(57)【要約】【課題】本発明は、成形装置の熱分布を有効に抑制し、この熱分布を抑制することによって、高精度の光学素子を歩留まり良く製造する光学素子の成形装置を提供する。【解決手段】上型と下型の間に光学素子成形素材が置かれた成形型５０を、チャンバー２内に設けた加熱、プレス成形及び冷却の各ステージ３，４，５へ順次搬送して光学素子を成形する成形装置であって、加熱、プレス成形及び冷却の各ステージにおいて成形型５０を搭載し、搭載された成形型５０に対して、それぞれ加熱、プレス成形及び冷却の各プロセスを行う上下一対の複数組のプレート３ｂ，４ｂ，５ｂと、加熱、プレス成形及び冷却の各プロセスを制御する制御手段と、を備え、ステージと隣接したステージとの間に熱遮蔽板４ｅ，５ｅを設けた光学素子の成形装置１。【選択図】図１
2011136882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型の間に光学素子成形素材が置かれた成形型を、チャンバー内に設けた加熱、プレス成形及び冷却の各ステージへ順次搬送して光学素子を成形する光学素子の成形装置であって、
前記成形装置は、前記加熱、プレス成形及び冷却の各ステージにおいて前記成形型を搭載し、搭載された前記成形型に対して、それぞれ加熱、プレス成形及び冷却の各プロセスを行う上下一対の複数組のプレートと、前記各組における一対のプレートを接近又は離間させて前記加熱、プレス成形及び冷却のプロセスを行わせる駆動手段と、前記各プロセス及び前記成形型の搬送を制御する制御手段と、を備えるとともに、
互いに隣接するプレートの少なくとも１つのプレート間に、前記成形型の搬送を妨げることなく前記プレート間の熱的干渉を防ぐ熱遮蔽板を設けたことを特徴とする光学素子の成形装置。
【請求項２】
前記熱遮蔽板が、プレス成形ステージと冷却ステージとの間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学素子の成形装置。
【請求項３】
前記加熱ステージ及び／又は冷却ステージが複数のステージで段階的に加熱及び／又は冷却を行うようになっており、前記熱遮蔽板が、それらの各ステージ間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子の成形装置。
【請求項４】
前記熱遮蔽板が、互いに隣接するプレートの少なくとも一方の側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学素子の成形装置。
【請求項５】
前記熱遮蔽板が、それが固定されているプレートと同じ高さに設けられていることを特徴とする請求項４記載の光学素子の成形装置。
【請求項６】
前記熱遮蔽板が、プレートの温度を均一にするように、該プレートの温度の高い部分は遮蔽し、温度の低い部分は遮蔽しないように加工されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の光学素子の成形装置。
【請求項７】
前記熱遮蔽板が、金属又はセラミックス製であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の光学素子の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を連続的に製造可能な成形装置に係り、特に、装置内の各処理ステージのプレート温度を所定の温度に安定して保持することができる光学素子の成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、成形型内に光学素子成形素材を収容して加熱軟化させプレス成形し、光学素子を高精度に成形する方法が一般化する中、製造コストを低減するために、成形型を各処理ステージに搬送させながら複数の光学素子を連続的に成形する光学素子の製造装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
これら光学素子の製造装置において、光学素子成形素材の加熱軟化、プレス成形時には、成形型を所定の温度にして、光学素子成形素材を加工するのに十分な高温条件での加熱状態を維持し、成形後は、成形素材を冷却して固化させるようにし、この冷却時には、成形型が酸化されないような２００℃以下の温度とする。そのため、成形装置における各処理ステージでは、所定の処理を安定して行うことができるように、個々のステージがそれぞれ異なる所定の温度に維持されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５９２４０号公報
【特許文献２】特開２００８−６９０１９号公報
