JP2007153647A - 光学素子の成型装置及び成型方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造且つ工程によって、金型を正確な位置に搬送できる光学素子の成型装置及び成型方法を提供する。
【解決手段】 搬送路２上に加熱部１２、加圧成型部１３及び冷却部１４を備え、搬送路２上を、搬送方向に連続する複数の金型５が同時に摺動して搬送され、各金型５の搬送方向後側を押圧して金型５を前方に移動させる搬送アーム６を備え、搬送アーム６は、その前側部分６１で金型５後面を押圧してこれを所定距離だけ移送する成型装置１において、搬送アーム６の後側部分６３に、金型５を所定距離移動後に搬送アーム６を後進させて後続の金型５の位置を矯正するための位置決め用凹部６４を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学機器に使用される高精度なガラスレンズ等の光学素子を加圧成型する成型装置及びその成型装置を用いた成型方法に関するものである。

従来より、加熱して軟化させたガラス素材を加圧成型し、ガラスレンズからなる光学素子を製造する成型方法が、広く実施されている。すなわち、例えば球状に予備成型したガラス素材を、上型、下型、胴型で構成された金型内にセットし、加熱工程により５００〜７００℃程度に加熱してガラス素材を軟化させた後、加圧してレンズ製品に成型し、冷却して製品を取り出す。これらの各工程は、殊に加熱した金型の酸化を防ぐために、酸素が入らない非酸化性雰囲気内で行われ、金型内のガラス素材を、一直線状又は円環状の搬送路上に配置された加熱、加圧成型、冷却の各工程に順次搬送する。

このような成型装置において、金型を搬送する方法として、従来、以下のような搬送方法が提案されている。

図９は、櫛歯状の棹９によって金型５が搬送される従来例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。このような成型装置は、例えば特許文献１に開示されている。

このように、櫛歯状の棹９を用いて金型５を押し込んで摺動させる場合、棹９が金型５と接触する際に、加熱された金型５から熱が伝わり、棹９が変形することがある。

図１０は、棹９が変形した場合の金型５の摺動方向を示す平面図である。二点鎖線で示すように棹９が変形した場合、金型５と棹９との接触面が傾き、本来の搬送方向ｄからずれた方向ｅに金型５が押される。搬送方向がずれると、金型５を搬送路に設置した後、加熱、加圧成型、冷却工程の各工程部へ順次搬送を繰り返すうちに、金型５の位置ずれが大きくなり、搬送路からはみ出してしまう場合がある。組立誤差により棹９が変形している場合にも、同様に金型５の位置ずれが起こる。

このような位置ずれをなくすために、特許文献２では、正確な搬送方向に金型が移動するようにガイドする溝型部材を用いた成型装置が開示されている。すなわち、金型の幅寸法に合わせた溝型部材の中に金型をはめ込み、回動型押しアームを備えた棹で金型を押して搬送する。

これによると、溝型部材が搬送方向をガイドするため、搬送方向がずれるのを防ぐことはできるが、金型搬送後、金型の中心と加熱又は冷却部材等の中心を合わせる手段がないため、中心がずれて金型の温度分布に偏りが生じることがある。そのため、金型を介してガラス素材に伝わる温度分布が非対称となり、対称な形状及び特性のレンズに対して十分な精度で成型できない場合がある。

さらに、金型の外径寸法に合わせた溝型部材を用いるため、外径寸法が異なる金型を搬送する際には、溝型部材を交換しなければならず、手間や溝型部材のコストを要する。

上記の問題を解決するためには、搬送後に金型を正確に位置決めする手段が必要である。ところが、位置決め装置を取り付けると、成型装置全体が大型化するうえ、コストが嵩む。また、成型装置内は高温になるため、位置決め装置の耐久性を高めることが困難である。

また、搬送機構とは別の位置決め装置を設けた場合、搬送機構と位置決め装置との干渉を避けるため、搬送機構が退避した後に位置決め装置を動作させる必要があり、全体の成型時間が長くなってしまう。

特許文献３では、同時に複数の金型を搬送する場合に、各金型が正しい位置に搬送されるように、金型の位置決めのための凹部を有する搬送治具を用いて、その凹部に複数の金型をはめ込んで搬送する装置が開示されている。これによると、搬送治具が位置決め手段を兼用するため、別途位置決め装置を設けることなく、正しい位置に金型を搬送できる。

