(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対の型と、
各型の背面から各型を支持する上下一対の軸と、
各軸の先端面と各型の背面との間にそれぞれ挿入され、各型から各軸を介して流出する熱流束を減少させるための断熱部材と、
前記型、前記断熱部材、及び前記軸の先端近傍の周囲を取り囲み、その内側に気密状態に維持された成形室を構成する石英ガラス製の円筒部材と、
前記円筒部材の上端部及び下端部にそれぞれ接続され、前記各軸がシール部材を介して摺動自在に貫通する貫通孔を中心部に備えた上部プレート及び下部プレートと、
前記円筒部材の外側に、前記型の周囲を取り囲む様に配置された赤外線ランプと、
赤外線ランプの背後に配置され、全体として円筒形状を備えた第一反射ミラーとを備え、
前記上下一対の型の間にガラス製の成形素材を配置し、これらの型及び成形素材を加熱した後、成形素材をプレス成形することにより、光学素子を製造する光学素子成形装置において、
前記円筒部材の径方向において前記第一反射ミラーより中心に近い位置で、前記円筒部材の外周を取り囲む様に配置され、前記第一反射ミラーの上端部から前記上部プレートの下面までの範囲を占め、全体として円筒形状を備えた第二反射ミラーと、
前記円筒部材の径方向において前記第一反射ミラーより中心に近い位置で、前記円筒部材の外周を取り囲む様に配置され、前記第一反射ミラーの下端部から前記下部プレートの上面までの範囲を占め、全体として円筒形状を備えた第三反射ミラーと、
を備えたことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項２】
前記成形素材は、石英ガラス製の成形素材であ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、例えば、レンズ、プリズム、光通信用部品などのガラス製の光学素子をプレス成形によって製造するための光学素子成形装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、特開平５−１８６２３０号公報に記載されている従来の光学素子のプレス成形装置の全体構成図を示す。
【０００３】
フレーム１の上部から固定軸２が下方に向かって伸びており、その下端面には、セラミック製の断熱筒３を介して、上型組み立て４がボルト（図示せず）によって取り付けられている。上型組み立て４は、金属製のダイプレート５、セラミック（または超硬合金）で作られた上型６、及びこの上型６をダイプレート５に固定するとともに型の一部を成す固定ダイ７から構成されている。
【０００４】
フレーム１の下部には、駆動装置８（この例では、スクリュージャッキ）が設けられている。駆動装置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推力に変換する。駆動装置８の駆動軸の先端には、荷重検出器８ｂを介して移動軸９が取り付けられている。移動軸９は、固定軸２と対向する様に、上方に向かって伸びている。移動軸９は、制御装置２８に入力されたプログラムにより、速度、位置及び軸荷重が制御され、上下方向に移動することができる。
【０００５】
移動軸９の上端面には、先の断熱筒３と同様の形状を備えた断熱筒１０が取り付けられている。下型組み立て１１は、金属製のダイプレート１２、セラミック（または超硬合金）で作られた下型１３、及びこの上型１３をダイプレート１２に固定するとともに型の一部を成す移動ダイ１４から構成されている。
【０００６】
固定軸２は、上部プレート１５の中心部に設けられた開口部を貫通している。
上部プレート１５は、駆動装置（図示せず）によって上下方向に駆動される。上記の開口部にはＯリングが装着され、上部プレート１５は、固定軸２の外周との間を気密状態に保った状態で、上下方向に摺動することができる。
【０００７】
移動軸９は、下部プレート１ａの中心部に設けられた開口部を貫通している。
下部プレート１ａは、フレームに固定されている。上記の開口部にはＯリングが装着され、移動軸９は、下部プレート１ａの内周との間を気密状態に保った状態で、上下方向に摺動することができる。
【０００８】
対をなす上型組み立て４及び下型組み立て１１、断熱筒３及び断熱筒１０、固定軸２の下端部、及び移動軸９の上端部の周囲は、石英ガラス製の円筒状部材（透明石英管１６）によって取り囲まれている。透明石英管１６の上端面は、上部プレート１５の下面に突き合わせられており、接触面にはＯリングが装着され、気密性が確保されている。同様に、透明石英管１６の下端面には、下部プレート１ａの上面に突き合せられており、接触面にはＯリングが装着され、気密性が確保されている。これによって、透明石英管１６の内側に、外部に対して気密性を有する成形室１７が構成されている。
【０００９】
