专利名称：模压玻璃制品的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对诸如光学透镜毛坯等玻璃制品进行模压的方法和设备，尤其是涉及一种所谓的直接压型系统的方法和设备，其中将熔融的玻璃加入模具中，在模具中进行压型。
背景技术：
作为模压玻璃半成品(以下简称透镜毛坯)的方法的直接压型系统，即将透镜毛坯磨削和抛光成诸如光学透镜等玻璃成品或最终玻璃制品之前状态的方法的直接压型系统，由于其生产率很高，因而得到广泛的应用。在直接压型系统中，玻璃材料在炉中被熔化成熔融的玻璃。应用诸如剪刀等刀具对相宜量度的熔融的玻璃进行剪切，并将其加入下模(下型箱)中。加入下模中的熔融玻璃在其表面张力的作用下形成具有通常弹子状的玻璃料滴。由一诸如转台等输送装置将带有置于其上的玻璃料滴的下模输送至设置有上模(上型箱)的位置。然后，用上模和下模对玻璃料滴进行压型，模压成诸如上述透镜毛坯等玻璃制品，该透镜毛坯具有与由上模和下模环围成的型腔结构匹配的形状。在接着进行的磨削/抛光步骤中将对透镜毛坯的表面进行磨削和抛光制成光谱透镜、照相机镜头和光学摄象镜头等最终产品。
另一方面，目前提出在磨削/抛光步骤中产生的磨削和抛光屑将对环境造成不利的影响。考虑到此因素，因此迫切希望可以模压成仅需要小的磨削余量的透镜毛坯，以便减少磨削和抛光屑。
但在应用已有的直接压型系统对透镜毛坯进行模压时不可能明显地减少玻璃的磨削余量。具体地说，在应用已有的直接压型系统时，由于在对熔融的玻璃进行压型后产生的玻璃的收缩，所谓的下凹纹痕将分布在玻璃表面。在对熔融的玻璃压型时，在将熔融的玻璃加入下模后和用上模和下模对其进行压型前，熔融的玻璃的外周边部分将被外部的空气冷却。因此，熔融玻璃外周边部分的温度明显地低于其内部的温度。一旦外周边部分的温度低于一定的温度，则将降低玻璃的可流动性，造成玻璃的粘滞度达到很难进行模压的不适宜的程度。考虑到此因素，必须在熔融玻璃的内部温度被充分冷却之前，即在玻璃的粘滞度低到约103泊(dPa·s)时必须对熔融玻璃进行压型。此点将导致在压型后玻璃内部热缩的增大和由于内部与外周边部分之间的温差而在玻璃表面出现下凹纹痕。下凹纹痕的出现将恶化模具的模压面的形状转移的可再现性，因而将需要大的磨削余量。压型后在玻璃表面产生的下凹纹痕并不是均匀分布的，而是集中在局部区段，因而势必需要更大的磨削余量。
为对下凹纹痕的出现进行抑制，提出了各种解决方案(参见日本未审定专利申请(JP-A)10-101347、6-32624、6-72725、6-157051和63-162539)。但这些文献中并未披露可以有效的减少导致下凹纹痕出现的熔融玻璃的内部与外周边部分之间的温差的方法。
另一方面，在直接压型系统中，在熔融玻璃被加入下模后熔融玻璃的下部被连续地向被预先保持在玻璃相变点Tg左右的下模的温度冷却。因此势必受到如下限制，由于超过门限粘滞度时进行模压是不可能的，所以必须在熔融的玻璃的下部的粘滞度超过门限粘滞度之前对熔融玻璃进行压型。
发明内容
所以本发明的目的在于提出在一所谓的直接压型系统中对玻璃进行模压的方法和设备，所述方法和设备可以模压出在将所述玻璃制品加工成玻璃成品时仅需要很小的磨削余量的玻璃制品。
本发明具体的目的在于提出一种方法和设备，该方法和设备可以有效地减少熔融玻璃的热能，特别是可以减少熔融玻璃的内部与外周边部分之间的温差，从而在压型步骤之后可有效地抑制玻璃表面上出现下凹纹痕。
本发明的另一目的在于提出一种对玻璃制品进行模压的方法和设备，该方法和设备可以抑制在玻璃表面的局部范围内集中出现下凹纹痕。
本发明的第三个目的在于提出一种对玻璃制品进行模压的方法和设备，该方法和设备可以抑制下凹纹痕的出现，同时又不会因此而降低直接压型系统可以实现的生产率。
本发明的第四个目的在于提出生产玻璃制品的方法，该方法可以减少磨削和抛光余量。
根据本发明，一种利用一由一上模和一下模构成的模具通过对玻璃料滴进行压型模压制成玻璃制品的方法，其中每个上模和下模都具有一模压面，该方法至少包括下述工序。具体地说，该方法包括一加料步骤，该步骤用于将作为玻璃料滴的熔融玻璃加在下模的模压表面；一热辐射抑制步骤，该步骤用于对玻璃料滴的热辐射进行抑制，从而使玻璃料滴的内部和上部的温度相互接近；和一压型步骤，该步骤用于当玻璃料滴的粘滞度在103.5至106.5泊(dPa·s)之间的范围内时，利用上模和下模的模压面对玻璃料滴进行压型。通过利用冷却器件，例如与上表面接触的冷却件，对玻璃料滴的上表面的短时间的冷却可以消除加入下模内的料滴中的热能。这样就可以使玻璃料滴的总热能接近于与实现最佳压型的热能相符的程度。另外，在冷却步骤中对上表面进行冷却，从而增大内部与上表面之间的温差后，在冷却步骤后和压型步骤之前的一定时间内对玻璃料滴的热辐射进行抑制，从而使内部的温度和上表面的温度相互接近，同时使玻璃料滴的总能量不会出现明显的降低。所以在压型步骤之前作为整体的玻璃料滴保持在相对高的粘滞度上。通过对处于上述状态的玻璃进行压型，可以在压型后减少玻璃的热缩并减少玻璃内部和外周边部分之间的热缩差。这样即可实现对玻璃表面上出现下凹纹痕的抑制。
