JPS6291431A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

光学素子の成形方法

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JPS6291431A
JPS6291431A JP23239685A JP23239685A JPS6291431A JP S6291431 A JPS6291431 A JP S6291431A JP 23239685 A JP23239685 A JP 23239685A JP 23239685 A JP23239685 A JP 23239685A JP S6291431 A JPS6291431 A JP S6291431A
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glass
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glass material
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JPH0432007B2 (ja
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Yoshiki Matsui
松井 麗樹
Shigeya Sugata
茂也 菅田
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Olympus Corp
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Olympus Optical 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
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Devices For Post-Treatments, Processing, Supply, Discharge, And Other Processes (AREA)

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】 [産業上の利用分野] この発明は、レンズ、プリズム、フィルタ等の光学素子
を研磨等の後加工することなく、ガラス素材を加熱、軟
化させ、所望の形状に対応した一組の金型によりプレス
成形する光学素子の成形方法に関する。
[従来の技術] 従来、上記光学素子の成形方法としては、例えば特公昭
56−378号公報、特開昭58=84・134号公報
または特開昭60−118639号公報等に開示される
ものが知られている。これら従来の成形方法は、その成
形条件として加熱軟化させたガラス素材の温度または粘
度範囲、金型の温度範囲、プレスの圧力範囲、プレス保
持の時間範囲を制御していた。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、」−記従来の成形方法のように、ガラス素材の
温度(粘度)、金型温度、プレスの圧力・詩間だけの制
御では、成形レンズの肉厚9面精度等の再現性が悪かっ
た。また一方、上記成形条件を面精度が良好となるよう
に設定すると、軟化ガラスと金型とが融着し易くなり、
金型の寿命が短くなってしまった。この発明は、このよ
うな問題点に着目してなされたもので、安定で再現生が
高く、高精度な光学素子を得ることができる成形方法を
提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段及び作用1本発明者等は
、従来の問題が今まで制御していなかった成形条件に起
因するものと考え、種々検討した結果、プレススピード
を制御することにより問題点が解決されることを見い出
した。すなわち、本発明は、軟化ガラスをプレス成形す
る光学素子の成形方法において、軟化ガラスの温度をガ
ラス転移温度以上にするとともに、プレスに用いる金型
の温度を前記軟化ガラスの温度より低くし、プレススピ
ードを10 mm/see以上としたものである。ここ
に、プレススピードとは、金型がガラス素材に接触して
減速される直前の金型のスピード、つまりガラス素材に
接触する直前の金型スピー・ドをいう。
プレススピードが、10 mm/see未満であると、
ガラス素材が十分に変形せず、所定のレンズ形状を得る
