(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型、下型、及び下型をその背面側から支持する下軸を備え、上型と下型の間に素材のガラスを配置し、熱間でプレス成形することにより光学ガラス素子を製造する光学ガラス素子成形装置において、
前記下型は、その背面から上方に向って穿孔された測温孔を備えるとともに、先端がこの測温孔の中に挿入され、後端に差込み式のコネクタの一方を備えた熱電対を備え、
前記下軸は、その上端付近に前記差込み式のコネクタの他方を備えるととともに、このコネクタを下側から支持するスプリング機構を備え、
前記下軸に前記下型をセットすると、これに伴い前記差込み式のコネクタが互いに結合されるとともに、前記スプリング機構によって前記熱電対の先端が前記測温孔の先端部に押し付けられ、一方、前記下軸から前記下型を取り外すと、これに伴い前記差込み式のコネクタの結合が切り離され、前記熱電対が前記測温孔に挿入された状態のまま前記下型とともに搬出される様になっていることを特徴とする光学ガラス素子成形装置。
【請求項２】
上型、下型、及び上型をその背面側から支持する上軸を備え、上型と下型の間に素材のガラスを配置し、熱間でプレス成形することにより光学ガラス素子を製造する光学ガラス素子成形装置において、
前記上型は、その背面から下側に向って穿孔された測温孔を備えるとともに、先端がこの測温孔の中に挿入され、後端に差込み式のコネクタの一方を備えた熱電対を備え、
前記上軸は、その下端付近に前記差込み式のコネクタの他方を備えるととともに、このコネクタを上側から支持するスプリング機構を備え、
前記上軸に前記上型をセットすると、これに伴い前記差込み式のコネクタが互いに結合されるとともに、前記スプリング機構によって前記熱電対の先端が前記測温孔の先端部に押し付けられ、一方、前記上軸から前記上型を取り外すと、これに伴い前記差込み式のコネクタの結合が切り離され、前記熱電対が前記測温孔に挿入された状態のまま前記上型とともに搬出される様になっていることを特徴とする光学ガラス素子成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学ガラス素子のプレス成形装置に係り、特に、金型の自動交換を効率的に行うための改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス成形によって光学レンズなどの光学ガラス素子を製造する場合、高精度の成形面を備えた上下の金型の間に素材のガラス（例えばゴブと呼ばれるガラスを溶融滴下させて製作したガラスの塊）を配置し、ガラス転移温度以上の温度に加熱した後、プレス成形を行う。
【０００３】
高い形状精度を備えたプレス成形品を得るためには、先ず、金型の成形面の精度を高めることが不可欠であるが、その他、金型の温度及び温度分布の正確な制御も重要な要因となる。プレス成形中のガラスの温度を直接測定することが最も望ましいが、これは事実上、困難である。従って、一般的には、図５ａに示す様に、金型７４（ダイプレート７５、コア７６、ダイ７７から構成される）に測温用の孔（測温孔７０）を加工し、この測温孔７０の中に熱電対７１を差込む様にセットし、金型７４の温度をモニターしている。このとき、通常、熱電対７１は、その後端部が金型７４を支持する軸（図示せず）に固定される。
【０００４】
光学レンズ等のプレス成形では、加熱〜プレス成形〜冷却という一連の動作を繰り返す。この過程において、金型７４の中に挿入された熱電対７１にも加熱冷却が繰り返され、膨張収縮が繰り返されることになる。このとき、上記の様な熱電対の取付け方法では、測温孔７０の中に熱電対７１を単に差し込んでいるだけなので、図５ｂに示す様に、熱電対７１の先端が測温孔７０の先端部から次第に離れ、正確な温度測定ができなくなるという問題がある。
【０００５】
