(57)【要約】【課題】熱可塑性素材を成形する成形型部材を効率的に加熱することが可能な成形技術を提供する。【解決手段】成形面４ａおよび成形面８ａを対向させて配置された固定型４および移動型８が、周囲に配置された赤外線ランプ１４および赤外線ランプ２１から照射される輻射熱によって加熱されるようにした成形装置Ｍにおいて、固定型４および移動型８の各々の側面に、赤外線の陰を生じない形状の受熱部４ｂおよび受熱部８ｂを形成し、赤外線ランプ１４および赤外線ランプ２１（反射ミラー１５および反射ミラー２２）からの赤外線による輻射熱を効率良く受熱して、固定型４および移動型８を効率よく、均一に加熱することを可能にした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性素材を成形する成形型部材と、前記成形型部材を加熱する加熱手段とを含み、前記成形型部材には、前記加熱手段からの放射熱を受ける凹断面形状の複数の受熱部を備えたことを特徴とする成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の成形装置において、
前記成形型部材の前記受熱部は、前記加熱手段に向かって拡開する凹曲面形状を呈することを特徴とする成形装置。
【請求項３】
請求項１記載の成形装置において、
前記加熱手段は、発熱体と、前記発熱体の背面に設けられ、個々の前記発熱体に対応した凹型反射部を備えた反射板とからなり、
前記成形型部材の個々の前記受熱部は、前記凹型反射部に対向する位置に配置されていることを特徴とする成形装置。
【請求項４】
外周面に、外部からの放射熱を受ける凹断面形状の複数の受熱部を形成した成形型部材を用いて熱可塑性素材の成形を行うことを特徴とする成形方法。
【請求項５】
請求項４記載の成形方法において、
前記成形型部材の前記受熱部は、外部に向かって拡開する凹曲面形状を呈することを特徴とする成形方法。
【請求項６】
請求項４記載の成形方法において、
発熱体と、前記発熱体の背面に設けられ、個々の前記発熱体に対応した凹型反射部を備えた反射板とからなる加熱手段を用いて前記成形型部材の加熱を行い、
前記成形型部材の個々の前記受熱部を、前記凹型反射部に対向する位置に配置することを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形技術に関し、たとえば、熱可塑性素材を用いた光学素子等の成形に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子の製造分野では、ガラスや樹脂等の熱可塑性素材を用いた型成形による製造技術が広く用いられている。
たとえば、特許文献１には、筒状の熱反射部材の内側に電熱線を配置した構成の電気ヒータの内部に、軸方向に対向するように一対の成形型等の成形部材を対向して配置し、この一対の成形部材の各々のレンズ成形面の間にガラス素材を実装し、電気ヒータによって所望の成形温度に加熱した状態で挟圧することで、ガラス素材にレンズ成形面の形状を転写して成形するガラスレンズ成形装置が開示されている。
【０００３】
そして、この特許文献１の場合には、電気ヒータによって取り囲まれる一対の成形部材の外周面に、フィン状に複数の受熱部を突設することで、電気ヒータによる成形部材およびガラス素材の加熱効率を向上させようとしている。
【０００４】
ところが、特許文献１の技術では、受熱部がフィン状の凸形状を呈するため、表面積は増加するものの、電気ヒータからの放射熱の照射経路の一部を当該受熱部が遮るように作用するため、成形部材の外周部において、電気ヒータからの放射熱に対して陰となる部分生じることとなり、加熱効率が低下するける懸念があった。
【特許文献１】特開２００７−２１０８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、熱可塑性素材を成形する成形型部材を効率的に加熱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】
【０００６】
本発明の第１の観点は、熱可塑性素材を成形する成形型部材と、前記成形型部材を加熱する加熱手段とを含み、前記成形型部材には、前記加熱手段からの放射熱を受ける凹断面形状の複数の受熱部を備えた成形装置を提供する。
【０００７】
本発明の第２の観点は、外周面に、外部からの放射熱を受ける凹断面形状の複数の受熱部を形成した成形型部材を用いて熱可塑性素材の成形を行う成形方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱可塑性素材を成形する成形型部材を効率的に加熱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】
【０００９】
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成形技術の原理の一例を示す略断面図である。
本実施の形態の一態様の成形装置では、成形型部材と、成形型部材を加熱する手段を備え、前記成形型部材に前記加熱手段からの熱を受ける球面の凹型形状の受熱部を具備した構成を開示する。
【００１０】
すなわち、図１に例示されるように、成形型部材１０３の周囲に電熱線１０２および当該電熱線１０２の背面側に配置された反射板１０１からなるヒータ１００を配置して加熱する。
【００１１】
