專利名稱：壓模成形設(shè)備、壓模成形方法以及制造光學(xué)元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓模成形設(shè)備和一種壓模成形方法，它們被應(yīng)用在光學(xué)元件或類似物的制造過(guò)程中，以通過(guò)加熱和軟化模塑材料(諸如預(yù)先形成近似形狀的預(yù)型件)、接著利用成形模壓模塑所述模塑材料來(lái)獲得光學(xué)元件或類似物。本發(fā)明還涉及一種制造光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
為了制造光學(xué)元件，一種模塑材料，如玻璃材料，以加熱且軟化的狀態(tài)在成形模中受壓模塑，其中所述成形模被精密加工成預(yù)定形狀且被加熱到預(yù)定溫度。結(jié)果，成形模的模塑表面被轉(zhuǎn)錄到玻璃材料上。因而，能夠獲得甚至不需要諸如研磨和拋光等后續(xù)處理也具有高表面精度和外形精度的光學(xué)元件。在這種情況下，為了在壓模后從成形模分離或釋放所述光學(xué)元件，需要在分離和釋放前將成形模冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟?。因此，為了通過(guò)連續(xù)和重復(fù)地執(zhí)行壓模成形過(guò)程來(lái)大量制造光學(xué)元件，所述成形模必須至少在擠壓溫度和分離溫度間的預(yù)定溫度范圍內(nèi)的熱循環(huán)中被加熱和冷卻。
在這種情況下，如果感應(yīng)加熱被使用，那么作為加熱裝置的線圈本身不產(chǎn)生熱量，但將被加熱的物體(熱發(fā)生器)被直接加熱。因此，快速加熱和快速冷卻可以被執(zhí)行。因而，感應(yīng)加熱在縮短模塑周期時(shí)間上是有利的。
考慮到以上所述，眾所周知，在玻璃光學(xué)元件的精密擠壓過(guò)程中，保證快速加熱和充分熱容量的高頻感應(yīng)加熱被用作加熱成形模的裝置。
在另一方面，為了提高待模塑的光學(xué)元件的表面精度和外形精度，在上部和下部模(上部和下部成形模)被保持在相同的溫度或者被給定預(yù)定溫差的狀態(tài)下，根據(jù)預(yù)定的加熱/冷卻方案精確地控制模塑周期是非常重要的。為了控制上部和下部模的溫度使其至預(yù)定的溫度，在上部和下部模被相互分開時(shí)，通過(guò)高頻感應(yīng)加熱來(lái)加熱上部和下部模子的模塑設(shè)備的方案被提供了。
對(duì)這種類型的模塑設(shè)備，日本專利申請(qǐng)出版物(JP-A)No.H05-310434(參考文件1)披露了一種模塑設(shè)備，其中環(huán)繞上部和下部模的加熱線圈在平行于上部和下部模的移動(dòng)方向的方向上移動(dòng)，從而控制上部和下部模的溫度。
日本專利申請(qǐng)出版物(JP-A)No.H11-171564(參考文件2)披露了另一種模塑設(shè)備，包括上部和下部模，其中一個(gè)是可移動(dòng)模。當(dāng)所述可移動(dòng)模位于離開擠壓位置的分離位置中，以便移走模塑的產(chǎn)品或供給模塑材料時(shí)，所述可移動(dòng)模在所述分離的位置中被加熱。
然而，參考文件1中披露的模塑設(shè)備需要在模塑室中設(shè)置大規(guī)模的裝置，以便移動(dòng)所述加熱線圈。另外，為了供應(yīng)模塑材料，下部模必須被極大地向下移出線圈。此時(shí)，下部模溫度下降，這樣需要長(zhǎng)時(shí)間加熱下部模。
在參考文件2披露的設(shè)備中，允許供應(yīng)模塑材料的空隙被留在相互分開的上部和下部模模塑表面之間。因此，熱量容易被周圍氣氛移走。在用于精確定位上部和下部模的定位件(如套管)伸出在上部和下部模的模塑表面的情況下，所述定位件的加熱效率被降低了，且熱變形不均勻。這導(dǎo)致定位件的配合誤差。
特別是，為了提高生產(chǎn)率，建議使用包括細(xì)長(zhǎng)形母模和多個(gè)成形模的模塑設(shè)備，其中所述多個(gè)成形模線形安裝在所述母模上以擠壓多個(gè)材料。在這種設(shè)備中，如果加熱分布是不均勻的，那么母模被非均勻地加熱，導(dǎo)致母模趨向熱變形(翹曲)。如果母模發(fā)生熱變形，那么每個(gè)成形模的上部和下部在垂直方向的同軸性會(huì)被損害。在這種情況下，所述設(shè)備模塑的光學(xué)元件(例如，透鏡)會(huì)發(fā)生傾斜，從而使偏心度精度降低。另外，各個(gè)成形模模塑的光學(xué)元件中，厚度是不均勻的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了廣泛地研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果為移走模塑產(chǎn)品(光學(xué)元件)而對(duì)相互分開的上部和下部模啟動(dòng)下一個(gè)擠壓循環(huán)的加熱，并且為在移走模塑產(chǎn)品后預(yù)熱模具而對(duì)相互緊鄰或接觸的模具的進(jìn)行連續(xù)的加熱，那么定位件或類似物的加熱效率被提高了，從而防止了母模的變形以及定位件的配合誤差。換句話說(shuō)，模具中作為可移動(dòng)模的一個(gè)模具在分離位置(也就是產(chǎn)品移走位置)以及緊鄰或接觸的位置中被連續(xù)加熱。
然而，一個(gè)新的問(wèn)題產(chǎn)生了。明確地說(shuō)，假設(shè)加熱線圈被設(shè)置在產(chǎn)品移走位置和緊鄰位置(包括接觸位置，以下同樣適用)處，并且所述兩個(gè)加熱線圈的加熱是連續(xù)進(jìn)行的。在這種情況下，當(dāng)可移動(dòng)模位于緊鄰位置中時(shí)，支撐所述可移動(dòng)模的軸(主軸)被在產(chǎn)品移走位置中的加熱線圈加熱至熱變形。這導(dǎo)致模塑產(chǎn)品精度的降低。
進(jìn)一步說(shuō)，如果上部和下部模被一個(gè)線圈加熱，那么線圈的中心部分，也就是，上部和下部母模相對(duì)表面被非常容易地、快速地加熱。結(jié)果，母模發(fā)生翹曲，如圖1所示。
考慮以上所述，本發(fā)明人進(jìn)一步堅(jiān)持不懈地研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上述問(wèn)題可通過(guò)分立地設(shè)置上部模加熱線圈和下部模加熱線圈，分別在緊鄰位置和產(chǎn)品移走位置中設(shè)置可移動(dòng)模的第一和第二加熱線圈，以及根據(jù)可移動(dòng)模的位置轉(zhuǎn)換供向第一和第二加熱線圈的電流的供給(通電)來(lái)解決。本發(fā)明基于以上所述發(fā)現(xiàn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種壓模成形設(shè)備和制造光學(xué)元件的方法，它能防止軸(主軸)的熱變形，并在短的生產(chǎn)周期時(shí)間內(nèi)以高的偏心度精度和厚度精度穩(wěn)定地制造光學(xué)元件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于生產(chǎn)光學(xué)元件的高精度的模塑設(shè)備和高精度的模塑方法，它們能獲得所需的光學(xué)性能，而不需后處理，如壓模塑后進(jìn)行拋光。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種壓模成形設(shè)備和制造光學(xué)元件的方法，其能以高的生產(chǎn)效率同時(shí)模塑多個(gè)光學(xué)元件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提供了一種壓模成形設(shè)備，包括相互面對(duì)的上部和下部模，其中至少一個(gè)模作為可移動(dòng)模具是可移動(dòng)的；以及作為上部模和下部模加熱裝置的一對(duì)加熱件，它們具有分別感應(yīng)加熱所述上部和下部模的加熱線圈，其中，加熱所述可移動(dòng)模具的加熱件包括加熱在第一位置中的可移動(dòng)模具的第一加熱線圈，用于加熱在比第一位置更遠(yuǎn)離另一模具的第二位置中的可移動(dòng)模具的第二加熱線圈，以及用來(lái)從電源有選擇地向第一和第二加熱線圈供應(yīng)電流的轉(zhuǎn)換裝置。
