專利名稱：精密沖壓成型用預(yù)制坯、其制造方法及光學(xué)元件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在非球面透鏡等光學(xué)元件的精密沖壓成型中用作坯料的玻璃制預(yù)制坯及其制造方法、以及對前述預(yù)制坯進(jìn)行精密沖壓成型而制造光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
作為能以高生產(chǎn)率來制造非球面透鏡或微透鏡等在磨削、研磨工序中會耗費大量勞力和成本的玻璃制光學(xué)元件的方法，公知有精密沖壓成型法。這種方法也被稱為模制光學(xué)器件成型法，是不進(jìn)行磨削、研磨，而是采用沖壓成型來形成透鏡面等被稱為光學(xué)功能面的表面的方法，其中，光學(xué)功能指的是使光線折射、衍射、透過、反射等功能，該方法還能夠使透鏡兩面的中心軸彼此不偏斜而是精密地一致，從而受到矚目。
在精密沖壓成型方法中，制作被稱為預(yù)制坯的玻璃成型體并對其進(jìn)行加熱，采用經(jīng)過精密加工的沖壓成型模進(jìn)行沖壓，從而作出光學(xué)元件的整體形狀，并且，將模具成型面精密地轉(zhuǎn)印到玻璃上而形成光學(xué)功能面。為了發(fā)揮精密沖壓成型法的優(yōu)點，不僅需要提高從預(yù)制坯生產(chǎn)出光學(xué)元件的工序的生產(chǎn)率，也要提高制造預(yù)制坯的工序的生產(chǎn)率，同時，還要降低生產(chǎn)成本。在對切斷玻璃塊而得到的玻璃片進(jìn)行磨削、研磨來生產(chǎn)預(yù)制坯的方法中，即使是對具有球形那樣比較容易加工的形狀的預(yù)制坯來說，也需要耗費工夫和成本，根據(jù)形狀的不同，有時會需要與對玻璃塊進(jìn)行加工來制成透鏡的情況相同程度的工夫和成本。為此，即使能夠以高生產(chǎn)率從預(yù)制坯制出光學(xué)元件，也無法充分地發(fā)揮出精密沖壓成型法的優(yōu)點。為了發(fā)揮上述的優(yōu)點，需要下述方法，即，如專利文獻(xiàn)1中所公開的方法那樣，使熔融玻璃流出，并將其分離成與一個預(yù)制坯的量相當(dāng)?shù)娜廴诓ＡK，在冷卻玻璃的過程中，將該熔融玻璃塊成型為預(yù)制坯(稱為熱成型法)。
日本特開平8-277132號公報通過熱成型法獲得的預(yù)制坯的典型形狀是球形。對于球形預(yù)制坯，若將球的半徑制成沖壓成型模成型面的曲率半徑以下，并將其配置在沖壓成型模成型面的中心，則不論預(yù)制坯的朝向如何，均能夠避免稱為氣阱的現(xiàn)象，即，避免在沖壓成型時模具成型面和玻璃之間封入環(huán)境氣體的現(xiàn)象。
另外，若要將具有由曲率半徑大的凹面構(gòu)成的成型面的下模與上模一同使用，來對球狀預(yù)制坯進(jìn)行精密沖壓成型，則難于以穩(wěn)定的狀態(tài)將預(yù)制坯配置在下模成型面的中心，會導(dǎo)致預(yù)制坯的中心偏離沖壓成型模的中心軸，所以，使得沖壓成型品產(chǎn)生厚度不均而無法獲得希望的光學(xué)元件功能。
即使以穩(wěn)定的狀態(tài)將預(yù)制坯配置在下模成型面的中心，若在以上模成型面開始對預(yù)制坯加壓時，預(yù)制坯因該壓力而從沖壓成型模的中心軸偏離，則也會產(chǎn)生上述問題。
隨著近年來攝像裝置的小型化、高分辨率化，需要使組裝到這樣的裝置中的光學(xué)元件具有高成型精度，并且對防止精密沖壓成型品產(chǎn)生厚度不均的要求也變得嚴(yán)格。
這樣，雖然球形預(yù)制坯非常有用，但是卻存在著上述的問題。
要防止氣阱的產(chǎn)生，并擴(kuò)大精密沖壓成型品體積的自由度，防止上述厚度不均的產(chǎn)生，只要使預(yù)制坯的由上模成型面加壓的面與由下模成型面加壓的面的曲率半徑不同即可。但是，為了通過磨削、研磨來加工出這樣形狀的預(yù)制坯，要比加工球形預(yù)制坯需要更多的工夫和成本，從而無法發(fā)揮精密沖壓成型法的優(yōu)點。鑒于此，若采用熱成型法，并通過對成型模的形狀進(jìn)行調(diào)整等來形成預(yù)制坯，則能夠以高生產(chǎn)率制造上述形狀的預(yù)制坯。
在采用熱成型法成型預(yù)制坯的情況下，使熔融玻璃從管中連續(xù)地流出，然后，不是用切斷刀切出與一個預(yù)制坯的量相當(dāng)?shù)娜廴诓ＡK，而是采用所謂的非剪切切斷(シヤレスカツト)分離熔融玻璃，并在成型模上成型。為了從連續(xù)流出的熔融玻璃不斷地成型預(yù)制坯，將多個成型模不斷地送到管的下方并供給熔融玻璃塊，再將載置有熔融玻璃塊的成型模從管的下方輸出，在移動的成型模上形成預(yù)制坯。此時，雖然是同步進(jìn)行多個成型模的移動、停留，但由于成型模的加速、減速，會有慣性力施加到成型模上的玻璃塊上。另外，在將多個成型模配置在轉(zhuǎn)盤上來輸送成型模的情況下，由于轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，會有離心力施加到成型模上的玻璃塊上。在這樣的慣性力作用下，成型模上的熔融玻璃塊是在擺動的同時成型，所以，難于形成具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的預(yù)制坯。特別是，對于流出時的粘性低的玻璃，供給到成型模上的熔融玻璃塊的粘度也低，所以，由上述慣性力產(chǎn)生的變形程度大。
