CN1772668B - 模压成形装置及光学元件的制造方法 - Google Patents

模压成形装置及光学元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种模压成形装置及光学元件的制造方法，该模压成形装置具备在成形面(41)具有凸面的下模(40)、和对置配置在其上方的上模(10)，将配置到下模(40)上的成形素材(PF)在加热软化了的状态下进行冲压成形，在下模成形面(41)周围设置支承成形素材(PF)的下面侧周边部的下环(50)，同时将由该下环(50)支承的成形素材(PF)的周缘部外侧作为开放空间，从而，使成形素材(PF)的周缘部成为自由端。因此，在向具有凸面的下模上供给成形素材之际，在成形素材的形状、预成形方法、供给方法、位置修正方法等方面具有自由度且能够将成形素材支承在下模上。

Description

模压成形装置及光学元件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种利用施行精密加工的成形模将玻璃等成形素材冲压成形、制造光学元件的模压成形装置及光学元件的制造方法，特别是涉及对成形面具有凸面的下模进行成形素材供给的模压成形装置及光学元件的制造方法。
背景技术
已知利用施行精密加工的成形模将玻璃等成形素材冲压成形、制造光学元件的模压成形装置及光学元件的制造方法(例如，参照日本国专利第3501580号公报(专利文献1)、日本国特开平9—286622号公报(专利文献2))，它们对具有非球面的光学元件的成形特别有效。
专利文献1中所述的成形方法是通过在成形模内移动一对定位构件、使其以夹着光学素材的形态抵接，从而，使光学素材相对于成形模定位。
特别是成形两面凹透镜时，必须是在凸形状的下模上放置玻璃素材，若其位置偏移则玻璃素材有可能从下模上落下，因此，在成形模内，与光学素材抵接而定位在规定位置的方法是有效的。
专利文献2中所述的方法是用保持装置保持玻璃预塑形坯(galsspreform)的端面，保持在离开金属模的位置进行加热，其后解除保持对预塑形坯进行加压。从而，加热时，可以避免玻璃预塑形坯和金属模的化学反应，另外，加压时，可以用保持装置阻碍玻璃预塑形坯的径向流动。
通过精密模压使成形素材(玻璃素材等)成形、来成形透镜等光学元件时，一般是在具有对置成形面的上下一对成形模间按压成形素材、使其成形。此时，必须预先将成形素材供给、配置到下模成形面上。
不过，由于所要获得的光学元件的形状不同，而在下模成形面的中心位置配置成形元件并不容易。例如，成形两面凹透镜时，下模的成形面为凸面，因而不容易配置成形素材。
此外，不具有与下模成形面的中心相适宜的曲率的凹面时(下模成形面中心部分为凸面或平面时)，很难定位成形素材。例如，如图9所示，若配置在下模上的成形素材在冲压成形时发生位置偏移，则成形的光学元件偏肉、形状不良，同时由于偏肉引起的负载施加不均匀而产生光学功能面的面精度劣化。
若根据专利文献1所述，则在成形模内配置光学元件的定位构件，利用齿条和小齿轮(rack and pinion)等驱动装置使其以基准位置为中心向相反方向移动，在夹着光学素材的形态下抵接、停止，因而可以将光学素材相对于成形模定位，在冲压时成形面与素材抵接之前利用驱动装置使定位构件退开。
根据该方法，则是在成形模内配置定位构件，因而不仅对成形模结构产生制约，而且，成形模的热容量增大，从而，升温、降温的温度控制不是很有效。再有，将齿条和小齿轮这种结构体配置在成形模附近，不仅使装置大型化，而且，必须考虑由于这些结构体的热变形而造成的影响，装置设计明显复杂化。
专利文献2中，公布了利用具有凸面的上下模将平板状的预塑形坯加压成形的附图。即在保持环上端放置预塑形坯的状态下进行加热，接着用驱动装置下降保持环，将预塑形坯放置在下模上，利用上下金属模加热预塑形坯。
该方法中，预塑形坯始终与下侧模的内周接触，因而即使下模成形面为凸形状，也很难发生预塑形坯的位置偏移。
不过，要将预塑形坯放置在保持环上端，而必须进行精密地定位。
从而，在不能充分确保成形素材的旋转位置精度的情况、例如将成形素材落下供给的情况和成形素材的外形不是正圆形而存在长短径差等情况下，将成形素材放置在保持环上端本身就是很困难的。
为此，已知一种方法是将成形素材预先进行预热，在粘度下降了的状态下向成形模供给(例如，参照特开平9—132417号公报)。
这种情况下，若利用机械装置保持并运送成形素材，则不能避免由于与成形素材接触而在成形素材上发生表面缺陷的可能性，因此，最有利的是利用喷出的气体使成形素材在夹具上浮起，以实质性非接触的状态进行运送、供给。
不过，将非接触状态的成形素材向成形模供给时，使成形素材落下最为有利，而严密地控制成形素材的落下供给位置很困难。即，适用将成形素材预先进行预热、并在粘度下降的状态下向成形模供给的方法时，希望不管成形素材的落下位置有多少偏移，都能够畅通无阻地进行之后的冲压成形工序。
