專利名稱：成形模的組裝裝置以及光學元件的制造方法
技術領域：
本發明涉及對收容玻璃等成形原料裝配的成形模施加壓力負荷，無需進行對所形成的成形面進行磨削、研磨等后加工地將透鏡等光學元件加壓成形時一邊提供成形原料一邊組裝成形模用的組裝裝置、以及采用利用該組裝裝置組裝的成形模制造光學元件的方法，特別是涉及使雙凹透鏡等光學元件成形時，可以很好地對具有凸面的下模成形面上提供成形原料的成形模的組裝裝置和光學元件的制造方法。
背景技術：
已知有通過加熱使玻璃等成形原料軟化后，用精密加工成規定形狀的上下一對的成形模將軟化的玻璃等成形原料加壓成形，從而制造透鏡等光學元件的方法(參考例如專利文獻1、2)。
專利文獻1(專利第3501580號公報)中記述了下述成形方法，即在成形模內，使一對定位構件移動，以夾住光學原料(成形原料)的方式進行接觸，從而使光學原料相對于成形模定位。在這一方法中，在加壓時或者即將開始加壓前，進行相對于成形面的定位，同時又支持光學元件，以此防止光學原料的位置偏移。
專利文獻2(日本特開平9-286622號公報)中記述了下述方法，即利用支持玻璃預型件(成形原料)的端面的支持機構，在使玻璃預型件(成形原料)支持于離開模具的位置上之后，對該玻璃預型件進行加熱，接著解除支持機構的支持，對玻璃預型件進行加壓的加壓方法。這樣就可以成形而且又避免了在加熱時玻璃預型件與模具之間發生化學反應，在加壓時也不妨礙玻璃預型件的徑向流動。

發明內容
發明所要解決的課題然而，通過精密模壓使成形原料(玻璃原料等)成形，從而使透鏡等光學元件成形的情況下，一般是在具有對置的成形面的上下一對成形模之間按壓成形原料使其成形。這時，需要預先將成形原料提供且配置在下模成形面上，但是根據要獲得的光學元件的形狀，將成形原料配置在下模成形面的中心位置上未必容易。
例如，在使雙凹透鏡成形等情況下必需將成形原料提供且配置在具有凸面的下模成形面上時，例如，如圖14所示，下模成形面上配置的成形原料在加壓成形之前容易滑落，給在下模成形面上配置成形原料帶來困難。而且，若成形原料滑落或產生位置偏移，則不僅成形的光學元件厚度不均勻，形狀不良，而且厚度不均所引起的施加載荷的不均勻會導致光學功能面的表面精度劣化。
根據專利文獻1的記述，在成形模內配置光學原料的定位構件，利用齒輪齒條等驅動機構使該定位構件以基準位置為中心相互向相反的方向移動，且以夾住光學原料的狀態接觸、停止，以此使光學原料相對于成形模定位，加壓時成形面與原料接觸，或利用驅動機構在與原料即將接觸時使定位構件退避。
然而，若采用該方法，則要在成形模內部配置定位構件，因此成形模形成極為復雜的結構。因此，成形模的熱容變大，難以有效地進行升溫、降溫的溫度控制。還有，若將齒輪齒條那樣的構造體配置在成形模的附近，則不僅裝置大型化，而且需要考慮這些構造體的熱變形產生的影響等，裝置的設計明顯變復雜。
還有，在壓力裝置上固定由上下模組成的成形模，在同一位置進行升溫、加壓、冷卻的情況下，雖然在某種程度上有可能利用伴隨上述裝置的復雜化的活動構件進行成形原料的定位，但是對于一邊將成形原料收裝于與壓力裝置分離的成形模，輸送向裝置內的各處理室，一邊依次實施適當的處理的成形方法而言(細節在后文闡述)，在各個成形模上設置上述那樣的龐大的活動構件顯然沒有效率且實質上做不到。
另外，專利文獻2中公開了利用具有凸面的上下模將平板狀的預型件加壓成形的附圖。而且，專利文獻2中，以在支持環的上端放置預型件的狀態進行加熱，然后利用驅動機構使支持環下降，從而使在成形模內部支持的預型件在即將開始加壓的時刻從支持環上脫開，在將預型件放置在下模上后，利用上下模對預型件進行加壓。
然而，即使是在這樣的方法中，即在一邊將收裝成形原料的成形模輸送到各個處理室，一邊依次實施適當處理的、不在同一位置進行對成形模提供成形原料和加壓、以及成形體的取出的成形方法中，也存在無法設置支持機構的驅動機構(專利文獻2的圖2中所示的推桿和圖3中所示的氣體供給機構)的不便。
而且，專利文獻2中公開的裝置中，不存在上下模的水平方向的相對位置的限制機構，因此上下模不能夠實現同軸性。因此，成形的光學元件的第1面與第2面之間存在偏心(在水平方向上有相對位移以及相互傾斜)，無法得到足夠好的光學性能。
本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供即使在下模成形面具有凸面的情況下，也可以以配置在下模成形面上的適當位置上的狀態，收容成形原料對成形模進行裝配的模壓成形模的組裝裝置以及光學元件的制造方法。其目的還在于，提供也可以適用于使具有上下模的成形模不固定于壓力裝置，一邊在裝置內移動輸送，同時一邊依次實施適當處理的成形方法，并且可以高效率地大量生產高精度光學元件的模壓成形模的組裝裝置以及光學元件的制造方法。
解決課題的手段為了達到上述目的，本發明的成形模的組裝裝置是一種以收容成形原料的狀態組裝成形模用的組裝裝置，該成形模設有形成具有凸面的成形面的下模、在所述下模成形面的對置面上形成成形面的上模、以及可以分別從兩端將所述下模與所述上模插入的筒形模；該成形模的組裝裝置具備使所述筒形模與所述下模相對接近、遠離用的第一驅動機構、將成形原料提供給所述下模成形面上的供給機構、在所述下模成形面上支持由所述供給機構供給的所述成形原料的支持機構、利用所述支持機構支持所述成形原料和使所述支持機構退避用的第二驅動機構、以及所述筒形模與所述下模因所述筒形模與所述下模之間的相對接近形成規定的位置關系時，使所述第二驅動機構工作，以使所述支持機構從所述下模成形面退避的控制機構。
若采用這樣的構成，則無需設置使成形原料保持并支持于成形模的內部用的附加性構件，就可以防止提供給下模成形面上的成形原料的滑落和位置偏移，可以以配置在下模成形面上的適當位置的狀態收容成形原料，裝配成形模。
