(57)【要約】【課題】コンパクトな構成を有しながらも、温度制御の効率を大幅に向上させることができる気体温度制御装置及びガラス素材の搬送装置を提供する。【解決手段】ドライヤー１０は、外部の気体が常温でも、熱を付与する或いは熱を奪うことで温度制御された多孔質セラミック１３を通過する間に、加熱され或いは冷却されるので、気体の温度調整を効率的に行うことができ、しかも外部のヒータ等が不要であるため、構成がコンパクト且つ低コストである。特に、多孔質セラミック１３は、内部に狭い空孔が形成されており。この空孔を通過する際に気体に粘性が作用し、ゆっくりと通過するので、多孔質セラミック１３と気体との間の熱交換を効率的に行える。又、一つ一つの空孔は小さいが、その数が膨大であるここから、総断面積が大きくなり、気体の流量も十分に確保できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質セラミックから形成された熱交換部と、
前記熱交換部に対し、熱を付与する或いは熱を奪う熱制御部と、
前記熱交換部を通過するように外部から気体を供給する気体供給部と、を有することを特徴とする気体温度制御装置。
【請求項２】
前記多孔質セラミックが非導電性の炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素であることを特徴とする請求項１に記載の気体温度制御装置。
【請求項３】
前記多孔質セラミックは発熱可能な電気的抵抗値を有し、前記熱制御部は電力供給部であって、前記熱制御部より前記多孔質セラミックに電力を供給することで、前記多孔質セラミックが発熱することを特徴とする請求項１に記載の気体温度制御装置。
【請求項４】
前記多孔質セラミックが導電性のＳｉＣであることを特徴とする請求項３に記載の気体温度制御装置。
【請求項５】
多孔質セラミックから形成され、移動可能に支持された保持部と、
前記多孔質セラミックを加熱する加熱部と、
前記多孔質セラミックを通過するように外部から気体を供給する気体供給部と、を有し、
前記保持部は、多孔質セラミックを介して噴出した気体により光学素材を非接触状態で支持しながら搬送すると共に、支持された前記光学素材を前記気体により加熱することを特徴とするガラス素材の搬送装置。
【請求項６】
前記保持部は、前記多孔質セラミックから形成され垂直方向上方に向かうにつれ拡径したテーパ状凹面と、前記テーパ状凹面に開口し垂直方向下方に延在する通路とを有していることを特徴とする請求項５に記載のガラス素材の搬送装置。
【請求項７】
前記通路を遮蔽するシャッタ部材を設けていることを特徴とする請求項６に記載のガラス素材の搬送装置。
【請求項８】
前記多孔質セラミックが非導電性の炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のガラス素材の搬送装置。
【請求項９】
前記多孔質セラミックは発熱可能な電気的抵抗値を有し、前記加熱部より前記多孔質セラミックに電力を供給することで、前記多孔質セラミックが発熱することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のガラス素材の搬送装置。
【請求項１０】
前記多孔質セラミックが導電性のＳｉＣであることを特徴とする請求項９に記載のガラス素材の搬送装置。
【請求項１１】
前記保持部は、前記多孔質セラミックの一部と、それに繋がった他の部分との間に、非導電性の素材が配置されるようにして形成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のガラス素材の搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体温度制御装置及びガラス素材の搬送装置に関し、特に光学素子の成形に用いると好適な気体温度制御装置及びガラス素材の搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱軟化したガラス素材を、成形用型（以下、金型ともいう）によって型押しして冷却・固化することで、その型が有する転写光学面形状や表面粗さを光学材料に成形転写して光学面を形成し、効率良く光学素子を生産することができる。ところで、そのようなガラス素材は、金型上で常温から加熱するのでは効率が悪く、成形サイクルを短くできないので、金型に投入するまでに何らかの態様で加熱させることが行われている。
【０００３】
ガラス素材を加熱する場合、加熱した気体をガラス素材に向かって吹き付けると、ガラス素材を効率的に加熱することができる。特許文献１には、ガラス素材を気流により浮上させながら加熱して軟化させる技術が開示されている。特許文献２は、多孔質部材に反対面から加圧ガスを導入しながら浮上させて加熱しガラスの表面欠陥を無くす技術が開示されている。
