專利名稱：玻璃成形體的制備方法和光學(xué)元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從熔融玻璃直接制備質(zhì)量精度高的精密加壓成形用預(yù)成形體等玻璃成形體的方法，和使用根據(jù)上述方法制備的預(yù)成形體進(jìn)行精密加壓成形，制備光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
過去，將精密加壓成形等中使用的預(yù)成形體成形的方法有兩種，例如，其一是用成形模接受從流出管流出的熔融玻璃流的先端，降下成形模，不使用切斷刀分離所定質(zhì)量的玻璃，成形為精密加壓成形中使用的預(yù)成形體的方法(特開平2-34525號公報)；其二是用成形模接受從流出管流出的熔融玻璃，使用在成形模上施加風(fēng)壓一邊使其浮上一邊成形為精密加壓成形中使用的預(yù)成形體的方法(特公平7-51446號)等。這些方法，作為高品質(zhì)預(yù)成形體的生產(chǎn)方法是非常優(yōu)秀的。
至今的精密加壓成形，透鏡面等光學(xué)功能面通過精密加壓成形形成，關(guān)于非光學(xué)功能面通常是通過研削加工、研磨加工制作，但是，近年來，對最終制品的非光學(xué)功能面也通過精密加壓成形來形成的技術(shù)的需要日益提高。為了應(yīng)對這種需要的要求，必須使要通過精密加壓成形制作的光學(xué)元件的體積與預(yù)成形體的體積精密一致，即必須進(jìn)一步提高預(yù)成形體的質(zhì)量精度。由于上述的理由等，正尋求高質(zhì)量精度的精密加壓成形用的預(yù)成形體。
可是，在上述一的方法中，準(zhǔn)備多個成形模，順次搬運(yùn)到流出管的下方，一個接一個接受熔融玻璃進(jìn)行成形時，必須使熔融玻璃保持一定的流出速度，并精密地控制從熔融玻璃流分離1個預(yù)成形體部分的熔融玻璃塊的時機(jī)。因此，從接受熔融玻璃流的先端到分離熔融玻璃塊為止，全部的成形模必須是同一動作。具體地說，在作業(yè)期間對于全部多個成形模來說，必須將位置變動和高度的變動控制在一個極低值的水平，裝置的調(diào)整極困難。
另外，在上述二的方法中，準(zhǔn)備多個成形模，在順次搬運(yùn)到流出管的下方，一個接一個接受熔融玻璃進(jìn)行成形的情況下，由于在成形模上使玻璃上浮，向上噴出的氣體吹向流出管。特別是，在成形模的中心滴下熔融玻璃時，在流出管的正下面來自氣體噴出口的氣體直擊流出管。在這種情況下，流出管的溫度發(fā)生變化，要滴下的熔融玻璃的行動不穩(wěn)定，存在難以得到高質(zhì)量精度的玻璃成形體的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，提供高品質(zhì)且高質(zhì)量精度的玻璃成形體的制備方法，和制備高品質(zhì)且高質(zhì)量精度的玻璃成形體，并將前述的玻璃成形體進(jìn)行加熱、精密加壓成形來制備光學(xué)元件的方法。
在本申請中，本發(fā)明人為達(dá)到上述的目的進(jìn)行深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，并非通過使用各成形模進(jìn)行熔融玻璃塊的分離，而是從成形模上分離出進(jìn)行熔融玻璃塊分離的功能，使其支持在支持體上，因此從成形模吹出的氣體被支持體遮蔽，在流出管的先端部不接觸氣體，由此達(dá)到了上述的目的。另外，不防礙熔融玻璃滴的滴下，而且通過使成形模噴出的氣體與流出管避開，達(dá)到了上述的目的?；谏鲜龅陌l(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
即本發(fā)明提供(1)玻璃成形體的制備方法(下文稱玻璃成形體的制備方法1)，其特征是在從流出管流下的熔融玻璃流的先端分離出預(yù)定量的熔融玻璃塊并成形的玻璃成形體的制備方法中，通過在流出管的下方配置的熔融玻璃支持體，接受并直接支持熔融玻璃流的先端，將前述的熔融玻璃支持體向垂直下方下降，從熔融玻璃流的先端分離預(yù)定量的玻璃熔融塊，通過拆除前述的支持，用成形模接受沿垂直下方落下的熔融玻璃塊，并進(jìn)行成形。
(2)上述(1)記載的玻璃成形體的制備方法，其中使用熔融玻璃支持體，從按一定流量連續(xù)流下的熔融玻璃流，按一定的時間間隔分離前述的熔融玻璃塊，得到的熔融玻璃塊依次分配在多個成形模中。
(3)上述(1)記載的玻璃成形體的制備方法，其中，熔融玻璃支持體，用相互離間和緊貼的多個分裂構(gòu)件構(gòu)成，前述分裂構(gòu)件處于緊貼狀態(tài)的情況下，在前述分裂構(gòu)件彼此緊貼的邊界部分接受并支持熔融玻璃流的先端，通過使前述分裂構(gòu)件的相互離間，使熔融玻璃塊向垂直下方落下。
(4)上述(3)記載的玻璃成形體的制備方法，其中，在熔融玻璃塊落下后，立即使分裂構(gòu)件相互緊貼，在成形模上，對熔融玻璃塊施加風(fēng)壓，一邊使其浮上，一邊成形玻璃成形體。
(5)上述(1)記載的玻璃成形體的制備方法，其中在成形模的中心使熔融玻璃塊落下來。
(6)上述(1)記載的玻璃成形體的制備方法，其中，一邊冷卻熔融玻璃支持體，一邊進(jìn)行熔融玻璃塊的分離和玻璃成形體的成形。
(7)上述(1)記載的玻璃成形體的制備方法，其中使粘度為0.5-50d Pa·s的熔融玻璃流下。
(8)上述(1)記載的玻璃成形體的制備方法，使用含五氧化二鈮的磷酸鹽玻璃、含二氧化鈦的磷酸鹽玻璃、含氧化鋇的磷酸鹽玻璃、含氧化鋰的磷酸鹽玻璃、含氧化鈉的磷酸鹽玻璃、含氧化鉀的磷酸鹽玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭的玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭及三氧化鎢的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅及氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅、二氧化鈦和三氧化鎢的玻璃、含二氧化硅、堿金屬氧化物和氟的玻璃、含堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的氟磷酸鹽玻璃、含堿金屬氧化物和氧化鋅的氟磷酸鹽玻璃的任一種。
(9)上述(1)記載的玻璃成形體的制備方法，其中，玻璃成形體是精密加壓成形用的預(yù)成形體。
(10)光學(xué)元件的制備方法(下文稱光學(xué)元件的制備方法1)，其特征是在具備對玻璃制預(yù)成形體進(jìn)行加熱、軟化、精密加壓成形的步驟的光學(xué)元件的制備方法中，前述預(yù)成形體是通過上述(9)記載的制備方法制備。
(11)上述(10)記載的光學(xué)元件制備方法，其中光學(xué)元件的所有面是通過精密加壓成形形成。
(12)上述(10)記載的光學(xué)元件的制備方法，其中將預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，加壓成形模和前述的預(yù)成形體一起加熱，進(jìn)行精密加壓成形。
(13)上述(10)記載的光學(xué)元件的制備方法，其中將預(yù)熱到比加壓成形模的溫度高的溫度的預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，進(jìn)行精密加壓成形。
