JP2009149467A - 熱可塑性素材成形方法、熱可塑性素材成形装置、成形プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性素材が実装される成形型の異常に起因する障害や性能の劣化を確実に防止し、品質の高い成形品を製造する。
【解決手段】複数の加熱ステージ２０ａ、加圧ステージ２０ｂ、冷却ステージ２０ｃを含む成形スペース８に熱可塑性素材が実装された型ユニット４０を投入し、加熱、加圧、冷却の各工程により所望の成形品を得る成形装置１０において、成形スペース８に投入される型ユニット４０が通過する成形予備室１に、投入前の型ユニット４０の高さを測定する高さ測定機構３を設け、制御装置４は、型ユニット４０の高さ測定値Ｈが、既定の正常な値から逸脱している場合には、投入を中止し、投入前排出スペース６に排除することで、異常な型ユニット４０が成形スペース８に投入されることに起因する当該型ユニット４０や成形装置１０の障害や性能劣化の発生を未然に防止し、品質の高い成形品を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性素材成形技術に関し、たとえばガラスや樹脂等の熱可塑性素材の型成形による成形技術に関する。

たとえば、特許文献１に記載されているように、レンズやプリズムなどの光学素子の製造分野では、非球面等の複雑な光学面形状を有する光学素子の量産化が比較的容易な型成形による製造技術が一般化している。

すなわち、この特許文献１では、筒状の胴型と、この胴型の両端から挿入された上型および下型からなる成形ブロック（型セットとも称される）を用い、この成形ブロックにおける上型および下型の間に、ガラス等からなる光学素子素材（プリフォーム）を保持させ、予熱、プレス、冷却の各ステージにおける上下一対のプレスヘッドの間に成形ブロックを配置して挟持または挟圧することで、成形ブロックの加熱、加圧、冷却の加工工程を順次実行して上型および下型の対向面の形状が光学機能面として転写された光学素子を成形するものである。

ところで、このような型セットを用いる成形工程では、各ステージにおける温度や加圧力等が比較的精密に設定されているため、たとえば誤った材質やサイズのプリフォームの実装や、誤った組合せの上型や下型の組み付けが行われると、型セットや、成形装置の各ステージを構成する押圧機構および加熱機構等に大きな負荷が掛かり、型セットや装置の破損・品質の劣化等の障害の原因となる。また、適切な組み合わせの型セットを使用しても、繰り返し成形を行うと、型セットの酸化・化学的変化・ガラスの揮発物質の堆積・磨耗やその他の理由で性能が劣化することが一般的である。型セットの性能が劣化すると成形品はクモリ、焼きつき、肉厚不良などの不良を発生させるか、もしくはそれらの不良を発生させやすい状態になる。

このように型セットや成形装置の異常によって性能の劣化が誘発されると、製造される光学素子の外観・寸法精度などの品質の劣化を招く、という技術的課題がある。
特開２００１−５８８３７号公報

本発明の目的は、熱可塑性素材が実装される成形型の異常に起因する障害や性能の劣化を確実に防止し、品質の高い成形品を高い歩留まりで製造することが可能な熱可塑性素材成形技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、成形型を用いる熱可塑性素材の成形工程において前記成形型の異常を検知したとき、前記成形工程の中止および前記成形型の前記成形工程からの排除の少なくとも一方を実行する熱可塑性素材成形方法を提供する。

本発明の第２の観点は、成形型に実装された熱可塑性素材の成形行う成形機構部と、
前記成形型の異常を検出する異常検出部と、
前記異常検出部から出力される前記異常の有無に基づいて前記成形機構部を制御する成形制御部と、
を含む熱可塑性素材成形装置を提供する。

本発明の第３の観点は、成形型を用いる熱可塑性素材の成形工程を制御する成形プログラムであって、
前記成形型の異常の有無を監視するステップと、
前記異常を検知したとき、前記成形工程の中止および前記成形型の前記成形工程からの排除の少なくとも一方を行うステップと、
をコンピュータに実行させる成形プログラムを提供する。

本発明によれば、熱可塑性素材が実装される成形型の異常に起因する障害や性能の劣化を確実に防止し、品質の高い成形品を高い歩留まりで製造することが可能な熱可塑性素材成形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成形方法を実施する成形装置の構成の一例を示す一部破断斜視図であり、図２は、本実施の形態の成形装置の一部を取り出して例示する側面図である。図３は、正常状態の型ユニットと、各種の異常状態の型ユニットを対照して例示した側面図である。図４は、本実施の形態１の熱可塑性素材成形方法の作用の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態の成形装置１０は、成形予備室１、高さ測定機構３（異常検出部）、制御装置４（成形制御部）、投入竿５、投入前排出スペース６、送り竿７（移動機構）、成形スペース８（成形機構部）、回収皿９、を備えている。

成形スペース８には、複数の加熱ステージ２０ａ（単位工程）、加圧ステージ２０ｂ（単位工程）、複数の冷却ステージ２０ｃ（単位工程）が、外部から投入される後述の型ユニット４０（成形型）の移動方向に沿って配列されている。

加熱ステージ２０ａ、加圧ステージ２０ｂ、冷却ステージ２０ｃの各々は、下側温調プレート２１、上側温調プレート２２、シリンダ２３を備えている。
下側温調プレート２１および上側温調プレート２２は、到来する型ユニット４０の下型４２および上型４３を上下の対向方向に挟持して、所定の温度に加熱あるいは冷却する動作を行う。

上側温調プレート２２は、シリンダ２３の下端に支持されて昇降し、下側温調プレート２１との間で型ユニット４０を所望の荷重で挟持したり、挟圧して加圧する動作が可能になっている。

この場合、複数の加熱ステージ２０ａでは、下側温調プレート２１および上側温調プレート２２は、所望の当接荷重で型ユニット４０を挟持して段階的に成形温度まで加熱する動作を行う。

