(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形面が形成された成形型の内部に温度センサが設けられ、前記温度センサから得られる温度信号に基づいて、前記成形型の温度があらかじめ決めた温度になるように、前記成形型の周りに配置された加熱手段を制御してプレス成形する成形方法において、
前記成形面の反対側から前記成形面に向かって、前記成形型の内部に形成された空洞部と、前記空洞部を囲む前記成形型の内壁のうち、前記成形面側の前記内壁に、前記成形面の中心部からずれた位置からプレス方向と平行に前記成形面に向かって形成され、前記温度センサが挿入される測温穴とを有する金型でプレス成形することを特徴とする成形方法。
【請求項２】
成形面が形成された成形型の内部に温度センサが設けられ、前記温度センサから得られる温度信号に基づいて、前記成形型の温度があらかじめ決めた温度になるように、前記成形型の周りに配置された加熱手段を制御してプレス成形する金型において、
前記成形面の反対側から前記成形面に向かって、前記成形型の内部に形成された空洞部と、
前記空洞部を囲む前記成形型の内壁のうち、前記成形面側の前記内壁に、前記成形面の中心部からずれた位置からプレス方向と平行に前記成形面に向かって形成され、前記温度センサが挿入される測温穴と、を備えることを特徴とする金型。
【請求項３】
成形面が形成された成形型の内部に温度センサが設けられ、前記温度センサから得られる温度信号に基づいて、前記成形型の温度があらかじめ決めた温度になるように、前記成形型の周りに配置された加熱手段を制御してプレス成形する成形装置において、
前記成形面の反対側から前記成形面に向かって、前記成形型の内部に形成された空洞部と、前記空洞部を囲む前記成形型の内壁のうち、前記成形面側の前記内壁に、前記成形面の中心部からずれた位置からプレス方向と平行に前記成形面に向かって形成され、前記温度センサが挿入される測温穴とを有する金型を備えることを特徴とする成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型及びこれを用いる成形装置並びに方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プレス成形を用いて光学レンズを製造するレンズ成形装置が知られている。プレス成形とは、高精度な成形面を有する一対の型間に成形素材を載置し、一対の型及び成形素子を加熱手段でガラス転移点以上の温度まで加熱した後、プレス成形を行って成形面の形状を転写して光学レンズを成形するものである。
【０００３】
加熱手段としては、誘導加熱方式を用いるものや、赤外線ランプを用いるものがある。これらは、一対の型の周りを取り囲むようにプレス方向に並べて複数配されている。プレス成形では、成形されたレンズの冷却に際して、上型と下型との間に温度差があると、内部応力が発生し、成形表面の割れ等の品質不良を発生させるという問題がある。このため、熱電対などの温度センサを一対の型の軸上（中心部）の成形面近くに取り付け、成形面近くの温度をそれぞれ測定し、その測定温度に基づいて一対の型が予め決めた目標温度になるように各々の加熱手段の能力を個別に制御をしている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平６−２６３４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金型の外周から加熱する場合、金型中心部の温度が一定になるように加熱手段の加熱能力を制御すると、図５に示すように、加熱手段に近くかつ中心部より応答性の高い金型周辺部の温度には、上下に変動するハンチング現象が生じる。このため、金型周辺部を中心部と同じ温度に保つことができない。