JP5297769B2 - 光学素子の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子を製造する製造装置に関する。

従来、レンズ等の光学素子を高精度且つ安価に製造する製造方法として、成形用型に収容した熱可塑性素材（プリフォーム）を、加熱軟化させて加圧し、冷却して固化させることで、成形用型が有する成形面形状或いは表面粗さを転写して光学素子を成形する製造方法が用いられている。

例えば、特許文献１では、チャンバ内に複数のステージを成形用型の搬送方向に沿って多段に配置し、加熱ステージ、加圧ステージ、冷却ステージの順に成形用型を搬送して成形用型に実装された熱可塑性素材を加熱、加圧、冷却してガラスレンズを製造するガラスレンズ成形装置の提案がなされている。
特公平７−６４５７１号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、各ステージにおいて、成形用型を加熱する加熱ブロックの設定温度が異なるため、近接する各ステージの加熱ブロックに互いの温度が影響を与えてしまい、加熱ブロックの成形用型に当接する面の温度が均一にならないという技術的課題がある。このため、加熱ブロックから成形用型に伝導する温度が面上において温度分布及び温度変動をもってしまうという技術的課題がある。（図１１参照。）
また、成形室内の不活性ガスなどによる雰囲気は、加熱ブロックの熱などの影響で対流しており、チャンバ内の温度が均一にならないため、成形用型の温度が温度分布及び温度変動をもってしまうという技術的課題がある。

また、成形室内に成形用型を搬送する搬送手段などが設けられる場合、成形室を対称に構成することが困難であるため、加熱ブロックの成形用型に当接する面や成形室内の雰囲気の温度を均一にすることがさらに困難になり、成形用型の温度が温度分布及び温度変動をもってしまうという技術的課題がある。

このように、成形用型の温度が温度分布及び温度変動をもってしまうことで、成形品の劣化やバラツキが発生してしまうという技術的課題がある。
本発明の目的は、成形用型の温度分布及び温度変動を防止し、安定して高精度な光学素子を得ることが可能な製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、成形用型に実装された熱可塑性素材を加熱軟化して成形する光学素子の製造装置であって、上記成形用型を上記成形用型のプレス方向を軸として回転させる回転手段と、上記成形用型の回転中に上記成形用型を前記プレス方向から温度制御する温度制御手段と、上記成形用型の回転中に上記成形用型の前記プレス方向に交差する一方向から温度制御する第２の温度制御手段と、温度、時間、前記熱可塑性素材の変位量の何れか一つを契機に上記回転手段の回転を制御する制御手段と、を具備し、上記成形用型は、筒状のスリーブと、上記スリーブの両端に上記プレス方向に対向するように挿入される下型及び上型から構成され、上記温度制御手段は上記下型及び上型を温度制御し、上記第２の温度制御手段は上記スリーブを温度制御する光学素子の製造装置を提供する。

本発明によれば、成形用型の温度分布及び温度変動を防止し、安定して高精度な光学素子を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本実施の形態による成形用型を模式的に示した側断面図であり、図２Ａは、本実施の形態による製造装置を模式的に示した側断面図であり、図２Ｂは、本実施の形態による製造装置を模式的に示した平面図であり、図２Ｃは、本実施の形態における制御系の構成例を示したブロック図であり、図３は、本実施の形態における成形ステージの下方を拡大して示した側断面図である。

図１に示すように、成形用型１は、ガラス、プラスチックなどの熱可塑性素材２を載置する下型３と、下型３に熱可塑性素材２を挟んで対向配置される上型４と、これら下型３及び上型４を摺動自在に案内する円筒形状のスリーブ５とを具備して構成されている。

下型３（上型４）は、円柱形状の本体部を有し、この本体部の一端に成形面３ａ（成形面４ａ）が形成され、本体部の他端に本体部の外径よりも大きい外径の円板部が形成されている。

この下型３及び上型４は、スリーブ５の内部にそれぞれの成形面３ａ及び成形面４ａが対向するようにスリーブ５の両端側から挿嵌されて配置されている。そして、上型４はスリーブ５の軸方向に摺動自在に配置されている。下型３、上型４及びスリーブ５は、一例として、タングステンカーバイド（ＷＣ）などの超硬合金を研磨して製作されている。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態に係る光学素子の製造装置１０は、ガラス、プラスチックなどの熱可塑性素材２を成形用型１に実装して、加熱、加圧、冷却して光学素子を成形する成形手段としての製造装置１０であり、成形用型１に対して加熱、加圧、冷却の工程を、それぞれ加熱ステージＡ、加圧ステージＢ及び冷却ステージＣにて行ういわゆる循環型の製造装置１０である。

