CN101293728A - 光学元件的制造装置及光学元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种与精密压制成形所需的时间相一致地由制造预成型体的熔融玻璃来制造光学元件的制造装置、以及由熔融玻璃来制造光学元件的制造方法。本发明的光学元件的制造装置100包括：(i)玻璃块制造装置400，使光学玻璃熔融，并将所述熔融玻璃分割成规定的体积或质量而成形出玻璃块；(ii)搬运玻璃块的搬运装置700；以及(iii)精密压制成形装置300，对所搬运的玻璃块进行精密压制成形，此光学元件的制造装置100更包括调整机构，在将所述精密压制成形装置300中的精密压制成形所需的平均时间设为a(秒/个)，将精密压制成形装置300的台数设为b，将玻璃块制造装置400中的玻璃块成形所需的时间设为c(秒/个)时，所述调整机构对c加以调整，使得a、b、c处于a/b≤c的范围内。

Description

光学元件的制造装置及光学元件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种由熔融玻璃制造出光学元件的制造装置、以及由熔融玻璃制造出光学元件的制造方法。

背景技术

近年来，在数字照相机及投影仪等光学设备的领域中要求小型化、轻薄化，随此，光学元件的小型化、透镜使用片数的减少成为了课题。

通常，构成光学系统的透镜一般有球面透镜和非球面透镜。大多数球面透镜是通过对玻璃材料进行冷加工(研削、研磨等)，或者通过对再加热压制成形所得的玻璃成形品进行冷加工而制造的。另一方面，非球面透镜的主流加工方法是，用带有高精度成形面的模具对已加热软化的球形、椭球形或扁平状玻璃块(例如预成型体)进行压制成形，将模具的高精度成形面的形状转印到预成型体上，从而获得非球面透镜，也就是通过精密压制成形来制造非球面透镜。

此处，预成型体可以通过将熔融玻璃暂时成形为板状玻璃，并进行切割、研削、研磨等冷加工方法而制作。但是，此方法存在着冷加工的成本高而且材料的产出率低的缺点。因此，根据玻璃种类的不同而采用下述方法：用熔解装置将原料熔解之后，使熔解的原料从喷嘴等滴落到成形模具上，从而使玻璃块浮起成形，以此来制作预成型体而不进行冷加工。

而且，为了削减成本，还作了另一研究，即：将玻璃块制造装置与精密压制成形装置连结起来，从而由玻璃原料连续不断地制作出光学元件(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利特开平8-26739号公报

发明内容

但是，一般而言，与制作一个预成型体所需的时间(通常为5秒以下)相比，对一个预成型体进行精密压制成形所需的时间明显要长(通常是1分钟左右)。因此，即使是将两者简单地连结起来，也会存在来不及进行精密压制成形处理的问题。所以需增加精密加压成形机之数量，但因为精密压制成形机的价格非常昂贵，所以单纯地增加精密压制成形机的数量也是不现实的。因此，正在寻求一种尽可能不增加精密压制成形机的数量的方法，而是通过调整预成型体制作与精密压制成形的周期来提高材料产出率，从而低成本地制作出光学元件。

本发明是有鉴于如上所述的课题而研制的，目的在于提供一种与精密压制成形所需的时间相一致地制造出预成型体的光学元件的制造装置以及光学元件的制造方法。

本发明人通过在固定条件下，根据和精密压制成形时间之间的关系来调整玻璃块的制造时间，并且减少精密压制成形所耗费的时间，从而完成本发明。具体而言，本发明提供如下内容。

(1)一种光学元件的制造装置，其特征在于包括：

(i)玻璃块制造装置，使光学玻璃熔融，并将所述熔融玻璃分割成规定的体积或质量而成形出玻璃块；

(ii)搬运所述玻璃块的搬运装置；以及

(iii)对所搬运的所述玻璃块进行精密压制成形的精密压制成形装置，

所述光学元件的制造装置更包括调整机构，在将所述精密压制成形装置中的精密压制成形所需的平均时间设为a(秒/个)，将所述精密压制成形装置的台数设为b，将所述玻璃块制造装置中的玻璃块成形所需的时间设为c(秒/个)时，所述调整机构对a、b及c中的至少一个加以调整，使得a、b、c处于a/b≤c的范围内。

