(57)【要約】【課題】厳密な位置精度を達成、維持することが可能であり、装置の小型化が図れ、さらに省エネルギー化を達成することができる成形装置を提供する。【解決手段】一連の案内孔と、一端部がこの案内孔に連通し他端部が開放された導入孔とを有する胴型と、案内孔内に位置し、対向面に成形型を有する一対のピストン体と、一対のピストン体の少なくとも一方を案内孔の軸線方向に移動させて成形型を開閉する加圧機構と、導入孔から案内孔内を移動可能で、一対のピストン体の成形型の間に成形前材料を供給し、かつ成形終了品を取り出す供給取出し部材と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の案内孔と、一端部がこの案内孔に連通し他端部が開放された導入孔とを有する胴型と、
前記案内孔内に位置し、対向面に成形型を有する一対のピストン体と、
前記一対のピストン体の少なくとも一方を案内孔の軸線方向に移動させて前記成形型を開閉する加圧機構と、
前記導入孔から案内孔内を移動可能で、前記一対のピストン体の成形型の間に成形前材料を供給し、かつ成形終了品を取り出す供給取出し部材と、
を備えたことを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記供給取出し部材によって前記成形前材料を前記胴型の導入孔から一対のピストン体の開放状態の成形型内に導入し、前記加圧機構を介して一対のピストン体の成形型で前記成形前材料を加圧することにより成形を行い、成形終了後、一対のピストン体の成形型を開いて前記供給取出し部材によって成形終了品を取り出す請求項１記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、光学素子等を成形するための成形装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
図３に示すような従来の圧縮成形装置２００は、固定された胴型２２０と、上下方向に延びる案内部材２１０により案内されて移動可能な移動板２３１の上面に固定された胴型２３０と、胴型２２０の中心部を上下に貫通する案内孔２２１の内部で摺動可能な加圧ピストン２４０と、を有している。この圧縮成形装置２００においては、胴型２２０、案内孔２２１及び胴型２３０で形成される空間に樹脂材料（不図示）を配置した状態で、胴型２３０を上昇させて胴型２２０に圧接し、さらに加圧ピストン２４０を下方に押し下げることにより樹脂材料の成形を行っていた。
【０００３】
この圧縮成形装置２００を用いた成形工程においては、上下に分割された型としての胴型２２０及び胴型２３０の位置合わせが必要である。このため、胴型２２０側にはその下面に円柱上に凹設された位置決め凹部２２２、２２３が配置され、胴型２３０側には位置決め凹部２２２、２２３に対向する位置に円柱状の位置決めピン２３２、２３３が設けられている。成形時には、胴型２３０を胴型２２０に向けて上昇させると位置決めピン２３２及び２３３がそれぞれ位置決め凹部２２２、２２３に嵌合し、胴型２２０と胴型２３０との位置合わせを行うことができる。
【０００４】
しかし、このような位置決めピンの用いても厳密な位置決め精度（例えば、μｍオーダー以下の精度）を達成、維持することは困難であった
すなわち、位置決めピン２３２及び２３３と、位置決め凹部２２２及び２２３との間には微小ながらもクリアランス量が存在するため、この分だけガタが生じやすく厳密な位置決め精度を達成することが困難であった。位置決め精度は、成形にともなって型締め、型開きを繰り返し、位置決めピン２３２及び２３３と、位置決め凹部２２２及び２２３とが磨耗することによりさらに低下しやすかった。
【０００５】
