(57)【要約】【課題】  従来のものは、金型を交換する際の段取り替えが煩雑であり、金型全体を効率よく均一に加熱することが困難であり、装置全体が大型化して製造コストが嵩む。【解決手段】  本発明によるガラス成形装置は、相互に対向する２つのインサート１６ｐ１７と、一方のインサート１７に連結されてこれを他方のインサート１６との対向方向に沿って駆動し、２つのインサート１６，１７の間に供給されるガラス成形材料Ｗをプレス成形するためのインサート駆動手段３１と、２つのインサート１６，１７と共に成形チャンバ１２内に収容され、少なくとも一方のインサート１７を囲む金型本体１３と、この金型本体１３の内部に形成されて加熱ガス供給源から供給される加熱ガスを通す加熱通路１８と、この加熱通路１８に連通するように金型本体１３に形成され、金型本体１３を加熱した後の加熱ガスを成形チャンバ１２内に排出するためのガス排出口１９とを具える。【選択図】  図１
2005170698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の成形面を有する第１のインサートと、
この第１のインサートの前記第１の成形面と対向する第２の成形面を有し、当該第１のインサートとの対向方向に沿って移動可能な第２のインサートと、
この第２のインサートに連結され、当該第２のインサートを前記第１のインサートとの対向方向に沿って駆動し、前記第１の成形面と前記第２の成形面との間に供給されるガラス成形材料をプレス成形するためのインサート駆動手段と、
前記第１および第２のインサートと共に成形チャンバ内に収容され、前記第１および第２のインサートの少なくとも一方を囲む金型本体と、
この金型本体の内部に形成されて加熱ガス供給源から供給される加熱ガスを通す加熱通路と、
この加熱通路に連通するように前記金型本体に形成され、前記金型本体を加熱した後の加熱ガスを前記成形チャンバ内に排出するためのガス排出口と
を具えたことを特徴とするガラス成形装置。
【請求項２】
前記第１および第２のインサートの少なくとも一方は、前記加熱ガス供給源から供給される加熱ガスが導かれる加熱チャンバをその内部に有することを特徴とする請求項１に記載のガラス成形装置。
【請求項３】
前記加熱ガス供給源から供給される加熱ガスが加熱された不活性ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス成形装置。
【請求項４】
第１の成形面を有する第１のインサートおよびこの第１のインサートの前記第１の成形面と対向する第２の形成面を有する第２のインサートの少なくとも一方を囲む金型本体内に加熱ガスを供給してこの金型本体を加熱するステップと、
少なくとも前記第１および第２のインサートと前記金型本体とを囲む成形チャンバ内に前記金型本体を加熱した後の加熱ガスを排出するステップと、
ガラス成形材料を前記第１のインサートの前記第１の形成面と前記第２のインサートの前記第２の成形面との間に供給するステップと、
前記第１のインサートおよび前記第２のインサートの少なくとも一方をこれらの対向方向に移動し、軟化状態に加熱された前記ガラス成形材料を前記第１および第２の成形面によってプレス成形するステップと
を具えたことを特徴とするガラス成形方法。
【請求項５】
前記第１および第２のインサートの少なくとも一方に形成された加熱チャンバ内に加熱ガスを供給するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項４に記載のガラス成形方法。
【請求項６】
前記加熱ガスが加熱した不活性ガスであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のガラス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学要素などのガラス成形材料をプレス成形するための装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製のレンズ，プリズム，フィルタなどの光学素子を製造するに際し、研削や研磨などの後加工を施すことなく、加熱軟化させたガラス材料を精密プレス成形加工するだけで高い形状精度および面精度を持った光学素子を得るガラスモールド法が知られている。このガラスモールド法は、成形可能温度、一般にはガラス転移点温度以上かつガラス軟化点温度以下に加熱したガラス材料を、所定の成形面を有する一対のインサートの間に供給し、この一対のインサートを相互に近づけるように駆動してガラス材料を所望の光学素子形状にプレス成形するものである。
