JP3985589B2

JP3985589B2 - 成形装置

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Publication number: JP3985589B2
Application number: JP2002163240A
Authority: JP
Inventors: 秀細江
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP2004009379A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、成形装置に関し、特に、駆動軸により駆動される被駆動体を用いて、より高精度な成形を行える成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、近年における光情報記録分野の発達により、６５０ｎｍ前後の短波長レーザ光源を用いてＤＶＤなどの光情報記録媒体に対して、高密度な情報記録を行えるようになってきている。ここで、高密度な光情報記録を達成するためには、光情報記録媒体上に照射されるレーザ光のスポット径を小さく絞り込むことが必要となる。従って、そのような用途の光ピックアップ装置の集光光学系に用いる光学素子は、収差などの光学特性のバラツキが少ないものを用いる必要がある。しかるに、設計上優れた光学特性を有する光学素子であっても、成形が精度良く成されなければ、その光学特性にバラツキが生じてしまうという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
光学素子の素材としては樹脂材やガラスなどがあるが、射出成形あるいはプレス成形することで光学素子を得る場合、一般的な成形装置においては、溶融した素材を上型と下型との間に挟み込んで固化させることで、所望の形状を得るようになっている。従って、上型と下型の軸線が傾いている場合（ティルト偏心という）、或いは上型と下型の軸線が平行にずれている場合（シフト偏心という）、いずれも成形される光学素子の光学特性を劣化させる要因となっている。
【０００４】
ここで、高精度な成形を行うには、上型や下型を高精度に保持するだけでは足らない。より具体的には、上型もしくは下型のうち移動させる方の型（可動成形型）を、進退可能な駆動軸を用いて近接又は離間させる場合、モータなどにより駆動される駆動軸の軸線の傾きや振れなどがあると、上述したようなティルト偏心やシフト偏心が発生するので、何らかの方法でそれを抑制する必要がある。ところが、駆動軸の軸線の傾きや振れは、機械的な構成要素の組み合わせから生じるものであるため、これを完全になくすことは困難である。そこで、駆動軸の軸線の傾きや振れがある程度あることを前提に、それらの影響を回避して可動成形型に、その移動方向の力のみを伝達するカップリングが必要となる。
【０００５】
このような用途のカップリングにおいては、例えば駆動軸の振れの影響を回避するものは知られているが、特に傾きの影響を回避できるものについては、高精度な光学素子を成形するに十分な性能を有するものは未だ開発されておらず、現場合わせで手間をかけて傾き調整するしかないという実情がある。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、可動成形型の軸線に対して駆動軸の軸線に傾きやズレがあっても、その傾きやズレの影響を回避して、可動成形型を高精度に移動させることができる成形装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の成形装置は、ハウジングに対して移動可能な駆動軸と、被駆動体とを連結するカップリング機構を有する成形装置において、前記カップリング機構が、前記駆動軸に保持された第１部材と、前記被駆動体に保持された第２部材と、中間部材と、前記第１部材と前記中間部材を連結する第１連結部と、前記第２部材と前記中間部材を連結する第２連結部と、を有し、前記第１連結部は、前記第１連結部に対して、前記被駆動体の駆動方向にある力を付与したときの弾性変形量が、前記駆動方向に対して傾く方向である第１の方向に同じ力を付与したときのネジレ変形量より小さいように、前記第１部材と前記中間部材とを連結し、前記第２連結部は、前記第２連結部に対して、前記被駆動体の駆動方向にある力を付与したときの弾性変形量が、前記駆動方向に対して傾く方向である第２の方向に同じ力を付与したときのネジレ変形量より小さいように、前記第２部材と前記中間部材とを連結し、前記第１の方向と前記第２の方向とは交差していることを特徴とする。