製造装置１０は、上基板１１、下基板１２及び側板１３から構成される成形チャンバ１４と、この成形チャンバ１４に成形用型１が搬入される図示しない搬入チャンバと、成形チャンバ１４から成形用型１が搬出される図示しない搬出チャンバとを有して構成されている。

側板１３には、搬入台から成形チャンバ１４内に成形用型１が搬入される際に開放する搬入シャッタ１９と、成形チャンバ１４から搬出台に成形用型１が搬出される際に開放する搬出シャッタ２０とが設けられている。

成形チャンバ１４で形成される成形室には、加熱ステージＡ、加圧ステージＢ及び冷却ステージＣが成形用型１の搬送方向（スリーブ５の中心軸に対して直交する方向）に沿って配置されている。

そして、成形チャンバ１４内には、成形用型１を次の成形ステージに搬送する搬送手段２６を具備して構成されており、搬送手段２６は、各成形ステージの成形用型１の搬送方向の上流側に配置された搬送アーム２６ａと、これら搬送アーム２６ａを搬送方向に左右
動させる搬送アーム保持部２６ｂとを具備して構成されている。

尚、本実施の形態では、加熱ステージＡを成形用型１の搬送方向の最上流側に位置する成形ステージとし、冷却ステージＣを成形用型１の搬送方向の最下流側に位置する成形ステージとしている。したがって、搬入台から搬入された成形用型１は、加熱ステージＡ、加圧ステージＢ、冷却ステージＣの順に搬送されて、搬出台に搬出される。

次に、成形チャンバ１４に設けられた各ステージについて説明を行う。加熱ステージＡは、後述する駆動手段２１の駆動により成形用型１の上型４を微圧で加圧しながら成形用型１を加熱するためのものであり、加圧ステージＢは駆動手段２１（シリンダー）の駆動により加熱後の成形用型１の上型４を高圧で加圧しながら成形用型１の温度を熱可塑性素材２の成形温度にて光学素子形状に加熱プレス成形するためのものであり、冷却ステージＣはプレス成形後の成形用型１の上型４を光学素子形状に維持するための圧力で駆動手段２１によって加圧しながら成形用型１を加熱プレス時よりも低い温度で加熱しながら所定の熱履歴を経過させて冷却させるためのものである。

すなわち、これら加熱ステージＡ、加圧ステージＢ、冷却ステージＣには、それぞれ、成形用型１を挟み込むように下加熱ブロック１５（温度制御手段）及び上加熱ブロック１６（温度制御手段）を互いに対向させて配置している。

以下、加熱ステージＡの内部構成の説明を行い、加圧ステージＢ及び冷却ステージＣについては、加熱ステージＡと同一又は相当する部分に同一の符号を付してその説明を省略する。

下加熱ブロック１５は、後述する下回転プレート１７に当接する平面状の上面を有するプレート１５ａと、このプレート１５ａに設けられた貫通孔に挿通して配置される複数の棒状の加熱用ヒータ１５ｂとを具備して構成されている。

プレート１５ａは熱伝導率の高いセラミック（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）／窒化ホウ素（ＢＮ）系のセラミックあるいは夫々の混合圧縮体（ＡｌＮ−ＢＮ））で構成され、加熱用ヒータ１５ｂは、セラミックヒータ（例えば、ＳｉＣセラミックヒータ）を用いている。

上加熱ブロック１６も、下加熱ブロック１５と同様に、後述する上回転プレート１８に当接する平面状の下面を有するプレート１６ａと、このプレート１６ａに設けられた貫通孔に挿通して配置される加熱用ヒータ１６ｂとを具備して構成されている。

尚、プレート１６ａ及び加熱用ヒータ１６ｂについては、上述した下加熱ブロック１５のプレート１５ａ及び加熱用ヒータ１５ｂと同様のため、説明を省略する。また、下加熱ブロック１５及び上加熱ブロック１６には、図示しない温度調節器が接続されており、成形ステージ（加熱ステージＡ、加圧ステージＢ、冷却ステージＣ）毎にそれぞれ温度制御されている。

