CN1172720A - 基于加压成型的光学坯料和光学部件的制造方法以及压力模 - Google Patents

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Abstract

廉价制造无残余应力及应变的光学部件及其光学坯料的方法:把光学材料供给到以预定间隔配置了对应于光学部件一侧面形状的多个凹部的上模和与该上模的多个凹部相对地配置了对应于另一侧面形状的多个凹部的下模之间,然后加压,形成多个光坯材料的集合体。再冲切为单个光学坯料。单个光学坯料加压形成光学部件。上模及下模具有包含凹部的通气性金属制做的多个组合模和以预定间隔排列并收纳组合模的本模。

Description

基于加压成形的光学坯料和光学部件 的制造方法以及压力模
本发明涉及用于制造光学仪器中使用的透镜、棱镜等光学部件的基于加压成形的光学坯料及光学部件的制造方法。
作为这种光学部件的前工件光学坯料的制造方法，有如特开平5-177725号公报所记述的。通过加热熔化作为光学材料的树脂颗粒(pellet)并喷射成形来制造光学坯料的方法。下面，说明该以往的技术。
图17是在以往的光学坯料的制造方法中使用的喷射成形机的概略断面图。投入到漏斗50中的树脂颗粒51从漏斗50被送入到加热圆筒53。被送入到加热圆筒53中的树脂颗粒51由加热圆筒53及螺杆54加热熔化。熔化的树脂从加热圆筒53的前端喷嘴55喷射到金属模59内，通过浇道60、流道61及浇口62，充填到与光学坯料的外形对应的空腔中。这时的金属模59的温度被控制在加载挠曲温度附近。另外，图中的52是喷射油缸，56是固定模板，57是移动模板，58是合模油缸。
一旦冷却金属模59而成为模制品可以取出的状态，则金属模59被打开。取出模制品。所得到的模制品如示于图18(a)及图18(b)的平面图和断面图那样，从中央的浇道部分64放射状地突出多个流道部分65，在各流道部分65的前端经由浇口部分62连接着光学坯料67。通过切断浇口部分62得到多个光学坯料。
下面说明把上述那样得到的光学坯料加压成形，制做光学部件的方法一例。图19中示出加压成形结束时的压力模及光学部件的断面。图中，68是上模，69是下模，70是腰模，71是用加工成形得到的光学部件，72是具有加热、加压机构的压力机头的一部分，73是具有加热机构的压力机台的一部分。图20中示出通过使用了这样的压力(机)模的加压成形从光学坯料成形光学部件时的过程图。图中，(a)示出光学坯料的温度，(b)示出由压力机头产生的压力。
通过上述的喷射成形，从光学材料(例如聚碳酸酯)被成形为接近光学部件的形状的光学坯料放置到由被预先控制为大于加载挠曲温度且未达到玻化点的温度的上模68、下模69及腰模70形成的模腔中。光学坯料的温度上升，在成为如图20(a)所示那样大于加载挠曲温度且未达到玻化点的一定温度时，使压力机头72下降，从上模68向光学坯料在预定时间内施加大约100kgf/cm2的压力。然后，解除压力，冷却到加载挠曲温度后，打开上模68，取出得到的光学部件71。
在上述那样以往的光学坯料的制造方法中，通过控制喷射成形的条件，极力抑制气孔、喷注、熔接线、残余应力等的发生。然而，无论如何控制喷射成形条件也不能够完全消除浇口部分附近的残余应力及应变。从而，在由这样以往的制造方法做出的光学坯料内部有局部残余应力及应变。把这样的光学坯料加工成形制做的光学部件由于浇口部分附近的局部残余应力及应变的影响，难于得到所希望的光学性能。
还有，在上述基于喷射成形法的光学坯料的制造方法中，在一次喷射成形得到的光学坯料的数量方面有限制，难于实现光学坯料的低成本化。另外，由于光学材料的流动性方面有限制，因此在浇口的小直径化方面受限，从而难于制造小形的光学坯料。
还有，用于喷射成形法的金属模为确保光学材料的良好流动性而使构造复杂化，同时，起因于适宜的模具构造的设计、试制等方面所需要的劳力，故价格极高。另外，喷射成形中的光学材料的废弃部分很多。因为这些理由，所以，以往的基于喷射成形的光学坯料的制造成本极高。
本发明是为了解决上述那样以往技术的课题而形成的，目的在于提供能够廉价地制造无残余应力及应变的小形的光学部件的光学坯料及光学部件的制造方法。
基于本发明的光学坯料的制造方法具备这样的工序：把光学材料供给到以预定的间隔配置的对应于最终制品的光学部件一侧的面形状的多个凹部的上模和与该上模的多个凹部相对配置的对应于光学部件另一侧的面形状的多个凹部的下模之间，加压成形光学材料形成多个光学坯料的集合体，把多个光学坯料的集合体分离成一个个的光学坯料。
这样，若依据使用加压成形一次制做多个光学坯料的制造方法，则没有用喷射成形时的浇口部分，从而能够廉价地制做没有在浇口部分附近产生的局部残余应力及应变的光学坯料。把该光学坯料进一步加压成形得到的光学部件就具有无局部残余应力及应变的良好的光学性能。另外，由于不需要喷射成形那样的浇口，因此，在简化了金属模的结构及成形条件的同时，能够制造小型的光学部件。进而，与喷射成形相比，材料损失少。
