(57)【要約】【課題】  加熱開始後、金型組の温度安定化時間を短縮できる光学素子成形装置を提供する。【解決手段】  上金型と下金型の間に光学素子素材が置かれた金型組１５を、加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスステージへ順次搬送し光学素子を成形する成形装置であって、加熱ステージのプレート１には、金型組の下金型の下面近傍に熱電対２６が埋設されている。昇降可能に配置された赤外線ランプヒータ装置４の各赤外線ランプ２２にはそれぞれ独立してヒータ用電力が供給される。前記プレートに最も近い、最下段の赤外線ランプは、プレートを加熱するべく他の中段、上段の赤外線ランプよりヒータ電力が多く供給されるようになっている。前記熱電対はプレート内に埋設されているので赤外線ランプからの輻射熱を直接受けることがなく、安定した検出信号を図示外のヒータ制御ユニットへフィードバックし、加熱開始後、短時間に所定温度に到達させることができる。【選択図】  図５
2008056502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上金型と下金型の間に光学素子素材が置かれた金型組を、加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスステージへ順次搬送し光学素子を成形する成形装置であって、同成形装置は、
前記金型組を搭載し、且つ搭載された金型組に対しそれぞれ加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスを遂行するためのプレートを内部に配設した成形室と、
前記成形室内にて互いに隣接するプレート上面の所定位置へ前記金型組を移動する搬送手段と、
前記加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスおよび前記搬送手段を制御する制御装置とからなり、
前記加熱プロセスステージには、その下プレート上に接触して載置された金型組の周囲に昇降可能に配置されるとともに前記金型組を非接触で加熱する加熱手段と、
同加熱手段を制御する温度制御手段と、
前記金型組が載置され、前記下プレート表面近傍温度を測定するように該下プレートの中心近傍に埋設された温度センサと、を備え、
該温度センサにより検出された温度を前記温度制御手段にフィードバックすることを特徴とする光学素子成型装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部、上部または外周部と上部に配置された非接触型の加熱ヒータであることを特徴とする請求項１に記載された光学素子成形装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された非接触加熱ヒータにおいて、当該金型組が載置された下プレート近傍のヒータ出力を、該下プレートよりも遠方に位置するヒータ出力に対して大きく設定したことを特徴とする請求項１または２に記載された光学素子成形装置。
【請求項４】
前記加熱手段を制御する温度制御手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された非接触型の加熱ヒータの総出力を、前記金型組の高さに応じて変更できるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された光学素子成形装置。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された赤外線ランプヒータで構成され、該赤外線ランプヒータにより輻射加熱を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載された光学素子成型装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された抵抗加熱装置で構成され、該抵抗加熱装置を用いて輻射加熱を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載された光学素子成型装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された高周波誘導コイルで構成され、該高周波誘導コイルを用いて高周波誘導加熱を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載された光学素子成型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子素材を加熱軟化させて加圧成形する光学素子成形装置に係り、特に該光学素子素材が置かれた金型組を前記加圧成形の前に加熱するための加熱手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
上金型と下金型の間に光学素子素材が置かれた金型組を、加熱、加圧成形、冷却と各プロセスエリアへ順次搬送して所望の光学素子を成形する装置において、加圧成形の前に所定温度に金型組を昇温する加熱のステージでは、該金型組の上下方向に配置された加熱プレートで金型組を挟み込むことにより、金型組および光学素子素材を加熱していた（特許文献１）。しかしながら、この特許文献１による方法では、加熱プレートを金型組に接触させるため、加熱効率が悪く、昇温速度が遅いだけでなく、金型組が傷つき易く、比較的大きなサイズの金型組には適さない等の問題点があり、こうした問題を回避するため、本願発明者等は上側の加熱プレートを非接触加熱方式に変更した図６に示す加熱部４の構成を考えるに到った。
【０００３】
