CN1958487B - 玻璃制预成形件组、玻璃制预成形件的制造方法、光学元件的生产方法 - Google Patents

Abstract

提供一种各个预成形件、成形体之间的体积差异受到控制的玻璃制预成形件组、成形体(母材)组。该玻璃制预成形件组由供于光学元件的精密模压成形的多个玻璃制预成形件构成，该玻璃制预成形件为球状，其平均质量为30mg以下，质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。另外提供一种成形熔融玻璃来制作精密模压成形用的玻璃制预成形件的方法。使从喷嘴流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，并以固定的周期使垂下的熔融玻璃落下，从而获得熔融玻璃滴，熔融玻璃滴在冷却的过程中成形为预成形件。在至少用盖子覆盖着在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的周围的状态下使熔融玻璃落下。也可以制造玻璃制预成形件组。另外还提供一种对玻璃制预成形件组中的预成形件进行加热、精密模压成形的光学元件制造方法。

Description

玻璃制预成形件组、玻璃制预成形件的制造方法、光学元件的生产方法

技术领域

本发明涉及集合多个玻璃制预成形件而构成的玻璃制预成形件组、所述预成形件的批量生产方法、以及光学元件的制造方法，所述玻璃制预成形件在通过精密模压成形来制造玻璃制光学元件时使用。

背景技术

作为高精度制造非球面透镜等玻璃制光学元件的技术，公知有精密模压成形方法。该方法也被称为模铸光学成形法，其具体如下：使用具有精密加工形成的成形面的模压成形模具对经加热的玻璃制预成形件进行模压成形从而成形光学元件的整体形状，并且将成形面精密地复制到玻璃上，形成光学功能面。例如在日本专利文献特开平10-316448号公报中公开了上述方法。

另外，用于制造上述光学元件的玻璃预成形件例如可通过日本专利文献特开2002-121032号公报中公开的方法来生产，在该方法中，使熔融的玻璃流出，并分离为期望质量的熔融玻璃块，然后使该玻璃块在冷却的过程中成形为预成形件。

近年来，对于像带照相机的移动电话那样内置摄像装置的小型设备的需求正在增高。组装到这种摄像装置上的摄像光学***由超小型的透镜构成，为了精密地定位、固定各个透镜，最好有定位基准面。例如，可以使用设置在透镜面的外周上的平面部来作为用于精密地确定透镜彼此间的间隔的定位基准面，并可以将透镜侧面作为使各个透镜的光轴对齐的定位基准面。精密模压成形不仅能够精密地形成光学功能面，而且也能够精密地形成通过复制包含光学功能面的模具成形面而形成的各个面的位置关系、角度，因此如果也通过复制模具成形面来形成定位基准面，则能够同时形成光学功能面和定位基准面。

如果如上述那样充分地发挥精密模压成形的特质，则能够高效地制造超小型的光学元件，但是另一方面，如果不精密地控制预成形件的体积，就会出现下述问题。

首先，当预成形件的体积大于在将模压成形模具闭合的状态下所形成的空间的容积时，该预成形件会从构成模压成形模具的各个模具构件之间、例如上模具和体模具之间或者下模具和体模具之间挤出并成为成形毛刺，该成形毛刺会损坏模具的滑动性，从而导致生产停止，或者使模压成形模具破损。

另一方面，当预成形件的体积小于在将模压成形模具闭合的状态下所形成的空间的容积时，玻璃在上述空间中填充得不充分，由此造成光学功能面的表面精度下降，或者应成为玻璃的定位基准面的部分达不到模具构件，从而不能形成定位基准面。

因此，为了使同时形成光学功能面和定位基准面的方法得以实现，期望使用体积精度、亦即质量精度高的预成形件。

作为生产率高的制造玻璃制预成形件的方法，有上述的方法(日本专利文献特开2002-121032号公报)，该方法使熔融的玻璃流出、分离为期望质量的熔融玻璃块，然后使该玻璃块在冷却的过程中成形为预成形件。如果使用该方法来生产预成形件的话，可以从玻璃的熔融开始就以极高的生产率来批量生产上述光学元件。但是，如上所述，需要精密控制预成形件的体积，然而在现有的生产玻璃制预成形件的方法中，预成形件的体积存在少许差异，因此，对于使用上述模压成形方法来说，预成形件的体积控制未必充分。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而作出的，其目的在于，提供一种适于小型光学元件的精密模压成形的、通过集合多个质量较轻的预成形件而构成的玻璃制预成形件组，其中，各个预成形件之间的体积差异被极为严格地控制。本发明另一个目的提供一种从熔融玻璃生产各个预成形件之间的体积差异被极为严格地控制的玻璃制预成形件组的方法。此外，本发明的再一个目的是提供一种玻璃成形体之间的体积差异被极为严格地控制的玻璃成形体组的生产方法，从所述玻璃成形体组的玻璃成形体制造预成形件的方法，以及对所述预成形件组的各个预成形件进行精密模压成形来制作光学元件的光学元件制造方法，所述玻璃成形体组集合了多个用熔融玻璃制造的作为预成形件母材的玻璃成形体。

用于解决上述问题的本发明如下。

[1]一种玻璃制预成形件组，由供于光学元件的精密模压成形的多个玻璃制预成形件构成，其中，该玻璃制预成形件为球状，其平均质量为30mg以下，质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

[2]如[1]所述的玻璃制预成形件组，其中，所述玻璃制预成形件用于精密模压成形具有以下表面的光学元件，该表面由在精密模压成形时通过复制模压成形模具的成形面而形成的面、以及自由表面构成。

[3]一种玻璃制预成形件的制造方法，用于成形熔融玻璃来制作精密模压成形用的玻璃制预成形件，其特征在于，使从喷嘴流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，并以固定的周期使垂下的熔融玻璃落下，从而获得熔融玻璃滴，所述熔融玻璃滴在冷却的过程中成形为预成形件，并且在至少用盖子覆盖着在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的周围的状态下使所述熔融玻璃落下。

