JP5111195B2 - プレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１及び第２型とこれらの間に介在される胴型とを備え、これら各型の位置決め誤差を自動的に修正するプレス装置に関するものである。

近年、ガラスレンズでは、成型素材としてプリフォームと呼ばれるガラス塊を型内に載置し、加熱軟化した状態で型により加圧押圧して成形するガラスモールドにより作られているものがある。ガラスモールドの製造では、従来の研削・研磨による方法に比べて、工程が簡素化されるとともに、非球面レンズ等の場合においても型を所望の形状に作れば所望の形状のレンズ等を作ることができるというメリットがある。

上記ガラスモールド用の素材として、種々の光学特性をもつガラス素材を種々の形状・大きさに作ったプリフォームが供給されている。このプリフォームを金型に移載し、加熱して軟化させた後にプレスを行って研磨不用のガラスレンズを作るという精密ガラスモールド技術が開発されている。この技術は、まず、プリフォーム成形が必要になる。プリフォームとしては、精密ゴブや研磨レンズプリフォーム（以下、「成形素材」と称す）が用いられる。

精密コブは、表面が鏡面状態に近く大きさも目的のレンズに近い態様になっており、特に略球形のものが多く用いられる。略球形のプリフォーム成形としては、溶融ガラスを液体の中に滴下して作る工法や、ロートの底から窒素ガスを吹き出させてその中に滴下して空中に浮かせたまま冷却固化させて作る工法が知られている。研磨レンズプリフォームは、従来の加熱成形や研削・研磨により略球形状に作られる。このようなプリフォーム成形で得た成形素材を利用して成形装置で加熱・押圧を行って成形品を得る。

成形型は、一般的に、下型，上型及び胴型で構成されており、成形素材を下型の成形面にセットすると共に、下型に胴型を嵌合させ、さらに上型をこの胴型に挿入することによって、型を組み立てて、この型全体を加熱することによって成形素材を成形温度にまで加熱し、上型と下型との成形面間に所定の加圧力を作用させてプレス成形を行う。プレス成形後は、成形型を徐々に冷却した後に、上型及び胴型を分離して、プレス成形した成形品を下型から取り出す。

レンズ成型を大量生産するためには、プレス成形を迅速に行う必要がある。しかしながら、レンズ成形には、高温環境下で高圧のプレスに耐えられるプレス装置が必要になる。そして、大量生産を考慮すると、高温・高圧環境により成形型の嵌合に位置ずれが生じる。このため、その位置ずれを自動的に修正する必要がある。そこで、従来、位置ずれを自動的に修正する装置として、光学素子成形装置の成形型傾き調整装置が知られている（特許文献１）。この装置では、上・下型、加圧手段、及び、位置ずれを修正する圧力制御手段を備え、加圧手段が下型を上型に対して垂直方向に移動して加圧する。上型を固定する支持板は、４本の支持部材で下型の上方に固定される。４本のうちの１本の支持部材には、内部に流体が供給又は封入されている。圧力制御手段は、支持板の傾きを測定し、その測定値に基づいて支持板の傾きをゼロにする前記支持部材の流体の圧力を求め、求めた圧力値だけ前記支持部材の流体の圧力を調整して、下型に対する上型の傾きを調整している。
特開平９−１８８５３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、常に支持板の傾きを測定して上型の傾きを調整するため、プレス毎に支持部材の流体の圧力を調整していたのではタイムロスになり、生産能力が低下する。また、内部に流体を供給又は封入する支持部材や圧力制御手段など複雑な機構が必要になり、装置が大型化し、かつ、コストも高くつく。

