JP2004083368A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子をプレス成形によって製造する際、下型の上に置かれた成形素材がパージガスの流れによって位置ずれを起こすことを防止する。
【解決手段】上型４及び下型１１を雰囲気調整可能な成形室１７内に配置し、下型１１の上にガラス製の成形素材１をセットし、成形室１７内を減圧し、成形室１７内を不活性ガスで置換した後、上型４及び下型１１及び成形素材１を所定の温度まで加熱し、次いで、上型４及び下型１１の間で成形素材１をプレス成形する。上記プロセスにおいて、成形室１７内を不活性ガスで置換する際、先ず、成形室１７内を５Ｐａ以下の圧力まで減圧し、次いで、成形室１７内に、上型４及び下型１１にガスの流れが直接当らない位置から、３ｍ／ｓｅｃ以上３０ｍ／ｓｅｃ以下の流速で、不活性ガスを吹き込んで成形室内をパージする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光学レンズやプリズムなどのガラス製の光学素子をプレス成形により製造する方法に係り、特に、プレス成形に先立って成形室内の雰囲気を調整するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学レンズやプリズムなどの高い精度が要求されるガラス製の光学素子は、研磨法の他に、リヒートプレス法と呼ばれる方法によっても製造されている。リヒートプレス法では、先ず、原料のガラスを溶融し、型内で凝固させて所定の粗形状の成形素材（プリフォーム）を製作し、次いで、この成形素材を加熱し、プレス成形を行う。これによって、型面の形状がガラスに転写され、光学素子が得られる。
【０００３】
図２に、ガラス製の光学素子を製造する際に使用される装置の一例として、特開平１０−３３０１２１号公報に記載されている成形装置を示す。
【０００４】
固定軸２はフレーム３０の上部から下方に向かって伸びており、固定軸２の下端にはセラミック製の断熱筒３を介して上型４が取り付けられている。移動軸９はフレーム３０の下部から固定軸２に対向して上方に伸び、移動軸９の上端にはセラミック製の断熱筒１０を介して下型１１が取り付けられている。移動軸９の下端にはロードセル４１を介して軸駆動装置８が接続されている。移動軸９は、予め制御盤４０に入力されているプログラムに従い、上下方向に駆動される。
【０００５】
上フランジ３５の下面には、上型４及び下型１１の周囲を取り囲む様に透明石英管１６が取り付けられ、透明石英管１６の内部に上型４及び下型１１の周囲を外界から遮断する成形室１７が構成されている。透明石英管１６の外側には赤外線ランプユニット１９が配置されている。
【０００６】
固定軸２及び移動軸９の内部には、成形室１７内に不活性ガス（例えば、窒素ガス）を供給するためのガス供給路２２、２３が形成されている。これに対応して、上型４にはガス供給路２７が形成され、下型１１にはガス供給路２８が形成されている。不活性ガスは、固定軸２側から、ガス供給路２２、断熱筒３の内部及びガス供給路２７を経て成形室１７内へ供給され、移動軸９側から、ガス供給路２３、断熱筒１０の内部及びガス供給路２８を経て成形室１７内へ供給される。不活性ガスは、成形室１７内をパージする際に使用されるとともに、上型４及び下型１１を冷却する際に使用される。成形室１７内に供給された不活性ガスは、下フランジ３６の内部に形成された排気口２５を通って排気される。
【０００７】
上記の成形装置では、上型４及び下型１１の間にガラス製の成形素材１をセットし、成形室１７内を所定の圧力まで減圧した後、成形室１７内を不活性ガスでパージして内部に残留している酸素を追い出す。次いで、上型４、下型１１及び成形素材１をガラス転移点以上の所定の温度まで加熱し、再び、成形室１７内を所定の圧力まで減圧した後、上型４及び下型１１の間で成形素材１のプレス成形を行う。
【０００８】
上記のような成形装置では、成形室１７内を不活性ガスでパージする際に、パージガスのいきおいが強いため、下型１１の上に置かれた成形素材１が所定の位置から移動し、成形品が不良になることが問題になっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような光学素子のプレス成形の際の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、プレス成形に先立って成形室内を不活性ガスでパージする際に、下型の上に置かれた成形素材がパージガスの流れによって位置ずれを起こすことを防止することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学素子の成形方法は、