ことができない。また、プレススピードが極度に高速に
なるとガラス素材の変形がそのスピードに追従できなく
なって、割れや焼付きが生じてしまうが、100 mm
/see以下では満足な成形が得られ、250 mm/
secまでは、ガラスの温度(粘度)、金型温度、プレ
スの圧力・時間等の他の成形条件を適宜選択すれば良好
な成形を行うことができる。
第1図は、本発明の光学書fの成形方法において使用す
る成形装置の一例を示すものである。
第1図に示すように、高温による酸化防止を考慮した石
英ガラス管1の両端は、」−板2およびF板3で閉塞さ
れ、成形室4が形成されている。また、上板2と下板3
とは、図示省略の部材で結合されており、相互間の距離
および位置が変化しないように固定されている。されに
、成形室4には、ガス供給装置5が接続されており、成
形室4内は、酸化防+hのために例えば窒素ガス等の不
活性ガスまたは還元性ガスが供給されて非酸化性雰囲気
となっている。
成形室4内では、プレス圧力を測定するロードセル6を
介して」−板2の内面に−1,型7が固設されている。
また、成形室4内には、」−型7に同軸的に対抗する下
型8が下板3を介して導入されている。上型8は、加圧
およびスピード制御装置9により駆動制御されるプレス
駆動軸10に一体的に設けられており、軸方向に移動可
能で、1−型7に接近離反「1在となっている。また、
プレス駆動軸10には、電磁マイクロのプローブへラド
11が取付けられており、その移動量を測定できるよう
になっている。上型7と下型8とは、温度コントローラ
により所定の温度に設定できる加熱装置(図示省略)を
備えている。
一方、成形室4には、ガラス素材12を加熱する加熱炉
13が連通接続されている。加熱炉13内には、ガラス
素材12を保持する保持台14が水平方向に移動自在に
設けられており、保持台14に載置されたガラス素材1
2は、上型7と下型8との間に搬送されるものである。
上記構成の成形装置によるレンズの成形は、まず、ガラ
ス素材12を保持台14)、に載置し、図示を省略した
温度コントローラで所定の温度に設定した加熱炉13に
よりガラス素材12を加熱する。その後、保持台14を
移動してガラス素材12を上型7と下型8との間に搬送
し、下型8を」駆動させて、上型7と下型8とでガラス
素材12を加圧保持して行う。成形後は、下型8を下動
させて離型し、徐冷炉(図示省略)を経て成形レンズを
取り出す。なお、離型は、例えば上型7および下型8の
外周にて」二下動自在の筒状の離型部材を設け、この離
型部材により離型を行うものである。また、プレス駆動
軸lOの駆動において、空気圧や油圧によりシリンダを
駆動するだけで圧力とスピードとを別個に制御できない
機構の装置では、プレスによる可動部分の重Jj:も考
慮する必要がある。サーボモータ等を使用した装置では
、圧力(トルク)とスピードとを別個に制御できるので
、成形に適している。
以下、L記構成の成形装置を用いて行った実験結果によ
り、成形におけるプレススピードの影響について説明す
る。
第1図に示す装置により、重フリント系光学ガラスSF
I 1からなる径6mm、厚さ2mmのガラス素材をR
,−R2−■の金型で、ガラス素材加熱温度630°C
2金型温度470°C,プレス圧力100 kgf/c
m2の成形条件で成形した。そこで、成形中のレンズ肉
厚の変化を電磁マイクロを用いて測定した結果を第2図
に示す。第2図は、横軸に成形時間、縦軸に変形量をと
ったもので、実線21で示すように、ガラス素材をレン
ズに成形する場合、その肉厚はプレス成形開始から約0
.5秒で決定することが判明した。
また、上記成形において、成形中のガラス素材の温度変
化を熱電対を用いて測定した結果を第3図に示す。第3
図は、横軸に成形時間、縦軸に温度をとったもので、実
線22で示すように、ガラスの流動性の高い状態はプレ
ス成形開始から1秒しか保持しないことが判明した。
さらに、第4図は、横軸にガラス温度、縦軸にガラス粘
度をとったもので、実線23で示すように、カラス粘度
は温度に対して対数的に変化している。第3図および第
4図における実線22および実線23の示す特性は、レ
ンズの肉厚がプレス成形開始後的0.5秒で決定すると
いう第2図の結果を裏づけでいる。従って、プレス成形
開始から0.5秒間の加圧力を制御すればレンズ肉厚を
高精度で制御できることが判った。
そこで、前記成形において、成形中のガラス素材に加わ
る圧力の変化をロードセルを用いて測定した。その測定