(2)根据(1)所述的光学元件的制造装置，其特征在于，所述玻璃块制造装置中的所述熔融玻璃的流出量为0.5g/秒以下，且所述玻璃块制造装置中的所述玻璃块成形所需的时间为2秒/个以上。

(3)根据(1)或(2)所述的光学元件的制造装置，其特征在于，所述搬运装置将所述玻璃块承放在被加热到100℃以上、400℃以下的温度的承接盘上，并在维持着所述温度的状态下搬运所述玻璃块。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的光学元件的制造装置，其特征在于，经过所述搬运装置而提供给所述精密压制成形制造装置的所述玻璃块的温度为50℃以上。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的光学元件的制造装置，其特征在于，不具备所述玻璃块的清洗装置，并且

利用经过加热且维持着温度的所述玻璃块散发出来的热，来使所述玻璃块周边产生湍流，从而防止异物附着到所述玻璃块的表面。

(6)根据(1)至(5)中任一项所述的光学元件的制造装置，其特征在于，精密压制成形后的光学元件的总质量相对于所述熔融玻璃的总流出量的比例为90％以上。

(7)一种光学元件的制造方法，其特征在于包括：

(i)玻璃块成形工序，使光学玻璃熔融，并将所述熔融玻璃分割成规定的体积或质量而成形出玻璃块；

(ii)玻璃块搬运工序，搬运所述玻璃块；以及

(iii)精密压制成形工序，对所搬运的所述玻璃块进行精密压制成形，

所述光学元件的制造方法更包括调整工序，在将对所述玻璃块进行所述精密压制成形的工序中的精密压制成形所需的平均时间设为a(秒)，将所述精密压制成形工序中具有的精密压制成形装置的台数设为b，将所述玻璃块成形工序中的玻璃块成形所需的时间设为c(秒/个)时，所述调整工序对a、b及c中的至少一个加以调整，使得a、b、c处于a/b≤c的范围内。

(8)根据(7)所述的光学元件的制造方法，其特征在于，所述玻璃块成形工序中的所述熔融玻璃的流出量设为0.5g/秒以下，所述玻璃块成形工序中的所述玻璃块成形所需的时间设为2秒/个以上。

(9)根据(7)或(8)所述的光学元件的制造方法，其特征在于，所述玻璃块搬运工序包括下述工序，即，将所述玻璃块承放在被加热到100℃以上、400℃以下的温度的承接盘上，并在维持着所述温度的状态下搬运所述玻璃块。

(10)根据(7)至(9)中任一项所述的由熔融玻璃制造出光学元件的制造方法，其特征在于，经过所述玻璃块搬运工序而提供给精密压制成形工序的所述玻璃块的温度设为50℃以上。

(11)根据(7)至(10)中任一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

不包括所述玻璃块的清洗工序，并且

利用经过加热且维持着温度的所述玻璃块散发出来的热，来使所述玻璃块周边产生湍流，从而防止异物附着到所述玻璃块的表面。

(12)根据(7)至(11)中任一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于，精密压制成形后的光学元件的总质量相对于所述熔融玻璃的总流出量的比例设为90％以上。

[发明效果]

根据本发明，因为是流水进行玻璃块的成形、玻璃块的搬运及精密压制成形，所以可以高效地由熔融玻璃制造出光学元件。而且，可以省略清洗等工序，从而可以提高光学元件的生产性。

附图说明

图1是本发明一实施形态的制造装置的概略构成图。

图2是图1的制造装置的框图。

图3是构成图1的制造装置的搬运装置的概略构成图。

图4是构成图1的制造装置的精密压制成形装置的概略构成图。

图5是本发明另一实施形态的制造装置的概略构成图。

[符号的说明]

100        光学元件的制造装置(制造装置)

