JP4358402B2

JP4358402B2 - Optical element molding equipment

Info

Publication number: JP4358402B2
Application number: JP2000046232A
Authority: JP
Inventors: 聡福山; 功松月; 洋村越; 利尚鎌野
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001233625A

Description

【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４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１ａ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】
なお、図４に示した様な従来の成形装置を用いて、通常の光学ガラス（ガラス軟化点が８００℃以下）製の光学素子をプレス成形する場合には、型及び成形素材の温度を８００℃程度までの加熱すれば十分であるので、装置の耐熱性能に関して大きな問題は生じていなかった。
【００１３】
（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。
【００１４】
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。
【００１５】
一方、石英ガラス製の光学部品をプレス成形で製造しようとすると、石英ガラスのガラス軟化点が高く、その成形温度が１３００〜１６００℃程度になるので、装置の耐熱性能に関して下記の様な種々の問題が発生する。
【００１６】
（ａ）透明石英管１６の温度が上昇することにより、透明石英管１６の変形、透明石英管１６の両端に接しているシールパッキンの損傷、透明石英管１６の内外面への反応生成物の付着などが発生する。
【００１７】
（ｂ）赤外線ランプ２０においてフィラメントの周囲を覆っている石英バルブの温度が上昇することにより、石英バルブの変形が生ずる。
【００１８】
（ｃ）赤外線ランプ２０の背後に配置されている反射ミラーの温度が上昇することにより、反射面に被覆された反射コート（例えば、金メッキ）の剥離が生ずる。
【００１９】
（ｄ）赤外線ランプ２０の端子部分の温度が３００℃以上に上昇することにより、赤外線ランプ２０の端子の封止部のモリブデン箔やピンの酸化が生ずる。これにより、赤外線ランプの寿命が短くなる。
【００２０】
【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、成形温度を１０００℃以上に設定した場合にも装置構成部品の損傷を招かず、従って、石英ガラスの様なガラス軟化点の高い成形素材のプレス成形にも使用す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。
【００２１】
【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各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し、赤外線に対して透明な材料で製作された円筒部材と、
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複数本の赤外線ランプと、
前記各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反射ミラーとを備え、
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って光学素子を製造する光学素子成形装置において、
前記反射ミラーの背面を覆う様に冷却ガス用のジャケットを設けるとともに、前記反射ミラーを貫通する複数の貫通孔を設け、冷却ガスをこのジャケットから前記円筒部材の外周面に向けて噴射するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の光学素子成形装置によれば、反射ミラーの背面から冷却ガスを噴射することによって、反射ミラー、赤外線ランプ（具体的には、フィラメントを収容する石英バルブ）及び円筒部材を冷却し、これらの構成部品の温度上昇を抑えることができる。これにより、成形温度を１０００℃以上に設定した場合にも、これらの構成部品の変形あるいは損傷を防止することができる。この結果、ガラス軟化点が高い石英ガラス製の光学部品をプレス成形により製造することが可能になる。
【００２３】
好ましくは、前記円筒部材の外周面に向けて噴射された冷却ガスを前記円筒部材の周囲から回収し、回収された冷却ガスを熱交換器で冷却した後、成形装置の外部に排出する。これによって、成形装置から熱風が排出されることを防止し、成形装置が設置されている室内の環境を良好な状態に保つことができる。
【００２４】
なお、前記熱交換器において冷却された冷却ガスを、再び、前記ジャケット内に循環させることもできる。この方法は、成形装置がクリーンルーム内に設置される場合には、クリーンルーム内の環境を維持するために特に有効である。また、冷却ガスとして、不活性ガスなどの空気以外のガスを使用する場合にも有効である。
【００２５】
好ましくは、本発明の光学素子成形装置に、更に、前記赤外線ランプの端子部分を収容する端子室を設ける。この端子室の中にも冷却ガスを供給することによって、前記赤外線ランプの端子部分を冷却する。これにより、赤外線ランプの破損防止あるいは長寿命化を図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明による光学素子成形装置の一例を示す。
【００２７】
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）、１７は成形室、２０は赤外線ランプ、２１は反射ミラー、３１は冷却ガス用のジャケット、３５は貫通孔を表す。
【００２８】
なお、本発明による光学素子成形装置の特徴は、成形室１７の外周に沿って配置された赤外線ランプ２０、反射ミラー２１及びその周囲の構造にあり、その他の部分の構成は、先に説明した従来の装置（図４）と基本的に共通である。このため、共通の部分に関しては、その説明を一部省略する。
