冲压成型模具和光学元件的制造方法与流程

本发明涉及冲压成型模具和光学元件的制造方法，具体涉及具有上模、下模以及模套的冲压成型模具和使用该冲压成型模具的光学元件的制造方法。

背景技术：

一直以来，作为制造玻璃透镜等光学元件的方法采用使用冲压成型模具来形成的方法，所述冲压成型模具具有：下模，其具有用于对光学元件的下表面进行成型并朝向上方的成型面；以及上模，其具有用于对光学元件的上表面进行成型并朝向下方的成型面。在下模的成型面上配置预塑形坯等玻璃材料，使上模向下方下降来冲压玻璃材料，由此上模和下模的成型面转印至玻璃材料的上下表面，能够制造玻璃透镜等光学元件。

但是，使用这样的冲压成型模具对玻璃透镜进行成型时，如果推压上模则玻璃材料沿横向移动，成型后的玻璃透镜的光学面产生偏移，得不到充分的成型精度。与此相对，例如如专利文献1(特开2005-336050号公报)所记载的，提出一种冲压成型模具，该冲压成型模具在模套的内周面具有形成向下方扩展的圆台(circulartruncatedcone)环形面。图6是示出以往使用的、在模套形成有向下方扩展的圆台环形面的冲压成型模具的垂直剖视图。如图6所示，冲压成型模具301具有：包围上模302、下模304、上模302和下模306的第1模套306；以及配置在第1模套306内的第2模套308。在第2模套308的内周面，模套中形成有向下方扩展的圆台环形面308a。根据这样的冲压成型模具301，当向下方冲压上模302时，玻璃材料向外周方向扩展，圆台环形面308a被玻璃材料的周缘部压住，因此能够防止玻璃材料沿横向移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-336050号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

此处，使用上述那样的具有圆台环形面的冲压成型模具对玻璃透镜进行成型时，在冲压玻璃材料的状态下冷却冲压成型模具，则玻璃材料与构成冲压成型模具的金属材料相比大幅度收缩。因此，如图7所示，在圆台环形面308a和与圆台环形面308a接触的玻璃材料310的周缘部之间产生摩擦力f。当玻璃材料的收缩时，当大的摩擦力f从圆台环形面308a作用于玻璃材料310的周缘部时，玻璃材料310的收缩不均匀，光学元件的成型精度下降。为了减小这样的玻璃材料与圆台环形面之间的摩擦力，在圆台环形面308a的表面进行实施涂敷，使得其与玻璃材料310的摩擦减小。但是，即使实施了这样的涂敷，如果连续地制造大量光学元件，则涂层剥离，光学元件的成型精度下降。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，目的在于提供一种冲压成型模具，在使用具有上模、下模以及模套的冲压成型模具对光学元件进行成型时，能够防止光学材料横向移动，并且能够制造成型精度高的光学元件。

用于解决课题的手段

本发明的冲压成型模具用于对光学元件进行成型，其具有：下模，其具有用于对光学元件的下表面进行成型、朝向上方的成型面；上模，其具有用于对光学元件的上表面进行成型、以与下模的成型面对置的方式朝向下方的成型面；以及筒状的模套，其具有冲压时将光学元件的侧部约束在内周侧的约束部，其中，模套的约束部具有：第1面，其形成为朝向下模；以及第2面，其形成在比第1面靠下方，并形成为朝向下模。

根据上述结构的本发明，在模套的约束部中设置第1面和形成于第1面的下方的第2面，因此冲压成型时第1面和第2面与光学材料的外周缘的上表面抵接。由此，能够约束冲压成型时的光学材料横向移动。此外，由于在第1面的下方设有第2面，光学材料的抵接第1面的部分与抵接第2面的部分相比，厚度厚，冷却时的厚度方向上的收缩也增大。因此，冷却时，仅第2面与光学材料抵接，第1面从光学材料离开。由此，即使光学元件在冷却时径向收缩，光学元件与模套的约束部的摩擦力非常小，能够以高成型精度制造光学元件。