若預(yù)制坯因熱成型時的慣性力而產(chǎn)生變形，則會有損上述旋轉(zhuǎn)體的對稱性，結(jié)果，在精密沖壓成型時，玻璃不能在成型模內(nèi)均勻地擴(kuò)開，從而導(dǎo)致沖壓成型品產(chǎn)生厚度不均的問題。這樣，要想既抑制沖壓成型品的厚度不均又提高預(yù)制坯的生產(chǎn)率，是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題，目的在于提供一種由高品質(zhì)的玻璃構(gòu)成且形狀適于精密沖壓成型的精密沖壓成型用預(yù)制坯及其制造方法，并且還提供一種能夠以高生產(chǎn)率制造高精度光學(xué)元件制造方法，所述光學(xué)元件是對所述預(yù)制坯進(jìn)行精密沖壓成型而形成的、不存在厚度不均等問題的光學(xué)元件。
為了達(dá)到上述目的的本發(fā)明由下述(1)～(11)構(gòu)成。
(1)一種精密沖壓成型用預(yù)制坯，是玻璃制成的，其特征在于，該預(yù)制坯是具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸的旋轉(zhuǎn)體，具有向外側(cè)凸出的第一面和向外側(cè)凸出的第二面，所述第一面包含所述旋轉(zhuǎn)對稱軸與表面相交的兩個交點中的第一交點，所述第二面包含所述兩個交點中的第二交點；將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第一面時，以第一交點為中心、以外徑的2/3為直徑的圓內(nèi)部分的最小曲率半徑設(shè)為R1(min)；將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第二面時，以第二交點為中心、以外徑的1/3為直徑的圓內(nèi)部分的最小曲率半徑設(shè)為R2(min)，將最大曲率半徑設(shè)為R2(max)；將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第二面時，以第二交點為中心、以外徑的2/3為直徑的圓外部分的最大曲率半徑設(shè)為R3(max)；將第一交點和重心之間的距離設(shè)為H1、將第二交點和重心之間的距離設(shè)為H2，此時，存在下述關(guān)系|R3(max)|＜|R2(min)|＜|R2(max)|＜|R1(min)|，且，H1＜|R1(min)|；
包含所述旋轉(zhuǎn)對稱軸的剖面的輪廓線形狀為，在任意位置都向外側(cè)凸出，且所述輪廓線的斜度沿所述輪廓線連續(xù)變化。
(2)如上述(1)所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯，其特征在于，當(dāng)將第二交點和重心之間的距離設(shè)為H2時，存在H2＜|R2(min)|的關(guān)系。
(3)如上述(1)或(2)所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯，其特征在于，整個表面是熔融玻璃的表面固化而形成的。
(4)如上述(1)至(3)中任一項所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯，其特征在于，中心厚度與外徑之比(中心厚度/外徑)是0.45～0.85。
(5)一種精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，使熔融玻璃流出并分離出熔融玻璃塊，在所述熔融玻璃固化的過程中，于成型模的凹部上成型出預(yù)制坯，其特征在于，在移動的成型模的凹部上將熔融玻璃塊成型為上述(1)～(4)中任一項所述的預(yù)制坯；在上述凹部上以下述狀態(tài)成型成型為預(yù)制坯的第一面的熔融玻璃表面朝向下側(cè)。
(6)如上述(5)所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，其特征在于，在使熔融玻璃塊整體從所述凹部浮起的同時，成型出預(yù)制坯。
(7)如上述(5)或(6)所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，其特征在于，所述凹部表面具有繞一個中心軸旋轉(zhuǎn)任意角度均對稱的形狀；使用隨著遠(yuǎn)離所述中心軸、所述凹部表面的曲率半徑絕對值離散地或連續(xù)地減小的成型模。
(8)如上述(5)至(7)中任一項所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，其特征在于，在反復(fù)進(jìn)行使所述成型模沿水平方向移動、停止的操作的同時，成型預(yù)制坯。
(9)一種光學(xué)元件制造方法，其特征在于，對上述(1)至(4)中任一項所述的預(yù)制坯、或用上述(5)至(8)中任一項所述的制造方法制成的預(yù)制坯進(jìn)行加熱，使用沖壓成型模來進(jìn)行精密沖壓成型。
