(57)【要約】【課題】必要な部分のみの加熱で熱可塑性素材を加熱軟化し短時間で成形を可能とする。【解決手段】加熱軟化した成形素材３を、対向配置された上型１及び下型２により挟んで押圧成形するもので、上型１及び下型２を保持し、赤外線を透過する材質から成る上下保持軸４，５と、上型１及び下型２の外周に配置され、少なくとも上型１及び下型２に赤外線を照射して成形素材３を加熱軟化する赤外線ランプヒータ１１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】
加熱軟化した熱可塑性素材を、対向配置された１対の成形型により挟んで押圧成形する成形装置において、
前記１対の成形型を保持し、赤外線を透過する材質から成る型保持部材と、
前記１対の成形型の周囲に配置され、少なくとも前記１対の成形型に赤外線を照射して前記熱可塑性素材を加熱軟化する加熱手段と、を備えている、
ことを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記型保持部材に形成された突起部を有し、
該突起部を、前記１対の成形型の少なくとも一方の反成形面側に当接させた、
ことを特徴とする請求項1記載の成形装置。
【請求項３】
前記型保持部材と前記１対の成形型の一方とを支持する面接触部と、
前記型保持部材と前記１対の成形型の他方とを支持する点接触部とを有し、
冷却時に、前記一方の成形型から前記型保持部材に移動する熱量と、
前記他方の成形型から前記型保持部材に移動する熱量とに差を設けた、
ことを特徴とする請求項1記載の成形装置。
【請求項４】
前記型保持部材と前記１対の成形型とを収容する密閉状の成形室と、
該成形室を略真空状態にする真空発生手段と、を備えている、
ことを特徴とする請求項1記載の成形装置。
【請求項５】
前記１対の成形型は、ガラス状カーボンからなる、
ことを特徴とする請求項1〜４のいずれかに記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスや合成樹脂等の熱可塑性素材を成形型により押圧成形する成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、成形型にガラス状カーボンを用い、この成形型に赤外線を照射してガラス等の熱可塑性素材を加熱軟化して成形する技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１によれば、ガラス素材を挟持すべく対向配置された上下の型組立体は、等方性カーボンからなるモールドダイと、このモールドダイに周囲を保持されたガラス状カーボンからなるコアモールドと、前記モールドダイ及びコアモールドを取付けるダイプレートと、を有している。
【０００３】
そして、上下の前記ダイプレートは、夫々上型断熱筒と下型断熱筒に取り付けられている。これら上型断熱筒と下型断熱筒は、夫々固定軸と移動軸に連結されていて、成形時には下型断熱筒が上型断熱筒側に接近移動して成形される。
【０００４】
また、上下の型組立体は、周囲を石英ガラス管の円筒で囲まれ、この円筒により外部と遮断された成形室が形成されている。そして、型組立体とガラス素材は、成形室外に設置された赤外線ランプヒータにより、まとめて加熱されるようになっている。
【０００５】
更に、上型及び下型の断熱筒の内部には、冷却用の窒素ガスを成形室に送り込むための流路が形成されていて、型冷却時に、この冷却用の窒素ガスが上下の型組立体に吹き付けられる。なお、窒素ガスの流量は、流量コントローラーにより制御可能となっている。
【特許文献１】特開２００３−１７６１３７号公報（第４−５頁、図１―図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された技術では、ガラス素材と、型組立体を構成するカーボン製のモールドダイとコアモールド、及びこれらを取付けるためのダイプレートに加え、この型組立体を保持する上型及び下型の断熱筒の各部材をまとめて赤外線ランプヒータで加熱している。このため、ガラス素材を所定の熱量で加熱軟化するためには、各部材をまとめて加熱するので、大容量のパワーを有する赤外線ランプヒータが必要となり、小容量の赤外線ランプヒータでは短時間の加熱軟化ができないという課題があった。
【０００７】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、赤外線を放射する加熱手段が小容量であっても、必要な部分のみの加熱で熱可塑性素材を加熱軟化し短時間で成形を可能とする成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
加熱軟化した熱可塑性素材を、対向配置された１対の成形型により挟んで押圧成形する成形装置において、
前記１対の成形型を保持し、赤外線を透過する材質から成る型保持部材と、
前記１対の成形型の周囲に配置され、少なくとも前記１対の成形型に赤外線を照射して前記熱可塑性素材を加熱軟化する加熱手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項1記載の成形装置において、
