(57)【要約】【課題】金型移載治具の動作工程を改善し、金型の移載速度を速めることなく、光学素子の品質が安定し、生産性向上を図れる光学素子の製造装置を提供する。【解決手段】光学素子の製造装置内の金型移載時の圧力開放時間を抑え、成形タイマ非動作時の上ヒータブロックの上昇時間を短くする。【選択図】　図２
2004002074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子素材と、前記光学素子素材を封入し、一対のレンズ面形状を成し、光学素子を所望の形状に成形する金型と、前記金型の上下面に接触する発熱体が嵌合された複数の上ヒータブロックと複数の下ヒータブロックと、前記複数の上ヒータブロックと前記複数の下ヒータブロックの温度測定手段と、前記温度測定手段からの温度を制御可能な前記ヒータブロック数と同数の温度調整器と、前記金型の上下面から昇温する前記ヒータブロックで構成した複数の昇温工程と、前記金型が昇温後に加温しながら押圧する前記ヒータブロックと同じ構成のプレス工程と、前記金型を押圧後、徐冷する前記ヒータブロックと同じ構成の複数の冷却工程と、前記複数の昇圧工程と前記プレス工程と前記複数の冷却工程で前記金型を移載する複数の金型移載手段を有した金型移載治具を備え、前記金型を投入する投入部と取り出し部がある不活性ガスを封入した装置であって、
前記金型は、前記複数の昇温工程中の第１の昇温工程において、前記金型の上下面から昇温されるよう、前記第１の昇温工程の下ヒータブロック上に載置後、上ヒータブロックが下降加圧後、前記金型を鉛直方向から挟持し、任意の設定時間到達後、前記上ヒータブロックが上昇し、前記金型移載治具によって１工程毎前記金型移載治具により昇温工程を移動しながら前記金型を押圧可能な温度まで達した後、前記金型は前記プレス工程に移載され、前記光学素子素材を任意の設定時間内に押圧することにより、光学素子に近似した形状まで変形させ、前記金型移載治具で前記複数の冷却工程中第１の冷却工程に移載され、残留応力が発生しにくい下降温度で徐冷された後、前記金型移載治具で前記冷却工程を移動しながら変形が終了する温度まで徐冷した後、取り出すことを特徴とした光学素子の製造装置。
【請求項２】
前記光学素子の製造装置に配設された前記金型移載治具は、前記光学素子の製造装置内の複数の上ヒータブロックが金型上面に接触時には動作せず、任意の設定時間到達直前に前記複数個の金型側面に近接後、前記複数の上ヒータブロックが上昇開始直後に前記金型移載治具を用いて前記金型を移動し、前記金型が移動完了直後に前記複数の上ヒータブロックが下降することを特徴とした光学素子の製造装置。
【請求項３】
前記光学素子の製造装置に配置された前記金型移載治具は、昇温工程を移動する金型移載手段には発熱体を埋設し、前記金型を前記プレス工程から前記冷却工程を移動する金型移載治具には冷却体を埋設したことを特徴とした光学素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の光学機器に使用されるガラスレンズ等の光学素子を、精密ガラス成形により形成する光学素子の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学的精度の機能面を有する成形型により、ブランク材、即ち光学素子素材を精密成形して光学素子を作製し、研磨等の工程を省略して、簡略化する製造方法が実用化されている。この方法は非球面を有する光学素子を容易に形成できるという特徴を持つため、光学素子の製造方法として、今後も引き続き重要な位置を占めるものと考えられる（特開平４−１６４８２６号公報参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、上述した従来例を光学素子製造装置の動作状態と合わせて説明する。図７は従来法によるレンズ製造装置の概略図であって、各部材構成は本発明のレンズ製造装置と変わらないため、同図を用いて説明する。
【０００４】
光学素子素材を成形する製造装置６１と、同装置６１内の第１から第３の昇温工程６５，６６，６７、プレス工程６８、第１から第３の冷却工程６９，７０，７１からなる。
【０００５】
