JPH0687621A - 光学素子の成形方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガス室内に配設したプレス型のキャビティに成
形用光学素子をセットする状態を外部からモニターして
成形するために、ガス室内に配設したロボット手段に対
して成形用光学素子を自動供給できるようにする。 【構成】 成形用光学素子を所定ガスが充満したガス室
内に配設されたプレス型のキャビティ内にセットし、成
形用光学素子と前記プレス型を所定温度に加熱して、前
記プレス型に所定圧力を加圧して成形用光学素子を光学
機能部品に成形する光学素子の成形方法及び装置であっ
て、ガス室２２内に配設された第１ロボット手段１５に
より成形用光学素子をプレス型１８のキャビティに対し
て正確にセットするためにガス室２２の窓部２１を介し
て観察しつつ第１ロボット手段１５の制御を行い、第１
ロボット手段１５でピックアップ可能なピックアップ位
置２７に成形用光学素子２０を搬送するために、ガス室
外部に配設される第２ロボット手段２６によりガス室２
２の開閉窓部２５を介して成形用光学素子２０を載置
し、開閉窓部２５を閉状態にしてから加熱及び加圧を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学素子の成形方法及び
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、所定の表面精度を有する成形用型
内に成形用光学素子の素材である、例えばガラスブラン
クを変形可能な温度まで加熱して変成形する技術が実施
されている。この成形技術は所定の形状及び表面精度に
予備成形されたガラスブランクを成形用型内に収容し
て、加熱状態下でプレス成形し、その後、研削及び研磨
等の後加工を付与するものであり、高精度の光学機能面
を有する光学素子を製造技術として主流となりつつある
技術である。

【０００３】この技術によれば、成形用の上プレス型と
下プレス型を夫々胴プレス型内に摺動可能に対向して配
置し、これらの上プレス型，下プレス型及び胴プレス型
により形成されるキャビティ内にロボット手段により成
形用素材をセット導入する。この際に、プレス型の酸化
防止のためにガス室内に成形型を配設しておき、ガス室
の雰囲気を非酸化性雰囲気である、たとえば窒素雰囲気
とする一方、成形可能温度にするために成形用素材が１
０⁸ 〜１０¹²ポアズの粘度状態になるまでプレス型を加
熱する。

【０００４】その後、成形型を閉じて適宜の時間をプレ
スしてキャビティ内のプレス型表面形状を成形用素材表
面側に転写する。この後、プレス型の温度を成形用素材
であるガラスブランクの転移温度より十分低い温度まで
冷却してから、プレス圧力を除去し、成形プレス型を開
き、ロボット手段により成形光学素子を取出すものであ
る。

【０００５】一方、プレス型内に成形用素材をセット導
入する前に、成形用素材を適宜の温度まで予備加熱した
り、あるいは成形用素材を成形可能温度まで加熱してか
らプレス型内に導入することもできる。更に、プレス型
とともに成形用素材を搬送しながら、それぞれ所定の場
所で加熱，プレス及び冷却を行い、連続化及び高速化を
はかることもできるようにしている。

【０００６】また、成形型内に成形用光学素子を挿入す
るロボット手段の位置決めは、非酸化性雰囲気内，高温
雰囲気内でのティーチングが困難であるため、成形プロ
セスを行う前に大気中でティーチングを行っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
成形時には非酸化性雰囲気中でしかも高温となるため、
プレス型及びロボット手段は熱膨張により位置ズレを生
じてしまう。そのため成形用光学素子の光軸とプレス型
の軸心がズレてしまい、成形した光学素子が偏心してし
まうという問題がある。この対策のために、ガス室内に
配設した状態を外部からモニターしてロボット手段を所
定制御すればよいが、このようにするためにはガス室内
に配設したロボット手段に対して成形用光学素子を自動
供給しなければ意味を成さない。

【０００８】したがって、本発明は上述の問題点に鑑み
て成されたものであり、その目的はガス室内に配設した
プレス型のキャビティに成形用光学素子をセットする状
態を外部からモニターして成形するために、ガス室内に
配設したロボット手段に対して成形用光学素子を自動供
給できるようにする点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】及び

