CN112218832A - 玻璃透镜成型模具 - Google Patents

Abstract

一种玻璃透镜成型模具，其具备：筒形模具；模具基材，其以向模具移动方向能够移动的方式插入筒形模具内，在一端具有基材侧抵接部；玻璃制成型模具，其具有成型面和模具侧抵接部，所述成型面形成玻璃透镜的一个透镜面，所述模具侧抵接部相对于基材侧抵接部能够接近/分离；对向模具，其具有第二成型面，所述第二成型面形成玻璃透镜的另一个透镜面。基材侧抵接部与模具侧抵接部的至少一者具有调芯面，所述调芯面为以在模具移动方向上延伸的轴线为中心的圆锥面的一部分，通过基材侧抵接部与模具侧抵接部的抵接，在模具移动方向以及与模具移动方向垂直的方向上，将玻璃制成型模具相对于模具基材保持在固定位置。通过设置于玻璃制成型模具的成型面的周围的被限制面抵接于筒形模具内部的限制面，能够限制玻璃制成型模具相对于筒形模具在使模具侧抵接部从基材侧抵接部分离的方向的移动量。

Description

玻璃透镜成型模具

技术领域

本发明涉及一种成型玻璃透镜的成型模具。

背景技术

在玻璃透镜的制造中，先前以来一直使用如下方法：将作为素材的玻璃制成大概的形状，然后通过研削或者研磨完成。近年来，利用成型用的模具(以下，称为成型模具)对加热而软化状态的玻璃进行挤压成型，不经过研削或者研磨而制造玻璃透镜的方法也变得实用化(例如，专利文献1)。通过使用这种成型模具的成型，不仅球面透镜，复杂形状的非球面透镜等也能够以低成本进行大量生产。

在挤压成型中，由于成型模具的表面形状(成型面)会转印到被成型物上，因此，极其需要成型模具的精度。例如，谋求成型模具具有高的刚性以及耐热性，以使得不会产生因挤压时作用的负荷或者加热而导致的变形。另外，为了防止被成型物贴付于成型模具或者被成型物破裂，需要成型模具相对于被成型物具有适当的热膨胀率。

作为满足以上条件的成型模具，广泛使用以金属或者陶瓷等为素材的成型模具。但是，在抑制精度偏差的同时通过切割等单独制造这样的成型模具成本高且费力。特别是在大量生产光学设备用的玻璃透镜的情况下，也需要较多成型模具。作为其对策，提案有使用玻璃制的成型模具的技术(例如，专利文献2、3)。

具体而言，准备具有作为基准的成型面的主模(凹模)，并通过主模对经加热而软化的成型模具用玻璃材料进行挤压成型，由此，能够得到转印有主模的成型面的玻璃制的成型模具(以下称为玻璃制成型模具)。玻璃制成型模具具有如下优点：一旦制造完成高精度的主模便容易进行量产，并且形状设定的自由度高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-127956号公报

专利文献2：日本专利第2616964号公报

专利文献3：日本特开平2-102136号公报

发明内容

(发明要解决的技术问题)

作为玻璃制成型模具的问题，与金属或者陶瓷制的成型模具相比，难以确保反复进行高温状态下的成型时的耐热性、对于来自外部的冲击的耐冲击性，并期望提高耐久性。作为其对策，在专利文献3中，将由热膨胀率(线膨胀系数)与构成玻璃制成型模具的素材玻璃大致相等的金属或者陶瓷制成的接合体接合于玻璃制成型模具而使其一体化。

然而，对于玻璃制成型模具接合由其他材料制成的接合体的构成要求接合体的热膨胀率与玻璃制成型模具相同，因此，材料选择的自由度低。另外，由于难以使玻璃制成型模具与接合体的热膨胀率完全一致，因此，在通过接合而一体化的状态下进行加热时，不可避免会因热膨胀率差异而向彼此的接合部位施加压力。进一步，将玻璃制成型模具与接合体一体化时，需要使玻璃制成型模具的中心轴(通过玻璃制成型模具成型的透镜的光轴)与接合体的中心轴高精度地一致，制造的难度高，费力、成本高。

在专利文献1中记载有如下技术：组合腔模与金属模具而构成成型模具，所述腔模具有成型玻璃透镜的腔面，所述金属模具由线膨胀系数小于腔模的材料制成。在模具上形成有直径随着向腔模的前端侧(具有成型面的一侧)推进而逐渐变大的截面圆锥梯形的孔，该孔嵌接于腔模。金属模具的孔的内周面与腔模的周面分别形成为以彼此能够滑接的状态重合的锥形面，在锥形面的重合状态下能够防止腔模与金属模具的中心轴的偏斜。但是，由于腔模与金属模具未被接合，因此，在使成型模具分离的状态下，腔模可能会从金属模具脱落，实用性低。

本发明是鉴于以上的问题点而完成的，其目的在于提供一种生产率高、耐久性高、精度高且实用性优异的玻璃透镜成型模具。

(用于解决技术问题的技术手段)

在本发明的对玻璃透镜进行挤压成型的玻璃透镜成型模具中，具备：筒形模具，其具有在模具移动方向上延伸的内部空间；模具基材，其为金属或者陶瓷制，其以向模具移动方向能够移动的方式插入筒形模具的内部空间，并且在模具移动方向的一端具有基材侧抵接部；玻璃制成型模具，其由玻璃化转移温度比作为玻璃透镜的素材的被成型玻璃高的玻璃制成，具有成型面和模具侧抵接部，所述成型面形成玻璃透镜的一个透镜面，所述模具侧抵接部在模具移动方向上朝向成型面的相反侧，并且相对于基材侧抵接部能够接近/分离；对向模具，其具有第二成型面，并与玻璃制成型模具在模具移动方向上能够相对移动，所述第二成型面与玻璃制成型模具的成型面相对向，形成玻璃透镜的另一个透镜面。基材侧抵接部与模具侧抵接部的至少一者具有调芯面，所述调芯面为以在模具移动方向上延伸的轴线为中心的圆锥面的一部分，通过基材侧抵接部与模具侧抵接部的抵接，在模具移动方向以及与模具移动方向垂直的方向上，将玻璃制成型模具相对于模具基材保持在固定位置。进一步，玻璃制成型模具在成型面的周围具有被限制面，在筒形模具的内部具有在模具移动方向上与被限制面相对向的限制面，通过被限制面相对于限制面的抵接，能够限制玻璃制成型模具相对于筒形模具在使模具侧抵接部从基材侧抵接部分离的方向的移动量。

