專利名稱：生產(chǎn)精密玻璃制品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)精密玻璃制品的方法，更具體地涉及一種方法，通過模壓步驟的一系列步驟，由熔化玻璃直接模壓出高精度玻璃制品，例如一種非球面透鏡。
為了生產(chǎn)例如光學(xué)元件等高精度玻璃制品，人們最近對一種方法產(chǎn)生興趣，即，通過再加熱，軟化玻璃材料，并在模具中直接壓制該軟化的玻璃;而不是傳統(tǒng)的方法，即研磨、拋光玻璃。
在這種精密玻璃制品的壓模方法中，通常按如下步驟進(jìn)行以模壓件對軟狀態(tài)玻璃材料進(jìn)行壓模操作，該模壓件由上模、下模組成，壓模操作在非氧氣氛中進(jìn)行，從而使模壓件模面形狀轉(zhuǎn)移給該玻璃材料，然后在模具中冷卻該模壓制品，以便在預(yù)定溫度或更低溫度下將模制品與模具分開。
在這種方法中使用的玻璃材料為一玻璃塊，其具有所需形狀(玻璃予形)，具有由研磨，熱處理或化學(xué)處理得到的光滑表面，或者，這種玻璃塊沒有表面缺陷，由熔化玻璃得到，并且，以例如球形、平板狀等各種形式直接用于模壓。
然而，在傳統(tǒng)方法中，玻璃材料被予成形，然后再加熱并進(jìn)行壓模，該予成形及壓模工藝分開進(jìn)行。因此，即使玻璃塊具有要求的形狀，通過熱變形由熔化玻璃得到，該熔化玻璃從熔化爐的出口流出，并直接地用作模壓工藝的玻璃材料，這兒不僅需要時(shí)間和人工在予成形之后進(jìn)行冷卻和轉(zhuǎn)運(yùn)，而且需要清洗和檢查步驟以便在模壓之前消除外界物質(zhì)造成的表面缺陷。而且，模壓步驟中的再加熱需要可觀的能量，至極大地?fù)p害了生產(chǎn)效率。
為了避免這些缺陷，從熔化玻璃到最終制品的連續(xù)生產(chǎn)是理想的。為此，日本已公開專利No.3-45523提出了一種光學(xué)元件生產(chǎn)方法，其中，從熔爐流出的熔化玻璃被非氧氣氛中的第一熱工作夾具接收，然后，一個第二熱工作夾具接觸熔化玻璃，然后翻轉(zhuǎn)，通過熱變形，一予定的玻璃予形被形成在熱工作夾具上，之后在模具中進(jìn)行壓制。
然而，為了實(shí)現(xiàn)上述理想的生產(chǎn)，該方法還有一些問題有待解決(1)下述問題出現(xiàn)在放置玻璃熔化爐，特別是其玻璃出口于非氧氣氛中。因?yàn)椴ＡС隹跍囟缺仨毦S持較低，以便停止玻璃流動，直到開始玻璃的排卸，接近出口處存在的玻璃材料不能被容易地玻璃化，或者，即使它已被玻璃化，它將含有大量氣泡和有色條紋，這是由于該位置缺少攪動。因此，由出口開始排出的玻璃不可能得到滿意的質(zhì)量?？捎^數(shù)量的玻璃不得不在開始階段排除。這一排除操作如果是在特定氣氛限定的狹窄空間進(jìn)行，無論自動或手動都將是非常困難的。
而且，如果要玻璃出口維持高溫，所要求氣氛的空間必須密封，就會使設(shè)備變得十分復(fù)雜。還有，從玻璃出口流出熔化玻璃會產(chǎn)生大量揮發(fā)物質(zhì)污染特定氣氛的空間，而且由于這種揮發(fā)物質(zhì)，玻璃材料最終會被污染，所以產(chǎn)品不能保持高質(zhì)量。
(2)在特定氣氛中將熔化玻璃接收到模具上包含有如下問題最終出現(xiàn)在氣氛中的揮發(fā)物質(zhì)會沉積并污染及模具，在這種氣氛中清理模具十分困難。而且，用于接收熔化玻璃的模具被加熱至一高溫并受到明顯損壞。然而，由于模具處于特定氣氛下，更換新模具并不容易完成。
本發(fā)明可解決以上問題，本發(fā)明第一個目的就是提供一種方法生產(chǎn)精密玻璃制品，其可防止特定氣氛空間被污染，并可維持玻璃制品高質(zhì)量，并且，從玻璃熔化開始，以連續(xù)工藝實(shí)現(xiàn)玻璃模壓的高生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種方法生產(chǎn)精密玻璃制品，其可簡化包括形成玻璃予形在內(nèi)的一系列步驟，因此改進(jìn)了生產(chǎn)率，并可防止用于模壓的模具的熱損壞。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可通過如下方法達(dá)到一種以熔化玻璃生產(chǎn)精密玻璃制品的方法，其特征在于，該方法包括含模壓步驟的如下一系列步驟以接收模具接收預(yù)定量的熔化玻璃，其從一熔化爐的玻璃出口流出;將該接收模具以及其上接收的預(yù)定量的熔化玻璃送入一個置換室;在該置換室中將熔化玻璃予成形至預(yù)定形狀;將置換室內(nèi)部抽真空;對置換室充入非氧氣體;在與置換室相通并維持非氧氣氛的一個模壓室內(nèi)，壓制所要求形狀的精密玻璃制品。