專利名稱：透鏡坯和透鏡的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為用于制造玻璃制光學透鏡的主要材料的透鏡坯的 制造方法、和使用這樣的透鏡坯來制造透鏡的透鏡制造方法。
背景技術(shù)：
作為玻璃制透鏡的制造方法，公知有^^用 一對模具把軟化狀態(tài)的玻璃擠壓成形的方法。而且，玻璃的擠壓成形法可大體分成通過擠壓成 形來制作被稱為透鏡坯的具有與透鏡形狀近似的形狀的擠壓成形品，通 過研削、研磨該擠壓成形品來形成透鏡的光學機能面的方法(以下將稱 為"擠壓研磨法")、以及通過擠壓成形來形成透鏡的光學機能面的方法 (以下將稱為"精密擠壓成形法，，)。在玻璃的擠壓成形法這一點上這兩種方法是相同的，但最大的區(qū)別 是， 一個是通過研磨來形成光學機能面，另一個是通過擠壓成形來形成 光學機能面。對于精密擠壓成形法而言，制作由一個透鏡量的玻璃構(gòu)成并被稱為 壓塊的玻璃塊，將該壓塊加熱、升溫到上述玻璃為106~1012dPa s的 粘度的溫度，利用擠壓成形模具進行擠壓，形成透鏡形狀，然后，在模 具閉合的狀態(tài)(玻璃未與模具分離的狀態(tài))下，把玻璃和模具一同冷卻 到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近，然后，打開模具把玻璃與模具分離，取出成形 品。這樣，之所以在合模狀態(tài)下進行冷卻，是為了防止因收縮而造成擠 壓成形了的光學機能面的面精度下降。另外，擠壓研磨法由于是通過研磨加工來形成光學機能面，所以不 需要像精密擠壓成形法那樣在從模具中取出時，必須對成形品進行一定 時間的冷卻。從產(chǎn)量、盡可能簡化擠壓成形裝置來降低制造成本方面考 慮，倒是擠壓研磨法更具有優(yōu)勢。例如在由下模、上模、中體模構(gòu)成擠壓成形模具的情況下，在多個 擠壓成形模具中共用1個上模，并且把軟化狀態(tài)的玻璃料(粘度為l~103dPa s左右的狀態(tài))配置在被嵌入中體模內(nèi)的下模上，把其移送 并使其停留在上模在上方待機的位置(以下將稱為"擠壓位置")，然后 使上模下降，來利用上下模擠壓玻璃料。擠壓時間是大約數(shù)秒以內(nèi)的非 常短暫的時間，因而與精密擠壓成形的擠壓時間(大約數(shù)十秒)形成對 比。然后，在把玻璃料形成為透鏡坯形狀后，進行上模與玻璃之間的分 模，在下模上將擠壓成形品冷卻，然后把擠壓成形品放入退火爐中進行 退火。在取出了擠壓成形品的下模上，再次供給玻璃料，移送到擠壓位 置來進行玻璃的擠壓。這樣，對每個下模連續(xù)地進行上述工序，來批量 生產(chǎn)透鏡坯。擠壓研磨法和緊密擠壓成形法的概要內(nèi)容如上說明的那樣，在專利 文獻l、 2中記載了其中的一例。專利文獻l:日本特開平1 - 257140號公報專利文獻2:日本特開2003 - 34541號公報這里，緊密擠壓成形法與擠壓研磨法相比，其是以高壓力擠壓高粘 度的玻璃，經(jīng)過一定的時間形成所希望的形狀的方法。因此，不太適合 大型的透鏡的形成。對此，擠壓研磨法由于是擠壓低粘度的玻璃，所以可以使擠壓前后 的玻璃的形狀發(fā)生大的改變，因而能夠以高生產(chǎn)效率來制造用于制作大 型透鏡的透鏡坯。另外，近年來在制作大型透鏡坯時，以下的問題越來越突出。即， 一般的情況下，在擠壓成形后，雖然把透鏡坯放入被稱為LAIA 爐的連續(xù)式退火爐中，但當通過對退火后的透鏡坯的檢查時，發(fā)現(xiàn)多數(shù) 的透鏡坯都出現(xiàn)了與所希望的形狀的偏差。而且，即使對這樣的透鏡坯 進行研磨，也不能達到所希望的透鏡形狀，或者必須形成比通常還稍大 的透鏡坯，在通過研削修整透鏡坯的形狀后，再進行光學機能面的形成 加工，因而，損害了采用擠壓研磨法的實際意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是以解決上述問題為目的而形成的發(fā)明，其目的是提供一種即使是大型的透鏡坯也能夠生產(chǎn)所希望形狀的透鏡坯的透鏡坯制造 方法、以及能夠使用根據(jù)該方法制作的透鏡坯來生產(chǎn)所希望形狀的透鏡 的透鏡制造方法。本發(fā)明的發(fā)明人們，為了調(diào)查上述的透鏡坯的形狀成為不良的原 因，對退火后的透鏡坯(以下將稱為"最終樣品，，)、和退火前的透鏡坯 (以下將稱為"熱樣品")的形狀進行了測定，發(fā)現(xiàn)雖然把熱樣品形成 為所希望的透鏡坯形狀，但最終樣品的形狀卻處于規(guī)格以外。根據(jù)該結(jié) 果得知，這是因為在退火中透鏡坯發(fā)生變形而造成上述的不良情況。通 過對該結(jié)果進行進一步的研究，得出了以下的結(jié)"^。