專利名稱：成形體的制造方法和成形中間體的制造方法
技術領域：
本發明涉及由光學玻璃等成形材料經壓制成形得到成形體的成形體的制造方法和可在所述制造方法中使用的成形中間體的制造方法。尤其是，本發明涉及采用實施了精密加工的成形模具來壓制成形且在壓制成形之后無須對被轉印面進行拋光等后加工來制造光學元件等成形體的制造方法，特別是涉及具有凹面的光學元件的制造方法。
背景技術：
作為由玻璃成形坯材經壓制成形來得到成形體的方法，已經知道的有例如文獻1～4所述的方法。
在特開平7-69650號公報(文獻1)中，已經揭示了把熔融玻璃置于凹面形狀的第一模(接受模)中，使玻璃塊處于中心位置，用第二模(上模)壓制，成形中間成形體，然后，在中間成形體附著在第二模的狀態下，把中間成形體從第一模脫模，把附著于第二模的中間成形體在與第三模(下模)之間壓制成形的光學元件成形方法。
在特開2000-281360號公報(文獻2)中，已經揭示了在流動狀態下滴落來制作與擠壓成形后的光學部件的體積相同量的塊狀部件，把它用平面模具擠壓成形為大致圓盤狀的光學坯材的制造方法。
在特開平9-52720號公報(文獻3)中，已經揭示了把熔融玻璃自然滴落，一邊降下噴出氣體的下模一邊接受之，用有預定形狀的上模加壓成形模具所接受的玻璃塊的上面，成形與精密壓制透鏡形狀近似的預成形體的方法。
在特開平9-12318號公報(文獻4)中，以解決在成形透鏡時玻璃料滴的形變量大而導致模具的耐久性降低或模具中心部位損壞的問題為目的，提出了把熔融玻璃置于接受模中，在堆積于接受模的玻璃料滴的一面上形成最終成形物的凹陷形狀或凸起形狀的凹陷或凸起的方法。
發明內容
如前所述，在文獻1所述制造方法中，在熔融玻璃被有凹面形狀的第一模(接受模)所接受、用第二模(上模)壓制成形為中間成形體之后，在中間成形體附著于第二模的狀態下撤去第一模，用第三模壓制成形。文獻1中已經說到，采用這種方法，熔融玻璃即使落在中心以外的位置，不容易產生壁厚偏斜的問題。
但是，在熔融玻璃下落到接受模時，只有通過使下落距離變得非常大等對下落途中玻璃的急速降溫進行研究，才能把熔融玻璃調整成適合于預成形的粘度。也就是說，剛落下后的低粘度的熔融玻璃在接受模內散開或者熔著，不能預成形為作為成形中間體所期望的形狀。
進而，用文獻1所述方法使熔融玻璃流到接受模上，把接受模下降而得到熔融玻璃塊。該循環必須與壓制成形同步，這在實際生產中是不合適的。不過，根據本發明人等的發現，為了使玻璃塊的體積一定，限制熔融玻璃的流出速度，過慢很難。用文獻1所述方法，在壓制成形中需要(用第二模的壓制、第二模的撤出、用第三模壓制、冷卻等)多步工序，難以與壓制成形同步。
還有，通常為了防止玻璃熔著在成形模表面，實施脫模性好的涂層等是有利的。然而，文獻1中所述的方法，因玻璃穩定地附著在第二模中，脫模性無法提高，不能防止由與高溫熔融玻璃的緊密附著而導致的熔著。
還有，即使用文獻2所述的方法，流動狀態的玻璃滴下時，如上所述，存在有難以得到期望的預成形形狀的問題。還有，文獻2中記載有用平面模具將成形坯材制成大致圓盤狀或者擠壓成形為雙凹透鏡狀的形狀來作為成形坯材也行。然而，在后者的場合，對于凸曲面所覆蓋的塊狀光學坯材，如果用凸模進行擠壓成形，塊狀光學坯材從成形面上跑開，要把形狀轉印到坯材的精確位置上是極其困難的。
文獻3中已經提到，如果用文獻3的方法，得到與通過精密玻璃成形而成形的最終形狀近似形狀的預成形體。然而，由于此方法是在噴出氣體的下模上對玻璃決加壓，在加壓時玻璃塊處于漂浮在氣體層上的狀態，容易移動，難以對準中心，即，其加壓位置不容易精確對準中心。
用文獻4所述的方法，把熔融玻璃從坩堝滴下，在接受了預定量的玻璃的階段分離，然后用擠壓模具壓制成形，得到所期望形狀的玻璃料滴。然而，此方法與上面所述一樣，難以得到期望形狀的成形物，另外，其后在壓制成形模具中進行壓制成形，同步也成為問題。
誠然，用精密模壓來壓制成形玻璃光學元件等成形體時，需要對成形時的成形模具和被成形體(從噴嘴滴下的玻璃塊和預成形為預定體積的預成形體等)的溫度進行極其精密的管理。這是因為，必須在被成形體處于合適的粘度范圍內時，均勻給予適合于各種玻璃材料以及各種期望形狀的壓制負荷。例如，當被成形體偏離成形模具的中心位置時，如果受到負荷則產生壁厚偏斜，使得所得到的成形體的外觀不好。更有，在厚度偏斜狀態下加負荷，就產生了因各部位的負荷不均勻而導致的面精度變差的問題。特別是，在得到彎月形透鏡或雙凹透鏡等具有凹面的成形體的場合，負荷不均勻導致的面精度的變差(可以在球面成形后用干涉計來評估)變得極為敏感。
然而，對于例如由凸曲面覆蓋的被成形體，與有凸面形狀的上模接近、接觸，由于凸面彼此接觸、滑動，使得被成形體從接觸的成形面上跑開。由此，被成形體在偏置于成形模具內的狀態下被壓制成形，從而產生了上述那樣的壁厚偏斜和面精度變差的問題。
由本發明人等的探討，把軟化狀態的被成形體(例如，玻璃粘度在106～108.5dPa·s范圍的玻璃預制體)供應給加熱至比此被成形體溫度稍低的溫度的成形模具，在剛壓制成形之后，在成形模具和成形體保持緊密附著的狀態下冷卻，在可以縮短成形周期時間的同時，容易得到良好的壁厚精度和面精度。下面把此方法稱之為成形方法A。