【特許文献１】
特開平８−２５９２４２号公報
【特許文献２】
特開昭６１−１４１５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の技術によれば、ガラス素材を浮かせる容器と、ヒータは別々であり、そのため装置全体の大きさ、重量とも大きくなるという問題がある。更に、外部のヒータで暖めた気体は長く太い通路を通るため、その間に温度が下がってしまう。すなわち、気体の加熱効率が悪いので、外部ヒータの容量を大きくしなければならず、又正確な温度コントロールが難しいという問題がある。これに対し、気体の通路径が細ければ細いほど加熱効率は高まるが、単位時間の気体の流量が低下するという問題がある。
【０００５】
特許文献２に記載の技術によれば、ガラス素材を保持する側の面と反対側から加熱した気体を供給することで、ガラス素材を加熱する構造である。すなわち、特許文献１と同様に、ヒータは別個に用意しなくてはならず、そのため装置全体の大きさ、重量とも大きくなるという問題がある。又、多孔質材を通過する際に、加熱された気体より熱が奪われ、その温度が低下するため、加熱効率が悪いという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたものであり、コンパクトな構成を有しながらも、温度制御の効率を大幅に向上させることができる気体温度制御装置及びガラス素材の搬送装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の気体温度制御装置は、多孔質セラミックから形成された熱交換部と、前記熱交換部に対し、熱を付与する或いは熱を奪う熱制御部と、前記熱交換部を通過するように外部から気体を供給する気体供給部と、を有するので、たとえ外部の気体が常温でも、熱を付与する或いは熱を奪うことで温度制御された前記多孔質セラミックを通過する間に、加熱され或いは冷却されるので、気体の温度調整を効率的に行うことができ、しかも外部のヒータ等が不要であるため、構成がコンパクトであり低コストなものとなっている。特に、多孔質セラミックは、内部に狭い空孔が形成されており。この空孔を通過する際に気体に粘性が作用し、ゆっくりと通過するので、多孔質セラミックと気体との間の熱交換を効率的に行える。又、一つ一つの空孔は小さいが、その数が膨大であることから、総断面積が大きくなり、気体の流量も十分に確保できる。このような気体温度制御装置は、例えば光学素材を軟化させるために用いたり、物を乾かすドライヤーとして利用することができる。
【０００８】
請求項２に記載の気体温度制御装置は、前記多孔質セラミックが非導電性の炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素であると好ましい。例えば、多孔質グラファイトは切削性も良く、また気孔率も多様であり使用に便利であるが酸素で焼損が起こる。多孔質アルミナはもろくて加工が困難である。これに対しＳｉＣ、多孔質窒化ケイ素などの多孔質セラミックは欠けにくく、焼損もなく安定しているという特徴がある。
【０００９】
請求項３に記載の気体温度制御装置は、前記多孔質セラミックが発熱可能な電気的抵抗値を有し、前記熱制御部は電力供給部であって、前記熱制御部より前記多孔質セラミックに電力を供給することで、前記多孔質セラミックが発熱すると好ましい。前記多孔質セラミックが抵抗体であり適度な電気的抵抗値を有していると、そこに電流を通すことで、多孔質セラミック自体が効率の良いヒータとなる。すなわち、別個にヒータを設ける必要がなくなり、体積が小さく軽くできコンパクト化できる。特に、このような気体温度制御装置を、光学素子成形装置のガラス素材の加熱のために設けると、低コストで短い成形サイクルを実現できる。また、多孔質セラミックの温度は、付与した電力に比例するので、気体温度制御を高精度に行える。但し、これに限らず、多孔質セラミックにニクロム線を巻き付けたり、液冷することで、通過する気体の温度を制御しても良いことはいうまでもない。
【００１０】
請求項４に記載の気体温度制御装置は、前記多孔質セラミックが導電性のＳｉＣであると好ましい。導電性のＳｉＣには様々な電気的抵抗値を有するものがある。ニクロム線などを用いた通常のヒータは、発熱部の断面積が大きいと大電流が流れてしまい実用的に使えない。しかし、導電性のＳｉＣでは太い筒状にしても電気的抵抗値が１０数Ωであるものがあり、用途に合った形状のままで適度な発熱を起こすヒータになり得る。
