CN101370741A - 加压成型设备 - Google Patents

Abstract

一种加压成型设备，其包括设置在输送通道上的：加热室，用于加热包含原料的模具；成型室，用于在非氧化气体气氛中加压成型原料；和冷却室，用于在成型之后冷却模具，其中模具在输送通道上被接连地输送，在加压成型时阻断加热室、成型室和冷却室中的每一个使其不与大气接触，加压成型设备具有用于阻断成型室和冷却室的装置；和用于将非氧化气体引入到加压成型设备中的流入口，至少为加热室和成型室的至少一个形成所述流入口。

Description

加压成型设备

技术领域

本发明涉及一种用于加压成型光学元件，例如用于光学仪器中的玻璃透镜的加压成型设备。

背景技术

到目前为止，一种成型方法已被广泛地实行，其中将已被加热并软化的玻璃原料加压成型以生产光学元件，光学元件包括玻璃透镜。即，例如，将形成为球形形状的玻璃原料放入由上模、下模、压模衬筒组成的模具中，通过在加热步骤中加热到大约500—800℃使玻璃原料软化，然后玻璃原料被挤压并成型成透镜产品，并且该产品被冷却，然后被取出。

关于那些步骤，特别地在高温下进行成型。因此，如果在包含氧气的空气中进行成型，则会发生模具和模具保护膜的氧化，导致缩短的模具寿命。特别地，在形成透镜的光学表面中使用的模具的成型表面是高精度的镜面。当氧化时，这些成型表面变得粗糙并且降低了待成型透镜的透射和形状精确性，从而影响了透镜的性能。此外，存在这样的情况，其中模具表面或玻璃原料的表面与空气中的氧气起化学反应形成氧化物，并且这些氧化物在加压成型的过程中彼此起化学反应并且牢固地粘着，导致不能从模具移除成型物品的问题。当将粘附于模具的这种成型物品强制移除时，玻璃原料的一部分会留在模具中并且成型物品不符合透镜质量的要求。另外，残余物在那之后粘附于待成型的玻璃原料上并且影响透镜质量。为了移除残余物而不损坏模具的镜面，必需进行处理，该处理例如包括用氧化铝粉末进行抛光或将玻璃溶解在氢氟酸、氟化铵等的溶液中。如果模具在该处理中意外地损坏，则应该再次对成型表面进行涂覆或处理，这需要大量的劳动和成本。此外，如果模具已经氧化，则上模和压模衬筒的滑动部分具有增大的阻力，这导致延长的成型生产节拍和更改成型条件的必然性。因此，稳定的批量生产变得不可能。

为了避免这种问题，必需用非氧化气体如氮气或氩气充满成型设备并且保持没有氧气的非氧化气氛。特别是在高温下进行加压成型的成型步骤中，维持低的氧浓度以防止模具和原料氧化是重要的。另一方面，因为非氧化气体很贵，所以减少所使用的非氧化气体的量也是重要的。因此，这种非氧化气体是必需的，特别是在成型室中，因而希望根据成型设备中每个室所需的气体量将气体有效地供应到成型设备，从而节省气体消耗量。

到目前为止，已经使用了一种技术，其中将成型设备完全抽空，然后使其充满非氧化气体以将设备保持在正压力下以便防止氧气进入设备，并且将遮门设置在整个成型设备或每个步骤部分的入口和出口处以与大气阻断。

专利文献1披露了一种成型机，其具有设置在步骤之间的遮门，并且其中用输送机或转台进行步骤之间的输送。然而，在进行输送机输送的情况下，要防止开闭器件如遮门与皮带接触。在用转台进行输送的情况下，要防止旋转部分与静止部分接触。因此，在任一种情况下，都不能充分维持每个步骤室的气密性。因而，为了减小成型室中的氧浓度，必需减小整个成型机中的氧浓度。为了完成它，要将大量的非氧化气体引入到成型机中，这导致增加的成本。另外，由于在使模具移动的同时进行该成型机中的加热和冷却，所以加热室和冷却室大并且大量地需要用于减小氧浓度的非氧化气体。此外，从外部将大量的非氧化气体引入到成型机中降低了成型机中的热效率。此外，由于温度梯度出现在加热室和冷却室中，所以难以进行用于获得精确的成型物品的稳定的温度控制，导致增加的安装成本。

