JP2008105907A - 熱可塑性素材の成形方法、熱可塑性素材の成形装置、制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性素材の加熱成形工程において、与圧軸と成形型との当接位置や、成形温度までの到達の有無を高精度に安定して検出する。
【解決手段】成形装置１００の加熱ステージ１１０において、成形型セット１０に当接する上部熱伝導板１０３（上軸部１０５）の降下中の変位量を変位測定器１０７で監視し、変位量が降下から上昇に転じた点を上部熱伝導板１０３と成形型セット１０が当接した下端ピーク点Ｐ１と判定し、さらに、変位量が、上昇から再び下降に転じた点を、成形型セット１０の内部の熱可塑性素材が目的の成形温度に到達したことを示す上端ピーク点Ｐ２と判定する。加熱および与圧下で不安定となる上部熱伝導板１０３と成形型セット１０の当接点を下端ピーク点Ｐ１に基づいて安定に検出でき、また、熱可塑性素材の成形温度までの予熱の完了を上端ピーク点Ｐ２に基づいて正確に判定できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性素材の成形技術および制御プログラムに関し、たとえば熱可塑性素材を加熱・加圧・冷却することにより、所望の成形品を製造する成形工程における加工条件の制御等に適用して有効な技術に関するものである。

熱可塑性素材から所望の成形品を高精度且つ安価に製造する方法として、特許文献１等に開示されているように、予熱（加熱）、プレス（加圧）、冷却の工程を有し、それぞれの工程に、熱伝導板、加圧機構、押し量を測定する変位センサ、を設けた熱可塑性素材の成形装置が知られている。

この場合、熱可塑性素材を成形する機能面が超精密加工で形成された形状を有する一対の押圧型に胴型、熱可塑性素材を配置した状態を１セットの成形型ブロックとして用い、この成形型ブロックを上述の各工程のステージへ搬送し、加圧工程にて成形型から機能面形状を熱可塑性素材に転写することで、所定の機能面（光学的機能面）を有する光学素子に成形し、さらに冷却工程にて、転写形状を保ちながらガラス転移点以下まで冷却させることにより光学素子を製造している。

この場合、熱可塑性素材の中心肉厚を制御するために、変位測定器を使用して前記１セットの成形型ブロックの高さを測定している。
上述の特許文献１では、この加熱工程における成形型ブロックの高さ変動の測定方法として、上型を駆動する上軸に変位センサを持つとともに、この上軸を降下させて上型の上面に当接させる際の当接を検出する方法であり、上軸の降下開始から短い一定時間ごとに軸高さの変位量を確認し続けて、その変位量が「０」となる時点を上軸と成形型とが当接したとして判断し、制御を行っていた。

しかしながら、成形型ブロックは、予熱ステージに投入された直後から徐々に熱伝導板により成形型、熱可塑性素材が加熱されていき、このとき、成形型等の部材は加熱されると膨張するため、成形型、及び熱可塑性素材も温度変化と共に高さ方向の全長が時々刻々変化し、当接位置の正確な判断は容易ではない。

また、上軸が下降し、成形型と上軸の熱伝導板が当接された場合は上軸の熱伝導板からさらに成形型へ熱を伝達するため、投入直後よりも成形型部材の膨張量が増加していく。更に、時間が経過し熱可塑性素材が軟化し、上軸からの下降荷重により熱可塑性素材が変形することによっても全長が変化していく。

このように、膨張による全長の変形、熱可塑性素材の軟化と荷重による変形とが複合的に生じるため、高精度に上軸が一定時間内に０に落ち着くことを想定することは困難である。

従って、上述の従来技術のように、単に上軸の変位量が「０」の高さを当接時点と決定する方法では、当接高さの検出状態が不安定となり、検出精度が劣化することが懸念され、当該当接高さの検出結果に基づく成形工程の制御精度も低下する、という技術的課題がある。

さらに、成形型ブロック内の熱可塑性素材が目的の成形温度に到達したか否か等の加熱状態を的確に判別することもできない、という技術的課題もある。
特開２００１−５８８３７号公報

本発明の目的は、熱可塑性素材の加熱成形工程において、与圧軸と成形型との当接位置を高精度に安定して検出することが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、成形型内の熱可塑性素材が目的の成形温度に到達したか否か等の加熱状態を的確に判別することが可能な技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、第１成形型と第２成形型の間に熱可塑性素材を挟持し、加熱して挟圧することで成形を行う熱可塑性素材の成形方法であって、
前記熱可塑性素材を挟圧する方向に前記第１成形型を付勢する与圧軸の当該第１成形型に対する接近の開始から前記与圧軸の変位量を監視するステップと、
前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が接近する方向から離間する方向に転じた第１ピーク点を前記与圧軸の前記第１成形型に対する当接点と判定するステップと、
を含む熱可塑性素材の成形方法を提供する。

