(57)【要約】【課題】成形素材に作用するプレス圧を精密かつ安定に検出し、安定した成形を実現する。【解決手段】成形室１０の内部に下型６および上型８を上下方向に対向して配置し、下伝熱板４の下型ヒータ５ａおよび上伝熱板９の上型ヒータ５ｂによって加熱するとともに加圧ユニット１５のモータ駆動軸１３によって上型８を昇降させてプレス圧をガラスゴブ７に作用させる成形装置Ｍにおいて、成形室１０の底部に、断熱材３ａおよび断熱材３ｂを介して下型６および下伝熱板４が載置されるロードセル２を設け、このロードセル２によって加圧ユニット１５からガラスゴブ７に作用するプレス圧を正確に測定し、測定値に基づいた加圧ユニット１５のフィードバック制御によってプレス圧を精密かつ安定に制御する。【選択図】図１
2010265155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形素材のプレス成形が行われる成形室と，
前記成形室の内部に配置され、前記成形素材に作用する前記プレス成形の荷重を検出する荷重検出手段と、
を具備したことを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記荷重検出手段は、前記成形室の側壁に接触しない位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の成形装置。
【請求項３】
前記成形素材を加熱する加熱手段と，
前記加熱手段からの熱を断熱する断熱材と、を備え、
前記荷重検出手段は、前記加熱手段に対し、前記断熱材を介して前記成形室の内部に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の成形装置。
【請求項４】
前記成形素材を挟んで鉛直方向に対向する第１成形型および第２成形型を備え、
前記荷重検出手段は、前記第１および第２成形型に対し、鉛直方向下側に配置されていることを特徴とする請求項３記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子の成形方法としては、上下方向に対向する一対の上型および下型の間に光学素子材料を配置し、これらの上型および下型を加熱しつつ温度制御して、上型および下型の鏡面に仕上げられた成形面により光学素子材料をプレス成形することによって、所望の面精度および形状の光学機能面を持った光学素子を得る方法が実施されている。
【０００３】
すなわち、光学素子をプレス成形するには、まず、下型の成形面上に光学素子材料を載せ、さらにその上に上型を下降させ、極低圧で当接させる。
【０００４】
そして、上型および下型に光学素子材料を接触させた状態で、当該光学素子材料および上型、下型を、プレス成形に適した温度に加熱して、加圧機構を動作させ光学素子材料を加圧し、光学素子に成形する。
【０００５】
そして、光学素子材料に上型および下型の成形面が光学機能面として転写され、また、光学機能面の形状が離型後も必要な面精度で保持されるまで圧力を加えながら冷却した後、上型を上昇させ成形された光学素子を取り出す。
【０００６】
ここで、光学素子材料のプレス成形では、光学素子材料に作用する圧力を精密に制御することが、高精度の光学素子を得る等の観点から重要となる。
【０００７】
そこで、特許文献１には、加圧／移動手段によって下側から支持されて昇降駆動される下型に対向する上型の背面に、成形室の上部を気密に貫通した軸状の断熱材の下端を当接させるとともに、成形室の外部に突出した断熱材の上端に、プレス圧を測定するためのロードセルが当接した構成の成形装置が開示されている。
【０００８】
そして、成形室内を不活性ガスで置換しつつ、プレス成形中に光学素子材料にかかるプレス圧を軸状の断熱材を介してロードセル等で検出し、上型が光学素子材料に当接する際の極低圧の制御、または光学素子材料の成形圧力の制御を行っている。
【０００９】
しかしながら前述の従来技術には以下の技術的課題がある。
すなわち、圧力を検出するロードセルは成形室の外部に配置され、上型の背面側に設けられて成形室を気密に貫通する軸状の断熱材の上端に当接する構造であるため、プレス圧によって上下動する断熱材の成形室の貫通部における摺動抵抗や摩擦抵抗を含む圧力がロードセルで測定されることになり、精密な微小圧力の検出が困難となる。
