专利名称：精密冲压成型用玻璃预型件制造方法及光学元件制造方法
技术领域：
本发明涉及精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法以及对通过所述方法制造的预型件进行精密冲压成型的光学元件的制造方法。
背景技术：
作为在高生产性下批量生产非球面镜片等高精度的玻璃制光学元件的技术，公知有精密冲压成型法(铸模光学法)。在精密冲压成型法中采用了如下手法制作通常被称为预型件(preform)的成型体，然后对该预型件进行加热并在成型模具内进行冲压成型。精密冲压成型是对冲压成型模具的成型面进行转印来形成光学元件的光学功能面的方法。因此，成型模具内部的空间(空腔)的形状被设计为与期望的光学元件相同的形状。当预型件的形状与期望的光学元件的形状差异较大时，与成型模具空腔的形状差异也较大，因此，如果不升高冲压成型温度来提高玻璃的流动性，则很难使玻璃充分地布满于成型模具的空腔从而发生不良。另一方面，冲压成型温度越高，玻璃与成型模具的反应性就越高，因此会导致玻璃表面变质或玻璃与成型模具发生熔接。因此，使预型件的形状接近期望的光学元件的形状关系到因成型模具空腔的填充不足引起的不良的防止，此外，能够将冲压成型的温度设定得较低，因此能够防止因玻璃与成型模具之间的反应引起的玻璃表面的变质和玻璃与成型模具的熔接。由于这些原因，对具有与期望的光学元件的形状近似的形状的预型件(以下简称为“近似形状预型件”)的需求日益升高。此外，作为制作精密冲压成型用预型件的方法，公知有如下方法从熔融玻璃成型出玻璃块，按照预定大小将该块切断，并且进行用于使其表面光滑，同时达到预定重量的磨肖1J、研磨(称为冷加工法)；从熔融玻璃中分尚出与一个预型件相应量的熔融玻璃块，在对该玻璃块进行冷却的过程中直接成型为预型件(称为热成型法)。近似形状预型件形成为两面均为凸面或凹面、一面为凸面另一面为凹面、或者一面为平面另一面为凸面或凹面等、与期望的光学元件的形状对应的形状。冷加工法适合球形状等简单形状的加工，但不适合近似形状预型件这样的复杂形状的加工。另一方面，热成型法能够在玻璃处于软化状态的期间进行冲压而成型为期望的形状，因此适合近似形状预型件的生产。关于基于热成型法的近似形状预型件的成型法，例如在专利文献1、2中公开了利用上模具从上部对悬浮于下模具上的熔融玻璃块进行冲压来成型为期望形状的方法。根据该方法，例如利用凸形状的冲压成型面对熔融玻璃块的上部进行冲压，由此获得上表面为凹面状的预型件。专利文献I日本特开平9-52720号公报专利文献2日本特开2006-290702号公报近年，随着光学元件的高功能化、高性能化,精密冲压成型在不断追求越来越高的成型精度。为了在精密冲压成型中提高成型精度，需要比以往更加精密地控制预型件的形状。
此外，从摄像光学系统的高功能化、小型化的方面考虑，对高折射率高色散玻璃进行精密冲压成型而得到的镜片的需求也日益升高。高折射率高色散玻璃为了获得高折射率高色散特性而包含大量的Nb (铌)、Ti (钛)、W (钨)、Bi (铋)等成分。但是，在精密冲压成型时，这些成分会与冲压成型面之间发生氧化还原反应，导致所获得的光学元件的表面产生模糊和伤痕。尤其是随着冲压成型的进行，预型件发生变形，当内部的富有活性的玻璃与冲压成型面直接接触时，加剧了上述反应导致的不良情况。为了抑制这种不良情况的发生，有效的做 法是使预型件的形状更加近似于期望的光学元件的形状，减小冲压成型中玻璃的变形量，尽量使富有活性的预型件内部的玻璃不与冲压成型面接触。基于以上原因，近年来，使预型件的形状更加近似于期望的光学元件的形状的要求日益升高。但是，本发明人在对利用专利文献1、2所公开的方法制作的预型件的形状进行调查后发现，预型件形状偏离了期望的形状，不满足近年来精密冲压成型用预型件所需的形状精度。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种使用热成型法成型出与期望的形状更接近的近似形状预型件的手段。本发明人为了实现上述目的，对使用专利文献1、2中记载的方法时预型件的形状偏离期望形状的原因进行了深刻研究，得出以下见解。在预型件的热成型中，通常将多个成型模具配置在转台上，并使该转台进行分度旋转，在各个成型模具中依次接住所流出、分离出的熔融玻璃块，并在下一个停留位置处进行冲压成型。