根据本发明提出一种采用通过对玻璃料滴进行压型模压而成的玻璃制品生产最终玻璃制品的方法，该方法包括应用上述方法对玻璃制品进行模压的步骤和对玻璃制品的表面进行磨削和抛光从而制成最终玻璃制品的步骤。
根据本发明在对玻璃料滴的上表面进行冷却的冷却步骤中，冷却件可以直接作用于熔融玻璃或玻璃料滴，例如将冷却件直接与玻璃料滴接触，或间接地作用于料滴，例如向玻璃料滴吹入冷风。这里要指出的是，在压型步骤前的时间是有限的，这是因为玻璃料滴的下部被其温度被预先保持在玻璃相变点Tg左右的下模冷却，并且如果下部被过度冷却，使其粘滞度增大超过特定的程度，则不可能实现模压。为了在上述有限的时间周期内保留有较长的时间足以在接着的热辐射抑制步骤中在玻璃料滴上实现均匀的热分布，优选采用冷却效率很高的直接冷却器件并在短时间内结束冷却步骤。所以理想的是，将冷却件的温度保持在尽可能低的一定范围内，当玻璃料滴直接与冷却器件接触时，应不会造成在玻璃料滴上产生质量瑕疵。另外，理想的是，冷却装置应不会造成对玻璃料滴的污染并具有大的热容量以及高的热导率。由于冷却件直接与玻璃料滴，即熔融玻璃接触，所以冷却件必须具有一定程度的耐热性能。具体地说，冷却件优选由坚硬的金属材料构成。例如由于铜的热导率高并且熔点在1000℃以上，所以可以应用铜制作冷却件。铁虽然热导率不太高，但由于成本低并易于加工，因而也可以采用铁，而不会出现任何功能上的问题。冷却件可以具有各种不同的结构。冷却件优选具有一个环段，以避免在玻璃料滴的圆周向上出现温差，并在其中心处具有一个垂直向延伸的孔。优选冷却件应能持续地进行冷却作业(气冷或水冷)，以便保持预定的低温。
在此情况下，对玻璃料滴的上表面的冷却步骤包括置放吸热器与玻璃的上表面接触的分步骤，优选还应包括促使吸热器到达预定的深度的分步骤，或促使吸热器在预定的接触区到达预定深度的分步骤。在与玻璃料滴接触前，优选将吸热器保持在低于玻璃料滴温度的预定的温度上，从而保持冷却条件的可再现性。
对玻璃料滴的热辐射进行热辐射抑制步骤优选包括将其温度低于玻璃料滴内部的热屏蔽件以预定的时间或时间间隔(优选3至50秒)并以非接触方式置于玻璃料滴的上部附近的分步骤。优选上述分步骤通过将其至少面向玻璃料滴上表面的面上的辐射系数等于或小于0.4的屏蔽件以非接触方式置于玻璃料滴的上表面附近加以实现。采取此步骤最好将玻璃料滴的内部与上表面之间的温差抑制在100℃或小于100℃，优选50℃或小于50℃，特别优选30℃或小于30℃。
优选将多个下模顺序地输送给上述步骤的工位，以便实施上述步骤。
下模优选设置在一转台的圆周向上并通过转台的旋转被顺序输送给上述步骤的工位，以便实施上述步骤。
应用上述方法模压制成的玻璃制品优选是光学透镜材料。
根据本发明用于模压玻璃制品的设备包括一个模具，该模具由上模和下模构成，每个模具有一模压面；用于将作为玻璃料滴的熔融玻璃加在下模的模压面上的加料装置；用于对加在下模的模压面上的玻璃料滴的上表面进行冷却的冷却装置；用于对经冷却装置冷却的玻璃料滴的热辐射进行抑制从而使料滴的内部和上部的温度相互接近的热辐射抑制装置；和用于使上模和下模的模压表面相互接近对玻璃料滴进行压型的模具驱动装置。当通过热辐射抑制装置使其内部和上表面的温度相互接近的玻璃料滴的粘滞度在103.5至106.5泊(dPa·s)之间的范围内时，模具驱动装置被启动，对玻璃料滴进行压型。
热辐射抑制装置优选包括一其温度低于玻璃料滴内部温度的热屏蔽件和将该屏蔽件以非接触方式接近于玻璃料滴上部的装置。
热屏蔽件至少在其面向玻璃料滴的上表面的面上的辐射系数等于或小于0.4。热屏蔽件更为优选的是包括一绝热材料，在该绝热材料上涂覆有一覆层，至少在面向玻璃料滴上表面的面上的辐射系数等于或小于0.4。
图1为说明应用本发明方法的一具有用于多个步骤的多个工位的转台；图2A至2H为分别说明应用本发明方法的各步骤的示意图；图3为说明本发明方法的当玻璃料滴加入下模后和在透镜毛坯脱模之前的玻璃料滴的内部和外周边部分的温度条件的曲线图。