【特許文献３】特開２００９−９６６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、成形型を搬送移動させながら、順次処理を行っていく成形装置においては、成形型の入口側は、光学素子成形素材及び成形型の温度を徐々に上げていく加熱ステージが並び、そして加熱ステージの最終部分で最高温度に到達し、この温度を維持しながらプレス成形を行い光学素子成形素材に光学素子形状を付与して、その後は、徐々に温度を下げていく冷却ステージが並んでいるのが、一般的である。
【０００６】
そして、このような処理を行うにあたっては、装置全体の温度勾配は、成形型の取入れ口側から徐々に高くなっていき、プレス成形処理を行うプレスステージを頂点として、成形型の取出し口側に向かって徐々に低くなっていくようになっている。
【０００７】
したがって、各ステージは隣接するステージ、特に、そのステージよりも高温になっているステージ側が、その隣接するステージの温度に影響されて、所定の温度よりも高温になってしまい、同一プレート内で温度差が生じてしまう。
【０００８】
このように同一プレート内で温度差ができてしまうと、そのプレート上にある金型にも温度分布が生じてしまう。例えば、冷却ステージにおいて、隣接するステージがプレス処理ステージであった場合、その冷却ステージのプレス処理ステージ側の温度が高く、その逆側の温度が低くなってしまうため、冷却プレート上にある金型内部に温度分布が発生し冷却される光学素子の冷却を一様に行うことができず、場所によって冷却速度が変わってしまうため、所望の形状を得ることができなくなることにより歩留まりを低下させるという問題があった。このような問題は特に、製造する光学素子の直径が大きくなり、隣接するプレートとの距離が短くなると顕在化してくるものである。
【０００９】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、光学素子の製造にあたって、各ステージのプレート温度が、隣接するステージのプレート温度に影響を受けないようにしてプレート温度を均一にして、光学素子を歩留まり良く製造する光学素子の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】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討した結果、プレート内での均熱化を図った本発明の光学素子の成形装置により、上記問題を解決することができることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、本発明の光学素子の成形装置は、上型と下型の間に光学素子成形素材が置かれた成形型を、チャンバー内に設けた加熱、プレス成形及び冷却の各ステージへ順次搬送して光学素子を成形する成形装置であって、この成形装置は、加熱、プレス成形及び冷却の各ステージにおいて成形型を搭載し、搭載された成形型に対して、それぞれ加熱、プレス成形及び冷却の各プロセスを行う上下一対の複数組のプレートと、その各組における一対のプレートを接近又は離間させて加熱、プレス成形及び冷却のプロセスを行わせる駆動手段と、各プロセス及び成形型の搬送を制御する制御手段と、を備えるとともに、互いに隣接するプレートの少なくとも１つのプレート間に、成形型の搬送を妨げることなくプレート間の熱的干渉を防ぐ熱遮蔽板を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学素子の成形装置によれば、光学素子の製造にあたって、各処理ステージにおけるプレート内で大きく温度差が生じないように均熱化が図られているため、その上に配置された金型内の温度分布が均一となり、光学素子を安定して歩留まり良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態である光学素子の成形装置の概略構成図である。
【図２】図１の成形装置に用いた熱遮蔽板の正面図である。
【図３】プレートに熱遮蔽板を設けた他の構成例を示した図である。
【図４】プレートの側面全てに熱遮蔽板を設けた場合の例を示した図である。
【図５】本発明の他の実施形態である光学素子の成形装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である光学素子の成形装置の概略構成図である（チャンバー２のみ断面で示している）。
【００１５】
本発明の光学素子の成形装置１は、光学素子を成形するための成形室となるチャンバー２と、該チャンバー２の内部に設けた光学素子成形素材を収容した成形型を加熱して光学素子成形素材を軟化させる加熱ステージ３と、加熱軟化した光学素子成形素材をプレス成形するプレス成形ステージ４と、プレス成形による光学素子形状が付与された光学素子成形素材を冷却する冷却ステージ５と、を有するものである。
【００１６】