成形面の中で温度分布が生じると、成形された光学レンズに内部歪みが生じたり光学面の形状精度が悪くなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、型温度を周辺部と中心部とで略同じ温度に保ち、品質の高い成形品を形成することができる金型及びこれを用いる成形装置並びに方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、成形面の反対側から成形面に向かって、成形型の内部に形成された空洞部と、空洞部を囲む成形型の内壁のうち、成形面側の内壁に、成形面の中心部からずれた位置からプレス方向と平行に成形面に向かって形成され、温度センサが挿入される測温穴とを有する金型を備え、温度センサから得られる温度信号に基づいて、成形型の温度があらかじめ決めた温度になるように、成形型の周りに配置された加熱手段を制御してプレス成形することを特徴とする。これにより、空洞部が形成されて肉厚が薄くなった成形型の周辺部から中心部へ熱が伝達され、所定時間経過後に中心部の温度が周辺部の温度と略等しくなり、成形型成形面内の温度勾配を無くし、一定の温度に維持することができる。
【０００７】
測温穴としては、成形面の中心部からずれた位置からプレス方向と平行に成形面に向かって形成するのが望ましい。温度センサとしては、熱電対を用いるのが、耐熱性が高いので望ましい。加熱手段は、成形型を加熱するためのものであり、成形型の一部を加熱する加熱手段や成形型の周りを取り囲むように配し成形型全体を加熱する加熱手段であってもよい。後者の加熱手段としては、金型の外周から非接触で加熱する手段、例えば高周波誘導加熱手段や赤外線ランプを用いるのが望ましい。空間部は、成形面の反対側から成形面に向かって、成形型の内部に形成されるのが望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、成形型の内部に形成された空洞部により、成形型の肉厚が薄くなり加熱応答性を高めることができる。また、測温穴に取り付けられる温度センサから得られる温度信号に基づいて、成形型の温度があらかじめ決めた温度になるように、成形型の周りに配置された加熱手段を制御すると、空洞が形成されて肉厚が薄くなった成形型周辺部から成形型中心部へ熱が伝達され、所定時間経過後に成形型中心部の温度が成形型周辺部の温度と略等しくなる。これにより、成形型の成形面内の温度勾配を無くし、一定の温度に維持することができる。よって、例えば光学レンズに内部歪みが生じたり、光学面の形状精度が悪くなるような不都合を確実に防止し、高品質の成形品を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態であるレンズ成形装置１０は、図１に示すように、金型１１、加熱手段１２、及び、制御部１４等を備えている。金型１１は、上・下型１５，１６、及び、胴型１７とで構成される。上・下型１５，１６には、対向する面に、成形素材（例えばプリフォーム硝材）を成形するための成形面１８，１９がそれぞれ形成されている。胴型１７及び上型１５は、プレス方向に移動する移動型になっており、下型１６は固定型である。胴型１７は、上・下型１５，１６の中心を揃え、かつ、上・下型１５，１６の間隔を位置決めして成形品（光学ガラス）の中心厚を調節する。加熱手段１２は、一対の型１５，１６の周りを取り巻くように配されている。本実施形態では、加熱手段１２として、高周波誘導加熱方式の加熱手段を用いている。よって、加熱手段１２は、誘導コイルを、上・下型１５，１６の周りを取り囲むように配した構成になっている。
【００１０】
下型１６には、胴型１７に当接する段部２０が外周に形成されて、大径の第１筒２１とこれよりも小径な第２筒２２とからなる二段筒形状になっている。第１筒２１の内部には、肉厚を薄くして加熱応答性を高めるために、空洞部２３が形成されている。この空洞部２３の底には、熱電対２４を取り付けるために断面円形の測温穴２５がプレス方向と平行に形成されている。測温穴２５は、成形面１９に近く、かつ、第２筒２２の中心部から周辺部寄りにずれた位置に形成されている。
【００１１】
熱電対２４は、周知のシース熱電対であり、熱電能の異なる二種類の金属線を端部同士で接合して、２つの接合点を異なる温度にすると、一方の方向に電流が流れ、熱起電力が生じるゼーベック効果を利用した温度センサである。
【００１２】