(14)玻璃成形體的制備方法(下文稱玻璃成形體的制備方法2)，其特征是在從流出管滴下熔融玻璃滴，用噴出氣體的成形模接受，一邊使其浮上一邊成形的玻璃成形體的制備方法中，以橫切熔融玻璃滴的滴下路徑的方式設(shè)置遮蔽體，使流出管避開從前述成形模噴出的氣體，在熔融玻璃滴滴下的同時，從前述滴下路徑取出前述遮蔽體。
(15)上述(14)記載的玻璃成形體的制備方法，其中，按如下方式設(shè)置遮蔽體，用多個分裂構(gòu)件構(gòu)成遮蔽體，使前述的分裂構(gòu)件彼此緊貼而使流出管避開噴出的氣體，在熔融玻璃滴滴下的同時，前述的分裂構(gòu)件相互離間，以使熔融玻璃滴在離間的分裂構(gòu)件之間下落。
(16)玻璃成形體的制備方法(下文稱玻璃成形體的制備方法3)，其特征是在從流出管滴下熔融玻璃滴，用噴出氣體的成形模接受，一邊使其浮上一邊成形的玻璃成形體的制備方法中，以橫切熔融玻璃滴的滴下路徑的方式設(shè)置支持體，使流出管避開前述成形模噴出的氣體，直接接受滴下的熔融玻璃滴后，取出前述的支持體，用成形模接受沿垂直下方落下的熔融玻璃塊，并進(jìn)行成形。
(17)上述(16)記載的玻璃成形體的制備方法，其中，按如下方式設(shè)置支持體，用多個分裂構(gòu)件構(gòu)成支持體，前述分裂構(gòu)件彼此緊貼，使流出管避開噴出的氣體，在前述分裂構(gòu)件彼此緊貼的位置直接接受滴下的熔融玻璃滴后，前述的分裂構(gòu)件相互離間，使前述的熔融玻璃滴在離間的分裂構(gòu)件之間落下。
(18)上述(14)或(16)記載的玻璃成形體的制備方法，其中，熔融玻璃滴滴下在成形模的設(shè)置有氣體噴出口的成形部。
(19)上述(14)或(16)記載的玻璃成形體的制備方法，使用含五氧化二鈮的磷酸鹽玻璃、含二氧化鈦的磷酸鹽玻璃、含氧化鋇的磷酸鹽玻璃、含氧化鋰的磷酸鹽玻璃、含氧化鈉的磷酸鹽玻璃、含氧化鉀的磷酸鹽玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭的玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭及三氧化鎢的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅及氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅、二氧化鈦和三氧化鎢的玻璃、含二氧化硅、堿金屬氧化物和氟的玻璃、含堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的氟磷酸鹽玻璃、含堿金屬氧化物和氧化鋅的氟磷酸鹽玻璃的任一種。
(20)上述(14)或(16)記載的玻璃成形體的制備方法，其中使粘度為0.5-50d Pa·s的熔融玻璃流下。
(21)上述(14)或(16)記載的玻璃成形體的制備方法，其中玻璃成形體是精密加壓成形用的預(yù)成形體。
(22)光學(xué)元件的制備方法(下文稱光學(xué)元件制備方法2)，其特征是在具備對玻璃制預(yù)成形體進(jìn)行加熱、軟化、精密加壓成形步驟的光學(xué)元件的制備方法中，前述預(yù)成形體是通過權(quán)利要求21記載的制備方法制備。
(23)上述(22)記載的光學(xué)元件的制備方法，其中光學(xué)元件的所有面是通過精密加壓成形形成。
(24)上述(22)記載的光學(xué)元件制備方法，其中將預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，加壓成形模和前述的預(yù)成形體一起進(jìn)行加熱，精密加壓成形。和(25)上述(22)記載的光學(xué)元件的制備方法，其中將預(yù)熱到比加壓成形模的溫度高的溫度的預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，進(jìn)行精密加壓成形。
附圖的簡要說明

圖1是實(shí)施例1中的加壓成形用的預(yù)成形體的制備工藝圖；圖2是表示在實(shí)施例2中使用的接受熔融玻璃流的分裂構(gòu)件的形狀的說明圖；圖3是在實(shí)施例4中的加壓成形用的預(yù)成形體的制備工藝圖，和圖4是實(shí)施例5中加壓成形用的預(yù)成形體的制備工藝圖。
發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案首先，說明關(guān)于本發(fā)明的玻璃成形體的制備方法1的實(shí)施方案。
首先，準(zhǔn)備清澄而均質(zhì)化的熔融玻璃，從經(jīng)控制溫度的例如鉑合金制的流出管按一定流出速度連續(xù)流下熔融玻璃。而且，對在流出管的下方待機(jī)的熔融玻璃支持體的上面流下的熔融玻璃體的先端進(jìn)行接受并直接支持。即，以熔融玻璃流的先端與熔融玻璃支持體相觸的狀態(tài)進(jìn)行上述支持。熔融玻璃支持體是由多個分裂構(gòu)件構(gòu)成，各分裂構(gòu)件優(yōu)選具備相互離間和緊貼的功能。接受熔融玻璃流的先端時，各分裂構(gòu)件彼此緊貼，在分裂構(gòu)件的邊界部分，接受并支持熔融玻璃的先端為好。在這種狀態(tài)下，由于前述支持體與熔融玻璃流的先端直接接觸，因此即使是流出時粘度低的玻璃，熔融玻璃流的先端的粘度也上升，不會侵入到各分裂構(gòu)件之間。另外，由于與分裂構(gòu)件的接觸熔融玻璃塊的粘度上升，因此可有效地防止熔融玻璃塊在下面說明的成形模中移動時易發(fā)生的玻璃折入。為了防止分裂構(gòu)件與熔融玻璃的熔融粘著并易得到上述的效果，優(yōu)選進(jìn)行冷卻。冷卻方法可列舉水冷卻分裂構(gòu)件的方法、空氣冷卻分裂構(gòu)件的方法、使分裂構(gòu)件表面形成黑色以提高輻射率的方法或上述方法的組合等。水冷或空冷分裂構(gòu)件的情況下，在分裂構(gòu)件內(nèi)部設(shè)置流路，可以在其中流動冷卻水或冷卻空氣。另外，熔融玻璃支持體的材料可列舉耐熱性的金屬、碳、陶瓷等。其中從耐熱性、熱傳導(dǎo)性考慮，優(yōu)選耐熱性的不銹鋼。
接受并支持熔融玻璃流的先端后，使熔融玻璃支持體沿垂直下方下降，分離預(yù)定量的熔融玻璃塊。為了使熔融玻璃塊的量一定，以接受熔融玻璃流先端的位置和熔融玻璃支持體的下降條件一定、降下周期一定為好。前述的降下速度希望比熔融玻璃流的流出速度大。熔融玻璃支持體沿垂直下方降下則熔融玻璃流的先端與流出管側(cè)之間生成中間細(xì)的部分，進(jìn)一步通過持續(xù)降下使得中間細(xì)的部分變大，分離先端，在熔融玻璃支持體上得到預(yù)定量的熔融玻璃塊。此后，分裂構(gòu)件相互離間，從離間的分裂構(gòu)件之間熔融玻璃塊沿垂直下方落下。
也可以在玻璃流的分離結(jié)束前，離間分裂構(gòu)件，使熔融的玻璃塊落下。但是，對于粘性大的玻璃，由于玻璃的切斷速度變大，所以在切斷部分有引起成形不良的危險性。
分裂構(gòu)件的數(shù)量沒有特別限制，也可以數(shù)個，但是，從上述一連串的動作可靠且容易進(jìn)行的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選用2個分裂構(gòu)件構(gòu)成熔融玻璃支持體。此時，使分裂構(gòu)件處于緊貼狀態(tài)的分裂構(gòu)件的邊界成直線，這從兩構(gòu)件的緊貼上考慮是優(yōu)選的。另外，使2個分裂構(gòu)件的上面形成平面，前述2個上面形成90°-180°的角度，相對于通過2個分裂構(gòu)件的邊界的假想平面，希望上述2個面對稱。通過使用這樣的熔融玻璃支持體，熔融玻璃流的先端可穩(wěn)定地支持，分裂構(gòu)件離間時，熔融玻璃塊可沿垂直下方落下。