図６は上記加熱部４の構成の詳細を示すもので、金型組１５の温度を計測するため、上部にスプリング２５で支持された熱電対２４が設けられている。さらに下部のプレート１には加熱用のシースヒータ１ａと図示しない温度測定用の熱電対が設けられている。
金型組１５の上部に直接接触している熱電対２４は、金型組１５の上金型との接触角や金型組１５と熱電対２４との接触面の表面粗さ、酸化度合い等の影響により、測定温度が安定化せず、金型毎の温度のばらつきや、同じ金型組１５での繰り返し性が非常に不安定であること、また、熱電対２４が直接、赤外線ランプ２２、反射板２３等による輻射熱を受けるため、熱電対シース部の熱伝導により正確な測温が困難であることと、熱電対２４の寿命が短いという問題点が判明した。また、加熱部４は、非接触加熱用の赤外線ランプ２２、下部のプレート１内のシースヒータ１ａとで加熱する方式であるが、赤外線ランプ２２による加熱速度は速く、反対にシースヒータ１ａの加熱速度は遅いため、同時に加熱を開始する場合、互いに干渉し温度が安定化するまでに時間がかかるという問題点が判明した。
【特許文献１】特開昭６２−２９２６２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者等は上述した問題点を検討した結果、上記金型組を載置したプレート内に温度センサを埋設し同センサにより金型と接する前記プレート表面近傍の温度を測定することで金型組の温度を精度よく制御することが可能であることを見出した。
【０００５】
従って、本発明の目的は、金型組の温度を測定するための熱電対が赤外線ランプや反射板等による輻射熱を直接受けることがなく正確な測温を可能にするとともに、該熱電対を長く使用でき、また、加熱の開始後、金型組の温度が安定化するまでの時間を短くすることができる光学素子成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による光学素子成形装置は、
上金型と下金型の間に光学素子素材が置かれた金型組を、加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスステージへ順次搬送し光学素子を成形する成形装置であって、同成形装置は、
前記金型組を搭載し、且つ搭載された金型組に対しそれぞれ加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスを遂行するためのプレートを内部に配設した成形室と、前記成形室内にて互いに隣接するプレート上面の所定位置へ前記金型組を移動する搬送手段と、前記加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスおよび前記搬送手段を制御する制御装置とからなり、
前記加熱プロセスステージには、その下プレート上に接触して載置された金型組の周囲に昇降可能に配置されるとともに前記金型組を非接触で加熱する加熱手段と、
同加熱手段を制御する温度制御手段と、
前記金型組が載置され、前記下プレート表面近傍温度を測定するように該下プレートの中心近傍に埋設された温度センサと、を備え、
該温度センサにより検出された温度を前記温度制御手段にフィードバックすることを特徴とする。
【０００７】
その場合、前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部、上部または外周部と上部に配置された非接触型の加熱ヒータであることがこのましい。
またその場合、前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された非接触加熱ヒータにおいて、当該金型組が載置された下プレート近傍のヒータ出力を、該下プレートよりも遠方に位置するヒータ出力に対して大きく設定することができる。
さらに、その場合、前記加熱手段を制御する温度制御手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された非接触型の加熱ヒータの総出力を、前記金型組の高さに応じて変更できるようにすることができる。
また、その場合、前記加熱手段は前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された赤外線ランプヒータで構成され、該赤外線ランプヒータにより輻射加熱を行うよう構成することができる。
さらに、その場合、前記加熱手段は前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された抵抗加熱装置で構成され、該抵抗加熱装置を用いて輻射加熱を行うよう構成することができる。
さらに、その場合、前記加熱手段は前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された高周波誘導コイルで構成され、該高周波誘導コイルを用いて高周波誘導加熱を行うよう構成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加熱プロセスステージには、その下プレート上に接触して載置された金型組の周囲に昇降可能に配置されるとともに前記金型組を非接触で加熱する加熱手段と
