專利名稱：擠壓模制玻璃制品的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于擠壓模制適于模制光學(xué)透鏡毛坯的玻璃制品的方法和裝置，特別是一種所謂的直接擠壓系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，在模具中供入熔融的玻璃，在模具中擠壓。
作為一種模制未精加工的玻璃制品(以下簡稱為透鏡毛坯)，即未磨光或拋光成精加工的或最終的諸如光學(xué)透鏡之類的玻璃制品前的狀態(tài)的方法，人們廣泛使用生產(chǎn)率很高的直接擠壓系統(tǒng)。在該直接擠壓系統(tǒng)中，玻璃材料在爐子中熔化為熔融的玻璃。用諸如剪切機(jī)之類的切削刀具把合適數(shù)量的熔融玻璃切斷，供入下壓模(下型箱)。供入下壓模的熔融的玻璃在其表面張力的作用下形成通常為大理石狀的玻璃團(tuán)。其上有玻璃團(tuán)的下壓模由諸如轉(zhuǎn)臺之類的傳送裝置傳送到上壓模(上型箱)所在的位置。然后，上壓模和下壓模擠壓玻璃團(tuán)以獲得如上所述的透鏡毛坯，該透鏡毛坯與由上壓模和下壓模圍成的空腔結(jié)構(gòu)的形狀一致。在接著進(jìn)行的磨光/拋光步驟中，透鏡毛坯的表面被磨光和拋光，以產(chǎn)生諸如眼鏡鏡片、照相機(jī)鏡頭和光學(xué)攝像鏡頭之類的制成品。
另一方面，最近有人指出，在磨光/拋光步驟中產(chǎn)生的磨光和拋光碎屑對環(huán)境有害?？紤]到這些，人們非常需要模制僅要求很小磨光余量的透鏡毛坯，以便減少磨光和拋光碎屑。
但是，在使用現(xiàn)有的直接擠壓系統(tǒng)模制透鏡毛坯時(shí)，不可能大量減少玻璃的磨光余量。具體地說，在現(xiàn)有的直接擠壓系統(tǒng)中，由于熔融的玻璃被擠壓后玻璃的收縮，所謂的凹痕分布在玻璃表面上。在擠壓熔融的玻璃時(shí)，熔融的玻璃在供入下壓模之后和被上壓模和下壓模擠壓之前，其外周部分被冷卻。因此，與熔融玻璃的內(nèi)部相比較，其外周部分的溫度相當(dāng)?shù)牡?。如果外周部分的溫度低于某個(gè)溫度，玻璃的流動(dòng)性下降。考慮到這些，有必要在熔融玻璃的內(nèi)部被充分冷卻之前，即玻璃的粘度低于約103泊(＝dPa·s)之前，擠壓熔融的玻璃。這導(dǎo)致擠壓后玻璃內(nèi)部的熱收縮增加和由于內(nèi)部和外周部分的溫度不同發(fā)生的凹痕。凹痕的發(fā)生降低了轉(zhuǎn)換模具的模制表面的形狀的復(fù)制性，因此要求磨光余量大于其它的模制方法。在擠壓后玻璃表面上產(chǎn)生的凹痕不均勻分布而是集中在局部區(qū)域的情況下，不可避免地要求更大的磨光余量。
為了抑制凹痕的發(fā)生，人們提出了各種方法(參見日本未審查專利公開(JP-A)10-101347，6-32624，6-72725，6-157051和63-162539)。但是，公開的沒有一種是關(guān)于有效地減少導(dǎo)致凹痕發(fā)生的熔融玻璃內(nèi)部和外部溫度不同的技術(shù)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是在所謂的直接擠壓系統(tǒng)中模制玻璃制品時(shí)，提供一種模制未精加工的玻璃制品的方法和裝置，通過在擠壓后顯著減少熔融玻璃的內(nèi)部和外周部分的溫差以有效抑制玻璃表面上凹痕的發(fā)生來減少磨光余量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供模制玻璃制品的方法和裝置，可以抑制集中在玻璃表面的局部區(qū)域內(nèi)凹痕的發(fā)生。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種模制玻璃制品的方法和裝置，可以在不降低直接擠壓系統(tǒng)中獲得的生產(chǎn)率情況下抑制凹痕的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用由上壓模和下壓模組成的模具擠壓模制玻璃制品的方法，每個(gè)上壓模和下壓模各具有模制表面，該方法包括至少下述步驟。具體地說，該方法包括供入步驟，將熔融的玻璃供入下壓模的模制表面上；溫度控制步驟，控制供入下壓模的模制表面上的玻璃的溫度，使得玻璃的內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近；以及擠壓步驟，當(dāng)溫度受到控制的玻璃的粘度處于103.5到106.5泊(＝dPa·s)之間或104到106泊(＝dPa·s)之間的范圍內(nèi)，最好處于104.5到105.5泊(＝dPa·s)之間時(shí)，通過上壓模和下壓模的模制表面擠壓玻璃。通過在擠壓前使玻璃內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近及通過在這種相對較高的粘度下擠壓玻璃，有可能減少擠壓后玻璃的熱收縮并減少玻璃內(nèi)部和外周部分之間的熱收縮的差異。于是，抑制了玻璃表面上凹痕的發(fā)生。