また、胴型２２０の下面または胴型２３０の上面に異物が付着したり、傷がついた場合には、型締めしたときの胴型２２０と胴型２３０との間の平行度が低くなってしまっていた。平行度が低下すると、厳密な位置決め精度を達成することが困難になり、成形終了品の形状精度が低下していた。
【０００６】
さらに、上下に分割された型を案内する機構が必要となるため装置が大型化しやすく、このような大型の装置において金型の昇降や温度調節を行うために大きなエネルギーが必要であった。
【０００７】
【発明の目的】
そこで本発明の目的は、厳密な位置精度を達成、維持することが可能であり、装置の小型化が図れ、さらに省エネルギー化を達成することができる成形装置を提供することにある。
【０００８】
【発明の概要】
上記問題点を解決するために、本発明の成形装置においては、一連の案内孔と、一端部がこの案内孔に連通し他端部が開放された導入孔とを有する胴型と、案内孔内に位置し、対向面に成形型を有する一対のピストン体と、一対のピストン体の少なくとも一方を案内孔の軸線方向に移動させて成形型を開閉する加圧機構と、導入孔から案内孔内を移動可能で、一対のピストン体の成形型の間に成形前材料を供給し、かつ成形終了品を取り出す供給取出し部材と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
供給取出し部材によって成形前材料を胴型の導入孔から一対のピストン体の開放状態の成形型内に導入し、加圧機構を介して一対のピストン体の成形型で成形前材料を加圧することにより成形を行い、成形終了後、一対のピストン体の成形型を開いて供給取出し部材によって成形終了品を取り出すことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明に係る成形装置の実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
＜第１実施形態＞
図１を参照しながら第１実施形態に係る圧縮成形装置１０の全体構成を説明する。
床面上に載置される断熱板１１の上面には胴型２０が固着されている。胴型２０の中心部には、胴型２０を上下方向に貫通する一連の案内孔２１が形成されている。胴型２０の上下方向の略中央部分には、胴型２０の側面から案内孔２１に至る導入孔２２が形成されている。したがって、導入孔２２は、一端部が案内孔２１に連通し、他端部は開放されているが、胴型を貫通して両端部を開放させてもよい。胴型２０は一体物であってもよいが、別個に作製した部材を結合させて胴型２０を形成してもよい。
【００１１】
案内孔２１内には、略円柱形状をなすピストン体３０及び５０が収納されている。下面が断熱板１１から離間して胴型２０に固定されたピストン体３０は、その上端面に円柱形状の凸部３０ａが形成されており、この凸部３０ａの上面３０ｃには成形凹部３０ｂが凹設されている。成形凹部３０ｂは導入孔２２の下面よりも上側に配置されていることが好ましいが、導入孔２２の下面より下側に配置されていてもよい。一方、案内孔２１内において、ピストン体３０の上方に摺動可能に配置されたピストン体５０は、その下端面に円柱形状の凸部５０ａが形成されており、この凸部５０ａの下面５０ｃには成形凹部５０ｂが凹設されている。したがって、ピストン体３０とピストン体５０との対向面としての凸部３０ａの上面３０ｃと凸部５０ａの下面５０ｃとに、成形型としての成形凹部３０ｂと成形凹部５０ｂとが形成されている。さらに、このピストン体５０の上端部にはピストン体５０の外径より大きな外径を有する円盤状のフランジ部５０ｄが形成されている。
【００１２】
次に、ピストン体５０を軸１２の方向に昇降させて成形型を開閉可能とする加圧機構について説明する。加圧機構は、流体圧シリンダ５２、ピストン５３及びロッド５４を有する。
