(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素材を載置する複数の針部材、当該複数の針部材を固定するアーム部材、を有する搬送アーム部と、
前記アーム部材を駆動する駆動手段と、を有し、
前記針部材は、成形用型の成形面の形状に合わせて傾斜しており、
前記搬送アーム部は、前記針部材が傾斜している方向への該針部材の開閉動作が可能である、
ことを特徴とする光学素材の搬送装置。
【請求項２】
前記針部材の先端が丸く加工されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素材の搬送装置。
【請求項３】
前記針部材は、保持される前記光学素材の中心から放射状に延びている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素材の搬送装置。
【請求項４】
前記針部材の先端を仮想的につないだ線は円形である
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素材の搬送装置。
【請求項５】
成形用型の成形面の形状に合わせて傾斜している針部材の先端部で光学素材を保持して搬送する工程と、
前記光学素材を成形用型に載置する前に加熱する工程と、
前記光学素材を成形用型に載置した後に、前記針部材が傾斜している方向に該針部材を引き抜く工程と、
さらに前記光学素材を前記成形用型上で加熱する工程と、
加熱した前記光学素材を成形する工程と、を備える
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素材を保持して加熱、搬送し、光学素子を成形する光学素子の製造方法及び光学素材の搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガラスや樹脂等の光学素材を加熱軟化させ、この光学素材を金型によりプレス成形して光学素子を得る技術が知られている。この場合、光学素材の搬送、加熱の方式には、常温で直接光学素材を型上に載せて型と光学素材を同時に加熱する方式と、特許文献１に示すように、型と光学素材を別加熱した後、光学素材を型に搬送して成形を行う方式とがある。
【特許文献１】特開２００２−３３８２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、型と光学素材を同時に加熱する方式では、型上に光学素材を載せて加熱した後、所望の形状にプレス成形を行い、さらに型、成形品を取り出すために冷却を行うため、１個当りの成形時間が長くなる。また、生産においては、生産数量を確保するために、多数の金型を順次加熱されたプレート上に並べて流す方式や、多数の金型入子か金型を並べて成形する方式を取っており、型数増加により製造コストが増大するおそれがあった。
【０００４】
また、特許文献１のように、型と光学素材を別加熱する方式では、光学素材を搬送治具内に載置して搬送するため、光学素材の外表面と搬送治具の載置部面とで接触が生じ、光学素材の表面に傷がついたり、汚れが付着するおそれがあった。
【０００５】
なお、光学素材を非接触で浮上搬送する技術も存在するが、所望の経路に沿って安定的に浮上搬送するためには複雑な制御が必要となると共に、設備コストが増大する弊害もあった。
【０００６】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、光学素材に傷や汚れをつけないで光学素材を搬送し、光学素子を製造する光学素子の製造方法及び光学素材の搬送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】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の光学素子の製造方法の発明は、
成形用型の成形面の形状に合わせて傾斜している針部材の先端部で光学素材を保持して搬送する工程と、
前記光学素材を成形用型に載置する前に加熱する工程と、
前記光学素材を成形用型に載置した後に、前記針部材が傾斜している方向に該針部材を引き抜く工程と、
さらに前記光学素材を前記成形用型上で加熱する工程と、
加熱した前記光学素材を成形する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学素材の搬送装置は、
光学素材を載置する複数の針部材、当該複数の針部材を固定するアーム部材、を有する搬送アーム部と、
前記アーム部材を駆動する駆動手段と、を有し、
前記針部材は、成形用型の成形面の形状に合わせて傾斜しており、
前記搬送アーム部は、前記針部材が傾斜している方向への該針部材の開閉動作が可能である、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において、前記針部材の先端が丸く加工されているのが好ましい。
さらに、本発明において、前記針部材は、保持される前記光学素材の中心から放射状に延びているのが好ましい。
