JP5114280B2 - 成形用素材の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の押圧型から成る型セットに設定された成形用素材を成形工程の最初から無駄なく成形する成形用素材の成形方法に関する。

従来、例えば特許文献１に見られるように、成形工程順に配置された複数の成形軸部（ステージ）により一対の押圧型から成る複数の型セット（ブロック）に対し予熱とプレスと冷却の工程を順次行って、型セットに設定されている成形用素材（光学素子材料）を成形する成形方法が提案されている。

図４(a),(b),(c) は、そのような従来の成形工程を説明する図である。同図(a) は型セット１を示し、同図(b) は成形部２を示し、同図(c) は成形工程を示している。尚、同図には、型セットの搬送系については、図示を省略している。

同図(a) に示すように、型セット１は、先ず、上部にフランジを有し、下部面中央に成形用凸部を有する基本的には円柱状の上型３と、上面中央に成形用凹部を形成され、周面に２つの段差部を有する下型４を備えている。

そして、下型４の下の段差部には円筒状のスリーブ５が係合して立設され、このスリーブ５の内側で、下型４の上の段差部には、上部内側にフランジを有する円環状の外周型６が係合して立設されている。そして、下型４の上面中央の成形用凹部には、成形用素材７が載置・設定されている。

また、同図(b) に示すように、成形部２には、左から右へ工程順に３個の成形軸部８（８ａ、８ｂ、８ｃ）が配置されている。第１軸となる成形軸部８ａは予熱工程用の軸部であり、第２軸となる成形軸部８ｂはプレス工程用の軸部であり、第３軸となる成形軸部８ｃは冷却工程用の軸部である。

各成形軸部８は、下部には、成形装置本体の下フレーム９に固設され、ヒータ１１を内蔵した固定熱プレート１２を備え、上部には、ヒータ１１を内蔵した可動熱プレート１３を備えている。可動熱プレート１３は、成形装置本体の上フレーム１４に固設された不図示のシリンダ装置から上下に進退するピストン１５の下端部に固定されている。

成形用素材７を成形するに際しては、図４(c) に示すように、成形部２に、型セット１を（１）、（２）、（３）の順に連続して搬入し、第１軸の予熱工程の成形軸部８ａ、第２軸のプレス工程の成形軸部８ｂ、第３軸の冷却工程の成形軸部８ｃと、順次搬送して成形する、ということを、型セット１を更に（４）、（５）、・・・と連続して成形部２に搬入して繰り返して成形品７−１を生産する。

ところで、特許文献１のように、最初の型セット、次の型セット、更に次の型セットというように複数の型セットを連続して成形部に搬入した場合、プレス工程の高温に設定された成形軸部８ｂの熱プレート１２、１３は、初めの型セット１（１）によって第一の成形時に温度が低下している。

その初めの型セット１（１）による成形工程（プレス工程）の直後に次の型セット１（２）をプレス工程の成形軸部８ｂに搬入すると、１回目の成形開始時よりも温度が低くなっているから、最初の型セット１（１）と同じ条件で次の型セット１（２）を成形することができない。したがって、成形条件を一定に安定化することが必要になってくる。

図５(a),(b) は、上記の成形部２の構成で、成形条件を一定に安定化するための方法を説明する図である。同図(a),(b) は、いずれも縦にプレス工程の成形軸部８ｂの温度を示し、横に時間の経過を示している。

成形条件を一定に安定化するための準備工程として、先ず、予熱、プレス、冷却の全工程を、同一の時間区間内で繰り返す。これはプレス工程で、型セットを加熱しつつ変形する高温成形の場合を示している。同図(a) は、プレス工程の成形軸部８ｂの最初の加熱処理１７−０で温度Ｈ０から、成形の１回目１７−１で温度Ｈ１、２回目１７−２で温度Ｈ２、３回目１７−３で温度Ｈ３とだんだん下がって、どこかで安定する（一定になる）。

同図(a) は、成形の４回目１７−４が終了した段階で、温度Ｈ４という安定した高温成形の成形条件値の温度まで下がったことを示している。この後は、予熱、プレス、冷却の工程を何度繰り返しても、プレス工程の成形軸部８ｂの成形温度は、温度Ｈ４から下がることはない。