作为供给到上模和下模之间的光学材料，例如，可以使用喷射成形的坯料。还有，最好向上模和下模之间供给板状的光学材料。此外，还希望把供给的光学材料加热到玻化点以上的温度。或者，也可以把加热熔化了的光学材料供给到上模和下模之间。作为光学材料最好使用塑料材料。
把光学坯料的集合体分离成一个个的光学坯料的工序在批量生产方面最好依据使用了冲头和冲模的冲切进行。或者，也可以依据使用了旋转刀具的切削从光学坯料的集合体切下一个个的光学坯料。
还有，基于本发明的光学部件的第一制造方法还具有把用上述的制造方法得到的光学坯料加压成形的工序。该工序最好包含把光学坯料在玻化点以上的温度加热加压变形，然后边使光学坯料冷却到加载挠曲温度边进一步加压变形的工序。通过这样的加压成形，能够得到没有局部残余应力及应变的光学部件。
作为基于本发明的光学部件的第二制造方法，应用和上述的光学坯料的制造方法基本相同的加压成形，也能够从光学材料直接制做光学部件。这种情况下，与经由作为中间制造物的光学坯料的第一制造方法相比，需要更细致地进行温度控制和压力控制，花费时间进行加压成形。
在上述那样的光学坯料或光学部件的制造方法中使用的本发明的压力模具以预定的间隔配置的对应于光学部件一侧的面形状的多个凹部的上模和与该上模的多个凹部相对地配置的对应于光学部件另一侧的面形状的多个凹部的下模。通过使用这样的压力模，以一次加压成型就能够得到多个光学坯料或光学部件，能够有助于光学部件的低成本化。
还有，上模及下模的至少一个最好用通气性金属制做。由此，能够把由上模和下模的凹部及光学材料所围的密封空间的空气排出到外部。其结果，在压力下变形了的光学材料完全地充填了模具的凹部，抑制发生成形不良的部位。
另外，作为理想的模具构造，上模和下模的至少一个具备拥有上述凹部的用通气性金属制做的多个组合模和把这些组合模按预定间隔排列收纳的本模。通过用多个组合模构成压力模，则具有在多个凹部的一部分破损时可以仅更换破损了的组合模，使得易于进行模具的维护的优点。还有，如果用通气性金属仅制做组合模，而用一般的金属制做外侧的本模，则与全部用通气性金属制做的情况相比在强度方面及成本方面也是有利的。
或者，上模及下模的至少一个具有用拥有上述凹部的玻璃制做的多个组合模和以预定的间隔并列收缩这些组合模的本模的构造也较为理想，例如，火石玻璃从耐水性、耐酸性、耐风化性的观点出发，作为模具材料很出色，通过使用了母模的成形，能够容易地批量生产相同形状的组合模。
图1是示出本发明第一实施形态的光学坯料的制造方法中加压成形工序的压力模及光学材料(或光学坯料)的断面图。
图2(a)是构成图1的压力模的下模的平面图，(b)是构成图1的压力模的下模的断面图。
图3(a)是依据图1的加压成形工序得到的光学坯料的集合体的平面图，(b)是依据图1的加压成形工序得到的光学坯料的集合体的断面图。
图4(a)是示出由于密闭的空气产生的光学坯料集合体中成形不良部分的平面图，(b)是示出由于密闭的空气产生的光学坯料集合体中成形不良部分的断面图。
图5是示出依据使用了冲头和冲模的冲切把图3的光学坯料集合体分离为一个个的光学坯料的工序的断面图。
图6(a)示出在图5的分离工序得到的光学坯料的形状，(b)示出被冲切为其它形状的光学坯料，(c)示出又一被冲切为其它形状的光学坯料。
图7是从光学坯料制造光学部件的加压成形工序的压力模及光学坯料的断面图。
图8是示出本发明第二实施形状中光学坯料的制造方法中的加压成形工序的压力模及光学材料(或光学坯料)的断面图。
图9(a)是构成图8的压力模的下模的平面图，(b)是构成图8的压力模的下模的断面图。
图10(a)是由图8的加压成形工序得到的光学坯料集合体的平面图，(b)是由图8的压力模的下模的断面图。
图11是示出用旋转刀具把图10的光学坯料集合体分离为一个个光学坯料的工序的断面图。
图12(a)示出在图11的分离工序中得到的光学坯料的形状，(b)示出切割为另一形状的光学坯料，(c)示出切割又一形状的光学坯料。
图13是示出本发明第三实施形态的光学坯料制造方法中的加压成形工序的压力模及光学材料(或光学坯料)的断面图。
图14(a)是由图13的加压成形工序得到的光学坯料集合体的平面图，(b)是由图13的加压成形工序得到的光学坯料集合体的断面图。
图15是示出依据使用了冲头及冲模的冲切把图14的光学坯料集合体分离为一个个光学坯料工序的断面图。
图16示出在图15的分离工序中得到的光学坯料的形状。
图17是以往的光学坯料制造方法中使用的喷射成形机的断面图。
图18(a)是从图17的喷射成形机得到的模制品的平面图，(b)是从图17的喷射成形机得到的模制品的断面图。
