CN111094195A - 玻璃制光学零件成形用模具及使用该模具的玻璃制光学零件的制造方法 - Google Patents

Abstract

在小型精密玻璃部件的制造中，传统的直接压制方法存在以下问题：由于难以将熔融玻璃块的重量调节至恒定值，熔融玻璃块的重量可能相差很大。因此无法稳定地进行精密模制。作为该问题的解决方案，提供了：玻璃制光学部件成型用模具，其特征在于，具有凹模，在该凹模中玻璃制光学部件成型用模具的下模被设置在凹面部的外缘部处，具有与凹模的凹面部结合的凸面部的凸模，以及配置在凸模的外周部的环模，并且设有用于玻璃制光学部件成型用模具的上模，其中，通过凸模从上方按压将熔融玻璃块引入到凹模的凹面部分中，以使熔融玻璃块能够注入到模具的下模和上模之间形成的空间中；以及使用该模具制造玻璃制光学部件的方法。

Description

玻璃制光学零件成形用模具及使用该模具的玻璃制光学零件 的制造方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃制光学零件成形用模具及使用该成形用模具的玻璃制光学零件的制造方法，该成形用模具被利用于制造具有立体形状的玻璃制光学零件，具体而言为玻璃制的双面非球面透镜、不规则形透镜等具有精密且复杂的立体形状的光学零件等。

背景技术

近年来伴随各种光源的LED化及LD化，透镜形状产品及光学零件的高精度化、形状复杂化逐渐推进，而有寻求适合对应于此的玻璃的成形用模具及使用该模具的大量生产或少量多种生产的玻璃的成形方法。

作为光学零件等具有小的立体形状的玻璃成形品的已知的成形方法，主要施行有直接压制法、模压法、再加热压制法及射出成形法。

直接压制法，是将经熔解的熔融玻璃投入模具内，以冲压机进行冲压成形的最典型的冲压技术。由于在凹模、凸模及环模之间将熔融玻璃直接成形为模具的形状，因而被称为直接压制法。作为大量生产的方式，一般为将自熔炉流出的熔融玻璃流中，将配合制品重量裁断(以刀刃切断)为几乎固定重量的熔融玻璃块(熔融的块状玻璃)投入凹模内(成对的模具中，位于下方的凹面状模具)，以凸模(成对的模具中，位于上方的凸面状的模具)冲压，以形成为模具的形状。

凸模的外周部配置有环模。环模在凸模下降而冲压玻璃块时，较凸模略早下降而嵌合于凹模，担当在导引凸模的同时将被冲压的玻璃制品的边缘成形的作用。

已知的直接压制技术具有如下的缺点：

(1)在制造小型的精密玻璃零件时，有难以将熔融玻璃块的重量控制在固定的量，玻璃块的重量的参差为大，而无法稳定地精密成形的问题。即由于为不得不使玻璃块的重量变动完全由制品的厚度等的变动吸收的成形方法，而难以成形形状精度高的制品。

(2)若是欲得到小型且厚度薄的玻璃制光学零件，则有在冲压之际熔融玻璃块逐渐在狭窄的模具缝隙延伸时，热被快速地夺取，熔融玻璃块在不完全薄薄地延伸前熔融就硬化的问题。进一步在小型的玻璃制光学零件的场合，由于原本的熔融玻璃块自身所保有的热量为少，变得在冲压时使冲压熔融玻璃块会迅速冷却，而在冲压成形中玻璃可能产生裂痕或破损，非常难以将具有薄厚度部分或细小部分的复杂形状的玻璃制光学零件予以成形。

(3)由于是将1000℃左右的温度的熔融玻璃块于500℃左右的温度的模具进行成形，虽然防止了玻璃与模具的融着，但是在与模具接触的熔融玻璃块的表面附近急速冷却的同时，玻璃内部慢一步收缩、硬化而产生了被称为“缩痕”的起因于体积收缩的一种成形瑕疵(形状及尺寸的瑕疵)，而得不到高形状精度。

如同前述，直接冲压法虽然适合大量生产，但是无法得到高形状精度，又亦不适合小而复杂的形状品的成形。

专利文献1中，记载有一种在于二分割的成对的凹模之间，包夹自熔融玻璃流出口流出的熔融玻璃以进行玻璃的成形的方法，以及一种玻璃成形模具，设置有将成形时自凹模被压出的玻璃予以容纳的空间。但是，由于与一般的直接冲压法相同的理由，被认为不适用于形状精度高而具有复杂的立体形状品的成形。

专利文献2中，记载有一种非球面透镜的成形技术的成形方法，其中将熔融玻璃以成形模具冲压成形，将底面形成有指定透镜形状的杯状成形品予以形成，进一步将杯状成形品的底面的指定透镜形状部分再次冲压，接着直接对杯状成形品进行底面的指定透镜形状部分的加热除歪，之后自指定透镜形状部分切取非球面透镜。此方法基本上亦为在单一次的冲压成形中形状便几乎固定(此场合下，再次冲压为形状的微调整)。

另一方面，已知有被称为模压法的高精度冲压技术。模压法虽然开发为以精密成形模具，主要制造高精度的非球面玻璃透镜的技术，但此成形技术基本上由下述的步骤所构成，而有不使玻璃产生“缩痕”而将高精度的模具形状、表面精度转印至玻璃上的特征。

