TWI408109B - 光學元件之製造裝置及光學元件之製造方法 - Google Patents

Description

光學元件之製造裝置及光學元件之製造方法

本發明係關於一種由熔融玻璃來製造光學元件之製造裝置及由該熔融玻璃來製造光學元件之製造方法。

近年來，在數位相機及投影儀等光學設備之領域中，要求小型化、輕量化，隨之而來，光學元件之小型化、透鏡使用片數之減少成為一重要課題。

通常，構成光學系統之透鏡一般有球面透鏡及非球面透鏡。多數球面透鏡之製造係藉由對玻璃材料進行冷加工(如研削、研磨等)、或者對經由再加熱、加壓成形而獲得之玻璃成形品進行冷加工而製成。另一方面，非球面透鏡之製造方法主流為：利用具有高精度成形面之模具對經加熱軟化之球形、橢圓球形或扁平狀玻璃塊(例如預製件)進行加壓成形，且將模具之高精度成形面形狀轉印至該預製件上而製成非球面透鏡，亦即，藉由精密加壓成形而製造非球面透鏡。

此處，該預製件可藉由將熔融玻璃臨時成形為板狀玻璃，且利用切割、研削、研磨等冷加工方法而製作。但是，上述方法存在之缺點為，冷加工所需之成本過高，且材料之良率較低。因此，根據玻璃之種類而採用以下方法，亦即，利用熔解裝置來熔解原料，之後使上述經熔解之原料自噴嘴等處滴下至成形模具上，以使玻璃塊浮起成形，藉 此來製作預製件，而無須進行一冷加工製程。

再者，為了降低成本，亦進行了以下研究，亦即，使玻璃塊製造裝置與精密加壓成形裝置相連結，並由玻璃原料來連續地製作光學元件(例如參照專利文獻1)。

[專利文獻1]日本專利特開平8－26739號公報。

然而，一般而言，與製作一個預製件所需之時間(通常為5秒以下)相比，對一個預製件進行精密加壓成形所需之時間明顯較長(通常為1分鐘左右)。因此，即便將兩者簡單地加以連結，亦會存在來不及進行精密加壓成形處理之問題。從而需增加精密加壓成形機之數量，但由於精密加壓成形機之價格非常高，故僅單純地增加精密加壓成形機之數量並不符合現實。因此尋求一種方法，儘量不增加精密加壓成形機之數量，而是藉由調整預製件之製作與精密加壓成形之週期來提高材料之良率，從而以低成本製作光學元件。

本發明係鑒於以上問題而研製而成者，其目的在於提供一種依據精密加壓成形所需之時間來製造預製件的光學元件之製造裝置及該光學元件之製造方法。

本發明者於固定條件下，依據與精密加壓成形時間間 之關係來調整玻璃塊之製造時間，且縮短精密加壓成形時花需之時間，藉此而完成本發明。具體而言，本發明提供如下所述之內容。

(1)一種光學元件之製造裝置，其包括：(i)玻璃塊製造裝置，使光學玻璃熔融，並將該熔融玻璃分割成規定之體積或質量，以成形為玻璃塊；(ii)搬送裝置，搬送該玻璃塊；以及(iii)精密加壓成形裝置，對所搬送之玻璃塊進行精密加壓成形。

該光學元件之製造裝置進一步包括一調整機構，若將該精密加壓成形裝置中進行精密加壓成形所需之平均時間設為a(秒/個)，將該精密加壓成形裝置之數量設為b，並將於該玻璃塊製造裝置中進行玻璃塊成形所需之時間設為c(秒/個)，則此時該調整機構將a、b及c中之至少一者調整為a/b≦c之範圍內。

(2)如(1)所述之光學元件之製造裝置，其中該玻璃塊製造裝置中之熔融玻璃的流出量為0.5 g/秒以下，且於該玻璃塊製造裝置中進行該玻璃塊成形所需之時間為2秒/個以上。

(3)如(1)或(2)所述光學元件之製造裝置，其中上述搬送裝置使加熱至100℃以上、400℃以下溫度之托盤來承接該玻璃塊，並在維持上述溫度狀況下搬送該玻璃塊。

(4)如(1)至(3)中任一項所述光學元件之製造裝 置，其中經由上述搬送裝置而供給至該精密加壓成形製造裝置該玻璃塊之溫度為50℃以上。

(5)如(1)至(4)中任一項所述光學元件之製造裝置，其中不具備該玻璃塊之清洗裝置，並且藉由經加熱及得以維持溫度之上述玻璃塊之散熱，使得該玻璃塊周邊產生擾流，由此防止異物附著於該玻璃塊之表面。

