(57)【要約】【課題】上型の倒れを防止して成形素材を高精度で成形する。【解決手段】胴型３５は、第１及び第２胴型３７，３８とで構成されている、第１胴型３７には一対の型の挿入をガイドするガイド穴３４が形成されている。第２胴型３８には、一対の型が当接して一対の型の間隔を位置決めする当接面５３，５４がそれぞれ形成されている。第２胴型３８は、一対の当接面５３，５４のうちの一方の当接面５４を形成した上突き当て部材３９と、他方の当接面５３が形成された下突き当て部材４０とで構成される。上・下突き当て部材３９，４０は、各々線膨張係数が異なり、かつ、それぞれの収縮量を加算した合計収縮量が、一対の型の収縮量と成形素材の収縮量の合計収縮量と略同じになるように、プレス方向の長さＡ、Ｂがそれぞれ決められている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の型をプレス方向からそれぞれ受け入れるガイド穴を有する胴型を備え、前記一対の型の間に収容される成形素材を加熱して、前記一対の型の対向面に形成された成形面で前記成形素材を加圧して成形品を成形し、加圧後に前記成型品を冷却して成形品を取り出す成形装置において、
前記胴型は、前記ガイド穴が形成された第１胴型と、前記第１胴型の外周を包み込むように保持するとともに前記一対の型に形成された段部が当接して前記加圧時に前記一対の型の間隔を位置決めする一対の当接面が形成された筒状の第２胴型と、で構成されており、
前記第２胴型を、線膨張係数の異なる複数の部材で構成し、
前記複数の部材の収縮量を加算した合計収縮量が、前記一対の型の収縮量と成形素材の収縮量を加算した合計収縮量と略同じとなるように、前記複数の部材の前記プレス方向の長さをそれぞれ決めたことを特徴とする成型装置。
【請求項２】
前記複数の部材は、前記一対の当接面のうちの一方の当接面が形成された第１突き当て部材と、前記他方の当接面が形成された第２突き当て部材と、からなっていることを特徴とする請求項１記載の成型装置。
【請求項３】
前記複数の部材からなる第２胴型の内部には、前記プレス方向及びこれに直交する方向に遊びをもって前記第１胴型を収納する収納室が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の成型装置。
【請求項４】
一対の型間で成形素材を加熱し、加熱後に前記一対の型で前記成形素材をプレスして成形品を成形し、プレス後に前記成型品を冷却して成型品を取り出す成形方法において、
前記一対の型をプレス方向に移動自在にガイドするガイド穴を有する胴型を、前記ガイド穴が形成された第１胴型と、前記第１胴型の外周を包み込むように保持し前記一対の型にそれぞれ形成された段部が当接して前記一対の型の間隔を位置決めする一対の当接面を前記プレス方向の両端に形成した筒状の第２胴型と、で構成し、
前記第２胴型を、線膨張係数の異なる複数の部材で構成して、
前記複数の部材の収縮量を加算した合計収縮量が、前記一対の型の収縮量と成形素材の収縮量を加算した合計収縮量と略同じとなるように、前記複数の部材の前記プレス方向の長さをそれぞれ決めたことを特徴とする成型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の型とこれらの挿入をガイドする胴型とを備えた成形装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズの成形装置として、上・下型と、上・下型の挿入をガイドする貫通穴が形成された胴型と、その胴型の外周を保持する胴型ホルダーとを備えたものが知られている（特許文献１）。胴型ホルダーには、上・下型の一部がそれぞれ当接して上・下型の間隔を位置決めする当接面が、プレス方向の両端にそれぞれ形成されている。この胴型ホルダーは、冷却時にレンズ面を常時押圧することを目的として、レンズよりも収縮量の大きい特性を有する材料で形成してある。
