JP3890167B2 - ガラスのプレス成形装置及びその作業方法並びに光学レンズの成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学用等のガラスのプレス成形装置及びその作業方法に関し、特に、プレス成形型等の交換や保守に係る時間を短縮することが可能なプレス成形装置及びその作業方法並びに光学レンズの成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プレス後において研磨を必要としない高精度の光学レンズを成形するためのプレス成形装置の開発が盛んである。この種のプレス成形装置においては、ガラスプリフォーム、すなわちプレス成形のために予備成形したガラス素材を、抵抗体による抵抗加熱装置等によりガラス転移点程度にまで予備加熱し、別途、高周波誘導加熱装置等により加熱した成形型でプレスして、所望の光学ガラス形状に成形する。
【０００３】
プレス成形において光学ガラスの高い面精度を維持するためには、特に成形型の成形面における高度な保守管理が重要である。成形型はプレスに先立って高温に昇温されるため、その成形面は酸化による面精度の低下の危険に晒される。そのため従来から、窒素ガス等の非酸化性ガスに気体交換されたチャンバー内で、前記ガラスプリフォームの加熱及びプレスを行うことが、広く行われている。
【０００４】
しかしながら、このような非酸化ガス雰囲気中においても、繰り返しプレスを行うことによって、成形面の面精度が低下したり、表面にガラスが付着したり、あるいは部品が破損したりすることがあるため、作業者が定期的（例えば、数日に一度）にチャンバー内にアクセスし、その保守、点検を行う必要が生じる。
【０００５】
従来のこの種のプレス成形装置において、成形型の保守、点検の必要が生じた場合、作業者は以下の手順を行う。
（１）成形型及びガラスの加熱装置を断電し、チャンバー内の温度が下がるのを待つ。
（２）チャンバー内の温度が室温近くになった時点で、チャンバーに備えられた開閉扉を開放し、内部にアクセスして必要な保守又は点検を行う。
（３）開閉扉を閉じて、チャンバー内の空気を排気し、非酸化性ガスを充填する。
（４）成形型及びガラスの加熱装置を継電し、これら及びチャンバー内の温度が所定温度に上昇するのを待つ。
（５）チャンバー内にガラスプリフォームを供給し、プレス成形を再開する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、保守又は点検後において、各加熱装置及びチャンバー内を所定温度までに昇温するために、相当の時間が掛かっていた。前記保守又は点検の作業は、定期的に行う必要があるので、その必要時間が、プレス成形の生産性向上の妨げとなる。特に、通常、ガラスプリフォームの加熱装置としては、抵抗体を用いた抵抗加熱が採用されているが、特にこの昇温及び降温には時間を要していた。
【０００７】
従って本発明の目的は、保守又は点検作業の前後におけるチャンバー内の降温及び昇温に必要な時間を短縮することによって、プレス成形の生産性を改善することができるプレス成形装置及びその作業方法並びに光学レンズの成形方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス素材をプレスしてガラスを成形する成形装置に関する。本発明の成形装置は、ガラス素材をプレスしてガラスを成形する成形装置であって、気密性を有し、少なくとも、前記ガラス素材を加熱するガラス加熱手段を備えた加熱室と、気密性を有し、少なくとも、前記加熱されたガラス素材を所定のガラス形状に成形する成形型を有するプレス手段と、前記成形型を所定の温度に加熱する型加熱手段とを備えた成形室と、前記加熱室と前記成形室とを連通する通路と、この通路を開閉するシャッターと、前記ガラス素材を保持しながら前記ガラス加熱手段による加熱領域に搬送し、更に、加熱された前記ガラス素材を、前記通路を介し前記加熱室から前記成形室へ搬送するとともに、前記ガラス素材を前記成形型に供給した後、再び前記加熱室に後退する第１の搬送手段と、プレス後のガラスを前記成形型から取り出して搬送する第２の搬送手段とを、備えた構成としてある。
【０００９】
具体的には、プレス成形時に非酸化性ガス雰囲気にされる気密性のある加熱室であって、少なくともその内部に、前記ガラス素材を加熱して所定の粘度に軟化させるガラス加熱手段と、前記ガラス素材を保持しながら前記ガラス加熱手段による加熱領域に搬送し、更に、加熱された前記ガラス素材を搬送するとともに、前記ガラス素材を前記成形型に供給した後、再び前記加熱室に後退する第１の搬送手段とを備えるものと、前記加熱室内の非酸化性ガス雰囲気を維持しつつ該加熱室内に前記ガラス素材を搬入可能とする搬入手段と、プレス成形時に非酸化性ガス雰囲気にされる気密性のある成形室であって、少なくともその内部に、前記搬送されたガラス素材をプレスして所定の光学用ガラス形状を成形する成形型を備えたプレス手段、前記成形型を所定の温度に加熱する型加熱手段、及びプレス後のガラスを前記成形型から取り出して搬送する第２の搬送手段とを備えるものと、前記成形室内の非酸化性ガス雰囲気を維持しつつ該成形室外へ前記ガラスを搬出可能とする搬出手段と、前記加熱室と前記成形室とを連通し、前記第１の搬送手段により前記加熱室内のガラス素材を前記成形室内へ搬送可能とする通路と、前記第１の搬送手段により前記加熱室内のガラス素材を前記成形室内へ搬送する際には、前記通路を介しての前記ガラス素材の搬送を可能とするために開かれると共に、前記成形室内で作業をする際には、前記加熱室と前記成形室とを気体交換不能にするために閉じられるシャッターと、前記成形室内で作業をする際には、作業者が前記成形室内にアクセスするために開かれる前記成形室に設けられた開閉扉とを備えて構成される。
【００１０】
なお、前記ガラス素材には、ガラスを予め所定形状にしたガラスプリフォームのほか、溶融ガラスを切断し或いはさらに粘度や形状を調整したガラスコブも含む。
【００１１】
この場合において、前記シャッターが、前記成形室内の作業の際に、前記加熱室と前記成形室を熱的に遮断するものであることが好ましい。
具体的には、前記シャッターが、周囲に気密部材を備えたゲートバルブであることが好ましい。
【００１２】
また、前記型加熱手段が、高周波誘導加熱により前記成形型を加熱するものであることが好ましい。
【００１３】
また、前記ガラス加熱手段が、抵抗体による抵抗加熱により前記ガラス素材を加熱するものであることが好ましい。
【００１４】
更に、前記開閉扉は、前記成形室内を視認できる透光性部材による窓を備えたことが好ましい。
【００１５】
また、本発明はプレス成形装置における作業方法に関する。すなわち、外部から供給されたガラス素材を加熱して所定の粘度に軟化させるための加熱室と、前記ガラス素材を、加熱された成形型でプレスして所定のガラス形状を成形するための成形室と、前記ガラス素材を前記加熱室から前記成形室へ搬送可能とする通路を開閉するシャッターと、前記成形室内へアクセスするための開閉扉とを備えたプレス成形装置における前記成形室内で作業者による作業を行う作業方法であって、前記ガラス素材の供給及び搬送を停止する工程と、前記シャッターを閉じて、前記加熱室と前記成形室とを気体交換不能に遮断する工程と、前記成形室内の雰囲気温度を下げる工程と、前記開閉扉を開放して前記成形室内で作業を可能とする工程とを備えて構成される。
【００１６】
ここで、成形室内における「作業」とは、成形室内に設置された各種装置や部品を修理し、交換し、または点検する保守・点検作業を含む。
【００１７】
また、前記成形室内での作業の終了後に、前記開閉扉を閉じて、前記成形室内を、非酸化性ガス雰囲気に気体交換する工程と、前記成形型を所定温度まで加熱する工程と、前記シャッターを開く工程と、前記ガラス素材の供給及び搬送を再開する工程とを更に備えて構成することが好ましい。
【００１８】
また、前記シャッターは、前記成形室内での作業の際に、前記加熱室と前記成形室を熱的に遮断するものであることが好ましい。
【００１９】
また、前記成形型は、高周波誘導加熱により加熱されることが好ましく、また、前記加熱室において前記ガラス素材は、抵抗体による抵抗加熱により加熱されることが好ましい。
【００２０】
