(57)【要約】【課題】切換ポイントの操作ミスによりポンプが破損するおそれなく成形室内を減圧状態にすることができる光学素子成形装置を提供すること。【解決手段】本発明の光学素子成形装置は、密閉された成形室１７と、前記成形室１７内に配置された一対の型６、１３と、前記成形室１７内を真空排気する真空排気手段と、を備えている。前記真空排気手段は、高速で回転するロータの表面に渦巻き状の溝が設けられた渦巻き溝真空ポンプ３７と、ロータリーポンプ３８と、を有している。前記一対の型６、１３は、転移点以上の温度に加熱された光学素子材料３６をプレス成形して光学素子を成形するようになっている。【選択図】　図１
2004083393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された成形室と、
前記成形室内に配置された一対の型と、
前記成形室内を真空排気する真空排気手段と、
を備え、
前記真空排気手段は、高速で回転するロータの表面に渦巻き状の溝が設けられた渦巻き溝真空ポンプと、ロータリーポンプと、を備えており、
前記一対の型は、転移点以上の温度に加熱された光学素子材料をプレス成形して光学素子を成形するようになっている
ことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項２】
前記渦巻き溝真空ポンプと前記ロータリーポンプとは、直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス成形による光学素子成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスレンズなどの高精度が要求される光学素子の製造方法は、研削・研磨により製造する方法と、リヒートプレスにより製造する方法と、の二種類に大別される。一般的には、光学素子の製造方法として、ガラス素材を研削・研磨して光学面を形成する方法が多く採用されている。しかし、研削・研磨による曲面形成は、十数工程に及ぶ多数の工程が必要となることに加えて、作業者に有害なガラス研削粉が多量に発生し、さらに、研削・研磨では付加価値の高い非球面形状の光学面を持つガラスレンズを同じ精度で大量生産することが困難であるなどの多くの問題点を抱えている。
【０００３】
これに対して、リヒートプレスは、溶融したガラスを一度冷却して製作したガラス素材（予め、所定の大きさに分割したガラス素材）を加熱し、プレスすることによって型の形状をガラス素材に転写させ、光学レンズなどの光学素子を製造する方法であり、曲面形成に直接関わる工程はプレス成形の一工程のみであるという利点を有している。また、一度、型を製作すれば、型の精度に対応した成形品をいくつでも製作することが可能である。
【０００４】
リヒートプレスの工程は、概略、次の通りである。上下の型の間にガラス素材をセットし、型の酸化を防止する目的で、型及びガラス素材を収容する成形室の内部を窒素ガスなどの不活性ガスで置換した後に、赤外線ランプ（あるいは高周波加熱装置など）を用いて型及びガラス素材を加熱する。所定の温度に到達の後、上下の型を用いてガラス素材をプレスし、最後に冷却して製品を取出す。
【０００５】
ところで、光学素子を上記のリヒートプレスによって成形する場合、形状によっては型とガラス素材との間に不活性ガスが閉じ込められて残り、成形された光学素子の表面にエア溜りと呼ばれる欠陥が発生することがある。また、型及びガラス素材を収容する成形室の内部を不活性ガスで置換した後に、成形室内に酸素が残存していると、高温下で残存酸素によって型が酸化される問題がある。これらの問題を解決するために従来、成形室内を減圧排気し、成形室内部に少量の不活性ガスを供給しながら成形室内の酸素を排気していた。
【０００６】
このとき、成形室内を真空排気するために、図２に示すようにターボ分子ポンプ４４とロータリーポンプ４６とを組み合せて使用していた。ターボ分子ポンプ４４とは、ジェットエンジンのように内部に軸流タービン形の翼をもつロータ及びステータからなるタービンを高速回転させて排気するポンプであり、ロータリーポンプ４６とは、ポンプ本体の中に一対のロータがあり、このロータがポンプ本体との僅かな隙間で回転して気体などを吸入口から排出口へ押出すポンプである。大気圧から成形室内を減圧する場合、排気ラインの切換えポイントとして切換バルブ４２を設けて、ロータリーポンプ４６で成形室内をある程度真空排気した後、ターボ分子ポンプ４４により成形室内をさらに高真空にしていた。なお、図２中４０は光学素子成形装置、４１は真空計、４３、４５はそれぞれ真空バルブを示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロータリーポンプ４６で排気できる限界は、１Ｐａ程度までであり、それ以上の真空度が必要な場合は、他の真空ポンプに切換える必要があったため、排気ラインの切換えポイントとして切換バルブ４２を設けなければならなかった。排気ラインの切換バルブ４２を設けることにより、真空排気手段の構成が複雑になり、また切換バルブ４２の操作ミスによりターボ分子ポンプ４４のタービンが破損してしまうなどの問題があった。
