玻璃成形体的制造方法及模压成形装置 【技术领域】
本发明涉及一种使用成形模具对玻璃原料进行冲压成形的玻璃成形体的制造方法及模压成形(mold press molding)装置，其中所述成形模具包括具有任意形状的成形面的上模具及下模具和这些模具以彼此的成形面相面对的方式相对配置并同轴状地插入这些模具的体模具。进一步详细地说，涉及一种防止将成形模具及玻璃原料分别预热来进行冲压成形时的热变形等引起的成形模具的偏心(偏移及歪斜)，进行光学玻璃透镜等那样的要求高形状精度的进行模压用的玻璃成形体的制造方法及模压成形装置。
背景技术
作为使用玻璃原料制造非球面透镜等的光学元件的方法，公知一种模压成形法，该方法是利用与想要得到的成形体的形状相对应的、具有相互面对的成形面的一对上下模具，对加热而变成软化状态的成形原料进行冲压成形，并转印(転写)这些模具的成形面。
另外，公知一种防止为了实施模压成形而使用的成形模具的成形面的恶化，并且为了缩短成形周期，对成形模具和成形原料分别进行预热，并将预热后的成形原料供应给成形模具，直接进行冲压成形的方法(非等温冲压成形法)。
这些方法例如在专利文献1或专利文献2中被公开，在专利文献1或专利文献2公开的方法中，通过预先将玻璃原料及成型模具预热，将玻璃原料供应给下模具后，直接开始进行上下模具的合模，进而进行冲压成形。然后，将成形模具冷却到玻化温度以下，进行开模，取出玻璃成形体。根据这样的方法，能够在缩短周期并维持生产率的同时，进行表面精度良好的玻璃成形体的成形。
专利文献1：日本特开平11-171564号公报
专利文献2：日本特开2004-339059号公报
对于在数码相机等摄像机器或光拾取装置、带相机手机等中采用的光学元件的光学性能要求极高。为了通过对这样的光学元件进行精密模压成形，以满足所述要求而成形，要求在通过连续冲压工序的期间极高地维持上下模具的同轴性。例如，上模具成形面和下模具成形面的相互的水平方向的错位(偏移)要求在10μm以内，优选在5μm以内，相互的倾斜(歪斜)要求在2分以内，优选在1分以内。
因此，在体模具和上下模具之间允许的间隙即使最大也应在10μm以下，在该情况下必须可靠地连续进行上下模具的接近。但是，通常很难维持在这样狭窄的间隙下的滑动来进行数百～数万次的连续冲压。
在上述的专利文献1中公开的成形装置中，上模具及下模具分别被上母模具及下母模具支承，上母模具被固定在成形装置上，且下母模具安装在能够上下移动的工作缸上，伴随下母模具的上升，将下模具插入体模具内，若下母模具进一步将下模具压上，则隔着玻璃原料，上模具略微上升，通过上模具与上母模具抵接，上模具的冲压轴方向的移动受到限制，伴随下模具的上升，利用下模具和上模具对软化了的玻璃原料进行冲压成形。
这样的冲压成形动作由于在350℃～800℃的温度环境下进行，因此在成形装置、驱动轴或各母模具等上产生热变形，很难高精度地维持上下模具的同轴性。另外，插入了上下模具的体模具因为仅起到作为引导件的作用，所以未必能保持上下模具及体模具的位置关系，而有可能在体模具的内周面和上下模具的外周面的间隙的范围内，引起体模具及上下模具相对倾斜、或引起中心错位。
另外，为了提高生产效率，如专利文献1地图6等所示，最好支承多组的上模具及下模具，并对它们同时进行冲压成形。但是，在专利文献1记载的成形装置的情况下，即使多组成形模具的高度上有偏差，但由于利用共用的按压头同时压接各成形模具，因此，产生由该偏差引起的成形的玻璃成形体的壁厚的偏差，很难同时生产极高精度的玻璃成形体。
接下来，在专利文献2公开的成形装置中，将加热软化了的玻璃原料供应给下模具的成形面上，使下母模具及下模具上升而将下模具插入引导模具内，并利用向上方的移动被上母模具限制的上模具以及隔着下母模具上升的下模具，对玻璃原料进行一次加压，然后，一边通过押杆对上模具施加比较弱的负荷(二次加压)一边将其冷却到规定温度，从而成形玻璃成形体。
