(57)【要約】【課題】  成形型を支持する主軸の傾き等をなくして、成形精度を高くすることができ、型開閉時のストロークが大きくなっても、装置を大型化することのないプレス成形装置を提供する。【解決手段】  開閉自在な上下の成形型２２，２３と、この上下の成形型２２，２３のうちの一方を移動させて開閉を行う駆動部３とを有するプレス成形装置１において、駆動部３は、移動自在な成形型２３を支持する主軸２４と、この主軸２４を支持して昇降する昇降部材３２と、主軸２４の軸線から偏心した位置に配置され、昇降部材３２に形成されたねじ部３２ｂと螺合する複数のねじ軸３３と、このねじ軸３３の各々を同期して回転させる駆動体Ｍ１，Ｍ２と、この駆動体Ｍ１，Ｍ２の駆動を制御する制御装置とを有し、ねじ軸３３は、成形型２３を型閉めして材料の成形を行う際に主軸２４に傾斜が生じないように駆動体Ｍ１，Ｍ２を制御しながら行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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していること、
を特徴とするプレス成形装置。
【請求項２】
前記昇降部材の複数のねじ部を、前記主軸を中心とした対称位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項２に記載のプレス成形装置。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプレス成形装置。
【請求項５】
前記制御装置は、成形材料の成形の際、前記ねじ軸の回転による前記成形型の移動位置を制御する位置制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレス成形装置。
【請求項６】
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こと、
を特徴とする光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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）。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１６４３２号公報（明細書の［０００２］の記載参照）。
【特許文献２】実開平７−６２４２号公報
【特許文献３】特開平３−２６５５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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）。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【実施例】
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】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２】本発明のプレス成形装置の概略構成を説明する側面断面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ方向断面図である。
【図４】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。
【図５】この実施形態のプレス装置の作用を説明するフローチャートである。
【図６】参考プレス成形装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
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
【図１】
2005126318.tif 000003
【図２】
2005126318.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005126318.tif 000007
【図６】
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