CN101397183A - 精密模压成形用预成形件、成形模具、光学元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精密模压成形用预成形件、成形模具、光学元件及其制造方法。本发明的精密模压成形用预成形件包括：具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面；以及与所述两个端面的外圆周相接的一个侧面；所述两个端面为被模压面并且为独立的凸面或凹面，在假设了具有与所述旋转对称轴一致的轴并且与所述预成形件外切的假想圆柱体时，该圆柱体的直径Φ相对于高h之比(φ/h)为1以上3以下，所述预成形件的体积V相对于所述圆柱体的容积V₀之比(V/V₀)为68％以上。

Description

精密模压成形用预成形件、成形模具、光学元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及精密模压成形用预成形件、成形模具、使用该成形模具的玻璃成形体的制造方法及光学元件的制造方法。

背景技术

作为对光学玻璃制的玻璃材料(称为预成形件)进行加热并进行模压成形而使模具成形面的形状精密地转印给玻璃来生产非球面透镜等光学元件的方法，公知有精密模压成形法(也称为模制成形法)。透镜等光学元件由于具有旋转轴对称形状，因此使预成形件的形状也为旋转轴对称形状，从对称轴方向对预成形件进行模压并使玻璃在模压成形模具内均匀摊开。专利文献1、2记载了上述的预成形件以及基于精密模压成形法的光学元件的制造方法的一个例子。

在专利文献1、2公开的由熔融玻璃直接制造预成形件的方法中，为了成形出具有光滑表面的玻璃而在成形模具上对玻璃块施加风压使其浮起，在此状态下对玻璃进行成形，在成形结束后从成形模具中取出玻璃成形体，向空出的成形模具中再次供给熔融玻璃块来进行成形。通过在转台(turn table)上配置多个成形模具并使工作台分度旋转，能够通过连续流出的熔融玻璃来持续制造玻璃成形体。

但是，近年来凹透镜、双凹透镜、平凹透镜等至少一个光学功能面为凹状的透镜的需求量增大。专利文献3、4中公开了上述一个或者两个光学功能面为凹状的透镜的制造方法。专利文献3记载了通过使用由第一模部件和第二模部件组成的一对成形模具在加热状态下对玻璃进行模压成形来制造凹凸状的光学元件的方法。该方法的特征在于，使用热变形的材料作为光学元件成形用材料，以使平面部为镜部的圆柱体玻璃在10³Pa以下的气氛中加热到所述玻璃的屈服点以上的温度，并通过自重变形使得一面变成凸状，另一面变成凹状。专利文献4记载了使用由彼此相对的第一模具和第二模具组成的一对成形用模具，在对玻璃材料进行加热的状态下进行模压成形的光学元件的成形方法，该方法的特征在于，在所述两个模之间叠放两个以上的不同直径的圆柱体玻璃材料来进行模压成形。

专利文献1：日本专利文献特开2007—99529号公报；

专利文献2：日本专利文献特开2003—40632号公报；

专利文献3：日本专利文献特开平9—295817号公报；

专利文献4：日本专利文献特开平9—249424号公报。

发明内容

如上所述，凹透镜、双凹透镜、平凹透镜等至少一个光学功能面为凹状的透镜的需求量增大。上述透镜与双凸透镜或平凸透镜相比，在透镜的整体的体积当中，与靠近光轴的部分相比，远离光轴的部分(透镜的周边部分)占有的体积的比例较高。即，在对上述透镜进行成形时，成形模具内的空间在靠近模的中心轴(与被成形的透镜的光轴相一致)处较狭小，并随着远离轴而变大。在使玻璃在上述空间中展开时，玻璃不沿成形面展开，而逃向侧面方向。结果没有充分遍布到成形面的全部区域，不能在光学功能面的全部区域上获得具有较高的面精度的透镜。这样的趋势在凹状的光学功能面中尤为显著。

针对成形时存在上述问题的凹透镜等，为了制造面精度优良的透镜，想到了例如将预成形件加工成与透镜形状近似的形状的预成形件的方法(第一方法)。但是，在该方法中，当未对预成形件的被模压面、即在精密模压成形时由成形模具进行加压的面的形状进行精密加工时，会在玻璃与成形面之间封入气氛气体(称为困气(gas trap))，由于在这部分不能将成形面的形状转印给玻璃，因此存在面精度下降的问题。

作为其他方法，想到了使用中心壁厚较大的预成形件的方法(第二方法)。该方法通过积极增大精密模压成形时的玻璃变形量，使玻璃遍布到成形面的全部区域，由此将成形面的全部区域复印给玻璃。但是，该方法需要与透镜的体积相比大幅度增大预成形件的体积，因此不得不使向成形面的外侧溢出的玻璃(称为余料)增多。在冷却所述余料较多的成形品时，由于被称为塌缩(ヒケ)的现象，余料部分的体积收缩将变大，并且将在光学功能面与余料邻近的部分发生变形，从而透镜的面精度下降。

此外，在余料部分较大时，为了收存模压成形品不得不增大构成模压成形模具的套筒(sleeve)模具的内径，模压成形模具整体也不得不增大。但是，当增大了模压成形模具时模具的均热性将会下降，不能充分提高透镜的面精度。另外，由于模压成形模具由SiC或高硬度材料等高价材料制成，因此，模具的大型化将关系到模具材料费用的增大。另外，使模具大型化加工费用也将增高。

此外，当余料较多时定心加工的工时增大，因而提高了生产成本。此外，从作为精密模压成形法的优点之一的玻璃的利用率高的观点出发，余料较多的成形也不能称为优选方式。

另外，还存在必须与透镜体积相比大幅度地增大余成形件体积，因而必须延长预成形件的加热或精密模压成形品的冷却的工时，使生产率降低的问题。

如果按照上述情况来研究所述专利文献3、4，则由于专利文献3记载的方法是利用由加热引起的自由变形的方法，因而不能获得与直径相对较大的壁厚。因此，专利文献3记载的方法不适用于上述第二方法。另外，由于其是利用自由变形的方法，因而也难以制成为与透镜形状极为相似的形状的玻璃材料，因此，也不适用于第一方法。

专利文献4记载的方法中在重叠的玻璃的个数较多的情况下研磨时的工时或成本也会增大，相反地，在较少的情况下精密模压成形时的余料增多使透镜的面精度下降或者在定心时工时或成本增大。

因而需要一种新技术，使得能够在精密模压成形时不用对通过成形模具加压的面的形状进行精密加工，并在与光学元件相比不大幅度增大预成形件的体积的情况下，高效地生产具有规定面精度的光学元件、特别是具有弯月透镜或双凹透镜等凹状的光学功能面的光学元件，但是目前不存在这样的技术。

此外，在具有上述凹状的光学功能面的透镜中，在光学设计上优选的是使用高折射率的玻璃。作为折射率高的玻璃，可以举出例如以B₂O₃—La₂O₃系玻璃为代表的高折射率中低分散玻璃以及以磷酸系玻璃为代表的高折射率高分散玻璃。

高折射率中低分散玻璃由于与适于精密模压成形的粘性相当的温度范围较小，因此难以进行模压成形时的温度控制。当温度过低时不能获得需要的透镜的面精度或者发生裂纹、裂缝。另一方面，当温度过高时将引起与模压成形模具的融粘。

高折射率高分散玻璃与模压成形模具的反应性高，容易引起并发生与模具间的融粘。另外，在透镜表面容易产生可想到的由于与模具间的反应而引起的放射状的伤痕。为了抑制玻璃与模具间的反应，优选的是降低模压成形时的温度，使所述反应性降低。

为了消除上述问题(发生融粘或放射伤痕)，优选的是尽量降低精密模压成形时玻璃的温度。因此，要对高粘度状态下的玻璃进行模压。如上所述，当预成形件表面存在研削痕迹等微小伤痕时，容易在精密模压成形时产生玻璃破损等问题。另外，在玻璃的研磨过程中，一边在玻璃表面使用水等液体一边进行研磨，但是在磷酸玻璃的情况下，特别容易在表面形成水化层等变质层，该变质层在精密模压成形时将助长与模具成形面间的融粘。

上述趋势在高折射率中低分散玻璃中在玻璃转移温度(Tg)超过540℃以上或者折射率(nd)为1.75以上时越发显著，在高折射率高分散玻璃中在折射率(nd)为1.75以上时越发显著。

不管哪种玻璃，在获得较高面精度的光学元件时都必须有效地防止玻璃的破损。

本发明是了解决如下问题而完成的：(1)在精密模压成形时不用对通过成形模具加压的面的形状进行精密地加工，(2)与透镜体积相比没有大幅度增大预成形件的体积，(3)不使玻璃发生破损，(4)能够高效率地生产具有规定的面精度的光学元件。

本发明的目的在于提供精密模压成形用预成形件，并提供能够用于制造所述精密模压成形用预成形件的成形模具。

此外，本发明的目的在于提供使用上述精密模压成形用预成形件的光学元件的制造方法。

此外，本发明的目的还在于提供能够用作上述成形模具的精密模压成形用预成形件或精密模压成形用预成形件母材的成形体的制造方法。

本发明涉及一种玻璃制成的精密模压成形用预成形件，包括：具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面；以及与所述两个端面的外圆周相接的一个侧面，其特征在于，所述两个端面为被模压面并且为独立的凸面或凹面，在假设具有与所述旋转对称轴一致的轴并且与所述预成形件外切的假想圆柱体时，该圆柱体的直径φ相对于高h之比(φ/h)大于等于1小于等于3，所述预成形件的体积V相对于所述圆柱体的容积V₀之比(V/V₀)大于等于68％。

此外，本发明涉及一种光学元件的制造方法，其特征在于，包括使用模压成形模具对上述本发明的精密模压成形用预成形件进行精密模压成形的步骤。

此外，本发明涉及一种成形模具，一边使熔融玻璃块在浮起状态下进行冷却一边对该熔融玻璃块进行成形而获得玻璃成形体，其特征在于，所述成形模具包括凹状的玻璃成形部，所述玻璃成形部包括以包围底部和所述底部的周围的方式进行立设的侧壁，所述底部具有多个气体喷出口，所述喷出口喷出用于对所述玻璃块施加风压而使其浮起的气体。

此外，本发明涉及一种玻璃成形体的制造方法，流出熔融玻璃并分割成熔融玻璃块，在设置有所述玻璃块的玻璃成形部中以浮起状态对其进行冷却并进行成形而获得玻璃成形体，其特征在于，作为所述成形模具，使用上述本发明的成形模具，并且通过在所述成形模具的玻璃成形部中以浮起状态支承所述熔融玻璃块而对玻璃成形体进行成形，所述玻璃成形体包括：具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面；以及与所述两个端面的外圆周相接的一个侧面。

另外，本发明涉及一种精密模压成形用预成形件的制造方法，其特征在于，根据上述本发明的方法来制造玻璃成形体，对所述成形体的至少一部分进行研磨。

另外，本发明涉及一种光学元件的制造方法，其特征在于，包括：使用模压成形模具对根据上述本发明的制造方法而获得的玻璃成形体或者精密模压成形用预成形件进行精密模压成形。

发明效果

根据本发明，可提供一种用于高效率地生产高精度的光学元件的精密模压成形用预成形件以及使用预成形件的光学元件的制造方法。

另外，根据本发明，可提供一种使用在用于高效率地生产高精度的光学元件的精密模压成形用预成形件的成形模具。此外，根据本发明，可提供一种能够作为使用上述成形模具的精密模压成形用预成形件或精密模压成形用预成形件的母材使用的成形体。另外，根据本发明，可提供一种使用通过上述制造方法制造的精密模压成形用预成形件的光学元件的制造方法。

附图说明

图1示出了本发明的成形模具的一个方式；

图2示出了本发明的成形模具的一个方式；

图3示出了本发明的成形模具的一个方式；

图4示出了将本发明的成形模具以包含旋转对称轴的平面切断后的截面形状(左图)、在浮起状态下对以往的熔融玻璃块进行成形的预成形件的截面形状(右图)、对上述预成形件进行精密模压成形获得的精密模压成形品(非球面透镜)的截面形状(中央)；