【０００３】
従来、上述したガラスモールド法によって金型を所望の温度に加熱するため、例えば特許文献１に記載されているように金型本体内にカートリッジヒータを組み込み、金型本体を介して一対のインサートを加熱することが提案されている。このような従来のガラス成形装置の概略構造を図３に示す。すなわち、相対向する一対の成形面１ａ，２ａが形成された上下一対のインサート１，２にはそれぞれプレスシリンダ３，４が連結されており、これらは金型本体５に対して図中、上下方向に摺動できるようになっている。金型本体５内には、カートリッジヒータ６が埋設されており、図示しない外部の電源に接続して金型本体５を加熱することにより、一対のインサート１，２の間に供給されるガラス材料Ｗを間接的に加熱するようになっている。
【０００４】
あるいは、特許文献２に記載されているように、一対のインサート内に加熱流体を供給する系を複数設け、これら複数の系から加熱流体を一対のインサート内に供給することによって、これらを直接加熱する方法が提案されている。
【０００５】
また、金型全体の温度分布をできる限り小さくするため、例えば特許文献３に記載されているように、ランプヒータを用いて金型全体を加熱することも提案されている。この場合、一対のインサートおよびこれを囲む金型本体を収容する成形チャンバを形成し、この成形チャンバ内を非酸化性雰囲気に保持して金型の酸化を防止することも有効である。成形チャンバ内を非酸化性雰囲気に保持するため、一般的には安価で取り扱いの容易な窒素ガスが成形チャンバ内に供給される。
【０００６】
さらに、ガラス成形材料をそのプレス成形温度にまで早く加熱するため、例えば特許文献４に記載されているように、あらかじめ別の場所で軟化状態にまで加熱したガラス材料、いわゆるガラスゴブを一対のインサートの間に供給し、これを精密プレス成形することが提案されている。さらに、成形後に金型を急速に冷却するため、低温の不活性ガスを金型に吹き付けることも提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１８７９３２号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５９２２７号公報
【特許文献３】特開平５−１８６２３０号公報
【特許文献４】特開昭６１−２５１５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図３に示した金型本体５にカートリッジヒータ６を埋設して金型本体５を加熱する特許文献１に記載された方法の場合、ガラス成形装置に対して金型を交換する度に金型本体５のカートリッジヒータ６と電源との接続をセットし直す必要があり、段取り替えが煩雑になる。
【０００９】
また、インサート内に加熱流体を供給してインサートを加熱する特許文献２に記載された方法の場合、インサートを囲む金型本体は、一般的にインサートよりも大きな体積を有しているため、大量の熱が金型本体の方に逃げてしまい、加熱効率が極めて悪いという問題がある。このため、金型本体を何らかの方法で加熱しなければ、金型全体を均一に保つことができない。
【００１０】
一方、ランプヒータを用いて加熱を行う特許文献３に記載された方法の場合、ランプヒータの位置や反射板の向きによっては却って金型に温度分布がつき易く、金型の形状によってはランプヒータからの距離が変わると温度分布がついてしまう欠点があり、ランプヒータや反射板の最適な取り付け位置を設定するのが非常に面倒である。
【００１１】
しかも、従来のガラス成形装置は、ガラス成形材料に対する加熱処理と成形後の製品に対する冷却処理とを何れも別の手段を用いて行っているため、ガラス成形装置全体が複雑化および大型化する傾向にあり、メンテナンスが煩雑となる上にその製造コストの上昇を招くおそれがあった。
【００１２】
（発明の目的）