【００１１】
また、本発明において、前記針部材の先端を仮想的につないだ線は円形であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光学素材を搬送する際に光学素材の外表面に発生する傷や汚れを防止でき、外観欠陥の少ない光学素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
（搬送装置１０の構成）
図１は光学素材の搬送装置１０の全体の平面図であり、図２はその正面図である。また、図３は光学素材１５を搬送して上型３１及び下型３２間に配置した状態の正面図である。さらに、図４Ａ〜図４Ｃは搬送アーム部の構成を示す図であり、図４Ａは搬送アーム部の外観図、図４Ｂはその正面図、図４Ｃはその平面図である。
【００１４】
図１に示すように、搬送装置１０は、装置架台１１上に配置された搬送ユニット１２と成形ユニット１３とを有している。これら搬送ユニット１２と成形ユニット１３は、密閉可能な筐体１４の空間内に設置されている。筐体１４の側面部には、搬送ユニット１２に光学素材１５を投入するための光学素材投入部１６と、成形ユニット１３で成形された光学素子（図示せず）を搬出する光学素子搬出部１７が設けられている。
【００１５】
なお、本実施形態では光学素材１５はガラス素材が用いられ、その形状はボール形状（球形状）である。ただし、光学素材１５の形状は楕円状やゴブ形状であってもよい。
光学素材投入部１６の延長線上には、光学素材投入ユニット１８と投入パレット部１９が設けられている。また、光学素子搬出部１７の延長線上には、光学素子搬出ユニット２０と搬出パレット部２１が設けられている。
【００１６】
投入パレット部１９に並べられた光学素材１５は、光学素材投入ユニット１８の図示しないアーム又は真空パットなどの手段で挟持又は吸着される。そして、光学素材投入部１６の図示しないシャッタを開けて、矢印方向に筐体１４内に光学素材１５が搬送される。
【００１７】
また、成形ユニット１３で成形された光学素子（図示せず）は、光学素子搬出ユニット２０の図示しないアーム又は真空パットなどの手段で挟持又は吸着される。そして、矢印方向に搬出されて搬出パレット部２１に並べられる。
【００１８】
なお、筐体１４で囲まれた空間は密閉され、窒素ガス等の非酸化性雰囲気で満たされた状態になっている。これにより、成形用の金型（上型３１及び下型３２）やその他金属性部品の加熱による酸化を防止している。
（搬送ユニット１２の構成）
図１及び図２に基づき搬送ユニット１２の構成を説明する。
【００１９】
光学素材投入ユニット１８によって筐体１４内に光学素材１５が搬入されると、この光学素材１５は搬送アーム部２２の光学素材支持針２３上に載置される。なお、搬送アーム部２２と光学素材支持針２３の詳細については後述する。
【００２０】
その後、光学素材投入ユニット１８を後退させ、光学素材投入部１６のシャッタを閉じて、再び筐体１４を密閉する。搬送アーム部２２の光学素材支持針２３上に載置された光学素材１５は、スライドアクチュエータ２４によって加熱部２６に搬送される。
【００２１】
このスライドアクチュエータ２４は、光学素材１５の供給位置、加熱位置、そして金型間（上型３１及び下型３２）の供給位置にガイド２９に沿ってスライドできるようになっている。また、加熱部２６には、光学素材加熱ヒータ２５が内蔵されている。
【００２２】
加熱部２６に搬送された光学素材１５は、光学素材加熱ヒータ２５で光学素材１５のガラス転移点付近の温度（ガラスが形状を保持している状態）にまで加熱される。このときの光学素材１５の加熱温度は、ガラス転移点付近であるので、搬送時に光学素材１５が変形する等のおそれはない。
【００２３】
また、光学素材１５は、後述するように上型３１及び下型３２間に配置された後にも加熱されるが、搬送時に所定温度まで加熱することで、一度に加熱する場合に比較して加熱時間を短縮することができる。この光学素材加熱ヒータ２５としては、例えば雰囲気を加熱する抵抗線ヒータ、輻射で加熱するランプヒータ、高温の非酸化性雰囲気を噴出して加熱するトーチヒータ、などが用いられる。
【００２４】
なお、筐体１４内は非酸化性雰囲気で満たされており、光学素材加熱ヒータ２５の加熱で、他の部材が酸化するおそれはない。
（成形ユニット１３の構成）
次に、光学素材１５を所望の形状に成形する成形ユニット１３について説明する。
【００２５】
図２及び図３に示すように、成形ユニット１３は、上下一対の上型３１及び下型３２を加熱する上型加熱プレート３３及び下型加熱プレート３４と、各加熱プレート内部に設置された上型加熱ヒータ３５及び下型加熱ヒータ３６と、上型加熱プレート３３及び下型加熱プレート３４を支持して成形圧力を加える上軸３７及び下軸３８と、を有している。
【００２６】
上下一対の上型３１及び下型３２は、上型固定具３９及び下型固定具４０で夫々上型加熱プレート３３及び下型加熱プレート３４に固定されている。また、上型３１及び下型３２は予め成形温度で上下の型軸中心Ｏ−Ｏが一致するように熱間調整されている。
