专利名称：玻璃成形体的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种由光学玻璃构成的透镜等光学元件的制造方法，是关于通过成形模高精度对加热软化的光学玻璃坯料进行压力成形的玻璃光学元件的制造方法。
背景技术：
近年来，在制造照相机、拾取器等光学仪器中使用的光学玻璃透镜等光学元件时，大多提倡通过金属或陶瓷等构成的模具对加热软化的光学玻璃坯料进行压力成形的制造方法。光学玻璃坯料的形状有球形、杆状、扁平椭圆体形状等各种形状。而且，由于与成形后的光学元件的形状、即成形模的形状的相互关系，存在有必须以模具和光学玻璃坯料之间形成封闭的空间的结构进行压力成形的情况。在这种情况下，当存在于空间内的气体与压力成形的进行无关地不从空间内排出时，其残留有气体的部位成形出的玻璃表面上将产生凹陷。其结果，成形出的光学元件的外观品质有可能受到影响。
为了解决上述的问题，人们已提出了几种方案。
例如，在特开平6-9228号公报中公开了通过使压力机的压力暂时释放后使其再次作用而排出残留在模具和预成形件之间的气体的方法。
在特开平8-325023号公报中公开了在模具的周边部设置条纹或缺口，易于在压力机中的预成形件延展的同时将残留在模具和预成形件之间的气体向外周排出的方法。
在特开昭61-99101号公报中公开了在成形模的中心部设置小孔，从上述孔排出残留在模具和预成形件之间的气体的方法。
另外，在特开平11-236226号公报中公开了在压力成形时通过使氛围为真空而在最初除去气体进行压力成形的方法。
专利文献1特开平6-9228号公报专利文献2特开平8-325023号公报专利文献3特开昭61-99101号公报专利文献4特开平11-236226号公报但是，上述专利文献中记载的发明具有以下的问题。
在使压力机的压力暂时释放后使其再次作用的方法(专利文献1)中，由于在压力机的温度下释放压力，并排出气体，所以将成为暂时分模的状态。高温下的分模将引起玻璃的熔融或成形出的光学元件的外观不良。
在模具的周边部设置条纹或缺口的方法(专利文献2)中，由于上述缺口、条纹的形状作为突起状转印在加压了的光学元件上，所以有损于光学元件本来的功能。而且，在上述突起状损害光学元件的功能、性能的情况下，则需要通过后加工将其除去，具有成本增加的缺点。
即使是在成形模的中心部设置小孔的方法(专利文献3)中，也在光学元件的中心形成突起，需要将其除去的后加工，成本增加。不仅如此，在非球面形状的情况下，还具有在后加工中难以恢复形状的缺点。
在使氛围为真空的方法(专利文献4)中，预成形件的玻璃成分的一部分将挥发，具有因挥发物的堆积而光学元件的外观性能恶化、成品率降低的缺点。
本发明是为了解决上述专利文献中记载的发明所存在的问题而提出的。即，本发明的目的在于提供一种光学玻璃成形体的制造方法，即使是在象玻璃坯料(预成形件)的曲率半径大于模具成形面的曲率的情况那样、需要在模具和预成形件之间存在残留气体的空间的状态下进行压力成形的情况下，并且采用不需要条纹或缺口或中心部的孔的通常的成形模，也能够不使压力成形中为真空地排出空间的残留气体，制造出外观性能良好的光学玻璃成形体。
发明内容
本发明是为了达到上述目的而提出的，在本发明中，预成形件的加热是在与形成空间的成形模接触的状态下进行的，并且通过对加压开始初期的模具的移动速度进行研究，可在空间中实际上不残留气体地进行加压成形，制造出形状精度优良的光学玻璃元件。
即、本发明如下所述。
一种玻璃光学元件的制造方法，采用包含上模和下模的成形模，通过挤压玻璃坯料进行制造，在将上述玻璃坯料配置在成形模内、并且使上模和下模与玻璃坯料相接触的状态时，上述上模和下模的至少一个的成形面和玻璃坯料的表面接触从而形成封闭的空间，在具有这样形状时的制造方法中，其特征在于，将上述玻璃坯料配置在上述成形模内，通过使上述上模或者下模的至少一个向另一个接近地移动，来挤压通过加热而成为软化状态的上述玻璃坯料，并且上述移动以能够在该移动中从上述接触部分排出上述封闭空间内的气体的移动速度进行移动。
上述制造方法中，优选的是，上述玻璃坯料的加热是通过与上述上模和下模接触的部分的热传导进行的。
上述制造方法中，优选的是，在上述成形模外进行上述玻璃坯料的加热后，将上述玻璃坯料配置在上述成形模内。
上述制造方法中，优选的是，在将上述玻璃坯料配置在成形模内、并且使上模和下模与玻璃坯料相接触的状态时，上述上模和下模的至少一个的凹曲面形状的成形面与玻璃坯料的凸曲面形状的表面相接触，从而形成封闭的空间。
上述制造方法中，优选的是，上述挤压后，对从上述成形模取出而得到的玻璃成形体不进行进一步的形状后加工。
上述制造方法中，优选的是，形成上述空间的上模及下模的至少一方的成形面具有曲率半径r1的曲面，玻璃坯料具有曲率半径r0的凸面，并满足r1＜r0。
上述制造方法中，优选的是，上述移动速度为10mm/min以下的平均速度。
