JP4232305B2 - Precision glass optical element manufacturing method and precision glass optical element manufacturing apparatus using the method - Google Patents

Precision glass optical element manufacturing method and precision glass optical element manufacturing apparatus using the method Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型によりガラスプリフォームを成形することにより精密ガラス光学素子を製造する方法とその方法を用いた精密ガラス光学素子の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密ガラス光学素子（モールド光学素子）を製造する方法としては、ガラスプリフォームを上下の金型間で加熱し、加圧成形した後、ガラスプリフォームを金型内に保持した状態で冷却する方法がよく知られている。このような方法における加熱は、加熱ヒーター等を用いて金型の周辺から行ったり、金型の外周に胴型を配置し、当該胴型の周りにコイルを巻き、当該コイルに電流を流して高周波を発生させることにより胴型を加熱する誘導加熱を行うことが一般的である。そのような加熱手段を用いると、熱は金型外周面から金型に伝導するため、金型成形面を均一に加熱することはできなかった。このため、金型成形面の中心部の温度が周辺部より低い温度分布で成形していた。また、成形後、冷却する際にはガラスプリフォームを金型内に保持した状態で冷却することが一般的であるが、金型はその外周面から放熱されるため、金型成形面の中心部の温度が周辺部より高い温度分布で冷却していた。
【０００３】
しかしながら、このように成形時および／または冷却時において、金型成形面に温度分布が生じていると、得られる光学素子の面精度が安定しないという問題があった。ガラスプリフォームは通常、ガラス転移点以上に加熱され、そのような温度での温度の変化に対するガラスの線膨張の変化は顕著であるため、成形工程および冷却工程（特にガラス転移点までの冷却工程）における金型成形面での温度分布の大きさがそのまま面精度の安定性に影響することが原因と考えられる。本明細書中、面精度が安定しないとは、光学素子転写面の部位によって面精度が著しく異なることをいう。
【０００４】
そこで、特開平７−１０５６４号公報では、胴型自体に熱流をコントロールする断熱層を設けて金型の温度分布を低減する試みがなされているが、温度分布を効率的に低減することは困難であり、成形サイクルが著しく長くなるという新たな問題が生じていた。
【０００５】
一方、金型を用いたガラス素子の成形では、金型の劣化や金型とガラスの融着を防止するために、加熱時および成形時、系中を非酸化性ガスで置換することがよく行われている。置換手段を図８を用いて説明する。図８（Ａ）は従来の光学素子の成形装置の概略構成図を示し、当該装置は上下金型（２、５）および上下胴型（３、６）から構成され、通常、さらに上下断熱層（１８、１９）、上型ベース１１および下型ベース１２を含んでなり、系はチャンバー９によって外気と遮断されている。このような装置においては、上記ガスを系内に供給するために、垂直路２０が上型ベース１１および上断熱層１８、ならびに下型ベース１２および下断熱層１９を貫通してそれらの軸上に形成され、金型における成形面と反対側（以下、非成形面側という）には水平路２１が上記垂直路２０と連結して半径方向に形成されており、水平路２１の他方はチャンバー９内の空間と連結している（図８（Ｂ）参照）。図８（Ｂ）は図８（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。非酸化性ガスの供給に際しては、加熱前、一旦、図８中、上から下に向かってガスを流して系中にガスを充填し、加熱時および成形時にはガスを継続して垂直路２０に導入し、図中の矢印方向のガス流が形成されていた。
【０００６】
しかしながら、上記のようなガスの流れでは、導入されたガスはまず、金型の非成形面（２５、２６）に衝突し、その後チャンバー内の空間に達するため、金型の非成形面の中心部が冷却され、前記した加熱時および成形時の金型成形面における温度分布が顕著であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、面精度が安定した精密ガラス光学素子を効率よく得ることができる精密ガラス光学素子の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非酸化性ガス雰囲気下でガラスプリフォームを上下の金型間で加熱し、上下金型によって加圧成形した後、上下金型内に保持した状態で冷却する精密ガラス光学素子の製造方法であって、
加熱時及び加圧成形時には上下金型の非成形面側のそれぞれに対して周辺部から金型軸の方向に非酸化性ガスを流し、冷却時には上下金型の非成形面側のそれぞれに対して金型軸から周辺部の方向に非酸化性ガスを流すことを特徴とする精密ガラス光学素子の製造方法に関する。
【０００９】
本発明はまた、少なくとも、ガラスプリフォームを加圧成形するための上下金型、上金型の熱を上方向に逃がさないための上断熱層、下金型の熱を下方向に逃がさないための下断熱層、および系を外気と遮断するためのチャンバーを含んでなり、各金型の非成形面側に非酸化性ガスのための水平路が形成され、該水平路に連結する垂直路が金型軸方向に断熱層を貫通して形成されていて、
加熱時及び加圧成形時には水平路を通じて上下金型の非成形面側のそれぞれに対して周辺部から金型軸の垂直路の方向に非酸化性ガスを流し、冷却時には水平路を通じて上下金型の非成形面側のそれぞれに対して金型軸の垂直路から周辺部の方向に非酸化性ガスを流すように構成されていることを特徴とする精密ガラス光学素子の製造装置に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の方法を添付の図面を用いて説明する。なお、図面の中で同一符号は同一部分または相当する部分を示す。
【００１１】
図１は本発明の方法を実施するのに適した第１の態様の精密ガラス光学素子の製造装置の概略構成図を示す。当該装置は詳しくは、ガラスプリフォームを加圧成形するための上下金型（２、５）、上金型の熱を上方向に逃がさないための上断熱層１８、下金型の熱を下方向に逃がさないための下断熱層１９、および系を外気と遮断するための石英等からなるチャンバー９で構成され、通常、さらに上金型２の外周を覆う上胴型３、下金型５の外周を覆う下胴型６、ならびに上下金型および上下胴型を上下断熱層を介して固定するための上型ベース１１および下型ベース１２を含んでなる。また、成形室（チャンバー内の空間）には、図示しない非酸化性ガス供給システムおよび排気システムが結合されている。ガス供給システムの経路内には、図示しないガス温度制御器、ガス流量制御器およびガス圧制御器が所望により設置されている。本明細書中、上金型２、上胴型３、上断熱層１８および上型ベース１１からなるユニットを上型ユニット１、下金型５、下胴型６、下断熱層１９および下型ベース１２からなるユニットを下型ユニット４と呼ぶものとする。
【００１２】
当該装置においては、各金型の非成形面（２５、２６）側に非酸化性ガスのための水平路２１が形成され、該水平路に連結する垂直路２０が金型軸方向に、上断熱層１８および上型ベース１１、ならびに下断熱層１９および下型ベース１２を貫通して形成されている。本発明において、垂直路２０は金型軸上に形成され、水平路２１は非成形面（２５、２６）に隣接しながら、図１（Ｂ）に示すように金型軸に向かって、すなわち垂直路２０に向かって形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより金型成形面の温度分布をより有効に低減できるためである。図１（Ｂ）は図１（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。
【００１３】
第１の態様においては、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、水平路２１は一端で垂直路２０と連結され、他端でチャンバー９内の空間３０と連結されている。
【００１４】
図１（Ｂ）中、４本の水平路２１が垂直路２０から放射状に形成されているが、金型成形面の温度分布を低減できれば、水平路の数は特に制限されるものではなく、例えば、図２に示すように８本の水平路２１が垂直路２０から放射状に形成されていてもよい。水平路の開口面積にもよるが、通常、４本以上、好ましくは４〜１２本が好適である。以下、４本の水平路が形成される場合について説明する。
【００１５】
本発明においてはまず、チャンバー９内に非酸化性ガスを満たし、非酸化性ガス雰囲気下でガラスプリフォーム７を上下の金型（２、５）間で加熱する。このときのチャンバー内への非酸化性ガス導入のためのガス流路は特に制限されず、金型劣化および金型とガラスとの融着を防止できるように、上下金型間にガスを充填できればよい。例えば、チャンバーと金型ブロック（上型ユニット１および下型ユニット４からなる）との間隙に、ガスを、図示しないガス供給システムによって上型ユニット１側から導入してもよいし、または下型ユニット４側から導入してもよいし、もしくは上下金型によって形成される空間の横からチャンバーに穴をあけてガスを導入してもよい。
【００１６】
加熱手段（図示しない）は特に制限されないが、上下の胴型の周りにチャンバーの外側からコイルを巻き当該コイルに電気を流して高周波を発生させることにより胴型（３、６）を加熱する誘導加熱を行うことが、迅速に所望温度まで加熱できる点で好ましい。このため、胴型の材料としては、誘導加熱可能な材料が使用され、例えば、超硬合金、カーボン等の硬度が高く、電気伝導性の良好なものが挙げられる。本発明においては加熱手段として、加熱ヒーター、赤外線ランプ等を用いて金型を加熱してもよい。このときは熱の伝導効率の観点から胴型（３、６）を極力小さくし、できることなら設置しないことが好ましい。
【００１７】
本発明においては加熱時において、各金型（２、５）の非成形面（２５、２６）側に非酸化性ガスを供給し、各金型の非成形面側での非酸化性ガス流の向きを制御する。詳しくは、各金型（２、５）の非成形面（２５、２６）側において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸に向かって流す。すなわち、図１（Ａ）中、水平路２１および垂直路２０に、図示する矢印方向のガス流が生じるようにガスを導入する。このときのガスの導入経路は水平路２１および垂直路２０内で図示する矢印方向のガス流が生じれば特に制限されず、例えば、チャンバーと金型ブロック（上型ユニット１および下型ユニット４からなる）との間隙に、ガスを、上型ユニット１側から導入してもよいし、下型ユニット４側から導入してもよいし、または上型ユニット１側および下型ユニット４側の両側から導入してもよい。
【００１８】
加熱時において、金型はその周辺（側面）から熱が伝達されるため、金型成形面において中心部と周辺部で温度差（中心部の温度が周辺部の温度より低い温度分布）が生じるが、本発明においては加熱時、上記のように非酸化性ガスを金型非成形面と接触させながら金型軸に向かって流すため、金型成形面の温度分布を低減できる。すなわち、金型を加熱しながら、非酸化性ガスを金型非成形面と接触させつつ金型軸に向かって流すことによって、金型自体が加熱されることによる固体を介した金型周辺部から金型中心部への熱伝導とガス流を介した金型周辺部から金型中心部への熱伝導が行われ、金型周辺部から金型中心部へ熱が効率よく伝わり、金型の温度分布が低減され、結果として金型成形面の温度分布が低減される。
【００１９】
加熱時において上記の方向でガスを流し始める時期は特に制限されず、遅くとも後述の加圧成形直前において金型成形面の温度分布の低減が達成できるような時期とする。また、加圧成形直前において金型成形面の温度分布の低減が達成できれば、ガス流は継続して流されても、または間欠的に流されてもよい。
【００２０】
非酸化性ガスの圧力、温度および／または流量、ならびに加熱手段の出力を適宜選択することによって金型成形面の温度分布を低減するのに必要とされる時間、金型温度および昇温速度を調整することができる。特に、ガスの温度はあまりに低すぎると金型の温度および昇温速度が低下し、加熱効率が悪化し、一方であまりに高く設定してもガスを加熱するためのコストが大きくなるため、これらの事情を勘案して適宜設定する必要がある。また、ガス温度は使用されるガラス種によっても異なるが、通常、２０〜４００℃、好ましくは３００〜６００℃の範囲内で選択される。ガスの圧力は、通常、１．０〜７．０ｋｇｆ/ｃｍ2、好ましくは３．０〜７．０ｋｇｆ/ｃｍ2の範囲内で選択される。ガスの流量は０．５〜４００リットル/分、好ましくは０．５〜１０００リットル/分の範囲内で選択される。
【００２１】
昇温速度は、加圧成形直前において金型成形面での温度分布の低減が達成されれば、レンズ製造プロセスの短時間化の観点から大きいほど好ましく、通常、３００〜１０００℃/分、好ましくは３００〜６００℃/分、より好ましくは５００〜６００℃/分に設定される。加熱時において昇温速度は途中で変化しても良い。また、各金型はその中心部の温度でプリフォームのガラス軟化点を超える温度に加熱されることが好ましい。通常、ガラス軟化点〜ガラス軟化点＋１００（℃）まで加熱される。上金型と下金型が異なる温度に加熱されてもよい。
【００２２】
非酸化性ガスを、上型ユニット１側および下型ユニット４側の両側から導入し、特に、上金型と下金型の設定温度が異なる場合、各ガスの圧力、温度および／または流量は独立して選択されてよい。
【００２３】
