CN1939851A - 精密冲压成型用预制坯、其制造方法及光学元件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的精密冲压成型用预制坯是具有一个旋转对称轴的旋转体，具有第一面和第二面；将从旋转对称轴方向俯视第一面时，以第一交点为中心、以外径的2/3为直径的圆内部分的最小曲率半径设为R_1(min)；将从旋转对称轴方向俯视第二面时，以第二交点为中心、以外径的1/3为直径的圆内部分的最小曲率半径设为R_2(min)，将最大曲率半径设为R_2(max)；将从旋转对称轴方向俯视第二面时，以第二交点为中心、以外径的2/3为直径的圆外部分的最大曲率半径设为R_3(max)；将第一交点和重心之间的距离设为H₁，|R_3(max) |＜|R_2(min) |＜|R_2(max) |＜|R_1(min) |，且，H₁＜|R_1(min) |。

Description

精密冲压成型用预制坯、其制造方法及光学元件制造方法

技术领域

本发明涉及在非球面透镜等光学元件的精密冲压成型中用作坯料的玻璃制预制坯及其制造方法、以及对前述预制坯进行精密冲压成型而制造光学元件的方法。

背景技术

作为能以高生产率来制造非球面透镜或微透镜等在磨削、研磨工序中会耗费大量劳力和成本的玻璃制光学元件的方法，公知有精密冲压成型法。这种方法也被称为模制光学器件成型法，是不进行磨削、研磨，而是采用冲压成型来形成透镜面等被称为光学功能面的表面的方法，其中，光学功能指的是使光线折射、衍射、透过、反射等功能，该方法还能够使透镜两面的中心轴彼此不偏斜而是精密地一致，从而受到瞩目。

在精密冲压成型方法中，制作被称为预制坯的玻璃成型体并对其进行加热，采用经过精密加工的冲压成型模进行冲压，从而作出光学元件的整体形状，并且，将模具成型面精密地转印到玻璃上而形成光学功能面。为了发挥精密冲压成型法的优点，不仅需要提高从预制坯生产出光学元件的工序的生产率，也要提高制造预制坯的工序的生产率，同时，还要降低生产成本。在对切断玻璃块而得到的玻璃片进行磨削、研磨来生产预制坯的方法中，即使是对具有球形那样比较容易加工的形状的预制坯来说，也需要耗费工夫和成本，根据形状的不同，有时会需要与对玻璃块进行加工来制成透镜的情况相同程度的工夫和成本。为此，即使能够以高生产率从预制坯制出光学元件，也无法充分地发挥出精密冲压成型法的优点。为了发挥上述的优点，需要下述方法，即，如专利文献1中所公开的方法那样，使熔融玻璃流出，并将其分离成与一个预制坯的量相当的熔融玻璃块，在冷却玻璃的过程中，将该熔融玻璃块成型为预制坯(称为热成型法)。

[专利文献1]日本特开平8-277132号公报

通过热成型法获得的预制坯的典型形状是球形。对于球形预制坯，若将球的半径制成冲压成型模成型面的曲率半径以下，并将其配置在冲压成型模成型面的中心，则不论预制坯的朝向如何，均能够避免称为气阱的现象，即，避免在冲压成型时模具成型面和玻璃之间封入环境气体的现象。

另外，若要将具有由曲率半径大的凹面构成的成型面的下模与上模一同使用，来对球状预制坯进行精密冲压成型，则难于以稳定的状态将预制坯配置在下模成型面的中心，会导致预制坯的中心偏离冲压成型模的中心轴，所以，使得冲压成型品产生厚度不均而无法获得希望的光学元件功能。

即使以稳定的状态将预制坯配置在下模成型面的中心，若在以上模成型面开始对预制坯加压时，预制坯因该压力而从冲压成型模的中心轴偏离，则也会产生上述问题。

随着近年来摄像装置的小型化、高分辨率化，需要使组装到这样的装置中的光学元件具有高成型精度，并且对防止精密冲压成型品产生厚度不均的要求也变得严格。

这样，虽然球形预制坯非常有用，但是却存在着上述的问题。

要防止气阱的产生，并扩大精密冲压成型品体积的自由度，防止上述厚度不均的产生，只要使预制坯的由上模成型面加压的面与由下模成型面加压的面的曲率半径不同即可。但是，为了通过磨削、研磨来加工出这样形状的预制坯，要比加工球形预制坯需要更多的工夫和成本，从而无法发挥精密冲压成型法的优点。鉴于此，若采用热成型法，并通过对成型模的形状进行调整等来形成预制坯，则能够以高生产率制造上述形状的预制坯。

