(57)【要約】【課題】本発明は、簡単にかつ成形サイクルを短縮してプレス成形を行うプレス成形方法及び当該プレス成形方法で熱可塑性樹脂を成形した熱可塑性樹脂成形体に関する。【解決手段】プレス成形装置１は、モールド６のみをガラス転移温度以上に加熱しておき、この加熱したモールド６を熱可塑性樹脂２０に押圧して成形し、熱可塑性樹脂２０がモールド６との接触表面からガラス転移温度以上になるに従って軟化して転写成形が進行し、最終的に熱可塑性樹脂２０の全表面がモールド６に密着して転写完了となる。したがって、金型２、３全体を加熱してプレス成形する場合に比較して、熱容量が小さく、加熱・冷却速度を速くして、成形サイクルタイムを大幅に短縮することができるとともに、高精度な熱可塑性樹脂成形体を得ることができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向配置された一対の金型のうち少なくとも一方の表面に転写面を有するモールドが着脱可能に装着され、当該一対の金型の少なくとも一方が他方側に移動して熱可塑性樹脂をプレス成形するプレス成形方法であって、前記一対の金型を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の所定の温度まで予熱する金型予熱工程と、当該予熱した金型の間に前記熱可塑性樹脂を供給する樹脂供給工程と、前記モールドのみを加熱手段で前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の所定の温度まで加熱するモールド加熱工程と、前記加熱されたモールドを当該モールドの前記転写面が前記熱可塑性樹脂側に面する状態で当該熱可塑性樹脂と前記金型の間に配置するモールド配置工程と、前記金型を移動させて前記モールドで前記熱可塑性樹脂を所定の圧力でプレスするプレス工程と、当該プレス後に前記金型、前記モールド及び前記熱可塑性樹脂の接触を維持させた状態で前記熱可塑性樹脂を所定の冷却速度で冷却させる冷却工程と、前記金型を開いて前記成形された熱可塑性樹脂を取り出す取出工程を順次実行することを特徴とするプレス成形方法。
【請求項２】
前記モールドは、その熱容量が前記成形される熱可塑性樹脂の熱容量よりも大きく、かつ、前記金型の熱容量よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
【請求項３】
前記プレス成形方法は、前記モールドの熱容量を変化させて、前記冷却工程での前記熱可塑性樹脂の冷却速度を制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載のプレス成形方法。
【請求項４】
前記プレス成形方法は、前記モールドが、前記転写面の形成された転写面部と当該モールドの熱容量を調整するための温度調節部とからなり、当該温度調節部の大きさを変化させることで、当該モールドの熱容量を変化させ、前記冷却工程での前記熱可塑性樹脂の冷却速度を制御することを特徴とする請求項３記載のプレス成形方法。
【請求項５】
前記加熱手段は、電磁波の輻射による伝熱を用いて前記モールドを加熱する電磁波加熱手段であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のプレス成形方法。
【請求項６】
前記モールドは、少なくとも前記電磁波加熱手段から電磁波の照射される面が電磁波吸収材料で形成されていることを特徴とする請求項５記載のプレス成形方法。
【請求項７】
前記モールドは、前記転写面の形成された転写面部と当該モールドの熱容量を調整するための温度調節部とからなり、当該温度調節部が電磁波を吸収する電磁波吸収材料で形成されていることを特徴とする請求項５記載のプレス成形方法。
【請求項８】
前記プレス成形方法は、少なくとも前記プレス工程において、少なくとも前記モールドと前記熱可塑性樹脂との間隙を真空雰囲気下においた状態で前記モールドと前記熱可塑性樹脂をプレスすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のプレス成形方法。
【請求項９】
前記プレス成形方法は、前記冷却工程において前記熱可塑性樹脂を１℃／秒以上の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のプレス成形方法。
【請求項１０】