通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，即使上部和下部模是相互緊鄰的，或是相互分離的，也能連續(xù)加熱上部和下部模。因此，能在短生產(chǎn)周期時(shí)間內(nèi)獲得高表面精度和外形精度的模塑元件(光學(xué)元件)。明確地說(shuō)，不論模塑材料供應(yīng)和模塑產(chǎn)品移走的時(shí)間安排是怎樣，第一或第二加熱線圈被有選擇地加電，與可移動(dòng)模的運(yùn)動(dòng)相一致，以便可以選擇最有效的加熱方案。
另外，軸(主軸)沒(méi)被加熱，所以模塑元件(光學(xué)元件)的表面精度和外形精度沒(méi)被降低。
本發(fā)明所述的壓模成形設(shè)備中，每個(gè)上部模和下部模加熱裝置具有獨(dú)立的電源。
以此結(jié)構(gòu)，上部和下部模被獨(dú)立地進(jìn)行溫度控制。因此，能夠?qū)?yīng)每個(gè)可移動(dòng)模和固定模(每個(gè)上部和下部模)的熱容量和預(yù)定溫度執(zhí)行獨(dú)立的溫度控制，且能夠?qū)⒚總€(gè)上部和下部模保持在所需的溫度。
在這里，優(yōu)選在第一位置處上部模加熱線圈和下部模加熱線圈被以對(duì)應(yīng)于每個(gè)加熱線圈節(jié)距0.7至2倍的距離分開。優(yōu)選的是，上部模和下部模加熱線圈的節(jié)距彼此相等且大致均勻。如果不均勻，所述距離優(yōu)選對(duì)應(yīng)于加熱線圈平均節(jié)距的0.7至2倍。
如果上部模和下部模加熱線圈之間的間距小于0.7倍的線圈節(jié)距，那么在上部模和下部模加熱線圈間的上部和下部模的相對(duì)表面的溫度被過(guò)分地提高了，致使上部和下部模趨于翹曲變形。另一方面，如果所述間距大于2倍，那么上部和下部母模的相對(duì)表面，尤其是定位件(如果設(shè)置了定位件)，將很難被加熱，且在上部和下部母模在上部模和下部模加熱線圈中被加熱時(shí)容易喪失熱量。這可能導(dǎo)致加熱時(shí)間的增加，從而延長(zhǎng)周期時(shí)間，并且可能導(dǎo)致模塑材料的缺陷擴(kuò)大。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選包括如上所述獨(dú)立電源，所述獨(dú)立電源提供彼此不同的振蕩頻率。它的優(yōu)點(diǎn)在于能夠抑制上部和下部加熱裝置之間的振蕩干擾，尤其是當(dāng)它們?cè)谳^靠近的位置中時(shí)(即，當(dāng)位于其第一位置中的可移動(dòng)模被加熱時(shí))。
本發(fā)明所述的利用上述模塑設(shè)備的壓模成形方法包括當(dāng)可移動(dòng)模具在第一位置中時(shí)給第一加熱線圈加電，而當(dāng)可移動(dòng)模具在第二位置中時(shí)給第二加熱線圈加電。
以上述方式，即使(可移動(dòng))模具被移動(dòng)，加熱仍被連續(xù)執(zhí)行，從而防止了所述(可移動(dòng))模具的冷卻。因此，生產(chǎn)在短周期時(shí)間內(nèi)被有效地實(shí)現(xiàn)了。
在本發(fā)明所述的壓模成形方法中，優(yōu)選用于加熱在第一位置中的可移動(dòng)模具的第一加熱線圈和用于加熱另一模具的加熱線圈通以不同頻率的電流，或以時(shí)間分割方式加電。
如果相互緊鄰的加熱線圈被通以不同頻率的電流或以時(shí)間分割方式通電，來(lái)感應(yīng)加熱上部和下部模，那么將上部和下部模加熱到各自預(yù)定的溫度，同時(shí)抑制上部和下部加熱裝置間的振蕩干擾是可能的。進(jìn)一步說(shuō)，上部和下部模能在相互接近時(shí)被加熱，此發(fā)明也對(duì)模塑周期時(shí)間的縮短做了貢獻(xiàn)。
在本發(fā)明所述的方法中，互相面對(duì)的上部和下部模中的一個(gè)和另一個(gè)分別是固定模和可移動(dòng)模，并且加熱固定模的加熱線圈和在第二位置中加熱可移動(dòng)模具的第二加熱線圈是同時(shí)加電的。
這樣，當(dāng)相互分開的加熱線圈被幾乎同時(shí)加電時(shí)，沒(méi)有干擾產(chǎn)生。因此，高頻感應(yīng)加熱能被同時(shí)執(zhí)行以提高加熱效率。以這種方式，所述可移動(dòng)模在任何位置中被連續(xù)加熱，使得加熱效率提高，并且上部和下部模之間的溫度平衡沒(méi)有被破壞。
根據(jù)本發(fā)明，上述方法還包括當(dāng)可移動(dòng)模在第一位置中時(shí)加熱上部和下部模具，將被加熱和軟化的材料供給到相互分離開從而使可移動(dòng)模位于第二位置中的上部和下部模具之間，利用上部和下部模具將材料壓模塑成光學(xué)元件，以及當(dāng)上部和下部模具分離開從而使可移動(dòng)模具位于第二位置中時(shí)從上部和下部模具之間移走這樣模塑的光學(xué)元件。
明確地說(shuō)，在第一位置中的可移動(dòng)模具和固定模具被加熱到預(yù)定溫度。即使當(dāng)可移動(dòng)模具被移到第二位置時(shí)，所述可移動(dòng)模具和所述固定模具仍被加熱到預(yù)定溫度，并且材料被供應(yīng)到可移動(dòng)模具和固定模具之間。
以上述方式，至少在模具加熱步驟、材料供應(yīng)步驟和移走步驟中，恰當(dāng)?shù)貓?zhí)行上部和下部模具的溫度控制是可能的，并且在短的生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)制造高表面精度和外形精度的光學(xué)元件是可能的。


圖1是顯示母模熱變形(翹曲)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的壓模成形設(shè)備的平面示意圖；圖3是圖2所示擠壓?jiǎn)卧钠矫媸疽鈭D；圖4顯示了圖3所示的帶有電源電路的擠壓?jiǎn)卧膫?cè)面橫截面示意圖；圖5是與圖4近似的附有時(shí)間分割控制單元在其上的示意圖；圖6是在時(shí)間分割方式下加熱時(shí)，描述加熱線圈通電情況的示意圖；圖7是浮板和支撐臂的平面示意圖；圖8顯示了上部和下部模與加熱線圈之間的關(guān)系，同時(shí)顯示了加熱線圈通電和模具溫度之間的關(guān)系；以及圖9是描述模塑偏心度和非球面偏心度之間的關(guān)系的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
在下述的實(shí)施例中，本發(fā)明被應(yīng)用在制造玻璃光學(xué)元件的設(shè)備上。然而，本發(fā)明并不限于此實(shí)施例，并可用于樹脂光學(xué)元件的制造或除了玻璃光學(xué)元件和樹脂光學(xué)元件外的各種其他產(chǎn)品的制造。
參見(jiàn)圖2，用來(lái)制造玻璃光學(xué)元件的設(shè)備將被作為本發(fā)明所述的壓模成形設(shè)備的實(shí)施例來(lái)描述。
