JP6598690B2 - 成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型を用いて被成形材を成形する成形装置及び成形品に係り、特に、金型に電圧を印加しつつ成形をし、またこの成形によって得られたものに関する。

従来、ダイと絶縁体との間に電圧を印加することにより、前記ダイ面を正に帯電させ、前記絶縁体を負に帯電させることで絶縁体に設置されている材料を負に帯電させて、前記材料を成形し、表面性質が改善された成形品を得る装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

また、従来、ガラス材料と成形用金型との間に電圧を印加して前記ガラス材料を成形することで、前記ガラス材料の成形に要する荷重を小さくすることができる装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２０００−７２４７１号公報 特開２００８−２６６１２３号公報

ところで、従来の装置では、被成形材と成形用金型との間に電圧を印加し、前記被成形材と前記成形用金型の表面との間に発生する静電引力により前記被成形材の表面性質を改善しつつ、加圧成形を行っている。

しかし、被成形材を導電性のある成形用金型で挟んで加圧成形を行うとき、導電性のある成形用金型間にこの印加方法を用いると、電気的な短絡を生じさせる可能性があるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、第１の金型と第２の金型との間に電圧を印加しつつ前記第１の金型と前記第２の金型とを用いて被成形材を成形する成形装置において、前記第１の金型と前記第２の金型との間に電気的な短絡を生じさせない金型の絶縁構造、及び金型の着脱が容易に行える電気接続構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第１の金型と第２の金型とで被成形材を成形する成形装置において、前記被成形材を前記成形のために加熱する加熱部と、前記第１の金型に導通している第１の電極棒と前記第２の金型に導通している第２の電極棒とを用いて前記第１の金型と前記第２の金型との間に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記第１の金型が取り付けられる絶縁性の材料で構成された第１の金型支持体と、前記第２の金型が取り付けられる絶縁性の材料で構成された第２の金型支持体とを備え、前記第１の電極棒の少なくとも一部が前記第１の金型支持体の内部に配置され、前記第２の電極棒の少なくとも一部が前記第２の金型支持体の内部に配置されている成形装置である。

請求項２に記載の発明は、前記被成形体の温度を測定する温度センサが備えられている請求項１に記載の成形装置である。

請求項３に記載の発明は、前記電圧印加手段は、前記第１の電極棒を前記第１の金型に付勢する第１の弾性部材と、前記第２の電極棒を前記第２の金型に付勢する第２の弾性部材とを備えている請求項１または請求項２に記載の成形装置である。

請求項４に記載の発明は、前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材は、圧縮バネである請求項３に記載の成形装置である。

請求項５に記載の発明は、前記第１の電極棒に形成された第１の鍔部と、前記第２の電極棒に形成された第２の鍔部とを備え、前記第１の電極棒は、前記第１の鍔部が前記第１の金型支持体内に収まるように前記第１の金型支持体に対して配置され、前記第１の金型は、前記第１の金型支持体の一端部を塞ぐように設けられ、第１の絶縁材は、前記第１の金型支持体の他端部を塞ぐように設けられており、前記第１の電極棒は、前記第１の金型に対して接近及び離反する方向に移動自在に前記第１の絶縁材に係止され、前記第１の弾性部材は、前記第１の鍔部と前記第１の絶縁材との間に設けられ、前記第１の電極棒を前記第１の金型に当接させる方向に付勢するように構成されており、前記第２の電極棒は、前記第２の鍔部が前記第２の金型支持体内に収まるように前記第２の金型支持体に対して配置され、前記第２の金型は、前記第２の金型支持体の一端部を塞ぐように設けられ、第２の絶縁材は、前記第２の金型支持体の他端部を塞ぐように設けられており、前記第２の電極棒は、前記第２の金型に対して接近及び離反する方向に移動自在に前記第２の絶縁材に係止され、前記第２の弾性部材は、前記第２の鍔部と前記第２の絶縁材との間に設けられ、前記第２の電極棒を前記第２の金型に当接させる方向に付勢するように構成されている請求項３または請求項４に記載の成形装置である。

請求項６に記載の発明は、前記第１の電極棒及び前記第１の金型に前記被成形材表面の改質を行うためのガスを供給する第１のガス供給路と、前記第２の電極棒及び前記第２の金型に前記被成形材表面の改質を行うためのガスを供給する第２のガス供給路との少なくともいずれか一方のガス供給路を有する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の成形装置である。

請求項７に記載の発明は、前記第１の金型を設置する第１の金型設置部と、前記第２の金型を設置する第２の金型設置部とを備え、前記第１の金型設置部に、前記第１の電極棒の一端を圧入または螺合で固定し、前記第２の金型設置部に、前記第２の電極棒の一端を圧入または螺合で固定することにより、前記第１の電極棒及び前記第２の電極棒に印加される電圧を前記第１の金型設置部及び前記第２の金型設置部を介して前記第１の金型及び前記第２の金型に印加する請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の成形装置である。

請求項８に記載の発明は、前記第１の金型設置部は、前記被成形材表面の改質を行うガスを供給するための貫通孔を備え、前記第２の金型設置部は、前記被成形材表面の改質を行うガスを供給するための貫通孔を備えており、前記第１のガス供給路は、前記第１の金型設置部に設けられた貫通孔を含んで構成され、前記第２のガス供給路は、前記第２の金型設置部に設けられた貫通孔を含んで構成されており、少なくともいずれか一方のガス供給路を備えている請求項７に記載の成形装置である。

