JPWO2010032670A1 - ガラス成形体の製造装置 - Google Patents

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）。

特開２００１−８０９２４号公報 特開２００７−１８６３５８号公報

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。

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。

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を示す模式図である。 第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 図２の各ステップでの状態を示す模式図である。 第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 図４の各ステップでの状態を示す模式図である。 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。 従来の動作とその問題点を示す模式図である。

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

Claims (9)

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。
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請求項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請求項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請求項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請求項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。
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。
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。
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。