光學元件製造方法以及光學元件製造裝置的製作方法
2023-05-28 03:33:26
專利名稱：光學元件製造方法以及光學元件製造裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學元件製造方法以及光學元件製造裝置。
背景技術：
公知有在成型模具內對玻璃等熱塑性的光學坯料進行加熱和按壓來形成期望形狀的光學元件的技術。在該技術中，要利用來自與成型模具的接觸部的熱傳導對玻璃等進行加熱，但由於玻璃等的導熱係數較小，因此有時為了均勻進行加熱而耗費時間。因此，在專利文獻I中，作為輔助加熱手段，公開有通過將加熱後的惰性氣體直接噴到成型模具內的玻璃來進行均勻加熱的技術。現有技術文獻 專利文獻專利文獻I :日本特開2008-120645號公報
發明內容
發明所要解決的課題然而，上述專利文獻I的技術雖是能夠將玻璃等光學坯料迅速且均勻地加熱到預定溫度的優異技術，但在將加熱氣體導入到成型模具內時，擔心光學坯料由於氣體的動壓力等而從型腔內的預定位置起移動。並且，光學坯料移動，結果存在有時不能得到良好的光學元件這樣的技術問題。本發明的目的在於提供一種能夠在不導致由於成型模具內的光學坯料的位置偏離等而造成的光學元件的品質降低的情況下，利用向成型模具內導入加熱後的惰性氣體來實現加熱效率提高的光學元件的製造技術。用於解決課題的手段本發明的第I方面提供一種光學元件製造方法，其包含第I工序，向位於成型模具內的型腔的光學坯料施加第I負荷來對其進行固定；第2工序，之後，將加熱後的氣體導入到所述型腔內來加熱軟化所述光學坯料；以及第3工序，之後，向所述型腔內的所述光學坯料施加比所述第I負荷大的第2負荷來使光學兀件成型。本發明的第2方面提供一種光學元件製造裝置，其包含加壓單元，其對成型模具進行加壓；氣體導入單元，其能夠將加熱後的氣體導入到所述成型模具內的型腔；以及控制單元，其控制成在向所述光學坯料施加比第2負荷小的第I負荷來對光學坯料進行固定後，將所述氣體導入到所述型腔，其中，所述第2負荷是收納在所述型腔的光學坯料的成型時的負荷。發明的效果
根據本發明，可提供能夠在不導致由於成型模具內的光學坯料的位置偏離等而造成的光學元件的品質降低的情況下，利用向成型模具內導入加熱後的惰性氣體來實現加熱效率提高的光學元件製造技術。
圖I是按照工序順序示出實施作為本發明一個實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的結構和作用的一例的概略剖視圖。圖2是示出實施作為本發明一個實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的作用的一例的曲線圖。圖3是示出實施作為本發明另一實施方式的光學元件制 造方法的製造裝置的結構例的概略剖視圖。圖4是圖3的橫剖視圖。圖5是示出實施作為本發明另一實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的動作狀態的一例的概略剖視圖。圖6是圖5的橫剖視圖。圖7是示出實施作為本發明又一實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的結構和作用例的概略剖視圖。圖8是示出實施作為本發明又一實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的結構和作用例的概略剖視圖。圖9是示出實施作為本發明又一實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的結構和作用的變形例的概略剖視圖。圖10是示出實施作為本發明再一實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的結構和作用例的概略剖視圖。圖11是示出實施作為本發明再一實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的結構和作用例的概略剖視圖。