本发明的光学元件的制造方法的特征在于包括以下步骤：配置步骤，在上述的冲压成型模具的上模与下模之间配置光学材料；加热步骤，对配置有光学材料的冲压成型模具进行加热；以及冲压成型步骤，对加热后的冲压成型模具施加冲压压力，来对所述光学材料进行冲压成型。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种冲压成型模具，当使用具有上模、下模以及模套的冲压成型模具对光学元件进行成型时，能够防止光学材料横向移动，并且能够制造成型精度高的光学元件。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的冲压成型模具的垂直剖视图。

图2是放大示出使用第1实施方式的冲压成型模具就在玻璃透镜的制造时的第2模套的约束部附近的垂直剖视图。

图3是示出本发明的第2实施方式的冲压成型模具的垂直剖视图。

图4是示出本发明的第3实施方式的冲压成型模具的垂直剖视图。

图5是示出比较例和实施例中的相对设计值的厚度误差的曲线图。

图6是示出以往使用的在模套形成有向下方扩展的圆台环形面的冲压成型模具的垂直剖视图。

图7是放大示出以往使用的冲压成型模具在冲压时的圆台环形面附近的垂直剖视图。

标号说明

1：冲压成型模具；

2：上模；

4：下模；

6：第1模套；

8：第2模套；

10：基部；

12：成型部；

12a：成型面；

14：基部；

16：成型部；

16a：成型面；

18：约束部；

19：第1圆筒部；

20：第1下表面；

22：第2下表面；

24：第2圆筒部；

101：冲压成型模具；

108：第2模套；

118：约束部；

119：第1圆筒部；

120：第1下表面；

121：第2圆筒部；

122：第2下表面；

124：第3圆筒部；

201：冲压成型模具；

208：第2模套；

218：约束部；

219：第1圆筒部；

220：第1下表面；

221：第2圆筒部；

222：第2下表面；

224：第3圆筒部。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的冲压成型模具的第1实施方式详细地进行说明。

图1是示出本发明的第1实施方式的冲压成型模具的垂直剖视图。如该图所示，本实施方式的冲压成型模具1具有：上模2，在其下部具有与光学元件的上表面对应的成型面12a；下模4，在其上部具有与光学元件的下表面对应的成型面16a；第1模套6(外模套)，其设在上模2和下模4的外周；以及第2模套8(内模套)，其设在上模的外周且第1模套6的内侧，具有约束玻璃材料的侧部的约束部18。本实施方式的冲压成型模具1用于制造一面为凸状、另一面为凹状的弯月透镜。

上模2具有：形成为圆筒状的基部10和从基部10的下部向下方突出的成型部12。成型部12呈直径比基部10小的圆筒状，在下表面形成有与所制造的玻璃透镜(光学元件)的凹面对应的凸形状的成型面12a。

下模4具有：形成为圆筒状的基部14和从基部14的上部向上方突出的成型部16。成型部16呈直径比基部14小的圆筒状，在上表面形成有与所制造的玻璃透镜的凸面对应的凹形状的成型面16a。

第1模套6由形成为大致呈圆筒状的部件构成。第1模套6的内径与上模2的基部10的外径相等。上模2从上方插入第1模套6内。此外，第1模套6的下部的内径形成为与下模4的成型部16的外径大致相等。下模4的成型部16从下方插入第1模套6内，第1模套6的下端部与下模4的基部14的周缘部的上表面抵接。

第2模套8呈环状，外周面呈圆筒面状。此外，在第2模套8的内周从上方连续地形成有第1圆筒部19、第1下表面20、第2下表面22以及第2圆筒部24。第1圆筒部19呈圆筒面状，并沿上下方向延伸。第1圆筒部19的内径与上模2的成型部12的外径大致相等。第1下表面20形成为向下方扩展的圆台环形面，第1下表面20向冲压成型模具1的中心侧朝向斜下方。第2下表面22是以冲压成型模具1的中心轴(图中以点划线表示)为中心的圆环状的面，并相对冲压成型模具1的中心轴垂直。第2下表面22上实施镜面加工，并且实施fcva膜的涂敷。第2圆筒部24呈圆筒面状。优选为第2下表面22的表面积小于第1下表面20的表面积，更优选为第2下表面22的冲压成型模具1的中心轴方向的投影面积小于第1下表面20的冲压成型模具1的中心轴方向的投影面积。另外，本实施方式中，由第2模套8的第1下表面20、第2下表面22以及第2圆筒部24构成第2模套8的约束部18。