一种玻璃光学元件的制造方法，采用包含上模和下模的成形模，通过挤压玻璃坯料进行加压成形，其中，上述上模和下模的至少一个可在上下方向上移动，上述上模和下模的至少一个具有以下的形状，即在将上述玻璃坯料配置在成形模内、并且使上模和下模与玻璃坯料相接触的状态时，上述上模和下模的至少一个的成形面和玻璃坯料的表面形成封闭的空间(其中，使上述空间的成形模的可移动方向的最大高度为h(μm))，包括将小于示出1011泊的粘度的温度的玻璃坯料供应到上下模具之间的工序，以及通过与产生上述空间一侧的上模和/或下模的接触而产生的热传导对所供应的玻璃坯料进行加热的工序，在成形模的温度为玻璃坯料示出107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度T2时，使上述上模和下模的至少一个以10(mm/min)以下的平均速度向使上下模具之间变窄的方向移动，直到移动距离达到h(μm)。
一种玻璃光学元件的制造方法，采用包含上模和下模的成形模，通过挤压玻璃坯料进行加压成形，其中，上述上模和下模的至少一个可在上下方向上移动，上述上模和下模的至少一个具有以下的形状，即在将上述玻璃坯料配置在成形模内、并且使上模和下模与玻璃坯料相接触的状态时，上述上模和下模的至少一个的成形面和玻璃坯料的表面形成封闭的空间(其中，使上述空间的成形模的可移动方向的最大高度为h(μm))，包括将玻璃坯料供应到上下模具之间的工序，所供应的玻璃坯料的表面部分与内部相比为高温，当表面部分为示出107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度T1，并且成形模的温度为玻璃坯料示出107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度T2时，使上述上模和下模的至少一个以10(mm/min)以下的平均速度向使上下模具之间变窄的方向移动，直到移动距离达到h(μm)。
在上述的制造方法中，将加热了的玻璃坯料供应到上下模具之间，直到玻璃坯料的表面部分为示出107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度T1。
在上述的制造方法中，产生上述空间的上模和下模的至少一个在成形面的光轴附近具有曲率半径为r1的凹面，玻璃坯料的产生上述空间的表面是曲率半径为r0的凸面，满足r1＜r0。
在上述的制造方法中，在上述移动距离达到h(μm)后的任意时刻，使加在上模和下模上的压力上升。
在上述制造方法中，压力的平均上升速度为每秒0.5kgf/mm2以下。
在上述的制造方法中，在上述移动距离达到h(μm)后的任意时刻，使上述上模和下模的至少一个的平均移动速度上升，挤压玻璃坯料。
一种光盘用的拾取光学组件，其特征是，包括上述的制造方法制造的玻璃光学元件。
另外，在本发明的上述制造方法中，最好是，通过产生上述空间一侧的上模和/或下模的接触形成的热传导对供应到上下模具之间的玻璃进行加热的工序为10～300秒，通过上述热传导进行加热的工序包括在成形模为玻璃坯料示出107.4～1010.5泊的温度范围内的规定温度T2时，将成形模的温度在规定时间保持大致一定的工序，上述规定温度T2为玻璃坯料示出107.5～109.5泊的温度，将上述玻璃坯料预热到小于示出1011泊的粘度的温度后供应到下模中。
如上所述，根据本发明的玻璃成形体的制造方法，将模具的温度加热到相当于光学玻璃坯料的粘度为107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度，表面部分为温度高于内部的高温，供应表面部分示出107.4～1010.5泊的粘度的温度温度范围内的玻璃坯料，使相当于封闭的空间高度的模具的移动速度小于10mm/min进行加压，预成形件和模具之间形成的空间内的气体产生的空间的变形向周边扩张地变形，并可靠地排出，所以可制造具有良好外观的玻璃成形体。而且，由于不发生因对粘度高的玻璃进行加压而所担心的模具破损或玻璃成形体破裂以及产生条纹，所以可连续地制造具有高品质外观性能的玻璃成形体。
图1为本发明第1实施例中采用的玻璃成形体的压力装置的模具周边部的纵向剖视图。
图2表示第1实施例中的压力时间表。
图3为表示本发明第2实施例的纵向剖视4为形成在下模和玻璃坯料之间的封闭的空间的说明图。
图5为第3实施例中采用的预成形件4的上浮装置的说明图。
图6为本发明的光盘用拾取光学组件的说明图。
具体实施例方式
本发明为一种玻璃光学元件的制造方法，通过采用具有上模和下模的成形模对玻璃坯料加压而进行压力成形。
以下，虽然对玻璃坯料为预成形件的情况进行说明，但玻璃坯料为玻璃料等也是一样的。
本发明的制造方法中采用的成形模是上模和下模的至少一个可在上下方向上移动。通常，上模或下模的任一个可在上方向和下方向上移动。