【特許文献１】特許第３０４２４１０号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、胴型ホルダーの収縮量をレンズの収縮量よりも大きくすると、レンズの成形素材は、冷却過程のガラス転移点付近で粘性が低くなり収縮量が遅くなる。このとき、前記成形素材の収縮量よりも胴型ホルダーの収縮量が上回り、上型の成形面は成形素材に常時密着しているものの、上型と胴型ホルダーの当接面との間に隙間が生じる結果になる。このようになると、下型の成形面に対して上型の成形面が倒れるので、成形素材を所望の厚みまで押し切れなかったり、転写性が悪くなって、成形品となるレンズの寸法精度が低下するとともに所望の光学的性能が得られなくなる。
【０００４】
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであって、上型の倒れを防止して成形品を精度良く成形することができる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】
【０００５】
本発明では、胴型を第１及び第２胴型との２部品で構成している。第１胴型には、一対の型の挿入をガイドするガイド穴が形成されている。第２胴型は、第１胴型の外周を包み込むように保持するとともに一対の型に形成された段部が当接して加圧時に一対の型の間隔を位置決めする一対の当接面を、プレス方向の両端にそれぞれ一体にもっている。そして、第２胴型を線膨張係数の異なる複数の部材で構成し、複数の部材の収縮量を加算した合計収縮量が一対の型の収縮量と成形素材の収縮量を加算した合計収縮量と略同じになるように、複数の部材のプレス方向の長さをそれぞれ決めたものである。
【０００６】
複数の部材としては、プレス方向に分割した部材であれば、３部材でも４部材であってもよい。好適なのは、一対の当接面のうちの一方の当接面が形成された第１突き当て部材と、前記他方の当接面が形成された第２突き当て部材と、の２部材で構成するのが望ましい。これら第１及び第２突き当て部材は、それぞれの収縮量を加算した合計収縮量が、一対の型の収縮量と成形素材の収縮量を加算した合計収縮量と略同じになるように、プレス方向の長さがそれぞれ決められている。
【０００７】
複数の部材を構成する第２胴型の内部には、第１胴型を収納する収納室が設けられている。収納室は、第２胴型をプレス方向及びこれに直交する方向に遊びをもって収納するサイズで形成する。このようにすると、胴型のガイド穴に一対の型が両側から挿入するときに、ガイド穴への挿入がスムーズに行われる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一対の型の挿入をガイドするガイド穴が形成された第１胴型を外周から包む第２胴型を、線膨張係数の異なる複数の部材で構成し、複数の部材の収縮量を加算した合計収縮量が、一対の型の収縮量と略同じになるように、複数の部材のプレス方向の長さをそれぞれ決めているため、少なくとも冷却時に、第２胴型の当接面とこれに当接する段部との間に発生する隙間を極力抑えることができ、よって、型の倒れを防止することができるので、光学素材を所望の厚みまで押し切れなかったり、成形品の転写性が悪くなって寸法精度が低下する不都合を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
成形装置１０は、図１に示すように、成型室１１の内部に、成形型１２、上加熱部１３、下加熱部１４、冷却用ガス供給手段９、及び、ガス供給手段１６等を配置した構成になっている。
【００１０】
ガス供給手段１６は、ガス供給口１７と、図示していないガス供給装置とから構成される。ガス供給口１７は、成形室１１内の上・下にそれぞれ複数設けられており、ガス供給手段は、ガス供給口１７を通じて成形室１１内に窒素ガス等の不活性ガスを供給し、成形室１１内を不活性ガス雰囲気に維持する。また、成形室１１を構成する側面には、出入口１８を開閉するシャッタ１９が設けられている。シャッタ１９は、成形素材（プリフォーム済みガラス硝材）の供給、及び、成形品（光学レンズ）の取り出し時に開閉される。