結果を第5図に示す。第5図は、横軸に成形時間、縦軸
に成形圧力をとったもので、実線24で示すように、設
定した圧力に到達するのはプレス成形開始から約0.5
秒後であり、設定圧力効果は0.5秒以降に顕著となる
ことが判明した。すなわち、従来のように、成形条件と
してプレス圧力等だけを制御するのでは、レンズ肉厚を
決定するのに最も重要なプレス成形開始後の0・5秒間
を全く制御できていないのである。そして、プレス成形
開始後の0.5秒間は、プレスの設定圧力でなく、プレ
ススピードが大きく影響を及ぼし、プレススピードを制
御することでレンズ肉厚の再現性を向上させることがで
きるものである。
プレススピードを10 mm/see以上とすることに
より、ガラスの粘度が低くて流動性の高い状態で大きな
変形をさせることが可能となり、ガラス素材はプレス直
後に金型形状と等しくなって、金型面から受ける圧力分
布が均一になる。このため、金型面の転写性が向」ニし
て従来より良好なレンズ面精度を得ることができた。ま
た、同じ面精度を得るについて、従来よりもガラス素材
の加熱温度、金型温度、成形圧力等を低くした条件で十
分に行うことができ、金型温度をガラス温度より低く設
定でき、金型とガラス素材(レンズ)との融着も防止さ
れる。
[実施例コ 第1実施例 第1図に示す成形装置を用いて重フリント系光学ガラス
SFI 1からなるガラス素材をレンズ成形した。ガラ
ス素材は、径8mm、厚さ2mmの円筒状ペレットの上
下面を平面研磨したものを用い、最終レンズ形状は、径
6mm、中心肉厚1.5mmのメニスカス形状である。
先ず、ペレット状のガラス素材12を保持台14上に載
置し、加熱炉13内でガラス転移温度以上となるように
加熱したガラス素材12の粘度を108ポアズとした。
次に、ガラス素材12を上型7と下型8との間に位置す
るように搬送した。そして、ガラス素材12の温度より
低い温度(ガラス粘度IQ+4.5〜1Q13.0に対
応する温度)に加熱した上型7と下型8とで成形を行っ
た。その際、下型8のプレススピードは、60±511
11/SeCに制御してあり、成形圧力は80 kgf
/cm2であった。
第1実施例により得たもののレンズ肉厚のバラツキを第
6図に1面精度のバラツキを第7図に示す。第6図は、
横軸にレンズ肉厚、縦軸に個数をとったもので、第7図
は、横軸に面精度にュートン)、縦軸に個数をとったも
のである。第6図および第7図から判るように、第1実
施例によれば、レンズ肉厚2而精度のバラツキはほとん
どなく、レンズ肉厚の公差の激しい製品に対してもほぼ
100%の歩留りで供給することができた。
これに対し、従来の如くプレススピードを制御せずに、
他の成形条件を第1実施例と同一にして行った場合のレ
ンズ肉厚および面精度にュートン)のバラツキをそれぞ
れ第8図および第9図に示す。第8図は、横軸にレンズ
肉厚、縦軸に個数をとったもので、第9図は、横軸に面
精度、縦軸に個数をとったものである。第8図および第
9図から判るようにレンズ肉厚および面精度のバラツキ
は、第1実施例に比較して著しかった。
第2実施例 第1図に示す成形装置を用いてクラウン系光学ガラスに
2からなるガラス素材をレンズ成形した。ガラス素材は
、径8+s+w、中心肉厚1.4mm、R。
= 50mm、 R2= 30mmの両凹レンズである
。また、所望のレンズは、面精度が目標球面半径に対し
てニュートンリング2本、イレギュラリティ同0.3本
、アス同0.2木以内となるようにし、プレススピード
は、20 mm/secと80 mm/seeの場合と
の二連りに設定した。
プレススピードが20 mm/secの場合には、1−
記面粘度をfj?るのに、ガラス素材加熱温度720℃
(約1062ポアズ)、金型温度520°C(約IQ1
3.1ポアズ)、成形圧力120 kgf/cm2、成
形時間30秒を要した。これに対し、プレススピードが
80 mm/seeの場合には、」−記面精度を得るの
に、ガラス素材加熱温度700°C(約1068ポアズ
)、金型温度500℃(約IQ+3.8ポアズ)、成形
圧力80 kgf/cmノ、成形時間15秒であった。
すなわち、プレススピードを速くすることにより、低温
、低圧、短時間で成形することが可能となることを示し
ている。これは、成形プロセスのサイクルタイムの短縮
、金型材料の選択、ヒータ・熱電対等の長寿命化、金型
とガラスとの融着防市等に効果があり、成形の安定化に
大きく寄す−するものである。
第3実施例 第1図に示す成形装置を用いて屯フリント系光学ガラス
