用于对光学元件进行模压成型的装置的制作方法

专利名称：用于对光学元件进行模压成型的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对光源元件进行模压成型的装置，具体地涉 及一种当对高精度的光学元件，诸如非球面透镜进行模压成型时使用 的用于对光学元件进行模压成型的装置。
背景技术：
近年来， 一种用于精密地对光学玻璃元件(例如，玻璃透镜)进 行模压成型的方法引人注意，在该方法中，因为没有对模制玻璃光学 元件的面进行研磨，所以能够使用这些面。通常，为了执行上述方法， 使用模压成型装置，该模压成型装置通过使用相对于本体模滑动的成 型模来在本体模内对处于软化状态的玻璃材料进行模压成型，以在玻 璃材料中形成对应于成型模的模具面的光学功能面。此处重要的事情 是当产品相对小时，如果通过每一个模压成型装置一组模具执行成型， 则生产率低。因此，提出一种通过在一个压模成型装置上安装多个模 具来同时生产多个光学元件的方法。
当对多个模具同时加压时，需要一种用于获得具有高成型精度的 光学元件的发明物。作为此方法，首先考虑这样一种方法使用加压 构件，诸如平板来加压多个模具，该加压构件固定到整体加压轴以便
垂直于模具的滑动方向。如果使用此方法，将在多个模具中具有最短 冲程的模具的基础上确定所有模具的冲程。由此，为了形成厚度和面
角控制在微米量级的光学元件，必须充分地控制每个模具的尺寸、加 压构件的尺寸、在加压构件的附接和加压时的倾斜角度以及加压构件 与模具的接触部的磨损，使得所有冲程可落在规格之内。然而，基于 如下事实当将成型装置置于数百度(摄氏度)的环境中以执行成型 时成型装置也会出现变形，所以这几乎是不可能的。因此，将作为用于成型的模具的上模抵靠在本体模上，并在上模、本体模和其它模具 的结构构件的精度方面确保上述精度将是必须的。
然而，由于在上述方法中，所有模具的冲程是相同的，所以几乎 同样不可能总是完全地向下移动所有加压构件。可替代地，可存在这 样一种方法加压构件不固定，而是设有一些自由度以追踪所述冲程。 然而，当同时对多个模具，尤其是四个或更多模具进行加压时，如果 当模具完全地向下移动时，这些模具的高度没有在同一平面上对准， 则不能将所有模具完全地向下移动。此外，因为由于待成型材料的尺 寸差异、压力施加期间模具之间的微小温度差等导致的压力施加开始 所在的位置以及成型速度(玻璃的变形速度)对模具而言彼此不同， 所以经常出现这样的现象在加压构件相对于模具的滑动方向倾斜的 状态下对模具加压。为此，加压力作用在与模具的滑动方向不同的方 向上，并且容易出现模具的卡住或损坏。而且，模具与加压构件之间 的接触部总是一起摩擦，从而易于磨损。特别是在此高温之下，磨损 变得严重。作为磨损的结果，重复进一步加剧模具的卡住或损坏的恶 性循环。
此外，在上述成型装置中，为了在模压成型工序中控制玻璃材料 的温度，必须以相当高和低的温度差对本体模、上模和下模进行加热 或冷却。因此，本体模、上模和下模由具有几乎相同热膨胀系数的材 料制成，并提供用于确保上模和下模相对于本体模进行滑动的间隙。 为此，例如，当在向下移动的上模与下模之间对玻璃材料进行模压成 型时，如果加压压力没有施加到上模的中心，则当上模在本体模内滑 动时该上模将倾斜。由此，不能在上模和下模彼此恰当相对的状态下 对玻璃材料进行模压成型。而且，在极端情形中，在本体模与上模之 间出现卡住现象，从而不能相对于本体模对上模进行恰当地设置。由 此，不再执行正常的加压操作。换言之，模制光学元件的光学功能面 的中心将不与其光学轴线重合。此外，当向上推动上模以便从模具中 取出模制的元件时，如果向上推动的力偏离上模的中心，则上模倾斜，并在本体模与上模之间出现卡住现象，从而不允许上模的安置和脱开。 在此成型装置中，特别地，在实际使用条件中，本体模与上模之间的 滑动部的间隙小于IO nm。而且，在高温环境下使用该装置的情形中 更容易出现卡住现象。
作为示例，在日本专利No.2815037 (专利文献1)中描述了一种 成型装置，在该成型装置中，在某种程度上解决了上述传统技术的缺 点。在专利文献1的成型装置中，通过将向上模施加压力的一个加压 轴分成上轴和下轴，并将多个盘簧堆叠和布置在上轴与下轴之间，即 使在压力施加期间模具的高度不同，通过借助盘簧的变形来吸收高度 差也将加压压力均匀地施加到每个模具。
然而，在专利文献1的成型装置中，盘簧位于上模附近的部分中。
因而具有如下缺点盘簧暴露于高温而变松。为了弥补此缺点，必须
对盘簧的部分进行水冷。然而在此情形中，缺点是为了另外地提供水 冷机构，构件扩大并且复杂。此外，由于在成型期间，水冷构件接触
上模，所以还存在这样的缺点上模的温度迅速下降，而成型变得不
稳定o
此外，由于为削减成本，将多个上模和下模设置在一个本体模中， 所以在模具组之间采用长距离是不经济的。为此，即使模具组之间的
距离大，该距离也通常为几十毫米，并且必须与此距离相应地在每个
轴中提供盘簧。通常，由于在4U8的金属模中，用于玻璃的模压成型 所需的压力大约为4.9 kN，所以用于盘簧的弹簧的强度需要在4.9 kN 以上。容纳在几十毫米的空间中的4.9 kN的螺旋弹簧通常不存在。因 此，尽管在专利文献1中使用盘簧，但是即使使用盘簧，也必须将多 个盘簧进行堆叠以便在狭窄的空间中容纳4.9 kN容量的弹簧。由此， 出现如下缺点弹簧机构明显变长，由此成型装置扩大。此外，当必 须与最初计划不同地改变待加压透镜的尺寸，并显著地改变加压压力 时，必须替换盘簧以改变弹簧常数。在此情形中，拆卸容纳堆叠盘簧的部件和替换盘簧需要相当长的时间和相当大的努力。如上所述，即 使在专利文献1的成型装置中，仍存在问题。此外，专利文献1没有 关于下模在本体模中滑动并执行加压的情形中的压力分配的描述。如 果通过下模进行加压，则推断机构不执行压力分配。