[4]如[3]所述的玻璃制预成形件的制造方法，其中，使接收落下的熔融玻璃的面与喷嘴下端的距离固定，并以固定的周期使所述熔融玻璃落下。

[5]如[3]或[4]所述的玻璃制预成形件的制造方法，其中，用绝缘体来构成所述盖子，并使高频电流流过配置在盖子的周围的高频线圈，从而对喷嘴进行高频感应加热。

[6]如[3]或[4]所述的玻璃制预成形件的制造方法，其中，成形由以下玻璃构成的预成形件，该玻璃包含质量百分比超过20％的SiO₂。

[7]如[3]或[4]所述的玻璃制预成形件的制造方法，其中，重复进行成形玻璃制预成形件的工序，从而生产由多个玻璃制预成形件构成的玻璃制预成形件组。

[8]一种玻璃成形体的制造方法，用于成形熔融玻璃来制作玻璃成形体，其特征在于，使从喷嘴流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，并以固定的周期使垂下的熔融玻璃落下，从而获得熔融玻璃滴，所述熔融玻璃滴在冷却的过程中成形为玻璃成形体，并且在至少用盖子覆盖着在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的周围的状态下使所述熔融玻璃落下。

[9]如[8]所述的玻璃成形体的制造方法，其中，重复进行成形玻璃成形体的工序，从而生产由多个玻璃成形体构成的玻璃成形体组。

[10]一种玻璃制预成形件的制造方法，其特征在于，包括以下过程：使用权利要求8所述的方法来制作玻璃成形体，并对所述玻璃成形体的表面进行研磨，从而获得供于精密模压成形的玻璃制预成形件。

[11]如[10]所述的玻璃制预成形件的制造方法，其中，重复进行对玻璃成形体的表面进行研磨的工序，从而生产由多个玻璃制预成形件构成的玻璃制预成形件组。

[12]一种光学元件的生产方法，从权利要求1或2所述的玻璃制预成形件组中取出预成形件，并进行加热、精密模压成形。

[13]如[12]所述的光学元件的生产方法，其特征在于，进行以下精密模压成形：使用具有上模具、下模具、套筒模具(sleeve mold)的模压成形模具在玻璃上复制上模具、下模具、套筒模具的各个成形面，并使通过复制上模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱、和/或通过复制下模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱为自由表面。

[14]一种光学元件的生产方法，从通过[7]所述的制造方法而生产的预成形件组中取出预成形件，并进行加热、精密模压成形。

[15]如[14]所述的光学元件的生产方法，其特征在于，进行以下精密模压成形：使用具有上模具、下模具、套筒模具的模压成形模具在玻璃上复制上模具、下模具、套筒模具的各个成形面，并使通过复制上模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱、和/或通过复制下模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱为自由表面。

[16]一种光学元件的生产方法，从通过[11]所述的制造方法而生产的预成形件组中取出预成形件，并进行加热、精密模压成形。

[17]如[16]所述的光学元件的生产方法，其特征在于，进行以下精密模压成形：使用具有上模具、下模具、套筒模具的模压成形模具在玻璃上复制上模具、下模具、套筒模具的各个成形面，并使通过复制上模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱、和/或通过复制下模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱为自由表面。

发明效果

根据本发明，能够提供适于通过精密模压成形来制造小型光学元件的质量轻且质量差异小的玻璃制预成形件组。另外，因为质量差异小，所以能够根据由构成组的预成形件的平均质量和玻璃比重决定的玻璃体积来决定闭模时的模压成形模具内的容积，从而能够在所述容积内充分地填充玻璃，并能够防止多余的玻璃进入构成模压成形模具的构件之间的间隙中而变成成形毛刺。

根据本发明，能够批量生产适于通过精密模压成形来制造小型光学元件的质量轻且质量差异小的玻璃制预成形件组。特别是，即便使用在熔融玻璃从喷嘴下端落下时会在喷嘴和落下的玻璃之间产生线状的中间细长部分的玻璃、例如包含质量百分比超过20％的SiO₂的玻璃，也能够制造质量差异小的预成形件。

根据本发明，能够提供用于批量生产质量差异小的玻璃成形体的方法，该玻璃成形体通过研磨而被加工成精密模压成形用的玻璃制预成形件。并且，通过研磨所述玻璃成形体，可以批量生产质量差异小的玻璃制预成形件。

根据本发明，能够使用上述质量差异小的预成形件高效率地制造光学元件，特别是小型、或者小型且具有由模具复制面构成的定位基准面的光学元件。

附图说明

图1是从熔融玻璃滴生产玻璃预成形件的装置的说明图；

图2是用于从熔融玻璃滴生产玻璃预成形件的成形模具的垂直截面图；

图3是作为本发明光学元件的一个实施方式的透镜的截面图。

具体实施方式

如上所述，组装到像带照相机的移动电话那样内置有摄像装置的小型设备上的小型光学元件最好具有通过精密模压成形而一起形成的光学功能面和定位基准面。如上所述，在精密模压成形这种光学元件时必须精确地控制玻璃制预成形件的体积。

对于上述光学元件成形用的预成形件来说，质量为30mg以下是适合的。并且，要求用于通过精密模压成形来一起形成光学元件的光学功能面和定位基准面的预成形件具有±0.3％以内的质量公差。

使熔融玻璃流出并分离为目标质量的熔融玻璃滴的方法能够获得高的生产率，因此适于制造上述预成形件。具体地说，使在喷嘴内流下的熔融玻璃从喷嘴流出口滴下、并将得到的玻璃滴形成为预成形件的方法适用。玻璃滴的质量由作用于在喷嘴流出口垂下的玻璃上的向下的加速度、喷嘴下端的外径、熔融玻璃的表面张力等决定。因此，如果固定这些条件，就能够持续滴下固定质量的玻璃滴。

