CN1295038A - 光学元件的压力成型设备及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学元件的压力成型设备及其成型方法,当实施只在压制过程中将成型气氛调节成真空的成型方法时,缩短了成型周期,并且极大减小了对在真空下的温度控制的影响。通过用一对上、下模具来压力成型热软玻璃材料、冷却玻璃材料并从模具中取出模制品的上述成型设备包括可替换其中的气氛的第一封闭腔;装在前者内且可独立地替换其中气氛的第二封闭腔;为第二封闭腔设置的成型装置;用于把装在第一封闭腔内的玻璃材料送往成型装置并将玻璃模制品送入第一封闭腔的玻璃输送装置。

Description

光学元件的压力成型设备及其成型方法

本发明涉及一种用于通过加压模制热玻璃材料而获得的光学元件的压力成型设备及其成型方法。

作为不需要抛光过程的玻璃透镜的制造方法，过去曾采用一种加热玻璃材料并用一对上、下模具对其进行加压模制的方法。由于这种方法可以有效地生产出像非球面透镜那样的产品，所以它被开发应用到具有各种形状的透镜上。

在该方法中，如何将模具的成型表面精确地复制到玻璃制品上是获得非常精密的光学元件的一个焦点问题。为了实现上述目的，在压制过程中，在模具的对应于光学元件的光学功能表面的成型面上不能有丝毫空气。为此，例如当要成型一个凸透镜时，将玻璃材料的曲率半径设定成小于模具的成型面的曲率半径，从而在模具与玻璃之间将不会留有空气。

如果要生产如在非球面透镜中那样的具有大曲率(曲率半径小)或复杂形状的透镜，则不可能只通过改变玻璃材料的形状而模制出所需要的透镜。即使可以制造出该透镜，也会增大玻璃材料的成本。因此，近年来研究出了一种在压制工作中消除成型空气以便形成真空状态的方法。根据该方法，如果在成型过程的加热和冷却过程中也保持真空状态，则不会发生与空气的热交换(对流)。于是，可以延长加热/冷却时间，或者取决于模具与温度传感器如热电偶之间的接触状态(有/没有间隙)方面的差异的温度测量值会出现误差。此外，当处理玻璃材料时，不能通过真空夹紧来运送玻璃材料。这样，在恒定的真空状态下模制产品的方法具有许多不便之处并因而是不令人满意的。

因此，一种仅在压制操作时形成真空状态的成型方法是有利的。在这种情况下，增加了在成型周期内抽真空和充填惰性气体的步骤数目。因此，必须尽可能地缩短抽真空和充填惰性气体的时间以便防止过度地延长生产周期。为了缩短成型周期，最好按照与过去的情况相同的方式在尽可能高的温度下从模具中取出模制品。因此，必须在惰性气体的气氛下取出模制产品以防止氧化。

现在将回顾一下传统的成型设备。在日本专利公开第3-177318号中描述的发明提出了一种用于在惰性气体气氛下进行模塑的设备。在该设备中，在一个成型腔内设置一个模具和一个用于将玻璃材料装到模具中或从模具中卸料的手柄。在成型腔后面设置一个载荷锁定腔。玻璃材料和模制品通过载荷锁定腔被送往外界并从外界运来，从而可以不削弱成型腔内的气氛地进行连续的成型。结果，可以在高温下不被氧化地取出成型后的模制品，由此极大地缩短了成型周期。

当通过使用上述的传统成型设备来进行仅在压制过程中形成真空状态的成型方法时，出现了以下问题。更确切地说，在该成型设备中，由于模具、用于装卸模制品的手柄以及模具内的和来自模具的玻璃材料等位于一个成型腔内，所以成型腔变得比较大。因此，延长了用于除去空气的抽真空时间，这相应地延长了成型周期。另外，在成型周期内对模具与玻璃材料的温度控制变得不稳定。

因而，成型腔必须尽可能地小。如果上述手柄只设置在成型腔外，则当要装卸玻璃材料时，使模具暴露在外界环境(大气)中。为了防止模具的氧化，必须在模具和玻璃模制品已被充分冷却之后才能取出它们，因此极大地延长了成型周期。

鉴于上述情况，设想出了本发明。本发明的目的是提供一种光学元件的压力成型设备及其成型方法，其中当进行只在压制过程中将模制气氛设定成真空的成型方法时，缩短了成型周期，从而极大地减少了对在真空气氛中的温度控制产生的不利影响。