由于各成型模具的输送、停留是同步进行的，所以很难取得足够长的冲压时间使玻璃块内部充分冷却。因此，一旦解除冲压，玻璃块内部的热量会再次对冲压后的玻璃块的上表面进行加热，一度上升后的粘度再次降低。其结果，冲压后的玻璃的上表面形状因表面张力而欲返回冲压前的形状从而凸起，因此，与冲压成型后的形状相比，中心厚度增加。当预型件的中心厚度违背本意而从期望的形状增加时，需要进一步减薄预型件，所以，使用该预型件进行的精密冲压成型中的变形量必然变多。另一方面，当为了避免这种现象而在冲压时对玻璃进行过分冷却时，会在预型件的表面产生褶皱，无法获得具有光滑表面的预型件。本发明人基于以上见解进一步反复进行了研究，又有以下新发现在从使用上模具和下模具开始冲压起到取出精密冲压成型用预型件为止的过程中，通过设置如下期间，能够避免在冲压解除后因预型件上表面凸起而致使中心厚度从冲压成型后的形状增加的情况，所述期间是在该期间内，停止喷出上述悬浮气体，或者减少悬浮气体的喷出量，在下模具凹部上，以玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触的状态来保持玻璃块。这是因为通过在冲压中设置上述期间，玻璃块下表面的周缘部与下模具凹部表面接触而固化，被确定了形状，结果，能够抵抗冲压解除后起到欲使上表面凸起的作用的表面张力，并且，通过在冲压解除后设置上述期间，能够利用玻璃块内部因自重而向下作用的力来抵抗欲使上表面凸起的力。本发明是基于以上见解而完成的。即，通过以下手段来实现上述目的。
[I] 一种精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其特征在于，该制造方法包含通过从设于下模具凹部的表面的多个气体喷出口喷出的悬浮气体将浇铸到该下模具凹部中的熔融玻璃保持为悬浮状态，之后，继续喷出悬浮气体并利用上模具和下模具进行冲压，由此成型出玻璃块；以及在解除了由上模具和下模具实现的冲压后，从所述下模具凹部中取出精密冲压成型用预型件，在从利用上模具和下模具开始冲压起到取出精密冲压成型用预型件为止的过程中，设置如下期间在该期间内，停止喷出所述悬浮气体或减少悬浮气体的喷出量，在下模具凹部上，以玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触的状态，来保持玻璃块。
[2]根据[I]所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中，将所述期间设置于冲压解除后。[3]根据[2]所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中，在所述期间中，玻璃块中央部与下模具凹部之间的间隙因玻璃块的自重而减少。[4]根据[I] [3]中任意一项所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中，将所述期间设置于由上模具执行的冲压中。[5]根据[I] [4]中任意一项所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，该制造方法包含在解除了由上模具执行的冲压后，在玻璃块上表面的上方配置气体喷嘴，从该喷嘴向玻璃块上表面喷出气体。[6]根据[I] [5]中任意一项所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中，在所述期间中停止悬浮气体，在该期间后重新开始悬浮气体的喷出，一边喷出悬浮气体，一边从下模具凹部中取出精密冲压成型用预型件。[7]根据[I] [6]中任意一项所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中，对多个下模具进行循环输送，反复进行从熔融玻璃的浇铸到向取出了精密冲压成型用玻璃预型件后的下模具凹部中浇铸新的熔融玻璃的工序。[8] 一种光学元件制造方法，该光学元件制造方法包含利用[I] [7]中任意一项所述的制造方法来制造精密冲压成型用玻璃预型件；以及对制造出的精密冲压成型用玻璃预型件进行加热，使用冲压成型模具进行精密冲压成型。根据本发明，能够以较高的形状精度成型出与期望的光学元件的形状接近的近似形状预型件。通过对由此获得的预型件进行精密冲压成型，能够提供高品质的光学元件。