在采用热成型法成型预制坯的情况下，使熔融玻璃从管中连续地流出，然后，不是用切断刀切出与一个预制坯的量相当的熔融玻璃块，而是采用所谓的非剪切切断(シヤレスカツト)分离熔融玻璃，并在成型模上成型。为了从连续流出的熔融玻璃不断地成型预制坯，将多个成型模不断地送到管的下方并供给熔融玻璃块，再将载置有熔融玻璃块的成型模从管的下方输出，在移动的成型模上形成预制坯。此时，虽然是同步进行多个成型模的移动、停留，但由于成型模的加速、减速，会有惯性力施加到成型模上的玻璃块上。另外，在将多个成型模配置在转盘上来输送成型模的情况下，由于转盘的旋转，会有离心力施加到成型模上的玻璃块上。在这样的惯性力作用下，成型模上的熔融玻璃块是在摆动的同时成型，所以，难于形成具有旋转对称形状的预制坯。特别是，对于流出时的粘性低的玻璃，供给到成型模上的熔融玻璃块的粘度也低，所以，由上述惯性力产生的变形程度大。

若预制坯因热成型时的惯性力而产生变形，则会有损上述旋转体的对称性，结果，在精密冲压成型时，玻璃不能在成型模内均匀地扩开，从而导致冲压成型品产生厚度不均的问题。这样，要想既抑制冲压成型品的厚度不均又提高预制坯的生产率，是很困难的。

发明内容

本发明为了解决上述问题，目的在于提供一种由高品质的玻璃构成且形状适于精密冲压成型的精密冲压成型用预制坯及其制造方法，并且还提供一种能够以高生产率制造高精度光学元件制造方法，所述光学元件是对所述预制坯进行精密冲压成型而形成的、不存在厚度不均等问题的光学元件。

为了达到上述目的的本发明由下述(1)～(11)构成。

(1)一种精密冲压成型用预制坯，是玻璃制成的，其特征在于，

该预制坯是具有一个旋转对称轴的旋转体，

具有向外侧凸出的第一面和向外侧凸出的第二面，所述第一面包含所述旋转对称轴与表面相交的两个交点中的第一交点，所述第二面包含所述两个交点中的第二交点；

将从所述旋转对称轴方向俯视第一面时，以第一交点为中心、以外径的2/3为直径的圆内部分的最小曲率半径设为R_1(min)；

将从所述旋转对称轴方向俯视第二面时，以第二交点为中心、以外径的1/3为直径的圆内部分的最小曲率半径设为R_2(min)，将最大曲率半径设为R_2(max)；

将从所述旋转对称轴方向俯视第二面时，以第二交点为中心、以外径的2/3为直径的圆外部分的最大曲率半径设为R_3(max)；

将第一交点和重心之间的距离设为H₁、将第二交点和重心之间的距离设为H₂，此时，存在下述关系：

|R_3(max)|＜|R_2(min)|＜|R_2(max)|＜|R_1(min)|，且，

H₁＜|R_1(min)|；

包含所述旋转对称轴的剖面的轮廓线形状为，在任意位置都向外侧凸出，且所述轮廓线的斜度沿所述轮廓线连续变化。

(2)如上述(1)所述的精密冲压成型用预制坯，其特征在于，当将第二交点和重心之间的距离设为H₂时，存在H₂＜|R_2(min)|的关系。

(3)如上述(1)或(2)所述的精密冲压成型用预制坯，其特征在于，整个表面是熔融玻璃的表面固化而形成的。

(4)如上述(1)至(3)中任一项所述的精密冲压成型用预制坯，其特征在于，中心厚度与外径之比(中心厚度/外径)是0.45～0.85。

(5)一种精密冲压成型用预制坯的制造方法，使熔融玻璃流出并分离出熔融玻璃块，在所述熔融玻璃固化的过程中，于成型模的凹部上成型出预制坯，其特征在于，

在移动的成型模的凹部上将熔融玻璃块成型为上述(1)～(4)中任一项所述的预制坯；

在上述凹部上以下述状态成型：成型为预制坯的第一面的熔融玻璃表面朝向下侧。

(6)如上述(5)所述的精密冲压成型用预制坯的制造方法，其特征在于，在使熔融玻璃块整体从所述凹部浮起的同时，成型出预制坯。

(7)如上述(5)或(6)所述的精密冲压成型用预制坯的制造方法，其特征在于，所述凹部表面具有绕一个中心轴旋转任意角度均对称的形状；

使用随着远离所述中心轴、所述凹部表面的曲率半径绝对值离散地或连续地减小的成型模。

(8)如上述(5)至(7)中任一项所述的精密冲压成型用预制坯的制造方法，其特征在于，在反复进行使所述成型模沿水平方向移动、停止的操作的同时，成型预制坯。

(9)一种光学元件制造方法，其特征在于，对上述(1)至(4)中任一项所述的预制坯、或用上述(5)至(8)中任一项所述的制造方法制成的预制坯进行加热，使用冲压成型模来进行精密冲压成型。

