JP3812287B2 - 成形型、成形装置、成形方法、射出成形機、射出圧縮成形機、圧縮成形機及びガラス成形機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度の光学部品等の成形部品を安定して生産できる型構造を有する成形型、この成形型を備える成形装置、上記成形型または上記成形装置を用いる成形方法、射出成形機、射出圧縮成形機、圧縮成形機及びガラス成形機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学面などの高精度な形状を成形する成形型においては、図８に示すように、一対のダイ１ａ，１ｂと、それらの間に形成される成形キャビティ１ｃと、一対のダイ１ａ，１ｂを接触させて保持する胴型２とから構成される型構造が一般的であった。
【０００３】
また、多数個取りのため複数の成形キャビティを有する型構造の場合は、各胴型を一体化して板状にした型板と呼ばれる厚板にダイが嵌合または摺動する孔をキャビティの数だけ形成し、それぞれの孔にダイを埋め込む構成であった。例えば、プラスチック光学素子の射出成形金型は、図９に示すように、成形機に固定される固定側型板５と、可動プラテン７に固定されて開閉可動する可動側型板４により構成され、それぞれに通常は複数の成形キャビティを構成するために複数のダイ５ａ、４ａがそれぞれ埋め込まれて保持されている。可動側型板４を閉じると、両型板４，５のパーティング面６，６が密着して、それぞれのダイ５ａ，４ａが対向し成形キャビテイを構成し、樹脂がそこヘ射出される構造となっている。射出圧縮成形の金型においても同様で、固定側と可動側の型板が閉じて樹脂などの光学材料がキャビティ内に射出された後、一方のダイが光学面の光軸方向に摺動してキャビティ体積を減少させることによりキャビティ内の樹脂に１０ｋＮ／ｃｍ２以上の圧力を加えて、成形形状の転写性を高めている。
【０００４】
特に、レンズなどの成形型においては、各ダイは対となる高精度な光学面形状を有し、型が閉じたときに一方の光学面形状が相手方の光学面に対して、ティルトやシフトなどの偏心を生ぜす高精度に同軸度が保たれることが、高精度なレンズを成形するために重要である。
【０００５】
従来、多数個取りの場合は前述したようにダイを型に固定するには型板に孔を形成し、ダイを嵌合させる方式が一般的であり、従って、対となるダイ同士の同軸度を高めるには、型板の孔位置精度と孔径、パーティング面に対する垂直度などの公差やダイの外径寸法、円筒度などの公差を厳しくして、嵌合公差を小さくすることが一般的に行われてきた。しかしながら、成形品に対する性能要求が高精度化するにつれて偏心公差も厳しくなり、従来の部品加工技術ではダイと型板の嵌合公差を小さくすることが限界に近くなっている。例えば、射出成形金型では、通常、成形効率を上げるため成形品を多数個取りするので、型板中心部の樹脂射出口（スプルー）に対して同心円上に、ダイを複数個配置する。このピッチ円直径は、比較的小さな成形品でも１００ｍｍ以上となり、固定型と可動型の成形中の温度差が１℃あると互いのピッチ円直径は１ミクロンずれてしまう。また、型板の孔加工精度は、ジグ研削盤などを用いて高精度に加工しても、孔径で３ミクロン程度、孔配置で５ミクロン程度が限界である。さらに、孔に嵌合させるダイの外径加工精度は、やはり３ミクロン程度が限界であり、これらの部品加工の限界公差を積み上げると、型を閉じたときのダイの同軸度は８ミクロン程度は起こり得ることになる。このように、ダイ同士の光学面の同軸度を８ミクロン以下にすることは、非常に大きな労力と費用、無駄をかけても一般に難しい状況にある。また、仮にダイ間の同軸度を８ミクロン以下に押さえられたとしても、成形した光学素子の取り出しや加圧のためにダイを光学面の光軸方向に摺動させると、嵌合隙問が非常に小さいため摩擦の増大やかじりなどの発生を招き、作動不良が生じ易くなる。そのため、結局、成形光学素子の厚みを高精度に再現性良く一定に保つことができない。以上から、例えばＮＡが０．８５といった高ＮＡの光ディスク用ピックアップ対物レンズなどでは、光学面の偏心や軸上厚のバラツキが１ミクロン程度しか許されず、従って、従来の部品加工精度に依存する多数個取り金型構造では、どのように高精度に製作を試みても光学面の偏心や軸上厚のバラツキがその数倍に達し、成形レンズ性能に大きな球面収差やコマ収差を発生して充分な光学性能が得られない。
【０００６】
また、ガラスレンズを成形するガラスモールド技術では、一個取りと多数個取りの型があり、多数個取りではプラスチックレンズの射出成形金型と全く同様の構造のため、個々の部品加工精度の限界が同様に偏心公差を８ミクロン以下にするのを難しくしている。また、一個取りの揚合は光学面を有する一対のダイとそれを保持する胴型の３つの部品が基本となる型構造を取っている。これは、図１０に示すように胴型８にテーパ部８ａを有し、このテーパ部８ａが一対のダイ９ａ，９ｂに設けられたテーパ部とそれぞれ嵌合しダイ９ａ，９ｂの間に成形キャビテイが形成される構造である。胴型８の両テーパ部の同軸度やダイ９ａ，９ｂのテーパ部の光学面との同軸度といった部品加工精度がダイ同士の同軸度を決めている。テーパの同軸度は１ミクロン程度が従来の通常の加工限界であり、従って、部品加工精度を累積すると、光学面のシフト偏心は３ミクロン程度が限界となる。また、ダイ９ａ，９ｂと胴型８とがテーパ嵌合のため、突き当て嵌合と異なり嵌合面が摩耗しやすいので、胴型はセラミックなどの硬度の高い難加工材料で作られる。