(a)准备玻璃预型体(形状、容积接近最终制品的玻璃成形品)。

(b)对不与玻璃产生融着的特殊模具材料以高精度进行镜面加工及表面处理。

(c)于非氧化性氛围中将玻璃预型体及模具升温至玻璃的软化点附近，使玻璃与模具为几乎相同的温度，借由模具冲压玻璃，于充分的时间下维持加压的同时将模具温度降温至玻璃转移温度以下(玻璃构造稳定的温度以下)。

但是，此模压法具有下述的缺点。

(1)由于为在玻璃的软化点附近的加热、加压处理，基本上只能形成接近玻璃预型体的形状物，制品的形状及尺寸有其极限。

(2)由于在非氧化性氛围中的加热、冷却需要长时间而生产性差，不利于大量生产。

(3)需要特殊的模具材料。这是由于模具会与玻璃长时间接触，是为了不使两者产生反应而引起融着等，与前述使用非氧化性氛围有相同理由。

如此，模压法与冲压法相反，虽然适合非球面玻璃透镜等小的高精度形状品的成形，但是不适合大幅偏离玻璃预型体形状的复杂的形状品的成形。

专利文献3中，记载有一种得到光学零件的方法，其为将玻璃素材加工为高精度的光学透镜等的成形品的成形方法，其中使成形模具的温度维持固定于在被成形玻璃的转移温度以上、软化点以下的范围，将具有流动性的玻璃素材搬入于此模具内，将其加压成形，并且借由将此状态维持到所成形的玻璃的温度分布均匀化为止，例如维持20秒以上，除去缩痕的产生，而得到公差在3/100mm以下的尺寸精度极高的透镜等光学零件。

又于专利文献4中，记载有一种玻璃光学零件的高精密度成形方法，其中于维持在玻璃的转移温度附近的固定温度的成形模具内，移入经加热软化的玻璃素材而短时间加压成形，之后将模具压力缓缓减压，或将模具的温度缓缓降低，或是将模具压力及模具温度缓缓降低的同时进行成形。

但是，即使于此些模压法中，亦有由于冲压温度为玻璃的软化点附近或在其以下而玻璃的流动性不充分而复杂形状品的成形为困难，以及由于冲压时间较直接压制法为长而基本上不适用于大量生产的缺点。

再加热压制法，为将一度成形为板状或棒状的玻璃再度加热后，再次冲压成形的方法。由于是将粗略形状品的形状的微调整及精度提升为主要目的，为不适合用于将复杂的立体形状品以高精度成形的成形方法。

专利文献5记载有一种高精度玻璃基板的制造方法，以使玻璃基板的成形精度提升为目的，由将熔融玻璃固化成形为指定形状的直接压制步骤，及将由此所得的玻璃基板于加热条件下再度冲压而进行形状的微调整或变形的再加热压制步骤所构成。

又专利文献6中，记载有一种借由再加热压制成形的V沟基板的制造方法，在将熔融玻璃粗压成形而得到V沟基板后，接着将所得的V沟基板再度加热而升温至该V沟基板软化的温度，精密地进行形状的微调整。

关于此些技术，亦被认为不适合形状精度高且复杂的立体形状品。

射出成形法，主要是用于树脂的成形的成形法，对熔融温度高且会由于温度而黏性急速变化的玻璃而言基本上是不适合的成形方法。这是由于玻璃的黏度高，若不为高温则无法降低至适合射出成形的黏度，得不到充足的流动性。

专利文献7中，记载有一种技术，借由加压使自消费型柱塞前进，而使熔融状态的成形材料自配设于经温度控制的加热缸的前端的射出喷嘴射出，充填于成形模具内。有在玻璃制的自消费型柱塞必须要另外制作的点、自消费型柱塞的温度控制为繁复的点及由此所生的量产性不良的点等的问题，亦被认为不适合于复杂的立体形状品的成形。

专利文献8中，记载有一种将具有500℃以下的熔点的低熔点玻璃作为原料，与塑料同样借由射出成形机以得到玻璃成形品的技术。为不使玻璃原料事先熔解，而是将小片的低熔点玻璃成形材料自射出成形机的送料斗供给，于直接射出成形机的缸筒内加热的同时借由螺杆的旋转而熔解，自缸筒前端的喷嘴向模具的模腔内射出，使其冷却固化而成为成形品的技术。但是，其为以特殊的低熔点玻璃为对象，不适用于钠钙玻璃及硼硅玻璃等熔点高黏性亦高的一般玻璃的成形。

专利文献9中，记载有一种技术，将熔融玻璃供给至成形模具而进行射出成形后，移至经温度调整以保持在玻璃的降伏点前后的黏度状态的冲压台，为了防止伴随温度降低的热收缩所致的成形模内的缩痕的产生，借由进一步冲压而进行形状修正。

如此的技术，在使用黏性高且温度所致的黏性变化为大玻璃的情况下，借由射出成形以进行的单一步骤的成形(也就是所谓的一次成形)困难，被认为不适用于使形状精度高且复杂的立体成形状品成形。