本発明は以上の点を鑑みてなされたものであって、プレス毎に位置ずれを自動的にかつ迅速に修正することができ、しかも、小型化を図ることができるプレス装置をローコストで提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のプレス装置では、凸部の先端に成形面を各々持つ第１及び第２型と、凸部を対向方向からそれぞれ挿入するためのガイド穴を有し第１及び第２型をガイド穴の軸方向に相対移動自在に支持する胴型と、胴型を保持するホルダーと、第１及び第２型の凸部をガイド穴に挿入しながら加圧する加圧手段と、第１及び第２型の成形面を持つ側の反対側の面にそれぞれ取り付けられ、ガイド穴に対して凸部を挿入するときに生じる水平方向の誤差と角度方向の誤差とを修正する位置決め誤差修正機構を備えた可動型支持部と、を備え、可動型支持部は、第１及び第２型の反対側の面にそれぞれ取り付けられる第１プレートと、第２プレートと、これら第１及び第２プレートを自由移動自在に連結し第１及び第２プレートのうちのいずれか一方に対して他方の揺動運動及び並進運動を許容する、少なくとも３本の弾性体と、で構成されていることを特徴とする。ホルダーを加圧手段の加圧方向に移動させ、ガイド穴を第１又は第２型の凸部に嵌合させる移動手段を有することが好適である。また、加圧手段は第１及び第２型のうちのいずれか一方の型側に設けられた第２プレートに取り付けられ、第１及び第２型のうちの他方の型を支持し、他方の型側に設けられた第２プレートに取り付けられたベースを有し、移動手段はホルダーを他方の型に向けて移動することが好適である。

第１及び第２型のうちのいずれか一方の型は、加圧手段により他方の型に向けて加圧される。そして、他方の型はベースに固定される。可動型支持部は、一方の型と加圧手段との間、及び、他方の型とベースとの間にそれぞれ設けられる。

プレス作業の一例としては、胴型のガイド穴を他方の型の凸部に挿入する。このとき、他方の型に設けた可動型支持部が他方の型の揺動運動、あるいは並進運動を許容するため、ガイド穴の軸に対して凸部の軸の水平方向における誤差、あるいは角度方向における誤差を修正し、胴型のガイド穴が他方の型の凸部にスムーズに嵌合する。このとき、他方の型の一部が胴型に当接して凸部のガイド穴に対する挿入量が規定される。

次に、ガイド穴を通して他方の型の成形面に成形素材を載置する。その後に、一方の型の凸部をガイド穴に、前述したと逆側から挿入して加圧する。このときは、一方の型と他方の型とに設けた一対の可動型支持部で水平方向及び傾き方向の位置決め誤差を二分して修正するため、一方の型の凸部がガイド穴にスムーズに嵌合する。挿入が進むと、一方の型の一部が胴型に当接し、ガイド穴に対する一方の型の凸部の挿入量が規定される。これにより、第１及び第２型の成形面間で成形素材が押圧されて成形品ができる。

ところで、前述したプレス作業では、可動型支持部がガイド穴の軸方向を基準にして各型の凸部を倣うため、例えば、プレス方向に対してガイド穴の軸方向がずれていた場合、可動型支持部に大きな修正量をカバーする特性を持たせる必要が生じる。

そこで、胴型に遊びを持たせるのが望ましい。この場合には、例えば、胴型を自由移動自在に保持するホルダーと、前記ホルダーを前記プレス方向に移動させて前記ガイド穴を前記他方の型に嵌合させる移動手段と、を備える。

弾性体は、弾性を有する材料で作られており、例えばゴムとシムとを積層して円柱状に作ったゴムエレメント、又は圧縮コイルバネ等を用いることができる。コイルバネを用いる場合には、自由長以内で用いればよい。弾性体はプレス成形時に長さが圧縮されるが、例えば３本の弾性体を用いると、５０〜２７０kgf以内の比較的低圧の荷重には耐えられる。

本発明によれば、少なくとも３本の弾性体からなる可動型支持部を介設して第１及び第２型の両方を各々保持したので、胴型に設けたガイド穴に対して第１及び第２型に各々設けた凸部を挿入するときに生じる水平方向の誤差と角度方向の誤差とを自動的に修正しながらプレス成形を行うことができる。これにより、従来技術で説明したように、上・下型の何れか一方の誤差を一々修正する作業を必要としないため、調整時間の削減やメンテナンスの削減等を図ることができる。また、可動型支持部を第１及び第２型にそれぞれ設けているため、凸部とガイド穴との嵌合開始時に生じる反発力が低下し、よりスムーズに嵌合させることができる。さらに、遊びを持って胴型を保持する発明では、プレス方向に対する胴型のガイド穴の軸ずれも修正することができるので、可動型支持部に必要な修正量が少なくて済むとともに、凸部とガイド穴との嵌合開始時に生じる反発力がさらに低下し、嵌合をさらにスムーズに行うことができる。

