JP4681443B2 - 成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばガラス素材などの被成形素材を、加熱軟化させた後、プレス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成形品を成形するための成形装置に関する。

従来から例えば以下の２つの方式のようなガラス成形装置が提案されている。
図１０に示すように、上下の金型組２１４は、光学ガラス素子の成形前は上下の金型２１４ａ，２１４ｂに分離された状態で成形装置２１０に配置されている。そして、下金型２１４ｂの上にガラス素材を設置した後、上金型２１４ａを配置してガラス素材の加熱・プレス成形・冷却の一連の作業を行う。このようにして、ガラス素子の成形品を成形する。以下、このような成形装置２１０をバッチ式成形装置と称する。

ガラス素子を成形する場合、クランプ２７６でヒータユニット２８６および石英チャンバ２８４を固定するとともにベローズ２７８によって石英チャンバ２８４の内部を密封する。真空排気装置２１６ｂで石英チャンバ２８４の内部の気体を排気する。制御装置２１８でヒータユニット２８６を加熱制御する。このとき、下金型２１４ｂに接続された熱電対２９６の出力を制御装置２１８に入力して石英チャンバ２８４内の温度を制御する。そして、サーボモータ３０６を制御しながらジャッキ３０８を動かす。そのジャッキ３０８によって加えられた力をロードセル３１４で検知して制御装置２１８にフィードバックする。ジャッキ３０８によって下軸２８２を上下に動かし、上軸３１０との間に挟まれた金型組２１４によってガラス素子の成形品を成形する。

このようなバッチ式成形装置２１０は、比較的大きな金型を扱うことが可能で、金型の均一加熱制御や、プレス力・プレス位置の正確な制御に向いている。このため、比較的ラージサイズ（φ３０〜８０ｍｍ程度のレンズ）のガラス素子を高精度に成形等するのに適している。また、スモールサイズ（φ３０ｍｍ以下で主流はφ１０〜５ｍｍ程度）の場合は、大きな金型により多数個を成形することによりガラス素子の生産性を確保している。

このようなバッチ式成形装置２１０の利点として、赤外線ランプヒータや高周波誘導加熱装置などの加熱装置２８６を、固定して配置された石英チャンバ２８４の外周部に配置することにより、比較的大きな金型組２１４を効率よく均一に加熱することが可能である。このため、大きなガラス素子を精度良く成形することが可能である。また、比較的大きな金型組２１４に小径のレンズを多数個取りすることが可能である。さらに、上下の金型２１４ａ，２１４ｂが固定された状態で配置されているため、金型組２１４の用意個数を少なくすることができる。

また、各ガラス素子がそれぞれ１つのエリアで成形されるので、加熱・プレス成形・冷却の各工程を自由に時間配分することが可能である。したがって、複雑な成形条件を設定可能である。このため、後述する連続式成形装置４１０では不可能な内外周で極端に肉厚の異なるガラス素子や、プリズム等の異形レンズや、基板上に溝パターンを転写させるようなガラス素子等を容易に成形することが可能である。

また、金型組２１４が上下に分離するセパレート方式であるため、プレス成形中に任意のタイミングでガラス素子と金型成形面とを離型することが可能である。さらに、上または下金型２１４ａ，２１４ｂを直接測温して温度コントロールすることが可能である。固定された同一の金型組２１４で成形を行うため、成形装置２１０間の成形条件の差が少なく、成形条件および成形品精度の再現性が優れている。また、真空雰囲気中で成形を行いたい場合は、比較的小さなエリアを真空引きするだけで真空雰囲気にすることが可能である。また、真空雰囲気、窒素ガス雰囲気、大気雰囲気への繰返し置換が容易である。

また、図１１中に示す胴型構造の金型組４１４を、図１２に示すように、各作業エリアに順次搬送して、加熱・プレス成形・冷却の一連の作業を行い、ガラス成形品を成形することがある。以下、これを連続式成形装置４１０と称する。このような連続式成形装置４１０は、加熱・プレス成形・冷却の各工程を分割して作業させることが可能であるため、生産タクトを向上させることが可能である。例えば、加熱を２エリア、プレス成形を２エリア、冷却を３エリアの計７エリアに分割している例もある。なお、一般的には、スモールサイズ（φ３０ｍｍ以下で主流はφ１０〜５ｍｍ程度）のガラス素子の成形事例が多く、また１個取り成形で成形する事例が多い。

ガラス素子を成形する場合、成形装置４１０、搬送装置４３０、金型分解組立装置４１１を制御装置４１８で制御しながら成形する。まず、搬送装置４３０内で、金型ストッカ４３０ａから下金型４１４ｂを搬入アーム４３０ｂによって搬送する。搬入アーム４３０ｂから搬入出アーム４３０ｃに下金型４１４ｂを受け渡し、搬入出アーム４３０ｃから金型分解組立装置４１１の旋回装置４１１ａに受け渡す。旋回装置４１１ａ上で上金型組込装置４１１ｂにより、上金型４１４ａが組み込まれて金型組４１４を構成する。金型組４１４を搬入出アーム４３０ｃにより金型分解組立装置４１１から搬送装置４３０に受け渡す。搬入出アーム４３０ｃから搬入アーム４３０ｂに金型組４１４を受け渡して、成形装置４１０のＩＮポート（搬入ステーション）４４４ａに金型組４１４を搬入する。

図１１に示す成形装置４１０では、加熱ゾーン４４６、プレス成形ゾーン４４８および冷却ゾーン４５０の各ゾーンは１つのステーションで構成されているように示しているが、実際には図１２に示すように、複数のステーションを備えている。加熱ゾーン４４６は２つの加熱ステーション４４６ａを備えている。プレス成形ゾーン４４８は、２つのプレスステーションと２つの徐冷ステーションとを備えている。冷却ゾーン４５０は１つの冷却ステーション４５０ａを備えている。なお、冷却ステーション４５０ａは複数でも良い。

したがって、成形装置４１０のＩＮポート４４４ａに搬入された、ガラス素材入りの金型組４１４は、加熱ゾーン４４６の２つの加熱ステーション４４６ａ、プレス成形ゾーン４４８の２つのプレスステーション４４８ａおよび２つの徐冷ステーション４４８ｂ、冷却ゾーン４５０の１つの冷却ステーション４５０ａを経ることによって所望の状態に形成される。そして、ＯＵＴポート（搬出ステーション）４４４ｂから搬送装置４３０に搬出される。搬出された金型組４１４は、搬出アーム４３０ｄ、搬出シリンダ４３０ｅ、搬入出アーム４３０ｃを介して金型分解組立装置４１１の旋回装置４１１ａに載置される。そして、上金型取外装置４１１ｃで上金型４１４ａを取り外した後、成形品取外装置４１１ｄで成形品を下金型４１４ｂから取り外す。そして、スカラロボット４１１ｅでトレーチェンジャ４１１ｆに成形品を載置する。下金型４１４ｂは、旋回装置４１１ａから搬送装置４３０の搬入出アーム４３０ｃを介して金型取出トレー４３０ｆに配置される。

このような連続式成形装置４１０は、加熱・プレス成形・冷却の各工程を、複数の工程に分割して成形を行うため、装置４１０の１台あたりの成形タクトを短縮することが可能である。また、金型組４１４の構造が胴型構造で比較的簡単であり、１個あたりの金型組４１４の製作コストは比較的安価である。また、上下の金型組４１４ａ，４１４ｂを胴型４１４ｃで嵌合させているため、特にレンズ上下面のディセンター精度を確保し易い。さらに、金型組４１４自体を成形装置４１０内に出し入れするので、金型組４１４の交換が容易であり、メンテナンス（アイドリング）時間等の短縮が可能である。
特公平８−１３６８７号公報

上述したバッチ式成形装置２１０（図１０参照）を用いる場合、１つの作業エリアに上下の金型組２１４を固定して作業する。このため、金型組２１４の用意個数は少なくても良いが、作業効率が悪く成形タクトの向上には問題が有る。特に、冷却工程における金型組２１４の水冷化が困難である。