また、加圧ステージ２０ｂでは、所望の成形温度に加熱した状態で、下側温調プレート２１および上側温調プレート２２で、所望の成形荷重を型ユニット４０の下型４２および上型４３に加える加圧成形動作が行われる。

冷却ステージ２０ｃでは、下側温調プレート２１と上側温調プレート２２の間に型ユニット４０を挟持して上述の成形温度から室温程度まで段階的に冷却する動作が行われる。
この成形スペース８に対する型ユニット４０の投入側には、成形予備室１が配置され、払い出し側には、回収皿９が配置されている。

図３の左端に例示されるように、本実施の形態の型ユニット４０は、筒状の胴型４１と、この胴型４１の中で成形面４２ａおよび成形面４３ａが対向するように上下方向に挿入された下型４２および上型４３を備えている。

この場合、成形面４２ａおよび成形面４３ａは、凹面形状であり、この型ユニット４０によってプリフォーム５０から成形される成形品としての光学素子は、両凸レンズである。

そして、この下型４２と上型４３の間には、所望の硝材料からなるプリフォーム５０が装填された状態に組み立てられる。
この型ユニット４０の左端の正常な組立状態では、型ユニット４０の高さ寸法は、正常高さＨ０となる。

一方、たとえば、上型４３の代わりに、誤って凸面の成形面４４ａを有する上型４４が用いられた異常例４０Ａの場合、型ユニット４０の高さは、正常高さＨ０よりも高いＨ１となる。

同様に、本来のプリフォーム５０の代わりに、口径の大きな誤ったプリフォーム５１を用いて型ユニット４０が組み立てられた異常例４０Ｂの場合、型ユニット４０の高さは、正常高さＨ０とは異なるＨ２となる。

また、右端の異常例４０Ｃの型ユニット４０では、構成要素は全て正常であるが、上型４３の胴型４１に対する偏心や傾斜等に起因して、成形面４３ａがプリフォーム５０に対する当接位置よりも高い位置に固着した異常状態となっており、この場合の型ユニット４０の高さＨ３も上述の正常高さＨ０とは異なる。

上述の異常例４０Ａ〜４０Ｃのような異常な型ユニット４０が成形スペース８に投入されると、上述のような様々な障害の一因となるので、本実施の形態では、後述のように、成形スペース８の前段の成形予備室１に配置された高さ測定機構３により、成形スペース８に投入される前の型ユニット４０の高さ測定値Ｈを測定して、異常な高さの型ユニット４０が成形スペース８に投入されることを抑止する。

すなわち、図２に例示されるように、本実施の形態の高さ測定機構３は、当接プレート３ａ、シリンダ３ｂ、測長針３ｃ、シリンダ位置検出板３ｄ、ケーブル３ｅを備えている。

シリンダ３ｂは、当接プレート３ａを昇降させ、このシリンダ３ｂの昇降位置（すなわち、当接プレート３ａの下面と成形予備室１の床面との間の距離）は、当該シリンダ３ｂの側面に固定されたシリンダ位置検出板３ｄを介して測長針３ｃにて検出され、ケーブル３ｅを介して制御装置４に伝達される構成となっている。

制御装置４は、加熱ステージ２０ａ、加圧ステージ２０ｂ、冷却ステージ２０ｃや、送り竿７、投入竿５等の成形装置１０の全体を制御する機能を備えている。
本実施の形態の場合、制御装置４は、たとえばマイクロコンピュータで構成され、記憶装置３１に格納された成形プログラム３２を実行することによって、後述のような成形装置１０や高さ測定機構３の制御を実現する。

記憶装置３１には、管理テーブル３３が設けられ、たとえば、型ユニット４０の高さ測定で判定基準となる正常高さＨ０や、閾値等の情報が設定され、型ユニット４０（成形プログラム３２）は、この情報に基づいて、成形予備室１に到来する型ユニット４０の高さの異常判定等を行う。

また、管理テーブル３３には、成形装置１０に投入される複数の型ユニット４０を管理するための情報も必要に応じて格納される。
特に図示しないが、本実施の形態の成形装置１０の場合、型ユニット４０の出口側の回収皿９と、型ユニット４０の供給側の成形予備室１との間には、型ユニット４０の搬送経路および型ユニット４０に対するプリフォーム５０と、当該プリフォーム５０から成形された図示しない成形品（光学素子）との入れ替えを行う入れ替え機構（オートローダー）等が設けられた、いわゆる循環型の成形装置１０となっている。

このため、型ユニット４０は、成形品の取り出しとプリフォーム５０の装填による入れ替え工程を経て反復して成形装置１０に投入される。
以下、本実施の形態１の作用について説明する。

図示しない入れ替え機構から搬送路を経て成形予備室１に投入された型ユニット４０は、高さ測定機構３により高さ情報（高さ測定値Ｈ）が取得され制御装置４に入力される。取得された高さ測定値Ｈによって制御装置４は、型ユニット４０を成形スペース８に投入するか、投入前排出スペース６に排除するか等の移動工程を決定する。

成形予備室１における型ユニット４０の高さの測定は、上述の図２のようにして行われる。
高さ測定機構３では、制御装置４は、シリンダ３ｂを介して、成形予備室１に到来した型ユニット４０の上型４３の上端面に当接するまで当接プレート３ａを降下させる。

そして、下端に当接プレート３ａが固定されたシリンダ３ｂの外側に固定された、予め当接プレート３aの下面と下側温調プレート２１を接地させたときをスケールの原点とした測長針３ｃが、シリンダ３ｂに取り付けられたシリンダ位置検出板３ｄの位置、すなわち、現在の型ユニット４０の高さ測定値Ｈを測長し、ケーブル３ｅを介して制御装置４に送る。測定値Hの精度を上げるために定期的に当接プレート３aと下側温調プレート２１を接触させてスケールの原点リセットすることが望ましい。

