TWI245748B - Method and apparatus for molding a glass product - Google Patents

Description

1245748 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明是關於鑄造玻璃製品-諸如光學透鏡粗坯件-之方 法與裝置，特別是關於所謂直接加壓系統之方法與裝置， 其中熔融的玻璃供應至鑄_直/中，以在鑄模中加壓。 一生產力優良的直接加壓系統已經廣泛用於鑄造未精製 的玻璃製品（此後稱爲透鏡粗坯件），其係在硏磨及拋光成 爲精製或最後的玻璃製品以前的狀態。在直接加壓系統中 ，玻璃材料在熔爐中熔化成爲熔融玻璃。適當數量的熔融 玻璃利用諸如.剪切機的刀具切割，以供應至下模具（下模 箱）上。供應至下模具的熔融玻璃形成玻璃塊，其在它的 表面張力效應下大體上是大理石狀。以玻璃塊安置於其上 的下模具由諸如轉台的輸送配置傳遞至一位置，在該處設 有一上模具（上模箱）。然後，玻璃塊由上與下模具加壓， 以鑄造諸如上述透鏡粗坯件的玻璃製品，其形狀匹配於由 上與下模具環繞的穴之構造。在後續執行的硏磨/拋光步 驟中，透鏡粗坯件的表面被硏磨及拋光，以產生最後的製 品，諸如眼鏡、照相機透鏡與光學攝像透鏡。 另一方面，近來有人指出，在硏磨/拋光步驟產生的硏 磨及拋光碎片對於環境有不利的影響。考慮及此’極欲鑄 造透鏡粗坯件，其只需要小的硏磨公差，以減少硏磨與拋 光碎片。 然而，在使用現有的直接加壓系統以鑄造透鏡時’不可 能顯著減少玻璃的硏磨公差。特別地，在現有的直接加壓 1245748 五、發明說明（2 ) 系統中，由於熔融玻璃加壓以後之玻璃收縮，所謂下沈標 記分佈於玻璃表面上。於加壓熔融玻璃時’熔融玻璃的外 周緣部分在熔融玻璃供應至下模具以後及它由上與下模具 加壓以前被外部的空氣冷卻。所以’溶融玻璃的溫度於外 周緣部分比它的內部分顯著降低。如果外周緣部分的溫度 變成低於一特定的溫度，則玻璃的流動性減少’以致於玻 璃的粘度到達難以進行壓鑄之不適當的位準。考慮及此’ 必須在熔融玻璃的內部分溫度足夠冷卻以前’即，當玻璃 的粘度低至約1 03泊（dPa · s ) ’加壓於熔融玻璃。此導致 玻璃內部分於加壓以後的熱收縮’及下沈標記發生於玻璃 表面上，其原因爲內部分與外周緣部分之間的溫度差。下 沈標記的發生使鑄模的鑄造表面形狀輸送之再生性惡化’ 以致於需要大的硏磨公差。如果在加壓以後產生於玻璃表 面上的下沈標記未均勻分佈而是集中於局部的區域’則無 可避免地需要大很多的硏磨公差。 爲了抑制下沈標記的發生，已經有各種建議（請見曰本 未審核專利公告（jp_A)10-101347、 6-32624、 6-72725、 6-157051與63-162539號）。然而’未有關於有效減少熔 融玻璃內部分與外周緣部分之間的溫度差’-其導致下沈標 記的發生-之技術。 另一方面，在直接加壓系統中，熔融玻璃的下部分在它 供應至起初保持在玻璃過渡點Tg或附近的下模具以後， 朝向下模具的溫度連續冷卻。所以受到限制，俾使在下部 1245748 厂 五、 發明說明 (3 ) 分 的 溶 融 玻 璃粘度 :超越臨限粘度-超過彼，則 不能進 行 壓 鑄 -以前 ，必須將熔融玻璃加壓及鑄造。 發 明 槪 述 所 以 本 發明之 一目的是在所謂直接加壓系 統中鑄 造 玻 璃 時 提 供 一 種能夠 鑄造玻璃製品之方法與裝置 ，其於 處 理 成 爲 最 後 的 玻璃製 品時所需要的硏磨公差減小 〇 本 發 明 之 一特殊 目的是提供一種方法與裝置 ，能夠 有 效 減 少 熔 融 玻 璃的熱 能，且顯著減小熔融玻璃內 與外周 緣 部 分 之 間 的 溫 度差， 以有效抑制加壓步驟以後於 玻璃表 面 上 發 生 的 下 沈 標記。 本 發 明 之 另一目 的是提供一種鑄造玻璃製品 所用之 方 法 與 裝 置 ， 其 能夠抑 制集中於玻璃表面局部區域 的下沈 標 記 之 發 生 Ο 本 發 明 之 再一目 的是提供一種鑄造玻璃製品 所用之 方 法 與 裝 置 其 能夠抑 制下沈標記之發生，而不會 減少於 直 接 加 壓 系 統 所 獲得的 生產力。 本 發 明 之 一額外 目的是提供一種鑄造玻璃製 品所用 之 方 法 與 裝 置 其能夠 減小硏磨與拋光量。 依 據 本 發 明，一 種利用上模具與下模具-上 模具與 下 模 亘 各 具 有 -- 鑄造表 面-組成的鑄模以加壓於玻 璃塊之 鑄 造 玻 璃 製 品 所 用之方 法至少包括下列步驟。