为了解决上述问题并实现上述目的，根据本发明的光学元件的压力成型设备的特征是它具有以下结构。

更确切地说，通过采用一对上、下模具来在压力下变形又热又软的玻璃材料、冷却该玻璃材料并从所述模具中取出玻璃模制品的光学元件的压力成型设备包括一个可替换其中的气氛的第一封闭腔、一个装在所述第一封闭腔内的且可以独立于第一封闭腔地替换其中的气氛的第二封闭腔、为第二封闭腔设置的且用于通过加压来模制成型热玻璃材料的成型装置以及用于把装在第一封闭腔内的玻璃材料送往在第二封闭腔内的所述成型装置并将由所述成型装置成型的玻璃模制品送入第一封闭腔的玻璃输送装置。

一种根据本发明的光学元件的压力成型方法的特征在于它具有以下配置。

更确切地说，一种通过采用一对上、下模具来在压力下变形又热又软的玻璃材料、冷却该玻璃材料并从所述模具中取出玻璃模制品的光学元件的压力成型方法采用了这样一种成型设备，该成型设备包括一个可替换其中的气氛的第一封闭腔、一个装在所述第一封闭腔内且可以独立于第一封闭腔地替换其中的气氛的第二封闭腔和用于替换第一封闭腔与第二封闭腔内的气氛的装置，所述成型方法包括以下步骤：将玻璃材料装入第一封闭腔内；在装载玻璃材料之前或之后，以惰性状态替换第一封闭腔的内部气氛；在上述替换步骤之后，在惰性状态下将玻璃材料引入在第二封闭腔内的成型装置中；通过所述成型装置形成玻璃材料的形状并随后在第二封闭腔内冷却模制品；在冷却步骤之后，通过第一封闭腔取出模制品。

这样，当环绕模具新设置一个具有最小所需容积的腔室时，可以只有模具周围的气氛在压制前被调定成真空状态，而且可以在惰性气体气氛下为模具装卸玻璃材料。

根据本发明的一个实施例，在一个光学元件的压力成型设备中，在一个位于第一封闭腔附近的位置上形成一个可以独立于第一封闭腔地替换其中的气氛的玻璃载荷锁定腔，该载荷锁定腔能够敞开和气密地封闭。结果，只有容积比较小的载荷锁定腔的气氛被替换了，而没有改变其容积因玻璃输送装置等而相对增大的第一封闭腔的气氛，从而总是可以向第一封闭腔供应玻璃并从其中取出玻璃。

对于本领域中的普通技术人员来说，根据以下对本发明的一个优选实施例的描述可以清楚地了解除上述特征和优点外的其它的特征和优点。在说明书中，参考构成说明书一部分的附图进行说明，这些附图示出了本发明的一个例子。但是，这样的例子不是毫无遗漏地例举出了本发明的各个实施例，因此，为了限定本发明的范围，还要参见在说明书之后的权利要求书的内容。

图1是根据本发明第一实施例的处于压制操作状态下的光学元件的压力成型设备的纵向剖视图；

图2是处于玻璃充填状态下的光学元件的压力成型设备的纵向剖视图；以及

图3是根据本发明第二实施例的光学元件的压力成型设备的纵向剖视图。

以下将参见图1-3来具体地描述本发明的优选实施例。图1和2是根据本发明第一实施例的光学元件的压力成型设备的纵向剖视图，其中图1示出了压力成型的状态，而图2示出了玻璃充填的状态。图3是根据本发明第二实施例的光学元件的压力成型设备的纵向剖视图。

(第一实施例)

参见图1、2，外腔1具有用于使其内部气氛与外界空气隔绝的封闭结构。一个闸式阀13被固定在外腔1的进出口上并且可以由一个驱动装置21启闭。一个载荷锁定腔3是这样形成的，即可以通过一个不同的驱动装置17使它紧密接触闸式阀13和使之脱离所述闸式阀。可通过另一个不同的驱动装置20垂直移动的支架12被设置在载荷锁定腔3内。

一个筒形模具8被固定在外腔1中并且它具有垂直穿过其中心轴线的通孔。一个上模6可垂直滑动地装配在上通孔内。

上模6的下表面具有压制玻璃材料9从而将理想的光学功能表面转移到玻璃材料的表面上的成型面。在上模6的上方且在外腔1之外，设置了一个驱动装置14以便产生要施加到玻璃材料9上的压力，一个用于传递压力的上杆4穿过外腔1。在筒形模具8的上部内设置了一个用于加热上模6的加热器10。

