JP2005126318A - Press molding apparatus and method for press-molding optical element - Google Patents
Press molding apparatus and method for press-molding optical element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005126318A JP2005126318A JP2004257282A JP2004257282A JP2005126318A JP 2005126318 A JP2005126318 A JP 2005126318A JP 2004257282 A JP2004257282 A JP 2004257282A JP 2004257282 A JP2004257282 A JP 2004257282A JP 2005126318 A JP2005126318 A JP 2005126318A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molding
- mold
- press
- main shaft
- screw shafts
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000465 moulding Methods 0.000 title claims abstract description 156
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 38
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 claims description 30
- 239000012778 molding material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 64
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 11
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000005385 borate glass Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000220317 Rosa Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Presses (AREA)
Abstract
Description
本発明は、開閉可能な一対の成形型の間にガラスプリフォーム等の材料を供給し、前記成形型を型閉めして前記材料を加圧することによって、所定形状の成形品を成形するプレス成形装置及びこのプレス成形装置を用いた光学素子の成形方法に関する。 The present invention supplies a material such as a glass preform between a pair of molds that can be opened and closed, press-molds a molded product of a predetermined shape by closing the mold and pressurizing the material. The present invention relates to an apparatus and a method for molding an optical element using the press molding apparatus.
開閉可能な一対の成形型を有し、この成形型の間に材料を供給して型閉めを行い、所定形状の成形品を形成するプレス成形装置が知られている。そして、このようなプレス成形装置を、レンズなどの光学素子の成形に用いたものとしては、加熱軟化させた材料を上下一対の成形型の間に供給し、これら一対の成形型を互いに接近させる方向に移動させて成形するものがある(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art There is known a press molding apparatus that has a pair of molds that can be opened and closed, supplies a material between the molds, and closes the mold to form a molded product having a predetermined shape. As such a press molding apparatus used for molding an optical element such as a lens, the heat-softened material is supplied between a pair of upper and lower molds, and the pair of molds are brought close to each other. There are some which are moved in the direction of molding (for example, see Patent Document 1).
下型を上昇させて上下一対の成形型を接近させる方法としては、下型をねじ軸で上昇させるもの(例えば、特許文献2)や、下型をシリンダで上昇させるものがある(例えば、特許文献3)。 As a method of raising the lower die and bringing the pair of upper and lower molds closer, there are a method of raising the lower die with a screw shaft (for example, Patent Document 2) and a method of raising the lower die with a cylinder (for example, patents). Reference 3).
特許文献2に記載の技術は、主軸とねじ軸とが同一の軸線上にあるので、主軸に傾きが生じにくく、成形精度を向上させることができるという利点がある。
しかしながら、主軸と同一の軸線上にねじ軸を配置しているため、成形型の昇降のストロークが長くなるほど主軸にねじ軸の長さを加えた鉛直方向の装置の高さが高くなり、装置が大型化するとともに作業性も悪くなるという問題がある。
The technique described in
However, since the screw shaft is arranged on the same axis as the main shaft, the length of the vertical device with the length of the screw shaft added to the main shaft increases as the lifting / lowering stroke of the mold increases. There is a problem that the workability becomes worse as the size increases.
さらに、上記特許文献2に記載の技術では、成形型の昇降のストロークが長くなるほど、成形を行う際に軸線方向に作用する座屈荷重により、ねじ軸の撓みが大きくなり、成形精度に悪影響を及ぼすという問題がある。すなわち、前記の座屈荷重により、一対の成形型の成形面の間に水平方向の位置ズレ(シフト)や角度のズレ(傾き、ティルト)が生じ、成形精度を低下させる。
Furthermore, in the technique described in
また、特許文献3に記載の技術は、例えば、その図2にも示されているように、保持軸の下端面の軸心に点接触状態で成形の際の駆動力や加圧力が伝達されるので、成形の際に不必要な軸径方向のモーメントが作用せず、保持軸の傾きを抑制することができるという利点がある。
しかしながら、この技術においても、その図3に示すように、駆動体を保持軸の直下に設けると装置が大型化し、作業性が悪くなるという問題がある。また、装置の小型化のために、その図1や図2に示すように、駆動体及びネジ駆動軸を保持軸から偏心した位置に設けると、保持軸とネジ駆動軸との間に生じるモーメントによって保持軸が傾斜し、成形精度を低下させるという問題がある。
Further, in the technique described in
However, even in this technique, as shown in FIG. 3, if the driving body is provided directly below the holding shaft, there is a problem that the apparatus becomes large and the workability deteriorates. Further, in order to reduce the size of the apparatus, as shown in FIGS. 1 and 2, if the drive body and the screw drive shaft are provided at positions deviated from the hold shaft, the moment generated between the hold shaft and the screw drive shaft is generated. As a result, there is a problem that the holding shaft is inclined and the molding accuracy is lowered.
本発明者は、上記課題を解決するため研究を重ねた。まず、主軸と同一の軸線上に下型のねじ軸を配置することによって生じる問題を解決するため、主軸と下型のねじ軸を偏心させて配置した図6に示すプレス成形装置を試作し、種々検討した。 The inventor has conducted research in order to solve the above problems. First, in order to solve the problem caused by placing the lower mold screw shaft on the same axis as the main shaft, the press molding apparatus shown in FIG. 6 in which the main shaft and the lower mold screw shaft are arranged eccentrically is prototyped, Various studies were made.
図6に示すプレス成形装置300は、成形室321の内部に上下一対の成形型322,323を備えた成形部320と、下方の成形型323を支持する主軸324を鉛直上下方向に昇降させる駆動部330とから構成されている。
駆動部330は、サーボモータMと、このサーボモータMの駆動によって回転するねじ軸333と、主軸324の下端に取り付けられ、ねじ軸333とともにボールねじ・ナット機構を構成するナット332aを備えた昇降部材332とを有している。
A press molding apparatus 300 shown in FIG. 6 drives a molding unit 320 including a pair of upper and lower molding dies 322 and 323 inside a molding chamber 321 and a main shaft 324 supporting a lower molding 323 in the vertical direction. Part 330.
The drive unit 330 is attached to a servo motor M, a screw shaft 333 that rotates by driving of the servo motor M, and a lower end of the main shaft 324, and includes a nut 332a that forms a ball screw / nut mechanism together with the screw shaft 333. Member 332.
また、駆動部330には、基台331に取り付けられた支持部材334aと、この支持部材334aに鉛直上下方向に設けられたガイドレールと334bと、このガイドレール334bに嵌合する昇降部材332の嵌合溝332bとからなるガイド334を有している。
上記構成により、サーボモータMが駆動してねじ軸333が回転すると、この回転が昇降部材332のナット332aによって主軸324の軸線と平行な鉛直上下方向の移動に変換され、ガイド334に案内されながら、主軸324及び成形型323が鉛直上下方向に昇降する。
The drive unit 330 includes a support member 334a attached to the base 331, guide rails 334b vertically provided on the support member 334a, and an elevating member 332 fitted to the guide rail 334b. A guide 334 including a fitting groove 332b is provided.
With the above configuration, when the servo motor M is driven to rotate the screw shaft 333, this rotation is converted into vertical vertical movement parallel to the axis of the main shaft 324 by the nut 332 a of the elevating member 332, while being guided by the guide 334. The main shaft 324 and the mold 323 are moved up and down in the vertical direction.
図6に示すプレス成形装置によれば、鉛直方向の装置の高さを抑制することができるので、装置の小型化を図ることが可能となり、かつ作業性もよくなるといった利点がある。一方、図示するような駆動部330では、ねじ軸333が主軸324に対して偏心した位置に設けられているので、材料をプレス成形する際の負荷が図中矢印Iで示す方向に作用すると、ねじ軸333に作用する矢印II方向の力により、昇降部材332に傾斜が生じ、主軸324とともに成形型323が傾くという新たな問題のあることを見出した。 According to the press molding apparatus shown in FIG. 6, since the height of the apparatus in the vertical direction can be suppressed, there is an advantage that the apparatus can be downsized and the workability is improved. On the other hand, in the driving unit 330 as shown in the figure, the screw shaft 333 is provided at a position eccentric with respect to the main shaft 324. Therefore, when the load during press molding of the material acts in the direction indicated by the arrow I in the figure, It has been found that there is a new problem that the lifting member 332 is inclined due to the force in the direction of the arrow II acting on the screw shaft 333, and the mold 323 is inclined together with the main shaft 324.
