JP4759362B2 - 光学素子の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子を加熱プレスして成形する光学素子の製造装置及び製造方法に関し、さらに詳しくは、成形型の外周からの放熱を抑える技術に関する。

近年、光学素子の製造に際しては、生産性の良さから加熱プレスによる成形が多く用いられている。光学素子を成形するに際して、例えば成形温度が６００℃近くのガラスレンズでは、成形型のうちヒータブロックと接しない外周部分からの放熱が成形型の加熱時間の短縮を妨げていた。そのため、成形型の外周部分からの放熱を抑える技術として、特許文献１には以下の技術が開示されている。

図３は、特許文献１の光学素子成形装置の主要部を示す断面図である。
同図において、光学素子材料１０１は、上型１０２、下型１０３及びこれら型１０２，１０３の外周に設けられたスリーブ１０４からなる成形型１００内に配置されている。また、スリーブ１０４の外周部分には、搬送プレート１０８に設けられた円筒部材１０５が所定の間隙をもって成形型１００を覆うように下端の段部１０５ａによって密嵌している。

これらを用いて光学素子を成形する際には、成形型１００に加熱されたヒータブロック１０６，１０７を上下から当接させ、伝熱により成形型１００内の光学素子材料１０１を加熱軟化させて加圧成形する。その際、円筒部材１０５は、成形型１００の外周部分からの放熱を抑える働きをしている。
特許第２８３６２３０号公報

ところで、上記特許文献１の技術は、成形型の外周からの放熱を抑えることで光学素子の製造における成形型の加熱時間を短縮することができるが、光学素子を冷却する際には、成形型の外周からの放熱が妨げられ、成形型の温度低下に長時間を要して従来の製造技術よりも冷却時間が長くなり、成形サイクルタイムが短縮できないという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、成形型の外周からの放熱を抑えながら光学素子の成形サイクルタイムを短縮する光学素子の製造装置及び製造方法の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造装置は、光学素子材料が配置された成形型を加熱する加熱手段と上記成形型をプレスするプレス手段とを有する光学素子の製造装置において、上記成形型を加熱するときには上記成形型の外周を覆い、上記成形型を冷却するときには上記成形型の外周から退避するカバー部材を備える構成とする。

好ましくは、上記カバー部材は、上記成形型を加熱するとき、上記成形型の外周を覆うと共に、さらに上記加熱手段の外周をも覆う構成とする。
また、上記カバー部材は上記プレス手段に固定され、上記プレス手段の上下動に伴い上記カバー部材も上下動する構成、又は上記カバー部材を上記プレス手段と独立して駆動可能なカバー部材駆動手段をさらに備える構成としてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、成形型内に光学素子材料を配置し、上記成形型を加熱及びプレスすることにより光学素子を製造する光学素子の製造方法において、上記成形型を加熱するときには上記成形型の外周をカバー部材で覆い、上記成形型を冷却するときには上記成形型の外周から上記カバー部材を退避させるようにする。

好ましくは、上記成形型を加熱するとき、上記成形型の外周を上記カバー部材で覆うと共に、さらに上記成形型を加熱する加熱手段の外周をも上記カバー部材で覆うようにする。

本発明によれば、成形型を加熱するときに成形型の外周をカバー部材により覆い、成形型を冷却するときに成形型の外周からカバー部材を退避させることで、成形型の冷却時間を長くすることなく成形型の加熱時間を短縮するため、成形型の外周からの放熱を抑えながら光学素子の成形サイクルタイムを短縮することができる。

以下、本発明の実施形態に係る光学素子の製造装置及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子製造装置を示す断面図である。

同図において、光学素子製造装置１は、プレス手段としての加熱軸２、成形軸３及び冷却軸４や成形室５等から構成されている。成形室５は、窒素等の不活性気体で置換されており、光学素子材料６が配置された成形型７が不図示の搬送手段により搬入される開閉自在の搬入口５ａと、成形型７が加熱工程、成形工程及び冷却工程を経た後に搬出される開閉自在の搬出口５ｂとを有している。ここで、成形型７は上型７ａ、下型７ｂ及びスリーブ７ｃからなり、これらの間のキャビティにおいて光学素子材料６が所望の形状に成形される。

また、成形室５内には、搬入口５ａから搬出口５ｂにかけて搬送手段の上部に加熱軸２、成形軸３及び冷却軸４が順に配設されている。この加熱軸２は、シリンダ駆動により成形型７の上面を微圧で加圧しながら接触して成形型７を加熱するためのものであり、成形軸３はシリンダ駆動により加熱後の成形型７の上面を高圧で加圧しながら成形型７の温度を光学素子材料６の成形温度にて光学素子形状に加熱プレス成形するためのものであり、また冷却軸４はプレス成形後の成形型７の上面を光学素子形状に維持するための圧力で加圧しながら成形型７を加熱プレス時よりも低い温度で加熱しながら所定の熱履歴を経過させて冷却させるためのものである。