专利文献10记载有一种结合模压法及射出成形法的玻璃的成形方法。于转送室将加热至700至800℃而软化的玻璃冲压，通过熔流道压出而充填至配置于转送室周围的制品用的模具(mold)内的成形方法。所有的模具皆为玻璃石墨所形成。本成形方法基本上为大幅受到模压法的影响，有因冲压温度为玻璃的软化温度前后或于其之下而玻璃的流动性不充分因而复杂的形状品的成形为困难，由于冲压需要长时间而基本上不适于大量生产，以及需要特殊的模具材料等缺点。

专利文献11记载有为了解决专利文件10的缺点而设计出的玻璃的成形方法，也可说是一种射出成形法。本成形方法，基本上为将专利文献10所记载的转送室替换为玻璃熔炉，将于转送室内将玻璃块加热至软化点附近而将该软化的玻璃借由模压法压出的步骤，替换为自玻璃熔炉直接使低黏性的熔融玻璃流出而填充于模具内且于其后进一步于模具内进行冲压成形的步骤。与专利文献10所记载的技术相比，被认为由于在全步骤中皆维持高温而改善了关于玻璃的流动性。但是，必须于成形装置及模具的上部配置玻璃熔炉，被认为有设备上及操作、作业上的问题。

专利文献12为关于树脂制的光学组件的成形方法的技术。树脂的熔融温度为200℃至300℃，于低温便能得到充分的流动性，但是本技术难以直接应用于熔融温度高，黏度亦高(即流动性差)，且温度变化所致的黏性变化大的玻璃。

〔现有技术文献〕

[专利文献]

[专利文献1]日本特开昭62-216928号公报

[专利文献2]日本特开平09-235126号公报

[专利文献3]日本特开昭47-27216号公报

[专利文献4]日本特开昭61-251529号公报

[专利文献5]日本特开平11-189423号公报

[专利文献6]日本特开2000-275479号公报

[专利文献7]日本特开平05-254858号公报

[专利文献8]日本特开平06-279040号公报

[专利文献9]日本特开平10-101347号公报

[专利文献10]日本特开昭49-81419号公报

[专利文献11]日本特开平02-196038号公报

[专利文献12]日本特开2008-257261号公报

[非专利文献]

[非专利文献1]New Glass 72,Vol.19,No.1,p.65(2004)

发明内容

〔发明欲解决的问题〕

已知的直接冲压法，于制造小型的精密玻璃零件时，有难以将熔融玻璃块的重量控制为固定，玻璃块的重量的参差会变大，而无法稳定精密成形的问题。

已知的模压法，虽然与直接冲压法相反，适合非球面玻璃透镜等的小的高精度形状品的成形，但是不适用于大幅偏离玻璃预型体形状的复杂形状品的成形。

再加热压制法，为将已粗略成形的板状或棒状的玻璃预型体的表面微调整及精度提升为主要目的，并不适合用于形状精度高的复杂的立体形状品的成形。

〔解决问题的技术手段〕

射出成形法为适用于树脂材料的立体成形的方法，虽然广泛普及，但是黏性高且温度所致的黏性变化大的玻璃，难以借由射出成形进行单一步骤的成形，不适用于形状精度高的复杂的立体形状品的成形。

关于本申请的发明的目的，在于提供一种能够进行具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件的成形的新种类的玻璃的成形用模具，以及适用于使用该模具的大量生产或少量多种类生产的玻璃的成形方法。

为了解决该已知的问题的本案的第一发明，揭示有一种玻璃制光学零件的成形用模具，用于成形具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件，其中包含一凹模，设置有至少为成对的一成形模具的下模，该成形模具的下模系用以于凹面部的外缘部成形该玻璃制光学零件；一凸模，具有一凸面部，该凸面部系为与该凹模的该凹面部相组合；以及一环模，设置有至少为成对的一成形模具的上模，被配置于该凸模的外周部，用以成形该玻璃制光学零件，其中投入该凹模的该凹面部内的熔融玻璃块，系借由具有该凸面部的该凸模自上方冲压，使该熔融玻璃块被注入于至少为成对的该成形模具的上模与该成形模具的下模之间所形成的空间。

在此，具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件，为双面非球面透镜、不规则形透镜及具有复杂的立体形状的光学零件等，依据本发明，能够提供能够将例如几乎不具有平坦的表面，于双面形成有网目状的沟等，困难度远较成形单纯的凹透镜及凸透镜为高的玻璃制光学零件予以成形的模具。

本发明的成形用模具，由凹模、凸模、环模及成形模具的四种模具所构成。凹模的主要部位为凹面部，凹模的周缘部设置有成形模具的下模，环模的下表面侧设置有成形模具的上模。相较于已知的直接冲压用模具，于凹模与凸模之间，或是凹模与凸模与环模之间将最终成形品予以冲压成形，本发明中，在以凹模与凸模的冲压使熔融玻璃块产生流动，由此将熔融玻璃块注入于设置于凹模的周缘部与凸模的下表面的成形模具所形成的空间，而于成形模具间得到最终制品的点上完全不同。