具体实施例方式
下面将对照附图对本发明的一个实施例加以说明。其中将针对采用一包括一作为输送装置的转台和十六个设置在转台圆周上的下模对作为玻璃制品的光学透镜毛坯进行模压的方法。根据玻璃料滴的温度，与下模的模压面接触的区及其周边被称作玻璃的下部，另一个暴露在环境大气中的不与下模模压面接触的区及其周边被称作玻璃的上部。另外，被上模模压面压型的玻璃上部的一部分被称作上表面。
如图1所示，在转台10上设置有用于本发明方法的各步骤的多个工位A至P。如图中所示，多个下模11，图中为十六个下模设置在转台10的圆周上。在一驱动单元(图中未示出)的驱动下，转台10以步进方式进行旋转，依次将下模11输送给进行各步骤的工位A至P。确切地说，转台10由静止状态开始旋转1/16周(即旋转22.5°)，将下模11由一个工位输送给下一个工位，到达后者后转台停止旋转，重新进入静止状态。下模11将在每个工位上停留一个与在每个步骤所需的工作时间相符的预定的时间周期并且当超过该预定的时间周期后下模11将被输送给下一个工位。例如在一个静止状态与下一个静止状态之间的时间间隔，即一个间隔周期的长度范围从2秒至6秒。
本实施例的方法包括对作为玻璃料滴的熔融的玻璃的加料步骤(以下简称作玻璃加料步骤)、压型前对玻璃料滴的上表面进行冷却的步骤(以下简称上表面冷却步骤)、对玻璃料滴的热辐射进行抑制，使玻璃料滴的内部和上表面的温度相互接近(以下简称热辐射抑制步骤)的步骤、将玻璃料滴进行压型，制成压型玻璃的步骤(以下简称玻璃压型步骤)和对压型玻璃脱模获得玻璃制品的步骤(以下简称玻璃脱模步骤)。在图2A至2H中示出经上述各步骤对玻璃进行模压。在这些图中示出的工位A至P和各步骤的名称与在图1中的标示一致。
在图1所示的工位A处实施玻璃加料步骤。在位置A处上方设置有一个玻璃熔炉(图中未示出)以及一用于对来自玻璃熔炉的熔融的玻璃流进行剪切的刀具13(图2A)。将适用于制作所需的光学透镜的玻璃材料加入熔炉中并对其在炉中进行加热，将熔融的玻璃的温度保持在1000至1100℃之间。在本实施例中应用其玻璃相变点(Tg)为615℃和软化点(Ts)为650℃的SiO2-TiO2玻璃。如图2A和2B所示，熔融的玻璃向下经铂管12流入位于位置A的下模11。根据熔融玻璃的流量利用剪切具13以预定的时间间隔对熔融的玻璃进行剪切，从而将相应量的熔融的玻璃加到下模11的模压面11a上。在模压面11a上的熔融的玻璃受表面张力的作用成圆形，变成被称作玻璃料滴的弹子形状。
如图1所示，基本对在转台10的整个区段进行加热，从而使在位置A的下模11被保持在预定的温度上。对加入玻璃料时的下模的温度进行控制是非常重要的，以便避免由于玻璃料滴的下部的低温和连同出现的流动性的损耗而出现过早的凝固并避免由于玻璃料滴的下部的高温使作为玻璃料滴的熔融的玻璃熔接在下模上。如下所述，在将熔融玻璃加在下模的模压面上时，通过玻璃下部与下模的模压面之间的热交换，玻璃下部被迅速地冷却。为了避免出现上述的两个相互矛盾的问题的出现，优选应将加在下模的模压面上的玻璃料滴的下部保持在略低于玻璃相变点(Tg)的温度上，即在Tg与Tg-50℃之间，优选在Tg与Tg-30℃之间，特别优选在Tg与Tg-10℃之间。在本实施例中，下模被加热到Tg-10℃的温度上，所以在加入作为玻璃料滴的熔融的玻璃之后的下模温度和玻璃料滴下部的温度被保持在略低于相变点Tg的平衡状态。
通过对转台10进行的步进旋转，将在位置A处加有玻璃料滴的下模11输送至用于进行上表面冷却步骤的工位B。在位置B，设置有一个进行上表面冷却步骤的冷压单元。如图2C所示，冷压单元包括一由金属材料制成的吸热器14，该吸热器具有一个用于与玻璃料滴接触的平滑的触接面14a。通过一升降单元(图中未示出)吸热器被上下移动。当转台10旋转并且容纳有玻璃料滴的下模被输送至位置B时，升降单元被驱动将吸热器14降下。通过吸热器的向下移动，触接面14a抵压在玻璃料滴的上表面，略使玻璃料滴有所变形。从而实现玻璃料滴的上部与吸热器14的触接面14a之间的面接触。在与玻璃料滴触接之前，吸热器14和触接面14a被保持在低于玻璃料滴的温度的预定的保持温度上。对玻璃料滴和吸热器14的触接面14a之间的触接保持预选定的时间，玻璃料滴中的热能，特别是玻璃料滴上部的热能被传导给吸热器14。因而造成玻璃料滴的温度，特别是玻璃料滴上部温度的急剧下降。在本实施例中，吸热器14由铁(热导率在73至130W/m·K之间)制成。另外，也可以应用诸如铜(热导率在166至180W/m·K之间)等其它的金属材料。在当吸热器14的热导率相对较低时并且在与玻璃料滴触接之前保持在较高的保持温度上的情况下，则将会降低冷却效率。为了在上表面的冷却步骤后实现玻璃料滴温度条件的最佳化，必须对制作吸热器14的金属材料、保持温度、玻璃和吸热器14之间的触接面积、玻璃和吸热器14直接的触接时间和顶压冲程进行相应的选择。
