JP3850109B2 - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形用材料を成形型によって成形する光学素子の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、成形用材料を成形型によって成形する方法として、特公平７−１０６９１６号公報に開示されたものがある。この技術は、まず、水平方向および上下方向に移動可能なガイド軸の先端部に下方に向けて支持された真空チャックでレンズ成形用材料を吸着保持する。次に、真空チャックで吸着保持されたレンズ成形用材料を、成形面が上下方向に対向して設置されている上型と下型との間に移動させる。
【０００３】
そして、ガイド軸の先端部に支持された真空チャックを下型の成形面に対向する位置で停止させ、次いで、ガイド軸を下降させることにより、真空チャックで吸着保持されたレンズ成形用材料を下型の成形面上に載置供給する。
【０００４】
その後、上型、下型およびレンズ成形用材料を加熱して適切な温度に到達させた後に、下型を上昇させることにより、レンズ成形用材料を成形するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、例えばボール状の成形用材料を一対の上下型間に載置する場合、下型の成形面の形状が凹状であれば、成形用材料が下型に対して多小ずれていても成形用材料を下型の中心に載置することが可能である。
【０００６】
しかしながら、下型の成形面の形状が凸状あるいは平面であると、成形用材料を高精度に下型の中心に載置することが困難になってしまう。その結果、成形用材料を下型の中心軸に位置決めされていない状態で成形すると、斜め打ちや片打ち等になってしまい、品質の良い光学素子が得られないといった問題が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、例えばボール状の成形用材料を成形型間に配置する際に、成形型の成形面が凸状あるいは平面であっても、成形用材料を成形型の中心に配置することを可能とし、斜め打ちや片打ち等の不良を発生させない光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明に係る光学素子の成形方法は、スリーブ内でボール状の成形用材料を上型と成形面が凸状あるいは平面である下型によって成形する光学素子の成形方法において、スリーブの側壁に設けた孔を通って、前記成形用材料を保持した搬送手段をスリーブ内に移動させる工程と、前記スリーブ内で前記成形用材料を上下型の中心に位置決めする工程と、前記位置決めされた成形用材料を前記上下型で挟持する工程と、前記上下型で挟持された成形用材料から前記搬送手段を後退させる工程と、を有する。
【００１３】
すなわち、第１の発明に係る光学素子の成形方法は、スリーブの側壁に設けた孔を通って、ボール状の成形用材料を保持した搬送手段をスリーブ内に移動させ、スリーブ内で前記成形用材料を上下型の中心に位置決めする。そして、位置決めされた成形用材料を上下型で挟持した後、この成形用材料から搬送手段を後退させる。その後、成形用材料を上下型で押圧成形する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（発明の第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態における光学素子の成形装置を一部破断した正面図および平面図を図１に示す。そして、光学素子の成形装置の動作を図２乃至図５に示す。
【００１５】
図１において、光学素子の成形装置の基台となる板状の下ベース１上には複数のベース支柱１ａが立設されており、この支柱１ａ上に板状の中間ベース２が固定されている。また、中間ベース２上には複数のスライドシャフト２ａが立設されており、このシャフト２ａ上に板状のヒータベース３が固定されている。さらに、ヒータベース３上には複数の支柱３ａが立設されており、この支柱３ａ上に板状の上ベース４が固定されている。
【００１６】