【００２７】
この上型３１及び下型３２間に、光学素材１５が搬送アーム部２２によって搬入配置される。上型加熱ヒータ３５及び下型加熱ヒータ３６は配置された各加熱ヒータにより、所望の温度に加熱される。この場合も、筐体１４内は非酸化性雰囲気で満たされており、この状態で金型や他の部材が酸化されるおそれはない。
【００２８】
上軸３７及び下軸３８の少なくとも一方には、図示しないエアシリンダ又はモータ等の上下駆動機構が取り付けられている。この上下駆動機構により、上軸３７及び下軸３８の少なくとも一方が上下に移動するとともに、上型３１及び下型３２に成形用の圧力を加えることができるようになっている。
（搬送アーム部２２の構成）
次に、図４Ａ〜図４Ｃには、搬送アーム部２２と光学素材支持針２３の構成が示されている。
【００２９】
図４Ａ〜図４Ｃにおいて、搬送アーム部２２は、左右一対の板状のアーム部材２２ａ，２２ｂと光学素材支持針２３とを有している。
アーム部材２２ａ，２２ｂには、光学素材１５が載置される位置に対応して、夫々半円形状の半円部２７、２７が対向して形成されている。この半円部２７の径の大きさは、前述した成形用の金型（上型３１及び下型３２）の径よりも大きく形成されている。こうして、成形時に搬送アーム部２２が上型３１及び下型３２に干渉しないようにしている。
【００３０】
この半円部２７の内面には、複数本の棒状の光学素材支持針２３が取り付けられている。この光学素材支持針２３の先端部は半球状に丸く加工されている。これにより、搬送時に光学素材１５に傷が付いたり汚れが付着したりするのを防止している。
【００３１】
光学素材支持針２３は、その先端部を並べた形状が、光学素材１５の外径よりも小さい仮想円形状となるように放射状に配置されている。搬送時には、この仮想円の中心に光学素材１５が載せられる。なお、光学素材支持針２３の本数は少なくとも３本あればよいが、光学素材１５を安定して支持するには本数が多い方がよい。
【００３２】
また、光学素材支持針２３の先端形状は半球状が好ましいが、これに限らない。例えば、先端形状が角柱状であってもよい。さらに、本実施形態では光学素材支持針２３を放射状に配置した場合について説明するが、これに限らない。例えば、光学素材支持針２３を平行に配置してもよい。
【００３３】
アーム部材２２ａ、２２ｂの材質は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の耐熱性、耐食性に優れた金属、又はアルミナ等のセラミックスなどを用いるのが好ましい。また、光学素材１５を載置する光学素材支持針２３の材質は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属以外に、超硬（ＷＣ）等が用いられる。本実施形態では、この光学素材支持針２３の太さは、φ１ｍｍ〜φ２ｍｍ程度のものを用いている。
【００３４】
この搬送アーム部２２は、搬送ユニット１２の開閉アクチュエータ２８に取り付けられている（図２、図３参照）。この開閉アクチュエータ２８は、スライドアクチュエータ２４に固定されている。搬送アーム部２２のアーム部材２２ａ、２２ｂは、駆動手段としての開閉アクチュエータ２８によって左右に開閉動作することができる。これにより、アーム部材２２ａ、２２ｂは、左右に開閉して光学素材１５を載置したり解放したりできるようになっている。
（搬送工程及び成形工程）
次に、図２及び図３に基づき光学素材１５の加熱と、加熱された光学素材１５の成形ユニット１３への搬送工程について説明する。
【００３５】
搬送ユニット１２において、光学素材１５は搬送アーム部２２に載置された状態でスライドアクチュエータ２４が駆動され、加熱部２６に搬入される。この加熱部２６では、光学素材１５は光学素材加熱ヒータ２５によってガラス転移点付近の温度にまで加熱される。
【００３６】
このとき、光学素材１５を支えている複数本の光学素材支持針２３も同時に加熱されるが、光学素材支持針２３は光学素材１５の体積に比べて十分熱容量が小さく、また、光学素材１５との接触が点接触であるため、光学素材１５の成形に影響を及ぼすような加熱による局所的な熱溜りは生じない。
【００３７】
また、光学素材１５の加熱温度もガラス転移点付近の温度のため、ガラス自体の粘度は１０１３．３ポアズ（ガラス軟化点の粘度は１０７．６ポアズ）以下であり、光学素材１５の自重によって、支持している光学素材支持針２３の先端形状が光学素材１５に転写されることもない。
【００３８】
次に、加熱部２６で光学素材１５をガラス転移点付近まで加熱した後は、図３に示すように、スライドアクチュエータ２４によって光学素材１５を上型３１及び下型３２間に搬送する。
【００３９】
上型３１及び下型３２は、上型加熱プレート３３及び下型加熱プレート３４内の上型加熱ヒータ３５及び下型加熱ヒータ３６によって予め光学素材１５のガラス転移点付近の所望の温度にまで加熱されている。
【００４０】
