(57)【要約】【課題】成形型の加熱に用いられるエネルギー効率を確実に向上させることが可能な型成形技術を提供する。【解決手段】成形素材４０が実装された成形型５０の加熱および加圧によって型成形を行う型成形装置Ｍ１において、第１ヒータブロック２５と第１冷却ブロック２２（第１断熱ブロック２３）の間、および第２ヒータブロック２７と第２冷却ブロック２９（第２断熱ブロック２８）の間に、熱発電モジュール３０Ａおよび熱発電モジュール３０Ｂを配置して、第１ヒータブロック２５（第２ヒータブロック２７）から第１冷却ブロック２２（第２冷却ブロック２９）の側に捨てられる熱エネルギーを電力として回収し、二次電池６０に蓄積して再利用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型を挟持する第１および第２ヒータブロックと、
前記第１および第２ヒータブロックの少なくとも一方に配置され、
前記第１ヒータブロックおよび第２ヒータブロックの少なくとも一方から発生する熱を電力に変換する熱発電モジュールと、
を含むことを特徴とする型成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の型成形装置において、
さらに、前記第１および第２ヒータブロックの各々の背面を支持する第１および第２の断熱ブロックを備え、
前記熱発電モジュールは、前記第１ヒータブロックと前記第１断熱ブロックの間、および前記第２ヒータブロックと前記第２断熱ブロックの間、の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする型成形装置。
【請求項３】
請求項２記載の型成形装置において、
前記第１および第２断熱ブロックの各々は、前記第１および第２ヒータブロックよりも温度の低い第１および第２冷却ブロックの各々に当接されていることを特徴とする型成形装置。
【請求項４】
請求項１記載の型成形装置において、
前記熱発電モジュールは、電力を蓄積する二次電池に接続されていることを特徴とする型成形装置。
【請求項５】
請求項１記載の型成形装置において、
前記熱発電モジュールは、成形装置の一部を構成する電気機器に接続されていることを特徴とする型成形装置。
【請求項６】
請求項１記載の型成形装置において、
前記熱発電モジュールは前記成形装置以外の電気機器に接続されていることを特徴とする型成形装置。
【請求項７】
成形型を加熱するヒータブロックから発生する熱を熱発電モジュールによって電力に変換して回収することを特徴とする型成形装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、型成形技術に関し、たとえば、レンズ、プリズム、ミラー等の光学素子を加熱プレスして成形する型成形技術等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、ガラスレンズ等の光学素子の製造に際しては、生産性の良さから加熱プレスによる型成形が多く用いられている。光学素子の加熱、プレス成形では成形型に光学素子材料を配置し、成形型をブロック状の加熱手段である加熱ブロック等により加熱プレスする手法が一般的に用いられている。
【０００３】
高精度な光学素子の成形では、成形型を高温で長時間加熱して成形する必要があるため、光学素子を成形するために大量の電力を必要としていた。
また、この加熱ブロックにおける成形型と接触しない表面からの伝熱を抑制し、電力消費を低減させる手段として、たとえば、特許文献１には以下のような光学素子の製造装置が開示されている。
【０００４】
すなわち、成形型を挟持して加熱する上下一対の加熱ブロックの各々において、成形型に対する当接面と反対側の背面に、当該加熱ブロックの内部に設けられたヒータを取り囲むように空洞の断熱部を形成し、加熱ブロックの背面側からの伝熱を抑制して、加熱ブロックから成形型に対する伝熱効率を高めようとする技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１の技術は、加熱ブロックから断熱ブロックへの無駄な伝熱や放熱を低減させる優れた技術であるが、断熱ブロックを支持するベースやプレス軸への放熱を完全になくすことができないため、加熱ブロックの熱エネルギーが成形型以外への伝熱や放熱によって浪費されており、やはりエネルギーロスは発生していた。