【００１０】
また、成形室の外部のロードセルにプレス圧を伝達する断熱材の成形室に対する貫通部の摺動抵抗や摩擦抵抗は、長い間の装置稼動で変動し、安定して圧力を検出することができない。
【００１１】
よって、ロードセルによって検出された測定値に基づいて制御されるプレス圧力にばらつきが生じ、特に極低圧で光学素子素材を精度良く加圧することができなくなり、「カケ」「ワレ」が発生するという技術的課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−１７０７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、成形素材に作用するプレス圧を精密かつ安定に検出し、安定した成形を実現することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、成形素材のプレス成形が行われる成形室と，
前記成形室の内部に配置され、前記成形素材に作用する前記プレス成形の荷重を検出する荷重検出手段と、
を具備した成形装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、成形素材に作用するプレス圧を精密かつ安定に検出し、安定した成形を実現することが可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態である成形装置の構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施の形態では、一態様として、光学素子材料を加熱しプレス成形する成形装置において、光学素子材料にかかる荷重を測定するロードセルに断熱材を介して加熱ユニットを配置し、前記加熱ユニット上に下型を配置することにより、ロードセルには成形圧力のみの荷重がかかるようにし、プレス機構の摺動抵抗、摩擦抵抗の荷重誤差がロードセルの測定値に影響しない構造を例示する。
【００１８】
また、本態様では、前記成形圧力の測定値に基づいて、圧力制御を行うことで光学素子材料を挟んで配置された上型に、極低圧で加圧することを可能にした構成を例示する。
本態様の成形装置によれば、ロードセルによるプレス圧の測定において、成形される光学素子材料に作用する加圧力のみを安定かつ精度よく測定できる。
【００１９】
これにより、プレス圧の正確かつ安定な測定値でプレス成形におけるプレス圧の制御が実現でき、たとえば、精度良く極低圧（微小圧）に光学素子材料を加圧することが可能となり、成形素材の「カケ」や「ワレ」の発生、さらには、上型や下型の損傷が防止される。
【００２０】
また、プレス機構の成形室に対する貫通部の摺動抵抗や摩擦抵抗の経時変化が生じても、成形される光学素子材料に作用する加圧力の測定値によってプレス成形の圧力を制御しているため、安定して成形装置を稼動させ、安定した光学素子の成形を実現することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態である成形装置の構成の一例を示す断面図である。
なお、本実施の形態では、図１において、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向として説明する。また、一例として、Ｚ方向は鉛直方向、Ｘ−Ｙ平面は水平面とする。
【００２２】
本実施の形態の成形装置Ｍでは、軸方向がＺ方向に設定されたカップ型の成形室１０の開口端である底部に取り付けベース１が設けられ、成形室１０が密閉されている。
【００２３】
そして、成形室１０の内部において、取り付けベース１の上面には、Ｚ方向に下から順に、荷重を測定するロードセル２（荷重検出手段）、断熱材３ｂ（断熱材）、断熱材３ａ（断熱材）、下型ヒータ５ａ（加熱手段）を備えた下伝熱板４、下型６（第２成形型）が積層状態に配置されている。
【００２４】
すなわち、成形室１０の底部に配置されたロードセル２の上面には、下型ヒータ５ａからの熱を遮断する断熱材３ａと、さらに前記断熱材３ａからロードセル２への熱を遮断するため断熱材３ｂが多重に配置されている。
