JP3964939B2

JP3964939B2 - 光学素子成形装置

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Publication number: JP3964939B2
Application number: JP08415294A
Authority: JP
Inventors: 征史五十川; 元右三坂
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JPH07267657A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加熱・軟化した光学素材を成形型により加圧成形する光学素子成形装置において上記光学素材を加圧成形可能な状態に加熱・軟化する光学素子の成形用加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学素子成形装置に用いられる光学素材加熱装置としては、例えば特開昭６２−１８２１２０号公報に記載されている。この光学素材加熱装置４０は、図１０および図１１に示すように円筒状の断熱部材４１の内周壁に加熱用ヒーター４２を円筒状に配置して構成されている。上記加熱装置４０は、図１０に示すように光学素材５を押圧成形する上下一対の成形型（上型１１、下型１２）を配置した成形室１０へ光学素材５を搬送する搬送路１４の途中に、加熱ヒーター４２を配置した内径部が連通するようにして設けられており、搬送皿６に載せた光学素材５を搬送アーム８によって円筒状の加熱ヒーター４２の内部に搬入し、光学素材５を成形面５ａから直接および外周部から搬送皿６を通じて加熱し得るようになっている。
【０００３】
また、特開平３−１５９９２６号公報には、図１２に示すように下部を開口した円筒状の断熱材２の内壁に円筒状の加熱用ヒーター３を配置した加熱装置４５が記載されている。この加熱装置４５は搬送路１４途中の上壁上に設置され、搬送アーム８によって搬送路１４内で加熱装置４５の下方に搬送された光学素材５を搬送皿６に載せたまま突き上げピン４６で加熱用ヒーター３の内部に挿入することにより、光学素子５を周囲から加熱し得るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６２−１８２１２０号公報に記載された加熱装置４０にあっては、光学素材５の搬送路１４の経路を取り巻くように円筒状に配置されており、挿入加熱される光学素材５の中心軸は、加熱装置４０の中心軸に対して垂直であるため、光学素材５は成形面５ａ側からの加熱に加えて外周側からも加熱されるので、加熱装置４０の中心軸に対して外周ほど高温に加熱されることになり、光学素材５内に、中心軸に対して非対称な温度分布が生じる。そのため、成形された光学素子に円周方向のアスやひけが発生する問題点があった。
【０００５】
また、特開平３−１５９９２６号公報に記載された加熱装置４５にあっては、光学素材５を周囲から均等に加熱するので、加熱された光学素材５の温度分布は光学素材５の中心軸に対して円心円状になるものの、加熱後の光学素材５は、突き上げピン４６を下降させることによって搬送路１４内の搬送アーム８に再び載せた後、搬送アーム８により上下両型１１、１２間に搬送する必要があるため、加熱した光学素材５を上下両型１１，１２間まで搬送するのに時間がかかるという問題点があった。さらに、この搬送中に加熱された光学素材５の温度が下がってしまうという問題点があった。また、光学素材５を加熱後、突き上げピン４６の下降によって光学素材５が搬送皿６と共に載せられる搬送アーム８は加熱されていないので温度が低く、光学素材５から熱を奪うので、光学素材５が上下両型１１，１２によって押圧成形されるのに必要な温度を保てないことがあった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１の発明は、光学素材を被成形面側から加熱用ヒーターにより加熱することによって、光学素材の加熱を被成形面から均一に行うことができる光学素子の成形用加熱装置を用いた光学素子成形装置を提供することを目的とする。