JP4489507B2

JP4489507B2 - ガラス成形装置

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Publication number: JP4489507B2
Application number: JP2004178212A
Authority: JP
Inventors: 聡福山; 茂藤原; 裕喜杉浦
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-06-16
Also published as: JP2006001768A

Description

この発明は、ガラス成形装置に係り、特に、精密なガラスレンズのような高い形状精度が要求されるガラス成形品の製造に適したガラス成形装置に関する。

図４に、従来のガラス成形装置の一例を示す。

固定軸２は、装置フレーム１の上部に固定され、下向きに伸びている。固定軸２の下端には、セラミックス製の断熱筒３を介して上型４（固定型）が取り付けられている。装置フレーム１の下部には、スクリュージャッキ８及びその駆動源となるサーボモータ８ａが収容されている。移動軸９は、その下端部で荷重検出器８ｂを介してスクリュージャッキ８に接続され、固定軸２に対向するように上向きに伸びている。移動軸９の上端には、セラミックス製の断熱筒１０を介して下型１１（移動型）が取り付けられている。

上型４及び下型１１は、金属製のダイプレート５、１２、セラミックスまたは超合金製のコア６、１３、及びこれらのコア６、１３をダイプレート５、１２に固定すると共に型の一部を構成する固定ダイ７及び移動ダイ１４から構成されている。

固定軸２には、駆動装置（図示せず）により上下に移動される上部プレート１５が気密状態を保って摺動可能に取り付けられている。上部プレート１５には、上型４及び下型１１の周囲を取り囲む透明石英管１６が取り付けられ、成形室１７を構成している。更に、上部プレート１５には、透明石英管１６の周囲を取り囲む外筒１８が取り付けられ、外筒１８には、その内壁に沿ってランプユニット１９が設けられている。

ランプユニット１９は、赤外線ランプ２０、その後方に配置された反射ミラー２１、反射ミラー２１を冷却するための水冷パイプ２２、及び透明石英管１６の外周面に向けて冷却用の空気を噴出させるための空冷手段（図示せず）等から構成されている。

固定軸２及び移動軸９の内部には、成形室１７の内部にＮ_２ガス等の不活性ガスを充満させ、あるいは上型４及び下型１１を冷却するためのガス供給路２３、２４が設けられている。また、上部プレート１５にもガス供給路２５が設けられ、成形室１７の内部に不活性ガスが供給される。成形室１７に供給された不活性ガスは、成形室１７の下部を形成する中間プレート１ａに形成された排気口２６から排出される。

このガラス成形装置を用いて成形を行う際には、熱電対２７で下型１１（図示されていないが上型４についても同様）の温度を検出しつつ、制御装置２８によりランプユニット１９の出力を制御して上型４及び下型１１及びガラス素材３０を加熱し、この検出温度と関連させて制御装置２８により、サーボモータ８ａの速度、トルク及び回転量を制御して移動軸９を予め設定されたプログラムに従って移動させる。

このとき、上型４と下型１１の間の押圧力の制御は、スクリュージャッキ８から移動軸９に伝達される荷重を荷重検出器８ｂで検出し、その荷重が所定の値になるように行なっていた。

しかしながら、このようなガラス成形装置では、荷重検出器８ｂが移動軸９の下端部に取り付けられ、成形室１７の外に位置しているので、押圧力の検出精度に関して次のような問題があった。即ち、成形に当たり成形室１７内を減圧すると、移動軸９が上方へ引っ張られて荷重検出器８ｂによる測定値に影響が現れ、それにより、荷重検出器８ｂによる測定値と上型４と下型１１の間に加えられる押圧力の間に誤差が生じ、その結果、押圧力の制御を正確に行うことができないという問題があった。
特開平８−２０８２４３号公報

本発明は、上記のような従来のガラス成形装置における問題点を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、型の間に加えられる押圧力の測定精度を高め、それによって、より精密なガラス成形を行うことができるガラス成形装置を提供することにある。