【００１１】
成形型１２は、下型２０、胴型３５、及び、上型２２とからなる。下型２０には、断面円形の凸部２３を有しており、凸部２３の先端に成形面２４が作られている。この下型２０は、成形面２４を上に向けた姿勢で固定軸２５に固定されている。胴型３５は、ホルダー３６により保持されている。ホルダー３６は、ガイドレール２６によりプレス方向に移動自在に支持されており、移動機構２７の駆動により昇降する。
【００１２】
上型２２にも、断面円形の凸部２８を有し、凸部２８の先端に成形面２９が作られている。この上型２２は、凸部２８を下に向けた姿勢で加圧機構３２の移動軸３０に取り付けられており、加圧機構３２の駆動によりプレス方向に移動する。上加熱部１３は、図示していない固定具により移動軸３０に取り付けられ、凸部２８を取り囲む位置に対峙して配され、この位置関係を維持した状態で上型２２と一緒に移動する。下加熱部１４及び冷却用ガス供給口１５は、下型２０を取り囲む範囲に固定されている。
【００１３】
冷却用ガス供給口１５は、冷却用ガス供給手段９の一部を構成しており、図示していないガス供給装置から供給される不活性ガスを胴型３５及び上・下型２２，２０に向けて吹き付けて、成形型１２及び成形品を冷却する。加圧機構３２、移動機構２７、上・下加熱部１３，１４の加熱能力、及び、冷却用ガス供給装置のガス供給量、及び、成型室１１内用のガス供給装置のガス供給量は、制御部３１により統括的に制御される。
【００１４】
ホルダー３６は、図２に示すように、プレス方向及びこれに直交する方向（水平方向）に遊びをもって胴型３５を保持する。胴型３５は、最内側に配される第１胴型３７と、その外側に配される第２胴型３８とで構成されている。第２胴型は、上・下突き当て部材（第１及び第２突き当て部材）３９，４０との２部品で構成されている。一般的に、胴型は、上・下型の周面に接して上・下型をプレス方向に相対移動自在に保持するためのもので、上・下型のプレス方向の間隔を位置決めして成形品の厚みを規定する第１の作用と、成形面間の周りで成形品の外径を規定する第２の作用とをもっている。本実施形態では、第１胴型３７に前記第２の作用を持たせ、また、第２胴型３８に前記第１の作用を持たせている。
【００１５】
第１胴型３７は、上・下型２２，２０の凸部２３，２８がそれぞれ挿入されるガイド穴３４が形成されて断面リング状に作られている。第２胴型３８には、第１胴型３７を収納する収納室４２が内部に形成されている。前記収納室４２は上・下突き当て部材３９，４０の寸法比によっては前記２つの部材に跨って形成されてもよい。この収納室４２は、プレス方向及び水平方向に遊びをもって第１胴型３７を収納するサイズになっている。下突き当て部材４０には、前記ガイド穴３４よりも僅かに大径の穴４３が形成されている。穴４３には、下型２０の凸部２３が挿入される。また、下突き当て部材４０の底面は、下型２０の段部５５が当接する当接面５３になっている。
【００１６】
上突き当て部材３９は、下突き当て部材４０の上に摺動自在に置かれており、前記ガイド穴３４よりも僅かに大径の穴４４が形成されている。この穴４４には、上型２２の凸部２８が挿入される。また、上突き当て部材３９の上面は、上型２２の段部５６が当接する当接面５４になっている。上・下突き当て部材３９，４０の合わせ目には、第１及び第２鍔４５，４６がそれぞれ突出して形成されており、組み合わせて一つ鍔部４７として構成される。この鍔部４７がホルダー３６で保持される。
【００１７】
