CN1226210C - 模压品的成形装置和成形方法及玻璃光学元件的成形方法 - Google Patents

Abstract

用于制造模压产品的成形装置和成形方法以及用于制造作为模压产品的玻璃光学元件的成形方法，用于通过加热和软化材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状来成形模压产品，它包括一对形成模具的上下压模，上下压模中的每一个都包括一个与另一个相对的成形面，并且其中一个压模固定到成形装置的结构部件上，驱动装置，用于移动另一压模朝向以及远离所述一个压模，加热装置，用于加热压模，检测装置，用于检测由于结构部件的热变形而移动的一个部分的位移，以及一个控制部分，用于参照检测装置的检测结果来计算另一压模的移动距离的校正值，并传递指令给驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离来移动另一压模。

Description

模压品的成形装置和成形方法及玻璃光学元件的成形方法

参照相关申请

本申请要求日本专利申请JP2003-29966的优先权，其披露的内容作为参考被包括进来。

技术领域

本发明涉及到一种用模压成形或压力成形(press molding)来制造具有预定形状的模制产品的成形技术，尤其是，一种适用于模压成形例如透镜、棱镜、反射镜、和衍射光栅的玻璃光学元件以及模压成形后不需研磨和抛光的成形装置和成形方法。本发明也涉及到一种将玻璃光学元件作为模制产品来制造的成形方法。

背景技术

在用模压成型或成形来制造例如透镜这样的玻璃光学元件的模压产品的成型或成形技术领域，众所周知有这样一种方法，通过在模具的上压模和下压模之间接触，通过在上压模或下压模以及另一个部件之间接触，或通过使用一个定位部件，例如止动块以在上压模和下压模间隔一个预定距离来停止它们，以此来控制光学元件的厚度。例如，上述方法披露在日本专利申请出版(JP-A)No.S61-205630(参考文件1)以及2000-264652(参考文件2)中。

然而，如果厚度是通过压模之间或压模与另一部件之间的接触来控制的，那么当模具里的玻璃体积在冷却/固化过程中减少时会产生凹陷痕迹或类似的痕迹。考虑到上述方面，在参考文件1中提出，在冷却/固化过程中产生玻璃的凹陷之后使用一个弹性部件或类似的部件来进一步压制模具。

另一方面，参考文件2披露了涉及到一种成型或成形装置的技术，该成形装置包括一个固定压模(上压模)和一个可动压模(下压模)，它们彼此相对。固定压模通过模架固定到一个壳体顶部的中心，所述壳体限定了成型或成形腔。在这种技术中，成形装置包括了模具驱动装置，用于驱动可动压模，一个止动块，用于在可动压模与固定压模之间的距离与厚度(此厚度与光学元件的最终厚度之间有确定的比例)相应时，在一个预定位置停止可动压模，位置检测装置，用于检测由止动块停止的可动压模的停止位置，止动块驱动装置，用于在可动压模分别为停止不动和允许移动的锁定位置以及解锁位置之间改变止动块的位置，以参照位置监测装置的输出来调整可动压模的停止位置，以及一个控制器，用于控制止动块驱动装置和模具驱动装置。

在参考文件1所描述的技术中，模具是由弹性部件进行压制的。然而，这种使用弹性部件的压制不可能控制压力的大小。在模压成型或成形中，通常不可能获得高的表面精度，除非压制力和模具位置被很好地并且精确地控制，即使在模压产品被压制到预定的厚度之后。尤其是，对于具有凹形或两面凹形状的光学元件，表面精度是很难获得的。因而，在压制过程中精确控制压制力(压制力的大小以及随时间的变化)以及模具位置，这是一个很重要的问题。

在参考文件2所描述的技术中，不可能防止由于壳体的热变形所引起的固定压模的位移而产生的厚度变化。在这种技术中，位置检测装置被放置在成形腔里靠近模具部分的位置。由于模具部分被加热到接近玻璃转变温度(例如，大约600℃ )，能够购买得到的位置检测装置不能抵抗如此高的温度。因此，必须使用特殊设计的位置检测装置。可以给位置检测装置提供冷却水循环装置用于冷却或温度控制。然而，这会导致位置检测装置的复杂和大尺寸结构，并且对成形腔里的温度分布产生不利的影响。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种成形装置，用于通过使用模具将例如玻璃这样的加热材料压制成形为预定的形状以制造模压产品，并且能够精细并精确地控制压制力和模具位置，并尽可能精确地补偿或校正热量的影响以改善模压产品的成形精度。

本发明的另一目的是提供一种由上述成形装置所执行的成形方法。

本发明还有一个目的是提供一种成形方法用于通过上述成形装置和/或上述成形方法将玻璃光学元件作为模压产品来制造。

本发明的发明者想到构成成形装置并且固定模具的一个压模的结构部件，并且指出本发明的目的是通过校正另一压模的移动距离来实现的，其中考虑到了由于加热并变形了的结构部件的热变形所移动(热移动)的一个部分的位移(热位移)。

