專利名稱：光學(xué)元件的成形方法及成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加壓成形光學(xué)儀器中所使用的高精度的玻璃透鏡等光學(xué)元 件的成形方法及成形裝置。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，廣泛采用將加熱軟化了的玻璃原材料加壓成形來(lái)制造由玻 璃透鏡形成的光學(xué)元件的成形方法。即，例如將預(yù)成形為球狀的玻璃原材
料設(shè)置在由上模、下模、主體模構(gòu)成的模具內(nèi)，通過加熱工序加熱至500
6ocrc使玻璃原材料軟化后，加壓而成形為透鏡制品，冷卻后取出制品。這
些工序中，特別是為了防止加熱了的模具的氧化，在保持無(wú)氧的非氧化性 氣氛的室中進(jìn)行，將模具內(nèi)的玻璃原材料依次搬運(yùn)至配置于一直線狀或圓 環(huán)狀的搬運(yùn)路徑上的加熱、加壓成形、冷卻的各工序。
光學(xué)儀器中所使用的玻璃透鏡為例如凸透鏡和凹透鏡、彎月透鏡等， 通常具有光學(xué)上對(duì)稱的形狀和對(duì)稱的特性。近年來(lái)，光學(xué)儀器中所使用的 這些透鏡被要求極高精度的性能。
作為玻璃透鏡成形時(shí)的加熱所用的熱源，已知熱塊加熱器(y口 、乂夕匕 一夕)和隧道加熱器(卜v氺，匕一夕)。但是，這些熱源不具有相對(duì)于所成 形的玻璃透鏡對(duì)稱的溫度分布，或者熱源的峰值溫度的中心和所成形的玻 璃透鏡的光軸并不一定一致。因此，通過模具傳導(dǎo)到玻璃原材料的溫度分 布不對(duì)稱，對(duì)于具有對(duì)稱的形狀和特性的透鏡有時(shí)無(wú)法以足夠的精度成形。
熱源的溫度分布不對(duì)稱的情況下，為了減少其影響，有加大模具的方 法。但是，如果加大模具，則熱容量增大，因此不僅需要多余的熱量，而 且加熱和冷卻所需的時(shí)間變長(zhǎng)，生產(chǎn)性下降。
此外，作為一直以來(lái)所采用的加熱和冷卻方法，有基于接觸傳熱的方 法、基于如輻射加熱等非接觸傳熱的方法。作為通過接觸傳熱加熱的成形方法，例如專利文獻(xiàn)l中作為實(shí)施例揭示 了使具有多個(gè)圓柱狀筒式加熱器的塊與模具接觸的方法。使玻璃原材料軟
化的500 60(TC左右的加熱中，接觸傳熱方式可以高效地進(jìn)行加熱。但是， 專利文獻(xiàn)l的情況下，熱源未與所成形的光學(xué)元件形成同心對(duì)稱。
此外，作為釆用利用輻射加熱的熱源的成形方法，專利文獻(xiàn)2中揭示了 在隧道狀的壁面配置加熱器的方法，而專利文獻(xiàn)3中揭示了在模具周圍呈近 似環(huán)狀地配置燈加熱器的聚光加熱的方法。另外，專利文獻(xiàn)4中揭示了采用 利用線圈的感應(yīng)加熱的成形方法。
然而，采用輻射加熱或感應(yīng)加熱的加熱方法的傳熱效率差。而且，難 以獲得對(duì)稱的溫度分布，隔著空間進(jìn)行模具的加熱，因此難以使模具和熱 源的中心一致。此外，這些方法中，熱源所需的裝置的價(jià)格昂貴，成本上 升。
作為用于對(duì)稱地加熱玻璃元件的方法，專利文獻(xiàn)5中揭示了采用空巖皿 (^:/皿)的成形方法中的加熱方法。但是，該方法中熱源本身是不對(duì)稱的， 因此根據(jù)空巖皿的大小等，不一定能夠?qū)⒉Ａ?duì)稱地加熱。此外，該方法 是加熱搬運(yùn)原材料或成形品的空巖皿的方法，不是對(duì)稱地加熱模具，設(shè)置 于模具內(nèi)的原材料或成形品不被對(duì)稱地加熱。而且，局限于采用空巖皿的 成形方法，因此無(wú)法適用于不采用空巖皿而將原材料與模具一起搬運(yùn)的成 形方法。
另一方面，冷卻時(shí)將成形品均勻地冷卻的方法在例如專利文獻(xiàn)6有揭 示。例如成形像凸透鏡那樣中央部厚的透鏡的情況下，如果將模具整體以 相同的條件冷卻，則透鏡外周部的薄的部分先冷卻而與中央部產(chǎn)生溫度差， 特別是經(jīng)過玻璃化溫度時(shí)由于成形品內(nèi)產(chǎn)生溫度分布而成形為品質(zhì)不均勻 的透鏡。專利文獻(xiàn)6是以防止該情況的發(fā)生為目的的方案，它是通過組合在 同心圓方向上具有溫度分布的加熱裝置和強(qiáng)弱加熱進(jìn)行加熱控制，使冷卻 速度慢且均勻的方法。雖然這是使透鏡整體以規(guī)定速度冷卻的方法，但會(huì) 減慢冷卻速度，因此生產(chǎn)性差。
