光学元件的成型装置以及光学元件的成型方法与流程

本发明涉及光学元件的成型装置以及光学元件的成型方法，尤其涉及通过对光学材料进行冲压处理来冲压成型光学元件的光学元件的成型装置以及采用该装置的光学元件的成型方法。

背景技术：

一直以来，采用以下这样的方法，通过将在上模以及下模之间配置预成型件等玻璃材料的冲压成型模具加热处理到预定的温度并对冲压成型模具进行加压，来制造玻璃透镜。如果在玻璃材料的加热处理时以及冲压成型处理时预成型件接触到空气，则预成型件的表面被氧化，从而损害玻璃透镜的光学功能。因此，通常在制造玻璃透镜时，在使内部成为惰性气体氛围的外壳内进行玻璃材料的加热处理以及冲压成型处理。

但是，在例如成型凸状的透镜的情况下，在冲压成型模具内配置玻璃预成型件的状态下，具有如图5所示在冲压成型模具的下模200的成型面与玻璃预成型件202之间产生间隙204的情况。在这样的情况下，具有当冲压成型处理时进入间隙204的惰性气体未排出而残留并在玻璃透镜的表面上产生凹坑等的情况。

因此，例如在专利文献1(日本特开平11-236226号公报)中，公开了在对成型模具进行加热处理以及冲压处理的成型室内可利用真空泵成为真空的玻璃成型体的制造装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-236226号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，在引用文献1所记载的发明中，因为利用真空泵成型室成为真空，所以例如当用于在成型室内装填玻璃材料的入口等具有间隙时，从该间隙直接进入外部空气。当在加热处理或冲压成型处理中在成型室内进入空气时，导致玻璃预成型件被氧化，玻璃透镜的光学性能降低。

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的是即使在内部进行冲压成型的壳体上产生微小的间隙等的情况下，也能够防止玻璃材料氧化的情况。

解决问题的手段

本发明的光学元件的成型装置通过对光学材料进行冲压处理来冲压成型光学元件，具备：第1壳体，其能收容光学材料；第2壳体，其能包围第1壳体；冲压机构，其能在第1壳体内对光学材料进行冲压处理；惰性气体供给机构，其对第2壳体内供给惰性气体，使第2壳体内成为惰性气体氛围；以及减压机构，其对第1壳体内进行减压。

另外，本发明的光学元件的成型方法利用成型装置对光学材料进行冲压处理来使光学元件成型，该成型装置具备：能收容光学材料的第1壳体、能包围第1壳体的第2壳体和能在第1壳体内对光学材料进行冲压处理的冲压机构，该光学元件的成型方法具备以下的步骤：惰性气体供给步骤，对第2壳体内供给惰性气体；减压步骤，对第1壳体内进行减压；和冲压步骤，在继续惰性气体供给步骤以及减压步骤的同时，利用冲压机构对在上述第1壳体内配置的光学材料进行冲压处理。

根据本发明，在已对第1壳体内进行减压的状态下进行光学材料的冲压成型。因此，能够防止气体进入光学材料与成型模具的成型面之间，防止由于气体积存而导致的成型不良。此外，根据本发明，第2壳体包围利用减压机构进行减压的第1壳体，对第2壳体内供给惰性气体。由此，即使在假设于第1壳体上产生间隙等的情况下，也因为在第1壳体内流入惰性气体，所以能够防止所加热的光学元件氧化。

发明效果

根据本发明，即使在内部进行冲压成型的壳体上产生微小的间隙等的情况下，也能够防止玻璃材料氧化。

附图说明

图1是示出本发明第1实施方式的玻璃成型体的制造装置的结构的垂直剖视图。

图2是示出利用本发明的玻璃成型体的制造装置可制造的玻璃成型体的俯视图。

图3是图2的III-III'剖视图。

图4是示出本发明第2实施方式的玻璃成型体的制造装置的垂直剖视图。

图5是示出在现有的玻璃成型体的制造装置中在成为惰性气体氛围的外壳内进行玻璃材料的冲压成型的状况的成型模具的放大垂直剖视图。

标号说明

1 玻璃成型体的成型装置

2 冲压机构

4 高频感应线圈

6 第1壳体

8 第2壳体

8A 供气开口

8B 排气开口

10 减压机构

12 惰性气体供给机构

14 玻璃材料

20 下部支承体

22 上部支承体

24 下部隔热材料

26 上部隔热材料

28 下部冲压板

30 上部冲压板

32 下模保持部件

34 下模(成型模具)