【作用】上記の問題点を解決し、目的を達成するため
に、本発明の光学素子の成形方法は以下の構成を備え
る。即ち、成形用光学素子を所定ガスが充満したガス室
内に配設されたプレス型のキャビティ内にセットし、成
形用光学素子とプレス型を所定温度に加熱して、プレス
型に所定圧力を加圧して成形用光学素子を光学機能部品
に成形する光学素子の成形方法であって、ガス室内に配
設された第１ロボット手段により成形用光学素子をプレ
ス型のキャビティに対して正確にセットするためにガス
室の窓部を介して観察しつつ第１ロボット手段の制御を
行い、第１ロボット手段でピックアップ可能なピックア
ップ位置に成形用光学素子を搬送するために、ガス室外
部に配設される第２ロボット手段によりガス室の開閉窓
部を介して成形用光学素子を載置し、開閉窓部を閉状態
にしてから加熱及び加圧を行うことで、光学素子の成形
を行うように働く。

【００１０】また、好ましくは、成形用光学素子を所定
ガスが充満したガス室内に配設されたプレス型のキャビ
ティ内にセットし、成形用光学素子と前記プレス型を所
定温度に加熱して、前記プレス型に所定圧力を加圧して
成形用光学素子を光学機能部品に成形する光学素子の成
形装置であって、成形用光学素子を前記プレス型のキャ
ビティに対して正確にセットするために前記ガス室内に
配設される第１ロボット手段と、成形用光学素子をプレ
ス型のキャビティに対して正確にセットするために前記
ガス室の窓部を介して観察しつつ第１ロボット手段の制
御を行う制御部と、第１ロボット手段でピックアップ可
能な位置に配設される載置部と、成形用光学素子を前記
ガス室の開閉窓部を介して載置部へ搬送するために、ガ
ス室外部に配設される第２ロボット手段と、開閉窓部に
設けられガス室を密閉状態または連通状態にする開閉手
段と、開閉手段と第１ロボット手段と観察手段と第２ロ
ボット手段とに接続される主制御手段とを具備してな
り、第１ロボット手段により成形用光学素子をプレス型
のキャビティに対して正確にセットするためにガス室の
窓部を介して観察しつつ第１ロボット手段の制御を制御
部で行い、第１ロボット手段でピックアップ可能なピッ
クアップ位置に成形用光学素子を搬送するために、ガス
室外部に配設される第２ロボット手段によりガス室の開
閉窓部を介して成形用光学素子を載置し、第１ロボット
手段によりピックアップしてプレス型のキャビティに対
して正確にセットし、開閉窓部を閉状態にしてから加熱
及び加圧を行うことで、光学素子の成形を行うように働
く。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の１実施例に基づいて添付図
面を参照して説明する。図１は装置の概略構成正面図で
ある。

【００１２】本図において、１はＩＴＶカメラ、２は撮
影レンズ、３はハーフミラー、４は撮影用第１の照明光
源であり、この照明光源４からの照明光はハーフミラー
３において反射されてプレス型側に入光されるものであ
り、ＩＴＶカメラ１の光軸と同軸な照明である。このＩ
ＴＶカメラ１には投影レンズ５が設けられており、撮影
レンズ２で撮像した像を投影レンズ５を介して拡大し、
ＩＴＶカメラ１に入光するように構成されている。一
方、撮影用第２の照明光源６の照明光はフアイバー６ａ
と集光レンズ６ｂを通って集光された照明光として出光
されて、プレス型に向かうように配置されている。

【００１３】以上説明のようにＩＴＶカメラ部が構成さ
れており、プレス型のキャビティと成形用光学素子のモ
ニター部を構成しているが、このＩＴＶカメラ部は移動
機構を備えた基台上に載置固定されている。この移動機
構は、カメラステージＸ軸の駆動を行う駆動モータ７に
より、ＩＴＶカメラ部をＩＴＶカメラの光軸に対し直角
方向の横移動を行い、図中の７ａで示した方向がその原
点位置（Ｘ₀ ）となるように駆動可能に構成されてい
る。

