CN110577351A - 热压成型模具及玻璃光学元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一热压成型模具及玻璃光学元件的制造方法。热压成型模具中的衬套的上表面的总面积为用于容置模仁的各孔穴所占的面积的2倍或以上。据此，单一模具可容置更多的模仁，以提高产量。

Description

热压成型模具及玻璃光学元件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种模具，尤其涉及一种可用于玻璃模造制程(Glass molding)的热压成型模具。

背景技术

玻璃热压模造制程已被广泛地被应用于非球面玻璃透镜的制程中。热压成型制程可大致分为加热、成型及冷却三步骤。也就是说，先对待加工的玻璃材料加热以软化材料；接着以上模仁及下模仁对材料进行夹压，以使待加工材料变形以使其形状与上、下模仁的成型面匹配。最后，使成型完毕的工件冷却后，其玻璃透镜即告完成。

而热压成型机又可分为单站式及多站式两种。单站式成型机是指在制程期间，模具本身是固定于机台上的，不会脱离机台，即前述的三个步骤均在同样的平台上完成。反之，多站式制程是指加热、成型及冷却可在两个以上平台上完成。例如，模具可在连同待加工材料一并置于热压成型机的加热平台上预热，接着再移到热压成型机的成型平台成型后，移到热压成型机的冷却平台冷却后开模取出工件。

以多站式热压成型机为例，一般为提高产量，热压成型模具会在单一模具中同时设有多组上、下模仁，以在单一次制程中最大化工件产量。也就是说，在单一模具中放置的模仁组越多，则每个循环所能完成的产品数量越多。然而，多站式制程的热压机台的模具入口宽度是固定的，限制了模具的最大可能宽度。

一般来说，为顾及加工精度及成本，热压模具多呈圆柱状。另外，而圆型模具的直径越大，在模仁大小固定时，其可用于放置模仁的表面面积也越大，模具所能容置的模仁组的数量也越多。然而，加工机入口的最大宽度的限制下，模具的有效面积也因加工机入口的最大宽度限制而无法提升，直接限制了模具所能容置的模仁数量。因此，如何针对上述问题进行改善，实为本领域相关人员所关注的焦点。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中具有通常知识者所知道的习知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中具有通常知识者所知晓或认知。

发明内容

为解决前述的问题，本发明的一实施例提供一种具有高面积使用率的模具设计，以使单一模具能容置更多组上、下模仁，进而有效提高产量。

在本发明的一观点中，本实施例是关于一种热压成型模具，其包括了一基座，一个设于基座上的单件式衬套以及多组分别由上、下模仁组成的模仁组。而每一模仁组中的上、下模仁之间是定义有一模穴的。单件式衬套面向基座的另一方向有一上表面，单件式衬套在上表面设置有多个用于容置前述模仁组的孔穴，而前述的多个孔穴在上表面所围绕的面积的总和，占了单件式衬套的外轮廓在上表面所围绕的面积的50％或以上。在应用时，每一模仁组分别被设置在对应的孔穴中，而每一模仁组的模穴是位于孔穴之中的。通过前述的模具设计，在热压机入口宽度有限的前提下，能容置更多模仁组。

在本发明的另一观点中，本实施例提出了一种热压成型模具，其包括了一基座，一个设于基座的顶表面上的单件式内套筒以及多组分别由上、下模仁组成的模仁组，而每一模仁组中的公母模仁之间是定义有一模穴的。单件式内套筒面向基座的另一方向有一上表面，单件式内套筒在上表面设置有多个用于容置前述模仁组的穿孔，而前述的多个穿孔依其位置可分为两个穿孔组。两个穿孔组之一中，任一穿孔的形心与内套筒的上表面的形心的距离与，两个穿孔组的另一组中的任一穿孔的形心与内套筒的上表面的形心的距离为实质相异。在应用时，每一模仁组是分别被设置在对应的穿孔中，而每一模仁组的模穴是位于模穴之中的。通过前述的模具设计，在热压机入口宽度有限的前提下，通过穿孔的配置，能容置更多模仁组。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B分别揭露了本发明的第一实施例中的模具在未合模及己合模时的状态示意图。

图2是本发明的第一实施例中一按实际比例绘制的内套筒的示意图。

图3绘述了本发明的第一实施例中的内套筒的孔穴分布方式的示意图。

图4A、图4B分别绘述了本发明的第一实施例中的内套筒的孔穴占内套筒上表面的面积比例的示意图。

图5绘述本发明的第一实施例中的模具的改善效果示意图。

图6A、图6B分别绘述本发明的第二实施例中的内套筒的孔穴占内套筒上表面的面积比例的示意图。

主要组件符号说明

1	热压成型模具
		2A	上压板
2B	下压板
		10	内套筒
10A	上表面
		12	孔穴
12A	模穴
		13	排气孔
14	定位孔
		20、30、40、50	模仁
20A	成型面
		70	外套筒
60	基座
		61	凸出
P	工件