前記プレス成形方法は、前記金型予熱工程、前記樹脂供給工程、前記モールド加熱工程、前記モールド配置工程、プレス工程、前記冷却工程及び前記取出工程を順次実行する成形サイクルを複数回実行して、複数の熱可塑性樹脂をプレスするに際して、前記モールドを複数用意して、所定の前記モールド配置工程以降の工程を行っている間に、次の成形サイクルで使用する前記モールドの加熱を行う前記モールド加熱工程を同時に実行することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のプレス成形方法。
【請求項１１】
熱可塑性樹脂が所定のプレス成形方法でプレス成形されて製造される熱可塑性樹脂成形体であって、前記プレス成形方法として、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のプレス成形方法が用いられてプレス成形されていることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形方法及び熱可塑性樹脂成形体に関し、詳細には、簡単にかつ成形サイクルを短縮してプレス成形を行うプレス成形方法及び当該プレス成形方法で熱可塑性樹脂を成形した大型、薄型の光学用等の熱可塑性樹脂成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラやプリンタ用の光学レンズやミラー及びコンパクトディスク等の光学用成形体は、従来、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の透明熱可塑性樹脂を射出成形することにより製造されている。
【０００３】
ところが、近年、これらの光学用成形体を用いた部品が大型、薄型化、高性能化が進むのに伴って、光学用部品に利用される熱可塑性樹脂成形体も、大型、薄型で、かつ、低複屈折性等の光学的特性に優れたものが要求されてきている。
【０００４】
そして、このような光学特性に優れた成形体を製造するのには、従来の射出成形では限界があることから、プレス成形法や射出圧縮成形法等の特殊成形法が従来から提案されている。
【０００５】
これらの特殊成形法のうちプレス成形法は、樹脂の溶融温度を射出成形の場合よりも低く設定できることから、樹脂の熱劣化を防止することができ、透明性に優れた光学用の成形体を得ることができる。また、プレス成形法では、樹脂の流動配向がなく、また、高圧で成形する必要がないことから、残留応力を小さくすることができ、複屈折が小さく、経時的な変形が起きにくいだけでなく、油脂や有機溶剤による割れ等の生じにくい成形体を得ることができる。さらに、プレス成形法では、熱可塑性樹脂を加熱して、再度、溶融させてプレスするため、応力を緩和することができ、低複屈折性に優れた成形体を得ることができる。
【０００６】
ところが、プレス成形法は、射出成形と異なり、上下の各金型の温度を上昇や低下させるための時間を必要としており、サイクルタイムが長くなるという問題がある。
【０００７】
そこで、従来、プレス金型に加熱機構のほかに冷却機構を設けることで、成形サイクルの短縮化を図った技術が種々提案されている（特許文献１〜特許文献４参照）。
【０００８】
また、従来、下雌金型を、固定された下金型部と、熱可塑性樹脂を載置して移動可能な受け板とに分割し、この受け板を、下雌金型に対して着脱可能として、受け板と熱可塑性樹脂のみを加熱冷却することで、金型を加熱・冷却する時間を省いて、製造時間の迅速化を図った技術が提案されている（特許文献５参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平０７−０１６９１７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３３３８号公報
【特許文献３】特開２００１−２６０１６３号公報
【特許文献４】特開２００２−０４６１３６号公報
【特許文献５】特許第２９２２３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１から特許文献４記載の従来技術にあっては、熱容量の大きな金型をガラス転移温度以上のに加熱した後冷却させるため、やはり加熱と冷却に長時間を必要とし、成形サイクルタイムを短縮する上で改良の必要があった。また、これらの従来技術にあっては、冷却を行う際に樹脂のガラス転移温度以上で圧力を解除すると、成形品にヒケが発生し、品質が低下するため、成形品の温度の管理が煩雑になるとともに、成形装置に冷却機構を加えることで、成形装置が複雑化し、コストが高くなるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献５記載の従来技術にあっては、金型及び転写面がガラス転移温度以下であるため、樹脂と転写面が接触することで、樹脂が急冷されて、粘度が高くなり、マクロな形状を転写することはできるが、微細構造を有する光学素子の成形においては、樹脂の充填を完全に行うことができず、プレス成形の転写性を劣化させ、成形体の品質が低下するという問題があった。