そのため、加熱軸２、成形軸３及び冷却軸４の下部には、それぞれ上側断熱材２ａ，３ａ，４ａを介して加熱手段としての上側ヒータブロック２ｂ，３ｂ，４ｂが設けられている。上側ヒータブロック２ｂ，３ｂ，４ｂは、成形室５内の下部に下側断熱材２ｃ，３ｃ，４ｃを介して固設されている加熱手段としての下側ヒータブロック２ｄ，３ｄ，４ｄとの間で、成形型７をそれぞれ加熱、成形、冷却している。これら上側ヒータブロック２ｂ，３ｂ，４ｂ及び下側ヒータブロック２ｄ，３ｄ，４ｄには、それぞれヒータが埋設されており、ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により成形型７をそれぞれの設定温度で加熱可能となっている。

プレス手段としての加熱軸２及び成形軸３の一部である上側断熱材２ａ，３ａには、筒形状として円筒形状のカバー部材８，９がプレス時の成形型７、上側ヒータブロック２ｂ，３ｂ及び下側ヒータブロック２ｄ，３ｄの外周を所定の間隙をもって覆うように固定されている。このカバー部材８，９は、成形型７、ヒータブロック２ｂ，３ｂ，２ｄ，３ｄからの熱放射を抑える機能、これら成形型７及びヒータブロック２ｂ，３ｂ，２ｄ，３ｄとの間隙に熱伝導率の低い気体の層を設ける機能、成形室５内において加熱される不活性気体の対流を抑える機能等を有している。

よって、カバー部材８，９は、例えば金属の中ではステンレス等の熱伝導率の低い材料からなることが望ましい。また、金属部材の表面処理や表面処理した金属部材とセラミック部材との貼り合わせ等によりカバー部材８，９の内周面の反射率を高め、成形型７及びヒータブロック２ｂ，３ｂ，２ｄ，３ｄの外周からの熱を反射させて放熱を一層防ぐことも可能である。

なお、カバー部材８，９は、多孔質のセラミック材等を用いてもよく、その固定位置は、上側断熱材２ａ，３ａに限ることなく、例えば上側ヒータブロック２ｂ，３ｂであってもよい。また、カバー部材８，９を加熱軸２又は成形軸３の一方のみに固定することや、カバー部材８，９が複数の層からなること、カバー部材８，９が円筒形状以外の筒形状からなることも考えられる。さらに、カバー部材８，９は少なくとも成形型７の外周の一部を覆っていればよく、ヒータブロック２ｂ，３ｂ，２ｄ，３ｄをも覆うものでなくともよい。

次に、上記構成からなる光学素子製造装置１による光学素子の製造について説明する。
まず、光学素子材料６が配置された成形型７が不図示の搬送手段により搬入口５ａから成形室５内に搬入される。成形型７が加熱軸２下方の下側ヒータブロック２ｄ上に搬送されると、加熱軸２のシリンダ駆動により上側ヒータブロック２ｂが降下し、上側ヒータブロック２ｂ及び下側ヒータブロック２ｄが成形型７に当接して成形型７が加熱される。

この際、上側断熱材２ａに固定されているカバー部材８が、上側断熱材２ａ及び上側ヒータブロック２ｂと共に降下して成形型７の外周を覆い、成形型７の外周からの放熱、さらには上側ヒータブロック２ｂ及び下側ヒータブロック２ｄの外周からの放熱を抑える。その後、成形型７を成形軸３下方の下側ヒータブロック３ｄ上に搬送する際には、加熱軸２のシリンダ駆動により、成形型７とカバー部材８とが衝突しない高さまでカバー部材８を退避させる。

次に、成形型７は、成形軸３下方の下側ヒータブロック３ｄ上に搬送され、上側ヒータブロック３ｂ及び下側ヒータブロック３ｄにより加熱されながらプレス成形される。この際にも、上側断熱材３ａに固定されているカバー部材９が、成形軸３のシリンダ駆動により上側断熱材３ａ及び上側ヒータブロック３ｂと共に降下して成形型７の外周を覆い、成形型７の外周からの放熱、さらには上側ヒータブロック３ｂ及び下側ヒータブロック３ｄの外周からの放熱を抑える。ここでも、成形型７を冷却軸４下方の下側ヒータブロック４ｄ上に搬送する際には、成形軸３のシリンダ駆動により、成形型７とカバー部材９とが衝突しない高さまでカバー部材９を退避させる。

