JP4825494B2 - Glass forming equipment - Google Patents
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Description
この発明は、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光学ガラス素材を加熱軟化させてプレス成形するガラス成形装置に関する。 The present invention relates to a glass molding apparatus that heats and softens an optical glass material such as an aspheric glass lens represented by a digital camera or the like and press-molds it.
ガラス成形装置においては、金型組を加熱、プレス成形、冷却と各プロセスエリアへ順じ搬送して所望のガラス素子を成形する。 In a glass forming apparatus, a mold set is heated, press-formed, cooled and sequentially conveyed to each process area to form a desired glass element.
このガラス成形装置における加熱工程では、金型組の上下方向に配置された加熱プレートで金型組を挟み込むことにより、金型組およびガラス素材を加熱していた(例えば、特許文献1)。 In the heating process in this glass forming apparatus, the mold set and the glass material are heated by sandwiching the mold set with heating plates arranged in the vertical direction of the mold set (for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の加熱装置では、加熱されたプレートを金型組に接触させることにより、以下の不具合があった。 However, the conventional heating apparatus has the following problems by bringing the heated plate into contact with the mold set.
1.加熱プレートから金型上下面を介して、伝熱により金型およびガラス素材が加熱されるため、加熱効率が悪く加熱に要する時間が必要であった。 1. Since the mold and the glass material are heated by heat transfer from the heating plate through the upper and lower surfaces of the mold, the heating efficiency is poor and the time required for heating is required.
2.金型上下面から伝熱加熱されるので金型の上下部の温度が高く、金型中心部の温度が低いため、金型およびガラス素材が均一に加熱されず、ガラス素材の成形品精度が確保されなかった。 2. Since heat is transferred from the upper and lower surfaces of the mold, the upper and lower temperatures of the mold are high, and the temperature at the center of the mold is low. It was not secured.
3.効率の悪い加熱方式であるため、比較的大きいサイズの成形品(例えば、直径40mm以上)の場合、十分に加熱されず成形することができないことがあった。 3. Since the heating method is inefficient, in the case of a molded product having a relatively large size (for example, a diameter of 40 mm or more), there is a case where it cannot be molded due to insufficient heating.
4.スリーブ上の胴型に上下金型を勘合させる構造なので、ガラス素材が十分軟化していない状態で上部より加熱プレートを押し付けると、金型成形面に傷がついたり、ガラス素材が割れることがあった。 4). Since the upper and lower molds are fitted to the body mold on the sleeve, if the heating plate is pressed from the top when the glass material is not sufficiently softened, the mold molding surface may be damaged or the glass material may be broken. It was.
5.温度調整は、加熱プレートを介して行うため、金型組の温度調節が難しかった。 5. Since the temperature adjustment is performed via a heating plate, it is difficult to adjust the temperature of the mold set.
6.従来の加熱プレートの場合、昇温速度が遅く応答性が悪いため、装置のアイドリング中も常に加熱し続けなければならず、省エネルギー化にも不利であった。 6). In the case of the conventional heating plate, since the rate of temperature rise is slow and the response is poor, it is necessary to keep heating during idling of the apparatus, which is disadvantageous for energy saving.
また、炉内を非接触で加熱しているものもあるが、炉内全部を加熱しているので熱効率が悪かった。さらに冷却過程がないので、炉から取り出したときに金型の温度が十分下がっておらず、金型が酸化して劣化する恐れがあり、冷却時間も余計に必要となっていた(例えば、特許文献2)。
上記したように、金型組を加熱する効率が悪く、昇温速度が遅く、ガラス素材が均一に加熱されないという問題があった。 As described above, there is a problem in that the efficiency of heating the mold set is poor, the heating rate is slow, and the glass material is not heated uniformly.
この発明の目的は、金型を効率良く加熱し、且つ高速、均一に加熱することのできるガラス成形装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a glass molding apparatus capable of efficiently heating a mold and heating uniformly at a high speed.