一旦吸热器14在预定的压力下实现与玻璃料滴的接触，则作为副效将抑制在玻璃料滴的下表面上，即与下模的接触面上褶皱的生成，这些褶皱通常被称作料滴线，所述料滴线将造成在玻璃料滴的下表面上出现表面瑕疵并势必增大磨削余量。
在上述的上表面冷却步骤中，吸热器具有一个与将在下面述及的玻璃压型步骤中应用的上模的模压表面的形状类似的顶压表面。在此情况下，上表面的冷却步骤还起着作为预压步骤的作用。通过在玻璃压型步骤之前进行的预压步骤，从而将进一步改善相对于玻璃压型步骤中的模具的玻璃形状的可再现性。
在上表面冷却步骤之后，玻璃料滴被输送至热辐射抑制步骤。在本实施例中，热辐射抑制步骤在图1中所示的位置C、D和E位置上连续地进行。在预先进行的上表面冷却步骤中实现冷却后，热辐射抑制步骤将起着抑制玻璃料滴的热辐射的作用，通过在上表面和内部之间的热交换实现均匀的热分布。为实施热辐射抑制步骤，在位置C、D和E上设置有热屏蔽件15，该热屏蔽件精确地在外环模和下模的上面，在两者之间不留任何大的间隙。热屏蔽件15最好沿转台10的旋转轨迹或环路设置，由上表面冷却步骤结束后的紧接着的一个位置开始到玻璃压型步骤开始前紧邻的另一位置，如图所示在任何两个位置之间没有任何大的间隙，因而甚至在转台10旋转时，也能起作用。
热屏蔽件优选由低辐射系数的材料制成，至少在面向玻璃料滴上表面的面是由低辐射系数的材料构成的，从而使玻璃料滴的热辐射几乎不会被吸收。上述的面优选其辐射系数等于或小于0.4，特别优选的是等于或小于0.1。
另外，热屏蔽件至少在面向玻璃料滴上表面的面上具有一个金属表面，优选具有一个金属抛光面。通常抛光的金属面的辐射系数很低(0.1左右)。但一旦该金属面被氧化，则其辐射系数将会有很大的提高。鉴于热屏蔽件长时间地位于作为玻璃料滴的熔融玻璃附近，所以热屏蔽件优选由甚至在相对高温的情况下也能保持表面光亮和光滑的金属材料制成。例如优选应用诸如铂和镍等金属材料。
陶瓷的耐热性能很好，但与抛光的金属表面相比，其辐射系数相对较大(例如氧化铝在540℃温度下其辐射系数大约为0.7)。考虑到铂是很昂贵的这一因素，所以在实际中应用的是在相对较高的温度下可以耐氧化的镍板。
但如果热屏蔽件的热容量很大，则将会由于与玻璃料滴的温差而增大冷却效果。所以考虑到这些特性，热屏蔽件优选具有一个复合结构，该复合结构由一种作为面向玻璃料滴的上表面的面的其辐射系数等于或小于0.4的材料和一种作为内部的其热容量尽可能小的和热导率低的材料构成。如图2D所示，热屏蔽件15由一其热容量很小的绝热体15a和一覆盖在绝热体15a上的并且其辐射系数等于或小于0.4的覆层15b构成。这样一种复合结构可以实现高的屏蔽效果和绝热效果。实际应用中，采用一种厚度为0.5mm的薄金属(镍)板对一种厚度为20mm的并且绝热性能优良的陶瓷纤维板进行覆盖。
其中，必须将热屏蔽件保持在低于玻璃料滴的内部温度的温度上，以避免玻璃料滴被绝热件加热。优选将热屏蔽件保持在在玻璃相变点Tg与玻璃料滴的平均温度之间范围内的一个温度上。
上述的上表面冷却步骤和热辐射抑制步骤起着实现最佳温度条件的作用，即实现在接着进行的玻璃压型步骤中玻璃料滴被压型时和在玻璃压型步骤之后的玻璃料滴的最佳粘滞度的作用。具体地说，通过在玻璃压型步骤之前进行上表面冷却步骤，将迅速地消除玻璃料滴上的必要量度的热能。在此情况下，将首先增大玻璃料滴的内部和周边部分的温差。然后，在接着进行的热辐射抑制步骤中，玻璃料滴表面的热辐射将被抑制，同时在玻璃料滴的内部与外周边部分(特别是玻璃料滴的上部)之间进行热交换，以便减少两者间的温差，从而使整个玻璃料滴接近实现均匀的粘滞度(温度)。
在应用转台的本实施例中，上表面冷却步骤的作业时间是由转台10的停转周期决定的。换句话说，在上表面的冷却步骤中，对包括降低吸热器14的高度、对玻璃料滴进行冷却和向上收起吸热器14的过程必须在重复进行的预定的步进旋转的转台10的停转周期时间内进行完毕。例如可以将利用吸热器14的冷却时间选定在1至3秒之间。热辐射抑制步骤的作业时间是由从下模11由位置B开始输送到向位置F(玻璃压型步骤)的输送结束的时间周期决定的。优选将热辐射抑制步骤的作业时间选定在3至50秒的时间范围内。在本实施例中，作业时间为15至20秒。
