JP2006213548A - プレス成形装置および光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動側の成形型を支持する主軸を支える昇降部材を昇降させる複数本の回転軸の熱変形に起因する成形型の片当たりを回避し、成形精度の高いプレス成形が可能なプレス成形装置を提案すること。
【解決手段】プレス成形装置１の下型２３および下母型２６を支持している下主軸２８は昇降部材３１によって支持され、昇降部材３１は、２台のサーボモータＭ１、Ｍ２に連結された２本の送りねじ軸３３、３４の回転により昇降する。押切時のサーボモータＭ１、Ｍ２の回転位置（停止回転位置）の差Ｓを求め、次のプレスサイクルにおいて、各サーボモータＭ１、Ｍ２の回転が同時に止まるように位置制御を行って、昇降部材３１の水平度を確保して、上型２２と下型２３の対向面の平行性を保持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、開閉可能な一対の成形型の間にガラス素材等の成形素材を供給して型閉めし、所定の形状をもつ光学素子を製造するプレス成形装置、および当該プレス成形装置を用いた光学素子の成形方法に関するものである。

開閉可能な一対の成形型の間にガラス素材を供給し、型閉めを行って、所定形状の光学素子を製造するプレス成形装置が知られている。このようなプレス成形装置においては、上下一対の成形型のうち、上型あるいは下型を移動させる駆動機構として、サーボモータと、ボールねじ・ナット機構とを組み合わせたものが知られている。例えば、下記の特許文献１、２、３に開示されている。
特開昭６３−９５１３３号公報 実開平７−６２４２号公報 特開平３−２６５５２７号公報

特許文献１（特開昭６３−９５１３３号公報）に開示の技術では、主軸とボールネジが同心でないために、プレス荷重を加えた時にモーメントが作用し主軸が傾き易いという欠点がある。主軸が傾くと、レンズの偏心精度を悪くする。

特許文献２（実開平７−６２４２号公報）に開示の技術では、主軸とボールねじが一直線上に配置されている。よって、プレス荷重を加えた際にモーメントが発生しないので、主軸に傾きが生じにくくレンズのティルトが発生しにくい。しかし、軸線方向の長さが主軸にねじ軸を加えた長さとなり、長くなってしまうので、成形型の位置が高くなり装置が大型化し作業性も悪くなる。

特許文献３（特開平３−２６５５２７号公報）に開示の技術では、主軸とボールねじが一直線上になくても、保持軸の下端面の軸心に点接触状態で加圧力が伝達されるので、保持軸の傾きを抑制できる。しかし、点接触であるため、離型時等における引っ張り力を制御できない。

このように、光学素子製造用のプレス成形装置に用いられているプレス軸（主軸）とその駆動機構については、装置の小型化と、軸の傾き抑止及び駆動力（引っ張りを含む）の制御とを両立させることのできるものがなかった。

この観点から、本願の発明者はボールねじ２本とサーボモータ２台による主軸の昇降方式（この方式を、以後「ツインドライブ方式」と称する。）を、特願２００３−３４１６３２（出願日：平成１５年９月３日）において提案している。

このツインドライブ方式の駆動機構は、左右のねじ軸（ボールねじ）と、これらのねじ軸をそれぞれ回転駆動する２台のサーボモータと、左右のねじ軸に取り付けられねじ軸の回転に伴って昇降する昇降部材（スライダ）と、スライダの中央に取り付けられた１本の主軸と、主軸の先端に設けられた下母型と、スライダの昇降をガイドするリニアガイドと、数ミリ秒ごとに同時に位置制御を繰り返すことにより左右のねじ軸を同期させて昇降させるようにサーボモータを制御する制御部とを有している。この駆動機構では、２台のサーボモータの回転を常に同期させるように駆動制御することにより、プレス動作によって主軸にかかる荷重を２本のねじ軸によって均等に受けることにより主軸の傾きを防止することができる。また、装置の小型化も実現できる。

ところで、ツインドライブ方式を採用したプレス成形装置を用いてプレス成形時の成形型の昇降制御を行っても、連続プレス成形を行うと、主軸（プレス軸）の昇降を繰り返す過程で、昇降部材（スライダ）が傾斜を生じることは、完全には避けられない。

