专利名称：成形体的制造方法和成形中间体的制造方法
技术领域：
本发明涉及由光学玻璃等成形材料经压制成形得到成形体的成形体的制造方法和可在所述制造方法中使用的成形中间体的制造方法。尤其是，本发明涉及采用实施了精密加工的成形模具来压制成形且在压制成形之后无须对被转印面进行抛光等后加工来制造光学元件等成形体的制造方法，特别是涉及具有凹面的光学元件的制造方法。
背景技术：
作为由玻璃成形坯材经压制成形来得到成形体的方法，已经知道的有例如文献1～4所述的方法。
在特开平7-69650号公报(文献1)中，已经揭示了把熔融玻璃置于凹面形状的第一模(接受模)中，使玻璃块处于中心位置，用第二模(上模)压制，成形中间成形体，然后，在中间成形体附着在第二模的状态下，把中间成形体从第一模脱模，把附着于第二模的中间成形体在与第三模(下模)之间压制成形的光学元件成形方法。
在特开2000-281360号公报(文献2)中，已经揭示了在流动状态下滴落来制作与挤压成形后的光学部件的体积相同量的块状部件，把它用平面模具挤压成形为大致圆盘状的光学坯材的制造方法。
在特开平9-52720号公报(文献3)中，已经揭示了把熔融玻璃自然滴落，一边降下喷出气体的下模一边接受之，用有预定形状的上模加压成形模具所接受的玻璃块的上面，成形与精密压制透镜形状近似的预成形体的方法。
在特开平9-12318号公报(文献4)中，以解决在成形透镜时玻璃料滴的形变量大而导致模具的耐久性降低或模具中心部位损坏的问题为目的，提出了把熔融玻璃置于接受模中，在堆积于接受模的玻璃料滴的一面上形成最终成形物的凹陷形状或凸起形状的凹陷或凸起的方法。
发明内容
如前所述，在文献1所述制造方法中，在熔融玻璃被有凹面形状的第一模(接受模)所接受、用第二模(上模)压制成形为中间成形体之后，在中间成形体附着于第二模的状态下撤去第一模，用第三模压制成形。文献1中已经说到，采用这种方法，熔融玻璃即使落在中心以外的位置，不容易产生壁厚偏斜的问题。
但是，在熔融玻璃下落到接受模时，只有通过使下落距离变得非常大等对下落途中玻璃的急速降温进行研究，才能把熔融玻璃调整成适合于预成形的粘度。也就是说，刚落下后的低粘度的熔融玻璃在接受模内散开或者熔着，不能预成形为作为成形中间体所期望的形状。
进而，用文献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块。该循环必须与压制成形同步，这在实际生产中是不合适的。不过，根据本发明人等的发现，为了使玻璃块的体积一定，限制熔融玻璃的流出速度，过慢很难。用文献1所述方法，在压制成形中需要(用第二模的压制、第二模的撤出、用第三模压制、冷却等)多步工序，难以与压制成形同步。
还有，通常为了防止玻璃熔着在成形模表面，实施脱模性好的涂层等是有利的。然而，文献1中所述的方法，因玻璃稳定地附着在第二模中，脱模性无法提高，不能防止由与高温熔融玻璃的紧密附着而导致的熔着。
还有，即使用文献2所述的方法，流动状态的玻璃滴下时，如上所述，存在有难以得到期望的预成形形状的问题。还有，文献2中记载有用平面模具将成形坯材制成大致圆盘状或者挤压成形为双凹透镜状的形状来作为成形坯材也行。然而，在后者的场合，对于凸曲面所覆盖的块状光学坯材，如果用凸模进行挤压成形，块状光学坯材从成形面上跑开，要把形状转印到坯材的精确位置上是极其困难的。
文献3中已经提到，如果用文献3的方法，得到与通过精密玻璃成形而成形的最终形状近似形状的预成形体。然而，由于此方法是在喷出气体的下模上对玻璃决加压，在加压时玻璃块处于漂浮在气体层上的状态，容易移动，难以对准中心，即，其加压位置不容易精确对准中心。
用文献4所述的方法，把熔融玻璃从坩埚滴下，在接受了预定量的玻璃的阶段分离，然后用挤压模具压制成形，得到所期望形状的玻璃料滴。然而，此方法与上面所述一样，难以得到期望形状的成形物，另外，其后在压制成形模具中进行压制成形，同步也成为问题。
诚然，用精密模压来压制成形玻璃光学元件等成形体时，需要对成形时的成形模具和被成形体(从喷嘴滴下的玻璃块和预成形为预定体积的预成形体等)的温度进行极其精密的管理。这是因为，必须在被成形体处于合适的粘度范围内时，均匀给予适合于各种玻璃材料以及各种期望形状的压制负荷。例如，当被成形体偏离成形模具的中心位置时，如果受到负荷则产生壁厚偏斜，使得所得到的成形体的外观不好。更有，在厚度偏斜状态下加负荷，就产生了因各部位的负荷不均匀而导致的面精度变差的问题。特别是，在得到弯月形透镜或双凹透镜等具有凹面的成形体的场合，负荷不均匀导致的面精度的变差(可以在球面成形后用干涉计来评估)变得极为敏感。
然而，对于例如由凸曲面覆盖的被成形体，与有凸面形状的上模接近、接触，由于凸面彼此接触、滑动，使得被成形体从接触的成形面上跑开。由此，被成形体在偏置于成形模具内的状态下被压制成形，从而产生了上述那样的壁厚偏斜和面精度变差的问题。
由本发明人等的探讨，把软化状态的被成形体(例如，玻璃粘度在106～108.5dPa·s范围的玻璃预制体)供应给加热至比此被成形体温度稍低的温度的成形模具，在刚压制成形之后，在成形模具和成形体保持紧密附着的状态下冷却，在可以缩短成形周期时间的同时，容易得到良好的壁厚精度和面精度。下面把此方法称之为成形方法A。
