JP2009242140A - 成形装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホルダーで保持される胴型を直接加熱・冷却して短サイクルで所定の熱収縮量を確保する。
【解決手段】胴型３５にはガイド穴３４が形成されている。胴型３５はホルダー３６によりガイド穴３４を下型に組み込む位置に移動する。胴型３５は第１・第２胴型３７，３８の２部品構成になっている。第１胴型３７は成形品の外周を規定する作用をし、第２胴型３８は成形品の厚みを規定する作用をする。第２胴型３８は第１胴型３７を収納する筒部４１を有す。筒部４１の外周はホルダー３６から大きく露呈している。筒部４１の外周は下型に挿入されているときに下加熱手段１４の一部に対峙する。筒部４１は直接加熱され迅速に温度上昇する。筒部４１の外周は下型に挿入されているときに冷却用ガス供給口１５に対峙する。筒部４１は直接冷却され迅速に温度降下し所定の熱収縮量が確保できる。
【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、面精度の高いレンズを成形するため、熱収縮量の大きい部材でガラス成形体の厚みを規制し、冷却中も前記ガラス成形体に対しさらに加圧を行う光学素子用成形型が知られている（特許文献１）。この成形型は、一対の型をプレス方向にガイドする第１の胴型と、前記一対の型と当接し、前記一対の型の当接部間の熱収縮量よりも熱収縮量が大きい特性を有する部材で形成され、ガラス成形体の厚みを規制する第２胴型で構成される。
特開２００２−２９７６３号公報

ところで、ガラス成形体の厚みを規制する第２胴型を十分に熱収縮させるためには、冷却開始前に予め一定以上の温度に上昇させておく必要がある。従って成形サイクルを短縮するためには可能な限りこれを高速に行う必要があるが、例えば特開平２−１１１６３５号公報に記載の発明のように、第２胴型が型と接触する面からの熱伝導に任せると、温度が上昇するまでに時間がかかる欠点があった。

本発明は以上の点を鑑みてなされたものであって、ホルダーで保持する胴型を直接的に加熱して胴型の温度上昇速度および到達温度を高め、さらには胴型を直接冷却して十分な熱収縮量と収縮速度を確保することで成形サイクルの短縮を図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。

本発明の成形装置では、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が内部に設けられた筒部と、前記筒部の外周の端部に突出して形成されている鍔部と、を有する胴型と；前記筒部の外周のうちの前記端部を除く外周を露呈するように、前記鍔部のみを保持する保持部を有し、前記プレス方向に移動されるホルダーと；を備えたものである。

ホルダーとしては、プレス方向と直交する水平方向に移動して、成形素材を一対の型間に搬送する構成としてもよいし、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。前者の場合には、一対の型間に搬送する前に、筒部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。後者の場合には、ホルダーが組込位置に移動したときに、筒部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。

胴型のガイド穴には、一対の型が両側から挿入される。そこで、保持部としては、鍔部をプレス方向及びこれに直交する方向に遊びをもって保持するのが、ガイド穴への挿入がスムーズに行われるため、好適である。

胴型としては、１部品構成にしてもよいし、金型をプレス方向にガイドする部品と、成形品の厚みを規制する部品に分けて材料を容易に選択可能にした２部品構成にしてもよい。後者の場合には、ガイド穴を有する第１胴型と；プレス成形時に一対の型の間隔を位置決めするために一対の型が当接する一対の当接面と、第１胴型を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内部に収納する収納室と、を有する第２胴型と；で構成するのが好適である。そして、第２胴型は、昇温降温が迅速に行われるように、暖まりやすい材料かつ冷め易い材料で形成するのが好適である。さらに、第２胴型はホルダー及び第１胴型に対して遊びをもって配されているため、冷却過程における前記一対の型の当接部間の熱収縮量と成形素材の熱収縮量を合わせた熱収縮量よりも第２胴型の熱収縮量を大きくすることができる。なお、熱収縮量とはプレス過程において前記一対の型が胴型に当接したときの温度における厚さを基準とし、規定する温度まで金型を冷却したときの厚さの変化量である。

また、第２胴型には、第１胴型のガイド穴の両側に一対の型を導くための穴が一対必要になる。これら一対の穴は、ガイド穴を挟んだ両側に必要であるから、一対の穴を１部品に固定して設けるよりも、２部品構成にして遊びをもった組合せで構成する方が、一対の型をスムーズに挿入することができる。

そこで、第２胴型を２部品構成にする場合には、鍔部の一部を構成する第１鍔と、前記一対の型のうちのいずれか一方の型が入り込む第１穴と、前記一方の型の一部が当接する第１当接面と、を有する第１突き当て部材と；第１突き当て部材に対して摺動自在に組み合わされるとともに、前記第１鍔とで前記鍔部を構成する第２鍔と、前記収納室と、前記他方の型が入り込む第２穴と、前記他方の型の一部が当接する第２当接面と、を有する第２突き当て部材と；で構成するのが好適である。

本発明によれば、一対の型が挿入されるガイド穴を有する胴型の筒部の外周をホルダーから露呈して設けたので、加熱手段により外周から直接的に胴型を加熱することができ、迅速に温度上昇させることができる。

レンズ成形装置１０は、図１に示すように、成型室１１の内部に、成形型１２、上加熱手段１３、下加熱手段１４、冷却用ガス供給手段口、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、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。

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。上加熱手段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。下加熱手段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。冷却用ガス供給口１５には、図示していないが、ガス供給装置が接続されている。加圧機構３２、移動機構２７、上・下加熱手段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。