发明内容
基于上述情形而作出本发明。本发明的目的是提供一种用于对光 学元件进行模压成型的装置，通过至少当本体模相对于上模滑动并对 玻璃材料模压成型时，以及当将作为光学元件的模制品与模具分开时， 使操作构件的力总是施加到本体模，从而作用为通过上模的中心，该 装置能够高效率地制造高精度的光学元件。
此外，本发明的另一 目的是提供一种用于对光学元件进行模压成 型的装置，当本体模相对于多个上模滑动时，该装置能够完全地加压
所有待成型的材料，并且即使由于待成型材料的尺寸差异、压力施加 期间模具之间的微小温度差等而导致压力施加的开始的位置或成型速
度(玻璃的变形速度)在模具之间不同，该装置也能够根据差别作出 调节。
为了实现上述目的，根据本发明提供一种用于通过利用多对上模 和下模挤压玻璃材料来对光学元件进行模压成型的装置，该装置包括-下模压力施加器，其可操作以向下模施加压力；本体模，其适于对上 模和下模进行导向；压力发生器，其可操作以提升本体模；以及对准
器，其可操作以使本体模沿上模滑动以对准上模中的每一个，该对准 器包括以悬吊方式支承上模中的每一个的吊架，并且当通过压力发生 器沿上模提升本体模时，该对准器可操作以使上模中的每一个在与本 体模的移动轴线垂直相交的平面中移动。
模压成型装置可进一步包括上模压力分配器，该上模压力分配器 包括分别向下挤压上模以独立地向上模中的每一个施加压力的杠杆。模压成型装置可进一步包括下模压力分配器，该下模压力分配器 包括分别向上挤压下模以独立地向下模中的每一个施加压力的杠杆。
上模压力分配器可包括摆动构件，所述摆动构件的每一个通过支 点可摆动地支承，并具有与上模中的一个上模的上端形成接触的一端， 以及与弹簧构件相连的另一端，由此以向下挤压上模中的一个上模并 通过压縮弹簧构件来调节施加到上模中的一个上模的压力。
下模压力分配器可包括摆动构件，所述摆动构件的每一个通过支 点可摆动地支承，并具有与下模中的一个下模的下端形成接触的一端， 以及与弹簧构件相连的另一端，由此以向上挤压下模中的一个下模并 通过压縮弹簧构件来调节施加到下模中的一个下模的压力。
上模压力分配器中的支点是可移置的，从而在不替换弹簧构件的 情况下，施加到上模中的一个上模的压力是可变的。
下模压力分配器中的支点是可移置的，从而在不替换弹簧构件的 情况下，施加到下模中的一个下模的压力是可变的。
弹簧构件可以是螺旋弹簧。
模压成型装置可进一步包括上模压力分配器，其可操作以将由 上模压力发生器产生的压力分配到上模中的每一个；以及下模压力分 配器，其可操作以将由下模压力发生器产生的压力分配到下模中的每
一个o
按照根据本发明的用于对光学元件进行模压成型的装置，由于设 置对准器，所以当通过多个上模和下模同时执行模压成型时，施加到 上模的力总能将每个模具支承在适当的位置，并且当提升本体模时，能使该力朝着本体模的移动轴线的中心作用，并且能高效率地制造高 精度的光学元件，在该光学元件中，光学功能面相对于光学轴线恰当 地定位，没有诸如卡住的麻烦。
此外，在本发明中，设置具有杠杆的压力分配器。因而，当具有 多个导向孔的本体模相对于多个上模滑动，并对玻璃材料模压成型时， 能对所有的上模进行完全地加压。此外，即使由于成型原材料的尺寸 差异、压力施加期间模具之间的微小温度差等而导致的压力施加的开 始位置或成型的速度(玻璃的变形速度)在模具之间不同，也能相应 地作出调节。因此，模制品的精度变得优良并且还提高了生产率。


图1显示了根据本发明一实施例的用于光学元件的模压成型装置 的整体构造。
图2是模压成型装置的主要部件的结构视图。
图3是模压成型装置中吸着和传送玻璃材料的吸着垫的透视图。 图4是显示模压成型装置中自旋转泵起的气流通道的说明图。
图5是显示模压成型装置中上模、本体模与上模加压杆之间的位
置关系的剖视图。
图6是模压成型装置中的对准器的透视图。 图7是该对准器的透视图。
图8A和图8B是显示对准器的拆卸状态和组装状态的透视图。 图9是模压成型装置中下模的压力调节器的结构视图。 图IOA到图IOD是显示通过模压成型装置的模压成型的操作的说 明图。
图11是模压成型装置中玻璃加热机构的结构视图。
图12是当从侧向观察用于防止模制品粘附到模压成型装置中的
上模的构件时的侧视图。
图13是当从上面观察用于防止模制品粘附到模压成型装置中的
上模的构件时的侧视图。图14是显示与本发明的另一实施例相关的模压成型装置的纵向剖视图。
图15是模压成型装置中的本体模的平面图。
具体实施例方式
下文将参照附图对本发明的实施例进行详细描述。图1显示了根据本发明一实施例的整体模压成型装置，而图2显示了该模压成型装置的主要部件的结构。这些图中所示的模压成型装置将玻璃材料(玻璃坯料)装填到成型模1中，并通过操作加压机构2来向上推动成型模l的本体模(在下文进行描述)，从而执行模压成型。此模压成型优
选在惰性气体，诸如氮气中执行。为此，成型模l、加压机构2等装备在具有气密结构的成型腔3内部。
成型腔3布置在台架IO上，而用于载入玻璃材料G和载出模制品的门301装备有闸阀11。成型腔经由该门与外部连通。此外，用于执行玻璃材料G向成型模1中的装填和以及模制品的卸除的交换器4装备在成型腔3内部。通过将用作玻璃装填器/卸除器的吸着手402安装在垂直穿过成型腔3的顶板的旋转轴401的下端上，并通过在吸着手402的末端处设置吸着垫403来构成交换器4。旋转轴401与设置在腔3的顶板上的电动缸机构14的活塞杆14A可旋转地连接。旋转轴401通过活塞杆14A的操作而垂直移动，并且通过电动机15经由设置在活塞杆14A中的齿轮系16旋转。在图1中，附图标记14A、 15和16指示相同的部件。
