(57)【要約】【課題】所望のサイズの熱可塑性素材を所望の形状に成形することが可能な成形技術を提供する。【解決手段】成形面１１１ａとして機能する側壁部１１１と、すり鉢状の底部１１２が一体にされ、開口部１１４に縮径部１１３が設けられたカップ形状の成形型１１０の中に、軟化ガラス塊１０を投入して、回転機構１２０によって回転させ、成形面１１１ａの上で軟化ガラス塊１０を転動させることで、球形のガラスボール１１に成形する。【選択図】  図１
2008285357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性素材が転動される成形面として機能する側壁部および前記側壁部に段差なく接続される底部を含むカップ形状を呈することを特徴とする成形型。
【請求項２】
請求項１記載の成形型において、
さらに、前記底部はすり鉢状を呈し、当該底部に接続された回転軸と、前記底部を貫通して開口する回収穴と、を含むことを特徴とする成形型。
【請求項３】
請求項１記載の成形型において、
前記成形面から前記側壁部の上端の開口部に向かって直径が漸減するように縮径部が設けられていることを特徴とする成形型。
【請求項４】
成形面として機能する側壁部および前記側壁部に段差なく接続される底部を含むカップ形状を呈する成形型と、
前記成形型を回転させる回転機構と、を含み、
前記成形型の回転によって、当該成形型に投入された熱可塑性素材を前記成形面を転動させて成形を行う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、
前記成形型の前記底部はすり鉢状を呈し、
前記底部に接続され前記回転機構によって駆動される回転軸と、前記底部を貫通して開口する回収穴と、を含む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、
前記成形型には、前記成形面から前記側壁部の上端の開口部に向かって直径が漸減するように縮径部が設けられていることを特徴とする成形装置。
【請求項７】
熱可塑性素材が転動される成形面として機能する側壁部および前記側壁部に段差なく接続される底部を含むカップ形状を呈する成形型を準備する工程と、
前記成形型に前記熱可塑性素材を投入し、前記成形型の回転による遠心力によって前記成形面を転動させる工程と、
を含むことを特徴とする熱可塑性素材の成形方法。
【請求項８】
請求項７記載の熱可塑性素材の成形方法において、
前記成形型の回転速度を調節することで、前記遠心力によって前記成形面を転動する前記熱可塑性素材に作用する成形圧力を制御することを特徴とする熱可塑性素材の成形方法。
【請求項９】
請求項７記載の熱可塑性素材の成形方法において、
前記成形型の回転によって前記熱可塑性素材が前記成形面を転動する間に、前記成形型の回転速度を増加または減少させることで、前記熱可塑性素材に慣性力を発生させることを特徴とする熱可塑性素材の成形方法。
【請求項１０】
請求項７記載の熱可塑性素材の成形方法において、
前記成形型の前記底部をすり鉢状にして当該底部に回収穴を設け、前記成形型の回転速度の減少もしくは回転停止によって、前記熱可塑性素材を前記回収穴を通じて回収することを特徴とする熱可塑性素材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形技術に関し、熱可塑性素材の成形等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、簡易かつ高精度の非球面レンズ等の光学素子を製造する方法として、研磨に代わって型成形による製造方法が主流となっている。
このような型成形では、成形型に装填されるガラス素材、いわゆるプリフォームの形状、表面状態、および量等の要素が成形後の光学素子の精度や品質に大きく影響する。
【０００３】