また、請求項２の発明は、光学素材の中心軸に対して均一あるいは同心円状の温度分布を持たせて光学素材を加熱することができる光学素子の成形用加熱装置を提供することを目的とする。さらに、請求項３の発明は、光学素材を加熱する際、光学素子の中心軸に対して同心円状の温度分布を光学素材に任意に生じさせることができる光学素子の成形用加熱装置を用いた光学素子成形装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるために、請求項１の発明は、光学素材を成形用加熱装置を用いて加熱・軟化し、光学素材の上下の被成形面側から一対の成形型により加圧して光学素子を成形する光学素子成形装置において、前記光学素材を支持して前記成形用加熱装置の上壁および下壁にそれぞれ配置した加熱用ヒーター間と前記一対の成形型間とに搬送する搬送アームと、前記成形用加熱装置の上壁および下壁にそれぞれ配置した各加熱用ヒーターの中心と前記光学素材の中心軸を一致させた位置で前記搬送アームに支持した前記光学素材を所要の時間で停止し得るようにその搬送方向での前記搬送アームの移動を制御する制御装置と、を有し、前記成形用加熱装置の各加熱用ヒーターは、光学素材の上下の被成形面に対向する前記成形用加熱装置の上壁および下壁にのみ配置すると共に、前記各加熱用ヒーターの中心と光学素材の中心軸を一致させた位置での前記光学素材の中心軸を中心にして同心円状の温度分布を生じさせるようにスパイラル状又は同心円状に設けて構成した。また、請求項２の発明は、請求項１における加熱用ヒーターを、加熱・軟化する光学素材の中心軸を中心にして、前記成形用加熱装置の上壁の下面および下壁の上面を平面状、凹面状または凸面状とした面に、前記スパイラル状又は同心円状に設けて構成した。そして、請求項３の発明は、請求項１における加熱用ヒーターを、加熱・軟化する光学素材の中心軸を中心にして平面状かつ同心円状に独立して配置した複数のヒーターからなり、複数のヒーターを個々に出力調整し得るように構成した。また、前記搬送アームは、その先端に前記光学素材を搬送皿に載せて支持する構成とした。また、前記成形用加熱装置は、前記光学素材の搬送方向の両外周壁に搬送路を設ける構成とした。
【０００８】
【作用】
請求項１の発明にあっては、搬送皿に載せられた光学素材は、搬送アームによって成形用加熱装置内に搬送され、搬送皿および搬送アームと共に、加熱される。このとき、成形用加熱装置の加熱用ヒーターは光学素材の被成形面と対向した位置にあり、加熱は光学素材の被成形面から直接行われるのみで、光学素材の被成形面を重点的に加熱することができる。そして、所望の時間を加熱された光学素材は、同時に加熱された搬送皿上で同じく同時に加熱された搬送アームによって成形室内の成形型間にそのまま搬送できるため、搬送アームによって光学素材が冷却されることなく成形型で押圧成形することができる。
また、請求項２の発明にあっては、搬送皿に載せられた光学素材は、搬送アームによって成形用加熱装置内に搬送され、搬送皿および搬送アームと共に加熱される。加熱は光学素材の被成形面に対向して配置した、光学素材の中心軸に対して対称な形状の加熱用ヒーターで行うことで、光学素材の中心軸に対して同心円状で加熱でき、光学素材の温度分布は中心軸に対して同心円状になる。
さらに、請求項３の発明にあっては、搬送皿に載せられた光学素材は、搬送アームによって成形用加熱装置内に搬送され、搬送皿および搬送アームと共に加熱される。加熱は光学素材の被成形面に対向して、光学素材の中心軸に対して同心円状にかつ平面上に配置され、かつ個々に電気的出力を調整できる複数のヒーターによって行われる。このとき、複数のヒーターを個々に調整することで加熱用ヒーターは光学素材の中心軸に対して同心円状の温度分布をつくり出すことができ、加熱された光学素材は中心軸を中心に同心円状の温度分布で加熱される。
【０００９】
【実施例１】
