JP2006256917A - Glass forming device and glass forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一対の型の相対移動によりガラス素材を成形するガラス成形装置、および、ガラス成形方法。 The present invention relates to a glass forming apparatus and a glass forming method for forming a glass material by relative movement of a pair of molds.
従来、鏡面仕上げを行った成形面をもつ成形型によってガラス素材である光学素材を加熱軟化した状態でプレス成形によりガラスレンズ等の光学素子(ガラス成形体)を製造するガラス成形装置がある。該ガラス成形装置において、所定温度に冷却した成形光学素子を安定して確実に成形型から離型し、さらに、離型した上記光学素子をオートローダーで搬出できるようにすることが重要である。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a glass molding apparatus that manufactures an optical element (glass molded body) such as a glass lens by press molding in a state where an optical material, which is a glass material, is heated and softened by a molding die having a mirror-finished molding surface. In the glass molding apparatus, it is important that the molded optical element cooled to a predetermined temperature is stably and reliably released from the mold, and the released optical element can be carried out by an autoloader.
特許文献1に開示されたプレス成形用成形装置(ガラス成形装置)は、成形精度の高い光学素子を成形可能であって、成形後、安定した状態で光学素子を離型することができる成形装置である。この成形装置においては、成形後、上型側に密着している光学素子の周縁部を押圧して離型させる強制離型手段が設けらている。上記強制離型手段は、上記上型に対して弾性部材としてのバネ部材を介して付勢された状態で取り付けられており、型開き時に上記バネ部材の付勢力によって上記光学素子を押圧して、離型させるものである。なお、上記バネ部材は、各種のバネ形状のものが適用できるが、その材質としてガラス成形が可能な温度に耐える耐熱性をもつ材料、例えば、ジルコニア等のセラミックスを用いる必要がある。
しかしながら、上述した特許文献1のプレス成形用成形装置の上記強制離型手段に組み込まれるバネ部材は、高耐熱性のある高価なバネ部材であって、必要とする付勢力として上記光学素子を型から引き離すに十分な強い付勢力を有すること要求される。例えば、上記光学素子の外径を10mm程度とした場合、大気圧による静圧として8N程度が上記光学素子に作用し、その光学素子を確実に離型させるためには、上記光学素子の収縮による吸着力を加算した非常に大きな離型力で上記光学素子を押圧する必要がある。従って、上記バネ部材の外径も大きくなり成形装置として大型化する。同時に高価な部材を使用することになる。
However, the spring member incorporated in the forced release means of the above-described press molding molding apparatus of
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、成形型に貼り付いたガラス成形体を容易に、かつ、確実に剥離することが可能なガラス成形装置、または、ガラス成形方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a glass molding apparatus or a glass molding method capable of easily and reliably peeling a glass molded body attached to a mold. The purpose is to provide.
本発明の請求項1に記載のガラス成形装置は、一対の型の相対移動によりガラス素材を成形するガラス成形装置において、離型部材を有しており、上記離型部材は、上記一対の型の一方の型に嵌合し、上記ガラス素材が成形可能な温度に達するとき、上記一方の型に対して相対的に移動可能であって、上記ガラス素材から成形されたガラス成形体が転移点以下になると熱収縮により上記ガラス成形体を押圧して上記一方の型に貼りついた上記ガラス成形体を剥離する。
The glass forming apparatus according to
本発明の請求項2に記載のガラス成形装置は、請求項1に記載のガラス成形装置において、上記離型部材は、テーパ部を有し、上記一対の型がガラス成形のために型同士が接近した型閉じ状態において、上記離型部材のテーパ部と上記ガラス成形体とは当接状態にあり、上記ガラス成形体が転移点以下になると上記離型部材のテーパ部は、上記ガラス成形体を押圧する状態となる。 A glass forming apparatus according to a second aspect of the present invention is the glass forming apparatus according to the first aspect, wherein the release member has a tapered portion, and the pair of molds are formed with each other for glass molding. In the close mold closed state, the taper portion of the release member and the glass molded body are in contact with each other, and when the glass molded body is below the transition point, the taper portion of the mold release member becomes the glass molded body. It will be in the state which presses.