而且，在前述的降下前，使熔融玻璃支持體以比熔融玻璃流的流出速度小的速度沿垂直下方降下也可以。通過這樣的操作，流出管先端被埋在熔融玻璃池中，可防止產(chǎn)生玻璃表面線道(波筋)。
成形模在熔融玻璃支持體下方待機(jī)，收取自然落下的熔融玻璃塊。熔融玻璃從流出管流出，直到落到成形模中，始終沿垂直下方路徑落下。因此，可將施加于熔融玻璃流、熔融玻璃塊上的外力的水平方向成分減至極小，可防止玻璃成形體發(fā)生折入等的缺陷。
在接受熔融玻璃塊并形成玻璃成形體的成形模的底部，設(shè)置氣體噴出口，從這里噴出對成形模上的玻璃(統(tǒng)稱熔融玻璃塊和玻璃成形體)施加向上的風(fēng)壓并使之浮上的氣體，在使玻璃浮上的同時進(jìn)行成形。而且，前述氣體(下文稱浮上氣體)吹向流出管，管或流下的熔融玻璃流的溫度就降低，由于會使熔融玻璃流的流下不穩(wěn)定，所以在使熔融玻璃塊落下后，希望分裂構(gòu)件立即相互緊貼以遮蔽浮上氣體。而且，浮上氣體可列舉空氣、惰性氣體、二氧化碳?xì)怏w等。
另外，氣體噴出口可以是選擇開有多個細(xì)孔的，也可以是1個細(xì)孔。從被選擇開口的多個細(xì)孔噴出氣體的方法，因?yàn)閷θ廴诓ＡK在寬的范圍施加向上的風(fēng)壓，所以在具有1根旋轉(zhuǎn)對稱軸且包含前述旋轉(zhuǎn)對稱軸的截面輪廓向外側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)體成形玻璃的情況下是適宜的。此時，優(yōu)選在成形模的凹部，以相對凹部的中心成對稱的方式設(shè)置多個細(xì)孔。
另一方面，通過在成形模的凹部的中心設(shè)置1個細(xì)孔而噴出氣體，在成形模的凹部內(nèi)，可一邊旋轉(zhuǎn)玻璃一邊進(jìn)行成形。這種方法在形成球狀玻璃成形體的情況下適用。
成形模的材料，可使用不銹鋼等耐熱性金屬、碳等。另外，在成形模中移動的熔融玻璃塊比流出時的溫度低，但是，仍然是高溫，存在熔融粘著的危險。因此優(yōu)選控制成形模的溫度在300℃或以下，從而可確實(shí)地防止熔融粘著。另外，為防止熔融粘著，希望在成形模與熔融玻璃塊的接觸面上設(shè)置金剛石樣的碳膜等膜。
另外，在熔融玻璃支持體與熔融玻璃的接觸面上，為防止熔融粘著也希望設(shè)置金剛石樣的碳膜等膜。而且，上述的面希望加工成鏡面。在離間熔融玻璃支持體而使熔融玻璃塊落下時，在分裂構(gòu)件的表面發(fā)生玻璃的熔融粘著，熔融玻璃的滑動性差時，作用在熔融玻璃塊的外力的水平方向分力增大，增加玻璃成形體發(fā)生折入等缺陷的危險性。而且，為防止熔融粘著和提高滑動性的目的，在分裂構(gòu)件表面涂布金剛石樣的碳，冷卻分裂構(gòu)件，研磨分裂構(gòu)件的表面是特別優(yōu)選的。
另外，從更確實(shí)防止玻璃折入方面考慮，優(yōu)選在成形模的中心落下熔融玻璃塊，上述的方法變成了要點(diǎn)。
為了一個接一個地接受分離落下的玻璃塊，將多個成形模順次移送到熔融玻璃支持體的下方。具體地說，可以在轉(zhuǎn)盤上等間隔地配置多個成形模，熔融玻璃塊落下時，使空的成形模待機(jī)。這樣，將熔融玻璃塊分配在多個成形模中，形成玻璃成形體。
成形的玻璃成形體在成形模上冷卻至不因外力而變形的溫度再取出，慢慢地冷卻。
上述方法在易發(fā)生折入的低流出粘度的玻璃成形中也適宜，從流下時的粘度為0.5-50dPa·s的熔融玻璃可形成質(zhì)量精度高、高品質(zhì)的玻璃成形體。
得到的玻璃成形體的形狀可列舉球狀的、具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸且包含前述旋轉(zhuǎn)對稱軸的截面上的輪廓向外側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)體等。
另外，通過制造由光學(xué)玻璃制成的玻璃成形體，可制作球形透鏡或光學(xué)元件精密加壓成形用的預(yù)成形體。
下面，說明上述玻璃成形體的成形適用的玻璃材料。上述方法已經(jīng)說明了適用于流下時的粘度為0.5-50dPa·s范圍的材料，但是，為防止在流出和成形時玻璃失透，流下時的熔融玻璃的溫度必須高于液相溫度。玻璃成形體本身作為光學(xué)元件使用時或者玻璃成形體作為精密加壓成形用預(yù)成形體而通過使用這種預(yù)成形體進(jìn)行精密加壓成形制備光學(xué)元件時，在保持一定的分散的同時，可獲得比以往具有更高折射率的玻璃材料。這種光學(xué)玻璃從防止失透上考慮，流下時的粘度多在0.5-50dPa·s范圍。這種光學(xué)玻璃，例如有含五氧化二鈮的磷酸鹽玻璃、含二氧化鈦的磷酸鹽玻璃、含氧化鋇的磷酸鹽玻璃、含堿金屬氧化物的磷酸鹽玻璃、含堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的磷酸鹽玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭的玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭及堿金屬氧化物的玻璃、含三氧化二硼、三氧化二鑭和三氧化鎢的玻璃、含三氧化二硼、三氧化二鑭和五氧化二鈮的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅和氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼和氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅、二氧化鈦和三氧化鎢的玻璃、含二氧化硅、堿金屬氧化物和氟的玻璃、含堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的氟磷酸鹽玻璃、含堿金屬氧化物和氧化鋅的氟磷酸鹽玻璃等。
上述玻璃成形體的制備方法，相對于目的玻璃成形體的質(zhì)量而言，可使實(shí)際制備的玻璃成形體的質(zhì)量在±1％的范圍內(nèi)。另外，可大量生產(chǎn)沒有折入、泡、波筋、損傷、失透等缺陷的玻璃成形體。而且，從玻璃成形體作為光學(xué)元件或精密加壓成形用的預(yù)成形體使用上考慮，優(yōu)選表面滑動性優(yōu)良的，優(yōu)選所有面由自由表面構(gòu)成的玻璃成形體。
制備精密加壓成形用預(yù)成形體的情況下，對從熔融玻璃成形、慢慢冷卻得到的預(yù)成形體，根據(jù)需要，進(jìn)行洗凈和干燥處理。另外，形成具有離模作用或玻璃在加壓成形模的表面易分散的潤滑作用的膜也可以。
下面說明光學(xué)元件的制備方法1。本發(fā)明光學(xué)元件的制備方法1的特征是在具備加熱、軟化和精密加壓成形玻璃制預(yù)成形體的步驟的光學(xué)元件的制備方法中，通過上述玻璃成形體的制備方法1制備前述的預(yù)成形體。上述的光學(xué)元件，可列舉透鏡、棱鏡、帶透鏡的棱鏡、衍射晶格、多棱鏡等。另外，透鏡可列舉球面透鏡、非球面透鏡、微透鏡、拾波透鏡、透鏡陣列等。折射、反射和衍射光學(xué)元件的光的面，即賦予光學(xué)元件光學(xué)功能的面被稱為光學(xué)功能面，而通過加壓成形形成光學(xué)功能面的加壓成形，被稱為精密加壓成形。這種精密加壓成形被稱為模制光學(xué)(モ一ルドオブテイクス)成形。
通過使用質(zhì)量精度高的預(yù)成形體，光學(xué)元件的所有面可通過精密加壓成形形成。通過精密加壓成形形成光學(xué)元件的所有面，沒有必要對精密加壓成形品施加研削、研磨等機(jī)械加工。在透鏡的光學(xué)功能面周圍的非光學(xué)功能面(稱透鏡周邊部分)有使用固定座固定透鏡的情況。使用這種透鏡的周邊部分作為決定固定在座上時的位置基準(zhǔn)，透鏡的光軸與透鏡周邊部分的相對位置關(guān)系和角度必須以所定的關(guān)系精確地形成。如果用精密加壓成形同時形成光學(xué)功能面與透鏡周邊部分，那么有可能在加壓成形的同時賦予決定上述透鏡位置的基準(zhǔn)的功能。