【００２５】
断熱材３ａおよび断熱材３ｂの各々の材質は、熱伝導率の低いたとえばセラミック等が適し、または熱伝導が伝わりにくい構造でたとえば中空になっていてもよい。
【００２６】
本実施の形態では、一例として二つの断熱材３ｂおよび断熱材３ａを積層して下伝熱板４の下型ヒータ５ａからロードセル２に作用する熱を遮断しているが、三つ以上の複数個の断熱材を設置してもよい。
さらには、断熱材３ａと断熱材３ｂの間に間隙を開けるようにしてもよい。
【００２７】
つまり、下伝熱板４に設けられた下型ヒータ５ａからロードセル２を可能な限り強固に断熱する構成が望ましい。
下型６は、下型ヒータ５ａを内蔵した下伝熱板４の上面に、成形面６ａと反対側の平坦な背面が密着するように固着されており、下伝熱板４を介して伝達される下型ヒータ５ａの熱で所望の温度に加熱される構成となっている。
【００２８】
また、本実施の形態の場合、図１に例示されるように、ロードセル２の上に載置された断熱材３ｂ、断熱材３ａ、下伝熱板４、下型６の各構成要素は、すべて、成形室１０の内周側壁面１０ｂ（側壁）に対して非接触となっている。
【００２９】
このため、プレス圧によってこれらの構成要素がＺ方向に弾性変形する際に、成形室１０の内周側壁面１０ｂとの摩擦抵抗が生じることがなく、後述のようにガラスゴブ７（成形素材）にＺ方向に作用するプレス圧は、正確にロードセル２に伝達されて検出される。
【００３０】
一方、下型６の成形面６ａに対向する成形面８ａを備えた上型８（第１成形型）は、当該成形面８ａと反対側の平坦な背面が、上型ヒータ５ｂ（加熱手段）を内蔵した上伝熱板９の下面に密着するように固着されており、上型ヒータ５ｂの熱が上伝熱板９を介して伝達されて上型８が加熱される。
【００３１】
成形室１０の側面には、Ｚ方向における上型８と下型６の対向部位の高さ位置に開閉扉１０ａが設けられており、下型６の成形面６ａと上型８の成形面８ａとの間に対する成形対象のガラスゴブ７の供給、および成形後の成形品の取り出しが行われる構成となっている。
【００３２】
成形室１０の頂面の中央には、Ｚ方向に貫通する貫通穴１０ｃが設けられている。
さらに上型８は上伝熱板９を介して、上軸取り付け板１１に固定され、この上軸取り付け板１１は、ガラスゴブ７をプレスする加圧ユニット１５に固定されて上下方向（Ｚ方向）に移動されるようになっている。
【００３３】
加圧ユニット１５は、成形室１０の内部に位置する下端部に上軸取り付け板１１が固定され、成形室１０の貫通穴１０ｃを通じて外部に突出した上端部にモータ１４が取り付けられたモータ駆動軸１３を備えている。
【００３４】
モータ１４は、図示しない変位変換機構を介してモータ駆動軸１３に接続されており、モータ１４のＺ方向の回りの回動変位が、モータ駆動軸１３のＺ方向の直線変位、すなわち昇降変位に変換されて伝達される構成となっている。
【００３５】
成形室１０の内部において、当該成形室１０の上部壁面と上軸取り付け板１１との間には、外周部が成形室１０の内部側壁面に嵌合し、中央部にＺ方向にモータ駆動軸１３が挿通され、当該モータ駆動軸１３をＺ方向に案内するプレス軸ガイド１２が設けられている。
【００３６】
これにより、モータ１４の回転によってモータ駆動軸１３に昇降方向（Ｚ方向）の推力を発生させ、上軸取り付け板１１および上伝熱板９を介して上型８をＺ方向に下降させるように駆動することにより、下型６と上型８との間に置かれたガラスゴブ７にプレス圧を作用させて加圧するようになっている。
【００３７】
成形室１０におけるモータ駆動軸１３の貫通部には、図示しないシール等が配置されており、成形室１０の内部に外気が侵入することを防止する構造となっている。
【００３８】
本実施の形態の成形装置Ｍの場合、さらに、成形室１０の外部には、加圧ユニット１５のモータ１４、下型ヒータ５ａ、上型ヒータ５ｂ、ロードセル２を制御する制御部２０が設けられている。
【００３９】
すなわち、本実施の形態の制御部２０は、ロードセル２から電圧として出力される測定値を、圧力の測定値に変換して検出する圧力検出部２１と、下型ヒータ５ａおよび上型ヒータ５ｂの発熱を個別にコントロールするヒータ制御部２２と、加圧ユニット１５内のモータ１４の駆動制御を行うモータ制御部２３で構成されている。