また、金型組２１４が成形装置２１０に固定されているため、金型組２１４をメンテナンスする際は成形装置２１０から金型組２１４を脱着して金型組２１４を上金型２１４ａおよび下金型２１４ｂに分解する必要がある。このため、メンテナンス時間（アイドリング時間）が長くなる等の問題が有る。

さらに、上下の金型組２１４が成形前は分離されており、プレス成形を行う際は、上下の金型組２１４が有するピン・穴による嵌合により成形品の中心軸を確保する。このため、特にレンズのディセンター精度に関しては、連続式成形装置４１０の胴型構造の金型組４１４と比較して若干劣る傾向がある。

一方、連続式成形装置４１０を用いる場合、不活性ガスの隔離チャンバ４２８内に、加熱、プレス成形、冷却の各工程を配置して、金型組４１４を移動させることが多い。このため、装置４１０の構成が複雑になり易い。また、加熱、プレス成形、冷却の各工程を包括して不活性ガスの隔離チャンバ４２８内に配置する。このため、真空雰囲気で成形したい場合は隔離チャンバ４２８内の全体を真空化する必要がある。

また、金型組４１４を加熱する加熱手段は、金型組４１４への加熱板接触方式（伝熱方式）によって加熱することが多く、加熱効率が悪い。このため、加熱工程等では、複数個の作業エリアを設ける必要がある。すなわち、従来の成形装置４１０では、ガラス素材の加熱に２ステーション、プレス成形に２ステーション、冷却に３ステーション等、多数のステーション構成がある。このため、比較的大きな金型部材を均一的に加熱することが難しい。したがって、スモールサイズの成形アプリケーションに限定され易い。また、複数個の金型組４１４を用意する必要があり、金型のコストの増大となる。さらに、各工程が金型組４１４の搬送の際に分断されることがあり、一貫した成形プロセスとはなっていない。例えばプレス成形時の途中で金型組４１４を移動して再度プレス荷重を加える等の断続的な成形となり、成形条件等が複雑である。また、金型組４１４を移動させる際に、金型組４１４の内部のガラス素材が移動してしまうおそれがある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、成形品の大小に関わらず、高精度の被成形品を大量に生産することが可能な成形装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明に係る成形装置は、被成形素材を、筒状の胴型に上下１対の金型を嵌合させて構成される金型組によって挟み、前記被成形素材を加熱部による加熱工程、プレス成形部によるプレス成形工程および冷却部による冷却工程を経て所望の成形品を成形するものである。そして、この成形装置は、前記加熱部、プレス成形部および冷却部の作業エリアを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隔離チャンバと、前記円環上に配置され、かつ、前記加熱部の加熱工程作業エリアと冷却部の冷却工程作業エリアとの間に配置され、前記被成形素材を入れた金型組を前記隔離チャンバに対して出し入れするためのＩＯポート部と、前記隔離チャンバ内に配置され、前記隔離チャンバの外側から前記ＩＯポート部へ搬入された前記金型組を前記加熱部、プレス成形部および冷却部の作業エリアを順次経て前記ＩＯポート部まで搬送するための搬送機構とを具備し、前記ＩＯポート部、前記加熱部、前記プレス成形部、前記冷却部の作業エリアを前記円環の作業エリアの中心に対して互いに９０度離して配置したことを特徴とする。
金型組の金型間に被成形素材を配置した状態で、金型組を成形装置内のＩＯポート部から円環状に配置した加熱工程の作業エリア、プレス成形工程の作業エリア、冷却工程の作業エリアを介して再びＩＯポート部に戻し、このＩＯポート部からその金型組を成形装置の外側に搬送することができる。このため、金型組ごとに被成形素材を円環状の加熱工程、プレス成形工程、冷却工程を経ることにより成形品を成形することができる。このとき、金型組はそれぞれ分離されているのでメンテナンスが容易であり、同一の工程内で金型を移動させる必要がないので成形条件が簡潔であり、加熱効率が良く、比較的大きな金型部材であっても均一的に加熱して被成形素材を成形することができる。したがって、成形品の大小に関わらず、高精度のガラス素子を、安価に且つ大量に生産することが可能となる。

また、前記ＩＯポート部は、前記金型組を前記ＩＯポート部に対して出し入れするためのロードロック機構を有し、前記隔離チャンバ内を不活性ガス雰囲気または真空に保持可能なチャンバを備えていることが好適である。
ロードロック機構を有するチャンバによって隔離チャンバ内を不活性ガス雰囲気または真空に保持した状態を保持することができるので、その間にＩＯポート部から金型組の搬出、搬入を行うことができる。

また、前記金型組は、断熱部材の上に載置され、前記搬送機構は、前記金型組を搬送する際、前記断熱部材を把持して搬送する把持部を備えていることが好適である。
このため、次の工程を行う部分に搬送する際に、金型組の下側の、金型組を載置する部材の熱の影響を受けることを防止することができる。

また、前記加熱工程、前記プレス成形工程の各作業エリアの少なくとも１つに、前記金型組を開閉可能に収納する耐熱性チャンバを有し、前記耐熱性チャンバは、不活性ガス雰囲気または真空に保持可能な機能を有することが好適である。
このため、加熱工程の作業エリアおよび／もしくはプレス成形工程の作業エリアで金型組を加熱した熱を保持することができるとともに、金型組を均一的に加熱することができる。

また、前記加熱工程、前記プレス成形工程の各作業エリアの少なくとも一方の前記金型組を加熱する加熱手段として、赤外線ランプ方式または高周波誘導加熱方式を用い、前記加熱手段は、前記耐熱性チャンバの外周部より前記金型組を加熱または保温し、もしくは徐冷することが好適である。
このため、金型組を耐熱性チャンバの外側から容易に加熱または保温し、もしくは徐冷することができる。

また、前記冷却工程の作業エリアの冷却手段は、水冷板の接触および／または不活性ガスによる空冷により前記金型組を冷却する機能を有することが好適である。
このため、水冷板の接触、すなわち水冷で金型組を冷却しても良く、空冷で金型組を冷却しても良く、両者を組み合わせて金型組を冷却しても良い。

また、前記金型組を前記隔離チャンバの外側に搬出する際に、前記断熱部材から前記金型組を押し上げる押し上げ機構を有することが好適である。
胴型の金型組を使用する場合に金型組の下側を保持することができる。このため、金型組が各金型に分離することなく、一体的な状態で金型組を成形装置から搬出することができる。

本発明によれば、成形品の大小に関わらず、高精度の被成形品を大量に生産することが可能な成形装置を提供することができる。

以下、図１ないし図９を参照しながらこの発明を実施するための最良の形態について説明する。ここでは、３ゾーン円環式ガラス成形装置１０の好ましい実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係るガラス成形装置１０は、従来のバッチ式成形装置（図１０参照）の利点を生かしつつ、これを連続式成形装置（図１１および図１２参照）に応用したものである。

３ゾーン円環式ガラス成形装置１０の全体像を図１に示す。成形前のガラス素材（被成形素材）１２を図２（Ａ）に示し、金型組１４を図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示す。さらに、３ゾーン円環式ガラス成形装置１０の各部の詳細については、図３ないし図７に示す。