作為具有光軸對(duì)稱的折射率分布的光學(xué)構(gòu)件的制造方法，專利文獻(xiàn)7 中揭示了自模具的外周或中心呈環(huán)帶狀均等地冷卻的同時(shí)進(jìn)行擠壓成形的方法。但是，該方法中，冷卻起點(diǎn)局限于環(huán)帶狀冷卻部，因此模具或光學(xué) 元件的整體范圍內(nèi)的溫度分布不一定可以保持在理想的狀態(tài)。專利文獻(xiàn)l:日本專利特開平5-17170號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本專利特公平3-55417號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本專利特開平5-186230號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4:日本專利特開昭63-170225號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)5:日本專利特開平7-247126號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)6:日本專利特開2001-328829號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)7:日本專利特開2002-193627號(hào)公報(bào)發(fā)明的揭示本發(fā)明是考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)而完成的，其目的在于提供能夠以適應(yīng) 于所成形的光學(xué)元件的形狀或光學(xué)性能的對(duì)稱的溫度分布對(duì)模具內(nèi)的原材 料進(jìn)行加熱或冷卻的光學(xué)元件的成形方法及成形裝置。本發(fā)明提供以下的光學(xué)元件的成形方法及成形裝置。(1) 光學(xué)元件的成形方法，它是對(duì)于由上模、下模和主體模形成的模具 實(shí)施加熱、加壓成形和冷卻的各工序的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于， 在所述加熱、加壓成形和冷卻的至少任一項(xiàng)工序中，使具有大致對(duì)稱的溫 度分布的傳熱構(gòu)件和所述模具接觸，將所述模具加熱或冷卻。(2) 如上述(1)所述的光學(xué)元件的成形方法，其中，所述溫度分布為軸 對(duì)稱，對(duì)稱的中心軸與通過所述模具成形的光學(xué)元件的光軸大體一致。(3) 如上述(1)所述的光學(xué)元件的成形方法，其中，所述溫度分布為點(diǎn) 對(duì)稱，對(duì)稱的中心點(diǎn)與通過所述模具成形的光學(xué)元件的光軸上的點(diǎn)大體一 致。(4) 如上述(1)所述的光學(xué)元件的成形方法，其中，所述溫度分布為線 對(duì)稱，對(duì)稱的中心線與通過所述模具成形的光學(xué)元件的中心線大體一致。(5) 如上述(1)所述的光學(xué)元件的成形方法，其中，所述溫度分布為面 對(duì)稱，對(duì)稱的中心面與通過所述模具成形的光學(xué)元件的中心面大體一致。(6) 如上述(1) (5)中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件的成形方法，其中，所述模具和所述傳熱構(gòu)件之間，將由相互契合的凸部和凹部形成的契合部的 一方形成于所述模具，將另一方形成于所述傳熱構(gòu)件，通過該契合部結(jié)合， 于所述契合部的凸部和凹部的至少一方形成圓錐狀的引導(dǎo)面，使所述契合 部沿該引導(dǎo)面契合來(lái)進(jìn)行定位。(7) 如上述(6)所述的光學(xué)元件的成形方法，其中，在所述凸部和凹部形成有相同斜率的圓錐狀引導(dǎo)面，在該引導(dǎo)面相互面接觸的狀態(tài)下進(jìn)行嵌 合。(8) 用于實(shí)施上述(1) (7)中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件的成形方法的 成形裝置，其中，具有用于加熱或冷卻模具的熱源，通過來(lái)自該熱源的熱 量在所述模具形成大致對(duì)稱的溫度分布。(9) 如上述(8)所述的光學(xué)元件的成形裝置，其中，具有將來(lái)自熱源的 熱量傳遞至所述模具的傳熱構(gòu)件。(10) 如上述(9)所述的光學(xué)元件的成形裝置，其中，所述傳熱構(gòu)件由所 述熱源自身構(gòu)成。(11) 如上述(9)所述的光學(xué)元件的成形裝置，其中，所述傳熱構(gòu)件由模 具托架構(gòu)成，在所述模具和模具托架的一方一體地設(shè)有凸部，在另一方形 成有與該凸部嵌合的凹部。(12) 如上述(9)所述的光學(xué)元件的成形裝置，其中，所述傳熱構(gòu)件由安 裝于所述熱源和模具托架間且獨(dú)立于所述熱源和模具托架設(shè)置的傳熱塊構(gòu) 成，所述模具和所述傳熱塊以相互軸芯吻合的狀態(tài)結(jié)合。(13) 如上述(11)或(12)所述的光學(xué)元件的成形裝置，其中，在所述傳 熱構(gòu)件的中央設(shè)有可讓所述熱源穿過的通孔。