玻璃制光学零件成形用模具及使用该模具的玻璃制光学零件的制造方法技术

在小型精密玻璃部件的制造中，传统的直接压制方法存在以下问题：由于难以将熔融玻璃块的重量调节至恒定值，熔融玻璃块的重量可能相差很大。因此无法稳定地进行精密模制。作为该问题的解决方案，提供了：玻璃制光学部件成型用模具，其特征在于，具有凹模，在该凹模中玻璃制光学部件成型用模具的下模被设置在凹面部的外缘部处，具有与凹模的凹面部结合的凸面部的凸模，以及配置在凸模的外周部的环模，并且设有用于玻璃制光学部件成型用模具的上模，其中，通过凸模从上方按压将熔融玻璃块引入到凹模的凹面部分中，以使熔融玻璃块能够注入到模具的下模和上模之间形成的空间中；以及使用该模具制造玻璃制光学部件的方法。

Mould for forming glass optical parts and manufacturing method of glass optical parts using the mould

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】玻璃制光学零件成形用模具及使用该模具的玻璃制光学零件的制造方法
本专利技术涉及一种玻璃制光学零件成形用模具及使用该成形用模具的玻璃制光学零件的制造方法，该成形用模具被利用于制造具有立体形状的玻璃制光学零件，具体而言为玻璃制的双面非球面透镜、不规则形透镜等具有精密且复杂的立体形状的光学零件等。
技术介绍
近年来伴随各种光源的LED化及LD化，透镜形状产品及光学零件的高精度化、形状复杂化逐渐推进，而有寻求适合对应于此的玻璃的成形用模具及使用该模具的大量生产或少量多种生产的玻璃的成形方法。作为光学零件等具有小的立体形状的玻璃成形品的已知的成形方法，主要施行有直接压制法、模压法、再加热压制法及射出成形法。直接压制法，是将经熔解的熔融玻璃投入模具内，以冲压机进行冲压成形的最典型的冲压技术。由于在凹模、凸模及环模之间将熔融玻璃直接成形为模具的形状，因而被称为直接压制法。作为大量生产的方式，一般为将自熔炉流出的熔融玻璃流中，将配合制品重量裁断(以刀刃切断)为几乎固定重量的熔融玻璃块(熔融的块状玻璃)投入凹模内(成对的模具中，位于下方的凹面状模具)，以凸模(成对的模具中，位于上方的凸面状的模具)冲压，以形成为模具的形状。凸模的外周部配置有环模。环模在凸模下降而冲压玻璃块时，较凸模略早下降而嵌合于凹模，担当在导引凸模的同时将被冲压的玻璃制品的边缘成形的作用。已知的直接压制技术具有如下的缺点：(1)在制造小型的精密玻璃零件时，有难以将熔融玻璃块的重量控制在固定的量，玻璃块的重量的参差为大，而无法稳定地精密成形的问题。即由于为不得不使玻璃块的重量变动完全由制品的厚度等的变动吸收的成形方法，而难以成形形状精度高的制品。(2)若是欲得到小型且厚度薄的玻璃制光学零件，则有在冲压之际熔融玻璃块逐渐在狭窄的模具缝隙延伸时，热被快速地夺取，熔融玻璃块在不完全薄薄地延伸前熔融就硬化的问题。进一步在小型的玻璃制光学零件的场合，由于原本的熔融玻璃块自身所保有的热量为少，变得在冲压时使冲压熔融玻璃块会迅速冷却，而在冲压成形中玻璃可能产生裂痕或破损，非常难以将具有薄厚度部分或细小部分的复杂形状的玻璃制光学零件予以成形。(3)由于是将1000℃左右的温度的熔融玻璃块于500℃左右的温度的模具进行成形，虽然防止了玻璃与模具的融着，但是在与模具接触的熔融玻璃块的表面附近急速冷却的同时，玻璃内部慢一步收缩、硬化而产生了被称为“缩痕”的起因于体积收缩的一种成形瑕疵(形状及尺寸的瑕疵)，而得不到高形状精度。如同前述，直接冲压法虽然适合大量生产，但是无法得到高形状精度，又亦不适合小而复杂的形状品的成形。专利文献1中，记载有一种在于二分割的成对的凹模之间，包夹自熔融玻璃流出口流出的熔融玻璃以进行玻璃的成形的方法，以及一种玻璃成形模具，设置有将成形时自凹模被压出的玻璃予以容纳的空间。但是，由于与一般的直接冲压法相同的理由，被认为不适用于形状精度高而具有复杂的立体形状品的成形。专利文献2中，记载有一种非球面透镜的成形技术的成形方法，其中将熔融玻璃以成形模具冲压成形，将底面形成有指定透镜形状的杯状成形品予以形成，进一步将杯状成形品的底面的指定透镜形状部分再次冲压，接着直接对杯状成形品进行底面的指定透镜形状部分的加热除歪，之后自指定透镜形状部分切取非球面透镜。此方法基本上亦为在单一次的冲压成形中形状便几乎固定(此场合下，再次冲压为形状的微调整)。另一方面，已知有被称为模压法的高精度冲压技术。模压法虽然开发为以精密成形模具，主要制造高精度的非球面玻璃透镜的技术，但此成形技术基本上由下述的步骤所构成，而有不使玻璃产生“缩痕”而将高精度的模具形状、表面精度转印至玻璃上的特征。