JP4377711B2 - 光学素子の搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、カメラ、ビデオや顕微鏡等の光学機器における光学系に用いられる球面レンズ、非球面レンズ等のレンズやプリズム等の光学素子を搬送するため、或いはこれらの光学素子に用いられるガラス素材等の光学素子素材を搬送するための搬送装置及び搬送方法に関する。

特公平５−７２３３４号公報には、プレス成形されたガラス成形品を搬送路まで搬送するための搬送装置が記載されている。この搬送装置は、真空吸引を行う真空チャックによって成形品を搬送するものであり、真空チャックは真空源に接続されたホルダと、耐熱性を有する吸着板と、ホルダと吸着板との間に配置されることによりホルダ及び吸着板を連結し、高温下で弾力を保持することができるベローズとを有している。

真空チャックは、プレス成形されたガラス成形品の形状を損なわないように所定温度に加熱された状態で使用されるものであり、プレス成形が終了したプレス型の上型が上昇したときに上型及び下型の間に進入して、下型に載置されているガラス成形品上に移動し、吸着板がガラス成形品を真空吸着する。このとき、ベローズは、その自由度により真空チャックとガラス成形品の相対位置がずれてもガラス成形品を吸引できるように作用するものである。

ガラス成形品の吸着の後、下型が下降し、その後、真空チャックがプレス型から退避し、プレス型の外側で待機しているシュータにガラス成形品を落下させる。これにより、ガラス成形品がシュータの斜面を滑り落ちて保管箱に収納される。
特公平５−７２３３４号公報

上述した真空チャックでは、成形前と成形後との間でガラス成形品の形状が大きく変化した場合、厚みの変化に対してはベローズの収縮部分だけ対応できるが、凹形状から凸形状等の形状の変化があったり、成形品が軸中心でない場合には、対応することができず、ガラス成形品を吸着できない問題を有している。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、成形前と成形後との間で形状が大きく変化した場合にも対応が可能な汎用性のある光学素子の搬送装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の光学素子の搬送装置は、光学素子素材及び光学素子素材を成形した光学素子を搬送する光学素子の搬送装置において、前記光学素子素材を保持する第１保持手段と、前記光学素子を保持し、前記第１保持手段の内部に配置される第２保持手段と、前記光学素子素材または前記光学素子を保持するとき、前記第１保持手段と第２保持手段との位置を移動させることで、前記第１保持手段及び第２保持手段の使用を切り替える切替手段と、を具備することを特徴とする。

請求項１の発明では、第１保持手段の内部に第２保持手段が配置されることにより、装置スペースを小さく抑えることができる。切替手段は、これらの保持の際に、第１保持手段と第２保持手段との位置を移動させることで、第１保持手段及び第２保持手段の使用を切り替える。このため、光学素子素材や光学素子に応じた保持を行うことができ、成形前後での形状変化が大きい場合や、軸中心でない形状であっても確実に保持することができ、光学素子素材や光学素子の保持に広範に対応することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子の搬送装置であって、前記第１保持手段は吸着面が平面形状の光学素子素材または光学素子を専用に保持するものであり、前記策２保持手段は吸着面が凹形状の光学素子素材または光学素子を専用に保持するものであることを特徴とする。

請求項２の発明では、第１の保持手段が平面形状の光学素子素材や光学素子の専用、第２保持手段が凹形状の光学素子素材や光学素子の専用となっているため、光学素子素材や光学素子の形状に良好に対応して保持を確実に行うことができる。

請求項３の発明は、請求項１に記載の光学素子の搬送装置であって、前記第１保持手段は吸着面が凸形状の光学素子素材を専用に保持するものであり、前記第２保持手段は吸着面が光学素子素材の曲率半径よりも大きい曲率半径の凸形状の光学素子を専用に保持するものであることを特徴とする。

請求項３の発明では、第１の保持手段が凸形状の光学素子素材の専用、第２保持手段が大きな曲率半径の光学素子の専用となっているため、光学素子素材や光学素子の形状に良好に対応して保持を確実に行うことができる。