【００２９】
固定軸２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、セラミック製の上型６及び固定ダイ７から構成されている。移動軸９の上端面には、セラミック製の断熱筒３を介して、下型組み立て１１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、セラミック製の下型１３及び移動ダイ１４から構成されている。
【００３０】
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。これにより、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。固定ダイ７及び移動ダイ１４には、それぞれ熱電対２７ａ、２７ｂが取り付けられている。これらの熱電対２７ａ、２７ｂによって、上型組み立て４及び下型組み立て１１の温度が検出される。
【００３１】
断熱筒３及び断熱筒１０の周囲には、それぞれ遮光リング４５、４６が配置されている。上部プレート１５の内部には、冷却水用の経路４７、４８が形成されている。
【００３２】
透明石英管１６の外周に沿って、ランプユニット１９が配置されている。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、複数の赤外線ランプ２０、反射ミラー２１、水冷パイプ２２、冷却ガス用のジャケット３１、上フランジ３７、下フランジ３８などから構成されている。
【００３３】
ランプユニット１９の中段には、赤外線ランプ２０が取り付けられ、赤外線ランプ２０の背後には、反射ミラー２１が配置されている。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。透明石英管１６の外周と反射ミラー２１の前面との間には、環状の空間（環状空間３３）が形成されている。
【００３４】
反射ミラー２１の背面を覆う様に、冷却ガス（この例では、圧縮空気）用のジャケット３１が形成されている。この冷却ガス用のジャケット３１も、全体として円筒形の形状を備えている。ジャケット３１の内部には、反射ミラー２１の背面に沿って水冷パイプ２２が取り付けられている。ジャケット３１の外面には、ジャケット３１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３１の内径側の壁面及び反射ミラー２１には、ジャケット３１内から反射ミラー２１の前面まで到達する多数の貫通孔３５が形成されている。
【００３５】
反射ミラー２１及びジャケット３１の上端面及び下端面には、それぞれ、上フランジ３７及び上フランジ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及び上フランジ３８には、透明石英管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、透明石英管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。
【００３６】
冷却用の圧縮空気は、ブロア５１からガス導入口３４を介してジャケット３１内に送り込まれる。圧縮空気は、ジャケット３１内から、貫通孔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、透明石英管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、及び透明石英管１６が圧縮空気によって冷却される。
【００３７】
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、透明石英管１６の上端部近傍及び下端部近傍に冷却に使用される。
【００３８】
透明石英管１６の外周面に到達した圧縮空気は、透明石英管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、排出ライン５２を通って熱交換器５３に送られ、そこで冷却された後、装置外に排出される。
【００３９】
図２に、本発明による光学素子成形装置の他の例を示す。
【００４０】
この例では、環状空間３３から排出された圧縮空気は、排出ライン５２を通って熱交換器５３に送られ、そこで冷却される。熱交換器５３から出た圧縮空気は、循環ライン５４を通ってブロア５１に戻され、そこで昇圧された後、再び、ジャケット３１内に送り込まれる。その他の構成については、先に示した例（図１）と同様である。
【００４１】
この様に構成することによって、環状空間３３から排出されたガスによる作業環境の汚染を防止することができる。なお、この様な構成は、装置がクリーンルーム内に設置される場合には、クリーンルーム内の環境を維持するために特に有効である。また、冷却ガスとして、不活性ガスなどの空気以外のガスを使用する場合にも有効である。
【００４２】
図３に、本発明による光学素子成形装置の他の例を示す。
【００４３】
反射ミラー２１の背面には、冷却ガス用のジャケット３１が形成されている。このジャケット３１部分の構成は、先の二つの例と同様なので、その説明は省略する。この例では、これに加えて、赤外線ランプ２０の端子部分２０ａを冷却するため、端子部分２０ａの周囲に端子室６５が次の様に設けられている。
【００４４】
先の例（図１、図２、図４）と同様に、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。反射ミラー２１の構成要素である半円弧状部品の周方向の両端部には、それぞれ、Ｌ字型の断面を備えた端子台６１が接続されている。端子台６１の底辺部分は、反射ミラー２１の縁の背面に固定され、残りの部分は反射ミラー２１の背面から外側に突き出している。端子台６１の突出部分には赤外線ランプ２０の端子部分２０ａが固定されている。赤外線ランプ２０は、端子台６１の底辺部分の縁の外側を通って、反射ミラー２１の内側に形成された環状空間３３の中に導入される。
【００４５】
周方向に互いに隣接する二つの端子台６１の突出部分の先端には、カバープレート６３が取り付けられている。これによって、二つの端子台６１とカバープレート６３によって区画された矩形断面の端子室６５が形成されている。この端子室６５の中に、赤外線ランプ２０の端子部分２０ａが収容されている。カバープレート６３の外側には、冷却ガス用のジャケット６７が形成され、ジャケット６７の外面にはガス導入口６９が設けられている。
