JP2012116705A - Molding apparatus and molding method for optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子を連続的に製造可能な成形装置及び成形方法に係り、特に、光学素材を冷却する冷却プレート温度の温度分布を抑制し、所定の温度に安定して保持できる光学素子の成形装置及び成形方法に関する。 The present invention relates to a molding apparatus and a molding method capable of continuously manufacturing an optical element, and in particular, an optical element that can stably maintain a predetermined temperature by suppressing a temperature distribution of a cooling plate temperature for cooling an optical material. The present invention relates to a molding apparatus and a molding method.
近年、光学素子用の成形型内に光学素材を収容し、加熱軟化させてプレス成形するという、光学素子を高精度に成形する方法が一般化してきた。そのような状況の中、製造コストを低減するために、成形型を各処理ステージに搬送し、複数の光学素子を連続的に成形する光学素子の成形装置が提案されている。 In recent years, a method for molding an optical element with high accuracy has been generalized, in which an optical material is accommodated in a molding die for an optical element, heated and softened, and press-molded. Under such circumstances, in order to reduce the manufacturing cost, there has been proposed an optical element molding apparatus that transports a molding die to each processing stage and continuously molds a plurality of optical elements.
これら光学素子の成形装置において、光学素材の加熱軟化時には、光学素材を加工するのに十分な高温条件まで加熱し、プレス時にはその加熱状態を維持しながらプレスし、プレス後は、光学素材を冷却して固化させ光学素子を得る。そのため、成形装置における各処理ステージでは、個々のステージが所定の温度に管理されている。 In these optical element molding equipment, when the optical material is softened by heating, it is heated to a high temperature condition sufficient to process the optical material, and during pressing, the pressed state is maintained and the optical material is cooled after pressing. And solidify to obtain an optical element. Therefore, in each processing stage in the molding apparatus, each stage is managed at a predetermined temperature.
各処理ステージは、一般に、内部にカートリッジヒータを設けた上下一対のプレートで構成されている。この上下一対のプレートは、通常、四角い平板状のプレート内部に複数本の棒状のカートリッジヒータを水平方向に所定の間隔に配置して構成されている。ところが、このように配置したときのプレート温度は、プレート周辺部では温度が低下しやすく、プレート中央部はヒータに囲まれて温度が上昇しやすい。したがって、プレートにおける加熱状態が場所により異なる温度分布が生じてしまう。このようにプレート内で温度分布が生じると、そのプレート上にある成形型、ひいては光学素材を成形する成形面の温度にまで影響を与えてしまう。 Each processing stage is generally composed of a pair of upper and lower plates each provided with a cartridge heater. The pair of upper and lower plates are usually configured by arranging a plurality of rod-shaped cartridge heaters at predetermined intervals in the horizontal direction inside a square flat plate. However, the plate temperature when arranged in this way is likely to decrease at the periphery of the plate, and the temperature at the center of the plate is likely to increase due to being surrounded by the heater. Therefore, the temperature distribution in which the heating state in the plate varies depending on the location occurs. Thus, when temperature distribution arises in a plate, it will affect even the temperature of the shaping | molding die on the plate and by extension, the molding surface which shape | molds an optical raw material.
そこで、プレート上の温度分布を改善するために、超硬合金の表面を所定の合金薄膜で被覆した特定の大きさからなる均熱板をプレート上に設けたり(特許文献1参照)、プレート表面の成形に対応する周辺部分と内側部分との温度差を所定範囲に保持するために内側と外側のカートリッジヒータの出力を制御する温度制御手段を設けたり(特許文献2参照)、する技術が提案されている。 Therefore, in order to improve the temperature distribution on the plate, a soaking plate having a specific size in which the surface of the cemented carbide is coated with a predetermined alloy thin film is provided on the plate (see Patent Document 1), or the plate surface. In order to keep the temperature difference between the peripheral part and the inner part corresponding to the molding of the toner within a predetermined range, a technique for controlling the output of the inner and outer cartridge heaters is provided (see Patent Document 2), or a technique proposed Has been.
上記の成形型を搬送移動させながら順次処理を行っていく成形装置においては、まず、成形型が装置内に取入れられ、初めの加熱ステージでは徐々に光学素材を昇温させていき、加熱の最終部分で最高温度に到達させる。次に、この最高温度を維持しながらプレス成形を行って光学素材に光学素子形状を付与する。そして、最後に、冷却ステージで光学素材の温度を徐々に下げて光学素材を冷却、固化させる。 In a molding apparatus that sequentially performs processing while transporting and moving the above-mentioned mold, the mold is first taken into the apparatus, and the optical material is gradually heated at the first heating stage, and the final heating process is performed. Allow part to reach maximum temperature. Next, press molding is performed while maintaining this maximum temperature to give the optical element shape to the optical material. Finally, the temperature of the optical material is gradually lowered on the cooling stage to cool and solidify the optical material.
しかしながら、このような成形操作を行うにあたっては、装置全体の温度勾配は、成形型の取入れ口側から徐々に高くなり、プレス成形処理を行うプレスステージを頂点として、成形型の取出し口側に向かって徐々に低くなる。 However, when performing such a molding operation, the temperature gradient of the entire apparatus gradually increases from the inlet side of the mold, and the press stage for performing the press molding process is set at the apex toward the outlet side of the mold. Gradually lower.
したがって、各ステージは隣接するステージの温度に影響されて、所定の温度よりも高温あるいは低温になってしまい、同一プレート内で温度差が生じてしまう。このように同一プレート内で温度差ができてしまうと、そのプレート上にある成形型にも温度分布が生じ、これが光学素材の成形にまで影響を及ぼしてしまう。 Therefore, each stage is affected by the temperature of the adjacent stage, and becomes higher or lower than a predetermined temperature, and a temperature difference occurs in the same plate. When a temperature difference is generated in the same plate in this way, a temperature distribution is also generated in the mold on the plate, which affects the molding of the optical material.
例えば、冷却ステージにおいて、隣接するステージがプレス処理ステージであった場合、その冷却ステージのプレス処理ステージ側の温度が高く、その逆側の温度が低くなってしまうため、冷却プレート上にある成形型内部に温度分布が発生し光学素材の冷却を一様に行えず、場所によって冷却速度が変わってしまう。そのため、所望の形状を得ることができなくなり歩留まりを低下させるという問題があった。このような問題は特に、製造する光学素子の直径が大きくなり、隣接するプレートとの距離が短くなると顕在化してくる。 For example, in the cooling stage, if the adjacent stage is a press processing stage, the temperature on the press processing stage side of the cooling stage is high, and the temperature on the opposite side is low, so the mold on the cooling plate A temperature distribution is generated inside, and the optical material cannot be uniformly cooled, and the cooling rate varies depending on the location. Therefore, there is a problem that a desired shape cannot be obtained and the yield is lowered. Such a problem becomes more apparent when the diameter of the optical element to be manufactured is increased and the distance between adjacent plates is shortened.
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、光学素子の製造にあたって、各ステージのプレート温度が、隣接するステージのプレート温度に影響を受けないようにプレート温度を均一にして、光学素子を歩留まり良く製造する光学素子の成形装置及び成形方法の提供を目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and in manufacturing an optical element, the plate temperature is made uniform so that the plate temperature of each stage is not affected by the plate temperature of the adjacent stage. An object of the present invention is to provide an optical element molding apparatus and molding method for manufacturing an optical element with high yield.
