(57)【要約】【課題】予備加熱時に成形素材が融着するのを防ぐ。【解決手段】成形素材は、金型の外に配した予備加熱部１９に一時的に載置される。予備加熱部１９は、載置台３２、ヒーター台３３、及び、予備加熱機構とで構成される、載置台３２は、成形素材を載置するための成形素材用凹部２４が形成されている。ヒーター台３３には、ヒーター４０が内蔵されている。予備加熱機構は、載置台３２に内蔵した温度センサから得られる温度信号に基づいてヒーター４０の加熱能力を制御して成形素材用凹部２４及びその周りの範囲を一定の温度に維持する。載置台３２は、セラミックなどで作られており、成形素材用凹部２４を含む範囲に、成形素材が融着するのを防ぐダイヤモンドライクカーボン膜等の表面保護層５０がコーティングされている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の外に配した予備加熱部で成形素材を予め予備加熱する成形装置において、
前記予備加熱部は、前記成形素材を載置する凹部を少なくとも１つ有する載置台と、前記凹部を含む範囲を加熱する予備加熱手段と、を有し、前記載置台には、少なくとも前記凹部を含む表面に、耐熱性を有しかつ表面エネルギーを低下させる特性を有する表面保護層が形成されていることを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記載置台には、温度センサを取り付けるための測温穴が形成され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３】
前記凹部は、前記成形素材の形状と略一致していることを特徴とする請求項１又は２記載の成形装置。
【請求項４】
前記凹部の深さは、前記凹部の入口の直径の２分の１以下の深さになっていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の成形装置。
【請求項５】
前記予備加熱部は、不活性ガスで満たされているボックスの中に設置されていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の成形装置。
【請求項６】
前記載置台は、超硬合金、タングステン系合金、サーメット、セラミック、及び、鉄系合金のうちのいずれかを主成分とする母材を使って作られていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の成形装置。
【請求項７】
前記表面保護層は、ダイヤモンドライクカーボン膜となっていることを特徴とする請求項１ないし６いずれか記載の成形装置。
【請求項８】
金型の外に配した予備加熱部に、成形素材を載置する凹部を少なくとも１つ有する載置台を設け、前記載置台のうちの少なくとも前記凹部を含む表面に耐熱性を有しかつ表面エネルギーを低下させる特性を有する表面保護層を形成し、前記凹部の表面に形成した表面保護増の上に成形素材を予め決めた所定時間だけ載置して予備加熱した後に、その成形素材を金型に収容して成形することを特徴とする成形方法。
【請求項９】
前記予備加熱部は、前記金型が設けられ、かつ不活性ガスで満たされているボックスの内部に設けられていることを特徴とする請求項８記載の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の外に配した予備加熱部で成形素材を予め予備加熱し、予備加熱後の成形素材を金型内に収容して成形素材を成形する成形装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、所定の表面精度を有する金型内に、ガラスなどの成形素材を収容し、加熱下でプレス成形を行うことで光学素子などの成形品を得るレンズ成形装置が知られている。成形素材としては、種々の光学特性をもつガラス素材を種々の形状・大きさに作ったプリフォーム済みガラス硝材が用いられる。
【０００３】