最終レンズ形状に近似した形に予備加工された光学素子素材が金型６２内に封入された状態で製造装置６１の投入部から矢印方向に投入される。昇温、プレス、冷却工程の鉛直上下方向に配置された一対のヒータブロック７３ａ，７３ｂは、図示しない発熱体が嵌合されており、かつ上ヒータブロック７３ａは図示しないエアシリンダに連結し、エア圧を操作することによって鉛直上下方向に稼動し、金型の上下面を任意の圧力で挟持し昇温、プレス、冷却することが可能となっている。
【０００６】
なお、ヒータブロック７３ａ，７３ｂの設定温度は、ヒータブロック７３ａ，７３ｂの中央付近に取り付けた図示しない熱電対に入る温度を基に、図示しない温度調整器が搭載された金型制御装置７２を用いて一定の設定温度になるようフィードバック制御されている。製造装置内における各ステージ間の金型移載は、各上下ヒータブロック間に複数の金型移載手段が配設された金型移載治具によって順次取り出し側に一定タクトで移載される。
【０００７】
まず、第１から第３の昇温工程６５，６６，６７で光学素子素材が変形可能な温度まで加熱される。次にプレス工程６８で上ヒータブロック７３ａに配置されたプレスシリンダにより加圧成形される。
【０００８】
その後、成形された光学素子は第１から第３の冷却工程６９，７０，７１で徐冷されて、変形や歪が発生しにくい温度以下に冷却後、製造装置６１から取り出し、金型２から取り出されて所望の光学素子が完成する。
【０００９】
また、図４は従来の光学素子の製造装置において、昇温工程、プレス工程、冷却工程間における、金型内の光学素子素材の光学面中央部の温度測定を行った結果（温度プロファイルという）を示した図である。横軸は時間、縦軸は温度である。そして、図４における符号１９は、昇温工程中の第１の昇温時間、２０は第２の昇温時間、２１は第３の昇温時間、２２はプレス工程時間、２３は第１の冷却時間、２４は第２の冷却時間、２５は第３の冷却時間を示す。
【００１０】
符号２６は、金型移載治具の移動時間である。１９から２５までの各々の送り時間は、金型がヒータブロック上に移載されてから次の移載までの送り時間で、成形タイマで設定した時間である。１回の成形タイマと１回の移動時間は、１個の光学素子が製造装置から取り出される成形タクトに相当する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学素子形状の多様化に伴い、金型体積が大容量化する中で、より生産性の向上が望まれていた。
【００１２】
具体的には、成形装置内を金型が移載される際、金型冷却工程で圧力開放時間が長く、光学素子の冷却特性に影響を与えるため、品質がばらつき、光学素子素材の昇温時に温度下降が発生する、更に金型移載治具による移載速度を上げると、未変形状態の光学素子素材の封入位置が金型内の中央部からずれてしまう、といった問題がある。
【００１３】
本発明はこれらの問題点を解消して、金型の移載速度を速めることなく、光学素子の品質が安定し、生産性向上を図ることができる製造装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる光学素子の製造装置は、光学素子素材と、前記光学素子素材を封入し、一対のレンズ面形状を成し、光学素子を所望の形状に成形する金型と、前記金型の上下面に接触する発熱体が嵌合された複数の上ヒータブロックと複数の下ヒータブロックと、前記複数の上ヒータブロックと前記複数の下ヒータブロックの温度測定手段と、前記温度測定手段からの温度を制御可能な前記ヒータブロック数と同数の温度調整器と、前記金型の上下面から昇温する前記ヒータブロックで構成した複数の昇温工程と、前記金型が昇温後に加温しながら押圧する前記ヒータブロックと同じ構成のプレス工程と、前記金型を押圧後、徐冷する前記ヒータブロックと同じ構成の複数の冷却工程と、前記複数の昇圧工程と前記プレス工程と前記複数の冷却工程で前記金型を移載する複数の金型移載手段を有した金型移載治具を備え、前記金型を投入する投入部と取り出し部がある不活性ガスを封入した装置であって、前記金型は、前記複数の昇温工程中の第１の昇温工程において、前記金型の上下面から昇温されるよう、前記第１の昇温工程の下ヒータブロック上に載置後、上ヒータブロックが下降加圧後、前記金型を鉛直方向から挟持し、任意の設定時間到達後、前記上ヒータブロックが上昇し、前記金型移載治具によって１工程毎前記金型移載治具により昇温工程を移動しながら前記金型を押圧可能な温度まで達