プラスチック材料の成形方法
【課題】 赤外線によってプラスチック材料を効率良く短時間で加熱することができ、製品の生産効率を高めることができるプラスチック材料の成形方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 プラスチック材料の成形方法であって、金型１のキャビティ３０に投入されたプラスチック材料４０に対して、レーザＬまたは集光された赤外線を照射することにより、プラスチック材料４０を加熱する段階と、キャビティ３０内でプラスチック材料４０を圧縮して所定形状に変形させる段階とを含むことを特徴としている。
【解決手段】 プラスチック材料の成形方法であって、金型１のキャビティ３０に投入されたプラスチック材料４０に対して、レーザＬまたは集光された赤外線を照射することにより、プラスチック材料４０を加熱する段階と、キャビティ３０内でプラスチック材料４０を圧縮して所定形状に変形させる段階とを含むことを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック材料を圧縮成形して製品を製造するためのプラスチック材料の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック材料を用いたプラスチックレンズの製造方法としては、上下に分割された主型を組み合せることにより、各主型の間に形成されるキャビティ内でプラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造する方法がある。
ここで、プラスチック材料の圧縮成形において、プラスチック材料をガラス転移温度以下で圧縮成形した場合には、圧縮成形後のプラスチック材料内に多大な歪みが残留してしまう。そのため、圧縮成形前にプラスチック材料をガラス転移温度以上に加熱して軟化させる必要がある。そこで、下方の主型にプラスチック材料を投入した後に、各主型の間に赤外線パネルヒータを挿入し、下方の主型に向けて赤外線を照射することにより、プラスチック材料を加熱している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように、赤外線によってプラスチック材料を加熱した場合には、主型を加熱することなく、プラスチック材料のみを加熱することができる。
なお、圧縮成形後に主型からプラスチック材料を取り出す際には、軟化しているプラスチック材料の変形を防ぐため、プラスチック材料をキャビティ内でガラス転移温度以下に冷却して硬化させてから取り出すことになる。このとき、前記製造方法では、主型が加熱されていないため、キャビティ内のプラスチック材料を短時間で冷却することができる。
【特許文献１】特開平７−１４８８５７号公報（段落０００９、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記製造方法では、赤外線パネルヒータから赤外線が拡散して照射されており、赤外線の照射範囲を狭めることが困難となっている。そのため、直径が１０ｍｍ以下のプラスチックレンズ等の小さな製品を製造する場合には、プラスチック材料以外の領域にも赤外線が照射されることになる。このように、赤外線パネルヒータによる加熱効率が低いため、プラスチック材料の加熱時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、赤外線によってプラスチック材料を効率良く短時間で加熱することができ、製品の生産効率を高めることができるプラスチック材料の成形方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、プラスチック材料の成形方法であって、金型のキャビティに投入されたプラスチック材料に対して、レーザまたは集光された赤外線を照射することにより、プラスチック材料を加熱する段階と、キャビティ内でプラスチック材料を圧縮して所定形状に変形させる段階とを含むことを特徴としている。
【０００７】
ここで、プラスチック材料の材質は限定されるものではなく、製造する製品に応じて選定されるものである。
また、赤外線の種類は限定されるものではなく、近赤外線（波長が約０．７〜１．４μｍ）、中赤外線（波長が約１．４〜３μｍ）、遠赤外線（波長が約３〜１００μｍ）のいずれかを用いることができる。
さらに、レーザは、狭い領域を照射するビーム状の赤外線であり、例えば、直径が５〜１０ｍｍ程度の領域を照射するものを用いることが好ましい。このレーザを照射する方法としては、反射鏡やレンズ等を用いて集光したレーザを照射する方法や、集光することなくレーザを照射する方法など限定されるものではない。
また、集光された赤外線を照射する方法も限定されるものではなく、ハロゲンランプ等を赤外線の光源として、反射鏡やレンズ等を用いて集光することができる。
【０００８】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法では、レーザまたは集光された赤外線をプラスチック材料に照射しており、赤外線が拡散しないため、赤外線の照射範囲を簡易に調整することができる。これにより、プラスチック材料に対して赤外線を的確に照射することができるため、赤外線によってプラスチック材料を効率良く短時間で加熱することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料は、透明材料に赤外線吸収材料が添加された材料であることを特徴としている
【００１０】
ここで、赤外線吸収材料とは、照射された赤外線を吸収して発熱する材料であり、既存の顔料や染料を用いることができる。また、赤外線吸収材料の添加量は限定されるものではなく、赤外線吸収材料が添加されたプラスチック材料が実質的に透明となる程度に添加されていればよい。
【００１１】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法では、赤外線吸収材料が添加された透明材料によってプラスチック材料が構成されているため、そのままでは近赤外線や中赤外線によって加熱することができない透明材料であっても、近赤外線や中赤外線によって加熱することができる。そして、赤外線吸収材料の添加量を調整し、添加された赤外線吸収材料による可視光の吸収を非常に少なくすることにより、実質的に透明なプラスチック材料を近赤外線や中赤外線によって効率良く短時間で加熱することができる。
【００１２】
なお、赤外線吸収材料が添加されたプラスチック材料を用いているため、このプラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造した場合には、赤外線除去機能を備えたプラスチックレンズが必然的に製造されることになる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のプラスチック材料の成形方法であって、炭酸ガスレーザ装置を用いてレーザを照射することを特徴としている。
【００１４】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法では、炭酸ガスレーザ装置を用いることにより、レーザを高出力で照射することができるため、プラスチック材料の加熱効率を高めることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料は、含水量が０．０１質量%以下のものを用いることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料を加熱する段階の前に、プラスチック材料の含水量を０．０１質量％以下にすることを特徴としている。
【００１６】
ここで、プラスチック材料を急速に加熱した場合には、プラスチック材料に含まれる水分等の液分が外部に発散されることなく内部で揮発してガス化されてしまうため、加熱後のプラスチック材料に気泡が発生してしまう場合がある。
【００１７】
