(57)【要約】【課題】高精度な温度で効率よく加熱することが可能な加熱装置を提供する。【解決手段】複数のカートリッジヒーター２を内蔵した加熱ブロック１に固定部材５を用いてブロック部材３を密着させ、このブロック部材３を介して外部の被加熱物を加熱する構成の加熱装置１０において、固定部材５の大径部５ｂとブロック部材３との間に、ブロック部材３の線膨張係数α３および固定部材５の線膨張係数α５よりも大きな線膨張係数α４を持つ調整部材４を介設し、常温から所定の設定温度に加熱しても、熱膨張差によってブロック部材３と固定部材５との間に隙間ができることを、調整部材４の熱膨張によって補い、固定部材５による、加熱ブロック１に対するブロック部材３の締結力を確実に維持して、加熱ブロック１からブロック部材３への熱伝達の均一化および効率化を実現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物に熱を伝える第１ブロック部材と、
熱源を具備し、前記第１ブロック部材を加熱する第２ブロック部材と、
前記第１ブロック部材を前記第２ブロック部材に固定する固定部材と、
前記固定部材と前記第１ブロック部材との間に介在し、温度変化による前記固定部材と前記第１ブロック部材の熱膨張の差を補う調整部材と、
を含むことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置において、
前記固定部材および前記第１ブロック部材の各々の線膨張係数は、前記調整部材の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１記載の加熱装置において、
前記調整部材の常温の厚さ寸法は、前記第１ブロック部材による前記被加熱物の加熱温度に応じて異なることを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
成形材料が実装された成形型を加熱ブロックにより加熱しつつ加圧する成形装置であって、
前記加熱ブロックは、
前記成形型に熱を伝える第１ブロック部材と、
熱源を具備し、前記第１ブロック部材を加熱する第２ブロック部材と、
前記第１ブロック部材を前記第２ブロック部材に固定する固定部材と、
前記固定部材と前記第１ブロック部材との間に介在し、温度変化による前記固定部材と前記第１ブロック部材の熱膨張の差を補う調整部材と、
を含むことを特徴とする成形装置。
【請求項５】
請求項４記載の成形装置において、
前記固定部材および前記第１ブロック部材の各々の線膨張係数は、前記調整部材の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする成形装置。
【請求項６】
請求項４記載の成形装置において、
前記調整部材の常温の厚さ寸法は、前記第１ブロック部材による前記成形型の加熱温度に応じて異なることを特徴とする成形装置。
【請求項７】
熱源を有する第２ブロック部材により、被加熱物と接触する第１ブロック部材を加熱し、当該第１ブロック部材により前記被加熱物を加熱する加熱方法であって、
前記第２ブロック部材と前記第１ブロック部材とを固定する固定部材と前記第１ブロック部材との間に調整部材を介在させ、前記固定部材と前記第１ブロック部材の熱膨張による伸びの差を相殺して、前記第２ブロック部材と前記第１ブロック部材を密着させることを特徴とする加熱方法。
【請求項８】
請求項７記載の加熱方法において、
前記被加熱物の加熱温度に応じて前記調整部材の常温の厚さ寸法を変えることを特徴とする加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置および成形装置ならびに加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラなどの薄型化、高画素化に伴い高精度な非球面成形レンズの需要が増加しており、それに応じて光学素子の精度要求は年々高まってきている。
成形型を用いて光学素子を成形する場合、成形型を目的の温度に均一に加熱することは光学素子の高精度化には欠かせない条件となっている。
【０００３】
