JP2001233626A - 光学素子成形装置 - Google Patents

光学素子成形装置

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JP2001233626A
JP2001233626A JP2000046233A JP2000046233A JP2001233626A JP 2001233626 A JP2001233626 A JP 2001233626A JP 2000046233 A JP2000046233 A JP 2000046233A JP 2000046233 A JP2000046233 A JP 2000046233A JP 2001233626 A JP2001233626 A JP 2001233626A
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pair
insulating cylinder
dies
heat insulating
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Satoshi Fukuyama
聡 福山
Hiroshi Murakoshi
洋 村越
Toshinao Kamano
利尚 鎌野
Isao Shogetsu
功 松月
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Shibaura Machine Co Ltd
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Toshiba Machine Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
    • C03B11/122Heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
    • C03B11/125Cooling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラス転移点が高い石英ガラス製の光学素子
などをプレス成形によって製造することが可能な光学素
子成形装置を提供する。 【解決手段】 上型組み立て4は、断熱筒3を介して固
定軸2の先端に取り付けられる。下型組み立て11は、
断熱筒10を介して移動軸9の先端に取り付けられる。
上型組み立て4及び下型組み立て11等の周囲は、透明
石英管16によって取り囲まれ、その内側に気密性を備
えた成形室17が構成されている。透明石英管16の外
周に沿って赤外線ランプ20が配置され、赤外線ランプ
20の背後には反射ミラー21が配置されている。本発
明の光学素子成形装置では、断熱筒3及び断熱筒10
に、高温強度に優れ且つ熱伝導率が比較的高いSiC製
の中空部材を使用する。これによって、成形後の成形品
及び型の冷却に要する時間を短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、レンズ、
プリズム、光通信用部品などのガラス製の光学素子をプ
レス成形によって製造するための光学素子成形装置に係
り、特に、石英ガラスなどのガラス転移点が高い成形素
材をプレス成形する際に好適な光学素子成形装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】プレス成形法を用いてガラス製の光学素
子を製造する場合、高精度な成形面を備えた一対の型の
間に成形素材を配置し、型及び成形素材をガラス転移点
近傍の温度まで加熱した後、プレス成形を行っている。
【0003】型及び成形素材を加熱する際、型及び型に
隣接する部材の金属部分の酸化を防止する必要がある。
このため、型及び上下の軸の先端近傍の周囲を、雰囲気
調整可能な成形室の中に収容し、この成形室の中に不活
性ガスを流すことによって、型の周囲を無酸素状態にし
ている。型及び成形素材の加熱には、赤外線ランプが使
用される。このため、成形室の側壁部分を、赤外線透過
率が高い石英ガラス製の円筒部材(以下、透明石英管と
呼ぶ)で構成し、この透明石英管の外側に赤外線ランプ
を配置している。
【0004】赤外線ランプを用いて型及び成形素材を加
熱する際、型から上下の軸を介して流出する熱流束を減
少させるため、各軸の先端面と各型の背面との間にそれ
ぞれ断熱部材が挿入される。例えば、特許公報第264
2019号には、この断熱部材として、Si製の
中空部材を用いた例が記載されている。
【0005】(従来の装置の問題点)上記の例におい
て、各軸と各型の間に挿入される断熱部材として使用さ
れているSiは、その熱伝導率が12.6W/m
K程度であり、一般的なセラミックスの中では、かなり
熱伝導率が低く、断熱性能に優れている。このため、プ
レス成形温度が1000℃以上の温度になる場合には、
プレス成形の後、成形室の中に不活性ガスを流して成形
品及び型を冷却する際に長い時間がかかるという問題が
ある。
【0006】更に、Siは、温度が800℃を超
えると急速に強度が低下する性質があり、その最高使用
温度も1200℃程度である。従って、例えば石英ガラ
スをプレス成形する際の様に、成形温度が1300℃〜
1600℃程度になる場合、上記の断熱部材としてSi
を使用することはできない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来の光学素子成形装置の問題点に鑑み成されたもの
で、本発明の目的は、1000℃以上の温度でプレス成
形を安定して行うことが可能で、且つ、1000℃以上
の高温から不活性ガスを用いて成形品及び型を冷却する
際の所要時間が比較的短い光学素子成形装置を提供する
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の光学素子成形装
