СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ФОРМОВАННОГО ИЗДЕЛИЯ, ПОКРЫВАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ И ФОРМОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОВОЙ
METHOD OF PRODUCING MOULDED ARTICLE, COVERING ELEMENT AND MOULDING APPARATUS COMPRISING SAID ELEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу производства формованного изделия способом горячего формования гнутьем, а также покрывающему элементу и формовочному устройству, которые могут использоваться в способе.
Уровень техники
Способ формования стекольных форм для очковых линз включает в себя применение способов механической шлифовки и полировки, способов механической шлифовки, способов электрической обработки, таких как электроэрозионная обработка для выпуска жаропрочной базовой литейной формы, приведение этой базовой литейной формы в соприкосновение со стеклянной заготовкой, размягченной нагреванием для переноса формы поверхности базовой литейной формы, применение программы шлифовки для каждой формы поверхности, которая должна быть получена, и формование базовой литейной формы, имеющей соответствующую форму поверхности.
В последние годы выросла потребность в многофокусных очковых линзах, делаемых более тонкими и легкими введением осесимметричной асферической конструкции линз. Способ горячего формования гнутьем был предложен (смотрите публикацию нерассмотренного патента Японии (KOKAI) Хеисеи под №6-130333 и 4-275930) в качестве способа для формования литейных форм для изготовления очковых линз, имеющих такие сложные формы.
Раскрытие изобретения
В способе горячего формования гнутьем формовочный материал, состоящий из термопластичного вещества, такого как стекло, помещается в литейную форму и размягчается, будучи нагреваемым до температуры, большей чем или равной его точке размягчения, заставляющей его плотно соприкасаться с литейной формой. Форма литейной формы, таким образом, переносится на верхнюю поверхность формовочного материала, давая формованное изделие с требуемой формой поверхности. При формовании литейной формы для очковых линз, например, требуется высокая точность поверхности для верхней поверхности формовочного материала, так как она становится поверхностью для формования оптической рабочей поверхности.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить средство для производства формованного изделия с требуемой формой поверхности формованием верхней поверхности формовочного материала с высокой точностью.
В традиционном способе горячего формования гнутьем нежелательная примесь, такая как пылинки в воздухе и частицы изнашивания в электропечи, может рассеиваться и загрязнять верхнюю поверхность формовочного материала, расположенного в литейной форме, во время формования. Однако такое загрязнение нежелательной примесью на верхней поверхности может вызывать ухудшение точности поверхности, хотя и незначительное. Вероятно, что вся последовательность операций формования проводится в чистом помещении для предотвращения загрязнения нежелательной примесью. Однако ввод в эксплуатацию крупномасштабного чистого помещения, заключающего в себе электропечь, не является предпочтительным, так как он вызывает значительное увеличение производственной себестоимости. Соответственно, настоящие изобретатели проводили всестороннее исследование, имеющее следствием открытие, что закрыванием открытого участка на стороне формовочной поверхности литейной формы покрывающим элементом для предотвращения загрязнения верхней поверхности формовочного материала нежелательной примесью было возможно отформовать верхнюю поверхность формовочного материала с высокой точностью без повышения производственной себестоимости; настоящее изобретение изобреталось на этой основе.
Настоящее изобретение относится к:
способу производства формованного изделия с формованием верхней поверхности формовочного материала, состоящего из термопластичного вещества, в требуемую форму посредством размещения формовочного материала на формовочной поверхности литейной формы и нагревания формовочного материала до температуры, дающей возможность деформации для приведения нижней поверхности формовочного материала в плотное соприкосновение с формовочной поверхностью, при этом
формование проводится, в то время как открытый участок на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которую был помещен формовочный материал, покрыт покрывающим элементом.
Настоящее изобретение дополнительно относится к:
покрывающему элементу для использования в способе формования с формованием верхней поверхности формовочного материала, состоящего из термопластичного вещества, в требуемую форму посредством размещения формовочного материала на формовочной поверхности литейной формы и нагревания формовочного материала до температуры, дающей возможность деформации для приведения нижней поверхности формовочного материала в плотное соприкосновение с формовочной поверхностью, покрывающий элемент используется для покрытия открытого участка на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которую был помещен формовочный материал.
Настоящее изобретение дополнительно относится к:
формовочному устройству для использования в способе формовки с формованием верхней поверхности формовочного материала, состоящего из термопластичного вещества, в требуемую форму посредством размещения формовочного материала на формовочной поверхности литейной формы и нагревания формовочного материала до температуры, дающей возможность деформации для приведения нижней поверхности формовочного материала в плотное соприкосновение с формовочной поверхностью, содержащему:
литейную форму и покрывающий элемент по настоящему изобретению, покрывающий элемент формирует замкнутое пространство над открытым участком на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которую был помещен формовочный материал.
Согласно настоящему изобретению формованное изделие с требуемой формой может быть отформовано с высокой точностью посредством предотвращения загрязнения верхней поверхности формовочных материалов нежелательной примесью во время формовки.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение ниже будет описано более подробно.
Способ производства формованного изделия по настоящему изобретению является способом производства формованного изделия с формованием верхней поверхности формовочного материала, состоящего из термопластичного вещества, в требуемую форму посредством размещения формовочного материала на формовочной поверхности литейной формы и нагревания формовочного материала до температуры, дающей возможность деформации для приведения нижней поверхности формовочного материала в плотное соприкосновение с формовочной поверхностью, при этом формование проводится, в то время как открытый участок на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которую был помещен формовочный материал, покрыт покрывающим элементом. В настоящем изобретении термин «покрытие» означает отделение внутреннего пространства от внешнего до степени, при которой не проникает нежелательная примесь, такая как пыль или частицы изнашивания; прохождение воздуха допускается.
Поверхность формовочного материала, который был термически размягчен, является чрезвычайно активной. Поскольку этап формования обычно довольно продолжителен, любая нежелательная примесь, такая как пыль в воздухе или частицы изнашивания в электропечи, которые прилипают к верхней поверхности формовочного материала в течение этого периода, прилипают довольно прочно, компрометируя точность формования. Таким образом, есть опасность неспособности формовать оптическую поверхность. Наоборот, в настоящем изобретении, поскольку формовочный материал термически размягчен с открытым участком на стороне формовочной поверхности стеклянного материала покрытым покрывающим элементом, загрязнение вышеприведенной нежелательной примесью может предотвращаться. Кроме того, использование покрывающего элемента, как описано выше, дает дополнительное преимущество отсутствия потребности ввода в эксплуатацию устройства крупномасштабного чистого помещения, содержащего в себе электропечь.
Покрывающий элемент может иметь любую форму, которая будет покрывать открытый участок на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которую был помещен формовочный материал. Пример такого покрывающего элемента будет описан на основании фиг.1. Однако настоящее изобретение не ограничено вариантом осуществления, показанным на фиг.1. Ниже описан покрывающий элемент в виде колпака. Однако покрывающий элемент в настоящем изобретении не ограничен наличием колпака.
Фиг.1 - схематическое представление литейной формы, на формовочную поверхность которой помещается формовочный материал, и над открытым верхним участком которого установлен элемент колпака. Фиг.1(a) показывает состояние до термического размягчения, а фиг.1(b) показывает состояние после термического размягчения. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, кольцевая опорная деталь установлена между элементом колпака и литейной формой и краевая поверхность ступенчатой части окружности опорной детали посажена на краевую поверхность проема колпака. Когда такая опорная деталь не используется, достаточно предусмотреть ступенчатую деталь для опоры покрывающего элемента на окружность литейной формы и посадить краевую поверхность ступенчатой детали в проем покрывающего элемента.
Элемент колпака, показанный на фиг.1, образует участок цилиндрической формы. Открыта только одна нижняя поверхность цилиндрической формы, есть пространство, присутствующее внутри. Размеры элемента крышки не ограничены специально, но в ракурсе эффективности ударопрочности и теплопроводности желательны толщина приблизительно от 1 до 5 мм, внутренняя высота приблизительно от 5 до 100 мм, предпочтительно от 30 до 60 мм.
Участок ступенчатой посадки сформирован внутри элемента колпака, показанного на фиг.1. Толщина боковой поверхности от участка ступенчатой посадки до проема является более тонкой, чем боковая поверхность от верхней поверхности до участка ступенчатой посадки. Изготовление краевой поверхности проема покрывающего элемента тонкой таким образом уменьшает поверхность соприкосновения между покрывающим элементом и опорной деталью (литейной формой, когда опорная деталь не используется) и увеличивает давление на единицу площади, которое оказывается на краевую поверхность проема весом самого покрывающего элемента, давая возможность большей герметичности внутри покрывающего элемента. Когда опорная деталь применяется, как показано на фиг.1, и площадь краевой поверхности проема части колпака делается небольшой, становится возможным уменьшать площадь соприкосновения между опорной деталью и покрывающим элементом, тем самым уменьшая габаритный размер опорной детали. Уменьшение размера опорной детали уменьшает величину теплового расширения опорной детали, тем самым улучшая герметичность элемента крышки.