一个下模7可垂直滑动地装配在筒形模具8的下通孔内。

下模7的上表面具有用于将一个理想的光学功能表面转移到玻璃材料9的下表面上的成型面。在下模7的下面且在外腔1之外，设置了一个驱动装置15，一个与该驱动装置15相连的下杆5穿过外腔1。在筒形模具8的下部内设置了另一个用于加热下模7的加热器10。

在外腔1中，环绕筒形模具8地设置一个内腔2，以便盖住整个筒形模具，从而使其中的气氛与外腔1的气氛隔绝开。内腔2可以独立于上杆4地由一个安装在外腔1外的驱动装置16移动。当内腔2的下开口与外腔1的底部紧密接触时，可以形成一个密闭空间。

在外腔1中设置一个手柄11，以便将玻璃材料9和模制品29送入内腔2或送出该内腔。可以通过一个安装在外腔1外的驱动装置18使手柄11转动并通过一个不同的驱动装置19使其垂直移动，从而可以在下模7与支架12之间传递玻璃材料9和模制品29。

外腔1、内腔2和载荷锁定腔3都分别与一个氮气输入管和一个真空排气管相连。为这些氮气输入管和真空排气管配备了启闭阀N1-N3及V1-V3和泄漏阀R1-R3。

分别为氮气供应源和真空排气源配备了启闭阀N0和V0。例如，当氮气供应源的氮气阀N0关闭而外腔1和载荷锁定腔3的氮气阀N1和N3开启时，外腔1和载荷锁定腔3可以彼此相通，从而可以将外腔和载荷锁定腔调整成具有相同压力的气氛。

以下将描述用具有上述结构的设备来模制透镜的过程。首先，如图1所示，关闭在外腔1的进出口处的闸式阀13，使内腔2移动到较上位置并开启该内腔。也打开氮气供应源的氮气阀N0和真空排气源的真空阀V0。

在这种状态下，将外腔1的真空阀V1打开，以便将外腔抽成真空。当外腔1的内部达到预定真空度时，关闭真空阀V1。随后，开启外腔1的氮气阀N1，以便向其供应氮气。当外腔1的内部达到预定压力时，关闭氮气阀N1，于是完成了外腔1内的气氛替换。

将位于外腔1外侧的玻璃材料9送入模具中。首先，如图1所示，通过一个外手柄(未表示)将玻璃材料9送到等候在外腔1外的支架12上。载荷锁定腔3向上移动以与关闭的闸式阀13紧密接触，由此形成了一个密闭空间。将载荷锁定腔3的真空阀V3打开并将其抽成真空。当载荷锁定腔3的内部达到预定的真空度时，关闭真空阀V3。随后，开启载荷锁定腔3的氮气阀N3以便向载荷锁定腔输送氮气。当载荷锁定腔3的内部达到预定压力时，关闭氮气阀N3，由此完成了载荷锁定腔3内的气氛替换。接着，开启闸式阀13并使支架12如图2所示地上移，从而玻璃材料9停置在外腔1中。

事先使上模6相对于筒形模具8向上滑动，由此它与下模7分开。在这种状态下，手柄11支承着玻璃材料9并通过筒形模具8的开口把玻璃材料送到下模7的成型面上。这个过程是这样进行的。首先，手柄11向下移动，从而使其的用于玻璃材料9的夹持部分靠近安放在支架12上的玻璃材料9。在例如通过真空夹紧而夹持玻璃材料9之后，手柄11上移并通过转动使其远端穿过筒形模具8的开口。当玻璃材料9来到下模7的上方时，停住手柄11并使其下移。当玻璃材料9靠近下模7时，使玻璃材料离开手柄11并被安放在下模7上。

在这个过程中，通过加热器10将上模6和下模7调整到对应于预定成型条件的温度。

当玻璃材料9被送到下模7的成型面上时，将一个加热器(未示出)通过筒形模具8的开口插入筒形模具8中，以便加热玻璃材料9。或者，可以事先在模具外加热玻璃材料9并将热玻璃材料送入模具内。当上模6和下模7以及玻璃材料9达到压制操作前所需的预定温度时，将加热器(未示出)回撤到筒形模具8的外面。内腔2马上下移以便紧密接触外腔1的底面，由此形成一个密闭空间。接着，开启内腔2的真空阀V2，以便将内腔抽成真空。当模具周围的气氛达到预定的真空度且上、下模6和7达到预定的加压温度时，启动上模6的驱动装置14，以便通过加压成型玻璃材料9。当上模6的凸缘的下表面抵靠在筒形模具8的上表面上时，玻璃材料9的成型操作结束。