图I示出了本发明的预型件的制造方法的一个方式的工序说明图。
图2示出了本发明的预型件的制造方法的一个方式的工序说明图。图3示出了在实施例和比较例中使用的成型台上的下模具的配置图。图4示出了在实施例1、2和比较例I中获得的预型件的上表面形状图。图5示出了在实施例3中获得的预型件的上表面形状图。
具体实施例方式[精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法]本发明的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法包含通过从设于下模具凹部的表面的多个气体喷出口喷出的悬浮气体将浇铸到该下模具凹部中的熔融玻璃保持为悬浮状态，之后，继续喷出悬浮气体并利用上模具和下模具进行冲压，由此成型出玻璃块；以及，在解除了由上下模具实现的冲压后，从上述下模具凹部中取出精密冲压成型用预型件，在该制造方法中，在从利用上下模具开始冲压起到取出精密冲压成型用预型件为止的过程中，设置如下期间在该期间内，停止喷出上述悬浮气体或减少悬浮气体的喷出量，在下模具凹部上，以玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触的状态，来保持玻璃块。由此，如前所述，能够防止在上下模具的冲压解除后玻璃块上表面因表面张力而凸起的状况，能够获得期望形状的预型件。下面，进一步详细说明本发明的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法(以下简称为“预型件的制造方法”)。另外，在本发明的预型件的制造方法中，如上所述，使用上模具和下模具进行玻璃块的冲压成型。该冲压的含义等同于以下情况在喷出悬浮气体的下模具上，利用上模具从上方对浇铸到下模具凹部中的熔融玻璃进行冲压。在图I中示出了本发明的预型件的制造方法的一个方式的工序说明图。图I所示的方式是将上述期间设于上模具的冲压解除后的方式，其包含以下工序向下模具凹部中浇铸熔融玻璃(图I (a));使熔融玻璃在下模具凹部中悬浮(图I (b));使用上模具对熔融玻璃块进行冲压(图1(c));通过在冲压解除后停止悬浮气体或减少悬浮气体量来进行下表面形状控制(图1(d))，并且，还包含任意地重新喷出悬浮气体或者增加悬浮气体量的工序(图1(e))。使用转台或传送器连续地或间断地对多个成型模具(下模具)进行循环输送，来反复进行这些工序，由此能够连续地批量生产预型件。例如，将多个下模具配置于转台，使该转台进行分度旋转，使多个下模具同步地依次统一移动至各个停留位置，由此能够对下模具进行旋转输送。下面依次对各工序进行说明。向下模具凹部中浇注熔融玻璃是通过在下模具凹部中接住从由流出管流出的熔融玻璃流分离出的熔融玻璃而进行的(图1(a))，其中，流出管由钼、钼合金、金等构成，并且流出管的上端被安装于熔融玻璃槽。熔融玻璃例如是对玻璃原料进行加热、熔融、脱泡、均质而得到的，以一定的流出速度从管中连续流出该熔融玻璃，并在置于流出管下方的下模具上接住流出的熔融玻璃流的下端部，进而，使下模具朝向铅直下方急速下降，使得下模具上的熔融玻璃流下端部与熔融玻璃流分离，能够在上述下模具的凹部内接住分离后的熔融玻璃块。还可以取代该方法而使用以下这些方法等，这样也能够向下模具凹部中浇铸熔融玻璃，这些方法是用配置于管下方的支撑体接住流出的熔融玻璃的下端部，使支撑体朝、向铅直下方急速下降，使得支撑体上的熔融玻璃流下端部与熔融玻璃流分离，将上述分离后的熔融玻璃块供给到下模具的凹部内；或者，用配置于管下方的支撑体接住流出的熔融玻璃的下端部，急速去除支撑体的支撑，使得曾由支撑体支撑的熔融玻璃流下端部与熔融玻璃流分离，将上述分离后的熔融玻璃块供给到下模具的凹部内。浇铸到下模具凹部内的熔融玻璃在下模具凹部上保持为被悬浮气体施加了风压的悬浮状态(图1(b))。由此，熔融玻璃在下模具上得到冷却，其粘度被调整为可通过上模具的冲压进行成型的粘度(提高粘度)。这里使用的下模具在凹部表面上，设有喷出用于对熔融玻璃施加风压而使其悬浮的气体的喷出口。在下模具凹部表面上，熔融玻璃处于悬浮状态，下模具凹部表面的形状不会因冲压而转印给玻璃，因此，不需要成为向玻璃转印该表面形状的成型面，但玻璃块可能会一时地或者瞬间地与其接触，所以优选形成为平滑的面。作为上述下模具，可以使用由多孔材料形成放置玻璃块的凹部并透过多孔材料喷出气体的成型模具，或者使用在待浇铸熔融玻璃的凹部中具有由多个细孔构成的气体喷出口的成型模具。