図１から図３は本発明の実施例１の光学素子の成形用加熱装置（以下、光学素材加熱装置という）を示し、図１は光学素材加熱装置を具備し、光学素材の中心軸を上下方向に設置して光学素子を成形する成形装置を示す概略断面図、図２は光学素材加熱装置の外観を示す斜視図、図３は光学素材加熱装置に備えた加熱用ヒーターの形状を説明するための平面図である。
まず、図１を用いて本実施例の光学素材加熱装置１を設けた成形装置の概略構成を説明する。
図において１０は成形室で、成形室１０内には光学素材５を押圧成形する成形型（上型１１、下型１２）が同一軸上で上下に対向して設けられている。上型１１と下型１２は図示を省略した駆動源により、相対的に接近・離反自在に設けられており、例えば上型１１と下型１２が移動自在あるいは上型１１が成形室１０の上壁面に固設され、下型１２が上型１１に対して移動し得るようになっている。成形室１０の一側壁（図においては右側壁）には、光学素材５を上下両型１１，１２間に搬入しかつ押圧成形した後の光学素子を搬出する搬出入口１３が設けられ、この搬出入口１３に光学素材５等の搬送路１４が取り付けられている。搬送路１４の途中における成形室１０に近接した位置には、光学素材加熱装置１が設けられている。また、光学素材５を載置した搬送皿６を支持する搬送皿支持部材７を先端に設けた搬送アーム８が設けられている。搬送アーム８は、エアシリンダ等の駆動源（図示省略）により搬送路１４内を図１における左右方向の搬送方向に移動されるとともに、図示を省略した制御装置により光学素材加熱装置１の中心（詳しくは光学素材加熱装置１の加熱ヒーター３の中心）および上下両型１１，１２の軸線に対して光学素材５の中心軸Ｓを一致させる位置に光学素材５を搬送し、かつその位置で所要の時間を停止し得るようにその移動が制御されるようになっている。
【００１０】
上記光学素材加熱装置１は、円筒状の断熱部材２に加熱ヒーター３（ニクロム線）を取り付けてなっており、図２に示すように断熱部材２の対向する両外周壁に上記搬送路１４を取り付けて搬送路１４中に設けられている。断熱部材２の内部には、搬送アーム８に支持された光学素材５を加熱するため空間部４が上記搬送路１４と連通するように設けられている。上記空間部４の上下は、光学素材５の搬送方向と平行な上壁２ａ、下壁２ｂにより閉塞されており、上壁２ａの下面および下壁２ｂの上面に加熱用ヒーター３が配置され、搬送アーム８に支持された光学素材５をその被成形面５ａの方向から加熱し得るようになっている。
加熱用ヒーター３は、図１および図３に示すように平面状かつスパイラル状に配置され、その中心は搬送アーム８に支持した光学素材５の中心軸Ｓ上になるように設けられている。
【００１１】
次に、上記構成からなる本実施例の作用を図１から図４を用いて説明する。
まず、所望する光学素子に近似する形状に研削・研磨加工された光学素材５をその被成形面５ａが上下になるようにして搬送皿６に載せ搬送アーム８の先端に設けた搬送皿支持部７に載せて搬送アーム８で支持する。次に、図示を省略した駆動源により搬送アーム８を搬送路１４内で光学素材加熱装置１の方向に移動し、光学素材５を載せた搬送皿６を光学素材加熱装置１内に搬送する。そして、光学素材５の中心軸Ｓと加熱用ヒーター３の中心とが合致した位置で搬送アーム８による光学素材５の搬送を停止し、所望する時間の加熱を行って、光学素材５を成形可能な状態にまで軟化する。このとき、光学素材５は、被成形面５ａに対向して平面状かつスパイラル状に配置された加熱用ヒーター３によって、光学素材５の中心軸Ｓを中心として同心円状に加熱されるため、光学素材５の温度分布は中心軸Ｓに対して同心円状になるとともに、光学素材５の温度分布は図４に示すようになる。なお、図中Ｘは光学素材５の搬送方向、Ｙは搬送方向に直交する方向である。この光学素材５の加熱と同時に、光学素材５を搬送する搬送皿６および搬送アーム８先端の搬送皿支持部７も光学素材５と略同一温度に加熱される。この加熱が完了した後、再び駆動源を作動し、加熱された光学素材５を搬送皿６に載せたまま搬送アーム８によって光学素材加熱装置１内から搬送路１４に連設した成形室１０内に搬送する。そして、光学素材５の中心軸Ｓと上下両型１１，１２の軸心とが合致した位置で搬送アーム８を停止し、上下両型１１，１２を相対的に接近させ、上下両型１１，１２の成形面で光学素材５の被成形面５ａを押圧して所望の光学素子を成形する。
