JP2001226125A - 光学素子の加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子成形素材の温度を計測し、制御する
ことにより、温度バラツキの小さい光学素子成形素材を
成形型間に供給することにより、ワレ不良を発生させる
ことなく、品質バラツキの少ない光学素子を得ることが
できる光学素子の加熱装置を提供する。 【解決手段】 ガラス素材１６を一対の上下型７，８に
よって押圧成形する前に加熱する光学素子の加熱装置に
おいて、ガラス素材１６を加熱する加熱炉３と、上記加
熱炉３の温度を設定する温度調節器１４と、上記加熱炉
３によって加熱されたガラス素材１６の温度を非接触で
計測する非接触式温度計１１と、上記温度調節器１４の
計測結果に基づいて上記温度調節器１４を制御する制御
装置１２とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の成形装
置における光学素子の加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、特開昭６２−２４１８
３２号公報に示されている光学素子加熱装置は、炉内に
熱電対と発熱体を設置し、熱電対の温度信号を温度コン
トローラにフィードバックすることにより発熱体を制御
し、炉内温度を制御するものである。

【０００３】また、特開平１０−３６１３１号公報に示
されている光学素子の成形方法では、光学素子の成形後
に厚さを測定し、ガラス素材の変形量が最適になるよう
に、すなわち所望の光学素子を得るための最適な粘度と
なるようにガラス素材を加熱する加熱炉の設定温度を調
整して成形する成形方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６２−
２４１８３２号公報に示された光学素子の加熱装置で
は、光学素子成形素材に対しては温度を計測することな
く、炉内の温度のみの制御を行っているために、光学素
子成形素材の温度、および温度バラツキが把握できな
い。また、機械温度の変化、周囲温度の変化などの外乱
が、光学素子成形素材の温度バラツキに大きく影響を与
え、経時的に温度が変化するという問題点がある。

【０００５】また、特開平１０−３６１３１号公報に示
された成形方法では、光学素子を成形した後、十分に冷
却されてから光学素子の厚みを測定しなければならない
ため、その測定結果に基づいて加熱炉の温度を調整して
ガラス素材の温度変化を補正するまでに時間がかかって
しまう。その間、不適切な温度で数回の成形が行われて
しまうため、歩留まりが悪くなるという問題点がある。

【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、光学素子成形素材の温度を計測し、制
御することにより、温度バラツキの小さい光学素子成形
素材を成形型間に供給することにより、ワレ不良を発生
させることなく、品質バラツキの少ない光学素子を得る
ことができる光学素子の加熱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】上記課題を解決するため
に、第１の発明に係る光学素子の加熱装置は、光学素子
成形素材を一対の成形型によって押圧成形する前に加熱
する光学素子の加熱装置において、上記光学素子成形素
材を加熱する加熱手段と、上記加熱手段の温度を設定す
る温度設定手段と、上記加熱手段によって加熱された光
学素子成形素材の温度を非接触で計測する温度計測手段
と、上記温度計測手段の計測結果に基づいて上記温度設
定手段を制御する制御手段と、を具備することとした。

【０００８】また、第２の発明に係る光学素子の加熱装
置は、第１の発明に係る光学素子の加熱装置において、
上記制御手段は、上記温度計測手段の出力を連続的に取
り込んで温度変化率を求め、上記光学素子成形素材の温
度が適正温度範囲から外れる前に、上記温度設定手段に
より加熱手段の温度を再設定することとした。

【０００９】さらに、第３の発明に係る光学素子の加熱
装置は、第１または第２の発明に係る光学素子の加熱装
置において、上記加熱手段は、複数個接続して構成する
こととした。

【００１０】すなわち、第１の発明に係る光学素子の加
熱装置においては、光学素子成形素材は加熱手段で加熱
され、この加熱手段の温度は温度設定手段により設定さ
れる。加熱手段により加熱される光学素子成形素材の温
度は、温度計測手段により非接触で計測され、その測定
結果は温度設定手段を制御する制御手段に取り込まれ、
加熱手段の温度が制御される。

【００１１】また、第２の発明に係る光学素子の加熱装
置においては、制御手段は、光学素子成形素材の温度変
化率を求め、光学素子成形素材の温度が適正温度範囲か
ら外れる前に、光学素子成形素材を加熱する加熱手段の
温度を温度設定手段により再設定する。

【００１２】さらに、第３の発明に係る光学素子の加熱
装置においては、周囲温度の変化などの外乱による光学
素子成形素材の温度バラツキを抑える。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１を図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態
の光学素子の加熱装置を備えた成形装置を示す断面図で
ある。

