JP2010222226A - 成形装置及び成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成やプログラミングを複雑にすることなく、成形サイクルを高速化できる成形装置及び成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】成形装置１０は、ガラス素材１１ａを加圧して成形処理するプレスユニット１２と、前記成形処理の前に前記ガラス素材１１ａを加熱処理する予熱ユニット１３と、前記予熱ユニット１３にて加熱されたガラス素材１１ａを加熱処理しながら前記プレスユニット１２に搬送する搬送ユニット１６と、前記成形処理された前記ガラス素材１１ａを冷却処理する冷却ユニット１４と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、成形装置及び成形品の製造方法に係り、特に、ガラス素材等の被成形材を熱軟化させた状態で加圧成形するものに関する。

ガラス素材等を熱軟化させるとともに加圧成形する成形装置において、互いに接離可能な上下の金型を備え、上下の型が互いに離間した状態で、下金型の上にガラス素材を設置し、上金型を下降させ、ガラス素材の加熱・プレス成形・冷却の一連の作業を行う、固定金型式の成形処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、加熱、成形及び冷却を分割して工程を進めることにより成形サイクルを短くするため、上下の金型を、加熱、成形及び冷却処理を行う各ユニットに対して移動させ、上下の型の間に配置された被成形材を加圧成形する移動金型式の装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−１８６２３０号公報 特開２００７−１３１４８９号公報

しかしながら、上記の技術では、以下のような問題がある。すなわち上記固定金型式の成形装置では、上下型の間に被成形材が配置された状態で、加熱から冷却まで成形サイクルを実施するため、成形サイクルが遅いという問題がある。

一方、上記移動金型式の成形装置では、被成形材が金型に保持された状態で各種処理及び搬送を行うため、装置構成やプログラミングが複雑となるという問題がある。すなわち、例えば金型毎に各種処理を行うので真空成形のための装置構成が複雑となる場合があり、また処理毎に時間制約があるためにプログラミングが複雑になる場合がある。

そこで本発明は、装置構成やプログラミングを複雑にすることなく、成形サイクルを高速化できる成形装置及び成形品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一例にかかる成形装置は、被成形材を加圧して成形処理するプレスユニットと、前記成形処理の前に前記被成形材を加熱処理する予熱ユニットと、前記予熱ユニットにて加熱された被成形材を加熱処理しながら前記プレスユニットに搬送する搬送ユニットと、前記成形処理された前記被成形材を冷却処理する冷却ユニットと、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記予熱ユニット、前記搬送ユニット、前記プレスユニット及び前記冷却ユニットを外部から隔離して収容するとともに、その内部が減圧状態または不活性ガス状態に保持可能に構成された隔離チャンバをさらに備えたことを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記搬送ユニットは、前記プレスユニット、前記予熱ユニット、及び前記冷却ユニットの間で、前記被成形材または前記成形品を搬送することを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記搬送ユニットは、被成形材を収容して保持する保持容器と、前記保持容器を加熱する加熱機構部と、加熱された前記保持容器を移動させる移動機構部と、を備えることを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記搬送ユニットは、さらに、前記移動機構部によって移動されるとともに前記成形処理後の成形品を吸着する吸着機構部を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記プレスユニットは、前記被成形材を挟持及び開放可能な金型部と、前記金型部の外周に設けられ、前記隔離チャンバ内の空間に対して開閉可能であって閉状態において少なくとも前記金型部を前記隔離チャンバ内において隔離して収容するとともにその内部が減圧状態または不活性ガス状態に保持可能に構成されたプレスチャンバと、前記プレスチャンバの外周に設けられ、前記金型部を加熱するヒータユニットと、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記予熱ユニット及び前記冷却ユニットの少なくともいずれかは、複数の前記被成形材または前記成形後の成形品を保持可能であり、複数の前記被成形材または成形品に対して同時に処理をすることが可能であることを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記被成形材に対して前記プレス処理、前記予熱処理、前記搬送処理、及び前記冷却処理の少なくともいずれかの処理をしている間に、他の前記被成形材に対して、前記プレス処理、前記予熱処理、前記搬送処理、及び前記冷却処理のうちの別の処理がなされるよう動作することを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記予熱ユニット及び冷却ユニットは、複数の前記成形処理後の成形品を保持する保持トレイを備え、前記保持トレイは位置によって異なる温度設定が可能な複数のゾーンを有したことを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記予熱ユニットの保持トレイにおける前記被成形材を保持する面は段差または傾斜を有することを特徴とする。

本発明の他の一例にかかる成形装置は、前記段差または前記傾斜は螺旋状に構成されたことを特徴とする。

本発明の一例にかかる成形品の製造方法は、前記被成形材を加圧して成形処理するプレス工程と、前記プレス工程の前に被成形材を加熱処理する予熱工程と、前記予熱ユニットにて加熱された被成形材を加熱処理しながら搬送する搬送工程と、前記成形処理された前記被成形材を冷却処理する冷却工程と、を備え、前記複数の工程のいずれか２つ以上の処理が並行して行われることを特徴とする。

本発明によれば、装置構成やプログラミングを複雑にすることなく、成形サイクルを高速化することが可能となる。

［第１実施形態］
以下に本発明の第１実施形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大、縮小、省略して示している。

図１及び図２に示す成形装置１０は、例えばガラス素材１１ａ等の被成形材を、加熱処理により軟化させ、プレス処理により成形することにより、デジタルカメラ等に代表される非球面ガラスレンズ等の高精度光学ガラス素子等のガラス成形品１１ｂ（成形品）を成形するための成形装置である。

成形装置１０は、ガラス素材１１ａを熱処理しながら加圧することにより成形処理するプレスユニット１２と、成形処理の前にガラス素材１１ａを加熱処理する予熱ユニット１３と、プレスユニット１２にて成形処理された後のガラス成形品１１ｂ（成形品）を冷却処理する冷却ユニット１４と、成形前のガラス素材１１ａ又は成形後のガラス成形品１１ｂを搬送する搬送ユニット１６と、これらのユニット１２，１３，１４、１６を外部の大気から隔離して収容する隔離チャンバとしての、予熱冷却チャンバ１５ａ、搬送チャンバ１５ｂ、及び成形チャンバ１５ｃと、各ユニット１２〜１６及びチャンバ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの動作を制御する制御部１７と、を備えている。

