JP2008056502A - Apparatus for molding optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光学素子素材を加熱軟化させて加圧成形する光学素子成形装置に係り、特に該光学素子素材が置かれた金型組を前記加圧成形の前に加熱するための加熱手段に関する。 The present invention relates to an optical element molding apparatus that heats and softens an optical element material, and particularly relates to a heating means for heating a mold set on which the optical element material is placed before the pressure molding.
上金型と下金型の間に光学素子素材が置かれた金型組を、加熱、加圧成形、冷却と各プロセスエリアへ順次搬送して所望の光学素子を成形する装置において、加圧成形の前に所定温度に金型組を昇温する加熱のステージでは、該金型組の上下方向に配置された加熱プレートで金型組を挟み込むことにより、金型組および光学素子素材を加熱していた(特許文献1)。しかしながら、この特許文献1による方法では、加熱プレートを金型組に接触させるため、加熱効率が悪く、昇温速度が遅いだけでなく、金型組が傷つき易く、比較的大きなサイズの金型組には適さない等の問題点があり、こうした問題を回避するため、本願発明者等は上側の加熱プレートを非接触加熱方式に変更した図6に示す加熱部4の構成を考えるに到った。
Pressing in a device that molds a desired optical element by sequentially transferring the mold set with the optical element material placed between the upper mold and the lower mold to each process area with heating, pressure molding and cooling In the heating stage in which the mold set is heated to a predetermined temperature before molding, the mold set and the optical element material are heated by sandwiching the mold set with heating plates arranged in the vertical direction of the mold set. (Patent Document 1). However, in the method according to
図6は上記加熱部4の構成の詳細を示すもので、金型組15の温度を計測するため、上部にスプリング25で支持された熱電対24が設けられている。さらに下部のプレート1には加熱用のシースヒータ1aと図示しない温度測定用の熱電対が設けられている。
金型組15の上部に直接接触している熱電対24は、金型組15の上金型との接触角や金型組15と熱電対24との接触面の表面粗さ、酸化度合い等の影響により、測定温度が安定化せず、金型毎の温度のばらつきや、同じ金型組15での繰り返し性が非常に不安定であること、また、熱電対24が直接、赤外線ランプ22、反射板23等による輻射熱を受けるため、熱電対シース部の熱伝導により正確な測温が困難であることと、熱電対24の寿命が短いという問題点が判明した。また、加熱部4は、非接触加熱用の赤外線ランプ22、下部のプレート1内のシースヒータ1aとで加熱する方式であるが、赤外線ランプ22による加熱速度は速く、反対にシースヒータ1aの加熱速度は遅いため、同時に加熱を開始する場合、互いに干渉し温度が安定化するまでに時間がかかるという問題点が判明した。
The
本発明者等は上述した問題点を検討した結果、上記金型組を載置したプレート内に温度センサを埋設し同センサにより金型と接する前記プレート表面近傍の温度を測定することで金型組の温度を精度よく制御することが可能であることを見出した。 As a result of examining the above-mentioned problems, the inventors have embedded a temperature sensor in a plate on which the mold set is placed, and measures the temperature in the vicinity of the plate surface in contact with the mold by the sensor. It was found that the temperature of the set can be controlled with high accuracy.
従って、本発明の目的は、金型組の温度を測定するための熱電対が赤外線ランプや反射板等による輻射熱を直接受けることがなく正確な測温を可能にするとともに、該熱電対を長く使用でき、また、加熱の開始後、金型組の温度が安定化するまでの時間を短くすることができる光学素子成形装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to enable a thermocouple for measuring the temperature of a mold set not to receive radiant heat directly from an infrared lamp, a reflector, etc., and to accurately measure the temperature, and to make the thermocouple longer. Another object of the present invention is to provide an optical element molding apparatus that can be used and that can shorten the time until the temperature of a mold set is stabilized after the start of heating.