そして、成形型７は、冷却軸４下方の下側ヒータブロック４ｄ上に搬送され、上側ヒータブロック４ｂ及び下側ヒータブロック４ｄにより加熱プレス時の成形温度よりも低い温度で所定の熱履歴を経過させて冷却するための温度で加熱され、光学素子形状を維持するための圧力で加圧されながら冷却される。この際には、成形型７及び上側ヒータブロック４ｂは、カバー部材によりその外周を覆われていないため、外周から熱が放熱される。

以上のように、本実施形態によれば、成形型７を加熱するときに成形型７の外周をカバー部材８，９により覆い、成形型７を冷却するとき、すなわちプレス成形後にプレス成形時の加熱温度で加熱しないときに成形型７の外周からカバー部材８，９を退避させることで、成形型７の冷却時間を長くすることなく成形型７の加熱時間を短縮するため、成形型７の外周からの放熱を抑えながら光学素子の成形サイクルタイムを短縮することができる。

また、成形型７を加熱するとき、カバー部材８，９がヒータブロック２ｂ，３ｂ，２ｄ，３ｄの外周をも覆うことで、ヒータブロック２ｂ，２ｄ，３ｂ，３ｄの外周からの放熱も抑えることができる。

さらに、成形型７の外周及びヒータブロック２ｂ，２ｄ，３ｂ，３ｄの外周と所定の間隙をもってカバー部材８，９を設けたことで、成形型７及びヒータブロック２ｂ，２ｄ，３ｂ，３ｄからカバー部材８，９への伝熱を抑え、成形型７を加熱する際の成形型７及びヒータブロック２ｂ，２ｄ，３ｂ，３ｂの外周からの放熱を一層抑えることができる。

図２は、本発明の他の実施形態に係る光学素子製造装置を示す断面図である。
同図において、光学素子製造装置１０は、プレス手段としてシリンダ駆動するプレス軸１１、カバー部材駆動手段としてのカバー軸１２、成形室１３等から構成されている。成形室１３は、窒素等の不活性気体で置換されており、その内部では光学素子材料１４が配置された成形型１５が成形される。ここで、成形型１５は上型１５ａ、下型１５ｂ及びスリーブ１５ｃからなり、これらの間のキャビティにおいて光学素子材料１４が所望の形状に成形される。

また、プレス軸１１の下部には、上側断熱材１１ａを介して上側ヒータブロック１１ｂが固設されている。この上側ヒータブロック１１ｂは、成形室１３内の下部に下側断熱材１１ｃを介して固設されている下側ヒータブロック１１ｄとの間で、成形型１５を加熱、成形、冷却している。これら上側ヒータブロック１１ｂ及び下側ヒータブロック１１ｄには、それぞれヒータが埋設されており、ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御により成形型１５を成形温度及び所定の熱履歴を経過させての成形型１５の取り出し可能温度まで加熱可能となっている。

カバー軸１２は、プレス時の成形型１５、上側ヒータブロック１１ｂ及び下側ヒータブロック１１ｄの外周を所定の間隙をもって覆うように筒形状として円筒形状のカバー部材１６をカバー保持部１６ａと共にシリンダ駆動で駆動させている。ここで、カバー部材１６は、成形型１５やヒータブロック１１ｂ，１１ｄからの熱放射を抑える機能、成形型１５及びヒータブロック１１ｂ，１１ｄとの間隙に熱伝導率の低い気体の層を設ける機能、加熱される不活性気体の対流を抑える機能等を有している。

よって、カバー部材１６は、例えば金属の中ではステンレス等の熱伝導率の低い材料からなることが望ましい。また、表面処理や、表面処理した部材とその部材を支持するセラミック部材との貼り合わせ等によりカバー部材１６の反射率を高め、成形型１５の外周からの熱を反射させて放熱を一層防ぐことも可能である。

なお、カバー部材１６は、カバー軸１２により駆動されるものでなくともよく、例えばプレス軸１１に固設した上側断熱材１１ａや上側ヒータブロック１１ｂ等に固定されていてもよい。また、カバー部材１６が複数の層からなることや、円筒形状以外の筒形状からなることも考えられる。さらに、カバー部材１６は、少なくとも成形型１５の外周の一部を覆っていればよく、ヒータブロック１１ｂ，１１ｄをも覆うものでなくともよい。

次に、上記構成からなる光学素子製造装置１０による光学素子の製造について説明する。
まず、光学素子材料１４が配置された成形型１５が不図示の搬送手段によりプレス軸１１下方の下側ヒータブロック１１ｄ上に搬入される。そして、成形型１５が下側ヒータブロック１１ｄ上に搬送されると、プレス軸１１のシリンダ駆動により上側ヒータブロック１１ｂが降下し、上側ヒータブロック１１ｂ及び下側ヒータブロック１１ｄが成形型１５に当接して成形型１５が加熱される。