上述の図３に例示したように、型ユニット４０に対するプリフォーム５０の組み込み工程では、作業管理ミスや作業者のミス等により、間違えた型（上型４４）を組み付けることや（異常例４０Ａ）、間違えたプリフォーム５１を組むことや（異常例４０Ｂ）、型の嵌合やプリフォーム５０の偏心などにより正しく組めていない場合（異常例４０Ｃ）等の異常が発生する可能性がある。このとき適切な型の組み合わせの正常高さＨ０と比べ、高さが変わる（Ｈ１〜Ｈ３）。

本実施の形態では、高さ測定機構３により取得された型ユニット４０の高さ測定値Ｈが、制御装置４に入力された正常な所望高さの範囲内（正常高さＨ０±許容値の範囲内）の値でなければ、当該型ユニット４０は、投入竿５により成形スペース８の成形工程に投入されることなく、投入前排出スペース６へ送られる。

すなわち、本実施の形態では、正常高さＨ０および許容値の情報を、予め決定して制御装置４に入力し、制御装置４は、この情報を管理テーブル３３に記憶している。
高さ測定機構３により取得された高さ測定値Ｈが、制御装置４に入力された許容範囲内の値であれば、制御装置４は、成形予備室１に投入された型ユニット４０は所望の正常な型ユニット４０であると認識し、投入竿５により成形スペース８へ送り込み、加熱ステージ２０ａ、加圧ステージ２０ｂ、冷却ステージ２０ｃを順次、送り竿７によって移動させることによる成形工程を実行させ、成形完了後に回収皿９に排出させる。

そして、回収皿９に排出された型ユニット４０は、内部の図示しない成形品と新たなプリフォーム５０とを入れ替えられた後、再び、成形予備室１に投入される。
このように、本実施の形態の成形装置１０では、異常な高さ測定値Ｈの型ユニット４０型を、成形予備室１において検出することにより、たとえば、目的の下型４２および上型４３やプリフォーム５０の選択ミス、胴型４１に対する下型４２、上型４３の嵌合における偏心などの型組みミスなどが発生している異常な型ユニット４０の成形スペース８への投入による当該型ユニット４０や成形装置１０の劣化や破損、さらにはプリフォーム５０等の熱可塑性素材の成形不良を確実に防ぐことができる。

なお、制御装置４に正常な所望高さ情報を入力していない場合で、新規の型ユニット４０を成形装置１０に投入すると、正常な場合でも未知の型ユニット４０として投入前排出スペース６に排出されるが、このとき測長された当該型ユニット４０の高さＨ０を正常高さ情報として、許容範囲情報等と合わせて上述のように制御装置４に入力することで、以降の成形では、正常な型ユニット４０と認識されるようになる。

上述の本実施の形態の制御装置４（成形プログラム３２）による一連の制御動作の一例を図４のフローチャートに示す。
まず、成形プログラム３２を実行する制御装置４は、型ユニット４０から得られる高さ測定値Ｈの判定のための基準情報の外部からの入力を受け付け、管理テーブル３３に設定する（ステップ１０１）。

この場合、正常高さＨ０よりも所定の許容値だけ大きい上側高さ閾値ＴＨ（基準値）と、正常高さＨ０よりも所定の許容値だけ小さい下側高さ閾値ＴＬ（基準値）が設定される。

次に、成形予備室１への型ユニット４０の到来を待ち（ステップ１０２）、到来が検出されたたら、到来した型ユニット４０の識別情報（たとえば、成形装置１０に対する投入順序等の情報や、予め型ユニット４０に割り当てられている識別情報）を認識する（ステップ１０３）。

その後、成形予備室１に位置する型ユニット４０の高さ測定値Ｈを、高さ測定機構３を介して測定する（ステップ１０４）。
そして、得られた高さ測定値Ｈが上側高さ閾値ＴＨおよび下側高さ閾値ＴＬの間の許容範囲に収まっているか否かを判定する（ステップ１０５）。

高さ測定値Ｈが許容範囲内の場合には、投入竿５によって当該型ユニット４０を成形スペース８に投入して成形工程を実行する（ステップ１０６）。
そして、現在の型ユニット４０が最後でない場合は（ステップ１０７）、上述のステップ１０２以降の処理を反復する。

一方、上述のステップ１０５で、高さ測定値Ｈが許容範囲外と判定され、型ユニット４０の高さが異常な場合には、型ユニット４０を投入前排出スペース６に移動させて成形工程から排除するとともに（ステップ１０８）、排除された型ユニット４０の識別情報を管理テーブル３３に記録して（ステップ１０９）、上述のステップ１０７に戻る。

このように、本実施の形態によれば、プリフォーム５０が実装された型ユニット４０の異常の有無を、その高さ測定値Ｈに基づいて、成形スペース８に投入される前に判定し、異常な型ユニット４０は、投入前排出スペース６に排除されるので、異常な型ユニット４０が、成形スペース８に投入されることに起因する、成形装置１０や型ユニット４０の損傷等の障害や、型ユニット４０における成形面４２ａ、成形面４３ａ等の性能の劣化を確実に防止し、プリフォーム５０から品質の高い成形品を製造することができる。

なお、上述の下側高さ閾値ＴＬおよび上側高さ閾値ＴＨよりも厳格な基準値を用いた判定により、成形スペース８への投入は可能であるが、メンテナンスの実施が望ましいと判断される軽度の異常の型ユニット４０を識別して、予防保守・点検を行わせるようにしてもよい。
（実施の形態２）
図５は、本発明の他の実施の形態である熱可塑性素材成形方法を実施する成形装置の構成例を示す一部破断斜視図であり、図６は、その作用の一例を示す線図である。

本実施の形態２では、成形スペース８に投入された後の型ユニット４０の各工程における高さの推移を監視して異常の有無を判定する例について説明する。
なお、図５において、上述の図１の構成と共通する部分については、共通の符号を付して説明は割愛する。