上記目的を達成するため、本発明による光学素子成形装置は、
上金型と下金型の間に光学素子素材が置かれた金型組を、加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスステージへ順次搬送し光学素子を成形する成形装置であって、同成形装置は、
前記金型組を搭載し、且つ搭載された金型組に対しそれぞれ加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスを遂行するためのプレートを内部に配設した成形室と、前記成形室内にて互いに隣接するプレート上面の所定位置へ前記金型組を移動する搬送手段と、前記加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスおよび前記搬送手段を制御する制御装置とからなり、
前記加熱プロセスステージには、その下プレート上に接触して載置された金型組の周囲に昇降可能に配置されるとともに前記金型組を非接触で加熱する加熱手段と、
同加熱手段を制御する温度制御手段と、
前記金型組が載置され、前記下プレート表面近傍温度を測定するように該下プレートの中心近傍に埋設された温度センサと、を備え、
該温度センサにより検出された温度を前記温度制御手段にフィードバックすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical element molding apparatus according to the present invention comprises:
A molding apparatus for molding an optical element by sequentially transporting a mold set in which an optical element material is placed between an upper mold and a lower mold to each process stage of heating, pressure molding, and cooling. The molding equipment
A molding chamber in which the mold set is mounted, and a plate for performing heating, pressure molding, and cooling processes on the mounted mold set, respectively, is disposed in the molding chamber. Conveying means for moving the mold set to a predetermined position on the upper surface of the plates adjacent to each other, and a control device for controlling the heating, pressure forming and cooling processes and the conveying means,
The heating process stage is disposed so as to be movable up and down around a mold set placed in contact with the lower plate, and heating means for heating the mold set in a non-contact manner,
Temperature control means for controlling the heating means;
The mold set is mounted, and a temperature sensor embedded near the center of the lower plate so as to measure the temperature near the lower plate surface; and
The temperature detected by the temperature sensor is fed back to the temperature control means.
その場合、前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部、上部または外周部と上部に配置された非接触型の加熱ヒータであることがこのましい。
またその場合、前記加熱手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された非接触加熱ヒータにおいて、当該金型組が載置された下プレート近傍のヒータ出力を、該下プレートよりも遠方に位置するヒータ出力に対して大きく設定することができる。
さらに、その場合、前記加熱手段を制御する温度制御手段は、前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された非接触型の加熱ヒータの総出力を、前記金型組の高さに応じて変更できるようにすることができる。
また、その場合、前記加熱手段は前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された赤外線ランプヒータで構成され、該赤外線ランプヒータにより輻射加熱を行うよう構成することができる。
さらに、その場合、前記加熱手段は前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された抵抗加熱装置で構成され、該抵抗加熱装置を用いて輻射加熱を行うよう構成することができる。
さらに、その場合、前記加熱手段は前記光学素子素材が置かれた金型組の外周部に配置された高周波誘導コイルで構成され、該高周波誘導コイルを用いて高周波誘導加熱を行うよう構成することができる。
In this case, it is preferable that the heating means is a non-contact type heater arranged on the outer peripheral portion, the upper portion or the outer peripheral portion and the upper portion of the mold set on which the optical element material is placed.
Further, in that case, the heating means is a non-contact heater disposed on the outer periphery of the mold set on which the optical element material is placed, and the heater output near the lower plate on which the mold set is placed, It can be set larger with respect to the heater output located farther from the lower plate.
Further, in this case, the temperature control means for controlling the heating means outputs the total output of the non-contact type heater arranged on the outer periphery of the mold set on which the optical element material is placed, to the mold set. It can be changed according to the height.
In this case, the heating means may be constituted by an infrared lamp heater arranged on the outer periphery of the mold set on which the optical element material is placed, and the infrared lamp heater may be configured to perform radiant heating.
Further, in that case, the heating means may be constituted by a resistance heating device disposed on the outer peripheral portion of the mold set on which the optical element material is placed, and may be configured to perform radiant heating using the resistance heating device. it can.
Further, in that case, the heating means is composed of a high-frequency induction coil arranged on the outer periphery of the mold set on which the optical element material is placed, and is configured to perform high-frequency induction heating using the high-frequency induction coil. Can do.
本発明によれば、加熱プロセスステージには、その下プレート上に接触して載置された金型組の周囲に昇降可能に配置されるとともに前記金型組を非接触で加熱する加熱手段と
同加熱手段を制御する温度制御手段と前記金型組が載置され、前記下プレート表面近傍温度を測定するように該下プレートの中心近傍に埋設された温度センサとを備え、該温度センサにより検出された温度を前記温度制御手段にフィードバックする構成としたので、金型組の温度を測定するための温度センサが非接触型の加熱手段による輻射熱を直接受けることがなく正確な測温を可能にするとともに、該温度センサの寿命を長くでき、また、加熱の開始後、金型組の温度が安定化するまでの時間を短くすることができる。
According to the present invention, the heating process stage is disposed so as to be movable up and down around the mold set placed in contact with the lower plate, and heating means for heating the mold set in a non-contact manner. A temperature control means for controlling the heating means and a temperature sensor on which the mold set is mounted and embedded in the vicinity of the center of the lower plate so as to measure the temperature in the vicinity of the lower plate surface. Since the detected temperature is fed back to the temperature control means, the temperature sensor for measuring the temperature of the mold set does not directly receive radiant heat from the non-contact type heating means, enabling accurate temperature measurement. In addition, the lifetime of the temperature sensor can be extended, and the time until the temperature of the mold set is stabilized after the start of heating can be shortened.