そこで、本発明のプラスチック材料の成形方法では、プラスチック材料の含水量を０．０１質量%以下にすることにより、プラスチック材料が急速に加熱された場合であっても、プラスチック材料に含まれる液分が少ないため、気泡の発生を抑制することができる。これにより、レーザまたは集光された赤外線を高出力で照射してプラスチック材料を急速に加熱することができ、加熱効率を高めることができる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料に対するレーザまたは集光された赤外線の照射は、プラスチック材料を不活性ガス雰囲気下に置いた状態で行われることを特徴としている。
【００１９】
ここで、プラスチック材料にレーザまたは集光された赤外線を高出力で照射した場合には、高温に加熱されたプラスチック材料の表面が、プラスチック材料を取り巻く空気中の酸素によって酸化、すなわち焦げて着色した状態となってしまう場合がある。
【００２０】
そこで、本発明のプラスチック材料の成形方法では、プラスチック材料を不活性ガス雰囲気下に置いた状態で、レーザまたは集光された赤外線を照射することにより、高温に加熱されたプラスチック材料の表面が酸化することを防ぐことができる。これにより、レーザまたは集光された赤外線を高出力で照射してプラスチック材料を急速に加熱することができるため、加熱効率を高めることができる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のプラスチック材料の成形方法であって、不活性ガス雰囲気は、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ、または組み合せによる不活性ガスを含んだ雰囲気であることを特徴としている。
【００２２】
このように、不活性ガス雰囲気が、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ、または組み合せによる不活性ガスを含んだ雰囲気であるため、加熱されたプラスチック材料の酸化を効果的に防ぐことができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料は、ポリカーボネート、ポリエステル、環状ポリオレフィン、アクリル、脂環式アクリル樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体のいずれか１つであることを特徴としている。
【００２４】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法では、プラスチック材料を、ポリカーボネート、ポリエステル、環状ポリオレフィン、アクリル、脂環式アクリル樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体のいずれか１つによって構成することにより、透明度が高く、光学部品に適用可能なプラスチック材料を効果的に加熱することができる。
【発明の効果】
【００２５】
このようなプラスチック材料の成形方法によれば、レーザまたは集光された赤外線をプラスチック材料に照射しており、赤外線の照射範囲を簡易に調整して、プラスチック材料に対して的確に照射することができる。これにより、レーザまたは集光された赤外線によってプラスチック材料を効率良く短時間で加熱することができるため、製品の生産効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、（ａ）は各主型を離間させた状態の側断面図、（ｂ）は各主型を組み合せた状態の側断面図である。図２は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、（ａ）は上方主型の平面図、（ｂ）は下方主型の平面図である。図３は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、各主型の間に集光装置を配置した状態の側断面図である。
本実施形態では、プラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造する場合を例として説明する。
【００２７】
（金型の構成）
金型１は、図１に示すように、上下に配置された上方主型１０および下方主型２０を組み合せることにより、上方主型１０と下方主型２０との間に形成される空間であるキャビティ３０内に投入されたプラスチック材料を圧縮成形するように構成されている。
【００２８】
（上方主型の構成）
上方主型１０は、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、鋼製の直方体であり、その下面の中央部には、平断面が円形の凹部１１が設けられている。
上方主型１０の凹部１１には、鋼製の円柱部材である上方入子１２の上端部が嵌め込まれており、上方主型１０の下面から上方入子１２が下方に向けて突出した状態となっている。
この上方入子１２の下端面１３は、凹状の光学面を成形するための成形部であり、凹状の光学面の曲率に対応させた凸状の球面等の湾曲面となっている。
【００２９】
（下方主型の構成）
下方主型２０は、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すように、鋼製の直方体であり、その上面の中央部には、平断面が円形の導入穴２１が設けられている。導入穴２１は、上方主型１０の上方入子１２よりも僅かに大きな直径となっており、上方入子１２を挿入することができるように構成されている。
【００３０】
導入穴２１の下端部２２には、鋼製の円柱部材である下方入子２３が嵌め込まれており、下方入子２３の下面が導入穴２１の底面に当接した状態となっている。
この下方入子２３の上端面２４は、凸状の光学面を成形するための成形部であり、凸状の光学面の曲率に対応させた凹状の球面等の湾曲面となっている。
また、導入穴２１の深さは、上方入子１２の突出長さよりも深く形成されており、導入穴２１に上方入子１２を挿入した際に、上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４との間に隙間が形成されるように設定されている（図１（ｂ）参照）。
【００３１】
（キャビティの構成）
キャビティ３０は、図１（ｂ）に示すように、成形対象のプラスチック材料を圧縮成形するための空間であり、上方主型１０の上方入子１２を下方主型２０の導入穴２１に挿入して、上方主型１０と下方主型２０とを組み合せた際に、上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４との間に形成される隙間である。すなわち、キャビティ３０の内部上面は、上方入子１２の下端面１３によって構成され、キャビティ３０の内部下面は、下方入子２３の上端面２４によって構成されている。
【００３２】
（集光装置の構成）
集光装置５０は、図３に示すように、近赤外線であるレーザを発振する既存の半導体レーザ装置（図示せず）を光源としており、この光源から発振された近赤外線であるレーザを、光ファイバ５１によって照射部５２に伝送し、この照射部５２内のレンズによってレーザＬを集光して照射部５２から下方に向けて照射するように構成されている。
そして、上方主型１０と下方主型２０とを離間させた状態で、各主型１０，２０の間に照射部５２を挿入することにより、レーザＬを下方主型２０の下方入子２３の上端面２４に照射することができるように構成されている。
なお、集光装置５０の光源である半導体レーザ装置は、取り扱い易さの点を考慮すると、発振波長が８０８ｎｍや９４０ｎｍの装置を用いることが好ましい。
【００３３】
また、集光装置５０では、各主型１０，２０の間に照射部５２を挿入した際に、レーザＬの照射範囲の中心が下方入子２３の上端面２４の中心と一致するように構成されており、その照射範囲は、成形対象であるプラスチック材料の投影面積と一致するように設定されている。本実施形態の照射範囲は、直径が約１０ｍｍの円形領域に設定されている。
