JPH05294647A

JPH05294647A - 光学素子成形装置

Info

Publication number: JPH05294647A
Application number: JP9532992A
Authority: JP
Inventors: Masashi Furuse; 昌司古瀬; Hideki Uchida; 秀樹内田; Koichi Kawakami; 浩一川上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】胴型に通電加熱するガラス光学素子のプレス成
形機において、胴型の寸法や形状に依らず胴型の抵抗値
を一定範囲に保ち、常に成形機の加熱能力を有効に引出
し、効率良く成形できる胴型を提供することを目的とす
る。【構成】導電性材料からなる胴型の体積抵抗率の調整、
または及び断面形状の部分変化により、胴型の抵抗値を
一定範囲に保つようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子を直接プレス
成形により製造する光学素子装置に係わるもので、特に
通電加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス光学素子を製造する方法と
して、研削、研磨による製造方法が一般的であった。近
年、これに代わり、高精度な金型により加熱軟化したガ
ラス材料をプレス成形する方法が試みられている。

【０００３】この光学素子をプレス成形する際に、金型
及び硝子素材の加熱方法として、例えば特開昭６３−１
７０２２８号公報、及び特開昭６４−４５７３４号公報
で示されるような高周波誘導加熱方式（ＲＦ誘導加熱方
式）がある。

【０００４】高周波誘導加熱方式は、胴型をタングステ
ン、モリブデン及びその合金等の金属で構成し、高周波
誘導加熱により胴型を加熱し、その胴型からの伝熱及び
輻射熱でセラミックスで作られた金型を加熱し、これら
の熱によりガラス素材を加熱するのが一般的である。

【０００５】また、別の方法として特開昭６２−５９５
３９号公報に示されるような熱輻射加熱方式は、金型あ
るいは胴型を赤外線により加熱し、その金型からの伝熱
及び輻射熱により、この金型内に置かれた硝材を加熱す
るものである。

【０００６】また、より直接的に金型を加熱する方法と
して、特開昭６１−２６６３２１号公報に示されるよう
な金型自体を導電性セラミックスで構成し、金型自体を
通電し発熱することにより金型及びガラス材料を加熱す
る通電加熱方式が提案されている。

【０００７】

【従来技術の課題】しかしながら、高周波加熱や赤外線
加熱方式では、加熱源が金型や胴型の外側にあり、中心
部と周辺部とでは高周波の浸透の差や赤外線の照射の差
等の問題が発生し、胴型及び金型を均一に加熱すること
は難しく、特に大口径化した場合やマルチキャビティー
化した場合は、この加熱の不均一性が顕著に表れる。こ
のため、成形する光学素子の大きさに限界があり、ま
た、マルチキャビティの個数も多くすることはできな
い。高周波誘導加熱方式では、セラミックスで構成され
た金型や硝材を直接誘導加熱することは不可能であり、
高周波加熱に適した材料を発熱体として金型周辺に配置
する必要がある。

【０００８】さらに、成形する光学素子が非回転対称
や、複雑な形状、例えば、プリズム、角型レンズ、鏡枠
の一部を兼ねたような取り付け構造を持ったレンズ等の
ようになってくると、金型構造が角型になったり、スラ
イドコアを用いた場合型抜き方向も２方向以上になり型
構造が複雑になる。この場合、高周波加熱や赤外線加熱
方式では、加熱源が高周波コイルや赤外線ランプのため
金型やその保持機構の方向や位置が制限されてしまい、
複雑な金型構造を取ることは非常に難しい。

【０００９】また、金型を直接加熱する方法でも、電極
により制限され金型構造を複雑にすることは難しくな
る。

【００１０】これらの問題に対処するため、金型を保持
するための胴型そのものを発熱体とする加熱方法が提案
されている。これによると、金型を保持する胴型そのも
のに通電し、ジュール熱により胴型自体を発熱させ、金
型及び硝子素材を加熱する。この方法では、大口径化や
マルチキャビティー化を積極的におこなうことができ、
そのうえ加熱すべき物の直近で発熱するため加熱効率が
良く消費電力が少なくて済み、また、角型レンズやプリ
ズムなどの複雑な金型構造にも対応できる。

