JP3768845B2 - 光学素子の成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱によって軟化したガラス素材を、一組の成形用型によってプレスすることにより、非球面レンズなどの高精度の光学素子を成形する光学素子の成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学素子の成形装置における成形型及びガラス素材の加熱手段として、特登録０２８１１２３９号に開示されているように、赤外線ランプを成形型の外周に配置した成形装置が広く採用されている。
【０００３】
この特登録０２８１１２３９号では、赤外線ランプを上下の型にそれぞれ対応させて上下に配置し、この各赤外線ランプの発熱量を個別に制御することによって、上下の型の温度の制御性に自由度を持たせている。
【０００４】
また、各赤外線ランプは、成形型に対して上下方向に移動可能であり、ガラス素材の供給時や成形品の取出し時には、成形品の搬送装置と干渉しないように型の上部に待避させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような加熱制御方法を採用した成形装置では、以下のような問題がある。
【０００６】
たとえ、赤外線ランプを上下の型にそれぞれ対応させて配置しても、上下の赤外線ランプの熱エネルギーは、完全に上下に個別に分離されることはなく、上型に対応した赤外線ランプの熱エネルギーの一部が下型に伝達されて、同じく、下型に対応した赤外線ランプの熱エネルギーの一部が上型に伝達される。このため、その熱エネルギーがそれぞれの赤外線ランプの制御に対する外乱となり、目標の温度に安定させる制御が非常に困難となる。
【０００７】
したがって、この解決手段として、次の二通りの方法が考えられる。
【０００８】
１．上下の型をプレス軸に取り付けた状態の上下の型の熱収支が同等になるように、上下の型の熱容量（体積）を調整し、さらに、赤外線ランプの上下の出力を等しくし、できるだけ上記外乱の影響を抑える。
【０００９】
２．赤外線ランプの出力を制御する温度調節計の制御パラメーターであるＰＩＤ（比例＋積分＋微分）制御の定数を適当な値に調整する。
【００１０】
しかし、このうち、前者の方法を採用して制御する方法は実際には至難であり、仮にできたとしても、金型の設計の自由度がなくなり、多品種の製品の成形型に採用することはできない。また、後者の方法は、赤外線ランプの発熱量を早い段階で絞らなければならないので、赤外線ランプの定格容量を効率よく使うことができない。結局は、目標の温度に安定させるための制御時間が長くなり、その結果、成形サイクルが延びる。
【００１１】
さらに、ガラス素子の供給及び成形終了後の成形品の取り出しのためには、赤外線ランプユニットは、次工程の設備の配置上成形型の上部に待避させるため、その間は成形型の温度が大幅に下がる。したがって、次のガラス素材の成形のために加熱すべき温度幅が増えて、これ又成形サイクルが長くなる。
【００１２】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上下の型の熱容量や形状の如何にかかわらず、目標温度に速く、且つ、安定して到達させ成形サイクルを短縮することのできる光学素子の成形を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学素子の成形装置では、上型及び下型の背部にそれぞれパッケージヒータを設け、このパッケージヒータを制御する温度検出器を上型及び下型の内部に設け、共通の加熱源の出力を制御する温度検出器を上型又は下型のうちのより速く高温となる側の型の表面に設ける。
【００１４】
なお、共通の加熱源の設定温度Ｔｌと前記パッケージヒータの設定温度Ｔｐの関係をＴｌ≦Ｔｐとすることが好ましく、下型に供給されるガラス素材の供給信号及びガラス素材の成形品の取出し信号により、パッケージヒータの設定温度を成形品の搬出温度に制御するのが好ましい。
【００１５】
すなわち、赤外線ランプの出力の制御は２系統とせず１系統で制御する。しかも、赤外線ランプの制御用のフィードバック信号を検出する温度センサが型の表面に設置されているため、赤外線ランプの通電電流の制御量と型の表面の温度との応答が早くなり、制御性が向上する。