根据本发明的第一个方面，提供了一种成形装置，用于通过加热和软化模压成形材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状来制造模压产品，其特征在于包括一对形成模具的上下压模并且上下压模中的每一个都包括成形面，并且一个压模的成形面与另一压模的成形面相对，上下压模中的一个固定到成形装置的结构部件上，驱动装置，用于朝向以及远离所述一个压模移动另一压模，加热装置，用于加热压模，检测装置，用于检测由于结构部件的热变形而移动的部分的位移，以及一个控制部分，用于参照检测装置的检测结果来计算另一压模的移动距离的校正值，并传递指令给驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离来移动另一压模。

对于上述结构，检测装置，例如激光传感器，检测结构部件，例如形成成形装置的壳体以及支撑模具的支撑部件的热位移，将其作为影响一个压模固定位置精度的一个因素。参照检测结果，计算另一压模的移动距离的校正值。在这种方式下，压制成形可以较高的精度来进行。

根据本发明的第二个方面，检测装置由支撑部件来支撑。成形装置还包括温度控制装置，用于将支撑部件的温度维持在一个预定的温度范围内。

对于上述结构，检测装置可以恒定地保持在一个预定位置，没有热的影响，因此热位移可以被精确地检测到。

根据本发明的第三个方面，提供了一种成形装置，用于通过加热和软化模压成形材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状来制造模压产品，其特征在于包括一对形成模具的上下压模并且上下压模中的每一个都包括成形面，并且一个压模的成形面与另一压模的成形面相对，上下压模中的一个固定到成形装置的结构部件上，驱动装置，用于朝向以及远离所述一个压模移动另一压模，加热装置，用于加热压模，温度检测装置，用于检测结构部件的一部分的温度，一个存储部分或记忆部分，用于与作为所述结构部件热变形的结果而移动的部分的位移相联系地存储结构部件的温度，以及一个控制部分，用于参照温度检测装置的检测结果以及存储部分的存储内容来计算另一压模的移动距离的校正值，并传递指令给驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离来移动另一压模。

对于上述结构，有可能参照由放置在结构部件，例如成形装置的壳体或支撑一个压模的支撑部件上的温度检测装置的检测结果来预测一个压模位置上的变化。通过预先获得结构部件的温度变化与一个压模固定位置变化之间的关系并将此关系存储在记忆部分中，上述预测是有可能的。参照温度检测装置的检测结果以及记忆部分的存储内容，可以计算出另一压模的移动距离的校正值。

本发明的目的也可通过根据下面第四到第八个方面的方法来获得。

根据本发明的第四个方面，提供了一种成形方法，用于通过加热和软化模压成形材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状来制造模压产品，其特征在于此方法是通过使用一种成形装置来执行的，所述成形装置包括一对形成模具的上下压模并且上下压模中的每一个都包括成形面，并且一个压模的成形面与另一压模的成形面相对，上下压模中的一个固定到成形装置的结构部件上，驱动装置，用于朝向以及远离所述一个压模移动另一压模，以及加热装置，用于加热压模，此方法包括以下几个步骤，准备检测装置，用于检测固定一个压模的结构部件的热位移；参照检测装置的检测结果计算另一压模的移动距离的校正值；以及产生一个指令给驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离来移动另一压模。

在上述方法中，一个光学传感器，例如激光传感器，可以用作检测热位移的检测装置。

根据本发明的第五个方面，在一个成形周期中由检测装置所进行的热位移的检测最好在材料的模压成形前进行。

在这种方式中，由于在模压成形中作用在一个压模上的压力或载荷，有可能除了结构部件的位移之外，单独检测一个压模由于加热而产生的热位移。

固定到结构部件上的压模的热位移也可通过检测结构部件的温度来预测。

根据本发明的第六个方面，提供了一种成形方法，用于通过加热和软化模压成形材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状来制造模压产品，其特征在于此方法是通过使用一种成形装置来执行的，所述成形装置包括一对形成模具的上下压模并且上下压模中的每一个都包括成形面，并且一个压模的成形面与另一压模的成形面相对，上下压模中的一个固定到成形装置的结构部件上，驱动装置，用于朝向以及远离所述一个压模移动另一压模，以及加热装置，用于加热压模，此方法包括以下几个步骤，准备温度检测装置用于检测固定一个压模的结构部件的温度，预先获得结构部件的温度与由于热变形所移位的部分的热位移之间的关系，通过温度检测装置检测结构部件的温度，参照预先获得的结构部件的温度与由于热变形所移位的部分的热位移之间的关系以及温度检测装置所检测的结果，计算另一压模的移动距离的校正值，并且传递一个指令给驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离来移动另一压模。

本发明尤其适用于模压成形玻璃光学元件，例如透镜、棱镜、反射镜、和衍射光栅，它们对表面精度，外形精度，以及抛光精度要求很高。

根据本发明的第七个方面，提供了一种通过使用上述成形装置来模压成形玻璃光学元件的方法，其特征在于包括这个步骤，即提供预加热和软化的并具有预定形状的玻璃预成形件给模具，并将玻璃预成形件模压成形为玻璃光学元件。

