CN102405195A - 玻璃成型体制造装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够制造具有高精度光学面的玻璃成型体的玻璃成型体制造装置。玻璃成型体制造装置中备有接受熔融玻璃的下模和与下模一起加压成型被供给到该下模上的熔融玻璃的上模，其中，上模具有转印光学面的第1成型面、被设在第1成型面边缘的平坦的第2成型面、被设在第2成型面边缘的相对穿过第1成型面中心的上模中心轴倾斜的向下模方向展开的第3成型面。

Description

玻璃成型体制造装置

技术领域

本发明涉及玻璃成型体制造装置，尤其涉及用成型模具加压成型熔融玻璃得到玻璃成型体的玻璃成型体制造装置。

背景技术

玻璃光学元件被用作数码照相机透镜、DVD等光拾取透镜、手机照相机透镜、光通信耦合透镜及各种面镜等，其用途广泛。这种玻璃光学元件现在大多通过用成型模具加压成型玻璃素材的模压成型法制造。尤其是具有非球面光学面的光学元件，因为不容易通过研削研磨加工形成光学面，所以，通过用成型模具的模压成型法来制造渐已一般化。其中尤其是用成型模具直接加压成型熔融玻璃得到玻璃光学元件的直接模压法，因为能够期待高的生产效率而受到注目。

作为用成型模具直接加压成型熔融玻璃得到玻璃光学元件的方法，已知有下述方法：使从碰嘴先端滴下的熔融玻璃滞留在下模上，然后用上模下模加压成型下模上的熔融玻璃(请参照例如专利文献1)。

如专利文献1中记载的用成型模具直接加压成型熔融玻璃的方法，其中模具上被供给比自身模具高温的熔融玻璃，被供给的熔融玻璃主要通过从接触模具的接触面放热而冷却固化。

但是，成型过程中熔融玻璃的冷却速度在熔融玻璃上面的面和下面的面或中心部和周边部不同，由于冷却引起的收缩量不均匀，所以，尤其是在熔融玻璃最初与下模接触而被急剧冷却的下面一侧面上，要想形成高精度的光学面非常困难。

对此，专利文献1中提案了一种方法，其中，仅熔融玻璃温度比较安定的上面一侧光学面是通过转印上模成型面形成的，形成玻璃成型体之后，下面一侧光学面是通过追加加工(研削研磨加工)形成的，由此制造玻璃透镜。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：特开2008-230874号公报

发明内容

发明欲解决的课题

但是，如专利文献1中记载的方法那样通过用成型模具直接加压成型熔融玻璃的方法形成的玻璃成型体，其下面一侧光学面缺乏转印性，需要追加加工，所以，在成型时，形成追加加工时所必须的基准面。

参照图4、图5，对以往已知的基准面的代表性的形成方法作说明。图4是以往成型模具一例的概略结构截面模式示意图，图5是以往成型模具另一例的概略结构截面模式示意图。

1.图4所示的方法是在例如上模10上设用来规制玻璃成型体侧面的圆筒状成型面10k，由该成型面10k在玻璃成型体侧面形成基准面。

2.图5所示的方法是在例如形成了非球面成型面10a的上模10的该非球面成型面10a的边缘设平坦的成型面10h，由该平坦的成型面10h在玻璃成型体上面的边缘形成平坦的基准面。

但是，上述1的方法，其中在加压过程中，有时积蓄在下模20接受面20a上的熔融玻璃80向周边延展的速度不同，例如A部分比B部分先接触成型面10k而被急剧冷却。也就是说，熔融玻璃80的A部分与B部分的冷却速度出现大的差异。结果成型时熔融玻璃80的收缩量不均一，难以在玻璃成型体的上面一侧得到高精度的光学面。

另外，上述2中记载的方法，其中在加压过程中，有时积蓄在下模20接受面20a上的熔融玻璃80向周边非均等延展，而是例如图5(b)所示，A部分向成型面10h较大越出。结果与上述1的方法一样，成型时熔融玻璃80的收缩量不均一，难以在玻璃成型体的上面一侧得到高精度的光学面。

本发明鉴于上述课题，目的在于提供一种能够制造具有高精度光学面的玻璃成型体的玻璃成型体制造装置。

用来解决课题的手段

上述目的通过下述1至3的任何一项中记载的发明达成。

1.一种玻璃成型体制造装置，具有：接受熔融玻璃的下模；与所述下模一起加压成型被供给到所述下模上的所述熔融玻璃的上模；玻璃成型体制造装置的特征在于，所述上模具有：

转印光学面的第1成型面；

被设在所述第1成型面周边的平坦的第2成型面；

被设在所述第2成型面周边的、相对穿过所述第1成型面中心的所述上模的中心轴倾斜的、向所述下模方向展开的第3成型面。

2.上述1中记载的玻璃成型体制造装置，其特征在于，所述第3成型面相对所述中心轴的倾斜角度满足以下条件式(1)：

10°＜θ＜60°        (1)，

其中，

θ：第3成型面相对上模中心轴的倾斜角度。

3.上述1或2中记载的玻璃成型体制造装置，其特征在于，所述第3成型面的所述中心轴方向的尺寸和所述玻璃成型体的包括所述第3成型面的转印面之侧面的所述中心轴方向的尺寸，满足以下条件式(2)：

