JP2005330140A - ガラス素子成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｖ溝を有するブロックに上下の金型を当接し装着取付け、保持して芯合わせを行い、かつ数値制御で複数の制御を行う金型駆動用のサーボモータにより、成形加工精度の優れたガラス素子成形装置を提供することを目的とする。
【解決手段】Ｖ溝ブロック６のＶ溝に窒素ガスで駆動するピストンにより当接し装着される上金型１と、Ｖ溝ブロック６の他のＶ溝にネジおよび取付プレートにより当接し装着される下金型２と、ヒータ５を内蔵したヒータブロック４の中央部に配置され、ガラス材成形用の熱を伝達するスリーブ３を、天板７、側板８、底板９でなる密封空間に配設し、電空比例弁により成形荷重を発生させ、上金型１を移動動作させるシリンダー１０と、ヒータブロック４と連結し数値制御により下金型２の駆動および位置決めを行うサーボモータ２０で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学機器用のガラスレンズなど各種ガラス成形製品を得るための、ガラス材を各種金型による加熱プレスなどにより成形加工するガラス素子成形装置に関するものである。

従来におけるガラス素子成形装置について、図面を参照しながら説明する。

図４は、従来におけるガラス素子成形装置の要部構成斜視図であり、下部に上金型１を装着し、ヒータ５を配置した上ヒータブロック３６と、先端にスリーブ３を挿入した下金型２を上部に装着し、かつヒータ５ａを配設した下ヒータブロック３７と、成形加工を行う密閉空間であるヘッド４２の外側の下部に配置し、シリンダー１０と連結している下シャフト３８と、下シャフト３８の外下部に連結された検出板１５との距離を検知する近接センサ１４と、成形加工されたガラス素子（図示せず）を、ポケット４１を有する回転テーブル４０に移送する揺動可能なレバー３９でなるガラス素子成形装置である。

以上のように構成されたガラス素子成形装置において、従来、光学用のガラス材を材料とするガラス素子の成形加工は、上金型１と下金型２すなわち上下一対の金型近傍における加熱温度を検出し、この上下一対の金型を、ガラス材のガラス転移点温度以上、かつ軟化点温度以下であるガラス材が成形可能な温度に加熱し、シリンダー１０と電空比例弁（図示せず）を用いて成形荷重（成形圧力）を発生させ、密閉空間であるヘッド４２ではなく、それより離れたところでガラス材の変位検出を行い、ガラス素子の成形加工を行っていた。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６３−２９５４５０号公報

しかしながら、前記従来のガラス素子成形装置においては、ガラス素子の成形温度における上金型１と下金型２の芯合わせが困難であること、さらに成形加工されてなるガラス素子の厚みがバラつくことにより、ガラス素子の光学特性が不安定になるという課題を有していた。

本発明は前記従来の課題を解決しようとするものであり、Ｖ溝を有するブロックに上下の金型を当接させて装着取付け、そして保持して芯合わせを行い、かつ駆動制御を位置制御およびトルク制御が可能な金型駆動用のサーボモータを使用することにより、成形加工精度の優れたガラス素子成形装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、加圧成形されるガラス素子の形状の曲面を有する一対の金型と、前記一対の金型の一部分をブロックに設けたＶ溝の面に当接させ装着取付けそして保持する手段と、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型を所定の加圧で移動動作させる駆動手段を備えてなるという構成を有しており、これにより、上金型と下金型の芯合わせと平行度を、容易にかつ高精度に実現でき、ガラス素子がバラツキ無く高精度で成形加工できるという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、加圧成形されるガラス素子の形状の曲面を有する一対の金型と、前記一対の金型の一部分をブロックに設けたＶ溝の面に当接させ装着取付けそして保持する手段と、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型を所定の加圧で移動動作させる駆動手段と、前記駆動手段により移動動作をする前記金型の位置決めをするストッパ駆動手段を備えてなるという構成を有しており、これにより、加圧成形荷重の供給源とストッパ部を分離でき、加圧の数値制御が可能となり高精度な位置決めが行えるという作用効果を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、金型の駆動手段をシリンダーとし、位置決めをするストッパ駆動手段をサーボモータとしてなるという構成を有しており、これにより、設備構造が簡素化され、連続的かつ高精度の制御ができるという作用効果を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、サーボモータの駆動制御が数値制御であり、位置制御およびトルク制御が可能でかつ切替えも可能としてなるという構成を有しており、これにより、最適で確実なガラス素子等への当接とその維持ができ、かつ高精度の制御ができるという作用効果を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、金型の駆動手段をシリンダーとし、位置決めをするストッパ駆動手段をサーボモータとしてなるという構成を有しており、これにより、確実なガラス素子等への当接とその維持ができ、かつ密閉空間においてピストンより流入した窒素ガスが漏れても、加工成形雰囲気中の酸素濃度が上昇しないという作用効果を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、特に、上金型および下金型の先端部にヒータを付加してなるという構成を有しており、これにより、上金型および下金型の先端からの熱の逃げに対する補充を行い、ガラス材のガラス転移点温度などの所定温度に対し確実に設定かつ制御できるという作用効果を有する。