(10)如上述(9)所述的光学元件制造方法，其特征在于，将预制坯导入冲压成型模内，将所述预制坯和冲压成型模一起加热，进行精密冲压成型。

(11)如上述(9)所述的光学元件制造方法，其特征在于，将加热了的预制坯导入到已预先加热的冲压成型模中，进行精密冲压成型。

根据本发明，能够提供一种用于利用精密冲压成型来稳定地制造高精度光学元件的预制坯、及其制造方法。

另外，通过对前述预制坯进行精密冲压成型，能以高生产率制造高精度的光学元件。

附图说明

图1是为了制造本发明的精密冲压成型用预制坯而使用的模具的局部垂直剖视图。

图2是在实施例中得到的精密冲压预制坯No.1～4的垂直剖视图。

图3是在实施例中得到的精密冲压预制坯No.5～8的垂直剖视图。

图4是在实施例中得到的精密冲压预制坯No.9～12的垂直剖视图。

具体实施方式

下面对实施本发明的最佳方式进行说明，但是，本发明并不限于这些方式。

[精密冲压成型用预制坯]

本发明的精密冲压成型用预制坯，是玻璃制的预制坯，并且是具有一个旋转对称轴的旋转体，具有向外侧凸出的第一面和向外侧凸出的第二面，所述第一面包含所述旋转对称轴与表面相交的两个交点中的第一交点，所述第二面包含所述两个交点中的第二交点。将从所述旋转对称轴方向俯视第一面时，以第一交点为中心、以外径的2/3为直径的圆内部分的最小曲率半径设为R_1(min)；将从所述旋转对称轴方向俯视第二面时，以第二交点为中心、以外径的1/3为直径的圆内部分的最小曲率半径设为R_2(min)，最大曲率半径设为R_2(max)；将从所述旋转对称轴方向俯视第二面时，以第二交点为中心、以外径的2/3为直径的圆外部分的最大曲率半径设为R_3(max)；将第一交点和重心之间的距离设为H₁，此时，存在下述关系：|R_3(max)|＜|R_2(min)|＜|R_2(max)|＜|R_1(min)|，且，H₁＜|R_1(min)|。包含所述旋转对称轴的剖面的轮廓线的形状为，在任意位置都向外侧凸出，所述轮廓线的斜度沿所述轮廓线连续变化。

本发明的预制坯的外径相当于从旋转对称轴方向俯视预制坯时，预制坯轮廓线的直径。在第一面中，将以外径的1/3为直径、以第一交点为中心的圆内部分称为第一面的中央部；在第二面中，将以外径的1/3为直径、以第二交点为中心的圆内部分称为第二面的中央部，而将所述圆外部分称为第二面的周边部。

如上所述，精密冲压成型品的厚度不均是由于如下原因而产生的：使用了没有旋转对称轴的预制坯；虽然使用了具有旋转对称轴的预制坯，但却是在旋转对称轴从冲压成型模的中心轴偏离的状态下、或者在旋转对称轴相对于冲压成型模的中心轴倾斜的状态下，进行的冲压成型；冲压成型模的加工精度或组装精度低等。所述冲压成型模的中心轴方向与精密冲压成型时的加压方向一致。

为了消除所述产生厚度不均的原因，在使用高精度的冲压成型模的基础上，还需要如下形状的预制坯：

(1)在冲压成型模内，玻璃容易围绕所述模具的中心轴向各方向同等扩开，

(2)容易以稳定的状态配置在冲压成型模的中心轴上，

(3)在冲压成型初期的加压作用下，难于从冲压成型模的中心轴偏离。

为了满足上述条件(1)，在本发明中，将预制坯的形状形成为具有一个旋转对称轴的旋转体形状。这样，玻璃在冲压成型模内围绕所述模具的中心轴向各方向同等扩开。

构成冲压成型模的下模的成型面是凹状的，在曲率半径的绝对值小的情况下，预制坯容易在所述成型面上滚动。结果，为了将预制坯稳定地配置在下模成型面的中央，在将第一交点与重心的距离设为H₁时，只要满足H₁小于第一面中央部的最小曲率半径R_1(min)的绝对值、即H₁＜|R_1(min)|的关系即可。在使第一面向下地将预制坯置于下模上的情况下，当预制坯滚动时，该预制坯有以第一面中央部的曲率半径中心为中心旋转的趋势，但是若重心的位置距第一交点的高度低于R_{1 (min)}，则可以抑制滚动，可以稳定地放置预制坯。结果，即使在冲压成型初期在预制坯的第一交点和第二交点上施加有加压力，预制坯也难于从冲压成型模的中心轴偏离。另外，当用具有凸形成型面的冲压成型模来按压预制坯时，被按压的面越接近平坦，则预制坯越难于从冲压成型模的中心轴向横向偏离。这样上述条件(2)、(3)也满足。