熱電対２４は、先端部（温接点）が測温穴２５の底に挿入されており、導線部分が空洞部２３を通して下型１６の外部に取り出され、後端部（冷接点）がアンプ２７を介して制御部１４に接続されている。アンプ２７は、熱電対２４から得られる温度信号を増幅する。制御部１４は、アンプ２７から得られる温度信号に基づいて、一対の型１５，１６及び成形素材が予め決めた目標温度になるように、高周波電源２８を介して加熱手段１２の能力を制御する。高周波電源２８は、加熱手段１２に供給する電力を調整する。
【００１３】
上型１５は、成形面１８を除いて下型１６と同じ形状になっている。この内部にも、周辺部寄りでかつ成形面１８寄りに測温穴３０が設けられており、測温穴３０に熱電対３１が取り付けられている。この熱電対３１の後端部がアンプ３３を介して制御部１４に接続されている。
【００１４】
測温穴２５は、図２にも示すように、第２筒２２の周辺部寄りでかつ成形面１９に近くに形成されている。図３に示すように、熱電対２４は、正確な測定を行なうために、その先端部２４ａが測温穴２５の底に接触して取り付けられる。熱電対２４は、ステンレス製などの保護管３２に収納される。本実施形態では、周辺部から測温穴２５の底中心までの径方向長さＬ、及び、成形面１９を形成した面１９ａから測温穴２５の底までの軸方向長さＨが、下型１６の中心軸から測温穴２５の底中心までの径方向長さＷよりも短い長さとなる位置に、測温穴２５を形成している。なお、図１では、測温穴２５が１８０度ずれた向きで上・下型１５，１６を組み合わせているが、上・下型１５，１６を測温穴２５が対向する向きになるように組み合わせてもよい。
【００１５】
レンズ成形は、大別して、成形素材の供給工程、加熱工程、プレス工程、徐冷工程、急冷工程、及び、成形品の取出し工程の順で行われる。これら一連のサイクルを繰り返し行うことで連続的に成形品を成形する。なお、図示していないが、本実施形態のレンズ成形装置１０は、内部を気密状態に維持することができる成形室に内蔵されている。
【００１６】
成形素材の供給工程では、成形素材の供給工程では、上型１５が上方に退避しており、胴型１７は下型１６に組み込まれている。成形室のシャッタを開いて成形素材を下型１６の成形面１９に移載する。
【００１７】
加熱工程では、一対の型１５，１６及び成形素材を加熱する。このとき、制御部１４は、一対の熱電対２４，３１から得られる温度信号に基づいて加熱手段１２の加熱能力を制御する。一対の熱電対２４，３１は、一対の型１５，１６の中心部よりも周辺部寄りの温度を測定し、制御部１４は、一対の熱電対２４，３１から得られる温度信号に基づいて、一対の型１５，１６の周辺部寄りの温度が一定になるように加熱手段１２の加熱能力を制御する。
【００１８】
このように型１５，１６の周辺部の温度を基準にして、周辺部の温度をハンチング現象の少ない安定した温度に制御すると、一対の型１５，１６の周辺部と中心部が一体構造であるので、周辺部の熱が中心部に向けて伝達され、図４に示すように、所定時間経過後に、一対の型１５，１６の周辺部と中心部との温度が略同じになる。これにより、一対の型１５，１６の径方向での温度勾配がなくなり、一対の型１５，１６の温度を一定の温度に保つことができる。
【００１９】
一対の型１５，１６及び成形素材が目標温度（ガラス転移点以上の温度）になると、所定時間経過後に、プレス工程が行われる。プレス工程では、上型１５を下降して胴型１７に組み込むとともに、図示していない加圧手段により上型１５を下型１６に向けて加圧する。これにより、上・下型１５，１６の成形面１８，１９の形状が成形素材に転写されて成形品が成形される。なお、加熱・プレス工程では、型１５〜１７の酸化を防止するために、成形室内の雰囲気をチッ素ガスなどの不活性ガス雰囲気に保っている。
【００２０】
徐冷工程では、不活性ガスを一対の型１５，１６及びその周りに供給して、一対の型１５，１６及び成形品をガラス転移点以下の温度まで徐々に冷却する。この徐冷工程では、成形面１８，１９の曲率半径等の形状の違いにより成形面１８，１９の冷える速度が異なる。この徐冷過程での温度変化は、上・下型１５，１６に内蔵した熱電対２４，３１によりリアルタイムで制御部１４に取り込まれ、一対の型１５，１６の温度が経過時間毎に予め決めた設定温度になるように制御部１４が加熱手段１２，１３の加熱能力を制御する。