この成形装置１０Ａの場合、加熱ステージ２０ａ、加圧ステージ２０ｂ、冷却ステージ２０ｃの各々を構成するシリンダ２３に、上述の高さ測定機構３が設置されており、各ステージにおける型ユニット４０の高さ変化を制御装置４から監視することが可能になっている。

また、成形スペース８には、送り竿７の他に、危険回避竿１２が設けられているとともに、回収皿９の側には、当該回収皿９とは別な危険回避皿１１が設けられている。
そして、成形スペース８における成形工程中に異常が検出された型ユニット４０を、危険回避竿１２によって通常の移送経路から排除して、危険回避皿１１に排出することが可能な構成となっている。

なお、この成形装置１０Ａの場合、成形予備室１に、上述の実施の形態１に例示した高さ測定機構３および投入前排出スペース６を併せて設け、成形スペース８への投入前における型ユニット４０の高さ異常の判定や、異常と判定された型ユニット４０の排除を併用してもよい。

型ユニット４０は成形予備室１を経由して投入竿５により成形スペース８へ投入され、成形工程が開始される。
上述のように、成形スペース８の成形工程は、加熱ステージ２０ａ、加圧ステージ２０ｂ、冷却ステージ２０ｃの各工程に別れ、それぞれの工程別にステージが用意されており、一定時間が経過すると型ユニット４０は送り竿７により次のステージへ送られる。

全てのステージを経た型は送り竿７により回収皿９に排出される。排出された後、プリフォーム５０から成形された成形品が所望の形状や外観になっているかを確認する。これを繰り返し、所望の形状および外観を満たした成形品が安定して成形できるかを確認し、図６に例示されるように、安定して成形できている正常状態での成形中の各ステージのシリンダ２３（型ユニット４０）の高さ時間変化基準曲線Ｇ０を制御装置４が、管理テーブル３３に設定される。

以降に投入された型ユニット４０のシリンダ高さの高さ時間変化曲線Ｇ１が、取得した高さ時間変化基準曲線Ｇ０から一定値を超えて離れた場合（その時刻の正常高さＨ０に対して第１上側高さ閾値ＴＨ１（第１基準値）よりも大きいか、第１下側高さ閾値ＴＬ１（第１基準値）よりも小さい場合）に、制御装置４は当該型ユニット４０に異常ありと判定して、上側温調プレート２２を型ユニット４０から離間させ、危険回避竿１２を作動させて型ユニット４０を回収し、危険回避皿１１へと排出する。他の型ユニット４０が同時に他のステージ内で成形されている場合、当該他の型ユニット４０は成形を続行させる。

なお、あるステージで型ユニット４０に異常が検出された場合、当該ステージの動作を停止して移送のタイミングまで待機し、当該異常の型ユニット４０を次のステージで移送し、移送先のステージでは当該型ユニット４０を次に移送するタイミングまで不動作にて待機する動作を各ステージで行うこともできる。

この場合には、一旦異常が発生した型ユニット４０については、当該ステージでの成形動作が中止されるとともに、移動先の下流側のステージでは、他の正常な型ユニット４０の移送に同期した移送動作のみが実行され、成形動作は行われずに成形スペース８の出口に至る。そして、成形スペース８の出口で、危険回避竿１２により異常の型ユニット４０を危険回避皿１１に排出させる。

このように、成形中の型ユニット４０には、適正な高さ時間変化（高さ時間変化基準曲線Ｇ０）があり、本実施の形態２の場合には、それを逸脱した異常な型ユニット４０を検知することで、たとえば、プリフォーム５０を構成するガラス材料の粘度の過不足や、プリフォーム５０の硝材の選択ミス、体積の設定ミスなどによる型ユニット４０および成形装置１０Ａの破損や劣化等の障害を確実に防止することができる。
（実施の形態３）
上述の実施の形態２では、第１下側高さ閾値ＴＬ１および第１上側高さ閾値ＴＨ１によって、型ユニット４０の高さ測定値Ｈを評価して異常の有無を判定していたが、この実施の形態３では、重大な異常ではないが、予防保守の意味でメンテナンスを実施することが望ましい程度の軽度の型ユニット４０の異常を、比較的厳格な第２下側高さ閾値ＴＬ２（第２基準値）および第２上側高さ閾値ＴＨ２（第２基準値）によって高さ測定値Ｈを評価することで判定する。

上述の実施の形態２と同様に、安定して連続成形できている状態での成形中の各ステージのシリンダ２３（型ユニット４０）の高さ時間変化基準曲線Ｇ０（図６）を制御装置４が管理テーブル３３に記録する。

以降に投入された型ユニット４０における高さ時間変化曲線Ｇ１が、既定の高さ時間変化基準曲線Ｇ０から一定値を超えて離れるが（第２下側高さ閾値ＴＬ２≧高さ測定値Ｈ、または高さ測定値Ｈ≧第２上側高さ閾値ＴＨ２）、許容値に収まっている（第１下側高さ閾値ＴＬ１≦高さ測定値Ｈ≦第１上側高さ閾値ＴＨ１）限り、軽度の異常として成形を続行する。

全ステージの成形工程を経たあと、当該軽度の異常と判定された型ユニット４０は、危険回避竿１２により危険回避皿１１へ移動する。この型ユニット４０はメンテナンスを行ってから、成形工程に戻す等の予防保守が行われる。

たとえば、型ユニット４０を成形装置１０Ａで反復使用して連続して成形を行う際、型ユニット４０が酸化・化学的変化・ガラスの揮発物質の堆積・磨耗やその他の理由により劣化する。この劣化が進むと、胴型４１と下型４２および上型４３との焼きつきや、成形面４２ａおよび成形面４３ａのクモリ、さらには、光軸中心における成形圧寸法の精度不良等の原因となる。