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

以下将说明本发明模具1的设计。请参阅图1A到图4B，图1A及图1B分别揭露了本发明的第一实施例中的模具在未合模及己合模时的状态示意图，其也相对于图2沿A-A剖面线剖设的表面，为突显设计特征，图1A、1B各元件的比例己调整并和图2不是一致的。图2是本发明的第一实施例中一按实际比例绘制的内套筒的示意图。图3绘述了本发明的第一实施例中的内套筒的孔穴分布方式的示意图。图4A、图4B分别绘述了本发明的第一实施例中的内套筒的孔穴占内套筒上表面的面积比例的示意图。

请参阅图1A及图1B，由图可见，本发明的模具1在第一实施例中，是应用于多站式，玻璃热压制程(或称玻璃模造制程)的热压模具1。模具1在应用时，可在多站式热压机的第一站加热后，再被转移到第二站并置放在上压板2A及下压板2B之间，使其中的工件受压成型，随后再把模具10整体连同其中的工件自第二站移到第三站冷却。在本实施例中，模具1包括了一内套筒10、多个模仁20、30、40、50、基座60及外套筒70。

请参阅图1A到图4B，由图可见，在本例中，内套筒10用于容置模仁20、30、40、50，为衬套(bushing or sleeve)的一种，可设置有多个用于容置模仁20、30、40、50的孔穴12以及一个用于定位的定位孔14。

在本例中，定位孔14位于内套筒10的中央部份，贯穿内套筒10面对上压板2A的上表面10A(或称第一表面)及面对下压板2B的下面表10B(或称第二表面)。定位孔14的延伸方向实质上与上表面10A相互垂直，或者，在使用时平行于重力方向的垂直孔。定位孔14是设有单切边的圆孔，其孔轮廓是具有单切边的圆形。

在本例中，用于容置模仁20、30、40、50的孔穴12分别形成于内套筒10中，而每一孔穴12可分别贯穿内套筒10的上表面10A和下面表10B并分别是一垂直穿孔，但是各孔穴12不以穿孔为限，需要时，各孔穴12可以是盲孔。在本例中，各孔穴12的轮廓呈一正圆形，而各个孔穴12的内孔壁的中间深度处可设有多个直径约为0.3毫米到5毫米宽的排气孔13，在本例中，排气孔13是圆孔，但是其也可以是其他形状的通道，本发明不以此为限。在本例中，各孔穴12的排气孔13可分别与定位孔14连通。除此之外，各孔穴12也可设有与内套筒10的外侧表面相连通的排气孔13。通过此设计，当上模仁(例如是模仁40)往下模仁(例如是模仁20)移动时，模穴12A中的空气可较顺利的排出。在本例中，前述的各个排气孔13中，至少有数个在内套筒10的高度是实质相同的，但是其不必然具有相同高度为限。另外，孔穴12中的排气孔13可略高或略低于各模仁的成型面20A的高度，以图1A、1B为例，可见模仁20、30的顶端的直径可略小于孔穴12以使模穴与排气孔13保持连通。而模仁40、50的底端也是相同的。也就是说，各排气孔13与模仁，例如是模仁20的成型面20A可以并不处于同一高度的。

本实施例在一观点中，内套筒10在上表面10A的轮廓以包括至少两条对称平行切边的类矩型状柱体为佳。在本例中，设有两对共四条平行的直切边。更明确的说，考量加工精度及成本，内套筒10多由单一块圆柱状材料加工而成，并且是单一元件形式(One pieceformed)，也即内套筒是一单件式内套筒，以另一面向观之，其是单件式衬套的一种。内套筒10宜设有前述的至少二条对称的直平行切边的原理请见图5的说明，图5绘示了分别采用类圆型的内套筒及两对相互对称平行的切边的内套筒模具的可用面积比较示意图。由图可见，在热压机的模具1输入口宽度为固定时，具有两对对称平行切旁的类矩型柱体的上表面10A的可用面积较圆柱状内套筒10的可用面积大，配合对应形状的外套筒70，即可在上表面10A上安排设置更多组模仁，以允许单一制程中可对更多工件P进行加工，提高制程效益。

