CN1958493A - 玻璃制预成形件组及其生产方法、光学元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种各预成形件、成形体之间的体积偏差得到严格控制的玻璃制预成形件组、成形体(母材)组。玻璃制预成形件组或者预成形件母材组由预成形件或者预成形件母材构成，该预成形件或者预成形件母材呈球形，由SiO₂的含有量被控制在0～20％的范围内玻璃形成，其平均质量在200mg以下、质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内的。本发明还提供了如下方法：重复进行使从流出喷嘴的流出口滴下规定质量的玻璃滴、把得到的玻璃滴成形为供于精密挤压成形的玻璃制预成形件或者成形体的工序，以生产由多个玻璃制预成形件组成的玻璃制预成形件组或者由多个成形体组成的玻璃制成形体组。本发明还提供了加热从玻璃制预成形件组中取出的玻璃制预成形件，使用挤压成形模具进行精密挤压成形的光学元件的制造方法。

Description

玻璃制预成形件组及其生产方法、光学元件的制造方法

技术领域

本发明涉及玻璃制预成形件组及其生产方法、以及光学元件的制造方法，所述玻璃制预成形件组通过集合多个在用精密挤压成形制造玻璃制光学元件时使用的玻璃制预成形件而构成。

背景技术

作为高精度制造非球面透镜等玻璃制光学元件的技术，公知有精密挤压成形方法。该方法也称为模铸光学成形法，其中，使用具有精密加工的成形面的挤压成形模具，挤压成形被加热的玻璃制的预成形件，成形形成光学元件全体的形状，并且，把成形面精密地复制到玻璃上，形成光学功能面。该方法例如在日本专利文献特开平10-316448号公报中公开了。

另外，为制造上述光学元件而使用的玻璃预成形件例如在日本专利文献特开2002-121032号公报中得到了公开，其可以通过如下方法来进行生产，即：使熔融的玻璃流出，分离希望质量的熔融玻璃块，并在该玻璃块冷却的过程中成形为预成形件。

近年来，对于像带照相机的移动电话那样内置摄像装置的小型设备的需要增高。组装到这样的摄像装置中的摄像光学系统由超小型的透镜构成，为精密定位固定各透镜，理想的是具有定位基准面。例如，作为用于精密确定透镜彼此的间隔的定位基准面，可以使用在透镜面的外周上设置的平面部；作为用于吻合透镜彼此光轴的定位基准面，可以使用透镜侧面。因为精密挤压成形不仅能够精密地形成光学功能面，而且也能够精密地形成通过复制包含光学功能面的模具成形面而形成的面彼此的位置关系、角度，所以如果也通过复制模具成形面来形成定位基准面的话，则能够一并形成光学功能面和定位基准面。

这样如果充分发挥精密挤压成形的特质则能够高效地制造超小型的光学元件，但是另一方面，如果不对预成形件的体积进行精密地管理，则会产生下面的问题。

首先，当预成形件的体积比挤压成形模具闭模状态下所形成的空间的容积大时，会从构成挤压成形模具的模具构件彼此之间、例如上模具和体模具之间或者下模具和体模具之间挤出，从而成为成形毛刺，该成形毛刺会损坏模具的滑动性，成为生产停止的原因，或者成为挤压成形模具破损的原因。

另一方面，当预成形件的体积比挤压成形模具闭模状态下所形成的空间的容积小时，向上述空间的玻璃的填充不充分，使得光学功能面的精度降低，或者使得应该成为玻璃的定位基准面的部分未达到模具构件而导致未能形成定位基准面。

因此，为使一并形成光学功能面和定位基准面的方法成为可能，希望使用体积精度亦即质量精度高的预成形件。

如上所述，作为生产率高的制造玻璃制预成形件的方法，有使熔融的玻璃流出、分离为期望质量的熔融玻璃块、在该玻璃块冷却的过程中成形预成形件的方法(日本专利文献特开2002-121032号公报)。如果使用该方法生产预成形件，则从玻璃的熔融开始，就能够在极高的生产率的基础上批量生产上述光学元件。但是，如上所述，需要精密管理预成形件的体积，但是在现有的生产玻璃制预成形件的方法中，预成形件的体积会存在轻微偏差，当使用上述挤压成形方法时，预成形件的体积管理未必充分。

发明内容

本发明是为解决上述问题而作出的，其目的在于提供一种如下的玻璃制预成形件组，所述玻璃制预成形件组适合小型光学元件的精密挤压成形，是集合多个重量较轻的预成形件而构成的，其中，各预成形件之间的体积偏差得到了严格的控制。本发明的目的还在于提供一种从熔融玻璃生产严格控制了上述各预成形件之间的体积偏差的玻璃制预成形件组的方法。此外，本发明的目的还在于，提供一种从熔融玻璃来制造作为预成形件母材的、集合多个玻璃成形体而得的玻璃成形体组的方法，其中玻璃成形体组间的体积偏差受到了严格控制；以及提供一种从所述玻璃成形体组的玻璃成形体制造预成形件的方法；以及提供一种精密挤压成形所述预成形件组的各预成形件来制作光学元件的光学元件的制造方法。

为解决上述课题的本发明如下。

(1)、一种玻璃制预成形件组，由供于精密挤压成形的由多个玻璃制预成形件组成，其中，所述预成形件为球形，由SiO₂的含有量被限制在0～20质量％范围内的玻璃形成，其平均质量在200mg以下，并且质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

(2)、如(1)所述的玻璃制预成形件组，其中，预成形件由含有SiO₂的玻璃、含有B₂O₃及La₂O₃的玻璃、磷酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃中的任一种玻璃形成。