但是，要想减小相对于作为目标的预成形件质量的质量公差的比例，仅仅通过维持固定的上述诸条件是难以抑制质量的差异的。当用高速照相机拍摄玻璃滴从喷嘴流出口滴下的情况时，首先会在垂下的熔融玻璃和将要从流出口流出的熔融玻璃之间产生中间细的部分，接着，该中间细的部分逐渐细长延伸，同时玻璃的下端部逐渐下降。当该中间细的部分呈线状不断地细长延伸时，玻璃会在线状部分断开，位于断开处之上的玻璃由于表面张力而返回到喷嘴流出口附近，并成为在喷嘴流出口垂下的玻璃。另一方面，位于断开处之下的玻璃进入到分离的玻璃滴中。

如果更加仔细观察的话，会发现在每一次玻璃滴下时断开的位置都会改变。当断开的位置变高时，线状部分中的进入玻璃滴的量增多，玻璃滴的质量少许增加，当断开的位置变低时，线状部分中的进入玻璃滴的量减少，玻璃滴的质量少许减少。可知该质量变动会使质量公差变大。

经进一步详细分析后发现，如果线状部分长，则断开的位置容易改变，从而玻璃滴的质量变动容易变大，当在线状部分短的状态下断开时，玻璃滴的质量变动小。另外，还发现在防止玻璃流出时失透的条件下线状部分的长短由玻璃决定。

从以上结果可知，如果使线状部分断开的位置每次都固定，则能够减小所得玻璃滴的质量差异。上述位置的变动主要是由于气氛扰乱引起的。由于从喷嘴流出高温的熔融玻璃，所以喷嘴和向喷嘴导入熔融玻璃的导管的周围的气氛被加热，从而会在导管的周围引起气氛的对流。另外，因为向喷嘴下方依次移动成形熔融玻璃滴的成形模具，所以成形装置的动作也会使气氛紊乱。上述情况都会使线状部分断开的位置产生偏差。

通过详细地考察上述现象并采用减轻气氛扰乱的方法，首次实现了本发明。

本发明的玻璃制预成形件组由供于光学元件的精密模压成形的多个玻璃制预成形件构成，其中，该预成形件为球状，其平均质量为30mg以下，质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

如上所述，要求用于移动设备中内置的小型光学元件等的预成形件具有较轻的质量和高的质量精度。在将小型光学元件调准、装配到摄像光学***中时，为了使多个小型光学元件的光轴精确一致并正确地保证各元件之间的距离、以及与摄像元件之间的距离，使用用于定位、固定各个元件的固定器，这样组装作业会变得容易。如果将各个元件***上述固定器中，则即使不进行定位调整也能正确地调准并进行组装。为此，希望通过精密模压成形在光学元件上与光学功能面同时形成至少两个定位基准面。在这样的精密模压成形中，需要将玻璃不多不少地填充到由模压成形模具包围的称为型腔的空间中。即使预成形件的体积稍有过剩，在模压成形时玻璃也会进入到构成模压成形模具的模具构件之间的间隙部中并成为成形毛刺，从而有可能导致精密模压成形工序停止，或者成形毛刺损伤成形品或模具成形面。反之，即使预成形件的体积稍有不足，玻璃在型腔内的填充就会不充分，从而不能充分复制光学功能面或定位基准，无法实现期望的目的。作为目标的光学元件越小，所述问题就越容易变得明显。

因此，本发明通过上述结构来解决了上述问题。

这里，所谓预成形件组是指由同种玻璃构成的形状和质量均一致的多个预成形件的集合。例如，当批量生产规定的光学元件时，准备由必要数量的预成形件构成的预成形件组，从所述组中取出预成形件，并使用同一形状的模压成形模具进行精密模压成形，由此可以批量生产同一形状的光学元件。此时，既可以使用多组模压成形模具，也可以使用一组模压成形模具并逐次对预成形件进行精密模压成形。预成形件组也可以考虑用多个预成形件组来构成。例如，对于由1000个预成形件构成的组来说，可以考虑用10个由100个预成形件构成的组来构成，也可以考虑用100个由10个预成形件构成的组来构成。在本发明的优选方式中构成组的预成形件的个数优选为1000个以上，更加优选为2000个以上，进一步优选为5000个以上。个数的上限可以通过光学元件的所需个数来决定。

可通过由500个预成形件构成的预成形件组来验证在某预成形件组中构成预成形件组的预成形件的质量公差相对于平均质量的比例是否在±0.3％内。在预成形件组由500个预成形件构成的情况下，质量公差相对于所述平均质量的比例优选在±0.26％以内，更加优选在±0.25％以内。另外，构成预成形件组的预成形件的个数即使为500个以上，质量公差相对于平均质量的比例也优选在±0.3％以内，如上所述，即使优选为1000个以上，更加优选为2000个以上，进一步优选为5000个以上，质量公差相对于平均质量的比例也优选在±0.3％以内。

本发明的优选方式是由下述预成形件构成的玻璃制预成形件组，该预成形件用于精密模压成形具有以下表面的光学元件，该表面由在精密模压成形时通过复制模压成形模具的成形面而形成的面、和自由表面构成。