但是，根据这样的成形装置，由于下模具及引导模具分别被下母模具和上母模具保持在几乎不能动的状态，因此即使在高温环境下产生上母模具和下母模具的相对的轴错位或倾斜的情况下，也将下模具强制插入到引导模具内，由此可能发生下模具和引导模具彼此摩擦或啃咬(galling)。其结果是成形的透镜的偏心精度恶化。
在模压成形中，若未精度良好地维持成形模具的同轴性，则会在下模具和体模具之间产生摩擦或啃咬。由于冲压时作用大的负荷，所以若发生摩擦或啃咬，则应施加于成形体的负荷被体模具、下模具间吸收，冲压压力不均地作用在成形体上，产生面精度、壁厚精度的恶化或体模具、下模具的破损等。
另外，若因摩擦或啃咬而产生的磨损粉末附着在成形体上，则成形体的外观变差，进而，若发生这样的摩擦或啃咬，体模具和下模具之间的间隙超过规定范围，结果是体模具对下模具的位置限制变松。这就意味着失去上模具和下模具的同轴性，产生上模具和下模具间的水平方向的轴错位(偏移)、上模具和下模具的相对倾斜(歪斜)。尤其在成形体是光学元件的情况下，会导致严重的性能恶化。
【发明内容】
本发明的课题在于，鉴于上述问题点，提供一种玻璃成形体的制造方法及模压成形装置，在将预热到规定温度的玻璃原料供应给包括上下模具及体模具在内的成形模具来进行冲压成形时，在将下模具插入体模具内来组装成形模具进而向玻璃原料施加负荷之前，能够将体模具、上模具保持为相对于上母模具能够移动的状态，在冲压成形开始后，上下模具及体模具能够一边维持正确的姿势一边进行冲压成形，由此，能够高效且稳定地制造高精度的光学元件等成形体。
为了解决以上问题，本发明提供一种玻璃成形体的制造方法，使用成形模具对加热软化后的玻璃原料进行冲压成形，该成形模具包括具有成形面的上模具及下模具、将所述上模具及下模具插入来限制两者的轴错位的体模具，
所述玻璃成形体的制造方法的特征在于，
通过上母模具支承所述体模具，以能够在冲压轴方向上移动的状态利用所述体模具支承在所述体模具内插入的所述上模具，配置用于冲压所述上模具的上模具按压机构，通过下母模具支承所述下模具以使其与所述上模具形成同轴状态，
将所述玻璃原料供应给所述下模具的成形面，
使所述下母模具相对于所述上母模具在冲压轴方向上相对接近，将被该下母模具支承的所述下模具插入所述体模具内，形成使所述体模具从冲压轴方向与所述下模具抵接的状态，
一边将所述上模具相对于所述上母模具在冲压轴方向上相对地压上，一边使所述下母模具相对于所述上母模具在冲压轴方向上进一步相对地接近，
在使所述下母模具相对于所述上母模具的相对移动停止后，利用所述上模具按压机构按压所述上模具，使所述玻璃原料变形，制造具有与所述上模具及所述下模具的各成形面形状对应的光学功能面的玻璃光学元件。
在本发明方法中，上模具相对于上母模具能够在冲压轴方向上移动，上模具的冲压轴方向的移动不被上母模具约束或限制。另外，体模具也通过上母模具保持为能够在冲压轴方向上移动，但也能够通过上母模具限制体模具的移动范围。在将配备有加热软化后的玻璃原料的下模具插入体模具时，由于上模具不被上母模具约束而处于能够在冲压轴方向上移动的状态，所以在插入下模具时，上模具在冲压轴方向，或在与冲压轴方向正交的横向上自由移动上模具和体模具之间的间隙及体模具和上母模具之间的间隙的量，不会在它们之间产生咬啃或摩擦，能够以所述体模具和下模具的轴错位、倾斜被修正了的状态进行组装。另外，通过体模具从冲压轴方向与下模具抵接，它们的相对位置受到限定，因此体模具和下模具形成为无倾斜的组装状态。并且，在这样的成形模具的组装结束之前，由于在成形模具内的玻璃原料上不施加冲压负荷，所以玻璃原料即使处于软化状态也不会发生实质的变形。