具體實施例方式在本實施方式中，作為一個方式，在將加熱氣體導入到成型模具的型腔內時，在用上下模以光學還料不會由於加熱氣體的導入而移動、且光學還料不會破損的負荷夾入成型坯料後，將加熱氣體導入到型腔內。此外，為了在解除負荷時不將加熱氣體和成型模具的外部環境內的低溫氣體等導入到型腔內，關閉氣體導入通路，防止成型模具內的成型坯料的位置偏離和型腔內的溫度降低。S卩，光學坯料不會由於導入到型腔內的加熱氣體的動壓力等而從預定位置起移動，能夠在靜止於預定位置的狀態下高效加熱光學坯料，從而能夠得到良好的光學元件。下面，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。另外，在以下的本實施方式的說明中，在各圖中，X、Y、Z的各方向如圖所示，作為一例，將Z方向設為鉛直方向，將X — Y平面設為水平面。此外，在以下的各實施方式的說明中，對相同的結構要素標註相同的參考標號，並省略重複說明。(實施方式I)圖I是按照工序順序示出實施作為本發明一個實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的結構和作用的一例的概略剖視圖。圖2是示出實施作為本發明一個實施方式的光學元件製造方法的製造裝置的作用的一例的曲線圖。本實施方式的製造裝置Ml具有沿上下方向相對的上板11 (加壓單元)和下板12、以及沿上下方向驅動該上板11的上軸13。在上板11和下板12中埋設有未圖示的加熱器。由此，加熱器能夠將各板加熱到
預定溫度。 在下板12上載置有成型模具20。在該成型模具20周圍設置有後述的控制機構30 (控制單元)。成型模具20具有筒模具21、以及以從該筒模具21的上下的開口端起相對的方式被插入的上模22和下模23。並且，在筒模具21的內部，在相對的上模22的成型面22a與下模23的成型面23a之間形成有型腔24。在該型腔24的內部，例如收納有預先預成型為球形的玻璃預塑形坯等的光學坯料90。在筒模具21的壁面，在與內部的型腔24連通的位置，在關於Z軸對稱的位置貫通形成多個氣體導入孔21a (氣體導入單元)(透孔)。在本實施方式的製造裝置Ml的情況下，在成型模具20周圍配置有控制機構30，該控制機構30具有同軸地貫穿插入筒模具21的套筒31 (第I筒體)；與筒模具21的氣體導入孔21a相對開口的多個氣體噴嘴34 ；以及軸向驅動彈簧33，其設置於該套筒31的下端，朝使該套筒31從上模22的上端突出的方向始終朝上按壓該套筒31。另外，在圖I中，為了方便僅對套筒31標註標號(30 )。另外，作為軸向驅動彈簧33，可以設為如下結構在套筒31的下端部螺旋狀地形成狹縫，套筒31的下端部自身作為軸向驅動彈簧33發揮功能。氣體噴嘴34例如由噴火筒加熱器構成。氣體噴嘴34是如下結構始終朝向成型模具20的氣體導入孔21a噴出加熱到預定溫度的氣體的一例即惰性氣體80。此外，在套筒31中，在Z軸的旋轉方向的位置處，在與氣體導入孔21a的相同位置處開有多個氣體供給孔32 (第I貫通孔)。在套筒31由於軸向驅動彈簧33而朝上方突出的狀態下，該氣體供給孔32從氣體導入孔21a的高度位置起朝上側移動，由此氣體導入孔21a與氣體噴嘴34的連通狀態由套筒31截斷。此外，在通過上板11朝下方壓入從而套筒31的上端移動到與上模22的上端面一致的位置時，氣體供給孔32與筒模具21的氣體導入孔21a處於同一高度。由此，氣體噴嘴34與氣體導入孔21a連通，向型腔24內部導入加熱後的惰性氣體80。S卩，本實施方式的控制機構30通過與上板11的上下移動聯動，使形成有氣體供給孔32的套筒31上下移動，實現切換氣體導入孔21a與氣體噴嘴34的截斷和連通的動作。在本實施方式的情況下，在上板11的中央部設置有沿軸方向貫通上板11和上軸13的銷孔11a。在該銷孔Ila的內部，收納有從上板11的下表面突出的加壓銷Ilb (加壓
