(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス素材が配置される一対の型と、これら一対の型の周囲を囲む透明石英管の円筒部材と、この円筒部材の外側に配置されガラス素材及び一対の型を加熱する環状の赤外線ランプと、赤外線ランプの外周に配置され、赤外線ランプの光熱をガラス素材及び一対の型方向に反射する反射ミラーと、加熱されたガラス素材をプレスしてガラス素子を成形する手段と、前記赤外線ランプの外周に複数の冷却ガス噴出口を配置して、赤外線ランプおよび円筒部材を冷却する手段とを具備し、赤外線ランプの端子部に近接する位置に設置された噴射口は、その冷却ガス噴射方向を、円筒部材の中心軸方向よりも赤外線ランプの端子部寄りに偏倚させて、端子部での冷却ガスの淀みを防止するようにしたことを特徴とするガラス素子成形装置。
【請求項２】
各噴出口の冷却ガス噴出方向は、端子部に近い噴出口ほど円筒部材の中心軸方向からの偏倚度合が大きいことを特徴とする請求項１に記載のガラス素子成形装置。
【請求項３】
冷却手段は、冷却ガスの排出経路を円筒部材の軸方向に沿って形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス素子成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、円筒部材および赤外線ランプの冷却を改良したガラス素子成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスレンズなどの高精度が要求されるガラス素子の製造方法としては、研削・研磨により製造されるものと、リヒートプレスにより製造されるものの二種類に大別される。
【０００３】
一般に光学ガラス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用いられる。しかし、研削・研磨による曲面形成には十数工程が必要であるうえに、作業者に有害なガラス研削粉が多量に発生する問題点、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に製作することが困難であるという問題点を持っている。
【０００４】
そ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を加熱し、プレスすることにより型の形状をガラス素材に転写させ、ガラスレンズなどのガラス素子を成形する方法であり、曲面形成に必要な工程はプレス成形の一工程のみであるという利点がある。また、型を一度製作すれば、型の精度に準じた成形品がいくつも製作することも可能である。
【０００５】
なお、型の長寿命化のため、型の周りの雰囲気は不活性雰囲気もしくは真空雰囲気であることが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする技術的課題】
近年、光通信分野や医療分野で、ガラス素子は非常に注目されている。中でも、熱膨張が少ない、不純物が少ない、紫外線透過率が良い等の理由から、石英ガラス素子が注目されている。そのためガラス素子は、マイクロレンズアレイ等形状の複雑なもの、また、大きさも超小型のものから大型のものまで各種必要となってくる。
【０００７】
リヒートプレスでは、型の間にガラス素材を置き、型の酸化を防止する目的で型およびガラス素材を含む成形室内を不活性ガス雰囲気もしくは真空雰囲気にしたうえで、高周波加熱装置や赤外線ランプ等により加熱し、ガラス素材を型によりプレスした後、成形品を冷却して取り出す方法が取られる。通常の光学ガラスを成形する場合は、成形温度が高くても約７００℃であり、熱の影響による円筒部材および赤外線ランプの寿命悪化は問題にならなかった。しかし、石英ガラスのように成形温度が約１４００℃と高いガラス素材では、ガラス素材を加熱させる際に、円筒部材および赤外線ランプ風袋も加熱され、前記部材およびランプの寿命悪化が問題であった。例えば、本発明者らは、特願平２０００−４６２３２号において、図４に示すように、反射ミラー１２１の外側に配置されたジャケット１３２に複数の冷却ガス噴出口１３５…を設けて反射ミラー１２１を貫通させ、冷却ガスを噴出口から赤外線ランプ１２０及び円筒部材１６０に吹き付けてこれらを冷却し、また、赤外線ランプ端子部１２０ａから冷却ガスを吹き込んで、ここを冷却することを提案している。しかし、赤外線ランプ等の構造上、ジャケットに噴出口１３５を端子部近傍まで配置することはできず、この結果、赤外線ランプの端子部分に近い領域Ａに冷却ガスが淀んで、ここが高温になった冷却ガス及び赤外線ランプにより加熱され、ランプ風袋が破損するおそれがあった、
本発明は、端子部近傍での冷却ガスの淀みを防止して、ここが加熱されるのを防ぎ、もって、円筒部材および赤外線ランプの長寿命化を可能にする、ガラス素子成形装置を提供することにある。
【０００８】
【発明を解決しようとする手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を備えている。
【０００９】