本発明によれば、第１の金型と第２の金型との間に電圧を印加しつつ前記第１の金型と前記第２の金型とを用いて被成形材を成形する成形装置において、前記第１の金型と前記第２の金型とに電圧を印加したときの電気的な短絡を防止し、前記第１の金型と前記第２の金型を容易に着脱することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施形態に係る成形装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る成形装置における下型とこの下側の部位との概略構成を示す断面図である。 図２における下部の別断面図である。 図２のＩＶ矢視拡大図である。 本発明の実施形態に係る成形装置における上型とこの周辺部位及び下型とこの周辺部位との概略構成を示す成形前の拡大図である。 本発明の実施形態に係る成形装置における上型とこの周辺部位及び下型とこの周辺部位との概略構成を示す成形後の拡大図である。 上型設置部、下型設置部と第１の電極棒、第２の電極棒との接続例を示す拡大図である。 上型設置部、下型設置部と第１の電極棒、第２の電極棒との接続例を示す拡大図である。

本発明の実施形態に係る成形装置１は、図１及び図２に示すように、第１の金型（たとえば、上型）３と第２の金型（たとえば、下型）５とをお互いに接触させることなく、上型３と下型５とで被成形材（ガラス素材）７を挟み込んで押圧し、ガラス素材７を成形する装置である。成形装置１を用いて、ガラス素材７から成形品（たとえば、光学レンズ等の光学素子）（図示せず）が成形される。

なお、成形装置１が、たとえば、上型３と下型５との間にガラス素材７を所定の力で挟み込んで押圧し、上型３、下型５の少なくともいずれかに形成されている微細な転写パターン（微細な凹凸で形成された転写パターン）をガラス素材７に転写する装置である場合、成形装置１を転写装置として考えることもできる。

成形装置１は、上型３が設置される導電性で耐熱性を備えた第１の金型設置部（上型設置部）１１、下型５が設置される導電性で耐熱性を備えた第２の金型設置部（下型設置部）１３、ガラス素材７を成形のために加熱する、赤外線ランプ９３と反射材９５とで構成される加熱部（ヒータ）１５、第１の電極棒１９と第２の電極棒２１と第１の弾性部材３１と第２の弾性部材３３と上側コネクタ６７と下側コネクタ６９と金型電荷電源７１と配線７３と電極軸クランプ部品７５とで構成される電圧印加手段１７等で構成されている。

電圧印加手段１７は、上型３に導通している第１の電極棒（上型用電極棒）１９と下型５に導通している第２の電極棒（下型用電極棒）２１とを用いて、上型３と下型５との間に電圧を印加するように構成されている。

電圧印加手段１７による電圧の印加は、たとえば、成形時のガラス素材７の温度を従来の成形装置を用いた場合よりも低くし、成形時において上型３と下型５とでガラス素材７を挟み込む力を従来の成形装置を用いた場合よりも小さくするためになされるものである。また、電圧印加手段１７による電圧の印加は、上型３、下型５のそれぞれに、たとえば、モリブデンで構成された上型用電極棒１９、下型用電極棒２１のそれぞれを上型設置部１１、下型設置部１３を介して接触させ、これらの接触している上型用電極棒１９、下型用電極棒２１を介して、ガラス素材７を成形するときになされるように構成されている。電圧印加手段１７による電圧の印加では、上型３を＋１０ｋＶにし、下型５をアースに接続するようになっているが、上型３を＋１０ｋＶにし、下型５を−１０ｋＶにしてもよいし、これらの逆のパターンで電圧を印加してもよい。

また、成形装置１には、図２、図５及び図６に示すように、第１の金型支持体（上型支持体）２３と、第２の金型支持体（下型支持体）２５と、第１の温度センサ（上型用温度センサ）２７Ａと第２の温度センサ（下型用温度センサ）２７Ｂとからなる温度センサ２７が設けられている。上型支持体２３は、絶縁性で耐熱性を備えた材料（たとえば、窒化珪素等のファインセラミックス）で構成されて筒状に形成されており、上型設置部１１は、上型支持体２３の一端部（下端部；下側）を塞ぐように設けられている。下型支持体２５も、絶縁性の耐熱性を備えた材料（たとえば、窒化珪素等のファインセラミックス）で構成されて筒状に形成されており、下型設置部１３は下型支持体２５の一端部（上端部；上側）を塞ぐように設けられている。上型用電極棒１９は、一部が上型支持体２３の内部に設けられており、下型用電極棒２１は、一部が下型支持体２５の内部に設けられている。

また、成形装置１では、温度センサ２７によって、ガラス素材７の温度が上型３及び下型５を介して測定され、この測定結果に応じて、入力部２９Ａと出力部２９Ｂとを備えた制御装置（ＣＰＵを備えた制御装置）２９の制御の下、加熱部１５の出力を適宜フィードバック制御するようになっている。そして、ガラス素材７を成形するときガラス素材７の温度を上型３及び下型５を介して所定の成形用の温度（たとえば、５００℃〜８００℃）にするようになっている。なお、下型５の温度を測定する第２の温度センサ２７Ｂは、図２、図５及び図６に示すように、下型５を設置する下型設置部１３に設けられており、上型３の温度を測定する第１の温度センサ２７Ａは、図５及び図６に示すように、上型３を設置する上型設置部１１のところに設けられている。

電圧印加手段１７では、第１の弾性部材（上方弾性部材）３１を用いて上型用電極棒１９を上型３側に付勢し、上型設置部１１を介して上型３に接触させ、第２の弾性部材（下方弾性部材）３３を用いて下型用電極棒２１を下型５側に付勢し、下型設置部１３を介して下型５に接触させるようになっている。そして、上型３と下型５との間に電圧を印加するようになっている。

上方弾性部材３１、下方弾性部材３３のそれぞれは、圧縮バネ（たとえば、圧縮コイルバネ）で構成されている。なお、弾性部材のかわりに空気圧シリンダ等のシリンダを用いて、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１を付勢するようにしてもよい。

上型用電極棒１９はこの長手方向の中間部に第１の鍔部３５Ａを備えた棒状に形成され、下型用電極棒２１はこの長手方向の中間部に第２の鍔部３５Ｂを備えた棒状に形成されている。

