JP2009256135A - 成形型ユニットおよび成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形型の加熱および冷却所要時間を含む型成形工程のサイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させる。
【解決手段】対向する成形面１ａと成形面２ａの間にガラス素材３が実装された上型１および下型２をスリーブ６の内部に配置した構成の光学素子成形型セットＳにおいて、スリーブ６の外周面に、回動軸１３ａを介して回転自在に支持された複数の羽根車形のフィン１３を配置し、赤外線ランプヒータ１１の赤外線１１ａから照射される赤外線１１ａを光学素子成形型セットＳを効率よく加熱する動作と、冷却時に雰囲気の対流によって自転することにより、光学素子成形型セットＳを効率よく冷却する動作が行われるようにして、光学素子成形型セットＳの加熱および冷却所要時間を短縮し、型成形工程のサイクルタイムを短縮して生産効率を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、成形型ユニットおよび成形装置に関し、たとえば、熱可塑性素材を用いた光学素子等の型成形等に適用して有効な技術に関する。

高い形状精度が要求される光学素子等の成形品の量産方法として、たとえば、ガラス等の熱可塑性素材を用いた型成形が知られている。
そして、成形型の加熱や冷却を伴う型成形を用いる量産工程では、成形型の速やかな温度調整は、単位時間当たりに製造される製品の数量の増大等の生産効率の向上の観点から重要である。

このような型成形機の温度調整機構として、従来、たとえば、特許文献１に開示された技術が知られている。
すなわち、成形面を互いに対向して配置された上下一対の成形型と、この成形型の間に配置された光学素子素材とを、輻射加熱手段から発振される電磁波によって加熱する光学素子成形型の加熱方法において、輻射加熱手段から発振された電磁波を反射させる反射鏡を移動させることによって、電磁波の焦点位置または電磁波の反射方向を変化させ、一対の成形型に到達する輻射熱量を、互いにキャビティ（成形空間）の容積の異なる一方の成形型と他方の成形型とで異なるように制御し、一対の成形型の間に容積差に応じた温度差を生じさせながら加熱することで、結果的にガラス素材の不均等な加熱が行われることを防止するものである。

上述の特許文献１に開示された温度調節機構では、ガラスレンズの成形において、一対の成形型の容積差を補ってガラス内熱容量を均一化し、熱分布を均一化することに主眼がおかれている。

ところで、量産工程等においてガラスレンズの効率的な生産を行うためには、成形サイクル中での加熱／冷却の時間管理を厳密に実施し、サイクルタイムの短縮を図る必要がある。例えば、成形温度に加熱されているガラスレンズに押圧を必要とする工程が終了した場合、ただちに次の離型等に備えた冷却工程に入るよう制御を行う必要がある。

しかしながら、これまでの加熱機構は、上述の特許文献１のように、成形型内におけるガラスレンズの熱分布の均一化を主眼としているため、成形型に多大な熱量を与える一方、この熱量はガラスレンズの冷却時には冷却速度の促進には有効に利用できなかった、という技術的課題がある。
特開平１１−２２８１５５号公報

本発明の目的は、成形型の加熱および冷却所要時間を含む型成形工程のサイクルタイムを短縮し、生産効率を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。

本発明の第１の観点は、対向する各々の成形面の間に成形素材が実装される第１および第２成形型と、
前記第１および第２成形型が収容される筒型と、
前記筒型の外周に設けられた可動温度調節手段と、
を含む成形型ユニットを提供する。

本発明の第２の観点は、対向する各々の成形面の間に成形素材が実装される第１および第２成形型と、前記第１および第２成形型が収容される筒型と、前記筒型の外周に設けられた可動温度調節手段と、を具備した成形型ユニットと、
前記成形型ユニットを輻射熱で加熱する加熱手段と、
を含む成形装置を提供する。

本発明によれば、成形型の加熱および冷却所要時間を含む型成形工程のサイクルタイムを短縮し、生産効率を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。

本実施の形態の一態様では、成形型が装填される筒型に、冷却に有用な可動温度調節機構を持たせる。
すなわち、本態様に係わるレンズ加熱冷却機構は、成形面を互いに対向して配置された一対の成形型とこの成形型間に配置された光学素子素材とを輻射加熱手段から発振される電磁波によって加熱する光学素子成形型の加熱装置において、前記の成形型外周に配置されるスリーブ（筒型）の外周部に可動温度調節機構が配置され、この可動温度調節機構により前記の加熱手段から発振される電磁波を吸収し、熱として成形型と当該成形型間に配置された光学素子素材とに効率よく伝える。