本実施の形態では、成形用型１と下加熱ブロック１５との間には、成形用型１を成形用型１のプレス方向を軸として回転させる下回転プレート１７（回転手段）が配置されている。同様に、成形用型１と上加熱ブロック１６との間にも、上回転プレート１８（回転手段）が配置されている。

下回転プレート１７は、成形用型１の下方に位置し、成形用型１の下型３に当接する位置に配置されている。また、上回転プレート１８は、成形用型１の上方に位置し、後述す
る駆動手段２１により下降する際に成形用型１の上型４に当接する位置に配置されている。すなわち、下回転プレート１７及び上回転プレート１８は、成形用型１を挟み込んで互いに対向した位置に配置されている。

そして、図３に示すように、下回転プレート１７の下方には、下回転プレート１７の下面（背面）に当接して下加熱ブロック１５が配置されている。詳述すると、下回転プレート１７は、成形用型１に当接する平面状の上面を有する円板状のプレート１７ａと、このプレート１７ａの下面に位置し、プレート１７ａの回転方向を支持する回転軸１７ｂとを設けて形成されている。この回転軸１７ｂに対応して、下加熱ブロック１５には、貫通孔が設けられている。すなわち、下加熱ブロック１５と下回転プレート１７とは、回転軸１７ｂを下加熱ブロック１５の貫通孔に挿通させて配置され、互いの面が当接して配置されている。

また、下回転プレート１７の回転軸１７ｂには、下回転プレート１７を駆動させる回転駆動手段としてのモータ２２が接続されている。したがって、下回転プレート１７は、回転軸１７ｂを軸として下回転プレート１７のプレート１７ａを回転させるように構成されている。

下加熱ブロック１５の下方には、下回転プレート１７に下加熱ブロック１５を押し当てる付勢手段としてのバネ部材２３が配置されている。このように、下加熱ブロック１５と下回転プレート１７とは、常に当接した状態で配置されている。この時、バネ部材２３は、下回転プレート１７の回転を妨げない強さにより配置されている。

また、下加熱ブロック１５の内部には、温度計測手段としての熱電対３１が設けられている。このように熱電対３１を設けることで、下加熱ブロック１５の温度を把握することが可能となる。

一方、上回転プレート１８の上方には、上回転プレート１８の上面（背面）に当接して上加熱ブロック１６が配置されている。詳述すると、上回転プレート１８は、後述する駆動手段２１により下降する際に成形用型１に当接する平面状の下面を有する円板状のプレート１８ａと、このプレート１８ａの上面に位置し、プレート１８ａの回転方向を支持する回転軸１８ｂとを設けて形成されている。この回転軸１８ｂに対応して、上加熱ブロック１６には、貫通孔が設けられている。すなわち、上加熱ブロック１６と上回転プレート１８とは、回転軸１８ｂを上加熱ブロック１６の貫通孔に挿通させて配置され、互いの面が当接して配置されている。

また、上回転プレート１８の回転軸１８ｂには、ギア２４が設けられている。すなわち、上回転プレート１８は、下回転プレート１７の回転により、回転軸１８ｂを軸としてプレート１８ａを駆動手段２１に対して回転させるように構成されている。

上加熱ブロック１６の上方には、上回転プレート１８に上加熱ブロック１６を押し当てる付勢手段としてのバネ部材２３が配置されている。このように、上加熱ブロック１６と上回転プレート１８とは、常に当接した状態で配置されている。この時、バネ部材２３は、下回転プレート１７の回転を妨げない強さにより配置されている。

また、上加熱ブロック１６の上方には、上回転プレート１８及び上加熱ブロック１６を上下動に駆動させる駆動手段２１が配置されている。駆動手段２１は、上加熱ブロック１６に接続されて上加熱ブロック１６を支持する駆動軸と、駆動軸を上下動自在に昇降させるシリンダーとを具備して構成されている。

また、加圧ステージＢには、熱可塑性素材の変位量を計測する変位計２５が設けられている。変位計２５は、上基板１１の上面に保持され、駆動手段２１の先端に接続されて配置されている。

図２Ｃに示すように、本実施の形態において、製造装置１０は、各ステージの動作を制御する制御手段としての制御装置２７を具備して構成されている。すなわち、制御装置２７は、各ステージの加熱用ヒータ１５ｂ、１６Ｂ、駆動手段２１、モータ２２、変位計２５、熱電対３１の夫々に接続されて設けられている。