在这样插入了上模具的体模具与下模具抵接并高精度地组装它们后，通过上模具按压机构按压上模具，开始进行玻璃原料的冲压成形。上模具以在冲压轴方向能够移动的状态被插入到体模具内，但不被上母模具直接支承。因此，即使在高温环境下产生上母模具和下母模具的相对的轴错位或倾斜的情况下，也能够在不受这样的轴错位、倾斜的影响的情况下能够沿着体模具按压上模具。换言之，能够一边维持上下的模具及体模具的正确的姿势一边进行冲压成形。
因此，根据本发明，在不发生下模具和体模具的摩擦或咬啃，另外在不发生上模具和体模具的摩擦或咬啃的状态下，能够有效且稳定地制造高精度的光学元件等成形体。
在此，在本发明的方法中，其特征在于，在形成使所述体模具与所述下模具抵接的状态后，在所述下母模具与所述上母模具抵接之前，进行使所述下母模具相对于所述上母模具相对移动的动作，在所述下母模具及上母模具抵接了的状态下，利用所述上模具按压机构按压所述上模具。通过将上下的母模具保持为抵接状态，上下的母模具不会产生错位而形成一体，因此能够稳定地进行冲压动作。
另外，在本发明的方法中，其特征在于，在按压所述上模具的工序结束时，利用所述上模具按压机构按压所述上模具和所述体模具，形成将该体模具在冲压轴方向上压靠到所述下模具上的状态。在按压的最终阶段，体模具被压紧到下模具上，保持它们的相对的位置。其结果是，由于上模具、下模具及体模具被限制成以没有轴错位及倾斜的状态相互被定位的状态，因此能够以极高的偏心精度进行玻璃原料的冲压成形。
进而，在本发明的方法中，其特征在于，保持为以规定的力将所述体模具沿冲压轴方向向下模具的一侧施力的状态。在体模具内插入下模具，并形成该体模具与下模具抵接的状态后，通过该作用力保持抵接状态。因此，体模具和下模具能够被保持在无倾斜的定位状态。
接着，在本发明的方法中，其特征在于，在将所述下模具插入所述体模具的工序中，通过在该下模具的成形面上载置的玻璃原料，所述上模具相对于所述体模具在冲压轴方向上被压上。这样，在将下模具插入体模具的工序中，通过在下模具的成形面上载置的玻璃原料，上模具沿冲压轴方向被压上，因此能够不对玻璃原料施加实质的按压力就能高精度地组装包含上下模具及体模具在内的成形模具。另外，在体模具和下模具抵接了的状态下，利用上模具按压机构按压被压上的所述上模具，由此玻璃原料开始最初实质地变形。因此，能够制造高精度的玻璃成形体。
另外，在本发明方法中，其特征在于，所述上模具具有能够按压所述体模具的端部的尺寸的凸缘部，在将载置有所述玻璃原料的所述下模具插入所述体模具时，形成所述凸缘部和所述体模具的端部分离的状态，然后，利用所述上模具按压机构按压所述凸缘部。
另外，在本发明方法中，其特征在于，在将所述玻璃原料供应给所述下模具的成形面的工序中，将加热到与106～1010dPa·s的粘度相当的温度的所述玻璃原料，供应给预热到与该玻璃原料成为107～1012dPa·s的粘度的温度相当的温度的所述下模具上。此外，优选玻璃原料的温度比下模具的温度高。
接下来，在本发明方法中，其特征在于，预先配置多组所述成形模具，在按压各成形模具中的所述上模具的工序中，使用在各成形模具上分别配置的单个的上模具按压机构，单个按压各上模具。
由此，通过同时使用多组成形模具，能够提高冲压成形的生产效率。另外，由于通过单个的上模具按压头按压各成形模具的上模具，因此偏差不会对多组成形模具的高度造成影响，在各成形模具中能够同时生产壁厚没有偏差的极高精度的玻璃成形体。
接下来，本发明的模压成形装置，其具备成形模具，所述成形模具包括具有成形面的上模具及下模具、将所述上模具及下模具插入来限制两者的轴错位的体模具，将加热软化后的玻璃原料供应给该成形模具进行冲压成形，
所述模压成形装置的特征在于，
利用上母模具支承所述体模具，
插入该体模具内的所述上模具以能够在冲压轴方向上移动的状态被该体模具支承，
通过下母模具支承所述下模具，以使所述下模具与所述上模具形成同轴状态，
在所述体模具及所述下模具上分别形成有体模具侧抵接面及下模具侧抵接面，在使所述下母模具相对于所述上母模具在冲压轴方向上相对接近时，所述体模具侧抵接面及下模具侧抵接面能够从冲压轴方向相互抵接，