【特許文献１】特開２００７−１１２６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、成形型の加熱に用いられるエネルギー効率を確実に向上させることが可能な型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】
【０００７】
本発明の第１の観点は、成形型を挟持する第１および第２ヒータブロックと、
前記第１および第２ヒータブロックの少なくとも一方に配置され、
前記第１ヒータブロックおよび第２ヒータブロックの少なくとも一方から発生する熱を電力に変換する熱発電モジュールと、
を含む型成形装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２の観点は、成形型を加熱するヒータブロックから発生する熱を熱発電モジュールによって電力に変換して回収する型成形装置の制御方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、成形型の加熱に用いられるエネルギー効率を確実に向上させることが可能な型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】
【００１０】
本実施の形態の一態様では、たとえば、成形型を上下から挟み込み温度と圧力を加えて光学素子を成形する光学素子成形装置において、金型を加熱し、プレス圧を加えるためのヒータブロックと装置のベースに熱が放散されることを抑制するための断熱ブロックとの間に、ＰＮ接合されたＰ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメントが複数個直列に接続されてなる熱発電モジュールを配置する構成とする。
【００１１】
ヒータにより与えられた熱は、成形型の温度を上昇させるとともに熱発電モジュールのヒータ側の接合面を加熱する。また、熱発電モジュールの断熱ブロック側の接合面は装置全体を一定温度に保つための冷却水路により冷却されているため、熱発電モジュールの両側で温度差が生じる。熱発電モジュールの両端面に温度差が発生することで、発電を行うことが可能となり、熱エネルギーのロスを電気として回収し、蓄積して再利用することが可能となる。
【００１２】
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型成形装置の構成の一例を示す断面図であり、図２は、本実施の形態の型成形装置を構成する熱発電モジュールの構造の一例を示す断面図である。
【００１３】
本実施の形態の型成形装置Ｍ１では、一例として光学素子の製造装置に適用して場合を例にとって説明する。
本実施の形態の型成形装置Ｍ１は、加圧軸２１、第１冷却ブロック２２、第１断熱ブロック２３、第１ヒータ２４、第１ヒータブロック２５、第２ヒータ２６、第２ヒータブロック２７、第２断熱ブロック２８、第２冷却ブロック２９、熱発電モジュール３０Ａ、熱発電モジュール３０Ｂを備えている。
【００１４】
本実施の形態の型成形装置Ｍ１では、光学素子の成形材料等（例えばガラス）の成形素材４０が内包された成形型５０を、上下に対向して配置された第１ヒータブロック２５および第２ヒータブロック２７で挟持し、各々の内部に設けられた第１ヒータ２４および第２ヒータ２６により加熱し、図示しないプレス機構等を介して成形型５０を挟圧して光学素子の成形が行われる。
【００１５】
すなわち、第１ヒータブロック２５の成形型５０に対する当接面と反対側の背面には、第１断熱ブロック２３および第１冷却ブロック２２を介して加圧軸２１が接続されている。
【００１６】
同様に、成形型５０が載置される第２ヒータブロック２７の背面側には、第２断熱ブロック２８および第２冷却ブロック２９が配置されている。
第１断熱ブロック２３および第２断熱ブロック２８は、第１ヒータブロック２５および第２ヒータブロック２７の各々の背面側からの図示しない装置構成部材等に熱伝導や熱放射によって失われる熱量を低減するために配置されている。
【００１７】
また、第１冷却ブロック２２は、当該第１冷却ブロック２２に接続される加圧軸２１や当該加圧軸２１を駆動する図示しないプレス機構等が熱により変形しないように配置されており、第１冷却ブロック２２は内部に冷却媒体が常に流れており、常時冷却が行われる構造となっている。
【００１８】
