專利名稱：光學(xué)元件的成型方法和光學(xué)元件成型設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件的成型方法和光學(xué)元件成型設(shè)備，其中 通過在一對(duì)模具之間壓制加熱的玻璃材料而成型光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
通常，作為通過壓制玻璃材料制造例如透鏡的光學(xué)元件的方法， 已經(jīng)廣泛地采用了成型方式，該成型方式使用由成對(duì)的上下模具構(gòu)成 的成套模具和以滑動(dòng)方式保持所述上下模具的引導(dǎo)部件。在成型設(shè)備 使用由成對(duì)的上、下模具構(gòu)成的成套模具和以滑動(dòng)方式保持所述上、 下模具的引導(dǎo)部件的情況下，所述引導(dǎo)部件具有環(huán)形形狀，并且所述 上、下模具可滑動(dòng)地配合在形成于所述引導(dǎo)部件的中心部分的孔中。 在這種情況下，在成型透鏡時(shí)，需要在執(zhí)行成型的同時(shí)防止一側(cè)的光 學(xué)功能表面的光軸與另一側(cè)的光學(xué)功能表面的光軸之間的相對(duì)偏移和 傾斜。為此，不僅所述上、下模具以及所述引導(dǎo)部件需要進(jìn)行高精度 的加工，而且還需要提高所述引導(dǎo)部件與所述上、下模具之間的配合 精度。
此外，為了提高配合精度，人們?cè)噲D通過在引導(dǎo)部件和所述上、 下模具之間插入軸承以消除移動(dòng)所述模具時(shí)在所述模具和引導(dǎo)部件之 間形成的間隙，來獲得具有極高光軸精度的光學(xué)元件。
日本實(shí)用新型申請(qǐng)公開No. S63-140035公開了一種結(jié)構(gòu)，其中圓 柱形部件借助滾珠軸承引導(dǎo)上、下模具部件。此外，其還公開了這樣 一種構(gòu)造，即將滾珠軸承的熱膨脹系數(shù)設(shè)定成大于上、下模具部件的 熱膨脹系數(shù)。由此，在低溫下，上、下模具與滾珠軸承之間的間隙變 大，從而有利于模具的組裝。此外，在壓制成型的溫度下，上、下模 具與滾珠軸承之間的間隙變小，從而能夠制造具有較小的軸向偏移的高精度光學(xué)元件。
然而，在使用玻璃成型技術(shù)成型光學(xué)元件的領(lǐng)域中，近年來已經(jīng) 對(duì)精度提出了更高的要求。同時(shí)，還提出了對(duì)于進(jìn)一步降低成本的要 求。
然而，在日本實(shí)用新型申請(qǐng)公開No. S63-140035的情況下，由于 軸承與上、下模具以及引導(dǎo)部件之間為點(diǎn)接觸，因此軸承難以跟隨上、 下模具以及引導(dǎo)部件的溫度變化。因此，存在這樣一個(gè)問題，即加熱 和冷卻時(shí)軸承的溫度與引導(dǎo)部件和上、下模具的溫度傾向于彼此不同。
也就是說，在加熱上、下模具的情況下，軸承的加熱相對(duì)于上、 下模具的加熱是滯后的。因此，在加熱時(shí)軸承的溫度低于上、下模具 的溫度，因此在上、下模具與引導(dǎo)部件之間形成間隙。相反地，在冷 卻上、下模具時(shí)，軸承的冷卻是滯后的，并且在所述冷卻過程的中段 軸承的溫度是高的。因此，相對(duì)的尺寸變化增加，由此，上、下模具 與引導(dǎo)部件之間的間隙變小，從而傾向于產(chǎn)生過度的壓縮力。此外， 在提高加熱和冷卻速度的情況下，這種趨勢(shì)將更加明顯。
此外，即便是在壓制成型時(shí)預(yù)先消除上、下模具與引導(dǎo)部件之間 的間隙，所述間隙也會(huì)隨著冷卻過程變大，因此在玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)附近形 成間隙。在玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)附近，所述玻璃是可變形的，因此由于冷卻時(shí) 的壓力將產(chǎn)生軸向偏移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)元件的成型方法和光學(xué)元件成型設(shè) 備，其中可以制造具有非常高的光軸精度的光學(xué)元件而沒有模具破裂 的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能夠減少生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件成型設(shè)備包括在其上 形成有第一成型表面的上模部件；在其上形成有第二成型表面的下模 部件；借助多個(gè)滾動(dòng)體保持所述上模部件和下模部件的引導(dǎo)部件；分 別用于加熱所述上模部件、下模部件和引導(dǎo)部件的加熱單元；以及用 于冷卻所述上模部件、下模部件和引導(dǎo)部件的冷卻單元，其中所述第一成型表面和第二成型表面被布置成彼此相對(duì)；所述上模部件和下
模部件可在所述引導(dǎo)部件中沿著所述第一成型表面和第二成型表面彼 此靠近和分離的方向移動(dòng)；以及加熱或冷卻所述多個(gè)滾動(dòng)體，以便控 制所述上模部件、下模部件和引導(dǎo)部件與所述多個(gè)滾動(dòng)體之間的溫差。 本發(fā)明提供一種光學(xué)元件的成型方法，其中光學(xué)元件利用包括上 模部件、下模部件、引導(dǎo)部件的光學(xué)元件成型設(shè)備壓制成型，所述光 學(xué)元件的成型方法包括將光學(xué)材料布置在所述下模部件上的布置步 驟；將光學(xué)材料加熱軟化的加熱軟化步驟；通過使用在所述引導(dǎo)部件 中彼此靠近的上模部件的第一成型表面和下模部件的第二成型表面將 光學(xué)元件的形狀轉(zhuǎn)移到由此被加熱軟化的光學(xué)材料上的成型步驟；以 及冷卻所述上模部件、下模部件和引導(dǎo)部件的冷卻步驟；其中，借助 多個(gè)滾動(dòng)體保持所述上模部件、下模部件和引導(dǎo)部件，在所述冷卻步 驟中加熱或冷卻所述多個(gè)滾動(dòng)體，從而控制上模部件、下模部件和引 導(dǎo)部件與所述多個(gè)滾動(dòng)體之間的溫差。
本發(fā)明的其他特征將通過下面結(jié)合附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述而 變得明顯。


圖l是示意剖視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的光學(xué)元件 成型設(shè)備執(zhí)行壓制時(shí)的狀態(tài)；
圖2是示意剖視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的光學(xué)元件 成型設(shè)備執(zhí)行加熱時(shí)的狀態(tài)；
圖3是示意剖視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的光學(xué)元件 成型設(shè)備執(zhí)行壓制時(shí)的狀態(tài)。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1)
下面參照?qǐng)Dl和2描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的光學(xué)元件成型設(shè) 備。圖l描繪了壓制操作之后上、下模具閉合的狀態(tài)，圖2描繪了上、下模具打開以及玻璃材料(材料)和壓制之前的上、下模具被加熱的 狀態(tài)。
構(gòu)成所述上、下模具的上模部件1和下模部件2分別具有圓柱形 表面la和2a。引導(dǎo)部件3支撐環(huán)形的側(cè)模部件4。在上模部件1的下 部上形成有用于將光學(xué)元件的光學(xué)表面的形狀轉(zhuǎn)移到玻璃材料的成型 表面lb。類似地，在下模部件2的上部上形成有成型表面2b。此外， 在上模部件1的成型表面lb的外周表面上形成有用于成型光學(xué)元件的 平坦形狀的平坦部分。
引導(dǎo)部件3具有圓筒形形狀。成型時(shí)，上模部件1和下模部件2 的相應(yīng)的圓柱形表面la和2a插入到引導(dǎo)部件的中心孔中，并且引導(dǎo) 部件3沿著所述成型表面lb和2b彼此靠近和分離的方向?qū)⑺鰣A柱 形表面la和2a可移動(dòng)地保持在該引導(dǎo)部件3中。
