專利名稱：光學部件保持構件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由陶瓷制成的光學部件保持構件和該光學部件保持構件的制造 方法。
背景技術：
帶有照相機的便攜式電話已經普及，并且照相機越來越多地被安裝在汽車中用于 倒行確認。對于構成被安裝在配備有照相機的便攜式電話和配備有照相機的汽車中的照相 機的攝像透鏡單元，需要相當高的可靠度。特別是，由于汽車全部在戶外使用并且便攜式電 話經常在戶外使用，因此必需提供在嚴酷的環(huán)境條件比如高溫、低溫和由溫度急劇變化引 起的熱震下的性能穩(wěn)定性和耐久性。因此，由受到溫度變化影響最小的陶瓷制成的透鏡保持構件已經吸引了注意。這里，作為保持光學部件比如透鏡的保持構件，報道了其中使用擁有低熱膨脹、 剛性和耐磨性并且顯示出黑色的Sposhmen或堇青石的陶瓷的情況(日本專利申請公布 2002-220277)。此外，例如，提出了用于保持光學部件的陶瓷，該陶瓷由于碳內容物和堇青 石基體(base)而顯示黑色(日本專利申請公布H11-343168)。另外，盡管沒有應用于光學部件保持構件，但是報道了通過使緊密堆積的陶瓷變 黑抑制了在燒結時的不均勻著色等。然而，在緊密堆積的陶瓷的情況下，燒結體的精度由于在燒結時大的收縮而變化， 這導致在例如其被用作需要高均勻性和高精度的光學部件保持構件時必須進行二次加工， 并且造成成本增加的問題等。此外，提出了一種這樣的技術，該技術通過結合使用多孔陶瓷部件的精密成型技 術能夠在實際應用中以低成本提供陶瓷制成的保持構件，所述多孔陶瓷部件在燒結后沒有 加工的情況下顯示出黑色(日本專利申請公布2007-238430)。另外，對于戶外應用，防止露點冷凝(dew condensation)是另一個重要的問題。日本專利申請公布2006-19894和2006-350187公開了使用可滲透材料用于構成 照相機裝置中的透鏡單元的部件來防止露點冷凝是有效的。但是，需要比如制造孔和將可 滲透材料設置在孔中的復雜步驟和特殊材料。其尺寸隨著溫度變化幾乎不變化的陶瓷對于實現性能相對環(huán)境變化的穩(wěn)定性是 有效的。但是，與現有技術類似，由于氣流的滲透性而難于進行其它處理和部件結合(part incorporation)，因為陶瓷具有高強度的同時易碎。因此，完全使用可滲透材料形成整體是一種有效的手段，因為它消除了后處理。但 是，不能完全使用常規(guī)材料整體上形成部件。此外，任何專利文獻均未描述在陶瓷脫脂和燒結工序中產生的孔隙以及孔隙帶來 的滲透性，并且也未論述露點冷凝的有效性。

發(fā)明內容
考慮到上述情形，本發(fā)明的目的是提供一種光學部件保持構件和該光學部件保持構件的制造方法，所述光學部件保持構件由陶瓷制成，該陶瓷具有防止露點冷凝的有效滲 透性。根據本發(fā)明的一個方面，光學部件保持構件由氮化硅陶瓷基復合材料制成，用于 保持光學部件，其中在氮化硅陶瓷基復合材料中含有碳化硅和鐵化合物，并且當在厚度 為Imm的氮化硅陶瓷基復合材料的樣品的兩個表面之間加有壓差為0. 4MPa的氣壓(air pressure)時，在1. 5cm2的有效氣流面積內按每分鐘計的氣流量(airflow volume)為50ml 以上。這里，證實了在由上述氮化硅陶瓷基復合材料制成的光學部件保持構件的情況 下，充分防止了露點冷凝，在所述氮化硅陶瓷基復合材料中，當在厚度為Imm的樣品的兩個 表面之間加有壓差為0. 4MPa的氣壓時，在1. 5cm2的有效氣流面積內按每分鐘計的氣流量 為50ml以上。