上型及び下型を雰囲気調整可能な成形室内に配置し、下型の上にガラス製の成形素材をセットし、成形室内を減圧し、成形室内を不活性ガスで置換した後、上型及び下型及び成形素材を所定の温度まで加熱し、次いで、上型及び下型の間で成形素材のプレス成形を行う光学素子の成形方法において、
前記成形室内を不活性ガスで置換する際、成形室内に上型及び下型にガスの流れが直接当らない位置から３ｍ／ｓｅｃ以上３０ｍ／ｓｅｃ以下の流速で不活性ガスを吹き込んで、成形室内をパージすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の光学素子の成形方法によれば、成形室内を不活性ガスを用いてパージする際、上型及び下型にパージガスの流れが直接当らない位置から、比較的低い流速で不活性ガスを吹き込むことによって、下型の上に置かれた成形素材に位置ずれが生ずることを防止することができる。
【００１２】
好ましくは、前記成形室内を減圧する際、成形室内を大気圧から５．０Ｐａ以下の圧力まで５ｓｅｃ以上４０ｓｅｃ以下の時間をかけて減圧する。
【００１３】
また、成形素材のプレス成形を真空中で行う場合には、上型及び下型及び成形素材を所定の温度まで加熱した後、再び成形室内を減圧する際に、大気圧から５．０Ｐａ以下の圧力まで５ｓｅｃ以上４０ｓｅｃ以下の時間をかけて減圧する。
【００１４】
例えば、使用される成形装置が、上型を断熱部材を介して背面側から支持する上軸、下型を断熱部材を介して背面側から支持する下軸、及び、上軸の下端部分から下軸の上端部分までの範囲を周囲から取り囲みその内部に雰囲気調整可能な空間を形成する成形室などから構成されている場合には、成形室の下部、即ち下軸の上端面よりも下側から成形室内に不活性ガスを吹き込んで、成形室内をパージする。
【００１５】
更に、前記成形室が、上軸の下端部分から下軸の上端部分までの範囲を周囲から取り囲む透明石英管、透明石英管の上端側に取り付けられ上軸が貫通する上フランジ、透明石英管の下端側に取り付けられ下軸が貫通する下フランジなどから構成されている場合には、下フランジの内部に形成された供給経路を介して成形室内に不活性ガスを吹き込んで、成形室内をパージする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明による光学素子の成形装置を示す。
【００１７】
固定軸２は、フレーム３０の上部プレート３３から下方に向かって伸び、上フランジ３５を貫通している。固定軸２の下端にはセラミック製の断熱筒３を介して上型４が取り付けられている。上型４は、金属製のダイプレート５、セラミック製のコア６及びキャビティダイ７から構成されている。コア６はキャビティダイ７の開口部の中に装着されている。キャビティダイ７はダイプレート５の下面に固定され、コア６はキャビティダイ７によってダイプレート１２の下面に固定されている。
【００１８】
移動軸９は、フレーム３０の下部から固定軸２に対向して上方に伸び、フレーム１の中段に設けられた中間プレート３２、及び中間プレート３２の上面に固定された下フランジ３６を貫通している。移動軸９の上端にはセラミック製の断熱筒１０を介して下型１１が取り付けられている。下型１１は、上型４と同様に、金属製のダイプレート１２、セラミック製のコア１３及びキャビティダイ１４から構成されている。コア１３はキャビティダイ１４の開口部の中に装着されている。キャビティダイ１４はダイプレート１２の上面に固定され、コア１３はキャビティダイ１４によってダイプレート１２の上面に固定されている。
【００１９】
移動軸９の下端にはロードセル４１を介して軸駆動装置８が接続されている。軸駆動装置８はフレーム１のベース３１の上に設置されている。移動軸９は、予め制御盤４０に入力されているプログラムに従い、速度、位置及び軸荷重などが制御されて上下方向に駆動される。
【００２０】
上フランジ３５は駆動装置（図示せず）によって上下方向に移動することができる。上フランジ３５の下面には、上型４及び下型１１の周囲を取り囲むように透明石英管１６が取り付けられている。更に、上フランジ３５の下側には、透明石英管１６の外周を取り囲むように外筒１８が取り付けられている。外筒１８にはその内壁に沿って赤外線ランプユニット１９が取り付けられている。赤外線ランプユニット１９は透明石英管１６の外側から上型４及び下型１１を加熱する様に配置されている。
【００２１】