單元)。
該加壓銷Ilb的上端部經由加壓彈簧Ilc被固定於銷孔Ila的上端部。並且，在上板11通過上軸13下降的情況下，在上板11與套筒31的上端抵接之前，加壓銷Ilb的下端首先與成型模具20的上模22抵接。由此，在使該上模22接近下模23的方向上產生負荷(即、將光學坯料90夾入到上模22與下模23之間進行固定的後述的固定負荷Wl (第I負荷))。並且，在上板11下降的同時將加壓銷Ilb壓入到銷孔Ila的內部。並且，在上板11與上模22抵接的狀態下，加壓銷Ilb成為被完全壓入到銷孔Ila內部的狀態。由此，在本實施方式中，成為在下降的上板11與套筒31抵接之前，通過加壓銷Ilb與上模22抵接而產生固定負荷Wl的結構。因此，能夠通過適當設定支撐加壓銷Ilb的加壓彈簧Ilc的彈簧常數和長度，將固定負荷Wl設定為期望的值。在本實施方式的情況下，設定為在通過下降的上板11壓下套筒31從而氣體供給孔32與氣體導入孔21a即將一致之前的高度處，即，在即將從氣體噴嘴34向型腔24導入惰性氣體80之前的位置處，使加壓銷Ilb對於上模22作用預定的固定負荷W1。以下，參照圖I和圖2說明本實施方式的作用的一例。首先，在將內部收納有光學坯料90的成型模具20安裝到套筒31的狀態下，將成型模具20載置到加熱到預定的成型溫度的下板12上(準備工序K1)。此時，僅對成型模具20內部的光學坯料90作用作為上模22的自重的上模自重W0。此外，將光學坯料90定位成中心與型腔24的中央位置、即成型面22a和成型面23a的中心位置(光軸位置)一致。此外，套筒31通過軸向驅動彈簧33而處於上端從上模22的上端面突出的狀態，氣體供給孔32移動到從氣體導入孔21a朝上側錯開的位置。因此，從氣體噴嘴34和外部環境截斷型腔24。由此，在未從外部作用負荷的狀態下，通過套筒31閉塞氣體導入孔21a。因此，位於成型模具20的型腔24的預定中心位置的光學坯料90不會由於外部環境等的影響而產生位置偏離。接著，在通過上軸13使加熱到預定的成型溫度的上板11下降時，從上板11突出的加壓銷Ilb首先與上模22的上端抵接，上板11在與套筒31抵接之前一直下降。由此，向上模22作用固定負荷Wl (固定定時tl)，對光學坯料90進行固定(固定工序K2 (第I工序))。然後，在使上板11下降而將套筒31壓入到下方，並且上板11與上模22的上端面抵接時，氣體供給孔32與氣體導入孔21a —致(氣體導入開始定時t2)。由此，將從氣體噴嘴34噴出的加熱到預定溫度的惰性氣體80噴到型腔24的光學坯料90，開始該光學坯料90的加熱(加熱工序K3 (第2工序))。此時，同時利用來自上板11和下板12的熱傳導或輻射熱對光學坯料90進行加熱。在本實施方式的情況下，在即將導入來自該氣體噴嘴34的惰性氣體80之前，光學坯料90通過固定負荷Wl固定，因此能夠可靠防止從型腔24的預定中心位置產生位置偏離。並且，在光學坯料90達到預定的成型溫度TS時，通過上軸13使上板11進一步下降，用成型負荷W2 (第2負荷)按壓上模22而開始光學坯料90的成型(壓型開始定時t3)。