すなわち、連続プレスの過程では、ねじ軸の温度が数℃〜数十℃上昇することがある。温度上昇の主要因はねじ係合部分の摺動熱と成形型からの熱伝達である。ツインドライブ方式の駆動機構では、２本のねじ軸に温度差が発生すると、これらのねじ軸に熱膨張差が発生し、２台のサーボモータの回転を精密に制御していても、スライダがわずかに傾くことになる。そのため、スライダに取り付けられた主軸も傾き、上型と下型の接近動作中におけるこれら成形型の平行性が失われる。上下の成形型の平行性が確保できないと、これらの間に倒れ（ティルト）が生じ、これが、上下の成形型が当接する際の相互の軸位置の水平方向の位置ズレにもつながる。

また、成形面をもつ一対の上下の型が、これらの同軸性を得るための位置決め部材として機能する胴型内で接離するように構成されている場合、あるいは上下の型をそれぞれ支持している部材（ここでは「上下母型」という）の対向面に位置決めピンとピンガイド穴を設けた位置決め部材を設けている場合、これらの位置決め部材が、上型と下型の対向面のいずれかに通常突出して設けられている。従って、下型の傾きや位置ズレが、胴型と下型のクリアランスあるいは、ピンとそのガイド孔のクリアランスに近づくと、上下型が接近し、その対向面が当接しようとするとき、胴型内部と下型との擦れ、あるいは位置決めピンとそのガイド孔の擦れが起こりやすくなる。

成形型の擦れにより摩擦粉が発生すると、下型成形面を汚しレンズの外観不良となるおそれがある。さらに、主軸が傾き過ぎると、上型を挿入した胴型と下型との組み立てができなくなるおそれもある。

また、擦れ部分にプレス荷重の一部が奪われてプレス品に適正な荷重が掛からなくなると、レンズの面精度を悪くしたり、レンズ厚がスペックをはずれたりするおそれがある。

このように、ツインドライブ方式の駆動機構においても、構成部品を最良状態にセットアップしてもプレスを繰り返すうちに擦れが発生しやすくなるという問題がある。最近は、レンズの偏心精度の高精度化が要求され、胴型と上下型のクリアランスを１０μｍ未満、より好ましくは５μｍにする必要が生じ、この問題は深刻になってきている。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、連続プレス成形時などにおいて上型または下型に生ずる傾きを修正し、これらの間の摺動部分の擦れ、偏心精度の劣化などを抑制可能なプレス成形装置および、当該プレス成形装置を用いた光学素子の成形方法を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、相対向する成形面を有する開閉自在な上型及び下型を含む成形型を有し、これら上型及び下型のうちの少なくとも一方の成形型を他方の成形型に近接させて成形材料をプレス成形するプレス成形装置において、
移動側の前記成形型を支持している主軸と、
この主軸を支持している昇降部材と、
この昇降部材を前記主軸の軸線方向に昇降させるための昇降機構と、
この昇降機構による昇降動作を制御する制御手段と、
プレスサイクルの所定の時点で前記成形型の対向面相互の傾き状態を直接、あるいは間接的に検出する検出手段とを有し、
前記昇降機構は、前記昇降部材を支持している複数の回転軸と、これらの回転軸のそれぞれを回転駆動するための複数の回転駆動源とを備え、各回転軸の回転運動が前記昇降部材の昇降運動として伝達されるように、各回転軸が前記昇降部材に係合しており、
前記制御手段は、検出された前記傾き状態に基づき、前記対向面が平行となるように、各回転駆動源の回転を制御することを特徴としている。

本発明のプレス成形装置において、各回転軸が軸線方向に熱変形すると、各回転駆動源を同一回転させても、各回転軸による昇降部材の送り量に差が生ずる。かかる送り量の差に起因して昇降部材が傾き、ここに支持されている移動側の成形型が他方の成形型に対して傾き、型閉め時には片当たり状態になってしまう。本発明では、双方の成形型の対向面相互の傾き状態を直接あるいは間接的に監視しており、これらの傾きが無くなるように各回転駆動源の回転が制御される。すなわち、各回転軸による昇降部材の送り量が同一となるように、各回転駆動源の回転量が制御される。したがって、上型および下型の片当たり状態の発生を回避でき、精度の高いプレス成形を行うことができる。

ここで、本発明の前記検出手段は、前記昇降部材の姿勢、前記主軸の姿勢、移動側の前記成形型の姿勢、前記回転軸の回転状態、および前記回転駆動源の回転状態のうちの少なくとも一つを検出することを特徴としている。例えば、双方の成形型の対向面の傾斜量を直接検出するためには、光学センサなどを用いて、成形型の水平度などを検出すればよい。又は、双方の成形型の対向面の相対角度を検出してもよい。また、主軸の傾きを検出すれば、間接的に、当該主軸によって支持されている成形型の傾きを間接的に検出できる。