このような集光装置５０では、近赤外線であるレーザＬを集光して照射しており、赤外線が拡散しないため、レーザＬの照射範囲を簡易に調整して、小径のプラスチック材料に対して一致させることができる。
【００３４】
（プラスチック材料の成形方法）
次に、本実施形態のプラスチック材料の成形方法を用いたプラスチックレンズの製造について説明する。
図４は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法を示した図で、（ａ）はプラスチック材料を下方主型に投入した状態の側断面図、（ｂ）はプラスチック材料にレーザを照射している態様の側断面図である。図５は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法を示した図で、（ａ）は上方主型を下方主型に向けて下降させた態様の側断面図、（ｂ）は上方主型と下方主型とを組み合せた状態の側断面図である。
【００３５】
本実施形態では、ポリカーボネートに赤外線吸収材料を添加したプラスチック材料を用いてプラスチックレンズを製作する場合を例として説明する。
赤外線吸収材料は、近赤外線を吸収して発熱する染料や顔料であれば限定されるものではないが、可視光域の吸収が少ないものが好ましい。例えば、顔料としては、粒子が微細で、プラスチック材料に添加した際に可視光の透過を妨げないものが好ましく、本実施形態では、集光装置５０（図３参照）からレーザとして照射される近赤外線の吸収率が高い材料を、シアニン系、フタロシアニン系、ナフタロシアニン系、メロシアニン系、ローダシアニン系、スチリル系、ベーススチリス系等の中から加熱に使用する赤外線の波長に基づいて適宜に選択しており、例えば、Ｈ．Ｗ．ＳＡＮＤＳ ＣＯＲＰのＳＤＡシリーズの中から発振波長に基づいて選択し、プラスチック材料が実質的に透明となる量を添加している。
なお、照射される赤外線が遠赤外線である場合には、プラスチック材料自体が遠赤外線を吸収することができるため、赤外線吸収材料を添加する必要がない。また、照射される赤外線が近赤外線や中赤外線であっても、ハロゲンランプを光源としている場合には、プラスチック材料に赤外線吸収材料を添加しなくてもよい場合がある。
【００３６】
また、プラスチック材料に赤外線吸収材料を添加する方法としては、プラスチック材料の原料に赤外線吸収材料を加えて重合する方法や、プラスチック材料の原料と赤外線吸収材料とを溶融混練する方法を用いることができる。
【００３７】
続いて、前記プラスチック材料からプラスチックレンズを製造する手順について、具体的に説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、上方主型１０と下方主型２０とを上下に離間させ、図４（ａ）に示すように、下方主型２０の導入穴２１内にプラスチック材料４０を投入して下方入子２３の上端面２４に載置する。
【００３８】
その後、図４（ｂ）に示すように、下方主型２０の上方に集光装置５０の照射部５２を挿入し、照射部５２から照射されるレーザＬの照射範囲の中心を下方入子２３の上端面２４の中心に一致させた状態で、レーザＬを照射部５２から導入穴２１内のプラスチック材料４０に照射する。
【００３９】
このように、近赤外線であるレーザＬを集光して照射することにより、プラスチック材料４０に添加されている赤外線吸収材料が近赤外線を吸収して発熱し、プラスチック材料４０が加熱された状態となる。
このとき、近赤外線であるレーザＬがプラスチック材料４０に対して的確に照射されるため、近赤外線によってプラスチック材料４０を効率良く短時間で加熱することができる。なお、近赤外線の照射によって下方主型２０は加熱されることなく、プラスチック材料４０のみが加熱された状態となっている。
【００４０】
そして、図５（ａ）に示すように、プラスチック材料４０をガラス転移温度以上に加熱して軟化させた後に、上方主型１０を下方主型２０に対して下降させ、上方主型１０の上方入子１２を下方主型２０の導入穴２１に挿入することにより、上方主型１０と下方主型２０とを組み合せる。
これにより、図５（ｂ）に示すように、プラスチック材料４０は、上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４との間に形成されたキャビティ３０内に投入された状態となり、プラスチック材料４０が上方入子１２によって加圧されることにより、プラスチック材料４０が変形してキャビティ３０内で飽和状態となる。
【００４１】
ここで、上方入子１２の下端面１３は、凹状の光学面の形状に対応しており、下方入子２３の上端面２４は、凸状の光学面の形状に対応している。そのため、キャビティ３０内で飽和状態となったプラスチック材料４０は、上方入子１２の下端面１３から下方入子２３の上端面２４までの高さに対応する厚みで、凹凸両側の光学面が形成されたプラスチックレンズの形状を成すことになる。
【００４２】
プラスチック材料４０の圧縮成形後は、プラスチック材料４０を金型１から取り出す際の変形を防ぐために、プラスチック材料４０をキャビティ３０内でガラス転移温度以下まで冷却して硬化させる。
このとき、プラスチック材料４０をレーザＬ（図４（ｂ）参照）によって加熱した際には、プラスチック材料４０のみが加熱されており、金型１は加熱されていないため、金型１を冷却するための時間を除くことができ、プラスチック材料４０を短時間で冷却することができる。
【００４３】
そして、プラスチック材料４０をキャビティ３０内で冷却した後に、上方主型１０と下方主型２０を離間させて、下方主型２０からプラスチック材料４０を取り出し、プラスチック材料４０の円周部を加工してプラスチックレンズを完成させる。
【００４４】
なお、本実施形態のプラスチック材料の成形方法によって製造したプラスチックレンズは、赤外線吸収材料が添加された実質的に透明なプラスチック材料を用いて製造されているため、必然的に赤外線除去機能を備えたプラスチックレンズとなっている。
ここで、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ（スチールカメラおよびビデオカメラを含む）では、赤外線の入光を防ぐためにプラスチックレンズと赤外線カットフィルタを組み合せているが、本実施形態で製造されたプラスチックレンズのように、レンズ自体に赤外線除去機能を持たせることによって、赤外線カットフィルタを設ける必要がなくなり、カメラの構造を簡素化することができる。
【００４５】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法によれば、近赤外線であるレーザＬをプラスチック材料４０に対して的確に照射させることにより、金型１を加熱することなく、プラスチック材料４０を効率良く短時間で加熱することができ、圧縮成形後にプラスチック材料４０を冷却する際には短時間で冷却することができる。これにより、金型１で連続してプラスチック材料４０を製造する際に、プラスチック材料４０を非常に短い時間で加熱、冷却して圧縮成形することができるため、プラスチックレンズの生産効率を高めることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。本実施形態では、図４（ａ）に示すように、半導体レーザ装置を光源とする集光装置５０を用いて、プラスチック材料４０に近赤外線であるレーザを照射しているが、その集光装置５０の光源は限定されるものではなく、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等を用いることができる。なお、本実施形態では、レーザＬを集光して照射しているが、プラスチック材料４０に対して的確に照射することができるのであれば、集光することなくレーザを照射したり、レーザの焦点をプラスチック材料４０からずらしたりして照射してもよい。
【００４７】