図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示すように、金型組１４は上型１４ａと下型１４ｂと胴型１４ｃとを備えている。金型組１４は下型１４ｂを土台とし、その上に上型１４ａが載置されている。さらに、下型１４ｂには底部にフランジ状に突出した突出部が形成されている。この下型１４ｂの突出部上でかつ、上型１４ａの外周には、下型１４ｂに対する上型１４ａの位置ずれを防止するように胴型１４ｃが配設されている。この胴型１４ｃは、筒状に形成されている。この胴型１４ｃの側面には、胴型１４ｃの中心に向かって、上型１４ａと下型１４ｂとの間に連通する貫通孔１４ｄが形成されている。この貫通孔１４ｄは上下の金型１４ａ，１４ｂ間の気体を金型組１４の外側の気体と出し入れするために形成されている。もちろん、真空引きした際には、この貫通孔１４ｄから気体が排出される。
本実施の形態では、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示す金型組１４を用いて成形するガラス成形品（光学素子）のサイズはφ７５ｍｍである。すなわち、本実施の形態では、比較的大きなサイズのアプリケーションを採用している。また、図２（Ｃ）に示すガラス成形品では、上型１４ａおよび下型１４ｂの両者の成形面が凹状に形成された両凸レンズを採用しているが、片凹片凸のメニスカスレンズも成形することができる。この場合、上型１４ａおよび下型１４ｂの一方の成形面を他方に対して突出させていれば良い。

本実施の形態に係る３ゾーン円環式ガラス成形装置１０を用いて成形される、図２（Ａ）に示すガラス素材１２について説明する。ガラス素材１２のメーカはオハラである。ガラス型式はＳ−ＢＳＬ７（ＢＫ−７相当品）である。屈折率（Ｎｄ）は１．５１６３３である。歪点は５３２℃である。徐冷点は５６３℃である。転移点は５７６℃である。屈伏点は６２５℃である。軟化点は７１８℃である。

次に、３ゾーン円環式ガラス成形装置１０の全体構成について説明する。
図１に示すように、３ゾーン円環式ガラス成形装置１０は、下フレーム２２と、上フレーム２４とを備えている。下フレーム２２は、３ゾーン円環式ガラス成形装置１０の土台部分であり、これは例えば略直方体などの箱型状に形成されている。この下フレーム２２の側面には、それぞれ略矩形状などの開口部２２ａが形成されている。これら開口部２２ａによって、例えば後述する搬送機構３０のメンテナンスなどの際に工具やメンテナンス用機材等を容易に出し入れすることができるので、搬送機構３０のメンテナンスを容易に行うことができる。また、下フレーム２２の内側または近傍には、図５ないし図８に示す不活性ガスボンベ１６ａ、真空ポンプ１６ｂ、冷却水槽１６ｃおよび制御装置１８が配設されている。なお、不活性ガスとして、ここでは、窒素（Ｎ_２）ガスを使用するものとして説明する。

上フレーム２４は、下フレーム２２の上側に配設されている。この上フレーム２４は、下フレーム２２の上面の四隅からそれぞれ立設された立設フレーム２４ａと、これら立設フレーム２４ａの上に載置された平板フレーム２４ｂとを備えている。この平板フレーム２４ｂと、下フレーム２２の上面との間には、隔離チャンバ２８が配設されている。

隔離チャンバ２８は、略円筒型に形成されている。この隔離チャンバ２８内には、金型搬送機構３０が配設されている。ここでは、装置１０を可能な限りコンパクトにするため、ロータリ方式で金型組１４（図２（Ｂ）および図２（Ｃ）参照）を搬送する。このため、金型搬送機構３０は、下フレーム２２の上面の略中央に、回転軸３２を備えている。この回転軸３２は、サーボモータからなる回転用モータ３４により回転されるとともに、昇降用シリンダ３６により昇降される。これら回転用モータ３４および昇降用シリンダ３６は、それぞれ上述した制御装置１８に電気的に接続されている。この回転軸３２の上端は隔離チャンバ２８の内部に配設されている。この回転軸３２の上端には、円盤状に形成された搬送用回転テーブル３８が取り付けられている。もちろん、回転軸３２は回転テーブル３８の中心に取り付けられている。すなわち、搬送用回転テーブル３８は、隔離チャンバ２８内に配設され、隔離チャンバ２８内を回転および昇降可能である。

この搬送用回転テーブル３８には、図３、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、４組のハンド（２爪エアチャック）４０が取り付けられている。ここでは、これら４組のハンド４０は、上述した回転軸３２を中心とする同一円周（同一円環）上に、その中心に対して互いに９０度離れた等間隔に配置されている。搬送用回転テーブル３８の４組のハンド４０は、上述した回転軸３２を中心として搬送用回転テーブル３８を回転させたときに、それぞれ後述するＩＯポート部４４、加熱部４６、プレス成形部４８、冷却部５０に同時に対向する。これらハンド４０は、金型組１４（図２（Ｂ）および図２（Ｃ）参照）を載せる後述する断熱軸（断熱部材）６２の胴部を把持して、ＩＯポート部４４にある金型組１４を加熱部４６へ、加熱部４６にある金型組１４をプレス成形部４８へ、プレス成形部４８にある金型組１４を冷却部５０へ、冷却部５０にある金型組１４をＩＯポート部４４へそれぞれ同時に搬送する。なお、ここでは、断熱軸６２は、熱伝導性が悪く、プレス強度が強いセラミックス材（例えばＳｉ_３Ｎ_４など）を使用することが好適である。

図４（Ａ）に示すように、隔離チャンバ２８の内部には、ＩＯポート部４４、加熱部４６、プレス成形部４８、冷却部５０が上述した回転軸３２を中心とする同一円周（同一円環）上に、その中心に対して互いに９０度離れた等間隔に配置されている。これらＩＯポート部４４、加熱部４６、プレス成形部４８、冷却部５０のそれぞれの基部は下フレーム２２の上面にそれぞれ固定されている。すなわち、ステーション構成は、各工程中の金型組１４の移動を防止するため、または、極力金型組１４の移動量を減らすため、加熱・プレス成形・冷却の各工程に対して各１個とした計３ステーション（３ゾーン）である。ところが、上述した３ステーションにＩＯポート部４４が追加されているので、成形装置１０内のステーションは、合計４ステーション（４ゾーン）である。

加熱部４６、プレス成形部４８、冷却部５０は、金型組１４の搬送機構３０とともに隔離チャンバ２８内に包括して配置されている。その隔離チャンバ２８の内部は、高温にされる金型組１４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。この場合、隔離チャンバ２８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隔離チャンバ２８を不活性ガスに置換する前に、一度真空に引く。その後、単純に隔離チャンバ２８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）のみを隔離チャンバ２８内に吹き付けるようにしても良い。すなわち、酸素を隔離チャンバ２８内から追い出すことができれば良い。

次に、ＩＯポート部４４の構成について図５を用いて説明する。
図５に示すように、下フレーム２２には、隔離チャンバ２８の底壁を気密に保持した状態で貫通して上方へ延びた金型昇降シリンダ５２が配設されている。この金型昇降シリンダ５２には、上下方向に昇降される昇降軸５４が配設されている。この昇降軸５４の上端には金型受台５６が配設されている。

金型受台５６の上側の凹部（軸）５６ａには例えば窒化珪素などで形成された筒状の断熱軸６２が載置されている。この断熱軸６２は、金型受台５６に対して立設されるように下端部にフランジ部が形成されている。さらに、この断熱軸６２の上端部にもフランジ部が形成されている。この断熱軸６２の上端部のフランジ部上には金型組１４を載置するダイプレート６４が設置されている。ダイプレート６４は、セラミックス材（例えばＳｉＣやＴｉＣなど）を使用することが好適である。

上述した昇降軸５４には金型エジェクタ用シリンダ６６が内蔵されている。この金型エジェクタ用シリンダ６６により少なくとも３本の押し出しロッド（押上ピン）６８が昇降される。これら押し出しロッド６８の上端は、常に同じ高さに配置される。また、これら押し出しロッド６８の上端はそれぞれ適度に離され、これらの上端によって適当な仮想三角形が形成されている。ところで、上述した金型受台５６、断熱軸６２およびダイプレート６４には、図示しない貫通孔がそれぞれの上下方向に形成されている。このため、押し出しロッド６８は、金型受台５６、断熱軸６２およびダイプレート６４を貫通して上方へ突出可能、かつ、断熱軸６２の下端部から下方へ抜き出し可能に昇降する。

