JP4681443B2 - 成形装置 - Google Patents
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Description
図10に示すように、上下の金型組214は、光学ガラス素子の成形前は上下の金型214a,214bに分離された状態で成形装置210に配置されている。そして、下金型214bの上にガラス素材を設置した後、上金型214aを配置してガラス素材の加熱・プレス成形・冷却の一連の作業を行う。このようにして、ガラス素子の成形品を成形する。以下、このような成形装置210をバッチ式成形装置と称する。
金型組の金型間に被成形素材を配置した状態で、金型組を成形装置内のIOポート部から円環状に配置した加熱工程の作業エリア、プレス成形工程の作業エリア、冷却工程の作業エリアを介して再びIOポート部に戻し、このIOポート部からその金型組を成形装置の外側に搬送することができる。このため、金型組ごとに被成形素材を円環状の加熱工程、プレス成形工程、冷却工程を経ることにより成形品を成形することができる。このとき、金型組はそれぞれ分離されているのでメンテナンスが容易であり、同一の工程内で金型を移動させる必要がないので成形条件が簡潔であり、加熱効率が良く、比較的大きな金型部材であっても均一的に加熱して被成形素材を成形することができる。したがって、成形品の大小に関わらず、高精度のガラス素子を、安価に且つ大量に生産することが可能となる。
ロードロック機構を有するチャンバによって隔離チャンバ内を不活性ガス雰囲気または真空に保持した状態を保持することができるので、その間にIOポート部から金型組の搬出、搬入を行うことができる。
このため、次の工程を行う部分に搬送する際に、金型組の下側の、金型組を載置する部材の熱の影響を受けることを防止することができる。
このため、加熱工程の作業エリアおよび/もしくはプレス成形工程の作業エリアで金型組を加熱した熱を保持することができるとともに、金型組を均一的に加熱することができる。
このため、金型組を耐熱性チャンバの外側から容易に加熱または保温し、もしくは徐冷することができる。
このため、水冷板の接触、すなわち水冷で金型組を冷却しても良く、空冷で金型組を冷却しても良く、両者を組み合わせて金型組を冷却しても良い。
胴型の金型組を使用する場合に金型組の下側を保持することができる。このため、金型組が各金型に分離することなく、一体的な状態で金型組を成形装置から搬出することができる。
本実施の形態では、図2(B)および図2(C)に示す金型組14を用いて成形するガラス成形品(光学素子)のサイズはφ75mmである。すなわち、本実施の形態では、比較的大きなサイズのアプリケーションを採用している。また、図2(C)に示すガラス成形品では、上型14aおよび下型14bの両者の成形面が凹状に形成された両凸レンズを採用しているが、片凹片凸のメニスカスレンズも成形することができる。この場合、上型14aおよび下型14bの一方の成形面を他方に対して突出させていれば良い。
図1に示すように、3ゾーン円環式ガラス成形装置10は、下フレーム22と、上フレーム24とを備えている。下フレーム22は、3ゾーン円環式ガラス成形装置10の土台部分であり、これは例えば略直方体などの箱型状に形成されている。この下フレーム22の側面には、それぞれ略矩形状などの開口部22aが形成されている。これら開口部22aによって、例えば後述する搬送機構30のメンテナンスなどの際に工具やメンテナンス用機材等を容易に出し入れすることができるので、搬送機構30のメンテナンスを容易に行うことができる。また、下フレーム22の内側または近傍には、図5ないし図8に示す不活性ガスボンベ16a、真空ポンプ16b、冷却水槽16cおよび制御装置18が配設されている。なお、不活性ガスとして、ここでは、窒素(N2)ガスを使用するものとして説明する。
図5に示すように、下フレーム22には、隔離チャンバ28の底壁を気密に保持した状態で貫通して上方へ延びた金型昇降シリンダ52が配設されている。この金型昇降シリンダ52には、上下方向に昇降される昇降軸54が配設されている。この昇降軸54の上端には金型受台56が配設されている。
なお、例えば成形装置10を立ち上げたときなど、隔離チャンバ28が真空でないときには、IOチャンバ72を真空に引く必要はない。
なお、IOチャンバ72には、その内部を真空引きした際に上金型14aが大気圧によって飛び出すことを防止するように、上金型14aおよび胴型14cを押さえる機構としてプランジャ72aが配設されている。
なお、上記隔離チャンバ28内は、窒素ガス雰囲気とせず、真空に保持するようにしても良い。この場合には、IOチャンバ72には、窒素ガスを供給せず、真空引きのみを行う。