隔離チャンバ１５としての予熱冷却チャンバ１５ａ、搬送チャンバ１５ｂ、成形チャンバ１５ｃは、例えば略直方体などの箱型状に形成されている。成形チャンバ１５ｃの上部には、図示しない搬入部及び搬出部が設けられている。チャンバ同士の間には、開閉可能なシャッタ２１が設けられている。シャッタ２１は制御部１７の制御に応じて開閉可能に構成されている。

この予熱冷却チャンバ１５ａの内部に予熱ユニット１３、冷却ユニット１４が配置されている。搬送チャンバ１５ｂの内部に搬送ユニット１６が配置されている。成形チャンバ１５ｃの内部にプレスユニット１２、が配置されている。

すなわちプレスユニット１２が配された成形ゾーン２２と、予熱ユニット１３が配された予熱ゾーン２３と、冷却ユニット１４が配された冷却ゾーン２４の間でガラス素材１１ａまたは成形後のガラス成形品１１ｂが搬送ユニット１６によって搬送される。

予熱ゾーン２３及び冷却ゾーン２４は予熱冷却チャンバ１５ａ内で、Ｘ方向における一方側（図１中右側）においてＹ方向に沿って並列し、これらの間に搬送ユニット１６の一部を成すバケットヒータ４７が配置されている。

各チャンバ１５ａ〜１５ｃ及びプレスチャンバ７１に、窒素ガスボンベ１５ｄ窒素ガスボンベ１５ｄと真空ポンプ１５ｅが接続されている。窒素ガスボンベ１５ｄは隔離チャンバ１５内、及び後述するプレスチャンバ７１内に接続され、内部に窒素ガスを供給可能である。真空ポンプ１５ｅはチャンバ１５ａ〜１５ｃ内、及びプレスチャンバ７１内に接続され、内部の気体を排出可能である。これらの動作によりチャンバ１５ａ〜１５ｃ、及びプレスチャンバ７１の内部は、高温にされる金型部６７が酸化することを防止するように、大気に対して隔離された状態の真空雰囲気か、または不活性ガス雰囲気に置換される。

なお、チャンバ１５ａ〜１５ｃ、７１内を常に真空雰囲気にしておく必要はない。例えば成形装置１０を立ち上げたときにチャンバ１５ａ〜１５ｃ、７１を不活性ガスに置換する前に、一度真空に引き、その後、単純にチャンバ１５ａ〜１５ｃ、７１内に不活性ガスを噴出して酸素などを含む空気（気体）を追い出す方式より効果的に不活性ガスに置換することが可能である。すなわちパージで真空状態を不活性ガス（Ｎ_２ガス）雰囲気にしたり、酸素を追い出すように不活性ガス（Ｎ_２ガス）のみをチャンバ１５ａ〜１５ｃ、７１内に吹き付けるようにしても良く、酸素をチャンバ１５ａ〜１５ｃ、７１内から追い出すことができれば良い。

予熱ユニット１３は、図１及び図３に示されるように、予熱冷却チャンバ１５ａに固定された支持台３１と、ガラス素材１１ａを保持する保持トレイ３２と、支持台３１と保持トレイ３２の間に設けられた複数の断熱スペーサ３３と、保持トレイ３２を加熱するヒータ３４とを備えている。

保持トレイ３２は、平板状に形成され、その上面に複数のガラス素材１１ａを複数列及び複数行に格子状に並列して例えば１２０個程度保持することが可能である。さらに、保持トレイ３２には、ガラス素材１１ａを１つずつ保持バケット３７の収容部に供給する供給機構が設けられている。

断熱スペーサ３３は、保持トレイ３２の下方に延びる柱状に形成され、保持容器を支持台３１に対して断熱して支持する。

ヒータ３４は、例えば保持トレイ３２内に内蔵されたシースヒータ等で構成され、保持トレイを所定の高温に加熱する機能を有する。このため、保持トレイ３２上に載置され保持された複数個のガラス素材１１ａが同時に加熱される。

搬送ユニット１６は、図１、図２、及び図４に示すように、ガラス素材１１ａを保持する保持バケット３７（保持容器）と、保持バケット３７を加熱するバケット加熱部３８（加熱機構部）と、保持バケット３７を移動させる移動機構部３９（移動部）と、を備える。

図７及び図８に示すように、保持バケット３７は、例えばアルミ青銅からなり、互いに接離することにより開閉可能な半円柱形状の第１及び第２の開閉部材４１，４２で構成されている。第１及び第２の開閉部材４１，４２には、それぞれガラス素材１１ａが配置される半円柱形状の凹部４１ａ，４２ａが形成されている。第１及び第２の開閉部材４１，４２は互いに近接した閉状態において、円柱状を成し、それぞれの凹部４１ａ，４２ａが対向することによりその中央部に保持バケット３７の上端から下方に延びる円柱形状の収容凹部４３が構成される。開閉部材４１，４２における収容凹部４３よりも外周側には、後述する移動機構部３９の爪（係合部）５５ａ，５５ｂがそれぞれ挿入される被係合部としての挿入孔部４１ｂ、４２ｂが形成されている。挿入孔部４１ｂ，４２ｂは、それぞれ開閉部材４１，４２を貫通している。

図６に示すバケット加熱部３８は、予熱冷却チャンバ１５ａに固定された支持台４４と、保持バケット３７を保持するバケットトレイ４５と、支持台４４とバケットトレイ４５との間に設けられた複数の断熱スペーサ４６と、バケットトレイ４５を加熱するバケットヒータ４７とを備えている。