【０００７】
以上から、ガラスモールド成形においても成形光学素子の偏心精度は型部品の加工精度に大きく依存して限界がある状況に変わりはなく、その偏心のバラツキ状態は再現性が乏しく、管理が困難であるため、上述した高ＮＡレンズなどの次世代高精度光学素子の成形性能の確保と安定した生産を困難にしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、成形品の偏心精度や軸方向精度を複雑な機構を用いることなく向上させ、高精度の光学素子や成形部品を安定して生産できるようにする型構造を有する成形型、成形装置、成形方法、射出成形機、射出圧縮成形機、圧縮成形機、ガラス成形機及び成形方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による成形型は、成形品を成形するための成形キャビティを形成する一対の成形型部材と、前記成形型部材がその内部で摺動可能に保持される保持部材とを備え、前記成形型部材と前記保持部材との間の隙間に圧力伝達媒体が供給されることにより前記成形型部材が非接触で前記保持部材内に保持されることを特徴とする。
【００１０】
この成形型によれば、一対のダイ等の成形型部材の外周と型板または胴型等の保持部材との間の隙間に圧力伝達媒体を流し、その静圧によって成形型部材を保持部材内で非接触で高精度に保持し偏心精度の向上を実現できるとともに、成形型部材が軸方向に低摩擦で円滑に摺動可能となるので、成形型部材による成形キャビティ内の成形品に対する突き当て力の再現性が向上し、成形品の軸方向厚さの高精度化が達成できる。また、もし、隙間が成形型部材と保持部材の加工による加工精度不良で大きくなっても、保持剛性が若干低下するだけで、成形型部材は静圧保持により常に高精度で保持部材の中心に位置するから、成形型部材や保持部材の部品加工精度が偏心精度に直接影響しない。このように、成形品の偏心精度や軸方向精度を複雑な機構を用いることなく向上させることができ、高精度の成形部品が安定して生産できる。
【００１１】
この場合、前記圧力伝達媒体の供給が前記成形型部材側から行われるように構成することができ、また、前記保持部材側から行われるように構成することもでき、更に成形型部材側及び保持部材側の両方から行われるようにしてもよい。
【００１２】
また、前記圧力伝達媒体が供給される前記隙間が０．１〜１００μｍの範囲内にあることが好ましい。隙間が０．１μｍ以上であると、保持部材や成形型部材の加工負担がかからず、また加工による表面粗さの影響が少ない。また、隙間が１００μｍ以下であると、成形型部材を外力に抗して保持部材の中心に保持しようとする剛性を充分に得ることができる。隙間は３〜１５μｍが更に好ましい。
【００１３】
また、前記圧力伝達媒体の供給のために前記成形型部材と前記保持部材との少なくとも一方に、前記隙間に開口した供給口を設け、前記供給口を前記成形型部材と前記保持部材の軸方向及び円周方向にそれぞれ複数設けることができる。
【００１４】
また、前記供給口の上流側に前記圧力伝達媒体の流れを制限するオリフィス等の固定絞りを設けることができ、また、前記圧力伝達媒体を供給するために設けられた配管の経路内に自動調整絞りを設けることができる。これにより、供給する圧力伝達媒体の圧力を積極的に調整することができる。また、前記供給口が設けられた前記成形型部材または前記保持部材の前記供給口の周囲部分を凹ませてリセスを設けることにより、剛性を増すことができる。なお、前記圧力伝達媒体としては、気体または液体とすることができ、気体としては、窒素ガス、水素ガスやこれらの混合ガス、を使用できるが、これらに限定されるものではない。また、液体としては、油や水を使用できるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
また、前記成形型部材と前記保持部材との少なくとも一方が多孔質部材を含み、前記多孔質部材を通して前記圧力伝達媒体が前記隙間に供給されるように構成できる。また、前記成形型部材と前記保持部材がセラミック材料より構成できる。 また、前記成形品が光学品である場合には、高精度な光学品を得ることができるので、高ＮＡレンズなどの次世代高精度光学素子が生産可能となる。
【００１６】
また、本発明による成形装置は、成形品を成形するための成形キャビティを形成する一対の成形型部材と、前記成形型部材がその内部で摺動可能に保持される保持部材とを備え、前記成形型部材と前記保持部材との間の隙間に圧力伝達媒体が供給されることにより前記成形型部材が非接触で前記保持部材内で摺動し保持されるように構成した成形型と、前記圧力伝達媒体を前記隙間に供給するための圧力伝達媒体供給手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
この成形装置によれば、一対のダイ等の成形型部材の外周と型板または胴型等の保持部材との間の隙間に圧力伝達媒体供給手段により圧力伝達媒体を流し、その静圧によって成形型部材を保持部材内で非接触で高精度に保持し偏心精度の向上を実現できるとともに、成形型部材が軸方向に低摩擦で円滑に摺動可能となるので、成形型部材による成形キャビティ内の成形品に対する突き当て力の再現性が向上し、成形品の軸方向厚さの高精度化が達成できる。このように、成形品の偏心精度や軸方向精度を複雑な機構を用いることなく向上させることができ、高精度の成形部品が安定して生産できる。