SF2からなるガラス素材をレンズ成形した。ガラス素
材は、径18mm、厚さ3.5I!1mで、最終レンズ
形状は、径16η厘、中心肉厚1.9mm’、R、= 
11.8mm+、 R2= 50.5mmの両凹レンズ
である。成形方法は第1実施例と同様であり、ガラス素
材の温度600℃(約106ポアズ)、金型温度420
℃(約IQ13.7ポアズ)、J&形圧力90 kgf
/am2.プレススピード50 mm/secとした。
その結果、1−分満足できる面精度を有したレンズを得
ることができた。
これに対し、プレススピードを7 m111/SeCと
し、他の成形条件を上記第3実施例と同様にして成形を
行ったところ、ガラス素材は十分に変形せず、所定のレ
ンズ形状が得られなかった。そこで、ガラス素材加熱温
度や金型温度を高くして、プレススピード7 mm/s
eeで成形を行ったが、金型とガラス素材との融着が生
じてしまい、成形不能となってしまった。
[発明の効果] 以−1−のように、本発明の光学素子の成形方法によれ
ば、従来では制御の対象としていなかったプレススピー
ドをも制御することとしたので、成形レンズの中肉、金
型転写性のバラツキを著しく減少することができ、しか
も金型温度をガラス素材加熱温度より低くしたので、金
型とガラスとの融着を防止でき、ガラス素材加熱温度お
よび全型温度ともに低温でかつ成形圧力を低く、短時間
で安定した成形を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光学素子の成形方法において使用する
成形装置の一例を示す概略縦断正面図、第2図は成形中
のレンズ肉厚の変化を表わすグラフ、第3図は成形中の
ガラス素材の温度変化を表わすグラフ、第4図はガラス
温度とガラス粘度との関係を示すグラフ、第5図は成形
中のガラス素材に加わる圧力の変化を表わすグラフ、第
6図および第7図はそれぞれ第1実施例におけるレンズ
肉厚および面精度のバラツキを表わすグラフ、第8図お
よび第9図はそれぞれプレススピードを制御しない場合
におけるレンズ肉厚および面精度のバラツキを表わすグ
ラフである。 4・・・成形室 7・・・上型 8・・・下型 9・・・加圧およびスピード制御装置 l2・・・ガラス素材 13・・・加熱炉 特許出願人  オリンパス光学工業株式会社第1図 12 ガラス素材(軟化ガラス) 第6図 菌 厚 第7図 面綽残にュー)−/) 手続補正書(自発) 昭和61年 1月171 1、事件の表示 昭和60特許願第232396号 2、発明の名称 光学素子の成形方法 3、補正をする者 事件との関係  特 許 出 願 火 柱 所 東京都渋谷区幅ケ谷2丁目43番2号4、代理
人 5、補正命令の日付 7、補正の内容 (1)明細書第4頁第17行目に記載する「対抗」を「
対向」と補正する。 ′2 明細書第6頁第8行目に記載する「可動部分の重
量」を「可動部分(シリンダ、下型等)の重量によって
加速2g速の特性が異なるため、この重量」と補正する
。 (3)図面中部2図を別紙の通り補正する。 8、添伺書類の目録

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)軟化ガラスをプレス成形する光学素子の成形方法
    において、軟化ガラスの温度をガラス転移温度以上にす
    るとともに、プレスに用いる金型の温度を前記軟化ガラ
    スの温度より低くし、プレススピードを10mm/se
    c以上としたことを特徴とする光学素子の成形方法。
JP23239685A 1985-10-18 1985-10-18 光学素子の成形方法 Granted JPS6291431A (ja)

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JPH0432007B2 JPH0432007B2 (ja) 1992-05-28

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02267127A (ja) * 1989-04-06 1990-10-31 Olympus Optical Co Ltd 光学素子成形方法および装置
JP2006001768A (ja) * 2004-06-16 2006-01-05 Toshiba Mach Co Ltd ガラス成形装置

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