JP5494471B2 - 光学素子の成形方法および成形装置 - Google Patents
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Description
5……真空チャンバー、6、7……スライド扉、9……ワークストッカー
11……素子成形部(素子成形手段)、12……上成形型
13……下成形型、14……石英管、15……成形ヒーター
16……第1素子予熱部、16a……第1ヒーター
17……第2素子予熱部、17a……第2ヒーター
19……第1素子冷却部、19a……第1放熱装置
20……第2素子冷却部、20a……第2放熱装置
21……ガイドレール、22……搬送アーム
23……吸着パッド(素子搬送部材)、23a……吸気口
23b……パッド本体、23c……素子当接部位、23d……熱抵抗部
25……ホットプレート(搬送部材加熱手段)、26……補助アーム
26a……アーム本体、26b……ワーク支持片
27……ワーク支持台、27a、27b……ワーク搭載片
31……パレット、32……ガイドレール、33……搬送アーム
34……吸着パッド、35……制御部、41……加熱装置、43……伝熱板
45……ヒーター、49……温度センサ、51……ヒーター電力供給部
52……シーケンスコントローラ、53……モーター制御部
55……モーター、56……オン/オフ弁、57……通気管
58……温度制御部(温度制御手段)、59……ボールねじ
60……素子把持具(素子搬送部材)、61……把持片
61a……素子当接部位、141……搬送装置(素子搬送手段)
241……載置台、W……光学素子、
実施の形態1に係る光学素子の成形装置を、図1〜13を用いて説明する。成形装置1は、図3の透視図に示したように、機体フレーム2上に、成形室3、真空チャンバー5及びワークストッカー9が区画されて設けられている。後の説明上、成形装置1の向きを図1及び3に示したX、YおよびZ方向で表わす。成形室3内は窒素でパージされて窒素雰囲気となっている。ロードロックチャンバーなどの真空チャンバー5が成形室3に隣接して設けられている。成形室3と真空チャンバー5との間にはスライド扉6が開閉自在に設置されている。さらに、ワークストッカー9が真空チャンバー5を包囲しており、真空チャンバー5とワークストッカー9との間にはスライド扉7が開閉自在に設置されている。
光学素子Wの成形前の材料として、フリント系ガラス(Tg=560℃)からなる球面レンズを用いた。この材料を、第1予熱工程で250℃に加熱し、さらに第2予熱工程で450℃に加熱した。次いで、加熱された材料を吸着パッド23を用いて素子成形部11に搬送した。この際、吸着パッド23(ポリイミド製)はホットプレート25で300℃に予め加熱した。成形部11の上下成形型に導入時の材料の温度は420℃であった。成形型中で加熱及び加圧する過程での材料の最大温度は650℃であった。加熱及び加圧終了後、成形された材料の温度が420℃に降下したときに成形材料を上下成形型から取出し、吸着パッド23により第1素子冷却部19に搬送し、90℃まで冷却した。この際、吸着パッド23はホットプレート25で300℃に予め加熱しておき、また、成形材料が搬送される第1素子冷却部19の爪43(ステンレスSUS304)の温度は予め380℃に加熱しておいた。次いで、成形材料を第1素子冷却部19から第2素子冷却部20に搬送し、55℃まで冷却した。こうして得られた光学素子は、型通りの平滑な曲面を有しており、クラックや歪は無かった。
上記実験では成形された材料の温度が420℃に降下したときに成形材料を上下成形型から取出し、300℃に加熱した吸着パッド23で搬送したが、この追加実験では、成形された材料の温度を400℃に降下させて上下成形型から取出し且つ吸着パッド23の温度を以下のように変更した以外は、上記実験例と同様の操作を行った。追加実験1−1では、吸着パッド23の温度を170℃とした(成形材料との温度差230℃)。2種類のフリント系ガラスについてこの実験を行ったところ、1種類のフリント系ガラスの成形材料に欠陥が生じた。また、1種類のクラウン系ガラスについても同じ実験を行ったところ、成形材料に欠陥が生じた。追加実験1−2では、吸着パッド23の温度を220℃とした(成形材料との温度差180℃)。追加実験1−1と同じ3種の成形材料(2種のフリント系ガラスと1種のクラウン系ガラス)についてこの実験を行ったが、得られた成形材料には、いずれもクラックなどの欠陥は見出されなかった。
