JP6306988B2 - 搬送ユニットおよび成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送ユニットおよび成形装置に係り、特に、被成形材を搬送ユニットで加熱するものに関する。

従来、ガラス素材を加熱炉等によって予備加熱し、この予備加熱されたガラス素材を、金型を用いて成形するガラス成形方法が知られている（たとえば、特許文献１〜特許文献８参照）。

また、特許文献４（段落［００２４］、［００２６］、［００２７］、図７等）、特許文献５（段落［００３４］、［００３５］、図３等）、特許文献６（段落［００２０］、［００３５］、［００３６］、図３等）には、割型式浮上皿を用い、ガスによりガラス素材を浮上させて加熱炉内で予備加熱して搬送し、割型式浮上皿を離反させてガラス素材を金型に供給するものが示されている。

また、特許文献８（段落［００２５］、［００４１］、［００４２］）には、加熱された窒素ガス（不活性ガス）を搬送アームの先端から吹き出すことでガラス素材を加熱しつつ搬送し、金型に供給するものが示されている。

特開平０５−０２４８６２号公報 特開平０６−０４８７５３号公報 特開昭６２−０２７３３４号公報 特開平１１−０２９３３３号公報 特開２００１−０１０８２９号公報 特開２００３−３２１２２８号公報 特開２０００−１２８５５１号公報 特開２００３−０４８７２４号公報

しかし、上記従来のものでは、加熱炉の雰囲気中でガラス素材を加熱したり、ガスを用いてガラス素材を加熱しているので、予備加熱に要する時間が長いという問題がある。

たとえば、特許文献５、特許文献６では、搬送のためのバケットを、別途設けられているヒータで所定時間予備加熱をしているので、ガラス素材を所定の温度まで予備加熱するのに要する時間が長くなってしまう。

また、特許文献８では、不活性ガスとガラス素材との間の熱の移動量は非常に小さいので、ガラス素材を所定の温度まで予備加熱するのに要する時間が長くなってしまう。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ガラス素材を短時間で効率良く予備加熱することができる搬送ユニットおよびこの搬送ユニットを用いた成形装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被成形材を搬送する搬送部材と、前記搬送部材に設けられ、前記被成形材を接触加熱する加熱部と、を有し、前記搬送部材は、前記被成形材を搬送するための載置部を有し、前記載置部が凹部で構成されており、前記搬送部材は、前記加熱部と、前記加熱部からの熱を遮断する断熱部と、を備えており、前記凹部が、前記加熱部に設けられている搬送ユニットである。

請求項２に記載の発明は、前記搬送部材は、前記被成形材を搬送可能に保持する保持状態と、前記被成形材の成形を行う金型に前記被成形材を供給する保持解除状態と、を有するように複数に分割されている請求項１に記載の搬送ユニットである。

請求項３に記載の発明は、複数に分割されている前記搬送部材のそれぞれの温度を測定する温度センサを有する請求項２に記載の搬送ユニットである。

請求項４に記載の発明は、前記搬送部材は、前記被成形材を成形温度より高い所定の温度まで加熱するように構成されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の搬送ユニットである。

請求項５に記載の発明は、前記搬送部材は、前記被成形材を前記載置部に載置したときに、前記被成形材を調芯する調芯機能を有する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の搬送ユニットである。

請求項６に記載の発明は、前記凹部は、前記被成形材の少なくとも一部が表面接触するように構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の搬送ユニットである。

請求項７に記載の発明は、前記被成形材は球状に形成されており、前記凹部の底面は、前記被成形材の半径と等しい曲率半径を有し、前記被成形材の表面の一部に接触するように構成されている請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の搬送ユニットである。

請求項８に記載の発明は、前記凹部の深さは、前記被成形材の外径よりも長く形成されている請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の搬送ユニットである。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の搬送ユニットで搬送された前記被成形材を成形する成形ユニットを有する成形装置である。

請求項１０に記載の発明は、前記成形ユニットの一つに対して前記搬送ユニットが複数設けられている請求項９に記載の成形装置である。

本発明によれば、被成形材を短時間で効率良く予備加熱することができる搬送ユニットおよびこの搬送ユニットを用いた成形装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る成形装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る成形装置の搬送ユニットの要部を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る成形装置の成形ユニットのヒートサイクルを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る成形装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る成形装置の搬送ユニットの要部を示す平面図である。 図５におけるＶＩ―ＶＩ断面を示す図である。 図６における状態から搬送部材が開いた状態を示す図である。 変形例に係る搬送ユニットの要部を示す図である。 試験結果を示す図である。 変形例に係る搬送ユニットの要部を示す図である。 変形例に係る搬送ユニットの要部を示す図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る成形装置１は、図１で示すように、ガラス素材３等の被成形材を加熱して成形し、レンズ等の成形品を製造するものであり、成形ユニット５、搬送ユニット（搬送装置）７、ガラス素材供給ユニット３７、排出ユニット（図示せず）などで構成されている。

搬送ユニット７によって成形ユニット５に供給されたガラス素材３が、成形ユニット５で成形され、この成形されたガラス素材（レンズ等の被成形品）が、図示しない排出ユニットによって成形ユニット５から搬出（排出）されるようになっている。

搬送ユニット７は、搬送部材９などで構成されている。搬送部材９には、図２で示すように、加熱部１１が設けられている。そして、搬送ユニット７は、ガラス素材３を搬送しているときに加熱部１１によってガラス素材３を接触加熱するように構成されている。

