JPH04260620A - 光学素子の成形方法および装置 - Google Patents

光学素子の成形方法および装置

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JPH04260620A
JPH04260620A JP7597691A JP7597691A JPH04260620A JP H04260620 A JPH04260620 A JP H04260620A JP 7597691 A JP7597691 A JP 7597691A JP 7597691 A JP7597691 A JP 7597691A JP H04260620 A JPH04260620 A JP H04260620A
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temperature
mold
glass material
molding
optical element
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Kichizo Komiyama
吉三 小宮山
Fumio Arai
荒井 文夫
Yutaka Hasegawa
豊 長谷川
Tetsuya Tanioka
谷岡 鉄也
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Toshiba Machine Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/16Gearing or controlling mechanisms specially adapted for glass presses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラスレンズやプリズ
ム等の光学素子を型によってプレス成形する方法および
装置に係り、特に製造される光学素子の精度の向上に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般的に、光学素子のプレス成形
は、上下一対の型の少なくともいずれか一方の温度を検
出し、この型をガラス素材の転移点温度以上軟化3温度
以下に加熱することにより、ガラス素材を成形可能な温
度に加熱し、その後、プレス圧力を加えて成形していた
。すなわち、プレス圧力を加えるタイミングを型の温度
によって決定していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ガラスの熱
膨脹係数は、転移点を境にしてそれより高温域において
はそれより低温域の数倍と非常に大きな値を示し、この
高温域における熱膨脹係数はセラミックスや金属等の型
材料の熱膨脹係数より大きな値であるため、高温域でプ
レス成形した場合、プレス直後は所定精度に成形されて
も、転移点まで温度が低下する間に、型より成形品(光
学素子)の方が大きく収縮し、いわゆる「ひけ」を生じ
る。この「ひけ」は成形される光学素子の大型化に伴っ
て大きく現われ、光学素子の精度を低下させるため、こ
の「ひけ」の解決が光学素子精度の向上にとって重要な
課題であった。
【0004】この課題を解決するためには、少なくとも
プレス成形における最終型閉じ時のガラス素材(成形さ
れた光学素子)温度を転移点温度にできるだけ近付ける
ようにすればよいが、ガラス素材の温度を直接測定する
ことができず、型の温度から推測しなければならないと
共に、型の測定位置によって温度が異なるため、型の温
度によってプレス成形を制御する方法では的確な成形を
行うことができなかった。
【0005】本発明は、ガラス素材の実際の温度をより
的確に把握して高精度の光学素子を成形すると共に、型
およびガラス素材の損傷を誘発することもなく、良品を
安定して成形することのできる光学素子の成形方法およ
び装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による光学素子の成形方法は、上下一対の型間
にガラス素材を配置し、型の温度を検出かつ制御して該
型およびガラス素材を加熱しプレス成形する光学素子の
成形方法において、上下一対の型間にガラス素材を配置
した後、ガラス素材が上型と隙間を有するかもしくは極
く小さな力で接触する設定位置S1もしくはS2まで少