以下、本実施の形態の成形装置を用いた製造方法の一例について、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図３及び図４を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態の製造装置における加熱ステージＡ、加圧ステージＢ、冷却ステージＣの各々の使用状態を示した使用状態側面図である。

まず、熱可塑性素材２を実装した成形用型１が図示しない搬送手段により搬入口１９から成形チャンバ１４内に搬入される。成形用型１が加熱ステージＡの下回転プレート１７上に搬送されると、加熱ステージＡの駆動手段２１（シリンダー）の駆動により上回転プレート１８及び上加熱ブロック１６が降下し、上回転プレート１８が成形用型１に当接して成形用型１を狭持する。これにより、成形用型１に実装した熱可塑性素材２を所望の温度まで昇温させ、熱可塑性素材２を加熱軟化させる。

一例を示すと、加熱ステージＡでは、温度が５７０℃〜６００℃に昇温され、また、押圧力は、２０ｋｇ／ｃｍ^２である。この状態では、熱可塑性素材２はやや軟化しており、変形が開始される。

この時、成形用型１を加熱しながら、下回転プレート１７を回転させて、成形用型１を上回転プレート１８と共に回転させる。下回転プレート１７を加熱中に回転させることで、下回転プレート１７は加熱ステージＢの下加熱ブロック１５や成形チャンバ１４内の雰囲気などの不均一な温度の影響を受けずに、均一な温度になる。このため、下回転プレート１７から成形用型１の当接する面に均一に熱を伝えることができる。また成形用型１自体も回転することで、成形チャンバ１４内の雰囲気などの不均一な温度の影響を受けない。これにより、成形用型１の全体の温度が均一になり、熱可塑性素材２の全体を均一の温度で加熱することができる。

また、制御装置２７は、熱電対３１で計測した温度が所望の温度に到達するか、加熱後、一定の時間が経過するか、の何れかの契機により、下回転プレート１７の回転を停止させる。そして、加熱ステージＡで加熱された成形用型１を搬送手段２６により、次の加圧ステージＢに搬送される。

次に、成形用型１は、加圧ステージＢの下回転プレート１７上に搬送され、シリンダーの駆動により上回転プレート１８及び上加熱ブロック１６が降下し、下回転プレート１７が成形用型１に当接して成形用型１を狭持する。これにより、熱可塑性素材２は、成形用型１の下型３の成形面３ａ及び上型４の成形面４ａの成形面形状が転写されて、目的の形状に成形される。

一例を示すと、加圧ステージＢでは、温度が６００℃付近に保持され、また、押圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ^２である。この状態では、熱可塑性素材２は変形可能に軟化しており、かつ十分な押圧力が付与されて変形する。

この時、成形用型１を加圧しながら、下回転プレート１７を回転させて、成形用型１を
回転させる。また、制御装置２７は、熱電対３１で計測した温度が所望の温度に到達するか、加熱後、一定時間が経過するか、あるいは、変位計２５で計測した熱可塑性素材２の変位量のいずれかにより、下回転プレート１７の回転を停止させる。

そして、成形用型１は、冷却ステージＣの下回転プレート１７上に搬送され、シリンダーの駆動により上回転プレート１８及び上加熱ブロック１６が降下し、下回転プレート１７が成形用型１に当接して成形用型１を狭持する。これにより、熱可塑性素材２は、所望の温度まで降温させ、加圧ステージＢにより成形された成形面形状が定めた形状に成形される。

一例を示すと、冷却ステージＣでは、温度が６００℃〜２００℃に冷却され、また、押圧力は、３０〜５ｋｇ／ｃｍ^２である。このとき、熱可塑性素材２には所定の押圧力が付与された状態で冷却が開始される。

この時、成形用型１を冷却しながら、下回転プレート１７を回転させて、成形用型１を回転させる。また、加熱ステージＡと同様に、制御装置２７は、熱電対３１で計測した温度が所望の温度に到達するか、冷却後、一定の時間が経過するか、の何れかの契機により、下回転プレート１７の回転を停止させる。このように、成形用型１を回転させることで、下加熱ブロック１５から成形用型１に均一に熱を伝えることができるため、熱可塑性素材２の全体を均一の温度で冷却することができる。