圖2顯示的設(shè)備是通過(guò)壓球形玻璃預(yù)型件來(lái)制造小尺寸的準(zhǔn)直透鏡。通常，多個(gè)(所述實(shí)施例中為4個(gè))球形玻璃預(yù)型件G同時(shí)被供應(yīng)到所述設(shè)備的外殼中，并且在被加熱和軟化的狀態(tài)下通過(guò)成形模擠壓、冷卻，然后運(yùn)送到外殼外。通過(guò)重復(fù)上述操作，許多準(zhǔn)直透鏡被連續(xù)制造出來(lái)。
如圖2所示，設(shè)備10具有加熱室20和模塑室40。所述加熱室20和模塑室40通過(guò)通道60連接，通道60具有使兩室連通的開/關(guān)閥61。加熱室20、模塑室40和通道60的組合形成了與外界隔離的封閉空間。所述封閉空間被外壁環(huán)繞，所述外壁可由不銹鋼或任何其他適合的材料形成。通過(guò)在連接部分使用密封材料，封閉空間的氣密性被保證了。在模塑所述玻璃光學(xué)元件時(shí)，加熱室20、模塑室40和通道60形成的封閉空間被充入惰性氣體保護(hù)氣氛。明確地說(shuō)，利用氣體交換設(shè)備(未顯示)，封閉空間中的空氣被抽空，惰性氣體被充入以替代。作為惰性氣體，優(yōu)選使用氮?dú)饣蛘叩獨(dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w(例如，N2+0.02vol％H2)。
所述加熱室20是擠壓前被預(yù)加熱的玻璃預(yù)型件供給到的區(qū)域。所述加熱室20裝備有預(yù)型件供應(yīng)單元22、預(yù)型件傳送單元23和預(yù)型件加熱單元24。此外，用來(lái)將玻璃預(yù)型件從外界送入加熱室20的供給準(zhǔn)備室21被提供了。
所述供給準(zhǔn)備室21設(shè)置了四個(gè)托盤(未顯示)，在所述四個(gè)托盤上利用機(jī)械手(未顯示)分別放置四個(gè)玻璃預(yù)型件。在托盤上的玻璃預(yù)型件被設(shè)置在供給準(zhǔn)備室21中的預(yù)型件供應(yīng)單元22的吸盤吸住，并引入所述加熱室20中。為了防止空氣流入所述加熱室20，所述供給準(zhǔn)備室21被關(guān)閉，并在玻璃預(yù)型件放在所述托盤上后充以惰性氣體。
所述預(yù)型件傳送單元23接收從供給準(zhǔn)備室21引來(lái)的玻璃預(yù)型件，傳送所述玻璃預(yù)型件至預(yù)型件加熱單元24加熱的加熱區(qū)域，然后進(jìn)一步傳送被加熱和軟化狀態(tài)下的玻璃預(yù)型件至模塑室40。所述預(yù)型件傳送單元23包括臂25和固定在臂25末端的四個(gè)板26，并分別將玻璃預(yù)型件保持在所述板上。
在本實(shí)施例中，設(shè)有板26的臂25被固定在加熱室20中的驅(qū)動(dòng)部分23a水平地支撐。通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)部分23a的驅(qū)動(dòng)，臂25在水平面旋轉(zhuǎn)大約90°。所述臂25在以驅(qū)動(dòng)部分23a為中心的徑向方向上是可伸展和縮回的。利用這種結(jié)構(gòu)，臂25將保持在板26上的玻璃預(yù)型件傳送至模塑室40。
所述預(yù)型件傳送單元23具有設(shè)置在驅(qū)動(dòng)部分23a上的臂開/關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)(未顯示)。所述臂開/關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)用于打開臂25端部，以使板26上的玻璃預(yù)型件落到成形模上。
當(dāng)玻璃預(yù)型件被預(yù)加熱，并在軟化狀態(tài)下被傳送時(shí)，所述玻璃預(yù)型件可能接觸傳送件，也就是預(yù)型件傳送單元23。在這種情況下，缺陷在玻璃表面產(chǎn)生，導(dǎo)致模塑后光學(xué)元件外形精度的降低?？紤]到上述問(wèn)題，預(yù)型件傳送單元23優(yōu)選設(shè)有浮動(dòng)件，該浮動(dòng)件通過(guò)使用氣體使得玻璃預(yù)型件以浮動(dòng)的狀態(tài)傳送。例如，如圖7所示的拼合式浮板和支撐所述浮板的可分離臂的組合被使用。
在模塑光學(xué)元件后，為自動(dòng)移走相互分離的母模之間的光學(xué)元件，優(yōu)選設(shè)置具有吸盤的吸力傳送單元。
所述預(yù)型件加熱單元24用于將供給它的玻璃預(yù)型件加熱到與預(yù)定粘度相應(yīng)的預(yù)定溫度。為了穩(wěn)定地將所述玻璃預(yù)型件加熱到預(yù)定溫度，優(yōu)選使用通過(guò)電阻器元件進(jìn)行電阻加熱的加熱器(如Fe-Cr加熱器)。所述預(yù)型件加熱單元24從側(cè)面看通常具有90°旋轉(zhuǎn)的U型形狀，并具有設(shè)置在所述預(yù)型件加熱單元上部和下部?jī)?nèi)表面上的上部和下部加熱件。如圖2所示，預(yù)型件加熱單元24被放置在保持在臂25上的玻璃預(yù)型件的移動(dòng)軌道上。
除了當(dāng)從預(yù)型件供應(yīng)單元22接收玻璃預(yù)型件和向模塑室40傳送玻璃預(yù)型件時(shí)以外，所述臂25被放置在預(yù)型件加熱單元24之中。預(yù)型件加熱單元24的加熱器表面溫度約為1100℃，并且爐內(nèi)氣氛，也就是在上部和下部加熱件之間的氣氛約為700-800℃。在本實(shí)施例中，在上部和下部加熱件之間的溫差被給定，用來(lái)防止臂25在垂直方向上被翹曲。
在另一方面，模塑室40是加熱室20中被預(yù)加熱的玻璃預(yù)型件被擠壓和模塑來(lái)制造具有所需形狀的玻璃光學(xué)元件的區(qū)域。所述模塑室40裝備有擠壓?jiǎn)卧?1和用來(lái)輸送玻璃光學(xué)元件的輸送單元42。此外，移走準(zhǔn)備室43被設(shè)置用來(lái)在玻璃光學(xué)元件被壓模塑后，將玻璃光學(xué)元件輸送到外界。
擠壓?jiǎn)卧?1接收由預(yù)型件傳送單元23從加熱室20傳送來(lái)的六個(gè)玻璃預(yù)型件，并且壓所述玻璃預(yù)型件來(lái)獲得具有所需形狀的玻璃光學(xué)元件。所述擠壓?jiǎn)卧?1具有設(shè)置有模塑表面的上部和下部模具，并且同時(shí)通過(guò)模塑表面擠壓供給在模具間的六個(gè)玻璃預(yù)型件。通過(guò)打開臂25的端部，所述預(yù)型件加熱單元23的臂25上的六個(gè)玻璃預(yù)型件落入下部模具中。所述臂25從上部和下部模具之間的位置撤回后，下部模具立即向上朝著上部模具移動(dòng)。因此，夾在上部和下部模具之間的玻璃預(yù)型件被擠壓。每個(gè)上部和下部模具均包括母模和支撐在母模上的成形模。
所述成形模被用來(lái)加熱成形模的高頻感應(yīng)加熱線圈410環(huán)繞。擠壓玻璃預(yù)型件之前，所述成形模被所述感應(yīng)加熱線圈410加熱，并保持在預(yù)定溫度。壓的過(guò)程中所述成形模的溫度基本上等于或稍微低于預(yù)加熱的玻璃預(yù)型件的溫度。作為優(yōu)選，成形模的溫度低于玻璃預(yù)型件的溫度，以使模塑周期時(shí)間被縮短，并且抑制成形模的磨損。下文將詳細(xì)描述的，獨(dú)立用于上部和下部模具的感應(yīng)加熱線圈410的加熱被執(zhí)行。
