CN113891862A - 玻璃透镜成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种玻璃透镜成型模具，其具备成型部与保持部，在模具移动方向上按压被成型玻璃材料而成型玻璃透镜，所述成型部具有形成玻璃透镜的透镜面的成型面，所述保持部对成型部进行定位保持，保持部与成型部具有定位面，所述定位面在作为玻璃透镜的素材的被成型玻璃材料的成型温度下嵌合，从而确定成型部相对于保持部的位置，当将包括中心轴在内的平面内的、定位面相对于与模具移动方向垂直的方向的倾斜角设为θ，将定位面接触的嵌合长度设为L，将成型部的最大外径设为DM时，满足(1)60°≤θ≤90°与(2)L≥DM(90_－θ/180)，其中所述中心轴穿过成型部与保持部的中心并且朝向模具移动方向。

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，利用成型用的模具(以下，称为“成型模具”)对加热而软化的玻璃材料进行按压(冲压)成型的方法日益实用化。与研削或者研磨玻璃材料而进行的玻璃透镜的制造相比，通过使用成型模具的冲压成型而进行的玻璃透镜的制造能够以低成本大量生产复杂形状的非球面透镜等。

在玻璃透镜制造用的成型模具中，已知有如下成型模具：其通过将具有形成透镜面的成型面的成型部和保持成型部的台座部(保持部)作为单独构件而构成(例如，专利文献1)。

在通过冲压进行的玻璃透镜的制造中，由于成型模具的成型面的形状会转印到玻璃材料上成为透镜面，因此，当成型面出现划痕等异常情况时，需要对成型模具进行再加工来修正成型面。在成型部和台座部分开的结构中，通过将成型面出现异常情况的成型部替换为预先制造的另一个成型部，可以削减再加工的时间，在生产率方面是有利的。

另外，除了将成型部和台座部分开构成以外，还可以准备具有不同形状的成型面的多种成型部。由此，通过替换成型部能够容易地成型透镜面形状不同的多种玻璃透镜。

在专利文献1中记载了成型模具的成型部为玻璃制。准备具有作为基准的成型面的主模，并通过主模对玻璃材料进行按压，由此，制造转印有成型面的玻璃制的成型部。如果有主模，则能够在短时间内高效地制造大量玻璃制的成型部，能够缩短加工时间，削减制造成本。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-210550号公报

发明内容

(发明要解决的技术问题)

在成型部与台座部作为分开的部件构成成型模具的情况下，当在成型部相对于台座部发生偏芯或者倾斜的状态下进行冲压时，会发生玻璃透镜的成型不良。因此，需要将成型部相对于台座部保持在适当的位置，当实现具有成型部与台座部的成型模具时，需要找到适当的构成和条件。

本发明的目的在于提供一种玻璃透镜成型模具，当成型加工时，能够简单并且可靠地使成型部相对于保持成型部的保持部高精度地定位。

(用于解决技术问题的技术手段)

本发明为一种玻璃透镜成型模具，其具备成型部与保持部，在模具移动方向上按压被成型玻璃材料而成型玻璃透镜，所述成型部具有形成玻璃透镜的透镜面的成型面，所述保持部对成型部进行定位保持，所述玻璃透镜成型模具的特征在于，保持部与成型部具有定位面，所述定位面在作为玻璃透镜的素材的被成型玻璃材料的成型温度下嵌合，从而确定成型部相对于保持部的位置，当将包括中心轴在内的平面内的、定位面相对于与模具移动方向垂直的方向的倾斜角设为θ，将定位面接触的嵌合长度设为L，将成型部的最大外径设为DM时，满足下述条件(1)以及(2)，其中，所述中心轴穿过成型部与保持部的中心并且朝向模具移动方向：

(1)60°≤θ≤90°

(2)L≥DM(90－θ/180)

其中，L＞0。

另外，本发明为一种玻璃透镜成型模具，其具备成型部与保持部，在模具移动方向上按压被成型玻璃材料而成型玻璃透镜，所述成型部具有形成玻璃透镜的透镜面的成型面，所述保持部对成型部进行定位保持，所述玻璃透镜成型模具的特征在于，保持部与成型部具有定位面，所述定位面在作为玻璃透镜的素材的被成型玻璃材料的成型温度下嵌合，从而确定成型部相对于保持部的位置，当将定位面相对于与模具移动方向垂直的方向的倾斜角设为θ，将成型部的材质在100℃～300℃下的平均热膨胀系数设为α1，将保持部的材质在100℃～300℃下的平均热膨胀系数设为α2时，满足下述条件(1)、条件(3)以及条件(4)的全部条件与下述条件(5)或条件(6)，

(1)60°≤θ≤90°

(3)α1＝15×10^-7/℃～100×10^-7/℃

(4)α2＝15×10^-7/℃～100×10^-7/℃

(5)θ＝90°时，α1/α2＝1.0～2.0

(6)60°≤θ＜90°时，α1/α2＝0.3～2.0。

除了以上的各个条件之外，进一步优选成型部的材质的杨氏模量为85GPa以上。

作为根据本发明的玻璃透镜成型模具的一个方式，具备筒形模具与相对于筒形模具在模具移动方向上能够移动的下模具以及上模具，下模具具备台座部与成型部，所述台座部在筒形模具的内部在模具移动方向上能够移动地被支承，所述成型部经由定位面被保持在台座部上，台座部为保持部。