同加熱手段を制御する温度制御手段と前記金型組が載置され、前記下プレート表面近傍温度を測定するように該下プレートの中心近傍に埋設された温度センサとを備え、該温度センサにより検出された温度を前記温度制御手段にフィードバックする構成としたので、金型組の温度を測定するための温度センサが非接触型の加熱手段による輻射熱を直接受けることがなく正確な測温を可能にするとともに、該温度センサの寿命を長くでき、また、加熱の開始後、金型組の温度が安定化するまでの時間を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態に基づく実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の適用される光学素子成形装置の全体構成の配置を示す。同図１において、参照符号８は成形室であり、その右端部上面には、成形前の金型組１５を待機させるインポートロードロック室（以下、置換室という）１２、その左端部上面には、成形後の金型組１５を待機させるアウトポートロードロック室（以下、置換室という）１３が設けられている。前記置換室１２には管路Ｌを介して真空ポンプ３０が接続されている。また、置換室１２、１３および成形室８にはそれぞれ供給管路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を介して窒素ガス供給ユニット４０から窒素ガスが供給されるようになっている。なお、本実施例では、窒素ガスを不活性ガスとして用いている。また、前記各管路Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３には図示のように弁が設けられ、前記各管路の遮断または開度を調整できるようになっている。
【００１０】
成形室８の内部には、置換室１２下方に設けられたエアシリンダ１１ａにより昇降可能に移動するテーブル９が配置され、置換室１２の開口部１２ａを介して成形前の金型組１５を搭載して受け取るようになっている。同様に、置換室１３の下方に設けられたエアシリンダ１１ｂにより昇降可能に移動するテーブル１０が配置され、同テーブル１０に搭載された成形後の金型組１５は置換室１３の開口部１３ａを介して置換室１３へ排出されるようになっている。前記各開口部１２ａ、１３ａにはそれぞれ置換室１２、１３と成形室８内とを気密的に遮断するシャッターが設けられている。
【００１１】
前記テーブル９と１０の間には、加熱ゾーンを形成するプレート１と公知の赤外線ランプヒータ装置４、加圧成形ゾーンを形成する上下一対のプレート２、５、ならびに、冷却ゾーンを形成する一対のプレート３、６が配置されている。前記赤外線ランプヒータ装置４は、エアシリンダ７ａのロッドにより上下に移動可能であって金型組１５がテーブル９から隣接するプレート１上へ移送されるとき上方へ引き上げられるようになっている。
参照符号２２は赤外線ランプヒータ装置４の各ランプユニットであって、それぞれ独立して該ランプの出力が制御可能に構成されている。参照符号７ｂは、前記冷却ゾーンの上側のプレート６を上下に移動可能とするエアシリンダである。
【００１２】
前記加圧成形ゾーンのステージを形成している各プレート２、５にはそれぞれカートリッジヒータ２ａ、５ａが埋設されており、さらに図示しない温度センサが各プレート中央部に埋設されて金型組１５と接触するプレート中央部表面近傍の温度が検出されるようになっている。上側のプレート５はサーボモータユニット２０と結合された軸２０ｃに固定されている。したがって、同軸２０ｃはプレート５と共に、サーボモータ２０ａ出力軸の回転がナットを含む直動変換部２０ｂからなる公知のサーボモータユニット２０を介して上下に進退されるようになっており、加圧成形プロセスの間、プレート５の位置および金型組１５に対する押し圧力が前記サーボモータ２０ａにより制御されるようになっている。
【００１３】
参照符号５０は、成形室８内の各ゾーン後方側に配置された搬送装置の全体を意味し、その詳細を図２（ａ）、（ｂ）に示す。
【００１４】
図２（ａ）に示す例は、成形室８内を上から見た様子を示すもので、ロボットアームを用いた構成であって、具体的には、成形室８内の金型組１５を、各テーブル９、１０、各プレート１、２、３の間をロボットアームを用いて搬送するものである。同図（ａ）に示されるように、搬送装置５０は、取り入れゾーンから加熱ゾーンへ金型組１５を搬送する金型搬送ユニット５１、加熱ゾーンから加圧成形ゾーンへ搬送する金型搬送ユニット５２、加圧成形ゾーンから冷却ゾーンへ搬送する金型搬送ユニット５３、冷却ゾーンから取り出しゾーンへ搬送する金型搬送ユニット５４とから構成されている。
【００１５】
なお、ここでは各ゾーン間に金型搬送ユニットを配置してあるが、１つで複数の搬送ユニットを兼用してもよい。また、降下状態でのテーブル９、テーブル１０、各ゾーンの下側プレート１，２，３の上面が同一水平面上になるように配置すれば金型組１５は水平に移動させるだけでよく、前記の搬送ユニットは自由度が少なく、簡単な機構のものでよい。また、図中では、加熱、プレス、冷却の各ゾーンを１個づつ設けているが、成型のタクト等を考慮して複数個設けてもよい。
【００１６】
図２（ｂ）に上記金型組１５の断面を示す。金型組１５は、ガイド穴を有する上金型１８ａとガイドピン１７を有する下金型１８ｂとから構成されている。上金型１８ａと下金型１８ｂとの間に光学素子素材１９が置かれている。なお図示しないが、上下の金型１８ａと１８ｂの間にはバネが配置され、加圧成形時以外では上金型１８ａの荷重が光学素子素材１９に作用しないようになっている。
なお、図１において、置換室１２、１３と外部との間での金型組１５の導入・排出は図示しないが、例えば、それぞれの置換室１２、１３の上面または側面にシャッターを設けて金型組１５の導入・排出の際にそれらシャッターを開閉するよう構成することができる。
【００１７】
図１の参照符号６０は、上述した各構成要素１２、１３、１１ａ、１１ｂ、７ａ、７ｂ、２０ａ、４、２ａ、５ａ、３０、４０、５０等の制御を行うコントローラであって、その概略構成ブロックを図３に示し、赤外線ランプヒータ装置の温度制御の例を図４にそれぞれ示す。
【００１８】
図３において、コントローラ６０は、基本的に成形装置の動作の流れすなわち、金型組１５を置換室１２に取り入れ、成形室８内へ導入し、各成形プロセスを順次経て置換室１３から外部へ排出するまでの一連のシーケンスに対応する各構成要素の動作シーケンスのための指令信号を生成する制御装置６０ａと、同制御装置６０ａにそれぞれ接続された複数の制御ユニットから構成される。