所述輸送單元42用來(lái)將擠壓?jiǎn)卧?1擠壓的玻璃光學(xué)元件輸送給移走準(zhǔn)備室43。所述輸送單元42具有驅(qū)動(dòng)部分42a、可旋轉(zhuǎn)的支撐在驅(qū)動(dòng)部分42a上的臂42b和固定在臂42b端部的四個(gè)吸盤42c。所述吸盤42c通過(guò)真空抽吸吸取下部模具的成形模上的四個(gè)玻璃光學(xué)元件，以便能通過(guò)輸送單元42來(lái)輸送玻璃光學(xué)元件。如此被吸取的玻璃光學(xué)元件通過(guò)臂42b的旋轉(zhuǎn)被輸送到移動(dòng)準(zhǔn)備室43下方的位置，并被放置在設(shè)置在所述位置的提升件上(未顯示)。所述臂42b撤回后，所述提升件被向上移動(dòng)，并且所述玻璃光學(xué)元件被輸送至所述移走準(zhǔn)備室43中。
在本實(shí)施例中，提升件的透鏡安裝表面靠近移走準(zhǔn)備室43的開口，它與模塑室40聯(lián)系，從而阻止移走準(zhǔn)備室43和模塑室40之間的氣體交換。打開移走準(zhǔn)備室43的上部后，通過(guò)使用諸如機(jī)械手等輸送構(gòu)件，移走準(zhǔn)備室43中的玻璃光學(xué)元件被逐個(gè)輸送至外界。在玻璃光學(xué)元件被輸送后，移走準(zhǔn)備室43被關(guān)閉，并被充以惰性氣體。
接下來(lái)，擠壓?jiǎn)卧?1將被詳細(xì)描述。
參見(jiàn)圖3和圖4，擠壓?jiǎn)卧?1包括上部和下部模具，每個(gè)上部和下部模具都有母模和成形模。所述上部和下部母模411a和411b具有細(xì)長(zhǎng)的形狀，并分別連在作為固定和移動(dòng)主軸的上部和下部主軸412a和412b之上。所述上部母模411a和下部母模411b分別設(shè)有多個(gè)上部成形模413a和下部成形模413b。在所述實(shí)施例中，每個(gè)上部和下部母模411a和411b的數(shù)量等于4，但該數(shù)量可以為2至10中任意所需的數(shù)量。
所述上部母模411a被連接在固定于設(shè)備主體的上部主軸412a之上。所述下部母模411b被連接在由伺服電機(jī)(未顯示)驅(qū)動(dòng)的下部主軸412b之上。通過(guò)上述提到的結(jié)構(gòu)，下部母模411b能在上部和下部成形模413a和413b相互緊靠的第一位置與上部和下部成形模413a和413b以預(yù)定距離相互分離的第二位置之間移動(dòng)，并能在模塑過(guò)程的不同步驟(模具加熱步驟、材料供給步驟、擠壓步驟、分離步驟，以及移走步驟)中停止在第一和第二位置處。
所述上部和下部母模411a和411b響應(yīng)從模塑控制部分(未顯示)送到伺服電機(jī)的、與預(yù)定模塑周期同步的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行接觸和分離。
在本實(shí)施例的壓模成形設(shè)備中，只有下部母模是可移動(dòng)的。作為選擇的是，只有上部模，或者上部和下部模兩者都可以移動(dòng)。
在上部母模411a被固定的位置處，環(huán)繞所述上部母模411a的上部模感應(yīng)加熱線圈(上部模加熱線圈)410a被設(shè)置。對(duì)下部母模411b，第一感應(yīng)加熱線圈(第一下部模加熱線圈)410b-1和第二感應(yīng)加熱線圈(第二下部模加熱線圈)410b-2(可統(tǒng)稱為下部模加熱線圈410b)被設(shè)置在第一和第二位置的附近，以便下部母模411b分別在第一和第二位置處停止時(shí)環(huán)繞下部母模411b。第一和第二下部模加熱線圈410b-1和410b-2與轉(zhuǎn)換單元420連接，用來(lái)有選擇地加熱第一或第二下部模加熱線圈410b-1或410b-2。
上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1在垂直方向間的距離S優(yōu)選等于上部模和下部模加熱線圈的平均線圈節(jié)距P的0.7到2倍的，更優(yōu)選為0.8到1.5倍。如果上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1在垂直方向間的距離S小于上述范圍，那么由于上部模和下部模相對(duì)表面的溫升使得上部模和下部模趨向發(fā)生翹曲。如果所述距離S大于上述范圍，那么當(dāng)下部模在第一位置中被加熱時(shí)，上部模和下部模不能相互緊靠。因此，上部模和下部模相對(duì)表面處的加熱效率被降低了。
在本實(shí)施例中，為了以相互緊密接近的方式安排上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1，線圈之間的距離幾乎等于平均線圈節(jié)距。
在下文將詳細(xì)描述，上部模和下部模加熱線圈410a和410b被分別獨(dú)立地連接到電源和溫控部分，它們的輸出也是可獨(dú)立控制的。
因此，盡管上部和下部母模411a和411b在熱容量上顯著不同，但是可控地加熱上部和下部母模411a和411b至相同的溫度是可能的，反之，在上部和下部母模411a和411b之間給定所需的溫差也是可能的?？紤]上部和下部母模411a和411b的熱容量，確定上部模加熱線圈410a和第一、第二下部模加熱線圈410b-1和410b-2的匝數(shù)和位置范圍。
當(dāng)上部和下部母模411a和411b被電源和加熱線圈獨(dú)立加熱時(shí)，與上部和下部母模411a和411b被一個(gè)單獨(dú)線圈加熱的情況相比較，能夠防止上部和下部母模的相對(duì)表面被加熱到更高的溫度。因而，可以防止母模翹曲。因此，這種獨(dú)立控制在高精度透鏡中是特別有利的，其中，由翹曲引起的偏心度精度(每個(gè)上部和下部模的軸的傾斜度)的惡化會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重問(wèn)題。此外，翹曲的防止使得上部和下部母模能夠精確定位，并從而在偏心度精度(偏心，也就是，上部和下部模的軸的位移)的提高方面是有效的。
作為上部和下部母模411a和411b的材料，它是由利用感應(yīng)加熱來(lái)產(chǎn)生熱量并具有耐熱性的熱發(fā)生材料制成的。例如，所述熱發(fā)生材料可以是鎢合金或鎳合金。作為上部和下部成形模413a和413b，可以使用陶器材料，如碳化硅或氮化硅，或者硬質(zhì)合金。
這里應(yīng)注意，用作上部和下部母模411a和411b的熱發(fā)生材料優(yōu)選具有與上部和下部成形模413a和413b材料近似的熱膨脹系數(shù)。例如，在成形模是由陶瓷材料制成的情況下，鎢合金優(yōu)選用作熱發(fā)生材料。
在每個(gè)上部和下部成形模413a和413b的模塑表面上，釋放膜層(releasing film)可被形成。作為釋放膜層，貴重金屬(如Pt、Ir、Au)的膜層或以碳為主要成分的膜層可被使用。碳膜層是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗阋饲裔尫判Ч錾?br> 當(dāng)模塑材料被供給時(shí)和模塑的產(chǎn)品被移走時(shí)，上部和下部母模411a和411b被完全分開。因此，當(dāng)上部和下部母模411a和411b在擠壓過(guò)程中朝向?qū)Ψ揭苿?dòng)時(shí)，上部和下部母模411a和411b必須被精確地定位。為此，定位銷415a和定位孔415b被設(shè)置用來(lái)使上部和下部母模411a和411b相對(duì)于彼此定位。定位銷415a和定位孔415b可統(tǒng)稱為定位件。在本實(shí)施例中，上部母模411a被設(shè)有定位銷415a，同時(shí)下部母模411b被設(shè)置有定位孔415b。