さらに、移動側の成形型が他方の成形型に当たると、それ以上、成形型が移動しないので、回転軸に作用する負荷が増加して、当該回転軸の回転が止まる。各回転軸の回転が同時に止まる場合は成形型相互の対向面が平行であることを意味しており、同時に回転が止まらない場合は成形型が片当たり状態になっていること、すなわち、成形型相互の対向面が傾斜していることを意味している。よって、回転軸の回転状態からも成形型相互の対向面の傾きを間接的に知ることができる。

次に、本発明の前記制御手段は、前回のプレスサイクルにおいて検出された前記傾斜量に基づき、次のプレスサイクルにおいて前記対向面が平行となるように前記回転駆動源の回転を制御することを特徴としている。

また、前記検出手段は、前記上型および下型の近接時に、負荷が所定値を超えたことによって、前記回転駆動源あるいは前記回転軸の回転が停止した時点における停止回転位置をそれぞれ検出し、前記制御手段は、検出された各停止回転位置の一つを基準として、これと残りの各停止回転位置の差分を求め、次のプレスサイクルにおける前記成形型の近接時には、各回転駆動源あるいは各回転軸の回転が同時に止まるように、前記差分に基づき各回転駆動源の回転量を補正することを特徴としている。

成形型が片当たり状態に陥ると、片当たりとなっている部位に対応する昇降部材の部位の移動が止まり、この部位を支持している回転軸に作用する負荷が増加してその回転が止まる。しかるに、残りの回転軸に作用する負荷は小さいので回転が継続し、対応する昇降部材の部位の送り動作が継続する。よって、各回転軸あるいは、各回転軸に連結されている各回転駆動源の停止回転位置を比較すれば、成形型相互の対向面の傾き状態が分かる。本発明では、各停止回転位置に差ができないように、各回転駆動源の回転量を補正しているので、換言すると、各回転駆動源に連結されている各回転軸による昇降部材の送り量を補正しているので、成形型相互の対向面を平行となるように近接させることができる。

次に、本発明のプレス成形装置の典型的な構成は、
前記回転軸として、第１および第２の送りねじ軸を備え、
前記回転駆動源として、前記第１の送りねじ軸に連結されている第１のサーボモータおよび、前記第２の送りねじ軸に連結されている第２のサーボモータを備え、
前記検出手段は、前記第１のサーボモータの回転位置を検出する第１の回転位置検出器および前記第２のサーボモータの回転位置を検出する第２の回転位置検出器を備え、前記上型および下型の近接時に、負荷が所定の値を超えたことによって、前記第１および第２のサーボモータの回転が停止した時点における第１および第２の停止回転位置をそれぞれ検出し、
前記制御手段は、検出された第１および第２の停止回転位置の差分を求め、次のプレスサイクルにおける前記上型および下型の近接時には、当該差分に基づき、少なくとも一方の前記サーボモータの位置制御の目標値を補正することを特徴としている。

本発明のプレス成形装置において、主軸にモーメントが発生しないようにするためには、主軸を支持している昇降部材を支えている複数の回転軸を、前記主軸の軸線から等距離の所に位置するように配置することが望ましい。

一方、本発明は、上記構成のプレス成形装置を用いた光学素子の成形方法であって、前記成形型を予め所定温度に加熱する加熱工程と、加熱軟化させた成形材料を搬送して、前記成形型のうちの下型に前記成形材料を供給する供給工程と、前記成形型を近接させて前記成形材料を加圧成形する加圧成形工程とを含むことを特徴としている。

ここで、前記加圧成形工程では、前記下型に供給した前記成形材料が前記上型に当接する前の所定位置までは第１の移動速度で前記主軸を移動させ、この所定位置を通過した後は前記第１の移動速度より遅い第２の移動速度で前記主軸を移動させることが望ましい。

本発明のプレス成形装置では、成形型相互の対向面の傾きを把握し、この傾きが無くなるように、成形型を支持している主軸を支えている昇降部材を昇降させるための各回転軸の回転を制御している。

したがって、本発明によれば、昇降部材を支持している各回転軸が軸線方向に熱変形したこと等に起因してその送り量にばらつきが生じた場合、換言すると昇降部材が傾いた場合であっても、当該ばらつき(傾き)を無くすように、各回転軸の回転量が補正される。よって、常に、昇降部材を所定の姿勢に保持でき、ここに支持されている主軸を所定の姿勢に保持できる。よって、主軸によって支持されている成形型を他方の成形型に対して常に平行となるように保持できる。したがって、本発明によれば、プレス成形品の成形精度、特に偏心精度を高くすること(成形ティルト、成形シフトを抑制すること)ができる。