如果采用本發(fā)明的成形方法，來(lái)自熱源的熱量傳至傳熱構(gòu)件的溫度分 布對(duì)稱或大致接近對(duì)稱，因此可以幾乎對(duì)稱地加熱或冷卻模具。而且，由 于使傳熱構(gòu)件與模具接觸，因此不僅可以高效地傳熱，而且能夠容易地進(jìn) 行準(zhǔn)確的對(duì)位。因此，不僅可以獲得高精度的對(duì)稱形狀，而且能夠以高生 產(chǎn)性成形具有高精度的光學(xué)特性的光學(xué)元件。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度分布為軸對(duì)稱，對(duì)稱的中心軸與 通過所述模具成形的光學(xué)元件的光軸大體一致，所以所成形的光學(xué)元件具有軸對(duì)稱的形狀或軸對(duì)稱的光學(xué)特性的情況下，可以配合光學(xué)元件軸對(duì)稱地進(jìn)行加熱或冷卻，成形精度和光學(xué)特性提高的同時(shí)，生產(chǎn)性大幅提高。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度分布為點(diǎn)對(duì)稱，對(duì)稱的中心點(diǎn)與通過所述模具成形的光學(xué)元件的光軸上的點(diǎn)大體一致，所以所成形的光學(xué) 元件具有點(diǎn)對(duì)稱的形狀或點(diǎn)對(duì)稱的光學(xué)特性的情況下，可以配合光學(xué)元件點(diǎn)對(duì)稱地進(jìn)行加熱或冷卻，成形精度和光學(xué)特性提高的同時(shí)，生產(chǎn)性大幅 提高。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度分布為線對(duì)稱，對(duì)稱的中心線與 通過所述模具成形的光學(xué)元件的中心線大體一致，所以所成形的光學(xué)元件 具有線對(duì)稱的形狀或線對(duì)稱的光學(xué)特性的情況下，可以配合光學(xué)元件線對(duì) 稱地進(jìn)行加熱或冷卻，成形精度和光學(xué)特性提高的同時(shí)，生產(chǎn)性大幅提高。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度分布為面對(duì)稱，對(duì)稱的中心面與 通過所述模具成形的光學(xué)元件的中心面大體一致，所以所成形的光學(xué)元件 具有面對(duì)稱的形狀或面對(duì)稱的光學(xué)特性的情況下，可以配合光學(xué)元件面對(duì) 稱地進(jìn)行加熱或冷卻，成形精度和光學(xué)特性提高的同時(shí)，生產(chǎn)性大幅提高。此外，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，模具通過相互契合的凸部和凹部定 位，所以容易使通過模具成形的成形品和傳熱構(gòu)件的對(duì)稱的中心軸、中心 點(diǎn)、中心線或中心面一致，高精度的光學(xué)元件的生產(chǎn)性提高。如果采用本發(fā)明的成形裝置，模具和傳熱構(gòu)件以圓錐狀的引導(dǎo)面整體 或局部地接觸，因此引導(dǎo)面不僅作為定位用容易使中心一致，而且成為用 于傳熱的接觸部，接觸面積增大。因此，加熱或冷卻時(shí)的傳熱效率提高， 生產(chǎn)性提高。該情況下，通過局部地設(shè)置非接觸部(例如狹縫)，可以吸收 兩者間的熱膨脹率的差所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。此外，通過改變非接觸部的位置 和大小，可以改變傳熱量和位置，從而改變溫度分布。本發(fā)明的成形裝置中，具有用于加熱或冷卻模具的熱源，通過來(lái)自該 熱源的熱量使模具形成對(duì)稱或大致接近對(duì)稱的溫度分布，從而可以可靠地 實(shí)施本發(fā)明的成形方法，獲得相應(yīng)的效果。本發(fā)明的優(yōu)選的成形裝置中，具有將來(lái)自熱源的熱量傳遞至所述模具 的傳熱構(gòu)件，所以可以通過傳熱構(gòu)件使模具形成對(duì)稱的溫度分布，能夠調(diào)整傳熱構(gòu)件來(lái)改變溫度分布或傳熱特性。本發(fā)明的優(yōu)選的成形裝置中，通過由所述熱源自身構(gòu)成所述傳熱構(gòu)件， 可以使熱源自身直接與模具接觸來(lái)傳熱，因而傳熱效率提高。本發(fā)明的優(yōu)選的成形裝置中，通過在支承模具的模具托架上一體地形 成凸部(或凹部)，在模具上形成與之嵌合的凹部(或凸部)，可靠地自與模 具接觸的模具托架向模具傳熱的同時(shí)，可以可靠地進(jìn)行對(duì)稱的對(duì)位，成形 處理中對(duì)稱位置保持穩(wěn)定。本發(fā)明的優(yōu)選的成形裝置中，通過作為傳熱構(gòu)件形成另外的傳熱塊， 使該傳熱塊與模具一體化，可以預(yù)先準(zhǔn)確地將模具和傳熱塊對(duì)位。