此外，所述四個(gè)上部成形模413a中的每個(gè)在它的外圍都設(shè)有套管414a。另一方面，四個(gè)下部成形模413b中的每個(gè)成形模都設(shè)置有與套管414a以窄間隙相配合的套管孔414b。套管414a和套管孔414b可統(tǒng)稱為套管件。以此結(jié)構(gòu)，當(dāng)上部和下部母模411a和411b相互接近時(shí)，上部成形模413a的套管414a和下部成形模413b的套管孔414b沿著彼此滑動(dòng)，并且以窄間隙彼此配合。因此，上部和下部成形模413a和413b被進(jìn)一步地精確地相互定位。結(jié)果，偏心度精度(偏心度和傾斜度)能被保持在預(yù)定的范圍中。
優(yōu)選地是，用來(lái)定位上部和下部母模411a和411b的定位銷415a和定位孔415b之間的間隙為10-40μm。另一方面，上部成形模413a的套管414a和下部成形模413b的套管孔414b之間的間隙優(yōu)選為1-10μm。在其他情況中，如果所述間隙小于上述范圍，就不能光滑地執(zhí)行滑動(dòng)。如果所述間隙大于上述范圍，會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)并且定位精度降低了。
不局限于上述內(nèi)容，上部和下部模(上部和下部母模，以及上部和下部成形模)可以以不同的方式定位。例如，伸出件可被形成在下部母模(下部模)上。此外，定位件(定位銷和定位孔)和套管件(套管和套管孔)中僅有一個(gè)被設(shè)置。
如圖4所示，本實(shí)施例中的加熱線圈410a和410b分別連接獨(dú)立電源(上部模電源416a和下部模電源416b)。上部模和下部模電源416a和416b被分別連接到獨(dú)立的溫控部分(上部模溫控部分417a和下部模溫控部分417b)。所述上部模電源416a獨(dú)立地向上部模加熱線圈410a供應(yīng)電流，而下部模電源416b獨(dú)立地向下部模加熱線圈410b供應(yīng)電流。
在本實(shí)施例中，上部模加熱線圈410a、上部模電源416a和上部模溫控部分417a的組合形成了上部模加熱裝置，同時(shí)下部模加熱線圈410b(410b-1和410b-2)、下部模電源416b、下部模溫控部分417b和轉(zhuǎn)換單元420的組合形成了下部模加熱裝置。
上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1具有彼此不同的振蕩頻率。這里，上部模加熱線圈410a的振蕩頻率和第一下部模加熱線圈410b-1的比例優(yōu)選為1∶1.5或更多，更優(yōu)選為1∶1.5到1∶7。
如果所述上部模和下部模加熱裝置的振蕩頻率是顯著不同的，那么加熱環(huán)境，諸如感應(yīng)加熱的貫入深度和線圈的能量轉(zhuǎn)移率，是不同的，以致壓模塑條件在上部和下部模之間是不同的。在上述范圍中的振蕩頻率的比率是有利的，因?yàn)樯喜亢拖虏磕５募訜岘h(huán)境是大致相同的。進(jìn)一步說(shuō)，在上述范圍中，作為加熱的結(jié)果，各母模的氧化程度大致上等同。因此，表面條件影響下的熱輻射條件也是基本上等同的。更優(yōu)選的是，所述范圍為1∶1.5到1∶3，尤其是1∶1.5到1∶2。
上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1的振蕩頻率中的任何一個(gè)振蕩頻率可以更高。優(yōu)選與上部和下部模中熱容量小的一個(gè)對(duì)應(yīng)的線圈具有更高的頻率。
優(yōu)選的是，上部和下部模電源416a和416b每個(gè)的振蕩頻率落在15-100kHz的范圍內(nèi)。原因如下如果電源的振蕩頻率超過(guò)100kHz，那么感應(yīng)加熱的貫入深度是小(淺)的，所以只有母模表面部分被加熱到高溫度。在這種情況下，朝向環(huán)繞物的輻射熱損失增加了，并且設(shè)置在母模上的成形模的加熱效率降低了。如此高的頻率從成本上講也是不宜的。
低于15kHz的振蕩頻率落入聲音頻帶內(nèi)，導(dǎo)致不愉快的聲音或噪聲的產(chǎn)生。例如，上部模和下部模電源416a和416b的振蕩頻率中的一個(gè)是15-50kHz，另一個(gè)是20-50kHz。
第二下部模加熱線圈410b-2的頻率可被近似選取。然而，如果在本實(shí)施例中，第一和第二下部模加熱線圈410b-1和410b-2由一個(gè)電源運(yùn)轉(zhuǎn)，那么第一和第二下部模加熱線圈410b-1和410b-2優(yōu)選以同一頻率振蕩。在這種情況下，第二下部模加熱線圈410b-2的振蕩頻率優(yōu)選落在15-100kHz的范圍內(nèi)，例如20-50kHz。優(yōu)選的是，每個(gè)上部模和下部模加熱裝置的電路設(shè)有噪音保護(hù)裝置(如屏蔽物或噪音過(guò)濾器)。
當(dāng)下部母模411b位于緊鄰上部母模411a的第一位置中時(shí)，下部模加熱裝置通過(guò)轉(zhuǎn)換單元420向第一下部模加熱線圈410b-1供應(yīng)電流。當(dāng)下部母模411b位于離開上部母模411a的第二位置中時(shí)，下部模加熱裝置向第二下部模加熱線圈410b-2供應(yīng)電流。這樣，在第二下部模加熱線圈410b-2的加熱下，能夠防止所述下部主軸412b被破壞或膨脹，并且能量消耗是有效的。在轉(zhuǎn)換中，優(yōu)選在供至第一下部模加熱線圈410b-1的電流被停止之后，并且在第二下部模加熱線圈410b-2被供給電流之前，保持預(yù)定的時(shí)間間隔(例如，0.5到2秒)。以這種方式，在下部母模411b移動(dòng)過(guò)程中，停止通過(guò)第二下部模加熱線圈410b-2的加熱是可能的。
第一和第二下部模加熱線圈410b-1和410b-2之間的距離是由下部模在垂直方向上的行進(jìn)距離確定的。如果上述距離過(guò)大，那么下部模的行進(jìn)距離增加，以便在移動(dòng)中使下部模的模塑表面被環(huán)境氣氛冷卻。在另一方面，如果所述距離過(guò)小，那么預(yù)型件的供給和模塑后的光學(xué)元件的輸送不能被平穩(wěn)地執(zhí)行?？紤]上述問(wèn)題，第一下部模加熱線圈410b-1(下端)和第二下部模加熱線圈410b-2(上端)之間的距離L，例如，在20和80mm之間。
上部和下部成形模413a和413b的溫度控制是以下述方式實(shí)現(xiàn)的。母模411a和411b分別設(shè)有上部模溫度傳感器(熱電偶)418a和下部模溫度傳感器(熱電偶)418b。上部模和下部模溫度傳感器418a和418b的輸出被分別提供給上部模和下部模溫度溫控部分417a和417b。為了達(dá)到預(yù)定溫度，例如，PID(比例、積分、微分)控制被執(zhí)行。即使上部和下部母模411a和411b在熱容量上顯著不同，目標(biāo)溫度也能通過(guò)獨(dú)立控制與母模熱容量和電源容量相對(duì)應(yīng)的上部和下部成形模413a和413b的溫度來(lái)達(dá)到。進(jìn)一步說(shuō)，通過(guò)調(diào)整上部模和下部模電源416a和416b的輸出，使其與上部和下部母模411a和411b間的熱容比相一致，上部和下部成形模413a和413b能以彼此大致相等的加熱時(shí)間達(dá)到目標(biāo)溫度。
如上所述，所述上部和下部母模411a和411b響應(yīng)從模塑控制部分(未示出)送到伺服電機(jī)的與預(yù)定的模塑周期相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而進(jìn)行接觸和分離。明確地說(shuō)，當(dāng)玻璃預(yù)型件被供應(yīng)時(shí)，下部母模411b停在離開上部母模411a的第二位置。為了將上部和下部模保持在預(yù)定溫度，下部母模411b能夠停在上部和下部母模411a和411b互相緊靠的第一位置處。在供應(yīng)玻璃預(yù)型件時(shí)，傳送單元23通過(guò)上部和下部母模411a和411b之間的空間將所述玻璃預(yù)型件供應(yīng)到下部成形模413b的上部。當(dāng)玻璃預(yù)型件被壓模塑時(shí)，所述下部母模411b與上部母模411a擠壓接觸(緊接觸)，以施加預(yù)定負(fù)載。