通过本发明的预成形件而制作的光学元件除了光学功能面之外还具有定位基准面。例如，透镜的定位基准面是用于决定透镜彼此间的间隔的基准面和用于使透镜的光轴彼此精确地一致的基准面。通过把这些基准面抵接在固定器上，能够正确地调准各个透镜。当以透镜为例时，形成包围各个透镜面的周围的凸缘状(鍔状)平坦部，并使透镜两面的两个凸缘状平坦部互相平行。把所述一个凸缘状平坦部作为定位基准面而抵接在固定器上。在另一个凸缘状平坦部上施加用于维持上述抵接状态的压力，从而将透镜固定在固定器上。在这样的透镜中，希望两个凸缘状平坦部之间的距离(称为侧缘(コバ)厚度)在下述范围内尽可能地短(使侧缘厚度薄)，所述范围是指在成形时透镜不会破损、而且当向固定器固定时透镜也不会破损的范围。在这样的透镜中，把两个凸缘状平坦部之间的侧面、亦即被称为侧缘的部分作为第二定位基准面。第二定位基准面是用于对齐透镜光轴的基准面。因此，将侧缘作为在精密模压成形时复制模压成形模具成形面的面。向侧缘复制的模压成形模具构件是被称为套筒模具或体模具的构件。成形小型光学元件时使用的套筒模具具有***内部的上下模具的细长的通孔。该通孔内表面的一部分成为被复制到侧缘上的成形面。在上下模具成形面上设置用于提高玻璃的脱模性的脱模膜，但是由于难以在套筒模具的通孔内表面上设置厚度均匀的脱模膜，因此在向侧缘复制的部分上没有形成脱模膜。从而，为了不使玻璃在模压成形时熔接在套筒模具通孔内表面上，可以使侧缘的面积在玻璃不会破损的范围内尽可能地小，使玻璃和套筒模具的接触面积降到所需最小限度上。

根据上述理由，使侧缘厚度较薄。但是，当精密模压成形侧缘厚度薄的透镜时，从成为透镜面的部分开始填充玻璃，并逐渐向套筒模具方向扩展开。此时，由于复制成形两个凸缘状平坦部的上模具成形面和下模具成形面之间的空间的容积小，因此，如果构成预成形件的玻璃的量即使少许过剩，玻璃也会从所述空间挤出，产生成形毛刺，如果所述玻璃的量即使少许不足，就算进行模压玻璃也不能到达套筒模具，从而不能形成作为定位基准面的侧缘。

就是说，在用于成形上述光学元件的预成形件中，在30mg以下的质量下，过剩或不足的允许量为±0.3％以内的范围。

因此，在本发明中，使构成组的预成形件的平均质量为30mg以下，优选为28mg以下，更加优选为1～26mg，使质量公差在±0.3％以内，优选在±0.28％以内，更加优选在±0.26％以内。

本发明适于由折射率较低、并且SiO₂的质量百分比超过20％的玻璃构成的预成形件组或玻璃成形体组、以及它们的制造方法。为使这样的玻璃对于即便在小型光学元件中也特别小的光学元件有效，将其质量设为30mg以下。上述玻璃优选折射率(nd)为1.65的玻璃，进一步优选折射率(nd)为1.60以下的玻璃。

这里，平均质量是指根据各个预成形件的质量而计算的相加平均值(Mav)。另外，质量公差是根据构成组的预成形件中的质量最大的预成形件的质量(称为Mmax)和质量最小的预成形件的质量(称为Mmin)，通过±(Mmax-Mmin)/2Mav这样的公式而计算的值。在构成组的预成形件的个数多的情况下，也可以从所述组中随机抽出规定数量的预成形件，并使用抽出的预成形件来求出Mav、Mmax、Mmin。

下面，说明玻璃制预成形件的制造方法。本发明的玻璃制预成形件的制造方法用于成形熔融玻璃来制作精密模压成形用的玻璃制预成形件，其特征在于，使从喷嘴流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，并以固定的周期使垂下的熔融玻璃落下，从而获得熔融玻璃滴，

所述熔融玻璃滴在冷却的过程中成形为预成形件，并且

在至少用盖子覆盖着在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的周围的状态下使所述熔融玻璃落下。

首先，将对玻璃原料进行加热、熔融、澄清、均质化而得到的熔融玻璃通过导管而导入导管下端的喷嘴中。熔融玻璃从喷嘴下端的玻璃流出口流出，控制导管和喷嘴的温度以使每单位时间的玻璃流出量固定。

从玻璃流出口流出的熔融玻璃由于表面张力而在喷嘴下端垂下。当作用于垂下的玻璃上的向下的力大于使熔融玻璃停留在喷嘴下端的力时，熔融玻璃从喷嘴下端落下。这里，由于使每单位时间的玻璃流出量固定，所以熔融玻璃的落下以固定的周期进行。落下的熔融玻璃的质量是以质量表示的每单位时间的玻璃流出量乘以所述周期的值。

这里，假定所称熔融玻璃的落下也包括熔融玻璃滴的滴下和在熔融玻璃的下端到达接受熔融玻璃的接受面后所述线状部分断开的情形。

并且，在用盖子覆盖着在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的周围的状态下使所述熔融玻璃落下。使盖子不遮挡所述落下时的路径，以不妨碍熔融玻璃的落下。并且，为了减弱喷嘴下端的由上述的对流引起的上升气流，封闭盖子的上部。通过这样的结构，能够使熔融玻璃断开的位置稳定，从而能够减小玻璃滴的质量差异。

假定所谓玻璃滴除了通过滴下而得到的熔融玻璃块之外，还包括熔融玻璃的下端到达接受熔融玻璃的接受面后由于所述线状部分断开而得到的熔融玻璃块。

但是，决定线状部分的长短的主要因素是玻璃中的SiO₂的含量，当SiO₂的量大于某一水平时线状部分变长，小时线状部分变短。因此，越是SiO₂的含量大的玻璃，就越能够获得明显的效果。

在线状部分长的玻璃中，通过熔融玻璃的下端到达接受面时的冲击，线状部分断开。因此，优选使接受落下的熔融玻璃的面与下端的距离为固定，以便使所述熔融玻璃以固定的周期落下。通过这样的结构，能够使每次落下时的线状部分的长度、以及使线状部分分离的冲击所发生的时刻稳定，从而能够减小玻璃滴的质量差异。

盖子的下端的高度优选为从接受面到喷嘴下端的距离的0.2～0.8倍，进一步优选为上述距离的0.3～0.7倍。

如果盖子的口径过大，则操作性会下降，从而难以稳定盖子内的气氛，如果过小，则流出的熔融玻璃有时会附着在盖子上，或者与喷嘴或导管等接触。另外，在采用后述的对在喷嘴下端垂下的熔融玻璃施加风压以促进使其落下的方法的情况下，如果口径过小，则难以在喷嘴周围形成稳定的气流。因此，可以在考虑上述各点的情况下，适当地设定盖子的口径以减小质量公差。