又，本發明的光學元件的制造方法是一種用具備形成具有凸面的成形面的下模、在所述下模成形面的對置面上形成成形面的上模、以及可以分別從兩端將所述下模與所述上模插入的筒形模的成形模將成形原料加壓成形，以制造光學元件的方法，是一邊利用在所述下模成形面上配置的支持機構支持提供給所述下模成形面上的成形原料，一邊使所述筒形模與所述下模相對接近，以此在所述成形原料的至少一部分插入所述筒形模內之后使所述支持機構從所述下模成形面上退避，接著在所述下模與所述上模之間對所述成形原料實施加壓成形的方法。
若采用這樣的方法，則無需設置使成形原料保持并支持于成形模的內部用的附加性構件，就可以防止提供給下模成形面上的成形原料的滑落和位置偏移，以配置在下模成形面上的適當位置的狀態收容成形原料，裝配成形模，并且不使厚度不均和形狀不良的情況在成形的光學元件上發生，可以精密且容易地控制偏心度地制造光學元件。
又，本發明的光學元件的制造方法可以采用所述成形原料的至少最大外徑部插入所述筒形模內之后，使所述支持機構從所述下模成形面退避的方法。
若采用這樣的方法，即使使支持機構從下模成形面上退避，以使支持機構不妨礙成形模的組裝，也可以利用下模成形面和筒形模的內周面更穩定地支持成形原料。
又，本發明的光學元件的制造方法是采用具備形成具有凸面的成形面的下模、在所述下模成形面的對置面形成成形面的上模、以及可以分別從兩端將所述下模與所述上模插入的筒形模的成形模，將成形原料加壓成形，以制造光學元件的方法，可以采用以下方法，即一邊利用配置在所述下模成形面上的支持機構支持對所述下模成形面上提供的成形原料，一邊使納入所述上模的所述筒形模與所述下模相對接近，從而在所述成形原料被下模和所述上模夾持之后，使所述支持機構從所述下模成形面上退避，然后在所述下模與所述上模之間將所述成形原料加壓成形。
若采用這樣的方法，則不設置將成形原料保持并支持在成形模的內部用的附加性構件，就可以防止提供給下模成形面上的成形原料的滑落和位置偏移，特別是，即使是直徑小于筒形模的內徑且難于與筒形模的內周面接觸的成形原料也可以穩定地支持，以配置在下模成形面上的適當位置的狀態收容成形原料，裝配成形模，并且不使厚度不均和形狀不良的情況在成形的光學元件上發生，可以精密且容易地控制偏心度地制造光學元件。
又，本發明的光學元件的制造方法可以將所述成形原料做成圓柱形狀或者雙凸曲面形狀。而且可以采用以下方法，即所述成形原料為雙凸曲面形狀的情況下，所述支持機構支持所述成形原料的最大外徑部的下側，在最大外徑部的周邊確保開放空間。
若采用這樣的方法，則支持機構不接觸成形原料的最大外徑部就可以在最大外徑部的周邊確保開放空間，可以可靠地將成形原料的最大外徑部插入筒形模內。
又，本發明的光學元件的制造方法可以采用以下方法，即、將以收容所述成形原料的狀態組裝的所述成形模輸送到包含加熱室、加壓室、冷卻室的多個處理室，在各自的處理室實施包含加熱、加壓、冷卻的處理，從而能夠對所述成形原料實施加壓成形。
若采用這樣的方法，則可以同時使用多個成形模，又同時高效率地進行成形模的升溫和降溫，縮短各成形所需的實質時間(成形周期)。而且，對于本發明方法而言，組裝成形模時，無需將龐大的活動構件設置在成形模上，就可以防止提供給下模成形面上的成形原料的滑落和位置偏移，因此可以合適地使用這樣的制造方法。
發明效果如上所述，若采用本發明，則無需設置將成形原料保持并支持于成形模內部用的附加性構件，就可以防止提供給下模成形面上的成形原料的滑落和位置偏移，可以以配置在下模成形面上的適當位置的狀態收容成形原料，組裝成形模。
因此，可以使成形的光學元件上不發生厚度不均和形狀不良的情況，可以精密且容易地控制偏心度地制造光學元件。


圖1是表示適合使用于本發明的模壓成形模的一個例子的概略剖面圖。
圖2是利用本發明的成形模的組裝裝置的一個實施形態組裝圖1所示的成形模的例子的一個工序的說明圖。
圖3是支持機構(支持構件)的概略俯視圖。
圖4是利用本發明的成形模的組裝裝置的另一個實施形態組裝圖1所示的成形模的例子的一個工序的說明圖。
圖5是利用本發明的成形模的組裝裝置的另一個實施形態組裝圖1所示的成形模的另一例子的一個工序的說明圖。
圖6是在本發明的成形模的組裝裝置的另一個實施形態中用上下模挾持成形原料的例子的說明圖。
圖7是對實施本發明的光學元件的制造方法的模壓成形裝置的一個例子的概略俯視圖。
圖8是本發明的光學元件的制造方法的一實施形態的工序(1)～(4)的說明圖。
圖9是本發明的光學元件的制造方法的一實施形態的工序(5)～(8)的說明圖。
圖10是本發明的光學元件的制造方法的一實施形態的工序(9)～(12)的說明圖。
圖11是本發明的光學元件的制造方法的一實施形態的工序(13)～(16)的說明圖。
圖12是本發明的光學元件的制造方法的一實施形態的工序(17)的說明圖。
圖13是表示控制第1驅動機構與第2驅動機構的控制機構的一個例子的方框圖。
圖14是表示在具有凸面的下模成形面上配置成形原料的狀態的說明圖。
符號說明10上模11成形面20下模21成形面30筒形模40支持構件(支持機構)50成形原料
51成形體60輸送機械臂70放置臺100 控制機構101 控制部102 檢測部110 第一驅動機構120 第二驅動機構P2第一加熱室P3第二加熱室P4第三加熱室P5加壓室P6第一慢冷卻室P7第二慢冷卻室P8快冷卻室具體實施形態以下參考附圖對本發明的成形模的組裝裝置以及光學元件的制造方法的較適宜的實施形態進行說明。