在把擠壓成形后的透鏡坯從擠壓成形模具中取出時，雖然上述坯料 的內(nèi)部，尤其是厚壁部內(nèi)部的溫度比玻璃化轉(zhuǎn)變溫度還高，但表面和薄 壁部已經(jīng)成處于固化的狀態(tài)。因此，在取出時即使被施加了外力，透鏡 坯也不會變形。而且，如果在這樣的狀態(tài)下把透鏡坯冷卻到室溫，則形 狀被保持為由擠壓所形成的形狀。另外，若把透鏡坯在擠壓成形后立即放入退火爐，則由于形成了對 透鏡坯的保溫，所以使坯料的冷卻速度遲緩。而且，透鏡坯中心部所保 有的熱變得不容易從坯料表面散熱，使得熱滯留在坯料表面，從而使粘 度下降。其結(jié)果，使坯料軟化成為容易變形的狀態(tài)。透鏡坯的退火，是把透鏡坯放置在平面上，為了除去、減少透鏡坯 內(nèi)部的變形，或調(diào)整玻璃的折射率，需要使透鏡坯的溫度經(jīng)過長時間逐 漸下降。因此，在透鏡坯內(nèi)部，由于在自重的作用下產(chǎn)生以其與上述平 面的接點為中心的扭矩，所以透鏡坯漸漸變形，在退火結(jié)束后，形成超 過了容許范圍的變形。為了避免這樣的事態(tài)，可以考慮在被載置在模具上的狀態(tài)下進行退 火，但如上述那樣，由于擠壓研磨法的優(yōu)點是能夠用有限數(shù)量的模具批 量生產(chǎn)透鏡坯，所以損害了采用該方法的實際意義。因此，本發(fā)明的發(fā)明人們，根據(jù)透鏡坯的變形的根本原因是退火開 始時的透鏡坯內(nèi)部與表面的溫度差、以及厚壁部與薄壁部的溫度差的情 況，想到了若在降低了該溫度差后開始退火，則可以解決透鏡坯變形的問題。例如，在擠壓成形后，只要對透鏡坯的厚壁部通過吹風等促進冷 卻，就能夠選擇性低促進厚壁部的冷卻。但是，能夠使用該方法的只有與透鏡坯的分模的面，對未分模的面 不適用該方法。本發(fā)明的發(fā)明人們通過反復研究，想到了為了在分模前 的狀態(tài)下促進透鏡坯的冷卻，只要使厚壁部與模具的接觸面中的熱傳導 比薄壁部與模具的接觸面中的熱傳導大即可。本發(fā)明是基于這樣的出發(fā)點而完成的發(fā)明，作為用于解決本發(fā)明的 課題的方法，提供以下的方法。即，本發(fā)明涉及的透鏡坯的制造方法，其至少經(jīng)過擠壓成形工序和 退火工序來制造透鏡坯，該透鏡坯通過實施包含研磨的二次加工而形成 透鏡，在上述擠壓成形工序中，使用在形成上述透鏡坯的主表面的成形 面上設(shè)置有凹部和/或凸部的擠壓成形模具，來對被加熱成比上述擠壓 成形模具的溫度高的、呈軟化狀態(tài)的玻璃進行擠壓成形，由此把上述成 形面轉(zhuǎn)印在上述透鏡坯的主表面上，同時轉(zhuǎn)印上述凹部和/或凸部，并 且使該凹部和/或凸部僅存在于上述透鏡坯主表面的通過上述二次加工 被除去的加工余量內(nèi)。根據(jù)作為這樣的方法的本發(fā)明的透鏡坯的制造方法，可增大成形面 與透鏡坯的接觸面積，提高從剛擠壓成形之后的透鏡坯向成形模具的熱 傳導，促進接觸面中的透鏡坯的冷卻，由此，不會因退火而降低形狀精 度，可制造出具有所希望的形狀的透鏡坯。另外，本發(fā)明涉及的透鏡坯的制造方法，在上述透鏡坯具有厚壁部 和薄壁部的情況下，由于厚壁部內(nèi)部的溫度與薄壁部內(nèi)部的溫度相比不 容易下降，所以，優(yōu)選釆用在上述擠壓成形模具的成形面中，并且在用 于形成相當于上述厚壁部的部分的部位上，設(shè)置回部和/或凸部，以增 加該部位與相當于上述厚壁部的部分的接觸面積的方法，來促進厚壁部 的冷卻。另外，作為本發(fā)明涉及的透鏡坯的制造方法的其他方式，也可以是 如下所述的方法，即，其至少經(jīng)過擠壓成形工序和退火工序來制造具有 厚壁部和薄壁部的透鏡坯，該透鏡坯通過實施包含研磨的二次加工而形成透鏡，在上述擠壓成形工序中，使用具有形成上述透鏡坯主表面的成 形面的擠壓成形模具，對被加熱成比上述擠壓成形模具的溫度高的、呈 軟化狀態(tài)的玻璃進行擠壓成形，在上述透鏡坯的主表面上轉(zhuǎn)印了上述成 形面后，相比相當于上述薄壁部的部分與上述成形面之間的接觸面中的 冷卻，更促進相當于上述厚壁部的部分與上述成形面之間的接觸面中的 冷卻，以該方式對透鏡坯進行冷卻，然后，從上述成形模具中取出上述 透鏡坯，并使其經(jīng)過退火工序。另外，本發(fā)明涉及的透鏡坯的制造方法，可以制作直徑為30mm以 上的透鏡坯。直徑越大，在透鏡坯中越容易產(chǎn)生大的溫度差，但根據(jù)本發(fā)明，即 使在制作直徑為30mm以上的透鏡坯的情況下，也可以減小溫度差、防 止并減小退火時的變形。另外，本發(fā)明涉及的透鏡的制造方法，對釆用上述的透鏡坯的制造 方法制造的透鏡坯，實施包含研磨的二次加工來制成透鏡。根據(jù)作為這樣的方法的本發(fā)明的透鏡的制造方法，可高效率制造出 具有所希望的形狀的透鏡。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，不會因退火而降低形狀精度，可制造出具 有所希望的形狀的透鏡坯，并且，可使用該透鏡坯高效率地制造具有所 希望的形狀的透鏡。


