CN104829094A - 玻璃透镜用成型模具及玻璃透镜的制造方法 - Google Patents

Abstract

玻璃透镜用成型模具及玻璃透镜的制造方法。本发明提供的在冲压成型时偏心精度不会降低并防止困气产生的玻璃透镜用成型模具具备：下模(4)，其具有凹形状的成型面(4A)；上模(2)，其具有凸形状的成型面(2A)，并被配置成凸形状的成型面(2A)与凹形状的成型面(4A)对置且它们的中心轴一致；以及筒状的筒模(6)，其设于下模(4)和上模(2)的径向外侧，限制下模(4)和上模(2)之间在相对于中心轴(O)垂直的方向上的相对移动，在筒模(6)的内周设有从上模(2)朝向下模(4)的方向扩大的锥面(32A)，在下模(4)和上模(2)通过加压接近压入极限的规定位置处，锥面(32A)的上模(2)侧的边缘部相对于上模(2)的凸形状的成型面(2A)的外周缘位于下模(4)侧。

Description

玻璃透镜用成型模具及玻璃透镜的制造方法

技术领域

本发明涉及玻璃透镜用成型模具及玻璃透镜的制造方法，特别涉及具备具有凹形状面的第1模和具有凸形状面的第2模的玻璃透镜用成型模具、以及使用该成型模具的玻璃透镜的制造方法。

背景技术

制造一面是凸形状、且另一面是凹形状的光学元件(玻璃透镜)的方法之一为利用具备具有凸模形状的成型面的上模和具有凹模形状的成型面的下模的成型模具对预塑形坯进行冲压成型的方法。

关于这样的、具备具有凸模形状的成型面的上模和具有凹模形状的成型面的下模的成型模具，例如在专利文献1(日本特开2005-336050号公报)中公开了如下结构的成型模具，其由能够相对移动的筒状下引导模和筒状上引导模构成在上模和下模的外周设置的引导模(筒模)，并且在筒状上引导模设有朝向下方向外侧扩开的圆锥台环面。

根据引用文献1中记载的成型模具，在冷却时利用圆锥台环面限制预塑形坯的外周部，因此能够减少冷却时的收缩的偏差，能够使收缩的变形均等。

然而，在使用这样的成型模具成型出玻璃透镜时，将预塑形坯配置在下模的凹状成型面上，使上模下降，对预塑形坯加压，将预塑形坯仿形成凸模形状的成型面时，凸模形状的成型面的中央部分先与预塑形坯接触。若在该状态下继续加压，则由于从凸模形状的成型面的顶部对预塑形坯施加的压力，预塑形坯的外周部会朝向上方弯曲，从而比外周部和中央部之间的部分更先与凸模形状的成型面接触。在这样的情况下，会产生在预塑形坯和凸模形状的成型面之间封入气体的困气(gas trap)，明显有害于光学元件的光学性能。

因为，为了防止困气的产生，在专利文献2(特开2008-184367号公报)中公开了如下成型装置，其具备：第1模部件，其具有凹模形状的成型面；第2模部件，其具有凸模形状的成型面；外周部件，其设于第2模部件的外周，具有与第1模部件相对置的面，并能够与第2模部件在相同的方向上移动；以及控制部，在利用第1模部件和第2模部件对预塑形坯进行成型时，该控制部以利用外周部件按压预塑形坯的外周部的方式进行控制。

专利文献1：日本特开2005-336050号公报

专利文献2：日本特开2008-184367号公报

然而，在专利文献2所记载的装置中，构成成型模具的部件数量多，特别是筒模由多个部件构成，因此存在无法充分固定上模和下模的位置而透镜的偏心精度降低的问题。

而且，在专利文献2所记载的装置中，必须以与第1模部件和第2模部件并行的方式控制外周部件的移动，从而存在成型模具的结构和用于控制移动的设备复杂化的问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述课题而完成的，其目的在于在冲压成型时偏心精度不会降低并以简单的结构防止困气的产生。

本发明的玻璃透镜用成型模具具备：第1模，其具有凹形状面；第2模，其具有凸形状面，并被配置成凸形状面的中心轴与凹形状面的中心轴一致，且凸形状面与凹形状面相对置；以及筒状的筒模，其设于第1模和第2模的径向外侧，限制第1模和第2模之间在相对于所述中心轴垂直的方向上的相对移动，在筒模的内周设有从第2模朝向第1模的方向扩大的锥面，在第1模和第2模通过加压接近压入极限的规定位置处，锥面的第2模侧的边缘部相对于第2模的凸形状面的外周缘位于第1模侧。