另外，在专利文献2中，采用加工成圆盘状形状的成形素材，不过关于其成形方法没有特别记载。这种成形素材能够通过将玻璃块(glaaablock)切断、研磨等加工(冷加工)而获得，不过工时多而且繁杂。
另方面，作为精密模压用成形素材，已知是通过将熔融玻璃滴下或流下而预成形成球、或两面凸曲面形状(由热成形产生的成形素材)。这种素材，由没有表面缺陷的曲面所覆盖，在形成冲压成形的光学元件的光学面上非常有利，而且生产效率极高。另外，如果控制熔融玻璃的滴下或流下的流量，则能够将体积精度、形状精度维持在一定以上。
不过，这样一来，将由凸曲面覆盖的成形素材供给、配置到凸形状的成形面上并不容易。原因是无法使其静止在成形面上中央而发生滑落、位置偏移。即使采用像专利文献2的保持环那样的装置也未必能将具有凸曲面的成形素材水平放置。特别是成形素材的外形不是正圆，在一定范围发生长短径差时，专利文献2的成形装置中，成形素材有可能咬入侧模内。
另外，也考虑要增大侧模，不过这种情况，不仅成为成形素材偏置而形成偏肉的原因，而且偏置的成形素材的位置修正也困难。
发明内容
本发明即是鉴于上述事情而产生的，其目的在于提供一种模压成形装置及光学元件的制造方法，在向具有凸面的下模上供给成形素材之际，在成形素材的形状、预成形方法、供给方法、位置修正方法等方面具有自由度且能够将成形素材支承在下模上，其结果是能够高效率地制造面精度高的光学元件。
为了实现上述目的，本发明的模压成形装置，其构成是具备在成形面具有凸面的下模和在其上方对置配置的上模，将供给到上述下模上的成形素材在加热软化了的状态进行冲压成形，这种模压成形装置在上述下模成形面周围设置支承上述成形素材的下面侧周边部的支承构件，同时将由该支承构件支承的上述成形素材的周缘部外侧的至少部分作为开放空间，从而，使上述成形素材的周缘部的至少部分成为自由端。
根据这种构成，在向具有凸面的下模上供给成形素材之际，在成形素材的形状、预成形方法、供给方法、位置修正方法等方面具有自由度且能够将成形素材支承在下模上。从而，能够使成形素材的形状、预成形方法、供给方法、位置修正方法等最适宜化，且高效率地制造面精度高的光学元件。
另外，本发明的模压成形装置，其构成是在冲压成形上述成形素材之际，随着上述上模和上述下模的相对接近动作而使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
根据这种构成，能够防止在成形体下面侧，转印下模成形面和支承构件的边界阶梯差。从而，能够避免像在成形体上转印角面时在成形体上产生内部歪斜或成形体容易开裂等不良现象，而提高所获得的光学元件的品质。
另外，本发明的模压成形装置，其构成是随着将上述上模和上述下模的相对接近动作介由上述成形素材传递给上述支承构件，而使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
根据这种构成，利用成形素材能够使支承构件退开，因此，能够使成形装置的结构简略化。
另外，本发明的模压成形装置，其构成是具有将上述上模和上述下模的相对接近动作传递给上述支承构件的联动构件，通过该联动构件使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
根据这种构成，不仅能够使支承构件确实地退开，而且与介由成形素材使支承构件退开的情况相比较，还能够抑制对成形素材的影响。
另外，本发明的模压成形装置，其构成是具备与供给到上述下模上的上述成形素材周缘部接触、修正上述成形素材位置的位置修正装置。
根据这种构成，能够抑制由于成形素材的位置偏移引起的面不良的发生。
另外，本发明的模压成形装置，其构成是具备将上述成形素材落下供给到上述下模上的落下供给装置。
根据这种构成，能够高效率地将预先预热了的成形素材供给到下模上。
另外，本发明的光学元件的制造方法，是一种利用成形面具有凸面的下模和在其上方对置配置的上模将预成形为规定体积的成形素材冲压成形而获得的光学元件的制造方法，采用的方法是在向上述下模上供给上述成形素材之际，由支承构件支承上述成形素材的下面侧周边部至少部分，同时，在由该支承构件支承的上述成形素材的周缘部外侧的至少部分确保开放空间，从而，使上述成形素材的周缘部的至少部分成为自由端，其后进行冲压成形。
根据这种方法，在向具有凸面的下模上供给成形素材之际，在成形素材的形状、预成形方法、供给方法、位置修正方法等方面具有自由度且能够将成形素材支承在下模上。从而，能够使成形素材的形状、预成形方法、供给方法、位置修正方法等最适宜化，且高效率地制造面精度高的光学元件。
另外，本发明的光学元件的制造方法，采用的方法是随着上述上模和上述下模的相对接近动作而使上述支承构件退开到上述下模的成形面下，进行冲压成形。
根据这种方法，能够防止在成形体下面侧，转印下模成形面和支承构件的边界阶梯差。从而，能够避免像在成形体上转印角面时在成形体上产生内部歪斜或成形体容易开裂等不良现象，而提高所获得的光学元件的品质。