优选的是，限制面与被限制面分别由作为中心的轴线与调芯面共通的圆锥面的一部分构成。由此，在限制面与被限制面抵接的状态下，能够提高玻璃制成型模具相对于模具基材的稳定性。

在于成型面与第二成型面之间对玻璃透镜进行挤压成型的状态下，设定成被限制面与限制面分离。由此，限制面与被限制面不会影响挤压成型时玻璃制成型模具与对向模具的位置精度。

对向模具可以由金属或者陶瓷制的第二模具基材和第二玻璃制成型模具构成，所述第二玻璃制成型模具由玻璃化转移温度比作为玻璃透镜的素材的被成型玻璃高的玻璃制成。第二模具基材以在模具移动方向上能够移动的方式插入筒形模具的内部空间，并在模具移动方向的一端具有第二基材侧抵接部。第二玻璃制成型模具具有第二成型面和第二模具侧抵接部，所述第二模具侧抵接部在模具移动方向上朝向第二成型面的相反侧，并且相对于第二基材侧抵接部能够接近/分离。并且，第二基材侧抵接部与第二模具侧抵接部的至少一者具有调芯面，所述调芯面为以所述轴线为中心的圆锥面的一部分，通过第二基材侧抵接部与第二模具侧抵接部的抵接，在模具移动方向以及与模具移动方向垂直的方向上，能够将第二玻璃制成型模具相对于第二模具基材保持在固定位置。

(发明的效果)

根据以上的本发明的玻璃透镜成型模具，将具有成型玻璃透镜的透镜面的成型面的部分作为玻璃制成型模具，并将抵接于该玻璃制成型模具的金属或者陶瓷制的模具基材在筒形模具内能够移动地支承。因此，能够以低成本大量生产玻璃制成型模具，同时，通过耐热性和耐冲击性优异的模具基材能够提高耐久性。另外，由于玻璃制成型模具与模具基材并未接合固定而是通过彼此的抵接部的抵接来确定相对的位置，因此，难以施加由于玻璃制成型模具与模具基材的热膨胀率的差异而产生的负荷，能够获得高精度的模具精度，同时，玻璃制成型模具和模具基材的材料的选择自由度高。另外，由于具备限制玻璃制成型模具向从模具基材分离的方向的移动量的限制面以及被限制面，因此，虽然为玻璃制成型模具和模具基材未被固定的构成，但是容易进行处理和运用，能够获得优异的实用性。

附图说明

图1为示出本实施方式的玻璃透镜成型模具的挤压成型的准备状态的截面图。

图2为示出玻璃透镜成型模具挤压成型结束状态的截面图。

图3为示出挤压成型结束后使上模具单元与下模具单元分离而取出成型后的玻璃透镜的步骤的截面图。

附图标记说明

10：玻璃透镜成型模具

11：上模具单元

12：下模具单元(对向模具)

13：玻璃预成型件

14：玻璃透镜

14a、14b：透镜面

14c：边缘部(コバ部)

15、17：吸引源

20：筒形模具

21：上部内面

22：下部内面

23：上模具限制面

24：突出部

30：上模具基材(模具基材)

31：滑动导向面

32：调芯面(基材侧抵接部)

33：底面

34：吸引孔

40：上模具(玻璃制成型模具)

41：成型面

42：被限制面

43：台阶部

45：调芯面(模具侧抵接部)

50：下模具基材(第二模具基材)

51：大径部

52：小径部

53：滑动导向面

54：调芯面(第二基材侧抵接部)

57：吸引孔

60：下模具(第二玻璃制成型模具)

61：成型面(第二成型面)

62：环状突出部

63：调芯面(第二模具侧抵接部)

64：外周面

70、71：驱动装置

S：内部空间

X：基准轴(轴线)。

具体实施方式

就本实施方式的玻璃透镜成型模具10而言，使上模具单元11与下模具单元(对向模具)12沿着基准轴(轴线)X相对移动，对成型前的被成型玻璃即玻璃预成型件13(图1)进行挤压加工，从而成型玻璃透镜14(图2、图3)。

如图3所示，玻璃透镜14是两个透镜面14a、14b为非球面的非球面透镜，一个透镜面14a为凹面，另一个透镜面14b为凸面。另外，在玻璃透镜14的周缘形成环状的边缘部14c。

玻璃透镜成型模具10具备筒形模具20，所述筒形模具20引导上模具单元11和下模具单元12。上模具单元11具备上模具基材(模具基材)30与上模具(玻璃制成型模具)40。下模具单元12具备下模具基材(第二模具基材)50与下模具(第二玻璃制成型模具)60。上模具40与下模具60为满足后述条件的玻璃制。筒形模具20与上模具基材30以及下模具基材50由非玻璃制的材料制成，具体而言，由如碳化硅(SiC)或氮化硅(Si₃N₄)的陶瓷或者如超硬合金的金属形成。

基准轴X与通过玻璃透镜成型模具10成型的玻璃透镜14的光轴一致。上模具40与下模具60以各自的中心轴与基准轴X一致的方式在经由上模具基材30与下模具基材50定位(定芯)的状态下进行挤压成型。后述该定位的详细情况。在以下的说明中，将沿着基准轴X的方向设为上下方向(模具移动方向)，将垂直于基准轴X的方向设为径向。

筒形模具20为围绕基准轴X的筒状体，于内侧具有在上下方向上贯通的内部空间S(图3)。在筒形模具20的内侧，从上端侧沿着上下方向在规定的范围内形成有上部内面21，从下端侧沿着上下方向在规定的范围内形成有下部内面22。上部内面21与下部内面22分别为以基准轴X为中心的圆筒面(圆筒的内面)，上部内面21的内径大于下部内面22的内径。