前記型保持部材に形成された突起部を有し、
該突起部を、前記１対の成形型の少なくとも一方の反成形面側に当接させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項1記載の成形装置において、
前記型保持部材と前記１対の成形型の一方とを支持する面接触部と、
前記型保持部材と前記１対の成形型の他方とを支持する点接触部とを有し、
冷却時に、前記一方の成形型から前記型保持部材に移動する熱量と、
前記他方の成形型から前記型保持部材に移動する熱量とに差を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項1記載の成形装置において、
前記型保持部材と前記１対の成形型とを収容する密閉状の成形室と、
該成形室を略真空状態にする真空発生手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項1〜４のいずれかに記載の成形装置において、
前記１対の成形型は、ガラス状カーボンからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、１対の成形型を保持する型保持部材を、赤外線を透過する材質で構成することにより、必要な部分のみの加熱で熱可塑性素材を加熱軟化できるので、短時間で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】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、成形装置の概略断面図であり、図2は、有底円筒部の外観斜視図、図３は、図１の部分拡大図である。
【００１５】
本成形装置１００は、台座となる枠体状のフレーム２３と、該フレーム２３上に配置された有底円筒部２５と、該有底円筒部２５上に配置された押圧部２４と、を有している。フレーム２３の上部には穴２２が形成されていて、この穴２２に、上下動テーブル２６が、ガイドシャフト２１に沿って上下動した際の上動時に、嵌合可能に保持されている。有底円筒部２５は、上部と下部に夫々開口３４ａ，３５ａが形成された上底３４と下底３５を有している。
【００１６】
この有底円筒部２５は、詳しくは図２に示すように、側面周囲となる筒部分に冷却水を循環するための多数の冷却水路１３が有底円筒部２５の軸方向である上下方向に設けられていて、内側の側面壁１２はアルミメッキ等により鏡面に仕上げられている。
【００１７】
また、有底円筒部２５の内側には、透明な石英ガラスからなる石英管８が上下方向に延設されている。この石英管８の外周側には、赤外線を照射する加熱手段としての赤外線ランプヒータ１１が複数本配置されている。この赤外線ランプヒータ１１の周囲は、前述した側面壁１２で覆われている。本実施形態の場合、赤外線ランプヒータ１１は棒状をなしているが、赤外線ランプヒータ１１の代わりに赤外線領域の放熱がある抵抗線ヒータを用いることもできる。
【００１８】
更に、この石英管８の内側には成形室９が形成されている。この成形室９の略中心側に、型保持部材としての上保持軸４及び下保持軸５が上下に同軸状に対向配置されている。これらの上下保持軸4、5は、いずれも赤外線を透過するか又は透過し易い材質で形成されている。本実施形態では、上下保持軸4、5の材質として透明な石英ガラスを用いている。
【００１９】
本実施形態において、上下保持軸4、5の材質として、熱伝導率が低くかつ赤外線を透過する性質を有する石英ガラスを用いたのは、上下保持軸4、5の間に配置される上型1及び下型2から上下保持軸4、5への熱伝導を緩和するためであり、また、赤外線により上下保持軸4、5が加熱されるのを防止するためである。このように、上下保持軸4、5の加熱が防止される構成とすることにより、赤外線ランプヒータ１１の熱量が上下保持軸4、5の加熱に奪われずに、上型1、下型2及び成形素材３の加熱に利用でき、また、成形素材３の成形後に上下保持軸4、5を冷却するための特別な構成を必要としないので、成形装置１００への上下保持軸4、5の取付構造が簡素化され、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、成形室９は、後述する開口３４ａを介して押圧部２４を構成する外側ケース２４ａの内側空間と連通している。下保持軸５は、有底円筒部２５の下底３５に形成された開口３５ａを貫通するように、上下動テーブル２６から立設されている。また、上保持軸４は、有底円筒部２５の上底３４に形成された開口３４ａを介して、上下移動自在に押圧部２４側に貫通している。この開口３４ａは、上保持軸４が上下移動するときのガイドを兼ねている。
【００２１】
すなわち、上保持軸４は、上底３４の開口３４ａにて上下動自在にガイド保持され、その上端部には上保持軸４の径よりも大径な径を有する重り７が取付けられている。この大径な径の重り７が上底３４上面にて掛止されることにより、上保持軸４の落下が防止されている。図１では、重り７は３個積層されているが、数量の調整により重量を変更することができる。下保持軸5は、その上端部に下型2が保持されている。上下動テーブル２６は、上型1と下型2の間に成形素材３を供給する時は下降し、成形時には上昇する。この上下動テーブル２６の上昇時には、シール１４により有底円筒部２５の下底３５との密閉性が保たれる。そして、上下動テーブル２６の上昇時には、上型1により上保持軸４が上動し、上底３４上面にて掛止されていた重り７が上昇し、重り７が荷重として上型1に作用するようになっている。本実施形態では、上下動テーブル２６の上下動は手作業で行っているが、一般的な駆動源（エアーシリンダや電動モータ〉により昇降駆動しても良い。
