光學鏡片模造技術

1、光學鏡片模造技術前言：1: 傳統(tǒng)玻璃光學鏡片：2: 非球面鏡片：3: 玻璃材質非球面鏡片：4: 玻璃鏡片制作方法與制程數比：5: 模造加工方式：6: 模造加工設備：7:模造用玻璃特性與玻璃粗胚： 結語：5光學鏡片模造技術前言所謂玻璃鏡片模造加工法是先將玻璃素材加熱軟化，之后利用具有高精密表面的成型模具加壓轉寫制成非球面形狀。根本上模造加工法屬于熱作加工技術，模造非球面鏡片要求0.10.2mm以下的形狀精度，而且模造加工法是由許多關鍵技術構成。1:傳統(tǒng)玻璃光學鏡片傳統(tǒng)玻璃光學鏡片通常是利用高溫將玻璃素材溶化作成鏡片粗胚，之后經過研削、研磨制成球面狀鏡片。2: 非球面鏡片在光學領域中非球面鏡片具有

2、消除收差、可簡化系統(tǒng)鏡片數量，高性能，可小型化等優(yōu)點，不過非球面鏡片不易利用研削、研磨加工刊式大量制作，尤其是屬于冷作技術的研削加工，理論上幾乎無法獲得高精度非球面狀鏡片。3:玻璃材質非球面鏡片雖然塑料射出戌形法可以大量制作樹脂材質非球面鏡片，不過玻璃的高折射率、低復折射率、低色收差、耐高溫、高穩(wěn)定性等物理特性遠比樹脂鏡片優(yōu)秀，因此玻璃材質非球面鏡片一直被視為高附加價值光學組件。82年美國柯達首度將非球面模造光學鏡片應用于傳統(tǒng)相機，從此玻璃材質非球面鏡片正式進入消費性領域。4:玻璃鏡片制作發(fā)方法與制程數比（圖一）（T圖）是傳統(tǒng)球面玻璃鏡片的制作過程，相較之下 80年代發(fā)展的模造玻璃 加工法可簡

3、化其中大約十個制程，換言之，模造加上技術除了可改善作業(yè)環(huán)境之 外，更可迅速獲得大量的玻璃材質！非球面鏡片達到量產經濟效益。玻璃片裂作強方法輿裂程數比融在玻璃素材sn片粗胚第一面粗磨第二面粗暗第一面啃砂曲面加工退火速理清洗粘貼僖統(tǒng)加工法融化玻璃素材玻璃粗胚加熱成形退火鹿理調芯清洗模造法第一面峭砂第一面黜磨清洗粘貼如下將要深入探討模造加工法的精密成形設備、制程、玻璃特性、模具材料、模具加工、成形技術以及成形實例。5:模造加工方法：模造法可分為直接壓縮方式(direct prcss)W預熱壓縮方式(re-hcat press兩種, 直接壓縮方式將黏度為Pa從導管流出的溶融狀玻璃，流入溫度比玻璃轉移點

4、低 的精密金屬模具內壓縮成形：預熱壓縮方式是將黏度為Pa,表面涂有脫模劑的玻 璃粗胚預先加熱，之后放置于精密金屬模具內壓縮成形。6:模造加工設備(圖二)是日本東芝機械93年開發(fā)的玻璃鏡片模造機的結構，該成形機具有以 下特征： 利用紅外線燈管加熱，模具整體加熱均勻，且 .高達I u m以上之NC控制模具定位精度。 .可作10N高精度精度壓縮力控制。 .可作精密加熱、冷卻控制。.溫度維持性穩(wěn)定。6-1：如圖所示機臺上 方是被石英筒包覆的 成形室，外側周圍是由 紅外線燈管加熱器所 構成的加熱部與模具 驅動部：上、下模設于 成形室內，下模利用 NC控制上下脫、合模 動作，設于下力模具驅 動軸之測重器(

5、load cell),可檢測負載測并 將數據回饋(feed back)NC控制器調整 成形壓縮力。成形室內 填充氮氣防止模具氧 化，此外成形后的成品 與模具也是使用經過 精密流量控制的氮氣冷卻6-2:成形溫度與玻璃物性成形條件取決于成形溫度與玻璃物性兩關鍵要素。有關成形溫 度傳統(tǒng)方法是依照變形能量與冷卻收縮量決定設定值，不過東芝機械的模造 機具有模貝精密定位與可設定壓縮力等功能，所以 可制作高精度成品。（圖三）是玻璃的溫度與熱膨脹量的依存特性曲線，玻璃的溫度輿熱膨脹量的依存特性曲熟膨脹量(!_)涓唐m理論上低于轉移點Tg溫度的玻璃會受到破壞無法成形，屈服點At以上, 軟化點Sp附近的玻璃變形能