ホルダー３６は、移動機構２７により昇降される支持板５０と、蓋５１とで構成されている。支持板５０は、上・下突き当て部材３９，４０の外周をそれぞれ外部に露呈して鍔部４７のみを保持するように、厚みの薄い板状で作られている。この支持板５０の先端には、一段凹んだ段部５７に開口４８が設けられている。開口４８の内周下部には、鍔部４７を下方から受ける受部４９が形成されている。受部４９及び開口４８は、水平方向及びプレス方向に遊びをもって鍔部４７を支持するサイズ（径）で作られている。開口４８の段部５７には、蓋５１が取り付けられる。この蓋５１には、上突き当て部材３９を露呈し、かつ、鍔部４７の飛び出しを防止する開口５２が形成されている。
【００１８】
第２胴型３８は、ホルダー３６の開口４８の内側で遊びが規定され、また、第１胴型３７は、収納室４２の内側で遊びが規定されている。第１及び第２胴型３７，３８に遊びを持たすことで、上・下型２２，２０の軸が僅かにずれていてもスムーズに挿入することができる。
【００１９】
ところで、上・下型２２，２０、及び、第１胴型３７は、冷却時に成形品を常時押圧することを目的として、又は成形品との離型を目的として、成形素材と略同じ又はこれよりも小さい収縮量の特性をもつ材料、例えば硬さ及び強度が大きい超硬合金等の高価な材料で形成されている。これに対し、第２胴型３８としても、上・下型２２，２０と同じ材料を用いることが望まれるが、成形素材に接しなく上・下型２２，２０の間隔を位置決めする作用のみであるので、安価な材料を用いることが好適である。
【００２０】
また、上型２２と同じ収縮量の特性をもつ材料で第２胴型３８を作ると、成形品６２をガラス転移点付近まで降温する過程では、上型２２が成形素材６１の冷却に伴って成形面２９で成形素材を常時押圧するように収縮し、その後、ガラス転移点付近の温度で成形素材６１の粘性が低くなり、成形素材６１の収縮量が小さくなる。このとき、第２胴型３８の収縮量が、成形素材６１の収縮量を上回り、上型２２の段部５６と上突き当て部材３９の当接面５４との間に隙間が生じる結果になる。このようになると、下型２０の成形面２４に対して上型２２の成形面２９が倒れるので、成形素材を所望の厚みまで押し切れなかったり、転写性が悪くなって、成形品であるレンズの寸法精度が低下するとともに所望の光学的性能が得られなくなる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、第２胴型３８をプレス方向に２分割し、かつ線膨張係数の異なる上・下突き当て部材３９，４０で第２胴型３８を構成している。そして、冷却時に上型２２の傾きを防止する目的として、上・下突き当て部材３９，４０の収縮量を加算した合計収縮量が上型２２の凸部２８の収縮量と下型２０の凸部２３の収縮量と成形品６２の収縮量の合計収縮量と略同じになるように、上・下突き当て部材３９，４０のプレス方向の長さＡ、Ｂをそれぞれ決めている。
【００２２】
下型２０の周りには、下加熱部１４及び冷却用ガス供給口１５が固定して配されている。下加熱部１４及び冷却用ガス供給口１５の一部は、胴型３５を下型２０に組み込む組込位置に移動したときに、図３に示すように、下突き当て部材４０の外周に対峙する位置になっている。よって、下加熱部１４での加熱は、下突き当て部材４０を直接加熱して第１胴型３７及び下型２０の成形面２４に熱を伝導する。なお、上・下加熱部１３，１４は、高周波誘導加熱方式を用いた加熱手段である。また、加熱手段としては、赤外線ランプを用いても良い。
【００２３】
次に上記構成の作用を説明する。プレス成形工程は、大別して、成形素材の供給、加熱、プレス、冷却、及び、成形品の取り出しとの４つの工程で構成される。
【００２４】
成形素材の供給工程では、先に、胴型３５を組込位置に下降して胴型３５を下型２０に挿入する。このとき、下突き当て部材４０の当接面５３が下型２０の段部５５に当接する。また、このとき、下突き当て部材４０の外周が下加熱部１４の一部に対峙する。なお、上型２２は、図４に示すように、上方に退避した状態となっている。この状態で、上・下加熱部１３，１４の加熱が開始される。その後に、シャッタを開いて、搬送アーム６０を成形室１１内に挿入して成形素材６１を下型２０の成形面２４に供給する。このとき、搬送アーム６０に設けた吸着パッドで成形素材６１を保持し、その成形素材６１を上型２２との間の退避スペースと胴型３５のガイド穴３４とを通して下型２０の成形面２４に移載する。
