JP2008247671A - 光学素子成形装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光学素子成形用型に大きな荷重をかけずに、迅速に光学素子成形用型を加熱することが可能な光学素子成形装置を提供すること。
【解決手段】光学機能転写面を含むキャビティーが形成された、光学素子172を形成する一対の上下型162、164と、一対の上下型の水平方向の位置を規定する第1の胴型166とを有し、上下型間に配置されたプリフォーム170を加熱押圧して光学素子を成形する光学素子成形用型160と、開閉駆動する上下対で構成され、上下から光学素子成形用型を加熱又は押圧する上下型ユニット112、114とを備え、上下対の上下型ユニットのうち少なくとも1つの上型ユニットは、光学素子成形用型に当接して光学素子成形用型を加熱する当接部を備え、当接部を光学素子成形用型から離す方向に付勢力を生じさせることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、光学素子成形装置に関する。
一般に、光学素子は、プリフォーム(光学ガラス素材)を成形用型に設置したのち、加熱軟化した光学ガラス素材を押圧して成形することで製造される。光学素子を製造するために、例えば、連続式光学素子成形装置が使用される。連続式光学ガラス成形装置は、成形用型の加熱、又は成形用型の押圧が可能な複数の一対の上下型ユニットを備える。一対の上下型ユニットは、それぞれ加熱用、プレス用、冷却用と別の機能を有している。
光学素子の成形用型は、上型、下型、胴型(第1の胴型)、パススペース(第2の胴型)を備える。成形を行う際、まず、この成形用型の下型の光学機能転写面にプリフォームを配置した状態で、胴型、上型、パススペースを型組みする。そして、加熱用上下型ユニットで、型組みした成形用型をプリフォームと共に昇温させる。次に、押圧用上下型ユニットで、成形用型を加熱しながら、上型を胴型に沿って案内させ、下方向に降下させることによって、プリフォームを押圧し、成形する。
その後、冷却用上下型ユニットで、成形用型を所定温度まで降温させる。次に、成形用型は、連続式光学素子成形装置から外部へ出されて、型開きされる。押圧成形された成形品である光学素子(たとえば、レンズ、プリズム等)は、上型から離型され、下型の光学機能転写面上に残り、吸着ロボットによって、成形用型から取り出される。
特許文献1及び2には、連続式光学素子成形装置を用いて、光学素子を成形する技術が開示されている。
特開平4−357121号公報 特開平8−259240号公報
ところで、加熱ステップにおける加熱用上下型ユニットでは、成形用型の上型を上型ユニットが加熱し、下型を下型ユニットが加熱する。その際、上型ユニットを上型に接触させて上型を加熱させると、加熱の効率は良い。しかし、上型ユニットのシリンダ部は、最大圧力の5%位について制御不能であるため、微小な調節が困難であり、上型に上型ユニットの自重に加えて2〜10kgfの圧力がかかってしまう。そのため、軟化していないプリフォームに、これらの荷重がかかると、プリフォームが傷ついたり、割れたりするという問題があった。
また、上述の圧力がプリフォームにかからないようにするため、上型ユニットを上型に接触させずに、隙間を設けて上型と近接された状態で加熱しようとすると、熱の伝熱効率が悪いため、図3の二点鎖線で示すように加熱時間が長くなるという問題があった。図3は、成形用型温度、プリフォームの変形、プリフォームにかかる圧力の時間変化を示すグラフである。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、光学素子成形用型に大きな荷重をかけずに、迅速に光学素子成形用型を加熱することが可能な、新規かつ改良された光学素子成形装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光学機能転写面を含むキャビティーが形成された、光学素子を形成する一対の上下型と、一対の上下型の水平方向の位置を規定する第1の胴型と、を有し、上下型間に配置されたプリフォームを加熱押圧して光学素子を成形する光学素子成形用型と、開閉駆動する上下対で構成され、上下から光学素子成形用型を加熱又は押圧する上下型ユニットとを備え、上下対の上下型ユニットのうち少なくとも1つの上型ユニットは、光学素子成形用型に当接して光学素子成形用型を加熱する当接部を備え、当接部を光学素子成形用型から離す方向に付勢力を生じさせることを特徴とする光学素子成形装置が提供される。