图5示出了表2示出的玻璃的中No.5、9、12的玻璃的粘度曲线。

具体实施方式

在本发明中，在记为“以下”来指定范围时，其上限也包含在所述范围内，在记为“以上”来指定范围时，其下限也包含在所述范围内。

(精密模压成形用预成形件)

本发明的精密模压成形用预成形件是包括具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面以及与上述两个端面的外圆周相接的一个侧面的玻璃制成的精密模压成形用预成形件。此外，本发明的预成形件的所述两个端面为被模压面并且为独立的凸面或凹面。此外，本发明的预成形件在假定了具有与所述旋转对称轴一致的轴并且与所述预成形件相外切的假想圆柱体时，该圆柱的直径φ相对于高h之比(φ/h)为1以上3以下。此外，所述预成形件的体积V相对于所述圆柱体的容积V₀之比(V/V₀)为68％以上。

本发明的预成形件包括：具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面；以及与所述两个端面的外圆周相接的一个侧面。

在对透镜这样的光学功能面的形状具有极高的旋转对称性的光学元件进行成形时，适合使用具有旋转对称轴的预成形件。可以针对在旋转对称轴的周围以任意的角度进行旋转的操作，使旋转前后的预成形件的轮廓重合。但是，该旋转对称性不需要严格遵守几何学，只要是能够通过精密模压成形生产期望的光学元件的程度即可。

本发明的预成形件的典型形状为圆柱体，但是并不是绝对限于圆柱体，可以是两个端面的一个或者两个呈凸面的形状。此外，侧面可以是与旋转对称轴平行和非平行的任一种状态。

为了获得通过精密模压成形使玻璃均匀展开使偏厚较少的光学元件，将与旋转对称轴的方向相对的面、即端面作为精密模压成形时的被模压面。端面可以为凸面或者凹面。例如，两个端面都为凸面，或两个端面都为凹面，或两个端面中一个为凸面另一个为凹面。使端面为凸面或凹面可以考虑进行成形的透镜等光学元件的形状来决定，例如，在成形为凹透镜或凸透镜时，优选的是使两个端面均为凸面或两个端面中一个为凸面另一个为凹面，在成形为双凹透镜时，优选的是两个端面均为凸面、或两个端面都为凹面、或两个端面中一个为凸面另一个为凹面。并且，可以通过结合模压成形模具的成形面来决定端面的曲率来防止在精密模压成形时产生困气。

在端面为凸面或凹面时，其曲率可以考虑模压成形模具的成形面为球面时该球面的曲率以及所述成形面为非球面时该非球面的非球面方式下的基准曲率来适当决定。两个端面的曲率可以相同或不同。

此外，所述凸面可以在含有凸面与旋转对称轴的交点的区域内包括凹部。凹部的大小(与凸面相对的比例)可以考虑透镜的光学功能面为球面时该球面的曲率以及透镜的光学功能面为非球面时该非球面的非球面方式下的基础曲率等来适当决定。例如，如果将所述透镜的光学功能面的直径设为d，则可将所述凹部的直径设在d/3～d/2的范围内。凹部的深度可以考虑透镜的球缺等来适当决定。例如，如果将高设为h，则可将凹部的深度设在h/5～h/4的范围内。

另外，在端面(被模压面)为凸面时，通过在含有所述端面与旋转对称轴的交点的区域内设置凹部，在以凹状的模具成形面对所述被模压面进行模压时，容易使成形面的中心与预成形件的中心的位置重合。另外，在对精密模压成形品进行量产时，将预成形件导入到模压成形模具内，通过以凸状的成形面的顶部挤压所述被模压面的凹部，即使移动导入有预成形件的模压成形模具，也能使模内的预成形件的位置支承在固定状态。在端面为凹面时，在凹面的中心、即最凹陷的部分为含有端面与旋转对称轴的交点的区域的情况下也能够获得所述效果。

本发明的预成形件的侧面的两个外圆周边缘与两个端面的外圆周各自相接。相接部分可以形成角或是曲面。或者，还可以在侧面的两个外圆周边缘与端面的外圆周之间形成使侧面的两个外圆周边缘与端面的外圆周各自相接的连接面。

本发明的预成形件的侧面可以是圆柱体的侧面形状或与圆柱体的侧面形状近似的形状，或者是截头圆锥体的侧面形状或与截头圆锥体的侧面形状近似的形状。通过上述形状的预成形件能够进一步提高填充率(V/V₀)。圆柱体的侧面形状是指圆柱体截面的直径在截面的任何位置上都相等并且侧面的表面为顺循着光滑圆柱的光滑曲面(曲平面)。与此相对，与圆柱的侧面形状近似的形状是指，在预成形件的侧面上具有后述的槽的情况等从几何学的观点考虑并不是严格意义上的圆柱体的侧面形状，但是从精密模压成形或预成形件的制造工序等观点考虑可以视为与圆柱体的侧面形状等同的形状。更具体地说，与圆柱体的侧面形状近似的形状是指，虽然侧面的表面上具有凹凸或者槽(波状结构)，但是圆柱体截面与上述凹凸或者槽外切或内切的圆的直径在截面的任何位置上都相等的形状。凹凸或槽的形状以及尺寸可以考虑进行成形的预成形件的体积、或该圆柱体的直径φ相对于高h之比、以及下表面侧的曲率来适当决定。通过使预成形件的侧面具有凹凸或槽(以及梁)，具有能够在作为后续工序的成形工序中防止预成在形件的侧面产生困气或者与其为光滑曲面(曲平面)时相比增大了与变形相对的阻力并抑制余料形成的效果。

另外，截头圆锥体的形状是指圆柱体截面的直径从一个端面到另一个端面逐渐减小或增大并且侧面的表面是遵循着光滑的圆柱体的光滑曲面(曲平面)。圆柱体截面的直径的减小或增大的程度可以考虑预成形件要求的形状来适当决定，从容易将其取至预成形件的缓慢冷却工序的观点考虑，适合使假想圆锥体的顶角(全角2α)处于4°～6°的范围内，所述假想圆锥体将截头圆锥体的侧面作为侧面的一部分。此外，所述α为假想圆锥体的中心轴与母线的夹角(内角)。

此外，与截头圆柱的侧面形状近似的形状是指，预成形件的侧面具有后述的槽时等从几何学观点考虑并不是严格意义上的截头圆柱的侧面形状，但是从精密模压成形或预成形件的制造工序等观点上讲与截头圆柱的侧面形状可视为等同的形状。更具体地说，其跟与圆柱的侧面形状相似的情况相同，指的是侧面的表面上具有凹凸或槽(波状构造)并且圆柱截面与上述凹凸或槽外切或内切的圆的直径从一个端面到另一个端面逐渐减小或增大的形状。凹凸或槽的形状以及尺寸可以考虑容易取至预成形件的缓慢冷却工序来适当决定。由于预成形件的侧面上具有凹凸或槽(以及梁)，因此，具有能够在作为后续工序的成形工序中防止预成形件的侧面产生困气或者具有与其为光滑曲面(曲平面)的情况相比增大了与变形相对的阻力并抑制余料产生的效果。

光学元件的面精度下降的主要原因是，玻璃在与模压方向相垂直的方向上溢出，即模压时玻璃主要在所述垂直的方向上展开，并且玻璃没有充分遍布到成形面。从抑制上述模压时的玻璃的动作方面考虑，优选的是侧面上形成有多个槽的预成形件，所述槽从两个端面的一侧向另一侧形成。通过侧面上具有所述槽，玻璃在模压时遍布到模具成形面并延展到模压成形模具中的空间，因此，能够更加容易地制造较高面精度的光学元件。优选的是，对侧面的多个槽进行等间隔地配置排列。由此，在精密模压成形时，能够与预成形件的旋转对称轴的中心相对各向同性地对玻璃的展开进行控制。此外，所述槽可以与旋转对称轴平行地构成，也可以与旋转对称轴相对分别在预定的方向上构成，但是从精密模压成形时以所述旋转对称轴为中心各向同性地控制玻璃展开的方面考虑，优选的是所述槽与所述旋转对称轴平行地构成。此外，所述槽可以通过后述的方法获得。

精密模压成形中通过高压力对高粘度的玻璃进行模压。并且，本发明的预成形件由于在模压时的变形量较大，因此，当预成形件表面上存在研削痕或伤痕时，玻璃容易以该部分为起点而发生破损。为了防止上述问题，优选的是至少使预成形件的侧面为将熔融状态的玻璃固化获得的面，更加优选是除了所述侧面以外两个端面(被模压面)也为将熔融状态的玻璃固化获得的面。将熔融状态的玻璃固化获得的面是指，对熔融玻璃进行冷却、固化来制成预成形件整体或者作为预成形件的母材的玻璃成形体整体时获得的玻璃表面，与后述的锻造面、即仅对玻璃表面进行加热以及再熔融以后固化获得的面是不同的。由于没有对将熔融状态的玻璃固化获得的面进行研削、研磨等冷加工，因此，不存在研削痕或研磨痕，不存在上述破坏的起点。特别是，从上述观点考虑，优选的是所有表面均为将熔融状态的玻璃固化获得的面的预成形件。另外，在对玻璃表面进行再熔融后，进行了冷却以及固化而获得的锻造面通过进行再熔融而修复了研削痕或研磨痕，微观上也为平滑面，因此不存在上述破坏的起点。

通过被称为火抛光(fire-polish)的方法获得锻造面。但是，锻造面中由于在高温下对玻璃表面进行了再加热，因此存在玻璃表面变质的问题。特别是在含有B₂O₃、碱金属元素、氟元素、氯元素等易挥发成分的玻璃中，在火抛光时由于挥发使玻璃表面容易变质。另外，由于对一部分已成形为期望形状的玻璃进行了再加热、再熔融，因此，玻璃将从期望形状开始发生变形。由于上述理由，在比较锻造面与将熔融状态的玻璃固化获得的面时，后者是格外优良的。镜面研磨面是在经过粗磨、精磨等研磨工序后进行抛光的面。进行了研磨的面存在大量的研削痕、研磨痕，这些将成为所述破坏的起点。虽然在镜面研磨面中去除了上述起点中较明显的部分，但是由于存在被称为潜伤的极微小的伤痕，因此，与由熔融状态下的玻璃固化获得的面或锻造面构成全表面的预成形件相比，具有镜面研磨面的预成形件的耐破损性较差。由于刻蚀面通过刻蚀而去除了研削痕或研磨痕，因此，表面为刻蚀面的预成形件在耐破坏性上优良。但是，在对存在潜伤的表面进行刻蚀后，会由于使伤痕显现而使耐破坏性下降。总之，将熔融状态的玻璃固化获得的面都是格外优良的。

此外，作为将熔融状态的玻璃固化获得的面的例子，可以举出将自由表面、模具成形面转印给熔融玻璃而获得的模具转印面的例子。自由表面例如可以通过使熔融玻璃浮起进行成形来形成。模具转印面可以以模压成形面对玻璃进行模压或将熔融玻璃倒入金属模具而形成。

本发明的预成形件将形状调整为与预成形件外切的假想圆柱体的高h相对的直径φ的比(φ/h)为1以上3以下。在比(φ/h)小于1时，侧面部分或者侧面与端面(被模压面)的边界部分进入透镜的有效径内，透镜表面的质量下降的危险增大。另一方面，在比(φ/h)大于3时，精密模压成形时的玻璃的变形量变得较小，难以使玻璃遍布到成形面全部区域。另外，预成形件在模压成形模具中倾斜会成为透镜的偏厚/偏芯的原因。因此，将比(φ/h)设在上述范围内，比(φ/h)的优选的范围是1～2.6，更加优选的范围是1～2.4，进一步优选的范围是1～2.0。