本発明の第２の観点は、第１成形型と第２成形型の間に熱可塑性素材を挟持し、加熱して挟圧することで成形を行う熱可塑性素材の成形方法であって、
前記熱可塑性素材を挟圧する方向に前記第１成形型を付勢する与圧軸の当該第１成形型に対する当接点から前記与圧軸の変位量を監視するステップと、
前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が離間する方向から接近する方向に転じた第２ピーク点に基づいて前記熱可塑性素材の加熱状態を判定するステップと、
を含む熱可塑性素材の成形方法を提供する。

本発明の第３の観点は、熱可塑性素材を挟持して対向する第１成形型および第２成形型を、前記熱可塑性素材を挟圧する方向に付勢する与圧軸と、
前記第１成形型および第２成形型を加熱する加熱手段と、
前記与圧軸の変位量を計測する変位計測手段と、
前記変位量の方向の変化を判定する判定手段と、
を含む熱可塑性素材の成形装置を提供する。

本発明の第４の観点は、第１成形型と第２成形型の間に挟持された熱可塑性素材を加熱して挟圧することで成形を行う熱可塑性素材の成形装置に備えられた情報処理手段の制御プログラムであって、
前記情報処理手段に、
前記熱可塑性素材を挟圧する方向に前記第１成形型を付勢する与圧軸の当該第１成形型に対する接近の開始から前記与圧軸の変位量を監視するステップと、
前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が接近する方向から離間する方向に転じた第１ピーク点を前記与圧軸の前記第１成形型に対する当接点と判定するステップと、
を実行させる制御プログラムを提供する。

本発明の第５の観点は、第１成形型と第２成形型の間に挟持された熱可塑性素材を加熱して挟圧することで成形を行う熱可塑性素材の成形装置に備えられた情報処理手段の制御プログラムであって、
前記情報処理手段に、
前記熱可塑性素材を挟圧する方向に前記第１成形型を付勢する与圧軸の当該第１成形型に対する当接点から前記与圧軸の変位量を監視する第１ステップと、
前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が離間する方向から接近する方向に転じた第２ピーク点に基づいて前記熱可塑性素材の加熱状態を判定する第２ステップと、
を実行させる制御プログラムを提供する。

上記した本発明によれば、高精度、かつ安定した、与圧軸と成形型との当接位置の検出が可能となる。また、たとえば、加熱工程において、加熱完了までの成形型の膨張量、および熱可塑性素材の変形量の変動を捉えることにより、成形装置の内部における熱可塑性素材の加熱状態の変動等を確認することが可能となり、たとえば、熱可塑性素材の加熱状況を判断して温度補正を自動的に行うことが可能となる。

本発明によれば、熱可塑性素材の加熱成形工程において、与圧軸と成形型との当接位置を高精度に安定して検出することが可能な技術を提供することができる。
また、成形型内の熱可塑性素材が目的の成形温度に到達したか否か等の加熱状態を的確に判別することが可能な技術を提供することができる。

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。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形方法および制御プログラムを実施する熱可塑性素材の成形装置の構成の一例を示す略断面図であり、図２は、本実施の形態にて用いられる成形型セットの構成の一例を示す断面図、図３は、本実施の形態の熱可塑性素材の成形装置の作用の一例を示す略断面図である。

また、図４は、本実施の形態の熱可塑性素材の成形方法、熱可塑性素材の成形装置、の作用の一例を示す線図、図５は、本実施の形態の熱可塑性素材の成形方法、熱可塑性素材の成形装置、制御プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。

図１に例示されるように、本実施の形態の成形装置１００は、加熱ステージ１１０、加圧ステージ１２０、冷却ステージ１３０と、これらを制御する演算処理機能付きシーケンサ１４０を備えている。

これらのステージの各々は、下部熱伝導板１０１、ヒ−タ１０２、上部熱伝導板１０３、ヒ−タ１０４、上軸部１０５、加圧手段１０６、変位測定器１０７を備えている。
下部熱伝導板１０１および上部熱伝導板１０３の各々は、内蔵するヒ−タ１０２およびヒ−タ１０４によって所望の温度に加熱、冷却される。