【００１４】図１において、光学素子の加熱装置２１を
有する成形装置２２は、光学素子成形素材としての両凸
形状のガラス素材１６を加熱する加熱手段としての加熱
炉３と、加熱炉３で加熱されたガラス素材１６を成形す
る成形室６と、ガラス素材１６を搬送する搬送手段とし
ての搬送アーム１８と、を具備している。

【００１５】加熱炉３は、円筒形状の断熱材５と、断熱
材５の内面に埋設された円筒形状の加熱ヒータ（本実施
の形態では赤外線照射ヒータを用いる）４とから構成さ
れている。この加熱炉３は、断熱材５の内径部である孔
が水平になるように配設されており、一方端側をガラス
素材１６の搬入口１とし、もう一方の端部側をガラス素
材１６の搬出口２としている。この搬入口１と搬出口２
は、搬送アーム１８が挿通できる径に加工されている。

【００１６】加熱炉３には隣接して成形室６が配設され
ており、加熱炉３の搬出口２と成形室６の内部とが連通
している。

【００１７】成形室６内には、上型７と下型８がそれぞ
れの成形面を対向させて配設されている。上型７の基端
部は、成形室６の上面に固定されており、また、下型８
の基端部は、鉛直方向に移動可能なシリンダ（駆動手
段）９の主軸に固定されており、下型８は上型７に対し
て接近、離反自在となっている。ここで、上型７と下型
８間の位置を成形位置という。

【００１８】上記加熱炉３内と成形室６内にガラス素材
１６を搬送する搬送アーム１８は、図示しないエアシリ
ンダ等のアーム駆動手段によって水平方向に移動できる
ようになっている。搬送アーム１８の先端部はＵ字状に
切欠かれており、搬送ホルダ１７が載置できる。

【００１９】この搬送ホルダ１７は、搬送アーム１８の
Ｕ字状部に嵌合可能な外径を有し、且つガラス素材１６
を上方から挿入可能な内径を有する略円筒形状である。
搬送ホルダ１７の内周面には、ガラス素材１６の外周部
が載置できるように、内方に向かって突起部が設けられ
ている。また、搬送ホルダ１７の外周面上部には、搬送
アーム１８の先端部に嵌合して載置できるように、外方
に向かってフランジ部が設けられている。

【００２０】成形室６の上面の一部には、後述する温度
計測手段としての非接触式温度計１１からの光が入るよ
うに、温度測定用孔１０が穿設されている。この温度測
定用孔１０は、具体的には、加熱炉３の搬出口２と上記
成形位置との間、すなわち搬送アーム１８の軌道上で上
下型７，８の手前の位置から非接触式温度計１１に向か
う線上に設けられている。

【００２１】また、加熱炉３の断熱材５内には、加熱ヒ
ータ４の近傍にヒータ制御用熱電対１５の先端が埋め込
まれており、この熱電対１５により加熱ヒータ４の温度
測定が可能となっている。この熱電対１５には、この熱
電対１５の出力に基づいて加熱ヒータ４の温度を調節す
るための温度信号を出力する温度設定手段としての温度
調節計１４が接続されている。

【００２２】そして、温度調節計１４には、この温度調
節計１４から出力された温度信号に応じた電力を加熱ヒ
ータ４に供給する電力調節器１３が接続されている。

【００２３】また、温度調節計１４は、制御装置（制御
手段）１２を介して非接触式温度計１１に接続されてい
る。この非接触式温度計１１は、先端から照射された光
が成形室６の温度測定用孔１０を通って搬送アーム１８
に保持された搬送ホルダ１７上のガラス素材１６で反射
し、その反射光に基づいてガラス素材１６の温度を測定
する。

【００２４】上記非接触式温度計１１で測定したガラス
素材１６の温度データは、制御装置１２に取り込まれ
る。制御装置１２は、温度データに基づいてガラス素材
１６の温度変化率を求め、ガラス素材１６の温度が適正
温度範囲から外れる前に、上記温度調節計１４に信号を
送る。これにより、温度調節計１４は、電力調節器１３
を介して加熱ヒータ４の温度を再設定する。

【００２５】以下、上記光学素子の成形装置を用いて光
学素子の成形する際における光学素子の加熱装置の作用
を図１および図２を用いて説明する。

【００２６】まず、加熱ヒータ４を作動させ、加熱炉３
の内部を加熱する。そして、加熱ヒータ４の温度を熱電
対１５によって測定する。温度調節計１４は、熱電対１
５の出力に基づいて電力調節器１３を介して加熱ヒータ
４の温度を調節する。これにより、加熱炉３の温度を、
一定に制御する。