Краевая поверхность проема покрывающего элемента, посаженная на литейную форму или опорную деталь, желательно является гладкой поверхностью, с тем чтобы улучшать непроницаемость. Кроме того, чтобы добиться равномерного теплораспределения по всему стеклянному материалу, внутренняя верхняя поверхность, являющаяся обращенной на проем покрывающего элемента, желательно является приближенной по форме к верхней поверхности стеклянного материала и предпочтительно подобной форме верхней поверхности стеклянного материала по форме. Внутренняя верхняя поверхность, являющаяся обращенной к элементу колпака, желательно является плоской поверхностью. Когда форма внутренней верхней поверхности покрывающего элемента является приближенной по форме к верхней поверхности стеклянного материала, становится возможным равномерно облучать стеклянный материал, расположенный на формовочной поверхности, лучистой теплотой от покрывающего элемента, улучшая теплораспределение стеклянного материала. Однако форма верхней поверхности стеклянного материала изменяется по изделиям. Соответственно, чтобы гарантировать равномерность теплораспределения в стеклянном материале, даже при формовании многочисленных стеклянных материалов разных форм верхней поверхности, внутренней верхней поверхности покрывающего элемента желательно быть приблизительно плоской поверхностью. Кроме того, как показано на фиг.1, ободная часть внутренней верхней поверхности покрывающего элемента желательно фасонирована в форму с закругленными углами. Когда присутствуют углы, теплораспределение имеет тенденцию становиться отчасти неравномерным. Посредством обеспечения закругленной формы, как показанная на фиг.1, теплораспределение в пределах покрывающего элемента может делаться равномерным. Например, применение закругленной формы, такой как изложенная выше, эффективно улучшает долговечность, когда покрывающий элемент выполнен из керамики, поскольку керамика имеет тенденцию скалываться, когда присутствуют углы.
Покрывающий элемент насаживается на литейную форму или опорную деталь, установленную на литейной форме, тем самым отделяя внутреннюю сторону покрывающего элемента от наружной атмосферы. Отделение внутренней стороны покрывающего элемента от наружной атмосферы таким образом дает возможность предотвращения рассеивания и загрязнения нежелательной примесью, такой как пыль и частицы изнашивания, а также предоставления эффекта буферизации, который смягчает неравномерность температурного распределения и скачки температуры в атмосфере, в которую открыт формовочный материал. В традиционном способе горячего формования гнутьем формовочный материал помещается на литейную форму и вводится в печь вместе с литейной формой. Однако поскольку теплораспределение внутри печи является неравномерным, трудно равномерно нагревать многочисленные стеклянные материалы внутри печи. Кроме того, поскольку изменения температуры в печи оказывают влияние непосредственно на стеклянный материал, есть риск коробления и тому подобного, производимого скачками температуры.
По контрасту покрывающий элемент временно сдерживает внешнее тепло, и сам покрывающий элемент успешно выполняет равномерное температурное распределение. Накопленная теплота затем излучается на внутреннюю сторону из покрывающего элемента. Как изложено выше, форма внутренней верхней поверхности покрывающего элемента может быть приспособлена для осуществления регулировок, так что теплота, которая излучается с различных частей покрывающего элемента в качестве источника теплоты, равномерно излучается на стеклянный материал, давая возможность равномерного нагревания формовочного материала. Кроме того, резкие изменения температуры внутри печи смягчаются покрывающим элементом, предотвращая коробление и тому подобное, вызываемое такими резкими изменениями температуры. Чтобы проводить тепловое размягчение формовочного материала как следует, теплопроводность покрывающего элемента желательно составляет от 3 до 170 Вт/мк, предпочтительно от 90 до 120 Вт/мк.
2
3
2
3
2
3
4
2
2
3
Покрывающий элемент желательно выполнен из керамического материала с хорошей термостойкостью. Примерами таких керамических материалов являются: основанные на алюминии (AlO), основанные на AlTiO (AlO-TiC), основанные на цирконии (ZrO), основанные на нитриде кремния (SiN), основанные на нитриде алюминия (AlN), основанные на карбиде кремния (SiC) керамики, а также другая керамика, содержащая первичные компоненты в виде SiO, AlO или MgO. Здесь термин «содержащий первичные компоненты в виде» означает, что эти компоненты отвечают за равный или больший чем 50 массовый процент структурных компонентов покрывающего элемента.
2
2
3
2
Керамика, содержащая равный или больший чем 99 процент SiO, AlO и/или MgO с остатком, являющимся KO или подобным, является пригодным термостойким материалом для использования в покрывающем элементе.
3
Во-первых, материал, имеющий твердость (твердость по Виккерсу) от 7 до 24 Hv, силу изгиба в от 400 до 2000 МПа, модуль Юнга от 180 до 410 ГПа, коэффициент линейного расширения от 4,30 до 10,8×10E-6, температуру термостойкости от 750 до 850°C и плотность от 3,10 до 10,70 г/см, является примером пригодного материала для покрывающего элемента. Во-вторых, материал, имеющий твердость (твердость по Виккерсу) от 7 до 15 Hv, модуль Юнга от 190 до 210 ГПа, коэффициент линейного расширения от 6,0 до 7,0×10E-6 и температуру термостойкости от 775 до 825°C, является особенно подходящим. В-третьих, материал, имеющий твердость (твердость по Виккерсу) от 9 до 15 Hv, модуль Юнга от 180 до 402 ГПа, коэффициент линейного расширения от 4,30 до 10,8×10E-6 и температуру термостойкости, равную или большую чем 800°C, является особенно подходящим. Материал покрывающего элемента желательно также является гидрофобным.
Способ производства покрывающего элемента не является специально ограниченным. Например, когда покрывающий элемент выполнен из керамики, он может изготавливаться посредством порошковой металлургии. Более точно, керамический порошок упаковывается в кокиль, служащий в качестве литейной формы для покрывающего элемента, и проводится прессование в пресс-форме. Затем прессованная в пресс-форме керамика нагревается в течение предписанного периода (например, около 10 часов) при повышенной температуре, большей чем или равной 1000°C (например, от 1550 до 1750°C), для получения покрывающего элемента в виде спеченной керамической детали. Впоследствии краевая поверхность проема покрывающего элемента желательно обрабатывается для гладкости. Эта обработка для гладкости не является специально ограниченной и может проводиться обычными способами снятия фасок. Например, разновидность алмазной тарелки с плоской поверхностью может устанавливаться на нижний вал устройства обработки и вращаться приблизительно при от 200 до 300 оборотах в минуту, чтобы обтачивать боковую поверхность части проема покрывающего элемента и получать гладкую поверхность. При обработке для гладкости желательно подавать воду (например, приблизительно от 1 до 2 л/мин) на обрабатываемую поверхность для охлаждения.
В случае керамического покрывающего элемента желательно обрабатывать верхнюю внутреннюю поверхность покрывающего элемента для предотвращения рассеяния частиц. Это должно предохранять микрочастицы керамики от отпадения во время формования и загрязнения верхней поверхности стеклянного материала. Способ применения глазури и ее агломерирования может применяться в качестве обработки для предотвращения рассеяния частиц. В описанных выше этапах производства покрывающего элемента глазурь может наноситься на верхнюю внутреннюю поверхность покрывающего элемента после прессования в пресс-форме, но до спекания, так что спекание плотно присоединяет глазурь к верхней внутренней поверхности покрывающего элемента. Ее достаточно, чтобы проводить обработку для предотвращения рассеяния частиц по меньшей мере на верхней внутренней поверхности покрывающего элемента, являющейся обращенной к верхней поверхности стеклянного материала. При проведении формования наряду с отсасыванием воздуха через отверстия, сформированные в литейной форме, как дополнительно изложено ниже, желательно обрабатывать верхнюю внутреннюю поверхность покрывающего элемента для предотвращения рассеяния частиц наряду с оставлением боковых поверхностей необработанными, чтобы предоставлять возможность прохождения воздуха.
2
2
3
2
2
2
3
2
Глазурь является вязким веществом, содержащим частицы стекла, которое обычно применяется для придания глянца поверхности керамического изделия. Обычно глазури составлены из SiO, AlO, CaO, MgO, KO, NaO, FeO, LiO и тому подобного. После нанесения глазури на верхнюю внутреннюю поверхность покрывающего элемента она спекается при температуре, превышающей ее точку плавления, чтобы формировать покрывной слой на внутренней поверхности покрывающего элемента расплавлением частиц стекла. Покрывной слой может предохранять керамические изделия от рассеяния на верхнюю поверхность стеклянного материала. Может применяться глазурь, имеющая точку плавления, большую чем температура теплового размягчения стеклянного материала, такая как глазурь, имеющая точку плавления от 1150 до 1300°C. Покрывной слой, сформированный глазурью, имеющей точку плавления, более высокую, чем температура теплового размягчения стеклянного материала, желателен, так как он будет оставаться нерасплавленным во время отливки, предохраняя частицы от рассеяния.