【００２５】
上型２２は、退避位置で上加熱部１３により加熱されている。下型２０、及び、胴型３５は、下加熱部１４により加熱されている。なお、成形素材６１は、ガラス転移点近傍又は以下の温度に予備加熱されている。また、搬送アーム６０が成形室１１から退避した後には、シャッタ１９を閉める。このとき、成形室１１内は、ガス供給口１７から供給される不活性ガスにより不活性ガス雰囲気に維持されている。
【００２６】
上・下型２２，２０及び成形素材６１がガラス転移点以上の成形温度に達すると、図５に示すように、加圧機構３２を作動して上型２２を加圧位置に移動させてプレス成形を行う。このとき、上型２２の凸部２８が胴型３５のガイド穴３４に挿入され、上型２２の段部５６が上突き当て部材３９の当接面５４に当接する。このような環境下、すなわち、上・下加熱部１３，１４が上・下型２２，２０、及び成形素材６１を成形温度に維持し、加圧機構３２が上型２２に所定の圧力をかけている環境下を一定時間継続する。これにより、成形面２４，２９の形状が成形素材６１に転写されて成形品６２が成形される。
【００２７】
冷却工程では、上・下加熱部１３，１４の駆動が停止され、図６に示すように、冷却用ガス供給口１５から不活性ガスを下突き当て部材４０及び下型２０に吹き付け、胴型３５、上・下型２２，２０、及び、成形品６２をガラス転移点付近の温度まで冷却する。この冷却工程では、図示していないが、上・下型２２，２０に内蔵した温度センサー、例えば熱電対から得られる上・下型２２，２０の測定温度を制御部３１が監視しながら冷却用ガス供給口１５から吹き付ける不活性ガスの量を制御する。
【００２８】
成形品６２をガラス転移点付近まで降温する過程では、上型２２が成形素材６１の冷却に伴って成形面２９で成形素材を常時押圧するように収縮する。その後、ガラス転移点付近の温度で成形素材６１の粘性が低くなり、成形素材６１の収縮量が小さくなる。このとき、上・下突き当て部材３９，４０の収縮量が、成形素材６１の収縮量を上回り、上型２２の段部５６と上突き当て部材３９の当接面５４との間に隙間が生じていていたが、本実施形態では、上・下突き当て部材３９，４０の収縮量を加算した合計収縮量が上型２２の凸部２８の収縮量と下型２０の凸部２３の収縮量と成形品６２の収縮量の合計収縮量と略同じになるように、上・下突き当て部材３９，４０のプレス方向の長さＡ、Ｂをそれぞれ決めているので、第２胴型３８の収縮量が上型２２の凸部２８の収縮量と下型２０の凸部２３の収縮量と成形品６２の収縮量の合計収縮量と略同じになり、よって、段部５６と当接面５４との間に隙間が生じることを極力防ぐことができる。これにより、下型２０の成形面２４に対して上型２２の成形面２９が倒れることを極力防ぐことができるので、型の傾きを防止しながら成形素材６１を所望の厚みまで押し切ることができる。
【００２９】
冷却工程が完了すると、上型２２を上方の退避位置に退避させる。その後、シャッタ１９を開いて搬送アーム６０を成形室１１に挿入し、図７に示すように、搬送アーム６０の吸着パッドを胴型３５のガイド穴３４に差し込んで、成形品６２を押さえながら胴型３５を下型２０から一時的に退避させる。このときの胴型３５の退避は、図８に示すように、搬送アーム６０に当接しない範囲内の僅かな移動となっている。
【００３０】