或，把收容了被成形体的状态的成形模具加热至压制成形温度(例如，被成形体的粘度变为106～108.5dPa·s范围的温度)，进行压制成形，在保持成形模具与成形体紧密附着下冷却，容易得到良好的壁厚精度、面精度。下面把此方法称为成形方法2。
不过，由本发明人等的更进一步的探讨表明，为了得到近年来要求的成形难度高的面形状成形体，上述方法仍不够充分。特别是，由高折射玻璃材料的开发使得小型光学仪器可以实用化，壁厚薄的透镜(例如，中心壁厚1mm以下的凹弯月形透镜、双凹透镜)中，压制成形时的上下模具温度较高，发现面精度的变差非常敏感。无论如何，发现压制成形时的上下模具温度取为使被成形坯材的粘度变为107.5～1011dPa·s左右的温度，就容易得到更高的面精度，即，没有不规则的面形状变化、偏离设计值的曲率变动小(可以抑制ァス、皱痕)。
然而，即使把压制成形时的上下模具温度设定在上述范围，根据欲得到的成形体的形状，存在有被成形坯材的凸曲面与凸起形状的上模成形面之间容易产生滑动、被成形体的跑开、难以防止壁厚偏斜的情况。
这里，在被成形体与上模成形面接触时，如果提高上下模具温度以使被成形体不跑开时(例如，把上下模升温至使被成形体的粘度变为106～108.5dPa·s的温度)，就不会产生壁厚偏斜。然而，成形的凹弯月形透镜和双凹透镜没有充分的面精度。即，根据上模成形面和被成形体的形状，存在有不产生壁厚偏斜的温度范围与得到面精度的温度范围互相不同的情况。
另一方面，当用压制成形得到双凹透镜时，必须把被成形体配置于有凸成形面的下模面上。然而，此时，由于被成形体的中心位置容易偏离下模的成形面而产生壁厚偏斜，容易产生成形体外观不良、面精度不良。
还有，主要是，在上述成形方法2中，配置于模具内的被成形体因剧烈的搬送或停止，在模具搬送的途中有从模具的中心位置偏离的情况，这样的时候，也不能避免壁厚偏斜、面精度不良的情况。
在所述状况下，本发明的目的在于提供得到有良好面精度的成形体，特别是光学元件的手段。尤其是，本发明的目的在于提供用于得到面精度良好的弯月形透镜(特别是成形难度高的凹弯月形透镜)和双凹透镜的手段。
为了达到上述目的的手段如下。
一种制造方法，它是在把由成形材料通过预成形得到的预成形体加热软化后，在具有第一上模和下模的成形模具内，通过预加压来得到成形中间体，把所得成形中间体在具有第二上模和所述下模的成形模具内进行最终加压，得到所期望形状的成形体的成形体的制造方法，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，所述预加压是通过在把所述软化的预成形体置于下模上之后，使加热至第一温度的第一上模的成形面与所述预成形体接触并加压而进行的，通过此预加压，得到把所述成形面的凸面形状的至少一部分转印至表面的成形中间体，且所述最终加压是通过把所述下模上的成形中间体用处于比所述第一温度低的第二温度的第二上模与所述下模压制成形而进行的。
以所述第一温度是使所述成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度为特征的[1]中所述的成形体的制造方法。
以所述第二温度是使所述成形材料的粘度变为107.5～1011dPa·s的温度为特征的[1]或[2]中所述的成形体的制造方法。
以所述软化的预成形体的粘度在106～108.5dPa·s范围为特征的[1]或[2]中所述的成形体的制造方法。
以所述预加压在所述成形中间体的中心壁厚是所期望的成形体形状的中心壁厚的110％以上时终止为特征的[1]中所述的成形体的制造方法。
以所述预加压时的下模温度是使所述成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度为特征的[1]或[2]中所述的成形体的制造方法。
以所述最终加压包括在第二上模和下模的温度为使所述成形材料的粘度变为107.5～1011dPa·s的温度时进行的第一加压为特征的[1]中所述的成形体的制造方法。
以在所述第一加压开始后，把第二上模和下模的温度降至使所述成形材料的粘度变为1011～1013dPa·s的温度，然后采用比第一加压小的负荷来进行第二加压为特征的[7]中所述的成形体的制造方法。
所述第一上模和第二上模是同一模具的[1]中所述的成形体的制造方法。
与所述预成形体的第一上模接触的面为凸曲面的[1]中所述的成形体的制造方法。
一用于得到成形体的成形中间体的制造方法，其特征在于，把由成形材料通过预成形所得到的预成形体加热至使该成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度软化，把所述软化的预成形体载置于具有凹面或平面的接受模上，通过把加热至使所述成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度并具有凸面或平面的中间体成形用上模的成形面与所述软化的预成形体接触加压，把所述中间体成形用上模成形面的凸面或平面形状的至少一部分转印到预成形体的表面上，冷却得到成形中间体。