圖l是表示透鏡坯的一例的剖面形狀的說明圖。圖2是表示擠壓成形模具的一例的垂直剖面的說明圖。圖3是在圖2中用點劃線包圍的部分的放大圖。圖中1-透鏡坯；2-厚壁部；3-薄壁部；10-上模；10a-上 模成形面；20-模具；21-下模；21a-下模成形面；30-同心圓狀 槽組。
具體實施方式
下面，將對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。透鏡坯的制造方法本發(fā)明涉及的透鏡坯的制造方法至少包括使用具有形成透鏡坯的 主表面的成形面的擠壓成形模具，對被加熱成比擠壓成形模具的溫度高 的、處于軟化狀態(tài)的玻璃進行擠壓成形的擠壓成形工序；和用于通過緩 和成形后的殘留應力來除去變形等的退火工序，本發(fā)明包括以下將要說 明的第1實施方式和第2實施方式。這里，所謂透鏡坯，是指通過實施包括研磨的二次加工，形成最終 制品的透鏡的玻璃成形體，即具有與作為最終制品的透鏡的形狀近似的 形狀的中間制品。而且，這樣的透鏡坯具有形成透鏡的部分、和通過上 述二次加工除去的部分(以下將稱為"加工余量")。第1實施方式首先，將對本發(fā)明涉及的透鏡坯的制造方法的第1實施方式進行說 明。在本實施方式中，在擠壓成形工序中，使用在形成透鏡坯的主表面 的成形面上設(shè)有凹部和/或凸部的擠壓成形模具，對被加熱成比擠壓成 形模具的溫度高的、處于軟化狀態(tài)的玻璃料進行擠壓成形，由此把擠壓 成形模具的成形面轉(zhuǎn)印在透鏡坯的主表面上，并且以使其僅存在于透鏡 坯的主表面的加工余量范圍內(nèi)的方式，轉(zhuǎn)印被設(shè)在成形面上的凹部和/ 或凸部。軟化狀態(tài)的玻璃料，例如，能夠從流出的熔融玻璃中分離出透鏡坯 的成形所必要的量的熔融玻璃塊來獲得。另外，也可以通過把透鏡坯的 成形所必要量的固化的玻璃塊加熱、軟化來獲得。采用前者的方法獲得的熔融玻璃塊的溫度急速下降，在處于軟化狀 態(tài)時進行擠壓成形。該方法被稱為直接擠壓，對采用后者的方法軟化的 玻璃料擠壓成形的方法稱為再加熱擠壓。直接擠壓在直接擠壓中，從連續(xù)流出的熔融玻璃流中陸續(xù)地分離出熔融玻璃 塊來進行擠壓成形。因此，把多個下模陸續(xù)地移送到熔融玻璃流的下方 并且使其停留，接受熔融玻璃流的前端，然后，使用被稱為切斷機的切 刀把熔融玻璃流切斷。這樣，就把l個透鏡坯量的熔融玻璃塊供給到下 模上。另外，把被供給熔融玻璃塊的下模停留位置稱為澆鑄位置。把承載了熔融玻璃塊的下模從澆鑄位置搬出，移送到在上方有上模 待機的被稱為擠壓位置的停留位置，并使其停留在該位置。在此過程中， 使熔融玻璃塊的溫度下降，從而成為適合于擠壓成形的軟化狀態(tài)的玻璃 料。在擠壓位置上，使上模下降，利用下模、上模對玻璃料進行擠壓成 形。在使用中體模的情況下，可以把下模嵌入中體模中，以使下模和中 體模一同移送，并使其停留，也可以把上模嵌入中體模中，以使上模和 中體模一同移送，并使其停留。擠壓成形模具雖然由下模和上模構(gòu)成，在使用中體模的情況下，由 下模、上模、和中體模構(gòu)成。被上下模擠壓了的玻璃，在由上下模的成 形面所包圍的空間(在使用中體模的情況下，是由上下模的成形面與中 體模所包圍的空間)中被擠壓延伸，從而形成透鏡坯。然后，把上模分 離，返回到上方的待機位置，把承載了透鏡坯料的下模從擠壓位置搬出。另外，在直接擠壓中，對粘度為l 10sdPa s左右的狀態(tài)的玻璃料 進行擠壓成形。擠壓時間，雖然根據(jù)透鏡坯的大小而不同，但一般小于 10秒。然后，把透鏡坯冷卻到不變形的溫度，在下模停留在透鏡坯取出位 置的期間，將其從下模中取出并放入退火爐中。成形了的透鏡坯一般是 通過被稱為LEIA的連續(xù)式退火爐內(nèi)進行退火，從而形成去除了變形的 透鏡坯。在取出了透鏡坯后，下模被再次移送到澆鑄位置，反復進行上述的 工序。各下模通過順序地反復進行上述工序，把從連續(xù)地流出的熔融玻 璃，陸續(xù)地形成透鏡坯。在生產(chǎn)同一規(guī)格的透鏡坯時，希望確定固定的玻璃料的重量和在下 模上的供給時的溫度、從把玻璃料供給到下模上直到開始擠壓成形的時 間、以及擠壓成形所用的時間等。為此，優(yōu)選地，把熔融玻璃的流出速 度維持一定，并且把分離熔融玻璃的周期固定，同步地進行各個下模的 移送、停留。作為具體例，把多個例如6 20個下模配置在以旋轉(zhuǎn)臺的移旋轉(zhuǎn)軸 為中心的圓周上，使旋轉(zhuǎn)軸分度旋轉(zhuǎn)，把各下模順序移送、并使其停留 在澆鑄位置、擠壓位置、透鏡坯取出位置等。再加熱擠壓再加熱擠壓是，把熔融玻璃澆鑄到鑄模中形成玻璃塊、玻璃板、玻 璃棒等，在退火后，通過進行切斷或割斷來制作成被稱為切片的玻璃片， 把該切片直接或進行了磨邊、滾筒研磨、或研削、研磨后，作為玻璃料 使用，在加熱、軟化后進行擠壓成形。