本発明者らは、鋭意検討した結果、プレート内での均熱化を図った本発明の光学素子の成形装置及び成形方法が上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the optical element molding apparatus and molding method of the present invention, which achieves uniform temperature in the plate, can solve the above problems, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の光学素子の成形装置は、上型と下型の間に光学素材が置かれた成形型を、チャンバー内に設けた加熱、プレス及び冷却の各ステージへ順次搬送して光学素子を成形する光学素子の成形装置であって、前記加熱、プレス及び冷却の各ステージにおいて前記成形型を搭載し、搭載された前記成形型に対して、それぞれ加熱、プレス及び冷却の各プロセスを行う上下一対の加熱プレート、プレスプレート及び冷却プレートの複数組のプレートと、前記各プレートの前記成形型の搭載面表面に設置された均熱板と、前記各組における一対のプレートを接近又は離間させて前記加熱、プレス及び冷却のプロセスを行わせる駆動手段と、前記各プロセス及び前記成形型の搬送を制御する制御手段と、を備えるとともに、前記冷却プレートは、プレート本体と、該プレート本体内部に所定間隔で埋設された複数本のカートリッジヒータと、各カートリッジヒータの近傍にそれぞれ設置された複数の熱電対と、から構成され、さらに、前記各熱電対の出力に基づいて各カートリッジヒータの出力を独立的にフィードバック制御する出力制御手段を有することを特徴とする。 That is, the optical element molding apparatus of the present invention sequentially conveys a molding die in which an optical material is placed between an upper die and a lower die to heating, pressing and cooling stages provided in the chamber. A molding apparatus for an optical element that molds the mold, wherein the mold is mounted at each of the heating, pressing, and cooling stages, and the heating, pressing, and cooling processes are performed on the mounted molding mold, respectively. A plurality of sets of a pair of upper and lower heating plates, a press plate and a cooling plate, a soaking plate installed on the surface of the mold mounting surface of each plate, and a pair of plates in each set are moved closer to or away from each other. Drive means for performing the heating, pressing and cooling processes, and control means for controlling the respective processes and conveyance of the mold, and the cooling plate Is composed of a plate body, a plurality of cartridge heaters embedded in the plate body at predetermined intervals, and a plurality of thermocouples installed in the vicinity of each cartridge heater, and further each of the thermocouples Output control means for independently feedback-controlling the output of each cartridge heater based on the output.
本発明の光学素子の成形方法は、本発明の光学素子の成形装置を用い、前記成形型に光学素材を収容し、前記成形型を加熱して該成形型内の光学素材を軟化させる加熱工程と、軟化した光学素材を、プレスプレートを用いて前記成形型により加圧して光学素子形状を付与するプレス工程と、プレス工程後、前記成形型を冷却し、光学素子形状を付与した光学素材を固化させる冷却工程と、を有する光学素子の成形方法であって、前記冷却工程において、前記出力制御手段により、前記各熱電対の出力に基づいて各カートリッジヒータの出力を独立的にフィードバック制御することを特徴とする。 The optical element molding method of the present invention uses the optical element molding apparatus of the present invention to store an optical material in the mold and heat the mold to soften the optical material in the mold. And a pressing process in which the softened optical material is pressed by the mold using a press plate to give an optical element shape, and after the pressing process, the mold is cooled to provide an optical material having an optical element shape. A cooling process for solidifying the optical element, wherein in the cooling process, the output control means independently feedback-controls the output of each cartridge heater based on the output of each thermocouple. It is characterized by.
本発明の光学素子の成形装置及び成形方法によれば、光学素子の製造にあたって、冷却プレート内で生じる温度分布を小さくでき、光学素子の形状精度を高め、光学素子を安定して歩留まり良く製造できる。 According to the optical element molding apparatus and the molding method of the present invention, the temperature distribution generated in the cooling plate can be reduced in the production of the optical element, the shape accuracy of the optical element can be improved, and the optical element can be produced stably with a high yield. .
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の一実施形態である光学素子の成形装置の概略構成図である(チャンバー2のみ断面で示している)。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical element molding apparatus according to an embodiment of the present invention (only a
本発明の光学素子の成形装置1は、光学素子を成形するための成形室となるチャンバー2と、該チャンバー2の内部に設けた光学素材を収容した成形型を加熱して光学素材を軟化させる加熱ステージ3と、加熱軟化した光学素材をプレス成形するプレスステージ4と、プレス成形により光学素子形状が付与された光学素材を冷却する冷却ステージ5と、を有する。
An optical
ここで、成形室であるチャンバー2は、その内部において、光学素子の成形操作を行う場を提供する。このチャンバー2には、光学素子の成形型50を内部に取り入れる取入れ口と、光学素子の成形が終了した後、成形型50を取り出す取出し口が設けられ、この取入れ口及び取出し口には、それぞれ取入れシャッター6及び取出しシャッター7が設けられる。必要に応じて、これらシャッターを開閉することで、成形型50をチャンバー2から出し入れできるようになっており、チャンバー2内の雰囲気が維持される。また、この取入れ口及び取出し口には、そのチャンバー2外部にそれぞれ成形型50を載置できる成形型載置台8及び9が設けられている。
Here, the
このチャンバー2の内部には、光学素子を成形するための加熱ステージ3、プレスステージ4及び冷却ステージ5が設けられており、これらの各ステージにより成形操作を行う。実際には、光学素材を収容した成形型50が、取入れ口からチャンバー2内に取り入れられ、上記の各ステージにおいて所定の処理を施されながら順番に移動し、所定の処理が終了したら成形型50は、取出し口からチャンバー2の外部に取出される。
Inside the
このチャンバー2の内部において、成形型50は光学素材を軟化し、変形を容易にするもので高温に加熱されるため、成形型50が酸化されないように、チャンバー内雰囲気を窒素等の不活性ガス雰囲気とできる。この不活性ガス雰囲気とするには、チャンバー2を密閉構造として内部雰囲気を置換して達成できるが、半密閉構造とし、不活性ガスを常時チャンバー2内に供給して、チャンバー内を陽圧にしながら外部の空気が流入しないようにして不活性ガス雰囲気を維持してもよい。上記した取入れシャッター6及び取出しシャッター7は、チャンバー2内部を簡便な構成で半密閉状態とするのに効果的である。なお、これらチャンバー2及びシャッター6,7は、ステンレス、合金鋼等の高温下におけるガス、不純物が析出しない素材とするのが好ましい。
Inside the
次に、本発明の成形操作を行う各ステージについて説明する。なお、各ステージの説明にあたって用いる成形型50は、一般に、光学素子の上側の光学面を形成する上型と、下側の光学面を形成する下型とで構成される一組の成形型であり、さらに上型及び下型の位置合わせを行う胴型を有する。胴型は、プレス時に、上型及び下型の光軸を同軸上に規制する中空円筒形状の内胴と、内胴の外周に設けられ上型及び下型間の距離を規制する中空円筒形状の外胴と、で構成することが好ましい。
Next, each stage that performs the molding operation of the present invention will be described. Note that the
また、この成形型50は、超硬合金やセラミックス等の素材からなり、上型及び下型は、成形する光学素子の面形状を転写するための成形面をそれぞれ有しているが、ここで形成される光学素子形状は、両凸、両凹、平凸、平凹、凸メニスカス、凹メニスカス形状のいずれのレンズ形状を成形する成形型であってもよい。なお、外胴を用いる場合には、高温での耐久性、耐食性、高い機械的強度を持つ材質が好ましく、更には高い熱膨張係数を持つ材質が好ましく、具体的にはSUS等のステンレス製とすることが好ましい。
The
本発明の加熱ステージ3は、成形型50に収容された光学素材を軟化させ、その内部にカートリッジヒータ3aが埋め込まれた上下一対の加熱プレート3bから構成される。この加熱プレート3bは、上下一対の加熱プレート3bを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させることにより、上型及び下型を加熱することができ、さらに成形型内部に収容されている光学素材をも加熱できる。
The