なお、上記のように一方の成形型が他方の成形型に近接する際に、その相互の対向面を平行とした上で、相互の対向面を密着して荷重を付加するプレスの過程においても、モーメントの発生による主軸の傾斜が避けられるため、成形工程において一貫して、偏心の発生を抑止できる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したプレス成形装置および光学素子の成形方法の実施の形態を説明する。

図１は、本発明のプレス成形装置を用いたガラス光学素子の製造装置の一例を示す概略平面構成図である。本例の製造装置は、球状のガラス素材を加熱軟化させ、高精度に加工された成形型によりプレス成形して、同時に４個の小型のレンズを製造するためのものである。

図１に示すように、製造装置５０は、加熱室１００と成形室２００からなり、両室１００、２００は開閉バルブ１３１を有する通路１３０で連通している。加熱室１００は、ガラス素材をプレスに適する温度まで予熱するための領域であり、外部から加熱室１００にガラス素材を供給するための供給手段１１１、供給されたガラス素材を搬送するための搬送手段１１２、およびガラス素材を予め加熱するための加熱手段１１３が設置されている。加熱手段１１３は上下にヒーターをもつ抵抗加熱炉である。

搬送手段１１２は、２分割構成の皿１１２ｄとアーム１１２ｃを備え、水平方向に開閉可能になっている。さらに、皿１１２ｄの底からガスを吹き上げることで、皿１１２ｄ上のガラス素材を浮上させることができる。また、搬送手段１１２は、アーム１１２ｃを支持している駆動台１１２ｂと、駆動台１１２ｂをスライドさせるための摺動部１１２ａとを備えている。アーム１１２ｃは駆動台１１２ｂを中心として水平方向に回転可能であり、また、駆動台１１２ｂと共に水平方向に前進・後退が可能である。

この構成の搬送手段１１２は、加熱室１００に供給されたガラス素材をその皿１１２ｄで受け取り、そこにおいて浮上させながら加熱でき、成形室２００に移動し、アーム１１２ｃを開くことにより、予熱されたガラス素材を成形室２００に設置されている後述の下型上に落下供給できる。

次に、成形室２００は、予熱されたガラス素材を、予熱された成形型でプレス成形するための領域であり、プレス成形装置１と、成形後のプレス品をプレス成形装置１から自動的に取り出して取出手段２３０まで搬送する搬出手段２２０とが配置されている。プレス成形装置１は、以下に述べるように、成形型を保持する母型、主軸、成形型を予熱するための高周波加熱コイルが備わっている。

図２はプレス成形装置１の主要構成を示す概略断面図であり、プレス途中の状態を示してある。プレス成形装置１は、成形室２００内に配置された成形部２と、成形室２００の下側に配置された駆動部３とを備えている。成形部２には、成形型として、一対の成形面をもつ上型２２および下型２３と、これらを摺動自在に案内するスリーブ２４が配置されている。上型２２およびスリーブ２４は上母型２５に摺動自在に収納され、下型２３は下母型２６に摺動自在に収納されている。上型２２および下型２３の位置合わせ精度を決める上下型２２、２３とスリーブ２４とのクリアランスは、プレス品の偏心精度を左右するので、１０μ以下が要求されるようになってきている。尚、図２においては、一対の成形型が図示されているが、複数対(図１では４対)の成形型を、母型上に配置し、同時に複数個のプレス成形を行っても良い。

上母型２５は上主軸２７を介して成形室２００の天井に固定され、下母型２６は下主軸２８の上端に支持されている。この下主軸２８は、成形室２００の底面を回転自在の状態で垂直に貫通して下側の駆動部３の側に延び、その下端部が、駆動部３内において水平に配置されている昇降部材３１によって支持されている。昇降部材３１はリニアガイド３２に沿って昇降自在の状態で支持されている。

昇降部材３１は、駆動部３に配置されている昇降機構によって昇降する。本例の昇降機構は次のように構成されている。まず、昇降部材３１は、下主軸２８の軸線２８ａを中心として左右対称の部位において、垂直に配置されている第１の送りねじ軸３３および第２の送りねじ軸３４によって支持されている。すなわち、昇降部材３１の左右の部位にはナット部３１ａおよび３１ｂが形成されており、これらに第１および第２の送りねじ軸３３、３４が下側から螺合している。