本発明の光学素子の搬送装置によれば、必要な時に保持手段を切り替えることが可能となると同時に、装置スペースを小さく抑えることができる。また、光学素子素材や光学素子の形状に応じた保持を行うことができるため、成形前後での形状変化が大きい場合や、軸中心でない形状であっても確実に保持することができ、光学素子素材や光学素子の保持に広範に対応することができる。

以下、本発明を図示する実施の形態により具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。

（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１を示し、図１は光学素子のプレス成形を行う装置全体の平面図、図２はプレス成形を行う装置の側面図、図３及び図４は吸着状態の側面図である。

プレス成形を行う装置は、図１に示すように、成形装置としての複数（３台）のプレス装置１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）と、それぞれのプレス装置（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）に対応した複数（３台）のパレット１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）とを備えている。これらのプレス装置１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及びパレット１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、本実施の形態の搬送装置３０の移動を行う移動手段としてのＸ軸駆動手段１３を挟んだ位置で対向するように整列状に配置されている。

それぞれのプレス装置１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、図２に示すように、対向している下型１５及び上型１６と、ベース３１上に立設したヒータ上下駆動手段１９とを備えている。ヒータ上下駆動手段１９には、ヒータ支持部材１８が上下移動可能に取り付けられており、このヒータ支持部材１８に上型ヒータ１７が取り付けられている。下型１５は、プレス手段２２に連結された下軸２１に支持されており、その周囲には下型ヒータ２０が配置されている。なお、下型１５上のワークの有無を光学的に検出するワーク検出手段２３が下型１５との対応位置に配置されている。

一方、それぞれのパレット１２ａ、１２ｂ、１２ｃには、複数のポケットが上面に形成されており、ガラス材からなる成形前の光学素子素材Ａと、成形後の光学素子Ｂとをそれぞれ収納するようになっている。この実施の形態において、光学素子素材Ａは板状となっており、光学素子Ｂは凹形状となっている。また、光学素子Ａはガラス材が用いられている。

整列状態の成形装置１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及びパレット１２ａ、１２ｂ、１２ｃの間に配置されたＸ軸駆動手段１３は、ベース３１上に配置されている。このＸ軸駆動手段１３は、タイミングベルトとステッピングモータ及びガイドを組み合わせることにより構成されており、搬送装置３０を成形装置１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及びパレット１２ａ、１２ｂ、１２ｃの間で移動させる。

搬送装置３０は、Ｘ軸駆動手段１３に沿って移動する回転駆動手段１１と、回転駆動手段１１に取り付けられて同手段１１の駆動によって旋回するアーム７とを備えている。アーム７は、図１の矢印で示すように、成形装置１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及びパレット１２ａ、１２ｂ、１２ｃの間で旋回して、対応したパレットと成形装置との間で光学素子素材Ａの受け渡しを行う。

搬送装置３０におけるアーム７の先端部分の構造を図３及び図４に示す。アーム７の先端には、第１保持手段としての第１の吸着パット１と、第２保持手段としての第２の吸着パット４とが取り付けられている。

第１の吸着パット１は、ＰＥＥＫ材等からなる耐熱樹脂が用いられており、円筒形状（例えば、外径φ１６ｍｍ）に形成されている、第１の吸着パット１は、光学素子素材Ａの表面に汚れや付着物を付着させない必要があるため、金属よりも樹脂材が適している。

第２の吸着パット４は第１の吸着パット１よりも小径（例えば、外径φ１０ｍｍ）となっており、第１の吸着パット１の内部に配置されている。第１の吸着パット４はアーム７を貫通した支持軸３の先端に取り付けられている。第２の吸着パット４は光学素子Ｂに傷を付けない必要があるが、後工程で光学素子Ｂを洗浄するため光学素子Ｂへの汚れや付着物の付着は余り影響はないものである。なお、第１の吸着パット１が第２の吸着パット４の外周に位置するため、比較的洗浄し易い構造となっている。