ここで、ヒータベース３から下側を材料供給部とし、ヒータベース３から上側を加熱成形部とする。この材料供給部と加熱成形部との間を、光学素子の成形用部材５が移動可能な構成となっている。
【００１７】
図１において、材料供給部に位置している光学素子の成形用部材５は、成形面部６ａ、嵌合部６ｂおよびフランジ部６ｃを有する円柱状の上型６と成形面部７ａおよび嵌合部７ｂを有する円柱状の下型７とからなる一対の成形型と、この上型６と下型７の嵌合部６ｂ，７ｂを内周面に嵌合させて上型６と下型７との中心軸を合わせる円筒状のスリーブ８とから構成されている。
【００１８】
上記上型６または下型７の成形面部６ａ，７ａの外径は、スリーブ８の内周面と嵌合する嵌合部６ｂ，７ｂの外径よりも小さくなっている。また、上型６または下型７の嵌合部６ｂ，７ｂの外径と円筒状のスリーブ８の内径との間には、常温時および加熱時に互いに摺動可能なように数μｍの最小限のクリアランスが設けられている。上型６、下型７およびスリーブ８には、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）材を用いた。
【００１９】
そして、スリーブ８の側壁には、後述するレンズ成形用材料（材質は、ガラスあるいはプラスチック等）９を吸着した吸引ノズル１０（吸引部）とレンズ成形用材料９を位置決めするための位置決め手段としての位置決めアーム１１とがそれぞれ挿入可能な２つの孔８ａ，８ａが対向して設けられている。さらに、スリーブ８の側壁には、孔８ａ，８ａから円周方向に９０°ずれた位置に孔８ｂ，８ｂが対向して設けられている。
【００２０】
この４つの孔８ａ，８ｂは、後述するヒータ１２からの輻射熱が、上型６および下型７の成形面近傍と下型７の成形面上に載置されているレンズ成形用材料９に直接照射されるような役目を果たしている。また、孔８ａ，８ｂをスリーブ８の円周方向に等間隔に複数設けることにより、レンズ成形用材料９の加熱をより均等にすることが可能となる。
【００２１】
上記成形用部材５は、その下端側の外周面が皿状の台座１３に嵌合して位置決めされている。この台座１３は、板状のスライドベース１４上の中央部に取り付けられており、スライドベース１４の外周側の下面に取り付けられているスライドブシュ１４ａが上記複数のスライドシャフト２ａに沿って移動することにより、上下動可能になっている。
【００２２】
スライドベース１４の中央部の下面には、下ベース１上に固定されているベースシリンダ１５のロッドの先端が中間ベース３の孔を介して当接しており、このロッドを上下動させることによりスライドベース１４は移動する。
【００２３】
また、スライドベース１４の上面には台座１３を取り囲むようにリング状のＯリング１４ｂが取り付けられており、スライドベース１４の上面が後述する下部冷却プレート１６の下面に当接したときに、気密な構造になるようになっている。
【００２４】
ヒータベース３の中央部には、成形用部材５の外径よりも径の大きい孔が設けられている。また、ヒータベース３の下面には、上記孔と同じ径の孔を有するリング状の下部冷却プレート１６が取り付けられている。この下部冷却プレート１６内には、図示しない冷却水循環装置により冷却水が循環している。
【００２５】
一方、加熱成形部には、上型６と下型７の中心軸を囲むように、加熱炉１７が配置されている。この加熱炉１７は、円筒状の断熱材１８と、断熱材１８の内周面側に埋設された加熱手段としての巻回したヒータ１２と、断熱材１８の内周面に一体的に設けられ、ヒータ１２からの輻射熱を透過する円筒状の保護管１９とから構成されている。
【００２６】
加熱炉１７の上面には、ほぼ中央に後述するプレス軸２０が通るための孔を有する上部冷却プレート２１が取り付けられている。この上部冷却プレート２１内にも、図示しない冷却水循環装置により冷却水が循環している。なお、上部冷却プレート２１とプレス軸２０とは、その間にＯリング２１ａを介在させることにより気密な構造になっている。
【００２７】
また、上部冷却プレート２１にはガス導入管２２と図示しないガス排出管とが取り付けられており、加熱炉１７内に不活性ガスを導入あるいは外部にガスを排出できるようになっている。