主軸324及び成形型323に傾きが生じると、上下の成形型322,323の当接面の水平性が失われることになる。これは、上下の成形型322,323の嵌合精度を悪化させることを意味している。すなわち、一対の成形型322,323の成形面の中心軸に角度のずれ(ティルト)が生じ、成形される光学素子の偏心精度を悪化させる。さらに、上下の成形型322,323の位置決め部材(例えばスリーブやガイドピン)が、上下の成形型322,323の当接面から突出して設けられている場合には、成形型322,323の開閉を行うたびに、これらにこすれやかじりが生じるという問題がある。これを防ぐために、嵌合クリアランスを大きくすると、上下の成形型322,323の水平方向への位置ずれ(ディセンタ)も悪化し、光学素子の偏心精度が損なわれる。 If the main shaft 324 and the mold 323 are inclined, the horizontality of the contact surfaces of the upper and lower molds 322 and 323 is lost. This means that the fitting accuracy of the upper and lower molds 322 and 323 is deteriorated. That is, an angle shift (tilt) occurs in the center axis of the molding surfaces of the pair of molding dies 322 and 323, and the eccentric accuracy of the optical element to be molded is deteriorated. Further, when positioning members (for example, sleeves and guide pins) of the upper and lower molds 322 and 323 are provided so as to protrude from the contact surfaces of the upper and lower molds 322 and 323, the molds 322 and 323 are opened and closed. There is a problem that these are rubbed and galling each time. In order to prevent this, if the fitting clearance is increased, the horizontal misalignment (decenter) of the upper and lower molds 322 and 323 is also deteriorated, and the eccentric accuracy of the optical element is impaired.
ところで、最近では、デジタルカメラの画素数の拡大、又はDVDなどの光記録媒体の記録密度の増加などにより、これらの光学機器に用いられる光学素子の精度をより高くすることが求められている。特に、非球面レンズの成形においては、ひとつの成形面形状によって一つの中心軸(非球面中心と、非球面曲率中心を結んだもの)が規定されるため、上下の成形面の中心軸を一致させる必要があり、一対の成形面の相互の位置精度が極めて重要である。
例えば、これらの光学素子は、ティルトが2分以内となる条件で成形することが求められる。しかしながら、常にティルトを所定範囲内に制御して、多数回の連続プレスを行うことは容易ではない。
Recently, there has been a demand for higher accuracy of optical elements used in these optical devices by increasing the number of pixels of a digital camera or increasing the recording density of an optical recording medium such as a DVD. In particular, in the molding of aspherical lenses, one central axis (which connects the aspherical center and the aspherical curvature center) is defined by one molding surface shape, so that the central axes of the upper and lower molding surfaces coincide. The positional accuracy of the pair of molding surfaces is extremely important.
For example, these optical elements are required to be molded under a condition that the tilt is within 2 minutes. However, it is not easy to always perform the continuous pressing by controlling the tilt within a predetermined range.
本発明者は、ティルト劣化の要因を解析し、成形型の昇降にともなう駆動機構に、改良の余地があることを見出すとともに、図6に示すプレス成形装置の生じる問題点をも加味し、さらに、研究を重ねた。その結果、成形型を支持する主軸を、この主軸と偏心した位置に設けた複数のねじ軸で昇降させる構成とすることにより、前記課題を解決することができることを見出した。 The present inventor analyzed the factor of tilt deterioration, found that there was room for improvement in the drive mechanism accompanying the raising and lowering of the mold, and also took into account the problems caused by the press molding apparatus shown in FIG. , Repeated research. As a result, it has been found that the above problem can be solved by adopting a configuration in which the main shaft that supports the mold is moved up and down by a plurality of screw shafts provided at positions eccentric from the main shaft.
そこで、本発明では、成形型を開閉させる駆動部について、光学素子等の成形品の偏心を生じさせない構造とし、成形精度を向上させることを目的とする。また、移動自在な成形型の移動方向である主軸に傾斜を生じさせることなく、装置の大型化や作業性の悪化を防止することのできる成形装置及び成形方法の提供を目的とする。
さらに、非稼働状態で成形型の交換や点検を行う際や、稼働状態で材料を供給する際、成形された光学素子を搬出するべく搬出手段が成形型間に入退出する際には、十分に上下の成形型を開く必要があるが、このように、成形型の型開きを十分に大きくしても、プレス成形装置を比較的コンパクトにすることができるプレス成形装置及び成形方法の提供を目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to improve the molding accuracy by using a structure that does not cause eccentricity of a molded product such as an optical element in the drive unit that opens and closes the mold. It is another object of the present invention to provide a molding apparatus and a molding method capable of preventing an increase in the size of the apparatus and a deterioration in workability without causing an inclination in a main shaft that is a moving direction of a movable mold.
Furthermore, when exchanging and inspecting the mold in the non-operating state, supplying the material in the operational state, and when the unloading means enters and exits between the molds to carry out the molded optical element, it is sufficient. It is necessary to open the upper and lower molds in this way. Thus, even if the mold opening of the mold is sufficiently large, it is possible to provide a press molding apparatus and a molding method capable of making the press molding apparatus relatively compact. Objective.
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、相対向する成形面を有する開閉自在な上下の成形型と、この上下の成形型のうちの少なくとも一方を、上下方向に移動させて前記成形型の開閉を行う駆動部とを有するプレス成形装置において、前記駆動部は、移動自在な前記成形型を支持する主軸と、この主軸を支持して昇降する昇降部材と、前記主軸の軸線から偏心した位置に配置され、前記昇降部材に形成された複数のねじ部とそれぞれ螺合して前記昇降部材を昇降させる複数のねじ軸と、このねじ軸の各々を同期して回転させる駆動体と、この駆動体の駆動を制御する制御装置とを有する構成としてある。
この構成によれば、主軸にはモーメントによる傾斜が生じることなく、昇降部材を精密に鉛直上下方向に昇降させることができる。また、ねじ軸の各々を駆動体で回転させるので、ねじ軸ごとのピッチ誤差等による悪影響を各ねじ軸ごとに補正して、材料を高精度にプレス成形することが可能になる。
In order to achieve the above object, the invention according to
According to this configuration, the elevating member can be precisely raised and lowered in the vertical vertical direction without causing a tilt due to a moment on the main shaft. Further, since each of the screw shafts is rotated by the driving body, it is possible to correct a bad influence due to a pitch error or the like for each screw shaft for each screw shaft and press-mold the material with high accuracy.
請求項2に記載の発明は、前記昇降部材の複数のねじ部を、前記主軸を中心として対称位置に設けた構成としてある。このようにすることで、昇降部材の水平を維持するために、複数のねじ軸に作用する負荷を均等にすることができ、加圧成形に際して負荷制御が行いやすく、成形型の水平を精度高く維持することが可能である。さらに、仮に昇降部材の剛性や厚みにより、撓みが生じた場合でも、主軸部分に対してねじ部は対称位置にあるので、昇降部材には傾斜が生じず、主軸部分は、水平に保たれる。
The invention according to
また、請求項3に記載するように、前記複数のねじ軸は、前記成形型を型閉めしてプレス成形する際の荷重をそれぞれ均等に受けるように構成することが好ましい。このようにプレス荷重が複数のねじ軸に均等に掛かることで、主軸が傾斜することを抑止でき、成形型の水平を精度高く維持することが可能となる。 According to a third aspect of the present invention, it is preferable that the plurality of screw shafts are configured so as to equally receive a load when the mold is closed and press-molded. In this way, the press load is evenly applied to the plurality of screw shafts, so that the main shaft can be prevented from being inclined, and the level of the mold can be maintained with high accuracy.
