用于生产玻璃块的方法和设备的制作方法

专利名称：用于生产玻璃块的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种用于以熔融玻璃制造具有预定重量的玻璃块的方法和设备。另外，本发明还涉及一种用于通过再加热并压模玻璃块制造模制玻璃产品的方法。还有，本发明还涉及通过磨削或磨光并抛光这种模制玻璃产品来制造光学装置或元件的方法。
为了解决上述所谓重量不均的问题，本发明的申请人已经在它的前一个专利申请中推荐了一种被称为下移切削的改进的方法，它需要将一定量(预定量)的熔融玻璃倒入到模具内(该熔融玻璃将形成压模材料)，但不包括将玻璃板切割成许多玻璃片的切割处理(日本未审查专利申请公开号2-34525)。以这种下移切削方法，首先，一定量的熔融玻璃被倒入模具内。然后，每个模具的可移动的部件以高于熔融玻璃流动的速度下移。采用这种方法，每个熔融玻璃流被切割成分开的部分，从而在每个模具内剩下一定量(预定量)的熔融玻璃，然后可通过逐级冷却的方式以产生后面将用作压模材料的玻璃块，从而获得具有各种形状的玻璃块。通常，使用下移切削方法的模制设备将配置有多个模具，从而这些熔融玻璃可相继装入到这些模具中，由此连续产生玻璃块。
然而，在上面讨论的传统的下移切削方法中，由于装入到模具中的熔融玻璃与模具的表面相接触，需要避免在模制的玻璃块的表面出现诸如穿孔和裂缝这些缺陷。为此，在使用下移切削方法的情况下，需要在模具的模制表面提供诸如氮气或某种气体等浮动气体，使这种浮动气体通过形成于模制表面的多个排放孔。采用这种方式，可保持熔融玻璃处于飘浮或轻微飘浮状态，这使得可以将熔融玻璃与模具的模制表面保持最小的接触。为了满足这些需求，传统的下移切削方法已经被改进成从气源供应的飘浮气体被分支成几股气流，从而供应各个模具，每股气流的量需足够，使得能够在熔融玻璃和每个模具的模制表面之间具有充分的接触。实际上，每股气流通过形成于每个模具的模制表面的排放孔向外排放，从熔融玻璃到达模制表面直到从模具中取出熔融玻璃期间，这种气流排放被连续进行。特别是，在熔融玻璃供应过程(在下面的描述中有时被称作浇铸处理)，由于熔融玻璃极有可能与模具的模制表面接触，所以每股浮动气体的流速增加，这将被认为可以有效地解决上述的问题。
然而，在浮动气体的流速按照前述要求设置的情况下，在浇铸熔融玻璃的浇铸过程期间，当熔融玻璃与模具接触的瞬间，熔融玻璃的行为变得很剧烈，由此将导致一些内在缺陷(如褶迭和条纹)。为了解决这个问题，本发明的发明者需要对浮动气体的流速进行控制，并且当使用上述下移切削方法时，这种控制必须满足两种流动的需要，以稳定模制状态。
(1)当使用模具进行熔融玻璃的模制时，供应给各个模具的浮动气体的流速应该没有不规律的，每股浮动气体的流速应该足以保证熔融玻璃浮离每个模具。
(2)在熔融玻璃的浇铸期间，应该设置每股浮动气体的流速，使得在一定量的熔融玻璃接触模具的瞬间，熔融玻璃应该没有不稳定的行为。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供用于制造熔融玻璃的方法和设备，该方法能够正确地设置用于进行稳定的浮动模制过程的浮动气体的流速，获得稳定的浇铸状态，从而可以生产出具有高质量的并减少重量的不均的玻璃块。
本发明的另一个目的是提供一种熔融玻璃产品的制造方法，其中前述熔融玻璃首先被加热，然后经受压模处理以生产出模制的玻璃产品。本发明还有一个目的是提供一种光学元件制造方法，其中，前述玻璃模制产品被磨削并抛光，从而生产出各种各样的光学元件。
为了实现上述目的，本发明的玻璃块制造方法包括第一步，模具接收向下流的熔融玻璃；第二步，以高于熔融玻璃下流的速度向下移动模具，从而切割熔融玻璃成为分离的部分，以在每个模具中留下预定重量的熔融玻璃；第三步，用气流喷雾该熔融玻璃以在熔融玻璃飘浮或轻微飘浮的状态下形成玻璃块。
细致地说，第一步是在用具有低于第三步所用的气流速度的气流喷雾熔融玻璃下进行的，或者第一步是在没有进行气体喷雾的情况下进行的。