つまり、同図(a) の場合は、予熱温度Ｈ０としたとき、成形工程を４回繰り返して高温成形の適正温度である安定した温度Ｈ４が得られた例を示している。
また、同図(b) も、予熱、プレス、冷却の全工程を同一の時間区間内で繰り返す準備工程を示しており、これはプレス工程で、型セットを冷却しつつ変形する中温成形の場合を示している。この場合は適正な成形条件値の温度が中温で行う成形の場合を示している。この場合は、プレス工程の成形軸部８ｂの最初の加熱処理１７−０で温度ｈ０から、成形の１回目１７−１で温度ｈ１、２回目１７−２で温度ｈ２、３回目１７−３で温度ｈ３とだんだん上がっていき、どこかで安定する（一定になる）。

同図(b) は、成形の４回目１７−４が終了した段階で、温度ｈ４という安定した中温成形の成形条件値の温度まで上がったことを示している。この後は、予熱、プレス、冷却の工程を何度繰り返しても、プレス工程の成形軸部８ｂの成形温度は、温度ｈ４から上がることはない。

つまり、同図(b) の場合は、予熱温度ｈ０としたとき、成形工程を４回繰り返して中温成形の適正温度である安定した温度ｈ４が得られた例を示している。
また、何らかの事故により成形装置が停止したときは、上記の安定化した温度が変化するので、この場合も元の成形条件の安定化の状態が得られるまで、成形の数回の繰り返しを行う準備工程がかかる。
特開２００１−０５８８３７号公報

ところで、上記の例では準備工程の繰り返し成形４回で、成形の適正温度である安定した温度が得られる例をしめしたが、通常、プレス工程の温度が一定になる成形条件の安定化までの準備工程の繰り返しには、４〜１０回の繰り返しが必要である。

そして、この準備工程によって、１回の繰り返しごとに１個排出される成形品は、良品ではないので廃棄される。成形品が大量生産品である場合は、４〜１０個の不良品の発生は、歩留まりに大きな悪影響を与えないが、成形品が少量生産の場合は、４〜１０個の不良品の発生であっても、無視できない歩留まりの低下となる。

本発明は、 以上のような課題に鑑みてなされたものであって、型セットに設定された成形用素材を成形工程の最初から無駄なく成形する成形用素材の成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の成形用素材の成形方法は、それぞれ加熱された熱プレートを有して成形工程順に配置された複数の成形軸部に対し一対の押圧型から成る複数の型セットを順次移動させて、成形工程順に配置された成形軸部において型セットに対し温調の工程と押圧の工程と徐冷の工程とを順次行って型セットに設定された成形用素材を成形する成形用素材の成形方法において、成形軸部を１個置きに空けながら複数の型セットの移動を行うことを特徴とする。

本発明によれば、１個置きに空けられた成形軸部の空き時間帯を成形軸部が押圧開始可能な温度に回復する時間に充てることができるので型セットに設定された成形用素材を成形工程の最初から無駄なく成形する成形用素材の成形方法を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１(a),(b) 及び図２(a),(b),(c) は、第１の実施の形態における成形工程を説明する図である。図１(a) には、型セット２１（１）が成形室２２の予熱成形軸部２３ａに既に搬入された状態を示している。

尚、本例における型セット２１、成形室２２、成形軸部２３（予熱工程、押圧工程、徐冷工程の各成形軸部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）、及び成形用素材２４の構成は、図４に示した型セット１、成形部２、成形軸部８（予熱工程の成形軸部８ａ、プレス工程の成形軸部８ｂ、冷却工程の成形軸部８ｃ）、及び成形用素材７の構成と同一の例を示している。

したがって、図１での構成と機能の説明は必要なこと以外は省略する。また、図１(a),(b) 及び図２(a),(b),(c) には説明に必要な部分にのみ番号を付与して示すことにする。
また、以下の説明では、予熱工程、押圧工程、徐冷工程の各成形軸部２３ａ、２３ｂ、２３ｃを、簡略に加熱軸２３ａ、成形軸２３ｂ、徐冷軸２３ｃということにする。

これらの３軸に、それぞれ上にヒータ内蔵の可動熱プレート２５があり、下にヒータ内蔵の固定熱プレート２６があることは、図４の場合と同様である。これらの３軸に型セット２１が矢印ａ、ｂ、及びｃで示すように順次搬送され、成形完成品が矢印ｄ示すように成形部２の外に排出される。