より具体的には、加熱ステージ3において、下側の加熱プレート3bはチャンバー2の底板に、断熱板3c、表面に均熱板を有する加熱プレート3bがこの順番に積層して固定されており、下側の加熱プレート3bの熱をチャンバー2に伝達しない。
More specifically, in the
上側の加熱プレート3bは上下移動が可能となっており、こちらも表面に均熱板を有し、また、上側の加熱プレート3b自体の熱をそのまま伝えないように断熱板3cを介してシャフト3dと接続され、このシャフト3dは図示しないシリンダーによって加熱プレート3bを上下移動可能としている。このように、加熱プレート3bを上下移動可能とすれば、上側の加熱プレート3bの成形型50の上型への接触・非接触を制御でき、所望のタイミングで成形型50と光学素材を加熱できる。
The upper heating plate 3b can be moved up and down, and it also has a soaking plate on the surface, and the
本発明のプレスステージ4は、上下のプレスプレート4b間の距離を狭めて成形型50の上型と下型との距離も狭め、成形型50内に収容された光学素材を軟化状態のまま押圧して変形させ、上型及び下型の成形面形状を光学素材に付与して光学素子を成形する。その内部にカートリッジヒータ4aが埋め込まれた上下一対のプレスプレート4bから構成される。このプレスプレート4bを用いたプレスは前段階の加熱温度を維持しながら行われる。
In the
より具体的には、このプレスステージ4において、下側のプレスプレート4bはチャンバー2の底板に、断熱板4c、表面に均熱板を有するプレスプレート4bがこの順番に積層して固定されており、下側のプレスプレート4bの熱をチャンバー2に伝達しない。
More specifically, in this
上側のプレスプレート4bは上下移動が可能となっており、こちらも表面に均熱板を有し、また、上側のプレスプレート4b自体の熱をそのまま伝えないように断熱板4cを介してシャフト4dと接続され、このシャフト4dは図示しないシリンダーによってプレスプレート4bを上下移動可能としている。このように、プレスプレート4bを上下移動可能とすれば、この上側のプレスプレート4bを下降させ、下側のプレスプレート4bに載置された成形型50を用いたプレス成形ができる。このときプレス成形を所定の圧力で行えるようになっており、光学素材に高精度に光学素子形状を付与できる。
The
本発明の冷却ステージ5は、成形型50を冷却して光学素子形状が付与された光学素材も冷却し、固化させるため、その内部に、カートリッジヒータ5aが埋め込まれた上下一対の冷却プレート5bから構成される。この冷却プレート5bは、上下一対の冷却プレート5bに設置した均熱板を成形型の上型、下型にそれぞれ接触させて、上型及び下型を冷却することができ、さらに成形型内部に収容されている光学素材をも冷却できる。
The
より具体的には、この冷却ステージ5において、下側の冷却プレート5bはチャンバー2の底板に、断熱板5c、表面に均熱板を有する冷却プレート5bがこの順番に積層されて固定されており、下側の冷却プレート5bの熱をチャンバー2に伝達しないように構成されている。
More specifically, in this
上側の冷却プレート5bは上下移動が可能となっており、こちらも表面に均熱板を有し、また、上側の冷却プレート5b自体の熱をそのまま伝えないように断熱板5cを介してシャフト5dと接続され、このシャフト5dは図示しないシリンダーによって冷却プレート5bを上下移動可能としている。このように、冷却プレート5bを上下移動可能とすれば、この上側の冷却プレート5bの成形型50の上型への接触・非接触を制御でき、所望のタイミングで成形型50と光学素材を冷却できる。
The
なお、ここでの光学素材の固化は、その素材のガラス転移点以下、より好ましくは歪点以下に冷却すればよく、十分に冷却されると光学素材の光学素子形状は安定し、変形が抑制される。ここでの冷却とは、光学素子形状を安定して付与するように光学素材を固化する温度まで下げることをいい、その温度は、プレスプレートよりも50〜150℃程度低いだけで、依然として高温であるため、この冷却プレート5bにもその内部にヒータ5aが埋め込まれている。
The solidification of the optical material here may be performed by cooling to the glass transition point or less of the material, more preferably to the strain point or less. When sufficiently cooled, the shape of the optical element of the optical material is stabilized and the deformation is suppressed. Is done. Cooling here refers to lowering to a temperature at which the optical material is solidified so as to stably impart the optical element shape, and the temperature is only about 50 to 150 ° C. lower than the press plate, and is still high. For this reason, the
また、これら各ステージの上側の加熱プレート3b、プレスプレート4b及び冷却プレート5bは、上記したように断熱板を介してシャフトに固定されており、このシャフトがシリンダーに接続されているが、ここでシリンダーは、各プレートを上下動させることができればよく、例えば、エアシリンダー、電動サーボシリンダー、油圧シリンダー、電動油圧シリンダー等のシリンダーを用いる。
Further, the heating plate 3b,
上記した、加熱プレート3b、プレスプレート4b、冷却プレート5bは、その成形型との接触面が水平面となっており、特に、プレスプレート4bにおいては、プレスプレート4bの成形型との接触面が傾いていた場合、成形型50の上型及び下型の中心軸が一致しなくなり、このとき製造される光学素子が、その光軸が一致せず不良品となってしまうことがある。したがって、これら各ステージにおけるプレートの平行度や平面度の管理は厳密に行われる。
The heating plate 3b, the
これらの各ステージにおける、プレートはステンレス、超硬合金、合金鋼等の素材の内部にカートリッジヒータを挿入し、固定し、カートリッジヒータを加熱することによりプレートの温度を上昇させ、所望の温度に維持する。 In each of these stages, the plate is inserted into a material such as stainless steel, cemented carbide or alloy steel, and the cartridge heater is inserted and fixed. By heating the cartridge heater, the plate temperature is raised and maintained at a desired temperature. To do.
そして、本発明に用いる冷却プレート5bは、他のプレートと同様に、プレート本体5b(1)とプレートの成形型搭載面表面に設置された均熱板5b(2)とで構成され、そのプレート内部に、水平方向に所定の間隔で埋設された複数本のカートリッジヒータ5aを有するが、他のプレートがプレート温度を管理する熱電対が1つ設けられているだけであるのに対し、この冷却プレート5bは、カートリッジヒータ1本に対し、その各カートリッジヒータの近傍にそれぞれ設置された熱電対5eが設けられている(図2)。ここでは、カートリッジヒータ1本に対し熱電対が1個設けられているが、各カートリッジヒータを個別に制御できれば熱電対の個数は1個に限られない。なお、カートリッジヒータ5aは、通常、その長軸が入口出口方向(搬送方向)に対して直交する方向に並べられて設けられる。
And the
また、カートリッジヒータ5aの温度を1本毎に独立して所定の温度にするために、熱電対5eの測定した出力をフィードバックして、ヒータ1本毎に個別に出力を調整する出力制御手段(図示せず)が設けられている。この出力制御手段は、熱電対5eがカートリッジヒータ5aから熱を受けることによる出力値に基づいて、それが設定値に対して所定の範囲に有るか否かを判断し、なかった場合にはその範囲内に入るようにカートリッジヒータの出力を調整する。設定値の決定については後述する。
Further, in order to independently set the temperature of each
なお、フィードバック制御としては、公知の制御方法によればよく、例えば、PID制御等の制御方法によればよい。さらに具体的には、本発明においては、ヒータの出力の制御を安定して行えればよく、SSR制御、SCR制御等が好ましい。 As feedback control, a known control method may be used, and for example, a control method such as PID control may be used. More specifically, in the present invention, it is only necessary to stably control the output of the heater, and SSR control, SCR control, and the like are preferable.
なお、このカートリッジヒータ毎の出力の設定は、まず、成形開始前に冷却プレート5bの均熱板5b(2)の替わりにプレートの温度分布を測定する温度分布測定手段を取り付けて加熱状況を知るところから始まる。温度分布測定手段の具体的な構成の一例を図3に示した。この温度分布測定プレート10は、成形型の載置される位置に対応して熱電対10a及び10bが配置されている平板状のプレートから構成される。
In setting the output for each cartridge heater, first, the temperature distribution measuring means for measuring the temperature distribution of the plate is attached instead of the soaking
熱電対10aは載置される成形型の中央部に、熱電対10bは成形型の外周部に、それぞれ対応した位置に設けられる。外周部に設けられる熱電対10bは、中央部を中心とした円に沿って複数箇所設けることが好ましい。例えば、外周部の熱電対10bは、少なくとも成形型の搬送方向の入口側、出口側と、さらに、搬送方向の左側、右側の4箇所に設け、それぞれが等間隔となるようにすればよい。このとき、この温度分布測定手段は、ステンレス、超硬合金、合金鋼等の素材を用いる。この温度分布測定手段の素材は均熱板と同じでも異なっていてもよい。厚さは均熱板と同程度でよく、3〜15mmとし、熱電対は成形型と接触する面から深さ0.5〜1.5mmの位置に設ける。
The
さらに、その円周上に4個よりも多く熱電対を配置してもよいし、その円と同心円上に熱電対を追加配置してもよい。図3では、中央部と搬送方向の入口側との間、中央部と搬送方向の出口側との間に、それぞれ熱電対を追加しており、搬送方向に沿って細かく温度分布を調べられる。 Further, more than four thermocouples may be arranged on the circumference, and additional thermocouples may be arranged on a circle concentric with the circle. In FIG. 3, thermocouples are added between the central portion and the entrance side in the transport direction, and between the center portion and the exit side in the transport direction, respectively, and the temperature distribution can be finely examined along the transport direction.