首先，對適用于本發明的模壓成形模(以下只稱為“成形模”)的一個例子進行說明。在這里，圖1是成形模的概略剖面圖，表示施加壓力負荷時的狀態(參考圖10(11))。另外，圖8～12是下述本發明光學元件的制造方法的實施形態中的各個工序的說明圖。
圖1所示的成形模形成具有上模10、下模20、以及筒形模30的結構，在上模10與下模20之間將成形原料50加壓成形。
圖示的例子中，筒形模30在裝配成形模時和加壓成形時，引導上下模10、20滑動，從而規定其水平方向的相對位置，確保上下模10、20的同軸性。
因此，若考慮被要求的光學元件的偏心度，則以筒形模30與上下模10、20的滑動間隙設定為10μm以下為佳，尤其希望設定在5μm以下。若對上述滑動間隙進行控制，則可以高精度地抑制上下模10、20的成形面11、21間的偏心(偏移上下模10、20的成形面11、21的水平方向的偏移，傾斜上下模10、20的軸傾斜)。
圖示的成形模中，加壓成形時，引導上模10相對于配合在筒形模30內的下模20在筒形模30內滑動，使上下模10、20形成能夠相對接近、遠離的結構，但也可以形成與此相反的結構。即，也可以是引導下模20相對于配合在筒形模30內的上模10在筒形模30內滑動，只要上下模10、20在確保其同軸性的同時相對地接近、遠離，其具體構成不受限制。
最好預先在這樣的筒形模30上設置通氣孔33、33，使上下模10、20的動作在上下模10、20接近、遠離時不受到模具內外氣壓差的妨礙。尤其是如圖所示，最好是在筒形模30的內徑產生變化形成階梯部的部位、以及筒形模30的上端面與上模10的上端面大致為同一面時的形成與上模10的成形面11的外緣部相同程度的高度的位置上設置通氣孔33，對該階梯部的間隙、以及成形原料50與上下模10、20之間的間隙中的體積的增減，通過通氣孔33疏導周圍氣體，使成形模內部的氣壓始終與外部氣壓保持相等。因此，可以順利地進行加壓成形以及成形模的裝配、分解。
上模10在與下模20對置的下表面上形成成形面11。圖1所示的例子中，成形面11形成凸面，但也可以是凹面或者平面。另外，在上模10的上部形成直徑大于成形面11的法蘭部12，該法蘭部12被收容在形成于筒形模30的上部的大直徑內周部31。
這時，最好是在上模10的上表面與筒形模30的上表面為同一個面時，在形成于上模10的法蘭部12的下表面與形成于筒形模30的小直徑內周部32的上端之間確保規定尺寸以上的間隙G。通過確保這樣的間隙G，即使加壓成形時將上模10押塞到其上表面與筒形模30的上表面一致為止，暫時決定成形體15的壁厚之后，也可以繼續賦予成形體51以所需要的負荷(也可以只是上模10的自重)，從而可以允許上模10跟隨成形體51的熱收縮而下降(參考圖10(11)、(12))。
又，在下模20的與上模10對置的上表面上，形成具有凸面的成形面21。還有，在下模20的下部形成直徑大于成形面21的法蘭部22。在加壓成形時，使筒形模30的下表面與該法蘭部22的上表面接觸，并且通過加壓相互緊貼，從而高精度劃定下模20與筒形模30的相互位置，也可以利用這樣的方法抑制傾斜。
這樣的成形模中，對上模10、下模20、以及筒形模30的材料沒有特別限制。可以使用例如碳化硅、硅、氮化硅、碳化鎢、氧化鋁和碳化鈦這樣的金屬陶瓷或使用在其表面覆蓋金剛石、耐熱金屬、貴金屬合金、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等的材料。
又，最好在上下模10、20的成形面11、21上使用由非晶態以及/或者結晶態的石墨以及/或者金剛石的單一成分層或者混合層組成的碳膜或者貴金屬合金構成的脫型膜等，以防止玻璃的熔接。
下面舉出圖1中所示的組裝成形模的例子對本發明的成形模的組裝裝置(以下簡稱為組裝裝置)的實施形態進行說明。在這里，圖2示出利用本實施形態的組裝裝置裝配圖1中所示的成形模的例子的一個工序，圖2(a)、(b)分別與圖9(5)、(6)對應。
本實施形態中的組裝裝置是用于對下模20的成形面21上供給成形原料50，同時裝配成形模的裝置，其結構為，裝配成形模時，使筒形模30與下模20相對接近，從而可以將下模20插入筒形模30，另外，在加壓成形后，對成形模進行分解，取出被加壓成形的成形體51時，使筒形模30與下模20相對遠離，從而可以從筒形模30抽出下模20。
圖示的例子中，是在裝配成形模時，預先將上模10插入筒形模30。然后，以插入上模10的狀態，利用支持機構80將筒形模30的位置加以固定，通過放置臺70的升降，使放置在可以升降構成的放置臺70上的下模20(參考圖2(a))連同放置臺70，相對于筒形模30接近、遠離(參考圖2(b))。
這時，在放置臺70，最好在放置下模20的面上預先設置開口部71，從該開口部71抽吸氛圍氣體，從而形成將下模20緊貼、固定在放置臺70上的結構，使下模20在放置臺70上不發生位置偏移。
本實施形態中，作為使放置臺70升降用的驅動機構、亦即使筒形模30與下模20之間相對接近、遠離用的驅動機構(第一驅動機構)，只要是能夠既維持筒形模30與下模20之間的水平方向的位置關系，又能夠使放置臺70沿著垂直方向上下運動，就沒有特別的限制。
例如，可以適當采用利用油壓缸和汽缸等使放置臺70升降的升降機構、或者利用螺旋軸的旋轉，將該旋轉運動變換為直線運動，使放置臺70升降的升降機構等。
本實施形態中雖然列舉了形成預先將筒形模30的位置加以固定，使下模20相對于筒形模30接近、遠離的結構的例子，但也可以與此相反，形成將下模20的位置加以固定，采用使支持機構80升降等方法，使下模20相對于筒形模30接近、遠離的結構。
這樣，本發明中的第一驅動機構的具體結構只要可以使筒形模30與下模20相對接近、遠離即可，并不局限于上述的例子。
又，本實施形態中的組裝裝置具有，在組裝成形模時，在下模20的成形面21上供給成形原料50用的供給機構。