【００１８】
前記圧力伝達媒体としては、気体または液体とすることができ、気体としては、窒素ガス、水素ガスやこれらの混合ガス、を使用できるが、これらに限定されるものではない。また、液体としては、油や水を使用できるが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
また、前記圧力伝達媒体は前記成形型の隙間に対してその圧力が２００ｋＰａ〜２ＭＰａで供給されることが好ましく、３００ｋＰａ〜１ＭＰａが更に好ましい。圧力が２００ｋＰａ以上であると、充分な静圧による保持剛性を得ることができ、２ＭＰａ以下であると、汎用のコンプレッサ等の圧力伝達媒体供給手段を使用できる。
【００２０】
また、前記圧力伝達媒体が１００〜１０００℃の範囲の温度に加熱されて前記成形型の隙間に供給されることにより、成形時に成形型を加熱する際の熱効率が向上し、好ましい。
【００２１】
この場合、前記成形品は光学品であり、前記光学品の光学材料のガラス転移点をＴ℃とすると、前記圧力伝達媒体が、（Ｔ−２００℃）〜（Ｔ＋２００℃）の範囲の温度に加熱されて前記成形型の隙間に供給されることが好ましい。温度が（Ｔ−２００℃）以上であると、成形後に光学材料を徐冷することが可能となり、冷却収縮に伴う内部応力の発生や変形、割れ等の発生を防止できる。また、（Ｔ＋２００℃）以下であると、成形時の光学材料の温度をより低くできるので、光学材料の成形型部材の光学面への貼り付きや反応によるくもりの発生等を防止できる。
【００２２】
また、前記圧力伝達媒体の供給のために前記成形型部材と前記保持部材との少なくとも一方に、前記成形型の隙間に開口した供給口を設け、前記供給口を前記成形型部材と前記保持部材の軸方向及び円周方向にそれぞれ複数設け、前記供給口における前記圧力伝達媒体の圧力を他の供給口の圧力と異なるように調整することにより、前記成形型部材と前記保持部材との間隔を制御するように構成することが好ましい。このように成形型部材と保持部材との間隔を制御することにより、円周方向の複数の供給口で保持部材に対する成形型部材の偏心を調整することができ、また、軸方向の複数の供給口で保持部材に対し成形型部材の軸方向の倒れを調整することができる。このようにして、成形型部材の偏心及び倒れを調整することができるので、高精度に成形品を成形することができる。
【００２３】
また、上述の圧力調整のために複数の圧力調整機構を具備することが好ましい。また、前記成形型を複数備えることにより、多数個の同時成形が可能となり、大量生産に適する。
【００２４】
また、本発明による成形方法は、上述の成形型または成形装置を使用して成形を行うことを特徴とする。なお、成形品を得るための材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ガラス等、材料の種類はいずれでもよい。
【００２５】
また、本発明による射出成形機は、上述の成形型または成形装置を含むことを特徴とする。なお、射出成形機とは、材料を加熱し溶融させ高圧でキャビティ内に押し込み、冷却固化させて所望の成形品を成形する機械をいう。
【００２６】
また、本発明による射出圧縮成形機は、上述の成形型または成形装置を含むことを特徴とする。なお、射出圧縮成形機とは、材料を加熱し溶融させ高圧でキャビティ内に押し込んだ後、キャビティ体積を小さくして更に高圧でキャビティ形状を転写させて冷却固化し、所望の成形品を成形する成形機をいう。
【００２７】
また、本発明による圧縮成形機は、上述の成形型または成形装置を含むことを特徴とする。なお、圧縮成形機とは、一次加工された材料をキャビティ内で加熱し圧縮して所望の成形品を成形する成形機をいう。
【００２８】
また、本発明によるガラス成形機は、上述の成形型または成形装置を含むことを特徴とする。なお、ガラス成形機とは、ガラス材料を加熱し溶融し、プレスによりキャビティ形状を転写して所望の成形品を成形する成形機をいう。なお、ガラス成形機以外では、成形品を得るための材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ガラス等、材料の種類はいずれでもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態を示す成形型の縦断面図である。
【００３０】
図１に示す成形型１１は、一個取り用の一対のダイ１２，１３と、ダイ１２，１３をその内部で摺動可能に保持する円筒状の胴型部材１４とを備える。ダイ１２，１３の外周面１２ｃ，１３ｃと胴型部材１４の内周面１４ａとの間には隙間１６が形成されるようになっている。ダイ１２，１３は、それぞれ成形時に光学品の面を形成するための光学面１２ａ、１３ａを有し、ダイ１３の突き当て面１３ｂがダイ１２の面１２ｂに当接することにより、光学面１２ａ、１３ａ等により成形キャビティが形成される。
【００３１】
胴型部材１４には圧力伝達媒体を隙間１６に供給するための供給口１５が貫通孔として軸方向及び円周方向に複数形成されている。各供給口１５は、圧力伝達媒体として圧縮気体を胴型部材１４の外周面１４ｂ側から内周面１４ａへ流すために、大径部１５ｂと、隙間１６へ圧縮気体が吹き出すように小径に絞られたオリフィス部１５ａとを備える。
【００３２】