ここで、成形室であるチャンバー２は、その内部において、光学素子の成形操作を行う場を提供するものである。このチャンバー２には、光学素子の成形型５０を内部に取り入れる取入れ口と、光学素子の成形が終了した後、成形型５０を取り出す取出し口が設けられ、この取入れ口及び取出し口には、それぞれ取入れシャッター６及び取出しシャッター７が設けられている。必要に応じて、これらシャッターを開閉することで、成形型５０をチャンバー２から出し入れすることができるようになっており、チャンバー２内の雰囲気が維持されるようになっている。また、この取入れ口及び取出し口には、そのチャンバー２外部にそれぞれ成形型５０を載置することができる成形型載置台８及び９が設けられている。
【００１７】
このチャンバー２の内部には、光学素子を成形するための加熱ステージ３、プレス成形ステージ４及び冷却ステージ５が設けられており、これらの各ステージにより成形操作を行うものである。実際には、光学素子成形素材を収容した成形型５０が、取入れ口からチャンバー２内に取り入れられ、上記の各ステージにおいて所定の処理を施されながら順番に移動し、所定の処理が終了したら成形型５０は、取出し口からチャンバー２の外部に取出されるようになっている。
【００１８】
このチャンバー２の内部において、成形型５０は光学素子成形素材を軟化し、変形を容易にするものであって高温に加熱されるため、成形型５０が酸化されないように、チャンバー内雰囲気を窒素等の不活性ガス雰囲気とすることができるようになっている。この不活性ガス雰囲気とするには、チャンバー２を密閉構造として内部雰囲気を置換することで達成できるが、半密閉構造として、不活性ガスを常時チャンバー２内に供給して、チャンバー内を陽圧にしながら外部の空気が流入しないようにして不活性ガス雰囲気を維持するようにしてもよい。上記した取入れシャッター６及び取出しシャッター７は、チャンバー２内部を簡便な構成で半密閉状態とするのに効果的である。なお、これらチャンバー２及びシャッター６，７は、ステンレス、合金鋼等の素材で形成する物で高温下におけるガス、不純物が析出しない素材であることが好ましい。
【００１９】
次に、本発明の成形操作を行う各ステージについて説明する。なお、各ステージの説明にあたって用いる成形型５０は、一般に、光学素子の上側の光学機能面を形成する上型と、下側の光学機能面を形成する下型とで構成される一組の成形型であり、さらに上型及び下型の位置合わせを行う胴型を有するものである。胴型は、プレス時に、上型及び下型の光軸を同軸上に規制する中空円筒形状の内胴と、内胴の外周に設けられ上型及び下型間の距離を規制する中空円筒形状の外胴と、で構成することが好ましい。
【００２０】
また、この成形型５０は、超硬合金やセラミックス等の素材からなり、上型及び下型は、成形する光学素子の面形状を転写するための成形面をそれぞれ有しているが、ここで形成される光学素子形状は、両凸、両凹、平凸、平凹、凸メニスカス、凹メニスカス形状のいずれのレンズ形状を成形する成形型であってもよい。なお、外胴を用いる場合には、高温での耐久性、耐食性、高い機械的強度を持つ材質が好ましく、更には高い熱膨張係数を持つ材質が好ましく、具体的にはＳＵＳ等のステンレス製とすることが好ましい。
【００２１】
本発明の加熱ステージ３は、成形型５０に収容された光学素子成形素材を軟化させるものであり、その内部にヒータ３ａが埋め込まれた上下一対の加熱プレート３ｂから構成されるものである。この加熱プレート３ｂは、上下一対の加熱プレート３ｂを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させることにより、上型及び下型を加熱することができ、さらに成形型内部に収容されている光学素子成形素材をも加熱させることができるようになっている。
【００２２】
より具体的には、加熱ステージ３において、下側の加熱プレート３ｂはチャンバー２の底板に固定されており、上側の加熱プレート３ｂは上下移動が可能なようになっている。上側の加熱プレート３ｂは、加熱プレート３ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板３ｃを介してシャフト３ｄと接続され、このシャフト３ｄは図示しないシリンダーによって加熱プレート３ｂを上下移動可能としている。このように、加熱プレート３ｂを上下移動可能とすることにより、この上側の加熱プレート３ｂの成形型５０の上型への接触・非接触を制御することができ、所望のタイミングで成形型５０と光学素子成形素材を加熱することができるようになっている。
【００２３】
また、下側の加熱プレート３ｂは、チャンバー２に固定する際に、上側と同様にそのまま熱が伝わることのないようにこのプレート側に断熱板３ｃを介して底板に固定されている。
【００２４】
本発明のプレス成形ステージ４は、上下のプレスプレート４ｂ間の距離を狭めることにより成形型５０の上型と下型との距離を狭めて、成形型５０内に収容された光学素子成形素材を軟化状態のまま押圧して変形させ、上型及び下型の光学形成面形状を光学素子成形素材に付与することにより光学素子の成形を行うものであり、その内部にヒータ４ａが埋め込まれた上下一対のプレスプレート４ｂから構成されるものである。このプレスプレート４ｂを用いたプレスは前段階の加熱温度を維持しながら行われるものである。