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種如下的方法一種以熔化玻璃生產(chǎn)精密玻璃制品的方法，其特征在于，該方法包括含模壓步驟的如下一系列步驟以接收模具接受預(yù)定量的熔化玻璃，共從一熔化爐的玻璃出口流出;將該接收模具以及其上接收的預(yù)定量的熔化玻璃送入一個置換室;該置換室中將熔化玻璃予成形為預(yù)定形狀;在所述玻璃預(yù)成形步驟的前、后或過程中，將非氧氣體充入該置換室;以及，在與置換室相通并維持非氧氣氛的一個模壓室內(nèi)，壓制所要求形狀的精密玻璃制品。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種如下的方法一種以熔化玻璃生產(chǎn)精密玻璃制品的方法，其特征在于，該方法包括含模壓步驟的如下一系列步驟分出預(yù)定量的熔化玻璃，其從熔化爐玻璃出口流出，并將該熔化玻璃調(diào)節(jié)至相應(yīng)于104-1010dPa.s玻璃粘度的溫度;將所述玻璃送入模具中，模具調(diào)節(jié)至相應(yīng)于1011-1014dPa.s玻璃粘度的溫度;以及，以模具壓制所述玻璃。
如上所述，從位于大氣中的玻璃出口流出的玻璃被接收模具接收，之后被送入維持在非氧氣氛中的置換室，并且，在置換室或者在與之相通的模壓室的非氧氣氛下受到予模壓或者模壓。從玻璃出口流出的玻璃中散發(fā)的揮發(fā)物質(zhì)永遠(yuǎn)不會帶入置換室或模壓室;即使這些揮發(fā)物質(zhì)被帶入，它們也會被抽真空以及非氧氣體的流動所排除。特定氣氛空間不會被污染，并且可保持高質(zhì)量產(chǎn)品，使清理工作降至最低，改進(jìn)生產(chǎn)效率。特別是，由于抽真空在如下情況進(jìn)行玻璃被接收模具接收后，玻璃表面已固體化到一定程度，就可能防止從玻璃內(nèi)表面產(chǎn)生氣泡，并防止揮發(fā)物質(zhì)污染模具，因而保持置換室及模壓室內(nèi)部的清潔。另外，通過利用如下狀態(tài)，可幫助更換接收模具，在該狀態(tài)下，為了接收熔化玻璃，接收模具不可避免地要從置換室轉(zhuǎn)到空氣中。
玻璃或壓模的溫度控制得分別相應(yīng)于(104-1010)dPa.s或(1011-1014)dPa.s范圍內(nèi)，并且，要求數(shù)量的玻璃塊(玻璃滴)從熔化玻璃中被直接地由接收模具接收，或被一個壓模接收，對玻璃進(jìn)行予模壓(初步模壓)或模壓(適當(dāng)模壓)，因此，可達(dá)到令人滿意的模壓而不對模具產(chǎn)生熱損傷，并且不會由于熱收縮，在模制品上產(chǎn)生玻璃皺紋一類的缺陷。
下文結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)敘述。


圖1示出本發(fā)明所用設(shè)備的一個例子;
圖2為一側(cè)視圖，示出本發(fā)明待模制的精密玻璃制品一個例子;
圖3為一側(cè)視圖，示出本發(fā)明待模制的精密玻璃制品的另一個例子;
圖4A-4C示出本發(fā)明一個實(shí)施例的部分工藝步驟;
圖5A-5C示出本發(fā)明另一實(shí)施例的部分工藝步驟;
圖6為一圖表，示出本發(fā)明中由重量自發(fā)變形的予模制中的模制工藝的溫度控制;
圖7為一圖表，示出本發(fā)明中以模具進(jìn)行予模制中的模制工藝的溫度控制;
圖8A-8E示出本發(fā)明模制工藝溫度控制中一個實(shí)施例的步驟;
圖9為一橫截面圖，示出上述實(shí)施例的一個模制品;
圖10為所述實(shí)施例中，以菲佐干涉儀測出的模具表面形狀圖;
圖11A-11E示出本發(fā)明模具中溫度控制的另一實(shí)施例的步驟;
圖12為上述實(shí)施例模制品的截面圖;
圖13A-13E示出本發(fā)明模具溫度控制另一實(shí)施例的步驟;
圖14為上述實(shí)施例模制品的截面圖;
圖15A和15B為上述實(shí)施例中、以菲佐干涉儀測出的模具表面形狀圖。
下面，參照附圖1-7詳述本發(fā)明第一個實(shí)施例。圖1示出執(zhí)行本發(fā)明方法的設(shè)備的一個例子，其中，熔爐20位于室外，熔解玻璃材料，被熔化的玻璃23經(jīng)過設(shè)在熔爐20底部的一個管子21向下流到一個出口22。繞熔爐20及管子21，設(shè)有一個加熱器(未示出)熔化玻璃材料并調(diào)節(jié)流出出口22的玻璃的溫度。
出口22的下方設(shè)有一個置換(交換)室10，經(jīng)一閘閥18連向模壓室11，室11又經(jīng)一閘閥19連向一脫模室12。置換室10設(shè)置有一個接收模具1，當(dāng)其從室10伸出時(shí)，直接位于出口22的下方，并且，室10還包括一個室體13;一個室蓋14，用于開啟室體(通向大氣)或密封室體。
室體13側(cè)面設(shè)有一個入口缸32;底部設(shè)有一驅(qū)動缸35，用于升高或降低接收模具1;以及，缸32、35的汽缸軸33、36通過橡膠密封環(huán)62、63插入置換室10。在軸36端部裝有接收模具1，其通過一加熱器51維持一個預(yù)定的溫度，例如該溫度為，使玻璃粘度處于108-1012dPa.s范圍。