また、赤外線として中赤外線や遠赤外線を用いてもよく、例えば、遠赤外線を照射する構成としては炭酸ガスレーザ等を光源とする構成がある。そして、炭酸ガスレーザ装置を光源として、遠赤外線であるレーザを高出力で照射した場合には、プラスチック材料４０の加熱効率を高めることができる。なお、炭酸ガスレーザ装置を光源とした構成では、光源から発振された遠赤外線であるレーザを、中空ファイバによって伝送することが好ましい。
【００４８】
さらに、ハロゲンランプやカーボンヒータから照射された赤外線を反射型レンズにより集光して照射することもできる。そして、ハロゲンランプを用いた場合には、光ファイバや中空ファイバによって赤外線を伝送することなく、集光装置５０内にハロゲンランプを収納することが好ましい。
【００４９】
また、本実施形態では、プラスチック材料４０をポリカーボネートによって構成しているが、その他にポリエステル、環状ポリオレフィン、アクリル、脂環式アクリル樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体等の材料を用いることにより、透明度が高く、光学部品に適用可能なプラスチック材料４０を効果的に加熱することができる。
【００５０】
また、プラスチック材料４０の含水量を０．０１質量%以下にして、プラスチック材料４０に含まれる液分を少なくすることにより、プラスチック材料４０が急速に加熱された場合に、プラスチック材料４０の内部で水分等の液分がガス化して気泡が発生することを抑制することができる。これにより、レーザＬまたは集光された赤外線を高出力で照射してプラスチック材料４０を急速に加熱することができ、加熱効率を高めることができる。
【００５１】
なお、プラスチック材料４０は、あらかじめ含水量が０．０１質量％以下に調整されているものを用いてもよいが、プラスチック材料４０を加熱する段階の前段階において含水量を０．０１質量％以下に調整してもよい。このように、加熱段階の前段階において含水量を調整する場合には、プラスチック材料４０が金型１に投入される前に乾燥して含水量を調整することが好ましい。また、その乾燥条件としては、概ねガラス転移温度よりも高く、融点または流動開始温度よりは低い温度で、０．１〜１０時間乾燥させることで所望の含水量に調整することができる。さらに、乾燥時の雰囲気は常温あるいは真空のいずれでもよい。
【００５２】
ここで、図６の表に示すように、ポリカーボネートを原料として、含水量が４種類（１８００ｐｐｍ、５３０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ）のプラスチック材料４０・・・を形成し、各プラスチック材料４０・・・に対して炭酸ガスレーザ装置によってレーザを、５ｗ／ｃｍ2の出力で１５秒間照射する実験を行った。なお、実験Ｎｏ．１は未乾燥の状態、実験Ｎｏ．２〜４はプラスチック材料４０を１２０℃の真空乾燥機で各々所定の時間乾燥させたものである。その結果、最も含水量が少ない実験Ｎｏ．４の７０ｐｐｍ（０．００７質量％）の場合には、加熱後のプラスチック材料４０に気泡が全く発生しなかった。
【００５３】
また、プラスチック材料４０を、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ、または組み合せによる不活性ガスを含んだ不活性ガス雰囲気下に置いた状態で、レーザＬまたは集光された赤外線を照射することにより、高温に加熱されたプラスチック材料４０の表面が酸化、すなわち焦げて着色されてしまうことを防ぐことができる。この構成では、レーザＬまたは集光された赤外線を高出力で照射してプラスチック材料４０を急速に加熱することができ、加熱効率を高めることができる。
プラスチック材料４０を不活性ガス雰囲気下に置く構成としては、例えば、集光装置５０に取り付けた吹き付けノズルから不活性ガスをプラスチック材料４０に吹き付ける構成や、チャンバ等の密閉空間内を不活性ガスで満たし、この中にプラスチック材料４０を置く構成がある。
【００５４】
なお、不活性ガス雰囲気の酸素濃度は、１０％以下、好ましくは５％以下、更に好ましくは１％以下であることが良い。そして、吹き付けノズルから不活性ガスを吹き付ける構成において、前記した低酸素濃度を達成するには、吹き付けノズルから噴射される不活性ガスの流速を高めたり、吹き付けノズルをプラスチック材料４０に近付けることにより可能となる。また、不活性ガスで満たされた密閉空間にプラスチック材料４０を置く構成では、空間内の空気を不活性ガスで十分に置換することにより可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、（ａ）は各主型を離間させた状態の側断面図、（ｂ）は各主型を組み合せた状態の側断面図である。
【図２】本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、（ａ）は上方主型の平面図、（ｂ）は下方主型の平面図である。
【図３】本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、各主型の間に集光装置を配置した状態の側断面図である。
【図４】本実施形態のプラスチック材料の成形方法を示した図で、（ａ）はプラスチック材料を下方主型に投入した状態の側断面図、（ｂ）はプラスチック材料にレーザを照射している態様の側断面図である。
【図５】本実施形態のプラスチック材料の成形方法を示した図で、（ａ）は上方主型を下方主型に向けて下降させた態様の側断面図、（ｂ）は上方主型と下方主型とを組み合せた状態の側断面図である。
【図６】本実施形態のプラスチック材料の成形方法において、加熱後のプラスチック材料に発生する気泡を含水量ごとに比較した表である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 金型
１０ 上方主型
１２ 上方入子
２０ 下方主型
２１ 導入穴
２３ 下方入子
２４ 上端面
３０ キャビティ
４０ プラスチック材料
５０ 集光装置
Ｌ レーザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック材料を圧縮成形して製品を製造するためのプラスチック材料の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック材料を用いたプラスチックレンズの製造方法としては、上下に分割された主型を組み合せることにより、各主型の間に形成されるキャビティ内でプラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造する方法がある。
ここで、プラスチック材料の圧縮成形において、プラスチック材料をガラス転移温度以下で圧縮成形した場合には、圧縮成形後のプラスチック材料内に多大な歪みが残留してしまう。そのため、圧縮成形前にプラスチック材料をガラス転移温度以上に加熱して軟化させる必要がある。そこで、下方の主型にプラスチック材料を投入した後に、各主型の間に赤外線パネルヒータを挿入し、下方の主型に向けて赤外線を照射することにより、プラスチック材料を加熱している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように、赤外線によってプラスチック材料を加熱した場合には、主型を加熱することなく、プラスチック材料のみを加熱することができる。
なお、圧縮成形後に主型からプラスチック材料を取り出す際には、軟化しているプラスチック材料の変形を防ぐため、プラスチック材料をキャビティ内でガラス転移温度以下に冷却して硬化させてから取り出すことになる。このとき、前記製造方法では、主型が加熱されていないため、キャビティ内のプラスチック材料を短時間で冷却することができる。