图19是示出使用从图17的喷射成形机得到的光学坯料加工成形光学部件的工序的压力模和光学部件的断面图。
图20是图19的加压成形工序的过程记录图。
以下用附图说明本发明的实施形态。
<实施形态1>
首先，说明作为光学部件的前工序加工件的光学坯料的制造方法。基于本发明的光学坯料的制造方法由制做多个光学坯料连为一体的光学坯料集合体的工序和从该光学坯料集合体分割分离为一个个的光学坯料的工序构成。
图1示出制造光学坯料集合体的工序中的压力模及光学材料(或光学坯料)的断面。(a)示出光学材料变形前的状态，(b)示出光学材料变形成为光学坯料集合体的状态。图中，1是上模，2是下模，3是腰模，4是具有加热、加压机构的压力机头的一部分，5是具有加热机构的压力机台座的一部分，6是光学材料，7是加压成形后的光学材料，即光学坯料的集合体。
在一实施例中，作为供给到上模1、下模2及腰模3内的光学材料6，使用通过把聚烯烃树脂(玻化点Tg＝140℃，加载挠曲温度Tt＝123℃)块切削加工而预加工为平板状(长30×宽30×高1.7)的材料。还有，上模1及下模2用通气性金属(平均空孔直径3～7μm，空孔率约25％，密度6～6.2g/cm3、材质为铁素体不锈钢)制做，其外形尺寸是长50×宽50×高15。
要得到的光学坯料是具有R1＝R2＝2.5mm、外径＝4.5mm，而且中心厚＝3.25mm形状的凸透镜用的光学坯料。上模1及下模2之间以6mm的间隔把对应于R1＝R2＝2.5mm球面形状的25个凹部形成为5行×5列。图2(a)及图2(b)示出下模2的平面及断面图。
腰模3是为了上模1及下模2的位置吻合而且限制所得到的光学坯料的厚度而设置的。本实施例中，把上模1和下模2与腰模3的间隙设定为约5μm。还有，腰模3用不锈钢制做。
用压力机头4及压力机台座5的加热机构5把光学材料6加热到加载挠曲温度以上。如果大于加载挠曲温度则光学材料可能变形，而为了在易于进行加工成形的同时又抑制光学坯料的应变，最好把光学材料加热到玻化点以上。本实施例中，把压力机头4及压力机台座5的温度控制在200℃使得光学材料6的温度约5分钟就达到玻化点以上的180℃。
光学材料6一旦达到所希望的温度180℃，则降下压力机头4，从上模1对光学材料6施加压力使光学材料6变形。如图1(b)所示，进行约3分钟加压成形直到压力机头4的下平面接触到腰模3。
一旦加压成形结束，则停止压力机头4及压力机台座5的加热，进行冷却。冷却到加载挠曲温度以下的110℃，使得在从压力模取出时光学坯料的集合体7不致变形。然后，打开压力机头4，取出光学坯料的集合体7。图3(a)及图3(b)中示出所得到的光学坯料集合体7的平面图及断面图。
加压成形之际，板状的光学材料6和形成在上模1及下模2上的凹部之间将产生密闭空间，被封闭在该密闭空间中的空气阻碍被加压变形了的光学材料6进行凹部。然而，如上所述，由于上模1及下模2使用通气性金属制做，因此，密闭空间的空气能够通过分布在通气性金属整体上的细微的连结空孔排出到外部。由此，被加压变形了的光学材料6无障碍地进入上模1及下模2的凹部，沿其表面形状成形。
还有，在用通常的不锈钢制做上模1及下模2的情况下，由于密闭空间的空气不能排出，故将产生图4所示的由封闭在该密闭空间中的空气形成的成形不良部分8。附带说明，在一个例子中，光学坯料的集合体7的25个光学坯料内约一半产生了成形不良部位。
接着，说明把光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序。图5以断面图示出通过使用了冲头和冲模的冲切把光学坯料集合体分离为一个个光学坯料的工序。(a)示出冲切前的状态，(b)示出冲切下的状态。图中，9是具有下降加压机构的冲头的一部分，10是冲模的一部分，11是光学坯料集合体的一部分，12是被冲切了的光学坯料。冲头9及冲模10的形状及尺寸根据应冲切得到的光学坯料12的形状及尺寸决定。
在一实施例中，把冲头9的前端做成为内径4.51mm的圆环状，前端刀刃的角度为10°，使得光学坯料的外径成为直径4.5mm。还有，冲头外径和冲模内径的间隙取为10μm。冲头9和冲模10用淬火钢制做。
把光学坯料的集合体放在冲模10上时，如图5(a)所示，能够进行定位使得光学坯料的集合体凸状部分，即相当于一个个光学坯料的部分嵌入到冲模10的孔中。也可以另外设置用于把冲头和冲模与光学坯料的集合体正确地定位的装置。
通过使冲头9下降，如图5(b)所示那样，从光学坯料的集合体冲切下所希望形状的光学坯料。图6(a)示出所得到的光学坯料的形状(平面形状及断面形状)。通过改变冲头及冲模的形状、尺寸，还能够得到如图6(b)或图6(c)所示那样形状的光学坯料。
