JP2006199537A - ガラス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化され易かった金型組や成形室内の構造物を、より酸化されにくい環境でガラス成形工程を実施することを可能とする。
【解決手段】本発明のガラス成形装置は、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、成形室８内で金型搬送ユニットを用いて金型組１５を搬送すると共に加熱、加圧、冷却して金型組１５に設置されたガラス素材を成形し、ＯＵＴポートテーブル１０を用いてガラス素材が成形済の金型組１５を成形室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に搬送して密閉し、ＯＵＴポートロードロック室１３を開放して金型組１５を取り出す。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、デジタルカメラ等に用いられる非球面ガラスレンズ等、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。

ガラス成形装置においては、金型およびガラスを加熱する際、成形室内を不活性ガスで置換して、金型およびガラスを酸化させないようにすることが必須の条件である。

従来、加熱、プレス、冷却の各ゾーンを有する不活性ガスに置換された成形室内において、成形室内の側面にあるシャッタを開閉することにより金型組の搬出入を行っている。

この際、不活性ガスに置換された成形室内は、大気圧より若干正圧にすることにより、成形室内に大気（酸素）が拡散することを防いでいる。

また、金型組内の不活性ガス置換は、成形室とは全く別の所で、ガラス素材を挿入して上金型を組立てる直前に不活性ガスを吹付けて不活性ガスの置換が行われている。

しかしながら、このような構成では、若干量の成形室内への大気の拡散を防ぐことが出来ず、金型組や加熱部等の装置構造物の酸化を防ぐことができなかった。また、金型組内の酸素は、上金型組込み時の直後に不活性ガスの置換がされたとしても、金型内部に残留し、金型成形面等が酸化される不具合が発生していた。

一方、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）。

しかしながら、この方法では、パレットにガラス材料を載せて搬送するので置換室が大きなものとなり、また成形室の前後に取り入れ用、取り出し用置換室を設置しているのでガラス成形装置全体が大きくなるという問題があった。そのため、置換室及び成形室を真空にする真空ポンプも大型化し、さらに、使用する不活性ガスの使用量も多くなるという問題があった。また、パレットにガラス材料を載せるので加熱、冷却の熱効率が悪くなっていた。
特開平５−３３９０１８号公報

上記したように、成形室内への大気の拡散を防ぐことが出来ず、金型組や加熱部等の装置構造物の酸化を防ぐことができないという問題があった。また、パレットを用いて置換室を設ける場合に装置が大きくなり、不活性ガスの使用量も多くなるという問題があった。

この発明の目的は、酸化され易かった金型組や成形室内の構造物を、より酸化されにくい環境でガラス成形工程を実施することを可能とし、さらに装置本体を小さくして不活性ガスの量を少なく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。

この発明のガラス成形装置は、上金型と下金型の間にガラス素材を置いた金型組を、加熱、加圧して成形するガラス成形装置において、前記金型組を、加熱、加圧して前記ガラス素材を成形する成形室と、この成形室の上部に設けられた取り入れ用ロードロック室と、この取り入れ用ロードロック室内と前記成形室内との間を上下昇降可能に移動される取り入れ用テーブルと、前記成形室の上部に設けられた取り出し用ロードロック室と、この取り出し用ロードロック室内と前記成形室内との間を上下昇降可能に移動される取り出し用テーブルとから構成されている。

本発明のガラス成形装置は、酸化され易かった金型組や成形室内の構造物を酸化されにくい環境でガラス成形工程を実施することを可能とし、さらに装置本体を小さくして不活性ガスの量を少なくす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、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。

成形室８の内部には、加熱ゾーンを形成するプレート１，４、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。

加熱ゾーンに設けられたプレート１，４には、加熱用のヒータ１ａ、４ａがそれぞれ組み込まれている。さらにプレート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。このプレート４を下降させ、プレート１上に置かれた金型組１５に接触（加圧）することにより加熱工程が処理される。この際、図示しない制御装置により、所望する温度に温調される。

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。なお、プレート２,５は、図示しないヒータと図示しない制御装置により、所望する温度に温調するようにしても良い。

冷却ゾーンに設けられたプレート３，６には、冷却触媒を流す配管３ａ、６ａがそれぞれ組み込まれている。さらにプレート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。この冷却は、図示しない制御装置において所望する温度に温調される。なお、この冷却ゾーンでは、水冷または油冷ジャケットを設けて温調するようにしても良い。