使用图1说明本发明的成形用模具的构成及功能。本发明的玻璃制光学零件成形用模具1，由凹模2、成形模具4、环模5及凸模6所构成。凹模2的凹面部3，投入有一块玻璃制光学零件的材料的熔融玻璃(熔融玻璃块7)。另一方面，凸模6具有凸面部，为用以将该熔融玻璃块7自上方加压。本发明如同上述，与已知的直接冲压法不同，并非为直接转印凹模2及凸模6的模具的形状而得到成形品，而是投入于凹模2的熔融玻璃块7借由凸模6而被冲压时，沿着凹模的凹面部3逐渐上升而到达周缘部，通过熔融玻璃流入口8，借由熔融玻璃注入而充满设置于周缘部的成形模具4的下模4a及设置于环模5的下表面的成形模具的上模4b之间的空间，以形成玻璃制光学零件11。

此处，以将多个用以成形该玻璃制光学零件的该成形模具4的下模4a，如图2的(A)所示，以使该凹面部的中心轴为中心的同心圆状予以设置于该凹模2的该凹面部的外缘部，且配合以同心圆状设置的多个该成形模具的下模的位置，将该成形模具4的上模4b于该环模5以相同于同心圆状而多个设置，而得以借由一次冲压成形多个该玻璃制光学零件11为佳。借由如此，能够提升同一光学零件的生产性，依状况亦能够借由设置不同形状的成形模具4，能够以一次的冲压成形多种光学零件。

但是，多个成形模具不一定必须配置为同心圆状，例如能够使用平面视角下略呈长方形状的凹模，于该凹模设置平面视角下略呈长方形状的凹面部，于该凹面部的周边并列配置多个成形模具(如图2的(B))。

进一步，用以成形该玻璃制光学零件11的该成形模具4的下模4a借由嵌入该凹模2而与凹模合为一体，又该成形模具4的上模4b借由嵌入该环模5而与环模合为一体，且该成形模具4的下模4a构成为得以自该凹模2取出，又该成形模具4的上模4b构成为得以自该环模5取出，而成为得以配合该玻璃制光学零件11的形状而交换该成形模具4的下模4a及该成形模具4的上模4b为佳。这是由于如此能够在使用同样的凹模2、凸模6及环模5的同时，制造各种光学零件。成形模具的装卸机构之一例如图3所示。此时，成形模具为以螺栓被固定于环模。

该冲压时，用以成形该玻璃制光学零件11的该成形模具4的下模4a与该成形模具4的上模4b之间所形成的空间9，虽然为对应该玻璃制光学零件11的形状的空间，但除此之外，由于能够确实完成熔融玻璃块对该空间9的注入，如图4所示，以于该空间的外侧包含得以使该熔融玻璃块流入的追加空间12为佳。这是由于借由如此能够于该空间9产生空隙而防止玻璃制光学零件的形状劣化。

又于该冲压时，如图5所示，以更包含一模具锁定构件13，用以使该凹模2与该环模5维持紧密接合为佳。这是由于借由如此能够使凹模与环模之间产生空隙而能够防止玻璃制光学零件的尺寸瑕疵的产生。于图5中，模具锁定构件由与凸模6同步下降的锁定杆15、固定于凹模2的旋转钩16及固定于环模的锁定板17所构成。锁定杆15与凸模6同步下降，借由锁定杆的前端推动旋转钩16而旋转，旋转钩16锁定于锁定板17。由此，能够将凹模2与环模5以密着的状态锁定。

进一步，如图6所示，以于用以成形该玻璃制光学零件11的该成形模具4的下模4a或是该成形模具4的上模4b的至少一方，设置有一穿孔14，该穿孔14用以于冲压时，自对应该玻璃制光学零件11的形状的空间将借由该熔融玻璃块所推出的空气予以排出为佳。这是由于熔融玻璃块通过熔融玻璃流入口8而被注入该空间时，借由使存在于该空间的空气自穿孔排出，而能够期待光学零件的尺寸精度的提升。此时，以该穿孔的内径为0.1mm以上且为0.5mm以下为佳。这是由于此为足以使空气排出的孔径，且足以防止熔融玻璃流入。

用以解决已知的问题点的本案的第二发明，为一种具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件的制造方法，系使用权利要求1至7中任一项所述的玻璃制光学零件的成形用模具以进行，包含下列步骤：(1)于凹模的该凹面部中央部投入熔融玻璃块，该凹模于外缘部设置有用以成形玻璃制光学制品的成形模具的下模；(2)使该环模降下而紧密接合于该凹模，使设置于该环模下表面部的该成形模具的上模与设置于该凹模的外缘部的该成形模具的下模紧密接合，而于该成形模具间形成对应该玻璃制光学零件的形状的空间；(3)将投入于该凹模的凹面部中央部的该熔融玻璃块，以具有凸面部的该凸模自上方冲压；(4)持续以该凸模进行的冲压，使该熔融玻璃块沿该凹模的该凹面部的内表面窜升而流动，而将该熔融玻璃块透过熔融玻璃流入口注入形成于该成形模具间的空间；(5)在注入于该成形模具的该熔融玻璃块的温度，成为该种玻璃的退火点以下的温度而硬化后，依序将该凸模及该环模向上方提起；以及(6)将形成于该凹模、该凸模、该环模及该成形模具之间的硬化玻璃成形体取出，将形成于该成形模具间的玻璃制光学零件切断。