【特許文献１】特開平７−１４８８５７号公報（段落０００９、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記製造方法では、赤外線パネルヒータから赤外線が拡散して照射されており、赤外線の照射範囲を狭めることが困難となっている。そのため、直径が１０ｍｍ以下のプラスチックレンズ等の小さな製品を製造する場合には、プラスチック材料以外の領域にも赤外線が照射されることになる。このように、赤外線パネルヒータによる加熱効率が低いため、プラスチック材料の加熱時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、赤外線によってプラスチック材料を効率良く短時間で加熱することができ、製品の生産効率を高めることができるプラスチック材料の成形方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、プラスチック材料の成形方法であって、金型のキャビティに投入されたプラスチック材料に対して、レーザまたは集光された赤外線を照射することにより、プラスチック材料を加熱する段階と、キャビティ内でプラスチック材料を圧縮して所定形状に変形させる段階とを含むことを特徴としている。
【０００７】
ここで、プラスチック材料の材質は限定されるものではなく、製造する製品に応じて選定されるものである。
また、赤外線の種類は限定されるものではなく、近赤外線（波長が約０．７〜１．４μｍ）、中赤外線（波長が約１．４〜３μｍ）、遠赤外線（波長が約３〜１００μｍ）のいずれかを用いることができる。
さらに、レーザは、狭い領域を照射するビーム状の赤外線であり、例えば、直径が５〜１０ｍｍ程度の領域を照射するものを用いることが好ましい。このレーザを照射する方法としては、反射鏡やレンズ等を用いて集光したレーザを照射する方法や、集光することなくレーザを照射する方法など限定されるものではない。
また、集光された赤外線を照射する方法も限定されるものではなく、ハロゲンランプ等を赤外線の光源として、反射鏡やレンズ等を用いて集光することができる。
【０００８】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法では、レーザまたは集光された赤外線をプラスチック材料に照射しており、赤外線が拡散しないため、赤外線の照射範囲を簡易に調整することができる。これにより、プラスチック材料に対して赤外線を的確に照射することができるため、赤外線によってプラスチック材料を効率良く短時間で加熱することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料は、透明材料に赤外線吸収材料が添加された材料であることを特徴としている
【００１０】
ここで、赤外線吸収材料とは、照射された赤外線を吸収して発熱する材料であり、既存の顔料や染料を用いることができる。また、赤外線吸収材料の添加量は限定されるものではなく、赤外線吸収材料が添加されたプラスチック材料が実質的に透明となる程度に添加されていればよい。
【００１１】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法では、赤外線吸収材料が添加された透明材料によってプラスチック材料が構成されているため、そのままでは近赤外線や中赤外線によって加熱することができない透明材料であっても、近赤外線や中赤外線によって加熱することができる。そして、赤外線吸収材料の添加量を調整し、添加された赤外線吸収材料による可視光の吸収を非常に少なくすることにより、実質的に透明なプラスチック材料を近赤外線や中赤外線によって効率良く短時間で加熱することができる。
【００１２】
なお、赤外線吸収材料が添加されたプラスチック材料を用いているため、このプラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造した場合には、赤外線除去機能を備えたプラスチックレンズが必然的に製造されることになる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のプラスチック材料の成形方法であって、炭酸ガスレーザ装置を用いてレーザを照射することを特徴としている。
【００１４】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法では、炭酸ガスレーザ装置を用いることにより、レーザを高出力で照射することができるため、プラスチック材料の加熱効率を高めることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料は、含水量が０．０１質量%以下のものを用いることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料を加熱する段階の前に、プラスチック材料の含水量を０．０１質量％以下にすることを特徴としている。
【００１６】
ここで、プラスチック材料を急速に加熱した場合には、プラスチック材料に含まれる水分等の液分が外部に発散されることなく内部で揮発してガス化されてしまうため、加熱後のプラスチック材料に気泡が発生してしまう場合がある。
【００１７】
そこで、本発明のプラスチック材料の成形方法では、プラスチック材料の含水量を０．０１質量%以下にすることにより、プラスチック材料が急速に加熱された場合であっても、プラスチック材料に含まれる液分が少ないため、気泡の発生を抑制することができる。これにより、レーザまたは集光された赤外線を高出力で照射してプラスチック材料を急速に加熱することができ、加熱効率を高めることができる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料に対するレーザまたは集光された赤外線の照射は、プラスチック材料を不活性ガス雰囲気下に置いた状態で行われることを特徴としている。
【００１９】
ここで、プラスチック材料にレーザまたは集光された赤外線を高出力で照射した場合には、高温に加熱されたプラスチック材料の表面が、プラスチック材料を取り巻く空気中の酸素によって酸化、すなわち焦げて着色した状態となってしまう場合がある。
【００２０】
そこで、本発明のプラスチック材料の成形方法では、プラスチック材料を不活性ガス雰囲気下に置いた状態で、レーザまたは集光された赤外線を照射することにより、高温に加熱されたプラスチック材料の表面が酸化することを防ぐことができる。これにより、レーザまたは集光された赤外線を高出力で照射してプラスチック材料を急速に加熱することができるため、加熱効率を高めることができる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のプラスチック材料の成形方法であって、不活性ガス雰囲気は、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ、または組み合せによる不活性ガスを含んだ雰囲気であることを特徴としている。
【００２２】
このように、不活性ガス雰囲気が、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ、または組み合せによる不活性ガスを含んだ雰囲気であるため、加熱されたプラスチック材料の酸化を効果的に防ぐことができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法であって、プラスチック材料は、ポリカーボネート、ポリエステル、環状ポリオレフィン、アクリル、脂環式アクリル樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体のいずれか１つであることを特徴としている。
【００２４】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法では、プラスチック材料を、ポリカーボネート、ポリエステル、環状ポリオレフィン、アクリル、脂環式アクリル樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体のいずれか１つによって構成することにより、透明度が高く、光学部品に適用可能なプラスチック材料を効果的に加熱することができる。