Известные литейные формы, которые обычно применяются в способе горячего формования гнутьем, могут применяться в качестве литейной формы, на которой размещен формовочный материал. Кроме того, литейная форма, имеющая формовочную поверхность предписанной шероховатости, желательно применяется в настоящем изобретении.
Формовочная поверхность литейной формы, обычно применяемая в способе горячего формования гнутьем, подвергается зеркальной обработке посредством полировки. Однако когда формовочная поверхность литейной формы, входящая в соприкосновение с формовочным материалом, является гладкой поверхностью, такой как полированная поверхность, она часто вплавляется в формовочный материал, поверхность литейной формы исцарапывается во время удаления стеклянного материала или тому подобного, подвергая риску долговечность. Вплавление в формовочный материал может предотвращаться применением литейной формы, имеющей формовочную поверхность предписанной шероховатости. Этот момент будет описан на основании фиг.2.
Фиг.2 показывает увеличенную схему состояния соприкосновения между литейной формой и формовочным материалом до и после термического размягчения в литейной форме, имеющей формовочную поверхность предписанной шероховатости. Как показано на фиг.2, даже когда формовочная поверхность предписанной шероховатости вплавляет участок формовочного материала с развитием размягчения, вплавление не происходит по полной формовочной поверхности, но ограничено только выступающими частями, и сильное прилипание не развивается между формовочным материалом и формовочной поверхностью литейной формы. Таким образом, становится легким отделять формовочный материал от литейной формы, давая возможность избегать повреждения у литейной формы и у формовочного материала (формованного изделия) после размягчения. Однако когда формовочная поверхность чересчур шероховатая, есть риск нанесения вреда форме верхней поверхности формовочного материала и неспособности получать требуемую форму поверхности. Принимая во внимание вышеприведенное в качестве примера, литейная форма, имеющая множество неровностей с максимальной высотой Rmax, попадающей в диапазон от 0,1 до 100 микрометров, и расстоянием S между локальными пиками, попадающим в пределы диапазона от 0,01 до 1,00 мм, применяется в качестве литейной формы. Вышеприведенный Rmax указывает ссылкой на значение, которое измеряется согласно определению шероховатости поверхности, заданном в JIS BO601-1982. Среднее расстояние S между локальными пиками является значением, измеряемым согласно определению, заданному в JIS K7125. Вышеприведенная максимальная высота Rmax шероховатости желательно составляет от 1 до 10 микрометров, предпочтительно от 3 до 9 микрометров. Вышеприведенное среднее расстояние между локальными пиками S желательно составляет от 0,01 до 0,1 мм, предпочтительно от 0,05 до 0,5 мм. Шероховатость формовочной поверхности желательно составляет от 0,01 до 10 микрометров, предпочтительно от 0,1 до 1 микрометра, а более предпочтительно от 0,3 до 0,9 микрометра, в качестве арифметической средней шероховатости Ra, измеренной согласно определению шероховатости поверхности, заданному в JIS BO601-1982. В пределах вышеизложенных диапазонов возможно как избежать сплавления, так и достичь точности формования.
Вышеприведенная высота и расстояние неровностей могут измеряться преимущественно с использованием формы Талисурфа, например, изготовленной корпорацией Taylor Hobson. Что касается формы Талисурфа, карборунд или алмаз устанавливается на кончике зонда; кончик зонда перемещается по поверхности и находится в соприкосновении с линзой; и поверхность линзы исследуется сканированием для обмера формы поверхности. Измерительная траектория сканирования обычно является просто линейной. Обмеряется участок поверхности. Направление сканирования во время измерения перпендикулярно неровностям на формовочной поверхности литейной формы. После измерения высота и расстояние неровностей на формовочной поверхности литейной формы определяется посредством анализа значений, измеренных для высоты и расстояния неровностей.
Вышеприведенная литейная форма может быть сформирована из материалов, которые обычно применяются в известных литейных формах, применяемых в способе горячего формования гнутьем. Поскольку металлы имеют низкую износостойкость при температуре 800°C, которая обычно является максимальной температурой обработки размягчения, и имеют высокие коэффициенты теплового расширения, форма сильно деформируется тепловым расширением, происходящим с изменениями температуры около 800°C. Когда уровень изменения велик, есть риск, что по меньшей мере формовочный материал либо литейная форма не будут способны выдерживать разницу в усадке во время охлаждения на поверхности соприкосновения между формовочным материалом и литейной формой и будут повреждаться. Соответственно, литейная форма, применяемая в настоящем изобретении, желательно изготавливается из термостойкого материала, имеющего хорошую износостойкость и коэффициент расширения, который близок к таковому у формовочного материала. Примеры термостойких материалов, применимых в качестве материала литейной формы, являются таковыми, изложенными выше в качестве материала, пригодного для покрывающего элемента.
Формовочная поверхность с вышеописанной шероховатостью поверхности обычно может получаться только шлифованием или фрезерованием без полировки. Формовочная поверхность предпочтительно имеет произвольную форму. Таким образом, материалы высокоточного сферического формования, имеющие сферические полированные поверхности, и литейные формы с произвольной формой могут комбинироваться, чтобы без труда формировать оптические поверхности с поверхностями произвольной формы. Когда формовочная поверхность имеет вышеизложенную шероховатость поверхности, зеркально-полированная стеклянная оптическая поверхность произвольной формы может получаться без необходимости в этапе полировки формовочной поверхности в форму, имеющую поверхность произвольной формы. Это весьма полезно с ракурса себестоимости и производительности.
2
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
2
2
3
2
2
2
В настоящем изобретении формовочный материал, составленный из термопластичного вещества, помещается на формовочную поверхность литейной формы перед формованием. Стекло может применяться в качестве вышеприведенного термопластичного вещества. Среди них пригодны стекла, такие как основанные на кроне, основанные на кремнии, основанные на барии, основанные на фосфатах, фторсодержащие и основанные на монофторфосфатах стекла. В первом примере пригодное стекло является стеклом, содержащим SiO, BO и AlO в качестве структурных компонент и имеющим состав материала стекла, заданный в качестве молярных процентов, от 45 до 85 процентов SiO, от 4 до 32 процентов AlO, от 8 до 30 процентов NaO+LiO (с LiO, составляющим равный или меньший чем 70 процент от NaO+LiO), суммарным количеством ZnO и/или F является от 2 до 13 процентов (где F<8 процентов), LiO+NaO/AlO составляет от 2/3 до 4/1, а SiO+AlO+NaO+LiO+ZnO+F>90 процентов.
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
2
2
3
2
2
2
2
Во втором примере подходящее стекло является стеклом, имеющим состав материала стекла, заданный в качестве молярных процентов, от 50 до 76 процентов SiO, от 4,8 до 14,9 процентов AlO, от 13,8 до 27,3 процентов NaO+LiO (где LiO составляет меньший чем или равный 70 процент от NaO+LiO), суммарное количество ZnO и/или F составляет от 3 до 11 процентов (где F<8 процентов), LiO+NaO/AlO составляет от 2/3 до 4/1 и SiO+AlO+LiO+NaO+LiO+ZnO+F>90 процентов.
2
2
3
2
2
3
2
2
2
3
В третьем примере составом стекла является: SiO (47,8 процентов), AlO (14,0 процентов), NaO (12,1 процента), BO (1 процент), ZnO (6,0 процентов), F (2 процента), MgO (2 процента), LiO (16,1 процента), AsO (0,3 процента).
2
2
3
2
2
3
2
2
3
2
3
В четвертом примере дополнительным пригодным составом стекла является: SiO (63,6 процента), AlO (12,8 процента), NaO (10,5 процента), BO (1,5 процента), ZnO (6,3 процента), LiO (4,8 процента), AsO (0,3 процента), SbO (0,2 процента).
2
3
2
2
Другие оксиды металлов, такие как MgO, PbO, CdO, BO, TiO и ZrO, красящие оксиды металлов и тому подобное, могут добавляться для укрепления стекла, содействия плавлению и придания цвета при условии, что они не превышают 10 процентов.
3
2
2
3
2
2
В качестве дополнительных характеристик стеклянного материала пригодными тепловыми свойствами, например, являются: точка коробления от 460 до 483°C, верхняя граница отжига от 490 до 621°C, точка размягчения от 610 до 770°C, температура стеклования (Tg) от 510 до 665°C, а предел текучести (Ts) от 535 до 575°C, удельный вес от 2,47 до 3,65 г/см, показатель преломления, Nd, от 1,52300 до 1,8061, термодиффузионное соотношение от 0,3 до 0,4 см * мин, коэффициент Пуассона от 0,17 до 0,26, постоянная фотоупругости 2,82x10E-12, модуль Юнга от 6420 до 9000 кгс/мм и коэффициент линейного расширения от 8 до 10x10E-6/°C. Точка коробления в 460°C, верхняя граница отжига в 490°C, точка размягчения в 650°C, температура стеклования (Tg) в 485°C, а предел текучести (Ts) в 535°C, удельный вес в 2,47 г/см, показатель преломления, Nd, в 1,52300, термодиффузионное соотношение в 0,3576 см * мин, коэффициент Пуассона 0,214, постоянная фотоупругости 2,82x10E-12, модуль Юнга в 8340 кгс/мм и коэффициент линейного расширения в 8,5x10E-6/°C являются особенно предпочтительными.