本発明の目的は、金型を交換する際の段取り替えが容易であって、金型全体を効率よく均一に加熱することができ、しかも装置全体をコンパクト化し得るガラス成形装置およびガラス成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の形態は、第１の成形面を有する第１のインサートと、この第１のインサートの前記第１の成形面と対向する第２の成形面を有し、当該第１のインサートとの対向方向に沿って移動可能な第２のインサートと、この第２のインサートに連結され、当該第２のインサートを前記第１のインサートとの対向方向に沿って駆動し、前記第１の成形面と前記第２の成形面との間に供給されるガラス成形材料をプレス成形するためのインサート駆動手段と、前記第１および第２のインサートと共に成形チャンバ内に収容され、前記第１および第２のインサートの少なくとも一方を囲む金型本体と、この金型本体の内部に形成されて加熱ガス供給源から供給される加熱ガスを通す加熱通路と、この加熱通路に連通するように前記金型本体に形成され、前記金型本体を加熱した後の加熱ガスを前記成形チャンバ内に排出するためのガス排出口とを具えたことを特徴とするガラス成形装置にある。
【００１４】
本発明においては、第１のインサートの第１の成形面と第２のインサートの第２の成形面との間に、好ましくは予め加熱されて軟化状態にあるガラス成形材料を供給する。一方、加熱ガス供給源から金型本体の加熱通路内に加熱ガスを供給し、金型本体を介して少なくとも一方のインサートを加熱する。同時に、加熱通路を通って金型本体を加熱した後の加熱ガスは、ガス排出口から成形チャンバ内に排出され、この成形チャンバ内に収容された第１および第２のインサートと金型本体とをこれらの外側からも加熱する。このようにしてガラス成形材料をそのガラス転移点以上の温度に加熱した後、インサート駆動手段を操作して第２のインサートを第１のインサート側に駆動し、第１および第２の成形面によってガラス成形材料をプレス成形する。このようにして得られたガラス成形品は所定温度まで冷却された後、インサート駆動手段を操作して第１および第２のインサートの間にガラス成形品を取り出すための空間を形成することにより、成形チャンバの外に取り出される。
【００１５】
本発明の第１の形態によるガラス成形装置において、第１および第２のインサートの少なくとも一方は、加熱ガス供給源から供給される加熱ガスが導かれる加熱チャンバをその内部に有するものであってよい。
【００１６】
加熱ガス供給源から供給される加熱ガスが加熱された不活性ガスであってよい。
【００１７】
本発明の第２の形態は、第１の成形面を有する第１のインサートおよびこの第１のインサートの前記第１の成形面と対向する第２の成形面を有する第２のインサートの少なくとも一方を囲む金型本体内に加熱ガスを供給してこの金型本体を加熱するステップと、少なくとも前記第１および第２のインサートと前記金型本体とを囲む成形チャンバ内に前記金型本体を加熱した後の加熱ガスを排出するステップと、ガラス成形材料を前記第１のインサートの前記第１の形成面と前記第２のインサートの前記第２の成形面との間に供給するステップと、前記第１のインサートおよび前記第２のインサートの少なくとも一方をこれらの対向方向に移動し、軟化状態に加熱された前記ガラス成形材料を前記第１および第２の成形面によってプレス成形するステップとを具えたことを特徴とするガラス成形方法にある。
【００１８】
本発明においては、金型本体を加熱すると同時に、金型本体を加熱した後の加熱ガスを成形チャンバ内に導き、この成形チャンバ内に介在する第１および第２のインサートと金型本体とをこれらの外部から加熱することにより、第１および第２のインサートの間に保持されるガラス成形材料をそのガラス転移点以上の温度に加熱する。
【００１９】
本発明の第２の形態によるガラス成形方法において、第１および第２のインサートの少なくとも一方に形成された加熱チャンバ内に加熱ガスを供給するステップをさらに具えることができる。
【００２０】
加熱ガスが加熱した不活性ガスであってよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のガラス成形装置によると、第１および第２のインサートの少なくとも一方を囲む金型本体の内部に加熱ガス供給源から供給される加熱ガスを通す加熱通路を形成し、金型本体を加熱した後の加熱ガスを第１および第２のインサートならびに金型本体を収容する成形チャンバ内に排出するためのガス排出口を加熱通路に連通するように金型本体に形成したので、成形チャンバ内に位置する第１および第２のインサートと金型本体とがこれらの外部からも加熱されることとなり、金型全体をより均一に加熱することができる。