支持軸３は、アーム７を貫通した円筒状のガイド筒２内に挿入されていると共に、ガイド筒２内を摺動可能となっている。支持軸３及びガイド筒２の嵌合公差が小さいと、支持軸３の摺動をスムーズに行うことができない一方、嵌合公差が必要以上に大きいと、第１の吸着パット１先端の吸着力が損なう。このため、嵌合交差としては、−０．０１ｍｍ〜−０．０２ｍｍ程度が良好である。第１の吸着パット１とガイド筒２との間にはパッキン２４が設けられている。

第２の吸着パット４はシリコンからなると共にベローズ形状の弾性を有した吸着パットとなっている。弾性を有していることから、第２の吸着パット４の吸着先端は光学素子の形状に追従することができる。この場合、成形された光学素子の形状に合わせた専用パットが良好である。

支持軸３の内部には、真空吸着用の排気穴が設けられ、吸引手段としてのエジェクタ等の真空発生器５より吸引されるようになっている。支持軸３の排気穴は第２の吸着パット４の先端に通じている。

支持軸３の上部は支持台８に取り付けられており、支持台８にはピン９を介して切替手段としてのシリンダ６が接続されている。シリンダ６が上下に駆動することにより、支持台８、支持軸３及び第２の吸着パット４が上下に駆動する。さらに、第１の吸着パット１及びアーム７を上下（鉛直）方向に移動させるための駆動手段としてのＺ軸駆動手段１０が設けられており（図４参照）、上記回転駆動手段１１はＺ軸駆動手段１０に取り付けられている（図２参照）。

次に、この実施の形態の作動を説明する。この実施の形態において、光学素子素材Ａは平板形状となっており（図３参照）、第１の吸着パット１はこの形状の光学素子素材Ａを専用に吸着する。また、成形された光学素子Ｂは、凹形状となっており（図４参照）となっており、第２の吸着パット４はこの形状の光学素子Ｂを専用に吸着する。

まず、パレット１２ａのポケットにセットされている光学素子素材Ａを第１の吸着パット１が吸着する。この第１の吸着パット１を光学素子素材Ａがセットされているポケットの位置に移動させるため、移動手段としてのＸ軸駆動手段１３と回転駆動手段１１を用いる。光学素子素材Ａの真上に第１の吸着パット１が移動し、その後、Ｚ軸駆動手段１０によって第１の吸着パット１の先端が光学素子素材Ａの平面である上面に接触する。このときにおいては、第１の吸着パット１の先端面が第２の吸着パット４の先端面よりも突出している。

光学素子素材Ａへの接触後、真空発生器５により吸引を行うと、空気が支持軸３を通り、第２の吸着パット４の先端から空気を吸い上げる。このとき、第２の吸着パット４はシリンダ６の駆動によって第１の吸着パット１の内部に収納されているため、第１の吸着パット１の先端が光学素子素材Ａを吸引して保持する。

吸引された光学素子素材Ａは、回転駆動手段１１、Ｘ軸駆動手段１３、Ｚ軸駆動手段１０によりアーム７が駆動されることにより、パレット１２ａに対応したプレス装置１４ａへ搬送される。そして、真空発生器５による吸引を解除することにより、プレス装置１４ａにおける下型１５上に光学素子素材Ａを搭載し、その後、アーム７はＸ軸駆動手段１３と平行な方向に移動して待機する。

光学素子素材Ａが下型１５に搭載されることを確認した後、ワーク検出手段２３により光学素子素材Ａを識別し、これによりプレス装置１４ａが成形を行う。

プレス装置１４ａの成形が開始された後、アーム７は次の成形を行うためのパレット１２ｂへ移動する。そして、上述と同様に、パレット１２ｂのポケットにセットされている光学素子素材Ａを吸着して、プレス装置１２ｂの下型１２ｂの下型１５上に光学素子素材Ａを搬送する。さらに、同様にしてパレット１２ｃへ移動し、その光学素子素材Ａをプレス装置１４ｃへと搬送する。