Однако настоящее изобретение может применяться к таковым, иным чем стекло, и не ограничено вышеприведенным вариантом осуществления.
Вышеприведенный формовочный материал может получаться обработкой термопластичного вещества в требуемую форму. Формовочный материал может обрабатываться известными способами. Форма формовочного материала может быть плоской формой, сферической, эллиптической, осесимметричной формой (диоптрические линзы, асферические осесимметричные линзы с диоптрической силой), формой поверхности произвольной формы (линзы прогрессивной диоптрической силы, асферические двухплоскостные линзы с диоптрической силой) и тому подобной. Менисковая форма, имеющая две полированных сферических поверхности, является предпочтительной. Поверхности формовочного материала желательно являются зеркальными поверхностями. Шероховатость поверхностей желательно составляет максимальную высоту Rmax шероховатости, меньшую чем или равную 0,04 микрометра, и арифметически среднюю шероховатость Ra, меньшую чем или равную 0,005 микрометра. Нижним пределом шероховатости для стеклянного материала, например, является максимальная шероховатость в 0,01 микрометра и арифметически средняя шероховатость Ra в 0,01 микрометра.
Затем, после покрытия открытого участка на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которой был расположен формовочный материал, как изложено выше, формовочный материал нагревается до температуры, дающей возможность деформации в литейной форме. «Температура, дающая возможность деформации» желательно является температурой, которая является большей, чем или равной температуре стеклования (Tg), в случае формовочного материала, составленного из стекла. Нагрев может проводиться известным способом, таким как помещение литейной формы в электропечь. Регулируя температуру атмосферы в электропечи до температуры, установленной для формовочного материала, формовочный материал может нагреваться до требуемой температуры. В настоящем изобретении, поскольку формовочный материал нагревается через покрывающий элемент, как изложено выше, может проводиться равномерный нагрев. Подробности регулирования температуры ниже будут описаны более подробно.
Как показано на фиг.1(a), до нагревания имеется частичный зазор между нижней поверхностью формовочного материала и формовочной поверхностью; имеет место неполное плотное соприкосновение. Когда формовочный материал нагревается, в этом состоянии текучесть формовочного материала повышается по мере того, как он размягчается. Как показано на фиг.1(b), он плотно соприкасается с формовочной поверхностью. Когда применяется литейная форма, имеющая формовочную поверхность с предписанной шероховатостью, термин «плотно соприкасается» здесь не означает состояние, в котором формовочный материал проникает в неровности на формовочной поверхности.
В настоящем изобретении желательно применяется литейная форма, имеющая сквозные отверстия, проходящие с формовочной поверхности на противоположную поверхность от формовочной поверхности, и всасывание желательно применяется через сквозные отверстия во время литьевого формования. За счет обеспечения сквозных отверстий в формовочной поверхности и применения всасывания таким образом время, требуемое для деформации формовочного материала, может укорачиваться, а производительность может повышаться. Как показано на увеличенных схематических чертежах по фиг.2, при применении литейной формы, имеющей неровности, остается пространство между формовочной поверхностью и формовочным материалом, как показанное на фиг.2(b), даже после теплового размягчения для приведения формовочной поверхности в плотное соприкосновение с нижней поверхностью формовочного материала. Формирование этого пространства имеет эффект предотвращения сплавления, как упомянуто выше. С другой стороны, воздух остается в этом пространстве, и образуются воздушные карманы. Когда эти воздушные карманы остаются между формовочной поверхностью и формовочным материалом, воздух иногда захватывается, будучи невыпускаемым. Однако эти воздушные карманы создают пространство между формовочной поверхностью и формовочным материалом, создавая опасность затруднения управления формой стеклянного материала формовочной поверхностью, когда формовочный материал приходит в соприкосновение с формовочной поверхностью. Соответственно, при применении литейной формы, имеющей формовочную поверхность предписанной шероховатости, как изложено выше, желательно, чтобы сквозные отверстия были предусмотрены в формовочной поверхности и проводилось отсасывание для удаления воздушных карманов. Однако пульсация всасывающего насоса иногда становится неравномерной, когда уплотнение, создаваемое покрывающим элементом, является чересчур плотным. Кроме того, когда отсасывание проводится вплоть до предельной силы отсасывания всасывающего насоса, всасывание через сквозные отверстия иногда прекращается. Соответственно, при обеспечении сквозных отверстий в формовочной поверхности и проведении отсасывания желательно применять покрывающий элемент с предписанной степенью проницаемости для воздуха, с тем чтобы управлять расходом во время отсасывания и сглаживать пульсации всасывающего насоса. Когда применяется покрывающий элемент, имеющий предписанную степень проницаемости для воздуха, формирование определенной степени отрицательного давления в покрывающем элементе вызывает втекание воздуха снаружи, давая возможность предотвращать прекращение всасывания, обусловленное чрезмерным отрицательным давлением в пределах покрывающего элемента. Воздух, который втекает на внутреннюю сторону покрывающего элемента с внешней стороны, фильтруется покрывающим элементом, предотвращая загрязнение нежелательной примесью, такой как пыль и частицы изнашивания, и предотвращая проблемы чистоты.
Чтобы гарантировать предписанную проницаемость для воздуха таким образом, покрывающий элемент желательно выполнен из пористого материала. Пористость желательно составляет, например, от 5 до 80 процентов, предпочтительно от 30 до 40 процентов. При проведении обработки для предотвращения рассеяния частиц, как изложено выше, только верхняя поверхность внутри покрывающего элемента может обрабатываться для поддержки проницаемости для воздуха у боковой поверхности.
При производстве литейной формы или части литейной формы для очковых линз посредством способа производства формованного изделия по настоящему изобретению и применения литейной формы, имеющей сквозные отверстия, проемы сквозных отверстий на стороне формовочной поверхности желательно скомпонованы так, чтобы не перекрываться с местами, соответствующими частям измерения показателя преломления в очковой линзе, на нижней поверхности формовочного материала, когда формовочная поверхность литейной формы и нижняя поверхность формовочного материала находятся в плотном соприкосновении.
Более точно, вышеприведенная литейная форма может применяться при производстве очковых линз посредством монтажа двух литейных форм на кольцевой прокладке и наливания исходного раствора материала линзы в полость, образованную литейными формами и прокладкой, для проведения полимеризации. Литейная форма, применяемая в этом способе, обычно сконструирована согласно процедурам, содержащим определение формы поверхности очковой линзы (определение расчетных значений), затем преобразование расчетных значений для очковой линзы в форму поверхности литейной формы (определение расчетных значений литейных форм) и затем преобразование расчетных значений литейных форм в форму поверхности литейной формы. Каждое из этих преобразований может проводиться известным способом. Форма поверхности, расположенной в полости литейной формы, которая произведена с использованием литейной формы, имеющей форму поверхности, определенную таким образом, переносится на очковую линзу, давая возможность формировать оптические рабочие поверхности. Однако когда происходит непреднамеренная деформация в литейной форме, образованная вследствие всасывания через сквозные отверстия, оптическая рабочая поверхность с формой, отличающейся от таковой по расчетным значениям, прекращает формирование. Место на очковой линзе, имеющее наибольшее влияние на оптические характеристики, является опорной точкой для измерения диоптрической силы. Когда есть значительный сдвиг формы поверхности этого участка от расчетных значений, становится трудным получать очковую линзу с требуемым показателем преломления. Соответственно, в способе производства формованного изделия II для предотвращения вышеописанной деформации в местах на поверхности литейной формы, которые переносятся в места на очковой линзе, в которых формируются опорные точки для измерения диоптрической силы, проемы сквозных отверстий на формовочной поверхности литейной формы компонуются так, что они не перекрывают места, соответствующие опорным точкам для измерения диоптрической силы на очковой линзе на нижней поверхности формовочного материала, когда формовочная поверхность и нижняя поверхность формовочного материала находятся в плотном соприкосновении. Таким образом, можно получать литейную форму (ее часть) для очковых линз, свободных от деформации, вызванной всасыванием в местах, соответствующих опорным точкам для измерения диоптрической силы, и литейная форма может применяться для получения высококачественных очковых линз, имеющих требуемые оптические характеристики. Когда формовочный материал отформован в формованное изделие (литейную форму или ее часть), поверхность, которая была верхней поверхностью формовочного материала (противоположная поверхности от поверхности в плотном соприкосновении с формовочной поверхностью), переносится на очковую линзу. «Место, соответствующее опорной точке для измерения диоптрической силы» нижней поверхности формовочного материала, является участком нижней поверхности формовочного материала, противоположной участку верхней поверхности формовочного материала, служащей в качестве участка, который переносится в опорную точку для измерения диоптрической силы очковой линзы, на поверхности полученной литейной формы.
Опорная точка для измерения диоптрической силы очковой линзы будет описана ниже.