【００４６】
このガス導入口６９を介して、ジャケット６７の中に冷却ガスが供給される。ジャケット６７の中の冷却ガスは、カバープレート６３に形成された貫通孔を通って、赤外線ランプ２０の端子部分２０ａに向けて噴出され、端子部分２０ａを冷却する。次いで、冷却ガスは、端子室６５から、二つの端子台６１の底辺の間の隙間を通って、環状空間３３に入り、更に、透明石英管１６の外周に沿って流れ、ガス排出孔４１、４２（図１、図２）を介して排出される。
【００４７】
この装置を使用して、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、光学レンズを製造した。成形条件は、球形の成形素材（直径１０ｍｍ）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１６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。
【００４８】
その結果、透明石英管１６、赤外線ランプ２０の石英バルブ部分、及び反射ミラー２１に損傷を与えることなく、石英ガラス製の光学レンズを安定して成形できることが確認された。
【００４９】
なお、この方法は、光学素子以外でも、金属の成形や金属の焼結などに使用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の光学素子成形装置によれば、１０００℃以上の成形温度を実現するために赤外線ランプの出力を増大させたときにも、透明石英管、赤外線ランプの石英バルブ部分、及び反射ミラーの過熱を防止することができる。従って、これら各部品の損傷を招くことなく、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。この結果、石英ガラス製の光学素子をプレス加工によって所定の最終形状まで成形することが可能になる。
【００５１】
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一例を示す図。
【図２】本発明による光学素子成形装置の他の例を示す図。
【図３】本発明による光学素子成形装置の他の例を示す横方向断面図。
【図４】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、２０ａ・・・端子部分、２１・・・（第一）反射ミラー、２２・・・水冷パイプ、２３・・・ガス供給路、２６・・・排気口、２７ａ、２７ｂ・・・熱電対、２８・・・制御装置、３０・・・成形素材、３１・・・冷却ガス用のジャケット、３３・・・環状空間、３４・・・ガス導入口、３５・・・貫通孔、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、４５、４６・・・遮光リング、４７、４８・・・冷却水用の経路、５１・・・ブロア、５２・・・排出ライン、５３・・・熱交換器、５４・・・循環ライン、６１・・・端子台、６３・・・カバープレート、６５・・・矩形断面の端子室、６７・・・冷却ガス用のジャケット、６９・・・ガス導入口。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element molding apparatus for producing glass optical elements such as lenses, prisms, and optical communication parts by press molding.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows an overall configuration diagram of a conventional optical element press molding apparatus described in JP-A-5-186230.
[0003]
A fixed shaft 2 extends downward from an upper portion of the frame 1, and an upper mold assembly 4 is attached to a lower end surface of the frame 1 with a bolt (not shown) through a ceramic heat insulating cylinder 3. The upper die assembly 4 includes a metal die plate 5, an upper die 6 made of ceramic (or cemented carbide), and a fixed die 7 that fixes the upper die 6 to the die plate 5 and forms a part of the die. It is composed of
[0004]
A driving device 8 (in this example, a screw jack) is provided at the lower part of the frame 1. The drive device 8 converts the rotary motion of the servo motor 8a into linear motion thrust using the servo motor 8a as a drive source. A moving shaft 9 is attached to the tip of the driving shaft of the driving device 8 via a load detector 8b. The moving shaft 9 extends upward so as to face the fixed shaft 2. The moving shaft 9 can move in the vertical direction by controlling the speed, position, and axial load according to the program input to the control device 28.