更に、前記成形型は、その成形面に、炭素系薄膜を備えたものであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、光学レンズの成形方法に関する。すなわち、前記ガラスのプレス成形装置を用い、前記ガラス素材を前記加熱室で予備加熱した後、前記成形室の成形型でプレスして光学レンズを成形する方法としてある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に沿って説明する。図１は本発明の一実施形態に係るプレス成形装置の概略平断面図である。図に示すように、本実施形態に係るプレス成形装置１０は、加熱室２０及び成形室３０を備える。加熱室２０と成形室３０は、通路４０で相互に連通されており、該加熱室２０、成形室３０及び通路４０によって、外部から遮断された一つの密閉空間が形成されている。ステンレスその他の部材により、この密閉空間の外壁を形成し、シーリング材によって、その気密性を保証することができる。この加熱室２０、成形室３０及び通路４０によって形成される密閉空間は、光学ガラスの成形に際して、非酸化性ガス雰囲気にされる。すなわち、図示しないガス交換装置によって、該空間内の空気が排気され、代わりに非酸化性ガスが充填される。非酸化性ガスとしては、好適には窒素ガスが用いられる。
【００２３】
加熱室２０は、供給されるガラスプリフォームＧをプレスに先立って予備加熱するための領域であり、ここには、ガラス加熱装置２２及びガラスプリフォーム供給用のハンドラ（以下、供給ハンドラ２３という）が設置される。また、外部からガラスプリフォームＧを加熱室２０内へ供給するための搬入部２１が設置される。搬入部２１は、気密性を維持しつつガラスプリフォームを搬入するために、図示しない搬入室を備えており、外部から供給されたガラスプリフォームをここに搬入し、この内部を非酸化性ガスで充填した後に、加熱室２０側の扉を開けて順次ガラスプリフォームを内部へ搬入する。
【００２４】
供給ハンドラ２３は、搬入部２１から搬入されるガラスプリフォームＧを、ガラス加熱装置２２による加熱領域に搬送し、更に、加熱後のガラスプリフォームを成形室３０へ搬送する。供給ハンドラ２３は、そのアーム２４の先端に浮上皿２５を備え、その上でガラスプリフォームを浮上させながら保持する。実施形態のものでは、加熱室２０内に固定される駆動部２３ａによって、浮上皿２５を備えるアーム２４が水平に支承され、該アーム２４は略９０度の回転角をもって水平方向に回動される。また、アーム２４は、駆動部２３ａを中心とした半径方向に出退可能に構成されており、これによって、保持したガラスプリフォームを成形室３０に搬送可能にする。供給ハンドラ２３及び浮上皿２５の詳細については後述する。
【００２５】
ガラス加熱装置２２は、供給されたガラスプリフォームＧを所定の粘度に相応する温度にまで加熱するためのものである。ガラスプリフォームを安定して一定の温度まで昇温するために、抵抗素子を用いた抵抗加熱による加熱装置を用いることが好ましい。ガラス加熱装置２２は、図で示すように、アーム２４上に保持したガラスプリフォームの移動軌跡下に設置され、したがって、アーム２４の回動によるガラスプリフォームの搬送中に、該ガラスプリフォームを加熱することができる。もっとも、アーム２４をガラス加熱装置２２上で所定時間停止し、ガラスを加熱するようにしても良い。これらの事項は、対象となるガラスの加熱に必要な時間に応じて決定される。
【００２６】
一方、成形室３０は、前記加熱室２０において予備加熱されたガラスプリフォームＧをプレスして、所望の形状のガラス（以下、光学ガラスＧという）を成形するための領域であり、ここには、プレス装置３３及び光学ガラスの搬出用のハンドラ（以下、搬出ハンドラ３２という）が設置される。また、プレス成形された光学ガラスを外部へ搬出するための搬出部３１が設置される。搬出部３１は、成形室３０の気密性を維持しつつ光学ガラスを外部へ搬出するために、非酸化性ガスが充填された図示しない搬出室を備えている。搬出ハンドラ３２から渡された光学ガラスは、この搬出室に一旦搬入されてから外部に搬出される。
【００２７】
プレス装置３３は、供給ハンドラ２３によって加熱室２０から搬送されるガラスプリフォームを受け入れ、これをプレスして所望の形状の光学ガラスを成形する。プレス装置３３は、後述するように、上型及び下型を含む成形型を備えており、その間に供給されたガラスプリフォームをそれらの成形面によってプレスする。前記成形型の周囲には、これを加熱するための型加熱装置３４が設置されている。型加熱装置３４の好ましい実施態様は、高周波誘導を用いた加熱方式のものである。ガラスプリフォームのプレスに先立って、成形型をこの型加熱装置３４によって加熱し、所定の温度に維持する。プレス時における成形型の温度は、予熱されたガラスプリフォームの温度と略同じであっても、又はそれよりも低いものであっても良い。実施形態における成形型及び型加熱装置の詳細については、後述する。
【００２８】
搬出ハンドラ３２は、プレス装置３３によってプレスされた光学ガラスを、前記搬出部３１へ受け渡すものである。搬出ハンドラ３２は、駆動部３２ａに対し回動自在に支承されたアーム３２ｂの先端に吸着パッド３２ｃを備えている。吸着パッド３２ｃは、成形型の下型上にある光学ガラスを真空吸着し、搬出ハンドラ３２による搬送を可能にする。アーム３２ｂの回動により吸着された光学ガラスは、搬出部３１下に搬送され、ここに設置された図示しない昇降手段上に置かれる。アーム３２ｂの待避後に、該昇降手段が上昇され、光学ガラスは搬出部３１へ受け渡される。
【００２９】
前記成形室３０は、その前面側に開閉扉３５を備える。開閉扉３５は、プレス成形装置の保守、点検時に、作業者が成形室内部にアクセスできるようにする。開閉扉３５の周囲には、シール部材３５ａが備えられており、プレス時に開閉扉３５を閉じた状態で、成形室３０内の気密性が保証される。開閉扉３５は、またガラス製（例えば石英ガラス）の窓３５ｂを備えており、ここよりプレス成形の様子が外部から視認できるようにされている。
【００３０】
本実施形態において、前記加熱室２０及び成形室３０は、通路４０によって連通されている。通路４０は、供給ハンドラ２３によるガラスプリフォームの加熱室２０から成形室３０への受け渡しを可能とすると共に、両室相互間における気体の交換を可能にする。これによって、プレス成型時においては、加熱室２０と成形室３０の気圧、ガス濃度及び温度は略一定にされる。
【００３１】
本発明において、前記通路４０には、シャッターとしての気密バルブ４１が備えられている。気密バルブ４１は、それが閉じられることによって、加熱室２０と成形室３０との間における前記気体交換をできないようにする。この気密バルブ４１は、プレス成形時においては完全に開かれているが、作業者による成形室３０内の保守又は点検時には、閉じられ、加熱室２０側の気体状態を維持する。気密バルブ４１の詳細については、後述する。
【００３２】
図２は、プレス装置３３における成形型及び型加熱装置を示す断面図である。図に示すように、成形型５０は、筒状に形成された上下の母型内５１ａ、５１ｂに、上型５３ａ、下型５３ｂ及び上下のスリーブ５２ａ、５２ｂを備えて構成される。上型及び下型の互いの対向面は、成形する光学ガラスの球面に合わせて設計される成形面５４ａ及び５４ｂである。前記供給ハンドラ２３によって供給されるガラスプリフォームＧは、図のように下型の成形面５４ｂ上に置かれ、上型の成形面５４ａをこれに対し下降することによって、プレスされる。好ましい、実施形態において、上型５３ａ及び下型５３ｂは、炭化ケイ素からなり、その形成面に硬質の炭素膜を被膜したものが用いられる。上型５３ａの周囲に設けられたスリーブ５２ａは、上型５３ａと母型５１ａ間で上下方向に移動可能にされる。プレス、すなわち下型５３ｂに対し上型５３ａを接近させた際に、上部スリーブ５２ａと下部スリーブ５２ｂが接触し、上部スリーブ５２ａが上方に持ち上がって、上型の成形面５４ａの下型５３ｂに対する進行を可能にする。これによって、上型の成形面５４ａは、ガラスプリフォームＧを完全にプレスした状態で、下部スリーブ５２ｂ内に位置する。このスリーブの一部は、上型及び下型の成形面５４の周囲に位置し、これが成形される光学ガラスの周囲を規定する。すなわち該スリーブの部分によって、光学ガラスの径が決定される。なお、上下母型５１には、その対向面にガイドピン５５ａ及び対応する穴５５ｂが設けられ、プレス時に成形型の位置決めを保証する。好ましい実施形態において、前記スリーブは炭化ケイ素であり、各母型はタングステン合金である。
【００３３】
前記成形型の周囲には、型加熱装置を構成する誘導加熱コイル５６が配置されている。誘導加熱コイル５６により、成形型５０を所定温度に加熱する。すなわち、成形型５０の外面を構成する母型５１が、該誘導加熱コイル５６によって直接的に誘導加熱され、上型５３ａ、下型５３ｂ及びスリーブ５２ａ、５２ｂが母型からの熱伝導によって間接的に加熱される。一つの実施形態において、成形型５０はこの誘導加熱コイル５６によって所定の温度、例えば、供給されるガラスプリフォームよりも低い温度（１０8〜１０12ポアズの粘度にするに必要な相当温度）程度に予備加熱された後、ガラスプリフォームＧを受け入れてこれをプレスする。
【００３４】