从制造具有全表面是将熔融状态的玻璃固化获得的面的预成形件的方面考虑，本发明的预成形件的形状比较适合。在具有全表面为将熔融状态的玻璃固化获得的面的预成形件的制造中，如下面说明那样，对熔融玻璃施加风压而使其浮起并进行成形。此时，虽然获得了向玻璃块底面吹出气体而使其浮起的风压，但是当φ/h过大时，所述气体将难以从玻璃块的底面沿侧面漏出，从而难以使玻璃块稳定地浮起。另一方面，当φ/h过小时，仅通过向玻璃块的底面施加的风压难以使玻璃块浮起。通过使φ/h在本发明的范围内，能够使玻璃块稳定的浮起并进行成形。此外，从使玻璃块的浮起的稳定的观点考虑，φ/h的优选的范围是如上所述的范围。

如上所述，在确保精密模压成形时的玻璃的变形量的基础上，从降低或抑制玻璃的成形面处的溢出量的方面考虑，使预成形件的体积V相对于所述圆柱体的容积V₀之比(V/V₀)为68％以上。比(V/V₀)可以说成是假想圆柱体内的玻璃的填充率的量，可以认为其是使光学功能面全部区域的面精度良好并用于降低使用的玻璃的量的指标。从提高上述效果的方面考虑，比(V/V₀)优选的是69％以上，更加优选的是70％以上，进一步优选的是71％以上，更进一步优选的是72％以上。填充率(V/V₀)的上限为96％左右，在考虑了由后述的侧面的槽或端面为曲面而造成的填充率的减少以后，优选的是将所述填充率的上限设为94％，更加优选的是92％，进一步优选的是90％，更进一步优选的是88％。

在预成形件为旋转椭圆体时，填充率(V/V₀)为2/3(66.7％)，在预成形件为球体时，填充率(V/V₀)为2/3(66.7％)。因此，即使在上述形状的预成形件中为了使精密模压成形时的玻璃变形量增加而按比例增大，由于填充率(V/V₀)固定，因而即使可以增大玻璃的变形量，从成形面溢出的玻璃的量、即余料的量也会增加。结果是由于余料部分的收缩而使透镜的面精度下降。另外，在余料部分较多时，只能增大收存玻璃的套筒模具而使模压成形模具整体变大，因此，模具的均热性将会下降，难以在光学功能面全部区域上制成具有较高面精度的光学元件。

另一方面，在本发明中，由于比(φ/V₀)为1以上3以下，并且(V/V₀)为68％以上，因此，能够进行余料较少的模压成形，结果是能够在光学功能面的全部区域上获得较高面精度的光学元件。另外，由于能够针对规定的光学元件来抑制模压成形模具的大型化，因此能够降低模材料费用或模的加工费。此外，能够削减通过定心加工而去除的玻璃的量并缩短定心加工的工时，因而能够提高玻璃的利用率。另外，能够缩短预成形件的加热或精密模压成形品的冷却的工时而提高生产率。

当使用φ小于平视成形面时的直径的预成形件时，预成形件的侧面将通过精密模压成形而成为光学功能面。在该情况下，通过使侧面为镜面，也能够成形出平滑且较高面精度的光学功能面。但是，从成形出平滑且较高面精度的光学功能面并降低或防止精密模压成形时的破损的方面考虑，优选的是使被模压面与侧面相交的棱为曲面，并且使所述曲面也为镜面。但是，从成形出平滑且较高面精度的光学功能面的方面考虑，优选的是使φ大于平视成形面时的直径的预成形件。

此外，从形成光滑的光学功能面的方面考虑，优选的是使被模压面的最大高度Ry小于侧面的最大高度Ry(基于日本工业标准JIS B0601-1994)。具体地说，侧面的最大高度Ry优选为1μm以下，大致为0.3μm～1μm的范围内，而作为被模压面的端面的最大高Ry为0.02μm以下，大致为0.01μm～0.02μm的范围内。

此外，本发明的预成形件除能够通过后述的方法进行制造以外，还能够通过对玻璃进行研削及研磨的方法、以及在对玻璃进行模压成形以后再进行研削及研磨的方法来进行制造。

本发明的预成形件适合使用于凹透镜、凸透镜、双凹透镜的成形，特别适合于双凹透镜的成形。

作为凹透镜、凸透镜、双凹透镜等的材料，优选的玻璃是含有B₂O₃和La₂O₃的玻璃成分的玻璃。上述玻璃为高折射率低分散玻璃或者高折射率中分散玻璃，如上所述，可获得适于精密模压成形的温度区域较小，玻璃转移温度较高。因此，模压成形温度只要发生细微变动，就容易在存在于预成形件侧面的起点处发生损坏。另外，玻璃转移温度高的玻璃，精密模压成形时的预成形件加热温度和模压成形模具的加热温度也会较高，但是，从降低或防止设置在模压成形模具或模具成形面上的脱模膜的消耗的方面考虑，优选的是将预成形件和模压成形模具的两个加热温度尽量降低。与该期望相对应，在玻璃变形量较大的精密模压成形中对高粘度的玻璃进行模压。此时，如果是表面不存在所述损坏的起点的所述预成形件，则能够不发生破损地成形凹透镜、凸透镜、双凹透镜。

本发明的预成形件的优选的第一具体方式是由玻璃转移温度(Tg)为540℃以上的光学玻璃构成的预成形件，更加优选的是由玻璃转移温度(Tg)为570℃以上的光学玻璃构成的预成形件，进一步优选的是由玻璃转移温度(Tg)为590℃以上的光学玻璃构成的预成形件，更进一步优选的是由玻璃转移温度(Tg)为600℃以上的光学玻璃构成的预成形件。但是，当玻璃转移温度(Tg)过高时可能难以进行精密模压成形，因此，优选的是玻璃转移温度(Tg)为690℃以下。

作为构成本发明的精密模压成形用预成形件的玻璃，优选例如以下的玻璃。

本发明的预成形件适用于弯月透镜、双凹透镜等具有凹状的透镜面的透镜的成形，尤其是适于凹透镜、双凹透镜这样具有负折射力的透镜的成形。上述透镜优选的是适用于与具有正折射率的透镜组合来进行消色，并使用与构成具有正折射率的透镜的玻璃相比为低分散的玻璃。另外，从使光学系统的小型化以及降低透镜面的曲率并容易进行精密模压成形模具的模加工或精密模压成形的方面考虑，期望折射率高的玻璃。

根据上述观点，作为构成本发明的预成形件的玻璃，优选的是在阿贝数vd为35以上的范围内折射率nd为1.70以上，在阿贝数vd小于35的范围内具有满足下面的公式(1)的折射率nd的光学玻璃。

nd≥2.4-0.02×vd          ……(1)

更加优选的是在上述范围内折射率nd为1.75以下的玻璃。

但是，在维持低分散性的同时进一步提高折射率时，则玻璃的稳定性下降，因此，在所述范围内的光学特性中，优选的是处于满足下面的公式(2)的范围内，更加优选的是处于满足下面的公式(3)的范围内。

nd≤2.48-0.012×vd(其中，折射率nd为2.2以下)      ……(2)

nd≤2.42-0.012×vd(其中，折射率nd为2.2以下)      ……(3)

(注)

公式(1)是连接nd＝1.90、vd＝25和nd＝1.7、vd＝35的直线；

公式(2)是连接nd＝2.00、vd＝45和nd＝1.7、vd＝65的直线；

公式(3)是连接nd＝2.00、vd＝35和nd＝1.7、vd＝60的直线。

优选的是，除了光学特性以外，在精密模压成形用的玻璃中表现出玻璃转移温度较低的玻璃。作为实现上述性质的玻璃，如果以摩尔％表示，可以例示出玻璃成分含有以下成分的光学玻璃。

B₂O₃     5～70％

SiO₂     0～50％

ZnO      1～50％

La₂O₃    5～30％

Gd₂O₃    0～22％

Y₂O₃     0～10％

Yb₂O₃    0～10％

Li₂O     0～20％

Na₂O     0～10％

K₂O      0～10％

MgO      0～10％

CaO      0～10％

SrO      0～10％

BaO      0～10％

ZrO₂     0～15％

Ta₂O₅    0～20％

WO₃      0～20％

Nb₂O₅    0～15％

TiO₂     0～40％

Bi₂O₃    0～10％

GeO₂     0～10％

Ga₂O₃    0～10％

Al₂O₃    0～10％

下面，对所述光学玻璃进行说明。此外，以下，只要没有特别说明则各成分的量均以摩尔％表示。

B₂O₃为必要成分，其起到形成玻璃网格的氧化物的作用。在导入大量La₂O₃等高折射率成分时，需要为了玻璃的形成需要导入5％以上的作为主要的网络构成成分的B₂O₃来赋予针对失透的足够稳定性并且维持玻璃的熔融性，但是，当其导入超过70％时则玻璃的折射率下降，不利于获得高折射率的玻璃的目的。因此，B₂O₃的导入量为5～70％，优选的是10～65％，更加优选的是10～60％，进一步优选的是15～60％。

SiO₂为选用成分，针对含有大量La₂O₃等稀土氧化物成分的玻璃来降低玻璃的液相温度并提高高温粘性，进而大幅度提高玻璃的稳定性，但是由于过度的导入，除了玻璃的折射率下降以外，玻璃的转移温度也将变高，难以进行模压成形。因此，SiO₂的导入量为0～50％，优选的是0～40％，更加优选的是0～30％，进一步优选的是0～25％。

ZnO为必要成分，在使玻璃的熔融温度或液相温度以及转移温度降低，并对折射率进行调整的方面是不可缺的。当其含量小于1％时上述效果较弱，当超过50％时分散变得较大，与失透相对的稳定性也会恶化并且化学耐久度下降，因此，其导入量的范围为1～50％，优选的是3～45％，更加优选的是5～40％，进一步优选的是10～35％。

La₂O₃也为必要成分，不使与玻璃的失透相对的稳定性下降或者使分散变高而提高折射率，并提高了化学耐久度。但是，在小于5％时不能获得充分效果，当超过30％时则与失透相对的稳定性显著恶化，因此，其导入量为5～30％，优选的是5～25％，更加优选的是5～22％，进一步优选的是5～20％。

Gd₂O₃与La₂O₃相同，也是不使与玻璃的失透相对的稳定性或者低分散性恶化而提高玻璃的折射率或化学耐久度的成分。当Gd₂O₃的导入超过22％时，具有使与失透相对的稳定性恶化、使玻璃的转移温度上升、使精密模压成形性恶化的趋势，因此，其导入量为0～22％，优选的是0～20％，更加优选的是0～18％，进一步优选的是0～15％。

Y₂O₃、Yb₂O₃为实现高折射率/低分散的玻璃的选用成分，在少量导入时提高玻璃的稳定性并提高化学耐久度，但是由于过度的导入将大幅度损伤与玻璃的失透相对的稳定性，也会使玻璃转移温度或屈服点温度上升。因此，Y₂O₃的含量为0～10％，Yb₂O₃的含量为0～10％。

Li₂O增大了降低玻璃转移温度的效果，但是由于过度导入会降低折射率并且玻璃稳定性也会下降。因此，Li₂O的量为0～20％，优选的是0～15％，更加优选的是0～10％，进一步优选的是0～8％。此外，在优先赋予低温软化性的情况下，使Li₂O的量为0.1％以上。

Na₂O、K₂O具有改善熔融性的作用，但是过度导入会使折射率或玻璃稳定性下降，因此，各自的导入量为0～10％。

MgO、CaO、SrO也具有改善熔融性的作用，但是过度导入会使折射率或玻璃稳定性下降，因此，各自的导入量为0～10％。

BaO起到提高折射率的作用，但是过度导入会使玻璃稳定性下降，因此，其导入量为0～10％。

ZrO₂是为了实现高折射率的玻璃并维持玻璃的低分散性而使用的必要成分。通过导入ZrO₂，可获得不降低玻璃的折射率而改善高粘度性或与失透相对的稳定性的效果，但是当导入超过15％时液相温度将急剧上升并且与失透相对的稳定性也将恶化，因此，其导入量为0～15％，优选的是0～12％，更加优选的是0～10％，进一步优选的是0～8％。

Ta₂O₅是实现高折射率/低分散的玻璃的选用成分。通过导入Ta₂O₅，具有不使玻璃的折射率降低而改善高温粘性或与失透相对的稳定性的效果，但是当导入超过20％时液相温度急剧上升且分散增大，因此，其导入量为0～20％，优选的是0～17％，更加优选的是0～14％，进一步优选的是0～10％。