図6に示すように、隔離チャンバ28の底部には、ハンド40によってIOポート部44から断熱軸62とともに搬送された金型組14を載置する金型受台82が設けられている。この金型受台82の上面は、IOポート部44の金型受台56の上面と同じ高さに設置されている。この金型受台82の中央部には、図示しない軸が形成されている。この軸は搬送機構30の回転軸32を中心として、IOポート部44の昇降軸54に対して90度離れた位置に形成されている。この軸は貫通され、貫通孔82aが形成されている。金型受台82の貫通孔82aには、窒素ガスを供給可能である。なお、断熱軸62が金型受台82に載置されたとき、貫通孔82aと断熱軸62の内孔とが連通される。金型受台82には、さらに他の貫通孔82bが形成され、この貫通孔82bは真空ポンプ16bに接続されている。
なお、この石英チャンバ84内は、隔離チャンバ28内が真空に保持される場合には、これに合わせて真空引きのみを行う。
図7に示すように、プレス成形部48は、図6に示した加熱部46の構成にプレス機構102と上熱電対104を付加した構成であり、その他は上記加熱部46とほぼ同じ構成である。このため、上述した加熱部46で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。なお、図7に示すプレス成形部48の金型受台82の中央の軸は、搬送機構30の回転軸32を中心として、IOポート部44の昇降軸54に対して180度離れた位置に形成されている。すなわち、プレス成形部48の金型受台82の中央の軸は、搬送機構30の回転軸32を中心として、加熱部46の金型受台82の中央の軸に対して90度離れた位置に形成されている。
図8(A)に示すように、隔離チャンバ28の底部には、加熱部46およびプレス成形部48と同様に、中央部の軸上に貫通孔122aを有する金型受台122が設けられている。この金型受台122の中央の軸(貫通孔122a)は、搬送機構30の回転軸32を中心として、IOポート部44の昇降軸54に対して270度離れた位置に形成されている。すなわち、冷却部50の金型受台122の中央の軸は、搬送機構30の回転軸32を中心として、プレス成形部48の金型受台82の中央の軸に対して90度離れた位置に形成されている。
まず、3ゾーン円環式ガラス成形装置10をイニシャル状態にする。3ゾーン円環式ガラス成形装置10のイニシャル状態とは、成形装置10の各駆動部(IOポート部44、加熱部46、プレス成形部48、冷却部50)が原点位置にあることをいう。
なお、加熱部46のエリアは、石英チャンバ84で個別に収納することが可能であり、且つ石英チャンバ84の外周部に赤外線ランプヒータユニット86を配置することにより、大口径の金型組14を均一に加熱し、その温度を保持することが可能である。
なお、上述した成形順序は金型組14が成形装置10に搬入されてから搬出されるまでの工程を説明しているが、成形装置10の動作としては、金型組14がIOポート部44から加熱部46に搬送された時点で、別の金型組14を装置10のIOポート部44に搬入することが可能である。上記工程(手順)を踏んで、各ゾーンに金型組14を連続的に送り込むことも、間欠的に送り込むことも可能である。また、IOポート部44から金型組14を搬出するのと同時に、新しい金型組14を搬入することにより半永久的に成形装置10を稼動させることも可能である。なお、半永久的に成形装置10を稼動させ、連続的に金型組14を成形装置10に送り込むには、最低でも4個の金型組14を用意する必要がある。
図9では、室温で金型組14をIOポート部44に搬入する(図9中の領域(I))。そして、加熱部46で室温から昇温し、保温温度を720℃とする(領域(II))。加熱部46からプレス成形部48に素早く受け渡す(領域(III))。プレス成形部48で再び昇温させ、保温温度を730℃とする(領域(IV))。さらに、プレス成形部48での徐冷終了温度を600℃とする。プレス成形部48から冷却部50に素早く受け渡す(領域V)。冷却部50での窒素空冷開始温度を600℃、水冷開始温度を500℃とし、冷却終了温度を220℃とする(領域(VI))。冷却部50からIOポート部44に金型組14を受け渡す(領域(VII))。このとき、金型組14の取り出し温度を220℃として成形した。なお、加熱部46での昇温/保温温度は730℃であっても構わない。
これらのプロファイルは、制御装置18の設定により任意に変更することが可能である。また、各金型組14ごとに、温度、プレス位置、プレス力を個別に設定することも可能である。この場合、それぞれ異なる成形品が形成される。
