(57)【要約】【課題】一度に複数個の光学素子の成形を行うとともに、成形される光学素子のバラツキを最小限に抑えた光学素子成形装置を提案する。【解決手段】一対の転写面３１，６１を有する上型６０と下型３０とが、８個づつ等間隔で円環状に配置される。前記一対の転写面が同一軸上で対向する位置に形成された複数の下型装着孔とその中心位置に形成された第１ヒータ装着孔とが形成された胴型と、前記第１ヒータ装着孔に挿入された第１ヒータと、前記胴型の外周を取り囲むように設けられる第２ヒータとを備え、前記胴型の中心側と外周側の両方から上型６０と下型３０とを加熱することで、均一な加熱を行う。更に、８組の中の少なくとも１組の上型６０及び下型３０の温度を測定するとともに、隣合う２つの下型の中間位置に温度センサを挿入して場所によるバラツキがないことを確認した後に成形を行う。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内で、上下一対の転写面が同一軸上で対向するように配置された複数対の上型と下型の間に光学素材が装填され、装填された前記光学素材を加熱及び加圧して光学素子を形成する光学素子成形装置であって、
前記複数の上型を等間隔で円環状に支持するとともにその中心位置に第１ヒータ挿入孔が形成された上型支持板と、
前記複数の下型が等間隔で円環状に支持するとともにその中心位置に第１ヒータ装着孔が形成された円筒外形を有する胴型と、
前記第１ヒータ装着孔に装着される第１ヒータと、
前記胴型の外周を取り囲むように設けられる第２ヒータと、
を備えたことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項２】
前記光学素材として熱硬化性樹脂を用いることを特徴とする請求項１記載の光学素子成形装置。
【請求項３】
前記上型支持板は、前記チャンバに固定された加圧装置の加圧軸の先端に取り付けられて上下に駆動されることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子成形装置。
【請求項４】
前記第１ヒータは、前記複数の上型及び下型と胴型とを前記胴型の中心側から加熱するカートリッジヒータであることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光学素子成形装置。
【請求項５】
前記第２ヒータは、前記複数の上型及び下型と胴型とを前記胴型の外周側から輻射熱と赤外線とによって加熱する電熱コイルであることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の光学素子成形装置。
【請求項６】
前記第２ヒータは、前記複数の上型及び下型と胴型とを前記胴型の外周側から加熱する高周波誘導加熱装置であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の光学素子成形装置。
【請求項７】
少なくとも１組の前記上型及び下型に埋め込まれた第１温度センサと、
複数の前記下型のそれぞれに対して前記胴型の回転対称位置に埋め込まれた複数の第２温度センサと、
前記第１及び第２温度センサの計測結果に基づいて、複数の前記上型及び下型の転写面の温度が同一になるように、前記第１及び第２ヒータを制御する温度制御装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の光学素子成形装置。
【請求項８】
複数の前記第２温度センサは、隣合う前記下型の中間位置にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項７記載の光学素子成形装置。
【請求項９】
複数の前記第２温度センサは、前記下型の数の半数を有し、隣合う前記下型の中間位置に１つ置きに配置されたことを特徴とする請求項７記載の光学素子成形装置。
【請求項１０】
複数の前記第２温度センサは、前記下型に対してそれぞれ前記胴型の中心側に配置されたことを特徴とする請求項７記載の光学素子成形装置。
【請求項１１】
複数の前記第２温度センサは、前記下型に対してそれぞれ前記胴型の外周側に配置されたことを特徴とする請求項７記載の光学素子成形装置。
【請求項１２】
前記第１ヒータは、上型加熱用と下型加熱用とからなり、
前記上型加熱用第１ヒータは前記第１ヒータ挿入孔に装着されて前記複数の上型及び上型支持板を加熱し、
