JPH08208247A

JPH08208247A - ガラス素子成形装置並びにガラス素子成形方法

Info

Publication number: JPH08208247A
Application number: JP1292595A
Authority: JP
Inventors: Kichizo Komiyama; 吉三小宮山; Hirotaka Masaki; 宏孝正木; Tetsuya Tanioka; 鉄也谷岡; Toshinao Kamano; 利尚鎌野; Isao Shogetsu; 功松月
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1996-08-13
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JP3143572B2

Abstract

(57)【要約】【目的】成形するガラス素子にひびや割れを生じさせ
ず、高精度に成形することができるガラス素子成形装置
を提供する。【構成】ある設定プレス力から別の設定プレス力へとプ
レス力を変化させるとき、変化過程のプレス力Ｐを時間
Ｔの関数Ｐ′＝ｆ（ｔ）とし、前記関数通りにプレス力
を変化させるようにした。前記関数Ｐ′＝ｆ（ｔ）は時
間の経過とともに徐々にプレス力が増加あるいは減少す
る関数である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばカメラなどのガ
ラスレンズやプラスチック眼鏡のレンズを成形するため
のガラス型など（以下光学ガラス素子として説明する）
をプレスにより成形するガラス素子成形装置並びにガラ
ス素子成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、ガラス素材をプ
レス成形する成形装置において、プレス軸の駆動源にサ
ーボモータを用い、そのトルクをウォームジャッキなど
の伝達機構を介してプレス軸の直線運動推力としてプレ
スを行う機能と、位置検出器を用いてプレス軸に取り付
けられた移動金型の位置を制御する位置制御機能と、プ
レス軸と移動金型との間に配置した荷重検出器で、実際
の荷重（プレス力）を検出し、該プレス力と予め設定し
ておいた設定プレス力との差により、サーボモータに加
える電流値を閉ループでトルク制御するトルクフィード
バック機能とを具備する装置により、プレス成形すると
き、設定プレス力に達するまでは軸は一定の速度で移動
し、目標プレス力に達すると、設定プレス力に保つよう
にトルク制御される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】プレス成形するときの
移動軸金型の動きはＮＣによって制御されるが、その指
令は例えばＧ１００ＺＦＩＰＥとなる。ここで、Ｇ１００はトルク制御の指令、Ｚは金
型の位置、Ｆは移動軸金型の移動速度、Ｉはプレス力、
Ｐはタイマー、Ｅはトルクフィードバック有無を表す。
この指令を行っているときの、移動軸金型の動きとプレ
ス力は次の３つに分けることができる。１）金型が予熱位置からガラス素材に接触するまで金型は一定の設定速度Ｆで移動する。この時プ
レス力は０ｋｇｆである。

【０００４】２）金型とガラス素材が接触してから設定
プレス力に達するまで金型は一定の設定速度Ｆで移動する。この時プ
レス力は、ガラス素材の形状と温度（粘度）により変化
する。例えば、ガラス素材が球のとき、プレス開始時は
金型とガラス素材との接触面積が小さいためプレス力も
小さいが、プレスが進むと接触面積の増加に伴いプレス
力も増加する。ガラス素材が成形品形状に極めて近似し
ているとき、例えば非球面レンズを成形するときに、該
非球面形状に近似した球面を有する球面レンズは、接触
面積の変化が少ないため、プレス力は無負荷状態から設
定プレス力までほぼステップ状に増加する。

【０００５】３）設定プレス力に達した後金型はガラス素材にかかるプレス力が設定プレス力一定
となるように移動する。

【０００６】前記「２）金型とガラス素材が接触してか
ら設定プレス力に達するまで」におけるガラスにかかる
プレス力の変化速度は、主に軸の移動速度に支配され、
かつガラス素材の形状・温度（粘度）・大きさ、成形品
の形状・大きさに影響され、プレス力の制御ができなか
った。このため、ガラス素材の形状・大きさ、成形品の
形状によってはプレス力がほぼステップ状に増加し、ガ
ラスに無理な力がかかり、ひびや割れを生じさせること
がある。また金型にも急に無理な力が加わるのは、金型
にダメージを与える虞れが有り、金型寿命にも影響す
る。