36 上模保持部件

38 上模(成型模具)

40 侧壁

42 顶板

42A 供气开口

44 床板

44A 排气开口

46 密封部件

50 供气管道

52 供气阀

54 排气管道

56 排气阀

58 真空泵

60 供气管道

60A 第1分支管

60B 第2分支管

62 第1供气阀

64 惰性气体源

66 第2供气阀

68 排气管道

68A 第1分支管

68B 第2分支管

70 第1排气阀

72 第2排气阀

74 排气泵

101 玻璃成型体的成型装置

102 冲压机构

106 第1壳体

108 第2壳体

108A 供气开口

108B 排气开口

108C 减压开口

110 减压机构

112 惰性气体供给机构

114 成型模具

116 上模

118 下模

122 支承部件

124 致动器

126 活塞

128 按压板

132 第1加热部

134 第2加热部

136 冲压成型部

138 第1缓冷部

140 第2缓冷部

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的第1实施方式。此外，对图中相同或相当的部分标注相同的符号，不重复其说明。

图1是示出本发明的第1实施方式的玻璃成型体的成型装置的结构的垂直剖视图。本实施方式的玻璃成型体的成型装置1具备：冲压机构2、在冲压机构2的周围配置的高频感应线圈4、包围冲压机构2的主要部分的第1壳体6、包围第1壳体6的第2壳体8、对第1壳体6内进行减压的减压机构10以及对第2壳体内供给惰性气体的惰性气体供给机构12。

冲压机构2具备：从下方向第1壳体6内延伸的下部支承体20、从上方向第1壳体6内延伸的上部支承体22、安装到下部支承体20的上部的下部隔热材料24、安装到上部支承体22的下部的上部隔热材料26、安装到下部隔热材料24的上部的下部冲压板28、安装到上部隔热材料26的下部的上部冲压板30、安装到下部冲压板28的上部的下模保持部件32、在下模保持部件32上保持的一对下模34、安装到上部冲压板30的下部的上模保持部件36和在上模保持部件36上保持的一对上模38。

将圆柱状的上部支承体22与下部支承体20设置为同轴。在下部支承体20的下方设置有油压活塞等致动器，并能够使下部支承体20以垂直方向进行移动。

上部以及下部冲压板28、30是由容易利用高频感应线圈4进行感应加热的材料构成的板，作为材料，采用例如铁、钴、镍、钨等金属材料。

上模保持部件36以及下模保持部件32在对应的位置上设置有腔。上模38以及下模34以各自的成型面为上下方向的方式分别通过嵌入上模保持部件36以及下模保持部件32的腔中进行保持。

冲压机构2在下模34的成型面上配置玻璃材料14的状态下，利用致动器使下部支承体20向上方进行移动，由此能够利用上模38以及下模34夹住玻璃材料14，并进行冲压处理。

在高频感应线圈4上连接交流电源，利用高频对冲压板28、30以及成型模具34、38进行感应加热。在冲压板28、30中装入例如热电对等温度检知机构。控制对高频感应线圈4供给的电流，使冲压板28、30根据由温度检知机构检知的温度成为预定的温度。由此，可利用高频感应线圈4将玻璃材料14加热至预定的温度。

第1壳体6具备具有圆筒状的抗压性的侧壁40、用于封闭侧壁40的上部的顶板42和用于封闭侧壁40的下部的底板44。顶板42可在上方进行拆卸。通过拆卸顶板42，可对下模34的成型面上供给玻璃材料14，或者取出冲压成型结束的玻璃透镜。与顶板42的侧壁40相接的部分利用金属垫片等密封部件46进行密封。