所述盖子具有使得在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的冷却速度变慢的作用。亦即，垂下的熔融玻璃通过盖子而被保温，从而玻璃粘度上升的速度变慢，进而能够将线状部分的粘度保持在适于分离的范围内，并将玻璃滴的粘度保持在适于玻璃球状化的范围内。

优选使用绝缘体来构成盖子，同时在盖子的周围配置高频线圈并使高频电流流过该高频线圈，由此对喷嘴进行高频感应加热。通过这样的结构，能够在不对盖子进行感应加热的情况下对使用铂或铂合金制造的喷嘴进行感应加热，从而能够控制喷嘴的温度以维持期望的流出量，并且不使玻璃失透。

本发明的应用不受玻璃种类的限定，但是因为存在特别有效的玻璃，故下面对这种玻璃进行说明。以下，只要不特别说明，玻璃成分的含量就用质量％来表示。

如上所述，熔融玻璃的线状部分的长度由玻璃中的SiO₂的量决定。当SiO₂量超过20％时线状部分变长，从而分离位置会由于气氛的扰乱而容易产生差异。因此，本发明的玻璃制预成形件的制造方法对于SiO₂量超过20％的玻璃特别有效。SiO₂的量优选为21％以上，更加优选为23％以上，进一步优选为30％以上，再进一步优选为35％以上，最为优选为40％以上。如果SiO₂量过剩，则玻璃就会无法顺利地分离。因此，可以将能够分离玻璃的状态考虑为SiO₂量的上限，优选使SiO₂量在上述范围内并小于65％，更加优选为60％以下，进一步优选为55％以下。

作为本发明中的玻璃，可以例举出包含21～65％的SiO₂、0～40％的B₂O₃、0～12％的Li₂O、0～10％的Na₂O、0～10％的K₂O、0～10％的MgO、0～25％的CaO、0～25％的SrO、0～40％的BaO、0～30％的ZnO、0～20％的La₂O₃、0～10％的Gd₂O₃、0～10％的Y₂O₃、0～15％的ZrO₂、0～30％的TiO₂、0～10％的Ta₂O₅、0～8％的Nb₂O₅的玻璃。

此外，如果SiO₂的量为同等程度，则对于比重小的玻璃，线状部分的分离更难发生，因此，对于由比重小于3.3的玻璃构成的预成形件的成形特别有效。进而对于比重为3.2以下的玻璃的成形更加有效。

在本发明的玻璃制预成形件的制造方法中，通过重复进行成形玻璃制预成形件的工序，能够生产出由多个玻璃制预成形件构成的玻璃制预成形件组。在该玻璃制预成形件组中，尽导管预成形件的平均质量很轻，为30mg以下，但是质量公差相对于质量的比例仍为±0.3％以内，差异很小。

此外，优选将构成上述组的各个预成形件的形状作成球状。当精密模压成形小型光学元件时，在使用球状的预成形件的情况下，如果下模具成形面为凹入形状，则能够在成形面的中心稳定地安置预成形件。对于SiO₂的量在上述范围内的玻璃来说，也由于玻璃滴的体积小，其粘度会变得比适于球状化的粘度更高，但是根据本发明，因为使保温的熔融玻璃落下，所以能够成形适于球状化的粘度的玻璃滴，从而能够稳定地制造球状的预成形件。

至此，对本发明的预成形件组以及预成形件的制造方法进行了说明，下面对由的多个玻璃成形体构成的玻璃成形体组以及玻璃成形体的制造方法进行说明，所述玻璃成形体用于加工成供于精密模压成形的玻璃制预成形件。

玻璃成形体组由多个玻璃成形体构成，所述玻璃成形体用于加工成供于精密模压成形的玻璃制预成形件，在该玻璃成形体组中，所述玻璃成形体为球状，其平均质量为30mg以下，质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内。

本发明的玻璃成形体的制造方法用于成形熔融玻璃来制作玻璃成形体，其特征在于，

使从喷嘴流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，并以固定的周期使垂下的熔融玻璃落下，从而获得熔融玻璃滴，

所述熔融玻璃滴在冷却的过程中成形为玻璃成形体，并且

在至少用盖子覆盖着在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的周围的状态下使所述熔融玻璃落下。

在上述玻璃成形体的制造方法中，通过重复进行成形玻璃成形体的工序，可以生产出由多个玻璃成形体构成的玻璃成形体组。

玻璃成形体组是多个玻璃成形体的集合。组的概念和上述预成形件组中的组的概念相同。可以通过对玻璃成形体的表面进行机械加工(例如研磨)来获得预成形件。为了从玻璃成形体组得到预成形件组，如果使各个玻璃成形体的机械加工时的除去量均相等的话，就能够得到由质量相等的预成形件构成的组、即本发明的预成形件组。具体地说，通过上述方法来制造玻璃成形体，并对所述玻璃成形体的表面进行研磨，从而制作供于精密模压成形的玻璃制预成形件。

通过重复进行研磨上述玻璃成形体的表面的工序，可以生产出由多个玻璃制预成形件构成的玻璃制预成形件组。

当成形玻璃成形体时，在熔融玻璃落下的过程中也发生如上所述的现象，因此，对于线状部分变长、玻璃成形体的质量变动容易变大的玻璃，亦即对于玻璃中的SiO₂量超过20％的玻璃特别有效。玻璃成形体和预成形件除了是否进行加工来做成预成形件之外，其制造方法、玻璃成分以及比重均与上述说明相同。