如圖示，由出口22流出的熔化玻璃由接收模具1容留，并且由玻璃的熱變形形成一個玻璃塊24。這時(shí)汽缸35開始降低軸36，模1及玻璃塊24一起被帶到室10中。之后室蓋14沿方向A關(guān)閉到密封圈61上。故置換室10維持在氣密狀態(tài)，并由適當(dāng)?shù)某槲b置對其抽真空。之后供入非氧氣體，以便在室10內(nèi)部維持非氧氣氛?？s入室10之前，大部分含于玻璃中的揮發(fā)物從玻璃塊24排出，到空氣中。然而，即使已帶入室10，通過抽真空，仍會有揮發(fā)物被排到室10外。
具有象透鏡凸出外表面形狀的玻璃塊24被予制成要求的形狀，是僅僅通過熱變形(靜重變形)，在圖6所示溫度條件下，供非氧氣體(氮)至室10，之后，當(dāng)氧濃度降至一預(yù)定水平，閘閥18打開。然后，進(jìn)入室10的玻璃塊24被軸33端部的吸爪34吸住，缸32啟動將塊24從室10移入模壓室11中。
此外，如果具有象透鏡凸表面形狀的塊24，不能通過熱變形(靜重變形)被予制成所需形狀，則通過如下方式進(jìn)行機(jī)械予制。在這一實(shí)施例中，室蓋14提供在外側(cè)，帶有一個予制缸30，它的軸31通過一個橡膠密封圈69捆入替換室10，并且，一個予制上模具2結(jié)合有加熱器52，裝在軸31端部。
蓋14關(guān)閉之后，在圖7所示溫度條件下開始以上模具2進(jìn)行予制(予模壓)。接著抽真空，置換氣體。其后以上述相同方式，打開閘閥18，之后予制的玻璃塊24被設(shè)在軸端33的吸爪吸住，啟動汽缸32，將塊24從替換室10移入模壓室11。
設(shè)有加熱器53控制室10內(nèi)溫度，維持非氧氣氛處于適宜溫度。
模壓室11在氣密的室體15中設(shè)有主模壓模具，并與外界氣密封。該模壓室體15在其上、下部設(shè)有一個上模壓缸37和一下模壓缸39，用于精密模制，它們的缸軸38，40通過橡膠密封圈插入室11。在軸38的下部裝有一罩7用于開、關(guān)上模具3，在軸38、40間設(shè)有一個柱形模具5，以及，一個上模3、下模4可滑動地插入模5的一個垂直孔。
當(dāng)壓模運(yùn)行時(shí)，上模3可由汽缸37、通過軸38的端部加壓，并且，上模3也能用罩7，通過其上部的法蘭被升高。下模4被裝在模5下部上的底板6支撐，并裝設(shè)得在其內(nèi)部可垂直運(yùn)動。柱形模5還裝有上模加熱器54、下模加熱器55，用以調(diào)節(jié)上模3、下模4的溫度。
從室10通過吸爪34移入的玻璃塊被放在下模4上，并被下降的上模在所要求的溫度、壓力下壓制。模具以及玻璃模制品的溫度和壓力根據(jù)圖6、7所示控制。在這一操作中，相同的非氧氣氛維持在室11的室體15中。
類似室10，脫模室12包括一個室體16、室蓋17，并且，室體16在其底部，側(cè)部設(shè)有一臺式驅(qū)動缸41和脫模缸44，它們的軸42、45通過橡膠密封圈67、68插入室12。室12內(nèi)部，一個用于接收模制品的臺43裝在軸42端部。并且，軸45在其端部設(shè)有吸爪46用于吸住下模4上的模制品，并通過缸44的軸45的運(yùn)動將其放于臺43。
在蓋17及室體16的孔之間，設(shè)有橡膠密封圈66，以便當(dāng)蓋17關(guān)閉時(shí)得到氣密狀態(tài)。與室體13相似，室體15和16也設(shè)有真空抽吸裝置(未示出)、排氣孔以及供給氛圍氣體的裝置(未示出)。其中，玻璃塊24僅通過熱變形(靜重變形)予制，上模2、汽缸30以及缸軸31在室10中是不必要的。
例1本發(fā)明的方法將通過數(shù)據(jù)以具體例子進(jìn)行詳細(xì)說明。下面將說明一個模制精密玻璃制品(新月形凹透鏡)的工藝，如圖2所示，該制品有效直徑13mm，外徑約17mm。對于壓模，所用玻璃材料粘度特性為1040℃時(shí)，粘度為10Pa.s;580℃時(shí)，粘度108.2Pa.s;515℃時(shí)，粘度1011Pa.s以及465℃時(shí)，粘度1014Pa.s。
首先，將所述玻璃生料投入熔爐20并于其中變?yōu)椴ＡВ髷嚢柚援a(chǎn)生均勻玻璃23，之后玻璃23被引入管道21，其溫度調(diào)至相應(yīng)于玻璃粘度10Pa.s的相應(yīng)溫度。
閘閥18、19關(guān)閉，壓模室11及脫模室12通過真空進(jìn)行氣體置換，之后供入氮?dú)庾鳛榉茄鯕怏w。并且，柱形模具的加熱器54、55通電，以加熱上模3、下模4、至相應(yīng)于玻璃粘度為108.5Pa.s的溫度。
接收模1，如需要時(shí)，予制上模2被加熱器51、52加熱至相應(yīng)于玻璃粘度為1012Pa.s的溫度。
之后，開啟室蓋14，汽缸35啟動，運(yùn)動模1至出口22的正下方。然后，如圖4A所示，玻璃被熔化流出出口22并由模1接收，并且，一個預(yù)定量的熔化玻璃塊通過靜重變形形成于模1上，接著，降低軸36，蓋14關(guān)閉，予制缸30馬上啟動，通過上模2在500N壓力下在模1上予制該玻璃塊，從而得到了有所要求形狀的玻璃材料24(圖4B)。