(10)如上述(9)所述的光學(xué)元件制造方法，其特征在于，將預(yù)制坯導(dǎo)入沖壓成型模內(nèi)，將所述預(yù)制坯和沖壓成型模一起加熱，進(jìn)行精密沖壓成型。
(11)如上述(9)所述的光學(xué)元件制造方法，其特征在于，將加熱了的預(yù)制坯導(dǎo)入到已預(yù)先加熱的沖壓成型模中，進(jìn)行精密沖壓成型。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種用于利用精密沖壓成型來穩(wěn)定地制造高精度光學(xué)元件的預(yù)制坯、及其制造方法。
另外，通過對前述預(yù)制坯進(jìn)行精密沖壓成型，能以高生產(chǎn)率制造高精度的光學(xué)元件。


圖1是為了制造本發(fā)明的精密沖壓成型用預(yù)制坯而使用的模具的局部垂直剖視圖。
圖2是在實施例中得到的精密沖壓預(yù)制坯No.1～4的垂直剖視圖。
圖3是在實施例中得到的精密沖壓預(yù)制坯No.5～8的垂直剖視圖。
圖4是在實施例中得到的精密沖壓預(yù)制坯No.9～12的垂直剖視圖。
具體實施例方式
下面對實施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行說明，但是，本發(fā)明并不限于這些方式。
本發(fā)明的精密沖壓成型用預(yù)制坯，是玻璃制的預(yù)制坯，并且是具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸的旋轉(zhuǎn)體，具有向外側(cè)凸出的第一面和向外側(cè)凸出的第二面，所述第一面包含所述旋轉(zhuǎn)對稱軸與表面相交的兩個交點中的第一交點，所述第二面包含所述兩個交點中的第二交點。將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第一面時，以第一交點為中心、以外徑的2/3為直徑的圓內(nèi)部分的最小曲率半徑設(shè)為R1(min)；將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第二面時，以第二交點為中心、以外徑的1/3為直徑的圓內(nèi)部分的最小曲率半徑設(shè)為R2(min)，最大曲率半徑設(shè)為R2(max)；將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第二面時，以第二交點為中心、以外徑的2/3為直徑的圓外部分的最大曲率半徑設(shè)為R3(max)；將第一交點和重心之間的距離設(shè)為H1，此時，存在下述關(guān)系|R3(max)|＜|R2(min)|＜|R2(max)|＜|R1(min)|，且，H1＜|R1(min)|。包含所述旋轉(zhuǎn)對稱軸的剖面的輪廓線的形狀為，在任意位置都向外側(cè)凸出，所述輪廓線的斜度沿所述輪廓線連續(xù)變化。
本發(fā)明的預(yù)制坯的外徑相當(dāng)于從旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視預(yù)制坯時，預(yù)制坯輪廓線的直徑。在第一面中，將以外徑的1/3為直徑、以第一交點為中心的圓內(nèi)部分稱為第一面的中央部；在第二面中，將以外徑的1/3為直徑、以第二交點為中心的圓內(nèi)部分稱為第二面的中央部，而將所述圓外部分稱為第二面的周邊部。
如上所述，精密沖壓成型品的厚度不均是由于如下原因而產(chǎn)生的使用了沒有旋轉(zhuǎn)對稱軸的預(yù)制坯；雖然使用了具有旋轉(zhuǎn)對稱軸的預(yù)制坯，但卻是在旋轉(zhuǎn)對稱軸從沖壓成型模的中心軸偏離的狀態(tài)下、或者在旋轉(zhuǎn)對稱軸相對于沖壓成型模的中心軸傾斜的狀態(tài)下，進(jìn)行的沖壓成型；沖壓成型模的加工精度或組裝精度低等。所述沖壓成型模的中心軸方向與精密沖壓成型時的加壓方向一致。
為了消除所述產(chǎn)生厚度不均的原因，在使用高精度的沖壓成型模的基礎(chǔ)上，還需要如下形狀的預(yù)制坯(1)在沖壓成型模內(nèi)，玻璃容易圍繞所述模具的中心軸向各方向同等擴(kuò)開，(2)容易以穩(wěn)定的狀態(tài)配置在沖壓成型模的中心軸上，(3)在沖壓成型初期的加壓作用下，難于從沖壓成型模的中心軸偏離。
為了滿足上述條件(1)，在本發(fā)明中，將預(yù)制坯的形狀形成為具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸的旋轉(zhuǎn)體形狀。這樣，玻璃在沖壓成型模內(nèi)圍繞所述模具的中心軸向各方向同等擴(kuò)開。