接着，说明通过进一步把经过上述那样的加压成形工序及冲切工序得到的光学坯料加压成形，制造作为最终产品的光学部件的工序。图7示出各工序中的压力模及光学坯料的断面。(a)示出加热工序，(b)示出预变形工序，(c)示出加压变形工序，(d)示出冷却工序。图中，13示出上模，14示出下模，15示出腰模，16示出光学坯料，17示出第一压力机头的一部分，18示出第一压力机台座的一部分，19示出第二压力机头的一部分，20示出第二压力机台座的一部分，21示出第三压力机头的一部分，22示出第三压力机台座的一部分，23示出第四压力机头的一部分，24示出第四压力机台座的一部分。
首先，把在上述的工序中得到的光学坯料16供给到由上模13、下模14及腰模15构成的空间中。这些金属模的内侧面形状对应于所希望的光学坯料的表面形状。然后，如图7(a)所示，把包含光学坯料16的上模13、下模14及腰模15装入到第一压力机台座18和第一压力机头17之间。控制第一压力机台座18及第一压力机头17的温度使得光学坯料16经45秒即达到所希望的温度180℃.
在一实施例中，用超硬合金制做上模13、下模14及腰模15，在上模及下模的内侧面形成贵金属皮膜。也可以用不锈钢等其它材料制做这些金属模。
接着，如图7(b)所示，把含有光学坯料16的上模13、下模14及腰模15移送到第二压力机台座20和第二压力机头19之间。控制第二压力机台座20及第二压力机头19的温度使得光学坯料16经45秒即成为200℃。依据来自第二压力机头20的压力对光学坯料16实施预定量的预变形。本实施例中，用该预变形工序进行全部变形量的约80％。
接着如图7(c)所示，把包含光学坯料16的上模13、下模14及腰模15移送到第三压力机台座22及第三压力机头21之间。控制第三压力机台座22及第三压力机头21的温度使得光学坯料16的温度经45秒即成为120℃。把光学坯料16从玻化点以上的温度不断冷却直到加载挠曲温度，依据来自第三压力头21的压力使光学坯料16变形。本实施例中把该压力设定为5.0kgf/cm2。
然后，如图7(d)所示，把包含光学坯料16的上模13、下模14及腰模15移送到第四压力机台座24和第四压力机头23之间。控制第四压力机台座24和第四压力机头23的温度使得光学坯料16的温度经45秒成为90℃。
其后，把包含光学坯料16的上模13、下模14及腰模15移送到取出工序，卸下上模13，取出被加压成形为最终形状的光学坯料即光学部件。
如以上所述，用本发明的制造方法从光学材料经光学坯料最终得到的光学部件与使用以往的喷射成形所制做的光学坯料的情况相比，由于没有残留了浇口部分那样的残余应力及应变的部分，所以显示了良好的光学特性。
还有，本实施例中，逐个进行从光学坯料的集合体冲切一个个光学坯料的作业，而也可以按预定的间隔配置包含于光学坯料集合体的光学坯料总数或一部分数量的冲头9及冲模10，一次冲切多个光学坯料。还有，冲头9及冲模10的材质不限于上述的淬火钢，也可以使用难于变形和磨损的高硬度材质，例如超硬合金、陶瓷等。
还有，本实施形态中使用腰模进行上下金属模的对位和按压量的控制，而也可以用别的方法进行上下金属模的对位和按压量的控制。例如，也可以通过用传感器检测压力机头的下降位置进行按压量的控制。
还有，为了提高加压成形光学坯料制造光学部件的效率，也可以设置多个形成在上模及下模上的对应于光学部件表面形状的凹部，同时地加压成形多个光学坯料，另外，光学部件的表面形状不限于球面，也可以是非球面的曲面或平面。
还有，本实施形态中把光学材料加压成形做成光学坯料(的集合体)，再进一步加压成形光学坯料做成最终制品的光学部件，而也能够依据和光学坯料的制造方法基本相同的加压成形，从光学材料直接做成光学部件。这种情况下，与经由作为中间制造物的光学坯料的情况相比，需要更细致地进行温度控制及压力控制，并花费时间进行加压成形。
<实施形态2>
下面，说明基于本发明的光学坯料制造方法的其它实施形成。图8示出本实施形态中的压力模及光学材料(或光学坯料)的断面。(a)示出光学材料变形前的状态，(b)示出光学材料变形成为光学坯料集合体的状态。图中，25是上模，26是下模，27是除去加热、加压机构之外还具有下降量控制机构的压力机头的一部分，28是具有加热机构的压力机台座的一部分，29是光学材料，30是加压成形后的光学材料，即光学坯料的集合体。上模25和下模26以相互不错位的状态下，安装在压力机头27及压力机台座28上。
图9(a)及图9(b)是示出下模26的构造的平面图和断面图。图中，31是组合模，32是收纳组合模的本模，33是形成在本模上的贯通孔。上模25也具有同样的构造。
在一实施例中，组合模31用材质为通气性金属(平均空孔径3～7μm，空孔率约25％，密度6～6.2g/cm3，材质为铁素体不锈钢)制成，并加工为长6mm×宽6mm×高7mm的尺寸。本模32用不锈钢制成，具有长50mm×宽50mm×高15mm的外形尺寸。本模32具有排列成5行×5列的收纳25个组合模31的凹部，而且在对应于各个组合模31的底面的部分上形成着直径3mm的贯通孔33。