かかる構成により、上型ユニットは当接部を備え、当接部は光学素子成形用型と当接して、光学素子成形用型を加熱する。上型ユニットは、当接部を光学素子成形用型から離す方向に付勢力を生じさせるため、光学素子成形用型には大きな荷重がかかることがない。
上記上下対の上下型ユニットのうち少なくとも1つの上型ユニットは、光学素子成形用型に当接して、光学素子成形用型を加熱する当接部と、当接部を支持する支持部と、支持部と当接部とを連結し、当接部を光学素子成形用型から離す方向に付勢力を生じさせる弾性部材とを有してもよい。かかる構成により、当接部は、光学素子成形用型と当接して、光学素子成形用型を加熱する。当接部は、当接部を光学素子成形用型から離す方向に付勢力を生じさせる弾性部材を介して、支持部に支持されているため、光学素子成形用型に大きな荷重がかかることがない。
上記当接部は、光学素子成形用型の上型に当接し、支持部は、弾性部材を介して、光学素子成形用型が配置された側と反対の当接部の上面側から当接部を支持してもよい。かかる構成により、上型ユニットの動作による圧力を上型にかけることがない。
上記当接部は、光学素子成形用型の上型に当接し、支持部は、弾性部材を介して、光学素子成形用型が配置された側の当接部の下面側から当接部を支持してもよい。かかる構成により、上型には、上型ユニットの自重全てがかかることがなく、上型ユニットの動作による圧力を上型にかけることがない。
上記上型ユニットによる光学素子成形用型の押し込み深さを規定する、所定の高さを有する第2の胴型を備え、一対の上下型ユニットのうち少なくとも1つの上型ユニットにおいて、当接部は、第2の胴型の一面と当接する第1当接部と、上型の一面と当接する第2当接部とを有してもよい。かかる構成により、第2の胴型を効率よく加熱することができる。
上記第1当接部と第2当接部とは、一体的に形成されてもよい。また、上記第1当接部と第2当接部とは、別体で形成されてもよい。別体で形成されることにより、上型上面と、第2の胴型の上面の高さ関係が変わっても、上型と第2の胴型の両方を確実に加熱することができる。
本発明によれば、光学素子成形用型に大きな荷重をかけずに、迅速に光学素子成形用型を加熱することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
(第1の実施形態の構成)
まず、本発明の第1の実施形態に係る連続式光学素子成形装置について説明する。図1は、本実施形態に係る連続式光学素子成形装置を示す側面図である。図2は、本実施形態に係る連続式光学素子成形装置の加熱用上下型ユニットを示す側面図である。
連続式光学素子成形装置100は、加熱用上下型ユニット110と、第1プレス用上下型ユニット120と、第2プレス用上下型ユニット130と、徐冷用上下型ユニット140と、急冷用上下型ユニット150とを備える。連続式光学素子成形装置100は、チャンバ102内部で成形用型160を移動させて、成形用型160がプリフォーム170(例えば、光学ガラス素材、プラスチックなど)を順次加熱、押圧、冷却することによって、光学素子172(例えば、レンズ、プリズム等)が成形される。
連続式光学素子成形装置100は、開閉可能なチャンバ102を備え、成形用型160をチャンバ102内部に投入する投入部104と、成形用型160がチャンバ102から取り出される取出し部106とを備える。成形用型160は、例えば投入部104側に取り付けられた押圧部105によって、チャンバ102内部に投入される。例えば、成形用型160が台板(図示せず。)に配置されており、押圧部105によって押されるとチャンバ102内部の成形用型160が全て移動する。
加熱用上下型ユニット110と、第1プレス用上下型ユニット120と、第2プレス用上下型ユニット130と、徐冷用上下型ユニット140と、急冷用上下型ユニット150とは、チャンバ102内で互いに隣接している。加熱用上下型ユニット110は、成形用型160の加熱工程で使用され、第1プレス用上下型ユニット120、第2プレス用上下型ユニット130は、プレス工程で使用され、徐冷用上下型ユニット140、急冷用上下型ユニット150は、冷却工程で使用される。
加熱用上下型ユニット110は、上型ユニット112と下型ユニット114とを備え、上型ユニット112、下型ユニット114は加熱部118を有しているため、成形用型160を加熱させることができる。