これら押し出しロッド６８のうちの少なくとも１本の例えば上端部には、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示す金型組１４の温度を検出するための熱電対７０が取り付けられている。この熱電対７０は、冷却部５０から搬送される金型組１４の温度を検出する。この熱電対７０は制御装置１８に電気的に接続されている。このため、この熱電対７０で検出された温度を制御装置１８に送信し、その制御装置１８によって、隔離チャンバ２８からの金型組１４の搬出の可否が判断される。

また、金型受台５６の上面でかつ、断熱軸６２から離れた周囲には、Ｏリング５６ｂが配設されている。金型昇降シリンダ５２の昇降軸５４を上昇させたとき、金型受台５６上のＯリング５６ｂが隔離チャンバ２８の天上壁に設けられた開口２８ａの縁部に密着する。このとき、開口２８ａを内側から気密に閉塞する。なお、この開口２８ａの大きさは、断熱軸６２を通すが、金型受台５６を通さない形状および大きさである。

この開口２８ａの上側には、ロードロック機構を構成するＩＯチャンバ７２が配設されている。このＩＯチャンバ７２には、上フレーム２４の平板フレーム２４ｂに配置された昇降シリンダ６０が配設されている。このため、ＩＯチャンバ７２は、大気、すなわち、装置１０の外側に対して開閉可能である。例えば、昇降シリンダ６０には、閉じた状態でＩＯチャンバ７２内を気密に保持することが可能なキャップ（図示せず）が装着されている。このため、ＩＯチャンバ７２は、そのキャップを開くことによって、金型組１４を成形装置１０の外側から内側に、または、装置１０の内側から外側に受け渡し可能である。

さらに、窒素ガスボンベ１６ａは隔離チャンバ２８およびＩＯチャンバ７２に窒素ガスを供給可能である。また、真空ポンプ１６ｂはＩＯチャンバ７２内の気体を排出可能である。

ＩＯポート部４４に金型組１４を搬入する場合、隔離チャンバ２８の天上壁に設けられた開口２８ａによって連通された隔離チャンバ２８とＩＯチャンバ７２との内部を真空ポンプ１６ｂを駆動させて真空引きする。このように真空引きしながら、金型受台５６を上昇させて隔離チャンバ２８の上述した開口２８ａを密閉した後、昇降シリンダ６０を駆動させてＩＯチャンバ７２を開く。このとき、押し出しロッド６８を上昇位置に配置する。
なお、例えば成形装置１０を立ち上げたときなど、隔離チャンバ２８が真空でないときには、ＩＯチャンバ７２を真空に引く必要はない。

金型組１４は胴型１４ｃを把持するのみでは下型１４ｂが抜け落ちてしまうため、下型１４ｂの底面を図示しないロボット（自給装置）のハンド等により支持する。ロボットのハンドを押し出しロッド６８の間などに挿入し、金型組１４の底面を押し出しロッド６８の上に載置する。ロボットのハンド等を金型組１４の下から抜き出した後、押し出しロッド６８を下降させる。そうすると、金型組１４がダイプレート６４の上に載置される。このとき、押し出しロッド６８の上端は、断熱軸６２の下端部のフランジ部からさらに下側に抜け出すまで下降させることが好ましい。
なお、ＩＯチャンバ７２には、その内部を真空引きした際に上金型１４ａが大気圧によって飛び出すことを防止するように、上金型１４ａおよび胴型１４ｃを押さえる機構としてプランジャ７２ａが配設されている。

次いで、ＩＯチャンバ７２のキャップ（図示せず）を閉塞して密封し、ＩＯチャンバ７２内を真空ポンプ１６ｂで排気する。その後、ＩＯチャンバ７２内に窒素ガスを供給する。このため、ＩＯチャンバ７２内が隔離チャンバ２８内と同じ窒素ガス雰囲気となる。その後、金型受台５６を下降させて金型組１４を隔離チャンバ２８内のＩＯポート部４４に取り込む。

この状態でＩＯポート部４４から加熱部４６への金型組１４の搬送および冷却部５０からＩＯポート部４４への金型組１４の搬送が行われる。

一方、ＩＯポート部４４から金型組１４を搬出する場合、冷却部５０からＩＯポート部４４に金型組１４を搬送する。金型昇降シリンダ５２により金型受台５６を上昇させ、隔離チャンバ２８の天上壁に設けられた開口２８ａを閉じる。金型エジェクタ用シリンダ６６により押し出しロッド６８が上昇し、金型組１４の底面をダイプレート６４から離すように所定量持ち上げる。このとき、押し出しロッド６８の先端に設けられた熱電対７０で金型組１４の底面の温度を検出し、この温度が所定値以下ならば、ＩＯチャンバ７２を開く。なお、金型組１４の温度が所定値以下でないときは、所定値以下になるのを待ってＩＯチャンバ７２を開く。ＩＯチャンバ７２が開かれたら、ダイプレート６４と金型組１４の間に図示しないロボットのハンドを差し込んで金型組１４をＩＯポート部４４の外部に搬出する。その後、押し出しロッド６８を下降位置に配置する。
なお、上記隔離チャンバ２８内は、窒素ガス雰囲気とせず、真空に保持するようにしても良い。この場合には、ＩＯチャンバ７２には、窒素ガスを供給せず、真空引きのみを行う。

次に、図６を用いて加熱部４６の構成について説明する。
図６に示すように、隔離チャンバ２８の底部には、ハンド４０によってＩＯポート部４４から断熱軸６２とともに搬送された金型組１４を載置する金型受台８２が設けられている。この金型受台８２の上面は、ＩＯポート部４４の金型受台５６の上面と同じ高さに設置されている。この金型受台８２の中央部には、図示しない軸が形成されている。この軸は搬送機構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９０度離れた位置に形成されている。この軸は貫通され、貫通孔８２ａが形成されている。金型受台８２の貫通孔８２ａには、窒素ガスを供給可能である。なお、断熱軸６２が金型受台８２に載置されたとき、貫通孔８２ａと断熱軸６２の内孔とが連通される。金型受台８２には、さらに他の貫通孔８２ｂが形成され、この貫通孔８２ｂは真空ポンプ１６ｂに接続されている。

この加熱部４６の金型受台８２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石英チャンバ８４と、その周囲を囲む赤外線ランプヒータユニット８６とが支持プレート８８を介してエアシリンダ９０により昇降可能に設けられている。このエアシリンダ９０は、上フレーム２４の平板フレーム２４ｂに装着されている。このヒータユニット８６は制御装置１８に電気的に接続されている。支持プレート８８の中央部には、貫通孔８８ａが形成され、窒素ガスボンベ１６ａに接続されている。

石英チャンバ８４は、下降位置にあるとき、金型組１４の周囲に隔離チャンバ２８内から隔離された加熱空間を形成し、金型組１４の搬送時には上方へ退避する。この石英チャンバ８４内の加熱空間には、支持プレート８８の貫通孔８８ａおよび金型受台８２の貫通孔８２ａから断熱軸６２を通して窒素ガスが供給されると同時に、金型受台８２の他の貫通孔８２ｂを通して真空ポンプ１６ｂにより排気（真空引き）が行われる。なお、金型受台８２および支持プレート８８には、石英チャンバ８４の内外の連通を防止するＯリング９２がそれぞれ配設されている。
なお、この石英チャンバ８４内は、隔離チャンバ２８内が真空に保持される場合には、これに合わせて真空引きのみを行う。

また、この加熱部４６には、下フレーム２２に設けられた下熱電対昇降用エアシリンダ９４より押し上げられてダイプレート６４に当接される下熱電対９６が設けられている。この下熱電対９６は、金型受台８２を貫通するとともに、断熱軸６２の上端部のフランジ部を貫通している。この下熱電対９６は制御装置１８に電気的に接続されている。下熱電対９６の出力を制御装置１８に取り込んで赤外線ランプヒータユニット８６の出力を制御して金型組１４を所定の温度に加熱する。