なくとも上下いずれか一方の型を移動させ、次いで型お
よびガラス素材を加熱し、型の温度がガラス素材の転移
点温度T2より低い設定温度T1に到達したところで、
ガラス素材が上型と隙間を有する場合にはガラス素材と
上型を接触させた後、ガラス素材が転移点温度T2また
はその前後の温度T3になったときガラス素材の変形を
開始させることのできる比較的低い設定加圧力P1で上
下一対の型によりガラス素材を加圧保持し、その後、ガ
ラス素材が前記温度T2またはT3に到達したところを
ガラス素材の変形開始に伴う型の移動から検知し、次に
、前記検知時における型の温度Taを基準にして、ガラ
ス素材の温度を温度T2またはT3以上ガラス素材の軟
化点温度Tm以下の設定温度T4に加熱制御して前記上
下一対の型によりプレス成形することからなり、前記設
定温度T1は前記設定加圧力P1でガラス素材を加圧保
持しても型およびガラス素材に損傷を与えることのない
温度である。
【0007】なお、上記プレス成形を行う際には、上下
一対の型が最終型閉じ状態の若干手前の設定位置S3ま
で閉じたとき、型およびガラス素材の加熱を冷却に切換
え、ガラス素材の温度が前記温度T2またはT3付近ま
で低下したとき、型が最終型閉じ状態となるように、型
の移動および冷却を制御することが好ましい。また、上
記プレス成形を行う際には、上下一対の型が最終型閉じ
状態の若干手前の設定位置S3まで閉じたとき、型およ
びガラス素材の加熱を冷却に切換えると共に型の移動を
停止させ、ガラス素材の温度が、前記温度T2またはT
3より若干高い温度まで低下したとき、型を最終型閉じ
状態まで移動させるようにしてもよい。さらに、上記光
学素子の成形方法は、サーボモータを用いて型の位置,
移動およびプレス圧力の制御を行うことが好ましい。
【0008】さらにまた上記目的を達成するための本発
明による光学素子の成形装置は、上下一対の型間にガラ
ス素材を配置し、型の温度を検出かつ制御して型および
ガラス素材を加熱しプレス成形する光学素子の成形装置
において、少なくともプレス圧力を成形圧力P2とこれ
より低い設定圧力P1に設定制御する手段と、プレス圧
力を前記設定加圧力P1に設定した状態で型が移動を開
始したことを検知する検知手段と、検知手段からの信号
により、該信号を受けたときの型の温度を記憶する手段
と、  前記型の温度を基準としてプレス成形動作に関
する設定温度を算出し記憶させる手段と前記設定温度に
従ってプレス成形動作を行わせる動作指令手段とからな
る制御部を具備するものである。なお、型の駆動源は位
置,速度およびトルクをそれぞれ制御可能なサーボモー
タであることが好ましい。
【0009】
【作用】ガラス素材は常温では1020ポアズ程度の粘
度を有し、固く、もろく、傷付き易いと同時に型をも損
傷し易いが、温度の上昇に伴って粘度が低下し、転移点
に至ると粘度は1013ポアズ程度となり、外力を加え
ることにより変形可能となる。本発明は、型およびガラ
ス素材の加熱開始時にはガラス素材が上型と隙間を有す
るかもしくは極く小さな力で接触するようにして型およ
びガラス素材の損傷を生じさせないようにする。ガラス
素材は温度の上昇に伴って粘度が低下する。そこで、上
記のように型の温度が設定加圧力P1でガラス素材を加
圧保持しても型およびガラス素材に損傷を与えることの
ない設定温度T1に達したところで、一対の型によりガ
ラス素材を挾さみ設定加圧力P1で加圧保持する。設定
温度T1は転移点温度T2より低く定められており、設
定加圧力P1は設定温度T1ではガラス素材を変形させ
ず、ガラス素材が転移点温度T2またはその前後の温度
T3に到達したところでガラス素材を変形させるように
定められている。
【0010】このため、ガラス素材が転移点温度T2ま
たはその前後の温度T3に到達すると、設定加圧力P1
によってガラス素材が変形を開始する。この変形開始を
型の移動開始により検知し、このときの形の温度Taを
取出し記憶する。この移動開始型温度Taは前記温度T
2またはT3に対し通常ずれを有しているが、型の温度
がTaのときガラス素材の温度がT2またはT3である
ことは、ガラス素材の特性から特定することができる。 すなわち、型の温度とガラス素材の温度の関係を把握で
きる。しかして、前記移動開始型温度Taを基準にして
、ガラス素材の温度を前記温度T2またはT3以上ガラ
ス素材の軟化点温度Tm以下の所望の設定温度T4に加
