WO2018123825A1 - 光学素子の成形装置および光学素子の成形方法 - Google Patents

光学素子の成形装置および光学素子の成形方法 Download PDF

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元章 尾崎
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オリンパス株式会社
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    • C03B11/16—Gearing or controlling mechanisms specially adapted for glass presses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses

Definitions

  • the present invention relates to an optical element molding apparatus and an optical element molding method.
  • the oxygen inside the mold is evacuated before heating and then replaced with an inert gas.
  • fine foreign matters for example, fine dust around the periphery, dust, and dust
  • the inert gas fine foreign matters (for example, fine dust around the periphery, dust, and dust) may be mixed into the mold through the through holes formed in the sleeve and the spacer.
  • the molding material is molded with foreign matter mixed therein, which may cause molding failure of the optical element.
  • the present invention has been made in view of the above, and an optical element molding apparatus and an optical device capable of suppressing foreign matter from being mixed into a mold during inert gas replacement and suppressing molding defects of the optical element.
  • An object is to provide a method for forming an element.
  • an optical element molding apparatus is an optical element molding apparatus that molds an optical element by press-molding a heat-softened molding material.
  • the first mold and the second mold facing each other across the molding material, and the first mold and the second mold are disposed around the first mold and the second mold.
  • a mold set having a mold, a replacement chamber for replacing the atmosphere inside the mold set, a molding chamber for heating, pressing and cooling the molding material, and the first through hole and the second through hole communicate with each other.
  • the mold set While maintaining the state that is not
  • the mold set is transported from the replacement chamber toward the molding chamber while the spacer is rotated relative to the sleeve, and a first transport arm that transports the mold set and puts it into the replacement chamber. And a second transfer arm that is put into the molding chamber in a state where the first through hole and the second through hole communicate with each other.
  • the first transport arm has a contact surface in surface contact with the outer surface of the spacer
  • the second transport arm is It has a contact surface that makes line contact with the outer surface of the spacer and rotates the spacer with the line contact portion as an action point.
  • the sleeve has a protruding portion protruding from an outer peripheral surface of the sleeve, and the spacer is formed on an inner peripheral surface of the spacer, A first groove extending along the circumferential direction of the spacer; and a second groove extending along the axial direction of the spacer.
  • an optical element molding method is an optical element molding method for molding an optical element by press molding a heat-softened molding material.
  • a first mold and a second mold; a sleeve having a first through hole communicating with a cavity between the first mold and the second mold; and a second penetration A first conveying step of conveying a mold set having a spacer formed with a hole while maintaining the state where the first through hole and the second through hole are not in communication with each other, and placing the mold set in a replacement chamber And the mold set is conveyed from the replacement chamber to the molding chamber while rotating the spacer relative to the sleeve, and the first through hole and the second through hole communicate with each other.
  • a second transfer step to be put into the molding chamber in a state of being Characterized in that it comprises a.
  • the mold set is transferred to the replacement chamber in a state where the first through-hole of the sleeve and the second through-hole of the spacer are not in communication, the first through-hole is replaced.
  • the inert gas replacement is performed in a state where the hole and the second through hole communicate with each other, the entry path of the foreign matter to the cavity between the upper mold and the lower mold can be extended. Therefore, foreign matters are less likely to enter the cavity, and molding defects of the optical element can be suppressed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of an optical element molding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention is cut in the axial direction.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention is cut in the radial direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention is cut in the radial direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of an optical element molding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention is cut in the axial direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing how the mold set is transported by two types of transport arms in the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention is cut in the radial direction.
  • FIG. 7 is a side view showing a mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention, and shows a through hole of the sleeve and a through hole of the spacer when the mold set is conveyed to the replacement chamber. It is a figure which shows these positional relationships.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention is cut in the radial direction.
  • FIG. 7 is a side view showing a mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention, and shows a through hole of the sleeve and a through hole of the spacer
  • FIG. 8 is a side view showing a mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention, in which the through holes of the sleeve and the spacers when the mold set is conveyed from the replacement chamber to the molding chamber are shown. It is a figure which shows the positional relationship with a through-hole.
  • FIG. 9 is a side view showing a mold set of the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention, and the through hole of the sleeve and the penetration of the spacer after the mold set is conveyed from the replacement chamber to the molding chamber. It is a figure which shows the positional relationship with a hole.
  • FIG. 10 is a view showing a modified example of the conveyance path in the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which a conventional mold set is transported by two types of transport arms in the optical element molding apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • An optical element molding apparatus (hereinafter referred to as “molding apparatus”) 1 according to the present embodiment molds an optical element (glass lens) by press-molding a heat-softened molding material (glass material) M.
  • molding apparatus As shown in FIG. 1, a mold set 10, a replacement chamber 20, a molding chamber 30, and transfer arms 51 and 52 (see FIG. 5) described later are provided.
  • the replacement chamber 20 includes a chamber 21 that houses the mold set 10.
  • the chamber 21 is lowered as shown in FIG. 1 with respect to the mold set 10 transported by a transport arm 51 (see FIG. 5) described later.
  • the chamber 21 is evacuated and an inert gas (nitrogen) is introduced.
  • an inert gas nitrogen
  • the atmosphere inside the mold set 10 is replaced with a nitrogen atmosphere.
  • the chamber 21 is raised, and the mold set 10 is transported to the molding chamber 30 by a transport arm 51 (see FIG. 5) described later.
  • the molding chamber 30 is linearly arranged in the x-axis direction, and includes a heating stage 31, a press stage 32, and a cooling stage 33.
  • the heating stage 31 the molding material M in the mold set 10 is heated to near the glass transition point (T g ) by the heaters 36 provided on the upper plate 34 and the lower plate 35, thereby softening the molding material M.