胴型２０の上面には断熱板５１が載置固定されており、この断熱板５１の中央部には断熱板５１を上下方向に貫通し、案内孔２１と連通する連通孔５１ａが穿設されている。さらに断熱板５１の上面には、内側面５２ａをピストン５３が上下方向に摺動可能な流体圧シリンダ５２が固定されている。流体圧シリンダ５２の下面には、連通孔５１ａ及び内側面５２ａと連通する連通孔５２ｂが穿設されている。ピストン５３の下面からは、連通孔５２ｂを貫通し、下端面がフランジ部５０ｄの上端面に固定されたロッド５４が延出している。ピストン５３、ロッド５４、ピストン体５０及び３０は、軸１２上に配置されている。油圧シリンダ５２を動作させると、ピストン５３及びロッド５４が上下方向に移動し、これにともなってロッド５４に固着されたピストン体５０も上下方向に移動可能である。フランジ部５０ｄの外径は案内孔２１の内径より大きいため、フランジ部５０ｄの上下方向の移動が規制される。
【００１３】
胴型２０の側方には、供給取出し部材７０が配設されている。供給取出し部材７０は、アクチュエータ（不図示）を駆動することによってその長手方向に移動可能な腕部７１と、腕部７１の先端下部に設けられ下方に開口した凹部形状の保持部７２と、を有する。この保持部７２には、供給取出し部材７０に連結された真空装置（不図示）によって、光学素子の原料となる樹脂（成形前材料）８０または光学素子の完成品（成形終了品）８１をその凹部７２ａに真空吸着させることが可能である。供給取出し部材７０は、腕部７１の長手方向に移動させることによって、胴型２０の側方から胴型２０の内部へ導入または外部へ退避できる。よって、供給取出し部材７０は、保持部７２に保持した樹脂８０を凸部３０ａの成形凹部３０ｂ上に運ぶことができるとともに、凸部５０ａと凸部３０ａにより樹脂８０を圧縮成形加工することにより得られた光学素子の完成品８１を、保持部７２で保持して圧縮成形装置１０の外部に搬送することができる。
【００１４】
次に、第１実施形態に係る圧縮成形装置１０を用いた成形工程について説明する。
まず、圧縮成形装置１０に連結された温度制御装置（不図示）により、所定温度まで胴型２０を加熱する。胴型２０内に設けられた温度センサ（不図示）により、胴型２０が所定温度に達したことが検知されると、流体圧シリンダ５２を作動させて、凸部５０ａを導入孔２２内から退避させるように上方に移動させる。すなわち、ピストン体３０及び５０の成形型を開いて開放状態とする。こうして確保された導入孔２２の空間内に、樹脂８０を保持部７２に保持した供給取出し部材７０を胴型２０の側方から導入し、真空吸着を解除することによって樹脂８０は成形凹部３０ｂ上に配置される（図１（ａ））。その後、供給取出し部材７０は、導入孔２２外部に退避される。
【００１５】
供給取出し部材７０が導入孔２２から退避した後、樹脂８０の温度が導入孔２２内の雰囲気の温度に達するまで所定時間だけ待機する。その後、流体圧シリンダ５２を作動させることによりピストン５３及びロッド５４を下降させて、凸部５０ａの下面５０ｃを凸部３０ａの上面３０ｃに向けて近接させる。このとき、樹脂８０は成形凹部５０ｂおよび成形凹部３０ｂによって加圧され、取出し温度まで冷却されるまで所定時間だけ待機すると、樹脂８０は所望の形状に成形される（図１（ｂ））。
【００１６】
その後、流体圧シリンダ５２を作動させることによってピストン体５０を上方へ移動させてピストン体５０とピストン体３０とを離間させ、ピストン体５０を再び導入孔２２内から退避させる。こうして確保された凸部５０ａと凸部３０ａとの間に供給取出し部材７０を胴型２０の側方から導入し、成形凹部３０ｂ上に到達したところで保持部７２の真空吸着を動作させると完成品８１は保持部７２の凹部に吸着され、供給取出し部材７０を導入孔２２の外部に退避することにより完成品８１を取り出すことができる（図１（ｃ））。
【００１７】
第１実施形態においては、本発明を光学素子の圧縮成形に適用していたが、光学素子以外のものはもちろん、樹脂以外の例えばガラスを成形するための成形装置にも適用可能であり、かつ、押し出し成形にも適用可能である。