另外，在通過精密加壓成形形成光學(xué)元件的所有面的情況下，使用的精密加壓成形用預(yù)成體的質(zhì)量精度希望在目標(biāo)值的±1％以內(nèi)。
下面，說明精密加壓成形的方案。
第1方案是將預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，加壓成形模與前述的預(yù)成形體一起進(jìn)行加熱，從而精密加壓成形的方法。在該方法中，使優(yōu)選加壓成形模的溫度、預(yù)成形體的溫度，均為構(gòu)成預(yù)成形體的玻璃顯示108-1012dPa·s粘度的溫度。而且優(yōu)選，冷卻到上述玻璃顯示1012dPa·s或以上粘度的溫度為止，然后從加壓成形模中取出，更優(yōu)選冷卻到上述玻璃顯示超過1014dPa·s以上粘度的溫度為止，然后從加壓成形模中取出，更進(jìn)一步優(yōu)選冷卻到上述玻璃顯示1016dPa·s或以上粘度的溫度為止，然后從加壓成形模中取出。
第2方案是將予熱到比加壓成形模的溫度高的溫度下的預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模并進(jìn)行精密加壓成形的方法。在該方案中，加壓成形后，優(yōu)選構(gòu)成預(yù)成形體的玻璃的粘度高于1012dPa·s之后進(jìn)行離模。
另外，優(yōu)選在使預(yù)成形體浮上的同時進(jìn)行預(yù)熱，更優(yōu)選預(yù)熱直到上述玻璃顯示105.5-109dPa·s粘度的溫度為止。另外，優(yōu)選在加壓開始同時或加壓途中開始玻璃的冷卻。
上述預(yù)成形體的預(yù)熱，優(yōu)選使預(yù)熱溫度為玻璃顯示109dPa·s或以下粘度的溫度，更優(yōu)選使預(yù)熱溫度為玻璃顯示1055-109dPa·s粘度范圍的溫度。而且，加壓成形模的溫度優(yōu)選上述玻璃顯示高于109dPa·s且低于或等于1012dPa·s粘度的溫度。
在上述第1方案和第2方案的任一方案中，使用SiC制、超硬合金制、耐熱性金屬制等的模具材料，根據(jù)需要，可以使用在成形面上設(shè)置碳膜、貴金屬膜等離型膜的加壓成形模，可以在氮?dú)?、氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w、惰性氣體等的氣氛中進(jìn)行加壓成形。經(jīng)加壓成形的光學(xué)元件慢慢冷卻后，根據(jù)需要，設(shè)置防反射膜等的光學(xué)膜也可以。
如果按上述本發(fā)明的光學(xué)元件制備方法1，由于使用高品質(zhì)的精密加壓成形用的預(yù)成形體，所以可制備沒有表面缺陷和內(nèi)部缺陷的優(yōu)良的光學(xué)元件。而且，由于預(yù)成形體的質(zhì)量精度高，所以對光學(xué)功能面以外的面可不施加機(jī)械加工制作光學(xué)元件。
下面，說明本發(fā)明關(guān)于玻璃成形體的制備方法2的實(shí)施方案首先，準(zhǔn)備清澄、均質(zhì)化的熔融玻璃，從經(jīng)控制溫度的例如鉑合金制的流出管以一定流出速度流出熔融玻璃。而且熔融玻璃滴滴下到在流出管下方待機(jī)的成形模的設(shè)置有氣體噴出口的成形部上。準(zhǔn)備多個成形模，在流出管下方的接受熔融玻璃滴的位置(稱為滴下位置)接受熔融玻璃滴后從滴下位置搬出，將空的成形模搬送到滴下位置。如上所述順次將多個成形模搬送到滴下位置，一個接一個地接受滴下的玻璃滴。通過從氣體噴出口向上噴出氣體(浮上氣體)，對在成形模上的熔融玻璃滴施加向上的風(fēng)壓，一邊使其浮上一邊進(jìn)行成形體的成形。從成形模取出固化的玻璃成形體，該成形模再次返回滴下位置。
如上所述循環(huán)使用多個成形模，但是，由于從氣體噴出口噴出浮上氣體，所以成形模來到滴下位置后，浮上氣體就會吹向流出管，使得流出條件和滴下條件都不穩(wěn)定。
在此，具體說明流出條件變得不穩(wěn)定的含義。如果浮上氣體吹到流出管的先端，使流出管先端被氣體冷卻，因此流出管的溫度發(fā)生變化，玻璃的流出量也發(fā)生變化。但是，滴下質(zhì)量在玻璃流出量的變化幅度小的情況下沒有大的改變(理由后述)。另一方面，流出管先端的溫度一旦降低，在流出口有時會析出熔融玻璃的結(jié)晶，此時，滴下質(zhì)量增大，玻璃成形體上產(chǎn)生波筋。由于前述的玻璃組成通常在流出溫度區(qū)域易結(jié)晶化，因?yàn)榱鞒龉芟榷说臏囟冉档褪且粋€大問題。
下面，具體說明滴下條件變得不穩(wěn)定的含義。液滴的質(zhì)量，如下述式(1)所示，由流出口的外徑(D)、玻璃的表面張力(γ)和重力加速度(g)決定。
液滴質(zhì)量＝πDγ/g (1)嚴(yán)格地說，玻璃流量越多液滴質(zhì)量就越重，但是在流量變化小的情況下，不成為液滴質(zhì)量的變動因素，可忽略其影響。另一方面，由于γ依存于溫度，如果溫度變化大，則成為液滴質(zhì)量變化的原因。在地球上g是一定值，但是，由于浮上氣體附著在液滴先端形成將液滴托起的力，從表面上看，受到與g變小相同的影響。也就是說，如果從液滴的下方附著浮上氣體，液滴的質(zhì)量變重。但是，由于浮上氣體的流動紊亂，托起液滴的力不一定，所以與遮蔽浮上氣體的情況相比，液滴質(zhì)量容易改變。
在本發(fā)明的制備方法2中，由于浮上氣不吹向流出管，在流出管與成形模之間設(shè)置遮蔽體，使流出管避開浮上氣體。為了使前述的遮蔽充分，遮蔽體設(shè)置在橫切熔融玻璃滴的滴下路徑上，在滴下的同期從滴下路徑取出遮蔽體。具體地說，按如下方式設(shè)置遮蔽體，遮蔽體由多個分裂構(gòu)件構(gòu)成，前述的分裂構(gòu)件彼此之間緊貼，使噴出氣體避開流出管，在熔融玻璃滴滴下的同期，前述分裂構(gòu)件相互離間，設(shè)置遮蔽體，使熔融玻璃滴在離間的分裂構(gòu)件之間落下。為了確實(shí)且容易地進(jìn)行上述操作，優(yōu)選由2個分裂構(gòu)件構(gòu)成遮蔽體。
通過使浮上氣避開流出管，可以使熔融玻璃的流出條件、熔融玻璃滴的滴下條件穩(wěn)定，可提高玻璃成形體的質(zhì)量精度。而且，希望以目標(biāo)質(zhì)量的±1％以內(nèi)作為前述質(zhì)量精度。
下面說明關(guān)于玻璃成形體的制備方法3的實(shí)施方案。在該方法中，就通過流出管滴下熔融玻璃滴，用噴出氣體的成形模接受，一邊浮上一邊成形的玻璃成形體的制備方法而言，與玻璃成形體的制備方法2相同。設(shè)置橫切熔融玻璃滴的滴下路徑的支持體，使流出管避開前述成形模噴出的氣體，同時，滴下的熔融玻璃滴用前述支持體直接接受后，通過取出前述的支持體，用成形模接受沿垂直下方落下的熔融玻璃塊，并進(jìn)行成形。上述的支持體具有在玻璃成形體的制備方法2中的遮蔽體的功能，也執(zhí)行直接接受并支持滴下的熔融玻璃滴的功能。
另外，由于與構(gòu)成上述支持體的分裂構(gòu)件接觸而使熔融玻璃塊的粘性上升，所以熔融玻璃塊在下面說明的成形模中移動時，也可能有效防止易發(fā)生的玻璃折入。為了在防止分裂構(gòu)件與熔融玻璃熔融粘著的同時容易獲得上述效果，優(yōu)選進(jìn)行冷卻。冷卻方法可列舉水冷卻分裂構(gòu)件的方法、空氣冷卻分裂構(gòu)件的方法、使分裂構(gòu)件表面成黑色的提高輻射率的方法以及前述方法的組合等。分裂構(gòu)件用水冷或空冷時，可以在分裂構(gòu)件內(nèi)部設(shè)置流路，在其中流過冷卻水或冷卻氣體。另外，作為熔融玻璃支持體，可列舉耐熱性金屬、碳、陶瓷等。其中，從耐熱性和熱傳導(dǎo)性考慮，優(yōu)選耐熱性不銹鋼。