另外，本发明的制造方法中采用的成形模的形状为，是在将预成形件配置在成形模内、并且上模和下模与预成形件相接触的状态时，上模和下模的至少一个的表面和预成形件的表面形成封闭的空间。形成与预成形件的表面封闭的空间既可以是上模和下模的任一个，也可以是上模和下模两者。
在本发明中，采用具有上述功能、形状的成形模，将预成形件、例如温度小于示出1011泊的粘度的预成形件供应到上下模之间，然后通过来自位于空间一侧的下模和/或上模的热传导加热玻璃坯料。
此时，在形成与预成形件的表面封闭的空间仅是下模的情况下，将预成形件供应到下模的成形面上，然后通过来自下模的热传导加热预成形件。来自下模的热传导对预成形件的加热既可以在上模和预成形件不接触的状态下进行，也可以在接触的状态下进行。
在上模和预成形件产生与预成形件的表面封闭的空间的情况下，将预成形件供应到下模中后，使上模或下模向上下模之间变窄的方向移动，使上模和预成形件接触，通过来自上模的热传导进行预成形件的加热。此时，预成形件也和下模接触，在下模的温度高于预成形件的温度的情况下，来自下模的热传导也对预成形件进行加热。
如上所述，在和预成形件之间产生空间的仅是上模和下模的任一个的情况下，也可以是在上模和下模的任一侧产生空间的状态。但是，在是下模的情况下，仅通过配置(供应)预成形件即可进行来自下模的热传导的加热，从缩短加热时间的观点考虑是可取的。
在上模和下模两者产生与预成形件的表面封闭的空间的情况下，将预成形件供应到下模中后，使上模或下模向上下模之间变窄的方向移动，使上模和预成形件接触，通过来自上模和下模热传导进行预成形件的加热。
供应到下模中的预成形件的温度既可以是室温，也可以预先加热。但是，如果预成形件被预先加热，则由于可缩短成形生产节拍(制造一个成形品所需要的时间)而是可取的。预加热预成形件时的预热温度在小于示出1011泊的粘度的温度是合适的。在该温度下预加热的预成形件也适用于在将预成形件供应到成形模中时采用吸引部件的情况。
另外，预成形件的预加热温度最好是玻化点以下的温度。这是因为在使预成形件与传送盘等部件接触进行加热的情况下，当以超过玻化点的温度加热预成形件时预成形件将有可能变形的缘故。
供应预成形件时的上下模的温度最好是所供应的预成形件的表面温度以上、不超过相当于玻璃坯料的粘度为107.4～1010.5泊的温度。最好是上模和下模的温度大致相同。
而且，最好通过与上模和/或下模的接触产生的热传导对预加热到上述温度的预成形件进一步加热，预成形件的表面温度为高于内部的高温，并且加热到表面部分达到相当于107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度T1。
上述预成形件的加热虽然是通过来自模具的热传导进行的，但也可以在来自模具的热传导进行的预成形件的加热的同时，从外部对模具和/或预成形件进行加热。例如，在来自模具的热传导进行的预成形件的加热的同时，也可以通过设置在成形模周边的加热装置加热模具和/或预成形件。
通过来自模具的热传导加热预成形件的工序最好进行10～300秒。另外，该工序也可以包括成形模的温度处于加压开始的规定温度T2时、保持在温度T2规定时间的工序。这样一来，可控制(促进)预成形件表面附近的软化。从而控制(促进)热量从与预成形件相接触的模具表面向预成形件的供应，由于预成形件的热特性(主要是热传导特性低)，预成形件上表面温度高而中心部分的温度低，形成了适当的温度分布。上述规定时间从形成适当的温度分布的观点考虑，虽然取决于预成形件的容量，但为10～200秒是合适的。设置控制(促进)预成形件表面附近的软化的工序不是必须的。但是，在加压开始时，在预成形件的表面和内部存在温度分布(温度差)可获得排出形成于预成形件和形成模之间的空间内的空气的作用是理想的。但是，当时间过长时，温度分布(温度差)反而变小，难以获得气体排出作用，除此之外，由于使成形生产节拍加长而是不希望的。
在本发明中，以下的方式为好。将预成形件供应到上下模之间，在上下模之间进行压力成形时所供应的预成形件的表面部分为高于预成形件内部的高温，处于示出107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度T1，并且在成形模的温度为预成形件示出107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度T2时，通过使上述上模和下模的至少一个以10(mm/min)以下的平均移动速度向上下模之间变窄的方向移动到移动距离达到h(μm)为止，挤压预成形件。
既可以在将预成形件供应到上下模之间后，通过如上所述来自模具的热传导，加热到表面部分达到上述规定的温度T1，也可以在上下模具之外加热到规定的温度后供应到上下模具之间。
以下，对在上下模具之外将预成形件加热到上述规定温度T1后供应到上下模具之间的情况进行说明。