在筒形模具20的内部，于上部内面21与下部内面22之间设置有上模具限制面(限制面)23。更详细而言，在筒形模具20上，在周方向上连续环状地设置有朝向内径方向突出的突出部24，在突出部24上形成有上模具限制面23。上模具限制面23为以基准轴X为中心的圆锥面(圆锥的内面)的一部分，直径随着向下方推进而变小。也就是说，上模具限制面23形成为随着从上部内面21离开而向下方推进，向内径侧的突出量变大的锥形形状。

在上部内面21的下端部分(突出部24的上部)形成有贯通孔25，所述贯通孔25在径向上贯通筒形模具20。另外，在下部内面22的上端部分(突出部24的下部)形成有贯通孔26，所述贯通孔26在径向上贯通筒形模具20。

上模具基材30以在上下方向上能够移动的方式插入筒形模具20的内部。在上模具基材30的外面形成有圆筒状的滑动导向面31，所述滑动导向面31具有与上部内面21的内径尺寸相对应的外径尺寸。通过上部内面21与滑动导向面31的抵接，筒形模具20与上模具基材30的彼此的中心轴一致。该筒形模具20与上模具基材30的中心轴与基准轴X一致。另外，滑动导向面31以不产生倾斜或者晃动的方式沿着上下方向能够滑动地支承于上部内面21。此外，在筒形模具20与上模具基材30之间也可以具备旋转限制构造，以防止筒形模具20与上模具基材30向以基准轴X为中心的周方向的相对旋转。

玻璃透镜成型模具10具有驱动装置70和驱动装置71，所述驱动装置70使上模具基材30在上下方向上相对于筒形模具20移动，所述驱动装置71使下模具基材50在上下方向上相对于筒形模具20移动。

在上模具基材30的下端(模具移动方向的一端)形成有调芯面(基材侧抵接部)32与底面33。调芯面32为以基准轴X为中心的圆锥面(圆锥的内面)的一部分，直径随着向上方推进而变小。底面33为堵塞调芯面32的上端的平面。上模具基材30的下端由于锥形形状的调芯面32而形成为研钵状的凹部。

在上模具基材30上形成有在上下方向上贯通的吸引孔34。吸引孔34的中心线与基准轴X大致一致。吸引孔34的下端向底面33的中央开口。吸引孔34的上端向上模具基材30的上端面开口，从而连接于从吸引源15开始延伸的吸引管16。

当在玻璃透镜成型模具10的完成状态(图1)下进行成型时，进行真空气体置换。此时，驱动吸引源15，经由吸引管16以及吸引孔34，进行上模具基材30的底面33与上模具40的上面44之间的空气排出。另外，使用从该吸引源15至吸引孔34的吸引构造，能够使吸附保持上模具40的吸引力作用于上模具基材30的下端的凹部(被调芯面32与底面33包围的区域)。

下模具基材50具有大径部51和小径部52，所述小径部52比大径部51小径，并从大径部51向上方突出。大径部51具有与筒形模具20大致相同的外径尺寸。在小径部52的外面形成有圆筒状的滑动导向面53，所述滑动导向面53具有与筒形模具20的下部内面22的内径尺寸相对应的外径尺寸。

下模具基材50相对于筒形模具20能够从下方插入/卸下小径部52。在小径部52插入筒形模具20的状态下，通过下部内面22与滑动导向面53的抵接，能够保持筒形模具20与下模具基材50的同心性(下模具基材50的中心轴与基准轴X一致)。另外，滑动导向面53能够以不产生倾斜或者晃动的方式在上下方向上能够滑动地支承于下部内面22。此外，在筒形模具20与下模具基材50之间也可以具备旋转限制构造，以防止筒形模具20与下模具基材50向以基准轴X为中心的周方向的相对旋转。

通过筒形模具20的下端抵接于大径部51，来确定小径部52相对于筒形模具20的最大插入量(参照图1、图2)。在该最大插入状态下，小径部52的上端与贯通孔26相比位于下方。也就是说，贯通孔26及其上方的贯通孔25不会被下模具基材50堵塞。

在下模具基材50的上端(模具移动方向的一端)形成有调芯面(第二基材侧抵接部)54与凹部55以及内周面56。调芯面54为以基准轴X为中心的圆锥面(圆锥的内面)的一部分，直径随着向下方推进而变小。凹部55从调芯面54的中心部进一步向下方凹设。内周面56为以基准轴X为中心的圆筒状的面(圆筒的内面)，从调芯面54的上端缘向上方突出。下模具基材50的上端形成为于内面包括锥形形状的调芯面54的研钵状的凹部。

在下模具基材50上形成有在上下方向上贯通的吸引孔57。吸引孔57的中心线与基准轴X大致一致。吸引孔57的上端向凹部55的底面中央开口，吸引孔57的下端连接至从吸引源17开始延伸的吸引管18。

当在玻璃成型模具10的完成状态(图1)下进行真空气体置换时，驱动吸引源17，经由吸引管18以及吸引孔57进行下模具基材50的凹部55与下模具60之间的空气排出。另外，使用从该吸引源17至吸引孔57的吸引构造，能够使吸附保持下模具60的吸引力作用于小径部52的上端部(被调芯面54与凹部55以及内周面56包围的凹状部分)。

上模具40与下模具60在彼此相对向的一侧具有成型面41与成型面(第二成型面)61。在上模具40中，将具有成型面41的一侧设为表面侧，将其相反侧设为背面侧。同样地，在下模具60中，将具有成型面61的一侧设为表面侧，将其相反侧设为背面侧。成型面41与成型面61分别为与玻璃透镜14的一个透镜面14a与另一个透镜面14b相对应的形状的非球面。成型面61在与透镜面14b的凸面形状相对应的凹面部的周缘具有对应于边缘部14c的圆筒面部。此外，本发明也可以应用于图示的玻璃透镜14以外的方式的玻璃透镜的成型，成型面41和成型面61的形状可以根据透镜形状适当设定。