為了移走擠壓后的光學(xué)元件，下部母模411b被向下移，并停在第二位置處。接著，所述模塑后的光學(xué)元件被輸送單元42從上部和下部母模411a和411b之間的空間移走。這里，當(dāng)玻璃預(yù)型件被供應(yīng)時(shí)和當(dāng)擠壓后的光學(xué)元件被移走時(shí)的下部母模的位置是相同的位置(所述第二位置)，然而，這些位置不需要相同，只要下部母模被環(huán)繞下部母模的第二下部模加熱線圈充分加熱。
參見(jiàn)圖5，上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1可以以時(shí)間分割方式被通電。在這種情況下，時(shí)間分割控制部分430控制上部模和下部模電源的加電次數(shù)。所述時(shí)間分割控制部分430產(chǎn)生門信號(hào)，用來(lái)交替給上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1加電。所述門信號(hào)的例子如圖6所示。對(duì)這些加熱線圈中每個(gè)進(jìn)行加電的時(shí)間和不加電的時(shí)間分別為大約0.75秒和0.1秒。
參見(jiàn)圖8，下文將描述利用具有上述結(jié)構(gòu)的設(shè)備，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種制造玻璃光學(xué)元件的方法。
(a)模具加熱步驟在上個(gè)的模塑周期完成后，所述上部和下部成形模被冷卻到大約Tg或者低于Tg的溫度。因此，將上部和下部成形模加熱到適合壓模塑的溫度是必須的。對(duì)此，下部母模411b被移動(dòng)到緊鄰上部母模411a的第一位置并停止。此時(shí)，下部母模411b被第一下部模加熱線圈410b-1環(huán)繞。上述的第一下部模加熱線圈410b-1和環(huán)繞上部母模411a的上部模加熱線圈410a被供應(yīng)電流，以使上部和下部母模411a和411b產(chǎn)生熱量。通過(guò)熱傳導(dǎo)，所述上部和下部成形模被加熱到預(yù)定溫度(見(jiàn)圖8中的(a))。此時(shí)，最小化成形模間的溫度變化是重要的。
上部和下部成形模的預(yù)定溫度通常是彼此相等的。作為替代，根據(jù)待模塑透鏡的形狀和直徑，在上部和下部成形模間可設(shè)定溫差。
上部和下部母模的熱容量通常是不同的，所以加熱效率是不同的。在考慮到上述情況的基礎(chǔ)上，確定高頻線圈的匝數(shù)和輸出范圍。
本實(shí)施例的模塑設(shè)備中，為了加熱上部和下部母模至互相接近的程度，上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1被緊鄰在一起。如上所述，上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1間的距離優(yōu)選對(duì)應(yīng)為線圈節(jié)距的0.7至2倍。如果上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1被以比節(jié)距大的距離相互分開，那么在上部和下部母模411a和411b相對(duì)表面之上伸出的伸出件如套管414a很難被加熱，而且當(dāng)上部和下部母模411a和411b在上部模和下部模加熱線圈410a和410b中被加熱時(shí)它們的熱量容易被帶走。這導(dǎo)致加熱時(shí)間的增加，延長(zhǎng)了周期時(shí)間，當(dāng)套管414a裝入套管孔414b以限定位置時(shí)造成配合誤差，還導(dǎo)致了模塑材料的缺陷擴(kuò)張。
在本實(shí)施例中，伸出件，如形成在上部母模41上的套管414a和定位銷415a在模具加熱步驟中可與下部母模411b上的套管孔414b和定位孔415a相接觸或配合。如果在伸出件，如套管414a和定位銷415a與套管孔414b和定位孔415a相接觸或配合時(shí)，實(shí)施模具加熱，那么伸出件的暴露部分被減少了，以使氣氛的冷卻被抑制，并且暴露部分被充分加熱了。
然而，接觸和配合不是必要的，但是充分的，上部和下部相對(duì)表面，以及伸出件形成了能防止氣氛氣體對(duì)流的空間。
所述上部和下部母模411a和411b的預(yù)定溫度可彼此相等或具有給定的溫差。例如，根據(jù)待模塑的光學(xué)元件的形狀和直徑，下部母模411b的溫度可比上部母模411a的溫度高或低。上部和下部母模411a和411b的溫度與玻璃預(yù)型件的粘度108至1012泊相對(duì)應(yīng)。在上部和下部母模411a和411b的溫差被給定的情況下，溫差優(yōu)選落在2-15℃的范圍內(nèi)。
上部和下部母模411a和411b的溫度控制以如下方式執(zhí)行。在上部和下部母模411a和411b上的上部模和下部模溫度傳感器(熱電偶)418a和418b的輸出分別被供至上部模和下部模溫控部分417a和417b。為了達(dá)到預(yù)定溫度，例如PID控制被執(zhí)行了。
當(dāng)接近目標(biāo)溫度時(shí)，加熱線圈的輸出可通過(guò)降低供給加熱線圈的電流來(lái)減少。
如上所述，上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1在振蕩頻率上是不同的。以這種方式，即使線圈以相互緊密接近的程度同時(shí)振蕩，也能防止不穩(wěn)定的加熱或相互干擾產(chǎn)生的令人不愉快的噪音的發(fā)生。在上部模加熱線圈410a和第一下部模加熱線圈410b-1以時(shí)間分割方式振蕩的情況下，相互干擾能被進(jìn)一步地可靠地減少。
模具加熱步驟可根據(jù)母模的尺寸(熱容量)和電源的容量，在所需的時(shí)間周期內(nèi)被執(zhí)行。例如，所述模具加熱步驟被執(zhí)行約20-40分鐘。
這樣，上部和下部模能獨(dú)立地和快速地進(jìn)行溫度控制。
(b)材料供給步驟在模具加熱步驟中加熱的下部母模411b被向下移動(dòng)到第二位置，以使上部和下部成形模分開。所述預(yù)型件(玻璃材料)通過(guò)上部模和下部模之間的空間被輸送和供給，并放置在下部成形模上。
當(dāng)模具加熱步驟中的加熱結(jié)束后，轉(zhuǎn)換單元420停止向第一下部模加熱線圈410b-1供應(yīng)電流。當(dāng)下部母模411b被移到第二位置并且停止時(shí)，轉(zhuǎn)換單元420向位于第二位置的第二下部模加熱線圈410b-2供應(yīng)電流，從而加熱第二下部模加熱線圈410b-2。因此，即使在下部母模411b以模具打開的狀態(tài)停在第二位置處、以便供給模塑材料時(shí)，下部母模411b也能被連續(xù)加熱。如此，到達(dá)所需溫度的所需時(shí)間被最小化。
由于上部和下部模在模具加熱步驟中接近目標(biāo)溫度，因此在材料供給步驟的熱輸出可低于模具加熱步驟的熱輸出(見(jiàn)圖8(b))。此時(shí)，母模的溫度分布被減少，以在成形模中獲得均勻的受熱。