透明石英管１６の周囲を取り囲む様に、外筒１８が配置されている。外筒１８の上端部は上部プレート１５の外周に接続され、外筒１８の下端部は下部プレート１ａの上面に接触している。外筒１８の中段部分には、ランプユニット１９が取り付けられている。透明石英管１６の内側にある上型組み立て４及び下型組み立て１１は、このランプユニット１９からの放射熱によって加熱される。ランプユニット１９は、赤外線ランプ２０、その背後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２２などから構成されている。赤外線ランプ２０及び反射ミラー２１は、それぞれ、半円弧状の部品を２つ組み合わせてリング状にしたものを、更に複数段積み重ねることによって構成され、全体として円筒形の形状を備えている。
【００１０】
固定軸２、移動軸９及び上部プレート１５には、それぞれガス供給路２３、２４及び２５が設けられている。下部プレート１５には、排気口２６が設けられている。不活性ガスを、ガス供給路２３、２４及び２５を介して成形室１７内へ、所定の流量で供給し、排気口２６を介して排出することによって、成形室１７内を不活性ガス雰囲気に保ち、あるいは、上型組み立て４及び下型組み立て１１などの冷却を行う。
【００１１】
ダイプレート１２の背面には、熱電対２７が取り付けられている。この熱電対２７によって、下型組み立て１１の温度が検出される。
【００１２】
従来の光学素子用のプレス成形装置では、上記の様に、透明石英管１６の外側に、上下一対の型４、１１の周囲を取り囲む様にランプユニット１９が配置されている。上下一対の型４、１１及び成形素材３０は、ランプユニット１９から放射される赤外線によって加熱される。但し、赤外線のほとんどは、ガラス製の成形素材３０中を透過してしまうので、成形素材３０は、主として型及び成形室内の雰囲気からの伝熱により加熱される。
【００１３】
ここで、一般的な光学ガラスの様な、ガラス軟化点が８００℃以下の成形素材を成形する場合には、型及び成形素材を８００℃程度まで加熱すれば十分であるので、成形室内の雰囲気温度を調整する必要はなかった。
【００１４】
（従来の光学素子成形装置の問題点）
例えば、半導体の製造プロセスにおいて使用されるステッパ用レンズなどでは、紫外線透過率が高いことが要求されるので、石英ガラス製レンズが使用されている。また、光通信用Ｖ溝コネクタに使用されるＶ溝基板では、光ファイバや光導波路が石英ガラス製であるので、熱膨張係数をこれらと合わせるため、Ｖ溝基板にも石英ガラスが使用されている。
【００１５】
このような石英ガラス製の光学素子は、従来、一般的には、研削・研磨プロセスによって製造されていた。そのため、これらの光学素子は、多くの製造時間と製造コストを要していた。
【００１６】
なお、図２に示した様な従来の成形装置を用いて石英ガラスのプレス成形を行う場合には、石英ガラスのガラス軟化点が高いので、その成形温度は１３００〜１６００℃程度になる。このため、ランプユニットの出力を従来よりも大幅に増大させる必要がある。更に、成形室内の雰囲気温度も、成形温度に近い温度まで上昇させる必要がある。しかし、従来の成形装置では、成形室の保温性が十分ではなかったので、成形室内の雰囲気温度（不活性ガスの温度）を１０００℃以上に上げることは容易ではなかった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の様な従来の光学素子成形装置の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、成形室内の保温性に優れ、成形室内の雰囲気温度を石英ガラスのガラス軟化点近傍の温度まで短時間で到達させることができる光学素子成形装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学素子成形装置は、
上下一対の型と、
各型の背面から各型を支持する上下一対の軸と、
各軸の先端面と各型の背面との間にそれぞれ挿入され、各型から各軸を介して流出する熱流束を減少させるための断熱部材と、
前記型、前記断熱部材、及び前記軸の先端近傍の周囲を取り囲み、その内側に気密状態に維持された成形室を構成する石英ガラス製の円筒部材と、
前記円筒部材の上端部及び下端部にそれぞれ接続され、前記各軸がシール部材を介して摺動自在に貫通する貫通孔を中心部に備えた上部プレート及び下部プレートと、
前記円筒部材の外側に、前記型の周囲を取り囲む様に配置された赤外線ランプと、
赤外線ランプの背後に配置され、全体として円筒形状を備えた第一反射ミラーとを備え、
前記上下一対の型の間に成形素材を配置し、これらの型及び成形素材を加熱した後、成形素材をプレス成形することにより、光学素子を製造する光学素子成形装置において、
前記円筒部材の外周を取り囲む様に配置され、前記第一反射ミラーの上端部から前記上部プレートの下面までの範囲を占め、全体として円筒形状を備えた第二反射ミラーと、