なお、図示しないが、石英チャンバ８４内を真空引きした際に、上金型１４ａおよび胴型１４ｃが大気圧のときに飛び出すことを防止するように、上金型１４ａを押さえる機構としてプランジャ８４ａが配設されている。これは、ＩＯポート部４４のプランジャ７２ａと同様である。

次に、図７を用いてプレス成形部４８の構成について説明する。
図７に示すように、プレス成形部４８は、図６に示した加熱部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り、その他は上記加熱部４６とほぼ同じ構成である。このため、上述した加熱部４６で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。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１８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、上述した断熱軸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。なお、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１８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１８に電気的に接続されている。

次に、図８（Ａ）ないし図８（Ｃ）を用いて冷却部５０の構成について説明する。
図８（Ａ）に示すように、隔離チャンバ２８の底部には、加熱部４６およびプレス成形部４８と同様に、中央部の軸上に貫通孔１２２ａを有する金型受台１２２が設けられている。この金型受台１２２の中央の軸（貫通孔１２２ａ）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２７０度離れた位置に形成されている。すなわち、冷却部５０の金型受台１２２の中央の軸は、搬送機構３０の回転軸３２を中心として、プレス成形部４８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。

この金型受台１２２の上方には、１対の水冷子１２４が配設されている。これら水冷子１２４は１対の水冷子昇降エアシリンダ１２６ａによって昇降される。また、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示すように、水冷子１２４は水冷子開閉エアシリンダ１２６ｂ（図８（Ａ）参照）によって近接および離隔するようにして開閉される。

図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示すように、これら水冷子１２４は、金型組１４の外周を囲むように、半円形状に形成されている。これら水冷子１２４は、金型組１４の外周から若干離れて金型組１４の外周面に対向する開状態と、金型組１４の外周面に接触する閉状態の２つの位置に配置される。

水冷子１２４には冷却水槽１６ｃが接続されている。このため、冷却水槽１６ｃから冷却水が循環状態に供給され、水冷子１２４が閉状態（図８（Ｃ）参照）にあるとき、金型組１４の外周面に接触して金型組１４を水冷可能である。また、水冷子１２４には窒素ガスボンベが接続されている。このため、水冷子１２４が開状態（図８（Ｂ）参照）にあるとき、窒素ガスボンベ１６ａから窒素ガスが供給され、水冷子１２４の内周面から金型組１４の外周面に向けて窒素ガスが吹き付けられる。このため、金型組１４を空冷可能である。

次に、このような構成を有する３ゾーン円環式ガラス成形装置１０の作用について説明する。
まず、３ゾーン円環式ガラス成形装置１０をイニシャル状態にする。３ゾーン円環式ガラス成形装置１０のイニシャル状態とは、成形装置１０の各駆動部（ＩＯポート部４４、加熱部４６、プレス成形部４８、冷却部５０）が原点位置にあることをいう。

図５に示すＩＯチャンバ（ロードロック室）７２のキャップは昇降シリンダ６０を上昇させることによって開放され、ＩＯポート部４４の金型昇降シリンダ５２の昇降軸５４は上方にある。すなわち、ＩＯチャンバ７２は大気に開放され、かつ隔離チャンバ２８内は密閉されている。隔離チャンバ２８内は真空引きされた後、予め不活性ガス（Ｎ_２ガス）に置換されている。さらに、金型エジェクタ用シリンダ６６が駆動され、押し出しロッド６８の上端が断熱軸６２およびダイプレート６４よりも上側に配置されている。図６に示す加熱部４６および図７に示すプレス成形部４８の石英チャンバ８４およびヒータユニット８６（各ヒータ／チャンバユニット）は上方に逃げている。プレス成形部４８の上軸（プレス軸）１１０は上方に逃げている。図８（Ａ）に示す冷却部（冷却ユニット）５０の水冷子（水冷ブロック）１２４は開いている（図８（Ｂ）参照）。

次に、オペレータは、ＩＯポート部４４上の断熱軸６２（実際にはダイプレート６４が断熱軸６２に締結されているので下側ダイプレート６４上）に配置するため、上述したガラス素材１２を組み込んだ金型組１４を、押し出しロッド６８の上端に載置する。この載置は、手動のほか、スカラロボット等を用いた自給装置などでも良い。そして、金型エジェクタ用シリンダ６６を駆動させて押し出しロッド６８の上端をダイプレート６４および断熱軸６２に対して引き込む。このため、金型組１４の底面がダイプレート６４上に設置される。このとき、ダイプレート６４によって金型組１４が所定の位置（凹部（軸）５６ａ）に設置される。

次に、ＩＯポート部４４の昇降シリンダ６０を降下させて図示しないキャップでＩＯチャンバ（ロードロック室）７２を密閉する。そして、このＩＯチャンバ７２内を真空引きする。ＩＯチャンバ７２が規定の真空度（本実施の形態では３Ｐａ）に到達したら、ガスボンベ１６ａから不活性ガスを注入する。なお、金型組１４の胴型１４ｃの側面には空気抜き用の貫通孔１４ｄが予め加工されているので、気体の出し入れが行われて金型組１４の内部までも不活性ガスに完全に置換される。

ＩＯポート部４４のＩＯチャンバ７２に不活性ガスを注入して、隔離チャンバ２８内と同じ圧力にする。同じ圧力に達したら、ＩＯポート部４４の昇降軸５４を下方に下げて金型組１４を隔離チャンバ２８内に搬入する。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す搬送機構３０のハンド（２爪チャック）４０を閉じて、断熱軸６２の上端部および下端部の間の胴部を把持する。図３に示す搬送機構３０の昇降用シリンダ３６を駆動させて搬送用回転テーブル３８を上方に上げて、断熱軸６２とＩＯポート部４４の金型受台５６の図示しない軸との嵌合を外す。そして、搬送機構３０のサーボモータ３４を駆動させて回転軸３２を９０度回転させて、金型組１４をＩＯポート部４４から加熱部４６に搬送する。

搬送のために上方に上げていた搬送機構３０の回転テーブル３８を下げて、図６に示す加熱部４６の金型受台８２の軸と断熱軸６２とを嵌合させる。そして、搬送のために閉じていたハンド４０を開く。

エアシリンダ９０を駆動させて加熱部４６の石英チャンバ８４およびヒータユニット８６を下方に下げる。このとき、石英チャンバ８４はＯリング９２などでシールされるので、隔離チャンバ２８と石英チャンバ８４内とは隔離される。

加熱部４６の石英チャンバ８４の内部に不活性ガスを導入しながら、赤外線ランプヒータユニット８６をＯＮにして所定の加熱温度まで金型組１４の温度を上昇させる。なお、本実施の形態では不活性ガスボンベから不活性ガスを流しながら加熱を行うものとして説明するが、不活性ガスを流さないで加熱しても良いし、または、真空引きを行って加熱してもよい。
なお、加熱部４６のエリアは、石英チャンバ８４で個別に収納することが可能であり、且つ石英チャンバ８４の外周部に赤外線ランプヒータユニット８６を配置することにより、大口径の金型組１４を均一に加熱し、その温度を保持することが可能である。

金型組１４が所定の温度に到達したら、所定時間その温度を保った後、加熱部４６のヒータユニット８６および石英チャンバ８４を、エアシリンダ９０を駆動させて支持プレート８８を介して上方に上げる。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す搬送機構３０のハンド（２爪チャック）４０を再び閉じて、断熱軸６２の胴部を把持する。搬送機構３０を上方に上げて、断熱軸６２と加熱部４６の金型受台８２の軸との嵌合を解除する。そして、図３に示す搬送機構３０の回転テーブル３８を９０度回転させて、金型組１４を加熱部４６から図７に示すプレス成形部４８に搬送する。このとき、金型組１４は断熱軸６２に載置された状態で素早く搬送される。このため、高温に加熱された金型組１４の温度を極力下げることなく、かつ、均一な温度を保持したまま加熱部４６からプレス成形部４８に搬送される。

金型組１４を搬送するために上方に上げていた搬送機構３０を下げて、プレス成形部４８の金型受台８２の軸と断熱軸６２とを嵌合させる。そして、搬送のために閉じていたハンド４０を開く。

プレス成形部４８のヒータユニット８６および石英チャンバ８４を下方に下げる。このとき、石英チャンバ８４はＯリング９２などでシールされ、隔離チャンバ２８と石英チャンバ８４との間は隔離される。

なお、プレス成形部４８のエリアは、石英チャンバ８４で個別に収納することが可能であり、且つ石英チャンバ８４の外周部に赤外線ランプヒータユニット８６を配置することにより、大口径の金型組１４を均一に加熱し、温度を保持することが可能である。

プレス成形部４８の石英チャンバ８４の内部を金型受台８２の貫通孔８２ｂを介して真空に引きながら、赤外線ランプヒータユニット８６をＯＮにして所定の温度まで金型組１４の温度を上昇させる。または、加熱部４６で昇温された金型組１４の温度を保持する。なお、本実施の形態では、金型組１４の温度を上昇させる場合に真空引きを行うことについて説明したが、真空引きを行わなくても良い。この場合、金型組１４の貫通孔８２ａから断熱軸６２の内孔や、上軸１１０の連通孔１１０ａを通して不活性ガスを石英チャンバ８４内に注入しながら加熱し、または保温しても良い。さらに、不活性ガスを石英チャンバ８４内に注入しないで加熱し、または保温してもよい。すなわち、プレス成形部４８の石英チャンバ８４の内部は、真空引きが可能な構造であるが、不活性ガス雰囲気と真空雰囲気の何れかを任意に選択することが可能である。

ここで、プレス成形部４８の石英チャンバ８４の内部の真空引きする前に、真空引きした際に上金型１４ａや胴型１４ｃが大気圧によって飛び出すことを防止するように、上軸１１０を下げ、ダイプレート６４ａを上金型１４ａに近接させ、または、接触させる。この状態で真空引きを行う。

石英チャンバ８４内の真空度が所定の真空度（本実施の形態では３Ｐａ）に到達して、かつ所定時間が経過したら、サーボモータ１０６を駆動させて減速機（スクリュージャッキ）１０８によって上軸（プレス軸）１１０を降下させる。そして、断熱軸６２ａ、および、ダイプレート６４ａを介して上金型１４ａの上部を押圧する。すなわち、金型組１４内のガラス素材１２をプレス成形する。プレス成形は、ロードセル１１４によりモニタされる検出データを制御装置１８に入力し、その制御装置１８で電動サーボモータ１０６を適宜に制御する。ここでは、プレス成形はプレス力フィードバック機構を用いて実施している。すなわち、プレス成形部４８のプレス成形は、電動サーボモータ１０６で駆動させ、かつロードセル１１４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（図９参照）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、上金型１４ａのプレス量やプレス力は、金型１４ごとに制御装置１８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、所望の成形品ごとにプログラム設定される。

所定のプレス成形工程が完了したら、プレス成形部４８の内部で金型組１４を徐冷工程に移行する。この場合の冷却手段（徐冷手段）は、金型受台８２の貫通孔８２ａから断熱軸６２の内孔を通し、および、上軸１１０の連通孔１１０ａから断熱軸６２ａの内孔を通して不活性ガスを石英チャンバ８４内に注入する。そして、上下ダイプレート６４，６４ａの背面に設けられた溝（図示せず）を空冷する。そうすると、間接的に金型組１４およびガラス素材１２の成形品が空冷される。このとき、プレス軸１１０は金型組１４を任意にプレスすることが可能である。このため、金型組１４にプレス力を加えたまま金型組１４を冷却することが可能である。

上下の熱電対１０４，９６によって検出された金型組１４の温度が所定の温度まで降温したら、エアシリンダ９０を駆動させてプレス成形部４８のヒータユニット８６および石英チャンバ８４を上方に上げる。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す搬送機構３０のハンド（２爪チャック）４０を閉じて、断熱軸６２の胴部を把持する。搬送機構３０を上方に上げて、断熱軸６２とプレス成形部４８の金型受台８２の軸との嵌合を外す。そして、搬送機構３０の搬送用回転テーブル３８を９０度回転させて、金型組１４をプレス成形部４８から図８（Ａ）に示す冷却部５０に搬送する。

搬送のために上方に上げていた搬送機構３０の搬送用回転テーブル３８を下げて、冷却部５０の金型受台１２２の軸と断熱軸６２とを嵌合させる。そして、搬送のために閉じていたハンド４０を開く。

開いた状態の水冷子１２４（図８（Ｂ）参照）を水冷子昇降エアシリンダ１２６ａを駆動させて下方に下げる。水冷子１２４を開いたままで、水冷子１２４の内壁に設けられた不活性ガスノズル（図示せず）からの不活性ガスによって金型組１４を空冷する。

なお、不活性ガスによる金型組１４の空冷を行わずに水冷工程を行うなど、空冷工程を省略してもよい。しかしながら、金型組１４の温度が高い状態で水冷による急冷を行うと、ガラス素材１２の成形品の精度に影響するおそれがある。または、熱応力により金型組１４や成形品に破損が生じるおそれがある。このため、本実施の形態のように所定温度まで空冷を行なった後、水冷を行うことが好適である。また、空冷を行うときの配慮として、出来るだけ金型組１４の外周部に均等に不活性ガスが当たるように配慮し、成形品の精度に留意する。

下熱電対９６によって検出された金型組１４の温度が所定の温度まで降温したら、水冷子開閉エアシリンダ１２６ｂを駆動させて水冷子１２４を閉じて、水冷子１２４を金型組１４の外周部に均等に当たるように接触させる（図８（Ｃ）参照）。そして、冷却水槽１６ｃから水冷子１２４に冷却水を供給して、金型組１４を急冷させる。なお、冷却水は必要なときのみ供給することも好適であるが、常に供給することも好適である。所定時間内に金型組１４を所定温度まで降温させた後、水冷子開閉エアシリンダ１２６ｂを駆動させて水冷子１２４を開く（図８（Ｂ）参照）。その後、水冷子昇降エアシリンダ１２６ａを駆動させて水冷子１２４を上方に上げる。なお、このときの所定温度とは、隔離チャンバ２８から金型組１４を大気中に放置しても酸化しない温度を想定する。この実施の形態では、２２０℃とした（図９参照）。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す搬送機構３０のハンド（２爪チャック）４０を閉じて、断熱軸６２の胴部を把持する。搬送機構３０を上方に上げて、断熱軸６２と冷却部５０の金型受台１２２の軸との嵌合を外す。そして、搬送機構３０の搬送用回転テーブル３８を９０度回転させて、金型組１４を冷却部５０から図５に示すＩＯポート部４４に搬送する。

搬送のために上方に上げていた搬送機構３０を下げて、ＩＯポート部４４の金型受台５６の凹部（軸）５６ａと断熱軸６２とを嵌合させる。そして、搬送のために閉じていたハンド４０を開く。

ＩＯポート部４４の金型昇降シリンダ５２を駆動させ、昇降軸５４を上方に上げる。そして、金型受台５６のＯリング５６ｂで開口２８ａを密閉する。この状態で昇降シリンダ６０を駆動させ、ＩＯチャンバ７２のキャップを開ける。

ＩＯポート部４４上の断熱軸６２（実際にはダイプレート６４が断熱軸６２上に配置されているので下側ダイプレート６４上）から成形品を組み込んだ金型組１４を搬出する。このような搬出は、手動で行なっても良く、搬入するときのように図示しないロボット（自給装置）を使ってもよい。

また、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示す金型組１４の胴型１４ｃを掴んで金型組１４を持ち上げようとすると、下金型１４ｂが抜け落ちてしまう。このため、ＩＯポート部４４に備え付けてあるエジェクタシリンダ６６を駆動させて押し出しロッド６８を下金型１４ｂの底面に向かって突き出す。このため、金型組１４がダイプレート６４に対して上方に持ち上げられる。そして、金型組１４の底面を支持して金型組１４を搬出する。

この後、上記工程を最初から繰り返してガラス素材１２の成形を行う。
なお、上述した成形順序は金型組１４が成形装置１０に搬入されてから搬出されるまでの工程を説明しているが、成形装置１０の動作としては、金型組１４がＩＯポート部４４から加熱部４６に搬送された時点で、別の金型組１４を装置１０のＩＯポート部４４に搬入することが可能である。上記工程（手順）を踏んで、各ゾーンに金型組１４を連続的に送り込むことも、間欠的に送り込むことも可能である。また、ＩＯポート部４４から金型組１４を搬出するのと同時に、新しい金型組１４を搬入することにより半永久的に成形装置１０を稼動させることも可能である。なお、半永久的に成形装置１０を稼動させ、連続的に金型組１４を成形装置１０に送り込むには、最低でも４個の金型組１４を用意する必要がある。

なお、本実施の形態では、金型組１４の加熱手段として赤外線ランプヒータユニット８６（図６および図７参照）を用いたが、高周波誘導加熱（ＲＦ）を使用してもよい。また、金型組１４のプレス駆動手段として、本実施の形態では電動サーボモータ１０６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。さらにまた、搬送機構３０のハンド４０は、爪が長く開閉のみを行う方式を示したが、短い爪のハンドとし、このハンドを中央の回転軸に対して放射方向へ伸縮するアームの先端に設ける方式としてもよい。

また、上述した実施の形態では、金型組１４に胴型１４ｃを有する胴型構造である場合について説明したが、金型組１４の構造は胴型構造に限定されるものではない。

以上の成形工程（成形手順）でガラス素材１２を所望の形状に成形した場合の縦軸に、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たグラフを図９に示す。横軸は時間である。なお、ＩＯポート部４４で必要とされる時間は図９には含んでいない。
図９では、室温で金型組１４をＩＯポート部４４に搬入する（図９中の領域（Ｉ））。そして、加熱部４６で室温から昇温し、保温温度を７２０℃とする（領域（ＩＩ））。加熱部４６からプレス成形部４８に素早く受け渡す（領域（ＩＩＩ））。プレス成形部４８で再び昇温させ、保温温度を７３０℃とする（領域（ＩＶ））。さらに、プレス成形部４８での徐冷終了温度を６００℃とする。プレス成形部４８から冷却部５０に素早く受け渡す（領域Ｖ）。冷却部５０での窒素空冷開始温度を６００℃、水冷開始温度を５００℃とし、冷却終了温度を２２０℃とする（領域（ＶＩ））。冷却部５０からＩＯポート部４４に金型組１４を受け渡す（領域（ＶＩＩ））。このとき、金型組１４の取り出し温度を２２０℃として成形した。なお、加熱部４６での昇温／保温温度は７３０℃であっても構わない。

プレス力プロファイルは、第１プレスを２０ｋＮ、第２プレス（保圧）を５ｋＮ、第３プレスを４０ｋＮに制御して成形を行った。
これらのプロファイルは、制御装置１８の設定により任意に変更することが可能である。また、各金型組１４ごとに、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、それぞれ異なる成形品が形成される。

このときの工程別成形時間としては、プレス成形工程（徐冷工程も含む）が各工程の中で最長であり、その時間は５分である。その他の工程（加熱・冷却工程）は、もっと早くその工程を処理することも可能である。しかし、前述した通り、連続的に金型組１４を搬送する場合、加熱・プレス成形・冷却の工程は同一時間で同時に搬送する必要がある。このため、加熱工程および冷却工程をあえて遅くしている。したがって、成形タクトとして決める要素は、プレス成形部４８の成形時間に依存する。但し、加熱部４６の保持時間は金型組１４の均一加熱性能に影響される。また、冷却部５０での冷却時間は成形品／金型組１４の熱収縮（ヒケ）による精度に影響される。したがって、加熱するまで、及び、冷却するまでの時間が長くなるほど、成形品精度の影響を受け難くなることから、加熱工程、冷却工程をプレス成形工程の時間に合わせてあえて遅くすることは好適である。なお、このときの金型組１４の均一加熱性能は、金型組１４全体で±１℃以内であった。図９の成形タクトから、本実施の形態で成形したアプリケーションに対しての成形タクトは、金型組１４を連続的に成形装置１０内に搬出入した場合、５分／個となる。

このような作用により成形した成形品の精度を評価したところ、以下のような評価が得られた。
ガラス素材１２の成形品の面精度は、金型組１４の面精度がλ／１６以内に対してλ／１６以内である。ガラスレンズの上下面のディセンターは、金型組１４の胴型１４ｃ、上下金型１４ａ，１４ｂのクリアランスがφ３μｍ以内に対して１μｍ以内である。レンズ上下面のチルトは、成形装置のプレス軸の上下面端のチルトが１ｓｅｃ以内に対して１ｓｅｃ以内である。

また、図９には示していないが、マイクロレンズアレイ等の成形も実施した。この場合、プレス成形部４８における工程において必ず真空引きが必要である。これは、金型組１４が凹状の成形面を有し、素材１２が平板の状態で成形を行うため、真空成形でないと、金型組１４の凹部にエア（不活性ガス）が残り、未成形部分が出てしまう可能性があるためである。したがって、マイクロレンズアレイのような複雑な成形アプリケーションでも良好な成形品を得ることができる。

また、図９には表していないが、１つの金型組１４の中に、φ１０ｍｍのレンズ金型を１８個配置した多数個取り金型組にて実施した結果、図９と同様な成形プロファイルで成形することが可能であった。精度的にも、前記と同程度である。したがって、φ１０ｍｍレンズの場合、成形タクトとしては、５ｍｉｎ／１８個＝０．２８ｍｉｎ＝１６．８ｓｅｃの成形タクトを実現した。

本実施の形態では、金型組１４が成形装置１０に固定されている状態ではなく、成形サイクル毎に成形装置１０の外側に搬出されてくるので、金型組１４のメンテナンス等を行う場合に成形装置１０を停止する必要はない。このため、装置１０を稼動させながら、金型組１４のメンテナンスを約３０ショット毎に行った。この時のメンテナンス方法としては、ＩＰＡ等の溶剤で軽く成形面を拭くなどの簡易的なものであった。

通常、バッチ式成形装置（図１０参照）等のように装置に金型が固定されている場合は、装置が停止する時間等のロスを考慮して１０００ショット程度までメンテナンス無しで稼動し続ける。しかし、硝材と金型材料との相性により、メンテナンス前に金型成形面に曇りが生じたり、最悪の場合はガラスの溶着等が発生したりして、金型成形面の再研磨や再コーティングが必要となる。

しかし、今回３０ショット毎に簡易的な金型メンテナンスを行うことにより、従来の成形装置では相性の悪いガラスと金型材料であっても、１００００ショットを経過しても致命的な再研磨等を要するメンテナンスを必要でなくすることができる。なお、簡易的なメンテナンスに関しては、手動で実施しても、自動化されたラインで実施してもよい。

以下に、従来のバッチ式成形装置２１０（図１０参照）、連続式成形装置４１０（図１１および図１２参照）と、本実施の形態に係る成形装置１０との精度や生産性について比較する。
図１０に示す従来のバッチ式成形装置２１０の場合、本実施の形態に係る成形装置１０に比べて、精度的には遜色なく成形することが可能である。しかし、冷却部での冷却工程における水冷化が非常に困難であることと、加熱・プレス成形・冷却の工程を分割することが出来ないことにより、φ７５レンズの場合、約３０〜４０ｍｉｎ／個程度必要とされる。