为提高内套筒10的上表面10A的面积的利用率，在本发明的实施例的另一观点中，提出了一种排列用于容置模仁的孔穴12的布局设计。按孔穴12与内套筒10的中心点的距离，各孔穴12可以分成多个群组，而每个群组中的各孔穴12的中心点与内套筒10的中心点的距离分别是相同的。请参阅图3，以本例来说，假设内套筒10的上表面10A的外轮廓有一形心(中心点)，而各个供模仁容置的孔穴12在上表面10A的轮廓也分别有一形心，而各孔穴12的形心和内套筒10在上表面10A的外轮廓的形心之间的最小直线距离设为D。第一群组中各孔穴12的D均同为D1，第二群组中各孔穴12的D均同为D2，也就是说，若以内套筒10的形心为中心点，画一半径为D1的圆，则第一群组的各孔穴12的形心均会与该圆的圆周重叠，第二群组中的各孔穴12也是相同的。而在本例中，内套筒10是设有两个D值相异的群组，但是在需要时，内套筒10可以进一步包括三个或以上的孔穴12群组，如以多行、多列排列的孔穴12矩阵，即为其例。

为妥善利用内套筒10的上表面10A面积，在本发明的实施例的另一观点中，提出了一种排列用于容置模仁组的孔穴12的布局设计。请参阅图4A，图4A中绘示了本实施例的内套筒10的上表面10A，图中斜线所标示的范围，是内套筒10的上表面10A的轮廓所围绕的表面面积，暂称为第一面积A1。图4B中绘示了本实施例的内套筒10的上表面10A，图中交叉线所标示的范围，是内套筒10的上表面10A的孔穴12所围绕的表面面积。而各个用于容置模具1的孔穴12所围绕的表面面积的总和，即面积A21到A26的加总，暂称为第二面积A2。本实施例中，A2除以A1的比值在大于0.5、或大于50％时，其效果较佳，在比值大于0.55时，其效果更佳。而本实施例中，A2/A1的比值约为0.54。

但本发明的内套筒并不以第一实施例的六穴为限，以下将提出另一可行方案以供参考。再请参阅图6A及图6B，图6A中绘示了第二实施例的内套筒10的上表面10A，图中斜线所标示的范围，是内套筒10的上表面10A的轮廓所围绕的表面面积，暂称为第一面积A1。图6B中绘示了第二实施例的内套筒10的上表面10A，图中交叉线所标示的范围，是内套筒10的上表面10A的孔穴12所围绕的表面面积。而各个用于容置模具1的孔穴12所围绕的表面面积的总和，即面积A21到A24的加总，暂称为第二面积A2。本实施例中，A2除以A1的比值约为64％。

再请参阅1A及图1B，在本实施例中，包括了多枚模仁20、30、40、50，以模仁20为例，各模仁分别是一末端具有特定形状的成型面20A，可用于定义工件表面形状的金属圆柱体。而在本例中，各模仁20、30、40、50均是一可用于玻璃热压制程的高耐热性的模仁。与一般射出成型制程不同，本例中用于玻璃热压制程的模仁是由例如是钨钢等耐热温度高于玻璃的可成型温度(例如是摄氏六百度以上)的金属材料制造的。前述材料的可成型温度高于软化温度。

另外，按模仁的可动性分，模仁可分为可动侧模仁40、50及固定侧模仁20、30。如本例中的图2A及2B所绘示的，模仁20、30在制程间为固定且未作动，因此是固定侧模仁或是母模仁。反之，模仁40、50在制程间有作动，因此是可动侧模仁或是公模仁。另外，依相对位置分，模仁也可分为下模仁及上模仁。如本例中的图2A及2B所绘示的，模仁20、30在制程间处于较低的位置，因此是下模仁，反之，模仁40、50则是上模仁。而上模仁(例如模仁40)与下模仁(例如模仁20)成对设置，以为模仁组。而上模仁50与下模仁30也是相同的。在本例中，上、下模仁可分别定义工件的出、入光表面。同样地，各模仁组在应用时，会在上模仁及下模仁之间定义有一模穴，以供工件容置及成型之用。

本实施例中的基座60实质上是一金属平板，其外轮廓与外套筒70的外轮廓是大致相对应的，基座60的上方有一顶表面，顶表面的中央部份可设有一凸出61以作为定位榫，以供内套筒10定位之用，而前述定位榫的形状与内套筒10中央部份的定位孔14可以是相对应的。在另一实施例中，基座60不以在中央部份设有前述的凸出61为限，任何可用于与内套筒10定位的定位元件，均可予以替代之，例如是一个或多个设在边沿的凸出、凸肋、凹孔、凹槽等与内套筒10的定位孔14或其他对位结构对应的，均可以是其例。