本発明においては金型成形面における中心部と周辺部との温度差を、面精度の安定な光学素子が得られる程度に低減することができる。すなわち、金型および胴型の各中心部の温度差を５０℃以下、好ましくは５℃以下に低減することができる。
【００２４】
例えば、直径約１５ｍｍ、厚み１５ｍｍの金型を用い、金型中心部の温度が７０５℃に達したとき、４００℃のガスを圧力４ｋｇｆ/ｃｍ2、流量５リットル/分で、チャンバーと金型ブロック（上型ユニット１および下型ユニット４からなる）との間隙に、上型ユニット１側から導入すると、各金型において約３０秒後には金型中心部の温度が７２０℃で金型および胴型の各中心部の温度差が５℃の温度分布を実現できる。
【００２５】
非酸化性ガスは比較的高温であっても金型およびガラス表面を酸化しないガスであれば特に制限されず、例えば、窒素、Ａｒ等が挙げられる。
【００２６】
上下の金型における成形面は所望の形状に鏡面加工され、本発明においては面精度０．０５μｍ程度まで安定にプリフォームに転写することができる。上金型および下金型それぞれの形状は特に制限されず、例えば、曲面形状（球面形状を含む）または平面形状を有していてよく、また凹形状または凸形状いずれであってもよい。上下の金型の材料は特に制限されないが、成形容易性および型加工容易性の観点からＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＷＣ、Ｃｒ2Ｏ3が好ましく用いられ、より好ましくはＷＣが用いられる。
【００２７】
上記のように各金型において成形面の温度分布が低減された後は、プリフォームを当該上下金型によって加圧成形する。本発明においては加熱時と同様に、各金型（２，５）の非成形面（２５，２６）側において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸に向かって流し続けながら加圧成形することが好ましい。
【００２８】
加圧を終了させるタイミングは、硝種によって異なるが、(Tg-100）℃に冷却するまで、好ましくは(Tg-50)℃に冷却するまでとする。
加圧時間および圧力は、上金型２および下金型５の各成形面のプリフォーム７への転写が十分に達成されれば、特に制限されない。
【００２９】
加圧成形後は、プリフォームを上下金型内に保持した状態で冷却する。本発明においては冷却時、特にプリフォームの表面温度、すなわち金型成形面の温度がガラス転移点以下になるまでの間、各金型（２，５）の非成形面（２５，２６）側に非酸化性ガスを供給し、各金型の非成形面側での非酸化性ガス流の向きを制御する。詳しくは、各金型（２，５）の非成形面（２５，２６）側において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら、金型軸から放射状に流す。すなわち、図１（Ａ）中、垂直路２０および水平路２１に、図示する矢印と逆方向のガス流が生じるようにガスを導入する。このときのガスの導入経路は垂直路２０および水平路２１内で図示する矢印と逆方向のガス流が生じれば特に制限されず、例えば、上型ユニット１においては垂直路２０の上端から、下型ユニット４においては垂直路２０の下端から、ガスを導入する。
【００３０】
冷却時において、金型はその周辺（側面）から放熱されるため、金型成形面において中心部と周辺部で温度差（中心部の温度が周辺部の温度より高い温度分布）が生じるが、本発明においては冷却時、上記のように非酸化性ガスを金型非成形面と接触させながら金型軸から放射状に流すため、金型成形面の温度分布が低減された状態での冷却が可能となる。すなわち、金型から放熱させながら、非酸化性ガスを金型非成形面と接触させつつ金型軸から放射状に流すことによって、金型自体が放熱することによる固体を介した金型中心部から金型周辺部への熱伝導とガス流を介した金型中心部から金型周辺部への熱伝導が行われ、金型中心部から金型周辺部へ熱が効率よく伝わり、金型の温度分布が低減され、結果として金型成形面の温度分布が低減された状態での冷却が可能となる。また、冷却効率も向上する。
【００３１】
冷却時のガス流は、冷却時の金型成形面の温度分布の低減が達成できれば、継続して流されても、または間欠的に流されてもよい。
【００３２】
冷却時に導入される非酸化性ガスの圧力、温度および／または流量は金型成形面の温度分布が低減された状態を維持できれば特に制限されないが、それらを適宜選択することによって冷却速度を調整することができる。冷却速度は、ガラスに歪が発生し、カンと呼ばれる割れが起こるため制限され、通常、５０〜２００℃/分、好ましくは８０〜１２０℃/分に制御される。冷却時において冷却速度が途中で変化しても良い。ガスの圧力は、通常、１．０〜７．０ｋｇｆ/ｃｍ2、好ましくは３．０〜７．０ｋｇｆ/ｃｍ2の範囲内で選択される。ガスの温度は、通常、２０〜１００℃、好ましくは２０〜５０℃の範囲内で選択される。ガスの流量は０．５〜１０００リットル/分、好ましくは０．５〜４００リットル/分の範囲内で選択される。例えば、導入ガスの流量を１００リットル/分、温度を室温とすれば、冷却速度は約１００℃/分となる。
【００３３】
各ユニット（上型ユニット１および下型ユニット４）から導入される非酸化性ガスの圧力、温度および／または流量は独立して選択されてよい。
【００３４】
本発明における上記のような冷却はプリフォームの表面温度、すなわち金型成形面の温度がガラス転移点以下、好ましくはガラス転移点−５０℃、より好ましくはガラス転移点−２０℃になるまでの間、行われる。プリフォーム表面温度がガラス転移点を超えている状態で金型成形面での中心部と周辺部の温度差が２０℃を越えると面精度の安定な光学素子を得ることができない。
【００３５】
本発明においては冷却時の金型成形面における中心部と周辺部との温度差、すなわち、金型および胴型の各中心部の温度差を２０℃以下、好ましくは５℃以下に維持することができる。
【００３６】
上記のような冷却を行った後は、金型間の圧力を解除し、さらに冷却する。圧力解除後の冷却時における冷却速度は大きく設定することが好ましい。これは、成形サイクルの短縮につながり、レンズコストを低減する効果がある。その方法は特に制限されず、例えば、非酸化性ガスを吹きかけて強制的に冷却してもよいし、または放置冷却してもよい。
【００３７】
本発明においては、加熱時、加圧成形時および冷却時において各金型の非成形面側に非酸化性ガスを供給し、各金型の非成形面側での非酸化性ガス流の向きを上記のように制御することにより、金型成形面の温度分布が低減された状態での加圧成形および冷却が可能になるため、面精度の安定な精密ガラス光学素子を効率よく得ることができる。
【００３８】
本発明においては、このような温度分布の低減をより効果的に行うために、金型および胴型の中心部の温度を検出しながら、非酸化性ガスの圧力、温度および／または流量、ならびに加熱手段の出力を適宜調整することが好ましい。そのため、上記の装置においては、少なくとも１対、好ましくは２対の金型および胴型の温度を検出しながら、非酸化性ガスの圧力、温度および／または流量、ならびに加熱手段の出力を制御する手段を設けていることが好ましい。
【００３９】
図３は本発明の方法を実施するのに適した第２の態様の精密ガラス光学素子の製造装置の概略構成図を示す。図３の装置は、上型ユニット１および下型ユニット４それぞれにおいて、５本の垂直路（２０Ａおよび２０Ｂ；金型軸上に形成されている垂直路を「２０Ａ」、その周辺に形成されている垂直路を「２０Ｂ」という）が形成され、水平路２１が一端で垂直路２０Ａと連結され、他端で垂直路２０Ｂと連結されていること以外、図１の装置と同様である。図３（Ｂ）は図３（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。図３（Ｂ）中、４本の水平路２１が垂直路２０Ａから放射状に形成されているが、図１の装置においてと同様に、金型成形面の温度分布を低減できれば、水平路の数は特に制限されるものではない。例えば、８本の水平路２１が垂直路２０Ａから放射状に形成される場合、各水平路の他端において垂直路２０Ｂが形成される。
【００４０】
図３（Ａ）中に示されている矢印は加熱時および加圧成形時の非酸化性ガス流の向きを示す。すなわち、図３の装置においては、加熱時および加圧成形時、垂直路２０Ｂに非酸化性ガスを導入することにより、各金型の非成形面側（水平路２１）において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸に向かって流す。このため、前述のように、金型自体が加熱されることによる固体を介した金型周辺部から金型中心部への熱伝導とガス流を介した金型周辺部から金型中心部への熱伝導が行われ、金型周辺部から金型中心部へ熱が効率よく伝わり、金型の温度分布が低減され、結果として金型成形面の温度分布が低減される。
【００４１】
冷却時においては、垂直路２０Ａに非酸化性ガスを導入することにより、各金型の非成形面側（水平路２１）において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸から放射状に流す。このため、前述のように、金型自体が放熱することによる固体を介した金型中心部から金型周辺部への熱伝導とガス流を介した金型中心部から金型周辺部への熱伝導が行われ、金型中心部から金型周辺部へ熱が効率よく伝わり、金型の温度分布が低減され、結果として金型成形面の温度分布が低減された状態での冷却が可能となる。また、冷却効率も向上する。
【００４２】
図３の装置においても、図１の装置を用いた場合と同様に、加熱時、加圧成形時および冷却時において各金型の非成形面側に非酸化性ガスを供給し、各金型の非成形面側での非酸化性ガス流の向きを上記のように制御することにより、金型成形面の温度分布が低減された状態での加圧成形および冷却が可能になるため、面精度の安定な精密ガラス光学素子を効率よく得ることができる。
【００４３】
図４は本発明の方法を実施するのに適した第３の態様の精密ガラス光学素子の製造装置の概略構成図を示す。図４の装置は、上胴型３および下胴型６それぞれにおいて、４本の垂直路（２０Ｂ）がさらに形成され、水平路２１が一端で垂直路２０Ａ（垂直路２０Ａは図１における垂直路２０に対応する）と連結され、他端で垂直路２０Ｂと連結されていること以外、図１の装置と同様である。図４（Ｂ）は図４（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。図４（Ｂ）中、４本の水平路２１が垂直路２０Ａから放射状に形成されているが、図１の装置においてと同様に、金型成形面の温度分布を低減できれば、水平路の数は特に制限されるものではない。例えば、８本の水平路２１が垂直路２０Ａから放射状に形成される場合、各水平路の他端において垂直路２０Ｂが形成される。
【００４４】
図４（Ａ）中に示されている矢印は加熱時および加圧成形時の非酸化性ガス流の向きを示す。すなわち、図４の装置においては、加熱時および加圧成形時、水平路２１および垂直路（２０Ａおよび２０Ｂ）に図示する矢印方向のガス流が生じるように非酸化性ガスを導入することにより、各金型の非成形面側（水平路２１）において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸に向かって流す。このため、前述のように、金型自体が加熱されることによる固体を介した金型周辺部から金型中心部への熱伝導とガス流を介した金型周辺部から金型中心部への熱伝導が行われ、金型周辺部から金型中心部へ熱が効率よく伝わり、金型の温度分布が低減され、結果として金型成形面の温度分布が低減される。
【００４５】
ガスの導入経路は水平路２１および垂直路（２０Ａおよび２０Ｂ）内で図示する矢印方向のガス流が生じれば特に制限されず、例えば、チャンバーと金型ブロック（上型ユニット１および下型ユニット４からなる）との間隙に、ガスを、上型ユニット１側から導入してもよいし、下型ユニット４側から導入してもよいし、または上型ユニット１側および下型ユニット４側の両側から導入してもよい。
【００４６】
冷却時においては、垂直路２０Ａに非酸化性ガスを導入することにより、各金型の非成形面側（水平路２１）において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸から放射状に流す。このため、前述のように、金型自体が放熱することによる固体を介した金型中心部から金型周辺部への熱伝導とガス流を介した金型中心部から金型周辺部への熱伝導が行われ、金型中心部から金型周辺部へ熱が効率よく伝わり、金型の温度分布が低減され、結果として金型成形面の温度分布が低減された状態での冷却が可能となる。また、冷却効率も向上する。
【００４７】
図４の装置においても、図１の装置を用いた場合と同様に、加熱時、加圧成形時および冷却時において各金型の非成形面側に非酸化性ガスを供給し、各金型の非成形面側での非酸化性ガス流の向きを上記のように制御することにより、金型成形面の温度分布が低減された状態での加圧成形および冷却が可能になるため、面精度の安定な精密ガラス光学素子を効率よく得ることができる。
【００４８】
図５は本発明の方法を実施するのに適した第４の態様の精密ガラス光学素子の製造装置の概略構成図を示す。図５の装置は、図５（Ａ）に示すように、少なくとも１の水平路２１Ｂが一端で垂直路２０と連結して、他端でチャンバー９内の空間に連結して形成されていること、少なくとも１の誘導路２５が一端で垂直路２０と連結して、他端で開放系（図示しない）に連結して形成されていること、および弁２８が設けられていること以外、図１の装置と同様である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。図５（Ｂ）中、４本の水平路２１Ａ（水平路２１Ａは図１（Ａ）における水平路２１に対応する）が垂直路２０から放射状に形成されているが、図１の装置においてと同様に、金型成形面の温度分布を低減できれば、水平路の数は特に制限されるものではない。
【００４９】