成形型などの被加熱物を均一に加熱するには、例えば、特許文献１に開示されているように、カートリッジヒーターが挿入されたステンレス鋼ブロックからなる加熱手段と、被加熱物に接する該ブロック部材（例えば、ＷＣ）との間に熱拡散層を介在させて、被加熱物に接するブロック部材の温度分布を均一に調整する技術が知られている。
【０００４】
ところで、特許文献１には、具体的な開示は見られないが、加熱手段に対してブロック部材を密着させて固定するためには、ねじ等の固定手段が必要となる。
図３は、固定手段を考慮した参考技術の一般的な加熱装置の構成を示す側面図である。
【０００５】
加熱ブロック１０１にはカートリッジヒーター１０２が挿入固着されている。
加熱ブロック１０１にはブロック部材１０３が固定部材１０４にて密着するように固定されている。
【０００６】
カートリッジヒーター１０２は、図示されていない温度測定手段により測定された温度により、同じく図示されていない制御機器により発熱エネルギーを制御されながら加熱ブロック１０１を加熱する。カートリッジヒーター１０２は温度の加熱能力や温度バラツキを少なくするために、加熱ブロック１０１に複数本実装されている。
【０００７】
特許文献１の技術でも、各部材の固定方法として、図３に示した参考技術の構成が採用されることが多い。
この場合、一般的には、非酸化金属材料（例えばオーステナイト系ステンレス鋼）を用いたネジ等からなる固定部材１０４で固定する。
【０００８】
このような場合、固定部材１０４はブロック部材を構成する部材より線膨張係数が大きく、常温で固定されていても、高温になると確実な固定はできていない。
このような不具合により、被加熱物に接するブロック部材１０３の温度分布はばらついてしまい、被加熱物に対する正確な熱伝達は困難である。
【０００９】
また、多くの場合、ブロック部材１０３の温度は、加熱ブロック１０１とブロック部材１０３の間に温度検出手段を挟持し、この温度検出手段からの測定温度のフィードバックによって制御しているが、加熱ブロック１０１とブロック部材１０３の密着が不完全なことに起因して、温度検出手段とブロック部材１０３とが確実に接触しない不具合も発生し、測定温度、ひいては加熱温度のばらつきの要因になっている。
【００１０】
また、特許文献１には、ブロック部材１０３と加熱ブロック１０１との間に意図的に空間部を形成して、ブロック部材１０３の温度分布の均一化を図る構成も開示されているが、熱伝導経路に空間を設けることは、熱伝導効率の低下の要因となり、消費電力が増大し、省エネルギー化に逆行する。
【００１１】
加えて、近年多く使用されている成形装置では、上述の図３に示した構成の一対の加熱装置１００にて、上下より成形型を挟み込んで加熱する構成をとっている。
この場合、上側に設定された加熱装置１００は、成形温度に昇温された状態においては、各部材の線膨張係数の違いに加えて、ブロック部材１０３に作用する重力により、ブロック部材１０３と上側に位置する加熱ブロック１０１との間の密着が不完全となる場合が多い。このことも、加熱装置１００によって高精度に温度を設定できない一因となっている。
【００１２】
また、加熱ブロック１０１とブロック部材１０３を接合などの方法で固着させることも考えられるが、各部材の材料特性の違いから温度上昇によって割れや反りなどの形状異状が発生し、採用できない。
【特許文献１】特開２００６−２６９３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、高精度な温度で効率よく加熱することが可能な加熱装置および成形装置ならびに加熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点は、被加熱物に熱を伝える第１ブロック部材と、
熱源を具備し、前記第１ブロック部材を加熱する第２ブロック部材と、
前記第１ブロック部材を前記第２ブロック部材に固定する固定部材と、
前記固定部材と前記第１ブロック部材との間に介在し、温度変化による前記固定部材と前記第１ブロック部材の熱膨張の差を補う調整部材と、
を含む加熱装置を提供する。
【００１５】
本発明の第２の観点は、成形材料が実装された成形型を加熱ブロックにより加熱しつつ加圧する成形装置であって、
前記加熱ブロックは、