成形型１１の外部の圧力媒体伝達手段としてのコンプレッサ等から窒素ガス等の圧縮気体を供給口１５に向けて流すと、オリフィス部１５ａより隙間１６に吹き出す。この圧縮気体により隙間１６が静圧フィルムとなり、ダイ１２，１３が等方的に胴型部材１４から圧縮気体で押され、胴型部材１４の中心に位置決めされる。仮に、ダイ１２，１３が外力を受けシフトし偏心したときには、狭くなった隙間の方の気体圧力が上昇し、広くなった隙間の圧力が下がるので、ダイ１２，１３を中心に戻そうとする力が働き、調心される。この調心された状態のダイ１２，１３の剛性は、隙間１６の距離に反比例し、気体の供給圧力や静圧フィルムの面積に比例し、吹き出し口の構造などにも依存する。
【００３３】
ダイ１２，１３と胴型部材１４との間の隙間１６は、０．１〜１００μｍであれば静圧保持の効果が得られるが、隙間が小さいほどダイ１２，１３を外力に抗して胴型部材１４の中心に保持しようとする剛性は高くなる。しかし、あまり隙間が小さいと、ダイ１２，１３の外周面１２ｃ、１３ｃの外径や胴型部材１４の内周面１４ａの内径に対する加工負担が増え、また加工表面粗さの影響を受け易くなってダイ１２，１３の周りの圧力分布が不均一になったり圧縮気体の圧縮性によりニューマチックハンマーが発生したりして、振動発生の原因となる。これらを鑑みると、隙間１６は、３〜１５μｍ程度がより好ましい。この隙間量であれば、胴型部材１４の内径や円筒度とダイ１２，１３の外径や円筒度も比較的容易に加工で得られ、しかも仮に、隙間が加工精度不良で大きくなっても保持剛性が低下するだけで、ダイ１２，１３は静圧保持により常に１ミクロン以下で胴型部材１４の中心に位置するから、部品加工精度が偏心精度に直接影響しないという優れた効果を発揮できる。
【００３４】
気体の供給圧力は、一般的には２００ｋＰａ〜２ＭＰａ気圧程度が扱い易く、３００ｋＰａ〜１ＭＰａが更に好ましい。
【００３５】
また、静圧フィルムの面積を増やすということは、ダイの径を大きくしたり、軸方向に長くして、ダイの胴型部材との摺動面積を増やすことであるが、胴型部材の内周面の加工に関し、一般的に長さＬと直径Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）が５程度までであると、従来加工法で作りやすい。
【００３６】
また、圧縮気体は、図１のように胴型部材側から隙間に供給する方式であっても良く、また、ダイの内部から隙間に供給される方式であっても良い。前者の揚合は、成形対象が変わっても比較的共有されることの多い胴型部品で、しかも外径方向に配管するので加工しやすくスペース的に余裕が取りやすい。後者の場合は、ダイの大きさに制約されて配管するため加工が複雑となるが、ダイを加熱するために圧縮気体を加熱して供給する場合は、熱効率が良いといった特徴がある。また、ダイと胴型部材の両方から隙間に供給するようにしてもよい。
【００３７】
次に、多数個取り型に適用した例を図２により説明する。図２は、多数個取りの成形型であって、ダイと固定側型板（胴型）の断面図（ａ）及びダイと可動側型板の断面図（ｂ）である。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、成形型２１は固定側に、成形キャビティを形成するように凹んだ成形面２３ａを有する複数のダイ２３，２３’と、これらの複数のダイ２３，２３’が入り込んで摺動可能に保持される孔２２，２２の形成された固定側型板２５とを備える。固定側型板２５には圧力伝達媒体の供給のために供給通路３０，３１，３２が形成されており、供給通路３０は、外部の圧力媒体伝達手段としてのコンプレッサ等に連通し、固定側型板２５内で複数の供給通路３１，３２に連通している。供給通路３１，３２は、孔２２，２２の内周面にそれぞれ開口した複数の供給口３１ａ，３２ａを有し、各供給口３１ａ，３２ａからダイ２３，２３’と孔２２，２２との間に形成される隙間２８に圧力伝達媒体としての圧縮気体等が供給されるようになっている。
【００３９】
また、図２（ｂ）に示すように、成形型２１は可動側に、成形キャビティを形成するように凹んだ成形面２４ａを有する複数のダイ２４，２４’と、これらの複数のダイ２４，２４’が入り込んで摺動可能に保持される孔３６，３６の形成された可動側型板２６とを備える。可動側型板２６には圧力伝達媒体の供給のために供給通路３３，３４，３５が形成されており、供給通路３３は、外部の圧力媒体伝達手段としてのコンプレッサ等に連通し、可動側型板２６内で複数の供給通路３４，３５に連通している。供給通路３４，３５は、孔３６，３６にそれぞれ開口した供給口３４ａ，３５ａを有し、ダイ２４，２４’と孔３６，３６との間に形成される隙間２９に圧力伝達媒体としての圧縮気体等が供給されるようになっている。
【００４０】
以上のような成形型２１において、固定側型板２５と可動側型板２６とをパーティング面２７，２７で合わせて型閉した後、外部の圧力媒体伝達手段としてのコンプレッサ等から窒素ガス等の圧縮気体を、固定側型板２５では供給通路３０，３１，３２を通して隙間２８に、可動側型板２６では供給通路３３，３４，３５を通して隙間２９にそれぞれ供給する。これにより、ダイと孔との間の各隙間２８，２９に静圧フィルムを形成する。このため、偏心精度は、図１の場合と同様に、ダイの型板の孔に対しては１μｍ以下となり、型板における各孔の位置精度だけが従来と同様の５μｍの加工誤差を有しているので、５μｍとなり、従来と同様の部品加工精度でありながら、２／３以下の限界値にできる。
【００４１】