為了獲得把模具的形狀和表面精度轉(zhuǎn)換為軟化的玻璃的擠壓模制的高精度，以下述方式改變上述方法。具體地說，延長再加熱擠壓步驟中需要的時(shí)間段以進(jìn)一步降低玻璃內(nèi)部的溫度，使得溫度分布倒過來，即內(nèi)部的溫度低于外周部分的溫度。然后，當(dāng)玻璃的粘度處于107到109泊(＝dPa·s)之間的范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)行擠壓模制。以這種方式，進(jìn)一步改進(jìn)了擠壓產(chǎn)品和透鏡毛坯的形狀精度。因此，至少不需要為獲得曲率半徑R的球形磨光。
但是，在上述方法中，生產(chǎn)率顯著降低。因此，不再能確保在直接擠壓系統(tǒng)中獲得的生產(chǎn)率。
考慮到上述情況，在本發(fā)明中最好簡單地減少熔融玻璃內(nèi)部和外周部分之間的溫度差異，而不是顛倒這些部分的溫度分布。
通過磨光和拋光由上述擠壓模制方法模制的玻璃的表面，便可獲得最終的玻璃制品。內(nèi)部和外周部分之間的溫度差異等于100攝氏度或更小，等于50攝氏度或更小較好，等于30攝氏度或更小最好。
在本發(fā)明中，擠壓步驟前的溫度控制步驟可以是一種直接控制，比如，使較冷的物體與熔融的玻璃接觸，或者是一種間接的控制，比如，把熱源放在熔融的玻璃的附近。
最好，溫度控制步驟是一種通過降低玻璃內(nèi)部的溫度和升高玻璃外周部分的溫度使玻璃內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近的步驟。
在一個(gè)方面，溫度控制步驟包括從上壓模一側(cè)冷卻玻璃的冷卻步驟和在冷卻步驟后從上壓模一側(cè)加熱玻璃的加熱步驟。
在此情況下，冷卻步驟可包括使吸熱器與面向上壓模的玻璃的上表面接觸一預(yù)定時(shí)間以吸收其上的熱量的步驟。在吸熱器與玻璃接觸前，吸熱器最好保持在遠(yuǎn)離玻璃附近的位置的大氣的溫度。
加熱步驟可包括把熱源放在面向上壓模的玻璃的上表面的附近一預(yù)定時(shí)間的步驟。
該方法還包括在玻璃內(nèi)部的溫度處于其轉(zhuǎn)變點(diǎn)±50℃，最好為±10℃之間的范圍內(nèi)時(shí)把玻璃從模具中取出的步驟。
最好，將多個(gè)下壓模順序傳送到用于上述步驟的操作位置處以進(jìn)行上述步驟。
最好，將多個(gè)下壓模沿周向設(shè)置在轉(zhuǎn)臺上，并且通過轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)將多個(gè)下壓模順序傳送到用于上述步驟的操作位置處以進(jìn)行上述步驟。
最好，玻璃制品是一種光學(xué)透鏡材料。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于擠壓模制玻璃制品的裝置包括由上壓模和下壓模組成的模具，每個(gè)上壓模和下壓模各具有模制表面；供入裝置，用于將熔融的玻璃供入下壓模的模制表面上；溫度控制裝置，用于控制供入下壓模的模制表面上的玻璃的溫度，使得玻璃的內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近；以及模具驅(qū)動(dòng)裝置，用于使上壓模和下壓模的模制表面彼此接近以擠壓玻璃。當(dāng)溫度受到溫度控制裝置控制的玻璃的粘度處于103.5到106.5泊(＝dPa·s)之間或104到106泊(＝dPa·s)之間的范圍內(nèi)，最好處于104.5到105.5泊(＝dPa·s)之間時(shí)，模具驅(qū)動(dòng)裝置啟動(dòng)以擠壓玻璃。在這種情況下，擠壓壓力處于30至80公斤力/平方厘米(kgf/cm2)之間的范圍內(nèi)，最好處于50至70kgf/cm2之間。
最好，溫度控制裝置包括從上壓模一側(cè)冷卻玻璃的冷卻裝置和由冷卻裝置冷卻后從上壓模一側(cè)加熱玻璃的加熱裝置。
最好，該裝置還包括諸如轉(zhuǎn)臺之類的傳送裝置，用于將玻璃已供入其模制表面上的下壓模順序傳送到分別安裝冷卻裝置、加熱裝置和模具驅(qū)動(dòng)裝置的位置處。


圖1是示出在根據(jù)本發(fā)明的方法中具有用于多個(gè)步驟的多個(gè)操作位置的轉(zhuǎn)臺的示意圖；圖2A至圖2D是描述根據(jù)本發(fā)明的方法中一部分步驟的示意圖；圖3A至圖3D是描述其余部分步驟的示意圖；圖4A和圖4B是描述在本發(fā)明的方法中將氮化硼(BN)初步施加在下壓模的模制表面上的步驟的示意圖；圖5是描述玻璃團(tuán)供入下壓模后和取出透鏡毛坯前參考玻璃的內(nèi)部和外周部分的溫度條件的本發(fā)明的方法的示意圖。
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。在下面，直接描述使用一種擠壓模制裝置模制光學(xué)透鏡的方法，該擠壓模制裝置包括一個(gè)作為傳送裝置的轉(zhuǎn)臺和16個(gè)沿周向設(shè)置在轉(zhuǎn)臺上的下壓模。在涉及玻璃的溫度時(shí)，與下壓模的模制表面接觸的區(qū)域及其附近被稱為玻璃的下部，而暴露在外部空氣中不與下壓模的模制表面接觸的區(qū)域及其附近被稱為玻璃的上部。