根据本发明的第八个方面，提供了一种通过使用上述成形方法来模压成形玻璃光学元件的方法，其特征在于包括这个步骤，即提供预加热和软化的并具有预定形状的玻璃预成形件给模具，并将玻璃预成形件模压成形为玻璃光学元件。

附图说明

图1是根据本发明的第一个实施例的用于制造玻璃光学元件的成形装置的示意性的剖面图；

图2A是第一个实施例中成形腔和压制单元的示意性的剖面图；

图2B是第一个实施例中用于控制驱动伺服马达的控制***的方块图；

图3A是根据本发明的第二个实施例的成形装置中的成形腔和压制单元的示意性的剖面图；

图3B是第二个实施例中用于控制驱动伺服马达的控制***的方块图；

图4是示出侧壁部分的温度与顶部的热位移之间关系的图形；

图5是示出玻璃透镜的厚度变化的图形，这是一个比较的例子，此时玻璃透镜是根据众所周知的技术来模压成形的；

图6是示出玻璃透镜的厚度变化的图形，这是一个玻璃透镜根据本发明来模压成形的例子；以及

图7是示出玻璃透镜的厚度变化的图形，这是一个玻璃透镜根据本发明来模压成形的另一个例子。

具体实施方式

现在本发明的优选实施例会参照附图详细地描述。

第一个实施例

首先参照图1，描述根据本发明的第一个实施例的用于制造玻璃光学元件的模压成形装置的整体结构。

图中所示的模压成形装置10有一个加热腔20和一个成形腔30。加热腔20和成形腔30通过通道40相连以彼此连通。加热腔20，成形腔30，以及通道40的组合形成了一个与外面隔绝的封闭空间。封闭空间由不锈钢或任何其它适合的材料形成的外壁所包围。通过在连接部分使用密封材料，封闭空间的密封或气密性可以得到保证。

成形光学元件时，通过使用一种气体交换装置(未示出)将空气抽出并填充一种非氧气体以代替空气，从而使封闭空间处于一种非氧化气体环境中。作为非氧化气体，最好是使用氮气。通道40允许气体在加热腔20和成形腔30之间交流或交换。因此，在模压成形过程中，加热腔20和成形腔30中的气体压力，浓度，以及温度实质上保持一致。

通道40设有一个密封阀或气密阀41。在成形腔30的保养和检查过程中，密封阀41关闭以防止加热腔20中的热气体朝向成形腔30流出。

加热腔20是这样一个区域，在此区域作为模压成形材料的玻璃材料在模压成形前被加热并软化。在此实施例中，要进行模压成形的预成形材料(例如，玻璃预成形件G)被用作玻璃材料。

加热腔20配备了一个玻璃加热装置或玻璃加热单元22以及一个用于传送玻璃预成形件G的输送装置或机械手(下文中被称作传送机械手)23。传送机械手23有一个传送路径，它有一个入口部分21，用于将玻璃预成形件(glass preform)G从外面提供给加热腔20。

入口部分21有一个密封或气密的入口腔(未示出)，位于加热腔20与外界之间以在保持加热腔20密封的情况下将玻璃预成形件G引入到加热腔20。由外界提供的玻璃预成形件G首先引入到入口腔。在入口腔充满了非氧化气体之后，通过打开加热腔20的门以将玻璃预成形件G引入到加热腔20。

传送机械手23接收由入口部分21引入的玻璃预成形件G，将玻璃预成形件G传送到由玻璃加热单元22加热的加热区域，并将加热后的玻璃预成形件G进一步传送到成形腔30。传送机械手23包括一个臂24以及一个固定到臂24的一个末端的浮动板25。传送机械手23以一种浮动状态在浮动板25上支持玻璃预成形件G。在此实施例中，传送机械手23有一个驱动部分23a，位于加热腔20里并水平支撑臂24。在驱动部分23a的驱动下，臂24在水平面上旋转大约90°的旋转角。臂24围绕驱动部分23a在径向是可以伸长和收缩的。对于这种结构，臂24通过通道40将支持在浮动板25上的玻璃预成形件G传送到成形腔30。

玻璃加热单元22用于使提供给它的玻璃预成形件G加热到一个与预定粘度(例如，玻璃的粘度低于10⁹泊)相应的预定温度。作为玻璃加热单元，最好使用由电阻元件利用电阻进行加热的加热器以使玻璃预成形件平稳地加热到预定温度。

玻璃加热单元22设置在保持在臂24上的玻璃预成形件G的传送路径的中间位置以在玻璃预成形件G传送的过程中加热玻璃预成形件G。这里，臂24可以在玻璃加热单元22上停止以加热玻璃预成形件G。这种加热方式取决于加热玻璃预成形件G所需的时间。