或，把收容了被成形體的狀態的成形模具加熱至壓制成形溫度(例如，被成形體的粘度變為106～108.5dPa·s范圍的溫度)，進行壓制成形，在保持成形模具與成形體緊密附著下冷卻，容易得到良好的壁厚精度、面精度。下面把此方法稱為成形方法2。
不過，由本發明人等的更進一步的探討表明，為了得到近年來要求的成形難度高的面形狀成形體，上述方法仍不夠充分。特別是，由高折射玻璃材料的開發使得小型光學儀器可以實用化，壁厚薄的透鏡(例如，中心壁厚1mm以下的凹彎月形透鏡、雙凹透鏡)中，壓制成形時的上下模具溫度較高，發現面精度的變差非常敏感。無論如何，發現壓制成形時的上下模具溫度取為使被成形坯材的粘度變為107.5～1011dPa·s左右的溫度，就容易得到更高的面精度，即，沒有不規則的面形狀變化、偏離設計值的曲率變動小(可以抑制ァス、皺痕)。
然而，即使把壓制成形時的上下模具溫度設定在上述范圍，根據欲得到的成形體的形狀，存在有被成形坯材的凸曲面與凸起形狀的上模成形面之間容易產生滑動、被成形體的跑開、難以防止壁厚偏斜的情況。
這里，在被成形體與上模成形面接觸時，如果提高上下模具溫度以使被成形體不跑開時(例如，把上下模升溫至使被成形體的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度)，就不會產生壁厚偏斜。然而，成形的凹彎月形透鏡和雙凹透鏡沒有充分的面精度。即，根據上模成形面和被成形體的形狀，存在有不產生壁厚偏斜的溫度范圍與得到面精度的溫度范圍互相不同的情況。
另一方面，當用壓制成形得到雙凹透鏡時，必須把被成形體配置于有凸成形面的下模面上。然而，此時，由于被成形體的中心位置容易偏離下模的成形面而產生壁厚偏斜，容易產生成形體外觀不良、面精度不良。
還有，主要是，在上述成形方法2中，配置于模具內的被成形體因劇烈的搬送或停止，在模具搬送的途中有從模具的中心位置偏離的情況，這樣的時候，也不能避免壁厚偏斜、面精度不良的情況。
在所述狀況下，本發明的目的在于提供得到有良好面精度的成形體，特別是光學元件的手段。尤其是，本發明的目的在于提供用于得到面精度良好的彎月形透鏡(特別是成形難度高的凹彎月形透鏡)和雙凹透鏡的手段。
為了達到上述目的的手段如下。
一種制造方法，它是在把由成形材料通過預成形得到的預成形體加熱軟化后，在具有第一上模和下模的成形模具內，通過預加壓來得到成形中間體，把所得成形中間體在具有第二上模和所述下模的成形模具內進行最終加壓，得到所期望形狀的成形體的成形體的制造方法，其特征在于，所述第一上模和第二上模具有含凸面的成形面，所述預加壓是通過在把所述軟化的預成形體置于下模上之后，使加熱至第一溫度的第一上模的成形面與所述預成形體接觸并加壓而進行的，通過此預加壓，得到把所述成形面的凸面形狀的至少一部分轉印至表面的成形中間體，且所述最終加壓是通過把所述下模上的成形中間體用處于比所述第一溫度低的第二溫度的第二上模與所述下模壓制成形而進行的。
以所述第一溫度是使所述成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度為特征的[1]中所述的成形體的制造方法。
以所述第二溫度是使所述成形材料的粘度變為107.5～1011dPa·s的溫度為特征的[1]或[2]中所述的成形體的制造方法。
以所述軟化的預成形體的粘度在106～108.5dPa·s范圍為特征的[1]或[2]中所述的成形體的制造方法。
以所述預加壓在所述成形中間體的中心壁厚是所期望的成形體形狀的中心壁厚的110％以上時終止為特征的[1]中所述的成形體的制造方法。
以所述預加壓時的下模溫度是使所述成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度為特征的[1]或[2]中所述的成形體的制造方法。
以所述最終加壓包括在第二上模和下模的溫度為使所述成形材料的粘度變為107.5～1011dPa·s的溫度時進行的第一加壓為特征的[1]中所述的成形體的制造方法。
以在所述第一加壓開始后，把第二上模和下模的溫度降至使所述成形材料的粘度變為1011～1013dPa·s的溫度，然后采用比第一加壓小的負荷來進行第二加壓為特征的[7]中所述的成形體的制造方法。
所述第一上模和第二上模是同一模具的[1]中所述的成形體的制造方法。
與所述預成形體的第一上模接觸的面為凸曲面的[1]中所述的成形體的制造方法。
一用于得到成形體的成形中間體的制造方法，其特征在于，把由成形材料通過預成形所得到的預成形體加熱至使該成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度軟化，把所述軟化的預成形體載置于具有凹面或平面的接受模上，通過把加熱至使所述成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度并具有凸面或平面的中間體成形用上模的成形面與所述軟化的預成形體接觸加壓，把所述中間體成形用上模成形面的凸面或平面形狀的至少一部分轉印到預成形體的表面上，冷卻得到成形中間體。
