JP2742482B2 - ガラスレンズプレス成形機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスレンズプレス成
形機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラスレンズをプレスにより成形する場
合、図５に示すように、成形するレンズのプリフォーム
１を胴型２内の上型３及び下型４の間に入れ、それを高
温に加熱してから上型３を下降させてプレスし、型に形
成してある球面をプリフォーム１に転写している。

【０００３】従来のガラスレンズプレス成形機では、同
図に示すように、例えばプレス駆動装置として、両端に
ロッド５、６を延ばした空気圧シリンダ７を用い、上方
に突出したロッド５と、シリンダボディ８との間にスペ
ーサ９を入れて、このスペーサ９により、プレス時に上
型３を押し込むロッド６が所定量以上下降しないように
し、これによって上型３の最大押し込み位置を規制して
成形していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
成形機によれば、プレス時にプリフォーム１を常に最大
押し込み位置まで一定の推力で押し込むことになる。し
かし、プリフォーム１は大きさにばらつきがあるため、
同一条件で押し込みを行うと割れを生じたり、精度が低
下する場合があった。そこでこれを防止するため、プリ
フォーム１の大きさに応じて最大押し込み位置を調整し
ているが、それでも前記の不具合を十分に解消し得ない
ばかりか、調整に手間がかかりレンズの生産性が低下す
るという問題があった。

【０００５】本発明は、そのような事情を考慮し、プリ
フォームの大きさのばらつきに拘らず、割れや精度の低
下を生じることなしに、効率良くレンズの成形を行うこ
とのできるガラスレンズプレス成形機を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ピストンの両
側に作動圧室を有する往復動形空気圧シリンダの該ピス
トンの内部に、電動モータによって該ピストンの移動方
向に沿って移動させられるスプールが組み込まれ、該ス
プールと前記ピストンとにより前記両作動圧室の空気圧
バランスを制御するスプール弁が構成されており、該ス
プールとピストンに位置偏差が生じた際、前記スプール
弁の作用で前記両作動圧室の空気圧バランスが変化して
ピストンが前記位置偏差を無くすようにスプールの動き
に追従動作する電気−空圧サーボアクチュエータと、該
電気−空圧サーボアクチュエータの前記ピストンから延
びる駆動ロッドにより位置決めされ且つ駆動されるガラ
スレンズ成形用プレス型と、前記駆動ロッドの位置を検
出する位置検出器と、前記駆動ロッドに作用する軸方向
の負荷を検出する力検出器と、前記位置検出器及び力検
出器の検出信号に基づいて前記電動モータを駆動制御す
る制御装置と、を備えたことにより前記課題を解決した
ものである。

【０００７】なお、前記制御装置は、前記位置検出器の
検出信号に基づいて前記電動モータを駆動制御する位置
制御モードと、前記力検出器の検出信号に基づいて前記
電動モータを駆動制御する力制御モードと、を択一的に
選択する手段を備えている。

【０００８】

【作用】本発明のガラスレンズプレス成形機において
は、新規に開発した電気−空圧サーボアクチュエータを
用い、そのスプールの位置を電動モータで動かすことに
より、ピストンがスプールの位置に追従動作するように
構成した。そして、このピストンから延びた駆動ロッド
により、ガラスレンズ成形用のプレス型が駆動され、ガ
ラスレンズの成形が行われる。この場合、制御装置は、
駆動ロッドの位置を検出する位置検出器、及び負荷を検
出する力検出器の各検出信号に基づいて電動モータを制
御するので、駆動ロッドの位置及び力を精度良く調整す
ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【００１０】図１は、本発明の実施例に係るプレス成形
機の全体構成の概略を示す。この図において、符号１０
０は電気−空圧サーボアクチュエータである。この電気
−空圧サーボアクチュエータ１００は、今般新規に開発
されたもので、詳細は後述するが、ピストン１０４の両
側に第１気密室（作動圧室）１３８及び第２気密室（作
動圧室）１４０を有する往復動形空気圧シリンダのピス
トン１０４の内部に、ステッピングモータ（電動モー
タ）１２８によってピストン１０４の移動方向に沿って
移動させられるスプール１１２を組み込み、スプール１
１２とピストン１０４とで両気密室１３８、１４０の空
気圧バランスを制御するスプール弁を構成したものであ
る。

【００１１】このアクチュエータ１００では、ステッピ
ングモータ１２８を駆動してスプール１１２を移動させ
ると、スプール弁の作用で第１気密室１３８、第２気密
室１４０の空気圧バランスが変化して、ピストン１０４
が、スプール１１２とピストン１０４の位置偏差を無く
すようスプール１１２の動きに追従動作する。