【００１２】
本実施例によれば、光学素材５の中心軸Ｓを中心にして同心円状の温度分布を生じさせるように光学素材５を加熱することができるので、円周方向におけるアスやひけの無い光学素子を成形することができる。また、光学素材５の加熱と同時に加熱される搬送皿６上で同じく同時に加熱される搬送皿支持部７に載せたまま搬送アーム８によって、加熱した光学素材５を成形室１０内の上下両成形型１１，１２間に搬送することができるので、加熱された温度を上下両型１１，１２で押圧するまで保持することができる。
【００１３】
なお、本実施例の加熱用ヒーター３は、ニクロム線を例示してあるが、カンタル線やシリコニットのように電気的な調整で出力を制御できるものならば例示したものに限られるものではない。
【００１４】
【実施例２】
図５は本発明の実施例２の光学素子の成形用加熱装置（以下、光学素材加熱装置という）を示す縦断側面図、図６は本実施例の変形例を示す縦断側面図である。なお、以下の説明においては本実施例と変形例を一緒に説明する。
本実施例の光学素材加熱装置２０は、断熱部材２の上壁２ａ下面および下壁２ｂ上面を凸面状に形成し、この上壁２ａ下面、下壁２ｂ上面に図４で示す実施例１における加熱用ヒーター３を配置して凸面状に設け、光学素材５の被成形面５ａに対向するように搬送路１４の上下に配置して構成した点が異なり、その他の構成は実施例１と同様であるので同一構成部分には同一番号を付してその説明を省略する。
また、変形例の光学素材加熱装置２１は、本実施例の断熱部材２の上壁２ａ下面、下壁２ｂ上面を凹面状に形成して加熱用ヒーター３（図４参照）を凹面状に設け、光学素材５の被成形面５ａに対向するように搬送路１４の上下に配置して構成されており、その他の構成は同一である。
【００１５】
次に、上記構成からなる本実施例および変形例の作用を図５から図８を用いて説明する。
まず、所望する光学素子に近似する形状に研削・研磨加工された光学素材５をその被成形面５ａが上下になるようにして搬送皿６に載せ、この搬送皿６を搬送アーム８の先端に設けた搬送皿支持部７に載せて搬送アーム８で支持する。次に、搬送アーム８を移動して光学素材５を光学素材加熱装置２０、２１内に搬送する。そして、光学素材５の中心軸Ｓと加熱用ヒーター３の中心とが合致した位置で搬送アーム８による光学素材５の搬送を停止し、光学素材５を成形可能な状態に加熱する。この加熱は光学素材５の上下にある被成形面５ａにそれぞれ対向配置される加熱用ヒーター３によって行われ、光学素材５はその中心軸Ｓに対して同心円状に加熱される。このとき、本実施例の凸面状に配置した加熱用ヒーター３によって加熱される場合には、光学素材５は、その中心軸Ｓに対して中心部ほど加熱用ヒーター３との距離が短いためよく加熱され、外周部ほど加熱用ヒーター３との距離が長いため、あまり加熱されず、光学素材５の温度分布は図７に示すようになる。一方、変形例の凹面状に配置した加熱用ヒーター３による場合は、凸面状の加熱用ヒーター３とは逆に、光学素材５の中心軸Ｓに対して外周部ほどよく加熱され、中心部はあまり加熱されず、光学素材５の温度分布は図８に示すようになる。このように、光学素材５の温度分布は加熱用ヒーター３と被成形面５ａの部分的な距離によって中心軸Ｓに対して同心円状で調整することができる。
【００１６】
本実施例および変形例によれば、前記実施例１の効果に加え、光学素材５の温度分布を成形の目的に合わせて作ることができ、例えば成形時の光学素材の流動量の大きい光学素材の成形では、凸レンズを押圧成形する場合、光学素材５の外周部の温度を高くし、凹レンズを押圧成形する場合、中心部の温度を高くすることによって薄肉部の流動性を高くさせることにより、変形量の大きい光学素子の成形を可能とすることができる。
【００１７】
【実施例３】
図９は本発明の実施例３の光学素子の成形用加熱装置（以下、光学素材加熱装置という）を示し、図においては断熱部材の上壁下面（下壁上面）に設けた加熱用ヒーターの配置状態を表してある。
