(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスを、光学面を有する円板形状に予備成形したプリフォームを加熱軟化させて金型間で圧縮し、前記金型のインプレッション面の表面形状を前記プリフォームに転写してプレス成形品を製造するプレス成形品の製造方法であって、
前記プリフォームの加熱軟化に先立って、前記円板形状に予備成形したプリフォームの前記光学面外周の荒ずり面に、グリセリン、ポリエチレングリコール、パラフィンの内の何れか一種の有機化合物からなる液体状の離型剤を塗布しておくことを特徴とするプレス成形品の製造方法。
【請求項２】
ガラスを、光学面を有する円板形状に予備成形したプリフォームを加熱軟化させて金型間で圧縮し、前記金型のインプレッション面の表面形状を前記プリフォームに転写してプレス成形品を製造するプレス成形品の製造方法であって、
前記プリフォームの加熱軟化に先立って、前記円板形状に予備成形したプリフォームの前記光学面外周の荒ずり面に、前記プリフォームの加熱軟化中に熱分解して前記プリフォームの表面に炭素薄膜を形成する有機化合物からなる液体状の離型剤を塗布しておくことを特徴とするプレス成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス成形加工に係り、特に、金型からのプレス成形品の離型不良防止対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金型からのプレス成形品の離型不良は、プレス成形品としては致命的な欠陥であるクラックや割れ等を発生させる。そこで、金型からのプレス成形品の離型性を改善するため、金型のインプレッション面には、通常、成形素材の材質に適した離型剤を用いたコーティング処理が施されている。例えば、現在、ガラスレンズやプリズムのプレス成形加工に用いられている殆どの金型のインプレッション面は、貴金属薄膜、窒化薄膜、硼化薄膜その他の離型膜によってコーティングされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
さて、ガラスレンズ等の成形素材となるべき光学ガラスは、１００種類以上の豊富なガラスに支えられている。ところが、１００種類以上もの光学ガラスの全てについて、それぞれ最適な離型剤を開発することは容易なことではない。従って、一部の光学ガラスについては、非常に要求が高いにもかかわらず、未だに最適な離型剤が開発されていないという現状にある。特に、軟化点が７５０℃以上の光学ガラス(以下、高温軟化ガラスと呼ぶ)については、既存の離型剤の何れを用いても全く離型効果が現れないため、現在のところ、これをガラスレンズ等の成形素材として実用化する段階には至っていない。専ら精密研削加工によるのが一般的である。
【０００４】
そこで、本発明は、離型不良を起こし易い材料に対しても優れた離型効果を発揮する汎用的な離型剤を提供することを第一の目的とする。そして、こうした離型剤を使用することにより、一般にプレス成形加工には不向きとされている材料を成形素材として実用化せんとするものである。
【０００５】
ところで、金型のインプレッション面をコーティングしている離型膜は、加工中に与えられる過大な力学的負荷と熱的負荷とによって次第に劣化してゆく。そこで、従来は、金型のインプレッション面をコーティングしている離型膜の劣化が進行して金型自体の破損に発展する前に、金型のインプレッション面から古い離型膜を除去し、金型のインプレッション面を研磨仕上げしてから、金型のインプレッション面を新たな離型膜でコーティングしなおす必要があった。このような金型のインプレッション面の離型膜の管理作業には、通常、少なくとも１週間程度の日数が費やされている。
【０００６】
そこで、本発明は、こうした金型のメンテナンスに費やされている多大な手間を削減することができる経済的な成形加工方法を提供することを第二の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、
グリセリン、ポリエチレングリコール、パラフィンの内の何れか一種の有機化合物からなる液体状の離型剤を提供する。
【０００８】
グリセリン、ポリエチレングリコール、パラフィンは、一定の温度環境におかれると、水と炭素とに熱分解する化学的性質を有する。従って、この内の何れか一種からなる液体状の離型剤を物体の表面に塗布した後、これを高温下に放置することにより、物体の表面に、優れた離型効果を発揮する離型膜である炭素薄膜を形成することができる。尚、この炭素薄膜が、離型不良を起こし易い材料に対しても優れた離型効果を発揮することは、数々の実験結果による裏付けを得ている。具体的な実験結果の一例としては、本離型剤を用いて高温軟化ガラスのブランクの表面に炭素薄膜を予め形成しておけば、従来通りのプレス成形加工であっても、高品質な成形肌を有するガラスモールドレンズを成形することに成功したという事実を挙げることが出来る。