上型３は、上型支持体２３の一端部（下端）に上型設置部１１を介して設けられており、上型支持体２３の他端部（上端）には、絶縁性で耐熱性を備えた材料（たとえば、窒化珪素等のファインセラミックス）で構成された第１の絶縁材（上型用絶縁プレート）３７が上型支持体２３の他端部を塞ぐように設けられている。

また、上型用電極棒１９の第１の鍔部３５Ａが、上型支持体２３、上型設置部１１、及び上型用絶縁プレート３７により形成される空間内に配置されるとともに、上型用電極棒１９が、上型３が設置される上型設置部１１に対して接近・離反方向に移動可能なように上型用絶縁プレート３７を貫通して設けられている。

また、上方弾性部材３１が、上型用電極棒１９の第１の鍔部３５Ａと上型用絶縁プレート３７との間に設けられていて、上型用電極棒１９を下方に付勢している。

下型５は、下型支持体２５の一端部（上端）に下型設置部１３を介して設けられており、下型支持体２５の他端部（下端）には、絶縁性で耐熱性を備えた材料（たとえば、窒化珪素等のファインセラミックス）で構成された第２の絶縁材（下型用絶縁プレート）３９が下型支持体２５の他端部を塞ぐように設けられている。

また、下型用電極棒２１の第２の鍔部３５Ｂが、下型支持体２５、下型設置部１３、及び下型用絶縁プレート３９により形成される空間内に配置されるとともに、下型用電極棒２１が、下型５が設置される下型設置部１３に対して接近・離反方向に移動可能なように下型用絶縁プレート３９を貫通して設けられている。

また、下方弾性部材３３が、下型用電極棒２１の第２の鍔部３５Ｂと下型用絶縁プレート３９との間に設けられていて、下型用電極棒２１を上方に付勢している。

このように構成されていることで、上下方向で、上から下に向かって、上型用絶縁プレート３７、上型支持体２３、上型設置部１１、上型３、下型５、下型設置部１３、下型支持体２５、下型用絶縁プレート３９がこの順にならんでいる。上型用電極棒１９の第１の鍔部３５Ａを含む下側の部位は、上型支持体２３内に位置しており、上型用電極棒１９の中間部は、上方弾性部材３１を介して上型用絶縁プレート３７に係止しており、上型用電極棒１９の上側の部位は、上型用絶縁プレート３７から上方に突出している。下型用電極棒２１の第２の鍔部３５Ｂを含む上側の部位は、下型支持体２５内に位置しており、下型用電極棒２１の中間部は、下方弾性部材３３を介して下型用絶縁プレート３９に係止しており、下型用電極棒２１の下側の部位は、下型用絶縁プレート３９から下方に突出している。

また、成形装置１では、上型用電極棒１９が中空になっていて筒状に形成されており、上型用電極棒１９の内部（中空部）と、上型設置部１１及び上型３に設けられた流路（図示せず）内とに、被成形材表面の改質、上型成形面の改質のためのガス（還元ガス）を流すことで、ガラス素材７の成形部位にガスを供給するように構成されている。すなわち、成形装置１には、ガラス素材７の成形部位にガスを供給する第１のガス供給路４０Ａ（図５及び図６参照）が設けられている。

なお、第１のガス供給路４０Ａのように、上型用電極棒１９の内部と、上型設置部１１及び上型３に設けられた流路内とに、ガスを流すことに代えてもしくは加えて、下型用電極棒２１の内部（中空部）と、下型設置部１３及び下型５に設けられた流路内とに還元ガスを流すようにしてもよい。すなわち、下型用電極棒２１が中空になっていて筒状に形成されており、下型用電極棒２１の内部（中空部）と、下型設置部１３及び下型５に設けられた流路（図示せず）内とに、被成形材表面の改質、上型成形面の改質のためのガスを流すことで、ガラス素材７の成形部位にガスを供給する第２のガス供給路４０Ｂ（図２、図５及び図６参照）を設ける構成にしてもよい。

ここで、成形装置１について、図１等を参照しつつさらに詳しく説明する。

成形装置１では、成形チャンバ４１が形成されるようになっており、上述した上型３、下型５を用いたガラス素材７の成形は、成形チャンバ４１内でなされるようになっている。なお、ガラス素材７の成形をするときには、成形チャンバ４１内は不活性ガス（たとえば、Ｎ_２ガス）で満たされている。なお、成形チャンバ４１内を窒素ガスで満たすことなく真空状態のままにしておいてガラス素材７の成形をするようにしてもよい。

また、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１から供給される上述した改質ガスは、Ｈ_２ガスであるが、Ｈ_２ガスとは異なる種類のガス、例えば、Ｏ_２ガスであってもよいし、また、Ｈ_２５％、Ｎ_２９５％の混合ガス、Ｏ_２５％、Ｎ_２９５％の混合ガスであってもよい。

また、成形装置１は、枠状のフレーム４３、プレス用上軸材４５を備えている。

プレス用上軸材４５は、フレーム４３の内部でフレーム４３に一体的に設けられている。プレス用上軸材４５は筒状（たとえば、円筒状）に形成されており、中心軸の延伸方向が上下方向になるようにして、フレーム４３の上部から下方に向かって延びている。

上型用絶縁プレート３７は、平板状に形成されており、厚さ方向がプレス用上軸材４５の上下方向になり、プレス用上軸材４５の下端の開口部を塞ぐようにして、フレーム４３の内部でプレス用上軸材４５の下端に一体的に設けられている。

上型支持体２３は、筒状（たとえば、円筒状）に形成されており、中心軸の延伸方向が上下方向になるようにして、フレーム４３の内部で上型用絶縁プレート３７の下端で上型用絶縁プレート３７に一体的に設けられており、上型用絶縁プレート３７の下端から下方に向かって延びている。