第1プレス用上下型ユニット120、第2プレス用上下型ユニット130は、それぞれ、上型ユニット122と、下型ユニット114を備え、上型ユニット122と、下型ユニット114は、加熱用上下型ユニット110と同様に、加熱部118を有している。また、上型ユニット122は、成形用型160に圧力をかけて押圧することができるシリンダ116を有する。よって、第1プレス用上下型ユニット120、第2プレス用上下型ユニット130は、成形用型160を加熱しながら、押圧することができる。
徐冷用上下型ユニット140は、上型ユニット122と、下型ユニット114を備え、上型ユニット122と、下型ユニット114は、加熱用上下型ユニット110と同様に、加熱部118を有している。また、上型ユニット122は、成形用型160に圧力をかけて押圧することができるシリンダ116を有する。よって、徐冷用上下型ユニット140は、成形用型160を温度制御しながら、押圧することができ、成形用型160を徐々に冷却させることができる。
急冷用上下型ユニット150は、上型ユニット152と、下型ユニット154を備える。上型ユニット152と、下型ユニット154には、加熱部を設けず、急冷用上下型ユニット150は、成形用型160を軽く押圧しながら冷却する。
次に、図2を参照して、成形用型160について説明する。成形用型160は、一対の上型162及び下型164と、胴型166と、パススペーサ168からなる。ここで、胴型166は、第1の胴型の一例であり、パススペーサ168は、第2の胴型の一例である。
上型162と下型164は、例えば円柱形状の胴体部を有しており、一端側には、光学機能転写面を含むキャビティーが形成され、他端側には、胴体部の直径よりも大きいフランジ面が形成される。光学機能転写面は、光学素子172を成形する成形面である。上型162と下型164は、上型162と下型164の光学機能転写面が互いに対向するように配置される。上型162と下型164のフランジ面は、それぞれ上型ユニット112、122、152、下型ユニット114と接触して配置される。
胴型166は、例えば中空の円筒形状であり、胴型166の内面は、上型162の外面と摺動可能に接しており、胴型166は、上型162の上下方向の動作を案内することができる。胴型166は、上型162及び下型164の水平方向の位置を規定する。また、胴型166の内面は、下型164の外面と接触しており、胴型166は下型164と嵌合している。
パススペーサ168は、成形後の光学素子172の大きさを決定するための、例えば中空の円筒形状の部材である。パススペーサ168は、上型ユニット122で、成形用型160の上型162を下方向に押し込む際、押し込み深さを規定する。そのため、パススペーサ168は、所定の高さを有しており、上型ユニット122がパススペーサ168の上面に当接することで、上型ユニット122が上型162を必要以上に押し込んでしまうことを防止する。
次に、図2を参照して、加熱用上下型ユニット110について説明する。加熱用上下型ユニット110は、上述したように、上型ユニット112と、下型ユニット114とを備える。
上型ユニット122は、支持部111と、引張りバネ113と、当接部115とを備える。
支持部111は、上面でシリンダ116と連結され、シリンダ116が上下方向に動作することで、支持部111も上下方向に動作可能である。支持部111の下面には、引張りバネ113が接続されている。
引張りバネ113は、弾性部材である。引張りバネ113は、支持部111と当接部115とを連結しており、当接部115を支持部111から弾性的に吊持している。引張りバネ113は、成形用型160から離れる方向に付勢力を生じさせる。
当接部115は、温度制御が可能な加熱部118を有しており、上面で引張りバネ113と連結されている。当接部115の下面が、成形用型160の上面と接触し、成形用型160を伝熱によって加熱することができ、プリフォーム170を軟化させることができる。当接部115は、シリンダ116及び支持部111の上下方向の動作に合わせて、引張りバネ113を介して、上下動する。当接部115は、シリンダ116によって下方向に動作することによって、上型162と接触する。また、当接部115は、シリンダ116によって上方向に動作することによって、上型162への押圧を解除することができる。