第１の送りねじ軸３３の下端は同軸状態で、その下側に配置されている第１のサーボモータＭ１に連結されている。同様に、第２の送りねじ軸３４の下端は同軸状態で、その下側に配置されている第２のサーボモータＭ２に連結されている。第１および第２のサーボモータＭ１、Ｍ２を駆動して第１および第２の送りねじ軸３３、３４を回転させると、これらの送りねじ軸３３、３４に螺合しているナット部３１ａ、３１ｂを備えた昇降部材３１は、リニアガイド３２に沿って、昇降運動する。よって、昇降部材３１によって支持されている下主軸２８がその軸線２８ａの方向に昇降し、その上端に取り付けられている移動側の下母型２６および下型２３が、固定側の上母型２５および上型２２に対して昇降する。

上母型２５および、移動側の下母型２６を取り囲む状態に、加熱用の高周波コイル３７が配置されている。この高周波コイル３７によって、上下母型２５、２６が誘導加熱され、成形型（上型２２、スリーブ２４、下型２３）は上下母型２５、２６からの熱伝導により加熱される。従って、上下母型２５、２６は誘導加熱されやすく、高温強度のある材料、例えばタングステン合金が好ましい。なお、図示してないが、上下母型の位置合わせのために、上下母型の周辺にピンとそのガイド孔を設けることができる。

ここで、上型２２（上母型２５）に対し下型２３（下母型２６）を同軸でティルトなく昇降させるには、２本の送りねじ軸３３、３４の回転を同期させることが有効である。本例では、各サーボモータＭ１、Ｍ２の回転位置を検出し、数ミリ秒程度の短周期で、双方のサーボータＭ１、Ｍ２の位置制御を行って、同期回転させるようにしている。かかる位置制御は、プレスが終了するまで、すなわち、下型２３を押し切るまで行うようにしている。なお、２本の送りねじ軸３３、３４には、通常、ねじピッチ等にわずかな違いがあるので、なめらかに昇降させるには予圧の弱い、あるいは予圧なしのボールねじやガイドレールを使用することが好ましい。

本例のプレス成形装置１のプレスサイクルを説明する。プレスサイクルは、加熱工程、供給工程、加圧成形工程、冷却工程、および取出工程を１サイクルとしている。加熱工程では、高周波コイル３７により成形型２２、２３、２４を予熱する。供給工程では、予熱完了直後、搬送手段１１２により加熱室１００で予熱されたガラス素材を下型２３の成形面上に落下供給する。ガラス素材は軟化温度以上(例えばガラス粘度で10⁶〜10⁹ポアズ相当)に、成形型はガラス素材の粘度で10¹⁰〜10⁸ポアズに相当する温度に加熱するのが好ましい。ガラス素材の加熱温度は、成形型の加熱温度より高温であることが好ましい。

加圧成形工程では、搬送手段１１２を加熱室１００に後退させ、下型２３を位置制御による駆動によって上昇させる。下型２３を上型２２と近接する位置まで素早く上昇させることで、ガラス素材の冷えを最小にすることができる。近接位置からガラス素材の粘度に合わせ、短周期（例えば４ms）で位置制御を繰り返しながらガラス素材のプレス成形を行う。ガラス素材のプレス成形速度は、数mm／秒で行うことができる。

プレス成形完了直後、上下の型２２、２３を閉じたまま冷却工程に移る。冷却工程は、プレス成形の途中から開始しても良い。成形型２２、２３が、ガラス素材の粘度で10^12.5ポアズ相当温度以下の所定温度に冷却されたら、取出工程に移る。取出工程では、下型２３をプレス品取出位置まで下降させる。次に、取出手段２３０により、プレス品を下型２３より取り出す。この後は、下型２３を予熱位置に昇降させ、次のプレスサイクルに移る。

次に、図３は本例のプレス成形装置１の昇降機構の駆動制御系を示す概略ブロック図である。駆動制御系は、マイクロコンピュータからなる制御部４１を中心に構成されている。制御部４１は、内蔵のＲＯＭ内に記憶保持されている制御プログラムを実行することにより、モータドライバ４２、４３を介して、サーボモータＭ１、Ｍ２を駆動制御する。制御部４１にはメモリ４４が接続されており、メモリ４４には、サーボモータＭ１、Ｍ２によるプレス成形動作に必要な位置制御の目標位置などの各種駆動条件が予め記憶保持されている。モータドライバ４２、４３は、制御部４１からの指令、モータエンコーダなどの回転位置検出部４５、４６によって検出される実際の回転位置、トルク検出部４７、４８によって検出される負荷トルクに基づき、モータ駆動電流を作りサーボモータＭ１、Ｍ２を各々駆動する。

