JP4718230B2 - 成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスや樹脂等の素材をプレスして、レンズやプリズム等を成形するプレス成形に係るもので、上下１対の金型間に素材を配置し、前記金型もしくは金型および素材を加熱し、所定の温度条件下で前記金型の上型と下型間の距離を近づけて素材をプレス成形する成形装置に関する。

従来の成形装置について、取り入れ用置換室と取り出し用置換室とを成形室の前後に一体化して設け、パレットにガラス材料を載せて搬送して成形する方法が提案されている（例えば特許文献１）。この例ではパレットにガラス材料を載せて搬送するのでロードロック室（置換室）も大きなものとなり、また成形室の左右に取り出し用、取り入れ用ロードロック室を設置しているため、成形装置全体が大きなものとなっている。

このような成形装置に対して、図１１，１２に示すような構成にした成形装置が提案されている。図１１において、上下一対の金型１０１，１０２による素材１００の成形が、成形ステージ１０３上の成形チャンバ（成形室）１０４内で行われる。

この際、「素材」の供給、取り出し時は、図１２に示すように成形チャンバ１０４が開閉される。なお、図には記されていないが、成形チャンバ１０４は矢印Ａ（＋、−）の方向のみに動作可能なように設けられている。また、一般的には素材を加熱してからプレス成形行うのだが、本図では加熱機構、プレス機構を省略している。また、素材を供給後に成形チャンバ内を真空や不活性ガス雰囲気とする（真空機構、不活性ガスの置換機構は図示せず）。

しかしながら、このような成形装置の構成では、構造が複雑で移動軸が多くなるという問題があった。

また、成形チャンバを開閉することにより、成形チャンバ内の雰囲気と、成形チャンバ外の雰囲気が同一となる。これは、成形チャンバ内の雰囲気は、真空または不活性ガスを用いるので、成形チャンバを閉じた際、成形チャンバ内の雰囲気環境を整えるのに時間がかかっていた。すなわち、成形動作のサイクルタイムが長くなるという問題があった。その結果、成形品の製作コストが上昇してしまうという欠点があった。
特開平５−３３９０１８号公報

上記したように、構造が複雑で移動軸が多くなり、成形チャンバの開閉構造により成形動作のサイクルタイムが長くなるという問題があった。

この発明の目的は、複雑な構造を簡素化し、成形動作のサイクルタイムを短くして良好な成形品を迅速かつ安定的に成形することのできる成形装置を提供することである。

この発明に係る成形装置は、保持部を有し、上金型と下金型の間に素材を置いた金型組を加熱加圧して成形する成形装置において、前記金型組に置かれた素材を加熱加圧成形する成形室と、前記成形室を上下１軸に沿って昇降させるアクチュエータと、前記成形室と一体に昇降可能に設けられ、この成形室に前記金型組を搬入する際、または前記成形室から前記金型組を搬出する際に用いる置換室と、前記置換室の下部に設けられた開放部と、前記金型組が載置され前記開放部から前記金型組を前記置換室に搬入または前記置換室から前記金型組を搬出する上下１軸に沿って昇降可能な供給用ステージと、前記供給用ステージに並んでかつ前記成形室に対向して設けられ、前記金型組を押圧する上下１軸に沿って移動可能な成形ステージと、前記保持部を介して前記金型組を保持し、前記金型組を前記置換室から前記成形室に搬入、搬出する１軸に沿って移動可能な搬送装置と、を備え、
前記成形室及び前記置換室を上昇させた時に前記成形室と前記置換室とが接続され、前記成形室及び前記置換室を下降させた時に前記成形室と前記置換室とが分離され、前記供給用ステージの上下動により前記搬送装置が前記金型組の保持部を保持あるいは離間し、前記成形ステージの上下動により前記搬送装置が前記金型組の保持部を保持あるいは離間することを特徴とする。

本発明の成形装置は、成形動作のサイクルタイムが長くなることを抑え、良好な成形品を迅速かつ安定的に成形することにより、成形品の製作コストを低減させることが可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、ガラス素材２０が挿入された上下一対の金型組１０の概略構成を示すものである。金型組１０は、上金型１１、下金型１２、ガイドピン１３，１４、及びつば１５とから構成されている。上金型１１と下金型１２との間にガラス素材２０が挿入される。このガラス素材２０は、金型組１０が加熱され、下金型１２と上金型１１とに押圧されて成形される。