同様に、第２断熱ブロック２８を介して第２ヒータブロック２７を背後から支持する第２冷却ブロック２９の内部にも冷却媒体が常に流れており、常時冷却が行われることにより、型成形装置Ｍ１の設置床面等を熱から保護する構造となっている。
【００１９】
この場合、第１ヒータブロック２５の背面側と第１断熱ブロック２３との間には熱発電モジュール３０Ａが配置された構造となっている。
同様に、第２ヒータブロック２７の背面側と第２断熱ブロック２８の間には熱発電モジュール３０Ｂが配置された構造となっている。
【００２０】
熱発電モジュール３０Ａおよび熱発電モジュール３０Ｂの各々は、たとえば、ＰＮ接合されたＰ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメントが複数個直列に接続されてなる構成となっており、両端面に温度差が生じることで、熱発電モジュール３０Ａ（熱発電モジュール３０Ｂ）が発電する構造となっている。
【００２１】
図２は、本実施の形態における熱発電モジュール３０Ａおよび熱発電モジュール３０Ｂの構成を例示した側面図である。この場合、熱発電モジュール３０Ａおよび熱発電モジュール３０Ｂは同一の構成である。
【００２２】
熱発電モジュール３０Ａ（熱発電モジュール３０Ｂ）は、複数のＰ型半導体３１およびＮ型半導体３２を、複数の熱源側電極３３および冷却側電極３４を介して交互に直列に接続した構成となっており、その両端の冷却側電極３４に、リード線３５およびリード線３６が接続されている。
【００２３】
熱源側電極３３および冷却側電極３４の各々の外面は、たとえば、セラミックス等の耐熱性の絶縁体からなる絶縁カバー３７および絶縁カバー３８で覆われている。
そして、熱源側電極３３（絶縁カバー３７）の側を低温の第１断熱ブロック２３に当接させ、冷却側電極３４（絶縁カバー３８）の側を高温の第１ヒータブロック２５の側に当接させることで、リード線３５およびリード線３６から、第１断熱ブロック２３と第１ヒータブロック２５の温度差に応じた電力が取り出される。
【００２４】
上述の熱発電モジュール３０Ａおよび熱発電モジュール３０Ｂのリード線３５およびリード線３６は電力を蓄積することが可能な二次電池６０に接続され、熱発電モジュール３０Ａおよび熱発電モジュール３０Ｂが発電した電力が二次電池６０に蓄積される構成となっている。
【００２５】
また、上述の二次電池６０を型成形装置Ｍ１の一部、若しくは他の装置の電気機器に接続して、熱発電モジュール３０Ｂが発電した電気を利用する構成としてもよい。
成形型５０は、筒状のスリーブ５３の内部に、上型５１および下型５２が対向して配置され、各々の対向端に設けられた成形面５１ａおよび成形面５２ａの間に、熱可塑性の成形素材４０が実装される構成となっている。
【００２６】
そして、成形型５０の全体を所望の成形温度に加熱した状態で、上型５１および下型５２を軸方向に挟圧することで、成形面５１ａおよび成形面５２ａを成形素材４０に転写する型成形が行われる。
【００２７】
以下、本実施の形態の型成形装置Ｍ１の作用を説明する。
まず、第１ヒータブロック２５および第２ヒータブロック２７は、第１ヒータ２４および第２ヒータ２６によって所定の成形温度に加熱されている。
【００２８】
この状態で、成形型５０を、第２ヒータブロック２７に載置し、加圧軸２１により、第１ヒータブロック２５を降下させて上型５１に当接させ、成形型５０の全体を前記成形温度に加熱し、成形型５０の内部に実装されている成形素材４０を軟化させる。
【００２９】
そして、上型５１と下型５２を挟圧して、加熱軟化状態の成形素材４０を成形面５１ａおよび成形面５２ａによって成形し、成形面５１ａおよび成形面５２ａの形状を成形素材４０に転写する。
【００３０】
その後、成形型５０を徐々に冷却して成形型５０の内部の成形済みの成形素材４０（光学素子）を硬化させた後、型成形装置Ｍ１の外部に成形型５０を取り出して分解し、成形素材４０から成形された光学素子を取り出す。
【００３１】
ここで、本実施の形態の場合、成形型５０に内包された成形素材４０を第１ヒータブロック２５の内部の第１ヒータ２４で加熱する際、第１ヒータ２４から放出された熱エネルギーは、前記第１ヒータブロック２５を加熱し、前記第１ヒータブロック２５が成形型５０を加熱するが、この際に第１ヒータブロック２５と隣接する第１断熱ブロック２３および熱発電モジュール３０Ａの一端面（熱源側電極３３の絶縁カバー３７の側）も同時に加熱される。
【００３２】