【００１２】このアクチュエータ１００は、ピストン１
０４から延びる駆動ロッド１０８を下に向けて、ガラス
レンズ成形用プレス型２０の上方に配置されている。プ
レス型２０は、胴型２と上型３と下型４とからなるもの
であり、上型３を駆動ロッド１０８で押し込むことによ
りレンズプリフォーム１を成形することができるように
なっている。

【００１３】又、本成形機はその他に、駆動ロッド１０
８の位置を検出する位置検出器３０と、駆動ロッド１０
８に作用する軸方向の負荷を検出するロードセル（力検
出器）４０と、位置検出器３０及びロードセル４０の検
出信号に基づいてアクチュエータ１００のステッピング
モータ１２８を駆動制御する制御装置５０と、制御装置
５０の出力信号を増幅してステッピングモータ１２８へ
入力させるモータアンプ６０と、を備えている。

【００１４】次に、前記構成の詳細を説明する。

【００１５】まず、制御装置５０の詳細を図２を参照し
て説明する。

【００１６】アクチュエータ１００は、ステッピングモ
ータ１２８を回転することによって駆動する構成である
ので、制御装置５０は、ステッピングモータ１２８の操
作量を計算してモータアンプ６０に出力する。

【００１７】アクチュエータ１００の駆動ロッド１０８
には、位置検出器３０とロードセル４０が取り付けられ
ており、それらの検出信号Ｐ１、Ｐ２が制御装置５０に
フィードバックされている。制御装置５０は、位置制御
系演算部５１と、力制御系演算部５２と、指令値発生部
５３とを有している。

【００１８】位置制御系演算部５１では、指令値発生部
５３からの速度指令値Ｐ３より位置指令値Ｐ４を計算
し、その位置指令値Ｐ４と位置検出器３０からの信号Ｐ
１との偏差Ｐ５に対してゲインを乗じた信号Ｐ６と、速
度指令値Ｐ３にゲインを乗じた信号Ｐ７とを加算し、ス
テッピングモータ１２８の操作量Ｐ１０を演算してい
る。

【００１９】一方、力制御系演算部５２では、指令値発
生部５３からの力指令値Ｐ８と力検出器４０からの信号
Ｐ２との偏差Ｐ９に対し、ＰＩ（比例＋積分）を乗じて
ステッピングモータ１２８の操作量Ｐ２０を演算してい
る。

【００２０】制御装置５０は、上記の要素の他に、位置
制御モードと力制御モードのうちの一つを選択する手段
５５を有している。この選択手段５５は、指令値発生部
５３からの制御モード切替信号Ｐ３０によって上記二つ
の操作量Ｐ１０、Ｐ２０のうちの一つを選択して、選択
した操作量信号をモータアンプ６０に入力する。そし
て、モータアンプ６０からステッピングモータ１２８に
駆動信号が入力される。

【００２１】次に、電気−空圧サーボアクチュエータ１
００の詳細を図３に基づいて説明する。

【００２２】円筒形シリンダボディ１０２の中に気密に
且つ摺動自在にピストン１０４が組み込まれている。該
ピストン１０４には同軸にスリーブ１０６が一体的に固
定され、且つ上型３を押し込む駆動ロッド１０８がこの
スリーブ１０６に一体的に連結されている。この駆動ロ
ッド１０８はシリンダボディ１０２の底面部１０２Ａを
貫通しており、軸受部１２０Ｂによって摺動自在に支持
されている。なお、符号１１０はロッドシールである。

【００２３】ピストン１０４の内部、具体的にはこれと
一体化されているスリーブ１０６の内部には、該ピスト
ン１０４の摺動方向と同一の方向に摺動可能なようにス
プール１１２が組み込まれている。このスプール１１２
には、回り止めのキー１１４が取り付けられている。
又、スプール１１２のピストン１０４に対する軸方向の
変位を制限するためのストッパ１１６が設けられてい
る。

【００２４】スプール１１２にはナット１１８が固定さ
れており、ボールねじシャフト１２０が螺合している。
このボールねじシャフト１２０の軸端がベアリング１２
２によりカバー１３２に回転自在に取り付けられてお
り、且つカップリング１２４を介してステッピングモー
タ１２８と連結されている。

【００２５】ピストン１０４のステッピングモータ１２
８側には、キー溝１３０が切られており、カバー１３２
に固定されたキー１３４との係合により、該ピストン１
０４の摺動の案内及び回転の防止がなされるようになっ
ている。

【００２６】カバー１３２、ピストン１０４、及びスリ
ーブ１０６の内部には空気が通る通路１５１〜１５８が
設けられ、圧縮空気源１３６、シリンダボディ１０２内
でピストン１０４によって分割されてできた第１、第２
気密室１３８、１４０、及び大気１４２の４者の間を連
結している。これらの通路１５１〜１５８は、スプール
１１２の外周に形成された溝部１１２Ａ、１１２Ｂによ
り、スプール１１２の位置に依存して各通路１５１〜１
５８を通る空気の流れ方向を切り換える構成とされてい
る。