【０００８】
カップリング機構を弾性変形しやすい部材から形成すれば、上述したティルト偏心を抑制することは容易であるが、前記駆動軸から前記被駆動体にプレス力を伝達する際に、そのカップリング機構の弾性変形による遅れが生じ、高精度な成形を行えない。一方、前記カップリング機構を剛性の高い部材から形成すれば、前記駆動軸から前記被駆動体に遅れなくプレス力を伝達できるが、ティルト偏心を抑制することは困難である。このような相反する問題に対し、本発明者は鋭意研究の結果、前記被駆動体の駆動方向には剛体部材（弾性変形量が微小な部材を含む）として作用し、前記被駆動体の駆動方向に対して傾く方向には弾性体として作用するカップリング機構を開発したのである。
【０００９】
すなわち、前記カップリング機構における前記第１連結部は、前記第１連結部に対して、前記被駆動体の駆動方向にある力を付与したときの弾性変形量が、前記駆動方向に対して傾く方向である第１の方向に同じ力を付与したときのネジレ変形量より小さいように、前記第１部材と前記中間部材とを連結するので、前記駆動軸から前記第１部材を介して前記中間部材に、前記被駆動体の駆動方向の力を遅れなく伝達することができ、且つ前記駆動方向に対して傾く第１の方向には弾性体として連結するので、前記第１の方向に前記中間部材が傾くことを許容できる。
【００１０】
更に、前記カップリング機構における前記第２連結部は、前記第２連結部に対して、前記被駆動体の駆動方向にある力を付与したときの弾性変形量が、前記駆動方向に対して傾く方向である第２の方向に同じ力を付与したときのネジレ変形量より小さいように、前記第２部材と前記中間部材とを連結するので、前記前記中間部材から前記第２部材を介して前記被駆動体へと、前記被駆動体の駆動方向の力を遅れなく伝達することができ、且つ前記駆動方向に対して傾く第２の方向には弾性体として連結するので、前記第２の方向に前記中間部材が傾くことを許容できる。加えて、前記第１の方向と前記第２の方向とが交差しているので、結果的に前記第１部材と前記第２部材とは任意の方向に相対的に傾くことができ、それにより前記駆動軸の軸線が、前記被駆動体の駆動方向に対して傾いていた場合でも、その傾きの影響を回避して前記被駆動体の駆動方向の力を伝達する際の遅れを抑制し、それにより高精度な成形を行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の成形装置は、前記第１部材と、前記第２部材と、前記中間部材と、前記第１連結部と、前記第２連結部は、単一の部材で構成されていると、部品点数が減少し、組付性が向上するので好ましい。
【００１２】
請求項３に記載の成形装置は、前記駆動軸と前記第１部材の一方は、圧力伝達媒体を吐出する吐出面を有し、その他方は、前記吐出面に対向し、吐出された前記圧力伝達媒体を受ける受け面を有し、前記吐出面と前記受け面との間に介在する前記圧力伝達媒体により、前記駆動軸と前記第１部材とは、非接触状態で前記駆動軸の軸線方向に略直交する方向に沿って相対変位可能に維持されると、前記駆動軸と前記第１部材とは、高い支持剛性を確保しながらも、前記吐出面に沿った方向に相対移動可能となるため、前記吐出面を前記駆動軸の軸線に略直交する方向に配置することで、前記駆動軸の軸線と前記被駆動体（例えば成形用型）の軸線との間にズレがある場合でも、その影響を回避できる。尚、本明細書中において用いる圧力伝達媒体は、油や水などの液体でも良く、空気や窒素ガスなどの気体であっても良い。但し、空気や窒素ガスを８０ｍｏｌ％以上含有する気体は低価格で入手できるから、成形品の製造コストを低減できるので好ましい。
【００１３】
請求項４に記載の成形装置は、前記被駆動体と前記ハウジングの一方は、圧力伝達媒体を吐出する吐出面を有し、その他方は、前記吐出面に対向し、吐出された前記圧力伝達媒体を受ける受け面を有し、前記吐出面と前記受け面との間に介在する前記圧力伝達媒体により、前記被駆動体と前記ハウジングとは、非接触状態で前記被駆動体の駆動方向及びそれに直交する方向に相対変位可能に維持されると、前記ハウジングに対する前記被駆動体の高い支持剛性を確保しながらも、前記被駆動体を駆動方向に相対移動可能に支持できる。更に、前記吐出面及び前記受け面を対向する側に設けて、前記ハウジングに対して前記被駆動体を支持する場合には、例えば前記被駆動体に取り付けた可動成形型の軸線が、前記ハウジングに取り付けた固定成形型の軸線に対してズレがあるようなときに、一方の側の前記吐出面と前記受け面との間における圧力伝達媒体の圧力を、他方の側の前記吐出面と前記受け面との間における圧力伝達媒体の圧力に対して異ならせることで、軸線同士が一致するように、前記ハウジングに対して前記被駆動体を変位させることも可能である。
