(57)【要約】【課題】光学素子の製造装置及び製造方法において、成形室内への不活性ガスの供給量を低減することができると共に成形室内の酸素濃度を低下させることができるようにする。【解決手段】光学素子素材を収容した型セット４０を成形室１０に投入して光学素子を成形する光学素子の製造装置１において、成形室１０に不活性ガス（矢印Ａ１）を供給する不活性ガス供給手段（２１，２２）と、不活性ガスに含まれる酸素を吸収する触媒が配置された触媒チャンバ３１と、循環入口３２ｃ及び循環出口３２ｄが成形室１０に設けられ、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）を触媒チャンバ３１に循環させる不活性ガス循環路３２と、を備える構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子素材を収容した型セットを成形室に投入して光学素子を成形する光学素子の製造装置において、
前記成形室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
不活性ガスに含まれる酸素を吸収する触媒が配置された触媒チャンバと、
循環入口及び循環出口が前記成形室に位置し、該成形室内の不活性ガスを前記触媒チャンバに循環させる不活性ガス循環路と、
を備えることを特徴とする光学素子の製造装置。
【請求項２】
前記成形室内の不活性ガスを前記触媒チャンバに強制的に循環させる送風手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造装置。
【請求項３】
前記触媒を加熱する加熱手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学素子の製造装置。
【請求項４】
前記不活性ガス循環路内を流れる前記不活性ガスの流量を制御する流量制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学素子の製造装置。
【請求項５】
前記不活性ガス循環路の前記循環出口又はその近傍に設けられ、前記不活性ガス循環路から前記成形室に流入する不活性ガスを偏向させるガス偏向手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学素子の製造装置。
【請求項６】
光学素子素材を収容した型セットを成形室に投入して光学素子を成形する光学素子の製造方法において、
前記成形室に不活性ガスを供給し、且つ、不活性ガスに含まれる酸素を吸収する触媒が配置された触媒チャンバに前記成形室内の不活性ガスを循環させた状態で、前記光学素子を成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子を製造する光学素子の製造装置及び製造方法に関し、更に詳しくは、成形室への不活性ガスの供給量を低減することができると共に成形室内の酸素濃度を低下させることができる光学素子の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスレンズ等の光学素子を高精度かつ安価に製造する光学素子の製造方法として、型セット内で加熱軟化させた光学素子素材をプレスして冷却・固化させることで、型セットが有する光学面形状や表面粗さを光学素子素材に成形転写して光学素子を得る方法が用いられている。
【０００３】
上述のように光学素子を製造する場合、光学素子素材に加え型セットも光学素子素材の成形可能な温度にまで加熱される。そのため、型セットが酸化により劣化しないように、成形室には窒素等の不活性ガスを供給し続ける必要がある（例えば、特許文献１参照）。このように成形室に不活性ガスを供給し続けることで、成形室内雰囲気は、不活性ガス雰囲気に維持されると共に正圧に維持されて、成形室への外部からの酸素の流入を低減することができる。
【０００４】
成形室内の酸素濃度を低下させる光学素子の製造方法として、成形室とは別個のチャンバに、酸化されやすい物質を配置し、成形室内に流入する前の不活性ガスの酸素濃度を低下させる製造方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平４−１６４８２６号公報
【特許文献２】実開平２−１０４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１記載の製造方法では、型セットは、一定のタクトタイム毎に順次連続的に製造装置に投入され、光学素子の成形後に順次排出される。そのため、型セットが高温に晒されて成形途中であるにもかかわらず、別の型セットを成形室に搬入するための投入口シャッタが開放されるとき、及び、型セットを成形室から排出するための排出口シャッタが開放されるときに、成形室が大気に開放されて成形室内に酸素が流入してしまうおそれがある。
【０００６】