另一方面，成形腔30是这样一个区域，在此区域在加热腔20进行预加热的玻璃预成形件G被模压成形以制造具有所需形状的玻璃光学元件G’。例如，成形腔30可以使用奥氏体不锈钢SUS304来形成。成形腔30配备了一个压制单元33，一个机械手或输送装置(下文中被称作传递机械手)32用于传递玻璃光学元件G’，以及一个传递部分31用于将模压成形后的玻璃光学元件G’传递到外面。传递机械手32的一个末端部分可以由一个预加热炉(未示出)预先加热到一个预先选择的温度。传递部分31设有一个传递腔(未示出)，充满了非氧化气体以在成形腔30保持密封或气密的情况下将玻璃光学元件G’传递到外面。由传递机械手32提供的玻璃光学元件G’首先引入到传递腔，之后传递到外面。

压制单元33接收由传送机械手23从加热腔20传送来的玻璃预成形件G，然后压制玻璃预成形件G以成形具有所需形状的玻璃光学元件G’。压制单元33有一个模具，它包括一对压模或模，例如，彼此相对的一个上压模或上模52a和一个下压模或下模52b。供给到位于上压模和下压模52a和52b之间的玻璃预成形件G由上压模和下压模52a和52b进行压制以成形玻璃光学元件G’。在模具周围，设置了一个作为加热模具的预加热装置的模具加热装置或模具加热单元34。模具加热单元最好是高频感应加热型的。在玻璃预成形件G的模压成形前，模具由模具加热单元34加热并保持在一个预定温度。模压成形时模具的温度可以实质上等于或低于预加热了的玻璃预成形件G的温度。

传递机械手32将由压制单元33进行模压成形的玻璃光学元件G’传递到传递部分31。传递机械手32有一个驱动部分32a，一个臂32b，由驱动部分32a可旋转支撑，以及一个吸附垫或吸力垫32c，连接到臂32b的一个末端。吸附垫32c通过真空吸附将玻璃光学元件G’吸附到模具的下压模52b上以由传递机械手32进行传送。因而被吸附的玻璃光学元件G’通过臂32b的旋转传送到一个低于传递部分31的位置并放在那个位置处的提升装置(未示出)上。在臂32b缩回之后，提升装置向上移动并且玻璃光学元件G’被传送到传递部分31。

参照图2A，成形腔30里的压制单元33会被详细地描述。

压制单元33通常包括一对上下母模51a和51b，上压模52a连接到上母模51a，下压模52b连接到下母模51b。

上下压模52a和52b有彼此相对的表面，并具有成形表面，每一个都具有与要被成形的玻璃光学元件G’的形状相应的球面或非球面形状。

上母模51a以及连接到其上的上压模52a固定到成形腔30的顶部61，并安装到沿着要被成形的玻璃光学元件G’的光学轴线延伸的支撑杆71的下端。支撑杆71的上端通过顶部61伸出到外面去。支撑杆71有一个突缘部分71a，形成于它的上端。在突缘部分71a与顶部61之间***了一个密封元件72，例如氟橡胶，以保持成形腔30的密封或气密性。

下母模51b以及连接到其上的下压模52b固定到与支撑杆或支撑轴71同轴延伸的支撑轴或支撑杆73的上端。支撑杆73通过一个形成于成形腔30的底部63的通孔伸出到外面去。在支撑杆73的外圆周或外周表面与底部63的通孔的内圆周或内周壁之间***了一个密封元件74，例如氟橡胶，以保持成形腔30的密封或气密性。

在支撑杆73的下面，放置了一个驱动装置80，用于使下压模52b朝向和远离上压模52a移动。驱动装置80包括一个伺服马达81，一个螺纹轴82，通过驱动伺服马达81来旋转，以及一个螺母83，连接到支撑杆73的下端73a的侧面上，并与螺纹轴82一起形成一个滚珠丝杠/螺母副或球螺纹/螺母机构。

对于上述结构，当伺服马达81被驱动并且螺纹轴82旋转时，由螺母83将旋转运动转变成与支撑杆73的轴线相平行的运动以使支撑杆73，母模51b，以及下压模52b沿着与支撑杆71的轴线一致的轴线移动。

伺服马达81是在控制部分87的控制下被驱动的，所述控制部分会在后面描述。控制部分87用于精细地并非常精确地控制压制力，压制时间，以及玻璃预成形件G在上压模和下压模52a和52b之间的压制时间。

上下母模51a和51b被形成模具加热单元34的感应加热线圈34a和34b所包围以分别预加热上压模和下压模52a和52b。感应加热线圈34a和34b用于在模压成形前通过感应加热分别使上压模和下压模52a和52b预加热到一个预定的温度。例如，上压模和下压模52a和52b由感应加热线圈34a和34b预加热到一个稍低于由加热腔20传送来的玻璃预成形件G的温度(具体地，达到一个使玻璃预成形件G具有10⁸到10¹²泊的粘度所需的温度)。