特別 地，方 法 包 括 —· 供 應 步 驟、一 冷卻步驟、一熱輻射抑制步 驟及一 加 壓 步 驟 供 應 步驟將 形成玻璃塊的熔融玻璃供應 -5- 於下模 具 鑄 1245748 五、發明說明（4) 造表面上，冷卻步驟使供應於下模具鑄造表面上之玻璃塊 的上表面冷卻，熱輻射抑制步驟抑制來自玻璃塊的熱輻射 ，以致於玻璃塊內部分與上部分之溫度互相接近’加壓步 驟是當玻璃塊的粘度在乂· 5與1 〇6 ·5泊（dPa · s )之間的範 圍內時，藉由上與下模具的鑄造表面加壓於玻璃塊。供應 於下模具的玻璃塊之熱能在短時間內藉由以冷卻裝置冷卻 玻璃塊的上表面而移除，冷卻裝置係，例如，待與上表面 接觸的冷卻構件。於是，使玻璃塊的總熱能接近對應於最 佳加壓者。此外，在上表面於冷卻步驟中冷卻以致於內部 分與上表面之間的溫度差增加以後，來自玻璃塊的熱輻射 在冷卻步驟以後及加壓步驟以前於短時間內被抑制，以致 於使內部分的溫度與上表面的溫度互相接近，且實質上不 減少玻璃塊的總能量。於是，在加壓步驟以前，玻璃塊整 體保持在相當高的粘度。藉由加壓於上述狀態的玻璃，可 以減少加壓以後之玻璃的熱收縮，及減少在玻璃內與外周 緣部分之間的熱收縮差異。 於是，抑制玻璃表面上之下沈標記的發生。 依據本發明，提供一種產生最後的玻璃製品之方法，最 後的玻璃製品來自藉由加壓於玻璃塊而鑄造的玻璃製品， 方法包括的步驟爲利用上述方法鑄造玻璃製品，及硏磨與 拋光玻璃製品的表面，以產生最後的玻璃製品。 在本發明中，於冷卻玻璃塊上表面的冷卻步驟中，冷卻 裝置可以-例如-藉由使一冷卻構件接觸玻璃塊而直接作用 1245748 五、發明說明（5 ) 於熔融玻璃或玻璃塊，或是藉由-例如-將冷空氣吹向玻璃 塊而間接作用於玻璃塊。此處注意，加壓步驟以前的時間 週期受到限制，原因爲玻璃塊的下部分由起初保持於玻璃 過渡點Tg附近的下模具冷卻，且如果下部分過渡冷卻以 致於它的粘度增加至超過一特定的位準，則壓鑄變成不可 能。爲了在上述受限制的時間週期內保持較長的時間，其 足以在後續的熱輻射抑制步驟達成玻璃塊中的均勻熱分佈 ，較佳者爲使用具有高冷卻效果的直接作用冷卻裝置，及 在短時間內完成冷卻步驟。所欲者爲，冷卻構件儘可能保 持低至一範圍內，俾使當玻璃塊被冷卻構件接觸的時候’ 玻璃塊內不會產生品質缺陷。此外，所欲者爲，冷卻構件 不會污染玻璃塊，且具有大的熱容量及高的熱傳導性。冷 卻構件必須具有一定位準的熱阻，原因爲它與玻璃塊-即 ，熔融玻璃-接觸。特別地，冷卻構件較佳爲由固體金屬 材料製成。例如，銅是適當的，原因爲熱傳導性高，且熔 點不低於1 00(TC。雖然熱傳導率不很高，但鐡的成本低且 易於機製，且使用的時候沒有任何功能上的問題。冷卻構 件可以具有各種結構。較佳地，冷卻構件具有圓形剖面， 以避免在玻璃塊圓周方向的溫度差，且有孔形成於它的中 心，而在垂直方向延伸。較佳地，冷卻構件連纟買執行冷卻 操作（氣冷或水冷），以維持預定的低溫。 在此狀況，冷卻玻璃塊上表面的步驟可以包含使一吸熱 器接觸玻璃上表面的步驟，較佳地，強迫吸熱器到達預定 1245748 五、發明說明（6) 深度的步驟，或強迫在一預定接觸面積的吸熱器到達預定 深度的步驟。於接觸玻璃塊以前，吸熱器較佳爲保持在低 於玻璃塊溫度的預定溫度，以維持冷卻狀況的再生性。 較佳地，抑制來自玻璃塊的熱輻射之熱輻射抑制步驟包 含的步驟爲使一溫度低於玻璃塊內部分的熱屏蔽構件以不 接觸的狀態接近玻璃塊上部分達預定的時間周期（較佳爲3 至50秒）。較佳地，上述步驟的執行是藉由使一熱屏蔽構 件-至少在其面對玻璃塊上表面的表面具有0 . 4或更少的 射出率-以不接觸的狀態接近玻璃塊上部分。藉由執行此 步驟，玻璃塊內部分與上表面之間的溫度差較佳爲壓抑至 l〇(TC或更少，較佳爲壓抑至50°C或更少，更佳爲30°C或 更少。 較佳地，複數下模具連續輸送到用於上述步驟的操作位 置，以執行上述步驟。 較佳地，下模具於圓周方向設置在一轉台上，且藉由轉 台的轉動，連續輸送到用於上述步驟的操作位置，以執行 上述步驟。 較佳地，藉由上述方法鑄造的玻璃製品是光學透鏡材料 〇 依據本發明，鑄造玻璃製品所用之裝置包括一鑄模、供 應裝置、冷卻裝置、熱輻射抑制裝置及鑄模驅動裝置，鑄 模具有一上模具與一下模具，每一模具具有一鑄造表面， 供應裝置用於供應形成玻璃塊的熔融玻璃於下模具的鑄造 1245748 五、發明說明（7) 表面上’冷卻裝置用於使供應於下模具的鑄造表面上之玻 璃塊上表面冷卻，熱輻射抑制裝置用於抑制來自被冷卻裝 置冷卻的玻璃塊之熱輻射，以致於玻璃塊內部分與上部分 之溫度互相接近，鑄模驅動裝置用於使上與下模具的鑄造 表面互相接近，以加壓於玻璃塊。當玻璃塊-其內部分與 上部分之溫度互相接近-具有在1〇3.5與1〇6.5泊（dPa.s) 之範圍內的粘度時，鑄模驅動裝置被引動以加壓於玻璃塊 〇 較佳地，熱輻射抑制裝置包括一熱屏蔽構件-其溫度低 於玻璃塊的內部分，及用於使熱屏蔽構件以不接觸狀態接 近玻璃塊上部分的裝置。 