した後、前記金型は前記プレス工程に移載され、前記光学素子素材を任意の設定時間内に押圧することにより、光学素子に近似した形状まで変形させ、前記金型移載治具で前記複数の冷却工程中第１の冷却工程に移載され、残留応力が発生しにくい下降温度で徐冷された後、前記金型移載治具で前記冷却工程を移動しながら変形が終了する温度まで徐冷した後、取り出すことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項２にかかる光学素子の製造装置は請求項１に記載したものであり、前記光学素子の製造装置に配設された前記金型移載治具は、前記光学素子の製造装置内の複数の上ヒータブロックが金型上面に接触時には動作せず、任意の設定時間到達直前に前記複数個の金型側面に近接後、前記複数の上ヒータブロックが上昇開始直後に前記金型移載治具を用いて前記金型を移動し、前記金型が移動完了直後に前記複数の上ヒータブロックが下降することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３にかかる光学素子の製造装置は請求項１に記載したものであり、前記光学素子の製造装置に配置された前記金型移載治具は、昇温工程を移動する金型移載手段には発熱体を埋設し、前記金型を前記プレス工程から前記冷却工程を移動する金型移載治具には冷却体を埋設したことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる光学素子の製造装置は、上記従来の製造装置にあったいくつかの問題を解決するためのもので、まず金型移載時の圧力開放時間及び温度下降を抑えることが出来るため、光学素子の品質が安定するという作用効果を有する。
【００１８】
また、成形タイマ非動作時の上ヒータブロックが上昇している時間を短くすることによって、金型の移載速度を速めることなく成形タクトの短縮が図れ、生産性の向上が可能となるという作用効果を有する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１にかかる光学素子の製造装置の全体構成を示す概略図であり、図２は上ヒータブロック、金型移載治具、成形タイマの移載時間内の動作工程別タイムフロー、図３は光学素子素材を封入した金型構成図である。
【００２１】
そして、図１における符号１は光学素子の製造装置、２は金型、４は金型を移動する金型移載治具、１３ａは鉛直方向に稼動可能な上ヒータブロック、１３ｂは下ヒータブロックの一対のヒータブロックである。各ヒータブロックには、発熱体が複数個嵌合されており、更に図示しない熱電対が各ヒータブロック内に固定した状態で、その温度が成形装置制御盤１２内の図示しない温度調整器の設定温度と同じになるよう温度制御される。金型移載治具４の動作及び上ヒータブロック１３ａの動作は、成形装置制御盤１２によって制御される。また、上ヒータブロック１３ａは、製造装置上面とエア駆動シリンダと接続しているので鉛直方向に摺動すると共に、図示しない各々のシリンダは、任意の圧力に設定可能である。
【００２２】
なお、光学素子の製造装置内は、不活性ガス、例えば窒素などを本製造装置内に流入し、高温環境下において各要素部材の酸化を抑える効果を有する。
【００２３】
図２は、金型移載治具４の動作フローであって、成形タイマが停止中時の移載工程内訳を示している。金型移載治具４は、金型側面への迎え移動２７から原点位置復帰３２までの７つの工程別に動作する。図３における符号１４は金型内に封入された光学素子素材であって、１５は上型、１６は下型、１７は第一の胴型、１８は第二の胴型で金型を構成している。光学素子の製造装置は、図示しない金型の供給、取出し動作を自動供給取出しシステムで連続稼動する。
【００２４】
次に、本実施の形態にかかる光学素子の製造装置の動作を説明する。まず、図示しない自動供給取出しシステムは、図示しない光学素子素材パレットから光学素子素材１４を金型２内に１個ずつ投入し、且つ本製造装置で光学素子３３ａに成形終了後、金型２内から成形完了の光学素子３３ａを取出し、図示しない光学素子パレットに収めるという一連の動作を行う機構を有している。
【００２５】
図示しない自動供給取出しシステムで光学素子素材１４を投入した金型２を、光学素子の製造装置１の投入部に図示しないコンベアで搬送する。
【００２６】
