DE69722047T2

DE69722047T2 - Verfahren zur Herstellung optischer Halbzeuge und optischer Gegenstände durch Pressformen

Info

Publication number: DE69722047T2
Application number: DE69722047T
Authority: DE
Inventors: Shoji Nakamura; Toshiaki Hirakata-shi Takano; Jun Yao-shi Murata; Takahisa Sanda-shi Kondou; Masaaki Nishinomiya-shi Sunohara; Chizuo Sakai-shi Izumino
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: EP0787567B1; CN1172720A; EP0787567A2; DE69722047D1; SG93175A1; US5965069A; KR19980067052A; EP0787567A3; KR100189798B1; CN1080175C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen optischer Elemente wie etwa Linsen oder Prismen oder optischer Rohlinge von solchen optischen Elementen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Preßform nach dem Oberbegriff von Anspruch 12.
JP-A-01 298 034 betrifft die Herstellung von hochpräzisen Elementen aus optischem Glas über das Pressen von erwärmten Glasplatten mit mehreren formenden Prägestempeln, um auf der Glasplatte mehrere Rohlinge auszubilden. Danach werden die Rohlinge von der Glasplatte abgeschnitten und später mit einem Hauptprägestempel durch Pressen zum endgültigen Element geformt. Die Ausnehmungen in der oberen und der unteren Preßform sind rechteckig, d. h., sie entsprechen nicht der ersten und zweiten Oberflächenform der jeweiligen Rohlinge.
DE-A-44 14 552 bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung mikrooptischer Elemente oder eines Faserendes in Form eines derartigen Elements. Innerhalb des Prozesses werden obere und untere Preßformen mit jeweils mehreren Ausnehmungen verwendet. Die Form jeder Ausnehmung der einen Preßform entspricht der Form jeder Ausnehmung der anderen Preßform. Dieses Verfahren betrifft jedoch nicht ein Verfahren zu Herstellung optischer Rohlinge. Zudem wird zwischen der oberen und unteren Preßform ein fester Körper (Faser) zugeführt.
In JP-A-59 195 541 wird die Herstellung von Glaslinsen und ihre Vorrichtung beschrieben. Die Vorrichtung umfaßt eine metallische Form, deren obere und untere Position aus porösem Material hergestellt sind. Es wird nicht vorgeschlagen, optisches Material in Form geschmolzenen Materials zu verwenden.
Ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen derartiger Rohlinge im Stand der Technik wird in der japanischen offengelegten Patentanmeldung (Tokkai Hei) 5-177725 offenbart. Dieses Verfahren verwendet zur Herstellung der optischen Rohlinge wie unten erläutert das Spritzgießen von geschmolzenen Kunststoffpellets.
17 zeigt einen Querschnitt durch eine für die Herstellung von optischen Rohlingen im Stand der Technik verwendete Spritzgußeinrichtung. Kunststoffpellets 51 werden in den Trichter 50 eingefüllt und zum Heizzylinder 53 übertragen. Die Kunststoffpellets werden vom Heizzylinder 53 und der Schnecke 54 erhitzt und geschmolzen. Geschmolzenes Harz wird von der Spitzendüse 55 des Heizzylinders 53 in die Preßform 59 eingespritzt und erreicht über einen Hauptverteilerkanal 60, Angießkanäle 61 und Anschnitte 62 Hohlräume 63, die einer äußeren Form eines optischen Elements entsprechen. Die Temperatur der Preßform 59 wird auf etwa die Erweichungstemperatur gesteuert. In 17 steht die Zahl 52 für einen Spritzzylinder, 56 für eine fixierende Stempelplatte, 57 für eine bewegliche Stempelplatte und 58 für einen Abschlußzylinder.
Die Preßform 59 wird geöffnet und ein Formteil herausgenommen, nachdem die Preßform abgekühlt worden ist. Wie in den 18A und 18B zu sehen ist, weist das Formteil einen mittleren Hauptverteilerkanalteil 64 und mehrere sich von diesem aus radial erstreckende Angießkanalteile 65 auf. An der Spitze jedes Angießkanalteils 65 ist ein optischer Rohling 67 über einen Anschnitteil 66 angeschlossen. Mehrere optische Rohlinge 67 werden erhalten, indem sie an den Anschnitten vom Formteil getrennt werden.
Optische Rohlinge werden zur Herstellung optischer Elemente so gepreßt, wie dies unten erläutert wird. 19 veranschaulicht einen Schnitt durch eine Preßform und ein optisches Element, wenn das Pressen vorgenommen wird. Bei der Zahl 68 handelt es sich um eine obere Preßform, bei 69 um eine untere Preßform und bei 70 um eine Trommelform. Bei der Zahl 71 handelt es sich um ein durch Preßformen erhaltenes optisches Element, bei 72 um einen Teil eines Preßkopfs mit Erwärm- und Preßmechanismen und bei 73 um einen Teil einer Preßbühne mit einem Erwärmmechanismus. 20 zeigt ein Prozeßdiagramm für das Pressen eines optischen Rohlings zur Herstellung eines optischen Elements, wobei oben erwähnte Preßformen verwendet werden. In diesem Diagramm wird die Temperatur des optischen Elements in (a) gezeigt, und der durch den Preßkopf übertragene Druck wird in (b) gezeigt.
Ein aus einem optischen Material (z. B. Polycarbonat) durch Spritzguß in eine einem optischen Element ähnliche Form gebrachter optischer Rohling wird in einen Hohlraum gelegt, der durch die obere und untere Preßform und die Trommelform 68, 69, 70 definiert ist. Diese Formen werden auf eine Temperatur über der Erweichungstemperatur und unter dem Glasübergangspunkt gesteuert. Wenn die Temperatur des optischen Rohlings auf eine konstante Temperatur zwischen der Erweichungstemperatur und dem Glasübergangspunkt ansteigt, wie in (a) von 20 gezeigt, wird der Preßkopf 72 derart nach unten gedrückt, daß die obere Preßform 68 über eine vorbestimmte Zeit auf den optischen Rohling einen Druck von etwa 100 kg/cm² ausübt. Dann wird der Druck reduziert und die Preßformen werden auf die Erweichungstemperatur abgekühlt. Danach wird die obere Preßform freigegeben und der gepreßte optische Rohling, d. h. das optische Element 71, herausgenommen.
Beim Herstellungsprozeß von optischen Rohlingen durch Spritzguß im Stand der Technik sollten Oberflächen-Einsinkungen, Turbulenzen, Schweißlinien oder Restspannungen unterdrückt werden, indem die Bedingungen des Spritzgusses gesteuert werden. Es ist jedoch schwierig, Restspannungen und Verzerrungen im Anschnitteil durch Steuern der Bedingungen des Spritzgusses völlig zu eliminieren. Deshalb weisen im Stand der Technik durch Spritzguß hergestellte optische Rohlinge teilweise Restspannungen und Verzerrungen auf. Es ist schwierig, ein optisches Element mit einer guten optischen Leistung herzustellen, wenn ein derartiger optischer Rohling mit Restspannungen und Verzerrungen im Anschnitteil verwendet wird.
Außerdem ist die Reduzierung der Kosten beim Prozeß zum Herstellen optischer Rohlinge durch Spritzguß deshalb schwierig, weil die Anzahl der bei einem Schuß erhaltenen Produkte begrenzt ist. Zudem gibt es Schwierigkeiten bei der Herstellung kleinerer optischer Elemente, da der Anschnittdurchmesser aufgrund des Fließvermögens des optischen Materials eine Untergrenze aufweist.