另外，本发明的光学元件的制造方法，采用的方法是随着将上述上模和上述下模的相对接近动作经由上述成形素材传递给上述支承构件，而使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
根据这种方法，利用成形素材能够使支承构件退开，因此，能够使成形装置的结构简略化。
另外，本发明的光学元件的制造方法，采用的方法是使上述支承构件与上述上模和上述下模的相对接近动作联动，从而，使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
根据这种方法，不仅能够使支承构件确实地退开，而且与介由成形素材使支承构件退开的情况相比较，还能够抑制对成形素材的影响。
另外，本发明的光学元件的制造方法，是使上述成形素材预成形为两面凸曲面形状。
根据这种方法，能够利用支承构件支承成形素材使其稳定良好。
另外，本发明的光学元件的制造方法，上述成形素材是通过从熔融状态流下或滴下从而预成形的玻璃素材。
根据这种方法，获得由没有表面缺陷的曲面覆盖的玻璃素材，因此，能够提高冲压成形的光学元件的面精度。
另外，本发明的光学元件的制造方法，采用的方法是上述成形素材为玻璃素材，预热到相当于105.5～109泊(poise)的粘度的温度，落下供给到上述下模上。
根据这种方法，通过相对降低模温从而延长模寿命，同时能够缩短成形周期时间(cycle time)，还能够提高成形的透镜的面精度。
另外，本发明的光学元件的制造方法，采用的方法是将上述成形素材落下供给到上述下模上后进行位置修正。
根据这种方法，还能够抑制由于成形素材的位置偏移引起的面不良的发生。
此时，本发明的光学元件的制造方法，可以采用的方法是通过使在上述成形素材的周缘部外侧的解放空间移动的位置修正装置与上述成形素材的周缘部接触，从而，能够修正上述成形素材的位置。
另外，本发明的光学元件的制造方法，采用的方法是使上述成形素材具有大于光学元件有效径的直径。
根据这种方法，能够将成形素材支承在光学有效径外，因此，能够防止由于与支承构件接触而产生的外观不良和面不良等的发生。
另外，本发明的光学元件的制造方法，采用的方法是在上述支承构件支撑上述成形素材的下面侧周边部的状态下，使上述上模的成形面与上述成形素材抵接后，使上述成形素材与上述下模的成形面抵接，使上述上模和上述下模接近到规定间隔。
根据这种方法，能够到上模的成形面与成形素材抵接之前，支承成形素材，防止成形素材的位置偏移。
另外，根据本发明的制造方法，采用的方法是作为供给成形素材的成形模，所采用的成形模具有上模、下模、设置在下模周围的支撑上述成形素材下面周边部的筒状支承构件及嵌入上述上模及下模的侧模。另外，采用的成形模具有在支承构件支承上述成形素材时连通形成于上述成形素材和上述下模之间的空间和上述成形模外部的通气孔。
这样一来，则能够介由通气口将成形素材和下模之间形成的空间(成形空间)内的空气顺畅(smoothly)地排出到成形模的外部，因此，能够抑制由于残存气体而产生的成形体的形状不良。
发明的效果
如以上，根据本发明，通过在具有凸面的下模上支承成形素材的周边部，并且使支承的成形素材的周缘部至少部分成为自由端，从而，能够在成形素材的形状、预成形方法、供给方法、位置修正方法等方面具有自由度、且高效率地制造面精度高的光学元件。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的模压成形装置的主要部分剖视图。
图2是表示根据第一实施方式的成形装置产生的光学元件的制造工序的说明图。
图3(a)是落下供给装置的部分平面图，图3(b)是落下供给装置的A—A剖视图。
图4(a)是位置修正装置的下面图，图4(b)是位置修正装置的作用说明图。
图5是本发明的第二实施方式的模压成形装置的主要部分剖视图。
图6是表示根据第二实施方式的成形装置产生的光学元件的制造工序的说明图。
图7是本发明的第三实施方式的模压成形装置的主要部分剖视图。
图8是表示根据第三实施方式的成形装置产生的光学元件的制造工序的说明图。
图9是比较例的模压成形装置的主要部分剖视图。
图10是偏心(off-center)率的说明图。
图11是表示实施例及比较例的偏心率的分布的图。
图中，10—上模；11—成形面；20—上侧模；30—强制脱模装置；40—下模；41—成形面；50—下环(支承构件)；51—上环(支承构件)；52—弹簧；60—落下供给装置；70—位置修正装置；80—下侧模；90—销；PF—成形素材(玻璃素材)。
具体实施方式
以下，关于本发明的最佳实施方式，参照附图进行说明。
[第一实施方式]
首先，关于本发明的第一实施方式的模压成形装置(以下，叫作成形装置)，参照图1进行说明。
图1是本发明的第一实施方式的模压成形装置的主要部分剖视图。