參照圖1，在轉(zhuǎn)臺10上限定用于本發(fā)明的擠壓模制方法的各個(gè)步驟的多個(gè)操作位置A至P。如圖所示，多個(gè)下壓模11(數(shù)目為16個(gè))沿周向設(shè)置在轉(zhuǎn)臺10上。轉(zhuǎn)臺10由驅(qū)動(dòng)單元(未示出)驅(qū)動(dòng)逐步轉(zhuǎn)動(dòng)，以將下壓模11傳送到用于各個(gè)步驟的操作位置A至P。具體地說，轉(zhuǎn)臺10從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)1/16圓(即22.5度)以將每個(gè)下壓模11從一個(gè)操作位置傳送到下一個(gè)操作位置，此處轉(zhuǎn)臺10停止，回到靜止?fàn)顟B(tài)。下壓模11在每個(gè)操作位置靜止相應(yīng)于每個(gè)步驟的操作時(shí)間的一預(yù)定的時(shí)間段，經(jīng)過該預(yù)定的時(shí)間段后，下壓模11被傳送到下一個(gè)操作位置。例如，在一個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)和下一個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)，即一個(gè)間距期間的時(shí)間間隔在2至6秒之間。
本發(fā)明的擠壓模制方法包括供入熔融的玻璃的步驟(以下簡稱為玻璃供入步驟)、在擠壓前控制玻璃的溫度的步驟(以下簡稱為溫度控制步驟)、將玻璃擠壓成擠壓玻璃的步驟(以下簡稱為玻璃擠壓步驟)以及從模具中取出擠壓玻璃的步驟(以下簡稱為玻璃取出步驟)。溫度控制步驟包括為冷卻玻璃而擠壓玻璃的步驟(以下簡稱為冷卻擠壓步驟)和三個(gè)再加熱玻璃的再加熱步驟(以下簡稱為再加熱步驟)。在圖2A至圖2D和圖3A至圖3D中，通過上述步驟模制玻璃。在這些圖中，對應(yīng)于圖1中所示，指出了操作位置A至P和步驟的名字。
在圖1中的位置A處進(jìn)行玻璃供入步驟。在位置A上，設(shè)置了玻璃熔化爐(未示出)和用于切斷從玻璃熔化爐中流出的熔融玻璃的剪切機(jī)13(圖2A)。將適于想要的光學(xué)透鏡的玻璃材料供入熔化爐中并在熔化爐中加熱以獲得溫度保持在1000至1100攝氏度(℃)之間的熔融玻璃。在該實(shí)施例中，使用玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg)為615攝氏度和軟化點(diǎn)(Ts)為650攝氏度的SiO2-TiO2玻璃。如圖2A中所示，熔融的玻璃通過鉑管12向下流到位置A處的下壓模11。考慮到流速，由剪切機(jī)以預(yù)定的時(shí)間間隔切斷熔融的玻璃以將合適數(shù)量的熔融玻璃供入下壓模11的模制表面11a上。在模制表面11a上的熔融玻璃因其表面張力而變圓，變成大理石狀的玻璃團(tuán)。
另外，可不使用剪切機(jī)13將玻璃團(tuán)供入下壓模11。具體地說，升高下壓模11使其靠近鉑管12的出口，通過該鉑管12供入熔融的玻璃。當(dāng)預(yù)定數(shù)量的熔融玻璃供入下壓模11的模制表面11a上時(shí)，向下移動(dòng)下壓模11。供入下壓模11上的熔融的玻璃由于其自重而下拉，下壓模11的向下移動(dòng)局部脫離開連續(xù)供入流動(dòng)的熔融玻璃。在下壓模11上接收的熔融玻璃由于其表面張力而變圓，變成玻璃團(tuán)。在這種不使用剪切機(jī)13將熔融玻璃供入下壓模11上的技術(shù)中，在玻璃團(tuán)的表面上不會(huì)留下由剪切機(jī)13形成的被稱為剪切痕的切痕。這有利地減少了后面將描述的精加工余量。
在將熔融玻璃供入下壓模11上之前的位置P，六邊形的BN(氮化硼)或類似耐熱固態(tài)潤滑劑粉末和噴霧氣一起被噴向下壓模11，以便粘結(jié)在模制表面11a上改進(jìn)玻璃團(tuán)脫離下壓模11的分離性。在這種情況下，最好，限定玻璃團(tuán)的外徑的主體壓模具有一個(gè)有圖4A所示的斜面部分的內(nèi)壁。
本發(fā)明的方法要求的形狀精度比現(xiàn)有的直接擠壓系統(tǒng)的高。因此，為了避免由于下壓模的傾斜導(dǎo)致的玻璃團(tuán)上下表面的中心錯(cuò)開的中軸傾斜，主體壓模和下壓模之間的間隙比現(xiàn)有直接擠壓系統(tǒng)中的間隙窄。因此，當(dāng)升高下壓模以在下壓模上接收熔融的玻璃時(shí)，粘結(jié)在主體壓模內(nèi)表面上的六邊形BN脫落并累積在下壓模的模制表面上。這種六邊形BN的累積在玻璃團(tuán)的下表面上導(dǎo)致表面缺陷，即所謂的石粒。這是磨光余量增加的一個(gè)因素。
考慮到上述情況，在主體壓模的內(nèi)壁表面上形成斜面部分，使得主體壓模具有兩個(gè)不同的內(nèi)徑，如圖4A所示。當(dāng)施加六邊形BN時(shí)，下壓模的模制表面處于斜面部分的水平處，如圖4B所示。在這種情況下，在具有小直徑的區(qū)域中，沒有六邊形BN粘結(jié)在主體壓模的內(nèi)壁上。因此，當(dāng)下壓模從圖4A所示的正常狀態(tài)沿主體壓模的內(nèi)壁表面升高以在下壓模上接收熔融的玻璃時(shí)，六邊形BN不會(huì)被下壓模剝落。