如图3中所示，具有位于吸着手402的末端处的吸着垫403的吸着指404经由水平柔度弹簧部件405将用作装填器的吸着垫403保持在吸着手402的末端处。此外，当执行垂直操作时使用的定位孔设置在吸着指404中。另一方面，具有拟插入定位孔中的定位销的导向构件设置在用于成型的本体模中。水平柔度弹簧部件405由三级，即上、中和下保持块；布置在上和中保持块之间的一对板簧；以及与上述板簧具有大约90度的角度差并布置在中和下保持块之间的一对板簧组成。由于水平柔度弹簧部件构造为将板簧与上、中和下保持块相连，所以使用由具有比板簧和保持块的热膨胀系数更大热膨胀系数的材料制成的联接构件。此外，调节垂直操作量的对接构件布置在装填器与
导向构件之间。吸着垫403由具有低热导率的材料制成以便防止模制
品由于热冲击而裂缝，并且由耐热材料制成以便吸着热模制品。作为其示例，使用聚酰亚胺。
因此，在将玻璃材料G吸着在吸着垫403上的状态中，通过缸机构14的控制，以及通过旋转轴401基于电动机15的旋转控制的轴向操作和旋转操作来将玻璃材料G引入成型模1中。此外，在模制品通过吸着垫403吸着的状态中，通过旋转轴401的反向轴向操作和旋转将模制品从成型模1的内部取出。
吸着垫403构造为能够与四个模具相一致地独立执行吸着或吸着释放，而吸着源是用于在成型腔3中置换氮(N2)的旋转泵40。从旋转泵40分支的支线与吸着垫403连通。如图4中所示，调节流量的节流构件41以每四条支线中的两条一个的比率布置，从而半独立地控制四条支线的每一条的吸着压力。由于四条支线分别装备有压力检测器42，所以即使吸着压力是半独立的，也能毫无困难地进行压力保持控制。反向喷射氮的机构被附接用于释放吸着力的真空破坏，并且节流构件43分别布置在四条支线中，从而它们能独立地控制每条线中的反向喷射力。
用于玻璃材料G和模制品相对于成型腔3的装填器/卸除器17位于图1的门301的侧面处，并布置在台架10上。在装填器/卸除器17中，从缸机构18水平延伸的活塞杆18A与交换腔171 —起安装。此外，设置能从一侧到另一侧通过位于交换腔171的一端处的开口 171A进入和离开交换腔的搁置台172，从而搁置台172能通过设置在交换腔171内部的水平输送机(例如，活塞缸机构)173水平移动。因此，当将玻璃材料G或模制品载入或载出成型腔3时，在玻璃
材料G置于搁置台172上的情况下，通过缸机构18的控制来操作活塞杆18A以水平移动交换腔171，从而使开口 171A与闸阀11形成气密接触。在此状态中，在交换腔171的内部通过真空泵40形成真空之后，用氮气代替交换腔的大气，闸阀11打开，成型腔3与交换腔171彼此连通，搁置台172通过水平输送机173引入成型腔3中，并相对于交换器4执行玻璃材料G的传送和模制品的接收。此后，反向操作水平输送机173，搁置台172返回到交换腔171，闸阀11关闭，交换腔171通过缸机构18的操作而水平移动，并执行模制品从搁置台172的卸除以及新玻璃材料向搁置台172的装填。
在本实施例中，机器人19用于玻璃材料G向搁置台172的装填，以及模制品从搁置台172的卸除。机器人19使用吸着装置等将玻璃材料G从储料器20传送到搁置台172，并将模制品从搁置台172传送到指定点。也就是说，尽管图1显示机器人19是标量机器人，但是本发明不限于此，并且可使用X-Y机器人。
(成型装置的描述)接下来，将参照图2、 4、 5、 6、 7、 8A和8B来对成型装置进行描述。
经由热绝缘器338与本体模100螺旋联接的底板339置于图2的本体模基板337之上，并且底板339经由热绝缘器338与本体模基板337螺旋联接。如从图15中所示的平面图明显示出，本体模100形成非矩形平行六面体，具有沿图2的此页面穿透方向形成的开口 100A,且具有以矩形平行六面体的形状形成在开口 IOOA中的四个通孔，以及上顶部100B1。四个上模102分别配合到通孔中。此外，在本体模IOO的非矩形平行六面体形状的底部100B2中形成孔，与上模102组成模具组的四个下模101配合到所述孔中。该底部形成非矩形平行六面体200780040122.1
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形状的原因是为了移除除了将加热器通过其插入到能保持所需强度的部分之外的部分，用于降低本体模IOO的热容量。
切口部100E形成在本体模100的底部100B2中，而提升器300分别布置在切口部100E中。每个下模101置于提升器300的每一个上。每个提升器300用于补偿每个下模101的轴向尺寸精度的变化。
在本实施例的构造中，四个模制品同时通过多个，即四个上模和下模的模具组加压成形。如将在下文描述的，需要将例如19.6kN的总负载施加到四个上模102，并将相等的负载分别施加到上模102。然而，由于上模102、下模101和本体模100的各个构件的尺寸的加工精度的差异，所以在某种程度上，用于本体模100和下模101的玻璃成型的四个模具组的运动冲程可能存在偏差。提升器300设置用于此冲程的调节。
同时，供给用于冷却的氮气的孔设置在底板IOOD的中心。吹向底板100D的氮气沿设置在底板100D中的通道吹向每个下模101，并进一步通过设置在底板100D中的通道排到本体模100的外部。如图5中所示，大直径部102A形成在每个上模102中，而凸缘部102B形成在上模的上端处。此外，附图标记105指示用于同时悬吊四个上模102的吊架。该吊架由圆盘部105D、管状部105E和凸缘部105F组成，并且在圆盘部105D中形成四个孔，用于使四个上模102能配合于所述孔中。