本発明のガラス素子成形装置は、上金型と下金型の芯合わせと平行度を容易、かつ高精度に実現でき、金型の駆動や位置設定の制御が確実で高精度であるため、ガラス素子の厚み寸法を含む成形加工精度が優れて均一であり、安定した光学特性を有するガラス素子を成形加工できるという効果を有するものである。

以下、実施の形態を用いて、本発明の特に請求項１〜６に記載の発明について説明する。なお、背景の技術において説明した同じ構成部材などについては、同一の符号を付与し詳細な説明は省略する。

図１は本発明の実施の形態におけるガラス素子成形装置の要部構成断面図、図２は同装置における成形部の要部構成斜視図、そして図３は同装置における金型部および成形加工を説明する要部断面図である。

図１〜図３において、１は上金型であり、光学用レンズなどのガラス素子を得るために、光学用で成形加工のためのガラス材３４を加圧成形する片曲面のガラス素子形状の一部を下先端に設けており、他部は円柱形状としている。

２は上金型１に対応した下金型であり、同じく成形加工のためのガラス材３４を加圧成形する曲面のガラス素子形状の一部を上先端に設け、その下に位置決めあるいはストッパ用の段付き加工を施しており、他部は円柱形状としている。

３は中心部に下金型２の上先端が挿通する貫通孔を有するスリーブであり、ヒータ５を内蔵したヒータブロック４の中央部に配設され、ガラス材３４を所定温度に加熱するためのヒータ５で発生した熱を伝達する。

６は上金型１と下金型２の円柱外円周を当接させ位置決めし、かつ装着取付けそして保持するためのＶ溝が、側面二箇所に加工されているコの字状の硬質金属材でなるＶ溝ブロックである。

７は金属材でなる天板であり、手前側の一面は開閉自在な扉としてなる四方向すなわち４面に配置されている金属材でなる側板８と、金属材でなる底板９によって密閉空間（成形部）を形成し、Ｖ溝ブロック６全体を内蔵する。

１０はエアーやオイルなどで駆動される駆動手段のシリンダーであり、天板７の上面に複数の支柱１１を介して取付けられたプレート１２の上面に固定されており、一端に連結したフック１３を介して上金型１に、電空比例弁（図示せず）により成形荷重を発生させ、かつ上金型１を自在に上下移動させるのである。

１４は近接センサであり、天板７の上面でフック１３の移動近傍に配設され、シリンダー１０の一端に連結したフック１３に固定されて連動する検出板１５の移動動作距離を測定する。

１６は下プレートであり、ヒータブロック４を搭載し固定した上プレート１７に複数のシャフト１８にて連結され、ボールネジ１９を中心部分に装着かつ挿通している。

２０は駆動手段であるところのサーボモータであり、その駆動制御が数値制御であり、位置制御およびトルク制御が可能でかつ切替えも可能となっており、底板９の下面に複数のステー２１を介して取付けられたプレート２２に装着され、カップリング２３を介して一端と連結したボールネジ１９を回転駆動する。

２６ａおよび２６ｂ，２６ｃはパッキンであり、天板７の中央部および底板９の上面に配設され、フック１３およびシャフト１８を挿通させ、かつ前記密閉空間と外部との密閉度すなわち気密を維持し、密閉空間における外部からの酸素濃度などの上昇を防止する。

２４は保持プレート２５に配置されボールネジ１９を保持回転させるための軸受、そして２７は不活性ガスである窒素などを前記密閉空間に注入するため側板８を貫通かつ密着して配設されたパイプである。

図２において、２８は窒素ガスで駆動されるピストンであり、支点ピン２９を支持軸として揺動動作をするプレート３０を介し、上金型１をＶ溝ブロック６のコの字状における上部端のＶ溝に当接させ保持する。

