JPWO2010032670A1 - ガラス成形体の製造装置 - Google Patents
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Abstract
上型に付着したガラス成形体が下型の上に落下することを防止する落下防止手段を備えることで、加圧成形終了から加圧成形で得られたガラス成形体を上型または下型から離型して回収するまでの間に上型に付着したガラス成形体が落下したとしても、下型を傷つけることがないガラス成形体の製造装置を提供することができる。
Description
本発明は、ガラス成形体の製造装置に関し、特に、上型と下型とを用いてガラス前駆体を加圧成形してガラス成形体を得るガラス成形体の製造装置に関する。
デジタルカメラ用レンズ、DVD等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズなど、種々の光学デバイス用の光学素子として、ガラス素材を成形金型で加圧成形して製造したガラス成形体が多く用いられている。このような光学素子として用いられるガラス成形体は、近年の光学製品の小型化、高精度化に伴って、ますます高いレベルのものが要求されるようになってきている。
このようなガラス成形体の製造方法の1つとして、予め所定の質量および形状を有するガラスプリフォームを作製し、該ガラスプリフォームを成形金型とともに加熱して加圧成形する方法(以下、リヒートプレス法と言う)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
一方、ガラス成形体の別の製造方法として、溶融ガラス滴の温度よりも低い所定温度に保持した成形金型の上に溶融ガラス滴を滴下して、滴下した溶融ガラス滴が冷却・固化する前に成形金型にて加圧成形する方法(以下、液滴成形法と言う)が知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、液滴成形法は、滴下した溶融ガラス滴が冷却・固化する前に加圧成形する方法であるため、溶融ガラス滴の温度は、成形金型との接触面からの放熱によって急速に低下するのみであり、加圧中のガラスの温度を人為的に正確に制御することは非常に困難である。
そのため、加圧成形後のガラス成形体が、上型あるいは下型のいずれに付着するか、およびそれぞれの金型にどれくらいの強さで付着するかを確実にコントロールすることは、非常に困難である。このため、仮にガラス成形体が上型に付着し、さらにその付着が弱い場合、加圧成形終了からガラス成形体が離型回収されるまでの間にガラス成形体が上型から落下し、上型の直下にある下型に衝突し傷つけるという問題が発生することがある。傷ついた下型はそのままでは製造には使用できないので、下型交換が必要となり、下型交換のための稼働停止により生産性を著しく低下させるとともに、下型のコストアップ等の問題を発生させる。
リヒートプレス法では成形金型の成形時あるいは冷却時の温度制御を行うことで、液滴成形法に比べると加圧成形後のガラス成形体が、上型あるいは下型のいずれに付着するか、およびそれぞれの金型にどれくらいの強さで付着するかをコントロールすることは比較的容易であるが、液滴成形法の場合と同様の問題が発生することは皆無ではない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、加圧成形終了から加圧成形で得られたガラス成形体を上型または下型から離型して回収するまでの間に上型に付着したガラス成形体が落下したとしても、下型を傷つけることがないガラス成形体の製造装置を提供することを目的とする。
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
1.ガラス前駆体を加圧成形してガラス成形体を得るための上型および下型と、
前記上型あるいは前記下型の何れかに付着した前記ガラス成形体を離型して回収する離型手段とを備えたガラス成形体の製造装置において、
前記加圧成形終了から前記加圧成形で得られた前記ガラス成形体を前記上型または前記下型から離型して回収するまでの間に前記上型に付着した前記ガラス成形体が前記下型の上に落下することを防止する落下防止手段を備えたことを特徴とするガラス成形体の製造装置。
前記上型あるいは前記下型の何れかに付着した前記ガラス成形体を離型して回収する離型手段とを備えたガラス成形体の製造装置において、
前記加圧成形終了から前記加圧成形で得られた前記ガラス成形体を前記上型または前記下型から離型して回収するまでの間に前記上型に付着した前記ガラス成形体が前記下型の上に落下することを防止する落下防止手段を備えたことを特徴とするガラス成形体の製造装置。
2.前記加圧成形の終了後、前記上型または前記下型が互いに離間する方向に、待機位置まで移動することを特徴とする前記1に記載のガラス成形体の製造装置。
3.前記落下防止手段は、前記上型または前記下型が待機位置まで移動している間に動作することを特徴とする前記2に記載のガラス成形体の製造装置。
4.前記離型手段は、前記上型または前記下型が待機位置で停止した後に動作することを特徴とする前記2に記載のガラス成形体の製造装置。