これに対する対策として、例えば、ある程度の周期で熱電対７１をセットし直す方法、あるいは熱電対７１を金型７４に固定する方法などが採用されている。しかし、前者の方法の場合には、手間と時間がかかる上、熱電対にも個体差があるため、その寿命予測が難しいという問題がある。
【０００６】
一方、後者の方法の場合には、膨張収縮に伴い熱電対７１に力が掛るので熱電対７１の破断が生じ易く、更に、金型７４の交換を行なう際に、その都度、熱電対７１の取り外し及び固定を行わなければならず、熱電対に頻繁に力を加える結果となり、破損、断線の原因につながるとともに、やはり、その交換に手間がかかるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の様な問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、型の交換作業を効率良く行うことができるとともに、プレス成形中の型の温度を正確に測定することが可能な光学ガラス素子成形装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学ガラス素子成形装置は、
上型、下型、及び下型をその背面側からを支持する下軸を備え、上型と下型の間に素材のガラスを配置し、熱間でプレス成形することにより光学ガラス素子を製造する光学ガラス素子成形装置において、
前記下型は、その背面から上方に向って穿孔された測温孔を備えるとともに、先端がこの測温孔の中に挿入され、後端に差込み式のコネクタの一方を備えた熱電対を備え、
前記下軸は、その上端付近に前記差込み式のコネクタの他方を備えるととともに、このコネクタを下側から支持するスプリング機構を備え、
前記下軸に前記下型をセットすると、これに伴い前記差込み式のコネクタが互いに結合されるとともに、前記スプリング機構によって前記熱電対の先端が前記測温孔の先端部に押し付けられ、一方、前記下軸から前記下型を取り外すと、これに伴い前記差込み式のコネクタの結合が切り離され、前記熱電対が前記測温孔に挿入された状態のまま前記下型とともに搬出される様になっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学ガラス素子成形装置によれば、下型をセットした状態では、スプリング機構によって熱電対の先端が測温孔の先端部に押し付けられているので、下型の温度を正確に測定することができる。また、下型を交換する際には、差込み式のコネクタの部分で配線の着脱が行われるので、下型の交換作業を効率良く行うことができ、特に、下型の自動交換を行う際に効果がある。更に、熱電対の先端が測温孔の先端部に固定されていないので、加熱冷却に伴い熱電対に過大な力が作用することがなく、熱電対の破断の恐れが少ない。
なお、熱電対を取付けるための上記の機構は、上型とこれを背面側からを支持する上軸についても同様に適用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明に基づく光学ガラス素子成形装置の構成の一例を示す。
フレーム１１の上部から固定軸２（上軸）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部材３を介して、上型４が取付けられている。上型４は、金属製のダイプレート５、セラミック製（あるいは超硬合金製）の上型コア６、及び上型コア６を周囲から支持してダイプレート５に固定するとともに上型４の一部をなす固定ダイ７から構成される。
【００１１】
フレーム１１の下部には駆動装置８が配置され、駆動装置８の上部には、ロードセル２１を介して、移動軸１２（下軸）が取付けられている。移動軸１２は、固定軸２に対向する様に上方に向かって伸び、制御装置９により上下方向の動きが制御される。
【００１２】
移動軸１２の上端には、セラミック製の断熱部材１３を介して、下型１４が取付けられている。下型１４は、金属製のダイプレート１５、セラミック製（あるいは超硬合金製）の下型コア１６、及び下型コア１６を周囲から支持してダイプレート１５に固定するとともに下型１４の一部をなす移動ダイ１７から構成される。なお、この装置では、上型４は固定されており、下型１４が上下方向に移動して素材のガラス１のプレス成形を行なう。