在成型面41和成型面61上可以形成涂布层(图示省略)。涂布层由碳膜等形成，具有抑制构成玻璃透镜14的被成型玻璃的熔融的效果。涂布层可以为单层构造，也可以设置由不同的组成构成的多层构造的涂布层。或者，也可以选择不具备涂布层而露出成型面41和成型面61的构成。

在上模具40的表面侧，于成型面41的周围形成有被限制面42。被限制面42为以基准轴X为中心的圆锥面(圆锥的外面)的一部分，直径随着向下方推进而变小。在成型面41与被限制面42之间形成有以基准轴X为中心的环状的台阶部43。

在上模具40的背面侧形成有位于成型面41的背侧的上面44,和位于被限制面42的背侧的调芯面(模具侧抵接部)45。调芯面45为以基准轴X为中心的圆锥面(圆锥的外面)的一部分，直径随着向上方推进而变小。调芯面45为与上模具基材30的调芯面32相同的(顶角相等的)圆锥面的一部分。

在上模具40上，进一步于被限制面42与调芯面45之间形成有圆筒状的外周面46。外周面46的外径尺寸比筒形模具20的上部内面21的内径尺寸小，在后述的上模具40的定位状态下，外周面46在径向上与上部内面21分离。

通过使调芯面45抵接于调芯面32，从而确定上模具40相对于上模具基材30的位置。调芯面32与调芯面45为可以彼此面接触的圆锥状的锥形面，并在彼此的中心轴(在圆锥的高度方向上延伸从而穿过顶点的直线)一致的状态下抵接。通过该抵接，确定上模具40相对于上模具基材30在上下方向上的位置，同时，也确定以基准轴X为中心的径向的上模具40的位置。并且，当在筒形模具20内收纳有上模具基材30的状态下通过调芯面32与调芯面45的抵接而进行上模具40的定位时，上模具基材30与上模具40的各自的中心轴与基准轴X一致。也就是说，变成上模具40相对于筒形模具20以及上模具基材30被适当调芯的状态，并且基准轴X穿过成型面41的中心。

在调芯面32与调芯面45抵接的上模具40的定位状态下，在底面33与上面44之间存在上下方向的间隙。另外，在该定位状态下，在上部内面21与外周面46之间存在径向的间隙。由此，直接抵接于上模具40而进行定位的便只有调芯面32，调芯面32以外的部位不会妨碍上模具40的定位。

如上所述，由非玻璃制(金属或者陶瓷制)的上模具基材30与玻璃制的上模具40构成上模具单元11。上模具40为上模具单元11中包括用于成型玻璃透镜14的成型面41的一部分，作为其他部分的上模具基材30由耐热性和耐冲击性比玻璃优异的金属或者陶瓷形成。特别地，由于上模具基材30为相对于筒形模具20滑动或者在后述的挤压成型时承受来自外部的挤压力的部分，因此，由机械性强度优异的金属或者陶瓷形成是有效的，通过使用上模具基材30有助于确保上模具单元11的精度。

上模具40可以形成为专门用于成型面41及其周围的小型且简单的形状，易于制造。更详细而言，上模具40通过圆锥状的被限制面42以及调芯面45和圆筒状的外周面46包围位于表面/背面的成型面41与上面44的周围，为类似于凸透镜的简单的截面形状。另外，与上下方向的上模具单元11整体的大小相比，成型面41至上面44的上模具40的壁厚约为几分之一。因此，减少了构成上模具40的玻璃的量，从而制造上模具40时能够抑制成本。另外，制造上模具40时，由于成型后的冷却导致的玻璃的收缩小，易于进行精度管理。

上模具基材30与上模具40彼此不通过粘接等固定，并构成为通过能够接近/分离的调芯面32与调芯面45的抵接来定位上模具40。因此，即使分别构成上模具基材30与上模具40的材料的热膨胀率有所不同，加热时也难以对彼此的边界(接触)部分施加过大的应力。也就是说，与使上模具基材30与上模具40相对地固定的构成相比，分别构成上模具基材30与上模具40的材料的热膨胀率的允许范围广，材料的选择自由度提高。

上模具40位于上模具基材30的下方，调芯面32与调芯面45分别为直径随着向下方推进而变大的圆锥状的面。因此，上模具基材30不会限制上模具40向下方(调芯面45从调芯面32分离的方向)的移动。

通过设置于筒形模具20的上模具限制面23，限制了上模具40向下方的移动量。也就是说，防止了上模具40向下方脱落。上模具限制面23设置于在上下方向上与上模具40的被限制面42相对向的位置，当上模具40在筒形模具20内向下方移动时，被限制面42抵接于上模具限制面23(图3)。上模具40的成型面41以及台阶部43具有能够通过上模具限制面23的内侧的直径，与突出部24相比可以向更下方突出(参照图2、图3)。

在下模具60的表面侧形成有从成型面61的周缘向上方突出的环状突出部62。当使上模具40与下模具60在上下方向上接近时，上模具40的台阶部43能够进入环状突出部62的内侧(参照图2)。

在下模具60的背面侧形成有调芯面(第二模具侧抵接部)63。调芯面63为以基准轴X为中心的圆锥面(圆锥的外面)的一部分，直径随着向下方推进而变小。调芯面63为与下模具基材50的调芯面54相同的(顶角相等的)圆锥面的一部分。

下模具60还具有从调芯面63的周缘朝向上方突出的外周面64。外周面64为以基准轴X为中心的圆筒状的面，连接至环状突出部62的位置。调芯面63与外周面64之间形成为平缓弯曲的曲面形状。