尚、本例では、加熱軸２３ａ、成形軸２３ｂ、徐冷軸２３ｃの順に、軸の温度が中温、高温、低温と初期設定されている。
以下、本例における成形機の成形室２２における加熱→成形→徐冷という３軸構成において、成形用素材２４を最初の１個目から良品として成形する方法を説明する。

先ず、図１(a) に示すように、常温の最初の型セット２１（１）を矢印ａのように搬送して加熱軸２３ａに供給する。加熱軸２３ａのピストン２７が降下して可動熱プレート２５が型セット２１（１）の上型２８の上面を押圧して上型２８に熱を伝達して上型２８を加熱し、下部では固定熱プレート２６が型セット２１（１）の下型２９の下面に密着して熱を伝達して下型２９を加熱する。

これにより、最初の型セット２１（１）が加熱軸２３ａの上下の熱プレート２５及び２６から受熱して予熱され、中温に近づいていく。この予熱時間は、本例では、例えば１分間である。この１分間で、加熱軸２３ａの熱プレート２５及び２６は型セット２１（１）に熱を奪われて、中温より低い温度になる。

また、この間、成形軸２３ｂ及び徐冷軸２３ｃのピストン２７は上方の待機位置に退縮しており、これにより可動熱プレート２５が上部の待機位置に在って、固定熱プレート２６と可動熱プレート２５の間には、型セット２１（１）が搬送されるだけの間隙が形成されている。

次に、図１(b) に示すように、加熱軸２３ａの可動熱プレート２５が上に移動して押圧を解除して型セット２１（１）を解放する。中温近傍に温度が高まって解放されたた最初の型セット２１（１）は矢印ｂで示すように、成形軸８ｂの高温の固定熱プレート２６に移送される。

ここで、成形軸８ｂのピストン２７が下方へ進出し、高温の可動熱プレート２５が型セット２１（１）の上型を加熱しながら押圧する。下部からは高温の固定熱プレート２６が型セット２１（１）の下型２９の下面に密着して下型２９を加熱する。

これにより、型セット２１（１）は上下の熱プレート２５及び２６から受熱して高温に近づいていく。そして、成形用素材２４が上下から押圧されて圧縮変形されていく。この圧縮変形の処理時間は、本例では、例えば２分間である。

また、この２分間の成形変形時間の間に成形軸２３ｂの上下の熱プレート２５及び２６の温度は成形前よりも６０℃低くなる。
上記に続いて、成形軸２３ｂの可動熱プレート２５が上に移動して押圧を解除して型セット２１（１）を解放する。最初の型セット２１（１）は、ほぼ変形が完了し、高温の近傍の温度まで高められた状態で、矢印ｃで示すように、成形軸２３ｂから徐冷軸２３ｃに搬送され、低温の徐冷軸２３ｃの固定熱プレート２６上に移送される。

最初の型セット１（１）は、徐冷軸２３ｃ上で、適度の温度差で温度低下をしながら、１分間徐々に冷却されながら、最終変形を行いつつ変形を完了させる。成形素材２４は、温度低下により形状が固まるまで冷却される。

形状が固まるまで冷却された最初の型セット１（１）は、矢印ｄで示すように、冷却軸２３ｃから成形室外に排出される。
また、これと並行して同時に、図２(a) に示すように、次の型セット２１（２）が矢印ａで示すように加熱軸２３ａに供給され、図１(a) で説明したように、次の型セット２１（２）が加熱軸２３ａによって１分間予熱される。

また、この１分間の間、成形軸２３ｂは空き軸となっている。そして、この成形軸２３ｃの１分間の空き時間帯に、成形軸２３ｃの上下の熱プレート２５及び２６に対し、内蔵のヒータによる加熱が行われて、最初の型セット２１（１）の成形により熱が失われて６０℃低下した温度が、成形開始（押圧開始）が可能な最初の温度にまで回復する。

続く図２(b) に示す状態は、最初の型セット２１（１）と次の型セット２１（２）が入れ替わっただけであり、これは図１(b) に示した状態と同一である。また、図２(c) に示す状態は、次の型セット２１（２）と３番目の型セット２１（３）とが入れ替わり、最初の型セット２１（１）と次の型セット２１（２）が入れ替わっているだけであり、これは図２(a) に示す状態と同一である。