在玻璃成形體的制備方法2和3中，構(gòu)成遮蔽體或支持體的分裂構(gòu)件數(shù)沒有特別限制，也可以是數(shù)個，但是，從使上述一連串的操作確實(shí)且容易進(jìn)行的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選用2個分裂構(gòu)件構(gòu)成。此時，從使兩個構(gòu)件緊貼的方面考慮，優(yōu)選分裂構(gòu)件處于緊貼狀態(tài)的分裂構(gòu)件的邊界成直線。另外，在使2個分裂構(gòu)件的上面形成平面的同時，希望前述2個上面成90°-180°角度，相對于通過2個分裂構(gòu)件的邊界的假想平面，希望上述的2個面成對稱狀態(tài)。在玻璃成形體的制備方法3中，使用這樣的分裂構(gòu)件特別有效，熔融玻璃滴可穩(wěn)定支持，同時，分裂構(gòu)件離間時，熔融玻璃滴可沿垂直下方落下。
在玻璃成形體的制備方法2中，優(yōu)選從流出管將熔融玻璃滴滴下到在成形模的設(shè)置有氣體噴出口的成形部，在玻璃成形體的制備方法3中，優(yōu)選將用支持體接受的熔融玻璃滴滴下到在成形模的設(shè)置有氣體噴出口的成形部。而且，在玻璃成形體的制備方法2和3中，滴下或落下到流出管至成形模之間的玻璃有時發(fā)生固化，但是，在這樣的情況下，將滴下或落下的玻璃也稱為熔融玻璃滴。
而且，浮上氣體可列舉空氣、惰性氣體、二氧化碳等。通過浮上氣體，玻璃可一邊旋轉(zhuǎn)浮上，一邊成形成球狀。
在玻璃成形體的制備方法2和3中使用的成型模的材質(zhì)，可使用不銹鋼等耐熱性金屬、碳、陶瓷等。另外，被轉(zhuǎn)移到成形模中的熔融玻璃塊雖然比流出時的溫度低，但是仍然是高溫，存在熔融粘著的危險。因此，將成形模的溫度優(yōu)選控制在300℃或以下，可確實(shí)防止熔融粘著。另外，為防止熔融粘著，在成形模的表面希望設(shè)置金剛石樣的碳膜等的膜。再者，希望將上述面加工成鏡面。
成形模的移送，可以在旋轉(zhuǎn)臺上按等間隔配置多個成形模，熔融玻璃滴的滴下時，空的成形模在滴下位置待機(jī)。這樣，熔融玻璃滴分配在多個成形模中，形成玻璃成形體。
上述方法2和3，通過改變?nèi)廴诓ＡУ牧鞒鰲l件和熔融玻璃滴的滴下條件，也適宜于質(zhì)量精度和品質(zhì)易降低的玻璃的成形，流下時的粘度優(yōu)選為0.5-50dPa·s。
得到的玻璃成形體的形狀可列舉球狀、具有一旋轉(zhuǎn)對稱軸且包含前述對稱軸的截面上的輪廓向外側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)體等。
另外，通過制備玻璃成形體制成的光學(xué)玻璃，可制作球形透鏡或光學(xué)元件精密加壓成形用的預(yù)成形體。
下面說明上述玻璃成形體的成形(制備方法2和3)適用的玻璃材料。對上述方法適合于流下時的粘度在0.5-50dPa·s的范圍的情況已經(jīng)進(jìn)行了說明，但是，為防止流出成形時的玻璃失透，流下時的熔融玻璃溫度比液相溫度高是重要的。玻璃成形體本身作為光學(xué)元件使用時或者玻璃成形體作為精密加壓成形用的預(yù)成形體而使用這種預(yù)成形體通過精密加壓成形制備光學(xué)元件時，需要在保持分散的同時具有比以往高的折射率的玻璃材料。這樣的光學(xué)玻璃從防止失透角度考慮，流下時的粘度多在0.5-50dPa·s的范圍。這樣的光學(xué)材料，例如有含五氧化二鈮的磷酸鹽玻璃、含二氧化鈦的磷酸鹽玻璃、含氧化鋇的磷酸鹽玻璃、含氧化鋰的磷酸鹽玻璃、含氧化鈉的磷酸鹽玻璃、含氧化鉀的磷酸鹽玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭的玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭及三氧化鎢的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅及氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅、二氧化鈦和三氧化鎢的玻璃、含二氧化硅、堿金屬氧化物和氟的玻璃、含堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的氟磷酸鹽玻璃、含堿金屬氧化物和氧化鋅的氟磷酸鹽玻璃等。
用這樣的流下時粘度低的玻璃材料形成精密加壓成形用的預(yù)成形體時，易發(fā)生下述的問題。例如，成形成球狀的預(yù)成形體時，如后述的圖3所示，在具有輥狀穴的成形模中插入熔融玻璃進(jìn)行球狀化。熔融玻璃插入時，如果在模中央插入熔融玻璃，由于經(jīng)吹升的氣流支持而著地，所以熔融玻璃折入而產(chǎn)生泡或波筋的危險降低。但是，以位于輥狀穴的入口或壁處的狀態(tài)使熔融玻璃落下時，由于壁與玻璃的磨擦阻力或與壁的瞬間粘著，存在熔融玻璃被拉伸的情況。在這種情況下，直到著地以前易發(fā)生玻璃折入、產(chǎn)生泡或波筋。這個問題，是流下時粘度低的玻璃材料特有的問題，粘度高于50dPa·s的玻璃幾乎沒有這一問題。因此，在本發(fā)明中，成形模配置在流出口的正下方，防止熔融玻璃插入模時的折入或泡的發(fā)生。但是，如前所述，如果從成形模出來的浮上氣體附著在流出口，會發(fā)生質(zhì)量變化或玻璃質(zhì)量降低等的問題，直至考慮到本發(fā)明。如制備方法2所述，僅遮蔽從成形模出來的浮上氣體的目的用的遮蔽體，希望制成薄板狀，并使熔融玻璃落下的距離盡可能小。遮蔽板的材料，考慮與熔融玻璃接觸的情況，可以使用耐熱性金屬等。另外，為了與滴下同期以高速進(jìn)行遮蔽或除去，所以希望移動距離小的分裂構(gòu)件。
另一方面，滴下的熔融玻璃滴用支持體接受并支持，冷卻到某程度后，取出前述支持體，熔融玻璃塊落入垂直下方的成形模進(jìn)行成形的方法(制備方法3)具有下述的優(yōu)點(diǎn)。流下時的粘度極低的玻璃材料直接插入吹出氣體的成形模的情況下，即使插入模中央也有發(fā)生折入、泡或波筋的情況。特別是在球狀的預(yù)成形體成形的情況下，由于熔融玻璃必須在成形模內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，存在發(fā)生折入或波筋或泡的可能性。因此，在成形模中球狀化前，即使使熔融玻璃的粘性少量增大也很重要。在本發(fā)明中，熔融玻璃插入成形模前保持在支持體上，通過從接觸面導(dǎo)出熔融玻璃的熱量，熔融玻璃得到了冷卻。冷卻的方法也可考慮其它的，但例如在吹氣的方法中，有冷卻流出口的危險。另外，使用由多孔質(zhì)材料制成的支持體，用從多孔質(zhì)材料吹出的氣體以與熔融玻璃成非接觸狀態(tài)支持冷卻的方法也可考慮。但是，除有用氣體冷卻流出口的危險性外，由于是非接觸狀態(tài)，冷卻速度小，因此必須減緩滴下的間隔，存在生產(chǎn)率降低的問題。即，從熔融玻璃在短時間間隔確實(shí)粘度增大，并且不可能將流出口冷卻這一理由考慮，本方法是適宜的。另外，如前所述，熔融玻璃落下插入成形模時，希望盡可能模中央以遲緩的速度即自然落下。為實(shí)現(xiàn)這樣的條件，在本發(fā)明中，由多個分裂構(gòu)件構(gòu)成支持體，前述的分裂構(gòu)件彼此之間緊貼，在緊貼部接受熔融玻璃，分裂構(gòu)件相互離間，在離間的分裂構(gòu)件之間熔融玻璃落下的方法。在本方法中，除液滴的落下距離可小外，還可以使熔融玻璃自然落下，通過以下說明的方法，對熔融玻璃不給予沖擊而使其可沿正下方自然落下。