WO₃是为了改善玻璃的稳定性和熔融性并提高折射率而适当导入的成分，当其导入量超过20％时分散变大并且不能获得需要的分散特性，玻璃的着色也将增大，因此，其导入量为0～20％，优选的是0～18％，更加优选的是0～16％，进一步优选的是0～14％。

Nb₂O₅是维持玻璃的稳定性并提高折射率的选用成分，过度导入将使分散增大，因此，其导入量为0～15％，优选的是0～13％，更加优选的是0～10％，进一步优选的是0～8％。

TiO₂是可以为了提高玻璃的折射率而导入的选用成分，但是过度导入将使分散变大并不能获得目标的光学常数，并且玻璃的着色也会增大，因此，其导入量为0～40％，优选的是0～35％，更加优选的是0～30％，进一步优选的是0～25％。

Bi₂O₃是起到提高玻璃的折射率并提高玻璃的稳定性的作用的选用成分，但是过度导入将使玻璃的稳定性下降并使液相温度上升。因此，其导入量为0～10％。

GeO₂是起到提高玻璃的折射率并且提高玻璃的稳定性的作用的选用成分，优选的是其导入量为0～10％、0～8％。但是，与其他的成分相比较大的差别在于其价格较高，因此，优选的是不导入该成分。

Ga₂O₃是起到提高玻璃的折射率并且提高玻璃的稳定性的作用的选用成分，优选的是其导入量为0～10％、0～8％。但是，与其他的成分相比其价格昂贵，高出几个数量级，因此，优选的是不导入该成分。

Al₂O₃是起到提高玻璃的高温粘性、降低液相温度、提高玻璃的成形性的作用，并可起到提高化学耐久度的作用的选用成分。但是过度导入将使折射率下降且与失透相对的稳定性下降，因此，其导入量为0～10％。

此外，Sb₂O₃可作为消泡剂而选择性添加，但是当Sb₂O₃的添加量与整个玻璃成分的合计含量相对超过1重量％时，在精密模压成形时模压成形模具的成形面可能会受到损伤，因此，优选的是添加的Sb₂O₃相对于整个玻璃成分的总含量为0～1重量％，更加优选的是添加0～0.5重量％，进一步优选的是添加0～0.1重量％。

另一方面，作为玻璃成分，优选不进行导入的例如可举出PbO的例子。PbO为有害物质并且存在以下问题，在非氧化性气氛中对由含有PbO的玻璃组成的预成形件进行模压成形时，存在成形体的表面溢出铅而损害了作为光学元件的透明性，或析出的金属铅附着在模压成形模具上的问题。

可以导入0～3％的少量的Lu₂O₃。但是，一般作为光学玻璃的成分而言，与其他成分相比其使用频率较少，另外由于稀有而价高，作为光学元件价的原料来说较昂贵，因此，从成本方面考虑优选不导入。

优选不导入镉、碲等存在环境问题的元素、钍等放射性元素、以及砷等有毒元素。另外，从玻璃熔融时的挥发等的问题考虑，优选不导入氟元素。

为了在上述的范围内获得期望的光学特性，可以根据上述说明，在上述组成范围内决定各成分导入量。

如上所述，在对高折射率的玻璃进行精密模压成形时，在成形模具的温度或玻璃的温度较高时，玻璃中的成分、特别是高折射率成分将与成形模具的成形面或者所述成分与预成形件表面上涂层的膜之间产生化学反应，容易发生在玻璃表面产生模糊不清、伤痕，或玻璃贴附在成形模具上的问题。为了避免这样的事故，希望将模压成形时的成形模具或玻璃的温度抑制得比较低，即对粘度较高的玻璃进行模压成形。因此，上述玻璃与折射率低的玻璃相比，模压成形时的允许温度区域较小。

另外，上述玻璃与折射率低的玻璃相比，与温度变化相对的粘度变化较大，温度稍微降低粘度就会大幅度上升，变成对较硬的玻璃进行模压，从而容易发生裂纹、裂缝。

在此基础上，本发明由于精密模压成形中的玻璃的变形量较大，更容易发生裂纹、裂缝。因此，期望通过使预成形件表面不存在伤痕或潜伤来降低或防止裂纹、裂缝。

如上所述，为了抑制含有高折射率赋予成分的上述玻璃与成形膜成形面的化学反应或者与在预成形件表面上涂层的膜的化学反应，希望降低玻璃转移温度Tg。玻璃转移温度的优选的范围是650℃以下，更加优选的是630℃以下。另外，如上所述，上述玻璃含有高折射率赋予成分，因此，精密模压成形用的光学玻璃中玻璃转移温度较高，该转移温度的目标温度为520℃以上。在折射率更高的光学玻璃或分散更低的玻璃中，进一步提高玻璃转移温度为540℃以上，并且根据玻璃的不同使其为550℃以上，进一步为580℃以上，以及600℃以上。

作为上述玻璃，如果以摩尔％表示，可以例示出含有以下成分的例子，其中，B₂O₃ 20～43％、La₂O₃  5～24％、ZnO 22～42％、Li₂O 0～15％、Gd₂O₃ 0～20％、SiO₂ 0～20％、ZrO₂ 0～10％、Ta₂O₅ 0～10％、WO₃0～10％、Nb₂O₅ 0～10％、TiO₂ 0～10％、Bi₂O₃ 0～10％、GeO₂ 0～10％、Ga₂O₃ 0～10％、Al₂O₃ 0～10％、BaO 0～10％、Y₂O₃ 0～10％、Yb₂O₃ 0～10％、Sb₂O₃ 0～1％。

通过使用了具有上述范围的组成并且所述玻璃转移温度较高的玻璃的预成形件，能够在精密模压成形中高精度地制造高折射率低分散玻璃制成的凹透镜、双凹透镜等光学元件。

上述玻璃作为表现出折射率(nd)为1.75以上并且阿贝数(vd)为25～55的光学特性的玻璃是比较适合的。

作为本发明的构成预成形件的玻璃的第二具体方式，可以举出磷酸玻璃的例子。可以例举为了获得高折射率高分散特性而在P₂O₅以外还包含Nb₂O₅、TiO₂、Bi₂O₃、WO₃、Li₂O的磷酸玻璃，包含P₂O₅、Nb₂O₅、Bi₂O₃、Li₂O的磷酸玻璃，以及包含P₂O₅、Nb₂O₅、TiO₂、Bi₂O₃、WO₃的磷酸玻璃的例子。上述磷酸玻璃包含Nb₂O₅、TiO₂、Bi₂O₃、WO₃这样的高折射率高分散率赋予成分，因而与模压成形模具发生反应，容易在上述玻璃与模具间发生融粘并且在光学元件表面上产生放射状伤痕等。

为了消除上述问题(融粘或放射伤痕的发生)，希望尽可能降低精密模压成形时的玻璃温度。因此，以便对高粘度状态下的玻璃进行模压。如上所述，在预成形件表面上存在研削痕等微小伤痕时，容易在精密模压成形时产生玻璃破损等问题。另外，在玻璃的研磨过程中，将水等液体应用在玻璃表面来进行研磨，但是在为磷酸玻璃的情况下，特别容易在表面形成水化层等变质层，该变质层会在精密模压成形时促使其与模具成形面间发生融粘。根据本发明，预成形件的侧面通过优选除了上述侧面以外两个端面中的一个为使熔融状态的玻璃固化而形成的面，并更加优选所述侧面和两个端面为使熔融状态的玻璃固化而形成的面，以及进一步优选所有表面为使熔融状态的玻璃固化而形成的面，由此，可以降低或消除所述研削痕或变质层引起的精密模压成形时的问题。

此外，磷酸玻璃作为表现出折射率(nd)为1.75以上并且阿贝数(vd)小于25的光学特性的玻璃是非常适合的。

(成形模具)

接着，对用于在浮起状态下冷却熔融玻璃并进行成形而获得的玻璃成形体的本发明的成形模具进行说明。本发明的成形模具的特征是包括凹状的玻璃成形部，所述玻璃成形部包括底部以及进行立设以使其包围所述底部的周围的侧壁，并且所述底部包括多个气体喷射口，所述气体喷射口喷射用于对所述玻璃块施加风压而使其浮起的气体。

如上所述，本发明的成形模具是应用于对具有指定形状的预成形件等的成形体、例如本发明的精密模压成形用预成形件中的一个形态进行成形的成形模具。上述成形体为玻璃成形体，其包括：具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面；以及与所述两个端面的外圆周相接的一个侧面。此外，所述成形体的两个端面独立形成为凸面或者凹面，所述侧面由将熔融状态的玻璃固化获得的面构成，并具有与所述旋转对称轴一致的轴，并在假设了与所述预成形件外切的假想圆柱体时，优选的是所述圆柱体的直径φ相对于高h之比(φ/h)为1以上3以下，所述预成形件的体积V相对于所述圆柱体的容积V₀之比(V/V₀)优选的是68％以上的成形体。下面将对上述成形体进行说明。

本发明的成形模具包括凹状的玻璃成形部，所述成形部包括底部以及立起设置以使其包围所述底部的侧壁。此外，玻璃成形部的底部具有多个气体喷出口，该气体喷出口喷出用于对所述玻璃块施加风压而使其浮起的气体。

作为目前公知的用于对预成形件等玻璃成形体进行浮起成形的成形模具，包括专利文献2中记载的具有底部和凹状的玻璃成形部的模具，该底部具有气体喷出口，该玻璃成形部形成为侧壁从底部连续而出的构造。但是，本发明的成形模具的特征在于，其设置在底部的气体喷出口为多个，并且包括具有立起设置以使其包围所述底部周围的侧壁的玻璃成形部，而具有上述玻璃成形部的成形模具并不是公知的。

具有所述多个气体喷出口的底部例如可以由具有通气性的多孔质材料制成。或者，还可以是规则或不规则地设置有气体喷出口的非多孔质材料。作为具有多个气体喷出口的浮起成形用的成形模具，目前也被公知。

具体地说，优选的是玻璃成形部的底部由多孔质体构成，向该多孔质体的背面、即与玻璃块相对的面的背面供给高压气体，经过多孔质体而从与玻璃块相对的面喷出气体。由此，能够从与底部的玻璃块相对的面的全部区域均匀地喷出气体，并能够向玻璃块的下表面较均匀地施加向上的风压。因此，能够防止向处于粘度较低的状态下的玻璃块下表面的局部进行气体喷出的风压的集中而在玻璃块下表面产生凹凸的问题。

在所述成形模具中，用于使玻璃块浮起的风压通过从设置在底部的气体喷出口喷出的气体而获得，因此，优选的是向与底部相对的玻璃表面均匀地喷出气体。为了进行上述的气体喷出，优选的是通过多孔质体来构成底部，并优选具有用于向多孔质体的背面提供气体的气体流路。通过向多孔质体的背面供给高压气体并使其透过多孔质体，能够从其表面均匀地喷出气体。

如果与底面相同，侧壁也通过多孔质体构成，在向多孔质体的背面供给高压气体时，则会由于从侧面喷出的气体容易阻塞来自底面的喷出气体的出路。结果是存在不能获得对于底面的足够的风压，并使玻璃的浮起状态恶化的问题。因此，在底面与侧壁中，优选的是仅在底面设置气体喷出口。通过仅在底面设置气体喷出口，能够使玻璃块稳定地浮起。

底面的形状优选的是，使作为成形体的预成形件的被模压面或者加工成被模压面的预成形件母材的底面的形状反向旋转后的形状或与该形状近似的形状。

此外，在玻璃成形部的底部的形状为凹面的情况下，在没有上述形状的侧壁时，玻璃块容易摇晃，而根据本发明，即使在底部的形状为凹面的情况下，也能够使玻璃块稳定地浮起。

侧壁的形状可以是圆柱体的侧面形状或截头圆锥体的侧面形状，或者是与圆柱体的侧面形状近似的形状或与截头圆锥体的侧面形状近似的形状的任一个。这里，与圆柱体的侧面形状近似的形状以及与截头圆锥体的侧面形状近似的形状是由于具有上述在侧壁设置有槽或凸部的情况。侧壁的作用在于对玻璃块或者玻璃成形体的摇动进行抑制，而在发挥上述功能的范围内，可以是与圆柱体的侧面形状近似的形状或与截头圆锥体的侧面形状近似的形状。