図３(a) は、上記の図１(a),(b) 及び図２(a),(b),(c) に示した成形手順の方法で型セット２１の最初の１個目から、成形軸２３ｂの成形温度条件を一定に安定化して成形工程を繰り返すことができることを説明する図であり、図３(b) は他の例を示す図である。

尚、図３(a),(b) は、縦に成形軸２３ｂの上下の熱プレート２５及び２６の温度変化を示し、横に時間の経過を示している。
図３(a) に示すように、成形軸２３ｂの温度は、初期加熱工程２７−０（図１(a) 参照）で成形開始温度Ｈａに到達し、成形１回目の工程２７−１（図１(b) 参照）で安定成形温度Ｈｂまで低下する。しかし、次の温度復帰期間２７−２（図２(a) 参照）で成形開始温度Ｈａに回復し、成形２回目の工程２７−３（図２(b) 参照）で再び安定成形温度Ｈｂまで低下し、そして、次の温度復帰期間２７−４（図２(c) 参照）で再び成形開始温度Ｈａに回復する。

以降、成形工程２７−１、温度復帰期間２７−２、成形工程２７−３、及び温度復帰期間２７−４が繰り返されて、最初の１個目から連続して良品の成形品を生産することができる。

図４(c) に示した従来例のように、成形軸部８ｂに最初の型セット１（１）に続いて、すぐに次の型セット１（２）を入れたのでは、成形軸部８ｂの温度の回復が間に合わないので、成形軸部８ｂが温度を回復する時間をおいたのち、成形軸部８ｂに次の型セット１（２）を入れ成形するようにしなければならない。

本例では、上述したように、成形軸部８ｂの温度回復の時間を確保するために、型セット２１を、型セット２１（１）、（２）、（３）、・・・で３軸全部を埋めるように搬送せず、軸部を１個置きに空けて搬送する。その空きが成形軸部８ｂの空きとなったときにその空き時間帯を、成形軸２３ｂの温度を回復させる時間に充てるようにする。

このように、成形で変動した温度を回復させて成形すれば、１回目から良品の成形手順の設定で良く、２個目以降の成形も、良品の成形として連続して行うことができる。
また、各軸で熱の授受関係に差はあるものの、この差の発生は、加熱軸、成形軸、徐冷軸の全てに共通の条件である。成形軸２３ｂが成形工程の処理中であるときは、他の軸は空いているので、この空き時間帯に、他の軸も変化した温度を回復することができる。

また、上記のように１つ置きの空き間隔と限ることなく、温度復帰の時間に充てる時間が長くなる場合は、２個以上適宜に複数の間隔を空けることによって全軸とも元の条件を再現して成形することができる。

図３(b) は、図１(a) 〜図２(c) に示す加熱軸、成形軸、徐冷軸の３軸の温度設定が上記と異なる場合の温度変化のパターンを示す図である。この例の場合は、初期設定温度は加熱軸２３ａ、成形軸２３ｂ、徐冷軸２３ｃの順に、高温、中温、低温の温度設定となっている。

この例について成形方法を簡単に説明する。尚、本例は上記のように温度設定が図３(a) の場合と異なるだけで、成形室２２に対する型セット２１の搬送形態は、図１(a),(b) 、図２(a),(b),(c) の場合と同一である。

再び図１(a) において、加熱軸２３ａに常温の型セット２１（１）を載せ、固定熱プレート２６の熱を型セット２１（１）に伝導する。上の熱プレート２５も下げて型セット２１（１）に接触させ熱を伝導する。

型セット２１（１）は熱プレートから受熱し高温に近づき、成形用素材２４が柔らかくなる。加熱軸２３ａの熱プレート２５及び２６は、型セット２１に熱を奪われ高温より低い温度になる。

図１(b) において、内部の成形用素材２４が充分軟化した型セット２１（２）を、中温の成形軸２３ｂの固定熱プレート２６上に移送する。上の可動熱プレート２５も下げて押圧し、型セット２１（１）内の成形用素材２４を変形させつつ冷やす。

型セット２１（１）は、成形軸２３ｂの熱プレート２５及び２６に伝熱して中温に近づき、成形用素材２４は固まっていく。このとき、成形軸２３ｂの上下の熱プレート２５及び２６温度は、型セット２１（１）からの伝熱によって上昇している。