図５（Ａ）中に示されている矢印は加熱時および加圧成形時の非酸化性ガス流の向きを示す。すなわち、図５の装置においては加熱時および加圧成形時、弁２８を図５（Ａ）に示すように開閉し、垂直路２０に非酸化性ガスを導入することにより、各金型の非成形面側（水平路２１Ａ）において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸に向かって流す。このため、前述のように、金型自体が加熱されることによる固体を介した金型周辺部から金型中心部への熱伝導とガス流を介した金型周辺部から金型中心部への熱伝導が行われ、金型周辺部から金型中心部へ熱が効率よく伝わり、金型の温度分布が低減され、結果として金型成形面の温度分布が低減される。
【００５０】
冷却時においては、図５（Ａ）における全ての弁２８の開閉状況を逆にし、すなわち開いている弁は閉じ、閉じている弁は開け、垂直路２０に非酸化性ガスを導入することにより、各金型の非成形面側（水平路２１Ａ）において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸から放射状に流す。このため、前述のように、金型自体が放熱することによる固体を介した金型中心部から金型周辺部への熱伝導とガス流を介した金型中心部から金型周辺部への熱伝導が行われ、金型中心部から金型周辺部へ熱が効率よく伝わり、金型の温度分布が低減され、結果として金型成形面の温度分布が低減された状態での冷却が可能となる。また、冷却効率も向上する。
【００５１】
図５の装置においても、図１の装置を用いた場合と同様に、加熱時、加圧成形時および冷却時において各金型の非成形面側に非酸化性ガスを供給し、各金型の非成形面側での非酸化性ガス流の向きを上記のように制御することにより、金型成形面の温度分布が低減された状態での加圧成形および冷却が可能になるため、面精度の安定な精密ガラス光学素子を効率よく得ることができる。
【００５２】
図５に示すような弁を用いた構成とすることにより、一連の成形において、すなわち加熱時、加圧成形時および冷却時において、非酸化性ガスの導入は垂直路２０のみに行うことで足るため、非酸化性ガスの導入経路を切り替える必要がなくなる。
【００５３】
本発明の方法を実施する前記した全ての態様の装置においては、金型成形面の温度分布の低減をより効果的に行うために、各金型に、非成形面側に開口するくりぬき部を設け、加熱時、加圧成形時および冷却時、当該くりぬき部にヒーターを抜き差しすることが好ましい。
【００５４】
そのような装置の一例の概略構成図を図６に示す。図６は各金型が非成形面側に開口するくりぬき部２９を有すること、および支持棒３１によって抜き差し可能なヒーター３２を有すること以外、図１の装置と同様である。加熱時および加圧成形時においては、各金型のくりぬき部にヒーターを挿入し、冷却時においては各金型のくりぬき部からヒーターを引き出す。このような上記くりぬき部へのヒーターの抜き差しを、前記の金型非成形面側での非酸化性ガス流方向の制御とともに行うことにより、迅速で有効な金型成形面温度分布の低減が可能となる。また、昇温速度および冷却速度を有効に制御できる。例えば、冷却時、水平路において温度２０℃のガスを流量１００リットル/分で金型軸から放射状に流す場合、ヒーターをくりぬき部から引き抜くと、冷却速度１５０〜２００℃/分を達成できる。くりぬき部を設けることによって冷却時にガス流が金型と接触する面積が増え、放熱が促進されるためである。
【００５５】
また、別の態様においては、ヒーターを用いず、上記くりぬき部を設けるだけでも、前記のように金型の非成形面側での非酸化性ガス流の方向を制御することにより、金型成形面の温度分布の低減をより効果的に達成できる。
【００５６】
本発明の方法を実施するのに適した装置は前記した態様の装置に限定されるものではなく、各金型の非成形面側に非酸化性ガスを供給でき、各金型の非成形面側での非酸化性ガス流の向きを制御できれば特に制限されない。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【００５７】
【実施例】
実施例１
次に、実施例１として具体的な成形例について説明する。図１に示す構成を有する装置（水平路：４本）を用いた。金型は凸形状Ｒ（曲率半径）１５ｍｍで直径１５ｍｍの上型２および凹Ｒ５０ｍｍで直径１５ｍｍの下型５からなる。これにより、凹Ｒ１５ｍｍで凸Ｒ５０ｍｍのメニスカレンズ８を成形した。プリフォーム硝材７としては、ＬａＫ８（Ｔｇ：６５２℃、Ａｔ（屈伏点）：６７９℃）を用いた。
【００５８】
まず、上記プリフォーム７を下型５の上部にセットし、図示しない金型駆動機構により金型ブロック（上型ユニット１および下型ユニット４）を移動させ成形室を形成した。ついで、ガス導入システム（図示しない）により窒素ガスを成形室（チャンバー９内の空間）に導いた（非酸化性ガスの充填）。このときのガス温度は室温で、ガス経路は上断熱層１８から下断熱層１９にまわる経路とした。ガス圧は４Ｋｇｆ/ｃｍ2、流量は５ｌ/ｍｉｎであった。成形室が窒素ガスで満たされたら、図示しない高周波コイルを用いて上下金型を加熱した。上金型の中心部の温度が所定温度の７０５℃に達した時に、上型ユニット１および下型ユニット４それぞれの水平路２１においてガス流が金型軸に向かって流れるように、温度４００℃の窒素ガス（２０リットル/分）を、チャンバー９と金型ブロックとの間隙に、上型ユニット１側および下型ユニット４側の両側から導入した。その後、ガスの導入を継続しながら、３０秒間保持し、金型とプリフォーム各面の均熱化を行った後、下型ユニット４を駆動し、ブレス圧８０Ｋｇ/ｃｍ2で１５秒間成形を行った。その後、各水平路２１においてガス流が金型軸から放射状に流れるように、室温の窒素ガス（１００リットル/分）を、上型ユニットおよび下型ユニットの垂直路２０に導入し、当該ガスの導入を継続した（冷却工程）。下金型中心部の温度がＴｇ−２０（℃）になった時点で、上下のガス流量を各々４００リットル/minとして冷却した。その後、金型ブロックを開いて放置冷却し、成形レンズを取り出した。そこで、これと同一の条件で１０回繰り返した。その結果、レーザー干渉計で測定したところ、面精度の安定性が約１/８λ（λ＝６３２．８ｎｍ）のレンズが得られた。
【００５９】
上記成形プロセス中における上金型及び上胴型の各中心部の温度を図示しない熱電対により検出を行い、その温度変化を図７に示した。温度検知手段としては熱電対以外に、放射温度計により非接触測定することも可能である。成形プロセス中の下金型及び下胴型の各中心部の温度も同様に検出したところ、図７と同様の温度変化を示した。それらの検出結果に基づいて上下個別にガスの温度および流量を、また金型の加熱パワーを微調整することで上下双方の金型温度および胴型温度を制御した。本プロセス中の加圧成形時および冷却時において金型と胴型の温度差は５℃以内に維持できた。
【００６０】
実施例２
次に、実施例２について具体的な成形例を説明する。図１に示す構成を有する装置（水平路：４本）を用いた。金型は、凸Ｒ１５ｍｍで直径１５ｍｍの上型２及び凹Ｒ５０ｍｍで直径１５ｍｍの下型５からなる。これにより凹Ｒ１５ｍｍで凸Ｒ５０ｍｍのメニスカレンズを成形した。プリフォーム硝材７としてはＬａＦ７１（Ｔｇ：６３２℃、Ａｔ：６７２℃）を用いた。
【００６１】
まず、上記プリフォーム７を下型５の上部にセットし、図示しない金型駆動機構により金型ブロック（上型ユニット１および下型ユニット４）を移動させ成形室を形成した。ついで、ガス導入システム（図示しない）により窒素ガスを成形室に導いた（非酸化性ガスの充填）。このときのガス温度は４００℃で、ガス経路は上断熱層１８から下断熱層１９にまわる経路とした。ガス圧は４Ｋｇｆ/ｃｍ2、流量は５ｌ/ｍｉｎであった。成形室が窒素ガスで満たされたら、図示しない高周波コイルを用いて上下金型を加熱した。
【００６２】
本実施例においては、上下金型の加熱・成形温度に差を設けて成形を行った。上金型中心部の温度が６８０℃、下金型中心部の温度が６９５℃に達した時に、各水平路２１においてガス流が金型軸に向かって流れるように、温度４００℃の窒素ガスを、チャンバー９と金型ブロックとの間隙に、上型ユニット側および下型ユニット側の両側から導入した。ガス流量は上部は１５リットル/min、下部は５リットル/minとした。その後、ガスの導入を継続しながら、４０秒間保持して下型ユニット４を駆動し、プレス圧１００ｋｇ/ｃｍ2で３０秒間成形を行った。その後、各水平路２１においてガス流が金型軸から放射状に流れるように、室温の窒素ガスを、上型ユニットおよび下型ユニットの各垂直路２０に導入した（冷却工程）。ガス流量は上部は２５リットル/min、下部は１５リットル/minとし、当該ガスの導入を継続し、下金型中心部の温度がＴｇ−２０（℃）になった時点で、上下のガス流量のみ変えて、各々２５０リットル/minとして冷却した。その後、金型を開き成形レンズ８を取り出し、これを同一の条件で１０回繰り返した。その結果、レーザー干渉計で測定したところ、面精度の安定性が約１/１０λのレンズが得られた。上記成形プロセス中において上下金型および上下胴型の温度をモニターしたところ、加圧成形時および冷却時の上金型および上胴型、各中心部の温度差、ならびに下金型および下胴型、各中心部の温度差は３℃以内であった。
【００６３】
実施例３
次に、実施例３について具体的な成形例を説明する。図１に示す構成を有する装置（水平路：８本）を用いた。実施例２と同様、金型は凸Ｒ１５ｍｍで直径１５ｍｍの上型２および凹Ｒ５０ｍｍで直径１５ｍｍの下型５からなる。これにより凹Ｒ１５ｍｍで凸Ｒ５０ｍｍのメニスカレンズを成形した。プリフォーム硝材としてはＳＫ５（Ｔｇ：６５８℃、Ａｔ：７０４℃）を用いた。
【００６４】
まず、上記プリフォーム７を下型５の上部にセットし、図示しない金型駆動機構により金型ブロック（上型ユニット１および下型ユニット４）を移動させ成形室を形成した。ついで、ガス導入システム（図示しない）により窒素ガスを成形室に導いた。このときのガス温度は４００℃で、ガス経路は上断熱層１８から下断熱層１９にまわる経路とした。ガス圧は４Ｋｇｆ/ｃｍ2、流量は５リットル/minであった。成形室が窒素ガスで満たされたら、図示しない高周波コイルを用いて上下金型を加熱した。上金型の中心部の温度が所定温度の７３０℃に達した時に、上型ユニット１および下型ユニット４それぞれの水平路２１においてガス流が金型軸に向かって流れるように、温度４００℃の窒素ガス（２０リットル/分）を、チャンバー９と金型ブロックとの間隙に、上型ユニット１側および下型ユニット４側の両側から導入した。このとき、金型と胴型の温度をモニターしながら、上金型と上胴型、下金型と下胴型、各中心部の温度差がないようにガス流量の調整を行い、かつ加熱コイルのパワーを調整し、温度差がない状態を３０秒間保持した。その後、下型ユニット４を駆動し、プレス圧８０ｋｇ/ｃｍ2で２５秒間成形を行った。その後、各水平路２１においてガス流が金型軸から放射状に流れるように、室温の窒素ガス（５０リットル/分）を、上型ユニットおよび下型ユニットの各垂直路２０に導入した（冷却工程）。このとき、金型と胴型の温度差をモニターしながら、上金型と上胴型、下金型と下胴型、各中心部の温度差がないようにガス流量の調整を行い、下金型中心部の温度がＴｇ−２０（℃）になった時点で、上下のガス流量のみ変えて、各々２５０リットル/minとして冷却した。その後、金型を開き成形レンズ８を取り出し、これを同一の条件で１０回繰り返した。その結果、レーザー干渉計で測定したところ、面精度の安定性が約１/１２λのレンズが得られた。
【００６５】
実施例４
次に、実施例４として具体的な成形例について説明する。図６に示す構成を有する装置を用いた。図６の装置は各金型が非成形面側に開口するくりぬき部２９（開口部の直径：１０ｍｍ）を有すること、および支持棒３１によって支持されるヒーター３２（寸法：１０ｍｍ×高さ１２ｍｍ、出力２００Ｗ）を有すること以外、図１の装置と同様である。
【００６６】
成形方法については、各水平路２１におけるガス流の温度、流量および向きを実施例１においてと同様に制御しながら、加熱時および加圧成形時において、各金型のくりぬき部にヒーターを挿入し、冷却時においては各金型のくりぬき部からヒーターを引き出すこと以外、実施例１の成形方法と同様であった。なお、挿入量は確実に奥まで、また引出については金型中心温度の特性に合わせて金型周辺と中心の温度差がでないように制御しながら行った。成形プロセス中において上下金型および上下胴型の温度をモニターしたところ、加圧成形時および冷却時の上金型および上胴型、各中心部の温度差、ならびに下金型および下胴型、各中心部の温度差は２℃以内であった。１０回繰り返してレンズを成形し、レーザー干渉計で測定したところ、面精度の安定性が１/１０λのレンズが得られた。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、成形に必要となる非酸化性ガスの経路を切り換え、さらには所望により金型内にヒーターを抜き差しすることで効率的に金型温度分布の低減が図れ、面精度の安定性が高い光学素子が容易に成形できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本発明の方法を実施するのに適した精密ガラス光学素子の製造装置の一例の概略構成図を示し、（Ｂ）は（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。
【図２】 水平路を８本形成したときの図１（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。
【図３】 （Ａ）は本発明の方法を実施するのに適した精密ガラス光学素子の製造装置の一例の概略構成図を示し、（Ｂ）は（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。