在图5中，每个上模102具有圆形截面，而具有小直径的邻接件104位于上模的中心，并安装在上模的顶部上。当本体模100向上移动时，上模102接受位于其中心处的加压压力。此外，具有非圆形截面的凸缘部102B位于上模102的上部中并如图8A和图8B中所示地形成，而盘形吊架105放置在上述大直径部102A上。对准器106插入凸缘部102B与吊架105之间，从而悬吊力可作用于上模102的中心。如图8A和图8B中所示，由于带形旋转止动器107利用螺钉108固定到吊架105，从而止动器107横过吊架105的中心，所以使旋转止动器的侧面对应于每个凸缘部102B的侧面，并停止上模102相对于吊架105的旋转。而且，吊架105形成有插入孔105B，每个凸缘部102B以处于垂直于旋转停止位置的方向的姿态通过插入孔105B插入。
关于对准器106，如图6和图7中所示，环106C设有一对支承部106A和一对支承部106B，该对支承部106A和该对支承部106B形成半球形突出部的形状并布置在垂直于上模102的滑动方向的平面中，以便沿对准器106的周向方向彼此偏移90度。支承部106A适于与吊架105相对，而支承部106B适于与上模102相对。此外，如图7、 8A和8B中所示，插入孔106D形成在环106C的中心，上模102的凸缘部102B通过该插入孔106D插入。
此外，接收支承部106B的支承槽105C形成在吊架105中。
当将上模102组装到吊架105和对准器106时，首先将上模102的凸缘部102B从下面通过插入孔105B和106D插入，并使上模102的凸缘部102B延伸到对准器106以上。在此状态中，将凸缘部102B旋转90度，并使凸缘部的下面通过支承部106A支承。此后，通过将旋转止动器107附接到吊架105能够保持上模102与对准器106之间的相对位置。在此情形中，由于支承部106B通过支承槽105C插入，所以确保了吊架105与对准器106之间的相对位置。
图2的附图标记212指示了用于将吊架105悬吊和固定在腔3内的钩状构件，并且该钩状构件212由支承部212A、下端钩状部212B和上端钩状部212C组成，如图5中所示。下端钩状部212B与吊架105的凸缘部105C相接合，而上端钩状部212C构造为可与固定器块203接合。多个成型工序通过多组上模102和下模101同时执行。在本实施
例的成型装置中，在通过四个上模102和四个下模101对玻璃进行模压成型以形成透镜之后，执行向下移动本体模100以及通过本体模100的开口 IOOA取出保持在每个下模IOI上的模制品的操作，以便从每组上模与下模之间取出作为模制品的透镜。
在本实施例中，通过对准器106来执行四个上模102中的每一个的对准。也就是说，如果本体模100向下移动，则吊架105的凸缘部105F将触碰下端钩状部212B，并且吊架105将不会由此向下移动。
在图8A和图8B中，当吊架105被固定，而本体模100向下移动时，吊架105和对准器106在相对于图6的轴线0-0的平面X-X方向的面将通过对准器106的下面的支承部106A而彼此形成点接触。此外，吊架和对准器在垂直于方向X-X的方向Y-Y的面通过对准器106的上面的支承部106B与上模102的凸缘部102B之间的接触而彼此形成点接触。因此，在垂直于轴线O-O (在本体模100向下移动所沿的方向上)的两个平面X-X和Y-Y保持彼此垂直的状态中，将上模102保持在适当的位置。因此，当本体模100向下移动时，能防止本体模100相对于上模102的轴线0-0的倾斜，并且能防止在本体模100的滑动期间卡住。
当在每个上模102通过图2的钩状构件212保持的状态中，将本体模100向下移动，然后将模制品取出，并再次将玻璃材料G置于每个下模101上并重新进行模压成型，在上模102通过钩状构件212保持的状态中将本体模100向上移动。因此，本体模100经由吊架105和对准器106向上移动，同时本体模100的每个通孔与上模102形成滑动接触，作为导向装置。此时，上模102不操作，而是基本固定在适当的位置中。在此情形中，必须使本体模100滑动，而不卡在四个上模102中的每一个与本体模100之间。这通过对准器106的上述操作来实现。
15在本体模100向下移动的状态中，在垂直于图6的轴线O-O的两 个平面X-X和Y-Y彼此垂直的情况下，通过吊架105和对准器106保 持每个上模102。如果本体模IOO从此状态向上移动，则上模102、对 准器106和吊架105将通过其自重而基本保持在适当的位置，并且在 本体模IOO的上升期间将保持上述的垂直状态。因而，能防止卡住。
图2的附图标记104指示了设置在每个上模102的凸缘部102B的 上面中的邻接件，以及允许将在下文描述的上模加压杆202的加压负 载以集中方式沿上模102的轴向方向作用的构件。每个邻接件104构 造为使得每个上模102的总高度可相等。此外，钩状构件212通过固 定器块203固定到腔3。四个通孔203a形成在腔3中，而上模加压杆 202分别通过通孔203a插入。四个上模加压杆202中的每一个的下端 抵靠(包括形成非常小的间隙的情形。在下文中同样如此)在如上所 述的邻接件104上。杆的每一个的上端202A位于腔3的外部，并与设 置在腔3的外上部中的杠杆230的一端230A接触。
杠杆230通过支点构件231可摆动地支承，而另一端230B经由压 縮弹簧232固定到腔3，该末端230B是与适于与上模加压杆202的上 端202A形成接触的末端230A相对的末端。上模加压杆202、杠杆230、 支点构件231和压縮弹簧232构成用于上模102的压力调节器。此外， 附图标记233指示了设置在四个上模加压杆202中间的氮气冷却管。 该冷却管的上端与设置在腔3中的冷却介质供给口 234相连，而冷却 管的下端面向本体模100的上中心，从而能够沿设置在本体模100中 的用于氮气的凹槽执行氮气冷却。