作为为了使熔融玻璃悬浮而从气体喷出口朝向上方喷出的悬浮气体，优选使用不与玻璃发生反应的气体。具体而言，可以列举出空气、氮气、非活性气体等。此外，优选将悬浮气体的流量和压力设定为，能够将熔融玻璃块保持为稳定的悬浮状态而不与下模具发生熔接。可以根据所浇铸的玻璃的电容，适当调整喷出的气体的流量和压力。具体而言，例如，悬浮气体的流量优选为每分钟0. 10 I. 00升的范围，悬浮气体的压力优选为0. 3 0. 5MPa的范围。此外，还可以根据需要将悬浮气体的温度调节为能够对玻璃进行冷却的温度来供给悬浮气体。由此，浇铸到下模具凹部中的熔融玻璃以悬浮状态得到冷却，粘度被调整为适合冲压成型的预定粘度。从便于上模具的冲压成型的观点来看，优选的是，冷却调节为使得熔融玻璃块的粘度为IO3泊(poise)至IO4 4泊。接着，在图I所示的方式中，继续喷出悬浮气体，并使用上模具从上方对熔融玻璃进行冲压成型，即，使用上模具和下模具对熔融玻璃进行冲压成型，由此成型出玻璃块(图
I(C))。冲压时从下模具表面喷出的悬浮气体的流量可以与冲压前相同也可以改变。冲压成型是通过使下模具的上方等待的上模具下降，对熔融玻璃的上表面施加压力而进行的。这里的冲压成型可以通过使上模具成型面与玻璃上表面接触并进行按压来进行，也可以利用从上模具成型面喷出的气体所产生的风压来进行。为了施加风压，可以用多孔材料来形成上模具成型面，或者在上模具成型面上设置多个细孔。另外在本发明中，将下模具上面向上方的面称为上表面，将面向下方的表面称为下表面。通过上述冲压，上模具的成型面形状被转印于玻璃块的上表面。在该冲压成型时，继续从下模具凹部表面喷出悬浮气体，由此，至少能够使玻璃块下表面中央部与下模具凹部表面保持为非接触状态。在进行了上述上模具的冲压后，使上模具从玻璃块上退回而解除冲压。然后，在图I所示的方式中，停止喷出上述悬浮气体或者减少悬浮气体的喷出量，以在下模具凹部上玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触的状态，保持玻璃块。在图1(d)中示出了停止悬浮气体的方式。在冲压解除后不设置该期间的情况下，会对玻璃块的下表面施加悬浮气体的风压，因此无法在玻璃块内部朝向下方作用出较大的力，很难减小欲使上表面凸起的力。其结果，如前所述，因玻璃块内部的热量导致玻璃块的上表面凸起，因此，对上模具成型面的面形状进行转印而形成的玻璃块上表面的形状发生了变化。与此相对，如果设置了上述期间，玻璃块内部因自重而向下作用的力能够抵抗欲使上表面凸起的力，由此能够防止解除冲压后的上表面的凸起。此外，有时在冷却玻璃块的过程中，玻璃发生收缩从而玻璃块下表面的中央部凹陷(所谓的凹坑)，很难将玻璃块下表面成型为期望的形状，但通过上述操作，能够通过玻璃的自重抑制玻璃块下表面的中央部的凹陷，能够将玻璃块的下表面形状成型为期望的形状。优选的是在冲压解除后，停止喷出悬浮气体或者减少悬浮气体的喷出量而以玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触的状态进行保持时，玻璃下表面周缘部支撑于下模具，而中央部处于与下模具表面分离的状态，即，在中央部与下模具表面之间存在间隙。这是因为玻璃块下表面中央部因自重而大幅下垂，所以能够在玻璃块内部向下施加较大的力。其结果，能够进一步减小欲使玻璃材料上表面凸起的力。通过上述冲压，只要成型出具有比下模具凹部表面的曲线浅(曲率半径大)的下表面的玻璃块，即可停止悬浮气体或者减少悬浮气体量，由此能够实现玻璃块下表面的周缘部与下模具凹部接触而中心部与下模具凹部分离的状态，即玻璃块下表面的中心部与下模具凹部表面之间存在间隙的状态。 可以根据玻璃的性质和尺寸适当地决定停止悬浮气体或者减少悬浮气体量的期间，以冷却至玻璃块的上表面的形状不发生变化的程度。例如，在制造通常的摄像元件制作用的体积为100 IOOOmm3左右的预型件时，可以将上述期间设定为I 20秒左右。