図３は、加熱室２０に設置された供給ハンドラ２３のアーム先端を示す平面図及びそのＡ−Ａ線における断面図である。供給ハンドラのアーム２４先端には、ガラスプリフォームＧを保持する浮上皿２５が備えられている。浮上皿２５は、ガラスプリフォームＧを保持するために、すり鉢状の受け部２６を有している。アーム２４を介して供給される非酸化性ガスがこの受け部内へ与えられ、該ガスの圧力によって、ガラスプリフォームＧは、受け部内で僅かに浮上されながら搬送される。
【００３５】
ここで、前記アーム２４及び浮上皿２５は、その幅方向に分割可能に構成されている。以下では、これらをアーム分割体２４ａ、２４ｂ、浮上皿分割体２５ａ、２５ｂという。駆動部２３ａ内の図示しない駆動機構によって、アーム分割体２４ａ、２４ｂが相互に開かれると、浮上皿分割体２５ａ、２５ｂも相互に開かれ、これによって受け部２６内のガラスプリフォームＧは、浮上皿２５から下方に落下される。浮上皿２５がプレス装置の成形型間にある位置で、アーム分割体２４ａ、２４ｂを開くことによって、供給ハンドラ２３からプレス装置３３の下型へのガラスプリフォームの受け渡しが完了する。なお、浮上皿２５の材質としては、高密度カーボンの表面をグラッシーカーボン化したものを用いることができる。
【００３６】
図４は、加熱室２０と成形室３０を連通する通路４０上に設置される気密バルブ４１の一実施形態を示している。図において、気密バルブ４１は、空気圧によって動作されるシリンダ４２を備えており、該シリンダ４２によって動作される遮蔽体４３により、前記通路４０が開放又は閉鎖される。遮蔽体４３の周囲には、シーリング部材４３ａが設けられ、従って遮蔽体４３の閉塞時には、加熱室２０及び成形室３０間で気体交換ができないようになる。好ましい実施形態において、遮蔽体４３は、アルミニウムやステンレススチールなどの酸化耐性の高いものを用いるが、更に好ましくは、これが加熱室２０と成形室３０との間の熱交換を最小に抑えることができる材質あるいは構造のものを用いる。当業者であれば、本発明において利用可能な気密バルブがどのようなものであるべきかを理解するであろう。
【００３７】
次に、前記プレス成形装置１０による光学ガラスの成形の手順（方法）について説明する。説明に際し、前記図１及び図５を参照する。図５は、光学ガラスの成形手順を示すフローチャートである。前記プレス成形装置１０においては、その搬入部２１より順次ガラスプリフォームＧが装置内に供給され、連続的に光学ガラスがプレス成形されるが、ここでは、一つの光学ガラスの成形に着目して、その手順を説明する。
【００３８】
成形に先立って、加熱室２０内及び成形室３０内の気体は、非酸化性ガスにガス交換される。実施形態において、非酸化性ガスは常時室内に供給され、陽圧に保たれる。この非酸化性ガス雰囲気中で、ガラス加熱装置２２及び型加熱装置３４が通電され、所定の温度に維持される。この状態で、通路上の気密バルブ４１は開かれている。
【００３９】
最初の工程で、加熱室２０内へガラスプリフォームＧが供給される（５０１）。具体的には、ガラスプリフォームＧは、最初に搬入部２１の搬入室内へ置かれ、ここを排気後ガス置換してから、加熱室２０内へ供給される。ガラスプリフォームの供給時に、供給ハンドラ２３のアーム２４は、搬入部２１の下方に位置しており、搬入室からのガラスプリフォームは、供給ハンドラ２３の浮上皿２５上に置かれる。
【００４０】
供給ハンドラ２３は、ガラスプリフォームＧを受け取ると、直ちにそのアームを回動し、その浮上皿２５をガラス加熱装置２２上へ移動する。ここで、浮上皿２５には、前記非酸化性ガスがその下方から噴出され、したがって、ガラスプリフォームは、浮上皿２５上で浮上しながら加熱軟化される（５０２）。所定時間ガラスプリフォームを加熱し、その温度が、１０6〜１０8ポアズの粘度に対応する温度になったところで、供給ハンドラ２３を駆動して該ガラスプリフォームを成形室３０におけるプレス装置３３の下型上へ供給する（５０３）。すなわち、加熱位置からアーム２４を更に回動させ、浮上皿２５が通路４０を臨む位置へ来たところで停止し、次いでアーム２４を伸長して浮上皿２５をプレス装置３３の成形型間に及ばせ、更にアーム分割体２４ａ、２４ｂを開いて浮上皿２５上のガラスプリフォームＧを下型上へ落下させる。その後、供給ハンドラ２３は、アームを後退させて初期位置、すなわち搬入部２１の下へ移動し、次のガラスプリフォームを受け取るために待機される。
【００４１】
ガラスプリフォームが供給された時点で、成形型５０の温度は、型加熱装置３４による誘導加熱によって、ガラスが１０8〜１０12ポアズの粘度に対応する温度に予熱されている。図２に示すように下型５３ｂにガラスプリフォームＧが供給され、アームが成形型５０外へ後退されると、直ちに、下型５３ｂが上昇され、上型５３ａとで該ガラスプリフォームＧをプレスし、所望の光学ガラスが成形される（５０４）。下型５３ｂの上昇と同時に、型加熱装置３４は断電され、また、非酸化性ガスが成形型の母型内に流入されると共に外からも吹き付けられ、これによって成形型が冷却される（５０５）。そして、成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、下型５３ｂを下降し、光学ガラスを搬出可能とする。
【００４２】
次いで、搬出ハンドラ３２によって、下型上の光学ガラスを搬出部３１へ搬送する（５０６）。すなわち、図１のように搬出ハンドラ３２を駆動して、そのアーム３２ｂを回動し、先端の吸着パッド３２ｃを下型上へ移動する。吸着パッド３２ｃによって下型上の光学ガラスＧを吸着し、アーム３２ｂを回転させて、これを搬出部３１下方の昇降手段へ搬送し、吸着パッド３２ｃの吸着を解除して、昇降手段上へ光学ガラスを渡す。昇降手段を上昇して搬出部３１の搬出室内を介し、成形室３０外へ光学ガラスを搬出する（５０７）。前記型加熱装置３４は、光学ガラスが下型から搬出されると直ちに通電され、次のプレス成形に備えて成形型を所定温度にまで加熱する。以上の手順を連続して行うことにより、効率的に光学ガラスの生産が行われる。
【００４３】
次に、前記光学ガラスの成形の途中で行われる、成形室３０内の機器、特にプレス装置３３における成形型の保守又は点検作業の手順について説明する。説明に際し、前記図１及び図６を参照する。図６は、成形室３０内の保守又は点検作業の手順を示すフローチャートである。成形型の成形面は、高精度に維持される必要があるが、所定回数のプレスによって、成形面が劣化し又はガラスが付着する。そのため、定期的にその交換が必要となり、この場合、作業者は、開閉扉３５を開いて作業を行う。以下に、プレス成形を中止し、成形室の保守又は点検を行い、プレス成形を再開するまでの手順を説明する。
【００４４】
最初の工程で、ガラスプリフォームの供給及び搬送の作業を停止する（６０１）。具体的には、搬入部２１からのガラスプリフォームの搬入を中止し、供給ハンドラ２３、搬出ハンドラ３２の駆動を停止する。次に、通路上の気密バルブ４１を閉じる（６０２）。これによって、加熱室２０と成形室３０との間の気体交換が禁止される。この状態で、型加熱装置３４を断電し、成形室３０内の温度を降温する（６０３）。型加熱装置３４は、高周波誘導加熱により加熱を行っているため、比較的短時間で所定温度にまで成形室３０内の温度を下げることができる。
【００４５】
成形室３０内の温度が常温になった時点で、開閉扉３５を開き、作業者は成形室３０内部にアクセスし、成形型の交換等を含む必要な保守又は点検作業を行う（６０４）。なお、成形室内の保守又は点検時には、前述のように気密バルブ４１が閉じられているので、ガラス加熱装置２２を断電する必要はなく、加熱室２０内の温度は高温に保たれたままとされる。保守又は点検作業が終了した後に、開閉扉３５は閉じられ、成形室内の気密性が再度維持される。この状態で、成形室３０内の空気の排気及び非酸化性ガスの導入が行われる（６０５）。続いて、型加熱装置３４が通電され、成形型は所定の予備温度に加熱される（６０６）。成形型及び成形室内の温度が所定温度に達した時点で、通路上の気密バルブ４１を開放し、成形室３０及び加熱室２０間の気体交換を可能とすると共に、加熱室２０から成形室３０へのガラスプリフォームの搬送を可能とする（６０７）。ガラスプリフォームを加熱室２０内に供給し、プレス成形を再開する（６０８）。従来構造のプレス成形装置において、プレス成形の停止から再開までに４〜５時間を要していたのに対し、本発明の一実施形態においては、３０分程度で作業が完了した。
【００４６】
次に、本発明の参考例について説明する。図７は、本発明の参考例に係るプレス成形装置の概略平断面図である。先の実施形態と同様、この参考例に係るプレス成形装置７０は、加熱室８０と、成形室９０と、これらを連通する通路１００を備え、これらにより一つの密閉空間が形成されている。
【００４７】