就下模具60而言，通过使调芯面63抵接于调芯面54来确定其相对于下模具基材50的位置。调芯面54与调芯面63为彼此能够面接触的圆锥状的锥形面，在彼此的中心轴(沿着圆锥的高度方向穿过顶点的直线)一致的状态下抵接。由此，确定下模具60相对于下模具基材50在上下方向上的位置，同时，还确定下模具60在以基准轴X为中心的径向上的位置。并且，当在下模具基材50的小径部52插入筒形模具20内的状态下(图1、图2)通过调芯面54与调芯面63的抵接来进行下模具60的定位时，下模具基材50与下模具60各自的中心轴与基准轴X一致。也就是说，变成下模具60相对于筒形模具20以及下模具基材50被适当调芯的状态，并且基准轴X穿过成型面61的中心。

在调芯面54与调芯面63抵接的下模具60的定位状态下，内周面56与外周面64之间存在径向的间隙。由此，通过直接抵接于下模具60而进行定位的便只有调芯面54，调芯面54以外的部位不会妨碍下模具60的定位。

与上模具单元11同样地，由非玻璃制(金属或者陶瓷制)的下模具基材50与玻璃制的下模具60构成下模具单元12。下模具60为下模具单元12中包括用于成型玻璃透镜14的成型面61的一部分，作为其他部分的下模具基材50由耐热性和耐冲击性比玻璃优异的金属或者陶瓷形成。特别地，由于下模具基材50为相对于筒形模具20滑动或者接受后述的挤压成型时来自外部的挤压力的部分，因此，由机械性强度优异的金属或者陶瓷形成是有效的，通过使用下模具基材50有助于确保下模具单元12的精度。

下模具60可以形成为成型面61及其周围特别小型且简单的形状，易于制造。更详细而言，下模具60为成型面61与调芯面45位于表面/背面的类似于凹透镜的简单的截面形状。另外，与上下方向的下模具单元12整体的大小相比，上下方向的下模具60的壁厚约为几分之一。因此，减少了构成下模具60的玻璃的量，从而能够抑制制造下模具60时的成本。另外，制造下模具60时，成型后的冷却导致的玻璃的收缩小，易于进行精度管理。

下模具基材50与下模具60彼此不通过粘接等固定，并构成为通过能够接近/分离的调芯面54与调芯面63的抵接来定位下模具60。因此，即使分别构成下模具基材50与下模具60的材料的热膨胀率有所不同，加热时也难以对彼此的边界(接触)部分施加过大的应力。也就是说，与使下模具基材50与下模具60相对地固定的构成相比，分别构成下模具基材50与下模具60的材料的热膨胀率的允许范围广，材料的选择自由度提高。

在筒形模具20的外侧设置有省略图示的加热器。当挤压成型玻璃透镜14时，通过加热器对筒形模具20内进行加热直至玻璃预成型件13(被成型玻璃)软化的成型温度为止。

虽然省略了图示，但是上模具40和上模具60也可以通过使用主模(凹模)的挤压成型制造。单独准备主模用于制造上模具40和下模具60。这些主模通过金属或者陶瓷等形成，并具备作为成型面41和成型面61初始面的基准成型面。通过各主模的基准成型面挤压经加热而软化的成型模具用玻璃材料(为满足后述的各条件的玻璃，不同于玻璃透镜14用的被形成玻璃)，从而该基准成型面被转印为成型面41和成型面61的上模具40和下模具60被成型。

上模具40与下模具60分别由满足以下条件的玻璃材料制成。

(1)杨氏模量为85Gpa以上。

(2)玻璃化转移温度(Tg)为650℃以上。

(3)100℃至300℃的平均热膨胀系数(α100-300)为30×10^-7/℃～80×10^-7/℃。

条件(1)关系到上模具40和下模具60的刚性。如果挤压成型时上模具40和下模具60发生弯曲的话，则无法维持成型面41、61的形状，并会给玻璃透镜14的成型精度带来影响。如果杨氏模量为85GPa以上的话，则即使玻璃透镜14成型时施加规定的挤压力，也能够防止由于负荷而导致的上模具40和下模具60的弯曲，能够在不损害成型面41、61的精度的情况下成型。

条件(2)关系到成型时的加热对上模具40和下模具60的影响。将玻璃化转移点比作为玻璃透镜14的素材的被成型玻璃高的玻璃作为上模具40和下模具60的材料，再将比上模具40和下模具60用的玻璃的玻璃化转移点低的温度设为成型温度，由此，能够仅使被成型玻璃软化而不会伴随上模具40和下模具60的软化。

更详细而言，将作为上模具40和下模具60的材料的玻璃的玻璃化转移温度设为Tg(A)，将作为玻璃透镜14的素材的被成型玻璃的玻璃化转移温度设为Tg(B)，此情况下优选Tg(A)-Tg(B)≥30℃。进一步优选Tg(A)-Tg(B)≥50℃，更优选Tg(A)-Tg(B)≥100℃。

例如，在申请人制造的玻璃模透镜用的硝材中，玻璃化转移点最高为612℃(硝材名M-TAFD305)。因此，通过满足条件(2)，能够防止上模具40和下模具60的热变形，同时能够设定成对各种各样的被成型玻璃有效的成型温度。

条件(3)为用于适当地管理上模具40和下模具60与被成型玻璃的热膨胀率的差，从而防止被成型玻璃的贴付或者破裂而进行良好的成型的条件。如果上模具40和下模具60相对于被成型玻璃的热膨胀系数相对过大的话，则成型时被成型玻璃容易产生破裂。另外，如果上模具40和下模具60与被成型玻璃的热膨胀系数的差过小的话，则容易产生被成型玻璃向上模具40和下模具60的贴付。

更详细而言，将作为上模具40和下模具60的材料的玻璃的平均热膨胀系数(100℃～300℃)设为α(A)，将成为玻璃透镜14的素材的被成型玻璃的平均热膨胀系数(100℃～300℃)设为α(B)，在此情况下，优选α(A)-α(B)为+20～-120。进一步优选α(A)-α(B)为+10～-120，更加优选α(A)-α(B)为0～-100。在玻璃模透镜用的硝材中，多数情况下α(B)为70～90左右，通过满足条件(3)，能够获得防止被成型玻璃的破裂或者向上模具40以及下模具60的贴付的效果。