接著，通過將上模22的成型面22a和下模23的成型面23a轉印到光學坯料90，得到光學元件91 (衝壓成型工序K4 (第3工序))。在該成型時，在本實施方式的情況下，不使光學坯料90在型腔24的內部產生位置偏離地將其高精度地定位到中心位置。由此，例如能夠得到光學坯料90關於光軸對稱地變形、繞光軸的光學性能沒有失衡等的高品質的光學元件91。之後，解除基於上板11的成型負荷W2，並且開始成型模具20的冷卻(壓型結束定時t4)。此時，在上板11上升而遠離套筒31時，套筒31上升，氣體供給孔32移動到從氣體 導入孔21a朝上方錯開的位置。由此，型腔24恢復到從外部被截斷的狀態。並且，如果成型模具20的溫度降低到預定溫度，則對成型模具20進行分解，取出光學兀件91。另外，也可以根據需要，在開始冷卻時，對上模22作用期望的合模負荷。由此，在本實施方式的製造裝置Ml的情況下，使具有氣體供給孔32的套筒31與上板11聯動地上下移動，該氣體供給孔32控制成型模具20的氣體導入孔21a的開閉。由此，在對光學坯料90作用預定的固定負荷Wl而使其固定後，將加熱後的惰性氣體80導入到型腔24。因此，能夠通過將加熱後的惰性氣體80導入到型腔24內並噴到光學坯料90而在短時間內將光學坯料90均勻且高效地加熱到成型溫度，並且光學坯料90不會由於惰性氣體80的噴射而從型腔24內的預定位置起移動，能夠高效得到光學性能良好的光學元件91。此處，說明本實施方式中的固定負荷Wl以及來自氣體噴嘴34的惰性氣體80的供給方法的一例。在本實施方式的情況下，作為一例，將氣體噴嘴34設為噴嘴直徑CP=Imm 4mm。在氣體噴嘴34的噴嘴直徑(P過小時流速變得過快，作用於被噴射了惰性氣體80的光學坯料90的動壓力變大，需要用更大的固定負荷Wl夾入並固定光學坯料90。另一方面，在氣體噴嘴34的噴嘴直徑φ過大時流速變慢，不能利用加熱後的惰性氣體80進行光學坯料90的充分的熱交換。此外，作為一例，將惰性氣體80的流量Q設為Q=10L/min 40L/min。在流量Q過小時惰性氣體80的流速變慢，不能與光學坯料90進行充分的熱交換。此外，流量Q過大時惰性氣體80的流速過快，需要用更大的固定負荷Wl夾入並固定光學坯料90。接著，示出根據光學坯料90的尺寸和形狀等決定固定負荷Wl的方法的一例。在光學坯料90由於負荷而彈性變形，成型面22a、23a與光學坯料90的接觸部分不是點接觸而是面接觸，且光學坯料90的形狀是球體的情況下，設為P :集中負荷[N](=固定負荷W1)、V I :光學坯料90的泊松比、V 2 :成型面22a (成型面23a)的泊松比、
El :光學坯料90的縱彈性係數[MPa]、E2 :成型面22a (成型面23a)的縱彈性係數[MPa]、Rl :光學坯料90的曲率半徑[mm]、R2 :成型面22a (成型面23a)的曲率半徑[mm](凹面的情況下為1/R2= — (1/R2)，平面的情況下為R2=m)時，與成型面22a (成型面23a)的接觸半徑a [mm]根據赫茲公式如以下的(I)式所
權利要求
1.一種光學元件製造方法，其包含 第I工序，向位於成型模具內的型腔的光學坯料施加第I負荷來對其進行固定； 第2工序，之後，將加熱後的氣體導入到所述型腔內來加熱軟化所述光學坯料；以及 第3工序，之後，向所述型腔內的所述光學坯料施加比所述第I負荷大的第2負荷來使光學兀件成型。
2.根據權利要求I所述的光學元件製造方法，其中， 相比所述第2工序，減少所述第I工序中的導入到所述型腔內的所述氣體的流量。
3.根據權利要求2所述的光學元件製造方法，其中， 在所述第I工序中，截斷所述氣體向所述型腔的導入通路。
4.根據權利要求2所述的光學元件製造方法，其中， 在所述第I工序中，使所述氣體的流道方向與所述第2工序不同，由此不向所述型腔內導入所述氣體。