上型３は、上型支持体２３の下端で上型設置部１１を介して上型支持体２３に一体的に設けられている。

上型用絶縁プレート３７の中央部には、内径が上型用電極棒１９の外径（第１の鍔部３５Ａ以外の部位の外径）よりもごく僅かに大きい貫通孔が設けられており、この貫通孔に上型用電極棒１９が入り込むことで、上型用電極棒１９が、上型用絶縁プレート３７に係合し、上下方向で移動自在になっている。

上型用電極棒１９の下端は、上方弾性部材３１で付勢されて上型設置部１１に接触している。なお、上方弾性部材３１を用いることなく、上型用電極棒１９が重力のみで付勢されて上型設置部１１に接触している構成であってもよいし、上型用電極棒１９の下端に雄ねじ部を設け、上型設置部１１に上記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を設け、上型用電極棒１９を上型設置部１１に一体的に設けた構成であってもよい。

また、成形装置１は、プレス用下軸材４７と、下型駆動部４９とを備えている。プレス用下軸材４７と下型駆動部４９とは、フレーム４３の内部でフレーム４３に設けられている。プレス用下軸材４７は筒状（たとえば、円筒状）に形成されており、中心軸の延伸方向が上下方向になるようにして、下型用絶縁プレート３９の下側に設けられている。さらに説明すると、下型用絶縁プレート３９は、平板状に形成されており、厚さ方向がプレス用下軸材４７の上下方向になり、プレス用下軸材４７の上端の開口部を塞ぐようにして、フレーム４３の内部でプレス用下軸材４７の上端に一体的に設けられている。下型駆動部４９は、プレス用テーブル５１、プレス用テーブル駆動部５３等を備えている。プレス用テーブル駆動部５３は、サーボモータ等のアクチュエータ５７、減速機５９とボールネジ６１とを用いた回転運動を直線運動に変換する変換機構６３等を備えている。

下型支持体２５は、筒状（たとえば、円筒状）に形成されており、中心軸の延伸方向が上下方向になるようにして、フレーム４３の内部で下型用絶縁プレート３９の上端で下型用絶縁プレート３９に一体的に設けられており、下型用絶縁プレート３９の上端から上方に向かって延びている。

下型５は、下型支持体２５の上端で下型設置部１３を介して下型支持体２５に一体的に設けられている。

下型用絶縁プレート３９の中央部には、内径が下型用電極棒２１の外径（第２の鍔部３５Ｂ以外の部位の外径）よりもごく僅かに大きい貫通孔が設けられており、この貫通孔に下型用電極棒２１が入り込むことで、下型用電極棒２１が、下型用絶縁プレート３９に係合し、上下方向で移動自在になっている。

下型用電極棒２１の上端は、下方弾性部材３３で付勢されて下型設置部１３に接触している。なお、下方弾性部材３３を用いることなく、下型用電極棒２１の上端に雄ねじ部を設け、下型設置部１３に上記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を設け、下型用電極棒２１を下型設置部１３に一体的に設けた構成であってもよい。

下型駆動部４９は、プレス用下軸材４７の下側に設けられており、プレス用下軸材４７を支持している。さらに説明すると、下型駆動部４９は、プレス用テーブル５１とプレス用テーブル駆動部５３とを備えている。プレス用テーブル５１は、リニアベアリング５５を介して、フレーム４３に支持されており、上下方向で移動自在になっている。また、プレス用テーブル５１の上方には、プレス用下軸材４７が一体的に設けられている。

プレス用テーブル５１は、下型駆動部４９によって、制御装置２９の制御の下、上下方向で移動位置決め自在になっている。

プレス用テーブル駆動部５３は、サーボモータ等のアクチュエータ５７と、減速機５９とボールネジ６１を用いた回転運動を直線運動に変換する変換機構６３とを備えている。また、下型駆動部４９のところには、上型３と下型５とでガラス素材７を挟み込んで押圧するときの押圧力を測定するためのプレス用ロードセル６５が設けられている。

これにより、制御装置２９の制御の下、下型５が上型３に対して上下方向で移動位置決め自在になっているとともに、上型３と下型５とでガラス素材７を挟み込んで所定の押圧力で押圧し、成形することができるようになっている。

電圧印加手段１７は、図１及び図２に示すように、上述した上型用電極棒１９と下型用電極棒２１との他に、上側コネクタ６７と下側コネクタ６９と金型電荷電源７１と配線７３と電極軸クランプ部品７５とを備えている。

下側コネクタ６９は、プレス用下軸材４７の下側の蓋部材７７に設けられている。そして、金型電荷電源７１から延びている配線７３が下側コネクタ６９を経由して、プレス用下軸材４７内を通り、下型用電極棒２１まで延び、電極軸クランプ部品７５を介して下型用電極棒２１に接続されている。

さらに説明すると、プレス用下軸材４７は、プレス用テーブル５１に一体的に設けられているとともに、下端が蓋部材７７で塞がれている。下側コネクタ６９は、図４に示すように、蓋部材７７に設けられており、配線７３は、蓋部材７７の下側から下側コネクタ６９を通り、プレス用下軸材４７内に延びている。なお、下側コネクタ６９は気密性を備えており、プレス用下軸材４７の外部（蓋部材７７の下側空間）とプレス用下軸材４７の内部（蓋部材７７の上側）との間は、気密性が保たれている。

電極軸クランプ部品７５は、下型用電極棒２１の下端部で下型用電極棒２１に一体的に設けられている。

上側コネクタ６７は、フレーム４３の上部中央のところに設けられている。そして、金型電荷電源７１から延びている配線７３が上側コネクタ６７を経由して、プレス用上軸材４５内を通り、上型用電極棒１９まで延び、電極軸クランプ部品（図示せず）を介して上型用電極棒１９に接続されている。なお、上側コネクタ６７も気密性を備えており、プレス用上軸材４５の外部とプレス用上軸材４５の内部との間は、気密性が保たれている。さらに、図示していないが、電極軸クランプ部品は、上型用電極棒１９の上端部で上型用電極棒１９に一体的に設けられている。