光学素子の製造装置１の金型投入部に搬送された金型２は、光学素子の製造装置１の成形タイマ動作時間外毎に投入シリンダ３で開口した投入口４１から第１の昇温工程５の下ヒータブロック１３ｂへ投入される。金型２を投入完了後、投入シリンダ３も元の位置に戻った後、投入口４１を閉め、第１の昇温工程５の上ヒータブロックが金型２の鉛直下方向に衝撃が加わらない速度で下降し、上型１５に接触する位置で停止し、成形タイマが動作開始するというサイクルである。この際、上ヒータブロック１３ａは、昇温工程、プレス工程、冷却工程とも圧力設定は異なっても、シーケンスプログラムによって各々同じ摺動下降を繰り返す。
【００２７】
成形タイマの動作終了後、全ての上ヒータブロック１３ａは鉛直上方向に退避後、第１の昇温工程５上の金型２を第２の昇温工程５上へ移動するため、金型移載治具４が原点位置から金型２の側面へ迎え移動２７後、金型２を製造装置の取出し方向に横移動２８する。また、金型移載治具４と金型２の接触部分は、移載中の金型２の回転を抑えられるＶ字型形状を成しているため、数ｍｍ分だけ金型移載治具４を光学素子の製造装置１の金型投入方向に戻し２９動作後、迎え戻り３０でヒータブロック１３上から金型移載治具を退避し、横移動戻り３１動作で原点位置に復帰する。
【００２８】
間もなく各々の上ヒータブロック１３ａが鉛直下方向に下降し、成形タイマが作動し、成形開始となるのが一連の移載時間内の動作である。これらの動作を繰り返しながら、第３の昇温工程７までの間、金型２内の光学素子素材１４がプレス変形可能な温度まで上昇する。その後、成形タイマ動作時間内に変形完了となる温度と圧力でプレス工程８においてプレスされる。プレス工程８終了後、前記した金型移載治具４による移載動作を経て、同金型２は前記金型移載治具４で第１の冷却工程９に移載される。冷却時に注意すべきことは、光学素子３３ａの軟化点近傍の冷却条件、いわゆる冷却勾配によって収縮時に目的の形状が得られない場合がある。
【００２９】
そこで、光学素子３３ａの物性上、収縮が少なくなる温度領域まで徐冷させていく必要がある。特に、第１の冷却工程９から第２の冷却工程１０の間である。これらのことに注意しながら第３の冷却工程１１終了後、光学素子の製造装置１の取出し側についた第２のシャッター１８が開き、金型移載治具によって同装置１から取り出し、自動供給取出しシステムによって金型２から成形完了の光学素子３３ａを抜き取り終了となる。
【００３０】
ここで、本発明の実施の形態１における移載動作変更を実施した。まず、従来の移載時間内の動作工程タイムフローを図８に示す。図８の場合、移載時間は金型側面へ迎え移動７６、移載治具戻し７８、迎え戻り７９、横移動戻り８０、原点位置復帰８１も含めて上ヒータブロック１３ａが上昇したまま成形タイマも停止し、移載時間として約７秒必要となっていた。例えば、成形タイマ５３秒設定とした場合、移載時間８２は約７秒なので、光学素子の製造装置から出てくる合計の成形タクトは約６０秒となるのが現状であった。
【００３１】
そこで、図２に示すような金型横移動２８以外の動作を成形タクト内に入れるフローに変更することにより、移載時間３４を実測したところ、本動作時間は約５秒以下で完了することから、成形タクトは約５８秒と短縮可能なことが分かった。また、成形試験終了後、光学素子の外観、性能検査を実施したが、いずれも光学性能上従来の移載動作で成形した光学素子と外観は同じであって、性能面では更に転写性が高くなることから、成形タクトを短くしたにもかかわらず、従来以上の高品質な光学素子を得ることが可能である。
【００３２】
その他、図５に示す他形状の光学素子３３ｂ，３３ｃの成形についても、本実施の形態における光学素子の製造装置を使用すれば、高品質な光学素子を得ることが可能であることが判明した。したがって、本実施の形態にかかる光学素子の製造装置を使用することで、光学性能上、高品質な光学素子を得ることが可能であることが分かった。
【００３３】
（実施の形態２）