  • the press stage 32 the molding material M is pressed by the mold set 10 while the molding material M is heated by the heater 36.
  • the cooling stage 33 the molding material M after pressing is cooled and cured by lowering the heating temperature of the heater 36. Thereafter, the mold set 10 is discharged from the molding chamber 30, the upper mold 11 is removed, and the molded optical elements are collected. Then, the molding material M is placed in the mold set 10, and the next molding is performed.
  • a pressurizing cylinder 38 for pressurizing the mold set 10 in the z-axis direction via a shaft 37 is provided on each upper plate 34 in the heating stage 31, the press stage 32, and the cooling stage 33.
  • a shutter 301 that can be opened and closed is provided between the molding chamber 30 and the replacement chamber 20, and after the inert gas replacement of the mold set 10 is completed in the replacement chamber 20, the shutter 301 rises.
  • the mold set 10 can be transported to the molding chamber 30.
  • the mold set 10 includes an upper mold (first mold) 11, a lower mold (second mold) 12, a sleeve 13, and a spacer 14. 1 shows a cross section obtained by cutting the mold set 10 in the radial direction, but shows a cross section different from the cross section of the mold set 10 shown in FIG. 1. Specifically, FIG. 2 shows a cross section of the mold set 10 shown in cross section cut in the XX direction.
  • the upper mold 11 and the lower mold 12 are each formed in a stepped columnar shape (convex shape), and are arranged so that the molding surfaces 11a and 12a face each other.
  • the molding surfaces 11a and 12a face each other with the molding material M interposed therebetween.
  • the sleeve 13 is for supporting the upper die 11 and the lower die 12 and positioning them.
  • the sleeve 13 is formed in a cylindrical shape and is disposed around the upper mold 11 and the lower mold 12. Further, the sleeve 13 is fitted in the step portion 12 b of the lower mold 12.
  • the sleeve 13 is formed with a through hole (first through hole) 13a penetrating in the radial direction.
  • the through-holes 13a communicate with a cavity Ca formed between the upper mold 11 and the lower mold 12, and as shown in FIG. 3, a plurality of through holes 13a are arranged in the circumferential direction of the sleeve 13 (at intervals of 90 degrees in the figure). One) is formed.
  • the spacer 14 is for defining the pressing amount of the upper die 11 by the pressure cylinder 38.
  • the spacer 14 is disposed around the sleeve 13 with a clearance Cl having a predetermined width (for example, about 0.5 mm).
  • the spacer 14 is formed with a through hole (second through hole) 14 a penetrating in the radial direction. As shown in FIG. 3, a plurality of through holes 14 a are formed in the circumferential direction of the spacer 14 (four in the figure at intervals of 90 degrees).
  • the upper end of the upper die 11 protrudes from the upper end of the spacer 14 before the molding material M is pressed.
  • the upper end of the mold 11 coincides.
  • the spacer 14 has a cross-sectional shape in which a circle and a square are combined.
  • the spacer 14 has a pair of square surface portions 141 facing each other with a central axis C therebetween, and a pair of curved surface portions 142 similarly facing each other with a central axis C therebetween.
  • the corner surface portion 141 is formed in an L shape in which two planes intersect at the corner portion 143.
  • the curved surface portion 142 is formed in an arc shape.
  • the through hole 13a of the sleeve 13 and the through hole 14a of the spacer 14 coincide with each other in the through direction as shown in FIG. If the through hole 13a and the through hole 14a communicate with each other, fine foreign matters are mixed into the cavity Ca through the through holes 13a and 14a, and the optical element is poorly molded. May cause.
  • the spacer 14 is rotated relative to the sleeve 13 in accordance with the state of conveyance of the mold set 10, thereby penetrating the through hole 13 a as shown in FIG. 3.
  • the state in which the hole 14a is not in communication and the state in which the through hole 13a and the through hole 14a are in communication as shown in FIG. 4 are switched.
  • the through hole 13a and the through hole 14a communicate with each other in the entry path R1 when an external foreign object enters the cavity Ca.
  • the approach path R1 includes a through hole 14a, a clearance Cl, and a through hole 13a.
  • the foreign matter having a mass collides within the clearance Cl (between the outer peripheral surface of the sleeve 13 and the inner peripheral surface of the spacer 14), and therefore, it is difficult to enter the cavity Ca.
  • the inert gas can enter the cavity Ca without any problem. It can be implemented.
  • the spacers are formed so that the through holes 13a and the through holes 14a are in communication with each other as shown in FIG. 14 is rotated around the central axis C.
  • the spacer 14 may be rotated by an amount (45 degrees) corresponding to half of the angular interval (90 degrees) in which the through holes 14 a are formed.
  • the forming apparatus 1 includes two types of transfer arms 51 and 52 as shown in FIG. 5 as specific means for rotating the spacer 14 according to the transfer status of the mold set 10.
  • 1 is a schematic view when the mold set 10 in the molding apparatus 1 shown in FIG. 1 is viewed from above.
  • FIG. 3 shows the mold set 10 so that the positional relationship between the through holes 13a and 14a can be understood.
  • the cross-sectional shape is the same as in FIG.
  • the transfer arm (first transfer arm) 51 is for transferring the mold set 10 to the replacement chamber 20.
  • the transfer arm 51 moves the mold set 10 to the replacement chamber 20 while maintaining the state where the through hole 13 a of the sleeve 13 and the through hole 14 a of the spacer 14 are not in communication with each other on the transfer path 40 provided up to the replacement chamber 20.
  • the placement of the mold set 10 on the conveyance path 40 that is, the initial position adjustment (see FIG. 3) of the through hole 13a of the sleeve 13 and the through hole 14a of the spacer 14 is performed by the user of the molding apparatus 1, for example.
