(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形室内に配置した上下一対の型を加熱して光学素材をプレス成形する装置であって、
前記成形室内に不活性ガスを供給するガス供給路が上下一対の型をそれぞれ加圧する上軸及び下軸の少なくともいずれか一方に形成され、
成形室の内外における圧力差に基づいた排気が可能な自然排気隙間が成形室と上軸及び下軸との間に設けられ、
上下の自然排気隙間からの不活性ガスの流出量が略同じとなるように調整する排気量調整バルブが成形室と連通するように配置されていることを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項２】
成形室への流入する外気を滞留させる副排気室が上下のいずれかの自然排気隙間と連通するように設けられてい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】
成形室内に配置した上下一対の型を加熱して光学素材をプレス成形する方法であって、
上下一対の型をそれぞれ加圧する上軸及び下軸の少なくともいずれか一方から不活性ガスを成型室内に供給して成型室内を正圧の不活性ガス雰囲気とし、成形室の内外の圧力差に基づいた排気を成形室と上軸及び下軸との間に設けた自然排気隙間から許容すると共に、上下の自然排気隙間からの不活性ガスの流出量が略同じとなるように排気量を調整することを特徴とする光学素子成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスレンズ等の光学素子をプレス成形するために用いる光学素子成形装置及び光学素子成形方法に関し、特にガス置換機構を有していても大型化することのない構造の光学素子成形装置及び光学素子成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の成形ではガラス等からなる光学素材を軟化させるために、成形型を５００℃以上の高温状態にまで加熱しており、酸素が存在する雰囲気下での成形では、成形型の酸化による劣化が著しくなる。このため、不活性ガス雰囲気内で成形が行われている。
【０００３】
特開平５−２９４６３８号公報には、成形部内を迅速に不活性ガス雰囲気とすることが可能な光学素子成形装置が開示されている。この装置は、プレス成形を行う成形部に対して下型ユニット及び上型ユニットからガス流路を連通させると共に、一方のガス流路を流量調整源を介して不活性ガス供給源に接続し、他方のガス流路を切換弁を介して負圧源及び不活性ガス供給源に切り換え可能に接続する構造となっている。
【０００４】
この従来の装置では、成形部内の酸素含有空気を負圧源の駆動によって他方のガス流路から排出すると共に、一方のガス流路から不活性ガスを成形部内に供給して成形部内を不活性ガス雰囲気とし、この状態で加熱、プレス成形を行っている。
【０００５】
なお、高精度レンズの成形や、サイクルタイムの短縮、不活性ガス使用量の削減の要望が強くなっていることに対応するため、型の均一加熱化と冷却時間の短縮化について、種々の研究が行われている。しかしながら、要求項目が増えるに従い、作動が複雑となるために装置自体も複雑化、大型化してコストが高くなる傾向となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術では、不活性ガスの供給機構及び雰囲気ガスの吸引機構を有するため、成形装置が複雑となると共に大型化している。これにより、コストが高くなる傾向にある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を考慮ししてなされたものであり、複雑化及び大型化することなく、しかも確実に不活性ガス雰囲気とすることが可能で、安価に提供することが可能な光学素子成形装置及び光学素子成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
成形室内の雰囲気を維持する構造としては、成形室を密閉状態とすることが好ましい。しかしながら、完全な密閉状態とするためにはコストが高くなる。これに対し、本発明では、成形室と上下軸との間に隙間を設け、成型室内に不活性ガスを供給することにより成形室を外部よりも正圧とするものである。これにより、成形室内の気体は、成型室内外の圧力差に基づいて、成形室と上下軸との間の隙間から成形室外へ排出される。