【００２７】次に、ガラス素材１６を図示せぬ供給装置
により搬送ホルダ１７上に載置し、さらに、この搬送ホ
ルダ１７を搬送アーム１８に載置する。その後、図示せ
ぬアーム駆動手段により搬送アーム１８を加熱炉３内に
搬入口１から挿入させ、ガラス素材１６が加熱炉３の略
中心に位置するまで前進させる。そして、ガラス素材１
６が加熱炉３の略中心に位置した時点で、搬送アーム１
８を停止させる（図１参照）。

【００２８】そして、加熱ヒータ４から照射された赤外
線は、搬送ホルダ１７およびガラス素材１６を効率よく
加熱する。ガラス素材１６が所望時間加熱され成形可能
になった時点で、さらに、搬送アーム１８を前進させ、
加熱炉３の搬出口２を介して成形室６に挿入させる。

【００２９】そして、ガラス素材１６が非接触式温度計
１１の下方、すなわち測定軸上に位置した時点で、搬送
アーム１８を停止させる（図２（ａ）参照）。非接触式
温度計１１は、先端から照射された光が成形室６の温度
測定用孔１０を通って搬送アーム１８に保持された搬送
ホルダ１７上のガラス素材１６で反射し、その反射光に
基づいてガラス素材１６の温度を測定する。この測定し
た温度データは、制御装置１２に取り込まれる。

【００３０】その後、搬送アーム１８を前進させ、搬送
ホルダ１７上のガラス素材１６が成形位置に位置した時
点で停止させる。次に、駆動装置９を駆動して下型８を
上昇させて、下型８を搬送ホルダ１７内に挿入させる。
さらに、下型８を上昇させることにより、搬送ホルダ１
７に載置されているガラス素材１６を持ち上げる。そし
て、上型７と下型８によって、ガラス素材１６をプレス
成形する（図２（ｂ）参照）。

【００３１】プレス成形された両凸形状の成形品（光学
素子）は、下型８を下降させることにより、再度、搬送
ホルダ１７に載置され、搬送アーム１８を後退させるこ
とによって外部へ排出される。

【００３２】一方、制御装置１２は、複数の温度データ
が取り込まれた時点で、温度データに基づいて温度変化
率を求め、ガラス素材１６の温度が適正温度範囲から外
れる前に、温度調節計１４に信号を送る。これにより、
温度調節計１４は、電力調節器１３を介して加熱ヒータ
４の温度を再設定する。

【００３３】本実施の形態によれば、加熱ヒータ４の制
御と、ガラス素材１６の温度制御を独立させ、ガラス素
材１６の温度を非接触式温度計１１で計測し、そのガラ
ス素材１６の温度変化から、加熱ヒータ４の設定温度を
変更しガラス素材１６を加熱することにより、ガラス素
材１６の温度を適正温度範囲内に保持することができ
る。そして、適正温度範囲内のガラス素材を上下型７，
８間の成形位置に搬送し、プレス成形することで品質の
よい光学素子を得ることが可能になる。

【００３４】（実施の形態２）本発明の実施の形態２を
図３に基づいて説明する。図３は本実施の形態の光学素
子の加熱装置を備えた成形装置を示す断面図である。

【００３５】本実施の形態では、実施の形態１において
成形室６の上面に設けた温度測定用孔１０に代えて、加
熱炉３の上部に温度測定用孔２０が設けられている。こ
の温度測定用孔２０は、加熱炉３の略中央部に設けら
れ、赤外線透過ガラス１９が取り付けられている。ま
た、温度測定用孔２０は、搬送アーム１８で搬送される
ガラス素材１６の上方に位置するように配設されてお
り、温度測定用孔２０の上方には、温度計測手段として
の非接触式温度計１１が配設されている。すなわち、非
接触式温度計１１の測定軸上にガラス素材１６が位置す
るようになっている。その他の構成は、実施の形態１と
同様なので省略する。

【００３６】次に、上記光学素子の加熱装置の作用を図
３および図４を用いて説明する。図示せぬ供給装置によ
り光学素子成形素材としてのガラス素材１６が供給され
た搬送ホルダ１７を載置した搬送アーム１８は、実施の
形態１と同様に一定の温度に制御された加熱炉３内に搬
入口１側から挿入される。そして、搬送アーム１８は、
保持したガラス素材１６が温度測定用孔２０の下方とな
る加熱炉３の略中心に位置するまで前進され、停止され
る。加熱炉３の略中央に位置したガラス素材１６は、非
接触式温度計１１の測定軸上に位置し、加熱ヒータ４に
より加熱されるとともに、加熱炉３上部に設けられた温
度測定用孔２０を通して非接触式温度計１１により温度
が測定される。そして、ガラス素材１６が一定時間、加
熱された後、非接触式温度計１１で測定したガラス素材
１６の温度データは制御装置１２に取り込まれる（図３
参照）。