根据这样的结构的本发明，即使在加压时预塑形坯的中心部被凸形状面加压，由于预塑形坯的外周部与筒模的锥面抵接，所以能够防止预塑形坯的外周部弯曲。因此，预塑形坯的外周部先与第2模的凸形状面抵接，从而能够防止困气的产生。而且，能够由单个部件构成本发明的筒模，因此能够可靠地约束第1模和第2模的向相对于中心轴垂直的方向上的相对移动，由此能够防止透镜的偏心精度降低。

根据本发明，在冲压成型时偏心精度不会降低并能够以简单的结构防止困气的产生。

附图说明

图1是示出冲压时的第1实施方式的成型模具的结构的竖直剖视图。

图2是将图1中II部放大示出的放大剖视图。

图3是将冲压时的图1的II部放大示出的放大剖视图。

图4是示出作为比较例以在筒模形成的锥面的上端侧的边缘在冲压时位于自上模的成型面的外周缘偏向下方的位置的方式形成的成型模具的冲压时的样子的竖直剖视图。

图5是示出在发明人进行的实验中使用的以往的成型模具的竖直剖视图。

标号说明

1：成型模具；

2：上模；

2A：凸形状的成型面；

4：下模；

4A：凹形状的成型面；

4B：平坦面；

6：筒模；

10：下部；

12：中间部；

14：上部；

20：基部；

22：上部；

30：下部；

32A：锥面；

34：中间部；

40：下方的通气口；

42：中间的通气口；

44：上方的通气口；

50：预塑形坯。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的玻璃透镜用成型模具及使用该成型模具的玻璃透镜的制造方法的一个实施方式进行详细说明。

图1是示出第1实施方式的冲压时的成型模具的结构的竖直剖视图。另外，图2是将图1中II部放大示出的放大剖视图。如图1所示，本实施方式的成型模具1由例如SUS等具有耐热性及耐腐蚀性的金属形成，并具备：具有凸形状成型面2A的上模2；具有凹形状的成型面4A的下模4；以及对上模2和下模4的移动进行引导的筒模6。这些上模2和下模4被配置成，上模2的成型面2A的中心轴与下模4的成型面4A的中心轴一致，并且上模2的成型面2A和下模4的成型面4A相对置。上模2和下模4呈以中心轴O为中心的旋转体形状，并且筒模6呈圆筒状。

上模2具有：包括球面状的成型面2A的下部10；从下部10的上缘连续地延伸的圆柱状的中间部12；以及比中间部12大径的圆柱状的上部14。另外，在以下的说明中，设上模2的成型面2A的曲率半径是r2。

下模4具有：基部20，其形成为外周面是与筒模6的外周面大致等径的圆柱状；和上部22，其从基部20朝向上方立起。上部22的上表面形成有球面状的凹部，并且该凹部作为成型面4A发挥功能。并且，在基部20的成型面4A的周围形成有环状的平坦面4B。另外，在以下的说明中，设下模4的成型面4A的曲率半径是r1。

筒模6从下方开始依次具备内径各自不同的下部30、圆锥台状部32、中间部34和上部36。

下部30是具有与下模4的上部22的外径相等的内径的圆筒状的部分。在组装好的状态下，该下部30的下表面与下模4的基部20的上表面的外周部抵接，并且下部30的内周面与下模4的上部22的外周面抵接。由此，下模4和筒模6被限制了垂直于中心轴的方向上的相对移动。

圆锥台状部32位于下部30的上方，是在内周形成有朝向下模4内径扩开的圆锥台面状的锥面32A的部分。圆锥台状部32的锥面32A的内径以在下端与下部30的内径相等且在上端与中间部34的内径相等的方式连续地变化。

另外，在冲压时，在将成型模具1载置到冲压装置的下方的工作台上的状态下，通过使冲压装置的上方的工作台下降来按压上模2的上表面，使上模2朝向下模4接近，直到下模4的成型面4A和上模2的成型面2A的间隔变成与期望的玻璃透镜的壁厚相等。预先调整筒模6的长度，并且在这样地下模4的成型面4A和上模2的成型面2A的间隔变成与期望的玻璃透镜的壁厚相等的状态下，上方的工作台与筒模6的上部36的上表面抵接，从而限制了移动以使上模2不会继续朝向下模4接近。在本说明书中，将这样地上模2和下模4接近直到这些成型面2A、4A的间隔变成与期望的玻璃透镜的壁厚相等的状态称作压入极限。如图2所示，在这样地通过冲压上模2和下模4接近压入极限的位置处，锥面32A的上端侧的边缘A位于自上模2的成型面2A的外周缘偏向下方的位置。