【０００９】
一方、気体の流れ及び成形室と上下軸との間の隙間に不均一があると、隙間の部位によって圧力が変化するために、外部の気体を成形室内に吸引する。これは、上下の隙間量のバランスが崩れた場合、顕著に現れる。本発明では、上下の軸の隙間に対して排気量調整バルブを設置して調整を行い、上下及び円周方向の排気量のバランスをとるものである。
【００１０】
以上の条件を満足するため、請求項１の発明の光学素子成形装置は、成形室内に配置した上下一対の型を加熱して光学素材をプレス成形する装置であって、前記成形室内に不活性ガスを供給するガス供給路が上下一対の型をそれぞれ加圧する上軸及び下軸の少なくともいずれか一方に形成され、成形室の内外における圧力差に基づいた排気が可能な自然排気隙間が成形室と上軸及び下軸との間に設けられ、上下の自然排気隙間からの不活性ガスの流出量が略同じとなるように調整する排気量調整バルブが成形室と連通するように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の光学素子成形装置であって、成形室への流入する外気を滞留させる副排気室が上下のいずれかの自然排気隙間と連通するように設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明では、副排気室を設けることにより、成形室と上下軸との間の隙間付近の圧力変化を抑制するため、これらの間の隙間を通じての成形室外の気体の吸引を抑制することができる。
【００１３】
請求項３の発明の光学素子成形方法は、成形室内に配置した上下一対の型を加熱して光学素材をプレス成形する方法であって、上下一対の型をそれぞれ加圧する上軸及び下軸の少なくともいずれか一方から不活性ガスを成型室内に供給して成型室内を正圧の不活性ガス雰囲気とし、成形室の内外の圧力差に基づいた排気を成形室と上軸及び下軸との間に設けた自然排気隙間から許容すると共に、上下の自然排気隙間からの不活性ガスの流出量が略同じとなるように排気量を調整することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態により、具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１が適用された光学素子成形装置を示し、下型４を加圧する上下動可能な下軸２に下型４が固定状態で支持されており、下型４上にばね９、ホルダ７、スペーサ６を介して上型３が対向状態で保持されることにより成形部が形成されている。ホルダ７は光学素材としてのガラス８を保持するものであり、下型４が進入可能な孔部が開口されている。上軸１は上下動可能となっているが、上型３と連結されるものではなく、上型３を加圧する加圧機構として作用している。さらに、以上の下型４、ばね９、ホルダ７、スペーサ６及び上型３は、スリーブ５内に嵌合することによりスリーブ５に保持されている。そして、これらが石英管１１に囲まれることにより、成形室１０が形成されている。
【００１６】
下軸２及び上軸１はいずれも連通路２ａ、１ａが軸方向に形成された有底の中空状となっている。また、下軸２及び上軸１における成形部側の端部には、成形室１０に連通するガス供給路２２，２１がそれぞれ形成されている。これらのガス供給路２２，２１はそれぞれの軸２，１の連通路２ａ、１ａと連通している。この場合、ガス供給路２２，２１は、いずれも成形部に向かって接近する傾斜状に形成されることにより、成形部（成形室１０）に対して円滑なガスの供給を行うことが可能となっている。
【００１７】
石英管１１は、上側Ｏリング１４と下側Ｏリング１９を介して上下のリング部材１３及び１８によって保持されている。なお、上側Ｏリング止め２２及び下側Ｏリング止め１５が設けられるが、これらのリング止め２２，１５は図示を省略した部材を介して上側Ｏリング１４と下側Ｏリング１９を保持している。
【００１８】
さらに、石英管１１の外側は、筒状の成形炉管２５によって覆われている。上述した上下のリング部材１３，１８は、成形炉管２５の上下端部に固定されることにより、開放されている成形炉管２５の上下端を覆っている。この場合、上下のリング部材１３，１８と、対応した上軸１及び下軸２との間には、所定の隙間が形成されており、これにより、成形室１０と上下軸１，２との間には、自然排気隙間が形成されている。なお、成形炉管２５の内側には、ランプヒータ１２が配置されることにより、成形室１０内の加熱が行われるようになっている。