(3)、如(1)或(2)所述的玻璃制预成形件组，其中，预成形件由比重为3.3以上的玻璃形成。

(4)、一种预成形件母材组，由多个预成形件母材组成，所述预成形件母材用于被加工成供于精密挤压成形的玻璃制预成形件，其中，所述预成形件母材为球形，由SiO₂的含有量被限制在0～20质量％范围内的玻璃形成，其平均质量在200mg以下、质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

(5)、如(4)所述的预成形件母材组，其中，预成形件母材组由含有SiO₂的玻璃、含有B₂O₃以及La₂O₃的玻璃、磷酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃的任何一种玻璃形成。

(6)、如(4)或(5)所述的预成形件母材组，其中，预成形件母材由比重为3.3以上的玻璃形成。

(7)、一种玻璃制预成形件组的生产方法，重复进行使规定质量的玻璃滴从流出喷嘴的流出口滴下、把得到的玻璃滴成形为供于精密挤压成形的玻璃制预成形件的工序，从而生产由多个玻璃制预成形件组成的玻璃制预成形件组，其中，滴下由SiO₂的含有量在0～20质量％范围内的玻璃组成的玻璃滴，把滴下的玻璃成形为质量在200mg以下的球形的预成形件，生产质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内的玻璃制预成形件组。

(8)、一种玻璃成形体的生产方法，重复进行使规定质量的玻璃滴从流出喷嘴的流出口滴下、对所得到的玻璃滴进行成形的工序，以生产多个玻璃成形体组，其中，滴下由SiO₂的含有量在0～20质量％范围内的玻璃组成的玻璃滴，把滴下的玻璃成形为质量在200mg以下的球形的玻璃成形体，生产质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内的玻璃成形体组。

(9)、一种玻璃制预成形件的制造方法，研磨通过(8)所述的方法生产的玻璃成形体组的各玻璃成形体的整个表面，制造具有相同直径的供于精密挤压成形的玻璃制预成形件。

(10)、一种光学元件的制造方法，对从(1)所述的玻璃制预成形件组中取出的玻璃制预成形件进行加热，并使用挤压成形模具进行精密挤压成形。

(11)、一种光学元件的制造方法，对从通过(7)所述的方法制作的玻璃制预成形件组中取出的玻璃制预成形件进行加热，并使用挤压成形模具进行精密挤压成形。

(12)、一种光学元件的制造方法，对从通过(9)所述的方法制作的玻璃制预成形件组中取出的玻璃制预成形件进行加热，并使用挤压成形模具进行精密挤压成形。

(13)、如(10)至(12)中任一项所述的光学元件的制造方法，其中，向在闭合挤压成形模具的状态下形成的密闭空间内填充所述玻璃，从而由玻璃制预成形件的挤压成形模具来进行精密挤压成形，。

(14)、如(13)所述的光学元件的制造方法，其中，成形形成具有由自由表面组成的棱的精密挤压成形品。

(15)、如(10)至(12)中任一项所述的光学元件的制造方法，其中，通过精密挤压成形形成至少两面以上的定位基准面。

根据本发明，能够提供适于通过精密挤压成形来制造小型光学元件的、重量轻而且质量偏差小的玻璃制预成形件组。

根据本发明，还能够生产适于通过精密挤压成形来制造小型光学元件的、重量轻而且质量偏差小的玻璃制预成形件组。

根据本发明，能够生产适于通过精密挤压成形来制造小型光学元件的、重量轻而且质量偏差小的玻璃成形体的组，特别是通过研磨加工成精密挤压成形用的玻璃制预成形件，可生产质量偏差小的玻璃成形体的组。进而通过研磨所述玻璃成形体，能够批量生产质量偏差小的玻璃制预成形件。

根据本发明，通过使用上述质量偏差小的预成形件，能够高效率地批量生产光学元件、特别是小型、或者小型且具有由模具复制面构成的定位基准面的光学元件。

附图说明

图1是从熔融玻璃滴生产玻璃预成形件的装置的示意图；

图2是用于从熔融玻璃滴生产玻璃预成形件的成形模具的垂直截面图；

图3是本发明的光学元件的一个方式的透镜的截面图。

具体实施方式

如上所述，对于组装到像带照相机的移动电话那样内置摄像装置的小型设备内的小型光学元件，优选具有通过精密挤压成形而一起形成的光学功能面和定位基准面。在精密挤压成形这样的光学元件时，如上所述，必须对玻璃制预成形件的体积进行精密地管理。

作为上述光学元件成形用的预成形件，质量在200mg以下是适合的。然后，对于用精密挤压成形而一起形成光学元件的光学功能面以及定位基准面时使用的预成形件，要求质量公差在±0.3％以内。

使流出熔融玻璃、分离目标质量的熔融玻璃滴的方法由于可获得高的生产率，因而适用于上述预成形件的制造。具体来说，通过使喷嘴内流下的熔融玻璃从喷嘴流出口滴下并将得到的玻璃滴形成预成形件的方法是适合的。玻璃滴的质量由作用于在喷嘴流出口垂下的玻璃上的向下的加速度、喷嘴下端的外径、熔融玻璃的表面张力等决定。因此，如果使这些条件固定，则能够持续滴下固定质量的玻璃滴。

但是，如果想要减少质量公差相对于目标预成形件质量的比例，则仅维持上述诸条件固定来抑制质量偏差是很困难的。当用高速照相机拍摄从喷嘴流出口滴下玻璃滴的样子时，首先，在垂下的熔融玻璃和要从流出口流出的熔融玻璃之间产生细部，在该细部逐渐细长延伸的同时，玻璃的下端部下降。当该细部呈线状不断地细长延伸时，玻璃会在线状部分断开，比断开处靠上的玻璃由于表面张力而返回到喷嘴流出口附近，成为在喷嘴流出口垂下的玻璃。而比断开处靠下的玻璃则被收入分开了的玻璃滴。