成形チャンバ４１は、図１に示すように、筒状の成形チャンバ構成材７９と、環状の上側成形チャンバ構成材支持体８１と、環状の下側成形チャンバ構成材支持体８３とで形成されるようになっている。また、フレーム４３には、下側成形チャンバ構成材支持体８３を支持するチャンバ構成材支持部８５が設けられている。

上側成形チャンバ構成材支持体８１は、成形チャンバ構成材７９の上端に設けられている。上側成形チャンバ構成材支持体８１が設けられた成形チャンバ構成材７９（成形チャンバ組立体８７）は筒状になっている。

そして、成形チャンバ組立体８７は、この中心軸が上下方向に延伸し、内側に上型３、下型５、上型支持体２３、下型支持体２５等が入り込むようにして、フレーム４３に設けられているとともに、空気圧シリンダ等のアクチュエータ８９で上下方向に移動自在になっている。なお、図１に示す状態では、成形チャンバ組立体８７が下降端に位置しており、成形チャンバ組立体８７は図１に示す状態よりも上方に移動するようになっている。成形チャンバ組立体８７が上昇端に移動した状態では、成形チャンバ４１が開放されるようになっている。そして、成形チャンバ組立体８７の下端が上型３よりも上方に位置するようになっている。

また、下側成形チャンバ構成材支持体８３は、チャンバ構成材支持部８５に一体的に設けられており、下側成形チャンバ構成材支持体８３の内側に、プレス用下軸材４７が位置している。

そして、成形チャンバ組立体８７が図１に示すように下降端に位置しているときに、成形チャンバ構成材７９、上側成形チャンバ構成材支持体８１、下側成形チャンバ構成材支持体８３、プレス用上軸材４５、プレス用下軸材４７等によって、内側に上型３と下型５とガラス素材７とが入るとともに気密性を備えた成形チャンバ４１が形成されるようになっている。

また、ガラス素材７を成形するときには、成形チャンバ４１内の空気が配管９２を介して真空ポンプ９０で除かれ、かわりに窒素ガスが、配管９４を介して、ガス供給部８８から成形チャンバ４１内に供給されるようになっている。

また、成形チャンバ４１の気密性を確保するために成形チャンバ構成材７９、上型成形チャンバ構成材支持体８１、下型成形チャンバ構成材支持体８３、プレス用上軸材４５、及び、プレス用下軸材４７のそれぞれの部材間にＯリング等のシール部材９１が設けられている。

加熱部１５は、環状の赤外線ランプ９３と筒状の反射材９５とで構成されている。赤外線ランプ９３は、成形チャンバ構成材７９の外側で成形チャンバ構成材７９を囲むように配置されている。反射材９５は、赤外線ランプ９３の外側で赤外線ランプ９３を囲むように配置されている。

そして、赤外線ランプ９３から出た赤外線が、たとえば、石英で構成された成形チャンバ構成材７９を透過して、上型３と下型５とガラス素材７とを加熱するようになっている。なお、赤外線ランプ９３と反射材９５とは、成形チャンバ組立体８７に一体的に設けられている。

下型用温度センサ２７Ｂは、図２等に示すように、配線９９によって制御装置２９に接続されている。さらに、説明すると、蓋部材７７には、コネクタ９７が設けられている。下型用温度センサ２７Ｂから延出している配線９９は、下型支持体２５の外側、下型支持体２５に設けられた貫通孔、下型用絶縁プレート３９に設けられた貫通孔、プレス用下軸材４７の内側、コネクタ９７を通って、制御装置２９の入力部２９Ａまで延びている。なお、コネクタ９７も、下側コネクタ６９と同様に気密性を備えている。

また、上型用温度センサ２７Ａも、下型用温度センサ２７Ｂと同様にして、配線等によって制御装置２９の入力部２９Ａに接続されている。

下型用電極棒２１にガスを流す第２のガス供給路４０Ｂは、図２及び図３に示すように、還元ガス供給部１００から配管（チューブ）１０１と、コネクタ１０３と、コネクタ１０５（図４をも参照）とを介してガスが供給されるように構成されている。コネクタ１０３は、下型用電極棒２１の下端に設けられており、コネクタ１０３から配管１０１がプレス用下軸材４７内を、蓋部材７７に設けられたコネクタ１０５まで延びている。なお、コネクタ１０５も、下側コネクタ６９と同様に気密性を備えている。

コネクタ１０５から延びている配管１０１は、フレーム４３の外部に設けられている還元ガス供給部１００に接続されている。また、図示していないが、上型用電極棒１９にガスを流す第１のガス供給路４０Ａも、下型用電極棒２１にガスを流す第２のガス供給路４０Ｂと同様にして、配管等によって還元供給部１００に接続されている。

また、図２に示すように、プレス用下軸材４７は二重構造になっており、二重構造によって形成された筒状の空間１０７内を冷却剤（冷却水）が流れるようになっている。プレス用上軸材４５にも、プレス用下軸材４７と同様にして、冷却剤が流れるようになっている。

次に、成形装置１の動作について説明する。

初期状態として、下型５にガラス素材７が設置されており、上型３が下型５及びガラス素材７から離れており、成形チャンバ組立体８７が下降して成形チャンバ４１が形成されており、加熱部１５は停止しており、空間１０７内を冷却剤が流れていないものとする。

上記初期状態において、制御装置２９の制御の下、成形チャンバ４１内を、真空ポンプ９０で真空にした後、ガス供給部８８によって窒素ガスで満たすとともに、加熱部１５を稼動してガラス素材７の温度を上昇させる。