【００１４】また、Ｙ軸の駆動モータ８は、ＩＴＶカメ
ラ部をＩＴＶカメラの光軸方向に移動を行い、図中の８
ａ方向がその原点位置（Ｙ₀ ）なるように駆動可能に構
成されている。さらにまた、カメラステージＺ軸の駆動
モータ９が上部に設けられており、ＩＴＶカメラ部を上
下方向の移動を行い、図中の９ａ方向がその原点位置
（Ｚ₀ ）となるように構成されている。

【００１５】各ＸＹＺ軸方向の駆動を行うモータ７、
８、９にはＩＴＶコントローラ１０が接続されておりカ
メラステージ駆動モータ７，８，９への駆動指令信号の
出力をして移動機構の駆動制御を行う一方、ＩＴＶカメ
ラ１で撮像した画像データの取り込み及びそのデータ処
理を行うとともに、各カメラステージの７ａ，８ａ，９
ａ方向の各原点位置からの現在位置データの読み込み及
び各原点位置検知信号の入力を行うように構成されてい
る。このＩＴＶコントローラ１０は、更に成形装置をコ
ントロールするロボットコントローラ１１に接続される
とともに、通信を行うＣＰＵと、ＩＴＶコントローラ１
０の動作情報を表示するディスプレイ１０ａとから構成
されている。

【００１６】このロボットコントローラ１１はハンド駆
動モータ１２，１３，１４への駆動指令信号の出力と、
ハンドの各駆動部の原点位置１２ａ，１３ａ，１４ａか
らの現在位置データの読み込みと、各原点位置検知信号
の入力と、成形用光学素子のガラス素材のハンドへの吸
着と、ハンドからの落下動作指令出力と、プレスを行う
上下型１６，１７の各プレス駆動ユニット１９ａ，１９
ｂへの駆動指令信号の出力と、上下型を加熱する為のヒ
ーター駆動指令信号出力と、上下型の各温度信号入力
と、ガラス素材の吸着を行うハンド１５の加熱の為のヒ
ーター駆動指令信号出力と、ハンド１５の温度信号入力
とを行うものである。このロボットコントローラ１１
は、位置測定装置をコントロールするＩＴＶコントロー
ラ１０と通信を行う入出部を有しており、これら全体を
有機的に制御及び演算を行うＣＰＵとロボットコントロ
ーラ１１の動作情報を表示するディスプレイ１０ａとか
ら構成されている。

【００１７】ハンドθ軸駆動モータ１２はロボットコン
トローラ１１からの駆動指令信号によりハンド１５を旋
回駆動するものであり、図中の１２ａ方向がその原点位
置（θ₀ ）となるように設けられている。また、ハンド
Ｚ軸駆動モータ１３は同様にロボットコントローラ１１
からの駆動指令信号によりハンド１５が上下動作を行う
ように構成されており、図中の１３ａ方向がその原点位
置（Ｚ₀ ）となるようにされている。さらに、ハンドＲ
軸駆動モータ１４は同様にロボットコントローラ１１か
らの駆動指令信号によりハンド１５がＲ方向に直線運動
を行うように設けられており、図中の１４ａ方向がその
原点位置（Ｒ₀ ）になるように構成されている。以上の
ように構成される第１ロボットにはハンド１５が吸引吸
着部材として設けられており、成形のガラス素材をプレ
ス型のキャビティに搬送取り出しするようにしている。

【００１８】次に、プレス型はプレス上型１６とプレス
下型１７を胴型１８により摺動自在に設けられている。
このために、これらのプレス上下型１６，１７は胴型１
８の上下内部分に挿入される。また、胴型１８は成形駆
動ユニット１９ａ、１９ｂが設けらており、プレス上型
と下型をプレス駆動可能にしている。これらの成形駆動
ユニット１９ａ、１９ｂはロボットコントローラ１１か
らの各駆動指令信号によりプレス上下型１６，１７の各
型が上下方向に駆動されプレス動作が行われる。 ここ
で、成形用光学素子のガラス素材２０はプレス下型１７
のキャビティ面部に置かれた状態が示されている。