用于按压所述上模具的上模具按压机构在所述体模具侧抵接面及所述下模具侧抵接面抵接后按压所述上模具。
在此，只要使体模具的端面与上模具的端面位于同一平面上或者使上模具的端面位于比体模具的端面略低的位置，则在向体模具内插入载置有玻璃原料的下模具时，在载置在所述下模具的成形面上的所述玻璃原料的作用下，能够形成所述上模具的端面比体模具的端面更向冲压轴方向被压上的状态。此时，由于在玻璃原料上未施加冲压负荷，因此玻璃原料不发生实质变形。因此，只要将所述上模具按压机构的按压面做成能够按压所述上模具的端面及所述体模具的端面的大小的平坦面，则在按压所述上模具并将其压入体模具内时，成为所述体模具也被所述上模具按压机构同时按压向下方的状态。其结果是，在体模具及下模具之间，体模具侧抵接面被压紧到下模具侧抵接面，它们的相对位置被限定。由此，确保上模具、下模具以及体模具这三部件相对被定位的状态。
接下来，若配置有沿冲压轴方向向下模具的一侧对所述体模具施力的施力机构，在体模具内插入下模具而形成体模具侧抵接面和下模具侧抵接面的抵接状态后，通过施力机构的施力可靠地保持该抵接状态。
另外，在使所述下母模具相对于所述上母模具相对上升，所述体模具侧抵接面及所述下模具侧抵接面抵接后，最好使所述上母模具及所述下母模具抵接。若这样做，能够以上下的母模具的位置被固定的状态进行冲压成形。
接下来，在为了提高生产率而配置多组所述成形模具的情况下，最好在各成形模具上分别配置所述上模具按压机构，通过各上模具按压机构单个地按压各成形模具的上模具。即使在各成形模具的高度上有偏差的情况下，也能够在各成形模具中高精度地同时生产一定壁厚的玻璃成形体。
【附图说明】
图1是适用本发明的实施方式一的模压成形装置的概略构成图。
图2是表示图1的模压成形装置的成形动作的动作说明图，表示玻璃原料供给时的状态。
图3是表示图1的模压成形装置的成形动作的动作说明图，表示在体模具上装入下模具的状态。
图4是表示图1的模压成形装置的成形动作的动作说明图，表示冲压状态。
图5是表示图1的模压成形装置的成形动作的动作说明图，表示冲压结束时的状态。
图6是适用本发明的实施方式二的模压成形装置的概略构成图。
图7是适用本发明的实施方式三的模压成形装置的概略构成图。
图8是与利用图1的模压成形装置和现有结构的成形装置成形的成形品的歪斜和偏移相关的评价图表。
【具体实施方式】
以下，参照附图对适用本发明的模压成形装置的实施方式进行说明。
(实施方式一)
图1是本发明的实施方式一的模压成形装置的概略截面图，图2～图5是表示其动作的动作说明图。模压成形装置1被配置成其冲压轴方向1a是上下方向。因此，在以下的说明中将冲压轴方向1a作为上下方向进行说明。
(主要部分的结构)
实施方式一的模压成形装置1具备上模具2和下模具3以及圆筒状的体模具4，上模具2及下模具3各自的成形面2a、3a相对配置。体模具4以能够在冲压轴方向1a(上下方向)上移动的状态被上母模具5支承。向体模具4内从上侧插入上模具2，该上模具2以能够在上下方向上移动的状态被该体模具4支承。在体模具4的下方配置有与上模具2形成同轴状态的下模具3，下模具3被下母模具6支承。
在上模具2的正上方配置有用于向下方冲压该上模具2的上模具按压机构7。另外，上母模具5隔着支承构件8被固定在冲压装置的框体100的一侧。另一方面，支承下模具3的下母模具6被下模具支承机构9支承，下模具支承机构9形成为能够在上下方向(冲压轴方向1a)上升降。
对这些主要部分的构造进行详细说明。首先，在支承构件8及上母模具5上同轴状地形成有中心孔8a、5a，上模具按压机构7的冲压头7a能够在其中升降。上母模具5的中心孔5a的下端部分是小径内周面5b，体模具4的下侧部分通过该部分而从上母模具5的下端面5c向下方突出。体模具4在其圆形外周面4a形成有大直径的凸缘部4b，所述凸缘部4b与在上母模具5的小径内周面5b的上侧形成的朝上的圆环状台阶面5d抵接。在体模具4的圆形外周面4a和上母模具5的小径内周面5b之间设有规定的间隙，允许体模具4向水平方向(与冲压轴方向1a正交的方向)略微移动。
