JP3144609B2

JP3144609B2 - 成形装置の圧力制御システムおよびこれに係わるガラスレンズ成形方法

Info

Publication number: JP3144609B2
Application number: JP19877393A
Authority: JP
Inventors: 勇執行; 裕之久保; 剛野村; 伸行中川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-07-19
Filing date: 1993-07-19
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH0733455A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として、硝子の精密
プレス成形など、成形時に、被成形素材に加わるプレス
圧力などの急激な変動を嫌う成形装置において用いられ
る圧力制御システムおよびこれに係わるガラスレンズ成
形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、プレス成形装置での圧力制御
には、その構成が簡単であるという事由で、しばしば、
圧力発生機構より発生する吐出圧力を、レギュレーター
を用いて、所定の値に制御し、その制御された圧力で、
シリンダーなどの圧力変換手段を介して、プレス・ラム
などの駆動機構を動作するオープン・ループ式の圧力制
御システムが用いられてきた。

【０００３】また、プレス成形装置の圧力制御の精度を
上げるために、回路の内圧を圧力センサで検知し、ある
いは、プレス・ラムなどの駆動機構の機械力（被プレス
素材にかかる実圧力）をロードセルで検知し、その圧力
情報を基に、サーボ弁などのレギュレーターに制御信号
をフィードバックし、圧力を制御する閉ループ式の圧力
制御システムや、前記回路内圧や駆動機構の実圧力の情
報と、前記駆動機構の位置や速度を検知した情報とを、
任意に切り替えて、圧力制御する制御システムが用いら
れてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記オープン・ループ方式の圧力制御では、レギュレータ
ーを所定値に制御したとしても、レギュレーター自体
に、セット圧力のバラ付きがあり、また、温度変化によ
り、オイルなどの制御媒体の粘度に変化を生じて、それ
により、吐出圧力がバラ付き、あるいは、回路内の圧力
損失や、駆動機構での運動摩擦抵抗などで、被成形素材
に加わる実圧力に、相当のバラ付きが避けられない。

【０００５】更に、被成形素材にかかる機械的圧力を、
ロードセルなどの圧力検知手段で検知し、この圧力情報
をフィードバックするような、実圧力での制御方法の場
合にも、プレス動作の開始時点から、実際に、被成形素
材にプレス圧が加わる迄の間に空走時間があるので、そ
の間、ロードセルの検知圧力は０となるため、その空走
時間の間の回路の圧力は、レギュレーターによって、設
定値になるように最大の制御値で、油圧制御がなされ
る。このため、被成形素材に圧力が加わる瞬間には、機
械的圧力が、ほぼ最大で、被成形素材や成形用型に対し
て、相当のダメージを与えてしまうおそれがある。

【０００６】この空走時間での無制御状態を回避するた
めに、前述のように、駆動機構の位置や速度を検知し
て、被成形素材に対して、実際に圧力がかかる迄の間、
プレス・ラムの位置や速度による情報を基に、レギュレ
ーターによる加圧制御を調整、制限する方法も用いられ
ているが、被成形素材の大きさのバラ付きや、熱膨張な
どに起因する空走時間のバラ付きに対しては、十分に対
応し切れないので、多少なりとも、素材や成形用型への
悪影響を避けることが出来ない。

【０００７】このような問題点は、特に、ガラス光学素
子などの衝撃に脆い性質のガラス製品をリヒートプレス
する場合に、衝撃的な荷重が加わることで、被成形素材
が割れてしまうという、重大な欠陥をもたらす。

【０００８】

【発明の目的】そこで、本発明は、プレス成形に際し
て、被成形素材に対して実圧力が加わるまでは、衝撃力
が加わらない程度の加圧制御で流体の供給制御をなし、
その後、実圧力を検知して、フィードバック制御するよ
うにした成形装置の圧力制御システムおよびこれに係わ
るガラスレンズ成形方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
流体を加圧して、この圧力をプレス・ラムなどの機械動
作に変換することで、被成形素材を成形する成形装置に
おいて、流体圧力を機械動作に変換する圧力変換手段
と、流体の圧力を所要の値に調整する圧力調整手段と、
流体の圧力を検出する第１の圧力検知手段と、圧力変換
手段を介して出力される機械力を検出する第２の圧力検
知手段と、第２の圧力検知手段で検知した圧力値が予定
された値に達するまでは、第１の圧力検知手段から得ら
れた圧力信号を基に、また、その後は、第２の圧力検知
手段の圧力信号を基に、前記圧力調整手段に制御信号を
出力する演算手段とを具備している。