ここで、搬送アーム部２２の光学素材支持針２３の先端の概略円の中心は、上型３１及び下型３２の中心軸（加圧方向の中心軸）と加熱状態の下で一致するように予め調整されている。次いで下型３２を、下軸３８に取り付けた図示しないアクチュエータを駆動して、光学素材１５の底面が下型３２の成形面に接触する高さまで移動させる。
【００４１】
光学素材１５の底面が下型３２の成形面に接触した後、アーム部開閉アクチュエータ４０を駆動して搬送アーム部２２を左右に開き、下型３２上に光学素材１５を載せる。このとき、搬送アーム部２２の光学素材支持針２３の中心と下型３２の中心は一致しているので、位置ずれなく光学素材１５は下型３２の中心に正確に位置決めされた状態で載置される。
【００４２】
次いで、光学素材１５を上型３１及び下型３２で挟んでから、光学素材支持針２３を開放方向に引き抜く。この場合は、光学素材１５は、上型３１及び下型３２で挟持されるまで光学素材支持針２３に載置されているので、下型３２の成形面が凹面のみならず、凸面であっても適用可能である。
【００４３】
なお、下型３２の成形面が凹面の場合は、光学素材１５が下型３２に接触した時点で光学素材支持針２３を引き抜いてもよい。
次に、スライドアクチュエータ２４によって、搬送アーム部２２は光学素材１５の元の供給位置まで後退する。上型３１及び下型３２間に搬送された光学素材１５は、下型３２上に載置された後、下軸３８に取り付けてある図示しない駆動機構により、上型３１及び下型３２の中心で挟持される。その後、光学素材１５のガラス軟化点付近の温度まで追加加熱される。
【００４４】
光学素材１５をガラス軟化点付近の温度まで加熱した後は、下軸３８の駆動機構で加圧力を増加して光学素材１５が所望の中心肉厚になるまで押圧を続ける。
光学素材１５が所望の中心肉厚に達したら、押圧力を低下させ、金型の温度をガラス転移点以下の温度まで冷却する。その後、下軸３８の駆動機構によって上型３１及び下型３２間を開く。
【００４５】
次いで、光学素子搬出部１７（図１参照）に設けた図示しないシャッタを開いて、光学素子搬出ユニット２０を挿入し、下型３２上の光学素子（図示せず）を図示しない取り出し部材で挟持又は吸着する。さらに、この光学素子を筐体１４内から搬出して、搬出パレット部２１上に載置する。
【００４６】
本実施形態によれば、体積が同等であっても、上型３１及び下型３２より最外径が小さくなるボール形状やゴブ形状の安価な光学素材１５を、多数の金型を使用したり、搬送治具、浮上搬送などの複雑な機構なしで加熱搬送することができる。このため、光学素子の製造コストを抑制することができる。
【００４７】
また、光学素材１５を上型３１及び下型３２の中心軸に精度良く供給できるため、成形される光学素子の精度の向上を図ることができる。また、成形時に発生する光学素材１５の偏りによるトラブルや不良を削減することができる。
【００４８】
本実施形態によれば、別加熱した光学素材１５を成形温度まで加熱した金型上に搬送するものではないため、搬送用の治具を必要としない。
また、安価なボール形状やゴブ形状の体積が同等な光学素材１５の搬送治具では金型と干渉するため使用することができないが、本実施形態によれば、搬送アーム部２２と上型３１及び下型３２とを干渉することなく搬送することができる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、光学素材１５を光学素材支持針２３の丸い先端部で保持して搬送するので、傷が付いたり汚れが付着することがない。また、光学素材１５を上型３１及び下型３２に載置する前に加熱しているので、軟化しない状態で光学素材１５を搬送することができる。
［第２の実施の形態］
図５及び図６は、搬送アーム部２２の第２の実施の形態を示す図である。
【００５０】
図５は搬送アーム部２２を進入方向（図３のＶ−Ｖ方向）からみた断面図であり、図６は搬送アーム部２２を上型３１側からみたときの断面図である。
図５において、上型３１は凸形状の成形面を有し、下型３２は深い凹形状の成形面を有している。これにより、凸メニスカス形状の光学素子を成形する組み合わせになっている。
【００５１】
搬送アーム部２２の光学素材支持針２３は、下型３２の成形面の凹形状に合わせて傾斜角θを設けている。この搬送アーム部２２は、図示しない開閉機構部に取り付けられている。図示しない開閉機構部は、例えばＶ字型に配置されたスライドガイド（図示せず）と水平移動のスライドガイド（図示せず）との組み合わせによって、光学素材支持針２３の傾斜角θの方向への開閉動作が可能となっている。
【００５２】
この開閉機構部により、搬送アーム部２２は、例えば光学素材１５を上型３１及び下型３２間に配置した後は、図５の状態から、光学素材支持針２３が傾斜角θの方向（Ａ方向及びＢ方向）に引き抜かれ、その後、水平移動して元の位置に戻される。また、光学素材１５を上型３１及び下型３２間に配置するときは、前述した動作と逆の動作を行う。
【００５３】