进一步仔细观察的话，会发现每一次玻璃滴下时断开位置会有变动。当断开位置升高时，收入线状部分中玻璃滴的量增多，玻璃滴的质量少许增加，当断开位置降低时，收入线状部分中玻璃滴的量减少，玻璃滴的质量少许减少。可知该质量变动会使质量公差变大。

进一步详细分析后可知，如线状部分长，则断开位置容易变动，结果导致玻璃滴的质量变动容易变大，当在线状部分短的状态下断开时，玻璃滴的质量变动小。于是，可知在防止玻璃流出时失去透明性的条件下，线状部分的长短由玻璃决定。

进而，使用各种组分的玻璃进行研究后得知，决定线状部分的长短的主要原因是玻璃中的SiO₂的含有量，当SiO₂的量比某水平高时线状部分变长，比其少时则话线状部分变短。亦即，如果限制SiO₂的量，则能够把滴下时的线状部分的长度缩短到难于受到干扰的程度，从而能够把玻璃滴的质量变动抑制得很小。

如先前说明的那样，对于在移动设备内置的小型光学元件等中使用的预成形件，要求重量轻并且质量精高度。在把小型光学元件对准装配到摄像光学系统中时，为了使多个小型光学元件的光轴精确一致并正确地保证各元件间的距离、以及与摄像元件的距离，使用用于定位固定各元件的保持器(holder)，由此使得组装作业容易。如果将各元件嵌入到上述保持器中，则即使不进行定位调整也能正确地对准以及组装。为此，优选通过精密挤压成形，在光学元件上和光学功能面一起一并形成至少两个定位基准面。在这样的精密挤压成形中，需要不多不少将玻璃填充在用挤压成形模具围起来的、称为空腔的空间中。即使预成形件的体积稍有过剩，在挤压成形时玻璃也会进入到构成挤压成形模具的模具构件之间的间隙部中而变为成形毛刺，从而有可能导致精密挤压成形工序停止、或者成形毛刺损伤成形品或模具成形面。反之，如果预成形件的体积稍有不足，则玻璃在空腔内填充得不充分，由此会导致光学功能面或者定位基准复制得不充分，从而无法实现期望的目的。目标光学元件越小，该问题越显著。

因此，本发明为使预成形件质量不过剩或不足，通过把构成预成形件的玻璃中的SiO₂量限制在规定量以下，提供平均质量在200mg、质量公差相对于所述质量在±0.3％以内的玻璃制预成形件组。本发明人基于上述的认识，通过实验化学发现了对于上述平均质量以及质量公差来说很适当的SiO₂含量，从而作出了本发明。

亦即，本发明是如下的玻璃制预成形件组，其由供于精密挤压成形的多个玻璃制预成形件组成，其中，所述预成形件为球形，由SiO₂的含有量被限制在0～20质量％范围内的玻璃形成，其平均质量在200mg以下，质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

在这里，所谓预成形件组是指由同种玻璃组成的、形状和质量都一致的多个预成形件的集合。例如，在批量生产规定的光学元件的情况下，通过准备由必要个数的预成形件构成的预成形件组，从所述组中取出预成形件，使用相同形状的挤压成形模具进行精密挤压成形，由此可以批量生产相同形状的光学元件。此时，既可以使用多组挤压成形模具，也可以使用一组挤压成形模具并逐次精密挤压成形预成形件。也可以考虑由多个预成形件组来构成预成形件组。例如，对于由1000个预成形件构成的组，可以考虑用10个由100个预成形件构成的组构成，也可以考虑用100个由10个预成形件构成的组构成。在本发明的优选方式中构成组的预成形件的个数为500个以上，更优选为1000个以上，进一步优选在2000个以上。个数的上限可以通过光学元件的必要个数来确定。

此外，针对某预成形件组，对于质量公差相对于构成预成形件组的预成形件的平均质量的比例是否在±0.3％内这点，可以通过由500个预成形件构成的预成形件组进行验证。当预成形件组是由500个预成形件构成的情况下，质量公差相对于所述平均质量的比例优选在±0.29％以内，更优选在±0.28％以内。另外，构成预成形件组的预成形件的数目即使在500个以上，质量公差相对于平均质量的比例也优选在±0.3％以内，如上所述，即使优选1000个以上，更优选2000个以上，再优选5000个以上，质量公差相对于平均质量的比例也优选在±0.3％以内。

本发明的优选方式是如下的由预成形件构成的玻璃制预成形件组，所述预成形件用于精密挤压成形具有以下表面的光学元件，该表面由在精密挤压成形时通过复制挤压成形模具的成形面而形成的面、以及自由表面构成。

由本发明的预成形件制成的光学元件除了光学功能面之外还具有定位基准面。例如，透镜的定位基准面是用于决定透镜彼此的间隔的基准面和用于使透镜的光轴彼此精确地一致的基准面。通过把这些基准面与保持器抵接，能够正确地对准各透镜。当以透镜为例时，围绕各透镜面的周围而形成凸缘状平坦部，使透镜两面的两个凸缘状平坦部互相平行。把所述一个凸缘状平坦部作为定位基准面，使其与保持器抵接。在另一个凸缘状平坦部上施加用于维持上述抵接的状态的压力，把透镜固定在保持器上。希望在这样的透镜中两个凸缘状平坦部间的距离(称为侧边厚度)在下述范围内尽可能地短(使侧边厚度薄)，所述范围是指成形时透镜不会破损、并且在固定在保持器上时透镜不会破损的范围。在该透镜中，把两个凸缘状平坦部间的侧面、亦即称为侧边的部分作为第二定位基准面。第二定位基准面是用于与透镜的光轴吻合的基准面。因此，将侧边作为在精密挤压成形时复制挤压成形模具成形面的面。复制到侧边上的挤压成形模具构件是被称为套筒模具或者体模具的构件。成形小型光学元件时使用的套筒模具具有内部插入上下模具的细长的通孔。该通孔内表面的一部分成为被复制到侧边上的成形面。在上下模具成形面上设置用于提高玻璃的脱模性的脱模膜，但是由于难以在套筒模具的通孔内表面上设置厚度均匀的脱模膜，所以在被复制到侧边上的部分没有形成脱模膜。因此，为了使玻璃不会在挤压成形时熔接在套筒模具通孔内表面上，使侧边的面积在玻璃不会破损的范围内尽可能地小，使玻璃和套筒模具的接触面积为必要的最小限度即可。