另外，条件(3)也关系到通过主模挤压成型上模具40和下模具60时的成型性。作为一例，在将碳化硅(SiC)作为主素材形成主模的情况下，碳化硅的平均热膨胀系数(100℃～300℃)为40×10^-7/℃左右，因此，通过条件(3)能够将成型模具用玻璃材料良好地成型，从而能够获得玻璃制的上模具40和下模具60。特别是，通过满足条件(3)的下限值，主模的热膨胀率不会相对过大，制造上模具40和下模具60时难以发生破裂。

例如，根据下述的原料组成，能够获得满足了条件(1)、(2)以及(3)的成型模具用玻璃材料。

通过摩尔％表示，玻璃含有：

50～75％的SiO₂；

0～5％的Al₂O₃；

0～5％的ZnO；

合计为3～15％的Na₂O以及K₂O；

合计为14～35％的MgO、CaO、SrO以及BaO；

合计为2～9％的ZrO₂、TiO₂、La₂O₃、Y₂O₃、Yb₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅以及HfO₂，

并且，摩尔比{(MgO+CaO)/(MgO+CaO+SrO+BaO)}为0.85～1的范围，并且摩尔比{Al₂O₃/(MgO+CaO)}为0～0.30的范围。

对于利用以上构成的玻璃透镜成型模具10进行的玻璃透镜14的成型工序进行说明。首先，在准备阶段的部件组装中，相对于筒形模具20的内部空间S，从上方依次插入上模具40、上模具基材30。被限制面42抵接于筒形模具20内的上模具限制面23，从而防止上模具40向下方脱落。上模具基材30的调芯面32抵接于上模具40的调芯面45，从而也限制了上模具基材30向下方移动。具体而言，上模具单元11成为图3所示的状态。另外，在下模具基材50的调芯面54上载置有下模具60的调芯面63。

由于上模具限制面23与被限制面42分别为以基准轴X为中心的圆锥面的一部分，因此，当施加上模具40和上模具基材30的重量时，被限制面42被按压在上模具限制面23上，从而上模具40向下方的移动受到限制，同时，上模具40在径向上的位置也保持为固定。因此，上模具40在筒形模具20内的位置稳定，难以通过外力使上模具40在筒形模具20内发生晃动，能够抑制对上模具40的冲击。

接着，如图1所示将玻璃透镜成型模具10设置成挤压成型的准备状态。具体而言，在下模具60的成型面61上载置有玻璃预成型件13，通过驱动装置71使下模具基材50向上方移动，从而从下方将小径部52插入筒形模具20。当大径部51抵接于筒形模具20的下端时，小径部52的继续插入受到限制，筒形模具20与下模具基材50在上下方向的彼此的位置确定。

当下模具基材50的小径部52与下模具60插入筒形模具20内时，支承在成型面61上的玻璃预成型件13抵接于上模具40的成型面41。玻璃预成型件13为与成型后的玻璃透镜14相比上下方向的厚度较大的形状，因此，在成型面41与成型面61之间夹持玻璃预成型件13的同时，上模具40与上模具基材30在筒形模具20的内部空间S内被向上方挤压。通过该移动，上模具40的被限制面42相对于筒形模具20的上模具限制面23向上方分离(参照图1)。另外，上模具40的调芯面45将上模具基材30的调芯面32从下方向上按压，从而上模具基材30的一部分与筒形模具20的上端相比向上方突出(参照图1)。

在如图1所示挤压成型的准备结束的状态下，上模具基材30的调芯面32与上模具40的调芯面45抵接，承受上模具基材30的重量产生的力。因此，通过调芯面32、45相对于上模具基材30对上模具40进行调芯，成为上模具40的中心轴与基准轴X一致的状态。在该阶段中，可以驱动吸引源15吸引上模具40，以加强使调芯面45抵接于调芯面32的力。

另外，在图1的状态下，下模具基材50的调芯面54与下模具60的调芯面63抵接，承受上模具基材30、上模具40、玻璃预成型件13和下模具60的重量产生的力。因此，通过调芯面54、63相对于下模具基材50对下模具60进行调芯，成为下模具60的中心轴与基准轴X一致的状态。在该阶段中，可以驱动吸引源17吸引下模具60，以加强使调芯面63抵接于调芯面54的力。

接着，对筒形模具20内进行加热直至能够成型玻璃预成型件13的成型温度，在此状态下，如图2所示，通过驱动装置70将上模具基材30从上方朝向下方按压。于是，经由上模具基材30将上模具40向下方按压，使经加热的玻璃预成型件13变形，同时上模具40的成型面41与下模具60的成型面61的间隔变得狭窄。

当上模具40与下模具60接近时，筒形模具20的内部空间S的空出体积减少。此时，经由贯通孔25、26将内部空间S的气体(玻璃挤压成型时产生的气体等)向外部排出，并对筒形模具20内进行调压。如图2所示，贯通孔25形成于通过按压而向下方移动的上模具40的外周面46的侧方，贯通孔26形成于下模具60的外周面64的侧方。因此，能够从插入有上模具单元11的上部内面21的区域与插入有下模具单元12的下部内面22的区域两者可靠地排出气体。

当利用驱动装置70进行挤压时，压缩负荷在上模具基材30与下模具基材50之间发挥作用，上模具单元11的调芯面32、45与下模具单元12的调芯面54、63的各个面上的向上下方向的挤压力增强。随着挤压力增大，对于上模具40和下模具60的定位的效果提高，能够在不使上模具40与下模具60发生位置偏移的情况下可靠地且局限地进行挤压加工。

驱动装置70按压上模具基材30直至上模具基材30的上端面与筒形模具20的上端面成为同一平面的位置(图2)。例如，优选驱动装置70中具备止动件(图示省略)，所述止动件抵接于筒形模具20的上端面而受到向下方的移动限制。当将上模具基材30按压至图2的位置时，上模具40的台阶部43稍微进入下模具60的环状突出部62的内侧，并且在由成型面41与成型面61以及环状突出部62包围的空间内形成玻璃透镜14。此时，在上模具40的被限制面42与筒形模具20的上模具限制面23之间存在间隙，上模具40不会受到筒形模具20的直接的位置限制。