首先，分裂構(gòu)件用具有耐熱性的金屬材料、碳、陶瓷構(gòu)成，并制成薄板狀。與熔融玻璃的接觸部在內(nèi)部用水或氣體流動進(jìn)行冷卻，防止與玻璃的熔融粘著。另外，為穩(wěn)定滴下的熔融玻璃塊的位置，分裂構(gòu)件向緊貼部傾斜，降低支持熔融玻璃的支持位置。面不必須是平面，是曲面也可以。另外，與熔融玻璃的接觸部形成凹部也可以。
另外，分裂構(gòu)件離間時，為減小對熔融玻璃施加的水平方向的力，希望將支持熔融玻璃的面制成研磨面，進(jìn)行具有防止熔融粘著和低磨擦特性的涂覆。
在上述玻璃成形體的制備方法2和3中，相對于目的玻璃成形體的質(zhì)量而言，可將實(shí)際制作的玻璃成形體的質(zhì)量限制在±1％的范圍內(nèi)。另外。對于400毫克或以下小容量的玻璃，可限制在±0.3-0.5％的范圍。另外，也可大量生產(chǎn)沒有波筋、損傷、失透等缺陷的玻璃成形體。而且，從使用玻璃成形體作為光學(xué)元件或精密加壓成形用的預(yù)成形體方面考慮，優(yōu)選表面光滑的，優(yōu)選所有面由自由表面構(gòu)成的成形體。
制備精密加壓成形用的預(yù)成形體時，對從熔融玻璃成形、慢慢冷卻得到的預(yù)成形體，根據(jù)需要，進(jìn)行洗滌和干燥處理。另外，形成具有離模作用和玻璃在加壓成形模表面容易擴(kuò)展的潤滑作用的膜也可以。
下面說明光學(xué)元件的制備方法2。本發(fā)明的光學(xué)元件的制備方法2的特征是，在具備對玻璃制預(yù)成形體進(jìn)行加熱、軟化、精密加壓成形的步驟的光學(xué)元件的制備方法中，前述的預(yù)成形體是按上述方法2和3制備。上述的光學(xué)元件可列舉透鏡、棱鏡、帶透鏡的棱鏡、衍射晶格、多棱鏡等。另外，透鏡，可列舉球面透鏡、非球面透鏡、微透鏡、拾波透鏡、透鏡陣列等。
通過使用質(zhì)量精度高的預(yù)成形體，可通過精密加壓成形形成光學(xué)元件的所有面。通過精密加壓成形形成光學(xué)元件的所有面，從而沒有對精密加壓成形品進(jìn)行研削、研磨等機(jī)械加工的必要。在透鏡的光學(xué)功能面周圍的非光學(xué)功能面(稱為透鏡的周邊部)有使用固定座固定透鏡的情況。為了使用該透鏡的周邊部作為固定座時的位置基準(zhǔn)，透鏡的光軸與透鏡周邊部的相對位置關(guān)系及角度必須精確地形成所定的位置關(guān)系。光學(xué)功能面與透鏡周邊部如果通過精密加壓同時形成，上述透鏡位置決定基準(zhǔn)的功能可以在加壓成形的同時賦予透鏡。
而且，光學(xué)元件的所有面通過精密加壓成形形成時，使用的精密加壓成形用預(yù)成形體的質(zhì)量精度希望在目標(biāo)值的±1％以內(nèi)。
另外，關(guān)于精密加壓成形的方案，按照在前述的光學(xué)元件的制備方法1中進(jìn)行的說明。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的制備方法2，由于使用高品質(zhì)的精密加壓成形用的預(yù)成形體，可制備沒有表面缺陷、內(nèi)部缺陷的優(yōu)良的光學(xué)元件。而且，由于預(yù)成形體的質(zhì)量精度高，可以對光學(xué)功能面以外的面不進(jìn)行機(jī)械加工來制備光學(xué)元件。
根據(jù)本發(fā)明的玻璃成形體的制備方法，可制備高品質(zhì)且高質(zhì)量精度的玻璃成形體。
另外，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的制備方法，可提供高品質(zhì)且完全不需要進(jìn)行研削、研磨加工，并將研削、研磨加工減至最小限度的光學(xué)元件的制備方法。
以下，通過實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但是，本發(fā)明不受這些實(shí)施例的任何限制。
實(shí)施例1對根據(jù)所要得到的最終所要求的折射率、分散、透過率等光學(xué)特性而調(diào)制的原料進(jìn)行加熱熔融，脫泡清澄，攪拌均質(zhì)化，將得到的熔融玻璃從經(jīng)控制溫度的鉑合金噴嘴按一定的流出速度連續(xù)地流下。此時，玻璃的提升量為10千克/日，流出速度為2.5毫米/秒。
流下的熔融玻璃流按圖1所示的制備流程圖成形成加壓成形用的預(yù)成形體。
在本實(shí)施例中使用的熔融玻璃支持體由2個平板狀的分裂構(gòu)件構(gòu)成，接受熔融玻璃流先端的面加工成鏡面，上述分裂構(gòu)件以相互緊貼狀態(tài)構(gòu)成一個平面。在熔融玻璃支持體的內(nèi)部，設(shè)置防止與熔融玻璃熔融粘著用的水路，流過冷卻水進(jìn)行水冷卻。另外，在熔融玻璃支持體的表面上，涂布金剛石樣的碳。
首先，以使分裂構(gòu)件相互緊貼狀態(tài)提升熔融玻璃支持體，移動至接受熔融玻璃流的先端的面和流出管的流出口距4毫米的下方后停止。在該狀態(tài)下，接受熔融玻璃流先端的面保持水平狀態(tài)(前述接受面相對于熔融玻璃流朝向垂直上方的狀態(tài))。接著流下的熔融玻璃流的先端被接受并支持在2個緊貼的分裂構(gòu)件的邊界部分。與此同時，由于支持在熔融玻璃支持體上的熔融玻璃的尺寸增大，前述的支持體以0.5毫米/秒的低速沿垂直方向下降，由此可以防止熔融玻璃向管先端的外周潤濕和熔融玻璃流的中間細(xì)的部分固化。
僅得到所要求質(zhì)量的熔融玻璃塊的熔融玻璃，在前述支持體上積蓄，前述支持體在分裂構(gòu)件緊貼的狀態(tài)下以比熔融玻璃流的流出速度快的10毫米/秒的速度沿垂直下方急劇下降，從由于玻璃的表面張力產(chǎn)生的熔融玻璃流的中間細(xì)的部分分離先端側(cè)，在前述支持體上得到預(yù)定質(zhì)量的熔融玻璃塊。此后，分裂構(gòu)件相互離間，從2個分裂構(gòu)件之間沿垂直下方落下熔融玻璃塊。落下的熔融玻璃塊落入在前述支持體的下方待機(jī)的成形模中，通過從成形模的底部噴出的氣體(氮?dú)?，一邊浮上一邊成形玻璃成形體。熔融玻璃塊從熔融玻璃支持體落下后，分裂構(gòu)件立即恢復(fù)相互緊貼的狀態(tài)。通過該操作，前述支持體遮住氣體，可防止氣體吹付在流出管上。因此，前述支持體再次上升用于接受熔融玻璃流的先端。
吸引在成形模上隨時間進(jìn)行冷卻、固化的玻璃成形體，從成形模取出，移送到托盤上慢慢冷卻。從這樣連續(xù)流出的熔融玻璃一個接一個地制備預(yù)定質(zhì)量的玻璃成形體。這樣，設(shè)定切斷時機(jī)為3.0秒，制備由光學(xué)玻璃制成的350±3毫克的球狀玻璃成形體，作為精密加壓成形用的預(yù)成形體。
確認(rèn)精密加壓成形用的預(yù)成形體基本上沒有其它的損傷、波筋、折入、失透等缺陷。另外，由于用1個分裂構(gòu)件切斷玻璃流，與用多個分配成形模切斷玻璃流的情況相比，玻璃流的切斷精度顯著提高。由于流出管先端的溫度未被從成形模吹出的氣體改變，因此質(zhì)量精度高，落入上述的目標(biāo)值的±1％以內(nèi)。
在本實(shí)施例中使用的玻璃是表示在表1中的磷酸鹽1-3、含三氧化二硼和三氧化二鑭的玻璃1-3、含二氧化硅、堿金屬氧化物和氟的玻璃、含堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物的氟磷酸鹽玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅和氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅、二氧化鈦和三氧化鎢的玻璃。