較佳地，熱屏蔽構件至少在其面對玻璃塊上表面的表面 具有0 · 4或更少的射出率。更佳地，熱屏蔽構件包括一熱 絕緣材料，其塗佈一塗層，塗層至少在其面對玻璃塊上表 面的表面具有0 . 4或更少的射出率。 圖式簡單說明 第1圖顯示一轉台，其具有複數操作位置，用於依據本 發明之方法的複數步驟； 第2A至2H圖是示意圖，用於說明依據本發明之方法的 個別步驟； 第3圖用於參考在一玻璃塊供應於下模具以後及透鏡粗 坯件取出以前之玻璃塊內與外周緣部分之溫度狀況，以說 明本發明的方法， 1245748 五、發明說明（8) 較佳實施例說明 現在，將參考圖，說明本發明之一實施例。以下，說明 是針對一種方法，其利用壓鑄裝置，以鑄造諸如玻璃製品 的光學透鏡粗坯件，壓鑄裝置包括一充當輸送配置的轉台 及設置在轉台圓周方向之十六下模具。於參考玻璃塊的溫 度時，一接觸下模具鑄造表面的區域及它的附近稱爲玻璃 的下部分，而暴露於周圍空氣且不接觸下模具鑄造表面的 另一區域及它的附近稱爲玻璃的上部分。此外，玻璃上部 分之一部分-其待由一上模具的鑄造表面加壓-稱爲上表面 〇 參考第1圖，用於本發明之方法的個別步驟之複數操作 位置A至P界定於一轉台1 〇上。如圖所示，複數下模具 11-其數目是十六-設置在轉台10的圓周方向。由一驅動 單元（未顯示）激勵的轉台1 0逐步轉動，將下模具丨！連續 輸送到操作位置A至P，以用於個別步驟。特別地，轉台 1 0自靜止或停置狀態轉動1 / 1 6圓（即，2 2 . 5度），以將每 一下模具1 1自一操作位置輸送到次一操作位置，在該處 ，轉台1 〇停止，以回到靜止狀態。在相當於每一步驟之 操作時間的預定時間週期，下模具1 1停止於每一操作位 置，且在經過預定時間週期以後，輸送到次一操作位置。 例如，在一靜止狀態與次一靜止狀態之間的時間間隔-即 ，間距期-是在2與6秒之間。 此實施例的方法包括供應形成玻璃塊之熔融玻璃的步驟 -10- 1245748 五、發明說明（9) (此後稱爲玻璃供應步驟），於加壓以前使玻璃塊上表面冷 卻的步驟（此後稱爲上表面冷卻步驟），抑制來自玻璃塊的 熱輻射以使玻璃塊內部分與上表面之溫度互相接近的步驟 (此後稱爲熱輻射抑制步驟），使玻璃塊加壓成爲加壓玻璃 的步驟（此後稱爲玻璃加壓步驟），及自鑄模移除加壓玻璃 以獲得玻璃製品的步驟（此後稱爲玻璃移除步驟）。在第2A 至2H圖中，玻璃是經由上述步驟而鑄造。在這些圖中， 操作位置A至P及步驟的名稱之標示對應於第1圖所繪示 者。 玻璃供應步驟是在第1圖的位置A執行。於位置A上方 ，配置一玻璃熔爐（未顯示）及一剪切機1 3 (第2 A圖），用 於切削自玻璃熔爐向下流動的熔融玻璃。適用於所欲的光 學透鏡之玻璃材料供應到熔爐且在熔爐中加熱，以獲得保 持在1 0 0 0與1 1 0 0 °C之間的溫度之熔融玻璃。在此實施例 中係使用玻璃，其具有61 5°C的玻璃過渡點（Tg) 及6 5 0°C的軟化點（Ts )。如第2A與2B圖所示，熔融玻璃 向下流動通過一鉑管1 2，朝向在位置A的下模具1 1。考 慮流動率，則熔融玻璃是以預定的時間間隔由剪切機13 切削，以供應適當數量的熔融玻璃於下模具1 1的鑄造表 面1 1 a上。録造表面1 1 a上的fe融玻璃由它的表面張力弄 圓，以變成稱爲玻璃塊的大理石狀。 參考第1圖，加熱是在轉台1 0之實質上全部的區域執 行，以致於在位置A的下模具1 1保持在預定的溫度。下 -11- 1245748 五、發明說明（1〇) 模具於玻璃供應時的溫度控制是重要的，以防止由於玻璃 塊下部分的低溫導致過早的固化及所造成的流動性損失， 以及防止形成玻璃塊的熔融玻璃由於玻璃塊下部分的高溫 而粘合至下模具。如稍後所述，當熔融玻璃供應於下模具 的鑄造表面上時，玻璃下部分由於玻璃下部分與下模具鑄 造表面之間的熱交換而迅速冷卻。爲了避免上述二矛盾的 問題，供應至下模具鑄造表面之玻璃塊的下部分較佳爲保 持在略低於玻璃的過渡點（Tg)之溫度，即，在Tg與Tg-50 °C之間的溫度，較佳爲在Tg與Tg-3(TC之間，更佳爲在 Tg與Tg-10°c之間。在實施例中，下模具加熱至Tg-10°c 的溫度，以致於在形成玻璃塊之熔融玻璃的供應以後之下 模具溫度及玻璃塊下部分溫度保持平衡，其位準略低於過 渡點丁g。 以在位置A的玻璃塊供應之下模具1 1藉由轉台1 〇之一 步驟轉動而輸送到位置B，以用於上表面冷卻步驟。在位 置B ’設置一冷卻加壓單元，以執行上表面冷卻步驟。如 第2C圖所示，冷卻加壓單元包括一吸熱器1 4，其由金屬 材料製成且具有待與玻璃塊接觸的接觸表面1 4a。吸熱器 1 4藉由舉升單元（未顯示）而上下移動。當轉台1 〇轉動且 承接玻璃塊於其上的下模具輸送到位置B時，舉升單元被 驅動而使吸熱器1 4向下移動。