根据本发明的发明者所进行的试验，即使在浇铸期间熔融玻璃的温度相对较高，并且即使与熔融玻璃接触的模具的表面形状被转变成熔融玻璃的形状，在这种情况下很清楚，如果接触时间较短，并且如果熔融玻璃是飘浮的，由于它的表面张力，熔融玻璃的形状会很快地恢复的原始形状。因此，根据本发明的方法，在上述第一步的气流速度降低的情况下，在浇铸期间熔融玻璃将会与模具接触。然而，如果后面的气流速度增加，熔融玻璃可以飘浮或轻微飘浮，从而使熔融玻璃的表面恢复到原始状态。另一方面，如果在浇铸期间的气体流速降低，甚至降低到零，这可以抑制熔融玻璃的剧烈行为，从而可以制造出没有在熔融玻璃剧烈行为情况下引起的褶皱和条纹的任何内在缺陷的玻璃块。
此时，从第一步开始到第三步开始的时间间隔被设置为一秒或更短。
第一步到第三步的气流速度优选为5到20％，更优选为5-15％，最优选为7-14％。
具体地说，最好第一步是这样进行的，即，模具中接受的是30到2泊粘度的熔融玻璃。
另外，本发明的方法还包括当玻璃块的温度等于或低于玻璃的转变点时，从模具中取出玻璃块的第四步。
另外，本发明提供一种模制玻璃产品的制造方法，其特征在于根据前述方法制造的玻璃块首先被加热，然后经受压模处理，从而产生模制玻璃产品。
另外，本发明涉及一种光学元件(装置)制造方法，其特征在于前述方法用于制造光学元件坯料，该坯料然后被磨削(研磨)并抛光，从而产生光学元件(装置)。
另外，本发明还提供一种玻璃块制造设备，它包括模具，他们具有形成有许多喷气孔的模制表面；用于供应熔融玻璃到模具的熔融玻璃供应装置；能够以高于熔融玻璃下流的速度向下移动模具，从而切割熔融玻璃成为分离的部分并在每个模具中留下预定重量的熔融玻璃的模具升/降移动装置；用于供应将要从模具的排放孔排放的气体的气体供应装置；用于调节从各个模具的排放孔排放的气流的流速的调节装置；所述调节装置能够在提供熔融玻璃流给模具时调节气体的流速，从而使得在这个时间的气体流速低于当一定量的熔融玻璃被留在模具内时的另一种气流速度。
在这种情况下，气体流速调节装置包括允许从气体源供应的气体通过不是模具上的开孔的其它开孔释出的气体流入通路；用于当模具被模具升/降移动装置升起时，打开气体流入通路，和当模具被模具升/降移动装置降下时，关闭气体流入通路的流入气体开/关装置；
图2是该玻璃块制造设备的平面图；图3是显示它的模制部件关于它的模制基座下移时的模具的侧截面图；图4是显示它的模制部件关于它的模制基座上移时的模具的侧截面图；图5是显示根据本发明的一个实施例的形成于模具的模制表面喷气孔阵列的平面图；图6A到6E是显示根据本发明的一个实施例的用于进行下移切割方法以供应熔融玻璃到模具的程序的构思图。
具体的实施方式(用于制造玻璃块的设备)下面，将参考附图所示的实施例对本发明进行详细描述。
如

图1和图2所示，玻璃块制造设备在一个转盘上安装有多个模具。当一定量(预定量)的熔融玻璃被相继倒入模具中时，就有可能连续制造出大量的玻璃块。
如图1和图2所示，玻璃块制造设备100包括多个模具102，每个模具首先接受具有预定粘度的一定量的熔融玻璃，然后在熔融玻璃飘浮或轻微飘浮的条件下进行模制处理，用于供应一定量的熔融玻璃到每个模具102的熔融玻璃供应部件104；为各个模具提供的以支持这些模具的相应的多个模具基座106；能够相继传送模具的模具传送部件108；用于在接受提供的熔融玻璃的位置(后面简称为浇铸位置A)垂直移动多个模具的模具升/降驱动部件110；用于逐级冷却熔融玻璃块的加热炉112；用于从模具中释放逐级冷却的玻璃块的释放装置114。
熔融玻璃供应部件位于浇铸位置A，熔融玻璃流(未显示，但是在熔解炉内熔解)通过流出口104a流入到模具102中。熔融玻璃供应部件的流出口104a由一个温度控制装置(未显示)，从而熔融玻璃流在流出时可被控制到预定粘度。凭借这种温度控制，可以保证玻璃块的生产率的适当的控制。这里，如一个优选实施例中的一样，前述温度控制以这样一种方式进行，使得流出口104a的熔融玻璃的粘度可被控制在30到2泊，优选为20到5泊。
模具传送部件108有一个用于通过模具基座106支撑多个模具102的转盘116，和一个用于旋转地驱动转盘116的驱动部件118。转盘116最好制成圆盘状(在本实施例中，它的直径是500毫米，厚度是15毫米)，由铝合金构成，因此重量很轻。详细地说，转盘由包含在驱动部件118内的直接驱动马达驱动。转盘116由安置在转盘116的外周，并彼此间隔相等距离的36个模具基座环绕。每个模具基座106提供用来安装模具102。