【０００７】本発明は、上記事情に基づきなされたもの
で、成形するガラス素子にひびや割れを生じさせず、高
精度に成形することができるガラス素子成形装置並びに
ガラス素子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
決するための装置の手段として、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、
該ガラス素材をプレス成形するガラス素子成形装置であ
って、プレス軸の駆動源にサーボモータを用い、そのト
ルクをウォームジャッキなどの伝達機構を介してプレス
軸の直線運動推力としてプレスを行う手段と、位置検出
器を用いてプレス軸に取り付けられた移動金型の位置を
制御する位置制御手段と、サーボモータから移動金型ま
での間に配置した荷重検出器で、実際の荷重であるプレ
ス力を検出し、該プレス力と予め設定しておいた設定プ
レス力との差により、サーボモータに加える電流値を閉
ループでトルク制御するトルクフィードバック手段とを
具備し、ある設定プレス力から別の設定プレス力へとプ
レス力を変化させるとき、変化過程のプレス力Ｐを時間
Ｔの関数Ｐ′＝ｆ（ｔ）とし、前記関数に従ってプレス
力を変化させ、トルクフィードバック制御する機能を有
するものである。

【０００９】また、方法の手段として、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、該ガラス素材をプレス成形するガラス素子成形方
法であって、プレス軸の駆動源にサーボモータを用い、
そのトルクをウォームジャッキなどの伝達機構を介して
プレス軸の直線運動推力としてプレスを行う工程と、位
置検出器を用いてプレス軸に取り付けられた移動金型の
位置を制御する位置制御工程と、サーボモータから移動
金型までの間に配置した荷重検出器で、実際の荷重であ
るプレス力を検出し、該プレス力と予め設定しておいた
設定プレス力との差により、サーボモータに加える電流
値を閉ループでトルク制御するトルクフィードバック工
程とを有し、ある設定プレス力から別の設定プレス力へ
とプレス力を変化させるとき、変化過程のプレス力Ｐを
時間Ｔの関数Ｐ′＝ｆ（ｔ）とし、前記関数に従ってプ
レス力を変化させ、トルクフィードバック制御するよう
にしたものである。

【００１０】

【作用】上記手段のガラス素子成形装置並びにガラス成
形方法によれば、ある設定プレス力から別の設定プレス
力へとプレス力を変化させるとき、変化過程のプレス力
Ｐを時間Ｔの関数Ｐ′＝ｆ（ｔ）とし、前記関数通りに
プレス力を変化させるようにしたから、前記関数Ｐ′＝
ｆ（ｔ）は時間の経過とともに徐々にプレス力が増加あ
るいは減少する関数である。これにより、ガラス素材に
無理な力をかけることなく、ひびや割れのない光学ガラ
ス素子を得ることが可能となった。

【００１１】

【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。図１は光学ガラス素子成形装置の一例を
示すもので、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。

【００１２】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。

【００１３】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
推力に変換するスクリュー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。

【００１４】移動軸９は、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。

【００１５】下型組立１１は、ダイプレート１２、下型
１３および移動ダイ１４からなっている。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。

【００１６】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１
７を形成するようになっている。

【００１７】また、ブラケット１５には、透明石英管１
６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１
９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。

【００１８】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。なお、２７は下
型組立１１の温度検出用熱電対である。

【００１９】次に上記成形装置を用いた本発明の成形方
法について、制御装置２８に組み込んだ実際のプログラ
ム例（プログラム例１）を下記に示す。（プログラム例１）行プログラム１００Ｇ０１Ｚ４５Ｆ８００１１０Ｇ１００Ｚ４９Ｆ２０Ｉ３００Ｅ１Ａ１１２０Ｇ２００Ｚ５５Ｆ２０Ｉ１０Ｅ１Ｖ１Ａ２１３０Ｇ２００Ｚ５５Ｆ２０Ｉ５００Ｅ１Ｖ２Ａ３１４０Ｇ２００Ｚ５５Ｆ２０Ｉ１００Ｅ１Ｖ３Ａ４１５０Ｇ０１Ｚ０Ｆ８００ここで、Ｚは移動軸９の原点からの位置（アブソリュー
ト量）［ｍｍ］であり、Ｚ＝５０［ｍｍ］で上下型は密
着する。Ｆは移動軸９の移動速度［ｍｍ／ｍｉｎ］、Ｉ
は最終プレス力「Ｋｇｆ」、Ｅ１は設定されたプレス力
Ｐを保持するようにフィードバック制御を行う閉ループ
コード、Ｖは設定時間および設定温度により外部から出
力される強制歩進コードであり、Ｇ０１は位置Ｚまで速
度Ｆで移動軸を位置制御で移動させる位置制御コード、
Ｇ１００は位置Ｚまで速度Ｆで移動軸を移動させ、プレ
ス力Ｐでトルク制御を行うトルク制御コード、Ｇ２００
は位置Ｚに達するか強制歩進コードＶを受け取るまで、
速度Ｆで移動軸を移動させ、プレス力Ｐでトルク制御を
行うトルク制御コードである。Ａは指令開始から設定プ
レス力Ｐに達するまでのプレス力を、別に設定したプレ
ス力Ｐ′にて制御させるコードである。