【発明の効果】
【００２５】
このようなプラスチック材料の成形方法によれば、レーザまたは集光された赤外線をプラスチック材料に照射しており、赤外線の照射範囲を簡易に調整して、プラスチック材料に対して的確に照射することができる。これにより、レーザまたは集光された赤外線によってプラスチック材料を効率良く短時間で加熱することができるため、製品の生産効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、（ａ）は各主型を離間させた状態の側断面図、（ｂ）は各主型を組み合せた状態の側断面図である。図２は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、（ａ）は上方主型の平面図、（ｂ）は下方主型の平面図である。図３は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、各主型の間に集光装置を配置した状態の側断面図である。
本実施形態では、プラスチック材料を圧縮成形してプラスチックレンズを製造する場合を例として説明する。
【００２７】
（金型の構成）
金型１は、図１に示すように、上下に配置された上方主型１０および下方主型２０を組み合せることにより、上方主型１０と下方主型２０との間に形成される空間であるキャビティ３０内に投入されたプラスチック材料を圧縮成形するように構成されている。
【００２８】
（上方主型の構成）
上方主型１０は、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、鋼製の直方体であり、その下面の中央部には、平断面が円形の凹部１１が設けられている。
上方主型１０の凹部１１には、鋼製の円柱部材である上方入子１２の上端部が嵌め込まれており、上方主型１０の下面から上方入子１２が下方に向けて突出した状態となっている。
この上方入子１２の下端面１３は、凹状の光学面を成形するための成形部であり、凹状の光学面の曲率に対応させた凸状の球面等の湾曲面となっている。
【００２９】
（下方主型の構成）
下方主型２０は、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すように、鋼製の直方体であり、その上面の中央部には、平断面が円形の導入穴２１が設けられている。導入穴２１は、上方主型１０の上方入子１２よりも僅かに大きな直径となっており、上方入子１２を挿入することができるように構成されている。
【００３０】
導入穴２１の下端部２２には、鋼製の円柱部材である下方入子２３が嵌め込まれており、下方入子２３の下面が導入穴２１の底面に当接した状態となっている。
この下方入子２３の上端面２４は、凸状の光学面を成形するための成形部であり、凸状の光学面の曲率に対応させた凹状の球面等の湾曲面となっている。
また、導入穴２１の深さは、上方入子１２の突出長さよりも深く形成されており、導入穴２１に上方入子１２を挿入した際に、上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４との間に隙間が形成されるように設定されている（図１（ｂ）参照）。
【００３１】
（キャビティの構成）
キャビティ３０は、図１（ｂ）に示すように、成形対象のプラスチック材料を圧縮成形するための空間であり、上方主型１０の上方入子１２を下方主型２０の導入穴２１に挿入して、上方主型１０と下方主型２０とを組み合せた際に、上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４との間に形成される隙間である。すなわち、キャビティ３０の内部上面は、上方入子１２の下端面１３によって構成され、キャビティ３０の内部下面は、下方入子２３の上端面２４によって構成されている。
【００３２】
（集光装置の構成）
集光装置５０は、図３に示すように、近赤外線であるレーザを発振する既存の半導体レーザ装置（図示せず）を光源としており、この光源から発振された近赤外線であるレーザを、光ファイバ５１によって照射部５２に伝送し、この照射部５２内のレンズによってレーザＬを集光して照射部５２から下方に向けて照射するように構成されている。
そして、上方主型１０と下方主型２０とを離間させた状態で、各主型１０，２０の間に照射部５２を挿入することにより、レーザＬを下方主型２０の下方入子２３の上端面２４に照射することができるように構成されている。
なお、集光装置５０の光源である半導体レーザ装置は、取り扱い易さの点を考慮すると、発振波長が８０８ｎｍや９４０ｎｍの装置を用いることが好ましい。
【００３３】
また、集光装置５０では、各主型１０，２０の間に照射部５２を挿入した際に、レーザＬの照射範囲の中心が下方入子２３の上端面２４の中心と一致するように構成されており、その照射範囲は、成形対象であるプラスチック材料の投影面積と一致するように設定されている。本実施形態の照射範囲は、直径が約１０ｍｍの円形領域に設定されている。
このような集光装置５０では、近赤外線であるレーザＬを集光して照射しており、赤外線が拡散しないため、レーザＬの照射範囲を簡易に調整して、小径のプラスチック材料に対して一致させることができる。
【００３４】
（プラスチック材料の成形方法）
次に、本実施形態のプラスチック材料の成形方法を用いたプラスチックレンズの製造について説明する。
図４は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法を示した図で、（ａ）はプラスチック材料を下方主型に投入した状態の側断面図、（ｂ）はプラスチック材料にレーザを照射している態様の側断面図である。図５は、本実施形態のプラスチック材料の成形方法を示した図で、（ａ）は上方主型を下方主型に向けて下降させた態様の側断面図、（ｂ）は上方主型と下方主型とを組み合せた状態の側断面図である。
【００３５】
本実施形態では、ポリカーボネートに赤外線吸収材料を添加したプラスチック材料を用いてプラスチックレンズを製作する場合を例として説明する。
赤外線吸収材料は、近赤外線を吸収して発熱する染料や顔料であれば限定されるものではないが、可視光域の吸収が少ないものが好ましい。例えば、顔料としては、粒子が微細で、プラスチック材料に添加した際に可視光の透過を妨げないものが好ましく、本実施形態では、集光装置５０（図３参照）からレーザとして照射される近赤外線の吸収率が高い材料を、シアニン系、フタロシアニン系、ナフタロシアニン系、メロシアニン系、ローダシアニン系、スチリル系、ベーススチリス系等の中から加熱に使用する赤外線の波長に基づいて適宜に選択しており、例えば、Ｈ．Ｗ．ＳＡＮＤＳ ＣＯＲＰのＳＤＡシリーズの中から発振波長に基づいて選択し、プラスチック材料が実質的に透明となる量を添加している。
なお、照射される赤外線が遠赤外線である場合には、プラスチック材料自体が遠赤外線を吸収することができるため、赤外線吸収材料を添加する必要がない。また、照射される赤外線が近赤外線や中赤外線であっても、ハロゲンランプを光源としている場合には、プラスチック材料に赤外線吸収材料を添加しなくてもよい場合がある。
【００３６】
また、プラスチック材料に赤外線吸収材料を添加する方法としては、プラスチック材料の原料に赤外線吸収材料を加えて重合する方法や、プラスチック材料の原料と赤外線吸収材料とを溶融混練する方法を用いることができる。
【００３７】
続いて、前記プラスチック材料からプラスチックレンズを製造する手順について、具体的に説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、上方主型１０と下方主型２０とを上下に離間させ、図４（ａ）に示すように、下方主型２０の導入穴２１内にプラスチック材料４０を投入して下方入子２３の上端面２４に載置する。