  • the direction in which the mold set 10 is transported by the transport arm 51 y-axis direction
  • the direction in which the mold set 10 is transported by the transport arm 52 are orthogonal to each other. is there.
  • the transport arm 51 has a contact surface 511 that makes surface contact with the outer surface of the spacer 14 in the axial direction of the mold set 10.
  • the contact surface 511 has a shape corresponding to half of the shape of the outer surface of the spacer 14, that is, one corner surface portion 141 and one curved surface portion 142 continuous with the spacer 14.
  • the transfer arm 51 having such a shape brings the entire contact surface 511 into contact with the mold set 10 in a state where the through hole 13a and the through hole 14a are not in communication with each other on the transfer path 40. It is conveyed to the replacement chamber 20 while pushing 10 in the y-axis direction. At this time, since the contact surface 511 is in contact with the outer surface of the spacer 14 without a gap, the transport arm 51 does not apply a force for rotating the spacer 14 to the spacer 14 being transported.
  • the transfer arm (second transfer arm) 52 is for transferring the mold set 10 from the replacement chamber 20 to the molding chamber 30.
  • the transport arm 52 transports the mold set 10 from the replacement chamber 20 toward the molding chamber 30 while rotating the spacer 14 relative to the sleeve 13, and the through hole 13a and the through hole 14a communicate with each other.
  • the state is charged into the molding chamber 30 (second conveying step).
  • the transport arm 52 has a contact surface 521 that makes line contact with the outer surface of the spacer 14 in the axial direction of the mold set 10.
  • the contact surface 521 corresponds to half of the shape of the outer surface of the spacer 14, that is, a part of one corner surface part 141 in the spacer 14, one curved surface part 142 continuous thereto, and a part of one corner surface part 141 continued thereto. It has a shape to
  • the transfer arm 52 having such a shape first brings the contact surface 521 into line contact with the corner portion 143 of the mold set 10 in the replacement chamber 20. Then, while moving the contact surface 521 toward the mold set 10 in the x-axis direction, the spacer 14 is rotated by a predetermined angle (45 degrees in the figure) with respect to the sleeve 13 with the corner portion 143 in line contact as an action point. Let Thereby, the through-hole 13a and the through-hole 14a are connected. Thereafter, the transfer arm 52 brings the entire contact surface 521 into contact with the mold set 10 in which the through-hole 13a and the through-hole 14a communicate with each other, and pushes the mold set 10 in the x-axis direction into the molding chamber 30. Transport.
  • the mold set 10 is conveyed to the molding chamber 30 by the conveyance arm 52, the mold set 10 is conveyed to the next stage in order each time the heating, pressing, and cooling steps are completed.
  • a conveying means for conveying the mold set 10 between the stages of the molding chamber 30 for example, an angular (L-shaped) contact corresponding to the angular surface portion 141 in the spacer 14.
  • a three-armed transfer arm having three surfaces, and the three-armed transfer arm is inserted into the mold set 10 of each stage from the y-axis direction and moved in the x-axis direction. 10 is simultaneously transferred to the next stage.
  • the spacer 14 when the mold set 10 is transported to the molding chamber 30 by the transport arm 52, the spacer 14 does not rotate because the outer surface of the spacer 14 is in contact with the contact surface 521 of the transport arm 52. However, for example, if there are irregularities or steps on the lower surface of the molding chamber 30, the sleeve 13 may rotate unintentionally with respect to the spacer 14.
  • the lock mechanism includes a pin (projection) 131 formed on the sleeve 13 and a groove 14 b formed on the spacer 14.
  • the pin 131 is provided on the outer peripheral surface of the sleeve 13 and protrudes from the outer peripheral surface toward the groove portion 14b.
  • the groove part 14b is formed in the inner peripheral surface of the spacer 14, and the pin 131 is arrange
  • the groove portion 14b includes a groove portion (first groove portion) 14ba having a predetermined length extending along the circumferential direction of the spacer 14, a groove portion 14ba, and a spacer from the end of the groove portion 14ba. And a groove portion (second groove portion) 14bb having a predetermined length extending along the axial direction of the spacer 14 toward the upper portion of the spacer 14.
  • the relative position of the pin 131 with respect to the groove portion 14b does not change.
  • the pin 131 is disposed at the tip of the groove 14ba. Then, when the mold set 10 is being transported from the replacement chamber 20 to the molding chamber 30 by the transport arm 52, as shown in FIG. 7 and FIG. The relative position changes, and the pin 131 moves relatively from the groove portion 14ba to the groove portion 14bb.
  • the sleeve 13 becomes the spacer 14. On the other hand, it may rotate unintentionally.
  • a sleeve 40 can be obtained by using a conveyance path 40 ⁇ / b> A having a low friction surface 41 with a low friction coefficient and a high friction surface 42 with a high friction coefficient, instead of the conveyance path 40. 13 rotations can be prevented. Since the conveyance path 40A has a low friction surface 41 on the right side and a high friction surface 42 on the left side with respect to the conveyance direction (y-axis direction) of the mold set 10, the mold set 10 is pushed on the conveyance path 40A. By transporting the spacer 14, the spacer 14 can be rotated counterclockwise as indicated by the arrow in FIG. Therefore, the mold set 10 can be transported to the replacement chamber 20 while always maintaining the state where the pin 131 is always in contact with the tip of the groove 14b, that is, the state where the through hole 13a and the through hole 14a are not in communication. .
  • the mold set 10 is replaced in the replacement chamber 20 in a state where the through hole 13a of the sleeve 13 and the through hole 14a of the spacer 14 are not in communication.