予制之后，當(dāng)玻璃表面達(dá)到相應(yīng)于106Pa.s粘度的溫度或更高溫度時(shí)，替換室10抽真空10秒，然后，供入非氧氣體(氮)5秒鐘。接著閘閥18開啟，缸32啟動伸出軸33，從而帶動吸爪34至予制玻璃料24a上方一個位置。之后軸36啟動，使料24a被爪34吸住，軸36向下收縮。缸32進(jìn)一步動作使軸33運(yùn)動料24a至模壓室11，并置其于下模4上(在這一狀態(tài)，玻璃粘度為109Pa.s而上模3下模4維持在相應(yīng)于108.6Pa.s粘度的溫度)。隨后軸33回返，閘閥18關(guān)閉。
在模壓室11中，缸37啟動以降低上模軸38，并且一個5000N的壓力施加到上模3，直至法蘭下表面完全接觸模5上表面為止，從而模制出所要求的精密玻璃制品。
接著，制得的玻璃制品在上述狀態(tài)在模壓室11中冷卻，在該狀態(tài)下，即模3法蘭下表面接觸模25上表面，冷卻期間，下模缸39啟動，以通過軸40以3000N的壓力向上壓下模4，以使下模4緊隨模制玻璃產(chǎn)品24b的收縮。
接著，當(dāng)玻璃達(dá)到相應(yīng)于104Pa.s的溫度，由下模缸39的加壓停止，上模缸37隨后立即向上動作以舉高上模，該舉高系通過固定在上模軸38上的罩7舉高其法蘭達(dá)到。
隨后閘閥19開啟，脫模缸44啟動以運(yùn)動設(shè)在軸45上的吸爪46，至下模4上方某一位置，從而吸住制得的玻璃24b，接著，缸44返回到臺43上方一個地方，并且臺驅(qū)動缸41啟動到臺43接觸玻璃制品24b下表面的位置。在此位置，法蘭46的抽吸操作停止。當(dāng)模制玻璃24b被支撐在臺43情況下，缸41啟動以向下運(yùn)動軸42，并且軸45縮回至圖1所示的收縮位，其時(shí)模制玻璃24b被支撐著。這時(shí)閥19關(guān)閉，而室蓋17開啟，并且模制玻璃24b通過適當(dāng)?shù)奶幚頇C(jī)構(gòu)從脫模室12中取出。接著蓋17關(guān)閉，室12內(nèi)部被非氧氛通過前述工藝所置換，以準(zhǔn)備下一脫模操作。
經(jīng)過連續(xù)重復(fù)上述模制操作100次左右，制得的精密玻璃制品外觀未出現(xiàn)任何不正常，其精密表面也十分滿意，其表面的象散和輪廓圖僅有一個牛頓土環(huán)或更少，并且，此時(shí)模具1、2、3和4未顯示出有任何揮發(fā)物質(zhì)的沉積，并處于可繼續(xù)模制操作狀態(tài)。
比較例1為了比較本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的操作，上述例子1的予制操作以相同設(shè)備進(jìn)行再生產(chǎn)，然而下面的工藝中不含抽真空及引入氣體步驟。這種情況下，經(jīng)過約30個回合，模具1和2就沉積上了揮發(fā)物并不再能提供有滿意外觀的玻璃制品。
而且，當(dāng)氣體置換在替換室中玻璃粘度為108Pa.s下進(jìn)行時(shí)，玻璃材料24a出現(xiàn)大量產(chǎn)生于玻璃內(nèi)部的氣泡，并因之不能用于模制。
例2下面參照圖1-5以數(shù)據(jù)說明一個具體例子，用例1中的相同玻璃材料形成圖3所示的有效直徑12mm、外徑約16mm的雙面凸透鏡。與例1中相同的步驟將不再解釋。本例中，當(dāng)閥18、19關(guān)閉時(shí)，模壓室11內(nèi)面及脫模室12進(jìn)行抽吸真空，之后充入非氧氣體(氮)。并且上模加熱器54、下模加熱器55通電，將模3、4加熱至相應(yīng)于玻璃粘度為108.5Pa.s的溫度。
使粘度為10Pa.s的熔化玻璃從出口22流出，如例1，玻璃塊24被模1接收，之后放入替換室10，之后室蓋14關(guān)閉。接著，以氮?dú)饬髟谑?0中，將模1加熱至相應(yīng)于108Pa.s玻璃粘度的一個溫度，并且室10中的加熱器53通電，加熱圍繞玻璃塊24的氛圍氣至一相應(yīng)于104Pa.s玻璃粘度的溫度。在這種加熱操作及包含在塊24中的熱作用下，它進(jìn)一步為靜重?zé)嶙冃沃烈桓綘顟B(tài)，接近圖5B所示粘密玻璃制品24d，從而得到一所要求形狀的玻璃材料24c。
接著關(guān)斷加熱器53，當(dāng)玻璃材料24c冷卻到相應(yīng)于104Pa.s粘度的一個溫度時(shí)，替換室10進(jìn)行抽真空，并引入氮?dú)猓缋?所述，經(jīng)過這樣一個氣體置換后，玻璃材料被例如上述的吸爪從接收模1拿開，然后，從室10傳到室11，放到加熱至相應(yīng)于108.5Pa.s粘度的溫度的下模4上，并且，在模3、4間經(jīng)受4500N、60秒的壓模加工。之后，冷卻模制品24d，用2000N壓力使下模4跟隨模制品的收縮。接著，如例1所述的相同方法，相同溫度，通過脫模室，從模壓室中取出精密玻璃制品。所得到的結(jié)果與例1相同。
