(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対の金型と、縦方向の軸を有する直線状の複数の発熱体を金型の周囲に円周方向に配置することにより構成された加熱ユニットとを備え、上下の金型の間に成形素材を配置し、加熱ユニットにより金型及び成形素材を加熱してプレス成形を行う成形装置において、
前記直線状の複数の発熱体は、上型に面する領域での発熱量が下型に面する領域での発熱量と比べて大きい複数の第一の発熱体と、下型に面する領域での発熱量が上型に面する領域での発熱量と比べて大きい複数の第二の発熱体とからなり、各第一の発熱体と各第二の発熱体は、円周方向に交互に配置されていること、
第一の発熱体の出力と第二の発熱体の出力を、個別に制御する制御装置を備えていること、
前記第一の発熱体は、赤外線ランプであって、そのフィラメントが赤外線ランプの中央から上側に偏った位置に配置され、前記第二の発熱体は、赤外線ランプであって、そのフィラメントが赤外線ランプの中央から下側に偏った位置に配置されていること、
を特徴とする成形装置。
【請求項２】
上下一対の金型と、縦方向の軸を有する直線状の複数の発熱体を金型の周囲に円周方向に配置することにより構成された加熱ユニットとを備え、上下の金型の間に成形素材を配置し、加熱ユニットにより金型及び成形素材を加熱してプレス成形を行う成形装置において、
前記直線状の複数の発熱体は、上型に面する領域での発熱量が下型に面する領域での発熱量と比べて大きい複数の第一の発熱体と、下型に面する領域での発熱量が上型に面する領域での発熱量と比べて大きい複数の第二の発熱体とからなり、各第一の発熱体と各第二の発熱体は、円周方向に交互に配置されていること、
第一の発熱体の出力と第二の発熱体の出力を、個別に制御する制御装置を備えていること、
前記第一及び第二の発熱体は、赤外線ランプであって、そのフィラメントが赤外線ランプの中央を境にして発熱量の異なる二つの部分から構成されていること、
を特徴とする成形装置。
【請求項３】
上型の温度を測定する第一の温度センサと、下型の温度を測定する第二の温度センサとを備え、
前記制御装置は、第一の温度センサの出力に基づいて前記複数の第一の発熱体の出力を御し、第二の温度センサの出力に基づいて前記複数の第二の発熱体の出力を制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の成形装置。
【請求項４】
前記加熱ユニットの上下方向の位置を調整する機構を、更に備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の成形装置。
【請求項５】
前記複数の第一の発熱体に対する、前記複数の第二の発熱体の上下方向の相対位置を調整する機構を、更に備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスなどの成形素材を加熱し軟化させてプレス成形することにより、光学素子などの高い精度が要求される成形品を製造する成形装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
ガラス成形装置においてガラスを成形する場合、金型及びガラス素材を加熱してガラス素材を軟化させた後、金型を用いてガラス素材をプレスして、金型の形状をガラスに転写している。
【０００３】
この時の加熱方法は、大きく２つの種類に分けることができる。一方は、高周波誘導加熱（ＲＦ加熱）であり、例えば、特開昭６４−４５７３４号公報や、特開昭６３−１７０２２８号公報などに記載されている。もう一方は、赤外線ランプユニットを用いた輻射加熱であり、例えば、特開平５−１８６２３０号公報や、特開２００２−１２４３２号公報などに記載されている。
【０００４】
（従来技術の問題点）
例えば、特開２００２−１２４３２号公報では、特開平５−１８６２３０号公報の装置における加熱性能の円周方向の均一性を改善するため、リング状の赤外線ランプを縦方向に並べる代わりに、縦方向の軸を持つ直管状の赤外線ランプを円周方向に配置している。しかし、その場合には、上下の金型が赤外線ランプユニットの単一のゾーンで加熱されるため、上下の金型の温度を個別に調整することができない。このため、上下の金型の間の温度差を調整する際には、上下の金型の温度を測定しながら、赤外線ランプユニットの高さを手動にて調整するしかなかった。従って、上下の金型の間に温度差が生じた場合に、その調整に非常に手間が掛かっていた。
