JP3850056B2 - 光学素子の成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス等の光学素材を加熱軟化し、一対の成形用金型で押圧して成形する光学素子の成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の成形装置においては、成形された光学素子の中肉精度の確保と表面部のひけ防止ができるものが特開平４−３３１７２８号公報に記載されている。この装置は加熱軟化された光学素材を押圧する上下一対の金型と、この金型の変位を計測するセンサと、金型の押圧動作を停止する停止装置と、この停止装置を駆動する駆動手段と、前記センサからの入力を感知し、予め規定した時間後に停止装置を駆動させる遅延手段と、を有している。この装置は加熱軟化した光学素材を一対の金型が押圧した後、停止装置が金型の押圧動作を停止し、その後、停止装置の停止を解除して光学素材を再度、加圧するものである。これにより、早すぎず、遅くもないタイミングで停止装置を解除でき、これに連動して収縮成形時の加圧加工を行うことにより、成形される光学素子の中肉精度と面精度の双方を高精度とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、薄肉の光学素子の場合、押圧成形開始後、光学素材が固化するまでの時間が非常に短い。このため、上述した従来技術と同じタイミングで停止装置の停止を解除した場合でも、駆動手段の速度が速いと、収縮時の加圧は十分に行えるが、中肉精度が悪化する。一方、駆動手段の速度が遅いと、停止手段が解除されたときには光学素材が固化し、中肉精度は高くなるが、表面部にひけが発生する。このため中肉精度、面精度の両方を満たす光学素子を成形することができない問題を有している。
【０００４】
本発明は上述した問題点を考慮してなされたものであり、薄肉の光学素子であっても、中肉精度の確保と表面部のひけ防止ができる光学素子の成形装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る光学素子の成形装置は、加熱軟化した光学素材を押圧する一対の金型と、前記光学素材が所望の肉厚よりも厚肉の状態において前記金型の押圧動作を停止させる停止装置と、前記金型の押圧動作の停止を計測するセンサと、前記停止装置による停止を解除して前記金型の押圧動作を可能にする停止解除手段と、前記センサからの信号が入力され、前記金型の押圧停止から予め規定した時間後に、前記停止装置を前記停止解除手段によって停止を解除するように駆動させ、停止解除初期よりも停止解除後期の方が前記金型の押圧動作量が大きくなるように非線形作動して制御する遅延手段と、を具備するものである。
前記停止の解除は、前記停止装置を前記停止解除手段によって水平方向に移動して解除し、該移動の際に、前記停止装置に形成した円弧状曲面からなる当接面に沿って上下動して前記押圧動作する金型を支持する主軸を上下動するローラを具備するものである。
また、前記停止の解除は、前記停止装置を前記停止解除手段によって水平方向に移動して解除し、該移動の際に、前記停止装置に形成した垂直な段部を有する２段以上の段状の段面からなる当接面に沿って上下動して前記押圧動作する金型を支持する主軸を上下動するローラを具備するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の具体的な実施の形態を説明する前に、本発明の概要を説明する。
本発明の概要は、加熱軟化した光学素材を押圧する一対の金型と、金型の押圧停止を計測するセンサと、成形される光学素子の肉厚よりも光学素材が厚肉の状態において前記金型の押圧動作を停止させる停止装置と、この停止装置による停止を解除して前記金型の押圧動作を可能にする停止解除手段と、前記センサからの信号が入力され、予め規定した時間後に停止装置を駆動させる遅延手段とを有し、前記停止解除手段は停止装置の停止解除初期よりも後期の方が停止解除による金型の押圧動作量が大きくなるように非線形作動して停止装置を制御する構成とした。
そして、停止装置による停止の解除時に金型の停止の位置が非線形的に変化することにより、解除初期において、光学素材への加圧量を少なくして中肉精度を高くしつつもわずかでも加圧し、解除時後期では、光学素材への加圧量を多くする。
以下、本発明の具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の成形装置を、図２はそのストッパ部分を示す。下ベース６と、上ベース１０と、これらのベース６、１０に掛け渡されたカバー３７とによって成形室３８が形成されており、この成形室３８内に上型７及び下型３が対向状態で配置されている。又、下ベース６が架台３９に載置されることで成形室３８の全体が架台３９に支持されている。