5.前記離型手段は、前記上型あるいは前記下型に付着したガラス成形体を吸着して回収するものであることを特徴とする前記4に記載のガラス成形体の製造装置。
6.前記落下防止手段は、前記上型と前記下型との間に挿入され、落下する前記ガラス成形体を受け止めるトラップ装置であることを特徴とする前記1から3の何れか1項に記載のガラス成形体の製造装置。
7.前記落下防止手段は、前記上型と前記下型との間に気体を吹き付け、落下する前記ガラス成形体を吹き飛ばすエアブロー装置であることを特徴とする前記1から3の何れか1項に記載のガラス成形体の製造装置。
8.前記ガラス前駆体は、前記下型に滴下された溶融ガラス滴であることを特徴とする前記1から7の何れか1項に記載のガラス成形体の製造装置。
9.前記ガラス前駆体は、所定の質量および形状を有するガラスプリフォームであることを特徴とする前記1から7の何れか1項に記載のガラス成形体の製造装置。
本発明によれば、加圧成形終了から加圧成形で得られたガラス成形体を上型または下型から離型して回収するまでの間に上型に付着したガラス成形体が下型の上に落下することを防止する落下防止手段を備えることで、上型に付着したガラス成形体が落下したとしても、下型を傷つけることがないガラス成形体の製造装置を提供することができる。
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
まず、従来のガラス成形体の製造装置の構成と動作について、図6を用いて説明する。図6は、従来のガラス成形体の製造装置の構成と動作とを示す模式図である。
図6において、ガラス成形体の製造装置1は、上述した液滴成形法に用いる製造装置であり、溶融ガラスを貯留する溶融槽30、溶融槽30の下部に接続された滴下ノズル31、溶融ガラス滴40を受けるための下型10、下型10とともに溶融ガラス滴40を加圧する上型20等で構成される。下型10と上型20とは加圧成形機2を構成している。
下型10は、図示しない駆動手段により、滴下ノズル31の下方で溶融ガラス滴40を受けるための位置(滴下位置P11)と、上型20と対向して溶融ガラス滴40を加圧成形するための位置(加圧位置P12)との間で水平方向に移動可能に構成されている。
上型20は、図示しない駆動手段により、加圧成形の前後に待機する位置(待機位置P21)と、下型10と対向して溶融ガラス滴40を加圧成形するための位置(加圧位置P22)との間で上下方向に移動可能に構成されている。
次に、動作について説明する。下型10が滴下位置P11に移動されると、溶融槽30に貯留された溶融ガラスが、溶融槽30の下部に接続された滴下ノズル31から、下型10の成形面11上に、溶融ガラス滴40として滴下される。
溶融ガラス滴40を受けた下型10が加圧位置P12に移動されると、上型20が待機位置P21から加圧位置P22に下降する。溶融ガラス滴40が上型20の成形面21と下型10の成形面11との間で加圧成形され、ガラス成形体41が得られる。加圧成形完了後、上型20が待機位置P21に上昇し、ガラス成形体41が回収される。
次に、図7を用いて本発明の課題を確認する。図7は、本発明の課題の確認のための図で、加圧成形が完了してからガラス成形体41が回収され次の加圧成形動作に移るまでの、従来の動作とその問題点を示す模式図である。
図7(a)において、上型20と下型10とを用いたガラス成形体41の加圧成形が完了すると、図7(b)において、上型20が加圧位置P22から、上型20と下型10との距離Dが大きくなる方向である方向A1、即ち図の上方向に移動開始される。この時、ガラス成形体41が上型20に付着するか下型10に付着するかは、成形時の圧力や温度のばらつき、上型20の成形面21および下型10の成形面11の面状態等の条件によって異なり、どちらか一方のみに付着するように条件設定することは難しい。図7(b)では、上型20に付着したとする。
図7(c)において、上型20が待機位置P21に到着して停止されると、図7(d)において、ガラス成形体41を回収するための離型アーム51および53がそれぞれ上型20の成形面21および下型10の成形面11に対向する位置に挿入され、ガラス成形体41が回収される。ここに、離型アーム51および53は、例えば真空チャックで吸着する等の方法でガラス成形体41を回収するための回収装置で、通常は図示しない待避位置に待機している。
図7(e)において、ガラス成形体41の回収が完了されると、一連の動作が終了される。引き続き次のガラス成形体の製造動作に移る場合には、下型10が加圧位置P12から滴下位置P11に向けて移動開始される。
ここで、図7(a)の加圧成形完了から図7(d)のガラス成形体41の回収完了までの間に、上型20に付着したガラス成形体41の付着が外れると、例えば図7(c)に破線で示したように、ガラス成形体41が下型10の成形面11上に落下し、成形面11を傷つけてしまう事故が発生する。図7(d)でガラス成形体41の回収に失敗した場合も同様である。これが本発明の課題である。
次に、本発明の第1の実施の形態におけるガラス成形体の製造装置の構成について、図1を用いて説明する、図1は、本発明の第1の実施の形態におけるガラス成形体の製造装置の構成と動作とを示す模式図である。