このため、たとえば、特許文献１には、ガラスをガラス流動点と屈伏点の温度範囲で熱風により加熱する、いわゆるファイアポリッシュによって、ガラス自体の表面張力により球体化または楕円体化する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、一定量に体積管理された多数個のガラス素材を基盤上に設けられた区画内に個別に配置し、加熱して軟化変形させることで、表面張力によって球状化する技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、この特許文献１および特許文献２の技術は、いずれも溶融ガラス塊の表面張力によってガラス塊を球状化するものであり、これらの技術では、直径が１ｍｍより大きなガラス球は自重によって球形等の形状が崩れてしまうため、プリフォームを球状等に正確に成形することが困難である、という技術的課題があった。
【特許文献１】特開平７−３２９２０３号公報
【特許文献２】特開平１１−１９９２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、所望のサイズの熱可塑性素材を所望の形状に成形することが可能な成形技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、熱可塑性素材が転動される成形面として機能する側壁部および前記側壁部に段差なく接続される底部を含むカップ形状を呈する成形型を提供する。
本発明の第２の観点は、第１の観点に記載の成形型において、
さらに、前記底部はすり鉢状を呈し、当該底部に接続された回転軸と、前記底部を貫通して開口する回収穴と、を含む成形型を提供する。
【０００８】
本発明の第３の観点は、第１の観点に記載の成形型において、
前記成形面から前記側壁部の上端の開口部に向かって直径が漸減するように縮径部が設けられている成形型を提供する。
【０００９】
本発明の第４の観点は、成形面として機能する側壁部および前記側壁部に段差なく接続される底部を含むカップ形状を呈する成形型と、
前記成形型を回転させる回転機構と、を含み、
前記成形型の回転によって、当該成形型に投入された熱可塑性素材を前記成形面を転動させて成形を行う成形装置を提供する。
【００１０】
本発明の第５の観点は、第４の観点に記載の成形装置において、
前記成形型の前記底部はすり鉢状を呈し、
前記底部に接続され前記回転機構によって駆動される回転軸と、前記底部を貫通して開口する回収穴と、を含む成形装置を提供する。
【００１１】
本発明の第６の観点は、第４の観点に記載の成形装置において、
前記成形型には、前記成形面から前記側壁部の上端の開口部に向かって直径が漸減するように縮径部が設けられている成形装置を提供する。
【００１２】
本発明の第７の観点は、熱可塑性素材が転動される成形面として機能する側壁部および前記側壁部に段差なく接続される底部を含むカップ形状を呈する成形型を準備する工程と、
前記成形型に前記熱可塑性素材を投入し、前記成形型の回転による遠心力によって前記成形面を転動させる工程と、
を含む熱可塑性素材の成形方法を提供する。
【００１３】
本発明の第８の観点は、第７の観点に記載の熱可塑性素材の成形方法において、
前記成形型の回転速度を調節することで、前記遠心力によって前記成形面を転動する前記熱可塑性素材に作用する成形圧力を制御する熱可塑性素材の成形方法を提供する。
【００１４】
本発明の第９の観点は、第７の観点に記載の熱可塑性素材の成形方法において、
前記成形型の回転によって前記熱可塑性素材が前記成形面を転動する間に、前記成形型の回転速度を増加または減少させることで、前記熱可塑性素材に慣性力を発生させる熱可塑性素材の成形方法を提供する。
【００１５】
本発明の第１０の観点は、第７の観点に記載の熱可塑性素材の成形方法において、
前記成形型の前記底部をすり鉢状にして当該底部に回収穴を設け、前記成形型の回転速度の減少もしくは回転停止によって、前記熱可塑性素材を前記回収穴を通じて回収する熱可塑性素材の成形方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、所望のサイズの熱可塑性素材を所望の形状に成形することが可能な成形技術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】