プレス装置１０は、図１に示すように、ガラスなどの成形素材を加熱しながら成形型１１でプレス成形を行って光学用のガラスレンズを作る装置であり、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うために、成形型１１がボックス１２で覆われている。ボックス１２には、開閉自在なシャッタ（図示なし）が設けられている。成形素材の供給、及び、成形品の取り出しはシャッタを開閉して行う。

成形型１１は、下型（第１型）１３、胴型１４、及び、上型（第２型）１５からなる。下型１３には、断面円形の凸部１３ａを有しており、凸部１３ａの先端に成形面１３ｂが作られている。この下型１３は、成形面１３ｂを上に向けた姿勢でボックス１２を構成するベース１２ａに固定されている。胴型１４は、プレス方向に貫通するガイド穴１４ａを有し、移動機構１６の作動によりガイド穴１４ａが下型１３の凸部１３ａに嵌合する嵌合位置とこれから上方に退避する退避位置との間で移動される。上型１５にも、断面円形の凸部１５ａを有し、凸部１５ａの先端に成形面１５ｂが作られている。この上型１５は、凸部１５ａを下に向けた姿勢で加圧機構１７のロッド１７ａに取り付けられており、加圧機構１７の作動により凸部１５ａがガイド穴１４ａに嵌合する嵌合位置とこれから上方に退避する退避位置との間で移動される。成形素材は、胴型１４が下型１３に嵌合した後に、ガイド穴１４ａを通して下型１３の成形面１３ｂの中心に載置される。なお、上・下型１３，１５には、胴型１４に突き当てるための段部（一部）１３ｃ，１５ｃが凸部１３ａ，１５ａの根元に環状にそれぞれ形成されている。

プレス成形は、加熱、プレス成形、冷却、及び、型開との４つの作業を順に行ってゆく。加熱作業は、加熱機構１８，１９を作動して上型１５、胴型１４、及び、下型１３を介して成形素材を加熱する。プレス成形作業では、移動機構１６及び加圧機構１７を駆動して下型１３に対して胴型１４、及び、上型１５を順に嵌合位置に移動させる。冷却作業では、冷却機構２０，２１を作動して上型１５、胴型１４、及び、下型１３を介して成形品を冷却する。これら加圧機構１７、移動機構１６、加熱機構１８，１９、及び、冷却機構２０，２１は、制御部２２により統括的に制御される。

なお、成形素材は、例えば精密ゴブや研磨レンズプリフォームの形態になっている。成形品は、例えばコバ付きの片面凸片面凹のガラスレンズである。成形素材は、プレス成形する前から余熱されている。

下型１３とベース１２ａとの間には、可動型支持部２４が設けられている。可動型支持部２６は、上型１５とロッド１７ａとの間にも設けられている。これら可動型支持部２４，２６が位置決め誤差修正機構を構成する。

図２に示すように、胴型１４は、断面において外周に鍔１４ｄを設けた円筒状をしており、凸部１３ａ，１５ａを案内するための断面円形のガイド穴１４ａの他に、段部１３ｃ，１５ｃが当接する当接面１４ｂ，１４ｃを有し、成形面１３ｂ，１５ｂとの間の間隔を位置決めする作用をもっている。ガイド穴１４ａの上・下の開口の縁には、上・下型１３，１５の挿入をガイド穴１４ａに案内するための面取り部２７がそれぞれ形成されている。このような胴型１４は、移動機構１６と連結されているホルダー２８に保持されている。ホルダー２８には、鍔１４ｄが入り込む溝２８ａを有する保持部２９が形成されている。溝２８ａと鍔１４ｄとの間には、胴型１４が内部で自由移動自在になるように遊びの隙間が形成されている。したがって、保持部２９は、プレス（垂直）方向への移動、及び、プレス方向に対して直交する方向（水平方向）にそれぞれ移動自在になるように胴型１４を保持している。