当转盘116通过模具传送部件108而转动时，每个模具102可被移动到浇铸位置A。在到达浇铸位置时，控制每个模具停顿一个很短的时间以接受预定量的熔融玻璃。在接受了熔融玻璃之后，模具将从浇铸位置移开。即，模具传送部件108由直接驱动马达周期性地驱动，以转盘116可以转动和停止交替进行的方式，每个转动仅仅以预定角度继续(这可以被称作间歇指示方式)。以这种方法，当转盘116以间歇指示方式被旋转性地驱动时，装载有预定量的熔融玻璃的一个模具102将从浇铸位置A移开，同时，紧跟在其后的另一个模具102(没有装载熔融玻璃)被移到浇铸位置A。通过重复这些步骤，从熔融玻璃供应部件的口104a连续流出的熔融玻璃材料可以没有任何停顿地相继装载到模具102中。然而，如后面将要详细描述的，用于从熔融玻璃供应部件104供应熔融玻璃材料到模具102的过程可通过使用下移切割方法进行。
如图1所示，模具升/降驱动部件110位于浇铸位置A，正好位于固定在转盘116外周的模具基座106下方。以这种方式，当从熔融玻璃供应部件104供应熔融玻璃到模具102时，模具升/降驱动部件110将被驱动以垂直移动位于浇铸位置A的模具102。然而，配置用来垂直移动模具102的机构后面将详细描述。
如图2所示，加热炉112沿安装在转盘116上的模具102的移动轨迹放置，从浇铸位置A延伸到玻璃块取出位置(后面简称为取出位置B)，还从取出位置B延伸到浇铸位置A。另外，如图1所示，加热炉112被安装成能够从模具的上方覆盖模具102。以这种方式，穿过加热炉112的模具102可被包含在加热炉内的加热器加热，而装入模具102内的熔融玻璃材料和比加热温度高的较高的温度被逐级冷却。在加热炉112内的温度优选设置在350到400℃的范围，因此，当它们从浇铸位置A移动到取出位置B时，装载在这些模具102内的熔融玻璃被逐级冷却，如此生产出所需的玻璃块。另外，另一个加热炉112位于取出位置B和浇铸位置A之间，以便进行加热处理和热保持处理，从而保证模具(熔融玻璃块已经取出)的温度不至于太低。
一个取出装置114位于取出位置B，该取出装置用于从模具102取出玻璃块(它的温度已经变得等于或低于玻璃转变点Tg)。即，取出装置114配置用来喷雾气体到装载在模具内的玻璃块(从面对模具102的一侧)，从而驱使玻璃块掉落到位于取出装置114对面的收集装置120上。
下面，将参考图3和图4详细描述模具基座106和模具102的结构，它们两个都位于转盘116上。
具体地说，图3显示了模具102相对于模具基座106降低了的状态，图4显示模具102相对于模具基座106升高了的另一个状态。如这些图所示，每个模具基座106都有一个固定在转盘116上的基座部件122，还有一个能够安装模具102并相对于基座部件122在垂直方向移动的可移动部件124。详细地说，基座部件122形成于它的中心，有一个能够滑动地固定可移动部件124的轴部件124a的中心孔122a。实际上，轴部件124a从中心孔122a的底端向外凸出。轴部件124a的凸起的底端部分用弹簧126缠绕。以这种方式，就可能保证一个有效的作用力恒定地向下方促动可移动部件124。
模具升/降驱动部件110配置在模具基座106的下方，位于熔融玻璃浇铸位置A。驱动部件的驱动轴110a向上延伸到可移动部件的轴部件124a的底端。在熔融玻璃的浇铸过程中，模具升/降驱动部件110被驱动，从而使驱动轴以图4所示的方式升起。在此时，模具基座的可移动部件124由于弹簧126的弹力作用而上升。结果，模具102被升高到靠近熔融玻璃供应部件的出口104a的位置，从而使得熔融玻璃被供应到模具中。
实际上，本实施例的玻璃块制造设备100使用一种下移切割方法，这被认为能够有效地生产各具有预定重量的玻璃块。如上面所讨论的，一旦模具102被移动到浇铸位置A，模具升/降驱动部件110将开始运行，使它的驱动轴110a可以向上压迫模具基座106的可移动部件124。如果这里没有驱动轴110a产生的向上的压力，弹簧126的弹力将向下促使可移动件124，并将它保持在一个较低的位置。这里，由于启动轴110a被运行以向上移动，可移动部件124将由于弹簧126的弹力而被压向上方。结果，可移动部件124和模具102都被升高，使得模制表面102a靠近流出口104a。流出口104a的前端和模具102的上端之间的间距优选是5到10毫米。