【００３８】
その後、図４（ｂ）に示すように、下方主型２０の上方に集光装置５０の照射部５２を挿入し、照射部５２から照射されるレーザＬの照射範囲の中心を下方入子２３の上端面２４の中心に一致させた状態で、レーザＬを照射部５２から導入穴２１内のプラスチック材料４０に照射する。
【００３９】
このように、近赤外線であるレーザＬを集光して照射することにより、プラスチック材料４０に添加されている赤外線吸収材料が近赤外線を吸収して発熱し、プラスチック材料４０が加熱された状態となる。
このとき、近赤外線であるレーザＬがプラスチック材料４０に対して的確に照射されるため、近赤外線によってプラスチック材料４０を効率良く短時間で加熱することができる。なお、近赤外線の照射によって下方主型２０は加熱されることなく、プラスチック材料４０のみが加熱された状態となっている。
【００４０】
そして、図５（ａ）に示すように、プラスチック材料４０をガラス転移温度以上に加熱して軟化させた後に、上方主型１０を下方主型２０に対して下降させ、上方主型１０の上方入子１２を下方主型２０の導入穴２１に挿入することにより、上方主型１０と下方主型２０とを組み合せる。
これにより、図５（ｂ）に示すように、プラスチック材料４０は、上方入子１２の下端面１３と下方入子２３の上端面２４との間に形成されたキャビティ３０内に投入された状態となり、プラスチック材料４０が上方入子１２によって加圧されることにより、プラスチック材料４０が変形してキャビティ３０内で飽和状態となる。
【００４１】
ここで、上方入子１２の下端面１３は、凹状の光学面の形状に対応しており、下方入子２３の上端面２４は、凸状の光学面の形状に対応している。そのため、キャビティ３０内で飽和状態となったプラスチック材料４０は、上方入子１２の下端面１３から下方入子２３の上端面２４までの高さに対応する厚みで、凹凸両側の光学面が形成されたプラスチックレンズの形状を成すことになる。
【００４２】
プラスチック材料４０の圧縮成形後は、プラスチック材料４０を金型１から取り出す際の変形を防ぐために、プラスチック材料４０をキャビティ３０内でガラス転移温度以下まで冷却して硬化させる。
このとき、プラスチック材料４０をレーザＬ（図４（ｂ）参照）によって加熱した際には、プラスチック材料４０のみが加熱されており、金型１は加熱されていないため、金型１を冷却するための時間を除くことができ、プラスチック材料４０を短時間で冷却することができる。
【００４３】
そして、プラスチック材料４０をキャビティ３０内で冷却した後に、上方主型１０と下方主型２０を離間させて、下方主型２０からプラスチック材料４０を取り出し、プラスチック材料４０の円周部を加工してプラスチックレンズを完成させる。
【００４４】
なお、本実施形態のプラスチック材料の成形方法によって製造したプラスチックレンズは、赤外線吸収材料が添加された実質的に透明なプラスチック材料を用いて製造されているため、必然的に赤外線除去機能を備えたプラスチックレンズとなっている。
ここで、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ（スチールカメラおよびビデオカメラを含む）では、赤外線の入光を防ぐためにプラスチックレンズと赤外線カットフィルタを組み合せているが、本実施形態で製造されたプラスチックレンズのように、レンズ自体に赤外線除去機能を持たせることによって、赤外線カットフィルタを設ける必要がなくなり、カメラの構造を簡素化することができる。
【００４５】
このように、本発明のプラスチック材料の成形方法によれば、近赤外線であるレーザＬをプラスチック材料４０に対して的確に照射させることにより、金型１を加熱することなく、プラスチック材料４０を効率良く短時間で加熱することができ、圧縮成形後にプラスチック材料４０を冷却する際には短時間で冷却することができる。これにより、金型１で連続してプラスチック材料４０を製造する際に、プラスチック材料４０を非常に短い時間で加熱、冷却して圧縮成形することができるため、プラスチックレンズの生産効率を高めることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。本実施形態では、図４（ａ）に示すように、半導体レーザ装置を光源とする集光装置５０を用いて、プラスチック材料４０に近赤外線であるレーザを照射しているが、その集光装置５０の光源は限定されるものではなく、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等を用いることができる。なお、本実施形態では、レーザＬを集光して照射しているが、プラスチック材料４０に対して的確に照射することができるのであれば、集光することなくレーザを照射したり、レーザの焦点をプラスチック材料４０からずらしたりして照射してもよい。
【００４７】
また、赤外線として中赤外線や遠赤外線を用いてもよく、例えば、遠赤外線を照射する構成としては炭酸ガスレーザ等を光源とする構成がある。そして、炭酸ガスレーザ装置を光源として、遠赤外線であるレーザを高出力で照射した場合には、プラスチック材料４０の加熱効率を高めることができる。なお、炭酸ガスレーザ装置を光源とした構成では、光源から発振された遠赤外線であるレーザを、中空ファイバによって伝送することが好ましい。
【００４８】
さらに、ハロゲンランプやカーボンヒータから照射された赤外線を反射型レンズにより集光して照射することもできる。そして、ハロゲンランプを用いた場合には、光ファイバや中空ファイバによって赤外線を伝送することなく、集光装置５０内にハロゲンランプを収納することが好ましい。
【００４９】
また、本実施形態では、プラスチック材料４０をポリカーボネートによって構成しているが、その他にポリエステル、環状ポリオレフィン、アクリル、脂環式アクリル樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体等の材料を用いることにより、透明度が高く、光学部品に適用可能なプラスチック材料４０を効果的に加熱することができる。
【００５０】
また、プラスチック材料４０の含水量を０．０１質量%以下にして、プラスチック材料４０に含まれる液分を少なくすることにより、プラスチック材料４０が急速に加熱された場合に、プラスチック材料４０の内部で水分等の液分がガス化して気泡が発生することを抑制することができる。これにより、レーザＬまたは集光された赤外線を高出力で照射してプラスチック材料４０を急速に加熱することができ、加熱効率を高めることができる。
【００５１】
なお、プラスチック材料４０は、あらかじめ含水量が０．０１質量％以下に調整されているものを用いてもよいが、プラスチック材料４０を加熱する段階の前段階において含水量を０．０１質量％以下に調整してもよい。このように、加熱段階の前段階において含水量を調整する場合には、プラスチック材料４０が金型１に投入される前に乾燥して含水量を調整することが好ましい。また、その乾燥条件としては、概ねガラス転移温度よりも高く、融点または流動開始温度よりは低い温度で、０．１〜１０時間乾燥させることで所望の含水量に調整することができる。さらに、乾燥時の雰囲気は常温あるいは真空のいずれでもよい。
【００５２】
ここで、図６の表に示すように、ポリカーボネートを原料として、含水量が４種類（１８００ｐｐｍ、５３０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ）のプラスチック材料４０・・・を形成し、各プラスチック材料４０・・・に対して炭酸ガスレーザ装置によってレーザを、５ｗ／ｃｍ2の出力で１５秒間照射する実験を行った。なお、実験Ｎｏ．１は未乾燥の状態、実験Ｎｏ．２〜４はプラスチック材料４０を１２０℃の真空乾燥機で各々所定の時間乾燥させたものである。その結果、最も含水量が少ない実験Ｎｏ．４の７０ｐｐｍ（０．００７質量％）の場合には、加熱後のプラスチック材料４０に気泡が全く発生しなかった。