前記加熱下では、金型を伝導して成形素材をガラス転移点以上の温度にまで加熱する。しかし、金型の昇温速度に比べて成形素材の昇温速度が遅いため、加熱に長い時間を要し、よって、レンズ成形装置の成形サイクルが長くなる。そこで、成形素材を金型の外で予め予備加熱し、その後に成形素材を金型に収容して本加熱してからプレス成形を行うようにした成形装置が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−５４９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、予備加熱時にできるだけ高温に加熱するのが、本加熱時間を短縮することができるので、望ましい。しかしながら、成形素材が軟化して、成形素材が予備加熱部に融着する。融着すると、その部材から成形素材を取り出せない不都合が生じる。また、取り出しが行えたとしても成形素材の表面がむしり取られるなどの不都合が生じて、成形品としての品質を損なうおそれがある。
【０００５】
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであって、予備加熱部で融着などの不都合を生じさせないで成形素材を良好に取り出すことができるように工夫した成形装置及び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】
本発明では、予備加熱部を、成形素材を載置する凹部を少なくとも１つ有する載置台と、前記凹部を含む範囲を加熱する予備加熱手段とで構成し、前記載置台の少なくとも前記凹部を含む表面に、表面保護層を形成したものである。前記凹部としては、一つ又は複数あってもよい。成形品を複数取ることができる複数取り金型を用いる場合には、複数の凹部を、前記金型の成形面の位置に合わせて配列するのが、一度に保持して供給することができるので好適である。
【０００７】
載置台としては、耐熱性を有する材料、例えば超硬合金、タングステン系合金、サーメット、セラミック、及び、鉄系合金のうちのいずれかを主成分とする母材を使って作るのが望ましい。表面保護層としては、耐熱性を有し、かつ、表面エネルギーを低下させる特性、すなわち、表面に粘着や焼き付きを起こさない特性（離型性の高い特性）を有することが重要である。また、成形素材を何回も移載するため、耐摩耗性に優れているのが好適である。そこで、ダイヤモンドライクカーボン膜が望ましい。また、載置台と表面保護層との間にバインダーとして中間層を設けても良い。中間層としては、窒化物又は炭化物セラミック等が好適である。
【０００８】
載置台には、温度センサを取り付けるための測温穴を形成するのが好適である。そして、温度センサから得られる温度信号に基づいて前記凹部を含む範囲の温度が予め決めた目標温度、例えばガラス転移点付近の温度に一定に維持されるように、前記予備加熱手段の加熱能力を制御する制御部を設けるのが望ましい。
【０００９】
成形素材は、金型に収納される前に、凹部に載置され、予備加熱手段により予備加熱される。このとき、成形素材と凹部の底との間に空気を入れないと、成形素材を取り出すことができないことがある。その場合、凹部の底に空気抜き用の穴を設けてもよい。
【００１０】
予備加熱では、凹部と成形素材とが広い領域で接触させるのが加熱に対して有効になる。そこで、凹部の内周を、成形素材と略同じ形状、あるいは前記成形素材の外周と密着する形状にするのが好適である。
【００１１】
凹部の深さは、深くなるほど表面保護層をコートし難い。そこで、前記凹部の深さを、前記凹部の入口の直径の２分の１以下の深さに規定するのが望ましい。
【００１２】
予備加熱部で高温、例えば成形素材をガラス転移点以上の温度に加熱する場合には、設置台が酸化するおそれがある。そこで、予備加熱部を、不活性ガスで満たされているボックス、例えば成形室の中に設置するのが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、記載置台のうちの少なくとも成形素材を載置する凹部を含む範囲に、耐熱性を有しかつ表面エネルギーを低下させる特性を有する表面保護層を形成したから、成形素材が凹部に融着することを未然に防止することができ、成形素材が凹部から離れる特性を良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を採用したレンズ成形装置１０は、図１に示すように、ステージ９の上に、トレー集積部１１、成形素材仮置き部１２、成形品中間載置部１３、成形部１４、及び、搬送ロボット１５などを配した構成になっている。
【００１５】