加熱室８０には、ガラスプリフォームＧを予備加熱するためのガラス加熱装置８３、及びガラスプリフォームを搬入部８１から搬出部８２まで搬送するための、コンベア８４、第１ハンドラ８５及び第２ハンドラ８６が備えられている。搬入部８１から供給されるガラスプリフォームＧは、順次コンベア８４によって第１ハンドラ８５の前方まで送られる。この実施形態において、ガラスプリフォームＧは、略円盤状であり、筒状のワーク８９に保持された状態で搬送される。コンベア８４における搬入部８１から第１ハンドラ８５の前方位置まで、すなわち予熱ゾーン８７には図示しない抵抗加熱ヒータが設置され、これによって、搬送されるガラスプリフォームＧは所定温度に予熱される。ガラスプリフォームＧが第１ハンドラ８５の前方位置に来ると、第１ハンドラ８５が駆動され、ガラスプリフォームＧを把持してガラス加熱装置８３の位置へ搬送する。ガラス加熱装置８３は、抵抗加熱ヒータによる加熱手段であり、ここでガラスプリフォームＧは、プレスのための所望の温度にまで急加熱される。
【００４８】
第１ハンドラ８５を後退させることによって、ガラス加熱装置８３によって加熱されたガラスプリフォームＧは、再度コンベア８４上に置かれ、その搬送によって、第２ハンドラ８６の前方まで移動される。ここで、第２ハンドラ８６が駆動され、ガラスプリフォームＧは、通路１００を介して、成形室９０内へ搬送される。第２ハンドラ８６は、またプレス後のガラス（以下、光学ガラスという）を成形室９０から加熱室８０へ搬送し、コンベア８４上へ戻す。戻された光学ガラスＧは、コンベア８４によってその徐冷ゾーン８８を通過し搬出部８２へ向けて搬送され、徐々に冷却される。搬出部８２下方まで搬送された光学ガラスＧは、図示しないピックアップ手段により搬出部８２へ送られ、外部へ搬出される。
【００４９】
一方、前記成形室９０には、加熱室８０で予熱されたガラスプリフォームＧをプレスするためのプレス装置９１が設置されている。図８に該プレス装置における成形型の断面図が示されている。先の実施形態の場合と略同様に、成形型１１０は、筒状に形成された上下の母型１１１ａ、１１１ｂ内に、上型１１３ａ、下型１１３ｂ及び上下のスリーブ１１２ａ、１１２ｂを備えて構成される。上型１１３ａ及び下型１１３ｂの互いの対向面は、成形する光学ガラスの球面に合わせて設計される成形面１１４ａ、１１４ｂである。前記第２ハンドラ８６によって供給されるガラスプリフォームＧは、図のように上下型の成形面１１４ａ、１１４ｂ間に配置され、これに対し上型１１３ａ及び下型１１３ｂを動作させることによってプレスされる。成形型１１０の外周には先の実施形態と同様に、高周波誘導加熱による型加熱装置９２が設置され、これによってプレス前の成形型は所定温度に予備加熱される。成形室９０には、また開閉扉９３が設置され、ここからプレス装置９１の保守又は点検が可能にされている。
【００５０】
加熱室８０とプレス室９０を連通する通路１００上には、先の実施形態と同様に、気密バルブ１０１が設置されている。気密バルブ１０１の構成、動作及び機能は、先の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００５１】
上記構成のプレス成形装置７０において、成形室内のプレス装置９１の保守又は点検の必要が生じた場合は、これに先立って、気密バルブ１０１を閉鎖して加熱室８０と成形室９０との間の気体交換を禁止する。これによって、保守又は点検のために開閉扉９３を開けた場合にも、加熱室８０の気密性が保証される。従って、該保守又は点検時に加熱室８０内のガラス加熱装置８３を降温する必要がなくなり、その降温及び昇温に必要となる時間を削減することができる。
【００５２】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。例えば、成形室及び加熱室内における各装置の配置や具体的な構成は、実施形態に示したものに限定されない。また、本発明において前記気密バルブも、遮蔽体を他の方式、例えば手動により昇降させる構成のものであっても良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、プレス成形装置の保守又は点検作業の前後におけるチャンバー内の降温及び昇温に必要な時間を短縮することができ、よってプレス成形の生産性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るプレス成形装置の概略平断面図である。
【図２】 プレス装置における成形型及び型加熱装置を示す断面図である。
【図３】 加熱室に設置された供給ハンドラのアーム先端を示す平面図及びそのＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】 加熱室と成形室を連通する通路上に設置される気密バルブの一実施形態を示す断面図である。
【図５】 光学ガラスの成形手順を示すフローチャートである。
【図６】 成形室内の保守又は点検作業の手順を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の参考例に係るプレス成形装置の概略平断面図である。
【図８】 図７のプレス装置における成形型の断面図である。
【符号の説明】
Ｇ ガラスプリフォーム又は光学ガラス
１０ プレス成形装置
２０ 加熱室
２１ 搬入部
２２ ガラス加熱装置
２３ 供給ハンドラ
２３ａ 駆動部
２４ アーム
２４ａ、２４ｂ アーム分割体
２５ 浮上皿
２５ａ、２５ｂ 浮上皿分割体
２６ 受け部
３０ 成形室
３１ 搬出部
３２ 搬出ハンドラ
３２ａ 駆動部
３２ｂ アーム
３２ｃ 吸着パッド
３３ プレス装置
３４ 型加熱装置
３５ 開閉扉
３５ａ シール部材
３５ｂ 窓
４０ 通路
４１ 気密バルブ
４２ シリンダ
４３ 遮蔽体
４３ａ シーリング部材
５０ 成形型
５１ 母型
５２ スリーブ
５３ａ 上型
５３ｂ 下型
５４ 成形面
５５ａ ガイドピン
５５ｂ 穴
５６ 誘導加熱コイル
７０ プレス成形装置
８０ 加熱室
８１ 搬入部
８２ 搬出部
８３ ガラス加熱装置
８４ コンベア
８５ 第１ハンドラ
８６ 第２ハンドラ
８７ 予熱ゾーン
８８ 徐冷ゾーン
８９ ワーク
９０ プレス室
９０ 成形室
９１ プレス装置
９２ 型加熱装置
９３ 開閉扉
１００ 通路
１０１ 気密バルブ
１１０ 成形型
１１１ 母型
１１２ スリーブ
１１３ａ 上型
１１３ｂ 下型
１１４ 成形面
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学用等のガラスのプレス成形装置及びその作業方法に関し、特に、プレス成形型等の交換や保守に係る時間を短縮することが可能なプレス成形装置及びその作業方法並びに光学レンズの成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プレス後において研磨を必要としない高精度の光学レンズを成形するためのプレス成形装置の開発が盛んである。この種のプレス成形装置においては、ガラスプリフォーム、すなわちプレス成形のために予備成形したガラス素材を、抵抗体による抵抗加熱装置等によりガラス転移点程度にまで予備加熱し、別途、高周波誘導加熱装置等により加熱した成形型でプレスして、所望の光学ガラス形状に成形する。
【０００３】
プレス成形において光学ガラスの高い面精度を維持するためには、特に成形型の成形面における高度な保守管理が重要である。成形型はプレスに先立って高温に昇温されるため、その成形面は酸化による面精度の低下の危険に晒される。そのため従来から、窒素ガス等の非酸化性ガスに気体交換されたチャンバー内で、前記ガラスプリフォームの加熱及びプレスを行うことが、広く行われている。
【０００４】
しかしながら、このような非酸化ガス雰囲気中においても、繰り返しプレスを行うことによって、成形面の面精度が低下したり、表面にガラスが付着したり、あるいは部品が破損したりすることがあるため、作業者が定期的（例えば、数日に一度）にチャンバー内にアクセスし、その保守、点検を行う必要が生じる。
【０００５】
従来のこの種のプレス成形装置において、成形型の保守、点検の必要が生じた場合、作業者は以下の手順を行う。
（１）成形型及びガラスの加熱装置を断電し、チャンバー内の温度が下がるのを待つ。
（２）チャンバー内の温度が室温近くになった時点で、チャンバーに備えられた開閉扉を開放し、内部にアクセスして必要な保守又は点検を行う。
（３）開閉扉を閉じて、チャンバー内の空気を排気し、非酸化性ガスを充填する。
（４）成形型及びガラスの加熱装置を継電し、これら及びチャンバー内の温度が所定温度に上昇するのを待つ。