さらに説明すると、搬送ユニット７は、供給された常温のガラス素材３を、搬送部材９で保持し加熱部１１で加熱しつつ所定距離を搬送するようになっている。搬送し終えたガラス素材３は、上述したように、成形ユニット５によって所定の形状に成形されるようになっている。また、搬送し終えたときのガラス素材３の温度は、成形ユニット５での成形に必要な温度になっている。

加熱部（ヒータ）１１は、たとえば、熱伝導性に優れた材料（たとえば、窒化アルミニウム等のセラミックスやカーボン）内に発熱体である電熱線（図示せず）が埋め込まれているヒータ（たとえば、窒化アルミヒータ）で構成されている。そして、ガラス素材３がヒータ（窒化アルミニウム）１１に接触している状態で加熱されるようになっている。すなわち、ガラス素材３がヒータ１１によって接触加熱されるようになっている。なお、電熱線が窒化アルミニウムから突出している等して、ガラス素材３が電熱線に直接接触して加熱されるように構成されていてもよい。

また、ガラス素材３は、加熱部１１からの熱伝導の他、対流（ガラス素材３のまわりの窒素ガス等の気体であって加熱部１１で加熱された気体の対流）、および、加熱部１１からの熱の輻射によっても加熱されるようになっている。

また、搬送部材９は、たとえば、第１の搬送部材９Ａ、第２の搬送部材９Ｂという具合で、複数に分割されている。これらの分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂ同士が保持状態にあるときに、ガラス素材３が搬送のために保持されるように構成されている。保持状態では、たとえば、第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂ同士が接触状態（図２に示すようにお互いが接触して閉じた状態）にある。なお、ガラス素材３が搬送のために保持されるのであれば、第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂ同士がお互いに接触しておらず接近状態であってもよい。すなわち、第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂ同士が僅か、または、ガラス素材３が落ちない程度に離れていてもよい。

また、分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂが保持解除状態（分離状態）にあるときに、ガラス素材３の保持が解除されるように構成されている。排出状態では、たとえば、第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂが分離状態（ガラス素材３が落ちる幅以上に互いに開いた状態）になっている。

ガラス素材３の保持が解除されることで、ガラス素材３が搬送部材９から離れ（たとえば、落下し）成形ユニット５に供給されるようになっている。

搬送部材９は、ガラス素材３を搬送しているときにガラス素材３をこの成形温度より高い所定の温度まで加熱するように構成されている。すなわち、搬送ユニット７に供給された常温のガラス素材３を搬送部材９で保持し加熱部１１で加熱しつつ所定距離を搬送し、この搬送をし終えたときのガラス素材３の温度が、ガラス素材３の成形温度よりも高く、たとえば、溶融温度よりも低くなっている。

また、搬送部材９は、ガラス素材３を載置して搬送するように構成されており、ガラス素材３の載置部２１が凹部で構成されている。また、搬送部材９は、断熱部２３、加熱部１１などで構成されており、載置部（凹部）２１は、加熱部１１に設けられている。

また、凹部２１の深さは、ガラス素材３の外径よりも長く形成されている。すなわち、凹部２１は、搬送部材９の上面から下方に向かって凹んだ形状になっており、搬送部材９にガラス素材３が載置されたときには、ガラス素材３が凹部２１内に入り込み、少なくとも底面に接触することでガラス素材３が、搬送部材９の上面から上方に突出しないようになっている。

加熱部１１は、分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂのそれぞれに設けられている。すなわち、第１の搬送部材９Ａには、第１の加熱部（第１のヒータ）１１Ａが設けられており、第２の搬送部材９Ｂには、第２の加熱部（第２のヒータ）１１Ｂが設けられている。

ヒータ１１の出力密度は、１０００Ｗ／ｃｍ^３以上（たとえば、１０００Ｗ／ｃｍ^３〜２０００Ｗ／ｃｍ^３、もしくは、１０００Ｗ／ｃｍ^３〜５０００Ｗ／ｃｍ^３、もしくは、１０００Ｗ／ｃｍ^３〜１００００Ｗ／ｃｍ^３）であることが望ましい。すなわち、高密度・高出力ヒータが採用されることが望ましい。

温度センサ１５は、分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂのそれぞれに設けられている。すなわち、第１の搬送部材９Ａには、第１の加熱部１１Ａの温度を測定する第１の温度センサ１５Ａが設けられており、第２の搬送部材９Ｂには、第２の加熱部１１Ｂの温度を測定する第２の温度センサ１５Ｂが設けられている。第１、第２の温度センサ１５Ａ，１５Ｂは、たとえば、熱電対で構成されており、窒化アルミニウム内に埋め込まれている。

温調部１７は、分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂのそれぞれに対応させて設けられている。すなわち、第１の搬送部材９Ａを加熱する第１の加熱部１１Ａに対応させて第１の温調部１７Ａが設けられており、第２の搬送部材９Ｂを加熱する第２の加熱部１１Ｂに対応させて第２の温調部１７Ｂが設けられている。

ヒータ出力調整部１９は、分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂのそれぞれに対応させて設けられている。すなわち、第１の搬送部材９Ａを加熱する第１の加熱部１１Ａに対応させて第１のヒータ出力調整部１９Ａが設けられており、第１のヒータ出力調整部１９Ａは、第１の温度センサ１５Ａの測定結果に応じた第１の温調部１７Ａの出力によって、第１の加熱部１１Ａの温度を調整するように構成されている。また、第２の搬送部材９Ｂを加熱する第２の加熱部１１Ｂに対応させて第２のヒータ出力調整部１９Ｂが設けられており、第２のヒータ出力調整部１９Ｂは、第２の温度センサ１５Ｂの測定結果に応じた第２の温調部１７Ｂの出力によって、第２の加熱部１１Ｂの温度を調整するように構成されている。