根据上述的理由而使侧边厚度较薄，但是在精密挤压成形侧边厚度薄的透镜时，玻璃从成为透镜面的部分开始填充，逐渐向套筒模具方向扩展。此时，因为复制成形两个凸缘状平坦部的上模具成形面和下模具成形面之间的空间容积小，所以当构成预成形件的玻璃的量即使少许过剩时，玻璃也会从所述空间挤出而产生成形毛刺，当所述玻璃的量即使少许不足时，即使施压玻璃也不会到达套筒模具，从而不能形成成为定位基准面的侧边。

亦即，在用于成形上述光学元件的预成形件中，在200mg以下的质量中，过剩或不足的允许量是±0.3％以内的范围。因此，在本发明中，使构成组的预成形件的平均质量在200mg以下，优选在150mg以下，更优选为1～140mg，质量公差在±0.3％以内，优选在±0.2％以内，更优选在±0.11％以内，再更优选在±0.10％以内，最优选在±0.09％以内。

在这里，所谓平均质量是指从各预成形件的质量计算出来的相加平均值(Mav)。另外，所谓质量公差是指：从构成组的预成形件中的质量最大的预成形件的质量(称为Mmax)和质量最小的预成形件的质量(称为Mmin)、通过±(Mmax-Mmin)/2Mav这样的公式计算出来的值。

在构成组的预成形件的个数多的情况下，也可以从所述组中随机抽出规定数目的预成形件，使用抽出的预成形件来求出Mav、Mmax、Mmin。

下面详细说明构成预成形件的玻璃的制造方法。此外，只要不特别说明，玻璃成分的含有量用质量％来表示。

如上所述，根据本发明人的实验，熔融玻璃的线状部分的长度由玻璃中的SiO₂量决定。当SiO₂的含有量超过20％时线状部分变长，在何处分离易受外部环境的影响。对此，通过把SiO₂的含有量限制在0～20％的范围，使得分离处难以由于外部环境而发生变动，从而能够得到由质量公差小、重量轻的预成形件构成的组。SiO₂的量理想的范围是0～17％，更理想的范围是0～15％，更理想的范围是0～12％，更理想的范围是0～10％，更理想的范围是0～9％。

作为本发明中的玻璃，可以举例表示出含有SiO₂的玻璃、含有B₂O₃以及La₂O₃的玻璃、磷酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃等。

作为含有SiO₂的玻璃，可以举例表示出包含SiO₂ 1～20％、B₂O₃ 0～65％、Li₂O 0～12％、Na₂O 0～12％、K₂O 0～12％、MgO 0～30％、CaO0～30％、SrO 0～30％、BaO 0～30％、ZnO 0～40％、La₂O₃ 0～50％、Gd₂O₃ 0～40％、Y₂O₃ 0～20％、ZrO₂ 0～15％、TiO₂ 0～20％、Ta₂O₅ 0～30％、WO₃ 0～20％、Nb₂O₅ 0～30％的玻璃。

在这种玻璃中更适合精密挤压成形的是Li₂O和ZnO合计含有量在1％以上的玻璃，优选玻璃转移温度在610℃以下的玻璃。

作为含有B₂O₃以及La₂O₃的玻璃，可以举例表示出包含SiO₂ 0～20％、B₂O₃ 1～65％、Li₂O 0～12％、Na₂O 0～12％、K₂O 0～12％、MgO0～30％、CaO 0～30％、SrO 0～30％、BaO 0～30％、ZnO 0～40％、La₂O₃1～50％、Gd₂O₃ 0～40％、Y₂O₃ 0～20％、ZrO₂ 0～15％、TiO₂ 0～40％、Ta₂O₅ 0～30％、WO₃ 0～20％、Nb₂O₅ 0～45％、Bi₂O₃ 0～45％的玻璃。

在这种玻璃中更适合精密挤压成形的是Li₂O和ZnO的合计含有量在1％以上的玻璃，优选玻璃转移温度在630℃以下的玻璃。

作为磷酸盐玻璃，可以举例表示出包含P₂O₅ 1～50％、SiO₂ 0～20％、B₂O₃ 0～35％、Li₂O 0～12％、Na₂O 0～12％、K₂O 0～12％、MgO0～30％、CaO 0～30％、SrO 0～30％、BaO 0～30％、ZnO 0～40％、La₂O₃0～20％、Gd₂O₃ 0～20％、Y₂O₃ 0～20％、ZrO₂ 0～15％、TiO₂ 0～30％、Ta₂O₅ 0～20％、WO₃ 0～20％、Nb₂O₅ 0～40％、Bi₂O₃ 0～45％的玻璃。

在这种玻璃中，Li₂O的量在0.1％以上会使得玻璃转移温度降低，这在降低挤压成形时的温度方面十分理想。

作为氟磷酸盐玻璃，用正离子％表示，可以举例表示出包含P⁵⁺5～50％、Al³⁺0.1～30％、Mg²⁺0～20％、Ca²⁺0～25％、Sr²⁺0～30％、Ba²⁺0～30％、Li⁺0～30％、Na⁺0～10％、K⁺0～10％、Y³⁺0～10％、La³⁺0～5％、Gd³⁺0～5％，F^-的含有量相对于F^-和O^2-的总量之比、即摩尔比F^-/(F^-+O^2-)是0.25～0.95的玻璃。该氟磷酸盐玻璃适于实现低分散性。