置は、上下一対の型と、各型の背面から各型を支持する
上下一対の軸と、各軸の先端面と各型の背面との間にそ
れぞれ挿入された断熱筒と、前記型、前記断熱筒、及び
前記軸の先端近傍の周囲を取り囲み、その内側に気密状
態に維持された成形室を構成し、赤外線に対して透明な
材料で製作された円筒部材と、前記円筒部材の外周に沿
って、前記一対の型の周囲を取り囲む様に配置された赤
外線ランプとを備え、前記一対の型の間にガラス製の成
形素材を配置し、前記一対の型及び成形素材を加熱した
後、成形素材をプレス成形することにより、光学素子を
製造する光学素子成形装置において、前記断熱筒をSi
C製の中空部材で構成したことを特徴とする。
【0009】本発明の光学素子成形装置では、前記断熱
筒をSiC製の中空部材で構成している。SiCは、セ
ラミックスの中では比較的熱伝導率が高い(170W/
mK)。このため、1000℃以上の高温から成形品及
び型を冷却する際の所要時間を、従来のSi製の
断熱筒を使用した場合と比較して、短縮することができ
る。
【0010】更に、SiCは、高温強度に優れ、120
0℃以上の温度でも十分な機械的強度を備えている。従
って、石英ガラスをプレス成形する際の様に、成形温度
が1200℃以上になる場合にも使用することができ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の光学素子成形装
置の全体構成図を示す。図中、30は成形素材、4は上
型組み立て(上側の型)、11は下型組み立て(下側の
型)、2は固定軸(上側の軸)、9は移動軸(下側の
軸)、3及び10は断熱筒、16は透明石英管(円筒部
材)、17は成形室、20は赤外線ランプ、21は反射
ミラーを表す。
【0012】フレーム1の上部から固定軸2が下方に向
かって伸びており、その下端面には、SiC製の断熱筒
3を介して、上型組み立て4がボルト(図示せず)によ
って取り付けられている。上型組み立て4は、セラミッ
クス(または、炭素材料、金属)製のダイプレート5、
セラミックス(または、炭素材料、金属)製の上型6、
及びこの上型6をダイプレート5に固定するとともに型
の一部を成すセラミックス(または、炭素材料、金属)
製の固定ダイ7から構成されている。なお、上記のセラ
ミックスとして、例えば、SiC及びZiOが使用で
きる。
【0013】フレーム1の下部には、駆動装置8(この
例では、スクリュージャッキ)が設けられている。駆動
装置8は、サーボモータ8aを駆動源としサーボモータ
8aの回転運動を直線運動推力に変換する。駆動装置8
の駆動軸の先端には、荷重検出器8bを介して移動軸9
が取り付けられている。移動軸9は、固定軸2と対向す
る様に、上方に向かって伸びている。移動軸9は、制御
装置26に入力されたプログラムにより、速度、位置及
び軸荷重が制御され、上下方向に移動することができ
る。
【0014】移動軸9の上端面には、先の断熱筒3と同
様の形状を備えたSiC製の断熱筒10が取り付けられ
ている。下型組み立て11は、セラミックス(または、
炭素材料、金属)製のダイプレート12、セラミックス
(または、炭素材料、金属)製の下型13、及びこの上
型13をダイプレート12に固定するとともに型の一部
を成すセラミックス(または、炭素材料、金属)製の移
動ダイ14から構成されている。
【0015】固定軸2は、上部プレート15の中心部に
設けられた開口部を貫通している。上部プレート15
は、駆動装置(図示せず)によって上下方向に駆動され
る。上記の開口部にはOリングが装着され、上部プレー
ト15は、上下方向に摺動することができる。
【0016】移動軸9は、下部フレーム1a及び下部プ
レート1bの中心部にそれぞれ設けられた開口部を貫通
している。下部フレーム1aは、フレーム1に固定され
ている。下部プレート1bは、下部フレーム1aの上面
に固定されている。上記の下部フレーム1aの開口部に
はOリングが装着され、移動軸9は、下部フレーム1a
の内周との間を、気密状態に保った状態で上下方向に摺
動することができる。
【0017】対をなす上型組み立て4及び下型組み立て
11、断熱筒3及び断熱筒10、固定軸2の下端部、及
び移動軸9の上端部の周囲は、石英ガラス製の円筒状部
材(透明石英管16)によって取り囲まれている。透明
石英管16の上端面は、上部プレート15の下面に突き
合わせられており、接触面にはOリングが装着され、気
密性が確保されている。同様に、透明石英管16の下端
面には、下部プレート1bの上面に突き合わせられてお
り、接触面にはOリングが装着され、気密性が確保され
ている。これによって、透明石英管16の内側に、外部
に対して気密性を備えた成形室17が構成されている。
【0018】透明石英管16の周囲を取り囲む様に、外
筒18が配置されている。外筒18の上端部は上部プレ
ート15の周縁部の下側に接続されている。外筒18の
中段部分には、ランプユニット19が取り付けられてい
る。透明石英管16の内側にある上型組み立て4及び下
型組み立て11は、このランプユニット19からの放射
熱によって加熱される。
【0019】ランプユニット19は、赤外線ランプ2
0、その背後に配置された反射ミラー21、及び反射ミ
ラー21を冷却するための水冷パイプ(図示せず)など
から構成されている。赤外線ランプ20及び反射ミラー
21は、それぞれ、半円弧状の部品を2つ組み合わせて
リング状にしたものを、更に複数段積み重ねることによ
って構成され、全体として円筒形の形状を備えている。
【0020】固定軸2、移動軸9には、それぞれガス供
給路22及び23が設けられている。下部プレート15
には、排気口24が設けられている。不活性ガスを、ガ
ス供給路22及び23を介して成形室17内へ、所定の
流量で供給し、排気口24を介して排出することによっ