前記下型加熱用第１ヒータは第１ヒータ装着孔に装着されて前記複数の下型及び胴型を加熱することを特徴とする請求項３〜１１いずれか記載の光学素子成形装置。
【請求項１３】
前記第２ヒータは、上型加熱用と下型加熱用とからなり、
前記上型加熱用第２ヒータは前記複数の上型及び上型支持板を加熱し、
前記下型加熱用第２ヒータは前記複数の下型及び胴型を加熱することを特徴とする請求項３〜１２いずれか記載の光学素子成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に形成された一対の光学面形状を光学素材に転写して光学素子を成形する光学素子成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズ等の光学素子を成形する場合、ガラス等の光学素材を変形可能な温度にまで加熱した後に一対の金型で加圧し、金型の転写面に形成された光学面形状を光学素材に転写して光学素子が成形される。成形された光学素子は、取り出し可能な温度にまで冷却されてから金型が開かれて取り出される。これによって成形された光学素子は、成形後に研削・研磨工程を必要としない等の特徴がある。
【０００３】
成形用の金型は不活性ガスで充満されたチャンバ内に置かれ、下型への光学素材の載置、光学素材及び金型の加熱、プレス機による成形、冷却、光学素子の取り出しの５つの工程が順次に繰り返される。また、各工程をそれぞれ分割して担う複数のステージが設けられ、流れ作業によって光学素子を連続的に成形する方法や装置が提案されている。
【０００４】
下記特許文献１には、移動するベルトの上に載置された複数の下型が、加熱、成形、冷却、取出の各工程に順次送られて、光学素材から光学素子を成形する装置が記載されている。この装置はプレスを行う成形ステージにのみに上型がセットされている。また、下記特許文献２には、複数対のコアを１つの胴型でガイドして、一度に複数個の光学素子を成形する成形装置が記載されている。
【０００５】
一方、携帯電話等の携帯端末機器の普及により超小型レンズユニットの需要が高まっている。超小型レンズユニットはＣＣＤ等の撮像素子とともに回路基板にリフロー半田付けされることがあり、従来のレンズより高い温度の耐熱性が要求される。この要求を満たすために熱硬化性樹脂で形成されたレンズを用いることが検討されている。熱硬化性樹脂は、ある温度を境にして急速に硬化するので成形時の温度管理が非常に厳しく、特に、場所によって温度ムラがあると硬化状態が異なるので、脈裏やウエルドの発生が懸念される。更に、レンズの成形そのものが出来ない場合も考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０７９７６１号公報
【特許文献２】特開平０６−３４５４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の成形装置は、複数個の下型を必要とするので、下型のバラツキの影響を受ける。また、成形時間は一番時間のかかる工程、例えば、加熱工程あるいは成形工程が律速となる。特許文献２に記載の成形装置は、一度に多くの光学素子を成形することができるが、複数のコアや光学素材の温度を均一にして成形することが難しく、そのため、成形された光学素子にバラツキが生じることになる。特に、光学素材に熱硬化性樹脂を用いた場合は、金型の温度にムラがあると硬化速度にバラツキが生じ、光学性能に著しい低下をきたすことがある。
【０００８】
以上のことから本発明は、一度に複数個の光学素子の成形を行うとともに、成形される光学素子のバラツキを最小限に抑え、例え、レンズ素材が熱硬化性樹脂であっても問題なく成形することができる光学素子成形装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による光学素子成形装置は、チャンバ内で、上下一対の転写面が同一軸上で対向するように配置された複数対の上型と下型の間に光学素材が装填され、装填された前記光学素材を加熱及び加圧して光学素子を形成する光学素子成形装置であって、前記複数の上型を等間隔で円環状に支持するとともにその中心位置に第１ヒータ挿入孔が形成された上型支持板と、前記複数の下型が等間隔で円環状に支持するとともにその中心位置に第１ヒータ装着孔が形成された円筒外形を有する胴型と、前記第１ヒータ装着孔に装着される第１ヒータと、前記胴型の外周を取り囲むように設けられる第２ヒータと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記上型支持板は、前記チャンバに固定された加圧装置の加圧軸の先端に取り付けられて上下に駆動されるようにすると良い。