(上模的压力调节器) 上模102的压力调节器(上模压力分配器)208由上模加压杆202、 杠杆230、支点构件231和压縮弹簧232组成。本发明的目的中的一个 是提供一种通过多组上模和下模来同时获得多个模制品的装置。为此目的，必须使四个模具组所需的加压负载均匀地作用。在图2中所示
的装置中，使本体模提升缸210的压力经由本体模100作用在四个上 模102上。作用在四个上模102上的压力经由四个上模加压杆202向 上推动杠杆230的末端230A，同时将末端230B向下推以压縮压縮弹 簧232。在此情形中，期望构成本体模提升缸210的加压力(总负载是 19.6 kN)，从而可使4.9 kN的负载均匀地作用在每个上模102上。如 果分配到每个上模102的负载出现差异，则将影响四个模制品的质量 (例如，通过加压导致的透镜壁厚的差异)。此外，自然的是还存在四 个模具组中的每一个的上模和下模、上模加压杆202等的尺寸的差异， 因此，导致通过本体模提升缸210的加压力，每个模具的加压冲程存 在差别。
为了加热和挤压玻璃材料并形成高精度的光学元件，必须促使在 每个上模102中产生高压(3.92到5.88 kN)，并将该压力经由上述各 个构件从本体模提升缸210传输到每个上模102。此外，在使用重复将 玻璃材料在模具内加热和模压成型到预定温度(400到80(TC)之后取 出模制品的工序的方法的装置中，需要縮短加热-冷却-加热循环，以便 重复模制品、模具构件、本体模等的加热和冷却。因而，必须减小整 个成型装置的热容量，因此，必须使装置小型化。
每个上模102通过图5中所示的上模加压杆202和上升的本体模 100加压，而本体模100的上端面100a经由垫片102C压在每个上模 102的大直径部102A的下端面上，从而调节本体模100的移动位置以 设定模制品的厚度。
本体模100的整个上端面100a经由垫片102C触碰四个上模102。 这是要通过四个模具构件获得相同模制品，例如具有相同厚度的透镜 所必须的条件。为此目的，必须使加压力独立地作用在四个上模102 上，以使本体模100的上端面100a完全地触碰每个上模102，并使充 分的加压力作用在上模102上。在本实施例中，为了解决上述问题，提供压力调节器(上模压力
分配器)208，在该压力调节器208中，弹簧构件，特别是图2中所示 的压縮弹簧232安装在腔3的外部，以便产生本体模100的加压力。 也就是说，通过使普通的压縮弹簧232和上模加压杆202与通过支点 构件231支承的杠杆230形成接触或连接来构造压力调节器208，如图 2中所示。
如果加压力从本体模提升缸210 (参照图2:上模压力发生器)作 用在本体模100上，则通过与本体模100 —起上升的上模102和下模 101开始加压，并通过此操作经由上模102向上推动上模加压杆202， 以向上推动杠杆230。因此，压縮弹簧232被压縮。随着加压继续，上 模102移动同时它们与本体模100的通孔形成滑动接触，并且本体模 100的移动执行到本体模100的上端面100a抵靠在每个上模102的大 直径部102A上为止。当本体模100的上端面100a抵靠在四个模具组 中的三个模具组的上模102的大直径部102A上时，因为压縮弹簧232 经由上模加压杆202通过来自本体模提升缸210的加压而压縮，所以 即使该上端面100a没有抵靠在另一个模具组的大直径部102A上，本 体模100的上端面100a也能压在该非邻接的上模102上。因此，由于 总能确保四个上模102的所有位置处于适当的位置中，所以能保持模 制品的厚度。
接下来，将描述每个压縮弹簧232的具体示例。也就是说，使用 一个由硅铬钢丝制成的矩形线弹簧，该线弹簧具有4>18 mm的外径、 *9mm的内径、44.1 Ns/mm的弹簧常数、568 N的最大负载以及45 mm 的自由高度，将支承杠杆230的支点构件231设定为使得到上模加压 杆202的距离和到压縮弹簧232的距离的比率可设定为1: 10，并组装 各个构件。由此，构造如下的压力调节器，通过杠杆原理，该压力调 节器承受10倍于压縮弹簧232最大负载的负载(在此情形中为5.68 kN)。通过构造四个这样的压縮弹簧以便对应于上模102，完成四个压力调节器(它们承受高达22.7 kN的总压力)。由此，由于不必提供许 多的盘簧，如将盘簧组装到腔中的专利文献1的成型装置中那样，所 以无需进行调节。此外，由于压縮弹簧安装在腔的外部，所以具有空
间裕度，设计变得容易。此外，不必冷却压縮弹簧232。
即使在使用普通钢琴丝的压縮弹簧232中也允许相同的构造。具 体地，使用由钢琴丝制成的一个矩形线弹簧，该线弹簧具有4)28 mm 的外径、d)4.5mm的内径、68.6 Ns/mm的弹簧常数、862 N的最大负 载以及40 mm的自由高度，将支承杠杆230的支点构件231的位置设 定为使得到上模加压杆202的距离和到压縮弹簧232的距离的比率可 设定为1: 6，并组装各个构件。由此，构造如下的压力调节器，通过 杠杆原理，该压力调节器承受6倍于压縮弹簧232最大负载的负载(在 此情形中为5.17 kN)。通过构造四个这样的压縮弹簧以便对应于上模 102，建立四个压力调节器(它们承受高达20.7kN的总压力)。在此状 态中，当将本体模提升缸的推力(施加到四个上模102的总的加压力) 设定为19.6kN，并测量上模加压杆202之间的压力差时，确认该压力 差落在98N的范围之内。此后，使用其中将距邻接件104的高度差调 节为小于0.2 mm的模具组，在作为成型条件之一的19.6 kN的本体模 上升压力下，形成具有4)10mm的加工尺寸、3.5mm的中心厚度以及 15或20mm的透镜面曲率的摄像机用透镜。由此，在没有诸如卡在四 个模具中的任何麻烦的情况下，能完全同时地执行加压，并且获得与 通过各个模具形成的腔一致并充分满足厚度精度和光学面的容许值的 模制品。
(用于下模的加压机构)