【００１７】
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熱可塑性素材の成形方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略斜視図であり、図２は、本実施の形態の成形装置を構成する成形型の構成の一例を示す断面図である。
【００１８】
本実施の形態の成形装置１００は、成形型１１０と回転機構１２０を備えている。
成形型１１０は、内周面が成形面１１１ａとして機能する側壁部１１１と、底部１１２と、側壁部１１１の上端の開口部１１４とを備えたカップ形状（おわん状）を呈している。
【００１９】
成形型１１０の底部１１２はすり鉢状の凹面形状を呈し、周辺部は成形面１１１ａ（側壁部１１１）と一体に接続されており、底部１１２と周辺部の成形面１１１ａは段差なくスムーズにつながっている。
【００２０】
成形型１１０は、図示しない加熱機構によって所望の成形温度に加熱することが可能になっている。
底部１１２の中央部には回転軸１１５が設けられ、図示しない装置筐体にベアリング等を介して回転自在に支持されている。
【００２１】
側壁部１１１の上端側は、開口部１１４に向かって直径が漸減するような縮径部１１３が設けられており、成形面１１１ａの上端側は成形型１１０の中心側にオーバーハングした形状になっている。
【００２２】
成形型１１０は、回転機構１２０によって回転できるようになっている。回転機構１２０は、出力軸にプーリ１２２を備えたモータ１２１と、このプーリ１２２と成形型１１０の回転軸１１５との間に張架される駆動ベルト１２３を備えている。
【００２３】
モータ１２１は図示しない制御機構に接続され、回転方向、速度を随意に制御可能となっている。
成形型１１０の上部には、把持爪２０１を介して軟化皿３００を保持するロボットアーム２００が設けられている。
【００２４】
軟化皿３００は、軟化ガラス塊１０（熱可塑性素材）が収容される収納凹部３０１を備えている。
以下、本実施の形態の作用について説明する。
【００２５】
軟化ガラス塊１０を軟化皿３００の収納凹部３０１に供給し、図示しない軟化炉により加熱する。このとき軟化ガラス塊１０が軟化皿３００の収納凹部３０１に固着しないように、窒化硼素（ＢＮ）などの離型剤３０２を軟化皿３００の収納凹部３０１に一様に薄く塗布しておく。
【００２６】
軟化ガラス塊１０を図示しない軟化炉によって、たとえば１０4〜１０5ポアズの粘度まで軟化させた後、軟化炉から外に出す。軟化皿３００をロボットアーム２００によって成形型１１０の開口部１１４の上部に搬送し、軟化皿３００を傾斜させて、軟化ガラス塊１０を成形型１１０の底部１１２上の適当な位置に供給する。
【００２７】
成形型１１０内の底部１１２に供給された軟化ガラス塊１０は、成形型１１０に設けられた図示しない加熱機構により、たとえば１０9〜１０11ポアズの粘度になる温度に制御された状態にされる。
【００２８】
そして、回転機構１２０により成形型１１０を回転速度Ｖで回転させる。
上述のように、底部１１２は凹面で、底部１１２と周辺部の成形面１１１ａ（側壁部１１１）は段差なくスムーズにつながっている。
【００２９】
軟化皿３００から供給された軟化ガラス塊１０は、底部１１２のどこに供給されても成形型１１０の回転で生じる遠心力によってスムーズに成形面１１１ａに移動して転動する。
【００３０】
このとき、遠心力によって成形面１１１ａに移動した軟化ガラス塊１０は、回転中心側にオーバーハングした形状の縮径部１１３の存在により、成形型１１０の外側へ飛び出ることが防止される。
【００３１】
そして、成形型１１０の回転による遠心力によって軟化ガラス塊１０は成形面１１１ａに押し付けられ、成形面１１１ａの形状が軟化ガラス塊１０に転写されることによって、当該軟化ガラス塊１０が成形される。
【００３２】
すなわち、成形型１１０の回転とともに軟化ガラス塊１０は成形面１１１ａの上を転がるため、軟化ガラス塊１０の表面上の全ての部分が成形され、球状となる。