參照圖1，在轉(zhuǎn)臺10的大致整個(gè)區(qū)域上進(jìn)行加熱，使得位置A處的下壓模11保持預(yù)定的溫度。為了防止玻璃團(tuán)的下部溫度較低和流動(dòng)性的最終喪失造成過早固化，以及防止由于玻璃團(tuán)的下部溫度過高使熔融玻璃熔化粘結(jié)在下壓模上，在供入玻璃時(shí)對下壓模的溫度控制是很重要的。如后面將要描述的，當(dāng)熔融的玻璃供入到下壓模的模制表面上時(shí)，由于玻璃下部與下壓模的模制表面之間的熱交換，玻璃的下部迅速冷卻。為了避免上述兩個(gè)對立的問題，供入下壓模的模制表面上的玻璃團(tuán)的下部一般保持在稍微低于玻璃的轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg)的溫度，即處于Tg和Tg-50℃之間的溫度，處于Tg和Tg-30℃之間較好，處于Tg和Tg-10℃之間更好。在該實(shí)施例中，下壓模被加熱到Tg-10℃的溫度，使得供入熔融玻璃后的下壓模的溫度和熔融玻璃的下部的溫度保持在稍微低于轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg)的平衡點(diǎn)處。
在位置A供有玻璃團(tuán)的下壓模11通過轉(zhuǎn)臺10的兩步轉(zhuǎn)動(dòng)被傳送到用于冷卻擠壓步驟的位置C。在位置C，設(shè)置冷卻擠壓單元進(jìn)行冷卻擠壓步驟。如圖2C中所示，冷卻擠壓單元包括一個(gè)由金屬材料制成的擠壓件14，并具有平的接觸表面14a，以便與玻璃團(tuán)接觸。擠壓件14由提升單元(未示出)上下移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)臺10轉(zhuǎn)動(dòng)且?guī)в胁ＡF(tuán)的下壓模被傳送到位置C時(shí)，提升單元被驅(qū)動(dòng)向下移動(dòng)擠壓件14。通過擠壓件14的向下移動(dòng)，接觸表面14a被壓向玻璃團(tuán)的上部，使玻璃團(tuán)稍微變形。于是，實(shí)現(xiàn)玻璃團(tuán)的上部和擠壓件14的接觸表面14a之間的面對面接觸。在和玻璃團(tuán)接觸前，擠壓件14和接觸表面14a被保持在室溫。通過使玻璃團(tuán)和擠壓件14的接觸表面14a之間的接觸保持一預(yù)先選定的時(shí)間段，玻璃團(tuán)的熱量，尤其是其上部的熱量被傳遞到擠壓件14。結(jié)果，玻璃團(tuán)的溫度，尤其是玻璃團(tuán)上部的溫度迅速下降。在該實(shí)施例中，擠壓件14是由鐵(具有40-50kcal/m·hr·deg的導(dǎo)熱率)制造的。另外，可使用諸如不銹鋼(具有40-50kcal/m·hr·deg的導(dǎo)熱率)之類的其它金屬材料制造。在擠壓件14具有較低的導(dǎo)熱率的情況下，冷卻效果下降，但有利于溫度控制。為了在冷卻擠壓步驟后使玻璃的溫度條件最佳，適當(dāng)選擇制造擠壓件14的金屬材料、玻璃和擠壓件14之間的接觸面積、玻璃和擠壓件14之間的接觸時(shí)間以及擠壓行程。如果擠壓件14在預(yù)定的壓力下與玻璃團(tuán)接觸，作為一種輔助效果，可抑制在玻璃團(tuán)的下表面，即與下壓模接觸的表面上產(chǎn)生皺紋。這些皺紋被稱為粘團(tuán)線，將導(dǎo)致玻璃團(tuán)的下表面上的表面缺陷，增加了磨光余量。
在上述的冷卻擠壓步驟中，擠壓件可具有類似于上壓模的模制表面的形狀的模制表面，該上壓模將在隨后進(jìn)行的玻璃擠壓步驟中使用。在這種情況下，冷卻擠壓步驟也作為初步擠壓步驟。通過在玻璃擠壓步驟前進(jìn)行初步擠壓步驟，進(jìn)一步改進(jìn)了在玻璃擠壓步驟中相對于模具的玻璃的復(fù)制性。
冷卻擠壓步驟后，玻璃團(tuán)被傳送到再加熱步驟。在該實(shí)施例中，再加熱步驟在圖1中的位置D、E和F處間歇地進(jìn)行三次。再加熱步驟用于再次加熱在先前進(jìn)行的冷卻擠壓步驟中已冷卻的玻璃團(tuán)。為了進(jìn)行再加熱步驟，在位置D、E和F處設(shè)置加熱單元。每個(gè)加熱單元包括圖2D中所示的一個(gè)加熱件15和一個(gè)用于在提升位置和下降位置之間上下移動(dòng)加熱件15的提升單元(未示出)。在下降位置，加熱件15的下端覆蓋玻璃團(tuán)的上半部分。加熱件15在其下端具有線圈，作為設(shè)置在加熱件15的內(nèi)周壁上的熱源。該線圈被加熱到800-1200℃，以產(chǎn)生輻射熱，從玻璃團(tuán)上部加熱玻璃團(tuán)。
上述冷卻擠壓步驟和三個(gè)再加熱步驟用于當(dāng)玻璃團(tuán)在接著進(jìn)行的玻璃擠壓步驟中被擠壓時(shí)和玻璃擠壓步驟后，使玻璃團(tuán)的溫度條件和粘度最佳化。具體地說，通過在玻璃擠壓步驟前的冷卻擠壓步驟和再加熱步驟，控制玻璃團(tuán)的溫度，以便減少玻璃團(tuán)的內(nèi)部和外周部分之間的溫度差異。后面將詳細(xì)描述玻璃團(tuán)的溫度控制。在使用轉(zhuǎn)臺的本實(shí)施例中，每個(gè)冷卻擠壓步驟和再加熱步驟的操作時(shí)間由轉(zhuǎn)臺10的停止時(shí)間限定。換句話說，在上述各個(gè)步驟中，下降擠壓件14或加熱件15、冷卻或加熱玻璃團(tuán)及向上縮回?cái)D壓件14或加熱件15的操作必須在轉(zhuǎn)臺10重復(fù)逐步轉(zhuǎn)動(dòng)的停止期間完成。在一個(gè)實(shí)施例中，擠壓件14的冷卻時(shí)間和加熱件15的加熱時(shí)間可在1至3秒之間選擇。