在对填充率较大的预成形件进行成形时，希望侧壁垂直或近似垂直的成形模具。在上述成形模具中优选的是，使侧壁向上方展开使得从玻璃成形部中顺畅地取出预成形件，即作为侧壁的形状为截头圆锥体的侧面形状或者与该形状近似的形状，开口部要比底部大。由此，能够从玻璃成形部中顺畅地取出预成形件。

优选的是，在所述侧壁上具有气体流路，该气体流路使得从气体喷出口喷出的气体向所述玻璃成形部的开口方向流动。更具体地说，气体流路可以是从底部向玻璃成形部的开口方向上垂直或倾斜地延伸出多个槽，具有气体流路的侧壁的表面可以是由连续面构成的波形或者由断续面构成的波形。由连续面构成的波形是指不具有角的、槽与梁交替呈现的形状，与此相对，由断续面构成的波形是指槽与梁交替呈现的形状并且槽与梁的接线处形成角的形状。还可以是上述二者之间的形状(例如，由断续面构成的波形其作为槽与梁的接线的角带有圆弧的形状)。

如上所述，本发明的成形模具用于对包括具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴相交的两个端面以及与上述两个端面的外圆周相接的一个侧面的玻璃成形体进行成形。特别是成形体的一个端面成形为与成形模具的底部相对应的形状，侧面成形为与成形模具的侧壁相对应的形状。本发明的成形模具由于在侧壁具有气体流路，因此，从气体喷出口喷出的气体的至少一部分将经由气体流路到达开口处，可使玻璃块稳定地支承在玻璃成形部中。此外，经过气体流路以及流路以外的侧壁与玻璃块之间的缝隙的气体可以避免或缓和了玻璃块与侧壁间的接触，使玻璃成形体的侧面为将熔融状态的玻璃固化获得的面。

根据图1～3对本发明的成形模具进行进一步说明。

图1的(A)示出的是本发明的一个实施方式的成形模具10。成形模具10包括：底部基部件11、由设置在底部基部件11的开口部的多孔质材料构成的底部形成部12、以及侧壁构成部件13。侧壁构成部件13的内壁构成了成形部的侧壁。此外，如图1的(B)所示，侧壁构成部件13可分成多个部分，在取出成形后的玻璃成形体时，能够向外侧移动而使其容易取出。

图2的(A)示出的是本发明的成形模具的一个实施方式的成形模具20。成形模具20包括：底部基部件21、由设置在底部基部件21的中央开口部的多孔质材料构成的底部形成部22、以及侧壁构成部件23。侧壁构成部件23的内壁构成了成形部的侧壁。侧壁构成部件23的下部具有与设置在底部基部件21的上部的凹部相对应的形状，能够针对所述凹部可装卸地安装组合。此外，设置在底部基部件21上部的凹部的内部设置有磁铁24，能够对侧壁构成部件23进行固定。此外，侧壁构成部件23的开口内部具有下侧的开口比上侧的开口大的截头圆锥体形状(假想的顶点位于侧壁构成部件23的上方)，相当于圆锥的顶角的1/2的角度α可以考虑成形体的大小来适当决定，使得在成形后从底部基部件21中分离侧壁构成部件23时玻璃成形体不会共同分离，例如可以设为2～3°的范围内。此外，上述假想的顶点是指将所述截头圆锥体的侧面作为侧面的一部分的假想圆锥体的顶点，圆锥体的顶角是指所述假想圆锥体的顶角。如(B)所示，在取出成形了的玻璃成形体时，取下侧壁构成部件23，之后便可以容易地放入玻璃成形体。

图3的(A)示出的是作为本发明的成形模具的一个实施方式的成形模具30。成形模具30包括：底部基部件31；以及设置在底部基部件31的中央开口部的由多孔质材料构成的底部形成部32。在底部基部件31的底部形成部32的上方的内壁被构成为成形部的侧壁。底部基部件31的内壁33的内部具有下侧的内径比上侧的开口小的截头圆锥体形状(假想的顶点位于内壁33的上方)，相当于圆锥的顶角的1/2的角度α可以考虑成形体的大小适当确定，使得从上方垂直取出玻璃成形体时不会因卡住而产生阻力，例如可以在2～3°的范围内。图3的(B)示出了X-X’的底部基部件31的截面形状。内部33的内部呈现了由设置在纵向方向的槽构成的气体流路的凹凸。

侧壁为旋转轴对称形状或者基本为旋转轴对称形状，并且优选的是底面也为旋转轴对称形状且侧壁的对称轴与底面的对称轴为共用轴，即玻璃成形部的形状也为旋转轴对称形状或基本为旋转轴对称形状。

由此，玻璃成形体的形状可以是旋转轴对称形状或基本旋转轴对称形状。优选的是，在对玻璃成形体进行研磨而加工成精密模压成形用预成形件时，即在将玻璃成形体作为预成形件母材时，灵活使用玻璃成形体的旋转轴对称性来对旋转轴对称形状或接近旋转轴对称形状的精密模压成形用预成形件进行加工。

优选的是，在通过精密模压成形来制造以透镜为代表的旋转轴对称形状的光学元件时，使预成形件的形状为旋转轴对称形状。通过从对称轴方向对预成形件进行模压，使玻璃在所述轴的周围对称地展开，能够制造以无偏厚或者偏厚极少的透镜为代表的光学元件。

优选的是，使玻璃成形部的底部的形状为凹面，从设置在底部的气体喷出口喷出的气体从底部与玻璃的缝隙间、侧壁与玻璃的缝隙间向玻璃成形部的开口部顺畅地漏出。针对作用于玻璃块的重力会使上述缝隙变小的问题，从气体喷出口喷出的气体会形成所述缝隙，因此，使向上方的风压总是作用在玻璃块上。

如上所述，由于玻璃成形部的侧壁直立，因此，玻璃成形部内的熔融玻璃块的侧面由于侧壁而受到限制，并以液滴形状较大幅度地垂下。在上述状态下，熔融玻璃块由于表面张力而形成为液滴形状，玻璃与侧壁的缝隙变小，容易使得从底部喷出的气体难以从玻璃与侧壁之间漏出。为了消除上述状态，优选的是使用在侧壁形成有从底面侧向玻璃成形部的开口方向的槽的成形模具。玻璃由于表面张力难以进入槽的内部，因此，容易形成上述气体流经的缝隙。通过制成气体在局部上容易漏出的部分，在该部分玻璃难以进入，从而能够稳定地确保作为气体流路的玻璃与侧壁的缝隙。结果气体存留在玻璃与玻璃成形部之间，可不使玻璃成形体的形状发生变形或者不发生使玻璃不稳定的举动。

侧壁的优选的形状是具有从玻璃成形部的底部侧向玻璃成形部的开口部延伸的多个槽，各个槽以固定的间隔排列，并且各个槽的宽度及深度彼此相等的形状，更加优选的是各个槽为彼此平行的形状。此时，与对称轴相对垂直的侧壁的截面形状被构成为在圆周上等间隔地形成深度及宽度彼此相等的槽的形状。通过使侧面形状形成为上述形状，从成形模具的底部喷出的气体不会偏向玻璃块侧面的某个部分而流出，因此，能够获得玻璃成形体或预成形件的轴对称性未下降或者填充率(V/V₀)未下降的效果。

在侧壁上设置有所述槽的情况下，在玻璃成形体的侧面上形成反映了所述槽的形状的凹凸或者波状。在侧壁具有多个槽时，可以在玻璃成形体的侧面上形成多个凸部并在上述凸部之间形成槽。由于上述玻璃成形体的凸部嵌在成形模具的侧壁的槽中，从而具有进一步抑制玻璃成形体的摇晃的作用。

(玻璃成形体的制造方法)

下面，对本发明的玻璃成形体的制造方法进行说明。

本发明的玻璃成形体的制造方法使熔融玻璃流出并分离成熔融玻璃块，并在成形模具中设置有所述玻璃块的玻璃成形部中以浮起状态对其进行冷却并进行成形而获得成形体。在上述工序中，获得玻璃成形体的方法是公知的。但是，本发明的特征在于，作为所述成形模具，通过使用所述本发明的成形模具，并在所述成形模具的玻璃成形部中以浮起状态对所述熔融玻璃块进行支承，对包括具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面以及与两个端面的外圆周相接的一个侧面的玻璃成形体进行成形。此外，可以根据本发明的玻璃成形体的制造方法来制造本发明的精密模压成形用预成形件中的一个形态。

首先，在耐热性容器中对玻璃原料进行加热、熔融、澄清、均化以后，从连接在所述容器上的喷嘴连续并以固定速率流出熔融玻璃。另一方面，在对多个成形模具进行分度旋转的转台上，在以工作台的旋转轴为中心的圆周上以固定间隔进行配置，在包括上述喷嘴的正下方在内的多个位置上边反复使各个成形模具停留边向一个方向进行旋转。

在成形模具停留在喷嘴的正下方的位置(称为浇铸(cast)位置)时向成形模具供给熔融玻璃块，在成形模具由于工作台的旋转而在一周之后返回浇铸位置以前将所述玻璃块成形为玻璃成形体并从成形模具中取出。使由于玻璃成形体的取出而空出的成形模具再次传送到浇铸位置并停留，从而反复执行上述工序。通过针对多个成形模具执行同样的操作，通过连续流出的熔融玻璃不断制造出玻璃成形体。

下面说明了对成形模具的熔融玻璃块进行供给的一个例子。上升停留在浇铸位置上的成形模具而接近流出熔融玻璃流的喷嘴的下端，通过成形模具承接熔融玻璃流的下端，在熔融玻璃流中形成缩颈，成形模具快速下降使在缩颈部分以下的熔融玻璃分离，从而在成形模具上获得熔融玻璃块。通过对承接熔融玻璃流下端时的喷嘴下端与成形模具的距离以及使成形模具快速下降的定时等进行调整，可以将熔融玻璃块的量调整为期望的量。此外，上述方法仅是一个例子，可以适当使用其他公知的熔融玻璃块的分离方法。

在向成形模具的熔融玻璃块进行供给时，玻璃成形部中将熔融玻璃块装至高过侧壁的下端的高度，例如侧壁的下端与上端之间的高。并且，从底部的玻璃喷出口喷出气体，对玻璃块施加向上的风压而在浮起的状态下进行成形、冷却。由此，在由侧壁包围玻璃块的侧面的状态下进行成形。

本发明的制造方法通过在成形模具的玻璃成形部中以浮起状态来进行支承，对包括具有旋转对称轴并且与所述旋转对称轴分别相加的两个端面以及与所述两个端面外圆周相接的一个侧面的玻璃成形体进行成形。如上所述，成形体的一个端面特别成形为与成形模具的底部相应的形状，侧面成形为与成形模具的侧壁相应的形状。在与成形模具的玻璃成形部的容积相对的玻璃块的容积的比率处在固定范围以上时，成形体的侧面被成形为与成形模具的侧壁相应的形状。所述比率随着成形模具的底部的平面积而变化，例如在玻璃块的容积为玻璃成形部的容积的约40％以上的范围内较为适当。但是，玻璃块的容积即使小于玻璃成形部的容积的40％，也存在由于成形模具的底部的平面面积而使侧面成形为与成形模具的侧壁相应的形状的情况。

此外，在所述比率小于40％时，成形模具将不必要地变得过大，从而存在在模的上行运动机构或传送机构上消耗了多余的负载等问题。另外，当玻璃成形部的容积较大时则玻璃成形部变得较深。结果是在将从流出喷嘴中流出的熔融玻璃供给到玻璃成形部时流出喷嘴顶端必须进入玻璃成形部的内部。但是，在喷嘴处为了确保玻璃的粘度处于适合的范围内而安装有加热装置或以保温材料进行保温，因此，使喷嘴顶端进入玻璃成形部比较困难。因此，希望使所述比率为40％以上来消除上述问题。另一方面，当所述比率超过65％时，在玻璃成形部内难以使玻璃块稳定地浮起，因此，希望使上述比率为65％以下。

