JP4228460B2

JP4228460B2 - 光学素子成形用ガラスゴブの製造方法

Info

Publication number: JP4228460B2
Application number: JP07171899A
Authority: JP
Inventors: 勝日高
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: JP2000264651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ等の光学素子をプレス成形するための素材としてのガラスゴブの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レンズ等の精密な光学素子は、近年においては、プレス成形により製造する方式が広く用いられるようになってきている。プレス成形は、所定形状のガラス塊、つまりガラスゴブを成形型内に配置して、この成形型を加熱することによりガラスゴブを軟化させるようにして、上下から所定の加圧力を作用させることにより行う。従って、このプレス成形に先だって、所定形状のガラスゴブを製造しなければならない。このガラスゴブの製造に関しては、例えば特開平２−１４８３９号公報に開示されている。即ち、ガラスゴブの形状としては、最終製品であるレンズ等に比較的近い形状のものに成形する場合と、球形のガラスゴブを用いる場合とがある。前者の場合には、成形型における成形面はガラスゴブの形状に沿ったものとなっており、この成形型部材にノズルから溶融ガラスが流し込まれる。また、後者の場合には、概略円錐形状となった成形面を有する成形型部材を用いて、この成形型部材の下方から窒素ガス（Ｎ_２ガス）等の不活性ガスを供給するようになし、成形型部材の上部に配置したノズルから溶融ガラスを滴下させると、この溶融ガラス塊と成形面との間にガス流の層が形成されるようになし、もって溶融ガラス塊が成形型部材の成形面に対して浮かせた状態に保持することによって、溶融ガラスを球形の塊となるように成形すると共に、このガス流により冷却することによって球形ガラスゴブが得られる。
【０００３】
以上のように形成される球形ガラスゴブを量産するに当って、特開平７−１７７２５号公報に示されているように、インデックステーブルを用い、このインデックステーブルに所定角度毎に複数の成形型部材を設けると共に、この成形型部材の上部位置にノズルを対面させて設け、このノズルから溶融ガラスが滴下する毎に１インデックス分ずつ間欠回転させるようにすることは一般的に知られている。ここで、ノズルに溶融ガラスを供給するためにるつぼが用いられるが、るつぼ内でガラスを溶融するための温度としては１０００℃前後の極めて高い温度である。従って、ノズルに対する溶融ガラスの供給は、ポンプその他、強制的に圧送する手段を用いるのは望ましくない。このために、るつぼを高所に配置し、このるつぼの下端部からの配管にノズルを接続して設け、るつぼ内のヘッド圧を利用してノズルに溶融ガラスを供給するように構成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ノズルに溶融ガラスを供給すると、その流出口で表面張力の作用で徐々に成長し、それが所定の重量となった時に、表面張力が破れてノズルから滴下される。従って、ノズルの流出口の開口面積が一定である時には、常に一定の重量となる毎に溶融ガラスが滴下することになり、製造されたガラスゴブは形状及び重量の揃ったものとなる。従って、溶融ガラスの供給圧力が変動しても、製品としてのガラスゴブにとっては格別の影響を与えることはないが、ノズルからの滴下時間間隔は、溶融ガラスの供給圧力に応じて変化する。特に、ガラスは比重が大きいこと等から、るつぼ内に溶融ガラスが最高液面状態にまで貯留されている状態と、最低液面状態にまで液面が低下した状態とでは、供給圧力に極端な差が生じ、滴下時間間隔が数倍乃至それ以上の差が生じる。
【０００５】