以下、本発明の実施の形態に基づく実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の適用される光学素子成形装置の全体構成の配置を示す。同図1において、参照符号8は成形室であり、その右端部上面には、成形前の金型組15を待機させるインポートロードロック室(以下、置換室という)12、その左端部上面には、成形後の金型組15を待機させるアウトポートロードロック室(以下、置換室という)13が設けられている。前記置換室12には管路Lを介して真空ポンプ30が接続されている。また、置換室12、13および成形室8にはそれぞれ供給管路L1、L2、L3を介して窒素ガス供給ユニット40から窒素ガスが供給されるようになっている。なお、本実施例では、窒素ガスを不活性ガスとして用いている。また、前記各管路L、L1、L2、L3には図示のように弁が設けられ、前記各管路の遮断または開度を調整できるようになっている。
Hereinafter, examples based on embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the arrangement of the overall configuration of an optical element molding apparatus to which the present invention is applied. In FIG. 1,
成形室8の内部には、置換室12下方に設けられたエアシリンダ11aにより昇降可能に移動するテーブル9が配置され、置換室12の開口部12aを介して成形前の金型組15を搭載して受け取るようになっている。同様に、置換室13の下方に設けられたエアシリンダ11bにより昇降可能に移動するテーブル10が配置され、同テーブル10に搭載された成形後の金型組15は置換室13の開口部13aを介して置換室13へ排出されるようになっている。前記各開口部12a、13aにはそれぞれ置換室12、13と成形室8内とを気密的に遮断するシャッターが設けられている。
Inside the
前記テーブル9と10の間には、加熱ゾーンを形成するプレート1と公知の赤外線ランプヒータ装置4、加圧成形ゾーンを形成する上下一対のプレート2、5、ならびに、冷却ゾーンを形成する一対のプレート3、6が配置されている。前記赤外線ランプヒータ装置4は、エアシリンダ7aのロッドにより上下に移動可能であって金型組15がテーブル9から隣接するプレート1上へ移送されるとき上方へ引き上げられるようになっている。
参照符号22は赤外線ランプヒータ装置4の各ランプユニットであって、それぞれ独立して該ランプの出力が制御可能に構成されている。参照符号7bは、前記冷却ゾーンの上側のプレート6を上下に移動可能とするエアシリンダである。
Between the tables 9 and 10, a
前記加圧成形ゾーンのステージを形成している各プレート2、5にはそれぞれカートリッジヒータ2a、5aが埋設されており、さらに図示しない温度センサが各プレート中央部に埋設されて金型組15と接触するプレート中央部表面近傍の温度が検出されるようになっている。上側のプレート5はサーボモータユニット20と結合された軸20cに固定されている。したがって、同軸20cはプレート5と共に、サーボモータ20a出力軸の回転がナットを含む直動変換部20bからなる公知のサーボモータユニット20を介して上下に進退されるようになっており、加圧成形プロセスの間、プレート5の位置および金型組15に対する押し圧力が前記サーボモータ20aにより制御されるようになっている。
参照符号50は、成形室8内の各ゾーン後方側に配置された搬送装置の全体を意味し、その詳細を図2(a)、(b)に示す。
図2(a)に示す例は、成形室8内を上から見た様子を示すもので、ロボットアームを用いた構成であって、具体的には、成形室8内の金型組15を、各テーブル9、10、各プレート1、2、3の間をロボットアームを用いて搬送するものである。同図(a)に示されるように、搬送装置50は、取り入れゾーンから加熱ゾーンへ金型組15を搬送する金型搬送ユニット51、加熱ゾーンから加圧成形ゾーンへ搬送する金型搬送ユニット52、加圧成形ゾーンから冷却ゾーンへ搬送する金型搬送ユニット53、冷却ゾーンから取り出しゾーンへ搬送する金型搬送ユニット54とから構成されている。
The example shown in FIG. 2A shows a state in which the interior of the
なお、ここでは各ゾーン間に金型搬送ユニットを配置してあるが、1つで複数の搬送ユニットを兼用してもよい。また、降下状態でのテーブル9、テーブル10、各ゾーンの下側プレート1,2,3の上面が同一水平面上になるように配置すれば金型組15は水平に移動させるだけでよく、前記の搬送ユニットは自由度が少なく、簡単な機構のものでよい。また、図中では、加熱、プレス、冷却の各ゾーンを1個づつ設けているが、成型のタクト等を考慮して複数個設けてもよい。
In addition, although the metal mold | die conveyance unit is arrange | positioned between each zone here, you may share a some conveyance unit with one. Further, if the table 9 and the table 10 in the lowered state are arranged so that the upper surfaces of the
図2(b)に上記金型組15の断面を示す。金型組15は、ガイド穴を有する上金型18aとガイドピン17を有する下金型18bとから構成されている。上金型18aと下金型18bとの間に光学素子素材19が置かれている。なお図示しないが、上下の金型18aと18bの間にはバネが配置され、加圧成形時以外では上金型18aの荷重が光学素子素材19に作用しないようになっている。
