JP2015105221A - Optical element molding method, and optical element molding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子の成形方法及び成形装置に係り、特に、光学素材をプレス成形した後、光学素材を冷却、固化させる際に生じるハンチング現象を抑制して、従来よりも温度変動(温度の上下動)が制御された安定した冷却を行うことで、形状不良の発生を抑制する光学素子の成形方法及び成形装置に関する。 The present invention relates to a molding method and a molding apparatus for an optical element, and in particular, suppresses a hunting phenomenon that occurs when an optical material is cooled and solidified after press molding the optical material, so that the temperature fluctuation (temperature of The present invention relates to a molding method and a molding apparatus for an optical element that suppresses the occurrence of shape defects by performing stable cooling with controlled vertical movement.
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、生産性を向上させるために、成形型を加熱、プレス及び冷却の各処理ステージに搬送し、複数の光学素子を連続的に製造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. In such a situation, in order to improve productivity, an optical element molding apparatus has been proposed in which a mold is conveyed to each processing stage of heating, pressing and cooling, and a plurality of optical elements are continuously manufactured. Yes.
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おり、これら上下一対のプレートは、通常、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 provided with cartridge heaters therein, and these upper and lower plates usually have a plurality of bar-shaped cartridge heaters in the plate at a predetermined interval in the horizontal direction. It is arranged and arranged. 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 shaping | 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)、ヒータを備えた温度制御ブロック上に、熱電対を配置した超硬プレートが取り付けることで複数の成形型の温度差を最小にしたり(特許文献3参照)、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. Temperature control means for controlling the output of the inner and outer cartridge heaters is provided to keep the temperature difference between the peripheral part and the inner part corresponding to molding of the inner part within a predetermined range (see Patent Document 2), or a heater is provided. A technique for minimizing a temperature difference between a plurality of molds by attaching a cemented carbide plate on which a thermocouple is arranged on a temperature control block has been proposed (see Patent Document 3).
しかしながら、このように温度の均一性を高めても面形状が安定しない場合がある。本発明者らは、種々検討したところ、成形型を個別に温度管理された各プレートへ移送したとき、冷却ステージにおける設定温度までの冷却過程において、成形型の温度が上下しながら設定温度に収束していく、僅かな温度変化が生じることにその原因があると考えた。 However, even if the temperature uniformity is increased in this way, the surface shape may not be stable. As a result of various studies, the present inventors have found that when the mold is transferred to each temperature-controlled plate, the temperature of the mold converges to the set temperature while going up and down in the cooling process to the set temperature in the cooling stage. However, it was thought that the cause was that a slight temperature change occurred.
すなわち、成形型が温度の高い前プレート(例えば、プレスプレート)から温度が低いプレート(例えば、冷却プレート)に移動した際には、成形型は急激に冷却され、一方で冷却プレートは成形型から熱をもらい、その温度は若干上昇する。そのため、従来の制御方法では、この温度上昇により、冷却プレート自体の温度を所定の温度に維持しようとヒータ出力を低下させる。このようにして成形型は冷却されていき、冷却プレートの設定温度まで到達すると、そのまま冷却プレートの温度よりも低い温度となり、このとき冷却プレートも設定温度よりも低くなるためヒータの出力を上げて冷却プレートが加熱され、それに伴い成形型の温度も上昇する。ヒータ出力が高くなると、次に冷却プレートが設定温度よりも高くなるためヒータの出力を下げて冷却プレートが冷却される。このとき、設定温度近傍で、このような温度の上下動を繰り返し、その振幅は徐々に小さくなって設定温度に安定して維持されるようになる。この温度の上下動を、温度のハンチング現象という。図5A及び5Bに、この温度のハンチング現象を説明する図を示した。図5Bは図5Aのハンチング現象が生じている部分の拡大図である。これらの図においては、前ポジションであるプレスプレートから冷却プレートへ成形型を移送した際、プレスプレートの設定温度(Tp)から冷却プレートの設定温度(T0)までの冷却過程における成形型の温度変化を示しており、図5Bに示したように、冷却プレートの設定温度(T0)近傍で温度の上下動が生じる。なお、この現象における温度変化の振幅の大きさは、成形型の熱容量、前プレートでの温度等に左右される。 That is, when the mold moves from a hot front plate (eg, a press plate) to a cold plate (eg, a cooling plate), the mold is rapidly cooled while the cooling plate is removed from the mold. The temperature rises slightly with heat. Therefore, in the conventional control method, the heater output is lowered by this temperature rise so as to maintain the temperature of the cooling plate itself at a predetermined temperature. In this way, the mold is cooled, and when the temperature reaches the set temperature of the cooling plate, the temperature becomes lower than the temperature of the cooling plate as it is. At this time, the cooling plate is also lower than the set temperature. As the cooling plate is heated, the mold temperature rises accordingly. When the heater output increases, the cooling plate then becomes higher than the set temperature, so the heater output is lowered to cool the cooling plate. At this time, such up and down movement of the temperature is repeated in the vicinity of the set temperature, and the amplitude gradually decreases and is stably maintained at the set temperature. This vertical movement of temperature is called temperature hunting phenomenon. 5A and 5B are diagrams illustrating the hunting phenomenon at this temperature. FIG. 5B is an enlarged view of a portion where the hunting phenomenon of FIG. 5A occurs. In these drawings, when the mold is transferred from the press plate, which is the previous position, to the cooling plate, the mold in the cooling process from the set temperature (T p ) of the press plate to the set temperature (T 0 ) of the cooling plate. FIG. 5B shows a temperature change, and as shown in FIG. 5B, the temperature rises and falls near the set temperature (T 0 ) of the cooling plate. Note that the magnitude of the temperature change amplitude in this phenomenon depends on the heat capacity of the mold, the temperature at the front plate, and the like.
