JP2001058837A - 光学素子成形方法及び光学素子成形装置 - Google Patents
光学素子成形方法及び光学素子成形装置Info
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Abstract
できる光学素子成形装置および光学素子成形方法を提供
する。 【解決手段】 予熱ステージ15での光学素子材料10
の粘性、変形量に応じて、プレスステージ16での圧
力、温度、待機時間などを制御する。また、予熱ステー
ジ15での変形量を一定にし、プレスステージ16での
押し切り時間の安定を図る。それにより、金型の酸化や
光学素子材料10のばらつきによる押し切り時間のばら
つきを低減でき、安定な光学性能を得ることができる。
また、余分な熱量や、圧力を加える必要がなく環境に優
しい成形装置にできる。
Description
られる光学素子を高精度にプレス成形する光学素子成形
装置と光学素子成形方法に関するものである。
する製造方法として、特開昭62−292636のよう
なプレス成形法が実用化されている。前記製造方法は、
光学素子の光学機能面が超精密加工で形成された形状を
有する一対の押圧型の間に光学素子材料を配置し、それ
をブロックとし、光学素子材料が変形可能な温度まで加
熱する予備加熱(以降予熱と称する)ステージ、加圧変
形させ金型の光学有効面を転写するプレスステージ、転
写を保ちながらガラス転移点以下まで冷却させる冷却ス
テージへと順次搬送し、光学素子を成形する方法であ
る。
の設定が可能であり、一対の押圧型間の温度分布も設定
可能になっている。また、各ステージへのブロック搬送
は一定時間で行われ、複数個の金型を用い、成形可能に
なっている。
型を一方の押圧型に挿入し、前記押圧型の成形面上に光
学素子材料を配置し他方の押圧型を挿入する。そしてこ
れを光学素子材料が変形可能な温度にまで加熱し、成形
機のプレスヘッドが摺動する側の押圧型または他方の押
圧型に圧力を加え胴型内で摺動させ、一対の押圧型に設
けられたツバの部分に胴型端面が接触して摺動を停止す
ることで光学素子の形状を決定する。或いは、前記摺動
の停止は、別部材のストッパーにより停止することも提
案されている。また、一対の押圧型と胴型で構成された
キャビティに光学素子素材が充填されることでも押圧型
の摺動停止は可能である。
取り出すことで、光学素子材料に一対の押圧型に設けら
れた成形面形状が転写された光学素子が製造される。
成形においては、主に一対の押圧型の成形面の精度が光
学素子の精度を決定するが、型の酸化や光学素子材料の
重量、組成ばらつき、また、金型キャビティの加工ばら
つきなどにより、光学有効面を転写するのに必要な圧力
が異なってくる。また、大抵の場合はそのばらつきを吸
収できるように温度を高めに設定したり、圧力を大きく
設定することで転写を得ようとするが、金型組数が多く
なってくると、そのばらつきが、プレスステージに於け
る光学素子成形完了までの時間(押し切り時間)のばら
つきにつながり、ひいては光学性能のばらつきとなり生
産時の歩留まりに大きく影響する。
に歪みが生じたり、ワレ、欠けなどが発生し不良な光学
素子が成形されやすくなる。さらに、ワレや欠けの生じ
た光学素子を取り出す際に光学素子素材の破片や固まり
が型内に残り、次回の成形時に光学素子有効面にキズを
つけたりする。また、自動機械による金型分解、光学素
子取り出し、光学素子素材供給、金型組立の一連の工程
中にトラブルが生じやすく、設備稼働率が堕ち、生産性
の面でも問題となる。
で、不良を少なくして光学素子を成形する光学素子成形
方法及び光学素子成形装置を提供することを目的とす
る。
決する手段として、予熱ステージでの光学素子材料の粘
性に応じて、プレスステージでの圧力、温度、待機時間
などを制御する。
に計測する事は極めて困難であることから、予熱ステー
ジで、一定温度、一定時間、一定圧力をかけたときの変
位量を計測し、その変位量に応じてプレスステージの圧
力または温度を制御する。また、その変位測定は、金型