再加熱擠壓也使用多個下模，在下模上配置玻璃料，并經(jīng)過被稱為 軟化爐的加熱爐內(nèi)。由配置在軟化爐內(nèi)的加熱器，玻璃料和下模在通過 軟化爐內(nèi)的期間被加熱，使玻璃料成為軟化狀態(tài)。載置有軟化的玻璃料的下模通過軟化爐，被送到擠壓位置，使在擠 壓位置的上方待機的上模下降，通過上下模擠壓玻璃，使玻璃在上下模 成形面之間的空間內(nèi)延展，形成透鏡坯。再加熱擠壓與直接擠壓同樣地 也可以使用中體模。另外，在再加熱擠壓中，對粘度為104dPa 's 10"dPa s、優(yōu)選地， 粘度為104dPa s 1054dPa s的玻璃料進行擠壓成形。關(guān)于擠壓時間 大約與直接擠壓的情況相同。在擠壓成形后，上模在原來的位置待機，把在下模上成形的透鏡坯 冷卻，在成為受外力不會變形的溫度時，從下模上取出，放入退火爐內(nèi) 進行退火。在取出透鏡坯而成為空載的下模上，再次供給玻璃料，進行 加熱、軟化，和擠壓成形。通過使用多個下模順序進行以上的工序，可以批量生產(chǎn)透鏡坯。在上述的直接擠壓和再加熱擠壓的任意一種中，對于擠壓成形模具的材料而言，可以使用FCD450等鑄鐵、或SUS303等不銹鋼等^S知的 耐熱性模具材料。另外，在直接擠壓和再加熱擠壓的任意一種中，都是把擠壓成形后 的透鏡坯，使其在下模上并且處于與上模分離的狀態(tài)下進行冷卻。在本 實施方式中，這樣的狀態(tài)可促進透鏡坯的厚壁部的冷卻。為了促進厚壁部的冷卻，雖然也可以對與上模分離了的透鏡坯的厚 壁部表面進行冷卻氣體的吹風，但如果要只通過冷卻氣體的吹風來使厚 壁部的溫度下降到充分的低，則必須進行冷卻氣體的強烈吹風，因而冷 卻氣體的風壓將導致透鏡坯表面產(chǎn)生了凹陷。因此，本實施方式使用在下模成形面和/或上模成形面上形成有凹部 和/或凸部的擠壓成形模具，該下模成形面和/或上模成形面是用于擠壓 成形透鏡坯的主表面的成形面，該透鏡坯的主表面最終要被加工成透鏡 的光學機能面。而且，在擠壓成形工序中，把設(shè)在成形面上的凹部和/ 或凸部轉(zhuǎn)印在玻璃料上。這樣，設(shè)在成形面上的凹部和/或凸部一直到分模時為止保持與透鏡 坯(玻璃料)的緊密接觸的狀態(tài)。因此，雖然透鏡坯的整體形狀本身沒 有變化，但成形面與透鏡坯的接觸面積，卻比在成形面上未設(shè)置凹部和 凸部的情況大。例如，在以成形面的中心點為中心同心圓狀地形成多條槽的情況 下，從上述同心圓的徑向所觀察到的槽的剖面形狀，如果是以2邊為斜 面、l邊為開口部的正三角形，則通過形成這樣的槽，能夠使成形面與 透鏡坯(玻璃料)的接觸面積增大到2倍。另外，在如上所述地設(shè)置了槽的情況下，還可以把槽本身視為凹部， 也可以把槽與槽之間的部分視為凸部。本實施方式由于是對處于比擠壓成形模具的溫度高的高溫的、軟化 狀態(tài)的玻璃料進行擠壓成形，所以擠壓成形模具的溫度被保持為比剛擠 壓成形后的透鏡坯的溫度低的溫度。因此，通過增加上述接觸面積，可 提高從透鏡坯向成形模具的熱傳導，可以促進透鏡坯的在接觸面上的冷卻。由此，在后續(xù)進行的退火工序中不會造成形狀精度的下降，從而可 制造具有所希望形狀的透鏡坯。這里，被轉(zhuǎn)印在透鏡坯上的凹部和凸部，是在最終制品的透鏡上沒 有的部分，凹部和凸部不會反映在透鏡的形狀上。在從與成形面垂直的 方向觀察時的凹部、凸部在俯視面上的大小(以下將稱為"俯視面上的 大小"，在上述的槽的例子中，是槽的寬度，即上述剖面中的開口部的 長度)，與成形面整體的大小相比充分小，例如，優(yōu)選地，凹部、凸部在俯視面上的大小在lmm以下，更優(yōu)選地，在0.7mm以下。另外，如 果凹部、凸部的俯視面上的大小過于小，則玻璃不容易進入凹部，使上 述冷卻促進效果降低，因此，優(yōu)選地，凹部、凸部的大小分別在0.2mm 以上，更優(yōu)選地，在0，4mm以上。優(yōu)選地，凹部的深度、凸部的高度分別是0.1 lmm，更優(yōu)選地，是 (U 0.5mm。在凹部與凸部相鄰接的情況下，把凸部與凹部的高^f氐差視 為凹部的深度或者凸部的高度。如果上述高度或深度過大，則由于必須 增加必要以上的加工余量，由此增加了包括研磨的加工作業(yè)和時間，并 增加了不能構(gòu)成透鏡而廢棄的加工屑(碎屑)，所以從降低成本和環(huán)境 保護方面講是不優(yōu)選的。反之，如果上述高度或深度過小，則由于不能 大幅增加透鏡坯與成形面的接觸面積，因而是不優(yōu)選的。另外，優(yōu)選地，加工余量的厚度是0，2 1.5mm。把能夠通過擠壓成 形將上述成形面的凹部、凸部轉(zhuǎn)印在玻璃坯料上的部分稱為轉(zhuǎn)印成形 部，使加工余量的厚度大于被轉(zhuǎn)印在轉(zhuǎn)印成形部上的凹部的深度、凸部 的高度。