然后将经在上表面冷却步骤和热辐射抑制步骤中经温度控制处理的玻璃料滴输送给工位F，进行压型(实施玻璃压型步骤)。如图2E中所示，在玻璃压型步骤应用一个在其下表面上具有一个玻璃模压面的上模16。当玻璃料滴输送到工位F时，通过具有一个驱动轴16a的与上模16连接的升降单元将上模16向下移动，从而实现对玻璃料滴的压型。
根据本发明进行玻璃压型步骤的时间点是非常重要的。具体地说，当在上表面冷却步骤和热辐射抑制步骤中经温度控制的玻璃料滴的内部的粘滞度在103.5与106.5泊(dPa·s)之间，优选在104与106泊(dPa·s)之间，特别优选在104.5与105.5泊(dPa·s)之间时，进行玻璃压型步骤。在本实施例中在粘滞度为105泊(dPa·s)时进行玻璃压型步骤。在玻璃压型步骤中，玻璃料滴的外周边部分的温度优选保持在Tg与Tg＋50℃之间。在本实施例中，玻璃料滴的温度被保持在Tg＋10℃。上述粘滞度大大高于已有的直接压型系统中在压型时的在102与103泊(dPa·s)之间的粘滞度。为什么在如此高的粘滞度的情况下进行压型的原因在于，为了对压型后出现的玻璃热缩进行抑制并减少在玻璃表面出现下凹纹痕。就采用转台对玻璃料滴进行输送的输送速度而言，可以通过改变玻璃压型步骤的工位实现对相宜的压型时间的调整，例如移至G或H位置。在上述玻璃压型步骤中，压型的压力大约是已有的直接压型系统的压力的六倍，以便实现在型腔内的具有高粘滞度的玻璃料滴的彻底的轧压。压型压力在2.942至7.845兆帕之间，优选在4.903至6.865兆帕之间，在本实施例中压型压力大约为6.472兆帕。
重要的是如何稳定地在上述条件下实施玻璃压型步骤。如下所述，在将熔融的玻璃加在下模的模压面上之后，玻璃的下部势必被持续地向较低的温度冷却。所以进行玻璃压型步骤的时刻必须确定在玻璃料滴的下部的限定的温度条件下的特定时间瞬间。如果超过该特定的时间瞬间，玻璃下部的粘滞度将超出适于压型模压的范围，因此如果在这种状态下进行压型，则模压质量势必是不能令人满意的。因而在特定的时间瞬间前的有限时间周期内，必须在当玻璃料滴的上部被置于模压的最佳条件(粘滞度)并且当玻璃料滴的内部和外周边部分的温度相互接近的时间瞬间进行玻璃压型步骤。
为了实现玻璃料滴的内部和外周边部分的温度的相互接近，一种方案是在上表面冷却步骤后对上表面进行加热处理。而本发明的热辐射抑制步骤与上述方案不同。具体地说，为了在上述有限的时间周期内使玻璃料滴的上部均匀地具有所需程度的或所需程度左右的粘滞度，在将玻璃料滴加在下模上后必须降低玻璃料滴的热能。其中当作为玻璃料滴的熔融玻璃被加在下模上时玻璃料滴所具有的热能被称作初始热能。这里要指出的是，由于与下模模压面接触的玻璃料滴下部的温度将被急剧降低，同时如果玻璃料滴的初始热能很高，则并不太容易将玻璃料滴内部的温度降低到与适于压型的粘滞度相符的温度上。如果在与玻璃料滴初始热能相关的限定条件下对玻璃料滴进行重新加热，则在从冷却步骤到玻璃压型步骤的有限时间周期内很难对玻璃料滴的热能进行控制。例如在为了实现均匀的热分布对玻璃料滴进行重新加热时，过量的加热将会导致过低的粘滞度。在玻璃压型步骤中具有过低粘滞度的玻璃料滴被从构成模具的部件间的间隙中挤压出，具体地说，从上模与下模之间的间隙或上模与圆环模之间的间隙挤压出。这将会带来各种缺点，例如形状和质量的瑕疵、模具受损、大幅度地缩短模具的寿命和增大制作成本。
另外，在对玻璃料滴进行重新加热以便实现均匀的热分布时，很难对用于对曾经被冷却一次的玻璃料滴的上部重新进行加热的加热器功率控制的基准加以确定。此外，附加需要被冷却过一次的玻璃料滴进行重新加热的能量。
为了提高在短的作业时间内的效率和为了实现对各种玻璃的软化，在实际应用中用于重新加热的加热器必须具有1000℃或高于1000℃的热容量。所以不太昂贵的镍铬加热器不能承受或耐如此高的温度并且能够制作加热器的适用材料受到局限并且非常昂贵。这将造成生产成本的提高。即使应用这种昂贵的加热器在长期使用的过程中也不可避免地会出现线路断路等问题。此点将造成生产过程的工作效率的降低。