把由使用[11]中所述的方法所得到的成形中間體供給具有上模和下模的成形模具內，加壓成形，得到所期望形狀的成形體的成形體的制造方法。
以所述下模具有含凸面的成形面，所述成形中間體有一面具有凹面形狀，以具有所述凹面形狀的面為下模側，把所述成形中間體供給所述成形模具為特征的[12]中所述的成形體的制造方法。
所述加壓成形包括所述成形中間體、上模和下模在相當于所述成形中間體的粘度為107.5～1011dPa·s的溫度下進行的加壓成形的[12]或[13]中所述的成形體的制造方法。
發明的效果按照本發明，可以得到面精度良好的彎月形透鏡(特別是成形難度高的凹彎月形透鏡)和雙凹透鏡。
圖1位置修正裝置的具體示例。
圖2實施例1和2中用于制造成形中間體和/或成形體的成形模具。
圖3由實施例1得到的成形體的干涉條紋。
圖4實施例2中用于制造成形體的成形模具。
圖5實施例2中使用的成形裝置。
圖6由比較例1得到的成形體的干涉條紋。
圖7由比較例3得到的成形體的干涉條紋。
圖8實施例3中使用的成形模具。
符號說明1、5、15成形模具2、6、16上模3、7、17下模
7a、17a下模成形面8成形中間體8a壓印面9中間模18成形體具體實施方式
下面來更詳細的說明本發明。
本發明的第一成形體的制造方法把由成形材料通過預成形得到的預成形體加熱軟化后，在具有第一上模和下模的成形模具內，通過預加壓來得到成形中間體，把所得成形中間體在具有第二上模和所述下模的成形模具內進行最終加壓，得到所期望形狀的成形體的成形體的制造方法，其特征在于，所述第一上模和第二上模具有含凸面的成形面，所述預加壓是通過在把所述軟化的預成形體置于下模上之后，使加熱至第一溫度的第一上模的成形面與所述預成形體接觸加壓而進行的，通過此預加壓，得到把所述成形面的凸面形狀的至少一部分轉印至表面的成形中間體，且所述最終加壓是通過把所述下模上的成形中間體用處于比所述第一溫度低的第二溫度的第二上模與所述下模進行壓制成形而進行的。下面把上述方法稱為方法I。
在方法I中，把由成形材料通過預成形得到預成形體，在把此預成形體加熱軟化后，預加壓，接著進行最終加壓，得到所期望形狀的成形體。下面，依次來說明上述預成形體、預加壓、最終加壓。再是，本發明中，將預定溫度下成形材料(玻璃等)的粘度、預成形體的粘度、成形中間體的粘度一視同仁。
預成形體在方法I中，把成形材料預成形得到預成形體，接著，把此預成形體加熱而軟化之后，進行預加壓。所述成形材料，可以是由例如光學玻璃所構成。在所述成形材料是由玻璃構成的場合，其玻璃種類沒有特別的限制，但方法I可以在由高折射率玻璃材料制造薄壁透鏡時適用。如前所述，特別是，由于高折射率玻璃材料，薄壁透鏡的適用范圍很廣，但在制造它們時，難以達到高的面精度。對此，按照方法I，由于如后所述進行預加壓并經過成形中間體來得到成形體，即使是由高折射率玻璃材料，仍可以制造具有高面精度的薄壁透鏡。
作為適用于方法I的玻璃種類的例子，可以列舉如下(1)含有P2O5、Nb2O5、WO3、TiO2、Bi2O3、Li2O、Na2O為必須成份且Nb2O5、WO3、TiO2、Bi2O3的合計量為25～45mol％的玻璃；(2)P2O5為16～30mol％的上述(1)所述的玻璃；(3)折射率nd為1.75～2.0、阿貝數νd為18～30的上述(1)或(2)所述的玻璃；(4)含有P2O5、SiO2和堿金屬氧化物為必須成份、折射率nd在1.8以上、阿貝數νd在30以下的玻璃；(5)含有B2O325～45mol％、SiO22～20mol％、La2O35～22mol％、ZnO15～29mol％為必須成份的玻璃；(6)折射率nd為1.75～1.85、阿貝數νd為18～30的上述(5)所述的玻璃；(7)含有B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO為必須成份、折射率nd超過1.82、阿貝數νd不到40的玻璃。
方法I中，把上述成形材料預先進行預定體積的預成形得到預成形體。作為所述預成形體，沒有特別的限制，可以使用由例如熔融固化或拋光預成形的玻璃預制體。特別是可以使用把熔融玻璃滴下或流下到有適當曲率的接受模中，經預成形、冷卻固化的。以使用防止由與接受模的接觸導致的熔著或變形，為得到所期望的預成形形狀而調整了玻璃粘度，從接受模的接受面噴出氣流，基本上與所接受的玻璃塊處于非接觸狀態下冷卻的預成形裝置為優選。作為預成形體的形狀，可以列舉有球形或雙凸曲面形狀等被凸曲面所包覆的形狀。上述形狀由于具有沒有缺陷的曲面，因此在后面進行的壓制成形中可形成面精度高的成形體的同時，生產性能高，是有利的。還有，由這樣平滑的曲面所覆蓋的高精度預成形體(例如玻璃預制體)容易產生本發明欲解決的滑動、壁厚偏斜的問題，用本發明已經解決了此問題。