【００５３】
また、プラスチック材料４０を、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ、または組み合せによる不活性ガスを含んだ不活性ガス雰囲気下に置いた状態で、レーザＬまたは集光された赤外線を照射することにより、高温に加熱されたプラスチック材料４０の表面が酸化、すなわち焦げて着色されてしまうことを防ぐことができる。この構成では、レーザＬまたは集光された赤外線を高出力で照射してプラスチック材料４０を急速に加熱することができ、加熱効率を高めることができる。
プラスチック材料４０を不活性ガス雰囲気下に置く構成としては、例えば、集光装置５０に取り付けた吹き付けノズルから不活性ガスをプラスチック材料４０に吹き付ける構成や、チャンバ等の密閉空間内を不活性ガスで満たし、この中にプラスチック材料４０を置く構成がある。
【００５４】
なお、不活性ガス雰囲気の酸素濃度は、１０％以下、好ましくは５％以下、更に好ましくは１％以下であることが良い。そして、吹き付けノズルから不活性ガスを吹き付ける構成において、前記した低酸素濃度を達成するには、吹き付けノズルから噴射される不活性ガスの流速を高めたり、吹き付けノズルをプラスチック材料４０に近付けることにより可能となる。また、不活性ガスで満たされた密閉空間にプラスチック材料４０を置く構成では、空間内の空気を不活性ガスで十分に置換することにより可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、（ａ）は各主型を離間させた状態の側断面図、（ｂ）は各主型を組み合せた状態の側断面図である。
【図２】本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、（ａ）は上方主型の平面図、（ｂ）は下方主型の平面図である。
【図３】本実施形態のプラスチック材料の成形方法に用いられる金型を示した図で、各主型の間に集光装置を配置した状態の側断面図である。
【図４】本実施形態のプラスチック材料の成形方法を示した図で、（ａ）はプラスチック材料を下方主型に投入した状態の側断面図、（ｂ）はプラスチック材料にレーザを照射している態様の側断面図である。
【図５】本実施形態のプラスチック材料の成形方法を示した図で、（ａ）は上方主型を下方主型に向けて下降させた態様の側断面図、（ｂ）は上方主型と下方主型とを組み合せた状態の側断面図である。
【図６】本実施形態のプラスチック材料の成形方法において、加熱後のプラスチック材料に発生する気泡を含水量ごとに比較した表である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 金型
１０ 上方主型
１２ 上方入子
２０ 下方主型
２１ 導入穴
２３ 下方入子
２４ 上端面
３０ キャビティ
４０ プラスチック材料
５０ 集光装置
Ｌ レーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型のキャビティに投入されたプラスチック材料に対して、レーザまたは集光された赤外線を照射することにより、前記プラスチック材料を加熱する段階と、
前記キャビティ内で前記プラスチック材料を圧縮して所定形状に変形させる段階と、
を含むことを特徴とするプラスチック材料の成形方法。
【請求項２】
前記プラスチック材料は、透明材料に赤外線吸収材料が添加された材料であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項３】
炭酸ガスレーザ装置を用いて前記レーザを照射することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項４】
前記プラスチック材料は、含水量が０．０１質量%以下のものを用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項５】
前記プラスチック材料を加熱する段階の前に、前記プラスチック材料の含水量を０．０１質量%以下にすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項６】
前記プラスチック材料に対する前記レーザまたは前記集光された赤外線の照射は、前記プラスチック材料を不活性ガス雰囲気下に置いた状態で行われることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項７】
前記不活性ガス雰囲気は、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ、または組み合せによる不活性ガスを含んだ雰囲気であることを特徴とする請求項６に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項８】
前記プラスチック材料は、ポリカーボネート、ポリエステル、環状ポリオレフィン、アクリル、脂環式アクリル樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体のいずれか１つであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項１】
金型のキャビティに投入されたプラスチック材料に対して、レーザまたは集光された赤外線を照射することにより、前記プラスチック材料を加熱する段階と、
前記キャビティ内で前記プラスチック材料を圧縮して所定形状に変形させる段階と、
を含むことを特徴とするプラスチック材料の成形方法。
【請求項２】
前記プラスチック材料は、透明材料に赤外線吸収材料が添加された材料であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項３】
炭酸ガスレーザ装置を用いて前記レーザを照射することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項４】
前記プラスチック材料は、含水量が０．０１質量%以下のものを用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項５】
前記プラスチック材料を加熱する段階の前に、前記プラスチック材料の含水量を０．０１質量%以下にすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項６】
前記プラスチック材料に対する前記レーザまたは前記集光された赤外線の照射は、前記プラスチック材料を不活性ガス雰囲気下に置いた状態で行われることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項７】
前記不活性ガス雰囲気は、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ、または組み合せによる不活性ガスを含んだ雰囲気であることを特徴とする請求項６に記載のプラスチック材料の成形方法。
【請求項８】
前記プラスチック材料は、ポリカーボネート、ポリエステル、環状ポリオレフィン、アクリル、脂環式アクリル樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体のいずれか１つであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラスチック材料の成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２２４６４８（Ｐ２００６−２２４６４８Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１８２１１（Ｐ２００５−１１８２１１）
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
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