(6)如(1)至(5)中任一項所述光學元件之製造裝置，其中精密加壓成形後的光學元件總質量相對於該熔融玻璃總流出量之比例為90%以上。

(7)一種光學元件之製造方法，其包括以下步驟：(i)使光學玻璃熔融，並將該熔融玻璃分割成規定之體積或質量，以成形為玻璃塊之步驟；(ii)搬送該玻璃塊之步驟；以及(iii)對所搬送之玻璃塊進行精密加壓成形之步驟；該光學元件之製造方法進一步包括一調整步驟，若將該玻璃塊進行該精密加壓成形步驟中之精密加壓成形所需的平均時間設為a(秒)，將該精密加壓成形步驟中具有之精密加壓成形機數量設為b，將成形為該玻璃塊步驟中之玻璃塊成形所需之時間設為c(秒/個)，則此時該調整步驟將a、b及c中之至少一者調整為a/b≦c之範圍內。

(8)如(7)所述光學元件之製造方法，其中成形為該玻璃塊步驟中之熔融玻璃流出量設為0.5 g/秒以下，成形為該玻璃塊步驟中之玻璃塊成形所需的時間設為2秒/個以上。

(9)如(7)或(8)所述光學元件之製造方法，其中搬送該玻璃塊步驟中包括以下步驟，亦即，使加熱至100℃以上、400℃以下溫度之托盤來承接該玻璃塊，並在維持上述溫度狀況下搬送該玻璃塊。

(10)如(7)至(9)中任一項所述由熔融玻璃製造光學元件之方法，其中經由搬送該玻璃塊步驟而供給至精密加壓成形步驟之玻璃塊溫度設為50℃以上。

(11)如(7)至(10)中任一項所述光學元件之製造方法，其中不包括該玻璃塊之清洗步驟，並且藉由經加熱及得以維持溫度之上述玻璃塊之散熱，使得該玻璃塊周邊產生擾流，由此防止異物附著於該玻璃塊之表面。

(12)如(7)至(11)中任一項所述光學元件之製造方法，其中精密加壓成形後的光學元件之總質量相對於該熔融玻璃總流出量之比例設為90%以上。

根據本發明，因為連貫實施玻璃塊成形、玻璃塊搬送及精密加壓成形步驟，故可高效地由熔融玻璃製造光學元件。而且，可省略清洗等步驟，從而可提高光學元件之生產性。

以下，對本發明光學元件之製造裝置及製造方法的實施方式進行詳細說明，但本發明不受以下實施方式之任何限制，在本發明目的範圍內，可進行適當變更而實施。再者，對於重複說明之處，有時適當地省略其說明，但並不限定本發明之旨趣。

如第一圖及第二圖所示，由熔融玻璃製造光學元件之製造裝置100(以下，稱作製造裝置)包括：玻璃塊製造裝置400、精密加壓成形裝置300、搬送裝置700及移載裝置500和600。

玻璃塊製造裝置400利用成形模具，將經流路200而流下之熔融玻璃C成形為玻璃塊E。

(流路) 流路200與未圖示之熔融爐連接著，使經熔融爐熔解之熔融玻璃C滴下。

於流路200上設置感測器等(未圖示)，以便可將熔融玻璃C於間隔固定時間分割成規定之體積或規定之質量，且控制熔融玻璃C於間隔固定時間以規定之體積或規定之 質量而滴下。

(玻璃塊製造裝置) 根據第一圖及第二圖，玻璃塊製造裝置400例如包括旋轉台422及複數個成形模具430，其中，該旋轉台422以自我旋轉之方式受到支承，該複數個成形模具430配置於該旋轉台422周緣部之同心位置上，可收容自流路200下端流出之熔融玻璃。

具體而言，玻璃塊製造裝置400包括以使旋轉軸425自我旋轉之方式受到支承且可旋轉之圓盤狀旋轉台422，以及與未圖示旋轉用驅動源相連結之旋轉軸425。玻璃塊製造裝置400亦可視情況而在旋轉軸425之周邊設置冷卻裝置(未圖示)。