5.根據權利要求I所述的光學元件製造方法，其中， 根據所述光學坯料的尺寸和導入到所述型腔的所述氣體的流量中的至少一方決定在所述第I工序中施加到所述光學坯料的所述第I負荷。
6.根據權利要求I所述的光學元件製造方法，其中， 在所述第2工序中，施加比所述第I負荷大的第3負荷來促進所述光學坯料的變形。
7.一種光學元件製造裝置，其包含 加壓單元，其對成型模具進行加壓； 氣體導入單元，其能夠將加熱後的氣體導入到所述成型模具內的型腔；以及 控制單元，其控制成在向所述光學坯料施加比第2負荷小的第I負荷來對光學坯料進行固定後，將所述氣體導入到所述型腔，所述第2負荷是收納在所述型腔內的光學坯料的成型時的負荷。
8.根據權利要求7所述的光學元件製造裝置，其中， 所述成型模具由筒模具、和在所述筒模具的內部夾著所述光學坯料而相對的第I模和第2模構成， 所述氣體導入單元由以與所述型腔連通的方式貫通形成於所述筒模具的透孔構成， 所述加壓單元由夾持所述第I模和所述第2模並朝相對方向進行加壓的一對板構成。
9.根據權利要求8所述的光學元件製造裝置，其中， 所述控制單元由第I筒體構成，該第I筒體同軸地安裝於所述筒模具的外側，並具有第I貫通孔，該第I貫通孔通過與所述板對所述成型模具的夾持加壓動作聯動地朝所述相對方向移位來控制所述透孔的開閉。
10.根據權利要求8所述的光學元件製造裝置，其中， 所述控制單元由第2筒體構成，該第2筒體同軸地安裝於所述筒模具的外側，並具有第2貫通孔，該第2貫通孔通過與所述板對所述成型模具的夾持加壓動作聯動地繞所述相對方向轉動移位來控制所述透孔的開閉。
11.根據權利要求8所述的光學元件製造裝置，其中， 所述控制單元具有 可動氣體噴嘴，其能夠改變相對於所述透孔的相對位置地噴出所述氣體；以及可動遮擋板，其能夠隔開所述可動氣體噴嘴與所述透孔之間， 通過與所述板對所述成型模具的夾持加壓動作聯動地使所述可動氣體噴嘴和所述可動遮擋板移位，控制是否從所述可動氣體噴嘴經由所述透孔向所述型腔導入所述氣體。
12.根據權利要求8所述的光學元件製造裝置，其中， 所述控制單元具有 第I氣體噴嘴，其配置於向所述透孔供給所述氣體的位置； 第2氣體噴嘴，其朝偏離所述透孔的位置開口 ；以及 切換閥，其對所述氣體流向所述第I氣體噴嘴和所述第2氣體噴嘴中的哪一個進行切換， 通過與所述板對所述成型模具的夾持加壓動作聯動地使所述切換閥動作，控制是否從所述第I氣體噴嘴經由所述透孔向所述型腔導入所述氣體。
全文摘要
在不導致由於成型模具內的光學坯料的位置偏離等而造成的光學元件的品質降低的情況下，利用向成型模具內導入加熱後的惰性氣體來實現加熱效率的提高。作為解決手段的一例，在形成於相對插入到筒模具(21)的上模(22)與下模(23)之間的型腔(24)中收納光學坯料(90)進行加熱並衝壓成型的製造裝置(M1)中，與形成有氣體導入孔(21a)的筒模具(21)同軸地安裝形成有氣體供給孔(32)的套筒(31)，通過設置於套筒(31)下端的軸向驅動彈簧(33)，套筒(31)與上板(11)的上下移動聯動而升降，通過在向上模(22)作用固定負荷(W1)而固定光學坯料(90)的狀態下，使氣體供給孔(32)與氣體導入孔(21a)一致而從氣體噴嘴(34)導入加熱後的惰性氣體(80)。由此能夠在不產生光學坯料(90)的位置偏離的情況下高效地加熱使光學坯料(90)成型。
文檔編號C03B11/00GK102958853SQ201180029548
公開日2013年3月6日 申請日期2011年3月23日 優先權日2010年6月29日
發明者澁木宏行, 關博之 申請人:奧林巴斯株式會社