上記実験では成形された材料の温度が420℃に降下したときに成形材料を上下成形型から取出し、380℃に予め加熱した第1素子冷却部19の爪43で成形された材料を受け取ったが、この追加実験では、成形された材料の温度を400℃に降下させて上下成形型から取出し且つ第1素子冷却部19の爪43の温度を以下のように変更した以外は、先の実験例と同様の操作を行った。追加実験2−1では、爪43の温度を300℃とした(成形材料との温度差100℃)。追加実験1−1で用いたのと同じ2種類のフリント系ガラスについてこの実験を行ったところ、1種類のフリント系ガラスの成形材料に欠陥が生じた。また、追加実験2−1で用いたのと同じ1種類のクラウン系ガラスについて同じ実験を行ったところ、成形材料に欠陥が生じた。追加実験2−2では、爪43の温度を400℃とした(成形材料と同温度)。追加実験2−1と同じ3種類の成形材料(2種類のフリント系ガラスと1種類のクラウン系ガラス)についてこの実験を行ったが、いずれも成形材料に欠陥は生じなかった。
図14および図15は、本発明の実施の形態2で用いた素子把持具(素子搬送部材)60を示す図である。実施の形態2では、実施の形態1で用いた素子搬送部材と異なる素子搬送部材を用いた以外は実施の形態1と同様の成形装置1を用い、同様の操作で光学素子を成形した。実施の形態1と共通する説明は省略する。
図16は、本発明の実施の形態3で用いた加熱装置を示す図である。実施の形態3では、図16に示すように、実施の形態1で用いた加熱装置41において、テーブル47および壁体46が省かれ、赤外線ヒーター43が加熱載置台42の下方に設置されている点で相違する以外は、実施の形態1と同様の成形装置1を用い、同様の操作で光学素子を成形した。実施の形態1と共通する説明は省略する。この実施の形態においては、上述した実施の形態と同じ効果を奏するのに加えて、光学素子Wの外周に壁体46が無いため、光学素子Wの出し入れが円滑になり、また、レンズの形状(直径、凹面形状、凸面形状)に依存しないという利点がある。
上述した実施の形態では、吸着パッド23の素子当接部位23cを加熱するのに、吸着パッド23とは別個のホットプレート25にこの素子当接部位23cを押し当てる場合について説明した。しかし、油浴または金属浴により、吸着パッド23の素子当接部位23cを高温の液体に浸漬して加熱することもできる。また、吸着パッド23の素子当接部位23cを放射熱(輻射熱)で加熱することも可能である。さらに、小型軽量の搬送部材加熱手段(図示せず)、例えば、電熱ヒーター、セラミックヒーターを吸着パッド23に組み込んでも構わない。この場合には、ホットプレート25などの吸着パッド加熱装置を省略することができる。
Claims (26)
- 複数の光学素子を順次成形する成形方法であって:
光学素子を素子加熱部で予備加熱することと;
予備加熱した光学素子を前記素子加熱部から成形型に搬送することと;
前記成形型中で、前記光学素子をガラス転移点より高い温度に加熱しながら成形することと;
成形された光学素子をガラス転移点より低く且つ400℃以上の温度で成形型から取り出すことと;
成形型から取り出した光学素子を、その光学素子の温度よりも200℃より低くない温度に加熱した部材で把持して冷却部に搬送することと;
前記冷却部で前記光学素子を冷却することを含む光学素子の成形方法。 - 前記光学素子を前記成形型に搬送するときに、その光学素子の温度よりも200℃より低くない温度に加熱した前記部材で把持して前記成形型に搬送する請求項1に記載の成形方法。
- 冷却部が光学素子と接触する部位を有し、この部位の温度を、冷却部に搬送される光学素子の温度よりも200℃より低くない温度に維持する請求項1に記載の成形方法。
- 前記部材を、当該部材と異なる加熱体に接触させることで加熱する請求項1に記載の成形方法。