在本实施方式中，通过沿上母模具5的中心孔5a的内周面设置的压缩螺旋弹簧11，体模具4的凸缘部4b被保持为被施力向上母模具5的圆环状台阶面5d的状态。该压缩螺旋弹簧11也可以省略。
体模具4具备在其轴线方向的两侧形成的圆形的内周面部分4c、4d和在它们之间形成的圆形的小径内周面部分4e，在上侧的内周面部分4c和小径内周面部分4e之间形成有朝上的圆环状台阶面4f。从上侧插入体模具4的上模具2具备前端面为成形面2a的上模具主体部分2b和在其后端形成的大径的凸缘部2c，在上模具主体部分2b和凸缘部2c之间形成有朝下的圆环状台阶面2d。上模具2的上模具主体部分2b能够移动地插入体模具4的小径内周面部分4e，其圆环状台阶面2d从上侧与体模具4的圆环状台阶面4f抵接。在该状态下，上模具2的上端面2e和体模具4的上端面4g位于同一平面上。此外，也可以使上模具2的上端面2e比体模具4的上端面4g低几μm～几mm左右。另外，在上模具2和体模具4之间设有规定的间隙(例如1～5μm)，它们能够相对地在水平方向上略微移动。
下模具3具备在上端面形成有成形面3a的下模具主体部分3b和在其下端侧形成的大径的凸缘部3c，在所述下模具主体部3b及凸缘部3c之间形成有朝上的圆环状台阶面3d。该形状的下模具3以冲压轴方向1a的移动被限制的状态，被安装在形成于下母模具6上的上模具安装孔6a内。在上模具安装孔6a的开口侧的圆形内周面6b和下模具3的下模具主体部分3b的外周面3e之间形成有圆环状凹部12，其中能够插入体模具4的下侧部分，直到体模具4的下端面4h与圆环状台阶面3d抵接为止。在下模具3的凸缘部3c和包围它的下母模具6的内周面部分6c之间设有规定的间隙，下模具3相对于下母模具6能够在水平方向上略微移动。
接下来，上模具按压机构7具备由驱动冲压头7a用的伺服电动机、液压缸、气缸等构成的驱动机构(未图示)。冲压头7a的冲压面7b是圆形的平坦面，比上模具2的上端面2e大一圈，还能够与体模具4的上端面4g抵接。下模具支承机构9具备支承部9a和升降机构(未图示)，其中该支承部9a支承安装有下模具3的下母模具6，该升降机构使该支承部9a沿冲压轴方向1a升降。
在上母模具5及下母模具6的周围配置有加热机构13，该加热机构13对所述的上母模具5及下母模具6，进而对由它们支承的上模具2、下模具3、体模具4进行加热。该加热机构13可以是高频加热线圈、红外线灯加热器、电阻加热线圈等任意的加热机构。
此外，作为上模具2、下模具3、体模具4的原料，例如可以使用碳化硅、硅、碳化钨、氧化铝或碳化钛的金属陶瓷等。也可以在由这些原料构成的模具的表面覆盖金刚石、耐热金属、贵金属合金、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等的分型膜。尤其在通过CVD方法在碳化硅烧结体上形成碳化硅膜，在加工成精加工形状后，为了使玻璃原料和成形面的分型性提高，例如，最好在成形面上形成碳系膜。作为上母模具5及下母模具6的原料，可以使用如超硬合金、碳化钨、钨合金、氮化硅等那样可用加热机构13容易有效加热的材料。
(成形动作)
参照图1～图5说明利用模压成形装置1对玻璃原料进行的模压成形动作。
首先，在图1所示的待机状态下，由加热机构13对包含上模具2、下模具3以及体模具4在内的成形模具进行预热。接下来，如图2所示，使下模具支承机构9下降，使上模具2和下模具3较大分开，在该状态下，将预备成形为双凸曲面形状的玻璃原料PF供应到下模具3的成形面3a上。在供给玻璃原料PF时，可使用任意的搬送夹具将玻璃原料PF搬送到下模具3上并进行配置。