接著，把這樣得到的預成形體加熱軟化。在方法I中，由于不是把由熔融狀態滴下的玻璃塊直接使用，而是把預先成形為預定體積的預成形體再加熱后使用。這樣，與使用滴下的玻璃塊制作成形中間體的場合相比，有利于的是，可以自由地方便進行如后所述的合適粘度范圍的調整。盡管根據預成形體形狀和欲得的光學元件形狀，合適的粘度處于后面所述的粘度范圍內，是不同的，但可以不經改變熔融玻璃的下落距離等煩雜操作而確實地進行這樣的粘度調整。更有，沒有必要使滴下和壓印(下面把上模的成形面形狀的至少一部分轉印到預成形體的表面稱之為壓印)的時機同步，還有，再加熱的預成形體與從熔融狀態滴下的不同，由于表面溫度比內部的高，使得對表面的壓印容易，適合于在冷卻時從壓印的表面部分開始降溫、固化而迅速得到形狀。
所述加熱，可以用把預成形體配置在后面所述的預加壓用成形模具內、加熱此成形模具來進行。還有，把預成形體在預加壓用成形模具外加熱、軟化之后，再把軟化的預成形體配置于預加壓用成形模具中，也行。所述加熱，以在使成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s而進行為優選，使粘度變為107～108dPa·s而進行為更優選。具有上述范圍粘度的預成形體在運送夾具上容易變形，而且，容易熔著在與運送夾具的接觸面上。由此，在進行把預成形體在預加壓用成形模具外加熱、軟化的場合，優選使用噴出氣流的漂浮盤狀的運送夾具來運送，在把夾具移送到下模上方位置的狀態下進行開啟關閉作業等，使軟化的預成形體處于與夾具基本上不接觸的狀態而下落供給到下模中。
如果預成形體為球狀，根據下模成形面的形狀，配置于下模上的玻璃坯材可以自動移動到中心位置。不過，為了把預成形體確實地配置于下模的中心位置，優選的是把置于下模中的預成形體的位置進行修正。例如，用可以開啟關閉的導引部件把下模上的預成形體位置修正到中心位置是有效的。這樣的位置修正裝置的具體例子如圖1所示。圖1所示的位置修正裝置包括可以開啟關閉的定位塊11、12。定位塊11、12對接，形成菱形的開口部10，在此開口部10的內周面，形成與提供給下模的預成形體的外周接觸的結構。把此位置修正裝置在開啟狀態下配置于下模上，在把預成形體供給下模中之后，使定位塊接近、分開(例如，反復數次)，就可以把預成形體確實地配置于下模的中心位置。特別是，在預成形體為扁平的雙凸曲面形狀、下模為平面或曲率半徑大的凹面等場合，優選進行這樣的位置修正。有關位置修正裝置的詳細情況，可以參見特開2003-104741號公報。
預加壓在方法I中，對前述加熱軟化的預成形體進行預加壓。預加壓所使用的成形模具有第一上模和下模，所述第一上模有包括凸面的成形面。所述下模有與第一上模的成形面相對的成形面。
預加壓可以通過在把預成形體配置于下模中心后，馬上把第一上模降下(或把下模上升)，使得加熱至第一溫度的第一上模的成形面與預成形體接觸并加壓來進行。由此，得到了把上述第一上模的成形面的凸面形狀的至少一部分轉印到表面上的成形中間體。如后所述，方法I通過把此成形中間體用具有含凸面的成形面的第二上模進行最終加壓來得到所期望形狀的成形體。如前所述，在成形中間體的表面轉印了第一上模的凸面形狀的至少一部分，形成凹陷形狀。在用具有含凸面的成形面的第二上模進行加壓時，通過此凹陷形狀可以中心定位，因此可以防止成形中間體的滑動，可以得到壁厚精度、面精度均良好的成形體。特別是，對于與所述第一上模接觸的面是凸曲面的預成形體，由于容易滑動和產生壁厚偏斜，使用方法I是有效的。
再是，預加壓時，所述預成形體以接觸狀態配置在下模上為優選。如果以漂浮狀態配置于下模上(例如，參見特開平9-52720號公報)，預成形體的移動使得壓印位置難以精確處于中央。
所述第一溫度，以是使成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度為優選，變為107～108dPa·s的溫度為更優選。還有，如前所述，進行預加壓的預成形體以加熱軟化至106～108.5dPa·s粘度為優選，加熱軟化至107～108dPa·s粘度為更優選。當預成形體的粘度在106dPa·s以上的話，在下模上可以容易地成形為所期望的預成形形狀，還有，如果在108.5dPa·s以下時，預成形體與上模成形面之間難以滑動，容易在中心部位壓印。這樣，由于預成形體的粘度范圍合適，而且第一上模溫度(第一溫度)的范圍合適，在預成形體的表面，特別是凸面形狀的預成形體表面，與第一上模成形面的凸曲面之間沒有產生滑動，可以把第一上模成形面凸部頂點附件的形狀轉印到預成形體上。結果是，在預成形體的表面壓印凹陷形狀。
所述預加壓時的下模溫度以是使成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度為優選，使該粘度變為107～108dPa·s的溫度為更優選。