【００２２】
加熱ガス供給源から供給される加熱ガスが導かれる加熱チャンバを第１および第２のインサートの少なくとも一方の内部に形成した場合には、少なくとも一方のインサートを直接的に加熱することができるため、金型全体をより一層均一に加熱することが可能となる。
【００２３】
加熱ガス供給源から供給される加熱ガスとして加熱された不活性ガスを使用した場合、このプレス成形によって得られる製品を冷却する際にも同じ不活性ガスを使用するこができるため、加熱・冷却用の制御装置を別々に用意する必要がなくなり、ガラス成形装置の小型化および低コスト化を企図することができる。
【００２４】
本発明のガラス成形方法によると、第１の成形面を有する第１のインサートおよびこの第１のインサートの第１の成形面と対向する第２の形成面を有する第２のインサートの少なくとも一方を囲む金型本体内に加熱ガスを供給してこの金型本体を加熱し、少なくとも第１および第２のインサートと金型本体とを囲む成形チャンバ内に金型本体を加熱した後の加熱ガスを排出し、軟化状態に加熱されたガラス成形材料を第１のインサートの第１の形成面と第２のインサートの第２の成形面との間に供給した後、第１および第２のインサートの少なくとも一方をこれらの対向方向に移動し、第１および第２の成形面によってガラス成形材料をプレス成形するようにしたので、成形チャンバ内に位置する第１および第２のインサートと金型本体とをこれらの外部からも加熱して金型全体をより均一に加熱することができる。
【００２５】
第１および第２のインサートの少なくとも一方に形成された加熱チャンバ内に加熱ガスを供給した場合、このインサートを直接的に加熱することができるため、金型全体をより一層均一に加熱することが可能となる。
【００２６】
加熱ガスが加熱した不活性ガスの場合、このプレス成形によって得られる製品を冷却する際にも同じ不活性ガスを使用するこができるため、加熱・冷却用の制御装置を別々に用意する必要がなくなり、ガラス成形装置の小型化および低コスト化を企図することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明によるガラス成形装置を両凸レンズのプレス成形に応用した実施形態について、図１および図２を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００２８】
本発明によるガラス成形装置の第１の実施形態の概略構造を図１に示す。すなわち、バックアッププレート１１を介して成形チャンバ１２内に固定される金型本体１３には、この金型本体１３を上下に一直線状に通る貫通穴１４と、この貫通穴１４の中央部を水平に横切るハンドリング用空隙１５とが形成されている。このハンドリング用空隙１５は、図示しないオートハンドを用いて後述する下部インサート１６と上部インサート１７との間にガラス成形材料Ｗを投入し、また成形後の製品を下部インサート１６と上部インサート１７との間から取り出すためのものであり、このハンドリング用空隙１５を介してオートハンドが下部インサート１６と上部インサート１７の間に対し、ガラス成形材料Ｗまたは成形後の製品のハンドリングを行うことができるようになっている。
【００２９】
また、この金型本体１３の内部には、図示しない不活性ガス加熱装置から供給される所定温度に加熱された不活性ガスを通す本実施形態では２系統の加熱通路１８がそれぞれ貫通穴１４を囲むように形成されている。末端が金型本体１３を加熱した後の不活性ガスを成形チャンバ１２内に排出するガス排出口１９となった加熱通路１８の基端は、成形チャンバ１２を貫通する加熱ガス供給管２０を介して不活性ガス加熱装置に連結され、この不活性ガス加熱装置はさらに図示しない窒素ガスなどの不活性ガスの供給源に接続している。
【００３０】
成形チャンバ１２には、逆止め弁２１を介して成形チャンバ１２内の不活性ガスを成形チャンバ１２外に排出するための排気管２２が設けられている。
【００３１】