作为供给到上模25和下模26之间的光学材料29，使用依据喷射成形聚碳酸酯(玻化点Tg＝150℃，加载挠曲温度Tt＝140℃)成形为长200mm×宽300mm×厚4mm的平板形状，再用激光加工切断加工成长28mm×宽28mm的材料。
本实施例中应得到的光学坯料的形状是图12(a)所示的形状，R1＝2.5mm、R2＝4.0mm、外径＝4.6mm，而且中心厚度＝3.3mm。配置在上模25中的组合模中设定具有R2＝4.0mm球面形状的凹部，配置在下模26中的组合模中形成具有R1＝2.5mm球面形状的凹部。
使用通气性金属制做组合模31的理由同上述的实施形态相同，是为了把由光学材料29和上模及下模的凹部形成的密闭空间中的空气排出。即，是为了使得随着光学材料变形进入凹部，空气自然地逃逸到外部。本模32中形成的贯通孔33是用于把组合模31中的空气排出的孔。
图8(a)中，把压力机头27和压力机台座28进行加热并控制在220℃的温度，使得放置在上模25及下模26之间的光学材料29约3分钟即达到可能变形温度180℃。在光学材料29的温度达到180℃后，降下压力机头27及上模25，对光学材料29加压使用变形。通过控制压力机头的下降量调整变形量。一旦结束预定量的变形，则把加压成形后的光学材料30冷却到热变形温度以下的130℃。随后，升起压力机头27打开上模25，取出加压成形后的光学材料，即光学坯料的集合体30。图10(a)及图10(b)示出所得到的光学坯料集合体30的平面图及断面图。
其次，说明把光学坯料集合体分离为一个个光学坯料的工序。图11中示出依据使用了刀具的切削把光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序的断面图。(a)示出分离前的状态，(b)示出刚刚分离后的状态。图中，34是刀具的一部分，35是放置光学坯料集合体的台座的一部分，36是光学坯料集合体，37是被分离了的光学坯料。刀具用高速钢制做，也可以用超硬合金等。刀具如图中箭头所示那样被旋转驱动。
把光学坯料集合体36放在台35上，如图11(a)所示那样定位。接着，使刀具边以250rpm旋转边下降。根据刀具前端的轨迹，如图11(b)所示，从光学坯料集合体36呈圆形地切下光学坯料37。用刀具前端的轨迹决定光学坯料的外径(φ4.6)。
由本实施例得到的光学坯料和已叙述过的实施例中得到的光学坯料一样，没有用喷射成形而成形的光学坯料的浇口部分那样的局部残余应力和应变。从而，用该光学坯料37以上述的方法制做的光学部件也没有局部残余应力，显示了良好的光学性能。
还有，若像本实施形态这样用组合模构成压力模，则在多个凹部的一部分破损了的情况下，可以只更换破损了的组合模，使得易于进行模具的维修。还有，设于一组合模中的凹部不限于一个，也可以设立对应于2或3个以上的光学坯料形状的凹部。
还有，也考虑在一个压力模上设立不同形状的多个凹部，以一次加压成形得到多种光学坯料，而若像本实施形态这样使用组合模构成压力模，则易于对应这种情况。
作为供给到上模和下模之间的光学材料，本实施例中使用了平板状的光学材料，但也可以供给例如球面状的光学材料。还有，也可以依据应得到的光学坯料的形状、尺寸，直接供给颗粒作为光学材料。
还有，作为从光学坯料的集合体切取光学坯料的方法，可以采用激光加工、超声波加工或喷水加工等代替使用了刀具的切削。所得到的光学坯料不限于图12(a)所示的形状，也可以是例如图12(b)或图12(c)所示的形状。如果是图12(b)那样的形状，则由于被切削加工的位置是薄板状的部分，因此，即使切削加工时的定位多少有些不准确，所得到的光学坯料的重量方面也没有分散性。从而，能够缓和切削加工时的定位精度。
〔实施形态3〕
下面，说明基于本发明的光学坯料制造方法的第三实施形态。图13示出本实施形态中压力模及光学材料(或光学坯料)的断面。(a)示出光学材料变形前的状态，(b)示出光学材料变形成为光学坯料集合体的状态。图中，38是上模，39是下模，40是除去加压、加热机构之外，还具有下降量控制机构的压力机头的一部分，41是具有加热机构的压力机台座的一部分，42是光学材料供给通路，43是光学材料，44是加压成形后的光学材料，即光学坯料的集合体。
本实施例中要得到的光学坯料的形状是图16所示的形状，R1＝R2＝2.0mm，外径＝3.8mm，而且中心厚度＝4.49mm。光学材料43和在第一实施例中使用的相同，使用聚烯烃树脂材料。上模38和下模39与第一实施例中所用的相同，使用通气性金属制做。上模38和下模39无相互错位地安装在压力机头40以及压力机台座41上。另外，设置着贯通压力机台40和上模38中央部位的直径4.5mm的光学材料供给通路42。