図1において、ガラス成形体の製造装置1は、液滴成形法に用いる製造装置であり、図6に示した溶融ガラスを貯留する溶融槽30、溶融槽30の下部に接続された滴下ノズル31、溶融ガラス滴40を受けるための下型10、下型10とともに溶融ガラス滴40を加圧する上型20に加えて、本発明における落下防止手段であるトラップ装置60等で構成される。トラップ装置60およびその動作については、図2および図3で詳述する。下型10と上型20とは加圧成形機2を構成している。
下型10は、図示しない駆動手段により、滴下ノズル31の下方で溶融ガラス滴40を受けるための位置(滴下位置P11)と、上型20と対向して溶融ガラス滴40を加圧成形するための位置(加圧位置P12)との間で水平方向に移動可能に構成されている。
ここに、溶融ガラス滴40は本発明におけるガラス前駆体であり、滴下位置P11は本発明におけるガラス前駆体搭載位置である。
上型20は、図示しない駆動手段により、加圧成形の前後に待機する位置(待機位置P21)と、下型10と対向して溶融ガラス滴40を加圧成形するための位置(加圧位置P22)との間で上下方向に移動可能に構成されている。
なお、第1の実施の形態においては、上型20のみが加圧方向に移動する構成としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上型20は固定しておき、下型10のみが加圧方向に移動する構成としてもよいし、下型10と上型20の両方が移動する構成としてもよい。
下型10および上型20の材料は、耐熱合金(ステンレス等)、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、各種セラミックス(炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等)、カーボンを含む複合材料など、ガラス成形体を加圧成形するための成形金型として公知の材料の中から適宜選択して用いることができる。下型10および上型20を同一の材料で構成してもよいし、それぞれ別の材料で構成してもよい。
また、下型10および上型20の耐久性向上や溶融ガラス滴40との融着防止などのために、少なくとも成形面11および21の表面に被覆層を設けておくことも好ましい。被覆層の材料にも特に制限はなく、例えば、種々の金属(クロム、アルミニウム、チタン等)、窒化物(窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化硼素等)、酸化物(酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン等)等を用いることができる。被覆層の成膜方法にも制限はなく、公知の成膜方法の中から適宜選択して用いればよい。例えば、真空蒸着、スパッタ、CVD等が挙げられる。
下型10および上型20は、図示しない加熱手段によって所定温度に加熱できるように構成されている。加熱手段としては、公知の加熱手段を適宜選択して用いることができる。例えば、被加熱部材の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、被加熱部材の外側に接触させて使用するシート状のヒーター、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置等を用いることができる。
次に、本発明の第1の実施の形態の動作について、図2および図3を用いて説明する。図2は、加圧成形が完了してからガラス成形体41が回収され次の加圧成形動作に移るまでの第1の実施の形態の動作を示すフローチャートで、図3は、図2の各工程での状態を示す模式図である。
図2において、ステップS101で加圧成形が完了すると(図3(a)の状態)、ステップS103で、上型20が加圧位置P22から、図3(a)に示した上型20と下型10との距離Dが大きくなる、即ち離間する方向である方向A1、即ち図の上方向に移動開始される。ステップS105で、図3(b)に示した上型20と下型10との距離Dが所定値D0よりも大きくなったか否かが確認される。
距離Dの確認方法は、位置センサを用いた計測やステップモータのステップ数計数による演算等の既知の方法を用いればよく、特に制限はない。また、所定値D0は、後述するステップS107でトラップ装置60が挿入されてもトラップ装置60とガラス成形体41とが衝突しないように決定される値で、例えば図3(b)に示したガラス成形体41の厚みdと図3(c)に示したトラップ装置60の厚みd2との和よりも大きい値である。
上型20と下型10との距離Dが所定値D0よりも大きくなるまでステップS105で待機され、大きくなったら(ステップS105;Yes)ステップS107に進む。ステップS107で、図3(c)に示したように、トラップ装置60が上型20と下型10との間に挿入される。