来自所述成形模具的底部的气体的喷出量，阶段性调整所述气体的流量而试做出预成形件或玻璃成形体，测试获得的试验品的两个端面中的面向成形模具的底部侧的面的曲率是否处在期望的范围内，处在范围以外时调整气体流量使其为适当的范围，保证与所述气体流量相对应的气体喷出量来进行制造。此外，气体喷出量与没有侧壁并且玻璃成形部整体是由多孔质体构成的底部组成的以往的成形模具浮起玻璃块需要的气体喷出量并不存在很大不同，因此，首先通过以往的气体喷出量进行试运行，像上述那样调整气体喷出量则能够进行期望的成形。

由于熔融状态的玻璃的粘性较低，在浮起状态下将以沿着玻璃成形部的底部以及侧壁的方式发生变形，从而在所述底部与侧壁之间形成由上述玻璃构成的薄玻璃层。在该状态下，玻璃块的侧面由玻璃成形部的侧壁包围的状态，玻璃块在玻璃成形部内支承在浮起状态下被支承。因此，玻璃块中即使在水平方向上具有很大的加速度在产生作用，玻璃块由圆柱体的侧面形状或者截头圆锥体的侧面形状的玻璃成形部侧面支承，从而能够抑制玻璃块的晃动。

以往的成形模具由于没有抑制玻璃块晃动的侧壁，因此，在向玻璃块的水平方向上作用了很大的加速度时玻璃块会在成形模具上进行晃动。特别是在使转台分度旋转时对玻璃块施加了周期性的加速度，当该加速度与成形模具上的玻璃块的晃动发生共振时玻璃块的晃动将进一步增大。另一方面，本发明由于具有抑制玻璃块的晃动的作用，因此，即使向玻璃块施加了周期性的加速度，晃动也不会增大。

如上所示，玻璃成形部中的熔融玻璃块的侧面由于玻璃成形部直立的侧壁而受到限制，以液滴形状向外扩大。在该状态下，熔融玻璃块由于表面张力而形成液滴形状，玻璃与侧壁的缝隙狭小，容易使得从底部喷出的气体难以从玻璃与侧壁间漏出。如果使用在侧壁设置了面向玻璃成形部得开口方向的气体流路的成形模具，则玻璃由于表面张力难以进入槽内，因此容易形成流经上述气体的缝隙。通过制成使气体在局部上容易漏出的部分，并且该部分难以进入多余的玻璃，从而能够稳定地确保作为气体的流路的玻璃与侧壁的缝隙。结果是气体积存在玻璃与玻璃成形部之间，能够避免玻璃成形体的形状发生变形或使玻璃不稳定的举动。

支承在玻璃成形部上的玻璃块的上表面形状成为由于熔融玻璃块的表面张力和自身重力等的平衡而确定的形状在冷却、固化后的形状，在希望将所述上表面形状改变为期望的形状时，对支承在玻璃成形部的玻璃块的上表面进行模压而成形为期望的形状。特别是由于熔融玻璃块的表面张力与自重等平衡而确定的形状为较缓的凸面，因此，上述方法在希望使上表面为凹面或在玻璃块的旋转对称轴与上表面的交点附近形成凹部时比较有效。上表面是形成玻璃成形体的端面(被模压面)中的一个的面，其形状如上所述。所述模压在成形模具上的玻璃处于软化状态期间内进行。例如，通过具有凸状成形面的模压模从上方对所述玻璃进行模压成形，能够使玻璃上表面成形为凹面。另一个被模压面的形状被成形为使成形模具的底面反转的形状。通过使成形部的底面为凹面，可以使另一个被模压面成形为凸面，通过使成形模具的底面为凸面，可以使另一个被模压面成形为凹面。在模压后，使模压模离开玻璃，玻璃(被成形为预成形件)再次浮起，即使由于模压而在玻璃表面急冷后产生褶皱，由于玻璃内部的热量，玻璃表面被再次加热而使褶皱消失，从而能够制造具有光滑的表面的预成形件。优选的是，该方法中在上述气体喷出压力较高的情况下，将模压时的气体喷出压力调整为在模压时不使气体进入到玻璃中并且不使玻璃进入多孔质体中的程度。但是，玻璃能够浮起，在模压时不使气体进入到玻璃中并且不使玻璃进入多孔质体的情况下，在模压时调整气体喷出压力。

如上所述，在成形模具中成形的玻璃成形体从成形模具中被取出。从成形模具中取出鉴于具有侧壁的成形模具的形状，与夹持玻璃成形体取出相比，优选对玻璃成形体的上表面进行吸附支承，从成形模具中向正上方取出的方法。根据上述方法，没有由于侧壁而妨碍玻璃成形体的取出，因此，能够实施玻璃成形体的取出。

或者，如图1或图2所示，可以通过单独设置的部件构成成形模具的底部和侧部，在收存熔融玻璃时或对玻璃进行成形时，底部与侧壁合体构成玻璃成形部，在取出预成形件时使载置预成形件的底部和侧壁分离而取出预成形件。

此时，如图1所示，可以通过多个部件构成侧壁，在收存熔融玻璃时或对玻璃进行成形时，使所述部件合体构成玻璃成形部，在取出预成形件时，在水平方向上分离上述部件而取出预成形件。或者，如图2所示，底部与侧壁是在垂直方向上分离的，为了使预成形件留在底部上，优选的是使侧壁的形状为截头圆锥体的侧面形状或近似于该形状的形状，使开口部比底部小，即使侧壁为向下展开的形状。由此，能够从侧壁顺畅地取出预成形件。

从成形模具中取出的玻璃成形体在进行退火后被冷却至室温。

此外，根据本发明的玻璃成形体的制造方法，能够制造本发明的精密模压成形用预成形件。

(玻璃成形体)

本发明的制造方法获得的玻璃成形体的形状与所述本发明的精密模压成形用预成形件的形状相同。如果不对玻璃成形体的上表面(在处于玻璃成形部内部的状态下朝上的面)进行模压或不吹出气体，则将形成自由表面，形成中心部凸起的较缓的凸面。使上表面为平面、或使其为凹面、或即使为凸面而希望控制曲率的情况下在玻璃处在可变形的状态时对上表面进行模压，可以吹出气体使其成为期望的形状。在精密模压成形时，所述上表面和底面通过模压成形模具进行模压而成为被模压面。

精密模压成形中通过高压力对高粘度的玻璃进行模压。并且，通过本发明制造方法获得的成形体由于在模压时的变形量较大，因此，当成形体表面上存在研削痕或伤痕时，玻璃容易以该部分为起点而发生破损。为了防止上述问题，优选的是至少使预成形件的侧面为将熔融状态的玻璃固化获得的面，更加优选是除了所述侧面以外两个端面(被模压面)也为将熔融状态的玻璃固化获得的面。将熔融状态的玻璃固化获得的面是指，对熔融玻璃进行冷却、固化来制成预成形件整体或者作为预成形件的母材的玻璃成形体整体时获得的玻璃表面，与后述的锻造面、即仅对玻璃表面进行加热以及再熔融以后固化获得的面是不同的。由于没有对将熔融状态的玻璃固化获得的面进行研削、研磨等冷加工，因此，不存在研削痕或研磨痕，不存在上述破坏的起点。特别是，从上述观点考虑，优选的是所有表面均为将熔融状态的玻璃固化获得的面的预成形件。另外，在对玻璃表面进行再熔融后，进行了冷却以及固化而获得的锻造面通过进行再熔融而修复了研削痕或研磨痕，微观上也为平滑面，因此不存在上述破坏的起点。

通过被称为火抛光的方法获得锻造面。但是，锻造面中由于在高温下对玻璃表面进行了再加热，因此存在玻璃表面变质的问题。特别是在含有B₂O₃、碱金属元素、氟元素、氯元素等易挥发成分的玻璃中，在火抛光时由于挥发使玻璃表面容易变质。另外，由于对一端已成形为期望形状的玻璃进行了再加热、再熔融，因此，玻璃将从期望形状开始发生变形。由于上述理由，在比较锻造面与将熔融状态的玻璃固化获得的面时，后者是格外优良的。镜面研磨面是在经过粗磨、精磨等研磨工序后进行抛光的面。进行了研磨的面存在大量的研削痕、研磨痕，这些将成为所述破坏的起点。虽然在镜面研磨面中去除了上述起点中较明显的部分，但是由于存在被称为潜伤的极微小的伤痕，因此，与由熔融状态下的玻璃固化获得的面或锻造面构成全表面的预成形件相比，具有镜面研磨面的预成形件的耐破损性较差。由于刻蚀面通过刻蚀而去除了研削痕或研磨痕，因此，表面为刻蚀面的预成形件在耐破坏性上优良。但是，在对存在潜伤的表面进行刻蚀后，会由于使伤痕显现而使耐破坏性下降。总之，将熔融状态的玻璃固化获得的面都是格外优良的。

此外，作为将熔融状态的玻璃固化获得的面的例子，可以举出将自由表面、模具成形面转印给熔融玻璃而获得的模具转印面的例子。自由表面例如可以通过使熔融玻璃浮起进行成形来形成。模具转印面可以以模压成形面对玻璃进行模压或将熔融玻璃倒入金属模而形成。

从制造具有全表面是将熔融状态的玻璃固化获得的面的预成形件的方面考虑，本发明的预成形件的形状比较适合。在具有全表面为将熔融状态的玻璃固化获得的面的预成形件的制造中，如下面说明那样，对熔融玻璃施加风压而使其浮起并进行成形。此时，虽然获得了向玻璃块底面吹出气体而使其浮起的风压，但是当φ/h过大时，所述气体将难以从玻璃块的底面沿侧面漏出，从而难以使玻璃块稳定地浮起。另一方面，当φ/h过小时，仅通过向玻璃块的底面施加的风压难以使玻璃块浮起。通过使φ/h在本发明的范围内，能够使玻璃块稳定的浮起并进行成形。此外，从使玻璃块的浮起的稳定的观点考虑，φ/h的优选的范围是如上所述的范围。

本发明的成形体能够适合使用为凹透镜、凸透镜、双凹透镜的成形的预成形件，特别适于凹透镜和双凹透镜的成形。

作为凹透镜、凸透镜、双凹透镜等的材料优选的玻璃是玻璃成分含有B₂O₃和La₂O₃的玻璃。该玻璃作为本发明的构成精密模压成形用预成形件的玻璃与适合的含有B₂O₃—La₂O₃的玻璃相同。此外，磷酸玻璃优选的是例如是具有折射率(nd)为1.75以上并且阿贝数(vd)小于25的光学特性的磷酸玻璃。

(光学元件的制造方法)

接着，对本发明的光学元件的制造方法进行说明。本发明的光学元件的制造方法大体分为两种方式。

(光学元件的制法I)

本发明的光学元件的制造方法的第一方式(以下，称为光学元件的制法I)是使用模压成形模具对上述本发明的精密模压成形用预成形件进行精密模压成形的光学元件的制造方法。

模压成形模具例如包括：对预成形件进行模压的彼此相对的按压模具；以及收存按压模具的成形面，并在模压时对按压模具进行引导的套筒模具。在一对按压模具中，一个作为上模，另一个作为下模，预成形件的被模压面的一个面向上模成形面，被模压面的另一个面向下模成形面，并且，预成形件的旋转对称轴平行于加压方向并且与上下模的成形面的中心一致，模压成形模具内配置预成形件而进行模压成形。

如上所述，余料较少能够降低余料部分引起的不良影响，但是即使完全不存在来自上下模成形面的玻璃的溢出，难以将成形面的全部区域精密地转印给玻璃。因此，希望在套筒模具内部的上下模成形面的外侧设置对从所述成形面溢出的玻璃、即余料部分进行收存的空间。但是，当该空间过大时，模压成形模具整体增大，并且从对模均匀加热方面考虑也不适合，因此，希望减小收存余料部分的空间。