ところで、型移動方式の成形装置では、成形型を複数個使用するため、成形型の熱容量を全ての成形型でそろえることは困難である。仮に全ての成形型の寸法をμm単位で同じ形状にしたとしても、成形型素材(超硬合金やSiC等)の材料ばらつきもあるため、熱容量を同じにすることは極めて困難である。例えば、超硬合金においては、比重のばらつきが±0.01程度存在する。 By the way, in the mold moving type molding apparatus, since a plurality of molds are used, it is difficult to equalize the heat capacities of all the molds. Even if the dimensions of all the molds are the same in units of μm, it is extremely difficult to make the heat capacities the same because there are variations in the material of the mold material (such as cemented carbide or SiC). For example, in cemented carbide, there is a variation in specific gravity of about ± 0.01.
また、成形型に収容する光学素材(プリフォーム)についても、その容積を毎回完全に同じにすることも困難である。プリフォームは、光学素材を研削研磨して製造する方法と、研削研磨せずに流出する溶融材料をガスにより浮上させながら成形する方法と、がある。質量公差は研削研磨で最小でも±0.01%、溶融して直接製造する場合には最低でも±0.05%存在するため、使用する光学材料の容積を一定にするのは極めて困難である。 Also, it is difficult to make the volume of the optical material (preform) accommodated in the mold completely the same every time. The preform includes a method of grinding and polishing an optical material, and a method of molding a molten material that flows out without being ground and polished by gas. The mass tolerance is at least ± 0.01% for grinding and polishing, and at least ± 0.05% for direct production by melting, so it is extremely difficult to keep the volume of the optical material used constant. .
したがって、同じ条件で光学素子を製造しても、上記のように複数個の成形型及び光学素材を完全に同一にすることは難しく、それによって温度履歴が変化し、光学素子の形状にも影響を与えるため、一定の割合で形状不良品が生産されてしまっていた。 Therefore, even if an optical element is manufactured under the same conditions, it is difficult to make a plurality of molds and optical materials completely the same as described above, thereby changing the temperature history and affecting the shape of the optical element. For this reason, defective products have been produced at a certain rate.
そこで、本発明は、上記の問題を解消するために、光学素子の製造において、型移動方式における光学面の形状安定性を高め、歩留まりの良好な光学素子の成形方法及び成形装置の提供を目的とする。 Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present invention has an object to provide a molding method and a molding apparatus for an optical element with a high yield by improving the shape stability of the optical surface in the mold movement method in the production of the optical element. And
本発明者らは、鋭意検討した結果、本発明の光学素子の成形方法及び成形装置により、上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成したものである。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem can be solved by the optical element molding method and molding apparatus of the present invention, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の光学素子の成形方法は、上型、下型及び胴型からなる成形型に光学素材を収容し、前記成形型を加熱プレートにより加熱して前記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、前記成形型を冷却プレートにより冷却し、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、前記光学素材が収容された成形型が移送されてきたときに、前記冷却プレートの設定温度を基準温度T0からハンチング抑制温度T1に上げ(ここで、Tp>T1>T0であり、Tpは前ポジションにおけるプレートの設定温度を表す。)、前記成形型がハンチング抑制温度T1に達した後、所定の降温速度で基準温度T0まで降温させることを特徴とする。 That is, the method for molding an optical element of the present invention includes a heating step of storing an optical material in a molding die composed of an upper die, a lower die, and a body die, and heating the molding die with a heating plate to soften the optical material. A press process in which a softened optical material is pressed with the mold using a press plate to give an optical element shape; and after the press process, the mold is cooled by a cooling plate to give an optical element shape A cooling step for solidifying the material, and in the cooling step, when the mold containing the optical material is transferred, the set temperature of the cooling plate is set as a reference temperature. It increased from T 0 to hunting suppressing temperature T 1 (where a T p> T 1> T 0 , T p denotes the set temperature of the plate before the position.), the mold is After reaching Nchingu suppress the temperature T 1, wherein the temperature is lowered to a reference temperature T 0 at a predetermined temperature lowering rate.
また、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、前記制御手段が、前記冷却プレートの設定温度を、前記光学素材が収容された成形型が移送されてきたときに基準温度T0からハンチング抑制温度T1に上げ(ここで、Tp>T1>T0であり、Tpは前ポジションにおけるプレートの設定温度を表す。)、前記成形型がハンチング抑制温度T1に達した後、所定の降温速度で基準温度T0まで降温させる温度制御部を備えたことを特徴とする。 Further, 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 each heating, pressing, and cooling stage provided in the chamber. A molding apparatus for an optical element to be molded, wherein the molding die is mounted at each stage of heating, pressing and cooling, and the heating, pressing and cooling processes are performed on the mounted molding die, respectively. A plurality of sets of a pair of heating plates, a press plate and a cooling plate, a driving means for performing the heating, pressing and cooling processes by bringing the pair of plates in each set close to or away from each other, the above processes and the above Control means for controlling conveyance of the mold, and the control means transfers the set temperature of the cooling plate to the mold in which the optical material is accommodated. When raising the reference temperature T 0 in the hunting suppressing temperatures T 1 to which has been (here, a T p> T 1> T 0 , T p denotes the set temperature of the plate before the position.), The mold There after reaching hunting suppressing temperature T 1, and further comprising a temperature control unit for decreasing the temperature to the reference temperature T 0 at a predetermined temperature lowering rate.
本発明の光学素子の成形方法及び成形装置によれば、プレスした光学素材の冷却過程において、光学素材の冷却時におけるハンチング現象を短く抑制し、プレス後の温度履歴を安定させ、光学素子形状の安定性(再現性)を向上できる。 According to the method and apparatus for molding an optical element of the present invention, in the cooling process of a pressed optical material, the hunting phenomenon at the time of cooling the optical material is suppressed to be short, the temperature history after pressing is stabilized, and the shape of the optical element is reduced. Stability (reproducibility) can be improved.