この発明の態様に係るガラス成形装置は、上金型と下金型の間にガラス素材が置かれた金型組を、成形室内に取り入れて形成するガラス成形装置において、上記金型組が載置されるプレートを有し、上記成形室内に設けられ上記金型組を加熱する加熱ゾーンと、上記金型組が載置されるプレートを有し、上記成形室内に設けられ上記金型組を加圧するプレスゾーンと、上記金型組を上記加熱ゾーンおよびプレスゾーンに順次搬送する搬送装置と、を備え、上記加熱ゾーンは、上記プレート上に載置された金型組の周囲に位置する下降位置と、上記金型組を搬送可能とする上昇位置との間を移動可能に設けられ、上記下降位置において、上記金型組を周囲から非接触で加熱するヒータユニットと、上記ヒータユニットにスプリングを介して支持され、上記ヒータユニットが下降位置に移動した際に上記金型組に接触し、金型組の温度を測定する熱電対と、を備えている。 A glass molding apparatus according to an aspect of the present invention is a glass molding apparatus in which a mold set in which a glass material is placed between an upper mold and a lower mold is taken into a molding chamber, and the mold set is mounted. A heating zone for heating the mold set provided in the molding chamber and a plate on which the mold set is placed, and the mold set provided in the molding chamber. A press zone for pressurization; and a transport device for sequentially transporting the mold set to the heating zone and the press zone, the heating zone being lowered around the mold set placed on the plate A heater unit that is movably provided between a position and a raised position at which the mold set can be conveyed, and in the lowered position, heats the mold set from the outside in a non-contact manner; and a spring on the heater unit Support through Is provided with the heater unit is in contact with the mold set when it is moved to the lowered position, and a thermocouple for measuring the mold set temperature, the.
本発明のガラス成形装置は、省電力で且つ高精度な加熱を実現することが可能となり、従来では成形が困難であった大型レンズや形状の複雑なレンズ等を安定的且つ高精度に成形することが可能となり、金型の破損も従来に比較して少なくすることが可能となる。 The glass forming apparatus of the present invention can realize heating with high power saving and high accuracy, and stably and highly accurately form a large lens or a complicated lens having a difficult shape. Therefore, it is possible to reduce the damage of the mold as compared with the conventional case.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明に係る光学ガラス素子を成形す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、本ガラス成形装置は、成形室8、INポートロードロック室(置換室)12、OUTポートロードロック室(置換室)13、真空ポンプ30、及び窒素ガス供給ユニット40とから構成されている。なお、本実施例では、窒素ガスを不活性ガスととして用いている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a glass forming apparatus for forming an optical glass element according to the present invention. That is, the glass forming apparatus includes a forming
成形室8の内部には、加熱ゾーンを形成するプレート1と赤外線ランプヒータユニット4、プレスゾーンを形成するプレート2,5、冷却ゾーンを形成するプレート3,6、取り入れゾーンを形成するINポートテーブル9、及び取り出しゾーンを形成するOUTポートテーブル10とが設けられている。
Inside the
加熱ゾーンに設けられたプレート1には加熱用のシースヒータ1a、赤外線ランプヒータユニット4には詳しくは後述するが円弧状に加工された赤外線ランプヒータ22が3本組み込まれている。さらに赤外線ランプヒータユニット4は、上部にエアシリンダ7aが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。この赤外線ランプヒータユニット4を下降させ、プレート1上に置かれた金型組15を非接触で加熱する。この際、金型組15は、プレート1と赤外線ランプヒータユニット4に設けられた図示しない熱電対と図示しない制御装置とにより所望する温度に温調される。
The
なお、この加熱ゾーンは、金型組15に挿入されたガラス素材を、後段のプレスゾーンでプレス成形可能な所望の粘度を有するまでに加熱する。
In this heating zone, the glass material inserted into the
プレスゾーンに設けられたプレート5は、上部にエアシリンダ7bが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。このプレート5を下降させ、プレート2上に置かれた金型組15を加圧することによりプレス工程が処理される。また、プレート2,5には、それぞれシースヒータ2a,5aと図示しない熱電対とが設けられ、図示しない制御装置により所望する温度に温調される。
The
このプレスゾーンは、前記加熱された金型組15およびガラス素材を所望の温度に保ちつつ、エアシリンダ7bにより金型組15をプレスすることにより、ガラス素材を加圧変形させて所望の面形状に成形する。
The press zone presses the mold set 15 by the