把由使用[11]中所述的方法所得到的成形中间体供给具有上模和下模的成形模具内，加压成形，得到所期望形状的成形体的成形体的制造方法。
以所述下模具有含凸面的成形面，所述成形中间体有一面具有凹面形状，以具有所述凹面形状的面为下模侧，把所述成形中间体供给所述成形模具为特征的[12]中所述的成形体的制造方法。
所述加压成形包括所述成形中间体、上模和下模在相当于所述成形中间体的粘度为107.5～1011dPa·s的温度下进行的加压成形的[12]或[13]中所述的成形体的制造方法。
发明的效果按照本发明，可以得到面精度良好的弯月形透镜(特别是成形难度高的凹弯月形透镜)和双凹透镜。
图1位置修正装置的具体示例。
图2实施例1和2中用于制造成形中间体和/或成形体的成形模具。
图3由实施例1得到的成形体的干涉条纹。
图4实施例2中用于制造成形体的成形模具。
图5实施例2中使用的成形装置。
图6由比较例1得到的成形体的干涉条纹。
图7由比较例3得到的成形体的干涉条纹。
图8实施例3中使用的成形模具。
符号说明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成形中间体8a压印面9中间模18成形体具体实施方式
下面来更详细的说明本发明。
本发明的第一成形体的制造方法把由成形材料通过预成形得到的预成形体加热软化后，在具有第一上模和下模的成形模具内，通过预加压来得到成形中间体，把所得成形中间体在具有第二上模和所述下模的成形模具内进行最终加压，得到所期望形状的成形体的成形体的制造方法，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，所述预加压是通过在把所述软化的预成形体置于下模上之后，使加热至第一温度的第一上模的成形面与所述预成形体接触加压而进行的，通过此预加压，得到把所述成形面的凸面形状的至少一部分转印至表面的成形中间体，且所述最终加压是通过把所述下模上的成形中间体用处于比所述第一温度低的第二温度的第二上模与所述下模进行压制成形而进行的。下面把上述方法称为方法I。
在方法I中，把由成形材料通过预成形得到预成形体，在把此预成形体加热软化后，预加压，接着进行最终加压，得到所期望形状的成形体。下面，依次来说明上述预成形体、预加压、最终加压。再是，本发明中，将预定温度下成形材料(玻璃等)的粘度、预成形体的粘度、成形中间体的粘度一视同仁。
预成形体在方法I中，把成形材料预成形得到预成形体，接着，把此预成形体加热而软化之后，进行预加压。所述成形材料，可以是由例如光学玻璃所构成。在所述成形材料是由玻璃构成的场合，其玻璃种类没有特别的限制，但方法I可以在由高折射率玻璃材料制造薄壁透镜时适用。如前所述，特别是，由于高折射率玻璃材料，薄壁透镜的适用范围很广，但在制造它们时，难以达到高的面精度。对此，按照方法I，由于如后所述进行预加压并经过成形中间体来得到成形体，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镜。
作为适用于方法I的玻璃种类的例子，可以列举如下(1)含有P2O5、Nb2O5、WO3、TiO2、Bi2O3、Li2O、Na2O为必须成份且Nb2O5、WO3、TiO2、Bi2O3的合计量为25～45mol％的玻璃；(2)P2O5为16～30mol％的上述(1)所述的玻璃；(3)折射率nd为1.75～2.0、阿贝数νd为18～30的上述(1)或(2)所述的玻璃；(4)含有P2O5、SiO2和碱金属氧化物为必须成份、折射率nd在1.8以上、阿贝数νd在30以下的玻璃；(5)含有B2O325～45mol％、SiO22～20mol％、La2O35～22mol％、ZnO15～29mol％为必须成份的玻璃；(6)折射率nd为1.75～1.85、阿贝数νd为18～30的上述(5)所述的玻璃；(7)含有B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO为必须成份、折射率nd超过1.82、阿贝数νd不到40的玻璃。
方法I中，把上述成形材料预先进行预定体积的预成形得到预成形体。作为所述预成形体，没有特别的限制，可以使用由例如熔融固化或抛光预成形的玻璃预制体。特别是可以使用把熔融玻璃滴下或流下到有适当曲率的接受模中，经预成形、冷却固化的。以使用防止由与接受模的接触导致的熔着或变形，为得到所期望的预成形形状而调整了玻璃粘度，从接受模的接受面喷出气流，基本上与所接受的玻璃块处于非接触状态下冷却的预成形装置为优选。作为预成形体的形状，可以列举有球形或双凸曲面形状等被凸曲面所包覆的形状。上述形状由于具有没有缺陷的曲面，因此在后面进行的压制成形中可形成面精度高的成形体的同时，生产性能高，是有利的。还有，由这样平滑的曲面所覆盖的高精度预成形体(例如玻璃预制体)容易产生本发明欲解决的滑动、壁厚偏斜的问题，用本发明已经解决了此问题。