成形ユニット５は、搬送部材９で加熱され搬送されてきたガラス素材３を、上金型２５Ａと下金型２５Ｂとで構成される金型２５を用いて成形するようになっている。

搬送ユニット７から成形ユニット５へのガラス素材３の受け渡しは、上金型２５Ａが下金型２５Ｂから離れている状態で、分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂを開き、ガラス素材３を下金型２５Ｂの上に落下させることでなされる。

成形ユニット５は、枠体２７を備えており、枠体２７の外周には仕切り壁が設けられており、枠体２７の内側の空間（仕切り壁内の空間；二点鎖線Ｌ１で囲まれた空間）２８内は窒素ガスＮ_２等の不活性ガスで満たされている。

枠体２７内の下方には、下金型支持体２９が設けられており、下金型２５Ｂは、下金型支持体２９の上端に設置されている。枠状の枠体２７内の上方には、上金型支持体３１が設けられており、上金型２５Ａは、上金型支持体３１の下端に設置されている。これにより、上金型２５Ａと下金型２５Ｂとは上下方向で対向している。

また、下金型支持体２９は、駆動モータ３３等のアクチュエータで駆動する下プレス駆動機構３４を有している。これにより、下金型２５Ｂは、上金型２５Ａの下方で、上下方向で移動自在になっており、上金型２５Ａに対して接近しもしくは離反する方向で移動自在になっている。なお、下金型２５Ｂを上下方向で移動することに代えてもしくは加えて上金型２５Ａを上下方向で移動するように構成してもよい。

また、成形ユニット５には、金型加熱部３５が設けられている。金型加熱部３５は、筒状に形成されている。金型加熱部３５は、常態では、上金型２５Ａの上方に位置しているが、金型２５でガラス素材３を成形するときには、図１に二点鎖線で示す位置まで下降し、上金型２５Ａと下金型２５Ｂとを覆って、金型２５とガラス素材３とを成形のために加熱するようになっている。

搬送ユニット７は、枠体２７内に設置されている。搬送部材９（９Ａ，９Ｂ）は、下金型２５Ｂの真上の位置（下金型２５Ｂが下降端に位置しているときに下金型２５Ｂと上金型２５Ａとの間に形成される空間）と、下金型２５Ｂの真上の位置から所定の距離だけ離れた位置との間を、枠体２７内で水平方向に移動自在になっている。

上述した下金型２５Ｂの真上の位置から所定の距離だけ離れた位置（ガラス素材３を受け取るガラス素材受け取り位置）の上部には、ガラス素材供給ユニット３７が設けられている。

ガラス素材供給ユニット３７は、ガラス素材設置管３９、ゲート弁４１などで構成されている。ゲート弁４１は、ガラス素材受け取り位置の真上に位置する枠体２７仕切り壁の部位に設けられており、ガラス素材設置管３９は、ゲート弁４１のところから、枠体２７仕切り壁の外側で上方に延出している。

そして、搬送部材９がガラス素材受け取り位置にあるときにゲート弁４１が開くことで、ガラス素材３が搬送部材９に供給されるようになっている。

搬送部材９についてさらに詳しく説明する。搬送部材９は、上述したように、断熱部２３、加熱部１１などで構成されている。断熱部２３には、円柱状等の柱状の貫通孔が上下方向で貫通して設けられている。加熱部１１は、断熱部２３の貫通孔に嵌り込んでいる。また、搬送部材９の加熱部１１には、円柱状等の柱状であり上方が開口している凹部（載置部）２１が形成されている。また、凹部２１の上端部には、ガラス素材３が凹部２１に入るときにガラス素材３をガイドする第１の傾斜面（第１の面取り）５１Ａおよび第２の傾斜面（第２の面取り）５１Ｂで構成される傾斜面（面取り）５１が形成されている。

また、搬送部材９が、この中心を含み上下方向に展開している平面で２つに分割されていることで、第１の搬送部材９Ａと第２の搬送部材９Ｂとが生成されている。これにより、断熱部２３も、たとえば、第１の断熱部２３Ａ、第２の断熱部２３Ｂという具合で、複数に分割されている。

なお、ガラス素材３は、たとえば、球状に形成されており、搬送部材９の凹部２１は円柱状に形成されており、凹部２１の内径は、ガラス素材３の直径よりも僅かに大きくなっており、凹部２１の深さの値は、ガラス素材３の直径の値よりも大きくなっている。そして、ガラス素材３が搬送部材９に保持されている状態では、ガラス素材３が、凹部２１に入り込み凹部２１の少なくとも底面に接触している。

なお、凹部２１の底面は、ガラス素材３の半径よりも曲率半径が大きい球面（下方に凹んだ球面）の一部で構成されているが、平面で構成されていてもよい。また、凹部２１の形状が、四角柱等の柱状であってもよい。また、断熱部２３の一部が、加熱部１１の下面を覆っていてもよい。