ブロック毎にばらつきが生じないよう、予熱ステージの
加熱ヘッドが当接した時を零とし、一定時間経過後の変
位量を読み取ることにする。当接したタイミングは、変
位計の読み取り値を一定時間に比較し、その差が零の時
を判別する。このようにして計測された変位が大きいほ
ど、光学素子素材の粘度が小さく、プレスステージでの
加圧力は小さくでき、温度制御する際にも、低い温度で
成形可能である。また、前記プレスステージでの時間
(タクト)の制御も可能であるが、その場合、型ブロッ
クの送りタクトが一定とはならず、製造装置として多少
複雑になる。また、前記予熱ステージでの変位量が一定
の時にプレスステージへ搬送することでも同様の効果が
得られる。
状況に応じた圧力、温度もしくは時間が設定できる。あ
るいは、予熱ステージでの変位を一定にすることがで
き、プレスステージでの押し切り時間のばらつきを低減
できる。
せることができ、割れや欠けを低減できる。ひいては、
金型を分解し、光学素子を取り出す工程での自動機のト
ラブルが少なく、装置稼働率が向上される。また、金型
寿命も延ばすことが可能となり、安価に製造することが
できる。
て、図面を参照しながら説明する。
光学素子成形装置の概念を示す断面図である。下型1
1、上型12、胴型13で成型用の金型ブロック14を
構成する。予熱ステージ15、プレスステージ16、冷
却ステージ17を配置した成形装置に、前記ブロック1
4を順次搬送していく機構を設けている。各ステージで
の温度Tは、予熱温度T1、プレス温度T2、冷却温度T
3と、また、各ステージでの圧力Pは、予熱圧力P1、プ
レス圧力P2、冷却圧力P3と、それぞれ設定されている
ものとする。予熱ステージ15には、変位センサー20
が装備されており、演算処理機能付きシーケンサ21が
制御装置として設けられている。
上型12に囲まれたキャビティ内に光学素子材料10を
載置する。前記上下型11,12、胴型13、光学素子
材料10をブロック14とし、ブロック14を予熱ステ
ージ15a、bの上で予備加熱を行う。具体的には、光
学素子材料10にはホウ珪酸ガラス(ガラス転移点:T
g520℃)φ3.55mmのボール研磨硝材を用い
た。T1はガラス屈伏点560℃以上に設定し、予備加
熱を行う。前記予熱ステージ15a、bでの荷重をP1
(10kgf/mm2以下)に設定し、一定タクトt秒
で、プレスステージ16a、bに搬送する。
プレスヘッドに内蔵のヒーター18により型を設定温度
T2で加熱しながら、上プレスヘッドから上型12を圧
力P2で加圧して光学素子材料10を変形させて、光学
素子19を成形することになる。このときの、押切時間
は金型あるいは、光学素子素材のばらつき等により18
秒から38秒と大きくばらつき、一部割れの発生する光
学素子もあった。成形された光学素子19は成形ブロッ
ク14ごと冷却ステージ17に搬送され冷却されるが、
冷却ステージ17では上型12、下型11に加工された
光学素子有効転写面を転写しながら固化するため、圧力
P3で加圧しながら、温度T3(ガラス転移点以下)まで
冷却する。光学素子がガラス転移点以下の温度に到達す
ると、プレス開放し、光学素子19を取り出す。
15で、上型12の端面に上プレスヘッドが当接したと
きの、変位センサー20の読み込み値をL0として、次
のプレスステージに搬送する直前の変位センサー20の
読み込み値Lまでの変位差△Lに応じて、プレスステー
ジでの圧力P2、もしくは、プレスステージでの温度T2
を制御する。
ク用対物レンズの成形を行う例として、予熱温度T1を
590℃、予熱圧力P1を8kgf/mm2に設定し、前
記成形ブロック14を予熱ステージ15に載置し、90
秒間予備加熱する。ボール硝材直径φ3.55mmにた
いし、最終レンズの中心厚みが1.8mmであるため、
その成形完了までの変形量は1.75mmとなる。予熱
ステージ15のプレスヘッド15aが上型12に当接し
た瞬間に変位センサー20から得られる情報と、成形機
のプレス開始の信号、タクトアップの信号から図2のよ