预成形件可通过模具外的加热机构预先加热到上述规定温度、即相当于玻璃粘度为107.4～1010.5泊的温度。最好是相当于107.5～109.4泊的温度。这种加热例如可采用高温气流或者远红外线辐射等从表面加热预成形件的方法。
供应预成形件时的上下模具的温度虽然最好是所供应的预成形件的表面温度以上，不超过相当于预成形件的粘度为107.4～1010.5泊的温度，但也可以是预成形件的表面温度以下，还可以是高于预成形体内部温度。上模和下模的温度最好是大致相同的。
在上下模具之间加热预成形件的情况下，在模具之外加热预成形件的情况下，也是在其表面部分的温度为相当于107.4～1010.5泊的温度范围内的T1时开始加压即可。
此时，预成形件的表面部分为高于内部的高温。即在预成形件的表面和内部产生温度差。在此，所谓内部是指包含预成形件的中心的部分，例如在使将预成形件制成球形时的半径为R时可以是R/2内侧。内部的温度最好是小于相当于玻璃粘度为1010.5泊的温度。
在供应预成形件、成形模的温度为预成形件示出107.4～1010.5泊的粘度的温度范围内的规定温度T2时，或者为规定温度T2、并经过了上述软化控制(促进)工序之后，使上模和下模的至少一个以10(mm/min)以下的平均移动速度向上下模具之间变窄的方向移动到移动距离达到h(μm)。平均移动速度优选地为0.3～6.0(mm/min)，为0.5～4.0(mm/min)则更好。
h(μm)为上述空间的成形模的可移动方向的最大高度。在上下模具中任一个上产生空间的情况下，其空间的模具可移动方向的最大高度作为h(μm)。图4表示形成下模2和预成形件(玻璃坯料)4封闭的空间11的情况。在上模和下模的两者形成与预成形件封闭的空间的情况下，h(μm)表示双方空间的最大高度的合计值。
是相当于至少下模和上模与预成形件接触，在预成形件上作用有负荷，预成形件开始变形的状态到移动距离达到h(μm)为止。
例如，下模的移动可通过由使压力缸或马达等的压力作用在下模部件上的机构上抬而进行的，使移动开始后下模的上升速度为10mm/min以下，通过使下模进一步上升，使压力作用在预成形件上。该下模的上升速度实际上维持到仅移动至少由预成形件和模具成形面形成的封闭空间的模具移动方向的最大高度h(μm)的距离为止。
虽然使模具移动开始时模具的温度T2为相当于玻璃粘度为107.4泊～1010.5泊的范围，最好是相当于107.5泊～109.5泊的范围的温度，但预成形件表面附近的温度优选地为可不使形成于预成形件和模具之间的空间内的气体向预成形件的中心方向膨胀地边向外周方向扩张边排出。
另外，在压力成形结束之前的期间，成形模的温度最好为上述的温度范围。例如，可恒定地维持在加压开始时的温度T2。
模具移动开始时，由于预成形件表面的粘度比较高，模具和预成形件的接触面积小，所以当作用有大的压力机压力时模具有可能破损。因此，预先使加压初期的压力机压力较小比较合适。例如，1～10kgf/mm2的压力机压力比较合适。从加压开始到结束的期间，压力机压力最好为1kgf/mm2以上。
在本发明的制造方法中，由于使压力作用在预成形件上的下模的初始移动速度为10mm/min以下，所以从模具向预成形件的初始压力逐渐传递，面向形成于预成形件和模具之间的空间的预成形件的表面逐渐变形，上述空间内的气体逐渐向直径方向扩张，易于排出到外周。下模的初始移动速度以6.0mm/min以下为好，为4.0mm/min以下则更好。最好是为3.0mm/min以下。上模移动的情况也是一样。
下模的移动距离在达到最大高度的合计h后，可使压力机压力逐渐增加。这是为了防止在压力机压力小的状态下加压时间增长，生产率降低的缘故。随着热量向预成形件的中心部传递，使压力机压力逐渐增加，从而可不使模具破损地使加压时间最短。此时的压力机压力的增加即可以是连续的，也可以是分阶段的，还可以由正或负的加速度增加。压力机压力的平均增加速度在0.5kgf/mm2/sec以下为好，为0.1kgf/mm2/sec以下则更好。而且，也可以在下模和/或上模的移动距离达到h之后使下模和/或上模的移动速度也上升到10mm/min以上。
空间内的气体被排出，预成形件成形为所希望壁厚的光学元件时，释放朝向预成形件的压力机压力。之后，以表面精度不恶化的渐冷速度冷却，将上模分模后，从下模中取出玻璃成形体。压力机压力的释放也包括不破坏模具的成形面和成形出的玻璃元件之间的贴紧性地维持若干压力的状态。
由本发明的制造方法成形出的光学元件的形状除了在模具和预成形件之间产生上述空间之外并无特别的限制。特别有效的是在产生空间一侧的光学元件的成形面为凸状的球面或非球面，预成形件形状的曲率至少在局部上大于成形模的曲率，因此，有可能在预成形件和模具之间产生封闭的空间。
即，上述产生空间一侧的模具的成形面具有曲率半径为r1的凹面，与该凹面相切的预成形件的表面具有曲率半径为r0的凸面，存在r1＜r0的情况。另外，在成形面为非球面的情况下，其近轴的曲率半径为r1。