ところが、金型は加熱時に熱膨張するので、金型の外側を凹部にはめ込むことにより位置決めするためには、熱膨張における金型の外形寸法を正確に統一する必要があり、厳密な寸法管理が必要となる。

また、加熱した金型に搬送治具をはめ込んで搬送する際、金型と搬送治具との間に温度差を有しているため、金型の温度分布に偏りが生じる。搬送治具が常時金型に接触している場合には、温度差は生じないが、加熱および冷却工程において、金型および搬送治具の両方が被加熱（または冷却）体となるため、熱容量が増大し、不必要な加熱および冷却を要して無駄な熱量を消費する。

特公平８−１３６８７号公報 特公平３−５５４１７号公報 特許第２７８５６８３号公報

本発明は、上記従来技術を考慮してなされたものであり、簡単な構造且つ工程によって、金型を正確な位置に搬送できる光学素子の成型装置及び成型方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、搬送路上に加熱部、加圧成型部及び冷却部を備え、該搬送路上を、搬送方向に連続する複数の金型が同時に摺動して搬送され、各金型の搬送方向後側を押圧して該金型を前方に移動させる搬送アームを備え、該搬送アームは、その前側部分で金型後面を押圧してこれを所定距離だけ移送する成型装置において、前記搬送アームで金型を前記所定距離移動後に、後続の金型の位置を矯正するための位置決め用凹部を設けた位置決め手段を備えたことを特徴とする光学素子の成型装置を提供する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記位置決め手段として、前記搬送アームの後側部分に、該搬送アームと一体的に前記凹部を設けたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記位置決め手段として、前記搬送アームと別体の位置決め用アームを備え、該位置決め用アームに前記凹部を設けたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記搬送アームの前側部分と後側部分は、熱的に分離されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記凹部は、対向するテーパ又は円弧からなることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、複数本の搬送アームの端部同士を連結したことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、各搬送アームの前側部分で複数の金型を押圧することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかの成型装置を用いた光学素子の成型方法であって、上型、下型及び胴型からなる金型に対し、搬送方向に沿って複数の金型を同時に搬送路上を摺動させて所定距離だけ移送し、移送後に該搬送路上で加熱、加圧成型及び冷却工程が順次施される光学素子の成型方法において、金型移送後に前記凹部により金型の位置を矯正して位置決めする請求項１〜７のいずれかに記載の成型装置を用いた光学素子の成型方法を提供する。

請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記搬送アームは、金型の位置決め動作終了後直ちに金型から離間することを特徴とする。

請求項１の発明によると、金型を移送する搬送アームの後側に搬送アームと一体又は別体で後続の金型の位置を矯正するための位置決め用凹部を設けたことにより、搬送後にこの凹部を後退させて、金型の位置ずれを矯正して正しい位置に配置させることができる。それにより、各工程を正確な位置で正確な温度分布条件の下で行うことができ、形状的な寸法及び光学特性の点で高精度なプレス成型製品が得られる。

請求項２の発明によると、金型を移送する搬送アームの後側部分に後続の金型の位置を矯正するための位置決め用凹部を設けたことにより、搬送後に金型の位置ずれを矯正して正しい位置に配置させることができる。それにより、各工程を正確な位置で正確な温度分布条件の下で行うことができ、形状的な寸法及び光学特性の点で高精度なプレス成型製品が得られる。また、搬送機構以外に別途位置決め装置を設ける必要がなく、簡単な構成であるため、成型装置が大型化したりコストが嵩むことがない。さらに、既設の成型装置の搬送アームのみを交換すれば、既設装置をそのまま使用できる。

請求項３の発明によると、既設の成型装置の搬送アームをそのまま用いて、これに別体の位置決め用アームを付加することにより、簡単な機構であるいは単なる連結により搬送アームと連動させて、大掛かりな設備変更を伴わずに位置決め機構が実現できる。

請求項４の発明によると、搬送アームの前側部分と後側部分とを熱的に分離することにより、金型を押圧する前側部分が熱変形しても、位置決め用の後側部分に影響を与えず、正確に後続の金型の位置決めを行うことができる。