上模部件1和下模部件2的圓柱形表面la和2a借助具有高精度 和耐熱性的軸承保持在引導(dǎo)部件3的內(nèi)周表面3b上(引導(dǎo)部件內(nèi))， 該軸承由保持器8和9以及作為多個(gè)滾動(dòng)體的滾珠6和7構(gòu)成。必要 時(shí)，調(diào)節(jié)上模部件1和下模部件2的圓柱形表面la和2a、引導(dǎo)部件3 的內(nèi)周表面3b以及滾珠6和7的尺寸，以便設(shè)定在組裝時(shí)要對(duì)滾珠6 和7施加的預(yù)載荷。接下來，在使得上模部件1和下模部件2的相應(yīng) 的軸心彼此一致的狀態(tài)下形成封閉的空間。以這種方式執(zhí)行成型。
在環(huán)形側(cè)模部件4的內(nèi)周上形成有用于轉(zhuǎn)移光學(xué)元件的外周形狀 的成型表面4b。側(cè)模部件4的外周表面與引導(dǎo)部件3的內(nèi)周表面3b 接合并保持在該內(nèi)周表面3b上，并且在圓周上的幾個(gè)點(diǎn)處形成槽10, 所述槽10沿著環(huán)的中心軸線方向延伸穿過所述環(huán)。
側(cè)模部件4連接到管11，并且被所述管11設(shè)定在引導(dǎo)部件3的 內(nèi)周表面3b上的預(yù)定位置處。引導(dǎo)部件3固定至上模保持部件16， 同時(shí)在引導(dǎo)部件3和上模保持部件16之間夾有上模部分的保持器8 的凸緣部分8e和上模部件1的凸緣部分le。上模保持部件16固定到 一元件(未示出)的頂板。
下模部件2的凸緣部分2e通過加壓器19保持在下模保持 件17上。所述下模保持部件17固定至壓制軸(未示出)，此外，所述壓制 軸連接到驅(qū)動(dòng)源(未示出)。為了成型圖1中所示的光學(xué)元件21，具 有放置圖2中所示玻璃材料22的成型表面2b的下模部件2可以沿著 壓制軸的方向推進(jìn)和縮回。
在下模部件2的凸緣部分2e和加壓器19的內(nèi)周表面19d之間， 沿著徑向方向和厚度方向形成有間隙。下模部件2可在所述間隙的范 圍內(nèi)移動(dòng)。
在與上模部件1的成型表面lb相對(duì)的一側(cè)形成有中空部分lc。 加熱器12設(shè)置在所述中空部分lc的壁表面上，同時(shí)與該壁表面保持 緊密接觸，并且所述加熱器12利用插在上模部件1中的熱電偶(未示 出)被加熱到期望的溫度。
在與下模部件2的成型表面2b相對(duì)的一側(cè)形成有中空部分2c。 加熱器13設(shè)置在所述中空部分2c的壁表面上，同時(shí)與該壁表面保持 緊密接觸，并且所述加熱器13利用插在下模部件2中的熱電偶(未示 出)被加熱到期望的溫度。
點(diǎn)推壓部件25設(shè)置在下模部件2的中空部分2c的底部。壓制時(shí) 的壓力通過設(shè)置在下模保持元件17上的推壓軸15而施加到下模部件 2的中心。
加熱器14設(shè)置在引導(dǎo)部件3的外周表面上，同時(shí)加熱器14的內(nèi) 周表面與該外周表面保持緊密接觸。加熱器14被插到引導(dǎo)部件3中的 熱電偶(未示出)控制到期望的溫度。
在引導(dǎo)部件3的下端部部分處設(shè)置有止動(dòng)器18。如圖2中所示， 為了使?jié)L珠7即使在模具被打開以使得下模部件2與引導(dǎo)部件3分離 時(shí)也不會(huì)掉落，保持器9鉤掛在預(yù)定的位置處。
加熱器模塊23具有加熱器24，以便被插在加熱器模塊23中的熱 電偶(未示出)控制到期望的溫度，并且在成型之前，加熱器模塊23 通過驅(qū)動(dòng)源(未示出)靠近保持器9和玻璃材料22。
上模部件1和下模部件2的中空部分lc和2c設(shè)有N2氣體進(jìn)入管 (未示出)，在成型之后執(zhí)行冷卻同時(shí)控制N2氣體流量。在引導(dǎo)部件3中也設(shè)有N2氣體進(jìn)入管(未示出)，用于將N2氣體噴射到外周部分
上，在控制N2氣體的流量的同時(shí)執(zhí)行冷卻。
在側(cè)模部件4中設(shè)有孔lla，外周側(cè)表面部分中的槽IO通過該孔 lla與構(gòu)成溫度控制單元的所述管11連通，并且所述側(cè)模部件4被從 所述管11引入的冷卻的N2氣體冷卻。此外，借助從管11流入保持器 8和9的N2氣體，通過冷卻滾珠6和7來執(zhí)行溫度控制。