如图2所示，根据本发明的模压成形装置可以设有一个冷却装置用于抑制作为成形腔30的结构部件的壳体(由顶部61，侧壁部分62，以及底部63形成)的热变形。例如，由具有高导热性并且是非磁性材料的铜制成的一组冷却板91到96安排在感应加热线圈34a和34b与成形腔30的内壁之间。冷却板91到96粘在成形腔30的所有内壁表面。为防止由于侧壁部分62的不均匀的热变形所引起的顶部61的倾斜，壳体可以设有温度控制装置。例如，作为冷却装置或温度控制装置，一种保持在预定温度的液体或流体在循环着。如图2所示，用于循环冷却水的一组铜管91a到96a可以放置在冷却板91到96的表面上朝向作为热源的模具加热单元34的那一侧，以改善冷却性。

铜管91a到96a可以通过焊接连接到冷却板91到96上。铜管91a到96a既可以放置在成形腔30的里面，如图所示，也可放置在成形腔30的外面。在铜管91a到96a放置在成形腔30的里面的情况下，冷却可以被有效地进行，因为从作为热源的感应加热线圈34a和34b的距离比较小。

在具有上述结构的模具中，由传送机械手23从加热腔20引入到成形腔30的玻璃预成形件G位于上压模和下压模52a和52b之间。然后，下压模52b朝着上压模52a移动，并且玻璃预成形件G被模压成形。因而，具有预定形状的玻璃光学元件G’被制造出来。

与此同时，当上压模和下压模52a和52b由感应加热线圈34a和34b预加热时，作为成形腔30的结构部件的壳体的一部分，例如，成形腔30的侧壁部分62，被热量的一部分加热。相应地，侧壁部分62由于热膨胀而表现出热变形。在这种情况下，顶部61会沿着要被成形的玻璃光学元件的光学轴线发生热位移，改变上压模52a的位置。

因为由于结构部件的热变形所带来的不利影响，很难将玻璃光学元件G’的精度提高到超过一个特定的极限程度，即使用于使下压模52b向上移动的伺服马达81被尽可能精确地控制驱动。尤其是，直到从开始进行连续的模压成形之后几个小时过去了，成形腔30的温度以及成形腔30里的大气的温度在变化，以至于上压模52a的位置随着时间的流逝而变化着。因此，有必要在每一次玻璃光学元件G’被模压成形时都校正上压模52a的位置。在本发明中，不是校正上压模52a的位置变化，而是校正下压模52b的移动距离以吸收上压模52a的位置变化。因而，最好应用本发明的方法直到开始进行连续的模压成形之后至少一个预定的时间过去了(或直到制造出预定数量的模压产品)。

参照图形，下文描述用于检测具有连接到其上的上压模52a的顶部61的热位移并响应上压模52a的位置变化进行下压模52b的移动距离校正的装置的一个例子。

在第一个实施例中，作为一种已知的光学传感器，激光传感器101检测顶部61的热位移，如图2A所示。参照检测结果，伺服马达81被控制驱动以校正上压模52a的位置变化。

如图2A所示，激光传感器101设置在上压模52a的上面，所述上压模52a连接到成形腔30的顶部61。为了检测顶部61的热位移，激光传感器101检测位于支撑杆71上端的突缘71a的位置变化，所述支撑杆71将上压模52a连接到顶部61。

激光传感器101是由放置在成形腔30外面的固定部分来支撑的，例如，一个连接到容纳伺服马达81的壳体的外表面的支撑部件102以及类似的结构。在本实施例中，支撑部件102包括一个中空的管状部件，其内部空间有保持恒定温度的液体或流体(例如，水)。对于这种结构，支撑部件102的热变形被抑制以更精确地检测固定模52a的热位移。

参照图2B，伺服马达81由图中所示的控制***来控制驱动。

激光传感器101的检测结果通过一个转换电路(未示出)提供给控制部分87的算法处理单元。控制***有一个记忆部分或存储部分88，用于传递和接收到达和来自控制部分87的数据。记忆部分88存储结构部件的热位移与伺服马达81的校正值之间的关系。控制部分87的算法处理单元参照激光传感器101的检测结果读取来自记忆部分88的校正值，并通过校正值来校正下压模52b的预定移动距离以确定伺服马达81的驱动量。因而所确定的驱动量传给伺服马达81。

这里指出由激光传感器101所进行的顶部61的热位移的检测最好是在模压成形周期中没有施加压制力的时候进行，例如，在模压成形开始之前成形装置处于静止的时候，以将由于在模压成形过程中施加到上压模51a的载荷力所引起的顶部61的高度位移排除出去。在连接到激光传感器101的转换电路的紧接着的下游，最好安排一个过滤电路以消除由于外部振动所引起的异常的位置数据。

第二个实施例

顶部61的热位移也可由侧壁部分62(具有通过顶部61固定到其上的上压模52a)的温度变化来预测。下文中，作为本发明的第二个实施例，描述检测侧壁部分62的温度并且由温度变化来计算顶部61的热位移以及下压模52b的移动距离的校正值的一种方法。