ガラス素材12の成形品の面精度は、金型組14の面精度がλ/16以内に対してλ/16以内である。ガラスレンズの上下面のディセンターは、金型組14の胴型14c、上下金型14a,14bのクリアランスがφ3μm以内に対して1μm以内である。レンズ上下面のチルトは、成形装置のプレス軸の上下面端のチルトが1sec以内に対して1sec以内である。
図10に示す従来のバッチ式成形装置210の場合、本実施の形態に係る成形装置10に比べて、精度的には遜色なく成形することが可能である。しかし、冷却部での冷却工程における水冷化が非常に困難であることと、加熱・プレス成形・冷却の工程を分割することが出来ないことにより、φ75レンズの場合、約30〜40min/個程度必要とされる。
これら実施の形態によれば、従来のバッチ式成形装置の有利点を生かしつつ、これを連続式成形装置に応用した成形装置10を提供することができる。ただし、この成形装置10は、従来のバッチ式成形装置210(図10参照)および連続式成形装置410(図11および図12参照)の全ての欠点をカバーするものでは無い。本実施の形態に係る成形装置10は、特に、胴型構造の大口径金型組14を用いてガラス素材12を効率よく成形することができる。また、プレス成形部48で真空雰囲気で成形可能とする成形装置を提案することができる。以上のことより、本実施の形態に係る成形装置10は、高精度ガラス素子12を安価で且つ大量に生産可能である。すなわち、本実施の形態によれば、高精度ガラス素子12を安価で且つ大量に生産可能な成形装置10および成形方法を提供することができる。
Claims (7)
- 被成形素材を、筒状の胴型に上下1対の金型を嵌合させて構成される金型組によって挟み、前記被成形素材を加熱部による加熱工程、プレス成形部によるプレス成形工程および冷却部による冷却工程を経て所望の成形品を成形する成形装置であって、
前記加熱部、プレス成形部および冷却部の作業エリアを1つずつ円環上に配置するとともにこれらを大気から隔離して収納する隔離チャンバと、
前記円環上に配置され、かつ、前記加熱部の加熱工程作業エリアと冷却部の冷却工程作業エリアとの間に配置され、前記被成形素材を入れた金型組を前記隔離チャンバに対して出し入れするためのIOポート部と、
前記隔離チャンバ内に配置され、前記隔離チャンバの外側から前記IOポート部へ搬入された前記金型組を前記加熱部、プレス成形部および冷却部の作業エリアを順次経て前記IOポート部まで搬送するための搬送機構と
を具備し、
前記IOポート部、前記加熱部、前記プレス成形部、前記冷却部の作業エリアを前記円環の作業エリアの中心に対して互いに90度離して配置したことを特徴とする成形装置。 - 前記IOポート部は、前記金型組を前記IOポート部に対して出し入れするためのロードロック機構を有し、
前記隔離チャンバ内を不活性ガス雰囲気または真空に保持可能なチャンバを備えていることを特徴とする請求項1に記載の成形装置。 - 前記金型組は、断熱部材の上に載置され、
前記搬送機構は、前記金型組を搬送する際、前記断熱部材を把持して搬送する把持部を備えていることを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載の成形装置。 - 前記加熱部による加熱工程、前記プレス成形部によるプレス成形工程の各作業エリアの少なくとも1つに、前記金型組を開閉可能に収納する耐熱性チャンバを有し、
前記耐熱性チャンバは、不活性ガス雰囲気または真空に保持可能な機能を有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1に記載の成形装置。 - 前記加熱部による加熱工程、前記プレス成形部によるプレス成形工程の各作業エリアの少なくとも一方の前記金型組を加熱する加熱手段として、赤外線ランプ方式または高周波誘導加熱方式を用い、
前記加熱手段は、前記耐熱性チャンバの外周部より前記金型組を加熱または保温し、もしくは徐冷することを特徴とする請求項4に記載の成形装置。 - 前記冷却部による冷却工程の作業エリアの冷却手段は、水冷板の接触および/または不活性ガスによる空冷により前記金型組を冷却する機能を有することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1に記載の成形装置。
- 前記金型組を前記隔離チャンバの外側に搬出する際に、前記断熱部材から前記金型組を押し上げる押し上げ機構を有することを特徴とする請求項3ないし請求項6のいずれか1に記載の成形装置。
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