虽然只要能够将预制坯以第一面朝下的方式稳定地置于下模成型面上就足够了，但是，优选还能够以将第二面朝下的方式将预制坯稳定地置于下模成型面上。为此，在将第二交点与重心的距离设为H₂时，优选使预制坯的形状满足H₂＜|R_2(min)|的关系。

R_1(min)、R_2(min)的值只要分别考虑冲压成型模的上下模成型面的曲率半径来设定即可。此时需要注意不要在上下模的成型面与预制坯之间封入环境气体，而导致被称为“气阱”的玻璃填充不足部分的产生。在使用本发明的预制坯时，一般与下述冲压成型模组合使用，所述冲压成型模，在将预制坯置于凹状的下模成型面上时，下侧面中央部的最大曲率半径(在将第一面置于下侧时是R_1(max)，在将第二面置于下侧时是R_2(max))的绝对值小于下模成型面的最小曲率半径绝对值。

在与成型面为凹状的上模组合使用的情况下，与下述上模组合使用，所述上模，在将预制坯置于下模成型面上时，上侧面中央部的最大曲率半径(在将第一面置于上侧时是R_1(max)，在将第二面置于上侧时是R2_(max))的绝对值，小于成型面的最小曲率半径绝对值。

下面说明对预制坯的制造面的要求以及与该要求相应的方案。

如上所述，为了发挥精密冲压成型法的优点，还需要提高预制坯制造工序的生产率。对于具有一个旋转对称轴的形状的预制坯来说，与将玻璃磨削、研磨成球状相比，需要花费更大的工夫并消耗更高的成本，因此希望用热成型法来进行批量生产。

在热成型法中，因为熔融玻璃从管中以一定的流出速度连续地流出，所以，需要从流出的熔融玻璃分离出熔融玻璃块，并由预制坯成型模对其进行接收，而后从管下方不断地送出、成型。此时，预制坯成型模凹部上的熔融玻璃块受到上述那样的惯性力，在凹部上摆动，从而导致旋转对称性下降。在本发明中，为了即使在凹部上施加惯性力的情况下，也能抑制导致旋转对称性降低的摆动，使第二面的中央部形状与周边部形状之间满足|R_3(max)|＜|R_2(min)|，并且，使预制坯成型模的凹部为能够获得这样的预制坯的形状(后面将对凹部形状进行详细说明)。

在以第2面向下的状态于预制坯成型模的凹部上成型预制坯时，如果由于水平方向的惯性力作用在凹部上的玻璃上，而使得熔融玻璃块越到凹部侧壁上，则会导致获得的预制坯的旋转对称性(从中心轴方向看的圆度)下降。但是，通过使预制坯的形状满足|R_3(max)|＜|R_{2 (min)}|的关系，即使作用有上述惯性力，熔融玻璃块也难于越到凹部侧壁上。

凹部上的熔融玻璃块的冷却从表面向玻璃中心部进行。在该过程中，也在玻璃上作用有水平方向的惯性力，这样，位于第二面周边部的部分被按压到凹部侧壁，以曲率半径R_3(max)、R_3(min)的中心为旋转中心，作用有提升第二交点部分的力，从而成为使预制坯的旋转对称性降低的原因。特别是在玻璃固化了的状态下，若产生有损于旋转对称性的变形，则会使得玻璃的形状难于复原，所以必须抑制由惯性力导致的上述变化。此时，在R_3(max)和R_2(min)之间若满足上述关系的话，由于可以由玻璃的自重来抑制以曲率半径R_3(max)、R_3(min)的中心为旋转中心的旋转，所以可以抑制上述变化，结果，能够防止预制坯的旋转对称性的降低。

而且，为了抑制上述变化，需要满足|R_2(max)|＜|R_1(min)|这样的关系。若以|R_2(max)|≥|R_1(min)|的关系来形成预制坯的话，那么，第二面朝下的预制坯在成型模上不稳定，在成型模移动的时候，会产生使得预制坯的旋转对称性降低的变化。因此，为了不降低预制坯的旋转对称性，要使预制坯具有|R_2(max)|＜|R_1(min)|的结构。

根据这样的成型，预制坯的第一面为自由表面，在玻璃表面张力的作用下，第一面的中央部能够成为向外侧凸出的形状。

当从成型模中取出预制坯时，采用吸引成型模上的预制坯上表面而将其提起的方法。此时，若预制坯的形状为本发明那样的形状，则可以通过吸引而将预制坯准确地向正上方提起，可以不使预制坯与成型模相刮蹭地取出该预制坯，结果，可以防止预制坯表面的损伤。若预制坯的形状不满足本发明的条件，则预制坯在倾斜的状态(预制坯中心轴相对于铅直方向倾斜的状态)下被吸引喷嘴吸附，使得吸引喷嘴并没有与预制坯的表面紧密接触，所以，在从成型模中取出预制坯时容易产生取出失败。另外，若要在预制坯倾斜的状态下将其提起，则会产生预制坯与成型模的刮蹭，不理想。