[0005]
A heat insulating cylinder 10 having the same shape as the previous heat insulating cylinder 3 is attached to the upper end surface of the moving shaft 9. The lower die assembly 11 includes a metal die plate 12, a lower die 13 made of ceramic (or cemented carbide), and a movable die 14 that fixes the upper die 13 to the die plate 12 and forms part of the die. It is composed of
[0006]
The fixed shaft 2 passes through an opening provided at the center of the upper plate 15. The upper plate 15 is driven in the vertical direction by a driving device (not shown). An O-ring is attached to the opening, and the upper plate 15 can slide in the vertical direction while maintaining an airtight state with respect to the outer periphery of the fixed shaft 2.
[0007]
The moving shaft 9 passes through an opening provided at the center of the lower plate 1a. The lower plate 1a is fixed to the frame. An O-ring is attached to the opening, and the moving shaft 9 can be slid in the vertical direction while maintaining an airtight state with the inner periphery of the lower plate 1a.
[0008]
A pair of upper mold assembly 4 and lower mold assembly 11, a heat insulating cylinder 3 and a heat insulating cylinder 10, a lower end portion of the fixed shaft 2, and an upper end portion of the moving shaft 9 are surrounded by a cylindrical member made of quartz glass (transparent quartz tube 16). The upper end surface of the transparent quartz tube 16 is abutted against the lower surface of the upper plate 15, and an O-ring is attached to the contact surface to ensure airtightness. Similarly, the lower end surface of the transparent quartz tube 16 is abutted against the upper surface of the lower plate 1a, and an O-ring is attached to the contact surface to ensure airtightness. Thus, a molding chamber 17 having an airtightness with respect to the outside is formed inside the transparent quartz tube 16.
[0009]
An outer cylinder 18 is arranged so as to surround the transparent quartz tube 16. The upper end part of the outer cylinder 18 is connected to the outer periphery of the upper plate 15, and the lower end part of the outer cylinder 18 is in contact with the upper surface of the lower plate 1a. A lamp unit 19 is attached to the middle part of the outer cylinder 18. The upper mold assembly 4 and the lower mold assembly 11 inside the transparent quartz tube 16 are heated by the radiant heat from the lamp unit 19. The lamp unit 19 includes an infrared lamp 20, a reflection mirror 21 arranged behind the infrared lamp 20, and a water cooling pipe 22 for cooling the reflection mirror 21. Each of the infrared lamp 20 and the reflection mirror 21 is configured by further stacking two or more semicircular arc-shaped parts into a ring shape, and has a cylindrical shape as a whole.
[0010]
The fixed shaft 2, the moving shaft 9 and the upper plate 15 are provided with gas supply paths 23, 24 and 25, respectively. An exhaust port 26 is provided in the lower plate 1a. An inert gas is supplied at a predetermined flow rate into the molding chamber 17 through the gas supply paths 23, 24 and 25, and discharged through the exhaust port 26, whereby the inside of the molding chamber 17 is brought into an inert gas atmosphere. The upper mold assembly 4 and the lower mold assembly 11 are cooled.
[0011]
A thermocouple 27 is attached to the back surface of the die plate 12. This thermocouple 27 detects the temperature of the lower mold assembly 11.
[0012]
In addition, when press-molding an optical element made of ordinary optical glass (with a glass softening point of 800 ° C. or lower) using a conventional molding apparatus as shown in FIG. 4, the temperature of the mold and the molding material is set to 800. Since heating up to about 0 ° C. is sufficient, no major problem has occurred with respect to the heat resistance performance of the apparatus.
[0013]
(Problems of conventional optical element molding equipment)
For example, a stepper lens used in a semiconductor manufacturing process is required to have a high ultraviolet transmittance, and therefore a quartz glass lens is used. Further, in the V-groove substrate used for the optical communication V-groove connector, since the optical fiber and the optical waveguide are made of quartz glass, quartz glass is also used for the V-groove substrate in order to match the thermal expansion coefficient with these. Yes.
[0014]
Conventionally, such an optical element made of quartz glass has been generally manufactured by a grinding / polishing process. Therefore, these optical elements require a lot of manufacturing time and manufacturing cost.
[0015]
On the other hand, if an optical component made of quartz glass is manufactured by press molding, the glass softening point of quartz glass is high and the molding temperature is about 1300 to 1600 ° C. A problem occurs.
[0016]
(A) As the temperature of the transparent quartz tube 16 rises, the transparent quartz tube 16 is deformed, the seal packing in contact with both ends of the transparent quartz tube 16 is damaged, and the reaction product on the inner and outer surfaces of the transparent quartz tube 16 Adhesion occurs.
[0017]
(B) As the temperature of the quartz bulb covering the filament in the infrared lamp 20 rises, the quartz bulb is deformed.