バケットトレイ４５の上面には保持バケット３７が配置可能な凹部４５ａが形成されている。この凹部４５ａは保持バケット３７の下方部分に対応する円柱状に形成されている。この凹部４５ａに保持バケット３７が配置され、待機している間に、保持バケット３７を、保持トレイ３２よりもさらに高い温度、例えば６００℃程度に加熱する。

予熱ユニット１３で加熱されたガラス素材１１ａは、加熱された保持バケット３７の収容凹部４３に保持されながら搬送されることにより、搬送中に、さらに高温に加熱される。このため、ガラス素材１１ａの移動中に原料の温度が下がることが防止される。

図１及び図２に示すように、移動機構部３９は、移動アーム５１と、移動アーム５１を駆動する駆動部５２と、移動アーム５１の先端に設けられた保持機構５３と、を備えている。

移動アーム５１は、駆動部５２により、Ｚ方向に延びる回転軸５１ａを中心に水平面内において回動可能、軸方向において伸縮可能、かつ、Ｚ方向に昇降可能に構成されている。駆動部５２及び保持機構５３は、制御部１７に電気的に接続され、制御部１７によりその動作が制御される。

搬送ユニット１６は、移動機構部３９の移動アーム５１の回転動作及び直線移動に伴って先端部の保持機構５３を移動範囲内の所望の位置へ移動することにより、この移動範囲内に位置する各ユニット１２，１３，１４の間においてガラス素材１１ａまたはガラス成形品１１ｂを搬送する。

保持機構５３は、ガラス成形品１１ｂを吸着して保持する吸着機構部５４と、保持バケット３７に係合して把持する開閉可能な係合機構５５と、を備えている。

係合機構５５は、接離（開閉）可能な複数の爪５５ａ、５５ｂを有し、保持トレイ３２からプレスユニット１２へガラス素材１１ａを搬送する際に用いられる。まず、移動アーム５１により爪５５ａ、５５ｂを挿入孔部４１ｂ，４２ｂに挿入し、保持バケット３７を閉状態にして把持する。把持した状態でさらに移動アーム５１を移動させることにより収容凹部４３に配されたガラス素材１１ａを搬送する。ついで上下の金型間の所定位置に保持バケット３７が配置された状態で爪５５ａ、５５ｂを開閉することにより保持バケット３７の２つの開閉部材４１，４２を開き、収容凹部４３に配置されていたガラス素材１１ａを落下させ、下金型６７ｂ上に供給する。

吸着機構部５４は、上向きの吸着ノズル５４ａ及び下向きの吸着ノズル５４ｂを備えている。吸着機構部５４は例えば、ガラス素材１１ａを予熱ユニット１３から保持バケット３７に搬送する際、プレス工程の後にガラス素材１１ａを冷却ユニット１４に搬送する際、及び冷却後に外部に搬送する際等に用いられ、吸着ノズル５４ａ，５４ｂのいずれかによってガラス成形品１１ｂを吸着することにより保持し、移動アーム５１の移動に応じて保持したガラス素材１１ａ又は成形品１１ｂを搬送する。

なお、通常は下向きの吸着ノズル５４ｂを用い、成形後にガラス成形品１１ｂが上金型についている場合に上向き吸着ノズル５４ａを用いる。例えば下向き吸着ノズル５４ｂを用いて吸着しようとしたときに圧力が上がらない場合には上金型にガラス成形品１１ｂが付着していると判断し、上向きの吸着ノズル５４ａを用いて搬送する。

すなわち搬送ユニット１６は、ガラス素材１１ａを予熱ユニット１３から保持バケット３７へ、保持バケット３７に保持されたガラス素材１１ａをプレスユニット１２の金型部６７の間へ、プレスユニット１２にあるガラス成形品１１ｂを冷却ユニット１４へ、それぞれ搬送する機能を有する。

成形ゾーン２２に配されたプレスユニット１２は、図９に示すように、上軸６１、下軸６２、支持プレート６３、金型受台６４、上下の断熱軸６５ａ，６５ｂ、上下のダイプレート６６ａ，６６ｂ、上下の金型６７ａ，６７ｂからなる金型部６７、金型部６７を収容するプレスチャンバ７１、プレスチャンバ７１の外周に配置されたヒータユニット７２を備えている。

上軸６１は、図示しないＣ形状のフレームに保持され、下方に向かって延びる円柱状に構成されている。支持プレート６３は、昇降可能に構成されている。支持プレート６３には開口部６３ｂが形成されている。この開口部６３ｂは上軸６１に保持されている。この上軸６１と支持プレート６３との間をシールするＯリング７３が配設されている。上軸６１の先端（下端）には断熱軸６５ａを介してダイプレート６６ａが取り付けられている。

金型受台６４は、成形チャンバ１５ｃの下フレームに支持されている。この金型受台６４の中央に形成された開口部６４ａに下軸６２が上下方向に移動可能に保持されている。下軸６２は成形チャンバ１５ｃの下方に固定されたフレーム部材を気密に貫通している。

下軸６２の上端には例えば窒化珪素などで形成された筒状の断熱軸６５ｂが配置されている。この下側の断熱軸６５ｂは、金型受台６４に対して立設されている。上端部のフランジ部上には金型部６７を載置するダイプレート６６ｂが設置されている。

上下の断熱軸６５ａ，６５ｂはそれぞれ例えば窒化珪素などで筒状に形成され、上下端部にフランジ部が形成されている。この断熱軸６５ａ，６５ｂのフランジ部にダイプレート６６ａ，６６ｂがそれぞれ設置されている。ダイプレート６６ａ，６６ｂは、例えばセラミックス材（例えばＳｉＣやＴｉＣなど）で構成されている。

下軸６２は、サーボモータ６８より駆動されるスクリュージャッキ等の減速機６９により昇降する。サーボモータ６８は制御部１７に電気的に接続されている。

金型受台６４の上方には、赤外線から紫外線等の広範囲の電磁波透過性を有しかつ耐熱性を有する筒状のプレスチャンバ７１と、その周囲を囲むヒータユニット７２とが設けられている。ヒータユニット７２は赤外線ランプヒータ等で構成され、制御部１７に電気的に接続されて制御される。なお、金型受台６４および支持プレート６３には、プレスチャンバ７１の内外の連通を防止するＯリング７４がそれぞれ配設されている。