図２は、この発明の成形装置に係るガラス成形装置の概略構成を示すものである。

すなわち、ガラス成形装置１は、成形チャンバ２、成形ステージ３、素材加熱用ヒータ４、素材供給と排出用の供給用チャンバ５、素材供給と排出用の供給用ステージ６、及び素材供給と排出用の供給用アーム（搬送装置）７とから構成されている。

成形チャンバ２は、素材としてのガラス材料をプレスして光学素子等に成形する成形室である。この成形チャンバ２は、昇降可能な構成となっている。

成形ステージ３は、この上に、金型組１０が置かれてプレス成形する。

素材加熱用ヒータ４は、金型組１０及びガラス素材２０を加熱する。

供給用チャンバ５は、金型組１０を成形チャンバ２に供給するための搬入出用ロードロック室（置換室）である。この供給用チャンバ５は、成形チャンバ２と一体化し共に昇降可能な構成となっている。

供給用ステージ６は、金型組１０を供給用チャンバ５に供給、排出する搬入出部である。この供給用ステージ６も昇降可能な構成となっている。また、供給用ステージ６は、上昇されることにより、供給用チャンバ５の下部に設けられている開放部を密閉する。

成形チャンバ２の上下用のアクチュエータ２１は、エアシリンダであり、位置決めする位置は２つだけでよい。供給用ステージ６の上下用のアクチュエータ２２は、エアシリンダであり、位置決めする位置は２つだけでよい。供給用ステージ６は、供給用チャンバ５の蓋となるように上に押付けられる。

この際、成形チャンバ２の移動に伴って供給用チャンバ５も移動し、供給用ステージ６も移動される。供給用ステージ６は、特別に成形チャンバ２と一緒に移動するような制御機構がなくても、あるエア圧力で供給用ステージ６を供給用チャンバ５に押付けているだけでよい。これは、成形チャンバ２のアクチュエータ２１に用いられるエアシリンダの方が大きくて必要なエア圧力が大きいことと、供給用ステージ６のアクチュエータ２２に用いられるエアシリンダは小さいが応答速度は速くなるため、成形チャンバ２のアクチュエータ２１に十分追従できるためである。

供給用アーム７のアクチュエータ２３は複数の位置決めを行うため電動パルスモータ、成形ステージ３のアクチュエータ２４は電動サーボである。

金型組１０には、供給用アーム７が保持できるようつば１５がついているため、供給用アーム７に開閉等の必要がない。そのため、１軸のアクチュエータが４つだけで金型組１０の搬入、搬出、成形を行うことができる。成形チャンバ２は、搬入、搬出用のシャッタ等も必要がない構成となっている。このような成形チャンバ２の構成により、素材加熱用ヒータ４を搬入、搬出のために１部を切り欠く必要がなく、金型組の周りを取り囲むことができるので金型組を均等に加熱することができる。

次に、このような構成において、ガラス成形装置１におけるガラス素材２０の成形動作を図２〜７を参照して説明する。

まず、図２に示すガラス成形装置１において、成形チャンバ２内が図示しない機構により不活性ガス雰囲気にされる。または、減圧状態とする場合もある。あるいは、不活性ガスに置換したのち減圧状態とする場合もある。本実施例では不活性ガス雰囲気に置換した例を記述する。

一方、供給用ステージ６がＡ−方向に下げられ、供給用ステージ６上にガラス素材２０をセットした金型組１０が載置される。

続いて図３に示すように、供給用ステージ６が供給用チャンバ５まで上昇され（矢印ａ）、供給用アーム７が金型組１０を保持できる位置に前進される（矢印ｂ）。

続いて図４に示すように、供給用ステージ６が下降され（矢印ｃ）、供給用アーム７が金型組を保持する。そこで、供給用アーム７が少し前進され（矢印ｄ）、供給用ステージ６が再び上昇（矢印ｅ）されて供給用チャンバ５を閉じる。ここで、供給用チャンバ５内が成形チャンバ２内と同じ不活性ガス雰囲気にされる。