配置於旋轉台422上之成形模具430藉由旋轉台422之旋轉而移動至流路200之正下方，從而使熔融玻璃C自流路200滴下至成形模具430中。

較佳的是，玻璃塊製造裝置400可使該熔融玻璃於成形模具上浮起成形。作為浮起成形之形態，可使用日本專利特開平6－122526、日本專利特開平8－319124、日本專利特開平8－325021、日本專利特開2002－310439等眾所皆知文獻中所揭示之方法。

再者，為了使熔融玻璃浮起成形，較佳的是成形模具使用多孔材料，使氣體自該等孔中噴出，但亦可為日本專利特開2003－40632號公報中所揭示由非多孔材料構成之倒 圓錐形狀。再者，亦可視情況，如日本專利特開2004－300020號中之揭示，在進入成形模具內之前，熔融玻璃藉由支持體(支撐模)來暫時承接。

在流路200使熔融玻璃滴下至成形模具430中時，借由未圖示之感測器對熔融玻璃C之檢測、或者依據預先設定時間而進行之控制，使得旋轉台422旋轉固定角度，且收容有熔融玻璃C之成形模具430隨著旋轉台422之旋轉而移動。隨著旋轉台422之旋轉，成形模具430自流路200之正下方移動至第一移載裝置500之正下方。在此期間，熔融玻璃成形為曲面體，並經冷卻而成為玻璃塊E。

接著，在玻璃塊E之溫度急遽下降時，亦會導致玻璃塊產生破裂、缺損等不良情況。此時，較佳的是，於任意位置上配置任意個數之加熱裝置來對成形模具進行加熱，以使其達到固定溫度。藉此而防止成形模具之溫度急遽下降，其結果使玻璃成形品之不良率不易上升。

再者，當旋轉台422處於靜止狀態時，流路200之下端200a位於複數個成形模具430中一個成形模具之正上方。

(第一移載裝置及第二移載裝置) 本發明製造裝置中，可根據各個機器排列而適當地使用移載裝置來移載玻璃塊或光學元件，第一圖及第二圖中例示在玻璃塊製造裝置400與搬送裝置700之間、以及搬送裝置700與精密加壓成形裝置300之間適當地使用移載 裝置之情形。

其中，當旋轉台422處於靜止狀態時，第一移載裝置500位於複數個成形模具430中一個或複數個成形模具之正上方，自成形模具430中取出玻璃塊，並移送至搬送裝置700。

移載裝置之形態並無特別限制，可為吸附玻璃塊之方式，亦可為利用機械臂進行把持之方式。

(搬送裝置) 如第三圖所示，搬送裝置700包括：將玻璃塊E收納之托盤762、載置托盤762且使其移動來作為移動裝置之傳送帶760、對托盤762進行加熱之加熱裝置(未圖示)、以及將托盤762溫度進行維持的保溫裝置763。

托盤762表面上形成有凹狀形成面762a，以便載置玻璃塊E。凹狀形成面之個數可為任意數。

傳送帶760係將載置由玻璃塊製造裝置400所成形的玻璃塊E托盤762搬送至下一步驟中精密加壓成形裝置300之一機構例。因此，其搬送方式並無特別限制，例如可為皮帶方式，亦可為滾筒方式。再者，為了便於說明，第三圖中圖示了皮帶方式之搬送情況。於此情形時，藉由受到未圖示馬達驅動之傳送帶760而使托盤762移動。傳送帶760可為借由在端部反轉而轉圈之構造，亦可為經由托盤762內側而轉圈之構造。

傳送帶760係根據感光器(未圖示)等，藉由電腦來 控制馬達所運轉。隨著傳送帶760之動作，載置有玻璃塊E托盤762以固定時序移動或者於固定位置停止。

如上所述，較佳的是，在搬送裝置700中設置用以對托盤762進行加熱之加熱裝置(未圖示)。該加熱裝置(未圖示)係對承接有由第一移載裝置500所移載之玻璃塊E托盤762進行預先加熱之裝置。設置該加熱裝置之原因在於，若托盤762變涼，則會自玻璃塊E急遽地吸取熱量，從而容易造成翹曲等不良影響。此處，對托盤762進行加熱之溫度可根據玻璃塊E性質等而適當變更，較佳的是以100℃以上、400℃以下之溫度進行加熱，更佳的是以110℃以上、380℃以下之溫度進行加熱，最佳的是以120℃以上、350℃以下之溫度進行加熱。再者，較佳的是，該玻璃塊在使用下述保溫裝置763將托盤762之溫度維持為上述溫度之情況下而被搬送。