还有，图示省略，不过，本实施方式的成形装置，具备成形装置及/或成形素材加热所必需的加热装置及温度调整机构、具有冲压成形所必需的负载调整机构的负载施加轴机构、还有成形装置及/或成形体冷却所必需的冷却装置及温度调整机构。
另外，冲压时，上模的上端面及下模的下端面与负载施加轴机构的冲压成形轴接触，形成施加负载的构成。
对于用于冲压成形的成形素材PF并没有特别限定，不过，可以采用玻璃预塑形坯等玻璃素材。
作为玻璃素材，可以采用将块状光学玻璃切断、研磨而加工(冷加工)成圆盘状、球形状等的物体和从熔融状态滴下或流下到承模上而预成形(热成形)为球形状、两面凸曲面形状等的物体。本发明中，优选冷加工为圆盘状的玻璃素材或热成形为两面凸曲面形状的玻璃素材。特别是由热成形产生的两面凸曲面形状的物体从生产效率方面而言有利。
成形装置，由形成任意形状成形面11的上模10、包围上模10的上侧模20、设置在上侧模20内周侧的强制脱模装置30、成形面具有凸面的下模40和包围下模40的下环(支承构成)50构成。
还有，本实施方式中，设定上模10的成形面直径(上模毂(boss)直径)大于下模40的成形面直径(下模毂直径)，不过，本发明并不限定于此。
强制脱模装置30由沿上侧模20内周能够上下活动的脱模构件31和使脱模构件31向下方施力的弹簧32构成。在上侧模20内周形成阶梯差20a，通过与该阶梯差20a卡合而规定脱模构件31的下限位置。强制脱模装置30用以在冲压后使上下模间隔开时使成形体强制性地从上模10的成形面11脱模，不过，关于其作用后述。
作为支承构件的下环50，具有包围下模40的筒形状，上端部比下模成形面41向上方突出。下环50的上端部具有用以在成形素材PF供给到下模40上时支承成形素材PF下面侧周边部的形状，成形装置在由下环50支承的成形素材PF的外侧确保空间。从而，能够支承供给到下模40上的成形素材PF，且使该成形素材PF的周缘部成为自由端。
下环50为了支承成形素材PF的下面侧周边部，而使上端部的内径比成形素材PF的直径小规定量。另外，本实施方式中，在下环50的上端部内周形成越向上方越小径的倾斜面(锥形部(tapered portion)。为了不过度增加成形素材PF的使用量，这种倾斜面有效，另外，能够支承两面凸曲面形状的形成素材PF使其稳定良好。
还有，在本实施方式的下环50上，形成通过其内外周的通气孔50a。
接下来，关于采用第一实施方式的成形装置的光学元件的制造方法，参照图2～图4进行说明。
图2是表示根据第一实施方式的成形装置产生的光学元件的制造工序的说明图，图3(a)是落下供给装置的部分平面图，图3(b)是落下供给装置的A—A剖视图，图4(a)是是位置修正装置的下面图，图4(b)是位置修正装置的作用说明图。
图2(a)表示上下模10、40间隔开的状态，在该状态将预成形两面凸曲面形状的玻璃素材PF供给到下模40上。在玻璃素材PF供给时，能够采用任意运送工具，将玻璃素材PF运送、配置到下模40上。
此时，优选是玻璃素材PF，预先预热到适于冲压成形的粘度。例如，优选是预热到与105.5～109泊(poise)相当的温度。另外，优选是上下模10、40也预热到例如作为冲压成形对象的玻璃素材PF的粘度且与108～1012泊相当的规定温度。再有，优选是玻璃素材PF的预热温度高于上下模10、40的预热温度。
若满足这样的温度条件，则成形周期时间短，另外，成形的透镜的面精度也良好，在批量生产上极为有利。
在玻璃素材PF的运送、供给方法上没有特别限定。不过，在如上所述预热玻璃素材PF的情况下，玻璃素材PF运送时有时由于与运送夹具接触而产生表面缺陷，因此，优选是利用气体使玻璃素材PF在运送夹具上浮起，实质上维持与夹具的非接触状态进行运送、供给。此时，例如，可以采用如图3所示的落下供给装置60。
落下供给装置60，由支撑臂61和配置在其前端侧的浮起盘62构成，支撑臂61由耐热性高的金属(例如不锈钢合金)成形。浮起盘62具有研钵状承载部，在此保持玻璃素材PF。在支撑臂61内部形成从下方对浮起盘62的承载部送出惰性气体的气孔61a，利用该气体的压力使玻璃素材PF在浮起盘62内稍微浮起并运送。
支撑臂61及浮起盘62，在其宽度方向的中心线上分割成二半，利用没有图示的开闭驱动装置而在水平方向(图3中为上下方向)上开闭。也就是说，在下模40的上方位置打开支撑臂61及浮起盘62，从而，浮起保持在浮起盘62承载部的玻璃素材PF落下供给到下模40上。
图2(b)表示将玻璃素材PF供给到下模40上的状态，下环50的上端支承着玻璃素材PF的下面侧周边部。在此，所谓支承是使玻璃素材PF能够维持一定姿势，玻璃素材PF可以是与下模40的成形面41接触的状态，且也可以是不与下模40的成形面41接触而只由下环50支承的状态。也就是说，本发明中，所谓将玻璃素材PF供给到下模40的成形面41上，也包括玻璃素材PF与下模40的成形面41非接触的情况。
