(57)【要約】【課題】使用する下型の数を２つにしてバラツキによる影響を最小限に抑え、且つ、成形時間を短縮した光学素子成形装置を提案する。【解決手段】レンズ成形装置は、２つの下型３４，３５に装填された光学素材１３を１つの上型で交互に加圧してレンズを成形する。２つの下型３４，３５は移動ステージ３６に形成された載置孔３８に嵌合して位置決めされ支持される。下型３４，３５にはフランジ部３９が形成され、これが載置孔３８の縁に当接する。移動ステージ３６には加熱位置Ａとプレス位置Ｂとが設定され、加熱位置Ａでは光学素材１３を加熱し、プレス位置Ｂでは光学素材１３を加圧してレンズ１４を形成する。移動ステージ３６は、加熱位置Ａとプレス位置Ｂの中間が回転装置の回転軸４５に固定され、回転軸４５を中心にして１８０°回転で往復運動して、下型３４と３５を加熱位置Ａとプレス位置Ｂの間で交互に移動させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の転写面の間に装填された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、
前記一対の転写面の一方を有する１つの上型と、
前記一対の転写面の他方を有する２つの下型と、
前記光学素材を加熱する加熱位置と、加熱された前記光学素材を加圧するプレス位置とが設けられ、前記加熱位置とプレス位置のそれぞれに載置された前記２つの下型を、前記加熱位置とプレス位置の中間に配置された回転軸を中心にして１８０°回転で往復運動させ、前記加熱位置とプレス位置の間で交互に移動させる移動ステージと、
前記プレス位置の上方に配置されるとともに前記上型が固定され、垂直下降して前記光学素材を加圧する加圧装置と、
を備えたことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項２】
前記加圧装置は、前記上型を加熱する第１の加熱装置を有す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】
前記移動ステージは、前記２つの下型をそれぞれ加熱する第２の加熱装置を有す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２の加熱装置は、前記加熱位置で前記下型を加熱するとともに、前記下型が前記加熱位置から前記プレス位置へ移動する間も加熱し続けることを特徴とする請求項３記載の光学素子成形装置。
【請求項５】
前記第２の加熱装置は、前記移動ステージに固定された誘導加熱装置であって、大電流リード線によって外部電源に接続されていることを特徴とする請求項３又は４記載の光学素子成形装置。
【請求項６】
前記下型の成形空間を覆う蓋部材を有するとともに成形温度より高い温度に加熱された不活性ガスを前記蓋部材の略中心位置から噴射させるガス噴射装置が前記加熱位置の上方に設けられ、前記光学素材が装填された前記下型の上部を前記蓋部材で覆った後に、前記光学素材に前記高温加熱された不活性ガスを噴き付けて前記光学素材を加熱することを特徴とする請求項１〜５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、成形の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て、流れ作業により光学素子を連続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、光学素材が成形され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、加熱、成形、冷却、取出／載置の４ステージを回転させて順次、成形していく成形装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０７９７６１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６９０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に記載の成形装置は、少なくとも４つ以上の下型を必要とする。下型の数が多いほど、下型のバラツキの影響も大きくなる。また、載置、加熱、成形、冷却、取出の各工程に係る時間は同じではなく、一番長い時間の工程が律速となり、作業工程を４又は５に増やした程には成形時間が短くならない。特許文献２には、加熱、成形、冷却の３つの工程時間を同じとした成形サイクルが説明されているが、取出温度を高温にすれば冷却時間は短くなるので、時間が長くかかるのは加熱と成形の２工程である。
【０００７】
以上のことから本発明は、使用する下型の数を２つにしてバラツキによる影響を最小限に抑え、且つ、成形時間を短縮した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】