再者，該加熱裝置根據玻璃之熱特性而使其加熱時間、加熱強度適當改變，並且視情況，有時亦可不設置該加熱裝置。

加熱裝置(未圖示)之加熱方法可為利用氣體等燃料進行加熱，亦可為利用電進行加熱。然而，托盤762之材質必須滿足即便受到加熱裝置(未圖示)之加熱亦不會產生變形等不良情況。

較佳的是，在搬送裝置700中設置用以對玻璃塊E進行保溫之保溫裝置763。其原因在於，在作為後續步驟之精密加壓成形中，必須將玻璃加熱至玻璃轉移點以上之溫 度，但若預先使溫度過度下降，則需要使精密加壓成形前之加熱時間超出必要時間，從而不僅會使精密加壓週期無意義地變長，而且會使玻璃經過無用之熱歷程而容易產生翹曲、變形等不良情況，從而容易導致加壓成形時之良率惡化。此時，在將玻璃塊E供給至精密加壓成形裝置300時，通過保溫裝置763後玻璃塊E之溫度較佳的是被調整為50℃以上，更佳的是70℃以上，最佳的是100℃以上。

保溫裝置763之保溫機構並無特別限制，與上述加熱機構(未圖示)相同，可使用氣體等燃料進行加熱，亦可使用電進行加熱。

如此，利用加熱裝置、保溫裝置763對精密加壓成形之玻璃塊E進行加熱，使玻璃塊E溫度如上所述地上升，由此使玻璃塊E表面在直至精密加壓成形為止之期間內散熱，從而在玻璃塊E之周邊產生擾流。藉由該擾流而抑制玻璃塊E表面附著垃圾、灰塵等異物。其結果為，可省略玻璃塊E之清洗步驟，從而可高效地製造光學元件。

(精密加壓成形裝置) 如第四圖所示，精密加壓成形裝置300具備：下模301，其收容由第二移載裝置600所移載之玻璃塊E，並作為加壓時之模具之一部分；上模302，其作為對收容於下模301上之玻璃塊E，於進行加壓時的模具之一部分；加壓機303，對供給至下模301與上模302間之玻璃塊E進行加壓；以及傳送帶304，載置下模301且使其移動。再 者，為了便於說明，第四圖中僅記載有一台精密加壓成形裝置300，但亦可如第五圖所示，利用複數個加壓成形裝置來對藉由一個玻璃塊成形裝置400所製成之玻璃塊E進行加壓。

下模301具有收容玻璃塊E且使其成形之成形面，可直接受到上模302之加壓而製造光學元件。於下模301及上模302之成形面上，設置有對下模301及上模302之成形面上的損傷進行抑制的脫模膜(未圖示)。此處，用作下模301、上模302之材料可使用碳化鎢之類的超硬合金，且可使用碳化矽、結晶化玻璃或不鏽鋼等任意材料。作為脫模膜，可使用鉑、銥、鈀等鉑族膜、類鑽碳(DLC，Diamond－Like Carbon)之類的碳系膜、TiN(氮化鈦)或CrN(氮化熔)之類的氮化物膜、以及Ni－P(鎳磷)等眾所皆知之膜。

視其需要，下模301及/或上模302可受到加熱裝置(未圖示)加熱，從而對玻璃塊E一方面進行加熱一方面進行加壓。再者，亦可在將玻璃塊E放置於下模301中之前，預先對模具進行加熱。

加壓機303擠壓下模301及/或上模302，以對下模301與上模302間之玻璃塊E進行加壓。加壓方法並無特別限制，可使用眾所皆知之加壓方法進行加壓。加壓時之時間、壓力、熱歷程可根據欲獲得光學元件之形狀、玻璃塊E之材質等而適當改變。