其后，在冷卻擠壓步驟和再加熱步驟中溫度受到控制的玻璃團(tuán)被傳送到位置G進(jìn)行擠壓(玻璃擠壓步驟)。如圖3A中所示，在玻璃擠壓步驟中使用其下表面上具有玻璃模制表面的上壓模16。當(dāng)玻璃團(tuán)被傳送到位置G時(shí)，由提升單元(未示出)向下移動(dòng)上壓模16以擠壓玻璃團(tuán)。通過這種擠壓操作，玻璃團(tuán)在由下壓模11和上壓模16的模制表面限定的空腔內(nèi)延伸和擴(kuò)展，以獲得理想的光學(xué)透鏡毛坯形狀。透鏡毛坯的外周由圓柱形的主體模17限定，該主體模17支撐下壓模11，下壓模11可相對于主體模17移動(dòng)。上壓模16保持在預(yù)定的溫度，以避免擠壓時(shí)玻璃的熔化粘結(jié)，并且在擠壓后控制玻璃的溫度。為此，在擠壓前，上壓模16的溫度最好保持在Tg-50℃和Tg-150℃之間的范圍內(nèi)，處于Tg-70℃和Tg-120℃之間更好。在該實(shí)施例中，擠壓前上壓模16的溫度保持在Tg-100℃。
在本發(fā)明中，進(jìn)行玻璃擠壓步驟的時(shí)間選擇很重要。具體地說，當(dāng)經(jīng)冷卻擠壓步驟和再加熱步驟溫度受到控制的玻璃團(tuán)的內(nèi)部粘度在103.5到106.5泊(＝dPa·s)之間或在104到106泊(＝dPa·s)之間，最好在104.5到105.5泊(＝dPa·s)之間時(shí)，進(jìn)行玻璃擠壓步驟。在該實(shí)施例中，在粘度為105泊(＝dPa·s)時(shí)進(jìn)行玻璃擠壓步驟。在玻璃擠壓步驟中，玻璃團(tuán)的溫度最好保持在Tg和Tg+50℃之間。在本實(shí)施例中，玻璃團(tuán)的溫度保持在Tg+10℃。上述粘度比在現(xiàn)有的直接擠壓系統(tǒng)中擠壓時(shí)的粘度102-103泊(＝dPa·s)高的多。為何在如此高的粘度下進(jìn)行擠壓的原因是抑制擠壓后玻璃的熱收縮及減少玻璃表面上凹痕的產(chǎn)生。參照由轉(zhuǎn)臺傳送的玻璃團(tuán)的傳送速度，最好通過改變玻璃擠壓步驟的操作位置，比如改變到位置H或I，有可能設(shè)定合適的擠壓時(shí)序。在上述玻璃擠壓步驟中，擠壓壓力約等于現(xiàn)有直接擠壓系統(tǒng)的6倍，以便在空腔中完全壓平具有很高的粘度的玻璃團(tuán)。擠壓壓力在30-80kgf/cm2，最好在50-70kgf/cm2。在本實(shí)施例中，擠壓壓力約等于66kgf/cm2。
玻璃擠壓步驟后，玻璃經(jīng)位置H至L被傳送到位置M，在此處其被取出。當(dāng)玻璃經(jīng)位置H至L被傳送到位置M時(shí)，玻璃在空氣溫度下逐步自然冷卻，其體積由于熱收縮而稍微減小。在現(xiàn)有的直接擠壓系統(tǒng)中，凹痕的問題發(fā)生在擠壓后玻璃團(tuán)的熱收縮過程中。在本發(fā)明中，通過在玻璃擠壓步驟前適當(dāng)控制玻璃團(tuán)的溫度，減少了玻璃內(nèi)部和外周部分之間的溫度差異。結(jié)果，擠壓時(shí)和擠壓后也減少了玻璃內(nèi)部和外周部分之間的溫度差異，使得凹痕的發(fā)生受到抑制。但是，如果再加熱玻璃使得玻璃外周部分的溫度比內(nèi)部的高，則降低了直接擠壓系統(tǒng)的生產(chǎn)率。因此，在玻璃外周部分的溫度低于內(nèi)部溫度時(shí)進(jìn)行擠壓。玻璃內(nèi)部和外周部分之間的溫度差異不超過100℃較好，最好不超過50℃。在H至M的每個(gè)位置，下壓模11相對于主體模17逐步升高。如圖3C中所示，玻璃的位置表面在位置M處位于主體模17上面。如圖3D中所示，當(dāng)玻璃內(nèi)部的溫度相對于轉(zhuǎn)變點(diǎn)在±50℃的范圍內(nèi)時(shí)，±30℃較好，±10℃更好，玻璃由撿取單元(未示出)真空抽吸，從模具中取出。
于是，通過本發(fā)明的方法，可模制光學(xué)透鏡毛坯。接著，模制成的光學(xué)透鏡毛坯受到表面磨光/拋光以生產(chǎn)光學(xué)透鏡。由本發(fā)明的方法模制的透鏡毛坯在其表面上具有較少的凹痕，因此可減少磨光余量。根據(jù)本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)獲得的光學(xué)透鏡毛坯的評估顯示了下面的結(jié)果。與現(xiàn)有系統(tǒng)相比較，磨光余量可減少到50％。
其中，一側(cè)精加工余量是在磨光擠壓制品的上表面或下表面時(shí)的磨光余量。中心厚度容差是預(yù)先選定的中心厚度和測量的中心厚度之間的差。厚度偏差是在一個(gè)共用圓周上最大厚度和最小厚度之間的差。曲率半徑精度是預(yù)先選定的曲率半徑和測量的曲率半徑之間的差。擠壓制品下表面上的石粒是上述的諸如BN之類的外來物質(zhì)。