【００２５】
より具体的には、このプレス成形ステージ４において、下側のプレスプレート４ｂはチャンバー２の底板に固定されており、上側のプレスプレート４ｂは上下移動が可能なようになっている。上側のプレスプレート４ｂは、プレスプレート４ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板４ｃを介してシャフト４ｄと接続され、このシャフト４ｄは図示しないシリンダーによってプレスプレート４ｂを上下移動可能としている。このようにプレスプレート４ｂを上下移動可能とすることにより、この上側のプレスプレート４ｂを下降させ、下側のプレスプレート４ｂに載置された成形型５０を用いたプレス成形を行うことができる。このときプレス成形を所定の圧力で行うことができるようになっており、光学素子成形素材に高精度に光学素子形状を付与することができる。
【００２６】
また、下側のプレスプレート４ｂは、上記加熱プレート３ｂと同様に、チャンバー２の底板上に断熱板４ｃ、プレスプレート４ｂがこの順番に積層されて固定されており、下側のプレスプレート４ｂの熱をチャンバー２に伝達しないように構成されている。さらに、このプレスプレート４ｂと隣接する加熱プレート３ｂの間には、互いの熱が直接伝達しないように遮蔽する熱遮蔽板４ｅが設けられている。この熱遮蔽板４ｅは、断熱板４ｃに取り付けられている。
【００２７】
本発明の冷却ステージ５は、成形型５０を冷却することにより光学素子形状が付与された光学素子成形素材を冷却、固化するものであり、その内部に、ヒータ５ａが埋め込まれた上下一対の冷却プレート５ｂから構成されるものである。この冷却プレート５ｂは、上下一対の冷却プレート５ｂを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させることにより、上型及び下型を冷却することができ、さらに成形型内部に収容されている光学素子成形素材をも冷却することができるようになっている。
【００２８】
より具体的には、この冷却ステージ５において、下側の冷却プレート５ｂはチャンバー２の底板に固定されており、上側の冷却プレート５ｂは上下移動が可能なようになっている。上側の冷却プレート５ｂは、冷却プレート５ｂ自体の熱をそのまま伝えないように断熱板５ｃを介してシャフト５ｄと接続され、このシャフト５ｄは図示しないシリンダーによって冷却プレート５ｂを上下移動可能としている。このように、冷却プレート５ｂを上下移動可能とすることにより、この上側の冷却プレート５ｂの成形型５０の上型への接触・非接触を制御することができ、所望のタイミングで成形型５０と光学素子成形素材を冷却することができるようになっている。
【００２９】
また、下側の冷却プレート５ｂは、上記加熱プレート３ｂと同様に、チャンバー２の底板上に断熱板５ｃ、冷却プレート５ｂがこの順番に積層されて固定されており、下側の冷却プレート５ｂの熱をチャンバー２に伝達しないように構成されている。さらに、この冷却プレート５ｂと隣接するプレスプレート４ｂの間には、互いの熱が直接伝達しないように遮蔽する熱遮蔽板５ｅが設けられている。この熱遮蔽板５ｅは、断熱板５ｃに取り付けられている。
【００３０】
なお、ここでの光学素子成形素材の固化は、その素材のガラス転移点以下、より好ましくは歪点以下に冷却すればよく、十分に冷却されると光学素子成形素材の光学素子形状は安定し、変形が抑制される。ここでの冷却とは、光学素子形状を安定して付与することができるように光学素子成形素材を固化する温度まで下げることをいい、その温度は、プレスプレートよりも５０〜１５０℃程度低いだけで、依然として高温であるため、この冷却プレート５ｂにもその内部にヒータ５ａが埋め込まれている。
【００３１】
また、これら各ステージの上側の加熱プレート３ｂ、プレスプレート４ｂ及び冷却プレート５ｂは、上記したように断熱板を介してシャフトに固定されており、このシャフトがシリンダーに接続されているが、ここでシリンダーは、各プレートを上下動させることができればよく、例えば、電動サーボシリンダー、油圧シリンダー、電動油圧シリンダー等のシリンダーを用いることができる。
【００３２】
上記した、加熱プレート３ｂ、プレスプレート４ｂ、冷却プレート５ｂは、その成形型との接触面が水平面と平行になっており、特に、プレスプレート４ｂにおいては、プレスプレート４ｂの成形型との接触面が傾いていた場合、成形型５０の上型及び下型の中心軸が一致しなくなり、このとき製造される光学素子が、その光軸が一致せず不良品となってしまうことがある。したがって、これら各ステージにおけるプレートの平行度や平面度の管理は厳密に行われるものである。
【００３３】