無論是直接擠壓還是再加熱擠壓，將進行擠壓成形之前的玻璃料的 表面都為非常高的高溫。因此，從包含在高溫下呈現(xiàn)顯著揮發(fā)性的玻璃 成分(例如，堿金屬、硼酸、氟化物等)的玻璃料表面，上述成分揮發(fā)， 在表面附近產(chǎn)生被稱為紋理的光學不均勻的部分。由于紋理是導致透鏡 性能下降的主要原因，所以必須將其除去，紋理被限定在加工余量的范 圍內(nèi)，通過上述加工，可完全除去紋理。另外，如果用具有凸部的成形面擠壓在同樣的深度中存在紋理的玻 璃料，則可想象在由凸部擠壓的部分中紋理進入到深層，但實際上，由于在擠壓時凸部是以擠開玻璃料表面層的方式進入，所以，由凸部擠壓 的部分的紋理不會進入到深層。另外，雙凸透鏡、平凸透鏡、凸彎月透鏡等具有正光焦度的透鏡， 透鏡中心部分(光軸與其周邊部)的厚度比透鏡周邊部分的厚度還厚。 用于制作這樣的透鏡的透鏡坯，也為與透鏡形狀近似的形狀，其中心部 分比周邊部分厚。即，用于制作具有正光焦度的透鏡的透鏡坯，其中心 部分成為厚壁部，周邊部分成為薄壁部。另一方面，雙凹透鏡、平凹透鏡、凹彎月透鏡等具有負光焦度的透 鏡，其透鏡中心部分的厚度比透鏡周邊部分的厚度薄。具有近似形狀的 透鏡坯的中心部分也比周邊部分薄。即，用于制作具有負光焦度的透鏡 的透鏡坯，其中心部分成為厚壁部，周邊部分成為薄壁部。厚壁部內(nèi)部的溫度相比薄壁部內(nèi)部的溫度不容易下降，這成為退火 時的透鏡坯變形的主要原因。因此，在制作具有厚壁部和薄壁部的透鏡 坯時，在成形面的、擠壓厚壁部的部分上，形成上述的凹部和/或凸部， 增加擠壓厚壁部的部分與厚壁部的接觸面積，以促進厚壁部的冷卻。另外，雖然也可以在成形面的、擠壓薄壁部的部分形成上述的凹部 和/或凸部，以促進薄壁部的冷卻，但薄壁部因急速冷卻的收縮，會造 成破損。這種現(xiàn)象被稱為龜裂，其在膨脹系數(shù)大的玻璃的情況下尤為顯 著。因此，為了防止龜裂，希望在擠壓薄壁部的部分不形成上述凹部和 凸部。關(guān)于在上下模的哪個成形面上設(shè)置凹部和/或凸部，可以根據(jù)如下情況決定。有3個選擇分支，即，只在上模成形面上設(shè)置凹部和/或凸部 的情況(以下稱為"情況l");只在下模成形面上設(shè)置的情況(以下稱 為"情況2");和在上模和下模的成形面上設(shè)置的情況(以下稱為"情 況3")。如在直接擠壓的說明中所述的那樣，情況1在多個下模共用一個上 模的情況下有效。該方式只要在一個上模成形面上形成凹部和/或凸部， 可省去在多個下模成形面上形成凹部和/或凸部的工序。另外，即使在 擠壓成形時玻璃不容易延伸的情況下，該方式也有效。其原因是在下模成形面上，凹部和/或凸部會成為對于玻璃的延伸的阻力。情況2在進 行了與上模的分模后，取出下模成形面上的透鏡坯的情況下，能夠比情 況1延長透鏡坯與凹部和/或凸部的接觸時間，并能夠比情況1提高厚 壁部的冷卻效果。情況3是最能夠提高厚壁部的冷卻效果的方式。在選擇情況1 情況3時，只要考慮透鏡坯的形狀、尺寸、所使用的 玻璃的性質(zhì)、下模、上模的數(shù)量等來決定即可。由于通過轉(zhuǎn)印凹部和凸部而形成的透鏡坯的凸部和凹部，不僅在透 鏡中不需要，而且還是損害透鏡機能的部分，所以，轉(zhuǎn)印成使其僅存在 于通過包含研磨的加工可被除去的加工余量范圍內(nèi)，通過上述加工來將 其完全除去。透鏡坯下面，將對應用本發(fā)明最有效的透鏡坯進行說明。首先，就尺寸而言，適合于制作30mm以上的透鏡坯，更適合于制 作40mm以上的透鏡坯，最適合于制作50mm以上的透鏡坯。這樣，在 大直徑的透鏡坯的情況下，在擠壓成形后，在厚壁部與薄壁部之間、或 表面與內(nèi)部之間容易產(chǎn)生大的溫度差。這樣的溫度差是上述退火時的坯 料變形的原因。根據(jù)本發(fā)明，即使是容易產(chǎn)生這樣大的溫度差的透鏡坯，也可以降 低上述溫度差，防止、減小退火時的變形。其次，就構(gòu)成透鏡坯的玻璃而言，適合于由氟磷酸玻璃、硼酸鑭類 玻璃(作為玻璃成分包含8203和1^203的玻璃)、磷酸玻璃的任意一種 構(gòu)成的透鏡坯的制作，更加適合于氟磷酸玻璃或硼酸鑭類玻璃(作為玻 璃成分而包含8203和1^203的玻璃)，最適合于氟磷酸玻璃。上述玻璃是在從剛擠壓成形后的透鏡坯的溫度到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的 溫度區(qū)域中粘度變化相對溫度變化小的玻璃。這樣的玻璃與其他玻璃相 比，即使冷卻一定的溫度，其粘度的增加量也小，并且不容易固化。因 此，通過退火時的加熱，坯料在自重的作用下容易變形。因此，通過采 用本發(fā)明的方法來促進冷卻最慢的坯料厚壁部或內(nèi)部的冷卻，即使是由上述玻璃構(gòu)成的透鏡坯，也可以防止、減小退火時的變形。