(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、
前記一対の型及び前記一対の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、
前記円筒部材の外周に沿って、前記一対の型の周囲を取り囲む様に配置された赤外線ランプと、
下側の型に温接点が取り付けられ、下側の軸の内部を通って成形室の外に導線が取り出される熱電対とを備え、
前記一対の型の間にガラス製の成形素材を配置し、前記一対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、
前記熱電対を、前記成形室内で、導線部分の途中でコネクタを用いて接続するとともに、下側の軸の端面にこのコネクタの全体が収容される穴を設けたことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項２】
前記熱電対は、温接点の近傍から前記コネクタまでの範囲が、セラミックス製の保護管の中に収容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。
【請求項３】
前記赤外線ランプから前記コネクタの上端部近傍に入射する赤外線を遮る遮蔽板を、前記コネクタの上端部に取り付けたことを特徴とする請求項２に光学素子成形装置。
【請求項４】
前記下側の軸の内部に水冷用の経路を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子成形装置。
【請求項５】
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、
前記一対の型及び前記一対の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、
前記円筒部材の外周に沿って、前記一対の型の周囲を取り囲む様に配置された赤外線ランプと、
上側の型に温接点が取り付けられ、上側の軸の内部を通って成形室の外に導線が取り出される熱電対とを備え、
前記一対の型の間にガラス製の成形素材を配置し、前記一対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、
前記熱電対を、前記成形室内で、導線部分の途中でコネクタを用いて接続するとともに、上側の軸の端面にこのコネクタの全体が収容される穴を設けたことを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項６】
前記熱電対は、温接点の近傍から前記コネクタまでの範囲が、セラミックス製の保護管の中に収容されていることを特徴とする請求項５に記載の光学素子成形装置。
【請求項７】
前記赤外線ランプから前記コネクタの下端部近傍に入射する赤外線を遮る遮蔽板を、前記コネクタの下端部に取り付けたことを特徴とする請求項５に光学素子成形装置。
【請求項８】
前記上側の軸の内部に水冷用の経路を形成したことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の光学素子成形装置。
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り、特に、石英ガラスなどのガラス転移点が高い成形素材をプレス成形する際に好適な光学素子成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス成形法を用いてガラス製の光学素子を製造する場合、高精度な成形面を備えた一対の型の間に成形素材を配置し、型及び成形素材をガラス転移点近傍の温度まで加熱した後、プレス成形を行っている。
【０００３】
型及び成形素材を加熱する際、型及び型に隣接する部材の金属部分の酸化を防止する必要がある。このため、型及び上下の軸の先端近傍の周囲を、雰囲気調整可能な成形室の中に収容し、この成形室の中に不活性ガスを流すことによって、型の周囲を無酸素状態にしている。型及び成形素材の加熱には、赤外線ランプが使用される。このため、成形室の側壁部分を、赤外線透過率が高い石英ガラス製の円筒部材（以下、透明石英管と呼ぶ）で構成し、この透明石英管の外側に赤外線ランプを配置している。
【０００４】
プレス成形を行う際、成形素材の温度をガラス転移点近傍の所定の値で制御する必要がある。しかし、成形素材の温度を直接測定することは困難である。そこで、通常、型の温度を測定し、型の温度が成形素材の温度に等しいとみなして、型の温度を制御している。
【０００５】
一般的な光学ガラスをプレス成形する場合には、その成形温度が高々８００℃程度なので、型の温度の測定にシース熱電対が使用されている。シース管には、耐熱性を備えたステンレスシースやナイクロベルシース（耐用温度：約１０００℃）が使用されている。シース熱電対の利点として、可撓性に優れていることが挙げられる。これによって、型に対して熱電対を容易に着脱することができる。
【０００６】
しかし、石英ガラスを成形する場合には、その成形温度が１３５０℃〜１６００℃程度となるので、耐熱性に優れたナイクロベルシースの耐用温度を超えてしまう。従って、シース熱電対を使用することはできない。この場合、熱電対の保護及び固定のために、アルミナなどのセラミックス製の保護管を使用せざるを得ない。
【０００７】
セラミックス製の保護管を使用することによって、１０００℃を超える高温下での温度測定が可能となるが、保護管は自由に曲げることができないので、型の内部に熱電対を挿入する作業が容易ではなく、また、熱電対の着脱作業も容易ではない。
【０００８】
特開平１１−１５７８５５号公報には、図４に示す様に、成形室内において熱電対４１をその導線部分の途中でコネクタ４５を用いて接続する構造が示されている。なお、図４中、１１は下型組み立て、９は下軸、１０は断熱筒、４３は測温孔、４６はプラグ、４７はソケット、４８はスプリングを表す。