接着，把这样得到的预成形体加热软化。在方法I中，由于不是把由熔融状态滴下的玻璃块直接使用，而是把预先成形为预定体积的预成形体再加热后使用。这样，与使用滴下的玻璃块制作成形中间体的场合相比，有利于的是，可以自由地方便进行如后所述的合适粘度范围的调整。尽管根据预成形体形状和欲得的光学元件形状，合适的粘度处于后面所述的粘度范围内，是不同的，但可以不经改变熔融玻璃的下落距离等烦杂操作而确实地进行这样的粘度调整。更有，没有必要使滴下和压印(下面把上模的成形面形状的至少一部分转印到预成形体的表面称之为压印)的时机同步，还有，再加热的预成形体与从熔融状态滴下的不同，由于表面温度比内部的高，使得对表面的压印容易，适合于在冷却时从压印的表面部分开始降温、固化而迅速得到形状。
所述加热，可以用把预成形体配置在后面所述的预加压用成形模具内、加热此成形模具来进行。还有，把预成形体在预加压用成形模具外加热、软化之后，再把软化的预成形体配置于预加压用成形模具中，也行。所述加热，以在使成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s而进行为优选，使粘度变为107～108dPa·s而进行为更优选。具有上述范围粘度的预成形体在运送夹具上容易变形，而且，容易熔着在与运送夹具的接触面上。由此，在进行把预成形体在预加压用成形模具外加热、软化的场合，优选使用喷出气流的漂浮盘状的运送夹具来运送，在把夹具移送到下模上方位置的状态下进行开启关闭作业等，使软化的预成形体处于与夹具基本上不接触的状态而下落供给到下模中。
如果预成形体为球状，根据下模成形面的形状，配置于下模上的玻璃坯材可以自动移动到中心位置。不过，为了把预成形体确实地配置于下模的中心位置，优选的是把置于下模中的预成形体的位置进行修正。例如，用可以开启关闭的导引部件把下模上的预成形体位置修正到中心位置是有效的。这样的位置修正装置的具体例子如图1所示。图1所示的位置修正装置包括可以开启关闭的定位块11、12。定位块11、12对接，形成菱形的开口部10，在此开口部10的内周面，形成与提供给下模的预成形体的外周接触的结构。把此位置修正装置在开启状态下配置于下模上，在把预成形体供给下模中之后，使定位块接近、分开(例如，反复数次)，就可以把预成形体确实地配置于下模的中心位置。特别是，在预成形体为扁平的双凸曲面形状、下模为平面或曲率半径大的凹面等场合，优选进行这样的位置修正。有关位置修正装置的详细情况，可以参见特开2003-104741号公报。
预加压在方法I中，对前述加热软化的预成形体进行预加压。预加压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。所述下模有与第一上模的成形面相对的成形面。
预加压可以通过在把预成形体配置于下模中心后，马上把第一上模降下(或把下模上升)，使得加热至第一温度的第一上模的成形面与预成形体接触并加压来进行。由此，得到了把上述第一上模的成形面的凸面形状的至少一部分转印到表面上的成形中间体。如后所述，方法I通过把此成形中间体用具有含凸面的成形面的第二上模进行最终加压来得到所期望形状的成形体。如前所述，在成形中间体的表面转印了第一上模的凸面形状的至少一部分，形成凹陷形状。在用具有含凸面的成形面的第二上模进行加压时，通过此凹陷形状可以中心定位，因此可以防止成形中间体的滑动，可以得到壁厚精度、面精度均良好的成形体。特别是，对于与所述第一上模接触的面是凸曲面的预成形体，由于容易滑动和产生壁厚偏斜，使用方法I是有效的。
再是，预加压时，所述预成形体以接触状态配置在下模上为优选。如果以漂浮状态配置于下模上(例如，参见特开平9-52720号公报)，预成形体的移动使得压印位置难以精确处于中央。
所述第一温度，以是使成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度为优选，变为107～108dPa·s的温度为更优选。还有，如前所述，进行预加压的预成形体以加热软化至106～108.5dPa·s粘度为优选，加热软化至107～108dPa·s粘度为更优选。当预成形体的粘度在106dPa·s以上的话，在下模上可以容易地成形为所期望的预成形形状，还有，如果在108.5dPa·s以下时，预成形体与上模成形面之间难以滑动，容易在中心部位压印。这样，由于预成形体的粘度范围合适，而且第一上模温度(第一温度)的范围合适，在预成形体的表面，特别是凸面形状的预成形体表面，与第一上模成形面的凸曲面之间没有产生滑动，可以把第一上模成形面凸部顶点附件的形状转印到预成形体上。结果是，在预成形体的表面压印凹陷形状。
所述预加压时的下模温度以是使成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度为优选，使该粘度变为107～108dPa·s的温度为更优选。