透明石英管１６の上端面と上フランジ３５の接触面はＯ−リングによってシールされている。同様に、透明石英管１６の下端面と下フランジ３６の接触面もＯ−リングによってシールされている。上部プレート３３と上フランジ３５の間には、固定軸２の周囲を取り囲むようにベローズ３７が取り付けられ、固定軸２の周囲を外界から遮断している。同様に、中間プレート３２と移動軸９の中段部との間には、移動軸９の周囲を取り囲むようにベローズ３８が取り付けられ、移動軸２の周囲を外界から遮断している。このようにして、透明石英管１６の内部に、上型４及び下型１１の周囲を外界から遮断する成形室１７が構成されている。
【００２２】
固定軸２及び移動軸９の内部には、成形室１７内に不活性ガス（例えば、窒素ガス）を供給するためのガス供給路２２及び２３がそれぞれ形成されている。これに対応して、上側のダイプレート５にはガス供給路２７が形成され、下側のダイプレート１２にはガス供給路２８が形成されている。不活性ガスは、固定軸２側から、ガス供給路２２、断熱筒３の内部及びガス供給路２７を経て成形室１７内へ供給され、移動軸９側から、ガス供給路２３、断熱筒１０の内部及びガス供給路２８を経て成形室１７内へ供給される。上記の二つの経路は、プレス成形の後、上型４及び下型１１を冷却する際に使用される。
【００２３】
これに加えて、下フランジ３６の内部には、成形室１７内に不活性ガスを供給するためのガス供給路２４が形成されている。この経路は、プレス成形に先立って成形室１７内を不活性ガスで置換する際に使用される。
【００２４】
成形室１７内に供給された不活性ガスは、下フランジ３６の内部に形成された排気口２５を通って排気される。排気口２５には真空計４５及びバルブ４６、４７が取り付けられ、バルブ４７は真空ポンプ４８に接続されている。また、下型１１には熱電対４２が取り付けられている。なお、成形室１７の内部の真空排気を行う際にガス供給路２２、２３から成形室１７内に前記不活性ガスが流入しない様に、ガス供給路２２、２３にはバルブ（図示せず）が取り付けられている。
【００２５】
上記の成形装置では、上型４及び下型１１の間にガラス製の成形素材１をセットし、成形室１７内を所定の圧力まで減圧し、成形室１７内を不活性ガスで置換した後、成形室１７内を加熱する。上型４、下型１１及び成形素材１がガラス転移点以上の所定の温度に到達した後、再び成形室１７内を所定の圧力まで減圧し、次いで、上型４及び下型１１を用いて成形素材１のプレス成形を行う。ここで、成形室１７内を不活性ガスで置換する際、ガス供給路２４から成形室１７内に低流速で不活性ガスを吹き込んで内部をパージすることにより、成形室１７内に残留している酸素を追い出す。
【００２６】
成形室１７内を減圧及びパージする際の条件の一例を以下に示す。なお、この例では、上下の型４、１１の外径は１１０ｍｍ、透明石英管１６の内径は１１８ｍｍ、長さは３１０ｍｍ、である。
【００２７】
先ず、成形室１７内を５Ｐａまで１５ｓｅｃで減圧する。次いで、ガス供給路２４から成形室１７内に、窒素ガスを流速４ｍ／ｓｅｃ（流量：５０ＮＬ／ｍｉｎ）で吹き込み、成形室１７内をパージするとともに、大気圧まで昇圧する。
【００２８】
その後、成形室１７内の圧力を大気圧に保った状態で、上下の型４、１１を加熱する。上下の型４、１１が６９０℃に到達したところで、バルブ４７を開き、その開度を調整ながら成形室１７内を徐々に減圧し、５Ｐａまで４０ｓｅｃで減圧する。成形室１７内の圧力が５Ｐａ以下に下がったところで、移動軸９を駆動してプレス成形を行う。
【００２９】
プレス成形の終了後、バルブ４７を閉じ、ガス供給路２２、２３を介して窒素ガスを供給しながら、バルブ４６を介して窒素ガスを排出し、上下の型４、１１及び成形品を冷却する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の光学素子の成形方法によれば、不活性ガスを用いて成形室内をパージする際の不活性ガスを吹き込む位置及び流速を制限することにより、下型の上に置かれた成形素材が位置ずれを起こすことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子の成形方法が使用される成形装置の概略構成図。
【図２】従来の光学素子の成形装置の概略構成図。
【符号の説明】
１・・・成形素材、
２・・・固定軸、
３・・・断熱筒、
４・・・上型、
５、１２・・・ダイプレート、
６、１３・・・コア、
７、１４・・・キャビティダイ、
８・・・軸駆動装置、
９・・・移動軸、
１０・・・断熱筒、
１１・・・下型、
１６・・・透明石英管、
１７・・・成形室、
１８・・・外筒、
１９・・・赤外線ランプユニット、
２２、２３、２４、２７、２８・・・ガス供給路、
２５・・・排気口、
３０・・・フレーム、
３１・・・ベース、
３２・・・中間プレート、
３３・・・上部プレート、
３５・・・上フランジ、
３６・・・下フランジ、
３７、３８・・・ベローズ、
４０・・・制御盤、
４１・・・ロードセル、
４２・・・熱電対、