【００２８】
加熱炉１７下部には、水平方向に移動可能な一対のストッパーピン２３が対向して挿通されている。このストッパーピン２３の先端にはひずみゲージ２３ａが溶接されており、このひずみゲージ２３ａで上型６のフランジ部６ｃを支持することにより、上型６の位置を規制している。
【００２９】
上ベース４のほぼ中央には、上部冷却プレート２１と同様の径の孔が設けられており、これらの孔にプレス軸２０が挿通されている。このプレス軸２０は、上ベース４上に取り付けられているスライドブシュ４ａ内に挿通されているとともにプレス軸２０のフランジ部がスライドブシュ４ａの端面に当て付いており、上下方向に摺動自在になっている。
【００３０】
また、上ベース４上には複数の支柱４ｂが立設されており、この支柱４ｂ上にシリンダベース２４が固定されている。このシリンダベース２４上にはシリンダ２５が固定されており、シリンダ２５のシリンダシャフト２５ａ（図５参照）の先端にスペーサ２６を介してロードセル２７が取り付けられている。
【００３１】
一方、材料供給部には、成形用材料供給装置と位置決め装置とが上下型６，７の中心軸を挟んで対向して配置されている。
成形用材料供給装置は、ボール状のレンズ成形用材料９を吸着可能であり、成形用材料９よりも外径の小さい円筒状の吸引ノズル１０を設置した搬送手段としての供給アーム２８を具備している。
【００３２】
この供給アーム２８は、スライドユニット２９に対して上下方向に移動自在なスライドガイド３０に取り付けられている。また、スライドユニット２９は、圧縮バネ３１を介してブラケット３２に取り付けられており、図１に示すＸ方向すなわち成形用部材５に向かって前進する方向に常に力が加わるようになっている。
【００３３】
ブラケット３２は、スライドガイド３４に取り付けられており、中間ベース２上に設置されたシリンダ３３を駆動することによりレール３５上を水平方向に進退可能となっている。
【００３４】
一方、位置決め装置は、供給アーム２８に対向した位置に位置決めアーム１１を具備している。位置決めアーム１１は、スリーブ８の外周面に当接させて位置決めアーム１１を位置決めするストッパー部１１ａと、レンズ成形用材料９を位置決めする位置決め部としてのＶブロック部１１ｂと、を有している。
【００３５】
この位置決めアーム１１の基端部は、ブラケット３６に取り付けられている。ブラケット３６は、スライドガイド３７に取り付けられており、中間ベース２上に設置されたシリンダ３８を駆動することによりレール３９上を水平方向に進退可能となっている。
【００３６】
次に、上記光学素子の成形装置の動作を図２乃至図５に基いて説明する。
図２において、円筒状のスリーブ８を下型７の成形面側から嵌合させるとともに、上型６をその成形面と下型７の成形面とが対向するように、下型７とは逆方向からスリーブ８に嵌合することにより、上型６と下型７との軸心を合わせて成形用部材５を構成する。
【００３７】
次に、上記成形用部材５を所定の位置まで下降したスライドベース１４上の台座１３に嵌合させる。その後、ストッパーピン２３の先端を開放した状態すなわち成形用部材５の外径よりも開いた状態にしてから、ベースシリンダ１５によってスライドベース１４を上昇させる。
【００３８】
このスライドベース１４の上昇によって、成形用部材５の上型６のフランジ部６ｃがストッパーピン２３の先端よりも高い位置に上昇した時点で、ストッパーピン２３を閉じる。
【００３９】
ストッパーピン２３を閉じた状態で、スライドベース１４を下降させると、成形用部材５の上型６のフランジ部６ｃのみがストッパーピン２３の先端に支持される。このとき、ストッパーピン２３の先端に取り付けられたひずみゲージ２３ａにより、上型６からストッパーピン２３にかかる荷重をモニタしておく。
【００４０】
さらに、スライドベース１４を下降させることにより、上型６の成形面と下型７の成形面との間にレンズ成形用材料９を挿入するためのスペースができる。この時点で、スリーブ８の側壁の孔の高さと供給アーム２８あるいは位置決めアーム１１の高さとが一致した状態となる（図２参照）。