如此供給的玻璃材料可以是具有適當(dāng)重量、預(yù)形成預(yù)定形狀的、且被軟化到適合模塑的粘度的玻璃材料。作為替代，溫度低于適合模塑溫度的玻璃材料可被供應(yīng)到上部和下部模中間，并進(jìn)一步在模具中加熱。在玻璃材料被初步加熱到高于模具預(yù)定溫度的溫度，并以軟化狀態(tài)供應(yīng)的情況下(所謂的非等溫?cái)D壓的情況)，所述模具溫度必須精確地受控。因此，本發(fā)明被方便地應(yīng)用。在這種情況下，所述模塑周期時(shí)間可被縮短以提高制造效率。
在那時(shí)，玻璃材料的溫度對(duì)應(yīng)于低于109泊的粘度，優(yōu)選106-108泊。
當(dāng)軟化狀態(tài)下的玻璃材料被傳送和放置在下部模上時(shí)，所述玻璃材料可能與傳送件接觸，從而引起表面缺陷。這影響了待模塑光學(xué)元件的表面外形。考慮上述觀點(diǎn)，優(yōu)選使用一種裝置，它通過(guò)使用氣體使被軟化的玻璃材料以浮動(dòng)的狀態(tài)被傳送，并使玻璃材料落在下部模上。
所述材料供給步驟優(yōu)選盡可能短。例如，所述材料供給步驟執(zhí)行大約1至5秒。
(c)擠壓步驟在上部和下部模，以及玻璃材料落入各自的預(yù)定溫度范圍，并且玻璃材料被加熱和軟化的狀態(tài)下，下部母模411b被向上移到第一位置，以使上部和下部模相互擠壓接觸(緊接觸)，并擠壓上部和下部模，以便上部和下部模的模塑表面被轉(zhuǎn)錄。結(jié)果，具有預(yù)定表面外形的玻璃光學(xué)元件被模塑出來(lái)。通過(guò)致動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(例如，伺服電機(jī))，下部模被向上移動(dòng)。在玻璃材料以被加熱和軟化狀態(tài)被供給的情況下，供應(yīng)過(guò)程之后擠壓過(guò)程立即執(zhí)行。
考慮在后續(xù)冷卻步驟中玻璃的熱收縮，將參考待模塑的光學(xué)元件的厚度初步確定用于擠壓的下部模上沖程。根據(jù)待模塑的光學(xué)元件的形狀和尺寸，擠壓方案被適當(dāng)?shù)卮_定。進(jìn)一步說(shuō)，例如，通過(guò)執(zhí)行第一次擠壓操作，接著減少或釋放負(fù)載，然后執(zhí)行第二次擠壓操作，來(lái)執(zhí)行多次擠壓。
考慮縮短生產(chǎn)周期時(shí)間，優(yōu)選一旦擠壓步驟開始，就停止加熱線圈410a和410b的電流供應(yīng)(見(jiàn)圖8(c))。以這種方式，上部和下部母模的溫升停止了，并且上部和下部母模開始冷卻。
擠壓步驟優(yōu)選盡可能短。例如擠壓步驟執(zhí)行約1至10秒。
(d)冷卻/分離步驟在壓力被保持或降低的狀態(tài)下，如此模塑的玻璃光學(xué)元件與成形模保持緊密接觸。在冷卻到與1012泊玻璃粘度相對(duì)應(yīng)的溫度后，所述玻璃光學(xué)元件被從模具上分離。所述分離溫度優(yōu)選不高于與1012.5泊對(duì)應(yīng)的溫度，考慮生產(chǎn)周期時(shí)間的縮短，更優(yōu)選與1012.5至1013.5泊對(duì)應(yīng)的溫度。
在這種情況下，下部母模411b位于第一位置中。然而，所述第一下部模加熱線圈410b-1沒(méi)有被供應(yīng)電流，也就是說(shuō)，沒(méi)被加熱。所述上部母模411a也沒(méi)有被加熱(見(jiàn)圖8(d))。
另一方面，根據(jù)玻璃材料(磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃，或類似物)的組成或根據(jù)光學(xué)元件(凹透鏡或類似物)的形狀，光學(xué)元件可能易出現(xiàn)裂紋。在這種情況下，在開始擠壓步驟后加熱線圈410a和410b-1被連續(xù)供應(yīng)電流時(shí)，能夠使溫度下降。在這種情況下，本發(fā)明的加熱裝置的效果是顯著的，這是因?yàn)樵谏喜亢拖虏磕１痪o密接觸時(shí)，溫度控制按需執(zhí)行。
根據(jù)光學(xué)元件的形狀、厚度、直徑和所需表面精度，適當(dāng)?shù)卮_定冷卻步驟所需的時(shí)間。例如，冷卻步驟執(zhí)行約25至40秒。
(e)移走步驟通過(guò)利用具有抽吸件或類似物的移動(dòng)臂，已被模塑的玻璃光學(xué)元件被自動(dòng)地從相互分開的上部和下部模上移走。此時(shí)，下部母模411b被向下移到第二位置。上部模加熱線圈410a通過(guò)上部模電源416a供應(yīng)電流，同時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)換單元420，第二下部模加熱線圈410b-2由下部模電源416b供應(yīng)電流。結(jié)果，上部和下部母模通過(guò)這些加熱線圈被加熱。這樣，為下一個(gè)模塑周期的上部和下部母模的加熱被啟動(dòng)(見(jiàn)圖8(e))。
移走步驟被執(zhí)行，例如，大約1至6秒。
通過(guò)重復(fù)上述步驟，連續(xù)的壓模塑操作被執(zhí)行了。例如，模塑周期所需的時(shí)間優(yōu)選大約為45至95秒。
在前述的實(shí)施例中，上部模被固定，而下部模是可移動(dòng)的模具。作為替換，上部?？梢允强梢苿?dòng)的模具，而下部模是固定的。進(jìn)一步替換的是，上部和下部模都是可移動(dòng)的模具。
例如，采用本發(fā)明所述方法制造的光學(xué)元件可以是透鏡。在形狀上沒(méi)有限制，透鏡可以是雙凸透鏡、雙凹凸透鏡、凸凹透鏡等。特別是，甚至在透鏡的外徑為15-25mm的中等孔徑透鏡中，厚度精度和偏心度精度仍可被出色地保持。例如，厚度精度在±0.03mm之間。對(duì)偏心度精度，本發(fā)明被有利地應(yīng)用在具有2弧分或更小傾斜度和10μm或更小偏心度的光學(xué)元件的制造上。
接著，將描述利用本發(fā)明所述的模塑設(shè)備和方法來(lái)制造玻璃光學(xué)元件的特定實(shí)施例的結(jié)果。
利用圖2至圖4中顯示的壓模成形設(shè)備，通過(guò)圖8(a)至(e)中顯示的各步驟，擠壓扁平的球形的硼硅酸鋇玻璃預(yù)型件(臨界點(diǎn)為515℃和軟化點(diǎn)為545℃)，以獲得外徑為18mm的雙凸透鏡(其一面為球面，另一面為非球面，球面的曲率半徑為50mm，非球面的近軸半徑為28.65mm，中心厚度為2mm)。
上述透鏡的外周邊處具有凸緣狀的扁平部分。通過(guò)在所述部分比較最大厚度和最小厚度，每個(gè)上部和下部成形模的軸線的傾斜，也就是，模塑傾斜可被測(cè)量出來(lái)。
雙凸透鏡的四套成形模和套管被加在上部和下部母模上。上部和下部母模具有10∶7的容積比(熱容量比率)。所述設(shè)備的上部模電源具有30kW的最大輸出和18kHz的頻率，而下部模電源具有30kW的最大輸出和35kHz的頻率。
通過(guò)上述的加熱步驟(a)，上部和下部母模被加熱。同時(shí)，在不同的地方的加熱爐(未顯示)中，所述玻璃預(yù)型件在浮動(dòng)的狀態(tài)下被加熱和軟化。明確的說(shuō)，玻璃預(yù)型件被圖7中所示的可開/關(guān)支撐臂上的拼合式浮板(玻璃碳制成)下吹出的氣流浮起。通過(guò)分開浮板，玻璃預(yù)型件下落被送到下部成形模上。此時(shí)，預(yù)型件和母模的預(yù)熱溫度分別等于625℃(對(duì)應(yīng)107泊的玻璃粘度)和580℃(對(duì)應(yīng)108.5泊的玻璃粘度)。下落并供應(yīng)所述預(yù)型件后，所述支撐臂被立即撤回，并且下部母模被向上移動(dòng)。接著，以150kg/cm2的壓力開始擠壓。
開始擠壓后，不加熱地進(jìn)行擠壓，直到上部和下部母模被相互接觸。接著，氮?dú)獗淮迪蚰改５膫?cè)表面。同時(shí)，使氮?dú)獯等肽改Ｒ赃M(jìn)行冷卻。