Preßformen für eine Spritzgußeinrichtung weisen im allgemeinen eine komplizierte Struktur auf, um für das optische Material ein gutes Fließvermögen zu erhalten, und sie sind aufgrund der Arbeitskosten für das Design und die Probeherstellung einer ordnungsgemäßen Preßformstruktur sehr teuer. Außerdem ist der verschwendete Teil des optischen Materials in der Spritzgußform recht groß. Diese Nachteile bei der Spritzgußform verursachen im Stand der Technik extrem hohe Kosten für die Herstellung optischer Rohlinge.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der Probleme im Stand der Technik wie oben erwähnt und in der Bereitstellung eines Verfahrens zum preiswerten Herstellen kleiner optischer Rohlinge und optischer Elemente ohne Restspannungen und Verzerrungen.
Das Verfahren zum Herstellen optischer Elemente oder optischer Rohlinge von optischen Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die folgenden Schritte: Zuleiten von optischem Material zwischen einer oberen und einer unteren Preßform, wobei die obere Preßform mehrere Ausnehmungen aufweist, die in einem vorbestimmten Raster angeordnet sind, wobei die Form jeder Ausnehmung einer ersten Oberflächenform des optischen Elements oder Rohlings entspricht, wobei die untere Preßform mehrere Ausnehmungen aufweist, die den Ausnehmungen der oberen Preßform gegenüberliegen, wobei die Form jeder Ausnehmung der unteren Preßform einer zweiten Oberflächenform des optischen Elements oder Rohlings entspricht; Pressen des optischen Materials unter Ausbildung eines Satzes von optischen Elementen oder optischen Rohlingen und Trennen jedes optischen Elements oder optischen Rohlings von dem Satz optischer Elemente oder optischer Rohlinge, wobei das optische Material ein geschmolzenes Material ist und zwischen der oberen und der unteren Preßform durch einen in der oberen oder der unteren Preßform vorgesehenen Kanal zugeleitet wird.
Gemäß dem oben erwähnten Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen mehrerer optischer Elemente durch Preßformen weisen die erhaltenen optischen Rohlinge keinen Anschnitteil auf, wie er bei den durch Spritzguß hergestellten Rohlingen existiert. Deshalb können durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung optische Rohlinge ohne Restspannungen und Verzerrungen preiswert hergestellt werden. Aus diesen Rohlingen hergestellte optische Elemente weisen gute optische Eigenschaften ohne Restspannungen und Verzerrungen auf. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung weist weitere Vorteile auf. Die Struktur einer Preßform, die keinen Anschnitt benötigt, ist einfacher als die der Spritzgußform. Auch ist die Formbedingung beim Preßformen einfacher. Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung können kleinere optische Elemente hergestellt werden, da die Preßform keinen Anschnitt benötigt. Zudem wird beim Verfahren der vorliegenden Erfindung weniger optisches Material verschwendet als beim Spritzguß.
Das optische Material ist bevorzugt ein Kunststoffmaterial.
Es wird bevorzugt, daß mindestens die obere oder die untere Preßform, die durch das Verfahren verwendet werden sollen, aus einem porösen Metall hergestellt ist.
Weiterhin umfaßt mindestens die obere oder die untere Preßform bevorzugt mehrere aus einem porösen Metall oder Glas hergestellte innere Preßformen, die mit den Ausnehmungen versehen sind, und eine Hauptpreßform, die die in einem vorbestimmten Raster angeordneten inneren Preßformen empfängt.
Es wird für die Massenproduktion bevorzugt, daß der Schritt des Trennens jedes optischen Elements oder optischen Rohlings von dem Satz optischer Elemente oder optischer Rohlinge ein Stanzen beinhaltet. Der Schritt kann aber auch das Schneiden mit einem sich drehenden Werkzeug beinhalten.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Herstellen optischer Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schritt des Pressens des durch das oben erläuterte Verfahren hergestellten optischen Rohlings beinhaltet. Dieser Schritt beinhaltet bevorzugt das Erwärmen des Rohlings auf eine Temperatur über dem Glasübergangspunkt, das Pressen des Rohlings und das Abkühlen des Rohlings auf eine Temperatur unter der Erweichungstemperatur, während der Rohling weiter gepreßt wird. Durch das oben erläuterte Preßformverfahren kann ein gutes optisches Element ohne Restspannungen und Verzerrungen erhalten werden.
Im Fall des direkten Preßformens eines optischen Materials zum Herstellen eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung können bei diesem Verfahren ähnliche Schritte und Formen verwendet werden wie zur Herstellung optischer Rohlinge. Bei diesem Verfahren des direkten Preßformens ist jedoch eine präzisere Steuerung der Temperatur und des Drucks erforderlich als beim Verfahren zum Formen des Rohlings, der ein Zwischenprodukt ist. Außerdem ist es notwendig, sich für das direkte Pressen des optischen Materials zum optischen Element, das ein Endprodukt darstellt, mehr Zeit zu nehmen.
Eine Preßform zum Herstellen optischer Rohlinge oder optischer Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt: eine obere Preßform mit mehreren Ausnehmungen, die in einem vorbestimmten Raster angeordnet sind, wobei die Form jeder Ausnehmung einer ersten Oberflächenform des optischen Elements entspricht, und eine untere Preßform mit mehreren Ausnehmungen, die den Ausnehmungen der oberen Preßform gegenüberliegen, wobei die Form jeder Ausnehmung der unteren Preßform einer zweiten Oberflächenform des optischen Elements entspricht. Eine derartige Preßform gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen oder unteren Preßform ein Kanal vorgesehen ist, um optisches Material in Form geschmolzenen Materials zwischen der oberen Preßform und der unteren Preßform zuzuleiten, und mindestens die obere oder die untere Preßform mehrere aus porösem Metall oder Glas hergestellte innere Preßformen, die mit der Ausnehmung versehen sind, und eine Hauptpreßform, die die in einem vorbestimmten Raster angeordneten inneren Preßformen empfängt, umfaßt. Durch den Einsatz der Preßform gemäß der vorliegenden Erfindung erhält man mehrere optische Rohlinge oder optische Elemente bei einem Preßvorgang, und er trägt zu einer Kostenreduzierung für das optische Element bei.
Die aus porösem Metall hergestellte Preßform kann aus dem durch die Ausnehmung der Preßform und die Oberfläche des optischen Materials definierten Hohlraum Luft herauslassen, so daß das unter Hitze und Druck von der Gestalt her geänderte optische Material ganz in die Ausnehmung der Preßform eintreten kann. So wird die Ausbildung eines defekten Preßformteils unterdrückt. Die Preßformstruktur, die mehrere innere Preßformen verwendet, erleichtert die Wartung der Preßform, weil, wenn eine der Ausnehmungen beispielsweise beschädigt wird, nur die beschädigte innere Preßform ersetzt werden muß. Die Preßform, die mehrere innere, aus porösem Metall hergestellte Preßformen und eine aus normalem Metall hergestellte Hauptpreßform umfaßt, weist im Vergleich zur Preßform, deren ganzer Körper aus porösem Metall hergestellt ist, weitere Vorteile hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Kosten auf.