【００１０】

【実施例１】以下、本発明の一実施例を、図面を参照し
て具体的に説明する。図１には、光学素子をリヒートプ
レスするのに用いるプレス成形装置、および、その装置
の油圧圧力制御システムが、概念的に示されている。こ
の図において、符号５６は成形前のボール状の硝子素材
（被成形素材）であり、成形用型は、図のように、上型
部材５２、下型部材５３、これら型部材を案内する胴型
５４、および、底板５５により構成されている。特に、
この実施例では、上型部材５２は、胴型５４に対しして
垂直に摺動されるようになっていて、圧力変換手段とし
ての加圧シリンダー１０の動きに合わせて昇降される構
造となっている。

【００１１】加圧シリンダー１０は、そのピストンロッ
ド１０ａの先端に、上型部材５２へのプレス荷重の測定
のための圧力検知手段として、ロードセル５を取り付け
ており、また、ロードセル５の下側には加圧軸（プレス
・ラム）５１が取り付けられており、その下端に、上型
部材５２へ圧力を伝えるための加圧ヘッド５１ａ、およ
び、上型部材５２を引き上げる際に用いられるフック５
１ｂを装備している。胴型５４には、硝子素材５６の搬
入および硝子成形品の取り出しのための、出入り窓５４
ａが設けられている。

【００１２】そして、硝子素材５６が下型部材５３の上
に置かれた状態で、プレス動作が開始される前には、図
示のように、加圧ヘッド５１ａと上型部材５２の間に
は、隙間Ｌ₂ 、上型部材５２と硝子素材５６の間には、
隙間Ｌ₁ が生じている。

【００１３】また、符号１は成形装置を制御するフィー
ドバック制御器であり、ロードセル５と、油圧回路内の
油圧力を検出する圧力検知手段としての油圧センサー６
とから、それぞれ、圧力情報を得て、これらを基に、予
め定められたプログラムに従って、フィードバック信号
を演算するプログラム・コントローラー２（演算手段）
と、ここからの出力信号を受けて、サーボ弁４を駆動制
御するサーボ弁用コントローラー３とを具備している。

【００１４】サーボ弁４は、圧力調整手段として働き、
油圧ポンプ７のディリベリ側において、油圧回路の往路
２１に設けられ、また、油圧センサー６は、このサーボ
弁で制御された油圧回路の往路２１の圧力を検知するよ
うになっている。なお、符号８はオイルタンクであり、
符号９は加圧シリンダー１０のピストンロッド１０ａの
駆動方向を切り替える方向切換弁であり、符号１１はピ
ストンロッド１０ａの駆動速度を決めるスピードコント
ローラーであって、油圧回路における非圧縮性流体とし
てのオイルの温度変化や圧力変化により、前記駆動速度
が変化しないようにした機構を持っている。

【００１５】なお、図中、符号２２は、加圧シリンダー
１０からのオイルをオイルタンク８に戻すための油圧回
路の戻り管路である。また、符号３１〜３４は、それぞ
れ、ロードセル５および油圧センサー６からの圧力信号
を制御器１に伝える信号線、プログラム・コントローラ
２からサーボ弁用コントローラ３へのフィードバック信
号線、および、コントローラ３からサーボ弁４への駆動
出力信号線である。

【００１６】次に、上述の圧力制御システムを用いて、
成形装置の加圧制御を行なう場合について具体的に説明
する。オイルタンク８内のオイルは、油圧ポンプ７によ
り吸い上げられ、圧力を加えられた状態でサーボ弁４に
送られる。サーボ弁４は、制御器１よりのフィードバッ
ク信号で制御されている。この場合、プログラム・コン
トローラ２では、ロードセル５からの信号をチェックし
ており、成形装置において、Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ＝０となり、上
型部材５２が硝子素材５６に突き当たり、ロードセル５
に所要の圧力信号が発生する迄、油圧センサー６の信号
に基いた制御信号をサーボ弁コントローラ３に与え、ま
た、ロードセル５に所要の圧力信号が発生した後は、そ
の信号に基いた制御信号をサーボ弁コントローラ３に与
える。そして、サーボ弁コントローラ３からは、サーボ
弁の開度調節のための制御信号がフィードバックされ、
これによって、加圧シリンダー１０へのオイルの供給圧
力を調節し、上型部材５２のプレス圧力を制御するので
ある。