  • the cavity between the upper mold 11 and the lower mold 12 is used. It is possible to extend (bend) the entry path of foreign matter to Ca. Therefore, foreign matters are less likely to be mixed into the cavity Ca, so that molding defects of the optical element can be suppressed.
  • the optical element molding apparatus and the optical element molding method according to the present invention have been specifically described in the form for carrying out the invention, but the gist of the present invention is not limited to these descriptions. It should be construed broadly based on the claims. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.
  • the shape of the spacer 14 of the mold set 10 is a combination of a circle and a square (see FIG. 3), and the mold set 10 is transported using two types of transport arms 51 and 52. In this way, the spacer 14 is rotated (see FIG. 5).
  • a mold set 10A including a cylindrical spacer 14A similar to the conventional one may be used.
  • the spacer 14A is gripped and rotated using, for example, a mechanical arm.
  • the through hole 13 a and the through hole 14 a are communicated with each other and conveyed to the molding chamber 30.
  • a rotary stage is provided on the lower surface of the replacement chamber 20, and after the mold set 10A is replaced with an inert gas, the mold set 10A is rotated by the rotary stage, thereby allowing the through hole 13a and the through hole 14a to communicate with each other. You may convey to the chamber 30.
  • the lower surface of the replacement chamber 20 is made the low friction surface 41 and the high friction surface 42 as shown in FIG. 10 described above, and after replacing the mold set 10A with the inert gas, the sleeve is formed by the low friction surface 41 and the high friction surface 42.
  • the through hole 13 a and the through hole 14 a may be communicated and conveyed to the molding chamber 30.

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Abstract

光学素子の成形装置１は、上型および下型と、貫通孔１３ａが形成されたスリーブ１３と、貫通孔１４ａが形成されたスペーサ１４とを有する型セット１０と、型セット１０の内部の雰囲気を置換する置換室２０と、成形素材を加熱、プレスおよび冷却する成形室３０と、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない状態を維持しながら型セット１０を搬送し、置換室２０に投入する搬送アーム５１と、スリーブ１３に対してスペーサ１４を相対的に回転させながら、型セット１０を置換室２０から成形室３０に向けて搬送し、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通している状態で成形室３０に投入する搬送アーム５２と、を備える。

Description

光学素子の成形装置および光学素子の成形方法
　本発明は、光学素子の成形装置および光学素子の成形方法に関する。
　従来、金型を用いて高温で形状を転写する光学素子の成形方法において、一対の金型と、金型の位置関係を決定するための円筒状のスリーブと、スリーブの外周に配置された円筒状のスペーサとを有する型セットを用いて成形する循環式の成形方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この成形方法では、異なる温度のヒータプレート上に型セットを搬送してプレスすることにより、金型内部の成形素材を所望の形状へと徐々に変形させる。
特許第５７８１０７１号公報
　特許文献１に示すような循環式の成形方法では、金型の酸化を防ぐため、加熱前に金型内部の酸素を真空引きした後、不活性ガスに置換するが、その真空引きの際や不活性ガスの導入時に、スリーブとスペーサに形成された貫通孔を介して、金型内部に微細な異物（例えば周辺の微細なゴミ、チリ、ホコリ）が混入してしまう場合がある。