如同前已详述，本发明在使用该成形模具制造具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件时，依序进行该(1)至(6)的步骤，但是在冲压步骤必须持续到注入于该成形模具4的熔融玻璃块的温度到达此玻璃的退火点以下。退火点虽被定义为在较玻璃的转移温度高约20℃的温度下且玻璃的内部扭曲在15分钟内被实质除去的温度，但此温度下玻璃几乎完全硬化。并且，本发明的制造方法中，若是位于成形模具间的玻璃至硬化为止没有充分地进行冲压，则光学零件的尺寸将变得不稳定。是否成为退火点以下的温度而硬化，经验上则是能以冲压后的经过时间以把握，严密要求时，亦能够于环形的成形模具周边设置热电偶而侧定温度。又能够由此方法而单一次所得到的，是形成于凹模、凸模、环模及成形模具之间的玻璃成形体，因此必须有自此成形体将最终制品的玻璃制光学零件予以切断的步骤。另外，应要求，亦有于切断后进行切断面或端面的研削加工及研磨加工的情况。

此制造方法中，相对于形成于该成形模具间的玻璃成形体的重量，投入于该凹模的凹面部3的熔融玻璃块的重量为6倍以上，较佳为8倍以上，且为70倍以下为佳。借由为如此的重量比，能够确保充分的熔融玻璃块的流动，确实地进行通过熔融玻璃流入口8而朝向得到玻璃制光学零件的空间9(或是包含空间9及设置于其外侧的追加空间12的空间)的注入。若为6倍以下，则无法充分确保流动，无法进行玻璃制光学零件的成形，若为70倍以上，则熔融玻璃块将自环模与凸模之间溢出，结果造成冲压压力不足。

〔对照现有技术的功效〕

依据本发明的技术，借由新种类的玻璃的成形用模具及使用该模具的玻璃的成形方法，能够将已知的模具及成形方法所无法得到的具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件予以成形。又由于基本的实施形态中不需要如模压法的特殊的模具材料及非氧化性氛围，而能够进行大量生产或少量多种生产，对产业发展有巨大贡献。

附图说明

图1是显示本发明的成形用模具及玻璃制光学零件的制造方法的示意图。

图2的(A)是配置为同心圆状的成形模具之一例，(B)为并列地配置的成形模具之一例。

图3是成形模具装卸机构之一例。

图4是设置于成形模具的玻璃制光学零件用空间的外侧的追加空间之一例。

图5是凹模与环模间的模具锁定机构之一例。

图6是设置于成形模具的穿孔之一例。

图7是本发明的成形用模具的设计图之一例。

图8是组合多个自由曲面及平面的复杂形状的玻璃制光学零件之一例。

图9是双面为凸形状的玻璃制光学零件之一例。

具体实施方式

本发明中的玻璃制光学零件11的成形用模具1，借由将不锈钢按照设计图切割、研削以制造。关于成形模具4，亦能够应需求，使用耐久性更高的耐热合金。一实施形态的成形用模具的设计图(正面图及平面图)如图7所示，本发明的玻璃制光学零件成形用模具，由凹模2、成形模具4、环模5及凸模6所构成。凹模2中，形成有让玻璃制光学零件的材料所构成的一块熔融玻璃(熔融玻璃块7)被投入的凹面部3，进一步于其周缘部设置有用以成形玻璃制光学零件11的成形模具4的下模4。

另一方面，于环模5的下表面侧，以对应于设置于凹模2的周缘部的下模4a的方式设置有成形用模具4的上模4b。当熔融玻璃块7投入于凹模2的凹面部3，首先环模5下降而密接于凹模2，形成凹模2的周缘部的成形模具4的下模4a与环模5的下表面部的成形模具的上模4b间所包夹的空间。具有凸面部的凸模6随着环模5的下降而下降，该熔融玻璃块7自上方被加压。借由熔融玻璃块在维持着充分的流动性下，沿着凹模2的凹面部3内面逐渐上升而到达周缘部，通过熔融玻璃流入口8而被注入成形模具4的下模4a与上模4b之间所包夹的空间内，形成玻璃制光学零件11。此时，为了维持凹模2与环模5的密接状态，亦能够使用后述的模具锁定机构13。

进一步依据本发明的玻璃制光学零件11的成形用模具1，具有如图2至图6所示的特征。使用各自的图以说明其特征。

图2的(A)是显示于该凹模2的凹面部3的外缘部，以使凹面部3的中心轴为中心的同心圆状的方式将用以成形该玻璃制光学零件11的该成形模具4的下模4a予以设置为4个的凹模2的例子。配合此些4个下模4a的位置，于环模5的下表面侧以同心圆状的方式设置有成形用模具4的上模4b，成为能够借由单一次冲压同时成形4个该玻璃制光学零件11的模具构造。同样亦能够将成形模具4的个数增加到6个或8个。能够对提升同一种光学零件的生产性作出贡献，依照不同状况，亦能够借由设置形状相异的成形模具4，借由单一次冲压成形多种的光学零件。

图3是显示设置于环模5的下表面侧的成形用模具4的上模4b，上模4b为例如以螺栓被固定于环模5而得以装卸的模具构造。同样，凹模2亦为成形模具4的下模4a以螺栓等任意的方法而得以装卸的模具构造(未图示)，能够在使用同样的凹模2、凸模6及环模5的同时，借由更换该成形模具4的下模4a及该成形模具4的上模4b以成形各种形状的光学零件。此些特征，显示本案技术适用于大量生产或少量多种生产。