在顶板42上设置有供气开口42A，在供气开口42A上连接有构成后述的减压机构10的供气管道50。

在底板44上设置有排气开口44A，在排气开口44A上连接有构成后述的减压机构10的排气管道54。

第2壳体8具备由抗压性的材料形成的外壳。在第2壳体8上设置有开口部(未图示)，通过该开口部，来进行玻璃材料14的供给以及成型后的玻璃透镜的取出。

在第2壳体8的上部设置有供气开口8A，在供气开口8A处连接有后述的惰性气体供给机构12的供气管道60。另外，在第2壳体8的下部设置有排气开口8B，在该排气开口8B处连接有后述的惰性气体供给机构12的排气管道68。

减压机构10具备：与第1壳体6的供气开口42A连接的供气管道50、设置在供气管道上的供气阀52、与第1壳体6的排气开口44A连接的排气管道54、设置在排气管道54上的排气阀56和设置在排气管道54的排气阀56的下游的真空泵58。

与供气管道50的供气开口42A连接的一侧的相反侧的端部向外部空气开口。另外，与排气管道54的排气开口44A相反侧的端部也向外部空气开口。

减压机构10可封闭设置在供气管道50上的供气阀52，并且敞开设置在排气管道54上的排气阀56，通过驱动真空泵58，来对第1壳体6内进行减压。另外，可通过停止真空泵58并敞开设置在供气管道50上的供气阀52，来使第1壳体6内返回至常压。

惰性气体供给机构12具备：供气管道60，其与第2壳体8的供气开口8A连接，并在中途进行分支；第1供气阀62，其设置在供气管道60的第1分支管60A上；惰性气体源64，其与第1分支管60A的第1供气阀62的上游连接；以及第2供气阀66，其设置在供气管道60的第2分支管60B上。此外，惰性气体供给机构12还具有：排气管道68，其与第2壳体8的排气开口8B连接，并在中途进行分支；第1排气阀70，其设置在排气管道68所分支的第1分支管68A上；第2排气阀72，其设置在第2分支管68B上；以及排气泵74，其设置在第2分支管68B的第2排气阀72的下游。惰性气体源64例如将氮气等惰性气体运出至供气管道60的第1分支管60A。供气管道60的第2分支管60B的上游侧端部向外部空气开口。另外，排气管道68的第1以及第2分支管68A、68B的下游侧端部也向外部空气开口。

惰性气体供给机构12敞开第1供气阀62，封闭第2供气阀66，封闭第1排气阀70，敞开第2排气阀72，并驱动排气泵74，由此通过排气管道68向外部排出第2壳体8内的空气，并且从惰性气体源64通过供气管道60向第2壳体8内供给惰性气体。由此，可将第2壳体8内置换为惰性气体氛围。

另外，惰性气体供给机构12在驱动排气泵74的状态下，封闭第1供气阀62，敞开第2供气阀66，敞开第1排气阀70，敞开第2排气阀72，由此可利用空气来置换第2壳体8内的惰性气体。

以下，说明利用本实施方式的玻璃成型体的成型装置1从预成型件成型玻璃透镜的方法。

首先，拆卸第1壳体6的顶板42，例如经由机械臂等，从外部通过第2壳体8的开口部在下模34的成型面上配置玻璃材料(预成型件)14。在配置预成型件14之后，使第1壳体6的顶板42与侧壁40抵接，使第1壳体6成为密封状态。然后，利用门部件等来封闭第2壳体8的开口部。

而且，驱动减压机构10，使第1壳体6内最好减压到真空状态(减压步骤)。另外，与其並行地驱动惰性气体供给机构12，将第2壳体8内置换为惰性气体氛围(惰性气体供给步骤)。

这样地在第1壳体6内维持真空状态的同时，在第2壳体8内维持成为惰性气体氛围的状态，并且利用高频感应线圈4对冲压板28、30以及成型模具34、38进行加热。由此，对预成型件14实施加热处理(加热步骤)。

当预成型件14成为玻璃驰垂点以上的温度时，驱动冲压机构2，对预成型件14施加冲压成型处理。由此，可将上模38以及下模34的成型面的形状转印至预成型件14，使预成型件14成型为玻璃透镜(冲压步骤)。

接着，停止高频感应线圈4，在冲压成型的玻璃透镜的温度降低至预定的温度之前，实施缓冷处理(缓冷步骤)。

并且，在玻璃透镜冷却到预定的温度之后，停止减压机构10，使第1壳体6内返回至常压。另外，与其並行地停止惰性气体供给机构12，利用空气来置换第2壳体8内的惰性气体。最后，拆卸第1壳体6的顶板42，通过第2壳体8的开口部取出已冲压成型的玻璃透镜。