次に、図３により成形型部材側から圧力伝達媒体を隙間に供給するようにした成形型の例を説明する。図３の成形型４１は、成形キャビティを形成する成形面４２ａ、４３ａを有する一対のダイ４２，４３と、これらのダイ４２，４３をその内部で摺動可能に保持する胴型部材４４とを備える。ダイ４２，４３の内部には、圧力伝達媒体の圧縮気体等の通る供給通路４２ｂ，４３ｂが軸方向及び径方向に形成されている。また、ダイ４２，４３の外周面４２ｃ，４３ｃには、圧縮気体等の供給口４５ａが軸方向及び円周方向にそれぞれ複数形成されており、各供給口４５ａは、それぞれ供給通路４２ｂまたは４３ｂに連通している。また、各供給口４５ａの周囲近傍の外周面４２ｃ，４３ｃには、リセス４５が約５〜５０μｍの深さに凹んで形成されている。また、ダイ４２、４３の各端面には供給通路４２ｂ，４３ｂに連通して金属製フレキシブルホース４８、５０が接続部４７、４９を介してねじ止めされている。ダイ４２，４３の型閉じ後、フレキシブルホース４８、５０を通して、供給通路４２ｂ，４３ｂに圧縮気体を流し、各供給口４５ａから圧縮気体が、胴型部材４４の内周面４４ａとダイ４２，４３の外周面４２ｃ、４３ｃとの間に形成される隙間４６に流れ、隙間４６に静圧フィルムを形成する。なお、胴型部材４４には排気孔４４ｂが設けられている。
【００４２】
図３に示す成形型４１により、図１と同様の効果を得ることができる。また、リセス４５により、リセス部分の圧力伝達媒体は圧力損失がなく、ほぼ供給圧力となるために、剛性を増すことができる。
【００４３】
次に、本実施例では、ダイや胴型部材は所望の光学素子等の成形品の大きさに対し大きすぎないことが、型部材の熱容量を低く押さえ、光学材料等の成形材料を冷却固化する成形の際に熱の給出が小さくエネルギー効率が高いばかりでなく、熱慣性が小さいので応答特性の良い高精度な温度制御が可能となる。しかしながら、静圧受けの剛性は前述したように受ける面積に比例するので、ダイや胴型部材をできる限り大きく作る方が型部材の偏心規制に有利となるが、熱的な有利性を低下させてしまうので、偏心剛性をダイや胴型部材を大きくすることなく高めるための工夫を２種類行った。
【００４４】
一つは、圧縮気体の配管内で吹き出し口の手前に固定絞りを設けたるものであり、もう一つは次の図４に示すように自動調整絞りを設けるものである。静圧軸受けの高剛性化としてこれらの方法は公知であるが、本実施の形態ではこれを成形光学面に偏心規制手段に用いたことで、ダイや胴型部材を小型にしながら十分な剛性を確保することができる。
【００４５】
固定絞りとしては、毛細管方式、オリフィス方式などがある。毛細管方式は、細く長い絞りを配管内に設置し、外力によりダイが偏心し勘合際間が狭くなると圧縮空気の背圧が増し押し戻されようとするが、毛細管内の流れの粘性抵抗と流量制限により押し戻し量を低減し背圧を高め戻す力を増加させる者である。また、オリフィス方式は配管内に小さな孔を設け、圧縮気体の流量制限により剛性を向上するものである。いすれにせよ、本発明では固定絞りの手段は問わない。一般に、固定絞りを設けることにより剛性は１．５〜２倍程度に増加するが、このことは本実施の形態においてダイや胴型部材の直径を同じ偏心剛性で半分にできることを意味し、体積としては１／４にできるため熱的な成形条件を制御する上で非常に効果が大きい。
【００４６】
また、自動調整絞りは、隙間間隔や圧力変動によりサーボバルプやダイアフラム弁などを駆動して、供給する圧縮気体の圧力を積極的に調整する方式である。図４に示したものは、スプール弁の一種であるＭＩＴ弁と呼ばれる差動弁で、対向供給する配管の背圧差によって弁の重合量を変えて流量調整を行い、背圧の高い方の圧力をさらに増加させるものである。調整方式は、このようなスプール弁タイプの他にダイアフラム弁を用いても良いし、センサーにより偏心を検出して電気サーボバルフにより圧力調整を行って剛性を増加させても良い。本実施の形態ではその方式は問わず、能動的に圧縮気体の吹き出し圧力または流量を変動させることで剛性を高め、ダイと胴型の小型化に寄与する自動調整絞り全てを指す。
【００４７】
次に、図４により、図１とほぼ同様の成形型に自動調整絞りを設けた例を説明する。図４の成形型５１は、図１と同様の一対のダイ１２，１３と、これらのダイ１２，１３を摺動可能に保持する胴型部材１４とに加えて、自動調整絞り機構５２を備える。また、胴型部材１４には圧力伝達媒体の供給通路１８が軸方向及び円周方向にそれぞれ複数形成され、各供給通路１８は胴型部材１４の内周面１４ａに開口した供給口１８ａを有し、各供給口１８ａの近傍には、図３と同様のリセス１９がそれぞれ形成されている。
【００４８】
自動調整絞り機構５２では、シリンダ６０内のほぼ中央にピストン５５が摺動可能に収容され、第１の室６１と第２の室６２とに仕切っている。ピストン５５に第１の室６１で第１の円盤部５６に連結棒５５ａにより連結され、更に第２の室６２で第２の円盤部５７に連結棒５５ｂにより連結されている。シリンダ６０の一端面と第１の円盤部５６との間にコイルばね５８が配置され、シリンダ６０の他端面と第２の円盤部５７との間にコイルばね５９が配置されている。成形型の隙間１６に連通した連通路５３が、通路６０ａを介して第１の室６１と連通し、更に通路６０ｂを介してコイルばね５８のある室５８ａと連通している。同様に、成形型の隙間１６に連通した連通路５４が、通路６１ａを介して第２の室６２と連通し、更に通路６１ｂを介してコイルばね５９のある室５９ａと連通している。
【００４９】