作为根据本发明的玻璃透镜成型模具的另一个方式，具备筒形模具与相对于筒形模具在模具移动方向上能够移动的下模具以及上模具，上模具具备成型部与按压部，所述成型部在筒形模具的内部在模具移动方向上能够移动地被支承，所述按压部位于成型部的上方，将向下方的按压力传递至成型部，筒形模具为保持部，经由定位面将成型部保持在筒形模具上。

(发明的效果)

根据以上的本发明的玻璃透镜成型模具，通过满足上述的各个条件，当成型加工时，能够简单且可靠地将成型部高精度地定位在保持部上，并且能够提高玻璃透镜的加工性。

附图说明

图1为示出玻璃透镜成型模具的第一方式的截面图。

图2为示出玻璃透镜成型模具的第二方式的截面图。

图3为示出玻璃透镜成型模具的第三方式的截面图。

图4为示出玻璃透镜成型模具的第四方式的截面图。

图5为示出利用本发明涉及的各种不同条件的玻璃透镜成型模具来成型玻璃透镜的实施例的图。

附图标记说明

1～4：玻璃透镜成型模具

10：筒形模具(保持部)

11：下模具

12：上模具

13：台座部(保持部)

14：成型部

24：成型部收纳部

25：定位面

27：定位面

28：成型面

38：成型面

40：成型部

41：成型部收纳部

43：定位面

44：吸引用空间

46：定位面

47：成型面

51：定位面

52：按压部

53：成型部

57：定位面

58：成型面

61：定位面

62：按压部

63：成型部

67：定位面

68：成型面。

具体实施方式

以下，参照附图对应用本发明的玻璃透镜成型模具的实施方式进行说明。图1至图4示出玻璃透镜成型模具的第一方式至第四方式。每个方式的玻璃透镜成型模具均通过使下模具11与上模具12沿着上下方向(模具移动方向)相对移动而对成型前的被成型玻璃材料即玻璃预成型件(省略图示)进行冲压加工来成型玻璃透镜(省略图示)。将穿过下模具11与上模具12的中心且朝向上下方向的轴线设为中心轴Z。图1至图4均通过包括中心轴Z在内的截面来截面观察玻璃透镜成型模具，将包括中心轴Z在内的该截面设为轴向截面。另外，将垂直于中心轴Z的方向设为径向，将在径向上朝向中心轴Z的一侧设为内径侧，将远离中心轴Z的一侧设为外径侧。

参照图1对第一方式的玻璃透镜成型模具1进行说明。玻璃透镜成型模具1具有筒形模具10与下模具11以及上模具12。下模具11由台座部13和成型部14两个部件构成。台座部13构成对成型部14进行定位保持的保持部。

中心轴Z与通过玻璃透镜成型模具1成型的玻璃透镜(省略图示)的光轴一致。下模具11和上模具12以彼此的中心轴Z一致的方式确定径向的位置(定芯)。更详细而言，下模具11的台座部13和上模具12分别直接嵌合于筒形模具10而确定径向的位置。下模具11的成型部14嵌合于台座部13而确定径向以及上下方向的位置。

筒形模具10为围绕中心轴Z的筒状体，具有在上下方向上贯通的内部空间。在筒形模具10的内部，从下端侧在规定的范围内形成下模具导向面15，在上下方向的中间部分形成上模具导向面16，从上端侧在规定的范围内形成上模具导向面17。下模具导向面15与上模具导向面16以及上模具导向面17均为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的内面)，下模具导向面15与上模具导向面17的内径大于上模具导向面16的内径。在上模具导向面17与下模具导向面15之间形成有环状且向上的移动限制面18。在筒形模具10的下端形成有环状且向下的下模具限制面19。

下模具11的台座部13具有小径部20和大径部21，所述小径部20能够向上下方向移动而插入筒形模具10的内部，所述大径部21位于小径部20的下部。在小径部20的外面形成有以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的外面)即外周面22。外周面22的外径对应于筒形模具10的下模具导向面15的内径。大径部21的外径大于小径部20，在小径部20的下方，大径部21与外周面22相比向外径侧突出。

台座部13能够使小径部20从下方插入/脱离筒形模具10。在小径部20插入筒形模具10的内部的嵌合状态下，外周面22被下模具导向面15包围，由此确定台座部13在径向上的位置(台座部13的径向的中心成为图1所示的中心轴Z的位置)。另外，通过下模具导向面15与外周面22的嵌合，台座部13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筒形模具10。此外，在筒形模具10与台座部13之间也可以具备旋转限制构造，以防止筒形模具10与台座部13向以中心轴Z为中心的周方向的相对旋转。

通过比小径部20大径的大径部21(更详细而言，大径部21中相对于外周面22向外径侧突出的部分的上面)抵接于下模具限制面19，确定小径部20相对于筒形模具10的最大插入量。图1示出大径部21抵接于下模具限制面19，小径部20最大地插入筒形模具10内的状态。

台座部13具有成型部收纳部24。成型部收纳部24为开口于小径部20的上面侧的凹部，并具有定位面25作为成型部收纳部24的内面。定位面25为以中心轴Z为中心的圆锥面(圆锥的内面)的一部分，并且为直径随着从成型部收纳部24开口的小径部20的上面向下方推进而减小(向内径侧的突出量变大)的研钵状的形状。连接于成型部收纳部24的下方而形成有吸引用空间26。

在成型部收纳部24的内部保持成型部14。成型部14在径向的外面具有定位面27。定位面27为以中心轴Z为中心的圆锥面(圆锥的外面)的一部分，更详细而言，为与定位面25相同的(顶角相等的)圆锥面的一部分。成型部14还具有朝向上方的凹面状的成型面28与朝向下方突出并进入台座部13的吸引用空间26内的下方突出部29。