【００１２】
すなわち、プレス成形は、射出成形法と比較して複屈折性が低く、表面転写性が良いという長所がある一方で、成形サイクルが長いという短所があるが、従来技術は、この成形サイクルを短縮させるために、表面転写性が良いという長所を失わせてしまったり、高コスト化を招くという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、表面転写性が良好であるというプレス成形の長所を活かしつつ、安価に成形サイクルタイムを短縮するプレス成形方法及び当該プレス成形方法で成形した熱可塑性樹脂成形体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明のプレス成形方法は、相対向配置された一対の金型のうち少なくとも一方の表面に転写面を有するモールドが着脱可能に装着され、当該一対の金型の少なくとも一方が他方側に移動して熱可塑性樹脂をプレス成形するプレス成形方法であって、前記一対の金型を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の所定の温度まで予熱する金型予熱工程と、当該予熱した金型の間に前記熱可塑性樹脂を供給する樹脂供給工程と、前記モールドのみを加熱手段で前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の所定の温度まで加熱するモールド加熱工程と、前記加熱されたモールドを当該モールドの前記転写面が前記熱可塑性樹脂側に面する状態で当該熱可塑性樹脂と前記金型の間に配置するモールド配置工程と、前記金型を移動させて前記モールドで前記熱可塑性樹脂を所定の圧力でプレスするプレス工程と、当該プレス後に前記金型、前記モールド及び前記熱可塑性樹脂の接触を維持させた状態で前記熱可塑性樹脂を所定の冷却速度で冷却させる冷却工程と、前記金型を開いて前記成形された熱可塑性樹脂を取り出す取出工程を順次実行することにより、上記目的を達成している。
【００１５】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記モールドは、その熱容量が前記成形される熱可塑性樹脂の熱容量よりも大きく、かつ、前記金型の熱容量よりも小さく設定されているものであってもよい。
【００１６】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記プレス成形方法は、前記モールドの熱容量を変化させて、前記冷却工程での前記熱可塑性樹脂の冷却速度を制御してもよい。
【００１７】
さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記プレス成形方法は、前記モールドが、前記転写面の形成された転写面部と当該モールドの熱容量を調整するための温度調節部とからなり、当該温度調節部の大きさを変化させることで、当該モールドの熱容量を変化させ、前記冷却工程での前記熱可塑性樹脂の冷却速度を制御してもよい。
【００１８】
また、例えば、請求項５に記載するように、前記加熱手段は、電磁波の輻射による伝熱を用いて前記モールドを加熱する電磁波加熱手段であってもよい。
【００１９】
さらに、例えば、請求項６に記載するように、前記モールドは、少なくとも前記電磁波加熱手段から電磁波の照射される面が電磁波吸収材料で形成されていてもよい。
【００２０】
また、例えば、請求項７に記載するように、前記モールドは、前記転写面の形成された転写面部と当該モールドの熱容量を調整するための温度調節部とからなり、当該温度調節部が電磁波を吸収する電磁波吸収材料で形成されていてもよい。
【００２１】
さらに、例えば、請求項８に記載するように、前記プレス成形方法は、少なくとも前記プレス工程において、少なくとも前記モールドと前記熱可塑性樹脂との間隙を真空雰囲気下においた状態で前記モールドと前記熱可塑性樹脂をプレスしてもよい。
【００２２】
また、例えば、請求項９に記載するように、前記プレス成形方法は、前記冷却工程において前記熱可塑性樹脂を１℃／秒以上の冷却速度で冷却してもよい。
【００２３】
さらに、例えば、請求項１０に記載するように、前記プレス成形方法は、前記金型予熱工程、前記樹脂供給工程、前記モールド加熱工程、前記モールド配置工程、プレス工程、前記冷却工程及び前記取出工程を順次実行する成形サイクルを複数回実行して、複数の熱可塑性樹脂をプレスするに際して、前記モールドを複数用意して、所定の前記モールド配置工程以降の工程を行っている間に、次の成形サイクルで使用する前記モールドの加熱を行う前記モールド加熱工程を同時に実行してもよい。
