以上の素材が利用できる。
【００３４】
なお、本実施形態において、プリフォームＰの予熱は、搬送アーム２２が載置台１４に形成された凹面部１５と吸着パッド２３に吸着されたプリフォームＰの表面とが接する位置にプリフォームＰを搬送した後、プリフォームＰが吸着パッド２３から離型されて行われているが、プリフォームＰを吸着パッド２３から離型せずに吸着パッド２３に吸着保持したまま行ってもよい。
また、水に対する濡れ角が８５度以上の素材で構成された載置台１４を用いることにより、載置台１４からの離型時に振動装置２０で載置台１４を振動させなくても載置台１４に予熱により軟化したプリフォームＰが融着しない場合には、予熱部１１に振動装置２０を設置しなくてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  チャンバ、２  開口部、３  シャッター、４  金型、５  下型、６  上型、７  胴型、８ａ，８ｂ  成形面、９  移動軸、１０  プレス装置、１１  予熱部、１２  待機台、１３  搬送装置、１４  載置台、１５  凹面部、１６  水平面、１７  接線、１８  ヒーター、１９  断熱板、２０  振動装置、２１  固定台、２２  搬送アーム、２３  吸着パッド、２４  吸着面、２５  流路、２６  吸引装置、Ｐ  プリフォーム、Ｗ  水滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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