0.1＜d/D＜0.7          (2)，

其中，

d：第3成型面的中心轴方向的尺寸

D：玻璃成型体的包括第3成型面的转印面之侧面的中心轴方向的尺寸。

发明的效果

根据本发明，在上模的转印光学面的第1成型面的周边设平坦的第2成型面，在该第2成型面的周边设相对穿过第1成型面中心的上模的中心轴倾斜的、向下模方向展开的第3成型面。也就是说，在第1成型面的周边设由第2成型面和第3成型面形成的截面呈V字形的成型面。

通过该V字形的成型面，在加压过程中，能够抑制积蓄在下模接受面上的熔融玻璃向周边不必要的延展，同时能够使之均等地延展。这样，抑制熔融玻璃部位不同的冷却速度差异，能够使成型时熔融玻璃的收缩量均一。结果能够在玻璃成型体的上面一侧得到高精度的光学面。

附图说明

图1：本发明实施方式中的玻璃成型体制造装置的概略结构截面模式示意图。

图2：本发明实施方式中的成型模具的概略结构截面模式示意图。

图3：本发明实施方式中的玻璃成型体以及非球面透镜的一例截面模式示意图。

图4：以往成型模具一例的概略结构截面模式示意图。

图5：以往成型模具另一例的概略结构截面模式示意图。

具体实施方式

以下参照附图，说明本发明玻璃成型体制造装置的实施方式。虽然根据图示的实施方式对本发明作说明，但本发明并不局限于该实施方式。

首先参照图1，说明本发明玻璃成型体制造装置的概略结构。图1是玻璃成型体制造装置1的概略结构截面模式示意图。图1中，左图表示熔融玻璃供给工序中的状态，右图表示加压工序中的状态。

玻璃成型体制造装置1备有熔融槽70、上模10、下模20以及加压部50等。

下模20通过没有图示的驱动手段能够在喷嘴71下方接受熔融玻璃80的位置P1和对着上模10压成型熔融玻璃80的位置P2之间移动。

熔融槽70熔融被投入内部的玻璃材料生成熔融玻璃。熔融槽70下部设有喷嘴71，由喷嘴71将熔融玻璃80供给到下模20接受面20a上。熔融槽70内部还设有没有图示的搅拌叶片，该搅拌叶片旋转，搅拌熔融玻璃80，使之均质化。

熔融槽70、喷嘴71及搅拌叶片的材料可以采用例如白金。在熔融槽70的外侧还可以设没有图示的耐火增强部件支撑整个槽70。熔融槽70和喷嘴71周围设有将熔融槽70和喷嘴71分别加热控制在所定温度的没有图示的加热器及温度传感。

成型模具由上模10和下模20等构成。上模10上形成了凹的非球面形状的成型面10a，用来形成玻璃成型体的光学面。另外，在成型面10a的周边形成了后述成型面，用来抑制在加压过程中蓄留在下模10接受面20a上的熔融玻璃80向周边不必要的延展。下模20上形成了平坦的面形状的接受面20a，用来接受熔融玻璃80。

本实施方式中，上模10的成型面10a被形成为凹的非球面，但是凸的非球面和球面也可以。另外，下模20的接受面20a被形成为平坦的面形状，但凹面也可以。

上模10下模20上设有将上模10下模20分别加热控制在所定温度的没有图示的加热器及温度传感。

加热器及温度传感可以是能够独立调节各个部件温度的结构，也可以是用一个或多个加热器一起加热整个成型模具的结构。作为加热器，可以从周知的各种加热器中适宜选择使用。可以采用例如埋入部件内部使用的胆式加热器、与部件外侧接触使用的片状加热器、红外线加热装置、高频感应加热装置等。作为温度传感，除了各种热电偶之外，还可以采用白金测温电阻体、各种热敏电阻等周知的传感。

成型模具中，上模10的加热温度必须设定在能够在熔融玻璃80上良好地转印成型面10a形状的温度范围，通常优选从成型玻璃的Tg(玻璃转移点)-100℃到Tg+100℃程度的温度范围。加热温度太低的话难以在熔融玻璃80上良好地转印成型面10a的形状。反之，从防止熔融玻璃80与成型模具粘着之观点以及成型模具的寿命之观点出发，不优选超出需要地过分提高温度。实际上是考虑成型玻璃的材质、玻璃成型体的形状、大小、成型模具的材质、保护膜的种类、加热器和温度传感的位置等各种条件，决定适当的温度。