第四圖中，藉由受到未圖示馬達驅動之傳送帶304而 使下模301移動。傳送帶304可為借由在端部反轉而轉圈之構造，亦可為經由下模301內側而轉圈之構造。

根據感光器(未圖示)等，藉由電腦來控制馬達，或者根據預先設定之時間，來使傳送帶304移動、停止。隨著傳送帶304之動作，載置有玻璃塊E之下模301於固定時序移載，並且於固定位置停止。再者，傳送帶304只要隨著精密加壓成形而可適當地移動成形模具即可，其方法可使用眾所皆知之方法，並無任何限制。

在將上模302供給至玻璃塊E上後，將下模301及上模302加熱至玻璃塊E轉移點以上之溫度，並利用加壓機303進行加壓。

經過固定時間之加壓後，使下模301及上模302冷卻，排出上模302，並取出玻璃塊E經加壓而獲得光學元件。

若將精密加壓成形裝置300中精密加壓成形所需之平均時間設為a(秒/個)，將精密加壓成形裝置300之數量設為b，將玻璃塊製造裝置400中玻璃塊E成形所需之時間設為c(秒/個)，則此時較佳的是，將玻璃塊E之a、b及c中之至少一者、更佳的是至少將c調整為a/b≦c之範圍內。此處，若c小於a/b，則容易生產出超出精密加壓成形機處理能力之玻璃塊，從而成為容易使材料良率降低之重要因素。再者，本說明書中，所謂「將精密加壓成形所需之平均時間設為a(秒/個)」，係指當連結於玻璃塊製造裝置之精密加壓成形裝置為一台時，表示該精密加壓成形裝置成形出一個光學元件所需之時間，而當連結有複數台精 密加壓成形裝置時，表示各個成形機之平均成形時間。而且，所謂玻璃塊E成形所需之時間c(秒/個)，係指當玻璃塊製造裝置於固定時間t(秒)內生產出n個玻璃塊E時，c＝t/n(秒/個)。

因此，較佳的是，製造玻璃塊E時之熔融玻璃流出量較小，以及精密加壓成形所需之時間較短。具體而言，於玻璃塊製造裝置400中，熔融玻璃C之流出量較佳的是0.5 g/秒以下，更佳的是0.4 g/秒以下，最佳的是0.3 g/秒以下。再者，該玻璃塊E成形所需之時間較佳的是2秒/個以上，更佳的是3秒/個以上，最佳的是4秒/個以上。但是，若流出量過度下降，則流出時容易產生失透等不良情況，故在溫度及環境管理方面需要仔細注意。進而，於玻璃塊製造裝置400中，為了縮短玻璃塊E精密加壓成形所需之時間，有效的是如上所述，於搬送玻璃塊E時，將其溫度維持在固定之溫度範圍內。

本發明製造裝置100較佳的是，利用玻璃塊製造裝置400來製造玻璃塊E，再經過搬送裝置700，直至精密加壓成形裝置300為止，實施連貫處理，藉此，精密加壓成形後光學元件之總質量相對於熔融玻璃總流出量之比例達到90%以上。從而可將熔融玻璃C之損耗抑制在最小限度，以提高材料良率。上述比例更佳的是91%以上，最佳的是92%以上。

本發明並非限定於上述實施方式，在可達成本發明目的範圍內之變形、改良等亦包含於本發明中。

100‧‧‧光學元件之製造裝置

200‧‧‧流路

200a‧‧‧下端

300‧‧‧精密加壓成形裝置

301‧‧‧下模

302‧‧‧上模

303‧‧‧加壓機

304‧‧‧傳送帶

400‧‧‧玻璃塊製造裝置

422‧‧‧旋轉台

425‧‧‧旋轉軸

500‧‧‧第一移載裝置

600‧‧‧第二移載裝置

700‧‧‧搬送裝置

760‧‧‧傳送帶

762‧‧‧托盤

762a‧‧‧凹狀形成面

763‧‧‧保溫裝置

第一圖係本發明一實施形態製造裝置之一概略構成圖。

第二圖係第一圖製造裝置之一方塊圖。

第三圖係構成第一圖製造裝置中搬送裝置之一概略構成圖。

第四圖係構成第一圖製造裝置中精密加壓成形裝置之一概略構成圖。

第五圖係本發明其他實施形態製造裝置之一概略構成圖。

100‧‧‧光學元件之製造裝置

200‧‧‧流路

300‧‧‧精密加壓成形裝置

301‧‧‧下模

302‧‧‧上模

303‧‧‧加壓機

304‧‧‧傳送帶

400‧‧‧玻璃塊製造裝置

422‧‧‧旋轉台

425‧‧‧旋轉軸

430‧‧‧成形模具

500‧‧‧第一移載裝置

600‧‧‧第二移載裝置

700‧‧‧搬送裝置

Claims (12)