そのため、上記特許文献１記載の製造方法では、成形室内を常に正圧に維持することで不活性ガス雰囲気に維持させるべく、多量の不活性ガスを供給する必要があり、光学素子の製造コストが非常に高くなってしまっていた。
【０００７】
また、上記特許文献２記載の製造方法では、成形室に流入する前の不活性ガスの酸素濃度を低下させているため、成形室内の不活性ガスの酸素濃度をそれほど低下させることができなかった。そのため、成形室内を常に正圧に維持して不活性ガス雰囲気に維持するために、多量の不活性ガスを供給する必要がある点では上記特許文献１記載の製造方法と大差はなかった。したがって、上記特許文献２記載の製造方法によっても、光学素子の製造コストが高くなってしまっていた。
【０００８】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、成形室への不活性ガスの供給量を低減することができると共に成形室内の酸素濃度を低下させることができる光学素子の製造装置及び製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造装置は、光学素子素材を収容した型セットを成形室に投入して光学素子を成形する光学素子の製造装置において、上記成形室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、不活性ガスに含まれる酸素を吸収する触媒が配置された触媒チャンバと、循環入口及び循環出口が上記成形室に位置し、この成形室内の不活性ガスを上記触媒チャンバに循環させる不活性ガス循環路と、を備える構成とする。
【００１０】
また、上記成形室内の不活性ガスを上記触媒チャンバに強制的に循環させる送風手段を更に備える構成とするとよい。
また、上記触媒を加熱する加熱手段を更に備える構成とするとよい。
【００１１】
また、上記不活性ガス循環路内を流れる上記不活性ガスの流量を制御する流量制御手段を更に備える構成とするとよい。
また、上記不活性ガス循環路の上記循環出口又はその近傍に設けられ、上記不活性ガス循環路から上記成形室に流入する不活性ガスを偏向させるガス偏向手段を更に備える構成とするとよい。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、光学素子素材を収容した型セットを成形室に投入して光学素子を成形する光学素子の製造方法において、上記成形室に不活性ガスを供給し、且つ、不活性ガスに含まれる酸素を吸収する触媒が配置された触媒チャンバに上記成形室内の不活性ガスを循環させた状態で、上記光学素子を成形するようにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、成形室内の不活性ガスを触媒チャンバに循環させた状態で光学素子を成形することで、成形室内に酸素が流入した場合にも触媒により酸素を吸収することができる。そのため、成形室内の酸素濃度を低下させるために成形室に多量の不活性ガスを供給する必要がなくなる。よって、本発明によれば、成形室への不活性ガスの供給量を低減することができると共に成形室内の酸素濃度を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る光学素子の製造装置及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る光学素子製造装置１を示す断面図である。図２は、上記光学素子製造装置１の触媒チャンバ３１を示す断面図である。
【００１５】
図１に示す光学素子製造装置１は、成形室１０、不活性ガス供給手段としての不活性ガス供給源２１及び不活性ガス供給路２２、触媒チャンバ３１、不活性ガス循環路３２等を備えている。
【００１６】
詳しくは後述するが、光学素子製造装置１は、成形室１０において、型セット４０に収容された図示しない光学素子素材から光学素子を成形している。なお、本実施の形態の型セット４０は、上型４１、下型４２及び胴型４３から構成されているが、型セット４０としては、他の組み合わせからなるものであってもよい。
【００１７】
成形室１０内には、第１加熱ステージ１１、第２加熱ステージ１２、プレスステージ１３、第１冷却ステージ１４、及び、第２冷却ステージ１５が配設されている。
第１加熱ステージ１１は、型セット４０の上面に当接する上ヒータブロック１１ａと、この上ヒータブロック１１ａの上部に配置された上断熱ブロック１１ｂと、この上断熱ブロック１１ｂに接続されたプレス軸１１ｃと、このプレス軸１１ｃを昇降させるシリンダ１１ｄと、型セット４０が載置される下ヒータブロック１１ｅと、この下ヒータブロック１１ｅの下部に配置された下断熱ブロック１１ｆとから構成されている（他のステージ１２〜１５も同一の構成であるため、図１に同様の符号を付して説明を省略する）。
【００１８】