此外，在降低悬浮气体量的方式中，可以根据玻璃块的尺寸来决定悬浮气体量的降低率，使得风压降低至玻璃块下表面在周缘部与下模具凹部表面接触的程度。例如，在制造通常的摄像元件制作用的具有上述体积的预型件时，优选将悬浮气体量设定为减少前的0% (以上) 10%左右。为了进一步抑制玻璃块上表面的形状变化，优选的是在使上模具从玻璃块上退回而解除了冲压后，使上模具和下模具中的至少一方移动，由此从玻璃块上表面的上方去除上模具，接着在玻璃块上表面的上方配置气体喷嘴，从该喷嘴向玻璃块上表面喷出气体。由此，当从气体喷嘴向玻璃块上表面喷出气体时，能够对玻璃块上表面施加风压，因此能够抑制欲使玻璃块上表面凸起的力，进一步抑制上表面的形状变化。当从上方观察玻璃块时，越靠近中央温度越高(低粘度)，越靠近周围温度越低(高粘度)，所以，优选对低粘度且容易因表面张力而变形的玻璃块中央部施加较强的风压。为此，优选的是，以使气体喷嘴的开口部的中心与玻璃块上表面的中心一致的方式进行对位并喷出气体。从气体喷嘴喷出的气体对玻璃块上表面施加的平均面压如果处于0. 2 90Pa的范围，则能够进一步抑制上表面的形状变化，因此是优选的。作为从喷嘴喷出的气体，对于悬浮气体所例示的气体不与玻璃发生反应，所以是优选的。优选将喷出气体的流量设定在能够实现上述优选的平均面压的范围内，例如，在制造通常的摄像元件制作用的体积为100 IOOOmm3左右的预型件时，优选设为每分钟I 30升的范围。此外，通过对玻璃块上表面吹送气体来促进冷却，能够更有效地抑制玻璃块上表面的形状变化。从该观点来看，喷出气体优选为比玻璃块上表面温度低的气体，更优选的是无需使用加热器进行加热，通过在喷出气体的气体流道中设置冷却介质等方式，还能够对吹到玻璃块上表面的气体进行冷却。从有效地抑制玻璃块上表面的变形的观点来看，对玻璃块上表面吹送气体的期间优选为I 10秒左右，上述期间可以设置在停止前述悬浮气体或者减少悬浮气体量的期间内，也可以设置在该期间前或者该期间后。玻璃块上表面的变形从解除冲压起一直进行到上表面得到固化。当玻璃块上表面在发生较大变形的状态下进行固化时，所得到的预型件的形状大幅偏离于通过冲压形成的预定形状。因此，优选的是在冲压解除后，迅速配置气体喷嘴并开始向玻璃块上表面吹送气体。基于同样的原因，优选在冲压解除后，迅速开始执行冲压解除后的悬浮气体的停止或者悬浮气体量的降低。在上面说明的图I所示的方式中，在解除了上模具的冲压后设置停止悬浮气体的喷出或者减少悬浮气体的喷出量的期间，但在本发明中，也可以在上模具的冲压过程中，设置停止悬浮气体的喷出或者减少悬浮气体的喷出量的期间。在图2中示出了该方式的一例。图2(a) (C)与图1(a) (C)相同，在图2所示的方式中，在由上模具执行的冲压中，停止从下模具凹部表面喷出悬浮气体(参照图2(d))。由此，玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触而进行固化，因此，能够在解除冲压后抵抗欲使上表面凸起的表面张力，能够抑制上表面的凸起。此外，在冲压解除后产生的表面张力较大的情况下，会产生使外周部的玻璃向中心返回的力，由冲压确定的外径在冲压解除后缩小，这也是预型件的形状精·度降低的原因。对此，只要在冲压中(也包含与冲压解除同时进行的情况)停止悬浮气体或者减少悬浮气体的喷出量，使玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触，就能够抵抗外径变化，其结果，能够进一步提高所获得的预型件的形状精度。另外，在冲压中停止悬浮气体的喷出或者减少悬浮气体的喷出量的情况下，在停止悬浮气体的喷出或者减少悬浮气体的喷出量的过程中，玻璃块下表面中央部可以与下模具凹部表面接触，也可以不与其接触。但是，如果在具有流动性的状态下与下模具凹部表面接触，有时会发生玻璃进入气体喷出口内部而引起熔接的情况或者气体喷出口的形状被转印的情况，因此，优选在冲压中保持玻璃块中央部与下模具凹部表面的不接触状态。在由上模具执行的冲压中设置了停止悬浮气体的喷出或者减少悬浮气体的喷出量的期间，并使玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触的情况下，可以在保持悬浮气体的的喷出停止或者悬浮气体喷出量的减小的状态下解除上模具的冲压，也可以在重新开始悬浮气体的喷出或者使悬浮气体的喷出量增加之后，解除上模具的冲压。