注意，當(dāng)預(yù)先加熱要引入管11的N2氣體時(shí)，還可以在成型過程 中加熱滾珠6和7。
接下來將按次序描述光學(xué)元件的成型方法，其中使用了圖l和2 中描繪的光學(xué)元件成型設(shè)備。為了防止模具和設(shè)備的氧化，在N2氣體 環(huán)境中執(zhí)行光學(xué)元件的成型。
首先，如圖2所示，下模部件2通過壓制軸(未示出)的操作與 引導(dǎo)部件3分離。在這種狀態(tài)下，上模部件l、下模部件2和引導(dǎo)部 件3分別被加熱器12、 13和14加熱從而保持預(yù)定的溫度。
接下來，使用手(未示出)將玻璃材料22以高精度布置在下模部 件2的成型表面2b的中心。之后，上模部件l、下模部件2和引導(dǎo)部 件3的溫度被加熱器12、 13和14控制從而升高到壓制溫度并保持在 該溫度。
在這種情況下，被控制到擠壓上模部件1和下模部件2時(shí)的溫度 或更高溫度(例如+200。C)的加熱器模塊23被驅(qū)動(dòng)源(未示出)移動(dòng) 到玻璃材料22的大致上方，從而作為光學(xué)元件的材料的玻璃材料22 被加熱軟化。加熱器模塊23定位在用于下模部分的軸承的保持器9 的大致下方，同時(shí)，保持器9被加熱并且由保持器9支撐的滾珠7也 被加熱。當(dāng)保持器9難以加熱時(shí)，可以設(shè)置用于提升加熱器模塊23 的機(jī)構(gòu)，以使加熱器模塊23靠近保持器9。
用于上模部分的保持器8的凸緣部分8e被夾在上模部件1的凸緣 部分le和引導(dǎo)部件3之間。通過加熱上模部件1和引導(dǎo)部件3，保持 與上模部件1和引導(dǎo)部件3表面接觸的保持器8也被加熱。
通過從上模部件1和引導(dǎo)部件3接受熱量，側(cè)模部件4也被加熱。接下來，在加熱時(shí)，控制上模部件1、下模部件2和引導(dǎo)部件3 與滾珠6和7之間的溫差，使得在組裝時(shí)設(shè)定的施加到滾珠6和7的 預(yù)載荷落入預(yù)定的范圍內(nèi)。
注意，在未執(zhí)行軸承的加熱時(shí)，滾珠溫度的升高晚于模具溫度的 升高。從而，具有這樣一種趨勢(shì)，即預(yù)載荷降低并且在一些情況下形 成間隙。
相反，當(dāng)滾珠的溫度過度地升高時(shí)，在某些情況下預(yù)載荷增大超 過滾珠的破裂強(qiáng)度從而導(dǎo)致破裂。因此需要適當(dāng)?shù)乜刂茰囟?。?shí)際上，
在考慮了所使用的材料的熱膨脹系數(shù)、尺寸和溫度的情況下確定模具 和滾珠的加熱溫度的同時(shí)，滾珠的溫度可以設(shè)定為恒定地接近模具的 溫度，并且可以通過施加預(yù)定量的預(yù)載荷來吸收材料的熱膨脹率的差 異，從而防止在加熱時(shí)形成間隙。
籍此，當(dāng)獲得可以對(duì)模具和玻璃材料22進(jìn)行壓制的溫度時(shí)，通過 驅(qū)動(dòng)源(未示出)使加熱器模塊23從玻璃材料22上方縮回。
接下來，下模部件2被驅(qū)動(dòng)源(未示出)提升。下模部件2被提 升到引導(dǎo)部件3的內(nèi)周表面3b內(nèi)，同時(shí)被保持器9的滾珠7引導(dǎo)，并 且玻璃材料22通過被夾在上模部件1和下模部件2的相應(yīng)的成型表面 lb和2b之間而進(jìn)行壓制。通過這種方式，光學(xué)元件的形狀轉(zhuǎn)移到該 玻璃材料22上。
在這種情形下，如上所述，引導(dǎo)部件3借助滾珠6和7保持上模 部件1和下模部件2而不會(huì)產(chǎn)生間隙。此外，不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致滾珠破裂 的過度的壓縮應(yīng)力。
當(dāng)壓制成型完成時(shí)，壓制力暫時(shí)消除或切換到低壓模式。接下來 開始冷卻。如上所述，上模部件1、下模部件2和引導(dǎo)部件3被通過
N2氣體進(jìn)入管(未示出)供給的N2氣體冷卻。
N2氣體從管11供給以冷卻側(cè)模部件4，并且在流經(jīng)槽10之后， N2氣體從與側(cè)模部件4的外周側(cè)表面連通的孔lla吹出，由此冷卻保 持器8和9以及滾珠6和7。
