TWI388515B - 模造光學鏡片之模仁 - Google Patents

Description

模造光學鏡片之模仁

本發明涉及一種用於模造光學鏡片之模仁，尤其涉及一種可控制成型精度之模仁。

模仁廣泛應用於模壓成型製程，特別係用於製造光學鏡片產品，如非球面光學鏡片、球透鏡、棱鏡等，採用直接模壓成型(Direct Press－molding)技術可直接生產高品質之光學鏡片產品(請參見“Quartz Glass Molding by Precision Glass Molding Method”,Trans.IEE Jpn.,pp.494－497,2002)，而且無需打磨、拋光等後續加工步驟，可大大提高生產效率和產量。

模造光學鏡片成型時，多以控制壓縮行程決定冷卻時機，但將高溫高壓轉變為室溫常壓必須經過緩慢之過程，這樣一來光學鏡片之最終尺寸與冷卻點之理想尺寸會有一定之偏差。一般方法係通過經驗值補正偏差，惟，隨機台狀況及操作方法之不同需要經常進行調整，光學鏡片之精度無法得到保證。

有鑒於此，提供一種可控制成型精度之模仁實為必要。

一種模造光學鏡片之模仁，其包括模仁基底，該模仁基底具有一模壓面。該模壓面上具有一壓電陶瓷層，該壓電陶瓷層與一控制其發生機械形變之外部電路相連接。

由於壓電陶瓷之尺寸變化範圍通常於奈米級至微米級之間，因此於模壓面上設置壓電陶瓷層可實現比一般機械控制具有更高精密度之尺寸偏差補償。且壓電陶瓷具有較高之機械強度、硬度及韌性，可承受模造光學鏡片製程中之高溫高壓。

請參閱圖1，第一實施例提供一種模造光學鏡片之模仁。該模仁10包括模仁基底11，該模仁基底11具有一模壓面110，該模壓面110之部分呈凹陷之圓弧面，該凹陷之圓弧面限定一型腔111。於本實施例中，該型腔111之表面呈凹陷之圓弧面，當然也可根據欲模造之光學鏡片之形狀而設計型腔111表面之形狀，例如凹陷或突起之非球面、圓球面等。

該模仁基底11可由高強度之超硬化合金、碳化物陶瓷(例如碳化鎢)或金屬陶瓷製成。

於本實施例中，該模壓面110上進一步具有一壓電陶壓電陶瓷層12與一控制其發生機械形變之外部瓷層12，該壓電路120相連接。該壓電陶瓷層12之材料主要選自鈦酸鋇(BaTiO₃ )、鈦酸鉛(PbTiO₃ )、鋯鈦酸鉛(PbZrTiO₃ )等壓電陶瓷材料。該壓電陶瓷層12也可是鈮酸鹽系壓電陶瓷，三元系壓電陶瓷等。

該壓電陶瓷層12可通過黏接、鑲套或焊接之方法與模壓面110固定於一起。通過上述方法製成模仁10首先需要通過燒結方法製成壓電陶瓷層12。請參見圖2，首先，將上述壓電陶瓷材料中之一種或幾種均勻混合；然後將混合之物料20置於第一模仁21中，該第一模仁21具有與上述型腔111表面形狀相同之型腔211，且該型腔211比型腔111增加了一定之深度，所增加之深度等於壓電陶瓷層12之厚度。請一併參見圖3，用第二模仁22施以壓力於第一模仁21內之物料20，該第二模仁22具有與第一模仁型腔211形狀完全吻合之模壓面220，將初步擠壓成型之物料20a放置於高溫中進行燒結，從而形成壓電陶瓷層12；利用微細加工雕刻形成所需光學透鏡曲面；最後將壓電陶瓷層12通過黏接、鑲套、焊接等方法與模壓面110固定。

另外，也可將模仁基底11與壓電陶瓷層12一同進行燒結，形成模仁10。請參閱圖4，首先將模仁基底11之材料30(例如以碳化鎢為主之超硬材料微粒)先置於第一模仁31上，並用第二模仁32施以壓力於第一模仁31上之材料30，該第二模仁32具有與型腔111形狀完全吻合之模壓面320；再將上述壓電陶瓷材料中之一種或幾種均勻混合後之物料33置於基底材料30之上(參見圖5)，再用第三模仁34施以壓力於第一模仁31內之物料33(參見圖6)，該第三模仁34具有與型腔111形狀完全吻合之模壓面340；將初步擠壓成型之物體放置於高溫中進行燒結，從而形成模仁基底11與壓電陶瓷層12相結合之模仁10；最後利用微細加工雕刻形成所需光學透鏡曲面。