【０００９】
また、
加熱軟化させたプリフォームを金型間で圧縮し前記金型のインプレッション面の表面形状を前記プリフォームに転写してプレス成形品を製造するプレス成形品の製造方法であって、
前記プリフォームの加熱軟化に先立って、前記プリフォーム外周の荒ずり面に、グリセリン、ポリエチレングリコール、パラフィンの内の何れか一種の有機化合物からなる液体状の離型剤を塗布しておくことを特徴とするプレス成形品の製造方法を提供する。
【００１０】
本プレス成形品の製造方法によれば、プリフォームを加熱軟化させる際に、プリフォーム外周の荒ずり面に塗布されている離型剤が水と炭素とに熱分解するため、金型間でプリフォームを圧縮する前に、プリフォームの表面を炭素薄膜で覆うことができる。従って、金型のインプレッション面側には離型膜を形成しておく必要がない。金型のインプレッション面に離型膜が形成されていない以上、当然、金型のインプレッション面の離型膜の管理作業もありえない。従って、その分、金型のメンテナンスにかかる手間が低減する。尚、刷毛等の塗布具で個々のブランクの表面に離型剤を塗布する作業が新たに加わるが、この作業に要する手間などは、従来、金型のインプレッション面の離型膜の管理作業に費やしていた手間に比べればたわいもないものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態について説明する。
【００１２】
最初に、図１により、本実施の形態に係る成形加工方法の実施に適したプレスの基本構成について説明しておく。
【００１３】
本プレスは、主ラム２２の駆動源として複動式油圧シリンダ２５を利用する液圧プレスである。型閉じ工程においては、油圧ポンプ(不図示)からの高圧油を複動式油圧シリンダ２５の一方の室に導き、主ラム２２に連結された可動盤２１ａをタイバー(不図示)に沿って前進させることによって、可動盤２１ａと固定盤２１ｂとの間で金型２０を締め付ける。一方、型開き工程においては、油圧ポンプからの高圧油を複動式油圧シリンダ２５の他方の室に導き、主ラム２２に連結された可動盤２１ａをタイバーに沿って後退させることによって、成形工程中に維持していた可動盤２１ａと固定盤２１ｂとの間の型締力を除荷する。
【００１４】
そして、プレス加工中の素材の汚染を防止するために、この可動盤２１ａと固定盤２１ｂとは、金型２０内の素材を加熱するヒータ２３と共に、真空チャンバ２６の内部に収納されている。尚、ヒータ２３等の熱から真空チャンバ２６のシールを保護する必要があるため、主ラム２２には、ヒータ２３等から放射される熱を遮蔽する遮熱板２４が取り付けてある。そして、本実施の形態では、真空チャンバ２６の内部に超高真空(一般に清浄な真空と呼ばれる)を作り出し、且つ、その超高真空を維持するために、到達圧力の異なる２種類の真空ポンプ２７,２８を使用している。一方は、分子領域近くで作動する油回転ポンプ２７であり、真空チャンバ２６の内部の予備排気を行う粗引きポンプとして使用される。他方は、分子領域で作動する油拡散ポンプ２８であり、粗引きポンプが真空チャンバ２６の内部に作り出した真空系から更に排気を行う主ポンプとして使用される。尚、詳細は後述するが、真空チャンバ２６の内部に超高真空を作り出す際の各真空ポンプ２７,２８による排気タイミングの制御は、真空計３３で真空チャンバ２６の内部の真空度を測定しながら、各真空ポンプ２７,２８の吸入管２７ａ,２７ｂ,２８ａに取り付けられたバルブ２９,３０,３１の弁開度を制御することによって行われている。また、プレス成形終了後に真空チャンバ２６の内部に外気を導入するために設けられた大気導入管２６ａには、リークバルブ３２が取り付けられている。
【００１５】
尚、金型２０の構造は、プレス成形品の形状によって異なるが、ガラスレンズ成形用の金型は、通常、図２に示すように、中空円筒の外型２０ａと、ガラスレンズの表面形状を彫り込んだ可動式の入れ子型２０ｂ,２０ｃとから組み立てられる。そして、外型２０ａの高さｓ1が金型２０の最小型厚となるように、外型２０ａの高さ寸法ｓ1と、１組の入れ子型２０ｂ,２０ｃの型厚寸法ｓ2,ｓ3は、次式の関係を満足するように決定されている。
【００１６】
ｓ1＝ｓ2＋ｓ3＋ｔ
ここで、ｔは、ガラスレンズの厚さである。
【００１７】