図４において、シリンダ６０の入口６０ａから圧縮気体がシリンダ６０内に供給されると、第１の室６１，通路６０ａ，連通路５３を通して隙間１６に供給されるとともに通路６０ｂを通して室５８ａ内にも供給される。同様のことが、第２の室６２側においても行われる。隙間１６において圧力に変動がなければ、ピストン５５は図のような中立位置にあるが、隙間１６が例えば連通路５３側で広くなり圧力が低下した場合、背圧差によりピストン５５が第２の室６２側の高圧力によりコイルばね５８の圧縮復元力に抗しながら図の方法ｈに移動すると、通路６０ａの開口を塞ぐ。これにより、隙間１６の連通路５３側への圧縮気体の流れが絞られて圧力が更に低下し連通路５４側の圧力を更に高くするから、連通路５３側の隙間１６を狭く調整することができる。これにより、供給する圧縮気体の圧力を積極的に調整することが可能となる。
【００５０】
以上のようにして、隙間１６でその距離に変動が生じ圧力が変わった場合でも、一方の連通路側への圧縮気体の供給を制限することにより、自動的に圧力を調整し、隙間１６の距離を元に戻すことができる。
【００５１】
次に、図５により、図１とほぼ同様の成形型に多孔質部材を配置した例を説明する。図５の成形型７１は、図１と同様の一対のダイ１２，１３と、これらのダイ１２，１３を摺動可能に保持する胴型部材１４とに加えて、胴型部材１４の内周側に円筒状の多孔質部材６５，６６を配置したものである。
【００５２】
軸方向及び円周方向にそれぞれ複数形成された供給通路６７から圧力伝達媒体としての圧縮気体が供給されると、その供給口から圧縮気体が多孔質部材６５，６６に入り込んでその内周面６５ａ，６６ａから隙間６８に供給される。これにより、図１と同様の効果が得られる。
【００５３】
次に、図６（ａ），（ｂ）により、上述の成形型においてダイ（成形型部材）の中心の偏心調整について説明する。
【００５４】
図６（ｂ）のようにダイ７５に形成された光学面７５ａの中心７５ｂがダイ７５の中心７５ｃとずれている場合、精度のよい成形が難しくなるのであるが、図６（ａ）のように、胴型部材７６の円周方向に、９０゜の等間隔で設けられた圧縮気体の供給口ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて、その圧力を供給口ａよりも１８０゜反対側の供給口ｃ側を高くして圧縮気体を隙間７７に供給する。これにより、光学面７５ａの中心７５ｂとダイ７５の中心７５ｃとを一致させることができるから、高精度の成形が可能となる。このように、各供給口ａ，ｂ，ｃ，ｄの圧力を適宜に制御することにより、光学面７５ａの中心７５ｂを胴型部材７６の中心とを一致させるように調整できる。かかる調整は従来の型構造では殆ど不可能であったのであるが、本発明によれば簡単に行うことができる。
【００５５】
次に、図７により、図６のような圧力調整を行う複数の圧力調整機構を備えた成形装置について説明する。
【００５６】
図７の成形装置８０は、一対のダイ８２，８３と胴型部材８４とを備えた成形型８１と、成形型８１内のダイ８２，８３と胴型部材８４との間の隙間に圧縮気体を供給するコンプレッサ８５と、コンプレッサ８５からの圧縮気体の圧力を一定にするためのリザーバタンク８６と、胴型部材８４に設けられた圧縮気体の複数の供給口ａ，ｂ，ｃ，ｄ（図６参照）にそれぞれ圧縮気体を圧力を制御しながら供給する複数のサーボバルブＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、各サーボバルブの制御のための制御パネル８７とを備える。複数の供給口ａ，ｂ，ｃ，ｄは軸方向に多段に設けられており、これらの供給口ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応してサーボバルブがそれぞれ設けられている。
【００５７】
各サーボバルブを制御パネル８７により制御し、複数の供給口ａ，ｂ，ｃ，ｄにおける圧力を調整することにより、図６で説明したような圧力調整を行うことができる。また、軸方向に多段に設けられた供給口間の圧力をかえることによりダイのティルトも補正できる。
【００５８】
【実施例】
次に、図２に示すような多数個取りの成形型により、従来の部品加工精度の制約のもとに行った実施例を説明する。
【００５９】
（実施例１） 直径５０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、円筒度１μｍの鋼材料による１対のダイと隙間１０μｍの鋼材料の胴型を用い、ダイの外径表面の径１．５ｍｍの供給口から１０気圧の窒素ガスを噴出して保持した。圧縮気体の供給口としてオリフィスをダイ一個当たりに外周三等分配置で２段の計６個設けた。
【００６０】
このとき、ダイを対向させた時の偏心は、０．５μｍであった。この偏心量の繰り返し再現性は、０．０５μｍ以下であり、０．５μｍの偏心が偏り誤差として確実に再現した。また、外力に対する剛性は、１２０Ｎ／μｍであり、通常の成形ではほとんどかかることのないシフト方向の力に対して十分な値であった。さらに、ダイの後端から３０Ｎの力を加えて突き合わせたところ、ダイは胴型内を極めて滑らかに摺動し、突き当て時の２つのダイの合計全長が０．３ミクロン以下のバラツキで再現した。つまり、プレス成形したときに成形品の厚みを決定するキャビテイ厚みの再現性も、加えた力が損失することなく再現性良く突き当てる力となるため、極めて高くすることができた。
【００６１】