【００４１】
次に、シリンダ３８を駆動することにより位置決めアーム１１を前進させる。そして、位置決めアーム１１のストッパー部１１ａがスリーブ８の外周面に当接した時点で、シリンダ３８の駆動を停止する。これにより、位置決めアーム１１のＶブロック部１１ｂが上型６と下型７との間の所定の位置に位置決めされる。
【００４２】
ここで、上記所定の位置とは、Ｖブロック部１１ｂにレンズ成形用材料９が当接したときに、レンズ成形用材料９の中心と下型７の中心軸とが一致する位置のことである。
【００４３】
その後、シリンダ３３を駆動することによりボール状のレンズ成形用材料９を吸引した吸引ノズル１０を前進させる。そして、レンズ成形用材料９が上記位置決めされたＶブロック部１１ｂに当接した時点で、シリンダ３３の駆動を停止する。これにより、レンズ成形用材料９の中心が上型６および下型７の中心軸と一致した状態になる（図３参照）。
【００４４】
次に、シリンダ３８を駆動することにより位置決めアーム１１を後退させる。その後、ベースシリンダ１５を駆動することによりスライドベース１４を上昇させ、下型７、スリーブ８およびレンズ成形用材料９を上昇させる。このとき、下型７上のレンズ成形用材料９は、吸引ノズル１０に吸引されながら、吸引ノズル１０とともに上昇する。
【００４５】
ある程度下型７とスリーブ８を上昇させると、下型７上のレンズ成形用材料９は、上型６の成形面に当接する。さらに、下型７、スリーブ８およびレンズ成形用材料９を上昇させると、レンズ成形用材料９を上型６と下型７とで挟持した状態になり、上型６の自重がレンズ成形用材料９に加わる。
【００４６】
このとき、上型６のフランジ部６ｃがストッパーピン２３の先端から離れるので、ストッパーピン２３の先端に荷重が加わらなくなる。これを、ひずみゲージ２３ａで検知し、吸引ノズル１０の吸引を解除してから、吸引ノズル１０を後退させる。
【００４７】
さらに、成形用部材５を上昇させると、上型６のフランジ部６ｃの上端面がプレス軸２０に当接し、このプレス軸２０は押し上げられる。そして、スライドベース１４の上面が下部冷却プレート１６の下面に当接し、加熱炉１７内は密閉状態となる（図４参照）。
【００４８】
その後、加熱炉１７内にガス導入管２２から不活性ガスを導入しながら、ヒータ１２を加熱し、成形用部材５内のレンズ成形用材料９をガラス転移点付近の温度まで加熱する。
【００４９】
そして、シリンダ２５を駆動させることによりプレス軸２０を下降させ、ロードセル２７でプレス力を測定しながら、レンズ成形用材料９を上型６と下型７とで所望の形状にプレス成形する（図５参照）。
【００５０】
本実施の形態によれば、ボール状のレンズ成形用材料を成形型間に配置する際に、成形型の成形面が凸状あるいは平面であっても、成形用材料を成形型の中心に配置することを可能とし、斜め打ちや片打ち等の不良を発生させない効果を奏する。
【００５１】
なお、本実施の形態では、位置決めアームを水平方向にのみ移動可能としたが、供給アームと同様に水平方向に加え上下方向に移動可能としても良い。これによって、下型上のレンズ成形用材料が供給アームの吸引ノズルに吸引されながら上昇するときに、このレンズ成形用材料に当接した状態で位置決めアームも上昇するため、レンズ成形用材料は上下型で挟持されるまで位置ずれしにくくなる。
【００５２】
（発明の第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態における光学素子の成形装置を一部破断した正面図および平面図を図６に示す。そして、光学素子の成形装置の動作を図７乃至図１０に示す。
【００５３】
本実施の形態では、第１の実施の形態で用いた位置決め装置を除去し、供給アーム２８の駆動手段を位置決め手段も兼ねているサーボモータ４０に変更した。成形用材料供給装置は、ボール状のレンズ成形用材料９を吸着可能であり、成形用材料９よりも外径の小さい円筒状の吸引ノズル１０を設置した搬送手段としての供給アーム２８を具備している。この供給アーム２８は、ブラケット３２に対して上下方向に移動自在なスライドガイド３０に取り付けられている。