【００１９】
上下のリング部材１３，１８の内面部分には、副排気室２３，１６が形成されている。副排気室２３１６は上下のリング部材１３，１８の上下端面を２重構造とすることにより、上軸１側及び下軸２側が開放された構造となって上下のリング部材１３，１８の内面部分に窪み状に形成されるものである。このように上軸１側及び下軸２側が開放されることにより、副排気室２３，１６は上軸１とリング部材１３との間の自然排気隙間及び下軸２とリング部材１８との自然排気隙間と連通した状態となる。
【００２０】
上下のリング部材１３，１８には、排気量調整バルブ２４，１７が取り付けられており、それぞれの排気量調整バルブ２４，２７と副排気室２３，１６とを連通するための連通孔１３ａ、１８ａが上下のリング部材１３，１８に形成されている。上側の排気量調整バルブ２４は、副排気室２３の不活性ガス排気量を調整するために、上側リング部材１３の４等分位置に配置されている。同様に、下側の排気量調整バルブ１７は、副排気室１６の不活性ガス排気量を調整するため、下側のリング部材１８に対して４等分位置に配置されている。
【００２１】
次に、この実施の形態による成形を説明すると、成形室１０の外部で光学素材８をホルダ７に載置すると共に、下型４にばね９を載置し、ばね９の上面にホルダ７を載置する。そして、スリーブ５を下型７上に載置した後、スペーサ６及び上型３をスリーブ５内に挿入し、その後、下型７を下軸２に載置する。そして、下軸２を上昇させた後、上軸１を所定位置で停止させる。
【００２２】
この状態で、上軸１及び下軸２の連通路１ａ、２ａを介してガス供給路２１，２０から一定流量の不活性ガスを成形室１０に流入する。この実施の形態では、不活性ガスとして窒素を使用した。流量については、上側のリング部材１３と上軸１との隙間量及び下側のリング部材１８と下軸２との隙間量に基づいて、適正な流量を設定するものであり、この実施の形態では、１５ＮＬ／ｍｉｎに設定した。
【００２３】
このようにして、成形室１０内に窒素ガスを流入することによって、成形室１０内部が外部より正圧になり、窒素ガスが上側のリング部材１３と上軸１との間の自然排気隙間及び下側のリング部材１８と下軸２との間の自然排気隙間から外部へ流出する。この上下における隙間からの窒素ガスの流出量バランスが異なる場合、成形室１０内の上記隙間近傍で圧力が低下して外部から酸素含有空気が流入する。流入した酸素は、成形室１０内を対流して成形室１０の酸素濃度が増加する。
【００２４】
この酸素の成形室１０内への流入量を減らすために、上側の排気量調整バルブ２４及び下側の排気量調整バルブ１７の調整を行い、上下からの窒素ガス流出量を同じにする。なお、この調整は成形前に実施すれば、繰り返して行う必要はないものである。
【００２５】
また、副排気室２３，１６を成形室１０の上下に有することにより、副排気室２３，１６が外気を滞留するため、外部からの成形室１０内への直接の酸素流入を防ぐことができる。
【００２６】
このようにして成形室１０に窒素ガスを流入した後、ランプヒーター１２を点灯し、金型温度を所定の成形温度まで上昇させる。次に、上軸１を下降させ、上型３に所定の圧力を作用させることにより光学素材８を加圧成形する。
【００２７】
所定の時間加圧後、上軸１の加圧を停止し、金型温度が２２０℃になった時点で下軸２を下降する。下軸２が成形室１０外部の所定位置に停止した後、上型３、スリーブ５、スペーサ６、ホルダ７の順に取り外す。この後、ホルダ７より成形された光学素子を取り出し、成形を完了する。
【００２８】
図４は、従来における排気量調整バルブ及び副排気室の無い状態での成形室１０の酸素濃度を示し、３分３０秒で１０ｐｐｍ以下、１０分で５ｐｐｍに達していた。また、図４に示すように、酸素農度の変化は滑らかに変化していない。
【００２９】
図３はこの実施の形態における成形室１０の酸素濃度を示し、１分２０秒で１０ｐｐｍ以下、１分５０秒で５ｐｐｍ以下、４分で２ｐｐｍ以下に達している。しかも、酸素濃度の変化も滑らかに変化している。
【００３０】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２を示す。
【００３１】