此时，玻璃原料PF优选预先预热到适于冲压成形的粘度。例如优选预先预热到以粘度计算相当于106～1010dPa·s的温度。另外，上模具2和下模具3例如还优选预先预热到以作为冲压成形的对象的玻璃原料PF的粘度计算与107～1012dPa·s相当的规定温度。并且玻璃原料PF的预热温度优选比上模具2、下模具3的预热温度高。若满足这样的温度条件，则成形周期将缩短，另外成形的透镜的表面精度也良好，在产量上极其有利。
玻璃原料PF的搬送对供给方法没有特别地限定。但是，在将玻璃原料PF进行上述那样预热的情况下，在玻璃原料PF的搬送时，由于有时因与搬送夹具的接触而产生表面缺陷，因此优选利用气体使玻璃原料PF在搬送夹具上浮起，保持实质上与夹具不接触的状态来搬送、供给。
接下来，如图3所示，使下模具支承机构9上升，使上母模具5和下母模具6接近。图3表示上母模具5的下端面5c与下母模具6的上端面6d完全抵接的状态。
在两母模具5、6接近的过程中，下模具3的下模具主体部分3b插入体模具4内。由于在体模具4的下端面4h的内周缘形成有锥形面4i，因此体模具4和下模具3的轴心即使有一些错位，下模具3一边被该锥形面4i引导，一边在水平方向上滑动而从下侧插入体模具4内。此外，体模具4和下模具3的间隙(径向间隙)设定为1μm～5μm左右。
并且，若下模具3上升，则被压缩螺旋弹簧11向下方推压的体模具4的下端面4h(体模具侧抵接面)与下模具3的凸缘部3c的圆环状台阶面3d(下模具侧抵接面)抵接。此时，上母模具5和下母模具6还未抵接。通过体模具4的下端面4h从上侧与下模具3的圆环状台阶面3d抵接，所述体模具4和下模具3形成无倾斜地被定位的状态。
此后，随着下模具3的上升，体模具4被推压向上方，但是在压缩螺旋弹簧11的作用力的作用下，将下模具3压接向下母模具6的一侧的力逐渐增加。由此，保持下模具3和体模具4的位置。
另外，承载在下模具3的成形面3a上的玻璃原料PF与上模具2的成形面2a抵接后将上模具2压上。此时，玻璃原料PF处于加热软化了的状态，但是压力未施加在上模具2上，由于也没有限制向上方移动的构件，因此仅上模具2的自重作用在玻璃原料PF上。但是，由于玻璃原料PF处于在上模具2的自重程度下几乎不变形的粘度，因此伴随下模具3的上升上模具2被压上。
压缩螺旋弹簧11在完全收缩之前上母模具5和下母模具6抵接，此时，下模具支承机构9的上升停止。此外，即使在此时，上模具按压机构7的冲压头7a的冲压面7b位于被押上的上模具2的上端面2e的上方的位置，也未与上模具2接触。
因此，在将下模具3插入并装入体模具4内的下模具装入工序中，上模具2能够上下移动地插入体模具4内，体模具4相对于上母模具5(虽然被弹簧力作用)被支承为能够上下移动。因此，在下模具3被插入体模具4内时，在上模具2、下模具3及体模具4上未施加不合适的力而三者成为同轴状态。因此，在体模具4及下模具3上不会产生摩擦或啃咬，就能进行合模。
接下来，通过上模具按压机构7开始冲压动作。图4是利用上模具按压机构7按压上模具2来冲压成形玻璃原料PF的初期的动作说明图，图5是冲压成形结束时的动作说明图。
首先，在图4中，在上母模具5和下母模具6抵接、且体模具4的下端面4h与下模具3的凸缘部3c的圆环状台阶面3d抵接了的状态下，利用上模具按压机构7按压上模具2。
上模具按压机构7的冲压头7a的冲压面7b如前所述，设定为比上模具2的上端面2e大且与体模具4的上端面4g的外径相等或在其以下。在冲压成形初期的阶段，由于上模具2从体模具4的上端面4g向上方突出，因此上模具按压机构7仅与上模具2的上端面2e抵接，并仅按压该上模具2。上模具按压机构7的冲压压力例如可以是几kgf～几百kgf。此时，虽然下模具支承机构9移动动作停止，但是下模具支承机构9仍承受上模具按压机构7的负荷且以规定压力支承下母模具6，使得上母模具5和下母模具6不分离。