图2所示的挤压加工结束之后，便将筒形模具20内的温度降至低于成型温度的规定温度，使玻璃透镜14固化。接着，如图3所示，通过驱动装置71使下模具基材50向下方移动，使上模具40与下模具60在上下方向上分离。此时，通过驱动吸引源17而使下模具60吸附保持在下模具基材50的调芯面54侧，不会形成下模具60与玻璃透镜14一起贴附于上模具40的状态，能够可靠地使下模具60向下方分离。上模具40与下模具60分离完成之后，便从下模具60取下玻璃透镜14。由此，上模具40与下模具60的各成型面41、61被转印为透镜面14a、14b的玻璃透镜14完成。

如图3所示，当下模具60向下方移动时，成为上模具40未被下模具单元12从下方支承的状态。但是，通过被限制面42抵接于筒形模具20的上模具限制面23，上模具40在筒形模具20内的向下方的移动量受到限制，上模具40不会脱落，能够维持作为上模具单元11的形态。因此，尽管为上模具40相对于上模具基材30未固定的构成，但是能够以与一体构造的成型模具的情况同样的方式处理上模具单元11，能够获得优异的生产率。

此外，当如图3所示使上模具40与下模具60分离时，优选驱动吸引源15，使上模具40吸附保持在上模具基材30的调芯面32侧。如上所述，由于上模具40被上模具限制面23限制了向下方的移动，因此，上模具40不会保持贴付于下模具60的状态而随其向下方脱落，而是吸附保持在上模具基材30侧，因此，上模具40的稳定性提高，易于从成型面41取下玻璃透镜14。

如上所述，在本实施方式的玻璃透镜成型模具10中，通过组合玻璃制的上模具40和下模具60以及由金属或者陶瓷等非玻璃材料制成的上模具基材30或下模具基材50，构成上模具单元11与下模具单元12。

上模具单元11与下模具单元12的相对于筒形模具20的直接的定位且承受驱动装置70、71产生的驱动负荷的部分均由强度、耐冲击性、耐热性等优异的上模具基材30和下模具基材50构成。因此，即使反复进行玻璃透镜14的成型，也难以产生精度误差，并能够获得高耐久性。另一方面，具有成型面41、61且直接参与玻璃透镜14的形成的部分使用玻璃制的上模具40与下模具60，能够以低成本进行量产。

上模具基材30与上模具40彼此不固定，使根据向上下方向的负荷而进行定位(调芯)的锥形形状的调芯面32、45抵接。下模具基材50与下模具60也同样彼此不固定，使根据向上下方向的负荷而进行定位(调芯)的锥形形状的调芯面54、63抵接。因此，由上模具基材30与上模具40之间、下模具基材50与下模具60之间的热膨胀率的差异引起的加热时的负担变小，上模具单元11与下模具单元12的各自的耐久性也优异。另外，由于上模具基材30与下模具基材50相对于上模具40与下模具60的热膨胀率的差异的允许范围广，因此材料的选择自由度变高。

进一步，对于相对于上模具基材30分体使用的上模具40，通过设置于筒形模具20的上模具限制面23，限制了向调芯面32与调芯面45分离的方向的移动量。由此，即使在下模具单元12分离的状态下，也能够使上模具40保持在上模具单元11侧，并能够保持原样执行下一个成型工序。并且，尽管为未固定玻璃制的上模具40与下模具60的构造，但是使用驱动装置70和驱动装置71进行的动作可以与使用一体构成的成型模具的情况同样简单，因此，成型加工的效率良好，不需要复杂的控制。另外，在挤压成型玻璃透镜14时的动作中不发生被限制面42向上模具限制面23的抵接(参照图2)，不会给成型精度带来影响。

如上所述，本实施方式的玻璃透镜成型模具10在生产率、耐久性、高精度、实用性方面是优异的。但是，本发明并不限定于上述实施方式，能够在发明的主旨内进行各种各样的变更。

例如，在上述实施方式中，通过玻璃制的上模具40以及下模具60、金属或者陶瓷制的上模具基材30以及下模具基材50的组合而构成上模具单元11与下模具单元12的双方。与之不同，对于相当于下模具单元12的部分，也可以不分成两个部件而选择一体构造的成型模具。在这种情况下，取代下模具单元12的一体型的成型模具既可以为玻璃制也可以为金属或者陶瓷等非玻璃制。

在上述实施方式中，将筒形模具20的上部内面21与上模具基材30的滑动导向面31、筒形模具20的下部内面22与下模具基材50的滑动导向面53分别形成为以基准轴X为中心的圆筒面。但是，上部内面21与滑动导向面31、下部内面22与滑动导向面53分别只要使上模具基材30和下模具基材50相对于筒形模具20不产生倾斜或晃动地向上下方向相对移动，可以选择各种各样的形状。例如，可以使用垂直于基准轴X的截面形状为多边形或者椭圆形等的面。

当使上模具单元11与下模具单元12分离时，限制上模具40向下方的移动量的限制部(限制面)优选为如上模具限制面23那样的圆锥状的面。如上所述，同为圆锥状的被限制面42抵接于圆锥状的上模具限制面23的构成在抵接时的上模具40的稳定性方面是优异的，上模具40意外移动并与周围发生碰撞而导致损坏的可能性小。另外，由于以周方向的整体支承上模具40，因此难以对上模具40施加局部的负荷。

但是，如果着眼于进行上模具40向下方的移动限制这一方面的话，则可以选择上模具限制面23以外的形状的限制面。作为一例，可以在筒形模具20上设置垂直于基准轴X的平面状(台阶状)的限制面。

另外，也可以选择在周方向上部分地设置的限制部(限制面)而非如上模具限制面23(突出部24)那样在以基准轴X为中心的周方向上不间断的连续的构成。例如，如果在周方向上具有一定程度以上的长度，则分为两处，如果在周方向上较短，则分为三处(或者四处)以上，可以间歇性地设置相当于突出部24的部分。