このように金型内部に異物が混入すると、成形素材に異物が混入したまま成形されてしまい、光学素子の成形不良を引き起こす可能性がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不活性ガス置換時における金型への異物の混入を抑制し、光学素子の成形不良を抑制することができる光学素子の成形装置および光学素子の成形方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子の成形装置は、加熱軟化させた成形素材をプレス成形することにより光学素子を成形する光学素子の成形装置であって、前記成形素材を挟んで互いに対向する第一の金型および第二の金型と、前記第一の金型および前記第二の金型の周囲に配置され、前記第一の金型および前記第二の金型の間のキャビティに連通する第一の貫通孔が形成されたスリーブと、前記スリーブの周囲に所定のクリアランスを隔てて配置され、第二の貫通孔が形成されたスペーサと、を有する型セットと、前記型セットの内部の雰囲気を置換する置換室と、前記成形素材を加熱、プレスおよび冷却する成形室と、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔とが連通していない状態を維持しながら前記型セットを搬送し、前記置換室に投入する第一の搬送アームと、前記スリーブに対して前記スペーサを相対的に回転させながら、前記型セットを前記置換室から前記成形室に向けて搬送し、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔とが連通している状態で前記成形室に投入する第二の搬送アームと、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る光学素子の成形装置は、上記発明において、前記第一の搬送アームは、前記スペーサの外面に対して面接触する接触面を有し、前記第二の搬送アームは、前記スペーサの外面に対して線接触し、かつ線接触した部分を作用点として前記スペーサを回転させる接触面を有することを特徴とする。
　また、本発明に係る光学素子の成形装置は、上記発明において、前記スリーブは、前記スリーブの外周面から突出する突出部を有し、前記スペーサは、前記スペーサの内周面に形成され、前記突出部が配置される溝部を有し、前記溝部は、前記スペーサの周方向に沿って延びる第一の溝部と、前記第一の溝部に連続し、前記スペーサの軸方向に沿って延びる第二の溝部と、を有し、前記第一の搬送アームによって前記型セットが前記置換室へと搬送されている際は、前記溝部に対する前記突出部の相対的位置が変化せず、前記突出部が前記第一の溝部に配置され、前記第二の搬送アームによって前記型セットが前記置換室から前記成形室へと搬送されている際は、前記スペーサの回転に伴って、前記溝部に対する前記突出部の相対的位置が変化し、前記突出部が前記第一の溝部から前記第二の溝部へと相対的に移動することを特徴とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学素子の成形方法は、加熱軟化させた成形素材をプレス成形することにより光学素子を成形する光学素子の成形方法であって、第一の金型および第二の金型と、前記第一の金型および前記第二の金型の間のキャビティに連通する第一の貫通孔が形成されたスリーブと、第二の貫通孔が形成されたスペーサとを有する型セットを、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔とが連通していない状態を維持しながら搬送し、置換室に投入する第一の搬送工程と、前記型セットを、前記スリーブに対して前記スペーサを相対的に回転させながら、前記置換室から成形室に向けて搬送し、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔とが連通している状態で前記成形室に投入する第二の搬送工程と、を含むことを特徴とする。
　本発明によれば、スリーブの第一の貫通孔とスペーサの第二の貫通孔とが連通していない状態で型セットを置換室に搬送して不活性ガス置換を行うため、第一の貫通孔と第二の貫通孔とが連通している状態で不活性ガス置換を行う場合と比較して、上型および下型の間のキャビティへの異物の進入経路を延ばすことができる。従って、異物がキャビティに混入しにくくなるため、光学素子の成形不良を抑制することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の要部の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の型セットを、軸方向に切断した状態を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の型セットを、径方向に切断した状態を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の型セットを、径方向に切断した状態を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置において、二種類の搬送アームによる型セットの搬送の様子を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の型セットを、径方向に切断した状態を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の型セットを示す側面図であり、型セットが置換室へと搬送されている際のスリーブの貫通孔とスペーサの貫通孔との位置関係を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の型セットを示す側面図であり、型セットが置換室から成形室へと搬送されている際のスリーブの貫通孔とスペーサの貫通孔との位置関係を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置の型セットを示す側面図であり、型セットが置換室から成形室へと搬送された後のスリーブの貫通孔とスペーサの貫通孔との位置関係を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置において、搬送路の変形例を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る光学素子の成形装置において、二種類の搬送アームによる従来の型セットの搬送の様子を示す図である。
　以下、本発明に係る光学素子の成形装置および光学素子の成形方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。
　本実施の形態に係る光学素子の成形装置（以下、「成形装置」という）１は、加熱軟化させた成形素材（ガラス素材）Ｍをプレス成形することにより光学素子（ガラスレンズ）を成形するものであり、図１に示すように、型セット１０と、置換室２０と、成形室３０と、後記する搬送アーム５１，５２（図５参照）と、を備えている。
　置換室２０は、型セット１０を収容するチャンバ２１を備えている。この置換室２０では、後記する搬送アーム５１（図５参照）によって搬送された型セット１０に対して、図１に示すようにチャンバ２１を下降させる。そして、チャンバ２１内を真空引きし、不活性ガス（窒素）を導入する。これにより、型セット１０の内部の雰囲気を窒素雰囲気に置換する。その後、チャンバ２１を上昇させ、後記する搬送アーム５１（図５参照）によって、型セット１０を成形室３０に搬送する。