ガラス素材７が成形温度になったときに、電圧印加手段１７での電圧の印加を開始し、下型５を上昇させて上型３に接触させるとともに、還元ガス供給部１００から第１、第２のガス供給路４０Ａ，４０Ｂへのガスの供給を開始して、ガラス素材７を成形する。

この後、ガス供給部８８及び還元ガス供給部１００によるガスの供給を停止し、加熱部１５による加熱を停止し、電圧印加手段１７での電圧の印加を停止し、空間１０７内に冷却剤を流し、ガラス素材７の温度が成形品９（図６参照）としての形状を保つことができる程度まで下降したときに、成形チャンバ組立体８７を上昇させるとともに、下型５を下降させて、成形品９を取り出す。

成形装置１によれば、電圧印加手段１７が、上型用電極棒１９と下型用電極棒２１とを備えており、上型用電極棒１９を、上型設置部１１を介して上型３に導通させ、下型用電極棒２１を、下型設置部１３を介して下型５に導通させることで、上型３と下型５との間に電圧を印加するように構成されているので、上型３と下型５とに電圧を印加したときの電気的な短絡を防止する絶縁構造とすることができる。

また、成形装置１によれば、上型３と下型５（ガラス素材７）との間に電圧を印加することにより、ガラス素材７と上型３との間に静電引力が働き、この静電引力により成形が行われるため、成形時に外部から付加する荷重を低減することができる。これにより、荷重を付加するための機構を小型簡略化することができる。そして、成形装置１の小型化と低コスト化、ひいては成形プロセスの低コスト化が可能となる。

また、成形装置１によれば、外部からの荷重が低減されると共に、静電引力は上型３、下型５の成形部全体に均一に作用するため荷重の集中が無いことにより、ガラス素材７や上型３や下型５の荷重による破損を防止することが可能となる。

また、成形装置１によれば、静電引力では局所的に非常に大きな成形荷重を与えることが可能であり、特に上型３、下型５の角部など通常の方法では成形が困難な部分に電界集中により大きな力が働くため、より精度の高い成形が可能である。さらに、ガラス素材７の軟化が十分に進んでない状態でも成形が可能となり、より低い温度で成形が可能となる。これにより、成形装置１の遮熱及び断熱構造が簡略化でき、成形装置１の小型化と低コスト化が可能となる。

また、成形装置１によれば、成形のプロセス温度が低くなることにより、上型３、下型５の劣化が抑制され寿命が長くなることでコスト低減が図れると共に、上型３、下型５の交換にかかる時間が節約出来るため生産性が向上する。

また、成形装置１によれば、静電引力は成形される面全体に均一に作用すると共に、大面積であっても必要な印加電圧は変わらないので、大型で複雑な荷重負荷機構を用いることなく、簡便な成形装置により大面積の成形が可能となる。

ここで、成形装置１を用いた成形試験結果について説明する。

成形対象のガラス素材７として、次のものを使用した。

屈折率：１．５８３１３
転移点：５０６℃
屈服点：５３８℃
軟化点：６０７℃
直径φ５０ｍｍ、厚さｔ１２ｍｍの円板状のガラス素材７に２０μｍピッチのライン＆スペースの微細な凹凸のパターンを上型３から転写した。

電圧を印加していない状況下でもプレス成形では、成形温度が５８０℃であり、プレス力が２５ｋＮであり（真空環境下）、プレス時間が６０秒であった。

電圧を印加することで、成形温度を５２０℃とすることができ、６０℃の温度低下が可能になった。

また、成形装置１によれば、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１のそれぞれが上型支持体２３、下型支持体２５それぞれの内部に設けられているので、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１が保護されている。また、加熱部１５によって上型３、下型５や上型支持体２３、下型支持体２５の外部から上型３、下型５やガラス素材７を加熱しても、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１に直接熱が輻射されず、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１の温度上昇を抑制することができる。

また、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１から延出している配線７３も、上型支持体２３、下型支持体２５それぞれの内部で延伸するので、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１の場合と同様にして保護される。

また、成形装置１によれば、ガラス素材７の温度を測定する温度センサ２７（図５参照）が設けられているので、加熱部１５によってガラス素材７の温度を、電圧印加状態下での成形のための適切な温度にすることができる。

また、成形装置１によれば、上方弾性部材３１を用いて上型用電極棒１９を、上型設置部１１を介して上型３に付勢し、下方弾性部材３３を用いて下型用電極棒２１を、下型設置部１３を介して下型５に付勢するように構成されているので、簡素な構成で、上型３、下型５のそれぞれに上型用電極棒１９、下型用電極棒２１のそれぞれ確実に接触させることができるとともに、上型３、下型５の交換作業がしやすくなる。

また、成形装置１によれば、上方弾性部材３１、下方弾性部材３３が圧縮バネ（圧縮コイルバネ）で構成されているので、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１の付勢のストロークを長くすることが容易であるとともに、上方弾性部材３１、下方弾性部材３３の耐久性が向上する。

また、成形装置１によれば、上型用絶縁プレート３７、下型用絶縁プレート３９を備えており、また、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１が第１、第２の鍔部３５Ａ，３５Ｂを備えており、上型用絶縁プレート３７、下型用絶縁プレート３９と第１、第２の鍔部３５Ａ，３５Ｂとに上方弾性部材３１、下方弾性部材３３を係合させることで上型用電極棒１９、下型用電極棒２１を付勢しているので、簡素な構成で上型用電極棒１９、下型用電極棒２１を上型３、下型５側に確実に付勢することができる。

また、成形装置１によれば、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１が筒状に形成されており、上型用電極棒１９、下型用電極棒２１の内部と上型３、下型５に設けられた流路（第１、第２のガス供給路４０Ａ，４０Ｂ）内にガスを流すことでガラス素材７の成形部位にガスを供給するように構成されているので、別途ガス用の配管を設ける必要が無くなり、簡素な構成でガラス素材７表面の改質や金型成形面の改質を行うことができる。