上軸部１０５は下端部に上部熱伝導板１０３が固定され、上端部は、エアシリンダ等の加圧手段１０６に接続されている。そして、加圧手段１０６の推力によって上下方向に駆動され、上部熱伝導板１０３の昇降動作を行う。

この場合、上軸部１０５には変位測定器１０７が設けられており、当該上軸部１０５、すなわち上部熱伝導板１０３の上下方向の高さ位置を計測する。計測結果は、ケーブル１０８を介して演算処理機能付きシーケンサ１４０に伝達される。

この演算処理機能付きシーケンサ１４０には、制御プログラム１４１が実装されており、後述の図５に例示されるようなフローチャートによって、上軸部１０５の昇降変位の推移に基づいて各種の判定や制御動作を行う。

また、本実施の形態では、図２に例示される成形型セット１０を使用して、熱可塑性素材２０として光学ガラスの成形を行う。この成形型セット１０は、下成形型１１、上成形型１２、胴型１３で構成されている。

下成形型１１と上成形型１２は、各々の成形面１１ａ、成形面１２ａが胴型１３の内部で上下方向に対向するように配置され、成形面１１ａと成形面１２ａの間に熱可塑性素材（ガラス）２０が配置されている。

そして、図３に例示されるように、この成形型セット１０を成形装置１００の内部に一セットずつ順次搬入し、加熱ステージ１１０と、加圧ステージ１２０と、冷却ステージ１３０の間を順に搬送する間に、予熱、加圧、冷却の操作を順次行わせる。

これにより、上成形型１２、下成形型１１の成形面１２ａ、成形面１１ａを、機能面２１ａ、機能面２１ｂとして熱可塑性素材２０に転写させる成形により、図６に例示されるような断面形状の光学素子（レンズ）２１等の成形品を製造する。

以下、本実施の形態の作用の一例を、図４、図５等を参照して説明する。なお、図４では、上軸部１０５の下降方向を縦軸の（＋）方向としている。
本実施の形態では、上述のような成形方法にて、加熱ステージ１１０の、上部熱伝導板１０３を駆動する上軸部１０５に取付けられた変位測定器１０７を使用し、演算処理機能付きシーケンサ１４０の制御プログラム１４１は、上軸部１０５の下降開始から短い一定のサンプリング時間（たとえば、１ミリ秒〜数ミリ秒）の経過毎に上軸部１０５（上部熱伝導板１０３）の高さの変位量ΔＨを確認し続ける制御を行う。

上軸部１０５の下降開始時では変位量は下降（＋）を示し、その後、下部熱伝導板１０１に載置された成形型セット１０の上成形型１２と上部熱伝導板１０３が接し、挟み込むようになると下降荷重により成形型セット１０が微小に弾性変形をするため、変位量ΔＨは、それまでよりも小さな微小な速度での下降（＋）を示すようになる（図４の減速開始点Ｐ０）。

さらに、成形型セット１０をより高温となる加熱ステージ１１０の下部熱伝導板１０１と上部熱伝導板１０３とで挟み続けることにより、成形型セット１０に加熱ステージ１１０の熱が伝わるため、時間の経過と共に徐々に成形型セット１０が熱膨張を始め、変位量ΔＨが上昇（−）へと転じる（図４の下端ピーク点Ｐ１）。

本実施の形態では、この下端ピーク点Ｐ１の位置を、上部熱伝導板１０３（上軸部１０５）が成形型セット１０に当接した当接点と見なす。
また、加熱ステージ１１０の加熱工程にて、上述の当接点への到達後、更に加熱を続けていくことにより、成形型セット１０の内部に実装されている熱可塑性素材２０が軟化し、下降荷重により変形が始まるため、その変位量が上昇（−）から再び下降（＋）に転じる（図４の上端ピーク点Ｐ２）。

本実施の形態では、演算処理機能付きシーケンサ１４０は、上述のように、上軸部１０５の変位量ΔＨが、下降（＋）から上昇（−）に転じた地点（下端ピーク点Ｐ１）を、上軸部１０５と成形型セット１０が当接したと判断する。これにより、押圧による変形と加熱により、高さが常に変動している不安定な成形型セット１０と加熱ステージ１１０の上部熱伝導板１０３との当接を安定的に捉えることが可能となる。