第2模套8配置在第1模套6的内侧的下模4的成型部16的上方且上模2的成型部12的外周，内侧插入有上模2的成型部12。在组装冲压成型模具1的状态下，上模2的基部10的下方周缘部与第2模套8的上表面抵接。在组装冲压成型模具1的状态下，成为上模2、下模4、第1模套6以及第2模套8的中心轴一致的状态。另外，图1中示出第2模套8的底部与下模4的上表面抵接的状态，但冲压时从离开的状态开始冲压。

图2是放大示出使用第1实施方式的冲压成型模具就在玻璃透镜的制造时的第2模套的约束部8附近的垂直剖视图。制造玻璃透镜时，在拆卸上模2和第2模套8的状态下，将预塑形坯等的玻璃材料26配置在下模4的成型面16a上。并且将第2模套8配置在第1模套6内，接着将上模2配置在第1模套6内。由此将内部配置有玻璃材料26的冲压成型模具1加热至玻璃驰垂点以上的温度。

玻璃材料26被充分加热至玻璃驰垂点以上的温度，则在支承下模4的状态下，利用油压致动器等冲压装置向下方推压上模2。通过向下方推压上模2，上模2和第2模套8一边利用第1模套6保持上模2及第2模套8的中心轴与下模4的中心轴一致的状态，一边下降。

上模2下降时，首先，上模2的成型面12a的中心部与玻璃材料26的上表面抵接。并且，上模2下降，由此玻璃材料26被压扁，并向侧方扩展。此时，如图2所示，在玻璃材料26的上表面的周缘部上抵接有第2模套8的第2下表面22，并且在玻璃材料26的上表面的与第2下表面22抵接的部位的内侧抵接有第1下表面20。由此，可靠地防止了玻璃材料26的横向移动。在该状态下，进一步推压上模2，直至上模2的上表面与第1模套6的上表面抵接，由此在玻璃材料26的上下表面转印上模2和下模4的成型面12a、16a。另外，此时，玻璃材料26的第2下表面22的内侧部分(第1下表面20的下方的部分)向上方进入，但未必与第1下表面20的整个面抵接，在第1下表面20的上部与玻璃材料26之间产生间隙。由此，通过在第1下表面20的上部与玻璃材料26之间产生间隙，能够吸收玻璃材料26的体积的偏差。

并且，这样在上模2施加冲压压力的状态下，冷却冲压成型模具1。此时，玻璃材料26的、抵接于第1下表面20的部分与抵接于第2下表面22的部分相比，厚度大。因此，玻璃材料26的、抵接于第1下表面20的部分与抵接于第2下表面22的部分，在厚度方向上大幅收缩。并且，冷却时也向上模2施加冲压压力，因此第2下表面22保持在与玻璃材料26的上表面抵接的状态，但玻璃材料26从第1下表面20离开。另外，假设玻璃材料26从第1下表面20离开，作用在玻璃材料26与第1下表面20之间的冲压压力也非常小。

并且，玻璃材料26收缩时，玻璃材料26的外周部向径向中心移动。此时，玻璃材料26的外周部的上表面与第2模套8的第2下表面22之间作用有摩擦力。但是，根据本实施方式，如上所述，第1下表面20与玻璃材料26离开，或者作用在玻璃材料26与第1下表面20之间的冲压压力非常小，因此玻璃材料26与第2模套8的约束部18之间的作用于径向的摩擦力非常小。因此，玻璃材料26在径向上均匀地收缩。

如以上所说明那样，根据本实施方式，冲压成型时，第1下表面20和第2下表面22与玻璃材料26的外周缘的上表面抵接。由此，能够约束冲压成型时的玻璃材料26横向移动。并且，根据本实施方式，冷却时，第1下表面20从玻璃材料26的上表面离开。由此，即使在冷却玻璃材料26时玻璃材料26收缩，仅第2下表面22与玻璃材料26之间产生摩擦力，从约束部18作用于玻璃材料26的径向的摩擦力非常小，能够以高成型精度制造玻璃透镜。