本発明のガラス成形装置は、
成形室と、
この成形室内に互いに対向するように配置された固定型及び移動型と、
前記固定型をその背面側から支持する固定軸と、
前記移動型をその背面側から支持する移動軸と、
この移動軸を、予め設定されたプログラムに従って速度、荷重または位置制御により、前記固定型に対して移動させるための駆動装置と、
前記固定型、前記移動型及びこれらの間に投入されたガラス素材を加熱するための加熱装置と、
前記成形室内に不活性ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記成形室内を減圧するための真空排気装置と、
前記固定型と移動型との間に作用する押圧力を検出するための荷重検出器と、
を備えたガラス成形装置において、
前記荷重検出器は、前記固定軸と前記固定型の間または前記移動軸と前記移動型の間のいずれかに挿入され、前記成形室内に配置されていることを特徴とする。

本発明のガラス成形装置によれば、荷重検出器が成形室内に配置されているので、成形室内の圧力変動が、荷重検出器の出力に影響を与えることがなく、上型と下型の間の押圧力の測定精度を高めることができる。

好ましくは、前記固定型または移動型と前記荷重検出器の間に冷却部材を挿入し、この冷却部材の内部に冷却水が循環する経路を形成する。このように構成することにより、前記固定型または移動型から前記荷重検出器への熱の流入を抑えることができる。

好ましくは、前記固定軸または移動軸と前記冷却部材の間を冷却水配管で結び、この冷却水配管を介して、冷却水を、前記固定軸または移動軸の中に設けられた冷却水流路から、前記冷却部材の内部に導入する。その場合、好ましくは、前記冷却水配管の途中をループ状に形成し、それによって前記固定軸または移動軸と前記冷却部材の間の距離の変動を、当該冷却水配管内に大きな反力を発生させることなく、吸収できるようにする。

好ましくは、この冷却水の供給圧力及び流量の変動を抑えるための冷却水安定化手段を更に設ける。

好ましくは、前記固定型または移動型と前記冷却部材の間にフランジを挿入し、このフランジの内部に不活性ガスが流れる経路を設けるとともに、不活性ガスを、前記固定軸または移動軸の中に設けられたガス流路から、前記フランジの内部に導入するためのガス配管を設ける。その場合、不活性ガスを、前記固定軸または移動軸の中に設けられた前記ガス流路、前記ガス配管、及び前記フランジ内部の前記経路を介して前記成形室内へ導入するように、前記ガス供給手段を構成する。

その場合にも、好ましくは、前記ガス配管の途中をループ状に形成し、それによって前記固定軸または移動軸と前記冷却部材の間の距離の変動を、当該ガス配管内に大きな反力を発生させることなく、吸収できるようにする。

好ましくは、前記冷却部材の内部に供給される不活性ガスの供給圧力及び流量を徐々に上げる勾配制御により増加させるための圧力流量制御弁を更に設ける。好ましくは、前記成形室を、前記固定型及び移動型を収容する第一の部分と前記荷重検出器を収容する第二の部分とに区分し、前記加熱装置を、第一の部分にみに配置する。このように構成することにより、前記荷重検出器への熱の流入を更に抑えることができる。

更に好ましくは、前記成形室を、前記第二の部分において、その壁面の冷却ができるように構成する。

好ましくは、前記成形室の前記第一の部分と前記第二の部分を、それぞれ別個に不活性ガスが供給されるように構成する。

本発明によれば、上述のように荷重検出器が固定軸と固定型との間または移動軸と移動型との間のいずれかに取り付けられて成形室内に配置されているため、荷重検出器は成形室内の減圧の影響を受けない。このため、型の押圧力をより正確に測定してより正確に制御することが可能となり、微小なガラスレンズ等の精密なガラス成形を行うことができる。

次に、本発明について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に基づくガラス成形装置の一例を示す概略構成図である。図中、２ａは固定軸、９は移動軸、４は上型（固定型）、１１は下型（移動型）、８ｃはサーボモータ（駆動装置）、８ｄは荷重検出器、１７は成形室、１９はランプユニット（加熱装置）、３１は冷却部材、３２はフランジ、３４、３５は冷却水配管、３８は圧力流量制御弁（冷却水安定化手段）、４１はガス配管、４３は圧力流量制御弁、５８は真空排気装置、を表わす。