随后，进行冷却过程。此时，内腔2的真空阀V2被关闭，而内腔2的氮气阀N2被打开，以便给内腔输送氮气。当内腔2的内部达到预定压力时，关闭氮气阀N2。打开内腔2的泄漏阀R2，以便将内腔2的内部调定到与外腔1中相同的压力。随后，关闭泄漏阀R2。或者，在关闭内腔2的真空阀V2之后，马上开启泄漏阀R2，以便从外腔1中引入氮气，从而将内腔2的内部调节到与外腔1相同的氮气压力。

使内腔2移向较上位置并开启，从而释放积蓄在内腔中的热量，以提高冷却效率。氮气或类似气体通过氮气输入管(未示出)被喷射到模具上以促进冷却。当模具被冷却到理想温度时，由下模7从下面对模制品29施加压力，从而模制品29的表面形状将不会变形。在这种状态下，继续冷却。当模具达到预定温度时，解除由下模7施加的压力。

随后，继续进行冷却。当模具达到预定温度时，使上模6上移，并且按照与将玻璃材料注入模具内时的操作相反的程序通过手柄11经筒形模具8的开口地将下模7上的模制品29取出到支架12上。支架12具有两个位置，即一个用于放置玻璃材料9的位置和一个用于放置模制品29的位置。当手柄11把玻璃材料9送入模具内并进行模制时，支架12从外腔1外接收一块新的玻璃材料9并返回外腔1中。因此，手柄11拉出模制品29并将新的玻璃材料9送入模具内。接着，重新开始成型过程。

模制品29被卸到外腔1的外面。这是按照以下方式进行的。首先，支架12下移而进入载荷锁定腔3，然后关闭闸式阀13以便封闭外腔1。打开载荷锁定腔3的泄漏阀R3。在载荷锁定腔3中的氮气压力被降低到大气压力时，关闭泄漏阀R3。使载荷锁定腔3下移并使其内部与大气相通。

在这种状态下，用一个外手柄(未示出)抽出支架12上的模制品29。将新的玻璃材料9放置在支架12上并再次通过载荷锁定腔3送入外腔1，然后使手柄处于等候下次成型开始的状态。按照上述方式重复进行压力成型。

以下将以照相机中的镜头为例具体地描述成型条件。在这种情况下，将直径为10毫米、厚3.5毫米的盘状冕牌厚玻璃(折射率：1.58，阿贝数：59.4，转变点：506℃)用作玻璃材料9，以便成型一个直径为12毫米且中心厚度为2.5毫米的双凸透镜，从而它具有一个曲率半径为40毫米的下凸面和一个上凸球形面(曲率半径约为29毫米)。

首先，将玻璃材料9注入到下模7的成型面上。当上模6和下模7的温度达到570℃(对应于10^9.5泊)并且玻璃材料9的温度也达到570℃(对应于10^9.5泊)时，关闭内腔2，并进行抽真空，从而内腔2中的真空度变成2.7帕或更小。继续进行加热。当上模6和下模7的温度达到580℃(对应于10^9.0泊)时，用2900牛顿的力致动上模6的驱动装置14达40秒。接着，结束上模6的推进操作。即使在此之后，也保持抵靠在筒形模具8上的上模6的压力。然后，开始冷却并马上将氮气引入内腔2，以便把内腔2中的压力调节成等于外腔1中的压力的压力。随后，使内腔2上移并开启。

当温度达到560℃(对应于10^9.8泊)时，用下模7对模制品29施加2000牛顿的力并继续进行冷却。当温度达到490℃(对应于10^13.5泊)时，下模7上的压力被解除。继续进行冷却，直到达到470℃(对应于10^15.2泊)。接着，使上模6上移并打开模具，脱出模制品29。

通过上述的一系列操作来成型透镜。即使当使用盘状透镜材料时，没有留下任何的空气并且可以获得表面精度高的模制品。

将内腔2抽成真空所需的时间为20秒或更少，一次加料所需的成型周期也可以被调节到5分钟或更少的时间。由于外腔1具有大容积，所以它需要5分钟或更多的时间来抽成真空。

(第二实施例)