在這種情況下，供給至上模部件l、下模部件2、引導(dǎo)部件3和管11的N2氣體的流量預(yù)先設(shè)定為可例如利用質(zhì)量流量控制器來分別地 控制。
接下來，在冷卻時(shí)，控制上模部件1、下模部件2和引導(dǎo)部件3 與滾珠6和7之間的溫差使得施加到滾珠6和7上的預(yù)載荷落入預(yù)設(shè) 的范圍內(nèi)。
注意，在未執(zhí)行軸承的冷卻時(shí)，滾珠溫度的降低晚于模具溫度的 降低。從而，相反存在著這樣一種趨勢(shì)，即預(yù)載荷增加從而在某些情 況下超過滾珠的破裂強(qiáng)度并導(dǎo)致破裂。
相反，當(dāng)滾珠的溫度過度地降低時(shí)，預(yù)載荷降低，并且在某些情 況下形成間隙。因此，需要適當(dāng)?shù)乜刂茰囟取?br> 在考慮了所使用的材料的熱膨脹系數(shù)、尺寸和溫度的情況下確定 模具和滾珠的冷卻溫度的同時(shí)，可以通過施加預(yù)定量的預(yù)載荷來吸收 材料的熱膨脹率的差異，并且可以通過冷卻滾珠和模具使兩者的溫度 恒定地彼此接近來防止產(chǎn)生過度的壓縮應(yīng)力。
當(dāng)如上所述冷卻到預(yù)定溫度時(shí)，為了防止由于作為成型產(chǎn)品的光 學(xué)元件21的收縮以及與上模部件1和下模部件2的成型表面lb和2b 分離所產(chǎn)生的凹痕，通過驅(qū)動(dòng)源(未示出)將壓力重新施加到下模部 件2上。
當(dāng)由于額外的冷卻而獲得等于或小于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的預(yù)定溫度時(shí)， 取消由驅(qū)動(dòng)源(未示出)施加到下模部件2上的壓力。當(dāng)由于必要時(shí) 執(zhí)行的進(jìn)一步額外冷卻而獲得預(yù)定溫度時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)源(未示出)將 所述下模部件2下降。
在這種情況下，當(dāng)在被保持器9的滾珠7引導(dǎo)的同時(shí)下降的下模 部件2與引導(dǎo)部件3完全分離時(shí)，保持器9被止動(dòng)器18支撐而不會(huì)掉 落。接下來，使用手(未示出)將位于下模部件2的成型表面2b上的 作為成型產(chǎn)品的光學(xué)元件21取出，完成成型操作。
同樣在冷卻過程中，如上所述，引導(dǎo)部件3同樣借助滾珠6和7 支撐上模部件1和下模部件2,并且不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致滾珠破裂的過度的 壓縮應(yīng)力。通過一系列上述操作，重復(fù)地執(zhí)行成型操作。(實(shí)例1)
使用圖1和2中描繪的光學(xué)元件成型設(shè)備成型在相機(jī)中使用的透 鏡。該過程將在下文中詳細(xì)地描述。
雙非球面凹彎月形透鏡是用轉(zhuǎn)變點(diǎn)為510°C的玻璃材料成型而 成。雙非球面凹彎月形透鏡在其上表面?zhèn)刃纬捎邪既氲姆乔蛐伪砻?半 徑R約為5.5 mm )，其中9.5 mm直徑區(qū)域之外的區(qū)域呈現(xiàn)為平坦的 表面，并且該雙非球面凹彎月形透鏡在其下表面?zhèn)刃纬捎型钩龅姆乔?形表面(半徑R約為40 mm),該非球形表面的外徑為(D12.5 mm， 中心厚度為1.6 mm。
上模部件l和下模部件2的圓柱形部分的直徑設(shè)定為015.006 mm，滾珠6和7的直徑設(shè)定為06.35 mm，其材料(包括引導(dǎo)部件3 的材料)為超硬的材料并且熱膨脹系數(shù)為5.0xl(^開氏度(K)。
引導(dǎo)部件3的內(nèi)周表面3b的直徑設(shè)定為027.7 mm， 施力口到滾珠 6和7上的預(yù)載荷設(shè)定為與當(dāng)模具在室溫下接合時(shí)壓縮0.006 mm尺寸 相對(duì)應(yīng)的量。
首先，加熱上模部件l、下模部件2和引導(dǎo)部件3，使其溫度被保 持在460'C (等同于表示玻璃粘度的1017'6泊)。
在這種狀態(tài)下，在放入玻璃材料22之后，加熱到900。C的加熱器 模塊23被移動(dòng)到玻璃材料22上方2 mm和保持器9下方1 mm的位 置處，并加熱所述玻璃材料22和所述保持器9。