Bei einem alternativen Aufbau kann mindestens die obere oder die untere Preßform mehrere aus Glas hergestellte innere Preßformen, die mit der Ausnehmung versehen sind, und eine Hauptpreßform, die die in einem vorbestimmten Raster angeordneten inneren Preßformen empfängt, umfassen. Beispielsweise eignet sich ein Flintglas angesichts seiner Wasserfestigkeit und Säurebeständigkeit für das Material einer Preßform. Dieses Material eignet sich außerdem gut dafür, viele identische innere Preßformen durch Formen mit einer Mutterform herzustellen.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Preßform und ein optisches Material mit einem Preßschritt einer ersten erläuternden Anordnung zur Herstellung optischer Rohlinge;
2A eine Draufsicht auf eine untere Preßform der in 1 gezeigten Preßform;
2B einen Querschnitt durch eine untere Preßform der in 1 gezeigten Preßform;
3A eine Draufsicht auf einen Satz von durch den in 1 gezeigten Preßschritt erhaltenen optischen Rohlingen;
3B einen Querschnitt durch einen durch den in 1 gezeigten Preßschritt erhaltenen Satz von optischen Rohlingen;
4A eine Draufsicht auf einen fehlerhaften Preßformteil, der wegen einer eingeschlossenen Lufttasche in einem Hohlraum, der durch die Ausnehmung der Preßform und die Oberfläche des optischen Materials definiert ist, in dem Satz optischer Rohlinge auftreten kann;
4B einen Querschnitt durch einen fehlerhaften Preßformteil, der wegen einer eingeschlossenen Lufttasche in einem Hohlraum, der durch die Ausnehmung der Preßform und die Oberfläche des optischen Materials definiert ist, in dem Satz optischer Rohlinge auftreten kann;
5 einen Querschnitt, der den Schritt des Trennens jedes optischen Rohlings von dem in 3 gezeigten Satz optischer Rohlinge durch Stanzen zeigt;
6A eine Gestalt des durch den in 5 gezeigten Trennschritt erhaltenen optischen Rohlings;
6B und 6C weitere Gestalten der optischen Rohlinge, die durch Stanzen erhalten werden können;
7 einen Querschnitt durch eine Preßform und einen optischen Rohling, der einen Preßschritt eines optischen Rohlings zum Herstellen eines optischen Elements zeigt;
8 einen Querschnitt durch eine Preßform und ein optisches Material, der einen Preßschritt einer zweiten erläuternden Anordnung zum Herstellen optischer Rohlinge zeigt;
9A eine Draufsicht auf eine untere Preßform der in 8 gezeigten Preßform;
9B einen Querschnitt durch eine untere Preßform der in 8 gezeigten Preßform;
10A eine Draufsicht auf einen Satz von durch den in 8 gezeigten Preßschritt erhaltenen optischen Rohlingen;
10B einen Querschnitt durch einen Satz von durch den in 8 gezeigten Preßschritt erhaltenen optischen Rohlingen;
11 einen Querschnitt, der einen Schritt des Trennens jedes optischen Rohlings von dem in 10 gezeigten Satz optischer Rohlinge durch ein sich drehendes Werkzeug zeigt;
12A eine Gestalt des durch den in 11 gezeigten Trennschritt erhaltenen optischen Rohlings;
12B und 12C weitere Gestalten der optischen Rohlinge, die durch ein sich drehendes Werkzeug erhalten werden können;
13 einen Querschnitt durch eine Preßform und ein optisches Material, der einen Preßschritt einer Ausführungsform zur Herstellung optischer Rohlinge zeigt, die die vorliegende Erfindung identifiziert;
14A eine Draufsicht auf einen Satz von durch den in 13 gezeigten Preßschritt erhaltenen optischen Rohlingen;
14B einen Querschnitt durch einen Satz von durch den in 13 gezeigten Preßschritt erhaltenen optischen Rohlingen;
15 einen Querschnitt, der einen Schritt des Trennens jedes optischen Rohlings von dem in 14 gezeigten Satz optischer Rohlinge durch Stanzen zeigt;
16 eine Gestalt des durch den in 15 gezeigten Trennschritt erhaltenen optischen Rohlings;
17 einen Querschnitt – durch eine Spritzgußeinrichtung, die zum Herstellen optischer Rohlinge im Stand der Technik verwendet wird;
18A eine Draufsicht auf ein durch die in 17 gezeigte Spritzgußeinrichtung erhaltenes Formteil;
18B einen Querschnitt durch eine durch die in 17 gezeigte Spritzgußeinrichtung;
19 einen Querschnitt durch eine Preßform und einen optischen Rohling, der einen Preßschritt eines optischen Rohlings zur Herstellung eines optischen Elements des Stands der Technik zeigt; und
20 ein Prozeßdiagramm des in 19 gezeigten Preßschritts.
Erste erläuternde Anordnung
Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Rohlings eines optischen Elements umfaßt einen Schritt der Herstellung eines Satzes optischer Rohlinge, der mehrere miteinander kombinierte optische Rohlinge enthält, und einen Schritt des Trennens jedes optischen Rohlings von dem Satz optischer Rohlinge.
1 zeigt einen Querschnitt durch eine Preßform und ein optisches Material beim Schritt des Herstellens des Satzes optischer Rohlinge durch Preßformen. Der Zustand, bevor die Gestalt des optischen Materials geändert wird, ist in (a) dargestellt, und der Zustand nach dem Ändern der Gestalt des optischen Materials zum Satz optischer Rohlinge ist in (b) dargestellt. Diese Preßform umfaßt eine obere Preßform 1, eine untere Preßform 2 und eine Trommelform 3. Die Zahl 4 ist ein Preßkopf mit einem Erwärm- und Preßmechanismus, und die Zahl 5 ist eine Preßstufe mit einem Erwärmmechanismus. Bei diesen Mechanismen kann es sich um beliebige, in der Technik wohlbekannte Mechanismen handeln. Ein zwischen der oberen Preßform 1 und der unteren Preßform 2 zugeleitetes optisches Material 6 wird gepreßt und wird zu einem Satz optischer Rohlinge 7.
Bei einem Beispiel wurde als das optische Material 6 ein Polyolefinharz verwendet mit einem Glasübergangspunkt Tg von 140 Grad Celsius und einer Erweichungstemperatur Tt von 123 Grad Celsius. Ein Block des Polyolefinharzes wurde zu einer Platte geschnitten (30 mm × 30 mm × 1,7 mm) und der Preßform zugeleitet. Die obere und untere Preßform der Preßform waren aus einem porösen Metall hergestellt, d. h. einem ferritischen rostfreien Stahl mit einem mittleren Porendurchmesser von 3–7 Mikrometer, einer Porosität von 25% und einer Dichte von 6,0–6,2 g/cm³. Die obere und die untere Preßform hatten die Abmessungen 50 mm × 50 mm × 15 mm.
Bei dem in diesem Beispiel zu erhaltenden optischen Rohling handelte es sich um einen Rohling einer konvexen Linse mit Krümmungsradien R1, R2 = 2,5 mm, einem Außendurchmesser von 4,5 mm und einer Dicke in der Mitte von 3,25 mm. Auf jeder Oberfläche der oberen Preßform 1 und der unteren Preßform 2 sind fünfundzwanzig Ausnehmungen in einer 5×5-Matrix mit einem Raste r von 6 mm angeordnet, und die Gestalt jeder Ausnehmung entspricht einer gekrümmten Oberfläche R1 oder R2 des optischen Elements. Eine Draufsicht und ein Querschnitt der unteren Preßform sind in den 2A und 2B dargestellt.
Die Trommelform 3 ist für die Registrierung der oberen und der unteren Preßform und für die Einstellung der Dicke der erhaltenen Rohlinge erforderlich. Bei einem Beispiel wurde der Spielraum zwischen der oberen und der unteren Preßform 1, 2 und der Trommelform 3 auf etwa 5 Mikrometer eingestellt. Die Trommelform bestand aus einem rostfreien Stahl.