专利文献2披露了一种成型设备，其中旋转杆用来将模具接连地输送到加热部分、成型部分和冷却部分。在该成型设备中，由于用一个旋转杆输送模具，所以为了在与模具间隔相应的距离上输送，用于使旋转杆能穿过其中的空间在每个室中都是必需的。为了减小该成型设备中的成型室中的氧浓度，必需设置一覆盖所有室的室并且将非氧化气体引入该室中。因此，需要大量的非氧化气体并且这导致增加的成本。此外，不能充分维持每个室的气密性并且热传递以增大的量发生，导致热效率降低和精确控制每个室的温度的困难。

图5表示例如在专利文献2中披露的相关技术的成型机51的例子。用具有输送臂55的输送杆54将模具11输送过由遮蔽板52分开的步骤室。

通过输送杆54沿箭头A方向的旋转，在步骤室中将输送臂55设置在模具11后面。在可垂直移动的遮蔽板52打开之后，输送杆54沿输送方向可滑动地移动，且输送臂55推动并输送模具11。为了可以用输送臂55将模具11输送到下一个步骤室，步骤室之间的分隔壁应该具有间隙53用于输送臂55从其中穿过。由于该间隙53的形成，所以必需将整个成型机51保持在非氧化气氛中用于减小成型室中的氧浓度。为了完成它，独立地需要覆盖整个成型机51的室并且应该将非氧化气体引入该室中。因此，需要大量的非氧化气体，导致增加的成本。此外，由于每个步骤室中的热通过间隙53逸出，所以热效率差并且对每个步骤室的精确温度控制很困难。

[专利文献1]JP-B-1-46451

[专利文献2]JP-B-3-55417

发明内容

本发明解决的问题

考虑到上面描述的现有技术而完成本发明。本发明的目标是提供一种加压成型设备，其中能用少量的非氧化气体有效地减小成型室中的氧浓度并且能稳定地进行精确光学元件的成型。

解决问题的手段

本发明在其第一方面中提供了一种加压成型设备，包括设置在输送通道上的：用于加热模具的加热室，模具包含置于其中的原料；用于在非氧化气体气氛中对原料加压成型的成型室；和用于在成型之后冷却模具的冷却室，模具按次序在输送通道上被输送，在加压成型时阻断加热室、成型室和冷却室中的每一个使其不与大气接触，加压成型设备包括：用于阻断成型室和冷却室的装置；和用于将非氧化气体引入到加压成型设备中的流入口，为加热室和成型室中的至少一个室形成流入口。

在本发明的第二方面中，加压成型设备优选地具有用于阻断加热室和成型室的装置，并且为成型室形成非氧化气体流入口。

在本发明的第三方面中，在上面指出的加压成型设备中，优选地用实现高气密性的开闭器件阻断冷却室使其不与大气接触。

在本发明的第四方面中，在上面指出的加压成型设备中，用于阻断成型室和冷却室的装置优选地包括下列部件中的任一个：能调节气密性的开闭器件；和具有孔的分隔壁，孔的开度能调节。

在本发明的第五方面中，在上面指出的加压成型设备中，用于阻断加热室和成型室的装置优选地包括下列部件中的任一个：能调节气密性的开闭器件；和具有孔的分隔壁，孔的开度能调节。

在本发明的第六方面中，在上面指出的加压成型设备中，优选地在非氧化气体通过50μm或更细的集尘过滤器之后通过流入口引入非氧化气体。

在本发明的第七方面中，在上面指出的加压成型设备中，优选地在非氧化气体被加热到50℃或更高温度之后通过流入口引入非氧化气体。

本发明的有利效果

根据本发明的第一方面，由于用于加热室和成型室中任一个的非氧化气体流入口的形成，所以能将非氧化气体的引入集中在具有高温并且最需要保持低氧浓度的加热室和成型室上，由此能充分地减小氧浓度。因此，能保持原料和成型物品的质量并且能防止模具劣化，由此能稳定地生产精确的成型物品。此外，模具和模具保护膜具有延长的寿命，并且维护的频率降低。因而，能降低包括模具成本和劳动成本的成本。