【００１４】
請求項５に記載の成形装置は、前記吐出面は、前記圧力伝達媒体の吐出口を、前記駆動軸の軸線を挟んで両側に形成しているので、前記受け面と前記吐出面との間に傾きが生じた場合、一方の前記吐出口近傍の圧力と他方の前記吐出口近傍の圧力との差を利用して、前記傾きを補正することが可能となる。
【００１５】
請求項６に記載の成形装置は、前記吐出面は、多孔質材料の面であると、前記受け面と前記吐出面との間に均一な圧力分布を形成できるので好ましい。多孔質材料としては、アルミナや炭化珪素、窒化珪素などのセラミックやグラファイトなどが考えられるが、多孔を形成できる材料であれば、本発明はその素材の種類を問わない。
【００１６】
請求項７に記載の成形装置は、光学素子を成形するものであると、高精度な成型品としての光学素子を成形できる。尚、光学素子としては、例えばレンズ、プリズム、回折格子光学素子（回折レンズ、回折プリズム、回折板）、光学フィルター（空間ローパスフィルター、波長バンドパスフィルター、波長ローパスフィルター、波長ハイパスフィルター等々）、偏光フィルター（検光子、旋光子、偏光分離プリズム等々）、位相フィルター（位相板、ホログラム等々）があげられるが、以上に限られることはない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる光学素子成形用の成形装置の断面図である。かかる成形装置は、熱間プレス成形機構に適用されたものである。図１において、基板１の上部にハウジング２を介して、上型固定支持部材３が固定配置されている。上型固定支持部材３は、図２で下面が球面状となっており、ここに対向面が球面状となったキノコ状の揺動部材４を摺動可能に設置している。揺動部材４の下端面には、成形キャビティを構成する上型５（固定成形型）が、テーパー面嵌合により取り付けられ、上型抑え２４により固定されている。上型５の内部には、ヒータ６と熱電対７とが上方より挿入されている。上型固定支持部材３の上方は、カバー３０により覆われている。
【００１８】
ハウジング２は、水平方向に開放した一対の開口２ａを有し、その端部にそれぞれシャッタ２１を設けている。各シャッタ２１は、ハウジング２に取り付けられたエアシリンダ２２に連結され、その駆動により開口２ａを開放する開放位置と係止する閉止位置との間で移動可能となっている。
【００１９】
基板１の下部において、四角いシリンダー状の下型嵌合支持部材８が取り付けられている。尚、基板１の内部には、冷却水が通過する冷却配管１ａが設けられ、固定部材である下型嵌合支持部材８の上部内部にも、冷却水が通過する冷却配管８ａが設けられている。
【００２０】
下型嵌合支持部材８の内部には、スライダ１０が配置されている。ピストン状スライダ１０は四角柱状であって、下型嵌合支持部材８の内側に嵌合しており、それらの間の隙間は、約１０μｍである。スライダ１０の上端には、下型固定支持体１１が取り付けられ、下型固定支持体１１の上部に、成形キャビティを構成する下型（可動成形型）１２がテーパー面嵌合により下型抑え１３を介して取り付けられている。下型１２の内部にはヒーター２３と熱電対２５とが下方より挿入されており、下型固定支持体１１はスライダ１０に結合され、一体となって上下可動する。スライダ１０と下型固定支持体１１とで移動部材を構成する。又、基板１及び下型嵌合支持部材８とではハウジングを構成する。
【００２１】
ハウジング２と、下型固定支持体１１との間には、スライダ１０の移動に関わらず、成形雰囲気を維持し且つ成形雰囲気からスライダ１０と下型嵌合支持部材８とを熱的に隔離するための金属ベローズ１６が伸縮自在に配置されている。
【００２２】
スライダ１０は、セラミック又はグラファイトなどの多孔質材料から形成されており、周面１０ｂ（吐出面になる）近い位置で、その下方から上端近傍まで、袋孔１０ａが複数本、全周に沿って形成されている。かかる袋孔１０ａは、不図示の圧縮エアの供給源に接続される供給口１０ｆに接続されている。尚、スライダ１０の上面、下面、及び内側をヒーター２３と熱電対２５が通過する内周面（これらが非吐出面になる）には、エポキシ樹脂が含浸された後固化されている。