第１の搬送部材９Ａと第２の搬送部材９Ｂとは、リニアガイドベアリングを介して支持材４３に支持されている。支持材４３は、枠体２７に一体的に設けられているベース部材４５に、リニアガイドベアリングを介して支持されている。また、支持材４３は、図示しないサーボモータ等のアクチュエータにより、下金型２５Ｂの真上の位置（金型２５へのガラス素材供給位置）とガラス素材受け取り位置との間を、水平方向で移動するようになっている。

第１の搬送部材９Ａと第２の搬送部材９Ｂとは、図示しない空気圧シリンダ等のアクチュエータと、リンク機構やカム機構等を用いた同期機構とにより、お互いが同期して水平方向に移動するようになっている。

そして、第１の搬送部材９Ａと第２の搬送部材９Ｂとのそれぞれが、図２に示す保持状態（接触状態、接近状態）と、分離状態との間を移動するようになっている。分離状態では、図２に示す状態から、第１の搬送部材９Ａが所定の距離だけ左側に移動し、第２の搬送部材９Ｂが第１の搬送部材９Ａと同じ所定の距離だけ右側に移動し、搬送部材９からガラス素材３か落下するようになっている。なお、第１の搬送部材９Ａまたは第２の搬送部材９Ｂの一方が支持材４３に対して移動することで、保持状態と分離状態とが生成されるようになっていてもよい。

次に、成形装置１の動作について説明する。

成形装置１は、図示しない制御部（ＣＰＵを備えている制御装置）の制御の下、制御装置のメモリに予め格納されているプログラムにしたがって次の動作をする。

まず、初期状態として、枠体２７の内側が不活性ガスで満たされており、ゲート弁４１が閉じており、ガラス素材設置管３９内には、複数個のガラス素材３が上下方向で重なって入っており、図３で示す時刻ｔｍ０で金型２５の温度がＴＨ１になっており、下金型２５Ｂが下降して、下金型２５Ｂと上金型２５Ａとの間には空間が存在しており、金型加熱部３５は上昇しオフしており、各搬送部材９Ａ，９Ｂは閉じて、ガラス素材受け取り位置に位置しており、加熱部１１はオフしている。

上記初期状態において、図示しないスタートスイッチが押されると、ゲート弁４１が開かれ、搬送部材９の凹部２１内に１つのガラス素材３が供給される。

この後、ゲート弁４１を閉じるとともに、加熱部１１をオンして搬送部材９でガラス素材３を加熱しながら搬送部材９をガラス素材受け取り位置からガラス素材供給位置（下金型２５Ｂの真上の位置）に移動する。このとき、ガラス素材３は、図３の破線で示すように、成形温度ＴＨ２よりも高い温度ＴＨ３になっている。このように、ガラス素材３を成形温度ＴＨ２よりも高い温度ＴＨ３に加熱するのが望ましいが、ガラス素材３の加熱温度は、成形温度ＴＨ２と同等、あるいは、成形温度ＴＨ２よりも少し低い温度であってもよい。

続いて、各搬送部材９Ａ，９Ｂを開き、ガラス素材３を落下させて下金型２５Ｂに供給し、各搬送部材９Ａ，９Ｂを閉じて、加熱部１１をオフし、搬送部材９をガラス素材供給位置（下金型２５Ｂの真上の位置）からガラス素材受け取り位置へ移動する。なお、下金型２５Ｂに供給されたガラス素材３から下金型２５Ｂに熱量が移動することで、下金型２５Ｂに供給されたガラス素材３の温度は、成形がされるまでの間に下降する。

搬送部材９の移動を開始し、搬送部材９が金型加熱部３５と干渉しない位置まで移動した直後に、金型加熱部３５を下降し、金型加熱部３５をオンし金型２５とガラス素材３の加熱を開始する。この時の時刻は図３で示すｔｍ１である。金型２５とガラス素材３との加熱を時刻ｔｍ２まで行い、金型２５とガラス素材３が成形温度ＴＨ２になったとき、時刻ｔｍ２と時刻ｔｍ３との間で、金型２５を用いガラス素材３を成形する。

時刻ｔｍ３が到来したとき、金型加熱部３５を上昇し金型加熱部３５を停止する。

時刻ｔｍ４が到来し、金型２５とガラス素材３の温度がＴＨ１になったとき、図示しない排出ユニットで成形されたガラス素材３を排出し上記初期状態に戻る。

なお、温度ＴＨ１は、成形されたガラス素材３を変形させることなく取り出せる温度である。また、上記動作において、加熱部１１や金型加熱部３５を常にオンしておいてもよい。

成形装置１によれば、搬送部材９の加熱部１１によってガラス素材３を接触加熱するように構成されているので、不活性ガスを吹き付けることなく、ガラス素材３が加熱部１１からの熱伝導等によって効率良く加熱され、ガラス素材３を短時間で効率良く予備加熱することができる。たとえば、加熱部１１により、直径が４ｍｍのガラス素材３であれば、数秒で６００℃まで加熱可能になっている。

そして、ガラス素材３の加熱に要する電力の消費量を低減することができ、成形ユニット５での成形のタクトタイムを短くすることができる。

なお、特許文献８で示すものでは、高温の不活性ガスを大量にガラス素材の周囲に放散させるので、バケット周辺の温度が高温になり、これを抑制するために冷却機構が必要になり、また、不活性ガスの温度を安定させることが困難であり、高温の不活性ガスを供給する手段が複雑になり、さらに、高温の不活性ガスでは、周囲の温度で加熱効果が異なり、再現性に乏しくなるという問題がある。しかし、成形装置１では、ガラス素材３が加熱部１１に接触して加熱されるので、上述した問題の発生を回避することができる。