また、冷却時には前記可動温度調節機構が、雰囲気の自然対流等によって作動することにより、成形型及びこの成形型間に配置された光学素子素材に蓄えられた熱を、成形室内に流れる熱交換用流体に効率よく逃がすことで、冷却所要時間を短縮する。

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。
図１は、本発明の一実施の形態である成形型ユニットを使用する成形装置の構成の一例を示す縦断面図であり、図２は、本実施の形態の成形装置の平面図である。

図１に例示されるように、本実施の形態の成形装置Ｍは、上下に対向し、後述の光学素子成形型セットＳを挟持する加圧棒４および主軸１０と、光学素子成形型セットＳが収容される石英管７と、この石英管７の両端に配置された上蓋５および台８と、石英管７を取り囲むように配置された赤外線ランプヒータ１１および固定反射板１２（加熱手段）を備えている。

光学素子成形型セットＳでは、上型１（第１成形型）と下型２（第２成形型）が対向して配設されている。上型１と下型２との間には、光学素子の成形素材としてガラス素材３（成形素材）が配置されている。上型１及び下型２は、成形面１ａ、成形面２ａの間にガラス素材３を実装した状態で、円筒形状のスリーブ６（筒型）の内周に摺動自在に嵌装されている。

この実施の形態の場合、スリーブ６の外周には、複数のフィン１３（可動温度調節手段）が、回動軸１３ａを介してスリーブ６の外周面に固定されることによって回転自在に配設されている。

すなわち、本実施の形態の場合、一例として、フィン１３は、回動軸１３ａに回転自在に軸支されて回転する羽根車形状を呈しており、たとえば、スリーブ６の周囲の雰囲気の対流等によって回転する構造となっている。

このフィン１３は後述の赤外線ランプヒータ１１に対向するように４基以上が配設されている。
また、個々のフィン１３および回動軸１３ａは、前述のスリーブ６の素材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により製作されている。

これらの、上型１、下型２、ガラス素材３、スリーブ６及びフィン１３を組み合わせて、光学素子成形型セットＳを構成する。
光学素子成形型セットＳは、主軸１０の上面に載置され、加圧棒４の上下動により上下方向に上型１および下型２が挟圧されることで、内部のガラス素材３に成形面１ａおよび成形面２ａの形状を転写して成形する。

加圧棒４には、図示しないシリンダが連結されており、シリンダの上下動に合せて上下駆動される。加圧棒４は、先端４ａが平らな棒で光学素子成形型セットＳ内のガラス素材３を成形するときに、上型１の上面１ｂに当接するように、図示しない機枠の加圧棒固定部に固定されている。

主軸１０の外周には台８が配設され、台８の中央に穿設された貫通穴８ａに主軸１０が挿入される。台８の上面８ｂには、石英管７が立設されている。
石英管７は、光学素子成形型セットＳの周りを被覆する円筒状の透明石英ガラスからなる。石英管７の上部には上蓋５が蓋をするように嵌装されており、上蓋５の中央には、加圧棒４を挿入するための貫通穴５ａが穿設されている。

上蓋５の上面５ｂの外縁部には、石英管７の内部を非酸化性雰囲気にするために不活性ガスを流入する気体流入口１４が上方より穿設されている。この気体流入口１４は、気体流入パイプ１５を介して、不活性ガスを供給する図示しない気体発生装置に接続されている。

また、台８の下面には、複数の穴８ｃが穿設され、この穴８ｃには台８を支持する複数のシャフト９の上端が嵌装され、このシャフト９の下端は、成形装置Ｍの図示しない筐体に固着されている。

石英管７の外側の空間に、図２に例示されるように、光学素子成形型セットＳを中心とする円周上に輻射加熱手段として４本の棒状の赤外線ランプヒータ１１が石英管７の軸方向に平行な姿勢で配設されている。図１においては、図の手前と奥に配置された赤外線ランプヒータ１１は図示を省略してある。