【００２２】
押圧部２４は、成形室９と連通して密閉空間を構成する外側ケース２４ａを有している。本実施形態では、外側ケース２４ａ内で重り7を上保持軸4の上端部に取付けることで、上型1への加圧を行っている。なお、この重り7の代わりに、−般的な加圧機構であるシリンダを用いることもできる。そして、前述した石英管８と上下動テーブル２６、及び押圧部２４で外気と密閉した成形室９を形成している。
【００２３】
以上において、赤外線ランプヒータ１１から放射された赤外線は、石英管８を透過し、直接成形室９の内部に照射されると共に、内側の側面壁１２に反射された後に成形室９の内部に照射される。測温体１７及び赤外線ランプヒータ１１は、夫々ケーブルにて制御部１０に配線されている。制御部１０では、測温体１７からの温度信号により、例えば測温している下型２の温度を所定温度にするように、赤外線ランプヒータ１１の照射パワーを制御している。
【００２４】
なお、本実施形態では、赤外線ランプヒータ１１により、上型１と下型２、上型１と下型２との間の成形素材３、及び上下保持軸4、5をまとめて加熱した場合を図示しているが、これに限らず、上型１と下型２、及び成形素材３のみを照射して加熱することもできる。こうすることで、成形素材３の加熱に、さらに小容量の赤外線ランプヒータ１１を用いることができる。
【００２５】
また、前述した制御部１０は、真空ポンプ１５、冷却水供給源１８、不活性ガス供給源１９、及び装置全体の温度制御やシーケンス制御を行っている。真空ポンプ１５は、真空開閉バルブ１６を介して押圧部２４に配管されていて、押圧部２４の内側空間及び成形室９内を真空状態にする役目をなす。また、冷却水供給源１８は、有底円筒部２５の冷却水路１３に配管で連結されていて、冷却水路１３の上部から冷却水を供給する。更に、不活性ガス供給源１９は、開閉バルブ２０とガス供給口２８を介して成形室９の内部に不活性ガスを供給する。
【００２６】
図３は、成形装置の部分拡大を示しており、同図に示すように、下保持軸5の上端部には、熱可塑性素材としての成形素材３を挟んだ上型1及び下型2が載置されている。そして、上型1と下型2の成形面間に平板形状の成形素材３を挟む形で成形が行われる。なお、下型2の底面には、測温体１７を内部に挿入可能な測温体用穴３３が形成されている。上型1及び下型2は、ガラス状カーボンからなる平板形状を有している。型材料としてガラス状カーボンを用いたのは、上下保持軸4、5よりも赤外線の吸収に優れて熱伝導率が上下保持軸4、5よりも高く、成形素材３が成形可能になるまでの型の短時間加熱と局所加熱を可能とするからである。
【００２７】
また、上型1及び下型2の少なくとも一方の成形面（図３では下型の成形面）には、微細凹凸形状が形成されている。このため、成形された成形素材３の表面には、この微細凹凸形状が転写されることになる。
【００２８】
また、下保持軸５の上端部には、下型２を収容する下型収容部２９が形成されている。この下型収容部２９は、下型２の厚さより低い高さの位置規制壁３０を有している。上保持軸４の下端部には、上型１を嵌合してその取付位置を規制する上型位置規制部３２が形成されている。この上型位置規制部３２は、上型１の外周部の厚さよりも低い高さを有する。更に、上型位置規制部３２には、上型１の成形面と反対面側（反成形面側）の略中心部に当接する半球状の突起３１が形成されている。
【００２９】
このように、例えば上保持軸４に上型位置規制部３２と半球状の突起３１を有することにより、上型１の反成形面側と突起３１とが当接したときに、上型１をチルト方向とシフト方向に自由度を持った機構が得られ、成形の際に成形素材３と上型１及び下型２との接触が常に面接触状態となり、簡単な構成で良好な成形状態を得ることができる。すなわち、高剛性化を必要とすることなく、上型１及び下型２の傾きを高精度に位置調整することができる。
【００３０】
一方、下型２は下保持軸５の下型収容部２９に面接触状態で支持され、上型1は上保持軸４の半球状の突起３１に点接触状態で支持されている。このように、下保持軸５と下型２との接触面積と、上保持軸４と上型1との接触面積は非同一とされ、冷却工程での上型１と下型２の温度変化に差を設けるようにしている。
【００３１】
従って、成形品と上型１及び下型２との離型に際しては、上下方向の一方側にするために、離型時に上型１又は下型２の底面（反成形面）に流す窒素流量に差を設ける等の必要はない。このように、冷却工程での上型１と下型２の温度変化に差を設けることで、装置の小型化を図ることができる。
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３２】