Как правило, очковые линзы классифицируются как однофокальные очковые линзы, многофокальные очковые линзы или очковые линзы с прогрессивной диоптрической силой. Вышеописанная литейная форма может применяться для производства любых типов очковых линз, пригодна для производства однофокальных очковых линз и очковых линз с прогрессивной диоптрической силой и особенно пригодна для производства очковых линз с прогрессивной диоптрической силой.
Опорные точки для измерения диоптрической силы заданы в JIS T7315, JIS T7313 или JIS T7330. Опорные точки для измерения диоптрической силы являются участками, которые охвачены окружностями приблизительно от 8,0 до 8,5 мм в диаметре, например, на поверхности на стороне объекта или на стороне глазного яблока очковой линзы. В однофокальных очковых линзах опорная точка для измерения диоптрической силы расположена в центре поверхности линзы. В линзах с прогрессивной диоптрической силой и многофокальных очковых линзах есть многочисленные опорные точки для измерения диоптрической силы. Как дополнительно изложено ниже, линзы с прогрессивной диоптрической силой могут грубо подразделяться на группы линз с прогрессивной диоптрической силой общего применения, линзы со средне-близкой прогрессивной диоптрической силой и линзы с совсем близкой прогрессивной диоптрической силой. Есть две опорных точки для измерения диоптрической силы, называемые опорной точкой для измерения дальнего участка и опорной точкой для измерения ближнего участка, в линзах с прогрессивной диоптрической силой общего применения и линзах со средне-ближней прогрессивной диоптрической силой. Есть две опорные точки для измерения близких участков в линзах с совсем близкой прогрессивной диоптрической силой. При производстве литейной формы (или ее части) для производства линз с прогрессивной оптической силой посредством способа производства формованного изделия II применяется литейная форма, не имеющая проемов на стороне формовочной поверхности в местах, соответствующих вышеприведенным двум опорным точкам для измерения диоптрической силы.
Краткие изложения о линзах с прогрессивной диоптрической силой даны в JIS T7315 и JIS T7330. Очковые линзы с прогрессивной диоптрической силой будут описаны ниже.
В очковых линзах с прогрессивной диоптрической силой дальняя, средняя и ближняя зоны поля зрения соразмерно разделены на основании частоты использования. Дальняя зона, которая имеет высокую частоту использования, часто делается широкой и рассчитана на основании выделения дальнего действия или ближнего действия. Применения меняются на основании отличий в ширине зоны поля зрения, соответствующей расстоянию до объекта. Можно отметить три основные категории: линзы с прогрессивной диоптрической силой общего применения, линзы со средне-ближней диоптрической силой и линзы с совсем близкой прогрессивной диоптрической силой. Также есть типы с выделением дальнего действия и выделением средне-дальнего действия. Линзы с прогрессивной диоптрической силой общего применения нацелены на использование как дальнего, так и ближнего действия, и имеют функции, которые дают возможность зрения как дальнего, так и ближнего действия. Однако они ограничены по ширине поля зрения, которую они дают в средней и ближней зонах. Как правило, чем шире зона поля зрения дальнего и ближнего действия, тем больше склонность к искажению и перепаду, конкретным для прогрессии, которая должна производиться на стороне зоны среднего действия. Линзы со средней и ближней прогрессивной диоптрической силой наделены широкой средней зоной и ближней зоной посредством ограничения дальней зоны. Дальняя зона занимает более высокое положение, чем таковая общего применения и имеет длинную полосу прогрессии, значит, есть небольшая величина искажения и перепада, конкретных для прогрессии. Однако такие линзы не приспособлены для зрения дальнего действия. Линзы совсем близкой прогрессивной диоптрической силы преимущественно имеют ближние зоны и не имеют дальних зон; таким образом, они иногда классифицируются как однофокальные линзы. Все из вышеприведенных категорий линз с прогрессивной диоптрической силой пригодны в качестве линз объективов, производимых с использованием литейных форм в виде формованных изделий, произведенных посредством способа производства по настоящему изобретению.
Линзы с прогрессивной диоптрической силой могут подразделяться на три группы на основании расположения прогрессивных элементов на вогнутой и выпуклой поверхностях линзы. Первая группа состоит из линз прогрессивной диоптрической силы с выпуклой (внешней) поверхностью, в которых прогрессивная поверхность расположена на выпуклой поверхности. Вторая группа состоит из линз прогрессивной диоптрической силы с вогнутой (внутренней) поверхностью, в которых прогрессивная поверхность расположена на вогнутой поверхности. А третья группа состоит из асферических (также указываемых ссылкой в качестве прогрессивных двухплоскостных сложных) линз прогрессивной диоптрической силы с двойной поверхностью, в которых прогрессивные элементы поделены между двумя поверхностями.
Линзы прогрессивной диоптрической силы с выпуклой поверхностью имеют прогрессивную поверхность на выпуклой поверхности, с прогрессивной диоптрической силой, образуемой на основании формы оптической поверхности выпуклой поверхности. Вогнутые линзы с прогрессивной диоптрической силой являются подобными, за исключением отличия в вогнутости и выпуклости.
Двухплоскостные асферические линзы с прогрессивной диоптрической силой наделены преимуществом обоих, «линз с прогрессивной диоптрической силой внешней поверхности» и «линз с прогрессивной диоптрической силой внутренней поверхности». Таким образом, они являются линзами с прогрессивной диоптрической силой, имеющими конструкцию, в которой изменения в диоптрической силе в вертикальном направлении, относящиеся к длине полосы прогрессии, распределены и расположены на стороне выпуклой поверхности, а изменения в диоптрической силе в горизонтальном направлении, относящиеся к искажению и перепаду, распределены и расположены на стороне вогнутой поверхности. Поверхность этой «двухплоскостной сложной прогрессии» составлена из специальных асферических поверхностей, которые не являются прогрессивными поверхностями по обеим поверхностям и отличаются по структуре от традиционных линз с прогрессивной диоптрической силой, называемых «двухплоскостными линзами с прогрессивной диоптрической силой», в которых предписанная дополнительная ступень является разбиением между обеими поверхностями, являющимися прогрессивными поверхностями. Поскольку обе поверхности линзы могу использоваться комбинированным образом, отчетливые поля зрения могут быть расширены до дальней, средней и ближней зон. В частности, улучшаются перепад и искажение по периметру линзы. Все типы линз с прогрессивной диоптрической силой пригодны в качестве линз объективов, производимых с использованием литейных форм в виде формованных изделий, произведенных посредством способа производства по настоящему изобретению.
Компоновка вышеприведенных сквозных отверстий будет описана ниже.
Количество сквозных отверстий может быть одно, но желательно обеспечено множество сквозных отверстий. Количество сквозных отверстий, сформированных в литейной форме, не является специально ограниченным и может определяться надлежащим образом. Когда формовочная поверхность имеет диаметр приблизительно от 80 до 100 мм, например, приблизительно от 6 до 60 проемов сквозных отверстий может быть скомпоновано на формовочной поверхности. Как показано на фиг.3(a), множество сквозных отверстий может быть скомпоновано равномерно, на равных интервалах по взятой в целом формовочной поверхности. Однако сквозные отверстия желательно предусмотрены так, что места, соответствующие опорным точкам для измерения диоптрической силы очковой линзы на нижней поверхности стеклянного материала, не перекрывают отверстия на стороне формовочной поверхности, когда формовочная поверхность и нижняя поверхность стеклянного материала приводятся в плотное соприкосновение, как изложено выше.
Сквозные отверстия в литейной форме желательно скомпонованы по меньшей мере в ободочной части формовочной поверхности, множеству сквозных отверстий предпочтительно располагаться в пределах зоны, меньшей чем наружный диаметр формовочного материала, на по меньшей мере двух концентрических окружностях.
В этом контексте термин "ободочная часть формовочной поверхности" означает участок, окружающий центральную часть формовочной поверхности. Термин "центральная часть формовочной поверхности", например, означает место от центра формовочной поверхности до приблизительно 1/2 радиуса.
Фиг.3(b) и (c) - примеры сквозных отверстий, которые были скомпонованы в ободочной части формовочной поверхности, но не поблизости от геометрического центра формовочной поверхности литейной формы. В этих случаях также сквозным отверстиям желательно предусматриваться так, что места, соответствующие опорным точкам для измерения диоптрической силы в очковой линзе на нижней поверхности стеклянного материала, не перекрывают проемы на стороне формовочной поверхности, когда формовочная поверхность и нижняя поверхность стеклянного материала находятся в плотном соприкосновении. Кроме того, на фиг.3(b) сквозные отверстия в ободочной части скомпонованы с равными интервалами на множестве концентрических окружностей. Количество сквозных отверстий, расположенных на единице площади, является меньшим в местах возле центра, количество сквозных отверстий на единицу площади увеличивается с расстоянием от центра. То есть сквозные отверстия скомпонованы некоторым образом, увеличивающимся от центральной части по направлению к ободочной части (с несколькими сквозными отверстиями возле центра и многочисленными сквозными отверстиями в ободочной части). В результате исследования, проведенного настоящими изобретателями, компоновка сквозных отверстий таким образом, более точно при применении стеклянного вещества в качестве формовочного материала, может гарантировать свойства надежного переноса. В дополнение настоящие изобретатели обнаружили, что деформация теплового размягчения могла бы проводиться равномерно по полной поверхности и что коробление в пределах стеклянного материала могло бы подавляться. Причины для этого еще не совсем известны, но предполагаются следующими.