【００１１】しかし、この場合、成形する製品の形状、
すなわち、レンズの口径、プリズムの大きさ、丸レンズ
角レンズの違い等、あるいは、成形型のキャビティ数に
より胴型の大きさ形状は変化し、それにより胴型の電極
間抵抗値は変化する。

【００１２】通常この加熱方法の電源制御部は、温度を
コントロールするためにサイリスタ等を用いたＡＴＣ
（自動温度制御装置）等が用いられている。一般に、物
質の体積抵抗率は、温度とともに変化する。例えば、炭
化珪素（ＳｉＣ）の場合には、常温から８００°Ｃ付近
までは、体積抵抗率が減少し抵抗値が減る。従って先の
ＡＴＣを用いて、電圧制御、電流制御、電力制御等の方
法により温度コントロールしている。

【００１３】この時、胴型の抵抗値の変化範囲が決まれ
ば、その胴型を使った成形機の効率を最大にするため
の、電源能力、すなわち、最大電圧と最大電流の組合せ
は決って来る。従って、何種類かの胴型を１台の成形機
で使用するためには、それら最大電流、最大電圧の組合
せの全てをカバーする電源を持つ必要がある。

【００１４】しかし、装置の大きさの制限、価格の制
限、電源ロス等の条件により、電圧、電流を無制限に広
範囲に採ることはできない。この為、ある抵抗値の範囲
の胴型はある成形機、また別の抵抗値の範囲の胴型は別
の成形機というように、成形機を使い分ける必要があっ
た。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、胴型の形状大
きさが変わっても、電極間抵抗値がほぼ一定の範囲にあ
り、一つの電源能力の成形機で、各種大きさの抵抗値を
持つ胴型での成形ができる装置を提供するものである。

【００１６】一般にワンキャビティとマルチキャビティ
では胴型の大きさが異なる。例えば、図２にワンキャビ
ティの場合の胴型の例を示す。円環状の胴型であって、
金型３１の外径φ３３ｍｍで胴型の外径φ７０ｍｍ、厚
みは約１５ｍｍある。

【００１７】また、図３は８キャビティの胴型で、外径
φ８４ｍｍ内径φ１６ｍｍ厚み約１８ｍｍとした例であ
る。この場合、同じ体積抵抗率の材料で胴型を作ると電
極間の抵抗が違って来るので、これを解決するため、図
３のマルチキャビティの胴型の内径と外径を変え抵抗値
を調節する。

【００１８】また、図４の様に胴型表面にくびれを設け
たり、穴を開けることで断面積を変えて調整を行う。

【００１９】ここで、炭化珪素（ＳｉＣ）含有炭素系複
合材料の場合、その炭化珪素（ＳｉＣ）含有率を変える
ことで、体積抵抗率が１×１０^-2Ω・ｃｍから１×１０
Ω・ｃｍ程度変化する。また、高純度炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）では、体積抵抗率を１×１０^-2Ω・ｃｍから１×１
０Ω・ｃｍ程度変化させることができる。しかし、胴
型、金型の均熱の問題から、胴型の断面積、長さを抵抗
値と体積抵抗率から一義的に決めることはできない。従
って、段面形状、長さと併せて、体積抵抗率を決め、更
に、部分的な断面形状の変化をつけることで、胴型の抵
抗を一定範囲に押さえる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明のプレス成形装置の全体の概略構成を示すもの
で、ガラス素材６を成形するための金型７、８と、それ
を保持する胴型４、５と、胴型４、５に通電するための
電極１７、１８、１９、２０が設けられており、加圧成
形軸１はプレス成形のために上下動する。なお、９、１
０はダイプレート、１１、１２は断熱材である。成形は
高温で酸化しないように非酸化性雰囲気中で行うため、
可動チェンバー２と固定チェンバー３とで成形室が形成
されるようになっている。ばね２５を介してネジ２６に
より電極１８を胴型５に押し付けて止める。他の電極も
同様にして取りつける。可動する加圧成形軸１側の胴型
５につける可撓性電線１５、１６は可撓性のある網銅線
としプレス成形時の動きに追従するようにする。図示
していない電源装置から、外部電極２１，２２，２３，
２４を通じて電流を流し胴型４，５を発熱させる。これ
により金型７，８を熱し、更に、ガラス素材６を金型か
らの熱伝導及び、金型、胴型からの熱輻射により温め
る。