中间部34位于圆锥台状部32的上方，是内径与上模2的中间部12的外径相等的部分。在组装好的状态下，该中间部34的内周面与上模2的中间部12的外周面抵接。由此，被限制了上模2和筒模6在相对于中心轴垂直的方向上的相对移动。并且，中间部34的上端位于在冲压时在筒模6的中间部34的内侧上表面和上模2的上部14的外侧下表面之间形成隙间38的高度位置。

上部36位于中间部34的上方，是内径与上模2的上部14的外径相等的部分。

另外，在筒模6的不同的3个高度位置以沿水平方向呈放射状延伸的方式形成有下方的通气口40、中央的通气口42和上方的通气口44。

下方的通气口40设于在冲压时内侧的端部在下模4的成型面4A和上模2的成型面2A之间的空间的下方位置开口的高度。

并且，中央的通气口42设于圆锥台状部32的上端的高度，并且关于其内侧的端部，在冲压时内侧端部在下模4的成型面4A和上模2的成型面2A之间的空间的上方位置开口。

并且，上方的通气口44设于筒模6的中间部34的上端的高度，并且内侧端部在上部36的内周面和中间部34的上表面的角落部开口。

另外，在本实施方式中，下模4的凹形状的成型面4A是成型面4A的深度Δh(即，从成型面4A的顶点至外周缘的沿着中心轴O的长度)相对于外周缘的直径D的比为0.15以上的值的球面形状。如后所述，当比Δh/D在0.15以上时容易产生困气，在成型面4A满足这样的条件的情况下，本发明是优选的。

并且，在本实施方式中，下模4的成型面4A的曲率半径r1及上模2的成型面2A的曲率半径r2是它们的比r2/r1在1/4以上、且在2以下的值。如后所述，当比r2/r1在1/4以上、且在2以下时容易产生困气，在成型面2A和成型面4A满足这样的条件的情况下，本发明是优选的。另外，这里所谓的曲率半径，在成型面为球面形状的情况下是指其球面的曲率半径，在成型面为非球面的情况下是指中心轴处的表面的曲率半径(近轴半径)。

以下，对使用上述说明的成型模具1，冲压成型预塑形坯，来制造玻璃透镜的方法进行说明。另外，图3是将冲压时的图1的II部放大示出的放大剖视图。

首先，卸下成型模具1的上模2，将预塑形坯配置到下模4的成型面4A上，再将上模2安装到筒模6内。

接下来，利用加热器将成型模具1加热到成型模具1内的玻璃预塑形坯的温度达到与玻璃粘度为10⁶～10¹¹dPa·s的情况对应的温度。优选的是，玻璃预塑形坯加热到比驰垂温度Ts高出10～30℃的程度。

接下来，利用冲压装置从上下方向按压成型模具1。当按压成型模具1时，上模2下降，直到上模2的上表面和筒模6的上表面达到相同高度。此时，上模2的成型面2A和下模4的成型面4A之间的空气从中央的通气口42和下方的通气口40向成型模具1外排出，并且上模2的上部14的外周部下表面和筒模6的中间部34的内周部上表面之间的隙间38的空气从上方的通气口44向外部排出。由此，能够抑制上模2下降引起的成型模具1内的空间内的压力上升。

而且，当上模2下降时，上模2的成型面2A的中央部先与预塑形坯接触。当在该状态下进一步继续按压时，预塑形坯的外周部朝向上方弯曲。然而，在本实施方式的成型模具1中，在筒模6形成有锥面32A，该锥面32A形成为在冲压时上端侧的边缘A位于自上模2的成型面2A的外周缘偏向下方的位置。因此，如图3所示，预塑形坯50的外周部与筒模6的锥面32A抵接，约束了向上方及侧方的弯曲。

在这样地预塑形坯50的外周部由锥面32A约束的状态下，当上模2进一步下降时，预塑形坯50从上模2的成型面2A的中央部朝向外周依次与上模2的成型面2A抵接。因此，能够防止在上模2的成型面2A和预塑形坯50之间产生困气。