【０００８】
本発明による光学素子成形装置は、一対の転写面の間に装填された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、前記一対の転写面の一方を有する１つの上型と、前記一対の転写面の他方を有する２つの下型と、前記光学素材を加熱する加熱位置と、加熱された前記光学素材を加圧するプレス位置とが設けられ、前記加熱位置とプレス位置のそれぞれに載置された前記２つの下型を、前記加熱位置とプレス位置の中間に配置された回転軸を中心にして１８０°回転で往復運動させて前記加熱位置とプレス位置の間で交互に移動させる移動ステージと、前記プレス位置の上方に配置されるとともに前記上型が固定され、垂直下降して前記光学素材を加圧する加圧装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記加圧装置は前記上型を加熱する第１の加熱装置を有し、前記移動ステージは前記２つの下型をそれぞれ加熱する第２の加熱装置を有するようにすると良い。前記第２の加熱装置は、前記加熱位置で前記下型を加熱するとともに前記下型が前記加熱位置から前記プレス位置へ移動する間も前記下型を加熱し続けるようにすると良い。前記第２の加熱装置は、前記移動ステージに固定された誘導加熱装置であって、大電流リード線によって外部電源に接続されるようにすると良い。
【００１０】
前記下型は、前記加熱位置において、成形された前記光学素子とともに取出温度にまで冷却された後に前記光学素子が取り出され、その後、新な光学素材が装填された後に加熱されるようにすると良い。前記下型の成形空間を覆う蓋部材を有するとともに成形温度より高い温度に加熱された不活性ガスを前記蓋部材の略中心位置から噴射させるガス噴射装置が前記加熱位置の上方に設けられ、前記光学素材が装填された前記下型の上部を前記蓋部材で覆った後に、前記光学素材に前記高温加熱された不活性ガスを噴き付けて前記光学素材を加熱するようにすると良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による光学素子成形装置は、２つの下型を交互に用いることで、下型のバラツキによる影響が少なく、成形時間も４〜５工程の場合と比べて同等以上に短いため、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】
【００１２】
【図１】本発明によるレンズ（光学素子）成形装置を含むレンズ製造システムの構成を示す図である。
【図２】レンズ成形装置の構成を説明する断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】レンズ成形装置の加熱コイルを説明する側面図である。
【図５】成形工程のタイムチャートを示す図である。
【図６】装填・取出し工程を説明する図である。
【図７】加熱・プレス（成形）工程を説明する図である。
【図８】移動ステージの回転準備工程を説明する図である。
【図９】図８を上から見た図である。
【図１０】移動ステージが１８０°回転移動したときの図である。
【図１１】移動ステージ回転後の装填・取出しを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示されるように、レンズ製造システム１０は、レンズ成形装置３０が収容されたチャンバ１２と、光学素材１３（図２参照）及び成形されたレンズ（光学素子）１４（図１１参照）が収容される集積棚１５と、チャンバ１２と集積棚１５の間に設置された仮置台１６と、光学素材１３及びレンズ１４を搬送する作業ロボット１７とによって構成される。仮置台１６には成形前の光学素材１３が置かれる予熱台１８と成形されたレンズ１４が置かれる除熱台１９が設けられている。
【００１４】
作業ロボット１７は、チャンバ１２に対して、前後、上下及び左右に移動可能に設けられたアーム部２１を備え、アーム部２１の先端に光学素材１３あるいはレンズ１４を吸着して移動させる吸着口２２が設けられている。集積棚１５は、複数枚の棚を備え、上段の棚には成形前の光学素材１３が、下段の棚には成形されたレンズ１４が載置される。作業ロボット１７は、チャンバ１２内でレンズ１４の成形が行われている時間内に、除熱台１９に置かれたレンズ１４を集積棚１５の棚に移動し、集積棚１５の棚から光学素材を１つ吸着して予熱台１８に載置する。
【００１５】
チャンバ１２は、外壁面にアーム部２１が出入りする開口２４が設けられ、前記外壁面に取り付けられたシャッタ装置２５のシャッタ板２６によってアーム部２１が出入りするとき以外は閉じられている。チャンバ１２の内部は、シャッタ板２６が閉じられると不活性ガス、例えば窒素、アルゴン等で充満され、金型等の酸化防止が図られている（図６，７参照）。