（１）  ガラス素材が配置される一対の型と、これら一対の型の周囲を囲む透明石英管の円筒部材と、この円筒部材の外側に配置されガラス素材及び一対の型を加熱する環状の赤外線ランプと、赤外線ランプの外周に配置され、赤外線ランプの光熱をガラス素材及び一対の型方向に反射する反射ミラーと、加熱されたガラス素材をプレスしてガラス素子を成形する手段と、前記赤外線ランプの外周に複数の冷却ガス噴出口を配置して、赤外線ランプおよび円筒部材を冷却する手段とを具備し、赤外線ランプの端子部に近接する位置に設置された噴射口は、その冷却ガス噴射方向を、円筒部材の中心軸方向よりも赤外線ランプの端子部寄りに偏倚させて、端子部での冷却ガスの淀みを防止するようにしたことを特徴とするガラス素子成形装置。
【００１０】
（２）  各噴出口の冷却ガス噴出方向は、端子部に近い噴出口ほど円筒部材の中心軸方向からの偏倚度合が大きいことを特徴とする（１）に記載のガラス素子成形装置。
【００１１】
（３）  冷却手段は、冷却ガスの排出経路を円筒部材の軸方向に沿って形成したことを特徴とする（１）または（２）に記載のガラス素子成形装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照し説明する。
【００１３】
図１は、ガラス素子成形装置の１例を示す。この装置は、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、その下端にセラミック製の断熱筒３を介して上型組み立て４が図示しないボルト等により取り付けられている。上型組み立て４は、金属製やセラミック、カーボン系のダイプレート５、セラミックや超硬合金などで作られた上型６、ならびにこの上型６をダイプレート５に取り付けると共に型の一部を形成する固定ダイ７からなっている。
【００１４】
フレーム１の下部にはサーボモータ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スクリュージャッキ等の駆動装置８が設けられ、駆動装置８には荷重検出装置８ｂを介して移動軸９が取り付けられている。移動軸９は制御装置２７に入力したプログラムにより、速度、位置およびトルク制御可能に上下動し、固定軸２と対向して上方に向かって伸びている。移動軸９の上端には断熱筒３と同様の断熱筒１０が取り付けられている。下型組み立て１１は、ダイプレート１２、下型１３および移動ダイ１４からなっている。固定軸２には図示しない駆動装置によって上下動させるブラケット１５が移動可能に結合されている。ブラケット１５には対をなす型組み立て４、１１の周囲を囲むフランジ付透明石英ガラス管の円筒部材１６と外筒１８が取り付けられ、外筒１８にはランプユニット１９が取り付けられている。
【００１５】
ランプユニット１９は、複数の赤外線ランプ２０、反射ミラー２１を備え、赤外線ランプ２０、反射ミラー２１により型組み立て４、１１を加熱するようになっている。上記赤外線ランプ２０はランプユニット１９の中段に取り付けられ、上記反射ミラー２１は赤外線ランプ２０の背後に配置されている。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。円筒部材１６の外周と反射ミラー２１の前面との間には、環状空間３３が形成されている。そして、上下型６，１３間にガラス素材を配置し、駆動装置８により移動軸９を上昇させて、所望温度に加熱されたガラス素材をプレス成形して、所望する厚さ、形状のガラス素子を成形するものである。
【００１６】
また、ランプユニット１９は、図２に示すように、水冷パイプ２２、冷却ガス（この例では、圧縮空気）用のジャケット３２などを備え、水冷パイプ２２により反射ミラー２１を冷却するようになっている。
【００１７】
前記冷却ガス用のジャケット３２は反射ミラー２１の背面を覆う様に形成され、この冷却ガス用のジャケット３２も、全体として円筒形の形状を備えている。前記水冷パイプ２２はジャケット３２の内部に反射ミラー２１の背面に沿って取り付けられている。ジャケット３２の外面には、ジャケット３２内に冷却ガスを送り込むためのガス導入口３４が設けられている。ジャケット３２の内径側の壁面及び反射ミラー２１には、ジャケット３２内から反射ミラー２１の前面まで到達する多数の冷却ガス噴出口３５が形成されている。
【００１８】
反射ミラー２１及びジャケット３２の上端面及び下端面には、それぞれ、上フランジ３７及び下フランジ３８が接続されている。ランプユニット１９は、上フランジ３７を介して上部プレート１５に接続され、下フランジ３８を介して下部プレート１ａに接続されている。上フランジ３７及び下フランジ３８には、円筒部材１６の周囲に形成された環状空間３３から冷却ガスを排出するためのガス排出孔４１、４２が、それぞれ形成されている。更に、上フランジ３７の上端面の近傍及び下フランジ３８の下端面の近傍には、円筒部材１６の上端部及び下端部に向けて、それぞれ冷却ガスを噴射するためのガス導入孔４３、４４が形成されている。
【００１９】
