JP2009234884A - 成形装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱プレス成形サイクルにおける胴型の温度履歴を迅速に安定させる。
【解決手段】一対の型の挿入をガイドするガイド穴３４が形成されている胴型３５は、断熱部材２１を介して保持部３６により保持されている。保持部３６は、ガイド穴３４を下型に組み込む組込位置に胴型３５を移動する。胴型３５は、外周が保持部３６及び断熱部材２１から大きく露呈している。胴型３５の外周は、下型に挿入されているときに、下加熱部１４で加熱される。断熱部材２１は、胴型３５と保持部３６の間の熱の移動を抑制する。運転開始後、胴型３５の温度履歴を迅速に安定させることができる。
【選択図】図２

Description

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。

従来、ガラス素材を搬送皿に載置して加熱軟化した後に、搬送皿を一対の型間に移動し、搬送皿を挟んだ両側に配した一対の型によりガラス素材をプレス成形する光学素子の成形装置が知られている（特許文献１）。この搬送皿は、光学素子を載置するものであり、プレス成形時には、成形レンズの外径を規定する。この搬送皿を搬送アームの先端で保持し、搬送アームを移動させて搬送皿とともにガラス素材を加熱炉等に搬送してガラス素材を所定温度に加熱軟化させる。
特公平４−４３８５３号公報

ところで、運転開始直後は、搬送アームが十分に温まっていないため、搬送皿の熱が搬送アーム側に向けて逃げ易く、逆に、搬送アームが十分に温まった数サイクル後では搬送皿の熱が搬送アーム側に向けて逃げにくい。従って、両者の間でプレス成形中における搬送皿の温度履歴が異なることで成形したレンズの品質にバラツキがでる問題があった。ゆえに、搬送皿の温度履歴が安定するまで複数回の空打ち又は試し打ちを行う必要があった。

本発明は以上の点を鑑みてなされたものであって、プレス成形中における胴型の温度履歴を安定化し、運転開始時の空打ち又は試し打ちが少なくても安定して高品質のレンズを成形できる成形装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明では、成形素材をプレスする一対の型の挿入をガイドする胴型と、前記胴型を保持する保持部との間に断熱部材を設けたものである。保持部としては、胴型を移動させる部材であってもよい。この保持部としては、（１）プレス方向と直交する方向に移動して、成形素材を一対の型間に搬送する構成としてもよいし、（２）胴型を一対の型のいずれか一方の型に組み込む組込位置と一方の型から退避させる退避位置との間でプレス方向と平行に移動させる構成としてもよいし、（３）胴型を移動させない固定構造とし、一対の型の双方が胴型と組み込む組込位置と胴型から待避させる待避位置との間でプレス方向と平行に移動する構成としても良い。（１）の場合には、一対の型間に搬送する前に、胴型の外周を直接的に加熱する加熱炉を一対の型の外に設けるのが好適である。（２）の場合には、保持部が組込位置に移動したときに、胴型の外周に対峙する近接位置に加熱手段を設けるのが望ましい。（３）の場合には、一方の型が組込位置に移動した時に、胴型の外周に対峙する近接位置に加熱手段を設けるのが望ましい。

断熱部材としては、胴型よりも熱伝導率が小さい特性を有し、かつ耐熱性を有する材料、例えばセラミック等の材料で形成するのが、断熱効果が高いので好適である。

胴型には、一対の型が両側から挿入されるガイド穴が形成される。そこで、断熱部材としては、胴型をプレス方向に対して直交する方向から保持するのが、好適である。また、加熱手段で胴型を加熱するため、胴型の外周をできるだけ広く露呈するように保持するのが望ましい。

本発明によれば、一対の型の挿入をガイドする胴型と、前記胴型を保持する保持部との間に断熱部材を設けたので、胴型の熱を保持部に逃がさないようにすることができる。このため、運転開始時の空打ち又は試し打ちを少なくすることができ、これに伴って発生する不良の成型品も少なくすることができる。また、一対の型及び成形素材の昇温を迅速に行うことができる。

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、及び、ガス供給手段１６等を配置した構成になっている。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、室１１内の上・下にそれぞれ複数設けられている。ガス供給手段１６は、窒素ガス等の不活性ガスを室１１内に供給し、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。

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、断熱部材２１を介して保持部３６によりプレス方向に対して直交する方向から保持されている。保持部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。

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、加熱源が凸部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。

冷却用ガス供給手段は、図示していないガス供給装置と、冷却用ガス供給口１５とからなる。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。また、下型２０を取り囲む範囲には、下加熱部１４が固定して配されている。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。

保持部３６には、図２に示すように、胴型３５との間で断熱するための断熱部材２１が固定されている。断熱部材２１は、断面リング状になっており、外周が保持部３６に固定され、内周で、胴型３５を、プレス方向及びこれに直交する方向（水平方向）に遊びをもって保持している。この断熱部材２１としては、胴型３５よりも熱伝導率が小さい、例えばセラミック等の材料で形成するのが望ましい。

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（上・下突き当て部材３９，４０）に前記第１の作用を持たせている。

第１胴型３７には、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、断面リング形状に作られている。下突き当て部材４０は、開放側を上方に向けた断面コ字状の筒部４１を有しており、筒部４１の内部は、第１胴型３７を収納する収納室４２になっている。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。この収納室４２は、上面が開放され、前記ガイド穴３４よりも僅かに大径の第２穴４３が底面に形成されている。第２穴４３には、下型２０の凸部２３が挿入される。また、第２穴４３の周りの底面は、下型２０の段部５５が当接する第２当接面５４になっている。