トレー集積部１１は、複数の棚１６が設けられ、各棚１６には、成形素材を複数収納する素材用トレー１７と、成形品用トレー１８とが個別にセットされる。各トレー１７，１８には、成形素材又は成形品を位置決めした状態で収納するための窪部が、例えばマトリックス状に並べて設けられている。なお、成形素材は、例えば精密ゴブや研磨レンズプリフォームなどのプリフォーム済みガラス硝材である。成形品は、例えば光学ガラスである。
【００１６】
成形素材仮置き部１２には、成形素材を成形部１４の外に載置するための仮置き用凹部２０が設けられている。仮置き用凹部２０は、素材用トレー１７からハンドリングされる成形素材が一時的に置かれる。成形品中間載置部１３には、成形品用凹部２１が形成されており、成形品用凹部２１には、成形部１４から取り出した成形品が一時的に置かれる。成形素材仮置き部１２及び成形品中間載置部１３は、トレー集積部１１と成形部１４との間に配されている。
【００１７】
成形部１４は、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うために、ボックス２３で覆われている。このボックス２３の内部には図示していない成形装置が設けられている。成形装置は、成形型（金型）内に成形素材を収容し、成形型及び成形素材を加熱（以下、「本加熱」と称す）し、本加熱後に型閉によりプレス（成形）を行い、その後に冷却を行う。その冷却中に型開を行って、冷却後に成形品を搬出する。その後に、再び成形素材を搬入して連続的に成形を行う。
【００１８】
ボックス２３には、成形素材の搬入及び成形品の搬出を行うための出入口２５が形成されている。出入口２５は、不活性ガス雰囲気下を保つためにシャッタ２６により閉じられている。シャッタ２６は、駆動機構２７の駆動により開閉される。そして、駆動機構２７、成形部１４、及び、搬送ロボット１５の駆動は、図示していない制御部により同期して制御される。
【００１９】
搬送ロボット１５は、例えば直角座標ロボットであり、アーム２９の先端には、吸着面を下方向きにした姿勢で吸着パッド３０が設けられている。この吸着パッド３０は、成形素材、又は成形品のどちらも吸着することができる。アーム２９は、吸着パッド３０をトレー集積部１１、成形素材仮置き部１２、成形品中間載置部１３、及び、成形部１４の内部を含むエリアにアクセスする。なお、吸着パッド３０の代わりに、例えば３つ爪チャックタイプなどの保持部を利用してもよい。
【００２０】
ボックス２３の内部には、図２に示すように、予備加熱部１９、及び成形型２２が配されている。予備加熱部１９には、成形素材が載置される成形素材用凹部２４と、成形素材用凹部２４を介して成形素材を予備加熱する予備加熱機構とが設けられている。この予備加熱部１９は、成形素材を成形素材仮置き部１２から迅速に移載するために、出入口２５の近傍に配されている。成形型２２は、予備加熱部１９を挟んで出入口２５の反対側に配されている。
【００２１】
予備加熱部１９は、図３に示すように、載置台３２、ヒーター台３３、及び、予備加熱機構とで構成されている。成形素材用凹部２４は、載置台３２の上面に形成されている。この成形素材用凹部２４は、成形素材２８の下側面と略一致する形状となっており、成形素材２８の約半分が隠れる深さに形成されている。一方、載置台３２の側面には、測温穴３５が縦長に形成されている。なお、測温穴３５としては、横長に形成してもよい。
【００２２】
このような載置台３２は、耐熱性を有する母材、例えば超硬合金、タングステン系合金、サーメット、セラミック、及び、鉄系合金のうちのいずれかを主成分とする母材を前述した形状に加工し、成形素材用凹部２４を含む上面に、成形素材２８が融着するのを防止するための表面保護層５０をコーティングして作られている。
【００２３】
表面保護層５０としては、耐熱性を有し、かつ、表面エネルギーを低下させる特性、すなわち、表面に粘着や焼き付きを起こさない特性（離型性の高い特性）を有することが重要である。また、成形素材を何回も移載するため、耐摩耗性に優れているのが好適である。そこで、ＤＬＣ膜（（Diamond Like Carbon）ダイヤモンドライクカーボン膜）が望ましい。このＤＬＣ膜は、プラズマＣＶＤ（化学気相成長法）やＰＶＤ（物理気相成長法）などを利用してコーティングされる。コーティングする範囲としては、成形素材用凹部２４の内部のみとしてもよい。