反射板１０１には、電熱線１０２の位置に対応して反射凹部（凹型反射部）１０１ａが設けられ、電熱線１０２の背面側に放射される熱線１０２ａを成形型部材１０３に向けて反射する構成となっている。
【００１２】
この場合、ヒータ１００からの輻射熱によって加熱される成形型部材１０３の表面には、複数の受熱部１０３ａが設けられている。
個々の受熱部１０３ａは、たとえば、電熱線１０２に向かって拡開する凹曲面形状を呈している。
【００１３】
なお、この成形型部材１０３における受熱部１０３ａの形状は、たとえば、いわゆるディンプルのような凹欠球面を呈していてもよいし、あるいは、断面が凹曲面形状を呈する溝でもよい。
【００１４】
また、成形型部材１０３の個々の受熱部１０３ａを、ヒータ１００の側の反射凹部１０１ａの各々に対向する位置に配置することがより望ましい。
このように、個々の受熱部１０３ａは、たとえば、電熱線１０２に向かって拡開する凹曲面形状を呈していることにより、電熱線１０２から出射される熱線１０２ａに対して、個々の受熱部１０３ａでは陰になる領域が発生せず、電熱線１０２からの放射熱が効率よく成形型部材１０３に伝達されることとなる。
【００１５】
すなわち、成形型部材１０３の受熱部１０３ａを球面等の凹型形状にしたことにより反射板１０１からの電熱線１０２の輻射熱を効率良く受熱する作用がある。
図２は本発明の一実施の形態である成形方法を実施する成形装置の構成例を示す略断面図である。
【００１６】
本実施の形態の成形装置Ｍでは、固定軸１および移動軸５が対向するように上下に配置されている。固定軸１の上端部は、フレーム２の上部に固定されている。固定軸１の下端部には、中空の断熱部材３を介して固定型４（成形型部材）が図示しないボルトによって固定されている。
【００１７】
移動軸５は固定軸１と同軸となるように固定軸１の下方に配置されており、移動軸５の上端部には、中空の断熱部材６を介して移動型８（成形型部材）が図示しないボルトによって固定されている。これにより、固定型４の中心軸と移動型８の中心軸とが一致するようにこれらの固定型４および移動型８が配置されている。
【００１８】
固定型４と移動型８の各々の対向面には、成形される光学素子に光学機能面を転写するための成形面４ａおよび成形面８ａが形成されている。
なお、この実施の形態では、断熱部材３および断熱部材６として窒化珪素やジルコニア等のセラミックスを用いた。また、固定型４および移動型８としては、超硬合金等からなる型材の表面にコートを施したものを用いた。
【００１９】
移動軸５は、ベース９を貫通して下方へ延びており、移動手段としてのモータ１０によって鉛直方向（上下方向）に所定速度で移動可能となっている。
固定軸１には、固定軸１が挿通可能な孔を中央部分に有した円板状の上部ブラケット１１が設けられている。上部ブラケット１１の下方には、断熱部材３および固定型４を囲むように略円筒形状の上部隔壁１３が設けられている。上部隔壁１３の外周には、冷却水が循環できる冷却パイプ１２が取り付けられている。
【００２０】
上部隔壁１３の内部には、固定軸１を囲むように加熱源である複数の半円筒形状の固定型用の赤外線ランプ（発熱体）１４が設けられている。また、上部隔壁１３の内面には、赤外線ランプ１４から照射される赤外線を効率良く固定型４に反射させる反射ミラー１５（反射板）が形成されている。なお、固定型用の加熱手段は、赤外線ランプ１４と反射ミラー１５とを備えている。
【００２１】
上部隔壁１３の下部には、後述する下部隔壁１７の外周寸法よりもやや大きい円筒形状のスカート１９が設置されている。そして、下部隔壁１７をスカート１９に嵌合させることにより、成形室１８内がほぼ密閉状態となる。
【００２２】
移動軸５には、移動軸５が挿通可能な孔を中央部分に有した円板状の下部ブラケット１６が設置されている。下部ブラケット１６の上方には、断熱部材６および移動型８を囲むように略円筒形状の下部隔壁１７が設けられている。下部隔壁１７の外周には、冷却水が循環できる冷却パイプ２０が取り付けられている。
【００２３】
下部隔壁１７の内部には、移動軸５を囲むように加熱源である複数の半円筒形状の移動型用の赤外線ランプ（発熱体）２１が設けられている。また、下部隔壁１７の内面には、赤外線ランプ２１から照射される赤外線を効率良く移動型８に反射させる反射ミラー２２（反射板）が形成されている。なお、移動型用の加熱手段は、赤外線ランプ２１と反射ミラー２２とを備えている。
【００２４】
この実施の形態では、下部ブラケット１６と下部隔壁１７とにより連結部材が構成される。すなわち、移動軸５に断熱部材６を介して移動型８が取り付けられる一方、移動型８に下部ブラケット１６が取り付けられ、この下部ブラケット１６に移動型用の赤外線ランプ２１を設けた下部隔壁１７が支持されており、これにより、移動型８および赤外線ランプ２１がこれらを介して連結される構造となっている。これにより、昇降する移動型８に対して赤外線ランプ２１の位置関係が常に同一となるように移動することができる。
【００２５】
なお、反射ミラー１５および反射ミラー２２として金コート、金メッキ、ＴｉＮコートしたもののいずれかを用いた。また、上部隔壁１３、下部隔壁１７、上部ブラケット１１、下部ブラケット１６およびスカート１９の内壁は全て酸化を防止するために耐熱耐酸化処理が施されている。各隔壁１３，１７と各反射ミラー１５，２２とは、一体としても良いし、別体としても良い。
【００２６】
