(57)【要約】【課題】供給配管中に空気を残留させることがないため、空気がチャンバ内に供給されることを防止することが可能な光学素子成形装置及びチャンバ装置を提供すること。【解決手段】光学機能転写面を備えた一対の上下型１５５、１５６を含み、上下型間に配置された光学素材１６０を加熱押圧して光学素子を成形する光学素子成形用型と、光学素子成形用型を収容する、開閉可能なチャンバ１５０と、不活性ガスを収容する不活性ガス供給部１２０からチャンバまで連通され、チャンバに不活性ガスを供給する供給配管１００と、供給配管に設置され、不活性ガスの供給を調節する第１の開閉弁１１０と、一端が第１の開閉弁の上流側で供給配管と接続され、他端が第１の開閉弁の下流側で供給配管と接続されたバイパス配管１０２とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機能転写面を備えた一対の上下型を含み、前記上下型間に配置された光学素材を加熱押圧して光学素子を成形する光学素子成形用型と、
前記光学素子成形用型を収容する、開閉可能なチャンバと、
不活性ガスを収容する不活性ガス供給部から前記チャンバまで連通され、前記チャンバに前記不活性ガスを供給する供給配管と、
前記供給配管に設置され、前記不活性ガスの供給を調節する第１の開閉弁と、
一端が前記第１の開閉弁の上流側で前記供給配管と接続され、他端が前記第１の開閉弁の下流側で前記供給配管と接続されたバイパス配管と、
を備えることを特徴とする、光学素子成形装置。
【請求項２】
前記供給配管と、前記第１の開閉弁と、前記バイパス配管とからなる供給管路が複数設けられ、
少なくとも１つの前記供給管路の前記第１の開閉弁が、他の前記供給管路の前記第１の開閉弁と異なるタイミングで開閉することを特徴とする、請求項１記載の光学素子成形装置。
【請求項３】
前記バイパス配管に第２の開閉弁が設置されたことを特徴とする、請求項１又は２記載の光学素子成形装置。
【請求項４】
前記第１の開閉弁及び前記第２の開閉弁の少なくともいずれかは、開閉動作を制御する制御部を有し、
前記制御部に接続され、前記制御部に開閉動作の制御信号を出力する操作部と、
を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【請求項５】
開閉可能なチャンバと、
不活性ガスを収容する不活性ガス供給部から前記チャンバまで連通され、前記チャンバに前記不活性ガスを供給する供給配管と、
前記供給配管に設置され、前記不活性ガスの供給を調節する開閉弁と、
一端が前記開閉弁の上流側で前記供給配管と接続され、他端が前記開閉弁の下流側で前記供給配管と接続されたバイパス配管と、
を備えることを特徴とする、チャンバ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子成形装置及びチャンバ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光学素子は、光学素材を成形用型に設置した後、加熱軟化させ、光学素材を押圧して成形することで製造される。成形用型は、ガラス成形装置の一部と共に、不活性ガスを満たすことができるチャンバに収容される。ガラス成形装置は、成形用型の加熱が可能であり、成形用型を押圧したり、押圧を解除したりすることができる。
【０００３】
光学素子の成形用型は、上型、下型、胴型を備える。成形を行う際、まず、この成形用型の下型の光学機能転写面に光学素材を配置した状態で、胴型、上型を型組みする。そして、型組みした上型、下型、胴型とともに、不活性ガス雰囲気で光学素材を昇温させる。次に、上型を胴型に沿って案内させ、下方向に降下させることによって、光学素材を押圧し、成形する。
【０００４】
その後、成形用型を所定温度まで降温させてから、押圧の解除をし、型開きをする。型開きによって上型と下型が離れ、成形された光学素子（たとえば、レンズ、プリズム等）は、下型の押圧面上に残り、吸着ロボットによって、成形用型から取り出される。
【０００５】