【００２４】
載置台３２の上には、アーム２９の出入りを邪魔しない位置で、かつ成形素材用凹部２４を挟んだ両側に、不活性ガス雰囲気の気流により冷めないようにするために、風よけ部材３８，３９が取り付けられている。なお、風よけ部材としては、環状の凸部材を、成形素材用凹部２４を取り囲むように設けても良い。
【００２５】
ヒーター台３３は、安価でかつ耐熱性を有する材料で作られており、予備加熱機構を構成するヒーター４０を内蔵している。ヒーター４０は、ニクロム線等の電熱線を、成形素材用凹部２４の下方に、直線状又は環状に配した構成になっている。なお、環状に配する場合には、成形素材用凹部２４の中心を通る軸線上を取り囲むように配するのが好適である。この場合、ニクロム線などの発熱抵抗線を、耐熱絶縁物を介して金属板で板状に包み込んだバンドヒーターを用いるのが好適である。また、ヒーター４０の代わりに、赤外線ランプを用いても良い。この場合には、載置台３２を取り囲む範囲に設けるのが好適である。
【００２６】
予備加熱機構は、前述したヒーター４０以外に、熱電対３６、アンプ４１、電力調整器４２、及び、制御部４３などで構成されている。熱電対３６は、周知のシース熱電対であり、成形素材用凹部２４を含む範囲の温度を測定する。シース熱電対は、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。この熱電対３６は、先端部（温接点）が測温穴３５の先端に接触して取り付けられ、導線部分が測温穴３５を通して載置台３２の外部に取り出され、後端部（冷接点）がアンプ４１を介して制御部４３に接続されている。
【００２７】
アンプ４１は、熱電対３６から得られる温度信号を増幅する。制御部４３は、アンプ４１から得られる温度信号に基づいて、成形素材用凹部２４及び成形素材２８が予め決めた目標温度になるように、電力調整器４２を介してヒーター４０の加熱能力を制御する。電力調整器４２は、ヒーター４０に供給する電力を調整する。なお、熱電対３６以外のものを温度センサとして用いてもよい。
【００２８】
上記構成の作用を、図４を参照しながら説明する。まず、ボックス２３内の予備加熱部１９に成形素材を供給する。この作業は、アーム２９をトレー集積部１１にアクセスして、吸着パッド３０で成形素材を素材用トレー１７から吸着する。その後、シャッタ２６を開き、アーム２９で吸着した成形素材を、出入口２５を通して成形素材用凹部２４に移載する。ボックス２３の内部は、不活性ガス雰囲気に保たれているので、アーム２９を出入口２５から退避した後にシャッタ２６が閉められる。
【００２９】
成形素材用凹部２４に載置された成形素材は、ここで、予め決められた所定の時間だけ予備加熱される。このとき、載置台３２のうちの成形素材用凹部２４及びその周りを含む範囲は、ガラス転移点以上の成形温度（一般的なガラス硝材では略５００℃）に予め加熱され、その温度に一定に保たれている。よって、成形素材が成形素材用凹部２４に載置されると、成形素材が所定時間の間で前記成形温度付近まで予備加熱される。このとき、成形素材用凹部２４に表面保護層５０を施しているので、成形素材が成形素材用凹部２４に融着することを防止することができる。
【００３０】
予備加熱をしている間には、次の成形素材を成形素材仮置き部１２に供給する。この作業は、前述したと同じに、アーム２９をトレー集積部１１にアクセスして、吸着パッド３０で成形素材を素材用トレー１７から吸着し、アーム２９で吸着した成形素材を、仮置き用凹部２０に移載する。この後、ボックス２３内の成形素材用凹部２４に載置した成形素材が成形温度に加熱されるまで待った後、シャッタ２６を開いて、アーム２９を予備加熱部１９にアクセスして、成形素材用凹部２４に載置した成形素材を吸着パッド３０で吸着して、吸着したままアーム２９を成形型２２にアクセスして成形素材を成形型２２に収容する。そして、アーム２９が退避した後にシャッタ２６を閉じる。
【００３１】
シャッタ２６を閉じた後に、成形型２２で成形作業が行われる。この作業は、本加熱、プレス（成形）及び、冷却との３つの工程を順に行う作業である。なお、冷却作業には型開く作業を含む。本加熱工程では、成形素材及び成形型２２をガラス転移点以上の成形温度まで加熱する。このとき、成形素材が予備加熱されているので、成形素材の内部まで加熱するための時間を短縮することができる。