在該實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)臺上設(shè)置多個(gè)下壓模。另外，傳送裝置可以是任何其它的類型，只要可將下壓模順序傳送到用于各個(gè)步驟的位置并可在接續(xù)的步驟中重復(fù)使用。例如，可以使用諸如帶式輸送機(jī)之類的直線輸送機(jī)。
接著，將描述在各個(gè)步驟中熔融玻璃的溫度條件。參照圖5，在玻璃團(tuán)供入下壓模上后和取出透鏡毛坯之前，玻璃在其內(nèi)部和外周部分中具有不同的溫度條件。在圖中，實(shí)線表示在本發(fā)明的方法中玻璃的上部、內(nèi)部和下部的溫度變化。另一方面，在圖中，虛線表示在現(xiàn)有的沒有冷卻擠壓步驟和再加熱步驟的直接擠壓系統(tǒng)中玻璃上部、內(nèi)部和下部的溫度變化。
描述本發(fā)明的玻璃的溫度變化之前，將簡單地描述現(xiàn)有系統(tǒng)中玻璃的溫度變化情況。當(dāng)在玻璃供入步驟中在下壓模的模制表面上供入熔融的玻璃時(shí)，由于在溫度保持在Tg-50℃左右的下壓模和熔融玻璃的下部之間進(jìn)行熱交換，熔融玻璃下部的溫度迅速下降，并保持在低于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg的平衡點(diǎn)處。另一方面，供入下壓模的模制表面上的熔融玻璃的上部和內(nèi)部被玻璃周圍的大氣溫度冷卻，其溫度逐步下降。此時(shí)，與玻璃的內(nèi)部相比較，玻璃上部的溫度變化率很高。結(jié)果，在開始玻璃擠壓步驟之前，玻璃內(nèi)部和上部之間的溫度差異逐漸增加。在玻璃擠壓步驟中，溫度保持在約Tg-100℃的上壓模冷卻玻璃團(tuán)的上部和下部。此時(shí)，玻璃的上部與上壓模直接接觸，因此迅速冷卻到低于玻璃的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg的溫度。另一方面，因?yàn)椴ＡУ耐庵懿糠诸A(yù)先冷卻到低溫，因此其粘度增加，使得內(nèi)部熱量很難散發(fā)到外面，所以玻璃的內(nèi)部并不迅速冷卻。這導(dǎo)致玻璃擠壓步驟后玻璃的內(nèi)部與各個(gè)上部和下部之間的溫度差異增加。由于在擠壓時(shí)玻璃的粘度很低，擠壓后玻璃的熱收縮很大，在玻璃表面上產(chǎn)生凹痕。
接著，將沿圖5中的實(shí)線描述本發(fā)明中玻璃的溫度變化的情況。當(dāng)在玻璃供入步驟中在下壓模的模制表面上供入熔融的玻璃時(shí)，由于在下壓模和熔融玻璃的下部之間進(jìn)行熱交換，熔融玻璃下部的溫度迅速下降，并保持在Tg和Tg-50℃之間的平衡點(diǎn)處，即不高于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg。另一方面，供入下壓模的模制表面上的熔融玻璃的上部和內(nèi)部被玻璃周圍的大氣溫度冷卻，其溫度逐步下降。此時(shí)，與玻璃的內(nèi)部相比較，玻璃上部的溫度變化率很高。到這個(gè)階段為止，在玻璃的各個(gè)部分中的溫度的變化類似于現(xiàn)有系統(tǒng)。
當(dāng)在本發(fā)明中進(jìn)行冷卻擠壓步驟時(shí)，玻璃團(tuán)的上部和內(nèi)部被冷卻。尤其是，與玻璃團(tuán)內(nèi)部的溫度下降相比較，其與擠壓件直接接觸的上部的溫度下降很快。接著，通過間歇地進(jìn)行三個(gè)再加熱步驟，玻璃團(tuán)的溫度，尤其是玻璃團(tuán)上部的溫度升高或保持在高于預(yù)定的溫度(Tg)處。另一方面，玻璃內(nèi)部的溫度很難受到再加熱步驟中加熱的影響，并沿著冷卻擠壓步驟中給定的溫度梯度下降。推測起來，這是因?yàn)?，由于通過冷卻擠壓步驟，玻璃的上部的粘度增加，玻璃上部的導(dǎo)熱率下降。結(jié)果，玻璃上部和內(nèi)部的溫度彼此逐漸接近，使得它們之間的溫差在玻璃擠壓步驟中最小。由于與玻璃內(nèi)部的溫差及在再加熱步驟中的加熱，玻璃下部的溫度向玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg升高。
在玻璃擠壓步驟中，上壓模以類似于現(xiàn)有系統(tǒng)的方式冷卻玻璃團(tuán)的上部和下部。此時(shí)，玻璃的上部與溫度保持在Tg-50℃和Tg-150℃之間的上壓模直接接觸，使得其上部迅速冷卻到低于玻璃的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg的溫度。由于玻璃的外周部分預(yù)先冷卻到低溫，并且其粘度增加，內(nèi)部熱量很難散發(fā)到外面。因此，玻璃的內(nèi)部并不迅速冷卻。但是，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比較，由于在擠壓時(shí)內(nèi)部的溫度很低，在擠壓后其與玻璃上部的溫度差異很小。另外，玻璃下部的溫度由于再加熱步驟而升高到大約Tg的溫度，使得玻璃內(nèi)部與玻璃下部的溫度差異也較小。