用于下模的加压机构(下模压力分配器)在图9中显示，图2的 附图标记300指示了设置在每个下模101的凸缘部101b的上面中的提 升器，以及允许下模加压杆302的加压负载以集中方式沿每个下模101 的轴向方向作用的构件。每个提升器300构造为使得每个下模101的 总高度可相等。如图2中所示，四个通孔303a形成在腔3中，而下模加压杆302分别通过通孔303a插入。四个下模加压杆302的每一个的 上端靠近如上所述的提升器300。杆的每一个的下端302A位于腔3的 外部，如图9中所示，并且与连接到支点构件331的杠杆330的一端 330A处于接触，该支点构件331设置在位于腔3外部的本体模提升缸 的中间。杠杆330在另一端330B处与压縮弹簧单元333相连，该末端 330B是与末端330A相对的末端，该末端330A适于与下模加压杆302 的下端302A处于接触。压縮弹簧单元333由压縮弹簧332和压縮弹簧 固定器334组成。此外，附图标记335指示了设置在四个下模加压杆 302中间的氮气冷却管。该冷却管的上端与设置在腔3中的冷却介质供 给口 336相连，而冷却管的另一端通过穿过基板337、热绝缘器338和 底板339的孔337a、 338a和339a而面向本体模100的下中心，从而能 够沿设置在本体模100中的用于氮气的凹槽执行氮气冷却。
(用于下模的压力调节器) 用于下模101的压力调节器由下模加压杆302、杠杆330、支点构 件331、压縮弹簧332和压縮弹簧固定器334组成，如图9中所示。下 模加压杆302通过压縮弹簧332的偏置力向下偏置。
本发明的目的中的一个是提供一种通过多组上模和下模来同时获 得多个模制品的装置。为此目的，必须使四个模具组所需的加压负载 在冷却期间均匀地作用。在图2中所示的装置中，使下模提升缸340
(下模压力发生器)的压力经由本体模100作用在四个下模101上。 下模提升缸340的压力向上推动四个杠杆330中的每一个的一端330A， 同时向上推动下模加压杆302的下端302A。同时，杠杆330的另一端 330B通过支点构件331而向下移动，同时压縮弹簧332被压縮。在此 情形中，期望构成下模提升缸340的加压力(总负载是9.8kN)，从而 可使2.45 kN的负载均匀地作用在每个下模上。如果分配到每个下模 IOI的负载出现差异，则将影响四个模制品的质量(例如，通过加压导 致的透镜壁厚的差异)。此外，自然的是还存在四个模具组中的每一个 的上模和下模、下模加压杆302等的尺寸的差异，因此，导致通过本体模提升缸340的加压力，每个模具的移动冲程存在差别。
为了加热和加压本发明的玻璃材料并形成高精度的光学元件，必
须促使在每个下模101中产生高压(0.98到3.92 kN)，并将该压力经 由上述各个构件从下模提升缸340传输到每个下模101。此外，在使用 重复将玻璃材料在模具内加热和模压成型到预定温度(400到800°C) 之后取出模制品的工序的方法的装置中，需要縮短加热-冷却-加热循 环，以便重复模制品、模具构件、本体模等的加热和冷却。因而，必 须减小整个成型装置的热容量，因此，必须使装置小型化。
此外，在本实施例的成型装置中，为了通过四个模具构件获得相 同的模制品，例如具有相同厚度的透镜，在上模102和下模101中通 过下模加压杆302和上升的下模101来对模制品加压，如图9中所示， 并在未将下模101压在本体模100上的情况下设定模制品的厚度。因 此，为了使冷却期间模制品的推入量相等，绝对条件是将压力均匀地 分成四个部分的压力。
为此目的，必须使相等的加压力独立地作用在四个下模101上， 并且使充分的加压力作用在每个下模101上。
在本实施例中，为了解决上述问题，提供压力调节器，在该压力 调节器中，弹簧构件，特别是图9中所示的压縮弹簧332安装在腔3 的外部，以便产生下模提升缸340的加压力。当压力仅施加到四个模 具组中的三个模具组的下模101时，因为压縮弹簧332的负载经由下 模加压杆302施加，所以即使压力没有施加到另一个模具组，也能促 使来自下模提升缸340的压力作用在非邻接的下模101上。因此，由 于总能确保施加到四个下模101的压力均匀，所以能保持模制品的厚 度。
接下来，将描述压縮弹簧332的具体示例。也就是说，使用一个由硅铬钢丝制成的矩形线弹簧，该线弹簧具有4)18 mm的外径、* 4.9 mm的内径、23.5 Ns/mm的弹簧常数、382 N的最大负载以及45 mm 的自由高度，将支承杠杆330的支点构件331的位置设定为使得到上 模加压杆202的距离和到压縮弹簧232的距离的比率可设定为1: 7， 并组装各个构件。由此，构造如下的压力调节器，通过杠杆原理，该 压力调节器承受7倍于压縮弹簧332最大负载的负载(在此情形中为 2.68kN)。通过构造四个这样的压縮弹簧以便对应于下模101，建立四 个压力调节器(它们承受高达10.7 kN的总压力)。由此，由于不必提 供许多的盘簧，如将盘簧组装到腔中的专利文献1的成型装置中那样， 所以无需进行调节。此外，由于压縮弹簧安装在腔的外部，所以具有 空间裕度，设计变得容易。此外，不必冷却压縮弹簧332。