之后，在成形模和玻璃光學(xué)元件保持相互接觸時(shí)，冷卻一直進(jìn)行直到不高于臨界點(diǎn)的溫度被達(dá)到。接著，下部母模被向下移動(dòng)，作為壓模塑產(chǎn)品的透鏡被具有吸盤的移走單元移走，同時(shí)第二下部模加熱線圈的加熱開始進(jìn)行。移走后，上部和下部母模的加熱立即開始進(jìn)行，下一個(gè)擠壓周期被連續(xù)執(zhí)行。在本設(shè)備中，上部和下部母模的加熱速度基本上彼此相等，模塑周期時(shí)間是60秒。四個(gè)如此模塑的透鏡的性能如表1所示。
這里，模塑傾斜度是由每個(gè)上部和下部成形模的軸傾斜引起的透鏡偏心度。模塑偏心度(decenter)是由水平方向上的上部和下部成形模的移動(dòng)引起的透鏡偏心度。所述非球表面的偏心是通過(guò)公知的非球面分析儀測(cè)量的。所述模塑傾斜度是通過(guò)在模塑透鏡外圍處扁平部分的最小厚度和最大厚度之間的差距以及透鏡擠壓直徑計(jì)算出來(lái)的。非球表面偏心度、模塑傾斜度和模塑偏心度之間的關(guān)系在圖9中顯示。根據(jù)此關(guān)系，模塑偏心度被計(jì)算出來(lái)。
所有的四個(gè)透鏡滿足了包括表面精度的規(guī)范。
表1

如上所述，當(dāng)多個(gè)(本實(shí)施例中為4個(gè))成形模被安置在每個(gè)細(xì)長(zhǎng)形母模上，并且四個(gè)預(yù)型件被同時(shí)擠壓的情況下，獲得一個(gè)極好的結(jié)果。因此，即使母模在尺寸上增加以同時(shí)在一次擠壓操作中模塑許多透鏡，母模的加熱，尤其是可移動(dòng)母模的加熱通過(guò)多個(gè)加熱線圈和轉(zhuǎn)換單元也能被有效地實(shí)現(xiàn)。因此，以高的偏心度精度(傾斜度、偏心度)模塑光學(xué)元件是可能的。
由于上部和下部加熱裝置是相互獨(dú)立的，所以能夠防止母模翹曲。因此，通過(guò)成形模在相對(duì)端部處擠壓的透鏡在光學(xué)性能上沒(méi)有降低，而且穩(wěn)定生產(chǎn)是可能的。
由于母模的熱變形被抑制了，所以當(dāng)上部和下部模相互接近時(shí)，即使定位件的間隙被減少了，配合誤差或摩擦也都沒(méi)有產(chǎn)生。結(jié)果，上部和下部成形模的同軸度被提高了，以使模塑透鏡的偏心度精度可被進(jìn)一步提高。
因此，本發(fā)明也可被應(yīng)用在光學(xué)拾取器的物鏡上，所述物鏡需要非常嚴(yán)格的偏心度精度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可移動(dòng)模具的加熱線圈被有選擇地加熱，以使可移動(dòng)模具能在供應(yīng)材料的供應(yīng)步驟中和移走模塑產(chǎn)品的移走步驟中被連續(xù)加熱。因此，能夠縮短達(dá)到所需模塑溫度所需的時(shí)間，并且能夠縮短模塑周期時(shí)間。
盡管結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員容易理解本發(fā)明不局限于上述描述，它可被以多種其它方式進(jìn)行變化或改進(jìn)，而不脫離本發(fā)明附加的權(quán)利要求中闡明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓模成形設(shè)備，包括相互面對(duì)的上部和下部模，其中至少一個(gè)是可移動(dòng)的以作為可移動(dòng)模具；以及作為上部模和下部模加熱裝置的一對(duì)加熱件，它們具有分別感應(yīng)加熱所述上部和下部模的加熱線圈，其特征在于加熱所述可移動(dòng)模具的加熱件包括加熱在第一位置中的可移動(dòng)模具的第一加熱線圈，加熱在比所述第一位置更遠(yuǎn)離另一模具的第二位置中的可移動(dòng)模具的第二線加熱圈，以及用來(lái)從電源有選擇地向第一或第二加熱線圈供以電流的轉(zhuǎn)換裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓模成形設(shè)備，其特征在于每個(gè)上部模和下部模加熱裝置具有獨(dú)立的電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓模成形設(shè)備，其特征在于，上部模和下部模加熱裝置的獨(dú)立電源提供彼此不同的振蕩頻率。
4.一種使用壓模成形設(shè)備制造光學(xué)元件的方法，所述裝置包括相互面對(duì)的上部和下部模，其中至少一個(gè)是可移動(dòng)的以作為可移動(dòng)模具；以及作為上部模和下部模加熱裝置的一對(duì)加熱件，它們具有分別感應(yīng)加熱所述上部和下部模的加熱線圈，用于加熱所述可移動(dòng)模具的所述加熱件包括加熱在第一位置中的可移動(dòng)模具的第一加熱線圈，加熱在比所述第一位置更遠(yuǎn)離另一模具的第二位置中的可移動(dòng)模具的第二線加熱圈，以及用來(lái)從電源有選擇地向第一或第二加熱線圈供以電流的轉(zhuǎn)換裝置；所述方法包括當(dāng)可移動(dòng)模具位于第一位置中時(shí)給第一加熱線圈加電；以及當(dāng)可移動(dòng)模具位于第二位置中時(shí)給第二加熱線圈加電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓模成形方法，其特征在于用于加熱在第一位置中的可移動(dòng)模具的第一加熱線圈和用于加熱另一模具的加熱線圈以不同頻率被加電。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓模成形方法，其特征在于用于加熱在第一位置中的可移動(dòng)模具的第一加熱線圈和用于加熱另一模具的加熱線圈以時(shí)間分割方式加電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓模成形方法，其特征在于互相面對(duì)的上部和下部模中的一個(gè)和另一個(gè)分別是固定模和可移動(dòng)模，并且用于加熱固定模的加熱線圈和用于在第二位置處加熱可移動(dòng)模具的第二線圈是同時(shí)被加電的。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)可移動(dòng)模具位于第一位置中時(shí)加熱上部和下部模具；將被加熱和軟化的材料供給至分離開從而使可移動(dòng)模具位于第二位置中的上部和下部模具之間；利用上部和下部模將材料壓模塑成光學(xué)元件；以及當(dāng)上部和下部模分離開從而使可移動(dòng)模位于第二位置中時(shí)，從上部和下部模之間移走被這樣模塑的光學(xué)元件。
全文摘要
一種壓模成形設(shè)備，包括相互面對(duì)的上部和下部模，其中至少一個(gè)是可移動(dòng)的作為可移動(dòng)模具；以及作為上部模和下部模加熱裝置(410a和410b)的一對(duì)加熱件，它們具有分別感應(yīng)加熱所述上部和下部模的加熱線圈。加熱所述可移動(dòng)模具的加熱件包括用于加熱在第一位置中的可移動(dòng)模具的第一加熱線圈(410b－1)，用于加熱在比第一位置更遠(yuǎn)離另一模具的第二位置中的可移動(dòng)模具的第二線圈(410b－2)，以及用來(lái)從電源有選擇地向第一或第二加熱線圈供以電流的轉(zhuǎn)換裝置(420)。
文檔編號(hào)B29C33/02GK1550462SQ20041003862
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者藤本忠幸, 波田伸司, 司 申請(qǐng)人:Hoya株式會(huì)社