うなアルゴリズムで割り出す。まず、プレス開始の信号
とともに、プレスヘッドの位置をセンサー20から読み
込みx0とする。次に、設定されたセンシングタイムt0
後に再びセンサー20からプレスヘッド位置を読み込み
x1とする。装備された演算処理機能付きシーケンサ2
1によりx=x1−x0の処理を行い、xの値が0である
か否かを判別する。さらに、xが0でない場合、x0=
x1と置き直し、さらにセンシングタイムt0後のプレス
ヘッド位置をセンサー20から読み込みx1とする。再
び、演算処理x=x1−x0により、x=0になるまで作
業を続ける。そして、x=0になった時、プレスヘッド
15aは、上型12に当接したとみなし、センサー20
の位置を0にリセットする。最後に、予熱完了時のタク
トアップ信号が成形機側から出されたときのセンサー2
0で読み取られるプレスヘッドの位置データL1を変形
量△Lとし、次のプレスステージでの加圧力P2を制御
する。制御方法は、今、プレス温度T2を一定の580
℃と設定した場合、全体変形量1.75mmにたいし、
△Lが0.50mmまではプレス圧力70kgf/mm
2を加え成形するが、残り1.25mmにたいしては、
P2={80−(係数a×△L)}kgf/mm2の演算
にて制御する。係数aは△Lが1.25mmのときP2
=50kgf/mm2になるようa=24と設定する。
実際に、90秒後の変位量△Lのばらつきは、n=50
で、0.743mm〜1.091mmであり、変形量△
Lに応じてプレス圧力P2は約62〜54kgf/mm2
に制御された。そのときの押し切り時間(プレス完了ま
での時間)は27秒から32秒であり、成形されたレン
ズの充填率も95%前後で、割れもなく、非常に安定し
ていた。その後、タクトアップ90秒までP2の圧力で
押さえ、冷却ステージに搬送し、従来と同様にTg点以
下の温度まで冷却する。ここでは、T3を510℃に設
定し、P3を60kgf/mm2に設定し、90秒間冷却
した。最終、成形機より取り出し、金型を分解、光学素
子19を取り出し成形を完了する。
な性能を得ることができた。
量△Lに対して、プレス圧力P2を制御したが、プレス
温度T2を制御してもかまわない。また、搬送タクトt
を一定にしたのは、複数個の光学素子を複数個の金型を
用い成形するためであって、単体の金型を用いる場合、
プレスステージでのタクトを短く制御してもかまわな
い。また、予熱、冷却ステージの90秒を2分割し、各
ステージを2つ設けてもいっこうにかまわない。その
際、成形タクトは45秒で、生産性はきわめて向上す
る。
2について説明する。
の概念を示す断面図である。下型11、上型12、胴型
13で成型用の金型ブロック14を構成する。ここまで
は実施の形態1と同じであるが、以降、予熱ステージ1
5、冷却ステージ17を3分割し、予熱1ステージ2
2、予熱2ステージ23、予熱3ステージ24、プレス
ステージ25、冷却1ステージ26、冷却2ステージ2
7、冷却3ステージ28を配置した。また、成形装置に
は前記ブロック14を順次搬送していく機構を設けてい
る。各ステージでの温度T、圧力Pは、予熱1から冷却
3まで順次温度T 11〜T17、圧力P11〜P17と設定され
ているものとする。予熱3ステージ24には、変位セン
サー20が装備されており、演算処理機能付きシーケン
サ21が制御装置として設けられている。
上型12に囲まれたキャビティ内に光学素子材料10を
載置し、前記上下型11,12、胴型13、光学素子材
料10をブロック14として、予熱1ステージ22から
冷却3ステージ28まで一定タクトtで搬送される。ま
ず、ブロック14は予熱1ステージ22から予熱3ステ
ージ24までで予備加熱される。
酸系ガラス(ガラス転移点:Tg340℃、ガラス屈伏
点:At410℃)φ2.72mmのボール研磨硝材を
用い、T11を400℃、T12を420℃、T13を420
℃に設定し、予備加熱を行う。前記予熱1、2ステージ
22、23での荷重P11、P12を2kgf/mm2以下に
設定し、光学素子素材10の変形がほとんどない状態