【００１９】以上の第１ロボットとプレス型は基台２３
上に設けられるチャンバー２２内に気密状態にされて設
けられており、上述のＩＴＶカメラ部により外部からモ
ニターを可能にするためにこのチャンバー２２の側面に
は透明窓ガラス２１が設けられている。この透明窓ガラ
ス２１は上述の胴型１８の開口部１８ｄと同レベル位置
に設けられ、透明窓ガラス２１を介してＩＴＶカメラ１
を有するＩＴＶカメラ部により、プレス型とガラス素
材，ハンド等を外部から撮像可能にしている。

【００２０】以上の構成により、チャンバー２２内の雰
囲気が真空またはＮ₂ ガスで充満されておりかつ高温雰
囲気状態になっていてもチャンバー２２内にあるプレス
型，ガラス素材，ハンド等を撮像可能にしている。

【００２１】この透明窓ガラス２１はＩＴＶカメラ部の
ＩＴＶカメラ１の光軸４ａ，４ｂに対する垂直軸に対し
て所定角度に傾けて設けてあり、ＩＴＶカメラ部の撮影
用第１の照明光源４からの光軸を通る同軸照明光４ａが
透明窓ガラス２１を照射し、ガラス表面からの反射光が
ＩＴＶカメラ部の撮影レンズ２に入り、撮像用のＩＴＶ
カメラ１の撮像デバイスにその反射光が入射し、撮像デ
バイスの出力電気信号が飽和しないようにしている。

【００２２】一方、ガス室として機能するチャンバー２
２は、ガラス素材をプレス成形する際に必要となる雰囲
気を保持するために設けられており、チャンバー２２内
部には不図示の冷却水が循環可能にされており、上述の
プレス型からの放熱によるチャンバー２２の変形を防止
している。

【００２３】以上説明のチャンバー２２は基台２３上に
載置固定されているが、このチャンバー２２は図示のよ
うに左天井部位が開口するように形成されており、この
開口部を開状態と密閉状態にする密閉可能なゲートバル
ブ２５が設けられている。一方、この開口部のほぼ真下
には中継ステーション２７であって、光学素子を一時的
に載置しておき、上述のロボットハンド１５によりピッ
クアップが出来るようにしている。

【００２４】そして、置換室２４内から搬送手段２６に
より保持された成形用光学素子２０は、チャンバー２２
内に搬送され一端中断ステーション２７に載置される。

【００２５】その後、ハンド手段１５に吸着されて成形
用プレス型内に挿入される。また、成形済光学素子を置
換室に排出する時にも一端この中継ステーション２７に
載置される。

【００２６】次に、図２はハンド１５の駆動部の詳細を
示した図である。前述した様に、θ軸駆動モータ１２に
よりハンド１５はθ方向に旋回し、Ｚ軸駆動モータ１３
によりハンド１５はＺ方向に上下する。Ｒ軸駆動モータ
１４の駆動力は、Ｒ軸駆動アーム１４ｂに伝達され、回
転運動が直線運動に変換される。その駆動力によりハン
ド１５は、ハンドガイドポール１４ｃに沿ってＲ方向に
移動する。

【００２７】図３（ａ）は、ハンド１５の詳細を示した
斜視図、図３（ｂ）はその断面を示した図である。

【００２８】１５ａは傾斜ミラーでガラス窓２１越しに
傾斜ミラー１５ａを介して傾斜ミラーの下にある物体を
見ることが出来る。１５ｂは垂直ミラーでハンド１５の
空間位置を前記位置測定装置のＩＴＶカメラ１で検出容
易にする垂直ミラーである。１５ｃはガラス素材吸着落
下個所でガラス素材の外形よりも小さく成形成形後のガ
ラス素材光学有効径より大きい円形の凹部がハンド１５
の下面に設けられている。

【００２９】１５ｄは吸着管口でガラス素材を吸着する
動作時に使用し、１５ｅは排気管口でガラス素材を落下
する動作時に使用する。この吸着管口１５ｄ，排気口１
５ｅは前記ガラス素材吸着落下個所１５ｃの円形凹部内
に設けてある。各動作は各管に設けた弁の開閉にて行
い、駆動指令はロボットコントローラ１１で行われる。
１５ｆは加熱ヒーターでハンド１５内部に設けられ、ハ
ンド１５をある温度に加熱する。１５ｇはハンド温度セ
ンサでハンド１５内部に設けられ、ハンド１５の温度を
検出する。