【００１１】
前記第１ヒータとして、前記複数の上型及び下型と胴型とを前記胴型の中心側から加熱するカートリッジヒータを用いるようにすると良い。前記第２ヒータとして、前記複数の上型及び下型と胴型とを前記胴型の外周側から輻射熱と赤外線とによって加熱する電熱コイルあるいは高周波誘導加熱装置を用いるようにすると良い。
【００１２】
少なくとも１組の前記上型及び下型に埋め込まれた第１温度センサと、複数の前記下型のそれぞれに対して前記胴型の回転対称位置に埋め込まれた複数の第２温度センサと、前記第１及び第２温度センサの計測結果に基づいて複数の前記上型及び下型の転写面の温度が同一になるように、前記第１及び第２ヒータを制御する温度制御装置と、を備えるようにすると良い。
【００１３】
複数の前記第２温度センサは、隣合う前記下型の中間位置にそれぞれ配置されるようにすると良い。複数の前記第２温度センサは、前記下型の数の半数を有し、隣合う前記下型の中間位置に１つ置きに配置されるようにすると良い。複数の前記第２温度センサは、前記下型に対してそれぞれ前記胴型の中心側に配置されるようにすると良い。複数の前記第２温度センサは、前記下型に対してそれぞれ前記胴型の外周側に配置されるようにすると良い。
【００１４】
前記第１ヒータとして上型加熱用と下型加熱用の２つを設け、上型加熱用は前記第１ヒータ挿入孔に装着されて前記複数の上型及び上型支持板を加熱し、下型加熱用は第１ヒータ装着孔に装着されて前記複数の下型及び胴型を加熱するようにすると良い。前記第２ヒータとして上型加熱用と下型加熱用の２つを設け、上型加熱用は前記複数の上型及び上型支持板を加熱し、前記下型加熱用は前記複数の下型及び胴型を加熱するようにすると良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による光学素子成形装置によれば、一度に複数個の光学素子を成形するとともに、成形時の各コアの温度を均一にすることで、バラツキが殆どない光学素子を成形することができ、品質アップと生産性向上とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による光学素子成形装置の斜視外観図である。
【図２】チャンバの外壁の一部を外した状態の図である。
【図３】下型ユニットの分解図である。
【図４】下型の平面図である。
【図５】下型ユニットの組立を説明する図である。
【図６】上型ユニットの分解図である。
【図７】上型ユニットの組立を説明する図である。
【図８】上型ユニット及び下型ユニットの断面図である。
【図９】別の下型の平面図である。
【図１０】別の下型の平面図である。
【図１１】別の下型の平面図である。
【図１２】別の下型の平面図である。
【図１３】別の実施形態の上型ユニットの組立を説明する図である。
【図１４】別の実施形態の下型ユニットの組立を説明する図である。
【図１５】別の実施形態の上型ユニット及び下型ユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示されるように、光学素子成形装置１０は、内部が不活性ガスで充満されたチャンバ１１の内部で、加熱された光学素材１２（図７参照）をチャンバ１１の上部に設けられた加圧装置１３によって加圧して光学素子（図示せず）を形成する。チャンバ１１の外壁の１つには光学素材１２をチャンバ１１内へ挿入し、成形された光学素子をチャンバ１１内から搬出する作業ロボットのアーム部（図示せず）が出入りする開口１５が設けられ、開口１５の上方には開口１５を開閉するシャッタ装置１６が取り付けられている。開口１５はアーム部が出入りするとき以外はシャッタ板１７によって閉じられ、チャンバ１１の内部に外から酸素が入り込まないようにされている。
【００１８】
図２に示されるように、下型ユニット２０が取り付けられた固定板２１がネジ２２によってチャンバ１１の下部に固定されている。加圧装置１３は、チャンバ１１内部に配置された可圧軸１８の先端に接続部材１９を備え、接続部材１９と可圧軸１８の間にはゴムブロック等の弾性ジョイント部材が介在して加圧時に接続部材１９に加わる不要な圧力を逃がしている。