で、予熱3ステージ24へ搬送する。タクトは30秒
で、予熱3ステージ24に搬送し、P13を7kgf/m
m2〜10kgf/mm2に設定し、ガラスの変形が静か
に行われる。予熱3ステージ24で、上型12の端面に
上プレスヘッド24aが当接したときの、変位センサー
20の読み込み値をL0として、随時、予熱3ステージ
24の変位センサー20の読み込み値△L=L−L0を
初期設定値△L0と比較しながら、予熱3ステージ24
での圧力P13を制御、もしくは、予熱3ステージ24で
の加圧を停止するようにする。初期のボール硝材直径φ
2.72mmにたいし、最終レンズの中心厚みが1.5
mmであるため、その成形完了までの全体の変形量△L
は1.25mmとなる。本実施例では、前記変形量△L
が0.8mmまでは予熱3圧力P13を7kgf/mm2
で加え、△Lが0.8mmを越えた時点で2kgf/m
m2以下に制御する。結果的にプレスステージ25での
変形量は約0.45mmと一定にでき、良好な転写面を
得ることができた。また、プレスステージ25でのプレ
ス圧力P14も予熱3ステージ24に装備された変位セン
サー20と同様のものを載置する事で、制御可能とな
り、さらに安定した押し切りが可能で、光学素子19が
成形され、光学的性能も非常に安定する。
7でTg点以下に冷却した後、上型12を胴型13から
抜き取り分解し、光学素子19を取り出す。なお、成形
機チャンバー内はN2還元雰囲気に置換されており、金
型の酸化を防止し、および光学素子素材と金型転写面と
の密着性を低下させている。
な性能を得ることができた。
位量△Lに対して、予熱ステージ圧力P13を制御した
が、予熱3温度T12を制御してもかまわない。また、搬
送タクトtを一定にしたが、予熱3ステージ24での変
形が完了すると同時にプレスステージ25に搬送しても
同じ結果が得られる。但し、金型を複数個利用できなく
なるので、生産性が落ちる。
法によりプレス時の光学素子素材の微妙な成分ばらつき
や金型の酸化状況に応じた最適な圧力、温度もしくは時
間が設定できる。あるいは、予熱ステージでの変位を一
定にすることができ、プレスステージでの押し切り時間
のばらつきを低減できる。ひいては、製造管理がしやす
く、他品種少量生産にも即座に対応可能であり、機種切
り替えも容易になる。
せることができ、割れや欠けを低減できる。ひいては、
金型を分解し、光学素子を取り出す工程での自動機のト
ラブルが少なく、装置稼働率が向上される。また、割れ
や欠けによる光学素子材料の残骸が金型内に残る可能性
が低く、残骸による型傷の発生が少なく、金型寿命も延
ばすことが可能となり、安価に製造することができる。
また、不必要な熱や圧力を加える必要がなく環境にも優
しい成形装置にできる。
置の概念断面を示す図
とりのフローチャート図
置の概念断面を示す図
Claims (13)
- 【請求項1】 胴型と前記胴型内で摺動する一対の押圧
型を有する光学素子成形用型を1つのブロックとし、前
記ブロックを予備加熱ステージ、プレスステージ、冷却
ステージの各ステージに搬送し、光学素子を成形する光
学素子成形方法において、予備加熱時のガラスの粘度、
もしくは変形量に応じて、前記プレスステージでの、圧
力またはプレス時間またはプレス温度の少なくとも1つ
を制御することを特徴とする光学素子成形方法。 - 【請求項2】 前記予備加熱時のガラス変形量は、前記
ブロックが前記予備加熱ステージに移載され、予備加熱
ヒーターが当接した時を0としてスタートし、移載のタ
クトアップした時の変形量を読み取ることを特徴とする
請求項1記載の光学素子成形方法。 - 【請求項3】 前記プレスステージの圧力は、前記予備
加熱時のガラス変形量Lにたいして、反比例に制御する
ことを特徴とする請求項1記載の光学素子成形方法。 - 【請求項4】 前記プレスステージの圧力は、前記予備
加熱時のガラス変形量Lにたいして、初期値から第1の
設定値までは一定圧力とし、前記第1設定値から最終変
位量までを反比例に制御することを特徴とする請求項1