図２(a) において、型セット２１（１）は、ほぼ変形が完了し、中温の近傍の温度で、つまり、まだ変形の余地の残った温度で、低温の徐冷軸２３ｃの固定熱プレート２６上に移送される。

徐冷軸２３ｃの中で、型セット２１（１）は、さらに温度低下をしながら、最終変形を行いつつ変形を完了させる。成形素材２４は、温度低下により形状が固まるまで冷却される。固まるまで冷却された成形用素材２４は、冷却軸２３ｃから成形室外に排出される。

図３(b) における初期加熱工程２８−０、成形１回目の工程２８−１、温度復帰期間２８−２、成形２回目の工程２８−３、及び温度復帰期間２８−４と、図１(a),(b) 及び図２(a),(b),(c) との関係は、図３(a) における初期加熱工程２７−０、成形１回目の工程２７−１、温度復帰期間２７−２、成形２回目の工程２７−３、及び温度復帰期間２７−４と、図１(a),(b) 及び図２(a),(b),(c) との関係と同一である。

尚、上述した成形工程で用いた高温とは、成形素材２４が軟化して押圧により容易に変形出来る温度であり、「転移点」から「屈服点」までの間の温度をいう。
また中温とは、変形がなんとか出来るぎりぎりの温度をいい「転移点」から「転移点−１０℃」までの間の温度をいう。

また低温とは、成形素材が固化して変形しなくなる温度であり、急冷防止効果も含まれるもので、「常温２５℃から転移点までの中間近傍の温度±２０℃」の温度をいう。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。

(a),(b) は第１の実施の形態における成形工程を説明する図（その１）である。 (a),(b),(c) は第１の実施の形態における成形工程を説明する図（その２）である。 (a),(b) は第１の実施の形態における成形工程で型セットの最初の１個目から成形軸の成形温度条件を一定に安定化して成形工程を繰り返すことができることを説明する図である。 (a),(b),(c) は従来の成形工程を説明する図である。 (a),(b) は従来の成形部の構成で成形条件を一定に安定化するための方法を説明する図である。

符号の説明

１ 型セット
２ 成形部
３ 上型
４ 下型
５ スリーブ
６ 外周型
７ 成形用素材
８（８ａ、８ｂ、８ｃ） 成形軸部
９ 成形装置本体下フレーム
１１ ヒータ
１２ 固定熱プレート
１３ 可動熱プレート
１４ 成形装置本体上フレーム
１５ ピストン
１７−０ 加熱処理
１７−１ 成形１回目
１７−２ 成形２回目
１７−３ 成形３回目
１７−４ 成形４回目
Ｈ０、ｈ０ 加熱温度
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４ プレス工程成形時の温度
２１ 型セット
２２ 成形室
２３ 成形軸部
２３ａ 加熱軸
２３ｂ 成形軸
２３ｃ 徐冷軸
２４ 成形用素材
２５ 可動熱プレート
２６ 固定熱プレート

Claims (1)

1. それぞれ加熱された熱プレートを有して成形工程順に配置された複数の成形軸部に対し一対の押圧型から成る複数の型セットを順次移動させて、前記成形工程順に配置された前記成形軸部において前記型セットに対し予熱の工程と押圧の工程と冷却の工程とを順次行って前記型セットに設定された成形用素材を成形する成形用素材の成形方法において、
   前記成形軸部は予熱工程用軸部と、押圧工程用軸部と、冷却工程用軸部との３軸からなり、
   前記成形軸部を１個置きに空けながら複数の前記型セットの移動を行い、
   前記押圧工程用軸部の空き時間帯を、該押圧工程用軸部が押圧開始可能な温度に回復する時間である回復期間に充て、
   前記押圧工程用軸部の前記回復期間中における前記熱プレートの温度は、成形条件温度内の低い方から高い方に回復し、
   前記押圧工程用軸部における前記押圧の工程の時間と、前記回復期間中の時間とは、それぞれ独立に設定され、
   前記予熱工程用軸部における前記予熱の工程の時間と、前記冷却工程用軸部における前記冷却の工程の時間とは、同じである、
   ことを特徴とする成形用素材の成形方法。