本发明适用于透镜，尤其是适用于凹透镜、凸透镜、双凹透镜的制造，特别适用于凹透镜、双凹透镜的制造。至少一个光学功能面为凹面的透镜，特别是凹透镜或双凹透镜这样与透镜中心的壁厚相比被称为边缘(コバ)厚度的周边部分的壁厚较大的透镜中，随着从中心到周边精密地转印成形面越来越难，根据本发明，能够将成形面的全部区域精密地转印给玻璃，并能够降低或防止在之后的冷却过程中的收缩引起的面精度的下降。因此，本发明的优选的方式是用于制造上述光学元件的方法，构成模压成形模具，并且用于对预成形件进行加压的相对模部件的至少一个成形面为凸面的方法。

在该方法中，优选在预成形件的被模压面中心设置凹部，并以凸面的成形面对所述被模压面进行模压。当以凸面的成形面对被模压面的凸面进行模压时，存在如下问题：从模压成形模具内的适当位置、方向退出预成形件，加压方向与预成形件的旋转对称轴相偏离或成形面的中心与预成形件的旋转对称轴相偏离等将成为偏厚、偏心的原因。但是，从防止困气(ガストラツプ)的方面考虑，优选使凸状的成形面的曲率半径的绝对值比预成形件被模压面的凹部的曲率半径的决定值小。

此外，在模压成形模具中对预成形件进行设置以及运送，为了不使预成形件从适当的位置、方向上偏离，可以上模的自身重力或者上模和预成形件的自身重力预成形件的被模压面的凹部由于凸状的成形面而挤压。

作为模压成形模具，使用SiC制模、碳化钨等超硬模材料的模、金属陶瓷制模等，成形面上适合将含碳膜、铂合金等贵金属合金膜等作为脱模膜，也可以使用成膜的物质，优选使用具有高耐热性的SiC制模，优选在其成形面上设置含碳膜。在精密模压成形的一系列工序中为了防止模压成形模具在高温下烘晒的工序中由于模压成形模具的氧化而引起的恶化，优选在合成气体等非氧化性气氛中执行上述工序。

接着，对特别适于光学元件的制法I的精密模压成形法进行说明。

(精密模压成形法1)

该方法是将预成形件导入模压成形模具中，并对模压成形模具和预成形件一起进行加热以及精密模压成形的方法(精密模压成形法1)。在精密模压成形方法1中，将模压成形模具和所述预成形件的温度共同加热到构成预成形件的玻璃表现出10⁶～10¹²dPa·s的粘度时的温度来进行精密模压成形。另外，希望将所述玻璃冷却到表现出10¹²dPa·s以上、更加优选为10¹⁴dPa·s以上、进一步优选为10¹⁶dPa·s以上的粘度来从模压成形模具中取出精密模压成形品。通过上述条件，能够使模压成形模具成形面的形状通过玻璃被精密地转印，并能够不使精密模压成形品变形地将其取出。

(精密模压成形法2)

该方法的特征是将预热的预成形件导入模压成形模具并进行精密模压成形(称为精密模压成形法2)。在该方法中，优选的是对模压成形模具和模压成形用预成形件分别进行预热，并将预热过的预成形件导入模压成形模具进行模压成形。根据该方法，由于在将所述预成形件导入模压成形模具之前进行了预热，因此，能够制造缩短了周期时间并且不存在表面缺陷的具有良好的面精度的光学元件。

优选的是，模压成形模具的预热温度比所述预成形件的预热温度低。如上所述，通过预热能够将模压成形模具的加热温度抑制得比较低，因此，能够降低模压成形模具的消耗。在精密模压成形2中，优选的是将构成所述预成形件的玻璃预热到表现出10⁹dPa·s以下的粘度时的温度，更加优选的是将其预热到表现出10⁹dPa·s的粘度时的温度。另外，优选的是边浮起所述预成形件并进行预热，更加优选的是将构成所述预成形件的玻璃预热到表现出10^5.5～10⁹dPa·s以下的粘度时的温度，进一步优选的是将其预热到表现出大于等于10^5.5并小于10⁹dPa·s的粘度时的温度。

另外，优选的是在模压开始的同时或模压的中途开始玻璃的冷却。

此外，使模压成形模具的温度调整为比所述预成形件的预热温度低的温度，目标是调整为所述玻璃表现出10⁶～10¹²dPa·s的粘度时的温度。

该方法在进行模压成形后，在所述玻璃的粘度冷却到10¹²dPa·s以上时进行脱模。

从模压成形模具中取出精密模压成形的光学元件，根据需要缓慢冷却。在成形品为透镜等光学元件的情况下，根据需要向其表面镀以光学薄膜。

(光学元件的制法II)

本发明的光学元件的制造方法的第二方式(以下，称为光学元件的制法II)是使用模压成形模具，对通过本发明的制造方法获得的成形体构成的精密模压成形用预成形件或者成形体进行研磨加工等获得的精密模压成形用预成形件进行成形的光学元件的制造方法。

模压成形模具例如包括：对预成形件进行模压的彼此相对的按压模具；以及收存按压模具的成形面，并在模压时对按压模具进行引导的套筒模具。在一对按压模具中，一个作为上模，另一个作为下模，预成形件的被模压面的一个面向上模成形面，被模压面的另一个面向下模成形面，并且，预成形件的旋转对称轴平行于加压方向并且与上下模的成形面的中心一致，模压成形模具内配置预成形件而进行模压成形。

如上所述，余料较少能够降低余料部分引起的不良影响，但是即使完全不存在来自上下模成形面的玻璃的溢出，难以将成形面的全部区域精密地转印给玻璃。因此，希望在套筒模具内部的上下模成形面的外侧设置对从所述成形面溢出的玻璃、即余料部分进行收存的空间。但是，当该空间过大时，模压成形模具整体增大，并且从对模均匀加热方面考虑也不适合，因此，希望减小收存余料部分的空间。

本发明适用于透镜，尤其是适用于凹透镜、凸透镜、双凹透镜的制造，特别适用于凹透镜、双凹透镜的制造。至少一个光学功能面为凹面的透镜，特别是凹透镜或双凹透镜这样与透镜中心的壁厚相比被称为边缘厚度的周边部分的壁厚较厚的透镜中，随着从中心到周边精密地转印成形面越来越难，根据本发明，能够将成形面的全部区域精密地转印给玻璃，并能够降低或防止在之后的冷却过程中的收缩引起的面精度的下降。因此，本发明的优选的方式是用于制造上述光学元件的方法，构成模压成形模具，并且用于对预成形件进行加压的相对模部件的至少一个成形面为凸面的方法。

在该方法中，优选在预成形件的被模压面中心设置凹部，并以凸面的成形面对所述被模压面进行模压。当以凸面的成形面对被模压面的凸面进行模压时，存在如下问题：从模压成形模具内的适当位置、方向退出预成形件，加压方向与预成形件的旋转对称轴相偏离或成形面的中心与预成形件的旋转对称轴相偏离等将成为偏厚、偏心的原因。但是，从防止困气的方面考虑，优选使凸状的成形面的曲率半径的绝对值比预成形件被模压面的凹部的曲率半径的决定值小。

此外，在模压成形模具中对预成形件进行设置以及运送，为了不使预成形件从适当的位置、方向上偏离，可以上模的自身重力或者上模和预成形件的自身重力预成形件的被模压面的凹部由于凸状的成形面而挤压。

作为模压成形模具，使用SiC制模、碳化钨等超硬模材料的模、金属陶瓷制模等，成形面上适合将含碳膜、铂合金等贵金属合金膜等作为脱模膜，也可以使用成膜的物质，优选使用具有高耐热性的SiC制模，优选在其成形面上设置含碳膜。在精密模压成形的一系列工序中为了防止模压成形模具在高温下烘晒的工序中由于模压成形模具的氧化而引起的恶化，优选在合成气体等非氧化性气氛中执行上述工序。

光学元件的制法II中特别适合的精密模压成形法是上述精密模压成形法1和精密模压成形法2。理由与光学元件的制法I相同。

从模压成形模具中取出进行了精密模压成形的光学元件，根据需要进行缓慢冷却。在成形品为透镜等光学元件的情况下，根据需要向其表面镀以光学薄膜。

实施例

接着，根据实施例对本发明进行详细说明。

(实施例1)

图4示出了以包含旋转对称轴的平面截切本发明的预成形件时的截面形状(左)，在浮起的状态下对以往的熔融玻璃块进行成形的预成形件的截面形状(右)，对上述预成形件进行精密模压成形获得的模压成形品(非球面凹透镜)的截面形状(中)。模压成形品的虚线示出的轮廓相当于余料部分。

如图2的(A)所示，使用图2示出的在侧壁上等间隔地形成有槽的成形模具，将期望量的熔融玻璃供给到玻璃成形部，从由多孔质体形成的玻璃成形部的底部喷出气体，边使玻璃块稳定地浮起边进行成形。

图2的(A)示出的是作为本发明的成形模具的一个实施方式的成形模具20。成形模具20包括底部基部件21、设置在底部基部件21的中央的开口部的多孔质材料构成的底部形成部22、以及侧壁构成部件23。侧壁构成部件23的内壁构成了成形部的侧壁。侧壁构成部件23的下部具有与设置在底部基部件21的上部的凹部相对应的形状，可装卸地安装组合在所述凹部。此外，在设置在底部基部件21的上部的凹部的内部设置磁铁24来固定侧壁构成部件23。此外，在构成侧壁构成部件23的开口内部的侧壁的面23a上，成形有在纵向上切断的槽构成的流路。此外，如图2的(C)所示，侧壁构成部件23的开口内部具有下侧的开口比上侧的开口大的截头圆锥体形状(假想的定点位于侧壁构成部件23的上方)，相当于圆锥的顶角的1/2的角度α可以考虑在成形后从底部基部件21上将侧壁构成部件23分离时不会与玻璃成形体共同分离的成形体的大小而适当决定，例如，可以在2～3°的范围内。此外，上述假想的顶点是指将所述截头圆锥体的侧面作为侧面的一部分的假想圆锥的顶点，圆锥的顶角是指所述假想的圆锥的顶角。如(B)所示，在取出成形后的玻璃成形体时，向外取出侧壁构成部件23，在此之后，可使玻璃成形体的搬入变得容易。

通过如下方法来进行对于玻璃成形部的熔融玻璃块的供给。该方法是从进行了温度调整的流出喷嘴中以固定流量流出澄清、均化的熔融玻璃，使成形模具的玻璃成形部靠近喷嘴的玻璃流出口来接受并支承流出的熔融玻璃，熔融玻璃流的中部由于表面张力而形成缩颈，通过以预定的定时将成形模具快速下降，由于玻璃的表面张力而在缩颈部分分离熔融玻璃，在玻璃成型部中获得分离部分以下的熔融玻璃块。

在从成形模具中取出进行了成形的预成形件时，在玻璃成形部向上展开的情况下，吸引支承预成形件的上表面而从正上方拿起并取出。

在玻璃成形部向下展开时，作为将成形模具分成侧壁部和底部的构造，在此基础上，使侧壁部向上方移动或底部向下方移动而从侧壁取出预成形件，吸引支承并取出留在底部上的预成形件。将取出的预成形件进行退火后洗净，根据需要向表面进行含碳膜、例如氢化碳膜等的成膜并送至精密模压成形工序。

此外，预成形件侧面等间隔地形成有多个图中省略的、与旋转对称轴相平行的槽。所述槽起到在精密模压成形时控制玻璃的展开的作用。

在下面的表1中，示出了各个预成形件的质量、体积、构成预成形件的玻璃的比重、与预成形件外切的假想圆柱体的直径、高、容积以及填充率。

表1

                           表1

在上述方法中，针对表2所示的玻璃No.1～11、以及比重为4.421的磷酸玻璃1、比重为5.11的磷酸玻璃2的各个玻璃调制为玻璃成形体(预成形件)。另外，图5示出了表2所示的玻璃中的No.5、9、12的玻璃的粘性曲线。