(a)准备玻璃预型体(形状、容积接近最终制品的玻璃成形品)。(b)对不与玻璃产生融着的特殊模具材料以高精度进行镜面加工及表面处理。(c)于非氧化性氛围中将玻璃预型体及模具升温至玻璃的软化点附近，使玻璃与模具为几乎相同的温度，借由模具冲压玻璃，于充分的时间下维持加压的同时将模具温度降温至玻璃转移温度以下(玻璃构造稳定的温度以下)。但是，此模压法具有下述的缺点。(1)由于为在玻璃的软化点附近的加热、加压处理，基本上只能形成接近玻璃预型体的形状物，制品的形状及尺寸有其极限。(2)由于在非氧化性氛围中的加热、冷却需要长时间而生产性差，不利于大量生产。(3)需要特殊的模具材料。这是由于模具会与玻璃长时间接触，是为了不使两者产生反应而引起融着等，与前述使用非氧化性氛围有相同理由。如此，模压法与冲压法相反，虽然适合非球面玻璃透镜等小的高精度形状品的成形，但是不适合大幅偏离玻璃预型体形状的复杂的形状品的成形。专利文献3中，记载有一种得到光学零件的方法，其为将玻璃素材加工为高精度的光学透镜等的成形品的成形方法，其中使成形模具的温度维持固定于在被成形玻璃的转移温度以上、软化点以下的范围，将具有流动性的玻璃素材搬入于此模具内，将其加压成形，并且借由将此状态维持到所成形的玻璃的温度分布均匀化为止，例如维持20秒以上，除去缩痕的产生，而得到公差在3/100mm以下的尺寸精度极高的透镜等光学零件。又于专利文献4中，记载有一种玻璃光学零件的高精密度成形方法，其中于维持在玻璃的转移温度附近的固定温度的成形模具内，移入经加热软化的玻璃素材而短时间加压成形，之后将模具压力缓缓减压，或将模具的温度缓缓降低，或是将模具压力及模具温度缓缓降低的同时进行成形。但是，即使于此些模压法中，亦有由于冲压温度为玻璃的软化点附近或在其以下而玻璃的流动性不充分而复杂形状品的成形为困难，以及由于冲压时间较直接压制法为长而基本上不适用于大量生产的缺点。再加热压制法，为将一度成形为板状或棒状的玻璃再度加热后，再次冲压成形的方法。由于是将粗略形状品的形状的微调整及精度提升为主要目的，为不适合用于将复杂的立体形状品以高精度成形的成形方法。专利文献5记载有一种高精度玻璃基板的制造方法，以使玻璃基板的成形精度提升为目的，由将熔融玻璃固化成形为指定形状的直接压制步骤，及将由此所得的玻璃基板于加热条件下再度冲压而进行形状的微调整或变形的再加热压制步骤所构成。又专利文献6中，记载有一种借由再加热压制成形的V沟基板的制造方法，在将熔融玻璃粗压成形而得到V沟基板后，接着将所得的V沟基板再度加热而升温至该V沟基板软化的温度，精密地进行形状的微调整。关于此些技术，亦被认为不适合形状精度高且复杂的立体形状品。射出成形法，主要是用于树脂的成形的成形法，对熔融温度高且会由于温度而黏性急速变化的玻璃而言基本上是不适合的成形方法。这是由于玻璃的黏度高，若不为高温则无法降低至适合射出成形的黏度，得不到充足的流动性。专利文献7中，记载有一种技术，借由加压使自消费型柱塞前进，而使熔融状态的成形材料自配设于经温度控制的加热缸的前端的射出喷嘴射出，充填于成形模具内。有在玻璃制的自消费型柱塞必须要另外制作的点、自消费型柱塞的温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃制光学零件的成形用模具，用于成形具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件，其中包含：/n凹模，设置有至少为成对的成形模具的下模，该成形模具的下模用以于凹面部的外缘部成形该玻璃制光学零件；/n凸模，具有凸面部，该凸面部为与该凹模的该凹面部相组合；以及/n环模，设置有至少为成对的成形模具的上模，被配置于该凸模的外周部，用以成形该玻璃制光学零件，/n其中投入该凹模的该凹面部内的熔融玻璃块，借由具有该凸面部的该凸模自上方冲压，使该熔融玻璃块被注入于至少为成对的该成形模具的上模与该成形模具的下模之间所形成的空间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180417 JP 2018-0787801.一种玻璃制光学零件的成形用模具，用于成形具有精密且复杂的立体形状的玻璃制光学零件，其中包含：
凹模，设置有至少为成对的成形模具的下模，该成形模具的下模用以于凹面部的外缘部成形该玻璃制光学零件；
凸模，具有凸面部，该凸面部为与该凹模的该凹面部相组合；以及
环模，设置有至少为成对的成形模具的上模，被配置于该凸模的外周部，用以成形该玻璃制光学零件，
其中投入该凹模的该凹面部内的熔融玻璃块，借由具有该凸面部的该凸模自上方冲压，使该熔融玻璃块被注入于至少为成对的该成形模具的上模与该成形模具的下模之间所形成的空间。