图3是根据本发明第二实施例的光学元件的压力成型设备的纵向剖视图。这个成型设备基本上与第一实施例的设备相同，它与第一实施例的设备的区别在于以下方面。首先，该成型设备没有载荷锁定腔。一个支架42被固定在外腔31中。在支架42侧上，在外腔31的侧面上形成了一个进出口，以便为外腔31装卸玻璃材料。外腔31通过一个闸式阀43与外界大气隔绝开。

除了构建于筒形模具8内的加热器10外，还在内腔32的内侧面上形成一个用于加热模具和玻璃的加热器40。在内腔32的外侧面上形成一个水冷套或喷气式冷却机构22。内腔32可以以与第一实施例中相同的方式垂直移动。除此之外，第二实施例与第一实施例相同，因此省略了对其的具体描述。

以下将描述用具有上述结构的设备成型透镜的过程。首先，如图3所示，关闭在外腔31的进出口处的闸式阀43，使内腔32移向较上位置并打开内腔。也打开氮气供应源的氮气阀N0和真空排气源的真空阀V0。

在这种状态下，外腔31的真空阀V1被打开，以便将外腔抽成真空。当外腔31的内部达到预定的真空度时，关闭真空阀V1。随后，开启外腔31的氮气阀N1，以便为其供应氮气。当外腔1的内部达到预定压力时，关闭氮气阀N1，于是完成了外腔1内的气氛替换。

使内腔32向下移动以便盖住模具，从而它与外腔31底面一起形成了一个密闭空间。模具被加热器10加热到注入玻璃材料所需的预定温度并被保持在该温度下。将在外腔31外的玻璃材料送入模具内。当内腔32处于较下位置上时，开启外腔31的泄漏阀R1，以使外腔31中的氮气压力降低到大气压。开启闸式阀43。由一个外手柄(未示出)直接将玻璃材料从外腔31的外面带到外腔31中的支架42上并安放在支架42上。

随后，重新进行外腔31中的气氛替换。在外腔31中的气氛回复到氮气气氛之后，向上移动并开启内腔32。在支架42上的玻璃材料按与第一实施例中相同的方式被手柄11送到下模37的成型面上。在这个操作中，如上所述地通过加热器10把上模36和下模37调整到等于预定成型条件的温度。

使内腔32向下移动并再次关闭，而加热器10、40加热上模36和下模37以及玻璃材料。当上模36和下模37以及玻璃材料达到压制操作前所需的预定温度时，马上开启内腔2的真空阀V2，以便把内腔抽成真空。随后，当模具周围的气氛达到预定真空度且上模36和下模37达到预定的加压温度时，致动上模36的驱动装置14以便通过加压来成型玻璃材料。

此后，进行冷却过程。此时，关闭内腔32的真空阀V2并开启内腔32的氮气阀N2以便输送氮气。当内腔32的内部达到预定压力时，关闭氮气阀N2。在第二实施例中，在内腔32位于较下位置并处于关闭状态时，继续进行冷却。在这种状态下，氮气或类似气体通过氮气输入管(未示出)被喷到模具上以促进冷却。内腔32中的加热器40被关闭，并且通过冷却机构22也冷却内腔32本身。因此，尽管内腔32保持关闭状态，也促进了冷却。

当模具被冷却到理想温度时，用下模37对模制品39施加压力，由此模制品39的表面形状将不会变形。当模具达到预定温度时，解除由下模37所施加的压力。

随后，继续进行冷却。当模具达到预定温度时，开启内腔32的泄漏阀R2，以便把内腔32的内部调节成具有与外腔31相同的氮气压力。关闭泄漏阀R2并使内腔32移动到较上位置然后打开。另外，使上模36向上移动，并利用手柄11通过筒形模具8的开口地将位于下模37上的模制品39拉向支架42。

支架42具有两个位置，即一个用于放置玻璃材料的位置和一个用于放置模制品39的位置。当手柄11把玻璃材料送入模具内并进行成型操作时，支架42从外腔31的外面接收一块新的玻璃材料并等候在一旁。于是，手柄11拉出模制品39并将新的玻璃材料送入模具内。接着，关闭内腔32并重新开始成型过程。