以上のことから、インデックステーブルを用いる場合において、このインデックステーブルを所定の時間毎にインデックス回転するように設定すると、溶融ガラスの滴下とインデックステーブルの回転とのタイミングが一致しなくなる。その結果、成形型部材に対して所定の位置に溶融ガラスが供給できない場合が生じることになり、極めて高温状態にある溶融ガラスが成形型部材の表面に接触したり、テーブル上に落下したりする等の不都合が生じる。
【０００６】
ノズルから実際に溶融ガラスが滴下されたことをセンサ等で検出して、この検出信号に基づいてインデックステーブルの回転駆動を行わせれば、ノズルから溶融ガラスを正確に成形型部材に供給できる。ただし、ノズルと成形型部材との間隔が大きく、溶融ガラスの滴下ストロークが十分長ければ、この溶融ガラスの成形型部材への滴下は確実にセンサで検出できるが、溶融ガラスの滴下時の落差を大きくすると、その加速度により成形型部材の表面と接触してしまう。従って、滴下された溶融ガラスを成形型部材に非接触状態で受けるようにするには、滴下距離は数ｍｍというように極めて短いものとしなければならない。このように、溶融ガラスが数ｍｍの距離滴下する間に、それをセンサで正確かつ確実に検出するのは極めて困難であり、センサによる見落としが生じる可能性がある。センサにより溶融ガラスの滴下が検出されない場合には、成形型部材に２個乃至それ以上の溶融ガラス塊が供給されてしまう。その結果、溶融ガラスの自重で成形型部材に高熱の溶融ガラスが直接接触することになり、その熱によって成形型部材に大きなダメージを与えることになる等の不都合が生じる。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、インデックステーブルを用いてガラスゴブを量産するに当って、ノズルからの溶融ガラスの滴下とインデックステーブルの回転との同期を正確に取れるようになし、かつガラスゴブを効率よく生産できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、所定角度毎にインデックス回転するインデックステーブルの円周方向に所定角度毎に成形型部材を設け、これら各成形型部材の下部側から不活性ガスを噴出させる間に、このインデックステーブルの上方に配置したノズルから溶融ガラスを滴下することによりガラスゴブを製造する方法であって、前記ノズルから前記成形型部材に溶融ガラスが滴下されたことを検出した後、所定の時間遅れをもって前記インデックステーブルを１インデックス分回転させるようになし、また溶融ガラスの平均滴下時間間隔を求めて、この平均滴下時間間隔より所定の時間だけ長い時間溶融ガラスの滴下を検出しなかった時には、平均滴下時間間隔だけ経過した後に溶融ガラスの滴下が行われたものと推定して、前記インデックステーブルを１インデックス分回転させるようにしたことをその特徴とするものである。
【０００９】
ここで、平均滴下時間間隔は、例えばインデックステーブルの１回転分の滴下時間間隔の平均値とすることができる。また、平均滴下時間間隔経過後にも溶融ガラスの滴下が検出されなかった時に、インデックステーブルをインデックス回転するタイミングとしては、滴下が検出されなかった平均滴下時間間隔の次の平均滴下時間間隔が終了する時点から、成形型部材からガラスゴブを取り出すのに必要な時間だけ遡った時点よりも早い時点に時間に設定する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。まず、図１乃至図３にガラスゴブの製造装置の一例についての概略構成を示す。図１及び図２において、１はインデックステーブルを示し、このインデックステーブル１には、その外周側の位置に円周方向に向けて所定角度毎に透孔１ａ（図１に示したものでは８インデックス分）が形成されており、これら各透孔１ａには成形型部材２が設けられている。成形型部材２は、概略円錐形状となった成形面部２ａの下部に円筒状に形成したガス流路２ｂを備えた漏斗状の空間を有するものである。そして、ガス流路２ｂの下端部には、インデックステーブル１の下面に形成したガスチャンバ１ｂに開口しており、このガスチャンバ１ｂには不活性ガスとして、例えば窒素ガス（Ｎ_２ガス）が供給されるようになっている。