在该情况下，气流(用于飘浮或轻微飘浮玻璃块)被提供给通过模具基座106安装在转盘116上的36个模具102的每一个。从气源(未显示)供应的气体被分支成很多股气流，从而流向与模具102相连的多个气道128。以这种方式，可以使流向一个模具的气流速度等于流向另一个模具的气流速度，由此保证所有流向各个模具的气流速度都一致。在此时，如图3所示，从气源供应的气流可通过气道128被引入到形成于每个模具基座的可移动部件124内的各个空间124b，并通过多个与形成于各个模具102的模制表面相连的排放孔102b喷出。通过排放孔102b喷出的气体被致使向留在模具表面的玻璃块喷雾，从而使玻璃块飘浮或轻微飘浮。这里，用于飘浮或轻微飘浮玻璃块的气体可以是诸如空气或氮气的惰性气体。另外，它也可以是使用包含空气和氮气的混合气体。
如图5所示，多个喷气孔102b被安放在模制表面102a的中心区域，在圆周方向彼此间隔相等距离，以使得有可能飘浮或轻微飘浮(以一种稳定的方式)加载在模制表面102a的玻璃块。然而，喷气孔102b不需要限定在一定数目，实际上它也可以仅仅形成并使用一个喷气孔。另外，模制表面可用多孔材料构成。结果，多孔材料的许多细小的孔可用作喷气孔。然而，为了飘浮或轻微飘浮熔融玻璃或玻璃块(以一种稳定的方式)，可优选多个喷气孔102b围绕模具的中轴对称分布。更优选多个喷气孔102b以相等的间距均匀地分布。
每个模具基座106的可移动部件124由一个用于从内部空间124b漏气的漏气孔124c。另外，在每个模具基座106的基座部件122连有垫圈130，以这样一种方式，即使得垫圈130位于面对漏气孔的位置。在可移动部件124由于弹簧126的弹力而被向下促动的情况下，即当一定量的熔融玻璃被供应到模具102，然后模具被移动通过加热炉112，从而使玻璃块形成于模制表面，漏气孔124c将被配置在基座部件122上的垫圈130密封。以这种方式，经气道128提供到内部空间124b的全部量的气体可移向喷气孔102b，然后排放到模制表面102a。另一方面，如图4所示，当可移动部件124被压向上方并且模具102位于浇铸位置A，一旦模制表面接受到熔融玻璃，漏气孔124c将打开，以使得气体从漏气孔漏出，采用如此方式使得从喷气孔102b喷出的气体流速降低。因此，本实施例的设备不仅仅是结构简单，而且能够十分有效地降低通过喷气孔102b喷出的气流速度(这种降低凭借模具的向上移动而十分有效)。但是，该用于控制气体流速的控制部件不应限于上述实例，并且也可能利用电信号控制气体流速调整阀，使得响应驱动轴的驱动操作来降低该气体供应量。
如图6所示，当模具位于浇铸位置A并且该模具升/降驱动部分110处于其驱动机构(driving movement)中时，模具102的模制(molding)表面会接近流出口104a。因而，可以给模制表面102a提供熔融玻璃流G。(参见图6A至6C)。然后，在经过一预定时间段之后，释放模具的上移机构(通过模具升/降驱动部分110起作用)。因此，模具基座中的弹簧126的弹力会马上引起可移动部分124、以比熔融玻璃的下流速度高的速度压向下降方向。在这种情况下，模具102还与流出口104a分开，并且被快速降低到其原始高度(在其上升之前的原始位置)。这里，虽然在模具102下移之前，从流出口104a流出的熔融玻璃G的低端由模具102支撑，但模具102的快速降低会很快释放这种支撑。因此，该熔融玻璃将在该熔融玻璃的低端g和流出口104a之间的一个位置处，被切割成分开的部分。按照这种方式，由于该下移切割法利用该熔融玻璃的自身重量实现该切割动作，而不用任何刀具装置，所以在该熔融玻璃上几乎不留下任何切割痕迹(如果使用刀具实现这种切割，则会在该熔融玻璃上留下切割痕迹)。此外，当大量熔融玻璃移动到模具102时，模具102只会在垂直方向上移动。因此，当将熔融玻璃8切割成两部分时，几乎不会在模制的玻璃上形成所述的切痕。