また、成される軟化ガラス塊１０は、軟化状態によって硬さが変動するため、この固さの変動に対応した適切な成形圧力を加えることが必要であるが、本実施の形態では、成形型１１０の回転速度Ｖを調節することで遠心力を調節し、成形圧力を、任意に的確に制御することができる。
【００３３】
軟化ガラス塊１０は、成形型１１０の中で転動しつつ成形されながら冷えて固まり、球状のガラスボール１１が成形される。
この場合、軟化ガラス塊１０が成形型１１０の成形面１１１ａを転動しながら成形されるので、静止状態で表面張力によって成形する従来技術の場合に比較して、自重による変形等に起因する軟化ガラス塊１０の大きさの制約がなくなり、任意のサイズの軟化ガラス塊１０から、成形面１１１ａの形状に応じた任意の形状のガラスボール１１を成形することが可能である。
【００３４】
また、成形型１１０はカップ形状（おわん状）のため、底部１１２のどこに軟化ガラス塊１０を投入しても、軟化ガラス塊１０を成形型１１０に収めることができ、その後、成形型１１０の回転により生じる遠心力により成形面１１１ａにスムーズかつ確実に移動することができる。
【００３５】
ロボットアーム２００によって軟化皿３００を傾動させて軟化ガラス塊１０を成形型１１０に投入すると、軟化ガラス塊１０と軟化皿３００の収納凹部３０１との離型状態によって供給位置が変わるが、本実施の形態の成形方法では、軟化ガラス塊１０と軟化皿３００の離型状態に影響されずに成形面１１１ａへ確実に投入することができる。
【００３６】
特に、同じ軟化皿３００を用いて繰り返し成形する際などは、収納凹部３０１に塗布した離型剤３０２が新たな軟化ガラス塊１０を成形するたびに減っていくので、一定の成形回数ごとに軟化皿３００に再現性のある一様な塗布をしなければ投入位置が成形するたびに変わるが、本実施の形態の成形方法では、成形型１１０に対する軟化ガラス塊１０の投入位置精度は必要とされないので、再塗布用の離型剤３０２および再現性の高い収納凹部３０１に対する塗布技術は必要としなくなる。
【００３７】
成形面１１１ａは中心側にオーバーハングした形状の縮径部１１３になっているので成形型１１０の回転により生じる遠心力で軟化ガラス塊１０が成形面１１１ａの外側へ飛び出すことを防止でき、軟化ガラス塊１０に強い遠心力を与えても成形面１１１ａの形状を軟化ガラス塊１０に転写することができる。
【００３８】
硝材や、加えた熱量により軟化ガラス塊１０の硬さは変動するため、それに対応した成形圧力を加えなければ、成形面が軟化ガラス塊１０に転写されない。
本実施の形態の成形方法では、成形型１１０の回転速度Ｖを調節することで軟化ガラス塊１０に作用する遠心力を調節できるので、軟化ガラス塊１０へ加える成形圧力を随意に制御することができる。
【００３９】
また、回転数（回転速度Ｖ）を経時的に変化させることで、軟化ガラス塊１０に作用する成形圧力を経時的に変化させることができる。
ところで、上述の成形手順において、成形型１１０の回転速度Ｖが単に一定となるように制御した場合には、成形型１１０の成形面１１１ａと軟化ガラス塊１０が同じ速度で回り、転動しなくなる場合が考えられる。また、軟化ガラス塊１０が成形型１１０に固着して転動しなくなる場合も考えられる。
【００４０】
そのため、本実施の形態では、成形型１１０の回転を成形中に減速もしくは加速することで軟化ガラス塊１０に慣性力を与え、成形面１１１ａ上で軟化ガラス塊１０が確実に転動するようにする。
【００４１】
すなわち、図３に例示されるように、成形型１１０の回転速度Ｖを成形中において、成形回転速度Ｖ０から、減速速度Ｖ１、または加速速度Ｖ２に定期的または不定期に変化させることで、成形面１１１ａとともに回転する軟化ガラス塊１０に慣性力を与えることで、成形面１１１ａに対する固着状態からの離脱や、成形面１１１ａに対する転動の促進を促す。
【００４２】