【００１１】
３はノズルであって、このノズル３はインデックステーブル１上における所定の位置に、成形型部材２から一定の間隔だけ上方に離間した位置に配置されており、このノズル３は図示しないるつぼに接続されており、このるつぼから供給される溶融ガラスを成形型部材２に供給するためのものである。さらに、インデックステーブル１における所定のインデックス数だけ離間した位置にはピックアンドプレイス手段４が配置されている。従って、ノズル３と対面する位置が溶融ガラスの供給位置であり、またピックアンドプレイス手段４が臨む位置がガラスゴブの取り出し位置であり、さらに供給位置から取り出し位置までの間は、成形型部材２内に供給される窒素ガスの作用により溶融ガラスが球形に成形され、かつ所定の温度にまで冷却される工程となる。
【００１２】
図３にノズル３から成形型部材２に溶融ガラスが滴下される状態を示す。而して、ノズル３の下端部は所定の開口径を有するガラス流出口３ａとなっており、かつこのノズル３の外周部には、そのガラス流出口３ａを含む位置までヒータ５が設けられている。従って、このヒータ５の温度によりノズル３から流出する溶融ガラスの温度が制御される。
【００１３】
ここで、インデックステーブル１は、ノズル３から溶融ガラスが滴下される毎に１インデックス分ずつ間欠回転するようになっている。このために、ノズル３と成形型部材２との間の位置には、溶融ガラスが通過したことを検出するために、発光素子１０ａと受光素子１０ｂとからなる光電センサ等で構成した通過センサ１０が設けられている。この通過センサ１０はノズル３から離脱した後、成形型部材２に入る前の段階で溶融ガラスの通過を検出するためのものである。従って、通過センサ１０によりノズル３から溶融ガラスが成形型部材２に滴下されたことを検出される毎にインデックステーブル１がインデックス回転する。
【００１４】
而して、ノズル３に溶融ガラスが供給されると、その流出口３ａから流出が開始するが、溶融ガラスは流出口３ａで表面張力により所定の大きさまで成長すると、その自重により表面張力が破れて、ノズル３から離脱して成形型部材２に滴下される。インデックステーブル１は、成形型部材２の中心軸線の延長線にノズル３が位置するように位置決めされており、この状態でノズル３から溶融ガラスが滴下されるが、成形型部材２の下方からは窒素ガスが供給されているので、図３に矢印で示したように、この窒素ガスは成形型部材２における成形面部２ａと滴下された溶融ガラスとの間を上方に向けて流れることから、その間にガス層が形成されて、図３にＧで示したように、溶融ガラスの塊Ｇは成形面部２ａとは非接触状態、即ち浮遊状態に保持されて、この窒素ガス流の作用により溶融ガラス塊Ｇは球形に成形され、かつ溶融ガラスが窒素ガスにより冷却される。この浮遊状態はインデックステーブル１がピックアンドプレイス手段４によるガラスゴブの取り出し位置に移行するまで継続し、これによって球状に固形化したガラスゴブが形成される。そして、インデクステーブル１が停止している間に取り出し位置では、ピックアンドプレイス手段４が図１の矢印方向に変位することにより、ガラスゴブが吸着されて、パレット等の所定の治具に収納される。
【００１５】
以上のようにしてガラスゴブが製造されるが、インデックステーブルの作動において、少なくともノズル３から溶融ガラスが滴下される間は、インデックステーブル１は静止状態に保つ必要があり、またピックアンドプレイス手段４によるガラスゴブの取り出し作業を行っている間もインデックステーブル１は静止状態に保たなければならない。ただし、ノズル３において、溶融ガラスが成長していく間は、インデックステーブル１は静止しなければならない訳ではない。従って、通過センサ１０により溶融ガラスの滴下が検出された後、僅かな時間遅れをもってインデックステーブル１を１インデックス分ずつ回転させるようにすれば、連続的にガラスゴブを形成することができる。
【００１６】