前記成形型に熱を伝える第１ブロック部材と、
熱源を具備し、前記第１ブロック部材を加熱する第２ブロック部材と、
前記第１ブロック部材を前記第２ブロック部材に固定する固定部材と、
前記固定部材と前記第１ブロック部材との間に介在し、温度変化による前記固定部材と前記第１ブロック部材の熱膨張の差を補う調整部材と、
を含む成形装置を提供する。
【００１６】
本発明の第３の観点は、熱源を有する第２ブロック部材により、被加熱物と接触する第１ブロック部材を加熱し、当該第１ブロック部材により前記被加熱物を加熱する加熱方法であって、
前記第２ブロック部材と前記第１ブロック部材とを固定する固定部材と前記第１ブロック部材との間に調整部材を介在させ、前記固定部材と前記第１ブロック部材の熱膨張による伸びの差を相殺して、前記第２ブロック部材と前記第１ブロック部材を密着させる加熱方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高精度な温度で効率よく加熱することが可能な加熱装置および成形装置ならびに加熱方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本実施の形態の第１態様の加熱装置は、被加熱物を加熱するブロック部材と、ブロック部材を加熱する加熱部材を有する加熱装置であって、ブロック部材を加熱部材と固定部材で挟み込んで固定する固定機構において、ブロック部材と固定部材の間に、設定温度に応じた固定部材とブロック部材の伸びの合計を相殺する上記固定部材及びブロック部材より線膨張係数が大きな調整部材を挿入し、ブロック部材と加熱部材を隙間無く確実に固定する構造を開示する。
【００１９】
第２態様では、前記ブロック部材を貫通し、加熱部材にねじ込まれてブロック部材を挟み込むように構成された固定部材および前記ブロック部材の線膨張係数は、前記調整部材の線膨張係数よりも小さくする。これにより、固定部材とブロック部材の設定温度による伸びの合計を調整部材の伸び量で相殺するような作用が発生し、加熱部材とブロック部材の間に隙間が発生することを防止できる。
【００２０】
第３態様では、調整部材の厚さ寸法は、当該設定温度に合わせて適正な値に設定する。加熱部材の設定温度により固定部材の伸び量が変わるため、当該設定温度に合わせて調整部材の厚さ寸法を変化させることで固定部材の伸び量を相殺し、所望の温度での加熱部材と固定部材との間における隙間の発生を的確に防止する。
【００２１】
本態様の加熱装置を用いることで、被加熱物に対して正確な温度で、効率良く加熱を行うことができ、たとえば、本加熱装置を備えた成形装置で成形された被成形物の寸法精度が向上する。
【００２２】
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。
図１は、本発明の一実施の形態である加熱装置の構成の一例を示す側面図であり、図２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略断面図である。
【００２３】
図１に例示されるように、本実施の形態の加熱装置１０は、加熱ブロック１（第２ブロック部材）、カートリッジヒーター２（熱源）、ブロック部材３（第１ブロック部材）、固定部材５、および調整部材４を備えている。
【００２４】
加熱ブロック１には、カートリッジヒーター２が密着するように挿入されている。このカートリッジヒーター２は加熱能力や温度分布を考慮して複数本挿入される。
加熱ブロック１の一端面には、ブロック部材３が面接触するように配置されている。このブロック部材３は、たとえば、先端部５ａが加熱ブロック１に螺合する螺子等からなる固定部材５により加熱ブロック１に固定されている。
【００２５】
本実施の形態の場合、固定部材５の大径部５ｂ（螺子頭部）とブロック部材３の間には、リング状の調整部材４が配置されている。なお、本実施の形態では、調整部材４の外径を円柱形状の大径部５ｂの外径と同一とした。
【００２６】
加熱ブロック１は、たとえばステンレス鋼などで構成され、カートリッジヒーター２による加熱時の膨張を抑えながらカートリッジヒーター２で発熱した熱をブロック部材に伝えている。
【００２７】