また、各ステージの断熱板3c,4c,5cは、セラミックス、ステンレス、ダイス鋼、ハイス鋼等の公知の断熱板を用いればよく、硬度が高くプレス成形時の圧力等によっても変形しにくく、ずれを生じることが少ないセラミックスが好ましい。各ステージの均熱板は超硬合金、ステンレス等の公知の耐熱性があり、硬度が高く熱伝導が良い材料を用いることができる。均熱板表面に酸化防止膜のコーティングを施すことが好ましく、具体的にはCrN、TiN、TiAlNなどのコーティング処理が挙げられる。
Moreover, the
以上説明した加熱ステージ3、プレスステージ4、冷却ステージ5は、それぞれ所定の処理が行われる場(ステージ)を形成し、各ステージによる処理を順次円滑に行えるように、成形型50は、搬送手段(図示せず)により所定のタイミングで各ステージに移送し搭載されるように制御手段によって制御されている。
The
より具体的には、加熱プレート3b、プレスプレート4b、冷却プレート5bによる処理は、成形型50を順次上記の順序で各プレート上へと搬送移動させながら所定の処理を行う。そして、成形型50が次のステージに移動することで、処理の終わったステージは空くため、さらに、そこに別の光学素材を収容した成形型50を搬送し、連続的に複数個の光学素子の成形操作を行うのが効率的である。
More specifically, the processing by the heating plate 3b, the
この処理を行うための上記搬送手段は、図示していないが、例えば、ロボットアーム等が挙げられ、これにより、成形型載置台8から加熱プレート3bへ、加熱プレート3bからプレスプレート4bへ、プレスプレート4bから冷却プレート5bへ、冷却プレート5bから成形型載置台9へ、と移動させる。
Although the conveying means for performing this processing is not shown in the figure, for example, a robot arm or the like can be cited, and thereby, a press from the mold mounting table 8 to the heating plate 3b, and from the heating plate 3b to the
なお、この制御手段は、成形型の移動、加熱・プレス・冷却の各ステージにおける上下一対のプレートの温度や、上下移動のタイミング等も制御し、一連の成形操作を円滑に、かつ、連続的に行うように制御している。このとき、取入れシャッター及び取出しシャッターの開閉も制御する。さらに、チャンバー2内の雰囲気が不活性ガスで満たされるように窒素の供給量やタイミング等を制御するのが好ましい。
This control means also controls the temperature of the pair of upper and lower plates at each stage of heating, pressing, and cooling, the timing of vertical movement, etc., so that a series of molding operations can be performed smoothly and continuously. Control to do. At this time, the opening and closing of the taking-in shutter and the taking-out shutter are also controlled. Furthermore, it is preferable to control the supply amount and timing of nitrogen so that the atmosphere in the
すなわち、この光学素子の成形装置1は、1以上のポジションで温度の上げ下げを行いながら所定の処理を行う、成形型の搬送による光学素子の成形装置である。
In other words, the optical
次に、この光学素子の成形装置1を用いた光学素子の成形方法について説明する。
Next, an optical element molding method using the optical
まず、成形操作に先だって、加熱プレート、プレスプレート、冷却プレートを成形操作における温度条件とする。そして、冷却プレート5bの温度分布を図3に示した温度分布測定プレート10を用いて測定する。冷却プレート5bの均熱板5b(2)の替わりに温度分布測定プレート10を用い、各熱電対からの出力差を見ることでプレート内での温度差がどの程度あるかがわかり、温度分布の状況が把握できる。なお、温度分布測定プレート10を均熱板5b(2)と入れ替えず、均熱板5b(2)の上から重ねて温度分布を測定してもよい。
First, prior to the molding operation, the heating plate, the press plate, and the cooling plate are set as temperature conditions in the molding operation. And the temperature distribution of the
図1の光学素子の成形装置1において、冷却プレート5bの成形型入口側にはプレスプレート4bが隣接しており、このプレスプレート4bは冷却プレート5bよりも高温であるため、入口側は加熱され易い。一方、冷却プレート5bの成形型出口側には加熱源はなく、成形型出口があるだけなので、加熱されにくい。したがって、一般に、冷却プレートにおいては、プレスプレート側から出口側に向かって温度が低くなっていきやすい。これは後述するような冷却プレートを複数個設け、段階的に光学素子を冷却する場合にも程度の差はあれ同様である。
In the optical
次に、この温度分布測定プレート10の温度分布が対称となるようにカートリッジヒータの設定値を1本毎に独立して決定する。温度分布を対称にするには、上記したように冷却プレートにおける成形型入口側で温度が高く、成形型出口側で温度が低くなっているため、基本的には、入口側のカートリッジヒータの出力を落とし、出口側のカートリッジヒータの出力を上げることになる。この方法で調整できるのは、入口出口方向(搬送方向)の温度分布だけであるので、あらかじめ入口出口方向に直角方向(左右方向)の温度分布を測定しておき、その温度分布と同じ温度分布に入口出口方向の温度分布がなるように調整する(後述する実施例1−1の実測値、図6及び図7参照)。
Next, the set value of the cartridge heater is independently determined for each one so that the temperature distribution of the temperature
このヒータ設定値の調整は、1回調整するだけでもよいが、調整後に再度温度分布を測定し、さらに温度分布が小さくなるような調整を複数回繰り返してもよく、このように複数回繰り返すと、冷却プレートの温度状態をより対称な状態にできる点で好ましい。上記の調整により、カートリッジヒータの1本毎の設定値を決定したら、温度分布測定プレート10を外し、均熱板を取り付け、以下に記載する光学素子の成形操作を開始する。
The heater set value may be adjusted only once. However, after the adjustment, the temperature distribution may be measured again, and the adjustment to reduce the temperature distribution may be repeated a plurality of times. It is preferable in that the temperature state of the cooling plate can be made more symmetric. When the set value for each cartridge heater is determined by the above adjustment, the temperature
まず、取入れ口側の成形型載置台8に成形型50を載置し、この成形型50の内部に光学素材を収容する。取入れシャッター6を開けて取入れ口を開口させ、この成形型50を搬送手段により加熱プレート3b上に搬送する。搬送されると、成形型50の下型は下側の加熱プレート3bに接触するため加熱プレート3bと同じ温度まで昇温される。これと同時に、上型には上方向から上側の加熱プレート3bを接触させて同様に加熱する。
First, the molding die 50 is placed on the molding die placing table 8 on the inlet side, and the optical material is accommodated in the molding die 50. The
このように上型及び下型が加熱されると、その内部に収容されている光学素材も加熱され、この光学素材は屈伏点以上に加熱されると変形が容易となる。一般に、加熱温度は、軟化点まで温度を上げるとレンズ表面が白濁するので屈伏点(At)から軟化点の間の温度に設定する。このとき、昇温速度は0.5〜2.5℃/sec程度が好ましい。 When the upper mold and the lower mold are heated in this way, the optical material housed therein is also heated, and when this optical material is heated above the yield point, the deformation becomes easy. Generally, the heating temperature is set to a temperature between the yield point (At) and the softening point because the lens surface becomes clouded when the temperature is raised to the softening point. At this time, the temperature rising rate is preferably about 0.5 to 2.5 ° C./sec.
このようにして加熱ステージ3で十分に加熱された成形型50及び光学素材は、搬送手段により、下側のプレスプレート4b上に搬送され載置される。
In this way, the
プレスプレート4bも加熱プレート3bと同程度の温度に加熱されており、光学素材が軟化状態を維持するようにしている。さらに、上側のプレスプレート4bを下降させてプレスプレート4b間の距離を狭めることにより、上型と下型との距離を狭めて、成形型50の内部に収容された光学素材に圧力をかけ、光学素材を変形させる。
The
このプレス工程では、上記したように成形型50の上下から圧力をかけることで光学素材のプレス成形を行い、これにより光学素材には上型及び下型の光学形成面が転写され、光学素子形状が付与される。
In this pressing step, as described above, the optical material is press-molded by applying pressure from above and below the
また、このプレス工程におけるプレスは、加熱温度が前段の加熱ステージで加熱した温度と同程度の温度であり、プレス時の圧力はレンズ成形体の単位面積当たり2.5〜37.5N/mm2とすることが好ましく、例えば10〜20N/mm2とすることが特に好ましい。 In the press in this pressing step, the heating temperature is about the same as the temperature heated in the preceding heating stage, and the pressure during pressing is 2.5 to 37.5 N / mm 2 per unit area of the lens molded body. For example, 10 to 20 N / mm 2 is particularly preferable.