借助于上述的下移切割法，由于可以产生一个恒定时间段，它开始于模具102接受熔融玻璃的时刻，结束于模具下移的时刻，也就是说可以借助于模具升/降驱动部分110控制切割该熔融玻璃的时间。这里，当该熔融玻璃提供给模具时，漏气孔被打开。因此，从模制表面102a流出的气体的流速将变得非常小。另一方面，一旦模具102a的上升被解除，模具基座的可移动部件124回到原来高度，漏气孔124将再次被垫圈130封闭。结果，从排放孔102b排放气体的流速将回到原来的气体流速(在模具上升之前)。实际上，将通过排放孔102b的气体的排放量设置到足够飘浮或轻微飘浮接受到模具内的熔融玻璃的值。
然而，当模具102靠近流出口104a时，即，在熔融玻璃浇铸期间通过排放孔102b的气体排放量将减少(气体流速也可变成零)。这里，如果在熔融玻璃浇铸期间气体排放量没有减少，由于从气体排放孔102b排放的气体产生的向上的压力将施加到熔融玻璃的低端(它还没有达到预定重量)。结果，熔融玻璃的低端将以一种剧烈的方式出现不期望的震动，引起熔融玻璃湿润了流出口的前端。结果，这将很难保证每个熔融玻璃块的内部结构具有良好的质量(因为将会发生皱褶和条纹)，使得不可能避免形成具有奇异形状和不规则重量的玻璃块的现象。为了避免所有这些问题，本发明的特征在于减少在熔融玻璃浇铸期间的排气量，从而稳定熔融玻璃，因此可以保证每个熔融玻璃块的内部结构具有良好的质量，以避免或至少减轻具有奇异形状和不规则重量的玻璃块的现象发生。
优选的是，一个过程(熔融玻璃流被引起首先接触到模具的模制表面102a，然后凭借模具的迅速下移运动切割成两部分)应该仅仅在一秒内完成，更优选的是，该过程应该仅仅在0.8秒内完成。这是由于尽管使得熔融玻璃接触到模具的模制表面102a，减少的排气量使得有可能限制上面的时间到一个极短的时期内。以这种方式，由于熔融玻璃(刚从口中流出)仅仅有很低的粘度，如果上述过程在很短的时间内完成，则可以保持这种低粘度。因此，在后面的过程中，即熔融玻璃飘浮或轻微飘浮的过程中，可以使玻璃表面的温度(它的温度由于与模制表面的接触而部分降低)等于未接触模制表面的玻璃表面的温度，从而使得它完全可以避免在玻璃块中形成穿孔或裂缝。
然而，在上述玻璃块形成过程(其中通过逐级冷却在模具102内的熔融玻璃而形成玻璃块)中，通过每个模具的排气量可根据每个玻璃块的重量作适当的调整。例如，这种排气量可以调整到每分钟0.5升。另外，在上述浇铸过程中，通过每个模具的排气量优选被设置到上述排气量(在熔融玻璃逐级冷却期间)的5到20％，更优选的是5到15％，最优选为7到14％。
当使用上述玻璃块制造设备时，需要以高速度移动模具102，从而提高了制造玻璃块的生产率，并保证以恒定的速度从口中连续流出的熔融玻璃可以被相继移动到浇铸位置的模具准确接住。为此，要求转盘116必须是用铝合金制造的，并且每个模具是由碳材料构成，从而使得这些部件的重量很轻。这里，碳材料必须不能熔化于熔融玻璃，但必须重量轻并具有高强度。另外，需要转盘116可以被直接驱动马达旋转地驱动。
实际上，每个模具102的模制表面102a都形成一个凹面。在使用中，模制表面适于限定熔融玻璃块的外部直径(从平面图上观察)。例如，当生产一个压模材料用于形成各具有接近终产品的透镜毛坯时，这种模制表面将不会限定相应于透镜的主表面的表面结构(即熔融玻璃的截面)。即，尽管每个模具可以限定每个玻璃块的重量和它的外径，但它不限定每个玻璃块的截面。因此，以上述方法获得的玻璃块可用作压模材料，并经受热处理直到它变得非常软，具有的粘度为104到106泊，然后经受压模处理，从而可以极大地改变每个玻璃块的形状，使得不需要根据最终压模产品(在制造玻璃块的步骤)的形状形成每个玻璃块的截面。
(所用的玻璃)使用上述设备生产的玻璃块以用于通过压模制造最终产品的精确的压模过程中，被用作压模材料。另外，相同的玻璃块也可在再加热/研磨过程中用作压模材料，再加热/压模过程中通过再加热和压模获得的模制产品的表面被磨光和抛光，从而产生终产品。当制备用于精确压模的材料时，优选使用其玻璃转变点Tg是580℃的玻璃材料。这是由于这种玻璃材料可具有一个相对低的温度用作压模温度，还由于这种玻璃材料不会与压制模具熔融。