即使在使用普通钢琴丝的压縮弹簧中也允许相同的构造。具体地， 使用由钢琴丝制成的一个矩形线弹簧，该线弹簧具有4 25 mm的外径、 4>3.5 mm的内径、28.4 Ns/mm的弹簧常数、0.49 N的最大负载以及40 mm的自由高度，将支承杠杆330的支点构件331的位置设定为使得到 下模加压杆302的距离和到压縮弹簧332的距离的比率可设定为1: 6， 并组装各个构件。由此，构造如下的压力调节器，通过杠杆原理，该 压力调节器承受6倍于压縮弹簧332最大负载的负载(在此情形中为 1.96 kN)。通过构造四个这样的压縮弹簧以便对应于下模101，完成四 个压力调节器(它们承受高达7.84 kN的总压力)。在此状态中，当将 下模提升缸340的推力(施加到四个下模101的总的加压力)设定为 6.86 kN，并测量下模加压杆302之间的压力差时，确认该压力差落在 98N的范围之内。此后，使用其中将距邻接件104的高度差调节为小 于0.2 mm的模具组，在作为成型条件之一的19.6 kN的本体模上升压 力下，形成具有4U0 mm的加工尺寸、3.5 mm的中心厚度以及15或 20 mm的透镜面曲率的摄像机用透镜。由此，在没有诸如卡在四个模 具中的任何麻烦的情况下，能完全同时地执行加压，并且获得与通过 各个模具形成的腔一致并充分满足厚度精度和光学面的容许值的模制因而，当使用图2的加压机构2对玻璃材料G模压成型时，首先，
如果通过缸机构210 (参照图2)将上模加压杆202从图10A中所示的 状态向下移动以降低本体模100,则吊架105的凸缘部105C将触碰下 端钩状部212B。由此，吊架105不向下移动，而上模102也不向下移 动。这产生所谓的模具开口。然后通过图3中所示的吸着手402将玻 璃材料G引入成型模1中的下模101中，并通过加热器加热。
接下来，当通过缸机构210向上移动上模加压杆202以提升本体 模100时，玻璃材料G将压在上模102上，如图10B中所示。
接下来，当通过缸机构210进一步向上移动本体模100时，如图 10C中所示，上模加压杆202经由邻接件104将加压力施加到上模102 的中心(此后，在冷却期间，缸机构340向上推动上模加压杆202，并 经由提升器300向上挤压下模101)。
因此，即使在本体模100与上模102之间的滑动部分中存在用于 滑动所需的间隙，本体模100也能在上模102的姿态保持垂直的状态 下向上移动。由此，在水平方向，不存在上模102和下模101的模具 面的位置偏差，并能够在恰当保持光学功能面相对于模制光学元件的 光学轴线的位置的状态下进行成型。
特别地，在本实施例中，必须通过公共缸机构210来驱动本体模 100并在通过四个上模102同时进行加压的情形下吸收上模102与上模 加压杆202的尺寸误差。然而，由于上模加压杆202通过压力调节器 208弹性保持，如图10C中所示，所以即使在本体模100的上端面100a 经由上模102的大直径部102A以及垫片102C触碰之后本体模100进 一步向上移动，也能终止位置的上升。
此外，如果本体模100通过缸机构210的操作而向下移动，以便在成型之后执行模具开口操作，如图10D中所示，则下端钩状部212B 将保持吊架105，但是在此时，对准器106操作以进行自动对准动作。 因此，由于上模102接受位于其中心处的保持力，所以上模不在上述 的间隙范围内倾斜。例如，即使固定器块203、吊架105和凸缘部102B 相对于本体模100不具有足够的精度，也能将上模102保持在适当的 位置，并且本体模IOO能垂直向下移动，而不会导致卡住。
此外，在本实施例中，压力分配器设置在上模102和下模101中。 然而，本发明不限于此。可不在两侧设置任一压力分配器，或者可将 一个压力分配器设置在上模102中或下模101中。
(玻璃加热机构)
玻璃加热机构由玻璃加热器600和驱动单元604组成，如图11中 所示。玻璃加热器600具有安装在其中的筒形加热器602，该玻璃加热 器600连接到独立的温度调节器，并通过插入玻璃加热器600中的热 电偶603控制。由于将玻璃加热器600设定为高温度(例如，900°C)， 所以加热器由耐受高温的材料(例如，SKD61、 SKD62和哈斯特洛依 合金，更优选Ambilloy和硬质合金)制成。驱动单元604包括将加热 器单元601与驱动单元604相连的连接部605，并且能够使玻璃加热器 600通过本体模的开口插入。
接下来，将按照主要关于玻璃材料G的装填、成型和卸除的顺序 对使用根据本实施例的模压成型装置来成型作为光学元件的模制品的 工序进行详细描述。此外，模制的光学元件是用于照相机、摄像机等 的非球面透镜。
首先，将作为预先以球形形状形成的玻璃坯料的玻璃材料G置于 图1的储料器20的托盘20C上。然后，操作机器人19以使吸着带193 到达此位置，并从托盘20C吸着和保持一个玻璃材料G。接下来，吸 着带193通过机器人19的操作将上述玻璃材料G放在搁置台172上。这重复四次，从而将四个玻璃材料G放在搁置台172上。通过如上所
述的装填器/卸除器17的操作，将处于室温且没有预热的搁置台172上 的玻璃材料G载入成型腔3中，将该玻璃材料G通过由聚亚胺树脂制 成的交换器4的吸着垫403吸着和保持，并引入成型模1中。此外， 将上模102和下模101预热到例如玻璃粘度大约为1016泊的温度。
如果将玻璃材料G引入成型模1中，则将把图1中所示的玻璃材 料对准机构500引入成型模1中以通过玻璃材料对准缸501的运动来 执行玻璃材料G的对准操作，从而该玻璃材料可位于下模101的中心。
然后，通过缸机构604的操作，将通过筒形加热器602保持在900 °C的玻璃加热器600通过本体模100的窗口插入下模101和玻璃材料G 的上方与上模102的下方之间。此外，通过设置在本体模100中的筒 形加热器将上模102和下模101加热到例如玻璃粘度大约为109泊的温 度。同时，通过玻璃加热器600将玻璃材料G加热到例如玻璃粘度大 约为107泊的温度。在预期时段(例如，90秒)期间对玻璃材料G、 上模102和下模101升温之后，操作缸机构604以通过本体模100的 窗口抽出玻璃加热器600，因此，本体模提升缸210例如以196 MPa 的压力向上移动，从而执行模压成型。在凸缘部102A与本体模100的 上端经由垫片102C充分接触之后(例如，在10秒之后)，关闭本体模 100的加热器，将冷却介质引入上模102和下模101的冷却介质引入部 101B和102D中，并当上模102和下模101的温度在玻璃粘度大约为 101"与1013泊之间时，从下面通过下模101施加加压力(例如，98MPa