また、制御部４１は、加圧成形工程における下型２３の上昇時には、各サーボモータＭ１、Ｍ２の回転が止まる停止回転位置の差分を求め、当該差分に基づき、各サーボモータＭ１、Ｍ２の位置制御の目標位置を補正する。本例では、以下に述べるように、サーボモータＭ２の目標位置を補正するようにしている。

図４は、プレス成形装置１による加圧成形工程の動作を示すフローチャートである。このフローチャートに従って、予熱されたガラス素材が落下供給されてから、下型２３を押し切るまでのプレス過程を説明する。なお、加熱、搬送等の説明は省略する。

まず、ガラス素材を下型２３の成形面に落下供給後、プレス開始のスタート信号が出される（ステップＳＴ１）。この後は、制御部４１は定まった周期で位置制御（サーボ制御）を開始する。すなわち、制御部４１は、サーボモータＭ１、Ｍ２の回転位置情報および目標位置情報を取り込み、検出された回転位置（現在位置）と目標位置との差等を算出し、これを解消するように制御量を決め、ついで、位置制御の目標位置と制御量を各々のモータドライバ４２、４３に同時に送る。各モータドライバ４２、４３はそれらに基づき、サーボモータＭ１、Ｍ２を駆動する（ステップＳＴ２）。

各サーボモータＭ１、Ｍ２の回転位置は、回転位置検出部４５、４６によって検出されており、これらの検出信号が一定のサンプリング周期でモータドライバ４２、４３および制御部４１に取り込まれる（ステップＳＴ３、４）。制御部４１は、検出されたサーボモータＭ１、Ｍ２の回転位置から下型２３の高さ位置をそれぞれ算出し、所定位置に到達しているか否かを判定する（ステップＳＴ５）。所定位置に達していなければ、ステップＳＴ２に戻り、改めて位置制御を実行する。

このようなフィードバック制御は、可能な限り短い周期、例えば数ミリ秒間隔で行うことが、プレス成形の際の上型に対する下型の平行度を高精度に維持するうえで好ましい。

下型２３の位置が所定位置に到達すると、次の位置制御へと進む（ステップＳＴ６）。この所定位置とは、例えばガラス素材供給後の下型２３の上昇過程において、上型２２の成形面に下型２３上のガラス素材が近接するプレス直前の位置とすることができる。短時間ごとの位置制御による上昇を、接近前は素早く行い、接近後はガラス素材の粘度にあわせゆっくりとした速度で行うことができる。

ここで、２本の送りねじ軸３３、３４が熱変形し、その軸線方向の膨張量に差が生じた場合、ねじピッチも同様の比率で膨張するので、両方の送りねじ軸３３、３４を同期させて同一量の回転をさせても、それらの送り量にわずかな差が生じ、昇降部材３１が傾いた状態になる。この結果、そこに支持されている下主軸２８も傾き、この上に取り付けた下母型２６および下型２３が、上母型２５および上型２２に対して傾いた状態になってしまう。この状態のままで、下母型２６および下型２３が上昇すると、上母型２５および上型２２に対して片当たり状態に陥ってしまう。

図５は片当たり状態の発生を示す説明図であり、この図において成形型２２、２３、２４は省略してある。この図に示すように、下母型２６の左端部分が先に上母型２５に当たる片当たり状態が発生すると、昇降部材３１の左端側の部分の上昇が停止し、ここを支持している第１の送りねじ軸３３を回転駆動している第１のサーボモータＭ１の側に大きな負荷が作用し、内蔵のトルクリミッタなどの働きによって、当該サーボモータＭ１の回転が止まる。これに対して、他方の第２のサーボモータＭ２の側は、下母型２６の右端部が上母型２５に当たる位置まで回転が継続し、しかる後に同様に回転が止まる。

したがって、成形型相互の対向面が傾いた場合には、双方のサーボモータＭ１、Ｍ２の回転が止まる停止回転位置が異なったものとなる。本例では、回転位置検出器４５、４６の検出信号に基づき、双方のサーボモータＭ１、Ｍ２の回転が止まる停止回転位置を検出し、これらの差分に基づき、サーボモータＭ２の位置制御の目標位置を補正して、次のプレスサイクルにおいて、双方のサーボモータＭ１、Ｍ２の回転が同時に停止するように制御している。換言すると、片当たり状態の発生を解消するようにしている。