本実施例の光学素材加熱装置３０は、断熱部材２の上壁２ａ下面および下壁２ｂ上面に独立した複数（本実施例にあっては３個）の加熱用ヒーター３１，３２，３３を平面状かつ同心円状に配置し、光学素材５の被成形面５ａ（図１等参照）に対向するように搬送路１４の上下に設けてあるとともに、光学素材加熱装置３０外で加熱用ヒーター３１，３２，３３の出力を独立して調整するヒーター出力調整器３４，３５，３６をそれぞれ導線３７により加熱用ヒーター３１，３２，３３に接続して構成した点が異なり、他の構成は実施例１と同様であるため同一部材には同一番号を付して、その説明を省略する。
【００１８】
次に、本実施例の作用を図１および図９を用いて説明する。
まず、所望する光学素子に近似する形状に研削・研磨加工された光学素材５をその被成形面５ａが上下になるようにして搬送皿６に載せ、この搬送皿６を搬送アーム８の先端に設けた搬送皿支持部７に載せて搬送アーム８で支持する。次に、搬送アーム８を移動して光学素材５を光学素材加熱装置３０内に搬送する。そして、光学素材５の中心軸Ｓと加熱用ヒーター３１，３２，３３の中心とが合致した位置で搬送アーム８による光学素材５の搬送を停止し、光学素材５を成形可能な状態に加熱する。この加熱は、光学素材５の上下にある被成形面５ａにそれぞれ対向配置される加熱用ヒーター３１，３２，３３によって加熱される。この時、加熱用ヒーター３１，３２，３３はヒーター出力調整器３４，３５，３６でそれぞれ独立して電圧を調整することによりヒーター出力が調整され、光学素材５の中心軸Ｓを中心にして光学素材５の温分布が同心円状に得られるように設定されている。これにより、加熱される光学素材５は、加熱用ヒーター３１，３２，３３によって中心軸Ｓに対して同心円状で加熱され、光学素材５の温度分布は、加熱用ヒーター３１，３２，３３の出力に応じて中心軸Ｓに対して同心円状になる。
【００１９】
本実施例によれば、前記実施例１の効果に加え、成形品の形状・寸法に合わせて加熱される光学素材５の温度分布を、各部の加熱用ヒーター３１，３２，３３の出力を電気的に調整することによって同心円状とすることができる。
【００２０】
本発明にあっては、光学素子を加熱・軟化する加熱用ヒーターを光学素材の被成形面に対向する方向にのみ配置するとともに、上記加熱用ヒーターを加熱・軟化する光学素材の中心軸を中心にして平面状かつ同心円状に独立して設けた複数のヒーターとし、上記複数のヒーターにそれぞれヒーター出力調整手段を連結し、上記複数のヒーターを個々に出力調整し得るように構成する。これにより複数のヒーターを個々に調整することで加熱用ヒーターは光学素材の中心軸に対して同心円状で温度分布を作り出すことができ、加熱された光学素材は中心軸を中心に同心円状の温度分布で加熱される。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、加熱用ヒーターを光学素子の被成形面に対向する成形用加熱装置の上壁および下壁にのみ配置したので、成形に必要な熱量を最低限に押さえることができ、また光学素材の中心軸を中心にして同心円状の温度分布を生じさせるように光学素材を加熱することができるので、円周方向におけるアスやひけの無い光学素子を成形することができる他、光学素材の搬送路中に加熱装置を設けたので、加熱完了後に直ちに光学素材を加熱後の温度を下げることなく加熱装置から成形型間まで搬送でき、成形に十分な温度を維持できる。また、請求項２の発明によれば、加熱用ヒーターを加熱・軟化する光学素材の中心軸を中心にして前記成形用加熱装置の上壁の下面および下壁の上面を平面状、凹面状または凸面状とした面に、前記スパイラル状又は同心円状に配置したので、光学素材の加熱を、光学素材の中心軸に対して同心円状で均一あるいは温度分布を持つように加熱することができるため、光軸（中心軸）に対して円周方向のアスやひけのない光学素子の成形ができる。