このプレスチャンバ７１及びヒータユニット７２は支持プレート６３に支持されている。したがって、この支持プレート６３の昇降に伴ってプレスチャンバ７１とヒータユニット７２とが昇降可能に構成されている。

プレスチャンバ７１は、下降位置にあるとき、金型部６７の周囲に成形チャンバ１５ｃ内から隔離された加熱空間７１ａを形成する。プレスチャンバ７１は、ガラス素材１１ａの搬送時には上方へ退避し、加熱空間７１ａは成形チャンバ１５ｃ内で開放される。

プレスチャンバ７１は窒素ガスボンベ１５ｄ及び真空ポンプ１５ｅに接続されており、プレス成形の工程中に、成形チャンバ１５ｃとは別の雰囲気（真空雰囲気または不活性ガス雰囲気）に置換可能である。例えば、プレス成形時は真空状態として、加熱及び冷却工程中は不活性ガスとする。この窒素ガスボンベ１５ｄは徐冷装置として機能する。すなわち、徐冷の際は不活性ガスをプレスチャンバ７１内に注入することにより、金型部６７およびガラス成形品１１ｂが空冷される。不活性ガスとしては、例えば窒素ガスを使用する。酸素濃度としては約１０ｐｐｍ程度とする。なお、不活性ガス雰囲気の方が真空雰囲気よりもチャンバの要求強度を低く設定できる。

冷却ユニット１４は、図３に示されるように、支持台３１と、保持トレイ３２と、複数の断熱スペーサ３３と、ヒータ３４とを備え、予熱ユニット１３と同様に構成されている。

保持トレイ３２は、板状を成し、上面に複数のガラス成形品１１ｂを複数列及び複数行に格子状に保持する。断熱スペーサ３３は、保持トレイ３２の下方に延び柱状に形成され、保持トレイ３２を支持台３１上に断熱して支持する機能を有する。ヒータ３４は保持トレイ内に内蔵されたシースヒータ等で構成され、保持トレイ３２を所定の温度に加熱及び冷却の熱処理する機能を有する。ヒータ３４の温度は例えば４００℃程度から５０℃程度まで、時間に応じて下降するように設定され、保持トレイ３２上に載置された複数個のガラス成形品１１ｂが同時に冷却される。すなわち、冷却ユニット１４は予熱ユニット１３の保持トレイ３２の温度の設定のみを変更したものである。

以下、本実施の形態に係る成形装置１０を用いてガラス成形品１１ｂを製造する手順について図１０を参照して説明する。

本実施形態にかかる成形品の製造手順は、搬入工程、第１の加熱工程（予熱工程）、第１の搬送工程、第２の加熱工程、第２の搬送工程、第３の加熱工程、プレス工程、徐冷工程、第３の搬送工程、冷却工程、及び搬出工程、を有する。成形ゾーン２２で行われる第３の加熱工程、プレス工程、及び徐冷工程を、成形工程とする。

まず、成形チャンバ１５ｃ及び搬送チャンバ１５ｂを非酸化雰囲気にしておく。すなわち、成形チャンバ１５ｃ内及び搬送チャンバ１５ｂ内を真空引きした後、不活性ガス（Ｎ_２ガス）に置換する。

この状態で、予熱冷却チャンバ１５ａを開き、ガラス素材１１ａを複数個並べ、搬入し、（搬入工程）予熱冷却チャンバ１５ａを閉じる。この後、予熱冷却チャンバ１５ａを非酸化雰囲気とし、チャンバ間のシャッタ２１を開け、予熱冷却チャンバ１５ａ、搬送チャンバ１５ｂ、及び成形チャンバ１５ｃを一体化する。

同時に、予熱ユニット１３において、ガラス素材１１ａを、実際にプレス成形されるガラス成形温度またはこれより０℃〜１００℃程度高い温度まで加熱する。保持トレイ３２上には複数のガラス素材１１ａが縦横それぞれ複数列に並べられ、ヒータ３４により加熱される。本実施形態ではガラス成形温度は５００℃とする。複数個のガラス素材１１ａを一度に加熱しており、予め設定された温度に保持する（第１の加熱工程）。

一方、この第１の加熱工程と並行して、第２の加熱工程である保持バケット３７の加熱処理が行われる。この時のバケット加熱部３８の温度は、実際にプレス成形されるガラス成形温度より少し高め、本実施形態では例えば６００℃程度の状態となっている。

予熱ユニット１３のガラス素材１１ａを、吸着機構部５４によって吸着し、予熱ユニット１３から保持バケット３７に搬送する（第１の搬送工程）。

ついで、加熱されたガラス素材１１ａを搬送ユニット１６により成形ゾーン２２に搬送
する（第２の搬送工程）。この時のガラス素材１１ａの温度は、実際にプレス成形されるガラス成形温度より少し低め、本実施形態では例えば３５０〜４００℃程度の状態となっている。

なお成形ゾーン２２にガラス素材１１ａが搬送されるときは、搬送の際にはプレスユニット１２のプレスチャンバ７１およびヒータユニット７２が上方に退避するとともにプレスユニット１２の下軸６２が下方に退避している。このため、金型部６７は隔離チャンバ１５内と同じ雰囲気（不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気）内にある。

この第１の搬送工程において、駆動部５２を駆動させ、移動アーム５１を移動することにより爪５５ａ，５５ｂを、第２の加熱工程により加熱された保持バケットの挿入孔部４１ｂ、４２ｂにＸ方向に向かって夫々挿通して係合させて保持バケット３７を把持する。