所述预加压的预成形体的中心壁厚比所期望的成形体形状的中心壁厚大，优选是为所期望的成形体形状的中心壁厚的120～500％，以是150～400％为更优选。由此，所述预加压在使所述成形中间体的中心壁厚比所期望的成形体形状的中心壁厚大的阶段下结束。优选的是，所述预加压在所述成形中间体的中心壁厚为所期望的成形体形状的中心壁厚的110％以上时终结，在120～300％时终结为更优选。还有，所述预加压可以进行到成形体中间体的中心壁厚在预成形体的中心壁厚的95％以下，优选30～60％。还有，所述预加压时的压制压力可以根据预成形体的形状、壁厚等来适当设定，例如，可以为100～300kgw/cm2。
最终加压上述预加压所得到的成形中间体用具有包含凸面的成形面的第二上模进行最终加压。最终加压是在含有所述第二上模和具有与第二上模的成形面相对的成形面的下模的成形模内进行的。尽管所述第二上模无论是与前述第一上模为同一模具还是不同的模具都行，但是，为了得到良好面精度的成形体，以是同一模具为优选。下面的说明，只要没有特别说明，就是在第一上模与第二上模为同一模具下进行的。
在所述预加压终结之后，是把上模与成形中间体暂时脱开，还是上模的成形面保持与成形中间体接触的状态都可以。优选的是，在上模成形面与成形中间体保持接触的状态下，把上模降温到第二温度。此时，同时也把下模降温为优选。以从所述预加压开始时刻起，上模和下模同时开始降温为更优选。再是，在把与第一上模不同的模具作为第二上模使用时，可以把第二上模加热到第二温度来使用。成形模具的冷却，除了采取把成形模具的加热装置断电之外，使用喷气法或在成形模具中循环冷却介质等强制冷却手段都可以。然后，在上模温度在比第一温度低的第二温度范围内时，把在下模上的成形中间体压制成形，得到所期望形状的成形体。
所述第二温度是比前述第一温度低的温度，以是使成形材料的粘度变为107.5～1011dPa·s的温度为优选，使此粘度变为108.5～1010.5dPa·s的温度为更优选。
所述最终加压可以包括在第二上模温度处于使成形材料的粘度变为107.5～1011dPa·s的温度范围内时进行的第一加压。此第一加压可以是使成形中间体有大的形变而成形至预先设定的所期望的中心壁厚的工序。还有，所述预定中心壁厚是指考虑了其后的冷却导致的热收缩基础上，为得到最终所期望壁厚的成形体而预先设定的中心壁厚。此时，下模温度不一定与上模温度一致也行，但以在同样的温度范围(成形材料的粘度为107.5～1011dPa·s)为优选。进而，上模、下模均在相当于成形材料的粘度为108.5～1011dPa·s的温度范围为更优选。在进行上述第一加压时，使用足够的负荷(例如，50～200kgw/cm2)，可以成形至预定的中心壁厚。
方法I特别有效应用的凹弯月形透镜、双凹透镜中，冷却时的热收缩后或其后的退火工序(根据需要进行)过程中，容易发生面精度不良(称为ァス、皱痕的曲率变动等)。因此，为了得到优良的面精度，以在上述第一加压后接着在比第一加压温度更低的温度进行第二加压为优选。
第二加压是通过进一步使上下模一起降温到使成形材料的粘度变为1011～1013dPa·s的温度(不要求上下模的温度相同)，接着用比第一加压小的负荷来进行的。由此，可以使成形体的中心壁厚进一步在例如5～200μm左右变化，成为最终形状。
在第一加压与第二加压之间，以不解除成形体与上下模的成形面的紧密附着为优选。即，可以是边进行第一加压边进一步把上下模降温，在上下模的温度处于上述温度范围时加上负荷，进行第二加压。第二加压时使用的负荷例如为25～100kgw/cm2，以比第一加压时小为优选。
此后，进一步在保持成形面与成形体紧密附着的情况下把上下模冷却，例如当成形材料的粘度变为1013dPa·s以下时，把上下模分开，取出成形体。由此，可以得到壁厚精度、面精度均良好的成形体。
在方法I中使用的第二上模和下模可以是根据欲得到的成形体的形状实施了精密形状加工的模具。但是，如前所述，用于预加压的第一上模是与第二上模不同的预加压专用模具也行。此时，与用于最终加压的第二上模的凸面形状相比，预加压专用的第一上模的凸面形状优选是具有更大曲率半径的凸面。这是因为避免了在压制成形时，在上模与预加压后的成形中间体之间封入气氛气体而使成形体形状变差的缘故。在第一或第二上模的凸面形状为非球面时，按照近轴曲率半径的相互关系，同样以选择不发生上述气氛气体封入现象的形状为优选。
本发明的成形中间体的制造方法是用于得到成形体的成形中间体的制造方法，其特征在于，把由成形材料通过预成形所得到的预成形体加热至使该成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度软化，把所述软化的预成形体载置于具有凹面或平面的接受模上，通过把加热至使所述成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度并具有凸面或平面的中间体成形用上模的成形面与所述软化的预成形体接触加压，把所述中间体成形用上模成形面的凸面或平面形状的至少一部分转印到预成形体上，冷却，得到成形中间体。