さらに、請求項３の発明は、複数のヒーターを同心円状に配置するとともに、複数のヒーターを個々に出力調整し得るようにしたので、光学素材の中心軸に対して同心円状に任意の温度分布を光学素材を生じさせることができ、光学素材を押圧成形する際の流動性を成形する光学素子の形状に合わせて調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の成形用加熱装置を装備した成形装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１の成形用加熱装置の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例１の成形用加熱装置に備えた加熱用ヒーターの形状を説明するための平面図である。
【図４】本発明の実施例１の成形用加熱装置により加熱した光学素材の温度分布を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例２の成形用加熱装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例２の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例２の成形用加熱装置により加熱した光学素材の温度分布を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２の変形例により加熱した光学素材の温度分布を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例３の成形用加熱装置における加熱用ヒーターの配置状態を示す説明図である。
【図１０】従来技術の加熱装置を装備した成形装置を示す断面図である。
【図１１】図１０における加熱装置の端面図である。
【図１２】従来技術の加熱装置を装備した成形装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２０，２１，３０光学素材加熱装置
３，３１，３２，３３加熱用ヒーター
５光学素材
１１上型
１２下型
３４，３５，３６ヒーター出力調整器

Claims

光学素材を成形用加熱装置を用いて加熱・軟化し、光学素材の上下の被成形面側から一対の成形型により加圧して光学素子を成形する光学素子成形装置において、
前記光学素材を支持して前記成形用加熱装置の上壁および下壁にそれぞれ配置した加熱用ヒーター間と前記一対の成形型間とに搬送する搬送アームと、
前記成形用加熱装置の上壁および下壁にそれぞれ配置した各加熱用ヒーターの中心と前記光学素材の中心軸を一致させた位置で前記搬送アームに支持した前記光学素材を所要の時間で停止し得るようにその搬送方向での前記搬送アームの移動を制御する制御装置と、
を有し、前記成形用加熱装置の各加熱用ヒーターは、光学素材の上下の被成形面に対向する前記成形用加熱装置の上壁および下壁にのみ配置すると共に、前記各加熱用ヒーターの中心と光学素材の中心軸を一致させた位置での前記光学素材の中心軸を中心にして同心円状の温度分布を生じさせるようにスパイラル状又は同心円状に設けたことを特徴とする光学素子成形装置。
前記加熱用ヒーターは、加熱・軟化する光学素材の中心軸を中心にして、前記成形用加熱装置の上壁の下面および下壁の上面を平面状、凹面状または凸面状とした面に、前記スパイラル状又は同心円状に設けたことを特徴とする請求項１記載の光学素子成形装置。
加熱用ヒーターは、加熱・軟化する光学素材の中心軸を中心にして平面状かつ同心円状に独立して配置した複数のヒーターからなり、複数のヒーターを個々に出力調整し得るようにしたことを特徴とする請求項１記載の光学素子成形装置。
前記搬送アームは、その先端に前記光学素材を搬送皿に載せて支持することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子成形装置。
前記成形用加熱装置は、前記光学素材の搬送方向の両外周壁に搬送路を設けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子成形装置。