また、特許文献５、特許文献６等で示すものでは、搬送のためのバケットを別途用意されたヒータ上に所定時間設置することで加熱しているが、バケットをヒータから離脱させた瞬間からガラス素材の冷却が始まり、成形ユニットの金型にガラス素材が供給されたときのガラス素材の温度が正確に把握できず、成形品質が低下するおそれがあるという問題がある。

しかし、成形装置１では、搬送部材９（９Ａ，９Ｂ）が複数に分割されており、搬送ユニット７から成形ユニット５へのガラス素材３の受け渡しが、分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂを開きガラス素材３を僅かな距離落下させて下金型２５Ｂの上に載置することでなされるので、受け渡しに要する時間が短くなっており、これにより、成形ユニット５の金型２５に供給されたときのガラス素材３の温度が正確なものになる。また、下金型２５Ｂの正確な位置にガラス素材３を供給することができる。

さらに、大口径レンズを成形で製作する場合、特許文献５、特許文献６等で示すものでは、ガラス素材の温度が上昇するまで長い時間を要してしまう。これに対して、成形装置１では、ガラス素材３が加熱部１１に接触して加熱されるので、ガラス素材３の加熱時間を短くすることができ、大口径レンズの成形におけるタクトタイムを短くし、生産性を向上させることができる。

また、成形装置１によれば、分割されている第１、第２の搬送部材９Ａ，９Ｂ（第１、第２の加熱部１１Ａ，１１Ｂ）のそれぞれの温度を測定する温度センサ１５（１５Ａ，１５Ｂ）が設けられているので、ガラス素材３の加熱温度を正確な温度にすることができ、成形品質が向上する。

また、成形装置１によれば、搬送部材９がガラス素材３をこの成形温度より高い所定の温度まで加熱するように構成されているので、搬送ユニット７から成形ユニット５への受け渡しにより、ガラス素材３の温度がごく僅かに下がって成形温度になり、成形ユニット５での成形を直ちに開始することができ、成形のタクトタイムを短くすることができる。

また、成形装置１によれば、搬送部材９がガラス素材３を載置して搬送するように構成されており、ガラス素材３の載置部２１が凹部で構成されているので、簡素な構成で安定してガラス素材３を保持することができる。

また、成形装置１によれば、載置部２１が加熱部１１に設けられているので、加熱部１１からガラス素材３への熱の伝達がさらに一層促進される。

また、成形装置１によれば、載置部２１の深さがガラス素材３の外径よりも長く形成されているので、搬送部材９でガラス素材３を保持しているとき、ガラス素材３が載置部２１内に完全に入り込み、ガラス素材３を万遍なく均一に加熱することができる。このように構成されていても、搬送部材９が分割されているので、ガラス素材３の搬送部材９から成形ユニット５への受け渡しは、しやすくなっている。

また、成形装置１では、金型２５の温度が、図３で示すようなヒートサイクルで変化し、温度ＴＨ１も高い温度になっている。この高い温度ＴＨ１の金型２５にいきなり常温のガラス素材３を供給すると、ガラス素材３に割れ等の不具合が発生する。しかし、成形装置１によれば、搬送ユニット７でガラス素材３を予備加熱してから金型２５に供給するので、上記不具合の発生を無くすことができる。

図２に示すものでは、載置部（凹部）２１の底面が、球状のガラス素材３の半径よりも大きい曲率半径を持つ球面の一部で構成されており、ガラス素材３が、載置部２１の底面と側面とに点接触している。ここで、図８（ａ）で示すように、載置部（凹部）２１の底面を、球状のガラス素材３の半径と等しい曲率半径を持つ半球面で構成し、載置部（凹部）２１に設置されたガラス素材３の少なくとも一部（たとえば、下側の半面）が、加熱部１１に表面接触するように構成されていてもよい。

これにより、加熱部１１からガラス素材３への熱の伝達が一層促進され、加熱に要する時間を一層短くすることができる。

さらに、図８（ｂ）で示すように、載置部（凹部）２１の底面に、ガラス素材３の半径よりも小さい曲率半径の穴部５３を設けてもよい。その際、載置部（凹部）２１内のガラス素材３が、前記穴部５３の開口部の縁に接触するように保持してもよい。これにより、載置部（凹部）２１内のガラス素材３がふらついたり、ずれたりすることがなくなり、載置部（凹部）２１に対するガラス素材３の位置が安定する。載置部（凹部）２１の中心軸と前記穴部５３の中心軸とはお互いに一致している。

また、前記穴部５３は貫通していてもよい。

なお、凹部２１の底面をガラス素材３の半径よりも曲率半径が大きい球面の一部で形成したり（図２参照）、凹部２１の底面を球状のガラス素材３の半径と等しい曲率半径を持つ球面の一部で構成したり（図８（ａ）参照）、凹部２１の底面にガラス素材３の半径よりも小さい曲率半径の穴部５３を設ける（図８（ｂ）参照）ことで、ガラス素材３を載置したときに搬送部材９に対してガラス素材３の位置を調芯する調芯機能を搬送部材９が有するのである。

ところで、成形装置１において、搬送ユニット７によるガラス素材３の加熱および搬送に要するタクトタイムが、成形ユニット５でのガラス素材３の成形に要するタクトタイムがよりも長い場合、成形ユニット５におけるあそび時間（被稼働時間；アイドルタイム）が発生することを防止するために、１つの成形ユニット５に対して搬送ユニット７を複数設けてもよい。