【００２０】別に設定したプレス力Ｐ′は時間の関数で
あり、Ｐ′＝ｆ（ｔ）で表される。次に上記成形装置を
用いた光学素子の成形方法について、制御装置２８に組
み込まれるプログラム例（プログラム例１）と、そのと
きの成形プロファイルを示す図２を用いて説明する。ブ
ラケット１５を固定軸２に沿って上昇させ、成形室１７
を開き下型１３の上にガラス素材３０を搬入する。

【００２１】次にブラケット１５を下降させ透明石英管
１６によって、成形室１７を閉じ、ガス供給路２３、２
４、２５から不活性ガスを供給して成形室１７内を不活
性ガス雰囲気にし、駆動装置８を作動させてプログラム
例１の１００行の指令により、移動軸９を原点からＺ＝
４５［ｍｍ］の位置へ移動速度Ｆ＝８００［ｍｍ／ｍｉ
ｎ］で上昇させる。

【００２２】移動軸９の移動量は、サーボモータ８ａに
組み込まれた図示しないエンコーダによってカウントさ
れ、ガラス素材３０と上型６が僅かな隙間を有する位置
Ｚ＝４５［ｍｍ］に位置制御によって定められる。

【００２３】次にランプユニット１９により透明石英管
１６を通して上型組立４，下型組立１１およびガラス素
材３０を加熱する。上型組立４，下型組立１１およびガ
ラス素材３０の加熱は、温度検出用の熱電対２７の出力
と、それに基づく赤外線ランプ２０の出力を制御装置２
８でコントロールし、ガラス素材３０の温度が転移点以
上、軟化点以下の予め設定しておいた温度Ｔ１になるよ
うにする。

【００２４】なお、ガラス素材３０の温度は直接測定で
きず、下型組立１１の温度で代用しているため、ガラス
素材３０の温度が、温度Ｔ１になるまで、ある程度の時
間（ＳｏａｋＴｉｍｅ）を設定しておくことが望まし
い。

【００２５】予め設定しておいたＳｏａｋＴｉｍｅが
経過すると、プログラム例１の１１０行の指令が実行さ
れ、駆動装置８を駆動させ、Ａ１の指令によりプレス力
Ｐ＝０［Ｋｇｆ］のときは、移動軸は移動速度Ｆ＝２０
［ｍｍ／ｍｉｎ］で移動し、０＜Ｐ＜３００［Ｋｇｆ］
のときは、設定プレス力３００［Ｋｇｆ］に達するか、
上下型が最終型閉じ状態の若干手前の位置Ｚ＝４９［ｍ
ｍ］に達するまで、ガラス素材３０に無理な変化が生じ
ないように、時間の関数である別に設定されたプレス力
Ｐ′＝ｆ₁ （ｔ）にて制御する。

【００２６】Ｐ＝３００［Ｋｇｆ］に達すると、上下型
が最終型閉じ状態の若干手前の位置Ｚ＝４９［ｍｍ］に
達するまで、設定プレス力Ｐ＝３００［Ｋｇｆ］でトル
クフィードバック制御される。ガラス素材３０にかかる
プレス力はガラス素材３０の形状や大きさにかかわらず
Ａ１の指令によってＰ′＝ｆ₁ （ｔ）あるいはＰ＝３０
０［Ｋｇｆ］に制御されているため、急激なプレス力の
変化はなく、ガラス素材３０に無理な力がかからず、内
部ひずみや、ひび割れのない高精度な光学ガラス素子を
得ることができる。

【００２７】前記１１０行の指令で、位置Ｚ＝４９［ｍ
ｍ］に達したことにより、ただちに１２０行の命令が実
行されるが、前記１１０行の設定圧力３００［Ｋｇｆ］
から１２０行の設定圧力１０［Ｋｇｆ］への圧力変化
は、Ａ２の指令によってガラス素材３０に無理な変形を
生じないように、時間の関数である別に設定されたプレ
ス力Ｐ′＝ｆ₂ （ｔ）によって制御される。