熱可塑性素材２の冷却が終了した後、成形用型１は、成形チャンバ１４内から図示しない搬出チャンバに搬出される。そして、熱可塑性素材２が硬化する温度以下で、且つ、成形用型１が搬出チャンバから搬出されて大気に晒されても劣化しにくい温度以下まで徐冷される。

この後、成形用型１は、搬出チャンバから搬出されて図示しない搬出台上に載置される。そして、図示しない取出し手段により、成形用型１から成形された光学素子が取出される。このようにして、光学素子が成形される。

このように、各ステージにおいて、成形用型１の全体を均一の温度により加熱、加圧、冷却することで、成形用型１に伝わる温度のばらつきを防止することができ、高精度な光学素子を製造することができる。

なお、本実施の形態では、成形用型１の回転速度は一定としたが、成形用型１の回転途中で回転速度を変化させても良い。
（実施形態２）
図５Ａは、本実施の形態による製造装置の一部分を模式的に示した部分側断面図であり、図５Ｂは、製造装置の一部分を模式的に示した部分平面図である。尚、上述した、実施形態１と同一又は相当する部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態において、製造装置５０は、下回転プレート１７上に一対の柱状の回転規制ブロック５１を具備して構成されている。この回転規制ブロック５１は、成形用型の搬送方向軸上には配置されず、搬送方向軸を挟んで互いに対向した位置に搬送方向に沿って配置されている。

次に、本実施の形態に用いる成形用型の説明を行う。図６は、本実施の形態による成形用型の下型を模式的に示した斜視図である。本実施の形態において、下型６３は、矩形のフランジ部６３ａにより構成されている。

図７Ａは、本実施の形態による製造装置に成形用型を備えた状態を模式的に示した部分側断面図であり、図７Ｂは、製造装置に成形用型を備えた状態を模式的に示した部分平面図である。

図７Ｂに示すように、回転規制ブロック５１は、下型６３を挟んで互いに対向して配置されている。そして、回転規制ブロック５１は、下型６３のフランジ部６３ａの幅に合わせて間隔を設けて配置されている。

このように、下回転プレート１７上に回転規制ブロック５１を設けることで、下回転プレート１７が回転する際、下回転プレート１７に載置される成形用型を下回転プレート１７の中心位置に位置決めすることができる。

（実施形態３）
図８Ａは本実施の形態による製造装置を模式的に示した平面図であり、図８Ｂは、図８Ａにおける線Ａ−Ａ´を示した側断面図であり、図８Ｃは、搬送手段を模式的に示した平面図である。尚、上述した、実施形態１と同一又は相当する部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態では、製造装置８０は、成形用型１の回転中にスリーブ５を温度制御する温度制御ローラ８１（第２の温度制御手段）を具備して構成されている。
温度制御ローラ８１は、成形用型１のプレス方向を軸として回転させる第１の回転ローラ８２と、第１の回転ローラ８２の内部に配置された成形用型１を温度制御する回転体用ヒータ８３（第２の温度制御手段）（温度制御機構）とを具備して構成されている。

第１の回転ローラ８２は、スリーブ５の側面に当接して配置されている。すなわち、成形用型１が下回転プレート１７により回転することで、第１の回転ローラ８２も成形用型１と一緒に回転するように配置されている。

第１の回転ローラ８２の下方には、第１の回転ローラ８２を支持するベアリング８４が配置されている。また、第１の回転ローラ８２の中心部には、貫通孔が設けられており、この貫通孔に挿通して配置される回転体用ヒータ８３が備えられている。したがって、第１の回転ローラ８２は、回転体用ヒータ８３を軸にして、成形用型１の回転力を受けて回転するように配置されている。

一方、搬送アーム保持部８５は、成形用型１にかかる第１の回転ローラ８２の押圧力を支持する第２の回転ローラ８６を具備して構成されている。そして、第２の回転ローラ８６は、成形用型１を挟んで第１の回転ローラ８２に対向したスリーブ５の側面に当接して配置されている。すなわち、成形用型１が下回転プレート１７により回転することで、第２の回転ローラ８６も成形用型１と一緒に回転するように配置されている。

以下、本実施の形態の製造装置８０を用いた製造方法の一例について、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら説明する。
まず、成形用型１を加熱ステージＡの下回転プレート１７上に設置する。この時、第１の回転ローラ８２及び第２の回転ローラ８６をスリーブ５の側面に当接した位置に設置する。