また、請求項4に記載するように、前記複数のねじ軸の各々に対応して駆動体を設け、各駆動体の駆動制御を前記制御装置によって行うようにしてもよい。このようにすると、高いトルク(負荷)が必要とされる場合にも適用が可能になり、かつ、最も精度高く同期性が確保できる点で有利である。
この場合、前記制御装置は、請求項5に記載するように、前記成形材料の成形の際に、前記複数のねじ軸の回転による前記昇降部材の移動位置を制御する位置制御を行うことが好ましい。
この構成によれば、前記位置制御によって成形型を高精度で水平に保ったまま、型閉めを行うことができる。
According to a fourth aspect of the present invention, a driving body may be provided corresponding to each of the plurality of screw shafts, and drive control of each driving body may be performed by the control device. This is advantageous in that application is possible even when high torque (load) is required, and synchronization can be secured with the highest accuracy.
In this case, as described in claim 5, the control device preferably performs position control for controlling a moving position of the elevating member by rotation of the plurality of screw shafts when the molding material is molded. .
According to this configuration, the mold can be closed by the position control while keeping the molding die horizontal with high accuracy.
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載のプレス成形装置を用いた光学素子の成形方法であって、前記成形型を予め所定温度に加熱する工程と、加熱軟化させた材料を搬送して、型開き状態の前記成形型のうちの下方の前記成形型に前記材料を供給する工程と、前記成形型の型閉めを行って前記材料を加圧成形する工程とを有し、前記加圧成形工程において、複数のねじ軸の回転による前記成形型の位置制御を行う方法である。
これらの方法によれば、高い成形精度でレンズ等の光学素子を成形することができる。
The invention of
According to these methods, an optical element such as a lens can be molded with high molding accuracy.
本発明によれば、プレス成形装置の主軸に傾き等を発生させることなく、プレス成形品の成形精度、特に偏心精度(成形ティルト、成形シフトの抑止)を高くすることができる。また成形型の移動のストロークが大きくなっても、装置を大型化することもない。 According to the present invention, it is possible to increase the molding accuracy of a press-molded product, in particular, the eccentric accuracy (determination of molding tilt and molding shift) without causing an inclination or the like in the main shaft of the press molding apparatus. Even if the stroke of movement of the mold is increased, the apparatus is not increased in size.
[発明の実施の形態]
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明のプレス成形装置をガラス光学素子の製造装置に適用した場合におけるガラス光学素子の製造装置の概略平断面図である。
図1に示す製造装置は、球状のガラスプリフォーム(成形素材の抑止)をプレスし、小型のコリメーターレンズを製造するものである。
[Embodiment of the Invention]
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan sectional view of a glass optical element manufacturing apparatus when the press molding apparatus of the present invention is applied to a glass optical element manufacturing apparatus.
The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is for manufacturing a small collimator lens by pressing a spherical glass preform (inhibition of molding material).
図1に示すように、このガラス光学素子の製造装置は、加熱室100と、この加熱室100に隣接して設けられた成形室200とを備えている。加熱室100と成形室200は、開閉バルブ131を備えた通路130で相互に連通されており、この加熱室100、成形室200及び通路130によって、外部から遮断された一つの密閉空間が形成されている。この密閉空間の外壁は、ステンレスその他の部材により形成されており、シーリング材によって、その気密性が保持されている。この加熱室100、成形室200及び通路130によって形成される密閉空間は、ガラス光学素子の成形に際して、不活性ガス雰囲気にされる。
As shown in FIG. 1, the glass optical element manufacturing apparatus includes a heating chamber 100 and a molding chamber 200 provided adjacent to the heating chamber 100. The heating chamber 100 and the molding chamber 200 are connected to each other through a
加熱室100は、供給されるガラスプリフォームをプレスするに先立って予備加熱するための領域であり、ここには、加熱室100の外部からガラスプリフォームを加熱室100内へ供給するためのプリフォーム供給手段111と、プリフォーム供給手段111から成形室200へガラスプリフォームを搬送するプリフォーム搬送手段112、及び、成形室200へ搬送するガラスプリフォームを予め加熱するプリフォーム加熱手段113が設置されている。
The heating chamber 100 is an area for preheating prior to pressing the glass preform to be supplied. In this area, the glass preform is supplied into the heating chamber 100 from the outside of the heating chamber 100. A reform supply unit 111, a preform transfer unit 112 that transfers a glass preform from the preform supply unit 111 to the molding chamber 200, and a
プリフォーム搬送手段112は、加熱室100内に設けられていて、プリフォーム供給手段111から供給されるガラスプリフォームを受け取り、プリフォーム加熱手段113による加熱領域に搬送し、さらに、加熱軟化したガラスプリフォームを成形室200へ搬送する。プリフォーム搬送手段112は、そのアーム112cの先端に4つの皿112dを備え、その上でガラスプリフォームを保持する。
実施形態のものは、加熱室100内に固定されている摺動部112a上を移動する駆動台112bによって、皿112dを備えるアーム112cが水平に支承され、該アーム112cはほぼ90度の回転角をもって水平方向に回動する構成としてある。
The preform conveying means 112 is provided in the heating chamber 100, receives the glass preform supplied from the preform supply means 111, conveys it to a heating region by the preform heating means 113, and further heat-softened glass. The preform is transferred to the molding chamber 200. The preform conveying means 112 includes four plates 112d at the tip of the arm 112c, and holds the glass preform thereon.
In the embodiment, an arm 112c including a tray 112d is horizontally supported by a drive base 112b that moves on a sliding portion 112a fixed in the heating chamber 100, and the arm 112c has a rotation angle of approximately 90 degrees. Is configured to rotate in the horizontal direction.
プリフォーム搬送手段112は、駆動台112bの内部に、図示しないアーム開閉機構を備え、これによってアーム112cの先端を開いて皿112d上のガラスプリフォームを成形型上に落下させる。
ガラスプリフォームが予熱され、軟化した状態で搬送されるときに、搬送治具に接触することでガラス表面に欠陥が生じると、成形後の光学素子の形状精度を損なうため、本実施形態のアーム112cは、ガラスプリフォームをガス浮上させた状態で搬送する浮上搬送型としてある。
そして、例えば、該アーム112cをその幅方向に分割可能な一対のアーム分割体で構成し、該アーム分割体の先端側を相互に開くことによって、該開かれた隙間から皿112d上のガラスプリフォームを成形型上に落下供給するようにするとよい。
The preform conveying means 112 is provided with an arm opening / closing mechanism (not shown) inside the drive base 112b, thereby opening the tip of the arm 112c and dropping the glass preform on the plate 112d onto the mold.
When the glass preform is preheated and transported in a softened state, if the glass surface is defective due to contact with the transport jig, the shape accuracy of the optical element after molding is impaired. 112c is a levitation conveyance type that conveys the glass preform in a state where the glass preform is floated.
Then, for example, the arm 112c is constituted by a pair of arm divided bodies that can be divided in the width direction, and the front ends of the arm divided bodies are opened to each other, so that the glass plate on the plate 112d is opened from the opened gap. It is advisable that the reform is dropped onto the mold.
プリフォーム加熱手段113は、供給されたガラスプリフォームを、所定の粘度に対応した温度まで加熱するためのものである。プリフォーム加熱手段113は、側面から見て概略コ字状を有しており、その内側の上下面にヒータ部材を備えている。プリフォーム加熱手段113は、アーム112d上に保持したガラスプリフォームの移動経路上に設置される。
The preform heating means 113 is for heating the supplied glass preform to a temperature corresponding to a predetermined viscosity. The
この製造装置では、プリフォーム加熱手段113のヒータ表面温度は約1100℃、炉内雰囲気、すなわち上下ヒータ間の雰囲気は約700〜800℃とするとよい。なお、本実施形態においては、上下ヒータ間に温度差を設けることによって、アーム112cの縦方向における反りを防止するようにしている。 In this manufacturing apparatus, the heater surface temperature of the preform heating means 113 is preferably about 1100 ° C., and the atmosphere in the furnace, that is, the atmosphere between the upper and lower heaters is preferably about 700 to 800 ° C. In the present embodiment, the arm 112c is prevented from warping in the vertical direction by providing a temperature difference between the upper and lower heaters.