続いて図５に示すように、成形チャンバ２が上昇される（矢印ｆ）。同時に、供給用チャンバ５も上昇され、供給用チャンバ５に蓋をしている供給用ステージ６も一緒に上昇される（矢印ｇ）。ここで、供給用チャンバ５と成形チャンバ２とが繋がって、不活性ガスの雰囲気を共有する（供給用チャンバ５と成形チャンバ２とが接続状態となる）。そして、供給用アーム７が前進され（矢印ｈ）、金型組１０が成形チャンバ２の中央まで移動される。

続いて図６に示すように、成形ステージ３が上昇され（矢印ｉ）、供給用アーム７から金型組１０が受け取られる。その後、供給用アーム７は後退される（矢印ｊ）。

続いて図７に示すように、成形チャンバ２が下降される（矢印ｋ）。同時に、供給用チャンバ５も下降され、供給用チャンバ５に蓋をしている供給用ステージ６も一緒に下降される（矢印ｌ）。この動作により、供給用チャンバ５と成形チャンバ２とが分離される。

ここで、素材加熱用ヒータ４で金型組１０が加熱され、成形チャンバ２内が所定の不活性ガス雰囲気及び温度になった際、成形サイクルが開始される。成形ステージ３が上昇されることにより、金型組１０に挿入されているガラス素材１０がプレスされる。

この成形サイクル終了後、図６に示すように、成形ステージ３が所定の位置まで下げられ（矢印ｍ）、成形チャンバ２がＡ＋方向に上昇される。ここで、供給用チャンバ５と成形チャンバ２とが繋がって、不活性ガスの雰囲気を共有する。

続いて図５に示すように、供給用アーム７が前進される（矢印ｎ）。ここで、成形ステージ３が少し下降され、供給用アーム７が金型組１０を保持する。

続いて図４に示すように、供給用アーム７が後退され、成形チャンバ２が下降される（矢印ｃ）。この動作により、供給用チャンバ５と成形チャンバ２が分離される。金型組１０を冷却する場合は、この状態をある時間だけ保つようにする。

続いて図３に示すように、供給用ステージ６が下げられ、供給用アーム７が後退される。そこで、供給用ステージ６が再び上昇され（矢印ａ）、金型組１０が供給用アーム７から供給用ステージ６に受け取られる。

続いて図２に示すように、供給用アーム７がさらに後退され、供給用ステージ６がＡ−方向に下降され、成形済みの金型組１０が供給用チャンバ５の外へ移動される。この成形済みの金型組１０が取り出される。

続いて、成形前のガラス素材２０が入った金型組１０が供給用ステージ６に載置され、上述した成形動作が繰り返される。

図８は、成形チャンバに対して、供給用チャンバと搬出用チャンバを設けた例を示すものである。この例では、成形チャンバ３０に対して、供給用チャンバ３１とその供給用アーム３２、搬出用チャンバ３３とその搬出用アーム３４とが設けられている。

このような構成により、成形チャンバ３０を移動させると供給用チャンバ３１と排出用チャンバ３３とが繋がる（不活性ガス雰囲気を共有する）ので、未成形の金型組の供給と成形済みの金型組の搬出を同時に行うことができ、成形の能率を上げることができる。

次に、応用例について説明する。

図９は、第１応用例を示すものである。第１応用例のガラス成形装置６０は、成形チャンバ６１、別チャンバ６２、ゲート６３、及び成形ステージ６４とから構成されている。なお、プレス機構、真空機構、不活性ガスの置換機構は図示しない。

ガラス成形装置６０では、ゲート６３を用いる構成で、成形チャンバ６１と別チャンバ６２とを上昇することにより、不活性ガス雰囲気を別チャンバ６２と成形チャンバ６１とで共有するようにしたものである。

図１０は、第２応用例を示すものである。第２応用例のガラス成形装置７０は、成形チャンバ７１、供給素材用チャンバ７２、成形品取出用チャンバ７３、ゲート７４，７５、及び成形ステージ７６，７７，７８とから構成されている。なお、プレス機構、真空機構、不活性ガスの置換機構は図示しない。

ガラス成形装置７０では、金型組１０を供給するための供給素材用チャンバ７２、成形済の金型組１０を取り出すための成形品取出用チャンバ７３とを設けた構成である。

ガラス成形装置７０では、ゲート７４，７５を用いる構成で、成形チャンバ７１と供給素材用チャンバ７２と成形品取出用チャンバ７３とを上昇することにより、不活性ガス雰囲気を成形チャンバ７１と供給素材用チャンバ７２と成形品取出用チャンバ７３とで共有するようにしたものである。この構成により、成形動作のサイクルタイムをより短くすることができる。

