光学镜片模造技术

1、光学镜片模造技术前言：1: 传统玻璃光学镜片：2: 非球面镜片：3: 玻璃材质非球面镜片：4: 玻璃镜片制作方法与制程数比：5: 模造加工方式：6: 模造加工设备：7:模造用玻璃特性与玻璃粗胚： 结语：5光学镜片模造技术前言所谓玻璃镜片模造加工法是先将玻璃素材加热软化，之后利用具有高精密表面的成型模具加压转写制成非球面形状。根本上模造加工法属于热作加工技术，模造非球面镜片要求0.10.2mm以下的形状精度，而且模造加工法是由许多关键技术构成。1:传统玻璃光学镜片传统玻璃光学镜片通常是利用高温将玻璃素材溶化作成镜片粗胚，之后经过研削、研磨制成球面状镜片。2: 非球面镜片在光学领域中非球面镜片具有

2、消除收差、可简化系统镜片数量，高性能，可小型化等优点，不过非球面镜片不易利用研削、研磨加工刊式大量制作，尤其是属于冷作技术的研削加工，理论上几乎无法获得高精度非球面状镜片。3:玻璃材质非球面镜片虽然塑料射出戌形法可以大量制作树脂材质非球面镜片，不过玻璃的高折射率、低复折射率、低色收差、耐高温、高稳定性等物理特性远比树脂镜片优秀，因此玻璃材质非球面镜片一直被视为高附加价值光学组件。82年美国柯达首度将非球面模造光学镜片应用于传统相机，从此玻璃材质非球面镜片正式进入消费性领域。4:玻璃镜片制作发方法与制程数比（图一）（T图）是传统球面玻璃镜片的制作过程，相较之下 80年代发展的模造玻璃 加工法可简

3、化其中大约十个制程，换言之，模造加上技术除了可改善作业环境之 外，更可迅速获得大量的玻璃材质！非球面镜片达到量产经济效益。玻璃片裂作强方法舆裂程数比融在玻璃素材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贴僖统加工法融化玻璃素材玻璃粗胚加热成形退火鹿理调芯清洗模造法第一面峭砂第一面黜磨清洗粘贴如下将要深入探讨模造加工法的精密成形设备、制程、玻璃特性、模具材料、模具加工、成形技术以及成形实例。5:模造加工方法：模造法可分为直接压缩方式(direct prcss)W预热压缩方式(re-hcat press两种, 直接压缩方式将黏度为Pa从导管流出的溶融状玻璃，流入温度比玻璃转移点

4、低 的精密金属模具内压缩成形：预热压缩方式是将黏度为Pa,表面涂有脱模剂的玻 璃粗胚预先加热，之后放置于精密金属模具内压缩成形。6:模造加工设备(图二)是日本东芝机械93年开发的玻璃镜片模造机的结构，该成形机具有以 下特征： 利用红外线灯管加热，模具整体加热均匀，且 .高达I u m以上之NC控制模具定位精度。 .可作10N高精度精度压缩力控制。 .可作精密加热、冷却控制。.温度维持性稳定。6-1：如图所示机台上 方是被石英筒包覆的 成形室，外侧周围是由 红外线灯管加热器所 构成的加热部与模具 驱动部：上、下模设于 成形室内，下模利用 NC控制上下脱、合模 动作，设于下力模具驱 动轴之测重器(

5、load cell),可检测负载测并 将数据回馈(feed back)NC控制器调整 成形压缩力。成形室内 填充氮气防止模具氧 化，此外成形后的成品 与模具也是使用经过 精密流量控制的氮气冷却6-2:成形温度与玻璃物性成形条件取决于成形温度与玻璃物性两关键要素。有关成形温 度传统方法是依照变形能量与冷却收缩量决定设定值，不过东芝机械的模造 机具有模贝精密定位与可设定压缩力等功能，所以 可制作高精度成品。（图三）是玻璃的温度与热膨胀量的依存特性曲线，玻璃的温度舆热膨胀量的依存特性曲熟膨胀量(!_)涓唐m理论上低于转移点Tg温度的玻璃会受到破坏无法成形，屈服点At以上, 软化点Sp附近的玻璃变形能

6、量很大，虽然这种特性的玻璃较易成形，不过随 着温度逐渐冷却，成品的收缩量变得非常大，进而产生所谓的裂纹现象，导 致成品形状精度大幅下跌。6-3:为弥补冷却时玻璃的收缩量，东芝机械研发如（图四）所 示二段式成形法，它的动作原理是在转 移点Tg温度附近，再次施加压 缩减缓裂纹的发生，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， 减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:（图五）是利用二段式成形法制成的模造玻璃镜片外观，由图可以清楚区 分改善后的成品形状精度。126-5（图六

7、）是美国柯达开发的直接压缩成形模造机外观，基本上它直接屋缩成形模造檄外觐甯热器氯醴入口排氯口 耐熟玻璃罩加热用圈成型模具模具固定座凰箱排氯口是将软化点 Pa附近软化 玻璃压入模 具内，持续加 温使玻璃与 成形模具温 度相同，之后 加压一直到 成品温度降 至玻璃转移 点以下为止， 才取出镜片 成品。6-6（图七）是直接压缩成形的特性曲线图成形循璟（cycle）特性曲6-7(下图)是旋转式模造法的模具构造，为了符合高精度肉厚、外径、偏心度 等要求，因此加压后至成品冷却前，上模会随着玻璃的收缩量微调相对位置， 如此便可获得极高的面精度。旋式模造法的模具情造(b)加屋畴(a)加屋前 押板v下模 .7-

8、1模造用玻璃特性与玻璃粗胚玻璃镜片模造成形加工时，为了防止模具氧化。通常是在非氧化环境 下作业。此外基于增加模具材料的选择空间与使用寿命，以及降低模造成形温 度等考虑，因此相关业者陆续开发模造成形用玻璃与玻璃粗胚。7-2:例如东芝机械就提供下列四种标准玻璃粗胚供客户选择(1 )球形粗胚(滴下法制成)。(2)光面球形粗胚(高精度之尺寸与重量)。(3)平板、圆柱形粗胚(已裁切、研磨加工过)。(4)半成品粗胚(球面镜片欲加工成球状或是板状非球面镜时用)。7-3。图）是上述第（1 ）项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图所示从导管向下方流出的熔融状玻璃，被高压气流托住形成无表面瑕

9、疵的球形玻璃粗胚 除此之外还可利用热作技术，直接将熔融状玻璃制成玻璃粗胚，但是不论使 用何种方式，玻璃粗胚的制作必需满足低成本的基本要求。7-4典型的低软化点玻璃可分为氟磷酸盐系玻璃与铅系玻璃两种，前者不易作玻璃粗胚加工；后者含有铅成份加工时会污染环境。 随着模造玻璃软 化点逐年降低，低软化点玻璃粗胚对化学的耐久性也逐年下降，而热膨涨系 数却越来越大，使得模造成形时成品面临容易破裂等困扰。HOYA的玻璃特性（M卷模造用玻璃）新聚中戟化黠模造用玻璃（上图）是日本HOYA开发的模造成形用中软化点玻璃的特性。结语 :模造成形时，由于玻璃的熔着与铅的析出，造成材质为碳化硅之模贝表面产生网点状凹痕伤害。模造成形用光学玻璃特性包含转移点、屈服点、软化点。使用高转移点玻璃模造成形时必需加高模具温度，相对的模具使用寿命会大幅降低，模具无法维持高表面精度，最