また、前記第１断熱ブロック２３の他端面は第１冷却ブロック２２と隣接しており、常に冷却されている。したがって、第１断熱ブロック２３に囲まれて存在している熱発電モジュール３０Ａは一端面（熱源側電極３３の絶縁カバー３７の側）が第１ヒータ２４と第１ヒータブロック２５により加熱され、他端面（冷却側電極３４の絶縁カバー３８）が第１冷却ブロック２２と第１断熱ブロック２３により冷却されている状態になり、熱源側電極３３と冷却側電極３４の間に温度差が生じる。
【００３３】
熱発電モジュール３０Ａは両端で温度差が生じると、Ｐ型半導体３１およびＮ型半導体３２が電力を発生するため、リード線３５およびリード線３６を二次電池６０に接続することで、型成形装置Ｍ１にて、成形素材４０から加熱による型成形によって光学素子を製造する過程で、第１冷却ブロック２２の冷却側に捨てられていた熱エネルギーを、電力として回収して二次電池６０に蓄電して適宜の目的に再利用することが可能となる。
【００３４】
下側の第２ヒータブロック２７と第２断熱ブロック２８の間に設けられた熱発電モジュール３０Ｂにおいても、同様に、第２ヒータブロック２７から第２断熱ブロック２８を介して第２冷却ブロック２９に捨てられていた熱エネルギーを回収して有効に利用することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態の型成形装置Ｍ１では、従来と同様の成形型５０を用いた型成形によって光学素子等の製造を行う工程中で、従来では大気へ放出され無駄となっていた熱エネルギーを、熱発電モジュール３０Ａおよび熱発電モジュール３０Ｂによって電力に変換して確実に回収することで、成形型５０の加熱に必要な熱エネルギーの一部の回収および蓄積と再利用を実現することが可能となる。
【００３６】
すなわち、型成形装置Ｍ１においては、成形型５０の加熱に用いられるエネルギー効率を確実に向上させることが可能となる。
図３は、本実施の形態の変形例である型成形装置Ｍ２の構成例を示す断面図である。
【００３７】
この場合、熱発電モジュール３０Ａが発電された電力が、型成形装置Ｍ２の一部を構成する照明装置７０に利用され、熱発電モジュール３０Ｂで発電された電力が外部電気機器８０に利用されるようにしたところが、上述の型成形装置Ｍ１と異なり、他は同様である。
【００３８】
この変形例の型成形装置Ｍ２に例示したように、二次電池６０に蓄積された電気、および熱発電モジュール３０Ａ、熱発電モジュール３０Ｂから発電された電気を、照明装置７０や外部電気機器８０において直接に利用することで、型成形装置Ｍ２の消費電力の削減、及び型成形装置Ｍ２のランニングコストの削減を実現することが可能となる。
【００３９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態である型成形装置の構成の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である型成形装置を構成する熱発電モジュールの構造の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である変形例である型成形装置の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２１  加圧軸
２２  第１冷却ブロック
２３  第１断熱ブロック
２４  第１ヒータ
２５  第１ヒータブロック
２６  第２ヒータ
２７  第２ヒータブロック
２８  第２断熱ブロック
２９  第２冷却ブロック
３０Ａ  熱発電モジュール
３０Ｂ  熱発電モジュール
３１  Ｐ型半導体
３２  Ｎ型半導体
３３  熱源側電極
３４  冷却側電極
３５  リード線
３６  リード線
３７  絶縁カバー
３８  絶縁カバー
４０  成形素材
５０  成形型
５１  上型
５１ａ  成形面
５２  下型
５２ａ  成形面
５３  スリーブ
６０  二次電池
７０  照明装置
８０  外部電気機器
Ｍ１  型成形装置
Ｍ２  型成形装置
【図２】
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【図１】
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【図３】
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