これらの各ステージにおける、プレートはステンレス、超硬合金、合金鋼等の素材の内部にカートリッジヒータを挿入し、固定したものであり、カートリッジヒータを加熱することによりプレートの温度を上昇させ、所望の温度に維持することができるようになっている。
【００３４】
また、各ステージの断熱板３ｃ，４ｃ，５ｃは、セラミックス、ステンレス、ダイス鋼、ハイス鋼等の公知の断熱板を用いればよく、硬度が高くプレス成形時の圧力等によっても変形しにくく、ずれを生じることが少ないセラミックスであることが好ましい。ステンレス、ダイス鋼、ハイス鋼など金属系材料を用いる場合は、表面に酸化防止膜のコーティングを施すことが好ましく、具体的にはＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどのコーティング処理が挙げられる。
【００３５】
さらに、熱遮蔽板４ｅ，５ｅは、各ステージにおけるプレートの加熱による熱伝達により、隣接するプレートへ影響を与えないようにするものであればよく、具体的には、隣接するプレートからの熱が周囲の気体を媒介して間接的に熱を伝える熱伝達を抑制できるものであればよい。一般に、各ステージのプレート同士の間隔は不必要に広く設けないため、厚さ０．５〜２ｍｍ程度の板状体をプレート間に配置すればよい。図１では、加熱プレートとプレスプレートとの間の熱遮蔽板４ｅは断熱板４ｃに固定されているが、これを断熱板３ｃやチャンバー２に固定するようにしてもよい。また、プレスプレートと冷却プレートとの間の熱遮蔽板５ｅは断熱板５ｃに固定されているが、これも断熱板４ｃやチャンバー２に固定するようにしてもよい。
【００３６】
このとき、熱遮蔽板４ｅ，５ｅは、上記したようにプレート間の熱的干渉を防ぐために設けるものであるため、隣接するプレートの間に設けるが、その際、成形型５０の搬送を妨げないように設けることが求められる、
【００３７】
なお、上側の加熱プレート３ａ，プレスプレート４ａ，冷却プレート５ａは、駆動手段により上下動するものであるため、熱遮蔽板を設ける際には、これらプレートと一体に上下動するように、例えば、図１に示した断熱板３ｃ，４ｃ，５ｃに固定するようにすることが好ましい。
【００３８】
このとき、熱遮蔽板としては、ステンレス、セラミックス等の素材を用いることが好ましい。熱遮蔽効果をより効果的に発揮するためには、熱伝導率の低いセラミックス板が好ましく、熱遮蔽効果を部分的に行ったり、設置した後で熱遮蔽板の加工を行ったりする場合には、遮蔽効果は若干劣るものの、加工が容易な金属板であることが好ましい。
【００３９】
熱遮蔽板４ｅについて、図２（ａ）にその取入れ口側からみた図を示したが、これらプレートの温度は、同様に取入れ口側から見た時に、両端側よりも中央部の温度が高くなりやすいため、図２（ａ）の形状の熱遮蔽板では、プレート温度の均一化が不十分である場合には、例えば、両端部を切り欠いて、中央部を熱遮蔽できるようにした図２（ｂ）のような形状の熱遮蔽板として、プレート温度を均熱化するように構成することが好ましい。これは、１つのプレート内で温度差が大きい場合に、温度の高い部分を遮蔽し、温度の低い部分は遮蔽しないように加工して、プレート温度の均熱化を図ろうとするものである。
【００４０】
また、図１には、熱遮蔽板３ｅ，４ｅ，５ｅをそれぞれプレートの片側に設けた例を示したが、図３及び図４には、プレスプレート４ｂを例に、熱遮蔽板をプレートに設ける場合の他の構成例を示した。図３（ａ）は、プレートの側面両側に設けるようにして熱遮蔽効果を高めたものである。図３（ｂ）は、上下移動する上側のプレートに設けられた熱遮蔽板として、下降させた際に成形型の周囲まで熱遮蔽することができるようにしたものであり、さらに熱遮蔽効果を高めたものである。
【００４１】
また、図４に示したように、図３（ｂ）のような成形型の周囲にまで延長した熱遮蔽板を、プレート両側だけではなくプレートの側面全てに設け、成形型の四方を囲むようにすると、さらに熱遮蔽効果が高まり特に好ましいものである。なお、図４は、熱遮蔽板をプレートの側面全てに設けた場合の正面図（図４（ａ））、底面図（図４（ｂ））、左側面図（図４（ｃ））を表わしたものであり、一部透視図として示した。
【００４２】
また、図３（ｂ）、図４のように成形型の周囲にまで延長した熱遮蔽板とする場合、この延長した熱遮蔽板が下側のプレートや熱遮蔽板と接触してプレス成形操作を阻害しないように、その上側のプレートの下面（成形型をプレスする面）より下方に伸びた延長部分を、成形型の高さよりも短くなるように設けなければならない。
【００４３】
以上説明した加熱ステージ３、プレス成形ステージ４、冷却ステージ５は、それぞれ所定の処理が行われる場（ステージ）を形成するものであり、各ステージによる処理を順次円滑に行うことができるように、成形型５０は、搬送手段（図示せず）により所定のタイミングで各ステージに搭載されるように移動させる制御手段によって制御されている。