【００３０】図４は胴型１８の詳細を示した図である。
胴型１８の上下型各挿入部１８ａ，１８ｂに挿入された
両プレス上下型１６，１７の中心軸ズレは、胴型１８の
上下型各挿入部１８ａ，１８ｂの中心軸ズレに依存し、
上下型各挿入部中心軸１８ｃが一致する様に胴型１８は
形成される。胴型１８には１８ｄ，１８ｅの開口部が設
けてあり、両開口部１８ｄ，１８ｅは貫通している。１
８ｄの開口部を通して、前記位置測定装置のＩＴＶカメ
ラ１を有するＩＴＶカメラ部はプレス型及びガラス素
材，ハンド等を撮像する。

【００３１】１８ｅの開口部は前記ハンド１５がプレス
下型１７キャビティ面部にガラス素材を置いたり、プレ
ス下型１７キャビティ面部のガラス素材を取ったりする
為のハンド出し入れのための開口部である。

【００３２】１８ｆ，１８ｇは加熱ヒーターで胴型１８
の上部を１８ｆ加熱ヒーターで加熱し、大部を１８ｇ加
熱ヒーターで加熱し、各加熱ヒーターで胴型１８を加熱
することで、上下型各挿入部１８ａ，１８ｂに挿入され
るプレス上下型１６，１７に熱伝達され、プレス上下型
１６，１７が加熱される。尚、各加熱ヒーター１８ｆ，
１８ｇは胴型１８の上下部に複数本挿入されている。

【００３３】１８ｈ，１８ｉはプレス型温度センサであ
り、１８ｈはプレス上型１６の温度センサ、１８ｉはプ
レス下型１７の温度センサであり、各センサ１８ｈ，１
８ｉは胴型１８の一部を貫通し、各プレス上下型内に達
していて、各プレス上下型の温度検出を行う。

【００３４】次に、光学素子の成形プロセスを順に説明
する。まず、成形用光学素子を置換室２４に搬送する。
置換室２４内の雰囲気を大気雰囲気からＮ₂ 雰囲気にし
た後、搬送手段２６により保持し、中継ステーション２
７に下降搬送される。ここで、一度、成形用光学素子は
中継ステーション２７上に載置される。

【００３５】次に、ハンド手段１５を移動させ、成形用
光学素子を吸着保持する。保持した後、ロボットコント
ローラ１１の指令により、まずＺ軸駆動モータ１３によ
りハンド手段１５を所定位置まで上昇させる。次に、Ｒ
軸駆動モータ１４によりハンド手段１５を所定位置まで
後退させる。次に、θ軸駆動モータ１２によりハンド手
段１５をプレス型にその開口部１８ｅより進入できる位
置まで約１８０^o 旋回させる。次に、Ｒ軸駆動モータ１
４によりハンド手段１５を前進させ、プレス型の中に開
口部１８ｅより進入し、所定の位置で停止する。

【００３６】次に、位置測定手段により下型の位置及び
成形用光学素子の位置を測定し、下型の中心軸と成形用
光学素子の光軸が一致する様にハンド手段１５の位置
を、ＩＴＶコントローラ１０からの信号を受けたロボッ
トコントローラが、各モータ駆動手段１２，１３，１４
に指令を出し、補正を行う。

【００３７】以上の様にして、ハンド手段と下型のθ方
向及びＲ方向の位置合せを行った後、ハンド手段１５は
Ｚ軸駆動手段１３により所定位置まで下降した後、吸着
を解除し、下型の上に成形用光学素子２０を載置する。
次に、ハンド手段１５はＺ軸駆動手段１３及びＲ軸駆動
手段１４により一端プレスステーションから後退した
後、成形用光学素子は胴型に設けられたヒーターにより
所定の温度まで加熱され、その後、上型，下型により所
定時間プレスされる。その後、再びハンド手段１５をプ
レス型内に挿入し、成形済光学素子を吸着し、中継ステ
ーション２７に搬送する。そして、搬送手段２６により
置換室２４に搬送され、大気雰囲気に置換された後、次
工程へと送られる。