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。

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。

ＩＮポートロードロック室１２は、詳しくは後述するが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。

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。

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。

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。

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。

次に、このような構成において、本発明のガラス成形装置について概要を説明する。

まず、成形室８の内部は、窒素ガス供給ユニット４０から供給される窒素ガス雰囲気に置換される。

金型組１５は、金型搬送ユニット５１，５２，５３，５４を用いて、加熱、プレス、冷却の各ゾーンの順に搬送される。

加熱ゾーンでは、プレート１上の金型組１５をプレート４で挟み込むことにより、上金型１６、下金型１８、及びガラス素材１９を加熱してガラス素材１９を軟化させる。

続いてプレスゾーンでは、プレート２上の金型組１５をプレート５で挟み込むことにより、ガラス素材１９をプレス成形する。

続いて冷却ゾーンでは、プレート３上の金型組１５をプレート６で挟み込むことにより、プレート３上の金型組１５を大気中においても酸化されない温度域まで冷却する。

これら、それぞれの工程が連続的に処理される。

図１，２では、加熱、プレス、冷却の各ゾーンに対して、それぞれ各１ブロックのみ配置されているが、各ゾーン工程の時間配分により、それぞれ複数のブロックを設けても良い。例えば、加熱ゾーンを２つ、プレスゾーンを２つ、冷却ゾーンを３つとすることも可能である。

また、金型組１５を金型搬送ユニット５１，５２，５３，５４で搬送する際、加熱、プレス、冷却の各ゾーンの上側のプレート４、５、６は、上昇させた状態にされる。金型組１５の搬送後、各ゾーンの上側のプレート４、５、６は下降され、上金型１６に接触することにより、加熱、プレス、冷却の各工程が処理される。

なお、各ゾーンの上側プレート（４，５，６）の昇降アクチュエータを、それぞれエアシリンダ（７ａ，７ｂ，７ｃ）としたが、電動アクチュエータ等の別のアクチュエータにて駆動することも可能である。特に、プレスゾーンは、プレス力の管理や位置制御の正確性を期するために、電動アクチュエータにした方が良い。

また、図１では、上側プレートを昇降可能としたが、下側プレートを昇降可能としても良い。

成形室８内のＩＮポートテーブル９の上部には、ＩＮポートロードロック室１２が蓋状に設けられている。また、成形室８内のＯＵＴポートテーブル１０の上部には、ＯＵＴポートロードロック室１３が蓋状に設けられている。ＩＮポートロードロック室１２は、付属する真空ポンプ３０で真空引きがされる。

窒素ガス供給ユニット４０は、成形室８、ＩＮポートロードロック室１２、ＯＵＴポートロードロック室１３に接続され、窒素ガスを供給する。

次に、図３に示した金型組１５について概要を説明する。

この金型組１５は、図１に示したガラス成形装置に搬入される前に、図３のような状態に組立てられてから搬入される。

ガラス成形装置から搬出される金型組１５は、プレス成形によって上金型１６が下方に押された状態、ガラス素材が成形された状態で搬出される。

成形後の金型組１５は、図示しない金型組立分解装置で、上金型１６がガイドピン１７から分解され、ガラス素子成形品が取り出される。

その後、新たにガラス素材１９が下金型１８に挿入され、上金型１６が組付けられ、再度、金型組１５としてガラス成形装置に搬入される。

上述した工程が繰り返されて、ガラス素子成形品が大量生産される。

次に、図１で示したガラス成形装置のＡ−Ａ断面（ＩＮポートの状態）を説明する。

図４，５，６は、金型組１５を成形室８に搬入する工程における状態を示している。以下、ＩＮポート動作の概要について説明する。

図４の状態は、ＩＮポートテーブル９が上昇され、蓋状のＩＮポートロードロック室１２が開いている状態を示す。この状態で金型組１５がＩＮポートテーブル９上に配置される。図４に示すように、蓋状のＩＮポートロードロック室１２は、開閉アクチュエータ２０によって開閉可能な構成になっている。

なお、蓋状のＯＵＴポートロードロック室１３も、図示しない開閉アクチュエータによって開閉可能な構成になっている。

図５は、図４の状態から蓋状のＩＮポートロードロック室１２が閉じている状態を示す。図５において、成形室８と上昇されたＩＮポートテーブル９が接触する面には、ＩＮポートテーブル９にＯリング９ａが設けられている。また、成形室８とＩＮポートロードロック室１２が接触する面には、ＩＮポートロードロック室１２側にＯリング１２ａが設けられている。さらに、成形室８とテーブル昇降シリンダロッド１１ｃが接触する面には、テーブル昇降シリンダ１１ａ側にＯリング８ａが設けられている。

なお、成形前の金型組１５は、図示するように上金型１６と下金型１８との間に隙間がある状態になっている。

図５に示す状態において、ＩＮポートロードロック室１２は、真空ポンプ３０により真空引きが行われる。本実施例では、１０Ｐａ程度の真空度に到達した時点で真空配管のバルブが閉じられ、窒素ガス供給ユニット４０からの窒素ガスが成形室８と同じ程度の圧力まで供給される。