【００１８】
＜第２実施形態＞
図２を参照しながら第２実施形態に係る圧縮成形装置１００の全体構成について説明する。圧縮成形装置１００は、胴型１２０、胴型１２０内を摺動可能なピストン体１３０、１５０、保持部材１７０、並びに供給取出し部材１８０を有する。
【００１９】
略円柱状の胴型１２０の中心部には、胴型１２０を長手方向に貫通する一連の案内孔１２１が形成されている。胴型１２０の長手方向の略中央部分には、胴型１２０を径方向に貫通する導入孔１２２が形成されている。したがって、導入孔１２２は、胴型１２０を貫通して両端部を開放させているが、一端部が案内孔１２１に連通し、他端部を開放されていてもよい。
【００２０】
案内孔１２１は、内側に設けられた小径部１２１ａと、両端面側に設けられ小径部１２１ａよりも内径の大きな大径部１２１ｂ、１２１ｃと、を備える。なお、第２実施形態においては胴型１２０は、その長手方向が上下方向になるように配置して使用されるが、上下方向以外に配置することも可能である。なお、胴型１２０は円柱以外の形状であってもよい。
【００２１】
案内孔１２１内には、略円柱形状をなすピストン体１３０、１５０が収納されている。ピストン体１３０及び１５０は、案内孔１２１内において互いに対向する端面に円柱形状の凸部１３０ａ及び１５０ａがそれぞれ形成されており、凸部１５０ａの端面には成形凹部１５０ｂが凹設されている。したがって、ピストン体１３０とピストン体１５０との対向面として凸部１３０ａの上面１３０ｃと凸部１５０ａの下面１５０ｃとが設けられ、成形凹部１５０ｂと凸部１３０ａの上面１３０ｃとで成形型を形成している。
【００２２】
一方、ピストン体１３０及び１５０それぞれの反対側の端面には、ピストン体１３０及び１５０の外径より大きな外径を有する円盤状のフランジ部１３０ｄ及び１５０ｄがそれぞれ形成されている。ピストン体１３０及び１５０は小径部１２１ａと摺動しつつ案内孔１２１内を移動可能である。また、ピストン体１３０及び１５０は、フランジ部１３０ｄの上端が大径部１２１ｃの下面と、フランジ部１５０ｄの下面が大径部１２１ｂの下面と接触することによって、それぞれ上下方向の移動が規制される。
【００２３】
次に、ピストン体１３０及び１５０を軸１２の方向に昇降させて成形型を開閉可能とする加圧機構について説明する。加圧機構は、流体圧シリンダ１３２、ピストン１３３、ロッド１３４、流体圧シリンダ１５２、ピストン１５３及びロッド１５４を有する。
胴型１２０の両端面のうち、ピストン体１３０が収納されている側には断熱板１３１が、ピストン体１５０が収納されている側には断熱板１５１が載置固定されている。
【００２４】
断熱板１３１の中央部には断熱板１３１を上下方向に貫通し、大径部１２１ｃと連通する連通孔１３１ａが穿設されている。さらに断熱板１３１の下面には、内部の内側面１３２ａをピストン１３３が上下方向に摺動可能な流体圧シリンダ部１３２が固定されている。流体圧シリンダ部１３２の上面には、連通孔１３１ａ及び内側面１３２ａと連通する連通孔１３２ｂが穿設されている。ピストン１３３の上面からは、連通孔１３２ｂを貫通し、上端面がフランジ部１３０ｄの下端面に固定されたロッド１３４が延出している。このような構成の流体圧シリンダ部１３２を動作させると、ピストン１３３及びロッド１３４が上下方向に移動し、これにともなってロッド１３４に固着されたピストン体１３０も上下方向に移動可能である。
【００２５】