【００３８】以上説明した様にして光学素子は成形され
る。尚、上記実施例においては、成形用光学素子がプレ
スされる前に位置決めされているが、これは絶ずしもす
べての成形用光学素子に対して行う必要はなく、場合に
よっては数回プレスされる毎に行ったり、電源立上げ時
のみ行う事もある。

【００３９】また、上記実施例においては、位置決めさ
れた後、成形用光学素子を胴型内のヒーターで加熱して
いるが、プレスステーションとは別に加熱ステーション
を設け、中継ステーションから一端加熱ステーションに
搬送し、所定の温度にしてからプレス型の中に挿入して
もよい。

【００４０】以上説明した様に、本発明においては、光
学素子成形プロセスに成形用光学素子を搬送するハンド
手段と、下型の位置を胴型に設けられた開口及びチャン
バーに設けられたのぞき窓を通して光学的手段で測定
し、ハンド手段と下型の位置調整する工程を設けた事に
より、熱膨張等による位置ズレを補正し、成形用光学素
子の光軸と、下型の中心軸を常に一致させる事ができ
る。そのため、成形された光学素子が偏心する事がな
く、成形品の歩留りを向上させる事ができる。

【００４１】以上説明のように本発明によれば、ガス室
内に配設したプレス型のキャビティに成形用光学素子を
セットする状態を外部からモニターして成形するため
に、ガス室内に配設したロボット手段に対して成形用光
学素子を自動供給できるようになる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、ガ
ス室内に配設したプレス型のキャビティに成形用光学素
子をセットする状態を外部からモニターして成形するた
めに、ガス室内に配設したロボット手段に対して成形用
光学素子を自動供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置の概略構成正面図である。

【図２】ハンド１５の駆動部の詳細を示した図である。

【図３】ハンド１５の詳細図である。

【図４】胴型１８の詳細を示した図である。

【符号の説明】 ２２ チャンバー、 ２４ 置換室、 ２５ スライドバルブ、 ２６ 搬送装置、 ２７ 中継ステーションである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形用光学素子を所定ガスが充満したガ
   ス室内に配設されたプレス型のキャビティ内にセット
   し、成形用光学素子と前記プレス型を所定温度に加熱し
   て、前記プレス型に所定圧力を加圧して成形用光学素子
   を光学機能部品に成形する光学素子の成形方法であっ
   て、 前記ガス室内に配設された第１ロボット手段により成形
   用光学素子を前記プレス型のキャビティに対して正確に
   セットするために前記ガス室の窓部を介して観察しつつ
   第１ロボット手段の制御を行い、 前記第１ロボット手段でピックアップ可能なピックアッ
   プ位置に成形用光学素子を搬送するために、前記ガス室
   外部に配設される第２ロボット手段により前記ガス室の
   開閉窓部を介して成形用光学素子を載置し、 前記開閉窓部を閉状態にしてから前記加熱及び加圧を行
   うことを特徴とする光学素子の成形方法。
2. 【請求項２】 成形用光学素子を所定ガスが充満したガ
   ス室内に配設されたプレス型のキャビティ内にセット
   し、成形用光学素子と前記プレス型を所定温度に加熱し
   て、前記プレス型に所定圧力を加圧して成形用光学素子
   を光学機能部品に成形する光学素子の成形装置であっ
   て、 成形用光学素子を前記プレス型のキャビティに対して正
   確にセットするために前記ガス室内に配設される第１ロ
   ボット手段と、 成形用光学素子を前記プレス型のキャビティに対して正
   確にセットするために前記ガス室の窓部を介して観察し
   つつ第１ロボット手段の制御を行う観察手段と、 前記
   第１ロボット手段でピックアップ可能な位置に配設され
   る載置部と、 成形用光学素子を前記ガス室の開閉窓部を介して前記載
   置部へ搬送するために、前記ガス室外部に配設される第
   ２ロボット手段と、 前記開閉窓部に設けられ前記ガス室を密閉状態または連
   通状態にする開閉手段と、 該開閉手段と前記第１ロボット手段と前記観察手段と前
   記第２ロボット手段とに接続される主制御手段と、 を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。