構(gòu)成沖壓成型模的下模的成型面是凹狀的，在曲率半徑的絕對值小的情況下，預(yù)制坯容易在所述成型面上滾動。結(jié)果，為了將預(yù)制坯穩(wěn)定地配置在下模成型面的中央，在將第一交點與重心的距離設(shè)為H1時，只要滿足H1小于第一面中央部的最小曲率半徑R1(min)的絕對值、即H1＜|R1(min)|的關(guān)系即可。在使第一面向下地將預(yù)制坯置于下模上的情況下，當(dāng)預(yù)制坯滾動時，該預(yù)制坯有以第一面中央部的曲率半徑中心為中心旋轉(zhuǎn)的趨勢，但是若重心的位置距第一交點的高度低于R1 (min)，則可以抑制滾動，可以穩(wěn)定地放置預(yù)制坯。結(jié)果，即使在沖壓成型初期在預(yù)制坯的第一交點和第二交點上施加有加壓力，預(yù)制坯也難于從沖壓成型模的中心軸偏離。另外，當(dāng)用具有凸形成型面的沖壓成型模來按壓預(yù)制坯時，被按壓的面越接近平坦，則預(yù)制坯越難于從沖壓成型模的中心軸向橫向偏離。這樣上述條件(2)、(3)也滿足。
雖然只要能夠?qū)㈩A(yù)制坯以第一面朝下的方式穩(wěn)定地置于下模成型面上就足夠了，但是，優(yōu)選還能夠以將第二面朝下的方式將預(yù)制坯穩(wěn)定地置于下模成型面上。為此，在將第二交點與重心的距離設(shè)為H2時，優(yōu)選使預(yù)制坯的形狀滿足H2＜|R2(min)|的關(guān)系。
R1(min)、R2(min)的值只要分別考慮沖壓成型模的上下模成型面的曲率半徑來設(shè)定即可。此時需要注意不要在上下模的成型面與預(yù)制坯之間封入環(huán)境氣體，而導(dǎo)致被稱為“氣阱”的玻璃填充不足部分的產(chǎn)生。在使用本發(fā)明的預(yù)制坯時，一般與下述沖壓成型模組合使用，所述沖壓成型模，在將預(yù)制坯置于凹狀的下模成型面上時，下側(cè)面中央部的最大曲率半徑(在將第一面置于下側(cè)時是R1(max)，在將第二面置于下側(cè)時是R2(max))的絕對值小于下模成型面的最小曲率半徑絕對值。
在與成型面為凹狀的上模組合使用的情況下，與下述上模組合使用，所述上模，在將預(yù)制坯置于下模成型面上時，上側(cè)面中央部的最大曲率半徑(在將第一面置于上側(cè)時是R1(max)，在將第二面置于上側(cè)時是R2(max))的絕對值，小于成型面的最小曲率半徑絕對值。
下面說明對預(yù)制坯的制造面的要求以及與該要求相應(yīng)的方案。
如上所述，為了發(fā)揮精密沖壓成型法的優(yōu)點，還需要提高預(yù)制坯制造工序的生產(chǎn)率。對于具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸的形狀的預(yù)制坯來說，與將玻璃磨削、研磨成球狀相比，需要花費更大的工夫并消耗更高的成本，因此希望用熱成型法來進(jìn)行批量生產(chǎn)。
在熱成型法中，因為熔融玻璃從管中以一定的流出速度連續(xù)地流出，所以，需要從流出的熔融玻璃分離出熔融玻璃塊，并由預(yù)制坯成型模對其進(jìn)行接收，而后從管下方不斷地送出、成型。此時，預(yù)制坯成型模凹部上的熔融玻璃塊受到上述那樣的慣性力，在凹部上擺動，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)對稱性下降。在本發(fā)明中，為了即使在凹部上施加慣性力的情況下，也能抑制導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)對稱性降低的擺動，使第二面的中央部形狀與周邊部形狀之間滿足|R3(max)|＜|R2(min)|，并且，使預(yù)制坯成型模的凹部為能夠獲得這樣的預(yù)制坯的形狀(后面將對凹部形狀進(jìn)行詳細(xì)說明)。
在以第2面向下的狀態(tài)于預(yù)制坯成型模的凹部上成型預(yù)制坯時，如果由于水平方向的慣性力作用在凹部上的玻璃上，而使得熔融玻璃塊越到凹部側(cè)壁上，則會導(dǎo)致獲得的預(yù)制坯的旋轉(zhuǎn)對稱性(從中心軸方向看的圓度)下降。但是，通過使預(yù)制坯的形狀滿足|R3(max)|＜|R2 (min)|的關(guān)系，即使作用有上述慣性力，熔融玻璃塊也難于越到凹部側(cè)壁上。
凹部上的熔融玻璃塊的冷卻從表面向玻璃中心部進(jìn)行。在該過程中，也在玻璃上作用有水平方向的慣性力，這樣，位于第二面周邊部的部分被按壓到凹部側(cè)壁，以曲率半徑R3(max)、R3(min)的中心為旋轉(zhuǎn)中心，作用有提升第二交點部分的力，從而成為使預(yù)制坯的旋轉(zhuǎn)對稱性降低的原因。特別是在玻璃固化了的狀態(tài)下，若產(chǎn)生有損于旋轉(zhuǎn)對稱性的變形，則會使得玻璃的形狀難于復(fù)原，所以必須抑制由慣性力導(dǎo)致的上述變化。此時，在R3(max)和R2(min)之間若滿足上述關(guān)系的話，由于可以由玻璃的自重來抑制以曲率半徑R3(max)、R3(min)的中心為旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)，所以可以抑制上述變化，結(jié)果，能夠防止預(yù)制坯的旋轉(zhuǎn)對稱性的降低。
而且，為了抑制上述變化，需要滿足|R2(max)|＜|R1(min)|這樣的關(guān)系。若以|R2(max)|≥|R1(min)|的關(guān)系來形成預(yù)制坯的話，那么，第二面朝下的預(yù)制坯在成型模上不穩(wěn)定，在成型模移動的時候，會產(chǎn)生使得預(yù)制坯的旋轉(zhuǎn)對稱性降低的變化。因此，為了不降低預(yù)制坯的旋轉(zhuǎn)對稱性，要使預(yù)制坯具有|R2(max)|＜|R1(min)|的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)這樣的成型，預(yù)制坯的第一面為自由表面，在玻璃表面張力的作用下，第一面的中央部能夠成為向外側(cè)凸出的形狀。