すなわち、致命的ではないまでも、適正な高さ時間変化基準曲線Ｇ０を逸脱した高さ測定値Ｈが観測された場合、当該型ユニット４０が劣化していると考えられ、メンテナンスするタイミングを検知して予防保守を実現することができる。

メンテナンスを要する程度の軽度の異常の検出時期の型ユニット４０では、不良も出やすいが良品も出る余地もあるため、成形を中止することはせずに、成形スペース８からの排出時のみ危険回避皿１１へ送ることとする。

図７は、上述の実施の形態２および実施の形態３の作用をまとめて例示したフローチャートである。なお、この図７のフローチャートは、簡単のため一つのステージに関する制御装置４（成形プログラム３２）の制御動作に着目したものであり、複数のステージでは、以下の動作が並行して行われる。

まず、制御装置４は、高さ時間変化基準曲線Ｇ０、および第１上側高さ閾値ＴＨ１、第１下側高さ閾値ＴＬ１、第２上側高さ閾値ＴＨ２、第２下側高さ閾値ＴＬ２の情報の入力を受け付け、管理テーブル３３に設定する（ステップ１２１）。

その後、自ステージに対する型ユニット４０の到来を待ち（ステップ１２２）、到来したら、所定の荷重で上側温調プレート２２を型ユニット４０に当接させて下側温調プレート２１と上側温調プレート２２の間で型ユニット４０を挟持する（ステップ１２３）。

そして、型ユニット４０の高さ測定値Ｈの時間変化を観測する（ステップ１２４）。
そして、その時刻における高さ測定値Ｈが、第１上側高さ閾値ＴＨ１、第１下側高さ閾値ＴＬ１から逸脱したか否かを判別する判定を行う（ステップ１２５）。

そして、逸脱していると判定された場合には、当該ステージにおける動作を中止して（ステップ１２９）、上側温調プレート２２を型ユニット４０から離間させるとともに、危険回避竿１２によって型ユニット４０を排除し（ステップ１３０）、排除された型ユニット４０の識別情報を記録して（ステップ１３１）、ステップ１２２に戻る。

一方、上述のステップ１２５で、重大な異常なしと判定された場合には、さらに、第２下側高さ閾値ＴＬ２および第２上側高さ閾値ＴＨ２を用いて高さ測定値Ｈを評価することで、メンテナンスが必要な軽度の異常か否かを判定し（ステップ１２６）、メンテナンス要と判定された場合には、管理テーブル３３の当該型ユニット４０の管理情報にメンテナンス要の情報を設定して（ステップ１３２）、ステップ１２３に戻り、成形および計測動作を続行する。

また、ステップ１２６で、軽度の異常でもないと判定された場合、及びステップ１２７の後には、現在のステージでの工程完了か否かを判定し（ステップ１２７）、未完の場合には、ステップ１２３に戻って成形および計測を継続し、完了の場合には、型ユニット４０を次のステージに移動させ（ステップ１２８）、ステップ１２２に戻って次の型ユニット４０の到来を待つ。

このように、厳格さの異なる複数の判定基準にて型ユニット４０の高さ変化を評価して異常の有無を判別することで、より多様な型ユニット４０や成形品の品質管理を実現できる。
（実施の形態４）
図８は、本発明のさらに他の実施の形態である熱可塑性素材成形方法の作用を示す線図である。

上述の各実施の形態では、型ユニット４０の高さの情報に注目して異常の有無を判別する例を示したが、以下の本実施の形態４では、型ユニット４０の温度の変化に着目して異常の有無を判別する例を示す。

各ステージにおける温度の計測方法としては、上述の高さ測定機構３の代わりに、個々のステージにおける上側温調プレート２２および下側温調プレート２１の少なくとも一方の温度を測定する温度測定器１３（異常検出部）を設けている。この場合、一例として、上側温調プレート２２の温度変化を測定するものとする。

あるいは、型ユニット４０の加熱制御のために、下側温調プレート２１および上側温調プレート２２の各々の図示しない温度制御系に備わっている、帰還ループ制御による温度制御のための温度検出機能から得られる測定値を用いてもよい。

加熱ステージ２０ａ、加圧ステージ２０ｂ、冷却ステージ２０ｃの各工程の下側温調プレート２１および上側温調プレート２２の温度は、上流側の工程から到来する型ユニット４０に触れる際に、型ユニット４０との温度差があるため、下側温調プレート２１および上側温調プレート２２の温度が経時変化する。

上述の実施の形態２と同様に、図８に例示されるように、安定して連続的に成形できている正常状態での各ステージにおける上側温調プレート２２の経時温度変化を示すプレート温度時間変化基準曲線Ｇ１０を温度測定器１３によって計測して制御装置４が管理テーブル３３に記憶する。

そして、制御装置４は、以降に投入された型ユニット４０のプレート温度時間変化曲線Ｇ１１が、既定のプレート温度時間変化基準曲線Ｇ１０から一定値を超えて離れた場合（その時点の温度測定値Ｔが、第１下側温度閾値ＴＬ３（第１基準値）≦Ｔ≦第１上側温度閾値ＴＨ３（第１基準値）を満たさない場合）、上側温調プレート２２を型ユニット４０から離間させて可動状態にした後、危険回避竿１２を作動させて型ユニット４０を回収し、危険回避皿１１へと排出する。このとき、他の型ユニット４０型が他のステージで同時に並行して成形されている場合、他の型ユニット４０は成形を続ける。

成形中の型ユニット４０には、適正なプレート温度時間変化（プレート温度時間変化基準曲線Ｇ１０）の特性があり、本実施の形態４では、それを逸脱した異常な型ユニット４０を制御装置４が検知して排除することで、プリフォーム５０を構成するガラス材料の粘度の過不足や、プリフォーム５０の硝材の選択ミス、体積の設定ミスなどによる型ユニット４０や成形装置１０Ａの劣化や破損等の障害を防止できる。
（実施の形態５）
上述の実施の形態４では、第１上側温度閾値ＴＨ３および第１下側温度閾値ＴＬ３によって、型ユニット４０の温度測定値Ｔを評価して異常の有無を判定していたが、この実施の形態５では、重大な異常ではないが、予防保守の意味でメンテナンスを実施することが望ましい程度の軽度の型ユニット４０の異常を、比較的厳格な第２上側温度閾値ＴＨ４（第２基準値）および第２下側温度閾値ＴＬ４（第２基準値）によって温度測定値Ｔを評価することで判定する。