供給機構可以采用例如頂端具有吸盤61的輸送機械臂60等(參考圖8(3)、(4))，只要能夠以規定范圍內的位置精度對下模20的成形面21提供成形原料50，其具體結構就沒有特別限制。
還有，本實施形態中的組裝裝置具有作為在下模20的成形面21上支持被提供的成形原料50的支持機構的支持構件40。
支持構件40用于穩定地支持被供給到下模20成形面21上的成形原料50(參考圖2(a))，防止成形原料50滑落和位置偏移。而且具有下述功能，即裝配成形模時，在使筒形模30與下模20接近，兩者靠近到規定的位置關系之前，一邊維持與下模20之間的相對位置關系，一邊在下模20的成形面21上繼續支持成形原料50(參考圖2(b))。圖2所示的例子中，將成形原料50支持在支持構件40上，直到筒形模30與下模20接近，成形原料50的一部分插入筒形模30內，能夠利用下模20的成形面21與筒形模30的內周面支持成形原料50的狀態為止。
支持構件40可以采用如圖3所示那樣，由頂端部分具有支持部41的一對機械臂45、45組成的結構，但是只要具有上述功能，支持構件40的具體結構就沒有特別限制。
圖示的例子中，支持構件40形成以下所述結構，即在與下模20的成形面21大致相等的水平面上，通過使機械臂45、45相互接近、遠離，可以使支持部41開閉的結構。而且，支持構件40通過使機械臂45、45相互接近，使支持部41閉合，從而在下模20的成形面21上能夠以夾住成形原料50的方式將其支持住。又，支持構件40通過使機械臂45、45相互遠離，打開支持部41，從而可以松開成形原料50，同時從筒形模30與下模20之間退避。
再者，支持構件40安裝在放置臺70上，從而可以維持與下模20之間的相對位置關系。又，圖3中，用虛線表示閉合狀態的支持部41。
使成形原料50支持于支持構件40時，在使支持部41閉合的狀態下使支持構件40在下模20的成形面21上待機，利用輸送機械臂60將成形原料50放置在支持部41上，從而可以使成形原料50支持在支持構件40上。另外，也可以對于由輸送機械臂60提供給下模20成形面21上的成形原料50，以仍然維持支持在輸送機械臂60上的狀態，使支持部41閉合，以便從相對方向夾住成形原料50，在利用支持構件40支持成形原料50之后，或者在利用支持構件40支持成形原料50的同時，松開輸送機械臂60，解除支持狀態。
本實施形態中，開關支持部41用的驅動機構、即利用支持構件40支持成形原料50和使支持構件40退避用的驅動機構(第二驅動機構)，可以采用例如線性電動機、步進電動機等，但是只要能夠利用任意控制機構進行控制，與使筒形模30與下模20相對接近、遠離用的第一驅動機構同步地、在筒形模30與下模20之間形成規定的位置關系時，使支持構件40從筒形模30與下模20之間退避，則沒有特別限制。
在這里，對使第一驅動機構與第二驅動機構同步地進行控制的例子進行了說明。圖13是示出控制機構之一例的方框圖，控制機構100具有控制第一驅動機構110和第二驅動機構120驅動的控制部101以及檢測部102。
圖示的控制機構中，使成形原料50支持于支持構件40(參考圖9(5))時，就將啟動成形模的組裝用的開始信號輸入控制部101。一旦開始信號被輸入，控制部101就驅動第一驅動機構110，使放置臺70開始上升。放置臺70的位置由檢測部102檢測，使放置臺70上升，直到筒形模30和下模20形成預先設定的位置關系為止。而且，在筒形模30與下模20形成規定的位置關系之前放置臺70上升時，檢測部102對控制部101輸出檢測信號。被輸入檢測信號的控制部101停止驅動第一驅動機構110，中斷放置臺70的上升(參考圖9(6))。另一方面，控制部101驅動第二驅動機構120，解除支持構件40對成形原料50的支持，同時使支持構件40退避(參考圖9(7))。
檢測部102一旦檢測出支持構件40已退避，就對控制部101輸出檢測信號，被輸入檢測信號的控制部101停止驅動第二驅動機構120。另一方面，控制部101再次驅動第一驅動機構110，再度使放置臺70上升。若下模20插入筒形模30，則檢測部102對控制部101輸出檢測信號，被輸入檢測信號的控制部101停止驅動第一驅動機構110，使放置臺70停止上升(參考圖9(8))。
這樣就完成了成形模的組裝。
對于本發明中使用的成形原料50的材料沒有特別限制，可以采用例如玻璃預型件等玻璃原料。而且，成形原料50的形狀可以采用以下所述形狀，即對例如塊狀的光學玻璃進行切斷、研磨，加工(冷加工)成圓柱形狀、球狀等、或者從熔化狀態滴到或流到承模，從而預成形(熱成形)為球狀、雙凸曲面形狀等。本發明中，最好是采用冷加工的圓柱形狀的玻璃原料、熱成形的雙凸曲面形狀的玻璃原料、或者在熱成形后還進行熱加工平面或凹面等的預成形的玻璃原料。
又，成形原料50的直徑必需小于要獲得的成形體51的直徑(筒形模30的內徑)，最好是稍微小一些。若做到這樣，則收容在成形模內的成形原料50在下模20上分布不會很不均勻，因此加壓成形時不易產生厚度不均的情況。具體而言，最好是要獲得的成形體51的直徑的90～99％。
再者，從成形模取出的成形體51雖然也可以進行定中心加工(切除成形體的外周，同時使外徑中心與光學中心一致)，但從生產效率出發，最好是不必進行定中心加工，就這樣作為最終的光學元件的形狀。
支持構件40是考慮到這樣的成形原料50的形狀和尺寸等而設計的，但最好是如圖2所示，成形原料50為圓柱形狀的情況下，按照成形原料50的被支持部位的垂直截面形狀，將階梯部42設置在支持部41上，利用該階梯部42支持沿著成形原料50下表面側的外邊緣部的底面和側面，從而將成形原料50支持在支持構件40上。又，如圖4所示，成形原料50為雙凸曲面形狀的情況下，在支持部41的前端設置仿照成形原料50的被支持面的形狀斜坡43，也容易水平支持成形原料50。