的总压力)。同时，将装备有插入和回收机构的粘附预防构件700 (参 照图1)插入上模102的凹口与模制品之间，该插入和回收机构具有用 于防止模制品在模具开口期间粘附到上模102的缸。此后，在冷却继 续，并且模制品的温度变为例如玻璃粘度为1014'5泊之后，将本体模100 向下移动(粘附预防构件700与本体模IOO—起向下移动)，执行模具 开口，收回粘附预防构件700，并通过吸着垫403将模制品从下模101 与上模102之间取出。粘附预防构件700与上模102等之间的关系在图12和图13中示出。图12是当水平观察粘附预防构件700时的视图， 而图13是从上面看该构件时的视图。
此后，通过交换器4的反向操作将模制品返回到搁置台172，通 过装填器/卸除器17将模制品从成型腔3中取出，并通过机器人19的 操作将模制品进一步返回到托盘20C。
在本实施例中，成型模1使得四(组)上模102和下模101在公 共本体模100内操作。然而，可针对一个上模102和一个下模101采 用如上所述的对准器106的结构。此外，在本实施例中，成型模1使 得四(组)上模102和下模101在公共本体模100内操作。然而，如 图14中所示，可采用如下类型的结构，在该结构中，将本体模100分 成上本体模702和下本体模704，四个上模102通过上本体模702整体 保持，而四个下模101通过下本体模704整体保持，并且上本体模702 和下本体模704在被导向的同时沿长销706滑动。在此结构中，上本 体模702通过对准器106悬吊和支承。
如上所述，吊架105经由邻接件104对应，从而平行于本体模100 的滑动面的加压压力可至少作用于上模102的轴向中心，并且通过钩 状构件212悬吊和支承的吊架105经由对准器106互锁，从而下拉力 可作用在上模102的轴向中心。因而，当对玻璃材料G模压成型时， 或者当将作为光学元件的模制品与模具分开时，能使施加到上模102 的本体模上和下构件的力作用为通过上模102的中心，并能高效率地 制造光学功能面相对于光学轴线恰当定位的高精度光学元件。
根据本发明，能够提供一种可适于精密模压成型方法的用于光学 透镜的成型模，该成型方法具有出色的耐久性或对于光学透镜的脱模 性。此外，由于能够使用本发明的模具模压成型光学透镜，从而在成 型后未执行研磨等的情况下制造各种光学元件，所以能够提供一种具 有批量生产性并具有成本优势的光学元件制造方法。
权利要求
1.一种利用多对上模和下模挤压玻璃材料来对光学元件进行模压成型的装置，包括下模压力施加器，可操作以向所述下模施加压力；本体模，适于对所述上模和所述下模进行导向；压力发生器，可操作以提升所述本体模；以及对准器，可操作以使所述本体模沿所述上模滑动以对准所述上模中的每一个，所述对准器包括以悬吊方式支承所述上模中的每一个的吊架，并且当通过所述压力发生器沿所述上模提升所述本体模时，可操作以使所述上模中的每一个在与所述本体模的移动轴线垂直相交的平面中移动。
2. 根据权利要求l所述的模压成型装置，进一步包括 上模压力分配器，其包括分别向下挤压所述上模以独立地向所述上模中的每一个施加压力的杠杆。
3. 根据权利要求1或2所述的模压成型装置，进一步包括 下模压力分配器，其包括分别向上挤压所述下模以独立地向所述下模中的每一个施加压力的杠杆。
4. 根据权利要求2所述的模压成型装置，其中-所述上模压力分配器包括多个摆动构件，所述多个摆动构件的每 一个都由支点可摆动地支承并具有与所述多个上模中的一个上模的上 端形成接触的一端以及与弹簧构件相连的另一端，从而向下挤压所述 多个上模中的所述一个上模并通过压縮所述弹簧构件来调节施加到所 述多个上模中的所述一个上模的压力。
5. 根据权利要求3所述的模压成型装置，其中所述下模压力分配器包括多个摆动构件，所述多个摆动构件的每一个都由支点可摆动地支承并具有与所述多个下模中的一个下模的下 端形成接触的一端以及与弹簧构件相连的另一端，从而向上挤压所述 多个下模中的所述一个下模并通过压縮所述弹簧构件来调节施加到所述多个下模中的所述一个下模的压力。
6. 根据权利要求4所述的模压成型装置，其中所述上模压力分配器中的所述支点是可移位的，从而在不替换所 述弹簧构件的情况下，能够改变施加到所述多个上模中的所述一个上模的压力。
7. 根据权利要求5所述的模压成型装置，其中所述下模压力分配器中的所述支点是可移位的，从而在不替换所 述弹簧构件的情况下，能够改变施加到所述多个下模中的所述一个下 模的压力。
8. 根据权利要求4或5所述的模压成型装置，其中 所述弹簧构件是螺旋弹簧。
9. 根据权利要求l所述的模压成型装置，进一步包括 上模压力分配器，可操作以将由所述上模压力发生器产生的压力分配到所述多个上模中的每一个；以及下模压力分配器，可操作以将由所述下模压力发生器产生的压力 分配到所述多个下模中的每一个。
全文摘要
在用于通过利用多对上模和下模挤压玻璃材料来对光学元件进行模压成型的装置中，下模压力施加器可操作以向下模施加压力。本体模适于对上模和下模进行导向。压力发生器可操作以提升本体模。对准器可操作以使本体模沿上模滑动以对准上模中的每一个。该对准器具有以悬吊方式支承上模中的每一个的吊架，并且当通过压力发生器沿上模提升本体模时，该对准器可操作以使上模中的每一个在与本体模的移动轴线垂直相交的平面中移动。
文档编号C03B11/16GK101528615SQ20078004012
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月25日 优先权日2006年10月25日
发明者宫崎直 申请人:旭硝子株式会社