图4是显示设有成形模具4的下模4a与上模4b之间所包夹而形成的空间9，即对应于该玻璃制光学零件的形状的空间9，及于该空间9的外侧进一步追加空间12的模具构造。不设置追加空间12时，依光学零件的形状，有该熔融玻璃块7无法流入对应该玻璃制光学零件11的形状的空间9的各个角落而形成空隙，进而成为不良品的可能性，但是借由设置该追加空间12至少能够使该熔融玻璃块7确实流入、填充至对应该玻璃制光学零件11的形状的空间9的各个角落。

图5是显示设置有使该凹模2与该环模5维持密接的模具锁定机构13的模具构造。借由熔融玻璃块被注入而使凹模2与环模5之间被扩张而容易产生空隙，但是借由设置模具锁定机构13能够抑制空隙，防止玻璃制光学零件11的尺寸不良的产生。

图6是显示于该成形模具4的上模4b，设置有用以排出该冲压时自对应于该玻璃制光学零件11的空间9借由该熔融玻璃块所推出的空气的穿孔14的模具之一例。借由使存在于空间9的空气自穿孔14排出，能够期待防止瑕疵品的产生及尺寸精度的提升。于图6中，该穿孔14的内径为0.3mm。

接着，依据本发明的玻璃制光学零件的制造方法，为使用具有上述的各特征的玻璃制光学零件的成形用模具的具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件的制造方法。使用图1(及图4)以说明：借由(1)于凹模2的该凹面部3的中央部投入熔融玻璃块7，该凹模2于外缘部设置有用以成形玻璃制光学制品11的成形模具4的下模4a；(2)使该环模5降下而紧密接合于该凹模2，使设置于该环模下表面部的该成形模具4的上模4a与设置于该凹模的外缘部的该成形模具4的下模4b紧密接合，而于该成形模具间形成对应该玻璃制光学零件11的形状的空间9；(3)将投入于该凹模2的凹面部3的中央部的该熔融玻璃块7，以具有凸面部的该凸模6自上方冲压；(4)持续以该凸模6进行的冲压，使该熔融玻璃块7沿该凹模2的该凹面部3的内表面窜升而流动，而将该熔融玻璃块透过熔融玻璃7流入口8注入形成于该成形模具间的空间9(或是包含空间9及设置于空间9的外侧的追加空间12的空间)；(5)在注入于该成形模具4的该熔融玻璃块的温度，成为该种玻璃的退火点以下的温度而硬化后，依序将该凸模6及该环模5向上方提起；以及(6)将形成于该凹模2、该凸模6、该环模5及该成形模具4之间的硬化玻璃成形体10取出，将形成于该成形模具间的玻璃制光学零件11切断，而能够制造具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件。

上述的步骤中，于冲压步骤，将冲压持续到注入于该成形模具4的熔融玻璃块7的温度成为玻璃的退火点以下为重要。到玻璃硬化为止，例如约10至30秒内，进行冲压而持续对玻璃施加压力，能够得到尺寸精度高的成形品。另外，借由此方法单一次所能得到的，是形成于凹模2、凸模6、环模5及成形模具4之间的玻璃成形体10，因此必须有自此玻璃成形体10将最终制品的玻璃制光学零件11予以切断的步骤。又应要求，亦有于切断后进行切断面或端面的研削加工及研磨加工的情况。

依据本发明的玻璃制光学零件的制造方法中，相对于借由该成形模具4所形成的玻璃成形体的重量，投入于该凹模2的凹面部3的熔融玻璃块7的重量为6倍以上，较佳为8倍以上，且为70倍以下为佳。借由为如此的重量比，能够确保充分的熔融玻璃块7的流动，确实地进行通过熔融玻璃流入口8而朝向得到玻璃制光学零件11的空间9(或是包含空间9及设置于空间9的外侧的追加空间12的空间)的注入。若为6倍以下，则无法充分确保流动，无法进行玻璃制光学零件的成形，若为70倍以上，则熔融玻璃块将自环模与凸模之间溢出，结果造成冲压压力不足。

依据本发明的玻璃制光学零件的成形用模具及制造方法，借由凹模2及凸模6所致的冲压使熔融玻璃块7流动，而注入借由凹模2的周缘部与设置于环模5的下表面的成形模具4所形成的空间9而得到最终制品的玻璃制光学零件11。这一点上与单纯以凹模及凸模将最终成形品直接冲压成形的已知的直接冲压法用模具及制造方法完全相异，但是在以凹模2及凸模6将熔融玻璃块7冲压这一点上，继承了直接冲压法的冲压步骤的循环时间短的优点，能够为适合大量生产具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件的制造方法。

〔实施例〕

使用上述的本发明的成形用模具，使用上述的本发明的成形方法，成形了精密立体形状的玻璃制光学零件。将此些实施例统整显示于表1。作为玻璃，使用热膨胀系数为约55×10^－7/℃，为一般成分的硼硅玻璃。投入于凹模时的熔融玻璃块状态下的温度为约1000℃。另外，此玻璃的退火点为约500℃。