通过使成型部14的定位面27与台座部13的定位面25嵌合(抵接)，确定成型部14相对于台座部13的位置。定位面25与定位面27为彼此面接触的圆锥状的锥形面，在彼此的中心轴(在圆锥的高度方向上延伸穿过顶点的直线)一致的状态下嵌合。通过该嵌合，确定成型部14相对于台座部13在上下方向上的位置，同时，也确定成型部14在以中心轴Z为中心的径向上的位置。并且，在筒形模具10的内部收纳有台座部13(小径部20)的状态下，台座部13与成型部14各自的径向的中心与中心轴Z一致。也就是说，变成台座部13以及成型部14相对于筒形模具10分别被适当调芯的状态，并且中心轴Z穿过成型面28的中心。此外，在吸引用空间26的内面与下方突出部29之间存在径向的间隙，不会妨碍通过定位面25与定位面27的嵌合进行的成型部14的定位。

在台座部13上形成有从吸引用空间26连通至大径部21的下面的吸引孔30。吸引孔30的下端连接于从吸引源31延伸的吸引管32。当驱动吸引源31时，吸引力经由吸引管32以及吸引孔30而作用于吸引用空间26。通过该吸引力，能够使成型部14密接嵌合于台座部13的成型部收纳部24。

在玻璃透镜成型模具1的轴向截面内，确定成型部14的位置的定位面25与定位面27相对于与模具移动方向(中心轴Z)垂直的方向(即径向)的倾斜角θ为60°。在图1中示出成型部14在轴向截面内的最大外径DM、和定位面25与定位面27在轴向截面内嵌合的长度即嵌合长度L。

成型部14具有定位面27的外径随着向上方推进而变大的倒梯形形状的截面形状，因此，成型部14的上端部分的外径尺寸成为成型部14的最大外径DM。在轴向截面内，定位面25与定位面27以嵌合长度L连接的部分夹着中心轴Z对称地存在两处。

上模具12以向上下方向能够移动的方式插入筒形模具10的内部。上模具12具有位于下方的小径部33与位于小径部33的上部的大径部34。在小径部33的外面形成有外周面35，所述外周面35为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的外面)，其具有与筒形模具10中的上模具导向面16的内径相对应的外径。在大径部34的外面形成有外周面36，所述外周面36为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的外面)，其具有与筒形模具10中的上模具导向面17的内径相对应的外径。在外周面35与外周面36之间形成有环状且向下的移动限制面37。在上模具12中的小径部33的下端具有朝向下方的凸面状的成型面38。

通过上模具导向面16以及上模具导向面17包围外周面35以及外周面36，确定上模具12在径向上的位置，并且上模具12的中心与中心轴Z一致。另外，通过上模具导向面16以及上模具导向面17和外周面35以及外周面36的嵌合，上模具12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筒形模具10。通过移动限制面37抵接于移动限制面38来阻止上模具12从筒形模具10向下方的脱落。此外，在筒形模具10与上模具12之间也可以具备旋转限制构造，以防止筒形模具10与上模具12向以中心轴Z为中心的周方向的相对旋转。

具有驱动装置5和驱动装置6，所述驱动装置5使下模具11(台座部13)在上下方向上相对于筒形模具10移动，所述驱动装置6使上模具12在上下方向上相对于筒形模具10移动。驱动装置5和驱动装置6由设置有玻璃透镜成型模具1的玻璃透镜制造装置中设置的气缸活塞机构及其驱动源等构成。

可以在下模具11的成型面28和上模具12的成型面38上形成涂布层(省略图示)。涂布层由碳膜等形成，具有抑制构成玻璃透镜的被成型玻璃材料的熔融的效果。或者，也可以选择不具备涂布层而露出成型面28和成型面38的构成。

对利用以上构成的玻璃透镜成型模具1进行的玻璃透镜的成型工序进行说明。在加热直至作为素材的被成型玻璃材料软化的成型温度(玻璃化转移点以上)的状态下进行玻璃透镜的成型。

使下模具11从筒形模具10向下方脱离，在此状态下，在成型部14的成型面28上载置有被成型玻璃材料即玻璃预成型件(省略图示)。接着，驱动驱动装置5使下模具11向上方移动，从而将台座部13的小径部20从下方插入筒形模具10内。另外，驱动驱动装置6使上模具12向下方移动，从而将上模具12插入筒形模具10内。并且，当使下模具11与上模具12在上下方向上接近时，因加热而成为软化状态的玻璃预成型件被下模具11(成型部14)的成型面28与上模具12的成型面38从上下按压而变形。

如图1所示，在台座部13的大径部21抵接于下模具限制面19的位置，下模具11相对于筒形模具10向上方的移动受到限制。驱动装置6向下方压入上模具12直至大径部34的上端面与筒形模具10的上面成为同一平面的位置。在该状态下，利用玻璃透镜成型模具1进行的冲压加工完成，表面/背面具有转印有成型面28与成型面38的形状的透镜面的玻璃透镜(弯月形透镜)完成。此外，在图1所示的冲压加工完成状态下，在筒形模具10的移动限制面18与上模具12的移动限制面37之间存在间隙。