このように、本発明による偏心の再現性と軸方向の突き当て再現性は、従来の型構造の限界を１０倍以上向上しており、特に、従来公差を厳しくしていた胴型の孔径とダイ外周の加工精度は、緩くしても高精度な再現性が得られるので、特にセラミックなどの難加工部材でダイや胴型を製作する際には、著しい部品加工工数の低減と容易さをもたらすものである。
【００６２】
（実施例２） 上述の実施例１のダイの窒素ガスを噴出する供給口に、径０．２ｍｍ、長さ５ｍｍのオリフィスを設け、オリフィス周辺に段差５０μｍで１０×２０ｍｍのリセスを設けた。外力に対する剛性は、２５６Ｎ／μｍまで向上した。
【００６３】
（実施例３） 直径５０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、円筒度２μｍの一対のセラミック製ダイと、１０μｍの嵌合隙間を設けて多孔質セラミックを内側に有するセラミック製の胴型を用い、６００℃に加熱した窒素ガスを７気圧で供給した。胴型の窒素ガスの供給口は、各ダイとの摺動面位置であり胴型外径の４等分配置で２段、８ヵ所、ダイ二つ分で合計１６ヵ所である。ダイの間隔を１０ｍｍとした時の対向面の温度は５５６℃であった。シフト偏心精度は１．２μｍ、再現性は０．０３μｍ以下であった。シフト方向剛性は１８５Ｎ／μｍであった。シフト偏心を補正するため、一方のダイの偏心方向の窒素ガスの供給圧力を０．３気圧上昇させたところ、シフト偏心は０．３μｍまで減少した。また、対抗するダイを３０Ｎの力で突き当てた時のダイの合計全長の再現性は、０．５μｍ以下であった。このように、光学素子を成形するに十分なガラスの加熱温度が得られ、偏心のほとんど無い滑らかなダイの摺動と突き当てが再現性良く得られた。
【００６４】
以上のように本発明を実施の形態により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、圧力伝達媒体として気体以外にも水や各種の油等の液体であってもよいことは勿論である。また、ダイの断面形状は円でなくとも良く、四角や六角などの多角形などとしてダイの胴型部材内での回転が規制される形状であっても良いことは勿論である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、成形品の偏心精度や軸方向精度を複雑な機構を用いることなく向上させ、高精度の光学素子や成形部品を安定して生産できるようにする型構造を有する成形型、成形装置、成形方法、射出成形機、射出圧縮成形機、圧縮成形機、ガラス成形機及び成形方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による成形型の縦断面図である。
【図２】本実施の形態による多数個取りの成形型の縦断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図３】本実施の形態による別の成形型の縦断面図である。
【図４】本実施の形態による自動調整絞りを有する更に別の成形型の縦断面図である。
【図５】本実施の形態による更に別の成形型の縦断面図である。
【図６】本実施の形態の芯ずれを調整する例を説明するための成形型の横断面図（ａ），（ｂ）である。
【図７】本実施の形態による成形装置を示す図である。
【図８】従来の成形型を示す縦断面図である。
【図９】従来の多数個取りの成形型を示す斜視図である。
【図１０】従来の別の成形型を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１ 成形型
１２，１３ 一対のダイ（成形型部材）
１４ 胴型部材（保持部材）
１５ 供給口
１５ａ オリフィス部
１６ 隙間
２２，３６ 孔
２３，２４ 一対のダイ（成形型部材）
２３’，２４’ 一対のダイ（成形型部材）
２５ 固定側型板
２６ 可動側型板
２８，２９ 隙間
３０〜３２ 供給通路
３１ａ，３２ａ 供給口
３３〜３５ 供給通路
３４ａ，３５ａ 供給口
４１ 成型型
４２，４３ 一対のダイ（成形型部材）
４２ｂ，４３ｂ 供給通路
４４ 胴型部材
４５ リセス
４５ａ 供給口
５１ 成形型
５２ 自動調整絞り機構
１９ リセス
１８ａ 供給口
７１ 成形型（成形型部材）
６５，６６ 多孔質部材
６７ 供給通路
８０ 成形装置
８１ 成形型（成形型部材）
８２，８３ 一対のダイ
８４ 胴型部材
８５ コンプレッサ（圧力伝達媒体供給手段）

Claims (26)

1. 成形品を成形するための成形キャビティを形成する一対の成形型部材と、前記成形型部材がその内部で摺動可能に保持される保持部材と、を備え、
   前記成形型部材と前記保持部材との間の隙間に圧力伝達媒体が供給されることにより前記成形型部材が非接触で前記保持部材内で摺動し保持されることを特徴とする成形型。
2. 前記圧力伝達媒体の供給が前記成形型部材側から行われるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の成形型。
3. 前記圧力伝達媒体の供給が前記保持部材側から行われるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の成形型。
4. 前記圧力伝達媒体が供給される前記隙間が０．１〜１００μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１，２または３に記載の成形型。