【００１１】
請求項５に記載のガラス素材の搬送装置は、多孔質セラミックから形成され、移動可能に支持された保持部と、前記多孔質セラミックを加熱する加熱部と、前記多孔質セラミックを通過するように外部から気体を供給する気体供給部と、を有し、前記保持部は、多孔質セラミックを介して噴出した気体により光学素材（例えばガラス素材）を非接触状態で支持しながら搬送すると共に、支持された前記光学素材を前記気体により加熱するので、気体の温度調整を効率的に行うことができ、それにより搬送しながら前記光学部材を最適な温度に加熱することが可能となるので成形サイクルを短縮化できる。しかも外部のヒータ等が不要であるためガラス素材の搬送装置を小型薄型にでき、それにより光学素材を投入する際に、上型と下型の移動ストロークを小さくできるので、光学素子成形装置自体をコンパクトなものとできる。更に、多孔質セラミックは、高温に熱せられた光学素材に接触しても張り付かないので、搬送不良を抑制できるというメリットもある。
【００１２】
請求項６に記載のガラス素材の搬送装置は、前記保持部が、前記多孔質セラミックから形成され（たとえば筒の中を気体の通過する通路の上端あるいは途中に）垂直方向上方に向かうにつれ拡径したテーパ状凹面と、前記テーパ状凹面に開口し垂直方向下方に延在する通路とを有しているので、搬送すべき光学素材を上方から落下させることで、前記テーパ状凹面から吹き出す気体により非接触状態で受け取ることができ、更に気体の吹き出しを停止させれば、搬送していた光学素材を前記通路より落下させて弾道を安定させた状態で、金型に投入できるので、簡素な機構でその受け取り・排出を行うことができる。球形のガラスプリフォーム（断面が円又は楕円である成形完成品に近い形状をしたガラスの成形中間体）などのガラス素材は、下から空気流を流された場合、穴径が大きく変化するところに捕捉される。よって、穴径が異なるところを一箇所途中に持つ限り、その前後は筒状の通路でもかまわない。その前後を筒状にすることで一定温度の気体が内部にたまり、ガラスプリフォームを上下から加熱するにはさらに都合がよい。また、穴径が異なる部位は急激に断面形状が変わってもよいが、乱流を起こさず安定してガラスプリフォームを保持するには、テーパ状にして次第に径が変化するようにした方が好ましい。
【００１３】
請求項７に記載のガラス素材の搬送装置は、前記通路を遮蔽するシャッタ部材を設けているので、前記シャッタ部材を閉じることにより、前記光学素材をより安定して保持できると共に、前記シャッタ部材を開くことにより、前記光学素材をより安定して排出できる。
【００１４】
請求項８に記載のガラス素材の搬送装置は、前記多孔質セラミックが非導電性の炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素であると好ましい。
【００１５】
請求項９に記載のガラス素材の搬送装置は、前記多孔質セラミックが発熱可能な電気的抵抗値を有し、前記加熱部より前記多孔質セラミックに電力を供給することで、前記多孔質セラミックが発熱すると好ましい。
【００１６】
請求項１０に記載のガラス素材の搬送装置は、前記多孔質セラミックが導電性のＳｉＣであると好ましい。
【００１７】
請求項１１に記載のガラス素材の搬送装置は、前記保持部が、前記多孔質セラミックの一部と、それに繋がった他の部分との間に、非導電性の素材が配置されるようにして形成されていると好ましい。例えば、前記多孔質セラミックを細長い素材とし、これに並列に非導電性の素材を沿わせながら、円筒に巻き付けるようにして前記保持部を構成すると、前記導電性の多孔質セラミックの断面が小さくなるので、より高い電気的抵抗値を有するようになり、従って加熱効率がより向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる気体温度制御装置であるドライヤーの断面図である。図１において、ドライヤー１０は、ユーザーが把持できるグリップ部１１ａ、空気取り入れ口１１ｂ及び空気吹き出し口１１ｃを備え内部に空洞を有する本体１１と、本体１１の内部に設置された円管状のヒータ（シースヒータが好ましい）１２と、円管状のヒータ１２内に設置された多孔質セラミック（ここでは気孔率２５％の多孔質ＳｉＣを使用）１３と、空気吹き出し口１１ｂに設置された温度検出用の熱電対１４と、空気取り入れ口１１ｃに設置されたファン付きのモータ１５と、熱電対１４からの信号及び外部の電源より電力供給を受けて、ヒータ１２及びモータ１５を制御するＣＰＵ１６とを有している。尚、多孔質セラミック１３が熱交換部を構成し、ヒータ１２及びＣＰＵ１６が熱制御部を構成し、モータ１５が気体供給部を構成する。