在玻璃透镜的成型完成后，驱动驱动装置6拉起上模具12，并驱动驱动装置5使下模具11下降。并且，从玻璃透镜成型模具1取出已成型的玻璃透镜进行回收。

图2示出第二方式的玻璃透镜成型模具2。玻璃透镜成型模具2中的筒形模具10与上模具12为与上述的玻璃透镜成型模具1共通的构成，省略说明。在玻璃透镜成型模具2中，下模具11的成型部40与收纳成型部40的台座部13的成型部收纳部41的构成与玻璃透镜成型模具1的成型部14以及成型部收纳部24不同。

成型部收纳部41为开口于台座部13的上面侧的凹部，并具有底面42与定位面43作为成型部收纳部41的内面。底面42为垂直于中心轴Z的平面，在以中心轴Z为中心的圆形状的范围内形成。定位面43为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的内面)，并从底面42的周缘向上方突出。

在成型部收纳部41的内部保持有成型部40。成型部40在外面具有底面45与定位面46。底面45为垂直于中心轴Z的平面，并且为与成型部收纳部41的底面42相对应的圆形的形状。定位面46为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的外面)，并从底面45的周缘朝向上方突出。成型部40还具有朝向上方的凹面状的成型面47。

通过使底面45抵接于底面42来确定成型部40相对于台座部13的上下方向的位置。另外，使定位面46嵌合于定位面43，从而确定成型部40相对于台座部13的径向的位置。在该定位状态下，成型部40的径向的中心与中心轴Z一致。也就是说，变成台座部13以及成型部40相对于筒形模具10被适当调芯的状态，并且中心轴Z穿过成型面47的中心。

在台座部13上形成有连接至成型部收纳部41的下方的吸引用空间44。吸引孔30的上端连通于吸引用空间44，当驱动吸引源31时，吸引力经由吸引管32以及吸引孔30而作用于吸引用空间44。通过该吸引力，能够使成型部40密接嵌合于成型部收纳部41。

在玻璃透镜成型模具2的轴向截面内，确定成型部40的位置的定位面43与定位面46相对于与模具移动方向(中心轴Z)垂直的方向(即径向)的倾斜角为90°。圆筒状的定位面46的直径成为成型部40在轴向截面内的最大外径DM。定位面43以及定位面46在上下方向上的高度成为在轴向截面内定位面43与定位面46嵌合的长度即嵌合长度L。在轴向截面内，定位面43与定位面46以嵌合长度L连接的部分夹着中心轴Z对称地存在两处。

图1的玻璃透镜成型模具1与图2的玻璃透镜成型模具2均通过台座部13与成型部14、40构成下模具11，并且成型部14、40为仅包括成型面28、47及其周围的小型的部件。更详细而言，与上下方向的下模具11整体的大小相比，上下方向的成型部14、40的壁厚为一半以下。另外，成型部14的最大外径DM或者成型部40的最大外径DM为下模具11整体的外径(大径部21的外径)的一半以下。因此，减少了形成成型部14、40的材料，并且易于进行包括成型面28、47在内的成型部14、40的精度管理。即，能够以低成本高效地制造成型部14、40。

当成型面28、47上出现划痕等异常情况时，通过将出现异常情况的成型部14、40替换为预先制造的另一个成型部14、40，可以不需要对下模具11整体进行再加工而迅速地恢复到能够成型的状态。另外，还可以事先准备成型面28、47的形状不同的多种成型部14、40，通过更换成型部14、40，从而能够制造透镜面形状不同的玻璃透镜。这样，通过将台座部13与成型部14、40分开而构成下模具11，能够提高利用玻璃透镜成型模具1、2进行的玻璃透镜的生产率。

台座部13与成型部14、40彼此不通过粘接等固定，而是通过定位面25、27的嵌合和定位面43、46的嵌合对成型部14、40进行定位(调芯)。因此，即使分别构成台座部13与成型部14、40的材质的热膨胀率有所不同，加热至成型温度时也难以对彼此的嵌合部分施加过大的应力。也就是说，与台座部13与成型部14、40彼此固定的构成相比，台座部13与成型部14、40的热膨胀率的允许范围广，材质的选择自由度提高。

申请人进行了研究以及试验，结果发现，在如上构成的玻璃透镜成型模具中，通过满足规定的条件，能够简单且可靠地将成型部高精度地保持在保持部(相当于下模具11中的台座部13)上。以下对该条件进行说明。

首先，对于确定成型部相对于保持部的位置的定位面的倾斜角与定位面的嵌合长度的条件进行如下规定。当将玻璃透镜成型模具的轴向截面内的、定位面相对于与模具移动方向垂直的方向的倾斜角设为θ，将保持部与成型部彼此的定位面接触的嵌合长度设为L，将成型部的最大外径设为DM时，满足条件(1)以及条件(2)。

(1)60°≤θ≤90°

(2)L≥DM(90－θ/180)(其中，L＞0)

条件(1)为关系到定位面的倾斜角的条件。图1的玻璃透镜成型模具1的定位面25、27为条件(1)的下限值60°，图2的玻璃透镜成型模具2的定位面43、46为条件(1)的上限值90°，分别满足条件(1)。通过满足条件(1)，当使定位面嵌合时，在径向上能够稳定地保持成型部，从而能够防止成型部的偏芯或倾斜。另外，在条件(1)的范围内，当将成型部组装于保持部时，定位面不会成为组装的障碍，并使保持部与成型部在模具移动方向上接近，由此能够更加容易且可靠地得到定位面的嵌合状态。