【００１６】
なお、上下の型の熱容量に差があって、相互間に温度差が発生した場合でも、より速く高温となる側の型に対して、赤外線ランプの通電電流を制御する温度センサを取り付けることで、他方の型が目標温度を超過することを防ぐ。
【００１７】
さらに、上下の型の温度差は各型の背面に設置したパッケージヒータで補い、各パッケージヒータの出力は、型の内部に設置した温度センサで制御する。
【００１８】
上下の型の表面温度θｆと型の内部温度θｉの関係は、θｆ＞θｉとなるので、赤外線ランプの設定温度Ｔｌとパッケージヒータの設定温度Ｔｐの関係をＴｌ≦Ｔｐとすることで、設定温度域の赤外線ランプとパッケージヒータとの熱的干渉を解消する。
【００１９】
なお、パッケージヒータは、型の背面から型に熱を伝えるので、上下のパッケージヒータの間で熱的に干渉することはない。さらに、加熱時には赤外線ランプヒータとパッケージヒータの双方で加熱するので、ランプヒータのみの場合よりも加熱速度は速い。
【００２０】
さらに、ガラス素材の成形型への供給及び成形されたガラス素子の成形型からの取り出し時には、上下の型の背面に設けたパッケージヒータにより、上下の型の温度をそれぞれ個別に加熱するので、次の素材の成形のための加熱温度を減らすことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学素子の成形装置の一実施の形態を図１を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、成形装置の成形部を示す縦断面図であり、不活性ガスが充填された成形室（図示せず）に納められている。
【００２３】
図１において、上下に対置する上型１と下型２の対向面には、凸レンズの曲面が転写されてガラス素材１３が成形される光学機能面が形成されており、上型１は上胴型３に保持され、下型２は下胴型４によって保持される。
【００２４】
以下、上型１と上胴型３とで上型ユニットと呼び、下型２と下胴型４とで下型ユニットと呼ぶ。本実施の形態の上型ユニットは４ｋｇ弱、下型ユニットは６ｋｇ強となっていて、下型ユニットの熱容量は、上型ユニットの１．５倍となっている。
【００２５】
円筒状の赤外線ランプヒータ５は２０ｋＷであり、上下の型ユニットの外周に同軸に設置される。上型１の背面側には、略各凸字状のプレス軸１１が設けられており、このプレス軸１１の下面に上胴型３が固定される。同様に、下型２の背面側となる下方にプレス軸１２が対称に設けられていて、このプレス軸１２の上面に下胴型４が固定される。
【００２６】
このうち、上方のプレス軸１１の下部にパッケージヒータ６が収納され、下側のプレス軸１２の上部にパッケージヒータ７が収納されており、各パッケージヒータ６，７の定格は２ｋＷである。これらのパッケージヒータ６，７は、チッカ珪素セラミックスからなる一対のプレートの間に抵抗線６ａ，７ａを挟んだ簡単な構造になっている。
【００２７】
上下のプレス軸１１，１２は、同一軸心上に成形機に組み込まれており、この成形機によって上方のプレス軸１１は上方から下降する。
【００２８】
上胴８の側面に対して、熱電対８が固定されており、この熱電対８の検出信号をフィードバック信号として赤外線ランプヒータ５の電源の出力（電流）が制御される。一方、上型１の内部に対して熱電対９が設けられ、同様に下型２の内部に熱電対１０が設けられており、このうち、上型１０の熱電対９は、パッケージヒータ６の電源の電流を制御するフィードバック信号となり、下型２の熱電対１０は、プレス軸１２に収納されたパッケージヒータ７の電源から供給される電流を制御するフィードバック信号となる。
【００２９】
ここで、上胴型３にのみ熱電対８を設けた理由は、上胴型３の熱容量が下胴型４のそれよりも小で、かつ、上下のパッケージヒータ６，７の容量は等しく、その結果、赤外線ランプヒータ５による加熱で上胴型３の温度が下胴型４よりも高くなるからである。
【００３０】
次に、本発明の光学素子の成形装置による光学素子の成形方法の一例を説明する。
【００３１】