そして、このようなプレス工程を行うことで、押切りが完了した成形型50は、搬送手段によりプレスプレート4bから冷却プレート5bへと搬送される。この搬送手段は、上記した搬送手段と同様のものである。
And by performing such a press process, the shaping | molding die 50 by which the press cut was completed is conveyed from the
次に、冷却プレート5bにより成形型50を冷却するが、これは、上記加熱工程と同様に、下型は下側の冷却プレート5bで、上型は上側の冷却プレート5bを下降させて接触させることで冷却する。これにより光学素材を冷却して、固化させる。この冷却は、光学素材のガラス転移点(Tg)以下に冷却させることが好ましく、光学素材の歪点以下の温度にまで冷却させることがより好ましい。このとき、降温速度は0.1〜2.5℃/secが好ましく、更に好ましくは0.5〜1.0℃/secである。
Next, the
加熱プレート3b、プレスプレート4b及び冷却プレート5bは、全てプレート内部に熱電対が埋め込まれており、熱電対からの出力をフィードバックしてカートリッジヒータの出力を制御して、所定のプレート温度を維持する。そして、冷却プレート5bは、他のプレートとは異なり、カートリッジヒータ1本毎に対応する熱電対が設けられており、上記した温度分布測定の工程に基づいてカートリッジヒータ毎に決定した設定値になるように熱電対からの出力をフィードバックしてカートリッジヒータ出力を制御する。
The heating plate 3b, the
なお、上記した加熱工程及び冷却工程は、それぞれ段階的に温度を変化させ緩やかに昇温又は降温させるのが好ましく、加熱工程を1以上の加熱ステージを設けることにより、段階的に光学素材の温度を上昇させて、プレスステージの直前の加熱ステージにおいて、成形温度にまでもっていくようにする。また、冷却工程においても1以上の冷却ステージを設けることにより、段階的に光学素材の温度を下降させて、200℃以下の温度になるようにする。このように、段階的に加熱及び冷却をすると、光学素材の急激な温度変化を抑制し、歪が生じたり、面割れ等が生じたりする等の光学素子の特性を悪化させずに成形できる。 In the heating process and the cooling process described above, it is preferable to gradually increase or decrease the temperature by changing the temperature stepwise, and by providing one or more heating stages, the temperature of the optical material is increased stepwise. Is raised to reach the molding temperature in the heating stage immediately before the press stage. Also, in the cooling process, by providing one or more cooling stages, the temperature of the optical material is lowered stepwise so as to reach a temperature of 200 ° C. or lower. As described above, when heating and cooling are performed step by step, a rapid temperature change of the optical material can be suppressed, and molding can be performed without deteriorating the characteristics of the optical element such as distortion or surface cracking.
このような、加熱工程及び冷却工程を実施するために、それぞれ複数の加熱ステージ及び冷却ステージを有する光学素子の成形装置の一例を図4に示した。この図4に示した光学素子の成形装置11は、チャンバー12、第1の加熱ステージ13、第2の加熱ステージ14、第3の加熱ステージ15、プレスステージ16、第1の冷却ステージ17、第2の冷却ステージ18、第3の冷却ステージ19を有する装置構成となっており、チャンバー12には光学素子の成形装置1と同様に、成形型50の取入れ口とそれを開閉可能とする取入れシャッター20、取出し口とそれを開閉可能とする取出しシャッター21、それら取入れ口及び取出し口の外側には成形型載置台22及び23が設けられている。第3の冷却ステージ19は水冷されており、ヒータは設けられていない。
FIG. 4 shows an example of an optical element molding apparatus having a plurality of heating stages and cooling stages in order to perform such a heating process and a cooling process. The optical
この光学素子の成形装置11は、加熱ステージを3つ、冷却ステージを3つ設けて、段階的に加熱及び冷却を行うようにしたこと以外は、図1の光学素子の成形装置1の構成と同様である。なお、冷却プレート18bには、図2の冷却プレート5bと同様に、熱電対がカートリッジヒータの本数と同じだけ設けられている。
The optical
第1の加熱ステージ13では、光学素材をガラス転移点以下、200〜400℃程度低い温度に一旦加熱する予備加熱を行い、第2の加熱ステージ14ではガラス転移点付近の温度にまで、第3の加熱ステージ15では屈伏点+10〜30℃の温度にまで加熱する。また、プレスステージ16では成形温度を維持しながら、成形型による成形操作により光学素子形状を付与し、第1の冷却ステージ17では光学素材のガラス転移点+20℃程度まで冷却し、第2の冷却ステージ18では、さらに歪点以下にまで冷却し、第3の冷却ステージ19では、成形型が酸化されない200℃以下の温度にまで冷却するようにする。
In the
ここで、第3の冷却ステージは、用いるプレートを、他のステージにおけるヒータの代わりに冷却水が循環するように配管を設けた水冷プレートとして、効率的に冷却できる。 Here, the third cooling stage can efficiently cool the plate to be used as a water-cooled plate provided with piping so that cooling water circulates instead of the heater in the other stages.
この光学素子の成形装置11において、隣接するプレート間における影響は、光学素子を冷却する冷却ステージにおいて、隣接するプレート温度が高い場合に大きく、光学素子の一部の冷却が遅くなるときである。このように冷却が不均一になってしまうと、その冷却速度の差から光学素子内部に歪が生じたり、離型がうまくできなかったりして、得られる光学素子の特性に悪影響を及ぼす。特に、第2の冷却プレート18bでは、隣接する第3の冷却プレート19bが水冷のため影響が大きいので独立制御が好ましい。また、プレスプレート16bと第1の冷却プレート17b間での影響も光学素子の形状精度に悪影響を及ぼす可能性があるため、第1の冷却プレート17bのカートリッジヒータ17aも一本毎独立して制御するのが好ましい。
In the optical
また、加熱ステージ間及び加熱ステージとプレスステージ間でも、冷却ステージよりも不具合が生じる影響は小さいが、所定の処理を均一な温度で処理できるように、同様に同一プレート内のカートリッジヒータをそれぞれ独立的に制御するのが好ましい。 Also, between the heating stage and between the heating stage and the press stage, the effect of causing a problem is smaller than that of the cooling stage, but the cartridge heaters in the same plate are also independent so that the predetermined processing can be performed at a uniform temperature. It is preferable to control automatically.
冷却して得られた光学素子は、その後、光学素子形状とするために、余肉部を芯取り加工して光学素子形状としたり、アニール工程に付して歪みを除去したりする等の後処理を施して最終的な製品とされる。 The optical element obtained by cooling is then subjected to centering of the surplus portion to form an optical element shape, or subjected to an annealing process to remove distortion, etc., in order to obtain an optical element shape. The final product is processed.
このように、各カートリッジヒータを独立して制御することで、隣接するプレート温度に影響されて搬送方向に生じる温度差を小さくでき、プレート内での温度分布を改善できる。 Thus, by controlling each cartridge heater independently, the temperature difference produced in the conveyance direction by being influenced by the temperature of the adjacent plate can be reduced, and the temperature distribution in the plate can be improved.
(第2の実施形態)
本実施形態は、冷却プレート内に配置するカートリッジヒータの構成が異なる以外は、第1の実施形態と同一の構成を有する。したがって、以下、この相違点のみ説明する。
(Second Embodiment)
The present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the configuration of the cartridge heater disposed in the cooling plate is different. Therefore, only this difference will be described below.