与之相对，当定位面的倾斜角θ小于条件(1)的下限值时，对成型部在径向上的限制变得不稳定，容易发生成型部相对于保持部的偏芯或者倾斜。另外，当定位面的倾斜角θ大于条件(1)的上限值时，变成不能通过使保持部与成型部在模具移动方向上接近的动作而使彼此的定位面嵌合的构造，组装性变差，组装变得困难。

条件(2)为关系到定位面的嵌合长度的条件。条件(1)中的定位面的倾斜角θ越大，保持部在径向上越容易限制成型部，因此，能够缩短用于确保成型部的径向的定位精度和稳定性的定位面的嵌合长度。例如，在定位面的倾斜角θ为90°的情况下(图2的玻璃透镜成型模具2的情况下)，即使在轴向截面内定位面彼此之间不是面接触而是点接触的构成(即最低限度的嵌合长度)中，也能够使成型部在径向上稳定。反之，随着倾斜角θ变小，用于确保成型部在径向上的位置精度和稳定性所需的定位面的嵌合长度变大。另外，成型部的最大外径DM越大，稳定保持成型部所需的定位面的嵌合长度越大。

条件(2)是基于成型部的最大外径DM与定位面的倾斜角θ之间的关系来求得用于高精度地稳定保持成型部的最低限度的嵌合长度L的条件。将满足该条件(2)的嵌合长度L的最小值称为“嵌合长度下限标准”。

另外，关于构成保持部与成型部的材质的热膨胀率的条件进行如下规定。当将构成成型部的材质在100℃～300℃下的平均热膨胀系数设为α1，将构成保持部的材质在100℃～300℃下的平均热膨胀系数设为α2时，满足条件(3)以及条件(4)。

(3)α1＝15×10^-7/℃～100×10^-7/℃

(4)α2＝15×10^-7/℃～100×10^-7/℃

通过满足条件(3)与条件(4)，能够得到可以应对加热至成型温度(玻璃预成型件的玻璃化转移点以上)、成型后的冷却等温度变化的高精度且高耐久的玻璃透镜成型模具。更优选地，可以将成型部的材质的平均热膨胀系数α1设定在30×10^-7/℃～80×10^-7/℃，将保持部的材质的平均热膨胀系数α2设定在15×10^-7/℃～60×10^-7/℃的范围内。

本发明在成型部与保持部由相同的材质构成的情况下和成型部与保持部由不同材质构成的情况下均成立。因此，条件(3)与条件(4)包括α1与α2的值相同的情况与不同的情况两者。

成型部与保持部各自的材质的热膨胀系数在条件(3)以及条件(4)的范围内，并且成型部的材质与保持部的材质的关系满足条件(5)或条件(6)。条件(5)与条件(6)为与定位面的倾斜角θ相对应的择一的关系。此外，以条件(5)与条件(6)为前提而满足上述的条件(1)。

(5)θ＝90°时，α1/α2＝1.0～2.0

(6)60°≤θ＜90°时，α1/α2＝0.3～2.0。

条件(5)与条件(6)关系到成型时加热至成型温度时的成型部的保持精度。当加热至成型温度时，成型部与保持部根据各自材质的热膨胀率而稍微变形(膨胀)。如上所述，由于未通过粘接等将成型部固定在保持部上，因此，能够允许成型部与保持部的热膨胀率的差异。并且，当在一定范围内使成型部与保持部的热膨胀率不同时，利用加热导致的成型部与保持部的变形量的差异能够使保持部与成型部更加牢固地嵌合。

例如，如果将保持部的热膨胀率设定得比成型部的热膨胀率大的话，则当加热至成型温度时，成为保持部侧的定位面(膨胀率相对较大)对成型部侧的定位面按压的状态。反之，如果将成型部的热膨胀率设定得比保持部的热膨胀率大的话，则成为成型部侧的定位面(膨胀率相对较大)对保持部侧的定位面按压的状态。无论哪一种情况下都能够提高定位面的嵌合强度，从而能够得到使成型部相对于保持部的位置的稳定性与精度提升的效果。

当定位面的倾斜角θ为90°且满足条件(5)时，能够获得热膨胀率大于成型部的保持部侧的定位面紧固成型部侧的定位面从而提高保持性的效果。条件(6)包括以下两种情况：热膨胀率大于成型部的保持部侧的定位面紧固成型部侧的定位面从而提高保持性的情况、热膨胀率大于保持部的成型部的定位面对保持部侧的定位面按压从而提高保持性的情况。此外，条件(5)与条件(6)均包括成型部的平均热膨胀系数α1与保持部的平均热膨胀系数α2相同(α1/α2＝1.0)的情况，当在这种情况下加热至成型温度时，成型部与保持部的变形(膨胀)相同。

如果成型部的热膨胀率与保持部的热膨胀率之差过大，当加热至成型温度时，热膨胀导致的成型部的定位面与保持部的定位面的相对错位成为不可忽视的尺寸，甚至影响成型部的位置精度。设定条件(5)与条件(6)各自的上限值与下限值作为能够确保成型部的位置精度的边界值。

因此，通过满足条件(5)或者条件(6)，能够获得抑制玻璃透镜成型时成型部的偏芯或者倾斜的效果。作为更优选的值，当在定位面的倾斜角θ为90°的情况下设定为α1/α2＝1.0～1.5的范围内，在定位面的倾斜角θ为60°≤θ＜90°的情况下设定为α1/α2＝0.5～1.5的范围内的话，则更加有效。