【００２８】設定圧力Ｐ＝１０［Ｋｇｆ］に達すると、
設定圧力Ｐ＝１０［Ｋｇｆ］に保つようにトルク制御さ
れるが、トルク制御で行っても、設定位置に達すると、
位置が優先してしまい、次のプログラムに移ってしまう
ため、設定位置を、実際の型密着位置よりもさらに上方
の位置（仮想密着位置）Ｚ＝５５［ｍｍ］に設定してお
き、ガラス素材３０が変形しないような、予め設定して
おいたプレス力Ｐ＝１０［Ｋｇｆ］でトルクフィードバ
ックにより保持される。

【００２９】次に赤外線ランプ２０をＯＦＦにし、冷却
工程に移るが、この間、ガラス素材３０が変形しないよ
うなプレス力Ｐ＝１０［Ｋｇｆ］で、トルクフィードバ
ック制御を行っているため、前記１１０行の指令の位置
Ｚ＝４９［ｍｍ］を保持している。なお、移動軸９は冷
却工程で生じる収縮量に追従して移動するため、見かけ
上、位置Ｚ＝４９［ｍｍ］よりも上方に移動するが、こ
の移動量は、収縮量に等しい量であるため、前記上下間
の隙間は変化することはない。

【００３０】次に、温度Ｔ２の到達により出力される強
制歩進コードＶ１により、１３０行の指令が実行され
る。この指令は、最終プレスを行うものである。前記１
２０行の設定圧力Ｐ＝１０［Ｋｇｆ］から１３０行の設
定圧力Ｐ＝５００［Ｋｇｆ］への圧力の変化は、Ａ３の
指令によってガラス素材３０に無理な変形を生じないよ
うに、時間の関数である別に設定されたプレス力Ｐ′＝
ｆ₃ （ｔ）によって制御される。

【００３１】設定圧力Ｐ＝５００［Ｋｇｆ］に達する
と、設定圧力Ｐ＝５００［Ｋｇｆ］に保つようにトルク
フィードバック制御され、前記ガラス材料に前記型の転
写面を再度押し付け、その転写性をより確実なものにす
ることができ、光学素子の精度をよりいっそう向上させ
ることができる。

【００３２】この操作は、ガラス素材３０の温度Ｔ３に
達するまで実行され、温度Ｔ３到達時に出力される強制
歩進コードＶ２により、１４０行に移行し、前記１３０
行の設定圧力Ｐ＝５００［Ｋｇｆ］から１４０行の設定
圧力Ｐ＝１００［Ｋｇｆ］への圧力の変化は、Ａ４の指
令によってガラス素材３０に無理な力がかからないよう
に、別に設定されたプレス力Ｐ′＝ｆ₄ （ｔ）によって
制御される。

【００３３】設定プレス力Ｐ＝１００［Ｋｇｆ］に達す
ると、設定圧力Ｐ＝１００［Ｋｇｆ］に保つようにトル
クフィードバック制御される。なお、ガラスは、ガラス
転移点（Ｔｇ）以下の温度では変形しないため、温度Ｔ
３をガラス転移点（Ｔｇ）付近の温度とすることが望ま
しい。そして、設定温度Ｔ４に到達すると、強制歩進コ
ードＶ３によって、１５０行に移行し、移動軸は原点ま
で移動速度Ｆ＝８００［ｍｍ／ｍｉｎ］で移動し、型開
きが行われ成形終了となる。

【００３４】上記したように、本発明は、ガラス素材３
０を、転移点以上軟化点以下の温度に加熱した後、上下
型６，１３が最終型閉じ状態の若干手前の位置まで、ト
ルク制御によって軸９（金型１３）を移動させ、設定位
置まで到達させる。設定位置到達後、直ちに前記ガラス
素材３０が変形しないような小さな力でトルクフィード
バック制御を行うことにより、前記設定位置および、プ
レス力を正確に制御させる。更に前記ガラス素材３０の
温度が転移点付近になったときに最終プレスを行う。以
上の過程でプレス力を数回変化させるが、この時、本発
明によれば、軸（金型）の移動をサーボモータで制御し
ているため、最終プレス力の制御だけではなく、プレス
力を増加あるいは減少させるときにも、その増加あるい
は減少過程のプレス力を制御することができるガラス素
子成形装置並びにガラス素子成形方法にある。