如以上说明的那样，根据本实施方式，在对第1壳体6内减压的状态下进行预成型件14的冲压成型。因此，能够防止在预成型件14与成型模具34、38的成型面之间进入气体，防止由于气体积存而引起的成型不良。

此外，根据本实施方式，第2壳体8包围利用减压机构10进行减压的第1壳体6，在第1壳体6与第2壳体8之间的空间内供给惰性气体。由此，假设即使在第1壳体6上产生间隙等的情况下，也因为在第1壳体6内流入惰性气体，所以能够防止被加热的预成型件14的氧化。

此外，在上述实施方式中，说明了冲压机构具备一对成型模具并能够同时制造两个玻璃透镜的装置，但本发明的玻璃成型体的成型装置的冲压机构的结构不仅限于此。

图2是示出可利用本发明的玻璃成型体的成型装置进行制造的玻璃成型体的俯视图，图3是图2的III-III'剖视图。此外，在图3中利用二点划线示出用于冲压成型图2所示的玻璃成型体的上模39以及下模35。如图2以及图3所示，玻璃成型体90具备板状的基部92和从基部92向上方突出的多个透镜部94。多个透镜部94分别呈现俯视圆形，并且圆弧状地形成上表面。然后，通过在图3中用虚线表示的位置上进行切断，可制造多个透镜。

为了制造这样的玻璃成型体90，作为上模39，只要采用具有相当于多个透镜部94之间的部分向下方突出并与玻璃成型体90的上表面相对应的形状的成型面的模具既可，作为下模35，只要采用具有平坦的成型面的模具既可。并且，作为玻璃材料，采用板状的玻璃材料，由此能够制造如图2以及图3所示的玻璃成型体90。这样地成型玻璃成型体90并将玻璃成型体90分割为多个透镜的方法适合于制造大量微透镜的情况。

在第1实施方式中，说明了对成型模具进行加热处理、冲压成型处理以及缓冷处理而没有从第1壳体内移动成型模具的情况，但本发明不仅限于此。以下，说明在移动成型模具的同时进行加热处理、冲压成型处理以及缓冷处理的第2实施方式。

图4是示出本发明的第2实施方式的玻璃成型体的成型装置的垂直剖视图。在本实施方式的成型装置中，在图中从左向右间歇地运送成型模具114，同时利用各处理部进行加热处理、冲压成型处理以及缓冷处理，并由玻璃材料制造玻璃成型体。

本实施方式的玻璃成型体的成型装置101具备冲压机构102、第1壳体106、第2壳体108、减压机构110、惰性气体供给机构112和运送成型模具114的运送机构(未图示)。

成型模具114具备：具有与欲制造的玻璃成型体的形状相应形成的成型面的上模116、下模118；以及限制这些上模116以及下模118的径方向的相互位置的筒模120。在上模116以及下模118的成型面上形成离型膜。玻璃材料14例如由预成型件构成，以夹入上模116与下模118之间的状态进行配置。在将玻璃材料14加热到玻璃驰垂点温度以上的状态下，对上下模116、118以相对接近的方向进行加压，由此能够对玻璃材料转印成型面形状，冲压成型为期望的形状的玻璃成型体(光学元件)。

在第2壳体108内形成第1加热部132、第2加热部134、冲压成型部136、第1缓冷部138以及第2缓冷部140。

在第1加热部132以及第2加热部134上设置加热器(未图示)，对成型模具114进行加热。

冲压成型部136包含加热器(未图示)以及冲压机构102，利用加热器将玻璃材料14维持在预定的温度，并且利用冲压机构102对成型模具114进行冲压成型处理。

在第1缓冷部138以及第2缓冷部140上设置加热器(未图示)，为了使包含玻璃材料的成型模具114的温度不会迅速降低，而在进行温度控制的同时缓缓地进行缓冷。

冲压机构102具备：在第2壳体108的上部经由支承部件122进行支承的致动器124；从致动器124向下方延伸的活塞126；以及设置在活塞126的下部的按压板128。在与第2壳体108以及第1壳体106的活塞126对应的位置上设置有开口，活塞126在这些开口中插通，下端延伸到第1壳体106内。此外，在这些开口上设置有例如O环等密封部件。冲压机构102驱动致动器124使活塞126下降，由此能够对配置于第1壳体106内的成型模具114进行冲压处理。