また、図１１および図１２に示す従来の連続式成形装置４１０の場合、φ１０程度のレンズであれば約３０ｓｅｃ／個程度で生産することが可能である。しかし、φ７５程度のレンズを成形する場合、熱板による伝熱加熱による金型組の均一加熱不良、プレス工程を２つの工程に分割することによるプレス不良等により精度的にも成形タクト的にも実用に値する製品は得られなかった。当然、真空機能を必須とする、マイクロレンズアレイのような成形アプリケーションは成形出来ない。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下のことが言える。
これら実施の形態によれば、従来のバッチ式成形装置の有利点を生かしつつ、これを連続式成形装置に応用した成形装置１０を提供することができる。ただし、この成形装置１０は、従来のバッチ式成形装置２１０（図１０参照）および連続式成形装置４１０（図１１および図１２参照）の全ての欠点をカバーするものでは無い。本実施の形態に係る成形装置１０は、特に、胴型構造の大口径金型組１４を用いてガラス素材１２を効率よく成形することができる。また、プレス成形部４８で真空雰囲気で成形可能とする成形装置を提案することができる。以上のことより、本実施の形態に係る成形装置１０は、高精度ガラス素子１２を安価で且つ大量に生産可能である。すなわち、本実施の形態によれば、高精度ガラス素子１２を安価で且つ大量に生産可能な成形装置１０および成形方法を提供することができる。

また、高温に加熱される金型組１４は断熱軸６２上に載置された状態で搬送されるので、例えば加熱されたときにその温度を極力下げることなく金型組１４を次のゾーン（工程）に搬送することができる。すなわち、金型組１４に対して下側等から熱の影響を及ぼすことを防止することができる。なお、ダイプレート６４が断熱材で形成されているとすると、断熱軸６２の上にダイプレート６４が配置されている場合であっても、金型組１４が断熱軸６２やダイプレート６４から熱の影響を受けることを防止することができる。この場合、図７に示す上熱電対１０４の一端はダイプレート６４ａの下面に対して僅かに突出しており、上型１４ａの温度を検出可能である。

さらに、胴型１４ｃを有する金型組１４を用いるとき、胴型１４ｃを把持した状態で金型組１４を持ち上げようとしても下型１４ｂが胴型１４ｃから外れてしまう。本実施の形態では、断熱軸６２の軸方向、すなわち、上下方向に軸を有する押し出しロッド６８を断熱軸６２の上端部の上面（ダイプレート６４の上面）に対して突没させることができる。すなわち、押し出しロッド６８をダイプレート６４の上面に対して突没させることができる。したがって、金型組１４をＩＯポート部４４から搬入および搬出する場合に押し出しロッド６８を作動させて金型組１４の底面をダイプレート６４の上面から離した状態で金型組１４の底面を容易に保持するようにすることができる。

なお、上述した実施の形態では、隔離チャンバ２８の内部に加熱部４６を設けることについて説明したが、プレス成形部４８において常温から加熱しても良い。また、冷却部５０を設けたことについて説明したが、プレス成形部４８において２２０℃まで空冷することも好適である。

これまで、一実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

本発明の好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置の一部を透視した状態を示す概略的な斜視図。 （Ａ）は好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置で成形するガラス素材を示す概略的な斜視図、（Ｂ）は好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置に配設される金型組内にガラス素材を挿入した状態を示す概略図、（Ｃ）は好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置に配設される金型組内にガラス素材を挿入して成形した状態を示す概略図。 好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置の中央部の状態を示す概略的な縦断面図。 （Ａ）は好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置の隔離チャンバ内の搬送機構とともに、ＩＯポート部、加熱部、プレス成形部および冷却部の配置状態を示す概略図、（Ｂ）は好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置の搬送機構を示す概略的な斜視図。 好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置のＩＯポート部の状態を示す概略的な縦断面図。 好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置の加熱部の状態を示す概略的な縦断面図。 好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置のプレス成形部の状態を示す概略的な縦断面図。 （Ａ）は好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置の冷却部の状態を示す概略的な縦断面図、（Ｂ）は好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置の冷却部の１対の水冷子が金型組に対して開いた状態を示す概略図、（Ｃ）は好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置の冷却部の１対の水冷子が金型組に対して閉じた状態を示す概略図。 好ましい一実施の形態に係るガラス成形装置を用いてガラス素材を成形する際の成形温度およびプレス力を縦軸に取り、時間を横軸に取って、成形温度およびプレス力のプロファイルを表したグラフ。 従来の技術に係るバッチ式成形装置を示す概略的な縦断面図。 従来の技術に係る連続式成形装置を示す概略的な正面図。 従来の技術に係る連続式成形装置と、この連続式成形装置とともに使用される搬送装置、制御装置、金型分解組立装置を示す概略的な平面図。

符号の説明

１０…３ゾーン円環式ガラス成形装置、１２…ガラス素材、１４…金型組、１４ａ…上金型、１４ｂ…下金型、１４ｃ…胴型、２８…隔離チャンバ、３０…金型搬送機構、３２…回転軸、３４…サーボモータ、３６…昇降用シリンダ、３８…搬送用回転テーブル、４０…ハンド、４４…ＩＯポート部、４６…加熱部、４８…プレス成形部、５０…冷却部

Claims (7)

1. 被成形素材を、筒状の胴型に上下１対の金型を嵌合させて構成される金型組によって挟み、前記被成形素材を加熱部による加熱工程、プレス成形部によるプレス成形工程および冷却部による冷却工程を経て所望の成形品を成形する成形装置であって、
   前記加熱部、プレス成形部および冷却部の作業エリアを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隔離チャンバと、
   前記円環上に配置され、かつ、前記加熱部の加熱工程作業エリアと冷却部の冷却工程作業エリアとの間に配置され、前記被成形素材を入れた金型組を前記隔離チャンバに対して出し入れするためのＩＯポート部と、
   前記隔離チャンバ内に配置され、前記隔離チャンバの外側から前記ＩＯポート部へ搬入された前記金型組を前記加熱部、プレス成形部および冷却部の作業エリアを順次経て前記ＩＯポート部まで搬送するための搬送機構と
   を具備し、
   前記ＩＯポート部、前記加熱部、前記プレス成形部、前記冷却部の作業エリアを前記円環の作業エリアの中心に対して互いに９０度離して配置したことを特徴とする成形装置。
2. 前記ＩＯポート部は、前記金型組を前記ＩＯポート部に対して出し入れするためのロードロック機構を有し、
   前記隔離チャンバ内を不活性ガス雰囲気または真空に保持可能なチャンバを備えていることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記金型組は、断熱部材の上に載置され、
   前記搬送機構は、前記金型組を搬送する際、前記断熱部材を把持して搬送する把持部を備えていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の成形装置。
4. 前記加熱部による加熱工程、前記プレス成形部によるプレス成形工程の各作業エリアの少なくとも１つに、前記金型組を開閉可能に収納する耐熱性チャンバを有し、
   前記耐熱性チャンバは、不活性ガス雰囲気または真空に保持可能な機能を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１に記載の成形装置。
5. 前記加熱部による加熱工程、前記プレス成形部によるプレス成形工程の各作業エリアの少なくとも一方の前記金型組を加熱する加熱手段として、赤外線ランプ方式または高周波誘導加熱方式を用い、
   前記加熱手段は、前記耐熱性チャンバの外周部より前記金型組を加熱または保温し、もしくは徐冷することを特徴とする請求項４に記載の成形装置。
6. 前記冷却部による冷却工程の作業エリアの冷却手段は、水冷板の接触および／または不活性ガスによる空冷により前記金型組を冷却する機能を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１に記載の成形装置。
7. 前記金型組を前記隔離チャンバの外側に搬出する際に、前記断熱部材から前記金型組を押し上げる押し上げ機構を有することを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１に記載の成形装置。

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