根据本发明的第二方面，通过将非氧化气体的引入集中在成型室上，能用较少量的非氧化气体有效地减小成型室中的氧浓度。

根据本发明的第三方面，能防止非氧化气体从冷却室泄漏到外部并且能阻止氧气从外部流入。因此，能不浪费地使用非氧化气体减小成型设备中的氧浓度。顺便提及地，本发明中的术语“具有高气密性”意味着由泄漏引起的压力损失是30hPa或更高。

根据本发明的第四方面，优先地将非氧化气体引入加热室和成型室以减小其中的氧浓度，并且调节成型室和冷却室之间的气密性或开度。这样，也能根据成型物品的性质等使非氧化气体以所需比例从成型室流入冷却室。由于从成型室的此气体引入是基于气体向冷却室的泄漏，所以能用少量的非氧化气体满足每个室所需的量。

根据本发明的第五方面，优先地将非氧化气体引入成型室并且调节加热室和成型室之间的气密性或开度。这样，能通过利用从成型室泄漏的气体使非氧化气体以所需量流入加热室中。因此，能以较少的量使用非氧化气体以使非氧化气体流入被加热到高温的成型室和加热室中，从而减小氧浓度。

根据本发明的第六方面，阻止灰尘流入成型设备中，并且防止外来物质粘附于模具和原料上，特别是对透镜性能施加影响的粒径大于50μm的外来物质。这样，能维持成型物品的质量。顺便提及地，本发明中的术语“50μm的集尘过滤器”意味着基本上不允许粒径大于50μm的微粒穿过其中的集尘过滤器。

根据本发明的第七方面，引入已经被加热的非氧化气体，由此防止成型室的内部被迅速冷却并且防止模具周围的温度分布迅速改变。这样，防止成型精度降低。

附图说明

[图1]表示本发明一实施例的垂直截面图；

[图2]表示图1中的壁表面的内部结构的放大截面图；

[图3]在图1中使用的非氧化气体的管道布置图；

[图4]表示根据本发明的输送过程的俯视图；

[图5]表示相关技术的例子的透视图。

附图标记说明

1：             输送设备

2：             输送通道

4a，4b：        辐射板

5：             圆柱件

6：             供应管

7：             压杆

8：             模具供应器件

10：            室

11：            模具

12：            原料

13：            成型物品

14：            加热器

15：            冷却水管道

16：            气体管道

20：            壁表面

21：            预备室

22：            加热室

23：            成型室

24：            冷却室

25：            模具放置表面

26a，26b：      输送杆

27a，27b：      输送臂

28：            定位器

29：            止动器

31，32，33，34：遮门

41：            非氧化气体供应源

42a：           过滤器

51：            成型机

52：            遮蔽板

53：            间隙

54：            输送杆

55：            输送臂

具体实施方式

图1表示本发明一实施例的垂直截面图。图1(A)表示在模具输送过程中模具的位置，图1(B)表示在实施步骤时模具的位置。

成型设备1具有输送通道2，所述输送通道2设置在室10中，室10用来保持非氧化气氛，例如，氮保护气氛，并且在图中模具11被从右到左地输送过输送通道2。预备室21、加热室22、成型室23和冷却室24在图中从右侧开始以该次序沿着输送通道2设置在直线上。

每个室都在它与邻接室之间的边界处具有遮门31、32或33，并且充当室10的出口的遮门34设置在冷却室24的后面(左侧)。遮门31、32、33和34例如通过气缸(在图中未示出)垂直地移动和打开/关闭。设置在冷却室24后面的遮门34配合在凹槽或类似物中并且不留间隙地气密地关闭以使得处于关闭状态中的遮门34完全阻断室使其不与外部接触。关于气密性，能独立调节设置在邻接的室之间的边界处的遮门31、32和33。为了调节气密性，能使用一种方法，其中调节每个遮门的开度，即，将在每个遮门31、32和33的上端上面形成的间隙的尺寸，例如如图1中所示。在图1中，设备处于这样一种状态中，即成型室23和加热室22之间的遮门32具有稍高的开度以使得成型室23中的气体易于流入加热室22中，且其他的遮门31和33具有低的开度以使得从成型室23和加热室22排出的气体能少量地流入预备室21和冷却室24中。通过预先测量遮门31、32和33的开度以及室22、23和24中的氧浓度并确定导致所需氧浓度分布的遮门开度来实现气密性的这种调节。如果遮门发生热变形，则气密性会降低并且氧浓度调节变得困难。因而优选地，用具有低的热膨胀系数的金属或陶瓷作为遮门的材料。也可以通过在遮门或壁表面中形成孔并且调节孔的开度来进行气密性调节。