成形装置１００の外部において、予め上型１と下型２の間に成形素材３を挟みこむ作業を行う。次に、押圧部２４の外側ケース２４ａを取り外し、上保持軸４に付加される重り７を適性な成形荷重となるように調整する。
【００３３】
次に、上下動テーブル２６を下方位置に下げ、準備した上型１及び下型２と成形素材３のセットを、下保持軸５の上端部に形成された下型収容部２９に収容する。この際、下型２は、前記の下型収容部２９に形成された位置規制壁３０により適性な位置に嵌合して位置決めされ、かつ下型２の底面に形成された測温用穴３３に下保持軸５より突出する測温体１７が挿入される。
【００３４】
その後、上下動テーブル２６をガイドシャフト２１に沿って上方へ移動させ、上下動テーブル２６の上面と下底３５の下面とが当接する所定位置において上下動テーブル２６を不図示の固定用ネジにより固定する。この際、上下動テーブル２６と成形室９は、シール１４により密閉性が確保される。また、上下動プレート２６が上方移動すると、上型１は上保持軸４の下端部に設置された上型位置規制部３２により適正位置に位置決めされる。更に、上型位置規制部３２に設けられた突起３１が上型１の略中心に当接する。この状態で、上型１と下型２を介して、成形素材３に調整した重り７の荷重が加わるようにする。
【００３５】
次に、真空ポンプ１５を駆動し、真空開閉バルブ１６を開くことで成形室９の内部を真空状態にする。本実施形態での真空度は略１０Ｐａｓ以下とした。このように真空状態とすることで、上型１と下型２、及び成形素材３間に空気溜りが生じるのを防止し、成形型を構成するガラス状カーボンの酸化を防止することができる。
【００３６】
赤外線ランプヒータ１１に電力を供給して成形素材３を含むセットの加熱を行う。この際、下型２の温度を測温体１７により測定し、その温度を制御部１０に取り込みながら所定の温度勾配を維持しつつ、成形可能な温度まで加熱を行う。赤外線ランプヒータ１１から照射された赤外線は直接又は内側の側面壁１２により反射し、上型１と下型２と成形素材３、及び上保持軸４と下保持軸５に照射される。
【００３７】
このとき、上保持軸４と下保持軸５は赤外線を透過または透過し易い材質で構成されているため、赤外線により直接加熱されることはない。これにより、下保持軸５と連結する上下動テーブル２６や重り７の温度上昇が制限される。こうして、上保持軸４と下保持軸５を冷却する特別な冷却機構は必要なくなり、装置全体の小型化が実現される。
【００３８】
なお、成形素材３として、例えばパイレックス  〈コーニング・グラスワークス社の登録商標）〈ガラスコード７７４０）を用いた場合、加熱温度を７００℃とし３分間加熱と加圧することで、外径１０μ、深さ１μ程度の微小な突起を複数個転写することができた。
【００３９】
その後、赤外線ランプヒータ１１の電力を切るか、又は所定の勾配に沿って電力を低下させることにより、上型１及び下型２と成形素材３を取り出し可能な温度まで冷却する。この冷却時において、上型１と上保持軸４とは、突起３１と上型位置規制部３２で接触しており、下型２と下保持軸５とは面接触しているのに比較して、接触面積が小さくなっている。この接触面積の差により、下型２に比べて、上型１から上保持軸４への熱移動が小さくなり、上型１の温度下降が下型２よりも遅くなる。この温度差によって必ず成形型の一方が先に成形素材3から離型する作用を生む。よって、特別な制御を必要としないで離型を促進することができる。
【００４０】
次に、真空開閉バルブ１６を閉め、不図示の固定用ネジによる固定を解除して、上下動テーブル２６を下方へ移動させることにより、下保持軸５の上端部に載置された上型１と下型２、及び型間に挟まれた成形品を装置外に取り出す。
【００４１】
なお、本発明の実施形態では、上下保持軸４、５の材質として透明な石英ガラスを用いたが、これに限らず、不透明な石英ガラスでも良く、また、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、蛍石（ＣａＦ2）、シリコン（Ｓｉ）等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施の形態の成形装置の概略断面図である。
【図２】有底円筒部の外観斜視図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    上型
２    下型
３    成形素材
４    上保持軸
５    下保持軸
７    重り
８    石英管
９    成形室
１０  制御部
１１  赤外線ランプヒータ
１２  側面壁
１５  真空ポンプ
１６  真空開閉バルブ
１７  測温体
１９  不活性ガス供給源
２０  開閉バルブ
２１  ガイドシャフト
２３  フレーム
２４  押正部
２４ａ  外側ケース
２５  有底円筒部
２６  上下動テーブル
２８  ガス供給口
２９  下型収容部
３０  位置規制壁
３１  突起
３２  上型位置規制部
３３  測温体用穴
３４  上底
３４ａ  開口
３５  下底
３５ａ  開口
１００  成形装置
【図１】
2007099570.tif 000003
【図２】
2007099570.tif 000004
【図３】
2007099570.tif 000005