【０００７】
上型７は上ベース１０の中央部分の開口部１０ａに嵌合された円柱状の上型支持体９の下端部に取り付けられるものであり、同支持体９のネジ部９ａに螺合する上型押さえ８によって固定されている。下型３は下型支持体５の上端部に取り付けられるものであり、同支持体５のネジ部５ａに螺合する下型押さえ４によって固定されている。この場合、上述した下ベース６の中央部分には開口部６ａが形成されており、この開口部６ａを上下動可能に貫通した主軸１１に下型支持体５が取り付けられており、これにより下型３は主軸１１と共に上下動する。
【０００８】
主軸１１は垂直方向に延びており、その下端部１１ａには主軸受１６及びロードセル２７が取り付けられていると共に、エアシリンダ等の加圧装置１７に支持されている。この支持は加圧装置１７のピストン１７ａの上端部にボール受６を取り付け、このボール受２６上のボール２５が主軸１１のロードセル２７下面に当接することで行われている。これにより加圧装置１７のピストン１７ａの昇降で主軸１１が上下動する。
【０００９】
かかる主軸１１の主軸受１６には、ピン２９を介してアーム２１が回転自在に取り付けられており、このアーム２１にセンサ１８が取り付けられている。センサ１８は遅延手段としてのコントローラ２０に信号を出力するものである。アーム２１は主軸１１と直交する方向に延びており、その一側（左側）にはローラ１５が装着されると共に、他側（右側）には第２のストッパ２３が装着されている。これらのローラ１５及び第２のストッパ２３はアーム２１のピン２９に対して対称位置に設けられるものである。又、ローラ１５の回転軸の位置及び第２のストッパ２３の先端位置は高さ方向に調整可能となっている。
【００１０】
上述した架台３９の下面からは円筒状のハウジング１９が垂下している。このハウジング１９の長さ方向の所定位置には、主軸１１の上下動を案内する軸受２８が取り付けられている。又、ハウジング１９の下端部には固定板１２が取り付けられており、この固定板１２下面における第２のストッパ２３との対向部位には、同ストッパ２３の先端部が当接するストッパ受２４が配置されている。このストッパ受２４は第２のストッパ２３が当接する際の衝撃によっても変形しない超硬合金等の材質によって形成されている。なお、固定板１２の中央部分には主軸１１が貫通する通孔が開口されるものである。さらにローラ１５と対向する固定板１２下面に停止装置としての第１のストッパ１３が設けられている。
【００１１】
第１のストッパ１３は固定板１２の下面に取り付けられたガイド１２ａに沿って矢印４０方向に移動可能となっている。この第１のストッパ１３は固定板１２下面に取り付けられたエアシリンダ等の停止解除手段としての駆動装置１４のピストンに連結されて、その移動が行われる。駆動装置１４はコントローラ２０によってその駆動タイミングが制御されており、コントローラ２０は前記センサ１８からの信号の入力によって駆動装置１４の制御と行う。
【００１２】
２２はこの第１のストッパ１３の水平方向の位置を規制するストッパ調整台である。かかる第１のストッパ１３はその当接面１３ａがローラ１５に当接する。この第１のストッパ１３の当接面１３ａは同ストッパ１３の進行方向４０の端面と一致した曲面中心軸１３ｂ（図２参照）を中心軸とする円弧状の曲面に成形されるものである。
【００１３】
上記構成において、上型７及び下型３を光学素材１のガラス転移点温度以上の加熱する。これに対して、成形室３８の外側に設けられた加熱炉（図示省略）内で軟化点温度以上の温度まで加熱された光学素材１はホルダ２と共に、搬送部材（図示省略）により、上型７と下型３の間に搬送される。しかる後、加圧装置１７を作動してピストン１７ａを上昇し、これにより光学素材１を上型７と下型３の成形面によりプレス成形する。この時、プレスする力はロードセル２７によりモニタされる。
【００１４】
あらかじめ、光学素材１の肉厚が所望の値になるように上型７と下型３の間隔がローラ１５および第２のストッパ２３により調整されており、ローラ１５が第１のストッパ１３に、第２のストッパ２３がストッパ受２４に当接することにより、下型３を上昇させる主軸１１の上昇が停止する。また、アーム２１はピン２９を中心に回転可能となっているが、主軸１１の上昇を停止する際に生じる力は、ローラ１５と第２のストッパ２３に同時に生じ、しかも主軸１１の中心に対して対称な位置に設置されているため、主軸１１にはモーメントが生じないようになっている。
【００１５】
