JP2009114044A - ガラス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形および／または冷却作業エリアでの作業終了に伴い上側の押プレートが上昇する際、同押プレート下面が金型組の上金型上面から容易に離れるようにしたガラス成形装置を提供する。
【解決手段】 成形室８Ａ内において、取り入れゾーンを形成するＩＮポートテーブル９Ａと取り出しゾーンを形成するＯＵＴポートテーブル１０Ａとの間には、左方に向けて、加熱ゾーンＨＺ、成形ゾーンＭＺ、冷却ゾーンＣＺがそれぞれ配置されている。窒素ガス供給ユニットＮＧＵは、それぞれ成形ゾーン、冷却ゾーンの上側の押プレート５Ａ、６Ａに開閉弁と管路を介して接続されている。成形ゾーンでの成形完了時、上側の押プレート５Ａに形成された貫通孔から金型組１５Ａと押プレート５Ａの密着面内に開閉弁を介して窒素ガスが供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、上下一対の金型の間に予熱されたガラスゴブなどのガラス素材を挟み、当該ガラス素材および金型を加熱しプレス成形することによりガラス非球面レンズ等の光学素子（以下単にガラス素子という)を成形するガラス成形装置に関する。

上記のガラス成形装置において、少なくとも上下一対の金型を含む金型組を複数個用意し、これらを、加熱、成形、冷却の各処理・作業エリアを備えた成形室内を搬送させることにより連続的にガラス素子を製造するタイプの成形装置が提案されている。
このようなガラス成形装置の代表的な構成例として、成形室内での金型組の搬送方向が直線方向に設けられているもの、すなわち、加熱、成形、冷却の各ゾーンが直線状に配置されている成形装置がある。（特許文献１）
また、成形室内での金型組の搬送方向が円周方向に設けられているもの、すなわち、加熱、成形、冷却の各作業エリアが円環状に配置され、占有面積の比較的少ないコンパクトな成形装置も提案されている。（特許文献２）

本願の図４（特許文献１の図１に対応する）は、加熱、成形、冷却の各ゾーンが直線状に配置されている成形装置の概略構成を示すものである。図５（特許文献１の図２に対応する）は、図４における金型組の搬送を説明する図、本願の図６（特許文献１の図３に対応する）は、成形前の金型組の上下金型の間に挟みこまれたガラス素材を示す。
図４において、ガラス成形装置は、成形室８、ＩＮポートロードロック室（置換室）１２、ＯＵＴポートロードロック室（置換室）１３、真空ポンプ３０、及び窒素ガス供給ユニット４０とから構成されている。なお、この実施例では、窒素ガスを不活性ガスとして用いている。

成形室８の内部には、加熱ゾーンを形成するプレート１、４、プレスゾーンを形成するプレート２、５、冷却ゾーンを形成するプレート３、６、取り入れゾーンを形成するＩＮポートテーブル９、及び取り出しゾーンを形成するＯＵＴポートテーブル１０が設けられている。

加熱ゾーンに設けられたプレート１、４には、加熱用のヒータ１ａ、４ａがそれぞれ組み込まれている。さらにプレート４は、上部にエアシリンダ７ａが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。このプレート４を下降させ、プレート１上に置かれた金型組１５に接触（加圧）することにより加熱工程が処理される。この際、図示しない制御装置により、所望する温度に温調される。

プレスゾーンに設けられたプレート５は、上部にエアシリンダ７ｂが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。このプレート５を下降させ、プレート２上に置かれた金型組１５を加圧することによりプレス工程が処理される。なお、プレート２、５は、図示しないヒータと図示しない制御装置により、所望する温度に温調するようにしても良い。

冷却ゾーンに設けられたプレート３、６には、冷却触媒を流す配管３ａ、６ａがそれぞれ組み込まれている。さらにプレート６は、上部にエアシリンダ７ｃが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。このプレート６を下降させ、プレート３上に置かれた金型組１５に接触（加圧）させることにより冷却工程が処理される。この冷却は、図示しない制御装置において所望する温度に温調される。なお、この冷却ゾーンでは、水冷または油冷ジャケットを設けて温調するようにしても良い。

ＩＮポートテーブル９は、下部にテーブル昇降シリンダ１１ａが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。ＩＮポートテーブル９は、上下に昇降することにより、当該テーブル上に置かれる金型組１５を、ＩＮポートロードロック室１２から成形室８内に搬送する。なお、アクチュエータとしてテーブル昇降シリンダ１１ａを設けたが、電動アクチュエータ等の別のアクチュエータでも良い。