【００３２】
プレス（成形）工程では、型閉により成形素材をプレスして成形面を成形素材に転写する。冷却工程では、不活性ガスを成形型２２の周りに供給して成形品及び成形型２２をガラス転移点以下の温度まで冷却する。この後に型開を行う。
【００３３】
成形型２２の成形作業が完了すると、成形型２２から成形品を取り出す。この作業は、シャッタ２６を開き、アーム２９を成形部１４内にアクセスして、成形品を成形型２２から取り出し、ボックス２３外の成形品中間載置部１３の成形品用凹部２１に移載する。そして、アーム２９を成形品中間載置部１３にアクセスして、成形品を成形品用凹部２１からトレー集積部１１の成形品用トレー１８に移載する。
【００３４】
成形型２２で成形作業を行っている間では、シャッタ２６を開いて成形素材仮置き用凹部２０にある成形素材をボックス２３内の成形素材用凹部２４に供給しておく。アーム２９が退避した後にシャッタ２６を閉め、引き続き次の成形素材を予備加熱するための準備のために、トレー集積部１１から成形素材仮置き用凹部２０に成形素材を供給しておく。以後、前述した作業を繰り返し行うことで、成形品を連続して成形することができる。
【００３５】
成形素材は、少なくとも成形部１４での本加熱、プレス（成形）、及び冷却などを行う作業時間分は予備加熱されている。また、シャッタ２６を設けているから、ボックス２３内の雰囲気を不活性ガス雰囲気に保った状態に維持することができるので、高温環境下での離型膜酸化を防止することができ、よって、載置台３２をガラス転移点以上の高温に設定することができる。これにより、次回の本加熱時間も短縮することができる。
【００３６】
ところで、前述した作業を説明順通りに行うと、プレス（成形）作業以外の準備作業が多いため成形部１４が成形待ちになり効率が悪い。そこで、成形素材及び成形品を一時的に載置するための成形素材仮置き部１２，予備加熱部１９、及び成形品中間載置部１３を設け、成形部１４で作業中に、これらの間での移載作業を並行して実行している。こうすることで、成形品の搬出及び成形素材の搬入を迅速に行え、かつ、成形部１４での成形待ちの時間を少なくすることができる。
【００３７】
また、成形素材用凹部２４は、成形素材のサイズ及び形状に応じて形状を変更する必要がある。そこで、成形素材のサイズ及び形状に応じて成形素材用凹部２４を作った載置台を複数用意しておき、成形素材のサイズ及び形状に対応する載置台を用いるように構成すればよい。この場合には、載置台をヒーター台に対して交換自在に取り付けるのが好適である。また、位置決めをするために、載置台の下部に例えば断面Ｖ字状の凸部を設け、他方のヒーター台の上面に前記凸部が嵌合する断面Ｖ字状の凹部を設けるのが望ましい。
【００３８】
上記実施形態では、予備加熱部１９を、不活性ガス雰囲気を保つためのボックス２３で仕切られた空間の内部に設置しているが、前記空間の外部に設置してもよい。この場合には、載置台、載置台の表面保護層、成形素材の離型膜などが酸化などで劣化しない温度範囲に加熱すればよい。
【００３９】
また、上記各実施形態では、ガラス素材からガラス成形品を作るレンズ成形装置として説明しているが、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作る成形装置でもよく、また、成形品としては、レンズ以外のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を採用したレンズ成形装置の外観を示す斜視図である。
【図２】成形部の内部の概略を示す説明図である。
【図３】予備加熱部の概略を示す断面図である。
【図４】レンズ成形装置の作業手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  成形装置
１９  予備加熱部
２４  成形素材用凹部
３２  載置台
３３  ヒーター台
３５  測温穴
４０  ヒーター
５０  表面保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009234885.tif 000006