【００４０】
また、成形室１０には、当該成形室１０の内部を不活性ガスに置換するための図示しないガス供給機構が接続されており、加熱される下型６、ガラスゴブ７、上型８等が酸化されることを防止している。
【００４１】
成形室１０の開閉扉１０ａには、開閉扉１０ａの開閉に際して外部の空気が成形室１０の内部に侵入することを防止する、図示しないロードロック機構が設けられている。
【００４２】
なお、本実施の形態では、一例として、加圧ユニット１５は上側から上型８を下降させ、上型８に対向する下型６の下にロードセル２を配置して加圧ユニット１５から下型６および上型８の間のガラスゴブ７に作用する圧力をロードセル２によって検出する構成であるが、加圧ユニット１５とロードセル２の配置を天地逆にして、加圧ユニット１５を下型６の側に配置して当該下型６を上昇させ、ロードセル２を上型８の上側に配置して圧力を検出する構造としてもよい。
【００４３】
以下、本実施の形態の成形装置Ｍの作用を説明する。
まず、制御部２０は、成形室１０の内部を不活性ガスで置換した後、ヒータ制御部２２の制御により、下型ヒータ５ａ、上型ヒータ５ｂに電力が供給され、下型ヒータ５ａおよび上型ヒータ５ｂの各々を、成形対象の光学素子材料であるガラスゴブ７のガラス転移点（ＴＧ点）近くまで（たとえば、６００℃〜８００℃程度）発熱させ、このＴＧ点程度に下型６および上型８を加熱する。
【００４４】
次に、制御部２０は、モータ制御部２３によって加圧ユニット１５を駆動し、上型８を成形室１０の上端に移動させ、下型６と上型８の間に開閉扉１０ａを通じてガラスゴブ７をセットし、その後、上型８をガラスゴブ７に接する位置まで下降させる。
【００４５】
なお、上型８がガラスゴブ７に接したか否かの判定は、たとえば、加圧ユニット１５による上型８の下降距離や、加圧ユニット１５における負荷の変動、ロードセル２によって検出される圧の変化等によって行うことができる。
【００４６】
そして、制御部２０は、下降する上型８がガラスゴブ７に接すると同時に、下型６の下側に設けられたロードセル２によって荷重を測定し、圧力検出部２１で圧力の測定値に変換して検出し、検出した圧力値に基づいて規定の圧力になるよう加圧ユニット１５のモータ１４をモータ制御部２３で駆動する。
【００４７】
これにより、下型６および上型８によるガラスゴブ７のプレス成形が開始される。ここで、本実施の形態の場合には、ロードセル２が、成形室１０の内部で静止する下型６の側に配置されているとともに、上述のように、ロードセル２と下型６との間に介在する構成要素も成形室１０の内周側壁面１０ｂに対して非接触となっている。
【００４８】
これにより、ロードセル２には、加圧ユニット１５からガラスゴブ７に作用した正味のプレス圧のみが検出され、成形室１０におけるモータ駆動軸１３の貫通穴１０ｃにおける摩擦抵抗等に起因する測定誤差は介在しない。
【００４９】
この結果、制御部２０は、ロードセル２によって検出される正確なプレス圧に基づく加圧ユニット１５のフィードバック制御によって、ガラスゴブ７に作用するプレス圧を精密に制御することが可能となる。
【００５０】
そして、ガラスゴブ７の成形が進むと上型８の位置が下側に移動するが、このとき、制御部２０は、ロードセル２の検出圧力値によるモータ１４のフィードバック制御を行い、ガラスゴブ７に作用するプレス圧を、規定の圧力一定に制御することができる。
【００５１】
この規定圧力は、たとえば、本成形前の仮成形では１Ｎ〜５Ｎ程度であり、微圧制御を行い、本成形ではガラスゴブ７を成形可能な規定圧力（たとえば、１００Ｎ〜２００Ｎ程度）で加圧制御を行う。
【００５２】
また、圧力一定でなく成形条件の圧力プロファイルを制御部２０の図示しないメモリ等に記憶しておき、制御部２０が、成形圧力を時間軸で変化させるような成形動作でも、ロードセル２からの検出圧力値のフィードバック制御により、プレス成形での圧力を安定させることができる。
【００５３】