前記円筒部材の外周を取り囲む様に配置され、前記第一反射ミラーの下端部から前記下部プレートの上面までの範囲を占め、全体として円筒形状を備えた第三反射ミラーと、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の光学素子成形装置によれば、前記第一反射ミラーの上部及び下部に、それぞれ第二反射ミラー及び第三反射ミラーが上記の様に配置されているので、上下一対の軸の各先端部近傍から放出された放射熱は、第二反射ミラー及び第三反射ミラーによって反射され、それぞれの軸に戻される。このため、上下一対の軸の各先端部近傍から、前記円筒部材を透過して成形室の外へ散逸する放射熱が減少し、成形室内の保温効果が高まる。その結果、成形室内の雰囲気温度を、石英ガラスのガラス軟化点近傍の温度まで素早く且つ効率良く到達させることが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の光学素子成形装置の全体構成図を示す。図中、３０は成形素材、４は上型組み立て（上側の型）、１１は下型組み立て（下側の型）、２は固定軸（上側の軸）、９は移動軸（下側の軸）、３及び１０は断熱筒（断熱部材）、１６は透明石英管（円筒部材）、１５は上部プレート、１ａは下部プレート、２０は赤外線ランプ、２１は第一反射ミラー、３２は第二反射ミラー、３３は第三反射ミラーを表す。
【００２１】
なお、図１に示した装置と、先に説明した従来の装置（図２）との間の相違点は、図１に示した装置では、第二反射ミラー３２及び第三反射ミラー３３が設けられていることにある。その他の構成は、両者の間で共通であるので、その説明は省略する。
【００２２】
本発明の光学素子成形装置では、第一反射ミラー２１の上端部から上部プレート１５の下面までに至る部分に、透明石英管１６の外周を取り囲む様に、第二反射ミラー３２が設けられている。同様に、第一反射ミラー２１の下端部から下部プレート１ａの上面までに至る部分に、透明石英管１６の外周を取り囲む様に、第三反射ミラー３３が設けられている。第二反射ミラー３２及び第三反射ミラー３３は、それぞれ、全体として円筒形状を備えている。
【００２３】
この様に、透明石英管１６の周囲の内、上下の端部に隣接する部分は、赤外線ランプ及び第一反射ミラー２１によって取り囲まれていないが、それらの部分の周囲に、第二反射ミラー３２及び第三反射ミラー３３を配置することによって、透明石英管１６の全長が、反射ミラー（２１、３２、３３）によって隙間無く取り囲まれることになる。
【００２４】
これによって、固定軸２及び移動軸９の各先端部近傍から、透明石英管１６を透過して成形室１７の外へ散逸する放射熱が減少し、成形室内１７の保温効果が高まる。従って、成形室内１７内の雰囲気温度を高く維持することが、従来の装置と比較して容易になり、石英ガラス（ガラス軟化点：１３００〜１６００℃）からなる光学素子をプレス法によって成形することが可能になる。
【００２５】
図１に示す装置を使用して、合成石英ガラスＴ−４０４０（東芝セラミックス（株）製：ガラス軟化点１６６０℃：）のプレス成形を行い、光学レンズ（レンズ外径：３０ｍｍ）を製造した。成形条件は、球形の成形素材（直径１５ｍｍ）を使用し、成形温度を１４００℃、プレス力を８００ｋｇｆ（７，８４０Ｎ）とした。熱源には、出力４ｋＷ／本（３８０Ｖ）の半円弧状の赤外線ランプを２本組み合わせてリング状にしたものを６段に積み重ね、合計１２本を配置したランプユニットを使用した。透明石英管には、溶融石英ガラスＴ−２０３０（東芝セラミックス（株）製）を使用した。
【００２６】
その結果、成形素材に割れが生ずることなく、光学レンズを安定して成形できることが確認された。
【００２７】
比較のため、図２に示した従来の装置を使用して、上記と同じ条件で合成石英ガラスのプレス成形を行った。この場合、型の温度は１４００℃まで到達したが、成形素材の温度は１２００℃程度までしか上昇せず、プレス成形可能な状態には到達しなかった。その結果、プレス荷重を加えると成形素材に割れが生じ、光学レンズを成形することはできなかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の光学素子成形装置によれば、成形室内の保温性が高まるので、石英ガラスなどの様なガラス軟化点の高い素材をプレス成形可能な温度まで加熱することができる。従って、この様な成形素材をプレス加工によって所定の最終形状に成形することが可能になる。
【００２９】
その結果、石英ガラス製の高精度光学素子の製造工程が簡略化され、量産が可能になり、これにより、その製造コストを引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学素子成形装置の全体構成図。
【図２】従来の光学素子成形装置の全体構成図。
【符号の説明】
１・・・フレーム、１ａ・・・下部プレート、２・・・固定軸（上側の軸）、３・・・断熱筒（断熱部材）、４・・・上型組み立て（上側の型）、５・・・ダイプレート、６・・・上型、７・・・固定ダイ、８・・・駆動装置、８ａ・・・サーボモータ、８ｂ・・・荷重検出器、９・・・移動軸（下側の軸）、１０・・・断熱筒（断熱部材）、１１・・・下型組み立て（下側の型）、１２・・・ダイプレート、１３・・・下型、１４・・・移動ダイ、１５・・・上部プレート、１６・・・透明石英管（円筒部材）、１７・・・成形室、１８・・・外筒、１９・・・ランプユニット、２０・・・赤外線ランプ、２１・・・（第一）反射ミラー、２２・・・水冷パイプ、２３・・・ガス供給路、２６・・・排気口、２７・・・熱電対、２８・・・制御装置、３０・・・成形素材、３２・・・第二反射ミラー、３３・・・第三反射ミラー。
【図１】
0004499230.tif 000002
【図２】
0004499230.tif 000003