本発明の請求項3に記載のガラス成形方法は、一対の型によりガラス素材を成形するガラス成形方法において、上記一対の型の一方の型に嵌合した離型部材が熱膨張により膨張し、上記一方の型に対し移動可能な状態のもとで、加熱された上記ガラス素材を上記一対の型により押圧してガラス成形体とし、上記ガラス成形体が移転点以下になると、熱収縮によって上記離型部材が上記ガラス成形体を押圧して上記一方の型に貼りついた上記ガラス成形体を剥離する。
The glass molding method according to
本発明の請求項4に記載のガラス成形方法は、請求項3に記載のガラス成形方法において、上記一対の型がガラス成形のため型同士が接近した型閉じ状態において、上記離型部材と上記ガラス成形体とは当接状態にあり、上記ガラス成形体が転移点以下になると上記離型部材は、上記ガラス成形体を押圧する状態となる。
The glass molding method according to
本発明によれば、成形型に貼り付いたガラス成形体を容易に、かつ、確実に剥離することが可能なガラス成形装置、または、ガラス成形方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a glass molding apparatus or a glass molding method capable of easily and reliably peeling a glass molded body attached to a mold.
以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態であるガラス成形装置の主要部を示す断面図である。図2,3は、上記ガラス成形装置における成形動作前後状態を示す型まわりの要部断面図であって、図2は、成形前の状態、図3は、押圧成形状態を示す。図4(A)〜(B)は、上記ガラス成形装置における成形,離型動作状態を示す型まわりの要部断面図であって、図4(A)は、型閉じ状態での押圧成形直後の状態を示し、図4(B)は、型開き状態で離型動作中の状態を示し、図4(C)は、離型後の状態を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a glass forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are cross-sectional views of the main part around the mold showing the state before and after the forming operation in the glass forming apparatus, FIG. 2 shows the state before forming, and FIG. 3 shows the press forming state. 4 (A) to 4 (B) are cross-sectional views of the main part around the mold showing the molding and mold release operation states in the glass molding apparatus, and FIG. 4 (A) is immediately after the press molding in the mold closed state. 4B shows a state during the mold release operation in the mold open state, and FIG. 4C shows a state after the mold release.
本実施形態のガラス成形装置20は、ガラス素材(光学素材)3を加熱軟化させ、一対の成形型で押圧し、冷却後に上記一対の成形型間を開くことで所望の面形状を有するガラス成形体のガラスレンズ3Aを得るガラス成形方法を適用可能な成形装置である。このガラス成形装置20は、主要構成部材として図1に示すように一対の成形型である上型1,下型2と、上型1に支持される離型部材である離型リング4と、上型1,下型2を覆うスリーブ5と、上型1を支持する上軸6と、下型2を支持する下軸7と、上型1,下型2,スリーブ5の周囲に配される型加熱用熱源の1つである複数の赤外線ランプヒータ11と、密閉炉8と、ベース板9と、図示しないフレームに支持されて、上軸6を上下方向に移動させるサーボモータ、または、エアーシリンダからなる駆動装置10とを有してなる。
The
なお、駆動装置10と密閉炉8との嵌合部は、シール用のOリング16を介して嵌合しており、駆動装置10が密閉炉8に対して上下方向に可動状態となっている。
The fitting portion between the