本実施形態で用いる冷却プレートを図5に示した。この冷却プレート25bは、その内部にカートリッジヒータを3本水平方向に一定の間隔を設けて配置している点は冷却プレート5bと同じである。また、図示を省略したが、カートリッジヒータ1本に対して1個の熱電対を設けている点も冷却プレート5bと同じである。
The cooling plate used in this embodiment is shown in FIG. The
しかしながら、この冷却プレート5b内に埋め込まれたカートリッジヒータのうち、外側に配置されている2本のヒータカートリッジ25aは、通常のカートリッジヒータで第1の実施形態と変わらない。本実施形態における発明の特徴は、真ん中のカートリッジヒータ25cにある。
However, of the cartridge heaters embedded in the
すなわち、通常のカートリッジヒータは、棒状の全てで均等に発熱可能に構成されているが、本実施形態においては、ヒータカートリッジ内においても、ワット密度の高い部分と小さい部分を設けることによって、不均一に発熱できるものを使用する。 That is, a normal cartridge heater is configured to be able to generate heat evenly in all rod shapes, but in this embodiment, even in the heater cartridge, by providing a portion with a high watt density and a small portion, it is non-uniform. Use one that can generate heat.
より具体的には、図5に示したように、真ん中のカートリッジヒータのプレート外周に対応する部分は通常のカートリッジヒータと同様に高いワット密度を有し、プレート中央部ではワット密度を低いものとする。図5では、ヒータ内部の電熱線(実線で示した)も含め模式的に示したが、中央部でのワット密度が0のカートリッジヒータを示している。なお、中央部のワット密度は0でなくても、外周部に対して0〜40%低いものであればよい。以後、上記のカートリッジヒータを対策ヒータと呼ぶ。 More specifically, as shown in FIG. 5, the portion corresponding to the outer periphery of the plate of the middle cartridge heater has a high watt density in the same manner as a normal cartridge heater, and the watt density is low at the center of the plate. To do. FIG. 5 schematically shows a heating wire inside the heater (shown by a solid line), but shows a cartridge heater having a watt density of 0 at the center. In addition, even if the watt density of the central part is not 0, it may be 0 to 40% lower than the outer peripheral part. Hereinafter, the cartridge heater is referred to as a countermeasure heater.
このような特定の構造を有する冷却プレートとすることで、加熱され易いプレート中央部の温度を必要以上に高温にしない。また、このような構成とすることで、中央部の温度に合わせて、第1の実施形態と同様にカートリッジヒータをそれぞれ独立に制御して搬送方向のプレート温度を調整できると共に、カートリッジヒータ25cにより搬送方向に対して左右方向のプレート温度も、カートリッジヒータの出力を調整することでプレート中央部に合わせられる。すなわち、上記実施形態はプレート上の温度分布を改善するのに極めて有効である。
By setting it as the cooling plate which has such a specific structure, the temperature of the plate center part which is easy to be heated is not made high temperature more than necessary. Further, by adopting such a configuration, it is possible to adjust the plate temperature in the transport direction by independently controlling the cartridge heaters in accordance with the temperature of the central portion, similarly to the first embodiment, and by the
この点、第1の実施形態では、搬送方向の温度分布は改善できるものの、搬送方向に対して左右方向の温度分布を改善するのが難しく、プレート中央部の温度が高くなりやすい傾向があったが、本実施形態ではさらに温度分布改善効果が搬送方向に対して左右方向にまで及び、プレート全体の均熱化が図れる。すなわち対策ヒータによって左右方向の温度分布を少なくでき、ヒータの個別制御で搬送方向の温度分布を左右方向の温度分布に合わせることができるので全体的な温度分布を少なくすることができる(後述する実施例1−1及び2−1の実測値、図6乃至図9参照)。 In this regard, in the first embodiment, although the temperature distribution in the transport direction can be improved, it is difficult to improve the temperature distribution in the left-right direction with respect to the transport direction, and the temperature at the center of the plate tends to increase. However, in the present embodiment, the temperature distribution improving effect further extends in the left-right direction with respect to the conveying direction, and the temperature of the entire plate can be equalized. In other words, the temperature distribution in the left-right direction can be reduced by the countermeasure heater, and the temperature distribution in the conveyance direction can be matched to the temperature distribution in the left-right direction by individual control of the heater, so that the overall temperature distribution can be reduced (described later). (Measured values of Examples 1-1 and 2-1, see FIGS. 6 to 9).
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1−1)
図4の光学素子の成形装置11を用いて、光学素子の成形を以下の通り行った。
(Example 1-1)
The optical element was molded as follows using the optical
ここで用いた光学素子の成形装置11は、加熱プレート、プレスプレート及び冷却プレートとして、ステンレス製の100×78×18mmの直方体で内部に500Wのカートリッジヒータを3本有するプレートを用い、断熱板として、SUS304製の100×78×9mmの板状体とジルコニア製の100×78×9mmの板状体を重ね合わせたものを用い、均熱板としてタングステンカーバイドからなる超硬合金製の100×78×5mmの板を用いた。なお、第2の冷却プレート18bにのみカートリッジヒータ1本に対して1個の熱電対を埋設し、それ以外の冷却プレートは従前の通り1個の熱電対をプレート中央部に埋設し、プレートの温度制御をするようにした。熱電対の埋設位置はカートリッジヒータから成形型との接触面側に1.5mmの位置である。
The optical
また、上側のプレートを上下移動させるシリンダーは、エアシリンダーを用い、シャフト径40mmのシャフトが上側のプレートと接続、固定されている。チャンバーはSS400製の440×592×240mmの箱状で、このチャンバーの下板としては440×592×20mmのものを用いた。 The cylinder that moves the upper plate up and down uses an air cylinder, and a shaft having a shaft diameter of 40 mm is connected and fixed to the upper plate. The chamber was a 440 × 592 × 240 mm box made of SS400, and the lower plate of this chamber was 440 × 592 × 20 mm.
また、成形型50は、上型、下型並びに内胴及び外胴を有する胴型で構成され、上型、下型及び内胴はタングステンカーバイドからなる超硬合金製で、外胴はSUSからなり、プレス成形により、直径φ40mm、中心厚さ7.5mm、周辺厚さ3mm非球面の近似曲率半径がそれぞれ100mmと85mmの両凸形状の成形品が得られ、後加工の芯取り加工をすることで直径35mmの光学素子が得られるものを用いた。
The
まず、成形操作に先だって、第2の冷却プレート18bの均熱板を図3に示した温度分布測定プレート10と交換し、加熱プレート、プレスプレート、冷却プレートを成形操作における温度条件とする。温度が安定してきたところで、温度分布測定プレートの各熱電対により検出される温度を測定した。このとき、温度分布測定プレートの熱電対は、中央部の熱電対を中心に半径20mmの円周上に4個、半径10mmの円周上に2個設けている。温度分布測定プレートの材質、大きさは均熱板と同じである。
First, prior to the molding operation, the soaking plate of the
まずは、従来例として第2の冷却プレート18bの全てのカートリッジヒータの出力を同一とし、真ん中のカートリッジヒータに対応する熱電対の温度をプレートの設定温度とした。このとき、上下の冷却プレートそれぞれについて全ての熱電対の温度を測定した結果、上側のプレートは、中心部が一番高く、搬送方向における入口側及び出口側は共に中心部よりも低い温度であったが、入口側と出口側の温度差が中心から20mmの位置で8℃程あり不均一であった(図6(a)−破線)。また、下側のプレートは、入口側の温度が一番高く、次に中央部、出口側が一番低くなっており、入口側と出口側の温度差は中心から20mmの位置で22℃にもなっていた(図7(a)−破線)。この結果から、上下の冷却プレートが共に搬送方向で不均一な加熱状態となっていることが確認できた。一方、左右方向の温度は、中心よりも上が12℃、下が5℃低くなっていたが、左と右の温度差は無く、対称な温度分布であった(図6(b)−破線、図7(b)−破線;中心から20mmの位置での結果)。
First, as the conventional example, the outputs of all the cartridge heaters of the
この温度分布測定結果に基づいて、左右方向の温度分布に搬送方向の温度分布を合わせるように各ヒータの設定値を設定したところ、中央部の温度が高いのは改善前と変わらなかったが、搬送方向の入口側、出口側の温度差が上側のプレートでは1.7℃(図6(a)−実線)、下側のプレートでは2.4℃(図7(a)−実線)と共に改善できた。また、搬送方向及び左右方向の全てにおいて中央部との温度差が小さくなっており、温度分布が改善されていた(図6(b)−実線、図7b−実線)。 Based on this temperature distribution measurement result, the setting value of each heater was set so that the temperature distribution in the conveyance direction matches the temperature distribution in the left and right direction, but the temperature at the center part was the same as before the improvement, The temperature difference between the inlet and outlet sides in the transport direction is improved by 1.7 ° C (Fig. 6 (a)-solid line) for the upper plate and 2.4 ° C (Fig. 7 (a)-solid line) for the lower plate. did it. Further, the temperature difference from the central portion was small in all of the transport direction and the left-right direction, and the temperature distribution was improved (FIG. 6 (b) —solid line, FIG. 7b—solid line).