第１加熱ステージ１１が配設された側の成形室１０の外側には、成形室１０へ投入される型セット４０が載置される投入台１６が設けられ、第２冷却ステージ１５が配設された側の成形室１０の外側には、成形室１０から排出される型セット４０が載置される排出台１７が設けられている。また、投入台１６側の成形室１０の外側には、型セット４０が投入台１６から成形室１０へ投入される際に開放する投入シャッタ１０ａが設けられ、排出台１７側の成形室１０の外側には、型セット４０が成形室１０から排出台１７へ排出される際に開放する排出シャッタ１０ｂが設けられている。
【００１９】
成形室１０の型セット４０投入側の上部には、図示しない供給機構によって、窒素等の不活性ガス（矢印Ａ１）が不活性ガス供給源２１から不活性ガス供給路２２を介して供給されている。なお、成形室１０には、成形室１０内の酸素を不活性ガスと共に外部に追い出すための微細な隙間を形成するとよい。このようにしても、不活性ガス供給源２１から不活性ガス（矢印Ａ１）が供給されることで成形室１０の正圧が維持されるため、上記微細な隙間からの酸素の流入を抑えることができる。
【００２０】
成形室１０に対して並設された触媒チャンバ３１は、触媒チャンバ３１の一端と他端が不活性ガス循環路３２を介して、第２冷却ステージ１５が配設された側で、成形室１０と接続されている。
【００２１】
触媒チャンバ３１には、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）に含まれる酸素を吸収する粒状の触媒３１ａが配置されている。この触媒３１ａには、例えば、鉄、銅、ニッケル、これらを含む合成物等、酸素を吸収し得るものであれば用いることができる。そのため、触媒３１ａが粒状である必要もない。なお、触媒３１ａは、後述する触媒加熱ヒータ３５により加熱されて酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル等へと変化していくと、酸素を吸収しづらくなるため、定期的に交換するとよい。
【００２２】
不活性ガス循環路３２には、その両端である循環入口３２ｃ及び循環出口３２ｄが成形室１０に位置し、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）を触媒チャンバ３１に循環させている。
【００２３】
不活性ガス循環路３２は、成形室１０（循環入口３２ｃ）と触媒チャンバ３１とに接続された第１循環路３２ａ、及び、触媒チャンバ３１と成形室１０（循環出口３２ｄ）とに接続された第２循環路３２ｂから構成されている。
【００２４】
図２に示すように、触媒チャンバ３１内の底面には、触媒３１ａが第２循環路３２ｂに落下しないように、触媒３１ａの粒径よりも小さい網目を有するネット３１ｂが配置されている。このネット３１ｂは、触媒チャンバ３１の底部を貫通する両端段付孔３１ｃの上側段部に配置されている。また、両端段付孔３１ｃの下側段部には、第２循環路３２ｂの端部が嵌合している。
【００２５】
なお、触媒チャンバ３１は、例えば、不活性ガス循環路３２の内部（流路）において触媒３１ａを保持する部分等のように、触媒３１ａが配置される部分であればよい。
図１に示すように、不活性ガス循環路３２（第２循環路３２ｂ）の循環出口３２ｄには、不活性ガス循環路３２から成形室１０に流入する不活性ガス（矢印Ａ３）を偏向させるガス偏向手段としての風偏向板１８が設けられている。
【００２６】
風偏向板１８は、成形室１０に流入する不活性ガス（矢印Ａ３）が成形中の型セット４０に当たりにくくなるように、不活性ガス（矢印Ａ３）を型セット４０から遠ざける方向に偏向させる位置に配置するとよい。
【００２７】
なお、風偏向板１８は、循環出口３２ｄの近傍、例えば、第２循環路３２ｂの内部、成形室１０の側壁等に配置してもよい。また、ガス偏向手段としては、例えば、不活性ガス（矢印Ａ３）の流れを多方向に分散させるべく複数の貫通孔が形成された部材を用いることもできる。
【００２８】
第１循環路３２ａには、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）を触媒チャンバ３１に強制的に循環させる送風手段としての送風機３３が配設されている。なお、送風機３３（送風手段）に代えて、コンプレッサ等の他の強制循環手段を配設することでも、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）を触媒チャンバ３１に強制的に循環させることは可能である。
【００２９】
また、第１循環路３２ａには、第１循環路３２ａを流れる不活性ガス（矢印Ａ２）の流量を制御する流量制御手段としての流量調整器３４が、送風機３３よりも触媒チャンバ３１側に配設されている。
【００３０】
流量調整器３４は、絞り弁のみからなるものでもよいが、例えば、絞り弁に加えて流量表示部や調整操作部等を含んだ装置とするとよい。