虽然在光学元件的大小上并无特别的限制，但优选地用于例如外径为10mm以下，最好为5mm以下的透镜。
根据本发明的制造方法制造的光学元件在用途上并没有特别的限制。例如适用于光盘用的拾取器物镜或光通信用的透镜，特别是用于CD、DVD的光学系统中。这些透镜由于为了发挥其功能而要求的透镜形状，在与模具之间产生封闭的空间，而且，形状精度和外观的完成水准非常高。特别是在采用波长较短(例如450nm以下)的激光的光学系统中，精度的基准尤为苛刻，但通过本发明的制造方法所获得的光学元件具有充分的性能。
本发明包括通过上述本发明的制造方法制造的玻璃光学元件，并包括光盘用拾取器的光学组件。光盘用拾取器的光学组件例如可以是图6中所示说明图的光拾取装置。
图6中所示的光拾取装置具备半导体激光器21、平行光管透镜22、射束分裂器23、1/4波长片24、光圈(图中未示出)、物镜25、检测系聚光透镜27、光检测器28、以及执行器29。在盘片26上记录、再现信息。本发明中的拾取器光学组件为图6所示的光拾取装置中除去盘片26的组件。可使由本发明的制造方法制造的玻璃光学元件作为图6中所示的光拾取装置中的物镜25。
作用在本发明的光学玻璃成形体的制造方法中，由于具有在使预成形件与成形模接触的状态下、通过形成空间一侧的模具加热预成形件的工序，或者在成形模之外通过气流或远红外线辐射等加热预成形件的工序，所以可使与模具接触的预成形件的表面附近的温度为高于中心的温度。此时，由于预成形件的中心部为低于适于成形的温度范围的低温，所以具有高于表面附近的粘度。当在预成形件的表面和中心之间产生了温度分布、即粘度分布的状态下进行加压时，粘度高的中心部在加压力的反作用下将产生排出由模具和预成形件形成的空间内的气体的作用。
在此，由于使压力作用在预成形件上的模具的初始移动速度为10mm/min以下，所以初始压力从模具逐渐向预成形件传递，面向形成于预成形件和模具之间的空间的预成形件表面逐渐变形，上述空间内的气体一边逐渐沿径向扩张一边被排出到外周。之后，随着热量向预成形件中心部的传递，通过使压力机压力逐渐增加，可不使模具破损地使加压时间为最短。
实施例第1实施例图1为本发明第1实施例中使用的玻璃成形体的压力装置的模具周边部的纵向剖视图。图2中示出本第1实施例中的压力时间表。
首先，对图1中所示的压力装置的结构加以说明。
预成形件4是通过将球体的nd＝1.80610、νd＝40.73、屈服点温度为600℃、玻化温度为560℃的光学玻璃坯料研磨加工到Φ1.6mm而制造的。将该预成形件4在室温下放置在成形面的曲率半径为0.67mm的下模2的成形面上，然后设置上模1、套筒3。在下模2和预成形件4之间形成空间11，中心的最大高度为14μm。另外，在图1中，强调地绘出空间的大小。上模、下模、套筒由SiC制成，在成形面上覆盖DLC膜作为分型膜。
另外，下模2预先保持在下模加热部件6上。下模加热部件6螺栓固定在下模挤压部件8上，上述下模挤压部件8连接在未图示的马达上，当通过马达上下移动时向预成形件加压。
上模加热部件5螺栓固定在上模固定部件7上，当对上模1、下模2进行加热时，如图1所示，上模加热部件5和下模加热部件6配置在覆盖上模1、下模2的位置上。此时，上模加热部件5设置有间隙，以便不使压力作用在上模1上。下模测温用的热电偶10插入下模2中，由此进行温度控制。上模测温用的热电偶9插入上模加热部件6中，监控上下模具的温度平衡。
作为上述的结构，通过配置在上模加热部件5、下模加热部件6周围的高频感应线圈(图中未示出)对上模加热部件5和下模加热部件6进行加热。在此，上模加热部件5和下模加热部件6是由以钨作为主要成分的金属制成的，可进行高频感应加热。
在相当于预成形件的玻璃粘度为109.2泊的温度615℃开始加压。加热上下模具，在上下模具的温度达到上述温度后，保持该温度120秒，控制预成形件的升温。
之后，通过未图示的马达以100mm/min左右的上升速度将下模挤压部件上抬到上模1的上表面和上模加热部件5接触之前的10μm的位置，将上升速度切换到0.96mm/min使其上升。为了使压力机压力能够以0.5kgf/mm2将下模维持在固定位置，使其为0.75kgf/mm2挤压预成形件。
在开始挤压预成形件到下模挤压部件的移动距离为20μm为止，将上升速度维持在0.96mm/min，之后，以0.05kgf/mm2/sec连续地增加压力机压力。虽然此时的移动速度逐渐增加，但由于随着预成形件变形的进展将难以变形，所以，移动速度为一定或变缓。40秒后上模1的上端面和套筒3的上端面相一致，预成形件的挤压结束。之后，向高频线圈通电，并使氮气循环，以60℃/min的冷却速度冷却，在到达Tg560℃以下的550℃时释放压力机压力，进行分模。
通过用以上的结构、方法进行成形，在预成形件和下模之间形成的空间内的气体被全部排出，转印了成形面的整体。