ついで、移動アーム５１の先端に設けられた保持バケット３７を、持ち上げ、保持トレイ３２に向かって移動させる。保持トレイ３２の端部で、かつ、保持トレイ３２の上面よりも低い位置に保持容器の収容凹部４３の入口が配置されるように位置合わせする。この状態で、供給機構により、ガラス素材１１ａを１つ保持バケット３７の収容部に落下させ、供給する。以上により、加熱された保持バケット３７にガラス素材１１ａが１つ保持される。

さらに、駆動部５２の駆動により移動アームを移動し、保持バケット３７を上下の金型６７ａ，６７ｂの間に配置する。さらに駆動部５２により爪５５ａ，５５ｂを互いに離間させることにより開閉部材４１，４２を開き、収容凹部４３に保持されていたガラス素材１１ａを落下させて下金型６７ｂ上に載置する。以上により第１の搬送工程が完了する。

ついで、移動機構をプレスチャンバ７１の外側に退避させた状態で、エアシリンダを駆動させる等により、プレスチャンバ７１およびヒータユニット７２を下方に下げ、金型部６７及びガラス素材１１ａをプレスチャンバ７１内に収納する。このとき、プレスチャンバ７１はＯリング７４などでシールされるので、成形チャンバ１５ｃ内においてプレスチャンバ７１内が隔離される。

なお、プレスチャンバ７１内、成形チャンバ１５ｃ内の雰囲気とは別の雰囲気に保持可能に制御される。例えば成形ゾーン２２における加熱及びソークタイム工程は窒素ガス雰囲気とし、プレス工程中は真空雰囲気とし、徐冷工程中は窒素ガス雰囲気とする。

さらに、ヒータユニット７２をＯＮにして所定の加熱温度まで金型部６７の温度を上昇させる。成形ゾーン２２の赤外線ランプにより、金型部６７をガラス成形温度（ここでは５００℃程度）まで加熱し（第３の加熱工程）、金型部６７の温度とガラス素材１１ａの温度を均一化する。

金型部６７が所定の温度に到達したら、成形ゾーン２２において、所定の温度に加熱した後、一定時間経過させ、下軸を動作させることによりプレス成形を行う。

例えば、サーボモータ６８を駆動させて減速機（スクリュージャッキ）６９によって下軸６２を上昇させる。そして、断熱軸６５ｂおよびダイプレート６６ｂを介して上金型６７ａに対して下金型６７ｂを押圧することにより金型部６７内のガラス素材１１ａをプレス成形する（プレス工程）。

ここでは、プレス成形はプレス力をフィードバックして制御している。例えば、サーボモータ６８で駆動させ、かつロードセルにてプレス力をモニタしながらプレス力をフィードバック制御する。ここでは、プログラムされた任意のプレス力プロファイルの通りにプレス成形を行う。このため、正確にプレス位置およびプレス力を制御可能である。

なお、プレス量やプレス力は、金型部６７ごとに制御部１７にセットすることが可能である。すなわち、プレス量やプレス力は、所望のガラス成形品１１ｂごとにプログラム設定される。このため、プレス位置やプレス力を高精度に制御することができ、かつ、任意なプレス工程をプログラミングすることが出来る。

プレス工程によりある程度の形状に成形が完了した時点で、金型部６７の温度を所定の勾配でゆっくりと降温させる。この金型温度を高温させる工程を徐冷工程とする。徐冷工程は、例えば金型に不活性ガスを流すことにより行う。他に、ヒータユニット７２の出力を下げることにより金型部６７の温度を徐冷させてもよい。このとき、温度低下に伴うガラス成形品１１ｂのヒケを抑制するためにプレス駆動部としてのサーボモータ６８にてプレス力を負荷させながら温度を下げる。本実施形態では例えば５００℃から４００℃まで下げる際に１ｍｉｎ程度をかけて徐冷する。徐冷終了温度は、例えばガラス転移点付近とする。

金型部６７の温度が所定の温度まで降温したら、エアシリンダを駆動させてプレスユニット１２のヒータユニット７２およびプレスチャンバ７１を上方に上げ、金型部６７からガラス素材１１ａを取り出し、冷却ゾーン２４へ搬送する（第３の搬送工程）。

この第３の搬送工程では、吸着機構部５４の吸着ノズル５４ａまたは５４ｂによってガラス成形品１１ｂを吸着した状態で、駆動部５２の動作により移動アーム５１を金型部６７から冷却ユニット１４の保持トレイ３２へ移動させることにより搬送を行う。

冷却ゾーン２４に搬送されるガラス成形品１１ｂは冷却ユニット１４の保持トレイ３２上に配置され、保持トレイ３２上において冷却される。

以上の第１の搬送工程から第３の搬送工程までの工程を、複数回繰り返し行う。ガラス成形品１１ｂが冷却ユニット１４に一杯に並び、あるいは予熱ユニット１３のガラス素材１１ａが全てなくなった場合に、成形を停止して、予熱冷却チャンバ１５ａのシャッタ２１を閉めてから、他の搬送チャンバ１５ｂ、成形チャンバ１５ｃと隔離する。隔離後、十分に温度が下がっていることを確認し、予熱冷却チャンバ１５ａを開いてガラス成形品１１ｂを取り出す（搬出工程）。

続いて、別のガラス素材１１ａを予熱ユニット１３に配置し、再び予熱冷却チャンバ１５ａを開いて非酸化雰囲気にするが、予熱冷却チャンバ１５ａの容積は他の部分に比べて少ないため、非酸化雰囲気にする時間は短くてすむ。

予熱ユニット１３へのガラス素材１１ａの供給（搬入工程）及び冷却ユニット１４からのガラス成形品１１ｂの回収（搬出工程）は、手動で行なっても良く、図示しないロボット（自給装置）を使ってもよい。あるいは、保持トレイ３２として、上部が着脱できるようなパレットで構成し、このパレットごと交換するような方法を用いることも可能である。