【表1】

第一组为使用图7所显示的设计图的成形用模具的成形结果。仅设有单一个成形模具，而成形如图8所示的组合多个自由曲面及平面的复杂形状的玻璃制光学零件的例子。所成形的玻璃制光学零件的重量W1为约15g。如同前述，玻璃制光学零件，为将于凹模、凸模、环模及成形模具之间所成形的玻璃自此些模具脱模，自取出的成形玻璃，将最终制品的玻璃制光学零件的部分予以切断而得。第一组的一连串的实验中，改变投入凹模的凹面部的熔融玻璃块的重量W2而评估了成形性及完成的玻璃制光学零件的外观。凸模对于熔融玻璃块的冲压压力为约3.1MPa，冲压时间因应熔融玻璃块的重量而冲压了约23至27秒。

熔融玻璃块的重量为100g(W2/W1约为7)时，熔融玻璃块虽然到达熔融玻璃流入口8，但无法充分填满成形模具，而无法得到玻璃制光学零件。这被认为是由于熔融玻璃块的重量及热容量小，于冲压中热量被急速夺取，丧失流动性而硬化。反之，若是增加熔融玻璃块的重量到1100g(W2/W1约为73)，则在投入后以凸模冲压时，相对于用以将玻璃成形体10形成的凹模2、环模5、凸模6及成形模具4所形成的空间的容积，熔融玻璃块的容积过大，而熔融玻璃块7进入环模5与凸模6的空隙，阻碍凸模6的下降，而无法持续冲压。此状况下，由于凸模6无法完全下降至指定的位置，玻璃成形体10的厚度平衡崩溃，与成形用模具的脱模性亦产生问题，结果于包含玻璃制光学零件11的玻璃成形体产生了缩痕。并且，于熔融玻璃块的重量为200g至900g的5个例子中，成形性未产生问题，所得到的玻璃制光学零件的外观亦良好。另外，此处的熔融玻璃块，在熔融玻璃的进料炉中，控制为指定的重量。并且，所投入的熔融玻璃的重量，为秤量冲压后硬化的玻璃成形体10以求取。之后的实施例中亦同。

第二组为将与第一组相同的组合多个自由曲面及平面的复杂形状的玻璃制光学零件予以成形的结果，但是第二组中，使用将如图2的(A)所示的凹模予以利用的成形用模具，于单一次的冲压制造4个玻璃制光学零件。此时，4个玻璃制光学零件的总重量为4×15g＝60g。将以熔融玻璃块的重量为100g至1100g的6个水平所进行实验的结果显示于表1。熔融玻璃块为100g(W2/W1约为2)，熔融玻璃无法到达熔融玻璃流入口，无法成形玻璃制光学零件。这被认为依然是由于熔融玻璃块的重量及热容量小，于冲压中热量被急速夺取，丧失流动性，而在到达熔融玻璃流入口前便硬化。使熔融玻璃块为300g(W2/W1＝5)时，熔融玻璃块虽然通过熔融玻璃流入口而被注入成形玻璃制光学零件的空间，其量并不充分，玻璃制光学零件的成形不完全。使熔融玻璃块为500g以上(W2/W1约为8以上)时，充分量的熔融玻璃沿凹模的凹面部逐渐上升而到达熔融玻璃流入口，被注入成形玻璃制光学零件的空间，充满该空间，而成形性良好。结果，得到外观如同设计的玻璃制光学零件。第二组中，熔融玻璃块的重量即使为1100g，与第一组相比4倍量的熔融玻璃通过熔融玻璃流入口而被注入成形模具，因而以凸模所进行的冲压能够毫无问题地进行。

第三组，为成形如图9所示的双面为凸形状的玻璃制光学零件(单一个的重量为15g)的例子，成形模具为于凹模及环模以同心圆状设置8个，以单一次的冲压制造8个光学零件的结果。此时，8个玻璃制光学零件的总重量为8×15g＝120g。将以熔融玻璃块的重量为100g至1100g的6个水平所进行实验的结果显示于表1。当熔融玻璃块为100g(W2/W1约为1)，熔融玻璃无法到达熔融玻璃流入口，无法成形玻璃制光学零件。使熔融玻璃块为300g(W2/W1约为3)及500g(W2/W1约为4)时，熔融玻璃块虽然通过熔融玻璃流入口而被注入成形玻璃制光学零件的空间，其量并不充分，玻璃制光学零件的成形不完全。使熔融玻璃块为700g以上(W2/W1约为6以上)时，充分量的熔融玻璃沿凹模的凹面部逐渐上升而到达熔融玻璃流入口，被注入成形玻璃制光学零件的空间，充满该空间，而成形性良好。结果，得到外观如同设计的玻璃制光学零件。第三组中，熔融玻璃块的重量即使为1100g，与第一组相比8倍量的熔融玻璃通过熔融玻璃流入口而被注入成形模具，因而以凸模所进行的冲压亦能够毫无问题地进行。

此些实验中，作为成形模具，使用对应玻璃制光学零件的空间以外，更设置有如图4所示的于外侧设置有追加空间之物，因而得知如此的玻璃制光学零件的形状精度优良。

又得知于如图6所示的成形模具设置有约0.3mm的排气用的穿孔的状态下，成形精度进一步提升。

自以上的结果可以认为，使用本发明的成形用模具的本发明的玻璃制光学零件的制造方法中，为经过在熔融玻璃块具有充分的温度及流动性时，借由凸模进行冲压，由此熔融玻璃沿着凹模的凹面部逐渐上升而到达熔融玻璃流入口，依然维持着适当的温度及流动性的同时通过熔融玻璃流入口而被注入成形模具间，借由在那里被夺取热量而硬化，而得到具有目的形状的玻璃制光学零件的过程。被认为是随着成形模具间的玻璃制光学零件的硬化，位于凹模的凹面部的被冲压的熔融玻璃块亦硬化，使成形性及玻璃制光学零件的形状精度及脱模性皆为适当的状态。因此，如表1所述，有必要适度调整相对于制品重量的投入的玻璃块的重量、冲压压力及冲压时间。