在上述预成形件的制造方法、玻璃的制造方法中，熔融玻璃的流出、成形都可以采用公知的方法。在将被澄清、搅拌均匀的熔融玻璃维持在不失透的温度区域内同时，使其以固定的流量从耐热喷嘴(例如铂或铂合金制的喷嘴)流出。向喷嘴下方搬入具有凹入部的成形模具，用凹入部的外周面接受以固定的周期从喷嘴滴下的玻璃滴，并通过使其滚动或者滑动而导入凹入部，然后通过从设置于凹入部底部的气体喷出口朝上喷出的气体，使玻璃滴在凹入部内上下运动并同时成形为球状，由此得到预成形件。在预成形件的批量生产中，准备多个成形模具，陆续将其搬入喷嘴下方以接受玻璃滴，将接受了玻璃滴的成形模具从喷嘴下方搬出，再向喷嘴下方搬入空的成形模具。一边移动载有玻璃滴的成形模具，一边在凹入部内成形为预成形件，在预成形件冷却到不变形的温度区域后，从成形模具取出预成形件，然后将成形模具作为空的成形模具再次搬入喷嘴下方。通过对多个成形模具的每一个依次进行这样的工序来批量生产预成形件。这里得到的预成形件批量产品相当于预成形件组。玻璃成形体的制造方法也一样。

如果预成形件表面上有伤痕、脏污等缺陷，则会导致光学元件的缺陷，因此，希望通过对玻璃成形体进行研磨而制作出光滑的表面，使预成形件表面上不留有伤痕损伤。另外，在研磨结束后，为了不使研磨剂残留，清洗预成形件以使其表面清洁。

下面，说明光学元件的批量生产方法。本发明的光学元件的制造方法是从所述各个玻璃制预成形件组、或者通过所述各种制造方法批量生产的预成形件批量产品中取出预成形件、并对该预成形件进行加热、精密模压成形的光学元件的批量生产方法。

因为所述取出的预成形件均是具有与目标质量精确一致的质量的球状的预成形件，所以能够稳定地制造具有以下表面的小型光学元件，该表面由在精密模压成形时通过复制模压成形模具的成形面而形成的面和自由表面构成。

精密模压成形是使用包括上模具、下模具、套筒模具的模压成形模具，在加热后对预成形件进行模压成形，将模压成形模具的成形面的形状正确地复制成形到玻璃上的方法。模压成形模具的模具材料的加工和模具材料的材质、形成上模具和下模具的成形面的脱模膜、脱模膜的形成方法、以及进行精密模压成形的气氛类型等都可以使用公知的技术。

例如，通过进行以下精密模压成形来批量生产相同形状的光学元件，即：使用具有上模具、下模具、套筒模具的模压成形模具，在将上模具、下模具、套筒模具的各个成形面复制到玻璃上的同时，使通过复制上模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱、和/或通过复制下模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面所成的棱为自由表面。

下面是精密模压成形方法的一个例子：把球状预成形件配置在***套筒模具的通孔内的凹面形状的下模具成形面的中心，并将上模具***套筒模具的通孔内，以使其成形面和下模具成形面相对。在此状态下同时加热预成形件和模压成形模具，并在构成预成形件的玻璃的温度上升到表示10⁶dPa·s的粘度的温度时，用上模具和下模具对预成形件进行加压。被加压的预成形件在由上模具、下模具、套筒模具包围的空间(称为型腔)内扩展开。如上所述，通过模压玻璃制预成形件来将玻璃填充到在模压成形模具闭模的状态下形成的密闭空间内。

精确地形成闭模状态下的上模具、下模具、套筒模具的各个成形面的相对位置、面法线所成的角度。如果使用这样的模压成形模具来进行上述成形，则能够形成具有高精度的相互位置关系、角度的光学功能面和定位基准面。

当以透镜的成形为例时，将上模具成形面的中央部作为复制成形透镜的光学功能面、即透镜面的面，将周边部作为复制成形凸缘状平坦部的环状平面。对于下模具成形面，也同样将中央部作为复制成形透镜面的面，将周边部作为复制成形凸缘状平坦部的环带上的平面。在模压成形结束前，正确地保持上下模具以使所述上下模具的朝向彼此相对，并且使上下模具的中心轴一致。

通过将玻璃填充到在模压成形模具闭模的状态下形成的密闭空间内，套筒模具通孔的内表面被复制到玻璃上。事先精确地形成套筒模具通孔的中心轴和所述通孔内表面的角度，并维持所述通孔的中心轴和上下模具中心轴精确一致直到模压成形结束，由此能够正确地形成被复制成形两个透镜面、两个凸缘状平坦部、以及套筒模具的内表面的透镜的侧缘的相对位置、以及面彼此之间所成的角度。并且，可以将两个凸缘状平坦部中的一个和侧缘用作定位侧缘的基准面，将凸缘状平坦部中的一个用作正确地定位透镜间距离的基准面，并将侧缘用作使透镜间的光轴准确一致的基准面。

此外，为了防止套筒模具的内表面与玻璃熔接，在透镜不破损的范围内即使将侧缘厚度做得较薄，也可以相对于作为目标的透镜的质量，正确地决定各个预成形件的质量，因此，能够通过复制套筒模具通孔的内表面来成形起定位基准面的作用的侧缘，并且也不会产生成形毛刺并导致光学元件的批量生产停止。

优选用自由表面形成侧缘和凸缘状平坦部相交的棱。如果形成侧缘和凸缘状平坦部，则不会出现妨碍定位功能的危险，但是如果棱很锐利，在嵌入固定器时就会出现棱破损、或者棱刮削固定器的情况，从而成为产生尘埃的原因。如果尘埃附着到摄像元件的受光面上，则会造成图像质量大幅下降，因此为了防止出现这样的问题，优选成形具有由自由表面构成的棱的精密模压成形品。