上述の実施の形態４と同様に、制御装置４は、安定して成形できている正常状態での成形中の各ステージのプレート温度時間変化基準曲線Ｇ１０（図８）を温度測定器１３によって測定して制御装置４に記憶する。

以降に投入された型ユニット４０について、任意のステージのプレート温度時間変化曲線Ｇ１１（Ｔ）が、既定のプレート温度時間変化基準曲線Ｇ１０から一定値（第２下側温度閾値ＴＬ４および第２上側温度閾値ＴＨ４）以上離れるが、許容値（第１下側温度閾値ＴＬ３および第１上側温度閾値ＴＨ３）に収まっている限り、成形を続行する。そして、成形スペース８の全ステージの工程を経たあと、危険回避竿１２により危険回避皿１１へ移動する。この場合の型ユニット４０はメンテナンスを行ってから成形を行う必要がある。

反復かつ連続して成形を行う際、型ユニット４０が酸化や磨耗などの原因により劣化する。劣化が進むと、胴型４１に対する下型４２および上型４３の焼きつきや、成形面４２ａ、成形面４３ａのクモリ、成形品である光学素子の光軸部における厚さ寸法の精度不良の原因となる。

温度測定値Ｔに関するプレート温度時間変化曲線Ｇ１１が、プレート温度時間変化基準曲線Ｇ１０における適正な高さ時間変化（この場合、第２下側温度閾値ＴＬ４および第２上側温度閾値ＴＨ４）を超えた場合、たとえ、許容値（第１下側温度閾値ＴＬ３および第１上側温度閾値ＴＨ３）に収まっていたとしても、型ユニット４０が劣化していると考えられ、このような劣化した型ユニット４０のメンテナンスするタイミングを検知して、障害を未然に防止する予防保守を実現することができる。

なお、劣化（メンテナンス要）が検出された型ユニット４０では、不良も出やすいが良品も出る余地もあるため、本実施の形態では、制御装置４は、異常が検出された段階では成形を中止せずに、成形スペース８からの排出時に型ユニット４０を危険回避皿１１へ送る。

図９は、上述の実施の形態４および実施の形態５の作用をまとめて例示したフローチャートである。なお、この図９のフローチャートは、簡単のため一つのステージに関する制御装置４（成形プログラム３２）の制御動作に着目したものであり、複数のステージでは、以下の動作が並行して行われる。

まず、制御装置４は、プレート温度時間変化曲線Ｇ１１およびこのプレート温度時間変化曲線Ｇ１１の任意の時刻における正常温度Ｔ０からの逸脱の度合いを判定する第１下側温度閾値ＴＬ３、第１上側温度閾値ＴＨ３および第２下側温度閾値ＴＬ４、第２上側温度閾値ＴＨ４の情報の入力を受け付け、管理テーブル３３に記憶する（ステップ１４１）。

その後、自ステージに対する型ユニット４０の到来を待ち（ステップ１４２）、到来したら、所定の荷重で上側温調プレート２２を型ユニット４０の上型４３に当接させて下側温調プレート２１と上側温調プレート２２の間で型ユニット４０を挟持する（ステップ１４３）。

そして、型ユニット４０に接する上側温調プレート２２のプレート温度時間変化曲線Ｇ１１を観測する（ステップ１４４）。
そして、その時刻における温度測定値Ｔが、第１下側温度閾値ＴＬ３、第１上側温度閾値ＴＨ３から逸脱したか否かを判別する厳格な判定を行う（ステップ１４５）。

そして、逸脱していると判定された場合には、当該ステージにおける動作を中止して（ステップ１４９）、上側温調プレート２２を型ユニット４０から離間させて可動状態にするとともに、危険回避竿１２によって型ユニット４０を排除し（ステップ１５０）、排除された型ユニット４０の識別情報を記録して（ステップ１５１）、ステップ１４２に戻る。

一方、上述のステップ１４５で、重大な異常なしと判定された場合には、さらに、厳格な第２下側温度閾値ＴＬ４および第２上側温度閾値ＴＨ４を用いて、メンテナンスが必要な軽度の異常か否かを判定し（ステップ１４６）、メンテナンス要と判定された場合には、管理テーブル３３の当該型ユニット４０の管理情報にメンテナンス要の情報を設定する（ステップ１５２）。

また、ステップ１４６で、軽度の異常でもないと判定された場合、及びステップ１５２の後では、現在のステージでの工程完了か否かを判定し（ステップ１４７）、未完の場合には、ステップ１４３に戻って成形および温度計測を継続し、完了の場合には、型ユニット４０を次のステージに移動させて（ステップ１４８）、上述のステップ１４２に戻って、次の型ユニット４０の到来を待つ。

このように、成形スペース８における成形工程中の型ユニット４０の温度変化を厳格さの異なる複数の基準にて評価して異常の有無を判定することで、型ユニット４０や成形品の多様な品質管理や的確な予防保守を実現できる。

以上説明したように、本発明の各実施の形態によれば、プリフォーム５０等の熱可塑性素材が実装される型ユニット４０の異常に起因する型ユニット４０や成形装置１０、成形装置１０Ａの障害や性能の劣化を確実に防止し、品質の高い光学素子等の成形品を高い歩留まりで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、成形装置１０に単一の型ユニット４０を投入して可動させている状況において、型ユニット４０が異常と判定された場合、その型ユニット４０の存在する成形工程の各ステージにおいて当該型ユニット４０への上側温調プレート２２の当て付けもしくはプレスを中止し、異常と判定された型ユニット４０を以降の成形工程で待機させることなくすみやかに成形装置１０の外へ排出するように動作させることもできる。