根據本發(fā)明的另一方面，制造光學部件保持構件的方法是制造用于保持光學部件 的光學部件保持構件的方法，該光學部件保持構件由氮化硅陶瓷基復合材料制成，該氮化 硅陶瓷基復合材料通過氮化方法而制備，在該氮化方法中，在作為成型體的主要內含物的 硅和氮之間引起反應。為了獲得上述光學部件保持構件，進行將碳化硅粉末和氧化鐵粉末 混合到硅粉末中并且成型的氮化處理，之后作為主要內含物的硅在氮中被氮化，從而制備 出其中根據各自組成控制氣流量的氮化硅陶瓷基復合材料。這里，在制造光學部件保持構件的方法中，當制造成型體時，優(yōu)選的是制備混合 粉末，使得相對于硅粉末，混合碳化硅粉末和少于10質量％的氧化鐵Fe3O4粉末，并且將這 樣得到的混合粉末用于成型。優(yōu)選地，當制造成型體時，制備混合粉末，使得相對于硅粉末， 混合30質量％的碳化硅粉末和5質量％以下的氧化鐵Fe3O4粉末，并且將這樣得到的混合 粉末用于成型。更優(yōu)選地，在根據本發(fā)明的另一個方面的制造光學部件保持構件的方法中，通過 使用上述原料粉末并且通過使用在將有機粘合劑以適當量添加到原料粉末中后由注射成 型制造的成型體，之后通過移除有機粘合劑和其中作為主要內含物的硅在氮中被氮化的氮 化工序，可以獲得保持光學部件的光學部件保持構件，該光學部件保持構件由具有復雜形 狀的氮化硅陶瓷基復合材料制成，并且其中氣流量得到了控制。根據本發(fā)明，制造了一種光學部件保持構件，其由陶瓷制成，所述陶瓷具有防止露 點冷凝的有效滲透性。


圖1是示出配置有由陶瓷制成的透鏡保持器的透鏡單元的構造的圖；圖2是示出在向硅和碳化硅的混合材料中進一步添加氧化鐵時的通氣量 (permeable air volume)的圖；禾口圖3是示出在向硅和碳化硅的混合材料中進一步添加氧化鐵時的開孔比率的圖。
具體實施例方式下面描述本發(fā)明的示例性實施方案。圖1是示出配置有由陶瓷制成的透鏡保持器的透鏡單元的構造的圖。在圖1中示出的透鏡單元1配置有透鏡保持器10，并且透鏡保持器10具有中空部 100，中空部100具有物體側開口 101和圖像形成側開口 102。在透鏡保持器10的物體側外 圍上形成的是陽螺紋SR1。從物體側開口 101，將透鏡Ll至L4和間隔環(huán)SPl至SP3在沿著 光軸對準的同時插入。在這個實例中，透鏡Ll至L4和間隔環(huán)SPl至SP3交替地設置并依 次插入透鏡保持器10的中空部100內。備選地，存在具有以下這樣的構造的透鏡單元省 略間隔環(huán)SPl至SP3，并且每一個透鏡的定位是通過使得透鏡邊緣相互接觸來進行的。此外，在圖1中示出的透鏡單元1配置有保持器蓋11，該保持器蓋11用于保持插 入透鏡保持器10的中空部100內的透鏡Ll至L4和間隔環(huán)SPl至SP3，以從物體側開口 101 將它們固定。保持器蓋11具有裝配開口 110，其中插入有透鏡保持器10的物體側部分； 和光學開口 111，其用于暴露透鏡Ll的中央部分，所述透鏡Ll是在插入透鏡保持器內的多 個透鏡之中最接近于物體側插入的。在裝配開口 110內部的內壁上形成的是與陽螺紋SRl 嚙合的陰螺紋SR2。通過將陽螺紋SRl嚙合在陰螺紋SR2中，按壓被設置在最接近物體側的 位置上的透鏡Ll的物體側表面的邊緣。組裝圖1的透鏡單元1，使得保持器蓋11按壓透鏡保持器10中的透鏡Ll至L4和 間隔環(huán)SPl至SP3朝向圖像形成側開口。這里，考慮到將透鏡單元1安裝在汽車中，將陶瓷用于透鏡保持器10并且將玻璃 透鏡用于透鏡Ll至L4。而且，另外對于保持器蓋11，也使用與透鏡保持器10的陶瓷相同 質量的陶瓷。另外，在該實例中，也使用由陶瓷制成的間隔環(huán)SPl至SP3。