なお、上述した真空引きでの気流の変化によって、金型組１５が倒れたりしないよう、予めＩＮポートロードロック室１２の内部に設けてある金型押え用スプリングプランジャ１４で、上金型１６を押える構成となっている。

図６は、図５の状態から、ＩＮポートテーブル９を下降させた状態を示す。この状態では、加熱ゾーンの下側のプレート１とＩＮポートテーブル９とが同一面（同じ高さ）になっており、金型組１５が金型搬送ユニット５１によりＩＮポートテーブル９から加熱ゾーンの下側のプレート１へ搬送される。この搬送が完了すると図１のような状態となる。

金型組１５がプレート１へ搬送完了された後、ＩＮポートテーブル９が上昇されて成形室８に密着され、ＩＮポートロードロック室１２が開かれ、新たに金型組１５が置かれると図４の状態となる。

ＩＮポートの動作は、上述したように、これらの状態を繰り返しながら、次々と金型組１５を成形室８内へ搬送する。なお、ＩＮポートロードロック室１２内が真空引きされた後、窒素ガスが供給されることにより、金型組１５内部の空気中の酸素も完全に除去した上で窒素ガスを置換することが可能となる。それによって、成形室８内や金型組１５内部に酸素が残留することなく成形することが可能となる。

この実施例では、成形されるガラス製品は凸形レンズで単純な形状をしているので残留酸素は少ないが、もっと複雑な形状をしたガラス製品では金型組内部に酸素が残留し易くなり、このように真空引き後に窒素ガスを供給する方法がより有効になる。

次に、ＯＵＴポート動作の概要について説明する。

ＯＵＴポートの動作は、ＩＮポートの逆の動作となる。ただし、ＩＮポートで行っていた真空引き工程は、金型組１５を成形室８内から排出する工程なので必要ない。

すなわち、ＯＵＴポートテーブル１０は下降され、隣りの冷却ゾーンの下側のプレート３と同一面（同じ高さ）の状態で、成形済の金型組１５が金型搬送ユニット５４によりプレート３からＯＵＴポートテーブル１０へ搬送される。

続いて、ＯＵＴポートテーブル１０は上昇され、金型組１５が、閉じられた状態のＯＵＴポートロードロック室１３内に配置される。そして、ＯＵＴポートロードロック室１３は、図示しない開閉アクチュエータによって開かれ、成形済の金型組１５が取り出される。

上述した本実施の形態における特徴は以下の点にある。

１）取り入れ、取り出し用のロードロック室を成形室の上部に設けた。

２）ロードロック室と成形室の金型組移動は昇降により行う。

３）成形室とロードロック室との間に通常設けるゲートバルブの替わりに金型組を載せるテーブルを用いて開閉を行い、成形室とロードロック室を区切ることができる。

４）従来は、金型組を載せたパレットを加熱、プレス、冷却といった各工程のゾーンに移動させるが、本願は金型組のみを移動させる。

５）取り入れ用ロードロック室では真空に引いてから、不活性ガスで置換する。

６）加熱、冷却では上プレート、下プレートに加熱、冷却機構が組み込まれ、上プレートを移動させて金型組に接触させることにより加熱、冷却を行う。

７）取り入れ用のロードロック室には転倒防止のため金型組を押える機構がついている。

また、本発明は金型組のみの移動となるためロードロック室が小さくでき、置換にかかる時間を短縮でき、使用する不活性ガスの量も少なくすることができる。さらに、真空に引く、真空ポンプの容量も小さいものにできる。ロードロック室を成形室の上部に設けるため、成形装置もコンパクトになる。ゲートバルブも必要なくなる。

加熱冷却方法も本発明は、加熱源、冷却源を直接金型に接触させるため熱効率がよくなる。このとき多少圧力をかけて加熱源、冷却源を金型に接触させれば効率はさらに向上する。

加熱する場合はヒータの電流を制御することにより、設定温度を変化させ、あるパターンで加熱させてもよい。冷却の場合も冷却媒体の温度を制御して、あるパターンで冷却してもよい。

上記実施の形態では取り出し用ロードロック室には真空引きを行わなかったが、それは取り出し用ロードロック室が不活性ガスで置換する時はロードロック室には何も入っていない状態であり、置換がし易いためである。しかし、取り出し用ロードロック室も真空引き装置を設置してもかまわない。

また取り出し用ロードロック室には転倒防止のための金型組を押える機構もついていないが、これは取り出し用ロードロック室では真空引きを行わないため、ロードロック室内の気流の変化が少ないためである。しかし、取り出し用ロードロック室にも金型組を押さえる機構を設置してもかまわない。

以上説明したように上記発明の実施の形態によれば、酸化され易かった金型組や成形室内の構造物を、より酸化されにくい環境でガラス成形工程を実施することが可能となり、ガラス成形装置の構造物や金型組の長寿命化を図ることが出来る。