【特許文献１】特開昭６４−４５７３４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１７０２２８号公報
【特許文献３】特開平５−１８６２３０号公報
【特許文献４】特開２００２−１２４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような従来のガラスなどの成形装置における問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、金型温度の円周方向の均一性に加えて、上下方向の均一性にも優れた成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の成形装置は、
上下一対の金型と、縦方向の軸を有する直線状の複数の発熱体を金型の周囲に円周方向に配置することにより構成された加熱ユニットとを備え、上下の金型の間に成形素材を配置し、加熱ユニットにより金型及び成形素材を加熱してプレス成形を行う成形装置において、
前記直線状の複数の発熱体は、上型に面する領域での発熱量が相対的に大きい複数の第一の発熱体と、下型に面する領域での発熱量が相対的に大きい複数の第二の発熱体からなり、各第一の発熱体と各第二の発熱体は、円周方向に交互に配置され、
第一の発熱体の出力と第二の発熱体の出力を、個別に制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の成形装置によれば、上型の温度と下型の温度をそれぞれ個別に制御することができる。従って、この装置によれば、煩雑な調整作業を伴わずに、上型と下型の間で温度差がない状態で上型と下型を加熱することができる。
【０００８】
なお、リング状の発熱体（例えば、赤外線ランプ）を使用した場合には、円周上のどこかに発熱体の支持部及び端子部を配置しなければならないので、それらの部分からの発熱量が制限され、金型の円周方向についての温度均一性を確保することが容易ではない。これに対して、直線状の発熱体（例えば、赤外線ランプ）を使用した場合には、支持部や端子部を上下の金型から外れた位置に配置することができるので、そのような問題がない。なお、直線状の発熱体を使用する場合、円周方向についての温度均一性は、反射ミラーを適切に配置することにより確保することができる。また、リング状の発熱体を使用した場合には、端子部が加熱されるため、その寿命が短くなるおそれがあるが、直線状の発熱体を使用した場合には、そのような問題もない。
【０００９】
好ましくは、本発明の成形装置は、上型の温度を測定する第一の温度センサと、下型の温度を測定する第二の温度センサとを備え、前記制御装置は、第一の温度センサの出力に基づいて前記複数の第一の発熱体の出力を制御し、第二の温度センサの出力に基づいて前記複数の第二の発熱体の出力を制御する。
【００１０】
前記発熱体は、例えば、赤外線ランプである。その場合、赤外線ランプの発熱量に上下方向で差を持たせるため、例えば、第一の赤外線ランプは、そのフィラメントが赤外線ランプの中央から上側に偏った位置に配置され、第二の赤外線ランプは、そのフィラメントが赤外線ランプの中央から下側に偏った位置に配置される。
【００１１】
その代わりに、前記第一及び第二の赤外線ランプのフィラメントを、赤外線ランプの中央を境にして発熱量の異なる二つの部分から構成することもできる。
【００１２】
また、前記第一及び第二の発熱体として、同一の形状をした赤外線ランプを使用し、第一の発熱体を、前記金型の中央位置に対して上側に偏った位置に配置し、第二の発熱体を、前記金型の中央位置に対して下側に偏った位置に配置しても良い。
【００１３】
好ましくは、本発明の成形装置は、前記加熱ユニットの上下方向の位置を調整する機構を、更に備える。
【００１４】