ＯＵＴポートテーブル１０は、下部にテーブル昇降シリンダ１１ｂが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。ＯＵＴポートテーブル１０は、上下に昇降することにより、当該テーブル上に置かれる金型組１５を、成形室８内からＯＵＴポートロードロック室１３に搬送する。なお、アクチュエータとしてテーブル昇降シリンダ１１ｂを設けたが、電動アクチュエータ等の別のアクチュエータでも良い。

ＩＮポートロードロック室１２は、後述するが蓋状の構成になっている。ＩＮポートテーブル９が上昇してＩＮポートロードロック室１２の底辺を形成した際、金型組１５が載置される。その際、ＩＮポートロードロック室１２内が窒素ガスに置換され、ＩＮポートテーブル９が下降されて窒素ガスに置換されている成形室８内に搬送される。

ＯＵＴポートロードロック室１３は、蓋状の構成になっている。ＯＵＴポートテーブル１０に金型組１５が載置された際、ＯＵＴポートテーブル１０が上昇されて窒素ガスに置換されているＯＵＴポートロードロック室１３の底辺を形成する。その後、蓋状のＯＵＴポートロードロック室１３が開けられ、金型組１５が取り出される。

図５は、成形室８内の金型組１５を、各テーブル、各プレート間を搬送する搬送装置の例を示すものである。図５に示す例は、成形室８内を上から見た様子を示すもので、ロボットアームを用いた構成である。同図において、取り入れゾーンから加熱ゾーンへ搬送する金型搬送ユニット５１、加熱ゾーンからプレスゾーンへ搬送する金型搬送ユニット５２、プレスゾーンから冷却ゾーンへ搬送する金型搬送ユニット５３、冷却ゾーンから取り出しゾーンへ搬送する金型搬送ユニット５４とから構成されている。

ここでは各ゾーン間に搬送ユニットを配置してあるが、１つで複数の搬送ユニットを兼用してもよい。また、下がった状態でのＩＮポートテーブル９、ＯＵＴポートテーブル１０、各ゾーンの下側プレート１、２、３の上面が同一水平面上になるように配置すれば金型組１５は水平に移動させるだけでよく、搬送ユニットは自由度が少なく、簡単な機構のものでよい。

図６は、金型組１５の縦断面を示すものである。金型組１５は、ガイド穴を有する上金型１６とガイドピン１７を有する下金型１８とから構成されている。上金型１６と下金型１８との間にガラス素材１９が置かれる。このガラス素材１９は、金型組１５として成形室８で加熱、プレス成形される。

一方、前記特許文献２においては、同文献２の図４に示されるように、成形装置１０は、隔離チャンバ２８と、ＩＯポート部４４と、搬送機構３０とを備えている。隔離チャンバ２８は、加熱、プレス成形および冷却の各工程の作業エリア４６、４８、５０を１つずつ円環上に配置するとともにこれらを大気から隔離して収納する。ＩＯポート部４４は、加熱工程作業エリア４６と冷却工程作業エリア５０との間に配置され、被成形素材１２を入れた金型組１４を隔離チャンバ２８に対して出し入れするために設けられている。搬送機構３０は、隔離チャンバ２８内に配置され、隔離チャンバの外側からＩＯポート部４４へ搬入された金型組１４を加熱、プレス成形および冷却の各工程の作業エリア４６、４８、５０を順次経てＩＯポート部４４まで搬送するために設けられている。

本願の図７（特許文献２の図７に対応する）は、加熱、成形、冷却の各作業エリアのうち、プレス成形部の縦断面を示す。同図７において、プレス成形部４８は、加熱部４６の構成にプレス機構１０２と上熱電対１０４を付加した構成である。なお、図７に示すプレス成形部４８の金型受台８２の中央の軸は、搬送機構３０の回転軸３２を中心として、ＩＯポート部４４の昇降軸５４に対して１８０度離れた位置に形成されている。すなわち、プレス成形部４８の金型受台８２の中央の軸は、搬送機構３０の回転軸３２を中心として、加熱部４６の金型受台８２の中央の軸に対して９０度離れた位置に形成されている。