表1

而且，表1中的玻璃成分表示欄中的(三氧化二釔)、(五氧化二鈮)是表示作為玻璃成分含有三氧化二釔和五氧化二鈮的情況；含三氧化二釔不含五氧化二鈮的情況；不含三氧化二釔，含五氧化二鈮的情況；既不含三氧化二釔也不含五氧化二鈮的情況。
在上述的任何一種玻璃中都可得到上述的優(yōu)良結(jié)果。
實(shí)施例2使用具有圖2所示形狀的接受熔融玻璃流分裂構(gòu)件，與實(shí)施例1同樣進(jìn)行。圖2所示的分裂構(gòu)件制成錐形，分裂構(gòu)件緊貼狀態(tài)的開角為150°。由于是這種錐形，接受熔融玻璃的位置更穩(wěn)定，提高了熔融玻璃塊落下位置的精度。
而且，使用的玻璃與實(shí)施例1中使用的各種玻璃相同。
實(shí)施例3將在實(shí)施例1和2中成形的預(yù)成形體洗滌干燥后，進(jìn)行精密加壓成形制作非球面透鏡。上述的加壓成形中，使用在碳化硅制的模具材料表面上形成碳膜的加壓成形模，氣氛是氮?dú)鈿夥铡＜訅撼尚问穷A(yù)成形體加熱到635℃為止，在9.8MPa的壓力條件下加壓60秒鐘進(jìn)行成形。加壓成形后，從加壓成形模取出非球面透鏡慢慢冷卻。得到的透鏡內(nèi)部和表面均呈良好的狀態(tài)。透鏡沒有取出芯進(jìn)行加工的必要，通過精密加壓成形形成的透鏡的周邊部固定在座上時，可作為決定位置的基準(zhǔn)使用。在這樣得到的表面上形成防反射膜也可以。
另外，在上述精密加壓成形中，將預(yù)成形體放入加壓成形模，預(yù)成形體與加壓成形模同時加熱也可以，將加熱的預(yù)成形體投入預(yù)熱的加壓成形模中也可以。
本實(shí)施例是關(guān)于非球面透鏡的制備方法，但是也適于制備其它的光學(xué)元件，例如棱鏡或衍射晶格等。
實(shí)施例4根據(jù)所要得到的最終所要求的折射率、分散、透過率等光學(xué)特性而調(diào)制的玻璃原料進(jìn)行加熱熔融，脫泡清澄，攪拌均質(zhì)化，得到的熔融玻璃從經(jīng)控制溫度的鉑合金噴咀按一定的流出速度連續(xù)地流下。此時，玻璃的加入量為12千克/日。
從流出管的先端滴下的熔融玻璃滴按圖3所示的制備流程圖成形成精密加壓成形用的預(yù)成形體。這種方法與上述玻璃成形體的制備方法2相當(dāng)。
在本實(shí)施例中使用的遮蔽體是由2個平板狀的分裂構(gòu)件構(gòu)成。前述的分裂構(gòu)件相互緊貼，來自下方的氣流或空氣流避開流出管的先端，按照從流出管的先端滴下熔融玻璃滴的時機(jī)，分裂構(gòu)件相互離間，熔融玻璃滴通過離間的分裂構(gòu)件之間落入成形模中。熔融玻璃滴通過分裂構(gòu)件之間，分裂構(gòu)件立即相互緊貼使氣體避開流出管。
在成形模上落下的熔融玻璃滴在被浮上氣體以一邊旋轉(zhuǎn)一邊浮上的狀態(tài)下成形成球狀玻璃的成形體。接著吸引冷卻、固化的玻璃成形體并從成形模取出，移送到托盤上進(jìn)行慢慢冷卻。這樣滴下連續(xù)流出的熔融玻璃，一個接一個地制備預(yù)定質(zhì)量的玻璃成形體。
如上所述，制備由光學(xué)玻璃制成的350±1.4毫克的球狀玻璃成形體，作為精密加壓成形用的預(yù)成形體。
精密加壓成形用的預(yù)成形體基本上看不到其它的損傷、波筋、失透等的缺陷。另外，質(zhì)量精度也高，落入上述的目標(biāo)值的±1％以內(nèi)。
實(shí)施例5下面，從流出管的先端滴下的熔融玻璃滴，根據(jù)圖4所示的制備流程圖成形為精密加壓成形用的預(yù)成形體。本方法與上述玻璃成形體的制備方法3相當(dāng)。
在本實(shí)施例中使用的支持體由2個平板狀的分裂構(gòu)件構(gòu)成。前述的分裂構(gòu)件相互緊貼，使流出管的頂端避開來自下方的氣流或空氣流，熔融玻璃滴從流出管的先端滴在支持體上后，冷卻成某種程度的玻璃熔融液滴后，分裂構(gòu)件相互離間，熔融玻璃滴通過離間的分裂構(gòu)件落入成形模。熔融玻璃滴通過分裂構(gòu)件之間，分裂構(gòu)件立即相互緊貼，使流出管避開氣體。
在成形模上落下的熔融玻璃滴在被浮上氣體以一邊旋轉(zhuǎn)一邊浮上的狀態(tài)下成形成球狀玻璃的成形體。接著吸引冷卻、固化的玻璃成形體并從成形模取出，移送到托盤上進(jìn)行慢慢冷卻。這樣滴下連續(xù)流出的熔融玻璃，一個接一個地制備預(yù)定質(zhì)量的玻璃成形體。
如上所述，制備由光學(xué)玻璃制成的350±1.4毫克的球狀玻璃成形體，作為精密加壓成形用的預(yù)成形體。
精密加壓成形用的預(yù)成形體上基本上看不到其它的損傷、波筋、失透等的缺陷。另外，質(zhì)量精度也高，落入上述的目標(biāo)值的±1％以內(nèi)。
在實(shí)施例4和5中，使用的玻璃是表2所示的磷酸鹽玻璃1-3、含三氧化二硼和三氧化二鑭的玻璃1-3、含二氧化硅、堿金屬氧化物和氟的玻璃、含堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物的氟磷酸鹽玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅和氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅、二氧化鈦和三氧化鎢的玻璃。
表2

而且，表2的玻璃成分表示欄中的(三氧化二釔)、(五氧化二鈮)是表示玻璃成分含三氧化二釔和五氧化二鈮的情況；含三氧化二釔不含五氧化二鈮的情況；不含三氧化二釔，含五氧化二鈮的情況；既不含三氧化二釔也不含五氧化二鈮的情況。
在上述的任何一種玻璃中都可得到上述的優(yōu)良結(jié)果。
實(shí)施例6將在實(shí)施例4和5中成形的預(yù)成形體洗滌干燥后，進(jìn)行精密加壓成形制作非球面透鏡。上述的加壓成形中，使用在碳化硅制的模具材料表面上形成碳膜的加壓成形模，氣氛是氮?dú)鈿夥?。加壓成形是預(yù)成形體加熱到635℃為止，在9.8Mpa的壓力條件下進(jìn)行加壓60秒鐘。成形加壓成形后，從加壓成形模取出非球面透鏡慢慢冷卻。得到的透鏡內(nèi)部和表面均呈良好的狀態(tài)。透鏡沒有取出芯進(jìn)行加工的必要，通過精密加壓成形形成的透鏡的周邊部固定在座上時，可作為決定位置的基準(zhǔn)使用。在這樣得到的表面上形成防反射膜也可以。
另外，在上述精密加壓成形中，將預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，預(yù)成形體與加壓成形模同時加熱也可以，將加熱的預(yù)成形體投入預(yù)熱的加壓成形模也可以。
本實(shí)施例是關(guān)于非球面透鏡的制備方法，但是也適于制備其它的光學(xué)元件，例如棱鏡或衍射晶格等。
權(quán)利要求
1.玻璃成形體的制備方法，其特征是在從流出管流下的熔融玻璃流的先端，分離預(yù)定量的熔融玻璃塊并成形的玻璃成形體的制備方法中，通過在流出管的下方配置的熔融玻璃支持體，接受并直接支持熔融玻璃流的先端，將所述的熔融玻璃支持體向垂直下方下降，從熔融玻璃流的先端分離預(yù)定量的玻璃熔融塊，并拆除所述的支持體，用成形模接受向垂直下方落下的熔融玻璃塊，并進(jìn)行成形。
2.按權(quán)利要求1記載的玻璃成形體的制備方法，其中使用熔融玻璃支持體，從按一定流量連續(xù)流下的熔融玻璃流，按一定的時間間隔分離所述熔融玻璃塊，將得到的熔融玻璃塊一個接一個地分配在多個成形模中。