【００２４】
請求項１１記載の発明の熱可塑性樹脂成形体は、熱可塑性樹脂が所定のプレス成形方法でプレス成形されて製造される熱可塑性樹脂成形体であって、前記プレス成形方法として、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のプレス成形方法が用いられてプレス成形されていることにより、上記目的を達成している。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のプレス成形方法によれば、金型に着脱可能で転写面の形成されているモールのみを、加熱し、プレス時に金型に取り付けてプレス成形しているので、表面転写性が良好であるというプレス成形の長所を活かしつつ、安価に成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００２６】
また、本発明の熱可塑性樹脂成形体は、金型に着脱可能で転写面の形成されているモールのみを、加熱してプレス成形に用いるプレス絵成形方法で成形しているので、安価でかつ良好な表面転写性を有するものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１〜図８は、本発明のプレス成形方法及び熱可塑性樹脂成形体の第１実施例を示す図であり、図１は、本発明のプレス成形方法及び熱可塑性樹脂成形体の第１実施例を適用したプレス成形装置１の要部正面図である。
【００２９】
図１において、プレス成形装置１は、一対の上金型２と下金型３が上下方向で相対向する状態で、配設されており、上金型２と下金型３には、ヒータ４、５がそれぞれ配設されている。なお、ヒータ４、５としては、例えば、温水を流す温調回路を用いることができる。
【００３０】
この金型２、３の材質に要求される性質としては、一般的には、被切削性、被研削性が良好であること、耐磨耗性に優れていること、鏡面仕上げ性が優れていること、十分な強度と靭性とを有していること、耐食性が大きいこと、シボ加工性がよいこと、熱処理特性が良好であること、熱伝導度が大きく、熱膨張係数が小さいこと、溶接補修性が良いこと等の機械的特性及び加工特性等が挙げられる。そして、これらの機械的特性及び加工特性を満たして、金型２、３に使用できる金属としては、具体的には、機械構造用鋼、合金工具鋼、ステンレス鋼等を一般的に挙げることができ、冷却性能を特に重視する場合、熱伝導性の高い銅系合金やアルミニウム合金を使用してもよいが、強度、耐食性、耐磨耗性、鏡面仕上げ性等の観点から、ステンレス鋼を用いることが好ましい。
【００３１】
上金型２には、モールド６が着脱可能に設けられ、モールド６は、転写面部７と温度調節部８からなっている。プレス金型２、３の近傍には、モールド６を加熱する加熱手段としての赤外線ヒータ９が設置されている。赤外線ヒータ９は、赤外線を反射する反射板１０に保持固定されており、電磁波の輻射による伝熱を利用してモールド６を加熱する。
【００３２】
転写面部７には、鋼のブランク材をバイトで切削して所定の形状に加工した後、熱処理を施し、当該加工面に無電解ニッケルめっきを施して、ニッケルメッキしたものを熱処理して硬度を高め、加工面をダイヤモンドバイトで切削して、所望の形状の鏡面とした転写面７ａが形成されたものが用いられている。
【００３３】
温度調節部８は、モールド６の加熱時に赤外線ヒータ９からの赤外線を効率良く吸収するように耐熱塗料によって黒体塗装された鋼材が用いられており、温度調節部８の大きさは、被成形対象である熱可塑性樹脂２０の冷却速度が１℃／秒以上である２℃／秒になるように設計されている。そして、転写面部７と温度調節部８の２部材からなるモールド６の熱容量は、被成形対象である熱可塑性樹脂２０の熱容量より大きく、かつ、プレス金型２、３の熱容量より小さくなるように設定されている。
【００３４】
上記熱可塑性樹脂２０としては、脂環構造含有樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができるが、これらに限るものではなく、成形体の透明性、耐熱性、低吸水性、低複屈折性等を考慮して適宜選択することができる。また、被成形体としては、熱可塑性樹脂に無機や有機のフィラーやビーズ等の微粒子等を配合たものを用いることができる。
【００３５】