熱制御してプレス成形することが可能となり、より的確
な成形を行うことができる。なお、上記のようにガラス
素材の温度を前記移動開始型温度Taを基準にしてより
正確に検出可能であるため、プレス成形の終端の若干手
前で加熱を冷却に切換え、最終型閉じ状態に至るときに
ガラス素材の温度が前記温度T2またはT3ないしその
付近まで低下するようにすれば、「ひけ」をより完全に
押さえられる。なお、型の位置,移動およびプレス圧力
の制御は、型をサーボモータで駆動することにより、的
確に行うことができる。
【0011】
【実施例】以下本発明の実施例について図1ないし図3
を参照して説明する。図1は本発明による光学素子成形
装置の一例を示すもので、フレーム1の上部から固定軸
2が下方に向って伸びており、その下端にSi3 N4
 のようなセラミック製の断熱筒3aと透明石英ガラス
のような赤外線を透過する断熱リング3bを介して上型
組立4が図示しないボルト等により取付けられている。 上型組立4は、金属製のダイプレート5,セラミックス
等で作られた上型6,ならびにこの上型6をダイプレー
ト5に取付けると共に型の一部を形成する固定ダイ7か
らなっている。
【0012】フレーム1の下部にはサーボモータ8aを
駆動源とした駆動装置8が設けられ、動装置8によって
速度および位置制御可能に上下動されると共に所望の値
に制御可能なプレス力を与えられる移動軸9が、固定軸
2と対向して上方に向かって伸びている。移動軸9の上
端には、断熱筒3aおよび断熱リング3bと同様の断熱
筒10a,断熱リング10bを介して上型組立4と対を
なす下型組立11が取付けられている。下型組立11は
、ダイプレート12,下型13ならびに移動ダイ14か
らなっている。
【0013】固定軸2には図示しない駆動装置によって
上下動されるブラケット15が移動可能に係合されてい
る。ブラケット15には対をなす型組立4,11の周囲
を囲む透明石英管16が取付けられている。透明石英管
16の下端は移動軸9が貫通している中間プレート1A
に気密に当接し、型組立4,11の周囲に大気からしゃ
断される成形室17を形成するようになっている。ブラ
ケット15には透明石英管16を囲む外筒18が取付け
られ、外筒18にはランプユニット19が設けられてい
る。ランプユニット19は、赤外線ランプ20,その後
方に配置された反射ミラー21とからなり、型組立4,
11を加熱するようになっている。なお、22は反射ミ
ラー21等を冷却するための水冷パイプである。
【0014】固定軸2,移動軸9およびブラケット15
には、成形室17内を不活性ガス雰囲気にしたり、型組
立4,11を冷却したりするためのガス供給路23,2
4,25が設けられ、図示しない流量コントロールバル
ブを介して同じく図示しない温度制御装置によって所定
温度にコントロールされた不活性ガスヲ所定流量で成形
室17へ供給するようになっている。成形室17へ供給
されたガスは排気口26から排出される。なお、17は
下型組立11に設けられた温度検出用熱電対であり、2
8は赤外線ランプ20および駆動装置8を後述するよう
に制御する制御部である。
【0015】次いで上記成形装置を用いた本発明の光学
素子の成形方法について説明する。ブラケット15を固
定軸2に沿って上昇させ、成形室17を開き、図1に示
す位置より下方の型開き位置にある下型13の上にガラ
ス素材30Aを搬入する。
【0016】次いで、ブラケット15を下降させ、透明
石英管16によって成形室17を閉じ、ガス供給路23
,24,25から不活性ガスを供給して成形室17内を
不活性ガス雰囲気にし、駆動装置8を作動させて移動軸
9を上昇させる。移動軸9の上昇量は、サーボモータ8
aによって制御され、ガラス素材30Aと上型6とがわ
ずかな隙間を有するか、もしくは極くわずかに接触する
値(図3(a)の設定位置S1もしくはS2)に定めら
れる。これは、上型6,下型13およびガラス素材30
Aの損傷を避けつつガラス素材30Aを上型6および下
型13に接近させて次に述べるガラス素材30Aの加熱
をより効率的に行うためである。この上型6に対するガ
ラス素材30Aの位置決めは、ガラス素材30Aの寸法
精度が一般的に高いため、サーボモータ8aにより高精
度に行い得る。
【0017】次いでランプユニット19により透明石英
管16を通して上下の型組立4,11およびガラス素材