表1和表2显示在可以从上面的流出口连续流出的熔融状态的，并可以不损失期望的透明度而制成玻璃块的一些光学材料。
表1

表2

从上面流出口流出的熔融玻璃的粘度优选为30-2泊，优选使用其熔融状态具有能够保持上述粘度的900到1200℃温度范围的玻璃材料。更优选为950到1200℃温度范围。最优选为950到1150℃温度范围。为了避免在上述温度范围内粘度变得太高，优选SiO2的含量控制在小于或等于50wt％，更优选SiO2的含量控制在小于或等于40wt％。另一方面，为了避免在上述温度范围内粘度变得太低，优选B2O3的含量增加到大于或等于15wt％，更优选B2O3的含量增加到大于或等于20wt％。更详细地说，优选使用表1所示的玻璃材料，特别是使用具有在表1中被称为优选成分的玻璃材料)。
(玻璃块制造方法)下面，将对使用上述玻璃块制造设备制造玻璃块的方法的实施例进行描述。首先，一定量的SiO2-TiO2光学玻璃材料(表2所示的No.1玻璃)在1270℃熔化在熔化炉内。然后，在完成玻璃熔化过程后，熔融玻璃被提供到熔融玻璃供应部件110。之后，用加热炉112加热模具102℃到250-300℃温度范围，同时转盘116以2.5r.p.m的速度连续旋转。此时，流出口104a的前端的温度被控制到1110℃，此时发现熔融玻璃的粘度是5泊。
在这种情况下，从口流出的熔融玻璃的粘度优选在30到2泊范围，更优选在20到2泊范围。通过控制熔融玻璃的粘度到上述范围内，使得能够获得没有任何条纹的高的内在质量的玻璃块。以这种方式，适当量的熔融玻璃可以很容易地从流出口104a流出。当一定量的熔融玻璃流出后，在熔融玻璃流出的底端和流出口之间将发生收缩。在这种情况下，如果流出的熔融玻璃底端的重量大于熔融玻璃的表面张力，流出的熔融玻璃的底端部分将在收缩部分与它的主体分开，从而不需要使用任何切具或切割装置就能够很容易地使每个模具接受到预定量的熔融玻璃。另外，将由每个模具102接受的熔融玻璃的重量可通过改变已经接受到熔融玻璃的底端的模具102的快速下移时限而很容易地调节。另外，当熔融玻璃的量已经完全接受到模具后，在这种飘浮或轻微飘浮的状态下将很容易形成期望的形状。
因此，在上述状态下，熔融玻璃流连续地从流出口提供。此时，每个模具102都从它的原始位置向上移动。因此，从流出口104a流出的熔融玻璃可被接受到每个模具102的模制表面102a。一旦模具102在它的模制表面102a已经接受到预定量的熔融玻璃，模具102就突然下降，从而切断刚从流出口104a供应的熔融玻璃。例如，从熔融玻璃接触模制表面开始到它被切断所需的时间是0.3秒。实际上，本发明控制玻璃块的重量以便使获得的每块玻璃块的重量均匀。这种重量管理通过控制熔融玻璃流以从流出口104a流出的熔融玻璃流或滴，在恒定的时间间隔内被每个模具102接受的恒定的流速的方式来进行。另外，在供应熔融玻璃的过程中，从模制表面排放的气体的量被设置在模具位于它的原始位置时的气体排放量的5到20％(优选为5到15％，更优选为7到14％)。以这种方式，通过控制在此时的气体排放量低于模具在它的原始位置时的气体排放量，就可能抑制熔融玻璃的不稳定行为，从而保证玻璃块产品具有高的内在质量、良好的外观和高的重量精确度。
玻璃块的重量的设置可以按照下面的方法进行。首先，设置熔融玻璃的温度到能够使熔融玻璃获得可保证玻璃块产品不包含条纹而具有高的内在质量所需的粘度的值。然后，确定在每个时间单元内熔融玻璃从口流出的流速，选择具有能够获得期望的流速的适当的内径(优选Φ为1到5毫米，更优选Φ为2到5毫米)的流出口104a，另外，设置用于传送模具102的传送速度(转盘的旋转速度)到使得将要被模具102(以恒定的速度从熔融玻璃流出口移开)接受的熔融玻璃的量等于期望的量。因此，如果熔融玻璃的粘度被设置到30-2泊范围内，并且如果传送模具102的传送速度被调节，就可能适当地利用下移模具102的时间，从而设置熔融玻璃切割时间仅仅为1秒，由此使得由可能制造大量具有高的重量精确度的玻璃块，并能够使制造过程以高产量在一个较短的时间内进行。