プレス装置１４ａでの成形工程時間は、光学素子素材Ａヒータ１７で加熱する時間が約６００ｓｅｃであり、上型１６と下型１５とにより素材に圧力を作用させる時間が２００ｓｅｃ、プレス工程終了後に光学素子Ｂを冷却する時間が６００ｓｅｃであり、プレス装置１台当たり約３０ｍｉｎ〜３１ｍｉｎの時間を要している。搬送時間は上記動作の内容を行うのに約１２０ｓｅｃであるため、３台分の光学素子素材Ａを搬送するには十分な時間がある。

プレス装置１４ａでのプレス成形は、上下型１５、１６の温度が１５０℃になったとき、ヒータ１７及びヒーター支持台１８が上昇して終了する。

プレス装置１４ａからプレス終了信号を受け取った搬送装置３０は、回転駆動手段１１、Ｘ軸駆動手段１３とＺ軸駆動手段１０とによってアーム７を駆動する。これにより、吸着パット１，４がプレス装置１４ａにおける下型１５の光学素子Ｂ上に移動し、同プレス装置１４ａの光学素子Ｂを吸着する。このときの吸着は、シリンダ６の上下運動によって第２の吸着パット４を第１の吸着パット１の先端より進出させ、進出した第２の吸着パット４により行う。吸着された光学素子Ｂはパレット１２ａの対応したポケットに収納される。

光学素子Ｂをポケットに収納した後、第２の吸着パット４はシリンダ６の駆動によって第１の吸着パット１内部に収納される。その後、第１の吸着パット１がパレット１２ａの次のポケットから光学素子素材Ａを吸着して取り出し、プレス装置１４ａの下型１５に搭載する。プレス装置１４ｂ、プレス装置１４ｃに対しても同様に行い、パレット１２のポケットに搭載されている光学素子素材を全て光学素子Ｂに入れ替える。

なお、この実施の形態では、第１の吸着パット１の全体を耐熱材であるＰＥＥＫ材としたが、光学素子素材Ａと接触する先端部分のみをＰＥＥＫ材やポリイミド樹脂からなる別部材とすることにより先端部分を取り外し可能としても良い。また、同様に第２の吸着パット４の先端を金属からなる別部材とすることにより取り外し可能としても良い。こうすることにより、光学素子素材Ａや光学素子Ｂの形状変更に対応し易くなるメリットがある。

このような実施の形態では、１台の搬送装置３０が複数台（３台）のプレス装置１４に光学素子素材Ａ及び光学素子Ｂを搬送し、回収する構造であり、光学素子素材Ａ及び光学素子Ｂの間で成形前後の形状が大きく変化しても、その形状に合わせた吸着パットを用いることで安定した吸着が可能となる。また、２重構造の吸着パットを出し入れすることにより吸着を行うため、アーム７の吸着位置を変える必要がない。このため安定した吸着が可能となる。

さらに、光学素子素材Ａと光学素子Ｂとの間で吸着パット切り替えて保持するため、吸着パットのクリーン状況を確保することが容易になり、成形される光学素子Ｂの品質を向上させることができる。また、３台のプレス装置１４及びパレット１２に対し、１台の搬送装置３０で対応するため、容易に搬送でき、装置全体の製作コスト及び装置スペースを小さく抑えることができる。また、さらにパレット１４とプレス装置１２とを対応させるため、成形された光学素子Ｂが互いに混在するトラブルの可能性を減らすことができ、異なる種類の製品を各成形装置ごとに成形することが容易となる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の搬送装置３０を示す。

この実施の形態では、第１保持手段である第１の吸着パット１がベローズ形状となった弾性を有する吸着パットとなっており、第２保持手段である第２の吸着パット４が円筒形状となっている。すなわち、外側の第１の吸着パット１は径の大きな材料を保持し、内側の第２の吸着パット４は径の小さな材料を保持するものであり、第１の吸着パット１は、成形前の光学素子素材Ａを専用に保持し、第２の吸着パット４は成形後の光学素子Ｂを専用に保持するようになっている。