另外，在本实施方式中，在下模4的成型面4A的周围形成有环状的平坦面4B，并且在冲压时在平坦面4B的上方产生空间(在图3中，由圆III包围的区域)。由于具有这样的空间，即使在预塑形坯50存在体积的偏差的情况下，也不会对与上模2和下模4的成型面2A、4A抵接的部分带来影响，能够吸收预塑形坯50的体积偏差。即，例如，在预塑形坯50的体积大的情况下，在冲压时预塑形坯50的外周缘下端借助该空间内向外周侧伸出，在预塑形坯50的体积小的情况下，预塑形坯50的外周缘的向平坦面4B上的空间的伸出变少，但能够使预塑形坯50与上模2和下模4的成型面2A、4A的整个面抵接。

另外，中央的通气口42设于圆锥台状部32的上端的高度，并且设于在下模4的成型面4A和上模2的成型面2A之间的空间的下方位置开口的高度位置，因此预塑形坯50的上侧的空气从中央的通气口42排出，预塑形坯50的下侧的空气从下方的通气口40排出。

这里作为比较例，在图4中示出以在筒模6形成的锥面32A的上端侧的边缘A′在冲压时位于自上模2的成型面2A的外周缘B′偏向下方的位置的方式形成的成型模具的冲压时的样子的竖直剖视图。如该图所示，在比较例的成型模具中，锥面32A的上端侧的缘A′位于自上模2的成型面2A的外周缘B′偏向上方的位置，因此在冲压时，即使在预塑形坯50的外周部朝向上方弯曲的情况下，预塑形坯50的外周部也不会与锥面132A抵接。因此，当在上模2的成型面2A的中央部与玻璃预塑形坯抵接的状态下使上模2下降时，预塑形坯50的外周部不会比中央部和外周部之间部分先与上模2的成型面2A抵接，不会产生困气60。

接下来，在完成冲压成型后，对成型模具1和成型模具1内的预塑形坯50进行冷却。然后，将完成冲压成型的预塑形坯(即，玻璃透镜)从成型模具1取出。

当将玻璃透镜从成型模具1取出时，首先从上方的通气口44向隙间38内导入压缩空气。利用被导入该隙间38的压缩空气将上模2向上方抬起。进而，在使上模2上升的同时，从中央的通气口42送入压缩空气。

在向上方抬起上模2时，存在玻璃透镜紧贴于上模2的成型面2A，而玻璃透镜和上模2一起被抬起的情况。对此，在本实施方式中，在筒模6形成有锥面32A，该锥面32A形成为上端侧的边缘A位于自上模2的成型面2A的外周缘偏向下方的位置。因此，利用锥面32A按压玻璃透镜的外周部，促进了玻璃透镜从上模2的成型面2A的剥离。而且，通过从中央的通气口42送入压缩空气，上模2的成型面2A和玻璃透镜之间的空间变成高压，进一步促进了玻璃透镜从上模2的成型面2A的剥离。

这里，发明人进行了用于调查具备具有凹形状的成型面的下模和具有凸形状的成型面的上模的成型模具的形状与困气的产生之间的关联的实验，以下进行说明。图5是示出在发明人进行的实验中使用的以往的成型模具的竖直剖视图。在本实验中，使用如图5所示的、一直以来使用的成型模具101进行实验，该成型模具101具备：圆筒状的筒模106、具有凹形状的成型面104A下模104、和具有凸形状的成型面102A的上模102。

在本实验中，将成型面104A的深度Δh(即，从成型面104A的顶点至外周缘的沿着中心轴O的长度)相对于下模104的凹形状的成型面104A的外周缘的直径D的比、和上模102的凸形状的成型面102A的曲率半径r2相对于下模104的凹形状的成型面104A的曲率半径r1的比作为参数并使其变化，来调查有无困气产生。在表1中示出实验结果。

[表1]

另外，在表1中，○表示产生困气的情况，×表示未产生困气的情况。

当在表1中着眼于Δh/D时，在成型面104A的深度Δh相对于下模104的凹形状的成型面104A的外周缘的直径D的比在0.15以上的情况下产生困气。并且，但着眼于r2/r1时，在上模102的凸形状的成型面102A的曲率半径r2相对于下模104的凹形状的成型面104A的曲率半径r1的比在1/4以上、且在2以下的情况下产生困气。