第1壳体106具备下方开口的抗压性的外壳。第1壳体106可利用设置于第2壳体108内的升降机构(未图示)在上下方向上进行移动。另外，在第2壳体108内的第1壳体106的下缘抵接的位置上设置有金属垫片等密封部件。

第2壳体108由利用抗压性的材料形成的外壳构成。在第2壳体108的两侧的侧壁设置有开口部，在各开口部上设置有闸门。通过图4的左侧的开口部，可向第2壳体108内的第1加热部132运入已收容新的玻璃材料的成型模具114。另外，通过图4的右侧的开口部，可向第2壳体108外运出在第2缓冷部140中缓冷处理已结束的成型模具114。设置在这些开口部上的闸门通常是封闭的，仅在运入以及运出成型模具114时打开。

另外，在第2壳体108的上部设置有供气开口108A，在供气开口8A连接有后述的惰性气体供给机构112的供气管道60。在第2壳体8的下部设置有排气开口108B，在该排气开口108B连接有后述的惰性气体供给机构112的排气管道68。另外，在第2壳体108的冲压机构102的下方位置设置有减压开口108C，在该减压开口108C连接有减压机构110的排气管道54。

减压机构110具备：与第2壳体108的减压开口108C连接的排气管道54；设置在排气管道54上的排气阀56；以及设置在排气管道54的排气阀56的下游的真空泵58。排气管道54的下游侧端部开口于空气中。减压机构110使第1壳体106下降到其下缘与第2壳体108的底面抵接，敞开设置在排气管道54上的排气阀56，驱动真空泵58，由此能够对第1壳体6内进行减压。

惰性气体供给机构112与第1实施方式同样地具备：与第2壳体108的供气开口108A连接并在中途进行分支的供气管道60；设置在供气管道的第1分支管60A上的第1供气阀62；与第1分支管60A的第1供气阀62的上游连接的惰性气体源64以及设置在供气管道60的第2分支管60B上的第2供气阀66。此外，惰性气体供给机构112还具有：与第2壳体108的排气开口108B连接并在中途进行分支的排气管道68；设置在排气管道68的分支的第1分支管68A上的第1排气阀70；设置在第2分支管68B上的第2排气阀72；以及在第2分支管68B的第2排气阀72的下游设置的排气泵74。供气管道60的第2分支管60B的上游侧端部开口于空气中。另外，排气管道68的第1以及第2分支管68A、68B的下游侧端部也开口于空气中。

与第1实施方式同样，敞开第1供气阀62，封闭第2供气阀66，封闭第1排气阀70，敞开第2排气阀72，驱动排气泵74，由此通过排气管道68向外部排出第2壳体108内的空气，并且从惰性气体源64通过供气管道60向第2壳体108内供给惰性气体。由此，可将第2壳体108内置换为惰性气体氛围。另外，在驱动排气泵74的状态下，封闭第1供气阀62，敞开第2供气阀66，敞开第1排气阀70，敞开第2排气阀72，由此能够用空气来置换第2壳体108内的惰性气体。

以下，说明利用第2实施方式的玻璃成型体的成型装置来制造玻璃透镜的方法。

在制造玻璃透镜的过程中，首先，利用惰性气体供给机构112，将第2壳体内置换为惰性气体氛围(惰性气体供给步骤)。然后，将收容玻璃材料14的成型模具114从设置于第2壳体108的一个侧壁的开口部运送到第1加热部132。

第1加热部132在预定节拍时间(tact time)的期间，利用加热器对所运送的成型模具114进行加热处理(加热步骤)。当经过预定的节拍时间时，将位于第1加热部132的成型模具114通过运送机构运送到第2加热部134。

接着，第2加热部134在预定节拍时间的期间，对所运送的成型模具114进行基于加热器的加热处理(加热步骤)。由此，将玻璃材料加热到玻璃驰垂点温度以上。当经过预定的节拍时间时，将位于第2加热部134并收容玻璃材料14的成型模具114通过运送机构运送到冲压成型部136。