赤外線ランプヒータ１１の上下部の各近傍には、反射鏡として固定反射板１２が配設されている。固定反射板１２は、それぞれ赤外線ランプヒータ１１から発振される電磁波としての赤外線１１ａを集光し、石英管７の内部の上型１および下型２に向けて赤外線１１ａを反射させることで、輻射熱で光学素子成形型セットＳを加熱するように配置されている。固定反射板１２の反射面１２ａは、赤外線１１ａを集光し、反射させるように放物面等の曲面が形成され、鏡面仕上げされた上に金がコーティングされている。

また固定反射板１２は、赤外線ランプヒータ１１と一対で図示しない筐体に取着されている。
以下、本実施の形態の光学素子成形型セットＳおよび成形装置Ｍの作用を説明する。

ガラス素材３からガラスレンズを製造する成形工程においては、加熱段階、成形段階及び冷却段階が存在する。以下では、図１において上型１と下型２との間にガラス素材３が実装された光学素子成形型セットＳが、主軸１０と加圧棒４の間に配置された状態を起点として説明する。

図１における成形工程の加熱段階において、光学素子成形型セットＳを中心とする円周上に輻射加熱手段として赤外線ランプヒータ１１が配置されており、それらに対向するようにフィン１３が光学素子成形型セットＳの構成部品として配設されている。

成形工程の加熱段階においてガラス素材３を熱により軟化させるため、赤外線ランプヒータ１１により発振された電磁波としての赤外線１１ａは固定反射板１２により集光され、ガラス素材３を構成部品に含む光学素子成形型セットＳを加熱する。

このとき上述の光学素子成形型セットＳを構成し、スリーブ６の外周に配置されたフィン１３は、同様に光学素子成形型セットＳを構成するスリーブ６と同様に直接に赤外線ランプヒータ１１より発振された電磁波としての赤外線１１ａを比較的広い表面積で受光し、焦点距離にもよるがスリーブ６との材質の違いから、スリーブ６よりも先に温度が上昇する。上述のようにフィン１３はスリーブ６に対し高い熱伝導率をもつためである。そして、赤外線１１ａにより加熱されたフィン１３の熱は、フィン１３とスリーブ６との接続部である回動軸１３ａを介してスリーブ６に伝達される。

また、この加熱時に、石英管７の内部の雰囲気の熱対流によってフィン１３が回転することで、スリーブ６の外周において、赤外線ランプヒータ１１から照射される赤外線１１ａに対してフィン１３の陰になる部分がなくなり、スリーブ６自体の赤外線１１ａの照射による加熱が妨げられることもない。

これにより、スリーブ６を構成部品とする光学素子成形型セットＳは成形部内の空気を介して熱を受けるよりも効率的に加熱され、この結果、光学素子成形型セットＳに含まれるガラス素材３の温度上昇はフィン１３がない状態に比べ早くなる。すなわち、フィン１３の存在により、成形温度までの加熱所要時間は短縮される。

次に、図１の成形工程における冷却段階においては、前段の成形温度までの加熱により、光学素子成形型セットＳは石英管７の内部雰囲気及び不活性ガスに対し高い熱量を持っている。

そして、この冷却段階では、赤外線ランプヒータ１１から電磁波としての赤外線１１ａを受けて昇温していた成形工程の加熱段階とは逆に、光学素子成形型セットＳを構成するスリーブ６と、回動軸１３ａ、フィン１３により光学素子成形型セットＳに蓄えられた熱は自然放熱より外界へ放射される。フィン１３の存在により、放熱面積が大きくなるので、スリーブ６の単体の場合よりも冷却効率が向上する。

このとき上蓋５の上面５ｂの外縁部に上方より穿設されている気体流入口１４より、石英管７の内部を非酸化性雰囲気にするために不活性ガスを流入させる。この不活性ガスは特別な温度管理を行わず室温であるため、ガラス素材３の成形温度まで昇温された光学素子成形型セットＳと接触することで冷却を促進する熱交換用流体としての役割を果たす。

気体流入口１４及び気体流入パイプ１５は上方に穿設されておりスリーブ６と室温状態の不活性ガスとが接触する部分は限られているが、スリーブ６に配設されているフィン１３が流動する不活性ガスとの接触により自転して、スリーブ６の周囲の不活性ガスの雰囲気を攪拌するため、石英管７の内部に不活性ガスの気流が発生し、石英管７の内部の不活性ガスは、スリーブ６の外周に満遍なく接触し、スリーブ６の局所のみが冷却されることを防ぐ。