【０００８】
本発明は、前述した課題を解決し、切換ポイントの操作ミスによりポンプが破損するおそれなく成形室内を減圧状態にすることができる光学素子成形装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、密閉された成形室と、前記成形室内に配置された一対の型と、前記成形室内を真空排気する真空排気手段と、を備え、前記真空排気手段は、高速で回転するロータの表面に渦巻き状の溝が設けられた渦巻き溝真空ポンプと、ロータリーポンプと、を備えており、前記一対の型は、転移点以上の温度に加熱された光学素子材料をプレス成形して光学素子を成形するようになっていることを特徴とする光学素子成形装置である。
【００１０】
本発明によれば、渦巻き溝真空ポンプとロータリーポンプとを同時に稼働して大気圧から減圧することができるため、成形室内を短時間に所定の圧力にまで減圧することができる。
【００１１】
ここで、前記渦巻き溝真空ポンプと前記ロータリーポンプとは、直列に接続されていることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について図１を用いて説明する。図１は、本発明の一実施の形態である光学素子のプレス成形装置を示す全体構成図である。フレーム１の上部には上部プレート１ａが取り付けられ、上部プレート１ａからは固定軸２が下方に向かって伸びており、その下端にセラミック製の断熱筒３を介して上型組立４が取り付けられている。上型組立４は、金属製のダイプレート５、セラミック製（あるいは超硬合金製）の上型６、及び、上型６をダイプレート５に固定するとともに型の一部を構成する固定ダイ７から構成されている。
【００１３】
フレーム１の下部にはベース１ｃが配置され、ベース１ｃの上にはスクリュージャッキ８が配置され、スクリュージャッキ８の上部にはロードセル８ｂを介して移動軸９が取り付けられている。スクリュージャッキ８は、サーボモータ８ａを駆動源とし、サーボモータ８ａの回転運動を直線運動に変換するものである。移動軸９は、固定軸２に対向して上方に向かって伸び、フレーム１の中段に設けられた中間プレート１ｂ、及び、中間プレート１ｂの上面に取り付けられた中間ブロック１ｄを貫通している。移動軸９の上端には、断熱筒１０を介して下型組立１１が取り付けられている。移動軸９は、予め制御盤２７に入力されているプログラムに従って、位置、速度及びトルクなどが制御されて上下動する。下型組立１１は、上型組立４と同様に、金属製のダイプレート１２、セラミック製（あるいは超硬合金製）の下型１３、及び、下型１３をダイプレート１２に固定するとともに型の一部を構成する移動ダイ１４から構成されている。
【００１４】
固定軸２の周囲には、駆動装置（図示せず）によって上下動可能なブラケット１５が摺動可能に取り付けられている。ブラケット１５の下面には、上型組立４及び下型組立１１の周囲を取り囲むように、透明な石英管１６が取り付けられている。石英管１６は、上下にフランジ部を備えている。さらに、ブラケット１５の下側には、石英管１６の外周を取り囲むように、外筒１８が取り付けられている。外筒には、その内壁に沿って、ランプユニット１９が配置されている。ランプユニット１９は、赤外線ランプ２０、その後方（外筒側）に配置された反射ミラー２１、及び、反射ミラー２１を冷却するための水冷パイプ（図示せず）などから構成されており、上型組立４及び下型組立１１を、石英管１６の外側から輻射加熱するようになっている。
【００１５】
石英管１６の上端側のフランジは、クランプ３４でブラケット１５に固定されている。石英管１６の上端側のフランジとブラケット１５との接触面は、ブラケット１５の下面に嵌め込まれたＯリングによってシールされている。一方、石英管１６の下端側のフランジは、中間ブロック２４の上面に押し付けられている。石英管１６の下端側のフランジと中間ブロック２４の上面との接触面は、中間ブロック２４の上面に嵌め込まれたＯリングによってシールされている。このようにして、石英管１６の内部は、上型組立４及び下型組立１１の周囲を外界から遮断する成形室１７を構成している。
【００１６】
なお、石英管１６の下端側のフランジを中間ブロック２４の上面に嵌め込まれたＯリングに押し付ける際に、石英管１６に損傷を与えないように、外筒１８は可動クランプ３５を介して中間プレート１ｂに支持されている。
【００１７】
また、上部プレート１ａとブラケット１５との間には、伸縮可能な上軸用ベローズ２８が取り付けられ、成形室１７の上側を外界から遮断している。一方、中間プレート１ｂと固定軸９の中間部との間には下軸用ベローズ２９が取り付けられ、成形室１７の下側を外界から遮断している。
【００１８】