加热室22、成型室23和冷却室24每个分别在模具11上面和下面设有辐射板4a和4b。下部辐射板4b用作将模具11置于其上的工作台。辐射板4a和4b与遮门31、32和33稍微分开地设置以便不受邻接的室的热影响。

在模具输送的过程中，辐射板4b的那些上表面处于与预备室21的模具放置表面25相同的水平面上，相应的模具11放置在辐射板4b的那些上表面上，如图1(A)中所示。

加热器14沿着加热室22、成型室23和冷却室24的内壁表面设置，并且室中的温度被独立调节。辐射板4a和4b通过与加热器14接触或借助于加热器14发出的辐射热被加热到合适的温度，并且将热传递给模具11。在图1中，上部辐射板4a通过与加热器14接触被加热，而下部辐射板4b通过加热器14发出的辐射热被加热。顺便提及地，可以将加热器嵌入辐射板4a和4b中以加热它们。代替加热器14或除了加热器14之外，冷却室24可以设有冷却管等。

在室22、23和24的每一个中的下部辐射板4b安装到可竖直移动的圆柱件5上，并且在实施步骤时使模具11向上移动，如图1(B)中所示。在成型室23中，用压杆7压模具11。顺便提及地，圆柱件可以设置在压杆7侧上以使得能在模具11处于图1(A)中所示的位置中时进行加压成型。

设置用于引入非氧化气体的供应管6(在下文中有时称为“流入口”)，其从室10的外部伸出并且与成型室23的内部相连。通过该供应管6，将非氧化气体如氮气或氩气从外部引入到成型室23中。顺便提及地，当遮门打开时，被引入的非氧化气体等被排出或者通过圆柱件的滑动构件等之间的微小间隙。

在将非氧化气体加热到50℃或更高之后供应非氧化气体。图2是表示室10的壁表面20的内部部分的放大截面图。用于冷却自室10的内部传递的热的冷却水管道15设置在壁表面20的外部部分中。气体管道16设置在冷却水管道15的内侧上，并且使非氧化气体流过气体管道16。这样，能用室10内部的热使非氧化气体变暖并且能减少冷却水的量。顺便提及地，可以将气体供应管16和冷却水管道15设置在室10的壁的外表面上。此外，在通过使气体穿过集尘过滤器而将灰尘从非氧化气体移除之后引入非氧化气体。

图3是非氧化气体例如氮气的管道布置图。发送自非氧化气体供应源41的氮气通过过滤器42a，随后通过上述在图2中所示的气体管道16，并且被室10内部的热加热。通过供应管6将被加热的气体引入到室10中的成型室23内。通常，在成型室23中包含具有50μm或更大粒径的灰尘微粒会降低透镜质量并且使得不可能获得给定性能。因此，所使用的过滤器42a是具有50μm或更细的集尘性能的过滤器。顺便提及地，术语“具有50μm的集尘性能”意味着具有这样一种性能，过滤器通过该性能基本上阻断具有大于50μm的粒径的微粒。通过过滤器的微粒在具有大于50μm的粒径的微粒的比例优选地低于5％的质量百分比，更优选地低于0.5％的质量百分比。用空气洗涤器类型的过滤器或包括过滤介质的过滤器作为过滤器42a。此外，所使用的非氧化气体例如氮气是具有10—20ppm或更低的氧浓度的非氧化气体。这是因为当非氧化气体的氧浓度增加到100ppm或更高时，模具的寿命会突然变短并且成型物品的产量也减少。