例3下文參照圖1和圖4A-4C說明一個如例1中所用相同材料，制成一個有相同形狀透鏡的不同工藝方法。如例1，閘閥18、19關(guān)閉之后，室11內(nèi)部及室12進(jìn)行抽真空，然后引入非氧氣體，上模加熱器54和下模加熱器55通電，將上、下模3、4加熱至相應(yīng)于108.2Pa.s玻璃粘度的一個溫度。
當(dāng)玻璃在爐中熔化之后，使該粘度為108.2Pa.s的熔融玻璃從出口22流出，玻璃塊24由模1接收，并如例1引入置換室10，蓋14關(guān)閉后，塊24在置換室10氮?dú)饬髦杏媚?進(jìn)行予模壓。在室10中，加熱器51、52通電，加熱模具和玻璃材料，使接收模1和上模2被加熱至相應(yīng)于109Pa.s玻璃粘度的一個溫度。
即使予模壓之后，供到室10中的氮?dú)獗焕^續(xù)，同時(shí)維持電力加熱，以避免過份冷卻。當(dāng)氧濃度達(dá)到5PPm或更低時(shí)，氮?dú)夤?yīng)停止。然后，閥18開啟，予模壓玻璃材料24a從置換室10的模1轉(zhuǎn)移到模壓室11的下模4，如例1所述。在這一狀態(tài)，玻璃處于相應(yīng)于108Pa.s粘度的一個溫度。壓模操作在4500N壓力下進(jìn)行45秒，在冷卻步驟中，下模4通過模具-玻璃間的粘接力而可跟隨玻璃材料24a的收縮。接著，在相應(yīng)1012Pa.s粘度玻璃溫度下，模具打開，模壓的玻璃制品24b以例1中相同的方式取出。所得結(jié)果象例1一樣令人滿意。
例4本例示出以例1相同材料制造與例2相同形狀透鏡，但與例2不同方法的工藝。這一工藝將參照圖1和圖5A-5C進(jìn)行詳細(xì)說明。象例1一樣，當(dāng)閥18、19關(guān)閉后，模壓室11內(nèi)部及脫模室12進(jìn)行抽真空，并充入非氧(氮)氣體。同時(shí)，上模加熱器54及下模加熱器55通電，將上、下模3、4加熱至相應(yīng)于108.2Pa.s玻璃粘度的溫度。隨后類似例1，玻璃熔融之后，使粘度為108.5Pa.s的熔融玻璃流出出口22，玻璃塊24由模1接收，并引入置換室10。蓋14關(guān)閉后，接收模1在充入室10氮?dú)庵斜患訜嶂料鄳?yīng)于107Pa.s粘度的溫度，并且室10的加熱器53同時(shí)充電，加熱繞塊24的氛圍氣至相應(yīng)于104Pa.s粘度的溫度。由于這一加熱及含在玻璃塊24中的熱量，塊24進(jìn)一步由靜重引起熱變形，達(dá)到與精密玻璃制品24b更接近的較平形狀，如圖5B所示，從而予成形玻璃材料24a。當(dāng)室10中的氧濃度達(dá)到5PPm或更低，停止供氮，開啟閥18，予制玻璃24a從室10，以類似例1方式被轉(zhuǎn)入模壓室中的下模4。在這一狀態(tài)，玻璃材料處于相應(yīng)107Pa.s粘度的溫度。模壓在3000N壓力下進(jìn)行30秒，在接著的冷卻步驟中，下模4被加上2000N壓力，玻璃粘度維持在(1010-1012.5)Pa.s，以使下模4跟上料24a的收縮。接著，模具在相應(yīng)于1013Pa.s粘度的溫度下被打開，例如1中一樣，取出精密玻璃制品所得到的結(jié)果與例1一樣令人滿意。
在前述例子中，置換室10均直接位于玻璃出口22下方，但，也可將室10不這樣放，而是從室10中斜向延伸接收模1至出口22下方一個位置。這樣，也可能提供多個模壓設(shè)備給一個熔化爐，將熔化玻璃順序供向這些模壓設(shè)備的接收模，從而提高產(chǎn)量改進(jìn)生產(chǎn)率。
下面參照圖8-15對本發(fā)明的玻璃料(予制)模壓操作中，對料及模的溫度控制的一個例子進(jìn)行詳細(xì)說明。這一工藝包括步驟(A)在相應(yīng)于10-2-104dPa.s粘度的溫度下，從熔化爐接收預(yù)定量的熔化玻璃;步驟(B)調(diào)節(jié)上述玻璃溫度至相應(yīng)于104-1010dPa.s粘度的溫度;步驟(C)將所述玻璃供至溫度調(diào)節(jié)到相應(yīng)于1011-1014dPa.s玻璃粘度的模具上，步驟(D)用所述模具對玻璃進(jìn)行模壓。
如果需要，還包括步驟(E)模壓之后，將模壓玻璃制品從模具中脫出，此時(shí)玻璃溫度相應(yīng)于1010-1013dPa.s粘度;步驟(F)冷卻模壓玻璃制品，溫降率至少為10℃/分，起碼冷至相應(yīng)于1014dPa.s粘度的溫度，由于已脫模的玻璃制品粘度，仍然可能由于重量而變形，步驟(F)為模具外進(jìn)行，以防止這種變形。
下面對步驟(A)-(F)的最佳實(shí)施例進(jìn)行說明。步驟(A)中，從玻璃在熔化狀態(tài)，取出溫度相應(yīng)于10-2-104dPa.s粘度的要求量的玻璃，并且，在玻璃從熔爐出口流下情況，可在該出口附近設(shè)置溫控機(jī)構(gòu)，來控制滴落的熔化玻璃在上述溫度區(qū)域。溫度最好相應(yīng)于101.6-102.6dPa.s玻璃粘度區(qū)域。