當(dāng)從成型模中取出預(yù)制坯時，采用吸引成型模上的預(yù)制坯上表面而將其提起的方法。此時，若預(yù)制坯的形狀為本發(fā)明那樣的形狀，則可以通過吸引而將預(yù)制坯準(zhǔn)確地向正上方提起，可以不使預(yù)制坯與成型模相刮蹭地取出該預(yù)制坯，結(jié)果，可以防止預(yù)制坯表面的損傷。若預(yù)制坯的形狀不滿足本發(fā)明的條件，則預(yù)制坯在傾斜的狀態(tài)(預(yù)制坯中心軸相對于鉛直方向傾斜的狀態(tài))下被吸引噴嘴吸附，使得吸引噴嘴并沒有與預(yù)制坯的表面緊密接觸，所以，在從成型模中取出預(yù)制坯時容易產(chǎn)生取出失敗。另外，若要在預(yù)制坯傾斜的狀態(tài)下將其提起，則會產(chǎn)生預(yù)制坯與成型模的刮蹭，不理想。
這樣的問題在下面的幾種情況下也會發(fā)生吸引預(yù)制坯而將其排列到托盤上，或是從托盤移送到用于在表面進(jìn)行涂敷的成膜裝置上，或是在涂敷后排列到托盤上，或是從托盤移送到?jīng)_壓成型裝置上。即使在這些情況下，若是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制坯，則也能夠由吸引噴嘴可靠地吸引預(yù)制坯，使其與保持部件沒有刮蹭地向正上方提起。
在本發(fā)明中，包含所述旋轉(zhuǎn)對稱軸的剖面的輪廓線形狀為，在任意的位置都向外側(cè)凸出，并且，所述輪廓線的斜度沿所述輪廓線連續(xù)變化，從而，玻璃可以在沖壓成型模內(nèi)均勻地擴(kuò)開。
另外，本發(fā)明的預(yù)制坯的優(yōu)選實施方式，為整個表面都由熔融玻璃表面固化而形成的預(yù)制坯。預(yù)制坯也可以通過研磨加工等機械加工來制成，但是，若采用機械加工來制造本發(fā)明的預(yù)制坯的話，則會耗費與通過機械加工來制作作為最終產(chǎn)品的光學(xué)元件相當(dāng)程度的工夫和成本，有損于精密沖壓成型法的優(yōu)點。另外，通過機械加工制成的預(yù)制坯的表面存在研磨損傷或在研磨時產(chǎn)生的潛在損傷，該損傷很可能因精密沖壓成型中對預(yù)制坯進(jìn)行加熱時等的熱沖擊，而成為玻璃破損的原因。而與之相對，根據(jù)上述實施方式，由于整個表面都由熔融玻璃表面固化而形成，所以，可以得到無研磨損傷、無潛在損傷的表面，可以實現(xiàn)耐熱沖擊性優(yōu)良的預(yù)制坯。
本發(fā)明的預(yù)制坯的優(yōu)選實施方式，是中心厚度與外徑之比(中心厚度/外徑)為0.45～0.85的預(yù)制坯，若為0.55～0.80的預(yù)制坯則更佳。在精密沖壓成型中，大多使用與成型品體積相等的預(yù)制坯，相對于預(yù)定的體積，若外徑變大的話，則無法將預(yù)制坯配置到構(gòu)成沖壓成型模的筒模中、或者引導(dǎo)上下模的稱為套筒的部件中。為此，在上述實施方式中，將上述比例設(shè)為0.45以上，在設(shè)定了外徑的上限的情況下，通過加厚中心厚度，可以使預(yù)制坯的體積達(dá)到所需的值。但是，若所述比例大于0.85，則在預(yù)制坯成型時置于成型模上的玻璃變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)對稱性降低，所以，將比例(中心厚度/外徑)設(shè)定在上述范圍內(nèi)。
并不特別限定用來形成預(yù)制坯的玻璃，但是，還是希望采用不含砷、PbO的玻璃，砷在精密沖壓成型時易于對沖壓成型模的成型面造成損傷；而PbO在精密沖壓成型時被還原而從玻璃表面析出，從而附著到?jīng)_壓成型模的成型面上，會對成型面向玻璃的精密轉(zhuǎn)印造成影響。若考慮到用于光學(xué)元件，則希望形成預(yù)制坯的玻璃是光學(xué)玻璃。作為這樣的光學(xué)玻璃，可以舉出含有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。
下面說明精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法。
本發(fā)明的精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，是使熔融玻璃流出并分離出熔融玻璃塊，在所述熔融玻璃固化的過程中，于成型模的凹部上成型出預(yù)制坯，其特征在于，在移動的成型模的凹部上將熔融玻璃塊成型為上述本發(fā)明的預(yù)制坯；在上述凹部上以下述狀態(tài)成型成型為預(yù)制坯的第一面的熔融玻璃表面朝向下側(cè)。
通過在凹部上以成型為預(yù)制坯第一面的熔融玻璃表面朝向下側(cè)的狀態(tài)進(jìn)行成型，可以在移動的凹部上將玻璃的變化維持穩(wěn)定，可以成型出旋轉(zhuǎn)對稱性高的預(yù)制坯，結(jié)果，能獲得厚度不均少的精密沖壓成型品。