這樣，支持部41最好是根據成形原料50的被支持機構位的形狀，設置階梯部42和斜坡43等，從而可以將成形原料50做成容易支持的形狀，利用面接觸可以更穩定地支持成形原料50，但也可以不設置這樣的階梯部42和斜坡43，而利用角部，形成實質上通過線接觸支持成形原料50的形狀。另外，圖示的例子中，在其整個一周上支持成形原料50，但只要可以穩定地支持成形原料50，支持部41的形狀也可以是例如沿著圓周方向等間隔地分開設置與成形原料50接觸的部位而形成的形狀。
又，關于支持構件40的厚度，考慮到支持構件40的強度和剛性等，只要是能夠充分保持、支持成形原料50就可以，但如果支持構件40的厚度過大，則有可能產生下述的缺點。
例如，成形原料50為圓柱形狀的情況下，雖然也取決于設置在支持部41的階梯部42的形狀，但支持成形原料50側面的部分的面積變大，與此對應，成形原料50的側面的能夠與筒形模30內周面接觸部分的面積相對變小的話，則下模20的成形面21和筒形模30的內周面對成形原料50的支持有不穩定的傾向，或支持構件40有可能干擾下模20的成形面21。
因此，支持構件40的最大厚度最好是成形原料50的厚度的一半以下。
又，成形原料50為雙凸曲面的情況下，最好在成形原料50的比其最大外徑部更靠近下模20側的位置，使成形原料50支持在支持部41上(參考圖4)。通過這樣設定支持成形原料50的位置，支持部41不接觸成形原料50的最大外徑部，從而能夠在最大外徑部的周邊確保開放空間。
因此，通過使筒形模30與下模20接近，將成形原料50插入筒形模30內時，成形原料50的最大外徑部可靠地插入筒形模30內，即使解除支持構件40對成形原料50的支持，也可以利用下模20的成形面21和筒形模30的內周面穩定地支持成形原料50。
本實施形態中，也可以如圖2(b)和圖4(b)所示，使支持構件40從筒形模30與下模20之間退避的時點(時刻)，在成形原料50的一部分(成形原料50的形狀為雙凸曲面形狀的情況下，是成形原料50的最大外徑部)插入筒形模30內，形成成形原料50由下模20的成形面21和筒形模30的內周面支持的狀態時，將機械臂45、45朝著相互遠離的方向驅動，解除對成形原料50的支持，同時開始使支持構件40退避，但是也可以在下述時點使支持構件40退避。
即如圖5所示，也可以從圖4(b)所示的狀態，一邊維持下模20與支持構件40之間的相對位置關系，一邊再使筒形模30與下模20接近，從而與筒形模30的下表面接觸的支持構件40被向下模20壓下，由此在解除支持構件40對成形原料50的支持之后，使支持構件40退避。
若這樣設置支持構件40退避時點，則相當于在成形原料50的更多部分插入筒形模30內的狀態下解除支持構件40對成形原料50的支持，可以使下模20的成形面21與筒形模30的內周面對成形原料50的支持更穩定。
例如，成形原料50是雙凸曲面形狀的情況下，可以形成在使支持構件40退避時能夠更可靠地將成形原料50的最大外徑部插入筒形模30內的狀態。另外，圖5所示的例子中，是將成形原料50作為雙凸曲面形狀，但成形原料50為圓柱形狀的情況下，該形態也是有效的。在這種情況下，雖然未特別圖示，但可以采用在使支持構件40退避時整個成形原料50被插入筒形模30內的狀態。
另外，將在成形面21上被供給了成形原料50的下模20裝入筒形模30時，利用支持構件40支持成形原料50，直到使筒形模30與下模20接近，兩者形成規定的位置關系為止，其后，如果能夠使成形原料50支持在與支持構件40協同工作的其他支持機構上，以此一邊維持成形原料50被穩定支持的狀態，一邊使支持構件40退避，支持構件40不妨礙成形模的組裝(在筒形模30中裝入下模20)，則與支持構件40協同工作的其他支持機構如上述的例子那樣，不局限于利用下模20的成形面21和筒形模30的內周面支持成形原料50。
作為與支持構件40協同工作支持成形原料50的其他機構，只要是不妨礙成形模的組裝的機構，也可以如圖6所示，在下模20與上模10之間挾持成形原料50，從而支持成形原料50。
若采用這樣的機構，則即使是直徑小于筒形模30的內徑、與筒形模30的內周面接觸有困難的成形原料50，也可以穩定地加以支持。
上述那樣的支持構件40的原料，可以采用例如樹脂、或者SUS、鋁等金屬。另外，成形原料50也可以預熱之后提供給成形模，但此時在支持構件40采用樹脂的情況下，最好考慮成形原料50的預熱溫度，選擇有200℃左右的耐熱性的原料。另外，在支持構件40上，為了防止熔融，也可以對與成形原料50接觸的部分(例如支持部41)適當進行涂敷。
下面對適合實施本發明的光學元件的制造方法的模壓成形裝置(以下簡稱為“成形裝置”)進行說明。在這里，圖7是作為這樣的成形裝置之一例示出的旋轉輸送式的成形裝置的概略俯視圖。
圖7所示的成形裝置具有取出·插入室P1和在圓周方向上排列著配置的多個處理室P2～P8。
取出·插入室P1中，進行結束成形的成形模的取出操作、以及收容新供給成形用成形原料的成形模的插入操作。使從取出·插入室P1插入的成形模支持在安裝于沿著圖中箭頭方向旋轉的旋轉臺的支持臺上等，以收容成形原料(或者成形體)的形態依次通過經常處在非氧化性氣體氛圍(惰性氣體氛圍)下的處理室P2～P8之中。旋轉臺間歇地每隔一定時間進行旋轉，利用該間歇性旋轉，使成形模在相鄰設置的處理室間移動。而且，該一定的時間為成形周期的時間。