[0018]
(C) When the temperature of the reflection mirror disposed behind the infrared lamp 20 rises, the reflection coat (for example, gold plating) coated on the reflection surface is peeled off.
[0019]
(D) When the temperature of the terminal portion of the infrared lamp 20 rises to 300 ° C. or higher, the molybdenum foil and the pin in the sealing portion of the terminal of the infrared lamp 20 are oxidized. This shortens the lifetime of the infrared lamp.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the problems of the conventional optical element molding apparatus as described above. The object of the present invention is to cause damage to apparatus components even when the molding temperature is set to 1000 ° C. or higher. Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical element molding apparatus that can be used for press molding of a molding material having a high glass softening point such as quartz glass.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The optical element molding apparatus of the present invention is
A pair of upper and lower molds;
A pair of upper and lower shafts that support each mold from the back of each mold;
A cylindrical member made of a material transparent to infrared rays, surrounding the periphery of the pair of molds and the vicinity of the tip of each axis, forming a molding chamber maintained in an airtight state inside thereof;
A plurality of infrared lamps arranged so as to surround the periphery of the pair of molds along the outer periphery of the cylindrical member;
A reflection mirror disposed behind each infrared lamp and having a cylindrical shape as a whole;
In an optical element molding apparatus for manufacturing an optical element by placing a molding material made of glass between the pair of molds, heating the pair of molds and the molding material, and then press molding the molding material,
A cooling gas jacket is provided so as to cover the back surface of the reflection mirror, and a plurality of through holes are provided through the reflection mirror so that the cooling gas is jetted from the jacket toward the outer peripheral surface of the cylindrical member. It is characterized by comprising.
[0022]
According to the optical element molding apparatus of the present invention, the cooling mirror, the infrared lamp (specifically, the quartz bulb containing the filament), and the cylindrical member are cooled by injecting the cooling gas from the back surface of the reflecting mirror. The temperature rise of the component parts can be suppressed. Thereby, even when the molding temperature is set to 1000 ° C. or higher, deformation or damage of these components can be prevented. As a result, it becomes possible to manufacture an optical component made of quartz glass having a high glass softening point by press molding.
[0023]
Preferably, the cooling gas sprayed toward the outer peripheral surface of the cylindrical member is recovered from the periphery of the cylindrical member, and the recovered cooling gas is cooled by a heat exchanger and then discharged outside the molding apparatus. As a result, hot air is prevented from being discharged from the molding apparatus, and the indoor environment in which the molding apparatus is installed can be maintained in a good state.
[0024]
The cooling gas cooled in the heat exchanger can be circulated again in the jacket. This method is particularly effective for maintaining the environment in the clean room when the molding apparatus is installed in the clean room. It is also effective when a gas other than air, such as an inert gas, is used as the cooling gas.
[0025]
Preferably, the optical element molding apparatus of the present invention is further provided with a terminal chamber for accommodating the terminal portion of the infrared lamp. The terminal portion of the infrared lamp is cooled by supplying cooling gas into the terminal chamber. As a result, it is possible to prevent damage to the infrared lamp or extend its life.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of an optical element molding apparatus according to the present invention.
[0027]
In the figure, 30 is a molding material, 4 is an upper die assembly (upper die), 11 is a lower die assembly (lower die), 2 is a fixed shaft (upper shaft), and 9 is a moving shaft (lower shaft). 3 and 10 are heat insulating cylinders (heat insulating members), 16 is a transparent quartz tube (cylindrical member), 17 is a molding chamber, 20 is an infrared lamp, 21 is a reflecting mirror, 31 is a jacket for cooling gas, and 35 is a through hole. Represents.
[0028]
The optical element molding apparatus according to the present invention is characterized by the infrared lamp 20, the reflecting mirror 21 and the surrounding structure arranged along the outer periphery of the molding chamber 17, and the configuration of other parts has been described above. This is basically the same as the conventional device (FIG. 4). For this reason, a part of the description of common parts is omitted.
[0029]
An upper mold assembly 4 is attached to the lower end surface of the fixed shaft 2 via a ceramic heat insulating cylinder 3. The upper die assembly 4 includes a metal die plate 5, a ceramic upper die 6, and a fixed die 7. A lower mold assembly 11 is attached to the upper end surface of the moving shaft 9 via a ceramic heat insulating cylinder 3. The lower mold assembly 11 includes a metal die plate 12, a ceramic lower mold 13, and a moving die 14.