トラップ装置60は、上型20から落下するガラス成形体41を上型20と下型10との間で受け止めるための装置で、例えば中央に凹部61を有する厚みd2の受け皿状の形状の装置である。トラップ装置60は、通常は図示しない待避位置に待機しており、上述したステップS107のタイミング、即ち上型20が待機位置P21まで移動している間に、落下するガラス成形体41を受け止める位置に挿入される。トラップ装置60で受け止められたガラス成形体41は、例えば待避位置でトラップ装置60を反転させる等により回収される。
トラップ装置60から回収されたガラス成形体41は、溶融槽30に投入する原料として再利用することができるが、損傷がなければ製品とすることもできる。トラップ装置60で受け止めたガラス成形体41の損傷を防ぐためには、トラップ装置60の上面を衝撃吸収性の材料で構成するとよい。
ステップS109で、上型20が待機位置P21に到着したか否かが確認される。確認方法は、位置センサを用いた計測、ステップモータのステップ数計数による演算あるいはポジションスイッチの作動等の既知の方法を用いればよく、特に制限はない。
上型20が待機位置P21に到着するまでステップS109で待機され、到着したら(ステップS109;Yes)、ステップS111で上型20の移動が停止される。
ステップS113で、図7(d)と同様に離型アーム51および53がそれぞれ上型20の成形面21および下型10の成形面11に対向する位置に挿入され、ステップS115で、ガラス成形体41が回収される(図3(d)の状態)。ステップS117で、離型アーム51および53が図示しない待避位置に待避され、ステップS119でトラップ装置60が図示しない待避位置に待避され、一連の動作が終了される(図3(e)の状態)。引き続き次のガラス成形体の製造動作に移る場合には、下型10が加圧位置P12から滴下位置P11に向けて移動開始される。
ここに、ステップS103からS119は離型工程であり、ステップS107およびS119は落下防止工程である。また、離型アーム51および53は、本発明における離型手段である。
上述したように、本発明の第1の実施の形態によれば、上型から落下するガラス成形体を受け止めるトラップ装置を上型と下型との間に挿入することで、加圧成形終了から加圧成形で得られたガラス成形体を上型または下型から離型して回収するまでの間に上型に付着したガラス成形体が落下したとしても、下型を傷つけることがないガラス成形体の製造装置を提供することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態の動作について、図4および図5を用いて説明する。図4は、加圧成形が完了してからガラス成形体41が回収され次の加圧成形動作に移るまでの第2の実施の形態の動作を示すフローチャートで、図5は、図4の各工程での状態を示す模式図である。
第2の実施の形態では、図5(a)のように、第1の実施の形態のトラップ装置60の代わりに、加圧成形が完了して上型20が方向A1の方向に移動開始された状態で、上型20と下型10との間に気体71を送風するエアブロー装置70が設けられている。
図4において、ステップS101とS103とは図2の第1の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。ステップS105で、図5(b)に示した上型20と下型10との距離Dが所定値D0よりも大きくなったか否かが確認される。
距離Dの確認方法は、位置センサを用いた計測やステップモータのステップ数計数による演算等の既知の方法を用いればよく、特に制限はない。また、所定値D0は、後述するステップS207でエアブロー装置70によって気体71が送風されても、上型20あるいは下型10に付着したガラス成形体41が吹き飛ばされないように決定される値で、例えば図5(b)に示したガラス成形体41の厚みdと図5(c)に示したエアブロー装置70の送風範囲d3との和よりも大きい値である。
上型20と下型10との距離Dが所定値D0よりも大きくなるまでステップS105で待機され、大きくなったら(ステップS105;Yes)ステップS207に進む。ステップS207で、図5(c)に示したように、エアブロー装置70によって上型20と下型10との間に気体71の送風が開始される。
気体71が送風されることで、仮に図5(c)に破線で示したようにガラス成形体41が上型から落下した場合でも、落下したガラス成形体41は気体71によって吹き飛ばされ、下型10の成形面11上には落下しない。
送風される気体71は、窒素ガス等の不活性ガスあるいは空気等であり、その温度は、加圧成形機2の内部の雰囲気温度と同等程度が好ましい。気体71によって上型20および下型10の温度変化を引き起こすと、ガラス成形体41の波面異常、ワレ等の外観不良が発生するためである。
ステップS109からステップS117までは図2の第1の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
ステップS219で、エアブロー装置70の送風が停止されて、一連の動作が終了される(図5(e)の状態)。引き続き次のガラス成形体41の製造動作に移る場合には、下型10が加圧位置P12から滴下位置P11に向けて移動開始される。
ここに、ステップS103からS219は離型工程であり、ステップS207およびS219は落下防止工程である。