この際、カバー部材１６が、カバー軸１２のシリンダ駆動によりプレス軸１１とは独立して降下し、成形型１５、上側ヒータブロック１１ｂ及び下側ヒータブロック１１ｄの外周を覆い、成形型１５の外周からの放熱、さらにはヒータブロック１１ｂ，１１ｄの外周からの放熱を抑える。

次に、成形型１５内で光学素子材料１４が加熱軟化された温度になると、成形型１５は加熱されながらプレス成形される。成形が終了して成形型１５を冷却する際には、カバー軸１２のシリンダ駆動によりカバー部材１６のみが上昇して、成形型１５はカバー部材１６によりその外周を覆われていない状態で、プレス成形時の加熱温度よりも低い温度で所定の熱履歴を経過させて冷却するための温度で加熱され、光学素子形状を維持するための圧力で加圧されながら冷却される。

以上のように、本実施形態によれば、成形型１５を加熱するときに成形型１５の外周をカバー部材１６により覆い、成形型１５を冷却するとき、すなわちプレス成形後にプレス成形時の温度で加熱しないときに成形型１５の外周からカバー部材１６を退避させることで、成形型１５の冷却時間を長くすることなく成形型１５の加熱時間を短縮するため、成形型１５の外周からの放熱を抑えながら光学素子の成形サイクルタイムを短縮することができる。

また、カバー部材１６をプレス軸１１と独立して駆動させるカバー軸１２を備えたことで、同一位置で成形型１５の加熱、成形、冷却を行う光学素子の製造装置であっても成形型１５の外周からの放熱を抑えながら光学素子の成形サイクルタイムを短縮することができる。

さらに、カバー部材１６が、成形型１５を加熱するときヒータブロック１１ｂ，１１ｄの外周をも覆うことで、ヒータブロック１１ｂ，１１ｄの外周からの放熱も抑えることができる。

さらにまた、カバー部材１６が成形型１５の外周及びヒータブロック１１ｂ，１１ｄの外周を所定の間隙をもって覆うようにしたことで、成形型１５及びヒータブロック１１ｂ，１１ｄからカバー部材１６への伝熱を抑え、成形型１５を加熱する際の成形型１５及びヒータブロック１１ｂ，１１ｄの外周からの放熱を一層抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る光学素子製造装置を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学素子製造装置を示す断面図である。 特許文献１のレンズ成形装置の主要部を示す断面図である。

符号の説明

１ 光学素子製造装置
２ 加熱軸
２ａ 上側断熱材
２ｂ 上側ヒータブロック
２ｃ 下側断熱材
２ｄ 下側ヒータブロック
３ 成形軸
４ 冷却軸
５ 成形室
５ａ 搬入口
５ｂ 搬出口
６ 光学素子材料
７ 成形型
７ａ 上型
７ｂ 下型
７ｃ スリーブ
８ カバー部材
９ カバー部材
１０ 光学素子製造装置
１１ プレス軸
１２ カバー軸
１３ 成形室
１４ 光学素子材料
１５ 成形型
１５ａ 上型
１５ｂ 下型
１５ｃ スリーブ
１６ カバー部材
１６ａ カバー保持部

Claims (5)

1. 光学素子材料が配置された成形型を加熱する上側加熱ブロック及び下側加熱ブロックを含む加熱手段と前記成形型をプレスするプレス手段とを有する光学素子の製造装置において、
   前記成形型を加熱するときには該成形型の外周を覆い、前記成形型を冷却するときには該成形型の外周から退避するカバー部材を備え、
   前記カバー部材は、前記成形型を加熱するとき、該成形型の外周を覆うと共に、さらに前記加熱手段の外周をも覆うことを特徴とする光学素子の製造装置。
2. 前記カバー部材は、前記成形型の外周及び前記加熱手段の外周と所定の間隙をもって設けられることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造装置。
3. 前記カバー部材は前記プレス手段に固定され、該プレス手段の上下動に伴い前記カバー部材も上下動することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学素子の製造装置。
4. 前記カバー部材を前記プレス手段と独立して駆動可能なカバー部材駆動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学素子の製造装置。
5. 成形型内に光学素子材料を配置し、前記成形型を加熱及びプレスすることにより光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
   前記成形型を加熱するときには該成形型の外周をカバー部材で覆うと共に、さらに前記成形型を加熱する上側加熱ブロック及び下側加熱ブロックを含む加熱手段の外周をも前記カバー部材で覆い、前記成形型を冷却するときには前記成形型の外周から前記カバー部材を退避させることを特徴とする光学素子の製造方法。