5. 前記圧力伝達媒体の供給のために前記成形型部材と前記保持部材との少なくとも一方に、前記隙間に開口した供給口を設け、前記供給口を前記成形型部材と前記保持部材の軸方向及び円周方向にそれぞれ複数設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形型。
6. 前記供給口の上流側に前記圧力伝達媒体の流れを制限する固定絞りを設けたことを特徴とする請求項５に記載の成形型。
7. 前記供給口が設けられた前記成形型部材または前記保持部材の前記供給口の周囲部分を凹ませてリセスを設けたことを特徴とする請求項５または６に記載の成形型。
8. 前記圧力伝達媒体を供給するために設けられた配管の経路内に自動調整絞りを設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の成形型。
9. 前記成形型部材と前記保持部材との少なくとも一方が多孔質部材を含み、前記多孔質部材を通して前記圧力伝達媒体が前記隙間に供給されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の成形型。
10. 前記成形型部材と前記保持部材がセラミック材料よりなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の成形型。
11. 前記成形品は光学品であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の成形型。
12. 成形品を成形するための成形キャビティを形成する一対の成形型部材と、前記成形型部材がその内部で摺動可能に保持される保持部材と、を備え、前記成形型部材と前記保持部材との間の隙間に圧力伝達媒体が供給されることにより前記成形型部材が非接触で前記保持部材内で摺動し保持されるように構成した成形型と、
    前記圧力伝達媒体を前記隙間に供給するための圧力伝達媒体供給手段と、を具備することを特徴とする成形装置。
13. 前記圧力伝達媒体は気体または液体であることを特徴とする請求項１２項に記載の成形装置。
14. 前記圧力伝達媒体は前記成形型の隙間に対してその圧力が２００ｋＰａ〜２ＭＰａで供給されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の成形装置。
15. 前記圧力伝達媒体が１００〜１０００℃の範囲の温度に加熱されて前記成形型の隙間に供給されることを特徴とする請求項１２，１３または１４に記載の成形装置。
16. 前記成形品は光学品であり、前記光学品の光学材料のガラス転移点をＴ℃とすると、前記圧力伝達媒体が、（Ｔ−２００℃）〜（Ｔ＋２００℃）の範囲の温度に加熱されて前記成形型の隙間に供給されることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の成形装置。
17. 前記圧力伝達媒体の供給のために前記成形型部材と前記保持部材との少なくとも一方に、前記成形型の隙間に開口した供給口を設け、前記供給口を前記成形型部材と前記保持部材の軸方向及び円周方向にそれぞれ複数設け、
    前記供給口における前記圧力伝達媒体の圧力を他の供給口の圧力と異なるように調整することにより、前記成形型部材と前記保持部材との間隔を制御することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の成形装置。
18. 前記円周方向の複数の供給口のうちで前記圧力を調整することにより前記保持部材に対する前記成形型部材の偏心を調整することを特徴とする請求項１７に記載の成形装置。
19. 前記軸方向の複数の供給口のうちで前記圧力を調整することにより前記保持部材に対し前記成形型部材の軸方向の倒れを調整することを特徴とする請求項１７または１８に記載の成形装置。
20. 前記圧力調整のために複数の圧力調整機構を具備することを特徴とする請求項１７，１８または１９に記載の成形装置。
21. 前記成形型を複数備えることを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか１項に記載の成形装置。
22. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成形型または請求項１２〜２１のいずれか１項に記載の成形装置を使用して成形を行うことを特徴とする成形方法。
23. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成形型または請求項１２〜２１のいずれか１項に記載の成形装置を含むことを特徴とする射出成形機。
24. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成形型または請求項１２〜２１のいずれか１項に記載の成形装置を含むことを特徴とする射出圧縮成形機。
25. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成形型または請求項１２〜２１のいずれか１項に記載の成形装置を含むことを特徴とする圧縮成形機。
26. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成形型または請求項１２〜２１のいずれか１項に記載の成形装置を含むことを特徴とするガラス成形機。

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