その後、制御部２０は、下型ヒータ５ａおよび上型ヒータ５ｂを制御し、下型６および上型８の成形面６ａおよび成形面８ａをガラスゴブ７に転写することによって成形された図示しない光学素子等の成形品を所定の温度まで冷却した後、上型８を上昇させ、開閉扉１０ａを通じて光学素子を外部に取り出す。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態の成形装置Ｍによれば、プレス成形においてガラスゴブ７に作用する圧力の測定において、成形室１０の内部にロードセル２が設けられていることにより、ガラスゴブ７に作用するプレス圧のみを精度よく測定できる。
【００５５】
この結果、ロードセル２によって検出された圧力測定値に基づいて加圧ユニット１５によるプレス圧の正確なフィードバック制御が実現でき、たとえば極低圧（微小圧）に成形光学素子材料を正確に加圧することが可能となり、ガラスゴブ７の「カケ」や「ワレ」の発生による成形不良がなくなる。
【００５６】
また、加圧ユニット１５の、成形室１０の貫通穴１０ｃを貫通するモータ駆動軸１３の摺動抵抗や摩擦抵抗に経時変化が生じても、これらの影響を受けないロードセル２から得られる圧力測定値に基づいて加圧ユニット１５の動作を制御しているため、成形装置Ｍにおいて長期間に亙って安定してガラスゴブ７から光学素子を成形することができる。
【００５７】
すなわち、本実施の形態によれば、加圧ユニット１５からガラスゴブ７に作用するプレス圧を精密かつ安定に検出し、安定した成形を実現することが可能な成形技術を提供することができる。
【００５８】
また、ロードセル２が、成形室１０の底部に配置されていることにより、ロードセル２が成形室１０の内部における下型ヒータ５ａおよび上型ヒータ５ｂの加熱の影響を受けにくくなり、温度によるロードセル２の測定誤差を低減できる。
【００５９】
また、ロードセル２が、成形室１０の内部で静止する下型６の側に配置されて不動であるため、ロードセル２と制御部２０との間を接続する図示しないケーブルの配線も不動となり、引き回しも簡単となるとともに、断線等の故障も少なくなる、という利点がある。
【００６０】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、荷重検出手段としては、上述の実施の形態において例示したロードセルに限らず、他の圧センサを用いてもよい。
【００６１】
（付記１）
光学素子材料を加熱しプレスする光学素子成形機において、光学素子材料にかかるプレス荷重を測定するロードセルに断熱材を介して加熱ユニットを配置し、前記加熱ユニット上に成形型を配置したことを特徴とする光学素子成形装置の圧力検出機構。
【００６２】
（付記２）
光学素子材料をプレスして光学素子を成形する成形装置であって、
前記光学素子材料をプレスする空間としての成形室と，
前記プレスの荷重を検出する荷重検出手段と、を備え、
前記荷重検出手段を前記成形室の内部に配置されることを特徴とする成形装置。
【００６３】
（付記３）
前記荷重検出手段は、前記成形室の側壁に接触しない位置に配置されていることを特徴とする付記２記載の成形装置。
【００６４】
（付記４）
前記光学素子材料を加熱する加熱手段と，
前記加熱手段からの熱を断熱する断熱材と、を備え、
前記荷重検出手段は、前記加熱手段に対し、前記断熱材を介して前記成形室の内部に配置されていることを特徴とする付記２又は付記３記載の成形装置。
【００６５】
（付記５）
前記光学素子材料をプレスする上下一対の金型と、を備え、
前記荷重検出手段は、上下一対の金型に対し、重力方向下側に配置されていることを特徴とする付記４記載の成形装置。
【符号の説明】
【００６６】
１  取り付けベース
２  ロードセル
３ａ  断熱材
３ｂ  断熱材
４  下伝熱板
５ａ  下型ヒータ
５ｂ  上型ヒータ
６  下型
６ａ  成形面
７  ガラスゴブ
８  上型
８ａ  成形面
９  上伝熱板
１０  成形室
１０ａ  開閉扉
１０ｂ  内周側壁面
１０ｃ  貫通穴
１１  上軸取り付け板
１２  プレス軸ガイド
１３  モータ駆動軸
１４  モータ
１５  加圧ユニット
２０  制御部
２１  圧力検出部
２２  ヒータ制御部
２３  モータ制御部
Ｍ  成形装置
【図１】
2010265155.tif 000003