30Aを加熱する。ガラス素材30Aは透明のガラスで
あるため、赤外線ランプ20からの輻射線による直接加
熱の割合は低く、型組立4,11を介して間接的に加熱
される割合が高いが、ガラス素材30Aと上型6との位
置関係を上記のように定めることにより、ガラス素材3
0Aは上下の型6,13によってより効果的に加熱され
る。
【0018】型組立4,11の温度は温度検出用熱電対
27により検出され、その温度が図3(c)に示すよう
に、ガラス素材30Aの転移点温度T2より低い予じめ
定められた設定温度T1に達すると、駆動装置8が再び
作動し、それまで図3(a)の設定位置S1に停止させ
ていた場合には移動軸9を位置S2まで上昇させてガラ
ス素材30Aを上型4に接触させた後、図3(b)に示
すように設定加圧力P1のプレス圧力を加える。この設
定加圧力P1はサーボモータ8aのトルク制御によって
加えられる。
【0019】上記設定温度T1と設定加圧力P1は次の
ように定められている。ガラス素材30Aは、常温にお
いては粘度が1020ポアズ程度と固くもろいため、型
6,13を損傷し易いと同時にガラス素材30A自身も
損傷し易いが、温度の上昇によって粘度が低下し、型6
,13およびガラス素材30Aの損傷を生じなくなる。 設定温度T1は設定加圧力P1との関係から、上記のよ
うな損傷を生じない温度であり、これはガラス素材30
Aの転移点温度T2との関係から定められる。他方、設
定加圧力P1はガラス素材30Aの温度が転移点温度T
2またはその前後の温度T3に達し、粘度が1013ポ
アズ程度になったとき、ガラス素材30Aを変形させる
ことができ、かつガラス素材30Aの温度が前記温度T
2またはT3より低い状態ではガラス素材30Aを変形
させることのできない圧力である。
【0020】上記のようにガラス素材30Aを上下の型
6,13により設定加圧力P1で加圧保持して加熱を続
け、ガラス素材30Aが前記変形を開始する温度T2ま
たはT3に達すると、図3(a)に示すように下型13
および移動軸9が位置S2から移動を開始する。移動軸
9の位置S2からの移動開始はサーボモータ8aの位置
検出手段の出力変化等から検知する検知手段によって検
知され、この検知信号によりそのときの型の温度Taす
なわち温度検出用熱電対27の出力を読込み、制御部2
8に記憶する。この記憶された移動開始型温度Taは、
通常、前記転移点温度T2またはT3と一致せず、異っ
た値を示すが、ガラス素材30Aが前記温度T2または
T3であることはガラスの特性から明らかであるため、
前記移動開始型温度Taを前記温度T2またはT3と見
なし、これを基準として以下の成形制御を行う。
【0021】一般に、ガラスのプレス成形は、前記温度
T2またはT3以上軟化点温度Tm以下の温度T4で行
う。この成形のための設定温度T4の制御は、型温度が
上記のように温度T2またはT3と設定温度T4との差
を移動開始型温度Taに加算した値となるように制御す
ることにより行えばよい。これによりガラス素材30A
は上記設定温度T4により正確に制御され、より的確な
プレス成形が可能となる。なお、実際の成形においては
、温度T2またはT3を予じめ制御部28に記憶させて
おき、この温度T2またはT3と移動開始型温度Taと
の差により、同じく予じめ制御部28に記憶させておい
た設定温度T4を制御部28により補正するか、また型
の検出温度を補正して行うことが好ましい。
【0022】型温度が補正された設定温度T4に達する
と、制御部28筈3(c)に示すように型温度を補正さ
れた設定温度T4すなわちガラス素材30Aを設定温度
T4に保つように赤外線ランプ20の出力を制御する。 この温度T2またはT3から設定温度T4への昇温過程
および設定温度T4に達した後においては、ガラス素材
30Aが軟化してサーボモータ8aに対する反力が小さ
いので、トルク制御であっても最終型閉じ状態になるま
では設定したトルクは作用しないことになるが、トルク
制御により下型13を上昇させ、プレス成形を行う。
【0023】このようにして下型13を最終型閉じ状態
となるまで上昇させて一気に成形してもよいが、設定温
度T4を軟化点温度T2より比較的高く設定した場合に
は、「ひけ」を小さく押さえるため、次のようにすると
よい。すなわち、下型13の上昇により成形が進み、図
2に示すように、最終型閉じ状態までに寸法eを残す設
定位置S3(図3(a)参照)に達したことをサーボモ
