JP3723248B2 - 光学素子の成形装置並びに成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラスレンズやプリズムなどに代表される光学素子をプレス成形する光学素子のプレス成形装置並びにプレス成形方法に係り、詳しくは上下一対の型間にガラス素材を配置し、前記型およびガラス素材を加熱して、光学素子をプレス成形するプレス成形装置並びにプレス成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種、プレス成形装置並びに成形方法において、大量生産を無人にて行う場合、上下両型間へのガラス素材の配置および成形品の取り出しをロボットにて行うようになっている。
【０００３】
従来、この種装置においては、光学素子のプレス成形後、型閉じ状態のまま型と共に成形品の冷却を行い、成型品の取り出しが可能な温度まで冷却されると、移動金型である下型が成形品取り出し位置まで下降して型開き状態となる。この後、ロボットにより下型上の成形品を取り出すようになっている。
【０００４】
しかしながら、型開き時に成形品が下型にあるとは限らず、上下型の形状の違いや、表面粗さ、冷却速度などいくつかの要因によって変化する上下型真空度の違いによっては上型に残っている場合がある。
【０００５】
このような場合、下型の上にある成形品を取り出すように設定されているロボットによる成形品の取り出しができず、アラームが発生し自動運転が停止してしまうといった問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来においては、プレス成形後の型開き時に、成形品が上型に残ることによる取出し不良が発生することがあり、稼働効率を低下させる原因となっている。
【０００７】
本発明は、上記事情に基づきなされたもので、プレス成形後の型開き時に成形品が上型に残ることによるロボットの成形品の取り出し不良を確実に防止して稼働効率の向上を可能とした光学素子の成形装置並びに成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段の光学素子の成形装置として、上型と下型との間にガラス素材を配置し、前記上下両型およびガラス素材を加熱して光学素子をプレス成形する成形装置であって、前記上下一対の型を接合し、予め加熱された前記ガラス素材から光学素子をプレス成形するプレス手段と、前記型の温度を検知する温度検知手段と、前記プレス手段によるプレス成形後、前記型がガラス転移点以下の予め設定された設定温度に達したときに、前記一対の型を、成形品が上型に付着して落下した場合に成形品が傷付かない程度の僅かな距離だけ離間させ、その後、前記型が成形品の取り出し温度まで冷却されたときに、成形品の取り出しが可能な距離まで前記一対の型を離間させるべく前記プレス手段を制御する制御手段とを具備してなる構成としたものである。
【０００９】
また、第２の手段の光学素子の成形装置として、固定金型からなる上型と移動金型からなる下型との間にガラス素材を配置し、前記上下両型およびガラス素材を加熱して、光学素子をプレス成形する成形装置であって、プレス軸の駆動源にサーボモータを用い、そのトルクを伝達機構を介してプレス軸の直線運動推力として上下一対の型を接合して予め加熱されたガラス素材から光学素子をプレス成形するプレス機構と、前記型の温度を検知する温度検知手段と、前記プレス機構によるプレス成形後、前記型がガラス転移点以下の予め設定された設定温度まで降下したときに、前記移動金型を、成形品が上型に付着して落下した場合に成形品が傷付かない程度の僅かな距離だけ下降させて上下一対の型を離間させ、その後、前記型が成形品の取り出し温度まで冷却されたときに、成形品の取り出しが可能な距離まで前記一対の型を離間させるべくプレス機構を制御する制御装置とを具備してなる構成としたものである。
【００１０】
好ましくは、上記装置において、プレス成形後、一対の型を前記僅かな距離だけ離間させる際の移動金型の移動量を３［ｍｍ］以下とする。
【００１２】
また、本発明の光学素子のプレス成形方法は、上下一対の型間にガラス素材を配し、前記上下両型およびガラス素材を加熱して光学素子をプレス成形する光学素子のプレス成形方法において、前記上下一対の型を接合し、予め加熱された前記ガラス素材から光学素子をプレス成形を行い、プレス成形後、前記上下一対の型を接合したままの状態で、前記型及び成形された光学素子の冷却を開始し、この冷却の過程で、前記型がガラス転移点以下の予め設定された設定温度に達したことが検知されたら、前記一対の型を、成形品が上型に付着して落下した場合に成形品が傷付かない程度の僅かな距離だけ離間させるべく型を移動させ、その後、前記型が成形品が取り出し温度まで冷却されたときに、成形品の取り出しが可能な距離まで前記一対の型を離間させることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、上記方法において、上下一対の型を前記僅かな距離だけ離間させる際の型の移動量を３［ｍｍ］以下とする。