当成型模具114被运送到冲压成型部136时，使第1壳体106下降，包围成型模具114。然后，利用减压机构110向外部运出第1壳体106内的惰性气体，对第1壳体106内进行减压(减压步骤)。对第2壳体108内供给惰性气体，第1壳体106内维持减压后的状态，并且驱动冲压机构102对成型模具114进行冲压处理(冲压步骤)。由此，将玻璃材料14转印为上模116以及下模118的成型面的形状，成型为玻璃透镜。当经过预定的节拍时间时，使第1壳体106上升，将位于冲压成型部136的成型模具114通过运送机构运送到第1缓冷部138。

当对第1缓冷部138运送成型模具114时，利用加热器进行温度控制，以使成型模具114内的玻璃透镜的温度不急剧降低，并且对成型模具114进行缓冷(缓冷步骤)。当经过预定的节拍时间时，将位于第1缓冷部138的成型模具114通过运送机构运送到第2缓冷部140。

当对第2缓冷部140运送成型模具114时，利用加热器进行温度控制，以使成型模具114内的玻璃透镜的温度不急剧降低，并且对成型模具114进行缓冷(缓冷步骤)。当经过预定的节拍时间时，将位于第2缓冷部140的成型模具114通过运送运送机构从设置在第2壳体108的另一个侧壁上的开口部运送到外部。

按照预定的节拍时间，从在一个侧壁上设置的开口部向第1加热部132依次运入收容有玻璃材料14的成型模具114，由此能够连续地制造玻璃透镜。

即使利用本实施方式，也能够起到与第1实施方式同样的作用效果。

以下，参照附图来总括本发明。

本发明的第1实施方式的玻璃成型体的成型装置1如图1所示通过对玻璃材料14进行冲压处理来冲压成型玻璃透镜，具备：可收容玻璃材料14的第1壳体6；可包围第1壳体6的第2壳体8；在第1壳体6内可对玻璃材料14进行冲压处理的冲压机构2；对第2壳体8内供给惰性气体并使第2壳体内8维持在惰性气体氛围的惰性气体供给机构12；以及对第1壳体6内进行减压的减压机构10。

本发明的第1实施方式的玻璃成型体的成型方法利用成型装置1，通过对玻璃材料14进行冲压处理来成型玻璃透镜，该玻璃成型体的成型装置通过对玻璃材料14进行冲压处理来冲压成型玻璃透镜，该成型装置具备：可收容玻璃材料14的第1壳体6、可包围第1壳体6的第2壳体8和能够在第1壳体6内对玻璃材料14进行冲压处理的冲压机构2，该玻璃成型体的成型方法具备以下的步骤：惰性气体供给步骤，对第2壳体8内供给惰性气体；减压步骤，对第1壳体6内进行减压；和冲压步骤，在继续进行惰性气体供给步骤以及减压步骤的同时，利用冲压机构2对在第1壳体6内配置的玻璃材料14进行冲压处理。

本发明的第2实施方式的玻璃成型体的成型装置101是通过对玻璃材料14进行冲压处理来冲压成型玻璃透镜的玻璃透镜(玻璃成型体)的成型装置，具备：可收容玻璃材料14的第1壳体106；可包围第1壳体106的第2壳体108；可在第1壳体106内对玻璃材料14进行冲压处理的冲压机构102；对第2壳体108内供给惰性气体并使第2壳体108内成为惰性气体氛围的惰性气体供给机构112；以及对第1壳体内106进行减压的减压机构110。

本发明的第2实施方式的玻璃成型体的成型方法利用成型装置101，通过对玻璃材料14进行冲压处理来冲压成型玻璃透镜，该成型装置具备：可收容玻璃材料14的第1壳体106、可包围第1壳体106的第2壳体108和可在第1壳体106内对玻璃材料14进行冲压处理的冲压机构102，该成型方法具备以下的步骤：惰性气体供给步骤，对第2壳体108内供给惰性气体；减压步骤，对第1壳体106内进行减压；和冲压步骤，其在继续惰性气体供给步骤以及减压步骤的同时，利用冲压机构102对在第1壳体106内配置的玻璃材料14进行冲压处理。