【００３７】次に、図示せぬ駆動装置により搬送アーム
１８を前進させ、ガラス素材１６が上下型７，８間の成
形位置に位置した時点で停止させる。そして、下型８を
駆動装置９により上昇させ、上型７との間でガラス素材
１６をプレス成形する（図４参照）。その他の作用は実
施の形態１と同様なので省略する。

【００３８】本実施の形態によれば、実施の形態１で得
られる効果の他に、加熱炉３内でガラス素材１６の温度
を計測してその温度データを制御装置１２に取り込み、
加熱位置から成形位置へ直接ガラス素材１６を搬送でき
るので、タクトを短くすることができ、ガラス素材１６
の温度低下を小さくできる利点を持つ。

【００３９】なお、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）光学素子成形素材を加熱し軟化させた後、成形型
間に搬送し加圧して光学素子を成形する成形装置におけ
る光学素子の加熱装置において、両端に搬入口と搬出口
を有し、加熱ヒータを複数具備した加熱炉と、上記加熱
ヒータの出力を制御可能な出力制御ユニットに接続され
上記出力制御ユニットを上記加熱ヒータ近傍に設置され
た温度センサからの温度信号により、フィードバック制
御可能な温度制御ユニットと、上記加熱炉内の搬送手段
と、上記搬出口付近に設置された光学素子成形素材の温
度計測手段と、上記温度計測手段からの温度信号を取り
込み可能で、上記温度制御手段と通信可能な演算装置
と、から構成されることを特徴とする光学素子の加熱装
置。

【００４０】付記（１）の光学素子の加熱装置にあって
は、光学素子成形素材は、搬送手段によって、加熱炉の
搬入口から搬出口まで搬送される間に、加熱ヒータによ
って加熱される。この時、加熱ヒータは温度センサの出
力信号により、温度制御ユニットおよび出力調整ユニッ
トで制御されている。加熱された光学素子成形素材は連
続して搬出口付近で温度計測手段により温度計測され、
温度信号を演算装置に送られる。演算装置では、光学素
子成形素材の温度が適正温度範囲内かどうか判別し、温
度制御ユニットの温度設定値を変更することにより、光
学素子成形素材の温度を制御し、温度の安定した光学素
子を供給する作用がある。

【００４１】（２）上記演算装置は、上記温度計測手段
からの光学素子成形素材の温度信号を連続的に読み込
み、連続した区間の温度変化率を演算し、光学素子成形
素材の温度が適正温度範囲から外れる前に温度制御ユニ
ットの制御温度の再設定を自動で行うことを特徴とする
付記（１）に記載の光学素子の加熱装置。

【００４２】付記（２）の光学素子の加熱装置にあって
は、演算装置は、温度計測手段からの光学素子成形素材
の温度信号を連続的に読み込み、定期的に温度変化率と
温度制御ユニットの設定温度の補正値を算出し、温度制
御ユニットの温度設定値を再設定変更する。

【００４３】（３）上記加熱装置を複数個接続したこと
を特徴とする付記（１）または（２）に記載の光学素子
の加熱装置。

【００４４】（４）光学素子成形素材を一対の成形型に
よって押圧成形する前に加熱する光学素子の加熱装置に
おいて、上記光学素子成形素材を加熱する加熱手段と、
上記加熱手段の温度を設定する温度設定手段と、上記加
熱手段によって加熱された光学素子成形素材を一対の成
形型間に搬送する搬送手段と、上記光学素子成形素材を
一対の成形型間に搬送する前に、光学素子成形素材の温
度を非接触で計測する温度計測手段と、上記計測手段の
計測結果に基づいて上記温度設定手段を制御する制御手
段と、を具備することを特徴とする光学素子の加熱装
置。

【００４５】（５）光学素子成形素材を一対の成形型に
よって押圧成形する前に加熱する光学素子の加熱装置に
おいて、上記光学素子成形素材を加熱する加熱手段と、
上記加熱手段の温度を設定する温度設定手段と、上記加
熱手段によって加熱された光学素子成形素材を一対の成
形型間に搬送する搬送手段と、上記加熱手段に取り付け
られており、加熱手段によって加熱されている光学素子
成形素材の温度を非接触で計測する温度計測手段と、上
記計測手段の計測結果に基づいて上記温度設定手段を制
御する制御手段と、を具備することを特徴とする光学素
子の加熱装置。