上模38和下模39上，把对应于R1＝R2＝2.0mm的球面形状的凹部以6mm的间隔形成为5行×5列。其中，上模38的中央部位由于形成光学材料供给通路42，因此不形成凹部，下模39的中央部位也不形成凹部。从而，上模38及下模39上形成的凹部分别为24个。
本实施形态中，如图13(a)所示，通过压力机头40以及上模38的光学材料供给通路42，把被加热熔化了的光学材料43按预定量供给到上模38和下模39之间。上模38及下模39依据具有加热机构的压力机头40及压力机台座41被控制为150℃。
若结束光学材料43的供给，则降下压力机头40，对光学材料43加压使其变形。这时，做成使上模38和下模39之间的光学材料不从光学材料供给通路42逆流。压力机头40的下降量用控制机构控制。
在预定量的变形结束之后，用压力机头40及压力机台座41降低上模38及下模39的温度，把光学材料冷却到加载挠曲温度以下的90℃，然后，打开上模38，取出被加工成形了的光学材料，即光学坯料的集合体44。图14(a)及图14(b)示出所得到的光学坯料集合体44的平面图及断面图。
接着，说明把光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序。图15示出依据使用冲头和冲模的冲切把光学坯料集合体分离为一个个光学坯料的工序的断面图。(a)示出冲切前的状态，(b)示出刚刚冲切后的状态。图中，45是具有下降、加压机构的同时还具有加热机构的冲头的一部分，46是冲模的一部分，47是光学坯料集合体的一部分，而且49是被冲切了的光学坯料。冲头45及冲模46的形状及尺寸根据使用冲切应得到的光学坯料12的外形尺寸决定。
在一实施例中，把冲头45的前端做成内径3.83mm的圆环形状，把前端刀刃角度做成10°，使得光学坯料的外径成为直径3.8mm。还有，冲头外径和冲模内径的间隙做成30μm。冲头45及冲模46用超硬合金制做。
如图15(a)所示，把光学原材料的聚合体47定位并配置在冲模46上。然后，把用加热装置加热到140℃的冲头45降下，如图15(b)所示那样冲切光学坯料49。在常温下冲切时，若光学坯料集合体47的切断部分的厚度48较厚，则在切断面上产生裂纹等，产生品质的恶化，而通过把冲头45加热到140℃，就不产生切断面的品质恶化，对作为最终制品的光学部件的品质也不给予恶劣影响。
由于所得到的光学坯料没有浇口部分，并且外周部分具有均匀的切断面，所以，没有局部残余应力及应变。从而，加压成形该光学坯料而得到的最终制品的光学部件没有局部残余应力等，具有良好的光学性能。
还有，本实施形态中，把光学材料供给通路设在上模的中央部分，而也可以设在下模的中央部位。或者，也可以把光学材料供给用的管路独立地设在上模及下模上。还可以把加热熔化了的光学材料预制成块状的材料供给到上模及下模之间。
另外，在供给光学材料后，代替降下上模加压成形的方法，也可以预先把上模和下模的间隔可靠地保持为预定的间隔，并依据供给到上模和下模之间的光学材料的供给压力，充填成形光学坯料的集合体。
还有，作为抑制冲切时切断面的品质恶化的方法，也可以加热冲模以代替加热冲头。根据光学坯料集合体切断部分的厚度和外径，可以适当地变更冲头和冲模的间隙、冲模内径尺寸以及冲头(或冲模)的加热温度。另外，也可以使用由超声波振动产生的加热切断从光学坯料的集合体分离光学部件，代替使用冲头及冲模的冲切。
〔实施形态4〕
下面，说明基于本发明的光学坯料制造方法的第四实施形态。本实施形态中的压力模及光学材料(或光学坯料)的断面和示于图8中的第二实施形态相同。另外，上模25和下模26如图9所示那样，在具有多个组合模31和收纳这些组合模的本模32这一点上也和实施形态2相同。
本实施形态的组合模31用火石玻璃(SF8)制成。作为一实施例，一个组合模具有长7mm×宽7mm×高10mm的外型尺寸。本模32是不锈钢制，具有长50mm×宽50mm×高15mm的外形尺寸。另外，本模32具备把25个组合模31排列收纳为5行×5列的凹部，而且，对应于各个组合模31底面的部分上形成直径3mm的贯通孔33。
本实施形态中用玻璃制做组合模31的理由之一是依据使用母模的成形，能够简单地大量生产玻璃制的组合模。即，把玻璃块夹在上下模之间加热，把金属模的复制面形状复制到玻璃块上。火石玻璃(SF8)的耐水性、耐酸性、耐风化性方面很出色，作为模具材料也很出色。
其次，说明使用上述压力模制造光学坯料集合体的实施例。图8(a)中，把压力机头27和压力机台座28加热并控制在大约240℃的温度，使得放置在上模25及下模26之间的光学材料29约3分钟即达到可变形温度的180℃。光学材料29的温度达到180℃后，降下压力机头27及上模25，对光学材料29加压，使其变形。通过控制压力头的下降量调整变形量。一旦预定量的变形结束，则把加压成形后的光学材料30冷却到热变形温度以下的130℃。