【００１７】上述のように、プログラム・コントローラ
２は、先ず、油圧センサー６およびロードセル５の各信
号、および、設定された制御プログラムに従って、切換
え制御信号を出力し、方向切換え弁９を、オイルが加圧
シリンダー１０の上側圧力室に供給されるように、切換
え操作する。この時、スピード・コントローラ１１は、
流量制御を行ない、ピストンロッド１０ａの降下速度を
制限する。このため、上型部材５２が被成形素材５６に
当接する（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ＝０）までピストンロッド１０ａ
を一定の速度を保ち、被成形素材を破損するような衝撃
を与えない。

【００１８】Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ＝０となった時点で、上型部材
５２の降下により、被成形素材５６を成形する過程で、
ロードセル５には圧力信号が発生し、増加する。プログ
ラム・コントローラ２は、ロードセル５から信号線３１
を経て送られてきた圧力信号を、予め設定されている圧
力値と比較し、その値に達した時点で、上述のようにサ
ーボ弁コントローラ３４へのフィードバック制御の基準
を、油圧センサ６の信号からロードセル５の信号に選択
切替する。そして、これに基く制御をプレス成形の完了
迄、持続する。プレス成形完了後、制御器１からの制御
信号で、方向切換え弁９が切換えられ、加圧シリンダー
１０の下側圧力室に油圧がかけられ、上側圧力室のオイ
ルは、戻り管路２２を経由してオイルタンク８に戻され
る。このようにして、上型部材５２が上昇される。この
際、プログラム・コントローラ２は、フィードバック制
御の基準をロードセル５の信号から油圧センサ６に切換
えるので、油圧回路の圧力制御は、油圧センサ６の圧力
信号に基く制御信号で、サーボ弁４の開度を調節するこ
とにより達成される。なお、ロードセル５が（−）値の
荷重も検知できるものであれば、この出力信号に基い
て、油圧制御の圧力制御を行なっても良い。また、上型
部材５２の昇降時に起こるかじりなどの異常を検知した
場合には、制御システムとして、上型部材５２の昇降動
作を止めるような処置を講じることは当然である。

【００１９】図２には、本発明の油圧制御システムを用
いて、プレス成形時の油圧回路内の圧力とロードセルに
より測定されるプレス荷重（＝成形素材にかかる圧力）
とが示されており、図３には、油圧回路内の圧力を、従
来のように、油圧センサのみで検知して、フィードバッ
ク制御した時の、油圧回路内の圧力とプレス荷重（ここ
では、ロードセルで検知しているが）とが示されてお
り、図４には、ロードセルの荷重のみを基にフィードバ
ック制御した時の油圧回路の圧力とプレス荷重とが示さ
れている。図３の方法では、プレス荷重にバラ付きがあ
り、図４の方法では、被成形素材に衝撃力が働く状況が
示されている。

【００２０】次に、本発明の油圧制御システムと従来の
制御システムとを用いて、被成形素材を成形した時の様
子を図面を参照して具体的に述べる。

【００２１】被成形素材をΦ１５ｍｍの硝子ボールと
し、これに１０，０００Ｎの荷重をかけて、外径が約Φ
２８．３ｍｍ、中心肉厚が４．５ｍｍ、両面の曲率半径
がそれぞれ６０ｍｍの、両凸レンズを成形し、その時の
成形温度を、被成形素材の硝子粘度で、１０^8.3 Ｐａ・
ｓに相当する温度である６３０℃に設定した。この場合
に、加圧シリンダー１０の内径は、油圧力が５．０９Ｍ
Ｐａの時にプレス荷重が約１０，０００Ｎとなるよう
に、Φ５０ｍｍとした。

【００２２】先ず、本発明の制御システムを用い、油圧
センサ６の圧力信号による制御値として２．５ＭＰａ
（加圧シリンダー１０のピストン軸出力では、約４，９
００Ｎ）を、ロードセル５の圧力信号による制御値とし
て１０，０００Ｎを、油圧センサ６からロードセル５へ
の切換のための切換値を４，５００Ｎとし、これをプロ
グラム・コントローラ２でプログラム設定した。

【００２３】その結果、図２に示すように、上型部材５
２が被成形素材５６に接触し、その後、加圧ヘッド５１
ａが上型部材５２に接触して、被成形素材５６に荷重が
かかり、ロードセル５の値が４，５００Ｎを超えた時点
で、ロードセル５の信号に基く制御に切換わり、サージ
などの圧力変動を起こすことなく、また、繰り返しのプ
レス動作によるオイル温度変動や、摺動抵抗の変動に左
右されることなく、常に一定の荷重、即ち、１０，００
０Ｎの荷重で，プレス成形することができたのである。