退火工序下面，將對透鏡坯的退火進行說明。在剛擠壓成形之后，把透鏡坯 放入退火爐中，以形成透鏡坯的玻璃的轉(zhuǎn)變溫度開始進行退火。優(yōu)選地， 退火時的透鏡坯的降溫速度是每小時101C ~每小時50X:的范圍。在透 鏡坯的溫度下降到低于變形點后，把透鏡坯從退火爐中取出，結(jié)束退火。退火除了具有減少、或除去透鏡坯內(nèi)部的變形，防止在包括后述的 研磨的加工時的透鏡坯的破損的作用以外，還具有對折射率的微調(diào)整作 用。對于退火爐，可使用公知的連續(xù)式退火爐(LEIA爐)或分批式退 火爐等。退火后的透鏡坯通過采用公知方法進行研削、研磨而制成透鏡。此 時，除去在擠壓成形時通過轉(zhuǎn)印成形面的凹部和/或凸部而形成的轉(zhuǎn)印 成形部。特別是，由于如果在透鏡的光學機能面上殘留有上述轉(zhuǎn)印成形 部，則損害了作為透鏡的機能，所以，優(yōu)選地，通過包括研磨的加工完 全除去光學機能面上的轉(zhuǎn)印成形部。在這樣獲得的透鏡的表面上，根據(jù)需要也可以附貼放射防止膜等。第2實施方式下面，將對本發(fā)明涉及的透鏡坯的制造方法的第2實施方式進行說 明。本實施方式在制造具有厚壁部和薄壁部的透鏡坯時，在擠壓成形工 序中，使用具有形成透鏡坯的主表面的成形面的擠壓成形模具，對被加 熱成比擠壓成形模具的溫度高的、呈軟化狀態(tài)的玻璃料進行擠壓成形， 由此把擠壓成形模具的成形面轉(zhuǎn)印在透鏡坯的主表面上，然后，以相比 在相當于透鏡坯的薄壁部的部分與成形面之間的接觸面中的冷卻，更促 進在相當于透鏡坯的厚壁部的部分與成形面之間的接觸面中的冷卻的 方式，對透鏡坯進行冷卻。在上述的第l實施方式中，為了促進在相當于透鏡坯的厚壁部的部 分與成形面之間的接觸面中的冷卻，在成形面中的用于形成相當于透鏡 坯的厚壁部的部分的部位上，設(shè)置凹部和/凸部，從而增加了該部位與相當于透鏡坯的厚壁部的部分的接觸面積。對此，本實施方式取代、或并用設(shè)置這樣的凹部和凸部，采用以下 的冷卻促進方式。例如，可以使用擠壓厚壁部的模具材料和擠壓薄壁部的模具材料組 裝下模，在對厚壁部進行強制冷卻(例如，氣冷、水冷或兩者并用)的 同時，對薄壁部進行自然冷卻(不進行強制冷卻)，或者對厚壁部和薄 壁部都進行強制冷卻，但把對薄壁部的冷卻度設(shè)定為小于對厚壁部的冷 卻度。并且，對形成擠壓厚壁部的成形面的材料、和形成擠壓薄壁部的成 形面的材料，采用不同的材質(zhì)，還可以使形成擠壓厚壁部的成形面的材 料的熱傳導率，比形成擠壓厚壁部的成形面的材料的熱傳導率大。這些 材料只要對熔融玻璃的溫度具有充分的耐熱性即可，可根據(jù)這樣的條 件，在公知的材料中進行適當選擇。本實施方式雖然在冷卻促進方式上與第1實施方式不同，但由于除 此以外，可以采用與第1實施方式相同的方法，所以省略對其他結(jié)構(gòu)的詳細i兌明。 實施例下面，將結(jié)合實施例對本發(fā)明進行更詳細的說明。圖l是表示用于通過研削、研磨來制作平凸透鏡的透鏡坯1的剖面 形狀(在包含光軸C的平面上的剖面)的說明圖。圖中Rl所示的面是形成凸面的第1面，是曲率半徑為84.0mm的 球面。圖中R2所示的面是形成平面的第2面，是曲率半徑為550.0mm 的球面。另外，直徑為卯mm,邊厚為5.3mm。另外，該透鏡坯1的加 工余量為l.Omm。并且，把該透鏡坯1的、以光軸C為中心半徑35mm 以內(nèi)的范圍設(shè)為厚壁部2，把其外側(cè)設(shè)為薄壁部3。在制造這樣的透鏡坯1時，首先，通過加工由鑄鐵(FCD450)構(gòu) 成的模具材料，制作上模IO、下模21、和中體模22。圖2是表示在把 下模21嵌入中體模22中，并與上模IO對向配置時的垂直剖面的說明圖。上模成形面10a被加工成反轉(zhuǎn)了透鏡坯1的第1面Rl的球面形狀， 下模成形面被加工成反轉(zhuǎn)了其第2面R2的球面形狀。
另外，在構(gòu)成擠壓成形模具的模具材料中，除了上述的鑄鐵，也可 以使用不銹鋼(例如SUS303)等。
然后，利用NC旋轉(zhuǎn)盤進行加工，在由從上模成形面10a的中心半 徑35mm的圓所包圍的區(qū)域內(nèi)，形成多個同心圓狀的槽。此時，設(shè)定槽 的剖面形狀為V字型，槽的寬度(開口寬度)為0.6mm,深度為0.2mm。 另外，設(shè)定槽的數(shù)量一共是53條。把這些槽稱為同心圓狀槽組30。
圖3是放大了同心圓狀槽組30的局部剖面的圖，其相當于圖2中 的用點劃線圍起來的部分。雖然因加工上的原因在中心部未形成槽，但 由于其面積與形成同心圓狀槽組30的范圍相比非常小，所以不會影響 厚壁部2的冷卻促進。
在本實施例中，通過直接擠壓來形成透鏡坯1，在結(jié)束了擠壓成形 之后，立即把位于上模10—側(cè)的面(第1面Rl)與上模10分離，而 不分離位于下模21 —側(cè)的面(第2面R2 )，在下模21上把透鏡坯1冷 卻到在取出時的外力作用下不會變形的程度。