そして、下回転プレート１７を回転させることで、成形用型１が安定して回転し、成形用型１の回転に伴い、第１の回転ローラ８２及び第２の回転ローラ８６も成形用型１と一緒に回転する。この時、第１の回転ローラ８２に設けられた、回転体用ヒータ８３により、第１の回転ローラ８２の温度が上昇し、スリーブ５の側面に熱が伝わる。そして、成形
用型１を回転させながら、スリーブ５の側面を加熱しているため、スリーブ５の側面の全体に熱が伝わる。このように、スリーブ５の側面からも熱及び回転力を伝えることで、成形用型１の温度の均一化をより高速化させることができる。

また、一方向からの加熱で、成形用型１の全周に均一に加熱可能であるため、側面を加熱するための温度制御装置を成形用型１の全周に設置する必要がなく、製造装置８０を小型化することができる。

尚、ここでは、加熱ステージＡについて、説明したが、加圧ステージＢ、冷却ステージＣにおいても、温度制御装置の温度の設定を変えて、加圧、冷却することが可能であり、成形用型１の温度の均一化をより高速化させることができる。

（実施形態４）
図９Ａは、本実施の形態による製造装置を模式的に示した平面図であり、図９Ｂは、図９Ａにおける線Ｂ−Ｂ´を示した断面図である。尚、上述した実施形態１と同一又は相当する部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

製造装置９０は、成形用型１の回転中にスリーブ５を温度制御する流体式ヒータ９１（第２の温度制御手段）を具備して構成されている。
流体式ヒータ９１は、成形用型１の回転中にスリーブ５に成形用型１のプレス方向に対して直交する位置に配置されている。すなわち、流体式ヒータ９１は、スリーブ５の側面の一方向から熱媒体としてのガスｇ０を吹き付けて加熱するものである。

以下、本実施の形態の成形装置を用いた製造方法の一例について、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら説明する。
まず、成形用型１を加熱ステージＡの下回転プレート１７上に設置する。そして、下回転プレート１７及び上回転プレート１８により成形用型１を狭持させて下回転プレート１７の駆動により成形用型１が回転する。

この時、スリーブ５の側面の一方向からガスｇ０を吹き付ける。このように、成形用型１を回転させながら、スリーブ５の側面にガスｇ０を吹き付けて加熱しているため、スリーブ５の側面の全体に熱が伝わる。

これにより、成形用型１を回転させながら、スリーブ５の側面からも温度制御することで、成形用型１の温度の均一化をより高速化させることができる。
また、本実施の形態によれば、成形用型１を回転させながら、一方向からのガスを吹き付けることで、成形用型１の全周にガスｇ０が均一に吹き付けられるため、側面を温度制御するための温度制御装置を成形用型１の全周に設置する必要がなく、製造装置９０を小型化することができる。

尚、ここでは、加熱ステージＡについて、説明したが、加圧ステージＢ、冷却ステージＣにおいても、温度制御装置の温度の設定を変えて、加圧、冷却することが可能であり、成形用型１の温度の均一化をより高速化させることができる。

（実施形態５）
図１０は、本実施の形態による製造装置を模式的に示した側断面図である。尚、上述した実施形態１と同一又は相当する部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態では、製造装置１００は、単一の成形ステージで全工程（加熱、加圧、れ冷却）を行う製造装置１００である。成形用型１０１は、一つのステージに固定して配置
されている。つまり、成形用型１０１は、熱可塑性素材１０２を載置する下型１０３、熱可塑性素材１０２を挟んで下型１０３に対向した位置に配置される上型１０４から構成されており、下型１０３及び上型１０４は、夫々、下回転プレート１７及び上回転プレート１８の下型及び上型との当接面上に設けられた下アタッチメント１０６及び上アタッチメント１０７により固定されて配置されている。従って、上述した実施形態１から４のように、スリーブにより下型及び上型が摺動自在に案内されるものではない。

製造装置１００は、上基板１１１、下基板１１２及び側板１１３から構成される成形チャンバ１１４内に成形用型１０１を加熱、加圧、冷却するステージを配置して構成されている。

側板１１３には、搬送アーム１１７により搬入台から成形チャンバ１１４に熱可塑性素材１０２が搬入される際に開放する搬入シャッタ１１５と、成形チャンバから搬出台に熱可塑性素材１０２が搬出される際に開放する搬出シャッタ１１６とが設けられている。