一方、成形室200には、加熱室100において予備加熱されたガラスプリフォームをプレスして、所望の形状のガラス光学素子を成形するためのプレス成形装置1と、吸着パッドを備え、成形後の光学素子をプレス成形装置1から自動的に取り出して素子取出し手段230まで搬送する搬出手段220が設置されている。
素子取出し手段230は、プレス成形されたガラス光学素子を成形室200の外部へ搬出する。
On the other hand, the molding chamber 200 includes a
The element taking-out means 230 carries out the press-molded glass optical element to the outside of the molding chamber 200.
図2及び図3は、上記の製造装置に設けられたプレス成形装置の詳細を示す図で、図2はその概略構成を説明する側面断面図、図3は、図2のI−I方向断面図である。
プレス成形装置1は、ガラスプリフォームのプレス成形を行う成形部2と、この成形部2の下方に設けられ、成形部2の上下一対の成形型22,23のうち下方の成形型23を昇降させる駆動部3とから構成されている。
成形部2は、ガラスプリフォームを加熱する加熱室100(図1参照)と通路130を介して相互に連通する成形室200と、この成形室200の内部に設けられた上下一対の成形型22,23とを有している。上方の成形型22は成形室200の天井部分に固定され、下方の成形型23は、鉛直上下方向に昇降自在な主軸24の上端に取り付けられている。
2 and 3 are diagrams showing details of the press forming apparatus provided in the above manufacturing apparatus, FIG. 2 is a side sectional view for explaining the schematic configuration, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line II in FIG. FIG.
The
The
1サイクルのプレス成形で成形される光学素子の個数は、一個でも複数個でもよい。成形型22,23は、光学素子の取り個数に応じて母型20a,20b上に何個配置してもよいが、母型20a,20bの面積が大きくなると、プレス時の高温による熱変形による反りの影響で、成形精度が悪化する。特に、母型20a,20b上の端部近くに配置された成形型22,23において、上下の軸ずれによる偏心精度の悪化が生じる。また、上下の成形型22,23の嵌合精度が悪く、位置決め部材のかじりや、こすれが生じる。さらに、これらの問題を解決するために位置決め部材のクリアランスを大きくすれば、偏心精度が悪化する。そこで、成形型22,23の個数は、母型20a,20b上のすべての成形型22,23によって成形される光学素子において、上下の成形型22,23における成形面の中心軸の傾き(ここでは、成形ティルトという)が2分以内となる個数を選択することが好ましい。母型20a,20bの材質、成形型22,23の大きさ、配置間隔などにもよるが、一つの母型20a,20bに配置する成形型22,23の数は1〜4個が好ましい。
The number of optical elements molded by one cycle of press molding may be one or more. Any number of the
成形ティルトは、例えば、周縁に平坦部を有する上下の成形型22,23を用いて、周縁につば形状の平坦部を有する光学素子(レンズ)をプレス成形し、成形された光学素子の第一面、第二面の平坦部の角度を測定することで求めることができる。また、プレス成形装置1の上下の成形型22,23の角度によって求めてもよい。母型20a,20bの材質は、耐熱性に富むものが好ましい。また、成形型22,23を加熱する機構として、母型20a,20bからの熱伝導を利用する場合、母型20a,20bの材質を高周波誘導可能な素材(主として鉄、コバルト、ニッケルなどの金属)とし、母型20a,20bの加熱手段として高周波誘導コイルを用いることができる。成形型22,23にセラミック素材を用いる場合には、熱膨張率が近似するタングステン合金などを用いることが好ましい。
The molding tilt is performed by, for example, press-molding an optical element (lens) having a flange-shaped flat portion on the periphery using upper and
通路130(図1参照)を通して加熱室100から成形室200の内部に搬入されたガラスプリフォームが、型開き状態の上下の成形型22,23の間に搬送され、下方の成形型23に供給される。そして、主軸24とともに下方の成形型23が上昇して型閉めを行うことにより、ガラスプリフォームのプレス成形が行われる。
The glass preform carried into the molding chamber 200 from the heating chamber 100 through the passage 130 (see FIG. 1) is conveyed between the upper and lower molding dies 22 and 23 in the mold open state and supplied to the lower molding die 23. Is done. Then, the
図中、符号25は、プレス成形を行うに先立ち、成形型22,23を所定温度に加熱するためのヒータや誘導加熱用のコイルで、上方の成形型22の周囲及び下方の成形型23の昇降経路上にそれぞれ設けられている。
ここで、昇降部材32の材質及び断面形状は、剛性が高く、主軸24に負荷が作用しても容易に撓まないものであるのが好ましい。材質としては、例えば、JIS機械構造用鋼である炭素鋼や圧延鋼、セラミックを用いるのが好ましい。このような昇降部材32を用いることで、成形品の成形精度をより高くすることができる。
In the figure,
Here, it is preferable that the material and the cross-sectional shape of the elevating
主軸24は、成形室200の床部分に形成された貫通孔を挿通して、駆動部3の内部まで延びている。駆動部3は、基台31と、この基台31の下部に取り付けられた駆動体としての二つのサーボモータM1,M2と、このサーボモータM1,M2の駆動軸に連結され、サーボモータM1,M2の駆動により回転する左右一対のねじ軸33,33と、主軸24の下端に取り付けられ、ねじ軸33,33と螺合し、ねじ軸33,33とともにボールねじ・ナット機構を構成するねじ穴32b,32b(図3参照)が形成された昇降部材32と、この昇降部材32を左右両側から案内する第一のガイド34,34及び昇降部材32を背面側から案内する第二のガイド36とを有している。
The
左右一対のねじ軸33,33は、主軸24の軸心から偏心した位置、すなわち主軸24の軸線と異なる位置であって、主軸24を中心として180度対向する左右対称位置(図3における同一線(X)上となる位置)に配置されている。
昇降部材32は剛性の高い材質のもので形成されているから、ガラスプリフォームをプレス成形する際に、主軸24の軸線方向に負荷が作用しても、ねじ軸33,33には鉛直方向に相互に等しい負荷が作用するだけで、昇降部材32は常に水平状態に維持され、かつ、主軸24も傾斜することがない。
ねじ軸33,33が、主軸24を中心として対称位置に配置されていなくても、昇降部材32の水平を維持することは可能であるが、ねじ軸33,33の各々に作用する負荷が異なるため、制御が複雑になる。さらに、昇降部材32に撓みが生じても主軸24が傾斜しないため、対称位置に配置するのが好ましい。
The pair of left and right screw shafts 33, 33 are positions deviated from the axis of the
Since the elevating
Even if the screw shafts 33 and 33 are not arranged at symmetrical positions around the
上記したねじ軸33,33の上端は、基台31の上部に、軸受等により回転自在に支持され、その下端は、サーボモータM1,M2の駆動軸に連結されている。
昇降部材32の左右両側を案内する第一のガイド34,34は、基台31の天井部分から鉛直方向に垂下して設けられた左右一対の支持部材34a,34aと、この支持部材34a,34aの一端に、鉛直上下方向に敷設されたガイドレール34b,34bと、昇降部材32に形成され、ガイドレール34b,34bと嵌合するガイド溝32a,32a(図3参照)とから構成されている。
The upper ends of the above-described screw shafts 33, 33 are rotatably supported on the upper portion of the base 31 by bearings or the like, and the lower ends thereof are connected to the drive shafts of the servo motors M1, M2.
The first guides 34, 34 for guiding the left and right sides of the elevating
また、昇降部材32を後方から案内する第二のガイド36は、基台31の天井部分から鉛直方向に垂下して設けられた支持部材36aと、この支持部材36aのほぼ中央に敷設され、軸線Xと直交し主軸24の軸心を通る軸線Y上に設けられた鉛直上下方向のガイドレール36bと、昇降部材32に形成され、ガイドレール36bと嵌合するガイド溝32c(図3参照)とから構成されている。支持部材36aと支持部材34a,34aとは、互いの剛性を高めるために、図3に示すように一体のものとして形成するのが好ましい。
また、第一のガイド34,34及び第二のガイド36としては、案内精度の高いリニアガイドを用いるのが好ましい。
The
Further, as the first guides 34 and 34 and the
サーボモータM1,M2の駆動は、制御装置により制御される。
図4は、サーボモータM1,M2の駆動を制御する制御装置の構成を説明するブロック図である。
制御装置は、予め設定された各種の条件を記憶するメモリ82と、当該設定条件に即した動作が行われるようにサーボモータM1,M2を制御する制御部81と、制御部81の駆動指令にしたがってサーボモータM1,M2の各々を駆動させるドライバ84,84と、ねじ軸33,33の回転角を検出する位置検出部85,85と、ねじ軸33,33に作用する負荷(トルクと称することがある)を、サーボモータM1,M2を介して検出する負荷検出部86,86とを有している。
制御部81は、所定の周期で駆動指令(目標値信号)を出力して、サーボモータM1、M2を制御することができる。
The drive of the servo motors M1, M2 is controlled by a control device.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a control device that controls driving of the servo motors M1 and M2.