即，可 以容易且準(zhǔn)確地使加熱或冷卻的對(duì)稱中心一致。此外，改變所成形的光學(xué) 元件的形狀或特性的情況下，不需要改變模具整體的外形，通過改變傳熱 塊的形狀，可以自由地調(diào)整來(lái)進(jìn)行適應(yīng)于光學(xué)元件的加熱或冷卻。由此， 在不改變模具托架和熱源的情況下將和具有各種形狀和溫度分布的傳熱塊 一體的模具模塊化，使用相同的模具托架和熱源，可以成形不同的透鏡。本發(fā)明的優(yōu)選的成形裝置中，可以通過通孔將熱源上下移動(dòng)，因此可 以使用同一傳熱塊或模具托架，通過改變加熱時(shí)和冷卻時(shí)的熱源的前端位 置來(lái)自由地調(diào)整加熱和冷卻的方法，例如加熱時(shí)自模具的周邊部加熱而冷 卻時(shí)對(duì)中央部集中冷卻，或者進(jìn)行與之相反的加熱和冷卻等。附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖l為表示本發(fā)明的加熱時(shí)的實(shí)施例的圖。圖2為表示

圖1的傳熱構(gòu)件的溫度分布的圖。圖3為表示本發(fā)明的加熱時(shí)的不同的實(shí)施例的圖。圖4為表示圖3的傳熱構(gòu)件的溫度分布的圖。圖5為表示本發(fā)明的加熱時(shí)的另一不同的實(shí)施例的圖。圖6為表示本發(fā)明的加熱時(shí)的另一不同的實(shí)施例的圖。圖7為表示本發(fā)明的冷卻時(shí)的實(shí)施例的圖。圖8為表示本發(fā)明的冷卻時(shí)的不同的實(shí)施例的圖。圖9為表示本發(fā)明的契合部的不同的實(shí)施例的圖。圖10為表示本發(fā)明的契合部的另一不同的實(shí)施例的縱截面圖。 圖ll為表示本發(fā)明的契合部的另一不同的實(shí)施例的縱截面圖。 圖12為表示本發(fā)明的契合部的另一不同的實(shí)施例的縱截面圖。 圖13為表示本發(fā)明的模具和傳熱構(gòu)件一體化的實(shí)施例的圖。圖14為表示圖13的傳熱構(gòu)件的圖。圖15為表示本發(fā)明的模具和傳熱構(gòu)件一體化的另一實(shí)施例的縱截面圖。圖16為表示本發(fā)明的模具和傳熱構(gòu)件一體化的另一不同的實(shí)施例的圖。符號(hào)的說(shuō)明2:加熱用熱源，3、 3a、 3b、 3c、 3d:模具托架，4:加熱塊，4a:加熱塊， 5:模具，6:玻璃原材料，7:冷卻用熱源，8:成形品，9、 9a、 9b:傳熱塊， IO:搬運(yùn)工具，ll:彈簧，12:模具托架，20:熱源，21、 22:加熱用熱源，23、 24、 25、 26、 27:加熱用輔助熱源，30:契合部，31、 32、 34、 35:凸部，33: 凹部，39:引導(dǎo)面，51:上模，52:下模，53:主體模，54:溝部，55、 55a、 55b、 55c:凹部，56:法蘭盤，57:契合部，58:凹部，59:引導(dǎo)面，71:冷卻 用輔助熱源，91:凸部，92:契合部，93:狹縫，94:下部通孔，95:上部通孔， 96:缺口部。實(shí)施發(fā)明的最佳方式本發(fā)明的成形玻璃透鏡等光學(xué)元件的成形裝置被收納于密閉的室內(nèi)， 為了防止模具等的氧化，室內(nèi)保持為例如填充了氮等惰性氣體的氮?dú)鈿夥?等非氧化性氣氛。在室內(nèi)搬運(yùn)模具，進(jìn)行加熱、加壓成形、冷卻的各工序。 加熱工序中，將模具加熱至玻璃原材料軟化而可通過加壓成形的溫度。加 壓成形工序中，根據(jù)需要繼續(xù)加熱而使被加熱了的玻璃原材料的溫度不下 降的同時(shí)進(jìn)行加壓，成形為規(guī)定尺寸的制品。冷卻工序中，冷卻成形品至 成形品的品質(zhì)穩(wěn)定的適當(dāng)溫度。本發(fā)明在這些加熱、加壓成形、冷卻的至 少任一項(xiàng)工序中實(shí)施。圖l表示本發(fā)明的實(shí)施例，示出上述的加熱工序或加壓成形工序中的加熱方法的例子。(A)為縱截面圖，(B)為加熱塊的平面圖。模具5由筒狀的主體模53、嵌入該主體模53內(nèi)的下模52和可在主體模53 內(nèi)部滑動(dòng)的上模51構(gòu)成。上模51的下表面和下模52的上表面為成形面，在 其間配置原材料6，加壓，成形光學(xué)元件。在主體模53的外周形成有法蘭盤 56。在主體模53的下端形成有向內(nèi)側(cè)突出的契合部57，通過形成于下模52 的下端的溝部54和契合部57的契合，在主體模53被搬運(yùn)工具10抬起時(shí)，保 持下模52不會(huì)滑落，與主體模53—起被抬起。(A)表示模具5被搬運(yùn)工具10 抬起的狀態(tài)。模具5在被夾持于分別與上模51和下模52的上表面和下表面接觸的承 受它們并保持的上下的模具托架3、 3間的狀態(tài)下，實(shí)施加熱、加壓成形和 冷卻的工序。