好ましくは、本発明の成形装置は、前記複数の第一の発熱体に対する、前記複数の第二の発熱体の上下方向の相対位置を調整する機構を、更に備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の成形装置によれば、上型と下型の間で温度差がない状態で、上型と下型を精度良く加熱することができる。それによって、例えば非球面ガラスレンズなどの高精度が要求される光学素子を、効率良く製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１及び２に、本発明に基づくガラス成形装置（成形装置）の全体構成の一例を示す。図中、１２はガラスのプリフォーム（成形素材）、１６は上型、１７は下型、２１は直管状の赤外線ランプ（直線状の発熱体）、２１ａは第一の赤外線ランプ（第一の発熱体）、２１ｂは第二の赤外線ランプ（第二の発熱体）、２２は反射ミラー、２３は赤外線ランプユニット（加熱ユニット）、２６ａは熱電対（第一の温度センサ）、２６ｂは熱電対（第二の温度センサ）を表す。
【００１７】
固定軸１は、装置のフレーム２の天井部の梁３１に固定され、下に向かって伸びている。移動軸７は、装置のベースプレート３２の下に収容された駆動装置１４の上に接続され、ベースプレート３２を貫通し、固定軸１に対向して上に向かって伸びている
固定軸１の下端には、断熱筒３を介して上型１６が固定されている。上型１６は、固定ダイプレート４、固定ダイ５及び上キャビティダイ６から構成されている。固定ダイプレート４は断熱筒３の下端に取り付けられ、上キャビティダイ６は固定ダイプレート４の下面に取り付けられ、固定ダイ５は、その外周を取り囲む上キャビティダイ６によって固定ダイプレート４の下面に固定されている。
【００１８】
同様に、移動軸７の上端には、断熱筒８を介して下型１７が固定されている。下型１７は、移動ダイプレート９、移動ダイ１０及び下キャビティダイ１１から構成されている。移動ダイプレート９は断熱筒８の上端に取り付けられ、下キャビティダイ１１は移動ダイプレート９の上面に取り付けられ、移動ダイ１０は、その外周を取り囲む下キャビティダイ１１によって移動ダイプレート９の上面に固定されている。
【００１９】
上型１６には、熱電対２６ａが取り付けられ、この熱電対２６ａは、断熱筒３及び固定軸１の内部を通って、外部に引き出されている。同様に、下型１７には、熱電対２６ｂが取り付けられ、この熱電対２６ｂは、断熱筒８及び移動軸７の内部を通って、外部に引き出されている。
【００２０】
この例では、断熱筒３、８はセラミックス製（Ｓｉ３Ｎ４）であり、固定ダイ５及び移動ダイ１０はタングステン合金製であり、上キャビティダイ６及び下キャビティダイ１１は超硬合金製であり、固定ダイプレート４及び移動ダイプレート９は超硬合金製である。なお、上下のキャビティダイ６、１１には、超硬合金の他に、ＴｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮなどのセラミックス、あるいは、これらのセラミックスの表面に更に他のセラミックスや貴金属等のコーティングをしたものを使用することができる。同様に、上下のダイプレート４、９にも、これらのセラミックスを使用することができる。
【００２１】
上型１６、下型１７及び上下の断熱筒３、８は、石英管２０の中に収容されている。固定軸１の下端部近傍の周囲には上部プレート１９が取り付けられ、移動軸７の上端部近傍の周囲には下部プレート１８が取り付けられている。下部プレート１８は、ベースプレート３２の上に支持されている。石英管２０の上端面と上部プレート１９との接触面にはＯリングが装着され、このＯリングによって接触面がシールされている。同様に、石英管２０の下端面と下部プレート１８との接触面にもＯリングが装着され、このＯリングによって接触面がシールされている。これらによって、石英管２０の内部に、雰囲気調整が可能な成形室１３が形成されている。
【００２２】
石英管２０の周囲を取り囲むように、赤外線ランプユニット２３が配置されている。赤外線ランプユニット２３は、縦方向（固定軸１及び移動軸７の軸心の方向）の軸を有する直管状の複数の赤外線ランプ２１と、各赤外線ランプ２１の後方にそれぞれ配置された反射ミラー２２などから構成されている。
【００２３】
この例では、赤外線ランプ２１は、夕ングステンのコイル状フィラメントを用いたハロゲンランプである。赤外線ランプ２１の波長範囲は、種々あるが、この例では、ピーク波長が１．２μｍ〜１．８μｍ程度の一般的な赤外線ランプを使用している。赤外線ランプ２１の封体部（石英バルブ）には、ディンプル加工２８が施されており、フィラメントのサポートリングを支持している。これによって、ランプ加熱時にフィラメントの自重によるたわみを防止している。