４５・・・真空計、
４６、４７・・・バルブ、
４８・・・真空ポンプ。

Claims (10)

1. 上型及び下型を雰囲気調整可能な成形室内に配置し、下型の上にガラス製の成形素材をセットし、成形室内を減圧し、成形室内を不活性ガスで置換した後、上型及び下型及び成形素材を所定の温度まで加熱し、次いで、上型及び下型の間で成形素材のプレス成形を行う光学素子の成形方法において、
   前記成形室内を不活性ガスで置換する際、成形室内に上型及び下型にガスの流れが直接当らない位置から３ｍ／ｓｅｃ以上３０ｍ／ｓｅｃ以下の流速で不活性ガスを吹き込んで、成形室内をパージすることを特徴とする光学素子の成形方法。
2. 前記成形室内を減圧する際、成形室内を大気圧から５．０Ｐａ以下の圧力まで５ｓｅｃ以上４０ｓｅｃ以下の時間で減圧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方法。
3. 上型及び下型を雰囲気調整可能な成形室内に配置し、下型の上にガラス製の成形素材をセットし、成形室内を減圧し、成形室内を不活性ガスで置換した後、上型及び下型及び成形素材を所定の温度まで加熱し、再び成形室内を減圧した後、上型及び下型の間で成形素材のプレス成形を行う光学素子の成形方法において、
   前記成形室内を不活性ガスで置換する際、成形室内に上型及び下型にガスの流れが直接当らない位置から３ｍ／ｓｅｃ以上３０ｍ／ｓｅｃ以下の流速で不活性ガスを吹き込んで、成形室内をパージすることを特徴とする光学素子の成形方法。
4. 前記成形室内を減圧する際及び前記成形室内を再び減圧する際、成形室内を大気圧から５．０Ｐａ以下の圧力まで５ｓｅｃ以上４０ｓｅｃ以下の時間で減圧することを特徴とする請求項３に記載の光学素子の成形方法。
5. 上型を断熱部材を介して背面側から支持する上軸、下型を断熱部材を介して背面側から支持する下軸、及び、上軸の下端部分から下軸の上端部分までの範囲を周囲から取り囲みその内部に雰囲気調整可能な空間を形成する成形室を備えた成形装置を用いて、下型の上にガラス製の成形素材をセットし、成形室内を減圧し、成形室内を不活性ガスで置換した後、上型及び下型及び成形素材を所定の温度まで加熱し、次いで、上型及び下型の間で成形素材のプレス成形を行う光学素子の成形方法において、
   前記成形室内を不活性ガスで置換する際、下軸の上端面よりも下側から成形室内に３ｍ／ｓｅｃ以上３０ｍ／ｓｅｃ以下の流速で不活性ガスを吹き込んで、成形室内をパージすることを特徴とする光学素子の成形方法。
6. 前記成形室は、上軸の下端部分から下軸の上端部分までの範囲を周囲から取り囲む透明石英管と、透明石英管の上端側に取り付けられ上軸が貫通する上フランジと、透明石英管の下端側に取り付けられ下軸が貫通する下フランジとを備え、
   前記不活性ガスは、下フランジの内部に形成された供給経路を通って前記成形室内に吹き込まれることを特徴とする請求項５に記載の光学素子の成形方法。
7. 前記成形室内を減圧する際、成形室内を大気圧から５．０Ｐａ以下の圧力まで５ｓｅｃ以上４０ｓｅｃ以下の時間で減圧することを特徴とする請求項５に記載の光学素子の成形方法。
8. 上型を断熱部材を介して背面側から支持する上軸、下型を断熱部材を介して背面側から支持する下軸、及び、上軸の下端部分から下軸の上端部分までの範囲を周囲から取り囲みその内部に雰囲気調整可能な空間を形成する成形室を備えた成形装置を用いて、下型の上にガラス製の成形素材をセットし、成形室内を減圧し、成形室内を不活性ガスで置換した後、上型及び下型及び成形素材を所定の温度まで加熱し、再び成形室内を減圧した後、上型及び下型の間で成形素材のプレス成形を行う光学素子の成形方法において、
   前記成形室内を不活性ガスで置換する際、下軸の上端面よりも下側から成形室内に３ｍ／ｓｅｃ以上３０ｍ／ｓｅｃ以下の流速で不活性ガスを吹き込んで、成形室内をパージすることを特徴とする光学素子の成形方法。
9. 前記成形室は、上軸の下端部分から下軸の上端部分までの範囲を周囲から取り囲む透明石英管と、透明石英管の上端側に取り付けられ上軸が貫通する上フランジと、透明石英管の下端側に取り付けられ下軸が貫通する下フランジとを備え、
   前記不活性ガスは、下フランジの内部に形成された供給経路を通って前記成形室内に吹き込まれることを特徴とする請求項８に記載の光学素子の成形方法。
10. 前記成形室内を減圧する際及び前記成形室内を再び減圧する際、成形室内を大気圧から５．０Ｐａ以下の圧力まで５ｓｅｃ以上４０ｓｅｃ以下の時間で減圧することを特徴とする請求項８に記載の光学素子の成形方法。

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