通过上模具按压机构7继续按压上模具2，不久当上模具2的上端面2e与体模具4的上端面4g处于同一高度的位置时，如图5所示，上模具按压机构7的冲压面7b也与体模具4的上端面4g接触，并且与上模具2一起朝向下模具3以规定的负荷按压体模具4。其结果是，在冲压成形结束时，体模具4被压紧到下模具3上，即，体模具4的下端面4h被从上侧压接到下模具3的凸缘部3c的圆环状台阶面3d上，保持它们的相对位置。因此，由于一边维持上模具2、下模具3及体模具4的同轴状态，一边进行冲压成形，因此能够成形偏心极小的高精度的成形品。
接下来，在图5的状态中，停止加热机构13的加热并且使冷却气体流入两母模具5、6内并也从外部吹进冷却气体，对成形模具2、3、4及成形体P进行冷却。然后，在成形模具2、3、4的温度变为玻化温度以下时，使下模具3下降，分模，可搬出成形体P(光学玻璃)。
此外，对于冲压成形对象的光学玻璃的形状没有特别限制，能够进行双凸透镜、凸弯月透镜、凹弯月透镜、双凹透镜等的成形。对成形体P的大小也没有特别限制，但是通常能够成形直径2mm左右至40mm左右的成形体。这是因为在2mm以下的情况下玻璃原料容易冷却，容易破裂，而在40mm以上时则成形需要时间，并且得到良好的面极其困难。并且，光学玻璃的形状可以是球面、非球面或是二者的组合。
(实施方式二)
图6是表示使用多组成形模具同时对多个玻璃成形体进行冲压成形的模压成形装置的实施方式二的概略构成图。
实施方式二的模压成形装置1A的基本的装置结构由于与上述的实施方式一的模压成形装置1相同，因此省略详细说明。
在实施方式二中，利用共用的上母模具5A及下母模具6A支承多组、例如两组成形模具21(2(1)、3(1)、4(1))及22(2(2)、3(2)、4(2))，并且对应于各成形模具21、22，设有分别按压上模具2(1)、2(2)的上模具按压机构7(1)、7(2)。
通过采用这样构成的模压成形装置1A，能够有效制造高精度的光学元件。即，即使在各成形模具21、22的高度上有偏差的情况下，也能够在各成形模具21、22中以高精度同时生产一定壁厚的玻璃成形品。另外，能够对于各成形模具21、22任意地设定冲压成形中的加压速度、负荷的大小、压力时机，能够对各成形模具21、22设定最适合的冲压成形条件，同时生产偏心精度良好的成形品。
(实施方式三)
图7是实施方式三的模压成形装置的概略构成图。该模压成形装置1B的基本的装置结构由于与上述的实施方式一的模压成形装置1相同，因此省略详细说明。
在实施方式3中，体模具40配置在上母模具5的中心孔5a内，体模具40以能够在规定的范围内在冲压轴方向1a(上下方向)上移动的状态被上母模具5支承。即，在体模具40的端部41和上母模具5之间在冲压轴方向1a上设置规定尺寸(几百μm～几mm)的间隙，体模具40处于在该范围内能够移动的状态。换言之，体模具40被上母模具5限制在冲压轴方向1a的移动范围。通过这样构成，在使上母模具5、下母模具6相对接近而将下模具3插入体模具40内时，即使是在上模具2和下模具3上产生极端的轴心错位的情况下，也能够未然地防止将体模具40向上方推压超出必要量而破坏冲压头7a那样的故障产生。
此外，由于体模具40能够在规定尺寸的范围在冲压轴方向1a上移动，且上模具2也能相对于上母模具5保持自由的状态，因此在将下模具3插入体模具40内时，上模具2或体模具40在冲压轴方向上移动，在这些模具之间不会发生摩擦或啃咬，以体模具40、上模具2、下模具3的轴错位或倾斜被修正了的状态进行组装。
另外，在实施方式3中，在上模具2上设有能够按压体模具40的端部41的大的凸缘部2c。在将承载有玻璃原料PF的下模具3插入体模具40时，在玻璃原料PF与下模具3的成形面和上模具2的成形面接触的状态下，上模具2被压向冲压轴方向1a的上侧，形成上模具2的凸缘部2c和体模具40的端部41分开的状态。图7表示这个时候的状态。