【００４４】
より具体的には、加熱プレート３ｂ、プレスプレート４ｂ、冷却プレート５ｂによる処理は、成形型５０を順次上記の順序で各プレート上へと搬送移動させながら所定の処理を行うものであり、成形型５０が次のステージに移動することで、処理の終わったステージは空くため、さらに、そこに別の光学素子成形素材を収容した成形型５０を搬送し、連続的に複数個の光学素子の成形操作を行うことができるようになっている。
【００４５】
この処理を行うための上記搬送手段は、図示していないが、例えば、ロボットアーム等により、成形型載置台８から加熱プレート３ｂへ、加熱プレート３ｂからプレスプレート４ｂへ、プレスプレート４ｂから冷却プレート５ｂへ、冷却プレート５ｂから成形型載置台９へ、と移動させることができるようになっている。
【００４６】
なお、この制御手段は、成形型の移動、加熱・プレス成形・冷却の各ステージにおける上下一対のプレートの温度や、上下移動のタイミング等をも制御し、一連の成形操作を円滑に、かつ、連続的に行うことができるように制御している。このとき、取入れシャッター及び取出しシャッターの開閉も制御する。また、チャンバー２内の雰囲気が不活性ガスで満たされるように窒素の供給量やタイミング等を制御するようにすることが好ましい。
【００４７】
すなわち、この光学素子の成形装置１は、１以上のポジションで温度の上げ下げを行いながら所定の処理を行う、成形型の搬送による光学素子の成形装置である。
【００４８】
次に、この光学素子の成形装置１を用いた光学素子の成形方法について説明する。
【００４９】
まず、取入れ口側の成形型載置台８に成形型５０を載置し、この成形型５０の内部に光学素子成形素材を収容する。取入れシャッター６を開けて取入れ口を開口させ、この成形型５０を搬送手段により加熱プレート３ｂ上に搬送する。搬送されると、成形型５０の下型は下側の加熱プレート３ｂに接触するため加熱プレート３ｂと同じ温度まで昇温される。これと同時に、上型には上方向から上側の加熱プレート３ｂを接触させて同様に加熱する。
【００５０】
このように上型及び下型が加熱されると、その内部に収容されている光学素子成形素材も加熱され、この光学素子成形素材は屈伏点以上に加熱されると変形が容易となる。一般に、加熱温度は、軟化点まで温度を上げるとレンズ表面が白濁するので屈伏点（Ａｔ）から軟化点の間の温度に設定する。このとき、昇温速度は０．５〜２．５℃／ｓｅｃ程度にすることが好ましい。
【００５１】
このようにして加熱ステージ３で十分に加熱された成形型５０及び光学素子成形素材は、搬送手段により、下側のプレスプレート４ｂ上に搬送され載置される。
【００５２】
プレスプレート４ｂも加熱プレート３ｂと同程度の温度に加熱されており、光学素子成形素材が軟化状態を維持するようにしている。さらに、上側のプレスプレート４ｂを下降させてプレスプレート４ｂ間の距離を狭めることにより、上型と下型との距離を狭めて、成形型５０の内部に収容された光学素子成形素材に圧力をかけて変形することができるようになっている。
【００５３】
このプレス工程では、上記したように成形型５０の上下から圧力をかけることで光学素子成形素材のプレス成形を行い、これにより光学素子成形素材には上型及び下型の光学形成面が転写され、光学素子形状が付与される。
【００５４】
また、このプレス工程におけるプレスは、加熱温度が前段の加熱ステージで加熱した温度と同程度の温度であり、プレス時の圧力はレンズ成形体の単位面積当たり２．５〜３７．５Ｎ／ｍｍ２とすることが好ましく、例えば１０〜２０／ｍｍ２とすることが特に好ましい。
【００５５】
そして、このようなプレス工程を行うことで、押切りが完了した成形型５０は、搬送手段によりプレスプレート４ｂから冷却プレート５ｂへと搬送される。この搬送手段は、上記した搬送手段と同様のものである。
【００５６】
次に、冷却プレート５ｂにより成形型５０を冷却するが、これは、上記加熱工程と同様に、下型は下側の冷却プレート５ｂで、上型は上側の冷却プレート５ｂを下降させて接触させることで冷却する。これにより光学素子成形素材を冷却して、固化させる。この冷却は、光学素子成形素材のガラス転移点（Ｔｇ）以下に冷却させることが好ましく、光学素子成形素材の歪点以下の温度にまで冷却させることがより好ましい。このとき、降温速度は０．１〜２．５℃／ｓｅｃにすることが好ましく、更に好ましくは０．５〜１．０℃／ｓｅｃである。
【００５７】
なお、上記した加熱工程及び冷却工程は、それぞれ段階的に温度を変化させるようにして行うことが好ましく、加熱工程を１以上の加熱ステージを設けて行うことにより、段階的に光学素子成形素材の温度を上昇させて、プレス成形ステージの直前の加熱ステージにおいて、成形温度にまでもっていくようにする。また、冷却工程においても１以上の冷却ステージを設けることにより、段階的に光学素子成形素材の温度を下降させて、２００℃以下の温度になるようにする。このように、加熱及び冷却を段階的に行うことで、光学素子成形素材の急激な温度変化を抑制し、歪が生じたり、面割れ等が生じたりする等の光学素子の特性を悪化させることがないようにすることができる。