また、図示しないオートローダーによって、成形装置１０から排出された型ユニット４０に対してプリフォーム５０を組み込んで成形装置１０に投入する際に、異常と判定された型ユニット４０はプリフォーム５０を組み込むことなく型ユニット４０の成形工程の循環ラインから排出し、他の正常な型ユニット４０での成形を通常通り続行することもできる。

また、異常と判定された型ユニット４０を成形工程の循環ラインから排出し、あらかじめ用意されたメンテナンスされた型ユニット４０と交換してプリフォーム５０を組み込み、成形装置１０に投入することもできる。
［付記］
（付記１） 一連の成形工程において異常検出装置により異常を検知した場合、成形を中止し、型を成形機外に退避させる熱可塑性素材成形方法。
（付記２） 使用する成形機が循環成形機内であり、複数の型が投入されている状況で、その中の一部の型が異常と判定された場合、異常と判定された時点で異常と判定された型が存在する成形工程ステージでの型へのプレートの当て付けもしくはプレスを中止し、その状態で待機し、その間、他の正常と判定された型はそれぞれの成形工程を通常通り行う付記１記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記３） 異常と判定された型が型送りによって他の成形工程ステージに移動したとき、その型の存在する成形工程ステージの型へのプレートの当て付けもしくはプレスを開始しない付記２記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記４） 使用する成形機が循環成形機内であり、複数の型が投入されている状況で、その中の一部の型が異常と判定された場合、異常と判定された型を成形工程のラインから異常型移送ラインへ移動し、すみやかに成形機外へ搬出し、他の正常と判定された型はそれぞれの成形工程を通常通り行う付記１記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記５） プレートの当て付けやプレスによるシリンダ変位量が通常と比べ大きい異常が発生した型は、異常と判定された時点でプレートの当て付けもしくはプレスを中止し、冷却プレートで冷却する付記４記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記６） 成形機に単一の型を投入している状況において、型が異常と判定された場合、その型の存在する成形工程ステージの型へのプレートの当て付けもしくはプレスを中止し、異常と判定された型を以降の成形工程で待機させることなくすみやかに成形機外へ排出する付記１記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記７） 型を成形機外へ排出する際、異常と判定された型が、良品型の排出先と異なる排出先へ送り出される付記２，３，４，５，６記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記８） オートローダーによって成形機から排出された型にプリフォームを組み込み成形機に投入する際、異常と判定された型はガラスプリフォームを組み込むことなく成形ラインから排出し、他の型での成形を通常通り続ける付記２，３，４，５，６記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記９） 異常と判定された型を成形ラインから排出し、あらかじめ用意されたメンテナンスされた型と交換してガラスプリフォームを組み込み、成形機に投入する付記８記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記１０） 測定軸によって冷間時の型の高さを測長し、規定値からはずれた値であった場合、異常と判定する付記２，３，４，５，６記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記１１） 加熱中もしくはプレス中の、型の高さの時間変化曲線が規定値からはずれた場合、異常と判定する付記２，３，４，５，６記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記１２） 前成形工程から送られた型をプレートで当て付けた際、プレート温度の時間変化曲線が規定値からはずれた場合、異常と判定する付記２，３，４，５，６記載の熱可塑性素材成形方法。
（付記１３） 前記記載の異常判定に達していないが、それに近い準異常に達した型は、判定された時点では成形工程を続行する付記７記載の熱可塑性素材成形方法。

本発明の一実施の形態である熱可塑性素材成形方法を実施する成形装置の構成の一例を示す一部破断斜視図である。 本発明の一実施の形態である成形装置の一部を取り出して例示する側面図である。 正常状態の型ユニットと、各種の異常状態の型ユニットを対照して例示した側面図である。 本発明の一実施の形態である熱可塑性素材成形方法を実施する成形装置の作用の一例を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態である熱可塑性素材成形方法を実施する成形装置の構成例を示す一部破断斜視図である。 その作用の一例を示す線図である。 本発明の実施の形態２および実施の形態３の作用をまとめて例示したフローチャートである。 本発明のさらに他の実施の形態である熱可塑性素材成形方法の作用を示す線図である。 本発明の実施の形態４および実施の形態５の作用をまとめて例示したフローチャートである。

符号の説明

１ 成形予備室
３ 高さ測定機構
３ａ 当接プレート
３ｂ シリンダ
３ｃ 測長針
３ｄ シリンダ位置検出板
３ｅ ケーブル
４ 制御装置
５ 投入竿
６ 投入前排出スペース
７ 送り竿
８ 成形スペース
９ 回収皿
１０ 成形装置
１０Ａ 成形装置
１１ 危険回避皿
１２ 危険回避竿
１３ 温度測定器
２０ａ 加熱ステージ
２０ｂ 加圧ステージ
２０ｃ 冷却ステージ
２１ 下側温調プレート
２２ 上側温調プレート
２３ シリンダ
３１ 記憶装置
３２ 成形プログラム
３３ 管理テーブル
４０ 型ユニット
４１ 胴型
４２ 下型
４２ａ 成形面
４３ 上型
４３ａ 成形面
４４ 誤って組み込まれた上型
４４ａ 成形面
５０ プリフォーム
５１ 誤ったサイズのプリフォーム
Ｇ０ 高さ時間変化基準曲線
Ｇ１ 高さ時間変化曲線
Ｈ 高さ測定値
Ｈ０ 型ユニット４０の正常高さ
Ｈ１ 異常な型ユニット４０の高さ
Ｈ２ 異常な型ユニット４０の高さ
Ｈ３ 異常な型ユニット４０の高さ
ＴＨ 上側高さ閾値
ＴＬ 下側高さ閾値
ＴＨ１ 第１上側高さ閾値
ＴＬ１ 第１下側高さ閾値
ＴＨ２ 第２上側高さ閾値
ＴＬ２ 第２下側高さ閾値
Ｇ１０ プレート温度時間変化基準曲線
Ｇ１１ プレート温度時間変化曲線
Ｔ 温度測定値
Ｔ０ 正常温度
ＴＨ３ 第１上側温度閾値
ＴＬ３ 第１下側温度閾値
ＴＨ４ 第２上側温度閾値
ＴＬ４ 第２下側温度閾値