【００２４】
反射ミラー２２は、アルミニウム板を曲面状に成形し、表面を研磨した後、金メッキを施したものであり、各赤外線ランプ２１を後方から囲むように配置されている。これにより、赤外線ランプ２１から石英管２０を介して上型１６及び下型１７に赤外線を照射し、上型１６及び下型１７を加熱するようになっている。なお、反射ミラー２２の内部には、水冷パイプを配置した冷却ユニット（図示せず）が設けられており、反射ミラー２２の過熱による損傷を防止するようになっている。
【００２５】
直管状の赤外線ランプ２１の上下の端部に隣接して、それぞれ、エアーバッファ２７が設けられている。エアーバッファ２７には、各端子部分２４に臨む個所にそれぞれノズルが形成され、これらのノズルから各端子部分２４に直接、空気を吹き付けて、各端子部分２４を冷却する。これにより、赤外線ランプのＭｏ箔が冷却され、ランプ寿命の延長が図られる。
【００２６】
上部プレート１９には、不活性ガス（この例では窒素ガス）の供給ポート３３が設けられ、下部プレート１８には、不活性ガスの排出ポート３４が設けられている。固定軸１の中心部には、不活性ガス導入用の貫通孔が設けられ、同様に、移動軸７の中心部にも、不活性ガス導入用の貫通孔が設けられている。固定ダイプレート４には、上端面から外周面につながる貫通孔が形成され、同様に、移動ダイプレート９には、下端面から外周面につながる貫通孔が形成されている。
【００２７】
不活性ガス（矢印Ａ）は、供給ポート３３を介して成形室１３内に直接導入され、成形室内の雰囲気調整に使用される。更に、不活性ガス（矢印Ｂ）は、固定軸１、断熱筒３及び固定ダイプレート４の内部を通って、成形室１３内に導入される。この不活性ガス（矢印Ｂ）は、固定軸１の冷却及びプレス成形後の上型１６の冷却に使用される。同様に、不活性ガス（矢印Ｃ）は、移動軸７、断熱筒８及び移動ダイプレート９の内部を通って、成形室１３内に導入される。この不活性ガス（矢印Ｂ）は、移動軸７の冷却及びプレス成形後の下型１７の冷却に使用される。不活性ガス（矢印Ｄ）は、排出ポート３４を通って成形室１３内から排出される。
【００２８】
成形室１３内の雰囲気を調整した後、赤外線ランプユニット２３を用いて上型１６及び下型１７を加熱することによって、これらを介してプリフォーム１２を所定の成形温度まで加熱する。次いで、移動軸７を上方へ駆動し、プリフォーム１２を上下の金型１６、１７の間でプレス成形する。プレス成形後、成形品を上下の金型１６、１７の間に保持したままの状態で、不活性ガスを流して、所定の金型開き温度まで上下の金型１６、１７及び成形品を冷却する。
【００２９】
なお、赤外線ランプユニット２３、石英管２０及びそれらの付帯設備は、上部プレート１９の下側に固定され、駆動装置（図示せず）によって一体的に上方に引き上げることができる。従って、下型１７に対するプリフォーム１２の装填、及びプレス成形後の成形品の回収の際には、赤外線ランプユニット２３及び石英管２０を上方に退避させることによって、成形室１３内を開放することができる。
【００３０】
図２に、図１の赤外線ランプユニット２３の横方向断面図を示す。赤外線ランプユニット２３は、縦方向の軸を有する直管状の複数の赤外線ランプ２１ａ，ｂを、石英管２０の回りに円周方向に等間隔に配列することによって構成されている。この例では、放射されるエネルギーの円周方向の均一性を確保すべく、１２本の赤外線ランプが使用されている。各赤外線ランプ２１ａ，ｂの後方には、それぞれ反射ミラー２２が配置されている。
【００３１】
これらの直管状の１２本の赤外線ランプは、それぞれ６本ずつからなる２つのグループに分けられ、一方のグループは、上型１６（図１）に面する領域での発熱量が相対的に大きい第一の赤外線ランプ２１ａから構成され、もう一方のグループは、下型１７（図１）に面する領域での発熱量が相対的に大きい第二の赤外線ランプ２１ｂから構成されている。各第一の赤外線ランプ２１ａと各第二の赤外線ランプ２１ｂは、円周方向に交互に配置されている。
【００３２】
第一の赤外線ランプ２１ａのグループと第二の赤外線ランプ２１ｂのグループは、それぞれ異なる供給源から電力が供給される。第一の赤外線ランプ２１ａのグループは、上型１６に取り付けられた熱電対２６ａによる測定値に基づいて、フィードバック制御され、第二の赤外線ランプのグループは、下型１７に取り付けられた熱電対２６ｂによる測定値に基づいて、フィードバック制御される。