冷却ゾーンは、プレート3,6が設けられている。プレート6は、上部にエアシリンダ7cが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。このプレート6を下降させ、プレート3上に置かれた金型組15に接触(加圧)させることにより冷却工程が処理される。
In the cooling zone,
なお、冷却ゾーンのプレート3,6にも同様にヒータを設けても良いし、水冷化を図っても良い。
In addition, a heater may be similarly provided in the
INポートテーブル9は、下部にテーブル昇降シリンダ11aが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。INポートテーブル9は、上下に昇降することにより、当該テーブル上に置かれる金型組15を、INポートロードロック室12から成形室8内に搬送する。なお、アクチュエータとしてテーブル昇降シリンダ11aを設けたが、電動アクチュエータ等の別のアクチュエータでも良い。
The IN port table 9 is provided with a
OUTポートテーブル10は、下部にテーブル昇降シリンダ11bが設けられ、上下に昇降可能な構成となっている。OUTポートテーブル10は、上下に昇降することにより、当該テーブル上に置かれる金型組15を、成形室8内からOUTポートロードロック室13に搬送する。なお、アクチュエータとしてテーブル昇降シリンダ11bを設けたが、電動アクチュエータ等の別のアクチュエータでも良い。
The OUT port table 10 is provided with a
INポートロードロック室12は、蓋状の構成になっている。INポートテーブル9が上昇してINポートロードロック室12の底辺を形成した際、金型組15が載置される。その際、INポートロードロック室12内が窒素ガスに置換され、INポートテーブル9が下降されて窒素ガスに置換されている成形室8内に搬送される。
The IN port
OUTポートロードロック室13は、蓋状の構成になっている。OUTポートテーブル10に金型組15が載置された際、OUTポートテーブル10が上昇されて窒素ガスに置換されているOUTポートロードロック室13の底辺を形成する。その後、蓋状のOUTポートロードロック室13が開けられ、金型組15が取り出される。
The OUT port
なお、図中では、加熱、プレス、冷却の各ゾーンを1個づつ設けているが、成形のタクト等を考慮して複数個設けても良い。 In the figure, one heating zone, one pressing zone, and one cooling zone are provided. However, a plurality of zones may be provided in consideration of molding tact and the like.
図2は、成形室8内の金型組15を、各テーブル、各プレート間を搬送する搬送装置の例を示すものである。図2に示す例は、成形室8内を上から見た様子を示すもので、ロボットアームを用いた構成である。図において、取り入れゾーンから加熱ゾーンへ搬送する金型搬送ユニット51、加熱ゾーンからプレスゾーンへ搬送する金型搬送ユニット52、プレスゾーンから冷却ゾーンへ搬送する金型搬送ユニット53、冷却ゾーンから取り出しゾーンへ搬送する金型搬送ユニット54とから構成されている。
FIG. 2 shows an example of a transport device that transports the mold set 15 in the
ここでは各ゾーン間に搬送ユニットを配置してあるが、1つで複数の搬送ユニットを兼用してもよい。また、下がった状態でのINポートテーブル9、OUTポートテーブル10、各ゾーンの下側プレート1,2,3の上面が同一水平面上になるように配置すれば金型組15は水平に移動させるだけでよく、搬送ユニットは自由度が少なく、簡単な機構のものでよい。
Here, although the conveyance unit is arrange | positioned between each zone, you may share several conveyance unit by one. In addition, if the IN port table 9 and the OUT port table 10 in the lowered state are arranged so that the upper surfaces of the
図3は、金型組15の断面を示すものである。金型組15は、ガイド穴を有する上金型16とガイドピン17を有する下金型18とから構成されている。上金型16と下金型18との間にガラス素材19が置かれる。このガラス素材19は、金型組15として成形室8で加熱、プレス成形される。
FIG. 3 shows a cross section of the mold set 15. The mold set 15 includes an
図4は、赤外線ランプヒータユニット4の構成を詳細に示すものである。赤外線ランプヒータユニット4は、円弧状に加工された赤外線ランプヒータ22を縦配列で3本配置している。赤外線ランプヒータ22の外周部には、反射ミラー23が設けられている。この反射ミラーは輻射熱の反射光率を考慮して金メッキが施されている。
FIG. 4 shows the configuration of the infrared
また、赤外線ランプヒータユニット4の上部には、スプリング25で支持された熱電対24が設けられ、赤外線ランプヒータユニット4が下降した際、金型組15に熱電対24の先端が接触するよう構成されている。金型組15に熱電対24の先端が接触した際、金型組15内のガラス素材が軟化されていない状態で金型組15の上部に接触するため、金型組15の成形面に無理な力が発生して成形面を傷つけないように、スプリング25にて支持されている。また、このスプリング25は、金型組15の多少の高さのばらつきを吸収するように構成されている。
Further, a
熱電対24とプレート1に設けられた図示しない熱電対とを用いて図示しない制御装置により、金型組15が所望する温度に温調される。すなわち、加熱ゾーンに搬送された金型組15は、下部のプレート1と赤外線ランプヒータユニット4とに囲まれ、下部からは伝熱、外周部および上部からは輻射熱により加熱される。
The mold set 15 is adjusted to a desired temperature by a control device (not shown) using the
図4に示した赤外線ランプヒータ22を用いた非接触の加熱手段は、抵抗加熱装置の輻射によるものである。このような抵抗加熱装置として、SiC(炭化珪素)ヒータ、カーボンヒータ、ニクロム線等の電熱線を用いても良い。
The non-contact heating means using the
また、赤外線ランプヒータユニット4は、金型組15の外周部に配置されるが、上部、または外周部と上部に配置するようにしても良い。
Moreover, although the infrared
次に、このような構成において、本発明のガラス成形装置の動作を説明する。 Next, the operation of the glass forming apparatus of the present invention in such a configuration will be described.