再び、図４のフローチャートに戻って説明すると、制御部４１は、位置制御の周期と同一の周期で回転位置をサンプリングしており（ステップＳＴ７、８）、下型２３が上型２２に近接した後は、サンプリングされる回転位置を順次に比較し、これらの値が同一であるか否かを比較する（ステップＳＴ９、１０）。そして、双方のサーボモータＭ１、Ｍ２の回転が止まった時点で、下型２３の送り動作を停止する。

例えば、双方のサーボモータＭ１、Ｍ２の回転位置が、１０サイクル分（合計で数十ミリ秒に相当する時間幅）に亘って変化しなければ、押切状態になった、すなわち、上下母型２５、２６が完全に当接した状態になったと判定し、押切完了位置での回転位置、すなわち、停止回転位置を読みとり、その差Ｓ（サーボモータＭ２の回転数−サーボモータＭ１の回転数）を算出する（ステップＳＴ１１）。次に、算出された差Ｓをメモリ４４に保持されている第２のサーボモータＭの目標位置に加算して目標位置を補正する（ステップＳＴ１２）。

なお、押切後は、過大なトルクがかからないようにするため、予めトルクリミッタが自動的に動作するよう設定するか、適度なトルク制御に切り換えるようにする。プレス荷重は、数kg／cm²〜数百kg／cm²に設定することができる。

この時点で、ガラス素材のプレス成形は終了し（ステップＳＴ１３）、トルクリミッタ値で加圧されたまま型閉じを維持し冷却工程に移る。この冷却工程の間も１kg／cm²未満〜数kg／cm²の荷重を成形型に印加することができる。

次のプレスサイクルでは、第２のサーボモータＭ２は、この補正された目標位置を指定されて位置制御されることになる。例えば、図５に示すような片当たり状態が発生した場合には、第２のサーボモータＭ２の回転数が僅かに増加して、第２の送りねじ軸３４による昇降部材３１の送り量が増加し、昇降部材３１の水平度が確保される。これによって、主軸２８の垂直度が保持され、下母型２６、下型２３が水平状態で上昇して、成形型の片当たりが解消される。

なお、ガラス素材のプレス開始から押切までに所定位置をもう一つ設定して、その位置に到達したら冷却を開始させ、プレス速度あるいは加圧力をゆるめるような位置制御に変更させることもできる。このようにすると、多段加圧も可能となる。

以上説明したように、本例では、ツインドライブ方式のプレス成形装置１を位置制御してプレス成形する際に、上下の母型２５、２６が当接するまで押し切るプレスを行い、制御部４１はプレスサイクルごとに押し切った時の左右のサーボモータＭ１、Ｍ２の回転位置である停止回転位置を検出し、その差分Ｓ（第１のサーボモータＭ１の回転位置−第２のサーボモータＭ２の回転位置）を算出している。さらに、制御部４１は、その差分Ｓをメモリ４４に書き込まれている第２のサーボモータＭ２の目標位置に加算して、当該目標位置を補正する。次のプレスサイクルにおいては、この補正された目標位置により下型２３の上昇時の位置制御を行う。

かかる制御動作を、各プレスサイクルのプレス動作毎に繰り返すことで、常に昇降部材３１を水平に維持しながら、即ち下主軸２８を垂直に維持しながらプレス動作を行うことができる。よって、上下型２２、２３、スリーブ２４、ガイドピンの擦れの発生を抑止できるとともに、上下型２２、２３のティルトを防止できることから、高精度の光学素子を成形することが可能となる。

本発明は、複数の成形素材を同時にプレス成形できる、複数個取りの成形装置において、特に有利である。複数の成形型の配置によって一対の成形型の対向面積が大きくなることによる片当たり状態の生じやすさ、更に、それによる、個々の成形体の形状ばらつきを効果的に抑止できるからである。

本発明を適用した光学素子の製造装置を示す概略平面構成図である。 図１の製造装置に組み込まれているプレス成形装置を示す概略構成図である。 図２のプレス成形装置における制御系の概略ブロック図である。 図２のプレス成形装置のプレス工程の動作を示す概略フローチャートである。 ツインドライブ方式のプレス成形装置における熱変形に起因する片当たり状態を示す説明図である。