ステージの下方には、下型１０３を載置する下回転プレート１７と、下回転プレート１７に当接した位置に配置され、成形用型１０１を加熱する下加熱ブロック１５とを具備して構成されている。

本実施の形態では、上述したように、成形用型１０１は、下型１０３、上型１０４から構成されているため、下回転プレート１７の下型１０３の載置面には、下型１０３を固定する下アタッチメント１０６を具備して構成されている。

一方、ステージの上方には、上型１０４を保持する上回転プレート１８と、上回転プレート１８に当接した位置に配置され、成形用型１０１を加熱する上加熱ブロック１６とを具備して構成されている。

この上回転プレート１８は、回転駆動手段としてのモータ１０８によって回転可能となっている。また、モータ２２とモータ１０８とは、制御装置によって制御されており、下回転プレート１７と上回転プレート１８とが同期して回転できるようになっている。

本実施の形態では、上述したように、成形用型１０１は、下型１０３、上型１０４から構成されているため、上回転プレート１８の上型１０４の保持面にも、上型１０４を固定する上アタッチメント１０７を具備して構成されている。

以下、本実施の形態の成形装置を用いた製造方法の一例について、図１０を参照しながら説明する。
まず、搬送アーム１１７により下型１０３の成形面上に熱可塑性素材１０２を載置する。そして、シリンダーを駆動させて上型１０４を下降させ、下型１０３及び上型１０４の間に熱可塑性素材１０２を挟み込んで熱可塑性素材１０２を加熱軟化させる。

この時、下回転プレート１７及び上回転プレート１８により下型１０３及び上型１０４を成形用型１０１のプレス方向を軸にして回転させる。このように下型１０３及び上型１０４を回転させることで、下加熱ブロック１５及び上加熱ブロック１６の熱が下型１０３及び上型１０４の全体に均一に伝わり、成形用型１０１の全体を均一に加熱することができる。

次に、熱可塑性素材１０２を転移点以上で且つ軟化点以下まで加熱軟化させた後、シリンダーを駆動させて上型１０４を更に下降させることで熱可塑性素材１０２を加圧しながら所望の形状に成形する。

そして、熱可塑性素材１０２の加圧成形が終了した後、下加熱ブロック１５及び上加熱ブロック１６の温度を下げ、例えば、下型１０３及び上型１０４の成形面が外気に触れても酸化しない温度になるまで冷却する。この間、下回転プレート１７及び上回転プレート１８は、所望の温度に到達するか、加熱後、一定の時間が経過するか、の何れかの契機により回転を停止させる。

冷却が終了した後、シリンダーの駆動により上型１０４を上昇させ、搬送アーム１１７により、熱可塑性素材１０２を成形チャンバ１１４内から搬出する。その後、搬送アーム１１７から成形された光学素子を取り出すことにより、光学素子の製造が完了する。

このように、加熱時、加圧時、冷却時に成形用型１０１を回転させることで、成形用型１０１に伝わる温度のばらつきを防止することができ、高精度な光学素子を製造することができる。

（付記１）
一対の上型及び下型とこれらを嵌挿するスリーブとを有する型セット内で成形素材を成形する光学素子の製造方法において、上記型セットを回転させる工程と、上記型セットをプレスして上記成形素材を成形する工程とを備えることを特徴とする光学素子の製造方法。

（付記２）
成形工程に応じて、回転の有無又は速度を温度、時間、熱可塑性素材の変位量に応じて変化させることを特徴とする。

（付記３）
回転中に一方向から加熱あるいは冷却を行うことを特徴とする。

本発明の実施形態の成形用型を模式的に示した側断面図である。 本発明の実施形態１の製造装置を模式的に示した側断面図である。 本発明の実施形態１の製造装置を模式的に示した平面図である。 本発明の実施形態１の制御系の構成例を示したブロック図である。 本発明の実施形態１の成形ステージの下方を拡大して示した拡大側断面図である。 本発明の実施形態１の製造装置に使用状態を示した使用状態側面図である。 本発明の実施形態２の製造装置の一部分を模式的に示した部分側断面図である。 本発明の実施形態２の製造装置の一部分を模式的に示した平面図である。 本発明の実施形態２の成形用型の下型を模式的に示した斜視図である。 本発明の実施形態２の製造装置の一部分の使用状態を示した使用状態側断面図である。 本発明の実施形態２の製造装置の一部分の使用状態を示した使用状態平面図である。 本発明の実施形態３の製造装置を模式的に示した平面図である。 図８Ａにおける線Ａ−Ａを模式的に示した側断面図である。 本発明の実施形態３の搬送手段を模式的に示した平面図である。 本発明の実施形態４の製造装置を模式的に示した平面図である。 図９Ａにおける線Ｂ−Ｂを模式的に示した側断面図である。 本発明の実施形態５の製造装置を模式的に示した側断面図である。 従来の製造装置における下加熱ブロックの上面の温度分布を示した温度分布表である。