另外，关于构成成型部的材质的杨氏模量β，优选为满足下述条件(7)。

(7)β≥85GPa

条件(7)关系到成型部的刚性。当通过玻璃透镜成型模具按压成型玻璃透镜时成型部发生弯曲的话，则无法维持成型面的形状，并会给被成型玻璃材料的成型精度带来影响。如果成型部的材质的杨氏模量为85GPa以上的话，则即使被成型玻璃材料成型时施加规定的按压力，也能够防止由于负荷而导致的成型部的弯曲，能够在不破坏成型面的精度的情况下成型。

图1的玻璃透镜成型模具1的定位面25、27与图2的玻璃透镜成型模具2的定位面43、46均满足条件(1)以及(2)。另外，玻璃透镜成型模具1中的台座部13(保持部)与成型部14、玻璃透镜成型模具2中的台座部13(保持部)与成型部40均由满足条件(3)以及(4)的材质构成。另外，玻璃透镜成型模具1中的台座部13与成型部14由满足条件(6)的材质构成，玻璃透镜成型模具2中的台座部13与成型部40由满足条件(5)的材质构成。进一步，成型部14、40均由满足条件(7)的材质构成。参照图5对包括满足了所述各个条件的情况与不满足所述各个条件的情况在内的实施例进行说明。

<实施例>

在玻璃透镜制造装置中，在构成玻璃透镜成型模具的下模具与上模具的各成型面之间配置作为被成型玻璃材料的玻璃预成型件，并且通过加热器加热至成型温度，使下模具与上模具接近移动，以规定的压力冲压玻璃预成型件而成型玻璃透镜，结果作为实施例示于图5。在该实施例中，从候补材质A～E中选择台座与成型部的材质，并适当设定成型部的最大外径(DM)、定位面的嵌合长度(L)、定位面的锥形角(θ)的值。材质A～E均满足条件(3)以及条件(4)。基于所选择的候补材质计算出成型部的平均热膨胀系数(α1)与保持部的平均热膨胀系数(α2)的关系(α1/α2)。

·材质A：碳化硅(SiC)

杨氏模量(GPa)：430

平均热膨胀系数(100℃～300℃)：37×10^-7/℃

比重：3.20g/cm³

·材质B：碳化钨(WC)合金

杨氏模量(GPa)：530

平均热膨胀系数(100℃～300℃)：47×10^-7/℃

比重：15.63g/cm³

·材质C：氮化硅(Si3N4)

杨氏模量(GPa)：290

平均热膨胀系数(100℃～300℃)：24×10^-7/℃

比重：3.20g/cm³

·材质D：玻璃

杨氏模量(GPa)：95

玻璃化转移温度(Tg)：691℃

平均热膨胀系数(100℃～300℃)：51×10^-7/℃

比重：2.59g/cm³

·材质E：玻璃

杨氏模量(GPa)：87

玻璃化转移温度(Tg)：720℃

平均热膨胀系数(100℃～300℃)：32×10^-7/℃

比重：2.60g/cm³

在图5所示的实施例中，从材质A、D、E中选择来形成成型部，并从材质A、B、C中选择来形成保持部，利用这些材质的多种组合图案来构成玻璃透镜成型模具。图5的表中的定位面的倾斜角(θ)60°的构成与上述的玻璃透镜成型面1的定位面25、27相同，图5的表中的定位面的倾斜角(θ)90°的构成与上述的玻璃透镜成型模具2的定位面43、46相同。在图5的表中，以“○”示出玻璃透镜成型中未发生成型不良而获得良好的成型结果的情况，以“×(Q1～Q10)”示出发生了成型不良的情况。

Q1的成型不良源于α1/α2＝0.86低于条件(5)的下限值(1.0)，在已成型的玻璃透镜上发生了超过允许范围的偏芯。

Q2的成型不良源于α1/α2＝2.13超过条件(5)的上限值(2.0)，在已成型的玻璃透镜上发生了超过允许范围的偏芯。

Q3与Q4的成型不良均源于α1/α2＝2.13超过条件(6)的上限值(2.0)，在已成型的玻璃透镜上发生了超过允许范围的偏芯。

Q5至Q9的成型不良均源于定位面的倾斜角55°低于条件(1)的下限值(60°)，在已成型的玻璃透镜上发生了超过允许范围的偏芯。

Q10的成型不良源于定位面的嵌合长度1.5mm低于条件(2)的下限值(嵌合长度下限标准1.8mm)，在已成型的玻璃透镜上发生了超过允许范围的偏芯。

从图5的表可知，除了以上的Q1～Q10中的成型不良之外，通过满足上述的各个条件能够获得良好的玻璃透镜的成型结果。

图1的玻璃透镜成型模具1与图2的玻璃透镜成型模具2为由台座部13与成型部14、40构成下模具11的例子。本发明中成型部与保持部的关系并不限定于此。例如，如图3和图4所示，在保持上模具12的成型部的构成中也能够应用本发明。

图3示出第三实施方式的玻璃透镜成型模具3。玻璃透镜成型模具3中的下模具11(台座部13与成型部14)的构成与上述的图1的玻璃透镜成型模具1共通，省略说明。

在玻璃透镜成型模具3中的筒形模具10的内部，从上端侧在规定的范围内形成上模具导向面50。上模具导向面50为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的内面)。在筒形模具10的内部进一步形成有连接于上模具导向面50的下方的定位面51。定位面51为以中心轴Z为中心的圆锥面(圆锥的内面)的一部分，并且为直径随着从上方(上模具导向面50侧)向下方推进而变小(向内径侧的突出量变大)的研钵状的形状。定位面51的下端连通于筒形模具10内被下模具导向面15包围的空间。