一方、断熱板１５１の中央部には断熱板１５１を上下方向に貫通し、大径部１２１ｂと連通する連通孔１５１ａが穿設されている。さらに断熱板１５１の上面には、内側面１５２ａをピストン１５３が上下方向に摺動可能な流体圧シリンダ１５２が固定されている。流体圧シリンダ１５２の下面には、連通孔１５１ａ及び内側面１５２ａと連通する連通孔１５２ｂが穿設されている。ピストン１５３の下面からは、連通孔１５２ｂを貫通し、下端面がフランジ部１５０ｄの上端面に固定されたロッド１５４が延出している。このような構成の流体圧シリンダ１５２を動作させると、ピストン１５３及びロッド１５４が上下方向に移動し、これにともなってロッド１５４に固着されたピストン体１５０も上下方向に移動可能である。なお、ピストン１５３、ロッド１５４、ピストン体１５０、ピストン１３３、ロッド１３４及びピストン体１３０は、軸１１２上に配置されている。
【００２６】
胴型１２０の側方には、保持部材１７０が配置されている。保持部材１７０は、左右方向に延びた腕部１７１と、腕部１７１の先端下部に設けられ下方に開口した凹部形状の保持部１７２と、を有する。保持部材１７０は、アクチュエータ（不図示）を駆動することによって、上下方向に移動可能である。この保持部１７２には、保持部材１７０に連結された真空装置（不図示）によって、光学素子の原料となる樹脂８０または光学素子の完成品８１をその凹部１７２ａに真空吸着させることが可能である。
【００２７】
左右方向に貫通した導入孔１２２の内部には、供給取出し部材１８０が収容されている。供給取出し部材１８０は、これに接続されたアクチュエータ（不図示）駆動により、導入孔１２２内を左右方向に移動可能である。供給取出し部材１８０の中央部下面には、凸部１３０ａ及びこれが固定されたピストン体１３０の上部を収容可能なピストン体受容部１８０ａが設けられている。ピストン体受容部１８０ａの上面には、ピストン体受容部１８０ａよりも小径であって凸部１３０ａを内部に圧入可能な凸部受容部１８０ｂが設けられており、凸部受容部１８０ｂの上面にはさらに小径であって下型を形成する連通孔部１８０ｃが設けられている。
【００２８】
一方、供給取出し部材１８０の中央部上面であって連通孔部１８０ｃに対向する位置には、凸部１５０ａ又は保持部１７２を受容可能な受容部１８０ｄが設けられており、ピストン体受容部１８０ａ、凸部受容部１８０ｂ、連通孔部１８０ｃ及び受容部１８０ｄによって、供給取出し部材１８０は上下方向に貫通されている。供給取出し部材１８０の移動は手動で行うこともでき、供給取出し部材１８０は導入孔１２２から取り外すことも可能である。
【００２９】
つづいて、第２実施形態に係る圧縮成形装置１００を用いた成形工程について説明する。
まず、圧縮成形装置１００に連結された温度制御装置（不図示）により、所定温度まで胴型１２０を加熱する。胴型１２０内に設けられた温度センサ（不図示）により、胴型１２０が所定温度に達したことが検知されると、流体圧シリンダ１５２を動作させて、凸部１５０ａを導入孔１２２内から退避させるように上方に移動させるとともに、流体圧シリンダ部１３２を作動させて、凸部１３０ａを導入孔１２２内から退避させるように下方に移動させる（図２（ａ））。すなわち、ピストン体１３０及び１５０の成形型を開いて開放状態とする。
【００３０】
一方、樹脂８０を真空吸引により保持した保持部１７２を、あらかじめ胴型１２０の外部に出しておいた供給取出し部材１８０の連通孔部１８０ｃの上方に配置する。つづいて、保持部材１７０を下降させて樹脂８０を連通孔部１８０ｃ上に移動したところで真空吸着を解除して樹脂８０を連通孔部１８０ｃ上に配置する。その後、供給取出し部材１８０をアクチュエータ駆動により導入孔１２２内に移動し、凸部１３０ａの上方に凸部受容部１８０ｂを位置させる。次に、樹脂８０を真空吸引により保持した保持部１７２の下方に連通孔部１８０ｃが配置されるまで、供給取出し部材１８０を胴型１２０から引き出す。
【００３１】
ピストン体１３０及び１５０が導入孔１２２から退避した後、樹脂８０の温度が導入孔１２２内の雰囲気の温度に達するまで所定時間だけ待機する。その後、流体圧シリンダ部１３２を再度作動させてピストン体１３０を移動させ、凸部１３０ａの上面１３０ｃを凸部受容部１８０ｂの上面に近接させる。