【０００９】
この様に、成形室内において熱電対４１の導線部分の途中にコネクタ４５を設けることによって、熱電対４１を型の背面に設けられた測温孔４３の中に挿入することが容易になり、型に対する熱電対４１の着脱作業も容易になる。しかし、石英ガラスを成形する場合、コネクタ４５が成形室内で高温に曝されるので、コネクタの耐熱性が問題になる。
【００１０】
【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、１０００℃以上の高温下でも型の温度測定を比較的容易に行うことができる光学素子成形装置を提供することにある。
【００１１】
【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、
前記一対の型及び前記一対の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、
前記円筒部材の外周に沿って、前記一対の型の周囲を取り囲む様に配置された赤外線ランプと、
下側の型に温接点が取り付けられ、下側の軸の内部を通って成形室の外に導線が取り出される熱電対とを備え、
前記一対の型の間にガラス製の成形素材を配置し、前記一対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、
前記熱電対を、前記成形室内で、導線部分の途中でコネクタを用いて接続するとともに、下側の軸の端面にこのコネクタを収容する穴を設けたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光学素子成形装置によれば、成形室内において熱電対の導線部分の途中にコネクタを設けることによって、熱電対の取り扱いが容易になる。これによって、セラミックス製の保護管の中に収容された熱電対を使用する場合にも、型に対する熱電対の着脱作業を容易に行うことができる。
【００１３】
また、上記コネクタを下側の軸（または上側の軸）の端面に形成された穴の中に収容することによって、赤外線ランプからコネクタに直接入射する赤外線を遮り、コネクタの温度上昇を抑えることができる。これによって、１０００℃以上の温度で、光学素子のプレス成形を行うことが可能になる。
【００１４】
好ましくは、前記赤外線ランプから前記コネクタの上端部近傍に入射する赤外線を遮るため、前記コネクタの上端部に遮蔽板を取り付ける。
【００１５】
好ましくは、前記下側の軸を冷却するため、前記下側の軸の内部に水冷用の経路を形成する。
【００１６】
なお、上側の型の温度を測定する場合にも、同様な構造を採用することができる。
【００１７】
【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、１６は透明石英管（円筒部材）、１７は成形室、２０は赤外線ランプ、２１は反射ミラー、３１は熱電対、３４は熱電対の導線、３５はコネクタを表す。
【００１８】
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、セラミックス製の断熱筒３を介して、上型組み立て４が取り付けられている。上型組み立て４は、セラミックス製（または金属製）のダイプレート５、セラミックス製（または超硬合金製）の上型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セラミックス製（または金属製）の固定ダイ７から構成されている。
【００１９】
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２６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。
【００２０】
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セラミックス製の断熱筒１０が取り付けられている。下型組み立て１１は、セラミックス製（または金属製）のダイプレート１２、セラミックス製（または超硬合金製）の下型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セラミックス製（または金属製）の移動ダイ１４から構成されている。
【００２１】
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。
【００２２】
移動軸９は、下部フレーム１ａ及び下部プレート１ｂの中心部にそれぞれ設けられた開口部を貫通している。下部フレーム１ａは、フレーム１に固定されている。下部プレート１ｂは、下部フレーム１ａの上面に固定されている。上記の下部フレーム１ａの開口部にはＯリングが装着され、移動軸９は、下部フレーム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。
【００２３】
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１ｂの上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。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備えた成形室１７が構成されている。
【００２４】
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の周縁部の下側に接続されている。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。
【００２５】
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（図示せず）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。