另外，空间内的气体在提高加压开始时的模具温度时难以从压力机中排出，当模具温度超过相当于玻璃粘度为107.4泊的温度654℃时，确认在成形体的局部上存在因残留在中心部上的气体而形成的下凹部分。而且，在降低压力机温度，小于相当于玻璃粘度为1010.5泊的温度593℃时，未挤压到所希望的壁厚。
因此，在这种情况下，从获得良好外观的光学元件的观点考虑，加压开始时模具的加热温度为相当于玻璃粘度为107.4～1010.5泊的温度是合适的。
当下模移动空间的高度h并进行加压时，下模上升速度在压力机温度为615℃时是6mm/min以上，产生20％左右在预成形件和下模之间形成的空间内的气体未完全排出的透镜，当上升速度超过10mm/min时在50％以上的玻璃成形体上产生了条纹。因此，移动速度为10mm/min以下是合适的，但优选地为6mm/min以下。本实施例中为1mm/min以下，稳定地进行了连续加压。
而且，在仅从挤压预成形件开始到13μm的移动距离为止维持下模上升速度的情况下，在预成形件和下模之间形成的空间内的气体未完全排出。在这种情况下，通过维持上述的下模上升速度，在空间11的高度为14μm的下模移动距离之前，空间内的气体被排出。
另外，在下模的移动距离超过了14μm之后，当使压力机负荷的上升速度为0.2kgf/mm2/sec以上时，条纹的产生比例为50％，当为0.5kgf/mm2/sec以上时，模具破损。
如上所述，通过在与模具接触的状态下加热预成形件，在预成形件的内部和表面产生温度差和粘度差，在预成形件中心附近产生粘度高的部分。由于将模具加热到相当于玻璃坯料的107.4～1010.5泊的温度，所以预成形件的表面上与模具相接触的部分被加热到与模具温度大致相同，预成形件和下模之间形成的空间内的气体不会在压力机负荷的作用下向预成形件内部膨胀，预成形件中心部的高粘度部分在压力机压力的反作用下产生将上述空间从中心扩张地作用，从而获得空间内的气体无残留地被排出，具有良好外观的玻璃成形体。而且，由于上述的模具移动速度不会使空间内的形状急剧变形，所以可薄薄地向外周方向扩张。因此，空间内的气体被可靠地排出。
如上所述，根据本实施例，由于能够可靠地排出预成形件和模具之间形成的空间内的气体，所以可制造具有良好外观的玻璃成形体。而且，由于不发生因对粘度高的玻璃进行加压而所担心的模具破损或玻璃成形体破裂以及产生条纹，所以可连续地制造具有高品质外观性能的玻璃成形体。
第2实施例图3为表示本发明第2实施例的纵向剖视图，压力时间表与图2的图案相同，压力机温度和压力机负荷改变了。
在第1实施例中，是在室温下供应预成形件，但在本实施例中，是向加热到压力机温度的模具供应预加热了的预成形件，保持一定时间后进行压力成形。
上下对图3的结构加以说明。
如图3所示，上模1是在套筒内以可滑动的状态设置的，保持在上模加热部件5上。下模3保持在下模加热部件6上。上模1、下模2、套筒3由WC构成的超硬合金制成，在成形面上覆盖有贵金属膜作为分型膜。
上模保持部件5上，在三处固定有定位销12，在下模加热部件6上，在上述定位销12插入的位置上设置有定位孔13。在定位销12插入插入定位孔13中的状态下，当上模加热部件5的下端面和下模加热部件6的上端面抵接时，上模1和下模2在套筒3内为对预成形件4进行加压，可形成作为玻璃体的透镜的位置关系。在加压前如图3所示为上下分开的。
下模加热部件6螺栓固定在下模挤压部件8上，上述下模挤压部件8连接在未图示的马达上，通过马达上下移动，进行朝向预成形件的加压。
上模加热部件5螺栓固定在上模固定部件7上。
热电偶9、10分别插入上模1、下模2中，通过下模侧测温用的热电偶9控制加热温度。
预成形件4是通过将球体的nd＝1.73077、νd＝40.50、屈服点温度为535℃、玻化温度为500℃的光学玻璃坯料研磨加工到Φ2.0mm而制造的。而且，在预成形件3和上模1之间形成未图示的空间，该空间的最大高度为10μm，预成形件3和下模2之间形成的空间11的最大高度为20μm。
将预成形件4预先由未图示的加热装置加热到相当于粘度为1013.5泊的温度497℃。
首先，通过上下模加热部件5、6周围配置的高频感应线圈(图中未示出)加热上下模加热部件5、6。在此，上下模加热部件5、6由以钨为主要成分的金属制成，可进行高频感应加热。
使上下模1、2的加压开始的温度为相当于预成形件的玻璃粘度为107.9泊的温度560℃，将上下模1、2加热到该温度。通过未图示的预成形件传送机构将上述预加热了的预成形件4传送、放置在下模2的成形面上。
然后，通过未图示的马达以100mm/min的上升速度上抬下模挤压部件，直到上模1的上表面和上模加热部件5相接触，在该位置上保持60秒后，将上升速度切换到0.9mm/min使其上升。为了使压力机压力能够以0.5kgf/mm2将下模维持在固定位置，使其为0.75kgf/mm2挤压预成形件。从开始挤压预成形件到下模挤压部件的移动距离为100μm为止，将上升速度维持在0.9mm/min，然后以0.1kgf/mm2/sec使压力机压力连续地增加。20秒后下模加热部件6的上端面和上模加热部件5的下端面抵接，预成形件的挤压结束。