この実施の形態において、赤外線ランプ１４および赤外線ランプ２１はいずれも上下に、たとえば２本ずつ配置されている。
本実施の形態の場合、固定型４において赤外線ランプ１４に対向する側面には、複数の受熱部４ｂが設けられている。
【００２７】
この受熱部４ｂは、対向する複数の反射ミラー１５の各々と同じ高さ位置に配置することができる。
この受熱部４ｂは、たとえば、赤外線ランプ１４に向かって拡開する凹曲面形状を呈している。
【００２８】
同様に、移動型８の側面には、赤外線ランプ２１に向かって拡開する凹曲面形状を呈する複数の受熱部８ｂが設けられている。
この受熱部８ｂは、対向する複数の反射ミラー２２の各々と同じ高さ位置に配置することができる。
【００２９】
なお、この固定型４の受熱部４ｂおよび移動型８の受熱部８ｂの形状は、たとえば、いわゆるディンプルのような凹欠球面を呈していてもよいし、あるいは、断面が凹曲面形状を呈する溝でもよい。
【００３０】
これにより、固定型４および移動型８の側面では、赤外線の照射領域の陰を生じることなく、当該固定型４および移動型８の側面の全体に赤外線ランプ１４および反射ミラー２２から赤外線が効率よく照射される。
【００３１】
以下、本実施の形態の成形装置Ｍを用いてレンズを成形する方法を説明する。
なお、以下では、一例として、球形のガラス素材２４（熱可塑性素材）から、凸レンズ等の光学素子を成形する場合を説明する。
【００３２】
まず、ガラス素材２４を移動型８の成形面８ａの上に載置し、移動軸５をモータ１０により上昇させる。これにより、下部隔壁１７が上昇して上部隔壁１３のスカート１９に挿入され、成形室１８が密閉されると共に、移動型８上のガラス素材２４が固定型４に接触する直前まで移動する。
【００３３】
そして、成形室１８内に非酸化性ガスである窒素ガスを供給口２５から供給することにより、成形室１８内の雰囲気を非酸化性ガスで置換する。
その後、赤外線ランプ１４および赤外線ランプ２１によって、固定型４、移動型８および移動型８に載置されたガラス素材２４を加熱する。
【００３４】
そして、移動型８をさらに上方に所定の圧力で移動させ、加熱軟化されたガラス素材２４が、光軸位置で所望の肉厚になるまで軸方向に押圧して成形する。
このとき、赤外線ランプ２１（赤外線ランプ１４）から移動型８（固定型４）に照射される赤外線は、陰を生じることなくすべての受熱部８ｂ（受熱部４ｂ）に一様に照射され、移動型８、固定型４およびガラス素材２４を効率よく目的の成形温度に一定に加熱することができる。
【００３５】
その後、充分な時間および成形温度の状態を保持した後、一定勾配で冷却した後、移動型８を降下させて離型を行い、ガラス素材２４に成形面４ａおよび成形面８ａの形状が転写されて成形された凸レンズ等の光学素子を取り出して成形を終了する。
【００３６】
このように、本実施の形態の成形装置Ｍでは、ガラス素材２４を成形する固定型４および移動型８の各々の赤外線ランプ１４および赤外線ランプ２１に面する側面に、赤外線の陰を生じない形状の受熱部４ｂおよび受熱部８ｂを形成したことにより、赤外線ランプ１４および赤外線ランプ２１（反射ミラー１５および反射ミラー２２）からの赤外線による輻射熱を効率良く受熱して、固定型４および移動型８を効率よく、均一に加熱することが可能となる。
【００３７】
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。
たとえば、複数の受熱部４ｂおよび受熱部８ｂの各々の大きさは、一様でなくてもよい。
【００３８】
また、上述の実施の形態では、赤外線ランプ１４（反射ミラー１５）および赤外線ランプ２１（反射ミラー２２）を上下分離して配置した例を示したが、両者を一体にし、その内部を移動型８が昇降する構成としてもよい。
（付記１）
成形型部材と、前記成形型部材を加熱する加熱手段を備え、前記成形部材に前記加熱手段からの熱を受ける効率的な形状の受熱部を設けることを特徴とするガラスレンズ成形装置。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態である成形技術の原理の一例を示す略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である成形方法を実施する成形装置の構成例を示す略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  固定軸
２  フレーム
３  断熱部材
４  固定型
４ａ  成形面
４ｂ  受熱部
５  移動軸
６  断熱部材
８  移動型
８ａ  成形面
８ｂ  受熱部
９  ベース
１０  モータ
１１  上部ブラケット
１２  冷却パイプ
１３  上部隔壁
１４  赤外線ランプ
１５  反射ミラー
１６  下部ブラケット
１７  下部隔壁
１８  成形室
１９  スカート
２０  冷却パイプ
２１  赤外線ランプ
２２  反射ミラー
２４  ガラス素材
２５  供給口
１００  ヒータ
１０１  反射板
１０１ａ  反射凹部
１０２  電熱線
１０２ａ  熱線
１０３  成形型部材
１０３ａ  受熱部
Ｍ  成形装置
【図１】
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【図２】
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