在上述实施方式中，在上模具单元11中于上模具基材30与上模具40两者上设置圆锥状的调芯面32、45，并在下模具单元12中于下模具基材50与下模具60两者上设置圆锥状的调芯面54、63。作为变形例，也可以仅在上模具基材30与上模具40一方、或者仅在下模具基材50与下模具60一方设置圆锥状的调芯面，并且在另一方设置圆锥面以外的形状的抵接部。这种情况下的抵接部只要是被按压于圆锥状的调芯面上时径向的位置得以确定的形状即可，可以选择各种各样的形状。

在上述实施方式中，筒形模具20的上部内面21的内径设定得比下部内面22的内径大，但也可以采用下部内面22的内径比上部内面21大的构成、或者上部内面21与下部内面22的内径相等的构成。

在上述实施方式中，当进行使上模具10与下模具60接近的按压动作时(图2)，通过驱动装置70将上模具基材30向下方按压，当使上模具40与下模具60分离时(图3)，通过驱动装置71使下模具基材50向下方移动。在与之不同的方式中，也可以进行成型模具的动作。

作为成型模具的动作不同的例子，当从图1的准备状态进行挤压动作时，可以先固定上模具基材30，再使下模具基材50以及下模具60向上方移动。

进一步，作为不同的例子，当图2的挤压成型结束后使上模具40与下模具60分离时，可以使上模具40向上方移动。在这种情况下，可以选择对筒形模具20赋予向上方的移动力的第一方式和对上模具基材30赋予向上方的移动力的第二方式。

在使筒形模具20向上方移动的第一方式中，上模具限制面23抵接于被限制面42，从而对上模具40传递向上方的移动力，并且从上模具40对上模具基材30传递向上方的移动力。此时，由于上模具限制面23与被限制面42为以基准轴X为中心的圆锥形状，因此，上模具40不会向径向位置偏移而是向上方移动。其结果是，不会对玻璃透镜14施加不必要的负荷，能够使其从下模具60的成型面61向上方脱离。

在对上模具基材30赋予向上方的移动力的第二方式中，驱动吸引源15，从而使上模具40吸附保持在上模具基材30的调芯面32侧。由此，不会变成上模具40与玻璃透镜14一起贴附于下模具60的状态，能够可靠地使上模具40向上方分离。

上述实施方式的下模具60为通过环状突出部62形成边缘部14c的外周面，并且通过一次挤压成型完成玻璃透镜14的基本形状的类型。与之不同，也可以选择不包围边缘部14c的外周面(下模具60不具备环状突出部62)的构造的成型模具。在这种情况下，挤压成型后进行除去在玻璃透镜14的周缘突出的多余壁部的加工。

(产业上的可利用性)

根据本发明，能够获得生产率、耐久性、高精度、实用性优异的玻璃透镜成型模具，特别是对于谋求高效率地制造较多的玻璃透镜的制造装置有用。

Claims (4)

1.一种玻璃透镜成型模具，其对玻璃透镜进行挤压成型，其特征在于，具备：

筒形模具，其具有在模具移动方向上延伸的内部空间；

模具基材，其为金属或者陶瓷制，其以向所述模具移动方向能够移动的方式插入所述筒形模具的所述内部空间，并且在所述模具移动方向的一端具有基材侧抵接部；

玻璃制成型模具，其由玻璃化转移温度比作为所述玻璃透镜的素材的被成型玻璃高的玻璃制成，具有成型面和模具侧抵接部，所述成型面形成所述玻璃透镜的一个透镜面，所述模具侧抵接部在所述模具移动方向上朝向所述成型面的相反侧，并且相对于所述基材侧抵接部能够接近/分离；

对向模具，其具有第二成型面，并与所述玻璃制成型模具在所述模具移动方向上能够相对移动，所述第二成型面与所述成型面相对向，形成所述玻璃透镜的另一个透镜面，

其中，所述基材侧抵接部与所述模具侧抵接部的至少一者具有调芯面，所述调芯面为以在所述模具移动方向上延伸的轴线为中心的圆锥面的一部分，通过所述基材侧抵接部与所述模具侧抵接部的抵接，在所述模具移动方向以及与所述模具移动方向垂直的方向上，将所述玻璃制成型模具相对于所述模具基材保持在固定位置，

所述玻璃制成型模具在所述成型面的周围具有被限制面，

在所述筒形模具的内部具有限制面，所述限制面在所述模具移动方向上与所述被限制面相对向，

通过所述被限制面相对于所述限制面的抵接，能够限制所述玻璃制成型模具相对于所述筒形模具在使所述模具侧抵接部从所述基材侧抵接部分离的方向的移动量。

2.根据权利要求1所述的玻璃透镜成型模具，其特征在于，

所述限制面与所述被限制面分别由以所述轴线为中心的圆锥面的一部分构成。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃透镜成型模具，其特征在于，

在于所述成型面与所述第二成型面之间对玻璃透镜进行挤压成型的状态下，所述被限制面与所述限制面分离。

4.根据权利要求1或2所述的玻璃透镜成型模具，其特征在于，

所述对向模具具备：

第二模具基材，其为金属或者陶瓷制，其以在所述模具移动方向上能够移动的方式插入所述筒形模具的所述内部空间，并在所述模具移动方向的一端具有第二基材侧抵接部；

第二玻璃制成型模具，其由玻璃化转移温度比作为所述玻璃透镜的素材的被成型玻璃高的玻璃制成，具有所述第二成型面与第二模具侧抵接部，所述第二模具侧抵接部在所述模具移动方向上朝向所述第二成型面的相反侧，并且相对于所述第二基材侧抵接部能够接近/分离，

其中，所述第二基材侧抵接部与所述第二模具侧抵接部的至少一者具有调芯面，所述调芯面为以所述轴线为中心的圆锥面的一部分，通过所述第二基材侧抵接部与所述第二模具侧抵接部的抵接，在所述模具移动方向以及与所述模具移动方向垂直的方向上，将所述第二玻璃制成型模具相对于所述第二模具基材保持在固定位置。

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