JP2009221077A - 光学素子製造装置および光学素子製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の成形型組を使用して複数の光学素子を一括して成形する場合に、成形温度のばらつきに起因する製品不良の発生を防止する。
【解決手段】複数の成形型組２０の各々に対応し、断熱材１８で分離されたプレートユニット２１の上部プレート部６および下部プレート部１６の各々に、上型温調用熱電対４、上型温調用ヒータ５、上型用温度制御機器１２、および下型温調用熱電対１４、下型温調用ヒータ１５、下型用温度制御機器１３を設けて、個々の成形型組２０の温度を個別に調整可能にし、複数の成形型組２０を目的の成形温度に一様に精度良く加熱した後、下部ベース部１７と上部ベース部７の間で一括して加圧することにより、複数の成形型組２０の各々に実装された複数のガラス素材１１から良質な複数の光学素子を一括して成形する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子製造装置および光学素子製造方法に関する。

従来、光学素子の製造方法として精密加圧成形法が知られている。この精密加圧成形法とは、所定の温度に加熱した光学材料、例えばガラス素材を成形型で加圧成形することにより所望の形状の光学素子を得る方法である。

この精密加圧成形法を用い、同一の加圧工程で複数の光学素子を同時に成形する方法として、例えば特許文献１に開示された技術が知られている。
すなわち、この特許文献１では、Ｖ字形の溝が刻設され、長手方向に複数スリットが設けられた柱状の下型に仕切り部材を装着して複数の成形空間に仕切るとともに、複数のガラス材を個々の成形空間に個別に配置し、平坦な上型で一括して押圧することで、複数のプリズムを一括して成形するプリズムの成形方法が開示されている。

しかるに、この特許文献１の技術では、下型および上型に設けられたヒータは、複数の成形空間、すなわち、下型および上型の全体に共通に設けられているため、下型の長手方向に区画形成された複数の成形空間の各々に実装されたガラス材について個別的に微細な温度調節が出来ず、複数の成形空間や当該成形空間に実装されたガラス材の温度にバラツキが発生し、ガラス材から成形された光学素子に割れや歪みなどの不良が発生してしまう懸念がある。
特開２００７−２２３８４８号公報

本発明の目的は、複数の成形型組を使用して複数の光学素子を一括して成形する場合に、成形温度のばらつきに起因する製品不良の発生を防止することが可能な光学素子製造技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、上型と下型との間に熱可塑性素材が実装された複数の成形型組を加熱しつつ同時に加圧して複数の光学素子を成形する光学素子製造装置であって、
複数の前記成形型組の各々の前記上型を個別に温度制御する複数の第１温度制御機構と、
複数の前記成形型組の各々の前記下型を個別に温度制御する複数の第２温度制御機構と、
複数の前記成形型組を同時に加圧する加圧機構と、
を含む光学素子製造装置を提供する。

本発明の第２の観点は、上型と下型との間に熱可塑性素材が実装された複数の成形型組を個別に温度制御しつつ同時に加圧して、複数の光学素子を成形する光学素子製造方法を提供する。

本発明によれば、複数の成形型組を使用して複数の光学素子を一括して成形する場合に、成形温度のばらつきに起因する製品不良の発生を防止することが可能な光学素子製造技術を提供することができる。

本実施の形態では、光学素子製造装置の一態様として、他の加熱機構の影響を受けることなく、複数の成形型組の各々を個別に所望の温度に温度調節可能な加熱機構を設けた構成を開示する。また、安定した加圧力で複数の成形型組を同時に加圧する機構を設けた構成を開示する。これらの構成によれば複数の成形型組のそれぞれにおいて個別に温度調整が可能となり、複数の成形型組の全てを同じ温度に調整することができる。また、加圧工程における加圧力を、たとえば必要な成形圧に安定させることができる。

本態様の光学素子製造装置では、上型と下型との間にガラス素材が挿入された複数の成形型組の上型および下型の各々を個別に加熱し、その後、成形型組を加圧することができる。

また、本態様の光学素子製造装置では上型を加熱保持する機構は、ヒータと熱電対を有し、所望の温度に温度調節することができる。
本態様の光学素子製造装置では下型を加熱保持する機構は、ヒータと熱電対を有し、所望の温度に温度調節することができる。

本態様の光学素子製造装置では、加圧機構は、加圧機器と加圧力検出器を有し、所望の加圧力で加圧することができる。
本態様の光学素子製造装置では、弾性部材を有し、加圧中は収縮し上部プレート部の加圧面に突出することなく、加圧後に上部プレート部が上型から離れる際には弾性力により上部プレート部から突出して上型を下型に向かう方向に押す貼り付き防止機構を備えることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子製造装置の構成の一例を示す略断面図であり、図２は、その動作の一例を示す略断面図である。

すなわち、本実施の形態の光学素子製造装置１は、上下方向に対向して配置された上部ベース部７および下部ベース部１７と、これらの間に配置された複数のプレートユニット２１と、これらのプレートユニット２１を熱的に分離するように配置された複数の断熱材１８と、これらが収容される成形室１ａと、上部ベース部７を駆動する加圧ユニット２（加圧機構）と、を備えている。

個々のプレートユニット２１は、上下方向に対向し、下部ベース部１７に固定された下部プレート部１６と、上部ベース部７に固定された上部プレート部６を備えている。
個々のプレートユニット２１の下部プレート部１６と上部プレート部６の間には、上型９と下型１０とからなる成形型組２０が、それぞれ配置される。

この成形型組２０の上型９と下型１０の対向面には、成形面９ａおよび成形面１０ａがそれぞれ設けられ、この成形面９ａと成形面１０ａの間にガラス素材１１（熱可塑性素材）を実装して、当該成形面９ａおよび成形面１０ａの形状をガラス素材１１に転写して光学素子１１ａの成形が行われる。

すなわち、上部ベース部７には複数のプレートユニット２１の各々の上部プレート部６が設けられ、加圧ユニット２により加圧軸３を介して上下に移動可能な構成になっている。この上部ベース部７を下降させ、上部プレート部６が上型９を加圧することで加圧処理が実施される。

この際の加圧ユニット２の加圧力を検出する為に加圧軸３と上部ベース部７との間に加圧力検出機器２ａが設けられている。加圧力検出機器２ａで検出された加圧力を加圧ユニット２の図示しない制御系に帰還することで、加圧ユニット２から上部ベース部７に作用する加圧力を制御する。

個々のプレートユニット２１において、上部プレート部６には上型温調用ヒータ５と、上型温調用熱電対４とが設けられ、外部の上型用温度制御機器１２（第１温度制御機構）が上型温調用熱電対４による測定結果に基づいて上型温調用ヒータ５を制御することで、上型９を目的の温度（たとえば、ガラス素材１１の成形温度）に温度調節することが可能になっている。

また、上型温調用熱電対４は、上部ベース部７の下降時に上部プレート部６とともに上型９の上面に接触する様に当該上部プレート部６の内部に配置され、上型９の温度を直接かつ正確に検出可能な構成になっている。

個々のプレートユニット２１の各々に設けられた、これら上型温調用ヒータ５、上型温調用熱電対４、上型用温度制御機器１２により、複数の上部プレート部６が複数の上型９の全てを同一の温度に温度調節することができる。

また、上部プレート部６には上型９と接触する部分に上型９が上部プレート部６に貼り付くのを防ぐ為に上型貼り付き防止ユニット８が設けられている。
この上型貼り付き防止ユニット８は、上型９に当接する可動片８ａと、この可動片８ａの背面に設けられ、可動片８ａを上型９に押圧する方向に付勢するスプリング８ｂで構成され、後述のように、成形完了後における上部プレート部６の上昇時に、可動片８ａが上型９を上部プレート部６から離間させる方向に押圧することで、上型９が上部プレート部６に貼り付くのを防ぐ動作を行う。