所述預加壓的預成形體的中心壁厚比所期望的成形體形狀的中心壁厚大，優選是為所期望的成形體形狀的中心壁厚的120～500％，以是150～400％為更優選。由此，所述預加壓在使所述成形中間體的中心壁厚比所期望的成形體形狀的中心壁厚大的階段下結束。優選的是，所述預加壓在所述成形中間體的中心壁厚為所期望的成形體形狀的中心壁厚的110％以上時終結，在120～300％時終結為更優選。還有，所述預加壓可以進行到成形體中間體的中心壁厚在預成形體的中心壁厚的95％以下，優選30～60％。還有，所述預加壓時的壓制壓力可以根據預成形體的形狀、壁厚等來適當設定，例如，可以為100～300kgw/cm2。
最終加壓上述預加壓所得到的成形中間體用具有包含凸面的成形面的第二上模進行最終加壓。最終加壓是在含有所述第二上模和具有與第二上模的成形面相對的成形面的下模的成形模內進行的。盡管所述第二上模無論是與前述第一上模為同一模具還是不同的模具都行，但是，為了得到良好面精度的成形體，以是同一模具為優選。下面的說明，只要沒有特別說明，就是在第一上模與第二上模為同一模具下進行的。
在所述預加壓終結之后，是把上模與成形中間體暫時脫開，還是上模的成形面保持與成形中間體接觸的狀態都可以。優選的是，在上模成形面與成形中間體保持接觸的狀態下，把上模降溫到第二溫度。此時，同時也把下模降溫為優選。以從所述預加壓開始時刻起，上模和下模同時開始降溫為更優選。再是，在把與第一上模不同的模具作為第二上模使用時，可以把第二上模加熱到第二溫度來使用。成形模具的冷卻，除了采取把成形模具的加熱裝置斷電之外，使用噴氣法或在成形模具中循環冷卻介質等強制冷卻手段都可以。然后，在上模溫度在比第一溫度低的第二溫度范圍內時，把在下模上的成形中間體壓制成形，得到所期望形狀的成形體。
所述第二溫度是比前述第一溫度低的溫度，以是使成形材料的粘度變為107.5～1011dPa·s的溫度為優選，使此粘度變為108.5～1010.5dPa·s的溫度為更優選。
所述最終加壓可以包括在第二上模溫度處于使成形材料的粘度變為107.5～1011dPa·s的溫度范圍內時進行的第一加壓。此第一加壓可以是使成形中間體有大的形變而成形至預先設定的所期望的中心壁厚的工序。還有，所述預定中心壁厚是指考慮了其后的冷卻導致的熱收縮基礎上，為得到最終所期望壁厚的成形體而預先設定的中心壁厚。此時，下模溫度不一定與上模溫度一致也行，但以在同樣的溫度范圍(成形材料的粘度為107.5～1011dPa·s)為優選。進而，上模、下模均在相當于成形材料的粘度為108.5～1011dPa·s的溫度范圍為更優選。在進行上述第一加壓時，使用足夠的負荷(例如，50～200kgw/cm2)，可以成形至預定的中心壁厚。
方法I特別有效應用的凹彎月形透鏡、雙凹透鏡中，冷卻時的熱收縮后或其后的退火工序(根據需要進行)過程中，容易發生面精度不良(稱為ァス、皺痕的曲率變動等)。因此，為了得到優良的面精度，以在上述第一加壓后接著在比第一加壓溫度更低的溫度進行第二加壓為優選。
第二加壓是通過進一步使上下模一起降溫到使成形材料的粘度變為1011～1013dPa·s的溫度(不要求上下模的溫度相同)，接著用比第一加壓小的負荷來進行的。由此，可以使成形體的中心壁厚進一步在例如5～200μm左右變化，成為最終形狀。
在第一加壓與第二加壓之間，以不解除成形體與上下模的成形面的緊密附著為優選。即，可以是邊進行第一加壓邊進一步把上下模降溫，在上下模的溫度處于上述溫度范圍時加上負荷，進行第二加壓。第二加壓時使用的負荷例如為25～100kgw/cm2，以比第一加壓時小為優選。
此后，進一步在保持成形面與成形體緊密附著的情況下把上下模冷卻，例如當成形材料的粘度變為1013dPa·s以下時，把上下模分開，取出成形體。由此，可以得到壁厚精度、面精度均良好的成形體。
在方法I中使用的第二上模和下模可以是根據欲得到的成形體的形狀實施了精密形狀加工的模具。但是，如前所述，用于預加壓的第一上模是與第二上模不同的預加壓專用模具也行。此時，與用于最終加壓的第二上模的凸面形狀相比，預加壓專用的第一上模的凸面形狀優選是具有更大曲率半徑的凸面。這是因為避免了在壓制成形時，在上模與預加壓后的成形中間體之間封入氣氛氣體而使成形體形狀變差的緣故。在第一或第二上模的凸面形狀為非球面時，按照近軸曲率半徑的相互關系，同樣以選擇不發生上述氣氛氣體封入現象的形狀為優選。
本發明的成形中間體的制造方法是用于得到成形體的成形中間體的制造方法，其特征在于，把由成形材料通過預成形所得到的預成形體加熱至使該成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度軟化，把所述軟化的預成形體載置于具有凹面或平面的接受模上，通過把加熱至使所述成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度并具有凸面或平面的中間體成形用上模的成形面與所述軟化的預成形體接觸加壓，把所述中間體成形用上模成形面的凸面或平面形狀的至少一部分轉印到預成形體上，冷卻，得到成形中間體。