同時(shí)，上模部件l、下模部件2和引導(dǎo)部件3也被加熱，以便在 一分鐘內(nèi)壓制時(shí)溫度達(dá)到570。C (等同于10"泊)。
接下來，當(dāng)上模部件1、下模部件2和引導(dǎo)部件3的溫度達(dá)到570°C (等同于10"泊)并且玻璃材料22的溫度達(dá)到580。C (等同于1086 泊)時(shí)，縮回加熱器模塊23，緊接著提升下模部件2并開始?jí)褐?。?時(shí)的壓制力為2，卯0牛頓(N)。
滾珠6和7的溫度升高至500°C，并且施加到滾珠6和7上的預(yù) 載荷仍然被保持為與壓縮0.002 mm尺寸的量相對(duì)應(yīng)。從而，在滾珠 和模具之間不會(huì)產(chǎn)生間隙。此外，在固定的溫度下持續(xù)地壓制，預(yù)載荷逐漸接近起始值。
接下來，當(dāng)玻璃材料22被壓制至固定厚度時(shí)，將施加到下模部件 2上的壓力降低到490牛頓(N)，從而完成主要的壓制操作。此后， 開始噴射N2氣體，也就是開始冷卻。
使流量為20升/分鐘的N2氣體流向所述上模部件1和下模部件2 中的每一個(gè)，使流量為30升/分鐘的N2氣體流向引導(dǎo)部件3，使流量 為10升/分鐘的N2氣體流向管11。
在這種情形下，N2氣體以固定的流量流動(dòng)。然而，在某些情況下， 可以控制流量變化，使得不會(huì)在部件之間產(chǎn)生溫差。
接下來，當(dāng)上模部件1和下模部件2的溫度達(dá)到550°C (等同于 101(U泊)時(shí)，由下模部件2向作為成型產(chǎn)品的光學(xué)元件21施加2,900 牛頓(N)的力。此時(shí)，引導(dǎo)部件3的溫度為560。C，并且滾珠6和7 的溫度為530。C。
從而此時(shí)，將與壓縮0.003 mm尺寸的量相對(duì)應(yīng)的預(yù)載荷施加到 滾珠6和7上。結(jié)果，不會(huì)形成間隙，也不會(huì)產(chǎn)生達(dá)到滾珠破裂強(qiáng)度 的應(yīng)力。
在這種狀態(tài)下，繼續(xù)進(jìn)行冷卻，并且在上模部件1和下模部件2 的溫度達(dá)到480。C (等同于1015'5泊)時(shí)取消來自下模部件2的壓力。 此時(shí)，引導(dǎo)部件3的溫度為500°C，并且滾珠6和7的溫度為510°C。
從而此時(shí)，將與壓縮0.005 mm尺寸的量相對(duì)應(yīng)的預(yù)載荷施加到 滾珠6和7上。結(jié)果，不會(huì)形成間隙，也不會(huì)產(chǎn)生達(dá)到滾珠破裂強(qiáng)度 的應(yīng)力。
此后，上模部件1和下模部件2被冷卻，直到其溫度達(dá)到460°C (等同于1017'6泊)。此時(shí)，將下模部件2下降以打開模具，從而取出 光學(xué)元件21。此時(shí)，引導(dǎo)部件3的溫度為480°C，并且滾珠6和7的 溫度為500°C。
從而此時(shí)，將與壓縮0.006 mm尺寸的量相對(duì)應(yīng)的預(yù)載荷施加到 滾珠6和7上。結(jié)果，不會(huì)形成間隙，也不會(huì)產(chǎn)生達(dá)到滾珠破裂強(qiáng)度 的應(yīng)力。即使在通過一系列上述操作執(zhí)行1000次透鏡成型之后，模具也不
會(huì)破損或損壞，并且它能夠獲得光軸精度非常高的透鏡，其中透鏡的
兩個(gè)表面的光軸之間的偏移為2nm或更小。 (比較例1)
為了比較，這里描述一種情形，即在成型中，加熱器模塊23與保 持器9彼此分離50 mm以基本停止對(duì)保持器9的加熱。
在這種情形下，在加熱之后開始?jí)褐茣r(shí)上模部件1、下模部件2 和引導(dǎo)部件3的溫度為570。C的同時(shí)，滾珠7的溫度升高至410。C。結(jié) 果，施加到滾珠7上的預(yù)載荷被消除，從而與例l相比，形成了 4jim 的間隙。
此外，由于滾珠在壓制時(shí)的變形以及上模部件1和下模部件2相 對(duì)于引導(dǎo)部件3的位置變差，成型的透鏡的兩個(gè)表面的光軸之間的偏 移變差為l(Him。從而不會(huì)獲得要求光軸精度非常高的透鏡。