また、加熱ステージ１１０の加熱工程にて、当該下端ピーク点Ｐ１（当接点）の検出後、更に加熱を続けていくことにより、成形型セット１０に実装されている熱可塑性素材２０が軟化し、その変位量が上昇（−）から再び下降（＋）に転じるこの時点（上端ピーク点Ｐ２）を捉えることにより、成形型セット１０の内部の熱可塑性素材２０が、たとえば目的の成形温度まで十分に加熱されたかどうかを正確に判断することが可能となる。

そして、演算処理機能付きシーケンサ１４０は、たとえば、上述の上端ピーク点Ｐ２が検出されたことによって、成形型セット１０内の熱可塑性素材２０が成形温度に到達したと判定し、当該成形型セット１０を、次の加圧ステージ１２０に移動させる動作を行う。

これにより、加熱ステージ１１０において、成形型セット１０に内包された熱可塑性素材２０を目的の成形温度まで過不足無く正確に加熱した後に、加圧ステージ１２０における加圧／成形工程に移行させることができ、熱可塑性素材２０から成形される光学素子２１の形状精度が向上する。

図５のフローチャートによって、本実施の形態の制御プログラム１４１が、上述の下端ピーク点Ｐ１および上端ピーク点Ｐ２を検出する処理の一例を説明する。
まず、制御プログラム１４１は、上部熱伝導板１０３が成形型セット１０から離間している状態での上軸部１０５の下降開始時に、その高さを前回測定値Ｈ０として記憶する（ステップ３０１）。

次に、所定のサンプリング時間の経過を演算処理機能付きシーケンサ１４０のタイマ機能等を用いて待ち（ステップ３０２）、サンプリング時間が経過したら変位測定器１０７で測定される現在の上軸部１０５の高さを今回測定値Ｈ１として記憶する（ステップ３０３）。

そして、前回測定値Ｈ０と今回測定値Ｈ１の差分を変位量ΔＨとして算出し（ステップ３０４）、変位量ΔＨの方向（正負）を判別する（ステップ３０５）。すなわち、変位量ΔＨ＞０の場合には、下降（＋）が継続しているので、次の判定に備えて今回測定値Ｈ１を前回測定値Ｈ０に記憶し（ステップ３０６）、ステップ３０２に戻ってサンプリング時間だけ待つ、という処理を変位量ΔＨ＞０の間反復する。

そして、ステップ３０５で変位量ΔＨ≦０と判定された場合には、上軸部１０５が上昇（−）に転じたと判断し現在の今回測定値Ｈ１を下端ピーク点Ｐ１と判定して記憶する（ステップ３０７）。

なお、単位サンプリング時間当たりの変位量ΔＨの変化（すなわち、降下の変位速度）を監視することにより、上述の減速開始点Ｐ０も検出できる。
その後、現在の今回測定値Ｈ１を前回測定値Ｈ０に記憶した後（ステップ３０８）、上述のステップ３０５と同様にサンプリング時間の経過を待ち（ステップ３０９）、そのサンプリング時間の経過後、現在の上軸部１０５の高さを計測し、今回測定値Ｈ１に記憶する（ステップ３１０）。

そして、前回測定値Ｈ０と今回測定値Ｈ１の差分を変位量ΔＨとして算出し（ステップ３１１）、変位量ΔＨの正負を判別する（ステップ３１２）。
そして、変位量ΔＨ≦０の場合は、今回測定値Ｈ１を前回測定値Ｈ０に記憶して、ステップ３０９に戻り、上軸部１０５の上昇の監視を継続する。

この監視ループ中のステップ３１２において、変位量ΔＨ＞０と判定された場合には、上軸部１０５が上昇（＋）から再び下降（−）に転じたと判断して、今回測定値Ｈ１を上端ピーク点Ｐ２として記憶し、監視処理を終了する。

制御プログラム１４１は、上述のようにして検出された下端ピーク点Ｐ１を、上軸部１０５（上部熱伝導板１０３）の成形型セット１０に対する当接点と判定する。また、上端ピーク点Ｐ２の検出タイミングを、成形型セット１０内の熱可塑性素材２０が、目的の成形温度（たとえば、ガラス転移点）に到達したタイミングと見なす。

そして、図３に例示されるように、本実施の形態の成形装置１００の場合には、制御プログラム１４１は、上端ピーク点Ｐ２が検出された時点で、内部の熱可塑性素材２０の加熱処理が完了したと判定して、加熱ステージ１１０の成形型セット１０を、次の加圧ステージ１２０に移動させる制御動作を行う。