200        流路

200a       下端

300        精密压制成形装置

301        下模

302        上模

303        加压机

304        传送带

400        玻璃块制造装置

422        旋转台

425        旋转轴

430        成形模具

500        第1转移装置

600        第2转移装置

700        搬运装置

760        传送带

762        托盘

762a       凹状形成面

763        保温装置

具体实施方式

以下，详细说明本发明的光学元件的制造装置及制造方法的实施形态，但本发明丝毫不限定于以下的实施形态，在本发明的目的范围内，可以进行适当变更而实施。另外，对于说明重复的部分，有时会适当省略说明，但并不限定发明的宗旨。

如图1及图2所示，由熔融玻璃制造出光学元件的制造装置100(以下，称作制造装置)包括：玻璃块制造装置400、精密压制成形装置300、搬运装置700及转移装置500和600。

玻璃块制造装置400利用成形模具将从流路200流下的熔融玻璃C成形为玻璃块E。

(流路)

流路200与未图示的熔融炉相连接，用于使在熔融炉中熔解的熔融玻璃C滴落。

在流路200中设置传感器等(未图示)，从而可以每隔固定时间将熔融玻璃C分割成规定的体积或规定的质量，并且控制熔融玻璃C每隔固定时间以规定的体积或规定的质量而滴落。

(玻璃块制造装置)

根据图1及图2，玻璃块制造装置400例如包括：旋转自如地支承在玻璃块制造装置400上的旋转台422；以及多个成形模具430，所述成形模具配置在旋转台422的周缘部的同心位置上，且可收纳从流路200的下端流出的熔融玻璃。

具体而言，玻璃块制造装置400包括：可旋转的圆盘状旋转台422，其支承着旋转轴425，使旋转轴425可自如地旋转；以及连结于未图示的旋转用驱动源的旋转轴425。玻璃块制造装置400也可以根据情况，在旋转轴425的周边设置冷却装置(未图示)。

配置在旋转台422上的成形模具430通过旋转台422的旋转而移动到流路200的正下方，从而使熔融玻璃C从流路200滴落到成形模具430中。

玻璃块制造装置400优选可使所述熔融玻璃在成形模具上浮起成形。作为浮起成形的形态，可以使用日本专利特开平6-122526、日本专利特开平8-319124、日本专利特开平8-325021、日本专利特开2002-310439等众所周知的文献中所记载的方法。

而且，为了使熔融玻璃浮起成形，优选成形模具使用多孔质材料，使气体从这些孔喷出，但也可以是日本专利特开2003-40632号公报中记载的由非多孔质材料构成的逆圆锥形状。而且，也可以根据情况而像日本专利特开2004-300020号中所记载的那样，在熔融玻璃进入成形模具之前，用支撑体(支撑模)暂时承接熔融玻璃。

当流路200使熔融玻璃滴落到成形模具430中时，通过由未图示的传感器来探测熔融玻璃C，或者根据预先设定的时间而进行控制，使得旋转台422旋转规定的角度，且收纳了熔融玻璃C的成形模具430随着旋转台422的旋转而移动。随着旋转台422的旋转，成形模具430从流路200的正下方移动到第1转移装置500的正下方。在此期间，熔融玻璃成形为曲面体，并经过冷却而成为玻璃块E。

而且，如果玻璃块E的温度急剧下降，那么也会造成玻璃块的裂痕、破损等缺陷。在这样的情况下，优选在任意位置上配置任意个数的加热装置来对成形模具进行加热，以使成形模具成为规定的温度。由此而防止成形模具的温度急剧下降，最终使得玻璃成形品的不良率难以上升。

另外，当旋转台422处于静止状态时，流路200的下端200a位于多个成形模具430中的一个成形模具的正上方。

(第1转移装置及第2转移装置)

在本发明的制造装置中，可以根据各机器的排列而适当地使用转移装置来转移玻璃块及光学元件，图1及图2例示了在玻璃块制造装置400与搬运装置700之间、以及搬运装置700与精密压制成形装置300之间适当地使用转移装置的情况。

其中，当旋转台422处于静止状态时，第1转移装置500位于多个成形模具430中的一个或多个成形模具的正上方，从成形模具430中取出玻璃块并移送给搬运装置700。

转移装置的形态并无特别限定，可以是吸附玻璃块的方式，也可以是利用机械臂来夹持的方式。

(搬运装置)