在图2中示出了前者的方式。在由上模具执行的冲压中停止悬浮气体的喷出或者减少悬浮气体的喷出量的情况下，可以根据玻璃的性质和尺寸适当地决定停止悬浮气体或者减少悬浮气体量的期间，以冷却至玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触而进行固化的程度。例如，在制造通常的摄像元件制作用的体积为100 IOOOmm3左右的预型件时，可以将上述期间设定为I 20秒左右。此外，在降低悬浮气体量的方式中，可以根据玻璃块的尺寸来决定悬浮气体量的降低率，使得风压降低至玻璃块下表面在周缘部与下模具凹部表面接触的程度。例如，在制造通常的摄像元件制作用的具有上述体积的预型件时，优选将悬浮气体量设定为减少前的0% (以上) 10%左右。成型结束后，例如可以使用下模具上方等待的运送机器人的前端设置的吸引口，吸附保持下模具凹部上的预型件的上表面，由此从下模具凹部中取出下模具凹部上的预型件。可以对取出的预型件进行适当的退火。在冲压后停止悬浮气体的方式中，在停止了悬浮气体的喷出预定期间之后，可以在停止悬浮气体的状态下从下表面凹部中取出预型件，也可以重新开始悬浮气体的喷出，并在喷出悬浮气体的同时从下表面凹部中取出预型件。为了防止在取出预型件时不经意与下模具表面接触而损伤预型件表面的状况，优选在悬浮状态下取出预型件。基于同样的原因，在冲压后减少悬浮气体量的方式中，也优选在经过预定期间后恢复悬浮气体量。通过以上工序，能够获得具有期望形状的精密冲压成型用玻璃预型件。在使熔融玻璃悬浮于下模具凹部的同时使用上模具进行冲压的成型法，适合于很难利用下模具上的悬浮成型进行成型的、上表面为平面或凹面、下表面为凸面的精密冲压成型用玻璃预型件的成型。此外，本发明的预型件的制造方法通过抑制冲压解除后的玻璃块的形状变化，能够使预型件的形状更加近似于期望的光学元件的形状。本发明的该预型件的制造方法，如前所述，对于应该减小冲压成型中玻璃的变形量并尽量使预型件内部的富有活性的玻璃不与冲压成型面接触的高折射率高色散玻璃，适合作为精密冲压 成型用玻璃预型件的制造方法。[光学元件的制造方法]接着对本发明的光学元件的制造方法进行说明。本发明的光学元件的制造方法包含使用本发明的预型件的制造方法来制造精密冲压成型用玻璃预型件；以及对制造出的精密冲压成型用玻璃预型件进行加热，使用冲压成型模具进行精密冲压成型。根据本发明的预型件的制造方法，通过抑制上模具的冲压解除后的玻璃块上表面的形状变化，能够获得与期望的光学元件的形状近似的近似形状预型件，因此，无需将冲压成型温度设定过高，即可将玻璃充分地布满于成型模具的空腔，由此能够获得高品质的光学元件。所谓精密冲压成型，是指这样的方法在对预型件进行加热、软化的状态下，利用具有预定形状的空腔的成型模具进行加压成型，制作出与最终产品的形状相同或极其近似的形状的成型品。根据精密冲压成型法，无需对成型品实施磨削和研磨，或者只需实施研磨去除量极小的研磨，就能够制作出最终产品，尤其是光学部件那样要求较高的形状精度和表面精度的最终产品。因此，本发明的光学元件的制造方法适合于制造镜片、镜片阵列、衍射光栅以及棱镜等光学元件，尤其适合在高生产性下制造非球面镜片。可以使用公知的方法进行本发明的精密冲压。例如，可以使用如下方法对表面处于洁净状态的预型件进行再加热，使得构成预型件的玻璃的粘度表现为IO5 IO11Pa s的范围，并利用具备上模具和下模具的成型模具对再加热后的预型件进行冲压成型。还可以根据需要在成型模具的成型面上设置脱模模具。另外，从防止成型模具的成型面发生氧化的方面考虑，优选在氮气或者非活性气体的环境下进行冲压成型。从成型模具中取出冲压成型品并根据需要进行逐渐冷却。在成型品是镜片等光学元件的情况下，可以根据需要在表面上涂布光学薄膜。下面，基于实施例对本发明进行说明，但本发明不限于实施例中示出的方式。[实施例I、2、比较例I]在熔融、冷却、固化后，将折射率[nd]为I. 839、阿贝数[vd]为24. 15的硼酸硅酸盐系(硼硅酸盐系或者borosilicate系)的光学玻璃的玻璃块投入到已加热至1120°C的钼坩埚中，在坩埚内熔化后，在1250°C下进行澄清、搅拌，得到均匀的玻璃熔液。接着，从与坩埚底部连接并进行温度控制后的流出管以0. 56kg/hr的流出速度流出玻璃熔液。