そして、加圧ステージ１２０において所定の荷重で成形型セット１０の下成形型１１と上成形型１２を挟圧して熱可塑性素材２０を光学素子２１の形状に成形した後、成形型セット１０を冷却ステージ１３０で冷却し、その後、冷却ステージ１３０から搬出された成形型セット１０から光学素子２１を取り出す。成形型セット１０には、再度、熱可塑性素材２０が装填され、加熱ステージ１１０に供される。

（実施の形態２）
図７は、本発明の他の実施の形態である成形装置の構成の一例を示す断面図であり、図８は、その動作の一例を示す断面図である。

上述の成形装置１００の場合には、複数のステージ間の移動によって成形工程で順次進捗する例を示したが、この実施の形態の成形装置２００の場合には、１軸で、すなわち同一の場所で、予熱、加圧、冷却を行うことにより熱可塑性素材３０を成形する場合を例示する。また、この場合、可搬性の成形型セット１０は使用せず、成形装置２００に設置された成形型を使用する。

本実施の形態の成形装置２００は、下プレート２０１、筒状のチャンバ２０２、チャンバ２０２の周囲に配設されたヒータ２０３、下成形型２０４、上成形型２０５、胴型２０６、上プレート２０７、上軸２０８、加圧手段２０９、変位測定器２１０、演算処理機能付きシーケンサ２２０を備えている。

演算処理機能付きシーケンサ２２０は、上述の制御プログラム１４１と同様の機能を有する制御プログラム２３０を備えており、ケーブル２１１を介して変位測定器２１０から得られる情報等に基づいて、温度制御線２２１および機構制御線２２２を介して、ヒータ２０３および加圧手段２０９の動作を制御することで、成形装置２００の全体を制御する。

本実施の形態の成形装置２００は、変位測定器２１０と、荷重を変動可能な加圧手段２０９とを有し、変位測定器２１０の測定子部分は上軸２０８と接触しており、上軸２０８の変位量を測定することが可能となっている。

加圧手段２０９には上軸２０８が接続されており、上軸２０８には上プレート２０７と、胴型２０６と、上成形型２０５とが取付けられている。加圧手段２０９が動作することにより、上軸２０８と、上プレート２０７と、上成形型２０５と、胴型２０６とが追従して上下方向に動作する構造となっている。

ただし、上成形型２０５と、その外側の胴型２０６およびチャンバ２０２は、独立に昇降することが可能となっており、胴型２０６およびチャンバ２０２が下プレート２０１に当接した状態で、胴型２０６の内部で上成形型２０５が自由に上下動することが可能になっている。

また、上軸２０８には断熱、冷却機能が備わっており、ヒータ２０３により上成形型２０５、胴型２０６が加熱される際に加圧手段２０９と、変位測定器２１０とに熱を伝えにくい構造となっている。

上プレート２０７にはチャンバ２０２が取付けられており、加圧手段２０９が動作し、上軸２０８に取付けられた上プレート２０７が動作する際に、チャンバ２０２も同様に上下に動作する構造となっている。

下成形型２０４は、成形面２０４ａを上向きにして下プレート２０１に固定され、成形面２０５ａを下向きにして胴型２０６の内部に収容された上成形型２０５と対向している。

チャンバ２０２は、下プレート２０１に降下した状態では、上プレート２０７、上軸２０８、下プレート２０１で囲まれた密閉空間を構成する。
この密閉状態のチャンバ２０２内において、胴型２０６の内部で上下方向に対向する下成形型２０４と上成形型２０５との間に挟持された熱可塑性素材３０を、ヒータ２０３で加熱し、上成形型２０５と下成形型２０４の成形面２０４ａおよび成形面２０５ａを熱可塑性素材３０に転写することにより、後述のような光学素子３１を得る。

また、チャンバ２０２内部は不活性ガスで充満されており、チャンバ２０２内部の酸化を抑制している。
上述のような構成の本実施の形態の成形装置２００における熱可塑性素材３０の成形手順は、以下のようになる。

演算処理機能付きシーケンサ２２０は、加圧手段２０９を動作させ上軸２０８と、上プレート２０７と、上成形型２０５と、胴型２０６と、チャンバ２０２とを上方へ移動させ、図８の状態に下成形型２０４と上成形型２０５を開放し、下成形型２０４上へ熱可塑性素材３０を投入する。

熱可塑性素材３０を投入した後、加圧手段２０９を動作させ、上軸２０８と、上プレート２０７と、上成形型２０５と、胴型２０６と、チャンバ２０２とを下方へ移動させて、図７に例示されるように、チャンバ２０２および胴型２０６が下プレート２０１に密着した状態にする。このとき、胴型２０６の内部で対向する下成形型２０４と上成形型２０５の与圧は行われていない。