由於壓電陶瓷材料本身機械和電性耦合作用，外部電壓加於壓電陶瓷層12產生電場就會使壓電陶瓷層12產生機械形變。當該壓電陶瓷層12受外部控制電路所加之電場作用時，其電偶極矩會被拉長或縮短，該壓電陶瓷層12會沿電場方向伸縮。於本實施例中，外部電壓所產生之外部電場之方向優選為使用模仁10製造鏡片時模仁10施壓之方向，一般與模造過程中模仁10移動之方向相同。該壓電陶瓷層12將會隨著外加電壓值大小而改變厚度，外加電壓越大，壓電陶瓷層12之厚度也會越大，從而可根據實際需要控制電壓大小控制壓電陶瓷層12之尺寸。

請參閱圖7，本發明第二實施例提供之模仁40之結構與第一實施例中之模仁10之結構基本相同，其區別僅在於，模仁基底41及壓電陶瓷層42之間進一步形成一中間層43。中間層43起增強結合性之作用，使模仁基底41與壓電陶瓷層42緊密結合，提高穩定性，中間層43可由鉭或鎢金屬構成，其厚度可較薄，例如小於1微米。

上述第二實施例模仁40由模仁基底41、壓電陶瓷層42以及中間層43構成，其中模仁基底41及壓電陶瓷層41可分別由燒結法製備，而中間層43則可由濺鍍法形成。例如：可先採用類似第一實施例之方法，利用擠壓成型及燒結法形成模仁基底41；再以濺鍍法於模仁基底表面形成鉭、鎢薄膜，即中間層43；最後以擠壓成型、燒結法形成壓電陶瓷層42，並施以精細加工形成所需光學透鏡曲面。

由於壓電陶瓷之尺寸變化範圍通常於奈米級至微米級，因此於模壓面上設置壓電陶瓷層可實現比一般機械控制具有更高精密度之尺寸偏差補償。且壓電陶瓷具有較高之機械強度、硬度及韌性，可承受模造光學鏡片製程中之高溫高壓。

可理解，上述模仁不僅僅可應用於製造光學鏡片，也可用於其他通過模壓成型方法成型之製程中，通過設計不同之模壓面就可成型不同之產品。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

模仁．．．10，40

模仁基底．．．11

壓電陶瓷層．．．12，42

物料．．．20，20a，33

第一模仁．．．21，31

第二模仁．．．22，32

材料．．．30

第三模仁．．．34

中間層．．．43

模壓面．．．110，220，320

型腔．．．111，211

外部電路．．．120

圖1係本發明第一實施例模造光學鏡片之模仁之結構剖示圖。

圖2及圖3係用燒結法製造第一實施例中壓電陶瓷層之過程示意圖。

圖4至圖6係第一實施例中模仁基底與壓電陶瓷層一體燒結之過程示意圖。

圖7係本發明第二實施例模造光學鏡片之模仁之結構剖示圖。

模仁．．．10

模仁基底．．．11

壓電陶瓷層．．．12

模壓面．．．110

型腔．．．111

外部電路．．．120

Claims (9)

1. 一種模造光學鏡片之模仁，其包括模仁基底，該模仁基底具有一模壓面，其改進在於：該模壓面上具有一壓電陶瓷層，該壓電陶瓷層與一控制其發生機械形變之外部電路相連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之模仁，其中，該模壓面呈圓弧面、圓球面或非球面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之模仁，其中，該模仁基底之材料係超硬化合金、碳化物陶瓷或金屬陶瓷。
4. 如申請專利範圍第1項所述之模仁，其中，該壓電陶瓷層之材料係鈦酸鋇、鈦酸鉛或鋯鈦酸鉛。
5. 如申請專利範圍第1項所述之模仁，其中，該壓電陶瓷層之材料係鈮酸鹽系壓電陶瓷或三元系壓電陶瓷。
6. 如申請專利範圍第1項所述之模仁，其中，該壓電陶瓷層通過黏接、鑲套或焊接之方法與該模壓面固定於一起。
7. 如申請專利範圍第1項所述之模仁，其中，該模仁基底與該壓電陶瓷層一體燒結而成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之模仁，其中，該模仁基底與該壓電陶瓷層之間進一步包括一中間層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之模仁，其中，該中間層由鉭或鎢金屬組成。