在上述預(yù)制坯的制造方法中，優(yōu)選在使熔融玻璃塊整體從凹部浮起的同時成型預(yù)制坯。通過使熔融玻璃塊整體浮起，與不使其浮起的情況相比，能夠使玻璃與凹部的接觸時間變短。將凹部的溫度保持在即使熔融玻璃接觸也不會產(chǎn)生熱熔接的較低溫度。當(dāng)熔融玻璃塊與這樣的凹部相接觸時，會在預(yù)制坯的表面產(chǎn)生褶皺。另外，若在使熔融玻璃塊與凹部相接觸的同時使熔融玻璃塊冷卻，則會產(chǎn)生被稱為內(nèi)部裂紋(カン割れ)的玻璃破損。而根據(jù)上述實施方式，則可以消除這些問題。
在本發(fā)明中，希望使用下述成型模，其中，所述凹部表面具有繞一個中心軸旋轉(zhuǎn)任意角度都對稱的形狀，并且，隨著遠(yuǎn)離所述中心軸，所述凹部表面的曲率半徑絕對值離散地或是連續(xù)地減少。在此，作為曲率半徑的絕對值離散地減少的例子，有下述情況等在包含中心軸的曲率半徑r1的區(qū)域外側(cè)是曲率半徑r2的區(qū)域，即|r1|＞|r2|的關(guān)系成立；或者曲率半徑r2的區(qū)域的更外側(cè)是曲率半徑r3的區(qū)域，即|r2|＞|r3|的關(guān)系成立的情況。也可以是下述情況既有隨著遠(yuǎn)離中心軸、凹部表面的曲率半徑絕對值離散地減少的部分，也有連續(xù)地減少的部分。
通過使用這樣的成型模，可以容易地成型本發(fā)明的預(yù)制坯，而且，即使對凹部上的玻璃施以加速度，也可以抑制預(yù)制坯旋轉(zhuǎn)對稱性降低之類的變化。
在上述各方法中，希望在反復(fù)進(jìn)行所述成型模沿水平方向的移動、停止的操作的同時，進(jìn)行預(yù)制坯的成型。由于在該方法中玻璃是與成型模一起在進(jìn)行水平方向移動的同時成型的，所以，該方法是適于大量生產(chǎn)的方法。成型模的這樣的動作容易使預(yù)制坯的旋轉(zhuǎn)對稱性降低，但是根據(jù)本發(fā)明，卻可以抑制所述旋轉(zhuǎn)對稱性的降低，可以不必?fù)?dān)心旋轉(zhuǎn)對稱性的降低，從而提高批量生產(chǎn)性。
關(guān)于向成型模凹部供給熔融玻璃塊、熔融玻璃塊的浮起、成型模的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等，可以利用公知的方法、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)。
冷卻凹部上的預(yù)制坯，直至即使施加外力也不會產(chǎn)生變形的溫度區(qū)域，然后將其從凹部中取出、進(jìn)行退火處理。預(yù)制坯的取出方法、退火方法均可以采用公知的方法。
根據(jù)需要清洗成型的預(yù)制坯，另外，根據(jù)需要也可以在預(yù)制坯的整個表面形成碳膜或自組織膜。這樣的膜有助于沖壓成型時玻璃的伸展，并且能起到提高沖壓成型品的脫模性的作用。
下面說明本發(fā)明的光學(xué)元件制造方法。
本發(fā)明的光學(xué)元件制造方法是，對上述本發(fā)明的預(yù)制坯或者根據(jù)上述本發(fā)明的制造方法制成的預(yù)制坯進(jìn)行加熱、并使用沖壓成型模來進(jìn)行精密沖壓成型的方法。
根據(jù)本發(fā)明，由于采用了上述預(yù)制坯，所以，可以不產(chǎn)生氣阱等缺陷地制造鮮有厚度不均的光學(xué)元件。
對于預(yù)制坯的加熱、沖壓成型模的制造、材質(zhì)、根據(jù)需要而在沖壓成型面上設(shè)置的脫模膜、精密沖壓成型方法、精密沖壓成型的環(huán)境氣體，可以采用公知的部件和方法。而精密沖壓成型條件也可以根據(jù)作為對象的光學(xué)元件的規(guī)格進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。
本發(fā)明包括以下兩個實施方式。
第一實施方式是將預(yù)制坯導(dǎo)入沖壓成型模內(nèi)、將所述預(yù)制坯與沖壓成型模一起加熱而進(jìn)行精密沖壓成型的方法。對于該方法，由于在預(yù)先將預(yù)制坯導(dǎo)入到?jīng)_壓成型模內(nèi)的狀態(tài)下組裝模具構(gòu)成部件，并將預(yù)制坯與沖壓成型模一起加熱，所以，可以容易地制造形狀精度高的光學(xué)元件。
第二實施方式是將加熱了的預(yù)制坯導(dǎo)入已預(yù)先加熱的沖壓成型模中、而進(jìn)行精密沖壓成型的方法。對于該方法，由于能夠使沖壓成型模的加熱溫度低于預(yù)制坯的加熱溫度，所以，從模具的長壽命化的觀點來看是優(yōu)選的，并且，與第一實施方式相比，還能夠采用少量的沖壓成型模來批量生產(chǎn)光學(xué)元件。
可以考慮優(yōu)先利用哪種優(yōu)點來決定選擇哪種實施方式。
通過使沖壓成型模的形狀、尺寸適當(dāng)化，可以制造雙凸透鏡、雙凹透鏡、凸透鏡、凹透鏡等透鏡，球面透鏡，非球面透鏡，微透鏡等各種透鏡等。