そして、チャンバ２０２内部を密閉空間にして、不活性ガスを充満させてからヒータ２０３を動作させ、胴型２０６の内部で対向する上成形型２０５と、熱可塑性素材３０と、下成形型２０４と、胴型２０６とを加熱する。

演算処理機能付きシーケンサ２２０は、熱可塑性素材３０の全体が、たとえば成形温度まで十分に加熱され、後述のような上端ピーク点Ｐ２の検出を利用する方法で軟化したことを確認した後、加圧手段２０９の下降荷重を増加させて上成形型２０５を降下させ、変位測定器２１０を使用して、熱可塑性素材３０を所望の中心肉厚になるまで塑性変形をさせる。熱可塑性素材３０が所望の中心肉厚になった後、ヒータ２０３を停止させ、熱可塑性素材３０を冷却することにより、図９に例示されるように、下成形型２０４および上成形型２０５の成形面２０４ａおよび成形面２０５ａが、それぞれ機能面３１ａ、機能面３１ｂとして転写された形状の光学素子３１を得る。

ここで、本実施の形態の成形装置２００における演算処理機能付きシーケンサ２２０は、上述のような成形過程で、制御プログラム１４１と同様に制御プログラム２３０によって以下のような制御を行う。

この成形装置２００において、演算処理機能付きシーケンサ２２０（制御プログラム２３０）は、上軸２０８に取付けられた変位測定器２１０を使用し、上軸の下降開始から短い一定時間毎に軸高さの変位量を確認し続ける制御を行う。上軸２０８の下降開始時では変位量ΔＨは下降（＋）を示し、上成形型２０５と熱可塑性素材３０とが接し、上成形型２０５と下成形型２０４とで熱可塑性素材３０を挟み込むようになると下降荷重により下成形型２０４や上成形型２０５および熱可塑性素材３０が微小に弾性変形をするため、変位量は、それまでよりも小さな微小な速度での下降（＋）を示すようになる（図４の減速開始点Ｐ０）。

その後、上成形型２０５と、下成形型２０４と、胴型２０６とをヒータ２０３を動作させて加熱すると、上成形型２０５と下成形型２０４と胴型２０６と熱可塑性素材３０とが熱膨張を始め、変位量が上昇（−）へと転じる（図４の下端ピーク点Ｐ１）。

また、更に加熱を続けていくことにより、熱可塑性素材３０が軟化し、下降荷重により変形が始まるため、再びその変位量が上昇（−）から下降（＋）に転じる（図４の上端ピーク点Ｐ２）。

本実施の形態の成形装置２００の演算処理機能付きシーケンサ２２０では、この上昇（−）に転じた地点（下端ピーク点Ｐ１）を、上成形型２０５と、熱可塑性素材３０とが当接したと判断する。これにより、押圧による変形と加熱により、高さが常に変動している上成形型２０５と、熱可塑性素材３０との当接を安定的に正確に捉えることが可能となる。

また、ヒータ２０３にて加熱する際も当接（下端ピーク点Ｐ１の検出）後、更に加熱を続けていくことにより、上成形型２０５と下成形型２０４とで挟持されている熱可塑性素材３０が軟化し、再びその変位量が上昇（−）から下降（＋）に転じる（上端ピーク点Ｐ２）。

制御プログラム２３０は、この、上端ピーク点Ｐ２の時点を捉えることにより、胴型２０６の内部の熱可塑性素材３０が、たとえば成形温度まで十分に加熱されたかどうかを正確に判断することが可能となる。

そして、この上端ピーク点Ｐ２の検出を契機に、演算処理機能付きシーケンサ２２０は、上成形型２０５による熱可塑性素材３０の押圧荷重を、所定の成形荷重にまで増大させて、加圧成形に移行することで、予熱から加圧成形への移行タイミングを正確に制御できる。

なお、下端ピーク点Ｐ１と上端ピーク点Ｐ２が、たとえば比較的接近して検出される場合には、下端ピーク点Ｐ１と上端ピーク点Ｐ２の間の任意の時点を加熱完了と判定してもよい。