Die Erwärmmechanismen des Preßkopfs 4 und der Preßstufe 5 erwärmen das optische Material 6 bis zur Temperatur über der Erweichungstemperatur des Materials. Die Gestalt des optischen Materials kann bei der Temperatur über der Erweichungstemperatur geändert werden. Bevorzugt wird jedoch das optische Material auf die Temperatur über dem Glasübergangspunkt erwärmt, um das Preßformen zu erleichtern und Verzerrungen des erhaltenen optischen Rohlings zu unterdrücken. Bei einem Beispiel wurde die Temperatur des Preßkopfs 4 und der Preßstufe 5 auf 200 Grad Celsius gesteuert, so daß die Temperatur des optischen Materials 6 in etwa 5 Minuten 180 Grad Celsius erreicht, was über dem Glasübergangspunkt liegt.
Wenn das optische Material 6 180 Grad Celsius erreicht, wird der Preßkopf so nach unten gedrückt, daß die obere Preßform 1 Druck auf das optische Material 6 ausübt und dessen Gestalt ändert. Das Preßformen wurde etwa 3 Minuten lang ausgeführt, bis die untere Seite des Preßkopfs 4 die Trommelform 3 kontaktiert, wie in (b) von 1 gezeigt.
Nach dem Ende des Preßformens wurde das Erwärmen des Preßkopfs 4 und der Preßstufe 5 angehalten, und sie wurden auf die Temperatur von 110 Grad Celsius abgekühlt, was unter der Erweichungstemperatur des Materials liegt, um zu verhindern, daß sich der Satz optischer Rohlinge 7 verformt, wenn er aus der Preßform herausgenommen wird. Dann wurde der Preßkopf 4 freigegeben und der Satz optischer Rohlinge 7 wurde herausgenommen. Eine Draufsicht und ein Querschnitt des erhaltenen Satzes optischer Rohlinge sind in den 3A und 3B gezeigt.
Es ist möglich, daß die Luft, die in dem durch die Ausnehmung der oberen oder unteren Preßform 1, 2 und der Oberfläche der Platte aus optischem Material definierten Hohlraum eingeschlossen ist, das Eindringen des optischen Materials in den Hohlraum verhindert, wenn sich die Gestalt des Materials durch die Preßkraft ändert. Bei dieser Anordnung jedoch kann die im Hohlraum eingeschlossene Luft durch durchgehende Mikroporen entweichen, die in dem ganzen porösen Metall verteilt sind, aus dem die obere und die untere Preßform 1, 2 hergestellt sind. So kann das optische Material 6 in den Hohlraum, d. h. die Ausnehmung der oberen und unteren Preßform 1, 2, eintreten, um entlang der inneren Oberfläche der Ausnehmung geformt zu werden.
Bei einem Bezugsbeispiel, bei dem die obere und die untere Preßform 1, 2 aus einem normalen rostfreien Stahl hergestellt waren, traten aufgrund der im Hohlraum eingeschlossenen Luft fehlerhafte Formteile auf, wie in den 4A und 4B gezeigt. In fast der Hälfte von fünfundzwanzig optischen Rohlingsteilen des Satzes optischer Rohlinge 7 wurden fehlerhafte Formteile beobachtet.
Der Satz optischer Rohlinge wird dann verarbeitet, um im nächsten Schritt jeden Rohling von dem Satz optischer Rohlinge zu trennen. 5 zeigt den Schritt des Trennens jedes Rohlings von dem Satz optischer Rohlinge durch Stanzen. Der Zustand vor dem Stanzen ist in (a) gezeigt, und der Zustand nach dem Stanzen ist in (b) gezeigt. Der Satz optischer Rohlinge 11 wird auf einen Prägestempel 10 gelegt, und ein Oberstempel 9 wird nach unten gedrückt, um einen einzelnen optischen Rohling 12 abzutrennen. Außenprofile und Abmessungen des Oberstempels und des Prägestempels sind entsprechend der äußeren Gestalt und Abmessung des zu erhaltenden optischen Rohlings 12 gewählt.
Bei einem Beispiel war ein Stück des Oberstempels ringförmig mit einem Innendurchmesser von 4,51 mm und einem Kantenwinkel von 10 Grad, damit man optische Rohlinge mit einem Außendurchmesser von 4,5 mm erhält. Zwischen dem Außendurchmesser des Oberstempels und dem Innendurchmesser des Prägestempels bestand ein Spielraum von 10 Mikrometern. Der Oberstempel 9 und der Prägestempel 10 waren aus einem gehärteten Stahl hergestellt.
Das Anordnen des Satzes von Rohlingen auf dem Prägestempel erfolgt durch Anbringen eines konvexen Teils (d. h. eines Teils, der jedem optischen Rohling entspricht) des Satzes optischer Rohlinge in einem Loch des Prägestempels 10, wie in (a) von 5 gezeigt. Es wird möglicherweise bevorzugt, ein bestimmtes Mittel für eine präzise Registrierung des Satzes von Rohlingen auf dem Prägestempel vorzusehen.
Durch Herunterdrücken des Oberstempels wird jeder optische Rohling von dem Satz Rohlinge abgeschnitten, wie in (b) von 5 gezeigt. Die Gestalt des erhaltenen optischen Rohlings (Draufsicht und Schnitt) ist in 6A gezeigt. Weitere Gestalten der in den 6B oder 6C gezeigten optischen Rohlinge können erhalten werden, indem das Profil oder die Abmessung des Oberstempels und des Prägestempels geändert wird.
Jeder Rohling, der durch die oben erläuterten Schritte des Preßformens und Trennens erhalten wird, wird zur Herstellung eines Endprodukts – eines optischen Ele ments – im nächsten Schritt weiter gepreßt. 7 zeigt den Preßschritt des Rohlings, einschließlich vier Schnitte einer Preßform und eines Rohlings, die sequentiell die Änderungen der Gestalt zeigen. Der erste Zustand (a) ist ein Erwärmungsprozeß; der zweite Zustand (b) ist ein Vorpreßprozeß; der dritte Zustand (c) ist ein Hauptpreßprozeß, und der vierte Zustand (d) ist ein Abkühlprozeß. Die Preßform umfaßt eine obere Preßform 13, eine untere Preßform 14 und eine Trommelform 15. Die Zahl 16 ist ein optischer Rohling; Zahl 17 ist ein erster Preßkopf; Zahl 18 ist eine erste Preßstufe; Zahl 19 ist ein zweiter Preßkopf; Zahl 20 ist eine zweite Preßstufe; Zahl 21 ist ein dritter Preßkopf; Zahl 22 ist eine dritte Preßstufe; Zahl 23 ist ein vierter Preßkopf und Zahl 24 ist eine vierte Preßstufe.
Der durch den oben erläuterten Schritt erhaltene optische Rohling 16 wird in den durch die obere Preßform 13, die untere Preßform 14 und die Trommelform 15 definierten Hohlraum gelegt. Die inneren Oberflächen dieser Preßformen weisen Gestalten auf, die der äußeren Oberfläche des zu erhaltenden optischen Elements entsprechen. Dann wird die Einheit aus oberer Preßform 13, unterer Preßform 14 und Trommelform 15, die den optischen Rohling 16 enthält, zwischen die erste Preßstufe 18 und den ersten Preßkopf 17 gelegt. Die erste Preßstufe 18 und der erste Preßkopf 17 werden auf eine angemessene Temperatur gesteuert, so daß die Temperatur des optischen Rohlings 16 in 45 Sekunden auf die gewünschte Temperatur von 180 Grad Celsius ansteigt.
Bei einem Beispiel wurden die obere Preßform 13, die untere Preßform 14 und die Trommelform 15 aus einem harten Metall hergestellt, und die inneren Oberflächen der oberen und unteren Preßform wurden mit einem Edelmetall beschichtet. Diese Preßformen können natürlich unter Verwendung von anderen Materialien, wie etwa rostfreiem Stahl, hergestellt werden.