下模52的下表面中央和上模51的上表面中央分別形成凹部55。凹部55 與設(shè)于分別同模具5的上下相接的模具托架3的和模具托架3 —體的凸部31 嵌合。這些相互嵌合的凹部55和凸部31形成模具5和模具托架3的契合部30。 凸部31具有直徑自前端向基端側(cè)變大的圓錐狀的引導(dǎo)面39，上模51和下模 52由該引導(dǎo)面39引導(dǎo)而嵌合于凸部31，使得即使在模具5搬運(yùn)時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)位， 凹部55也可靠地嵌合于凸部31。此外，在凹部55也形成與凸部31相同斜率 的圓錐狀引導(dǎo)面59。由此，上模51和下模52與模具托架3軸心吻合地準(zhǔn)確定 位。此外，通過凸部31嵌合于凹部55且各自的引導(dǎo)面39、 59相互接觸，將 來(lái)自熱源2的熱量通過引導(dǎo)面39、 59傳遞至上模51和下模52的內(nèi)部。另外， 圓錐狀引導(dǎo)面可以僅形成于凸部31或凹部55的任一方。在上下的模具托架3的上側(cè)和下側(cè)配置有圓柱狀的加熱塊4，在各加熱 塊4的中央，如圖1(B)所示，配置有截面呈圓形的筒式加熱器形成的加熱用 熱源2。該情況下，熱源2相對(duì)于圓柱狀的加熱塊4的中心軸呈軸對(duì)稱的同時(shí)， 熱源2的中心軸和模具5的中心軸實(shí)質(zhì)上一致。該實(shí)施例中，來(lái)自熱源2的熱量通過一體形成有凸部31的模具托架3傳 遞至模具5，在模具5形成軸對(duì)稱的溫度分布。即，該例子中，模具托架3和 與其一體的凸部31構(gòu)成本發(fā)明的傳熱構(gòu)件。圖2表示使用圖1的熱源2時(shí)的模具托架3的溫度分布。接受熱源2的熱量的模具托架3具有與模具5的中心軸同軸的軸對(duì)稱或非常接近軸對(duì)稱的溫度分布。因此，原材料6相對(duì)于通過模具5成形的成形品的中心軸軸對(duì)稱地被加熱。此外，接近熱源2的位置的中心部的溫度高，溫度向外周逐漸下降。例如成形凸透鏡的情況下，透鏡的中央部厚而端部薄，因此通過采用這樣中心部形成高溫的加熱方法，原材料6內(nèi)的溫度差小，以均勻的狀態(tài)被加熱。 圖3表示本發(fā)明的加熱時(shí)的不同的實(shí)施例。(A)為縱截面圖，(B)為加熱 塊的平面圖。模具5、模具托架3和圓柱狀的加熱塊4的結(jié)構(gòu)與圖1相同。如(B)所示， 以同心圓狀設(shè)有2個(gè)由圓環(huán)狀的加熱器形成的加熱用熱源21。該情況下，熱 源21也相對(duì)于模具5的中心軸呈軸對(duì)稱。另外，通常在模具5的上下兩側(cè)具 備同樣的加熱裝置，但圖3中略去了上側(cè)的模具托架3的熱源21的圖示。對(duì) 于以下說(shuō)明的表示實(shí)施例的圖，也同樣略去上側(cè)的熱源。圖4表示使用圖3的熱源21時(shí)的模具托架3的溫度分布。接受熱源2的熱 量的模具托架3具有與模具5的中心軸同軸的軸對(duì)稱或非常接近軸對(duì)稱的溫 度分布。因此，原材料6相對(duì)于通過模具5成形的成形品的中心軸軸對(duì)稱地 被加熱。該例子中，配置有熱源21的位置的溫度高，中央的溫度稍低。基 于熱源21的大小和配置的溫度分布可以根據(jù)透鏡的形狀和特性適當(dāng)設(shè)定。 模具5的尺寸大而僅通過如圖1所示在中央配置熱源2難以加熱模具5整體的 情況下，較好是使用這樣的熱源21。圖5表示本發(fā)明的加熱時(shí)的另一不同的實(shí)施例。(A)為縱截面圖，(B) 為加熱塊的平面圖。模具5和模具托架3的結(jié)構(gòu)與圖1相同。在具有空洞的圓筒狀加熱塊4a內(nèi)的中央設(shè)有截面為圓形的筒式加熱器 形成的加熱用熱源22的同時(shí)，在熱源22的周圍設(shè)有加熱用輔助熱源23。輔 助熱源23例如由鹵素?zé)艉头瓷浒鍢?gòu)成，相對(duì)于中央的熱源22設(shè)置于對(duì)稱位 置。該情況下，如(B)所示，呈現(xiàn)熱源整體相對(duì)于中心軸為點(diǎn)對(duì)稱的同時(shí)， 相對(duì)于以點(diǎn)劃線表示的輔助熱源23的中心軸呈線對(duì)稱或面對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。因 此，原材料6相對(duì)于通過模具5成形的成形品的中心點(diǎn)、中心線或中心面(中 心線通過的面)對(duì)稱地被加熱。圖6表示本發(fā)明的加熱時(shí)的另一不同的實(shí)施例。(A)為縱截面圖，(B)為加熱塊的平面圖。模具5、模具托架3和圓柱狀的加熱塊4的結(jié)構(gòu)與圖1相 同。在中央的加熱用熱源22的周圍以放射狀配置棒狀的筒式加熱器形成的 加熱用輔助熱源24。