此外，根据本实施方式，第2下表面22的表面积小于第1下表面20的表面积。由此，能够进一步减小冷却时第2下表面22与玻璃材料26之间的摩擦力。

此外，根据本实施方式，通过设置第1下表面20，在其下方，玻璃材料26与第1下表面20之间产生间隙，由此能够吸收玻璃材料26的体积误差。

以下，对本发明的第2实施方式的冲压成型模具进行说明。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的标号，并省略详细的说明。

图3是示出本发明的第2实施方式的冲压成型模具的垂直剖视图。如该图所示，本实施方式的冲压成型模具101具有：上模2，在其下部具有与光学元件的上表面对应的成型面12a；下模4，在其上部具有与光学元件的下表面对应的成型面16a；第1模套6，其设在上模2和下模4的外周；以及第2模套108，其设在上模的外周且第1模套6的内侧，并如后述那样具有约束玻璃材料的约束部118。上模2、下模4以及第1模套6的结构与第1实施方式相同，省略详细的说明。

第2模套108呈环状，外周面呈圆筒面状。此外，在第2模套108的内周，从上方连续形成有第1圆筒部119、第1下表面120、第2圆筒部121、第2下表面122、以及第3圆筒部124。第1圆筒部119呈圆筒面状，并沿上下方向延伸。第1圆筒部119的内径与上模2的成型部12的外径大致相等。第1下表面120以向冲压成型模具101的中心侧朝向斜下方的方式形成，并呈圆台环形面。第2圆筒部121呈圆筒面状，并沿上下方向延伸。第2圆筒部121的内径比第1圆筒部119大，比第3圆筒部124小。第2下表面122是以冲压成型模具101的中心轴(图中以点划线表示)为中心的圆环状的面，并垂直于冲压成型模具101的中心轴。第2下表面122上实施镜面加工，并且实施fcva膜的涂敷。第3圆筒部124呈圆筒面状。

优选为第2下表面122的表面积小于第1下表面120的表面积，更优选为第2下表面122的冲压成型模具101的中心轴方向的投影面积小于第1下表面120的冲压成型模具101的中心轴方向的投影面积。另外，本实施方式中，由第2模套108的第1下表面120、第2圆筒部121、第2下表面122、以及第3圆筒部124构成第2模套108的约束部118。

第2模套108配置在第1模套6的内侧的下模4的成型部16的上方、且上模2的成型部12的外周，上模2的成型部12插入第1圆筒部119的内侧。在组装冲压成型模具101的状态下，上模2的基部10的下方周缘部与第2模套8的上表面抵接。在组装冲压成型模具101的状态下，成为上模2、下模4、第1模套6以及第2模套108的中心轴一致的状态。另外，图3中示出第2模套108的底部与下模4的上表面抵接的状态，但冲压时从离开的状态开始冲压。

利用第2实施方式的冲压成型模具101也得到与第1实施方式的冲压成型模具1同样的作用效果。

即，冲压成型时使上模2下降，则玻璃材料被压扁，并向侧方扩展。此时，在玻璃材料的上表面的周缘部上抵接有第2模套108的第2下表面122，并且在玻璃材料的上表面的与第2下表面122抵接的部位的内侧抵接有第1下表面120。由此，能够约束玻璃材料横向移动。

并且，与玻璃材料的、抵接于第2下表面122的部分相比，抵接于第1下表面120的部分的厚度较厚，因此冷却时，与抵接于第2下表面122的部分相比，抵接于第1下表面120的部分在厚度方向收缩较大。并且，冷却时也向上模2施加冲压压力，因此仅第2下表面122与玻璃材料抵接，第1下表面120从玻璃材料离开。由此，即使冷却时玻璃材料沿径向收缩，仅在第2下表面122与玻璃材料之间产生摩擦力，作用于玻璃材料的摩擦力非常小，能够以高成型精度制造玻璃透镜。