このように構成した場合、各搬送ユニット７におけるガラス素材３の搬送開始位置はお互いに異なっているが、搬送終了位置はお互いが一致しているものとする。

さらに説明すると、搬送ユニット７からガラス素材３への熱流量を定量的に推測（解析）することで、搬送ユニット７での搬送によるガラス素材３の昇温に要する（加熱に要する）時間を特定し、この特定した昇温時間に応じて、成形ユニット５におけるあそび時間を無くすために、搬送ユニット７の数を調整することが望ましい。

このように、成形ユニット５の一つに対して搬送ユニット７を複数設ければ、ガラス素材３の加熱時間が長くても、成形ユニット５におけるガラス素材３の成形タクトを短くすることができる。

また、上記説明では、１つの搬送ユニット７に１つの凹部２１を設け、１つの凹部２１で１つのガラス素材３を保持しているが、１つの凹部２１で複数のガラス素材３を保持してこれらの複数のガラス素材３を１つの下金型２５Ｂに供給するように構成してもよい。

さらに、図１０（ａ）で示すように、１つの搬送ユニット７に複数の凹部２１を設け、これらの凹部２１のそれぞれでガラス素材３を保持し、これらのガラス素材３のそれぞれを、複数の下金型２５Ｂのそれぞれに供給するように構成してもよい。

図１０（ａ）で示す搬送ユニット７は、凹部２１を構成する複数の貫通孔を備えた搬送ユニット本体部４７、この搬送ユニット本体部４７の貫通孔の底を塞ぐ搬送ユニット底板部４９などで構成されている。そして、図１０（ｂ）で示すように、搬送ユニット底板部４９を水平方向にずらすことで、ガラス素材３を落下させ、下金型２５Ｂに供給するように構成されている。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る成形装置１ａは、ガラス素材供給ユニット３７ａの構成が異なっている点、下金型支持体２９の代わりに上金型支持体３１が移動するように構成されている点が本発明の第１の実施形態に係る成形装置１と異なり、その他の点は、本発明の第１の実施形態に係る成形装置１とほぼ同様に構成されている。

本発明の第２の実施形態に係る成形装置１ａは、図４に示すように、成形ユニット５、搬送ユニット７、ガラス素材供給ユニット３７ａ、排出ユニット５５などで構成されている。なお、図４等において、第１の実施形態に係る成形装置１と同様に構成されているものには、同じ符号を付すことにする。

上金型支持体３１は、駆動モータ３３Ａ等のアクチュエータで駆動する上プレス駆動機構３４Ａを有している。これにより、上金型２５Ａは、下金型２５Ｂの上方で、上下方向で移動自在になっており、下金型２５Ｂに対して接近しもしくは離反する方向で移動自在になっている。

金型加熱部（金型加熱ユニット）３５は、前記金型２５を加熱時に覆う中空部材９１（例えば、筒状の石英管など）と、前記金型２５を加熱する熱源９３（例えば、赤外線ランプなど）と、前記熱源９３からの熱を効率よく前記金型２５へ反射する反射材９５などにより構成されている。

ガラス素材供給ユニット３７ａは、ガラス素材ストッカ５７、搬入ロボット５９、搬入側ロードロック室構成材６１、ガラス素材吸着ユニット６３、搬入ステージ６５などで構成されている。

ガラス素材ストッカ５７は、複数のガラス素材３を載置できるようになっている。搬入ロボット５９は、ガラス素材３を真空吸着等によって保持し、ガラス素材３を水平方向で搬送することができるようになっている。

搬入側ロードロック室構成材６１は、第１の空気圧シリンダ６７等のアクチュエータにより上下方向で移動自在になっている。そして、搬入側ロードロック室構成材６１が下降しているときに、密閉された搬入側ロードロック室６９が形成され、搬入側ロードロック室構成材６１が上昇しているときに、搬入側ロードロック室６９が開放されるようになっている。

ガラス素材吸着ユニット６３は、ガラス素材３を真空吸着等によって保持し、第２の空気圧シリンダ７１等のアクチュエータにより、ガラス素材３を上下方向に搬送することができるようになっている。

搬入ステージ６５は、ガラス素材３を載置できるようになっているとともに、第３の空気圧シリンダ７３等のアクチュエータで上下方向に移動自在になっている。そして、搬入ステージ６５が下降しているときに、搬入側ロードロック室６９と成形ユニット５の空間２８とがお互いにつながり、搬入ステージ６５が上昇しているときに、搬入側ロードロック室６９と成形ユニット５の空間２８とが、搬入ステージ６５で遮断されるようになっている。

排出ユニット５５は、第１の搬出ロボット７５、搬出ステージ７７、搬出側ロードロック室構成材７９、第２の搬出ロボット（図示せず）、成形品ストッカ（図示せず）などで構成されている。

第１の搬出ロボット７５は、ガラス素材３から成形された成形品８１を真空吸着等によって保持し、成形品８１を水平方向で搬送することができるようになっている。

搬出側ロードロック室構成材７９は、第４の空気圧シリンダ８３等のアクチュエータにより上下方向で移動自在になっている。そして、搬出側ロードロック室構成材７９が下降しているときに、密閉された搬出側ロードロック室８５が形成され、搬出側ロードロック室構成材７９が上昇しているときに、搬出側ロードロック室８５が開放されるようになっている。