以上搬入から搬出までの処理工程を順に説明したが、本実施形態においては、別々のユニットで行われるそれぞれの処理工程は並行して行われる。

すなわち、上記説明した搬入工程、第１乃至第３の加熱工程、第１及び第２の搬送工程、搬出工程、の最中に、別のガラス素材１１ａまたはガラス成形品１１ｂに対して別の工程を並行して進める。あるガラス素材１１ａに対していずれかの処理をしている間に、他のガラス素材１１ａに対して別の処理がなされるよう動作する。例えば、金型部６７からガラス成形品１１ｂを移送した後すぐに別のガラス素材１１ａを金型部６７に供給し、次の成形処理をすぐに行うことが出来る。

さらに、予熱工程と冷却工程とは複数のガラス素材１１ａ又はガラス成形品１１ｂに対して同時に処理可能である。このため、搬入工程及び搬出工程においては複数個のガラス素材１１ａまたはガラス成形品１１ｂをまとめて搬入または搬出することが可能である。

以上の処理工程でガラス素材１１ａを所望の形状に成形した場合の成形温度プロファイルと成形プレス力プロファイルとを表したグラフを図１１に示す。縦軸に、成形温度プロファイルと成形プレス力プロファイルとを表し、横軸に時間を示す。温度、プレス位置、プレス力等のプロファイルは、制御部１７の設定により任意に変更することが可能である。また、ガラス素材１１ａ毎に、温度、プレス位置、プレス力を個別に設定することも可能である。この場合、それぞれ異なるガラス成形品１１ｂが形成される。

このときの工程別成形時間としては、プレス工程（徐冷工程も含む）が各工程の中で最長である。したがって、成形タクトとして決める要素は、プレスユニット１２での成形時間に依存する。

本実施形態にかかる成形装置１０は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、複数の工程を異なるユニットに別々に構成し、この間でガラス素材１１ａまたはガラス成形品１１ｂを搬送することとしたため、１つの成形装置１０で複数のガラス素材１１ａ及びガラス成形品１１ｂに対して同時に処理を行うことができる。このため、成形サイクルを短縮し生産効率を上げることが出来る。

例えば、原料のガラス素材１１ａを加熱してプレスチャンバ７１に搬送し、光学部品を成形し、十分に冷却させないままガラス成形品１１ｂをプレスチャンバ７１から冷却ゾーン２４へ搬送できるので、固定金型式の成形装置に比べ、成形サイクルを短縮し清算効率を上げることが出来る。比較対象として、金型上にガラスを積載した状態で加熱、成形、及び冷却を行う固定金型式の技術の成形プロファイルを図１７に示す。

予め別のゾーンで加熱された高温のガラス素材１１ａを金型に搬送するため、ガラス材料と金型が接触している時間を短くすることができるので、金型の受ける熱力も小さくなり、金型の劣化を防ぐことができる。このため、金型の寿命を長くできる。

固定金型式の装置の場合には金型が大気（酸素）に触れても酸化されない温度まで冷却する必要があり、成形サイクルが遅くなる要因となっていたが、上記本実施形態によれば、隔離チャンバ１５内を窒素ガスで置換しているため、早いタイミングでプレスチャンバ７１を開くことが可能となる。あり、特に温度が低い４００〜２００℃程度の降温は非常に遅いので、本実施形態の構成が有効となる。

一般的に、ガラスモールドレンズの成形では、金型の温度とガラスの温度を可能な限り同一にしてプレス成形及び冷却を行うが、ヒータにより金型自体及び周辺不活性ガスを加熱することによりガラス素材１１ａが加熱される構成では、金型自体が加熱されてからガラス素材１１ａが加熱されるまでには一定の時間（ソークタイム（ＳＴ））が必要であり、成形サイクルが長くなる要因となっていた（ＩＲ加熱やＲＦ加熱ではガラス素材１１ａを直接加熱することは不可能であるため）のに対し、本実施形態では、予め成形温度付近にガラス素材１１ａを加熱することにより、上記のソークタイムの時間を短縮することが可能となる。

また、移動金型式の場合、成形ゾーン２２から徐冷ゾーンに金型を移動する必要があり、一度プレス力を抜かなければならないが、本実施形態では金型を移動する必要がないためこの不都合を解消できる。

移動金型式の装置では、各工程の間での時間的制約や真空成形が出来ない等の問題があったが、本発明によれば、真空成形及び柔軟なプログラミング性を確保しつつ、成形サイクルを高速化できる。

予熱ユニット１３及び冷却ユニット１４の保持トレイ３２は、複数のガラス素材１１ａを同時に加熱する構成であるため、成形サイクルにおける時間的バッファがあり、ヒータ３４の要求性能を緩和することができる。

さらに、成形ゾーン２２にて徐冷を行うことによりガラスのヒケによる精度不良を防止することができるとともに、アニーリング効果も得られる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る成形装置について図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は、本実施形態の予熱ユニット１３の保持トレイ１３２を概略的に示す平面図であり、図１３は同断面図である。

なお、保持トレイ１３２が傾斜している点及び保持トレイ１３２の位置以外の構成は上記第１実施形態の成形装置１０と同様であるため説明を省略する。

本実施形態の冷却ユニット１４の保持トレイ１３２は予熱冷却チャンバ１５ａの搬入部のシャッタ２１から連続し、下方に配置されている。すなわち、予熱冷却チャンバ１５ａを開く動作に伴って、下方に球体状のガラス素材１１ａが転がることにより、ガラス素材１１ａが保持トレイ１３２に供給される。

ガラス素材１１ａが載置される保持トレイ１３２は、所定の角度を有して傾斜する傾斜面１３２ａを備えている。なお、この傾斜面１３２ａは、予熱冷却チャンバ１５ａの外部においてガラス素材１１ａが保持される傾斜面と連続している。本実施形態の保持トレイ１３２はその傾斜面１３２ａにおいて一列に複数のガラス素材１１ａを保持する場合を示すが、多列の構成であってもよい。