Существуют свойства, в силу которых скорость деформации стеклянных материалов и тенденция, чтобы такая деформация происходила, являются наибольшими в центре наряду с тем, что скорость деформации относительно низка и деформация имеет тенденцию не происходить на участке периметра. Как показано на фиг.1, когда нижняя поверхность стеклянного материала является выпуклой, а формовочная поверхность литейной формы является вогнутой, опорная часть стеклянного материала является краевой частью окружности стеклянного материала. В этом случае краевая часть периметра стеклянного материала, которая поддерживается формовочной поверхностью, имеет склонность равномерно перемещаться во время теплового размягчения, действуя в качестве сдерживающего фактора на деформацию, вызываемую размягчением вдоль периметра краевой части. Считается, что круговая часть должна подвергаться низкой скорости деформации и иметь склонность не подвергаться искажению формы. Однако нет никакого опорного участка в центре, значит, нет никакого фактора, сдерживающего деформацию, вызванную размягчением. Настоящие изобретатели обнаружили, что фактическая деформация стеклянного материала начинается в центральной части, последовательно расширяясь к части периметра.
Однако разница между скоростью деформации в ободочной части и в центральной части стеклянного материала иногда становится порождающим коробление фактором в стеклянном материале. Это происходит, потому что когда центральная часть стеклянного материала сначала деформируется тепловым размягчением и деформация не происходит в ободочной части, развивается коробление между центральной частью и ободочной частью стеклянного материала. Те обстоятельства, что скорость деформации в части периметра низка и что деформация имеет склонность не происходить там, также становятся факторами, которые снижают точность переноса. Соответственно, многочисленные сквозные отверстия скомпонованы в ободочной части формовочной поверхности литейной формы, распределение силы всасывания повышается в ободочной части, где деформация имеет склонность не происходить, и немного сквозных отверстий скомпоновано в центральной части, которая имеет склонность подвергаться деформации, чтобы распределять силу всасывания на единицу площади надлежащим образом. Считается, что это обеспечивает свойства надежного переноса, давая деформации теплового размягчения возможность происходить равномерно по полной поверхности и предотвращать коробление в пределах стеклянного материала. Таким образом, можно регулировать разницу в скорости деформации и в склонности деформироваться, обусловленную местоположением в стеклянном материале, компоновкой сквозных отверстий, улучшая повторяемость переноса формы стекла. Отсасывание через сквозные отверстия, как изложено выше, дает преимущества сокращения времени деформации формовочного материала и повышения производительности.
Компоновка сквозных отверстий может выбираться надлежащим образом для каждого материала, который должен формоваться. Например, фиг.3(b) применима в случае относительно большой кривизны, такой как когда форма, которая должна обрабатываться, является кривой со средней кривизной, равной или большей чем 8, и фиг.3(c) применима в случае относительно небольшой кривизны, такой как кривая со средней кривизной, равной или меньшей чем 5. Кроме того, как показано на фиг.3(a), компоновка сквозных отверстий, равномерно по взятой в целом поверхности, пригодна для форм с поверхностями произвольной формы, таких как линзы с прогрессивной диоптрической силой.
Для проведения высокоточного формования при проведении отсасывания через сквозные отверстия, желательно, чтобы диаметр сквозных отверстий, вязкость формовочного материала во время отсасывания, толщина формовочного материала и давление всасывания удовлетворяли Уравнению 1, приведенному ниже. В частности, как изложено выше, при применении литейной формы с высокошероховатой формовочной поверхностью и проведении чрезмерного уровня отсасывания через сквозные отверстия есть риск, что шероховатость поверхности формовочной поверхности и форма сквозных отверстий оказывают влияние на форму верхней поверхности формовочного материала. Таким образом, желательно удовлетворять Уравнению 1 при проведении отсасывания. Также желательно проводить отсасывание в условиях, удовлетворяющих Уравнению 1, чтобы сглаживать пульсацию всасывающего насоса и применять покрывающий элемент, имеющий подходящую степень проницаемости для воздуха, как изложено выше.
[Номер 1] Уравнение 1
Более точно, Уравнение 1 может быть выражено в качестве Уравнения 1-1, приведенного ниже.
[Номер 2] Уравнение 1-1
2
-9
В вышеприведенных уравнениях H обозначает диаметр (мм) сквозных отверстий, V обозначает вязкость (пуаз) формовочного материала во время отсасывания, T обозначает толщину (мм) формовочного материала, P обозначает давление (мм рт.ст./см) отсасывания, где 1 пуаз=0,1 Па·с. К обозначает коэффициент; от 1,8 до 3,0×10 является подходящим.
+7
+8
2
4
4
2
Более точно, диаметр сквозных отверстий может быть от 0,3 до 0,5 мм, вязкость формовочного материала во время отсасывания может быть от 6,81×10 до 1,26×10 пуаз, толщина формовочного материала может быть от 4 до 7 мм и давление отсасывания может быть от 80 до 120 мм рт.ст./см (=от 1,0×10 до 1,6×10 Па/см).
Толщина формовочного материала может предполагаться одинаковой во время формования. В Уравнении 1, приведенном выше, толщина формовочного материала является толщиной в начале формования. В настоящем изобретении на основании Уравнения 1, приведенного выше, температура формовочного материала во время теплового размягчения может контролироваться термопарой или тому подобным, вязкость формовочного материала может рассчитываться, и может устанавливаться давление отсасывания. Давление отсасывания также может устанавливаться на основании отношения между температурой и вязкостью, последняя рассчитывается по характеристикам вязкости применяемого формовочного материала.
Стеклянный материал во время отсасывания находится в размягченном состоянии благодаря нагреву. Настоящие изобретатели обнаружили, что стекло в размягченной фазе деформировалось как вязкоупругий материал. Соответственно, всасывание в настоящем изобретении предпочтительно проводится с учетом характеристик вязкоупругой деформации. Это будет дополнительно описано ниже.
Когда стеклянный материал деформируется вязкоупругим образом, поверхность вогнутости и поверхность выпуклости сжимаются к направлению, соприкасающемуся с поверхностью, а противоположная поверхность расширяется, чтобы деформироваться. Однако есть плоскость (нейтральная поверхность) между поверхностью вогнутости и поверхностью выпуклости, где ни сжатия, ни расширения не происходит в тангенциальном направлении. Что касается деформации вязкоупругого материала, степень деформации невелика, и скорость деформации также невелика в месте, в котором вязкоупругий материал подпирается и зафиксирован. В противоположность есть тенденция, что в положении, удаленном от места опоры, степень деформации велика и скорость деформации также велика. В качестве примера будет обсуждено изменение формы плоского вязкоупругого материала. Поскольку степень деформации вязкоупругого материала ясно обсуждена, что касается нейтральной поверхности, целевой ниже будет нейтральная поверхность вязкоупругого материала, если специально не указано иное. Что касается нейтральной поверхности вязкоупругого материала, известно, что когда он подпирается и зафиксирован на обеих кромках с приложением постоянной силы (V), такой как сила тяжести, расстояние X от базовой точки, в которой он подпирается и зафиксирован, и степень деформации показываются следующим уравнением:
Уравнение 2
в котором D - модуль жесткости при изгибе (который постоянен для материала), а L - длина поперечного сечения (постоянное значение) вязкоупругого материала.
То есть из вышеприведенного Уравнения 2 понятно, что степень деформации вязкоупругого материала изменяется на манер кривой второго порядка по мере того, как она удаляется от опорной части, указываемой ссылкой как 0. Как описано выше, когда нижняя поверхность формовочного материала является выпуклой поверхностью, а формовочная поверхность литейной формы является вогнутой поверхностью, стеклянный материал размещается так, что он поддерживается и зафиксирован в ободочной части стеклянного материала, а также он отделен от формовочной поверхности вокруг центральной части. Таким образом, ожидается, что если стеклянный материал деформируется вязкоупругим образом, деформация была бы велика в центральной части и мала на ободе, на котором он поддерживается и зафиксирован. Таким образом, в стеклянном материале есть участок, который не имеет склонности деформироваться только от силы тяжести, оказывающей влияние равномерно на стекло, взятое в целом, и деформация почти не происходит, особенно на участке, в котором он поддерживается и зафиксирован. Соответственно, настоящие изобретатели компоновали сквозные отверстия на формовочной поверхности литейной формы, так что количество сквозных отверстий мало в центральной части, в которой имеет склонность происходить деформация, и количество сквозных отверстий велико в краевой части стеклянного материала, в которой деформация почти не происходит, чтобы распределять силу всасывания больше в ободочной части. То есть сквозные отверстия компоновались так, что количество сквозных отверстий является минимальным в центральной части и повышается по мере становления более близким к ободочной части, с тем чтобы дополнять вышеприведенное Уравнение 2. Кроме того, является подходящим, что распределение сквозных отверстий увеличивается квадратичным образом пропорционально расстоянию от центра согласно вышеприведенному уравнению.