３１は取付プレートであり、下金型２をＶ溝ブロック６のコの字状における下部のＶ溝にネジ３２により当接させ保持する。そして３３はスリーブ３を固定するための押えである。

さて、上金型１および下金型２の装着取付けそして保持は、まず下金型２をＶ溝ブロック６のコの字状における下部のＶ溝に当接させ、取付プレート３１をネジ３２により締結することで下金型２を、そして、上金型１をＶ溝ブロック６のコの字状における上部のＶ溝に当接させた後、ピストン２８を窒素ガスで駆動させることによりプレート３０を介して上金型１を、それぞれＶ溝ブロック６のＶ溝に当接させ装着取付けそして保持するものである。

ピストン２８は、ガラス素子の成形加工時に外部の気体、すなわち空気中の酸素が密閉空間に流入することを防ぐため窒素ガスにより駆動し、上金型１がＶ溝ブロック６のＶ溝とプレート３０の側面に当接しながら摺動し、上下移動動作ができるように減圧弁（図示せず）により窒素ガスの圧力を制御することで、押付力の調整を可能としている。

前記の装着取付けそして保持は、Ｖ溝ブロック６の加工精度、上金型１および下金型２における加工精度すなわち真円度の加工精度に一義的に依存し決まるものであり、上金型１と下金型２の芯出し微調整をする必要がなくなるのである。

さて、成形加工動作の概要について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、ガラス材３４を供給した直後を、図３（ｂ）はサーボモータ２０によりスリーブ３が配置されたヒータブロック４が下方向に移動し下金型２と当接したヒータブロック４の最下限の状態を、図３（ｃ）は前記の最下限より位置制御されたサーボモータ２０の駆動により設定された量だけ上へ移動した状態を、図３（ｄ）は成形加工の途中状態を、図３（ｅ）は上金型１がスリーブ３と当接し、下方向への移動を規制している状態を、図３（ｆ）は冷却工程において成形加工を行っている状態を、そして図３（ｇ）は成形加工したガラス素子３５を取出すためスリーブ３が下方向へ移動した状態をそれぞれ示している。

上金型１および下金型２を、Ｖ溝ブロック６の各Ｖ溝に当接させ装着取付けそして保持させた後、手前側の扉となっている側板８を閉じて窒素ガスを密閉空間に注入し、相対的な密閉空間における酸素濃度を低下させた後、ヒータブロック４を駆動させて加温して、スリーブ３そして下金型２を加熱する。

ヒータブロック４すなわち下金型２をガラス材３４のガラス転移点以下で所定の温度まで上昇させた後、図３（ａ）に示すように、スリーブ３に外円周を覆われた下金型２の上先端に吸着ノズル（図示せず）によりガラス材３４が供給され、その後、ヒータブロック４すなわち下金型２を加熱して、ガラス材３４のガラス転移点以上の成形温度まで上昇させる。

その後、図３（ｂ）に示すようにスリーブ３をサーボモータ２０のトルク制御駆動によりヒータブロック４と共に下方向へ移動させ、下金型２の下部における段付き部と当接させ停止させる。

この際、サーボモータ２０は本装置を構成する金属材の弾性変形が小さくなるように一定の低トルクで移動する制御を行い、移動が完了したことを付属するエンコーダ（図示せず）にて検出する。

そして、図３（ｃ）に示すように、下金型２の下部における段付き部と当接した高さ位置を仮想の原点となし、その後の成形加工プロセスはサーボモータ２０の駆動制御を切替えて位置制御を行うのである。なお、スリーブ３とヒータブロック４は予め入力し設定された所定の高さまで移動する。

次に、図３（ｄ）に示すように、シリンダー１０の駆動により上金型１が下降し、低荷重の状態でガラス材３４を挟持し、ガラス素子の成形加工を開始する。この時シリンダー１０の荷重を電空比例弁により高荷重と低荷重などの多ステップに切替えること、あるいは電磁弁を切替えてシリンダー１０の上移動と下移動などの多ステップに切替えることとしても良い。

そして、図３（ｅ）に示すように、ヒータブロック４によりガラス材３４の成形温度とし、上金型１および下金型２により所定の最高荷重を付加してガラス素子３５の所定形状に成形加工する。