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
(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)。
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するプレスステージ4と、プレス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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(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
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して、成形型50をチャンバー2から出し入れでき、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順番に移動しながら所定の処理を施され、一連の処理が終了したところで成形型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、光学素材のプレス成形時には成形型50は高温に加熱されるため、この成形型50が酸化されないように、チャンバー内雰囲気は窒素等の不活性ガス雰囲気が好ましい。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内に供給しチャンバー内を陽圧にすることで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、で構成したものが好ましい。
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、さら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、上型及び下型を加熱する手段であり、熱伝導により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ものである。
The
また、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、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に伝達しないようにする。
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と接続される。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
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所望の形状に成形する。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て行われる。
In the press stage 4 of the present invention, the distance between the upper and lower press plates 4b is reduced to reduce the distance between the upper mold and the lower mold of the
また、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、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に伝達しないようにする。
In this press stage 4, the lower press plate 4 b is fixed to the bottom plate of the
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と接続される。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。このときプレスプレート4bはプレスを所定の圧力で行えるよう動作し、光学素材に高精度に光学素子形状を付与できる。
The upper press plate 4b can move up and down, and is also connected to 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を冷却し、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、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と接続される。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、冷却プレート5b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。ここでの冷却は、光学素子形状を安定して付与するように光学素材が固化する温度まで下げる意味であり、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 on the
上記説明したとおり、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。ここでシリンダーは、各プレートの上下動を可能とできればよく、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が挙げられる。
As described above, the
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場合がある。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
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の加熱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ものである。 The plate in each of these stages is one in which a cartridge heater is inserted and fixed inside a material such as stainless steel, cemented carbide, alloy steel, etc., and the temperature of the plate is raised by heating the cartridge heater to maintain a desired temperature. It is.
なお、各ステージのプレートは、その成形型の搭載面表面に、プレート温度をなるべく均質化するために、均熱板を設けて構成してもよい。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で構成できる。さらに、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、このコーティングとしては、具体的にはCrN、TiN、TiAlNなどのコーティング処理膜が挙げられる。 In addition, the plate of each stage may be configured by providing a soaking plate on the surface of the mold mounting surface in order to make the plate temperature as uniform as possible. The soaking plate can be made of a known heat-resistant material such as cemented carbide or stainless steel, and has a high hardness and good heat conduction. Furthermore, it is preferable to coat the surface of the soaking plate with an anti-oxidation film, and specific examples of this coating include coating films such as CrN, TiN, and TiAlN.
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、ずれを生じるおそれが少ないセラミックスが好ましい。
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10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と、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、複数個の光学素子の成形操作を連続的に行うのが効率的である。
More specifically, the processing by 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
なお、この制御手段10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。
The control means 10 also controls the temperature of a pair of upper and lower plates in each stage of heating, pressing, and cooling, timing of vertical movement, etc., so that a series of molding operations can be performed smoothly and continuously. Is controlled to be performed. 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
そして、本発明においては、冷却プレート5bの温度管理に特徴を有するものである。すなわち、上記制御手段10が、冷却プレート5bの温度を独自の制御方法により調節する冷却プレートの温度制御部10aを有し、本発明における冷却プレート5bにおいては、光学素材が収容された成形型50が移送されてきたときに、その設定温度を基準温度T0からハンチング抑制温度T1に上げ(ここで、Tp>T1>T0であり、Tpは前ポジションにおけるプレートの設定温度を表す。)、その後、所定の降温速度で基準温度T0まで降温させる温度制御がなされる。
And in this invention, it has the characteristics in the temperature management of the
加熱プレート3b及びプレスプレート4bにおいても、それぞれ所定の温度に管理されているため、プレート温度の測定手段と、該測定手段から得られた測定温度に基づいて制御手段10により温度管理をされているが、これらのプレートにおける温度の制御は、基本的に各プレートの設定温度が所定の温度に固定されて管理される。
Since each of the
一方、本発明の冷却プレート5bにおいては、上記したように、成形操作のタイミングと連動させて設定温度を変化させながら温度調節を行う点に特徴を有する。具体的な温度調節については後述する。
On the other hand, as described above, the
なお、冷却プレート5bの他、加熱プレート3bおよびプレスプレート4bも含めたプレートの温度管理は、公知の温度測定手段によりプレートの温度を測定し、得られた測定温度を制御手段10にフィードバックすることで所定の温度にプレートが維持されるように管理される。このとき、プレートの温度測定は、プレート内部に配置された熱電対を用いることが一般的である。なお、本件の場合は、例えば、図2A、2Bに示したように、下側の冷却プレート5bを冷却プレート本体5b−1と均熱板5b−2とで構成し、該均熱板5b−2の内部であって、成形型の搭載部近傍に熱電対5eを差し込んで配置することが好ましく、載置された成形型と接触する配置がより好ましい。熱電対5eの配置位置は、例えば、搭載面の中央部において、プレート内部に向かって0mm〜0.05mmの位置に熱電対の先端が略成形型の搭載面(接触面)と同一面に配置されるように均熱板の中心部に貫通穴を設けて熱電対を差し込んで配置すればよい。この図2A,2Bでは、熱電対5eは均熱板5b−2の下部に設けられた溝を伝って中央に設けられた貫通穴から成形型接触面と略同一面に配置されている。
The temperature management of the plate including the
なお、図2A、2Bでは熱電対5eは平面視したときにプレート中央に1つ設けている例を示しているが、これを複数個設けて、測定した各位置の温度を冷却プレートの温度制御部10aにフィードバックさせ、それらの平均値や所定の計算式により算出した温度により管理してもよい。
2A and 2B show an example in which one
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。
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する。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。
Next, an optical element molding method using the optical
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 intake shutter 6 is opened to open the intake port, and 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、光学素材を軟化状態に維持する。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、上型と下型との距離をも狭めて、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 press plate 4b is also heated to the same temperature as 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て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が好ましく、さらには10〜20N/mm2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. Is more preferable, and 10 to 20 N / mm 2 is particularly preferable.