这样的问题在下面的几种情况下也会发生：吸引预制坯而将其排列到托盘上，或是从托盘移送到用于在表面进行涂敷的成膜装置上，或是在涂敷后排列到托盘上，或是从托盘移送到冲压成型装置上。即使在这些情况下，若是根据本发明的预制坯，则也能够由吸引喷嘴可靠地吸引预制坯，使其与保持部件没有刮蹭地向正上方提起。

在本发明中，包含所述旋转对称轴的剖面的轮廓线形状为，在任意的位置都向外侧凸出，并且，所述轮廓线的斜度沿所述轮廓线连续变化，从而，玻璃可以在冲压成型模内均匀地扩开。

另外，本发明的预制坯的优选实施方式，为整个表面都由熔融玻璃表面固化而形成的预制坯。预制坯也可以通过研磨加工等机械加工来制成，但是，若采用机械加工来制造本发明的预制坯的话，则会耗费与通过机械加工来制作作为最终产品的光学元件相当程度的工夫和成本，有损于精密冲压成型法的优点。另外，通过机械加工制成的预制坯的表面存在研磨损伤或在研磨时产生的潜在损伤，该损伤很可能因精密冲压成型中对预制坯进行加热时等的热冲击，而成为玻璃破损的原因。而与之相对，根据上述实施方式，由于整个表面都由熔融玻璃表面固化而形成，所以，可以得到无研磨损伤、无潜在损伤的表面，可以实现耐热冲击性优良的预制坯。

本发明的预制坯的优选实施方式，是中心厚度与外径之比(中心厚度/外径)为0.45～0.85的预制坯，若为0.55～0.80的预制坯则更佳。在精密冲压成型中，大多使用与成型品体积相等的预制坯，相对于预定的体积，若外径变大的话，则无法将预制坯配置到构成冲压成型模的筒模中、或者引导上下模的称为套筒的部件中。为此，在上述实施方式中，将上述比例设为0.45以上，在设定了外径的上限的情况下，通过加厚中心厚度，可以使预制坯的体积达到所需的值。但是，若所述比例大于0.85，则在预制坯成型时置于成型模上的玻璃变得不稳定，导致旋转对称性降低，所以，将比例(中心厚度/外径)设定在上述范围内。

并不特别限定用来形成预制坯的玻璃，但是，还是希望采用不含砷、PbO的玻璃，砷在精密冲压成型时易于对冲压成型模的成型面造成损伤；而PbO在精密冲压成型时被还原而从玻璃表面析出，从而附着到冲压成型模的成型面上，会对成型面向玻璃的精密转印造成影响。若考虑到用于光学元件，则希望形成预制坯的玻璃是光学玻璃。作为这样的光学玻璃，可以举出含有B₂O₃和La₂O₃的玻璃、含有P₂O₅和Nb₂O₅的玻璃、含有SiO₂和B₂O₃的玻璃、含有P₂O₅和Li₂O的玻璃、氟磷玻璃等。

[精密冲压成型用预制坯的制造方法]

下面说明精密冲压成型用预制坯的制造方法。

本发明的精密冲压成型用预制坯的制造方法，是使熔融玻璃流出并分离出熔融玻璃块，在所述熔融玻璃固化的过程中，于成型模的凹部上成型出预制坯，其特征在于，在移动的成型模的凹部上将熔融玻璃块成型为上述本发明的预制坯；在上述凹部上以下述状态成型：成型为预制坯的第一面的熔融玻璃表面朝向下侧。

通过在凹部上以成型为预制坯第一面的熔融玻璃表面朝向下侧的状态进行成型，可以在移动的凹部上将玻璃的变化维持稳定，可以成型出旋转对称性高的预制坯，结果，能获得厚度不均少的精密冲压成型品。

在上述预制坯的制造方法中，优选在使熔融玻璃块整体从凹部浮起的同时成型预制坯。通过使熔融玻璃块整体浮起，与不使其浮起的情况相比，能够使玻璃与凹部的接触时间变短。将凹部的温度保持在即使熔融玻璃接触也不会产生热熔接的较低温度。当熔融玻璃块与这样的凹部相接触时，会在预制坯的表面产生褶皱。另外，若在使熔融玻璃块与凹部相接触的同时使熔融玻璃块冷却，则会产生被称为内部裂纹(カン割れ)的玻璃破损。而根据上述实施方式，则可以消除这些问题。