另外，作为别的氟磷酸盐玻璃可以举例表示出含有铜的氟磷酸盐玻璃。该玻璃具有吸收近红外线的功能，成为CCD或CMOS等半导体摄像元件具有色灵敏度修正功能的光学元件的材料。具有同样功能的玻璃可以例举出含有铜的磷酸盐玻璃，但是在耐老化性方面含铜的氟磷酸盐玻璃比含铜的磷酸盐玻璃更佳。构成具有近红外线吸收功能的半导体摄像元件的色灵敏度修正用元件的含铜玻璃，会因为熔融温度过高时玻璃中的Cu²⁺被还原成为Cu⁺，从而导致色灵敏度修正功能降低。由于当增加SiO₂的量时熔融温度会升高，所以优选在含铜的玻璃中不含SiO₂。

上述各玻璃的SiO₂的量是0～20％，SiO₂的含有量的理想的范围同上。此外，优选在磷酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃中不含SiO₂。

此外，如果SiO₂的量是相同程度，则比重越大的玻璃其线状部分不变长地发生熔融玻璃的分离，所以优选使构成预成形件的玻璃的比重在3.3以上，更优选在3.4以上。

在含有B₂O₃以及La₂O₃的玻璃、磷酸盐玻璃的情况下，从使比重增大的观点出发优选使La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、Yb₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、WO₃、TiO₂以及Bi₂O₃的总量在20％以上，再优选在25％以上，更优选在30％以上，

构成组的各预成形件的形状是球形。在精密挤压成形形成小型光学元件时，当使用球形的预成形件时，如果下模具成形面是凹形，则可以在成形面的中心稳定地配置预成形件。此外，对于SiO₂的量被限制在20％以下的玻璃，在玻璃滴的状态下由于表面张力的缘故其成为球的倾向强，因而还具有容易把预成形件成形为接近圆球形状的特长。

迄今说明了预成形件组，下面说明由用于制作供于精密挤压成形的玻璃制预成形件的多个预成形件母材构成的预成形件母材组。

本发明的预成形件母材组由用于制作供于精密挤压成形的玻璃制预成形件的多个预成形件母材组成，所述预成形件母材呈球形，由SiO₂的含有量被限制在0～20质量％范围内的玻璃构成，其平均质量在200mg以下、质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

预成形件母材组是多个预成形件母材的集合。组的概念和上述的预成形件组中的组的概念相同。通过对预成形件母材的表面进行机械加工(例如研磨)，可以将其形成为预成形件。此时，如果使用本发明的预成形件母材组，并使各预成形件母材在机械加工中的玻璃除去量都相等，则可以得到由质量相等的预成形件构成的组，亦即得到本发明的预成形件组。

预成形件母材和上述的预成形件一样，是通过滴下玻璃滴而生产的，在成形预成形件母材时的玻璃滴的滴下过程中也会发生上述的现象，线状部分是否变长、母材的质量变动是否变大取决于玻璃中的SiO₂的量。对于预成形件母材和预成形件，如果除去是否通过加工完成预成形件之外，则制造方法、优选的玻璃组成、比重、构成组的母材的个数(构成组的预成形件的个数)、平均质量以及质量公差相对于平均质量的比例的优选范围都相同。

下面说明玻璃制预成形件组的生产方法(玻璃制预成形件的批量生产方法)。

在本发明的玻璃制预成形件组的生产方法中，重复进行使规定质量的玻璃滴从流出喷嘴的流出口滴下、把得到的玻璃滴成形为供于精密挤压成形的玻璃制预成形件的工序，从而生产由多个玻璃制预成形件组成的玻璃制预成形件组的玻璃制预成形件组，其中，

滴下由SiO₂的含有量在0～20质量％范围内的玻璃组成的玻璃滴，把滴下的玻璃成形为质量在200mg以下的球形的预成形件，生产质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内的玻璃制预成形件组。

首先，把加热、熔融、澄清、均质化玻璃原料而得到的熔融玻璃从储存熔融玻璃的容器流过管中而引导到管下端的喷嘴。熔融玻璃从喷嘴下端的玻璃流出口流出，对管以及喷嘴的温度进行控制，使得每单位时间的玻璃流出量固定。

从玻璃流出口流出的熔融玻璃由于表面张力而在喷嘴下端垂下。当作用在垂下的玻璃上的向下的力比使熔融玻璃留在喷嘴下端的力强时，熔融玻璃从喷嘴下端滴下。这里，因为每单位时间的玻璃流出量固定，所以熔融玻璃的滴下以固定的周期发生。将用质量表示的每单位时间的玻璃流出量乘以所述周期，即为熔融玻璃滴的质量。

向喷嘴下方搬入具有凹部的成形模具，在凹部外缘面上接受滴下的玻璃滴，使其滚动或者滑动地被导入凹部内，通过从在凹部底部设置的喷出口向上喷出的气体，在凹部内一边使玻璃滴上下运动，一边成形为球形的预成形件。在预成形件的批量生产中，要准备多个成形模具，把成形模具陆续搬入喷嘴下方，接受玻璃滴，把接受了玻璃滴的成形模具从喷嘴搬出，再把空的成形模具搬入喷嘴下方，以准备玻璃滴的滴下。一边移动载有玻璃滴的成形模具，一边在凹部内成形预成形件，在预成形件冷却到不变形的温度区域后，从成形模具取出预成形件，作为空的成形模具再次搬入喷嘴下方。通过对多个成形模具的每一个依次进行这样的工序来批量生产预成形件。这里得到的预成形件批量产品相当于预成形件组。