【００１３】
上型４及び下型１４の周囲には、石英ガラス管１８が配置され、外界と遮断された成形室２０を形成している。石英ガラス管１８の周囲には、ランプハウスユニット１９が配置され、石英ガラス管１８の外から、上型４及び下型１４を加熱する様になっている。なお、素材のガラス１、下型１４、及び成形品などの搬入あるいは搬出の際は、石英ガラス管１８及びこの石英ガラス管１８を保持しているランプハウスユニット１９が、駆動装置（図示せず）により固定軸２に沿って上下動される様になっている。石英ガラス管１８で仕切られた成形室２０には、加熱時の酸化防止、プレス成形後の冷却などのために、不活性ガス導入口Ｇ１、Ｇ２及び排出口Ｇ３、Ｇ４等が設けられている。
【００１４】
下型１４には、測温孔（後述）が形成されており、この測温孔に熱電対３１の先端が挿入されている。熱電対３１は、コネクタ３２、熱電対用配線３５、移動軸１２に取付けられた貫通端子を介して、成形室２０の外部に引き出されている。同様に、上型４には、測温孔が形成されており、この測温孔に熱電対４１の先端が挿入されている。熱電対４１は、コネクタ４２、熱電対用配線４５、固定軸２に取付けられた貫通端子を介して、成形室２０の外部に引き出されている。
【００１５】
図２に、下型１４の温度測定用の熱電対３１の取付け部の構造の詳細を示す。なお、上型４の温度を測定する熱電対４１の取付け部の構造も同様である。
下型１４は、断熱部材１３の上フランジ部の上にボルトで固定されている。下型１４には、ダイプレート１５を貫通して移動ダイ１７の内部に至る測温孔３０が形成されており、断熱部材１３の上フランジ部及び下フランジ部に形成された貫通穴を介して、この測温孔３０に熱電対３１の先端が挿入される。熱電対３１の後端部は、コネクタ３２を介して熱電対用配線３５に接続されている。
【００１６】
コネクタ３２は、プラグ部３３及びソケット部３４から構成され、プラグ部３３が熱電対３１の後端部に接続され、ソケット部３４が熱電対用配線３５の先端に接続される。プラグ部３３の先端は、断熱部材１３の下フランジ部に設けられた貫通穴の中に位置している。プラグ部３３の外周にはナット３７が取付けられており、プラグ部３３は、このナット３７を介して、前記貫通穴の上部で支持され、プラグ部３３（従って、熱電対３１）の脱落防止がなされている。一方、ソケット部３４は、前記貫通穴の中でプラグ部３３と結合されている。ソケット部３４は、その外周に取付けられたナット３８、スプリング３６及びスプリング押さえ３９を順に介して移動軸１２で支持されている。また、上記のナット３８、スプリング３６及びスプリング押さえ３９は、移動軸１２の上面に形成された穴２９の中に収容されている。穴２９は入口部分の径が小さく形成されており、この入口部分をソケット部３４自体は通過することができるが、ナット部３８は通過することができない。この様にして、ソケット部３４の上方への移動可能範囲が規制されている。以上の構造により、熱電対３１は、スプリング３６によって上方に押し上げられ、下型１４の内部に形成された測温孔３０の先端部に押し付けられる。
【００１７】
上記の様に、熱電対３１がスプリング３６によって測温孔３０の先端部に押し付けられているので、プレス成形の際の加熱冷却に伴う熱電対３１の膨張収縮がスプリング３６によって吸収される。従って、熱電対３１に対して過大な力が作用することがなく、同時に、熱電対３１の先端と測温孔３０の先端部との接触状態が確実に維持される。
【００１８】
また、コネクタ３２は、上記の様にプラグ部３３及びソケット部３４から構成され、プラグ部３３の下方向へ移動及びソケット部３４の上方向への移動が、それぞれナット３７及びナット３８等で規制されているので、ワンタッチ式で着脱可能となっている。また、コネクタ３２の着脱の際、熱電対３１に過大な力をかけることがない。なお、下型１４、断熱部材１３及び熱電対３１は、一つのユニット（下型ユニットと呼ぶ）を構成しており、この下型ユニットごと、移動軸１２に対する着脱が可能である。