　成形室３０は、ｘ軸方向に直線状に配置されており、加熱ステージ３１と、プレスステージ３２と、冷却ステージ３３と、を備えている。加熱ステージ３１では、上プレート３４および下プレート３５に設けられたヒータ３６によって、型セット１０内の成形素材Ｍをガラス転移点（Ｔｇ）付近まで加熱することにより、成形素材Ｍを軟化させる。また、プレスステージ３２では、ヒータ３６によって成形素材Ｍを加熱しつつ、型セット１０によって成形素材Ｍをプレスする。そして、冷却ステージ３３では、ヒータ３６の加熱温度を低下させることにより、プレス後の成形素材Ｍを冷却して硬化させる。その後、成形室３０から型セット１０を排出し、上型１１を取り外して成形後の光学素子を回収した後、型セット１０内に成形素材Ｍを配置し、次の成形を実施する。
　なお、加熱ステージ３１、プレスステージ３２および冷却ステージ３３におけるそれぞれの上プレート３４には、シャフト３７を介して、型セット１０をｚ軸方向に加圧するための加圧シリンダ３８が設けられている。また、成形室３０と置換室２０との間には、開閉可能なシャッター３０１が設けられており、置換室２０において型セット１０の不活性ガス置換が完了した後、当該シャッター３０１が上昇することにより、型セット１０が成形室３０へ搬送可能となる。
　以下、型セット１０の構成について説明する。型セット１０は、図２に示すように、上型（第一の金型）１１と、下型（第二の金型）１２と、スリーブ１３と、スペーサ１４と、を備えている。なお、同図は、型セット１０を径方向に切断した断面を示しているが、図１に示した型セット１０の断面とは異なる断面を示しており、具体的には、後記する図４に断面で示した型セット１０を、Ｘ－Ｘ方向で切断した断面を示している。
　上型１１および下型１２は、それぞれ段付きの円柱形状（凸状）に形成されており、それぞれの成形面１１ａ，１２ａが対向するように配置されている。上型１１および下型１２は、図１に示すように成形装置１内に搬送された際に、成形素材Ｍを挟んで互いの成形面１１ａ，１２ａが対向する状態となる。
　スリーブ１３は、上型１１および下型１２を支持し、かつ両者の位置決めを行うためのものである。スリーブ１３は、円筒状に形成されており、上型１１および下型１２の周囲に配置されている。また、スリーブ１３は、下型１２の段差部１２ｂに嵌合されている。スリーブ１３には、径方向に貫通した貫通孔（第一の貫通孔）１３ａが形成されている。この貫通孔１３ａは、上型１１および下型１２の間に形成されたキャビティＣａに連通しており、図３に示すように、スリーブ１３の周方向に複数（同図では９０度間隔で四つ）形成されている。
　スペーサ１４は、加圧シリンダ３８による上型１１のプレス量を規定するためのものである。スペーサ１４は、スリーブ１３の周囲に所定幅（例えば０．５ｍｍ程度）のクリアランスＣｌを隔てて配置されている。スペーサ１４には、径方向に貫通した貫通孔（第二の貫通孔）１４ａが形成されている。この貫通孔１４ａは、図３に示すように、スペーサ１４の周方向に複数（同図では９０度間隔で四つ）形成されている。なお、図１に示すように、成形素材Ｍの加圧前は、スペーサ１４の上端よりも上型１１の上端が突出しているが、成形素材Ｍの加圧後は、スペーサ１４の上端と上型１１の上端とが一致した状態となる。
　図３および図４は、型セット１０を軸方向に切断した断面を示している。スペーサ１４は、同図に示すように、円形と角形とが組み合わされた断面形状を有している。スペーサ１４は、中心軸Ｃを隔てて互いに対向する一対の角面部１４１と、同様に中心軸Ｃを隔てて互いに対向する一対の曲面部１４２と、を有している。角面部１４１は、二つの平面が角部１４３で交わるＬ字状に形成されている。また、曲面部１４２は、円弧状に形成されている。
　ここで、前記した置換室２０において型セット１０の不活性ガス置換を行う際に、例えば図４に示すように、スリーブ１３の貫通孔１３ａとスペーサ１４の貫通孔１４ａとが貫通方向に一致している状態、すなわち貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通している状態であると、当該貫通孔１３ａ，１４ａを介して、キャビティＣａの内部に微細な異物が混入し、光学素子の成形不良を引き起こす場合がある。
　そこで、本実施の形態に係る成形装置１では、型セット１０の搬送状況に応じて、スリーブ１３に対してスペーサ１４を相対的に回転させることにより、図３に示すように貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない状態と、図４に示すように貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通している状態とを切り替えることとした。
　具体的には、型セット１０を置換室２０に搬送する際と、置換室２０において型セット１０の不活性ガス置換を行う際、すなわち型セット１０を成形室３０に搬送する前は、図３に示すように貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない状態となるようにスペーサ１４を中心軸Ｃ周りに回転させる。
　図３に示すように貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない場合、外部の異物がキャビティＣａに進入する際の進入経路Ｒ１が、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通している場合の進入経路Ｒ２（図４参照）と比較して長くなる。また、進入経路Ｒ１は、貫通孔１４ａ、クリアランスＣｌ、貫通孔１３ａにより構成されている。そのため、質量を有する異物はクリアランスＣｌ内（スリーブ１３の外周面とスペーサ１４の内周面との間）で衝突するため、キャビティＣａの内部に進入しにくくなる。なお、このように貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない場合であっても、不活性ガスはキャビティＣａの内部に問題なく進入可能であるため、型セット１０の不活性ガス置換は実施可能である。
　一方、図３に示すように貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない状態で成形室３０に搬送して加熱を行うと、型セット１０内の成形素材Ｍから揮発したガスが外部に抜けにくくなって充満するため、成形後の光学素子の表面にクモリが発生してしまう。
　そこで、実施の形態に係る成形装置１では、型セット１０を成形室３０に搬送した後は、図４に示すように貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通している状態となるようにスペーサ１４を中心軸Ｃ周りに回転させる。これにより、型セット１０内の成形素材Ｍから揮発したガスが外部に抜けやすくなるため、前記したクモリの発生を防止することができる。なお、図３の状態から図４の状態へとスペーサ１４を回転させる場合、貫通孔１４ａが形成されている角度間隔（９０度）の半分に相当する量（４５度）だけ回転させればよい。
　成形装置１は、型セット１０の搬送状況に応じてスペーサ１４を回転させるための具体的な手段として、図５に示すような２種類の搬送アーム５１，５２を備えている。なお、同図は、図１に示した成形装置１における型セット１０を上から見た場合の概略図であり、型セット１０については、貫通孔１３ａ，１４ａの位置関係が分かるように図３および図４と同様の断面形状で図示している。