【００１９】
ここで、前記制御ユニットには、加熱ゾーンにおける赤外線ランプヒータ装置４を駆動するヒータ温度制御ユニット６０ｂ、加圧成形ゾーンにおけるプレート２、５に埋設された各カートリッジヒータ２ａ、５ａに対する温度制御ユニット６０ｃ、加圧成形ゾーンにおけるサーボモータユニット２０用の駆動制御ユニット６０ｄ、前記各エアシリンダを駆動制御するシリンダ駆動ユニット６０ｅ、前記各シャッターの開閉動作用のシャッター駆動ユニット６０ｆ、および、前記各管路の開閉弁の動作を駆動制御する弁駆動ユニット６０ｇなどが設けられている。
【００２０】
図４において、赤外線ランプ用のヒータ制御ユニット６０ｂは、赤外線ランプヒータ装置４に設けられた上段、中段、下段のそれぞれ赤外線ランプユニット２２、２２、２２に対し個別に、独立して電力ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３を供給するようになっている。参照符号７０、７２、７４はそれぞれの赤外線ランプユニットへの電力の供給をオン、オフする遮断器であって、熱電対２６からの検出信号に基づきヒータ制御ユニット６０ｂによってオン、オフ指令が与えられる。同図では３個の赤外線ランプユニットが例示されているが、本発明の趣旨からすれば３個に限定されない。
【００２１】
図５は赤外線ランプヒータ装置の構成を詳細に示すものである。同図５では、前述した図６で示される参照符号と同一構成部分は同一の参照符号を付してある。赤外線ランプヒータ装置4は、円弧状に加工された赤外線ランプヒータ２２を上下方向の縦配列で３本配置している。各赤外線ランプヒータ２２の外周部には、反射ミラー２３が設けられている。この反射ミラー２３は輻射熱の反射効率を考慮して金メッキが施されている。プレート１に埋設された温度センサである熱電対２６を用いて、赤外線ランプヒータ制御ユニット６０ｂにより、金型組１５が所望する温度となるよう、各赤外線ランプヒータ２２の出力が調整されるようになっている。
【００２２】
また、金型組１５の高さに応じて、前記遮断器７０〜７４により個々の赤外線ランプの出力を遮断することができる。  この構成において、Ｔｇ点５６０℃の光学素子素材を用い直径約１５ｍｍの光学レンズを成形した。
その場合、加圧成形部の成形温度は５７０℃、加圧力３ｋＮの条件で連続成形を行った場合、従来では加熱部での温度再現性が悪いため、成形品の厚さ精度は±１０μm以上ばらつきがあったが、本実施例によれば温度再現性では±０．５℃以下、成形品の厚さ精度±５μm以下に改善することができ、成形精度を向上することが可能となった。
【００２３】
また、従来、金型組１５の下部では、プレート１も加熱する必要があるため、金型組１５の上部がより暖められる傾向にあり、成形品の形状不良が２０％弱の割合で発生した。そのため、赤外線ランプ２２の下段のヒータ出力を、他段に比べ2割程度多くすることで、金型組１５の上部と下部の温度差がおよそ３度以内となり、形状不良を５％以下に減少させることが可能となった。
なお、図４では、赤外線ランプ２２を用いた例を示したが、加熱手段としては、抵抗加熱装置、高周波誘導コイルを用いることも可能である。
【００２４】
以上、本発明の好適な実施例について添付図面により説明したが、当業者であれば本発明の精神を逸脱することなく、種々の変形例を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用した光学素子成形装置の全体構成の配置を示す図である。
【図２】図１の搬送装置および金型組をそれぞれ説明するものであって、（ａ）は成形室内を上方から見た図であって、各プレート近傍に配置された金型搬送ユニットを示す図、（ｂ）は金型組の断面を示す図である。
【図３】図１のコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明による加熱手段の構成を例示する赤外線ランプヒータ装置の温度制の例を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明による加熱手段の構成を例示する赤外線ランプヒータ装置の断面図である。
【図６】従来の加熱手段の構成を例示する赤外線ランプヒータ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、２、３、５、６    プレート
４    赤外線ランプヒータ装置
７ａ、７ｂ    エアシリンダ
８    成形室
９、１０    テーブル
１１ａ、１１ｂ    エアシリンダ
１２、１３    置換室
１５    金型組
１７    ガイドピン
１８ａ    上金型
１８ｂ    下金型
１９    光学素子素材
２６    熱電対
３０    真空ポンプ
４０    窒素ガス供給ユニット
５０    搬送装置
５１、５２、５３、５４    金型搬送ユニット
６０    コントローラ
６０ａ    制御装置
６０ｂ    ヒータ制御ユニット
６０ｃ    カートリッジヒータ温度制御ユニット
６０ｄ    サーボモータ駆動制御ユニット
７０、７２、７４    遮断器
【図１】
2008056502.tif 000003
【図２】
2008056502.tif 000004
【図３】
2008056502.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008056502.tif 000007
【図６】
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