ータ8aの位置検出手段で検知し、この検出信号によっ
て赤外線ランプ20による加熱を停止し、ガス供給路2
3,24から好ましくは所定温度に制御されたN2 ガ
スなどの不活性ガスを所定流量で断熱筒3a,10aを
介し、またはガス供給路25から直接成形室17に供給
し、型組立4,11およびガラス素材30Aの冷却を開
始する。
【0024】冷却の開始と同時に、図3(a)に示すよ
うに、下型13の移動を停止させ、型温度が前記T2ま
たはT3に例えば10℃程度の比較的小さな値αを加算
した値まで低下したとき、再び下型13を移動させ、一
気に形を閉じるか、または図3(a)に示すように型温
度がほぼ前記T2またはT3まで低下したとき、最終型
閉じ状態すなわち位置S4に到達するように制御する。 なお、このときの型温度は前述した移動開始型温度Ta
を基準とし、好ましくは加熱過程と冷却過程の差を考慮
して補正されたものであり、該型温度がガラス素材30
A自身の温度により近い値を示すようになされている。
【0025】なお、上記のように設定位置S3で下型1
3を図3(a)に示すように一時停止させずに連続して
移動させ、ちょうど最終型閉じ状態となるときに、ガラ
ス素材30Aが前記温度T2またはT3ないしそれより
若干高い温度まで低下するように、下型13の移動速度
または/および冷却速度を制御するようにしてもよい。
【0026】また、上記寸法eは、成形する光学素子の
大きさや形状,使用するガラスおよび型材料によって異
なるが、設定位置S3におけるガラス素材30Aの温度
から転移点温度T2までガラス素材30Aが収縮する量
かもしくはそれよりわずかに大きければよく、実際はわ
ずかな寸法である。
【0027】最終型閉じ状態に至って下型13の移動が
停止すると、サーボモータ8aにより設定したトルクで
制御され図3(b)に示すように、成形圧力P2をガラ
ス素材30Aに与えて成形を完了する。なお、図3(a
)は製品取出し可能な温度T5まで成形圧力P2で保持
した後、型開きして成形品を取出すようにしているが、
ガラス素材30Aの温度がT2またはT3からある程度
低下したところで圧力を減じてもよい。
【0028】前述した実施例は、下型13をサーボモー
タ8aにより駆動してプレス成形する例を示したが、本
発明はこれに限らず、型移動の一部または全部を上型4
側で行ってもよく、また駆動源を油圧または空圧装置と
してもよい。待たず3(b)に示す圧力線図は一例であ
り、型の移動速度や成形品の大きさなどにより、特に型
移動中の圧力が異なることは言うまでもなく、設定温度
T1から成形用の設定温度T4に至るまでは最大圧力を
設定加圧力P1によって規制し、成形用の設定温度T4
に達した後は最大圧力を成形圧力P2によって規制する
ように圧力制御を行うものである。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ガラ
ス素材の温度をより正確に把握して的確な成形を行うこ
とができると共に、「ひけ」をより小さく押えて高精度
の光学素子を成形することが可能となり、さらに型およ
びガラス素材の損傷を誘発することもなく、良品を安定
して成形できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光学素子の成形装置の実施例を示
す概要断面図である。
【図2】最終型閉じ状態の若干手前の状態をしめす型組
立部分の断面図である。
【図3】本発明の一実施例の成形サイクルにおける型の
位置,圧力および温度の変化を示す曲線図である。
【符号の説明】
2  固定軸 4  上型組立 5  ダイプレート 6  上型 7  固定ダイ 8  駆動装置 8a  サーボモータ 9  移動軸 11  下型組立 12  ダイプレート 13  下型 14  移動ダイ 16  透明石英管 17  成形室 19  ランプユニット 20  赤外線ランプ 23  ガス供給路 24  ガス供給路 25  ガス供給路 27  温度検出用熱電対 28  制御部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  上下一対の型間にガラス素材を配置し
    、前記型の温度を検出かつ制御して該型およびガラス素
    材を加熱しプレス成形する光学素子の成形方法において
    、a.上下一対の型間にガラス素材を配置した後、b.