記載の光学素子成形方法。 - 【請求項5】 胴型と前記胴型内で摺動する一対の押圧
型を有する光学素子成形用型を1つのブロックとし、前
記ブロックを予備加熱ステージ、プレスステージ、冷却
ステージの各ステージに搬送し、光学素子を成形する光
学素子成形方法において、予備加熱時のガラスの粘度、
もしくは変形量に応じて、予備加熱圧力または予備加熱
温度または前記プレスステージへの搬送までの時間の少
なくとも1つを制御することを特徴とする光学素子成形
方法。 - 【請求項6】 前記予備加熱ステージの圧力は、前記予
備加熱時のガラス変形量Lにたいして、反比例に制御す
ることを特徴とする請求項5記載の光学素子成形方法。 - 【請求項7】 前記予備加熱ステージの圧力は、前記予
備加熱時のガラス変形量Lにたいして、初期値から第1
の設定値までは一定圧力とし、前記第1設定値から最終
変位量までを反比例に制御することを特徴とする請求項
5記載の光学素子成形方法。 - 【請求項8】 前記予備加熱ステージの圧力は、前記予
備加熱時のガラス変形量Lにたいして、初期値から第1
の設定値までは一定圧力とし、前記第1設定値に達した
時点で、加圧0に制御することを特徴とする請求項5記
載の光学素子成形方法。 - 【請求項9】 胴型と前記胴型内で摺動する一対の押圧
型を有する光学素子成形用型を1つのブロックとし、前
記ブロックを予備加熱ステージ、プレスステージ、冷却
ステージの各ステージに搬送し、光学素子を成形する光
学素子成形方法において、各ステージにおけるガラスの
粘度、もしくは変形量に応じて、次工程のステージの圧
力または温度の少なくとも1つを制御することを特徴と
する光学素子成形方法。 - 【請求項10】 胴型と前記胴型内で摺動する一対の押
圧型を有する光学素子成形用型を1つのブロックとし、
前記ブロックを予備加熱ステージ、プレスステージ、冷
却ステージの各ステージに搬送し、光学素子を成形する
光学素子成形装置において、予備加熱時のガラスの粘
度、もしくは変形量に応じて、前記プレスステージで
の、圧力またはプレス時間またはプレス温度の少なくと
も1つを制御できることを特徴とする光学素子成形装
置。 - 【請求項11】 前記予備加熱時の前記ガラスの変形量
は、変位センサーにより読み込まれ、その読み込み値を
比較演算処理しながら、圧力または温度を制御できる装
置を具備することを特徴とする請求項10記載の光学素
子成形装置。 - 【請求項12】 胴型と前記胴型内で摺動する一対の押
圧型を有する光学素子成形用型を1つのブロックとし、
前記ブロックを予備加熱ステージ、プレスステージ、冷
却ステージの各ステージに搬送し、光学素子を成形する
光学素子成形装置において、予備加熱時のガラスの粘
度、もしくは変形量に応じて、予備加熱圧力または温度
または前記プレスステージへの搬送までの時間の少なく
とも1つを制御できることを特徴とする光学素子成形装
置。 - 【請求項13】 前記予備加熱時の前記ガラスの変形量
は、変位センサーにより読み込まれ、その読み込み値を
比較演算処理しながら、圧力または温度を制御できる装
置を具備することを特徴とする請求項12記載の光学素
子成形装置。
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JP23180299A JP3675679B2 (ja) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | 光学素子成形方法及び光学素子成形装置 |
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JP23180299A Expired - Fee Related JP3675679B2 (ja) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | 光学素子成形方法及び光学素子成形装置 |
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