玻璃透镜成型模具3中的上模具12由按压部52与成型部53两个部件构成。按压部52具有圆筒状的外周面54，并且外周面54的外径对应于筒形模具10中的上模具导向面50的内径。按压部52的下端面55为垂直于中心轴Z的平面。

在成型部53的外面形成有圆筒状的外周面56与连接于外周面56的下方的定位面57。外周面56的外径比筒形模具10中的上模具导向面50的内径稍小。定位面57为以中心轴Z为中心的圆锥面(圆锥的外面)的一部分，更详细而言，为与定位面51相同的(顶角相等的)圆锥面的一部分。成型部53在连接于定位面57的下端部分还具有凸面状的成型面58，并在与成型面58相反的上端侧具有上端面59。上端面59为垂直于中心轴Z的平面。

按压部52通过使外周面54滑接于上模具导向面50而相对于筒形模具10向上下方向移动。并且，通过外周面54被上模具导向面50包围，确定按压部52在径向上的位置。

成型部53通过使外周面56滑接于上模具导向面50而相对于筒形模具10向上下方向移动。并且，如图3所示，通过将定位面57嵌合于定位面51，确定成型部53相对于筒形模具10在径向以及上下方向上的位置。在外周面56与上模具导向面50之间存在微小的间隙，不会妨碍利用定位面51、57进行的成型部53在径向上的定位。

当通过玻璃透镜成型模具3成型玻璃透镜时，在下模具11的成型部14的成型面28上设置玻璃预成型件，并且将玻璃预成型件加热至软化的成型温度，在此状态下，通过驱动装置6将按压部52的上端面向下方压入。按压部52的下端面55抵接于成型部53的上端面59，从而成型部53与按压部52一起向下方移动。

当通过驱动装置6按压由按压部52与成型部53构成的上模具12时，被上模具12的成型部53的成型面58与下模具11的成型部14的成型面28夹压的玻璃预成型件发生变形，从而成型玻璃透镜。此时，圆锥状的定位面57嵌合于圆锥状的定位面51，确定成型部53相对于筒形模具10的位置。从而，能够在上下的成型部14、53分别被调芯的状态下进行玻璃透镜的冲压加工。

在玻璃透镜成型模具3中，筒形模具10为上述的“保持部”，上模具12的成型部53为上述的“成型部”，通过满足上述的各个条件，能够获得与下模具11的台座部13与成型部14的情况相同的效果(即，相对于保持部能够简单并且可靠地高精度定位成型部的效果)。

图3所示的定位面51、57相对于中心轴Z的倾斜角θ为60°，满足了上述的条件(1)。另外，成型部53的最大外径DM(外周面56的外径)与定位面51、57的嵌合长度L为满足上述的条件(2)的关系。进一步，以与上述的条件(3)～(7)一致的方式选择筒形模具10的材质与成型部53的材质。

图4示出第四方式的玻璃透镜成型模具4。玻璃透镜成型模具4中的下模具11(台座部13与成型部40)的构成与上述的图2的玻璃透镜成型模具2共通，省略说明。

在玻璃透镜成型模具4中的筒形模具10的内部，从上端侧在规定的范围内形成上模具导向面60。上模具导向面60为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的内面)。在筒形模具10的内部还形成有连接于上模具导向面60的下方的定位面61。定位面61为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的内面)，定位面61的内径小于上模具导向面60的内径。定位面61的下端与筒形模具10内被下模具导向面15包围的空间连通。

玻璃透镜成型模具4中的上模具12由按压部62与成型部63两个部件构成。按压部62具有圆筒状的外周面64，并且外周面64的外径对应于筒形模具10中的上模具导向面60的内径。按压部62的下端面65为垂直于中心轴Z的平面。

在成型部63上形成有向外径侧突出的凸缘部66与连接于凸缘部66的下方的定位面67。凸缘部66的外径比筒形模具10中的上模具导向面60的内径稍小。定位面67为以中心轴Z为中心的圆筒面(圆筒的外面)，定位面67的外径对应于定位面61的内径。成型部在连接于定位面67的下端部分还具有凸面状的成型面68，在与成型面68相反的上端侧具有上端面69。上端面69为垂直于中心轴Z的平面。

按压部62通过使外周面64滑接于上模具导向面60而相对于筒形模具10向上下方向移动。并且，通过外周面64被上模具导向面60包围，确定按压部62在径向上的位置。

成型部63通过使凸缘部66滑接于上模具导向面60而相对于筒形模具10向上下方向移动。并且，如图4所示，通过定位面67嵌合于定位面61，确定成型部63相对于筒形模具10在径向上的位置。在凸缘部66与上模具导向面60之间存在微小的间隙，不会妨碍利用定位面61、67进行的成型部63在径向上的定位。

当通过玻璃透镜成型模具4成型玻璃透镜时，在下模具11的成型部40的成型面47上设置玻璃预成型件，并且将玻璃预成型件加热至软化的成型温度，在此状态下，通过驱动装置6将按压部62的上端面向下方压入。按压部62的下端面65抵接于成型部63的上端面69，从而成型部63与按压部62一起向下方移动。

当通过驱动装置6按压由按压部62与成型部63构成的上模具12时，被上模具12的成型部63的成型面68与下模具11的成型部40的成型面47夹压的玻璃预成型件发生变形，从而成型玻璃透镜。此时，圆筒状的定位面67嵌合于圆筒状的定位面61，确定成型部63相对于筒形模具10的位置。从而，能够在上下的成型部14、63分别被调芯的状态下进行玻璃透镜的冲压加工。此外，在图4所示的冲压加工完成状态下，在筒形模具10内的上模具导向面60和定位面61之间的台阶部与成型部63的凸缘部66之间存在间隙。