模制品29被卸到外腔1的外面。这是按照以下方式进行的。在内腔32关闭之后，开启外腔31的泄漏阀R1。使外腔31中的氮气压力降低到大气压力，并关闭泄漏阀R1。在开启闸式阀43后，用一个外手柄(未示出)抽出模制品39。将新的玻璃材料放在支架42上。关闭闸式阀43并重新进行在外腔31中的气氛替换。使手柄处于等候下次成型开始的状态下。按照上述方式反复地进行压力成型操作。

以下将按照与第一实施例中相同的方式以照相机所用的镜头为例详细地描述成型条件。

将其形状与最终产品相似、由磷酸盐玻璃(折射率：1.56，阿贝数：60.8，转变点：345℃)制成并具有两个被抛光成具有与最终形状相同的曲率半径的表面的坯料用作玻璃材料，以便成型出一个具有双凸透镜形状的衍射光学元件，该元件的直径为34毫米，中心厚度为5.4毫米，因此它具有曲率半径为62毫米的下凸面和一个曲率半径为96毫米的上凸面，结果它具有由大量深10微米且间距为100微米-1毫米的同心圆形凹槽构成的微观结构。

首先，将玻璃材料注入到下模37的成型面上。关闭内腔32并进行加热。当上模36和下模37的温度达到390℃(对应于玻璃粘度的10^9.0泊)并且玻璃材料的温度也达到390℃(对应于玻璃粘度的10^9.0泊)时，开始如此地进行抽真空的操作，以致内腔32中的真空度变成2.7帕或更小。继续进行加热。当上模36和下模37的温度达到395℃(对应于玻璃粘度的10^8.7泊)时，以5900牛顿的力致动上模36的驱动装置14工作60秒。接着，结束上模36的推进操作。即使在此之后，也保持抵靠在筒形模具8上的上模36的压力。

随后，开始冷却并马上将氮气注入内腔32中，以便在内腔32中连续冷却。当温度达到380℃(对应于玻璃粘度的10^9.7泊)时，由下模37对模制品39施加4900牛顿的力并且继续冷却。当温度达到325℃(对应于玻璃粘度的10^14.5泊)时，解除下模37上的压力。

继续进行冷却，直到达到320℃(对应于玻璃粘度的10^15.3泊)，并且将内腔32中的压力调节成等于外腔31中的氮气压力。接着，使内腔32向上移动并开启。使上模36进一步上移并打开模具，由此取出模制品39。

利用上述的一系列操作来模制衍射光学元件。带凹槽的微观结构被精确地转印了下来，而且没有留下任何气体，由此可以获得表面转印性能优良的模制品。将内腔32抽成真空所需的时间为20秒或更少，而一次加料所需的成型周期也被调节到8分钟或更少时间。由于外腔31具有大容积，所以它需要5分钟或更多的时间来抽成真空。

由于第二实施例没有载荷锁定腔，所以可以只在关闭内腔时为外腔装卸玻璃材料。另外，由于外腔的气氛替换是在每次输送时进行的，所以氮气的消耗量增加了。另外，简化了整体设备。可以根据整个系统的成型形式来选择任何一种设备(第一实施例或第二实施例)。

由于所述设备分别在内腔的内外具有一个加热器和冷却机构，所以可以不大幅度降低冷却效率地提高加热效率。由于使内腔不受冷却和加热的影响，所以尽管冷却效率比当保持内腔敞开时的情况略微低一些，但可以使模具周围的气氛与外界隔绝开。因此，模具和玻璃的温度分布变小，并且可以获得更精密的模制品。也可以根据玻璃模制品所需的精确度和成本来选择这种方法。

(其它实施例)

通过例举成型普通透镜和衍射光学元件的例子而描述了上述实施例。但是，本发明并不局限于此，本发明可以被用于各种产品，例如具有自由曲面的透镜或矩形透镜，对于这些透镜来说，玻璃材料的形状很难调整并因此可能留下气体。在上述实施例中，描述了从一个坯料成型一个产品的例子。但是，本发明当然也可被用于用一个坯料或许多坯料成型制造许多产品的情况。

在本发明的第一实施例中，模具由在筒形模具内的加热器加热。如何加热或冷却模具不应受到特别的限制。如在第二实施例中那样，可以采用设置在内腔中的加热器或冷却机构。至于内腔启闭的时刻，只要内腔至少在压制操作中被关闭并被抽成真空就可以。在从加热到冷却的过程中，可以使内腔保持关闭状态。可以根据所需产品的精度和成本(成型周期、设备成本)来事先决定这些供选方案的技术组合方式。