次に、本実施例の作用を説明する。本実施例のプレス成形装置１は、以下に説明する工程順に被成形対象である熱可塑性樹脂２０の成形を行う。なお、本実施例では、熱可塑性樹脂２０として、厚さ１ｍｍのアクリル樹脂シートを使用して、フレネルレンズを製造するものとして、説明する。
【００３６】
プレス成形装置１は、第１工程（金型予熱工程）として、まず、プレス金型、２、３を、図２に示すように、それぞれに内蔵されているヒータ４、５により、成形する熱可塑性樹脂２０であるアクリル樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以下の温度に加温する。この場合の加熱速度（昇温速度）は、限定されるものではないが、昇温速度が大きいほど、成形サイクルタイムを短縮することができ、生産性を向上させることができるが、必要以上に昇温速度を大きくすると、プレス成形装置１自体及び金型２、３への負荷が過大となるため、注意が必要である。
【００３７】
プレス成形装置１は、第２工程（樹脂供給工程）として、図３に示すように、図示しない搬送装置により、熱可塑性樹脂２０であるアクリル樹脂シートを上金型２と下金型３との間の所定位置に搬送して配置する。
【００３８】
次に、プレス成形装置１は、第３工程（モールド加熱工程）として、図４に示すように、プレス金型２、３の近傍に配設されている赤外線ヒータ９によりモールド６のみを熱可塑性樹脂２０であるアクリル樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以上の所定の温度まで加熱する。なお、この時点では、モールド６と被成形対象である熱可塑性樹脂２０とは接触していない。
【００３９】
そして、この赤外線ヒータ９によるモールド６の加熱においては、赤外線ヒータ９の照射する赤外線強度及びモールド６と赤外線ヒータ９との距離を調整することで、意図する所定温度を飽和温度とすることができ、モールド６を均一に加熱することができる。
【００４０】
そして、上記第１工程（金型予熱工程）と第３工程（モールド加熱工程）を行うことで、成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００４１】
プレス成形装置１は、第４工程（モールド配置工程）として、図示しない搬送装置により、図５に示すように、上記加熱したモールド６を、上金型２と熱可塑性樹脂２０との間の所定位置に配置する。
【００４２】
プレス成形装置１は、第５工程（プレス工程）として、図６に示すように、上金型２を下金型３に向かって移動させ、上金型２でモールド６を下金型３とモールド６との間に配置されている熱可塑性樹脂（アクリル樹脂シート）２０に押しつけ、熱可塑性樹脂（アクリル樹脂シート）２０をモールド６の転写面部７の転写面７ａと下金型３の上面との間で挟み込んで、プレス成形する。この時点で、モールド６と熱可塑性樹脂（アクリル樹脂シート）２０とが初めて接触する。
【００４３】
そして、上記プレス時の圧力は、通常は、数ＭＰａ〜数十ＭＰａ程度であり、熱可塑性樹脂（アクリル樹脂シート）２０をモールド６の転写面部７の転写面７ａと下金型３の上面との間で挟み込んだ状態での保持時間は、通常、１秒〜５分程度であるが、成形品の大きさ、形状、成形精度等の要素を考慮して適宜選択する。
【００４４】
プレス成形装置１は、第６工程（冷却工程）として、図７に示すように、上記熱可塑性樹脂（アクリル樹脂シート）２０をモールド６の転写面部７の転写面７ａと下金型３の上面との間で挟み込んだプレス状態の後も、この状態を保持し、熱容量の小さいモールド６の熱を、熱容量の大きい金型２、３で伝熱によって急速に奪い、強制的に熱可塑性樹脂（アクリル樹脂シート）２０を当該熱可塑性樹脂２０であるアクリル樹脂シートのガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却させる。
【００４５】
そして、プレス成形装置１を使用して、複数の熱可塑性樹脂２０のプレス成形を行う場合には、複数個のモールド６を用意し、上記第６工程である冷却工程を行っている間に、次のプレス成形サイクルで使用するモールド６を加熱する第３工程（モールド加熱工程）処理を行うと、さらに成形サイクルタイムを短縮させることができる。
【００４６】
最後に、プレス成形装置１は、第７工程（取出工程）として、図８に示すように、上金型２を上昇させて、成形の完了した熱可塑性樹脂成形体である成形品３０を取り出す。
【００４７】
なお、上記プレス成形装置１を用い、熱可塑性樹脂２０としてアクリル樹脂シートを使用して、フレネルレンズを製造する実験を行ったところ、成形サイクルタイムは、３０秒であり、成形品３０は、モールド形状が忠実に転写、すなわち、モールド６の転写部７の転写面７ａの形状が忠実に転写されていた。