藉由吸熱器1 4的向下移動 ’接觸表面1 4 a壓頂於玻璃塊的上表面，以使玻璃塊略爲 變形。於是，達成玻璃塊上部分與吸熱器1 4接觸表面1 4 a -12- 1245748 五、發明說明（1〇 之間的面接觸。在與玻璃塊接觸以前，吸熱器1 4與接觸 表面1 4 a保持在一預定的保持溫度，其低於玻璃塊的溫度 。藉由使玻璃塊與吸熱器1 4接觸表面1 4 a之間的接觸維 持在預選的持續時間，玻璃塊的熱-特別是其上部分的熱-傳遞到吸熱器1 4。結果，玻璃塊的溫度-特別是玻璃塊上 部分的溫度-快速降低。在實施例中，吸熱器1 4由鐵（具 有在73與30瓦特/公尺·Κ之間的熱傳導率）製成。替代 地，可使用其他金屬材料，諸如銅（具有在1 6 6與1 8 0瓦 特/公尺· Κ之間的熱傳導率）。如果吸熱器14具有相對低 的熱傳導率或在與玻璃塊接觸以前保持於更高的保持溫度 ，則冷卻效應減小。爲了使上表面冷卻步驟以後的玻璃塊 之溫度狀況最佳化，乃適當選擇吸熱器14的金屬材料、 保持溫度、玻璃與吸熱器1 4之間的接觸面積、玻璃與吸 熱器1 4之間接觸的接觸時間及加壓衝程。 如果吸熱器1 4在預定的壓力下與玻璃塊接觸，則由於 附帶的效應，玻璃塊下表面-即，與下模具接觸的表面-上 的皺折之產生被抑制。這些皺折通常稱爲塊線，其導致玻 璃塊下表面的表面缺陷及硏磨公差的增加。 在上述上表面冷卻步驟中，吸熱器可以具有一鑄造表面 ，其形狀類似於在稍後執行之玻璃加壓步驟所使用之上模 具的鑄造表面。在此狀況，上表面冷卻步驟也充當初始加 壓步驟。藉由在玻璃加壓步驟以前執行初始加壓步驟，乃 進一步改良與玻璃加壓步驟之鑄模關聯的玻璃形狀之再生 -13- 1245748 五、發明說明（12) 性。 於上表面冷卻步驟以後，玻璃塊輸送至熱輻射抑制步驟 。在此實施例中，熱輻射抑制步驟在第1圖的位置c、D 與E連續執行。熱輻射抑制步驟用於抑制熱輻射（其來自 在先前執行的上表面冷卻步驟中冷卻的玻璃塊表面），以 藉由上表面與內部分之間的熱交換達成均勻的熱分佈。胃 了執行熱輻射抑制步驟，熱屏蔽構件1 5設置於恰在圓年主 形模具與下模具上方的位置C、D與E，而每一相鄰的模具 之間無任何實質間隙。所欲者爲，熱屏蔽構件1 5沿著轉 台1 0上的軌跡或迴路，自一緊鄰在上表面冷卻步驟末尾 以後的位置設定至緊鄰在玻璃加壓步驟開始以前的位置， 而每一相鄰者之間無實質的間隙，如第1圖所示，以致於 即使是在轉台1 0轉動期間，亦可展現它的功能。 較佳地，熱屏蔽構件由低射出率材料-至少是在它面對 玻璃塊上表面的表面-製成，以致於來自玻璃塊的熱輻射 幾乎不被吸收。上述表面較佳爲具有0 . 4或更少的射出率 ，更佳爲0 . 1或更少。 此外，熱屏蔽構件具有一金屬表面，較佳爲拋光的金屬 表面，至少充當面對玻璃塊上表面的表面。通常，拋光的 金屬表面具有很低的射出率（約0 . 1 )。然而，如果金屬表 面氧化，則射出率可觀地增加。因爲熱屏蔽構件位在形成 玻璃塊之熔融玻璃附近達一段長的時間，故熱屏蔽構件較 佳爲由即使在相當高的溫度也能夠保持表面光澤或光亮（ -14- 五、發明說明（1 3 ) 低射出率）的金屬材料製成。例如，較佳爲使用諸如鉑與 鎳的金屬材料。 陶瓷的熱阻優良，但與拋光的金屬表面（於礬土的狀況 ，在540°C的射出率約等於〇 · 7 )相比，具有相當大的射出 率。在實際應用的時候使用抗拒在相當高的溫度氧化之鎳 板，因爲鉑是昂貴的。 如果熱屏蔽構件具有大的熱容量，則冷卻能力由於來自 玻璃塊的溫度差而增加。所以，鑑於執行性，熱屏蔽構件 較佳爲具有複合的結構，其包括一材料（其具有0.4或更 少的射出率）以充當面對玻璃塊上表面的表面，以及另一 材料（其具有儘可能小的熱容量及低熱傳導率）以充當內部 分。參考第2D圖，熱屏蔽構件1 5包括一熱絕緣體1 5 a及 一塗層1 5 b，熱絕緣體1 5 a的熱容量小，塗層1 5 b遮蓋熱 絕緣體1 5 a，且具有0 . 4或更小的射出率。此複合結構達 成熱屏蔽效應與絕緣效應。在實際應用的的時候，一具有 20公厘的厚度與優良的熱絕緣之陶瓷纖維板以一金屬（鎳） 薄板塗佈，其厚度是0 . 5公厘。 此處，熱屏蔽構件必須保持在比玻璃塊內部分低的溫度 ，以防止玻璃塊由於熱絕緣構件的接近而加熱。較佳地， 熱屏蔽構件保持在一溫度，其範圍是在玻璃過渡點T g與 玻璃塊平均溫度之間。 上述上表面冷卻步驟與熱輻射抑制步驟用於使溫度狀況 -即，當玻璃塊在後續執行的玻璃加壓步驟中加壓及玻璃 -1 5 - 1245748 五、發明說明（14) 加壓步驟以後之玻璃塊的粘度-最佳化。特別地’經由在 玻璃加壓步驟以前的上表面冷卻步驟，自玻璃塊快速移除 所需要數量的熱能。在此狀況，玻璃塊內與外周緣部分之 間的溫度差首先增加。然後，在後續執行的熱輻射抑制步 驟中，抑制來自表面的熱輻射，而進行玻璃塊內與外周糸彖 部分之間的熱交換（特別是玻璃塊的上部分），以減少其間 的溫度差，以致於全部玻璃塊趨近於均勻的粘度（溫度）° 在使用轉台的此實施例中，上表面冷卻步驟的操作時間 是由轉台1 〇的停止周期界定。另言之，在上面冷卻步驟 ，降低吸熱器1 4、冷卻玻璃塊及向上收回吸熱器1 4的操 作必須在重複預定的逐步驟轉動之轉台1 0的停止周期內 執行。例如，吸熱器14的冷卻時間選擇爲1與3秒之間 。熱輻射抑制步驟的操作時間是由下模具1 1自位置B(上 表面冷卻步驟）輸送的開始至輸送到位置F(玻璃加壓步驟） 的完成之時間周期界定。較佳地，熱輻射抑制步驟的操作 時間選擇爲在3與5 0秒之間的範圍內。在此實施例中， 操作時間是在1 5與20秒之間。 在上表面冷卻步驟與熱輻射抑制步驟中受到溫度控制的 玻璃塊接著輸送到位置F，以便加壓（玻璃加壓步驟的執行） 。如第2E圖所示，一在其下表面上具有玻璃鑄造表面的 上模具1 6使用在玻璃加壓步驟中。當玻璃塊輸送到位置f 時，上模具1 6由一具有驅動軸1 6 a -其耦合至上模具1 6 -的舉升單元向下移動，藉以加壓於玻璃塊。 -1 6 - 1245748 五、發明說明（15) 在本發明中，執行玻璃加壓步驟的時機是重要的。特別 地，玻璃加壓步驟的執行是當經由上表面冷卻步驟與熱輻 射抑制步驟而控制溫度的玻璃塊內部分之粘度在1 03 ·5泊 (dPa · s )與 1 06·5 泊（dPa · S )之間，較佳爲在 1 〇4 泊（dPa · s )與106泊（dPa · s )之間，更佳爲在104·5泊（dPa . s )與 1〇5 ·5泊（d P a · s )之間。在實施例中，玻璃加壓步驟是在 1〇5泊（dPa · s )之粘度執行。在玻璃加壓步驟，玻璃塊外 周緣部分較佳爲保持在Tg與Tg +5(TC之間的溫度。在實施 例中，玻璃塊保持在Tg+10°C之溫度。上述粘度遠高於在 現有直接加壓系統中加壓時之1 02泊（dPa · s )與1 〇3泊 (dPa · s )之間的粘度。在此高粘度執行加壓的理由是抑制 玻璃在加壓以後的熱收縮，及減少玻璃表面上之下沈標記 的發生。參考由轉台輸送之玻璃塊的輸送速率，可以藉由 改變玻璃加壓步驟的操作位置-例如-至位置G或Η ’以設 定適當的加壓時機。在上述玻璃加壓步驟，加壓的壓力等 於或接近現有直接加壓系統之六倍，以將具有高粘度的玻 璃塊完全滾軋於穴中。加壓的壓力是在2 . 9 4 2與7 . 8 4 5百 萬帕之間，較佳爲在4.90 3與6.86 5百萬帕之間。在實施 例中，加壓的壓力約等於6 . 472百萬帕。 如何穩定執行在上述狀況的玻璃加壓步驟是重要的。如 稍後說明者’於熔融玻璃供應於下模具的鑄造表面上以後 ，玻璃的下部分無可避免地朝向較低的溫度冷卻°所以’ 執行玻璃加壓步驟的時機必須在玻璃塊下部分的溫度狀況 -17- 1245748 五、發明說明（16) 限制下決定爲一特殊的時刻。超過特殊的時刻’則玻璃下 部分的粘度超越適於壓鑄的範圍。如果加壓是在此狀態執 行，則鑄造品質不足。所以，在特殊的時刻以前之一有限 的時間週期內，當玻璃塊上部分進入用於壓纟w的最丨土狀況 (粘度）且當玻璃塊內部分與外周緣部分之溫度互相接近的 時刻，必須執行玻璃加壓步驟。 爲了使玻璃塊內部分與外周緣部分之溫度互相接近’一 種方法是在上表面冷卻步驟以後加熱上表面。然而’本發 明的熱輻射抑制步驟與上述方法有別。特別地，爲了使玻 璃塊的上部分在上述有限的時間週期內均勻地具有在所欲 位準或約在所欲位準的粘度，玻璃塊必須在供應至下模具 以後減少熱能。此處，當熔融玻璃形成玻璃塊而供應至下 模具時’玻璃塊所具有的熱能稱爲初始熱能。此處，注意 ，玻璃下部分的溫度由於與下模具的鑄造表面接觸而快速 下降’而如果玻璃塊的初始熱能是大的，則玻璃內部分的 溫度不易下降至與適於加壓的粘度對應之溫度。如果玻璃 在與玻璃塊初始熱能相關之此限制下由一外部來源再加熱 ，則難以在自冷卻步驟至玻璃加壓步驟的有限時間週期內 控制玻璃塊的熱能。例如，當玻璃塊再加熱以達成均勻的 熱分佈時，過多的加熱導致過低的粘度。在玻璃加壓步驟 ’具有此過低的粘度之玻璃塊經由形成鑄模的部件之間的 餘隙-特別地，在上與下模具之間的餘隙或在上與圓柱形 模具之間的餘隙-而擠製。此可能造成不同的缺點，諸如 -18- 1245748 五、發明說明（1 7 ) 形狀和品質的缺陷、鑄模的損傷、鑄模壽命的顯著減少及 製造成本的增加。 此外，於再加熱玻璃塊以達成均勻的熱分佈時，難以界 定加熱器之功率控制的參考，以再加熱玻璃的上部分。此 外，需要額外的能量，以再加熱一度已冷卻的玻璃塊之上 部分。 爲了增加短操作時間的效應及爲了具有使各種玻璃軟化 的能力，實際使用的時候，用於再加熱的加熱器必須具有 1 000°C或更多的加熱能力。所以，不昂貴的Ni chrome加 熱器不具抗熱性或耐用，且可以用於加熱器的材料受到限 制且很耗賈成本。此導致製造成本增加。即使使用昂貴的 加熱器，於長時期使用的期間，麻煩的發生-諸如線路中 斷-將是無可避免的。此導致生長過程的操作率降低。 在此實施例中，玻璃塊的上部分於冷卻步驟以後及玻璃 加壓步驟以前的時間週期不再加熱，而玻璃塊的上表面以 不接觸的狀態由熱屏蔽構件遮蓋，以致於抑制來自玻璃塊 的熱輻射，藉以減少玻璃塊內部分與外周緣部分之間的溫 度差。所以，爲了在玻璃加壓步驟中的壓鑄以前達成均勻 的熱分佈’可以有效使用玻璃塊的初始熱能之一部分，其 係當熔融玻璃形成玻璃塊而供應於下模具時由熔融玻璃承 載。所以，爲了控制玻璃塊的熱能，只需要控制在上表面 冷卻步驟中移除的熱能。於是，熱能的控制簡化了。此外 ，防止玻璃塊上部分的粘度過分降低（特別地，防止玻璃 -19- 1245748 五、發明說明（18) 塊上表面之粘度低於內部分）。此抑制品質缺陷的發生’ 諸如由壓鑄所致之玻璃塊的「鑄造毛邊」。此外，不再需 要熱能與用於再加熱的加熱器。此防止加熱器的線路中斷 導致生產過程的操作率減少。 如上述，在此實施例中，玻璃塊的上部分於冷卻步驟與 玻璃加壓步驟之間的時間週期中不再加熱。所以，在上表 面冷卻步驟，供應於下模具鑄造表面上之玻璃塊的初始總 熱能必須在短時間內減少至略大於目標總熱能的數量’其 係當在整個玻璃塊稍後均勻地達成適於壓鑄的粘度時玻璃 塊所應該具有者。在熱幅射抑制步驟’自玻璃塊移除T頁疋 的熱能，而與熱輻射抑制步驟的功能無關。所以’決定在 上表面冷卻步驟的冷卻狀況（例如，吸熱器待與玻璃塊上 表面接觸的持續時間、當吸熱器接觸玻璃塊時的溫度）’ 以便考慮熱輻射抑制步驟之熱能的上述移除’而達成加壓 時之適當的粘度狀況。 如上所述，在形成玻璃塊之熔融玻璃的供應以後及壓鑄 以前的時間周期受到限制，俾使玻璃塊下部分的粘度不可 以超過可進行加壓的適當粘度範圍。所以’較佳者爲’連 續執行上表面冷卻步驟、熱輻射抑制步驟（減小玻璃塊內 部分與上表面之間的溫度差之步驟）及玻璃加壓步驟。以 此方式，自儘早地接續於冷卻步驟的早期步驟至緊鄰於壓 鑄步驟以前的稍後步驟，熱屏蔽構件可以位在靠近玻璃塊 上表面之處。於是，在玻璃塊下部分超過適當粘度範圍以 -20- 1245748 五、發明說明（1 9 ) 前，使玻璃塊具有更均勻的熱分佈。 在熱輻射抑制步驟，較佳者爲，使玻璃塊之一暴露區域 儘可能減小，以抑制來自玻璃塊的熱輻射，而朝向下模具 的熱輻射除外。爲此目的，至少在熱輻射抑制步驟期間， 玻璃塊必須容納於下模具之穴中或由下模具與圓柱形模具 界定的穴中，而它的上表面以熱屏蔽構件遮蓋。例如，爲 了在上表面冷卻步驟使玻璃塊的上部分冷卻，下模具鑄造 表面上的玻璃塊被吸熱器推動，以致於玻璃塊容納於下模 具之穴中或由下模具與圓柱形模具界定的穴中。替代地， 在熱輻射抑制步驟，下模具相對於圓柱形模具而下降，使 玻璃塊上表面下降至圓柱形模具上端部的下方，以致於玻 璃塊容納於由下模具與圓柱形模具界定的穴中。在任一狀 況，鑑於熱輻射數量的減少，熱屏蔽構件較佳爲位在緊鄰 於圓柱形模具上端部之處，只要屏蔽構件不接觸玻璃塊即 可。 在上述熱輻射抑制步驟，藉由使玻璃塊容納於下模具的 穴中或由下模具與圓柱形模具界定的穴中，防止玻璃塊接 觸熱屏蔽構件，即使有玻璃塊安置於其上的下模具輸送於 熱屏蔽構件下方時亦然。所以，在下模具自上表面冷卻步 驟的操作位置輸送到玻璃加壓步驟的操作位置期間，可以 執行熱輸射抑制步驟。於是，可以在有限的時間週期內有 效達成玻璃塊的均勻熱分佈。 熱輸射抑制步驟的持彳買時間係選擇爲在一極限內，超越 -21 - 1245748 Ί 五、發明說明（2〇 ) 該極限，則在玻璃塊由於與下模具熱交換而冷卻且溫度下 降至玻璃過渡點Tg或Tg附近以後，難以進行壓鑄。依下 模具的溫度與玻璃塊的容量而定，持續時間較佳爲選擇在 3與5 0秒的範圍內。 然後，在第1圖的位置F加壓的玻璃經由位置G至L輸 送到位置Μ，在該處被取出。當玻璃經由位置G至L輸送 到位置Μ，玻璃由於大氣溫度而漸漸自發性冷卻，以致於 體積由於熱收縮而略減小。在現有的直接加壓系統中，下 沈標記的問題發生在加壓以後的玻璃塊熱收縮過程。在本 發明中，玻璃內與外周緣部分之間的溫度差藉由玻璃加壓 步驟以前的適當溫度控制而減小。結果，加壓時及加壓以 後之玻璃內與外周緣部分之間的溫度差也減小，以致於抑 制下沈標記的發生。在位置G至Μ中的每一位置，下模具 Π相對於圓柱形模具1 7而逐漸升高。如第2G圖所示，玻 璃的外周緣表面位在位置L之圓柱形模具1 7上方。如第 2Η圖所示，當玻璃內部分的溫度相對於過渡點是在±5(rc 的範圍內，較佳爲土 3 0 °C，更佳爲土 1 0 °C，玻璃由攝取單 元（未顯示）真空吸取，且自鑄模取出。 於是’藉由本發明的方法鑄造光學透鏡粗坯件，不會導 致:玻璃的鑄造毛邊。如此鑄造的光學透鏡粗坯件是中間或 未精製的製品，且接著接受表面硏磨/拋光，以產生光學 胃鏡。藉由本發明的方法鑄造之光學粗坯件表面上具有較 少的下沈標記，所以可減少硏磨公差。依據此實施例以實 -22 - 1245748 五、發明說明（21) 驗方式獲得的光學透鏡粗坯件之評估顯示出下列的^ 與現有的系統相比，硏磨公差可以減少至50% ° 一_ 單側精製公差 0.3-0.35 公厘 _____ 中心厚度公差 0. 1公厘 _ 外徑公差 0. 1公厘 _ 厚度偏差 150微米或更少__ 曲率半徑的精確度 80微米 加壓製品下表面上的石頭尺寸 200微米或更少 此處，單側精製公差是硏磨加壓製品的上表面或下表面 時的硏磨公差。中心厚度公差是預選的中心厚度與測量的 中心厚度之間之差。厚度偏差是在一共同圓周上之最大厚 度與最小厚度之間的差。曲率半徑的精確度是預選的曲率 半徑與測量的曲率半徑之間之差。加壓製品下表面上的石 頭是當加壓製品自鑄模移除或分離時分散在下模具上以改 進可釋放性的外界物品’例如’由六BN (氮化硼）或類似者 製成的抗熱固體潤滑粉末。 在此實施例中，複數下模具設置在轉台上。替代地，輸 送配置可以是任何其他型式’只要下模具可連續輸送到用 於個別步驟的位置且可以重複使用於一連串步驟即可。例 如，可以使用線性輸送器’諸如輸送帶。 其次，將說明在個別步驟中之熔融玻璃的溫度狀況。參 考第3圖，在玻璃塊供應於下模具以後及取出透鏡粗坯件 以前，玻璃的內與外周緣部分具有不同的溫度狀況。在此 -23- 1245748 五、發明說明（22) 圖中，本發明之方法的玻璃之上、中心與下部分之溫度變 化由實線表示。另一方面，沒有上表面冷卻步驟與熱輻射 抑制步驟之現有直接加壓系統的玻璃之上、中心與下部分 之溫度變化由圖中的斷裂線表示。 於說明本發明之玻璃的溫度變化以前，將簡單說明現有 系統中的玻璃之溫度變化。當熔融玻璃在玻璃供應步驟供 應於下模具鑄造表面上時，玻璃下部分的溫度由於與保持 在Tg - 1 o°c之溫度位階的下模具間之熱交換而快速下降， 而熔融玻璃下部分保持平衡，其位準低於玻璃過渡點Tg。 另一方面，供應於下模具鑄造表面上的玻璃上與內部分被 玻璃周圍的大氣溫度冷卻而溫度逐漸下降。這時候，與玻 璃內部分相比，玻璃上部分的溫度變化率是高的。結果， 玻璃上與內部分之間的溫度差於玻璃加壓步驟開始以前逐 漸增加。在玻璃加壓步驟，溫度保持在Tg - 1 00 °c附近的上 模具使玻璃塊的上與內部分冷卻。這時候，玻璃的上部分 與上模具直接接觸，因此迅速冷卻至低於玻璃過渡點Tg 的溫度。另一方面，玻璃內部分較不易冷卻，原因爲玻璃 塊的厚度較大。此導致在玻璃加壓過程以後，玻璃內部分 與上及下部分之間的溫度差增加。因爲加壓時之玻璃粘度 是低的，故加壓以後的玻璃熱收縮大，以在玻璃表面上產 生下沈標記。 其次，將說明本發明的玻璃沿著第3圖的實線之溫度變 化。當熔融玻璃在玻璃供應步驟中供應於下模具鑄造表面 -24- 1245748 五、發明說明（23) 上的時候，玻璃下部分的溫度由於下模具與熔融玻璃下部 分之間的熱交換而迅速下降，且保持平衡，其位準在T g 與Tg-50°C之間-即，不高於玻璃過渡點Tg。另一方面， 供應於下模具鑄造表面上之玻璃的上與內部分由玻璃周圍 的大氣溫度所冷卻，且溫度逐漸下降。這時候，與玻璃內 部分相比，玻璃上部分的溫度變化率是高的。直到此階段 爲止，在玻璃的每一部分中的溫度變化類似於以上所說明 的現有系統。 在本發明中，於上表面冷卻步驟執行的時候，迅速移除 玻璃塊整體的熱能。特別地，與內部分的溫度降相比，直 接接觸於冷卻構件之玻璃塊上部分的溫度降很快。然後， 溫度差大於當熔融玻璃形成玻璃塊而供應之初始階段。其 次，當來自玻璃塊上部分的熱輻射於熱輻射抑制步驟中被 抑制時，上部分的溫度再次上升，而內部分的溫度由於玻 璃內部分與上部分（表面）之間的熱交換而下降。結果，玻 璃上部分與內部分之間的溫度差逐漸減小。玻璃下部分的 溫度受到具有大熱容量的下模具溫度之影響是大的。所以 ，雖然溫度下降率在熱輻射抑制步驟中減小，但熔融玻璃 形成玻璃塊而供應以後，下部分的溫度朝向起初保持在玻 璃過渡點Tg附近的下模具溫度連續下降。如果玻璃塊下 部分的溫度下降至玻璃過渡點Tg或附近，則壓鑄是不可 能的。所以，在熔融玻璃形成玻璃塊而供應至下模具以後 ，用於壓鑄的時機限制依玻璃下部分的溫度而定。 -25- 1245748 五、發明說明（24 ) 在玻璃加壓步驟，上模具以類似於現有系統的方式使玻 璃塊上與下部分冷卻。這時候，玻璃上部分與保持在Tg -50與Tg- 1 50 °C之間的溫度之上模具直接接觸，以致於上 部分迅速冷卻至低於玻璃過渡點Tg的溫度◦因爲玻璃塊 內部分的溫度於加壓時與現有系統相比係相對低，故玻璃 塊內部分與上部分之間的溫度差於加壓以後相對小。結果 ，抑制玻璃表面上的下沈標記之發生，且避免下沈標記的 不均勻分佈。玻璃塊內部分的粘度於接受上表面冷卻步驟 與熱輻射抑制步驟以後到達適當的位準，即，在1 03 ·5 -1〇6·5泊（dPa · s )之間，而依位置而定的變化在短時間內-與未執行此步驟的狀況相比-被抑制。此使透鏡粗赶件的 生產力增加。當玻璃的上、中心與下部分的溫度經由第1 圖的位置G至L之自發性冷卻而趨近過渡點Tg時，自鑄 模取出透鏡粗坯件。理想上，當每一部分的溫度相對於過 渡點Tg是在土 1 0°C內時，自鑄模取出透鏡粗坯件。 本發明之一實施例已配合圖而說明如前。然而，可以了 解，本發明不限於實施例中所提供的事項，而是可以在附 加的申請專利範圍之範疇內以各種方式修改及改進。 依據本發明之鑄造玻璃製品的方法不僅可以應用於上述 光學透鏡粗坯件的製造，而且可以應用於一般玻璃製品。 特別地，如果本發明應用到在中心與周緣部分具有不同厚 度的光學透鏡及相當厚的玻璃製品時是相當有利的。 如上述，在所謂直接加壓系統的壓鑄方法中，依據本發 -26- 1245748 五、發明說明（25) 明，可以抑制分佈在透鏡粗坯件表面上的下沈標記之發生 ，及防止下沈標記集中於局部區域。結果，可以提供透鏡 粗坯件，其需要較少的硏磨公差以在硏磨/拋光步驟中移 除，以致於硏磨碎片與拋光碎片減少。 依據本發明，與現有系統相比，可以在短時間內使坡璃 的粘度到達最佳的粘度，且抑制依位置而定的變化，以致 &改進透鏡粗坯件的生產力。 ΐ要元件之對照表 10 轉台 11 下模具 Ha 鑄造表面 12 鉑管 13 剪切機 14 吸熱器 1 4 a 接觸表面 15 熱屏蔽構件 15a 熱絕緣體 15b 塗層 16 上模具 1 6 a 驅動軸 17 圓柱形模具 -27-

Claims (1)

1245748 *+'..: .、 ：. Λ * ； -- ----^-—— ---；~~ :- 六、一申讀專ί1]範圍 -…^ 第901 21432號「鑄造玻璃製品所用之方法與裝置」專利案 (2005年5月23日修正） 六申請專利範圍： 1 . 一種鑄造玻璃製品所用之方法’係利用鑄模以加壓於玻 璃塊，鑄模包括一上模具與一下模具，該上模具與該下 模具各具有一鑄造表面，該方法包括： 一供應步驟，將形成玻璃塊的該熔融玻璃供應於該下 模具鑄造表面上； 一冷卻步驟，使供應於該下模具鑄造表面上之玻璃塊 的上表面冷卻； 一熱輻射抑制步驟，於該冷卻步驟以後抑制來自該玻 .璃塊的熱輻射，以致於該玻璃塊內部分與上部分之溫度 互相接近；其中該熱輻射抑制步驟包含一接近步驟，係 使一溫度低於該玻璃塊內部分的熱屏蔽構件以不接觸的 狀態接近該玻璃塊上部分；其中該接近步驟用於使該熱 屏蔽構件以不接觸的狀態接近該玻璃塊上部分達3至50 秒（二者皆包含）之間的時間間隔；且其中該熱屏蔽構件 至少在其面對該玻璃塊上表面的表面具有0 . 4或更少的 射出率；及 一加壓步驟，於該熱輻射抑制步驟以後，當該玻璃塊 的粘度在1〇3·5與1〇6·5泊（dPa · s)之間的範圍內時，藉 由該上與該下模具的鑄造表面加壓於該玻璃塊。 2 . —種產生最後的玻璃製品之方法，最後的玻璃製品來自 J245748 六、申請專利範圍 藉由加壓於玻璃塊而鑄造的玻璃製品，該方法包括的步 驟爲： 利用如申請專利範圍第1項之方法鑄造該玻璃製品； 及 硏磨與拋光該玻璃製品的製品表面，以產生該最後的 玻璃製品。 3 · —種鑄造玻璃製品所用之裝置，包括： 一鑄模，包括一上模具與一下模具，該上與該下模具 各具有一鑄造表面； 供應裝置，用於供應形成玻璃塊的熔融玻璃於該下模 具的鑄造表面上； 冷卻裝置，用於使供應於該下模具的鑄造表面上之玻 璃塊上表面冷卻； 熱輻射抑制裝置，用於抑制來自被該冷卻裝置冷卻的 玻璃塊之熱輻射，以致於該玻璃塊內部分與上部分之溫 度互相接近；及 鑄模驅動裝置，用於使該上與該下模具的鑄造表面互 相接近，以加壓於玻璃塊，當內部分與上部分之溫度藉 由該熱輻射抑制裝置而互相接近的該玻璃塊具有在 1〇3·5與泊（dPa · S)之範圍內的粘度時，該鑄模驅 動裝置被引動以加壓於該玻璃塊； 其中該熱輻射抑制裝置包括： 一至少在其面對該玻璃塊上表面的表面具有0.4或更 1245748 六、申請專利範圍 少的射出率之熱屏蔽構件，其溫度低於該玻璃塊的內部 分；及 用於使該熱屏蔽構件以不接觸狀態接近該玻璃塊上部 分的裝置。 4 .如申請專利範圍第3項之裝置，其中該熱屏蔽構件包括 一熱絕緣材料，其塗佈有一塗層，該塗層至少在其面對 該玻璃塊上表面的表面具有0.4或更少的射出率。