次に、上記した成形型50の下型の成形面にホウケイ酸ガラスからなる研削研磨により作製した直径φ 36mm、中心厚み 8.83mm、周辺厚さ4.3mm、曲率半径がそれぞれ90mmと60mmの両凸球面レンズの光学素材を載置した。なお、この光学素材の歪点は495℃、ガラス転移点(Tg)は532℃、屈伏点(At)は573℃である。
Next, a diameter φ of 36 mm, a center thickness of 8.83 mm, a peripheral thickness of 4.3 mm, and a radius of curvature of 90 mm and 60 mm, respectively, produced by grinding and polishing made of borosilicate glass on the molding surface of the lower mold of the
光学素材を収容した成形型50を、搬送手段により第1の加熱プレート13b上に搬送し載置すると同時に上側の第1の加熱プレート13bを下降させて上型に接触させ、成形型50及び光学素材を300秒間加熱し、次いで、第2の加熱プレート14b上に搬送し載置すると同時に上側の第2の加熱プレート14bを下降させて上型に接触させ、成形型50及び光学素材を300秒間加熱し、さらに、第3の加熱プレート上に搬送し載置すると同時に上型の第3の加熱プレート15bを下降させて上型に接触させ、成形型50及び光学素材を300秒間加熱して光学素材を軟化状態とした。なお、第1の加熱プレート13bは280℃、第2の加熱プレート14bは500℃、第3の加熱プレート15bは600℃に設定した。
The molding die 50 containing the optical material is conveyed and placed on the
次に、成形型50をプレスプレート16b上に搬送し載置して、上側のプレスプレート16bを下降させ、この成形時のプレス圧力は5N/mm2、プレス時間は250秒とした。このとき、プレスプレート16bの温度は600℃であった。
Next, the
プレス後、成形型を第1の冷却プレート17b上に搬送し載置すると同時に上側の冷却プレート17bを下降させて上型に接触させ、300秒間冷却し、次いで、成形型を第2の冷却プレート18b上に搬送し裁置すると同時に上側の第2の冷却プレート18bを下降させて上型に接触させ、300秒間冷却し、さらに、成形型を第3の冷却プレート19b上に搬送し載置すると同時に上側の第3の冷却プレート19bを下降させて上型に接触させ、300秒間冷却した。このとき、第1の冷却プレート17bは550℃、第2の冷却プレート18bは 450℃、第3の冷却プレート19bは20℃(冷却水温度)に設定した。
After pressing, the mold is conveyed and placed on the
光学素材を室温になるまで冷却し、十分に冷却したところで、成形型から取り出し、光学素子を得た。 The optical material was cooled to room temperature, and when it was sufficiently cooled, it was removed from the mold and an optical element was obtained.
(実施例1−2)
冷却プレート17bに埋め込まれた3本のカートリッジヒータの真ん中の1本を、図5(b)に示したように、中央部分20mmをワット密度が0となるようにし、その両側それぞれ30mmを250Wの発熱が可能なようにした以外は、実施例1−1と同様の操作により光学素子を得た。
(Example 1-2)
As shown in FIG. 5 (b), the middle one of the three cartridge heaters embedded in the
このとき、第2の冷却プレートの温度は、改善前に比べ、特に、左右方向の温度と中央部の温度との差が小さくなり、温度分布が改善されていた(図8,9)。ここで、図8は上側の第2の冷却プレートの温度分布を、図9は下側の第2の冷却プレートの温度分布を示す。 At this time, as for the temperature of the second cooling plate, in particular, the difference between the temperature in the left-right direction and the temperature in the central portion was smaller than before the improvement, and the temperature distribution was improved (FIGS. 8 and 9). Here, FIG. 8 shows the temperature distribution of the upper second cooling plate, and FIG. 9 shows the temperature distribution of the lower second cooling plate.
(比較例1)
冷却プレートとして、従来用いられている、カートリッジヒータの出力を全て同じにし、熱電対1個により温度制御しているプレートを用いた以外は実施例1と同様の操作により光学素子を得た(第2の冷却プレートの温度分布は、実施例1−1に従来例として説明した通りであり、具体的には図6〜7の破線で示した温度分布となる)。
(Comparative Example 1)
An optical element was obtained by the same operation as in Example 1 except that a conventionally used cooling plate was used for the same output of the cartridge heater, and the temperature was controlled by one thermocouple (No. 1). The temperature distribution of the
(実施例2−1)
加熱プレート、プレスプレート、冷却プレートとして100×78×18mmの寸法のものを用い、その内部に埋め込まれたカートリッジヒータの本数を4本とした以外は実施例1と同様の操作により光学素子を得た。
(Example 2-1)
An optical element is obtained by the same operation as in Example 1 except that a heating plate, a press plate, and a cooling plate having dimensions of 100 × 78 × 18 mm are used, and the number of cartridge heaters embedded therein is four. It was.
(実施例2−2)
冷却プレート17bに埋め込まれた4本のカートリッジヒータの真ん中の2本を、図5(b)に示したように、中央部分20mmをワット密度が0となるようにし、その両側それぞれ30mmを250Wの発熱が可能なようにした以外は、実施例2−1と同様の操作により光学素子を得た。
(Example 2-2)
As shown in FIG. 5 (b), in the middle of the four cartridge heaters embedded in the
(比較例2)
冷却プレートとして、従来用いられている、カートリッジヒータの出力を全て同じにし、熱電対1個により温度制御しているプレートを用いた以外は実施例2−1と同様の操作により光学素子を得た。
(Comparative Example 2)
An optical element was obtained by the same operation as in Example 2-1, except that a conventionally used plate heater output was the same as the cooling plate, and the temperature was controlled by one thermocouple. .
(試験例)
実施例及び比較例で得られた光学素子の形状について、設計値との誤差をUA3P(パナソニック株式会社製、商品名)にて調べた。設計値との誤差について得られた結果を、図10(実施例1−1)、図11(実施例1−2)、図12(比較例1)、図13(実施例2−1)、図14(実施例2−2)、図15(比較例2)にそれぞれ示した。ここで言う設計値との誤差とは、設計値から球面(曲率)成分を除いた誤差を示し、レンズ中心を基準に十字方向に測定したデータである。なお、このとき測定した十字方向は、光学素子の成形操作において、成形型の搬送方向と左右方向(水平面において搬送方向に直交する方向)に合うように測定を行った。ちなみに、ここでいう搬送方向及び左右方向は、上記した温度分布測定プレートにおける搬送方向、左右方向に対応している。
(Test example)
About the shape of the optical element obtained by the Example and the comparative example, the difference | error with a design value was investigated by UA3P (the Panasonic Corporation make, brand name). FIG. 10 (Example 1-1), FIG. 11 (Example 1-2), FIG. 12 (Comparative Example 1), FIG. 13 (Example 2-1), The results are shown in FIG. 14 (Example 2-2) and FIG. 15 (Comparative Example 2), respectively. The error from the design value here refers to an error obtained by removing the spherical (curvature) component from the design value, and is data measured in the cross direction with the lens center as a reference. The cross direction measured at this time was measured so as to match the conveyance direction of the mold and the left-right direction (the direction perpendicular to the conveyance direction in the horizontal plane) in the molding operation of the optical element. Incidentally, the conveyance direction and the left-right direction here correspond to the conveyance direction and the left-right direction in the temperature distribution measurement plate described above.