【００２６】
固定軸２及び移動軸９には、それぞれガス供給路２２及び２３が設けられている。ダイプレート５及びダイプレート１２には、それぞれガス供給路２７及び２８が設けられている。下部プレート１６には、排気口２４が設けられている。不活性ガスを、ガス供給路２２、２７及び２３、３８を介して成形室１７内へ、所定の流量で供給し、排気口２４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、プレス成形後の成形品３０、型４、１１及び断熱筒３、１０の冷却を行う。
【００２７】
下型組み立て１１には、温度測定用の熱電対３１が取り付けられている。熱電対３１は、先端部（温接点）が移動ダイ１４の内部に挿入され、導線部分３４が移動軸９の内部を貫通して成形室１７の外部に取り出され、後端部（冷接点）が制御装置２６に接続されている。
【００２８】
図２に、熱電対３１の成形室内にある部分の詳細を示す。図３に、下型組み立て１１に対する熱電対３１の取り付け部分の詳細を示す。
【００２９】
移動ダイ１４の背面には測温孔３３が設けられている。この測温孔３３に対応して、ダイプレート１２及び断熱筒１０の上端のフランジ部にはそれぞれ貫通孔が設けられている。熱電対３１の先端部分は、これらの貫通孔を介して測温孔３３中に挿入されている。熱電対３１は、図３に示す様に、先端部分（温接点）を除いて、アルミナ製の保護管３２の中に収容されている。熱電対３１の温接点は、保護管３２の先端から露出し、測温孔３３の奥に押し当てられている。
【００３０】
熱電対３１は、その導線部分の途中でコネクタ３５を介して接続されている。コネクタ３５は、プラグ３６及びソケット３７から構成されている。プラグ３６及びソケット３７のボディ部分は、セラミックスで作られている。プラグ３６は、熱電対３１の温接点側の導線部分の後端部に取り付けられ、ソケット３７は、熱電対の冷接点側の導線部分３４の先端部に取り付けられている。熱電対３１の温接点側の導線部分は、前述の様に、アルミナ製の保護管３２（図３）の中に収容されている。熱電対の冷接点側の導線部分３４は、ナイクロベルシースの中に収容されている。この導線部分３４は、移動軸９の内部を貫通して成形室の外に引き出されている。
【００３１】
移動軸９の端面には穴３８が設けられ、この穴３８の中にコネクタ３５の全体が収容されている。これによって、赤外線ランプ２０（図１）からコネクタ３５に直接入射する赤外線を遮り、コネクタ３５の温度上昇を抑えることができる。更に、プラグ３６の後端部には、遮蔽板３９が取り付けられている。遮蔽板３９は、赤外線ランプから穴３８の入口部分を通ってコネクタ３５及びその周辺部分に入射する赤外線を遮る。
【００３２】
なお、移動軸９の内部には、水冷用経路２９が形成されている。コネクタ３５の周辺は、この水冷用経路２９を介して冷却される。
【００３３】
（比較試験の結果）
図１に示した光学素子成形装置を用いて、石英ガラスのプレス成形を行い。熱電対の寿命について調査した。
【００３４】
成形素材には、日本石英ガラス（株）製の石英ガラス（型名ＥＳ）を使用し、プレス成形温度を１４００℃とし、１００回のプレス成形を行った。その結果、１００回のプレス成形の後でも、熱電対に異常は認められなかった。
【００３５】
比較のため、従来のナイクロベルシースで被覆したシース熱電対を使用して、同じ条件でプレス成形を行った。この場合、１回目のプレス成形の際にナイクロベルシースが溶け始め、５回目のプレス成形を行ったところで、熱電対に断線が生じた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の光学素子成形装置によれば、成形室内において熱電対の導線部分の途中にコネクタを設けることによって、熱電対の取り扱いが容易になる。これによって、セラミックス製の保護管の中に収容された熱電対を使用する場合にも、型に対する熱電対の着脱作業を容易に行うことができる。
【００３７】
また、上記コネクタを下側の軸（または上側の軸）の端面に形成された穴の中に収容することによって、赤外線ランプからコネクタに直接入射する赤外線を遮り、コネクタの温度上昇を抑えることができる。これによって、１０００℃以上の温度で、光学素子のプレス成形を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく光学素子成形装置の一例を示す全体構成図。
【図２】熱電対の成形室内にある部分の詳細を示す図。
【図３】下型組み立てに対する熱電対の取り付け部分の詳細を示す図。
【図４】型に対する熱電対の取り付ける部分の従来の例を示す図。
【符号の説明】
１・・・フレーム、１ａ・・・下部フレーム、１ｂ・・・下部プレート、２・・・固定軸（上側の軸）、３・・・断熱筒、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、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・・・反射ミラー、２２、２３、２７、２８・・・ガス供給路、２４・・・排気口、２６・・・制御装置、２９・・・冷却水経路、３０・・・成形素材、３１・・・熱電対、３２・・・アルミナ製の保護管、３３・・・測温孔、３４・・・熱電対の導線部分、３５・・・コネクタ、３６・・・プラグ、３７・・・ソケット、３８・・・穴、３９・・・遮蔽板、４１・・・熱電対、４３・・・測温孔、４５・・・コネクタ、４６・・・プラグ、４７・・・ソケット、４８・・・スプリング。
【図１】
0004414550.tif 000002
【図２】
0004414550.tif 000003
【図３】
0004414550.tif 000004
【図４】
0004414550.tif 000005