上型1,下型2は、ガラス素材3からガラスレンズ3Aを成形するに足る温度領域で十分な強度を有する材料であって、超硬合金、または、SIC等によって形成され、その線膨張係数は、超硬合金の場合、およそ4.8×10−6/℃であり、SICの場合、4.0×10−6/℃である。上型1の凸状成形面1aと下型2の凹状成形面2aは、それぞれ鏡面になっている。また、上型1,下型2内部には、それぞれ型加熱用熱源であるカートリッジヒータ12,13、および、型温度検出用の熱電対14,15が埋め込まれている。
The
離型リング4は、リング形状の部材であって、ガラス素材3を成形するに足る温度領域で十分な強度を有した超硬合金からなる。その線膨張係数は、上型1のそれより大きい値であって、5.4〜6.8×10−6/℃である。この離型リング4は、上端側が上型1の軸部に嵌入して固着されており、離型リング4の下部には、上型1の凸状成形面1aの上方部周囲位置に円状開口部が配される。該開口部の内径先端部4cは、上型1,離型リング4の膨張収縮時、図2,図4(A)に示すように上型1の凸状成形面1a上部側方に対して当接することはなく、接近して位置する。
The
そして、離型リング4には、開口部内径先端部4cから下面側外方に向けて下方に傾斜する円錐内面状のテーパ部であるテーパ面4aが形成されている。すなわち、テーパ面4aは、上型1の凸状成形面1aの周囲に沿って該凸状成形面1aと逆向きになるテーパ面を形成している。上型1でガラス素材3を押圧成形したとき、テーパ面4aでガラス素材3の周縁上面が押圧され、テーパ面4aに沿った形状にガラス素材3(ガラスレンズ3A)の周縁部3aが形成される。なお、形成された周縁部3aの内径側が離型リング4の内径先端部4cの上方側に凸状に膨らむことがないようにテーパ面4aによるガラス素材3の押圧量を設定する必要がある。これは、後述する離型動作時、離型リング4が内径側に収縮しようとするとき、内径先端部4cがガラスレンズ3Aに干渉することなく、テーパ面4aが上型1,ガラスレンズ3Aに対して内径側に相対移動できるようにするためである。
The
さらに、離型リング4の上端側上型固着部から上記開口部までの間は、筒状部が形成されており、その内周面4bは、上型1の軸部に対して収縮時に干渉しないだけの隙間のある状態で上型1の軸部に挿入されている。従って、上型1と離型リング4が成形後、冷却したとき、離型リング4の上型1との固着部以外は、上型1と干渉することなく収縮変形が可能である。
Further, a cylindrical portion is formed between the upper die fixing portion on the upper end side of the
上軸6は、駆動装置10によって駆動され、上型1を下方向D1 、または、上方向D2 に移動させる。上軸6の上端部は密閉炉8の嵌合部よりも径が大きく、駆動装置10を上昇させると密閉炉8の嵌合部に引っ掛かり、密閉炉8を上昇させ、駆動装置10を下降させると、密閉炉8はベース板9に載置された後は駆動装置10の下降動作の影響を受けないようになっている。
The
下軸7は、本成形装置20のベース板9の上部に固定支持されている。なお、上軸,下軸6,7には、それぞれ型冷却用の冷媒である純水が流通可能な冷却経路(図示せず)が設けられている。
The
スリーブ5は、円筒形状のセラミックス材料で形成され、上方部が上型1に固着され、かつ、精密嵌合(隙間5μmまたはそれ以下の極めて少ない状態)し、下型2に対してスライド可能に精密嵌合(隙間5μm程度の極めて少ない状態)している。従って、赤外線ランプヒータ11による照射熱は、スリーブ5を介して上型1,下型2に効率よく伝達される。
The
カートリッジヒータ12,13は、上型1,下型2を熱伝導により加熱する。かつ、上記型を介してガラス素材3を加熱する。
The
赤外線ランプヒータ11は、密閉炉8の内側壁に固定支持されており、スリーブ5の外周に沿って位置する。
The
カートリッジヒータ12,13や赤外線ランプヒータ11、また、上記冷媒は、熱電対14,15によって検出される型温度に基づいて成形装置20の図示しない制御部により制御され、各工程時におけるガラス素材3および上,下型1,2の温度制御が行われる。
The
密閉炉8は、上型1,下型2,スリーブ5の周囲空間を密閉、または、開放可能な炉であって、成形中、密閉状態にあるとき、真空または非酸化雰囲気で充満できるようにそれぞれの接触部にはシールが施されている。また、ガスの排気口と導入口とか設けてあり、成形中、該排気口,導入口を介して炉内は真空排気、さらに、非酸化性ガス導入が可能である。
The
ガラスレンズ3Aは、例えば、ランタン系ガラス等のガラス素材3により成形されるガラス成形体であって、上面側が非球面の凹形状を有し、下面側が非球面の凸形状をもつメニスカスレンズである。ガラス素材3は、予め研削研磨でガラスレンズ3Aの近似形状に加工されている。
The
上述した構成を有するガラス成形装置20によりガラスレンズ3Aを成形し、離型する工程について、図2,3,4(A)〜4(C)を用いて説明する。
A process of molding and releasing the
まず、ガラス素材3をオートローダ(図示せず)によって搬送し、下型2上に載置する。そして、密閉炉8を密閉状態とする。
First, the