此外，根据本实施方式，第2下表面122的表面积小于第1下表面120的表面积。由此，能够减小冷却时的第2下表面122与玻璃材料之间的摩擦力。

此外，根据本实施方式，通过设置第1下表面120，在其下方，玻璃材料与第1下表面120之间产生间隙，由此能够吸收玻璃材料的体积误差。

另外，本实施方式中，对第2下表面122与垂直于冲压成型模具101的中心轴的面平行的情况进行了说明，但不限于此，以向冲压成型模具101的中心朝向斜下方的方式形成第2下表面122也可以。这样以向冲压成型模具101的中心朝向斜下方的方式形成第1下表面120和第2下表面122的情况下，优选为第2下表面122相对于与冲压成型模具101的中心轴垂直的方向的角度(即第2下表面122相对图3的左右方向的角度)小于第1下表面120相对于与冲压成型模具101的中心轴垂直的方向的角度。优选为第1下表面120相对于与冲压成型模具101的中心轴垂直的方向的角度在30°以下，第2下表面122相对于与冲压成型模具101的中心轴垂直的方向的角度在10°以下。

以下，对本发明的第3实施方式的冲压成型模具进行说明。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的标号，并省略详细的说明。

图4是示出本发明的第3实施方式的冲压成型模具的垂直剖视图。如该图所示，本实施方式的冲压成型模具201具有：上模2，在其下部具有与光学元件的上表面对应的成型面12a；下模4，在其上部具有与光学元件的下表面对应的成型面16a；第1模套6，其设在上模2和下模4的外周；以及第2模套208，其设在上模的外周且第1模套6的内侧，如后述那样具有约束玻璃材料的约束部218。上模2、下模4以及第1模套6的结构与第1实施方式相同，省略详细的说明。

第2模套208呈环状，外周面呈圆筒面状。此外，在第2模套208的内周，从上方连续形成有第1圆筒部219、第1下表面220、第2圆筒部221、第2下表面222、以及第3圆筒部224。

第1圆筒部219呈圆筒面状，并沿上下方向延伸。第1圆筒部219的内径与上模2的成型部12的外径大致相等。第1下表面220是以冲压成型模具201的中心轴(图中以点划线表示)为中心的圆环状的面，相对于冲压成型模具201的中心轴垂直。第1下表面220的外径与第2圆筒部221的内径相等。第2圆筒部221呈圆筒面状，并沿上下方向延伸。第2圆筒部221的内径比第1圆筒部219大，比第3圆筒部224小。第2下表面222是以冲压成型模具201的中心轴(图中以点划线表示)为中心的圆环状的面，并相对冲压成型模具201的中心轴垂直。第2下表面222上实施镜面加工，并且实施fcva膜的涂敷。第3圆筒部224呈圆筒面状。

优选为第2下表面222的表面积小于第1下表面220的表面积，更优选为第2下表面222的冲压成型模具201的中心轴方向的投影面积小于第1下表面220的冲压成型模具201的中心轴方向的投影面积。另外，本实施方式中，由第2模套208的第1下表面220、第2圆筒部221、第2下表面222、以及第3圆筒部224构成第2模套208的约束部218。

第2模套208配置在第1模套6的内侧的下模4的成型部16的上方、且上模2的成型部12的外周，上模2的成型部12插入第1圆筒部219的内侧。在组装冲压成型模具201的状态下，上模2的基部10的下方周缘部与第2模套8的上表面抵接。在组装冲压成型模具201的状态下，成为上模2、下模4、第1模套6以及第2模套208的中心轴一致的状态。另外，图4中示出第2模套208的底部与下模4的上表面抵接的状态，但冲压时从离开的状态开始冲压。

利用第3实施方式的冲压成型模具201也得到与第1实施方式的冲压成型模具1同样的作用效果。

即，冲压成型时使上模2下降，则玻璃材料被压扁，并向侧方扩展。此时，在玻璃材料的上表面的周缘部上抵接有第2模套208的第2下表面222，并且在玻璃材料的上表面的与第2下表面222抵接的部位的内侧抵接有第1下表面220。由此，能够可靠地约束玻璃材料横向移动。