【００２３】
尚、本実施の形態では、外部のエア供給源より、圧力伝達媒体として常温の空気（空気圧５ａｔｍ）がシリンダ１０に供給され、エアの供給路である袋孔１０ａから多孔を通って、周（側）面１０ｂよりプレス方向に対し略直交する方向に吐出されており、それにより下型嵌合支持部材８に対してスライダ１０を非接触状態で支持している。尚、スライダ１０を多孔質材料で形成する代わりに、緻密な素材から形成し、且つ圧力伝達媒体が内部を通過する通路と、吐出面である側面に圧力媒体を吐出するオリフィス絞りとを設けても同じような効果が得られる。
【００２４】
被駆動体であるスライダ１０の下部は、プレス力検出用のロードセンサ２６を介して静圧カップリング３０の上部に連結されている。静圧カップリング３０の下部は、進退自在な駆動軸であるネジ軸４１の上端に固定されている。略垂直に延在するネジ軸４１は、ボールスクリューナット４２に螺合しており、ボールスクリューナット４２は、不図示の部分で基板１が固定された基盤４３に対し、軸受４８を介して回転自在に支持されている。ボールスクリューナット４２の外周には、ギヤ４４が嵌合取付され、基盤４３に固定されたＤＣサーボモータ４５の回転軸４５ａにはギヤ４６が嵌合取付され、ギヤ４４，４６は、歯付きベルト４７により動力伝達可能に連結されている。尚、ネジ軸４１の下端には、基盤４３の直線溝４３ａに係合する回り止め４１ａが形成されている。
【００２５】
成形時には、エアシリンダ２を駆動制御してシャッタ２１を開放することで、外部より開口２ａを介して、上型５と下型１２との間に、プリフォームと呼ばれる加熱軟化させたガラス又は樹脂などの光学素材を搬送する。更にシャッタ２１を閉止した後、ＤＣサーボモータ４５を駆動して、ギヤ４４，歯付きベルト４７、ギヤ４６を介してボールスクリューナット４２を回転させる。ボールスクリューナット４２が回転すると、その内部に配置されたボールが、直線溝４３ａに案内されることで回り止め４１ａにより回転を阻止されてなるネジ軸４１のネジ溝に沿って転動し、基盤４３に対して図１で上方に移動することとなる。
【００２６】
ネジ軸４１が上方に移動すると、ロードセンサ２６を介してスライダ１０と下型固定支持体１１とが上方に移動させられるので、ロードセンサ２６から出力される信号に基づき、プレス力を調整しながら上型５に下型１２を近接させることで、光学素材をプレスし、型に応じた形状の光学素子を得ることができる。その後、ＤＣサーボモータ４５を逆転させ、上型５から下型１２を離間させた後、エアシリンダ２２を駆動制御してシャッタ２１を開放することで、開口２ａを介して、成形した光学素子を外部に搬送することができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、スライダ１０の周面すなわち吐出面１０ｂと、エア供給路１０ａとを連通する多孔質材料の個々の微小な孔が、オリフィス絞りの役目を果たして支持剛性を高くできるだけでなく、吐出面全体にわたって均一な圧力の圧力伝達媒体が吐出するので、高精度な支持を可能としながらも、より低コストな構成を提供することができる。又、対向する吐出面１０ｂから吐出させる圧力伝達媒体の圧力を変えることで、スライダ１０をその軸線に直交する方向に変位させ、上型５と下型１２の軸線を一致させることができる。
【００２８】
ところで、ネジ軸４１は、基盤４３に対して、ボールスクリューナット４２と軸受４８とを介して位置決めされるものであり、それらのボールが転動するためには、本来的にある程度の遊びを有している必要がある。又、ネジ軸４１は細長い部材であり、ボールスクリューナット４２だけで支持されると、撓みなどの影響も懸念される。以上から、上型５に対する下型１２（すなわちスライダ１０）の位置決めを精度良く行うには、基盤４３の形状精度を高めるだけでは足らず、スライダ１０の軸線に対して、ネジ軸４１の軸線のズレ或いは傾きがあることを前提として、それらに起因した振れ回りなどの影響を排除しつつ遅れなく駆動を行う必要がある。本実施の形態によれば、かかる機能を静圧カップリング（カップリング装置）３０が担っている。以下、静圧カップリング３０について説明する。
【００２９】