【図４】 （Ａ）は本発明の方法を実施するのに適した精密ガラス光学素子の製造装置の一例の概略構成図を示し、（Ｂ）は（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。
【図５】 （Ａ）は本発明の方法を実施するのに適した精密ガラス光学素子の製造装置の一例の概略構成図を示し、（Ｂ）は（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。
【図６】 本発明の方法を実施するのに適した精密ガラス光学素子の製造装置の一例の概略構成図を示す。
【図７】 本発明の方法における加熱時、加圧成形時および冷却時の金型および胴型の温度変化の一例を表す概略図を示す。
【図８】 （Ａ）は従来の精密ガラス光学素子の製造装置の一例の概略構成図を示し、（Ｂ）は（Ａ）における水平面Ｘの概略断面図を示す。
【符号の説明】
１：上型ユニット、２：上金型、３：上胴型、４：下型ユニット、５：下金型、６：下胴型、７：プリフォーム、９：チャンバー、１１：上型ベース、１２：下型ベース、１８：上断熱層、１９：下断熱層、２０、２０Ａ、２０Ｂ：垂直路、２１、２１Ａ、２１Ｂ：水平路、２５、２６：非成形面、２８：弁、２９：くりぬき部、３０：チャンバー内の空間、３１：支持棒、３２：ヒーター。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a precision glass optical element by molding a glass preform with a mold and a manufacturing apparatus for a precision glass optical element using the method.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a precision glass optical element (mold optical element), a glass preform is heated between upper and lower molds, and after pressure molding, the glass preform is cooled in a state of being held in the mold. Is well known. Heating in such a method is performed from the periphery of the mold using a heater or the like, or a body mold is disposed on the outer periphery of the mold, a coil is wound around the body mold, and a current is passed through the coil. It is common to perform induction heating that heats the body mold by generating a high frequency. When such a heating means is used, heat is conducted from the outer peripheral surface of the mold to the mold, so that the mold forming surface cannot be heated uniformly. For this reason, it was molded with a temperature distribution in which the temperature at the center of the mold forming surface is lower than that at the periphery. Also, when cooling after molding, it is common to keep the glass preform held in the mold, but the mold is radiated from its outer peripheral surface, so the center of the mold molding surface The temperature of the part was cooled with a temperature distribution higher than that of the peripheral part.
[0003]
However, there is a problem that the surface accuracy of the obtained optical element is not stable when the temperature distribution is generated on the molding surface during molding and / or cooling. Glass preforms are usually heated above the glass transition point, and the change in linear expansion of the glass with respect to temperature changes at such temperatures is significant, so the molding and cooling steps (especially the cooling step to the glass transition point). This is probably due to the fact that the size of the temperature distribution on the mold forming surface in (1) directly affects the stability of the surface accuracy. In the present specification, that the surface accuracy is not stable means that the surface accuracy is remarkably different depending on the portion of the optical element transfer surface.
[0004]
Therefore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-10564, an attempt is made to reduce the temperature distribution of the mold by providing a heat insulating layer for controlling the heat flow in the body mold itself, but it is difficult to efficiently reduce the temperature distribution. Therefore, there is a new problem that the molding cycle becomes extremely long.
[0005]
On the other hand, in the molding of glass elements using a mold, the system is often replaced with a non-oxidizing gas during heating and molding in order to prevent deterioration of the mold and fusion between the mold and glass. Has been done. The replacement means will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows a schematic configuration diagram of a conventional optical element molding apparatus, which is composed of upper and lower molds (2, 5) and upper and lower barrel molds (3, 6). (18, 19), comprising an upper mold base 11 and a lower mold base 12, and the system is shut off from the outside air by a chamber 9. In such an apparatus, in order to supply the gas into the system, the vertical path 20 passes through the upper mold base 11 and the upper heat insulating layer 18, and the lower mold base 12 and the lower heat insulating layer 19 on their axes. The horizontal path 21 is connected to the vertical path 20 in the radial direction on the side opposite to the molding surface (hereinafter referred to as the non-molding surface side) in the mold, and the other side of the horizontal path 21 is a chamber. 9 (see FIG. 8B). FIG. 8B shows a schematic cross-sectional view of the horizontal plane X in FIG. When supplying the non-oxidizing gas, before heating, the gas is once flowed from top to bottom in FIG. 8 to fill the system with the gas, and the gas is continuously supplied to the vertical path 20 during heating and molding. When introduced, a gas flow in the direction of the arrow in the figure was formed.
[0006]
However, in the gas flow as described above, the introduced gas first collides with the non-molding surfaces (25, 26) of the mold and then reaches the space in the chamber. The part was cooled, and the temperature distribution on the mold forming surface during heating and molding was remarkable.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the manufacturing method and manufacturing apparatus of a precision glass optical element which can obtain the precision glass optical element with stable surface precision efficiently.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention relates to a precision glass optical element in which a glass preform is heated between upper and lower molds in a non-oxidizing gas atmosphere, is pressure-formed by the upper and lower molds, and is then cooled while being held in the upper and lower molds. A manufacturing method comprising:
  During heating and pressure molding, a non-oxidizing gas is allowed to flow from the peripheral part toward the mold axis for each of the non-molding surfaces of the upper and lower molds, and for cooling, for each of the non-molding surfaces of the upper and lower molds. Flow non-oxidizing gas from the mold axis to the peripheryThe present invention relates to a method for producing a precision glass optical element.