相似的零件用类似的参考号来表示并且其细节描述会被省略。

在第二个实施例中，侧壁部分62设有一组温度传感器103和104用于检测温度，如图3A所示。如图3B所示，伺服马达81是参照温度传感器103和104的检测结果来控制驱动的以校正下压模52b的移动距离。

温度传感器103和104最好成形于这样的部位上，即在成形腔30里的热源的作用下易于发生热变形。在本实施例中，温度传感器103和104成形于面向模具加热单元34的侧壁表面上，以及能导致成形腔30的顶部61发生位置变化的部位。为获得更精确的校正值，可以提供3个或更多个温度传感器。作为温度传感器103和104，可以使用已知的热膨胀传感器，热电偶，阻抗传感器，能够以非接触状态检测结构部件温度的热辐射传感器。

在本实施例中，由温度传感器103和104检测的温度与由激光传感器101以与第一个实施例类似的方式检测的顶部61的位移之间的关系在模压成形前被预先获得并作为参数存储在记忆部分88。通过如上所述的预先获得侧壁部分62的温度与顶部61的位移之间的关系，有可能在成形周期中从温度传感器103和104的检测结果获得下压模52b的移动距离的校正值。

如上所述，侧壁部分62的温度变化与顶部61的热位移之间的关系被预先获得并且位移不是在实际的操作中检测的。在这种方式下，有可能防止例如外部振动这样的不利影响强加于热位移检测装置上。

侧壁部分62的温度变化与顶部61的热位移之间的关系也可由侧壁部分62的材料的热膨胀系数来获得。

成形装置的操作

下面描述使用具有上述结构的成形装置的根据本发明的模压成形过程。

(a)加热步骤

上压模和下压模52a和52b由高频感应加热线圈34a和34b分别加热到预定的温度。

在上压模和下压模52a和52b被加热到预定温度后由激光传感器101进行顶部61的热位移的检测并参照检测结果计算校正值。

(b)供应步骤

在加热步骤加热的上压模和下压模52a和52b之间，提供了预加热的玻璃预成形件G，并放在下压模52b上。

(c)模压成形步骤

在玻璃预成形件G被加热和软化的状态下，下压模52b向上移动以压制玻璃预成形件G。结果，上压模和下压模52a和52b的成形表面传递到玻璃预成形件G上以成形出具有预定表面轮廓的玻璃光学元件G’。此时，参照由激光传感器101的检测结果校正的移动距离，伺服马达81被控制驱动。

(d)冷却/分开步骤

上压模和下压模52a和52b冷却到一个预选温度并且下压模52b向下移动以使上压模和下压模52a和52b分离并且玻璃光学元件G’被分开或脱开。

(e)移走步骤

成形为预定形状的玻璃光学元件G’被移走。

之后，上述步骤被重复执行。

在本实施例的模压成形步骤(c)中，压制时间表(随时间的变化)可以被适当地选择。例如，作为压制的结果，在玻璃光学元件G’达到预定厚度时(最终厚度加上与冷却收缩相应的额外的厚度)，压力被释放以使上压模52a的成形表面跟随玻璃光学元件G’的收缩。可选择地，在压制到预定厚度之后，压制压力降低并且保持降低了的压力以压制玻璃光学元件G’直到达到最终厚度。在这种情况下，达到最终厚度的模具位置可以由本发明来控制。

而且，通过例如执行第一个压制操作，然后降低或释放压力，之后执行第二个压制操作，多次压制可以被执行。

例如，第一个压制操作被执行以推动下压模直到玻璃光学元件G’的厚度比最终厚度大出约5％。然后，压力降低并且开始冷却，下压模保持在它所在位置。一旦成形温度达到大约Ts(软化点(sagging point))的程度，就开始执行第二次压制操作。在一个不高于Tg的温度时，执行分开操作。在这种方式下，要被成形的玻璃光学元件可以获得一个很好的表面精度。取决于要被成形的透镜的形状，压力控制和温度时间表或时间进程可以被适当地选择。尤其是，上述控制对光学元件，例如凹形透镜和双面凹形透镜，是有效的。在如上所述的一组压制阶段被执行的情况下，每一阶段下压模所在的位置可以通过将激光传感器101所测量的位移反映到伺服马达81的驱动量上来改变。

接下来，结合玻璃模压产品的模压成形结果来描述一个比较性的例子和本发明的例子。

比较的例子

在比较的例子中，通过模压成形由HOYA制造的一种玻璃材料M-BaCD12，内凹透镜被连续地成形。

上压模和下压模52a和52b的温度都被提高到546℃(与玻璃材料的粘度10^9.7泊相对应)。在加热腔20里被预加热到634℃(与10^6.7泊相对应)的玻璃预成形件G由传送机械手23以一种浮动状态传送并落在下压模52b上。之后，伺服马达81立即被驱动以使下压模52b向上移动。达到与比要被成形的透镜的最终厚度大出5％的厚度相应的位置时，在100kg/m²的压力下执行模压成形。