1. 一種光學元件之製造裝置，其包括：(i)玻璃塊製造裝置，使光學玻璃熔融，並將該熔融玻璃分割成規定之體積或質量，以成形為玻璃塊；(ii)搬送裝置，搬送該玻璃塊；以及(iii)精密加壓成形裝置，對所搬送之該玻璃塊進行精密加壓成形；該光學元件之製造裝置進一步包括一調整機構，若將於該精密加壓成形裝置中進行精密加壓成形所需之平均時間設為a(秒/個)，將該精密加壓成形裝置之數量設為b，並將於該玻璃塊製造裝置中進行玻璃塊成形所需之時間設為c(秒/個)，則此時該調整機構將a、b及c中之至少一者調整為a/b≦c之範圍內。
2. 如申請專利範圍第1項中光學元件之製造裝置，其中該玻璃塊製造裝置中熔融玻璃之流出量為0.5 g/秒以下，且於該玻璃塊製造裝置中進行該玻璃塊成形所需之時間為2秒/個以上。
3. 如申請專利範圍第1項中光學元件之製造裝置，其中該搬送裝置使加熱至100℃以上、400℃以下溫度時之托盤來承接該玻璃塊，並在維持上述溫度狀況下搬送該玻璃塊。
4. 如申請專利範圍第1項中光學元件之製造裝置，其中經由該搬送裝置而供給至該精密加壓成形製造裝置該玻璃塊之溫度為50℃以上。
5. 如申請專利範圍第1項中光學元件之製造裝置，其中不具備上述玻璃塊之清洗裝置，並且藉由經加熱及得以維持溫度之上述玻璃塊之散熱，使得該玻璃塊周邊產生擾流，由此抑制異物附著於該玻璃塊之表面。
6. 如申請專利範圍第1項中光學元件之製造裝置，其中精密加壓成形後光學元件之總質量相對於該熔融玻璃總流出量之比例為90%以上。
7. 一種光學元件之製造方法，其包括以下步驟：(i)使光學玻璃熔融，並將該熔融玻璃分割成規定之體積或質量，以成形為玻璃塊之步驟；(ii)搬送該玻璃塊之步驟；以及(iii)對所搬送玻璃塊進行精密加壓成形之步驟；該光學元件之製造方法進一步包括一調整步驟，若將對該玻璃塊進行該精密加壓成形步驟中精密加壓成形所需之平均時間設為a(秒)，將該精密加壓成形步驟中具有精密加壓成形機之數量設為b，將成形為該玻璃塊步驟中玻璃塊之成形所需之時間設為c(秒/個)，則此時該調整步驟將a、b及c中之至少一者調整為a/b≦c之範圍內。
8. 如申請專利範圍第7項中光學元件之製造方法，其中成形為該玻璃塊步驟中之該熔融玻璃流出量設為0.5 g/秒以下，成形為該玻璃塊步驟中之玻璃塊成形所需之時間設為2秒/個以上。
9. 如申請專利範圍第7項中光學元件之製造方法，其中搬送該玻璃塊步驟中包括以下步驟，亦即，使加熱至100℃以上、400℃以下溫度之托盤來承接該玻璃塊，並在維持上述溫度狀況下搬送該玻璃塊。
10. 如申請專利範圍第7項中光學元件之製造方法，其中經由搬送該玻璃塊步驟而供給至精密加壓成形步驟之玻璃塊溫度設為50℃以上。
11. 如申請專利範圍第7項中光學元件之製造方法，其中不包括該玻璃塊之清洗步驟，並且經加熱及得以維持溫度之上述玻璃塊之散熱使得該玻璃塊周邊產生擾流，由此抑制異物附著於該玻璃塊之表面。
12. 如申請專利範圍第7項中光學元件之製造方法，其中精密加壓成形後光學元件之總質量相對於該熔融玻璃總流出量之比例設為90%以上。