在這里，P2是第一加熱室、P3是第二加熱室、P4是第三加熱室(或者均熱室)，這些都統稱為加熱部。P5是加壓室，對在加熱部被加熱到適于加壓成形溫度的成形模施加壓力負荷。P6是第一慢冷卻室，P7是第二慢冷卻室，P8是快冷卻室(驟冷室)，這些也統稱為冷卻部，進行對施加壓力負荷后的成形模的冷卻處理。這些處理室P2～P8大致等間隔地配置，為了將溫度控制在適于各處理的溫度，同時將各處理室內的溫度保持在規定溫度，通過閘門(shutter)S1～S6劃分這些處理室。
若采用圖7所示那樣的成形裝置，則可以一邊將收容了成形原料(或者成形體)的成形模依次輸送，使其經過各處理室，一邊實施適當的處理，從而可以高效率地制造所希望的光學元件。
也就是說，通過使成形模通過二維配置的各處理室，進行使成形模升溫到適于加壓成形的溫度，施加壓力負荷，以及其后的冷卻處理，因此可以同時使用多個成形模，從而縮短各成形所需要的實際時間(成形周期)。
再者，如上所述，旋轉臺間歇性旋轉，成形模在相鄰設置的處理室間移動所要的時間為成形周期。
本發明的光學元件的制造方法，在將收容了成形原料(或者成形體)的成形模輸送到加熱室、加壓室、冷卻室等各處理室，依次實施包含加熱、加壓、冷卻的適當處理的成形裝置中被恰當地實施，但這樣的成形裝置的具體結構并非局限于上述的例子。例如，在上述的例子中，利用旋轉臺輸送成形模，但只要是形成能夠以規定的時間間隔通過二維(有時候是三維)配置的各處理室的結構，輸送成形模的方法沒有特別限制。
又，根據成形原料的組成和要獲得的成形體的形狀，可以適當改變各處理室的配置結構，以使加熱工序和冷卻工序最佳化。例如，可以進行將加熱室設定為4個，或者將慢冷卻室設定為3個等的改變。另外，為了進一步提高生產效率，也可以分別連續設置相同數目的加熱室、加壓室、冷卻室等，同時并列進行需要不同的溫度條件、不同的加壓條件的多種加壓成形。
又，為了提高生產效率，可以采用例如使提供給同一工序的多個支持臺同時通過各處理室等方法，使各處理室中每次同時處理多個成形模。具體而言，可以在各處理室中進行加熱、施加壓力負荷、進行冷卻處理等的處理時，在行進方向上排列2個以上成形模，對其同時實施同樣的處理。在這種情況下，最好是在加壓室內設置排列在行進方向的2個以上的加壓機構。
下面就有關本發明的光學元件的制造方法的實施形態，對將圖1中所示的成形模應用于圖7所示的成形裝置進行實施的例子進行說明。在這里，圖8是本實施形態的光學元件的制造方法中的工序(1)～(4)的說明圖，圖9是示出其工序(5)～(8)的說明圖，圖10是示出其工序(9)～(12)的說明圖，圖11是示出其工序(13)～(16)的說明圖，圖12是示出其工序(17)的說明圖。
工序(1)～(5)成形原料供給工序本實施形態中，以插入筒形模30后的上模10與下模20遠離的狀態(參考圖8(1))，將成形原料50提供到下模20的成形面21上，但這時支持構件40在下模20的成形面21上關閉支持部41進行等待(參考圖8(2))。在其另一方，利用帶有吸盤61的輸送機械臂60吸附支持成形原料(例如、玻璃預型件)50，將其輸送到成形面21的上方(參考圖8(3))。
然后，吸盤61以規定范圍內的精度到達下模20的成形面21上，將成形原料50放置于支持構件40(支持部41)上之后(參考圖8(4))松開其吸附，從而成形原料50由支持構件40支持(參考圖9(5))。
這時，在圖示的例子中，在支持部41上設置階梯部42，利用該階梯部42支持沿著圓柱形狀的成形原料50的下表面側的外周邊緣部的底面和側面，從而使成形原料50支持在支持構件40上。這樣，成形原料50不滑落或不產生位置偏移地、穩定地支持在下模20的成形面21上。
又，在圖示的例子中，成形原料50采用圓柱形狀，但也可以是具有雙凸曲面形狀等凸曲面的形狀。在成形原料50是雙凸曲面形狀的情況下，最好是如上面所述那樣，在成形原料50的比最大外徑部更靠近下模20側的位置上支持成形原料50于支持構件40上(參考圖4)。
再者，供給成形原料50時，最好是在預先完成吸盤61的中心與成形原料50中心的對位狀態，而且吸盤61的中心與下模20的成形面21的中心實質上一致的狀態下，對輸送機械臂60的動作進行控制，以將成形原料50放置在支持構件40上，輸送機械臂60在提供成形原料50之后立即退避。另外，插入上模10的筒形模30，其位置利用支持機構80固定。
工序(6)～(8)成形模的組裝工序若使成形原料50支持在支持構件40上，則放置臺70以筒形模30的位置仍然被支持機構80固定的狀態上升，一邊維持支持構件40與下模20之間的相對位置關系，一邊使下模20接近筒形模30。
若放置臺70上升規定距離，則成形原料50的一部分被插入筒形模30內，成形原料50也由下模20的成形面21和筒形模30的內周面支持(參考圖9(6))。然后，支持構件40解除對成形原料50的支持，從成形面21上退避，但成形原料50由于被下模20的成形面21和筒形模30的內周面所支持，因此沒有從成形面21滑落或產生位置偏移。(參考圖9(7))這時，成形原料50為圓柱形狀的情況下，為了使利用下模20的成形面21和筒形模30的內周面進行的支持穩定，將成形原料50的厚度設定為h時，最好是插入筒形模30內的那部分長度在0.2h以上。
再者，本實施形態中，即使解除支持構件40對成形原料50的支持，支持構件40從成形面21上退避，以便支持構件40不妨礙下模20插入筒形模30，只要能與支持構件40協同工作，穩定地繼續支持成形原料50，則在解除支持構件40的支持之后，支持成形原料50的方法不限于利用下模20的成形面21和筒形模30的內周面支持成形原料50的方法。
例如，在成形原料50的直徑小于筒形模30的內徑，難于與筒形模30的內周面接觸的情況下，也可以如上所述那樣以下模20和上模10挾持成形原料50從而支持成形原料50(參考圖6)。