次に、上型設置部１１と上型用電極棒１９との接続と、下型設置部１３と下型用電極棒２１との接続とについて説明する。

図７に示すように、上金型３には水平方向の中心に上下方向に貫通し、第１のガス供給路４０Ａとして機能する第１の貫通孔１０９が設けられ、上型設置部１１には、水平方向の中心に上下方向に貫通して第１の貫通孔１０９に連通し、第１ガス供給路４０Ａとして機能する第２の貫通孔１１１が設けられるとともに、上側に、第２の貫通孔１１１を中心にした第１の被圧入凹部（第１の被嵌合凹部）１１３が設けられている。

そして、上型用電極棒１９の一端（下端）を、上型設置部１１の第１の被圧入凹部１１３に圧入する（嵌合させる）ことにより、第１のガス供給路４０Ａ（上型用電極棒１９の中空部）が第２の貫通孔１１１及び第１の貫通孔１０９に連通するように構成されている。

また、下金型５には水平方向の中心に上下方向に貫通し、第２のガス供給路４０Ｂとして機能する第３の貫通孔１１５が設けられ、下型設置部１３には、水平方向の中心に上下方向に貫通して第３の貫通孔１１５に連通し、第２のガス供給路４０Ｂとして機能する第４の貫通孔１１７が設けられるとともに、下側に、第４の貫通孔１１７を中心にした第２の被圧入凹部（第２の被嵌合凹部）１１９が設けられている。

そして、下型用電極棒２１の一端（上端）を、下型設置部１３の第２の被圧入凹部１１９に圧入する（嵌合させる）ことにより、第２のガス供給路４０Ｂ（下型用電極棒２１の中空部）が第４の貫通孔１１７及び第３の貫通孔１１５に連通するように構成されている。

このように構成されていることで、被成形材表面の改質、金型成形面の改質のための還元ガスをガラス素材７の成形部位に効率よく供給することができる。

なお、図７に示すように、上型設置部１１と上型用電極棒１９とを接続し、下型設置部１３と下型用電極棒２１とを接続したとき、上型設置部１１と上型用電極棒１９との間に隙間がなく、下型設置部１３と下型用電極棒２１との間に隙間がない場合は、上方弾性部材３１、下方弾性部材３３を使用する必要がない。

しかしながら、図７に示すように、上型設置部１１と上型用電極棒１９とを接続し、下型設置部１３と下型用電極棒２１とを接続したとき、上型設置部１１と上型用電極棒１９との間に隙間が発生し、下型設置部１３と下型用電極棒２１との間に隙間が発生した場合は、その隙間からガスが漏れるため、上方弾性部材３１、下方弾性部材３３を使用して上型用電極棒１９、下型用電極棒２１を上型設置部１１、下型設置部１３に当接させ、ガスが漏れるのを防止する必要がある。

また、図８に示すように、上金型３には上下方向に貫通し、第１のガス供給路４０Ａとして機能する第１の貫通孔１０９が設けられ、上型設置部１１には、上下方向に貫通して第１の貫通孔１０９に連通し、第１のガス供給路４０Ａとして機能する第２の貫通孔１１１が設けられるとともに、上側に、第２の貫通孔１１１を中心にした第１の雌ねじ部１２１が設けられている。

そして、上型用電極棒１９の一端（下端）の外周に形成された第１の雄ねじ部１２３を、上型設置部１１の第１の雌ねじ部１２１に螺合させることにより、第１のガス供給路４０Ａが第２の貫通孔１１１及び第１の貫通孔１０９に連通するように構成されている。

また、下金型５には上下方向に貫通し、第２のガス供給路４０Ｂとして機能する第３の貫通孔１１５が設けられ、下型設置部１３には、上下方向に貫通して第３の貫通孔１１５に連通し、第２のガス供給路４０Ｂとして機能する第４の貫通孔１１７が設けられるとともに、下側に、第４の貫通孔１１７を中心にした第２の雌ねじ部１２５が設けられている。

そして、下型用電極棒２１の一端（上端）の外周に形成された第２の雄ねじ部１２７を、下型設置部１３の第２の雌ねじ部１２５に螺合させることにより、第２のガス供給路４０Ｂが第４の貫通孔１１７及び第３の貫通孔１１５に連通するように構成されている。

このように構成されていることで、被成形材表面の改質、金型成形面の改質のための還元ガスをガラス素材７の成形部位に漏れることなく供給することができる。

本発明におけるガラス素材７の成形部位への還元ガスの供給は、上型３と下型５とが離れているとき、または、上型３がガラス素材７にほぼ接したとき、または、上型３がガラス素材７に完全に接したときのように、ガラス素材７の表面の改質や、上型３、下型５の表面の改質を行うのに適したタイミングで行うのがよい。

また、上型設置部１１、下型設置部１３と上型用電極棒１９、下型用電極棒２１との接続例を図７及び図８に示したが、上型用電極棒１９は、一端が上型設置部１１の第１の被圧入凹部１１３に圧入されることによって上金型設置部１１に取り付けられる構成、第１の雄ねじ部１２３が上金型設置部１１の第１の雌ねじ部１２１に螺合することによって上金型設置部１１に取り付けられる構成のうちのいずれかの構成を採用し、下型用電極棒２１は、一端が下金型設置部１３の第２の被圧入凹部１１９に圧入されることによって下金型設置部１３に取り付けられる構成、第２の雄ねじ部１２７が下金型設置部１３の第２の雌ねじ部１２５に螺合することによって下型設置部１３に取り付けられる構成のうちのいずれかの構成を採用することができる。