符号の説明

１ プレス成形装置
２ 成形部
３ 駆動部
２２ 上型
２３ 下型
２４ スリーブ
２５ 上母型
２６ 下母型
２７ 上主軸
２８ 下主軸
３１ 昇降部材
３２ リニアガイド
３３、３４ 送りねじ軸
３１ａ、３１ｂ ナット部
４１ 制御部
４２、４３ モータドライバ
４４ メモリ
４５、４６ 回転位置検出器
５０ 製造装置
１００ 加熱室
１１１ 供給手段
１１２ 搬送手段
１１３ 加熱手段
１３０ 通路
１３１ 開閉バルブ
２００ 成形室
２２０ 搬出手段
２３０ 取出手段
Ｍ１、Ｍ２ サーボモータ

Claims (8)

1. 相対向する成形面を有する開閉自在な上型及び下型を含む成形型を有し、これら上型及び下型のうちの少なくとも一方の成形型を他方の成形型に近接させて成形材料をプレス成形するプレス成形装置において、
   移動側の前記成形型を支持している主軸と、
   この主軸を支持している昇降部材と、
   この昇降部材を前記主軸の軸線方向に昇降させるための昇降機構と、
   この昇降機構による昇降動作を制御する制御手段と、
   プレスサイクルの所定の時点で前記成形型の対向面相互の傾き状態を直接、あるいは間接的に検出する検出手段とを有し、
   前記昇降機構は、前記昇降部材を支持している複数の回転軸と、これらの回転軸のそれぞれを回転駆動するための複数の回転駆動源とを備え、各回転軸の回転運動が前記昇降部材の昇降運動として伝達されるように、各回転軸が前記昇降部材に係合しており、
   前記制御手段は、検出された前記傾き状態に基づき、前記対向面が平行となるように、各回転駆動源の回転を制御することを特徴とするプレス成形装置。
2. 請求項１において、
   前記検出手段は、前記昇降部材の姿勢、前記主軸の姿勢、移動側の前記成形型の姿勢、前記回転軸の回転状態、および前記回転駆動源の回転状態のうちの少なくとも一つを検出することを特徴とするプレス成形装置。
3. 請求項１または２において、
   前記制御手段は、前回のプレスサイクルにおいて検出された前記傾き状態に基づき、次のプレスサイクルにおいて前記成形型の対向面が平行となるように前記回転駆動源の回転を制御することを特徴とするプレス成形装置。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記検出手段は、前記成形型の近接時に、負荷が所定値を超えたことに起因して、前記回転駆動源あるいは前記回転軸の回転が停止した時点における停止回転位置をそれぞれ検出し、
   前記制御手段は、検出された各停止回転位置の一つを基準として、これと残りの各停止回転位置の差分を求め、次のプレスサイクルにおける前記成形型の近接時には、各回転駆動源あるいは各回転軸が同時に停止するように、前記差分に基づき各回転駆動源の回転量を補正することを特徴とするプレス成形装置。
5. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記回転軸として、第１および第２の送りねじ軸を備え、
   前記回転駆動源として、前記第１の送りねじ軸に連結されている第１のサーボモータおよび、前記第２の送りねじ軸に連結されている第２のサーボモータを備え、
   前記検出手段は、前記第１のサーボモータの回転位置を検出する第１の回転位置検出器および前記第２のサーボモータの回転位置を検出する第２の回転位置検出器を備え、前記上型および下型の近接時に、負荷が所定値を超えたことによって、前記第１および第２のサーボモータの回転が停止した時点における第１および第２の停止回転位置をそれぞれ検出し、
   前記制御手段は、検出された第１および第２の停止回転位置の差分を求め、次のプレスサイクルにおける前記成形型の近接時には、当該差分に基づき、少なくとも一方の前記サーボモータの位置制御の目標値を補正することを特徴とするプレス成形装置。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記回転軸は、前記主軸の軸線から等距離の所に位置するように配置されていることを特徴とするプレス成形装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかの項に記載のプレス成形装置を用いた光学素子の成形方法であって、
   前記成形型を予め所定温度に加熱する加熱工程と、
   加熱軟化させた成形材料を搬送して、前記成形型のうちの下型に前記成形材料を供給する供給工程と、
   前記成形型を近接させて前記成形材料を加圧成形する加圧成形工程とを含むことを特徴とする光学素子の成形方法。
8. 請求項７において、
   前記加圧成形工程では、前記下型に供給した前記成形材料が前記上型に当接する前の所定位置までは第１の移動速度で前記主軸を移動させ、この所定位置を通過した後は前記第１の移動速度より遅い第２の移動速度で前記主軸を移動させることを特徴とする光学素子の成形方法。

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