Способ всасывания будет описан ниже на основании фиг.4. Фиг.4 - чертеж примера способа всасывания. Однако настоящее изобретение не ограничено вариантом осуществления, показанным на фиг.4.
4
4
Как показано на фиг.4, литейная форма 402, на которой был размещен формовочный материал, установлена на цоколь 403 отсасывания. Всасывание проводится цоколем 403 всасывания и частью 404 всасывающего насоса. Цоколь 403 всасывания является пластинчатым полым цоколем, в котором места, где устанавливаются литейные формы, сделаны полыми при вогнутой форме. Он сделан из материала, такого как термостойкая нержавеющая сталь (SUS310S). Впускные отверстия 407 расположены в местах, где литейная форма установлена на верхней поверхности цоколя всасывания. Выпускные отверстия для подачи отсасываемого воздуха во всасывающий насос расположены на нижней поверхности цоколя всасывания и присоединены к терминалу 405 всасывания, который присоединен к всасывающему насосу. Давление всасывания желательно устанавливается, чтобы удовлетворять Уравнению 1, приведенному выше; например, оно может быть установлено в от 20 до 120 мм рт.ст.(=от 1,0×10 до 1,6×10 Па).
Кроме того, в настоящем изобретении опорная деталь может быть расположена между покрывающим элементом и литейной формой для позиционирования формовочного материала. Таким образом, положение, в котором расположен формовочный материал, может точно регулироваться, давая повышенную точность поверхности. Можно интегрировать покрывающий элемент и опорную деталь обеспечением проема покрывающего элемента функцией для поддержки формовочного материала. Например, посредством формирования выступающей части на внутренней боковой поверхности покрывающего элемента и размещения формовочного материала на формовочной поверхности литейной формы в состоянии, где по меньшей мере участок выступающей части и боковая поверхность формовочного материала соприкасаются друг с другом, формовочный материал может позиционироваться и поддерживаться. Выступающая часть может быть предусмотрена по всей окружности внутренней боковой поверхности покрывающего элемента, но может быть частично предусмотрена на ней. Например, три или более выступающих частей могут быть предусмотрены на внутренней окружности внутренней боковой поверхности покрывающего элемента предпочтительно с равными промежутками. Однако желательно, чтобы выступающая часть была в форме кольца, полностью проходящего вокруг окружности внутренней боковой поверхности покрывающего элемента, с тем чтобы обеспечивать надежное позиционирование и опору.
В настоящем изобретении, как изложено выше, после покрытия открытого участка на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которой был расположен формовочный материал, формовочный материал нагревается до температуры, дающей возможность деформации. «Температура, дающая возможность деформации» желательно является температурой, которая является большей, чем или равной температуре стеклования (Tg), в случае формовочного материала, составленного из стекла. Нагрев может проводиться известным способом, таким как помещение литейной формы в электропечь. Регулируя температуру атмосферы в электропечи до температуры, установленной для формовочного материала, формовочный материал может нагреваться до требуемой температуры. Подробности регулирования температуры ниже будут описаны более подробно. Посредством теплового размягчения таким образом полная поверхность нижней поверхности формовочного материала приводится в плотное соприкосновение с формовочной поверхностью. Таким образом, форма формовочной поверхности может переноситься на верхнюю поверхность формовочного материала, чтобы формовать формовочный материал в требуемую форму. В частности, в настоящем изобретении предпочтительно применяется литейная форма, имеющая формовочную поверхность с разнообразной конфигурацией. Соответственно, материалы высокоточного сферического формования, имеющие сферические полированные поверхности, и литейные формы с разнообразными конфигурациями могут комбинироваться, чтобы без труда формовать оптическую поверхность разнообразной конфигурации на верхней поверхности формовочного материала.
Настоящее изобретение, кроме того, относится к покрывающему элементу для использования в способе формования с формованием верхней поверхности формовочного материала, состоящего из термопластичного вещества, в требуемую форму посредством размещения формовочного материала на формовочной поверхности литейной формы и нагревания формовочного материала до температуры, дающей возможность деформации для приведения нижней поверхности формовочного материала в плотное соприкосновение с формовочной поверхностью, покрывающий элемент используется для покрытия открытого участка на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которой был размещен формовочный материал. Подробности о покрывающем элементе по настоящему изобретению являются такими, как изложенные выше.
Настоящее изобретение, кроме того, относится к формовочному устройству для использования в способе формования с формованием верхней поверхности формовочного материала, состоящего из термопластичного вещества, в требуемую форму посредством размещения формовочного материала на формовочной поверхности литейной формы и нагревания формовочного материала до температуры, дающей возможность деформации для приведения нижней поверхности формовочного материала в плотное соприкосновение с формовочной поверхностью. Формовочное устройство содержит литейную форму и покрывающий элемент по настоящему изобретению, покрывающий элемент формирует замкнутое пространство над открытым участком на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которую был помещен формовочный материал. Формовочное устройство по настоящему изобретению может содержать множество наборов формовочного материала и покрывающего элемента. При производстве множества формовочных материалов с разными формами верхней поверхности равномерность теплораспределения может улучшаться комбинацией с покрывающим элементом, внутренняя верхняя поверхность которого по форме приблизительно подобна форме верхней поверхности формовочного материала, как изложено выше. Это пригодно для производства широкого многообразия изделий в малых количествах. С другой стороны, может применяться покрывающий элемент с внутренней верхней поверхностью, которая приблизительно является плоской поверхностью. Поскольку не требуется комбинировать покрывающий элемент, соответствующий формовочному материалу для каждого изделия, она предпочтительна в ракурсе массового выпуска продукции. В дополнение, как упомянуто выше, литейная форма, имеющая сквозные отверстия, может применяться в качестве литейной формы. В этом случае формовочное устройство по настоящему изобретению дополнительно может содержать устройство всасывания для уменьшения давления в замкнутом пространстве. Подробности о покрывающем элементе по настоящему изобретению являются такими, как изложенные выше.
Отдельный вариант осуществления способа производства формованного изделия по настоящему изобретению будет описан ниже. Однако настоящее изобретение не ограничено описанным ниже вариантом осуществления.
Сначала, предпочтительно в чистом помещении, устанавливается литейная форма с формовочной поверхностью сверху. При применении опорной детали опорная деталь насаживается на ободную часть формовочной поверхности и ступенчатую монтажную часть боковой поверхности. Формовочный материал затем размещается в предписанном положении на формовочной поверхности вдоль опорной детали. Краевая поверхность боковой части формовочного материала прочно удерживается горизонтально опорной деталью. Краевая поверхность ободочной части нижней поверхности формовочного материала соприкасается с формовочной поверхностью литейной формы в вертикальном направлении и прочно поддерживается. Центральная часть на стороне поверхности соприкосновения формовочного материала с литейной формой отделена от формовочной поверхности литейной формы. Зазор изменяется в зависимости от формы формовочной поверхности литейной формы и нижней поверхности материала формовочной поверхности, но обычно составляет приблизительно от 0,1 до 2,0 мм.
Затем покрывающий элемент желательно насаживается на опорную деталь и размещается. После покрытия открытого участка на стороне формовочной поверхности литейной формы, на которой был размещен формовочный материал, они отправляются из чистого помещения в электропечь. Сборка литейной формы, опорной детали, формовочного материала и покрывающего элемента помещается на цоколь всасывания электропечи и обрабатывается нагреванием с помощью электропечи, и проводится обработка всасыванием с помощью устройства всасывания. Чтобы надежно предотвращать загрязнение нежелательной примесью, размещение формовочного материала на литейной форме и тому подобном желательно проводить в чистом помещении таким образом.
В электропечи обработка теплового размягчения может проводиться наряду с осуществлением регулировок температуры на основании заданной температурной программы. Электропечь циклического типа либо электропечь типа с непрерывной подачей может применяться в качестве электропечи. Сначала будет дано описание электропечи циклического типа.
Электропечь циклического типа является устройством, в котором заготовка, которая должна обрабатываться, размещается в относительно небольшом закрытом пространстве, а температура в печи изменяется согласно предопределенной температурной программе. Она оборудована множеством датчиков. Температура измеряется многочисленными датчиками, и каждый нагреватель может регулироваться, чтобы управлять температурой. В печи теплового размягчения циклического типа есть опорная часть, удерживающая заготовку, которая должна обрабатываться. Более того, опорная часть может перемещаться в пределах печи. Расхождения температурного распределения, обусловленные местоположением в печи, могут выравниваться посредством управления опорной части.
Следующей будет описана электропечь типа с непрерывной подачей.
Электропечь типа с непрерывной подачей является устройством, имеющим вход и выход, в котором заготовки, которые должны обрабатываться, подвергаются термообработке, будучи пропускаемыми через внутренность электропечи с установленным температурным распределением в течение определенного периода посредством транспортировочного устройства, такого как конвейер. В электропечи типа с непрерывной подачей многочисленные нагреватели, сконструированные для формирования и выпускания тепла, и конструкция управления внутренней циркуляцией воздуха могут поддерживать равномерное теплораспределение внутри печи.
Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы (PID) (далее - ПИД-регуляторы) могут применяться при регулировании температуры каждым датчиком и нагревателем электропечи. ПИД-регуляторы являются способом регулирования для выявления отклонения между запрограммированной целевой температурой и фактической температурой и возврата (обратной связи) отклонения от целевой температуры к 0. ПИД-регуляторы являются способом получения выходного сигнала «Пропорциональным», «Интегральным», «Дифференциальным» образом при расчете по отклонению. Основное уравнение ПИД-регуляторов дано ниже.
[Номер 3]
Основное уравнение ПИД-регуляторов:
Член P:
Член I:
Член D:
в качестве
Таким образом:
В вышеприведенных уравнениях e обозначает отклонение, K обозначает коэффициент усиления (коэффициент усиления с нижним индексом P обозначает пропорциональный коэффициент усиления, коэффициент усиления с нижним индексом I обозначает интегральный коэффициент усиления, а коэффициент усиления с нижним индексом D обозначает дифференциальный коэффициент усиления), Δ(DELTA)t обозначает время выборки (время взятия замера, частоту регулирования) и подстрочный индекс n обозначает текущий момент времени.
Использование ПИД-регуляторов дает возможность повышения точности, с которой регулируется температура в печи для изменений распределения количества теплоты на основании формы и количества введенных заготовок, которые должны обрабатываться. Статическая система (например, шагающий под печи) может перениматься для транспортировки в пределах электропечи.
В отдельном варианте осуществления электропечи типа с непрерывной подачей, которая может использоваться в настоящем изобретении, система транспортировки является нестатической системой, регуляторы температуры являются ПИД-регуляторами температуры, устройством измерения температуры является «наконечник копелевой термопары 30, изготовленной из платины», максимальной температурой использования является 800°C, как правило, используемая температура находится в диапазоне от 590 до 650°C, внутренняя атмосфера является сухим воздухом (свободным от масла и пыли), атмосферный контроль имеет место в виде впускной воздушной завесы, внутренней продувки печи и выпускной воздушной завесы и точность регулирования температуры составляет ±3°C, а системой охлаждения является система воздушного охлаждения, и части всасывания находятся в 3 местоположениях внутри печи.
При применении стеклянного вещества в качестве формовочного материала температура внутри электропечи может повышаться от комнатной температуры до более высокой, чем точка стеклования, но меньшей, чем точка размягчения стекла благодаря нагреванию и подъему температуры. Температура желательно сохраняется более низкой, чем точка размягчения стекла в течение определенного периода, а затем постепенно снижается до комнатной температуры.
Температура регулируется в электропечи в цикле предписанной длительности.
Пример регулирования температуры, при котором отдельный цикл длится 17 часов и стеклянное вещество применяется в качестве формовочного материала, будет описан ниже. Однако настоящее изобретение не ограничено вариантом осуществления, описанным ниже.
Регулирование температуры печи может проводиться в семь этапов. Первый этап (A) - этап предварительного нагрева. Второй этап (B) - этап быстрого нагрева и подъема температуры. Третий этап (C) - этап медленного нагрева и подъема температуры. Четвертый этап (D) - этап, на котором поддерживается постоянная температура. Пятый этап (E) - этап медленного охлаждения. Шестой этап (F) - этап быстрого охлаждения. И седьмой этап (G) - этап естественного охлаждения.
На этапе (A) предварительного нагрева, который является первым этапом, постоянная температура, близкая к комнатной температуре, поддерживается в течение 90 минут. Это делается для того, чтобы устанавливать равномерное распределение температуры по всему стеклянному материалу и чтобы содействовать повторяемости теплораспределения стеклянного материала посредством регулирования температуры во время обработки тепловым размягчением. Температура, которая поддерживается, может быть любой температурой около комнатной температуры (приблизительно от 20 до 30°C).
На этапе (B) быстрого нагрева, который является вторым этапом, нагревание проводится приблизительно в течение 90 минут повышением температуры от комнатной температуры (например, 25°C) до температуры на 50°C ниже (также называемой «T1» в дальнейшем) температуры стеклования (в дальнейшем также указываемой ссылкой как «Tg»), например, на скорости приблизительно в 4°C/мин. Затем на этапе (C) медленного нагрева, который является третьим этапом, нагрев проводится в течение 120 минут повышением температуры от температуры T1 до температуры приблизительно на 50°C ниже температуры размягчения стекла (также называемой в дальнейшем «T2»), например, на скорости в 2°C/мин. На этапе (D) поддержки постоянной температуры, который является четвертым этапом, температура T2 поддерживается в течение приблизительно 60 минут.
4
4
Стеклянный материал, который был нагрет до температуры T2, нагревается в течение приблизительно 30 минут на этапе поддержки постоянной температуры. Нагрев затем проводится в течение других 30 минут при температуре T2. Когда применяется литейная форма, имеющая сквозные отверстия, как описано выше, во время последних 30 минут, обработка всасыванием может проводиться через сквозные отверстия в литейной форме. Обработка всасыванием может проводиться задействованием всасывающего насоса, установленного вне электропечи. Как проиллюстрировано на фиг.4, всасывающий насос 404 присоединен к терминалу 405 всасывания, цоколю 403 всасывания и сквозным отверстиям в литейной форме соответственно. Когда всасывание проводится всасывающим насосом, формируется отрицательное давление. Отрицательное давление проходит через сквозные отверстия в литейной форме, применяя всасывание к стеклянному материалу, размещенному на литейной форме. Формирование всасывания от 80 до 150 мм рт.ст.(=от 1,0×10 до 1,6×10 Па) через всасывающую линию предписанной термостойкой базовой литейной формы начинается через 30 минут после начала нагрева при температуре T2 в электропечи. Сначала задействуется всасывающий насос 404 вне печи, и отрицательное давление формируется через терминал 405 всасывания внутри цоколя отсасывания, который имеет полую конфигурацию. Цоколь всасывания, в котором было сформировано отрицательное давление, связан со сквозными отверстиями по нижней поверхности литейной формы. Сквозные отверстия по нижней поверхности литейной формы проникают в формовочную поверхность наверху литейной формы и проводят всасывание, прикладывая отрицательное давление посредством всасывания к стеклянному материалу, расположенному на литейной форме. Как изложено выше, использование детали колпака с предписанной проницаемостью для воздуха желательно при проведении всасывания через сквозные отверстия.
Как только всасывание было выполнено, проводится деформация тепловым размягчением стеклянного материала на литейной форме. Как только было проведено тепловое размягчение, проводится охлаждение. На этапе (E) медленного охлаждения, пятом этапе, проводится охлаждение, например, приблизительно в течение 300 минут, на скорости в 1°C/мин до температуры на 100°C ниже Tg (также называемой «T3» в дальнейшем), чтобы закрепить изменение формы, вызванное деформацией. Этап медленного охлаждения также содержит элементы отжига для устранения коробления стекла.
Затем на этапе (F) быстрого охлаждения, шестом этапе, проводится охлаждение приблизительно до 200°C на скорости приблизительно в 1,5°C/мин. Есть опасность стекла, которое было обработано размягчением, и формы, повреждаемых своим собственным тепловым сжатием и разницами между друг другом в коэффициентах теплового расширения в отношении изменения температуры. Соответственно, скорость изменения температуры предпочтительно мала до такой степени, при которой не происходит повреждение.
Кроме того, когда температура падает до равной или меньшей чем 200°C, проводится этап (G) быстрого охлаждения, седьмой этап. На этапе (G) быстрого охлаждения, проводится естественное охлаждение от 200°C до комнатной температуры.
Как только обработка размягчением была завершена, нижняя поверхность стеклянного материала и формовочная поверхность литейной формы точно совмещаются друг с другом. Верхняя поверхность стеклянного материала деформируется на основании деформации формы нижней поверхности стеклянного материала, формируя требуемую оптическую поверхность. Как только стеклянная оптическая поверхность была сформирована на вышеприведенных этапах, стеклянный материал вынимается из литейной формы, давая формованное изделие. Формованное изделие, полученное таким образом, применяется в качестве литейной формы для очковых линз (предпочтительно многофокусных очковых линз). В качестве альтернативы участок, такой как ободная часть, может удаляться, и затем формованное изделие может использоваться в качестве литейной формы для очковых линз.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение пригодно для использования при формовании литейной формы для очковых линз.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематическое представление литейной формы, на формовочную поверхность которой помещается формовочный материал, и над открытым верхним участком которого размещен покрывающий элемент.
Фиг.2 показывает увеличенное схематическое представление состояния соприкосновения между литейной формой и формовочным материалом до и после термического размягчения в литейной форме, имеющей формовочную поверхность предписанной шероховатости.
Фиг.3 показывает отдельный пример компоновки сквозных отверстий на формовочной поверхности литейной формы.
Фиг.4 показывает пример способа всасывания.