さらに、センサ１８はローラ１５および第２のストッパ２３により主軸１１の上昇が停止する瞬間を感知し、その信号をコントローラ２０が受け、所定のタイミングで駆動装置１４を作動する。センサ１８は、例えば近接スイッチを使用しており、ローラ１５が第１のストッパ１３に、第２のストッパ２３がストッパ受２４に当接する位置で、信号を出力するように、その高さ等の配設位置が調整されている。
【００１６】
第１のストッパ１３およびローラ１５は、ボールベアリング等で支持されており、これにより主軸１１の上昇で停止する際に生ずる力を受けても比較的小さい力で水平方向に移動が可能になっている。このため駆動装置１４の動きに連動して第１のストッパ１３は容易に時間的遅れもなく、水平方向４０に移動することが可能になっている。そして、プレスされた光学素材１は、冷却固化するとともに収縮する過程で、センサ１８が感知した時から早すぎなく、また遅すぎないタイミングで駆動装置１４により水平方向に移動して取り除かれる。これにより加圧装置１７により光学素材１が加圧され、収縮時の加圧が行われる。
【００１７】
第１のストッパ１３のローラ１５への当接面１３ａは、ローラ１５との接触面が曲面中心軸１３ｂを中心とした円弧状曲面であるため、駆動装置１４により第１のストッパ１３が一定の速度で水平方向に移動した場合において、第１のストッパ１３の移動開始時はローラ１５の高さ方向の位置の変化が小さいが、第１のストッパ１３の移動量が長くなるとともに、ローラ１５の高さ方向の位置の変化も大きくなる。このため第１のストッパ１３の移動開始時は、ローラ１５と第１のストッパ１３とが接触しているため、光学素材１は加圧されない。しかし第１のストッパ１３の移動量が多くなるのにつれて、ローラ１５の位置の変化が大きくなり、第１のストッパ１３が取り除かれた状態になって、光学素材１が再度加圧される。
【００１８】
次に、主軸１１、すなわち下型３の変位を計測するセンサ１８からの信号を感知した後、再び下型３が光学素材１を加圧するまでの遅延のタイミングを説明する。遅延のタイミングが早すぎると、光学素材１が充分な流動性を有する温度状態で再び加圧され、その工程において光学素材１の肉厚にバラツキが生じる。逆に遅延のタイミングが遅すぎると、光学素材１が金型温度（光学素材１の変形が実質的に生じない温度＝ガラス転移点温度以下）に冷却されてもなお、金型の押圧動作は停止していることになる。その結果、光学素材１の冷却固化に伴って収縮するときに下型３からの加圧が行われず、ヒケが生じて高精度な面形状が得られない。
【００１９】
ここで、第１のストッパ１３の横幅を１０ｍｍとし、第１のストッパ１３のローラ１５との接触面１３ａの曲率半径Ｒを５７ｍｍとした場合と、従来技術に示されている５°テーパ面とした場合とにおいて、直径１０ｍｍ、肉厚０．９ｍｍの両平面の光学素子を各５０個成形して、肉厚精度が±０．０５ｍｍ以内となる条件では、前者を用いたとき、主軸１１の停止０．１秒後に第１のストッパ１３を駆動開始させることにより、ひけ量は０．２μｍであったが、後者を用いた場合には主軸１１の停止１．０秒後に第１のストッパ１３を駆動開始させる必要があり、３μｍのひけが発生した。一方、５０個の成形でひけ量を０．２μｍとしたとき、後者では第１のストッパ１３を主軸１１の停止０．１秒後に駆動開始させる必要があり、肉厚精度は±０．０８ｍｍであった。一般的には、肉厚精度は±０．０５ｍｍ、ひけ量は２μｍ以下が望まれているので、この実施の形態の方が有効となっている。
【００２０】
以上のように、光学素材１の肉厚が所望のものになるように上型７と下型３の間隔を調整し、押圧された光学素材１が冷却固化とともに収縮する過程で、主軸１１の上昇が停止する瞬間をセンサ１８により感知し、早すぎなく、また遅すぎないタイミングで第１のストッパ１３を移動できるようにコントローラ２０および駆動装置１４を設け、さらに第１のストッパ１３のローラ１５との接触面１３ａを第１のストッパ１３の進行方向側の端面と一致した曲面中心軸１３ｂを中心軸とする円弧状曲面としたため、第１のストッパ１３の移動開始直後は、光学素材への加圧量を少なくして中肉精度を高くしつつもわずかでも加圧することでひけの発生を最小限に抑えることができると共に、解除時後期では、光学素材への加圧量を多くして表面のひけの発生を防ぐことができ、これにより成形終了時に、中肉精度が確保され、表面部のひけもない高精度な光学素子を成形できる。
【００２１】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２を示し、実施の形態１と同一の要素は同一の符号を付して対応させてある。この実施の形態において、第１のストッパ１３のローラ１５との当接面１３ｃが３段の段状の段面１３ｃに成形されている。この当接面１３ｃにおける段部はすべて垂直に加工されている。なお、段の数は２段以上であれば何段でも可能である。この実施の形態における第１のストッパ１３も、駆動装置１４により、矢印４０に示す方向へ移動可能である。