Claims (17)

1. 成形型を用いる熱可塑性素材の成形工程において前記成形型の異常を検知したとき、前記成形工程の中止および前記成形型の前記成形工程からの排除の少なくとも一方を実行することを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
2. 請求項１記載の熱可塑性素材成形方法において、
   前記成形工程は、各々が前記成形型に対する加熱および加圧および冷却のいずれかを行う複数の単位工程からなり、前記成形型を複数の前記単位工程に順次移動させることで前記熱可塑性素材の成形が行われ、
   複数の前記成形型が前記成形工程に投入された状態で一部の前記成形型に前記異常が検出されたとき、前記異常が検出された前記成形型の移動先の前記単位工程の動作を選択的に停止させ、他の前記成形型が位置する前記単位工程の動作を継続させることを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
3. 請求項２記載の熱可塑性素材成形方法において、
   前記異常が検出された前記成形型を、正常な前記成形型の移動経路とは別の移動経路に移動させることを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
4. 請求項２記載の熱可塑性素材成形方法において、
   前記異常が検出された前記成形型について、当該成形型に対する前記冷却を行う前記単位工程以外の前記単位工程を中止することを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の熱可塑性素材成形方法において、
   前記異常が検出された前記成形型を、正常な前記成形型とは異なる排出経路に送り出すことを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱可塑性素材成形方法において、
   前記成形工程への前記成形型の投入前に当該成形型の高さを測定し、前記高さが基準値から逸脱しているときに、前記異常が検出されたと判定することを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
7. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱可塑性素材成形方法において、
   前記成形工程に含まれる前記単位工程において、前記成形型の高さの時間変化曲線が基準値から逸脱したときに前記異常が検出されたと判定することを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
8. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱可塑性素材成形方法において、
   前記成形工程の個々の前記単位工程において、上流側の前記単位工程から到来した前記成形型の温度の時間変化曲線が基準値から逸脱したときに、前記異常が検出されたと判定することを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
9. 請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の熱可塑性素材成形方法において、
   前記基準値を、厳格さの異なる複数の第１および第２基準値に設定し、最も厳格な前記第２基準値から逸脱した場合には準異常と判定して警告を発するとともに前記成形工程を継続し、それ以外の前記第１基準値を逸脱した場合に前記異常と判定することを特徴とする熱可塑性素材成形方法。
10. 成形型に実装された熱可塑性素材の成形を行う成形機構部と、
    前記成形型の異常を検出する異常検出部と、
    前記異常検出部から出力される前記異常の有無に基づいて前記成形機構部を制御する成形制御部と、
    を含むことを特徴とする熱可塑性素材成形装置。
11. 請求項１０記載の熱可塑性素材成形装置において、
    前記異常検出部は、前記成形機構部に投入される前の前記成形型の高さが基準値から逸脱しているときに前記異常を出力し、
    前記成形制御部は、前記成形機構部に対する前記成形型の投入を抑止することを特徴とする熱可塑性素材成形装置。
12. 請求項１０記載の熱可塑性素材成形装置において、
    前記成形機構部は、各々が前記成形型に対する加熱および加圧および冷却のいずれかを行う複数のステージと、前記成形型を複数の前記ステージの間で順次移動させる移動機構と、を含み、
    前記異常検出部は、個々の前記ステージにおいて、前記成形型の高さの時間変化曲線が基準値から逸脱したときに前記異常を出力することを特徴とする熱可塑性素材成形装置。
13. 請求項１０記載の熱可塑性素材成形装置において、
    前記成形機構部は、各々が前記成形型に対する加熱および加圧および冷却のいずれかを行う複数のステージと、前記成形型を複数の前記ステージの間で順次移動させる移動機構と、を含み、
    前記異常検出部は、個々の前記ステージにおいて、上流側の前記ステージから到来した前記成形型の温度の時間変化曲線が基準値から逸脱したときに、前記異常を出力することを特徴とする熱可塑性素材成形装置。
14. 請求項１１、請求項１２、請求項１３のいずれか１項に記載の熱可塑性素材成形装置において、
    前記異常検出部では、前記基準値として、厳格さの異なる複数の第１および第２基準値が用いられ、
    最も厳格な前記第２基準値から逸脱した場合には準異常と判定して、前記成形制御部は警告の出力および記録を行うとともに成形を継続させ、
    それ以外の前記第１基準値を逸脱した場合に前記異常と判定し、前記成形制御部は、異常な前記成形型の成形を抑止することを特徴とする熱可塑性素材成形装置。
15. 請求項１２または請求項１３記載の熱可塑性素材成形装置において、
    前記成形制御部は、前記異常が検出された前記成形型が位置する前記ステージの動作および当該成形型の移動先の他の前記ステージの動作を抑止して通過させることを特徴とする熱可塑性素材成形装置。
16. 請求項１２または請求項１３記載の熱可塑性素材成形装置において、
    前記成形制御部は、前記異常が検出された前記成形型を、複数の前記ステージ間の移動経路から排除することを特徴とする熱可塑性素材成形装置。
17. 成形型を用いる熱可塑性素材の成形工程を制御する成形プログラムであって、
    前記成形型の異常の有無を監視するステップと、
    前記異常を検知したとき、前記成形工程の中止および前記成形型の前記成形工程からの排除の少なくとも一方を行うステップと、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする成形プログラム。