【００１９】
不図示のスイッチを投入すると、ＣＰＵ１６は、ヒータ１２及びモータ１５の駆動を開始する。モータ１５の軸上ファンが回転することで、空気取り入れ口１１ｃを介して外部より空気が本体１１内部に導入される。導入された空気は、多孔質セラミック１３の内部空孔内を通過するが、多孔質セラミック１３がヒータ１２により加熱されているので、空孔を通過する空気が効率よく加熱され、空気吹き出し口１１ｂから温風として排出される。ＣＰＵ１６は、熱電対１４からの信号に基づいて、空気吹き出し口１１ｂから排出される空気の温度が低いときは、ヒータ１２により大量の電力を供給し、温度が高いときは、ヒータ１２への電力供給を制限することで、最適な温度の空気を排出できるようになっている。モータ１５を省略し、配管等を用いて外部の圧搾空気源に、空気取り入れ口１１ｃを接続しても良い。また、通過する空気の温度がほぼ多孔質セラミックの温度と等しくなっている場合、空気吹き出し口温度１１ｂを通過する気体の温度を測定する代わりに、多孔質セラミック１３自体の温度をモニターして制御しても良い。
【００２０】
尚、ヒータ１２に代わりに金属製のタンクを設け、その内部に氷、ドライアイス、液体窒素などを貯留することで、多孔質セラミックが冷却され、それを通過した空気が冷却されることとなる。すなわち、かかる気体温度制御装置は、クーラーとしても使用可能である。
【００２１】
図２は、別な実施の形態にかかるドライヤーの断面図である。本実施の形態においては、図１の実施の形態に対し、ヒータを省略し多孔質セラミック自体をヒータとして用いている点のみが異なるので、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。本実施の形態においては、多孔質セラミック１３が所定の電気的抵抗値を有するので、ＣＰＵ１６は、熱電対１４からの信号に基づいて、空気吹き出し口１１ｂから排出される空気の温度が低いときは、多孔質セラミック１３により大量の電力を供給して発熱させ、温度が高いときは、多孔質セラミック１３への電力供給を制限することで、最適な温度の空気を排出できるようになっている。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態にかかるガラス素材の搬送装置１００の断面図である。図３において、不図示の移動装置に取り付けられ内部に空洞を有するアルミナ製の筐体１０１において、その上面に大開口１０１ａが形成され、その下面に小開口１０１ｂが形成され、その側面には気体供給部である取り入れ口１０１ｃが形成されている。
【００２３】
筐体１０１内には、保持部である保持体１０２が設けられている。保持体１０２は、所定の電気的抵抗値を有する多孔質セラミックからなり略円管状の形状を有し、垂直方向上方に向かうにつれ拡径したテーパ状凹面１０２ａと、テーパ状凹面１０２ａの底面に開口し垂直方向下方に延在する通路１０２ｂとを有している。テーパ状凹面１０２ａの上端は、筐体１０１の大開口１０１ａに合致し、通路１０２ｂの下端は、小開口１０１ｂに合致している。保持体１０２の上端に配置された電極１０３ａと、保持体１０２の下端に配置された電極１０３ｂとは、外部の電源に接続されている。尚、本実施の形態では、電力供給を受けることで多孔質セラミック自体が発熱するため、加熱部としては外部の電源が構成することとなるが、上述した実施の形態と同様に、加熱部としてのヒータを保持体１０２に設けても良いことはいうまでもない。
【００２４】
ガラス素材の搬送装置１００の動作について説明する。まず、電極１０３ａ、１０３ｂを介して保持体１０２に電力供給を行い、更に圧搾窒素ガス源（不図示）より配管を介して、常温の窒素ガスを取り入れ口１０１ｃを介して筐体１０１内に導入する。筐体１０１内に導入された窒素ガスは、保持体１０２の周囲から無数の空孔を介してその内部へと侵入するが、その際に高温に加熱されるようになっている。加熱された窒素ガスの一部は、通路１０２ｂを介して下方へと逃避するが、残りはテーパ状凹面１０２ａ側に吹き出している。
【００２５】
かかる状態から、光学素材であるガラスプリフォームＰＦの保管部（不図示）より、常温のガラスプリフォームＰＦを上方より投入する。このとき、テーパ状凹面１０２ａ側に吹き出した窒素ガスが、ガラスプリフォームＰＦを加熱しながら非接触状態で保持するようになっている。この状態で、ガラス素材の搬送装置１００を不図示の光学素子成形装置内に挿入した段階で、ガラスプリフォームＰＦは成形可能な温度（ガラス転移点Ｔｇ以上）に加熱され軟化しているので、常温のガラスプリフォームＰＦを型に投入してから加熱する場合に比べて、成形サイクルをより短くすることができる。