図２にも示すように、触媒チャンバ３１の外周には、触媒３１ａを加熱する加熱手段としての触媒加熱ヒータ３５が配設されている。また、触媒チャンバ３１内の触媒３１ａには温度測定器３６（図２においては図示せず）が挿入されている。そして、これら触媒加熱ヒータ３５及び温度測定器３６には、温度制御装置３７が接続されている。
【００３１】
温度制御装置３７は、触媒加熱ヒータ３５へ制御信号を送信すると共に温度測定器３６からの温度測定値信号を受信することで、任意の温度に触媒を加熱することが可能となっている。
【００３２】
以下、光学素子の製造方法について説明する。
まず、図１に示す上ヒータブロック１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ及び下ヒータブロック１１ｅ，１２ｅ，１３ｅ，１４ｅ，１５ｅを、図示しない制御手段により、各ステージ（加熱・プレス・冷却）に適した温度に設定し、その温度を保持しておく。
【００３３】
また、不活性ガス供給源２１から、図示しない供給機構によって、窒素等の不活性ガス（矢印Ａ１）を、不活性ガス供給路２２を介して成形室１０に供給し続けておく。これにより、成形室１０内の酸素が上記微細な隙間又は開放した投入シャッタ１０ａ若しくは排出シャッタ１０ｂから排出され、成形室１０内の雰囲気が不活性雰囲気に置換されると共に正圧に維持される。
【００３４】
そして、光学素子素材を収容した型セット４０を投入台１６に搬送し、投入シャッタ１０ａを開放させて型セット４０を成形室１０内に投入する。
成形室１０内に投入された型セット４０は、第１加熱ステージ１１の下ヒータブロック１１ｅ上に載置される。そして、シリンダ１１ｄの駆動によりプレス軸１１ｃを降下させて、上ヒータブロック１１ａ及び下ヒータブロック１１ｂからの熱伝導により型セット４０及びこの型セット４０に収容された光学素子素材を加熱する。
【００３５】
第１加熱ステージ１１において加熱された型セット４０は、図示しない移送手段により、第２加熱ステージ１２に移送され、第１加熱ステージ１１と同様に加熱される。このように加熱されることで、型セット４０内の光学素子素材は軟化する。
【００３６】
次に、型セット４０はプレスステージ１３に移送され、プレスステージ１３において、光学素子素材が目的の厚さになるまでプレスされる。光学素子素材がプレスされた後、型セット４０は、第１冷却ステージ１４及び第２冷却ステージ１５に順に移送されて冷却される。これにより、光学素子素材は固化し、光学素子が成形される。
【００３７】
以上のような成形室１０における光学素子の成形が完了した後、第２冷却ステージ１５の型セット４０を、排出シャッタ１０ｂを開放させて、成形室１０から排出台１７へと排出する。
【００３８】
光学素子製造装置１においては、以上のような型セット４０の成形室１０への投入・成形室１０からの排出が順次行われ、光学素子は連続的に製造される。
光学素子の成形中には、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）は、不活性ガス循環路３２を流れて、触媒チャンバ３１を循環することになる。そして、送風機３３を稼働させた場合には、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）を触媒チャンバ３１に強制的に循環させることができる。
【００３９】
なお、送風機３３によって不活性ガス循環路３２における不活性ガスの流量（循環量）を多くし過ぎると、成形室１０内において不必要な対流が起こり、型セット４０の成形温度ひいては光学素子の精度に影響を与え得るため、酸素吸収量と対流の発生とを比較衡量した上で送風機３３により流量調整を行うとよい。
【００４０】
また、光学素子の成形中には、流量調整器３４により不活性ガスの流量を抑えることでも、上述のような成形室１０内における不必要な対流を起こさないようにすることができる。なお、同時に送風機３３を稼働させている場合には、送風機３３の運転状態（回転数等）を変化させるのに代えて流量調整器３４を用いることで、流量調整を容易にすることもできる。
【００４１】
また、光学素子の成形中には、上述の触媒加熱ヒータ３５により、触媒３１ａを任意の温度に加熱することもできる。この触媒３１ａの加熱温度は、例えば、触媒３１ａが有効に酸素を吸収することができる温度に設定するとよい。なお、触媒３１ａによる酸素の吸収を促進させたい場合には、触媒３１ａが酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル等へと化学変化しやすい温度に合わせて設定するとよい。
【００４２】