ところで、通過センサ１０はノズル３から成形型部材２まで僅かな距離だけ落下する溶融ガラスを検出するものであり、必ずしも検出条件は良好ではなく、従って全ての通過を正確に検出できない場合、所謂通過センサ１０が溶融ガラスの通過を見落とす可能性がある。しかしながら、ノズル３に溶融ガラスが供給されている限り、ある時間間隔で溶融ガラスが必ず滴下されているはずである。
【００１７】
以上の点から、インデックステーブル１の制御としては、所定の時間が経過しても、なお溶融ガラスの滴下が検出されない時には、滴下があったものと推定して、インデックステーブル１を駆動するようにしている。ただし、るつぼにおける溶融ガラスの貯留量に応じて滴下時間間隔が変化することから、この当該の滴下時における推定滴下時間間隔としては、それ以前におけるインデックステーブル１が１回転する間、例えばインデックステーブル１が８インデックスからなるものである場合には、直前の１回転８回分の滴下時間間隔の平均値に基づいて設定される。従って、このようにして求めた平均滴下時間間隔が経過した後、所定の時間が経過しても、通過センサ１０で溶融ガラスが滴下されたことが検出されない時には、この通過センサ１０に見落としがあったものと推定する。ここで、平均滴下時間間隔を求めるのは、溶融ガラスがノズル３から滴下されるタイミングに若干のばらつき生じるからであり、従って平均値は必ずしも１回転分のものとする必要はない。
【００１８】
以上の制御を行うために、インデックステーブル１は、その駆動手段として、例えばパルスモータ１１で所定のインデックス角毎に間欠的に回転するが、このパルスモータ１１のサーボ回路１２には、通過センサ１０からの信号が直接入力されるのではなく、ＣＰＵ（演算処理装置）１３を介して駆動信号を入力するように設定されている。また、ＣＰＵ１３では、通過センサ１０からの信号に基づいて平均滴下時間間隔（ＤＴ）を演算する。従って、通過センサ１０が溶融ガラスの滴下を正常に検出したか否かと、通過センサ１０で溶融ガラスの滴下に見落としがあった場合には、どのタイミングでインデックステーブル１を回転駆動するかの判定が、このＣＰＵ１３で行われる。また、このＣＰＵ１３からサーボ回路１２には、通過センサ１０による溶融ガラスの滴下が実際に検出された時には滴下信号が、または平均滴下時間間隔の後、所定時間経過しても通過センサ１０から滴下が検出されない時には擬似滴下信号が入力される。これら滴下信号または擬似滴下信号がインデックステーブル１が１インデックス分回転させるためのトリガ信号となる。なお、図３において、１４はノズル３への溶融ガラスの供給・遮断を行う開閉弁である。
【００１９】
而して、擬似滴下信号が出力されるのは、その時間までにはノズル３から必ず溶融ガラスが滴下されているはずであって、しかもインデックステーブル１が１インデックス分回転した後、次のインデックス回転が行われるまでに、ピックアンドプレイス手段４でガラスゴブの取り出し作業が確実に行える時間（ＰＰＤ）を残すようにする。従って、前回の通過センサ１０による溶融ガラスの滴下を検出した後、平均滴下時間間隔（ＤＴ）の２倍の時間からガラスゴブ取り出し時間（ＰＰＤ）を引いた時間、即ち２ＤＴ−ＰＰＤ＝Ｔｓｅｔを擬似滴下信号の発生タイミングとして設定する。なお、２回連続して通過センサ１０の見落としがあった場合には、時間Ｔｓｅｔとなった時に第１回目の擬似滴下信号を出力し、また（３ＤＴ−ＰＰＤ）経過した時に第２回目も擬似滴下信号を出力することになる。
【００２０】
以上のように、ノズル３に溶融ガラスを連続的に供給し、かつインデックステーブル１を間欠回転させることによって、ガラスゴブを連続的に生産できるようになる。そこで、図４のフローチャートに基づいて、ガラスゴブの製造方法について説明する。
【００２１】