て、成形室17内を不活性ガス雰囲気に保ち、あるい
は、プレス成形後の成形品30、型4、11及び断熱筒
3、10の冷却を行う。
【0021】ダイプレート12の背面には、熱電対25
が取り付けられている。この熱電対25によって、下型
組み立て11の温度が検出される。
【0022】(比較試験結果)次に、図1に示した光学
素子成形装置に、SiC製の断熱筒3及び10を取り付
けて、加熱及び冷却に要する時間を測定した結果につい
て説明する。なお、この試験では、東芝セラミックス
(株)製の“CERASIC−B”(熱伝導率:170
W/mK)で断熱筒を製作した。また、比較のため、同
一形状で製作されたSi製の断熱筒を使用した場
合についても、加熱及び冷却に要する時間を測定した。
【0023】測定の条件は次の通りである。図1に示し
た光学素子成形装置に断熱筒を取り付け、型を200℃
から1400℃までの昇温し次いで1400℃から20
0℃まで冷却する加熱冷却サイクルを、50回ずつ与
え、その際の加熱及び冷却に要する時間を測定した。
【0024】この結果、加熱に要する時間は、SiC製
の断熱筒とSi製の断熱筒の間でほとんど差がな
く、約180secであった。これに対して、冷却に要
する時間は、SiC製の断熱筒を使用した場合には45
0secであったが、Si製の断熱筒を使用した
場合には500secであった。即ち、SiC製の断熱
筒を使用することによって、冷却時間を50sec短縮
することができた。
【0025】なお、SiCの一般的な最高使用温度は1
500℃であるが、1600℃において石英ガラスのプ
レス成形を100回実施したしたところ、断熱筒に変化
は認められなかった。
【0026】
【発明の効果】本発明の光学素子成形装置によれば、各
軸の先端面と各型の背面との間に挿入される断熱筒を、
比較的熱伝導率が高いSiC製の中空部材で構成したの
で、プレス成形後、1000℃以上の高温から成形品及
び型を冷却する際の所要時間を、従来のSi製の
断熱筒を使用した場合と比較して、短縮することができ
る。更に、SiCは、1200℃以上の温度でも十分な
機械的強度を備えているので、石英ガラスをプレス成形
する際などの様に、成形温度が1200℃以上になる場
合にも従来と同一の形状で使用することができる。
【0027】なお、上記の構成は、光学素子の成形以外
に、金属の成形や金属の焼結等の際にも使用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく光学素子成形装置の一例を示す
全体構成図。
【符号の説明】
1・・・フレーム、1a・・・下部フレーム、1b・・
・下部プレート、2・・・固定軸(上側の軸)、3・・
・断熱筒、4・・・上型組み立て(上側の型)、5・・
・ダイプレート、6・・・上型、7・・・固定ダイ、8
・・・駆動装置、8a・・・サーボモータ、8b・・・
荷重検出器、9・・・移動軸(下側の軸)、10・・・
断熱筒、11・・・下型組み立て(下側の型)、12・
・・ダイプレート、13・・・下型、14・・・移動ダ
イ、15・・・上部プレート、16・・・透明石英管
(円筒部材)、17・・・成形室、18・・・外筒、1
9・・・ランプユニット、20・・・赤外線ランプ、2
1・・・反射ミラー、22、23・・・ガス供給路、2
4・・・排気口、25・・・熱電対、26・・・制御装
置、30・・・成形素材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌野 利尚 静岡県沼津市大岡2068の3 東芝機械株式 会社内 (72)発明者 松月 功 静岡県沼津市大岡2068の3 東芝機械株式 会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上下一対の型と、 各型の背面から各型を支持する上下一対の軸と、 各軸の先端面と各型の背面との間にそれぞれ挿入された
    断熱筒と、 前記型、前記断熱筒、及び前記軸の先端近傍の周囲を取
    り囲み、その内側に気密状態に維持された成形室を構成
    し、赤外線に対して透明な材料で製作された円筒部材
    と、 前記円筒部材の外周に沿って、前記一対の型の周囲を取
    り囲む様に配置された赤外線ランプとを備え、 前記一対の型の間にガラス製の成形素材を配置し、前記
    一対の型及び成形素材を加熱した後、成形素材をプレス
    成形することにより、光学素子を製造する光学素子成形
    装置において、 前記断熱筒をSiC製の中空部材で構成したことを特徴
    とする光学素子成形装置。
  2. 【請求項2】 上下一対の型と、 各型の背面から各型を支持する上下一対の軸と、 各軸の先端面と各型の背面との間にそれぞれ挿入された
    断熱筒と、 前記型、前記断熱筒、及び前記軸の先端近傍の周囲を取
    り囲み、その内側に気密状態に維持された成形室を構成
    し、赤外線に対して透明な材料で製作された円筒部材
    と、 前記円筒部材の外周に沿って、前記一対の型の周囲を取
    り囲む様に配置された赤外線ランプとを備え、 前記一対の型の間に成形素材を配置し、前記一対の型及
    び成形素材を加熱した後、成形素材をプレス成形するこ
    とにより、成形品を製造する成形装置において、 前記断熱筒をSiC製の中空部材で構成したことを特徴
    とする成形装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6848274B2 (en) 2001-09-21 2005-02-01 Toshiba Machine Co., Ltd. Apparatus for forming glass elements
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