[0009]
  The present invention also provides at least the upper and lower molds for pressure-molding the glass preform, the upper heat insulating layer for preventing the heat of the upper mold from escaping upward, and the heat of the lower mold for not escaping downward. A vertical path that is connected to the horizontal path for forming a horizontal path for non-oxidizing gas on the non-molding surface side of each mold. Is formed through the heat insulating layer in the mold axial directionAnd
  During heating and pressure molding, a non-oxidizing gas is allowed to flow in the direction of the vertical path of the mold axis from the periphery to each of the non-molding surface sides of the upper and lower molds through the horizontal path. The non-oxidizing gas is configured to flow in the direction from the vertical path of the mold axis to the peripheral portion with respect to each of the non-molding surface sides of the mold.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a precision glass optical element.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0011]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a precision glass optical element manufacturing apparatus according to a first embodiment suitable for carrying out the method of the present invention. In detail, the apparatus lowers the heat of the upper and lower molds (2, 5) for press-molding the glass preform, the upper heat insulating layer 18 for not letting the heat of the upper mold escape upward, and the heat of the lower mold. The upper body mold 3 and the lower mold 5 are generally composed of a lower heat insulating layer 19 for preventing escape in the direction and a chamber 9 made of quartz or the like for shutting off the system from outside air. And a lower mold base 6 for covering the outer periphery of the upper and lower mold bases, and an upper mold base 11 and a lower mold base 12 for fixing the upper and lower molds and the upper and lower mold molds via upper and lower heat insulating layers. Further, a non-oxidizing gas supply system and an exhaust system (not shown) are coupled to the molding chamber (the space in the chamber). A gas temperature controller, a gas flow rate controller, and a gas pressure controller (not shown) are installed in the path of the gas supply system as desired. In the present specification, the unit comprising the upper mold 2, the upper body mold 3, the upper heat insulating layer 18 and the upper mold base 11 is referred to as the upper mold unit 1, the lower mold 5, the lower body mold 6, the lower heat insulating layer 19 and the lower mold. A unit composed of the base 12 is referred to as a lower mold unit 4.
[0012]
In the apparatus, a horizontal path 21 for a non-oxidizing gas is formed on the non-molding surface (25, 26) side of each mold, and the vertical path 20 connected to the horizontal path is located upward in the mold axis direction. The heat insulating layer 18 and the upper mold base 11 and the lower heat insulating layer 19 and the lower mold base 12 are formed so as to penetrate therethrough. In the present invention, the vertical path 20 is formed on the mold axis, and the horizontal path 21 is adjacent to the non-molding surfaces (25, 26), while facing the mold axis as shown in FIG. It is preferably formed toward the vertical path 20. This is because such a configuration can more effectively reduce the temperature distribution on the mold forming surface. FIG. 1B shows a schematic cross-sectional view of the horizontal plane X in FIG.
[0013]
In the first mode, as shown in FIGS. 1A and 1B, the horizontal path 21 is connected to the vertical path 20 at one end and to the space 30 in the chamber 9 at the other end.
[0014]
In FIG. 1 (B), four horizontal paths 21 are formed radially from the vertical path 20, but the number of horizontal paths is not particularly limited as long as the temperature distribution on the molding surface can be reduced. For example, as shown in FIG. 2, eight horizontal paths 21 may be formed radially from the vertical path 20. Depending on the opening area of the horizontal path, usually 4 or more, preferably 4 to 12 is suitable. Hereinafter, a case where four horizontal paths are formed will be described.
[0015]
In the present invention, first, the chamber 9 is filled with a non-oxidizing gas, and the glass preform 7 is heated between the upper and lower molds (2, 5) in a non-oxidizing gas atmosphere. The gas flow path for introducing the non-oxidizing gas into the chamber at this time is not particularly limited, and gas is filled between the upper and lower molds so as to prevent mold deterioration and fusion between the mold and glass. I can do it. For example, gas may be introduced into the gap between the chamber and the mold block (consisting of the upper mold unit 1 and the lower mold unit 4) from the upper mold unit 1 side by a gas supply system (not shown), or the lower mold It may be introduced from the unit 4 side, or a gas may be introduced by making a hole in the chamber from the side of the space formed by the upper and lower molds.
[0016]
The heating means (not shown) is not particularly limited, but a coil is wound around the upper and lower body molds from the outside of the chamber, and electricity is passed through the coils to generate high frequency, thereby induction of the body molds (3, 6). Heating is preferable in that it can be rapidly heated to a desired temperature. For this reason, as the material of the body shape, a material capable of induction heating is used, and examples thereof include materials having high hardness such as cemented carbide and carbon and good electrical conductivity. In the present invention, the mold may be heated using a heater, an infrared lamp or the like as the heating means. At this time, it is preferable that the body molds (3, 6) be made as small as possible from the viewpoint of heat conduction efficiency and not be installed if possible.
[0017]
In the present invention, during heating, a non-oxidizing gas is supplied to the non-molding surface (25, 26) side of each mold (2, 5), and the non-oxidizing gas flow on the non-molding surface side of each mold. Control the direction of the. Specifically, the non-oxidizing gas is caused to flow toward the mold axis while making contact with the non-molding surface on the non-molding surface (25, 26) side of each mold (2, 5). That is, in FIG. 1A, gas is introduced into the horizontal path 21 and the vertical path 20 so that a gas flow in the direction of the arrow shown in the figure is generated. The gas introduction path at this time is not particularly limited as long as the gas flow in the direction of the arrow shown in the horizontal path 21 and the vertical path 20 is generated. For example, the chamber and the mold block (the upper mold unit 1 and the lower mold unit 4). Gas may be introduced from the upper mold unit 1 side, the lower mold unit 4 side, or the upper mold unit 1 side and the lower mold unit 4 side. You may introduce from both sides.
[0018]
At the time of heating, since heat is transmitted from the periphery (side surface) of the mold, a temperature difference (temperature distribution in which the temperature at the center is lower than the temperature at the periphery) occurs between the center and the periphery on the mold forming surface. However, in the present invention, during heating, the non-oxidizing gas flows toward the mold axis while being in contact with the non-molding surface of the mold as described above, so the temperature distribution on the molding surface can be reduced. That is, the mold peripheral part through the solid by heating the mold itself by flowing the non-oxidizing gas toward the mold axis while contacting the mold non-molding surface while heating the mold Heat conduction from the mold periphery to the mold center through gas flow and gas conduction from the mold periphery to the mold center, heat is efficiently transferred from the mold periphery to the mold center. As a result, the temperature distribution on the mold forming surface is reduced.
[0019]
The time when gas starts to flow in the above-mentioned direction during heating is not particularly limited, and is set to a time when the temperature distribution on the molding surface of the mold can be reduced at the latest just before the pressure molding described later. Further, if the temperature distribution on the mold forming surface can be reduced immediately before pressure molding, the gas flow may be continuously flowed or intermittently flowed.
[0020]
By appropriately selecting the pressure, temperature and / or flow rate of the non-oxidizing gas, and the output of the heating means, the time required to reduce the temperature distribution of the mold forming surface, the mold temperature and the heating rate Can be adjusted. In particular, if the temperature of the gas is too low, the temperature of the mold and the rate of temperature increase will decrease, and the heating efficiency will deteriorate. On the other hand, even if it is set too high, the cost for heating the gas will increase. It is necessary to set appropriately considering the circumstances. Moreover, although gas temperature changes also with the glass seed | species used, it is normally selected in the range of 20-400 degreeC, Preferably 300-600 degreeC. The gas pressure is usually 1.0 to 7.0 kgf / cm.2, Preferably 3.0 to 7.0 kgf / cm2Is selected within the range. The gas flow rate is selected in the range of 0.5 to 400 liters / minute, preferably 0.5 to 1000 liters / minute.
[0021]
The temperature increase rate is preferably as large as possible from the viewpoint of shortening the lens manufacturing process if the temperature distribution on the molding surface of the mold is reduced immediately before pressure molding, and is generally 300 to 1000 ° C./min., Preferably Is set to 300 to 600 ° C./min, more preferably 500 to 600 ° C./min. The heating rate may change during the heating. Further, each mold is preferably heated to a temperature exceeding the glass softening point of the preform at the temperature of the central portion thereof. Usually, it heats from a glass softening point to a glass softening point + 100 (° C.). The upper mold and the lower mold may be heated to different temperatures.
[0022]
When non-oxidizing gas is introduced from both sides of the upper mold unit 1 side and the lower mold unit 4 side, especially when the set temperatures of the upper mold and the lower mold are different, the pressure, temperature and / or flow rate of each gas is It may be selected independently.
[0023]
In the present invention, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion on the mold forming surface can be reduced to such an extent that an optical element with stable surface accuracy can be obtained. That is, the temperature difference between the central portions of the mold and the barrel mold can be reduced to 50 ° C. or less, preferably 5 ° C. or less.
[0024]
For example, when a mold having a diameter of about 15 mm and a thickness of 15 mm is used and the temperature at the center of the mold reaches 705 ° C., a gas at 400 ° C. has a pressure of 4 kgf / cm.2When introduced from the upper mold unit 1 side into the gap between the chamber and the mold block (consisting of the upper mold unit 1 and the lower mold unit 4) at a flow rate of 5 liters / minute, the mold is removed after about 30 seconds in each mold. A temperature distribution in which the temperature at the center of the mold is 720 ° C. and the temperature difference between the centers of the mold and the barrel is 5 ° C. can be realized.
[0025]
The non-oxidizing gas is not particularly limited as long as it is a gas that does not oxidize the mold and the glass surface even at a relatively high temperature, and examples thereof include nitrogen and Ar.
[0026]
The molding surfaces in the upper and lower molds are mirror-finished in a desired shape, and in the present invention, the surface accuracy can be stably transferred to a preform up to about 0.05 μm. The shape of each of the upper mold and the lower mold is not particularly limited, and may be, for example, a curved surface shape (including a spherical shape) or a planar shape, and may be either a concave shape or a convex shape. The material of the upper and lower molds is not particularly limited, but SiC, Si from the viewpoint of ease of molding and mold processingThreeNFour, WC, Cr2OThreeIs preferably used, and more preferably WC is used.
[0027]
After the temperature distribution of the molding surface is reduced in each mold as described above, the preform is pressure-molded by the upper and lower molds. In the present invention, as in the heating, while the non-oxidizing gas is kept in contact with the non-molding surface on the non-molding surface (25, 26) side of each mold (2, 5), it continues to flow toward the mold axis. It is preferable to perform pressure molding.
[0028]
The timing for ending the pressurization varies depending on the glass type, but it is until it is cooled to (Tg-100) ° C., preferably until it is cooled to (Tg-50) ° C.
The pressurization time and pressure are not particularly limited as long as the transfer of the molding surfaces of the upper mold 2 and the lower mold 5 to the preform 7 is sufficiently achieved.