【００４８】
このように、本実施例のプレス成形装置１は、モールド６のみをガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱しておき、この加熱したモールド６を熱可塑性樹脂２０に押圧しているので、熱可塑性樹脂２０がモールド６との接触表面からガラス転移温度Ｔｇ以上になるに従って軟化して転写成形が進行し、最終的に熱可塑性樹脂２０の全表面がモールド６に密着して転写完了となる。
【００４９】
したがって、金型２、３全体を加熱してプレス成形する場合に比較して、熱容量が小さく、加熱・冷却速度を速くして、成形サイクルタイムを大幅に短縮することができるとともに、極めて高精度に温度制御を行うことができ、オーバーシュートやハンチング等による過熱を防止して、成形プロセスを制御しやすくすることができるだけでなく、従来のプレス成形よりも高精度な成形品を得ることができる。
【００５０】
また、従来例のような加熱・冷却機構を設けた複雑で高価な成形装置を用いる必要がなく、プレス成形装置１を極めて簡素で、小型化することができるとともに、高精度にかつ高効率にフレネルレンズ等の光学素子（熱可塑性樹脂成形体）を成形することができる。
【００５１】
さらに、モールド６の熱容量を変化させ、金型２、３の熱容量よりも小さくしているので、冷却効率を向上させて、成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００５２】
また、モールド６の熱容量が、成形対象の熱可塑性樹脂２０の熱容量よりも小さいと、熱可塑性樹脂に温度分布が生じやすく、品質を低下させるおそれがあるが、本実施例のプレス成形装置１では、モールド６の熱容量を、被成形対象である熱可塑性樹脂２０の熱容量より大きく設定しているので、成形品質を向上させることができる。
【００５３】
さらに、本実施例のプレス成形装置１は、モールド６を金型２に対して着脱可能としているので、成形品の大きさ、形状、成形精度等の要素を考慮して、モールド６の熱容量を変化させて、熱可塑性樹脂２０を冷却する速度を適宜選択することができ、意図する精度の成形品を短い成形サイクルタイムで成形することができる。
【００５４】
また、同じ熱可塑性樹脂２０であっても、熱可塑性樹脂２０の厚みが異なると、熱容量が変化するので、モールド６の熱容量も変化させる必要があるが、熱容量を変化させるためにそのたびにモールド６全体を作成することはコストがかかり不経済であるが、本実施例のプレス成形装置１は、モールド６を転写面部７と温度調節部８とで構成しているので、温度調節部８を交換することで、モールド６全体の熱容量を安価に変化させることができるとともに、温度調節部８の大きさを変化させ、熱可塑性樹脂２０を冷却する速度を制御することで、転写面部７を形成する材料が制限されることなく、形状に適した材料を自由に選択することができる。
【００５５】
さらに、本実施例のプレス成形装置１は、上記第３工程（モールド加熱工程）でモールド６を加熱するのに、電磁波の輻射による伝熱を利用した赤外線ヒータ９を用いているため、モールド６を短時間で効率良く加熱することができ、成形サイクルタイムをより一層短縮することができる。
【００５６】
また、本実施例のプレス成形装置１は、モールド６の温度調節部８を、モールド６の加熱時に赤外線ヒータ９からの赤外線を効率良く吸収するように耐熱塗料によって黒体塗装された鋼材を用いることで、モールド６の少なくとも電磁波を照射する面を電磁波吸収体としているので、モールド６をより一層短時間で効率良く加熱することができ、成形サイクルタイムをより一層短縮することができる。
【００５７】
さらに、本実施例のプレス成形装置１は、モールド６の温度調節部８を電磁波吸収体としているので、一つの部材に二つの機能を持たせることができ、効率的である。
【００５８】
また、本実施例のプレス成形装置１は、第６工程（冷却工程）において、熱可塑性樹脂２０の冷却速度を１℃／秒以上としているので、成形サイクルタイムを射出成形の成形サイクルタイムよりも短くすることができる。
【００５９】
さらに、本実施例のプレス成形装置１は、モールド６を複数用意し、ある成形サイクルにおける上記第６工程（冷却工程）以降の工程が行われている間に、次の成形サイクルで使用するモールド６を加熱する第３工程（モールド加熱工程）を同時に行うことで、サイクルタイムをより一層短縮することができる。
【実施例２】
【００６０】