The control device includes a memory 82 for storing various preset conditions, a control unit 81 for controlling the servomotors M1 and M2 so that an operation in accordance with the set conditions is performed, and a drive command for the control unit 81. Therefore,
The controller 81 can control the servo motors M1 and M2 by outputting a drive command (target value signal) at a predetermined cycle.
ねじ軸33,33の回転角を検出する位置検出部85,85としては、公知のエンコーダを用いることができる。エンコーダは、ねじ軸33の回転角に相当する検出信号を出力する。図示するように、この実施形態の制御装置8では、位置検出部85,85によって検出された回転角に関する検出信号を、ドライバ84,84に入力するようにしている。また、各ドライバ84、84から制御部81に対して、駆動状態に関する情報が常時入力される。
As the
ドライバ84、84は、回転角に関する検出信号をフィードバック信号として利用し、検出値を目標値に一致させるようにフィードバック制御を行う。この検出信号の検出は、可能な限り短い間隔で行うのが好ましく、例えば数ms間隔で行うのが好ましい。このようにすることで、ねじ軸33,33の回転を高精度に同期させることができ、昇降部材32を高い精度で水平に維持することができる。
The
また、ドライバ84、84から制御部81に入力された両者の情報は、制御部81内で比較され、各ドライバ84、84によって駆動されるモータM1、M2の回転位置(すなわち、ねじ軸33、33の回転角)が実質的に同じになるように、ドライバ84、84への駆動指令を出力する。なお、昇降部材32又は成形型23の位置を図示しない光学式センサにより検出し、その信号を制御部に入力してもよい。
Further, both information inputted from the
また、負荷検出部86,86としては、例えば、モータに供給される電流量とモータの回転速度との関係から負荷の増減を検出するものを用いることができる。図示するように、負荷検出部86,86によって検出されたねじ軸33,33に作用する負荷に関する検出信号は、ドライバ84,84及び制御部81に入力され、所定の負荷を超えたときにトルクリミッタが働いて、モータM1,M2に過度の負荷がかからないようにドライバ84,84で制御できるようになっている。
Further, as the
さらに、制御部81は、ドライバ84、84からの情報に基づいて演算された昇降部材32の位置がメモリ82に予め設定した位置に達しているか否かを比較し、型閉めが完了したかどうかを判断する。そして、型閉めが完了したことを確認した時点でモータM1,M2の駆動を停止させるように、ドライバ84、84に指令を出す。
なお、本発明のプレス成形装置の動作を制御部81で制御するにあたり、上下の成形型22,23間に供給されたガラスプリフォームを押圧成形しながら上下の成形型22,23が所定の位置に達するまで位置制御した後、位置制御から負荷制御への切り替えを行ってもよい。すなわち、成形を開始した後、主軸24に傾斜を生じさせないように、ねじ軸33,33を同期回転させて成形型の一方(ここでは、下型23)を他方(上型22)に対する水平性を維持しながら所定位置へ近接させるまでは、位置制御を行う。
Furthermore, the control unit 81 compares whether or not the position of the elevating
In controlling the operation of the press molding apparatus of the present invention by the control unit 81, the upper and lower molding dies 22, 23 are placed at predetermined positions while pressing the glass preform supplied between the upper and lower molding dies 22, 23. After the position control is performed until reaching the position, switching from the position control to the load control may be performed. That is, after the molding is started, the screw shafts 33 and 33 are synchronously rotated so that the
次いで、上下の成形型22,23間に掛かる負荷、あるいはプレス荷重検出手段によって検出されるプレス荷重を制御部81で制御する負荷制御への切り替えを行う。この負荷制御を行う際、予め設定された負荷数値(例えば、10MPa)に達するまで、サーボモータM1,M2が駆動する。
なお、設定数値は経時的に多段階の設定をしておいてもよい。このように、位置制御と負荷制御とを複合させてプレス成形装置を制御することにより、成形される光学素子の面精度および肉厚精度を高くすることができ、成形が困難な凹メニスカスレンズや両凹レンズの成形に有効である。
Next, switching to load control in which the load applied between the upper and
The set numerical value may be set in multiple stages over time. Thus, by controlling the press molding apparatus by combining position control and load control, the surface accuracy and thickness accuracy of the optical element to be molded can be increased, and a concave meniscus lens that is difficult to mold or It is effective for forming biconcave lenses.
以上の装置を用いたプレス成形の工程は、例えば、以下のように行われる。
(a)型加熱工程
プレス成形に先立ち、上下の母型20a,20bを、加熱手段25,25、好ましくは高周波誘導加熱コイルによって所定温度に加熱することにより上下の成形型22,23を加熱する。連続成形の場合には、前回成形時における取り出し工程で、上下の成形型22,23がTg(ガラス転移温度)付近の温度まで冷却されているため、次回成形のために所定温度まで加熱が行われる。上下の成形型22,23の温度は、ガラスプリフォームの粘度で108〜1012、好ましくは108〜1010ポアズ相当とすることができる。
The press molding process using the above apparatus is performed as follows, for example.
(A) Mold heating step Prior to press molding, the upper and lower molds 20a, 20b are heated to a predetermined temperature by heating means 25, 25, preferably a high frequency induction heating coil, thereby heating the upper and
(b)供給工程
加熱された上下の母型20a,20bの間に、予熟されたガラスブリフォームが搬送され、下方の成形型23上に落下供給配置される。供給工程は、予め適切な重量の所定形状に予備成形されたガラスブリフォームを適切な温度に加熱したものを供給する。予め、型の設定温度よりも高温に加熱し、成形に適した、軟化した状態のガラス素材を供給する(いわゆる非等温プレス)ことが好ましく、この場合、特に型温度の制御が精密に行われていることが必要である。これにより成形サイクルタイムを短縮して生産効率を向上できる。
(B) Supplying process The pre-ripened glass foam is conveyed between the heated upper and lower mother dies 20a, 20b, and dropped and arranged on the lower forming
このときのガラス素材の温度は、粘度で1010未満相当の温度とし、好ましくは109ポアズ未満、具体的には106〜108.5ポアズ相当とすることができる。ただし、後述のように、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、屈折率ndが1.7以上のガラスをガラス素材として用いる場合においては、比較的低温とすることが好ましく、107.5〜109ポアズ相当とすることが好ましい。また、ガラス素材の温度は、上下成形型22、23の温度より高いことが好ましい。
加熱されて軟化したガラス素材を搬送して下方の成形型23上に配置するときには、ガラス素材が搬送部材に接触して、表面に欠陥が起きると、成形される光学素子の面形状に影響するため、軟化したガラス素材を上記の方法で気体に浮上させた状態で搬送し、下方の成形型23上にガラス素材を落下させる搬送手段を用いることが好ましい。次いで、以下のプレス工程が行われる。
The temperature of the glass material at this time is a temperature corresponding to less than 10 10 in terms of viscosity, preferably less than 10 9 poise, specifically 10 6 to 10 8.5 poise. However, as described later, phosphate glass, borate glass, when the refractive index nd used 1.7 or more glass as the glass material is preferably a relatively low temperature, 10 7.5 ~ It is preferable to be equivalent to 10 9 poise. Further, the temperature of the glass material is preferably higher than the temperature of the upper and
When the heated and softened glass material is transported and placed on the
(c)プレス工程
ガラス素材が供給された後、ただちに、下方の母型20b側の駆動手段であるサーボモータM1,M2を作動させて位置制御を行いながら下方の母型20bを上昇させ、上方の母型20aに対して下方の母型20bを加圧し、上下の成形型22,23の成形面をガラスプリフォームに転写することによって、所定面形状をもったガラス成形体を成形する。このとき、上方の母型20aは成形室200の天井部分に固定されているため、成形荷重の反力が下方の母型20bを介して主軸24に掛かり、さらには昇降部材32、ねじ軸33,33を介してサーボモータM1,M2に負荷が掛かる。サーボモータM1,M2の負荷は負荷検出部86,86で検出され、その検出値が所定値(例えば、400kgf/cm2)を超えた場合は、ドライバ84,84又は制御部81に設けられたトルクリミッタが作動してサーボモータM1,M2の駆動を停止させる。
(C) Pressing process Immediately after the glass material is supplied, the lower mother die 20b is raised while operating the servo motors M1 and M2 which are driving means on the lower mother die 20b side to perform position control. By pressing the lower mold 20b against the mold 20a and transferring the molding surfaces of the upper and
(d)冷却・離型工程
加圧開始と同時、またはそれ以後に成形型22,23の冷却を開始する。すなわち加圧を維持するように位置制御しながら、または加圧を減じた状態で、成形された光学素子と成形型22,23の密着を保ち、ガラスの粘度で1012ポアズ相当の温度以下になるまで冷却したのち、下方の母型20bを下降させることで上下の成形型22,23を離間し、離型する。離型温度は、1012.5〜1013.5ポアズ相当で行うことが好ましい。
(D) Cooling / mold release step Cooling of the
(e)取り出し工程
吸着部材を備えた搬送手段により、成形された光学素子の自動取り出しを行う。
(E) Taking-out process The molded optical element is automatically taken out by a conveying means provided with an adsorbing member.