【００３５】したがって、前記ガラス素材に無理な力が
かからず、内部ひずみやひび，割れのない高精度な光学
ガラス素子を得ることができる。なお、前述した実施例
は、加熱源に赤外線ランプ２０を用いたが、高周波加熱
など他の加熱源を使用しても良く、また、荷重検出器８
ｂは駆動装置８と移動軸９との間に限らず、サーボモー
タ８ａと下型１２との間のいずれに設けても良い。ま
た、ガラス素材の冷却工程で、徐冷区間を設けても良い
等、様々変更実施可能であることは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のガラス
素子成形装置並びにガラス素子成形方法によれば、ガラ
ス素材を、転移点以上軟化点以下の温度に加熱した後、
上下型が最終型閉じ状態の若干手前の位置まで、トルク
制御によって軸（金型）を移動させ、設定位置まで到達
させる。設定位置到達後、直ちに前記ガラス素材が変形
しないような小さな力でトルクフィードバック制御を行
うことにより、前記設定位置および、プレス力を正確に
制御させる。更に前記ガラス素材の温度が転移点付近に
なったときに最終プレスを行う。以上の過程でプレス力
を数回変化させるが、この時、本発明によれば、軸（金
型）の移動をサーボモータで制御しているため、最終プ
レス力の制御だけではなく、プレス力を増加あるいは減
少させるときにも、その増加あるいは減少過程のプレス
力を制御することができ、前記ガラス素材に無理な力が
かからず、内部ひずみやひび，割れのない高精度な光学
ガラス素子を得ることが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成形装置の実施例を示す
概略断面図。

【図２】本発明を実現するための成形プロファイル例の
説明図。

【符号の説明】

２…固定軸、４…上型組立、５…ダイプレート、６…上
型、７…固定ダイ、８…駆動装置、８ａ…サーボモー
タ、８ｂ…荷重検出器、９…移動軸、１１…下型組立、
１２…ダイプレート、１３…下型、１４…移動ダイ、１
５…ブラケット、１６…透明石英管、１７…成形室、１
９…ランプユニット、２０…赤外線ランプ、２３、２
４、２５…ガス供給路、２７…温度検出用熱電対、２８
…制御装置部、３０…ガラス素材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鎌野利尚静岡県沼津市大岡2068の３東芝機械株式会社沼津事業所内 (72)発明者松月功静岡県沼津市大岡2068の３東芝機械株式会社沼津事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、該ガラス素材をプレ
ス成形するガラス素子成形装置であって、プレス軸の駆動源にサーボモータを用い、そのトルクを
ウォームジャッキなどの伝達機構を介してプレス軸の直
線運動推力としてプレスを行う手段と、位置検出器を用いてプレス軸に取り付けられた移動金型
の位置を制御する位置制御手段と、サーボモータから移動金型までの間に配置した荷重検出
器で、実際の荷重であるプレス力を検出し、該プレス力
と予め設定しておいた設定プレス力との差により、サー
ボモータに加える電流値を閉ループでトルク制御するト
ルクフィードバック手段と、を具備し、ある設定プレス
力から別の設定プレス力へとプレス力を変化させると
き、変化過程のプレス力Ｐを時間Ｔの関数Ｐ′＝ｆ
（ｔ）とし、前記関数に従ってプレス力を変化させ、ト
ルクフィードバック制御する機能を有することを特徴と
するガラス素子成形装置。
【請求項２】前記関数Ｐ′＝ｆ（ｔ）は時間の経過とと
もに徐々にプレス力が増加あるいは減少する関数である
ことを特徴とする請求項１記載のガラス素子成形装置。
【請求項３】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、該ガラス素材をプレ
ス成形するガラス素子成形方法であって、プレス軸の駆動源にサーボモータを用い、そのトルクを
ウォームジャッキなどの伝達機構を介してプレス軸の直
線運動推力としてプレスを行う工程と、位置検出器を用いてプレス軸に取り付けられた移動金型
の位置を制御する位置制御工程と、サーボモータから移動金型までの間に配置した荷重検出
器で、実際の荷重であるプレス力を検出し、該プレス力
と予め設定しておいた設定プレス力との差により、サー
ボモータに加える電流値を閉ループでトルク制御するト
ルクフィードバック工程と、を有し、ある設定プレス力
から別の設定プレス力へとプレス力を変化させるとき、
変化過程のプレス力Ｐを時間Ｔの関数Ｐ′＝ｆ（ｔ）と
し、前記関数に従ってプレス力を変化させ、トルクフィ
ードバック制御することを特徴とするガラス素子成形方
法。