由于向成型室23中引入这种非氧化气体，所以需要最大量非氧化气体的成型室23具有最低的氧浓度。非氧化气体例如通过遮门31、32和33的间隙以给定量流入预备室21、加热室22和冷却室24中。这样，每个室中的氧浓度都适当地降低并且获得合适的氧浓度分布。此外，由于向室10中引入非氧化气体，所以室10的内部相对于外部具有正压力，且空气不易于从外部流入其中。

下面参考图1说明利用该成型设备1的成型的过程。

光学玻璃原料12和成型物品13在被置于模具11中的状态中被发送到室，在室中进行每个步骤。

首先，用模具供应器件8将包含置于其中的原料12的模具11供应到预备室21。非氧化气体通过遮门32和31的间隙从成型室23流入预备室21中。因此，能通过允许模具11位于预备室21中一个给定时间段来减小模具11中的氧浓度。在给定时间段已经经过并且模具11中的气体已经被替换之后，将遮门31打开并且用稍后描述的输送装置将模具11输送到邻接的加热室22。

在使模具11位于加热室22中的给定位置中之后，使圆柱件5升高到图1(B)中所示的位置以使模具11位于上部辐射板4a附近或与上部辐射板4a接触并且将模具11加热到一温度，在该温度下玻璃原料12软化并能被加压成型，即，将模具11加热到玻璃转变点(Tg)或更高。在加热步骤完成之后，降低圆柱件5以使模具返回到图1(A)中所示的位置。将遮门32打开并且将模具11输送到邻接的室。

在将模具11置于成型室23中的给定位置中之后，再次使圆柱件5升高以使模具11位于上部辐射板4a附近。当继续加热直到原料12的温度达到能进行加压成型的温度时，将压杆7推靠在模具11上以挤压模具。这样，光学元件被成型。在通过在一给定时间段上挤压而使成型物品13成型之后，圆柱件5降低并且返回到图1(A)中所示的位置。将遮门33打开并且将模具11输送到邻接的室。

在将模具11置于冷却室24中的给定位置中之后，升高圆柱件5以使模具11位于上部辐射板4a附近或与上部辐射板4a接触，并将模具11冷却到合适的温度，在该温度下成型物品13的质量变得稳定，即，将模具11冷却到大约Tg的温度。顺便提及地，冷却可以是自然冷却。在冷却步骤完成之后，降低圆柱件5以使模具11返回到图1(A)中所示的位置。将遮门34打开并且将模具11输送到室10之外。

那些步骤中的每一个步骤所需的时间段、圆柱体5的压力、室的温度等作为成型条件中的参数被调节，从而成型具有所需性能的成型物品。例如，使各个步骤所需的时间段相等并且将一个模具11设置在每个室中以使得这些模具被同时输送，由此提高生产率。此外，当设备如此构成以使得能将两个或更多模具11置于每个室中时，可以进一步提高生产率。

图4是表示输送模具11的方法的俯视图。室10中的全部模具11被同时输送。

与图中从右到左的输送方向平行地将两个平行的输送杆26a和26b设置在模具11的左侧和右侧上。输送杆26a和26b分别具有输送臂27a和27b，并且可自由旋转并可沿着输送方向滑动地前后移动。可以将两个输送杆设置在模具11的左侧和右侧中的任一个上。然而，从设备对称的观点，优选地在左侧和右侧中的任一个上各设置一个。顺便提及地，通过将密封材料等应用于输送杆26a和26b的滑动部分上来防止其滑动部分在输送过程中形成间隙，从而防止氧气流入室10中。输送杆26a和26b的移动、上述在图1中的遮门31、32、33和34和圆柱件5的移动、室的温度等由图中未示出的控制单元控制。

在将模具11设置在预备室21中之后，用输送杆26a和26b输送模具11。如上所述，当模具11处于图1(A)中所示的位置中，即处于圆柱件5已经降低直到预备室21的模具放置表面25的水平面变成与邻接的加热室22中的下部辐射板4b的上表面的水平面相同的状态中时，进行模具11的输送。