Dann wurde die Einheit aus oberer Preßform 13, unterer Preßform 14 und Trommelform 15, die den optischen Rohling 16 enthält, zur Position zwischen der zweiten Preßstufe 20 und dem zweiten Preßkopf 19 transportiert, wie in (b) von 7 gezeigt. Die zweite Preßstufe 20 und der zweite Preßkopf 19 werden auf eine angemessene Temperatur gesteuert, so daß die Temperatur des optischen Rohlings 16 in 45 Sekunden auf die gewünschte Temperatur von 200 Grad Celsius ansteigt. Die Gestalt des optischen Rohlings 16 wird durch den Druck des zweiten Preßkopfs 20 geändert. Bei einem Beispiel erfolgten 80% des Gesamtbetrags der Änderung in diesem Vorpreßprozeß.
Dann wurde die Einheit aus oberer Preßform 13, unterer Preßform 14 und Trommelform 15, die den optischen Rohling 16 enthält, zur Position zwischen der dritten Preßstufe 22 und dem dritten Preßkopf 21 transportiert, wie in (c) von 7 gezeigt. Die dritte Preßstufe 22 und der dritte Preßkopf 21 werden auf eine angemessene Temperatur gesteuert, so daß der optische Rohling 16 in 45 Sekunden auf die gewünschte Temperatur von 120 Grad Celsius abgekühlt wird. Der optische Rohling 16 wird von der Temperatur über dem Glasübergangspunkt auf die Erweichungstemperatur herunter abgekühlt, während der optische Rohling durch einen Druck vom dritten Druckkopf gepreßt wird. Dieser Druck wurde bei einem Beispiel auf 5,0 kgp/cm² eingestellt.
Dann wurde die Einheit aus oberer Preßform 13, unterer Preßform 14 und Trommelform 15, die den optischen Rohling 16 enthält, zur Position zwischen der vierten Preßstufe 24 und dem vierten Preßkopf 23 transportiert, wie in (d) von 7 gezeigt. Die vierte Preßstufe 24 und der vierte Preßkopf 23 werden auf eine angemessene Temperatur gesteuert, so daß der optische Rohling in 45 Sekunden auf die gewünschte Temperatur von 90 Grad Celsius abgekühlt wird.
Der gepreßte optische Rohling mit dem Endprofil, d. h. das optische Element, wird herausgenommen, nachdem die obere Preßform 13 beim letzten Prozeß entfernt wurde.
Das durch Preßformen aus dem optischen Material über den optischen Rohling erhaltene optische Element gemäß dieser Anordnung zeigte gute Eigenschaften, da es in der spritzgegossenen Preßform kein Teil wie etwa ein Anschnitteil enthält, das Restspannungen und Verzerrungen enthält.
Bei dieser Anordnung wird das Stanzen zum Trennen des optischen Rohlings nacheinander ausgeführt. Es wird jedoch bevorzugt, jeweils mehrere Rohlinge auszustanzen, indem mehrere Oberstempel und Prägestempel in einem vorbestimmten Raster angeordnet werden. Das Material des Oberstempels und des Prägestempels ist nicht auf den gehärteten Stahl beschränkt. Zur Herstellung des Oberstempels und des Prägestempels kann ein anderes Material, wie etwa gesinterte Hartlegierung oder eine Keramik, verwendet werden, da sie gegenüber Verformung oder Abnutzung beständig sind.
Anstelle der Trommelform für die Registrierung der oberen und der unteren Preßform und zum Einstellen der Dicke der erhaltenen Rohlinge in dieser Ausführungsform können andere Mittel verwendet werden. Beispielsweise kann mit einem Positionssensor eine Absenkposition erfaßt werden, so daß die Dicke der erhaltenen optischen Rohlinge gesteuert werden kann.
Zum effizienten Pressen der optischen Rohlinge ist es nützlich, in der oberen und in der unteren Preßform mehrere Ausnehmungen bereitzustellen, die dem Profil des optischen Elements entsprechen, so daß gleichzeitig mehrere optische Rohlinge zu optischen Elementen gepreßt werden. Das Profil des optischen Elements ist nicht auf eine kugelförmige Oberfläche beschränkt, sondern kann eine andere gekrümmte oder flache Oberfläche sein.
Bei dieser oben erläuterten Anordnung wird zur Herstellung eines optischen Rohlings ein optisches Material gepreßt, und der optische Rohling wird weiter gepreßt, um ein optisches Element herzustellen, das ein Endprodukt ist. Es ist jedoch außerdem möglich, aus einem optischen Material ein optisches Element direkt durch ein Preßformen herzustellen, das dem Verfahren zum Herstellen eines optischen Rohlings ähnelt. Dieses direkte Preßformen erfordert eine präzisere Steuerung der Temperatur und des Drucks sowie eine längere Zeit für das Formen im Vergleich zu dem zweistufigen Formen über optische Rohlinge.
Zweite erläuternde Anordnung
8 zeigt einen Querschnitt durch eine Preßform und ein optisches Material, der eine weitere Anordnung zeigt. Der Zustand, bevor die Gestalt des optischen Materials geändert wird, ist in (a) gezeigt, und der Zustand nach dem Ändern der Gestalt des optischen Materials zu dem Satz optischer Rohlinge ist in (b) dargestellt. Diese Preßform umfaßt eine obere Preßform 25 und eine untere Preßform 26. Die Zahl 27 ist ein Preßkopf mit einem Erwärm- und Preßmechanismus sowie einem Abwärtsbewegungssteuermechanismus, Zahl 28 ist eine Preßstufe mit einem Erwärmmechanismus, Zahl 29 ist ein optisches Material, Zahl 30 ist ein Satz optischer Rohlinge, das heißt ein optisches Material nach dem Preßformen. Die obere und die untere Preßform 25, 26 sind mit wenig Fehlregistrierung am Preßkopf und an der Preßstufe 27, 28 befestigt.
Die 9A und 9B sind eine Draufsicht und ein Querschnitt, die eine Struktur der unteren Preßform 26 zeigen, die mehrere innere Preßformen 31 und eine Hauptpreßform 32 mit einer Ausnehmung zum Empfangen der mehreren, in einem vorbestimmten Raster angeordneten inneren Preßformen 31 aufweist. Die Hauptpreßform weist außerdem mehrere im Boden der Ausnehmung angeordnete Durchgangslöcher 33 auf. Auch die obere Preßform weist die gleiche, oben erläuterte Struktur auf.
Bei einem Beispiel wurden die inneren Preßformen 31 aus einem porösen Metall hergestellt, d. h. einem ferritischen rostfreien Stahl mit einem mittleren Porendurchmesser von. 3–7 Mikrometern, einer Porosität von 25% und einer Dichte von 6,0–6,2 g/cm³. Jede innere Preßform wies eine Abmessung von 6 mm × 6 mm × 7 mm auf. Die Hauptpreßform 32 bestand aus einem rostfreien Stahl und wies eine Abmessung von 50 mm × 50 mm × 15 mm auf. In der Hauptpreßform war eine Ausnehmung zum Aufnehmen von fünfundzwanzig in einer 5 × 5-Matrix angeordneten inneren Preßformen ausgebildet. Im Boden der Ausnehmung waren außerdem 25 Durchgangslöcher ausgebildet. Jedes Durchgangsloch wies einen Innendurchmesser von 3 mm auf und eine Lage entsprechend einer der inneren Preßformen.