2.如权利要求1所述的玻璃制光学零件的成形用模具，其中将多个用以成形该玻璃制光学零件的该成形模具的下模以使该凹面部的中心轴为中心的同心圆状予以设置于该凹模的该凹面部的外缘部，且配合以同心圆状设置的多个该成形模具的下模的位置，将该成形模具的上模于该环模以相同于同心圆状而多个设置，而得以借由一次冲压成形多个该玻璃制光学零件。


3.如权利要求1至2所述的玻璃制光学零件的成形用模具，其中用以成形该玻璃制光学零件的该成形模具的下模借由嵌入该凹模而与该凹模合为一体，又该成形模具的上模借由嵌入该环模而与该环模合为一体，且该成形模具的下模构成为得以自该凹模取出，又该成形模具的上模构成为得以自该环模取出，而成为得以配合该玻璃制光学零件的形状而交换该成形模具的下模及该成形模具的上模。


4.如权利要求1至3中任一项所述的玻璃成形用模具，于冲压时，用以成形该玻璃制光学零件的该成形模具的下模与该成形模具的上模之间的空间，包含对应该玻璃制光学零件的形状的空间，及于该空间的外侧得以使该熔融玻璃块流入的追加空间。


5.如权利要求1至4中任一项所述的玻璃制光学零件的成形用模具，还包含模具锁定构件，用以于该冲压时使该凹模与该环模维持紧密接合。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：丸智久，小手川祥司，高桥慧，
申请(专利权)人：冈本硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP