TW201532980A

TW201532980A - 用來形成玻璃產品之裝置

Info

Publication number: TW201532980A
Application number: TW103130249A
Authority: TW
Inventors: Isao Matsuzuki
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2015-09-01
Also published as: US9296634B2; JP2015059051A; TWI547447B; CN104445878A; CN104445878B; US20150080205A1; KR101622844B1; JP6110263B2; KR20150032207A

Abstract

一種用來形成裝載於模具座中的玻璃半成品之裝置係包含：第一膛室，其圍封沿著第一方向配置成列之加熱區、等候區及冷卻區，及在第一膛室中之環境係可控制；第二膛室，其與第一膛室空間連通及其可封閉以保持第二膛室真空，第二膛室鄰接於等候區上，以利在垂直於第一方向之第二方向上從等候區接收模具座；及模塞，其設置於第二膛室中及可移動至接觸模具座，及在第二膛室所保持之真空中在玻璃半成品上執行壓製成形。

Description

用來形成玻璃產品之裝置

本發明關於一種用來形成玻璃產品之裝置及藉此裝置製成之玻璃產品。

目前提出之玻璃形成裝置，如日本專利申請案公開第2006-199537號中所揭露者。文中揭露之裝置示意性地顯示於圖式中之圖10。文中揭露之裝置使用惰性氣體防止模具及/或玻璃氧化。

發明人在先前技術中發現到存留在模具中之惰性氣體常在形成過程中滲透至玻璃內，並因而妨礙了產生所需光學性質的必要平滑表面或微結構在其上之形成。發明人發現這可能是劣質產品問題的根源，並促成本發明以解決此項問題。

根據本發明之一態樣，一種用來形成一裝載於一模具座中的玻璃半成品之裝置係包含：一第一膛室，其圍封沿著第一方向配置成列之一加熱區、一等候區及一冷卻區，及在第一膛室中之環境係可控制；一第二膛室，其與第一膛室空間連通及其可封閉以保持第二膛室真空，第二膛室鄰接於等候區上，以利在一垂直於第一方向之第二方向上從等候區接收模具座；及一模塞，其設置於第二膛室中及可移動至接觸模具座，及在第二膛室所保持之真空中在玻璃半成品上執行壓製成形。

1‧‧‧裝置

3‧‧‧上模具

5‧‧‧下模具

7‧‧‧玻璃半成品

9‧‧‧模具組

10‧‧‧模具座

11‧‧‧玻璃成品

13‧‧‧套筒

15‧‧‧排氣孔

17‧‧‧主膛室

19‧‧‧子膛室

21‧‧‧加熱區

23‧‧‧等候區

25‧‧‧冷卻區

27‧‧‧隔板

29‧‧‧台座

31‧‧‧台座

33‧‧‧底盤

35‧‧‧底部

37‧‧‧側壁

39‧‧‧頂壁

41‧‧‧第一穿孔

43‧‧‧底盤

45‧‧‧台座

47‧‧‧金屬密封件

49‧‧‧穿孔

53‧‧‧模塞

55‧‧‧載入區

57‧‧‧載出區

59‧‧‧台座

61‧‧‧第二穿孔

63‧‧‧入口膛室

65‧‧‧底盤

67‧‧‧台座

69‧‧‧第三穿孔

71‧‧‧出口膛室

73‧‧‧底盤

75,79,83‧‧‧管線

77,81,85,91,113‧‧‧閥

87,93,115‧‧‧幫浦

89‧‧‧管線

95‧‧‧壓塊

97‧‧‧金屬密封件

99,107,121,125,127‧‧‧汽缸

101,105,117,119‧‧‧加熱器

103‧‧‧鐘罩

109‧‧‧半密閉空間

129‧‧‧金屬密封件

131‧‧‧控制器

圖1係根據本發明之一實施例的一用來形成玻璃之裝置之方塊圖。

圖2A係一用來壓製成形之模具座之正視圖，揭示執行壓製成形前之狀態。

圖2B係模具座連同玻璃半成品之正視截面圖，其取自圖2A之線IIB-IIB。

圖2C係執行壓製成形後模具座連同玻璃半成品之正視截面圖。

圖3A係裝置之方塊圖，其中裝載於模具座中之玻璃半成品是在載入過程。

圖3B係裝置之方塊圖，其中載入子膛室封閉。

圖4A係裝置之方塊圖，其中玻璃半成品轉移至加熱區及進行加熱。

圖4B係裝置之方塊圖，其中玻璃半成品轉移至等候區。

圖5A係裝置之方塊圖，其中攜載玻璃半成品之台座向上移動，將模具座連同玻璃半成品插入真空成型子膛室中。

圖5B係裝置之方塊圖，其中玻璃半成品在真空成型子膛室中壓製成形。

圖6A係裝置之方塊圖，其中台座回到等候區。

圖6B係裝置之方塊圖，其中玻璃半成品轉移至冷卻區及進行冷卻。

圖7A係裝置之方塊圖，其中玻璃半成品轉移至載出區。

圖7B係裝置之方塊圖，其中攜載玻璃半成品之台座向上移動，將模具座連同玻璃半成品插入載出子膛室中。

圖8A係裝置之方塊圖，其中成型後之玻璃產品是在載出過程。

圖8B係裝置之方塊圖，其中載出子膛室再次封閉。

圖9係圖5A所示一部分IX之放大正視圖。

圖10係方塊圖，揭示一先前技術裝置。

本發明之諸實施例將參考附圖說明於後。

請大抵參閱圖1，本實施例之一裝置1在於壓合一模具組9，其中一玻璃半成品7位於一模具座10中，以產生一玻璃成品11，例如光學元件，或者特別是非球面透鏡。

大抵參閱圖2A，模具座10係由多數個組件組成，例如一上模具3、一下模具5及一套筒13。套筒13形成管狀，其引導上模具3及/或下模具5沿著一垂直方向。

大抵參閱圖2B，這些模具組件在其內部界定一空穴，供玻璃半成品7罩覆於其中及進行壓製成形。上模具3移開即可將玻璃半成品7容置於空穴內及隨後再與其他模具組件組裝，以形成包括半成品7在內之模具組9。模具組9整體進行加熱、壓合(參閱圖2C)、及冷卻，藉以形成玻璃半成品7。

套筒13可具有一排氣孔15。再者，模具組件，特別是上模具3之一下表面及下模具5之一上表面，其可具有微結構，供形成微結構於一玻璃成品之表面上，其尺寸較小於光線之波長，以利於減少其上之反射或者改善其任意光學性質。

裝置1係由一用於加熱及冷卻模具組9之主膛室17及一用於保持內部真空及在真空中執行壓合成形之子膛室19組成。

主膛室17具有一氣密式底盤，以利於控制其內部環境。使用時，主膛室17灌注惰性氣體，例如氮，以利於防止模具組件及玻璃半成品氧化。

儘管許多形狀皆屬可行，主膛室17可以形成如同長方體。主膛室17由一底盤33圍封，底盤可由一平坦長方形底部35、四個各別豎立在底部35側面上之側壁37、及一設於側壁37上方之平坦長方形頂壁39組成。頂壁39 具有穿孔，容後詳述。

主膛室17圍封一加熱區21、一等候區23及一冷卻區25。這些區之間之隔板即不必要。這些區配置成列，特別是依此順序配置成一直線列。該列大致上呈水平，但是也可以朝向任意方向。

加熱區21用於將模具組9加熱至一適用於壓製成形之溫度及其具有必要設備，容後詳述。

等候區23設置鄰近於加熱區21，及其用於在壓製成形之前與之後將從加熱區21轉移來之模具組9暫時保持在此等候。

冷卻區25設置鄰近於等候區23，及其用於將從等候區23轉移來之模具組9冷卻至一供玻璃固化之溫度，例如200℃或更低。

模具組9在主膛室17中大致上是從加熱區21經過等候區23轉移至冷卻區25及各別停在這些區。模具組9接著在加熱區21進行加熱，及在冷卻區25進行冷卻。

子膛室19係於真空環境中在模具組9上執行壓合成形。

子膛室19設在主膛室17外及其係由一形成長方體或任意適當形狀之底盤43界定。子膛室19鄰近於冷卻區25及其在垂直於區域行列方向之方向上有些許間隔。典型上，子膛室19可以設置於等候區23上方或者沿水平方向並排。子膛室19藉此可以在此方向上接收到從等候區23移來之模具組9。

子膛室19係透過一開口於底盤33的頂壁39上之穿孔41在空間上與主膛室17連通，及其可在空間連通切斷時抽空。子膛室19之體積例如可以適度小於1/10之主膛室17。此有助於子膛室19抽空。

壓製成形後之模具組9移回到等候區23。

位於主膛室17中之裝置1包含一可動隔板27，隔板初期位於模具組9下方，或者在任意適當位置。當隔板27停置在其最低位置時，其即容許主膛室17與子膛室19之間之空間連通。相比之下，當隔板27伴隨著模具組9移向穿孔41而將其封閉時，隔板27切斷空間連通。

當主膛室17與子膛室19之間之空間連通建立時，則不僅是前者，連同後者皆有惰性氣體灌注。相比之下，當空間連通切斷時，子膛室19可以單獨抽空，使得玻璃半成品7之壓製成形可在真空中執行。

位於加熱區21之裝置1包含一板狀台座29，供模具組9放置於其上及由一加熱器101加熱，容後詳述。同樣地，位於冷卻區25之裝置1包含一板狀台座45，供模具組9放置於其上及冷卻。

位於等候區23之裝置1進一步包含一板狀台座31，供模具組9放置於其上及保持在此處等候直到壓製成形步驟開始。台座31可以提供做為一獨立元件，但是台座31或者也可以兼具前述隔板27之功能。

第一穿孔41穿過底盤33之頂壁39以建立空間連通，及其尺寸被設計成容許模具組9通過。

裝置1包含一氣壓或液壓缸，用於將台座31隨著隔板27朝上(或在水平方向)移動。台座31其尺寸被設計成當從等候區23移至第一穿孔41時即封閉第一穿孔41。此時，模具組9置於子膛室19中及準備壓製成形。

裝置1可包含任意封閉件47，例如一金屬密封件或任意耐熱性O環，用於氣密性封閉子膛室19。金屬密封件47係一圍繞著第一穿孔41之環狀金屬管、棒或板。金屬密封件47可藉由將一金屬管彎折成圓形及接合其兩端而形成。

金屬密封件47可設置於隔板27(或台座31)上並與之形成一體，以利介置於隔板27(或台座31)與頂壁39之間，藉此在隔板27(或台座31)朝上移動封閉第一穿孔41時提供氣密性封閉。金屬密封件47另可設置於頂壁39之內表面上並與之形成一體。當該封閉在空間上隔離子膛室19時，金屬密封件47之內部進而成為子膛室19之一部分及其外部成為主膛室17之一部分。

如上所述，金屬密封件47可以是一管狀環。金屬密封件47可具有一或多個朝外開口之穿孔49，以連通管件內部與主膛室17。主膛室17中之惰性氣體通過穿孔49進入內部，及相對於子膛室19內部真空的壓力差即產生力，將金屬密封件47壓向頂壁39或隔板27(或台座31)。此即改善氣密品質。

穿孔49可以一體形成一沿著金屬密封件47之周側方向延伸全長的單一細縫。金屬密封件47之橫斷面呈現C 字形。此形狀產生彈簧作用，其將金屬密封件47壓向相對立之構件並因而改善氣密品質。

位於子膛室19中之裝置1包含一可在垂直方向移動之模塞53，其可與模具組9接觸。藉由將模具組9箝夾於模塞53與台座31之間，模塞53即在設置於模具座10中之玻璃半成品7上執行壓製成形。

為了驅動模塞53，裝置1包含一致動器121，例如氣壓或液壓缸。反過來說，用於驅動模塞53之氣壓或液壓缸具有一閂鎖裝置，其承受致動器121之壓力，以防止台座31向下移動及防止氣密性圍封破壞。

主膛室17可以進一步界定一載入區55及一載出區57，其各別配置於成列區域21、23、25之兩端。載入區55鄰近於加熱區21及載出區57鄰近於冷卻區25。區域55、21、23、25、57形成一直線列，可供模具組9沿此移動。

載入區55用於攜載模具組9進入主膛室17及令其暫時等候下一程序。位於載入區55之裝置1包含一台座59，供模具組9放置於其上。

一入口膛室63設置於主膛室17外及由一形成如同長方體或任意適當形狀之底盤65界定，如同子膛室19者。入口膛室63係透過一開口於底盤33的頂壁39上之第二穿孔61在空間上與主膛室17連通，其容許模具組9通過。入口膛室63可鄰接於載入區55上，及例如在其上方。若是如此，經送入入口膛室63中之模具組9可以接著沿垂直方向移至主膛室17。

入口膛室63形成環境可控制式及可在空間連通切斷時抽空。入口膛室63之體積例如可以適度小於1/20之主膛室17。此有助於入口膛室63抽空。

裝置1包含一氣壓或液壓缸99，用於沿垂直方向移動台座59。台座59其尺寸被設計成當從載入區55移至第二穿孔61時即封閉第二穿孔61。如同台座31，台座59可包含一金屬密封件97，以利氣密性封閉第二穿孔61。

入口膛室63可以是開放式，如圖3A中所示。為了使其可開啟，底盤65可在其一緣部樞接於主底盤33上。開啟時，其內部即曝露於外及因此模具組9可送入其中。所以入口膛室63可用於將模具組9載入主膛室17，並保持惰性氣體環境(atmosphere)於主膛室17內。

載出區57用於保持模具組9暫時等候及將模具組9載出主膛室17。位於載出區57之裝置1包含一台座67，供模具組9放置於其上。

一出口膛室71設置於主膛室17外及由一形成如同長方體或任意適當形狀之底盤73界定，如同子膛室19及入口膛室63者。出口膛室71係透過一開口於底盤33的頂壁39上之第三穿孔69在空間上與主膛室17連通，其容許模具組9通過。出口膛室71可鄰接於載出區57上，及例如在其上方。若是如此，隨著台座67移動之模具組9可以沿垂直方向移至出口膛室71內。

出口膛室71形成環境可控制式及可在第三穿孔封閉時曝露於外。出口膛室71之體積例如可以適度小於1/20之主膛室17。此有助於減少惰性氣體之耗用。

裝置1包含一氣壓或液壓缸127，用於沿垂直方向移動台座67。台座67其尺寸被設計成當從載出區57移至第三穿孔69時即封閉第三穿孔69。如同台座31、59，台座67可包含一金屬密封件129，以利氣密性封閉第三穿孔69。

出口膛室71可以是開放式，如圖8A中所示。為了使其可開啟，底盤73可在其一緣部樞接於主底盤33上。開啟時，其內部即曝露於外及因此模具組9可送入其中。所以出口膛室71可用於將模具組9載出主膛室17，並保持惰性氣體環境於主膛室17內。

在此同時，停置於這些最低位置處之台座31、59、67及無法移動之台座29、45較佳為齊平高度。再者，裝置1包含一輸送器或用來轉移模具組9於主膛室17內諸區之間之任意自動機械，儘管輸送器或自動機械並未揭示於圖中。

裝置1包含一惰性氣體供給單元，其包括管線75、79、83、閥77、81、85、及一具有氣體容器用來進給惰性氣體之幫浦87。連接於主膛室17的是管線75及閥77。當幫浦87操作及閥77開啟時，惰性氣體(例如氮)進給及隨後灌注主膛室17。

供給單元進一步經由管線79及閥81連接於入口膛室 63，藉此入口膛室63亦接收到惰性氣體之供給及由其灌注。供給單元同樣藉由管線83及閥85施加於出口膛室71。

子膛室19進一步經由一管線111及一閥113連接於一真空幫浦。因此，子膛室19從主膛室17隔離時可以抽空。此構型容許子膛室19在真空環境中於模具組9上執行壓製成形。

入口膛室63同樣經由一管線89及一閥91連接於一真空幫浦93。因此入口膛室63可在從主膛室17隔離時抽空。此構型之優點在於減少混合於惰性氣體，因為留在入口膛室63中之空氣可在入口膛室63與主膛室17空間連通之前排放。

裝置1例如在底盤65之上壁之內面上可以包含一壓塊95，例如一彈簧或一推斥力柱塞，其在台座59升起及底盤65關閉時將送入之模具組9固持。用於驅動台座59之汽缸99可具有一閂鎖裝置，其承受壓塊95之壓力，以防止台座59向下移動。

位於加熱區21之裝置1另包含用於加熱模具組9之加熱器。其一範例為嵌入式加熱器及一輻射加熱器之組合。嵌入式加熱器可以是碳加熱器101或嵌入於台座29中。輻射加熱器例如可具有一鐘罩103及複數個配置於其內之紅外線燈105。燈105依此配置以利於環繞模具組9且鐘罩103覆蓋燈105及模具組9。當然，取而代之的是可用一對加熱器以箝夾模具組9。

這些加熱器之性能係經適當選擇，使玻璃半成品7可加熱至650℃或更高，其熱到足以軟化玻璃。

再者，為了沿垂直方向移動鐘罩103，裝置1包含一致動器，例如氣壓或液壓缸107。當鐘罩103藉此向下移時，模具組9放置於一由鐘罩103圍封之半密閉空間109中及由加熱器101與燈105加熱。當鐘罩103向上移時，模具組9即容許移動來回於鄰近區。

在等候區23及子膛室19之裝置1亦包含一嵌入台座31中之加熱器117及一嵌入模塞53中之加熱器119。碳加熱器或類似者可施加於加熱器117、119。藉此，即使是在壓製成形過程中，模具組9仍保持穩定在適於執行壓製成形之溫度。

裝置1可包含一冷卻模塞123及一汽缸125，汽缸用於致動冷卻模塞123，使冷卻模塞123可在冷卻區25壓在模具組9上。儘管圖中未示，冷卻模塞123內含一用於引導冷卻劑之流動路徑。所以模具組9放在冷卻模塞123及台座45之間及隨後冷卻。當然，此處之冷卻可以藉由熱輻射或任意其他方式執行。

裝置1可進一步包含許多偵測器，例如真空計及溫度計。

裝置1之操作為手動或藉由一控制器131自動控制。儘管圖中未示，為了達成各別元件之電力控制，電力連接係從控制器131建立到用於輸送模具組9之輸送器、汽缸99、107、121、125、127、底盤65、73之樞軸上的馬達、加熱器101、105、117、119、幫浦87、93、115、閥77、81、85、91、113、及偵測器。再者，控制器131可含有一用於儲存自動控制演算式之儲存器及一執行演算之處理器。

裝置1之操作將詳細說明於後。

從圖3A中之狀態開始，載入區55之台座59朝上移動及入口膛室63之底盤65樞轉開啟，以曝露入口膛室63。等候區23之台座31及載出區57之台座67兩者皆停置在最低位置。加熱區21之鐘罩103及冷卻區25之冷卻模塞123兩者朝上移動。出口膛室71之底盤73樞轉關閉，以利於氣密性封閉出口膛室71及主膛室17。

幫浦87及閥77、85操作以用惰性氣體灌注出口膛室71及主膛室17。同時，一玻璃半成品7載送入模具座10中，以形成如圖2A及2B中所示之模具組9。

接著用手或圖中未示之任意輸送器裝置將模具組9放置於台座59上。

請參閱圖3B，底盤65的樞軸上之馬達操作以樞轉關閉底盤65，以利於氣密性封閉入口膛室63。幫浦93及閥91操作以抽空入口膛室63。幫浦93及閥91反向操作且閥81操作以用惰性氣體灌注入口膛室63。

請參閱圖4A，汽缸99操作以移動台座59向下，輸送器操作將模具組9從載入區55轉移至加熱區21。隨後，汽缸107操作以移動鐘罩103向下，使得半密閉空間109圍繞著放置於台座29上之模具組9。隨後加熱器101 與紅外線燈105操作以加熱模具組9至所需之溫度，例如650℃或更高。