保持トレイ１３２は、第１乃至第３のゾーン１４１〜１４３を有し、これらのゾーン同士の間には断熱材１４４が夫々配置されている。

第１乃至第３のゾーン１４１〜１４３には、ヒータ３４が内蔵されている。すなわち、第１ゾーン乃至第３ゾーン１４１〜１４３はそれぞれ異なる温度に設定可能である。例えば第１ゾーンを低温に、第２ゾーンを第１ゾーンよりも高く第３ゾーンよりも低い中温に、第３ゾーンを第２ゾーンよりも高い高温に、それぞれ設定する。このような設定により、高温に加熱するのを短時間にすることができる。このため、品質の低下を防止できる。

保持トレイ１３２の傾斜の上方側の端部であって外部からガラス素材１１ａを取り込む部分には、ロードロック機構が設けられている。第１ゾーン１４１及び第２ゾーン１４２のガラス素材１１ａがなくなった場合に、シャッタ２１が開き、第１ゾーン１４１及び第２ゾーン１４２が一杯になるくらいの複数個のガラス素材１１ａを保持トレイ１３２に取り込む。

保持トレイ１３２上であって、傾斜の下方側の端部には、供給機構として、２つの開閉可能なシャッタ部１３５ａ、１３５ｂが並列して設けられている。この２つのシャッタ部１３５ａ、１３５ｂの間に１つのガラス素材１１ａが設けられ、シャッタ部１３５ｂよりも他方側に複数のガラス素材１１ａが並列配置されている。

保持トレイ３２の上面における下方側の端部よりもさらに下方に保持バケット３７が配置される。この状態でシャッタ部１３５ａを図中破線で示すように上昇させて開くことにより、傾斜を利用して球体状のガラス素材１１ａが下方へ転がり、保持バケット３７の収容凹部４３に供給される。なお、１つのガラス素材１１ａが供給されたらシャッタ部１３５ｂを開放して次のガラス素材１１ａを、シャッタ部１３５ａ、１３５ｂの間に供給する。

本実施形態によれば上記第１実施形態と同様の効果に加え、ガラス素材１１ａを単純な構成で自動的に供給することが可能となる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る成形装置について図１４及び図１５を参照して説明する。なお、保持トレイ２３２以外の構成は上記第１実施形態の成形装置１０と同様であるため説明を省略する。

保持トレイ２３２は、第１ないし第３のゾーン２４１〜２４３を有し、これらのゾーン同士の間には断熱材２４４が夫々配置されている。

第１ゾーン２４１及び第２ゾーン２４２には、ヒータが内蔵されている。あるいは、冷却装置を内蔵してもよい。第１ゾーン乃至第３ゾーン２４１〜２４３はそれぞれ異なる温度に設定される。

例えば、ある時間において、第３ゾーン２４３は第２ゾーン２４２よりも低い低温に、第２ゾーン２４２は第１ゾーン２４１よりも低くかつ第３ゾーン２４３よりも高い中温に、第１ゾーンは第２ゾーン２４２よりも高い高温に、それぞれ温度設定されている。

図１６に示すように、第１ゾーン乃至第３ゾーン２４１〜２４３の設定温度は、変更パターンはすべて同じであって、変更する時間がシフトしている。

以上にように構成された保持トレイ２３２において、第１乃至第３ゾーンに分けて加熱する。成形を開始しガラス成形品１１ｂが冷却ユニット１４に置かれる直前までに第１ゾーン２４１を高温状態にしておく。この第１ゾーン２４１にガラス成形品１１ｂを並べる。この第１ゾーン２４１がガラス成形品１１ｂで一杯になる直前までに第２ゾーンを高温状態にしておく。第１ゾーン２４１のスペースがなくなったら、第２ゾーン２４２にガラス成形品１１ｂを並べていく。これと同時に第１ゾーン２４１は徐々に設定温度を下げていく。第２ゾーン２４２がガラス成形品１１ｂで一杯になる直前までに第３ゾーン２４３を高温状態にしておく。第２ゾーン２４２のスペースがなくなったら、第３ゾーン２４３にガラス成形品１１ｂを並べていく。これと同時に第２ゾーン２４２は徐々に設定温度を下げていく。第３ゾーン２４３がガラス成形品１１ｂで一杯になったら第３ゾーン２４３も徐々に設定温度を下げていき、ある程度の温度まで下がったら、ガラス成形品１１ｂを予熱冷却チャンバ１５ａの外に搬出する。

本実施形態によれば上記第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、保持トレイ２３２を異なる温度設定の複数ゾーンに分けたことにより、徐冷が長すぎてガラス成形品１１ｂの品質が低下するのを防止するとともに、急冷により破損するのを防止することができる。このため、成形ゾーンから、比較的温度の高いままガラス成形品１１ｂを取り出して成形サイクルを短縮することを可能としている。また、冷却ユニット１４にガラス成形品１１ｂを置くときの温度を一定にしておき成形品の品質を安定する効果も得られる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば成形ゾーン２２の加熱方式は、赤外線ランプ加熱によるものを例示したが、これに限らず、例えば高周波誘導加熱等の他の加熱方式を用いることも可能である。

さらに、各ユニットの配置は上記実施形態に限られるものではない。たとえば、搬入部及び搬出部にロードロック室を設けることも可能である。

また、被成形材や成形品も、上記実施形態に限られるものではなく、温度設定も適宜変更可能である。例えば徐冷終了温度は、ガラス転移点付近を例示したが、材料等に応じて適宜変更可能である。

なお、本実施の形態では、金型部６７の加熱手段としてヒータユニット７２を用いたが、高周波誘導加熱（ＲＦ）を使用してもよい。また、金型部６７のプレス駆動手段として、本実施の形態ではサーボモータ６８を駆動源として説明したが、油圧シリンダや空気圧シリンダを用いても良い。

また、冷却ユニット１４において、ヒータ３４の温度設定で冷却する場合について説明したが、自然放冷により冷却されてもよいし、冷却と冷内部に冷却水を循環させて間接的に水冷を行っても良い。