【００２１】実験例１図２は胴型と金型部分の構成例で、金型３１と胴型３２
と電極３３、３４とから構成されている。胴型３２は、
炭化珪素（ＳｉＣ）を７８ｗｔ％含有した炭素系複合材
料で製作した。ここで、胴型の大きさは、外径φ５０ｍ
ｍ内径φ２０ｍｍ厚み約５ｍｍで、電極３３と３４間の
抵抗は常温で０．３３Ωであった。図には示さないが、
胴型にはダイプレートとの固定用のねじ穴や、温度測定
用の穴、その他の穴が設けられている。金型３１は胴型
３２より体積抵抗率の高い炭化珪素（ＳｉＣ）セラミッ
クスで形成している。胴型３２に最大電圧１０Ｖ、最大
電流３５０Ａの電源を用いて、可能な最大電力を加え
た。抵抗が大きいため電圧１０Ｖ一定で温度変化による
抵抗値変化に合わせ電流を増やしてゆくと、８０秒で１
０００℃に達した。

【００２２】この胴型３２と同じ形状で、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）を６４ｗｔ％含有した炭素系複合材料で作った胴
型は、常温で抵抗値が０．０４Ωであった。同じ電源で
テストすると、１５秒で１０００℃に達した。この様に
同一の電源で異なった抵抗値の胴型に通電すると、投入
できる電力量に差がある為加熱効率は大きく変わる。ま
た、図２と同様の形状で厚みの異なる胴型、外径φ７０
ｍｍ内径φ３３ｍｍ厚み１７ｍｍを製作した。この胴型
の抵抗値は、常温で０．０７Ωであった。この胴型に最
大電圧２０Ｖ、最大電流２９０Ａの電源から、自動温度
調節器（ＡＴＣ）を通し制御をすると、約６０秒で７２
０℃に達した。温度により抵抗値が変化するため、電流
が一定になるよう制御し、最大で約５．４ＫＷの電力を
投入している。この時の積算電力は８２Ｗｈである。

【００２３】同じ胴型を用いて最大電圧２０Ｖ、最大電
流２１５Ａの電源で制御すると、６０秒の通電で温度は
４８０℃、１２０秒で７００℃に達した。この時の積算
電力は９５Ｗｈである。

【００２４】同じく最大電圧２０Ｖ、最大電流１４２Ａ
の電源では、２８５秒でようやく６００℃に達した。こ
の時の積算電力は１０５Ｗｈである。

【００２５】この実験から、積算電力が同じでも同じ温
度にはならず、初期の投入電力が大きいほど加熱には有
効であることがわかる。このことはすなわち、成形機の
電源能力を決めると最適な胴型の抵抗値が決まり、それ
以外の抵抗値の胴型を使用すると、加熱ロスが多くサイ
クルタイムが長くなり、電気料金もかさむ。

【００２６】実験例２図３に炭化珪素（ＳｉＣ）含有の炭素系複合材料で作っ
た８ケ取りのマルチキャビティ胴型の例を示す。胴型４
９は、外径φ８４ｍｍ内径φ３６ｍｍ厚み２０ｍｍで、
抵抗値は常温で０．０８Ωであった。材料は、炭化珪素
（ＳｉＣ）含有量７８ｗｔ％の炭素系複合材料である。
この時、金型４１、４２、４３、４４、４５、４６、４
７、４８の挿入される穴径はφ１２ｍｍである。

【００２７】実験例３図４に炭化珪素（ＳｉＣ）含有の炭素系複合材料で作っ
た６ケ取りのマルチキャビティ胴型の例を示す。材料は
炭化珪素（ＳｉＣ）含有量７８ｗｔ％の炭素系複合材料
で、胴型５７は外径φ８４ｍｍ内径φ４０ｍｍ厚み２０
ｍｍで、金型５１、５２、５３、５４、５５、５６の挿
入される穴径はφ１０ｍｍである。胴型５７の外周部及
び内周部を図のように削り込みくびれを持たせている。
抵抗値は常温で０．０８Ωである。胴型５７の内径、外
径を、金型の穴径と抵抗値を合わせることのみから決め
ると、加熱昇温時および冷却時の胴型の均熱性に影響を
与える。