以上，虽依照实施形态及实施例以详细说明依据本发明，但本发明并不限于该实施形态及实施例的内容，亦能够以其他各种形态实施。

【符号说明】

1 成形用模具

2 凹模

3 凹面部

4 成形模具

4a 下模

4b 上模

5 环模

6 凸模

7 熔融玻璃块

8 熔融玻璃流入口

9 空间

10 玻璃成形体

11 玻璃制光学零件

12 追加空间

13 模具锁定机构

14 穿孔

15 锁定杆

16 旋转钩

17 锁定板

18 螺丝

Claims (10)

1.一种玻璃制光学零件的成形用模具，用于成形具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件，其中包含：

凹模，设置有至少为成对的成形模具的下模，该成形模具的下模用以于凹面部的外缘部成形该玻璃制光学零件；

凸模，具有凸面部，该凸面部为与该凹模的该凹面部相组合；以及

环模，设置有至少为成对的成形模具的上模，被配置于该凸模的外周部，用以成形该玻璃制光学零件，

其中投入该凹模的该凹面部内的熔融玻璃块，借由具有该凸面部的该凸模自上方冲压，使该熔融玻璃块被注入于至少为成对的该成形模具的上模与该成形模具的下模之间所形成的空间。

2.如权利要求1所述的玻璃制光学零件的成形用模具，其中将多个用以成形该玻璃制光学零件的该成形模具的下模以使该凹面部的中心轴为中心的同心圆状予以设置于该凹模的该凹面部的外缘部，且配合以同心圆状设置的多个该成形模具的下模的位置，将该成形模具的上模于该环模以相同于同心圆状而多个设置，而得以借由一次冲压成形多个该玻璃制光学零件。

3.如权利要求1至2所述的玻璃制光学零件的成形用模具，其中用以成形该玻璃制光学零件的该成形模具的下模借由嵌入该凹模而与该凹模合为一体，又该成形模具的上模借由嵌入该环模而与该环模合为一体，且该成形模具的下模构成为得以自该凹模取出，又该成形模具的上模构成为得以自该环模取出，而成为得以配合该玻璃制光学零件的形状而交换该成形模具的下模及该成形模具的上模。

4.如权利要求1至3中任一项所述的玻璃成形用模具，于冲压时，用以成形该玻璃制光学零件的该成形模具的下模与该成形模具的上模之间的空间，包含对应该玻璃制光学零件的形状的空间，及于该空间的外侧得以使该熔融玻璃块流入的追加空间。

5.如权利要求1至4中任一项所述的玻璃制光学零件的成形用模具，还包含模具锁定构件，用以于该冲压时使该凹模与该环模维持紧密接合。

6.如权利要求1至5中任一项所述的玻璃制光学零件的成形用模具，其中于用以成形该玻璃制光学零件的该成形模具的下模或是该成形模具的上模的至少一方，设置有穿孔，该穿孔用以于冲压时，自对应该玻璃制光学零件的形状的空间将借由该熔融玻璃块所推出的空气予以排出。

7.如权利要求6所述的玻璃制光学零件的成形用模具，其中该穿孔的内径为0.1mm以上且为0.5mm以下。

8.一种具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件的制造方法，使用权利要求1至7中任一项所述的玻璃制光学零件的成形用模具以进行，包含下列步骤：

(1)于凹模的该凹面部中央部投入熔融玻璃块，该凹模于外缘部设置有用以成形玻璃制光学制品的成形模具的下模；

(2)使该环模降下而紧密接合于该凹模，使设置于该环模下表面部的该成形模具的上模与设置于该凹模的外缘部的该成形模具的下模紧密接合，而于该成形模具间形成对应该玻璃制光学零件的形状的空间；

(3)将投入于该凹模的凹面部中央部的该熔融玻璃块，以具有凸面部的该凸模自上方冲压；

(4)持续以该凸模进行的冲压，使该熔融玻璃块沿该凹模的该凹面部的内表面窜升而流动，而将该熔融玻璃块透过熔融玻璃流入口注入形成于该成形模具间的空间；

(5)在注入于该成形模具的该熔融玻璃块的温度，成为该种玻璃的退火点以下的温度而硬化后，依序将该凸模及该环模向上方提起；以及

(6)将形成于该凹模、该凸模、该环模及该成形模具之间的硬化玻璃成形体取出，将形成于该成形模具间的玻璃制光学零件切断。

9.如权利要求8所述的具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件的制造方法，其中相对于形成于该成形模具间的玻璃制光学零件的重量，投入该凹模的凹面部的该熔融玻璃块的重量为其6倍以上且为70倍以下。

10.如权利要求8所述的具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件的制造方法，其中相对于形成于该成形模具间的玻璃制光学零件的重量，投入该凹模的凹面部的该熔融玻璃块的重量为其8倍以上且为70倍以下。

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