　搬送アーム（第一の搬送アーム）５１は、型セット１０を置換室２０へと搬送するためのものである。搬送アーム５１は、置換室２０までに設けられた搬送路４０上において、スリーブ１３の貫通孔１３ａとスペーサ１４の貫通孔１４ａとが連通していない状態を維持しながら型セット１０を置換室２０へと搬送し、当該置換室２０に投入する（第一の搬送工程）。なお、搬送路４０上への型セット１０の配置、すなわちスリーブ１３の貫通孔１３ａとスペーサ１４の貫通孔１４ａの最初の位置調整（図３参照）は、例えば成形装置１のユーザが行う。また、図５に示すように、搬送アーム５１によって型セット１０を搬送する方向（ｙ軸方向）と、搬送アーム５２によって型セット１０を搬送する方向（ｘ軸方向）とは、直交した関係にある。
　搬送アーム５１は、図５に示すように、型セット１０の軸方向において、スペーサ１４の外面に対して面接触する接触面５１１を有している。この接触面５１１は、スペーサ１４の外面の形状の半分、すなわちスペーサ１４における一つの角面部１４１およびそれに連続する一つの曲面部１４２に対応する形状を有している。
　このような形状を有する搬送アーム５１は、搬送路４０上において、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない状態の型セット１０に対して接触面５１１の全体を接触させ、当該型セット１０をｙ軸方向に押しながら、置換室２０へ搬送する。なおその際、接触面５１１がスペーサ１４の外面に隙間なく接触しているため、搬送アーム５１が搬送中のスペーサ１４に対して、当該スペーサ１４を回転させる力を付与することはない。
　搬送アーム（第二の搬送アーム）５２は、型セット１０を置換室２０から成形室３０へと搬送するためのものである。搬送アーム５２は、スリーブ１３に対してスペーサ１４を相対的に回転させながら、型セット１０を置換室２０から成形室３０に向けて搬送し、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通している状態で当該成形室３０に投入する（第二の搬送工程）。
　搬送アーム５２は、図５に示すように、型セット１０の軸方向において、スペーサ１４の外面に対して線接触する接触面５２１を有している。この接触面５２１は、スペーサ１４の外面の形状の半分、すなわちスペーサ１４における一つの角面部１４１の一部、それに連続する一つの曲面部１４２およびそれに連続する一つの角面部１４１の一部に対応する形状を有している。
　このような形状を有する搬送アーム５２は、置換室２０において、まず型セット１０の角部１４３に対して接触面５２１を線接触させる。そして、接触面５２１を型セット１０に向けてｘ軸方向に移動させつつ、線接触させた角部１４３を作用点として、スペーサ１４をスリーブ１３に対して所定角度（同図では４５度）回転させる。これにより、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとを連通させる。その後、搬送アーム５２は、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通している型セット１０に対して接触面５２１の全体を接触させ、当該型セット１０をｘ軸方向に押しながら成形室３０へ搬送する。
　型セット１０は、搬送アーム５２によって成形室３０に搬送された後、加熱、プレス、冷却の各工程が完了するたびに順番に次のステージへと搬送される。なお、図５では図示を省略したが、成形室３０の各ステージ間で型セット１０を搬送する搬送手段としては、例えばスペーサ１４における角面部１４１に対応する角面状（Ｌ字状）の接触面を三つ備える三又の搬送アームが挙げられ、当該三又の搬送アームを、各ステージの型セット１０に対してｙ軸方向から差し込み、ｘ軸方向に移動させることにより、三つの型セット１０を同時に次のステージへと搬送する。
　ここで、搬送アーム５２によって型セット１０を成形室３０に搬送する際は、スペーサ１４の外面が搬送アーム５２の接触面５２１に接触しているため、スペーサ１４が回転することはない。しかしながら、例えば成形室３０の下面に凹凸や段差等が存在すると、スリーブ１３がスペーサ１４に対して意図せず回転してしまう可能性がある。
　このような場合、型セット１０に、例えば図６～図９に示すようなロック機構を設けることにより、スリーブ１３の回転を防止することが可能である。このロック機構は、図６に示すように、スリーブ１３に形成されたピン（突出部）１３１と、スペーサ１４に形成された溝部１４ｂとから構成される。
　ピン１３１は、スリーブ１３の外周面に設けられており、当該外周面から溝部１４ｂに向かって突出している。溝部１４ｂは、スペーサ１４の内周面に形成されており、ピン１３１が配置される。また、溝部１４ｂは、図７に示すように、スペーサ１４の周方向に沿って延びる所定長さの溝部（第一の溝部）１４ｂａと、溝部１４ｂａに連続し、かつ当該溝部１４ｂａの終端からスペーサ１４の上部に向かって、スペーサ１４の軸方向に沿って延びる所定長さの溝部（第二の溝部）１４ｂｂと、を有している。
　このようなロック機構を有する型セット１０によって成形を行う場合、例えば搬送アーム５１によって型セット１０が置換室２０へと搬送されている際は、溝部１４ｂに対するピン１３１の相対的位置が変化せず、当該ピン１３１が溝部１４ｂａの先端に配置される。そして、搬送アーム５２によって型セット１０が置換室２０から成形室３０へと搬送されている際は、図７および図８に示すように、スペーサ１４の回転に伴って、溝部１４ｂに対するピン１３１の相対的位置が変化し、当該ピン１３１が溝部１４ｂａから溝部１４ｂｂへと相対的に移動する。
　また、ピン１３１が溝部１４ｂｂまで移動すると、図９に示すように、スペーサ１４が上型１１、下型１２およびスリーブ１３に対して沈み込む。これにより、ピン１３１の周方向への移動が規制され、スリーブ１３の回転が防止されるため、成形中に貫通孔１３ａが貫通孔１４ａに対してずれることがない。従って、成形中に型セット１０内の成形素材Ｍから揮発したガスを外部に適切に排出することができるため、前記したクモリの発生を防止することができる。
　ここで、搬送アーム５１によってロック機構を有する型セット１０（図６参照）を置換室２０に搬送する際に、例えば搬送路４０の下面に凹凸や段差等が存在すると、スリーブ１３がスペーサ１４に対して意図せず回転してしまう可能性がある。
　このような場合、例えば図１０に示すように、搬送路４０に代えて、摩擦係数の低い低摩擦面４１と、摩擦係数の高い高摩擦面４２とを有する搬送路４０Ａを用いることにより、スリーブ１３の回転を防止することが可能である。この搬送路４０Ａは、型セット１０の搬送方向（ｙ軸方向）に対して右側が低摩擦面４１であり、左側が高摩擦面４２であるため、当該搬送路４０Ａ上で型セット１０を押しながら搬送することにより、同図の矢印に示すように、スペーサ１４を左回りに回転させることができる。従って、ピン１３１が溝部１４ｂの先端に常に当て付いた状態、すなわち貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない状態を常に維持しながら、型セット１０を置換室２０に搬送することができる。