符号の説明

１ 成形用型
２ 熱可塑性素材
３ 下型
３ａ 成形面
４ 上型
４ａ 成形面
５ スリーブ
１０ 製造装置
１１ 上基板
１２ 下基板
１３ 側板
１４ 成形チャンバ
１５ 下加熱ブロック
１５ａ プレート
１５ｂ 加熱用ヒータ
１６ 上加熱ブロック
１６ａ プレート
１６ｂ 加熱用ヒータ
１７ 下回転プレート
１７ａ プレート
１７ｂ 回転軸
１８ 上回転プレート
１８ａ プレート
１８ｂ 回転軸
１９ 搬入シャッタ
２０ 搬出シャッタ
２１ 駆動手段
２２ モータ
２３ バネ部材
２４ ギア
２５ 変位計
２６ 搬送手段
２６ａ 搬送アーム
２６ｂ 搬送アーム保持部
２７ 制御装置
３１ 熱電対
５０ 製造装置
５１ 回転規制ブロック
６３ 下型
６３ａ フランジ部
８０ 製造装置
８１ 加熱ローラ
８２ 第１の回転ローラ
８３ 回転体用ヒータ
８４ ベアリング
８５ 搬送アーム保持部
８６ 第２の回転ローラ
９０ 製造装置
９１ 流体用ヒータ
１００ 製造装置
１０１ 成形用型
１０２ 熱可塑性素材
１０３ 下型
１０４ 上型
１０６ 下アタッチメント
１０７ 上アタッチメント
１０８ モータ
１１１ 上基板
１１２ 下基板
１１３ 側板
１１４ 成形チャンバ
１１５ 搬入シャッタ
１１６ 搬出シャッタ
Ａ 加熱ステージ
Ｂ 加圧ステージ
Ｃ 冷却ステージ
ｇ０ ガス

Claims (4)

1. 成形用型に実装された熱可塑性素材を加熱軟化して成形する光学素子の製造装置において、
   前記成形用型を前記成形用型のプレス方向を軸として回転させる回転手段と、
   前記成形用型の回転中に前記成形用型を前記プレス方向から温度制御する温度制御手段と、
   前記成形用型の回転中に前記成形用型の前記プレス方向に交差する一方向から温度制御する第２の温度制御手段と、
   温度、時間、前記熱可塑性素材の変位量の何れか一つを契機に前記回転手段の回転を制御する制御手段と、
   を具備し、
   前記成形用型は、筒状のスリーブと、前記スリーブの両端に前記プレス方向に対向するように挿入される下型及び上型から構成され、前記温度制御手段は前記下型及び上型を温度制御し、前記第２の温度制御手段は前記スリーブを温度制御する、
   ことを特徴とする光学素子の製造装置。
2. 前記第２の温度制御手段は、前記成形用型の前記スリーブに当接し、前記成形用型の前記プレス方向を軸として回転する第１の回転ローラと、
   前記第１の回転ローラの内部に挿通して配置され、前記スリーブを温度制御する温度制御機構と、を具備すること、
   を特徴とする請求項１記載の光学素子の製造装置。
3. 前記第２の温度制御手段は、前記成形用型の回転中に前記スリーブに前記成形用型の前記プレス方向に交差する一方向から熱媒体としてガスを吹き付けて温度制御する流体式ヒータを具備すること、
   を特徴とする請求項１記載の光学素子の製造装置。
4. 前記回転手段は、前記成形用型の前記上型及び前記下型を狭持する回転プレートからなり、前記回転プレートに前記回転プレートの回転を妨げることなく前記温度制御手段を前記回転プレートの背面に押し当てる付勢手段を具備すること、
   を特徴とする請求項１記載の光学素子の製造装置。

Images