調(diào)和玻璃原料，將其導(dǎo)入熔融容器，對其進(jìn)行加熱，使之熔融、澄清并加以攪拌，以均勻的狀態(tài)制成不含泡的熔融玻璃A和B，使熔融玻璃A和玻璃B分別以一定的流量連續(xù)地從管中流出，并用模具No.a～h，來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圖1所示。然后，使模具急速下降，將預(yù)定質(zhì)量的熔融玻璃塊承載于凹部上。凹部由多孔質(zhì)材料制作成，使氣體從多孔質(zhì)材料中噴出。由上述氣體對凹部上的玻璃塊上施加向上的氣壓，所以，使玻璃塊以在凹部內(nèi)浮起的的狀態(tài)被冷卻，成型出具有圖2～圖4所示垂直剖面形狀的預(yù)制坯No.1～No.12。圖2～圖4所示的預(yù)制坯剖面是包含預(yù)制坯的旋轉(zhuǎn)中心軸的剖面。
在此，對圖1和圖2～圖4進(jìn)行說明。圖1如上所述是模具的凹部的垂直剖面，所述剖面包含俯視凹部時的中心。圖1中用φ表示的值是直接或間接支承玻璃的面的直徑。類型a、c、h在直徑φ的整個范圍內(nèi)曲率半徑是定值R。類型b、d、e、f、g的凹部形成為，在直徑φ的范圍內(nèi)，直徑φ’范圍內(nèi)的曲率半徑R’與直徑φ范圍中外側(cè)的曲率半徑R不同。凹部形成為，具有不同曲率半徑的面在直徑φ’的圓周上平滑地相連。類型b、d、e、f、g中的曲率半徑R’的中心，位于從凹部的旋轉(zhuǎn)對稱軸偏離的點。圖1中φ、φ’、R、R’的值用mm單位表示。
圖2～圖4表示載置于凹部上的狀態(tài)下的預(yù)制坯的剖面。在為小型預(yù)制坯的情況下，優(yōu)選使第一交點位于下側(cè)、即位于面向凹部的一側(cè)，所以，以第一交點位于下側(cè)的方式來描述No.1～3、No.7、8的預(yù)制坯的剖面。而其他的預(yù)制坯則以第一交點朝上的方式加以描述。圖2～圖4中繪于各預(yù)制坯的橫向右側(cè)的點表示各預(yù)制坯的重心高度。圖2～圖4中的各數(shù)值也用mm單位表示。
表1和表2表示分別采用熔融玻璃A和熔融玻璃B而得到的預(yù)制坯No.1～No.6和預(yù)制坯No.7～No.12的R1(min)、R2(max)、R2(min)、R3(max)、H1、H2、外徑、中心厚度、中心厚度/外徑、質(zhì)量。
表1

表2

采用多個相同的模具，按順序反復(fù)進(jìn)行這樣的工序，從而從連續(xù)流出的玻璃不斷地成型出預(yù)制坯。繞旋轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)軸將多個相同的模具以相等的間隔設(shè)置在旋轉(zhuǎn)工作臺上，通過使上述工作臺分度旋轉(zhuǎn)，可以將空模具移送到管的正下方并使之停留，而后如上述那樣承接玻璃塊。在上述那樣反復(fù)進(jìn)行移動、停止操作的模具上進(jìn)行玻璃塊至預(yù)制坯的成型。
當(dāng)預(yù)制坯的溫度降低到即使施加外力也不變形的范圍時，使吸引噴嘴從預(yù)制坯的正上方靠近預(yù)制坯，用吸引噴嘴吸附預(yù)制坯上表面的中心部，將其向正上方提起，從模具中取出。
根據(jù)本實施例，雖然是在反復(fù)進(jìn)行移動、停止的模具上成型預(yù)制坯，卻可以得到旋轉(zhuǎn)對稱性優(yōu)良的預(yù)制坯。另外，即使采用吸引噴嘴來將預(yù)制坯從模具中取出，也可以沒有吸引失敗地從不斷傳送過來的模具中取出預(yù)制坯。只要模具的凹部形狀一定，那么得到的預(yù)制坯的形狀也是一定的，并且也不會因?qū)㈩A(yù)制坯從模具中取出時與模具的摩擦而在預(yù)制坯的表面產(chǎn)生損傷。
這樣，分別如表1和表2所示的那樣，從熔融玻璃A連續(xù)地制成適于精密沖壓成型的、由折射率(nd)為1.69350、阿貝數(shù)(νd)為53.2、玻化溫度(Tg)為520℃的光學(xué)玻璃構(gòu)成的預(yù)制坯No.1～6，從熔融玻璃B連續(xù)地制成適于精密沖壓成型的、由折射率(nd)為1.58313、阿貝數(shù)(νd)為59.46、玻化溫度(Tg)為500℃的光學(xué)玻璃構(gòu)成的預(yù)制坯No.7～12。
在本實施例中，分別采用熔融玻璃A和B而制成由光學(xué)玻璃構(gòu)成的預(yù)制坯，但是，也可以采用其他的光學(xué)玻璃，例如折射率(nd)為1.58913、阿貝數(shù)(νd)為61.3、?；瘻囟?Tg)為515℃的光學(xué)玻璃，或者折射率(nd)為1.860610、阿貝數(shù)(νd)為40.7、?；瘻囟?Tg)為560℃的光學(xué)玻璃等。
接著，采用精密沖壓成型模對上述預(yù)制坯進(jìn)行精密沖壓成型，從而制成非球面透鏡。得到的透鏡具有良好的面精度，是旋轉(zhuǎn)對稱性高的高性能非球面透鏡。因此，可以確認(rèn)在精密沖壓成型時，在玻璃和模具表面之間沒有產(chǎn)生氣阱或厚度不均等問題。
這樣，可以穩(wěn)定地制造各種非球面透鏡，例如，凸透鏡、凹透鏡等高性能的透鏡。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，可以獲得能夠通過精密沖壓成型來穩(wěn)定地制造高精度光學(xué)元件的精密沖壓成型用預(yù)制坯，可以采用該預(yù)制坯以高生產(chǎn)率來生產(chǎn)高精度的光學(xué)元件。
權(quán)利要求