【００２８】又、材料の体積抵抗率も胴型一つ一つに合
わせて任意に変えることは、胴型材料供給の安定性も悪
く、コストも高くなり、同時に、胴型そのもの物理特性
の安定性にも欠ける事になるため、ある程度の体積抵抗
率の種類に材料を固定する必要がある。従って、抵抗値
の最終的な微調整は、この例のように胴型の断面積を部
分的に変える方法を取ることが必要となる。

【００２９】実験例４図５に材料は高純度炭化珪素（ＳｉＣ）で、体積抵抗率
３．４×１０^-2Ω・ｃｍである角型の胴型の例を示す。
胴型６４は、長さ８０ｍｍ幅２０ｍｍ厚み１５ｍｍで、
金型６１、６２、６３の挿入される穴径はφ１１ｍｍ
で、抵抗値は常温で０．０９Ωである。

【００３０】なお、上記実験例２から４の胴型は、いず
れも取り付け用の穴、温度測定用の穴等図面に示さない
構造を有している。

【００３１】胴型の材料は、炭化珪素（ＳｉＣ）含有の
炭素系複合材料、高純度炭化珪素（ＳｉＣ）や安定化ジ
ルコニアセラミック等の耐熱導電材料であれば良い。ま
た、炭化珪素（ＳｉＣ）含有の炭素系複合材料では、炭
化珪素含有量は５５ｗｔ％から９５ｗｔ％の間とするこ
とが好ましい。

【００３２】

【発明の効果】このように本発明によれば、金型の大き
さ、又キャビティ数により胴型は様々な大きさになる
が、その断面積、電極間の長さにより材料の体積抵抗率
を変え、更に、胴型の断面積を部分的に変えることで、
胴型の抵抗値を揃えることが出来る。

【００３３】これにより、一定の電源能力をもつ成形機
で各種光学素子の成形を常に最高能力、最高効率で行う
ことが出来る。即ち、金型及び胴型は、製品毎に異なる
が、それにより胴型の抵抗値も個々に異なっている場
合、成形サイクルタイムの短縮、成形の効率を考慮する
と、各々の胴型の抵抗値に合わせた電源能力を持つ成形
機が必要であった。

【００３４】しかし、本発明に依れば、様々な製品に対
して、胴型の抵抗値は無関係に一定にすることが出来、
一種類の成形機で成形することが出来る。このことは、
今日の多品種少量型の生産形態に大変有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に於ける、プレス成形装置の概
略構成図である。

【図２】実験例１に於ける、プレス成形装置の金型、胴
型の概略構成図である。

【図３】実験例２に於ける、プレス成形装置の金型、マ
ルチキャビティ胴型の概略構成図である。

【図４】実験例３に於ける、プレス成形装置の金型、く
びれ付胴型、電極部分の概略構成図である。

【図５】実験例４に於ける、プレス成形装置の金型、角
型胴型の概略構成図である。

【符号の説明】

１加圧成形軸２可動チェンバー３固定チェンバー４、５胴型６ガラス素材７、８金型９、１０ダイプレート１１、１２断熱材１３、１４導電線１５、１６可撓性電線１７、１８、１９、２０電極２１、２２、２３、２４外部電極２５電極固定ばね２６電極固定ネジ３１金型３２、４９、５７、６４胴型５８、５９くびれ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学素子の光学面に対応した少なくとも一
対のプレス成形金型と、該金型を保持または摺動させる
ことができる胴型を具備し、該胴型に通電することによ
り発熱させ、光学素子を加熱成形するプレス成形装置に
おいて、該胴型の電極間抵抗値が一定の範囲になるよう
調整することを特徴とする光学素子成形装置。
【請求項２】該胴型の電極間抵抗値を一定の範囲にする
ために、該胴型を形成する材料の体積抵抗率が１×１０
^-6Ω・ｍから５×１０⁺²Ω・ｍの間であることを特徴と
する請求項１記載の光学素子成形装置。
【請求項３】該胴型の電極間抵抗値を一定の範囲にする
ために、該胴型の断面形状を部分的に変えることで調整
することを特徴とする請求項１記載の光学素子成形装
置。