可動型支持部２４は、図３及び図４に示すように、上プレート（第１プレート）３０、下プレート（第２プレート）３１、及び、３個のゴムエレメント（弾性体）３２とから構成されている。ゴムエレメント３２は、ゴムとシムとを積層して円柱状に作られており、上・下プレート３０、３１の間に立てて設けられている。これらゴムエレメント３２は、上プレート３０の略中心位置（上又は下型１３，１５を取り付ける中心の位置）を中心とする周方向の等間隔位置に取り付けられており、下プレート３１へは、上プレート３０よりも外側に取り付けられている。これにより、各ゴムエレメント３２は、裾広がりのように傾斜して取り付けられ、下プレート３１に対して上プレート３０を水平方向及び角度（こじり）方向に自由移動自在に支持する。なお、ゴムエレメント３２としては、３本に限定することなく、等間隔位置に４本以上設けてもよい。

下型用の可動型支持部２４は、上プレート３０を上に向けた姿勢で下プレート３１がベース１２ａに固定されており、上プレート３０には成形面１３ｂを上に向けた姿勢で下型１３が固定されている。上型用の可動型支持部２６は、下型用の可動型支持部２４と同じ構成になっており、上プレート３０を下に向けた姿勢で下プレート３１がロッド１７ａ（図１参照）に取り付けられており、上プレート３０には成形面１５ｂを下に向けた姿勢で上型１５が固定されている。

プレス成形を行う手順は、下型１３に胴型１４を嵌合する第１作業、胴型１４を通して下型１３の成形面１３ｂの中心に成形素材を置く第２作業、上型１５を下降して成形面１５ｂ、１３ｂ間で成形素材を加圧する第３作業、上型１５を退避位置に移動する第４作業、胴型１４を退避位置に移動する第５作業、最後に下型１３から成形品を取り出す第６作業の順になっている。これら作業を迅速に行うために、胴型１４及び上型１５の移動速度を早くしている。このとき、上型１５、胴型１４、及び、下型１３に位置決め（嵌合）誤差があった場合、型同士がぶつかって型が破損したりする不都合が生じる。しかしながら、本実施形態では、下型１３及び上型１５に可動型支持部２４を組み込み、かつ、遊びを持って胴型１４を保持しているから、前述したような不都合を確実に解消しながらプレスを行うことができる。

例えば、図５に示すように、下型１３に対して胴型１４が、水平方向に例えば長さＬだけ誤差がある場合、胴型１４に面取り部２７が施してあるので、ホルダー２８の下降に伴って、ガイド穴１４ａの中心軸が凸部１３ａの中心軸に近寄るように胴型１４が溝２８ａ内の遊びの範囲内で水平方向に移動するとともに、下型１３を凸部１３ａの中心軸がガイド穴１４ａの中心軸に近寄るように可動型支持部２４の上プレート３０が水平方向に移動していく。このように、胴型１４と上プレート３０とが互いに寄り合う方向に移動することで水平方向にある誤差の成分をスムーズに修正することが可能である。これにより、ガイド穴１４ａが凸部１３ａに自然に嵌合してゆく。その後は、ホルダー２８の下降が継続されることでガイド穴１４ａが凸部１３ａに沿いながら胴型１４が自重により落下していく。ホルダー２８が予め決められた量だけ下降すると、図６に示すように、当接面１４ｃが下型１３の段部１３ｃに当接し、胴型１４が前記遊びの範囲内で下型１３に持ち上げられて角度方向及び水平方向においてフリーの状態になり、この間に、可動型支持部２４は、上プレート３０が初期の位置に戻っている。