本实施例中的外套筒70是一筒状金属空心柱体，可用于套设在内套筒10的外缘，并作为止档件(STOP)使用，也即其可定义上压板2A、下压板2B的最小距离进而控制可动侧模仁或上模仁40、50的最大行程。在本例中，外套筒70的内轮廓与内套筒10的外轮廓的切边部份是相对应的。而外套筒70的外侧轮廓则大致是矩型或类矩型，也与内套筒10的外轮廓的切边部份是相对应的。换句话说，外套筒70，如内套筒10，有两条以上的平行直线切边。而在本例中，外套筒70的上、下表面的外轮廓分别具有相同的两对、共四条相互垂直的直线切边。

在本例中，在组合时，可先把内套筒10安装于基座60上，并使基座60的单切边凸出61嵌设于内套筒10的定位孔14中。

接着，将外套筒70套在内套筒10的外侧，而外套筒70的内、外轮廓的切边部份同时与内套筒10切边部份的外轮廓大致对应的，即同样包括至少二切边。而在内套筒10的角落部份可选择性的留空。而在装置完成后，可见外套筒70的内轮廓是略大于内套筒10的外轮廓的，以本例来说，内套筒10的外侧表面和外套筒70内侧表面之间可预留例如是1到10毫米的空隙，以供各排气孔13排气之用。

接着，依序或同时地将模仁20、30安装到内套筒10的各个孔穴12中，并使之位于孔穴12的底部处，同时确保模仁20、30的成型表面是往上曝露在孔穴12中。在模仁20、30安装完成后，其所处的孔穴12的各个排气孔13仍应与孔穴12连通且应未被模仁20、30阻挡的。

接着，依序或同时地将多个工件P置放在内套筒10的孔穴12中的模仁20、30的成型表面上。工件P可以是各种材料的流体、呈球状、片状或是为一经预成型的球面透镜，而在本例中，工件P是一玻璃材料块P，更明确的说，为一球面透镜。接着，再依序或同时地将模仁40、50安装到模仁20、30所处的各个孔穴12中，并使模仁40、50成型面面向工件P，在模仁40、50安装完成后，其所处的孔穴12的各个排气孔13仍应与孔穴12连通而应未被模仁40、50阻挡的。此时，各孔穴12中包括相互对应的二模仁，例如模仁20、40，而每一对上、下模仁20、40的整体可称为模仁组。而各个模仁组中的两个模仁之间，用于元件成型的空间，可称为模穴、成型空间或是型腔。与此同时，活动侧模仁40、50的根部会有部份露出内套筒10以及外套筒70外，如此，即为组装完成。而按模具的设计，组装顺序可能略有不同，例如先将下模仁自内套筒的下表面进入后锁固，再将内套筒置安装在基座后、再放置材料块、再置入上模仁后再行压印也可以，本发明不对各步骤的先后顺序进行限制。

随后，将模具1的整体，也即基座60连同内套筒10、外套筒70、如模仁20、30、40、50等以及其中的工件P，经由一多站式热压机台的入口输入热压机台。在本例中，热压机台的入口宽度是外套筒70的最小宽度的百份之105以内。接着，模具1的整体会连同被加工材料被加热到玻璃的可成型温度，可成型温度按待加工材料的不同而有差异，在本例中，可成型温度约为摄氏五百余度。在加热完成后，模具1的整体会被移动到下一站区进行加压程序。如图1A及图1B所绘述者，即为其例。在本步骤中，模具1的基座60会设于热压机的下压板2B上，而上压板2A会往下压板2B移动，连带对模仁40、50施压，而模仁40、50会同时向软化的玻璃材料P施压并使其变形以使玻璃材料同时匹配其对应模仁20、30、40、50的成型面的形状。而在模仁40、50移动时变形时，原位于模穴中的空气会被经由排气孔13排出。

当上压板2A与外套筒70的上缘接触时，上压板2A会停止移动，而模仁40、50的位置即为固定。此时，上压板2A会维持原位置一定时间后往反方向移动。接着，模具1的整体会被移离下压板2B，往下一工作站移动。随后，模具1会被冷却，接着上模仁(例如模仁40、50)会自各孔穴12中被移除；而取出上模仁时，空气可自排气孔13进入模穴以破真空，减少上模仁取出的难度。接着，成型完成的玻璃工件会从模穴中被取出，制程即告完成。

综上所陈，在本发明实施例的多站式热压模具的结构设计下，可使内套筒的表面面积被妥善的使用，以在单次制程中产出较多的工件，进而提高制程效率。

以上各具体实施例中仅仅是例示之用，而不是限制本发明。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但是其并不是用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并不是用来限制本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种热压成型模具，其特征在于，包括：