即，可知本发明在一方的模具具有凹形状的成型面，另一方的模具具有凸形状的成型面的成型模具中，成型面的深度相对于凹形状的成型面的外周缘的直径D的比在0.15以上的情况，以及另一方的模具的凸形状的成型面的曲率半径r2相对于一方的模具的凹形状的成型面的曲率半径r1的比在1/4以上、且在2以下的情况是优选的。

如以上所说明的，根据在本实施方式，在筒模6形成有锥面32A，该锥面32A形成为在冲压时上端侧的边缘A位于自上模2的成型面2A的外周缘偏向下方的位置。由此，在冲压时，当预塑形坯50的外周部弯曲时，该预塑形坯50的外周部与筒模6的锥面32A抵接，即使在上模2的凸形状的成型面2A的中央部与预塑形坯50抵接的状态下使上模2朝向下模4下降，也能够防止预塑形坯50的外周部向上方弯曲。

因此，预塑形坯50的外周部先与上模2的成型面2A抵接，从而能够防止困气的产生。

并且，在本实施方式中，引导上模2和下模4的筒模6由单个部件构成，因此能够约束上模2和下模4的向垂直于中心轴的方向上的相对移动。由此，能够防止透镜的偏心精度降低。

并且，在本实施方式中，上模2的成型面2A的曲率半径r2相对于下模4的成型面4A的曲率半径r1的比在1/4以上、且在2以下。而且，成型面4A的深度Δh相对于外周缘的直径D的比为0.15以上的值。在满足这样的条件的成型模具中，特别容易产生困气。因此，根据本发明，即使在使用满足这样的条件的容易产生困气的成型模具的情况下，也能够防止困气的产生。

并且，在本实施方式中，在下模4的成型面4A的周围形成有环状的平坦面4B。由此，即使在预塑形坯50的体积存在偏差的情况下，在冲压时，也能够在平坦面4B的上方利用空间吸收该体积的偏差。

而且，通过这样地在下模4的成型面4A的周围形成环状的平坦面4B，能够防止被冲压成型的玻璃透镜的凹形状面侧的面径不足。

以下，参照附图对本发明进行概括。

第1实施方式的玻璃透镜用成型模具具备：下模4，其具有凹形状的成型面4A；上模2，其具有凸形状的成型面2A，并被配置成凸形状的成型面2A的中心轴与凹形状的成型面4A的中心轴一致，且凸形状的成型面2A和凹形状的成型面4A相对置；以及筒状的筒模6，其设于下模4和上模2的径向外侧，限制了下模4和上模2之间在相对于中心轴O垂直的方向上的相对移动，在筒模6的内周设有从上模2朝向下模4的方向扩大的锥面32A，在下模4和上模2通过加压接近压入极限的规定位置处，锥面32A的上模2侧的边缘部相对于上模2的凸形状的成型面2A的外周缘位于下模4侧。

Claims (4)

1.一种玻璃透镜用成型模具，其具备：

第1模，其具有凹形状面；

第2模，其具有凸形状面，并被配置成所述凸形状面的中心轴与所述凹形状面的中心轴一致，且所述凸形状面和所述凹形状面相对置；以及

筒状的筒模，其设于所述第1模和第2模的径向外侧，限制所述第1模和所述第2模之间在相对于所述中心轴垂直的方向上的相对移动，

在所述筒模的内周设有从所述第2模朝向所述第1模的方向扩大的锥面，

在所述第1模和所述第2模通过加压接近压入极限的规定位置处，所述锥面的所述第2模侧的边缘部相对于所述第2模的凸形状面的外周缘位于所述第1模侧。

2.根据权利要求1所述的玻璃透镜用成型模具，其中，

所述第1模的凹形状面是以所述中心轴为中心的旋转面状，

从所述凹形状面的顶点至所述凹形状的外周缘的所述中心轴方向的距离Δh相对于所述凹形状面的外周缘的直径D的比在0.15以上。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃透镜用成型模具，其中，

所述第1模的凹形状面具有第1曲率半径r1，

所述第2模的凸形状面具有第2曲率半径r2，

所述第2曲率半径相对于所述第1曲率半径的比在1/4以上、且在2以下。

4.一种玻璃透镜的制造方法，其使用权利要求1所述的玻璃透镜用成型模具，对被成型体进行冲压成型。