ブロック部材３は熱伝導率が良い材料、例えばタングステンカーバイト（ＷＣ）やセラミック（ＳｉＣなど）により構成されている。これらの材料は一般的には線膨張係数α３は小さい特性をもっている。
【００２８】
一方、固定部材５は適度な弾性を持った耐熱性のある材料、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼や高温用合金鋼ボルト材（ＳＮＢ１６）などで構成され、且つ、その線膨張
係数α５は、調整部材４の線膨張係数α４より小さい特性をもっている。
【００２９】
調整部材４はブロック部材３及び固定部材５の線膨張係数α５よりも線膨張係数α４が大きな素材、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼で構成されている。
すなわち、本実施の形態の加熱装置１０の場合、線膨張係数α４＞線膨張係数α３、且つ、線膨張係数α４＞線膨張係数α５となるように、調整部材４の材料が選択される。
【００３０】
このため、ブロック部材３と固定部材５との間に温度変化によって熱膨張差が発生しても、調整部材４の膨張変形により、固定部材５の締結力が常にブロック部材３に確実に伝達される。
【００３１】
図１に例示された構成の加熱装置１０の作用について説明する。
常温において、ブロック部材３は厚さ寸法Ｈ３であり、調整部材４は厚さ寸法Ｈ４であり、固定部材５は固定長さ寸法Ｈ５である。
【００３２】
本実施の形態の加熱装置１０においては、カートリッジヒーター２を作動させることにより所望の設定温度まで昇温したとき、当該設定温度での、ブロック部材３の昇温厚さ寸法Ｈ３ｈと、固定部材５の昇温長さ寸法Ｈ５ｈと、調整部材４の昇温厚さ寸法Ｈ４ｈとの間には、以下の式（１）または式（２）の関係が成り立つように調整部材４の厚さ寸法Ｈ４を設定する。
【００３３】
（Ｈ３ｈ）＋（Ｈ４ｈ）＝（Ｈ５ｈ）  ・・・・（１）
（Ｈ３ｈ）＋（Ｈ４ｈ）＞（Ｈ５ｈ）  ・・・・（２）
これにより、任意の設定温度に加熱しても、ブロック部材３と固定部材５の熱膨張の伸びの差によって発生するブロック部材３と固定部材５の大径部５ｂの間に生じる隙間は、調整部材４の熱膨張による伸び変形によって補われるため隙間が発生せず、ブロック部材３には、加熱ブロック１に対する固定部材５の締結力が常時安定に作用し、ブロック部材３の全体が、加熱ブロック１に均一に密着した状態が保たれる。
【００３４】
すなわち、加熱ブロック１からブロック部材３の全面に均一に熱が伝達され、ブロック部材３の全面が設定温度に均一に加熱される。
そして、設定温度が変わった場合は、当該設定温度において、上述の式（１）または式（２）が成立するように、常温での調整部材４の厚さ寸法Ｈ４を変更する。
【００３５】
また、本実施の形態の加熱装置１０を、成形型２１（被加熱物）による後述の成形装置Ｓに適用すれば、加熱ブロック１からの熱を、ブロック部材３を介して後述の成形型２１に伝える構成において、成形型２１の加熱において高精度な温度設定が出来、これにより成形型２１にて高精度な成形物を安定して成形することができる。
【００３６】
また、加熱ブロック１とブロック部材３の密着状態が維持されるため、加熱ブロック１からブロック部材３への伝熱効率も向上し、カートリッジヒーター２に対する少ない供給電力で、所望の設定温度での加熱による成形が可能となり、環境負荷も少なくすることが出来る。
【００３７】
以下、本実施の形態の成形装置Ｓについて、図２を参照して説明する。
図２に例示されるように、本実施の形態の成形装置Ｓは、各々が上述の加熱装置１０からなる上側加熱ブロック１０Ａおよび下側加熱ブロック１０Ｂと、ベース３０、プレス軸３１、断熱材２８、断熱材２９を備えている。
【００３８】
本実施の形態の成形装置Ｓにて用いられる成形型２１は、上型２２、下型２３及びこれ
ら上型２２および下型２３の成形面２２ａと成形面２３ａの間に配置される光学素子材料２５を覆うように介在するスリーブ２４からなる。
【００３９】
この成形型２１は、下側加熱ブロック１０Ｂと上側加熱ブロック１０Ａとの間で加熱プレスされるべく下側加熱ブロック１０Ｂの上に載置されている。