本发明的成形中间体的制造方法可有利地用于成形方法A和成形方法B来提供成形中间体，即，软化状态的被成形体(成形中间体)提供给加热至比其稍低温度下的成形模具，马上进行压制成形，之后，于保持成形模具与成形体紧密附着的情况下冷却的方法(成形方法A)，把收容了被成形体(成形中间体)状态的成形模具加热至压制成形温度，进行压制成形，于保持成形模具与成形体紧密附着的情况下冷却的方法(成形方法B)。中间体成形用上模与对成形中间体进行加压(以下简单称为压制成形)时使用的上模是同一模具还是不同模具都行。还有，所述接受模，可以用与在压制成形时使用的下模同一模具。作为上模，在使用中间体成形专用上模的场合，使用与用于压制成形的上模为同一模具或使用具备有比其有更大曲率半径(非球面时选择近轴曲率半径等相互形状关系)的凸成形面或平成形面的为优选。此有凸面或平面的中间体成形用上模，在加热至使成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度的状态下，与预成形体上面接触，形成平面或凹面形状的印痕。由于把预成形体加热至使成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度、软化，其表面上粘度变为足够低，即使与凸面形状或平面形状的中间体成形用上模接触，也不产生跑开，可以在所期望的位置(中心位置)进行压印。此后，尽管可以把成形中间体立即从成形模具中取出，但以把它降温到玻璃化转变温度Tg+50℃左右后取出为好。取出的带印痕的成形中间体可以随时供成形方法A或成形方法B使用。
中间体成形用上模的曲率半径为比压制成形用上模(精密加工至所期望的成形体形状的)的曲率半径小的凸曲面，在压制成形时，压制成形用上模的凸部与成形中间体的凹部不可能接触，恐怕会有气氛气体残留于此间隙中而妨碍成形体的面精度。因此，在压制成形时，优选为了使压制成形上模的凸面中心首先可与成形坯材的压印部位中心确实地接触，并且中间体成形用上模的曲率半径与压制成形用上模的曲率半径相同或前者比后者大而对中间体成形用上模的形状进行调整。
另外，本发明的成形中间体的制造方法的其它详细情况如先前的方法I中所述。
还有，本发明中，在预成形体的两面依次形成前述印痕，制成双凹陷形状的成形中间体也行。这可应用于前述的成形方法A、2中的任何一个，对双凹透镜的成形非常有用。
本发明的第二种成形体的制造方法是把由前述本发明的成形中间体的制造方法得到的成形中间体提供给有上模和下模的成形模具内，加压成形来得到所期望形状的成形体的制造方法。下面，把上述方法称之为方法II。
在方法II中，把由本发明的中间体的制造方法所得到的成形中间体压制成形为所期望形状的成形体。这样，由于使用了带有印痕的中间成形体，可以在不产生滑动和壁厚偏斜的情况下进行压制成形，可以得到有良好壁厚精度和面精度的成形体。
方法II使用的是具有含凸面的成形面的下模，同时可以把具有前述凹面形状的面作为下模一侧将具有转印了前述中间体成形用上模的凸面形状至少一部分所形成的凹面形状的成形中间体提供给前述成形模具。这样它就有使成形中间体的凹面形状与下模的凸面形状相对而可以稳定地进行压制成形的优点。
方法II以包括所述成形中间体、上模和下模在相当于所述成形中间体的粘度为107.5～1011dPa·s的温度下进行的加压成形为优选。方法II的其它详细情况如先前的方法I中所述。
下面用实施例来更详细地说明本发明。
实施例1(凹弯月形透镜(中心壁厚1mm的)的制造)用图2所示的成形模具1来进行成形中间体的成形。
把由高折射率、高色散的磷酸系光学玻璃A(以mol％表示的组成22P2O5-19Nb2O5-8WO3-5TiO2-4Bi2O3-20Li2O-11Na2O-2K2O-4B2O3-3BaO-2ZnO，热物性参数转变温度Tg＝454℃，槽沉温度Ts＝508℃、光学常数nd＝1.87427、νd＝22.37)预先按预定体积成形的预成形体(扁平的双凸曲面形状、中心壁厚5mm)加热，软化至粘度107.5dPa·s(565℃)之后，配置于图2所示的下模(凹面形状)3上，用150kgw/cm2的压力压制(预加压)，上模2的凸面形状的一部分被转印，得到了表面形成了凹陷形状的成形中间体。预加压采用的是加热至玻璃坯材的粘度变为107.5dPa·s的温度的上模和加热至此玻璃坯材的粘度变为107.5dPa·s的温度的下模3。再是，在实施例、比较例中的压制压力是压制机的设定值。此时，成形中间体的中心壁厚为2mm。
接着，在保持成形中间体与模具紧密附着下，把上模2和下模3的温度降到使玻璃坯材的粘度变为109.5dPa·s的温度(515℃)之后，用150kgw/cm2的压力压制(第一加压)。设定第一加压使得上下模接近时的距离为比欲得到的透镜的壁厚大10μm的数值。
然后，保持紧密附着下，把上模2和下模3的温度降到使所述玻璃坯材的粘度变为1012dPa·s的温度(470℃)之后，再用100kgw/cm2的压力压制(第二加压)。进而，在保持成形模具的成形面与成形体紧密附着下，把上下模2、3冷却，在前述玻璃坯材的粘度变为1013dPa·s以下的温度时，把上下模分开，取出成形体(凹弯月形透镜)。由用斐索干涉仪的干涉条纹来确认所得到的成形体的面精度表明，在得到壁厚精度的同时得到了足够的面精度。图3示出了干涉条纹。