【００３３】
なお、図２に示した例では、それぞれのグループ内で赤外線ランプ（２１ａまたは２１ｂ）を直列に接続しているが、並列に接続しても良く、また、直列と並列の組合せでも良い。
【００３４】
図３に、赤外線ランプユニット２３の中で用いられる直管状の赤外線ランプの構造の一例を示す。この例では、赤外線ランプの発熱量に上下方向で差を持たせるため、そのフィラメントが赤外線ランプの長手方向の中央から一方（上側または下側）に偏った位置に配置されている。この赤外線ランプを上側の発熱量が大きくなるように設置すると、図２に示した第一の赤外線ランプ２１ａとなり、逆に、下側の発熱量が大きくなるように設置すると、第二の赤外線ランプ２１ｂとなる。
【００３５】
図４に、赤外線ランプユニット２３の中で用いられる直管状の赤外線ランプの構造の他の例を示す。この例では、赤外線ランプの発熱量に上下方向で差を持たせるため、そのフィラメントの消費電力（即ち、電気抵抗）を上下で変化させている。このような構造を採用することにより、図３に示した構造の場合よりも、赤外線ランプの上下の発熱量の差の調整を、よりきめ細かく行うことが可能になる。
【００３６】
図５に、本発明に基づくガラス成形装置の全体構成の他の例を示す。この例では、図２〜４に示したように上下方向で発熱量に差を持たせた二種類の直管状の赤外線ランプ（２１ａ，２１ｂ）を用いることに加えて、赤外線ランプユニット２３の上下方向の位置を調整するための駆動機構３８が設けられている。この駆動機構３８は、モータ３５、ボールネジ３６及びステー３７から構成される。駆動機構３８を用いて赤外線ランプユニット２３の高さを微調整することによって、上下の金型１６、１７の内部の温度分布をより細かく調整することができる。
【００３７】
本発明によるガラス成形装置（図１，２，３）を用いて、屈伏点６５０℃の光学ガラスを用い、直径３０ｍｍの光学レンズを、温度６４０℃、プレスカ１２ｋＮで成形した。その結果、アスのほとんどない良好な成形品を、短時間の装置セッティングにて得る事が可能となった。
【００３８】
なお、上記の例では、直管状の複数の赤外線ランプを二つのグループに分けて、制御対象の領域を上下２ゾーンに分割しているが、更に上中下３つのゾーンやそれ以上の数に分割することにより、上下の金型の内部での温度分布をより精度良く制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に基づくガラス成形装置の全体構成の一例を示す概略図。
【図２】本発明に基づくガラス成形装置の一部を構成する赤外線ランプユニットの横方向断面図。
【図３】赤外線ランプユニットを構成する直管状の赤外線ランプの構造の一例を示す図。
【図４】赤外線ランプユニットを構成する直管状の赤外線ランプの構造の他の例を示す図。
【図５】本発明に基づくガラス成形装置の全体構成の他の例を示す概略図。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・固定軸、２・・・フレーム、３・・・断熱筒、４・・・固定ダイプレート、５・・・固定ダイ、６・・・上下キャビティダイ、７・・・移動軸、８・・・断熱筒、９・・・移動ダイプレート、１０・・・移動ダイ、１１・・・下キャビティダイ、１２・・・プリフォーム（成形素材）、１３・・・成形室、１４・・・駆動装置、１６・・・上型、１７・・・下型、１８・・・下部プレート、１９・・・上部プレート、２０・・・石英管、２１、２１ａ、２１ｂ・・・直管状の赤外線ランプ（発熱体）、２２・・・反射ミラー、２３・・・赤外線ランプユニット（加熱ユニット）、２４・・・端子部分、２６ａ、２６ｂ・・・熱電対、２７・・・エアーバッファ、２８・・・ティンプル、３１・・・梁、３２・・・ベースプレート、３３・・・供給ポート、３４・・・排出ポート、３５・・・モータ、３６・・ボールネジ、３７・・・ステー、３８・・・駆動機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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