該情況下，如(B)所示，也呈現(xiàn)熱源整體相對(duì)于中心軸 為點(diǎn)對(duì)稱的同時(shí)，相對(duì)于以點(diǎn)劃線表示的輔助熱源24的中心軸呈線對(duì)稱或 面對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。圖7表示本發(fā)明的另一不同的實(shí)施例，示出冷卻工序時(shí)的冷卻方法。(A) 為縱截面圖，(B)為加熱塊的平面圖。模具5和模具托架3的結(jié)構(gòu)與圖1相同。通常，成形品的冷卻中，經(jīng)過玻璃化溫度時(shí)，如果根據(jù)成形品內(nèi)的位 置的不同而產(chǎn)生溫度差，則無(wú)法獲得品質(zhì)均一的光學(xué)元件，因此必須在使 成形品內(nèi)的溫度差達(dá)到最低限度的同時(shí)進(jìn)行冷卻。例如，成形品為凸透鏡 的情況下，中央部厚而端部薄，因此如果整體以相同的條件進(jìn)行冷卻，則 端部先冷卻。因此，以下的方法是有效的如圖7(A)所示，在具有空洞的 圓筒狀的加熱塊4a內(nèi)的中央設(shè)置由冷卻管形成的冷卻用熱源7，其周圍設(shè)置 與圖5的實(shí)施例中使用的輔助熱源23同樣的加熱用輔助熱源25，對(duì)成形品8 的端部保溫的同時(shí)實(shí)施整體冷卻。即，通過將成形品8的中央部的厚的部分 強(qiáng)力冷卻而端部的薄的部分慢慢冷卻，成形品8整體以均一溫度被冷卻。冷 卻用熱源7的冷卻可以在冷卻管中通過冷媒來(lái)進(jìn)行。該情況下，如(B)所示， 呈現(xiàn)熱源整體相對(duì)于中心軸為點(diǎn)對(duì)稱的同時(shí)，相對(duì)于以點(diǎn)劃線表示的輔助 熱源25的中心軸呈線對(duì)稱或面對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。圖8表示本發(fā)明的冷卻時(shí)的另一不同的實(shí)施例。(A)為縱截面圖，(B) 為加熱塊的平面圖。模具5、模具托架3和圓柱狀的加熱塊4的結(jié)構(gòu)與圖1相 同。在圓柱狀加熱塊4內(nèi)的中央設(shè)置冷卻用熱源7，在其周圍交替地呈放射 狀配置冷卻用輔助熱源71和加熱用輔助熱源26。該情況下，也與圖7同樣， 為了將成形品8的中央部強(qiáng)力冷卻而慢慢冷卻端部，使用加熱用輔助熱源 26。為了不加熱成形品8的中央部，加熱用輔助熱源26配置在稍稍偏離中央 的位置。模具5的尺寸大而僅通過如圖7所示配置于中央的冷卻用熱源7難以 迅速冷卻的情況下，該方法是理想的。該情況下，如(B)所示，也呈現(xiàn)熱源整體相對(duì)于中心軸為點(diǎn)對(duì)稱的同時(shí)，相對(duì)于以點(diǎn)劃線表示的輔助熱源26、 冷卻用輔助熱源71的中心軸呈線對(duì)稱或面對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。圖9和圖10為表示本發(fā)明的另一不同的實(shí)施例的縱截面圖，示出模具托 架和模具5的契合部的形狀不同的例子。圖9為形成于上模51和下模52的具有圓錐狀的引導(dǎo)面的凹部55a不同的 實(shí)施例，(A)為縱截面圖，(B)為下模52的底面圖。如(B)所示，凹部55a相 對(duì)于中心軸呈軸對(duì)稱，以同心的圓環(huán)狀設(shè)置多處(本例子中為2處)。形成于 模具托架3a的凸部32也同樣。由此，在例如模具5的上下方向的尺寸小的情 況下，也可以充分確保模具5和模具托架3a的接觸面積。該例子的情況下，也與所述的圖1 圖8的例子同樣，模具托架3以及與 其一體的凸部32構(gòu)成傳熱構(gòu)件。圖10中，在模具托架3b上形成有具有引導(dǎo)模具5的圓錐狀引導(dǎo)面的凹部 33。模具5的上模51和下模52的中央部厚，端部薄，整體形成為凸?fàn)?，從?契合于凹部33。由此，玻璃原材料6的端部越接近模具托架，則越被強(qiáng)力地 加熱或冷卻。溫度分布根據(jù)圓錐的傾斜和深度的不同而變化。在成形像凹 透鏡那樣端部比中央部厚的光學(xué)元件的情況下，是特別有效的。該例子的情況下，模具托架3b構(gòu)成傳熱構(gòu)件。圖11和圖12為表示本發(fā)明的另一不同的實(shí)施例的縱截面圖，示出模具 托架和模具5的契合部的形狀不同的另一例子。所有的例子都是模具5的凹部55b、 55c和模具托架3c、 3d的凸部34、 35 的引導(dǎo)面呈曲面的情況。圖ll的情況下，自原材料6的中央，橫向的廣闊范 圍被強(qiáng)力地加熱或冷卻。圖12的情況下，僅原材料6的中央的狹小范圍被強(qiáng) 力地加熱或冷卻，周邊部被慢慢地加熱或冷卻。通過根據(jù)所成形的光學(xué)元 件的形狀改變曲率，可以獲得所需的傳熱狀態(tài)。該例子的情況下，也與所述的圖1 圖8的例子同樣，模具托架3c、 3d 以及與其一體的凸部34、 35構(gòu)成傳熱構(gòu)件。