本發明的成形中間體的制造方法可有利地用于成形方法A和成形方法B來提供成形中間體，即，軟化狀態的被成形體(成形中間體)提供給加熱至比其稍低溫度下的成形模具，馬上進行壓制成形，之后，于保持成形模具與成形體緊密附著的情況下冷卻的方法(成形方法A)，把收容了被成形體(成形中間體)狀態的成形模具加熱至壓制成形溫度，進行壓制成形，于保持成形模具與成形體緊密附著的情況下冷卻的方法(成形方法B)。中間體成形用上模與對成形中間體進行加壓(以下簡單稱為壓制成形)時使用的上模是同一模具還是不同模具都行。還有，所述接受模，可以用與在壓制成形時使用的下模同一模具。作為上模，在使用中間體成形專用上模的場合，使用與用于壓制成形的上模為同一模具或使用具備有比其有更大曲率半徑(非球面時選擇近軸曲率半徑等相互形狀關系)的凸成形面或平成形面的為優選。此有凸面或平面的中間體成形用上模，在加熱至使成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度的狀態下，與預成形體上面接觸，形成平面或凹面形狀的印痕。由于把預成形體加熱至使成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度、軟化，其表面上粘度變為足夠低，即使與凸面形狀或平面形狀的中間體成形用上模接觸，也不產生跑開，可以在所期望的位置(中心位置)進行壓印。此后，盡管可以把成形中間體立即從成形模具中取出，但以把它降溫到玻璃化轉變溫度Tg+50℃左右后取出為好。取出的帶印痕的成形中間體可以隨時供成形方法A或成形方法B使用。
中間體成形用上模的曲率半徑為比壓制成形用上模(精密加工至所期望的成形體形狀的)的曲率半徑小的凸曲面，在壓制成形時，壓制成形用上模的凸部與成形中間體的凹部不可能接觸，恐怕會有氣氛氣體殘留于此間隙中而妨礙成形體的面精度。因此，在壓制成形時，優選為了使壓制成形上模的凸面中心首先可與成形坯材的壓印部位中心確實地接觸，并且中間體成形用上模的曲率半徑與壓制成形用上模的曲率半徑相同或前者比后者大而對中間體成形用上模的形狀進行調整。
另外，本發明的成形中間體的制造方法的其它詳細情況如先前的方法I中所述。
還有，本發明中，在預成形體的兩面依次形成前述印痕，制成雙凹陷形狀的成形中間體也行。這可應用于前述的成形方法A、2中的任何一個，對雙凹透鏡的成形非常有用。
本發明的第二種成形體的制造方法是把由前述本發明的成形中間體的制造方法得到的成形中間體提供給有上模和下模的成形模具內，加壓成形來得到所期望形狀的成形體的制造方法。下面，把上述方法稱之為方法II。
在方法II中，把由本發明的中間體的制造方法所得到的成形中間體壓制成形為所期望形狀的成形體。這樣，由于使用了帶有印痕的中間成形體，可以在不產生滑動和壁厚偏斜的情況下進行壓制成形，可以得到有良好壁厚精度和面精度的成形體。
方法II使用的是具有含凸面的成形面的下模，同時可以把具有前述凹面形狀的面作為下模一側將具有轉印了前述中間體成形用上模的凸面形狀至少一部分所形成的凹面形狀的成形中間體提供給前述成形模具。這樣它就有使成形中間體的凹面形狀與下模的凸面形狀相對而可以穩定地進行壓制成形的優點。
方法II以包括所述成形中間體、上模和下模在相當于所述成形中間體的粘度為107.5～1011dPa·s的溫度下進行的加壓成形為優選。方法II的其它詳細情況如先前的方法I中所述。
下面用實施例來更詳細地說明本發明。
實施例1(凹彎月形透鏡(中心壁厚1mm的)的制造)用圖2所示的成形模具1來進行成形中間體的成形。
把由高折射率、高色散的磷酸系光學玻璃A(以mol％表示的組成22P2O5-19Nb2O5-8WO3-5TiO2-4Bi2O3-20Li2O-11Na2O-2K2O-4B2O3-3BaO-2ZnO，熱物性參數轉變溫度Tg＝454℃，槽沉溫度Ts＝508℃、光學常數nd＝1.87427、νd＝22.37)預先按預定體積成形的預成形體(扁平的雙凸曲面形狀、中心壁厚5mm)加熱，軟化至粘度107.5dPa·s(565℃)之后，配置于圖2所示的下模(凹面形狀)3上，用150kgw/cm2的壓力壓制(預加壓)，上模2的凸面形狀的一部分被轉印，得到了表面形成了凹陷形狀的成形中間體。預加壓采用的是加熱至玻璃坯材的粘度變為107.5dPa·s的溫度的上模和加熱至此玻璃坯材的粘度變為107.5dPa·s的溫度的下模3。再是，在實施例、比較例中的壓制壓力是壓制機的設定值。此時，成形中間體的中心壁厚為2mm。
接著，在保持成形中間體與模具緊密附著下，把上模2和下模3的溫度降到使玻璃坯材的粘度變為109.5dPa·s的溫度(515℃)之后，用150kgw/cm2的壓力壓制(第一加壓)。設定第一加壓使得上下模接近時的距離為比欲得到的透鏡的壁厚大10μm的數值。
然后，保持緊密附著下，把上模2和下模3的溫度降到使所述玻璃坯材的粘度變為1012dPa·s的溫度(470℃)之后，再用100kgw/cm2的壓力壓制(第二加壓)。進而，在保持成形模具的成形面與成形體緊密附著下，把上下模2、3冷卻，在前述玻璃坯材的粘度變為1013dPa·s以下的溫度時，把上下模分開，取出成形體(凹彎月形透鏡)。由用斐索干涉儀的干涉條紋來確認所得到的成形體的面精度表明，在得到壁厚精度的同時得到了足夠的面精度。圖3示出了干涉條紋。