また、下側加熱ブロック１０Ｂは製造装置のベース３０に、上側加熱ブロック１０Ａはプレス軸３１に、それぞれ断熱材２８，２９を介して固設されている。
【００４０】
次に、本実施の形態の成形装置Ｓにおける成形型２１の加熱によるプレス成形について説明する。
まず、光学素子材料２５が実装された成形型２１を下側加熱ブロック１０Ｂに載置する。そして、プレス軸３１の駆動により上側加熱ブロック１０Ａが降下して成形型２１の上面に当接する。
【００４１】
この状態で、上側加熱ブロック１０Ａおよび下側加熱ブロック１０Ｂのカートリッジヒーター２により発熱する加熱ブロック１からブロック部材３を介して成形型２１が加熱され、成形型２１内の光学素子材料２５が軟化し、さらに成形型２１をプレス軸３１でプレスすることにより、光学素子材料２５が成形型２１の下型２３の成形面２３ａおよび上型２２の成形面２２ａから所望の形状を転写されてプレス成形される。
【００４２】
この場合、上述のように、上側加熱ブロック１０Ａおよび下側加熱ブロック１０Ｂの各々において、加熱ブロック１から、成形型２１に接するブロック部材３への伝熱が、両者の接触面の全体において均一に、かつ効率よく行われるので、成形型２１の全体を、所望の設定温度に正確かつ効率よく加熱することができる。
【００４３】
この結果、成形型２１に実装された光学素子材料２５から、高精度の図示しない成形品を成形することができる。
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。
【００４４】
加熱ブロック１、ブロック部材３、調整部材４、固定部材５の材料は、上述の例示に限定されない。
［付記１］
被加熱物を加熱するブロック部材と該ブロック部材を加熱する加熱手段とを有する加熱装置において、前記ブロック部材を前記加熱手段に固着する固定部材と固定部材とブロック部材の間に膨張による伸びを調整する調整部材を備えることを特徴とする加熱装置。
【００４５】
［付記２］
前記固定部材および前記ブロック部材の線膨張係数は前記調整部材の線膨張係数より小さいことを特徴とした付記１記載の加熱装置。
【００４６】
［付記３］
前記調整部材の厚さ寸法は設定温度により変化させることを特徴とした付記１記載の加熱装置。
【００４７】
［付記４］
加熱源を有する加熱部材により、被加熱物と接触するブロック部材を加熱し、該ブロック部材により被加熱物を加熱する加熱方法において、前記加熱部材とブロック部材とを昇温状態で線膨張による伸びの差を相殺して確実に接触させ、加熱部材の熱をブロック部材に伝えることを特徴とする加熱方法。
【００４８】
［付記５］
前記加熱方法において、所望の温度が変わった場合には、線膨張による伸びの差を相殺する調整部材の厚さ寸法を変えることで前記加熱部材と前記ブロック部材を密着させることを特徴とする付記５記載の加熱方法。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態である加熱装置の構成の一例を示す側面図である。
【図２】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略断面図である。
【図３】参考技術の一般的な加熱装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  加熱ブロック
２  カートリッジヒーター
３  ブロック部材
４  調整部材
５  固定部材
５ａ  先端部
５ｂ  大径部
１０  加熱装置
１０Ａ  上側加熱ブロック
１０Ｂ  下側加熱ブロック
２１  成形型
２２  上型
２２ａ  成形面
２３  下型
２３ａ  成形面
２４  スリーブ
２５  光学素子材料
２８  断熱材
２９  断熱材
３０  ベース
３１  プレス軸
１００  加熱装置
１０１  加熱ブロック
１０２  カートリッジヒーター
１０３  ブロック部材
１０４  固定部材
Ｓ  成形装置
α３  ブロック部材３の線膨張係数
α４  調整部材４の線膨張係数
α５  固定部材５の線膨張係数
【図１】
2010097870.tif 000003
【図２】
2010097870.tif 000004
【図３】
2010097870.tif 000005