然后，通过上模具按压机构7(冲压头7a)按压上模具2的凸缘部2c，在凸缘部2c与体模具40的端部41抵接前持续施加负荷。通过该抵接，能够均一地控制玻璃成形体的壁厚。另外，在凸缘部2c与体模具40的端部41抵接了的状态下还继续按压上模具2，由此体模具40按压下模具3，进行合模使得上模具2、体模具40、下模具3形成一体。因此，能够稳定地制造高精度的玻璃成形体(光学元件)。
(各实施方式的效果)
如以上说明的那样，在上述各实施方式中，在使用上下模具及体模具对玻璃原料进行冲压成形时，在体模具内插入下模具来组装成形模具，在对玻璃原料施加负荷之前，能够将上模具保持为相对于下母模具能够移动的状态，在冲压成形开始后，上下模具及体模具能够一边维持正确的姿势一边进行冲压成形。另外，由于上模具相对于上母模具保持为自由的状态，因此不会产生由固定有上母模具的冲压装置的框体等的变位引起的偏心精度的恶化，另外，不会产生成形体的壁厚的变化。
因此，即使在存在由装置的高温化或原来的装置设计公差等引起的上下轴的错位或倾斜的情况下，在冲压成形时也不会在上下模具及体模具之间产生摩擦或啃咬，能够制造偏心极小的高精度的玻璃成形体。
另外，在冲压结束时，在体模具相对于下模具从上侧被冲压负载压接的情况下，只要预先高精度地精加工下模具和体模具的垂直度等，体模具和下模具的相对位置就不会变化，始终能够稳定地得到偏心精度良好的成形品。
进而，在利用多组成形模具同时冲压成形多个成形体的情况下，只要使成形模具和上模具按压机构一对一地对应构成，就能够对各成形模具任意设定冲压成形中的加压速度、负荷的大小、压力时机(timing)。因此，可以对各成形模具设定最佳的冲压成形条件，能够同时生产偏心精度良好的成形品。
实施例
使用图1的模压成形装置1成形单面为非球面的凹弯月透镜(直径12.8mm、中心厚度2.0mm)。成形用的玻璃预成型坯(玻璃原料PF)是将转变温度Tg为500℃、屈服点温度Ts为540℃的钡硼硅酸盐系玻璃预先热轧成形为双凸曲面形状而得到的，在其表面带有碳系膜，由上模具2、下模具3及限制两者的圆筒状的体模具4构成的成形模具是碳化硅(SiC)制的，在上模具2和下模具3的成形面2a、3a上施加有碳系分型膜。
将玻璃预成型坯预热到610℃，设成形模具2、3的预热温度为580℃，将预热后的玻璃预成型坯落下供给到下模具3的成形面3a后，马上对下模具3一边反复进行位置控制一边使其上升，使其接近上模具2。
将下模具3插入体模具4内，在下母模具6和上母模具5抵接时，停止下模具3的上升，并使上模具按压机构7下降来按压上模具2，由此冲压成形玻璃预成型坯。在从冲压开始约数秒后，到上模具按压机构7与体模具4的上端面4g抵接为止切断。
在通过上模具按压机构7对体模具4施加负荷的状态下以80℃/min进行冷却。在冷却的过程中，上模具2追随玻璃的收缩而从上模具按压机构7分开，维持上模具自重施加在玻璃上的状态。在成形模具2、3、4的温度达到480℃时使下模具3下降，取出成形后的透镜。
将以上这样的冲压成形反复进行100次，从得到的凹弯月透镜中抽取20个，测定各透镜的歪斜和偏移。其结果用图8所示的评价图表中的黑圆表示。歪斜平均为0.63分，最大为1.1分，偏移平均为2.8μm，最大为5.0μm。任意一个都是高精度而满足基准值。另外，成形后的透镜的中心壁厚相对于预定尺寸2.0mm都在±10μm以内，都满足基准值。
(比较例)
使用专利文献2的成形装置，成形与上述实施例同样的透镜。成形部和玻璃原料的温度条件也与上述实施例相同。从通过比较例得到的100个凹弯月透镜中抽取20个，测定各透镜的歪斜和偏移。其结果用图8所示的评价图表中的黑三角表示。歪斜平均为1.61分，最大为1.94分，偏移平均为7.8μm，最大为11.2μm，与上述实施例相比，不管是偏移还是歪斜，精度都恶化。另外，中心壁厚相对于预定尺寸2.0mm都在±18μm以内，虽然满足了基准值，但是与上述实施例相比，壁厚精度也差。