在上述冷卻過程中，同心圓狀槽組30被轉(zhuǎn)印形成在第1面Rl的厚 壁部2上。通過該同心圓狀槽組30，使第1面R1中的厚壁部2與上模 成形面10a的接觸面積增加1.2-1.5倍。其結(jié)果，可增加從第1面Rl 側(cè)的厚壁部2向下模21的熱傳導，大幅促進冷卻。
此時，雖然也可以通過從第2面R2側(cè)吹付冷卻氣體等來促進厚壁 部2的冷卻，但要調(diào)整吹付氣體時的壓力，以使第2面R2不會因高壓 冷卻氣體的吹付而變形。
在本實施例中，把12組的在中體模22內(nèi)嵌入有下模21的模具20 等間隔地配置在旋轉(zhuǎn)臺上的同一圓周上。然后，使旋轉(zhuǎn)臺分度旋轉(zhuǎn)，把 各個模具20順序移送、并使其停留在12個停留位置上。其中，把一個 停留位置作為澆鑄位置，在上方配置熔融玻璃的流出管，并且配置把從 管中以一定的速度流出的熔融玻璃流以一定的周期切斷的被稱為切斷 器的切刀。從管中流出的熔融玻璃流的下端，由停留在澆鑄位置的模具的下模 成形面的中央附近所接受，在該狀態(tài)下，由切斷器把熔融玻璃流從中途
切斷，由此，在下模成形面21a上獲得所希望的量的熔融玻璃料。然后， 使旋轉(zhuǎn)臺分度旋轉(zhuǎn)，把載置有玻璃料的模具20移送、并使其停留在上 方有上模10待機的被稱為擠壓位置的停留位置。然后，在模具20的停 留時，使上模10下降，與下模21—同擠壓玻璃料，使玻璃充滿由上模 10、下模21和中體模22所包圍的空間，形成透鏡坯l。擠壓時間在2 3 秒的范圍內(nèi)為最佳。
然后，使上模10上升，把透鏡坯1的上表面(第1面Rl)與上模 10分離，如上述那樣，在下模21上對透鏡坯1進行冷卻，在模具20 返回澆鑄位置之前的停留位置，使用真空機械臂吸引透鏡坯1的第1面 Rl，從下模成形面21a上將其取出。關(guān)于在哪個停留位置取出透鏡坯1， 只要以是否如上述那樣被冷卻到透鏡坯1不會因在取出時所受的外力而 變形的溫度為基準，進行決定即可。取出了透鏡坯1的模具20被再次 移送刀澆鑄位置，反復進行上述工序。
通過使用12組模具20反復進行這樣的工序，能夠從連續(xù)流出的熔 融玻璃流批量生產(chǎn)透鏡坯。
本實施例所使用的玻璃是，具有折射率nd為1.49700、阿貝數(shù)ud 為81.61的光學特性，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為4551C的氟磷酸玻璃，把供給 到下模成形面21a上時(澆鑄時)的玻璃的溫度和粘度，設(shè)定為約900 r、 30dPa.s，把下模21、中體模22、上模10的溫度設(shè)定為約400。C。
另外，在本實施例中，由于澆鑄時的玻璃溫度不是很高，所以不進 行擠壓成形的強制冷卻。
把從下模21上取出的透鏡坯1的上下面反轉(zhuǎn)，以使第1面Rl朝下 將其放入連續(xù)式退火爐中，使其在向被設(shè)定為從玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸降 低溫度的區(qū)域移動的同時，以每小時301C的速度逐漸下降到室溫。
對這樣獲得的退火前的透鏡坯(熱樣品)1、和退火后的透鏡坯(最 終樣品)1的形狀進行了評價。
首先，把具有曲率半徑為84.0mm的凹狀球面的曲面圓規(guī)A，分別
18與熱樣品、最終樣品的各自的第1面Rl相接觸，把具有曲率半徑為 550.0mm的凹狀球面的曲面圓規(guī)B，分別與熱樣品、最終樣品的各自的 第2面R2相接觸。
把相當于透鏡坯1的光軸C的部分稱為中心，把接近邊緣4的部分 稱為周邊，把在透鏡坯1的中心與曲面圓規(guī)A、 B接觸的狀態(tài)下，在坯 料1的周邊與曲率圓規(guī)A、 B之間所形成的間隙稱為外間隙，把在透鏡 坯1的周邊與曲面圓規(guī)A、 B接觸的狀態(tài)下，在坯料l的中心與曲率圓 規(guī)A、 B之間所形成的間隙稱為中間隙。
在存在外間隙的情況下，與曲率圓規(guī)A、 B接觸的透鏡坯l表面的 曲率半徑比曲率圓規(guī)A、 B的曲率半徑小，在存在中間隙的情況下，與 曲率圓規(guī)A、 B接觸的透鏡坯1表面的曲率半徑比曲率圓規(guī)A、 B的曲 率半徑大。
即4吏存在外間隙或中間隙，作為基準只要是，外間隙的情況下，該 間隙在加工余量的40~50%以下，中間隙的情況下，該間隙在加工余量 的60~70%以下，通過研削、研磨，即可形成所希望的光學機能面，但 如果間隙過大，則加工余量不足，不能形成所希望的形狀的透鏡。
在本實施例中，試驗性地形成了 l千個透鏡坯l，分別隨機地釆取 各50個的熱樣品和最終樣品，使用曲率圓規(guī)A、 B進行了形狀評價。