上型1をD1 方向に降下させ、ガラス素材3の表面近傍に上型1の凸状成形面1aが到達したとき、上型1を一旦停止させる(図2)。そこで、密閉炉8内を真空状態とし、非酸化性ガスである窒素ガスで置換する。そして、ガラス成形装置20の上記制御部のコントロールのもとでカートリッジヒータ12,13や赤外線ランプヒータ11に通電し、上型1,離型リング4,下型2,スリーブ5、および、ガラス素材3の加熱を開始する。ねらいの温度(ガラス素材の転移点を上回る温度、例えば、500°C〜600°C)に到達したら上型1をD1 方向に再降下させて型閉じ状態とし、凸状成形面1a,凹状成形面2aによりガラス素材3を押圧する。そして、所定量の押圧後、カートリッジヒータ12,13および赤外線ランプヒータ11の通電を停止させる。一方、冷却経路に冷媒としての純水を通して冷却工程に入り、型の冷却を開始する。上記冷却により上,下型およびガラスレンズの熱は、上記冷媒を介して系外に放出される。ガラス素材3は、押圧成形されてガラスレンズ3Aの形状となる。また、ガラスレンズ3Aの周縁上側には、離型リング4のテーパ面4aで押圧され、周縁部3aが形成される。
The
図3,図4(A)は、上述した型閉じ状態(加熱状態)でのガラス素材3の押圧成形終了状態を示している。この状態では、上型1の凸状成形面1aと離型リング4のテーパ面4aは、ともに外周方向に温度上昇分だけ膨張しており、その膨張量の差δは、前述した上型1と離型リング4との線膨張係数の差に比例した量であり、離型リング4の方が大きく外径側に膨張する。
3 and 4A show a state where the press forming of the
上,下型温度が所定の温度(転移点以下)まで下がったとき、押圧を終了し、上型1を駆動装置10によって上昇させて型開きを行うが、その上昇量は、成形初期に上型1を降下させた距離よりも少なく、上軸6の上端部分で密閉炉8を引き上げない程度とする。この状態では、図4(B)に示すようにガラスレンズ3Aは、一時的に上型1に貼り付いた状態でともに上方に移動する。この現象は、上型1の鏡面である凸状成形面1aがガラスレンズ3Aの凹面が収縮作用によってさらに強力に吸着されるために生じる。
When the upper and lower mold temperatures are lowered to a predetermined temperature (below the transition point), the pressing is finished, and the
図4(A)の押圧成形後から図4(B)に型開き状態での冷却期間において、ガラスレンズ3A,上型1の凸状成形面1a,離型リング4のテーパ面4aともに収縮するが、その収縮量は、上述した押圧成形時までに膨張した量に相当する量であり、離型リング4のテーパ面4aは、上型1の凸状成形面1aに対して前述した膨張量の差δに対応した収縮量差だけ内径方向に微少量相対移動する。このようにテーパ面4aが凸状成形面1aに対して内径側に相対移動することによってガラスレンズ3Aは、周縁部3aを介して離型方向である下方への押圧力を受ける。この押圧力は、離型リング4を収縮量の差だけ変形させる強い力であって、ガラスレンズ3Aを上型1から離型させるに足る力である。
After the press molding in FIG. 4A, the
このとき、上型1と離型リング4とは軸方向に収縮するが、上,下型1,2側から冷却を行っているために上,下型1,2の方から先に収縮し、離型リング4の収縮は遅れる。従って、テーパ面4aによるガラスレンズ3Aへの離型方向の押圧力がさらに作用することになる。
At this time, the
図4(B)の型開き状態で所定の時間、放置後、図4(C)に示すように上述した収縮作用による押圧力でガラスレンズ3Aは、上型1から離型され、下型2の凹状成形面2a上に落下する。その後、上,下型1,2の型温度が酸化しない温度(200°C)まで下がったとき、駆動装置10によって上軸6を上昇させ、上軸6の上端部分で密閉炉8を引っ掛けて持ち上げる。ガラスレンズ3Aは、オートローダー(図示せず)によって外部に取り出される。
The
上述した本実施形態のガラス成形装置20によれば、成形されたガラスレンズ3Aに対して衝撃や引き離し外力を与えることなく上型1から容易に、かつ、確実に離型させることができ、成形品の歩留まりや生産性を向上させることができる。
According to the
なお、本実施形態のガラス成形装置20では、上型1側を可動型としてが、これに限らず、上型1側を固定型とし、下型2側を可動型として、他は同様な構成を適用することも可能である。
In the
この発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