如图3所示，在圆形的成型台的外周上均等地配置了 12个下模具。在以下的工序中，使成型台每隔9. 5秒进行分度旋转。通过成型台的分度转动，各个下模具将从图3所示的第I停留位置到第12个停留位置作为一个周期而移动，每个周期制作出一个精密冲压成型用预型件。在下模具的上部，加工出待浇铸熔融玻璃的凹部(直径(p23mm，凹部表面的平均曲率半径R :11mm)。凹部由平均孔径为IOiim的多孔材料构成，从多孔材料的表面以0. 60L/分钟的速度均匀地喷出氮气。另外，模具主体部用加热器进行加热，使得凹部表面温度成为350。。。接着，向流出口的正下方(第I停留位置)提供下模具，如下所示地将熔融玻璃浇铸到下模具中。首先使下模具上升而成为接近流出口的状态，用下模具的凹部接住熔融玻璃流的末端。在下模具的凹部中蓄积了期望重量的熔融玻璃时，使下模具急速下降，从熔融玻璃流切断分离出熔融玻璃块至下模具上。接着，使成型台进行分度旋转，使下模具从流出口的正下方退出，同时将另一个下模具提供到喷嘴的正下方。以9500毫秒为间隔依次地反复执行同样的操作，一个接一个地进行熔融玻璃的分离、切断，在下模具上获得了约425mm3的熔融玻璃块。通过分度旋转，使得上述浇铸后刚刚从流出口正下方退出的下模具移动到近似形状预型件成型用上模具的正下方(第2停留位置)，利用该上模具对下模具上的熔融玻璃块进行冲压，即，利用上模具和下模具对下模具上的熔融玻璃块进行冲压。另外，上模具的材质是与下模具相同的多孔材料，从表面以0. 5L/分钟的速度喷出氮气。此外，上模具玻璃成型面的直径为913.6mm，形状为平面。在冲压工序中，使上模具下降到与玻璃块上端相距Imm的距离，之后，从下模具完成移动起经过了 600毫秒的时刻开始，利用伺服电机，从上模具与玻璃块的接触位置起，使下模具上升约I. 7mm，在利用上模具对玻璃块进行冲压的状态下，即利用上下模具对玻璃块进行冲压的状态下，保持6500毫秒的时间(图I (c))。然后，在解除上模具的冲压后，使载置着冲压后的玻璃块的下模具从上模具的正下方退回，通过分度旋转使其移动到第3停留位置。接着，从成型台停止起经过了 5000毫秒的时刻开始，持续12000毫秒的期间停止悬浮气体(图1(d))，之后重新开始流出悬浮气体(图1(e))。然后，在第10停留位置处，通过运送机器人将预型件回收，获得了实施例I的近似形状预型件。此外，在实施例2中，在玻璃块完成向第3停留位置的移动后，从经过了 10毫秒的时刻开始，持续12000毫秒的期间停止悬浮气体，之后，通过与实施例I相同的操作获得了近似形状预型件。在比较例I中，从冲压前到预型件回收为止，悬浮气体流量不变，其他操作与实施例I相同而获得了近似形状预型件。在图4中示出了使用三丰公司(卜3 )制的接触式表面形状测定器对获得的玻璃预型件的上表面形状进行测定而得到的形状图。如图4所示，在悬浮气体的喷出不停止而持续到取出预型件为止的比较例I中，上表面中央部凸起(中心厚度增加)，与此相对，在设置了暂时停止从下模具凹部表面喷出悬浮气体的期间的实施例I中，成功地防止了上表面中央部的凸起(中心厚度增加)。此外，在与实施例I相比提前了悬浮气体喷出停止时机的实施例2中，成功地使得预型件的上表面成为凹形状，由此确认到如下情况利用悬浮气体的停止时机，能够防止冲压解除后的中心厚度增加，并且还能够调整预型件的形状。[实施例3]
在成型台的第3停留位置，以位于已移动到该位置的玻璃块上表面的铅直上方的方式，设置了气体喷嘴(内径6mm)。气体喷嘴的前端与玻璃块的上端的距离为2 3mm,并且，预先对气体喷嘴的位置进行了调整，使得气体喷嘴与玻璃块的中心一致。与实施例I、2相同，在使上模具从下模具凹部上的玻璃块上退回而解除了冲压后，通过分度旋转使玻璃块移动到第3停留位置。接着，在玻璃块完成了向第3停留位置的移动之后，从经过了 5000毫秒的时刻开始，持续5000毫秒的期间停止悬浮气体。与此并行地，从玻璃块移动到第3停留位置起经过了 500毫秒的时刻开始，持续2000毫秒的期间，从上述气体喷嘴以IOL/分钟的流量向玻璃块上表面中央喷出氮气。其他方面通过相同的操作而获得了近似形状预型件。根据图4的实施例1、2和图5所示的实施例3的预型件的上表面形状的对比能够确认到通过在上模具的冲压解除后，停止悬浮气体并从气体喷嘴向玻璃块上表面吹送气体，能够进一步抑制冲压解除后的上表面形状的变化(中心厚度的增加)。下表I中示出了使用三丰公司(卜3 )制的接触式表面形状测定器、游标卡尺以及指示表(dial gauge)对由实施例I 3以及比较例I获得的玻璃预型件的上表面 和下表面的形状进行测定的结果。表I