【００５８】
このような、加熱工程及び冷却工程を実施するために、それぞれ複数の加熱ステージ及び冷却ステージを用いた光学素子の成形装置の一例を図５に示した。この図５に示した光学素子の成形装置１１は、チャンバー１２、第１の加熱ステージ１３、第２の加熱ステージ１４、第３の加熱ステージ１５、プレス成形ステージ１６、第１の冷却ステージ１７、第２の冷却ステージ１８、第３の冷却ステージ１９を有する装置構成となっており、チャンバー１２には光学素子の成形装置１と同様に、成形型５０の取入れ口とそれを開閉可能とする取入れシャッター２０、取出し口とそれを開閉可能とする取出しシャッター２１、それら取入れ口及び取出し口の外側には成形型載置台２２及び２３が設けられている。
【００５９】
この光学素子の成形装置１１は、加熱ステージを３つ、冷却ステージを３つ設けて、段階的に加熱及び冷却を行うようにしたこと、それぞれのプレートがその隣接するプレート側に熱遮蔽板を有すること以外は、図１の光学素子の成形装置１の構成と同様である。なお、熱遮蔽板１３ｅ、１４ｅ、１５ｅ、１６ｅ、１７ｅ、１８ｅ、１９ｅは、加熱ステージ、プレス成形ステージ及び冷却ステージの各ステージにおいて隣接するプレート間に配置され、プレート間の熱伝導を抑制するように設けられている。
【００６０】
第１の加熱ステージ１３では、光学素子成形素材をガラス転移点以下、２００〜４００℃程度低い温度に一旦加熱する予備加熱を行い、第２の加熱ステージ１４ではガラス転移点付近の温度にまで、第３の加熱ステージ１５では屈伏点+１０〜３０℃の温度にまで加熱する。また、プレス成形ステージ１６では成形温度を維持しながら、成形型による成形操作を行い光学素子形状を付与し、第１の冷却ステージ１７では成形素材のガラス転移点＋２０℃程度まで冷却し、第２の冷却ステージ１８では、さらに歪点以下にまで冷却し、第３の冷却ステージ１９では、成形型が酸化されない２００℃以下の温度にまで冷却するようにする。
【００６１】
ここで、第３の冷却ステージは、用いるプレートを、他のステージにおけるヒータの代わりに冷却水が循環するように配管を設けた水冷プレートとすることで、効率的に冷却することができるようになっている。
【００６２】
この光学素子の成形装置１１において、隣接するプレート間における影響が大きいのは、光学素子を冷却する冷却ステージにおいて、隣接するプレート温度が高いものの影響を受け、光学素子の一部の冷却が十分にできないときである。このような冷却が不均一になってしまうと、その冷却速度の差から光学素子内部に歪が生じたり、離型がうまくできなかったりして、それはそのまま得られる光学素子の特性に悪影響を及ぼすものである。特に、プレスプレート１６ｂと第１の冷却プレート１７ｂ間での影響が大きいため、少なくともこれらプレスプレート１６ｂと第１の冷却プレート１７ｂのプレート間には熱遮蔽板を設けることが好ましい。さらに、その後の冷却ステージ間においても、隣接する冷却ステージの影響を受けないように熱遮蔽板を設けることが好ましい。
【００６３】
また、加熱ステージ間及び加熱ステージとプレス成形ステージ間でも、冷却ステージよりも不具合が生じる影響は小さいが、所定の処理を均一な温度で処理するこることができるように、同様に熱遮蔽板を設けていることが好ましい。図５には、全てのプレート間に熱遮蔽板を設けた例を示した。
【００６４】
冷却して得られた光学素子は、その後、光学素子形状とするために、余肉部を切削して光学素子形状としたり、アニール工程に付して歪み等を除去したりする等の後処理を施して最終的な製品とされる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００６６】
（実施例１）
図５の光学素子の成形装置１１を用いて、光学素子の成形を以下の通り行った。
ここで用いた光学素子の成形装置１１は、加熱プレート、プレスプレート及び冷却プレートとして、タングステンカーバイド製の１００×７４×１８ｍｍの直方体で内部に
７５０Ｗのカートリッジヒータを４本有するプレートを用い、断熱板として、ＳＵＳ３０４製の１００×７４×９ｍｍの板状体とジルコニア製の１００×７４×９ｍｍの板状体を重ね合わせたものを用いた。各プレート間の隙間は６ｍｍとなるように配置して、それらプレート間に熱遮蔽板として、ＳＵＳ３０４製の１４４×５２×２ｍｍの板状体の下端部を９０℃に折り曲げ、折り曲げた部分を各プレートと積層している断熱板に固定して用いた。
【００６７】
また、上側のプレートを上下移動させるシリンダーは、エアシリンダーを用い、シャフト径４０ｍｍのシャフトが上側のプレートと接続、固定されている。チャンバーはＳＳ４００製の４４０×５９２×２４０ｍｍの箱状で、このチャンバーの下板としては４４０×５９２×２０ｍｍのものを用いた。