[0030]
A pair of upper mold assembly 4 and lower mold assembly 11, a heat insulating cylinder 3 and a heat insulating cylinder 10, a lower end portion of the fixed shaft 2, and an upper end portion of the moving shaft 9 are surrounded by a cylindrical member made of quartz glass (transparent quartz tube 16). Thus, a molding chamber 17 having an airtightness with respect to the outside is formed inside the transparent quartz tube 16. Thermocouples 27a and 27b are attached to the fixed die 7 and the moving die 14, respectively. The temperatures of the upper mold assembly 4 and the lower mold assembly 11 are detected by these thermocouples 27a and 27b.
[0031]
Shading rings 45 and 46 are disposed around the heat insulating cylinder 3 and the heat insulating cylinder 10, respectively. In the upper plate 15, cooling water paths 47 and 48 are formed.
[0032]
A lamp unit 19 is disposed along the outer periphery of the transparent quartz tube 16. The upper mold assembly 4 and the lower mold assembly 11 inside the transparent quartz tube 16 are heated by the radiant heat from the lamp unit 19. The lamp unit 19 includes a plurality of infrared lamps 20, a reflection mirror 21, a water cooling pipe 22, a cooling gas jacket 31, an upper flange 37, a lower flange 38, and the like.
[0033]
An infrared lamp 20 is attached to the middle stage of the lamp unit 19, and a reflection mirror 21 is disposed behind the infrared lamp 20. Each of the infrared lamp 20 and the reflection mirror 21 is configured by further stacking two or more semicircular arc-shaped parts into a ring shape, and has a cylindrical shape as a whole. An annular space (annular space 33) is formed between the outer periphery of the transparent quartz tube 16 and the front surface of the reflection mirror 21.
[0034]
A jacket 31 for cooling gas (compressed air in this example) is formed so as to cover the back surface of the reflection mirror 21. The cooling gas jacket 31 also has a cylindrical shape as a whole. A water-cooled pipe 22 is attached to the inside of the jacket 31 along the back surface of the reflecting mirror 21. A gas introduction port 34 for sending cooling gas into the jacket 31 is provided on the outer surface of the jacket 31. A large number of through-holes 35 reaching from the inside of the jacket 31 to the front surface of the reflecting mirror 21 are formed in the inner wall surface of the jacket 31 and the reflecting mirror 21.
[0035]
An upper flange 37 and an upper flange 38 are connected to the upper end surface and the lower end surface of the reflection mirror 21 and the jacket 31, respectively. The lamp unit 19 is connected to the upper plate 15 via the upper flange 37 and is connected to the lower plate 1 a via the lower flange 38. The upper flange 37 and the upper flange 38 are formed with gas discharge holes 41 and 42 for discharging the cooling gas from the annular space 33 formed around the transparent quartz tube 16, respectively. Further, in the vicinity of the upper end surface of the upper flange 37 and the vicinity of the lower end surface of the lower flange 38, gas introduction holes 43 and 44 for injecting a cooling gas toward the upper end portion and the lower end portion of the transparent quartz tube 16, respectively. Is formed.
[0036]
The compressed air for cooling is fed into the jacket 31 from the blower 51 through the gas inlet 34. Compressed air is injected from the jacket 31 through the through hole 35 and into the annular space 33, and the injected compressed air passes between the infrared lamps 20 adjacent to each other in the vertical direction and passes through the transparent quartz tube 16. Reach the outer peripheral surface of. In this manner, the reflecting mirror 21, the quartz bulb constituting the outer skin portion of the infrared lamp 20, and the transparent quartz tube 16 are cooled by the compressed air.
[0037]
A part of the compressed air for cooling is jetted into the annular space 33 through the gas introduction holes 43 and 44 and used for cooling near the upper end and the lower end of the transparent quartz tube 16.
[0038]
The compressed air that has reached the outer peripheral surface of the transparent quartz tube 16 flows upward or downward along the outer peripheral surface of the transparent quartz tube 16 and is discharged through the gas discharge holes 41 and 42. The compressed air discharged from the annular space 33 is sent to the heat exchanger 53 through the discharge line 52, cooled there, and then discharged outside the apparatus.
[0039]
FIG. 2 shows another example of the optical element molding apparatus according to the present invention.