【００１５】
【作用】
本発明の光学素子の成形装置並びに成形方法によれば、プレス工程終了後の冷却工程中、ある設定温度に達したとき、一対の型を僅かに離間させ、この状態にて引き続き成形品取り出し温度まで冷却を行うようにした。これにより、冷却工程中の隙間形成時に成形品が上型に残っていたとしても、その後の冷却で型材とガラスの膨張係数の違いにより上型と成形品との間の真空は破れ、成形品自体の自重によって下型上に落下する。このようにロボットによる取出しが行われる型開時には、常に成型品は下型上にあり、確実な取出しが可能となる。
【００１６】
また、型をわずかに移動させる設定温度を、ガラス転移点以下の温度とした。これにより、ガラス転移点以上の高温であると、ガラスの膨張係数が大きいため、金型以上にガラスは収縮してしまい、金型成形面を確実に転写することができなくなってしまうが、ガラス転移点以下の温度とすることにより、成形状態を損なうこと無く、良好な成形状態が維持可能となる。
【００１７】
また、両型を僅かに離間させるための型の移動量を、３［ｍｍ］以下のわずかな量としたから、落下したときに成形品が割れたり、傷ついたりすることなく、不良品の発生を防止できるとともに、落下したときに位置ずれが生じることがなく、位置ずれによる取出し不良を防止できる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図１を参照して説明する。
フレーム１の上部から固定軸２が下方に向かって伸びており、その下端にセラミック製の断熱筒３を介して上型組立４が図示しないボルトなどにより取り付けられている。
【００１９】
上型組立４は、金属製のダイプレート５、セラミックや超硬合金などで作られた固定金型である上型６、ならびにこの上型６をダイプレート５に取り付けると共に型の一部を形成する固定ダイ７からなっている。
【００２０】
フレーム１の下部には、サーボモータ８ａを駆動源とし、サーボモータ８ａの回転運動を直進運動推力に変換するウォームジャッキなどの駆動装置８が設けられ、駆動装置８には荷重検出器８ｂを介してプレス軸である移動軸９が取り付けられている。
【００２１】
移動軸９は、制御手段としての制御装置２８に入力したプログラムにより、速度、位置、およびトルク制御可能に上下動し、固定軸２と対向して上方に向かって伸びている。移動軸９の上端には、断熱筒３と同様の断熱筒１０を介して下型組立１１が図示しないボルトなどにより取り付けられている。
【００２２】
下型組立１１は、ダイプレート１２、移動金型である下型１３および移動ダイ１４からなっている。
そして、前記駆動装置８を駆動源として、上下一対の型６，１３を接合し、予め型とともに加熱されたガラス素材３０から光学素子である成型品３２をプレス成形するプレス手段としてのプレス機構３５を構成している。
【００２３】
また、固定軸２には、図示しない駆動装置によって上下動されるブラケット１５が移動可能に外嵌されている。このブラケット１５には、対をなす上型組立４，下型組立１１の周囲を囲む透明石英管１６が取り付けられている。
【００２４】
透明石英管１６の下端は、移動軸９が貫通している中間プレート１ａに気密に当接し、上型組立４，下型組立１１の周囲に大気から遮断される成形室１７を形成するようになっている。
【００２５】
また、ブラケット１５には、透明石英管１６を囲む外筒１８が取り付けられ、外筒１８にはランプユニット１９が取り付けられている。ランプユニット１９は、赤外線ランプ２０とその後方に配置された反射ミラー２１、さらに反射ミラー２１などを冷却するための水冷パイプ２２から構成されており、上型組立４，下型組立１１を加熱するようになっている。
【００２６】
固定軸２、移動軸９、および、ブラケット１５には、成形室１７内を不活性ガス雰囲気にしたり、上型組立４，下型組立１１を冷却するためのガス供給路２３，２４，２５が設けられ、図示しない流量コントロール計を介して不活性ガスを所定流量で成形室１７へ供給するようになっている。成形室１７へ供給された不活性ガスは、排気口２６から排気される。
【００２７】
また、下型組立１１には温度を検出するための温度検知手段としての熱電対２７が取り付けられ、制御装置２８に入力されるようになっている。