図１の中で、上型４及び下型１１、断熱筒３、１０、移動軸９、ランプユニット１９及び熱電対２７は、先に、図４に示したものと同一であるので、その説明を省略する。

図１において、移動軸９は、下端部でサーボモータ８ｃに直結されている。サーボモータ８ｃは、先に図４に示したサーボモータ８ａと同様に、制御装置２８ａにより予め設定されたプログラムに従って速度、トルク及び回転量が制御され、移動軸９を移動させる。

固定軸２ａの下端には、例えばＳ字型のロードセルのような荷重検出器８ｄが取り付けられている。荷重検出器８ｄの下端は、冷却部材３１及びフランジ３２を介して断熱筒３に連結されている。

冷却部材３１は、図２にその平面図を示すように、円板の２箇所を切り欠いた形状であり、内部に冷却水流路３３を有している。この冷却水流路３３の入口と出口には、冷却水配管３４、３５の一端がそれぞれ接続されている。これらの冷却水配管３４、３５は、図３に示すように、途中をループ状に曲げられ、これらの冷却水配管３４、３５の他端は、固定軸２ａ内を上下に貫通する冷却水流路（図示せず）の下端にそれぞれ接続されている。

固定軸２ａ内の冷却水流路の上端には、入口冷却水配管３６と出口冷却水配管３７がそれぞれ接続されている。入口冷却水配管３６には、冷却部材３１へ供給する冷却水の圧力と流量の変動を抑えて安定化させるための圧力流量制御弁３８が接続されている。この圧力流量制御弁３８は、その設定値を制御装置２８ａにより制御するように構成することができる。なお、圧力流量制御弁３８の代わりに、バッファタンク等を用いて冷却水の圧力と流量の変動を抑えることもできる。

フランジ３２は、冷却部材３１と断熱筒３の間に挿入され、内部にガス供給路４０が設けられている。このガス供給路４０は、図１に示すように、一端を断熱筒３の内部空間に開口し、他端を冷却部材３１の切欠き部（図２参照）に開口している。このガス供給路４０の他端には、図３に示した冷却水配管３４、３５と同様に、途中をループ状に曲げられたガス配管４１の一端が接続され、このガス配管４１の他端は、固定軸２ａ内に上記冷却水流路と平行して設けられたガス供給路（図示せず）の下端に接続されている。固定軸２ａ内のガス供給路の上端には、不活性ガス供給配管４２が接続されている。

不活性ガス供給配管４２には、圧力流量制御弁４３が接続されている。この圧力流量制御弁４３は、制御装置２８ａからの指令により動作し、不活性ガスの供給停止及び供給圧力流量をプログラムに従って制御すると共に、不活性ガスの供給開始時には、いわゆるソフトスタートとなるように不活性ガスの供給圧力及び流量を勾配制御により増加させるように構成されている。

なお、固定軸２ａには、上述した２つの冷却水流路（図示せず）及び１つのガス供給路（図示せず）の他に、固定軸２ａを冷却するための冷却水の循環流路（図示せず）が設けられている。

固定軸２ａには、駆動装置５０により上下に移動される上部プレート５１が気密状態を保って摺動可能に取り付けられている。上部プレート５１には、図１に示すように、後述の成形室１７を閉じた状態にあるとき、荷重検出器８ｄの外周を取り囲み、下端が冷却部材３１の外周を囲む位置に達する円筒状の冷却チャンバ５２が気密に取り付けられている。この冷却チャンバ５２には冷却水循環路５３が設けられている。

冷却チャンバ５２の下端には、この下端から外方へ広がるリング状の分離プレート５４が気密に取り付けられている。分離プレート５４には、上型４及び下型１１の周囲を取り囲むように透明石英管１６が取り付けられている。透明石英管１６の下端は、中間プレート１ａに取り付けられたベースリング５５の上面に気密に押し付けられ、成形室１７を形成している。

この成形室１７は、フランジ３２及び分離プレート５４より、上方にある冷却チャンバ５２の内部空間に連通しており、この冷却チャンバ５２の内部空間を成形室１７内の圧力と同一に保つように形成されている。以下、この冷却チャンバ５２の内部空間は、成形室１７の一部であるとする。即ち、成形室１７は、透明石英管１６で囲まれ上型４及び下型１１を収容する部分と、冷却チャンバ５２で囲まれ加重検出器８ｄを収容する部分とに区分されている。なお、ベースリング５５の内部には冷却水循環路５６が設けられ、ランプユニット１９は、上記分離プレート５４に取り付けられている。