實施例2(凹彎月形透鏡的制造)把用與實施例1同樣的方法成形的成形中間體在成形模具內急速冷卻之后，脫取上模，取出成形中間體。再是，根據需要，此成形中間體也可以在室溫下保存。
接著，用圖4所示的成形模具5，按如下進行來壓制成形凹彎月形透鏡。
打開圖4所示的成形模具5，把所得到的成形中間體8置于其內部。具體是，保持上模6插入狀態的中間模9，把下模7降下，在下模成形面(凹面形狀)7a中，把成形中間體8的壓印面(凹陷形狀面)8a配置于上模6一側。成形中間體8的運送、配置可以采用已知的運送裝置(帶有吸附墊的機械手等)來進行。把成形中間體8配置于下模成形面7a上，把下模7提升，重新納入中間模9內。此時，由成形中間體8的厚度，使上模成為稍比中間模上面提升的狀態。
把此狀態的成形模具移送，同時用圖5所示的成形裝置進行壓制成形。圖5所示的成形裝置中，把成形模具裝載在旋轉式轉臺上，在可以獨立控制溫度的各個處理室間依次間歇地旋轉移動，可在各個處理室中實施預定的處理。
具體說，在加熱室中，把收容了成形中間體的成形模具加熱到相當于玻璃坯材的粘度為109.5dPa·s的溫度(515℃)之后，送入第一壓制室，用150kgw/cm2的負荷壓制(第一加壓)。然后，送至第二壓制室，在冷卻至相當于玻璃坯材的粘度為1012dPa·s的溫度(470℃)之后，用100kgw/cm2的負荷再次壓制(第二加壓)。由用斐索干涉儀的干涉條紋來確認這樣得到的成形體(凹彎月形透鏡)的面精度表明，與圖3一樣，得到了足夠的面精度。
比較例1除了不進行所述預加壓之外，用與實施例2同樣的方法進行壓制成形，得到了有壁厚偏斜狀態的成形體。圖6示出了所得到的成形體的斐索干涉儀的干涉條紋。如圖6所示，產生了ァス，沒有得到良好面精度的成形體。這被認為是由于在把收容了預成形體的成形模具移送到壓制成形位置的階段產生了位置偏移，在位置偏移狀態下進行壓制成形所造成的。
比較例2用圖2所示的成形模具1，按如下條件進行壓制成形得到成形體。
把所述磷酸系光學玻璃A按預定體積預先成形的預成形體(扁平的雙凸曲面形狀、中心壁厚5mm)加熱至粘度107.5dPa·s(565℃)軟化之后，配置于圖2所示的下模(凹面形狀)3上，使用加熱至玻璃坯材的粘度為109.5dPa·s的溫度(515℃)的上模2和加熱至此玻璃坯材的粘度為109.5dPa·s的溫度的下模3，在150kgw/cm2的壓力下壓制(第一加壓)之后，把上模2和下模3的溫度降到該玻璃坯材的粘度為1012dPa·s的溫度(470℃)之后，再用100kgw/cm2的壓力壓制(第二加壓)。進而，在保持成形模具1的成形面與成形體緊密附著下把上下模冷卻，在前述玻璃坯材的粘度變為1013dPa·s以下的溫度時，把上下模分開，取出成形體(凹彎月形透鏡)。由用斐索干涉儀得到的所得成形體的干涉條紋與圖6一樣。可見所得到的透鏡產生了ァス，產生壁厚偏斜。
比較例3用圖2所示的成形模具1，按如下條件進行壓制成形得到成形體。
把所述磷酸系光學玻璃A按預定體積預先成形的預成形體(扁平的雙凸曲面形狀、中心壁厚5mm)加熱至粘度107.5dPa·s(565℃)軟化之后，配置于圖2所示的下模(凹面形狀)3上，使用加熱至玻璃坯材的粘度變為107.5dPa·s的溫度(565℃)的上模2和加熱至此玻璃坯材的粘度變為107.5dPa·s的溫度的下模3，在150kgw/cm2的壓力下壓制(第一加壓)之后，把上模2和下模3的溫度降到該玻璃坯材的粘度變為1012dPa·s的溫度(470℃)之后，再用100kgw/cm2的壓力壓制(第二加壓)。進而，在保持成形模具1的成形面與成形體緊密附著下把上下模冷卻，在前述玻璃坯材的粘度變為1013dPa·s以下的溫度時，把上下模分開，取出成形體(凹彎月形透鏡)。
圖7示出了用斐索干涉儀得到的所得成形體的干涉條紋。盡管在所得透鏡上沒有看到顯示壁厚偏斜的ァス，但看到不規則，面形狀不好。盡管是在沒有預成形體橫向跑開的狀態下進行壓制成形，但上述面形狀不良被視為由于直至最終透鏡壁厚附近都在低粘度狀態下進行壓制而產生的冷卻時的部分脫模所致，發現即使進行第二加壓也不能修正之。
實施例3用圖8所述的成形模具15按下制造雙凹透鏡。
用具備有平面形狀的成形面的下模與有凸面形狀的成形面的上模進行與實施例1同樣的預加壓。把預加壓后冷卻取出的成形中間體配置在圖8所示的下模17上，移送到實施例2所使用的成形裝置中，在與實施例2同樣的條件下進行壓制成形。本實施例使用了如圖8所示的具有凸面形狀成形面17a的下模17與具有凸面形狀成形面16a的上模16。這里，成形中間體的壓印面(凹面形狀)作為下模17的一側，把成形中間體配置于成形模具15內。所得到的成形體(雙凹透鏡)18用斐索干涉儀得到的干涉條紋來評價。與實施例1、2一樣，有足夠的面精度。
比較例4除了不進行預成形之外，用與實施例3同樣的方法得到成形體。用斐索干涉儀得到的所得成形體的干涉條紋與圖6一樣。由于比較例4是不經成形中間體而進行壓制成形的，因橫向偏移而產生壁厚偏斜。因此，產生了ァス，不能得到具有良好面精度的成形體。