下面说明玻璃成形体组的制造方法(玻璃成形体的批量生产方法)。作为玻璃成形体的一例，可以例示出所述预成形件或者预成形件母材。

在本发明的玻璃成形体组的生产方法中，重复进行使规定质量的玻璃滴从流出喷嘴的流出口滴下、并对得到的玻璃滴进行成形的工序，从而生产多个玻璃成形体组，其中，

滴下由SiO₂的含有量在0～20质量％范围内的玻璃组成的玻璃滴，把滴下的玻璃成形为质量在200mg以下的球形的玻璃成形体，从而生产质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内的玻璃成形体组。

在玻璃成形体是预成形件的情况下，和所述的预成形件的生产方法相同。在玻璃成形体是预成形件母材的情况下，通过本发明能够制作预成形件母材组。在这种情况下，研磨所述玻璃成形体的整个表面，能够制造相同直径的供于精密挤压成形的玻璃制预成形件，通过对预成形件母材组进行该研磨加工，可以生产玻璃制预成形件组。

构成玻璃成形体的玻璃的组分、比重、其他性质和所述预成形件相同。

此外，因为当预成形件表面上有损伤、脏污等缺陷时，会导致光学元件的缺陷，所以在预成形件母材的研磨中，将预成形件表面不留损伤地加工成光滑的表面是很合适的。另外，研磨结束后，将预成形件清洗为清洁的表面，不使研磨剂残留。

下面说明光学元件的制造方法。

在本发明的光学元件的制造方法中，把从所述各玻璃制预成形件组取出的玻璃制预成形件、或者通过所述各方法制作的玻璃制预成形件加热，使用挤压成形模具进行精密挤压成形。

因为所述取出的预成形件全部都是具有与目标质量精确一致的质量的球形预成形件，所以能够稳定地制造具有以下表面的小型光学元件，该表面由在精密挤压成形时通过复制挤压成形模具的成形面而形成的面和自由表面构成。

精密挤压成形是使用包含上模具、下模具、套筒模具的挤压成形模具、加热后挤压成形预成形件、把挤压成形模具的成形面的形状正确地复制成形到玻璃上的方法。挤压成形模具的模具材料的加工以及模具材料的材质、形成上模具和下模具的成形面的脱模膜、脱模膜的形成方法、进行精密挤压成形的环境气体的种类等可以使用公知的技术。

通过进行以下精密挤压成形来批量生产相同形状的光学元件：例如，使用具有上模具、下模具、套筒模具的挤压成形模具，把上模具、下模具、套筒模具的各成形面复制到玻璃上，并使通过复制上模具成形面而形成的面和通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱、和/或通过复制下模具成形面而形成的面和通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱为自由表面。

作为精密挤压成形方法的一个示例，把球形预成形件配置在插入套筒模具的通孔内的凹面形状的下模具成形面的中心，按照成形面与下模具成形面相对的方式将上模具插入套筒模具的通孔内。在该状态下一起加热预成形件和挤压成形模具，在构成预成形件的玻璃的温度上升到表示10⁶dPa·s的粘度的温度时用上模具和下模具加压预成形件。把加压的预成形件在由上模具、下模具、套筒模具围起来的空间(称为空腔)内扩展。这样，在空腔内挤压玻璃制预成形件，在挤压成形模具闭模的状态下形成的密闭空间内填充玻璃。

精确地形成闭模状态的上模具、下模具、套筒模具的各成形面的相对位置、以及面法线所成的角度。如果使用这样的挤压成形模具进行上述成形，则能够彼此以高精度的位置关系、角度来形成光学功能面和定位基准面。

如以图3所示的透镜的成形为例，则把上模具成形面的中央部作为复制成形透镜的光学功能面即透镜面的面，把周边部作为复制成形凸缘状平坦部的环形平面。对于下模具成形面也同样把中央部作为复制成形透镜面的面，把周边部作为复制成形凸缘状平坦部的环带上的平面。在挤压成形结束前，正确地进行维持以使得上下模具的方向彼此相对并且上下模具的中心轴一致。

通过向在闭合挤压成形模具的状态下形成的密闭空间内填充玻璃，把套筒模具通孔的内表面向玻璃上复制。在精密形成套筒模具通孔的中心轴和所述通孔内表面的角度时，通过在挤压成形结束前维持所述通孔的中心轴和上下模具中心轴精确一致，能够如图3所示的透镜那样，正确地形成复制成形两个透镜面10及11、两个凸缘状平坦部7a、7b、套筒模具的内表面的透镜的侧边6的相对位置、相互的面所成的角度。然后，把两个凸缘状平坦部中的一个作为定位侧边的基准面，把凸缘状平坦部中的一个用作正确定位透镜间的距离的基准面，可以把边缘作为用于使透镜间的光轴正确一致的基准面来使用。

然后，为防止套筒模具的内表面和玻璃的熔接，即使在透镜不破损的范围内把边缘厚度做薄，由于可以相对于目标透镜质量来正确地确定各预成形件的质量，所以也能够成形形成复制套筒模具通孔的内表面并作为定位基准面作用的侧边，不会产生成形毛刺，从而不会导致光学元件的批量生产工序停止。

此外，希望在自由表面上形成侧边6和凸缘状平坦部7a、7b相交的棱9a、9b。当形成了侧边和凸缘状平坦部时，不会出现定位功能发生故障的危险，但是当棱锐利时，在嵌入保持器时棱会破损，或者棱会擦削保持器，导致产生尘埃。因为如果尘埃附着在摄像元件的受光面上，则图像质量会大幅度降低，所以从防止这样的麻烦出发，希望成形具有由自由表面构成的棱的精密挤压成形品。