[0029]
After the pressure molding, the preform is cooled while being held in the upper and lower molds. In the present invention, during the cooling, in particular, until the surface temperature of the preform, that is, until the temperature of the mold molding surface is equal to or lower than the glass transition point, the non-molding surface (25, 26) side of each mold (2, 5). Is supplied with a non-oxidizing gas, and the direction of the non-oxidizing gas flow on the non-molding surface side of each mold is controlled. Specifically, the non-oxidizing gas is allowed to flow radially from the mold axis while contacting the non-molding surface on the non-molding surface (25, 26) side of each mold (2, 5). That is, in FIG. 1A, gas is introduced into the vertical path 20 and the horizontal path 21 so that a gas flow in the direction opposite to the arrow shown in the figure is generated. The gas introduction path at this time is not particularly limited as long as a gas flow in the direction opposite to the arrows shown in the vertical path 20 and the horizontal path 21 occurs. For example, in the upper unit 1, from the upper end of the vertical path 20, In the lower mold unit 4, gas is introduced from the lower end of the vertical path 20.
[0030]
During cooling, the mold is dissipated from the periphery (side surface), so a temperature difference (temperature distribution in which the temperature at the center is higher than the temperature at the periphery) occurs on the mold forming surface. In the present invention, at the time of cooling, the non-oxidizing gas is allowed to flow radially from the mold shaft while being in contact with the non-mold surface of the mold as described above. It becomes possible. That is, by letting the non-oxidizing gas flow radially from the mold axis while contacting the mold non-molding surface while radiating heat from the mold, the mold itself radiates heat from the mold center through the solid. Heat conduction from the mold center to the mold periphery through gas conduction and heat conduction to the mold periphery, heat is efficiently transferred from the mold center to the mold periphery, The temperature distribution is reduced, and as a result, cooling can be performed in a state where the temperature distribution on the mold forming surface is reduced. Also, the cooling efficiency is improved.
[0031]
The gas flow at the time of cooling may flow continuously or intermittently as long as the temperature distribution on the mold forming surface at the time of cooling can be reduced.
[0032]
The pressure, temperature and / or flow rate of the non-oxidizing gas introduced at the time of cooling is not particularly limited as long as the temperature distribution on the molding surface of the mold can be reduced, but the cooling rate is adjusted by appropriately selecting them. be able to. The cooling rate is limited because glass is distorted and cracks called cans occur, and is usually controlled to 50 to 200 ° C./min, preferably 80 to 120 ° C./min. The cooling rate may change during the cooling. The gas pressure is usually 1.0 to 7.0 kgf / cm.2, Preferably 3.0 to 7.0 kgf / cm2Is selected within the range. The temperature of the gas is usually selected within the range of 20 to 100 ° C, preferably 20 to 50 ° C. The gas flow rate is selected in the range of 0.5 to 1000 liters / minute, preferably 0.5 to 400 liters / minute. For example, if the flow rate of the introduced gas is 100 liters / minute and the temperature is room temperature, the cooling rate is about 100 ° C./minute.
[0033]
The pressure, temperature and / or flow rate of the non-oxidizing gas introduced from each unit (upper mold unit 1 and lower mold unit 4) may be independently selected.
[0034]
The cooling as described above in the present invention is performed until the surface temperature of the preform, that is, the temperature of the mold forming surface is not higher than the glass transition point, preferably the glass transition point −50 ° C., more preferably the glass transition point −20 ° C. While done. If the temperature difference between the central portion and the peripheral portion on the mold forming surface exceeds 20 ° C. in a state where the preform surface temperature exceeds the glass transition point, an optical element having a stable surface accuracy cannot be obtained.
[0035]
In the present invention, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion on the mold forming surface at the time of cooling, that is, the temperature difference between the central portions of the mold and the barrel die is maintained at 20 ° C. or less, preferably 5 ° C. or less. Can do.
[0036]
After cooling as described above, the pressure between the molds is released, and further cooling is performed. It is preferable to set a large cooling rate during cooling after releasing the pressure. This leads to shortening of the molding cycle and has an effect of reducing the lens cost. The method is not particularly limited, and may be forcibly cooled by blowing a non-oxidizing gas, or may be left to cool.
[0037]
In the present invention, the non-oxidizing gas is supplied to the non-molding surface side of each mold during heating, pressure molding and cooling, and the direction of the non-oxidizing gas flow on the non-molding surface side of each mold By controlling the temperature as described above, it becomes possible to perform pressure molding and cooling in a state where the temperature distribution on the molding surface of the mold is reduced, so that it is possible to efficiently obtain a precision glass optical element with stable surface accuracy. it can.
[0038]
In the present invention, in order to more effectively reduce the temperature distribution, the pressure, temperature and / or flow rate of the non-oxidizing gas, and the temperature of the center of the mold and the barrel mold are detected. It is preferable to appropriately adjust the output of the heating means. Therefore, in the above apparatus, the pressure, temperature and / or flow rate of the non-oxidizing gas and the output of the heating means are controlled while detecting the temperature of at least one pair, preferably two pairs of molds and barrel molds. Means are preferably provided.
[0039]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a precision glass optical element manufacturing apparatus according to a second embodiment suitable for carrying out the method of the present invention. The apparatus shown in FIG. 3 includes five vertical paths (20A and 20B; “20A” as the vertical path formed on the mold axis in each of the upper mold unit 1 and the lower mold unit 4; 1 is formed, and the horizontal path 21 is connected to the vertical path 20A at one end and is connected to the vertical path 20B at the other end. FIG. 3B is a schematic sectional view of the horizontal plane X in FIG. In FIG. 3B, four horizontal paths 21 are formed radially from the vertical path 20A. As in the apparatus of FIG. 1, the number of horizontal paths can be reduced if the temperature distribution on the molding surface can be reduced. Is not particularly limited. For example, when the eight horizontal paths 21 are formed radially from the vertical path 20A, the vertical path 20B is formed at the other end of each horizontal path.
[0040]
The arrow shown in FIG. 3A indicates the direction of the non-oxidizing gas flow during heating and pressure molding. That is, in the apparatus of FIG. 3, the non-oxidizing gas is introduced into the non-molding surface side (horizontal path 21) of each mold by introducing the non-oxidizing gas into the vertical path 20B during heating and pressure molding. Flow toward the mold axis while making contact with the non-molding surface. For this reason, as described above, heat conduction from the mold periphery to the mold center through the solid due to the mold itself being heated and from the mold periphery to the mold center through the gas flow Thus, heat is efficiently transferred from the periphery of the mold to the center of the mold, the temperature distribution of the mold is reduced, and as a result, the temperature distribution of the mold forming surface is reduced.
[0041]
At the time of cooling, by introducing a non-oxidizing gas into the vertical path 20A, the non-oxidizing gas is brought into contact with the non-molding surface on the non-molding surface side (horizontal path 21) of each mold in a radial manner from the mold axis. Shed. For this reason, as described above, heat transfer from the mold center to the mold periphery through the solid due to heat release from the mold itself and gas flow to the mold periphery from the mold center to the mold periphery. Conducts heat, efficiently transfers heat from the center of the mold to the periphery of the mold, reduces the temperature distribution of the mold, and as a result, allows cooling in a state where the temperature distribution of the mold molding surface is reduced It becomes. Also, the cooling efficiency is improved.
[0042]
Also in the apparatus of FIG. 3, as in the case of using the apparatus of FIG. 1, a non-oxidizing gas is supplied to the non-molding surface side of each mold during heating, pressure molding and cooling, and each mold By controlling the direction of the non-oxidizing gas flow on the non-molding surface side as described above, pressure molding and cooling can be performed in a state where the temperature distribution of the mold molding surface is reduced. A precise glass optical element with stable accuracy can be obtained efficiently.
[0043]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a precision glass optical element manufacturing apparatus according to a third embodiment suitable for carrying out the method of the present invention. In the apparatus of FIG. 4, four vertical paths (20B) are further formed in each of the upper trunk mold 3 and the lower trunk mold 6, the horizontal path 21 is one end and the vertical path 20A (the vertical path 20A is the vertical path in FIG. 1). 1), and is connected to the vertical path 20B at the other end. FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the horizontal plane X in FIG. In FIG. 4B, four horizontal paths 21 are formed radially from the vertical path 20A. As in the apparatus of FIG. 1, the number of horizontal paths can be reduced if the temperature distribution on the molding surface can be reduced. Is not particularly limited. For example, when the eight horizontal paths 21 are formed radially from the vertical path 20A, the vertical path 20B is formed at the other end of each horizontal path.
[0044]
The arrows shown in FIG. 4A indicate the direction of the non-oxidizing gas flow during heating and pressure molding. That is, in the apparatus of FIG. 4, by introducing a non-oxidizing gas so that a gas flow in the direction of the arrow illustrated in the horizontal path 21 and the vertical path (20A and 20B) is generated during heating and pressure molding, A non-oxidizing gas is caused to flow toward the mold axis while being in contact with the non-molding surface on the non-molding surface side (horizontal path 21) of each mold. For this reason, as described above, heat conduction from the mold periphery to the mold center through the solid due to the mold itself being heated and from the mold periphery to the mold center through the gas flow Thus, heat is efficiently transferred from the periphery of the mold to the center of the mold, the temperature distribution of the mold is reduced, and as a result, the temperature distribution of the mold forming surface is reduced.
[0045]
The gas introduction path is not particularly limited as long as the gas flow in the direction of the arrow shown in the horizontal path 21 and the vertical path (20A and 20B) is generated. For example, the chamber and the mold block (upper mold unit 1 and lower mold unit) 4) may be introduced from the upper die unit 1 side, may be introduced from the lower die unit 4 side, or may be introduced from the upper die unit 1 side and the lower die unit 4 side. You may introduce from both sides.
[0046]
At the time of cooling, by introducing a non-oxidizing gas into the vertical path 20A, the non-oxidizing gas is brought into contact with the non-molding surface on the non-molding surface side (horizontal path 21) of each mold in a radial manner from the mold axis. Shed. For this reason, as described above, heat transfer from the mold center to the mold periphery through the solid due to heat release from the mold itself and gas flow to the mold periphery from the mold center to the mold periphery. Conducts heat, efficiently transfers heat from the center of the mold to the periphery of the mold, reduces the temperature distribution of the mold, and as a result, allows cooling in a state where the temperature distribution of the mold molding surface is reduced It becomes. Also, the cooling efficiency is improved.
[0047]
In the apparatus of FIG. 4 as well, when the apparatus of FIG. 1 is used, a non-oxidizing gas is supplied to the non-molding surface side of each mold during heating, pressure molding, and cooling, and each mold By controlling the direction of the non-oxidizing gas flow on the non-molding surface side as described above, pressure molding and cooling can be performed in a state where the temperature distribution of the mold molding surface is reduced. A precise glass optical element with stable accuracy can be obtained efficiently.