図２は、図１に示す静圧カップリング３０の拡大図である。図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図４は、静圧カップリング３０の構成要素である静圧パッドの斜視図である。
【００３０】
図２において、静圧カップリング３０は、円盤状の静圧パッド３１を上板３２と下板３３とで挟持し、更に上板３２と下板３３とを、ボルト３５により側板３４を介して連結してなる。静圧パッド３１の中央部３１ａは、上板３２の中央開口３２ａ内に配置されたボス３６を介して、ボルト３７により天板３８に連結されている。下板３３は、ネジ軸４１の上端に接合されている。天板３８は、図１に示すロードセンサ２６に連結される。
【００３１】
上板３２と下板３３とは、上板３２のみが中央開口３２ａを有する以外は、構成が共通するため、以下においては、上板３２を中心に説明する。上型３２の内部を水平に延在する供給路３２ｂが形成されている。供給路３２ｂは、外部のエア供給源に対してホースで接続されたコネクタＣの取り付け口３２ｃから、吐出面３２ｄ（図２で下面）に開放した４つの開口３２ｅまで延在してなる。開口３２ｅ内には、それぞれオリフィス絞り（中央に細い貫通孔を配した円筒部材）３９が配置される。尚、本来的には、開口３２ｅ同士を直接連結するよう供給路３２ｂを形成するのが好ましいが、孔加工が困難であるため、図３に示すように、上板３２の外部から、２つの開口３２ｅを通過するような細孔を４本、放電加工などで穿孔し、その開放端を封止蓋３２ｆでふさぐようにしている。
【００３２】
吐出面３２ｄにおいて、各開口３２ｅを始点として延在し、更に上板３２の中心に対して同心円の一部を描くように３本の浅溝３２ｇ（深さ１０μｍ程度）が形成されている。この浅溝３２ｇは、表面絞りと呼ばれ、オリフィス絞り３９から吐出される空気を、浅溝３２ｇに沿って分配し、広範囲にわたって均一な圧力の形成を支援する機能を有する。
【００３３】
図４において、静圧パッド３１は、鋼又はステンレスからなる略円盤状を成しており、最も中央の円筒状である中央部３１ａと、それを内包するドーナツ状の中間部３１ｂと、それを内包するドーナツ状の外方部３１ｃとを有する。第１部材である外方部３１ｃは、中間部材である中間部３１ｂに対して、軸線を挟んで２カ所で連結されており、この連結部を第１連結部３１ｄとする。更に、中間部３１ｂは、第２部材である中央部３１ａに対して、軸線を挟んで２カ所で連結されており、この連結部を第２連結部３１ｅとする。
【００３４】
静圧パッド３１は、単一の素材から形成され、より具体的には、素材に対して、外方部３１ｃと中間部３１ｂとの間をワイヤ放電加工などで、第１連結部３１ｄを除いて周方向に切り取り、且つ中間部３１ｂと中央部３１ａとの間をワイヤ放電加工などで、第２連結部３１ｅを除いて周方向に切り取ることで形成できる。このような加工により、薄板状（例えば厚さ０．５ｍｍ程度）の第１連結部３１ｄは、軸線方向（図で上下方向）に延在し、一側縁を外方部３１ｃの内周面に接続し且つ他側縁を中間部３１ｂの外周面に接続した構成を有する。又、薄板状（例えば厚さ０．５ｍｍ程度）の第２連結部３１ｅは、軸線方向（図で上下方向）に延在し、一側縁を中間部３１ｂの内周面に接続し且つ他側縁を中央部３１ａの外周面に接続した構成を有する。第１連結部３１ｄと第２連結部３２ｅの配置される位相は、本実施の形態では９０度ずれているが、重なっていなければこの角度に限る必要はない。尚、静圧パッド３１の外方部３１ｃにおける上下面３１ｆが受け面を構成するが、かかる上下面３１ｆを平面とすることで、部品製作時の厚み管理を容易にでき、すなわち圧力伝達媒体を介した支持状態での隙間管理を容易にできる。以上述べた本実施の形態では、ネジ軸１に外方部３１ｃがその軸線方向に略直交する方向に変位自在に保持されており、且つスライダ１０にロードセンサ２６を介して中央部３１ａが保持（ここでは結合）されている。
【００３５】
静圧カップリング３０の動作について説明する。まず、図２において、スライダ１０（図１）の軸線Ｘ１に対して、ネジ軸４１の軸線Ｘ２がズレている、或いは傾いているものとする。ＤＣサーボモータ４５の駆動により、ネジ軸４１が図２で上方に向かって駆動されると、それに固定された下板３３及び上型３２も上方へと移動する。本実施の形態の静圧カップリング３０は、以下のようにして、軸線Ｘ１に対する軸線Ｘ２のズレ、傾きをキャンセルして、力のみを伝達できる。
【００３６】