在本發(fā)明中，玻璃內(nèi)部和上部的溫度差異可減小到50-100℃。因此，即使玻璃內(nèi)部的粘度增加到103.5到106.5泊(＝dPa·s)，玻璃上部的粘度也不會(huì)增加到失去流動(dòng)性。因此，可以在合適的粘度下進(jìn)行擠壓操作。結(jié)果，抑制了玻璃表面上凹痕的發(fā)生，并且避免了凹痕的不均勻分布。與不進(jìn)行冷卻擠壓步驟和再加熱步驟的情況相比較，在經(jīng)受冷卻擠壓步驟和再加熱步驟后，玻璃團(tuán)內(nèi)部的粘度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到合適的水平，即103.5到106.5泊(＝dPa·s)。這增加了透鏡毛坯的生產(chǎn)率。當(dāng)玻璃的上部、內(nèi)部和下部的溫度在圖1中的位置H至L處經(jīng)過自然冷卻達(dá)到轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg時(shí)，從模具中取出透鏡毛坯。理想地，當(dāng)各個(gè)部分的溫度處于相對于轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg在±10℃范圍內(nèi)時(shí)，從模具中取出透鏡毛坯。在圖5中，玻璃下部的溫度在玻璃擠壓步驟中低于轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg。但是，溫度也可超過轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg。
在前文中，結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。但是，很容易理解，本發(fā)明并不限于實(shí)施例中提供的事實(shí)，而是可以在隨附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)以各種其它方式進(jìn)行變化和修改。在前述實(shí)施例中，為了控制玻璃的溫度，使得供入到下壓模的模制表面上的玻璃的內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近，進(jìn)行了冷卻擠壓步驟和再加熱步驟。但是，可以用其它方式進(jìn)行溫度控制。在冷卻擠壓步驟中，擠壓件與玻璃團(tuán)直接接觸以冷卻玻璃團(tuán)。另外，也可以通過降低玻璃團(tuán)上部周圍的空氣溫度來進(jìn)行冷卻。在每個(gè)再加熱步驟中，加熱件可與玻璃團(tuán)直接接觸。在本實(shí)施例中，再加熱步驟間歇地進(jìn)行三次。但是，再加熱步驟的數(shù)目并不受限制。另外，再加熱步驟可連續(xù)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的擠壓模制玻璃制品的方法不僅可用來制造上述的光學(xué)透鏡毛坯，也可以用來制造普通的玻璃制品。尤其是，本發(fā)明有利于制造中心和外周部分具有不同厚度的光學(xué)透鏡及相對厚的玻璃制品。
如上所述，在所謂的直接擠壓系統(tǒng)的擠壓模制方法中，可以根據(jù)本發(fā)明抑制分布在透鏡毛坯表面上的凹痕的發(fā)生，并防止凹痕集中在局部區(qū)域。結(jié)果是，可以提供要求在磨光/拋光步驟中去除的磨光余量較小的透鏡毛坯，使得磨光碎屑和拋光碎屑減少。
根據(jù)本發(fā)明，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比較，可在短時(shí)間內(nèi)使玻璃的粘度達(dá)到最佳粘度，提高了透鏡毛坯的生產(chǎn)率。
權(quán)利要求
1.一種通過使用由上壓模和下壓模組成的模具擠壓模制玻璃制品的方法，每個(gè)所述上壓模和所述下壓模各具有模制表面，其特征在于，所述方法包括供入步驟，將熔融的玻璃供入所述下壓模的模制表面上；溫度控制步驟，控制供入所述下壓模的模制表面上的所述玻璃的溫度，使得所述玻璃的內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近；以及擠壓步驟，當(dāng)溫度受到控制的所述玻璃的粘度處于103.5到106.5泊(＝dPa·s)之間的范圍內(nèi)時(shí)，通過所述上壓模和所述下壓模的模制表面擠壓所述玻璃。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述擠壓步驟在溫度受到控制的所述玻璃的粘度處于104.5到105.5泊(＝dPa·s)之間的范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)行。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度控制步驟通過降低所述玻璃內(nèi)部的溫度和升高所述玻璃外周部分的溫度使所述玻璃內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述溫度控制步驟中降低所述玻璃內(nèi)部的溫度和升高所述玻璃外周部分的溫度被進(jìn)行，以便滿足所述玻璃外周部分的溫度低于所述玻璃內(nèi)部的溫度的條件。