図６は実施の形態２にかかる光学素子の製造装置において、金型移載治具４とその他の部材を模式的に示した概略図である。なお、本実施の形態にかかる光学素子の製造装置の全体構成は、金型移載治具を除いて実施の形態１と同様、つまり、図１で示した通りであるから、ここでの光学素子の製造装置の説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態にかかる光学素子の製造装置が備える金型移載治具は、図６で示すように、第１の金型移載手段５１、第２の金型移載手段５２、第３の金型移載手段５３、第４の金型移載手段５４には、例えば温度制御用の熱電対が埋設された小型ヒータなどの発熱体が配設されている。
【００３５】
また、第５の金型移載手段５５、第６の金型移載手段５６、第７の金型移載手段５７には、例えば水冷管などのチラーシステムが埋設されている金型移載治具である。これらの金型移載手段形状は、金型側面に接触する部分だけ金型外径と同形状を成している。また、金型移載治具の図示しない空圧シリンダ等で稼動する部分は、断熱性の高い構成及び部材を用いているため、雰囲気温度と変わらない温度構造となっている。
【００３６】
ところで、本実施の形態にかかる光学素子の製造装置で、外直径が８ｍｍ、中心厚みが４ｍｍの光学素子素材を、外直径３０ｍｍ、高さ２０ｍｍの金型内に投入して成形を実施した。そして、第１の金型移載手段５１の発熱温度を４３０℃、第２の金型移載手段５２の発熱温度を４８０℃、第３の金型移載手段５３の発熱温度を５２０℃に設定した。設定した発熱温度は、事前に測定した金型内部の温度とほぼ同じになることが予め分かっている。また第４から第６の金型移載手段の温度は３０℃程度である。
【００３７】
かかる状態において、光学素子の製造装置において、ｎ増し成形を実施したところ、通常の金型移載治具に比べて成形時の不良率低下を図ることが可能となり、プレス工程における変形時間を数秒程度の短縮を図ることが可能となった。また、成形試験終了後、光学素子の外観、性能試験を実施したが、いずれも光学性能上問題のない高品質な光学素子を得ることが可能である。
【００３８】
その他にいくつかの他形状の光学素子の成形を実施したが、本実施の形態における光学素子の製造装置を使用すれば、高品質な光学素子を得ることが可能であることが判明した。したがって、本実施の形態にかかる光学素子の製造装置を使用すれば、外観、光学性能共、高品質な光学素子を得ることが可能であることが分かった。
【００３９】
なお、金型移載手段の形状としては、金型の外周側面部あるいは上下面部に接する面積は、大きいほど移載時間内での熱の授受は大きくなることは言うまでもなく、また、実施の形態１で示した移載時間の短縮を含めた場合、成形タクトを更に短縮することが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる光学素子の製造装置によれば、金型移載時の圧力開放時間及び温度下降を抑えることが出来、また成形タイマ非動作時の上ヒータブロックが上昇している時間を短くすることによって成形タクトの短縮が図れることにより生産性向上が可能となり、光学素子の品質が安定し、更に生産性向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１と実施の形態２を示す概要図
【図２】本発明の移載時間内の動作工程を示すタイムフロー図
【図３】本発明の金型内を示す金型断面図
【図４】従来例を示す金型の温度変化図
【図５】光学素子の種類を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態２を示す概要図
【図７】従来例を示す概要図
【図８】従来例を示す移載時間内の動作工程を示すタイムフロー図
【符号の説明】
１　光学素子の製造装置
２　金型
４　金型移載治具
５　第１の昇温工程
８　プレス工程
１２　成形装置制御盤
１３ａ　上ヒータブロック
１３ｂ　下ヒータブロック
１４　光学素子素材
１５　上型
１６　下型
２６　移載時間
３３ａ　両凸形状の光学素子
３３ｂ　両凹形状の光学素子
３３ｃ　メニスカス形状の光学素子
８２　従来の移載時間
【図１】
2004002074.tif 000003
【図２】
2004002074.tif 000004
【図３】
2004002074.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004002074.tif 000007
【図６】
2004002074.tif 000008
【図７】
2004002074.tif 000009
【図８】
2004002074.tif 000010