請求項５の発明によると、位置決め用凹部が、対向するテーパ又は円弧であることにより、簡単な形状で、金型の大きさに関係なく、位置決めをすることができる。

請求項６の発明によると、複数本の搬送アームの端部同士を連結することにより、共通の動力源で同時に複数の金型の搬送及び位置矯正が行える。

請求項７の発明によると、１つの工程を同時に複数の金型に対して行う場合、これらの複数の金型の搬送及び位置矯正を効率よく行える。

請求項８の発明によると、上記各発明の効果を十分に発揮させて効率よく金型を搬送でき、金型の位置決めに多くの時間を要することがない。また、金型の搬送後に位置矯正を行うので、一連の位置決め動作が連続して円滑に実施でき、正確な位置に金型を配置させて各工程を行うことができる。

請求項９の発明によると、搬送アームが、金型の位置決め動作終了後直ちに金型から離間することにより、金型と搬送アームとの熱の授受を最小限に抑えることができる、従って、金型に熱的不均一が生じるのを防ぎ、各工程を最適な温度分布状態の下で正確に行うことができる。また、搬送アームが金型の熱により変形するのを防ぎ、正確な位置決めができるとともに、搬送アームの耐久性が高まる。

図１は本発明の実施例であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
成型装置１は、非酸化性雰囲気、例えば窒素雰囲気に保たれたチャンバ内に収容され、図の右から左へ矢印の方向に金型が搬送される一直線状の搬送路２が設けられる。

搬送路２には、図の右側から順に、素材をセットした金型の投入部１１、加熱部１２、加圧成型部１３、冷却部１４、製品の取出部１５が設けられる。加熱部１２、加圧成型部１３、冷却部１４には、それぞれ加熱プレート２２、成型プレート２３、冷却プレート２４が、互いに熱的影響を受けないように間隔をあけて設けられる。なお、上側にも図示しない加熱、成型、冷却の各プレートが設けてあり、これらのプレートを上下させて加熱、加圧成型、冷却の各工程が行われる。

金型５は、筒状の胴型５３と、その胴型５３内に嵌め込まれる下型５２と、胴型５３内部を摺動可能な上型５１とからなる。上型５１の下面および下型５２の上面が成型面であり、その間に素材３を配置して加圧成型し、光学素子の成型品４を形成する。

搬送アーム６は、搬送方向と直角方向に伸びる棒状の前側部分６１と、前側部分６１の基端部に連結され前側部分６１とは溝６２を挟んで対向する後側部分６３とからなる。後側部分６３の先端部には、二股に分かれたＶ字状のテーパ形状を有した凹部６４が形成されている。前側部分６１により、進行方向前方の金型５を押圧して搬送し、搬送後に後側部分６３の凹部６４により、後方の金型５の位置を矯正する。

溝６２は、前側部分６１と後側部分６３とを熱的に分離するために設けられる。前側部分６１は、搬送の間ずっと金型５に接触しているので、金型５の熱により変形しやすい。前側部分６１が熱変形しても、後側部分６３との間に溝６２を設けることにより、後側部分６３の凹部６４の位置及び方向を正しく保つことができる。なお、前側部分６１と後側部分６３を熱的に分離する手段は、溝６２の形成に限らず、例えば前側部分６１と後側部分６３との間に断熱材を配置してもよい。

図２及び図３は、金型５の搬送及び位置決めの手順を示す説明図である。
図２（Ａ）は、図の右から順に投入部１１、加熱部１２、加圧成型部１３、冷却部１４にそれぞれ金型５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが載置された状態である。投入部１１の金型５ａ内に、ガラス玉からなる素材がセットされる。加熱部１２の金型５ｂには、素材が軟化して加圧による成型が可能な温度まで金型５ｂを加熱する加熱工程が行われる。加圧成型部１３の金型５ｃには、加圧成型して所定寸法の成型品を成型する成型工程が行われる。冷却部１４の金型５ｄには、成型品の品質が安定する適温まで冷却する冷却工程が行われる。

これらの工程が行われている間、搬送アーム６は、（Ａ）に示すように金型から離れた位置で待機している。それぞれの工程が終了すると、図２（Ｂ）に示すように、搬送アーム６が図の下方向に移動し、金型位置の中心と凹部６４の中心とが搬送方向の同一線上に並ぶようにする。

次に、図２（Ｃ）に示すように、搬送アーム６が図の左方向へ移動し、搬送アーム６の前側部分６１の前面を各金型５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの後面に接触させて押圧し、左方向へ１区画ずつ移動させる。