Als Beispiel für das zwischen der oberen und der unteren Preßform zugeleitete optische Material wurde ein Polycarbonat mit einem Glasübergangspunkt Tg = 150 Grad Celsius und einer Erweichungstemperatur Tt = 140 Grad Celsius verwendet. Das Material wurde zu einer Platte mit einer Abmessung von 200 mm × 300 × 4 mm spritzgegossen und durch Laserschneiden zu einer Abmessung von 28 mm × 28 mm geschnitten, bevor es zwischen die obere und die untere Preßform eingeführt wurde.
Der in diesem Beispiel zu erhaltende optische Rohling hatte das in 12A gezeigte Profil und eine Abmessung von R1 = 2,5 mm, R2 = 4,0 mm, Außendurchmesser = 4,6 mm und Dicke in der Mitte = 3,3 mm. Jede in der oberen Preßform angeordnete innere Preßform weist eine Ausnehmung mit einer kugelförmigen inneren Oberfläche von R2 = 4,0 mm auf, und jede in der unteren Preßform angeordnete innere Preßform weist eine Ausnehmung mit einer kugelförmigen inneren Oberfläche von R1 = 2,5 mm auf.
Die inneren Preßformen wurden aus dem gleichen Grund wie bei der vorausgegangenen Ausführungsform aus einem porösen Metall hergestellt, um nämlich zu gestatten, daß die Luft in dem Hohlraum, der durch die Ausnehmung der oberen oder unteren Preßform und die Oberfläche des optischen Materials definiert ist, entweichen kann. So kann das optische Material vollständig in den Hohlraum eintreten und die Luft hinaustreiben. Die Luft kann durch durchgehende Mikroporen in der inneren Preßform und das in der Hauptpreßform 32 vorgesehene Durchgangsloch 33 entweichen.
Der Preßkopf 27 und die Preßstufe 28 in 8 wurden auf die vorbestimmte Temperatur gesteuert, um das zwischen der oberen Preßform 25 und der unteren Preßform 26 angeordnete optische Material 29 in etwa drei Minuten auf eine Temperatur von 180 Grad Celsius zu erwärmen. Bei dieser Temperatur kann die Gestalt des optischen Materials geändert werden. Nachdem das optische Material die Temperatur erreicht hatte, wurden der Preßkopf 27 und die obere Preßform 25 nach unten gedrückt, um das optische Material 29 zu pressen und seine Gestalt zu ändern. Das Ausmaß der Änderung bei der Gestalt wurde durch Steuern der Abwärtsbewegung des Preßkopfs eingestellt. Nachdem das vorbestimmte Ausmaß der Änderung der Gestalt erreicht worden war, wurde das preßgeformte optische Material 30 auf die Temperatur von 130 Grad Celsius unter der Erweichungstemperatur abgekühlt. Dann wurde der Preßkopf 27 zur Freigabe der oberen Preßform 25 angehoben, um das vorgeformte optische Material, d. h. einen Satz optischer Rohlinge 30, herauszunehmen. Eine Draufsicht und ein Querschnitt des Satzes optischer Rohlinge 30 sind in den 10A und 10B gezeigt.
Im nächsten Schritt wird dann der Satz optischer Rohlinge 30 in einzelne Rohlinge getrennt. 11 zeigt den Schritt des Trennens jedes Rohlings von dem Satz optischer Rohlinge durch die Verwendung eines sich drehenden Werkzeugs im Querschnitt. Ein Zustand vor der Trennung ist in (a) dargestellt, und ein Zustand nach der Trennung ist in (b) dargestellt. Die Zahl 34 ist ein sich drehendes Werkzeug, Zahl 35 ist ein Prägestempel, auf dem ein Satz optischer Rohlinge angeordnet wird, Zahl 36 ist der Satz optischer Rohlinge und 37 ist ein abgetrennter optischer Rohling. Das Werkzeug 34 bestand aus einem Schnelldrehstahl. Für das Werkzeug kann auch ein gehärtetes Material verwendet werden. Das Werkzeug wird wie durch einen Pfeil in 11 gezeigt angetrieben.
Ein Satz optischer Rohlinge 36 wird mit der Registrierung, wie in (a) von 11 gezeigt, auf den Prägestempel 35 gelegt. Dann wird das Werkzeug mit einer Drehzahl von 250 Umdrehungen pro Minute nach unten gedrückt. Eine Spur der Werkzeugspitze trennt einen optischen Rohling 37 in einer runden Form von dem Satz optischer Rohlinge, wie in (b) von 11 gezeigt. Die Spur der Werkzeugspitze definiert den Außendurchmesser (4,6 mm) des optischen Rohlings.
Der durch diese Anordnung erhaltene optische Rohling weist keinen Teil wie etwa einen Anschnitteil im spritzgegossenen Rohling auf. Deshalb zeigte ein aus diesem Rohling hergestelltes optisches Element gute Eigenschaften ohne Restspannungen oder Verzerrungen.
Einer der Vorzüge dieser Anordnung, bei der die Preßform mehrere innere Preßformen umfaßt, besteht darin, daß die Wartung der Preßform leicht ist, da jede innere Preßform ersetzt werden kann. Wenn eine der Ausnehmungen bricht, wird die Preßform leicht repariert, indem die innere Preßform mit der gebrochenen Ausnehmung ersetzt wird. Die innere Preßform kann entsprechend dem Profil des optischen Elements anstelle einer einzigen Ausnehmung zwei oder mehr Ausnehmungen aufweisen.
Außerdem können verschiedene Gestalten optischer Rohlinge mit einer Preßformung hergestellt werden, indem eine Preßform mit verschiedenen Gestalten der Ausnehmungen verwendet wird. In diesem Fall ist es vorteilhaft, eine Preßform mit mehreren inneren Preßformen, wie in dieser Ausführungsform, zu verwenden.
Ein zwischen der oberen und der unteren Preßform zugeleitetes optisches Material ist nicht auf ein Plattenmaterial beschränkt, sondern es kann sich dabei auch um eine andere Gestalt, wie etwa eine Kugeloberfläche, handeln. Außerdem können Pellets aus Kunststoffharz direkt zugeleitet werden, wenn dies für die Gestalt und Größe eines zu erhaltenden optischen Rohlings geeignet ist.
Um die optischen Rohlinge vom Satz optischer Rohlinge abzutrennen, können anstatt des Schneidens mit einem Werkzeug andere Verfahren verwendet werden, wie etwa Laserschneiden, Ultraschallbearbeitung oder Schneiden mit einem Wasserstrahl. Die Gestalt des erhaltenen optischen Rohlings ist nicht auf 12A beschränkt, sondern es kann sich bei ihr um die in den 12B oder 12C gezeigten Formen handeln. Die in 12B gezeigte Gestalt wies dadurch einen Vorteil auf, daß die Positionierungsgenauigkeit für das Schneiden gering sein kann, da sich das Gewicht eines geschnittenen optischen Rohlings selbst dann nicht ändert, wenn die Positionierungsgenauigkeit nicht gut genug ist.
13 veranschaulicht einen Querschnitt durch eine Preßform und ein optisches Material, der eine Ausführungsform zeigt, die die vorliegende Erfindung identifiziert. Ein Zustand, bevor die Gestalt des optischen Materials geändert wird, ist in (a) gezeigt, und ein Zustand, nachdem die Gestalt des optischen Materials zu einem Satz optischer Rohlinge geändert wurde, ist in (b) gezeigt. Diese Preßform umfaßt eine obere Preßform 38 und eine untere Preßform 39. Die Zahl 40 ist ein Preßkopf mit einem Erwärm- und Preßmechanismus sowie einem Abwärtsbewegungssteuermechanismus, und Zahl 41 ist eine Preßstufe mit einem Erwärmmechanismus. Die obere und die untere Preßform 38, 39 wurden so am Preßkopf 40 und an der Preßstufe 41 befestigt, daß zwischen den beiden Preßformen keine Fehlregistrierung vorlag. Durch den mittleren Teil des Preßkopfs 40 und der oberen Preßform 38 verläuft ein Kanal 42 zum Zuleiten des geschmolzenen optischen Materials 43. Die Zahl 44 ist ein optisches Material nach dem Preßformen zu einem Satz optischer Rohlinge.