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。

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概略図。 成形室内の金型組を、各テーブル、各プレート間を搬送する搬送手段の例を示す図。 金型組の断面を示す図。 金型組を成形室に搬入する工程における状態を示す図。 金型組を成形室に搬入する工程における状態を示す図。 金型組を成形室に搬入する工程における状態を示す図。

符号の説明

１，２，３，４，５，６…プレート、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、１１ｃ…テーブル昇降シリンダロッド、１２…ＩＮポートロードロック室、１３…ＯＵＴポートロードロック室、１４…金型押え用スプリングプランジャ、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、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。

Claims (13)

1. 上金型と下金型の間にガラス素材を置いた金型組を、加熱、加圧して成形するガラス成形装置において、
   前記金型組を、加熱、加圧して前記ガラス素材を成形する成形室と、
   この成形室の上部に設けられた取り入れ用ロードロック室と、
   この取り入れ用ロードロック室内と前記成形室内との間を上下昇降可能に移動される取り入れ用テーブルと、
   前記成形室の上部に設けられた取り出し用ロードロック室と、
   この取り出し用ロードロック室内と前記成形室内との間を上下昇降可能に移動される取り出し用テーブルと、
   を具備したことを特徴とするガラス成形装置。
2. 前記成形室は、不活性ガスで満たすことを特徴とする請求項１に記載したガラス成形装置。
3. 前記取り入れ用テーブルが上昇されて前記取り入れ用ロードロック室と前記成形室との間を密閉した際、前記取り入れ用ロードロック室を開放可能とし、
   前記取り入れ用ロードロック室が開放されて前記金型組が前記取り入れ用テーブル上に設置された際、前記取り入れ用ロードロック室が閉じられ、前記取り入れ用ロードロック室が不活性ガスで満たされたあと前記取り入れ用テーブルが下降されることにより、前記金型組が前記成形室内に取り入れられることを特徴とする請求項２に記載したガラス成形装置。
4. 前記取り入れ用テーブルが上昇されて前記取り入れ用ロードロック室と前記成形室との間を密閉した際に、前記取り入れ用ロードロック室内を所定の真空度に真空引きする真空ポンプと、不活性ガスを前記取り入れ用ロードロック室内に送出する配管とを設けたことを特徴とする請求項２または３に記載したガラス成形装置。
5. 前記取り入れ用ロードロック室内において、前記取り入れ用ロードロック室内に置かれた前記金型組の転倒防止のため前記金型組を押える装置を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載したガラス成形装置。
6. 前記取り出し用ロードロック室内が不活性ガスで満たされたあと前記取り出し用テーブルが下降されて前記成形室内の所定位置に移動され、前記ガラス素材を成形済の前記金型組が前記取り出し用テーブルに搬送された後、前記取り出し用テーブルが上昇されて前記取り出し用ロードロック室と前記成形室との間を密閉した際、前記取り出し用ロードロック室が開放されて前記金型組が取り出されることを特徴とする請求項２から５に記載したガラス成形装置。
7. 前記成形室は、前記金型組を前記成形室内に取り入れる取り入れゾーン、前記金型組を加熱する加熱ゾーン、前記金型組を加圧するプレスゾーン、前記金型組を冷却する冷却ゾーン、前記金型組を前記成形室内から取り出す取り出しゾーンとを備え、それぞれのゾーン間に前記金型組を搬送する搬送装置が設けられたことを特徴する請求項１から６に記載したガラス成形装置。
8. 前記加熱ゾーンでは、加熱プレートが上下に設けられ、これらの加熱プレートが上昇または下降することにより前記金型組に対して上下から接触、加圧して前記金型組を加熱することを特徴とする請求項７に記載したガラス成形装置。
9. 前記加熱プレートは、当該プレート内部にヒータが組み込まれたことを特徴とする請求項８に記載したガラス成形装置。
10. 前記冷却ゾーンでは、冷却プレートが上下に設けられ、これらの冷却プレートが上昇または下降することにより前記金型組に対して上下から接触、加圧して前記金型組を冷却することを特徴とした請求項７に記載したガラス成形装置。
11. 前記冷却プレートは、当該プレート内部に配管が組み込まれ、この配管内に冷却媒体が流されることを特徴とする請求項１０に記載したガラス成形装置。
12. 前記プレスゾーンでは、加圧プレートが上下に設けられ、これらの加圧プレートが上昇または下降することにより前記金型組に対して上下に接触、加圧して前記金型組内に設置された前記ガラス素材が成形されることを特徴とする請求項７に記載したガラス成形装置。
13. 前記取り入れ用テーブルおよび前記取り出し用テーブルの下降位置での各テーブルの上面と、前記金型組の搬送時に前記加熱、冷却、加圧の各下プレートの上面を略同一水平面上に配置したことを特徴とする請求項８から１２に記載したガラス成形装置。

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