有关下模20的加热温度，与上模10不同，没有必要考虑接受面20a的转印性，但是，因为对熔融玻璃80的冷却速度有影响，所以，与上模10的情况相同，优选从成型玻璃的Tg-100℃到Tg+100℃程度的温度范围。

上模10和下模20的材料，可以从以碳化钨为主要成分的超硬材料、碳化硅、氮化硅、氮化铝、碳等作为用来加压成型玻璃成型体的成型模具周知的材料中适宜选择使用。另外，也可以采用在上述材料表面形成了各种金属和陶瓷、碳等保护膜的材质。上模10下模20可以是相同材质，也可以是不同材质。

作为加压部50的机构，可以使用采用了气压汽缸、油压汽缸、伺服马达的电动汽缸等周知的加压机构。加压部50通过驱动上模10加压成型熔融玻璃80。本实施方式中是加压部50驱动上模10的结构，但并不局限于此，也可以是驱动下模20、或驱动上模10下模20双方的结构。

对玻璃材料没有特殊限定，可以相应用途，选择使用用于光学用途的周知的玻璃。可以举出例如磷酸类玻璃、镧类玻璃等。

接下去参照上述图1，对采用上述结构玻璃成型体制造装置1的玻璃成型体的制造方法概要作说明。

本实施方式中，在被加热到比熔融玻璃80温度低的所定温度的成型模具的下模20的接受面20a上，从设在熔融槽70下部的喷嘴70供给熔融玻璃80(熔融玻璃供给工序)。此时，熔融槽70和喷嘴71分别被没有图示的加热器加热到所定温度。被供给了熔融玻璃80的下模20移到上模10下方，由下模20上模10加压成型熔融玻璃80，得到被转印了各个成型面(成型面10a、接受面20a)的玻璃成型体(加压工序)。

上述结构的玻璃成型体制造装置1中，本发明是在上模10非球面形状成型面10a的周边形成成型面，该成型面在加压过程中抑制蓄留在下模10接受面20a上的熔融玻璃80向周边不必要的延展。以下参照图2详细说明。图2(a)是成型模具概略结构的截面模式示意图，图2(b)是成型过程中熔融玻璃80延展的平面模式示意图。

如图2(a)所示，上模10上形成了非球面形状的成型面10a(第1成型面)和成型面10a周边平坦面形状的成型面10b(第2成型面)。成型面10b是平坦面，垂直于成型面10a成型的非球面的光轴K(上模10的中心轴)。在成型面10b周边进一步形成了倾斜于光轴K、向下模20方向展开的成型面10c(第3成型面)。下模20上形成了用来接受熔融玻璃80的平坦的接受面20a。

本实施方式中，上模10的成型面10a被形成为凹的非球面，但如上所述，也可以是凸的非球面或球面。另外，下模20的接受面20a被形成为平坦的面，但也可以是凹面或凸面。

这种结构的成型模具，其中在加压过程中，蓄积在下模10接受面20a上的熔融玻璃80向周边不必要的延展，被图2(a)中A部分所示的由成型面10b和成型面10c形成的截面呈V字形的成型面抑制。另外如图2(b)所示，向周边均等地延展。由此，抑制了熔融玻璃80部位不同的冷却速度差异，能够使成型时熔融玻璃80的收缩量均一。结果，能够在玻璃成型体100的上面一侧得到高精度的光学面。

其中，优选上模10的成型面10c(第3成型面)相对光轴K(上模10的中心轴)的倾斜角度满足以下条件式(1)：

10°＜θ＜60°       (1)

其中，

θ：成型面10c相对光轴K的倾斜角度。

如果小于条件式(1)的下限值、成型面10c的倾斜太陡的话，则蓄留在下模20接受面20a上的熔融玻璃80在其延展被成型面10c妨碍的状态下冷却固化。于是周边的平面部形成不了，妨碍2次加工。而如果大于条件式(1)的上限值、成型面10c的倾斜太平缓的话，则蓄留在下模20接受面20a上的熔融玻璃80出现向周边不必要的延展，向周边不均等延展。于是产生散光。因此，通过满足条件式(1)，能够不妨碍熔融玻璃80延伸地抑制向周边不必要的延展。结果，能够在玻璃成型体100的上面一侧得到高精度的转印面100a(光学面)。

另外，优选成型面10c(第3成型面)的光轴K(上模10的中心轴)方向的尺寸和玻璃成型体100的包括成型面10c的转印面100c之侧面的光轴K方向的尺寸满足以下条件式(2)：