搬出ステージ７７は、成形品８１を載置できるようになっているとともに、第５の空気圧シリンダ８７等のアクチュエータにより上下方向に移動自在になっている。そして、搬出ステージ７７が下降しているときに、搬出側ロードロック室８５と成形ユニット５の空間２８とがお互いにつながり、搬出ステージ７７が上昇しているときに、搬出側ロードロック室８５と成形ユニット５の空間２８とが、搬出ステージ７７で遮断されるようになっている。

図示しない第２の搬出ロボットは、成形品８１を真空吸着等によって保持し、成形品８１を水平方向で搬送することができるようになっている。図示しない成形品ストッカは、複数の成形品８１を載置できるようになっている。

搬送ユニット７には、第１の実施形態に係る成形装置１の場合と同様にして搬送部材９（凹部２１）が２つ設けられている。

図５は本発明の第２の実施形態に係る成形装置の搬送ユニットの要部を示す平面図、図６は図５におけるＶＩ―ＶＩ断面を示す図、図７は図６における状態から搬送部材が開いた状態を示す図である。なお、図５〜図７において、第１の実施形態に係る成形装置１と同様に構成されているものには、同じ符号を付すことにする。

搬送ユニット７は、２つの搬送部材９などで構成されている。そして、各搬送部材９は、例えば、第１の搬送部材９Ａと、第２の搬送部材２Ｂとに分割されている。

第１の搬送部材９Ａは、図５、図６に示すように、第１の加熱部１１Ａと、この第１の加熱部１１Ａの外側に一体的に設けられた第１の発熱部８９Ａと、この第１の発熱部８９Ａの、第１の加熱部１１Ａと反対側に一体的に設けられた第１の断熱部２３Ａとで構成されている。また、第２の搬送部材９Ｂは、図５、図６に示すように、第２の加熱部１１Ｂと、この第２の加熱部１１Ｂの外側に一体的に設けられた第２の発熱部８９Ｂと、この第２の発熱部８９Ａの、第２の加熱部１１Ｂと反対側に一体的に設けられた第２の断熱部２３Ｂとで構成されている。なお、発熱部８９は、第１の発熱部８９Ａと、第２の発熱部８９Ｂとで構成されている。

これにより、搬送ユニット７によるガラス素材３の加熱および搬送に要するタクトタイムが、成形ユニット５でのガラス素材３の成形に要するタクトタイムより長くても、成形ユニット５におけるあそび時間（被稼働時間；アイドルタイム）が発生することを防止するようになっている。

成形装置１ａの搬送ユニット７について、さらに説明する。

搬送ユニット７の加熱部１１を構成するヒータの発熱部８９（第１、第２の発熱部８９Ａ，８９Ｂ）として、１２ｍｍ×１２ｍｍ×５ｍｍの矩形な平板状のものを使用している。最大出力は、１枚で１ｋＷである。発熱部８９（第１、第２の発熱部８９Ａ，８９Ｂ）自体は、２秒で常温から６５０℃になる。

ガラス素材３を搬送する搬送部材９も図４〜図７で示すように極力小型化してある。これにより、最大投入電力密度（加熱エネルギー密度）として１．４ｋＷ／ｃｍ^３を実現している。

搬送ユニット７を用いて昇温テストを実施した。結果を図９に示す。発熱部８９、搬送部材９、ガラス素材３の３箇所の温度をφ０．２５ｍｍのシース熱電対で同時に測定した。

なお、φ６ｍｍのガラス素材（Ｌ−ＢＡＬ３５）３の温度を測定することは難しいので、ガラス素材３と同等な熱容量を備えたＳＵＳ３０４の円柱を代用した。両者の熱容量は１１．０×１０^−５Ｊ／Ｋ°である。

図９に線図Ｇ１で示すものはヒータの発熱部８９の温度変化であり、図９に線図Ｇ２で示すものは搬送部材９の温度変化であり、図９に線図Ｇ３で示すものはＳＵＳ３０４の円柱の温度変化であり、図９に線図Ｇ４で示すものはＧ１とＧ３との差の変化を示している。

図９から理解されるように、ヒータ自体は、１０秒で８０℃から６５０℃まで昇温されているが（線図Ｇ１参照）、搬送部材（搬送バケット）９は、８０℃から６５０℃まで昇温されるのに２０秒を要し（線図Ｇ２参照）、ガラス素材（ＳＵＳ３０４の円柱）は、８０℃から６５０℃まで昇温されるのに、２０秒よりもさらに長い６０秒を要している（線図Ｇ３参照）。

以上の結果から、ガラス素材３の加熱時間として６０秒以上、たとえば、８０秒を確保すべく２セットのヒータユニットおよびガラス素材３を２個保持（収容）できる搬送部材９を採用している。

次に、ガラス素材供給ユニット３７ａの動作を説明する。

初期状態として、搬入側ロードロック室構成材６１が上昇しており、搬入ステージ６５が上昇しているものとする。また、搬送ユニット７の搬送部材９は、図４で示すようにストロークの中間位置に位置しているものとする。

上記初期状態において、搬入ロボット５９で、ガラス素材ストッカ５７上の１つのガラス素材３をピックアップし、搬入ステージ６５まで搬送し、搬入ステージ６５上に設置する。

続いて、搬入側ロードロック室構成材６１を下降して搬入側ロードロック室６９を形成し、搬入側ロードロック室６９内を窒素置換しつつ、ガラス素材吸着ユニット６３でガラス素材３を吸着する。