　以上説明したような光学素子の成形装置１およびこれを用いた成形方法によれば、スリーブ１３の貫通孔１３ａとスペーサ１４の貫通孔１４ａとが連通していない状態で型セット１０を置換室２０に搬送して不活性ガス置換を行うため、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通している状態で不活性ガス置換を行う場合と比較して、上型１１および下型１２の間のキャビティＣａへの異物の進入経路を延ばす（屈曲させる）ことができる。従って、異物がキャビティＣａに混入しにくくなるため、光学素子の成形不良を抑制することができる。
　以上、本発明に係る光学素子の成形装置および光学素子の成形方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
　例えば、前記した成形装置１では、型セット１０のスペーサ１４の形状を円形と角形とを組み合わせた形状とし（図３参照）、かつ２種類の搬送アーム５１，５２を用いて型セット１０を搬送することによりスペーサ１４を回転させていたが（図５参照）、例えば図１１の成形装置１Ａに示すように、従来と同様の円筒状のスペーサ１４Ａを備える型セット１０Ａを用いてもよい。
　この場合、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとが連通していない状態の型セット１０Ａを置換室２０に搬送して不活性ガス置換した後、例えば機械的なアームを用いてスペーサ１４Ａを掴んで回転させることにより、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとを連通させ、成形室３０に搬送する。
　あるいは、置換室２０の下面に回転ステージを設け、型セット１０Ａを不活性ガス置換した後、当該回転ステージによって型セット１０Ａを回転させることにより、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとを連通させ、成形室３０に搬送してもよい。
　あるいは、置換室２０の下面を、前記した図１０に示すような低摩擦面４１および高摩擦面４２とし、型セット１０Ａを不活性ガス置換した後、低摩擦面４１および高摩擦面４２によってスリーブ１３を回転させることにより、貫通孔１３ａと貫通孔１４ａとを連通させ、成形室３０に搬送してもよい。
　１，１Ａ　成形装置（光学素子の成形装置）
　１０，１０Ａ　型セット
　１１　上型（第一の金型）
　１１ａ　成形面
　１２　下型（第二の金型）
　１２ａ　成形面
　１２ｂ　段差部
　１３　スリーブ
　１３ａ　貫通孔（第一の貫通孔）
　１３１　ピン（突出部）
　１４，１４Ａ　スペーサ
　１４ａ　貫通孔（第二の貫通孔）
　１４ｂ　溝部
　１４ｂａ　溝部（第一の溝部）
　１４ｂｂ　溝部（第二の溝部）
　１４１　角面部
　１４２　曲面部
　１４３　角部
　２０　置換室
　２１　チャンバ
　３０　成形室
　３０１　シャッター
　３１　加熱ステージ
　３２　プレスステージ
　３３　冷却ステージ
　３４　上プレート
　３５　下プレート
　３６　ヒータ
　３７　シャフト
　３８　加圧シリンダ
　４０，４０Ａ　搬送路
　４１　低摩擦面
　４２　高摩擦面
　５１　搬送アーム（第一の搬送アーム）
　５１１　接触面
　５２　搬送アーム（第二の搬送アーム）
　５２１　接触面
　Ｃ　中心軸
　Ｃａ　キャビティ
　Ｍ　成形素材

Claims (4)

  1. 　加熱軟化させた成形素材をプレス成形することにより光学素子を成形する光学素子の成形装置であって、
    　前記成形素材を挟んで互いに対向する第一の金型および第二の金型と、前記第一の金型および前記第二の金型の周囲に配置され、前記第一の金型および前記第二の金型の間のキャビティに連通する第一の貫通孔が形成されたスリーブと、前記スリーブの周囲に所定のクリアランスを隔てて配置され、第二の貫通孔が形成されたスペーサと、を有する型セットと、
    　前記型セットの内部の雰囲気を置換する置換室と、
    　前記成形素材を加熱、プレスおよび冷却する成形室と、
    　前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔とが連通していない状態を維持しながら前記型セットを搬送し、前記置換室に投入する第一の搬送アームと、
    　前記スリーブに対して前記スペーサを相対的に回転させながら、前記型セットを前記置換室から前記成形室に向けて搬送し、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔とが連通している状態で前記成形室に投入する第二の搬送アームと、
    　を備えることを特徴とする光学素子の成形装置。
  2. 　前記第一の搬送アームは、前記スペーサの外面に対して面接触する接触面を有し、
    　前記第二の搬送アームは、前記スペーサの外面に対して線接触し、かつ線接触した部分を作用点として前記スペーサを回転させる接触面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
  3. 　前記スリーブは、前記スリーブの外周面から突出する突出部を有し、
    　前記スペーサは、前記スペーサの内周面に形成され、前記突出部が配置される溝部を有し、
    　前記溝部は、
    　前記スペーサの周方向に沿って延びる第一の溝部と、
    　前記第一の溝部に連続し、前記スペーサの軸方向に沿って延びる第二の溝部と、
    　を有し、
    　前記第一の搬送アームによって前記型セットが前記置換室へと搬送されている際は、前記溝部に対する前記突出部の相対的位置が変化せず、前記突出部が前記第一の溝部に配置され、
    　前記第二の搬送アームによって前記型セットが前記置換室から前記成形室へと搬送されている際は、前記スペーサの回転に伴って、前記溝部に対する前記突出部の相対的位置が変化し、前記突出部が前記第一の溝部から前記第二の溝部へと相対的に移動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子の成形装置。
  4. 　加熱軟化させた成形素材をプレス成形することにより光学素子を成形する光学素子の成形方法であって、
    　第一の金型および第二の金型と、前記第一の金型および前記第二の金型の間のキャビティに連通する第一の貫通孔が形成されたスリーブと、第二の貫通孔が形成されたスペーサとを有する型セットを、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔とが連通していない状態を維持しながら搬送し、置換室に投入する第一の搬送工程と、
    　前記型セットを、前記スリーブに対して前記スペーサを相対的に回転させながら、前記置換室から成形室に向けて搬送し、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔とが連通している状態で前記成形室に投入する第二の搬送工程と、
    　を含むことを特徴とする光学素子の成形方法。
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