（５）チャンバー内にガラスプリフォームを供給し、プレス成形を再開する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、保守又は点検後において、各加熱装置及びチャンバー内を所定温度までに昇温するために、相当の時間が掛かっていた。前記保守又は点検の作業は、定期的に行う必要があるので、その必要時間が、プレス成形の生産性向上の妨げとなる。特に、通常、ガラスプリフォームの加熱装置としては、抵抗体を用いた抵抗加熱が採用されているが、特にこの昇温及び降温には時間を要していた。
【０００７】
従って本発明の目的は、保守又は点検作業の前後におけるチャンバー内の降温及び昇温に必要な時間を短縮することによって、プレス成形の生産性を改善することができるプレス成形装置及びその作業方法並びに光学レンズの成形方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス素材をプレスしてガラスを成形する成形装置に関する。本発明の成形装置は、ガラス素材をプレスしてガラスを成形する成形装置であって、気密性を有し、少なくとも、前記ガラス素材を加熱するガラス加熱手段を備えた加熱室と、気密性を有し、少なくとも、前記加熱されたガラス素材を所定のガラス形状に成形する成形型を有するプレス手段と、前記成形型を所定の温度に加熱する型加熱手段とを備えた成形室と、前記加熱室と前記成形室とを連通する通路と、この通路を開閉するシャッターと、前記ガラス素材を保持しながら前記ガラス加熱手段による加熱領域に搬送し、更に、加熱された前記ガラス素材を、前記通路を介し前記加熱室から前記成形室へ搬送するとともに、前記ガラス素材を前記成形型に供給した後、再び前記加熱室に後退する第１の搬送手段と、プレス後のガラスを前記成形型から取り出して搬送する第２の搬送手段とを、備えた構成としてある。
【０００９】
具体的には、プレス成形時に非酸化性ガス雰囲気にされる気密性のある加熱室であって、少なくともその内部に、前記ガラス素材を加熱して所定の粘度に軟化させるガラス加熱手段と、前記ガラス素材を保持しながら前記ガラス加熱手段による加熱領域に搬送し、更に、加熱された前記ガラス素材を搬送するとともに、前記ガラス素材を前記成形型に供給した後、再び前記加熱室に後退する第１の搬送手段とを備えるものと、前記加熱室内の非酸化性ガス雰囲気を維持しつつ該加熱室内に前記ガラス素材を搬入可能とする搬入手段と、プレス成形時に非酸化性ガス雰囲気にされる気密性のある成形室であって、少なくともその内部に、前記搬送されたガラス素材をプレスして所定の光学用ガラス形状を成形する成形型を備えたプレス手段、前記成形型を所定の温度に加熱する型加熱手段、及びプレス後のガラスを前記成形型から取り出して搬送する第２の搬送手段とを備えるものと、前記成形室内の非酸化性ガス雰囲気を維持しつつ該成形室外へ前記ガラスを搬出可能とする搬出手段と、前記加熱室と前記成形室とを連通し、前記第１の搬送手段により前記加熱室内のガラス素材を前記成形室内へ搬送可能とする通路と、前記第１の搬送手段により前記加熱室内のガラス素材を前記成形室内へ搬送する際には、前記通路を介しての前記ガラス素材の搬送を可能とするために開かれると共に、前記成形室内で作業をする際には、前記加熱室と前記成形室とを気体交換不能にするために閉じられるシャッターと、前記成形室内で作業をする際には、作業者が前記成形室内にアクセスするために開かれる前記成形室に設けられた開閉扉とを備えて構成される。
【００１０】
なお、前記ガラス素材には、ガラスを予め所定形状にしたガラスプリフォームのほか、溶融ガラスを切断し或いはさらに粘度や形状を調整したガラスコブも含む。
【００１１】
この場合において、前記シャッターが、前記成形室内の作業の際に、前記加熱室と前記成形室を熱的に遮断するものであることが好ましい。
具体的には、前記シャッターが、周囲に気密部材を備えたゲートバルブであることが好ましい。
【００１２】
また、前記型加熱手段が、高周波誘導加熱により前記成形型を加熱するものであることが好ましい。
【００１３】
また、前記ガラス加熱手段が、抵抗体による抵抗加熱により前記ガラス素材を加熱するものであることが好ましい。
【００１４】
更に、前記開閉扉は、前記成形室内を視認できる透光性部材による窓を備えたことが好ましい。
【００１５】
また、本発明はプレス成形装置における作業方法に関する。すなわち、外部から供給されたガラス素材を加熱して所定の粘度に軟化させるための加熱室と、前記ガラス素材を、加熱された成形型でプレスして所定のガラス形状を成形するための成形室と、前記ガラス素材を前記加熱室から前記成形室へ搬送可能とする通路を開閉するシャッターと、前記成形室内へアクセスするための開閉扉とを備えたプレス成形装置における前記成形室内で作業者による作業を行う作業方法であって、前記ガラス素材の供給及び搬送を停止する工程と、前記シャッターを閉じて、前記加熱室と前記成形室とを気体交換不能に遮断する工程と、前記成形室内の雰囲気温度を下げる工程と、前記開閉扉を開放して前記成形室内で作業を可能とする工程とを備えて構成される。
【００１６】
ここで、成形室内における「作業」とは、成形室内に設置された各種装置や部品を修理し、交換し、または点検する保守・点検作業を含む。
【００１７】
また、前記成形室内での作業の終了後に、前記開閉扉を閉じて、前記成形室内を、非酸化性ガス雰囲気に気体交換する工程と、前記成形型を所定温度まで加熱する工程と、前記シャッターを開く工程と、前記ガラス素材の供給及び搬送を再開する工程とを更に備えて構成することが好ましい。
【００１８】
また、前記シャッターは、前記成形室内での作業の際に、前記加熱室と前記成形室を熱的に遮断するものであることが好ましい。
【００１９】
また、前記成形型は、高周波誘導加熱により加熱されることが好ましく、また、前記加熱室において前記ガラス素材は、抵抗体による抵抗加熱により加熱されることが好ましい。
【００２０】
更に、前記成形型は、その成形面に、炭素系薄膜を備えたものであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、光学レンズの成形方法に関する。すなわち、前記ガラスのプレス成形装置を用い、前記ガラス素材を前記加熱室で予備加熱した後、前記成形室の成形型でプレスして光学レンズを成形する方法としてある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に沿って説明する。図１は本発明の一実施形態に係るプレス成形装置の概略平断面図である。図に示すように、本実施形態に係るプレス成形装置１０は、加熱室２０及び成形室３０を備える。加熱室２０と成形室３０は、通路４０で相互に連通されており、該加熱室２０、成形室３０及び通路４０によって、外部から遮断された一つの密閉空間が形成されている。ステンレスその他の部材により、この密閉空間の外壁を形成し、シーリング材によって、その気密性を保証することができる。この加熱室２０、成形室３０及び通路４０によって形成される密閉空間は、光学ガラスの成形に際して、非酸化性ガス雰囲気にされる。すなわち、図示しないガス交換装置によって、該空間内の空気が排気され、代わりに非酸化性ガスが充填される。非酸化性ガスとしては、好適には窒素ガスが用いられる。
【００２３】
加熱室２０は、供給されるガラスプリフォームＧをプレスに先立って予備加熱するための領域であり、ここには、ガラス加熱装置２２及びガラスプリフォーム供給用のハンドラ（以下、供給ハンドラ２３という）が設置される。また、外部からガラスプリフォームＧを加熱室２０内へ供給するための搬入部２１が設置される。搬入部２１は、気密性を維持しつつガラスプリフォームを搬入するために、図示しない搬入室を備えており、外部から供給されたガラスプリフォームをここに搬入し、この内部を非酸化性ガスで充填した後に、加熱室２０側の扉を開けて順次ガラスプリフォームを内部へ搬入する。
【００２４】
供給ハンドラ２３は、搬入部２１から搬入されるガラスプリフォームＧを、ガラス加熱装置２２による加熱領域に搬送し、更に、加熱後のガラスプリフォームを成形室３０へ搬送する。供給ハンドラ２３は、そのアーム２４の先端に浮上皿２５を備え、その上でガラスプリフォームを浮上させながら保持する。実施形態のものでは、加熱室２０内に固定される駆動部２３ａによって、浮上皿２５を備えるアーム２４が水平に支承され、該アーム２４は略９０度の回転角をもって水平方向に回動される。また、アーム２４は、駆動部２３ａを中心とした半径方向に出退可能に構成されており、これによって、保持したガラスプリフォームを成形室３０に搬送可能にする。供給ハンドラ２３及び浮上皿２５の詳細については後述する。
【００２５】
ガラス加熱装置２２は、供給されたガラスプリフォームＧを所定の粘度に相応する温度にまで加熱するためのものである。ガラスプリフォームを安定して一定の温度まで昇温するために、抵抗素子を用いた抵抗加熱による加熱装置を用いることが好ましい。ガラス加熱装置２２は、図で示すように、アーム２４上に保持したガラスプリフォームの移動軌跡下に設置され、したがって、アーム２４の回動によるガラスプリフォームの搬送中に、該ガラスプリフォームを加熱することができる。もっとも、アーム２４をガラス加熱装置２２上で所定時間停止し、ガラスを加熱するようにしても良い。これらの事項は、対象となるガラスの加熱に必要な時間に応じて決定される。