3.按權(quán)利要求1記載的玻璃成形體的制備方法，其中，熔融玻璃支持體由相互離間和緊貼的多個分裂構(gòu)件構(gòu)成，在所述的分裂構(gòu)件處于緊貼的狀態(tài)下，在所述的分裂構(gòu)件彼此緊貼的邊界部分接受并支持熔融玻璃流的先端，通過使所述分裂構(gòu)件相互離間，使熔融玻璃塊向垂直下方落下。
4.按權(quán)利要求3記載的玻璃成形體的制備方法，其中，在熔融玻璃塊落下后，分裂構(gòu)件立即相互緊貼，同時在成形模上對熔融玻璃塊施加風(fēng)壓，一邊使其上浮一邊成形玻璃成形體。
5.按權(quán)利要求1記載的玻璃成形體的制備方法，其中在成形模的中心落下熔融玻璃塊。
6.按權(quán)利要求1記載的玻璃成形體的制備方法，其中，一邊冷卻熔融玻璃支持體，一邊進(jìn)行熔融玻璃塊的分離和玻璃成形體的成形。
7.按權(quán)利要求1記載的玻璃成形體的制備方法，其中使粘度為0.5-50d Pa·s的熔融玻璃流下。
8.按權(quán)利要求1記載的玻璃成形體的制備方法，使用含五氧化二鈮的磷酸鹽玻璃、含二氧化鈦的磷酸鹽玻璃、含氧化鋇的磷酸鹽玻璃、含氧化鋰的磷酸鹽玻璃、含氧化鈉的磷酸鹽玻璃、含氧化鉀的磷酸鹽玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭的玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭及三氧化鎢的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅及氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅、二氧化鈦和三氧化鎢的玻璃、含二氧化硅、堿金屬氧化物和氟的玻璃、含堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的氟磷酸鹽玻璃、含堿金屬氧化物和氧化鋅的氟磷酸鹽玻璃的任一種。
9.按權(quán)利要求1記載的玻璃成形體的制備方法，其中，玻璃成形體是精密加壓成形用的預(yù)成形體。
10.光學(xué)元件的制備方法，其特征是在具備對玻璃制預(yù)成形體進(jìn)行加熱、軟化、精密加壓成形的步驟的光學(xué)元件的制備方法中，所述預(yù)成形體是通過權(quán)利要求9記載的制備方法制備的。
11.按權(quán)利要求10記載的光學(xué)元件制備方法，其中光學(xué)元件的所有面是通過精密加壓成形形成。
12.按權(quán)利要求10記載的光學(xué)元件的制備方法，其中將預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，將加壓成形模和所述的預(yù)成形體一起進(jìn)行加熱，進(jìn)行精密加壓成形。
13.按權(quán)利要求10記載的光學(xué)元件的制備方法，其中將被預(yù)熱到比加壓成形模的溫度高的溫度的預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，進(jìn)行精密加壓成形。
14.玻璃成形體的制備方法，其特征是在從流出管滴下熔融玻璃滴，用噴出氣體的成形模接受并一邊使其浮上一邊成形的玻璃成形體的制備方法中，以橫切熔融玻璃滴的滴下路徑的方式設(shè)置遮蔽體，使流出管避開所述成形模噴出的氣體，在熔融玻璃滴的滴下的同期，從所述滴下路徑取出所述遮蔽體。
15.按權(quán)利要求14記載的玻璃成形體的制備方法，其中，按如下方式設(shè)置遮蔽體，用多個分裂構(gòu)件構(gòu)成遮蔽體，使所述的分裂構(gòu)件彼此緊貼，使流出管避開噴出的氣體，在熔融玻璃滴的滴下的同期，所述的分裂構(gòu)件相互離間，熔融玻璃滴在離間的分裂構(gòu)件之間下落。
16.玻璃成形體的制備方法，其特征是在由流出管滴下熔融玻璃滴，用噴出氣體的成形模接受并一邊使其浮上一邊成形的玻璃成形體的制備方法中，以橫切熔融玻璃滴的滴下路徑的方式設(shè)置支持體，使流出管避開所述成形模噴出的氣體，直接接受滴下的熔融玻璃滴后，取出所述支持體，用成形模接受向垂直下方落下的熔融玻璃塊，并進(jìn)行成形。
17.按權(quán)利要求16記載的玻璃成形體的制備方法，其中，按如下方式設(shè)置支持體，用多個分裂構(gòu)件構(gòu)成支持體，使所述分裂構(gòu)件彼此緊貼，使流出管避開噴出的氣體，直接接受滴下到所述分裂構(gòu)件彼此緊貼的位置的熔融玻璃滴后，所述的分裂構(gòu)件相互離間，所述的熔融玻璃滴在離間的分裂構(gòu)件之間落下。
18.按權(quán)利要求14或16記載的玻璃成形體的制備方法，其中，熔融玻璃滴滴下在成形模的設(shè)置有氣體噴出口的成形部。
19.按權(quán)利要求14或16記載的玻璃成形體的制備方法，使用含五氧化二鈮的磷酸鹽玻璃、含二氧化鈦的磷酸鹽玻璃、含氧化鋇的磷酸鹽玻璃、含氧化鋰的磷酸鹽玻璃、含氧化鈉的磷酸鹽玻璃、含氧化鉀的磷酸鹽玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭的玻璃、含三氧化二硼和三氧化二鑭及三氧化鎢的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅及氧化鋇的玻璃、含三氧化二硼、二氧化硅、二氧化鈦和三氧化鎢的玻璃、含二氧化硅、堿金屬氧化物和氟的玻璃、含堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的氟磷酸鹽玻璃、含堿金屬氧化物和氧化鋅的氟磷酸鹽玻璃的任一種。
20.按權(quán)利要求14或16記載的玻璃成形體的制備方法，其中使粘度為0.5-50d Pa·s的熔融玻璃流下。
21.按權(quán)利要求14或16記載的玻璃成形體的制備方法，其中玻璃成形體是精密加壓成形用的預(yù)成形體。
22.光學(xué)元件的制備方法，其特征是在具備對玻璃制預(yù)成形體進(jìn)行加熱、軟化、精密加壓成形的步驟的光學(xué)元件的制備方法中，所述預(yù)成形體是通過權(quán)利要求21記載的制備方法制備的。
23.按權(quán)利要求22記載的光學(xué)元件的制備方法，其中光學(xué)元件的所有面是通過精密加壓成形形成。
24.按權(quán)利要求22記載的光學(xué)元件制備方法，其中將預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，將加壓成形模和所述的預(yù)成形體一起進(jìn)行加熱，精密加壓成形。
25.按權(quán)利要求22記載的光學(xué)元件的制備方法，其中將被預(yù)熱到比加壓成形模的溫度高的溫度的預(yù)成形體導(dǎo)入加壓成形模，進(jìn)行精密加壓成形。
全文摘要
本發(fā)明公開了高品質(zhì)、且高質(zhì)量精度的玻璃成形體的制備方法和制備高品質(zhì)、且高質(zhì)量精度的玻璃成形體，加熱和精密加壓成形前述的玻璃成形體，制備光學(xué)元件的方法。本發(fā)明提供從由流出管流下的熔融玻璃流先端，通過特定的方法，分離預(yù)定量的熔融玻璃塊并成形的玻璃成形體的制備方法，和從流出管滴下熔融玻璃滴，通過特定的方法，用噴出氣體的成形模接受并一邊使其浮上一邊進(jìn)行成形的玻璃成形體的制備方法，及對這種方法得到的預(yù)成形體進(jìn)行精密加壓成形的光學(xué)元件的制備方法。
文檔編號C03B7/12GK1576247SQ20041005506
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者吉田昌弘, 新熊義包, 鄒學(xué)祿 申請人:Hoya株式會社