プレス機構１０２は、サーボモータ１０６により駆動される減速機（スクリュージャッキ）１０８により昇降される上軸１１０が隔離チャンバ２８の天上壁を気密に貫通して隔離チャンバ２８内に延出されている。支持プレート８８には開口部８８ｂが形成されている。この開口部８８ｂには、上軸１１０と支持プレート８８との間をシールするＯリング１１２が配設されている。サーボモータ１０６は制御装置１８ａに電気的に接続されている。この上軸１１０の先端（下端）には断熱軸６２ａを介してダイプレート６４ａが取り付けられている。断熱軸６２ａは、断熱軸６２と同じ構成である。ダイプレート６４ａは、上述したダイプレート６４と同じ構成である。上軸１１０には、ダイプレート６４ａと同軸上に形成された連通孔１１０ａが形成されている。この連通孔１１０ａには、窒素ガスボンベ１６ａが接続されている。

このプレス成形部４８では、上下の熱電対１０４，９６により金型組１４の温度を検出する。上熱電対１０４は一端がダイプレート６４ａに当接され、他端が制御装置１８ａに電気的に接続されている。そして、金型組１４の温度が所定の成形温度に安定した状態で、上軸１１０を下降させ、ダイプレート６４ａを金型組１４の上型１４ａに押し付ける。上軸１１０の途中に設けられたロードセル１１４の出力によりサーボモータ１０６の出力を制御しつつ所定の力で上型を押圧してプレス成形を行う。このロードセル１１４は制御装置１８ａに電気的に接続されている。
なお、前記金型組１４は、図示のように、上金型および下金型と、これら各金型の外周に嵌合すると共に上金型を下金型に向けて案内するスリーブとからなる。

図８は、図４中の成形ゾーンにおける押プレート２、５と金型組１５Ａとの配置関係を示す。同図８に示すように、左方側のプレス成形中から、右方側のプレス成形後に上押プレート５を上昇させるとき上金型１５ａが上押プレート５の下面と接着した状態となることがある。
また、図９は、図７中の金型組１４とその上下近傍部分を示す。同図９に示すように、左方側のプレス成形中から、右方側のプレス成形後に、下端に断熱軸６２ａを介してダイプレート６４ａが取り付けられた上軸１１０を上昇させるとき、図示の如く、金型組１４の上金型が上側押プレートに相当するダイプレート６４ａの下面と接着した状態となることがある。

こうした接着現象が生じると、成形完了後の成形品が離型に伴い金型内で位置ずれを起こし、動いてしまうことによる不良品発生や、また、上金型とスリーブとが不正常な嵌合のためカジリなどによる金型破損の原因となる。そして、こうした現象を修復するべく成形装置の稼動を停止しなければならなくなり、結果として、コストダウンや大量生産遂行に悪影響を及ぼしていた。
特許文献１、２にはこうした問題点の示唆はなく、また、その解決手段についての開示もない。

特開２００６−１９９５３７号公報 特開２００７−１６９０７８号公報

ところで、プレス成形を行なう際に、金型組を構成する一対の金型の上下面を、平らな面を有する上下の押プレートで挟み込むことによりプレス力を金型に加えている。一般的には、金型およびガラス素材の熱の受け渡しは、前記の押プレートとの接触により熱伝導させるため、出来るだけ接触面積を多く確保するように上下金型および押プレートの接触面は、平面度を良くし、且つ表面粗さを可能な限り少なくするように要求される。また、ガラスレンズ等の両曲率面の平行度が重要となるため、上下の押プレートの平行度も可能な限り良くすることが求められている。

しかしながら、平行平面度や表面粗さを良くすればするほど、前記の図８、図９に示したように、成形終了時に上金型と上側押プレートが離れる際に、上金型と上側押プレートが頻繁に接着してしまい、上金型がガイドピンやスリーブより抜け出してしまうケースがあった。これは、上金型と上側の押プレートの接触面が真空による吸着で接着した状態となると考えられる。
本発明者等は、上述した問題を解決すべく鋭意検討、努力した結果、上側の押プレートの上金型との接触面に一端側の開口する貫通孔を設けることで前記問題が基本的に解決できることを見出した。