玻璃素材PF的支承位置(正面侧周边部)，考虑到能够稳定支承玻璃素材PF和处于所要获得的光学元件(透镜)的光学有效径外(再优选是定中心外)而决定，优选是满足以下的关系式(1)。例如，以玻璃素材PF的直径为2r时，支承位置可以为距玻璃素材PF的中心0.5～0.95r的范围。优选是为0.7～0.95r，从而，减小由定中心产生的玻璃素材的去除率，能够进行有效的生产。
光学有效径≦光学元件有效径(＝定中心径)<下环内径(支承位置)<玻璃素材直径(1)
下环50的支承位置形状可以取作倒角，另外，也可以取作沿玻璃素材PF曲面的曲面形状。另外，支承位置的玻璃素材PF和下环50的接触不一定必须横跨玻璃素材PF的整个圆周，可以在圆周方向隔开规定间隔地接触。
再有，优选：下环50的素材很难发生与玻璃热粘接，可以为耐热性高且热传递性高的超硬合金和碳化硅等。另外，可以适宜地施行用以防止热粘接的涂层(coating)。
由于存在供给的玻璃素材PF的中心与下模成形面41的中心不一致的情况(图2(b)所示的状态)、即产生位置偏移的情况，因此优选是进行玻璃素材PF的位置修正。例如，能够采用图4所示的位置修正装置70，使玻璃素材PF和下模成形面41的中心合为一个。
图4所示的位置修正装置70由导向臂(guide arm)71和配置在其前端侧的导向构件72构成。导向臂71及导向构件72与落下供给装置60同样，在其宽度方向的中心线分割成二半，利用开闭驱动装置73在水平方向(图4中是上下方向)开闭。导向构件72能够分割地形成，其内径尺寸设定成与玻璃素材PF外径几乎相等。
在玻璃素材PF落下供给到下型40上之后不久，如图2(c)所示，导向构件72为开状态，其后进行闭动作。导向构件72关闭时，如图2(d)所示，其内周面与玻璃素材PF的外周接触，使玻璃素材PF向下模40的成形面中心位置移动。另外，位置修正动作后，打开导向构件72，从下模上40退开(图2(e))。
还有，在退开位置，若事先预热位置修正装置70，则与成形素材PF接触时不会散掉成形素材PF的热，因而为优选。
供给到下模40上的玻璃素材PF的周缘部，不与装置构件接触，而作为自由端被开放。即，在成形装置中，以玻璃素材PF周缘部的至少部分作为自由端而确保开放的空间，从而，在落下供给等不能确保供给位置的精度的情况或玻璃素材的形状存在不均匀的情况下，也能将玻璃素材PF收容在一定范围内，再有，用以进行其位置修正的位置修正装置70与玻璃素材PF的周缘能够接近、接触，还能够退开。
玻璃素材PF的位置修正后，如图2(f)所示，使上模10和下模40接近，通过施加负载而冲压成形玻璃素材PF。此时，玻璃素材PF变形为上下模10、40的成形面形状，转印其形状。另外，被关入玻璃素材PF和下模40的成形面41间的空气，能够从下环50形成的通气孔50a排散。
并且，如图2(g)所示，维持着上下模10、40和玻璃成形体接触而进行冷却，在冷却到玻璃粘度、1013泊附近的阶段，使上下模10、40间隔开。还有，如图2(g)所示，上下模10、40接近，在达到成形体的规定肉厚的时刻，在成形体的周缘留下自由表面。这样一来，能够吸收玻璃素材PF的体积偏差。
在负载施加之际，优选是适用2阶段以上的负载。例如，首先，利用第一负载，使玻璃素材PF变形到规定的中心肉厚(比最终的透镜中心肉厚稍大)。优选是在该变形过程中，并行进行冷却。即，在第一负载施加开始时或施加中，开始冷却。
并且，优选是在玻璃粘度为与1010泊相当或其以上的时刻，施加小于第一负载的第二负载(第一负载的30～70％左右)。相对于成形体的热收缩，使上模10或下模40随动，以维持成形体与上下成形面11、41的密合，不过，此时，优选使上模10根据自重随动。
这样，通过采用与冷却联动的多阶段的负载施加(schedule)，从而，能够稳定地获得优异的面精度(例如，灰渣、皱痕(irrdgularities(rotationallysymmetric curvature deviateon occurring in the lens)indicated by interferencetringes)为2条(two tringes)以内)及肉厚精度的光学元件。
还有，间隔开上下模10、40之际，有时成形体附着在上模10的成形面11上，而此时由于在取出工序中发生障碍，因而优选是进行上模10的成形面11与成形体的强制脱模。例如，在如图2(g)所示的状态，若间隔开上下模10、40，则设置在上模10周围的脱模构件31在弹簧32的施力下向下方移动，从而，能够与从上模10的成形面11挤出的成形体的上面侧周边部接触，强制性地使成形体从上模10的成形面11中离模。之后，再间隔开上下模10、40，采用具有吸附衬垫(pad)的自动装置(robot)(没有图示)等，取出下模40上的成形体。
取出的成形体，施行定中心加工，使光学中心与外径中心一致且去除外缘部，从而，能够形成规定的透镜形状。
[第二实施方式]
接下来，关于本发明的第二实施方式的成形装置和采用该成形装置的光学元件的制造方法，参照图5及图6进行说明。其中，关于与第一实施方式共通的构成，附以与第一实施方式相同的符号，延用第一实施方式的说明。