在本实施例中，在冷却步骤之后和玻璃压型步骤之前的时间周期内不对玻璃料滴的上部进行重新加热，而是以非接触方式用热屏蔽件对玻璃料滴的上表面进行遮盖，从而实现对玻璃料滴的热辐射的抑制，以便利用此方式缩小玻璃料滴的内部与外周边部分之间的温差。所以为了实现在玻璃压型步骤中进行模压前的均匀的热分布，可以对作为玻璃料滴的熔融的玻璃加在下模上时由熔融玻璃携带的一部分初始热能加以有效的利用。所以为实现对玻璃料滴的热能的控制，仅需要对在上表面冷却步骤中导出的热能进行控制。这样即可实现对热能控制的简化。另外，可以避免玻璃料滴的上部的粘滞度被过度的降低(特别是可以避免玻璃料滴的上部的粘滞度低于其内部)。此点将避免在对玻璃料滴模压时出现“成型毛刺”等质量瑕疵。另外，不再需要用于重新加热的热能和加热器。此点避免了作为加热器的断路的结果导致的生产过程中工作效率的降低。
如上所述，在本实施例中，在冷却步骤和玻璃压型步骤之间的时间周期内对玻璃料滴的上部不再重新加热。所以在上表面冷却步骤中，加在下模模压面上的玻璃料滴的初始总热能必须在短时间内减少到略大于目标总热能的量度上，所述目标总热能系推定的当稍后在整个玻璃料滴上均匀的实现适于模压的粘滞度时的玻璃料滴具有的总热能。在热辐射抑制步骤中，即使在热辐射抑制步骤的功能发生作用的情况下，也会有一预定的热能由玻璃料滴中被导出。所以确定的在上表面冷却步骤中的冷却条件(例如，吸热器与玻璃料滴的上表面的接触时间、在与玻璃料滴接触时的吸热器的温度)应以实现压型时的相应的粘滞度条件为准，同时还要将在热辐射抑制步骤中上述被导出的热能考虑进去。
如上所述，在加入作为玻璃料滴的熔融的玻璃之后和在模压之前的时间周期内，限定的条件是，玻璃料滴的下部必须具有不超出可以进行压型处理的相应的粘滞度范围的粘滞度。所以，优选连续地进行上表面冷却步骤、热辐射抑制步骤(用于缩减玻璃料滴的内部和上表面的温差的步骤)和玻璃压型步骤。采取此方式时，从尽可能早的初期阶段，即紧接着冷却步骤，至位于压型步骤直接前面的最后阶段，热屏蔽件设置在靠近玻璃料滴的上表面的位置。因此，在玻璃料滴的下部的粘滞度超出适度的粘滞度范围前，在玻璃料滴中始终存在非常均匀的热分布。
在热辐射抑制步骤中，优选尽可能地缩小玻璃料滴的暴露面积，以便对除了向下模的热辐射以外的玻璃料滴的热辐射进行抑制。为此，至少在热辐射抑制步骤中，玻璃料滴必须被容纳在下模的型腔或由下模和圆环模限定的腔体内，其中模的上表面遮盖有一热屏蔽件。例如为了实现在上表面冷却步骤中玻璃料滴上部的冷却，吸热器对下模的模压面上的玻璃料滴实施顶推，从而使玻璃料滴被容纳在下模的型腔内或由下模和圆环模限定的腔体内。另外，在热辐射抑制步骤中，也可以以圆环模为基准相对降低下模，以便使玻璃料滴的上表面低于圆环模的上端，从而使玻璃料滴容纳在由下模和圆环模限定的腔体内。在上述两种情况中的任何一种中，出于对减少热辐射量的考虑，优选将热屏蔽件设置在接近于圆环模上端的位置，其接近程度以屏蔽件不与玻璃料滴接触为限。
由于在上述热辐射抑制步骤中玻璃料滴被容纳在下模的型腔或由下模和圆环模限定的腔体内，所以可以避免玻璃料滴与热屏蔽件接触，甚至如果采用将容纳有玻璃料滴的下模输送到热屏蔽件下方的方式时，也是如此。所以可以在由上表面冷却步骤的工位向玻璃压型步骤工位输送的过程中进行热辐射抑制步骤。因此，在有限的时间周期内可以有效地实现玻璃料滴的均匀的热分布。
对热辐射抑制步骤的时间必须在一限定的范围内进行选择，超过此限定范围，在玻璃料滴的下部通过与下模的热交换被冷却并且其温度降到相变点Tg或相变点Tg左右后，则很难进行模压处理。考虑到下模的温度和玻璃料滴的热容量，选定的时间优选在3至50秒的范围内。
接着，将在图1中F工位上被压型的玻璃，经G、L输送到工位M，在此位置进行脱模。在玻璃经工位G、L至M的输送过程中玻璃被大气温度逐步自然冷却，因而其体积由于热缩略有缩小。在已有的直接压型系统中，在压型后玻璃料滴的热缩过程中将出现下凹纹痕的问题。但在本发明中，通过在玻璃压型步骤之前对玻璃料滴相应的温度控制，将缩小玻璃料滴的内部与外周边部分的温差。因此势必也减小了在压型时和压型后玻璃的内部与外周边部分间的温差，因而有效地抑制了下凹纹痕的出现。在G至M的每个位置上，对下模11进行相对于圆环模17的逐步提升。如图2G所示，在位置L时玻璃的外圆周面高于圆环模17。如图2H所示，当玻璃的内部的温度在相变点的±50℃范围内，优选±30℃，特别优选±10℃范围内时，采用拾取器(图中未示出)对玻璃进行真空抽吸并对玻璃进行脱模。
因此应用本发明的方法可对光学透镜毛坯进行模压，而不会出现玻璃成型毛刺。模压制成的的光学透镜毛坯是中间产品或半成品，接着对其进行磨削/抛光，加工成光学透镜。应用本发明方法制成的光学透镜毛坯在其表面仅有少量的下凹纹痕并因此减少了磨削余量。对根据本实施例试制出的光学透镜毛坯所进行的测定得出如下结果。与已有的系统相比磨削余量可以减少到50％。