金型本体１３の下側の貫通穴１４には、両凸レンズの一方の光学面となる第１の成形面２３を上端に形成した下部インサート１６が摺動自在に嵌合され、この下部インサート１６の下端に設けられたフランジ部２４がバックアッププレート１１上に保持された状態となる。金型本体１３の下端部には、下部インサート１６を上部インサート１７との対向方向に移動させることができるように、フランジ部２４の移動を可能とする空隙２５が形成されており、成形チャンバ１２の下方に設けられた下部プレスシリンダ２６のピストンロッド２７がフランジ部２４を介して下部インサート１６に連結されている。フランジ部２４の上下移動を許容する空隙２５は、成形後の製品、つまり両凸レンズの冷却時に発生するひけによる光学面の精度低下を防止するため、下部プレスシリンダ２６により所定の成形圧にて下部インサート１６が上部インサート１７側に変位し得る程度の隙間がフランジ部２４に対して与えられていればよい。
【００３２】
また、下部インサート１６の第１の成形面２３と対向し、両凸レンズの他方の光学面となる第２の成形面２８が下端に形成された上部インサート１７が上側の貫通穴１４に対して摺動自在に嵌合されており、金型本体１３の上端面２９から突出する上部インサート１７の上端には、金型本体１３の上端面２９に当接し得るフランジ部３０が設けられている。成形チャンバ１２を上方から貫通するように設けられ、第１の成形面２３と第２の成形面２８との間に供給されるガラス成形材料Ｗをプレス成形する本発明のインサート駆動手段としての上部プレスシリンダ３１のピストンロッド３２は、フランジ部３０を介して上部インサート１７に連結されており、上部インサート１７を実線で示す退避位置と二点鎖線で示す成形位置とに往復動させることができるようになっている。
【００３３】
なお、成形される製品の厚み、つまり両凸レンズの厚みは、下部インサート１６のフランジ部２４がバックアッププレート１１に当接した状態において、上部インサート１７のフランジ部３０が金型本体１３の上端面２９に当接することにより規定され、プレス成形加工の都度、製品の厚みが変化しないようにガラス成形材料Ｗの体積などが正確に設定される。
【００３４】
このガラス成形装置を用いた両凸レンズのプレス成形に際しては、まず上部プレスシリンダ３１を駆動して上部インサート１７を上方に退避させ、下部インサート１６との間にガラス成形材料Ｗを装填するための空間を確保しておく。この状態において、金型本体１３のハンドリング用空隙１５を介して図示しないオートハンドによりガラス成形材料Ｗを下部インサート１６の第１の成形面２３の上に載せる。この時、下部インサート１６の第１の成形面２３の上に供給されるガラス成形材料Ｗは、製品に近似した形状にまで予備成形され、かつ予め所定温度にまで加熱されたものであることが好ましい。次に、金型本体１３に形成された加熱通路１８内に所定温度に加熱された不活性ガスを流し、金型本体１３を介して下部インサート１６および上部インサート１７に熱を伝え、共に所定の成形条件に対応した温度までこれらを加熱する。この時、金型本体１３を加熱した不活性ガスはガス排出口１９から成形チャンバ１２内に排出され、この排熱によって成形チャンバ１２内も同時に加熱される結果、金型本体１３および下部および上部インサート１６，１７全体もこれらの外部から均一に加熱されることとなる。
【００３５】
成形チャンバ１２内に組み込まれた図示しない温度センサによって、上部インサート１７および下部インサート１６が所望の温度に到達したことを確認した後、上部プレスシリンダ３１を作動して上部インサート１７を二点鎖線で示す成形位置まで下降させ、この過程でガラス成形材料Ｗの上面に上部インサート１７の第２の成形面２８を当接させ、ガラス成形材料Ｗに所定の成形圧力を印加する。ガラス転移点温度以上かつガラス軟化点温度以下に加熱されたガラス成形材料Ｗは、徐々に変形して第１および第２の成形面２３，２８の形状がガラス成形材料Ｗの表面に転写され、最終的に所定の厚さの両凸レンズが下部および上部インサート１６，１７によってプレス成形される。
【００３６】
この後、成形チャンバ１２内に製品の冷却条件に応じた温度の不活性ガス、すなわち窒素ガスを供給することにより、成形チャンバ１２内を所定の冷却速度で均一に冷却する。成形された両凸レンズは、これによって徐々に冷却されるが、この冷却過程において、両凸レンズの光学面がひけによって形状変化を起こさないように、下部プレスシリンダ２６が駆動され、下部インサート１６が上部インサート１７側に押し上げられ、製品に所定の成形圧を印加し続ける。