图5是本发明的第二实施方式的模压成形装置的主要部分剖视图，图6是表示根据第二实施方式的成形装置产生的光学元件的制造工序的说明图。
第二实施方式的成形装置，也由上模10、上侧模20、强制脱模装置30、下模40及作为支承构件的下环51构成，不过，还设有包围下环51的下侧模80。第二实施方式的下环51，沿下侧模80内周上下能够滑动地被支撑着，同时，基于设置在下环51和下模40的法兰(flange)部之间的弹簧52向上方施力。在下侧模80的内周及下环51的外周，形成阶梯差80a、51a，利用阶梯差80a、51a彼此的卡合而规定下环51的上限位置。
图6(a)表示上下模10、40间隔开的状态，图6(b)表示玻璃素材PF供给到下模40上的状态。在此，是以平板状玻璃素材为例，不过当然也可以采用两面凸曲面形状的物体。
玻璃素材PF的运送、供给方法可以与第一实施方式同样进行。另外，在相对于下模40的成形面中心、玻璃素材PF的中心发生偏移的情况下，没有特别图示，不过，优选：设置与第一实施方式同样的位置修正装置70，并在玻璃素材PF供给后立即进行位置修正。
如图6(c)所示，供给到下模40上的玻璃素材PF，下面侧周边部由下环51上端面支承。还有，下环51的支承位置可以不一定为水平面。
其后，如图6(d)所示，通过下模40上升(或通过上模10的下降)，使上下模10、40接近，进行冲压成形。此时，下环51与玻璃素材PF下面抵接，因此通过弹簧52收缩而阻碍上升。换言之，则下环51随着上下模10、40的接近动作而介由玻璃素材PF由上模10向下方按压，退开到成形面下。
接着，下模40上升到最终位置，成形体达到规定的肉厚(图6(e))。此时，下模40的成形面41与下环51的上端面的高度几乎相等。
以后，与第一实施方式同样，维持着上下成形面11、41与成形体的密合而进行冷却，同时进行脱模取出。强制脱模装置30也与第一实施方式同样发挥功能。
如以上所述，若使下环51退开到下模成形面下，则能够防止在成形体下面侧，转印下模成形面41和下环51的边界阶梯差(角面)。从而，能够避免像在成形体上转印角面时在成形体上产生内部歪斜或成形体容易开裂等不良现象，而提高所获得的光学元件的品质。
另外，本实施方式中，利用成形素材PF使下环51退开，因此，能够避免部件数增加，使成形装置的结构简略化。
[第三实施方式]
接下来，关于本发明的第三实施方式的成形装置和采用该成形装置的光学元件的制造方法，参照图7及图8进行说明。
图7是本发明的第三实施方式的模压成形装置的主要部分剖视图，图8是表示根据第三实施方式的成形装置产生的光学元件的制造工序的说明图。
图8所示的各工序，与表示根据上述第二实施方式的制造装置产生的制造工序的图6的各工序相对应。第三实施方式的成形装置，其构成与第二实施方式同样，随着上下模10、40的接近动作，下环51退开到下模成形面下，不过，其与第二实施的成形装置的不同点在于：不是介由玻璃素材PF使上模10压下下环51，而是使安装在上模10的法兰部的销(联动构件)90与下环51上端抵接，使下环51相对地退开到下模成形面下。
根据这种构成，随着上下模10、40的接近，而始终使下环51向下方向退开一定量，因此，能够更确实地决定下环51的退开位置。从而，不仅能够防止在成形体的下面侧转印下模成形面41与下环51的边界阶梯差，而且还能够避免弹簧52的施力作用在成形体上，防止由于玻璃温度(粘度)变动而造成的成形体的形状偏差。
成形体的周缘形状，可通过选择下环51的退开距离从而使其适宜而达到要求。例如，图8(e)中，成形体的周缘形成平滑的自由表面，能够防止由于局部的应力集中而引起的缺陷和面精度劣化等。
另外，下环51的退开，除了下环51的上端面完全在下模成形面下的情况外，还包括下环51的上端面与下模成形面平滑相连的情况和下环51的部分位于下模成形面上的情况等。
[实施例1]
采用图1的成形装置，成形两凹形状的透镜。
上模成形面的直径(上模毂直径)为Φ18.3mm，下模成形面的直径(下模毂直径)为Φ12.6mm。下环上端部的内径为Φ16，到下模毂直径部带有倾斜。玻璃素材使用外径Φ17的两面凸曲面形状的物体。
在向下模上供给玻璃素材之际，下降下模及下环，在上下模间确保玻璃素材供给所必需的空间。将玻璃素材，利用没有图示的加热装置，预先预热到玻璃粘度且与106泊相当的温度，采用图3的落下供给装置落下供给到下模上。玻璃素材由作为支承构件的下环支承。接下来，利用图4的位置修正装置将玻璃素材位置修正到下模形成面的中心位置。此时，由上模、上侧模、下模及下环构成的成形部，成为被预加热到与109泊相当温度的状态。
之后不久，向上方向移动下模及下环，上升到玻璃素材的上端部与上模的下端部接触的位置，再在玻璃素材为108泊左右的状态，通过上模与下模的接近而施加负载(第1负载)，开始玻璃素材的变形。其后，玻璃素材的下端部继续变形到与下模上端部接触的位置，再继续上模与下模的接近。