在光学元件中，希望通过精密挤压成形形成至少两面以上、具体说是两面或者三面的定位基准面。优选使所述两面或者三面的定位基准面互相不平行。使用这样互相不平行的两个基准面定位光学元件的话，能够高精度地决定光学系统中的光学元件的定位和方向。像透镜那样具有旋转对称性的光学元件可以有两个基准面。在像棱镜那样不具有旋转对称性的光学元件的情况下，形成三个定位基准面，高精度地决定光学系统中的定位和该位置上的方向。

对于这样制作的光学元件，也可以根据需要形成防反射膜等多层光学膜。

【实施例】

下面对实施例进行说明。

(第一实施例)

首先，为获得表1所示的SiO₂的量在20质量％以下的光学玻璃A、B，称量、调合玻璃原料后充分搅拌，并导入熔融容器内，进行加热、熔融、澄清、搅拌，从而得到均匀的熔融玻璃。使用图1所示的装置，通过熔融玻璃的熔融玻璃滴来生产玻璃预成形件。

打开与熔融容器底部连接的管1，以固定流量从安装于管下端的喷嘴2流出熔融玻璃。对喷嘴以及管、还有熔融容器进行温度控制，使玻璃不失透明性，成为能够获得希望的流出量的粘度。

在管1的下端以及喷嘴2的外周如图1所示设置气体流路形成用罩3，在气体流路形成用罩和管以及喷嘴之间的空间内设置用于流过气体的气体流路4。然后，在气体流路形成用罩下端设置开口部3-1，从所述开口部突出喷嘴尖端。优选喷嘴、气体流路形成用罩、气体流路形成用罩开口部分别围绕喷嘴的中心轴对称配置。另外，也希望从气体流路形成用罩开口部排出的气体也围绕上述中心轴均匀流动。

在本实施例中，对管的内径、喷嘴的内外径、管和喷嘴的温度进行调节，控制玻璃的流出量，以使得在喷嘴下端垂下的熔融玻璃以固定周期落下。从玻璃流出口流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，在垂下的熔融玻璃上喷射从气体流路形成用罩开口部以固定流量向下连续喷出的气体，从而施加向下的风压。

围绕喷嘴的外周配置未图示的高频感应线圈，流过高频电流，高频感应加热喷嘴。

当作用在垂下的熔融玻璃上的重力大于使熔融玻璃留在喷嘴下端的力时，熔融玻璃的落下。但是，在该方法中，只能得到由使熔融玻璃留在喷嘴下端的力所决定的质量的玻璃滴，而无法滴下更轻的玻璃滴。

但是，根据本实施例，因为垂下的熔融玻璃通过气体产生的风压受到向下的力，所以能够得到更轻的玻璃滴。另外，如果通过质量流量控制器等来控制气体的流量以使得气体流量保持固定的话，则能够使玻璃滴的质量稳定。

熔融玻璃滴由在喷嘴下方等待的成形模具5接受。图2表示成形模具5的垂直截面。用成形模具的玻璃滴接受面5-1接受滴下的玻璃滴。因为玻璃滴接受面5-1向同样设置在成形模具上面的凹部5-2的方向倾斜，所以玻璃滴从接受面5-1滑入或者滚入凹部5-2。

凹部5-2的截面如图2所示具有从下向上展宽成喇叭状的形状，在凹部底部设置一个向上喷出气体的气体喷出口。导入凹部的玻璃滴朝向凹部底部一边滚过凹部内壁一边下降，但是因为凹部的内径随着下行而减小，所以玻璃滴越下降受到的向上的风压越强。其结果，玻璃滴在凹部内上升，但是因为当上升时向上的风压变弱，所以一边沿凹部内壁滚动一边下降。于是，因为再次受到向上的强烈风压，所以玻璃滴在凹部内上升，然后又一边沿凹部内壁滚动一边下降，在短时间内重复进行这样的运动。因为玻璃滴在通过凹部内壁滚动的方向是随机的，所以在重复上述运动中玻璃滴边形成球形边冷却，从而形成球预成形件。在冷却的预成形件成为不变形的温度的时刻取出凹部内的预成形件，以玻璃不破裂的速度将其冷却到室温。

通过使用多个成形模具重复上述工序，能够批量生产等质量的球形预成形件。这样，得到由光学玻璃形成的具有希望质量且质量公差小的球形预成形件所组成的预成形件组。表1中示出了使用的玻璃、得到的预成形件的个数、平均质量、质量公差、直径。

表1(见下页)

		第一实施例		第二实施例		比较例
							玻璃A	玻璃B	玻璃A	玻璃B
		预成形件的个数/母材的个数		1000/-	1000/-						-/1000	-/1000	500/-
预成形件的平均质量(mg)/母材的平均质量(mg)						65.0/-	110.0/-	-/65.0	-/110.0	25.0/-
		预成形件的质量公差相对于平均质量的比例(％)/母材的质量公差相对于平均质量的比例(％)		±0.11/-	±0.06/-						-/±0.11	-/±0.06	±0.85/-
预成形件的直径(mm)/母材的直径(mm)						3.55/-	4.31/-	-/3.55	-/4.31	2.77/-
		玻璃组分(质量％)	SiO2	0	0						8	0	46
B2O3	3					3	33	3	12
			P2O5	26	26					0	26	0
Al2O3	0					0	0	0	2
			Li2O	4	4					4	4	7
Na2O	7					7	0	7	0
			K2O	1	1					0	1	2
CaO	0					0	10	0	0
			BaO	1	1					0	1	25
ZnO	1					1	11	1	4
			La2O3	0	0					20	0	2
Gd2O3	0					0	2	0	0
			Y2O3	0	0					8	0	0
ZrO2	0					0	4	0	0
			TiO2	3	3					0	3	0
Nb2O5	36					36	0	36	0
			WO3	8	8					0	8	0
Bi2O3	10					10	0	10	0
			折射率(nd)		1.82					1.69	1.82	1.69	1.58
阿贝数(νd)		24				53	24	53	60
			玻璃转移温度Tg(℃)		560					520	560	520	500
比重		3.7				3.5	3.7	3.5	3.0