在玻璃透镜成型模具4中，筒形模具10为上述的“保持部”，上模具12的成型部63为上述的“成型部”，通过满足上述的各个条件，能够获得与下模具11的台座部13与成型部40的情况相同的效果(即，相对于保持部能够简单并且可靠地高精度定位成型部的效果)。

图4所示的定位面61、67相对于中心轴Z的倾斜角θ为90°，满足了上述的条件(1)。另外，成型部63的最大外径DM(定位面67的外径)与定位面61、67的嵌合长度L为满足上述的条件(2)的关系。进一步，以与上述的条件(3)～(7)一致的方式选择筒形模具10的材质与成型部63的材质。

如上所述，根据应用了本发明的实施方式的玻璃透镜成型模具，能够简单并且可靠地将成型部(下模具11的成型部14、40，或者上模具12的成型部53、63)高精度地定位于保持部(下模具11中的台座部13、或者筒形模具10)，并且当加热至成型温度而成型玻璃透镜时，难以产生成型不良而能够实现高精度的成型。此外，本发明并不限定于上述实施方式，在发明的主旨范围内能够进行各种各样的变更。

例如，在图1的玻璃透镜成型模具1与图3的玻璃透镜成型模具3中，将确定各成型部14、53的位置的定位面的倾斜角θ相对于与中心轴Z垂直的方向设定为60°，在图2的玻璃透镜成型模具2与图4的玻璃透镜成型模具4中，将确定各成型部40、63的位置的定位面的倾斜角θ相对于与中心轴Z垂直的方向设定为90°，但定位面的倾斜角在上述条件(1)的范围内可以设定为任意角度。例如，可以选择如图5的实施例中包含的75°的角度或者其以外的角度。

在图5的实施例中，选择了如碳化硅(材质A)或氮化硅(材质C)的陶瓷、如碳化钨合金(材质B)的超硬合金作为保持部的材质，但也可以选择玻璃等作为保持部的材质。

(产业上的可利用性)

根据本发明，当利用玻璃透镜成型模具进行成型加工时，相对于保持部能够简单并且可靠地高精度定位成型部，对于要求高效地制造多个玻璃透镜的玻璃透镜成型模具而言特别有用。

Claims (5)

1.一种玻璃透镜成型模具，其具备成型部与保持部，所述成型部具有形成玻璃透镜的透镜面的成型面，所述保持部对所述成型部进行定位保持，所述玻璃透镜成型模具在模具移动方向上按压被成型玻璃材料而成型所述玻璃透镜，其特征在于，

所述保持部与所述成型部具有定位面，所述定位面在作为所述玻璃透镜的素材的被成型玻璃材料的成型温度下嵌合，从而确定所述成型部相对于所述保持部的位置，

当将包括中心轴在内的平面内的、所述定位面相对于与所述模具移动方向垂直的方向的倾斜角设为θ，将所述定位面接触的嵌合长度设为L，将所述成型部的最大外径设为DM时，满足下述条件(1)以及条件(2)，其中，所述中心轴穿过所述成型部与所述保持部的中心并且朝向所述模具移动方向：

(1)60°≤θ≤90°

(2)L≥DM(90-θ/180)

其中，L＞0。

2.一种玻璃透镜成型模具，其具备成型部与保持部，所述成型部具有形成玻璃透镜的透镜面的成型面，所述保持部对所述成型部进行定位保持，所述玻璃透镜成型模具在模具移动方向上按压被成型玻璃材料而成型所述玻璃透镜，其特征在于，

所述保持部与所述成型部具有定位面，所述定位面在作为所述玻璃透镜的素材的被成型玻璃材料的成型温度下嵌合，从而确定所述成型部相对于所述保持部的位置，

当将所述定位面相对于与所述模具移动方向垂直的方向的倾斜角设为θ，将所述成型部的材质在100℃～300℃下的平均热膨胀系数设为α1，将所述保持部的材质在100℃～300℃下的平均热膨胀系数设为α2时，满足下述条件(1)、条件(3)以及条件(4)的全部条件与下述条件(5)或条件(6)，

(1)60°≤θ≤90°

(3)α1＝15×10^-7/℃～100×10^-7/℃

(4)α2＝15×10^-7/℃～100×10^-7/℃

(5)θ＝90°时，α1/α2＝1.0～2.0

(6)60°≤θ＜90°时，α1/α2＝0.3～2.0。

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，

所述成型部的材质的杨氏模量为85GPa以上。

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，

具备筒形模具与相对于所述筒形模具在所述模具移动方向上能够移动的下模具以及上模具，

所述下模具具备台座部与所述成型部，所述台座部在所述筒形模具的内部在所述模具移动方向上能够移动地被支承，所述成型部经由所述定位面被保持在所述台座部上，

所述台座部为所述保持部。

5.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，

具备筒形模具与相对于所述筒形模具在所述模具移动方向上能够移动的下模具以及上模具，

所述上模具具备所述成型部与按压部，所述成型部在所述筒形模具的内部在所述模具移动方向上能够移动地被支承，所述按压部位于所述成型部的上方，将向下方的按压力传递至所述成型部，

所述筒形模具为所述保持部，经由所述定位面将所述成型部保持在所述筒形模具上。

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