以上説明した本実施の形態では、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）を触媒チャンバ３１に循環させた状態で光学素子を成形することで、成形室１０内に酸素が流入した場合にも触媒３１ａにより酸素を吸収することができる。そのため、成形室１０内の酸素濃度を低下させるために成形室１０に多量の不活性ガスを供給する必要がなくなる。よって、本実施の形態によれば、成形室１０への不活性ガス（矢印Ａ１）の供給量を低減することができると共に成形室１０内の酸素濃度を低下させることができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）を触媒チャンバ３１に強制的に循環させる送風機３３を配置している。そのため、成形室１０内の酸素濃度を低下させる速度を早めることができ、したがって、成形室１０への不活性ガス（矢印Ａ１）の供給量をより低減することができると共に成形室１０内の酸素濃度をより低下させることができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、触媒３１ａを加熱する触媒加熱ヒータ３５を配置しているため、触媒３１ａが有効に酸素を吸収することができると共に、触媒３１ａが酸素を吸収する量を調整することができる。したがって、成形室１０への不活性ガス（矢印Ａ１）の供給量をより低減することができると共に成形室１０内の酸素濃度を低下させることもできる。
【００４５】
また、本実施の形態では、不活性ガス循環路３２内を流れる不活性ガスの流量を制御する流量調整器３４を配置しているため、触媒３１ａが酸素を吸収する量を調整することができる。更には、不活性ガスの流量を適宜少なくすることで、成形室１０内における不必要な対流を抑えることもでき、型セット４０の温度変化に起因する光学素子の精度悪化を防ぐことができる。更には、流量調整器３４を送風機３３と共に用いる場合、送風機３３の運転状態（回転数等）を変化させることなく、触媒３１ａが酸素を吸収する量を調整することもできる。
【００４６】
また、本実施の形態では、不活性ガス循環路３２（第２循環路３２ｂ）の循環出口３２ｄに設けられ、不活性ガス循環路３２から成形室１０に流入する不活性ガス（矢印Ａ３）を偏向させる風偏向板１８を配置している。そのため、不活性ガス循環路３２から成形室１０に流入する不活性ガス（矢印Ａ３）が成形中の型セット４０に当たりにくくすることができ、したがって、型セット４０の温度変化に起因する光学素子の精度悪化を防ぐことができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、光学素子製造装置１を、複数のステージ１１〜１５に型セット４０を移送しながら光学素子を成形する循環型の製造装置として説明したが、光学素子素材への加熱・プレス・冷却を同一の場所で行う製造装置等の他の製造装置であっても、本実施の形態のように成形室１０内の不活性ガス（矢印Ａ２）を触媒チャンバ３１に循環させることで、上述の効果を得ることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学素子製造装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光学素子製造装置の触媒チャンバを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      光学素子製造装置
１０      成形室
１０ａ      投入シャッタ
１０ｂ      排出シャッタ
１１      第１加熱ステージ
１２      第２加熱ステージ
１３      プレスステージ
１４      第１冷却ステージ
１５      第２冷却ステージ
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ      上ヒータブロック
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ      上断熱ブロック
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ      プレス軸
１１ｄ，１２ｄ，１３ｄ，１４ｄ，１５ｄ      シリンダ
１１ｅ，１２ｅ，１３ｅ，１４ｅ，１５ｅ      下ヒータブロック
１１ｆ，１２ｆ，１３ｆ，１４ｆ，１５ｆ      下断熱ブロック
１６      投入台
１７      排出台
１８      風偏向板
２１      不活性ガス供給源
２２      不活性ガス供給路
３１      触媒チャンバ
３１ａ      触媒
３１ｂ      ネット
３１ｃ      両端段付孔
３２      不活性ガス循環路
３２ａ      第１循環路
３２ｂ      第２循環路
３２ｃ      循環入口
３２ｄ      循環出口
３３      送風機
３４      流量調整器
３５      触媒加熱ヒータ
３６      温度測定器
３７      温度制御装置
４０      型セット
４１      上型
４２      下型
４３      胴型
【図１】
2008297156.tif 000003
【図２】
2008297156.tif 000004