上型３２は、コネクタＣから０．５Ｍｐａ程度で供給される圧縮空気を、供給路３２ｂを介して、吐出面３２ｄにおけるオリフィス絞り３９を介して吐出させ、下型３３は、コネクタＣから供給される空気を、供給路３３ｂを介して、吐出面３３ｄにおけるオリフィス絞り３９を介して吐出させるので、静圧パッド３１の外方部３１ｃにおける受け面３１ｆは、その空気の圧力で吐出面３２ｄ、３３ｄに対して５μｍ程度の隙間で非接触状態で、しかも支持剛性が高い状態で支持されることとなる。すなわち、上板３２，下板３３の軸線（ネジ軸４１の軸線Ｘ２に一致）と、静圧パッド３１の外方部３１ｃの軸線は平行に維持されることとなる。
【００３７】
ここで、スライダ１０の軸線Ｘ１に対して、ネジ軸４１の軸線Ｘ２がずれていたとしても、静圧パッド３１が、上板３２，下板３３に対してスライダ１０の軸線（すなわち駆動方向）に直交する方向に変位可能に保持されていることから、軸線のズレ（シフト偏心）をキャンセルして、ネジ軸４１からの力をスライダ１０へと伝達することができる。
【００３８】
尚、本実施の形態のごとく、オリフィス絞り３９を、上板３２，下板３３の軸線の両側に且つ離した状態で配置することで、静圧パッド３１が傾いた場合に、各オリフィス絞り２９周辺の圧力差を利用して、その傾きを自動的に補正できるようになっている。従って、安定した静圧パッド３１の保持が可能となる。
【００３９】
更に、図４において、静圧パッド３１の外方部３１ｃの軸線Ｘ２’（ネジ軸４１の軸線Ｘ２に平行）が、スライダ１０の軸線（駆動方向に延在）Ｘ１に対して傾いている場合を考える。第１連結部３１ｄは、外方部３１ｃに対して中間部３１ｂを、スライダ１０の駆動方向（剪断方向）には剛体（弾性係数が極めて高い弾性体を含む）として支持するので、ネジ軸３１から外方部３１ｃを介して中間部３１ｂに、駆動力を遅れなく伝達することができる。一方、第１連結部３１ｄは、わずかな力でネジレ変形を生じるので、弾性係数が低い弾性体として支持することで、外方部３１ｃに対して中間部３１ｂを、第１の方向（ここでは、一対の第１連結部３１ｄの中心を結ぶ線周りの方向であり、図４では手前側もしくは奥側に傾く方向）に、外方部３１ｃに対して中間部３１ｂが傾くことを許容できる。
【００４０】
第２連結部３１ｅは、中間部３１ｂに対して中央部３１ａを、スライダ１０の駆動方向（剪断方向）には剛体（弾性係数が極めて高い弾性体を含む）として支持するので、ネジ軸３１から伝達された駆動力を、中間部３１ｂから中央部３１ａに遅れなく伝達することができる。一方、第２連結部３１ｅは、わずかな力でネジレ変形を生じるので、弾性係数が低い弾性体として支持することで、中間部３１ｂに対して中央部３１ａを、第２の方向（ここでは、一対の第２連結部３１ｅの中心を結ぶ線周りの方向であり、図４では左方向又は右方向）に、中間部３１ｂに対して中央部３１ａが傾くことを許容できる。更に、第１の方向と第２の方向とは交差していることから、外方部３１ｃに対して中間部３１ｂが傾き、更に中間部３１ｂに対して中央部３１ａが異なる方向に傾くことで、外方部３１ｃに対して、中央部３１ａが任意の方向に傾くことを許容できる。言い換えると、ネジ軸４１の軸線Ｘ２がスライダ１０の軸線Ｘ１に対して傾いていたとしても、静圧カップリング３０がそれ（ティルト偏心）の影響を回避して、駆動力のみを遅れなく伝達できることとなる。すなわち、静圧カップリング３０により、スライダ１０が下型嵌合支持部材８に対して接触し、カジリやこじれなどを生じさせることがない。
【００４１】
さらに重要なのは、駆動力を伝達する静圧パッド３１の受け面３１ｆ（外方部３１ｃの上下面）は、その面積を増やすことが極めて容易であり、またその隙間に供給する圧力伝達媒体としての空気の圧力も、一般的な工場においては、容易に０．５ＭＰａ程度は得られるので、極めて大きな駆動方向の剛性を確保できるということである。例えば、図４のように受け面３１ｆを連結部３１ｄ、３１ｅの外側に配置した場合、その内径を６０ｍｍ、外形を２００ｍｍとすると、静圧受け面の面積は約２８６ｃｍ^２となるから、空気の供給圧力を０．５ＭＰａとし、その平均有効静圧がその１／２とすると、約７ｋＮという力が静圧パッド３１を挟み込む力として付与され、静圧パッド３１にスライダ１０等が連結されていても、高い剛性で保持することができる。
【００４２】
しかしながら、吐出面３２ｄ、３３ｄと受け面３１ｆとは、非接触で５〜１０μｍ程度の静圧隙間を介在させて非接触状態となるから、面に沿った方向に対しては、ほとんどゼロの剛性となるのである。