【００３２】
つづいて、流体圧シリンダ１５２を作動させることによりピストン１５３を下降させて、凸部１５０ａの下面を受容部１８０ｄの下面に圧接する。このとき、樹脂８０は、上下方向は成形凹部１５０ｂ及び凸部１３０ａの上面１３０ｃにより、左右方向は連通孔部１８０ｃの内壁により規制されつつ加圧され、取出し温度まで冷却されるまで所定時間だけ待機すると、樹脂８０は所望の形状に成形される（図２（ｂ））。
【００３３】
その後、流体圧シリンダ部１３２及び流体圧シリンダ１５２を作動させてピストン体１３０とピストン体１５０を上下方向に離間させ、凸部１３０ａ及び１５０ａが導入孔１２２から退避したところで供給取出し部材１８０を胴型１２０の外部に引き出す。連通孔部１８０ｃが保持部１７２の下方に来たところで供給取出し部材１８０の移動を停止し、保持部材１７０を下降させて保持部１７２の凹部に完成品８１を真空吸着させて、保持部材１７０を上昇させる（図２（ｃ））。上昇させた保持部材１７０を所定位置まで移動させて完成品８１の取出しが終了する。なお、供給取出し部材１８０を胴型１２０から完全に引き抜いて、別個に設けた取出し装置または操作者が直接完成品８１を取り出すことも可能である。
【００３４】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、金型の内部を摺動するピストンを用いて成形を行うことにより、成形時の厳密な位置精度を達成、維持することができ、装置の小型化が図れ、さらに省エネルギー化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧縮成形装置の全体構造を示した一部断面図であり、（ａ）は成形前材料導入時の状態を示し、（ｂ）は成形前材料加圧時の状態を示し、（ｃ）は成形終了品取出し時の状態を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る圧縮成形装置の全体構造を示した一部断面図であり、（ａ）は成形前材料導入時の状態を示し、（ｂ）は成形前材料加圧時の状態を示し、（ｃ）は成形終了品取出し時の状態を示す図である。
【図３】従来の圧縮成形装置の全体構造を示した一部断面図である。
【符号の説明】
１０      圧縮成形装置（成形装置）
２０          胴型
２１          案内孔
２２      導入孔
３０        ピストン体
３０ａ    凸部
３０ｂ        成形凹部（成形型）
３０ｃ    上面（対向面）
５０      ピストン体
５０ａ    凸部
５０ｂ    成形凹部（成形型）
５０ｃ    下面（対向面）
５２      流体圧シリンダ（加圧機構）
５３      ピストン（加圧機構）
５４      ロッド（加圧機構）
７０        供給取出し部材
８０      樹脂（成形前材料）
８１      完成品（成形終了品）
１００    圧縮成形装置（成形装置）
１２０    胴型
１２１    案内孔
１２２    導入孔
１３０        ピストン体
１３０ａ  凸部
１３０ｃ  下面（対向面、成形型）
１３２    流体圧シリンダ（加圧機構）
１３３    ピストン（加圧機構）
１３４    ロッド（加圧機構）
１５０    ピストン体
１５０ａ  凸部
１５０ｂ  成形凹部（成形型）
１５０ｃ  下面（対向面）
１５２    流体圧シリンダ（加圧機構）
１５３    ピストン（加圧機構）
１５４    ロッド（加圧機構）
１８０        供給取出し部材
【図１】
2004345293.tif 000003
【図２】
2004345293.tif 000004
【図３】
2004345293.tif 000005