【００１９】
上型ユニット２４は、ネジ２６によって接続部材１９に固定された可動板２５に取り付けられる。可動板２５の四隅にはガイドブッシュ２７が埋設される。ガイドブッシュ２７には、固定板２１の四隅に立設されたガイド軸２８が挿通され、ガイドブッシュ２７がガイド軸２８に沿って摺動して可動板２５が上下に移動自在に支持されている。
【００２０】
図３，８に示されるように、下型ユニット２０は、光学素材１２に光学面形状を転写する転写面３１を有する８個の下型３０と、８個の下型３０が挿入される８個の段付き孔（下型装着孔）３２が等間隔で円環状に形成された胴型３３と、胴型３３がネジ３４によって固定される取付板３５とから構成される。８個の下型３０の１つである下型３０Ａには第１温度センサ４０が挿入されるセンサ挿入穴４１が形成されている。
【００２１】
胴型３３は、隣合う段付き孔３２の中間に形成された８個のセンサ挿入穴３６（図４参照）と、その中心位置に形成されたヒータ装着孔（第１ヒータ装着孔）３７と、ネジ３４が螺合するネジ孔３８とを有する。取付板３５は、センサ挿入穴４１と対応する位置に形成され第１温度センサ４０が埋設されるセンサ取付孔４２と、８個のセンサ挿入穴３６と対応する位置に形成され第２温度センサ４４が埋設される８個のセンサ取付孔４５と、その中心位置に形成されたヒータ装着孔（第１ヒータ装着孔）４６と、ネジ３４が挿通される４つのネジ挿通孔４７と、４つのネジ孔４８とを有する。
【００２２】
図５に示されるように、下型ユニット２０は、カートリッジヒータ（第１ヒータ）５０がヒータ装着孔３７と４６に跨って装着（図８参照）された後、取付プレート５１に形成された取付孔５２に挿通されネジ孔４８と螺合するネジ５３によって取付プレート５１に固定される。取付プレート５１は、固定板２１に形成された取付孔５４に挿通されたネジ５５がネジ孔５６と螺合して、断熱プレート５７と冷却プレート５８とともに固定板２１に固定される。なお、チャンバ１１の内部には冷却装置（図示せず）が備えられ、冷却媒体が冷却プレート５８に冷水などの冷却媒体を供給する。
【００２３】
また、取付プレート５１、断熱プレート５７及び冷却プレート５８には中央に孔５９が形成され、下型ユニット２０から引き出された第１温度センサ４０と第２温度センサ４４のリード線及びカートリッジヒータ５０のリード線（図示せず）が挿通され、それぞれのリード線は電源装置（図示せず）に接続されている。固定板２１に下型ユニット２０や取付プレート５１などが固定された後に、コイル（高周波誘導加熱装置）８０が胴型３３を取り囲むように設けられ固定される。なお、コイル８０は、胴型３３の外周側から輻射熱と赤外線とによって胴型３３を加熱し、加熱された胴型３３の熱により上型６０と下型３０とを加熱する電熱コイルであっても良い。
【００２４】
図６，８に示されるように、上型ユニット２４は、光学素材１２に光学面形状を転写する転写面６１を有する８個の上型６０と、８個の上型６０が挿入される８個の段付き孔（下型装着孔）６２が等間隔で円環状に形成された上型支持板６３と、上型支持板６３がネジ６４によって固定される取付板６５とから構成される。８個の上型６０の１つである上型６０Ａには第１温度センサ７０が挿入されるセンサ挿入穴７１が形成されている。
【００２５】
上型支持板６３は、中心位置に形成されたヒータ挿入孔（第１ヒータ挿入孔）６７と、ネジ６４が螺合するネジ孔６８とを有する。取付板６５は、センサ挿入穴７１と対応する位置に形成され第１温度センサ７０が埋設されるセンサ取付孔７２と、中心位置に形成されたヒータ挿入孔（第１ヒータ挿入孔）７６と、ネジ６４が挿通される４つのネジ挿通孔７７と、４つのネジ孔７８とを有する。
【００２６】
図７に示されるように、上型ユニット２４は、下型ユニット２０と同じように、取付プレート５１に固定された後に、断熱プレート５７及び冷却プレート５８とともに可動板２５に固定される。可動板２５には、ネジ５５が挿通される取付孔８２とネジ２６（図２参照）が螺合するネジ孔８３が形成される。取付プレート５１、断熱プレート５７及び冷却プレート５８の中央に形成された孔５９には、上型ユニット２４から引き出された第１温度センサ７０のリード線（図示せず）が挿通される。