步驟(B)中，取出的玻璃溫度被調(diào)至相應(yīng)于104-1010dPa.s粘度區(qū)域，這一溫度調(diào)節(jié)可通過例如當(dāng)玻璃從出口落下時(shí)吹過冷卻氣體而達(dá)到。該溫度最好相應(yīng)于106-108dPa.s粘度，107-108dPa.s則最佳。
步驟(C)中，如此溫控的玻璃被放入壓模，壓模溫度調(diào)節(jié)至相應(yīng)于1011-1014dPa.s玻璃粘度的溫度，該溫度最好是相應(yīng)于1011-1013dPa.s，粘度而1011.2-1012最佳，模具和玻璃的溫度差最好為至少一個相應(yīng)于103dPa.s粘度的溫度。
步驟(D)中，玻璃在一施加到模具的負(fù)載下加壓，這一模壓最好通過維持模具表面緊壓玻璃，進(jìn)行起碼在玻璃要求形成精密形狀處緊密接觸。
步驟(E)中，模壓玻璃在溫度相應(yīng)于1010-1013dPa.s粘度時(shí)從模具脫出。如果在壓模過程中，由于熱量移除至模具，玻璃達(dá)到這一溫度，則玻璃可被分別地從所有模壓面取出。這一溫度最好是相應(yīng)于1010.5-1011.5dPa.s粘度。
步驟(F)中，脫模的玻璃被冷卻，其冷卻率為至少10℃/分，溫度至少冷至相應(yīng)于1014dPa.s粘度，并且所述冷卻可通過例如冷卻氣體達(dá)到。
本發(fā)明應(yīng)用的壓模模具最好事先根據(jù)模具-模制品之間形狀的不同作好校正，這些決定于溫度、壓力、冷卻率等模壓條件以及玻璃制品形狀，這樣可以保證理想的模壓精度。這些數(shù)據(jù)設(shè)定及溫度區(qū)控制自然是根據(jù)所用玻璃的種類及成份考慮決定的。
例5為了理解上述模壓工藝，圖8A-8E示出作為例子的壓模結(jié)構(gòu)，其中示有玻璃熔爐101;熔融狀態(tài)的光學(xué)玻璃材料102(SK12;Ohara光學(xué)公司制);排出管103;排出口103a;一玻璃予成形104;冷卻氣體105;下模106;上模107;釋放板108;熔化玻璃制品109;以及柱形模110。
在這一例子中，出口103a按圖8A進(jìn)行溫控，控制滴出的玻璃104溫度為1180℃(相應(yīng)于粘度102.1dPa.s)，并得到850mm3的玻璃料滴。如此得到的玻璃予形104a，在下滴過程中被氣體105冷卻到750℃(相應(yīng)于105.8dPa.s粘度)，并被送到下模106，如圖8B示，下模106和上模107事先被控制在溫度580℃下(相應(yīng)于玻璃粘度1011.3dPa.s)。
緊接送玻璃到模具之后，一個2000N的壓力施加20秒鐘，如圖8C所示。操作中與模具接觸的玻璃表面溫度瞬時(shí)降至604℃，即低于模腐蝕溫度。此后玻璃予形被變形并被上、下模帶走熱量，并在模壓操作結(jié)束時(shí)達(dá)到590℃(相應(yīng)于玻璃粘度1010.8dPa.s)。
模壓操作之后，上模107如圖8D示升高，與之相連的釋放板108用于分離壓制的透鏡109及下模106。如果透鏡維持粘在上模107，透鏡109可用圖8E所示的柱形模110從上模107分開。隨后取出透鏡并且，例如使用冷卻氣體對其進(jìn)行冷卻，在兩分鐘內(nèi)冷至485℃(相應(yīng)于玻璃粘度1015.5dPa.s)，此時(shí)不會再發(fā)生由玻璃重量產(chǎn)生的變形。
由這一例子得到的球形凹透鏡(參見圖9)象散及表面輪廓圖有0.5牛頓環(huán)或更少，其曲率徑向分量有兩個牛頓環(huán)或更少。
本發(fā)明所用上、下模106、107的曲率半徑為30.11mm，其中心區(qū)比周邊區(qū)表面輪廓圖有較小曲率半徑，如圖10所示(以一菲佐干涉儀測量)。用沒有這樣輪廓圖的模具制得的透鏡將會有不理想的輪廓圖，所用模具事先已被校正以避免這種不理想的表面輪廓圖。
例6圖11A-11E示出本例步驟，圖12示出本例生產(chǎn)的較小直徑正透鏡的形式，以確認(rèn)尺寸轉(zhuǎn)移的精密性。玻璃材料與例5相同。圖11A所示玻璃112從出口111a滴下，其溫度控制在1320℃(相應(yīng)于101.6dPa.s粘度)并且呈25mm3滴液，由此得到的玻璃予形112a在下滴過程中由加熱氣體113控制至840℃(相應(yīng)于104.4dPa.s粘度)。與例5相比，之所以使用加熱氣體，是因?yàn)椴Ａв栊?12a較小，在其被送到模具之前溫度會變得太低。
如此得到的玻璃予形104a如圖11B所示被送入下模114，下模上模106、107被事先加熱至580℃(相應(yīng)于1011.8dPa.s粘度)。
緊隨玻璃送入模具之后，一個500N的壓力施加10秒，如圖11C示，在模壓中與模具接緊的玻璃表面被瞬時(shí)冷到616℃，低于模蝕溫度。隨后玻璃予形被上、下模變形并帶走熱量，故其在模壓操作結(jié)束時(shí)被冷至595℃(相應(yīng)于1010.8dPa.s粘度)。