【００６８】
また、成形型５０は、上型、下型並びに内胴及び外胴を有する胴型で構成され、上型、下型及び内胴はタングステンカーバイドからなる超硬合金製で、外胴はＳＵＳからなるものであり、プレス成形により、直径φ４０ｍｍ、中心厚さ７．５ｍｍ、周辺厚さ３ｍｍ、非球面の近時曲率半径がそれぞれ１００ｍｍと８５ｍｍの両凸形状の成形品が得られ、後加工の芯取り加工をすることで直径３５ｍｍの光学素子が得られるものを用いた。
【００６９】
この成形型の下型１２の成形面１２ａにホウケイ酸ガラスからなる研削研磨により作製した直径φ３６ｍｍ、中心厚さ８．８３ｍｍ、周辺厚さ４．３ｍｍ、曲率半径がそれぞれ９０ｍｍと６０ｍｍの両凸球面レンズの光学素子成形素材を載置した。なお、この光学素子成形素材の歪点は４９５℃、ガラス転移点（Ｔｇ）は５３２℃、屈伏点（Ａｔ）は５７３℃である。
【００７０】
光学素子成形素材を収容した成形型５０を、搬送手段により第１の加熱プレート１３ｂ上に搬送し載置すると同時に上側の第１の加熱プレート１３ｂを下降させて上型に接触させ、成形型５０及び光学素子成形素材を３００秒間加熱し、次いで、第２の加熱プレート１４ｂ上に搬送し載置すると同時に上側の第２の加熱プレート１４ｂを下降させて上型に接触させ、成形型５０及び光学素子成形素材を３００秒間加熱し、さらに、第３の加熱プレート上に搬送し載置すると同時に上型の第３の加熱プレート１５ｂを下降させて上型に接触させ、成形型５０及び光学素子成形素材を３００秒間加熱して光学素子成形素材を軟化状態とした。なお、第１の加熱プレート１３ｂは２８０℃、第２の加熱プレート１４ｂは５００℃、第３の加熱プレート１５ｂは６００℃に設定した。
【００７１】
次に、成形型５０をプレスプレート１６ｂ上に搬送し載置して、上側のプレスプレート１６ｂを下降させ、この成形時のプレス圧力は５Ｎ／ｍｍ２、プレス時間は２５０秒とした。このとき、プレスプレート１６ｂの温度は６００℃であった。
【００７２】
プレス後、成形型を第１の冷却プレート１７ｂ上に搬送し載置すると同時に上側の冷却プレート１７ｂを下降させて上型に接触させ、３００秒間冷却し、次いで、成形型を第２の冷却プレート１８ｂ上に搬送し裁置すると同時に上側の第２の冷却プレート１８ｂを下降させて上型に接触させ、３００秒間冷却し、さらに、成形型を第３の冷却プレート１９ｂ上に搬送し載置すると同時に上側の第３の冷却プレート１９ｂを下降させて上型に接触させ、３００秒間冷却した。このとき、第１の冷却プレート１７ｂは５５０℃、第２の冷却プレート１８ｂは  ４５０℃、第３の冷却プレート１９ｂは２０℃（冷却水温度）に設定した。
【００７３】
光学素子成形素材を室温になるまで冷却し、十分に冷却したところで、成形型から取り出し、光学素子を得た。
【００７４】
本発明の光学素子の成形装置において、冷却プレート１７ｂの温度分布を測定したところプレート間に熱遮蔽板を設置しなかった場合は、プレスプレート１６ｂ側と第２冷却プレート１８ｂ側の温度差が１０℃程度発生した。プレート間に熱遮蔽板を設置した場合は温度差を２℃程度まで緩和することができた。更に、冷却プレート１７ｂ上に配置された金型の温度分布を測定したところ、プレートの温度分布は同様の傾向を示した。
【００７５】
熱遮蔽板の有無でそれぞれ実際にレンズ成形を行ったところ、熱遮蔽板を設置しない場合はアスティグマなどの形状不良が発生し、安定して良品を得ることが困難であった。
熱遮蔽板を設置した場合はアスティグマなどの形状不良が抑制され、高品質高歩留まりでの成形が可能であった。
【００７６】
以上に示したように、本発明の光学素子の成形装置により、光学素子の製造におけるプレート温度分布を抑制することが可能となり、更には成形型温度分布を抑えることが出来た。これにより光学素子形状も安定化し、歩留まりを向上させることができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の光学素子の成形装置は、成形型を順次移動させながらプレス成形により連続的に光学素子を製造する際に用いることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１…光学素子の成形装置、２…チャンバー、３…加熱ステージ、４…プレス成形ステージ、５…冷却ステージ、６…取入れシャッター、７…取出しシャッター、８，９…成形型載置台、５０…成形型、３ａ，４ａ，５ａ…ヒータ、３ｂ…加熱プレート、４ｂ…プレスプレート、５ｂ…冷却プレート、３ｃ，４ｃ，５ｃ…断熱板、３ｄ，４ｄ，５ｄ…シャフト、４ｅ，５ｅ…熱遮蔽板
【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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