【００２７】
なお、図９に示されるように、センサ挿入穴３６の数を下型３０の半数とし、隣合う下型の中間位置の１つ置きに配置されるようにしても良い。また、図１０に示されるように、センサ挿入穴３６を下型３０のそれぞれに対応して設け、下型３０が挿入される段付穴３２に対してそれぞれ胴型３３の中心側に配置しても良い。図１１に示されるように、段付穴３２の外周側に配置しても良い。また、センサ挿入穴３６は、下型３０のそれぞれに対して胴型３３における回転対称位置に配置されていれば良く、図１２に示されるような任意の位置に配置されるようにしても良い。なお、センサ挿入穴３６の位置に合わせてセンサ取付穴４５の位置を決めるようにすること。
【００２８】
次に、本発明による作用について説明する。図１に示されるように、光学素子成形装置１０は、温度制御装置９０がチャンバ１１の上に固定されている。第１温度センサ４０，７０及び第２温度センサ４４は、測定した温度の値を温度制御装置９０に伝達する。温度制御装置９０は、第１温度センサ４０，７０及び第２温度センサ４４からの温度情報に基づいて、８個の上型６０の全ての転写面６１の温度が同一になるように、また、８個の下型３０の全ての転写面３１の温度が同一になるように、カートリッジヒータ５０及びコイル８０に通電する電流の強さをコントロールする。
【００２９】
これによって、上下一対の転写面３１と６１の間で加圧され成形される光学素子は、品質上のバラツキが殆どなく、また、複数個を一度に成形できることから生産性も向上される。なお、光学素材１２の材料として、ウレタン系のメタクリレートなど熱硬化性樹脂を用いた場合、金型の温度管理は、特に厳しくしなければならず、本発明による光学素子成形装置１０を用いることで、より簡単に品質の良い光学素子を成形することができる。
【００３０】
次に、別の実施形態について説明する。図１１〜１３に示されるように、金型の加熱装置として、上型加熱用カートリッジヒータ（上型加熱用第１ヒータ）１０１と下型加熱用カートリッジヒータ（下型加熱用第１ヒータ）１０２、及び上型加熱用コイル１０３と下型加熱用コイル１０４とを備える。
【００３１】
上型加熱用カートリッジヒータ１０１はヒータ挿入孔６７と７６に跨って装着され、８個の上型６０と上型支持板６３を上型支持板６３の中心側から加熱する。下型加熱用カートリッジヒータ１０２はヒータ装着孔３７と４６に跨って装着され、８個の下型３０と胴型３３を中心側から加熱する。下型加熱用コイル（下型加熱用第２ヒータ）１０４は８個の下型３０と胴型３３を外周側から加熱する。上型加熱用コイル（上型加熱用第２ヒータ）１０３は８個の上型６０と上型支持板６３を上型支持板６３の外周側から加熱する。
【００３２】
このように、下型ユニットの他に上型ユニットにも加熱用ヒータ及びコイルを備えることで、より細かい温度管理を行うことができ、より品質の良い光学素子の成形をすることが可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  レンズ成系装置
１１  チャンバ
１２  光学素材
１３  加圧装置
１８  可圧軸
１９  接続部材
２０  下型ユニット
２１  固定板
２４  上型ユニット
２５  可動板
２７  ガイドブッシュ
２８  ガイド軸
３０  下型
３１，６１  転写面
３２  段付き孔（下型装着孔）
３３  胴型
３５  取付板
３６，４１  センサ挿入穴
３７，４６  ヒータ装着孔（第１ヒータ装着孔）
４０  第１温度センサ
４２，４５  センサ取付孔
４４  第２温度センサ
５０  カートリッジヒータ（第１ヒータ）
６０  上型
６２  段付き孔（下型装着孔）
６３  上型支持板
６５  取付板
６７，７６  ヒータ挿入孔（第１ヒータ挿入孔）
７０  第１温度センサ
７１  センサ挿入穴
７２  センサ取付孔
８０  コイル（高周波誘導加熱装置）
９０  温度制御装置
１０１  上型加熱用カートリッジヒータ（上型加熱用第１ヒータ）
１０２  下型加熱用カートリッジヒータ（下型加熱用第１ヒータ）
１０３  上型加熱用コイル
１０４  下型加熱用コイル
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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