在本发明中，希望使用下述成型模，其中，所述凹部表面具有绕一个中心轴旋转任意角度都对称的形状，并且，随着远离所述中心轴，所述凹部表面的曲率半径绝对值离散地或是连续地减少。在此，作为曲率半径的绝对值离散地减少的例子，有下述情况等：在包含中心轴的曲率半径r1的区域外侧是曲率半径r2的区域，即|r1|＞|r2|的关系成立；或者曲率半径r2的区域的更外侧是曲率半径r3的区域，即|r2|＞|r3|的关系成立的情况。也可以是下述情况：既有随着远离中心轴、凹部表面的曲率半径绝对值离散地减少的部分，也有连续地减少的部分。

通过使用这样的成型模，可以容易地成型本发明的预制坯，而且，即使对凹部上的玻璃施以加速度，也可以抑制预制坯旋转对称性降低之类的变化。

在上述各方法中，希望在反复进行所述成型模沿水平方向的移动、停止的操作的同时，进行预制坯的成型。由于在该方法中玻璃是与成型模一起在进行水平方向移动的同时成型的，所以，该方法是适于大量生产的方法。成型模的这样的动作容易使预制坯的旋转对称性降低，但是根据本发明，却可以抑制所述旋转对称性的降低，可以不必担心旋转对称性的降低，从而提高批量生产性。

关于向成型模凹部供给熔融玻璃块、熔融玻璃块的浮起、成型模的结构、材质等，可以利用公知的方法、结构、材质。

冷却凹部上的预制坯，直至即使施加外力也不会产生变形的温度区域，然后将其从凹部中取出、进行退火处理。预制坯的取出方法、退火方法均可以采用公知的方法。

根据需要清洗成型的预制坯，另外，根据需要也可以在预制坯的整个表面形成碳膜或自组织膜。这样的膜有助于冲压成型时玻璃的伸展，并且能起到提高冲压成型品的脱模性的作用。

[光学元件制造方法]

下面说明本发明的光学元件制造方法。

本发明的光学元件制造方法是，对上述本发明的预制坯或者根据上述本发明的制造方法制成的预制坯进行加热、并使用冲压成型模来进行精密冲压成型的方法。

根据本发明，由于采用了上述预制坯，所以，可以不产生气阱等缺陷地制造鲜有厚度不均的光学元件。

对于预制坯的加热、冲压成型模的制造、材质、根据需要而在冲压成型面上设置的脱模膜、精密冲压成型方法、精密冲压成型的环境气体，可以采用公知的部件和方法。而精密冲压成型条件也可以根据作为对象的光学元件的规格进行适当设定。

本发明包括以下两个实施方式。

第一实施方式是将预制坯导入冲压成型模内、将所述预制坯与冲压成型模一起加热而进行精密冲压成型的方法。对于该方法，由于在预先将预制坯导入到冲压成型模内的状态下组装模具构成部件，并将预制坯与冲压成型模一起加热，所以，可以容易地制造形状精度高的光学元件。

第二实施方式是将加热了的预制坯导入已预先加热的冲压成型模中、而进行精密冲压成型的方法。对于该方法，由于能够使冲压成型模的加热温度低于预制坯的加热温度，所以，从模具的长寿命化的观点来看是优选的，并且，与第一实施方式相比，还能够采用少量的冲压成型模来批量生产光学元件。

可以考虑优先利用哪种优点来决定选择哪种实施方式。

通过使冲压成型模的形状、尺寸适当化，可以制造双凸透镜、双凹透镜、凸透镜、凹透镜等透镜，球面透镜，非球面透镜，微透镜等各种透镜等。

[实施例]

调和玻璃原料，将其导入熔融容器，对其进行加热，使之熔融、澄清并加以搅拌，以均匀的状态制成不含泡的熔融玻璃A和B，使熔融玻璃A和玻璃B分别以一定的流量连续地从管中流出，并用模具No.a～h，来承接熔融玻璃流的下端，所述模具No.a～h的凹部的局部垂直剖面如图1所示。然后，使模具急速下降，将预定质量的熔融玻璃块承载于凹部上。凹部由多孔质材料制作成，使气体从多孔质材料中喷出。由上述气体对凹部上的玻璃块上施加向上的气压，所以，使玻璃块以在凹部内浮起的的状态被冷却，成型出具有图2～图4所示垂直剖面形状的预制坯No.1～No.12。图2～图4所示的预制坯剖面是包含预制坯的旋转中心轴的剖面。