[0048]
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of a precision glass optical element manufacturing apparatus according to a fourth embodiment suitable for carrying out the method of the present invention. 5A, at least one horizontal path 21B is connected to the vertical path 20 at one end and connected to the space in the chamber 9 at the other end, as shown in FIG. 5A. 1 except that at least one guide path 25 is connected to the vertical path 20 at one end and connected to an open system (not shown) at the other end, and a valve 28 is provided. This is the same as the apparatus. FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of the horizontal plane X in FIG. In FIG. 5B, four horizontal paths 21A (the horizontal path 21A corresponds to the horizontal path 21 in FIG. 1A) are formed radially from the vertical path 20, but in the apparatus of FIG. Similarly, the number of horizontal paths is not particularly limited as long as the temperature distribution on the molding surface can be reduced.
[0049]
The arrows shown in FIG. 5A indicate the direction of the non-oxidizing gas flow during heating and pressure molding. That is, in the apparatus of FIG. 5, during heating and pressure molding, the valve 28 is opened and closed as shown in FIG. On the molding surface side (horizontal path 21A), a non-oxidizing gas is caused to flow toward the mold axis while being in contact with the non-molding surface. For this reason, as described above, heat conduction from the mold periphery to the mold center through the solid due to the mold itself being heated and from the mold periphery to the mold center through the gas flow Thus, heat is efficiently transferred from the periphery of the mold to the center of the mold, the temperature distribution of the mold is reduced, and as a result, the temperature distribution of the mold forming surface is reduced.
[0050]
During cooling, the open / close state of all the valves 28 in FIG. 5A is reversed, that is, the open valves are closed, the closed valves are opened, and the non-oxidizing gas is introduced into the vertical path 20. The non-oxidizing gas is caused to flow radially from the mold axis while contacting the non-molding surface on the non-molding surface side (horizontal path 21A) of each mold. For this reason, as described above, heat transfer from the mold center to the mold periphery through the solid due to heat release from the mold itself and gas flow to the mold periphery from the mold center to the mold periphery. Conducts heat, efficiently transfers heat from the center of the mold to the periphery of the mold, reduces the temperature distribution of the mold, and as a result, allows cooling in a state where the temperature distribution of the mold molding surface is reduced It becomes. Also, the cooling efficiency is improved.
[0051]
In the apparatus of FIG. 5 as well, when the apparatus of FIG. 1 is used, a non-oxidizing gas is supplied to the non-molding surface side of each mold during heating, pressure molding, and cooling. By controlling the direction of the non-oxidizing gas flow on the non-molding surface side as described above, pressure molding and cooling can be performed in a state where the temperature distribution of the mold molding surface is reduced. A precise glass optical element with stable accuracy can be obtained efficiently.
[0052]
With the configuration using the valve as shown in FIG. 5, it is sufficient to introduce the non-oxidizing gas only in the vertical path 20 during a series of molding, that is, during heating, pressure molding, and cooling. Therefore, it is not necessary to switch the introduction path of the non-oxidizing gas.
[0053]
In the apparatus of all the above-described embodiments for carrying out the method of the present invention, in order to more effectively reduce the temperature distribution of the mold molding surface, each mold has a hollow portion that opens to the non-molding surface side. It is preferable to insert and remove a heater in the hollowed portion during installation, heating, pressure molding, and cooling.
[0054]
A schematic diagram of an example of such an apparatus is shown in FIG. FIG. 6 is the same as the apparatus of FIG. 1 except that each mold has a hollow portion 29 opened to the non-molding surface side and a heater 32 that can be inserted and removed by a support bar 31. At the time of heating and pressure molding, a heater is inserted into the hollow part of each mold, and at the time of cooling, the heater is pulled out from the hollow part of each mold. By controlling the flow of the non-oxidizing gas flow on the mold non-molding surface side as described above, it is possible to quickly and effectively reduce the mold molding surface temperature distribution. It becomes. Further, the temperature raising rate and the cooling rate can be effectively controlled. For example, at the time of cooling, when a gas having a temperature of 20 ° C. is caused to flow radially from the mold shaft at a flow rate of 100 liters / minute in a horizontal path, a cooling rate of 150 to 200 ° C./minute can be achieved by pulling out the heater from the hollow portion. This is because the provision of the hollowed portion increases the area where the gas flow comes into contact with the mold during cooling and promotes heat dissipation.
[0055]
Further, in another aspect, the mold molding is performed by controlling the direction of the non-oxidizing gas flow on the non-molding surface side of the mold as described above, without providing a heater and merely providing the hollow portion. Reduction of the temperature distribution on the surface can be achieved more effectively.
[0056]
The apparatus suitable for carrying out the method of the present invention is not limited to the apparatus of the above-described embodiment, and can supply non-oxidizing gas to the non-molding surface side of each mold, and the non-molding surface of each mold. There is no particular limitation as long as the direction of the non-oxidizing gas flow on the side can be controlled.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0057]
【Example】
Example 1
Next, a specific molding example will be described as Example 1. The apparatus (horizontal path: 4) which has the structure shown in FIG. 1 was used. The mold includes an upper mold 2 having a convex shape R (curvature radius) of 15 mm and a diameter of 15 mm, and a lower mold 5 having a concave R of 50 mm and a diameter of 15 mm. Thus, a meniscus lens 8 having a concave R of 15 mm and a convex R of 50 mm was formed. As the preform glass material 7, LaK8 (Tg: 652 ° C., At (deflection point): 679 ° C.) was used.
[0058]
First, the preform 7 was set on the lower mold 5, and the mold block (upper mold unit 1 and lower mold unit 4) was moved by a mold driving mechanism (not shown) to form a molding chamber. Next, nitrogen gas was introduced into the molding chamber (space in the chamber 9) by a gas introduction system (not shown) (filling with non-oxidizing gas). The gas temperature at this time was room temperature, and the gas path was a path extending from the upper heat insulating layer 18 to the lower heat insulating layer 19. Gas pressure is 4Kgf / cm2The flow rate was 5 l / min. When the molding chamber was filled with nitrogen gas, the upper and lower molds were heated using a high-frequency coil (not shown). When the temperature of the center of the upper mold reaches a predetermined temperature of 705 ° C., the temperature is set to 400 ° C. so that the gas flows in the horizontal path 21 of each of the upper mold unit 1 and the lower mold unit 4 toward the mold axis. Of nitrogen gas (20 liters / min) was introduced into the gap between the chamber 9 and the mold block from both the upper mold unit 1 side and the lower mold unit 4 side. Then, while continuing the introduction of the gas, it was held for 30 seconds, so that the surfaces of the mold and the preform were soaked, and then the lower mold unit 4 was driven, and the breath pressure was 80 kg / cm.2Was molded for 15 seconds. Thereafter, nitrogen gas (100 liters / minute) at room temperature is introduced into the vertical path 20 of the upper mold unit and the lower mold unit so that the gas flow radially flows from the mold axis in each horizontal path 21. Introduction continued (cooling step). When the temperature at the center of the lower mold reached Tg-20 (° C.), the upper and lower gas flow rates were each set to 400 liters / min. Thereafter, the mold block was opened and left to cool, and the molded lens was taken out. Therefore, the test was repeated 10 times under the same conditions. As a result, when measured with a laser interferometer, a lens having a surface accuracy stability of about 1 / 8λ (λ = 632.8 nm) was obtained.
[0059]
The temperature of each central part of the upper mold and the upper body mold during the molding process was detected by a thermocouple (not shown), and the temperature change is shown in FIG. As the temperature detection means, non-contact measurement can be performed by a radiation thermometer in addition to the thermocouple. When the temperature of each central part of the lower mold and the lower body mold during the molding process was detected in the same manner, the same temperature change as in FIG. 7 was shown. Based on the detection results, the temperature and flow rate of the gas were individually adjusted in the upper and lower directions, and the mold temperature and the barrel temperature were controlled by finely adjusting the heating power of the mold. During pressure molding and cooling during this process, the temperature difference between the mold and the barrel mold could be maintained within 5 ° C.
[0060]
Example 2
Next, a specific molding example will be described for Example 2. The apparatus (horizontal path: 4) which has the structure shown in FIG. 1 was used. The mold is composed of an upper mold 2 having a convex R15 mm and a diameter of 15 mm and a lower mold 5 having a concave R50 mm and a diameter of 15 mm. Thus, a meniscus lens having a concave R15 mm and a convex R50 mm was molded. As the preform glass material 7, LaF71 (Tg: 632 ° C., At: 672 ° C.) was used.
[0061]
First, the preform 7 was set on the lower mold 5, and the mold block (upper mold unit 1 and lower mold unit 4) was moved by a mold driving mechanism (not shown) to form a molding chamber. Next, nitrogen gas was introduced into the molding chamber by a gas introduction system (not shown) (filling with non-oxidizing gas). The gas temperature at this time was 400 ° C., and the gas path was a path extending from the upper heat insulating layer 18 to the lower heat insulating layer 19. Gas pressure is 4Kgf / cm2The flow rate was 5 l / min. When the molding chamber was filled with nitrogen gas, the upper and lower molds were heated using a high-frequency coil (not shown).
[0062]
In this example, molding was performed with a difference between the heating and molding temperatures of the upper and lower molds. When the temperature of the upper mold center reaches 680 ° C. and the temperature of the lower mold center reaches 695 ° C., nitrogen gas at a temperature of 400 ° C. is used so that the gas flow flows toward the mold axis in each horizontal path 21. Was introduced into the gap between the chamber 9 and the mold block from both the upper mold unit side and the lower mold unit side. The gas flow rate was 15 liter / min for the upper part and 5 liter / min for the lower part. Thereafter, while continuing the introduction of gas, the lower die unit 4 is driven for 40 seconds, and the press pressure is 100 kg / cm.2Was molded for 30 seconds. Thereafter, nitrogen gas at room temperature was introduced into each vertical path 20 of the upper mold unit and the lower mold unit so that the gas flow radially flows from the mold axis in each horizontal path 21 (cooling step). The gas flow rate is 25 liters / min for the upper part and 15 liters / min for the lower part. When the gas is continuously introduced and the temperature at the center of the lower mold reaches Tg-20 (° C), the upper and lower gas flow rates Only the cooling was performed at 250 liters / min. Thereafter, the mold was opened and the molded lens 8 was taken out, and this was repeated 10 times under the same conditions. As a result, when measured with a laser interferometer, a lens having a surface accuracy stability of about 1 / 10λ was obtained. During the molding process, the temperatures of the upper and lower molds and the upper and lower cylinder molds were monitored. The upper mold and the upper trunk mold during pressure molding and cooling, the temperature difference between the central portions, and the lower mold and the lower barrel mold. The temperature difference between the central portions was within 3 ° C.
[0063]
Example 3
Next, a specific molding example will be described for Example 3. An apparatus (horizontal path: 8) having the configuration shown in FIG. 1 was used. As in Example 2, the mold is composed of an upper mold 2 having a convex R15 mm and a diameter of 15 mm and a lower mold 5 having a concave R50 mm and a diameter of 15 mm. Thus, a meniscus lens having a concave R15 mm and a convex R50 mm was molded. SK5 (Tg: 658 ° C., At: 704 ° C.) was used as the preform glass material.