【００１６】
図２，３に示されるように、レンズ成形装置３０は、転写面３１を有する１つの上型３３と、転写面３２をそれぞれ有する２つの下型３４，３５と、下型３４，３５が載置される移動ステージ３６と、上型３３が固定された加圧装置３７とを備える。移動ステージ３６には下型３４，３５が載置される位置に載置孔３８が形成され、下型３４，３５が嵌合される。下型３４，３５にはフランジ部３９が形成され、これが載置孔３８の縁に当接して支持される。下型３４，３５には、胴型４０とスペーサ４１がそれぞれ嵌合される。
【００１７】
転写面３１，３２は一対をなし、下型３４，３５の一方が上型３３の真下に配置されたときに転写面３１と３２とが同一軸上で対向するように位置決めされ、転写面３１と３２の間に装填された光学素材１３に光学面形状を転写してレンズ１４を形成する。
【００１８】
移動ステージ３６には、下型３４，３５及び下型３４，３５に装填された光学素材１３を加熱して光学素材１３をガラス転移温度以上に昇温させる加熱位置Ａと、ガラス転移温度以上に昇温された光学素材１３を加圧してレンズ１４を形成した後、冷却してガラス転移温度以下にするプレス位置Ｂとが設定される。移動ステージ３６は、図中、左側の加熱位置Ａと右側のプレス位置Ｂの中間が回転装置４４の回転軸４５に固定され、回転軸４５を中心にして１８０°回転で往復運動して、下型３４と３５を加熱位置Ａとプレス位置Ｂの間で交互に移動させる。
【００１９】
下型３４（３５）は、加熱位置Ａでは、フランジ部３９が移動ステージ３６に当接して支持されているが、プレス位置Ｂでは、移動ステージ３６の下方に固定された受台４６に下型３５（３４）の底部が乗り上げ、フランジ部３９が移動ステージ３６より浮いた状態になる。これにより、成形時に下型３５（３４）に加わる圧力は受台４６にかかり、移動ステージ３６には加わらない。
【００２０】
図４に示されるように、加圧装置３７の加圧軸５０の先端には上型３３が固定され、上型３３を囲むように加熱コイル（誘導加熱装置、第１の加熱装置）５１が設けられて加圧軸５０の上下動によって上型３３と加熱コイル５１とが一緒に上下に移動する。移動ステージ３６には、下型３４，３５をそれぞれ囲むように加熱コイル（誘導加熱装置、第２の加熱装置）５２，５３が設けられ、移動ステージ３６の回転によって下型３４，３５とともに移動する。加熱コイル５１〜５３は、可撓性を有する大電流リード線５５によってチャンバ１２の内側に固定された接続板６５に接続され、チャンバ１２の外側に固定された接続板６６を通って外部の電源装置５６に接続されている。
【００２１】
加熱位置Ａの上方には、ガス噴射装置６０が設けられ、加圧軸５０に連設されて、加圧軸５０の下降とともに下がり、先端に設けられた蓋６１が下型３４（３５）の上部を覆って下型３４（３５）の成形空間５８（図３参照）を密封する。ガス噴射装置６０は、ヒーター６２によって不活性ガスを成形温度より高い温度に昇温し、高温の不活性ガスを蓋６１の中心に設けられた噴射口６３から噴射させる。密閉された成形空間５８に装填された光学素材１３は、これによって短時間で成形温度まで上昇する。
【００２２】
次に、図５に示されるタイムチャートに沿ってレンズ成形装置３０の成形工程を説明する中で、本発明による作用について説明する。図６に示されるように、下型３４の成形が終了して下型３４が加熱位置に移動されると、シャッタ板２６が移動してチャンバ１２の開口２４が開かれる。作業ロボット１７はアーム部２１を開口２４からチャンバ１２内へ挿入して、成形されたレンズ１４を下型３４から取り出し、除熱台１９に載置する。続いて、予熱台１８に載置された光学素材１３を吸着口２２で吸着して下型３４の転写面３２上に載せる。その後、シャッタ板２６が移動して開口２４が閉じられる。
【００２３】
加熱位置で下型３４に対するレンズ１４の取出しと光学素材１３の装填が行われているとき、プレス位置の上方にある上型３３が加熱コイル５１によって成形温度にまで加熱される。
【００２４】
図７に示されるように、プレス位置では、加圧装置３７が作動して上型３３が下降し型閉じされ、光学素材１３は上型３３と下型３５の間で所定時間、加圧されてレンズ１４が成形される。その後、加熱コイル５１，５３は通電が切られ、レンズ１４がガラス転移温度以下になるまで、図示しない冷却装置によって上型３３及び下型３５が冷却される。
【００２５】
一方、加熱位置では、加圧装置３７の作動によってガス噴射装置６０が下降し、蓋６１が下型３４に嵌合するスペーサ４１の上部を覆う。蓋６１に設けられた噴射口６３からヒーター６２によって成形温度より高い温度に昇温された不活性ガスが噴射され、密閉された成形空間５８に装填された光学素材１３が成形温度まで昇温される。
【００２６】