請參閱圖4B，當到達所需之溫度時，汽缸107反向操作以移動鐘罩103向上及輸送器操作將模具組9從加熱區21轉移至等候區23。加熱器117預先操作成接通狀態。

請參閱圖5A，用於等候區23之汽缸操作以移動台座31向上，使得放置於台座31上之模具組9送入子膛室19及台座31氣密性封閉第一穿孔41。幫浦115及閥113操作以抽空子膛室19。加熱器119同時或預先操作成接通狀態。

請參閱圖5B，汽缸121操作以移動模塞53向下，以藉由在真空環境下將模具組9箝夾於模塞53與台座31之間而在模具組上執行壓製成形。藉由執行壓製成形，玻璃半成品7形成一成品11，如圖2C中所示。

請參閱圖6A，用於等候區23之汽缸反向操作以移動台座31向下，使得模具組9退回到等候區23。

請參閱圖6B，輸送器操作將模具組9從等候區23轉移至冷卻區25。汽缸125隨後操作以移動冷卻模塞123向下，使得冷卻模塞123與放置在台座45上之模具組9接觸。接著模具組9放置於冷卻模塞123與台座45之間並藉此冷卻。

請參閱圖7A，汽缸125反向操作以移動冷卻模塞123向上及輸送器操作將模具組9從冷卻區25轉移至載出區 57。

請參閱圖7B，汽缸127操作以移動台座67向上，使得放置於台座67上之模具組9送入出口膛室71及台座67氣密性封閉第三穿孔69。

請參閱圖8A，底盤73的樞軸上之馬達操作以樞轉開啟底盤73，以利於曝露出口膛室71。台座67上之模具組9可以藉由手或圖中未示之任意輸送器裝置實施。

請參閱圖8B，底盤73的樞軸上之馬達反向操作以樞轉關閉底盤73，且幫浦87及閥85操作以用惰性氣體灌注出口膛室71。隨後，汽缸127反向操作以移動台座67向下。裝置1接著準備回到圖3A所示之狀態。

載出裝置1外之模具組9準備卸下並可拾取成品11。當然，從成品11脫離之模具座10可重複使用。

在上述說明中，為了方便闡釋，僅一模組放入裝置中及壓製成形過程是以分批生產方式實施。惟，製程也可以連續生產方式實施，其中複數個模具組依序經過各步驟。例如，當第一模具組到達加熱區時，載入區及入口膛室可以接到下一模具組。此情形同樣適用於子膛室與加熱區及類似者之間之關係。

根據本實施例之裝置1，由於主膛室為環境可控制式及子膛室在其實施壓製成形時可以抽空，主膛室中之惰性氣體(例如氮)防止主膛室中之所有組件氧化及同時子膛室中之真空防止氣體滲透進入玻璃。因此任何氣體都不致干擾到壓製成形。惰性氣體進一步防止玻璃半成品中溫度不均，因為惰性氣體有熱介質之功能。

本實施例可達成平滑表面或成品表面上之微結構的成型。因此成品可以改善品質及/或性質。本實施例之裝置可用在複眼透鏡或其他需要優異性質之產品的生產上。

儘管子膛室、入口膛室及出口膛室係各別從主膛室設置，整體結構仍可簡化，因為任何獨立組件皆不需要將裝置間隔成這些膛室。可動之台座反而有隔板功能。易言之，本實施例省略了隔板，但是仍保有其功能。

本實施例確實有氣密性封閉且足以抵抗高溫，因為其使用金屬密封件或任意耐熱性O環。

本實施例之裝置僅需要上模塞實施壓製成形，但是不需要下模塞，因為台座即具有下模塞功能。易言之，本實施例省略了下模塞，但是仍保有其功能。

本實施例可減低主膛室中之惰性氣體污染，因為當模具組載入或載出時，入口膛室及出口膛室可阻擋空氣侵入。

區域或用於在區域之間輸送模具組的輸送裝置數量當然也可以任意選擇。

儘管本發明已藉由參考本發明之諸實施例揭述於上，本發明並不限於上述實施例。依據上述說明，習於此技者應可達成上述實施例之修改及變化。