在该过程中，玻璃素材发生大变形，成为与要求的光学元件近似、具有规定肉厚(稍大于最终肉厚)的成形体。还有，与第一负载施加的同时，开始冷却，在玻璃粘度达到1010泊的时刻，施加第一负载的40％左右的第二负载。
就这样维持着上下模与玻璃成形体的密合再进行冷却，玻璃粘度达到1013泊以上时，间隔开上下模，进行成形体的取出。此时，成形体的中心肉厚成为要求的最终肉厚。
间隔开上下模之际，配置在上模周围的脱模构件由弹簧向下方施力，而与挤出上模成形面外的成形体的周缘部分接触，使成形体确实地从上模成形面脱模。取出成形体利用具备吸附衬垫的自动装置进行。
所获得的成形体经由后述的评价方法进行评价。
[实施例2]
采用图5的成形装置，成形两凹形状的透镜。成形装置由上模、上侧模、强制脱模装置、下模、下侧模及下环构成，上模成形面的直径(毂直径)为Φ18.3mm，下模成形面的直径(毂直径)及下环内径为Φ12.6mm。玻璃素材使用外径Φ16的两平面圆盘状的物体。
供给玻璃素材之际，下降下模、下侧模及下环位置，在上下模间确保玻璃素材供给所必需的空间。此时下环的上端面基于弹簧与下侧模的上端面上升到同位置。
与实施例1同样，将另外预热了的玻璃素材，落下供给到下环上，利用位置修正装置位置修正到中心位置。此时，由上模、上侧模、下模、下环及下侧模构成的成形部，与实施例1同样被预加热。
之后不久，若上升下模、下侧模及下环，玻璃素材的上端部与上模的下端部接触，则基于弹簧、位于上升位置的下环及玻璃素材被上模压下。其后，下环及玻璃素材被压下到玻璃素材下端部与下模上端部接触的位置。在玻璃素材为1010泊左右的状态下，玻璃素材的下端部与下模的上端部接触。
其后，再通过上模与下模的接近而施加负载(第一负载)，在该过程中，玻璃素材发生大变形，成为与要求的光学元件近似、具有规定肉厚(稍大于最终肉厚)的成形体。在第一负载施加中，开始冷却，在玻璃粘度达到1010泊的时刻，施加第一负载的40％左右的第二负载。
就这样维持着上下模与玻璃成形体的密合再进行冷却，其后在玻璃粘度达到1013泊以上时，间隔开上下模，进行成形体的取出。此时，成形体的中心肉厚成为要求的最终肉厚。
在间隔开上下模之际，与实施例1同样，强制脱模装置发挥功能，使成形体确实地从上模成形面脱模。
关于所获得的成形体经由后述的评价方法进行评价。
[比较例]
采用没有设置支承构件的图9的成形装置，成形透镜。该成形装置由上模、上侧模、强制脱模装置及下模构成，上模成形面的直径(毂直径)为Φ18.3mm，下模成形面的直径(毂直径)为Φ30mm。玻璃素材使用外径Φ16的两平面圆盘状的物体。
与实施例2同样，在供给玻璃素材之际，下降下模位置，确保玻璃素材供给所必需的空间。将玻璃素材落下供给到下环上，利用位置修正装置进行位置修正。成形部与玻璃素材的温度条件也与实施例2同样。
之后不久，移动下模位置，上升到玻璃素材的上端部与上模的下端部接触的位置。在玻璃素材为108泊左右的状态下，通过上模与下模的接近而施加负载(第一负载)。玻璃素材发生大变形，同时成为与要求的光学元件近似、具有规定肉厚(稍大于最终肉厚)的成形体。
在第一负载施加中，开始冷却，在玻璃粘度达到1010泊的时刻，施加第二负载。其后，玻璃粘度达到1013泊以上时，间隔开上下模，进行成形透镜的取出。
[成形体的评价]
本实施例及比较例中，为了确认本发明的模结构的有效性，而试验性使用第1面、第2面两面具有球面的两凹透镜。成形透镜的尺寸如表1。
表1
Figure S051A7537920051012D000171
还有，本实施例及比较例中，对所获得的成形体施行定中心加工，去除成形体的外周部分。获得的最终直径在表1中作为定中心直径表示。它与光学元件有效径或透镜有效径同义。
利用各个模结构实施各100次的透镜成形。评价各透镜的面形状，按照下面的等级表区分等级。
表2
 
等级 A B C
灰渣·皱痕条数 不足1条 1条以上不足3条 3条以上 或面不良
另外，在评价成形体偏肉时，如图10将成形体的外径中心与转印的球面部中心的偏移定义为偏心率，用各模结构调查偏心率的分布。
图11表示用实施例1、2及比较例冲压成形的各100个的偏心率分布。
在比较例的情况中，下模位置上升之际，玻璃素材从下模位置偏移，其结果，偏心率分布劣化。与之相对，在实施例1、2中，直到成形开始时刻也没有发生位置偏移，其结果显示出偏心率分布大幅提高的形态。
下表是用各个模结构冲压成形的各100个的透镜的面形状等级分布调查结果。
表3
如该表，在比较例中，随着偏心的劣化，灰渣·皱痕水平显著劣化，与之相对，在实施例1、2中，灰渣·皱痕水平大幅提高。即，可以确认通过防止偏心，能够防止成形体偏肉，同时还能够抑制面精度(灰渣、皱痕)。如此，通过采用本发明的成形装置，从而，能够抑制以偏心为原因的灰渣、皱痕、面不良的发生。