在此，对图1和图2～图4进行说明。图1如上所述是模具的凹部的垂直剖面，所述剖面包含俯视凹部时的中心。图1中用φ表示的值是直接或间接支承玻璃的面的直径。类型a、c、h在直径φ的整个范围内曲率半径是定值R。类型b、d、e、f、g的凹部形成为，在直径φ的范围内，直径φ’范围内的曲率半径R’与直径φ范围中外侧的曲率半径R不同。凹部形成为，具有不同曲率半径的面在直径φ’的圆周上平滑地相连。类型b、d、e、f、g中的曲率半径R’的中心，位于从凹部的旋转对称轴偏离的点。图1中φ、φ’、R、R’的值用mm单位表示。

图2～图4表示载置于凹部上的状态下的预制坯的剖面。在为小型预制坯的情况下，优选使第一交点位于下侧、即位于面向凹部的一侧，所以，以第一交点位于下侧的方式来描述No.1～3、No.7、8的预制坯的剖面。而其他的预制坯则以第一交点朝上的方式加以描述。图2～图4中绘于各预制坯的横向右侧的点表示各预制坯的重心高度。图2～图4中的各数值也用mm单位表示。

表1和表2表示分别采用熔融玻璃A和熔融玻璃B而得到的预制坯No.1～No.6和预制坯No.7～No.12的R_1(min)、R_2(max)、R_2(min)、R_3(max)、H₁、H₂、外径、中心厚度、中心厚度/外径、质量。

表1

预制坯No.		1	2	3	4	5	6
								预制坯参数	R1(min)(mm)	6.3	13.3	7.5	14.2	44.8	39.3
R2(max)(mm)	4.5	4.9	7.0	6.2	21	16
							R2(min)(mm)		4.3	4.7	6.7	5.9	19	14.5
R3(max)(mm)	2.5	2.3	2.9	3.9	3.6	2.2
							H1(mm)		2.31	2.32	2.93	3.91	3.77	4.68
H2(mm)	2.39	2.58	3.17	4.19	3.73	5.02
							外径(mm)		6.0	7.2	8.8	11.2	14.1	18.6
中心厚度(mm)	4.7	4.9	6.1	8.1	7.5	9.7
							中心厚度/外径		0.78	0.68	0.69	0.72	0.53	0.52
质量(mg)	350	440	850	1720	2780	5900
							玻璃物理性质		折射率(nd)	1.69350
阿贝数(νd)	53.20
								玻化温度(℃)	520
使用模具R类型		类型a	类型b	类型c	类型d	类型e									类型f

表2

预制坯No.		7	8	9	10	11	12
								预制坯参数	R1(min)(mm)	11.9	8.6	8.7	12	12.4	19.6
R2(max)(mm)	5.5	5.2	6.2	9.7	7.4	10.3
							R2(min)(mm)		5.4	5	6	9.5	7.2	9.9
R3(max)(mm)	2.6	2.4	3.2	3.6	3.4	3.1
							H1(mm)		2.43	2.54	3.44	3.68	4.14	4.16
H2(mm)	2.57	2.66	3.56	3.72	4.36	4.44
							外径(mm)		6.9	7.4	9.5	11.3	12.2	14.7
中心厚度(mm)	5.0	5.2	7.0	7.4	8.5	8.6
							中心厚度/外径		0.72	0.7	0.74	0.65	0.7	0.59
质量(mg)	390	460	960	1435	1930	2750
							玻璃物理性质		折射率(nd)	1.58313
阿贝数(νd)	59.46
								玻化温度(℃)	500
使用模具R类型		类型b	类型c	类型c	类型g	类型h									类型h

采用多个相同的模具，按顺序反复进行这样的工序，从而从连续流出的玻璃不断地成型出预制坯。绕旋转工作台的旋转轴将多个相同的模具以相等的间隔设置在旋转工作台上，通过使上述工作台分度旋转，可以将空模具移送到管的正下方并使之停留，而后如上述那样承接玻璃块。在上述那样反复进行移动、停止操作的模具上进行玻璃块至预制坯的成型。

当预制坯的温度降低到即使施加外力也不变形的范围时，使吸引喷嘴从预制坯的正上方靠近预制坯，用吸引喷嘴吸附预制坯上表面的中心部，将其向正上方提起，从模具中取出。

根据本实施例，虽然是在反复进行移动、停止的模具上成型预制坯，却可以得到旋转对称性优良的预制坯。另外，即使采用吸引喷嘴来将预制坯从模具中取出，也可以没有吸引失败地从不断传送过来的模具中取出预制坯。只要模具的凹部形状一定，那么得到的预制坯的形状也是一定的，并且也不会因将预制坯从模具中取出时与模具的摩擦而在预制坯的表面产生损伤。