【００２７】次に、この実施例の成形機の作用を説明す
る。

【００２８】まず、アクチュエータ１００について説明
する。図３において、ステッピングモータ１２８が軸側
から見て時計方向に回転すると、ボールねじシャフト１
２０も一体的に回転する。このボールねじシャフト１２
０に螺合しているナット１１８は、スプール１１２に固
定されており、且つこのスプール１１２はキー１１４に
よってピストン１０４に対して回り止めがなされ、この
ピストン１０４はキー１３４によってカバー１３２に対
して回り止めされている。そのため結局ナット１１８は
前記ボールねじシャフト１２０の回転によって前進を開
始する。又、このナット１１８の前進によってスプール
１１２も一体的に前進する。この結果スプール１１２の
溝部１１２Ａ、１１２Ｂとスリーブ１０６の通路１５４
〜１５６との間に偏差が生じる。このため、通路１５
１、第１気密室１３８、通路１５２、１５３、及びスプ
ール１１２の溝部１１２Ａが閉じた空間となるため、圧
縮空気源１３６からの空気の流入が阻止される。

【００２９】一方、第２気密室１４０の空気は通路１５
４、１５５、溝部１１２Ｂ、通路１５６、１５７、１５
８を介して大気へ放出される。したがって、第２気密室
１４０の空気圧が下がり、ピストン１０４の前後方向の
力バランスが崩れ、該ピストン１０４がスリーブ１０
６、駆動ロッド１０８と共に前進する。しかしながら、
スプール１１２はこれらと共には移動しないため、やが
てスプール１１２の溝部１１２Ａ、１１２Ｂとスリーブ
１０６の通路１５４〜１５６との偏差が再びゼロとなっ
たところで第１気密室１３８の空気の流出が止まり、ピ
ストン１０４の移動も停止する。

【００３０】この結果ステッピングモータ１２８によっ
てボールねじシャフト１２０を回転し、ナット１１８を
任意の位置で位置決めすると、この位置決めされた軸方
向位置に対応して駆動ロッド１０８が摺動・位置決めさ
れることになる。

【００３１】逆にステッピングモータ１２８が反時計方
向に回転し、スプール１１２が後退すると、スプール１
１２に溝部１１２Ａ、１１２Ｂとスリーブ１０６の通路
１５４〜１５６との間に前進時と逆側に偏差が生じ、第
２気密室１４０の空気の大気１４２への放出が阻止され
ると共に、圧縮空気源１３８に連通されている第１気密
室１３８の空気が通路１５２、１５３、溝部１１２Ａ、
通路１５５、１５４を介して第２気密室１４０に流れ込
む。これにより第２気密室１４０の空気圧が上がり、ピ
ストン１０２の前後方向の力バランスが崩れ、該ピスト
ン１０４は後退する。この後退によりスプール１１２の
溝部１１２Ａ、１１２Ｂとスリーブ１０６の通路１５４
〜１５６との偏差が再びゼロになったところでそれ以上
の空気の移動が阻止され、ピストン１０４の後退が完了
する。

【００３２】この駆動ロッド１０８の位置と負荷は、位
置検出器３０とロードセル４０によりリアルタイムで検
出される。こられの検出信号は、制御装置５０にフィー
ドバック信号として入力され、この信号に基づいてステ
ッピングモータ１２８が制御される。このようなフィー
ドバック制御系により、駆動ロッド１０８の位置と上型
３を押し込む力とが精度良く調整される。

【００３３】次に、実際にガラスレンズを成形するとき
の制御動作について説明する。

【００３４】ガラスレンズ成形時のアクチュエータの基
本動作サイクルは、一例として図４に示すように構成さ
れている。動作サイクルは三段階に分けられており、第
一段階は、初期位置Ｓ０から加熱位置Ｓ１まで移動し、
加熱位置Ｓ１でプリフォームを加熱するまでの過程であ
る。第二段階は、加熱を終了して実際にレンズをプレス
成形する過程である。第三段階は、プレスを終了して初
期位置Ｓ０まで戻る過程である。

【００３５】このうち、第一及び第三段階では、アクチ
ュエータ１００は位置制御モードで駆動される。すなわ
ち、位置制御系演算部５１で演算された操作量信号Ｐ１
０に基づいて駆動制御される。一方、第二段階では、あ
る点で位置制御モードから力制御モードへの切り替えが
行われる。すなわち、まず位置制御モードで駆動ロッド
１０８が駆動され下降していくが、駆動ロッド１０８が
上型３に接触すると負荷が生じ、さらに下降し続けると
負荷が次第に大きくなる。負荷が位置・力制御切り替え
点Ｆ０を越すと制御モード切替信号が出力されて制御方
式が切り替わり、それ以降は力制御モードにより駆動さ
れる。すなわち、力制御系演算部５２で演算された操作
量信号Ｐ２０に基づいてアクチュエータ１００が駆動さ
れる。