相似地，在本发明的第二实施例中，加热器可以设置在筒形模具内以便加热模具。在对第二实施例的说明部分中，每一次加料，都为外腔装卸一个玻璃坯料。或者，可以扩大支架尺寸，从而可以一次为外腔装卸其数目等于几次加料量的玻璃坯料。因此，尽管手柄的运动多少变得有些复杂了，但无需每次进行外腔内部的气氛替换，从而可以减少氮气的消耗量。

如上所述，根据上述实施例，在至少一次地在压制操作前调节出真空气氛并随后开始压制操作的压力成型设备及其成型方法中，在第一封闭腔内设置了具有环绕模具的最小所需容积的第二封闭腔。因此，可以获得许多效果。例如，可以极大地缩短在压制操作前抽真空所需的时间，并可以减少要随后加入的惰性气体的使用量。

由于手柄设置在第二封闭腔外并且在第一封闭腔内，以便为模具装卸玻璃材料，所以可以在惰性气体气氛下装卸玻璃。因此，在模具被加热到高温的情况下，可以不氧化模具地装卸玻璃。结果，可以极大地缩短成型周期。

由于设置了载荷锁定腔，所以可以在第一封闭腔及其外界之间运送玻璃材料，而无论第二封闭腔是开启的，还是关闭的。因此，可以根据成型条件来自由地设定第二封闭腔开启或关闭的时刻。另外，载荷锁定腔的容积与第一封闭腔相比要小得多。因此，可以大幅度降低当在第一封闭腔及其外界之间输送玻璃材料时所需的惰性气体的用量。

当以在加热和冷却过程中处于惰性气体气氛下并在压制操作中处于真空气氛下的上述设备进行成型操作时，可以以较短的成型周期获得具有良好的转印性能且不引起残余气体问题的模制品，而无论产品具有什么形状，也不用管玻璃材料有什么形状。

本发明不局限于上述实施例，可以在本发明的精神和范围内设想出各种变化和修改。因此，为了告知公众本发明的保护范围而拟订了以下的权利要求书。

Claims (4)

1．一种用于通过使用一对上、下模具来压力成型热软玻璃材料、冷却该玻璃材料并从所述模具中取出玻璃模制品的光学元件的压力成型设备，其特征在于，它包括以下部件：

一个可替换其中的气氛的第一封闭腔；

一个装在所述第一封闭腔内且可以独立于所述第一封闭腔地替换其中的气氛的第二封闭腔；

为第二封闭腔设置的且用于通过加压来成型热玻璃材料的成型装置；以及

用于把装在所述第一封闭腔内的玻璃材料送往在所述第二封闭腔内的所述成型装置并将由所述成型装置模制成型的玻璃模制品送入所述第一封闭腔的玻璃输送装置。

2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述第一封闭腔的附近形成一个可以独立于所述第一封闭腔地替换其中的气氛的玻璃载荷锁定腔，所述载荷锁定腔能够开启和气密地封闭。

3．一种通过采用一对上、下模具来压力成型热软玻璃材料、冷却该玻璃材料并从所述模具中取出玻璃模制品的光学元件的压力成型方法，其特征在于，该方法采用了这样一种成型设备，即所述成型设备包括一个可替换其中的气氛的第一封闭腔、一个装在所述第一封闭腔内且可以独立于所述第一封闭腔地替换其中的气氛的第二封闭腔以及用于替换所述第一封闭腔与第二封闭腔内的气氛的装置，所述方法包括以下步骤：

将玻璃材料装入所述第一封闭腔内；

在装载玻璃材料之前或之后，用惰性状态替换所述第一封闭腔的内部气氛；

在上述替换步骤之后，在惰性状态下将玻璃材料引入在所述第二封闭腔内的所述成型装置中；

通过所述成型装置形成玻璃材料的形状并随后在所述第二封闭腔内冷却模制品；以及

在冷却步骤之后，通过所述第一封闭腔取出模制品。

4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，它包括以下步骤：在把玻璃材料装入所述第二封闭腔之后，在第二封闭腔内加热所述玻璃材料并将所述第二封闭腔的内部抽成真空，加压模制玻璃材料，随后将惰性气体引入所述第二封闭腔内。

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