支持構件40從下模20的成形面21上退避之后，通過使放置臺70進一步上升，將下模20插入筒形模30內(參考圖9(8))。這時，最好是將筒形模30和下模20的間隙設定在5μm以下。另外，最好是預先裝配的上模10和筒形模30也采用同樣的間隙。這樣可以高精度地抑制上下模10、20的成形面11、21間的偏心。
若將下模20插入筒形模30內，使下模20的法蘭部22上表面與筒形模30下表面接觸，則如圖9(8)所示，利用成形原料50的厚度，將上模10的上表面推舉到高于筒形模30上表面的位置。
再者，組裝成形模時，可以利用上述那樣的控制機構將使筒形模30與下模20接近的第一驅動機構、以及使支持構件40對成形原料50進行支持和使支持構件40從下模20的成形面21退避的第二驅動機構控制成同步作業。另外，裝配成形模時，也可以利用支持機構80使上模10和筒形模30下降，而不使放置臺70上升。
上述的工序(1)～(8)中，可以通過從設置在放置臺70上的開口部71抽吸氛圍氣體，將下模20緊貼、固定在放置臺70上，以使下模20在放置臺70上不發生位置偏移。又，如下面所述，在分解成形模時，通過抽吸氛圍氣體，將下模20緊貼、固定在放置臺70上，維持從筒形模30抽出下模20時的位置，以此可以避免下模20與筒形模30在水平方向的相對位置產生偏移。
再者，依據上述工序(1)～(8)，收容成形原料50組裝的成形模，在圖7所示的成形裝置中從取出·插入室P1插入成形裝置內，但上述工序(1)～(8)也可以在取出·插入室P1內進行。
工序(9)加熱工序使收容成形原料50并插入成形裝置內的成形模支持于安裝在旋轉臺上的支持臺75上，一邊依次輸送到加熱室P2～P4，一邊進行加熱(參考圖10(9))。這樣，將成形原料50連同成形模升溫到適于加壓成形的溫度。
這時，例如、第一加熱室P2保持在成形原料50的壓力加工溫度以上的高溫，對成形模以及成形原料50進行急速加熱。然后，收容成形原料50的成形模在第一加熱室P2靜止規定時間之后，相應于旋轉臺的旋轉被輸送到第二加熱室P3。通過在該第二加熱室P3的加熱，成形模和成形原料50進一步被加熱，并且被均熱接近壓力加工溫度。然后，在第三加熱室P4中使成形模和成形原料50均熱化，使成形原料50的粘度為對加壓成形合適的106～109泊，最好是成形原料50的溫度設定為能夠達到106～108泊粘度的溫度。
再者，對加熱室P2～P4具備的加熱機構沒有特別限制。可以采用例如電阻加熱的加熱器、高頻感應線圈等。
工序(10)～(11)加壓工序達到合適溫度的成形模被輸送到加壓室P5(參考圖10(10))。在加壓室P5中，從成形模的上方利用沖頭90以規定壓力(例如30～200Kg/cm2)、規定時間(例如數十秒)對成形模施加壓力負荷(參考圖10(11))。
在沖頭90的下表面與筒形模30的上表面接觸的時刻規定成形體51的壁厚，然后，使沖頭90上升，解除施加的壓力負荷，從而結束加壓工序。
工序(12)冷卻工序加壓工序結束后，成形模被依次輸送到慢冷卻室P6、P7以及快冷卻室P8，實施冷卻處理(參考圖10(12))。
在快冷卻室P8中可以利用冷卻用氣體進行驟冷，使成形體51冷卻到玻化溫度以下為止。這時，成形模中，在上模10法蘭部12的下表面與筒形模30小直徑內周部32的上端之間預先以規定的尺寸確保如上所述的間隙G，從而上模10可以利用其自重追隨玻璃的收縮，獲得良好的形狀精度。
再者，上模10追隨玻璃的收縮下降時，上模10的法蘭部12與筒形模30的小直徑內周部32的上端面之間的間隙G的間隔變窄。
工序(13)～(14)成形模的分解工序一旦成形模返回取出·插入室P1，則成形模被取到成形裝置外，進行成形模的分解、成形體51的取出、再提供新的成形原料50。
成形模的分解工序中，收容成形體51的成形模被機器手輸送到放置臺70(參考圖11(13))，通過卡住周圍定位。然后，從放置臺70的開口部71抽吸氛圍氣體，在使下模20合為一體地支持在放置臺70上的情況下，使放置臺70垂直下降，從筒形模30中抽出下模20，使上模10與下模20相互遠離(參考圖11(14))。在從筒形模30抽出下模20時，通過使下模20合為一體地支持于放置臺70上，維持從筒形模30抽出下模20時的位置，以此可以避免下模20與筒形模30的水平方向的相對位置產生偏移。
這時，與上述成形原料供給工程和成形模的組裝工程相同，插入上模10的筒形模30，其位置利用支持機構80固定。
再者，對于沒有形成惰性氣體氛圍的取出·插入室P1，考慮防止成形模的氧化，最好進行溫度控制以使成形模的溫度在250℃以下。
工序(15)～(17)光學元件的取出工序從筒形模30抽出下模20之后，將輸送機械臂60插入上下模10、20之間(參考圖11(15))。然后，利用頂端的吸盤61抽吸、吸附成形體51(參考圖11(16))，從下模20的成形面21取出成形體51(參考圖12(17))。
這些工序(1)～(17)結束后，返回工序(1)，反復進行上述循環，從而可以連續地進行加壓成形。
上述本實施形態的光學元件的制造方法，一邊利用配置在下模20成形面21上的支持構件40，支持提供給下模20成形面21上的成形原料50，一邊使筒形模30與下模20接近，從而在成形原料50的至少一部分插入筒形模30內之后，使支持構件40從筒形模30與下模20之間退避，然后，在下模20與上模10之間將成形原料50加壓成形，因此無需設置將成形原料50保持并支持于成形模內部用的附加構件，就可以防止提供給下模20成形面21上的成形原料50的滑落和位置偏移，可以以配置在下模20成形面21上的適當位置的狀態收容成形原料50，組裝成形模。