在光学元件中，优选通过精密模压成形来形成至少两面以上，具体来说两面或三面的定位基准面。优选将所述两面或三面的定位基准面形成为彼此间不平行。如果使用这种相互不平行的两个基准面来定位光学元件的，则能够高精度地决定光学***中的光学元件的定位和朝向。如透镜那样具有旋转对称性的光学元件只有有两个基准面就可以。在如棱镜那样不具有旋转对称性的光学元件的情况下，形成三个定位基准面，从而高精度地决定光学***中的定位和在该位置上的朝向。

也可以在这样制作的光学元件上根据需要形成防反射膜等光学多层膜。

[实施例]

对实施例进行说明。

(第一实施例)

首先，为了得到表1所示的SiO₂的质量百分比超过20％的光学玻璃，称量、调合玻璃原料并对其进行充分搅拌，然后将其导入熔融容器内进行加热、熔融、澄清、搅拌，由此得到了均匀的熔融玻璃。使用图1所示的装置，从熔融玻璃的熔融玻璃滴生产出了玻璃预成形件。

打开连接在熔融容器底部的导管，使熔融玻璃以固定的流量从安装在导管下端的喷嘴流出。分别对喷嘴、导管、以及熔融容器进行温度控制，以使玻璃达到可获得期望流出量的粘度，并不使其失透。

如图1所示，在导管1的下端以及喷嘴2的外周设有气体通路形成用盖子3，在气体通路形成用盖子与导管及喷嘴之间的空间中设有用于使气体流通的气体通路4。并且，在气体通路形成用盖子下端设有开口部3-1，并使喷嘴顶端从所述开口部突出。优选将喷嘴、气体通路形成用盖子、以及气体通路形成用盖子开口部分别围绕喷嘴的中心轴而对称配置。另外，也希望从气体通路形成用盖子开口部排出的气体围绕上述中心轴而均匀流动。

在本实施例中，为了使在喷嘴下端垂下的熔融玻璃以固定的周期落下，通过调整导管的内径、喷嘴的内外径以及导管和喷嘴的温度，来控制玻璃的流出量。从玻璃流出口流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，向垂下的熔融玻璃喷射从气体通路形成用盖子开口部以固定的流量向下连续喷出的气体，从而施加向下的风压。

而且，如图1所示，围绕喷嘴2、气体通路形成用盖子3的周围安装有盖子5。盖子5覆盖在喷嘴下端垂下的熔融玻璃以及熔融玻璃落下的全部路径的喷嘴一侧的1/3～1/2空间的周围(路径侧面的全周)，另外盖子5的上部也被封闭。但是，盖子5的下方开口，以不阻断熔融玻璃落下的路径。通过盖子5来减少由外部气氛引起的干扰，例如降低喷嘴周围的上升气流，从而在盖子5内创造稳定状态的气氛。在盖子5内，从气体通路形成用盖子开口部喷出的气体恒定不变稳定向下流动。

在盖子5的外侧配置有高频感应线圈6，并使高频电流流过高频感应线圈6，从而对喷嘴进行高频感应加热。用耐热性绝缘体制作盖子5，以使其不被感应加热。石英玻璃等适于用作盖子5的材料。如果用这种透明的耐热性绝缘体制作盖子5，则还可以从外侧观察盖子5的内部。

当作用在垂下的熔融玻璃上的重力大于使熔融玻璃停留在喷嘴下端的力时，熔融玻璃落下。但是，在该方法中，只能得到由使熔融玻璃停留在喷嘴下端的力决定的质量的玻璃滴，而不能滴下更轻的玻璃滴。

但是，根据本实施例，因为垂下的熔融玻璃受到由气体的风压带来的向下的力，所以能够相应地得到更轻的玻璃滴。如果通过质量流量控制器等来控制气体流量以使气体流量恒定固定，则能够使玻璃滴的质量稳定。

落下的熔融玻璃由在喷嘴下方等待的成形模具接受。为了使玻璃滴的质量稳定，使得成形模具在将其接受熔融玻璃下端的接受面与喷嘴下端的距离保持恒定的情况下进行等待，接受落下的熔融玻璃的下端，并通过熔融玻璃到达接受面时的冲击而使玻璃在线状部分分离。图2示出了成形模具7的垂直截面。使用成形模具的玻璃滴接受面7-1接受滴下的玻璃滴。因为玻璃滴接受面7-1向同样设置在成形模具上面的凹入部7-2的方向倾斜，所以玻璃滴从接受面7-1滑入或滚入凹入部7-2中。

如图2所示，凹入部7-2的截面具有从下向上扩展成喇叭状的形状，在凹入部底部设有一个向上喷出气体的气体喷出口。导入凹入部的玻璃滴朝着凹入部底部一边沿凹入部内壁滚动一边下降，但是因为凹入部的内径随着下移而减小，所以玻璃滴越是下降，所受到的向上的风压就越来越强。其结果玻璃滴在凹入部内上升，但是，一旦上升，向上的风压就会变弱，因此一边沿凹入部内壁滚动一边下降。于是，再次受到向上的强烈的风压，从而玻璃滴在短时间内重复进行在凹入部内上升然后一边沿凹入部内壁滚动一边下降的运动。因为玻璃滴沿凹入部内壁滚动的方向是随机的，所以在重复上述运动的过程中玻璃滴一边形成为球状一边冷却，从而成形为球状预成形件。在冷却到预成形件不变形的温度时刻，取出凹入部内的预成形件，并以玻璃不破裂的速度冷却到室温。

通过使用多个成形模具来重复上述工序，能够批量生产出等质量的球状预成形件。这样，就得到了由以下预成形件构成的预成形件组，该预成形件由光学玻璃构成，具有期望质量，质量公差小，并且为球状。

(第二实施例)

接着，使用与上述方法完全相同的方法来批量生产球状的预成形件母材。表1示出了使用的玻璃、得到的母材的个数、平均质量、质量公差相对于平均质量的比例(质量公差/平均质量)、以及直径。对由这些预成形件母材构成的组进行退火，以减小应变，然后对其进行研磨，从而得到具有与表1所示的预成形件母材的质量公差相对于平均质量的比例相同值的预成形件组。