壓模操作過后，如圖1D所示，上模115升高，與之相連的釋放板116用于將模制透鏡117從下模114分開。如果這時(shí)透鏡繼續(xù)粘住上模115，則可通過柱形模118將其分離，如圖11E所示。接著取出透鏡，并使用例如冷卻氣體對其冷卻，在2分鐘內(nèi)冷至485℃(相應(yīng)于1015.5dPa.s粘度)，這時(shí)已不再會由重量引起變形。
由本發(fā)明得到的較小直徑正透鏡(參見圖12)的象散和表面輪廓圖為0.5牛頓環(huán)或更少，并且有令人滿意的曲率徑向分量精度，為2牛頓環(huán)或更少。
本例中，上、下模114、115半徑分別為3.512mm和7.024mm，不象例5，要校正表面輪廓圖，因?yàn)檎哥R不產(chǎn)生表面輪廓圖，而可能伴有曲率半徑變化，除非諸如溫度、壓力、冷卻率等模壓條件被極大地改變。
例7圖13A-13E示出本例步驟，圖14示出本例生產(chǎn)的新月形透鏡，以證實(shí)形狀轉(zhuǎn)移精度。本例所用玻璃材料與例5相同。如圖11A所示，玻璃從出口119a滴下，其溫度控制在1120℃(相應(yīng)于102.3dPa.s玻璃粘度)，得到玻璃液滴1430mm3，如此得到的玻璃予形120a在下滴過程中被冷卻氣體冷卻至700℃(相應(yīng)于玻璃粘度107.1dPa.s)，并被送至下模122，如同13B示。下模及上模122、123被予先加熱到570℃(相應(yīng)于1011.7粘度)。
緊隨玻璃送入模具之后，一個4000N的壓力施加30秒，如圖13C所示。在模壓過程中緊接模具的玻璃表面被瞬時(shí)冷卻到588℃，低于模蝕溫度。接著玻璃予形被上、下模變形并帶走熱量，所以其在模壓操作結(jié)束時(shí)溫度達(dá)到585℃(相應(yīng)于1011dPa.s粘度)。
模壓操作之后，上模123升起，如圖13D所示，與之相連的釋放板124用于將透鏡125從下模分開。這時(shí)如果透鏡繼續(xù)粘在上模123，則可用柱形模126將透鏡從上模分開，如圖13E所示，然后，透鏡被取出，并由例如氣體在2分鐘內(nèi)冷卻485℃(相應(yīng)于1015.5dPa.s粘度)，此時(shí)不會再發(fā)生由玻璃重量產(chǎn)生的變形。
由本例得到的新月形透鏡(參見圖14)的象散和表面輪廓為0.5牛頓環(huán)或更少，其曲率徑向分量粘度令人滿意2牛頓環(huán)或更少。
本例中所用上、下模122、123的曲率半徑分別為112.04mm及57.04mm，表面輪廓圖中邊緣區(qū)曲率半徑比中心區(qū)的較小(以菲佐干涉儀測得)，如圖15A、15B所示。以不具這種表面輪廓圖的模具進(jìn)行模壓，將產(chǎn)生模制透鏡有一表面輪廓圖，并且，模具事先被校正，以避免這種現(xiàn)象。
如上所述，本發(fā)明提供一種方法生產(chǎn)精密玻璃制品，使用熔化玻璃，以一系列包括模壓的步驟完成接收模接收;預(yù)定量的熔化玻璃從熔爐出口流出;將接收模及其上接收的一定量的熔玻璃送入置換室;在該置換室中予制該熔化玻璃至一預(yù)定形狀;維持置換爐內(nèi)氣密狀態(tài)，并抽取真空;非氧氣體引入該置換室;在一與置換室相通的壓模室中非氧氣氛下將玻璃壓制成預(yù)定形狀。同時(shí)也提供了一種方法，包括以一個接收模接收，預(yù)定量的熔化玻璃從熔爐出口流出;將接收模及其上所接收的一預(yù)定量的熔玻璃送入一個置換室;在置換室中將熔玻璃予成形為預(yù)定形狀;在上述制備熔化玻璃的前、后或過程中，將非氧氣體充入置換室;在與置換室相通的壓模室中非氧氣氛下壓制所要形狀的精密玻璃制品。這樣就可能防止由于從玻璃出口流出的玻璃產(chǎn)生的揮發(fā)物質(zhì)造成例如置換室或模壓室等模壓設(shè)備內(nèi)部的污染。同時(shí)，從熔化玻璃到精密玻璃制品的連續(xù)生產(chǎn)方法允許有效地利用熔化玻璃的熱能，并實(shí)現(xiàn)高效率的連續(xù)模壓操作。
而且，本發(fā)明還提供了一種方法，由熔化玻璃生產(chǎn)精密玻璃制品，其方法包括模壓的一系列步驟從熔化爐流出口流出的熔化玻璃被分出預(yù)定數(shù)量并調(diào)節(jié)至相應(yīng)于104-1010dPa.s玻璃粘度的溫度;將所述玻璃送入溫度調(diào)節(jié)至相應(yīng)于1011-1014dPa.s粘度的模具;以及用該模具壓制所述玻璃。從而使得可能在模壓操作時(shí)防止熱損壞或模制產(chǎn)品的損壞，并且，即使在較短的模壓周期下也可延長模具的使用壽命，并經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)高精度模制光學(xué)玻璃產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種以熔化玻璃生產(chǎn)精密玻璃制品的方法，其特征在于，該方法包括含模壓步驟的如下一系列步驟以接收模具接收預(yù)定量的熔化玻璃，其從一熔化爐的玻璃出口流出；將該接收模具以及其上接收的預(yù)定量的熔化玻璃送入一個置換室；在該置換室中將熔化玻璃予成形至預(yù)定形狀；將置換室內(nèi)部抽真空；對置換室充入非氧氣體；在與置換室相通并維持非氧氣氛的一個模壓室內(nèi)，壓制所要求形狀的精密玻璃制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，置換室的抽真空在如下時(shí)間進(jìn)行，即當(dāng)玻璃表面達(dá)到相應(yīng)于105dPa.s玻璃粘度的溫度或更高時(shí)進(jìn)行。