上述したように、本発明の第2の実施の形態によれば、上型と下型との間に気体を送風して上型から落下するガラス成形体を吹き飛ばすエアブロー装置を備えることで、加圧成形終了から加圧成形で得られたガラス成形体を上型または下型から離型して回収するまでの間に上型に付着したガラス成形体が落下したとしても、下型を傷つけることがないガラス成形体の製造装置を提供することができる。
第1および第2の実施の形態では、液滴成形法に用いられる製造装置について述べたが、本発明はそれに限るものではなく、リヒートプレス法にも適用できる。その場合、図1に示した溶融槽30と滴下ノズル31とを、ガラスプリフォームを下型上に供給するガラスプリフォーム供給部に置き換えればよい。
以上に述べたように、本発明によれば、上型に付着したガラス成形体が下型の上に落下することを防止する落下防止手段を備えることで、加圧成形終了から加圧成形で得られたガラス成形体を上型または下型から離型して回収するまでの間に上型に付着したガラス成形体が落下したとしても、下型を傷つけることがないガラス成形体の製造装置を提供することができる。
なお、本発明に係るガラス成形体の製造装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
1 ガラス成形体の製造装置
10 下型
11 (下型10の)成形面
20 上型
21 (上型20の)成形面
30 溶融槽
31 滴下ノズル
40 溶融ガラス滴
41 ガラス成形体
51 離型アーム
53 離型アーム
60 トラップ装置
61 (トラップ装置60の)凹部
70 エアブロー装置
71 (エアブロー装置70の)気体
A1 距離Dが大きくなる方向
D (上型20と下型10との)距離
D0 所定値
d (ガラス成形体41の)厚み
d2 (トラップ装置60の)厚み
d3 (エアブロー装置70の)送風範囲
P11 滴下位置
P12 加圧位置
P21 待機位置
P22 加圧位置
10 下型
11 (下型10の)成形面
20 上型
21 (上型20の)成形面
30 溶融槽
31 滴下ノズル
40 溶融ガラス滴
41 ガラス成形体
51 離型アーム
53 離型アーム
60 トラップ装置
61 (トラップ装置60の)凹部
70 エアブロー装置
71 (エアブロー装置70の)気体
A1 距離Dが大きくなる方向
D (上型20と下型10との)距離
D0 所定値
d (ガラス成形体41の)厚み
d2 (トラップ装置60の)厚み
d3 (エアブロー装置70の)送風範囲
P11 滴下位置
P12 加圧位置
P21 待機位置
P22 加圧位置
Claims (9)
- ガラス前駆体を加圧成形してガラス成形体を得るための上型および下型と、
前記上型あるいは前記下型の何れかに付着した前記ガラス成形体を離型して回収する離型手段とを備えたガラス成形体の製造装置において、
前記加圧成形終了から前記加圧成形で得られた前記ガラス成形体を前記上型または前記下型から離型して回収するまでの間に前記上型に付着した前記ガラス成形体が前記下型の上に落下することを防止する落下防止手段を備えたことを特徴とするガラス成形体の製造装置。 - 前記加圧成形の終了後、前記上型または前記下型が互いに離間する方向に、待機位置まで移動することを特徴とする請求項1に記載のガラス成形体の製造装置。
- 前記落下防止手段は、前記上型または前記下型が待機位置まで移動している間に動作することを特徴とする請求項2に記載のガラス成形体の製造装置。
- 前記離型手段は、前記上型または前記下型が待機位置で停止した後に動作することを特徴とする請求項2に記載のガラス成形体の製造装置。
- 前記離型手段は、前記上型あるいは前記下型に付着したガラス成形体を吸着して回収するものであることを特徴とする請求項4に記載のガラス成形体の製造装置。
- 前記落下防止手段は、前記上型と前記下型との間に挿入され、落下する前記ガラス成形体を受け止めるトラップ装置であることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のガラス成形体の製造装置。
- 前記落下防止手段は、前記上型と前記下型との間に気体を吹き付け、落下する前記ガラス成形体を吹き飛ばすエアブロー装置であることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のガラス成形体の製造装置。
- 前記ガラス前駆体は、前記下型に滴下された溶融ガラス滴であることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載のガラス成形体の製造装置。
- 前記ガラス前駆体は、所定の質量および形状を有するガラスプリフォームであることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載のガラス成形体の製造装置。
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Cited By (1)
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