[0064]
First, the preform 7 was set on the lower mold 5, and the mold block (upper mold unit 1 and lower mold unit 4) was moved by a mold driving mechanism (not shown) to form a molding chamber. Next, nitrogen gas was introduced into the molding chamber by a gas introduction system (not shown). The gas temperature at this time was 400 ° C., and the gas path was a path extending from the upper heat insulating layer 18 to the lower heat insulating layer 19. Gas pressure is 4Kgf / cm2The flow rate was 5 liters / min. When the molding chamber was filled with nitrogen gas, the upper and lower molds were heated using a high-frequency coil (not shown). When the temperature of the center of the upper mold reaches a predetermined temperature of 730 ° C., the temperature is set to 400 ° C. so that the gas flow flows toward the mold axis in the horizontal path 21 of each of the upper mold unit 1 and the lower mold unit 4. Of nitrogen gas (20 liters / min) was introduced into the gap between the chamber 9 and the mold block from both the upper mold unit 1 side and the lower mold unit 4 side. At this time, while monitoring the temperature of the mold and the body mold, adjust the gas flow rate so that there is no temperature difference between the upper mold and the upper body mold, the lower mold and the lower body mold, and each center, and heat The power of the coil was adjusted, and a state where there was no temperature difference was maintained for 30 seconds. Thereafter, the lower die unit 4 is driven, and the press pressure is 80 kg / cm.2Was molded for 25 seconds. Thereafter, nitrogen gas (50 liters / minute) at room temperature was introduced into each vertical path 20 of the upper mold unit and the lower mold unit so that the gas flow radially flows from the mold axis in each horizontal path 21 (cooling step). ). At this time, while monitoring the temperature difference between the mold and the body mold, adjust the gas flow rate so that there is no temperature difference between the upper mold and the upper body mold, the lower mold and the lower body mold, and each center. When the temperature at the center of the mold reached Tg-20 (° C.), only the upper and lower gas flow rates were changed, and cooling was performed at 250 liters / min. Thereafter, the mold was opened and the molded lens 8 was taken out, and this was repeated 10 times under the same conditions. As a result, when measured with a laser interferometer, a lens having a surface accuracy stability of about 1 / 12λ was obtained.
[0065]
Example 4
Next, a specific molding example will be described as Example 4. An apparatus having the configuration shown in FIG. 6 was used. The apparatus of FIG. 6 has a hollow portion 29 (diameter of opening portion: 10 mm) in which each mold opens to the non-molding surface side, and a heater 32 (dimensions: 10 mm × height 12 mm, supported by the support rod 31. 1 except that it has an output of 200 W).
[0066]
As for the molding method, a heater is inserted into the hollow portion of each mold during heating and pressure molding while controlling the temperature, flow rate and direction of the gas flow in each horizontal passage 21 in the same manner as in the first embodiment. The cooling method was the same as the molding method of Example 1 except that the heater was pulled out from the hollow portion of each mold. Note that the insertion amount was surely extended to the back, and the drawing was performed while controlling the temperature difference between the mold periphery and the center in accordance with the characteristics of the mold center temperature. When the temperature of the upper and lower molds and the upper and lower molds was monitored during the molding process, the upper mold and the upper trunk mold at the time of pressure molding and cooling, the temperature difference between each center, and the lower mold and the lower barrel mold, The temperature difference at each center was within 2 ° C. The lens was molded 10 times and measured with a laser interferometer. As a result, a lens with a surface accuracy stability of 1 / 10λ was obtained.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can reduce the mold temperature distribution efficiently by switching the path of the non-oxidizing gas necessary for molding, and further inserting and removing the heater in the mold as desired. An optical element having high surface accuracy stability can be easily molded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic configuration diagram of an example of a precision glass optical element manufacturing apparatus suitable for carrying out the method of the present invention, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a horizontal plane X in FIG. Show.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a horizontal plane X in FIG. 1A when eight horizontal paths are formed.
FIG. 3A is a schematic configuration diagram of an example of a precision glass optical element manufacturing apparatus suitable for carrying out the method of the present invention, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of a horizontal plane X in FIG. Show.
4A is a schematic configuration diagram of an example of an apparatus for manufacturing a precision glass optical element suitable for carrying out the method of the present invention, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of a horizontal plane X in FIG. Show.
5A is a schematic configuration diagram of an example of a precision glass optical element manufacturing apparatus suitable for carrying out the method of the present invention, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of a horizontal plane X in FIG. Show.
FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of an example of a precision glass optical element manufacturing apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view showing an example of temperature changes of a mold and a cylinder during heating, pressure molding, and cooling in the method of the present invention.
8A is a schematic configuration diagram of an example of a conventional precision glass optical element manufacturing apparatus, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of a horizontal plane X in FIG.
[Explanation of symbols]
1: Upper mold unit, 2: Upper mold, 3: Upper body mold, 4: Lower mold unit, 5: Lower mold, 6: Lower body mold, 7: Preform, 9: Chamber, 11: Upper mold base , 12: lower mold base, 18: upper heat insulating layer, 19: lower heat insulating layer, 20, 20A, 20B: vertical path, 21, 21A, 21B: horizontal path, 25, 26: non-molded surface, 28: valve, 29 : Hollow part, 30: space in the chamber, 31: support rod, 32: heater.

Claims (11)

非酸化性ガス雰囲気下でガラスプリフォームを上下の金型間で加熱し、上下金型によって加圧成形した後、上下金型内に保持した状態で冷却する精密ガラス光学素子の製造方法であって、
加熱時及び加圧成形時には上下金型の非成形面側のそれぞれに対して周辺部から金型軸の方向に非酸化性ガスを流し、冷却時には上下金型の非成形面側のそれぞれに対して金型軸から周辺部の方向に非酸化性ガスを流すことを特徴とする精密ガラス光学素子の製造方法。This is a method of manufacturing a precision glass optical element in which a glass preform is heated between upper and lower molds in a non-oxidizing gas atmosphere, pressed with the upper and lower molds, and then cooled while being held in the upper and lower molds. And
During heating and pressure molding, a non-oxidizing gas is allowed to flow from the peripheral part toward the mold axis for each of the non-molding surfaces of the upper and lower molds, and for cooling, for each of the non-molding surfaces of the upper and lower molds. A method of manufacturing a precision glass optical element, wherein a non-oxidizing gas is allowed to flow from the mold axis toward the periphery . 加熱時および加圧成形時に、各金型の非成形面側において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら金型軸に向かって流し、冷却時に、各金型の非成形面側において非酸化性ガスを非成形面と接触させながら、金型軸から放射状に流すことを特徴とする、請求項１に記載の精密ガラス光学素子の製造方法。During heating and pressure molding, a non-oxidizing gas is allowed to flow toward the mold axis while being in contact with the non-molding surface on the non-molding surface side of each mold. while contacting an oxidizing gas with the non-molding surface, and wherein the flow radially from the mold axis, the manufacturing method of precision glass optical element according to claim 1. 少なくとも１対の金型および胴型の温度を検出しながら、非酸化性ガスの温度および／または流量を制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の精密ガラス光学素子の製造方法。While detecting the temperature of at least one pair of molds and the body mold, by controlling the temperature and / or flow rate of the non-oxidizing gas and wherein the method of manufacturing a precision optical glass element according to claim 1 or 2 . 加熱時、加圧成形時および冷却時に、非成形面側に開口する各金型のくりぬき部にヒーターを抜き差しすることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の精密ガラス光学素子の製造方法。During heating, during pressure molding and during cooling, characterized in that connecting or disconnecting the heater cutouts of the mold that is open to the non-molding surface side, precision glass optics according to any one of claims 1 to 3 Device manufacturing method. 加熱時および加圧成形時に、各金型のくりぬき部にヒーターを挿入し、冷却時に、各金型のくりぬき部からヒーターを引き出すことを特徴とする、請求項４に記載の精密ガラス光学素子の製造方法。During the heating time and pressure molding, insert the heater cutouts of the mold, upon cooling, characterized by drawing the heater from hollow portions of the mold, precision optical glass element according to claim 4 Production method. 少なくとも、ガラスプリフォームを加圧成形するための上下金型、上金型の熱を上方向に逃がさないための上断熱層、下金型の熱を下方向に逃がさないための下断熱層、および系を外気と遮断するためのチャンバーを含んでなり、各金型の非成形面側に非酸化性ガスのための水平路が形成され、該水平路に連結する垂直路が金型軸方向に断熱層を貫通して形成されていて、
加熱時及び加圧成形時には上下金型の非成形面側のそれぞれに対して水平路の周辺部から金型軸の垂直路の方向に非酸化性ガスを流し、冷却時には上下金型の非成形面側のそれぞれに対して金型軸の垂直路から水平路の周辺部の方向に非酸化性ガスを流すように構成されていることを特徴とする精密ガラス光学素子の製造装置。At least the upper and lower molds for pressure-molding the glass preform, the upper heat insulating layer for preventing the heat of the upper mold from escaping upward, the lower heat insulating layer for preventing the heat of the lower mold from escaping downward, And a chamber for shutting off the system from the outside air, a horizontal path for non-oxidizing gas is formed on the non-molding surface side of each mold, and a vertical path connected to the horizontal path is in the mold axial direction Formed through the heat insulating layer ,
During heating and pressure molding, a non-oxidizing gas is allowed to flow from the periphery of the horizontal path to the vertical path of the mold axis for each of the non-molding surfaces of the upper and lower molds. An apparatus for manufacturing a precision glass optical element, characterized in that a non-oxidizing gas is caused to flow in a direction from a vertical path of a mold axis to a peripheral portion of a horizontal path with respect to each surface side . 少なくとも１の垂直路が金型軸上に形成され、水平路が非成形面に隣接しながら金型軸に向かって形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の精密ガラス光学素子の製造装置。At least one vertical passage is formed on the mold axis, characterized in that the horizontal passage is formed toward the mold shaft while adjacent to the non-molding surface, precision glass optical element according to claim 6 Manufacturing equipment. 水平路が一端で垂直路と連結され、他端でチャンバー内の空間と連結されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の精密ガラス光学素子の製造装置。8. The precision glass optical element manufacturing apparatus according to claim 6 , wherein the horizontal path is connected to the vertical path at one end and to the space in the chamber at the other end. 垂直路および／または水平路が非酸化性ガス流の向きを変化させるための弁を有していることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載の精密ガラス光学素子の製造装置。 Wherein the vertical passage and / or horizontal path has a valve for changing the direction of the non-oxidizing gas flow apparatus for manufacturing a precision optical glass element according to any one of claims 6 to 8 . 各金型の外周に胴型を有し、少なくとも１対の金型および胴型の温度を検出しながら、非酸化性ガスの温度および／または流量を制御する手段を設けたことを特徴とする、請求項６乃至９のいずれかに記載の精密ガラス光学素子の製造装置。Has a barrel die to the outer periphery of each die, characterized in that a means for while detecting the temperature of at least one pair of molds and the body mold, to control the temperature and / or flow rate of the non-oxidizing gas apparatus for manufacturing a precision optical glass element according to any one of claims 6 to 9. 各金型が非成形面側に開口するくりぬき部を有し、該くりぬき部に抜き差しするためのヒーターをさらに含んでなることを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれかに記載の精密ガラス光学素子の製造装置。Has cutouts each mold is opened in a non-molding surface, characterized in that it further comprises a heater for insertion and removal into the cutouts, precision glass according to any one of claims 6 to 10 Optical element manufacturing equipment.
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