接下来，下压模52b的压制力降低到20kg/m²并且开始冷却，下压模52b保持在它所在的位置。根据一个预定的冷却程序，一旦透镜被冷却到下降点就在60kg/m²的压力下开始第二个压制操作。通过第二个压制操作，透镜的厚度落到预定的公差范围内。

然后，一旦透镜被冷却到一个不高于Tg(转变温度)的温度，下压模52b向下移动以松开透镜。透镜被传递机械手32移走。移走后，上压模和下压模52a和52b被再次加热以进行下一个模压成形周期。通过连续地重复周期时间为160秒的模压成形周期，内凹透镜被成形。此时，在成形腔30的内壁上，冷却水在图2所示的铜管91a到96a里循环以执行水冷却。

参照图4，是示出侧壁部分62的温度与顶部61的热位移之间关系的图形。在模压成形被连续执行2小时的情况下，相对于模压成形开始时作为参照(0μm)的初始位置，顶部61的位移等于+78μm。相对于模压成形开始时作为参照(36℃)的初始温度，侧壁部分62的温度被提高到48℃ 。在连续的模压成形中，侧壁部分的温度与顶部的位移是完全的线性关系。

参照图5，是示出透镜在比较的例子中被成形的情况下，此时没有校正下压模52b的移动距离，透镜厚度变化的图形。

在连续的模压成形开始之后，透镜的厚度随着成形腔30的结构部件的温度升高而增加并在大约150分钟过去后达到一个充分稳定的条件。此时，透镜的厚度完全落在规范值(本例子中为1.50±0.05mm)范围内。然而，在150分钟的前一半里，厚度超出了公差(在本例子中小于1.45mm)。

例子1

在每一个模压成形周期，激光传感器101的检测结果都反馈到控制部分以控制伺服马达81来校正下压模52b的移动。除了在第一个压制操作中下压模所在的位置被控制外，连续的模压成形以与比较的例子相类似的方式执行。

参照图6，例子1中透镜的厚度变化被描述。连续的模压成形开始之后直到大约250分钟过去，透镜的厚度变化可以被抑制在一个相当小的范围内(不大于0.01mm)。

例子2

取代激光传感器101，使用温度传感器103和104。温度传感器103和104的检测结果反馈到控制部分以控制伺服马达81。除了上面的以外，连续的模压成形以与例子1类似的方式执行。在本例子中，利用了预先获得的成形腔的壁部温度与顶部位置的位移之间的关系。如图7所示，从开始到250分钟过去这段时间透镜的厚度变化可以被抑制在一个不大于0.02mm的范围。

尽管结合几个优选实施例对本发明进行了描述，但本发明并不限制在前述的实施例中。

例如，在本发明的第一个实施例中，顶部61的热位移是利用检测装置，例如激光传感器101，检测支撑上压模52a的支撑杆71的突缘部分71a的位置来检测的。可选择地，假如伴随侧壁部分62的热变形而产生的顶部61的热位移可以被检测，顶部61不同部位的热位移也可以被检测。

而且，伴随着顶部61的热位移而发生位置变化的杆状检测部件可以从顶部61伸到外面去。检测装置，例如激光传感器101，检测检测部件的末端。对于这种结构，支撑激光传感器101的支撑部件102很有利地与热源隔离开。

在前述的实施例中，成形腔30的壳体是作为表现热变形的结构部件的一个例子。侧壁部分62是作为形成壳体并表现热变形的一个部分的一个例子。作为表现伴随着侧壁部分62的热变形而发生的热位移的一个部分的一个例子，顶部61被提到。然而，表现热变形并影响模具位置精度的结构部件并不是限于壳体。表现要被检测的热位移的部分并不是限于壳体的顶部61。具有温度传感器103和104以及激光传感器101的部分并不限于侧壁部分62和顶部61。

通过应用本发明到上述的先前的技术，可以执行高精度的模压成形操作。

而且，前面的描述集中于玻璃材料被模压成形的情况。然而，本发明可以应用到除了玻璃材料外的其他材料，例如树脂或金属，假如具有预定形状的模压产品是通过类似的模压成形来成形的。

在本发明中，也可能检测结构部件的温度并预测伴随着结构部件的温度变化而发生的刚性变化。将刚性变化反映在校正值上，更精确的模压成形可以被执行。

根据本发明，表现由结构部件的热变形而引起的热位移的那个部分的位置变化反馈到控制部分以控制作为驱动部分的伺服马达。因此，可从连续的模压成形一开始就精确地控制透镜的厚度。除此之外，尽管有例如大气温度这样的环境变化，也可抑制变动并在公差范围内制造产品。