而且，由于沒有必要在成形模的內部設置附加的構件，因此本實施形態中組裝的成形模可以做成使上下模10、20與筒形模30直接接觸的結構。因此，利用上下模10、20與筒形模30接觸的部分的間隙，可以限制上下模10、20相互在水平方向上的偏移(shift)、傾斜(tilt)，從而可以精密且容易地控制所制造的光學元件的偏心精度。
又，成形模被輸送到包含加熱室、加壓室、冷卻室的多個處理室，在各處理室實施包含加熱、加壓、冷卻的處理，從而將收容在成形模內部的成形原料50加壓成形，因此，可以一邊同時使用多個成形模，一邊高效率地進行成形模的升溫和降溫，縮短各成形所需的實際時間(成形周期)。而且，在本實施形態中組裝成形模時，無需將龐大的活動構件設置在成形模上，就可以防止提供給下模成形面上的成形原料的滑落和位置偏移，因此可以合適地使用這樣的制造方法。
以上示出最佳實施形態對本發明進行說明，但本發明并非僅僅局限于上述的實施形態，可以在本發明的范圍內實施各種變更，這是不言而喻的。
產業上的利用可行性本發明可以適用于對收容玻璃等成形原料裝配的成形模施加壓力負荷進行加工，無需對被成形面進行磨削、研磨等后加工，將透鏡等光學元件加壓成形時，可以一邊提供成形原料一邊組裝成形模用的組裝裝置、以及利用該組裝裝置組裝的成形模制造光學元件的制造方法。
權利要求
1.一種模壓成形模的組裝裝置，是以收容成形原料的狀態組裝成形模用的組裝裝置，該成形模設有形成具有凸面的成形面的下模、在所述下模成形面的對置面上形成成形面的上模、以及可以分別從兩端將所述下模與所述上模插入的筒形模；其特征在于，具備使所述筒形模與所述下模相對接近、遠離用的第一驅動機構，將成形原料提供給所述下模成形面上的供給機構，在所述下模成形面上支持由所述供給機構供給的所述成形原料的支持機構，利用所述支持機構支持所述成形原料和使所述支持機構退避用的第二驅動機構，以及所述筒形模與所述下模因所述筒形模與所述下模之間的相對接近形成規定的位置關系時、所述第二驅動機構工作、以使所述支持機構從所述下模成形面退避的控制機構。
2.一種光學元件的制造方法，是用具備形成具有凸面的成形面的下模、在所述下模成形面的對置面上形成成形面的上模、以及可以分別從兩端將所述下模與所述上模插入的筒形模的成形模，將成形原料加壓成形來制造光學元件的方法，其特征在于，一邊利用在所述下模成形面上配置的支持機構支持提供給所述下模成形面上的成形原料，一邊使所述筒形模與所述下模相對接近，以此在所述成形原料的至少一部分插入所述筒形模內之后，使所述支持機構從所述下模成形面上退避，接著在所述下模與所述上模之間將所述成形原料加壓成形。
3.如權利要求2所述的光學元件的制造方法，其特征在于，所述成形原料的至少最大外徑部插入所述筒形模內之后，使所述支持機構從所述下模成形面上退避。
4.如權利要求3所述的光學元件的制造方法，其特征在于，所述成形原料是圓柱形狀。
5.如權利要求3所述的光學元件的制造方法，其特征在于，所述成形原料具有雙凸曲面形狀。
6.如權利要求2或5所述的光學元件的制造方法，其特征在于，所述支持機構支持所述成形原料的最大外徑部的下側，在最大外徑部的周邊確保開放空間。
7.如權利要求2～6中的任一項所述的光學元件的制造方法，其特征在于，將以收容所述成形原料的狀態組裝的所述成形模，輸送到包含加熱室、加壓室、冷卻室的多個處理室，在各處理室分別實施包含加熱、加壓、冷卻的處理，以對所述成形原料實施加壓成形。
8.一種光學元件的制造方法，是利用具備形成具有凸面的成形面的下模、在所述下模成形面的對置面形成成形面的上模、以及可以分別從兩端將所述下模與所述上模插入的筒形模的成形模，將成形原料加壓成形，以制造光學元件的方法，其特征在于，一邊利用配置在所述下模成形面上的支持機構支持對所述下模成形面上提供的成形原料，一邊使納入所述上模的所述筒形模與所述下模相對接近，從而在所述成形原料被所述下模和所述上模夾持之后，使所述支持機構從所述下模成形面上退避，然后在所述下模與所述上模之間將所述成形原料加壓成形。
9.如權利要求8所述的光學元件的制造方法，其特征在于，所述成形原料為圓柱形狀。
10.如權利要求8所述的光學元件的制造方法，其特征在于，所述成形原料為雙凸曲面形狀。
11.如權利要求8或10所述的光學元件的制造方法，其特征在于，所述支持機構支持所述成形原料的最大外徑部的下側，在最大外徑部的周邊確保開放空間。
12.根據權利要求8～11中的任一項所述的光學元件的制造方法，其特征在于，將以收容所述成形原料的狀態組裝的所述成形模，輸送到包含加熱室、加壓室、冷卻室的多個處理室，在各處理室分別實施包含加熱、加壓、冷卻的處理，以對所述成形原料實施加壓成形。
全文摘要
本發明的目的是提供即使下模成形面具有凸面的情況下，也能在配置于下模成形面適當位置上的狀態下收容成形原料，組裝成形模的模壓成形模的組裝裝置及光學元件的制造方法，而且提供也能適用于具備上下模的成形模不固定于加壓裝置，一邊在裝置內移動輸送一邊依次實施適當的處理的成形方法的，并且能高效率地批量生產高精度光學元件的模壓成形模的組裝裝置及光學元件的制造方法。本發明的光學元件的制造方法的解決手段是，一邊利用在下模(20)的成形面(21)上配置的支持構件(40)支持提供給下模(20)成形面(21)上的成形原料(50)，一邊使裝入上模(10)的筒形模(30)與下模(20)相對接近，以此在成形原料(50)的一部分插入筒形模(30)內之后使支持構件(40)從筒形模(30)與下模(20)之間退避，在下模(20)與上模(10)之間將成形原料(50)加壓成形。
文檔編號C03B11/00GK1814559SQ20061000457
公開日2006年8月9日 申請日期2006年1月28日 優先權日2005年2月2日
發明者淺井英邦, 藤本忠幸 申請人:Hoya株式會社