    前記ガラス素材が上型と隙間を有するかもしくは極く小
    さな力で接触する設定位置S1もしくはS2まで少なく
    とも上下いずれか一方の型を移動させ、c.次いで前記
    型およびガラス素材を加熱し、d.前記型の温度がガラ
    ス素材の転移点温度T2より低い設定温度T1に到達し
    たところで、ガラス素材が上型と隙間を有する場合には
    該ガラス素材と上型を接触させた後、ガラス素材が転移
    点温度T2またはその前後の温度T3になったときガラ
    ス素材の変形を開始させることのできる比較的低い設定
    加圧力P1で前記上下一対の型によりガラス素材を加圧
    保持し、 e.その後、ガラス素材が前記温度T2またはT3に到
    達したところをガラス素材の変形開始に伴う型の移動開
    始から検知し、 f.次に、前記検知時における前記型の温度Taを基準
    にして、ガラス素材の温度を前記温度T2またはT3以
    上ガラス素材の軟化点温度Tm以下の設定温度T4に加
    熱制御して前記上下一対の型によりプレス成形すること
    からなり、 g.前記設定温度T1は前記設定加圧力P1でガラス素
    材を加圧保持しても型およびガラス素材に損傷を与える
    ことのない温度であることを特徴とする光学素子の成形
    方法。
  2. 【請求項2】  請求項1記載の光学素子の成形方法に
    おいて、前記プレス成形する際に、 a.上下一対の型が最終型閉じ状態の若干手前の設定位
    置S3まで閉じたとき、型およびガラス素材の加熱を冷
    却に切換え、 b.ガラス素材の温度が前記温度T2またはT3付近ま
    で低下したとき、前記型が最終型閉じ状態となるように
    、型の移動および冷却を制御することを特徴とする光学
    素子の成形方法。
  3. 【請求項3】  請求項2記載の光学素子の成形方法に
    おいて、前記プレス成形する際に、 a.上下一対の型が最終型閉じ状態の若干手前の設定位
    置S3まで閉じたとき、型およびガラス素材の加熱を冷
    却に切換えると共に型の移動を停止させ、b.ガラス素
    材の温度が前記温度T2またはT3より若干高い温度ま
    で低下したとき、前記型を最終型閉じ状態まで移動させ
    ることを特徴とする光学素子の成形方法。
  4. 【請求項4】  サーボモータを用いて型の位置,移動
    およびプレス圧力の制御を行うことを特徴とする請求項
    1,2または3記載の光学素子の成形方法。
  5. 【請求項5】  上下一対の型間にガラス素材を配置し
    、前記型の温度を検出かつ制御して該型およびガラス素
    材を加熱しプレス成形する光学素子の成形装置において
    、a.少なくともプレス圧力を成形圧力P2とこれより
    低い設定加圧力P1に設定制御する手段と、b.プレス
    圧力を前記設定加圧力P1に設定した状態で型が移動を
    開始したことを検知する検知手段と、c.前記検知手段
    からの信号により、該信号を受けたときの型の温度を記
    憶する手段と、 d.前記型の温度を基準としてプレス成形動作に関する
    設定温度を算出し記憶させる手段と e.前記設定温度に従ってプレス成形動作を行わせる動
    作指令手段と、からなる制御部を具備することを特徴と
    する光学素子の成形装置。
  6. 【請求項6】  型の駆動源が位置,速度およびトルク
    をそれぞれ制御可能なサーボモータであることを特徴と
    する請求項5記載の光学素子の成形装置。
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