図８に示されるように、プレス位置では、レンズ１４がガラス転移温度より低い温度まで冷却されると、加圧装置３７によって上型３３が上昇され、型開きが行われる。このとき、移動ステージ３６は、プレス位置にある下型３５が受台４６から僅かに浮き上がる程度に上昇される。上型３３の上昇と同時に、加熱位置では、ガス噴射装置６０が上昇して蓋６１が上方に退避される。加熱コイル５２の通電は継続される。
【００２７】
図９に示されるように、移動ステージ３６は、図中左側の加熱位置に下型３４及び加熱コイル５２が、図中右側のプレス位置に下型３５及び加熱コイル５３が配置されており、加熱コイル５２，５３に接続された４本の大電流リード線５５が、チャンバ１２の内側に固定された接続板６５に接続されている。移動ステージ３６は、矢印６８で示される反時計回りの方向に１８０°回転して、図１０に示されるように、図中左側の加熱位置に下型３５及び加熱コイル５３が、図中右側のプレス位置に下型３４及び加熱コイル５２が位置決めされる。
【００２８】
移動ステージ３６の回転移動するとき、プレス位置から加熱位置に移動する加熱コイル５３の通電は下型３５の温度が取り出し温度を保つように継続されており、加熱位置からプレス位置に移動する加熱コイル５２の通電は下型３４の温度が成形温度を保つように継続されている。
【００２９】
図１１に示されるように、下型３４及び加熱コイル５２と下型３５及び加熱コイル５３は、その位置が入れ替わると、チャンバ１２の開口２４が開かれ、作業ロボット１７のアーム部２１によって、成形されたレンズ１４が下型３５から取出されて除熱台１９に載置され、予熱台１８に載置された光学素材１３が下型３５に装填される。その後、開口２４が閉じられ、続いて上型３５は加熱コイル５３によって加熱され再び成形温度にまで加熱される。またこのとき、上型３３は加熱コイル５１によって加熱され再び成形温度にまで昇温される。
【００３０】
加熱位置では、新に光学素材１３が装填された下型３５の上部にガス噴射装置６０が下降して、蓋６１が下型３５に嵌合するスペーサ４１の上部を覆い、高温の不活性ガスが噴射され、光学素材１３は成形温度まで昇温される。一方プレス位置に移動した下型３４は、上型３３が下降されて型閉じされ、レンズ１４が成形される。その後、加熱コイル５１は通電が切られ、レンズ１４がガラス転移温度以下になるまで、図示しない冷却装置によって上型３３及び下型３４が冷却され、レンズ１４がガラス転移温度より低い温度まで冷却されると、型開きされる。ここでは、図７，８に対して、下型が入れ替わっている。
【００３１】
型開きと同時に、ガス噴射装置６０が上昇され蓋６１が上方に退避される。移動ステージ３６は、プレス位置にある下型３４が受台４６から僅かに浮き上がる程度に上昇されて、図１０に示される位置から矢印６９で示される時計回りの方向に１８０°回転して、図９に示される位置に戻る。移動ステージ３６は、２つの下型３４と３５を１８０°回転の往復移動をさせるように動く。即ち、下型３４と３５を加熱する加熱コイル５２，５３は、半円上を移動するので、チャンバ１２に固定された接続板６５と加熱コイル５２，５３との間に接続された４本の大電流リード線５５は、回転軸４５に巻きついて移動ステージ３６の動きを妨げるようなことがない。
【００３２】
このように、レンズ１４を成形する１工程の時間を最短にするとともにその中でレンズの成形が２回行われるので生産性が良い。また、１つの上型と２つの下型を使用するだけなので型のバラツキによる製品品質を最小限に抑えることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  レンズ製造システム
１２  チャンバ
１３  光学素材
１４  レンズ（光学素子）
２４  開口
２５  シャッタ装置
２６  シャッタ板
３０  レンズ成形装置（光学素子成形装置）
３１，３２  転写面
３３  上型
３４，３５  下型
３６  移動ステージ
３７  加圧装置
３８  載置孔
３９  フランジ部
４０  胴型
４１  スペーサ
４４  回転装置
４５  回転軸
４６  受台
５０  加圧軸
５１  加熱コイル（誘導加熱装置、第１の加熱装置）
５２，５３  加熱コイル（誘導加熱装置、第２の加熱装置）
５５  大電流リード線
５６  電源装置
５８  成形空間
６０  ガス噴射装置
６１  蓋
６２  ヒーター
６３  噴射口
６５，６６  接続板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2012206873.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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