フレーム１の裏側にはガラス素材３０や成形品３２を搬送ロボット３１にて搬入出するための搬入出用窓１ｂが設けられている。搬送ロボット３１のアーム３１ａの先端にはガラス素材３０や成形品３２を吸着するための吸着パット３１ｂが取り付けられている。
【００２８】
次に上記成形装置を用いた本発明の光学素子の成形方法について、図２の（Ａ）〜（Ｆ）を用いて説明する。
図２の（Ａ）で示すように、プレス工程が終了すると、ガラス素材３０は成形されて成形品３２となり、型６，１３と成形品３２が密着した状態で冷却工程に進む。
【００２９】
ガラス転移点以下の予め設定された温度まで降温されると、図２の（Ｂ）で示すように、下型１３はわずかに下降する。この命令は、図２の（Ａ）の状態での下型１３の位置から設定量だけ相対的に下降させるもので、今回の例では１．５［ｍｍ］下降させた。このプログラムは以下のようになる。
【００３０】
Ｇ０１ Ｗ−１．５ Ｆ２０
ここで、Ｇ０１はＮＣの位置制御命令を示すコード、Ｗ−１．５は移動軸９の移動量（インクリメンタル量）［ｍｍ］でこの場合−１．５［ｍｍ］下降の意味であり、Ｆ２０は移動軸９の移動速度［ｍｍ／ｍｉｎ］でこの場合２０［ｍｍ／ｍｉｎ］の速度で移動という意味である。
【００３１】
下型１３をわずかに下降させた後、成形品３２は上下型６、１３と共に成形品取り出し温度まで引き続き冷却される。
下型１３をわずかに下降させたとき、図２の（Ｃ）に示すように、成形品３２が下型１３上にあれば問題はないが、たとえ図２の（Ｂ）に示すように、成形品３２が上型６に残っていたとしても、その後の冷却で成形品３２の膨張係数の違いにより上型６と成形品３２との間にわずかな隙間ができ、成形品３２を上型６に残す原因であった真空が破れ、図２の（Ｃ）に示すように、成形品３２は自重により下型１３の上に落下する。
【００３２】
落下するとき成形品３２のひびや割れや、傷付きを生じさせないことは勿論であり、また、下型１３からずれないように確実に載せるために、下型１３の下降量は３［ｍｍ］以下のわずかな量とすることが望ましい。
【００３３】
下型１３をわずかに下降させる設定温度は、ガラス転移点以上の高温であると、ガラスの膨張係数が大きいため、金型以上にガラスは収縮してしまい、金型成形面を確実に転写することができなくなってしまうので、ガラス転移点ないしそれより所定量低い温度とすることが望ましい。
【００３４】
なお、今回の例では、ガラス素材３０がＢＫ７であり、転移点が５６５℃であるため、上記設定温度を５６０℃とした。
下型１３の温度が成形品の取り出し温度まで低下すると、図２の（Ｄ）に示すように、下型１３が成形品取り出し位置まで下降する。搬送ロボット３１はアーム３１ａを上下型６、１３の間に進入させ、図２の（Ｆ）に示すように、下金型１３の上にある成形品３２を吸着パット３１ｂにより吸着し搬出する。
【００３５】
以上述べたように本発明によれば、上下一対の型６，１３を接合し、予め加熱された前記ガラス素材３０から光学素子３２をプレス成形するプレス工程と、前記プレス工程によるプレス成形後において、前記型６，１３及び成形された光学素子３２を冷却する冷却工程と、この冷却工程において、前記型６，１３の温度を検知する温度検知工程と、この温度検知工程により前記プレス工程によるプレス成形後において、前記型６，１３がある設定温度に達したことが検知されたら前記一対の型６，１３を僅かに離間させるべく型を移動させる型移動工程とを具備してなる光学素子の成形方法を実施できる。
【００３６】
そして、プレス工程終了後、冷却工程中のある設定温度にて下型１３をわずかに下降させ、この状態にて引き続き冷却を行うことにより、成形品３２がたとえ上型６に残ったとしても、搬送ロボット３１による成形品取り出し作業時には確実に下型１３上にあり、搬送ロボット３１による成形品取り出しが確実に行われ、光学素子の大量生産のための連続運転および光学素子のコストダウンのための無人化に寄与する効果は大きい。
【００３７】
なお、上述の一実施例において、本発明を下型１３を移動金型としたものに適用したものについて説明したが、上型６を移動金型としたものに適用したものにも適用可能なことは勿論である。
その他、本発明は上述の実施例に限るものでなく、本発明の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なことは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の光学素子の成形装置並びに成形方法によれば、プレス工程終了後の冷却工程中、ある設定温度に達したとき、一対の型を離間させ、この状態にて引き続き成形品取り出し温度まで冷却を行うようにした。これにより、冷却工程中の隙間形成時に成形品が上型に残っていたとしても、その後の冷却で型材とガラスの膨張係数の違いにより上型と成形品との間の真空は破れ、成形品自体の自重によって下型上に落下する。このようにロボットによる取出しが行われる型開時には、常に成型品は下型上にあり、確実な取出しが可能となる。