そして、このようなプレス工程を経て、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。
Then, through such a pressing step, the molding die 50 that has been subjected to the press-cutting is conveyed from the press plate 4b to 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と接触させ、上型は上側の冷却プレート5bを下降させ接触させて冷却する。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)以下の温度にまで冷却させるのが好ましく、光学素材の歪点以下の温度にまで冷却させるのがより好ましい。このとき、降温速度は0.1〜2.5℃/secが好ましく、さらに好ましくは0.5〜1.0℃/secである。
Next, the
そして、本発明においては、冷却プレート5bの設定温度として、その冷却プレートにおいて最終的に到達させたい成形型50の温度である基準温度T0に対し、それよりも高いハンチング抑制温度T1、に変動させながら管理する。この温度管理について、図3A及び3Bを参照しながら説明する。
In the present invention, the set temperature of the
図3A及び3Bは、プレスプレート4bから冷却プレート5bへ成形型50を移送したときの成形型の温度変化とそのときの冷却プレート5bの設定温度の変化を示した図である。これらの図において、成形型50の温度を実線で、冷却プレート5bの設定温度の変化を一点鎖線で示した。
3A and 3B are diagrams showing a change in temperature of the mold when the
まず、冷却プレート5bは、成形型50が移送されてくる前は、その設定温度を最終的に到達させたい成形型50の温度である基準温度T0で管理している。ところが、成形型50がプレスプレート4bでの処理を終え、冷却プレート5bに移送されてくるときに、その設定温度を基準温度T0よりも高いハンチング抑制温度T1に上げる。
First, the
このとき、プレスプレート4bで高温に加熱された成形型50の熱が、冷却プレート5bと接触することにより冷却プレート5bへ移動することで、成形型50は温度が低下し、冷却プレート5bの温度が上昇する。このとき、冷却プレート5bの温度は、ハンチング抑制温度T1を超えた温度にまで比較的速やかに上昇し、その後は成形型50から冷却プレート5bへの熱移動が継続されるため、冷却プレートの温度制御部10aは冷却プレート5bのヒータ出力を低下させる。そして、成形型50の温度がハンチング抑制温度T1まで低下すると、そのままハンチング抑制温度T1を下回り、それと同時に冷却プレート5bの温度もハンチング抑制温度T1を下回るため、冷却プレート5bの温度をハンチング抑制温度T1に保持しようと、上記温度制御部10aがヒータ出力を上昇させる。
At this time, the heat of the molding die 50 heated to a high temperature by the press plate 4b moves to the
このとき、従来と同様にハンチング抑制温度T1において温度が上下動するが、本発明においては、この上下動が生じるタイミングで、冷却プレート5bの設定温度をハンチング抑制温度T1から連続的に基準温度T0まで低下させていく。すなわち、上下動が生じるのは、成形型50がハンチング抑制温度T1に達したことを意味し、その後であれば、成形型50の温度を緩やかに降下させていくのに適し、光学素子の形状も安定させやすいためである。設定温度をハンチング抑制温度T1から基準温度T0まで低下させていくタイミングは、ハンチング現象を抑制できるタイミングが好ましく、例えば、図3Bに示した、冷却プレート5bの温度が、ハンチング抑制温度T1よりも低下したことを感知したとき(図中の点P)や、その後、再度ハンチング抑制温度T1よりも上昇したことを感知したとき(図中の点Q)、等の任意のタイミングで設定温度を変化させていけばよい。なお、図3A及び3Bにおいては、設定温度の変化を一点鎖線で示したが、ここでは、点Qのタイミングで設定温度を変化させる場合を例示している。なお、上下動の回数は、例えば、上記図3Bにおける点Pや点Qのように、温度変化において極値を取った場合に1回とカウントできる。
At this time, the temperature in the hunting suppressing temperatures T 1 as in the prior art is vertically moved, in the present invention, at a timing when the vertical movement occurs continuously based on the set temperature of the
また、冷却プレート5bの設定温度の変化は、プレート温度を急激に変化させないように、ハンチング抑制温度T1から基準温度T0まで連続的に変化させることが好ましく、冷却プレートの降温速度を、例えば、0.05℃/sec〜0.5℃/secとすることが好ましい。ハンチング抑制温度T1から基準温度T0までの降温速度は、ハンチング抑制温度T1寄りの時間帯と基準温度T0寄りの時間帯と、で異なっていてもよいが、温度履歴が安定するため降温速度を一定にすることが好ましい。
The change in the set temperature of the
このように設定温度を変化させることで、ハンチング現象に基づく温度の上下動の回数を低減させ、かつ、ハンチング現象を短時間に抑制できる。また、基準温度T0には、緩やかに冷却させながら到達できるため、ハンチング現象の発生自体を抑制できる。 By changing the set temperature in this way, the number of temperature vertical movements based on the hunting phenomenon can be reduced, and the hunting phenomenon can be suppressed in a short time. Moreover, since the reference temperature T 0 can be reached while being slowly cooled, the occurrence of the hunting phenomenon itself can be suppressed.
なお、ハンチング抑制温度T1は、Tp>T1>T0の関係を満たすように設定される。ここで、Tpは前ポジションのプレートの設定温度を表しており、本実施形態において、Tpはプレスプレート4bの設定温度である。 Incidentally, hunting suppressing temperatures T 1 is set so as to satisfy the relation T p> T 1> T 0 . Here, T p represents the setting temperature of the plate before the position, in the present embodiment, T p is the set temperature of the press plate 4b.