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（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がホルダー３６で保持される。

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、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に筒部４１を挿入するための開口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、第１穴４４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。これら開口４８、受部４９、及び、開口５２がホルダー３６の保持部を構成する。

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。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（当接部間）の熱収縮量と成形素材６１の熱収縮量を合わせた熱収縮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のが望ましい。というのは、図３（Ａ）に示すように、第２胴型の収縮が小さく、これよりも上・下型２２，２０と成形素材６１の収縮が大きい場合、冷却時に成形面２９と成形素材６１とが離れて転写不良を起こすのに対し、同図（Ｂ）に示すように、上・下型２２，２０及び成形素材６１の収縮量の合計より大きくなるような特性をもつ部材で第２胴型３８を作ると、成形素材６１をガラス転移点以下まで降温する過程で上型２２が成形素材６１の冷却に伴って成形面２９で成形素材６１を常時押圧するように収縮するため良い面形状が得られ、冷却時に生じる転写不良を防止することができる。しかしながら、このようにするためには、成形サイクル毎に第２胴型３８の温度を所定温度以上に上昇させる必要がある。しかし、一対の型２２，２０からの伝熱のみでこれを行うと時間がかかってしまう。従って、本発明では、下加熱手段１４の一部で第２胴型３８を直接過熱できる構造にし、温度上昇にかかる時間を短縮している。また、本実施形態の下加熱手段１４は、下型２０を加熱する機能も兼ねている。なお、下型２０を加熱する加熱手段を別に設けても良い。

下型２０の周りには、下加熱手段１４及び冷却用ガス供給口１５が固定して配されている。下加熱手段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４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、筒部４１を直接加熱して迅速に温度上昇させる。なお、上・下加熱手段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、下加熱手段１４の一部に、筒部４１の外周が対峙する。なお、上型２２は、図５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・下加熱手段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、退避位置で上加熱手段１３により加熱されている。下型２０、及び、胴型３５は、下加熱手段１４により加熱されている。このとき、筒部４１の外周がホルダー３６から露呈し、その外周に下加熱手段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、よって、ガイド穴３４を通じて下型２０及び成形素材６１を迅速に加熱することができる。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６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・下加熱手段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・下加熱手段１３，１４の駆動が停止され、図７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８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９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１０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、成形室１１を常温近くまで冷却しないでガラス転移的以下の高温環境下に保ちながらプレス成形を行うことができ、よって、加熱及び冷却時間の短時間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。また、筒部４１を上突き当て部材３９に設け、上加熱手段１３で筒部３９を加熱するようにしてもよい。

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。 ホルダー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。 （Ａ）は、第２胴型の収縮が小さく、上・下型と成形素材の収縮が大きい場合、上型の成形面と成形素材とが離れてしまう状態を示し、また、（Ｂ）は、第２胴型の収縮が上・下型と成形素材の収縮に対して大きい場合、上型の成形面と成形素材とが離れない状態を示す説明図である。 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
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

Claims (7)

1. 一対の型及び成形素材を加熱し、加熱後に前記一対の型間で前記成形素材をプレス成形する成形装置において、
   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が内部に設けられた筒部と、前記筒部の外周の端部に突出して形成されている鍔部と、を有する胴型と、
   前記筒部の外周のうちの前記端部を除く外周を露呈するように、前記鍔部のみを保持する保持部を有し、前記プレス方向に移動されるホルダーと、
   を備えたことを特徴とする成型装置。
2. 前記ホルダーは、前記胴型を前記一対の型のいずれか一方の型に組み込む組込位置と前記一方の型から退避させる退避位置との間で前記プレス方向と平行に移動させるとともに、
   前記ホルダーが前記組込位置に移動したときに前記筒部の外周に対峙する近接位置に加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の成型装置。
3. 前記保持部は、前記鍔部を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保持することを特徴とする請求項１又は２記載の成形装置。
4. 前記胴型は、
   前記ガイド穴を有する第１胴型と、
   プレス成形時に前記一対の型の間隔を位置決めするために前記一対の型が当接する一対の当接面と、前記第１胴型を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内部に収納する収納室と、を有する第２胴型と、
   で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の成形装置。
5. 前記第２胴型は、前記成形素材をプレス変形後冷却する過程において、前記一対の型の当接部間の熱収縮量と成形素材の熱収縮量を合わせた熱収縮量よりも熱収縮量が大きい特性を有する部材で形成されていることを特徴とする請求項４記載の成形装置。
6. 前記第２胴型は、
   前記鍔部の一部を構成する第１鍔と、前記一対の型のうちのいずれか一方の型が入り込む第１穴と、前記一方の型の一部が当接する第１当接面と、を有する第１突き当て部材と、
   前記第１突き当て部材に対して摺動自在に組み合わされるとともに、前記第１鍔とで前記鍔部を構成する第２鍔と、前記収納室と、前記他方の型が入り込む第２穴と、前記他方の型の一部が当接する第２当接面と、を有する第２突き当て部材と、
   で構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の成形装置。
7. 一対の型及び成形素材を加熱し、加熱後に前記一対の型間で前記成形素材をプレス成形する成形方法において、
   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が内部に設けられた筒部と前記筒部の外周の端部に突出して形成され前記筒部の外周を露呈した状態でホルダーにより保持される鍔部とを有する胴型を備え、
   前記ホルダーで保持した胴型を前記一対の型のうちのいずれか一方の型に組み込む組込位置に移動して、前記筒部の外周を加熱手段で直接的に加熱するようにしたことを特徴とする成形方法。

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