- 複数の光学素子が少なくとも第1〜第3の光学素子を含み、第1の光学素子が予備加熱されているときに、第2の光学素子が成形され且つ第3の光学素子が前記冷却部で冷却されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の成形方法。
- 第1の光学素子を予備加熱している間に、前記部材を加熱する請求項1〜5のいずれか一項に記載の成形方法。
- 前記部材が光学部材に当接する当接部と光学素子を減圧吸引する吸引口を有する請求項1に記載の成形方法。
- 前記光学素子の加熱及び冷却時には、前記部材が光学素子から離脱している請求項1に記載の成形方法。
- 前記素子加熱部が複数の加熱エリアを有し、それらの加熱エリアにおいて光学素子が段階的に加熱される請求項1に記載の成形方法。
- 冷却部が複数の冷却エリアを有し、それらの冷却エリアで光学素子が段階的に冷却される請求項1に記載の成形方法。
- 光学素子を成形する成形装置であって:
光学素子をガラス転移点より高い温度に加熱しながら成形する成形部と;
成形部で成形された光学素子が冷却される冷却部と;
光学素子を着脱可能に把持する把持部を有し、光学素子の温度が前記ガラス転移点より低く且つ400℃以上の温度で、上記光学素子を把持部で把持して成形部から取り出して前記冷却部に搬送する搬送部と;
前記把持部を、成形部から取出された光学素子の温度より200℃より低くない温度に加熱する加熱部とを備える成形装置。 - 前記加熱部は伝熱板を有し、前記把持部が伝熱板に接触することで前記把持部を加熱する請求項11に記載の成形装置。
- 前記把持部は光学素子を減圧吸着する吸気口を有する請求項11に記載の成形装置。
- 把持部は、光学素子に当接する当接部を有し、該当接部が前記伝熱板に接触することで加熱される請求項12に記載の成形装置。
- 前記当接部が、高温耐性樹脂、低熱伝導性セラミックス及び耐熱ガラスからなる群から選ばれた一種から形成されている請求項14に記載の成形装置。
- 前記把持部は、前記光学素子を冷却部に搬送した後、当該光学素子の把持を解除し、把持部から解除された状態で光学素子が冷却される請求項11に記載の成形装置。
- 前記冷却部は、冷却温度の異なる複数の放熱装置を備える請求項11に記載の光学素子の成形装置。
- さらに、光学素子を予備加熱する素子加熱部を有する請求項11に記載の光学素子の成形装置。
- 前記素子加熱部は、加熱温度の異なる複数の加熱装置を備える請求項18に記載の光学素子の成形装置。
- 前記素子加熱部、前記成形部、前記冷却部は、不活性ガス雰囲気の成形室に設けられ、成形室には真空チャンバーが付設され、前記成形室と前記真空チャンバーとの間には扉が開閉自在に取り付けられている請求項18に記載の光学素子の成形装置。
- 前記冷却部は、前記光学素子を支持する支持部材と支持部材を加熱する加熱装置を有し、前記支持部材が前記光学素子を支持したときに、当該支持部材の当該光学素子に当接する部位の温度が当該光学素子の温度に対して光学素子の温度より200℃より低くない温度範囲になるように加熱装置を制御する温度制御部が設けられている請求項11に記載の光学素子の成形装置。
- 前記温度制御部は、前記支持部材が前記光学素子を支持した後、前記加熱装置による当該支持部材の加熱動作を中止して当該光学素子を放冷する請求項21に記載の光学素子の成形装置。
- 前記支持部材は、前記光学素子を支持する爪と、この爪を加熱するヒーターと、このヒーターを断熱部材を介して支持する載置台とを備える請求項21に記載の光学素子の成形装置。
- 前記素子加熱部が、前記光学素子に対して熱を放射する放熱面及び前記光学素子の外周部に当接して支持する支持凸部が設けられた載置台と、前記加熱載置台を加熱する加熱具を備え、前記放熱面と前記光学素子の載置予定領域との間には放熱空間が形成されている請求項18に記載の光学素子の成形装置。
- 前記加熱載置台の周囲には、壁体が設けられ、前記加熱具は、前記壁体の周囲に設けられている請求項23に記載の光学素子の成形装置。
- 前記壁体は、金属炭化物から形成されている請求項25に記載の光学素子の成形装置。
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