さらに、ハンチング抑制温度T1は、{(Tp−T0)×0.8+T0}以下が好ましく、{(Tp−T0)×0.5+T0}以下がより好ましく、{(Tp−T0)×0.25+T0}以下がさらに好ましい。すなわち、基準温度T0から前ポジションのプレート設定温度TPの間において、ハンチング抑制温度T1をできるだけ基準温度T0側に設定するのが好ましい。ハンチング抑制温度T1が{(Tp−T0)×0.8+T0}以下の温度であると、成形型50が冷却プレート5bに移送されてきた成形型50の温度に生じるハンチング現象を抑制しやすくなり好ましい。また、ハンチング温度T1が{(Tp−T0)×0.5+T0}以下の温度であると、ハンチング抑制温度T1から基準温度T0への冷却を、ハンチング現象を抑制しつつ所望の降温速度で安定して冷却できると共に、タクトも短くできるためより好ましい。さらに、ハンチング温度T1が{(Tp−T0)×0.25+T0}以下の温度であると、ハンチング現象を抑制しつつより安定した穏やかな冷却が可能となり、さらにタクトも短くできるため特に好ましい。
Further, the hunting suppression temperature T 1 is preferably {(T p −T 0 ) × 0.8 + T 0 } or less, more preferably {(T p −T 0 ) × 0.5 + T 0 } or less, and {(T p -T 0 ) × 0.25 + T 0 } or less is more preferable. That is, in between the reference temperature T 0 of the previous position of the plate set temperature T P, to set the hunting suppressing temperatures T 1 as possible to the reference temperature T 0 side preferred. When the hunting suppression temperature T 1 is a temperature equal to or lower than {(T p −T 0 ) × 0.8 + T 0 }, the hunting phenomenon that occurs in the temperature of the
さらに、このハンチング抑制温度T1は、基準温度T0よりも+1℃〜+60℃高い温度範囲が好ましい。この温度範囲は、冷却工程におけるプレートの温度調節時であれば適用できるが、特に、プレスプレート4bから冷却プレート5bに移送する場合のように各プレートの設定温度差が5℃〜70℃の場合に適している。
Further, the hunting suppression temperature T 1 is preferably in a temperature range that is + 1 ° C. to + 60 ° C. higher than the reference temperature T 0 . This temperature range can be applied when adjusting the temperature of the plate in the cooling process, but in particular, when the set temperature difference of each plate is 5 ° C. to 70 ° C. as in the case of transferring from the press plate 4b to 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上昇又は降下させてもよく、この場合、加熱工程として1以上の加熱ステージを設け、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、成形温度とする。また、冷却工程においても1以上の冷却ステージを設け、段階的に光学素材の温度を下降させて、200℃以下の温度にまで冷却してもよい。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、面ワレ等が生じたりする等の光学素子の特性を悪化させない制御が容易にできる。ここで面ワレとは、光学素子が成形型から離型する際に、一部だけが先に離型し、その後に残りが離型した場合に、曲率が不連続な光学面が形成されて非球面形状精度が悪化する不良を生じる離型異常のことをいう。 In the heating process and the cooling process described above, the temperature may be gradually increased and gradually increased or decreased. In this case, one or more heating stages are provided as the heating process, and the temperature of the optical material is gradually increased. Is raised to the molding temperature in the heating stage immediately before the press stage. Also in the cooling process, one or more cooling stages may be provided, and the temperature of the optical material may be lowered stepwise to cool to 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 is suppressed, and control that does not deteriorate the characteristics of the optical element such as distortion or surface cracking can be easily performed. . Here, surface cracking means that when an optical element is released from a mold, only a part is released first, and then the rest is released, and an optical surface with a discontinuous curvature is formed. A mold release abnormality that causes a defect in which the accuracy of the aspheric shape deteriorates.
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、プレス成形ステージ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。また、この成形装置は制御手段24を有し、この制御手段24により、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が制御され、一連の成形操作を円滑に、かつ、連続的に行うようになっている。この制御手段24は、冷却プレートを所定の制御方法により制御する冷却プレートの温度制御部24aを備えており、冷却プレートは第1の実施形態で説明した温度制御と同様の温度制御により管理される。
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可能とした以外は、図1の光学素子の成形装置1の構成と同様である。
The optical
例えば、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、例えば、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、さらにガラス転移点以下まで、または、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ればよい。
For example, 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19aを設けた水冷プレートとすると、効率的に冷却できる。
Here, the third cooling stage can be efficiently cooled if the plate to be used is a water cooling plate provided with a
この光学素子の成形装置11において、第1、第2、第3の各冷却ステージの少なくとも1つの冷却プレートの設定温度を、上記説明した温度制御により冷却すればよい。特に、第1の冷却プレート17bは、その前ポジションであるプレスプレート16bが成形時に最も高温となるプレートであり温度差が大きくなりやすいため、この第1の冷却プレート17bを冷却プレートの温度制御部24aにより温度管理することが好ましく、また、プレスプレート16bに近いポジションから順番に複数組の冷却プレート、例えば、第1及び第2の冷却プレート、を冷却プレートの温度制御部24aで温度管理することがより好ましい。さらに、複数組ある全ての冷却プレートを冷却プレートの温度制御部24aで温度管理してもよい。なお、複数組設けたうちの最後の冷却プレートにおいて、水冷による冷却のように温度が十分に低いため、ハンチング現象が生じても光学素子形状への影響がない場合は、上記説明した特徴的な温度制御をする必要はなく、従来のように所定の温度に固定して温度制御をすればよい。これは、4組以上の冷却プレートを設けた場合も同様であり、プレスプレートに近いポジションから1組又は複数組の冷却プレートについて、本発明の温度制御による管理を行うことが好ましく、例えば、水冷を利用する冷却プレート以外の冷却プレート全てに適用してもよい。
In this optical
上記のように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 as described above is then formed into an optical element shape by centering the surplus portion in order to obtain an optical element shape, or subjected to an annealing process to remove distortion. The final product is made by post-processing such as.
このように、冷却プレートの設定温度を成形型の移送、温度変化のタイミングに応じて変化させることで、ハンチング現象による温度履歴のバラツキを低減でき、光学素子の形状不良の発生を抑制できる。 As described above, by changing the set temperature of the cooling plate according to the transfer of the mold and the timing of temperature change, variations in the temperature history due to the hunting phenomenon can be reduced, and the occurrence of defective optical elements can be suppressed.
以下、本発明を実施例(例2〜例7、例9〜例13、例15〜例19)及び比較例(例1、8,14)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 (Examples 2 to 7, Examples 9 to 13, Example 15 to Example 19) and Comparative Examples (Examples 1, 8, and 14).
(例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とおり行った。
ここで用いた光学素子の成形装置は、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100mm×78mm×18mmの直方体で内部に500Wのカートリッジヒータを3本有するプレート本体の成形型の搭載面側にタングステンカーバイドからなる超硬合金製の100mm×78mm×5mmの均熱板を設けたプレートを用い、断熱板として、SUS304製の100mm×78mm×9mmの板状体とジルコニア製の100mm×78mm×9mmの板状体を重ね合わせたものを用いた。なお、冷却プレートにおける熱電対は、均熱板の成形型搭載部の中央一箇所に貫通穴を設け、熱電対の先端が均熱板の成形型搭載面と同じ面(高さ)になるように差し込んで配置した。
(Example 1)
The optical element was molded as follows using the optical
The optical element molding apparatus used here is a mounting surface of a mold for a plate body having three 500 W cartridge heaters inside a stainless steel 100 mm × 78 mm × 18 mm cuboid as a heating plate, a press plate, and a cooling plate. A plate with a 100 mm x 78 mm x 5 mm soaking plate made of cemented carbide made of tungsten carbide on the side is used. A laminate of × 9 mm plate-like bodies was used. The thermocouple in the cooling plate is provided with a through hole at one central portion of the soaking plate forming mold mounting portion so that the tip of the thermocouple is the same surface (height) as the soaking plate mounting die mounting surface. And placed in.