【００５４】
また、ブラケット３２は、ボールブシュを有するスライドガイド３４に取り付けられている。そして、スライドガイド３４は、ボールブシュを介してボールネジ４１に螺合されており、中間ベース２上に設置されたサーボモータ４０を駆動することにより図示しないレール上を水平方向に進退して位置決め可能となっている。
【００５５】
その他は、第１の実施の形態と同一構成であるので、説明を省略する。
次に、上記光学素子の成形装置の動作を図７乃至図１０に基いて説明する。
図７において、円筒状のスリーブ８を下型７の成形面側から嵌合させるとともに、上型６をその成形面と下型７の成形面とが対向するように、下型７とは逆方向からスリーブ８に嵌合することにより、上型６と下型７との軸心を合わせて成形用部材５を構成する。
【００５６】
次に、上記成形用部材５を所定の位置まで下降したスライドベース１４上の台座１３に嵌合させる。その後、ストッパーピン２３の先端を開放した状態にしてから、ベースシリンダ１５によってスライドベース１４を上昇させる。
【００５７】
このスライドベース１４の上昇によって、成形用部材５の上型６のフランジ部６ｃがストッパーピン２３の先端よりも高い位置に上昇した時点で、ストッパーピン２３を閉じる。
【００５８】
ストッパーピン２３を閉じた状態で、スライドベース１４を下降させると、成形用部材５の上型６のフランジ部６ｃのみがストッパーピン２３の先端に支持される。このとき、ストッパーピン２３の先端に取り付けられたひずみゲージ２３ａにより、上型６からストッパーピン２３にかかる荷重をモニタしておく。
【００５９】
さらに、スライドベース１４を下降させることにより、上型６の成形面と下型７の成形面との間にレンズ成形用材料９を挿入するためのスペースができる。この時点で、スリーブ８の側壁の孔８ａ，８ａの高さと供給アーム２８の高さとが一致した状態となる（図７参照）。
【００６０】
その後、サーボモータ４０を駆動することによりボール状のレンズ成形用材料９を吸引した吸引ノズル１０を前進させる。そして、レンズ成形用材料９の中心が上型６および下型７の中心軸と一致した時点で、サーボモータ４０の駆動を停止する（図８参照）。
【００６１】
その後、ベースシリンダ１５を駆動することによりスライドベース１４を上昇させ、下型７、スリーブ８およびレンズ成形用材料９を上昇させる。このとき、下型７上のレンズ成形用材料９は、吸引ノズル１０に吸引されながら、吸引ノズル１０とともに上昇する。
【００６２】
ある程度下型７とスリーブ８を上昇させると、下型７上のレンズ成形用材料９は、上型６の成形面に当接する。さらに、下型７、スリーブ８およびレンズ成形用材料９を上昇させると、レンズ成形用材料９を上型６と下型７とで挟持した状態になり、上型６の自重がレンズ成形用材料９に加わる。
【００６３】
このとき、上型６のフランジ部６ｃがストッパーピン２３の先端から離れるので、ストッパーピン２３の先端に荷重が加わらなくなる。これを、ひずみゲージ２３ａで検知し、吸引ノズル１０の吸引を解除してから、吸引ノズル１０を後退させる。
【００６４】
さらに、成形用部材５を上昇させると、上型６のフランジ部６ｃの上端面がプレス軸２０に当接し、このプレス軸２０は押し上げられる。そして、スライドベース１４の上面が下部冷却プレート１６の下面に当接し、加熱炉１７内は密閉状態となる（図９参照）。
【００６５】
その後、加熱炉１７内にガス導入管２２から不活性ガスを導入しながら、ヒータ１２を加熱し、成形用部材５内のレンズ成形用材料９をガラス転移点付近の温度まで加熱する。
【００６６】
そして、シリンダ２５を駆動させることによりプレス軸２０を下降させ、ロードセル２７でプレス力を測定しながら、レンズ成形用材料９を上型６と下型７とで所望の形状にプレス成形する（図１０参照）。
【００６７】
本実施の形態によれば、ボール状のレンズ成形用材料を成形型間に配置する際に、成形型の成形面が凸状あるいは平面であっても、成形用材料を成形型の中心に配置することを可能とし、斜め打ちや片打ち等の不良を発生させない効果を奏する。
【００６８】