如图3所示，搬运装置700包括：收容玻璃块E的承接盘762；传送器760，它是载置着承接盘762并使之移动的移动装置；对承接盘762进行加热的加热装置(未图示)；以及保持承接盘762的温度的保温装置763。

承接盘762在表面上形成一凹状形成面762a，以便载置玻璃块E。凹状形成面的个数可以是任意数。

传送器760是将载置着通过玻璃块制造装置400而成形的玻璃块E的承接盘762搬运到下一工序即精密压制成形装置300的机构的一例。因此，其搬运方式并无特别限定，例如可以是带式传送，也可以是辊式传送。另外，为了方便说明，图3中图示了带式传送的情况。在此情况下，通过由未图示的马达驱动的传送器760来使承接盘762移动。传送器760可以是通过在端部反转而转圈的构造，也可以是经由承接盘762的内侧而转圈的构造。

根据光传感器(未图示)等来对马达进行电脑控制，从而使传送器760运转。随着传送器760的动作，载置着玻璃块E的承接盘762按规定的时序移动，或者停在规定的位置。

如上所述，优选在搬运装置700上设置着用来对承接盘762进行加热的加热装置(未图示)。此加热装置(未图示)是对载置着从第一转移装置500转移来的玻璃块E的承接盘762进行预先加热的装置。设置此加热装置的原因在于，如果承接盘762变冷，那么就会从玻璃块E急剧地夺取热量，从而容易产生翘曲等不良影响。此处，对承接盘762加热的温度可以根据玻璃块E的性质等而适当改变，优选以100℃以上、400℃以下的温度进行加热，更优选以110℃以上、380℃以下的温度进行加热，最优选以120℃以上、350℃以下的温度进行加热。另外，优选一边使用下述保温装置763来将承接盘762的温度维持为所述温度，一边搬运玻璃块。

另外，所述加热装置根据玻璃的热特性而适当改变其加热时间、加热强度，视情况的不同，有时也可以不设置所述加热装置。

加热装置(未图示)的加热方法可以是利用气体等燃料来进行的加热，也可以是利用电来进行的加热。但是，承接盘762的材质必须满足的是，即便受到加热装置(未图示)的加热，也不会产生变形等缺陷。

优选在搬运装置700中设置着用来对玻璃块E进行保温的保温装置763。其原因在于，在后续工序即精密压制成形中，必须将玻璃加热到转变点以上的温度，但如果事先将温度过度下降，那么精密压制成形前的加热所需的时间就会超过必要的时间，这不仅会无谓地加长精密压制周期，而且会因玻璃经过了无用的热历史而容易产生翘曲、变形等缺陷，从而容易使压制成形时的产出率差。此时，当玻璃块E提供给精密压制成形装置300时，通过了保温装置763的玻璃块E的温度调整为优选50℃以上，更优选70℃以上，最优选100℃以上。

保温装置763的保温方法并无特别限定，与所述的加热方法(未图示)相同，可以是利用气体等燃料来进行的加热，也可以是利用电来进行的加热。

这样，使用加热装置、保温装置763对精密压制成形的玻璃块E进行加热，像上述那样提高玻璃块E的温度，由此，在直到精密压制成形为止的期间内，引起玻璃块E的表面散热，使玻璃块E的周边产生湍流。通过此湍流来抑制垃圾、灰尘等异物附着到玻璃块E的表面上。结果可以省略玻璃块E的清洗工序，从而可以高效地制造出光学元件。

(精密压制成形装置)

如图4所示，精密压制成形装置300包括：阴模301，其中收容从第2转移装置600转移来的玻璃块E，并成为压制时的模具的一部分；阳模302，成为对收容在阴模301上的玻璃块E进行压制时的模具的一部分；压制机303，对提供到阴模301和阳模302之间的玻璃块E进行压制；以及载置着阴模301并使之移动的传送器304。另外，为了方便说明，图4中仅图示了一台精密压制成形装置300，但是也可以如图5所示，用多台精密压制成形装置300来对由一个玻璃块成形装置400制作出的玻璃块E进行压制。