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る蓋形状になっており、前記ガイド穴３４よりも僅かに大径の第１穴４４が形成されている。この第１穴４４には、上型２２の凸部２８が挿入される。第１穴４４の周りの面は、上型２２の段部５６が当接する第１当接面５３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が断熱部材２１で保持される。

保持部３６は、移動機構２７により昇降される支持板５０と、蓋部５１とで構成されている。支持板５０は、一段凹んだ凹み部５７に断熱部材２１を固定するための開口５８が設けられている。開口５８の内周下部には、断熱部材２１の外周に設けたリブ５９を下方から受ける受け部６３が形成されている。開口５８の凹み部５７には、断熱部材２１が抜けないように蓋部５１が取り付けられる。

断熱部材２１の内周には、開放側を内に向けた断面コ字状の凹部４８が形成されている。凹部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。断熱部材２１は、筒部４１の外周を外部に露呈して鍔部４７のみを保持するように、厚みが薄く作られている。

第２胴型３８は、断熱部材２１の凹部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。なお、第１胴型３７、及び、上・下型２２，２０は、成形素材に接触するため、成形素材よりも熱膨張量及び熱収縮量の小さい特性を有する材料で形成されている。また、第２胴型３８は、成形素材及び上・下型２２，２０よりも昇温・降温が迅速に行われるように、暖まり易くかつ冷め易い材料で形成されている。さらに、第１胴型３７及び保持部３６に対して遊びをもって配されているので第２胴型３８は、成形素材をプレス変形後冷却する過程において、一対の型２２，２０の段部５５，５６間の熱収縮量と成形素材の熱収縮量を合わせた量よりも熱収縮量が大きい特性を有する部材で形成することができる。

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、筒部４１の外周に対峙する位置になっている。よって、下加熱部１４は、筒部４１を直接加熱して迅速に温度上昇させる。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。なお、加熱手段としては、赤外線ランプを用いても良い。

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。

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、筒部４１の第２当接面が下型２０の段部５５に当接する。また、このとき、下加熱部１４の一部に、筒部４１の外周が対峙する。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。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。

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。このとき、筒部４１の外周が断熱部材２１及び保持部３６から露呈し、その外周に下加熱部１４の加熱源が対峙しているので、胴型３５が直接的に加熱される。この胴型３５は、保持部３６との間に配した断熱部材２１により保持されている。このため、胴型３５の熱が保持部３６に逃げることがなく、よって、胴型３５の温度を迅速に昇温・降温することが出来る。所定時間経過後には、下型２０及び胴型３５が均一の温度に保たれ、成形素材６１が一定温度まで加熱される。なお、搬送アーム６０が成形室１１から退避した後に、シャッタ１９を閉める。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。

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の上面に当接する。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。

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から不活性ガスを筒部４１及び下型２０に吹き付け、胴型３５、上・下型２２，２０、及び、成形品６２をガラス転移点以下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。

上・下型２２，２０及び成形品６２の温度がガラス転移点以下の温度まで下がると、上型２２を上方の退避位置に退避させる。その後、図７に示すように、シャッタ１９を開いて搬送アーム６０を成形室１１に挿入し、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。

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。このような成形手順によれば、胴型３５の昇温・降温時には、断熱部材２１の効果により搬送アーム６０との間の熱の移動が小さいので、その温度履歴は運転開始時からほとんど変化しない。また、胴型３５の昇温・降温が迅速になるので、加熱時間の短縮を図ることができる。

上記実施形態では、第２胴型３８を上・下突き当て部材３９，４０との２部品で構成しているが、１部品で構成してもよい。また、胴型３５を第１及び第２胴型３７，３８との２部品で構成しているが、１部品で構成してもよい。

また、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。

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。

本発明を採用した成形装置の概略を示す断面図である。 保持部で保持する胴型と加熱手段との位置関係を示す成形装置の要部断面図である。 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。 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。 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。 冷却を行っている状態を示す成形装置の断面図である。 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。 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。 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

１０ 成形装置
２０ 下型
２１ 断熱部材
２２ 上型
３５ 胴型
３６ 保持部
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

Claims (4)

1. 一対の型、及び、前記一対の型の挿入をガイドする胴型とで囲まれる成形空間に成形素材を収容して、前記一対の型及び胴型の周りを取り巻くように配される加熱手段により前記成形素材を加熱しながらプレス成形する成形装置において、
   前記胴型と前記胴型を保持する保持部との間に断熱部材を設けたことを特徴とする成形装置。
2. 前記保持部は、前記胴型を、前記一対の型のいずれか一方に挿入する組込位置と前記一方から退避させる退避位置との間で移動させることを特徴とする請求項１記載の成型装置。
3. 前記断熱部材は、前記胴型よりも熱伝導率が小さい特性を有する材料で形成され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。
4. 一対の型、及び、前記一対の型の挿入をガイドする胴型とで囲まれる成形空間に成形素材を収容して前記一対の型及び胴型の周りを取り巻くように配される加熱手段により前記成形素材を加熱しながら前記成形素材をプレス成形する成形方法において、
   前記胴型を保持する保持部と前記胴型との間に断熱部材を設けて前記胴型から前記保持部に熱が逃げることを防止した状態でプレス成形することを特徴とする成形方法。

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