实施例2(凹弯月形透镜的制造)把用与实施例1同样的方法成形的成形中间体在成形模具内急速冷却之后，脱取上模，取出成形中间体。再是，根据需要，此成形中间体也可以在室温下保存。
接着，用图4所示的成形模具5，按如下进行来压制成形凹弯月形透镜。
打开图4所示的成形模具5，把所得到的成形中间体8置于其内部。具体是，保持上模6插入状态的中间模9，把下模7降下，在下模成形面(凹面形状)7a中，把成形中间体8的压印面(凹陷形状面)8a配置于上模6一侧。成形中间体8的运送、配置可以采用已知的运送装置(带有吸附垫的机械手等)来进行。把成形中间体8配置于下模成形面7a上，把下模7提升，重新纳入中间模9内。此时，由成形中间体8的厚度，使上模成为稍比中间模上面提升的状态。
把此状态的成形模具移送，同时用图5所示的成形装置进行压制成形。图5所示的成形装置中，把成形模具装载在旋转式转台上，在可以独立控制温度的各个处理室间依次间歇地旋转移动，可在各个处理室中实施预定的处理。
具体说，在加热室中，把收容了成形中间体的成形模具加热到相当于玻璃坯材的粘度为109.5dPa·s的温度(515℃)之后，送入第一压制室，用150kgw/cm2的负荷压制(第一加压)。然后，送至第二压制室，在冷却至相当于玻璃坯材的粘度为1012dPa·s的温度(470℃)之后，用100kgw/cm2的负荷再次压制(第二加压)。由用斐索干涉仪的干涉条纹来确认这样得到的成形体(凹弯月形透镜)的面精度表明，与图3一样，得到了足够的面精度。
比较例1除了不进行所述预加压之外，用与实施例2同样的方法进行压制成形，得到了有壁厚偏斜状态的成形体。图6示出了所得到的成形体的斐索干涉仪的干涉条纹。如图6所示，产生了ァス，没有得到良好面精度的成形体。这被认为是由于在把收容了预成形体的成形模具移送到压制成形位置的阶段产生了位置偏移，在位置偏移状态下进行压制成形所造成的。
比较例2用图2所示的成形模具1，按如下条件进行压制成形得到成形体。
把所述磷酸系光学玻璃A按预定体积预先成形的预成形体(扁平的双凸曲面形状、中心壁厚5mm)加热至粘度107.5dPa·s(565℃)软化之后，配置于图2所示的下模(凹面形状)3上，使用加热至玻璃坯材的粘度为109.5dPa·s的温度(515℃)的上模2和加热至此玻璃坯材的粘度为109.5dPa·s的温度的下模3，在150kgw/cm2的压力下压制(第一加压)之后，把上模2和下模3的温度降到该玻璃坯材的粘度为1012dPa·s的温度(470℃)之后，再用100kgw/cm2的压力压制(第二加压)。进而，在保持成形模具1的成形面与成形体紧密附着下把上下模冷却，在前述玻璃坯材的粘度变为1013dPa·s以下的温度时，把上下模分开，取出成形体(凹弯月形透镜)。由用斐索干涉仪得到的所得成形体的干涉条纹与图6一样。可见所得到的透镜产生了ァス，产生壁厚偏斜。
比较例3用图2所示的成形模具1，按如下条件进行压制成形得到成形体。
把所述磷酸系光学玻璃A按预定体积预先成形的预成形体(扁平的双凸曲面形状、中心壁厚5mm)加热至粘度107.5dPa·s(565℃)软化之后，配置于图2所示的下模(凹面形状)3上，使用加热至玻璃坯材的粘度变为107.5dPa·s的温度(565℃)的上模2和加热至此玻璃坯材的粘度变为107.5dPa·s的温度的下模3，在150kgw/cm2的压力下压制(第一加压)之后，把上模2和下模3的温度降到该玻璃坯材的粘度变为1012dPa·s的温度(470℃)之后，再用100kgw/cm2的压力压制(第二加压)。进而，在保持成形模具1的成形面与成形体紧密附着下把上下模冷却，在前述玻璃坯材的粘度变为1013dPa·s以下的温度时，把上下模分开，取出成形体(凹弯月形透镜)。
图7示出了用斐索干涉仪得到的所得成形体的干涉条纹。尽管在所得透镜上没有看到显示壁厚偏斜的ァス，但看到不规则，面形状不好。尽管是在没有预成形体横向跑开的状态下进行压制成形，但上述面形状不良被视为由于直至最终透镜壁厚附近都在低粘度状态下进行压制而产生的冷却时的部分脱模所致，发现即使进行第二加压也不能修正之。
实施例3用图8所述的成形模具15按下制造双凹透镜。
用具备有平面形状的成形面的下模与有凸面形状的成形面的上模进行与实施例1同样的预加压。把预加压后冷却取出的成形中间体配置在图8所示的下模17上，移送到实施例2所使用的成形装置中，在与实施例2同样的条件下进行压制成形。本实施例使用了如图8所示的具有凸面形状成形面17a的下模17与具有凸面形状成形面16a的上模16。这里，成形中间体的压印面(凹面形状)作为下模17的一侧，把成形中间体配置于成形模具15内。所得到的成形体(双凹透镜)18用斐索干涉仪得到的干涉条纹来评价。与实施例1、2一样，有足够的面精度。
比较例4除了不进行预成形之外，用与实施例3同样的方法得到成形体。用斐索干涉仪得到的所得成形体的干涉条纹与图6一样。由于比较例4是不经成形中间体而进行压制成形的，因横向偏移而产生壁厚偏斜。因此，产生了ァス，不能得到具有良好面精度的成形体。