下部ベース部１７には複数のプレートユニット２１の各々に属する複数の下部プレート部１６が設けられている。
個々の下部プレート部１６には下型温調用ヒータ１５と、下型温調用熱電対１４とが設けられ、外部の下型用温度制御機器１３（第２温度制御機構）が下型温調用熱電対１４による測定結果に基づいて下型温調用ヒータ１５を制御することで、下型１０を目的の温度（たとえば、ガラス素材１１の成形温度）に温度調節することが可能になっている。なお、下部プレート部１６に設けられた下型温調用熱電対１４は、当該下部プレート部１６に当接する下型１０の底面に接触する様に配置され、下型１０の温度を直接かつ正確に測定することが可能になっている。

これら下型温調用ヒータ１５、下型温調用熱電対１４、下型用温度制御機器１３により複数の下部プレート部１６が複数の下型１０全てを同一の温度に温度調節することができる。

上部ベース部７あるいは下部ベース部１７はそれぞれ複数ある上部プレート部６あるいは下部プレート部１６が互いに他の加熱機構の影響を受けないように熱伝導性が低い素材で構成されているものとする。

また、上述のように、複数のプレートユニット２１の各上部ベース部７、各下部ベース部１７は、それぞれ伸縮する断熱材１８で区分けされ、熱的に分離されている。
本実施の形態では、上部プレート部６あるいは下部プレート部１６に設けられている上型温調用ヒータ５、下型温調用ヒータ１５は、それぞれ１個であるが温度調節管理が容易に実行できる範囲であれば２個以上設けてもよい。

上述のような構成の本実施の形態の光学素子製造装置１を用いた光学素子製造方法を説明する。図３は、本実施の形態の光学素子製造方法の一例を示すフローチャートである。
上型９と下型１０の間にガラス素材１１を実装した複数の成形型組２０を、それぞれ下部プレート部１６に設置する（ステップ１０１）。

加圧ユニット２を下降させ上部プレート部６が全ての上型９に接触する状態にする。そうして上型９の加熱機構である上型温調用ヒータ５、上型温調用熱電対４、上型用温度制御機器１２によって、全ての上型９を複数ある他の加熱機構の影響を受けることなく、個別に所望の成形温度に加熱する。

また同時に下型１０の加熱機構である下型温調用ヒータ１５、下型温調用熱電対１４、下型用温度制御機器１３によって、全ての下型１０を複数ある他の加熱機構の影響を受けることなく、個別に所望の成形温度に加熱する（ステップ１０２）。

こうして全ての成形型組２０と、その中に実装されているガラス素材１１との温度を同じ状態にして（ステップ１０３）、一定時間保持した後（ステップ１０４）、加圧ユニット２により所望の加圧力で加圧し（ステップ１０５）、上型９および下型１０の成形面９ａおよび成形面１０ａをガラス素材１１に転写することで、光学素子１１ａを成形する。この際、上型９は下型１０に対して図示しない機構により上型９の中心軸と下型１０の中心軸がずれることなく加圧できるものとする。

この加圧工程の終了後、個々のプレートユニット２１の上型温調用ヒータ５および下型温調用ヒータ１５を停止させ、個々の成形型組２０の上型９および下型１０を所望の温度まで冷却した後、加圧ユニット２を上昇させる（ステップ１０６）。

この加圧ユニット２を上昇させる際に、上部プレート部６に設けられた上型貼り付き防止ユニット８の可動片８ａの付勢力により上型９には下型１０方向への力で押し出されて、上型９が上部プレート部６に貼り付くのが防止される。上型貼り付き防止ユニット８の可動片８ａは加圧時には上型９に押され収縮された状態で上部プレート部６の加圧面から突出することなく上部プレート部６の内部に収まっている。

こうして、ガラス素材１１から成形された光学素子１１ａを、全てのプレートユニット２１の成形型組２０から取り出し、一度に品質の安定した複数の光学素子１１ａを製造することができる（ステップ１０７）。

このように、本実施の形態の光学素子製造装置および光学素子製造方法によれば、同一の加圧工程で、複数のガラス素材１１の均一な加熱により、品質の安定した複数の光学素子１１ａを一括して効率よく製造することができる。