随后，升起压力机头27，打开上模25，取出加压成形后的光学材料，即光学坯料的集合体30。把光学坯料集合体分离为一个个光学坯料的方法与第二实施形态相同，采用图11所示的基于刀具旋转的切削。所得到的光学坯料没有局部残余应力及应变，用其制做的光学坯料显示出良好的光学性能。
本实施形态由于在压力模中使用了组合模，因此和第二实施形态一样起到易于进行模具的维护作业的效果，不仅如此，还由于依据玻璃成形制做组合模，因此降低了金属模的成本。另外，通过从一个母模做出多个组合模，在组合模的复制面形状方面没有分散性，因此，进一步稳定了作为最终制品的光学部件的性能，提高了大批量生产能力。

Claims (38)

1.一种光学坯料的制造方法，这是通过加工光学材料制造作为光学部件的前工序加工件的光学坯料的方法，具备以下工序：
把光学材料供给到上模和下模之间的工序，其中，上模上以预定的间隔配置了对应于上述光学部件一侧的面形状的多个凹部，下模上与该上模的多个凹部相对地配置了对应于上述光学部件另一侧的面形状的多个凹部；
加压成形上述光学材料形成多个光学坯料的集合体的工序；
把上述多个光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序。
2.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是被喷射成形的坯料。
3.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是板状材料。
4.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，还具有把供给到上述上模和下模之间的光学材料加热到玻化点以上的温度的工序。
5.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是加热熔化了的材料。
6.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是塑料材料。
7.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，上模和下模的至少一个用通气性金属制做。
8.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，上述上模和下模的至少一个具备用包含有上述凹部的通气性金属制做的多个组合模和以预定的间隔排列并收纳这些组合模的本模。
9.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，上述上模和下模的至少一个具备用包含有上述凹部的玻璃制做的多个组合模和以预定的间隔排列并收纳这些组合模的本模。
10.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，依据使用了冲头和冲模的冲切进行把上述光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序。
11.如权利要求1记述的光学坯料的制造方法，其中，依据使用了旋转刀具的切削进行把上述光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序。
12.一种光学部件的制造方法，这是通过加压成形光学材料并经过光学坯料制造光学部件的方法，具备以下工序：
把光学材料供给到上模和下模之间的工序，其中，上模上以预定的间隔配置了对应于上述光学部件一侧的面形状的多个凹部，下模上与该上模的多个凹部相对地配置了对应于上述光学部件另一侧的面形状的多个凹部；
加压成形上述光学材料形成多个光学坯料的集合体的工序；
把上述多个光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序；
加压成形上述一个个光学坯料的工序。
13.如权利要求12所述的光学部件的制造方法，其中，上述光学坯料的加压成形工序包括把上述光学坯料加热到玻化点以上的温度进行加压变形，然后，边把上述光学坯料冷却至加载挠曲温度边进一步加压变形的工序。
14.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是喷射成形的坯料。
15.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是板状材料。
16.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，还具备把供给到上述上模和下模之间的光学材料加热到玻化点以上的工序。
17.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是加热熔化了的材料。