この実施の形態では、上側のリング部材１３に成形室１０への連通孔１３ａが形成されており、この連通孔１３ａと対応する部分に排気量調整バルブ２４が配置されている。排気量調整バルブ２４は、上側のリング部材１３の４等分位置に配置されるものである。また、上側のリング部材１３と上軸１との間には、所定の隙間が形成されている。さらに、上軸１には、連通路１ａと連通するガス供給炉２１が実施の形態１と同様に形成されている。
【００３２】
これに対し、下側のリング部材１８には、成形室１０への連通路が形成されることがなく、下軸２との間に所定の隙間が形成されるだけとなっている。
【００３３】
さらに、上側のリング部材１３及び下側のリング部材１８には、実施の形態１のような副排気室が形成されていない。
【００３４】
この他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３５】
成形に際しては、実施の形態１と同様に、成形室１０の外部で光学素材８をホルダ７に載置すると共に、下型４にばね９を載置し、ばね９の上面にホルダ７を載置する。そして、スリーブ５を下型７上に載置した後、スペーサ６及び上型３をスリーブ５内に挿入し、その後、下型７を下軸２に載置する。そして、下軸２を上昇させた後、上軸１を所定位置で停止させる。
【００３６】
この状態で、上軸１の連通路１ａを介してガス供給路２１から一定流量の不活性ガス（窒素ガス）を成形室１０に流入する。流量については、上側のリング部材１３と上軸１との隙間量及び下側のリング部材１８と下軸２との隙間量に基づいて、適正な流量を設定するものであり、この実施の形態では、１５ＮＬ／ｍｉｎに設定した。
【００３７】
成形室１０内に窒素ガスを流入することによって、成形室１０内部が外部より正圧になり、窒素ガスが上側のリング部材１３と上軸１との隙間及び下側のリング部材１８と下軸２との隙間から外部へ流出する。この上下における隙間からの窒素ガスの流出量バランスが異なる場合、成形室１０内の上記隙間近傍で圧力が低下して外部から酸素含有空気が流入する。流入した酸素は、成形室１０内を対流して成形室１０の酸素濃度が増加する。
【００３８】
この酸素の成形室１０内への流入量を減らすために、上側の排気量調整バルブ２４の調整を行い、上下からの窒素ガスの流出量を同じにする。なお、この調整は成形前に実施すれば、繰り返し行う必要はない。
【００３９】
成形室１０に窒素ガスを流入した後、ランプヒーター１２を点灯し、金型温度を所定の成形温度まで上昇させる。次に、上軸１を下降させ、上型３に所定の圧力を作用させることにより光学素材８を加圧成形する。
【００４０】
所定の時間加圧後、上軸１の加圧を停止し、金型温度が２２０℃になった時点で下軸２を下降する。下軸２が成形室１０外部の所定位置に停止した後、上型３、スリーブ５、スペーサ６、ホルダ７の順に取り外す。この後、ホルダ７より成形された光学素子を取り出し、成形を完了する。
【００４１】
従来における排気量調整バルブ及び副排気室の無い状態での成形室１０の酸素濃度は図４で示すように、３分３０秒で１０ｐｐｍ以下、１０分で５ｐｐｍに達すると共に、酸素農度の変化は滑らかに変化していない。
【００４２】
図５はこの実施の形態における成形室１０の酸素濃度を示し、１分５０秒で１０ｐｐｍ以下、２分５０秒で５ｐｐｍ以下、７分５０秒で２ｐｐｍ以下に達している。しかも、酸素濃度の変化も滑らかに変化している。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構造で小スペース化及び低コスト化が可能であるばかりでなく、成形室内の酸素濃度を早く低濃度状態に安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２の断面図である。
【図３】実施の形態１における成形室内の酸素濃度の変化を示す特性図である。
【図４】従来装置における成形室内の酸素濃度の変化を示す特性図である。
【図５】実施の形態２における成形室内の酸素濃度の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１  上軸
２  下軸
３  上型
４  下型
１０  成形室
２０，２１  ガス供給路
１７，２４  排気量調整バルブ
【図１】
0003933503.tif 000002
【図２】
0003933503.tif 000003
【図３】
0003933503.tif 000004
【図４】
0003933503.tif 000005
【図５】
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