之后，向高频线圈通电，使氮气循环，以60℃/min的冷却速度冷却，在到达Tg500℃以下的480℃时释放压力机压力，进行分模。
通过用以上的结构、方法进行加压成形，在预成形件和下模之间形成的空间内的气体被全部排出，转印了成形面的整体。
另外，当与第1实施例同样地提高压力机温度时，空间内的气体将难以排出，在光学元件上产生形状不良，当模具温度超过相当于玻璃粘度为107.4泊的温度时，确认在成形体的局部上因残留的气体而存在下凹部分。而且，在降低压力机温度，小于相当于玻璃粘度为1010.5泊的温度518℃时，未挤压到所希望的壁厚。
因此，在这种情况下，从获得良好外观的观点考虑，模具的加热温度最好为相当于玻璃粘度为107.4～1010.5泊的温度。在为相当于107.5～109.5泊的温度时，成品率良好。
在加压中，在下模移动空间高度(h)时，若下模上升速度超过6mm/min，则产生3％左右在预成形件和下模之间形成的空间内的气体未完全排出的作为玻璃成形体的透镜，当上升速度超过10mm/min时则产生50％以上。在这种情况下，虽然上升速度优选地为6mm/min以下，但为10mm/min以下也能够获得合格品。由于本方式为1mm/min以下，可稳定地生产。
而且，在仅从挤压预成形件开始到29μm的移动距离为止维持上述下模上升速度的情况下，在预成形件和下模之间形成的空间内的气体未完全排出。在这种情况下，通过将上述下模上升速度维持到与空间11、12各自的高度相配合的30μm的下模移动距离为止，空间内的气体被排出。
另外，当使压力机负荷的上升速度为0.2kgf/mm2/sec以上时，条纹的产生比例为2％，当超过0.5kgf/mm2/sec时，条纹的产生比例为50％以上，当进一步上升时，模具破损。
如上所述，与实施例1同样，通过在与模具接触的状态下加热预成形件，在预成形件的内部和表面产生温度差和粘度差，在预成形件中心附近产生粘度高的部分。由于将模具加热到相当于玻璃坯料的107.4～1010.5泊的温度，所以预成形件的表面上与模具相接触的部分被加热到与模具温度大致相同，预成形件和下模之间形成的空间内的气体不会在压力机负荷的作用下向预成形件内部膨胀，预成形件中心部的高粘度部分在压力机压力的反作用下产生将上述空间从中心扩张的作用，从而获得空间内的气体无残留地被排向周边，具有良好外观的玻璃成形体。
而且，由于上述的模具移动速度不会使空间内的形状急剧变形，所以可薄薄地向外周方向扩张。因此，空间内的气体被可靠地排出。
而且，根据本实施例，由于预先将预成形件加热到低于压力机温度的温度，所以与第1实施例相比，预成形件的加热时间缩短，可缩短生产节拍，提高生产率，而且以良好的成品率获得外观良好的玻璃成形体。
在本实施例中，作为成形模的材料，由于采用了韧性良好的超硬合金，所以即使提高压力机负荷的上升速度，模具也不易破损，有助于缩短生产节拍。
如上所述，根据本实施例，与第1实施例相比，可缩短生产节拍，并可靠地排出预成形件和模具之间形成的空间内的气体，制造具有良好外观的玻璃成形体。
第3实施例在本实施例中也采用了图3的纵向剖视图所示的模具结构。在本实施例中，如图5所示，一边通过向上方吹出的高温气流使预成形件4上浮一边进行加热。气流通过设置在预成形件上浮部件上的管路，通过由远红外线灯加热器对上浮部件进行加热而被加热。在预成形件上浮部件上插入有温度测定用的热电偶，从而控制预成形件的加热温度。
预成形件是通过将球体的nd＝1.69350、νd＝53.20、屈服点温度为560℃、玻化温度为520℃的光学坯料研磨加工到Φ2mm而制造的。而且，在预成形件3和上模1之间形成未图示的空间，该空间的最大高度为8μm，预成形件3和下模2之间形成的空间11的最大高度为16μm。
预成形件4如图5所示，在设置有使其上浮而供应流动的惰性气体的上浮气体管路16的上浮臂15上，一边在将从上浮气体管路16供应的惰性气体向上方吹出的孔和设置有研钵状的承受部的上浮盘14上上浮，一边由未图示的加热器加热。由于预成形件4的加热温度不能够直接测定，所以通过安装在上浮臂15上的未图示的温度传感器(热电偶)测定并进行控制。惰性气体在通过上浮气体管路期间被加热。在此，将预成形件的温度加热到相当于107.5泊的温度603℃。在加热到规定的温度时，通过未图示的驱动装置使上浮臂15移动到预成形件4位于图3的下模2的正上方的位置。上浮臂15是从中心分开地制成的，通过在将其沿图5所示的箭头方向分开的同时使上浮气体停止，下落供应到下模2上。上下模具1、2由高频感应线圈加热到603℃，在预成形件4下落后使上浮臂15退避。退避的上浮臂15上在次供应预成形件，对预成形件进行加热。下模挤压部件通过未图示的马达以100mm/min左右的上升速度上抬至预成形件4的上表面与上模1的成形面相接触之前，然后使上升速度切换到2.4mm/min使其继续上升。压力机压力为0.75kgf/mm2。压力机速度在开始挤压预成形件开始到下模挤压部件的移动距离为50μm为止将上升速度维持在2.4mm/min，然后以0.1kgf/mm2/sec使压力机压力连续地增加，在不超过3kgf的状态下下模加热部件6的上端面和上模加热部件的下端面抵接时，预成形件的挤压结束。之后，向高频线圈通电，并使氮气循环，以60℃/min的冷却速度冷却，在达到500℃时使压力机压力释放，进行分模。在使下模向下方移动后取出被加压的预成形件，使上下模具再次升温后重复供应加热了的预成形件进行加压。