阴模301具有收容玻璃块E且使玻璃块E成形的成形面，通过直接受到阳模302的压制就可以制造出光学元件。在阴模301和阳模302的成形面上，设置着用来抑制阴模301及阳模302的成形面受到损伤的脱模膜(未图示)。此处，用作阴模301、阳模302的材料可以是诸如碳化钨之类的超硬合金，也可以使用碳化硅、结晶化玻璃或不锈钢等任意材料。作为脱模膜，可以使用铂、铱、钯等铂族膜；类金刚石碳(Diamond-like Carbon，DLC)之类的碳系膜；TiN或CrN之类的氮化物膜；以及Ni-P等众所周知的膜。

视需要，阴模301及/或阳模302可以由加热装置(未图示)来进行加热，从而可以一边对玻璃块E进行加热一边进行压制。另外，也可以在将玻璃块E载置到阴模301中之前，预先对模具进行加热。

压制机303挤压阴模301及/或阳模302，从而对阴模301和阳模302之间的玻璃块E进行压制。压制方法并无特别限定，可以采用众所周知的压制方法进行压制。压制时的时间、压力、热历史可以根据所要获得的光学元件的形状、玻璃块E的材质等而适当变化。

图4中，通过由未图示的马达驱动的传送器304来使阴模301移动。传送器304可以是通过在端部的反转而转圈的构造，也可以是经由阴模301的内侧而转圈的构造。

根据光传感器(未图示)等来对马达进行的电脑控制，或者根据预先设定的时间，来使传送器304移动、停止。随着传送器304的动作，载置着玻璃块E的阴模301按规定的时序转移，并且停在规定的位置上。另外，传送器304只要可以随着精密压制成形而适当地移动成形模具即可，其方法可以使用众所周知的方法，并无丝毫限定。

在将阳模302提供到玻璃块E上之后，将阴模301及阳模302加热到玻璃块E的转变点以上的温度，并通过压制机303来进行压制。

在压制了固定时间后，将阴模301及阳模302冷却，排出阳模302，并取出通过对玻璃块E进行压制而获得的光学元件。

在将精密压制成形装置300中的精密压制成形所需的平均时间设为a(秒/个)，将精密压制成形装置300的台数设为b，将玻璃块制造装置400中的玻璃块E成形所需的时间设为c(秒/个)时，优选对玻璃块E的a、b及c中的至少一个加以调整，使得a、b、c处于a/b≤c的范围内，更优选至少对c加以调整。此处，如果c小于a/b，则容易生产出超出压制成形机处理能力的玻璃块，从而成为容易导致材料产出率下降的重要因素。另外，本说明书中所谓的“将精密压制成形所需的平均时间设为a(秒/个)”，就是指当连结于玻璃块制造装置的精密压制成形装置为1台时，表示此精密压制成形装置成形出一个光学元件所需的时间，而当连结着多台精密压制成形装置时，表示各成形机的成形时间的平均值。而且，所谓的玻璃块E成形所需的时间c(秒/个)，就是指当玻璃块制造装置在规定的时间t(秒)内生产出n个玻璃块E时，c＝t/n(秒/个)。

因此，优选制造玻璃块E时的熔融玻璃流出量较小，且优选精密压制成形所需的时间较短。具体而言，在玻璃块制造装置400中，熔融玻璃C的流出量优选0.5g/秒以下，更优选0.4g/秒以下，最优选0.3g/秒以下。而且，所述玻璃块E成形所需的时间优选2秒/个以上，更优选3秒/个以上，最优选4秒/个以上。但是，如果过度降低流出量，则容易在流出时产生失透等缺陷，所以必须仔细注意温度及环境管理。进一步，在玻璃块制造装置400中，为了减少玻璃块E的精密压制成形所需的时间，有效的是如上所述，在搬运玻璃块E时将玻璃块E的温度维持在规定的温度范围内。