図5は、プレス工程における制御の手順を説明するフローチャートである。
ガラスプリフォームが下方の成形型23に供給され、成形を開始させるためのスタート信号が制御部81に入力されると(ステップS1)、制御部81は、位置制御を開始し(ステップS2)、ドライバ84,84に対して、サーボモータM1,M2を同期駆動させるための駆動指令信号(目標値信号)を所定の周期で出力する(ステップS3)。
サーボモータM1、M2の駆動と同時にサーボモータM1側の位置及びサーボモータM2側の位置が位置検出手段で検出され(ステップS4,S5)、各位置検出信号はドライバ84、84に入力される。このとき、各サーボモータM1、M2の駆動状態に関する情報は常時制御部81に入力されていて、制御部81はモータM1、M2の回転位置が実質的に一致(同期)するように、ドライバ84、84へ駆動指令信号を出力する(ステップS6)。駆動指令を入力したドライバ84、84は、検出位置信号と駆動指令信号との差に基づいて駆動電流を生成し、各サーボモータM1、M2を駆動する。これにより、昇降部材32の水平性、すなわち、下方の成形型23の水平性が維持される。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a control procedure in the pressing process.
When the glass preform is supplied to the
Simultaneously with the driving of the servo motors M1 and M2, the position on the servo motor M1 side and the position on the servo motor M2 side are detected by the position detection means (steps S4 and S5), and each position detection signal is input to the
この上昇の過程で、左右のねじ軸33,33の回転角度が一致しなくなったときは(ステップS6)、異常が生じたと判断してアラームを出力し、サーボモータM1,M2を停止させる。左右のねじ軸33,33の回転角度が一致しているときは、ねじ軸33,33の回転角から昇降部材32の上昇高さ(現在位置)を判断し、メモリ82に予め設定された位置と比較して、目標位置に達したかどうかを判断する(ステップS7)。
なお、下方の成形型23に供給されたガラスプリフォームが、上方の成形型22に接触するとき、又は接触後さらに昇降部材32が上昇したときの所定位置を、前記目標位置として設定することができる。好ましくは、昇降部材32が上昇し、下方の成形型23の上昇によってガラスプリフォームが変形を開始した後、ガラスプリフォーム(成形体)が所定の肉厚になる位置の所定位置を目標位置とする。
If the rotation angles of the left and right screw shafts 33 and 33 do not coincide with each other during the ascending process (step S6), it is determined that an abnormality has occurred, an alarm is output, and the servo motors M1 and M2 are stopped. When the rotation angles of the left and right screw shafts 33, 33 coincide with each other, the ascending height (current position) of the elevating
The predetermined position when the glass preform supplied to the
目標位置は、成形するレンズの形状や用いる材料組成によって適宜に決定する。例えば、材料を大きく変形させて最終形状に近似した形状とするための初期加圧を行い、初期加圧と同時もしくは初期加圧後に成形型22,23を冷却し、その後再加圧(第2加圧)して成形体の面形状を補正する場合、初期加圧が終了する位置を目標位置とすることができる。
The target position is appropriately determined depending on the shape of the lens to be molded and the material composition to be used. For example, initial pressurization is performed to largely deform the material so as to obtain a shape approximate to the final shape, the
昇降部材32が目標位置に達したと判断すると(ステップS7)、すなわち初期加圧が終了したと判断すると、第2加圧を行うために、制御部81は第2の位置制御を開始する(ステップ8)。第2加圧においては、初期加圧に比べ加圧力が小さくなるように位置制御を行う。たとえば、第2加圧の加圧力は、初期加圧の5〜70%の負荷となるよう、5MPa〜30MPa(約50〜300kgf/cm2)の範囲内となるように設定される。
なお、第2加圧においても過大な加圧力、負荷が生じないように、サーボモータM1,M2のトルクに制限値を設けることが好ましい。
When it is determined that the elevating
It should be noted that it is preferable to provide a limit value for the torque of the servo motors M1 and M2 so that excessive pressurization and load are not generated even in the second pressurization.
初期加圧力の付与と同時に、又は、付与後に、成形型22,23の冷却が開始されるため、初期加圧から第2加圧への移行は、成形型22,23の温度がガラス粘度で1010〜1013ポアズ相当になっていることが好ましい。また、初期加圧から第2加圧への移行は、成形される光学素子の最終肉厚の0.1%〜5%位手前に下方の成形型23が達した時点とすることができる。
Since the cooling of the
第2加圧を開始した後、サーボモータM1,M2のそれぞれの位置検出が行われ(ステップS9,S10)、各検出信号がドライバ84,84および制御部81に入力される。制御部81は、第2加圧時の回転位置が予め設定された目標値に達したか否かを判断し、未達の場合は、目標値に達するようにサーボモータM1,M2を駆動させるための指令信号を出力する(ステップS11)。
After the second pressurization is started, the respective positions of the servo motors M1 and M2 are detected (steps S9 and S10), and the respective detection signals are input to the
このようにして、サーボモータM1,M2によって回転するねじ軸33,33の回転角が第2加圧時における設定値に到達するまで位置制御を続行しながら、成形型22,23及び成形体を冷却し、ねじ軸33,33の回転角が第2加圧時における設定値に到達した時点で、制御部81はサーボモータM1,M2の駆動を停止させ、プレス成形が終了したと判断する(ステップS12)。
以後、成形型22,23を、例えばガラス粘度で1012.5〜1013.5ポアズ相当の温度以下まで冷却し、下成形型23を下降させることで型開きを行って成形品を取り出す。そして、次の成形品を成形するために、ステップS1〜S12の工程を繰り返す。
このように、多段階制御は凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凹レンズなどの成形に有用である。
In this way, the
Thereafter, the
As described above, the multistage control is useful for molding a convex meniscus lens, a concave meniscus lens, a biconcave lens, and the like.