図９は、本発明のプレス成形方法及び熱可塑性樹脂成形体の第２実施例を適用したプレス成形装置４０の要部正面図である。
【００６１】
なお、本実施例は、上記第１実施例と同様のプレス成形装置１に適用したものであり、本実施例の説明において、上記第１実施例のプレス成形装置１と同様の構成部分には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６２】
図９において、プレス成形装置４０は、上金型２と下金型３が上下方向で相対向する状態で、配設されており、上金型２と下金型３には、ヒータ４、５がそれぞれ配設されている。なお、ヒータ４、５としては、例えば、温水を流す温調回路を用いることができる。
【００６３】
上金型２には、モールド６が着脱可能に設けられ、モールド６は、転写面部７と温度調節部８からなっている。プレス金型２、３の近傍には、モールド６を加熱する加熱手段としての赤外線ヒータ９が設置されている。赤外線ヒータ９は、赤外線を反射する反射板１０に保持固定されており、電磁波の輻射による伝熱を利用してモールド６を加熱する。
【００６４】
転写面部７には、所望の形状の鏡面とした転写面７ａが形成されている。
【００６５】
温度調節部８は、モールド６の加熱時に赤外線ヒータ９からの赤外線を効率良く吸収するように耐熱塗料によって黒体塗装された鋼材が用いられており、温度調節部８の大きさは、被成形対象である熱可塑性樹脂２０の冷却速度が１℃以上である２℃／秒になるように設計されている。そして、転写面部７と温度調節部８の２部材からなるモールド６の熱容量は、被成形対象である熱可塑性樹脂２０の熱容量より大きく、かつ、プレス金型２、３の熱容量より小さくなるように設定されている。
【００６６】
上記熱可塑性樹脂２０としては、脂環構造含有樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができるが、これらに限るものではなく、成形体の透明性、耐熱性、低吸水性、低複屈折性等を考慮して適宜選択することができる。また、被成形体としては、熱可塑性樹脂に無機や有機のフィラーやビーズ等の微粒子等を配合たものを用いることができる。
【００６７】
そして、プレス成形装置４０は、上記構成の金型２、３及び赤外線ヒータ９等が真空に引くことのできるチャンバー４１内に設けられている。
【００６８】
次に、本実施例の作用を説明する。本実施例のプレス成形装置４０は、以下に説明する工程順に被成形対象である熱可塑性樹脂２０の成形を行う。なお、本実施例では、熱可塑性樹脂２０として、ポリカーボネート樹脂シートを使用して、レンチキュラーレンズを製造するものとして、説明する。
【００６９】
プレス成形装置４０は、第１工程（金型予熱工程）として、まず、チャンバー４１内を真空にし、プレス金型、２、３を、それぞれに内蔵されているヒータ４、５により、成形する熱可塑性樹脂２０のガラス転移温度Ｔｇ以下の温度に加温する。
【００７０】
プレス成形装置４０は、第２工程（樹脂供給工程）として、図示しない搬送装置により、熱可塑性樹脂２０であるポリカーボネート樹脂シートを上金型２と下金型３との間の所定位置に搬送して配置する。
【００７１】
次に、プレス成形装置４０は、第３工程（モールド加熱工程）として、プレス金型２、３の近傍に配設されている赤外線ヒータ９によりモールド６のみを熱可塑性樹脂２０であるポリカーボネート樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以上の所定の温度まで加熱する。
【００７２】
プレス成形装置４０は、第４工程（モールド配置工程）として、図示しない搬送装置により、上記加熱したモールド６を、上金型２と熱可塑性樹脂２０であるポリカーボネート樹脂シートとの間の所定位置に配置する。
【００７３】
プレス成形装置４０は、第５工程（プレス工程）として、上金型２を下金型３に向かって移動させ、上金型２でモールド６を下金型３とモールド６との間に配置されている熱可塑性樹脂２０であるポリカーボネート樹脂シートに押しつけ、熱可塑性樹脂２０であるポリカーボネート樹脂シートをモールド６の転写面部７の転写面７ａと下金型３の上面との間で挟み込んで、プレス成形する。
【００７４】
プレス成形装置４０は、第６工程（冷却工程）として、上記熱可塑性樹脂２０であるポリカーボネート樹脂シートをモールド６の転写面部７の転写面７ａと下金型３の上面との間で挟み込んだプレス状態の後も、この状態を保持し、熱容量の小さいモールド６の熱を、熱容量の大きい金型２、３で伝熱によって急速に奪い、強制的に熱可塑性樹脂２０であるポリカーボネート樹脂シートを当該熱可塑性樹脂２０であるポリカーボネート樹脂シートのガラス転移温度Ｔｇ以下まで冷却させる。