例えば、各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in each embodiment, the problems described in the column of problems to be solved by the invention can be solved, and the effects described in the effects of the invention can be achieved. In the case of being obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
本発明によるガラス成形装置、または、ガラス成形方法は、成形型に貼り付いたガラス成形体を容易に、かつ、確実に剥離することが可能なガラス成形装置、または、ガラス成形方法として適用できる。 The glass forming apparatus or the glass forming method according to the present invention can be applied as a glass forming apparatus or a glass forming method capable of easily and reliably peeling the glass formed body attached to the forming die.
1 …上型(一対の型,一方の型)
2 …下型(一対の型)
3 …ガラス素材
3A…ガラスレンズ(ガラス成形体)
4 …離型リング(離型部材)
4a…テーパ面(テーパ部)
代理人 弁理士 伊 藤 進
1 ... Upper mold (a pair of molds, one mold)
2 ... Lower mold (a pair of molds)
3 ...
4 ... Release ring (release member)
4a: Tapered surface (tapered portion)
Agent Patent Attorney Susumu Ito
Claims (4)
上記一対の型の一方の型に嵌合し、上記ガラス素材が成形可能な温度に達するとき、上記一方の型に対して相対的に移動可能であって、上記ガラス素材から成形されたガラス成形体が転移点以下になると熱収縮により上記ガラス成形体を押圧して上記一方の型に貼りついた上記ガラス成形体を剥離する離型部材を有することを特徴とするガラス成形装置。 In a glass forming apparatus that forms a glass material by relative movement of a pair of molds,
A glass molding that is fitted to one of the pair of molds and is movable relative to the one mold when the glass material reaches a moldable temperature, and is molded from the glass material. A glass forming apparatus comprising a release member that peels off the glass molded body attached to the one mold by pressing the glass molded body by thermal contraction when the body is below the transition point.
上記一対の型の一方の型に嵌合した離型部材が熱膨張により膨張し、上記一方の型に対し移動可能な状態のもとで、加熱された上記ガラス素材を上記一対の型により押圧してガラス成形体とし、上記ガラス成形体が移転点以下になると、熱収縮によって上記離型部材が上記ガラス成形体を押圧して上記一方の型に貼りついた上記ガラス成形体を剥離することを特徴とするガラス成形方法。 In a glass forming method of forming a glass material with a pair of molds,
The mold release member fitted to one of the pair of molds expands due to thermal expansion, and the heated glass material is pressed by the pair of molds in a state where it can move relative to the one mold. When the glass molded body is below the transfer point, the release member presses the glass molded body by thermal shrinkage and peels the glass molded body attached to the one mold. A glass forming method characterized by the above.
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