図２に示すように、複数の噴出口３５…のうち、赤外線ランプの端子部に最も近接する位置に設置された噴射口３５１は、その冷却ガス噴射方向を、円筒部材１６の中心軸方向よりも端子部寄りに角度θ１偏倚させている。また、各噴出口の冷却ガス噴出方向は、端子部に近い噴出口ほど円筒部材の中心軸方向からの偏倚度合が大きくなるように配置されている。すなわち、端子部から９０°の位置にある噴出口は、その噴出方向が円筒部材の軸に向かって、偏倚角度が０°であるが、端子部に近づくに従って、噴出口の冷却ガス噴出角度の偏倚度が大きくなって、赤外線ランプの端子部に最も近接する位置に設置された噴射口は、冷却ガス噴出角度の偏倚度が最も大きくθ１となっている。
【００２０】
また、図３に示すように、環状空間３３内に、円筒部材１６および赤外線ランプ２０に噴射された冷却ガスを排出する排出経路５０を形成しているが、その排出経路５０は円筒部材１６の軸方向に沿って形成して、冷却ガスが環状空間３３内で部分的に淀まないようにしている。
【００２１】
そして、冷却用の圧縮空気は、ブロアからガス導入口３４を介してジャケット３２内に送り込まれる。圧縮空気は、ジャケット３２内から、冷却ガス噴出口３５を通って環状空間３３の中に噴射され、噴射された圧縮空気は、互いに上下方向に隣接する赤外線ランプ２０の間を通って、筒状部材１６の外周面に到達する。この様にして、反射ミラー２１、赤外線ランプ２０の外皮部分を構成する石英バルブ、及び筒状部材１６が圧縮空気によって冷却される。
【００２２】
なお、冷却用の圧縮空気の一部は、ガス導入孔４３、４４を介して環状空間３３の中に噴出され、筒状部材１６の上端部近傍及び下端部近傍に冷却に使用される。
筒状部材１６の外周面に到達した圧縮空気は、筒状部材１６の外周面に沿って上方向あるいは下方向に流れ、ガス排出孔４１、４２を介して排出される。環状空間３３から排出された圧縮空気は、図３に示す排出経路５０を通って熱交換器に送られ、そこで冷却された後、装置外に排出される。
【００２３】
このように、噴射口の冷却ガス噴射方向、及び排出経路を工夫して冷却ガスの淀みを防ぐようにしたので、冷却ガスの加熱を防ぎ、ランプ風袋が熱で破損するのを阻止する。
【００２４】
なお、円筒部材１６の上端は、ブラケット１５に嵌め込まれたＯ−リングに気密当接している。また、円筒部材１６の下端は移動軸９が貫通している中間プレート１ａのＯ−リングに気密当接し、型組み立て４、１１の周囲に大気から遮断される成形室１７を形成するようになっている。
【００２５】
固定軸２、移動軸９およびブラケット１５には、成形室１７内を不活性ガス雰囲気にしたり、型組み立て４、１１を冷却するためのガス供給路２３，２４が設けられ、図示しない流量コントロール計を介して、不活性ガスを所定流量で成形室１７へ供給するようになっている。成形室１７へ供給された不活性ガスは、ガス排出路２５から排気される。
【００２６】
また、図１中の符号２６は下型組み立て１１の温度検出用熱電対、２７は制御装置である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によるガラス素子の成形方法によれば、複数の冷却ガス噴出口のガス噴出方向を工夫し、特に、端子部近傍のガス噴出口のガス噴出方向を端子部側に偏倚することにより、赤外線ランプ周辺に冷却ガスの淀みができず、また、排出経路を円筒部材の軸方向に沿って形成することにより、赤外線ランプ周辺に冷却ガスが淀まない。その結果、冷却ガスの加熱を防止し、ランプ風袋が熱で破損するのを阻止して、石英ガラスのような成形温度が約１４００℃と高いガラス素材を成形しても、円筒部材および赤外線ランプの寿命を伸ばすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガラス素子の成形装置の実施例を示す概略断面図。
【図２】図1のガラス素子の成形装置の赤外線ランプ、反射板などを配置した個所の横方向断面図。
【図３】図1の光学素子の成形装置の赤外線ランプ、反射板などを配置した個所の縦方向断面図。
【図４】公知の光学素子の成形装置の赤外線ランプ、反射板などを配置した個所の横方向断面図。
【符号の説明】
１…フレーム、２…固定軸、３…断熱筒、４…上型組み立て、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、１０…断熱筒、１１…下型組み立て、１２…ダイプレート、１３…下型、１４…移動ダイ、１５…ブラケット、１６…石英ガラス管の円筒部材、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…水冷パイプ，２３，２４…ガス供給路、２５…ガス排出路、２６…温度検出用熱電対、２７…制御装置、３２…冷却ガス用ジャケット、３３…環状空間、３４…ガス導入口、３５…ガス噴出口、３７…上フランジ、３８…下フランジ、４１，４２…ガス排出孔、４３，４４…ガス導入孔、５０…排出経路、Ｅ…ガラス素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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