【００７５】
最後に、プレス成形装置４０は、第７工程（取出工程）として、上金型２を上昇させて、成形の完了した熱可塑性樹脂成形体（ポリカーボネート樹脂成形体）である成形品としてのレンチキュラーレンズを取り出す。
【００７６】
なお、上記プレス成形装置４０を用い、熱可塑性樹脂２０としてポリカーボネート樹脂シートを使用して、レンチキュラーレンズを製造する実験を行ったところ、成形サイクルタイムは、２５秒であり、成形品であるレンチキュラーレンズは、モールド形状が忠実に転写、すなわち、モールド６の転写部７の転写面７ａの形状が忠実に転写されていた。
【００７７】
このように、本実施例のプレス成形装置４０は、チャンバー４１内を真空にして、真空状態でプレス工程処理を行っているため、特に、上記第５工程（プレス工程）において、少なくともモールド６と熱可塑性樹脂２０との間隙を真空雰囲気下としているため、深い光学面形状や複雑な光学面形状をプレス成形する場合においても空気による抵抗をなくし、熱可塑性樹脂２０の充填を短時間で行うことができ、成形品質を向上させることができるとともに、成形サイクルタイムをより一層短縮させることができる。すなわち、回折輪帯等の微細構造を光学面に有する光学素子の成形において、大気雰囲気中でプレス成形を行うと、特に、微細構造部で微小空気溜まりができやすく、加熱プレス成形の転写性を劣化させる場合があるが、上述のように、少なくとも、モールド６と熱可塑性樹脂２０との間隙を真空雰囲気下においてプレス工程処理を行うと、上述のように、深い光学面形状や複雑な光学面形状をプレス成形する場合においても空気による抵抗をなくし、樹脂の充填を短時間で行うことができるため、さらにサイクルタイムを短縮することができる。
【００７８】
なお、ここで、「真空雰囲気」とは、真空度が１．０×１０−１Ｐａ以下、好ましくは１．０×１０−３Ｐａ以下の雰囲気をいう。少なくとも、モールド６と熱可塑性樹脂２０との間隙を真空雰囲気にする方法としては、上述のように、真空引きしたチャンバー４１内でプレス工程を行うものに限るものではなく、少なくとも、モールド６と熱可塑性樹脂２０との間隙を適切に真空雰囲気とすることのできる方法であれば、公知の方法を適宜用いることができる。
【００７９】
そして、上記第１実施例のプレス成形装置１及び第２実施例のプレス成形装置４０を用いることで、長尺レンズやプロジェクションレンズ等の精度の高い各種精密レンズ、光学式情報記録媒体基板、導光板、プリズムシート、光拡散シート、回折格子、レンズアレイ等の微細な凹凸構造を有する製品等の高機能な光学素子を、簡易にかつ高精度に、しかも短い成形サイクルタイムでかつ低コストで成形することができる。
【００８０】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
高精度で大型の光学素子等を成形サイクルタイミングを短縮しつつ高精度に成形するプレス成形方法及びプレス成形装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明のプレス成形方法及び熱可塑性樹脂成形体の第１実施例を適用したプレス成形装置の要部正面図。
【図２】図１のプレス成形装置による成形工程の第１工程（金型予熱工程）時の要部正面図。
【図３】図１のプレス成形装置による成形工程の第２工程（樹脂供給工程）時の要部正面図。
【図４】図１のプレス成形装置による成形工程の第３工程（モールド加熱工程）時の要部正面図。
【図５】図１のプレス成形装置による成形工程の第４工程（モールド配置工程）時の要部正面図。
【図６】図１のプレス成形装置による成形工程の第５工程（プレス工程）時の要部正面図。
【図７】図１のプレス成形装置による成形工程の第６工程（冷却工程）時の要部正面図。
【図８】図１のプレス成形装置による成形工程の第７工程（取出工程）時の要部正面図。
【図９】本発明のプレス成形方法及び熱可塑性樹脂成形体の第２実施例を適用したプレス成形装置の要部正面図。
【符号の説明】
【００８３】
１  プレス成形装置
２  上金型
３  下金型
４、５  ヒータ
６  モールド
７  転写面部
７ａ  転写面
８  温度調節部
９  赤外線ヒータ
１０  反射板
２０  熱可塑性樹脂
４０  プレス成形装置
４１  チャンバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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