Bei einem Beispiel weist der zu erhaltende optische Rohling das in 16 gezeigte Profil auf. Seine Krümmungsradien R1 und R2 betragen 2,0 mm, sein Außendurchmesser beträgt 3,8 mm, und seine Dicke in der Mitte beträgt 4,49 mm. Die obere und die untere Preßform 38, 39 wurden aus dem gleichen porösen Metall wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt. Der im Preßkopf 40 und in der oberen Preßform 38 vorgesehene Kanal 42 weist einen Innendurchmesser von 4,5 mm auf. Als das durch den Kanal 42 zugeleitete optische Material 43 wurde ein Polyolefinharz verwendet.
Die obere Preßform 38 und die untere Preßform 39 weisen an jeder Oberfläche Ausnehmungen auf, wobei alle Ausnehmungen eine kugelförmige innere Oberfläche von R1 = R2 = 2,0 mm aufweisen und mit einem Raster von 6 mm in einer 5 × 5-Matrix angeordnet sind. Die mittleren Teile der oberen und unteren Preßform 38, 39 weisen jedoch keine Ausnehmung auf, da sich im mittleren Teil der oberen Preßform 38 der Kanal 42 zum Zuleiten des optischen Materials befindet. Deshalb liegen vierundzwanzig Ausnehmungen in der oberen beziehungsweise unteren Preßform 38, 39 vor.
Bei dieser Ausführungsform wird durch den Kanal 42 zwischen der oberen und der unteren Preßform 38, 39 eine vorbestimmte Menge geschmolzenen optischen Materials 43 zugeleitet, wie in (a) von 13 gezeigt. Die obere und die untere Preßform 38, 39 werden durch den Preßkopf 40 und die Preßstufe 41 mit Erwärmmechanismen auf die Temperatur von 150 Grad Celsius gesteuert.
Wenn die vorbestimmte Menge geschmolzenen optischen Materials zugeleitet worden ist, bewegt sich der Preßkopf nach unten, um das optische Material zu pressen. Es existiert ein Mechanismus, der verhindert, daß das optische Material zwischen der oberen und der unteren Preßform 38, 39 durch den Kanal 42 zurückfließt. Die Abwärtsbewegungsentfernung des Preßkopfes 40 wird durch den Abwärtsbewegungssteuermechanismus gesteuert.
Nachdem der vorbestimmte Umfang des Pressens beendet ist, werden die obere und die untere Preßform 38, 39 durch den Preßkopf 40 und die Preßstufe 41 abgekühlt, und das optische Material wird auf die Temperatur von 90 Grad Celsius abgekühlt, d. h. unter die Erweichungstemperatur. Dann wird das gepreßte optische Material, das heißt ein Satz optischer Rohlinge 44, herausgenommen. Eine Draufsicht und ein Querschnitt des zu erhaltenen Satzes optischer Rohlinge 44 sind in 14A und 14B gezeigt.
Dann wird der Satz optischer Rohlinge 44 bearbeitet, um jeden Rohling durch Stanzen von dem Satz optischer Rohlinge abzutrennen, wie in 15 gezeigt. Ein Zustand vor dem Stanzen ist in (a) gezeigt, und ein Zustand nach dem Stanzen ist in (b) gezeigt. Die Zahl 45 ist ein Oberstempel, die Zahl 46 ist ein Prägestempel, Zahl 47 ist ein Satz optischer Rohlinge, und Zahl 49 ist ein getrennter Rohling. Der Oberstempel 45 weist in dieser Ausführungsform einen Erwärmmechanismus auf. Profile und Größen des Oberstempels und des Prägestempels 45, 46 werden entsprechend der äußeren Gestalt des zu stanzenden Rohlings gewählt.
Bei einem Beispiel war die Spitze des Oberstempels von ringförmiger Gestalt mit einem Innendurchmesser von 3,83 mm, und der Spitzenwinkel betrug 10 Grad, so daß der Außendurchmesser des gestanzten Rohlings 3,8 mm betrug. Der Spielraum zwischen dem Außendurchmesser des Prägestempels und dem Innendurchmesser des Oberstempels betrug 30 Mikrometer. Der Oberstempel 45 und der Prägestempel 46 waren aus einer gesinterten Hartlegierung hergestellt.
Der Satz optischer Rohlinge wird mit Registrierung auf den Prägestempel 46 gelegt, wie in (a) von 15 gezeigt. Dann wird der Oberstempel 45, der durch den Erwärmmechanismus auf die Temperatur von 140 Grad erwärmt wird, nach unten gedrückt, um den optischen Rohling 49 zu stanzen, wie in (b) von 15 gezeigt. Der Vorzug des Stanzens mit dem erwärmten Oberstempel 45 besteht darin, daß es selbst bei großer Dicke 48 des geschnittenen Teils zu keiner Verschlechterung der geschnittenen Oberfläche kommt, während es im Fall des Einsatzes eines Oberstempels von normaler Temperatur zur Rissen kommen kann. Somit liegt in dem aus dem optischen Rohling dieser Ausführungsform hergestellten optischen Element kein Defekt vor.
Zudem weist der durch diese Ausführungsform erhaltene optische Rohling keine Restspannungen oder Verzerrungen wie beim Anschnitteil des spritzgegossenen Rohlings im Stand der Technik auf. Deshalb weist das durch Pressen dieses optischen Rohlings erhaltene optische Element gute optische Eigenschaften ohne Restspannungen auf.
Der Kanal zum Zuleiten des optischen Materials kann im mittleren Teil der unteren Preßform anstelle der oberen Preßformen vorgesehen sein.
Bei dem Stanzschritt kann anstelle des Oberstempels der Prägestempel erwärmt werden, um die Verschlechterung der geschnittenen Oberfläche zu unterdrücken. Der Abstand zwischen dem Oberstempel und dem Prägestempel, der Innendurchmesser des Prägestempels und die Temperatur des Oberstempels (oder des Prägestempels) können entsprechend der Dicke des geschnittenen Teils oder des Außendurchmessers des geschnittenen optischen Rohlings geändert werden. Um den optischen Rohling von dem Satz optischer Rohlinge abzutrennen, kann anstelle des Stanzens ein Schneiden mit Erwärmung durch Ultraschallschwingungen verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann mindestens die obere oder die untere Preßform innere Preßformen umfassen, wie in den 8 und 9B der zweiten erläuternden Anordnung gezeigt.
Dritte erläuternde Anordnung
Ein Querschnitt durch eine Preßform und ein optisches Material in der dritten erläuternden Anordnung gleicht der in 8 gezeigten zweiten Ausführungsform. Die obere und die untere Preßform 25, 26 dieser Anordnung umfassen außerdem mehrere innere Preßformen 31 und eine Hauptpreßform 32, wie in 9 gezeigt.
Die inneren Preßformen 31 dieser Anordnung sind aus einem Flintglas (SF8) hergestellt. Bei einem Beispiel weist jede innere Preßform eine Abmessung von 7 mm × 7 mm × 10 mm auf. Die Hauptpreßform besteht aus einem rostfreien Stahl und weist eine Abmessung von 50 mm × 50 mm × 15 mm auf. Die Hauptpreßform weist eine Ausnehmung auf, die fünfundzwanzig in einer 5 × 5-Matrix angeordnete innere Preßformen aufnimmt. Der Boden der Ausnehmung weist fünfundzwanzig Durchgangslöcher 33 auf. Jedes Durchgangsloch 33 weist einen Durchmesser von 3 mm auf und ist entsprechend dem Boden einer der inneren Preßformen angeordnet.