固定軸２及び移動軸９の内部には、成形室１７の内部に窒素ガスなどの不活性ガスを充満するため、あるいは、上型組立４及び下型組立１１を冷却する冷却ガスを導入するため、ガス供給路２２、２３が形成されている。例えば、不活性ガスが、流量調整器（図示せず）を介して成形室１７の内部へ供給されるようになっている。成形室１７の内部に供給された不活性ガスは、中間ブロック２４の内部に形成された排気口２５を通って排気される。なお、成形室１７の内部の真空排気を行う際に、ガス供給路２２、２３から成形室１７内に不活性ガスが流入しないように、ガス供給路２２、２３には真空バルブ（図示せず）が取り付けられている。
【００１９】
排気口２５に接続された排気路は、真空排気手段としてのヘリカル溝真空ポンプ３７（渦巻き溝真空ポンプ）に接続されている。また、当該排気路には、真空計３３及び真空排気用の真空バルブ３１が取り付けられており、真空計３３の測定場所と真空バルブ３１の設置場所との間で、前記排気路は分岐路を有しており、当該分岐路に窒素ガス排気用の真空バルブ３０が設けられている。そして、ヘリカル溝真空ポンプ３７は、ロータリーポンプ３８に直列に接続されている。
【００２０】
ヘリカル溝真空ポンプ３７は、ロータと、ロータの内部に設けられた渦巻き状の溝と、を有している。このような溝が設けられたロータが高速回転することにより、ヘリカル溝真空ポンプ３７は高真空を実現可能である。また、下型組立１１には、熱電対２６が取り付けられている。
【００２１】
次に本装置の作用を説明する。まず、真空排気用の真空バルブ３１が閉じられたまま、ヘリカル溝真空ポンプ３７とロータリーポンプ３８とが起動される。そして、成形装置の上型６と下型１３との間に、ガラス素材３６がセットされる。この後、ブラケット１５が降下され、可動クランプ３５を用いて石英管１６の下端側のフランジが中間ブロック２４の上面に嵌め込まれたＯリングに押し付けられ、成形室１７が形成される。
【００２２】
次に、窒素ガス供給用の真空バルブ（図示せず）が開とされ、また、窒素ガス排気用の真空バルブ３０も開とされ、成形室１７内に窒素ガスが１０秒間供給される。
【００２３】
その後、窒素ガス供給用の真空バルブ（図示せず）及び窒素ガス排気用の真空バルブ３０が閉じられ、真空排気用の真空バルブ３１が開けられる。これにより、ヘリカル溝真空ポンプ３７とロータリーポンプ３８とにより、成形室１７内が大気圧から所定の圧力（６×１０−１Ｐａ）以下に向けて減圧され始める。同時に、赤外線ランプ２０が作動され、各型６、７、１３、１４及びガラス素材３６が加熱される。
【００２４】
各型部材６、７、１３、１４及びガラス素材３６が６９０℃（ガラスの転移点以上の温度である）に到達し、且つ、成形室１７内が５Ｐａまで減圧された後、ガラス素材３６を光学素子に成形するためのプレス工程が行われる。従来においては、成形室内を減圧するのに３５ｓｅｃ掛かっていた。しかし、ヘリカル溝真空ポンプ３７とロータリーポンプ３８とを利用する本実施の形態では、１５ｓｅｃで５Ｐａまで減圧することができる。
【００２５】
プレス工程の終了後、真空排気用の真空バルブ３１が閉じられ、窒素ガス供給用の真空バルブ（図示せず）が開かれ、窒素ガスが数秒間供給される。成形室１７内の圧力が大気圧以上になった時点で、窒素ガス排気用の真空バルブ３０が開かれ、窒素ガスが排気される。このような窒素の流れを利用して、各型部材６、７、１３、１４及び成形された光学素子が冷却される。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光学素子成形装置は、好適には直列に配置されたヘリカル溝真空ポンプとロータリーポンプとを用いて成形室内を減圧することにより、従来の装置のように真空排気ラインを切換えることなく、また、真空ポンプが破損するおそれなく、成形室内を大気圧から所定の圧力まで短時間に減圧することが可能となる。また、従来のように切換バルブを設ける必要がないため、真空排気手段の構造を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子成形装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】従来の光学素子成形装置の真空排気手段の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　フレーム
２　固定軸
３　断熱筒
４　上型組立
５　ダイプレート
６　上型
７　固定ダイ
８　スクリュージャッキ（駆動装置）
８ａ　サーボモータ
８ｂ　ロードセル（荷重検出器）
９　移動軸
１０　断熱筒
１１　下型組立
１２　ダイプレート
１３　下型
１４　移動ダイ
１５　ブラケット
１６　フランジ付透明石英管
１７　成形室
１８　外筒
１９　ランプユニット
２０　赤外線ランプ
２１　反射ミラー
２２、２３　ガス供給路
２５　排気口
２６　温度検出用熱電対
２７　制御盤
２８　上軸用ベローズ
２９　下軸用ベローズ
３０、３１　真空バルブ
３３　真空計
３４　固定クランプ
３５　可動クランプ
３６　ガラス素材
３７　ヘリカル溝真空ポンプ
３８　ロータリーポンプ
４０　光学素子成形装置
４１　真空計
４２　切換バルブ
４３、４５　真空バルブ
４４　ターボ分子ポンプ
４６　ロータリーポンプ
【図１】
2004083393.tif 000003
【図２】
2004083393.tif 000004