以上説明したプレス成形方法によれば、位置制御によって、成形型の水平性(すなわち、一対の成形型の上方、下方の光軸の一致性)を維持した状態でガラスを大きく変形させ、最終形状に近い形状とする。次いで、冷却中の所定粘度範囲内にあるときに、再度、適切な荷重(二次加圧など)がかかるよう、位置制御(速度制御)を行って面形状を補正するとともに、最終肉厚に向けてプレスするのである。
したがって、凹メニスカスレンズ、両凹レンズなどの成形難度の高い形状の光学素子は、プレス成形後の冷却時にガラスの収縮が不均一に生じることから、面精度に狂いを生じやすいが、本発明のプレス成形方法によりこれを防止することができる。
According to the press molding method described above, the glass is greatly deformed by the position control while maintaining the level of the mold (that is, the consistency between the upper and lower optical axes of the pair of molds), and the final shape is obtained. The shape is close to. Next, when it is within the predetermined viscosity range during cooling, the surface shape is corrected by performing position control (speed control) again so that an appropriate load (secondary pressurization, etc.) is applied, and the final wall thickness is adjusted. Press towards.
Therefore, an optical element having a high molding difficulty such as a concave meniscus lens or a biconcave lens is likely to cause a deviation in surface accuracy because the glass shrinks unevenly during cooling after press molding. This can be prevented by the molding method.
本発明が適用される材料には特に制約はない。ガラスプリフォームとしては、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラスなどからなる光学ガラスを用いることができる。特に、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラスにおいては、ガラスと成形型表面の反応性が高く、融着防止のために比較的低温で(すなわち高粘度で)プレス成形を行う場合がある。このようなときに高い加圧力が必要になるが、先行技術と比べ、高加圧力でプレス成形する場合においても主軸の鉛直性が維持されるので、本発明はこれらの材料の成形に特に好適である。 There are no particular restrictions on the material to which the present invention is applied. As the glass preform, optical glass made of phosphate glass, borate glass, silicate glass, borosilicate glass, or the like can be used. In particular, phosphate glass and borate glass have high reactivity between the glass and the mold surface, and press molding may be performed at a relatively low temperature (that is, at a high viscosity) to prevent fusion. In such a case, a high pressing force is required. However, since the verticality of the main shaft is maintained even when press forming at a high pressing force as compared with the prior art, the present invention is particularly suitable for forming these materials. It is.
また、例えば屈折率ndが1.7以上の高屈折率の光学ガラスにおいては、多量に添加される高屈折率成分(W、Nb、又はTiなど)に起因して、上記同様に、成形面における反応性が高くなる。したがって、同様に、低温、高加圧力でのプレスを行ってもプレス軸の鉛直性が維持される本発明の効果が顕著に得られる。 Further, for example, in a high refractive index optical glass having a refractive index nd of 1.7 or more, the molding surface is similarly formed as described above due to a high refractive index component (W, Nb, Ti, etc.) added in a large amount. The reactivity in becomes high. Accordingly, similarly, the effect of the present invention in which the verticality of the press shaft is maintained even when pressing is performed at a low temperature and a high pressurizing force can be obtained remarkably.
本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の説明により何ら限定されるものではない。
例えば、ねじ軸33は左右対称位置に二つ設けるものとしたが、三つ以上のねじ軸を設けるようにしてもよい。この場合も、例えば、主軸24の軸線を中心とする同一の円周上に、等間隔でねじ軸を配置するなどして、各ねじ軸に曲げモーメントが作用しないようにする。
また、ガイドの形態も、昇降部材32の左右両側と後方側に設けるものとしているが、例えば、左右及び前後両側にガイドを設けるようにしてもよい。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described, the present invention is not limited to the above description.
For example, although two screw shafts 33 are provided at symmetrical positions, three or more screw shafts may be provided. Also in this case, for example, the screw shafts are arranged at equal intervals on the same circumference centered on the axis of the
The guides are also provided on both the left and right sides and the rear side of the elevating
さらに、上記で説明した本態様の装置では、二つのねじ軸33,33に対してそれぞれにサーボモータM1,M2を設けているが、ひとつのモータで2つのボールねじを駆動してもよい。例えば、モータとボールねじの間をギアで連結してもよい。この場合は、二つのボールねじの回転の同期性が簡単に得られる。また、モータとボールねじをプーリーで連結してもよい。また、成形型のいずれか一方を移動させることができるのであれば、駆動体はサーボモータに限らず、他の種類のモータやシリンダ等を用いてもよい。 Furthermore, in the apparatus of this aspect described above, servomotors M1 and M2 are provided for the two screw shafts 33 and 33, respectively, but two ball screws may be driven by one motor. For example, the motor and the ball screw may be connected with a gear. In this case, the synchronization of the rotation of the two ball screws can be easily obtained. Further, the motor and the ball screw may be connected by a pulley. In addition, as long as any one of the molds can be moved, the driving body is not limited to the servo motor, and other types of motors, cylinders, and the like may be used.
さらに、第2加圧以降においては、成形する光学素子の厚さや形状に応じ、二次加圧、三次加圧など多段階の加圧スケジュールを利用してもよい。このような多段階の加圧スケジュールによれば、成形される光学素子の面精度、及び肉厚精度を高くすることができ、成形が困難な凹メニスカスレンズ、両凹レンズの高精度成形に特に有効である。 Furthermore, after the second pressurization, a multi-stage pressurization schedule such as secondary pressurization and tertiary pressurization may be used according to the thickness and shape of the optical element to be molded. According to such a multi-stage pressurization schedule, the surface accuracy and thickness accuracy of the optical element to be molded can be increased, and it is particularly effective for high-precision molding of concave meniscus lenses and biconcave lenses that are difficult to mold. It is.
実施例1
図1及び図2に示すプレス成形装置を用いて、周縁に平坦部を有する両凸レンズ(径12.8mm、中心厚2.02mm)をプレス成形した。2本のボールネジ33,33の間隔は200mmとし、母型20a、20bに4組の成形型22,23を組み込み、加熱手段として高周波誘導加熱ヒータ25を用いた。成形用のガラスプリフォームは、転移点温度Tgが500℃、屈伏点温度Tsが540℃であるバリウム硼珪酸塩系ガラスを予め両凸曲面形状に熱間成形したものであり、その表面に炭素系膜をつけたものを使用した。成形型22,23は炭化珪素(SiC)製であり、上型、下型及び両者を規制する円筒状の胴型から構成されている。上型と下型の成形面には炭素系離型膜を施してある。成形型22,23を、タングステン合金製の母型20a,20bに、上下の母型20a,20bが当接しても成形品に荷重がかかるように、組み込んだ。
ガラスプリフォームを610℃に予熱し、成形型22,23の予熱温度を580℃として、予熱された4個のガラスプリフォームを4個の下型成形面に落下供給した後、直ちに下型23を、位置制御を繰り返しながら上昇させ上型22に近接させた。サーボモータM1,M2の回転軸にそれぞれ連設された2本のボールネジ33,33を同期させて回転させることにより、昇降部材32を約2.5mm/sの速度で上昇させた。昇降部材32は鉛直方向に対して水平を維持しながら上昇することにより、下母型20bを載せた主軸24が傾斜することなく上昇した。
プレス開始から約3秒後、上母型20aと下母型20bとが当接するまで押し切った。当接後は、予め設定しておいたトルクリミッタが作動し約400kgfの荷重で加圧した。上下の母型を当接させたまま80℃/minで冷却し、480℃になった時点で下型を下降させ成形されたレンズを取り出した。この直後、加熱位置に母型を移動し加熱を開始し、次のプレスサイクルに移った。このプレスを100回繰り返し、400個のレンズを得た。この中から40個選び、周縁の平坦部の厚みを測定することによりティルトを測定した。その結果、ティルトは平均0.8分、最大1.5分であり、いずれも基準値を満たしていた。
Example 1
A biconvex lens (diameter 12.8 mm, center thickness 2.02 mm) having a flat portion at the periphery was press-molded using the press-molding apparatus shown in FIGS. 1 and 2. The distance between the two ball screws 33 and 33 was 200 mm, four sets of molding dies 22 and 23 were incorporated in the mother dies 20a and 20b, and a high-
The glass preform is preheated to 610 ° C., the preheating temperature of the
About 3 seconds after the start of pressing, the upper mother die 20a and the lower mother die 20b were pressed until they contacted each other. After the contact, a preset torque limiter was activated and pressurized with a load of about 400 kgf. Cooling at 80 ° C./min with the upper and lower mother molds in contact with each other, when the temperature reached 480 ° C., the lower mold was lowered and the molded lens was taken out. Immediately after this, the mother die was moved to the heating position to start heating, and the next press cycle was started. This press was repeated 100 times to obtain 400 lenses. 40 pieces were selected from these, and the tilt was measured by measuring the thickness of the flat portion at the periphery. As a result, the tilt was an average of 0.8 minutes and a maximum of 1.5 minutes, both satisfying the standard values.
