[发明专利]光学元件的成形方法

说明书

本发明涉及光学元件的成形方法，其中玻璃料加热至软化，随后在模具中模压成形。

现时，已发展了一种光学元件的成形方法，其中光学元件的玻璃料(如预成形到有一定程度的表面精度及外形的玻璃坯料)放在具有预定表面精度的模具中，加热进行模压得到具有高精度的光学作用表面的光学元件，不需要进行磨削及抛光等后处理。

一般，在这种模压成形方法中，上下模垂直设置成相互相对以便在金属模框中滑动。要成形的玻璃料放入上模、下模及模框所限定的腔中，上下模及模框加热至适合于模压的温度，也就是根据材料，与玻璃料的粘度为10⁸至10¹²分泊相当的温度，随后合模，并对玻璃料加压适当的时间，使模元件的成形面的形状转移至玻璃料的表面。在该情形下，成形时，环境是氮气之类的非氧化气氛以便防止模元件的氧化。

随后，模具元件冷地到足够接近要成形的玻璃料的转变温度，随后打开模具，释放模压压力，取出成形的光学元件。

在放入模具中以前，要成形的玻璃料也可以预热到适当的温度，或在加热到适宜于成形的温度后，再把玻璃料放入模具中。另外，可进行连续成形，按这样一种方式，把要成形的玻璃料及模具元件一起传送到压机中，在预定位置分别加热，并用压机模压，或再进一步冷却。这些方法可加速成形过程。

上述的模压光学元件的方法已在US3833347，US3844755，日本专利申请公开58-84134及其它一些文件中公开，其中玻璃料预先放入模具中，随后加热模具元件及玻璃料成为一种等温状态，在一定温度下完成模压成形。另外，日本专利申请公开59-203732和62-27334等公开了一种方法，其中加热到适合于模压温度的玻璃料转移到模具中，模具温度保持在低于玻璃料温度的温度。

但是，上述的现有技术方法包括下列问题。首先，在日本专利申请公开58-84134等公开的方法中，当玻璃料预先放入到模具中，模具元件及玻璃料加热到等热状态，模压温度的合适范围要相应于玻璃粘度为10⁹至10^9.5分泊(dpas)。

这是因为当温度低于相应于玻璃粘度为10^9.5分泊的温度值，玻璃碎裂，或在模压中要长时间进行变形，因此这种温度没有实际生产力，另一方面，当温度高于相应于玻璃粘度为10⁹分泊的温度值，会产生如在模具表面上的熔接或在转移表面上的模糊不清等差的状态。因此，一般模压的时间约30秒至10分，周期变得相当长，因为在通过加压使玻璃料变形完成后，玻璃料要冷到外形不会改变的一温度范围，随后从模具中脱出。

另外，日本专利申请公开59-203732公开的方法中，玻璃料放在一夹具中，加热到温度相应于粘度为10^5.5至10⁷分泊的温度值，并用温度比玻璃温度低100℃的模具元件加热。

但是，在玻璃料放在夹具中加热到上述温度的情况下会发生下面的问题。成形时玻璃会变形成不合适的形状，使气体残留在模压的表面上，或者夹具突入玻璃中，使光学元件不能达到要求的精度，或者当加热的玻璃料转送入模具中时，玻璃温度降低使得不可能进行模压成形。

另外，由于夹具夹持的玻璃料的周边部分与夹具接触，其表面变粗糙，难以用作光学作用表面。另外，由于玻璃在放在夹具中的状态加压，难以定位，成形零件会出现毛刺。还有，成形零件会粘到夹具上，因此难以从模具中取出。根据产品形状，对于凸透镜的情形，更增加了困难。

另外，在日本专利申请公开62-27334的方法中，玻璃料加热到温度相应于粘度为10⁶至10⁸分泊，而模具元件定成Tg-(Tg-200℃)，其中Tg是转变温度，但是由于模具元件的温度太低，模压时玻璃温度迅速降低，结果不可能得到成形零件要求的精度，并且不能得到预定的厚度的模制件，玻璃会碎裂，及在玻璃中温度分布不同，因而成形零件表面起皱。另外，如上述已知实例中，会发生在玻璃料放在夹具中的状态进行模压的这些问题。

本发明的目的是解决现有技术的光学元件成形方法存在的问题，提供一种光学元件成形方法，可避免成形的玻璃产品中的裂纹及模压失效，还可缩短周期，并可在理想条件下进行模压而达到经济性。