【００１９】
次に、図３及び図４を参照しながら、移動軸１２に対する下型ユニット６５の着脱を、自動着脱装置を用いて行う方法について説明する。なお、下型ユニット６５を構成する移動ダイ１７は二面幅を有しており、二爪ハンド式の自動着脱装置によって着脱が行われる。
【００２０】
図３（ａ）は移動軸１２の上面図を示し、図３（ｂ）は移動軸１２と自動着脱装置のハンド部６９との相対的な位置関係を示す。図３（ａ）に示す様に、移動軸１２の上端面には、先に説明した熱電対用配線３５の先端に接続されたソケット部３４が配置されているほか、下型ユニット６５の位置決めに使用されるテーパピン６１、及び下型ユニット６５の固定に使用されるクランプ機構６２が設けられている。なお、断熱部材１３（図１）側にテーパピン６１に対応する位置決め穴が設けられ、クランプ機構６２は制御装置９（図１）によって制御される。
【００２１】
イ、制御装置９（図１）からの型交換スタート信号により、ランプハウスユニット１９（図１）が上昇し、図４（ａ）に示す様に、下型ユニット６５の周囲を露出させる。
【００２２】
ロ、次に、クランプ機構６２が上昇した後、９０°回転し、下型ユニット６５の取外し時に備えて、図４（ｂ）に示す様に、下型ユニット６５との非干渉領域へ待避する．
ハ、次に、制御装置９（図１）は自動着脱装置６６へ動作指令を与える。自動着樽装置６６は、予めプログラムされた内容に従って、図４（ｃ）に示す様に、移動軸１２から下型ユニット６５を取り外し、下型ユニット６５を型ステーション６７へ搬送する。このとき、下型ユニット６５を移動軸１２に対して上方に移動することによって、熱電対３１はコネクタ３２の部分で上下に切り離され、熱電対３１は、下型ユニット６５にセットされた状態で搬送され、熱電対配線３５は、移動軸１２側に残される。
【００２３】
ニ、これと並行に、型ステーション６７から、別の下型ユニット６５ａが取り出され、図４（ｄ）に示す様に、移動軸１２の上に装着される。このとき、移動軸１２の上面に設けられたテーパピン６１（図３）と、下型ユニット６５ａを構成する断熱部材側に設けられた位置決め穴との嵌合により、下型ユニット６５ａは、移動軸１２に対して高精度に位置決めされる。また、下型ユニット６５ａを移動軸１２の上端に装着することによって、同時に熱電対３１のコネクタ３２の結合が行われ、スプリング３６（図１）の弾性変形によって、熱電対３１の先端が下型１４の内部に形成された測温孔３０（図２）の先端部に押し付けられる。
【００２４】
次に、自動着脱装置６６が初期位置に待避した後、クランプ機構６２が作動し、新たに装着された下型ユニット６５ａを、移動軸１２の上にクランプする。以上の様にして、下型ユニット６５ａの交換が行われる。
【００２５】
本発明に基づく光学ガラス素子成形装置を製作し、その効果について調査した。
イ．型交換の所用時間
本発明に基づく光学ガラス素子成形装置において、型交換に要する時間は約５０秒であった。また、下型ユニットの脱着時に、位置決めピンとの干渉などもなく、スムーズな型交換を実現できた。なお、従来の光学ガラス素子成形装置では、型交換に約５分を要していた。従来の装置では、型、断熱部材、移動軸の各締結をボルトで行なっており、型交換に際しては、熱電対を抜いた後、各締結ボルトを外して各部材をばらし、組み直した後、熱電対を型に差込むという手順で行われ、全て手作業であった。
【００２６】
ロ．熱電対の寿命
熱電対の寿命について、従来の装置との比較を行った。寿命の評価は、型交換を連続１０回行なった後、実際のプレス成形を１回行う方法で実施した。その結果を表１に示す。表１の結果から、本発明により熱電対寿命の延長が図れることが確認できた。
【００２７】
表１．寿命試験結果
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（本発明の装置）
１回目  ４０回プレス成形後も熱電対に異常なし