まず、屈伏点650℃の光学ガラス(素材)を用い、直径30mmの光学レンズを、温度640℃、プレス力12kNで金型組15を用いて成形する。なお、金型組15には、予めガラス素材が置かれているものとして以下記述する。 First, using an optical glass (material) having a yield point of 650 ° C., an optical lens having a diameter of 30 mm is molded using the mold set 15 at a temperature of 640 ° C. and a pressing force of 12 kN. In the following description, it is assumed that a glass material is placed on the mold set 15 in advance.
図1において、ガラス成形装置は、成形室8内を不活性ガスで満たし、INポートロードロック室12内に置かれた金型組15を、INポートロードロック室12を不活性ガスで満たした後、INポートテーブル9を用いてINポートロードロック室12から成形室8に取り入れる。
In FIG. 1, the glass forming apparatus fills the
取り入れゾーンのINポートテーブル9上の金型組15は、金型搬送ユニット51により加熱ゾーンのプレート1に搬送される。
The mold set 15 on the IN port table 9 in the intake zone is transported by the
プレート1上の金型組15は、シースヒータ1aからの伝熱、赤外線ランプヒータ22からの輻射熱により加熱される。
The mold set 15 on the
温度640℃に加熱された金型組15は、金型搬送ユニット52によりプレスゾーンのプレート2に搬送される。
The mold set 15 heated to a temperature of 640 ° C. is transported to the
プレート2上の金型組15は、エアシリンダ7bにより下降されるプレート5によりプレスされ、金型組15内のガラス素材がプレス成形される。プレスゾーンでは、金型組15は、プレート2のシースヒータ2aとプレート5のシースヒータ5aにより温度が保たれる。
The mold set 15 on the
プレス成形後のプレート2上の金型組15は、金型搬送ユニット53により冷却ゾーンのプレート3に搬送されて冷却される。
The mold set 15 on the
冷却されたプレート3上の金型組15は、金型搬送ユニット53により取り出しゾーンのOUTポートテーブル10に搬送される。
The mold set 15 on the cooled
ガラス成形済の金型組15は、OUTポートテーブル10上で成形室8から不活性ガスで満たされたOUTポートロードロック室13に搬送され、OUTポートロードロック室13が開放され取り出される。
The glass molded mold set 15 is transferred from the
上述した動作を従来と同等な消費電力で行った結果、従来のガラス成形装置に比べて60%の加熱時間で、金型組15をほぼ均一に加熱することが可能であった。 As a result of performing the above-described operation with the same power consumption as before, it was possible to heat the mold set 15 substantially uniformly in 60% of the heating time compared to the conventional glass forming apparatus.
また、金型組15の加熱ばらつきも、従来のガラス成形装置では±5℃前後の誤差があったが、本発明のガラス成形装置は±1℃程度まで抑えることが可能となった。それにより、ガラス成形品精度のばらつきが安定する結果となった。 In addition, the heating variation of the mold set 15 also had an error of about ± 5 ° C. in the conventional glass forming apparatus, but the glass forming apparatus of the present invention can be suppressed to about ± 1 ° C. As a result, the variation in accuracy of the glass molded product was stabilized.
また、従来のガラス成形装置では、金型組15の成形面に傷等をつけることがあったが、本実施例では成形面に傷をつけることが無くなった。 Further, in the conventional glass forming apparatus, the molding surface of the mold set 15 is sometimes damaged, but in this embodiment, the molding surface is not damaged.