根据本发明，例如透镜厚度这样的尺寸控制不需要压模之间的接触或压模与另一部件，例如止动块的接触。因此，压制过程中的压制时间表或时间进程可以自由地选择。除此之外，可控制在成形后伴随着模压成形材料的冷却而发生的热收缩而引起的模具位置变化。因此，可避免例如出现凹陷痕迹以及表面精度变坏这样的问题。尤其是，可模压成形高精度的具有内凹形状或双面凹形状的玻璃光学元件。

因而，根据本发明，可以高生产率地成形高质量的模压产品。本发明适用于需要高的表面精度的玻璃光学元件的制造。

Claims (10)

1.一种成形装置，用于通过加热和软化模压成形材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状来制造模压产品，其特征在于成形装置包括：

一对模，所述模构成所述模具，所述模的每一个都包括成形面，并且一个模的成形面与另一模的成形面相对，所述模的一个模固定到所述成形装置的结构部件；

驱动装置，用于朝向以及离开所述一个模移动另一模；

加热装置，用于加热所述模；

检测装置，用于检测由于所述结构部件的热变形而移动的部分的位移；以及

控制部分，用于参照所述检测装置的检测结果计算用于另一模的移动距离的校正值，并传递指令给所述驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离移动另一模。

2.根据权利要求1的成形装置，其特征在于所述检测装置由支撑部件支撑，所述成形装置还包括温度控制装置，用于将所述支撑部件的温度保持在预定的温度范围内。

3.一种通过使用权利要求1的成形装置模压成形玻璃光学元件的方法，其特征在于包括步骤：

提供预加热和软化的并具有预定形状的玻璃预成形件给所述模具，并将玻璃预成形件模压成形为所述的玻璃光学元件。

4.一种成形装置，用于通过加热和软化模压成形材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状来制造模压产品，其特征在于成形装置包括：

一对模，所述模构成所述模具，所述模的每一个都包括成形面，并且一个模的成形面与另一模的成形面相对，所述模的一个模固定到所述成形装置的结构部件；

驱动装置，用于朝向以及离开所述一个模移动另一模；

加热装置，用于加热所述模；

温度检测装置，用于检测所述结构部件的一部分的温度；

存储部分，用于与作为所述结构部件热变形的结果而移动的部分的位移相联系地存储所述结构部件的温度；以及

控制部分，用于参照所述温度检测装置的检测结果以及所述存储部分的存储内容计算另一模的移动距离的校正值，并传递指令给所述驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离移动另一模。

5.一种通过使用权利要求4的成形装置模压成形玻璃光学元件的方法，其特征在于包括步骤：

提供预先加热和软化的并具有预定形状的玻璃预成形件给所述模具，并将玻璃预成形件模压成形为所述的玻璃光学元件。

6.一种成形方法，用于通过加热和软化模压成形材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状来制造模压产品，其特征在于所述方法是通过使用成形装置来执行的，所述成形装置包括一对模，所述模构成所述模具，所述模的每一个都包括成形面，并且一个模的成形面与另一模的成形面相对，所述模的一个模固定到所述成形装置的结构部件，驱动装置，用于朝向以及离开所述一个模移动另一模，以及加热装置，用于加热所述模，所述方法包括以下步骤：

准备检测装置，检测装置用于检测固定所述一个模的所述结构部件的热变形而引起移动的部分的位移；

参照所述检测装置的检测结果计算另一模的移动距离的校正值；以及

产生指令给所述驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离移动另一模。

7.根据权利要求6的成形方法，其特征在于在成形周期中由所述检测装置进行的热位移的检测是在材料的模压成形前进行的。

8.一种通过使用权利要求6的成形方法来模压成形玻璃光学元件的方法，其特征在于包括步骤：

提供预先加热和软化的并具有预定形状的玻璃预成形件给所述模具，并将玻璃预成形件模压成形为所述的玻璃光学元件。

9.一种成形方法，用于通过加热和软化模压成形材料并通过使用模具将材料模压成形为预定的形状制造模压产品，其特征在于所述方法是通过使用成形装置来执行的，所述成形装置包括一对模，所述模构成所述模具，所述模的每一个都包括成形面，并且一个模的成形面与另一模的成形面相对，所述模的一个模固定到所述成形装置的结构部件；驱动装置，用于朝向以及离开所述一个模移动另一模；以及加热装置，用于加热模，所述方法包括以下步骤：

准备温度检测装置，用于检测固定所述一个模的所述结构部件的温度；

预先获得所述结构部件的温度与由于热变形所移动的部分的热位移之间的关系；

模压成形时通过温度检测装置检测所述结构部件的温度；

参照预先获得的所述结构部件的温度与由于热变形所移动的部分的位移之间的关系以及所述温度检测装置的检测结果，计算另一模的移动距离的校正值，并且传递指令给所述驱动装置以根据由校正值所校正的移动距离来移动另一模。

10.一种通过使用权利要求9的成形方法来模压成形玻璃光学元件的方法，其特征在于包括步骤：

提供预先加热和软化的并具有预定形状的玻璃预成形件给所述模具，并将玻璃预成形件模压成形为所述的玻璃光学元件。

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