さらに第２及び第３実施形態においては傾斜面１３２ａを例示したが、上下の段差を適用することも可能である。さらに、これらの傾斜面または段差部を螺旋状としてもよい。

さらに、係合機構５５として細長い爪５５ａ，５５ｂを設け、被係合部としての挿入孔部２ａ，４２ｂに挿通させて保持する場合について説明したが、爪の挿入によって弾性的に開閉可能な部材を被係合部として保持バケット３７に設けてもよい。

また複数の実施形態の特徴を組み合わせて実施することも可能である。

この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の第１実施形態に係る成形装置の平面図。 同成形装置の側面図。 同成形装置の予熱ユニット及び冷却ユニットの斜視図。 同成形装置の搬送ユニットを示す側面図。 同搬送ユニットの加熱部を示す側面図。 同搬送ユニットの加熱部を示す斜視図。 同搬送ユニットの搬送部の開閉状態を示す側面図 同搬送ユニットの搬送部の開閉状態を示す平面図 同実施形態に係る成形装置を示す説明図。 同実施形態に係る成形装置の成形品の製造工程を示す説明図。 同実施形態に係る成形装置の成形特性を示すグラフ。 本発明の第２実施形態に係る成形装置の予熱ユニットの平面図。 同予熱ユニットの側面図。 本発明の第３実施形態に係る成形装置の冷却ユニットの保持トレイの平面図。 同冷却ユニットの保持トレイの温度設定の説明図。 成形装置の一例における成形特性を示すグラフ。

１０…成形装置、１１ａ…ガラス素材、１１ｂ…ガラス成形品、１２…プレスユニット、１３…予熱ユニット、１４…冷却ユニット、１５ａ…予熱冷却チャンバ、１５ｂ…搬送チャンバ、１５ｃ…成形チャンバ、１５ｄ…窒素ガスボンベ、１５ｅ…真空ポンプ、
１６…搬送ユニット、１７…制御部、２２…成形ゾーン、２３…予熱ゾーン、
２４…冷却ゾーン、３２…保持トレイ、３４…ヒータ、３７…保持バケット、
３８…バケット加熱部、３９…移動機構部、４１．４２…開閉部材、４１ａ．４２ａ…凹部、４１ｂ．４２ｂ…挿入孔部、４３…収容凹部、４５…バケットトレイ、４５ａ…凹部、４７…バケットヒータ、５１…移動アーム、５３…保持機構、５４…吸着機構部、
５５ａ．５５ｂ…爪（被係合部）、５５…係合機構、６７…金型部、６７ｂ…下金型、
６７ａ…上金型、７１…プレスチャンバ、７２…ヒータユニット、
１３２、２３２…保持トレイ、１３２ａ…傾斜面、２４１…第１ゾーン、
２４２…第２ゾーン、２４３…第３ゾーン、２４４…断熱材。

Claims (12)

1. 被成形材を加圧して成形処理するプレスユニットと、
   前記成形処理の前に前記被成形材を加熱処理する予熱ユニットと、
   前記予熱ユニットにて加熱された被成形材を加熱処理しながら前記プレスユニットに搬送する搬送ユニットと、
   前記成形処理された前記被成形材を冷却処理する冷却ユニットと、
   を備えたことを特徴とする成形装置。
2. 前記予熱ユニット、前記搬送ユニット、前記プレスユニット及び前記冷却ユニットを外部から隔離して収容するとともに、その内部が減圧状態または不活性ガス状態に保持可能に構成された隔離チャンバをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の成形装置。
3. 前記搬送ユニットは、前記プレスユニット、前記予熱ユニット、及び前記冷却ユニットの間で、前記被成形材または前記成形品を搬送することを特徴とする請求項１記載の成形装置。
4. 前記搬送ユニットは、被成形材を収容して保持する保持容器と、前記保持容器を加熱する加熱機構部と、加熱された前記保持容器を移動させる移動機構部と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の成形装置。
5. 前記搬送ユニットは、さらに、前記移動機構部によって移動されるとともに前記成形処理後の成形品を吸着する吸着機構部を備えたことを特徴とする請求項４記載の成形装置。
6. 前記プレスユニットは、前記被成形材を挟持及び開放可能な金型部と、
   前記金型部の外周に設けられ、前記隔離チャンバ内の空間に対して開閉可能であって閉状態において少なくとも前記金型部を前記隔離チャンバ内において隔離して収容するとともにその内部が減圧状態または不活性ガス状態に保持可能に構成されたプレスチャンバと、
   前記プレスチャンバの外周に設けられ、前記金型部を加熱するヒータユニットと、
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の成形装置。
7. 前記予熱ユニット及び前記冷却ユニットの少なくともいずれかは、複数の前記被成形材または前記成形後の成形品を保持可能であり、複数の前記被成形材または成形品に対して同時に処理をすることが可能であることを特徴とする請求項１記載の成形装置。
8. 前記被成形材に対して前記プレス処理、前記予熱処理、前記搬送処理、及び前記冷却処理の少なくともいずれかの処理をしている間に、他の前記被成形材に対して、前記プレス処理、前記予熱処理、前記搬送処理、及び前記冷却処理のうちの別の処理がなされるよう動作することを特徴とする請求項１乃至７記載の成形装置。
9. 前記予熱ユニット及び前記冷却ユニットは、複数の前記成形後の成形品を保持する保持トレイを備え、
   前記保持トレイは位置によって異なる温度設定が可能な複数のゾーンを有したことを特徴とする請求項１記載の成形装置。
10. 前記予熱ユニットの保持トレイにおける前記被成形材を保持する面は段差または傾斜を有することを特徴とする請求項９記載の成形装置。
11. 前記段差または前記傾斜は螺旋状に構成されたことを特徴とする請求項１０記載の成形装置。
12. 前記被成形材を加圧して成形処理するプレス工程と、前記プレス工程の前に被成形材を加熱処理する予熱工程と、前記予熱ユニットにて加熱された被成形材を加熱処理しながら搬送する搬送工程と、前記成形処理された前記被成形材を冷却処理する冷却工程と、を備え、
    前記複数の工程のいずれか２つ以上の処理が並行して行われることを特徴とする成形品の製造方法。

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