JP2008001568A - ガラス成形装置およびガラス成形方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下型D1および上型D2と、下型D1および上型D2に外嵌され両方の型D1,D2を位置決めする胴型D3と、を備えた成形型Dを用いて、ガラス素材Gからガラス製品(L)を加熱成形するガラス成形装置1であって、胴型D3が外嵌された下型D1にガラス素材Gを供給し、胴型D3に上型D2を嵌入して成形型Dを組み付ける型組みステージと、ガラス素材Gを加熱成形するガラス成形ステージと、成形後に上型D2を胴型D3から抜いて、成形されたガラス製品(L)を取り出す型ばらしステージと、を有し、型組みステージおよび型ばらしステージにおいて、上型D2の温度よりも胴型D3の温度の方が高くなるように温度差を設ける加熱保温装置32を備えていることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
すなわち、成形時の高温状態においては最小限のクリアランスとなるように設定し、型組みおよび型ばらし時の型温が下がった状態では、下型および胴型(穴側)よりも上型(コア側)の方が温度による収縮率が小さくなるようにして、成形時よりも大きなクリアランスを確保するようにしている。
具体的には、例えば、加圧成形時においてはガラス素材の転移点(固体から液体への相転移、一例を示せば500℃程度)を超えて620℃程度まで型温度を上昇させ、転移点付近まで徐々に冷却しながら成形する。このため、加圧成形時におけるこのような温度変化(この例では120℃)により成形型のクリアランスも変化し、最小限のクリアランスを成形中に維持できないという問題があった。
すなわち、620℃で最小のクリアランスを設定すると、転移点まで型温度が下がると、その分クリアランスも増大するため成形精度に悪影響を及ぼす。他方、転移点でクリアランスを最小に設定すると、620℃ではクリアランスがなくなってしまい摺動面に焼き付き等のトラブルが発生するおそれがある。
このため、成形時においては一定の最小限のクリアランスを維持して成形精度を確保しながら、型組みおよび型ばらし時においてはクリアランスを拡大して、型組みおよび型ばらしを円滑に行なうことができる。
なお、「温度差」の用語は、ここでは広く「温度勾配」も含まれる概念として使用する。
かかる構成によれば、成形温度が変化しても、一方の型、他方の型、および胴型の温度条件が同じであれば、クリアランスは一定のままで保持し、成形精度を確保することができる。
かかる構成によれば、胴型を加熱または保温する加熱保温手段を備えたことで、他方の型を冷却するよりも簡易な構成で効率よく胴型と他方の型との温度差を設けることができる。
かかる構成によれば、例えば、胴型を加熱しながら他方の型を冷却することもできるため迅速に温度差を設けることも可能となる。
かかる構成によれば、ガラス素材を下型に供給し、この下型に外嵌された胴型を加熱することで、ガラス素材が供給される下型側を暖めることによりガラス素材のヒートショックを軽減することもできる。
また、型組み装置および型ばらし装置において、温度調整手段を備えて他方の型の温度よりも胴型の温度の方が高くなるように温度差を設けることで、この温度差による熱膨張により、穴側である胴型の内径の方がコア側である上型の外径よりも大きくなるため、胴型と上型とのクリアランスを拡大することができる。
このため、成形時においては一定の最小限のクリアランスを維持して成形精度を確保しながら、型組みおよび型ばらし時においてはクリアランスを拡大して、型組みおよび型ばらしを円滑に行なうことができる。
なお、型組み装置と型ばらし装置は、別々の装置として設けてもよいが、同じ装置を共用したものでもよい。
このように、本発明は、他方の型と胴型との温度差を150℃〜250℃とすることで、必要十分なクリアランスを確保することができ、型組みおよび型ばらしを円滑に行なうことができる。
参照する図面において、図1は本実施形態に係るガラス成形装置の全体構成を示す模式的平面図であり、図2は図1の正面図である。
なお、本実施形態では、本発明に係るガラス成形装置1でガラス製品である光学レンズLを製造する場合を例として説明する。
そして、成形機本体2では、回転テーブル21に載置された成形型Dをステージごとに順送りしながらガラス素材G(図2参照)からガラス製品である光学レンズL(図2参照)を成形する。
成形型Dは、回転テーブル21の移動により、搬入ステージST0から加熱ステージST1に移動する。この加熱ステージST1では、加熱装置22(図2参照)により成形型Dの温度を急速にガラス素材Gの転移点以上(例えば、620℃)にまで上昇させる。そして、加圧成形ステージST2,ST3では、成形型Dの温度を転移点以上に保ったまま、加圧装置23(図2参照)で加圧しながら光学レンズLを成形する。そして、徐冷ステージST4では、急激に型温が下がらないように加熱しながら転移点近傍まで緩やかに型温を降下させて成形する。続いて、冷却ステージST5ではガラスの組成が安定する温度まで自然冷却させて、成形型Dは搬出ステージST0に移動する。