【００２６】
一方、成形室３０は、前記加熱室２０において予備加熱されたガラスプリフォームＧをプレスして、所望の形状のガラス（以下、光学ガラスＧという）を成形するための領域であり、ここには、プレス装置３３及び光学ガラスの搬出用のハンドラ（以下、搬出ハンドラ３２という）が設置される。また、プレス成形された光学ガラスを外部へ搬出するための搬出部３１が設置される。搬出部３１は、成形室３０の気密性を維持しつつ光学ガラスを外部へ搬出するために、非酸化性ガスが充填された図示しない搬出室を備えている。搬出ハンドラ３２から渡された光学ガラスは、この搬出室に一旦搬入されてから外部に搬出される。
【００２７】
プレス装置３３は、供給ハンドラ２３によって加熱室２０から搬送されるガラスプリフォームを受け入れ、これをプレスして所望の形状の光学ガラスを成形する。プレス装置３３は、後述するように、上型及び下型を含む成形型を備えており、その間に供給されたガラスプリフォームをそれらの成形面によってプレスする。前記成形型の周囲には、これを加熱するための型加熱装置３４が設置されている。型加熱装置３４の好ましい実施態様は、高周波誘導を用いた加熱方式のものである。ガラスプリフォームのプレスに先立って、成形型をこの型加熱装置３４によって加熱し、所定の温度に維持する。プレス時における成形型の温度は、予熱されたガラスプリフォームの温度と略同じであっても、又はそれよりも低いものであっても良い。実施形態における成形型及び型加熱装置の詳細については、後述する。
【００２８】
搬出ハンドラ３２は、プレス装置３３によってプレスされた光学ガラスを、前記搬出部３１へ受け渡すものである。搬出ハンドラ３２は、駆動部３２ａに対し回動自在に支承されたアーム３２ｂの先端に吸着パッド３２ｃを備えている。吸着パッド３２ｃは、成形型の下型上にある光学ガラスを真空吸着し、搬出ハンドラ３２による搬送を可能にする。アーム３２ｂの回動により吸着された光学ガラスは、搬出部３１下に搬送され、ここに設置された図示しない昇降手段上に置かれる。アーム３２ｂの待避後に、該昇降手段が上昇され、光学ガラスは搬出部３１へ受け渡される。
【００２９】
前記成形室３０は、その前面側に開閉扉３５を備える。開閉扉３５は、プレス成形装置の保守、点検時に、作業者が成形室内部にアクセスできるようにする。開閉扉３５の周囲には、シール部材３５ａが備えられており、プレス時に開閉扉３５を閉じた状態で、成形室３０内の気密性が保証される。開閉扉３５は、またガラス製（例えば石英ガラス）の窓３５ｂを備えており、ここよりプレス成形の様子が外部から視認できるようにされている。
【００３０】
本実施形態において、前記加熱室２０及び成形室３０は、通路４０によって連通されている。通路４０は、供給ハンドラ２３によるガラスプリフォームの加熱室２０から成形室３０への受け渡しを可能とすると共に、両室相互間における気体の交換を可能にする。これによって、プレス成型時においては、加熱室２０と成形室３０の気圧、ガス濃度及び温度は略一定にされる。
【００３１】
本発明において、前記通路４０には、シャッターとしての気密バルブ４１が備えられている。気密バルブ４１は、それが閉じられることによって、加熱室２０と成形室３０との間における前記気体交換をできないようにする。この気密バルブ４１は、プレス成形時においては完全に開かれているが、作業者による成形室３０内の保守又は点検時には、閉じられ、加熱室２０側の気体状態を維持する。気密バルブ４１の詳細については、後述する。
【００３２】
図２は、プレス装置３３における成形型及び型加熱装置を示す断面図である。図に示すように、成形型５０は、筒状に形成された上下の母型内５１ａ、５１ｂに、上型５３ａ、下型５３ｂ及び上下のスリーブ５２ａ、５２ｂを備えて構成される。上型及び下型の互いの対向面は、成形する光学ガラスの球面に合わせて設計される成形面５４ａ及び５４ｂである。前記供給ハンドラ２３によって供給されるガラスプリフォームＧは、図のように下型の成形面５４ｂ上に置かれ、上型の成形面５４ａをこれに対し下降することによって、プレスされる。好ましい、実施形態において、上型５３ａ及び下型５３ｂは、炭化ケイ素からなり、その形成面に硬質の炭素膜を被膜したものが用いられる。上型５３ａの周囲に設けられたスリーブ５２ａは、上型５３ａと母型５１ａ間で上下方向に移動可能にされる。プレス、すなわち下型５３ｂに対し上型５３ａを接近させた際に、上部スリーブ５２ａと下部スリーブ５２ｂが接触し、上部スリーブ５２ａが上方に持ち上がって、上型の成形面５４ａの下型５３ｂに対する進行を可能にする。これによって、上型の成形面５４ａは、ガラスプリフォームＧを完全にプレスした状態で、下部スリーブ５２ｂ内に位置する。このスリーブの一部は、上型及び下型の成形面５４の周囲に位置し、これが成形される光学ガラスの周囲を規定する。すなわち該スリーブの部分によって、光学ガラスの径が決定される。なお、上下母型５１には、その対向面にガイドピン５５ａ及び対応する穴５５ｂが設けられ、プレス時に成形型の位置決めを保証する。好ましい実施形態において、前記スリーブは炭化ケイ素であり、各母型はタングステン合金である。
【００３３】
前記成形型の周囲には、型加熱装置を構成する誘導加熱コイル５６が配置されている。誘導加熱コイル５６により、成形型５０を所定温度に加熱する。すなわち、成形型５０の外面を構成する母型５１が、該誘導加熱コイル５６によって直接的に誘導加熱され、上型５３ａ、下型５３ｂ及びスリーブ５２ａ、５２ｂが母型からの熱伝導によって間接的に加熱される。一つの実施形態において、成形型５０はこの誘導加熱コイル５６によって所定の温度、例えば、供給されるガラスプリフォームよりも低い温度（１０8〜１０12ポアズの粘度にするに必要な相当温度）程度に予備加熱された後、ガラスプリフォームＧを受け入れてこれをプレスする。
【００３４】
図３は、加熱室２０に設置された供給ハンドラ２３のアーム先端を示す平面図及びそのＡ−Ａ線における断面図である。供給ハンドラのアーム２４先端には、ガラスプリフォームＧを保持する浮上皿２５が備えられている。浮上皿２５は、ガラスプリフォームＧを保持するために、すり鉢状の受け部２６を有している。アーム２４を介して供給される非酸化性ガスがこの受け部内へ与えられ、該ガスの圧力によって、ガラスプリフォームＧは、受け部内で僅かに浮上されながら搬送される。
【００３５】
ここで、前記アーム２４及び浮上皿２５は、その幅方向に分割可能に構成されている。以下では、これらをアーム分割体２４ａ、２４ｂ、浮上皿分割体２５ａ、２５ｂという。駆動部２３ａ内の図示しない駆動機構によって、アーム分割体２４ａ、２４ｂが相互に開かれると、浮上皿分割体２５ａ、２５ｂも相互に開かれ、これによって受け部２６内のガラスプリフォームＧは、浮上皿２５から下方に落下される。浮上皿２５がプレス装置の成形型間にある位置で、アーム分割体２４ａ、２４ｂを開くことによって、供給ハンドラ２３からプレス装置３３の下型へのガラスプリフォームの受け渡しが完了する。なお、浮上皿２５の材質としては、高密度カーボンの表面をグラッシーカーボン化したものを用いることができる。
【００３６】
図４は、加熱室２０と成形室３０を連通する通路４０上に設置される気密バルブ４１の一実施形態を示している。図において、気密バルブ４１は、空気圧によって動作されるシリンダ４２を備えており、該シリンダ４２によって動作される遮蔽体４３により、前記通路４０が開放又は閉鎖される。遮蔽体４３の周囲には、シーリング部材４３ａが設けられ、従って遮蔽体４３の閉塞時には、加熱室２０及び成形室３０間で気体交換ができないようになる。好ましい実施形態において、遮蔽体４３は、アルミニウムやステンレススチールなどの酸化耐性の高いものを用いるが、更に好ましくは、これが加熱室２０と成形室３０との間の熱交換を最小に抑えることができる材質あるいは構造のものを用いる。当業者であれば、本発明において利用可能な気密バルブがどのようなものであるべきかを理解するであろう。
【００３７】
次に、前記プレス成形装置１０による光学ガラスの成形の手順（方法）について説明する。説明に際し、前記図１及び図５を参照する。図５は、光学ガラスの成形手順を示すフローチャートである。前記プレス成形装置１０においては、その搬入部２１より順次ガラスプリフォームＧが装置内に供給され、連続的に光学ガラスがプレス成形されるが、ここでは、一つの光学ガラスの成形に着目して、その手順を説明する。
【００３８】