3.一種以熔化玻璃生產(chǎn)精密玻璃制品的方法，其特征在于，該方法包括含模壓步驟的如下一系列步驟以接收模具接受預(yù)定量的熔化玻璃，其從一熔化爐的玻璃出口流出;將該接收模具以及其上接收的預(yù)定量的熔化玻璃送入一個置換室;在該置換室中將熔化玻璃予成形為預(yù)定形狀;在所述玻璃予成形步驟的前、后或過程中，將非氧氣體充入該置換室;以及，在與置換室相通并維持非氧氣氛的一個模壓室內(nèi)，壓制所要求形狀的精密玻璃制品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，置換室內(nèi)進(jìn)行予成形，系使用接收模具，其上支撐有熔化玻璃，以及一個與之相對的上模具。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，置換室內(nèi)的予成形系由調(diào)節(jié)接收模具和置換室模壓氣氛的溫度完成，利用與接收模具相接觸的玻璃表面相對的另一表面的表面張力，使熔化玻璃形成基本球形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在維持非氧氣氛的模壓室內(nèi)壓制一精密玻璃制品的步驟包括加熱所述模具至一預(yù)定溫度;將予成形玻璃從置換室送入模壓室，并將其放于所述模具中的一個下模上;對所述模具中的一個上模加壓，來對玻璃進(jìn)行模壓;當(dāng)模壓的玻璃留在模壓室內(nèi)時(shí)，對其進(jìn)行冷卻;以及，從模具上分開模壓的玻璃制品，冷卻其至要求溫度，并將其從模壓室取出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，當(dāng)玻璃還處于模壓室內(nèi)的進(jìn)行的冷卻步驟中，包括一個步驟，即在冷卻過程中，要使玻璃適配模具。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，使玻璃適配模具的步驟為，施加一個所需的壓力到模具上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，使玻璃適配模具的步驟為，由玻璃和模具間的相互粘接力實(shí)現(xiàn)的步驟。
10.一種以熔化玻璃生產(chǎn)精密玻璃制品的方法，其特征在于，該方法包括含模壓步驟的如下一系列步驟分出預(yù)定量的熔化玻璃，其從熔化爐玻璃出口流出，并將該熔化玻璃調(diào)節(jié)至相應(yīng)于104-1010dPa.s玻璃粘度的溫度;將所述玻璃送入模具中，模具調(diào)節(jié)至相應(yīng)于1011-1014dPa.s玻璃粘度的溫度;以及，以模具壓制所述玻璃。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，還包括一個取出該熔化玻璃的步驟，即，在相應(yīng)于10-2-104dPa.s玻璃粘度的溫度下，使玻璃流出熔爐出口。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于，還包括如下步驟玻璃在模具中模壓之后，當(dāng)該模壓的玻璃制品在相應(yīng)于1010-1013dPa.s玻璃粘度的溫度時(shí)，將其從模具中取出;以及，對這樣取出的模壓玻璃制品進(jìn)行冷卻，其溫度梯度不小于10℃/分，冷卻到比相應(yīng)于1014dPa.s玻璃粘度的溫度為低的溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以熔化玻璃生產(chǎn)精密玻璃制品的方法，包括如下一系列步驟以接收模具接收預(yù)定量的熔化玻璃，其從一熔化爐的玻璃出口流出；將該接收模具以及其上接收的預(yù)定量的熔化玻璃送入一個置換室；在該置換室中將熔化玻璃預(yù)成型至預(yù)定形狀；將置換室內(nèi)部抽真空；對置換室充入非氧氣體；在與置換室相通并維持非氧氣氛的一個模壓室內(nèi)，壓制所要求形狀的精密玻璃制品。
文檔編號C03B11/06GK1100071SQ94106910
公開日1995年3月15日 申請日期1994年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月31日
發(fā)明者大森正樹, 田中弘江, 中田耕平, 久保裕之, 中川伸行, 余語瑞和, 執(zhí)行勇 申請人:佳能株式會社