なお、図1において、置換室12、13と外部との間での金型組15の導入・排出は図示しないが、例えば、それぞれの置換室12、13の上面または側面にシャッターを設けて金型組15の導入・排出の際にそれらシャッターを開閉するよう構成することができる。
FIG. 2B shows a cross section of the mold set 15. The mold set 15 includes an
In FIG. 1, introduction / discharge of the mold set 15 between the
図1の参照符号60は、上述した各構成要素12、13、11a、11b、7a、7b、20a、4、2a、5a、30、40、50等の制御を行うコントローラであって、その概略構成ブロックを図3に示し、赤外線ランプヒータ装置の温度制御の例を図4にそれぞれ示す。
図3において、コントローラ60は、基本的に成形装置の動作の流れすなわち、金型組15を置換室12に取り入れ、成形室8内へ導入し、各成形プロセスを順次経て置換室13から外部へ排出するまでの一連のシーケンスに対応する各構成要素の動作シーケンスのための指令信号を生成する制御装置60aと、同制御装置60aにそれぞれ接続された複数の制御ユニットから構成される。
In FIG. 3, the
ここで、前記制御ユニットには、加熱ゾーンにおける赤外線ランプヒータ装置4を駆動するヒータ温度制御ユニット60b、加圧成形ゾーンにおけるプレート2、5に埋設された各カートリッジヒータ2a、5aに対する温度制御ユニット60c、加圧成形ゾーンにおけるサーボモータユニット20用の駆動制御ユニット60d、前記各エアシリンダを駆動制御するシリンダ駆動ユニット60e、前記各シャッターの開閉動作用のシャッター駆動ユニット60f、および、前記各管路の開閉弁の動作を駆動制御する弁駆動ユニット60gなどが設けられている。
Here, the control unit includes a heater
図4において、赤外線ランプ用のヒータ制御ユニット60bは、赤外線ランプヒータ装置4に設けられた上段、中段、下段のそれぞれ赤外線ランプユニット22、22、22に対し個別に、独立して電力PW1、PW2、PW3を供給するようになっている。参照符号70、72、74はそれぞれの赤外線ランプユニットへの電力の供給をオン、オフする遮断器であって、熱電対26からの検出信号に基づきヒータ制御ユニット60bによってオン、オフ指令が与えられる。同図では3個の赤外線ランプユニットが例示されているが、本発明の趣旨からすれば3個に限定されない。
In FIG. 4, the
図5は赤外線ランプヒータ装置の構成を詳細に示すものである。同図5では、前述した図6で示される参照符号と同一構成部分は同一の参照符号を付してある。赤外線ランプヒータ装置4は、円弧状に加工された赤外線ランプヒータ22を上下方向の縦配列で3本配置している。各赤外線ランプヒータ22の外周部には、反射ミラー23が設けられている。この反射ミラー23は輻射熱の反射効率を考慮して金メッキが施されている。プレート1に埋設された温度センサである熱電対26を用いて、赤外線ランプヒータ制御ユニット60bにより、金型組15が所望する温度となるよう、各赤外線ランプヒータ22の出力が調整されるようになっている。
FIG. 5 shows the configuration of the infrared lamp heater device in detail. In FIG. 5, the same components as those shown in FIG. 6 are given the same reference numerals. The infrared
また、金型組15の高さに応じて、前記遮断器70〜74により個々の赤外線ランプの出力を遮断することができる。 この構成において、Tg点560℃の光学素子素材を用い直径約15mmの光学レンズを成形した。
その場合、加圧成形部の成形温度は570℃、加圧力3kNの条件で連続成形を行った場合、従来では加熱部での温度再現性が悪いため、成形品の厚さ精度は±10μm以上ばらつきがあったが、本実施例によれば温度再現性では±0.5℃以下、成形品の厚さ精度±5μm以下に改善することができ、成形精度を向上することが可能となった。
Further, the output of each infrared lamp can be blocked by the
In that case, when continuous molding is performed under the conditions where the molding temperature of the pressure molding part is 570 ° C. and the applied pressure is 3 kN, the thickness accuracy of the molded product is ± 10 μm or more because the temperature reproducibility in the heating part is poor in the past. Although there was variation, according to this example, the temperature reproducibility can be improved to ± 0.5 ° C. or less and the thickness accuracy of the molded product can be improved to ± 5 μm or less, and the molding accuracy can be improved. .