この実施の形態では、光学素子素材Ａが小さな曲率半径（例えば、径８ｍｍ）であり、プレス成形後の光学素子Ｂが凸形状で、且つこれよりも大きな曲率半径（例えば、径３０ｍｍ）の場合に好適に実施することができる。

（実施の形態３）
図６及び図７は、本発明の実施の形態３を示し、図６は成形前の光学素子素材の吸着状態の側面図、図７は成形後の光学素子の吸着状態の側面図である。

この実施の形態では、パット台座３３を用いるものであり、パット台座３３には、第１保持手段としての第１の吸着パット１及び第２保持手段としての第２の吸着パット４が個々独立して取り付けられている。すなわち、これらの吸着パット１，４は、パット台座３３の下面に並列状に支持されるものである。それぞれの吸着パット１，４は、吸引手段としての真空発生器５（５ａ，５ｂ）に接続されるものであり、第１の吸着パット１は真空発生器５ａに、第２の吸着パット４は真空発生器５ｂにそれぞれ接続されている。

吸着パット１，４と対応した真空発生器５ａ、５ｂとを接続するため、パット台座３３には真空吸引される排気穴が形成されており、それぞれの排気穴が各吸着パット１，４の吸引穴と接続される。

この実施の形態では、パット台座３３が切替手段としてのシリンダ６にピン９を介して連結されるが、垂直方向と直交した水平方向に移動するようにシリンダ６に連結されている。この場合、パット台座３３はアーム７に摺動可能に取り付けられており、シリンダ６が駆動すると、パット台座３３はアーム７の下面を長手方向に沿って移動するようになっている。

この実施の形態の作動では、アーム７の旋回及びシリンダ６の伸縮駆動によってパット台座３３が移動する。これにより、例えば、パレット１２ａのポケットにセットされている吸着面が曲率半径１ｍｍのボール状となった光学素子素材Ａを第１の吸着パット１が吸着する（図６参照）。吸着された光学素子素材Ａは、パレット１２ａに対応するプレス装置１４ａに搬送され、その下型１５に載置される。その後、搬送装置３０は、アーム７の旋回及びシリンダ６の伸縮駆動により、パレット１２ｂに移動し、同パレット１２ｂ上の光学素子素材Ａを吸着し、パレット１２ｂに対応したプレス装置１４ｂの下型１５上に光学素子素材Ａを載置し、さらにパレット１２ｃ及びプレス装置１４ｃに対する搬送を行う。

この搬送の後、プレス装置１４ａからプレス終了信号を受け取った場合、搬送装置３０は、パレット１２ａ上の次段成形用の光学素子素材Ａを吸着パット１によって吸着し、パレット１２ａに対応したプレス装置１４ａの下型１５上に移動する。そして、シリンダ６の駆動により、第２の吸着パット４が下型１５上に移動し、下型１５上の光学素子Ｂを吸着する。このとき、光学素子Ｂは曲率半径２ｍｍの吸着面を有する凸形状に成形されている。その後、シリンダ６の駆動により、第１の吸着パット１が下型１５上に移動し、吸着している成形前の光学素子素材Ａを下型１５上に載置する。この載置の後、アーム７及びシリンダ６の駆動により第２の吸着パット４がパレット１２ａにおける所定のポケット上に移動し、第２の吸着パット４が吸着している光学素子Ｂをそのポケットに収納する。これにより、組となっているパレット１２ａ及びプレス装置１４ａに対する１サイクルの作動が完了する。

同様にして、組となっているパレット１２ｂ及びプレス装置１４ｂ、パレット１２ｃ及びプレス装置１４ｃへの１サイクルの作動を行う。なお、光学素子素材Ａの吸着面の曲率半径が１〜１０ｍｍであり、光学素子Ｂの吸着面の半径が２〜２０ｍｍのように、光学素子素材Ａの曲率半径に対し、成形後の光学素子Ｂの曲率半径が約２倍の場合には、良好な成形面を得ることができるものである。