[0040]
In this example, the compressed air discharged from the annular space 33 is sent to the heat exchanger 53 through the discharge line 52 and cooled there. The compressed air that has come out of the heat exchanger 53 is returned to the blower 51 through the circulation line 54, where it is pressurized and then fed into the jacket 31 again. About another structure, it is the same as that of the example (FIG. 1) shown previously.
[0041]
By configuring in this way, it is possible to prevent the work environment from being contaminated by the gas discharged from the annular space 33. Such a configuration is particularly effective for maintaining the environment in the clean room when the apparatus is installed in the clean room. It is also effective when a gas other than air, such as an inert gas, is used as the cooling gas.
[0042]
FIG. 3 shows another example of the optical element molding apparatus according to the present invention.
[0043]
A cooling gas jacket 31 is formed on the back surface of the reflection mirror 21. Since the configuration of the jacket 31 is the same as in the previous two examples, the description thereof is omitted. In this example, in addition to this, in order to cool the terminal portion 20a of the infrared lamp 20, a terminal chamber 65 is provided around the terminal portion 20a as follows.
[0044]
As in the previous example (FIGS. 1, 2, and 4), the infrared lamp 20 and the reflecting mirror 21 are each formed by combining two semicircular arc-shaped parts into a ring shape, and further stacking a plurality of stages. And has a cylindrical shape as a whole. Terminal blocks 61 each having an L-shaped cross section are connected to both ends in the circumferential direction of the semicircular arc-shaped component that is a constituent element of the reflection mirror 21. The bottom portion of the terminal block 61 is fixed to the back surface of the edge of the reflection mirror 21, and the remaining portion protrudes outward from the back surface of the reflection mirror 21. A terminal portion 20 a of the infrared lamp 20 is fixed to the protruding portion of the terminal block 61. The infrared lamp 20 is introduced into an annular space 33 formed inside the reflection mirror 21 through the outside of the edge of the bottom portion of the terminal block 61.
[0045]
A cover plate 63 is attached to the tips of the protruding portions of the two terminal blocks 61 that are adjacent to each other in the circumferential direction. Accordingly, a terminal chamber 65 having a rectangular cross section defined by the two terminal blocks 61 and the cover plate 63 is formed. In the terminal chamber 65, the terminal portion 20a of the infrared lamp 20 is accommodated. A jacket 67 for cooling gas is formed outside the cover plate 63, and a gas inlet 69 is provided on the outer surface of the jacket 67.
[0046]
A cooling gas is supplied into the jacket 67 through the gas inlet 69. The cooling gas in the jacket 67 passes through a through-hole formed in the cover plate 63 and is ejected toward the terminal portion 20a of the infrared lamp 20 to cool the terminal portion 20a. Next, the cooling gas enters the annular space 33 from the terminal chamber 65 through the gap between the bottoms of the two terminal blocks 61, and further flows along the outer periphery of the transparent quartz tube 16. 42 (FIGS. 1 and 2).
[0047]
Using this apparatus, press molding of synthetic quartz glass T-4040 (manufactured by Toshiba Ceramics Co., Ltd .: glass softening point 1660 ° C.) was performed to produce an optical lens. As the molding conditions, a spherical molding material (diameter 10 mm) was used, the molding temperature was 1400 ° C., and the pressing force was 800 kgf (7,840 N). As a heat source, a lamp unit was used in which two semi-arc infrared lamps with an output of 4 kW / line (380 V) were combined into a ring shape and stacked in 6 stages, for a total of 12 lamp units. As the transparent quartz tube 16, fused silica glass T-2030 (manufactured by Toshiba Ceramics Co., Ltd.) was used.
[0048]
As a result, it was confirmed that an optical lens made of quartz glass can be stably molded without damaging the transparent quartz tube 16, the quartz bulb portion of the infrared lamp 20, and the reflection mirror 21.
[0049]
In addition, this method can be used for metal molding, metal sintering, and the like other than optical elements.
[0050]
【The invention's effect】
According to the optical element molding apparatus of the present invention, even when the output of the infrared lamp is increased in order to realize a molding temperature of 1000 ° C. or higher, the transparent quartz tube, the quartz bulb portion of the infrared lamp, and the reflection mirror are overheated. Can be prevented. Therefore, a material having a high glass softening point can be heated to a temperature at which press molding can be performed without causing damage to each of these components. As a result, it becomes possible to mold an optical element made of quartz glass to a predetermined final shape by pressing.