【００３９】
また、型をわずかに移動させる設定温度を、ガラス転移点以下の温度とした。これにより、ガラス転移点以上の高温であると、ガラスの膨張係数が大きいため、金型以上にガラスは収縮してしまい、金型成形面を確実に転写することができなくなってしまうが、ガラス転移点以下の温度とすることにより、成形状態を損なうこと無く、良好な成形状態が維持可能となる。
【００４０】
また、両型を僅かに離間させるための型の移動量を、３［ｍｍ］以下のわずかな量としたから、落下したときに成形品が割れたり、傷ついたりすることなく、不良品の発生を防止できるとともに、落下したときに位置ずれが生じることがなく、位置ずれによる取出し不良を防止できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学素子の成形方法を実施するための装置の概略断面図。
【図２】本発明による光学素子の成形方法を説明するための概念図。
【符号の説明】
６…上型（固定金型）、８…駆動装置、１３…下型（移動金型）、２７…熱電対（温度検知手段）、２８…制御装置（制御手段）、３０…ガラス素材、３１…搬送ロボット、３１ａ…アーム、３１ｂ…吸着パット、３２…成形品（ガラス素材）、３５…プレス機構（プレス手段）。

Claims (5)

1. 上型と下型との間にガラス素材を配置し、前記上下両型およびガラス素材を加熱して光学素子をプレス成形する成形装置であって、
   前記上下一対の型を接合し、予め加熱された前記ガラス素材から光学素子をプレス成形するプレス手段と、
   前記型の温度を検知する温度検知手段と、
   前記プレス手段によるプレス成形後、前記型がガラス転移点以下の予め設定された設定温度に達したときに、前記一対の型を、成形品が上型に付着して落下した場合に成形品が傷付かない程度の僅かな距離だけ離間させ、その後、前記型が成形品の取り出し温度まで冷却されたときに、成形品の取り出しが可能な距離まで前記一対の型を離間させるべく前記プレス手段を制御する制御手段と、
   を具備してなることを特徴とする光学素子のプレス成形装置。
2. 固定金型からなる上型と移動金型からなる下型との間にガラス素材を配置し、前記上下両型およびガラス素材を加熱して、光学素子をプレス成形する成形装置であって、
   プレス軸の駆動源にサーボモータを用い、そのトルクを伝達機構を介してプレス軸の直線運動推力として上下一対の型を接合して予め加熱されたガラス素材から光学素子をプレス成形するプレス機構と、
   前記型の温度を検知する温度検知手段と、
   前記プレス機構によるプレス成形後、前記型がガラス転移点以下の予め設定された設定温度まで降下したときに、前記移動金型を、成形品が上型に付着して落下した場合に成形品が傷付かない程度の僅かな距離だけ下降させて上下一対の型を離間させ、その後、前記型が成形品の取り出し温度まで冷却されたときに、成形品の取り出しが可能な距離まで前記一対の型を離間させるべくプレス機構を制御する制御装置と、
   を具備してなることを特徴とする光学素子のプレス成形装置。
3. プレス成形後、一対の型を前記僅かな距離だけ離間させる際の移動金型の移動量を３［ｍｍ］以下とすることを特徴とする請求項２記載の光学素子のプレス成形装置。
4. 上下一対の型間にガラス素材を配し、前記上下両型およびガラス素材を加熱して光学素子をプレス成形する光学素子のプレス成形方法において、
   前記上下一対の型を接合し、予め加熱された前記ガラス素材から光学素子をプレス成形し、
   プレス成形後、前記上下一対の型を接合したままの状態で、前記型及び成形された光学素子の冷却を開始し、
   この冷却の過程で、前記型がガラス転移点以下の予め設定された設定温度に達したことが検知されたら、前記一対の型を、成形品が上型に付着して落下した場合に成形品が傷付かない程度の僅かな距離だけ離間させるべく型を移動させ、
   その後、前記型が成形品が取り出し温度まで冷却されたときに、成形品の取り出しが可能な距離まで前記一対の型を離間させる、
   ことを特徴とする光学素子のプレス成形方法。
5. プレス成形後の冷却の過程において、一対の型を前記僅かなだけ離間させる際の型の移動量を３［ｍｍ］以下とすることを特徴とする請求項４記載の光学素子のプレス成形方法。

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