このような実施の形態では、実施の形態１と同様な作用を有しているのに加え、パレット１２とプレス装置１４との間のアーム７の旋回動作が１動作で良いため、短時間での搬送が可能となる。また、吸着パット１，４による吸着位置がパット台座３３の移動によって変わるため、取り出しのための吸着及び受け渡しのための吸着を異なった場所で行うことができ、不必要な動作がなく、搬送時間を短縮することができる。さらに、成形前と成形後とを別個の吸着パットによって吸着するため、個々の吸着パットの交換作業が容易となると共に、吸着パットのクリーン状態を確保することができ、且つ複雑な形状にも良好に対応することが可能となる。

（実施の形態４）
この実施の形態では、吸着される光学素子素材Ａ及び光学素子Ｂに対応した吸着パット１，４の先端部分の形状を説明する。すなわち、光学素子Ｂの吸着面が自由曲面や非球面の場合には、第２の吸着パット４の先端面を対応した面とし、光学素子素材Ａ及び光学素子Ｂの吸着面に段部が形成されていれば、吸着パット１，４の先端面に段差を設けるものである。

図８は、成形された光学素子Ｂに対応する第２の吸着パット４を示し、（ａ）では径２０ｍｍで、且つ１２０°の凸面からなる光学素子Ｂの外面に沿った先端面となっており、（ｂ）では径が３０ｍｍで９０°の凹面からなる光学素子Ｂの上面に沿った先端面となっている。

図９（ａ）は、光学素子素材Ａが平板状となっている場合であり、第１の吸着パット１は先端面が円形の平板状に成形されている。図９（ｂ）は、成形された光学素子Ｂの上面が曲面となっている場合であり、第２の吸着パット４の先端面は、この曲面に合わせた曲面となるように成形されている。

図１０（ａ）は、成形前の光学素子素材Ａの上面に溝部が形成されている場合であり、その吸着を行う第１の吸着パット１の下面には、溝部に対応した凸部が形成される。図１０（ｂ）は、成形後の光学素子Ｂの上面に溝状の複数の段部が形成されている場合であり、その吸着を行う第２の吸着パット４の下面には、段部に対応した凸状の段部が形成される。

本発明に適用される装置全体の平面図である。 本発明に適用される装置全体の側面図である。 実施の形態１における光学素子素材の吸着状態を示す断面図である。 実施の形態１における光学素子の吸着状態の側面図である。 実施の形態２の吸着状態を示す断面図である。 実施の形態３における光学素子素材の吸着状態を示す側面図である。 実施の形態３における光学素子の吸着状態を示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は第２の吸着パットの先端面形状を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は吸着面に対応した吸着パットの形状を示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は吸着面に対応した吸着パットの形状を示す斜視図である。

符号の説明

１ 第１の吸着パット
４ 第２の吸着パット
５ 真空発生器
６ シリンダ
７アーム
１２ パレット
１４ プレス装置
Ａ 光学素子素材
Ｂ 光学素子

Claims (3)

1. 光学素子素材及び光学素子素材を成形した光学素子を搬送する光学素子の搬送装置において、
   前記光学素子素材を保持する第１保持手段と、
   前記光学素子を保持し、前記第１保持手段の内部に配置される第２保持手段と、
   前記光学素子素材または前記光学素子を保持するとき、前記第１保持手段と第２保持手段との位置を移動させることで、前記第１保持手段及び第２保持手段の使用を切り替える切替手段と、
   を具備することを特徴とする光学素子の搬送装置。
2. 前記第１保持手段は吸着面が平面形状の光学素子素材または光学素子を専用に保持するものであり、前記第２保持手段は吸着面が凹形状の光学素子素材または光学素子を専用に保持するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の搬送装置。
3. 前記第１保持手段は吸着面が凸形状の光学素子素材を専用に保持するものであり、前記第２保持手段は吸着面が光学素子素材の曲率半径よりも大きい曲率半径の凸形状の光学素子を専用に保持するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の搬送装置。
   

Images