まず、ガラスゴブの製造を開始するのに先立って、ＣＰＵ１３に所定の初期値を設定する（ステップ１）。初期値としては、初期平均滴下時間間隔が平均滴下時間間隔（ＤＴ）として設定される。この初期平均滴下時間間隔は、るつぼ内の溶融ガラスの貯留量及びその粘度等から、ノズル３に最初に溶融ガラスの供給が開始してから滴下までの時間間隔を実測等で求め、これを初期平均滴下時間間隔として、ＣＰＵ１３に設定する。従って、インデックステーブル１の最初の１回転分は、この初期平均滴下時間間隔が平均滴下時間間隔（ＤＴ）となる。また、ピックアンドプレイス手段４による成形型部材２からのガラスゴブの取り出しを行うのに必要なガラスゴブ取り出し時間（ＰＰＤ）と、通過センサ１０による溶融ガラスの滴下が検出された後のインデックステーブル１の駆動開始までの時間遅れを設定する。この時間遅れは溶融ガラスが成形型部材２に取り込まれた後に安定するまでの時間である。
【００２２】
以上の初期値が設定されると、ノズル３から溶融ガラスの滴下を開始する（ステップ２）。この滴下開始は、例えばノズル３やこのノズル３への配管に設けた開閉弁１４を操作することにより行われる。この滴下開始時には、インデックステーブル１が１回転するまでは初期平均滴下時間間隔を平均滴下時間間隔（ＤＴ）として設定し、この平均滴下時間間隔（ＤＴ）の２倍の時間からガラスゴブ取り出し時間（ＰＰＤ）を減算した２ＤＴ−ＰＰＤ＝Ｔｓｅｔが擬似滴下信号発生時間間隔としてＣＰＵ１３に設定される（ステップ３）。ここで、擬似滴下信号発生時間間隔Ｔｓｅｔは可変であり、インデックステーブル１が１回転した後には実測した値からなる平均滴下時間間隔（ＤＴ）に基づいてＴｓｅｔの値が更新される。
【００２３】
そこで、時間Ｔｓｅｔ内に通過センサ１０により溶融ガラスの通過が検出されたか否かが判定され（ステップ４）、かつ前回の溶融ガラスの滴下時点（最初の滴下時には、滴下開始時点）からの時間が計測され、時間Ｔｓｅｔ内に通過センサ１０により溶融ガラスの通過が検出されたか否かの判定がなされ（ステップ５）、時間Ｔｓｅｔ内に通過センサ１０で溶融ガラスの滴下が検出されると、それから所定の時間遅れをもってＣＰＵ１３からサーボ回路１２に滴下信号を入力すると共に、この回の滴下時間間隔を計測する（ステップ６）。そして、ＣＰＵ１３から出力された滴下信号をトリガとして、所定の時間遅れをもってパルスモータ１１を作動させて（ステップ７）、インデックステーブル１が停止した後に、ピックアンドプレイス手段４を作動させて、ガラスゴブの取り出し作業を行う（ステップ８）。
【００２４】
ここで、擬似滴下信号発生時間間隔Ｔｓｅｔはインデックステーブル１の１回転分毎に更新されるようになっており、このインデックステーブル１が１回転した時には、Ｔｓｅｔ変更要求のフラグが立てられて、この要求があったか否かが判定されて（ステップ９）、インデックステーブル１が１回転未満であると、ステップ４に戻る。また、インデックステーブル１が１回転した時には、ＣＰＵ１３で１回転分の滴下時間間隔の平均値を求めて、この平均滴下時間間隔から次の１回転分のＴｓｅｔを演算して（ステップ１０）、ステップ３に戻り、Ｔｓｅｔを更新すると共に、次の溶融ガラスの滴下を検出する。
【００２５】
一方、ステップ５において、擬似滴下信号発生時間間隔Ｔｓｅｔが経過しても通過センサ１０で溶融ガラスの滴下が検出されない時には、このＴｓｅｔ経過時に擬似滴下信号がサーボ回路１２に出力される（ステップ１１）。そして、この擬似滴下信号に基づいてパルスモータ１１が作動して、インデックステーブル１を１インデックス分回転させ（ステップ１２）、さらにピックアンドプレイス手段４によりガラスゴブの取り出し作業を行い（ステップ１３）、ステップ４に戻る。なお、この回の滴下は平均滴下時間間隔が経過した時に行われたものと推定し、その時から時間Ｔｓｅｔ内に通過センサ１０により溶融ガラスの通過が検出されたか否かの判定が開始される。また、この回においては、滴下の推定を行ったのであるから、平均滴下時間間隔の演算から排除される。そして、Ｔｓｅｔ変更要求のフラグが立てられている状態で、擬似滴下信号に基づいてインデックステーブル１が回転した時には、Ｔｓｅｔを変更せず、次に実際に滴下信号が出力されるまでこのフラグを立てた状態に保持する。
【００２６】