したがって、本発明の目的は、少なくとも上下一対の金型を含む金型組を複数個用意し、これらを加熱、成形、冷却の各作業エリアを備えた成形室内で搬送させることにより連続的にガラス素子を製造するタイプのガラス成形装置において、成形および／または冷却作業エリアでの作業終了に伴い上側の押プレートが上昇する際、同押プレート下面が金型組の上金型上面から容易に離れるようにしたガラス成形装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明によるガラス成形装置は、
少なくとも上下一対の金型を含む金型組の上下金型間にガラス素材を挟みつつ前記金型およびガラス素材を上下一対の押プレートを用いてプレス成形することによりガラスレンズ等の所望のガラス素子を成形するガラス成形装置において、前記上側の押プレートは、前記上金型上面と接触する下面に一端側の開口する貫通孔が設けられ、同貫通孔を介し上側の押プレート外部から気体が導入されるよう構成されており、プレス成形完了時の前記上金型上面と前記押プレート下面との接着状態が導入された気体により解除されることを特徴とする。
その場合、前記貫通孔を介し外部から気体を導入する手段として、前記気体の供給源と、同供給源に一端側を接続した開閉弁と、同開閉弁の他端側に接続され前記貫通孔の他端側に接続された気体管路を備えて構成することができる。
またその場合、前記気体は窒素ガスを用いることができる。

本発明によれば、少なくとも上下一対の金型を含む金型組の上下金型間にガラス素材を挟みつつ前記金型およびガラス素材を上下一対の押プレートを用いてプレス成形することによりガラスレンズ等の所望のガラス素子を成形するガラス成形装置において、前記上側の押プレートは、前記上金型上面と接触する下面に一端側の開口する貫通孔が設けられ、同貫通孔を介し上側の押プレート外部から気体が導入されるよう構成し、プレス成形完了時の前記上金型上面と前記押プレート下面との接着状態が導入された気体により解除されるので、前記押プレートは成形完了による上昇時にスムースに上金型上面から離れることができ、成形不良の発生や金型破損などを回避することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に基づく好適な実施例について、添付の図１乃至３を参照して説明する。

図１は、本発明が適用されるガラス成形装置の概略構成図である。同図において、参照符号１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ、６Ａ、８Ａ、９Ａ、１０Ａ、１２Ａ、１３Ａ、３０Ａおよび４０Ａは、前述した図４中の参照符号１、２、３、４、５、６、８、９、１０、１２、１３、３０および４０に、それぞれ機能上対応した構成要素である。なお、図１の参照符号１５Ａは、スリーブを備えた金型組（図７中の金型組１４に相当する）である。同様に、参照符号７Ａ、７Ｂ，７Ｃ、１１Ａ、１１Ｂは、図４中の参照符号７ａ、７ｂ、７ｃ、１１ａ、１１ｂに、それぞれ機能上対応した構成要素である。したがって、それらの詳細説明は冗長となるので省略し、主な相違する構成部分について以下に説明する。
図１において、取り入れゾーンを形成するＩＮポートテーブル９Ａと取り出しゾーンを形成するＯＵＴポートテーブル１０Ａとの間には、左方に向けて、加熱ゾーンＨＺ、成形ゾーンＭＺ、冷却ゾーンＣＺがそれぞれ配置されている。参照符号Ｚは成形ゾーンＭＺ中の上下一対の押プレート２Ａ、５Ａならびに金型組１５Ａの部分を指し示す。参照符号ＮＧＵは窒素ガス供給ユニットであり、それぞれ成形ゾーンＭＺ、冷却ゾーンＣＺの上側の押プレート５Ａ、６Ａに開閉弁と管路を介して接続されている。

図２は、前記図１におけるＺ部分を拡大して示しており、同図の左側はプレス成形中の押プレート２Ａ、５Ａと金型組１５Ａの位置関係を示し、同図の右側はプレス成形完了後、押プレート５Ａが金型組１５Ａの上金型から離れ上昇した位置にあることを示す。図示のように、上側の押プレート５Ａには貫通孔５０が設けられている。プレス成形中、押プレート５Ａの下面はプレス力により金型組１５Ａの上金型上面と密着している。成形が完了すなわち、プレス力の付勢がなくなると貫通孔５０の上端には窒素ガス供給ユニットＮＧＵからの窒素ガスが開閉弁を介して供給される。したがって、前記押プレート５Ａの下面と金型組１５Ａの上金型上面との密着面内には窒素ガス（の供給圧）が与えられているので上側の押プレート５Ａがシリンダ７Ｃにより上昇されるとき密着性が解除され押プレート５Ａの下面は金型組１５Ａの上金型上面から離れることとなる。なお、図２の参照符号２ａ、５ａは、図４の加熱コイル１ａ、５ａにそれぞれ対応している埋め込みヒータである。