1.一種精密沖壓成型用預(yù)制坯，是玻璃制成的，其特征在于，該預(yù)制坯是具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸的旋轉(zhuǎn)體，具有向外側(cè)凸出的第一面和向外側(cè)凸出的第二面，所述第一面包含所述旋轉(zhuǎn)對稱軸與表面相交的兩個交點中的第一交點，所述第二面包含所述兩個交點中的第二交點；將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第一面時，以第一交點為中心、以外徑的2/3為直徑的圓內(nèi)部分的最小曲率半徑設(shè)為R1(min)；將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第二面時，以第二交點為中心、以外徑的1/3為直徑的圓內(nèi)部分的最小曲率半徑設(shè)為R2(min)，將最大曲率半徑設(shè)為R2(max)；將從所述旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第二面時，以第二交點為中心、以外徑的2/3為直徑的圓外部分的最大曲率半徑設(shè)為R3(max)；將第一交點和重心之間的距離設(shè)為H1、將第二交點和重心之間的距離設(shè)為H2，此時，存在下述關(guān)系|R3(max)|＜|R2(min)|＜|R2(max)|＜|R1(min)|，且，H1＜|R1(min)|；包含所述旋轉(zhuǎn)對稱軸的剖面的輪廓線形狀為，在任意位置都向外側(cè)凸出，且所述輪廓線的斜度沿所述輪廓線連續(xù)變化。
2.如權(quán)利要求1所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯，其特征在于，當(dāng)將第二交點和重心之間的距離設(shè)為H2時，存在H2＜|R2(min)|的關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1或2所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯，其特征在于，整個表面是熔融玻璃的表面固化而形成的。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯，其特征在于，中心厚度與外徑之比(中心厚度/外徑)是0.45～0.85。
5.一種精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，使熔融玻璃流出并分離出熔融玻璃塊，在所述熔融玻璃固化的過程中，于成型模的凹部上成型出預(yù)制坯，其特征在于，在移動的成型模的凹部上將熔融玻璃塊成型為權(quán)利要求1～4中任一項所述的預(yù)制坯；在上述凹部上以下述狀態(tài)成型成型為預(yù)制坯的第一面的熔融玻璃表面朝向下側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，其特征在于，在使熔融玻璃塊整體從所述凹部浮起的同時，成型出預(yù)制坯。
7.如權(quán)利要求5或6所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，其特征在于，所述凹部表面具有繞一個中心軸旋轉(zhuǎn)任意角度均對稱的形狀；使用隨著遠(yuǎn)離所述中心軸、所述凹部表面的曲率半徑絕對值離散地或連續(xù)地減小的成型模。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項所述的精密沖壓成型用預(yù)制坯的制造方法，其特征在于，在反復(fù)進(jìn)行使所述成型模沿水平方向移動、停止的操作的同時，成型預(yù)制坯。
9.一種光學(xué)元件制造方法，其特征在于，對權(quán)利要求1至4中任一項所述的預(yù)制坯、或用權(quán)利要求5至8中任一項所述的制造方法制成的預(yù)制坯進(jìn)行加熱，使用沖壓成型模來進(jìn)行精密沖壓成型。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件制造方法，其特征在于，將預(yù)制坯導(dǎo)入沖壓成型模內(nèi)，將所述預(yù)制坯和沖壓成型模一起加熱，進(jìn)行精密沖壓成型。
11.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件制造方法，其特征在于，將加熱了的預(yù)制坯導(dǎo)入到已預(yù)先加熱的沖壓成型模中，進(jìn)行精密沖壓成型。
全文摘要
本發(fā)明的精密沖壓成型用預(yù)制坯是具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸的旋轉(zhuǎn)體，具有第一面和第二面；將從旋轉(zhuǎn)對稱軸方向俯視第一面時，以第一交點為中心、以外徑的2/3為直徑的圓內(nèi)部分的最小曲率半徑設(shè)為R
文檔編號C03B11/08GK1939851SQ200610141568
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者宇津木克己, 吉田昌弘, 新熊義包 申請人:Hoya株式會社