并且，与玻璃材料的、抵接于第2下表面222的部分相比，抵接于第1下表面220的部分的厚度较厚，因此冷却时，与抵接于第2下表面222的部分相比，抵接于第1下表面220的部分在厚度方向收缩较大。并且，冷却时也向上模2施加冲压压力，因此仅第2下表面222与玻璃材料抵接，第1下表面220从玻璃材料离开。由此，即使冷却时玻璃材料沿径向收缩，仅在第2下表面222与玻璃材料之间产生摩擦力，作用于玻璃材料的摩擦力非常小，能够以高成型精度制造玻璃透镜。

此外，根据本实施方式，第2下表面222的表面积小于第1下表面220的表面积。由此，能够减小冷却时的第2下表面222与玻璃材料之间的摩擦力。

此外，根据本实施方式，通过设置第1下表面220，在其下方，玻璃材料与第1下表面220之间产生间隙，由此能够吸收玻璃材料的体积误差。

另外，本实施方式中，对第2下表面222与垂直于冲压成型模具201的中心轴的面平行的情况进行了说明，但不限于此，以向冲压成型模具201的中心朝向斜下方的方式形成第2下表面222也可以。

另外，上述各实施方式中，以对玻璃材料进行冲压成型来制造玻璃透镜的情况为例进行了说明，但本发明不限于此，也能够适用于对塑料透镜等由其他材料构成的光学元件进行冲压成型的情况。

此处，发明人使用参照图1说明的第1实施方式的冲压成型模具(实施例)和参照图6说明的以往的冲压成型模具(比较例)，连续制造30个玻璃透镜，测定所制造的玻璃透镜上正交的xy轴上的各三点的厚度，计算与设计值的误差。图5是示出比较例和实施例中的相对设计值的厚度误差的曲线图。如图5所示，比较例的冲压成型模具中，具有厚度误差随着冲压(shot)数量増加而増加的倾向。与此相对，根据实施例的冲压成型模具可知，即使冲压増加，相对设计值的误差也以非常小的值变化。由此，根据本发明确认，连续制造大量玻璃透镜也能够制造成型精度高的光学元件。

以下参照附图来总结本发明。

如图1所示，本发明的第1实施方式的冲压成型模具1用于对玻璃透镜进行成型，其具有：下模4，其具有用于对玻璃透镜的下表面进行成型、朝向上方的成型面16a；上模2，其具有用于对玻璃透镜的上表面进行成型、以与下模4的成型面16a对置的方式朝向下方的成型面12a；以及筒状的第2模套8，其具有冲压时将玻璃透镜的侧部约束在内周侧的约束部18，第2模套8的约束部18具有：第1下表面20，其形成为朝向下模4；以及第2下表面22，其形成在比第1下表面20靠下方，并形成为朝向下模4。

如图3所示，本发明的第2实施方式的冲压成型模具101用于对玻璃透镜进行成型，其具有：下模4，其具有用于对玻璃透镜的下表面进行成型、朝向上方的成型面16a；上模2，其具有用于对玻璃透镜的上表面进行成型、以与下模4的成型面16a对置的方式朝向下方的成型面12a；以及筒状的第2模套108，其具有冲压时将玻璃透镜的侧部约束在内周侧的约束部118，第2模套108的约束部118具有：第1下表面120，其形成为朝向下模4；以及第2下表面122，其形成在比第1下表面120靠下方，并形成为朝向下模4。

如图4所示，本发明的第3实施方式的冲压成型模具201用于对玻璃透镜进行成型，其具有：下模4，其具有用于对玻璃透镜的下表面进行成型、朝向上方的成型面16a；上模2，其具有用于对玻璃透镜的上表面进行成型、以与下模4的成型面16a对置的方式朝向下方的成型面12a；以及筒状的第2模套208，其具有冲压时将玻璃透镜的侧部约束在内周侧的约束部218，第2模套208的约束部218具有：第1下表面220，其形成为朝向下模4；以及第2下表面222，其形成在比第1下表面220靠下方，并形成为朝向下模4。