(第二实施例)

使用和第一实施例相同的方法批量生产球形预成形件母材。使用的玻璃、得到的母材的个数、平均质量、质量公差相对于平均质量的比例、质量公差、直径如表1所示。回火由这些预成形件母材组成的组、减低畸变后，进行研磨，得到具有和质量公差相对于预成形件母材的平均质量的比例相同值的预成形件组。

(第三实施例)

使用在第一、第二实施例中得到的各预成形件组，通过精密挤压成形得到具有图3所示概略截面形状的小型非球面透镜。看不到任何一个透镜破损，作为透镜具有足够的光学性能。另外，各透镜的边缘6、凸缘状平坦部7复制挤压成形模具成形面，边缘和凸缘状平坦部相交的棱是圆润的自由表面。于是可确认不会发生成形毛刺。

这些非球面透镜作为构成在移动电话中内置的摄像装置的摄像光学系统的透镜作用。通过把这样得到的透镜、和在形状以外用完全相同的方法制作的作为定位基准面具有边缘和凸缘状平坦部的透镜组装入透镜保持器，在使定位基准面抵接保持器的状态下固定，能够把各透镜正确地排列在保持器中。

[比较例]

在使用表1所示的SiO₂的含有量为46质量％的玻璃、制作表1所示的预成形件时，得到的是质量公差大、质量参差不齐的组。

在使用这种组和通过上述同样的方法精密挤压成形小型非球面透镜时，会产生透镜侧边整体都是自由表面而不能作为定位基准面起作用、或者产生成形毛刺而导致挤压成形模具不能滑动等的麻烦。

Claims (15)

1.一种玻璃制预成形件组，由供于精密挤压成形的多个玻璃制预成形件构成，其中，

所述预成形件为球形，由SiO₂的含有量被限制在0～20质量％范围内的玻璃形成，其平均质量在200mg以下，并且质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

2.如权利要求1所述的玻璃制预成形件组，其中，所述预成形件由含有SiO₂的玻璃、含有B₂O₃及La₂O₃的玻璃、磷酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃中的任一种玻璃形成。

3.如权利要求1或2所述的玻璃制预成形件组，其中，所述预成形件由比重为3.3以上的玻璃形成。

4.一种预成形件母材组，由多个预成形件母材组成，所述预成形件母材用于被加工成供于精密挤压成形的玻璃制预成形件，其中，

所述预成形件母材为球形，由SiO₂的含有量被限制在0～20质量％范围内的玻璃形成，其平均质量在200mg以下，并且质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

5.如权利要求4所述的预成形件母材组，其中，所述预成形件母材由含有SiO₂的玻璃、含有B₂O₃及La₂O₃的玻璃、磷酸盐玻璃、氟磷酸盐玻璃中的任一种玻璃形成。

6.如权利要求4或5所述的预成形件母材组，其中，所述预成形件母材由比重为3.3以上的玻璃形成。

7.一种玻璃制预成形件组的生产方法，重复进行使规定质量的玻璃滴从流出喷嘴的流出口滴下、把所得到的玻璃滴成形为供于精密挤压成形的玻璃制预成形件的工序，从而生产由多个玻璃制预成形件组成的玻璃制预成形件组，其中，

滴下由SiO₂的含有量在0～20质量％范围内的玻璃形成的玻璃滴，把滴下的玻璃成形为质量在200mg以下的球形的预成形件，生产质量公差相对于所述质量的比例为±0.3％以内的玻璃制预成形件组。

8.一种玻璃成形体的生产方法，重复进行使规定质量的玻璃滴从流出喷嘴的流出口滴下、对所得到的玻璃滴进行成形的工序，以生产多个玻璃成形体组，其中，

滴下由SiO₂的含有量在0～20质量％范围内的玻璃组成的玻璃滴，把滴下的玻璃成形为质量在200mg以下的球形的玻璃成形体，生产质量公差相对于所述质量的比例为±0.3％以内的玻璃成形体组。

9.一种玻璃制预成形件的制造方法，研磨通过权利要求8所述的方法生产的玻璃成形体组的各玻璃成形体的整个表面，制造具有相同直径的供于精密挤压成形的玻璃制预成形件。

10.一种光学元件的制造方法，对从权利要求1所述的玻璃制预成形件组中取出的玻璃制预成形件进行加热，并使用挤压成形模具进行精密挤压成形。

11.一种光学元件的制造方法，对从通过权利要求7所述的方法制作的玻璃制预成形件组中取出的玻璃制预成形件进行加热，并使用挤压成形模具进行精密挤压成形。

12.一种光学元件的制造方法，对从通过权利要求9所述的方法制作的玻璃制预成形件组中取出的玻璃制预成形件进行加热，并使用挤压成形模具进行精密挤压成形。

13.如权利要求10～12中任一项所述的光学元件的制造方法，其中，向在闭合挤压成形模具的状态下形成的密闭空间内填充所述玻璃，从而由玻璃制预成形件的挤压成形模具来进行精密挤压成形。

14.如权利要求13所述的光学元件的制造方法，其中，成形形成具有由自由表面组成的棱的精密挤压成形品。

15.如权利要求10～12中任一项所述的光学元件的制造方法，其中，通过精密挤压成形形成至少两面以上的定位基准面。

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