在圖1的這個實例中，透鏡保持器10 (或透鏡保持器10和保持器蓋11的組合) 對應本發(fā)明的光學部件保持構件的一個實例。對于透鏡保持器10和保持器蓋11，使用含有碳化硅和鐵化合物的氮化硅陶瓷基 復合材料。這種燒結的氮化硅基陶瓷的線性膨脹系數為約3 X 10_6，并且?guī)缀醯扔谧鳛橥哥R Ll至L4的材料的玻璃的線性膨脹系數(5-10X 10_6)。此外，間隔環(huán)SPl至SP3由具有鋯的 陶瓷作為原料制成，并且其線性膨脹系數為約8-11 X ΙΟ"6,這幾乎也等于玻璃的線性膨脹系 數(5-10X10-6)。如所述的，在圖1中示出的透鏡單元1的情況下，對于透鏡單元1中包括的透鏡保 持器10、保持器蓋11、透鏡Ll至L4和間隔環(huán)SPl至SP3中的任一個，使用其線性膨脹系數 顯著小并且也幾乎彼此相等的材料，從而實現可在寬范圍的溫度環(huán)境中使用的結構體。順帶提及，用于透鏡保持器10和保持器蓋11的燒結氮化硅基陶瓷為多孔陶瓷，并 且當在厚度為Imm的樣品的兩個表面之間加有壓差為0. 4MPa的氣壓時，在1. 5cm2的有效 氣流面積內按每分鐘計的通氣量為50ml以上。由于這種多孔性的滲透性，還有效地防止了 露點冷凝。實施例下面，將通過用于尋找適用于上述透鏡保持器10 (或，透鏡保持器10和透鏡蓋11) 的材料的一系列實驗的說明來解釋本發(fā)明的實施例。圖2是示出氮化硅陶瓷基復合材料的通氣量的圖，該氮化硅陶瓷基復合材料是通過以下工序得到的將其中氧化鐵Fe3O4粉末進一步添加到硅粉末和碳化硅粉末中的混合 粉末成型，然后將硅在氮中氮化。該圖顯示通氣量相對于添加的Fe3O4的比率的變化。順帶提及，這里用于測量的陶瓷基化合物的各種類型的測量結果是通過使用測量 設備得到的結果，該測量設備對于厚度為Imm并且直徑為14mmcp的圓盤樣品(disc)具有 1. 5cm2的有效氣流面積，該圓盤樣品是通過以下方法得到的將有機粘合劑添加到上述原 料粉末中，進行注射成型以制備板狀成型體，然后脫脂并且氮化成型體。測量設備通過用 0環(huán)固定樣品進行測量樣品，且具有13.8 mmq>的有效氣流范圍，當將有效氣流范圍換算為 有效氣流面積時，這對應1. 5cm2的有效氣流面積。下面，材料比率的％全部指質量％。圖2中的橫軸表示在厚度為Imm的燒結板構件的2個表面之間增加的氣壓(MPa)， 而縱軸表示按每分鐘計的氣流量(HiL)。圖2示出由各種改變氧化鐵Fe3O4粉末相對于混合材料的添加比率的材料制成的 燒結體的通氣量，該混合材料由70%硅和30%碳化硅制成。例如，“氧化鐵+5%”表示由70%硅和30%碳化硅制成的混合材料占95%，而氧 化鐵Fe3O4占5%。另外，在圖2中的“硅和碳化硅30%”表示氧化鐵為0% (未混合)，而 “只有硅”表示硅為100%，而不含碳化硅和氧化鐵。此外，圖3是示出氧化鐵進一步添加到硅和碳化硅的混合材料中時的開孔率的 圖。與圖2類似，圖3示出改變進一步添加到70%硅和30%碳化硅的混合材料中的氧 化鐵Fe3O4的比率的各種材料的燒結體的開孔率。圖3中的橫軸表示氧化鐵Fe3O4的添加量(質量％)，而縱軸表示開孔率(％ )。當Fe3O4的添加量增加時，開孔率在添加量小時隨著添加量的增加而急劇下降，之 后溫和地下降，如圖3中所示。但是，通氣量隨著添加量增加而急劇下降，如圖2中所示，并 且當“氧化鐵Fe3O4的添加量為10%時”，通氣量接近為0。這里，足夠的防止露點冷凝的性能是在圖1所示的透鏡單元1由圖1所示的透鏡 保持器11和保持器蓋12組裝時獲得的，所述透鏡保持器11和保持器蓋12是由氮化硅陶 瓷基復合材料制成的，該氮化硅陶瓷基復合材料是通過以下方法得到的使用“5%的氧化 鐵Fe3O/的原料粉末，向其中添加有機粘合劑，然后將其進行注射成型，脫脂和氮化。