其中，单面磨削余量系对压型产品的上表面或下表面磨削加工的磨削余量。中心厚度容差系预选定的中心厚度与实际测出的中心厚度间的差。厚度偏差是在一共同的圆周上的最大厚度与最小厚度的差。曲率半径精确度系预选定的曲率半径与实际测出的曲率半径的差。压型产品的下表面上的石粉的粒度系外加的物料，例如涂布在下模上的用于当压型的产品由模具中脱出或分离出时提高脱模性能的由六面晶系氮化硼构成的耐热固体润滑粉。
在本实施例中在转台上设置有多个下模。另外也可以采用任何其它类型的可以实现连续将下模输送给相应的步骤的工位并可对下模在步骤系列中反复使用的输送装置，例如可以应用诸如传送带等线性输送装置。
下面将对在各步骤时的熔融玻璃的温度条件加以说明。如图3所示，在将玻璃料滴加在下模上之后和将透镜毛坯脱模之前，玻璃在其内部和外周边部分中具有不同的温度条件。图中用实线对在应用本发明的方法时玻璃在其上部、中心和下部的温度变化进行了描述。另一方面，在图中用虚线对应用没有上表面冷却步骤和热辐射抑制步骤的已有的直接压型系统时的玻璃在其上部、中心和下部的温度变化进行了描述。
在对应用本发明时玻璃的温度变化进行说明之前，将对应用已有系统时的温度变化做一简述。当在玻璃加料步骤中将熔融的玻璃加在下模的模压面上时，玻璃下部的温度通过保持在Tg-10℃温度上的下模与熔融玻璃的下部之间的热交换被急剧降低并被保持在其温度低于玻璃相变点Tg的平衡状态。另一方面，加在下模模压面上的玻璃料滴的上部和内部被围绕玻璃料滴的大气温度冷却，其温度被逐步降低。此时，与玻璃内部相比，玻璃上部的温度的变化率很高。因而在玻璃压型步骤开始之前玻璃内部和上部之间的温差将逐步增大。在玻璃压型步骤中其温度保持在Tg-100℃左右的上模将对玻璃料滴的上部和内部进行冷却。此时，实现玻璃料滴的上部与上模的直接接触并因而将温度急剧降低到相变点Tg以下的程度。另一方面，由于玻璃料滴的体积较大，因而玻璃内部不太易于冷却。此点将导致在玻璃压型步骤后玻璃内部与玻璃的上部或与玻璃的下部之间的温差的增大。由于压型时玻璃的粘滞度很低，因而在压型后玻璃的热缩很大，导致玻璃表面出现下凹纹痕。
下面将对照图3中的实线对本发明中的玻璃温度的变化加以说明。在玻璃加料步骤中当将熔融的玻璃加在下模的模压面上时，玻璃下部的温度通过下模与熔融玻璃的下部之间的热交换被急剧降低并且其温度被保持在Tg与Tg-50℃之间的平衡状态，即不高于玻璃的相变点Tg。另一方面，加在下模模压面上的玻璃料滴的上部和内部被围绕玻璃的大气温度冷却，其温度被逐步降低。此时，与玻璃内部相比，玻璃上部的温度的变化率很高。一直到此阶段玻璃的每一部分的温度变化与上述结合已有系统所述的温度变化类似。
在本发明进行上表面冷却步骤时作为整体的玻璃料滴的热能被迅速导出。特别是与冷却件直接接触的玻璃料滴的上表面的温度下降与内部的温度下降相比更为迅速。这时的温差大于在将作为玻璃料滴的熔融的玻璃加入时的初始阶段。接着在热辐射抑制步骤中对玻璃料滴上表面的热辐射进行抑制时，在通过玻璃内部与上部(表面)之间的热交换玻璃内部的温度被降低的同时，对上部的温度重新进行测定。结果是，玻璃上部与玻璃内部之间的温差将逐步缩小。玻璃下部的温度将大大受到其热容量很大的下模的影响。所以在将作为玻璃料滴的熔融的玻璃加入后，即使在热辐射抑制步骤中温度的下降率略有减少，其下部的温度也将被持续地向预先被保持在玻璃相变点Tg的下模的温度降低。一旦玻璃料滴下部的温度被冷却到玻璃相变点Tg或相变点Tg左右，则对玻璃进行模压已经不可能。所以，在将作为玻璃料滴的熔融的玻璃加在下模上以后，对进行模压的时间点的限定取决于玻璃下部的温度下降状况(粘滞度)。
在玻璃压型步骤中，上模对玻璃料滴的上部和内部的冷却方式与已有的系统类似。此时，玻璃的上部与其温度保持在Tg-50℃与Tg-150℃之间的温度上的上模直接接触，从而使上部被急剧地冷却到低于玻璃料滴相变点Tg的温度上。由于与已有系统相比压型时玻璃料滴的内部温度相对较低，所以在压型后玻璃料滴的内部与上部的温差相应较小。其结果是，将抑制玻璃表面上出现下凹纹痕并避免下凹纹痕的不均匀的分布。在上表面冷却步骤和热辐射抑制步骤后玻璃料滴内部的粘滞度将达到一相应的程度，即被抑制在根据位置的不同在103.5-106.5泊(dPa·s)之间，并与不进行该步骤的情况相比实现此点所用的时间较短。此点将提高透镜毛坯的生产率。当在图1的G至L的位置上经自然冷却玻璃的上部、中心和下部的温度接近相变点Tg时，将对透镜毛坯进行脱模。最好是在每一部分的温度在以相变点Tg为基准的±10℃范围内时，对透镜毛坯进行脱模。