また、例えば、図７に示すように、胴型１４が水平方向に長さＬ２だけ誤差が有り、かつ、水平方向に対して角度θ１の分だけ傾いていた場合、凸部１３ａの先端がガイド穴１４ａの面取り部２７に当接して、水平方向に移動自在な胴型１４が水平方向の誤差を修正した後に、凸部１３ａの先端がガイド穴１４ａに挿入されていく。このときθ１の角度によっては凸部１３ａの先端がガイド穴１４ａの途中まで挿入されたところで軽度のかじりを生じ、胴型１４を持ち上げてしまう。このままホルダー２８が下降すると胴型１４の当接面１４ｂが溝２８ａの上面に突き当たることで胴型１４の角度がθ１に規制される。さらにホルダー２８が下降すると凸部１３ａの中心軸がガイド穴１４ａの中心軸の傾斜に沿うように可動型支持部２４の上プレート３０が傾斜していき、凸部１３ａとガイド穴１４ａの摺動力よりも胴型１４の自重が勝ったところで胴型１４が落下し、嵌合が終了する。この場合にも、図８に示すように、当接面１４ｃが下型１３の段部１３ｃに当接し、胴型１４が前記遊びの範囲内で下型１３に持ち上げられて角度方向及び水平方向においてフリーの状態になり、かつ、可動型支持部２４の上プレート３０が初期の位置に戻る。

胴型１４は、図９に示すように、当接面１４ｂが下型１３の段部１３ｃに当接することで嵌合位置に位置決めされる。次に、成形素材４２が下型１３の成形面１３ｂに移載され、その後に、上型１５が嵌合位置に移動するが、このときも、位置ずれが生じていた場合、一対の可動型支持部２４，２６により胴型１４に対する上型１５の位置決め誤差を修正することができる。

同図では、加圧機構１７が押圧する下プレート３１が水平方向に長さＬ３だけ誤差が有り、かつ、水平方向に対して角度θ２の分だけ傾斜した位置ずれを生じている場合の例である。この場合には、加圧機構１７が加圧を開始して、まず、凸部１５ａの先端がガイド穴１４ａの面取り部２７に当接すると、水平方向に移動自在な胴型１４により水平方向の誤差が修正される。このとき一対の可動型支持部２４，２６が前記水平誤差Ｌ３の半分ずつを分担して修正する。凸部１５ａの先端がガイド穴１４ａに入ると凸部１５ａの中心軸がガイド穴１４ａの中心軸の傾斜に沿うように可動型支持部２６の上プレート３０が、前記下プレート３１と逆方向に傾斜していくと共に、凸部１３ａ（ガイド穴１４ａ）の中心軸が凸部１５ａの中心軸の傾斜に沿うように可動型支持部２４の上プレート３０が前記下プレート３１と同じ方向に傾斜していく。これら一対の可動型支持部２４，２６の作用により上型１５と、胴型１４及び下型１３とが、前記下プレート３１の傾き方向の成分の誤差を、前記角度θ２の半分ずつの角度で分担して修正するため、図１０に示すように、上型１５、下型１３、及び胴型１４が、水平方向に対して2分のθ２だけ傾斜して、上型１５の凸部１５ａがガイド穴１４ａに嵌合する。その後、上型１５の段部１５ｃが当接面１４ｃに当接し、充分な加圧がなされた後に、加圧機構１７の加圧動作が終了する。

プレス成形時には、ゴムエレメント３２が圧縮される。このときの荷重が３本のゴムエレメント３２の許容圧縮荷重以内であれば、３本のゴムエレメント３２のみで荷重を受けることができる。

プレス成形完了後には、上型１５を退避位置に移動する第４作業、胴型１４を退避位置に移動する第５作業、最後に下型１３から成形品を取り出す第６作業が行なわれる。成形品となるレンズは、上・下型１５，１３で胴型１４を突き当てて倣わせるようにしているので、フランジ面の平行度を確実に確保することができる。

なお、胴型１４としては、１部品構成に限らず、例えば、ガイド穴１４ａを持つ第１の胴型と、段部１３ｃ、１５ｃが当接する当接面１４ｂ，１４ｃを持ち前記第１の胴型の外周に配される第２の胴型との２部品構成、又は、上下に分割した２部品構成としてもよい。また、図５ないし図１０では、位置ずれ（誤差）を大きく表して記載しているが、実際にはクリアランスの小さい誤差であり、胴型１４に遊びを持たせ、かつ、一対の可動型支持部２４，２６で上・下型１５，１３の位置修正を行っているから、レンズを高精度にプレス成形することができる。