圖2和3示出改變氧化鐵Fe3O4粉末相對于70 %硅粉末和30 %碳化硅粉末的添加 量的實例。備選地，通過改變硅粉末和碳化硅粉末混合的混合比率，同時保持氧化鐵Fe3O4 粉末的添加量恒定，可以調節(jié)通氣量。但是，在如圖2中所示在混合粉末中，包含在該混合 粉末中的氧化鐵Fe3O4粉末的量為10%時，這樣得到的氮化硅陶瓷基復合材料的氣流受到 阻礙，因此優(yōu)選在混合粉末中所含的氧化鐵Fe3O4粉末的量低于10%。更優(yōu)選地，添加到70 %硅粉末和30 %碳化硅粉末中的氧化鐵Fe3O4粉末的量在混 合材料中為5%以下。
權利要求
一種用于保持光學部件的光學部件保持構件，所述光學部件保持構件由氮化硅陶瓷基復合材料制成，其中在所述氮化硅陶瓷基復合材料中含有碳化硅和鐵化合物，并且當在厚度為1mm的所述氮化硅陶瓷基復合材料的樣品的兩個表面之間加有壓差為0.4MPa的氣壓時，在1.5cm2的有效氣流面積內按每分鐘計的氣流量為50ml以上。
2.根據權利要求1所述的光學部件保持構件，其中在所述氮化硅陶瓷基復合材料中含 有的所述鐵化合物為硅化鐵。
3.—種制造光學部件保持構件的方法，其中所述光學部件保持構件包含氮化硅陶瓷基 復合材料，所述氮化硅陶瓷基復合材料通過以下方法制備將碳化硅粉末和氧化鐵粉末混 合至硅粉末中以獲得混合粉末，并且通過使用獲得的混合粉末制備成型體，并且通過與氮 的反應而氮化，并且在所述氮化硅陶瓷基復合材料中含有碳化硅和鐵化合物，并且當在厚度為Imm的所述 氮化硅陶瓷基復合材料的樣品的兩個表面之間加有壓差為0. 4MPa的氣壓時，在1. 5cm2的 有效氣流面積內按每分鐘計的氣流量為50ml以上。
4.根據權利要求3所述的制造光學部件保持構件的方法，其中當制備所述混合粉末 時，添加氧化鐵Fe3O4粉末，使得所述Fe3O4粉末少于所述硅粉末和所述碳化硅粉末的總量的 10質量％，并且使用這樣得到的混合粉末。
5.根據權利要求3所述的制造光學部件保持構件的方法，其中當制備所述混合粉末 時，將氧化鐵Fe3O4粉末添加到所述硅粉末中，使得所述Fe3O4粉末等于或少于原料粉末的總 量的5質量％，并且使用這樣得到的混合粉末，所述原料粉末是將30質量％碳化硅粉末添 加到所述硅粉末中而獲得的。
6.根據權利要求3所述的制造光學部件保持構件的方法，其中使用所述混合粉末通過 注射成型制備成型體。
7.根據權利要求4所述的制造光學部件保持構件的方法，其中使用所述混合粉末通過 注射成型制備成型體。
8.根據權利要求5所述的制造光學部件保持構件的方法，其中使用所述混合粉末通過 注射成型制備成型體。全文摘要
本發(fā)明涉及一種由陶瓷制成的光學部件保持構件及其制造方法，并且提供防止露點冷凝的有效滲透性。該光學部件保持構件由氮化硅陶瓷基復合材料制成，用于保持光學部件，該氮化硅陶瓷基復合材料通過其中使硅與氮反應的氮化方法制備。通過使用含有碳化硅和鐵化合物的氮化硅陶瓷基復合材料，當在厚度為1mm的氮化硅陶瓷基復合材料的樣品的兩個表面之間加有壓差為0.4MPa的氣壓時，在1.5cm2的有效氣流面積內實現了按每分鐘計50ml以上的氣流量，并且獲得了具有防止露點冷凝的有效滲透性的光學部件保持構件。
文檔編號G02B7/00GK101962296SQ20101020010
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者北英紀, 日向秀樹, 瀧郁夫, 田中康則 申請人:富士膠片株式會社;富士能株式會社