そして、本実施形態においては、成形機本体2に設けられた成形型Dの搬入・搬出ステージST0を共通のステージとしたが、これに限定されるものではなく、搬入ステージと搬出ステージを入口側と出口側にそれぞれ別々に設けてもよい。
成形型Dは、図2に示すように、互いに対面して組み合わされる下型D1および上型D2と、下型D1および上型D2に外嵌され下型D1と上型D2とを位置決めする胴型D3と、を備えて構成されている。そして、成形型Dを閉じた状態で、下型D1と上型D2と胴型D3によりキャビティが形成され、光学レンズLが加熱成形される。
また、成形型Dを構成する下型D1、上型D2、および胴型D3の型材は、精密型用の超硬合金が使用され、同一の線膨張係数を有する。このため、成形型Dの温度が変化しても、下型D1、上型D2、および胴型D3の温度条件が同じであれば、クリアランスは一定のままで保持することができる。
型組み・型ばらし装置3は、下型D1を載置する型台31と、胴型D3を加熱できるように配置された温度調整手段としての加熱保温手段である加熱保温装置32と、上型D2を上下方向に昇降可能な昇降装置33と、を備えて構成されている。
そして、型台31には下型D1を固定する下型クランプ装置34が配設され、昇降装置33の昇降板33aには上型D2を固定する上型クランプ装置35が配設されている。
また、加熱装置に限定されるものではなく、グラスウール等の断熱材を使用した保温装置の採用も可能である。例えば、冷却ステージST5(図1)を通過した後に残留している熱量を下型D1側のみ保温し、上型D2側は自然冷却して胴型D3と上型D2との温度差を設けることもできる。
なお、本実施形態においては、昇降装置33は、上型D2を下型D1に対して昇降させて上型D2を抜き差しするように構成したが、これに限定されるものではなく、下型D1および胴型D3を上型D2に対して昇降させて抜き差しするように構成することもできる。
本発明の実施形態に係るガラス成形装置1において、成形型Dは、図1に示すように、型組み・型ばらし装置3から搬入・搬出ステージST0に成形型Dが搬入される。そうすると、回転テーブル21が回転方向Rの方向に回転されて、成形型Dは、加熱ステージST1から、加圧成形ステージST2,ST3、徐冷ステージST4、冷却ステージST5を順送りに移動しながら、光学レンズLが成形される。そして、成形型Dは、各ステージST0〜ST5を一巡して再び搬入・搬出ステージST0に到達する。
具体的には、上型D2と胴型D3との温度差は、一例として200℃程度に設定されているが、150℃〜250℃であれば、上型D2を円滑に抜くことができる。例えば、成形型Dのクリアランスが0.5μmのように厳格な成形精度が要求される場合であっても、150℃の温度差があれば、仮に型材の線膨張係数を、α=5.2×10-6とすると、トータルのクリアランス(δ)は、胴型D3の内径を10mmとすれば、
δ=0.5+5.2×10-6×150×10×10-3
=8.3[μm]
また、250℃の温度差があれば、同様に、
δ=0.5+5.2×10-6×250×10×10-3
=13.5[μm]
であるから、必要なクリアランスを確保することができる。
このため、成形時においては一定の最小限のクリアランスを維持して成形精度を確保しながら、型組みおよび型ばらし時においてはクリアランスを拡大して、型組みおよび型ばらしを円滑に行なうことができる。
このように、本実施形態に係るガラス成形装置1によれば、ガラス素材Gを下型D1に供給し、この下型D1に外嵌された胴型D3を加熱しているため、ガラス素材Gが供給される下型D1側を暖めることで、ガラス素材Gのヒートショックを軽減することができる。
本発明の実施形態に係るガラス成形方法は、互いに対面して組み合わされる下型D1および上型D2と、下型D1および上型D2外嵌され両方の型を位置決めする胴型D3と、を備えた成形型Dを用いて、ガラス素材Gから光学レンズLを加熱成形するガラス成形方法であって、胴型D3が外嵌された下型D1にガラス素材Gを供給し、胴型D3に上型D2を嵌入して成形型Dを組み付ける型組み工程と、ガラス素材Gを加熱成形するガラス成形工程と、成形後に上型D2を胴型D3から抜いて、成形された光学レンズLを取り出す型ばらし工程と、を有し、型組み工程および型ばらし工程において、上型D2の温度よりも胴型D3の温度の方が高くなるように温度差を設けて、型組みおよび型ばらしを行なうことを特徴とする。
また、本実施形態においては、加熱保温装置32により直接胴型D3を加熱しているが、これに限定されるものではなく、例えば、下型D1をヒータを内蔵したホットプレート等で加熱して間接的に胴型D3を加熱することもできる。かかる構成によれば、成形型Dの形状やサイズの影響を軽減し、製品が複数個取りである場合であっても簡易な構成により胴型D3を加熱することができる。
例えば、型組み・型ばらし装置3において、互いに嵌入される上型D2および胴型D3の温度を検知する温度センサを設けて、この温度センサにより温度を検出して上型D2を上昇させることもできる。