また、本実施形態では、光学素材支持針２３は合計６本で構成されている。すなわち、図６の水平方向に沿って配置された一対（２本）と、水平方向に対し±３０°以下の角度で型軸中心Ｏ−Ｏから回転方向に配置された２対（４本）と、を有している。これにより、光学素材支持針２３は搬送アーム部２２の開閉時に下型３２に干渉するのが防止される。
【００５４】
なお、以上説明した搬送アーム部２２と光学素材支持針２３の配置、及び搬送アーム部２２の開閉機構以外の構成は、第１の実施形態と同じであるので説明は省略する。
次に、作用について説明する。
【００５５】
図５に示すように、下型３２の曲率半径が小さい型に対して、搬送アーム部２２に水平方向に配置した光学素材支持針２３で光学素材１５を保持したのでは、下型３２の成形面から曲率半径が小さい分だけ離れた位置（底が深い）から、光学素材１５をリリースする必要がある。
【００５６】
この場合、光学素材１５が下型３２の成形面上に落とされる形となる。しかし、これでは光学素材１５に打痕や、カケ、変形などが生じるおそれがある。
そこで、図６に示すように、下型３２の曲率にあった傾斜角度θを持たせて光学素材支持針２３を搬送アーム部２２に取り付ける。この搬送アーム部２２を、図５の矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に開閉する開閉機構部に設置することで、光学素材支持針２３が下型３２の成形面と接触することなく斜め上方（矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向）に光学素材支持針２３を引き抜くことができる。
【００５７】
また、６本の光学素材支持針２３は、下型３２の成形面と光学素材１５との間から下型３２の成形面に干渉することなく引き抜けるようにするため、開閉方向に光学素材支持針２３の配置を寄せてある。
【００５８】
なお、本実施形態では、合計６本の光学素材支持針２３で光学素材１５を保持する場合について説明したが、これに限らない。例えば、下型３２の曲率によっては光学素材支持針２３の本数を増加することができる。
【００５９】
本実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、複雑な機構なしで光学素材１５を加熱搬送することで、光学素子の製造コストを抑制することができる。さらに、本実施形態によれば、例えば曲率が小さく底の深い凸メニスカス形状の光学素子を成形する場合においても、位置ずれのない光学素材１５を下型３２上へ載置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１の実施の形態における光学素材の搬送装置の全体の平面図である。
【図２】同上の正面図である。
【図３】光学素材を上型及び下型間に配置した状態の正面図である。
【図４Ａ】搬送アーム部と光学素材支持針の構成を示す図である。
【図４Ｂ】搬送アーム部と光学素材支持針の構成を示す図である。
【図４Ｃ】搬送アーム部と光学素材支持針の構成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態の断面図で図３のＶ−Ｖ方向の断面図である。
【図６】同上の平面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０      搬送装置
１１      装置架台
１２      搬送ユニット
１３      成形ユニット
１４      筐体
１５      光学素材
１６      光学素材投入部
１７      光学素子搬出部
１８      光学素材投入ユニット
１９      投入パレット部
２０      光学素子搬出ユニット
２１      搬出パレット部
２２      搬送アーム部
２２ａ    アーム部材
２２ｂ    アーム部材
２３      光学素材支持針
２４      スライドアクチュエータ
２５      光学素材加熱ヒータ
２６      加熱部
２７      半円部
２８      開閉アクチュエータ
２９      ガイド
３１      上型
３２      下型
３３      上型加熱プレート
３４      下型加熱プレート
３５      上型加熱ヒータ
３６      下型加熱ヒータ
３７      上軸
３８      下軸
３９      上型固定具
４０      下型固定具
【図１】
0005108616.tif 000002
【図２】
0005108616.tif 000003
【図３】
0005108616.tif 000004
【図４Ａ】
0005108616.tif 000005
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
0005108616.tif 000007
【図５】
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【図６】
0005108616.tif 000009