図5は、加熱ゾーンにおける赤外線ランプヒータ22の代りに高周波誘導コイル61を用いた加熱の構成例を示すものである。
FIG. 5 shows a configuration example of heating using the high
図に示すように、ユニット60内の高周波誘導コイル61に交流電流を流すことにより、金型組15の表面付近にうず電流が発生し、ジュール熱で金型組15が加熱される。なお、この構成では、金型組15は導電体でなければならない。このようにして、金型組15が加熱され、金型組15に挿入されているガラス素材が間接的に加熱される。
As shown in the figure, an eddy current is generated near the surface of the mold set 15 by passing an alternating current through the high
図6は、プレスゾーンにおいて側面からの加熱装置を加えた構成例である。 FIG. 6 shows a configuration example in which a heating device from the side surface is added in the press zone.
図に示すように、シースヒータ75aが設けられたプレート75、赤外線ランプヒータ72、反射ミラー73とを有するユニット70が構成されている。このユニット70と、シースヒータ2aが設けられたプレート2とからプレスゾーンが構成されている。このような構成にすることで、プレスゾーンでも金型組15に対して側面からの加熱をすることができる。なお、ユニット70のプレート75は、図1で示したようにエアシリンダ7bにより金型組15をプレスする。
As shown in the figure, a
以上説明したように上記発明の実施の形態によれば、省電力で且つ高精度な加熱を実現することが可能となった。 As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to realize power saving and highly accurate heating.
また、従来では成形が困難であった大型レンズや形状の複雑なレンズ等を安定的且つ高精度に成形することが可能となった。 In addition, it has become possible to stably and accurately mold large lenses or lenses having complicated shapes that have been difficult to mold.
また、金型の破損も従来に比較して少なくすることが可能となった。 In addition, it is possible to reduce the damage to the mold as compared with the prior art.
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が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, the embodiments may be appropriately combined as much as possible, and in that case, the combined effect can be obtained. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.
1,2,3,5,6,75…プレート、4…赤外線ランプヒータユニット、7a,7b,7c…エアシリンダ、8…成形室、9…INポートテーブル、10…OUTポートテーブル、11a,11b…テーブル昇降シリンダ、12…INポートロードロック室、13…OUTポートロードロック室、15…金型組、16…上金型、17…ガイドピン、18…下金型、19…ガラス素材、20…開閉アクチュエータ、22,72…赤外線ランプヒータ、23,73…反射ミラー、30…真空ポンプ、40…窒素ガス供給ユニット、51,52,53,54…金型搬送ユニット、60,70…ユニット、61…高周波誘導コイル。 1, 2, 3, 5, 6, 75 ... plate, 4 ... infrared lamp heater unit, 7a, 7b, 7c ... air cylinder, 8 ... molding chamber, 9 ... IN port table, 10 ... OUT port table, 11a, 11b Table lifting cylinder, 12 IN port load lock chamber, 13 OUT port load lock chamber, 15 Mold set, 16 Upper mold, 17 Guide pin, 18 Lower mold, 19 Glass material, 20 Open / close actuator, 22, 72 ... Infrared lamp heater, 23, 73 ... Reflection mirror, 30 ... Vacuum pump, 40 ... Nitrogen gas supply unit, 51, 52, 53, 54 ... Mold transfer unit, 60, 70 ... unit, 61 ... High frequency induction coil.
Claims (10)
上記金型組が載置されるプレートを有し、上記成形室内に設けられ上記金型組を加熱する加熱ゾーンと、上記金型組が載置されるプレートを有し、上記成形室内に設けられ上記金型組を加圧するプレスゾーンと、上記金型組を上記加熱ゾーンおよびプレスゾーンに順次搬送する搬送装置と、を備え、
上記加熱ゾーンは、上記プレート上に載置された金型組の周囲に位置する下降位置と、上記金型組を搬送可能とする上昇位置との間を移動可能に設けられ、上記下降位置において、上記金型組を周囲から非接触で加熱するヒータユニットと、
上記ヒータユニットにスプリングを介して支持され、上記ヒータユニットが下降位置に移動した際に上記金型組に接触し、金型組の温度を測定する熱電対と、を備えていることを特徴とするガラス成形装置。 In a glass molding apparatus that takes a mold set in which a glass material is placed between an upper mold and a lower mold into a molding chamber,
A heating zone for heating the mold set provided in the molding chamber; and a plate for mounting the mold set provided in the molding chamber. A press zone that pressurizes the mold set, and a transfer device that sequentially transfers the mold set to the heating zone and the press zone,
The heating zone is movably provided between a lowered position around the mold set placed on the plate and a raised position that enables the mold set to be conveyed. A heater unit for heating the mold set from the surroundings in a non-contact manner;
And a thermocouple that is supported by the heater unit via a spring and that contacts the mold set when the heater unit moves to a lowered position, and measures the temperature of the mold set. Glass forming equipment.
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