また、従来、金型組15の下部では、プレート1も加熱する必要があるため、金型組15の上部がより暖められる傾向にあり、成形品の形状不良が20%弱の割合で発生した。そのため、赤外線ランプ22の下段のヒータ出力を、他段に比べ2割程度多くすることで、金型組15の上部と下部の温度差がおよそ3度以内となり、形状不良を5%以下に減少させることが可能となった。
なお、図4では、赤外線ランプ22を用いた例を示したが、加熱手段としては、抵抗加熱装置、高周波誘導コイルを用いることも可能である。
In addition, conventionally, since it is necessary to heat the
In addition, although the example using the
以上、本発明の好適な実施例について添付図面により説明したが、当業者であれば本発明の精神を逸脱することなく、種々の変形例を実施することが可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art can implement various modifications without departing from the spirit of the present invention.
1、2、3、5、6 プレート
4 赤外線ランプヒータ装置
7a、7b エアシリンダ
8 成形室
9、10 テーブル
11a、11b エアシリンダ
12、13 置換室
15 金型組
17 ガイドピン
18a 上金型
18b 下金型
19 光学素子素材
26 熱電対
30 真空ポンプ
40 窒素ガス供給ユニット
50 搬送装置
51、52、53、54 金型搬送ユニット
60 コントローラ
60a 制御装置
60b ヒータ制御ユニット
60c カートリッジヒータ温度制御ユニット
60d サーボモータ駆動制御ユニット
70、72、74 遮断器
1, 2, 3, 5, 6
Claims (7)
前記金型組を搭載し、且つ搭載された金型組に対しそれぞれ加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスを遂行するためのプレートを内部に配設した成形室と、
前記成形室内にて互いに隣接するプレート上面の所定位置へ前記金型組を移動する搬送手段と、
前記加熱、加圧成形および、冷却の各プロセスおよび前記搬送手段を制御する制御装置とからなり、
前記加熱プロセスステージには、その下プレート上に接触して載置された金型組の周囲に昇降可能に配置されるとともに前記金型組を非接触で加熱する加熱手段と、
同加熱手段を制御する温度制御手段と、
前記金型組が載置され、前記下プレート表面近傍温度を測定するように該下プレートの中心近傍に埋設された温度センサと、を備え、
該温度センサにより検出された温度を前記温度制御手段にフィードバックすることを特徴とする光学素子成型装置。 A molding apparatus for molding an optical element by sequentially transporting a mold set in which an optical element material is placed between an upper mold and a lower mold to each process stage of heating, pressure molding, and cooling. The molding equipment
A molding chamber in which the mold set is mounted, and a plate for performing heating, pressure molding, and cooling processes on the mounted mold set is disposed therein,
Conveying means for moving the mold set to predetermined positions on the upper surfaces of the plates adjacent to each other in the molding chamber;
The heating, pressure forming, and cooling processes and a control device that controls the conveying means,
The heating process stage is disposed so as to be movable up and down around a mold set placed in contact with the lower plate, and heating means for heating the mold set in a non-contact manner,
Temperature control means for controlling the heating means;
The mold set is mounted, and a temperature sensor embedded near the center of the lower plate so as to measure the temperature near the lower plate surface; and
An optical element molding apparatus, wherein the temperature detected by the temperature sensor is fed back to the temperature control means.
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