また、第１の実施の形態にくらべて駆動部分を１軸少なくできるため、装置の制御が簡単になるといった効果を奏する。
なお、各実施の形態では、成形用材料をボール状としたが、この形状に限らず、成形面が平面あるいは凸状等の成形型上に載置したときに動いてしまうような安定しない形状であっても良い。
【００６９】
さらに、上記した具体的実施の形態から次のような構成の技術的思想が導き出される。
（付記）
（１）スリーブ内で成形用材料を成形型によって成形する光学素子の成形装置において、
側面に孔が形成されたスリーブと、
前記孔を通って成形用材料を前記スリーブ内の成形型間に搬送する搬送手段と、
前記スリーブ内に搬送された成形用材料を前記成形型の中心に位置決めする位置決め手段と、
を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。
（２）前記搬送手段は、先端の径が成形用材料よりも小さく、成形用材料が吸引可能な吸引部を有すること特徴とする付記（１）に記載の光学素子の成形装置。
【００７０】
付記（１）記載の光学素子の成形装置によれば、例えばボール状のレンズ成形用材料を成形型間に配置する際に、成形型の成形面が凸状あるいは平面であっても、成形用材料を成形型の中心に配置することを可能とし、斜め打ちや片打ち等の不良を発生させない効果を奏する。
【００７１】
付記（２）記載の光学素子の成形装置によれば、例えばボール状のレンズ成形用材料を成形型間に配置する際に、成形型の成形面が凸状あるいは平面であっても、成形用材料をより正確に成形型の中心に配置することを可能とし、斜め打ちや片打ち等の不良を発生させない効果を奏する。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１による本発明の光学素子の成形方法によれば、例えばボール状のレンズ成形用材料を成形型間に配置する際に、成形型の成形面が凸状あるいは平面であっても、成形用材料を成形型の中心に配置することを可能とし、斜め打ちや片打ち等の不良を発生させない効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学素子の成形装置を一部破断した正面図および平面図である。
【図２】第１の実施の形態における光学素子の成形装置の動作を示す正面断面図および平面断面図である。
【図３】第１の実施の形態における光学素子の成形装置の動作を示す正面断面図および平面断面図である。
【図４】第１の実施の形態における光学素子の成形装置の動作を示す正面断面図および平面断面図である。
【図５】第１の実施の形態における光学素子の成形装置の動作を示す正面断面図および平面断面図である。
【図６】第２の実施の形態における光学素子の成形装置を一部破断した正面図および平面図である。
【図７】第２の実施の形態における光学素子の成形装置の動作を示す正面断面図である。
【図８】第２の実施の形態における光学素子の成形装置の動作を示す正面断面図である。
【図９】第２の実施の形態における光学素子の成形装置の動作を示す正面断面図である。
【図１０】第２の実施の形態における光学素子の成形装置の動作を示す正面断面図である。
【符号の説明】
５ 成形用部材
６ 上型
７ 下型
８ スリーブ
９ レンズ成形用材料
１０ 吸引ノズル
１１ 位置決めアーム
１１ａ ストッパー部
１１ｂ Ｖブロック部
１２ ヒータ
２８ 供給アーム

Claims (1)

1. スリーブ内でボール状の成形用材料を上型と成形面が凸状あるいは平面である下型によって成形する光学素子の成形方法において、
   スリーブの側壁に設けた孔を通って、前記成形用材料を保持した搬送手段をスリーブ内に移動させる工程と、
   前記スリーブ内で前記成形用材料を上下型の中心に位置決めする工程と、
   前記位置決めされた成形用材料を前記上下型で挟持する工程と、
   前記上下型で挟持された成形用材料から前記搬送手段を後退させる工程と、
   を有することを特徴とする光学素子の成形方法。

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