18.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是塑料材料。
19.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，上述上模和下模的至少一个用通气性金属制做。
20.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，上述上模和下模的至少一个具备用包含上述凹部的通气性金属制做的多个组合模和以预定的间隔排列并收纳这些组合模的本模。
21.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，依据使用了冲头和冲模的冲切进行把上述光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序。
22.如权利要求12记述的光学部件的制造方法，其中，依据使用了刀具的切削进行把上述光学坯料的集合体分离为一个个光学坯料的工序。
23.一个光学部件的制造方法，这是通过加压成形光学材料直接制造光学部件的方法，具备以下工序：
把光学材料供给到上模和下模之间的工序，其中，上模上以预定的间隔配置了对应于上述光学部件一侧的面形状的多个凹部，下模上与该上模的多个凹部相对地配置了对应于上述光学部件另一侧的面形状的多个凹部；
加压成形上述光学材料形成多个光学部件的集合体的工序；
把上述多个光学部件的集合体分离为一个个光学部件的工序。
24.如权利要求23记述的光学部件的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是坯料。
25.如权利要求23记述的光学部件的制造方法，其中，供给到上述上模和下模之间的光学材料是熔融树脂。
26.如权利要求23记述的光学部件的制造方法，其中，用通气性金属制做上述上模和下模。
27.如权利要求23记述的光学部件的制造方法，其中，上述上模和下模的至少一个具备用包含上述凹部的通气性金属制做的多个组合模和以预定的间隔排列并收纳这些组合模的本模。
28.如权利要求23记述的光学部件的制造方法，其中，上述上模和下模的至少一个具备用包含上述凹部的玻璃制做的多个组合模和以预定的间隔排列并收纳这些组合模的本模。
29.如权利要求23所述的光学部件的制造方法，其中，依据使用了冲头及冲模的冲切进行把上述光学部件的集合体分离为一个个光学部件的工序。
30.如权利要求23记述的光学部件的制造方法，其中，依据使用了刀具的切削进行把上述光学部件的集合体分离为一个个光学部件的工序。
31.一种压力模，这是在依据加压成形制造光学部件的方法中使用的压力模，具备：
以预定的间隔配置了对应于光学部件一侧的面形状的多个凹部的上模和与该上模的多个凹部相对地配置了对应于上述光学部件的另一侧的面形状的多个凹部的下模。
32.如权利要求31记述的压力模，其中，上述上模和下模的至少一个用通气性金属制做。
33.如权利要求31记述的压力模，其中，上述上模和下模的至少一个具备用包含上述凹部的通气性金属制做的多个组合模和以预定的间隔把列并收纳这些组合模的本模。
34.如权利要求31记述的压力模，其中，上述上模和下模的至少一个具备用包含上述凹部的玻璃制做的多个组合模和以预定的间隔排列并收纳这些组合模的本模。
35.如权利要求31所述的压力模，其特征在于上述光学元件一个面的形状是平面，上述上模和下模的至少一个作用面大体是平坦的。
36.一种光学坯料，这是作为光学部件的前工序加工件的光学坯料，通过把光学材料供给到上模和下模之间加压成形后再把得到的多个光学坯料的集合体一个个地分离而获得，其中，上述上模上以预定的间隔配置了对应于上述光学部件一侧的面形状的多个凹部，上述下模与该上模的多个凹部相对地配置了对应于上述光学部件另一侧的面形状的多个凹部。
37.一种光学部件，这是把光学坯料加压成形而制做的光学部件，该光学部件使用的光学坯料通过如下工序获得，即把光学材料供给到上模和下模之间加压成形后再把得到的多个光学坯料的集合体一个个地分离，其中，上述上模上以预定的间隔配置了对应于上述光学部件一侧的面形状的多个凹部，上述下模上与该上模的多个凹部相对地配置了对应于上述光学部件另一侧的面形状的多个凹部。
38.一种光学部件，这是把光学材料直接加压成形而制做的光学部件，通过把光学材料供给到上模和下模之间加压成形后再把得到的多个光学部件的集合体一个个地分离而获得，其中上述上模上以预定的间隔配置了对应于上述光学部件一侧的面形状的多个凹部，上述下模上与该上模的多个凹部相对地配置了对应于上述光学部件另一侧的面形状的多个凹部。
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