圖13為表示本發(fā)明的另一不同的實(shí)施例的縱截面圖，模具托架和模具 間安裝作為中間構(gòu)件的傳熱塊，該傳熱塊和模具一體化。獨(dú)立于模具托架12設(shè)置的傳熱塊中，在基端側(cè)形成加熱器或冷卻管等熱源20的前端部插入的契合部92，前端側(cè)的凸部91嵌合于凹部55，該凹部 55形成于上模51和下模52。該傳熱塊9以嵌合于模具5的狀態(tài)一體化，搬運(yùn) 模具5時(shí)與模具5—起搬運(yùn)。傳熱塊9的材質(zhì)采用例如銅等熱導(dǎo)率高的材料，與由超硬合金等制成的 模具5的材質(zhì)不同，因此兩構(gòu)件間的熱膨脹率不同。因此，由于加熱或冷卻 時(shí)的熱收縮而產(chǎn)生尺寸差，傳熱塊9可能會(huì)在上下方向錯(cuò)位。為了在該情況 下也使熱源20的前端準(zhǔn)確地契合于傳熱塊9，在熱源20側(cè)設(shè)置彈簧11。圖13的情況下，傳熱塊9的凸部91嵌入上模51和下模52的中央部，因此 原材料6的中央部被強(qiáng)力地加熱或冷卻。通過調(diào)整傳熱塊9的厚度和圓錐角 度，可以適應(yīng)于模具5內(nèi)所成形的光學(xué)元件的中央部和端部的厚度差，獲得 適當(dāng)?shù)募訜峄蚶鋮s狀態(tài)。該例子的情況下，獨(dú)立于模具托架12形成的傳熱塊9構(gòu)成傳熱構(gòu)件。圖14表示圖13中所用的傳熱塊9的例子，(A)為主視圖，(B)為平面圖。為了在由于傳熱塊9和模具5的熱膨脹率之差而產(chǎn)生尺寸差時(shí)也可以保 持模具5和傳熱塊9以正確的位置嵌合的狀態(tài)，在傳熱塊9上呈放射狀形成多 條狹縫93。由此，吸收尺寸差，傳熱塊9的凸部91適合于模具5的凹部55的 尺寸，以正確的位置嵌合。使用這樣的傳熱塊9的情況下，可以省去圖13的 設(shè)于熱源20的彈簧11。圖15為表示本發(fā)明的另一不同的實(shí)施例的縱截面圖，是傳熱塊9a和模 具5—體化的例子，傳熱塊的圓錐的傾斜方向與圖13的例子相反。該情況下，原材料6的端部比中央部更接近傳熱塊9a，因此被強(qiáng)力地加 熱或冷卻。通過這樣改變傳熱塊的形狀或材質(zhì)而調(diào)整模具的基于位置的傳 熱狀態(tài)，可以使其適應(yīng)于各種形狀的光學(xué)元件的成形。該例子的情況下，也與圖13的例子同樣，傳熱塊9a構(gòu)成權(quán)利要求所述 的傳熱構(gòu)件。圖16為表示本發(fā)明的另一不同的實(shí)施例的縱截面圖，傳熱塊9b和模具5 一體化。(A)表示傳熱塊9b，在中心部設(shè)有分別插入加熱用熱源2和冷卻用熱源7 的前端部的通孔94、 95。此外，在外周側(cè)面的一部分形成缺口部96。該缺口部96形成模具5和傳熱塊9b間的非接觸部，通過其尺寸和位置來(lái)調(diào)整傳熱塊9b和模具5的接觸面積和溫度分布。(B) 表示加熱時(shí)的狀態(tài)。加熱用熱源2從模具5的模具托架12的下方向傳 熱塊9b的下部通孔94插入，進(jìn)行加熱。由此，模具5介以傳熱塊9b的側(cè)面被 加熱。(C) 表示冷卻時(shí)的狀態(tài)。冷卻用熱源7從模具托架12的下方插入，貫通 傳熱塊9b的下部通孔94和上部通孔95，插入至設(shè)于下模52的凹部58。由此， 冷卻用熱源7在非常接近模具5內(nèi)的成形品8的位置接觸，成形品8的中央部 被集中冷卻。另外，模具5整體介以傳熱塊9b的側(cè)面被慢慢地冷卻，成形品 8的端部隨之被冷卻。為了應(yīng)對(duì)模具5和傳熱塊9b的熱膨脹率不同而產(chǎn)生的尺寸差，使加熱用 熱源2、冷卻用熱源7的前端準(zhǔn)確地契合于規(guī)定位置，在這些熱源側(cè)設(shè)置彈 簧ll。通過使所述傳熱塊9b和模具5—體化并在中央設(shè)置通孔來(lái)進(jìn)行加熱和 冷卻工序，可以容易地在加熱時(shí)自原材料6的周邊加熱，冷卻時(shí)對(duì)成形品8 的中央部集中冷卻。通過改變傳熱塊的形狀，也可以采用與之相反的加熱 和冷卻方法。(C)的情況下，冷卻用熱源7直接與模具接觸，因此冷卻用熱源7本身與 傳熱塊9b—起構(gòu)成傳熱構(gòu)件。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明可以用于具有加熱、成形、冷卻的各工序的成形制品的成形。另外，在這里引用2005年11月14日提出申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2005-328 579號(hào)的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要的所有內(nèi)容作為本發(fā)明說(shuō)明書的 揭示。
權(quán)利要求