あるいは、上端ピーク点Ｐ２に到達してから所定の時間が経過した時点を加熱完了と判定することもできる。
この結果、熱可塑性素材３０の材質等に応じた所定の成形温度まで過不足無く予熱された状態の適切なタイミングで、予熱から加圧成形段階に移行することができ、たとえば、加熱不足の状態で加圧するによる熱可塑性素材３０の割れや、熱可塑性素材３０の過熱に起因する損傷等の成形不良の発生を確実に防止できる。

これにより、下成形型２０４の成形面２０４ａ、および上成形型２０５の成形面２０５ａが、機能面３１ａおよび機能面３１ｂとして正確に転写され、しかも、所定の中心肉厚を有する高精度の光学素子３１を型成形にて製造することが可能となる。

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、上述の各実施の形態では、上型と下型を上下方向に対向させて配置した構成例を示したが、傾斜方向や水平方向に対向させる構成でもよい。

また、本発明では、熱可塑性素材の例としてガラスを示したが、プラスチック、ゴム、等を使用してもよい。

本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形方法および制御プログラムを実施する熱可塑性素材の成形装置の構成の一例を示す略断面図である。 本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形装置にて用いられる成形型セットの構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形装置の作用の一例を示す略断面図である。 本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形方法および装置の作用の一例を示す線図である。 本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形方法および装置、制御プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である熱可塑性素材の成形方法で成形された光学素子等の成形品を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態である成形装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態である成形装置の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態である熱可塑性素材の成形方法で成形された光学素子等の成形品を示す断面図である。

符号の説明

１０ 成形型セット
１１ 下成形型（第２成形型）
１１ａ 成形面
１２ 上成形型（第１成形型）
１２ａ 成形面
１３ 胴型
２０ 熱可塑性素材
２１ 光学素子
２１ａ 機能面
２１ｂ 機能面
３０ 熱可塑性素材
３１ 光学素子
３１ａ 機能面
３１ｂ 機能面
１００ 成形装置
１０１ 下部熱伝導板
１０２ ヒ−タ
１０３ 上部熱伝導板
１０４ ヒ−タ
１０５ 上軸部（与圧軸）
１０６ 加圧手段
１０７ 変位測定器
１０８ ケーブル
１１０ 加熱ステージ
１２０ 加圧ステージ
１３０ 冷却ステージ
１４０ 演算処理機能付きシーケンサ（情報処理手段）
１４１ 制御プログラム
２００ 成形装置
２０１ 下プレート
２０２ チャンバ
２０３ ヒータ
２０４ 下成形型（第２成形型）
２０４ａ 成形面
２０５ 上成形型（第１成形型）
２０５ａ 成形面
２０６ 胴型
２０７ 上プレート
２０８ 上軸（与圧軸）
２０９ 加圧手段
２１０ 変位測定器
２１１ ケーブル
２２０ 演算処理機能付きシーケンサ（情報処理手段）
２２１ 温度制御線
２２２ 機構制御線
２３０ 制御プログラム
Ｈ０ 前回測定値
Ｈ１ 今回測定値
Ｐ０ 減速開始点
Ｐ１ 下端ピーク点（第１ピーク点）
Ｐ２ 上端ピーク点（第２ピーク点）
ΔＨ 変位量

Claims (12)