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440mm×592mm×240mmの箱状で、このチャンバーの下板としては440mm×592mm×20mmのものを用いた。
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φ30mm、中心厚さ1.3mm、周辺厚さ8mm、非球面の近似曲率半径がそれぞれ1200mmと15mmの両凹の凹メニスカス形状の成形品が得られ、後加工の芯取り加工をして直径27mmの光学素子が得られるものを用いた。
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 box shape of 440 mm × 592 mm × 240 mm made of SS400, and a lower plate of this chamber was 440 mm × 592 mm × 20 mm.
The
まず、上記した成形型50の下型の成形面にホウ酸ランタンガラスからなる研削研磨により作製した直径φ 28mm、中心厚み 3.93mm、周辺厚さ7.75mm、曲率半径が凸側500mm凹側20mmの凹メニスカス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580℃、ガラス転移点(Tg)は616℃、屈伏点(At)は662℃である。 First, a diameter φ of 28 mm, a center thickness of 3.93 mm, a peripheral thickness of 7.75 mm, and a radius of curvature of 500 mm concave on the convex side are formed on the molding surface of the lower mold of the molding die 50 described above by grinding and polishing made of lanthanum borate glass. An optical material of a 20 mm concave meniscus spherical lens was placed. This optical material has a strain point of 580 ° C., a glass transition point (Tg) of 616 ° C., and a yield point (At) of 662 ° C.
光学素材を収容した成形型を、搬送手段により第1の加熱プレート上に搬送し載置すると同時に上側の第1の加熱プレートを下降させて上型に接触させ、成形型及び光学素材を215秒間加熱し、次いで、第2の加熱プレート上に搬送し載置すると同時に上側の第2の加熱プレートを下降させて上型に接触させ、成形型及び光学素材を215秒間加熱し、さらに、プレスプレート上に搬送し載置すると同時に上型のプレスプレートを下降させて上型に接触させ、成形型及び光学素材を加熱して光学素材を軟化状態としつつプレス成形した。この成形時のプレス圧力は10N/mm2、プレス時間は215秒とした。なお、第1の加熱プレートは600℃、第2の加熱プレートは650℃、第3の加熱プレート及びプレスプレートは700℃に設定した。 The mold containing the optical material is conveyed and placed on the first heating plate by the conveying means, and at the same time, the upper first heating plate is lowered to contact the upper mold, and the molding die and the optical material are held for 215 seconds. Next, the upper second heating plate is lowered and brought into contact with the upper die, and the molding die and the optical material are heated for 215 seconds. The upper press plate was lowered and brought into contact with the upper die at the same time as being transported and placed on the upper die, and the molding die and the optical material were heated to press-mold the optical material in a softened state. The pressing pressure at the time of molding was 10 N / mm 2 and the pressing time was 215 seconds. The first heating plate was set to 600 ° C., the second heating plate was set to 650 ° C., and the third heating plate and the press plate were set to 700 ° C.
プレス後、成形型を第1の冷却プレート上に搬送し載置すると同時に上側の第1の冷却プレートを下降させて上型に接触させ、冷却し、次いで、成形型を第2の冷却プレート上に搬送し裁置すると同時に上側の第2の冷却プレートを下降させて上型に接触させ、冷却し、さらに、第3の冷却プレート上に搬送し載置すると同時に上側の第3の冷却プレートを下降させて上型に接触させ、冷却した。このとき、第1の冷却プレートは630℃、第2の冷却プレートは615℃、第3の冷却プレートは20℃(冷却水温度)に設定した。 After pressing, the mold is transported and placed on the first cooling plate, and at the same time, the upper first cooling plate is lowered to contact the upper mold and cooled, and then the mold is placed on the second cooling plate. At the same time, the upper second cooling plate is lowered and brought into contact with the upper mold, cooled, and further transferred and placed on the third cooling plate, and at the same time, the upper third cooling plate is moved to the upper mold. It was lowered and brought into contact with the upper mold and cooled. At this time, the first cooling plate was set to 630 ° C., the second cooling plate was set to 615 ° C., and the third cooling plate was set to 20 ° C. (cooling water temperature).
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.
(例2〜例7)
例1と同一の光学素子の成形装置を使用し、同様の操作により光学素子を得た。ただし、例2〜7では、第1〜第2の冷却プレートにおいて、各冷却プレートの基準温度T0よりも高いハンチング抑制温度T1を設定し、成形型が移送されてきたときに各プレートの(冷却)設定温度をハンチング抑制温度T1とし、その後、所定のタイミング(図3Bにおける点Q)でハンチング抑制温度T1から基準温度T0まで一定の速度で冷却する点のみ変えて光学素子を製造した。ここで、第1の冷却プレートのハンチング抑制温度T1を、表1に示したように(T1−T0)が10〜56℃までの範囲で変更して光学素子の成形を行った。また、各例においては、プレート温度が基準温度T0に到達してから次ポジションに移動させるようにした。なお、第2の冷却プレートのハンチング抑制温度T1の温度は、T0+4℃とした。第3の冷却プレートは水冷のため、ハンチング抑制温度T1の設定は行わなかった。
(Examples 2 to 7)
Using the same optical element molding apparatus as in Example 1, an optical element was obtained in the same manner. However, in Examples 2 to 7, in the first to second cooling plates, a hunting suppression temperature T 1 higher than the reference temperature T 0 of each cooling plate is set, and when the mold is transferred, the (cooled) temperature setting and hunting suppressing temperatures T 1, then the optical element by changing only in that cooling at a constant speed at a predetermined timing (point in Fig. 3B Q) from hunting suppressing temperatures T 1 to the reference temperature T 0 Manufactured. Here, the hunting suppressing temperature T 1 of the first cooling plate, as shown in Table 1 (
(例8、例14)
プレスプレートと第1の冷却プレート間におけるTPとT0の温度差を50℃(例8)、20℃(例14)となるように第1の冷却プレートの基準温度を変更した以外は、例1と同様の操作により光学素子を得た。
(Example 8, Example 14)
Except for changing the reference temperature of the first cooling plate so that the temperature difference between T P and T 0 between the press plate and the first cooling plate is 50 ° C. (Example 8) and 20 ° C. (Example 14), An optical element was obtained in the same manner as in Example 1.