6、量很大，雖然這種特性的玻璃較易成形，不過隨 著溫度逐漸冷卻，成品的收縮量變得非常大，進而產生所謂的裂紋現象，導 致成品形狀精度大幅下跌。6-3:為彌補冷卻時玻璃的收縮量，東芝機械研發(fā)如（圖四）所 示二段式成形法，它的動作原理是在轉 移點Tg溫度附近，再次施加壓 縮減緩裂紋的發(fā)生，建和、取出r在戟北黠附近形成馥勘清散雌戟化黠附近再次蝴， 減少翟技二段成形法的勤作原理戟化蜀附近成形二段成彬法裂就很大二段成形法的效果敕化黠一段成形法形戕精度0.32 um二段成形法形戕精度0.08 urn6-4:（圖五）是利用二段式成形法制成的模造玻璃鏡片外觀，由圖可以清楚區(qū) 分改善后的成品形狀精度。126-5（圖六

7、）是美國柯達開發(fā)的直接壓縮成形模造機外觀，基本上它直接屋縮成形模造檄外覲甯熱器氯醴入口排氯口 耐熟玻璃罩加熱用圈成型模具模具固定座凰箱排氯口是將軟化點 Pa附近軟化 玻璃壓入模 具內，持續(xù)加 溫使玻璃與 成形模具溫 度相同，之后 加壓一直到 成品溫度降 至玻璃轉移 點以下為止， 才取出鏡片 成品。6-6（圖七）是直接壓縮成形的特性曲線圖成形循璟（cycle）特性曲6-7(下圖)是旋轉式模造法的模具構造，為了符合高精度肉厚、外徑、偏心度 等要求，因此加壓后至成品冷卻前，上模會隨著玻璃的收縮量微調相對位置， 如此便可獲得極高的面精度。旋式模造法的模具情造(b)加屋疇(a)加屋前 押板v下模 .7-

8、1模造用玻璃特性與玻璃粗胚玻璃鏡片模造成形加工時，為了防止模具氧化。通常是在非氧化環(huán)境 下作業(yè)。此外基于增加模具材料的選擇空間與使用壽命，以及降低模造成形溫 度等考慮，因此相關業(yè)者陸續(xù)開發(fā)模造成形用玻璃與玻璃粗胚。7-2:例如東芝機械就提供下列四種標準玻璃粗胚供客戶選擇(1 )球形粗胚(滴下法制成)。(2)光面球形粗胚(高精度之尺寸與重量)。(3)平板、圓柱形粗胚(已裁切、研磨加工過)。(4)半成品粗胚(球面鏡片欲加工成球狀或是板狀非球面鏡時用)。7-3。圖）是上述第（1 ）項球形玻璃粗胚的成形方法,球型玻璃粗胚的成形方法成型模具如圖所示從導管向下方流出的熔融狀玻璃，被高壓氣流托住形成無表面瑕

9、疵的球形玻璃粗胚 除此之外還可利用熱作技術，直接將熔融狀玻璃制成玻璃粗胚，但是不論使 用何種方式，玻璃粗胚的制作必需滿足低成本的基本要求。7-4典型的低軟化點玻璃可分為氟磷酸鹽系玻璃與鉛系玻璃兩種，前者不易作玻璃粗胚加工；后者含有鉛成份加工時會污染環(huán)境。 隨著模造玻璃軟 化點逐年降低，低軟化點玻璃粗胚對化學的耐久性也逐年下降，而熱膨漲系 數卻越來越大，使得模造成形時成品面臨容易破裂等困擾。HOYA的玻璃特性（M卷模造用玻璃）新聚中戟化黠模造用玻璃（上圖）是日本HOYA開發(fā)的模造成形用中軟化點玻璃的特性。結語 :模造成形時，由于玻璃的熔著與鉛的析出，造成材質為碳化硅之模貝表面產生網點狀凹痕傷害。模造成形用光學玻璃特性包含轉移點、屈服點、軟化點。使用高轉移點玻璃模造成形時必需加高模具溫度，相對的模具使用壽命會大幅降低，模具無法維持高表面精度，最