此外，描述一種情形，其中在冷卻過程中N2氣體的供給被停止， 從而不冷卻所述滾珠6和7。
在這種情形下，當(dāng)冷卻之后下模部件2下降時(shí)滾珠6和7與其他 模具之間的溫差變?yōu)樽畲?。此時(shí)，上模部件1和下模部件2的溫度為 460°C，引導(dǎo)部件3的溫度為460°C，滾珠6和7的溫度為530。C。
從而此時(shí)，將與壓縮0.01 mm尺寸的量相對(duì)應(yīng)的預(yù)載荷施加到滾 珠6和7上。結(jié)果，不會(huì)形成間隙。
然而，對(duì)進(jìn)行1000次成型之后的模具進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果顯示在 下模部件2的圓柱形表面2a上產(chǎn)生了滾珠6和7造成的磨損，這導(dǎo)致 產(chǎn)生圓柱形表面2a的精度變差(也就是光軸的精度變差)的風(fēng)險(xiǎn)。 (實(shí)施例2)
圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的光學(xué)元件成型設(shè)備，其中用 僅在其外周表面上設(shè)置槽20的側(cè)模部件5來替代實(shí)施例1中的側(cè)模部 件4。
此外，使用構(gòu)成溫度控制單元的管31和32來替代管11， N2氣體 直接從引導(dǎo)部件3的側(cè)表面方向噴射到上、下保持器8和9上，以冷卻'滾珠6和7。
籍此，能夠更有效地冷卻滾珠6和7，并且能夠改變分別到上、 下保持器8和9的N2氣體的流量。結(jié)果，能夠執(zhí)行更嚴(yán)格的控制。
此外，在加熱時(shí)未使用加熱器模塊23,并且使加熱后的N2氣體 流經(jīng)管31。結(jié)果，可以直接加熱滾珠6和7。
這里，盡管用于滾珠6和7的加熱方法的例子包括加熱器模塊23 和加熱的N2氣體，但不應(yīng)當(dāng)限定性地加以理解。例如，滾珠6和7 可以使用設(shè)置在保持器部分的加熱器直接加熱。
此外，這同樣也適用于冷卻。滾珠6和7可以通過擠壓冷卻模塊 的方法而非使用N2氣體進(jìn)行冷卻。
注意，預(yù)載荷的設(shè)定值以及模具和軸承的溫度都僅僅為示例性的。 因此，不需要將模具的溫度設(shè)定成彼此相同，基于其尺寸、材料、結(jié) 構(gòu)和所采用的加熱和冷卻方法設(shè)定最佳的預(yù)載荷和溫度即可。
也就是說，作為其基礎(chǔ)，重要的是將尺寸設(shè)定為在發(fā)生擠壓的情 況下不會(huì)因該擠壓所產(chǎn)生的應(yīng)力而相對(duì)于軸承形成間隙，并且不會(huì)導(dǎo) 致材料損壞或破裂。將尺寸設(shè)定在上述范圍內(nèi)即可。
此外，可以構(gòu)造出下面的系統(tǒng)，其中監(jiān)測(cè)模具和滾珠的溫度，從 而基于監(jiān)測(cè)到的溫度順序計(jì)算要產(chǎn)生的間隙和應(yīng)力，并且當(dāng)產(chǎn)生或預(yù) 計(jì)將產(chǎn)生間隙和過度應(yīng)力時(shí)發(fā)出警報(bào)。
如上所述，在本發(fā)明中，獨(dú)立地控制滾動(dòng)體(軸承)的溫度，從 而可以消除由于軸承的溫度跟隨的滯后而引起的模具和引導(dǎo)部件與軸 承之間的溫差。
此外，還能夠抑制在模具和軸承之間形成間隙以及產(chǎn)生過度的壓 縮力。結(jié)果，能夠通過保持消除軸承和模具之間的滑動(dòng)間隙而防止模 具的破裂，并且能夠獲得極高的光軸精度。
此外，通過分別加熱或冷卻上下模具、軸承和引導(dǎo)部件，能夠在 整個(gè)溫度范圍內(nèi)、在從開始加熱到完成冷卻的整個(gè)步驟中、尤其是從 開始?jí)褐频皆诶鋮s時(shí)溫度等于或小于玻璃能夠變形的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的時(shí) 刻控制間隙和軸承的預(yù)載荷。結(jié)果，能夠減少模具之間的軸向偏移，從而能夠成型出具有極高精度的光學(xué)元件。
此外，能夠?qū)崿F(xiàn)這樣一種效果，即增加選擇上模具和下模具、軸 承和引導(dǎo)部件的材料的自由度。