２回目  ４０回プレス成形後も熱電対に異常なし
３回目  ４０回プレス成形後も熱電対に異常なし
（従来の装置）
１回目  ３２回プレス成形時に熱電対が断線
２回目  ２８回プレス成形後に熱電対が大きく変形
３回目  ３５回プレス成形時に熱電対が断線
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ハ．成形品の形状精度
下記の条件で、レンズのプレス成形を行い、本発明に基づく装置と従来の装置の間で成形品の形状精度の比較を行った。
【００２８】
成形品形状は外径１２ｍｍの両凸レンズで、硝種はＬ−ＢＡＬ４２（株式会社オハラ社製、転移点＝５０６℃、軟化点＝６０７℃）、素材形状はゴブ状で重量＝約０・８ｇのものを用いた。成形の条件は、目標温度＝５７０℃、目標温度に到達してからプレス開始までの待ち時間＝６０ｓｅｃ、プレス力＝８００ｋｇｆであり、２２０℃まで冷却した後、装置から取り出した。なお、型は２ヶ取りである。
【００２９】
上記条件で、各々３０回づつレンズのプレス成形を実施した。目標とするレンズの面精度は、上下コア６、１６の面精度＝約λ／４であったので、この値を基準に転写精度を確認することとした。結果として得られたレンズは、両者共、面精度＝約λ／４であり、目標通りの精度を備えたガラスレンズを得ることができた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の光学ガラス素子成形装置によれば、型の交換作業の効率が大幅に向上する。また、型の温度を常に正確に測定することが可能になるとともに、熱電対の寿命の延長も実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく光学ガラス素子成形装置の一例を示す全体構成図。
【図２】本発明に基づく光学ガラス素子成形装置における下型に対する熱電対の取付け部の構造を示す図。
【図３】本発明に基づく光学ガラス素子成形装置における移動軸の構造を示す図、（ａ）は移動軸の上面図を示し、（ｂ）は移動軸と自動着脱装置のハンド部との相対的な位置関係を示す。
【図４】本発明に基づく光学ガラス素子成形装置において型交換を行う際の動きを説明する図、（ａ）から（ｄ）は各ステップにおける下型ユニット、移動軸及び自動交換装置の状態を表す。
【図５】従来の光学ガラス素子成形装置における下型に対する熱電対の取付け部の構造を示す図、（ａ）は熱電対の取付け部の初期状態を示し、（ｂ）は熱電対の先端が測温孔の先端部から離れた状態を表す。
【符号の説明】
１・・・素材のガラス、２・・・固定軸（上軸）、３・・・断熱部材、４・・・上型、５・・・ダイプレー卜、６・・・上コア、７・・・固定ダイ、８・・・駆動装置、９・・・制御装置、１１・・・フレーム、１２・・・移動軸（下軸）、１３・・・断熱部材、１４・・・下型、１５・・・ダイプレー卜、１６・・・下コア、１７・・・移動ダイ、１８・・・石英ガラス管、１９・・・ランプハウスユニット、２０・・・成形室、２１・・・ロードセル、２９・・・穴、３０・・・測温孔、３１・・・熱電対、３２・・・コネクタ、３３・・・プラグ部（コネクタの一方）、３４・・・ソケット部（コネクタの他方）、３５・・・熱電対用配線、３６・・・スプリング、３７・・・ナット、３８・・・ナット、３９・・・スプリング押さえ、４１・・・熱電対、４２・・・コネクタ、６１・・・テーパピン、６２・・・クランプ機構、６５・・・下型ユニッ卜、６６・・・自動着脱装置、６７・・・型ステーション、６９・・・ハンド部、７０・・・測温孔、７１・・・熱電対、７４・・・金型、７５・・・ダイプレー卜、７６・・・コア、７７・・・ダイ。
【図１】
0004034394.tif 000002
【図２】
0004034394.tif 000003
【図３】
0004034394.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004034394.tif 000006