各金型５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが次の工程の位置、すなわち、それぞれ、加熱部１２、加圧成型部１３、冷却部１４、取出部１５へ搬送されると、直ちに、図２（Ｄ）に示すように、搬送アーム６が図の右方向に移動し、後側部分６３の凹部６４を、搬送方向から見て後方側の金型５ａ，５ｂ，５ｃの前面に接触させる。凹部６４がテーパを有しているため、円柱状の各金型５ａ，５ｂ，５ｃが凹部６４に係合し、テーパにガイドされて各金型５ａ，５ｂ，５ｃの位置が合わされる。こうして、金型５ａ，５ｂ，５ｃが正確な位置に載置され、加熱部１２及び冷却部１４では対称に熱を受け、加圧成型部１３では対称且つ均等にプレスされて、精密な成型品が成型される。なお、取出部１５に搬送された金型５ｄは、その後処理工程が行われないので、位置を矯正する必要がない。

図３（Ａ）は、図２（Ｄ）と同じ状態であり、金型５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、それぞれ、加熱部１２、加圧成型部１３、冷却部１４、取出部１５に配置され、金型５ａ，５ｂ，５ｃが、搬送アーム６の凹部６４により位置決めされている。

金型５ａ，５ｂ，５ｃが位置決めされると、直ちに、搬送アーム６は、図３（Ｂ）に示すように、金型と接触しない位置まで図の左方向に少し移動し、さらに、図３（Ｃ）に示すように、金型から離れた位置まで、図の上方向へ移動する。その後、図３（Ｄ）に示すように、搬送アーム６が図の右方向へ移動し、図２（Ａ）と同じ位置に戻る。位置決め後、搬送アーム６を直ちに金型から離し、凹部６４が金型に接触する時間をなるべく短くすることにより、金型内の熱的非対称を最小限にするとともに、凹部６４の熱変形を防ぐ。

この状態で、加熱部１２の金型５ａには加熱工程、加圧成型部１３の金型５ｂには成型工程、冷却部１４の金型５ｃには冷却工程が行われ、取出部１５の金型５ｄは、上型を取り外し、一連の製造工程を終えて完成した成型品を取り出す。また、投入部１１には、新たに素材をセットした金型が配置されて、図２（Ａ）の状態になる。このようにして、図２および図３の工程が繰り返される。

図４は本発明の異なる実施例であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。この例は、搬送アーム後側の位置矯正用凹部の形状をＶ字形状から円弧形状に変えたものである。

搬送アーム６ａは、図１の実施例と同様に、搬送方向と直角方向に伸びる棒状の前側部分６１ａと、前側部分６１ａの基端部に連結され前側部分６１ａとは溝６２ａを挟んで対向する後側部分６３ａとからなる。後側部分６３ａの先端部に、円弧状の凹部６４ａが形成されている。この搬送アーム６ａによる搬送及び位置矯正手順は、前述の実施例と同様である。

図５は、本発明のさらに異なる実施例であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
搬送アーム６ｂは、前側部分と後側部分とが分離されずに一体に形成され、搬送方向に対して後側にＶ字状にテーパを有する凹部６４ｂが形成されている。搬送時及び位置決め時に搬送アーム６ｂが金型５に接触する時間を極めて短くすることにより、搬送アーム６ｂの熱変形が起こりにくくなり、本実施例を用いることができる。この搬送アーム６ｂによる搬送及び位置矯正手順は、図２及び図３と同様である。

図６は、本発明のさらに異なる実施例であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
搬送方向と直角に図１と同様の搬送アーム６が並び、それらの搬送アーム６の端部同士を連結材７により連結して搬送治具８を構成している。この搬送治具８を用いると、共通の動力源で、同時に複数の搬送アーム６を移動させることができる。なお、各搬送アームの形状は、図４又は図５に示した搬送アーム６ａ，６ｂでも構わない。

図７は、本発明のさらに異なる実施例を示す平面図である。
金型５が、搬送方向に対して直角に２個ずつ、全体で連続的に２列に配置され、加熱、加圧成型、冷却の各工程を２個ずつの金型に対して同時に行う場合に用いられる。搬送アーム６ｃは、前側部分６１ｃが、２列に並列する金型５，５の両方の後面を押圧できる長さを有し、各工程毎の金型を２個ずつ同時に搬送する。後側部分６３ｃには、２列の金型５，５のそれぞれの中心位置に合わせて凹部６４ｃ，６４ｃが設けられ、これにより後方の２列の金型の位置を同時に矯正する。