成形に先立って、加熱室２０内及び成形室３０内の気体は、非酸化性ガスにガス交換される。実施形態において、非酸化性ガスは常時室内に供給され、陽圧に保たれる。この非酸化性ガス雰囲気中で、ガラス加熱装置２２及び型加熱装置３４が通電され、所定の温度に維持される。この状態で、通路上の気密バルブ４１は開かれている。
【００３９】
最初の工程で、加熱室２０内へガラスプリフォームＧが供給される（５０１）。具体的には、ガラスプリフォームＧは、最初に搬入部２１の搬入室内へ置かれ、ここを排気後ガス置換してから、加熱室２０内へ供給される。ガラスプリフォームの供給時に、供給ハンドラ２３のアーム２４は、搬入部２１の下方に位置しており、搬入室からのガラスプリフォームは、供給ハンドラ２３の浮上皿２５上に置かれる。
【００４０】
供給ハンドラ２３は、ガラスプリフォームＧを受け取ると、直ちにそのアームを回動し、その浮上皿２５をガラス加熱装置２２上へ移動する。ここで、浮上皿２５には、前記非酸化性ガスがその下方から噴出され、したがって、ガラスプリフォームは、浮上皿２５上で浮上しながら加熱軟化される（５０２）。所定時間ガラスプリフォームを加熱し、その温度が、１０6〜１０8ポアズの粘度に対応する温度になったところで、供給ハンドラ２３を駆動して該ガラスプリフォームを成形室３０におけるプレス装置３３の下型上へ供給する（５０３）。すなわち、加熱位置からアーム２４を更に回動させ、浮上皿２５が通路４０を臨む位置へ来たところで停止し、次いでアーム２４を伸長して浮上皿２５をプレス装置３３の成形型間に及ばせ、更にアーム分割体２４ａ、２４ｂを開いて浮上皿２５上のガラスプリフォームＧを下型上へ落下させる。その後、供給ハンドラ２３は、アームを後退させて初期位置、すなわち搬入部２１の下へ移動し、次のガラスプリフォームを受け取るために待機される。
【００４１】
ガラスプリフォームが供給された時点で、成形型５０の温度は、型加熱装置３４による誘導加熱によって、ガラスが１０8〜１０12ポアズの粘度に対応する温度に予熱されている。図２に示すように下型５３ｂにガラスプリフォームＧが供給され、アームが成形型５０外へ後退されると、直ちに、下型５３ｂが上昇され、上型５３ａとで該ガラスプリフォームＧをプレスし、所望の光学ガラスが成形される（５０４）。下型５３ｂの上昇と同時に、型加熱装置３４は断電され、また、非酸化性ガスが成形型の母型内に流入されると共に外からも吹き付けられ、これによって成形型が冷却される（５０５）。そして、成形型の温度がガラスの転移点以下になったところで、下型５３ｂを下降し、光学ガラスを搬出可能とする。
【００４２】
次いで、搬出ハンドラ３２によって、下型上の光学ガラスを搬出部３１へ搬送する（５０６）。すなわち、図１のように搬出ハンドラ３２を駆動して、そのアーム３２ｂを回動し、先端の吸着パッド３２ｃを下型上へ移動する。吸着パッド３２ｃによって下型上の光学ガラスＧを吸着し、アーム３２ｂを回転させて、これを搬出部３１下方の昇降手段へ搬送し、吸着パッド３２ｃの吸着を解除して、昇降手段上へ光学ガラスを渡す。昇降手段を上昇して搬出部３１の搬出室内を介し、成形室３０外へ光学ガラスを搬出する（５０７）。前記型加熱装置３４は、光学ガラスが下型から搬出されると直ちに通電され、次のプレス成形に備えて成形型を所定温度にまで加熱する。以上の手順を連続して行うことにより、効率的に光学ガラスの生産が行われる。
【００４３】
次に、前記光学ガラスの成形の途中で行われる、成形室３０内の機器、特にプレス装置３３における成形型の保守又は点検作業の手順について説明する。説明に際し、前記図１及び図６を参照する。図６は、成形室３０内の保守又は点検作業の手順を示すフローチャートである。成形型の成形面は、高精度に維持される必要があるが、所定回数のプレスによって、成形面が劣化し又はガラスが付着する。そのため、定期的にその交換が必要となり、この場合、作業者は、開閉扉３５を開いて作業を行う。以下に、プレス成形を中止し、成形室の保守又は点検を行い、プレス成形を再開するまでの手順を説明する。
【００４４】
最初の工程で、ガラスプリフォームの供給及び搬送の作業を停止する（６０１）。具体的には、搬入部２１からのガラスプリフォームの搬入を中止し、供給ハンドラ２３、搬出ハンドラ３２の駆動を停止する。次に、通路上の気密バルブ４１を閉じる（６０２）。これによって、加熱室２０と成形室３０との間の気体交換が禁止される。この状態で、型加熱装置３４を断電し、成形室３０内の温度を降温する（６０３）。型加熱装置３４は、高周波誘導加熱により加熱を行っているため、比較的短時間で所定温度にまで成形室３０内の温度を下げることができる。
【００４５】
成形室３０内の温度が常温になった時点で、開閉扉３５を開き、作業者は成形室３０内部にアクセスし、成形型の交換等を含む必要な保守又は点検作業を行う（６０４）。なお、成形室内の保守又は点検時には、前述のように気密バルブ４１が閉じられているので、ガラス加熱装置２２を断電する必要はなく、加熱室２０内の温度は高温に保たれたままとされる。保守又は点検作業が終了した後に、開閉扉３５は閉じられ、成形室内の気密性が再度維持される。この状態で、成形室３０内の空気の排気及び非酸化性ガスの導入が行われる（６０５）。続いて、型加熱装置３４が通電され、成形型は所定の予備温度に加熱される（６０６）。成形型及び成形室内の温度が所定温度に達した時点で、通路上の気密バルブ４１を開放し、成形室３０及び加熱室２０間の気体交換を可能とすると共に、加熱室２０から成形室３０へのガラスプリフォームの搬送を可能とする（６０７）。ガラスプリフォームを加熱室２０内に供給し、プレス成形を再開する（６０８）。従来構造のプレス成形装置において、プレス成形の停止から再開までに４〜５時間を要していたのに対し、本発明の一実施形態においては、３０分程度で作業が完了した。
【００４６】
次に、本発明の参考例について説明する。図７は、本発明の参考例に係るプレス成形装置の概略平断面図である。先の実施形態と同様、この参考例に係るプレス成形装置７０は、加熱室８０と、成形室９０と、これらを連通する通路１００を備え、これらにより一つの密閉空間が形成されている。
【００４７】
加熱室８０には、ガラスプリフォームＧを予備加熱するためのガラス加熱装置８３、及びガラスプリフォームを搬入部８１から搬出部８２まで搬送するための、コンベア８４、第１ハンドラ８５及び第２ハンドラ８６が備えられている。搬入部８１から供給されるガラスプリフォームＧは、順次コンベア８４によって第１ハンドラ８５の前方まで送られる。この実施形態において、ガラスプリフォームＧは、略円盤状であり、筒状のワーク８９に保持された状態で搬送される。コンベア８４における搬入部８１から第１ハンドラ８５の前方位置まで、すなわち予熱ゾーン８７には図示しない抵抗加熱ヒータが設置され、これによって、搬送されるガラスプリフォームＧは所定温度に予熱される。ガラスプリフォームＧが第１ハンドラ８５の前方位置に来ると、第１ハンドラ８５が駆動され、ガラスプリフォームＧを把持してガラス加熱装置８３の位置へ搬送する。ガラス加熱装置８３は、抵抗加熱ヒータによる加熱手段であり、ここでガラスプリフォームＧは、プレスのための所望の温度にまで急加熱される。
【００４８】
第１ハンドラ８５を後退させることによって、ガラス加熱装置８３によって加熱されたガラスプリフォームＧは、再度コンベア８４上に置かれ、その搬送によって、第２ハンドラ８６の前方まで移動される。ここで、第２ハンドラ８６が駆動され、ガラスプリフォームＧは、通路１００を介して、成形室９０内へ搬送される。第２ハンドラ８６は、またプレス後のガラス（以下、光学ガラスという）を成形室９０から加熱室８０へ搬送し、コンベア８４上へ戻す。戻された光学ガラスＧは、コンベア８４によってその徐冷ゾーン８８を通過し搬出部８２へ向けて搬送され、徐々に冷却される。搬出部８２下方まで搬送された光学ガラスＧは、図示しないピックアップ手段により搬出部８２へ送られ、外部へ搬出される。
【００４９】
一方、前記成形室９０には、加熱室８０で予熱されたガラスプリフォームＧをプレスするためのプレス装置９１が設置されている。図８に該プレス装置における成形型の断面図が示されている。先の実施形態の場合と略同様に、成形型１１０は、筒状に形成された上下の母型１１１ａ、１１１ｂ内に、上型１１３ａ、下型１１３ｂ及び上下のスリーブ１１２ａ、１１２ｂを備えて構成される。上型１１３ａ及び下型１１３ｂの互いの対向面は、成形する光学ガラスの球面に合わせて設計される成形面１１４ａ、１１４ｂである。前記第２ハンドラ８６によって供給されるガラスプリフォームＧは、図のように上下型の成形面１１４ａ、１１４ｂ間に配置され、これに対し上型１１３ａ及び下型１１３ｂを動作させることによってプレスされる。成形型１１０の外周には先の実施形態と同様に、高周波誘導加熱による型加熱装置９２が設置され、これによってプレス前の成形型は所定温度に予備加熱される。成形室９０には、また開閉扉９３が設置され、ここからプレス装置９１の保守又は点検が可能にされている。