本发明的制造装置100优选进行流水作业，即，使用玻璃块制造装置400来制造玻璃块E，再经过搬运装置700，直到最后的精密压制成形装置300来制造光学元件，这样，精密压制成形后的光学元件的总质量相对于熔融玻璃的总流出量的比例为90％以上。由此可以将熔融玻璃C的损耗控制在最低限度，从而提高材料产出率。所述比例更优选91％以上，最优选92％以上。

本发明并不限定于所述实施形态，在可达成本发明的目的范围内所进行的变形、改良等也属于本发明。

Claims (12)

1、一种光学元件的制造装置，其特征在于包括：

(i)玻璃块制造装置，使光学玻璃熔融，并将所述熔融玻璃分割成规定的体积或质量而成形出玻璃块；

(ii)搬运所述玻璃块的搬运装置；以及

(iii)对所搬运的所述玻璃块进行精密压制成形的精密压制成形装置，

所述光学元件的制造装置更包括调整机构，在将所述精密压制成形装置中的精密压制成形所需的平均时间设为a(秒/个)，将所述精密压制成形装置的台数设为b，将所述玻璃块制造装置中的玻璃块成形所需的时间设为c(秒/个)时，所述调整机构对a、b及c中的至少一个加以调整，使得a、b、c处于a/b≤c的范围内。

2、根据权利要求1所述的光学元件的制造装置，其特征在于，

所述玻璃块制造装置中的所述熔融玻璃的流出量为0.5g/秒以下，且所述玻璃块制造装置中的所述玻璃块成形所需的时间为2秒/个以上。

3、根据权利要求1所述的光学元件的制造装置，其特征在于，

所述搬运装置将所述玻璃块承放在被加热到100℃以上、400℃以下的温度的承接盘上，并在维持着所述温度的状态下搬运所述玻璃块。

4、根据权利要求1所述的光学元件的制造装置，其特征在于，

经过所述搬运装置而提供给所述精密压制成形制造装置的所述玻璃块的温度为50℃以上。

5、根据权利要求1所述的光学元件的制造装置，其特征在于，

不具备所述玻璃块的清洗装置，并且

利用经过加热且维持着温度的所述玻璃块散发出来的热，来使所述玻璃块周边产生湍流，从而抑制异物附着到所述玻璃块的表面。

6、根据权利要求1所述的光学元件的制造装置，其特征在于，

精密压制成形后的光学元件的总质量相对于所述熔融玻璃的总流出量的比例为90％以上。

7、一种光学元件的制造方法，其特征在于包括：

(i)玻璃块成形工序，使光学玻璃熔融，并将该熔融玻璃分割成规定的体积或质量而成形出玻璃块；

(ii)玻璃块搬运工序，搬运所述玻璃块；以及

(iii)精密压制成形工序，对所搬运的所述玻璃块进行精密压制成形，

所述光学元件的制造方法更包括调整工序，在将对所述玻璃块进行所述精密压制成形的工序中的精密压制成形所需的平均时间设为a(秒)，将所述精密压制成形工序中具有的精密压制成形装置的台数设为b，将所述玻璃块成形工序中的玻璃块成形所需的时间设为c(秒/个)时，所述调整工序对a、b及c中的至少一个加以调整，使得a、b、c处于a/b≤c的范围内。

8、根据权利要求7所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

所述玻璃块成形工序中的所述熔融玻璃的流出量设为0.5g/秒以下，所述玻璃块成形工序中的所述玻璃块成形所需的时间设为2秒/个以上。

9、根据权利要求7所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

所述玻璃块搬运工序包括下述工序，即，将所述玻璃块承放在被加热到100℃以上、400℃以下的温度的承接盘上，并在维持着所述温度的状态下搬运所述玻璃块。

10、根据权利要求7所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

经过所述玻璃块搬运工序而提供给精密压制成形工序的所述玻璃块的温度设为50℃以上。

11、根据权利要求7所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

不包括所述玻璃块的清洗工序，并且

利用经过加热且维持着温度的所述玻璃块散发出来的热，来使所述玻璃块周边产生湍流，从而抑制异物附着到所述玻璃块的表面。

12、根据权利要求7所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

精密压制成形后的光学元件的总质量相对于所述熔融玻璃的总流出量的比例设为90％以上。

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