次に、図９に示すように、搬送アーム６０をプレス方向にいったん引き抜いた後に出入口１８まで水平方向に退避させる。この間に胴型３５を上方の退避位置に移動する。その後に、再び搬送アーム６０を挿入して下型２０の成形面２４から成形品６２を吸着して取り出す。搬送アーム６０は、成形品６２を成形室１１の外のトレーに載置した後に、今度は成形素材６１を保持して、前述したように、成形室１１に入り込んでガイド穴３４を通して下型２０の成形面２４に成形素材６１を供給する。成形室１１では、搬送アーム６０が成形室１１の外で成形品６２を載置している間に、胴型３５を再び下型２０に挿入する準備を行っている。以下、前述した手順を繰り返し行う。
【実施例】
【００３１】
線膨張係数の異なる上・下突き当て部材３９，４０のプレス方向の長さを決める。収縮量（ΔＬ）は、線膨張係数（α）×プレス方向の長さ（Ｌ）×温度変化（ΔＴ）の式から求められる。冷却工程では、５７０℃の成形温度から５００℃のガラス転移点に冷却する。よって、温度変化（ΔＴ）は７０℃である。このときの上型２２の凸部２８が収縮する収縮量と下型２０の凸部２３が収縮する収縮量と成形品６２が収縮する収縮量の合計収縮量（ΔＬ）を約１１μmとする。
【００３２】
これに対し、例えば、上突き当て部材３９の材料を超硬合金（ＲＣＣＦＮ）とし、下突き当て部材４０の材料をＳＵＳ３０４とすると、超硬合金（ＲＣＣＦＮ）の線膨張係数（α）は、略５．３×１０−６／℃（５００℃近辺）、ＳＵＳ３０４の線膨張係数（α）が１８．４×１０−６／℃（５００℃近辺）となっているので、それぞれの材料の収縮量を加算した合計収縮量が１１μmとなるように、上・下突き当て部材３９，４０のプレス方向の長さを決めると、上突き当て部材３９のプレス方向の長さを９ｍｍ、下突き当て部材４０のプレス方向の長さを６ｍｍ、これらの長さ比を３：２に決めればよい。これによれば、上・下型２２，２０、上・下突き当て部材３９，４０、成形素材の温度変化が違う場合でも、上・下突き当て部材３９，４０の長さ比を調節することで、それらに合わせた最良の収縮量を得ることができる。
【００３３】
上記実施形態では、下型２０に対して胴型３５、及び、上型２２を移動してプレス成形する成形装置１０としているが、胴型３５を固定にし、上・下型２２，２０を移動してプレス成形してもよく、さらには、上型２２を固定にし、胴型３５、及び、下型２０を移動してプレス成形してもよい。また、垂直方向に移動してプレスするプレス装置としているが、水平方向に移動してプレスする成形装置としてもよい。
【００３４】
さらに、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成形装置としているが、本発明ではこれに限らず、プラスチック成形品を作る成形装置としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を採用した成形装置の概略を示す断面図である。
【図２】胴型を示す要部断面図である。
【図３】胴型を下型に挿入した状態を示す成形装置の要部断面図である。
【図４】成形素材を供給する状態を示す成形装置の断面図である。
【図５】上型をプレス位置に移動してプレス成形を行っている状態を示す成形装置の断面図である。
【図６】冷却を行っている状態を示す成形装置の断面図である。
【図７】搬送アームで成形品を押さえている状態を示す成形装置の断面図である。
【図８】搬送アームで成形品を押さえながら胴型を下型から引き抜く状態を示す断面図である。
【図９】搬送アームを退避させた後に胴型を退避位置に移動し、その後再び搬送アームを挿入して下型から成形品を取り出す状態を示す成形装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  成形装置
２０  下型
２２  上型
３５  胴型
３６  ホルダー
３７  第１胴型
３８  第２胴型
３９  上突き当て部材
４０  下突き当て部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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