図３は本発明の他の実施例を示す図であって、前述した金型組とその上下近傍部分を示す従来の図９において、上側の押プレート下面に開口する気体導入口をさらに設けたものである。同図で図９と同一の参照符号は図９中の構成部分に対応している。したがって、冗長を避けるためそれら構成部分の詳細説明は省略する。図９との相違は、金型組１４の上面と接触するダイプレート６４ａに貫通孔Ｈを形成した点である。図３の場合も図２で説明したように、成形完了後上軸１１０を上昇するとダイプレート６４ａの下面はスムースに金型組１４の上金型上面から離れる。なお、図３の場合、プレス成形中も貫通孔Ｈを介して密着面に窒素ガスが供給されているが、その供給圧力はプレス力に比べ低く、当該供給圧力で実際のプレス力が影響されることはない。

図２では、成形ゾーンＭＺの上側押プレート５Ａに貫通孔５０が設けられた例を説明したが、図１に示されるように、冷却ゾーンＣＺの上側押プレート６Ａも同様な貫通孔が設けられている。
なお、図１の金型組１５Ａはスリーブを備えたものとして例示したが、図６に示されるガイドピンを備えたもの、あるいは、上下の金型自体にガイド機能を形成するようにしてもよい。

以上、本発明の好適実施例について説明したが、本発明はこれら例示したものに限定されるものではなく当業者であれば種々の変形が可能である。例えば、図２の加熱用ヒータ５ａと貫通孔５０との干渉がある場合、貫通孔５０の他端を押プレート５Ａの側面に設ける構成とすることも可能である。

本発明が適用されるガラス成形装置の概略構成図である。 図１におけるプレス成形中およびプレス成形完了後の上下の押プレートと金型組の位置関係を説明する図である。 金型組とその上下近傍部分を示す従来の図９において、上側の押プレート下面に開口する気体導入口をさらに設けた本発明の他の実施例を示す図である。 従来の加熱、成形、冷却の各ゾーンが直線状に配置されている成形装置の概略構成を示す図である。 図４における成形室内の金型組の搬送装置の例を示す図である。 図４に示す金型組の縦断面を示す図である。 特許文献２における加熱、成形、冷却の各作業エリアのうち、プレス成形部の縦断面を示す図である。 図４中の成形ゾーンにおける上下の押プレートと金型組との配置関係を示す図である。 図７中の金型組とその上下近傍部分を示す縦断面図である。

符号の説明

１ａ、５ａ 埋め込みヒータ
１Ａ、２Ａ、３Ａ 下側の押プレート
５Ａ、６Ａ 上側の押プレート
８Ａ 成形室
９Ａ ＩＮポートテーブル
１０Ａ ＯＵＴポートテーブル
１５Ａ 金型組
３０Ａ 真空ポンプ
４０Ａ 窒素ガス供給ユニット
５０ 貫通孔
６４ａ ダイプレート
１１０ 上軸
ＣＺ 冷却ゾーン
Ｈ 貫通孔
ＨＺ 加熱ゾーン
ＭＺ 成形ゾーン
ＮＧＵ 窒素ガス供給ユニット

Claims (3)

1. 少なくとも上下一対の金型を含む金型組の上下金型間にガラス素材を挟みつつ前記金型およびガラス素材を上下一対の押プレートを用いてプレス成形することによりガラスレンズ等の所望のガラス素子を成形するガラス成形装置において、
   前記上側の押プレートは、前記上金型上面と接触する下面に一端側の開口する貫通孔が設けられ、同貫通孔を介し上側の押プレート外部から気体が導入されるよう構成されており、プレス成形完了時の前記上金型上面と前記押プレート下面との接着状態が導入された気体により解除されることを特徴とするガラス成形装置。
2. 前記貫通孔を介し外部から気体を導入する手段として、前記気体の供給源と、同供給源に一端側を接続した開閉弁と、同開閉弁の他端側に接続され前記貫通孔の他端側に接続された気体管路を備えた請求項１に記載されたガラス成形装置。
3. 前記気体は窒素ガスである請求項１または２に記載されたガラス成形装置。

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