金型が３列以上に並列する場合でも、搬送アームの長さを伸ばし、並列する金型の中心位置に合わせた凹部を設けることにより、同様に実施可能である。このように、金型を押圧する搬送アームの前側部分が長くなる場合には、わずかに熱変形しても先端部の変位が大きくなるので、前側部分６１ｃと後側部分６３ｃとの間に溝６２ｃを設け、両部分６１ｃ，６３ｃを熱的に分離することが好ましい。

図８は、本発明の別の実施例の構成図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
この例は、金型５を移動させる搬送アーム６とは別体で、各搬送アーム６の後側に位置決め用のアーム７０を設け、各アーム７０に位置決め用凹部７１を設けたものである。搬送アーム５同士及び位置決め用アーム７０同士は、それぞれ連結されている。位置決め用アーム７０は、搬送アーム６の駆動装置（不図示）に連結することができる。あるいは、位置決め用アーム７０を搬送アーム６に連結固定してもよい。位置決め用アーム７０の凹部７１による後続の金型の位置決め動作は、前述の実施例と同様である。

なお、上記の実施例は、一直線状の搬送路２を有し、１区画ごとに異なる工程を行う成型装置としたが、例えば往路と復路からなる搬送路を有する装置等、上記の例と異なる場合にも実施可能である。

本発明は、加熱、成型、冷却の各工程を有する成型製品を製造する装置に適用できる。

本発明の実施例を示す図。 図１の実施例による実施手順を示す説明図。 図２に続く実施手順を示す説明図。 本発明の異なる実施例を示す図。 本発明のさらに異なる実施例を示す図。 本発明のさらに異なる実施例を示す図。 本発明のさらに異なる実施例を示す平面図。 本発明の別の実施例の構成図。 従来例を示す図。 図９の例による問題点を示す説明図。

符号の説明

１：成型装置、２：搬送路、３：素材、４：成型品、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ：金型、６，６ａ，６ｂ，６ｃ：搬送アーム、７：連結材、８：搬送治具、９：棹、１１：投入部、１２：加熱部、１３：加圧成型部、１４：冷却部、１５：取出部、２２：加熱プレート、２３：成型プレート、２４：冷却プレート、５１：上型、５２：下型、５３：胴型、６１，６１ａ，６１ｃ：前側部分、６２，６２ａ，６２ｃ：溝、６３，６３ａ，６３ｃ：後側部分、６４，６４ａ，６４ｂ，６４ｃ：凹部、７０：位置決め用アーム、７１：凹部

Claims (9)

1. 搬送路上に加熱部、加圧成型部及び冷却部を備え、該搬送路上を、搬送方向に連続する複数の金型が同時に摺動して搬送され、各金型の搬送方向後側を押圧して該金型を前方に移動させる搬送アームを備え、該搬送アームは、その前側部分で金型後面を押圧してこれを所定距離だけ移送する成型装置において、
   前記搬送アームで金型を前記所定距離移動後に、後続の金型の位置を矯正するための位置決め用凹部を設けた位置決め手段を備えたことを特徴とする光学素子の成型装置。
2. 前記位置決め手段として、前記搬送アームの後側部分に、該搬送アームと一体的に前記凹部を設けた請求項１に記載の光学素子の成型装置。
3. 前記位置決め手段として、前記搬送アームと別体の位置決め用アームを備え、該位置決め用アームに前記凹部を設けた請求項１に記載の光学素子の成型装置。
4. 前記搬送アームの前側部分と後側部分は、熱的に分離されている請求項２に記載の光学素子の成型装置。
5. 前記凹部は、対向するテーパ又は円弧からなる請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子の成型装置。
6. 複数本の搬送アームの端部同士を連結した請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子の成型装置。
7. 各搬送アームの前側部分で複数の金型を押圧する請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子の成型装置。
8. 上型、下型及び胴型からなる金型に対し、搬送方向に沿って複数の金型を同時に搬送路上を摺動させて所定距離だけ移送し、移送後に該搬送路上で加熱、加圧成型及び冷却工程が順次施される光学素子の成型方法において、
   金型移送後に前記凹部により金型の位置を矯正して位置決めする請求項１〜７のいずれかに記載の成型装置を用いた光学素子の成型方法。
9. 前記搬送アームは、金型の位置決め動作終了後直ちに金型から離間する請求項８に記載の光学素子の成型方法。
   

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