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度控制步驟包括從所述上壓模一側(cè)冷卻所述玻璃的冷卻步驟和在所述冷卻步驟后從所述上壓模一側(cè)加熱所述玻璃的加熱步驟。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟包括使吸熱器與面向所述上壓模的所述玻璃的上表面接觸一預(yù)定時(shí)間以吸收其上的熱量的步驟。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，使所述吸熱器與所述玻璃的上表面接觸的步驟是一種在預(yù)先選定的壓力下使所述吸熱器擠壓所述玻璃的上表面所述一預(yù)定時(shí)間的步驟。
8.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在使所述吸熱器與所述玻璃的上表面接觸的所述步驟前進(jìn)行所述吸熱器保持遠(yuǎn)離所述玻璃附近的位置的大氣的溫度的步驟。
9.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述加熱步驟包括把熱源放在面向所述上壓模的所述玻璃的上表面的附近一預(yù)定時(shí)間的步驟。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述擠壓步驟后，在所述玻璃內(nèi)部的溫度處于其轉(zhuǎn)變點(diǎn)±50℃之間的范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)行把所述玻璃從所述模具中取出的步驟。
11.一種生產(chǎn)最終玻璃制品的方法，所述方法包括磨光和拋光通過權(quán)利要求10所述的方法模制的玻璃的表面的步驟，以獲得所述最終玻璃制品。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將多個(gè)下壓模順序傳送到用于所述供入、所述溫度控制和所述擠壓步驟的操作位置處以進(jìn)行所述供入、所述溫度控制和所述擠壓步驟。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，將所述下壓模再次順序傳送到用于所述供入、所述溫度控制和所述擠壓步驟的操作位置處以再次進(jìn)行所述供入、所述溫度控制和所述擠壓步驟。
14.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，將所述下壓模沿周向設(shè)置在轉(zhuǎn)臺上，并且通過所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)將所述下壓模順序傳送到用于所述供入、所述溫度控制和所述擠壓步驟的操作位置處以進(jìn)行所述供入、所述溫度控制和所述擠壓步驟。
15.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃制品是一種光學(xué)透鏡材料。
16.一種用于擠壓模制玻璃制品的裝置，其特征在于，所述裝置包括由上壓模和下壓模組成的模具，每個(gè)所述上壓模和所述下壓模各具有模制表面；供入裝置，用于將熔融的玻璃供入所述下壓模的模制表面上；溫度控制裝置，用于控制供入所述下壓模的模制表面上的所述玻璃的溫度，使得所述玻璃的內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近；以及模具驅(qū)動(dòng)裝置，用于使所述上壓模和所述下壓模的模制表面彼此接近以擠壓玻璃；當(dāng)溫度受到所述溫度控制裝置控制的所述玻璃的粘度處于103.5到106.5泊(＝dPa·s)之間的范圍內(nèi)時(shí)，所述模具驅(qū)動(dòng)裝置啟動(dòng)以擠壓所述玻璃。
17.按照權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述溫度控制裝置包括從所述上壓模一側(cè)冷卻所述玻璃的冷卻裝置和由所述冷卻裝置冷卻后從所述上壓模一側(cè)加熱所述玻璃的加熱裝置。
18.按照權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括傳送裝置，用于將所述玻璃已供入其模制表面上的所述下壓模順序傳送到分別安裝所述冷卻裝置、所述加熱裝置和所述模具驅(qū)動(dòng)裝置的位置處。
全文摘要
一種擠壓模制玻璃制品的方法包括:供入步驟,將熔融的玻璃供入下壓模的模制表面上;溫度控制步驟,使玻璃的內(nèi)部和外周部分的溫度彼此接近;以及擠壓步驟,當(dāng)玻璃的粘度處于10
文檔編號C03B11/06GK1256254SQ9912548
公開日2000年6月14日 申請日期1999年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月9日
發(fā)明者村上明, 下川隆洋, 齋藤淳 申請人:保谷株式會(huì)社