1. 第１成形型と第２成形型の間に熱可塑性素材を挟持し、加熱して挟圧することで成形を行う熱可塑性素材の成形方法であって、
   前記熱可塑性素材を挟圧する方向に前記第１成形型を付勢する与圧軸の当該第１成形型に対する接近の開始から前記与圧軸の変位量を監視するステップと、
   前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が接近する方向から離間する方向に転じた第１ピーク点を前記与圧軸の前記第１成形型に対する当接点と判定するステップと、
   を含むことを特徴とする熱可塑性素材の成形方法。
2. 第１成形型と第２成形型の間に熱可塑性素材を挟持し、加熱して挟圧することで成形を行う熱可塑性素材の成形方法であって、
   前記熱可塑性素材を挟圧する方向に前記第１成形型を付勢する与圧軸の当該第１成形型に対する当接点から前記与圧軸の変位量を監視するステップと、
   前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が離間する方向から接近する方向に転じた第２ピーク点に基づいて前記熱可塑性素材の加熱状態を判定するステップと、
   を含むことを特徴とする熱可塑性素材の成形方法。
3. 請求項２記載の熱可塑性素材の成形方法において、
   前記当接点は、前記与圧軸の前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が接近する方向から離間する方向に転じた第１ピーク点であり、
   前記第１ピーク点から前記第２ピーク点の間、または前記第２ピーク点の通過後の前記与圧軸の位置を前記熱可塑性素材の加熱工程完了高さ位置に設定し、前記加熱工程完了高さ位置で前記熱可塑性素材の成形温度への加熱が完了したと見なすことを特徴とする熱可塑性素材の成形方法。
4. 熱可塑性素材を挟持して対向する第１成形型および第２成形型を、前記熱可塑性素材を挟圧する方向に付勢する与圧軸と、
   前記第１成形型および第２成形型を加熱する加熱手段と、
   前記与圧軸の変位量を計測する変位計測手段と、
   前記変位量の方向の変化を判定する判定手段と、
   を含むことを特徴とする熱可塑性素材の成形装置。
5. 請求項４記載の熱可塑性素材の成形装置において、
   前記判定手段は、前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が接近する方向から離間する方向に転じた第１ピーク点を前記与圧軸の前記第１成形型に対する当接点と判定することを特徴とする熱可塑性素材の成形装置。
6. 請求項５記載の熱可塑性素材の成形装置において、
   前記判定手段は、前記第１ピーク点を通過した後、前記変位量が、前記第１成形型と第２成形型が離間する方向から接近する方向に転じた第２ピーク点に基づいて前記熱可塑性素材の加熱状態を判定することを特徴とする熱可塑性素材の成形装置。
7. 請求項６記載の熱可塑性素材の成形装置において、
   前記判定手段は、前記第１ピーク点から前記第２ピーク点の間、または前記第２ピーク点の通過後の前記与圧軸の位置で、前記熱可塑性素材の成形温度への加熱が完了したと判定することを特徴とする熱可塑性素材の成形装置。
8. 請求項６記載の熱可塑性素材の成形装置において、
   前記熱可塑性素材を挟持した前記第１成形型および第２成形型からなる成形ユニットを所定の成形温度まで加熱する加熱ステージと、前記成形温度まで加熱された前記成形ユニットを与圧して前記熱可塑性素材を成形する加圧ステージと、成形後の前記成形ユニットを冷却する冷却ステージと、を備え、
   前記加熱ステージの前記与圧軸の位置が、前記第１ピーク点から前記第２ピーク点の間、または前記第２ピーク点の通過後の位置に到達した時点で、前記成形ユニットを、当該加熱ステージから前記加圧ステージに移動させることを特徴とする熱可塑性素材の成形装置。
9. 請求項６記載の熱可塑性素材の成形装置において、
   一つの前記与圧軸にて、前記熱可塑性素材の加熱、加圧および冷却を行う構成の場合、前記加熱ステージの前記与圧軸の位置が、前記第１ピーク点から前記第２ピーク点の間、または前記第２ピーク点の通過後の位置に到達した時点で、前記加熱から前記加圧に移行させることを特徴とする熱可塑性素材の成形装置。
10. 第１成形型と第２成形型の間に挟持された熱可塑性素材を加熱して挟圧することで成形を行う熱可塑性素材の成形装置に備えられた情報処理手段の制御プログラムであって、
    前記情報処理手段に、
    前記熱可塑性素材を挟圧する方向に前記第１成形型を付勢する与圧軸の当該第１成形型に対する接近の開始から前記与圧軸の変位量を監視するステップと、
    前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が接近する方向から離間する方向に転じた第１ピーク点を前記与圧軸の前記第１成形型に対する当接点と判定するステップと、
    を実行させることを特徴とする制御プログラム。
11. 第１成形型と第２成形型の間に挟持された熱可塑性素材を加熱して挟圧することで成形を行う熱可塑性素材の成形装置に備えられた情報処理手段の制御プログラムであって、
    前記情報処理手段に、
    前記熱可塑性素材を挟圧する方向に前記第１成形型を付勢する与圧軸の当該第１成形型に対する当接点から前記与圧軸の変位量を監視する第１ステップと、
    前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が離間する方向から接近する方向に転じた第２ピーク点に基づいて前記熱可塑性素材の加熱状態を判定する第２ステップと、
    を実行させることを特徴とする制御プログラム。
12. 請求項１１記載の制御プログラムにおいて、
    前記第１ステップの前記当接点は、前記与圧軸の前記変位量が前記第１成形型と第２成形型が接近する方向から離間する方向に転じた第１ピーク点であり、
    前記第２ステップでは、前記第１ピーク点から前記第２ピーク点の間、または前記第２ピーク点の通過後の位置に前記与圧軸の位置が到達した時点で前記熱可塑性素材の成形温度への加熱が完了したと判定することを特徴とする制御プログラム。