【００２４】これに反して、従来のように、油圧センサ
６だけの制御で、プレス成形を繰り返した場合には、オ
イルの温度変化や、摺動抵抗の変化により、図３に示す
ように、１０，０００Ｎに対して、最大±５％程度の誤
差が生じ、正確なプレス荷重を、常に維持することが困
難であった。

【００２５】また、ロードセル５のみでの検知信号に基
く制御では、図４に示すように、被成形素材５６が上型
部材５２から荷重を受け始めた直後に、約１５，０００
Ｎに近いサージ圧が瞬間的に発生し、被成形素材５６を
破砕すると同時に、上型部材５２および下型部材５３の
各成形面に打痕を発生し、成形を続けることができなく
なった。

【００２６】同様に、ピストンロッド１０ａの位置を適
宜な手段で検出し、上型部材５２からの圧力が被成形素
材５６に加わる時点で、ロードセル５の信号に基く制御
に切換えるテストも行ったが、被成形素材の大きさのバ
ラ付きや、ピストン軸などの熱膨張による、その長さの
ドリフトなどにより、切換点の設定値が変動して、タイ
ミングがとれず、ロードセルのみの制御と同じ結果を招
いた。また、このようなシステムをエアー圧力回路で構
成しても、同じ効果が得られることは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、成形素
材に対して、高精度に荷重をかけることができ、しか
も、被成形素材に実荷重がかかる迄の無制御時間を排除
することで、成形用型や素材の破損を招くことなく、能
率的に、高精度の成形品を得ることができるという優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す成形装置およびその制
御システムの概念図である。

【図２】本発明システムで得られる加圧特性を示すグラ
グである。

【図３】従来の方法で得られる加圧特性を示すグラフで
ある。

【図４】従来の方法で得られる加圧特性を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１制御器２プログラム・コントローラ３サーボ弁コントローラ４サーボ弁５ロードセル６油圧センサ７油圧ポンプ８オイルタンク９方向切換え弁１０加圧シリンダー１０ａピストンロッド１１スピード・コントローラ２１往路２２戻り管路３１〜３４信号線５１加圧軸（プレス・ラム）５１ａ加圧ヘッド５１ｂフック５２上型部材５３下型部材５４胴型５４ａ出入窓５５底板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川伸行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平５−345625（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−83941（ＪＰ，Ａ) 特開平５−85750（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03B 11/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体を加圧して、この圧力をプレス・ラ
ムなどの機械動作に変換することで、被成形素材を成形
する成形装置において、流体圧力を機械動作に変換する
圧力変換手段と、流体の圧力を所要の値に調整する圧力
調整手段と、流体の圧力を検出する第１の圧力検知手段
と、圧力変換手段を介して出力される機械力を検出する
第２の圧力検知手段と、第２の圧力検知手段で検知した
圧力値が予定された値に達するまでは、第１の圧力検知
手段から得られた圧力信号を基に、また、その後は、第
２の圧力検知手段の圧力信号を基に、前記圧力調整手段
に制御信号を出力する演算手段とを具備していることを
特徴とする圧力制御システム。
【請求項２】前記圧力調整手段は、油圧ポンプのディ
リベリ側で油圧回路に設けたサーボ弁であり、第１の圧
力検知手段は、前記サーボ弁で制御された油圧回路の油
圧力を検知する油圧センサであり、また、第２の圧力検
知手段は、前記圧力変換手段からプレス・ラムに伝達さ
れる機械力を検知するロードセルであることを特徴とす
る請求項１に記載の圧力制御システム。
【請求項３】第１の型部材と第２の型部材との間に、
加熱したガラスレンズ素材を入れて、加圧成形して、ガ
ラスレンズを成形する方法であって、前記第１の型部材を吊り上げ、保持する部材と、前記第
１の型部材に加圧力を印加する圧力変換手段との間に型
部材への圧力を検知する第１の圧力検知手段を配置し、前記圧力変換手段に圧力を印加する圧力調整手段に第２
の圧力検知手段を接続し、前記第１の圧力検知手段と第
２の圧力検知手段からの情報に基づいて圧力調整を行う
演算制御手段を設け、前記第１の圧力検知手段からの情
報に基づいて前記ガラスレンズ素材への加圧制御を行う
ようにしたことを特徴とするガラスレンズの成形方法。