產業上應用可能性由本發明制造的成形體優選是透鏡等光學元件。本發明特別適合于雙凹透鏡或彎月形透鏡的制造。作為彎月形透鏡，在凹彎月形透鏡的成形中得到特別顯著的效果。這是由于彎月形透鏡的凹面成形用模具形狀的曲率較小，與成形坯材的凸曲面容易滑動而產生壁厚偏斜，并且稍稍產生壁厚偏斜時，面精度就顯著變差(面精度變化對由壁厚偏斜而致的負荷不均勻的敏感性高)。本發明特別是對于薄壁(中心壁厚1mm以下的雙凹或凹彎月形)透鏡效果顯著。
權利要求
1.一種成形體的制造方法，它是在把由成形材料通過預成形得到的預成形體加熱軟化后，在具有第一上模和下模的成形模具內，通過預加壓來得到成形中間體，把所得成形中間體在具有第二上模和所述下模的成形模具內進行最終加壓，得到所期望形狀的成形體的制造方法，其特征在于，所述第一上模和第二上模具有含凸面的成形面，所述預加壓是通過在把所述軟化的預成形體置于下模上之后，使加熱至第一溫度的第一上模的成形面與所述預成形體接觸并加壓而進行的，通過此預加壓，得到把所述成形面的凸面形狀的至少一部分轉印至表面的成形中間體，且所述最終加壓是通過把所述下模上的成形中間體用處于比所述第一溫度低的第二溫度的第二上模與所述下模壓制成形而進行的。
2.權利要求1所述的成形體的制造方法，其特征在于所述第一溫度是使所述成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度。
3.權利要求1或2所述的成形體的制造方法，其特征在于所述第二溫度是使所述成形材料的粘度變為107.5～1011dPa·s的溫度。
4.權利要求1或2所述的成形體的制造方法，其特征在于所述軟化的預成形體的粘度在106～108.5dPa·s范圍。
5.權利要求1所述的成形體的制造方法，其特征在于所述預加壓在所述成形中間體的中心壁厚是所期望的成形體形狀的中心壁厚的110％以上時終止。
6.權利要求1或2所述的成形體的制造方法，其特征在于所述預加壓時的下模溫度是使所述成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度。
7.權利要求1所述的成形體的制造方法，其特征在于所述最終加壓包括在第二上模和下模的溫度為使所述成形材料的粘度變為107.5～1011dPa·s的溫度下進行的第一加壓。
8.權利要求7所述的成形體的制造方法，其特征在于在所述第一加壓開始后，把第二上模和下模的溫度降至使所述成形材料的粘度變為1011～1013dPa·s的溫度，然后采用比第一加壓小的負荷來進行第二加壓。
9.權利要求1所述的成形體的制造方法，其中所述第一上模和第二上模是同一模具。
10.權利要求1所述的成形體的制造方法，其中與所述預成形體的第一上模接觸的面為凸曲面。
11.一種成形中間體的制造方法，它是為得到成形體而使用的成形中間體的制造方法，其特征在于，把由成形材料通過預成形所得到的預成形體加熱至該成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度軟化，把所述軟化的預成形體載置于具有凹面或平面的接受模上，通過把加熱至所述成形材料的粘度變為106～108.5dPa·s的溫度并具有凸面或平面的中間體成形用上模的成形面與所述軟化的預成形體接觸并加壓，把所述中間體成形用上模成形面的凸面或平面形狀的至少一部分轉印到預成形體的表面上，冷卻得到成形中間體。
12.一種成形體的制造方法，其特征在于，把由使用權利要求11所述的方法所得到的成形中間體供給具有上模和下模的成形模具內，加壓成形，得到所期望形狀的成形體。
13.權利要求12所述的成形體的制造方法，其特征在于所述下模具有含凸面的成形面，所述成形中間體有一面具有凹面形狀，以具有所述凹面形狀的面為下模側，把所述成形中間體供給所述成形模具。
14.權利要求12或13所述的成形體的制造方法，其特征在于所述加壓成形包括所述成形中間體、上模和下模在相當于所述成形中間體的粘度為107.5～1011dPa·s的溫度下進行的加壓成形。
全文摘要
本發明提供了得到有良好面精度的成形體、特別是光學元件的手段。它是把由成形材料通過預成形得到的預成形體加熱軟化后，在具有第一上模和下模的成形模具內，通過預加壓來得到成形中間體，把所得成形中間體在具有第二上模和所述下模的成形模具內進行最終加壓，得到所期望形狀的成形體的制造方法。所述第一上模和第二上模具有含凸面的成形面，所述預加壓是通過在把所述軟化的預成形體置于下模上之后，使加熱至第一溫度的第一上模的成形面與所述預成形體接觸加壓而進行的，通過此預加壓，得到把所述成形面的凸面形狀的至少一部分轉印至表面的成形中間體，且所述最終加壓是通過把所述下模上的成形中間體用處于比所述第一溫度低的第二溫度的第二上模與所述下模壓制成形而進行的。
文檔編號C03B11/06GK1861533SQ20061007789
公開日2006年11月15日 申請日期2006年5月10日 優先權日2005年5月10日
發明者佐藤浩一, 廣田慎一郎, 山中賢治 申請人:Hoya株式會社