本发明适用于将玻璃等成形素材经由施行精密加工的成形模进行冲压成形、制造光学元件的模压成形装置及光学元件的制造方法。特别是，在对成形面具有凸面的下模上进行成形素材供给的模压成形装置和光学元件的制造方法等有用。

Claims (16)

1.一种模压成形装置，具备在成形面具有凸面的下模、和在该下模上方对置配置的上模，将供给到上述下模上的成形素材在加热软化了的状态下进行冲压成形，其特征在于：
在上述下模成形面周围设置用于支承上述成形素材的下面侧周边部的支承构件，同时将由该支承构件支承的上述成形素材的周缘部外侧的至少一部分作为开放空间，从而，将上述成形素材的周缘部的至少一部分设成为自由端，
上述模压成形装置具备位置修正装置，该位置修正装置与供给到上述下模上的上述成形素材周缘部接触，而修正上述成形素材的位置。
2.根据权利要求1所述的模压成形装置，其特征在于：在冲压成形上述成形素材时，随着上述上模和上述下模的相对接近动作而使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
3.根据权利要求2所述的模压成形装置，其特征在于：通过将上述上模和上述下模的相对接近动作经由上述成形素材传递给上述支承构件，而使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
4.根据权利要求2所述的模压成形装置，其特征在于：具有将上述上模和上述下模的相对接近动作传递给上述支承构件的联动构件，通过该联动构件使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的模压成形装置，其特征在于：具备将上述成形素材落下供给到上述下模上的落下供给装置。
6.一种光学元件的制造方法，是利用在成形面具有凸面的下模、和在该下模上方对置配置的上模将预成形的规定体积的成形素材冲压成形而获得的光学元件的制造方法，其特征在于：
在向上述下模上供给上述成形素材时，由支承构件支承上述成形素材的下面侧周边部至少一部分，同时，在由该支承构件支承的上述成形素材的周缘部外侧的至少一部分确保开放空间，从而，将上述成形素材的周缘部的至少一部分设成为自由端，然后进行冲压成形，
将上述成形素材供给到上述下模上后进行位置修正，
通过使移动上述成形素材的周缘部外侧的解放空间的位置修正装置与上述成形素材的周缘部接触，从而，修正上述成形素材的位置。
7.根据权利要求6所述的光学元件的制造方法，其特征在于：随着上述上模和上述下模的相对接近动作而使上述支承构件退开到上述下模的成形面下，进行冲压成形。
8.根据权利要求7所述的光学元件的制造方法，其特征在于：通过将上述上模和上述下模的相对接近动作经由上述成形素材传递给上述支承构件，而使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
9.根据权利要求7所述的光学元件的制造方法，其特征在于：通过使上述支承构件与上述上模和上述下模的相对接近动作联动，从而，使上述支承构件退开到上述下模的成形面下。
10.根据权利要求6～9任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于：上述成形素材被预成形为两面呈凸曲面的形状。
11.根据权利要求6～9任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于：上述成形素材是通过从熔融状态流下或滴下，从而预成形的玻璃素材。
12.根据权利要求6～9任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于：上述成形素材为玻璃素材，预热到相当于105.5～109泊的粘度的温度，落下供给到上述下模上。
13.根据权利要求6～9任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于：上述成形素材直径大于光学元件有效直径。
14.根据权利要求6～9任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于：在上述支承构件支撑上述成形素材的下面侧周边部的状态下，将上述上模的成形面与上述成形素材抵接后，再将上述成形素材与上述下模的成形面抵接，使上述上模和上述下模接近到规定间隔。
15.根据权利要求6～9任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于：作为供给上述成形素材的成形模，采用的成形模具有上模、下模、设置在下模周围的用于支撑上述成形素材的下面侧周边部的筒状支承构件、及嵌入上述上模及下模的侧模。
16.根据权利要求15所述的光学元件的制造方法，其特征在于：采用的成型模具有通气孔，在上述支承构件支承上述成形素材时，该通气孔连通形成于上述成形素材和上述下模之间的空间、和上述成形模的外部。
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