Der Grund, weshalb die inneren Preßformen bei dieser Anordnung aus Glas hergestellt werden, besteht darin, daß es leicht ist, unter Verwendung einer Mutterpreßform viele innere Preßformen zu erzeugen. Das Profil der Mutterpreßform kann durch Erwärmen und Pressen eines Glasklumpens zwischen der oberen und der unteren Preßform leicht kopiert werden. Das Flintglas eignet sich als Material einer Preßform, da es gute Eigenschaften aufweist, einschließlich Wasserbeständigkeit und Säurebeständigkeit.
Der Preßkopf 27 und die Preßstufe 28 in 8 wurden auf die vorbestimmte Temperatur gesteuert, um das zwischen der oberen Preßform 25 und der unteren Preßform 26 zugeleitete optische Material 29 in etwa drei Minuten auf die Temperatur von 180 Grad Celsius zu erwärmen. Nachdem das optische Material die Temperatur von 180 Grad Celsius erreicht hatte, wurden der Preßkopf 27 und die obere Preßform 25 nach unten gedrückt, um das optische Material 29 zu pressen und seine Gestalt zu ändern. Das Ausmaß der Änderung der Gestalt wurde durch Steuern der Abwärtsbewegung des Preßkopfs eingestellt. Nachdem das vorbestimmte Ausmaß der Änderung der Gestalt erreicht worden war, wurde das preßgeformte optische Material 30 auf die Temperatur von 130 Grad Celsius abgekühlt, d. h. unter die Erweichungstemperatur.
Dann wurde der Preßkopf 27 zur Freigabe der oberen Preßform 25 angehoben, um das preßgeformte optische Material herauszunehmen, d. h. einen Satz optischer Rohlinge 30. Der optische Rohling wurde mit einem sich drehenden Werkzeug von dem Satz optischer Rohlinge abgetrennt, wie in 11 der zweiten erläuternden Anordnung gezeigt ist. Der erhaltene optische Rohling wies keine Restspannung oder Verzerrungen auf, so daß ein aus diesem Rohling hergestelltes optisches Element gute optische Eigenschaften zeigte.
Diese Anordnung weist den gleichen Vorzug wie die zweite erläuternde Anordnung auf, das heißt Leichtigkeit der Wartung der Preßform, weil sowohl die obere als auch die untere Preßform innere Preßformen umfaßt, die in einer Hauptpreßform aufgenommen werden. Außerdem sind die Kosten der inneren Preßformen bei dieser Anordnung reduziert, da sie aus Glas hergestellt sind. Diese Anordnung weist den weiteren Vorteil auf, daß optische Elemente, d.h. Endprodukte, mit guten stabilen Eigenschaften in Massenproduktion hergestellt werden können, da die vielen identischen inneren Preßformen unter Verwendung einer Mutterpreßform hergestellt werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen optischer Elemente oder optischer Rohlinge von optischen Elementen durch Verarbeiten eines optischen Materials (43), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: – Zuleiten des optischen Materials (43) zwischen einer oberen (38) und einer unteren Preßform (39), wobei die obere Preßform (38) mehrere Ausnehmungen aufweist, die in einem vorbestimmten Raster angeordnet sind, wobei die Form jeder Ausnehmung einer ersten Oberflächenform des optischen Elements oder Rohlings (49) entspricht, wobei die untere Preßform (39) mehrere Ausnehmungen aufweist, die den Ausnehmungen der oberen Preßform (38) gegenüberliegen, wobei die Form jeder Ausnehmung der unteren Preßform (39) einer zweiten Oberflächenform des optischen Elements oder Rohlings (49) entspricht; – Pressen des optischen Materials unter Ausbildung eines Satzes (44) der optischen Elemente oder optischen Rohlinge (49) und – Trennen jedes optischen Elements oder optischen Rohlings (49) von dem Satz (44) optischer Elemente oder optischer Rohlinge, dadurch gekennzeichnet, daß – das optische Material (43) ein geschmolzenes Material ist und – das optische Material (43) zwischen der oberen (38) und der unteren Preßform (39) durch einen in der oberen (38) oder der unteren Preßform (39) vorgesehenen Kanal (42) zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das optische Material (43) ein Kunststoffmaterial ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens die obere (38) oder die untere Preßform (39) aus einem porösen Metall hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens die obere oder die untere Preßform mehrere aus einem porösen Metall hergestellte innere Preßformen, die mit den Ausnehmungen versehen sind, und eine Hauptpreßform, die die in einem vorbestimmten Raster angeordneten inneren Preßformen empfängt, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens die obere oder die untere Preßform mehrere aus Glas hergestellte innere Preßformen (31), die mit den Ausnehmungen versehen sind, und eine Hauptpreßform, die die in einem vorbestimmten Raster angeordneten inneren Preßformen (31) empfängt, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Trennens jedes optischen Elements oder optischen Rohlings (49) von dem Satz (44) optischer Elemente oder optischer Rohlinge ein Stanzen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Trennens jedes optischen Elements oder optischen Rohlings (49) von dem Satz (44) optischer Elemente oder optischer Rohlinge ein Schneiden mit einem sich drehenden Werkzeug beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen optischer Elemente über optische Rohlinge, gekennzeichnet durch das Herstellen getrennter optischer Rohlinge (49) aus einem optischen Material (43) gemäß dem Verfahren von Anspruch 1 und Pressen der einzelnen optischen Rohlinge (49).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Pressens jedes optischen Rohlings (49) das Erwärmen des optischen Rohlings (49) bis zu Temperaturen über dem Glasübergangspunkt, um den optischen Rohling (49) durch den Druck zu verformen, und weiteres Pressen unter Abkühlung des optischen Rohlings (49) bis hinunter auf die Erweichungstemperatur beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Trennens jedes optischen Rohlings (49) ein Stanzen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Trennens jedes optischen Rohlings das Schneiden mit einem sich drehenden Werkzeug beinhaltet.
Preßform zum Herstellen optischer Elemente durch Preßformen, umfassend: – eine obere Preßform (25) mit mehreren Ausnehmungen, die in einem vorbestimmten Raster angeordnet sind, wobei die Form jeder Ausnehmung einer ersten Oberflächenform des optischen Elements entspricht, – eine untere Preßform (26) mit mehreren Ausnehmungen, die den Ausnehmungen der oberen Preßform gegenüberliegen, wobei die Form jeder Ausnehmung der unteren Preßform (26) einer zweiten Oberflächenform des optischen Elements entspricht, und dadurch gekennzeichnet, daß – in der oberen (38) oder unteren Preßform (39) ein Kanal (42) vorgesehen ist, um optisches Material in Form geschmolzenen Materials zwischen der oberen Preßform (38) und der unteren Preßform (39) zuzuleiten, und – mindestens die obere (38) oder die untere Preßform (39) mehrere aus porösem Metall oder Glas hergestellte innere Preßformen (31), die mit der Ausnehmung versehen sind, und eine Hauptpreßform (32), die die in einem vorbestimmten Raster angeordneten inneren Preßformen (31) empfängt, umfaßt.
Preßform nach Anspruch 12, wobei die zweite Oberflächenform des optischen Elements flach ist und die obere (38) oder die untere Preßform (39) eine im wesentlichen bündige Arbeitsoberfläche aufweist.