【００３６】ここでは、力制御モードにおける力指令値
Ｐ８が数段のステップ状に変化させられて入力され、そ
れぞれ設定した時間を経過すると次のステップ指令が入
力されるようになっている。そして、最終段の設定時間
が経過すると再び制御方式が位置制御モードに切り替わ
り、第三段階へ移行する。なお、力制御モード実行時に
おいても、制御装置５０は、位置検出器３０からの信号
を監視し、最大押し込み位置に達すると設定時間内であ
っても第二段階を終了する。

【００３７】ここで、図の初期位置Ｓ０、加熱位置Ｓ
１、最大押し込み位置Ｓ２、及び移動速度指令値ｖ１、
ｖ２、ｖ３、位置・力制御切り替え値Ｆ０、プレス力設
定値Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４及びそれらのプレス時間ｔ
１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は、アクチュエータの動作サイク
ルにおいて与えられる値である。

【００３８】因みに前記アクチュエータ１００は、位置
制御モード時には移動速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ〜３０ｍ
ｍ／ｍｉｎの低速で駆動ロッド１０８を移動し、繰り返
し位置決め精度±１０μｍを達成する。又、力制御モー
ド時には最大推力の２％の精度で制御される。これらの
値は従来はいずれも達成できなかった値である。

【００３９】このアクチュエータを用いた成形機では、
プレス開始時のプレス速度及びプレス時のプレス力を任
意に設定できるため、適切な成形条件を設定することに
より、プリフォームの大きさのばらつきに拘らず、一定
条件で割れを生じることなくレンズを成形することがで
きる。又、オペレータが各設定値（停止位置、移動速
度、プレス力及びプレス時間）を設定するだけで他の調
整が不要であるから、省力化が図れる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガラスレ
ンズプレス成形機によれば、新規のアクチュエータの駆
動ロッドの位置を位置検出器で検出すると共に、力検出
器で駆動ロッドに作用する負荷を検出し、それらの検出
信号に基づいてアクチュエータを駆動制御するので、駆
動ロッドの位置及び力を精度良く、しかも人手を要さず
に調整することができる。したがって、プリフォームの
大きさのばらつきに拘らず、割れや精度の低下を防止す
ることができると共に、効率良くレンズの成形を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例の概略構成図であ
る。

【図２】図２は、同実施例の制御装置の詳細を示す図で
ある。

【図３】図３は、同実施例の電気−空圧サーボアクチュ
エータの詳細断面図である。

【図４】図４は、同実施例のガラスレンズプレス成形動
作における位置制御及び力制御の内容の説明図である。

【図５】図５は、従来のガラスレンズプレス成形機を示
す図である。

【符号の説明】

１…ガラスレンズプリフォーム、 ２０…プレス型、 ３０…位置検出器、 ４０…ロードセル（力検出器）、 ５０…制御装置、 ５１…位置制御系演算部、 ５２…力制御系演算部、 ５５…選択手段、 １００…電気−空圧サーボアクチュエータ、 １０４…ピストン、 １０８…駆動ロッド、 １１２…スプール、 １２８…ステッピングモータ（電動モータ）、 １３８…第１気密室、 １４０…第２気密室。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンの両側に作動圧室を有する往復動
   形空気圧シリンダの該ピストンの内部に、電動モータに
   よって該ピストンの移動方向に沿って移動させられるス
   プールが組み込まれ、該スプールと前記ピストンとによ
   り前記両作動圧室の空気圧バランスを制御するスプール
   弁が構成されており、該スプールとピストンに位置偏差
   が生じた際、前記スプール弁の作用で前記両作動圧室の
   空気圧バランスが変化してピストンが前記位置偏差を無
   くすようにスプールの動きに追従動作する電気−空圧サ
   ーボアクチュエータと、 該電気−空圧サーボアクチュエータの前記ピストンから
   延びる駆動ロッドにより位置決めされ且つプレス駆動さ
   れるガラスレンズ成形用プレス型と、 前記駆動ロッドの位置を検出する位置検出器と、 前記駆動ロッドに作用する軸方向の負荷を検出する力検
   出器と、 前記位置検出器及び力検出器の検出信号に基づいて前記
   電動モータを駆動制御する制御装置と、 を備えたことを特徴とするガラスレンズプレス成形機。
2. 【請求項２】請求項１において、前記制御装置が、前記
   位置検出器の検出信号に基づいて前記電動モータを駆動
   制御する位置制御モードと、前記力検出器の検出信号に
   基づいて前記電動モータを駆動制御する力制御モード
   と、を択一的に選択する手段を備えていることを特徴と
   するガラスレンズプレス成形機。