(例9〜例13、例15〜例19)
TPとT0の温度差を50℃(例9〜例13)、20℃(例15〜例19)とし、ハンチング抑制温度T1の温度を、表1に示したように(T1−T0)が5℃〜30℃(例9〜例13)、2℃〜14℃(例15〜例19)の範囲となるように第1の冷却プレートの基準温度を変更した以外は、例2〜例7と同様の操作により光学素子を得た。
(Example 9 to Example 13, Example 15 to Example 19)
The temperature difference between T P and T 0 50 ° C. (Examples 9 to 13), and 20 ° C. with (Example 15 Example 19), the temperature of the hunting suppressing the temperature T 1, as shown in Table 1 (T 1 - Except for changing the reference temperature of the first cooling plate so that T 0 ) is in the range of 5 ° C. to 30 ° C. (Examples 9 to 13), 2 ° C. to 14 ° C. (Examples 15 to 19). An optical element was obtained in the same manner as in Examples 2-7.
(試験例1)
例1〜例19において、第1の冷却プレートの基準温度(T0)、ハンチング抑制温度(T1)、前ポジションであるプレスプレートの設定温度(TP)との関係、T1からT0までの冷却速度、ハンチングが収まるまでの時間、第1の冷却に必要なタクト、をそれぞれ表1に示した。さらに、各例において、T1={(TP−T0)×X+T0}よりXを算出し、併せて示した。なお、(T1−T0)が0の従来例(例1、例8、例14)において、TPからT0までの冷却速度は制御していないため成り行きであるが、おおよそ平均で0.4℃/secとした。
(Test Example 1)
In Examples 1 to 19, the relationship between the reference temperature (T 0 ) of the first cooling plate, the hunting suppression temperature (T 1 ), and the set temperature (T P ) of the press plate that is the previous position, T 1 to T 0 Table 1 shows the cooling rate up to, the time until the hunting is settled, and the tact required for the first cooling. Further, in each example,
表1より、ハンチング抑制温度T1を設定した例2〜例7、例9〜例13、例15〜例19では、それぞれ対応する従来例である例1、例8、例14よりもハンチングが収まるまでの時間を短縮できている。したがって、それに応じて上下動の回数も抑制できていると考えられる。 From Table 1, Examples 2 to 7 was set hunting suppressing temperature T 1, Examples 9 to 13, Example 15 to Example 19, Example 1, Example 8, hunting than Example 14 which is a conventional example corresponding respectively The time to fit is shortened. Therefore, it is considered that the number of vertical movements can be suppressed accordingly.
また、表1と同等の情報を第2の冷却プレートについても表2にまとめて示した。すなわち、例1〜例19において、第2の冷却プレートの基準温度(T0)、ハンチング抑制温度(T1)、前ポジションである第1の冷却プレートの設定温度(TP)との関係、T1からT0までの冷却速度、ハンチングが収まるまでの時間、第2の冷却に必要なタクト、T1={(TP−T0)×X+T0}より算出されるX、をそれぞれ表2に示した。 Table 2 also shows information equivalent to that in Table 1 for the second cooling plate. That is, in Examples 1 to 19, the relationship between the reference temperature (T 0 ) of the second cooling plate, the hunting suppression temperature (T 1 ), and the set temperature (T P ) of the first cooling plate as the previous position, cooling rate from T 1 to T 0, the time until hunting fit, respectively table X, the calculated from the tact necessary for the second cooling, T 1 = {(T P -T 0) × X + T 0} It was shown in 2.
表2より、第2の冷却プレートにおいても、ハンチング抑制温度T1を設定した例2〜例7、例9〜例13、例15〜例19では、それぞれ対応する従来例である例1、例8、例14よりもハンチングが収まるまでの時間を短縮できている。したがって、それに応じて上下動の回数も抑制できていると考えられる。 From Table 2, also in the second cooling plate, Examples 2 7 set the hunting suppressing temperature T 1, Examples 9 to 13, Example 15 to Example 19, Example 1 is a conventional example corresponding Examples 8. Compared with Example 14, the time until the hunting is settled can be shortened. Therefore, it is considered that the number of vertical movements can be suppressed accordingly.
(試験例2)
なお、例1及び例3について、成形型を10セット使用し、連続で500個の光学素子を製造した。最終的に得られた光学素子の形状不良の有無を確認したところ、表3に示したように、例1では形状不良が48%、外観不良が2%生じ、歩留まりが50%であったのに対し、例3では形状不良が0%、外観不良が2%生じ、歩留まりが98%と良好であった。
(Test Example 2)
For Examples 1 and 3, ten sets of molds were used to continuously produce 500 optical elements. When it was confirmed whether or not the finally obtained optical element had a shape defect, as shown in Table 3, in Example 1, the shape defect was 48%, the appearance defect was 2%, and the yield was 50%. On the other hand, in Example 3, the shape defect was 0%, the appearance defect was 2%, and the yield was as good as 98%.
なお、このときの例1及び例3について、使用した成形型と同一形状であって、下型の底面中央部、深さ0.5mmの位置に熱電対を設けた成形型温度の測定用治具を用いて、成形操作中の成形型(下型)温度の変化を測温した結果を以下に示す。 It should be noted that, in Examples 1 and 3 at this time, the temperature of the molding die was the same as that of the molding die used, and a thermocouple was provided at the center of the bottom surface of the lower die at a depth of 0.5 mm. The results of measuring the temperature of the mold (lower mold) during the molding operation using the tool are shown below.