ベースリング５５には排気口５７が設けられ、成形室１７を真空排気装置５８に接続している。また、上部プレート５１には、冷却チャンバ５２で囲まれ荷重検出器８ｄを収容する部分に、不活性ガスを供給するためのガス供給路５９が設けられ、冷却チャンバ５２には、同部分から真空排気装置５８により不活性ガスを排出するための排気口６０が設けられている。

次に、この装置の運転手順について説明する。まず、成形室１７内を一旦真空排気し、その後、高純度のＮ_２ガスにてパージする。これにより、連続して行う加熱時に生じる金型の酸化を防止する。Ｎ_２ガスにてパージ後、ランプユニット１９で上型４、下型１１及びガラス素材３０を成形可能な温度域まで加熱する。所定の温度の達した後、ランプユニット１９の出力は、前記所定温度を保持するよう、熱電対２７の出力結果を元に制御装置２７ａによりコントロールされる。上記の間、下型と上型は物理的に分離されている。

ここで、真空成形ついて説明する。これは、金型から成形品への転写精度を向上させるために実施するプロセスである。通常のようにＮ_２雰囲気中で成形すると、ガラス素材３０とコア６、１３の間にＮ_２ガス溜まりが形成されてしまい、凸レンズの場合、レンズ頂点に前記ガス溜まりができてしまう。これを防止するために真空中で成形を行うのが、上記真空成形である。真空排気は、ガラス素材３０が上下コア６、１３に挟まれた状態で行われる。成形時は勿論荷重検出器８ｄからの情報を元に、一定のプレス力が印加されるようサーボモータ８ｃの出力がコントロールされる。

ところが、真空排気時、成形室内外の圧力差により、下軸９は上方へ、上軸２ａ（２）は下方へ向かう力が加わる。

ここで、荷重検出器８ｂが図４内に示された位置にある場合、下軸が上方へ引き込まれることで検出される荷重値は、実際にガラス素材３０に印加されている力より小さくなる。

すなわち、サーボモータは、下軸９をさらに上方へ移動するよう働くこととなる。

しかし、実際には、ガラス素材には上記下軸を上方へ引き上げる力が働いているため、荷毎が余分に掛かっており、逆に軸を下げる方向に働かなくてはならない。

ところが、荷重検出器８ｄが図１に示す位置にあれば、上記下軸を上方へ持ち上げる力を前記検出器８ｄが検知し、荷重を下げる（軸を下げる）方向ヘサーボモータを誘導することとなる。従って、従来に比して非常に正確にガラス素材そのものに掛かるブレス力を測定・制御できるようになる。

また、真空成形の場合、成形終了後、ガラス素材３０を上下金型で挟んだ状態で、成形室内にＮ_２ガスを導入し、冷却と成形室内のパージを実施する。このときは、上下軸は各々上方と下方へ押出されることとなる。これによりガラス素材に印加するブレスカは、大きくしなくてはならないが、検出器が図４中８ｂの位置にあると、冷却時測定値は大きくなり、プレスカを下げる方向にサーボモータを制御してしまう。

これにより、ガラス素材に印加される力はさらに小さくなってしまい、現実とは全くかけ離れた成形となってしまう。

しかし、荷重検出器８ｄは、成形室１７内に配置されることにより熱の影響を受け易くなる。しかしながら、これは、分離プレート５４、フランジ３２及び冷却部材３１により赤外線ランプ２０の影響を抑えたり、冷却部材３１により型組み立て４からの伝熱を阻止したり、更に冷却チャンバ５２により荷重検出器８ｄの周囲の温度を抑えたり、更にガス供給路５９からＮ_２ガス等の不活性ガスを供給したりすることにより、荷重検出器８ｄの昇温を防ぐことができ、これにより、温度に敏感な感度の高い荷重検出器８ｄを用いてより精緻な押圧力制御を達成することが可能である。