通过用以上的结构、方法进行加压成形，在预成形件和下模之间形成的空间内的气体被全部排出，转印了成形面的整体。
另外，当提高模具温度、或提高预成形件的加热温度时，空间内的气体将难以排出，在光学元件上产生形状不良，当模具温度超过相当于107.4泊的温度606℃时，确认在成形体的局部上因残留在中心部上的气体而存在下凹部分。
虽然预成形件温度因通过安装在上浮臂上的温度传感器(在本实施例中为热电偶)测定而产生误差，但优选地取预先由放射温度计或红外线摄像仪等非接触式的温度传感器测定的温度和安装在上浮臂上的热电偶的相互关系。
在以上的工序中进行加压时，当从开始挤压预成形件的下模上升速度超过6mm/min时，则与第2实施例同样地产生3％左右的在和下模之间形成的空间内的气体未完全排出的透镜，超过10mm/min时产生了50％以上。
如上所述，当在模具之外将预成形件加热到规定温度T1时，可进行上浮加热，在防止玻璃坯料的表面缺陷和缩短成形生产节拍上是有利的。
如上所述，在本实施例中，即使与第2实施例相比进一步缩短生产节拍，也能够可靠地排出在预成形件和模具之间形成的空间内的气体，制造出具有良好外观的玻璃成形体。
权利要求
1.一种玻璃光学元件的制造方法，采用包含上模和下模的成形模，通过挤压玻璃坯料进行制造，在将上述玻璃坯料配置在成形模内、并且使上模和下模与玻璃坯料相接触的状态时，上述上模和下模的至少一个的成形面和玻璃坯料的表面接触从而形成封闭的空间，在具有这样形状时的制造方法中，其特征在于，将上述玻璃坯料配置在上述成形模内，通过使上述上模或者下模的至少一个向另一个接近地移动，来挤压通过加热而成为软化状态的上述玻璃坯料，并且上述移动以能够在该移动中从上述接触部分排出上述封闭空间内的气体的移动速度进行移动。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征是，上述玻璃坯料的加热是通过与上述上模和下模接触的部分的热传导进行的。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征是，在上述成形模外进行上述玻璃坯料的加热后，将上述玻璃坯料配置在上述成形模内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征是，在将上述玻璃坯料配置在成形模内、并且使上模和下模与玻璃坯料相接触的状态时，上述上模和下模的至少一个的凹曲面形状的成形面与玻璃坯料的凸曲面形状的表面相接触，从而形成封闭的空间。
5.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征是，上述挤压后，对从上述成形模取出而得到的玻璃成形体不进行进一步的形状后加工。
6.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征是，形成上述空间的上模及下模的至少一方的成形面具有曲率半径r1的曲面，玻璃坯料具有曲率半径r0的凸面，并满足r1＜r0。
7.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征是，上述移动速度为10mm/min以下的平均速度。
全文摘要
提供一种即使在模具和预成形件之间具有残留气体的空间的状态下进行加压成形的情况下也能够制造外观性能良好的光学玻璃成形体的方法。采用包含上模和下模的成形模，通过挤压玻璃坯料进行制造，在将上述玻璃坯料配置在成形模内、并且使上模和下模与玻璃坯料相接触的状态时，上述上模和下模的至少一个的成形面和玻璃坯料的表面接触从而形成封闭的空间，在具有这样形状时的制造方法中，其特征在于，将上述玻璃坯料配置在上述成形模内，通过使上述上模或者下模的至少一个向另一个接近地移动，来挤压通过加热而成为软化状态的上述玻璃坯料，并且上述移动以能够在该移动中从上述接触部分排出上述封闭空间内的气体的移动速度进行移动。
文档编号C03B35/00GK1807297SQ20051000350
公开日2006年7月26日 申请日期2003年6月26日 优先权日2002年6月26日
发明者米田靖弘, 泽田浩之 申请人:Hoya株式会社