【００２２】
この構造において、第１のストッパ１３はローラ１５との接触面１３ｃが３段の段状の段面であるため、駆動装置１４の駆動によって一定の速度で水平方向に移動しても、ローラ１５の高さ方向の位置は、当接面１３ｃの水平面にローラ１５が接触している間は変化しない。しかしローラ１５が当接面１３ｃの段付き部に接触しなくなり、高さが異なる次の水平面に接触するまでの間、ローラ１５の高さ方向の位置が変化する。そのため、第１のストッパ１３が移動を開始しても、当接面１３ｃの最初の段突き部にローラ１５が接触するまでは、光学素材１への加圧は行われず、ローラ１５が段面１３ｃの最初の段付き部に接触してから、高さが異なる次の水平面に接触するまでの間、光学素材１は加圧される。かかる作動は、さらに次の段付き部でも同様に行われて、光学素材１が再度加圧される。
【００２３】
この実施の形態において、第１のストッパ１３の横幅を１０ｍｍとし、第１のストッパ１３が移動を開始してから０．１秒後にローラ１５が当接面１３ｃの最初の段付き部との接触を終え、次の水平面に０．３秒後に接触し、次の段付き部に０．６秒後に接触を終えることで、同一形状の光学素子を肉厚精度、ひけ量とも実施の形態１と同程度とすることができた。
【００２４】
このような実施の形態では、第１のストッパ１３のローラ１５との当接面１３ｃが３段の段状の段面であるため、第１のストッパ１３が移動を開始しても、当接面１３ｃの段付き部にローラ１５が接触するまでは、光学素材１への加圧は行われず、ローラ１５が当接面１３ｃの最初の段付き部に接触してから、高さが異なる別の水平面に接触するまでの間、光学素材１が加圧される。そのため、第１のストッパ１３の移動開始直後は、光学素材への加圧を間欠的にして中肉精度を高くしつつもわずかでも加圧することでひけの発生を最小限に抑えることができ、解除時後期では、光学素材への加圧量を多くして表面のひけの発生を防ぐことができる。これにより成形終了時では、中肉精度が確保され、表面部のひけもない高精度な光学素子を成形できるという効果がある。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は停止装置の解除時に金型の位置が徐々に変化することにより、解除初期において、光学素材への加圧量を少なくして中肉精度を高くしつつもわずかでも加圧することでひけの発生を最小限に抑え、解除時後期では、光学素材への加圧量を多くして表面のひけの発生を防ぐことにより、成形終了時において、中肉精度が確保され、表面のひけの発生もなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の全体の部分破断正面図である。
【図２】実施の形態１の要部の正面図である。
【図３】実施の形態２の要部の正面図である。
【符号の説明】
１ 光学素材
３ 下型
７ 上型
１１ 主軸
１３ 第１のストッパ
１５ ローラ
１７ 加圧装置
１８ センサ
２０ コントローラ

Claims (3)

1. 加熱軟化した光学素材を押圧する一対の金型と、
   前記光学素材が所望の肉厚よりも厚肉の状態において前記金型の押圧動作を停止させる停止装置と、
   前記金型の押圧動作の停止を計測するセンサと、
   前記停止装置による停止を解除して前記金型の押圧動作を可能にする停止解除手段と、
   前記センサからの信号が入力され、前記金型の押圧停止から予め規定した時間後に、前記停止装置を前記停止解除手段によって停止を解除するように駆動させ、停止解除初期よりも停止解除後期の方が前記金型の押圧動作量が大きくなるように非線形作動して制御する遅延手段と、
   を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。
2. 前記停止の解除は、前記停止装置を前記停止解除手段によって水平方向に移動して解除し、該移動の際に、前記停止装置に形成した円弧状曲面からなる当接面に沿って上下動して前記押圧動作する金型を支持する主軸を上下動するローラを具備することを特徴とする請求項１記載の光学素子の成形装置。
3. 前記停止の解除は、前記停止装置を前記停止解除手段によって水平方向に移動して解除し、該移動の際に、前記停止装置に形成した垂直な段部を有する２段以上の段状の段面からなる当接面に沿って上下動して前記押圧動作する金型を支持する主軸を上下動するローラを具備することを特徴とする請求項１記載の光学素子の成形装置。

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