这样，分别如表1和表2所示的那样，从熔融玻璃A连续地制成适于精密冲压成型的、由折射率(nd)为1.69350、阿贝数(νd)为53.2、玻化温度(Tg)为520℃的光学玻璃构成的预制坯No.1～6，从熔融玻璃B连续地制成适于精密冲压成型的、由折射率(nd)为1.58313、阿贝数(νd)为59.46、玻化温度(Tg)为500℃的光学玻璃构成的预制坯No.7～12。

在本实施例中，分别采用熔融玻璃A和B而制成由光学玻璃构成的预制坯，但是，也可以采用其他的光学玻璃，例如折射率(nd)为1.58913、阿贝数(νd)为61.3、玻化温度(Tg)为515℃的光学玻璃，或者折射率(nd)为1.860610、阿贝数(νd)为40.7、玻化温度(Tg)为560℃的光学玻璃等。

接着，采用精密冲压成型模对上述预制坯进行精密冲压成型，从而制成非球面透镜。得到的透镜具有良好的面精度，是旋转对称性高的高性能非球面透镜。因此，可以确认在精密冲压成型时，在玻璃和模具表面之间没有产生气阱或厚度不均等问题。

这样，可以稳定地制造各种非球面透镜，例如，凸透镜、凹透镜等高性能的透镜。

工业实用性

根据本发明，可以获得能够通过精密冲压成型来稳定地制造高精度光学元件的精密冲压成型用预制坯，可以采用该预制坯以高生产率来生产高精度的光学元件。

Claims (11)

1.一种精密冲压成型用预制坯，是玻璃制成的，其特征在于，

该预制坯是具有一个旋转对称轴的旋转体，

具有向外侧凸出的第一面和向外侧凸出的第二面，所述第一面包含所述旋转对称轴与表面相交的两个交点中的第一交点，所述第二面包含所述两个交点中的第二交点；

将从所述旋转对称轴方向俯视第一面时，以第一交点为中心、以外径的2/3为直径的圆内部分的最小曲率半径设为R_1(min)；

将从所述旋转对称轴方向俯视第二面时，以第二交点为中心、以外径的1/3为直径的圆内部分的最小曲率半径设为R_2(min)，将最大曲率半径设为R_2(max)；

将从所述旋转对称轴方向俯视第二面时，以第二交点为中心、以外径的2/3为直径的圆外部分的最大曲率半径设为R_3(max)；

将第一交点和重心之间的距离设为H₁、将第二交点和重心之间的距离设为H₂，此时，存在下述关系：

|R_3(max)|＜|R_2(min)|＜|R_2(max)|＜|R_1(min)|，且，

H₁＜|R_1(min)|；

包含所述旋转对称轴的剖面的轮廓线形状为，在任意位置都向外侧凸出，且所述轮廓线的斜度沿所述轮廓线连续变化。

2.如权利要求1所述的精密冲压成型用预制坯，其特征在于，当将第二交点和重心之间的距离设为H₂时，存在H₂＜|R_2(min)|的关系。

3.如权利要求1或2所述的精密冲压成型用预制坯，其特征在于，整个表面是熔融玻璃的表面固化而形成的。

4.如权利要求1至3中任一项所述的精密冲压成型用预制坯，其特征在于，中心厚度与外径之比(中心厚度/外径)是0.45～0.85。

5.一种精密冲压成型用预制坯的制造方法，使熔融玻璃流出并分离出熔融玻璃块，在所述熔融玻璃固化的过程中，于成型模的凹部上成型出预制坯，其特征在于，

在移动的成型模的凹部上将熔融玻璃块成型为权利要求1～4中任一项所述的预制坯；

在上述凹部上以下述状态成型：成型为预制坯的第一面的熔融玻璃表面朝向下侧。

6.如权利要求5所述的精密冲压成型用预制坯的制造方法，其特征在于，在使熔融玻璃块整体从所述凹部浮起的同时，成型出预制坯。

7.如权利要求5或6所述的精密冲压成型用预制坯的制造方法，其特征在于，所述凹部表面具有绕一个中心轴旋转任意角度均对称的形状；

使用随着远离所述中心轴、所述凹部表面的曲率半径绝对值离散地或连续地减小的成型模。

8.如权利要求5至7中任一项所述的精密冲压成型用预制坯的制造方法，其特征在于，在反复进行使所述成型模沿水平方向移动、停止的操作的同时，成型预制坯。

9.一种光学元件制造方法，其特征在于，对权利要求1至4中任一项所述的预制坯、或用权利要求5至8中任一项所述的制造方法制成的预制坯进行加热，使用冲压成型模来进行精密冲压成型。

10.如权利要求9所述的光学元件制造方法，其特征在于，将预制坯导入冲压成型模内，将所述预制坯和冲压成型模一起加热，进行精密冲压成型。

11.如权利要求9所述的光学元件制造方法，其特征在于，将加热了的预制坯导入到已预先加热的冲压成型模中，进行精密冲压成型。

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