なお、上記実施形態ではガラス素材で説明したが、ガラス素材だけでなく樹脂等の素材をプレスしてレンズやプリズム等を成形するプレス成形に応用可能である。

以上説明したように上記発明の実施の形態によれば、成形装置を構成する移動軸を減らして構造を簡素化し、さらに成形動作のサイクルタイムを短くして成形品製作コストを抑えることができる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも１つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも１つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

ガラス素材が挿入された上下一対の金型組の概略構成を示す図。 この発明の成形装置に係るガラス成形装置の概略構成を示す断面図。 ガラス成形装置におけるガラス素材の成形動作を説明するための図。 ガラス成形装置におけるガラス素材の成形動作を説明するための図。 ガラス成形装置におけるガラス素材の成形動作を説明するための図。 ガラス成形装置におけるガラス素材の成形動作を説明するための図。 ガラス成形装置におけるガラス素材の成形動作を説明するための図。 成形チャンバに対して、供給用チャンバと搬出用チャンバを設けた例を示す図。 この発明の成形装置に係る第１応用例のガラス成形装置の概略構成を示す図。 この発明の成形装置に係る第２応用例のガラス成形装置の概略構成を示す図。 従来の成形装置の構成を示す図。 従来の成形装置の構成を示す図。

符号の説明

１，６０，７０…ガラス成形装置、２，３０…成形チャンバ、３…成形ステージ、４…素材加熱用ヒータ、５，３１…供給用チャンバ、６…供給用ステージ、７，３２…供給用アーム、１０…金型組、１１…上金型、１２…下金型、１３，１４…ガイドピン、１５…つば、２０…ガラス素材、２１，２２，２３，２４…アクチュエータ、３３…搬出用チャンバ、３４…搬出用アーム。

Claims (6)

1. 保持部を有し、上金型と下金型の間に素材を置いた金型組を加熱加圧して成形する成形装置において、
   前記金型組に置かれた素材を加熱加圧成形する成形室と、前記成形室を上下１軸に沿って昇降させるアクチュエータと、前記成形室と一体に昇降可能に設けられ、この成形室に前記金型組を搬入する際、または前記成形室から前記金型組を搬出する際に用いる置換室と、前記置換室の下部に設けられた開放部と、前記金型組が載置され前記開放部から前記金型組を前記置換室に搬入または前記置換室から前記金型組を搬出する上下１軸に沿って昇降可能な供給用ステージと、前記供給用ステージに並んでかつ前記成形室に対向して設けられ、前記金型組を押圧する上下１軸に沿って移動可能な成形ステージと、前記保持部を介して前記金型組を保持し、前記金型組を前記置換室から前記成形室に搬入、搬出する１軸に沿って移動可能な搬送装置と、を備え、
   前記成形室及び前記置換室を上昇させた時に前記成形室と前記置換室とが接続され、前記成形室及び前記置換室を下降させた時に前記成形室と前記置換室とが分離され、前記供給用ステージの上下動により前記搬送装置が前記金型組の保持部を保持あるいは離間し、前記成形ステージの上下動により前記搬送装置が前記金型組の保持部を保持あるいは離間することを特徴とする成形装置。
2. 前記成形室と前記置換室とが分離されている時に、前記成形室内の雰囲気を不活性ガスに置換、または減圧、または不活性ガスに置換したのち減圧することを特徴とする請求項１に記載した成形装置。
3. 前記供給用ステージが上昇されて前記置換室の開放部を密閉し、前記供給用ステージが下降されて前記置換室の開放部を開放することを特徴とする請求項１又は２に記載した成形装置。
4. 前記置換室と前記成形室とが分離され、かつ前記供給用ステージが前記置換室の開放部を密閉している際、前記置換室内の雰囲気を不活性ガスに置換、または減圧、または不活性ガスに置換したのち減圧することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載した成形装置。
5. 前記成形室と前記置換室とが接続された際、前記成形室と前記置換室とが略水平状態に配置され、１軸に移動可能な前記搬送装置により前記金型組が前記成形室と前記置換室との間を移動可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載した成形装置。
6. 前記搬送装置を有する置換室が複数個設けられたことを特徴する請求項５に記載した成形装置。

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