【００４６】（６）上記制御手段は、上記温度計測手段
の出力を連続的に取り込んで温度変化率を求め、上記光
学素子成形素材の温度が適正温度範囲から外れる前に、
上記温度設定手段により加熱手段の温度を再設定するこ
とを特徴とする付記（４）または（５）に記載の光学素
子の加熱装置。

【００４７】付記（１）の光学素子の加熱装置によれ
ば、光学素子成形素材の温度をフィードバックし、加熱
ヒータの設定温度を制御することによって、温度バラツ
キの小さい光学素子成形素材を供給し、成形することが
可能となり、ワレ不良を発生することなく、面精度の良
好な光学素子を得ることができる。

【００４８】付記（２）の光学素子の加熱装置によれ
ば、光学素子成形素材を適正温度範囲内の状態に加熱維
持することができる。

【００４９】付記（３）の光学素子の加熱装置によれ
ば、周囲温度の変化などの外乱による光学素子成形素材
の温度バラツキを抑えることができる。

【００５０】付記（４）の光学素子の加熱装置によれ
ば、加熱手段で加熱する光学素子成形素材の温度を温度
計測手段で計測し、この計測結果に基づいて、制御手段
により温度設定手段を制御して加熱手段の温度を設定で
きるので、温度バラツキの小さい光学素子成形素材の加
熱を行うことができる。よって、上記光学素子成形素材
を搬送手段により一対の成形型間に供給して成形するこ
とが可能となり、ワレ不良を発生することなく、面精度
の良好な光学素子を得ることができる。

【００５１】付記（５）の光学素子の加熱装置によれ
ば、加熱手段で加熱する光学素子成形素材の温度を温度
計測手段で計測し、この計測結果に基づいて、制御手段
により温度設定手段を制御して加熱手段の温度を設定で
きるので、温度バラツキの小さい光学素子成形素材の加
熱を行うことができる。また、温度計測手段は、光学素
子成形素材の温度の計測を加熱手段内で行えるので、加
熱位置から成形位置へ直接的に光学素子成形素材を搬送
手段により搬送することが可能となる。

【００５２】付記（６）の光学素子の加熱装置によれ
ば、光学素子成形素材を適正温度範囲内の状態に加熱維
持することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係る光学素子の加熱装置によれば、加熱手段で加熱す
る光学素子成形素材の温度を温度計測手段で計測し、こ
の計測結果に基づいて、制御手段により温度設定手段を
制御して加熱手段の温度を設定できるので、温度バラツ
キの小さい光学素子成形素材の加熱を行うことができ
る。よって、温度バラツキの小さい光学素子成形素材を
一対の成形型間に供給して成形することが可能となり、
ワレ不良を発生することなく、面精度の良好な光学素子
を得ることができる。

【００５４】また、本発明の請求項２に係る光学素子の
加熱装置によれば、光学素子成形素材の温度変化率を求
め、光学素子成形素材の温度が適正温度範囲から外れな
いように加熱手段の温度を再設定できるので、光学素子
成形素材を適正温度範囲内の状態に加熱維持することが
できる。

【００５５】さらに、本発明の請求項３の光学素子の加
熱装置によれば、周囲温度の変化などの外乱による光学
素子成形素材の温度バラツキを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の光学素子の加熱装置を
備えた成形装置を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１の作用を説明するための
断面図である。

【図３】本発明の実施の形態２の光学素子の加熱装置を
備えた成形装置を示す断面図である。

【図４】本発明の実施の形態２の作用を説明するための
断面図である。

【符号の説明】

３ 加熱炉 ４ 加熱ヒータ ７ 上型 ８ 下型 １０，２０ 温度測定用孔 １１ 非接触式温度計 １２ 制御装置 １３ 電力調節器 １４ 温度調節計 １５ 熱電対 １６ ガラス素材 １８ 搬送アーム ２１ 光学素子の加熱装置 ２２ 成形装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学素子成形素材を一対の成形型によっ
   て押圧成形する前に加熱する光学素子の加熱装置におい
   て、 上記光学素子成形素材を加熱する加熱手段と、 上記加熱手段の温度を設定する温度設定手段と、 上記加熱手段によって加熱された光学素子成形素材の温
   度を非接触で計測する温度計測手段と、 上記温度計測手段の計測結果に基づいて上記温度設定手
   段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする
   光学素子の加熱装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、上記温度計測手段の出
   力を連続的に取り込んで温度変化率を求め、上記光学素
   子成形素材の温度が適正温度範囲から外れる前に、上記
   温度設定手段により加熱手段の温度を再設定することを
   特徴とする請求項１に記載の光学素子の加熱装置。
3. 【請求項３】 上記加熱手段は、複数個接続されて構成
   されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
   光学素子の加熱装置。