在本实施例中，由于不必使用刀具装置，所以切痕(褶页)不会深入到各玻璃块的内部。更具体地说，将熔融玻璃切成两部分时出现的切痕(褶页)只存在于离玻璃块外表面0.5mm(或更少)的表层。
这种痕迹可以很容易通过抛光各玻璃块的表面去除。
上述方法获得的玻璃块的典型形状可以描述如下。
(1)球体或接近球体(2)具有两个在周边互相连接的凸起表面的形状。
这对应于弹子形或以其短轴旋转的椭圆形。当玻璃块被以限定其外径的部分对应于其周边的方式看成平面图时，这样的平面图可以是圆的或类似于圆的。
(3)通过向上飘浮的液滴形成的形状。
由此可见，处于飘浮或轻微飘浮状态的熔融玻璃沿其圆周方向移动到加热炉112内，以便使得其渐渐冷却，因而形成预定的形状。
这样，熔融玻璃的截面不会受到约束，但保持为一个不确定的状态。冷却的玻璃块的温度低于玻璃转变点Tg(615℃)，并且这些玻璃块在其达到取出位置时被取出，因而使得能够以每秒90块的速度生产这种玻璃块。对所有采用以上讨论过的过程获得的玻璃块进行观测，均没有发现诸如贯通孔和裂纹这样的缺陷，以及诸如条纹这样的内在质量缺陷。重量的不规则程度在±5％之内(检验了1000个玻璃样品)。然而，当以上获得玻璃块用作后面的预加热压模过程中的材料时，最好该玻璃块的外表面借助滚筒磨光处理进行抛光，各玻璃块的表面可以制造成粗糙表面，使得提高模具隔离剂(粉状)所需要的粘合强度，以便在重新加热/压模处理期间粘合到该表面。此外，该滚筒磨光处理也对去除形成于各玻璃块表面的任何类型的缺陷有效。
(重新加热/压模过程)在上述过程中获得的玻璃块经受了普通的受压模处理，这种处理使用多个压力模具，每个这样的模具具有一个对应于最终形成的透镜的形状的模制表面。这里，各模具都包括上层模子和下层模子，使用在空气环境中实施的压模过程。事实上，加热玻璃块到大约850℃，使得它处于软化状态(具有的粘度为105泊(poise))，然后引入到各模具的低层模子的模制表面(该表面已经加热到大约650℃)上。结果，利用各模具的上层模子(它也已经类似地被加热到大约650℃)，将该玻璃块以压模过程处理4至5秒钟，从而获得压模的产品，每个都具有近似于预定的最终产品的形状。
(用于处理压模的产品的抛光过程)对以上重新加热/压模过程获得的压模的产品进行抛光，以生产作为最终产品的光学透镜，将铈氧化物作为抛光剂实施最初的粗糙抛光处理，然后实施精细的抛光处理，以便完全去除诸如条纹这样的，留在压模的产品的表层中的缺陷。此外，由于可以控制和抑制压模的产品的重量的不规则程度，所以允许降低总的抛光量，从而容易生产各种光学玻璃产品，诸如双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凸弯月形透镜、凹弯月形透镜。虽然可能在按上述受压过程中获得的压模产品的表层中存在缺陷，但这些缺陷可以完全在抛光过程中去除，从而使得获得无法任何缺陷的最终玻璃产品成为可能。另一方面，虽然上述玻璃块生产过程使用了SiO2-TiO2玻璃材料产品，但也允许使用B2O2-La2O3玻璃材料来获得同样的效果。实际上，使用表示在表2中的第2至12号玻璃材料并实施各其他步骤，以此类似地获得各种光学玻璃产品，诸如双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凸弯月形透镜和凹弯月形透镜。
虽然上述说明是关联于重新加热/压模过程进行的，但根据本方面的方法获得玻璃块也可以在精确的压模过程中用作模制材料。这个时候，在受压处理之后，上述过程获得的玻璃块被重新加热到确保粘度为107至1012泊的温度，以此精确地将各压力模具的模制表面的变面形状变换成玻璃材料，以便获得最终玻璃产品。但是，用于压模过程的空气环境最好是氮气或惰性气体环境，或包含着两种气体的混合气体的环境。此外，用于精确压模过程的玻璃最好是玻璃转变点Tg为580℃或更低的玻璃材料。
由此可见，在上述重新加热/压模过程中获得的模制的产品、诸如通过磨光和抛光模制的产品的表面获得的光学元件以及精确的压模的产品全都有高的内在质量，基于这样一个事实用作压模材料的玻璃块具有高的内在质量。此外，由于当这样的玻璃块用于重新加热/压模过程时，可以降低玻璃块的重量不规则程度，所以允许降低通过滚筒抛光、精细磨光和精细抛光的处理去除玻璃总量，因而能够缩短必要的处理时间以提高产品率。此外，由于降低去除和丢弃的玻璃材料的总量成为可能，所以允许降低生产成本并减轻对环境的污染问题。因此，当上述玻璃块用于精确的压模过程时，已经证实其在重量不规则程度方面的降低有利于提高最终产品的形状的精确度。