当设定预成形件的加热温度使得精密模压成型时的玻璃的粘度例如为10⁷dPa·s时，根据图5可知，对于与温度变化相对的粘度变化的比例的绝对值(曲线的斜率的绝对值)，与No.12相比No.5、9的玻璃更大。即No.5、9的玻璃具有温度仅发生微小变化则粘度大幅度变化的性质。因此，No.5、9的玻璃与No.12的玻璃相比，精密模压成形时的适合温度区域较小，从降低或防止成形时裂纹、裂缝的方面考虑可以说更适合本发明的应用。

表2

将所述预成形件配置在下模成形面为凹面并且上模成形面为凸面的成形模具中进行模压成形后，进行退火并通过进行定心加工来除去余料，从而获得非球面凹透镜、非球面凸透镜、非球面双凹透镜等各种非球面透镜。

在将通过上述方法获得的预成形件设置在构成模压成形模具的下模和上模之间后，使石英管内为氮气氛并对加热器通电对石英管内部进行加热。将模压成形模具内部的温度设定为被成形的玻璃表现出10⁶～10¹⁰dPa·s的粘度时的温度，维持该温度并且使推动杆下降来按压上模，从而对设置在成形模具中的预成形件进行模压。模压的压力为8MPa，模压时间为30秒。在模压后解除模压的压力，使模压成形的玻璃成形品在与上模和下模接触的状态下缓慢冷却至所述玻璃的粘度为10¹²dPa·s以上的温度，接着快速冷却至室温并从成形模具中取出玻璃成形品，从而获得非球面透镜。下模和上模通过套筒模具来对位，通过套筒模具来引导上模和下模的移动。

如上所述地进行非球面凹透镜以及非球面双凹透镜的制造。上述透镜是适合作为构成拍摄光学系统的透镜。上述各透镜的面精度以P-V值表示中央部为0.25μm以下，周边部为0.35μm以下的规格内。表1将使用预成形件获得非球面凹透镜的面精度作为中央部的P-V值以及周边部的P-V值来表示。P-V值涉及非球面透镜的非球面，以非球面式(设计式)表示的理论(x，y)坐标与对成形的透镜的所述非球面进行实际测量获得的(x，y)坐标的差相当于与非球面式相对最凸出的点与最凹陷的点的差。此外，在对所述透镜进行成形时没有发生玻璃的破损。另外，针对非球面双凹透镜也能够获得与非球面凹透镜同样的结果。这里，在对非球面凹透镜进行成形时使下模成形面为凹面且上模成形模具为凸面，在对非球面双凹透镜进行成形时使下模成形面以及下模成形面为凸面。

(比较例)

另一方面，在使用填充率为66.7％的预成形件制造同样的透镜时，面精度以P-V值表示中心部为0.25μm以下，而在周边部可以观察到0.4μm的下降。表2所示的玻璃No.1～11、以及磷酸玻璃1、磷酸玻璃2的各个玻璃，将填充率小于68％或比(φ/h)超过3的预成形件进行精密模压成形获得的非球面凹透镜的面精度作为中央部的P-V值以及周边部的P-V值来表示。表3中示出了其结果。所述透镜在中央部中P-V值为中央部0.25μm以下，而在周边部可以观察到0.4μm的下降。此外，针对非球面双凹透镜也是与上述非球面凹透镜同样的结果。

表3

                              表3

(实施例2)

与实施例1相同，使用表2所示的玻璃No.1～11、磷酸玻璃1、磷酸玻璃2的各玻璃来制造表4所示的预成形件。在本实施例中，在玻璃处于软化状态的期间内，通过具有凸状成形面的上模从上方对处在成形模具的成形部上的玻璃进行模压，从而将预成形件的上表面成形为凹面。在模压成形后，使玻璃浮起而进行冷却。预成形件的侧表面以及下表面是与实施例1相同的形状。由此获得的各个预成形件的相关数据在表4中示出。如表4所示，对一个被模压面为凸面另一个被模压面为凹面的预成形件进行加热，并通过具有凸状成形面的上模以及具有凹状成形面和套筒模具的下模进行精密模压成形，从而获得非球面凹透镜。各透镜的面精度以与实施例1相同的标记方式在表4中示出。在精密模压成形中，按照预成形件的上表面、即凹面面向上模侧，预成形件的下表面、即凸面面向下模侧的方式导入到模压成形模具中，通过上模成形面的顶部对预成形件的上表面、即凹面的中心进行挤压，使预成形件不从模压成型模的中心位置处偏离。此外，在通过上模成形面的顶部对预成形件的上表面、即凹面的中心处进行挤压时，使施加给预成形件的力仅为上模的自身重力。在该状态下对预成形件和模压成型模一起进行加热并进行精密模压成形。此外，将模压成形模具换成非球面双凹透镜的模压成形用模来制造非球面双凹透镜。非球面双凹透镜与非球面凹透镜相同，也能够获得良好面精度的透镜。

表4

                             表4

(实施例3)

与实施例2相同，两个被模压面都是通过对凹面的预成形件进行模压成形而获得。在本实施例中，预成形件成型模的成形部为凸面。因此，使用表2所示的玻璃No.1～11、磷酸玻璃1、磷酸玻璃2的各个玻璃来制造预成形件。由此获得的各个预成形件的相关数据与表4所示的数据基本相同。接着，两个被模压面共同通过对凹面的预成形件进行加热并具有凸状成形面的上模和下模的模压成形模具来进行精密模压成形，从而获得非球面双凹透镜。各个透镜的面精度与实施例2相同。在精密模压成形中，通过上下模成形面的顶部对预成形件的上下表面进行挤压，使预成形件不偏离模压成形模具的中心位置。此外，在通过上下模成形面的顶部对预成形件的中心进行挤压时，施加给预成形件的力仅为上模的自身重力。在该状态下对预成形件和模压成型模一起进行加热并进行精密模压成形。因此，能够获得具有良好面精度的非球面双凹透镜。

此外，在实施例1～3中，使预成形件的所有表面为将熔融状态的玻璃固化获得的面，因此，直到在对预成形件进行成形后进行精密模压成形，预成形件未发生破损。另外，在实施例2、3中即使通过上模对预成形件进行挤压，预成形件也未发生破损。

产业上的实用性

本发明适用于适合制造精密模压成形用预成形件的成形模具以及使用该成形模具的精密模压成形用预成形件等的成形体的制造领域。

Claims (27)

1.一种玻璃制成的精密模压成形用预成形件，包括：具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面；以及与所述两个端面的外圆周相接的一个侧面，其特征在于，

所述两个端面为被模压面并且为独立的凸面或凹面，

在假设具有与所述旋转对称轴一致的轴并且与所述预成形件外切的假想圆柱体时，与该圆柱体的直径φ相对于高h之比(φ/h)为1以上、且为3以下，

所述预成形件的体积V相对于所述圆柱体的容积V₀之比(V/V₀)为68％以上。

2.根据权利要求1所述的精密模压成形用预成形件，其特征在于，

所述侧面由将熔融状态的玻璃固化获得的面形成。

3.根据权利要求1或2所述的精密模压成形用预成形件，其特征在于，所述玻璃的玻璃转移温度(Tg)为540℃以上。

4.根据权利要求1所述的精密模压成形用预成形件，其特征在于，所述玻璃的折射率(nd)为1.75以上。

5.根据权利要求1所述的精密模压成形用预成形件，其特征在于，所述两个端面中的一个或两个均由将熔融状态的玻璃固化获得的面形成。

6.根据权利要求1所述的精密模压成形用预成形件，其特征在于，

所述两个端面中的一个或两个均为凸面，在包含所述凸面与旋转对称轴的交点的区域内包括凹部。

7.根据权利要求1所述的精密模压成形用预成形件，其特征在于，

所述侧面为圆柱体的侧面形状或与圆柱体的侧面形状近似的形状，或者为截头圆锥体的侧面形状或与截头圆锥体的侧面形状近似的形状。

8.根据权利要求1所述的精密模压成形用预成形件，其特征在于，

使用至少上模的成形面为凸状的成形模具，用于对凹透镜、凸透镜、双凹透镜的任一个进行成形。

9.根据权利要求1所述的精密模压成形用预成形件，其特征在于，

在所述侧面中形成有从两个端面的一个端面侧向另一个端面侧形成的多个槽。

10.一种成形模具，一边使熔融玻璃块在浮起状态下进行冷却一边对该熔融玻璃块进行成形而获得玻璃成形体，其特征在于，

所述成形模具包括凹状的玻璃成形部，所述玻璃成形部包括以包围底部以及所述底部周围的方式立起设置的侧壁，

所述底部具有多个气体喷出口，所述喷出口喷出用于对所述玻璃块施加风压而使其浮起的气体。

11.根据权利要求10所述的成形模具，其特征在于，

所述侧壁包括使从所述气体喷出口喷出的气体向所述玻璃成形部的开口方向流动的气体流路。

12.根据权利要求11所述的成形模具，其特征在于，

所述气体流路为沿着垂直或者倾斜于玻璃成形部的开口方向从底部开始延伸的多个槽。

13.根据权利要求12所述的成形模具，其特征在于，

具有所述气体流路的侧壁的表面为由连续面构成的波形或者由断续面构成的波形。

14.根据权利要求10所述的成形模具，其特征在于，

具有所述多个气体喷出口的底部由具有通气性的多孔质材料构成。

15.根据权利要求10所述的成形模具，其特征在于，

所述玻璃成形体为精密模压成形用预成形件或者精密模压成形用预成形件的母材。

16.根据权利要求10所述的成形模具，其特征在于，

所述玻璃成形体包括：具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面；以及与所述两个端面的外圆周相接的一个侧面。

17.根据权利要求16所述的成形模具，其特征在于，

所述玻璃成形体的侧面通过所述玻璃成形部的侧壁进行成形。

18.一种玻璃成形体的制造方法，流出熔融玻璃并分割成熔融玻璃块，在设置有所述玻璃块的玻璃成形部中以浮起状态对其进行冷却并进行成形而获得玻璃成形体，其特征在于，

使用权利要求10所述的成形模具作为所述成形模具，并且通过在所述成形模具的玻璃成形部中将所述熔融玻璃块保持在浮起状态而成形出玻璃成形体，所述玻璃成形体包括：具有旋转对称轴并与所述旋转对称轴各自相交的两个端面；以及与所述两个端面的外圆周相接的一个侧面。

19.根据权利要求18所述的制造方法，其特征在于，

所述玻璃成形体为精密模压成形用预成形件或精密模压成形用预成形件的母材。

20.根据权利要求18或19所述的制造方法，其特征在于，

所述玻璃块的容积处于所述玻璃成形部的容积的40％～65％的范围内。

21.根据权利要求18所述的玻璃成形体的制造方法，其特征在于，

包括在玻璃成形部中对玻璃块的上表面进行模压的步骤。

22.根据权利要求18所述的玻璃成形体的制造方法，其特征在于，

所述玻璃成形体的两个端面为独立的凸面或凹面，

所述侧面由将熔融状态的玻璃固化获得的面形成，

在假设具有与所述旋转对称轴一致的轴并且与所述预成形件外切的假想圆柱体时，与该圆柱体的直径φ相对于高h之比(φ/h)为1以上、且为3以下，

所述预成形件的体积V相对于所述圆柱体的容积V₀之比(V/V₀)为68％以上。

23.一种精密模压成形用预成形件的制造方法，其特征在于，

根据权利要求18的方法来制造玻璃成形体，对所述成形体的至少一部分进行研磨。

24.一种光学元件的制造方法，其特征在于，

包括使用模压成形模具对权利要求1所述的精密模压成形用预成形件进行精密模压成形的步骤。

25.根据权利要求24所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

使用至少上模的成形面为凸状的成形模具，对凹透镜、凸透镜、双凹透镜的任一个进行成形。

26.一种光学元件的制造方法，其特征在于，包括：

使用模压成形模具对根据权利要求18所述的制造方法而获得的玻璃成形体或者精密模压成形用预成形件进行精密模压成形。

27.根据权利要求26所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

构成模压成形模具并用于对预成形件进行加压的相对的模具部件的至少一个成形面是凹面。

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