其結(jié)果，無論是熱樣品還是最終樣品，在全部的樣品中，第1面 Rl的外間隙在0.3111111以下，中間隙在0.4mm以下。這種形狀精度，可 通過加工余量為l.Omm的研削、研磨，獲得所要形狀的透鏡。
通過對這樣獲得的完成了退火的透鏡坯l進行研削、研磨，制成了 具有在圖1所示形狀的坯料上除去了深度為l.Omm的加工余量的形狀 的透鏡。
另外，在上述實施例中，只在上模成形面10a上形成有同心圓狀槽 組30，但也可以只在下模成形面21a上，或在上模成形面10a和下模成 形面21a的雙方上形成同心圓狀槽組30。
比較例除了使用在成形面上沒有同心圓狀槽組的上模以外，與實施例同樣
地擠壓成形1千個透鏡坯，并對各50個熱樣品和最終樣品進行了形狀 評價，其結(jié)果，關(guān)于熱樣品，得到了與實施例的評價結(jié)果大致相同的結(jié) 果，而在最終樣品中，第1面R1的中間隙、第2面的外間隙都增大為 0.8~1.2mm。其原因是，由于使第1面Rl朝下來對坯料進行退火，所 以在自重的作用下坯料周邊形成了下垂，使得第1面Rl的曲率半徑增 大，同時使得第2面R2的曲率半徑減小。
要把這樣的最終樣品加工成所希望的形狀的透鏡，由于l.Omm的加 工余量不夠，結(jié)果是，這些透鏡坯成為了次品。
以上，結(jié)合優(yōu)選的實施方式，對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明當然 不限于上述的實施方式，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可進行各種變更實施。
根據(jù)本發(fā)明，不會因退火而降低形狀精度，可制造出所希望的形狀 的透鏡坯，以及可利用該透鏡坯高效率地制造透鏡。
權(quán)利要求
1.一種透鏡坯的制造方法，其至少經(jīng)過擠壓成形工序和退火工序來制造透鏡坯，該透鏡坯通過實施包含研磨的二次加工來形成透鏡，其特征在于，在上述擠壓成形工序中，使用在形成上述透鏡坯主表面的成形面上設(shè)置有凹部和/或凸部的擠壓成形模具，來對被加熱成比上述擠壓成形模具的溫度高的、呈軟化狀態(tài)的玻璃進行擠壓成形，由此把上述成形面轉(zhuǎn)印在上述透鏡坯的主表面上，同時轉(zhuǎn)印上述凹部和/或凸部，并使該凹部和/或凸部僅存在于上述透鏡坯的主表面的通過上述二次加工被除去的加工余量內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡坯的制造方法，其特征在于， 上述透鏡坯具有厚壁部和薄壁部，在上述擠壓成形模具的成形面中，且在用于形成相當于上述厚壁部 的部分的部位上，設(shè)置上述凹部和/或凸部，以增加該部位與相當于上 述厚壁部的部分的接觸面積。
3. —種透鏡坯的制造方法，其至少經(jīng)過擠壓成形工序和退火工序 來制造具有厚壁部和薄壁部的透鏡坯，該透鏡坯通過實施包含研磨的二 次加工來形成透鏡，其特征在于，在上述擠壓成形工序中，使用具有形成上述透鏡坯主表面的成形面的擠壓成形模具，來對被 加熱成比上述擠壓成形模具的溫度高的、呈軟化狀態(tài)的玻璃進行擠壓成 形，由此把上述成形面轉(zhuǎn)印在上述透鏡坯主表面上，然后相比相當于上述薄壁部的部分與上述成形面之間的接觸面中的冷 卻，更促進相當于上述厚壁部的部分與上述成形面之間的接觸面中的冷 卻，以該方式對透鏡坯進行冷卻，然后，從上述成形模具中取出上述透鏡坯，并使其經(jīng)過退火工序。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的透鏡坯的制造方法，其特 征在于，制作直徑為30mm以上的透鏡坯。
5. —種透鏡的制造方法，其特征在于，對利用權(quán)利要求1至4中任 意一項所述的透鏡坯的制造方法制造的透鏡坯，實施包含研磨的二次加 工來制成透鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供即使是大型透鏡坯也能夠生產(chǎn)出所希望形狀的透鏡坯的透鏡坯制造方法、以及能夠使用根據(jù)該方法制造的透鏡坯來生產(chǎn)所希望形狀的透鏡的制造方法。其使用具有形成透鏡坯(1)的主表面的成形面的擠壓成形模具，對被加熱成比擠壓成形模具的溫度高的、呈軟化狀態(tài)的玻璃進行擠壓成形，由此把成形面轉(zhuǎn)印在透鏡坯的主表面上，并且以僅存在于上述透鏡坯的主表面的通過二次加工被除去的加工余量內(nèi)的方式，轉(zhuǎn)印設(shè)在成形面上的凹部和/或凸部，以促進透鏡坯的冷卻。
文檔編號C03B11/06GK101250021SQ200810006000
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者下川隆洋, 鈴木恒司 申請人:Hoya株式會社