また、光学素子成形型セットＳにおいては、上述のように高い熱伝導率を持つフィン１３は、熱量の大きい他の光学素子成形型セットＳを構成する上型１、下型２、スリーブ６等の部品からの熱を、スリーブ６との接合部である回動軸１３ａを介して外部雰囲気に効率よく伝達する働きを行う。

これにより、フィン１３を備えたスリーブ６を構成部品とする光学素子成形型セットＳは、石英管７の内部の不活性ガスに直接熱を放出するよりも、効率的に冷却され、この結果、光学素子成形型セットＳに実装されている成形済みのガラス素材３の冷却速度はフィン１３がない状態に比べ早くなる。

すなわち、スリーブ６にフィン１３を設けたことにより、光学素子成形型セットＳの目的の離型温度等までの冷却所要時間が短縮される。
このように、本実施の形態の成形装置Ｍでは、光学素子成形型セットＳのスリーブ６にフィン１３を設けて、成形温度までの光学素子成形型セットＳの加熱、および成形温度からの光学素子成形型セットＳの冷却が行われるので、ガラス素材３からのガラスレンズの成形工程において、加熱および冷却の所要時間を大幅に短縮することが可能である。

この結果、本実施の形態の光学素子成形型セットＳおよび成形装置Ｍによれば、光学素子成形型セットＳの加熱および冷却所要時間を含む型成形工程のサイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させ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、フィン１３の形状は、回転するファン形に限らず、揺動する板体等でもよい。

［付記１］
スリーブに温度調節機構を施したことを特徴とするガラスレンズ成形機の生産機構。

本発明の一実施の形態である成形型ユニットを使用する成形装置の構成の一例を示す縦断面図である。 本発明の一実施の形態である成形装置の平面図である。

符号の説明

１ 上型
１ａ 成形面
１ｂ 上面
２ 下型
２ａ 成形面
３ ガラス素材
４ 加圧棒
４ａ 先端
５ 上蓋
５ａ 貫通穴
５ｂ 上面
６ スリーブ
７ 石英管
８ 台
８ａ 貫通穴
８ｂ 上面
８ｃ 穴
９ シャフト
１０ 主軸
１１ 赤外線ランプヒータ
１１ａ 赤外線
１２ 固定反射板
１２ａ 反射面
１３ フィン
１３ａ 回動軸
１４ 気体流入口
１５ 気体流入パイプ
Ｍ 成形装置
Ｓ 光学素子成形型セット

Claims (9)

1. 対向する各々の成形面の間に成形素材が実装される第１および第２成形型と、
   前記第１および第２成形型が収容される筒型と、
   前記筒型の外周に設けられた可動温度調節手段と、
   を含むことを特徴とする成形型ユニット。
2. 請求項１記載の成形型ユニットにおいて、
   前記可動温度調節手段は、前記筒型に対して可動なフィンからなることを特徴とする成形型ユニット。
3. 請求項２記載の成形型ユニットにおいて、
   前記フィンは、前記筒型に対して回転軸を介して軸支されて回転する羽根車形状を呈することを特徴とする成形型ユニット。
4. 請求項２または請求項３記載の成形型ユニットにおいて、
   前記フィンの熱伝導率は、前記筒型の熱伝導率よりも高いことを特徴とする成形型ユニット。
5. 対向する各々の成形面の間に成形素材が実装される第１および第２成形型と、前記第１および第２成形型が収容される筒型と、前記筒型の外周に設けられた可動温度調節手段と、を具備した成形型ユニットと、
   前記成形型ユニットを輻射熱で加熱する加熱手段と、
   を含むことを特徴とする成形装置。
6. 請求項５記載の成形装置において、
   前記可動温度調節手段は、前記筒型に対して可動なフィンからなることを特徴とする成形装置。
7. 請求項６記載の成形装置において、
   前記フィンは、前記筒型に対して回転軸を介して軸支されて回転する羽根車形状を呈することを特徴とする成形装置。
8. 請求項６または請求項７記載の成形装置において、
   前記フィンの熱伝導率は、前記筒型の熱伝導率よりも高いことを特徴とする成形装置。
9. 請求項５記載の成形装置において、
   前記加熱手段は、
   前記成形型ユニットの周囲に配置された赤外線ランプと、前記赤外線ランプの背面側に配置され、前記赤外線ランプから放射される赤外線を前記成形型ユニットの側に反射する反射板と、
   を含むことを特徴とする成形装置。