权利要求
1.一种精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其特征在于， 该制造方法包含 通过从设于下模具凹部的表面的多个气体喷出口喷出的悬浮气体将浇铸到该下模具凹部中的熔融玻璃保持为悬浮状态，之后，继续喷出悬浮气体并利用上模具和下模具进行冲压，由此成型出玻璃块；以及 在解除了由上模具和下模具实现的冲压后，从所述下模具凹部中取出精密冲压成型用预型件， 在从利用上模具和下模具开始冲压起到取出精密冲压成型用预型件为止的过程中，设置如下期间在该期间内，停止喷出所述悬浮气体或减少悬浮气体的喷出量，在下模具凹部上，以玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触的状态，来保持玻璃块。
2.根据权利要求I所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中， 将所述期间设置于冲压解除后。
3.根据权利要求2所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中， 在所述期间中，玻璃块中央部与下模具凹部之间的间隙因玻璃块的自重而减少。
4.根据权利要求I 3中任意一项所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中， 将所述期间设置于由上模具执行的冲压中。
5.根据权利要求I 4中任意一项所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，该制造方法包含 在解除了由上模具执行的冲压后，在玻璃块上表面的上方配置气体喷嘴，从该喷嘴向玻璃块上表面喷出气体。
6.根据权利要求I 5中任意一项所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中， 在所述期间中停止悬浮气体，在该期间后重新开始悬浮气体的喷出，一边喷出悬浮气体，一边从下模具凹部中取出精密冲压成型用预型件。
7.根据权利要求I 6中任意一项所述的精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法，其中， 对多个下模具进行循环输送，反复进行从熔融玻璃的浇铸到向取出了精密冲压成型用玻璃预型件后的下模具凹部中浇铸新的熔融玻璃的工序。
8.一种光学元件制造方法，该光学元件制造方法包含 利用权利要求I 7中任意一项所述的制造方法来制造精密冲压成型用玻璃预型件；以及 对制造出的精密冲压成型用玻璃预型件进行加热，使用冲压成型模具进行精密冲压成型。
全文摘要
精密冲压成型用玻璃预型件制造方法及光学元件制造方法。提供一种使用热成型法成型出与期望的形状更接近的近似形状预型件的手段。精密冲压成型用玻璃预型件的制造方法的特征在于包含通过从设于下模具凹部的表面的多个气体喷出口喷出的悬浮气体将浇铸到该下模具凹部中的熔融玻璃保持为悬浮状态，之后继续喷出悬浮气体并利用上模具和下模具进行冲压，成型出玻璃块；在解除了上下模具的冲压后，从下模具凹部中取出精密冲压成型用预型件，在从利用上下模具开始冲压起到取出精密冲压成型用预型件为止的过程中，设置如下期间在该期间内，停止喷出悬浮气体或减少悬浮气体的喷出量，在下模具凹部上，以玻璃块下表面周缘部与下模具凹部表面接触的状态，保持玻璃块。
文档编号C03B11/00GK102757168SQ201210126168
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月26日 优先权日2011年4月27日
发明者中村谦吾, 宇津木克己 申请人:Hoya株式会社