なお、シリンダ116が、当接部115を弾性的に持ち上げ可能であり、成形用型160から離れる方向に付勢力を生じさせることが可能であるとしてもよい。この場合は、別途支持部111や引張りバネ113を設ける必要がなく、シリンダ116と当接部115が直接接続される構成とすることができる。このとき、シリンダ116は、当接部115の自重に対して比較的小さな力を制御可能であるとよい。
下型ユニット114は、成形用型160を安定的に設置することができる台を有しており、下型ユニット114には、上型ユニット112の当接部115と同様に、加熱部118が設けられる。
このように、加熱用上下型ユニット110が、引張りバネ113を介して吊持された当接部115を有することによって、当接部115を上型162に接触させても、シリンダ116による下向きの圧力が、上型162に直接的に伝達されない。そのため、軟化する前のプリフォーム170に余計な荷重がかかることがなくなり、プリフォーム170を傷つけたり、割ってしまうという問題を回避することができる。
即ち、従来では、図3に示すように、加熱工程で、一点鎖線で示す圧力がかかっていたとすると、本実施形態によれば、加熱工程において、実線で示すように圧力を低下させることができる。また、当接部115と上型162を接触させても、圧力がかからないため、従来の別の方法で行っていたように、当接部115と上型162を離す必要がない。そのため、図3の実線で示すように、短時間で成形用型160を昇温させることができる。
(第1の実施形態の動作)
まず、型組みされた成形用型160が、投入部104からチャンバ102内に導入され、加熱用上下型ユニット110で、図3に示すように、成形用型160が昇温される(昇温ステップ)。このとき、プリフォーム170は軟化する前であるため、成形用型160には圧力をかけない。次に、成形用型160を第1プレス用上下型ユニット120に移動させ、成形用型160を加熱しつつ、成形用型160への押圧を開始する(第1プレスステップ)。このステップで、成形用型160に押圧されたプリフォーム170は、図3に示す破線のように変形を開始する。
そして、成形用型160を第2プレス用上下型ユニット130に移動させ、更に成形用型160を加熱しながら押圧も継続する(第2プレスステップ)。このとき、変形がほぼ定常状態になっている。次に、成形用型160を徐冷用上下型ユニット140に移動し、徐冷用上下型ユニット140の加熱部118の温度制御をしながら、成形用型160を徐々に冷却する(徐冷ステップ)。成形用型160の温度と、成形用型160にかける圧力は、図3に示すように、プレスステップに比べて減少する。
更に、成形用型160を急冷用上下型ユニット150に移動し、成形用型160を冷却する(急冷ステップ)。このとき、図3に示すように、成形用型160にかける圧力も低減させる。その後、成形用型160は、取出し部106から排出され、成形用型160は離型され、成形された光学素子172が取り出される。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る連続式光学素子成形装置200について説明する。図4は、本実施形態に係る連続式光学素子成形装置の加熱用上下型ユニットを示す側面図である。
第2の実施形態は、第1の実施形態と比較して、加熱用上下型ユニット210が異なり、特に、上型ユニット212が異なるため、以下では、上型ユニット212について説明する。
上型ユニット212は、支持部111と、引掛け部211と、圧縮バネ213と、当接部215とを備える。
支持部111は、上面でシリンダ116と連結され、シリンダ116が上下方向に動作することで、支持部111も上下方向に動作可能である。支持部111の上面には、引掛け部211の上部が連結される。
引掛け部211は、上部及び下部が内側に折り曲げられており、引掛け部211上部が支持部111と連結される。引掛け部211下部には、圧縮バネ213が設けられる。
圧縮バネ213は、弾性部材である。圧縮バネ213は、引掛け部211と当接部215とを連結しており、当接部215を引掛け部211から弾性的に持ち上げている。圧縮バネ213は、成形用型160から離れる方向に付勢力を生じさせる。