0.1＜d/D＜0.7      (2)，

其中，

d：成型面10c的光轴K方向的尺寸

D：玻璃成型体100的包括成型面10c的转印面100c之侧面的光轴K方向的尺寸。

如果小于条件式(2)的下限、成型面10c的高度太低的话，则蓄留在下模20接受面20a上的熔融玻璃80出现向周边不必要的延展，向周边不均等延展。于是产生散光。而如果成型面10c的高度太高的话，则蓄留在下模20接受面20a上的熔融玻璃80在其延展被成型面10c妨碍的状态下冷却固化。于是周边的平面部形成不了，妨碍2次加工。因此，通过满足条件式(2)，与条件式(1)的情况相同，能够不妨碍熔融玻璃80延伸地抑制向周边不必要的延展。结果，能够在玻璃成型体100的上面一侧得到高精度的转印面100a(光学面)。

接下去参照图3(a)，对用上述结构的玻璃成型体制造装置1形成的玻璃成型体作说明。图3(a)是玻璃成型体100一例的截面模式示意图。

如图3(a)所示，玻璃成型体100的一面上形成了由上模10转印的凸的非球面转印面100a(光学面)和转印面100a周边平坦的面形状的转印面100b。在转印面100b周边进一步形成了相对光轴K倾斜的向下方展开的转印面100c。另一面上形成了由下模20转印的平坦的转印面100d。由于下模20转印的转印面100d缺乏转印性，所以通过后工序的机械加工高精度加工到例如用虚线所示的凸的球面(机械加工面100e)。作为机械加工的基准面，可以使用平坦面形状的转印面100b。

图3(b)中出示了上述加工成的非球面透镜100A的一例。如图3(b)所示，非球面透镜100A的一面上形成了加压成型的凸的非球面的转印面100a(光学面)，另一面上形成了机械加工的凸的球面的机械加工面100e(光学面)。本实施方式中，机械加工面100e被形成为凸面，但并不局限于凸面，也可以是凹面。

作为机械加工方法，可以通过采用高速研削计(粗磨球面透镜铣磨机)等的粗磨工序、采用金刚石丸等的精研削工序、用研磨剂加工表面的研磨工序等一系列工序来形成光学面，但并不局限于此，可以适宜选择采用周至的手法。也可以备有通过研削等来形成非球面透镜100A端面之工序。

如上所述，本发明实施方式的玻璃成型体制造装置1，其中是在上模10的非球面形状的成型面10a(第1成型面)的周边，设平坦的面形状的成型面10b(第2成型面)，在该第2成型面的周边，设相对穿过第1成型面面顶点的上模10的中心轴(光轴K)倾斜的向下模20方向展开的成型面10c(第3成型面)。也就是说，在第1成型面的周边，设由第2成型面和第3成型面形成的截面呈V字形的成型面。

通过该V字形的成型面，在加压过程中，能够抑制积蓄在下模20接受面20a上的熔融玻璃80向周边不必要的延展，同时能够使之均等地延展。这样，抑制熔融玻璃10部位不同的冷却速度差异，能够使成型时熔融玻璃80的收缩量均一。结果，能够在玻璃成型体100的上面一侧得到高精度的转印面100a(光学面)。

符号说明

1      玻璃成型体制造装置

10     上模

10a、10b、10c  成型面(第1成型面、第2成型面、第3成型面)

10h    成型面

10k   成型面

20    下模

20a   接受面

50    加压部

70    熔融槽

71    喷嘴

80    熔融玻璃

100   玻璃成型体

100a  转印面(非球面)

100b  转印面

100c  转印面

100d  转印面(平坦面)

100e  机械加工面

100A  非球面透镜

K     光轴

Claims (3)

1.一种玻璃成型体制造装置，具有：接受熔融玻璃的下模；与所述下模一起加压成型被供给到所述下模上的所述熔融玻璃的上模；玻璃成型体制造装置的特征在于，所述上模具有：

转印光学面的第1成型面；

被设在所述第1成型面的周边的平坦的第2成型面；

第3成型面，被设在所述第2成型面的周边，相对穿过所述第1成型面的中心的所述上模的中心轴以向所述下模的方向展开的方式倾斜。

2.如权利要求1中记载的玻璃成型体制造装置，其特征在于，所述第3成型面相对所述中心轴的倾斜角度满足以下条件式(1)：

10°＜θ＜60°    (1)，

其中，θ：第3成型面相对上模的中心轴的倾斜角度。

3.如权利要求1或2中记载的玻璃成型体制造装置，其特征在于，所述第3成型面的所述中心轴的方向的尺寸和所述玻璃成型体的包括所述第3成型面的转印面之侧面的所述中心轴的方向的尺寸，满足以下条件式(2)：

0.1＜d/D＜0.7     (2)，

其中，

d：第3成型面的中心轴的方向的尺寸

D：玻璃成型体的包括第3成型面的转印面之侧面的中心轴的方向的尺寸。

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