続いて、搬入ステージ６５を下降し、搬送ユニット７の搬送部材９を図４の左側に移動し、ガラス素材吸着ユニット６３を下降した後、ガラス素材吸着ユニット６３によるガラス素材３の吸着を解除し、搬送ユニット７の搬送部材９の凹部２１内にガラス素材３を供給する。なお、搬送部材９の凹部２１内のガラス素材３は、前述したように成形ユニット５による成形のために加熱されつつ搬送される。

続いて、ガラス素材供給ユニット３７ａでは、ガラス素材吸着ユニット６３が上昇し、搬入ステージ６５が上昇し、搬入側ロードロック室構成６１が上昇し、初期状態に戻り、別の１つのガラス素材３の搬送が繰り返される。

次に、排出ユニット５５の動作を説明する。

初期状態として、ガラス素材３から成形された成形品８１が下金型２５Ｂに載置されており、搬出側ロードロック室構成材７９が下降していることで、内部を窒素ガスで満たされた搬出側ロードロック室８５が形成されており、搬出ステージ７７が下降しているものとする。

上記初期状態において、第１の搬出ロボット７５で、下金型２５Ｂに載置されている成形品８１をピックアップし、搬出ステージ７７まで搬送し、搬出ステージ７７上に置く。

続いて、搬出ステージ７７を上昇して搬出側ロードロック室８５を形成し、この後、搬出側ロードロック室構成材７９が上昇する。

続いて、図示しない第２の搬出ロボットで、搬出ステージ７７上の成形品８１を図示しない成形品ストッカまで搬送する。

続いて、搬出側ロードロック室構成材７９を下降して搬出側ロードロック室８５を形成し、搬出側ロードロック室８５内を窒素置換し搬出ステージ７７を下降して上記初期状態に戻り、別の成形品８１の搬送が繰り返される。

図２に示した搬送部材９は、加熱部１１（第１の加熱部１１Ａ、第２の加熱部１１Ｂ）が発熱部と、素材保持部材とを兼ねている。図５〜図７に示した搬送部材９は、加熱部１１（第１の加熱部１１Ａ、第２の加熱部１１Ｂ）が素材保持部材を兼ね、発熱部８９（第１の発熱部８９Ａ、第２の発熱部８９Ｂ）が加熱部１１（第１の加熱部１１Ａ、第２の加熱部１１Ｂ）と別体とされている。そして、素材保持部材としての加熱部１１（第１の加熱部１１Ａ、第２の加熱部１１Ｂ）は、熱伝導性の良い材料で構成されている。

そこで、図１１に示すように、素材保持部材として機能する、熱伝導性の良い材料で構成されている加熱部１１（第１の加熱部１１Ａ、第２の加熱部１１Ｂ）内に、発熱部８９（第１の発熱部８９Ａ、第２の発熱部８９Ｂ）を封入（埋設）させて搬送部材９（第１の搬送部材９Ａ、第２の搬送部材９Ｂ）としても、図２、図５〜図７に示した搬送部材９と同様に機能させることができる。

１ 成形装置
３ 被成形材
５ 成形ユニット
７ 搬送ユニット
９ 搬送部材
９Ａ 第１の搬送部材
９Ｂ 第２の搬送部材
１１ 加熱部
１１Ａ 第１の加熱部
１１Ｂ 第２の加熱部
１５ 温度センサ
１５Ａ 第１の温度センサ
１５Ｂ 第２の温度センサ
２１ 載置部
２３ 断熱部
２３Ａ 第１の断熱部
２３Ｂ 第２の断熱部

Claims (10)

1. 被成形材を搬送する搬送部材と、
   前記搬送部材に設けられ、前記被成形材を接触加熱する加熱部と、を有し、
   前記搬送部材は、前記被成形材を搬送するための載置部を有し、
   前記載置部が凹部で構成されており、
   前記搬送部材は、前記加熱部と、前記加熱部からの熱を遮断する断熱部と、を備えており、
   前記凹部が、前記加熱部に設けられていることを特徴とする搬送ユニット。
2. 前記搬送部材は、
   前記被成形材を搬送可能に保持する保持状態と、
   前記被成形材の成形を行う金型に前記被成形材を供給する保持解除状態と、
   を有するように複数に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の搬送ユニット。
3. 複数に分割されている前記搬送部材のそれぞれの温度を測定する温度センサを有することを特徴とする請求項２に記載の搬送ユニット。
4. 前記搬送部材は、前記被成形材を成形温度より高い所定の温度まで加熱するように構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の搬送ユニット。
5. 前記搬送部材は、前記被成形材を前記載置部に載置したときに、前記被成形材を調芯する調芯機能を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の搬送ユニット。
6. 前記凹部は、前記被成形材の少なくとも一部が表面接触するように構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の搬送ユニット。
7. 前記被成形材は球状に形成されており、
   前記凹部の底面は、前記被成形材の半径と等しい曲率半径を有し、前記被成形材の表面の一部に接触するように構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の搬送ユニット。
8. 前記凹部の深さは、前記被成形材の外径よりも長く形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の搬送ユニット。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の搬送ユニットで搬送された前記被成形材を成形する成形ユニットを有することを特徴とする成形装置。
10. 前記成形ユニットの一つに対して前記搬送ユニットが複数設けられていることを特徴とする請求項９に記載の成形装置。

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