特許文献１には、成形用型を加熱し、光学素子を成形する間、成形用型の周囲を不活性ガス雰囲気にするため、成形用型にガス流路を形成するという技術が開示されている。特許文献２には、成形用型及び光学素子を冷却するため、窒素ガス（不活性ガス）を供給する技術が開示されている。特許文献３には、マスフローコントローラを使用して不活性ガスをチャンバに供給する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２９４６３８号公報
【特許文献２】特開平６−１００３２３号公報
【特許文献３】特開平５−３１９８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光学素材を加熱する場合、周囲の雰囲気に酸素が含まれると、金型表面が酸化される。その結果、成形された光学素子の表面にクモリなどが発生して、製品品質に悪影響を与えるという問題がある。
【０００８】
そこで、成形用型周囲を不活性ガス雰囲気とするため、チャンバ内部に不活性ガスを供給して、密閉したチャンバ内部を不活性ガスで置換し、充満させておく必要がある。チャンバには、不活性ガスを供給するため、複数の供給配管が接続されている。例えば、成形時には、一部の供給配管を使用して、少ない流量の不活性ガスを流し続けており、加熱成形後には成形用型を急冷させるため、別の供給配管の開閉バルブを開放して、全ての供給配管を使用してチャンバに不活性ガスを供給する。
【０００９】
このように冷却のため開閉バルブを開放して、成形時に使用していない供給配管を使用すると、チャンバから開閉バルブの間の供給配管に残留していた空気がチャンバに流れて込んでしまう。その結果、酸素を含有する残留空気が、チャンバ内の酸素濃度を上昇させて、金型表面を酸化させるという問題があった。
【００１０】
一方、チャンバに不活性ガスを供給するため、複数の供給配管ではなく、１つの供給配管のみを設け、供給配管の途中に流量制御が可能なマスフローコントローラを設置することもできる。この場合、少ない流量から、急冷時の大流量まで１つの供給配管で不活性ガスを供給することができる。この場合、成形時や冷却時に空気を供給してしまうという問題は生じないが、マスフローコントローラを設置すると、複数の供給配管を設ける場合に比べて、製造装置の製造コストが高価になるという問題があった。また、１つの供給配管のみで製造を行う場合、その供給配管に不具合が生じると、代替の供給配管が無いため、製造装置を止めて、修理、点検をしなければならず、製造工程に滞りが生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、供給配管中に空気を残留させることがないため、空気がチャンバ内に供給されることを防止することが可能な、新規かつ改良された光学素子成形装置及びチャンバ装置を提供することにある。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光学機能転写面を備えた一対の上下型を含み、上下型間に配置された光学素材を加熱押圧して光学素子を成形する光学素子成形用型と、光学素子成形用型を収容する、開閉可能なチャンバと、不活性ガスを収容する不活性ガス供給部からチャンバまで連通され、チャンバに不活性ガスを供給する供給配管と、供給配管に設置され、不活性ガスの供給を調節する第１の開閉弁と、一端が第１の開閉弁の上流側で供給配管と接続され、他端が第１の開閉弁の下流側で供給配管と接続されたバイパス配管とを備えることを特徴とする光学素子成形装置が提供される。
【００１３】
かかる構成により、光学素子成形用型により、光学素材から光学素子が成形される。また、不活性ガスは、供給配管及びバイパス配管を経由してチャンバまで供給される。バイパス配管が設けられるため、開閉弁を閉鎖し供給配管の流れを止めた場合にチャンバを開放しても、バイパス配管によって不活性ガスを流すことで、酸素を含む空気が供給配管に逆流することを防止することができる。その結果、成形時や冷却時に開閉弁を開放して供給配管による不活性ガスの供給を開始しても、チャンバに空気が供給されることはない。