以上のようにしてインデックステーブル１の作動を制御することによって、たとえ通過センサ１０が溶融ガラスの滴下を見落としたとしても、同じ成形型部材２に対して溶融ガラスが２回分滴下されるようなことはない。また、ピックアンドプレイス手段４によるガラスゴブの取り出し作業も円滑に行えることから、成形型部材２にガラスゴブが残存したままノズル３と対面する位置にまで移行するようなこともない。つまり、たとえ通過センサ１０による見落としがあっても、ノズル３からの溶融ガラスの滴下と、インデックステーブル１の作動、さらにピックアンドプレイス手段４によるガラスゴブの取り出しにおける同期性が確実に保持される。
【００２７】
なお、所定回数以上、例えば３回以上通過センサ１０による溶融ガラスの通過が検出されない時には、何らかのトラブルが発生したか、るつぼからの溶融ガラスの供給が停止したか等、そもそもノズル３から溶融ガラスが滴下していないと判断して、開閉弁を閉じることによりノズル３への溶融ガラスの供給状態を遮断するように設定するのが望ましい。また、１回転する毎に平均滴下時間間隔を演算するようにしたが、通過センサ１０の滴下検出毎に平均滴下時間間隔を演算するようにしても良い。さらに、ピックアンドプレイス手段４が臨むガラスゴブの取り出し位置の次のインデックス位置には、成形型部材２におけるガラスゴブの残存の有無を検出するセンサを設けて、ピックアンドプレイス手段４でガラスゴブの取り落とし等によって、取り出し位置を過ぎても、ガラスゴブが成形型部材２に残存していることが検出されると、開閉弁１４を閉じると共に、所定の警報を発生させるようにする。ただし、インデックステーブル１は、成形型部材２に存在するガラスゴブをすべて取り出すまでインデックス回転を継続する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、インデックステーブルを用いてガラスゴブを量産するに当って、ノズルからの溶融ガラスの滴下とインデックステーブルの回転との同期を正確に取れるようになし、かつガラスゴブを効率よく生産できる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態における光学素子成形用ガラスゴブの製造方法を実施するための装置の概略構成図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】ノズル及び成形型部材の断面図である。
【図４】インデックステーブルの作動制御に関するフローチャート図である。
【符号の説明】
１インデックステーブル２成形型部材
３ノズル４ピックアンドプレイス手段
１０通過センサ１１パルスモータ
１２サーボ回路１３ＣＰＵ

Claims

所定角度毎にインデックス回転するインデックステーブルの円周方向に所定角度毎に成形型部材を設け、これら各成形型部材の下部側から不活性ガスを噴出させる間に、このインデックステーブルの上方に配置したノズルから溶融ガラスを滴下することによりガラスゴブを製造する方法であって、前記ノズルから前記成形型部材に溶融ガラスが滴下されたことを検出した後、所定の時間遅れをもって前記インデックステーブルを１インデックス分回転させるようになし、また溶融ガラスの平均滴下時間間隔を求めて、この平均滴下時間間隔より所定の時間だけ長い時間溶融ガラスの滴下を検出しなかった時には、平均滴下時間間隔だけ経過した後に溶融ガラスの滴下が行われたものと推定して、前記インデックステーブルを１インデックス分回転させることを特徴とする請求項１記載の光学素子成形用ガラスゴブの製造方法。
前記平均滴下時間間隔は、前記インデックステーブルの１回転分の滴下時間間隔の平均値であることを特徴とする請求項１記載の光学素子成形用ガラスゴブの製造方法。
前記平均滴下時間間隔経過後に溶融ガラスの滴下が検出されない時に、前記インデックステーブルをインデックス回転するタイミングは、前記滴下が検出されなかった平均滴下時間間隔の次の平均滴下時間間隔が終了する時点から、前記成形型部材からガラスゴブを取り出すのに必要な時間だけ遡った時点よりも早い時点に設定することを特徴とする請求項１記載の光学素子成形用ガラスゴブの製造方法。