なお、冷却水配管３４、３５及びガス配管４１は、途中をループ状に曲げることによって、荷重検出器８ｄの荷重測定に悪影響を及ぼすことを抑えることができる。

また、冷却水配管３４、３５を通して冷却部材３１へ給排される冷却水の圧力及び流量の変化は、荷重検出器８ｄの出力に悪影響を及ぼし、更に、ガス配管４１、フランジ３２等を通して成形室１７へ供給される不活性ガスの供給が急激であると、これも荷重検出器８ｄの出力に悪影響を及ぼす。これらは、入口冷却水配管３６に設けた圧力流量制御弁３８により冷却部材３１へ供給する冷却水の圧力と流量の変動を抑えて安定化させ、更に、不活性ガス供給配管４２に設けた圧力流量制御弁４３により不活性ガスの供給圧力及び流量を制御して、いわゆるソフトスタートさせることにより解消される。

図１に示した例では、荷重検出器８ｄを固定軸２ａと上型４との間に挿入して成形室１７内に配置しているが、本発明は、このような形態に限定されるものではなく、荷重検出器８ｄを、例えば移動軸９と下型１１との間に挿入して成形室１７内に配置してもよい等、種々変形実施可能である。

本発明に基づくガラス成形装置の例を示す概略構成図。図１における冷却部材の平面図。図１における冷却水配管の左側面図。従来のガラス成形装置を示す概略構成図。

符号の説明

１・・・装置フレーム、２、２ａ・・・固定軸、３、１０・・・断熱筒、４・・・上型（固定型）、１１・・・下型（移動型）、５、１２・・・ダイプレート、６、１３・・・コア、７・・・固定ダイ、１４・・・移動ダイ、８ａ、８ｃ・・・サーボモータ、８ｂ、８ｄ・・・荷重検出器、９・・・移動軸、１５・・・上部プレート、１６・・・透明石英管、１７・・・成形室、１８・・・外筒、１９・・・ランプユニット（加熱装置）、２０・・・赤外線ランプ、２１・・・反射ミラー、２２・・・水冷パイプ、２３、２４、２５・・・ガス供給路、２６・・・排気口、２７・・・熱電対、２８、２８ａ・・・制御装置、３０・・・ガラス素材、３１・・・冷却部材、３２・・・フランジ、３３・・・冷却水流路、３４、３５・・・冷却水配管、３６・・・入口冷却水配管、３７・・・出口冷却水配管、３８・・・圧力流量制御弁（冷却水安定化手段）、４０・・・ガス供給路、４１・・・ガス配管、４２・・・不活性ガス供給配管、４３・・・圧力流量制御弁、５０・・・駆動装置、５１・・・上部プレート、５２・・・冷却チャンバ、５３・・・冷却水循環路、５４・・・分離プレート、５５・・・ベースリング、５６・・・冷却水循環路、５７・・・排気口、５８・・・真空排気装置、５９・・・ガス供給路、６０・・・排気口。