さらに、前記温度センサの検出した型温度に基づいて、温度調整手段を制御し温度差を調整する温度制御装置を設けて、温度差を管理することもできる。
2 成形機本体
3 型組み型ばらし装置
4 成形型搬送装置
5 供給取り出し装置(ガラス素材供給装置、ガラス製品取り出し装置)
D 成形型
D1 下型(一方の型)
D2 上型(他方の型)
D3 胴型
ST0 搬入搬出ステージ
ST1 加熱ステージ(ガラス成形工程)
ST2,3 加圧成形ステージ(ガラス成形工程)
ST4 徐冷ステージ(ガラス成形工程)
ST5 冷却ステージ(ガラス成形工程)
32 加熱保温装置(温度調整手段)
33 昇降装置
G ガラス素材
L 光学レンズ
Claims (11)
- 互いに対面して組み合わされる一方の型および他方の型と、この一方の型および他方の型に外嵌され前記両方の型を位置決めする胴型と、を備えた成形型を用いて、ガラス素材からガラス製品を加熱成形するガラス成形装置であって、
前記胴型が外嵌された前記一方の型にガラス素材を供給し、前記胴型に前記他方の型を嵌入して前記成形型を組み付ける型組みステージと、
前記ガラス素材を加熱成形するガラス成形ステージと、
成形後に前記他方の型を前記胴型から抜いて、成形されたガラス製品を取り出す型ばらしステージと、
を有し、
前記型組みステージおよび型ばらしステージにおいて、前記他方の型の温度よりも前記胴型の温度の方が高くなるように温度差を設ける温度調整手段を備えていることを特徴とするガラス成形装置。 - 前記一方の型、他方の型、および胴型は、同一の線膨張係数を有する型材で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のガラス成形装置。
- 前記温度調整手段は、前記胴型を加熱または保温する加熱保温手段であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガラス成形装置。
- 前記温度調整手段は、前記他方の型を冷却する冷却手段であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のガラス成形装置。
- 前記一方の型は下型であり、前記他方の型は上型であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のガラス成形装置。
- 互いに対面して組み合わされる一方の型および他方の型と、この一方の型および他方の型に外嵌され前記両方の型を位置決めする胴型と、を備えた成形型を用いて、ガラス素材からガラス製品を加熱成形するガラス成形装置であって、
前記胴型が外嵌された前記一方の型にガラス素材を供給するガラス素材供給装置と、
前記胴型に前記他方の型を嵌入することにより前記成形型の型組みをする型組み装置と、
この型組み装置によって組み付けられた成形型を用いて前記ガラス素材を加熱成形する加熱成形装置と、
この加熱成形装置による加熱成形後に前記胴型から前記他方の型を抜き取ることにより前記成形型の型ばらしをする型ばらし装置と、
前記他方の型が抜き取られた前記胴型および前記一方の型から前記ガラス製品を取り出すガラス製品取り出し装置と、
前記型組み装置および型ばらし装置と前記加熱成形装置との間において前記成形型を搬送する成形型搬送装置と、
を有し、
前記型組み装置および型ばらし装置は、前記他方の型の温度よりも前記胴型の温度の方が高くなるように温度差を設ける温度調整手段を備えていることを特徴とするガラス成形装置。 - 互いに対面して組み合わされる一方の型および他方の型と、この一方の型および他方の型に外嵌され前記両方の型を位置決めする胴型と、を備えた成形型を用いて、ガラス素材からガラス製品を加熱成形するガラス成形方法であって、
前記胴型が外嵌された前記一方の型にガラス素材を供給し、前記胴型に前記他方の型を嵌入して前記成形型を組み付ける型組み工程と、
前記ガラス素材を加熱成形するガラス成形工程と、
成形後に前記他方の型を前記胴型から抜いて、成形されたガラス製品を取り出す型ばらし工程と、
を有し、
前記型組み工程および型ばらし工程において、前記他方の型の温度よりも前記胴型の温度の方が高くなるように温度差を設けて、型組みおよび型ばらしを行なうことを特徴とするガラス成形方法。 - 前記温度差を設けるために、前記他方の型よりも前記胴型を加熱または保温することを特徴とする請求項7に記載のガラス成形方法。
- 前記温度差を設けるために、前記胴型よりも前記他方の型を冷却することを特徴とする請求項7または請求項8に記載のガラス成形方法。
- 前記ガラス製品は光学素子であって、
前記温度差は、150℃〜250℃とすること、
を特徴とする請求項7から請求項9のいずれか1項に記載のガラス成形方法。 - 前記一方の型は下型であり、前記他方の型は上型であることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか1項に記載のガラス成形方法。
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