また、上型設置部１１、下型設置部１３を介して上型３、下型５を上型用電極棒１９、下型用電極棒２１に接続させたが、上型支持体２３の下端を上型３で閉塞するとともに、下型支持体２５の上端を下型５で閉塞し、上型用電極棒１９を上型３に接続し、下型用電極棒２１を下型５に接続する構成であってもよい。

１ 成形装置
３ 第１の金型（上型）
５ 第２の金型（下型）
７ 被成形材（ガラス素材）
９ 成形品
１１ 第１の金型設置部（上型設置部）
１３ 第２の金型設置部（下型設置部）
１５ 加熱部
１７ 電圧印加手段
１９ 第１の電極棒（上型用電極棒）
２１ 第２の電極棒（下型用電極棒）
２３ 第１の金型支持体（上型支持体）
２５ 第２の金型支持体（下型支持体）
２７ 温度センサ
２７Ａ 第１の温度センサ（上型用温度センサ）
２７Ｂ 第２の温度センサ（下型用温度センサ）
３１ 第１の弾性部材（上方弾性部材）
３３ 第２の弾性部材（下方弾性部材）
３５Ａ 第１の鍔部
３５Ｂ 第２の鍔部
３７ 第１の絶縁材（上型用絶縁プレート）
３９ 第２の絶縁材（下型用絶縁プレート）
４０Ａ 第１のガス供給路
４０Ｂ 第２のガス供給路
１００ 還元ガス供給部
１０１ 配管
１０３，１０５ コネクタ
１０９ 第１の貫通孔
１１１ 第２の貫通孔
１１３ 第１の被圧入凹部
１１５ 第３の貫通孔
１１７ 第４の貫通孔
１１９ 第２の被圧入凹部
１２１ 第１の雌ねじ部
１２３ 第１の雄ねじ部
１２５ 第２の雌ねじ部
１２７ 第２の雄ねじ部

Claims (8)

1. 第１の金型と第２の金型とで被成形材を成形する成形装置において、
   前記被成形材を前記成形のために加熱する加熱部と、
   前記第１の金型に導通している第１の電極棒と前記第２の金型に導通している第２の電極棒とを用いて前記第１の金型と前記第２の金型との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
   を有し、前記第１の金型が取り付けられる絶縁性の材料で構成された第１の金型支持体と、
   前記第２の金型が取り付けられる絶縁性の材料で構成された第２の金型支持体と、
   を備え、
   前記第１の電極棒の少なくとも一部が前記第１の金型支持体の内部に配置され、
   前記第２の電極棒の少なくとも一部が前記第２の金型支持体の内部に配置されていることを特徴とする成形装置。
2. 前記被成形体の温度を測定する温度センサが備えられていることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記電圧印加手段は、
   前記第１の電極棒を前記第１の金型に付勢する第１の弾性部材と、
   前記第２の電極棒を前記第２の金型に付勢する第２の弾性部材と、
   を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成形装置。
4. 前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材は、圧縮バネであることを特徴とする請求項３に記載の成形装置。
5. 前記第１の電極棒に形成された第１の鍔部と、
   前記第２の電極棒に形成された第２の鍔部と、
   を備え、
   前記第１の電極棒は、前記第１の鍔部が前記第１の金型支持体内に収まるように前記第１の金型支持体に対して配置され、
   前記第１の金型は、前記第１の金型支持体の一端部を塞ぐように設けられ、
   第１の絶縁材は、前記第１の金型支持体の他端部を塞ぐように設けられており、
   前記第１の電極棒は、前記第１の金型に対して接近及び離反する方向に移動自在に前記第１の絶縁材に係止され、
   前記第１の弾性部材は、前記第１の鍔部と前記第１の絶縁材との間に設けられ、前記第１の電極棒を前記第１の金型に当接させる方向に付勢するように構成されており、
   前記第２の電極棒は、前記第２の鍔部が前記第２の金型支持体内に収まるように前記第２の金型支持体に対して配置され、
   前記第２の金型は、前記第２の金型支持体の一端部を塞ぐように設けられ、
   第２の絶縁材は、前記第２の金型支持体の他端部を塞ぐように設けられており、
   前記第２の電極棒は、前記第２の金型に対して接近及び離反する方向に移動自在に前記第２の絶縁材に係止され、
   前記第２の弾性部材は、前記第２の鍔部と前記第２の絶縁材との間に設けられ、前記第２の電極棒を前記第２の金型に当接させる方向に付勢するように構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の成形装置。
6. 前記第１の電極棒及び前記第１の金型に前記被成形材表面の改質を行うためのガスを供給する第１のガス供給路と、
   前記第２の電極棒及び前記第２の金型に前記被成形材表面の改質を行うためのガスを供給する第２のガス供給路と、
   の少なくともいずれか一方のガス供給路を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の成形装置。
7. 前記第１の金型を設置する第１の金型設置部と、
   前記第２の金型を設置する第２の金型設置部と、
   を備え、
   前記第１の金型設置部に、前記第１の電極棒の一端を圧入または螺合で固定し、
   前記第２の金型設置部に、前記第２の電極棒の一端を圧入または螺合で固定することにより、
   前記第１の電極棒及び前記第２の電極棒に印加される電圧を前記第１の金型設置部及び前記第２の金型設置部を介して前記第１の金型及び前記第２の金型に印加することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の成形装置。
8. 前記第１の金型設置部は、前記被成形材表面の改質を行うガスを供給するための貫通孔を備え、
   前記第２の金型設置部は、前記被成形材表面の改質を行うガスを供給するための貫通孔を備えており、
   前記第１のガス供給路は、前記第１の金型設置部に設けられた貫通孔を含んで構成され、
   前記第２のガス供給路は、前記第２の金型設置部に設けられた貫通孔を含んで構成されており、
   少なくともいずれか一方のガス供給路を備えていることを特徴とする請求項７に記載の成形装置。

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