在上面结合附图对本发明的一个实施例做了说明。但显然本发明并不仅仅限定在该实施例上，可以在权利要求的范围内进行各种其它方式的变动和改进。
根据本发明对玻璃制品进行模压的方法不仅仅适用于制作上述的光学透镜毛坯，而且也适用于制作普通的玻璃制品。特别有益的是，本发明适用于在中心部位和周边部分具有不同厚度的光学透镜和相对较薄的玻璃制品。
如上所述，在应用所谓的直接压型系统的模压方法时，根据本发明可以对在透镜毛坯表面上出现的下凹纹痕进行抑制并避免下凹纹痕集中在局部的范围内。其结果是，可以实现仅需要在磨削/抛光步骤中去除的较小的磨削余量，因而可以减少磨削屑和抛光屑。
根据本发明，与已有的系统相比可以在较短的时间内并应用对随位置的不同出现的变化进行抑制的方式实现玻璃的最佳粘滞度，从而大大提高了透镜毛坯的生产率。
权利要求
1.一种应用模具通过对玻璃料滴进行压型模压制成玻璃制品的方法，所述模具由一上模和一下模构成，所述的上模和下模中的每一个模都具有模压面，所述方法包括一加料步骤，用于将作为玻璃料滴的熔融的玻璃加在所述下模的模压面上；一冷却步骤，用于对加在所述下模的模压面上的玻璃料滴的上表面进行冷却；一热辐射抑制步骤，用于在所述的冷却步骤后对玻璃料滴的热辐射进行抑制，以便使玻璃料滴的内部和上表面的温度相互接近；和一压型步骤，用于在所述的热辐射抑制步骤后，当所述玻璃料滴所具有的粘滞度在103.5至106.5泊(dPa·s)范围内时利用所述上模和下模的模压面对所述玻璃料滴压型。
2.按照权利要求1所述的方法，其中所述热辐射抑制步骤包括一用于将其温度低于所述玻璃料滴的热屏蔽件以非接触方式置于接近所述玻璃料滴上部的位置的步骤。
3.按照权利要求2所述的方法，其中所述接近步骤用于将所述热屏蔽件在3至50秒的时间间隔内，其中也包括3秒和50秒本身，以非接触方式置于接近所述玻璃料滴的上部的位置。
4.按照权利要求2所述的方法，其中所述热屏蔽件在其面向所述玻璃料滴的上表面的面上的辐射系数等于或小于0.4。
5.按照权利要求4所述的方法，其中所述接近步骤用于将所述热屏蔽件在3至50秒的时间间隔，其中也包括3秒和50秒本身，以非接触方式置于接近所述玻璃料滴的上部位置。
6.一种采用通过对玻璃料滴压型模压制成的玻璃制品制作最终玻璃制品的方法，所述方法包括如下步骤应用按照权利要求1至5中任一项所述的方法对所述玻璃制品进行模压；和对所述玻璃制品的表面进行磨削和抛光，以便制作出最终的玻璃制品。
7.一种对玻璃制品进行模压的设备，包括一种模具，包括上模和下模，所述上模和下模中的每一个都具有模压面；加料装置，用于将作为玻璃料滴的熔融玻璃加在下模的模压面上；冷却器件，用于对加在下模的模压面上的所述玻璃料滴的上表面进行冷却；热辐射抑制器件，用于对被所述冷却器件冷却的玻璃料滴的热辐射进行抑制，从而使料滴的内部和上部的温度相互接近；和模具驱动装置，用于使所述上模和所述下模的模压面相互接近，以便对玻璃料滴进行压型，当通过所述的热辐射抑制器件使其内部和上表面的温度相互接近的玻璃料滴的粘滞度在103.5至106.5泊(dPa·s)范围内时，启动所述模具驱动装置。
8.按照权利要求7所述的设备，其中所述热辐射抑制器件包括一个其温度低于所述玻璃料滴内部温度的热屏蔽件；和用于将所述热屏蔽件以非接触方式置于接近所述玻璃料滴的上部位置的件。
9.按照权利要求8所述的设备，其中热屏蔽件至少在其面向所述玻璃料滴的上表面的面上的辐射系数等于或小于0.4。
10.按照权利要求8所述的设备，其中所述热屏蔽件包括涂覆有覆层的绝热材料，至少在其面向玻璃料滴的上表面的面上的辐射系数等于或小于0.4。
全文摘要
本发明涉及一种应用模具对玻璃料滴进行压型对诸如光学透镜毛坯等玻璃制品进行模压的方法和设备,所述模具由上模和下模构成,每个模具有一模压面,作为玻璃料滴的熔融的玻璃被加在下模的模压面上。对加在下模模压面上的玻璃料滴的上表面进行冷却。冷却后对玻璃料滴的热辐射进行抑制,使玻璃料滴的内部和上部之间的温度相互接近。此后,当玻璃料滴的粘滞度在10
文档编号C03B11/12GK1340467SQ0113121
公开日2002年3月20日 申请日期2001年8月31日 优先权日2000年9月1日
发明者前田伸广, 斋藤淳 申请人:保谷株式会社