実施例2
上記実施例1と同様のプレス成形装置を用いて、周縁に平坦部を有する凸メニスカスレンズ(径12mm、中心厚2.10mm)をプレス成形した。成形用のガラスプリフォームも実施例1と同様の素材を用いた。
610℃に予熱したガラスプリフォームを580℃に加熱した下型23の成形面に落下供給した後、直ちに下型23を、位置制御を繰り返しながら上昇させ上型22に近接させた。このときの上昇速度(プレス速度)は2.5mm/sになるように、4msごとに位置制御した。
プレスを開始して約2秒後に成形型22,23に冷却ガスを吹き付けて80℃/minの速度で冷却を開始した。なお、冷却開始後も下型23の上昇は一定の速度で続けられた。やがて、成形体の中心厚が2.2mmに到達した時点(目標値の直前)で、下型23の上昇は停止し(プレス速度ゼロ)、その位置を維持させた。そして、さらに冷却を続けて、成形型22,23の温度が550℃に到達した時点で、第2次加圧を開始した。このとき、第2次加圧のプレス速度が0.01mm/sになるように、100msごとに位置制御が行われるように設定値を切り換えた。第2次加圧を開始してから約15秒後に上下の母型20a,20bが当接した。
この状態で冷却を続行し、成形型22,23内のガラス成形体が転移点Tgに到達した後、下型23を下降させ、成形されたレンズを取り出した。その後、母型20bを加熱位置に移動させ加熱を開始し、次のプレスサイクルに移った。このプレスを100回繰り返し、得られたレンズの中から任意に40個を抽出し、平坦部の肉厚を測定することによりティルトを算出した。その結果、ティルトは平均0.7分、最大1.5分であり、いずれも基準値を満たしていた。
Example 2
Using the same press molding apparatus as in Example 1, a convex meniscus lens (
After the glass preform preheated to 610 ° C. was dropped and supplied to the molding surface of the
About 2 seconds after the start of pressing, cooling gas was blown onto the
Cooling was continued in this state, and after the glass molded bodies in the
本発明は、高い成形精度が求められる成形品のプレス成形に適用が可能で、特に、デジタルカメラなどの撮像装置やDVDなどの光記録媒体の記録再生装置に用いられる光学レンズのプレス成形に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to press molding of a molded product that requires high molding accuracy, and is particularly suitable for press molding of an optical lens used in an imaging device such as a digital camera or a recording / reproducing device of an optical recording medium such as a DVD. It is.
1 プレス成形装置
2 成形部
22,23 成形型
24 主軸
25 ヒータ
3 駆動部
31 基台
32 昇降部材
33 ねじ軸
34 第一のガイド
34a 支持部材
34b ガイドレール
36 第二のガイド
36a 支持部材
36b ガイドレール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記駆動部は、移動自在な前記成形型を支持する主軸と、
この主軸を支持して昇降する昇降部材と、
前記主軸の軸線から偏心した位置に配置され、前記昇降部材に形成された複数のねじ部とそれぞれ螺合して前記昇降部材を昇降させる複数のねじ軸と、
このねじ軸の各々を同期して回転させる駆動体と、
この駆動体の駆動を制御する制御装置とを有していること、
を特徴とするプレス成形装置。 In a press molding apparatus having an openable upper and lower molds having opposed mold surfaces, and a drive unit that moves at least one of the upper and lower molds in the vertical direction to open and close the mold ,
The drive unit includes a main shaft that supports the movable mold, and
An elevating member that supports the main shaft and moves up and down;
A plurality of screw shafts arranged at positions deviated from the axis of the main shaft, and screwed with a plurality of screw portions formed on the elevating member, respectively, to raise and lower the elevating member;
A driver that rotates each of the screw shafts in synchronization;
Having a control device for controlling the driving of the driving body;
A press molding apparatus characterized by the above.
前記成形型を予め所定温度に加熱する工程と、
加熱軟化させた材料を搬送して、型開き状態の前記成形型のうちの下方の前記成形型に前記材料を供給する工程と、
前記成形型の型閉めを行って前記材料を加圧成形する工程とを有し、
前記加圧成形工程において、複数のねじ軸の回転による前記成形型の位置制御を行うこと、
を特徴とする光学素子の成形方法。 An optical element molding method using the press molding apparatus according to claim 1,
Heating the mold to a predetermined temperature in advance;
Conveying the heat-softened material and supplying the material to the lower mold of the mold in an open state;
Performing the mold closing of the mold and press-molding the material,
In the pressure molding step, performing position control of the mold by rotation of a plurality of screw shafts;
An optical element molding method characterized by the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004257282A JP2005126318A (en) | 2003-09-30 | 2004-09-03 | Press molding apparatus and method for press-molding optical element |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003341632 | 2003-09-30 | ||
JP2004257282A JP2005126318A (en) | 2003-09-30 | 2004-09-03 | Press molding apparatus and method for press-molding optical element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005126318A true JP2005126318A (en) | 2005-05-19 |
Family
ID=34655678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004257282A Pending JP2005126318A (en) | 2003-09-30 | 2004-09-03 | Press molding apparatus and method for press-molding optical element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005126318A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103395971A (en) * | 2013-08-07 | 2013-11-20 | 湖州和晟玻璃机械有限公司 | Servo punching mechanism suitable for glassware press |
CN113815096A (en) * | 2021-08-25 | 2021-12-21 | 淮北卓本科技有限责任公司 | Refractory material compression molding device |
-
2004
- 2004-09-03 JP JP2004257282A patent/JP2005126318A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103395971A (en) * | 2013-08-07 | 2013-11-20 | 湖州和晟玻璃机械有限公司 | Servo punching mechanism suitable for glassware press |
CN113815096A (en) * | 2021-08-25 | 2021-12-21 | 淮北卓本科技有限责任公司 | Refractory material compression molding device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3501580B2 (en) | Optical element molding method and molding apparatus | |
TWI551554B (en) | The forming device and forming method of glass frame body | |
US20080072626A1 (en) | Method for press molding a glass optical element | |
US7293430B2 (en) | Press molding apparatus and press molding method of optical element | |
WO2008053860A1 (en) | Mold press forming die and molded article manufacturing method | |
JP2005126318A (en) | Press molding apparatus and method for press-molding optical element | |
TWI331987B (en) | Press-molding apparatus, press-molding method and method of producing an optical element | |
JP2012116705A (en) | Molding apparatus and molding method for optical device | |
JPWO2008050846A1 (en) | Optical element press molding equipment | |
JP4730806B2 (en) | Glass optical element molding apparatus and molding method | |
JP4818685B2 (en) | Glass optical element molding method | |
JP4382529B2 (en) | Mold press molding apparatus and optical element manufacturing method | |
JP4499579B2 (en) | Press molding apparatus and optical element molding method | |
JP2008069019A (en) | Optical element molding apparatus | |
JP4157080B2 (en) | Mold press molding apparatus and optical element manufacturing method | |
JP2533959B2 (en) | Optical element molding apparatus and optical element molding method | |
JP4141983B2 (en) | Mold press molding method and optical element manufacturing method | |
JP2005281053A (en) | Forming apparatus for mold press, method of manufacturing optical device, and optical device | |
JP2012076952A (en) | Molding apparatus and molding method for optical element | |
JP2011184248A (en) | Optical element molding device | |
JPH05186231A (en) | Apparatus for press forming optical element | |
JP6726464B2 (en) | Optical element manufacturing method and optical element manufacturing apparatus | |
JP2016124767A (en) | Method for manufacturing optical element | |
JP2012066989A (en) | Molding unit for optical element and method of molding | |
JPH04300220A (en) | Device and method for molding optical element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20050418 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20080305 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20080401 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20080530 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080708 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20080905 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081028 |