【００５０】
加熱室８０とプレス室９０を連通する通路１００上には、先の実施形態と同様に、気密バルブ１０１が設置されている。気密バルブ１０１の構成、動作及び機能は、先の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００５１】
上記構成のプレス成形装置７０において、成形室内のプレス装置９１の保守又は点検の必要が生じた場合は、これに先立って、気密バルブ１０１を閉鎖して加熱室８０と成形室９０との間の気体交換を禁止する。これによって、保守又は点検のために開閉扉９３を開けた場合にも、加熱室８０の気密性が保証される。従って、該保守又は点検時に加熱室８０内のガラス加熱装置８３を降温する必要がなくなり、その降温及び昇温に必要となる時間を削減することができる。
【００５２】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。例えば、成形室及び加熱室内における各装置の配置や具体的な構成は、実施形態に示したものに限定されない。また、本発明において前記気密バルブも、遮蔽体を他の方式、例えば手動により昇降させる構成のものであっても良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、プレス成形装置の保守又は点検作業の前後におけるチャンバー内の降温及び昇温に必要な時間を短縮することができ、よってプレス成形の生産性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るプレス成形装置の概略平断面図である。
【図２】 プレス装置における成形型及び型加熱装置を示す断面図である。
【図３】 加熱室に設置された供給ハンドラのアーム先端を示す平面図及びそのＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】 加熱室と成形室を連通する通路上に設置される気密バルブの一実施形態を示す断面図である。
【図５】 光学ガラスの成形手順を示すフローチャートである。
【図６】 成形室内の保守又は点検作業の手順を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の参考例に係るプレス成形装置の概略平断面図である。
【図８】 図７のプレス装置における成形型の断面図である。
【符号の説明】
Ｇ ガラスプリフォーム又は光学ガラス
１０ プレス成形装置
２０ 加熱室
２１ 搬入部
２２ ガラス加熱装置
２３ 供給ハンドラ
２３ａ 駆動部
２４ アーム
２４ａ、２４ｂ アーム分割体
２５ 浮上皿
２５ａ、２５ｂ 浮上皿分割体
２６ 受け部
３０ 成形室
３１ 搬出部
３２ 搬出ハンドラ
３２ａ 駆動部
３２ｂ アーム
３２ｃ 吸着パッド
３３ プレス装置
３４ 型加熱装置
３５ 開閉扉
３５ａ シール部材
３５ｂ 窓
４０ 通路
４１ 気密バルブ
４２ シリンダ
４３ 遮蔽体
４３ａ シーリング部材
５０ 成形型
５１ 母型
５２ スリーブ
５３ａ 上型
５３ｂ 下型
５４ 成形面
５５ａ ガイドピン
５５ｂ 穴
５６ 誘導加熱コイル
７０ プレス成形装置
８０ 加熱室
８１ 搬入部
８２ 搬出部
８３ ガラス加熱装置
８４ コンベア
８５ 第１ハンドラ
８６ 第２ハンドラ
８７ 予熱ゾーン
８８ 徐冷ゾーン
８９ ワーク
９０ プレス室
９０ 成形室
９１ プレス装置
９２ 型加熱装置
９３ 開閉扉
１００ 通路
１０１ 気密バルブ
１１０ 成形型
１１１ 母型
１１２ スリーブ
１１３ａ 上型
１１３ｂ 下型
１１４ 成形面
Claims (10)
- ガラス素材をプレスしてガラスを成形する成形装置であって、
気密性を有し、少なくとも、前記ガラス素材を加熱するガラス加熱手段を備えた加熱室と、
気密性を有し、少なくとも、前記加熱されたガラス素材を所定のガラス形状に成形する成形型を有するプレス手段と、前記成形型を所定の温度に加熱する型加熱手段とを備えた成形室と、
前記加熱室と前記成形室とを連通する通路と、
この通路を開閉するシャッターと、
前記ガラス素材を保持しながら前記ガラス加熱手段による加熱領域に搬送し、更に、加熱された前記ガラス素材を、前記通路を介し前記加熱室から前記成形室へ搬送するとともに、前記ガラス素材を前記成形型に供給した後、再び前記加熱室に後退する第１の搬送手段と、
プレス後のガラスを前記成形型から取り出して搬送する第２の搬送手段とを、
備えたことを特徴とするガラスのプレス成形装置。 - ガラス素材をプレスしてガラスを成形する成形装置であって、
少なくとも、前記ガラス素材を加熱して所定の粘度に軟化させるガラス加熱手段と、前記ガラス素材を保持しながら前記ガラス加熱手段による加熱領域に搬送し、更に、加熱された前記ガラス素材を搬送するとともに、前記ガラス素材を前記成形型に供給した後、再び前記加熱室に後退する第１の搬送手段とを備える、非酸化性ガス雰囲気にされる気密性のある加熱室と、
前記加熱室内の非酸化性ガス雰囲気を維持しつつ該加熱室内に前記ガラス素材を搬入可能とする搬入手段と、
少なくとも、前記搬送されたガラス素材をプレスして所定のガラス形状に成形する成形型を備えたプレス手段、前記成形型を所定の温度に加熱する型加熱手段、及びプレス後のガラスを前記成形型から取り出して搬送する第２の搬送手段とを備える、非酸化性ガス雰囲気にされる気密性のある成形室と、
前記成形室内の非酸化性ガス雰囲気を維持しつつ該成形室外へ前記ガラスを搬出可能とする搬出手段と、
前記加熱室と前記成形室とを連通し、前記第１の搬送手段により前記加熱室内のガラス素材を前記成形室内へ搬送可能とする通路と、
前記第１の搬送手段により前記加熱室内のガラス素材を前記成形室内へ搬送する際には、前記通路を介しての前記ガラス素材の搬送を可能とするために開かれると共に、前記成形室内で作業をする際には、前記加熱室と前記成形室とを気体交換不能にするために閉じられるシャッターと、
前記成形室内で作業をする際には、作業者が前記成形室内にアクセスするために開かれる前記成形室に設けられた開閉扉と、
を備えたガラスのプレス成形装置。 - 前記シャッターが、前記成形室内の作業の際に、前記加熱室と前記成形室を熱的に遮断するものである請求項１又は２のいずれか１項に記載のガラスのプレス成形装置。
- 前記シャッターが、周囲に気密部材を備えたゲートバルブである請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラスのプレス成形装置。
- 前記型加熱手段が、高周波誘導加熱により前記成形型を加熱するものである請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラスのプレス成形装置。
- 前記ガラス加熱手段が、抵抗体による抵抗加熱により前記ガラス素材を加熱するものである請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラスのプレス成形装置。
- 外部から供給されたガラス素材を加熱して所定の粘度に軟化させるための加熱室と、前記ガラス素材を、加熱された成形型でプレスして所定のガラス形状を成形するための成形室と、前記ガラス素材を前記加熱室から前記成形室へ搬送可能とする通路を開閉するシャッターと、前記成形室内へアクセスするための開閉扉とを備えたプレス成形装置における前記成形室内で作業者による作業を行う作業方法であって、
前記ガラス素材の供給及び搬送を停止する工程と、
前記シャッターを閉じて、前記加熱室と前記成形室とを気体交換不能に遮断する工程と、
前記成形室内の雰囲気温度を下げる工程と、
前記開閉扉を開放して前記成形室内で作業を可能とする工程と、
を備えたガラスのプレス成形装置における作業方法。 - 前記成形室内での作業の終了後に、前記開閉扉を閉じて、前記成形室内を、非酸化性ガス雰囲気に気体交換する工程と、
前記成形型を所定温度まで加熱する工程と、
前記シャッターを開く工程と、
前記ガラス素材の供給及び搬送を再開する工程と、
を更に備えた請求項７記載のガラスのプレス成形装置における作業方法。 - 前記シャッターが、前記成形室内での作業の際に、前記加熱室と前記成形室を熱的に遮断するものである請求項７又は８のいずれか１項に記載のガラスのプレス成形装置における作業方法。
- 請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラスのプレス成形装置を用い、前記ガラス素材を前記加熱室で予備加熱した後、前記成形室の成形型でプレスして光学レンズを成形することを特徴とした光学レンズの成形方法。
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