また、金型２０を形成する型材としては、一般に、強靱で剛性が高く、且つ、耐熱性に優れた材料(例えば、タングステンカーバイト、炭化シリコン)を使用することが望ましいとされている。
【００１８】
次に、本実施の形態に係る離型剤について説明する。
【００１９】
本離型剤は、素材の軟化温度以下の温度において炭素と水とに熱分解する化学的性質を有する有機化合物、即ち、炭素と水素と酸素とからなる有機化合物からなる液体状の離型剤、もしくは、炭素と水素とからなる有機化合物からなる液体状の離型剤である。この種の有機化合物は数多いが、入手容易性を重視する場合には、例えば、グリセリン(Ｃ3Ｈ8Ｏ3)、パラフィン(ＣnＨ2n+2)、ポリエチレングリコール(［−ＣＨ2ＣＨ2−］n)等の使用を推奨する。
【００２０】
尚、炭素と水素と酸素とからなる有機化合物、及び、炭素と水素とからなる有機化合物は、大抵のものが、通常の光学ガラスの軟化温度以下の温度で炭素と水とに熱分解するので、光学ガラスを素材とする場合には、本離型剤の成分とすべき有機化合物を選択する際に温度的な条件を考慮に入れる必要は殆どない。
【００２１】
次に、本実施の形態に係る成形加工方法について説明する。尚、ここでは、インプレッション面に離型膜が形成されていない金型２０を用いて、高温軟化ガラスＡ（以下、ガラス素材Ａと呼ぶ）から光学部品(例えば、ガラスレンズやプリズム等)を成形する場合を一例に挙げることとする。
【００２２】
前加工工程において、ガラス素材Ａを、図３に示すように、光学部品の形状に近似した円板形状(本実施の形態では、直径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍのプリフォーム)に予備成形しておく。そして、光学部品の光学面となるべきプリフォームの両面３０ｂ,３０ｃだけを鏡面仕上げしておく。
【００２３】
その後、図４に示すように、刷毛等の塗装具を用いて、プリフォームＡの外周に残された荒ずり面３０ａに前述の離型剤４０を塗布する。尚、本実施の形態では、この塗布作業を手作業によって行っているが、塗装装置等によって自動化しても構わない。
【００２４】
その後、金型２０の１組の入れ子２０ｂ,２０ｃの間にプリフォームＡを挟み込んだ後、図５に示すように、これを一体として金型２０の外型２０ａの内部に挿入する。そして、この金型２０を、１組の入れ子型２０ｂ,２０ｃの内の一方の型２０ｃが下側となるように固定盤２１上に載置する。
【００２５】
以上のセッティングが終了したら、図６に示した成形スケジュールに従って、光学部品の成形加工を開始する。
【００２６】
まず、バルブ３１のみを開くことにより、油回転ポンプ２７で真空チャンバ２６の内部の予備排気を行う。その後、バルブ３１を閉じると共に、バルブ２９とバルブ３０を開くことにより、真空チャンバ２６の内部の真空度が５×１０-5Ｔｏｒｒとなるまで、油拡散ポンプ２８で更に真空チャンバ２６の内部の排気を行う。
【００２７】
その後、真空チャンバ２６の内部温度が高温軟化ガラスの成形温度Ｔ1(通常は、約７５０℃)となる迄、ヒータ２３による加熱を行う。尚、予め適当な余熱時間ｔ1を定めておくのが一般的である。この加熱によって、プリフォームＡが軟化すると共に、プリフォームＡの荒ずり面３０に塗布した離型剤４０が水と炭素とに熱分解する。従って、熱軟化したプリフォームＡの荒ずり面３０には、離型膜として作用する約２０Åから１００Å程度の膜厚の炭素薄膜が形成される。尚、この程度の膜厚の炭素薄膜でプリフォームＡの荒ずり面３０が覆われていても、光学部品の荒ずり面としては殆ど問題のない成形肌を創成することができる。また、このとき、プリフォームＡの両面３０ｂ,３０ｃと、入れ子型２０ｂ,２０ｃとの間にも、光学部品の光学性能を低下させない程度の極く微量の炭素が入り込み、入れ子型２０ｂ,２０ｃのインプレッション面と光学部品の光学面との離型性を向上させる。
【００２８】
その後、成形温度Ｔ1を保った状態で、予め定めた加熱時間ｔ2だけ放置しておく。プリフォームＡを十分に熱軟化させるためである。
【００２９】
そして、加熱時間ｔ2が経過した時点で、複動式油圧シリンダ２５で主ラム２２を前進させることによって、可動盤２１ａと固定盤２１ｂとの間に予め定めた大きさの型締力Ｆ1(通常は、約７０ｋｇ／ｃｍ2)を発生させる。そして、予め定めた加圧時間ｔ3だけ、この型締力Ｆ1と成形温度Ｔ1を保った状態で放置する。
【００３０】
そして、加圧時間ｔ3が経過した時点で、ヒータ２３による加熱を終了し、真空チャンバ２６の内部の徐冷を開始する。そして、真空チャンバ２６の内部温度が温度Ｔ2(通常は、約６５０℃)となるまで、型締力Ｆ1を保った状態で放置する。弾性回復による成形不良を防止するためである。尚、予め適当な徐冷時間ｔ4を定めておくのが一般的である。