可動型支持部２４，２６を用いて凸部１３ａ，１５ａをガイド穴１４ａに完全に挿入することを考慮すると、凸部１３ａ，１５ａとガイド穴１４ａとのクリアランスが重要になる。例えばガラスレンズモールドでは、凸部１３ａ，１５ａとガイド穴１４ａとのクリアランスが非常に小さくなっている。そこで、プレス成形時の加圧荷重が５０kgf以内の場合、可動型支持部２４，２６として、水平方向の剛性７．４kgf/cm、及び、角度方向の剛性１３００kgf/radを満足する特性のものを用いた。これにより、水平方向で±２．８mm、角度方向で±２．０degの範囲内で位置決め誤差を自動的に修正することができた。

上記各実施形態では、可動型支持部２４，２６として少なくとも３本のゴムエレメント３２を用いているが、本発明ではゴムエレメントに限らず、揺動運動と並進運動とを発生させる、例えば圧縮コイルバネ等の周知の支持部材であれば、いずれを用いてもよい。

また、下型１３に対して上型１５を移動してプレスするプレス装置１０としているが、逆に、上型に対して下型を移動してプレスするプレス装置としてもよい。また、垂直方向に移動してプレスするプレス装置としているが、水平方向に移動してプレスするプレス装置としてもよい。

さらに、上記各実施形態では、ガラス素材からガラス成形品を作る成形装置に可動型支持部２４を用いているが、本発明ではこれに限らず、例えば絞り加工や曲げ加工を行うプレス用の成形装置（ポンチやダイスを含む金型）にも使用することができる。

本発明を採用したプレス装置の外観を示す斜視図である。 胴型を保持するホルダーの要部を示す断面図である。 下型に設けた可動型支持部を示す断面図である。 図３で説明した可動型支持部の概略を示す斜視図である。 下型と胴型とが水平方向に誤差がある場合の嵌合開始状態を示す断面図である。 下型と胴型とが水平方向に誤差がある場合の嵌合完了状態を示す断面図である。 下型と胴型とが傾き方向に誤差がある場合の嵌合開始状態を示す断面図である。 下型と胴型とが傾き方向に誤差がある場合の嵌合完了状態を示す断面図である。 上型と胴型とが傾き方向に誤差がある場合での嵌合開始状態を示す断面図である。 上型と胴型とが傾き方向に誤差がある場合での嵌合完了状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ プレス装置
１３ 下型
１４ 胴型
１５ 上型
２４，２６ 可動型支持部
３０ 上プレート
３１ 下プレート
３２ ゴムエレメント
３５ 転動体
３４，３６ 受け部材
３７，３８ 凹部

Claims (3)

1. 凸部の先端に成形面を各々持つ第１及び第２型と、
   前記凸部を対向方向からそれぞれ挿入するためのガイド穴を有し前記第１及び第２型を前記ガイド穴の軸方向に相対移動自在に支持する胴型と、
   前記胴型を保持するホルダーと、
   前記第１及び第２型の凸部を前記ガイド穴に挿入しながら加圧する加圧手段と、
   前記第１及び第２型の成形面を持つ側の反対側の面にそれぞれ取り付けられ、前記ガイド穴に対して前記凸部を挿入するときに生じる水平方向の誤差と角度方向の誤差とを修正する位置決め誤差修正機構を備えた可動型支持部と、を備え、
   前記可動型支持部は、前記第１及び第２型の前記反対側の面にそれぞれ取り付けられる第１プレートと、第２プレートと、これら前記第１及び第２プレートを自由移動自在に連結し前記第１及び第２プレートのうちのいずれか一方に対して他方の揺動運動及び並進運動を許容する、少なくとも３本の弾性体と、で構成されていることを特徴とするプレス装置。
2. 前記ホルダーを前記加圧手段の加圧方向に移動させ、前記ガイド穴を前記第１又は第２型の凸部に嵌合させる移動手段を有することを特徴とする請求項１記載のプレス装置。
3. 前記加圧手段は前記第１及び第２型のうちのいずれか一方の型側に設けられた第２プレートに取り付けられ、
   前記第１及び第２型のうちの他方の型を支持し、前記他方の型側に設けられた第２プレートに取り付けられたベースを有し、
   前記移動手段は前記ホルダーを前記他方の型に向けて移動することを特徴とする請求項２記載のプレス装置。

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