当接部215は、温度制御が可能な加熱部118を有しており、下面で圧縮バネ213と連結されている。当接部215の下面が、成形用型160の上面と接触し、成形用型160を伝熱によって加熱することができ、プリフォーム170を軟化させることができる。当接部215は、シリンダ116及び支持部111、引掛け部211の上下方向の動作に合わせて、圧縮バネ213を介して、上下動する。当接部215は、シリンダ116によって下方向に動作することによって、上型162と接触する。また、当接部215は、シリンダ116によって上方向に動作することによって、上型162への押圧を解除することができる。
このように、加熱用上下型ユニット210が、圧縮バネ213を介して、持ち上げられた当接部215を有することによって、当接部215を上型162に接触させても、シリンダ116による下向きの圧力が、上型162に直接的に伝達されない。また、引掛け部211が圧縮バネ213を介して、当接部215の自重を支持するので、上型162に当接部215全ての自重がかかることがなくなる。そのため、軟化する前のプリフォーム170にかかる荷重を軽減することができ、プリフォーム170を傷つけたり、割ってしまうという問題を回避することができる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る連続式光学素子成形装置300について説明する。図5は、本実施形態に係る連続式光学素子成形装置の加熱用上下型ユニットを示す側面図である。
第3の実施形態は、第1の実施形態と比較して、加熱用上下型ユニット310が異なり、特に、上型ユニット312が異なるため、以下では、上型ユニット312について説明する。
上型ユニット312は、支持部111と、引張りバネ113と、第1当接部315と、第2当接部317とを備える。
支持部111は、上面でシリンダ116と連結され、シリンダ116が上下方向に動作することで、支持部111も上下方向に動作可能である。支持部111の下面には、第1当接部315、第2当接部317それぞれに連結される引張りバネ113が接続されている。
引張りバネ113は、弾性部材である。引張りバネ113は、支持部111と、第1当接部315、第2当接部317とを連結しており、第1当接部315、第2当接部317を支持部111から弾性的に吊持している。引張りバネ113は、成形用型160から離れる方向に付勢力を生じさせる。
第1当接部315、第2当接部317は、温度制御が可能な加熱部118を有しており、それぞれ上面で引張りバネ113と連結されている。第1当接部315の下面は、成形用型160の上面と接触し、成形用型160を伝熱によって加熱することができ、プリフォーム170を軟化させることができる。第2当接部317の下面は、パススペーサ168の上面と接触する。なお、第1当接部315と第2当接部317とは、一体的に形成されてもよいし、別体に形成されて、個々に動作するとしてもよい。
このように、加熱用上下型ユニット110が、引張りバネ113を介して吊持された第1当接部315を有することによって、第1当接部315を上型162に接触させても、シリンダ116による下向きの圧力が、上型162に直接的に伝達されない。そのため、軟化する前のプリフォーム170に余計な荷重がかかることがなくなり、プリフォーム170を傷つけたり、割ってしまうという問題を回避することができる。また、第2当接部317がパススペーサ168に接触するので、加熱ステップにおいて、パススペーサ168を予め加熱することができる。
第1当接部315と第2当接部317とが別体で形成される場合には、上型162上面と、パススペーサ168の上面の高さ関係が変わっても、上型162とパススペーサ168の両方を確実に加熱することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、光学素子成形装置として、複数の一対の上下型ユニットを備えるいわゆる連続式光学素子成形装置について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、光学素子成形装置は、一対の上下型ユニットのみで、光学素子成形用型を加熱、押圧し、更に冷却する光学素子成形装置であるとしてもよい。
また、例えば、上記実施形態では、光学素子成形用型の下型が固定し、上型が上下する場合について説明したが、反対に上型が固定しており、下型が上下する場合であってもよい。
また、例えば、上記実施形態では、光学素子の成形用型は、1個ずつ光学素子が成形される場合について説明したが、光学素子の成形用型が、一度に複数個の光学素子を成形することができる型である場合であってもよい。