【００４３】
例えば従来の機械的なカップリングでは、ティルト偏心やシフト偏心の除去能力を向上させると、一般的には駆動方向の剛性が低下するという問題が生じていたので、かかるカップリング部の低剛性により、高精度の送り機構やサーボ駆動では、系にバネを含んでしまうこととなり、サーボゲインを大きく取ることができず、その結果、高強度や精密な駆動運動が実現できなかったということがある。これに対し、本実施の形態では、上述したように静圧カップリング３０の剛性を容易に増加することが可能であるため、駆動運動に位置検出や速度検出などのセンサーからのフィードバックをかけたサーボ駆動を行うというような場合でも、極めて高精度に駆動運動を制御できる。
【００４４】
尚、吐出面３２ｄ、３３ｄは、図１に示す実施の形態のように、オリフィス絞りや毛細管絞りなどを設けて圧力伝達媒体（空気）を吐出させ、さらに表面絞り３２ｇなどを設けて、静圧を大きくし剛性を高めても良いが、多孔質材料を用いても良い。圧力伝達媒体を用いた支持（静圧支持）形態に関しては、従来技術の手段を用いれば良く、その作用については本発明の範囲外であるが、多孔質材料を吐出面側に用いると、単に材料を張り付けるだけで均一な圧力分布が形成され、また対向する受け面も平面で良い等、製作上のメリットが大きくコスト的に有利である。更にまた、受け面に供給する圧力伝達媒体は、対向する側から供給しても良いし、対向する面同士の間に側方から供給しても良い。どちらも静圧支持の効果は同じであるが、圧力伝達媒体の配管や吐出部の形態に違いが出るので、用途に応じて有利な仕様を選択すればよい。
【００４５】
図５は、静圧パッドの変形例を示す図である。図５に示す変形例の静圧パッド３１’では、中央部３１ａ’の上下面が圧力伝達媒体を受ける受け面を構成し、外方部３１ｃ’がスライダ１０（図１）に連結されるものである。本変形例は、上述した実施の形態と同様に作用する。尚、本変形例において、中央部３１ａ’が第１部材を構成し、中間部３１ｂ’が中間部材を構成し、外方部３１ｃ’が第２部材を構成し、中央部３１ａ’と中間部３１ｂ’とを連結する連結部３１ｅ’が第１連結部を構成し、中間部３１ｂ’と外方部３１ｃ’を連結する連結部３１ｄ’が第２連結部を構成する。
【００４６】
以下、本発明者が、図５の変形例を用いて行った実験結果について説明する。ここで、連結部３１ｄ’、３１ｅ’の寸法を、厚み０．５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、幅４ｍｍとした。連結部３１ｄ’、３１ｅ’を介して直径１５０ｍｍの多孔質グラファイトによる静圧面を有し、圧力伝達媒体に０．３ＭＰａの空気を用い、静圧隙間５μｍで７００Ｎ／μｍの剛性を発生させた。ティルトによる干渉範囲は最大１°、シフトによる干渉範囲は１ｍｍであるが、連結部３１ｄ’、３１ｅ’の厚みや長さ、中央部３１ａ’の上下面（受け面）の面積を大きくすることで、さらに偏心緩衝範囲を大きくすることが容易にできる。
【００４７】
このときに、被駆動体としてエアスライドによる非接触規制されたスライドテーブルに、レーザースケールを用いてその位置検出を１ｎｍ精度で行い、サーボアンプに位置フィードバックとして入力した。更に、タコゼネレーター付きＤＣサーボモータを用い、ボールスクリューのナットを回転してネジ軸を推進させ、そのネジ軸先端に、図５の静圧パッドを含む静圧力ップリングを介して、スライドテーブルを駆動した。スライドテーブルの送り方向は、レーザー干渉測長器によりモニタし、その直交方向についてはオートコリメータによりテーブルのふられ具合をモニタした所、送り精度は１００ｍｍのテーブルの移動においてプラスマイナス５ｎｍ以下に入り、テーブルのヨーイングとピッチングは３秒角以下であった。これらより、ボールスクリューの振れ周りがほとんどスライドテーブルに伝達されておらす、またテーブルの送りは充分高精度に、本発明の静圧カップリングを通して伝達されていることがわかった。
【００４８】