虽然在以上已经参考附图描述了本发明的一个实施例，但本领域的熟练技术人员应该不会受这样的特殊实施例的限制。事实上，很清楚，本发明可以在不脱离附属的权利要求所提出的范围的情况下，以各种方式进行改变和修改。此外，十分明显，本领域的普通熟练技术人员可以理解，本发明的玻璃块制造方法可以利用不是上述实施例所描述的其他制造方法(例如，利用不配备转盘，但能够以普通线性运动传送多个模具的设备)。
如以上所述，利用根据本发明的玻璃块制造方法，在铸造期间允许降低飘浮气体的量，因而在铸造中确保稳定熔融玻璃的行为。同时，由于在玻璃块模制过程中允许增加该飘浮气体的流速以便飘浮或轻微飘浮该玻璃块，所以不仅降低内在质量的缺陷(诸如褶页和条纹)和减轻该玻璃块的重量不规则程度成为可能，而且还可以降低外观缺陷(诸如贯通孔和裂纹)。
此外，通过利用根据本发明所形成的玻璃制造设备，在铸造过程中稳定熔融玻璃的行为、减轻以不同模具生产玻璃块的重量的不规则程度、降低内在质量缺陷(诸如褶页和条纹)和外观缺陷(诸如贯通孔和裂纹)已经成为可能。
此外，通过利用本发明的该玻璃产品制造方法和光学元件制造方法，按上述过程获得的玻璃块可以用于生产模制的产品和光学装置或元件，它们都具有极佳的内在质量。
权利要求
1.一种制造玻璃块的方法，包括步骤在模具上接收向下流动的熔融玻璃；以高于熔融玻璃的下流速度向下移动模具，以便切割熔融玻璃；在每个模具中留下预定重量的熔融玻璃；用气流喷雾该熔融玻璃，以在熔融玻璃飘浮或轻微飘浮的状态下形成玻璃块，其中，该接收步骤通过用具有低于喷雾步骤所用气流的速度的气流来喷雾该熔融玻璃，或者该接收步骤在不实施气体喷雾的情况下进行。
2.按照权利要求1的方法，其中该接收步骤和喷雾步骤之间的持续时间位于一秒或更短的范围内。
3.按照权利要求1或2的方法，其中在接收步骤中的气体流速位于喷雾步骤中的气体流速的5％到20％之间的范围内。
4.按照权利要求1或2的方法，其中熔融玻璃的粘度处于30到2泊之间。
5.按照权利要求1或2的任何一种方法，还包括当玻璃块的温度落在玻变点或其下的一个范围内时，从模具中取出玻璃块。
6.一种制造模制的玻璃产品的方法，包括步骤重新加热由权利要求1或2所要求的方法制造的玻璃块；压模该玻璃块，以生产玻璃模制的产品。
7.一种制造光学器件的方法，包括步骤由权利要求6所要求的方法制造光学器件坯料；以及磨削并抛光该光学器件坯料，以便生产光学器件。
8.一种制造玻璃玻璃块的设备，包括模具，它具有位于模制表面上的喷气孔；熔融玻璃供应装置，它供应熔融玻璃到模具；模具升/降移动装置，它以高于熔融玻璃的下流速度向下移动模具，以便切割熔融玻璃，并在该模具中留下预定重量的熔融玻璃；气体供应装置，它提供从该模具的喷射孔喷射的气体；调节装置，它调节从该模具的喷射孔喷射的气流的流速；其中所述调节装置调节在提供熔融玻璃流给模具时，所产生的气流的流速，从而使得在这个时间的气体流速低于当一定量的熔融玻璃被留在模具内时的气体流速。
9.根据权利要求8的设备，其中调节装置包括气体流入通路，使得从气体供应单元供应的气体从模具的喷气孔排放；和流入通路开/关装置，用于当模具被模具升/降移动装置升高时打开气体流入通路，当模具被模具升/降移动装置降低时关闭气体流入通路。
全文摘要
在一种制造玻璃块的方法中,向下流的熔融玻璃被接收到模具内。模具以高于熔融玻璃的下流速度向下移动,以便切割熔融玻璃;在每个模具中留下预定重量的熔融玻璃;用气流喷雾该熔融玻璃以便在熔融玻璃飘浮或轻微飘浮的状态下形成玻璃块。接收步骤通过使用具有低于喷雾步骤所用气流速度的气流喷雾该熔融玻璃来进行,或者该接收步骤在不实施气体喷雾的情况下进行。
文档编号C03B7/12GK1344693SQ0114187
公开日2002年4月17日 申请日期2001年9月21日 优先权日2000年9月21日
发明者吉国启介, 上崎敦司, 当麻洋司, 塚田章吾 申请人:保谷株式会社