本発明の第1の実施形態に係る連続式光学素子成形装置を示す側面図である。 同実施形態に係る連続式光学素子成形装置の加熱用上下型ユニットを示す側面図である。 同実施形態に係る成形用型温度、プリフォームの変形、プリフォームにかかる圧力の時間変化を示すグラフである。 本発明の第2の実施形態に係る実施形態に係る連続式光学素子成形装置の加熱用上下型ユニットを示す側面図である。 本発明の第3の実施形態に係る実施形態に係る連続式光学素子成形装置の加熱用上下型ユニットを示す側面図である。
符号の説明
100、200、300 連続式光学素子成形装置
102 チャンバ
104 投入部
105 押圧部
106 取出し部
110、210、310 加熱用上下型ユニット
111 支持部
112、122、152、212、312 上型ユニット
113 引張りバネ
114、154 下型ユニット
115、215 当接部
116 シリンダ
118 加熱部
120 第1プレス用上下型ユニット
130 第2プレス用上下型ユニット
140 徐冷用上下型ユニット
150 急冷用上下型ユニット
160 成形用型
162 上型
164 下型
166 胴型
168 パススペーサ
170 プリフォーム
172 光学素子
211 引掛け部
213 圧縮バネ
315 第1当接部
317 第2当接部

Claims (7)

  1. 光学機能転写面を含むキャビティーが形成された、光学素子を形成する一対の上下型と、前記一対の上下型の水平方向の位置を規定する第1の胴型と、を有し、前記上下型間に配置されたプリフォームを加熱押圧して光学素子を成形する光学素子成形用型と、
    開閉駆動する上下対で構成され、上下から前記光学素子成形用型を加熱又は押圧する上下型ユニットと、
    を備え、
    前記上下対の上下型ユニットのうち少なくとも1つの前記上型ユニットは、
    前記光学素子成形用型に当接して前記光学素子成形用型を加熱する当接部を備え、
    前記当接部を前記光学素子成形用型から離す方向に付勢力を生じさせることを特徴とする、光学素子成形装置。
  2. 前記上下対の上下型ユニットのうち少なくとも1つの前記上型ユニットは、
    前記当接部を支持する支持部と、
    前記支持部と前記当接部とを連結し、前記当接部を前記光学素子成形用型から離す方向に付勢力を生じさせる弾性部材と、
    を有することを特徴とする、請求項1記載の光学素子成形装置。
  3. 前記当接部は、前記光学素子成形用型の前記上型に当接し、
    前記支持部は、前記弾性部材を介して、前記光学素子成形用型が配置された側と反対の前記当接部の上面側から前記当接部を支持することを特徴とする、請求項2記載の光学素子成形装置。
  4. 前記当接部は、前記光学素子成形用型の前記上型に当接し、
    前記支持部は、前記弾性部材を介して、前記光学素子成形用型が配置された側の前記当接部の下面側から前記当接部を支持することを特徴とする、請求項2記載の光学素子成形装置。
  5. 前記上型又は前記下型の押し込み深さを規定する、所定の高さを有する第2の胴型を備え、
    前記一対の上下型ユニットのうち少なくとも1つの前記上型ユニットにおいて、
    前記当接部は、
    前記第2の胴型の一面と当接する第1当接部と、
    前記上型の一面と当接する第2当接部と、
    を有することを特徴とする、請求項1又は2記載の光学素子成形装置。
  6. 前記第1当接部と前記第2当接部とは、一体的に形成されたことを特徴とする、請求項5記載の光学素子成形装置。
  7. 前記第1当接部と前記第2当接部とは、別体で形成されたことを特徴とする、請求項5記載の光学素子成形装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101902544B1 (ko) * 2017-06-19 2018-09-28 주식회사 필옵틱스 유리 성형 장치
KR101902416B1 (ko) * 2017-09-15 2018-09-28 주식회사 필옵틱스 유리 성형 장치
KR101931533B1 (ko) * 2017-10-27 2018-12-21 주식회사 필옵틱스 유리 성형 장치

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