この結果から、従来例である比較例1,2に対して、カートリッジヒータを独立制御した実施例1−1,2−1では、光学素子の搬送方向において形状の非対称性が改善されており、さらに、プレート中央寄りのカートリッジヒータのワット密度を変更した実施例1−2,2−2においては、実施例1−1,2−1に対して、さらに搬送方向と左右方向との形状誤差も小さくなり、得られる光学素子の形状精度が大幅に改善されていることが確認できた。なお上記実施例では独立制御するカートリッジヒータの本数を3本と4本としたが、これに限定されるものではなく、3本以上であれば本件の発明の効果は得られる。 From these results, in Examples 1-1 and 2-1, in which the cartridge heater is independently controlled with respect to Comparative Examples 1 and 2 as the conventional example, the shape asymmetry is improved in the transport direction of the optical element. Further, in Examples 1-2 and 2-2 in which the watt density of the cartridge heater near the center of the plate is changed, the shape error between the transport direction and the left-right direction is further different from those in Examples 1-1 and 2-1. It was confirmed that the shape accuracy of the obtained optical element was greatly improved. In the above embodiment, the number of cartridge heaters to be independently controlled is three and four. However, the present invention is not limited to this, and the effect of the present invention can be obtained as long as the number is three or more.
以上に示したように、本発明の光学素子の成形装置及び成形方法により、光学素子の製造における成形型の温度を不安定にする要因を排除し、成形型内の温度分布を減らすことで、光学素子形状が安定化し、歩留まりを向上できる。 As described above, the optical element molding apparatus and molding method of the present invention eliminates the factor that makes the temperature of the molding die unstable in the production of the optical element, and reduces the temperature distribution in the molding die. The shape of the optical element is stabilized, and the yield can be improved.
本発明の光学素子の成形装置は、成形型を順次移動させながらプレス成形により連続的に光学素子を製造する際に用いられる。 The optical element molding apparatus of the present invention is used when manufacturing optical elements continuously by press molding while sequentially moving a mold.
1…光学素子の成形装置、2…チャンバー、3…加熱ステージ、4…プレスステージ、5…冷却ステージ、6…取入れシャッター、7…取出しシャッター、8,9…成形型載置台、10…温度分布測定プレート、50…成形型、3a,4a,5a…ヒータ、3b…加熱プレート、4b…プレスプレート、5b…冷却プレート、3c,4c,5c…断熱板、3d,4d,5d…シャフト、5e…熱電対
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記加熱、プレス成形及び冷却の各ステージにおいて前記成形型を搭載し、搭載された前記成形型に対して、それぞれ加熱、プレス成形及び冷却の各プロセスを行う上下一対の加熱プレート、プレスプレート及び冷却プレートの複数組のプレートと、前記各プレートの前記成形型の搭載面表面に設置された均熱板と、前記各組における一対のプレートを接近又は離間させて前記加熱、プレス成形及び冷却のプロセスを行わせる駆動手段と、前記各プロセス及び前記成形型の搬送を制御する制御手段と、を備えるとともに、
前記冷却プレートは、プレート本体と、該プレート本体内部に所定間隔で埋設された複数本のカートリッジヒータと、各カートリッジヒータの近傍にそれぞれ設置された複数の熱電対と、から構成され、
さらに、前記各熱電対の出力に基づいて各カートリッジヒータの出力を独立的にフィードバック制御する出力制御手段を有することを特徴とする光学素子の成形装置。 An optical element molding apparatus for sequentially molding a mold having an optical material placed between an upper mold and a lower mold to heating, press molding and cooling stages provided in a chamber to mold the optical element. ,
A pair of upper and lower heating plates, a press plate, and a cooling plate are mounted on each of the heating, press forming, and cooling stages, and the heating, press forming, and cooling processes are performed on the mounted forming dies, respectively. A plurality of sets of plates, a soaking plate installed on the surface of the mold mounting surface of each plate, and a process of heating, press forming and cooling by bringing a pair of plates in each set close to or apart from each other And a control means for controlling each process and the conveyance of the mold, and
The cooling plate is composed of a plate body, a plurality of cartridge heaters embedded in the plate body at predetermined intervals, and a plurality of thermocouples installed in the vicinity of each cartridge heater,
The optical element molding apparatus further comprises output control means for independently feedback controlling the output of each cartridge heater based on the output of each thermocouple.
前記出力制御手段は、前記温度分布測定手段の測定により決定した設定値に基づいて各カートリッジヒータの出力を制御する請求項1記載の光学素子の成形装置。 Prior to molding of the optical element, it is placed on the surface of the cooling plate and has a temperature distribution measuring means for measuring the temperature distribution on the plate,
The optical element molding apparatus according to claim 1, wherein the output control means controls the output of each cartridge heater based on a set value determined by measurement of the temperature distribution measuring means.
前記冷却工程において、前記出力制御手段により、前記各熱電対の出力に基づいて各カートリッジヒータの出力を独立的にフィードバック制御することを特徴とする光学素子の成形方法。 A heating step of using the optical element molding apparatus according to any one of claims 1 to 6 to store an optical material in the mold and heating the mold to soften the optical material in the mold. Pressing the softened optical material with the mold using a pressing means to give an optical element shape; after the pressing process, cooling the mold and solidifying the optical material with the optical element shape A method of forming an optical element having a cooling step,
In the cooling step, the output control means independently feedback-controls the output of each cartridge heater based on the output of each thermocouple.
前記温度分布の測定結果に基づいて、冷却プレートの温度分布を小さくするようにカートリッジヒータの出力を1本毎に独立して決定する設定値決定工程を有し、
前記冷却工程におけるカートリッジヒータの出力を、前記設定値決定工程で決定した設定値になるように出力制御する請求項7記載の光学素子の成形方法。 Prior to the heating step, a temperature distribution measuring step of measuring the temperature distribution of the cooling plate by placing a temperature distribution measuring means on the surface of the cooling plate;
A set value determining step for independently determining the output of each cartridge heater so as to reduce the temperature distribution of the cooling plate based on the measurement result of the temperature distribution;
The optical element molding method according to claim 7, wherein the output of the cartridge heater in the cooling step is controlled so as to be the set value determined in the set value determining step.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014051014A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | 東芝機械株式会社 | Molding device and molding method |
CN104176916A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-03 | 东芝机械株式会社 | Mold set |
WO2015163114A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-29 | オリンパス株式会社 | Optical element manufacturing device |
KR20160089941A (en) * | 2015-01-20 | 2016-07-29 | 삼성디스플레이 주식회사 | Apparatus for processing glass window of display |
US10077201B2 (en) | 2014-05-27 | 2018-09-18 | Olympus Corporation | Optical element manufacturing device and optical element shaping mold set |
-
2010
- 2010-11-30 JP JP2010267800A patent/JP2012116705A/en not_active Withdrawn
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10252446B2 (en) | 2012-09-28 | 2019-04-09 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Shape forming system and shape forming method |
WO2014051014A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | 東芝機械株式会社 | Molding device and molding method |
JP5934801B2 (en) * | 2012-09-28 | 2016-06-15 | 東芝機械株式会社 | Molding equipment |
US9943990B2 (en) | 2012-09-28 | 2018-04-17 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Shape forming system and shape forming method |
US9505149B2 (en) | 2013-05-22 | 2016-11-29 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Mold set |
CN104176916A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-03 | 东芝机械株式会社 | Mold set |
JP2014227317A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | 東芝機械株式会社 | Mold set |
CN104176916B (en) * | 2013-05-22 | 2017-04-12 | 东芝机械株式会社 | Mold set |
JP2015209358A (en) * | 2014-04-25 | 2015-11-24 | オリンパス株式会社 | Manufacturing apparatus for optical element |
CN106103365A (en) * | 2014-04-25 | 2016-11-09 | 奥林巴斯株式会社 | The manufacture device of optical element |
CN106103365B (en) * | 2014-04-25 | 2018-12-07 | 奥林巴斯株式会社 | The manufacturing device of optical element |
WO2015163114A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-29 | オリンパス株式会社 | Optical element manufacturing device |
US10315945B2 (en) | 2014-04-25 | 2019-06-11 | Olympus Corporation | Optical element manufacturing apparatus |
US10077201B2 (en) | 2014-05-27 | 2018-09-18 | Olympus Corporation | Optical element manufacturing device and optical element shaping mold set |
KR20160089941A (en) * | 2015-01-20 | 2016-07-29 | 삼성디스플레이 주식회사 | Apparatus for processing glass window of display |
KR102309386B1 (en) | 2015-01-20 | 2021-10-06 | 삼성디스플레이 주식회사 | Apparatus for processing glass window of display |
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