[0051]
As a result, the manufacturing process of the high-precision optical element made of quartz glass is simplified, and mass production is possible, whereby the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical element molding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing another example of an optical element molding apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a transverse sectional view showing another example of the optical element molding apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a conventional optical element molding apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Frame, 1a ... Lower plate, 2 ... Fixed shaft (upper shaft), 3 ... Heat insulation cylinder (heat insulation member), 4 ... Upper die assembly (upper die), 5 ... Die plate, 6 ... Upper die, 7 ... Fixed die, 8 ... Drive device, 8a ... Servo motor, 8b ... Load detector, 9 ... Moving shaft (lower Side axis), 10 ... heat insulating cylinder (heat insulating member), 11 ... lower die assembly (lower die), 12 ... die plate, 13 ... lower die, 14 ... moving die 15 ... upper plate, 16 ... transparent quartz tube (cylindrical member), 17 ... molding chamber, 18 ... outer cylinder, 19 ... lamp unit, 20 ... infrared lamp, 20a ..Terminal part, 21... (First) reflection mirror, 22... Water-cooled pipe, 23... Gas supply path, 26. 27b ... thermocouple, 28 ... control device, 30 ... molding material, 31 ... jacket for cooling gas, 33 ... annular space, 34 ... gas inlet, 35 ... Through hole, 37 ... upper flange, 38 ... lower flange, 41, 42 ... gas discharge hole, 43, 44 ... gas introduction hole, 45, 46 ... shading ring, 47, 48 ..Cooling water path, 51 ... Blower, 52 ... Discharge line, 53 ... Heat exchanger, 54 ... Circulation line, 61 ... Terminal block, 63 ... Cover plate, 65... Terminal room having a rectangular cross section, 67... Jacket for cooling gas, 69.

Claims

A pair of upper and lower molds;
A pair of upper and lower shafts that support each mold from the back of each mold;
A cylindrical member made of a material transparent to infrared rays, surrounding the periphery of the pair of molds and the vicinity of the tip of each axis, forming a molding chamber maintained in an airtight state inside thereof;
A plurality of infrared lamps arranged so as to surround the periphery of the pair of molds along the outer periphery of the cylindrical member;
A reflection mirror disposed behind each infrared lamp and having a cylindrical shape as a whole;
In an optical element molding apparatus for manufacturing an optical element by placing a molding material made of glass between the pair of molds, heating the pair of molds and the molding material, and then press molding the molding material,
A cooling gas jacket is provided so as to cover the back surface of the reflection mirror, and a plurality of through holes are provided through the reflection mirror so that the cooling gas is jetted from the jacket toward the outer peripheral surface of the cylindrical member. An optical element molding apparatus characterized by comprising.

A recovery line for recovering the cooling gas injected toward the outer peripheral surface of the cylindrical member from the periphery of the cylindrical member;
A heat exchanger for cooling the recovered cooling gas;
A discharge line for discharging the cooled cooling gas to the outside of the device;
The optical element molding apparatus according to claim 1, further comprising:

A recovery line for recovering the cooling gas injected toward the outer peripheral surface of the cylindrical member from the periphery of the cylindrical member;
A heat exchanger for cooling the recovered cooling gas;
A circulation line for circulating the cooled cooling gas into the jacket;
The optical element molding apparatus according to claim 1, further comprising:

2. A terminal chamber for accommodating a terminal portion of the infrared lamp is provided, and the terminal portion of the infrared lamp is cooled by supplying a cooling gas into the terminal chamber. 4. The optical element molding apparatus according to any one of 3 to 3.

A pair of upper and lower molds;
A pair of upper and lower shafts that support each mold from the back of each mold;
A cylindrical member made of a material transparent to infrared rays, surrounding the periphery of the pair of molds and the vicinity of the tip of each axis, forming a molding chamber maintained in an airtight state inside thereof;
A plurality of infrared lamps arranged so as to surround the periphery of the pair of molds along the outer periphery of the cylindrical member;
A reflection mirror disposed behind each infrared lamp and having a cylindrical shape as a whole;
In a molding apparatus for producing a molded product by placing a molding material between the pair of molds, heating the pair of molds and the molding material, and then press molding the molding material,
A cooling gas jacket is provided so as to cover the back surface of the reflection mirror, and a plurality of through holes are provided through the reflection mirror so that the cooling gas is jetted from the jacket toward the outer peripheral surface of the cylindrical member. A molding apparatus characterized by comprising.