【００２６】
更に、開いた上型と下型との間に位置せしめたとき、窒素ガスの導入を停止すると、窒素ガスの支持を失ったガラスプリフォームＰＦが、通路１０２ｂを通って下方へと落下し、不図示の下型上に投入されるようになる。その後、ガラス素材の搬送装置１００は光学素子成形装置外へと退避し、上型と下型とが接近することで、ガラスプリフォームＰＦの成形が行われるようになっている。
【００２７】
このように、保持体１０２の多孔体セラミック自体をヒータとして用いることで、ガラス素材の搬送装置１００を大幅に薄型化でき、その全高の短縮分、上型と下型の動くストロークを小さくできる。多孔質セラミックが導電性のＳｉＣの場合は様々な電気的抵抗値を有するものがあるが、本発明者が、比抵抗１〜２Ωｃｍの素材を用いてみたところ、多孔質セラミックは所定の電気的抵抗値２５Ωを示し、１００Ｖ電源による電力の供給で４００Ｗという高い発熱量が実現できた。
【００２８】
図４は、図３のガラス素材の搬送装置に用いることができる保持体の別な例を示す図である。図４における保持体２０２は、図３に示す保持体１０２と同様な形状を有しているが、本例では、多孔質セラミック２０２Ａを細長い素材とし、これに並列に非導電性の素材（陶土など）２０２Ｂを沿わせながら、円筒状に巻き付けるようにして保持体２０２を構成している。このようにすると多孔質セラミック２０２Ａの断面が小さくなるので、より高い電気的抵抗値を有するようになり、従って加熱効率がより向上する。かかる場合、多孔質セラミック２０２Ａに電力を供給するための電極１０３ａ、１０３ｂは、多孔質セラミック２０２Ａの両端にそれぞれ配置されるのがよい。尚、多孔質セラミック２０２Ａは、巻き付けるのではなく、非導電性の素材２０２Ｂと並列状態のまま、軸線方向一端から他端へ、また他端から一端へと、連続して繰り返し全周にわたって這わせるようにして保持体２０２を形成しても良い。
【００２９】
図５は、別な実施の形態にかかるガラス素材の搬送装置１００’の断面図である。本実施の形態においては、図３の実施の形態に対し、シャッタ部材を設けている点のみが異なるので、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。本実施の形態においては、筐体１０１の下面に配置され、小開口１０１ｂを開いた開放位置と、それを閉じた閉止位置との間で水平方向に移動可能となっているシャッタ部材１０５と、シャッタ部材１０５を駆動するアクチュエータ１０６とが設けられている。
【００３０】
シャッタ部材１０５を閉止位置に移動させると、保持体１０２を通過する窒素ガスは全て上方に向くので、少ない流量でもガラスプリフォームＰＦを保持できる。本発明者らの実験では、径が１〜１０ｍｍのガラスプリフォームを、０．２５〜２０Ｈ／ｍｉｎの流量の窒素ガスで保持できた。一方、シャッタ部材１０５を開放位置に移動させると、それまでガラスプリフォームＰＦを保持していた窒素ガスの流れが急激に変わり、直ちにガラスプリフォームＰＦが落下するので、金型への投入を最適なタイミングで行うことができる。但し、シャッタ部材を設けない場合でも径が１〜３ｍｍのガラスプリフォームは、窒素ガスの供給により安定して保持でき、且つその停止により安定した落下を実現できることが本発明者らの実験により明らかとなっている。
【００３１】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、コンパクトな構成を有しながらも、温度制御の効率を大幅に向上させることができる気体温度制御装置及びガラス素材の搬送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる気体温度制御装置であるドライヤーの断面図である。
【図２】別な実施の形態にかかるドライヤーの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるガラス素材の搬送装置１００の断面図である。
【図４】図３のガラス素材の搬送装置に用いることができる保持体の別な例を示す図である。
【図５】別な実施の形態にかかるガラス素材の搬送装置１００’の断面図である。
【符号の説明】
１０，１０  ドライヤー
１２  ヒータ
１３  多孔質セラミック
１００，１００’  ガラス素材の搬送装置
１０２，２０２  保持体
１０４  シャッタ部材
【図１】
2004196576.tif 000003
【図２】
2004196576.tif 000004
【図３】
2004196576.tif 000005
【図４】
2004196576.tif 000006
【図５】
2004196576.tif 000007