この際、上金型１の下方向への移動は、前記で説明した予め所定の高さで待機しているスリーブ３の上面にて規制するのである。

従来、密閉空間（成形部）の外に変位センサを設けて位置制御を行っていたが、ガラス素子の成形部すなわち本実施の形態における密閉空間と検出部の距離が長いため、その長さの温度や圧力など環境変化による変動の影響を無視できず、高精度な位置決め制御が行えなかったが、サーボモータ２０の駆動制御方法の切替えを用いることにより、下金型２の中央段付き部を仮想の原点と見なすことができ、繰返しの熱膨張や外気温度の影響によるガラス素子３５の厚みバラツキが、下金型２の中央段付き部より上部の先端部分の長さ変動に抑制されることにより、高精度なガラス素子３５の厚みとする制御が可能となるのである。

その後、図３（ｆ）に示すように、ヒータブロック４の温度を検出し制御しながら所定の冷却を開始し、ガラス材３４のガラス転移点以上の温度状態でスリーブ３とヒータブロック４を移動して、前記における高さ規制を解除する。

そして、冷却における所定の温度への到達を検出し電空比例弁の圧力を切り替えることにより、ガラス素子３５に加わるシリンダー１０の荷重を低下させる。さらに冷却が進みガラス材３４のガラス転移点以下に到達したことを確認した後、上金型１を元の位置に上昇させて成形加工を終了する。

その結果、図３（ｇ）に示すように、スリーブ３は取出しを容易にするために下降することでガラス素子３５の外周部に接触物を無くし、そして成形加工が完了したガラス素子３５は、吸着ノズル（図示せず）により取出されて、所定のガラス素子成形加工が完了するのである。

本発明にかかるガラス素子成形装置は、上金型と下金型の芯合わせと平行度を容易、かつ高精度に実現でき、金型の駆動や位置設定の制御が確実で高精度であるためガラス素子の厚み寸法を含む成形加工精度が優れて均一であり、安定した光学特性を有するガラス素子を成形加工できる効果を有し、光学機器用のガラスレンズなど各種ガラス成形製品を、ガラス材を各種金型による加熱プレスなどにより成形加工する成形装置やその方法などの用途として有用である。

本発明の実施の形態におけるガラス素子成形装置の要部構成断面図 同装置における成形部の要部構成斜視図 同装置における金型部および成形加工を説明する要部断面図 従来におけるガラス素子成形装置の要部構成斜視図

符号の説明

１ 上金型
２ 下金型
３ スリーブ
４ ヒータブロック
５，５ａ ヒータ
６ Ｖ溝ブロック
７ 天板
８ 側板
９ 底板
１０ シリンダー
１１ 支柱
１２ プレート
１３ フック
１４ 近接センサ
１５ 検出板
１６ 下プレート
１７ 上プレート
１８ シャフト
１９ ボールネジ
２０ サーボモータ
２１ ステー
２２ プレート
２３ カップリング
２４ 軸受
２５ 保持プレート
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ パッキン
２７ パイプ
２８ ピストン
２９ 支点ピン
３０ プレート
３１ 取付プレート
３２ ネジ
３３ 押え
３４ ガラス材
３５ ガラス素子
３６ 上ヒータブロック
３７ 下ヒータブロック
３８ 下シャフト
３９ レバー
４０ 回転テーブル
４１ ポケット
４２ ヘッド（成形部）

Claims (6)

1. 加圧成形されるガラス素子の形状の曲面を有する一対の金型と、前記一対の金型の一部分をブロックに設けたＶ溝の面に当接させ装着取付けそして保持する手段と、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型を所定の加圧で移動動作させる駆動手段を備えてなるガラス素子成形装置。
2. 加圧成形されるガラス素子の形状の曲面を有する一対の金型と、前記一対の金型の一部分をブロックに設けたＶ溝の面に当接させ装着取付けそして保持する手段と、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型を所定の加圧で移動動作させる駆動手段と、前記駆動手段により移動動作をする前記金型の位置決めをするストッパ駆動手段を備えてなるガラス素子成形装置。
3. 金型の駆動手段をシリンダーとし、位置決めをするストッパ駆動手段をサーボモータとしてなる請求項１あるいは２に記載のガラス素子成形装置。
4. サーボモータの駆動制御が数値制御であり、位置制御およびトルク制御が可能でかつ切替えも可能としてなる請求項３に記載のガラス素子成形装置。
5. 金型の一部分をブロックのＶ溝の面に当接させる手段を窒素ガスによる駆動としてなる請求項１あるいは２に記載のガラス素子成形装置。
6. 上金型および下金型の先端部にヒータを付加してなる請求項１あるいは２に記載のガラス素子成形装置。

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