盡管本發(fā)明是參照實(shí)例性的實(shí)施例進(jìn)行描述的，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明 并非僅限于所公開的示例性實(shí)施例。下面的權(quán)利要求的范圍應(yīng)當(dāng)被賦 予最寬的解釋，以包括所有等同結(jié)構(gòu)和功能以及修改。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件的成型方法，包括加熱軟化步驟將所述光學(xué)元件的材料加熱軟化；成型步驟分別加熱引導(dǎo)部件、上模部件和下模部件，以便在所述上模部件和所述下模部件之間將所述光學(xué)元件的形狀轉(zhuǎn)移到由此被加熱軟化的所述材料上，使所述上模部件和所述下模部件在所述引導(dǎo)部件中彼此靠近；冷卻步驟在所述成型步驟之后冷卻所述上模部件、所述下模部件和所述引導(dǎo)部件；其中，在所述冷卻步驟中，冷卻或加熱多個(gè)滾動(dòng)體，以便控制所述上模部件、所述下模部件和所述引導(dǎo)部件與所述多個(gè)滾動(dòng)體之間的溫差，所述多個(gè)滾動(dòng)體支撐所述上模部件和所述下模部件以使所述上模部件和所述下模部件能夠在所述引導(dǎo)部件中沿著彼此靠近和分離的方向移動(dòng)。
2. —種光學(xué)元件的成型方法，包括 加熱軟化步驟將所述光學(xué)元件的材料加熱軟化；成型步驟分別加熱引導(dǎo)部件、上模部件和下模部件，以便在所 述上模部件和所述下模部件之間將所述光學(xué)元件的形狀轉(zhuǎn)移到由此被 加熱軟化的所述材料上，使所述上模部件和所述下模部件在所述引導(dǎo) 部件中彼此靠近；冷卻步驟在所述成型步驟之后冷卻所述上模部件、所述下模部 件和所述引導(dǎo)部件；其中，在所述成型步驟中，冷卻或加熱多個(gè)滾動(dòng)體，以便控制所 述上模部件、所述下模部件和所述引導(dǎo)部件與所述多個(gè)滾動(dòng)體之間的 溫差，所述多個(gè)滾動(dòng)體支撐所述上模部件和所述下模部件以使所述上 模部件和所述下模部件能夠在所述引導(dǎo)部件中沿著彼此靠近和分離的 方向移動(dòng)。
3. —種光學(xué)元件成型設(shè)備，其中材料被加熱軟化并且所述光學(xué)元件的形狀被轉(zhuǎn)移到該材料上，所述設(shè)備包括 分別設(shè)置有成型表面的上模部件和下模部件； 用于保持所述上模部件和所述下模部件的引導(dǎo)部件； 支撐所述上模部件和所述下模部件以使所述上模部件和所述下模部件能夠在所述引導(dǎo)部件中沿著彼此靠近和分離的方向移動(dòng)的多個(gè)滾動(dòng)體；用于加熱所述上模部件、所述下模部件和所述引導(dǎo)部件的加熱單元；用于冷卻所述上模部件、所述下模部件和所述引導(dǎo)部件的冷卻單元；以及通過加熱或冷卻所述多個(gè)滾動(dòng)體來控制所述上模部件、所述下模 部件和所述引導(dǎo)部件與所述多個(gè)滾動(dòng)體之間的溫差的溫度控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件成型設(shè)備，其中所述溫度控制 單元利用加熱后的或冷卻后的氣體來加熱或冷卻所述多個(gè)滾動(dòng)體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件的成型方法和光學(xué)元件成型設(shè)備，在上模和下模保持在軸承中的成型設(shè)備中，設(shè)有用于引導(dǎo)N₂氣體的管，所述N₂氣體用來控制軸承的滾珠的溫度，從而控制引導(dǎo)部件和上、下模具之間的溫差。通過該結(jié)構(gòu)，能夠防止在上模和下模與軸承之間產(chǎn)生過度的壓縮力，由此防止模具的破裂。此外，還能夠防止上模和下模與軸承之間形成間隙，由此成型出光軸精度極高的光學(xué)元件。
文檔編號(hào)C03B11/00GK101633550SQ20091016515
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者野村剛 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社