【００３７】
このようにして成形チャンバ１２内が所定の温度まで低下した時点で、再び上部プレスシリンダ３１を作動して上部インサート１７を実線で示す退避位置に引き上げると共に下部プレスシリンダ２６の作動を停止し、これらの間にハンドリング用の空間を形成し、オートハンドを用いて製品を成形チャンバ１２外に取り出す。このような一連の動作により、両凸レンズをプレス成形することができる。
【００３８】
なお、成形された製品の冷却に際しては、加熱ガス供給管２０を介して加熱通路１８内に所定温度に設定された不活性ガスを供給することによっても可能であり、この場合には冷却用の配管などを成形チャンバ内に独立に設ける必要がなくなる。また、上述した実施例では、下部および上部インサート１６，１７を囲む金型本体１３を加熱することによりその熱伝導を利用して下部および上部インサート１６，１７も間接的に加熱するようにしたが、これらの内部にも加熱した不活性ガスを供給し、直接的に下部および上部インサート１６，１７を加熱することも有効である。
【００３９】
このような本発明による他の実施形態の概念を図２に示すが、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、下部および上部インサート１６，１７の内部には、加熱チャンバ３３，３４が形成されている。これら加熱チャンバ３３，３４には、加熱ガス供給管２０からそれぞれ分岐する可撓性を持った分岐管３５，３６がフランジ部２４，２９を介して連通しており、一端が成形チャンバ１２内に開口する排気管３７，３８の他端もそれぞれフランジ部２４，２９を介して加熱チャンバ３３，３４に連通している。従って、加熱チャンバ３３，３４内には、分岐管３５，３６から加熱された不活性ガスが供給され、下部および上部インサート１６，１７をその内側から加熱できるようになっており、加熱後の不活性ガスは排気管３７，３８から成形チャンバ１２内に排出される。
【００４０】
このように、金型本体１３のみならず、下部および上部インサート１６，１７をもこれらの内部から加熱することにより、成形チャンバ１２内での排熱を利用した外部からの加熱と相俟って、金型全体をより均一に加熱することが可能となる。これによって、より一層温度のばらつきが小さくなり、熱交換効率を向上させることができる。
【００４１】
なお、図中の符号で３９は、成形チャンバ１２を画成する保温炉４０に形成された開口４１を介してガラス成形材料Ｗの搬入および成形後の両凸レンズの搬出を行うためのワーク操作ハンドであり、開口４１はシャッタ４２により開閉することが可能であり、開口４１を塞いだ状態ではシールリング４３によってシャッタ４２と開口４１との隙間が封止されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるガラス成形装置を凸レンズのプレス成形に応用した一実施形態の主要部を模式的に表す断面図である。
【図２】本発明によるガラス成形装置を凸レンズのプレス成形に応用した他の実施形態の主要部を模式的に表す断面図である。
【図３】従来のガラス形成装置の一例を模式的に表す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  バックアッププレート
１２  成形チャンバ
１３  金型本体
１４  貫通穴
１５  ハンドリング用空隙
１６  下部インサート
１７  上部インサート
１８  加熱通路
１９  ガス排出口
２０  加熱ガス供給管
２１  逆止め弁
２２  排気管
２３  第１の成形面
２４  フランジ部
２５  空隙
２６  下部プレスシリンダ
２７  ピストンロッド
２８  第２の成形面
２９  上端面
３０  フランジ部
３１  上部プレスシリンダ
３２  ピストンロッド
３３，３４  加熱チャンバ
３５，３６  分岐管
３７，３８  排気管
３９  操作ハンド
４０  保温炉
４１  開口
４２  シャッタ
４３  シールリング
Ｗ  ガラス成形材料
【図１】
2005170698.tif 000003
【図２】
2005170698.tif 000004
【図３】
2005170698.tif 000005