発明者が実施した成形対象は、直径が２８ｍｍの凸メニスレンズであり、ガラス素材には、ホウケイ酸ガラスＳＫ１２（ｎｄ＝１．５８３１３、νｄ＝５９．４、転移点Ｔｇ＝５５０℃、屈伏点Ａｔ＝５８８℃）を採用した。
【００３２】
各部の設定温度は、ランプヒータ５を制御する上胴型３の表面温度Ｔｌが６２０℃、上型１の背面のパッケージヒータ６を制御する温度Ｔｐ（上）が６２５℃、下型２の背面のパッケージヒータ７を制御する温度Ｔｐ（下）が６２５℃である。
【００３３】
まず、図１に示すように、下型２にガラス素材１３が載置された状態で各ヒータによる加熱を開始した。その結果、上胴型３は約１分で設定温度に到達し、上型１及び下型２は約１分３０秒で設定温度に到達した。また、その後の温度も変動することなく安定的に持続させることができた。
【００３４】
その後、プレス軸１１を介して荷重５００ｋｇｆで１分間加圧した後ランプヒータ５及び各パッケージヒータ６，７への通電を停止して上下の型ユニットを冷却した。
【００３５】
上型１及び下型２の温度が５３０℃に冷却した時点で、ランプヒータ５を図示しない昇降ユニットで上昇させ、以下、図示しないガラス取り置きユニットによって成形品を取り出し、新たにガラス素材を投入する。
【００３６】
この際、パッケージヒータ６，７によって、上型１及び下型２の温度をそれぞれ５３０℃に保持するように各ヒータの電流を自動制御している。したがって、次の成形サイクルも５３０℃から開始することができる。
【００３７】
このように構成された成形装置によれば、従来の成形装置において、成形後の成形品の取り出し時及びガラス素材の供給並びにガラス取り置き時に型の温度が下降する事態を回避することができ、成形温度幅を減らし、成形サイクルを短縮することができる。更に、万一、搬送機による成形品の取り出しミスが発生した場合でも、型の温度の更なる低下を防ぐことができ、成形サイクルを維持することができる。
【００３８】
なお、上記一実施の形態においては、上胴型３に熱電対８を設けた例で説明したが、成形品の形状が上下非対称などの場合に、上胴型３の熱容量よりも下胴型４の熱容量が小さくて、下胴型４の温度の方が速く高くなるときには、この下胴型４の側面にのみ熱電対８を設けてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、上型及び下型の背部にそれぞれパッケージヒータを設け、このパッケージヒータを制御する温度検出器を上型及び下型の内部に設け、共通の加熱源の出力を制御する温度検出器を上型又は下型のうちのより速く高温となる側の型の表面に設けることで、上下の型ユニットの熱容量に差があっても目標温度に速く安定到達させることができ、加熱開始温度が常に一定に確保でき、加熱温度幅を最低限に保つことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学ガラス素子成形装置の実施例である。
【符号の説明】
１ 上型
２ 下型
３，４ 胴型
５ 赤外線ランプヒータ
６，７ パッケージヒータ
８，９，１０ 熱電対
１１，１２ プレス軸

Claims (3)

1. 加熱した上型及び下型により光学素子を成形する光学素子の成形装置において、前記上型及び下型の外周に前記上型及び下型と同軸に設けられた円筒状の加熱源と、前記上型及び下型の背部にそれぞれ設けられたパッケージヒータとを有し、前記パッケージヒータの出力を制御するために上型及び下型の温度を検出する温度検知器は前記上型及び下型の内部に設けられ、前記円筒状の加熱源の出力を制御するために上型又は下型の温度を検出する温度検知器は、前記上型又は下型のうちより速く高温となる型の表面に設けられていることを特徴とする光学素子の成形装置。
2. 前記円筒状の加熱源の設定温度Ｔ１と前記パッケージヒータの設定温度Ｔｐの関係を、Ｔ１≦Ｔｐとしたことを特徴とする請求項１記載の光学素子の成形装置。
3. 前記下型に供給されるガラス素材の供給信号及び前記ガラス素材の成形品の取出し信号により、前記パッケージヒータの設定温度を前記成形品の搬出温度に制御したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学素子の成形装置。

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