例1において、第1の冷却プレートに成形型が移動後133秒で647℃(X=0.24)に達し、175秒で630℃(T0)になるものの、185秒ではT0よりも3℃低い温度になり、195秒後にはT0よりも2℃高い温度になり、200秒ではT0よりも1℃低い温度になり、その後±0.2℃の範囲でハンチングを繰り返し、T0に安定するのは205秒の時点であった。 In Example 1, the mold in the first cooling plate reached 647 ° C. in 133 seconds after movement (X = 0.24), although becomes 630 ° C. (T 0) in 175 seconds, than T 0 in 185 seconds After 195 seconds, the temperature becomes 2 ° C. higher than T 0 , and after 200 seconds, the temperature becomes 1 ° C. lower than T 0 , and then hunting is repeated within a range of ± 0.2 ° C. It was 205 seconds when it stabilized to 0 .
一方、例3においては、第1の冷却プレートに成形型が移動後133秒で647℃(X=0.24)に達し、138秒では645℃(T1よりも2℃低い温度)になり、143秒後には648℃(T1よりも1℃高い温度)になり、153秒後には647℃(T1)になった。その後は、冷却勾配に沿って安定して冷却し、T0に安定したのは209秒の時点であった。 On the other hand, in Example 3, the mold reaches 647 ° C. (X = 0.24) in 133 seconds after moving to the first cooling plate, and reaches 645 ° C. (temperature lower by 2 ° C. than T 1 ) in 138 seconds. After 143 seconds, the temperature became 648 ° C. (temperature higher by 1 ° C. than T 1 ), and after 153 seconds, the temperature became 647 ° C. (T 1 ). Thereafter, the cooling was stably performed along the cooling gradient, and the time when T 0 was stabilized was 209 seconds.
成形型温度のハンチングが収まるまで、例1では205秒を要したのに対し、例3では153秒であり、その後、T0まで穏やかに冷却できたため、T0付近でハンチング現象は生じなかった。また、第2の冷却プレートにおいても、T0まで穏やかに冷却できたため、T0でハンチング現象は生じなかった。 Until hunting of the mold temperature falls, whereas it took 205 seconds for example 1, an example 3 in 153 seconds, then, since that could be gently cooled to T 0, hunting in the vicinity of T 0 did not produce . Also in the second cooling plate, since that could be gently cooled to T 0, hunting in T 0 it did not occur.
以上に示したように、成形型の熱容量やガラスの体積あるいはプレスポジションの温度ばらつきで履歴が左右される冷却時の温度のハンチング時間を短縮し、更にT1からT0までを成形型の熱容量やガラスの体積によらず、一定の速度で毎回冷却できるようにした。そのため、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抑制、排除し、成形型の急激な温度変化を抑制して光学素子形状を安定化し、歩留まりを向上できることがわかった。 As shown above, the history at a temperature variation of the volume or the press position of the mold the heat capacity and the glass to reduce the temperature hunting time when dependent cooling, further heat capacity of the mold from T 1 to T 0 It was possible to cool each time at a constant speed regardless of the volume of the glass. Therefore, the optical element molding apparatus and molding method of the present invention suppresses and eliminates factors that make the temperature of the mold instability in the manufacture of optical elements unstable, and suppresses a rapid temperature change of the mold to reduce the shape of the optical element. It was found that it can stabilize the yield and improve the yield.
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…制御手段、10a…冷却プレートの温度制御部、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 (9)
前記冷却工程において、前記光学素材が収容された成形型が移送されてきたときに、前記冷却プレートの設定温度を基準温度T0からハンチング抑制温度T1に上げ(ここで、Tp>T1>T0であり、Tpは前ポジションにおけるプレートの設定温度を表す。)、前記成形型がハンチング抑制温度T1に達した後、所定の降温速度で基準温度T0まで降温させることを特徴とする光学素子の成形方法。 An optical material is accommodated in a mold composed of an upper mold, a lower mold, and a body mold, and the heating mold is heated by a heating plate to soften the optical material, and the softened optical material is pressed using a press plate. An optical element comprising: a pressing step for applying an optical element shape by pressing with the molding die; and a cooling step for cooling the molding die with a cooling plate after the pressing step to solidify the optical material provided with the optical element shape. A molding method of
In the cooling step, when the mold containing the optical material is transferred, the set temperature of the cooling plate is raised from the reference temperature T 0 to the hunting suppression temperature T 1 (where T p > T 1 > T 0 , and T p represents the set temperature of the plate in the previous position.) After the mold reaches the hunting suppression temperature T 1 , the temperature is lowered to the reference temperature T 0 at a predetermined temperature drop rate. An optical element molding method.
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、
前記制御手段が、前記冷却プレートの設定温度を、前記光学素材が収容された成形型が移送されてきたときに基準温度T0からハンチング抑制温度T1に上げ(ここで、Tp>T1>T0であり、Tpは前ポジションにおけるプレートの温度を表す。)、前記成形型がハンチング抑制温度T1に達した後、所定の降温速度で基準温度T0まで降温させる温度制御部を備えたことを特徴とする光学素子の成形装置。 An optical element molding apparatus for forming an optical element by sequentially transporting a molding mold in which an optical material is placed between an upper mold and a lower mold to heating, pressing and cooling stages provided in the chamber,
The mold is mounted on each of the heating, pressing and cooling stages, and a pair of upper and lower heating plates, a press plate and a cooling plate, which perform heating, pressing and cooling processes on the mounted molding mold, respectively. A plurality of sets of plates, drive means for causing the pair of plates in each set to approach or separate to perform the heating, pressing and cooling processes, and control means for controlling the transport of the processes and the mold, With
The control means raises the set temperature of the cooling plate from the reference temperature T 0 to the hunting suppression temperature T 1 when the mold containing the optical material is transferred (where T p > T 1 > T 0 , and T p represents the temperature of the plate at the previous position.) After the mold reaches the hunting suppression temperature T 1 , a temperature control unit that lowers the temperature to the reference temperature T 0 at a predetermined temperature lowering rate. An optical element molding apparatus comprising the optical element.
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