このように、成形中に成形型１１０の回転速度Ｖを、所望の成形回転速度Ｖ０から、減速速度Ｖ１、加速速度Ｖ２に変化させることで、軟化ガラス塊１０を成形面１１１ａ上で効果的に確実に転動させることができ、軟化ガラス塊１０の同一部にのみ成形面１１１ａの形状が転写されることを防いで、成形面１１１ａの形状を軟化ガラス塊１０の表面の全ての部分に転写することができ、軟化ガラス塊１０のガラスボール１１への成形精度が向上する。
【００４３】
ここで、成形型１１０からの成形済みのガラスボール１１の取り出しについて説明する。
本実施の形態の場合には、成形型１１０を傾動させて、開口部１１４から取り出してもよいし、あるいは、ロボットアーム２００の把持爪２０１を成形型１１０の内部に挿入して取り出してもよい。
【００４４】
さらに、本実施の形態の場合には、図１および図２に例示されるように、成形型１１０の回転軸１１５に、当該回転軸１１５の軸方向に貫通して、すり鉢状の底部１１２の中央の最も低い位置に開口する回収穴１１６を設け、この回収穴１１６を通じて、下方のボール回収箱１３０にガラスボール１１を取り出す構成とすることもできる。
【００４５】
ただし、この場合には、成形開始時に、成形型１１０が静止した状態で軟化皿３００から軟化ガラス塊１０を供給すると回収穴１１６に落ち込むので、軟化ガラス塊１０が回収穴１１６に落ち込まない回転速度Ｖで成形型１１０を回転させた状態で、軟化皿３００から軟化ガラス塊１０を成形型１１０の内部に供給する。
【００４６】
すなわち、回収穴１１６は底部１１２の一番低い位置に開口しており、成形型１１０の回転速度Ｖを減少させるか、もしくは成形型１１０の回転を停止させることで、軟化ガラス塊１０から成形されたガラスボール１１は、成形型１１０内のどの位置にあっても重力により回収穴１１６へ向かって転がって移動する。
【００４７】
回収穴１１６の下部には、成形済みのガラスボール１１にサーマルショックを与えないように図示しない加熱機構により２００〜３００℃の温度に加熱されたボール回収箱１３０が設けられており、成形済みのガラスボール１１を回収する。
【００４８】
上述のようなロボットアーム２００の把持爪２０１等の爪状機構により挟持してガラスボール１１を回収すると、つかみ損なう可能性があるが、本実施の形態のように、回収穴１１６を用いる回収方法では、低面部にガラスボール１１の回収穴１１６を有する成形型１１０により、成形済みのガラスボール１１の回収を確実に行うことができる。
【００４９】
また、爪状機構によりガラスボール１１を回収すると、成形直後のガラスボール１１に急激な温度変化、もしくは温度分布が発生し、サーマルショックによりガラスボール１１が割れてしまう懸念もあるが、回収穴１１６を用いる本実施の形態の回収方法では、成形型１１０の加熱温度のまま回収するため、サーマルショックを与えることなくガラスボール１１を回収することができる。また、爪状機構やロボットアームを使用する複雑な回収機構を設置する必要もなくなる。
【００５０】
上述のようにして得られたガラスボール１１を研磨することで、バレル加工などに比べ、わずかなガラス除去量で、所望のレンズプリフォームを製造することができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態である成形装置を構成する成形型の構成の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形方法を実施する成形装置における成形型の回転速度の制御例を示す線図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  軟化ガラス塊
１１  ガラスボール
１００  成形装置
１１０  成形型
１１１  側壁部
１１１ａ  成形面
１１２  底部
１１３  縮径部
１１４  開口部
１１５  回転軸
１１６  回収穴
１２０  回転機構
１２１  モータ
１２２  プーリ
１２３  駆動ベルト
１３０  ボール回収箱
２００  ロボットアーム
２０１  把持爪
３００  軟化皿
３０１  収納凹部
３０２  離型剤
【図１】
2008285357.tif 000003
【図２】
2008285357.tif 000004
【図３】
2008285357.tif 000005