Claims

成形室と、
この成形室内に互いに対向するように配置された固定型及び移動型と、
前記固定型をその背面側から支持する固定軸と、
前記移動型をその背面側から支持する移動軸と、
この移動軸を、予め設定されたプログラムに従って速度、荷重または位置制御により、前記固定型に対して移動させるための駆動装置と、
前記固定型、前記移動型及びこれらの間に投入されたガラス素材を加熱するための加熱装置と、
前記成形室内に不活性ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記成形室内を減圧するための真空排気装置と、
前記固定型と移動型との間に作用する押圧力を検出するための荷重検出器と、
を備えたガラス成形装置において、
前記荷重検出器は、前記固定軸と前記固定型の間または前記移動軸と前記移動型の間のいずれかに挿入されて、前記成形室内に配置され、
冷却水が循環する経路が内部に形成された冷却部材が、前記固定型または移動型と前記荷重検出器の間に挿入され、
前記冷却水を、前記固定軸または移動軸の中に設けられた冷却水流路から、前記冷却部材の内部に導入するための冷却水配管を備え、この冷却水配管は、途中がループ状に形成され、それによって前記固定軸または移動軸と前記冷却部材の間の距離の変動を吸収できるように形成されていること、
を特徴とするガラス成形装置。
前記冷却水の供給圧力及び流量の変動を抑えるための冷却水安定化手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のガラス成形装置。
成形室と、
この成形室内に互いに対向するように配置された固定型及び移動型と、
前記固定型をその背面側から支持する固定軸と、
前記移動型をその背面側から支持する移動軸と、
この移動軸を、予め設定されたプログラムに従って速度、荷重または位置制御により、前記固定型に対して移動させるための駆動装置と、
前記固定型、前記移動型及びこれらの間に投入されたガラス素材を加熱するための加熱装置と、
前記成形室内に不活性ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記成形室内を減圧するための真空排気装置と、
前記固定型と移動型との間に作用する押圧力を検出するための荷重検出器と、
を備えたガラス成形装置において、
前記荷重検出器は、前記固定軸と前記固定型の間または前記移動軸と前記移動型の間のいずれかに挿入されて、前記成形室内に配置され、
冷却水が循環する経路が内部に形成された冷却部材が、前記固定型または移動型と前記荷重検出器の間に挿入され、
前記固定型または移動型と前記冷却部材の間に挿入され、不活性ガスが流れる経路が内部に形成されたフランジと、不活性ガスを、前記固定軸または移動軸の中に設けられたガス流路から、前記フランジの内部に導入するためのガス配管とを備え、
前記ガス供給手段は、不活性ガスを、前記固定軸または移動軸の中に設けられた前記ガス流路、前記ガス配管、及び前記フランジ内部の前記経路を介して、前記成形室内へ導入するように構成されていること、
を特徴とするガラス成形装置。
前記ガス配管は、途中がループ状に形成され、それによって前記固定軸または移動軸と前記冷却部材の間の距離の変動を吸収できるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のガラス成形装置。
前記冷却部材の内部に供給される不活性ガスの供給圧力及び流量を勾配制御により増加させるための圧力流量制御弁を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載のガラス成形装置。
成形室と、
この成形室内に互いに対向するように配置された固定型及び移動型と、
前記固定型をその背面側から支持する固定軸と、
前記移動型をその背面側から支持する移動軸と、
この移動軸を、予め設定されたプログラムに従って速度、荷重または位置制御により、前記固定型に対して移動させるための駆動装置と、
前記固定型、前記移動型及びこれらの間に投入されたガラス素材を加熱するための加熱装置と、
前記成形室内に不活性ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記成形室内を減圧するための真空排気装置と、
前記固定型と移動型との間に作用する押圧力を検出するための荷重検出器と、
を備えたガラス成形装置において、
前記荷重検出器は、前記固定軸と前記固定型の間または前記移動軸と前記移動型の間のいずれかに挿入されて、前記成形室内に配置され、
前記成形室は、前記固定型及び前記移動型を収容する第一の部分と前記荷重検出器を収容する第二の部分とに区分され、前記加熱装置は、第一の部分にみに配置され、
前記成形室は、前記第二の部分において、その壁面が冷却可能に構成されていること、
を特徴とするガラス成形装置。
成形室と、
この成形室内に互いに対向するように配置された固定型及び移動型と、
前記固定型をその背面側から支持する固定軸と、
前記移動型をその背面側から支持する移動軸と、
この移動軸を、予め設定されたプログラムに従って速度、荷重または位置制御により、前記固定型に対して移動させるための駆動装置と、
前記固定型、前記移動型及びこれらの間に投入されたガラス素材を加熱するための加熱装置と、
前記成形室内に不活性ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記成形室内を減圧するための真空排気装置と、
前記固定型と移動型との間に作用する押圧力を検出するための荷重検出器と、
を備えたガラス成形装置において、
前記荷重検出器は、前記固定軸と前記固定型の間または前記移動軸と前記移動型の間のいずれかに挿入されて、前記成形室内に配置され、
前記成形室は、前記固定型及び前記移動型を収容する第一の部分と前記荷重検出器を収容する第二の部分とに区分され、前記加熱装置は、第一の部分にみに配置され、
前記成形室の前記第一の部分と前記第二の部分は、それぞれ別個に不活性ガスが供給されるように構成されていること、
を特徴とするガラス成形装置。