【００２１】
このときも、上・下型１５，１６の周辺部寄りに取り付けられた熱電対２４，３１から得られる測定温度に基づいて加熱手段１２，１３の加熱能力を制御するため、ハッチング現象の少ない安定した制御をすることができる。このため、一対の型１５，１６に温度分布が生じない状態を維持しながら徐冷することができる。これにより、一対の型１５，１６間の温度差及び一対の型１５，１６のそれぞれの内部の温度差によって生ずる内部応力の発生が防止され、表面に割れ等がない高品質の成形品を製造することができる。なお、徐冷工程では、不活性ガスを型１５，１６及びその周りに供給せずに、降温する速度が緩やかになるように加熱手段１２，１３の加熱能力のみで徐冷を行っても良い。また、降温の勾配を最大にするために、加熱手段１２，１３の駆動を停止し、不活性ガスの供給のみで徐冷を行ってもよい。さらに、加熱手段１２，１３の駆動、及び不活性ガスの供給を停止して自然冷却させてもよい。
【００２２】
一対の型１５，１６及び成形品の温度がガラス転移点以下の温度になると、徐冷工程を終了して、急冷工程を行う。急冷工程では、不活性ガスを一対の型１５，１６及びその周りに供給して一対の型１５，１６及び成形品を取り出し可能な温度（成形品を型から離型する温度）まで冷却する。この冷却工程の最後又は後で、上型１５、及び、胴型１７を順に上方に退避させる。そして、成形品取り出し工程では、成形室のシャッタを開いて、成形品を下型１６の成形面１９からロボットアームによって取り出す。
【００２３】
以上説明した実施形態では、下型１６を固定にし、胴型１７及び上型１５を移動する構造としているが、胴型１７を固定とし上・下型１５，１６を移動させる構造でもよいし、上型１５を固定とし胴型１７及び下型１６を移動させる構造でもよい。また、一対の型１５，１６及び胴型１７とからなる金型を用いているが、胴型１７を省略し一対の型１５，１６のみで構成される金型を用いて成形してもよい。さらに、加熱手段として加熱手段１２，１３を用いているが、赤外線ランプなどを用いもよい。さらにまた、測温穴２５を上・下型１５，１６にそれぞれ形成しているが、いずれか一方の型のみに形成し、その測温穴に設けた温度センサに基づいて加熱手段の加熱能力を制御してもよい。また、加熱応答性を高めるために、第１筒２１の内部に空洞部２３が形成されているが、さらに加熱応答性を高めるために、第２筒２２の内部にも空洞部を設けてもよい。この場合、第２筒２２のうちの成形面１９に繋がる側面の厚み内に、測温穴２５をプレス方向に向けて形成すればよい。
【００２４】
上記各実施形態では、ガラス素材からガラス成形品を得る実施形態としているが、本発明ではこれに限らず、例えば樹脂材料を用いて樹脂成形品を得る成形装置でもよく、さらに、成形品としては、レンズ以外のものでもよい。さらにまた、本発明は、加熱成形にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態であるレンズ成形装置の構成を示す断面図である。
【図２】下型を示す斜視図であり、半分を破断して示している。
【図３】測温穴の底の部分を示す拡大断面図である。
【図４】本発明での温度制御を行った場合の型温度を示すグラフである。
【図５】従来技術で説明したレンズ成形装置での温度制御を行った場合の型温度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１０  レンズ成形装置
１５  上型
１６  下型
１２  加熱手段
１４  制御部
１８，１９  成形面
２４，３１  熱電対
２５，３０  測温穴
【図１】
0005265224.tif 000002
【図２】
0005265224.tif 000003
【図３】
0005265224.tif 000004
【図４】
0005265224.tif 000005
【図５】
0005265224.tif 000006