(第三实施例)

使用在第一、第二实施例中得到的各个预成形件组并通过精密模压成形而得到了具有在图3简要示出的截面形状的小型非球面透镜。在任何一个透镜中都没有发现破损，并且具有作为透镜的足够的光学性能。另外，各个透镜的侧缘8、凸缘状平坦部9是复制模压成形模具成形面而形成的，侧缘和凸缘状平坦部相交的棱是慢圆的自由表面。并且，确认了没有产生成形毛刺。

这些非球面透镜可以用作构成便携电话中内置的摄像装置的摄像光学***的透镜。将这样得到的透镜和除了形状以外通过完全相同的方法来制作的、具有作为定位基准面的侧缘和凸缘状平坦部的透镜组装到透镜固定器中，并在使定位基准面与固定器抵接的状态下进行固定，由此能够将各个透镜正确地排列在固定器中。

[比较例]

然后，使用表1所示的玻璃并利用与图1相同但没有盖子5的装置来制作表1所示的预成形件，结果得到了质量公差大、质量参差不齐的组。

使用所述预成形件组并通过与上述相同的方法来精密模压成形小型非球面透镜，结果出现了透镜的整个侧缘变成自由表面而不起定位基准面的作用，或者产生了成形毛刺从而导致模压成形模具不能滑动等等的问题。

[表1]

表1

Claims (16)

1.一种玻璃制预成形件组，由供于光学元件的精密模压成形的多个玻璃制预成形件构成，其特征在于，

所述玻璃制预成形件为球状，其平均质量为30mg以下，质量公差相对于所述质量的比例在±0.3％以内，

其中，所述玻璃中的SiO₂含量超过20％且为65％以下。

2.如权利要求1所述的玻璃制预成形件组，其特征在于，所述玻璃制预成形件用于精密模压成形具有以下表面的光学元件，该表面由在精密模压成形时通过复制模压成形模具的成形面而形成的面、以及自由表面构成。

3.一种玻璃制预成形件的制造方法，用于成形熔融玻璃来制作精密模压成形用的玻璃制预成形件，其特征在于，

使从喷嘴流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，并以固定的周期使垂下的熔融玻璃落下，从而获得熔融玻璃滴，

所述熔融玻璃滴在冷却的过程中成形为预成形件，并且

在至少用盖子覆盖着在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的周围并且封闭盖子的上部的状态下使所述熔融玻璃落下，

其中，所述玻璃中的SiO₂含量超过20％且为65％以下。

4.如权利要求3所述的玻璃制预成形件的制造方法，其特征在于，使接收落下的熔融玻璃的面与喷嘴下端的距离固定，并以固定的周期使所述熔融玻璃落下。

5.如权利要求3或4所述的玻璃制预成形件的制造方法，其特征在于，用绝缘体来构成所述盖子，并使高频电流流过配置在盖子的周围的高频线圈，从而对喷嘴进行高频感应加热。

6.如权利要求3或4所述的玻璃制预成形件的制造方法，其特征在于，重复进行成形玻璃制预成形件的工序，从而生产由多个玻璃制预成形件构成的玻璃制预成形件组。

7.一种玻璃成形体的制造方法，用于成形熔融玻璃来制作玻璃成形体，其特征在于，

使从喷嘴流出的熔融玻璃在喷嘴下端垂下，并以固定的周期使垂下的熔融玻璃落下，从而获得熔融玻璃滴，

所述熔融玻璃滴在冷却的过程中成形为玻璃成形体，并且

在至少用盖子覆盖着在喷嘴下端垂下的熔融玻璃的周围并且封闭盖子的上部的状态下使所述熔融玻璃落下，

其中，所述玻璃中的SiO₂含量超过20％且为65％以下。

8.如权利要求7所述的玻璃成形体的制造方法，其特征在于，重复进行成形玻璃成形体的工序，从而生产由多个玻璃成形体构成的玻璃成形体组。

9.一种玻璃制预成形件的制造方法，其特征在于，包括以下过程：使用权利要求7所述的方法来制作玻璃成形体，并对所述玻璃成形体的表面进行研磨，从而获得供于精密模压成形的玻璃制预成形件。

10.如权利要求9所述的玻璃制预成形件的制造方法，其特征在于，重复进行对玻璃成形体的表面进行研磨的工序，从而生产由多个玻璃制预成形件构成的玻璃制预成形件组。

11.一种光学元件的生产方法，从权利要求1或2所述的玻璃制预成形件组中取出预成形件，并进行加热、精密模压成形。

12.如权利要求11所述的光学元件的生产方法，其特征在于，进行以下精密模压成形：使用具有上模具、下模具、套筒模具的模压成形模具在玻璃上复制上模具、下模具、套筒模具的各个成形面，并使存在于通过复制上模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面之间的面、和/或存在于通过复制下模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面之间的面为自由表面。

13.一种光学元件的生产方法，从通过权利要求6所述的制造方法而生产的预成形件组中取出预成形件，并进行加热、精密模压成形。

14.如权利要求13所述的光学元件的生产方法，其特征在于，进行以下精密模压成形：使用具有上模具、下模具、套筒模具的模压成形模具在玻璃上复制上模具、下模具、套筒模具的各个成形面，并使存在于通过复制上模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面之间的面、和/或存在于通过复制下模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面之间的面为自由表面。

15.一种光学元件的生产方法，从通过权利要求10所述的制造方法而生产的预成形件组中取出预成形件，并进行加热、精密模压成形。

16.如权利要求15所述的光学元件的生产方法，其特征在于，进行以下精密模压成形：使用具有上模具、下模具、套筒模具的模压成形模具在玻璃上复制上模具、下模具、套筒模具的各个成形面，并使存在于通过复制上模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面之间的面、和/或存在于通过复制下模具成形面而形成的面与通过复制套筒模具成形面而形成的面之间的面为自由表面。