すなわち、本実施の形態によれば、複数の成形型組２０の各々を個別に温度調整することができ、複数の成形型組２０の各々の温度のバラツキをなくすことができる。また一度に複数の成形型組２０を所望の加圧力で正確に加圧することができる。このようにして、一度に、複数のガラス素材１１から品質の安定した複数の光学素子１１ａを製造する光学素子製造装置１を提供することができる。

すなわち、複数の成形型組２０を使用して複数のガラス素材１１から複数の光学素子１１ａを一括して成形する場合に、成形温度のばらつきに起因する製品不良の発生を防止することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、上述の説明では、複数のプレートユニット２１の成形型組２０を同一の温度に加熱してガラス素材１１の成形を行う場合を例示したが、成形温度の異なる複数のガラス素材１１を個々の成形型組２０に実装して、ガラス素材１１の種別に応じて個々の成形型組２０（プレートユニット２１）の加熱温度を変化させ、材質の異なる複数種のガラス素材１１から複数種の光学素子１１ａを一括して製造してもよい。

本発明の一実施の形態である光学素子製造装置の構成の一例を示す略断面図である。 その動作の一例を示す略断面図である。 本発明の一実施の形態である光学素子製造方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 光学素子製造装置
１ａ 成形室
２ 加圧ユニット
２ａ 加圧力検出機器
３ 加圧軸
４ 上型温調用熱電対
５ 上型温調用ヒータ
６ 上部プレート部
７ 上部ベース部
８ 上型貼り付き防止ユニット
８ａ 可動片
８ｂ スプリング
９ 上型
９ａ 成形面
１０ 下型
１０ａ 成形面
１１ ガラス素材
１１ａ 光学素子
１２ 上型用温度制御機器
１３ 下型用温度制御機器
１４ 下型温調用熱電対
１５ 下型温調用ヒータ
１６ 下部プレート部
１７ 下部ベース部
１８ 断熱材
２０ 成形型組
２１ プレートユニット

Claims (6)

1. 上型と下型との間に熱可塑性素材が実装された複数の成形型組を加熱しつつ同時に加圧して複数の光学素子を成形する光学素子製造装置であって、
   複数の前記成形型組の各々の前記上型を個別に温度制御する複数の第１温度制御機構と、
   複数の前記成形型組の各々の前記下型を個別に温度制御する複数の第２温度制御機構と、
   複数の前記成形型組を同時に加圧する加圧機構と、
   を含むことを特徴とする光学素子製造装置。
2. 請求項１記載の光学素子製造装置において、
   さらに、複数の前記成形型組の各々の前記上型に当接する複数の上部プレート部を含み、
   複数の前記第１温度制御機構は、複数の前記上部プレート部の各々に備えられ、個々の当該上部プレートは、他の前記上部プレートの前記第１温度制御機構の影響を受けることなく、個別に対応する前記上型を所望の温度に温度調整することを特徴とする光学素子製造装置。
3. 請求項１記載の光学素子製造装置において、
   さらに、複数の前記成形型組の各々の前記下型に当接する複数の下部プレート部を含み、
   複数の前記第２温度制御機構は、複数の前記下部プレート部の各々に備えられ、個々の当該下部プレートは、他の前記下部プレートの前記第２温度制御機構の影響を受けることなく、個別に対応する前記下型を所望の温度に温度調整することを特徴とする光学素子製造装置。
4. 請求項１記載の光学素子製造装置において、
   前記加圧機構から複数の前記成形型組に作用する加圧力を検出する加圧力検出器を備え、前記加圧力を所望の値に調整可能にしたことを特徴とする光学素子製造装置。
5. 請求項２記載の光学素子製造装置において、
   前記上部プレート部には、前記上型と前記上部プレート部を離間させる方向に付勢力を発生する貼り付き防止機構が設けられていることを特徴とする光学素子製造装置。
6. 上型と下型との間に熱可塑性素材が実装された複数の成形型組を個別に温度制御しつつ同時に加圧して、複数の光学素子を成形することを特徴とする光学素子製造方法。