为了输送，位于图中上侧的输送杆26a首先沿箭头B的方向旋转以使得输送臂27a位于水平的且与模具放置表面25平行的位置，如图4(A)中所示。将室之间的遮门31、32、33和34打开，输送杆26a可在室上沿输送方向滑动地移动并且输送臂27a推动并移动模具11。输送臂27a使模具11移动到室21和邻接的室之间的边界周围。

之后，如图4(B)中所示，位于上侧的输送杆26a沿与图4(A)中的方向相反的方向旋转以使输送臂27a向上，与其同时，沿与输送方向相反的方向可滑动地移动以使输送臂27a返回到原始位置。在该操作的过程中，位于下侧的输送杆26b沿图4(B)中所示的箭头C的方向旋转使得输送臂27b位于水平的且与模具放置表面25平行的位置。输送杆26b沿输送方向可滑动地移动并且输送臂27b推动模具11并使其移动到进行下一个步骤的位置，如图4(C)中所示。输送臂27b在其尖端处配备有用于模具11的定位器28。由于定位器28调节模具11的位置，所以能输送模具11以便将其置于正确位置中。此外，输送杆26b具有止动器29以便通过使杆26b可滑动地移动直到止动器29与室10的壁20的外表面接触为止能将模具11输送到给定位置。之后，输送杆26b沿与输送方向相反的方向可滑动地移动并且沿与图4(B)中的方向相反的方向旋转以返回到原始位置。遮门31、32、33和34关闭。这样，将每个模具11朝着下一个步骤输送与一个室相应的距离。通过使输送臂27b之间的间隔E等于待放置的模具11的间隔D并提供止动器29，能容易且有效地将模具11输送到给定位置并设置在给定位置中。此外，由于设置了分别具有输送臂27a和27b的两个输送杆26a和26b，所以一个输送臂27a或27b移动的距离能比每个室沿向前/向后方向的距离短，因此，不需要形成用于使输送臂27a和27b在室之间的分隔壁中通过的间隙。能维持每个室的气密性。因此，用少量的非氧化气体有效地减小成型室23中的氧浓度并且每个室中的氧浓度容易调节。

顺便提及地，申请人发现，通过实施本实施例，能用低的非氧化气体流量以高产量获得高精度的光学元件。

尽管已经参考其具体实施例并详细地描述了本发明，但对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离其精神和范围的情况下，能在其中作出各种改变和变化。

本申请基于2006年1月19日提交的日本专利申请No.2006-010671，其内容通过参考在此并入。

工业实用性

本发明可应用于包括加热、成型和冷却步骤的成型物品的生产的加压成型设备。

Claims (7)

1.一种加压成型设备，包括设置在输送通道上的：用于加热模具的加热室，所述模具包含置于其中的原料；用于在非氧化气体气氛中对所述原料进行加压成型的成型室；和用于在所述成型之后冷却所述模具的冷却室，所述模具按次序在所述输送通道上被输送，

在所述加压成型时，将所述加热室、所述成型室和所述冷却室中的每个室与大气阻断，

所述加压成型设备包括：

用于阻断所述成型室和所述冷却室的装置；和

用于将所述非氧化气体引入到所述加压成型设备中的流入口，为所述加热室和所述成型室中的至少一个室形成所述流入口。

2.如权利要求1所述的加压成型设备，

所述加压成型设备具有用于阻断所述加热室和所述成型室的装置，并且为所述成型室形成所述非氧化气体流入口。

3.如权利要求1或2所述的加压成型设备，

其中用实现高气密性的开闭器件将所述冷却室与大气阻断。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的加压成型设备，

其中用于阻断所述成型室和所述冷却室的所述装置包括以下任一个：能调节气密性的开闭器件；和具有孔的分隔壁，所述孔的开度能调节。

5.如权利要求2至4中的任一项所述的加压成型设备，

其中用于阻断所述加热室和所述成型室的所述装置包括以下任一个：能调节气密性的开闭器件；和具有孔的分隔壁，所述孔的开度能调节。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的加压成型设备，

其中在所述非氧化气体已通过50μm或更细的集尘过滤器之后，通过所述流入口引入所述非氧化气体。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的加压成型设备，

其中在所述非氧化气体已被加热到50℃或更高温度之后，通过所述流入口引入所述非氧化气体。

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