更に、図２〜４の静圧カップリングを用いた実験結果によれば、サーボモータは、図には無いレーザースケールを用いて、スライダ１０（図１）の位置を０．０１μｍの分解能で検出し、フィードバックループ制御を行うようにした。ネジ軸４１のリードは４ｍｍで、オーバーサイズボールによるプリロードをかけたシングルナット式のボールスクリューナット４２を歯付きベルト４７によって駆動し、ネジ軸４１を上下させるようにした。ネジ軸４１とスライダ１０は、本発明の静圧力ッフリング３０を介して結合された。この時、スライダ１０の位置決め精度は、プラスマイナス０．０３μｍ以下であり、３００ｍｍ／ｍｉｎの送り速度までサーボが追従した。スライダ１０の駆動に伴うティルト変動を、スライダ１０端面に平面鏡を張り付けて、オートコリメータにより観察したところ、１００ｍｍのストロークを駆動して、１０秒角以内に入った。この事実から、ネジ軸４１が一般的に有する振れ回りを、本発明の力ップリング機構によって除去でき、且つスライダ１０の駆動方向にのみ力を伝達できることがわかった。
【００４９】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明のカップリング装置は、光学素子以外の成形装置にも適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、可動成形型の軸線に対して駆動軸の軸線に傾きやズレがあっても、その傾きやズレの影響を回避して、可動成形型を高精度に移動させることができる成形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる光学素子成形用の成形装置の断面図である。
【図２】図１に示す静圧カップリング３０の拡大図である。
【図３】図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。
【図４】静圧カップリング３０の構成要素である静圧パッドの斜視図である。
【図５】変形例にかかる静圧カップリング３０’を示す図である。
【符号の説明】
１基板
３上型固定保持部材
５上型
８下型嵌合保持部材
１０スライダ
１２下型
３０静圧カップリング

Claims

ハウジングに対して移動可能な駆動軸と、被駆動体とを連結するカップリング機構を有する成形装置において、
前記カップリング機構が、
前記駆動軸に保持された第１部材と、
前記被駆動体に保持された第２部材と、
中間部材と、
前記第１部材と前記中間部材を連結する第１連結部と、
前記第２部材と前記中間部材を連結する第２連結部と、を有し、
前記第１連結部は、前記第１連結部に対して、前記被駆動体の駆動方向にある力を付与したときの弾性変形量が、前記駆動方向に対して傾く方向である第１の方向に同じ力を付与したときのネジレ変形量より小さいように、前記第１部材と前記中間部材とを連結し、
前記第２連結部は、前記第２連結部に対して、前記被駆動体の駆動方向にある力を付与したときの弾性変形量が、前記駆動方向に対して傾く方向である第２の方向に同じ力を付与したときのネジレ変形量より小さいように、前記第２部材と前記中間部材とを連結し、
前記第１の方向と前記第２の方向とは交差していることを特徴とする成形装置。
前記第１部材と、前記第２部材と、前記中間部材と、前記第１連結部と、前記第２連結部は、単一の部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
前記駆動軸と前記第１部材の一方は、圧力伝達媒体を吐出する吐出面を有し、その他方は、前記吐出面に対向し、吐出された前記圧力伝達媒体を受ける受け面を有し、前記吐出面と前記受け面との間に介在する前記圧力伝達媒体により、前記駆動軸と前記第１部材とは、非接触状態で前記駆動軸の軸線方向に略直交する方向に沿って相対変位可能に維持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形装置。
前記被駆動体と前記ハウジングの一方は、圧力伝達媒体を吐出する吐出面を有し、その他方は、前記吐出面に対向し、吐出された前記圧力伝達媒体を受ける受け面を有し、前記吐出面と前記受け面との間に介在する前記圧力伝達媒体により、前記被駆動体と前記ハウジングとは、非接触状態で前記被駆動体の駆動方向及びそれに直交する方向に相対変位可能に維持されることすることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形装置。
前記吐出面は、前記圧力伝達媒体の吐出口を、前記駆動軸の軸線を挟んで両側に形成していることを特徴とする請求項３又は４に記載の成形装置。
前記吐出面は、多孔質材料の面であることを特徴とする請求項３又は４に記載の成形装置。
光学素子を成形することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の成形装置。