【００３１】
その後、複動式油圧シリンダ２５で主ラム２２を後退させることによって、可動盤２１ａと固定盤２１ｂとの間の型締力Ｆ1を除荷し、更に、真空チャンバ２６の内部温度が常温になるまで放置する。
【００３２】
そして、金型２０が完全に冷却されたら、真空チャンバ２６から金型２０を取り出し、入れ子型２０ｂ,２０ｃから外型２０ａを取り外す。更に、入れ子型２０ｂ,２０ｃを取り外して、プレス成形品である光学部品を取り出す。
【００３３】
さて、本実施の形態では、本離型剤の離型効果を検討するために、上記成形加工方法によって高温軟化ガラス製のレンズを多数成形し、その中から無作為に数枚の標本レンズを抽出し、それらの外観検査と性能検査とを行った。
【００３４】
ルーペによる外観検査の結果、標本レンズの表面には、離型不良により生じたと見られるクラック及び割れは全く発見されなかった。インプレッション面に離型膜が形成されていない金型２０を用いて、離型不良を起こし易い高温軟化ガラスをプレス成形したにも関わらず、離型剤を塗布した荒ずり面はもちろんのこと、離型剤を塗布しなかった光学面についてもクラック等が全く発見されなかったことから、本離型剤の優れた離型効果を容易に推察することができる。
【００３５】
ニュートンレンズによる球面形状検査の結果、標本レンズの球面形状精度(ニュートン)が±３本以下に抑制されていることが確認された。尚、これは、一般的な光学機器に組み入れるガラスレンズとして要求される性能を十分に満足する値である。このことは、プリフォームの両面と入れ子型との間に入り込んだ炭素が、入れ子型のインプレッション面と標本レンズの光学面との離型性は向上させるが、標本レンズの光学面の表面粗さを低下させるものではないことを意味している。
【００３６】
格子標板による解像力検査の結果、全ての標本レンズの解像力が、一般的な光学機器に組み入れるガラスレンズの解像力の基準値を難なくクリアしていることも確認された。
【００３７】
以上の検査結果により、本離型剤が、離型不良を起こし易い高温軟化ガラスのプレス成形加工に非常に有用であることを立証された。
【００３８】
尚、本離型剤が、高温軟化ガラスに対してのみならず、離型不良を生じ易いためにプレス成形加工には不向きとされている凡そ全ての素材に対しても有用であることは、既に、数々の実験により証明済みである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る離型剤を使用すれば、離型不良を起こし易い材料を素材として使用している場合であっても、プレス成形品を、離型不良を起こすことなく金型からスムーズに取り出すことができるようになる。従って、本離型剤を使用することとするならば、素材の材料選択の自由度は大幅に広がるという利点もある。
【００４０】
また、本発明によれば、プリフォーム外周の荒ずり面に離型剤を塗布することにより、プレス成形品である光学部品の光学性能を低下させない程度のごく微量の炭素がプリフォームの光学面と金型との間に入り込むことで、離型性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る成形加工を実施するプレスの基本構成を示した図である。
【図２】素材の予備加工形状の一例を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る成形加工に用いる金型の基本構造を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る離型剤の使用方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る成形加工方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る成形加工における成形スケジュールを示した図である。
【符号の説明】
２０…金型
２０ａ…外型
２０ｂ,２０ｃ…１組の入れ子型
２１ａ…可動盤
２１ｂ…固定盤
２２…主ラム
２３…ヒータ
２４…遮熱板
２５…複動式油圧シリンダ
２６…真空チャンバ
２７…油回転ポンプ
２８…油拡散ポンプ
２９…バルブ
３０…バルブ
３１…バルブ
３２…リークバルブ
３３…真空計
【図１】
0003940803.tif 000002
【図２】
0003940803.tif 000003
【図３】
0003940803.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003940803.tif 000007