1. 光學(xué)元件的成形方法，它是對(duì)于由上模、下模和主體模形成的模具實(shí)施加熱、加壓成形和冷卻的各工序的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于，在所述加熱、加壓成形和冷卻的至少任一項(xiàng)工序中，使具有大致對(duì)稱的溫度分布的傳熱構(gòu)件和所述模具接觸，將所述模具加熱或冷卻。
2. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于，所述溫度分布為軸對(duì)稱，對(duì)稱的中心軸與通過所述模具成形的光學(xué)元件的光軸大體一致。
3. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于，所述溫度 分布為點(diǎn)對(duì)稱，對(duì)稱的中心點(diǎn)與通過所述模具成形的光學(xué)元件的光軸上的 點(diǎn)大體一致。
4. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于，所述溫度 分布為線對(duì)稱，對(duì)稱的中心線與通過所述模具成形的光學(xué)元件的中心線大 體一致。
5. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于，所述溫度 分布為面對(duì)稱，對(duì)稱的中心面與通過所述模具成形的光學(xué)元件的中心面大 體一致。
6. 如權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件的成形方法，其特征在 于，所述模具和所述傳熱構(gòu)件之間，將由相互契合的凸部和凹部形成的契 合部的一方形成于所述模具，將另一方形成于所述傳熱構(gòu)件，通過該契合 部結(jié)合，于所述契合部的凸部和凹部的至少一方形成圓錐狀的引導(dǎo)面，使 所述契合部沿該引導(dǎo)面契合來(lái)進(jìn)行定位。
7. 如權(quán)利要求6所述的光學(xué)元件的成形方法，其特征在于，在所述凸 部和凹部形成有相同斜率的圓錐狀引導(dǎo)面，在該引導(dǎo)面相互面接觸的狀態(tài) 下進(jìn)行嵌合。
8. 用于實(shí)施權(quán)利要求1 7中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件的成形方法的成 形裝置，其特征在于，具有用于加熱或冷卻模具的熱源，通過來(lái)自該熱源 的熱量在所述模具形成大致對(duì)稱的溫度分布。
9. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的成形裝置，其特征在于，具有將來(lái) 自熱源的熱量傳遞至所述模具的傳熱構(gòu)件。
10. 如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件的成形裝置，其特征在于，所述傳熱 構(gòu)件由所述熱源自身構(gòu)成。
11. 如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件的成形裝置，其特征在于，所述傳熱 構(gòu)件由模具托架構(gòu)成，在所述模具和模具托架的一方一體地設(shè)有凸部，在 另一方形成有與該凸部嵌合的凹部。
12. 如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件的成形裝置，其特征在于，所述傳熱 構(gòu)件由安裝于所述熱源和模具托架間且獨(dú)立于所述熱源和模具托架設(shè)置的 傳熱塊構(gòu)成，所述模具和所述傳熱塊以相互軸芯吻合的狀態(tài)結(jié)合。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的光學(xué)元件的成形裝置，其特征在于，在 所述傳熱構(gòu)件的中央設(shè)有可讓所述熱源穿過的通孔。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠以適應(yīng)于所成形的光學(xué)元件的形狀或光學(xué)性能的對(duì)稱的溫度分布對(duì)模具內(nèi)的原材料進(jìn)行加熱或冷卻的光學(xué)元件的成形方法及成形裝置。對(duì)于由上模、下模和主體模形成的模具實(shí)施加熱、加壓成形和冷卻的各工序的光學(xué)元件的成形方法中，在加熱、加壓成形和冷卻的至少任一項(xiàng)工序中，使具有大致對(duì)稱的溫度分布的模具托架(傳熱構(gòu)件)和模具接觸，將模具加熱或冷卻。
文檔編號(hào)G02B3/00GK101304953SQ200680042094
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者上岡利人, 田中信嗣 申請(qǐng)人:旭硝子株式會(huì)社