产业上应用可能性由本发明制造的成形体优选是透镜等光学元件。本发明特别适合于双凹透镜或弯月形透镜的制造。作为弯月形透镜，在凹弯月形透镜的成形中得到特别显著的效果。这是由于弯月形透镜的凹面成形用模具形状的曲率较小，与成形坯材的凸曲面容易滑动而产生壁厚偏斜，并且稍稍产生壁厚偏斜时，面精度就显著变差(面精度变化对由壁厚偏斜而致的负荷不均匀的敏感性高)。本发明特别是对于薄壁(中心壁厚1mm以下的双凹或凹弯月形)透镜效果显著。
权利要求
1.一种成形体的制造方法，它是在把由成形材料通过预成形得到的预成形体加热软化后，在具有第一上模和下模的成形模具内，通过预加压来得到成形中间体，把所得成形中间体在具有第二上模和所述下模的成形模具内进行最终加压，得到所期望形状的成形体的制造方法，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，所述预加压是通过在把所述软化的预成形体置于下模上之后，使加热至第一温度的第一上模的成形面与所述预成形体接触并加压而进行的，通过此预加压，得到把所述成形面的凸面形状的至少一部分转印至表面的成形中间体，且所述最终加压是通过把所述下模上的成形中间体用处于比所述第一温度低的第二温度的第二上模与所述下模压制成形而进行的。
2.权利要求1所述的成形体的制造方法，其特征在于所述第一温度是使所述成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度。
3.权利要求1或2所述的成形体的制造方法，其特征在于所述第二温度是使所述成形材料的粘度变为107.5～1011dPa·s的温度。
4.权利要求1或2所述的成形体的制造方法，其特征在于所述软化的预成形体的粘度在106～108.5dPa·s范围。
5.权利要求1所述的成形体的制造方法，其特征在于所述预加压在所述成形中间体的中心壁厚是所期望的成形体形状的中心壁厚的110％以上时终止。
6.权利要求1或2所述的成形体的制造方法，其特征在于所述预加压时的下模温度是使所述成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度。
7.权利要求1所述的成形体的制造方法，其特征在于所述最终加压包括在第二上模和下模的温度为使所述成形材料的粘度变为107.5～1011dPa·s的温度下进行的第一加压。
8.权利要求7所述的成形体的制造方法，其特征在于在所述第一加压开始后，把第二上模和下模的温度降至使所述成形材料的粘度变为1011～1013dPa·s的温度，然后采用比第一加压小的负荷来进行第二加压。
9.权利要求1所述的成形体的制造方法，其中所述第一上模和第二上模是同一模具。
10.权利要求1所述的成形体的制造方法，其中与所述预成形体的第一上模接触的面为凸曲面。
11.一种成形中间体的制造方法，它是为得到成形体而使用的成形中间体的制造方法，其特征在于，把由成形材料通过预成形所得到的预成形体加热至该成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度软化，把所述软化的预成形体载置于具有凹面或平面的接受模上，通过把加热至所述成形材料的粘度变为106～108.5dPa·s的温度并具有凸面或平面的中间体成形用上模的成形面与所述软化的预成形体接触并加压，把所述中间体成形用上模成形面的凸面或平面形状的至少一部分转印到预成形体的表面上，冷却得到成形中间体。
12.一种成形体的制造方法，其特征在于，把由使用权利要求11所述的方法所得到的成形中间体供给具有上模和下模的成形模具内，加压成形，得到所期望形状的成形体。
13.权利要求12所述的成形体的制造方法，其特征在于所述下模具有含凸面的成形面，所述成形中间体有一面具有凹面形状，以具有所述凹面形状的面为下模侧，把所述成形中间体供给所述成形模具。
14.权利要求12或13所述的成形体的制造方法，其特征在于所述加压成形包括所述成形中间体、上模和下模在相当于所述成形中间体的粘度为107.5～1011dPa·s的温度下进行的加压成形。
全文摘要
本发明提供了得到有良好面精度的成形体、特别是光学元件的手段。它是把由成形材料通过预成形得到的预成形体加热软化后，在具有第一上模和下模的成形模具内，通过预加压来得到成形中间体，把所得成形中间体在具有第二上模和所述下模的成形模具内进行最终加压，得到所期望形状的成形体的制造方法。所述第一上模和第二上模具有含凸面的成形面，所述预加压是通过在把所述软化的预成形体置于下模上之后，使加热至第一温度的第一上模的成形面与所述预成形体接触加压而进行的，通过此预加压，得到把所述成形面的凸面形状的至少一部分转印至表面的成形中间体，且所述最终加压是通过把所述下模上的成形中间体用处于比所述第一温度低的第二温度的第二上模与所述下模压制成形而进行的。
文档编号C03B11/06GK1861533SQ20061007789
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月10日 优先权日2005年5月10日
发明者佐藤浩一, 广田慎一郎, 山中贤治 申请人:Hoya株式会社