【００１４】
上記供給配管と、第１の開閉弁と、バイパス配管とからなる供給管路が複数設けられ、少なくとも１つの供給管路の第１の開閉弁が、他の供給管路の第１の開閉弁と異なるタイミングで開閉することとしてもよい。かかる構成により、少なくとも１つの供給管路が開放していて、他の供給管路の第１の開閉弁が閉鎖していたとしても、該他の供給管路のバイパス配管には不活性ガスが流れているため、供給管路には酸素を含む空気が残留することがない。なお、複数の供給管路は、それぞれ供給可能量、例えば、供給配管の管径や流量などが異なるとしてもよい。
【００１５】
上記バイパス配管に第２の開閉弁が設置されてもよい。かかる構成により、不活性ガスの供給を完全に遮断することができ、不活性ガスの浪費を防止することができる。
【００１６】
上記第１の開閉弁及び第２の開閉弁の少なくともいずれかは、開閉動作を制御する制御部を有し、制御部に接続され、制御部に開閉動作の制御信号を出力する操作部とを備えてもよい。かかる構成により、遠隔操作でチャンバへの不活性ガスの供給を制御することができる。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、開閉可能なチャンバと、不活性ガスを収容する不活性ガス供給部からチャンバまで連通され、チャンバに不活性ガスを供給する供給配管と、供給配管に設置され、不活性ガスの供給を調節する開閉弁と、一端が開閉弁の上流側で供給配管と接続され、他端が開閉弁の下流側で供給配管と接続されたバイパス配管とを備えることを特徴とするチャンバ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、供給配管中に空気を残留させることがないため、空気がチャンバ内に供給されることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る光学ガラス素子成形装置について説明する。図１は、本実施形態の光学ガラス素子成形装置を示す構成図である。
【００２１】
光学ガラス素子成形装置は、金型ユニットと、チャンバ１５０と、不活性ガス供給源１２０と、複数の供給管路と、操作盤１４０とを備える。なお、１組の供給管路は、供給配管１００と、開閉弁１１０と、バイパス配管１０２とからなる。光学ガラス素子成形装置は、光学ガラス素材１６０を加熱して、軟化させ、光学ガラス素材１６０を成形用型で押圧することで、光学ガラス素子の形状に成形する装置であり、成形用型への不活性ガスの供給を行うこともできる。なお、光学ガラス素子は、光学素子の一例であり、光学ガラス素材は、光学素材の一例であり、光学ガラス素子成形装置は、光学素子成形装置の一例である。
【００２２】
金型ユニットは、一対の上型１５５及び下型１５６と、胴型１５８からなる光学ガラス素子成形用型と、上型１５５を押圧する上型ユニットと、下型１５６を支持する下型ユニットとからなる。金型ユニットは、チャンバ１５０内部に収容され、設置される。
【００２３】
上型１５５と下型１５６は、例えば円柱形状の胴体部を有しており、一端側には、光学機能転写面が形成され、他端側には、胴体部の直径よりも大きいフランジ面が形成される。光学機能転写面は、光学ガラス素子を成形する成形面である。上型１５５と下型１５６は、上型１５５と下型１５６の光学機能転写面が互いに対向するように配置される。上型１５５と下型１５６のフランジ面は、それぞれ上型ユニット、下型ユニットと接触して配置される。
【００２４】
胴型１５８は、例えば中空の円筒形状であり、胴型１５８の内面は、上型１５５の外面と摺動可能に接しており、胴型１５８は、上型１５５の上下方向の動作を案内することができる。また、胴型１５８の内面は、下型１５６の外面と接触しており、胴型１５８は下型１５６と嵌合している。
【００２５】
上型ユニットは、押圧部１５３と、シリンダ１５１とからなる。シリンダ１５１は、押圧部１５３を上下方向に動作させることができる。押圧部１５３は、シリンダ１５１によって下方向に動作することによって、上型１５５を下方向に押圧する。また、押圧部１５３は、シリンダ１５１によって上方向に動作することによって、上型１５５への押圧を解除することができる。押圧部１５３には、加熱部、例えば加熱ヒータが内蔵されており、加熱部は、成形用型を加熱し、光学ガラス素材１６０を軟化させることができる。
【００２６】
下型ユニットは、支持部１５２、１５４とからなる。支持部１５２、１５４は、押圧部１５３の下方向の押圧力に対抗して、成形押圧時に成形用型などがずれないように固定して設置される。支持部１５４には、押圧部１５３と同様に、加熱部が内蔵される。
【００２７】
チャンバ１５０は、金型ユニットを内部に収容する。チャンバ１５０は、開閉可能であり、開口時に、光学ガラス素材１６０を成形用型に設置したり、成形された光学ガラス素子を取り出したりすることができる。チャンバ１５０は、光学ガラス素材１６０を成形する際、半密閉状態にされ、チャンバ１５０内部を不活性ガスで充満させることができる。チャンバ１５０は、供給配管１００と接続されて、不活性ガスが内部に供給される。また、チャンバ１５０には、不活性ガスを排出するため排出口（図示せず。）が設けられる。なお、不活性ガスとしては、窒素ガスを適用することができる。
【００２８】
不活性ガス供給源１２０は、例えば窒素ガス又は液体窒素を収容することができる容器である。不活性ガス供給源１２０は、供給配管１００と接続され、成形用型が収容されたチャンバ１５０に不活性ガスを供給する。なお、不活性ガス供給源１２０は、不活性ガス供給部の一例である。
【００２９】
不活性ガスは、光学ガラス素子を成形する際に、チャンバ１５０に供給され、チャンバ１５０内部及び光学ガラス素材１６０の周囲を、酸素が含まれない不活性ガス雰囲気とすることができる。このような環境下で光学ガラス素子を成形することで、金型表面が酸化し、成形された光学ガラス素子表面にクモリなどが発生することを防ぐことができる。
【００３０】
供給配管１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ（以下、総称して供給配管１００ともいう。）は、不活性ガス供給源１２０からチャンバ１５０に不活性ガスを供給する配管である。一端が不活性ガス供給源１２０に接続され、他端がチャンバ１５０に接続される。供給配管１００は、光学ガラス素子成形装置において、２本以上並列して設けられる。
【００３１】
供給配管１００は、例えば、図１に示すように、チャンバ１５０の内壁面から不活性ガスが供給されるように、チャンバ１５０と接続される。また、供給配管１００は、図１に示すように、上型ユニットと下型ユニットの内部に設けられてもよく、上型ユニットと下型ユニットとの間に設置された成形用型の近傍から不活性ガスが供給されるようにしてもよい。このような構成により、成形用型の冷却時に効率的に成形用型の温度を下降させることができる。
【００３２】
開閉弁１１０は、不活性ガス供給源１２０とチャンバ１５０との間の供給配管１００に設置される。開閉弁１１０は、不活性ガスの供給ができるように供給配管１００を開放したり、不活性ガスの供給を遮断するため供給配管１００を閉鎖したりすることができる。開閉弁１１０には、開閉弁１１０の開閉を遠隔操作可能にする制御部（図示せず。）が設けられる。制御部は、操作盤１４０からの信号を受けて、開閉弁１１０を開放したり、閉鎖したりすることができる。なお、開閉弁１１０は、流量調整が可能な弁を使用してもよい。
【００３３】
バイパス配管１０２ａ、１０２ｂ（以下、総称してバイパス配管１０２ともいう。）は、供給配管１００の開閉弁１１０と並列に配置され、開閉弁１１０の前後で供給配管１００と接続される。バイパス配管１０２ａは、一端が開閉弁１１０よりも不活性ガス供給源１２０側である上流側で供給配管１００ａ、１００ｂと接続される。また、バイパス配管１０２ｂは、一端が開閉弁１１０よりもチャンバ１５０側である下流側で供給配管１００ｃ、１００ｄと接続される。その際、バイパス配管１０２の出口となる供給配管１００との接続位置を、開閉弁１１０の直近の下流とすることで、供給配管１００内の残留量を最小にすることができる。なお、バイパス配管１０２には、供給配管１００と同様の制御部を有する開閉弁１１２が設けられてもよい。開閉弁１１２により、不活性ガスの供給を完全に遮断することができ、不活性ガスの浪費を防止することができる。
【００３４】
操作盤１４０は、開閉弁１１０、１１２の開閉動作を操作することが可能であり、開閉弁１１０、１１２と、制御線１３０を介して接続される。操作盤１４０は、開閉弁１１０、１１２に開閉動作に関する制御信号を出力する。開閉弁１１０、１１２の流量調整が可能な場合、操作盤１４０は、開閉弁１１０、１１２に流量を設定する信号を出力することができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る光学ガラス素子成形装置の動作について説明する。図２は、本実施形態の光学ガラス素子成形装置における不活性ガスの供給タイミングを示すタイミングチャートの一例である。
【００３６】
まず、作業開始（ステップＳ１）前は、チャンバ１５０が開放した状態であり、例えば、供給配管１００の開閉弁１１０と、バイパス配管１０２の開閉弁１１２とが共に遮断している。従って、チャンバ１５０内には、不活性ガスが供給されず、チャンバ１５０の周囲と同じ酸素を含有した空気が入っている。また、チャンバ１５０から開閉弁１１０及び開閉弁１１２までの供給配管１００及びバイパス配管１０２内部にも、酸素を含有した空気が入り込んだ状態である。
【００３７】
作業開始（ステップＳ１）に伴って、図２に示すように、バイパス配管１０２の開閉弁１１２を開放する。この際、複数のバイパス配管１０２の全ての開閉弁１１２を開放する。この動作により、バイパス配管１０２内部の空気はチャンバ１５０側へ流出し、供給配管１００ｃ、１００ｄ内部及びバイパス配管１０２内部は、不活性ガスが流れている状態となる。即ち、成形時に閉鎖する供給配管１００についても、並列したバイパス配管１０２を開放して不活性ガスが流れた状態としておくことで、供給配管１００ｃ、１００ｄに酸素が含有する空気が逆流することを防止できる。このときのバイパス配管１０２を流れる不活性ガス流量は、例えば０．５〜１．０Ｌ／ｍｉｎと微量でよい。
【００３８】
次に、下型の押圧面（光学機能転写面）に光学ガラス素材（プリフォーム）１６０をセットする（ステップＳ２）。このとき、上型１５５は、上型ユニットに取り付けられて、型開きされた状態で上方に退避している。下型１５６は、下型ユニットに取り付けられて、所定の位置にセットされ、胴型１５８は、下型に嵌合してセットされている。そして、供給配管１００についても、開閉弁１１０の開放を開始してもよい。この動作により、チャンバ１５０内の空気を不活性ガスに置換する作業が開始される。なお、供給配管１００の開放のタイミングは、次のステップ（ステップＳ３：チャンバ閉）でもよい。
【００３９】
成形用型を設置した後、チャンバ１５０を閉鎖する（ステップＳ３）。そして、チャンバ１５０内に不活性ガスを供給しながら、チャンバ内に残留している酸素を含有する空気を外部に排出し、チャンバ１５０内の空気が不活性ガスのみになるまで置換を継続する。
【００４０】
そして、チャンバ１５０内が不活性ガスで満たされたとき、置換作業を終了する（ステップＳ４）。そして、例えば、供給配管１００からの供給流量を成形時に必要な供給流量に変更する。図２では、置換時の供給流量が成形時の供給流量よりも多い場合を示したが、置換時の供給流量は成形時の供給流量と同じでもよい。置換が終了すると、金型ユニットのヒータによる加熱を開始し、光学ガラス素材（プリフォーム）１６０を成形可能な温度まで加熱して軟化させる。
【００４１】
次に、金型ユニットのヒータによる加熱を開始し、光学ガラス素材１６０が所定の温度まで加熱され軟化した状態で、上型ユニットによる押圧を開始して、成形を行う（ステップＳ５）。図２では、４本の供給配管１００が設置される場合を示しているが、成形時は、２本の供給配管１００を開放し、別の２本の供給配管１００を閉鎖することによって、チャンバ１５０への供給流量を調節することができる。成形時の不活性ガスの供給流量は、開放している供給配管１００の合計値で、例えば１０Ｌ／ｍｉｎである。
【００４２】
ヒータによる加熱を終了して、徐冷を開始する（ステップＳ６）。徐冷工程では、ヒータをＯＦＦにし、冷却用の不活性ガスは、例えば成形時と同量、又は成形時より少し流量を多くして、緩やかに温度を下げる。そして、所定の温度に達し、所定の時間を経過したら、次のステップである急冷工程に移る（ステップＳ７）。急冷工程では、成形用型及び成形された光学ガラス素子を急速に冷却する。このため、大容量の不活性ガスをチャンバ１５０に供給する。このとき、例えば、４本の供給配管全てを開放して、合計値で例えば１００Ｌ／ｍｉｎの流量とする。そして、所定の温度に達し、所定の時間を経過して冷却を終了する（ステップＳ８）。
【００４３】
冷却終了後は、供給配管１００による不活性ガスの供給を遮断する。そして、チャンバ１５０を開放して、成形された光学ガラス素子、及び成形用型をチャンバ１５０外部に取り出す（ステップＳ９）。取り出し後、次の作業開始まで間が長い場合は、バイパス配管１０２を閉鎖して不活性ガスの供給を止めてもよい。
【００４４】
以上のように、本実施形態によれば、供給配管１００と並列してバイパス配管１０２が設置される。そのため、チャンバ１５０が開放され、供給配管１００の開閉弁１１０を閉鎖している場合でも、バイパス配管１０２に不活性ガスを流しておくことで、チャンバ１５０から開閉弁１１０までの供給配管１００ａ、１００ｂ内部に酸素を含有する空気が逆流することはない。そして、供給配管１００内部に空気を残留させることを防止することができる。その際、バイパス配管１０２の出口となる供給配管１００との接続位置を、開閉弁１１０の直近の下流とすることで、供給配管１００内の残留量を最小にすることができる。その結果、例えば冷却開始時に、成形時には閉鎖していた供給配管１００を開放しても、当該供給配管１００内部は、バイパス配管１０２を経由した不活性ガスが流れていたため、酸素を含有する空気がチャンバ１５０内部に供給されることはない。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、供給配管が４本並列して設置される場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、光学ガラス素子の成形、冷却などの条件に応じて任意の数の供給配管を設置することができる。
【００４７】
また、例えば、上記実施形態では、光学ガラス素子成形用型の下型１５６が固定し、上型１５５が上下する場合について説明したが、反対に上型１５５が固定しており、下型１５６が上下する場合であってもよい。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、光学ガラス素子の成形用型は、１個ずつ光学ガラス素子が成形される場合について説明したが、光学ガラス素子の成形用型が、一度に複数個の光学ガラス素子を成形することができる型である場合であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学ガラス素子成形装置を示す断面図である。
【図２】同実施形態の光学ガラス素子成形装置における不活性ガスの供給タイミングを示すタイミングチャートの一例である。
【符号の説明】
【００５０】
１００      供給配管
１０２      バイパス配管
１１０、１１２      開閉弁
１２０      不活性ガス供給源
１３０      制御線
１４０      操作盤
１５０      チャンバ
１５１      シリンダ
１５２、１５４      支持部
１５３      押圧部
１５５      上型
１５６      下型
１５８      胴型
１６０      光学ガラス素材
【図１】
2008247645.tif 000003
【図２】
2008247645.tif 000004