一基座；

一单件式衬套，可安置于所述基座上，所述单件式衬套包括多个孔穴，所述单件式衬套面向所述基座的另一方向有一第一表面，所述第一表面的轮廓所围绕的面积为A1，所述多个孔穴在所述第一表面所占的总面积为A2，A2/A1大于等于50％；

一第一模仁组，定义有一第一模穴；

一第二模仁组，定义有一第二模穴；

其中，所述第一模仁组及所述第二模仁组可在安置时分别设在所述多个孔穴之中，并使所述第一模穴及所述第二模穴位于相对应的所述孔穴中。

2.如权利要求1所述的热压成型模具，其特征在于，

所述单件式衬套是一单件式内套筒，所述第一表面是一上表面，所述多个孔穴包括一第一穿孔及一第二穿孔；

所述第一模仁组包括一第一上模仁及一第一下模仁，所述第一上模仁及所述第一下模仁之间定义有模穴；以及

所述第二模仁组包括一第二上模仁及一第二下模仁，所述第二上模仁及所述第二下模仁之间定义有模穴。

3.一种热压成型模具，其特征在于，包括：

一基座；

一第一模仁组，包括多组第一上、下模仁；

一第二模仁组，包括多组第二上、下模仁；

一单件式内套筒，设有一上表面，可安置在所述基座上，所述单件式内套筒包括：

一第一穿孔组，包括多个第一穿孔；

一第二穿孔组，包括多个第二穿孔；

所述多个第一穿孔在所述上表面的形心与单件式内套筒在所述上表面的中心点的距离实质相同，并为D1；

所述多个第二穿孔在所述上表面的形心与单件式内套筒在所述上表面的中心点的距离实质相同，并为D2，D2与D1实质相异；

其中，

所述多组第一上、下模仁在安置时可分别安置在所述多个第一穿孔中，并分别在所述多个第一穿孔中定义有模穴；

所述多组第二上、下模仁在安置时可分别安置在所述多个第二穿孔中，并分别在所述多个第二穿孔中定义有模穴。

4.如权利要求2或3所述的热压成型模具，其特征在于，所述单件式内套筒的所述上表面的外轮廓包括至少二平行切边。

5.如权利要求4所述的热压成型模具，其特征在于，其进一步包括一单件式外套筒，可设置于所述单件式内套筒之外，所述单件式外套筒的外轮廓包括至少二平行切边。

6.如权利要求5所述的热压成型模具，其特征在于，所述热压成型模具适用于一多站式热压成型机。

7.如权利要求6所述的热压成型模具，其特征在于，所述单件式内套筒的所述多个穿孔的孔壁上分别设有至少一排气孔。

8.如权利要求7所述的热压成型模具，其特征在于，所述单件式内套筒进一步包括一定位孔，所述定位孔位于所述第一表面的外轮廓的形心处，并为一垂直穿孔，所述多个穿孔分别经所述排气孔与所述定位孔连通。

9.如权利要求8所述的热压成型模具，其特征在于，在组装完成后，所述单件式内套筒的内侧表面与所述单件式外套筒的外侧表面之间设有一空隙，所述多个穿孔进一步包括一与所述单件式内套筒的所述外侧表面连通的排气孔。

10.一种玻璃光学元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将一衬套安装在一基座上，所述衬套的一第一表面上设有多个孔穴，所述多个孔穴包括一第一孔穴及一第二孔穴，所述第一表面的轮廓所围绕的面积为A1，所述多个孔穴在所述第一表面所占的总面积为A2，A2/A1大于50％；

安装一外套筒在所述衬套外；

安装一第一模仁在一衬套的所述第一孔穴中；

安装一第二模仁在一衬套的所述第二孔穴中；

设置一第一玻璃材料块在所述第一模仁的成型面上；

设置一第二玻璃材料块在所述第二模仁的成型面上；

安装一第三模仁在所述衬套的第一孔穴中；

安装一第四模仁在所述衬套的第二孔穴中；

将所述基座，连同所述外套筒、所述衬套、所述第一模仁、所述第二模仁、所述第三模仁、所述第四模仁、所述第一玻璃材料块及所述第二玻璃材料块整体地输入一热压机的入口；

对所述第三模仁施加一压力，以使所述第一玻璃材料块形成匹配所述第一模仁及所述第三模仁的成型面的形状；以及

对所述第四模仁施加一压力，以使所述第二玻璃材料块形成匹配所述第二模仁及所述第四模仁的成型面的形状。