KR100207170B1 - 광학소자의 성형방법 및 제조장치 - Google Patents

광학소자의 성형방법 및 제조장치 Download PDF

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KR100207170B1
KR100207170B1 KR1019960008418A KR19960008418A KR100207170B1 KR 100207170 B1 KR100207170 B1 KR 100207170B1 KR 1019960008418 A KR1019960008418 A KR 1019960008418A KR 19960008418 A KR19960008418 A KR 19960008418A KR 100207170 B1 KR100207170 B1 KR 100207170B1
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카쯔아키 타카기
타다요시 요네모토
다카시 이노우에
쇼지 나카무라
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모리시타 요이찌
마츠시타 덴키 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 복수의 독립된 성형 블록에 필요한 성형 온도 제어를 단시간에 수행하여, 낮은 가격으로 서로 다른 고정밀도의 광학 소자를 복수개 동시에 연속하여 성형할 수 있는 광학 소자의 성형방법 및 제조장치를 제공한다.

Description

광학 소자의 성형방법 및 제조장치
제1도는 본 발명의 제1 실시예의 제조장치를 도시하는 모식도.
제2도는 본 발명의 제2 실시예의 제조장치를 도시하는 모식도.
제3도는 본 발명의 제3 실시예의 제조장치를 도시하는 모식도.
제4도는 본 발명의 제4 실시예의 제조장치를 도시하는 모식도.
제5도는 본 발명의 제1도에 도시된 광학 소자의 제조장치를 A-A을 따라 취한 단면도.
제6도는 본 발명 실시예의 열 균일부(均熱部)의 온도 분포를 표시 하는 그래프.
제7a도는 본 발명 실시예의 몰드 분리 지그(離型治具)의 단면도로써 가압을 제거한 상태의 도면.
제7b도는 본 발명 실시예의 몰드 분리 지그의 단면도로써 가압 상태의 도면.
제8a도는 본 발명 성형 블록의 단면도.
제8b도는 본 발명 성형 블록의 다른 단면도.
제8c도는 본 발명 성형 블록의 또 다른 단면도.
제8d도는 본 발명 성형 블록의 또 다른 단면도.
제9a도는 본 발명의 일 실시예에서 광락 소자의 성형 온도 프로파일을 도시하는 광학 소자의 성형 온도 특성도.
제9b도는 본 발명의 다른 실시예에서 광학 소자의 성형 온도 프로파일을 도시하는 광학 소자의 성형 온도 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 챔버 3 : 제1 가열 스테이지
4 : 제2 가열 스테이지 5 : 가압 가열 스테이지
6 : 냉각 가열 스테이지 7 : 히터
11 : 성형 블록 17 : 광학 소자 소재
19 : 광학 소자 소재 공급 스테이지 24 : 몰드 분리 지그
[발명의 분야]
본 발명은 성형방법 및 성형 장치에 관한 것으로써, 특히 렌즈나 프리
즘등의 광학 소자의 정밀 성형에 적용되는 성형방법 및 제조장치에 관한
것이다 .
[종래의 설명]
근래에, 성형 몰드내에 광학 소자의 소재를 수용하여 가열 연화시켜 가압 성형하고, 고정밀도의 광학 소자를 동시에 성형하는 방법이 일반화되고, 렌즈가격을 저 감하기 위하여 복수의 광학 소자를 동시에 성형 하는 방법이나, 성형 사이클을 단축시켜 연속적으로 프레스 성형하는 것이 가능한 렌즈의 성형방법이 개시되어 있다(예를 들면, 일본 특허공고 평성 6-53580호와, 특개평 4-164826호 공보).
일본 특허 공보 평성 6-31580호의 기재에는, 관통구멍이 복수개 배치된 몰드 몸체판에 성형 몰드와 광학소자 소재를 배치하고, 가열하여 한번에 가압 성형하는 방법이 개시되어 있다.
또한 특개평 4-164826호 공보에는, 유리 소재를 끼워 지지하는 한쌍의 상부 성형 몰드 및 하부 성형 몰드와, 몰드 몸체로된 성형 블록을 가열, 변형, 냉각의 각 공정순으로 심사하여 렌즈를 성형하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 상기 종래 기술에서는 다음과 같은 결정이 있다.
일본 특개소 61-227929호 공보 기재의 방법에서 는. 복수개의 성형 몰드 및 광학 소자 소재를 하나의 몰드 몸체판에 배치하는 것에 의해 몰드 몸체판의 체적이 증대함으로써, 열용량이 증가하게 되고 온도 상승에 도달할 때까지의 시간 및 열분포가 안정 할 때까지 요구되는 시간, 또한 소정 온도로 온도 하강하는 시간이 상당히 길게 되고, 제조장치의 능률이 높지 않고 생산성이 현저히 낮아지는 결점이 있다.
일본 특개평 4-164826호 공보 기재의 방법에서는, 가열, 변형, 냉각의 각 공정으로 분할되어 생산 효율이 개선되지만, 렌즈 성능을 확보하기 위하여 필요한 성형 사이클(성형 택트(tact))이 결정되어 있기 때문에, 생산수를 상승하기 위해서 는 몇 개의 제조장치 가 필요하게 되고, 설비 투자 때문에 렌즈 가격을 충분히 낮출 수 없게 된다. 또한 다른 렌즈를 동시에 생산하는 경우에도, 별도의 제조장치 가 필요하게 되고 렌즈 가격 이 낮아지지 않는 원인이 된다.
또한 일본 특개평 4-164826호 공보에 기재된 방법의 제조장치에서는, 가열, 변형. 냉각의 각 스테이지는 히터를 매설한 것만의 구조이므로 스테이지 표면의 열균일성이나 산화에 대한 처리가 없다. 이 때문에, 복수개 렌즈의 동시 성형이나 큰 구경 의 렌즈의 성형 에서는 렌즈의 성능이 얻어지지 않는다. 또한, 렌즈 표면의 산화에 의한 열화 때문에 블록이 수명이 단축되고, 각각의 유지나 부품 교환에 의한 비용이 발생된다.
또한, 성형 블록의 상부 성형 몰드와 스테이지의 밀착에 의해 상방으로 들어올려져 가는 성형 작업에 지장을 초래하는 것을 방지하기 위해서, 스테이지내에 몰브 분리편이나 압축 스프링을 매설한 구조의 몰드 분리 수단을 채용하고 있지만, 몰드 분리 핀의 위치에 상두 성형 몰드를 배치할 필요가 있는 복수개를 동시에 성형하는 경우에는, 동시 성형의 수만큼의 핀을 스테이지에 매설할 필요가 발생된다.
이 때문에, 동시 성형하는 수가 몰드 분리 핀의 수로 한정되는 것과, 동시 성형의 수만큼 물드 분리된 핀 삽입 구멍이나 스프링등이 필요하게 되어 가격이 상승되는 것과, 단열판에 복수의 구멍 가공을 실시할 필요가 있기 때문에 블록의 온도 분포가 악화되는 등의 결점이 있다.
[발명의 요약]
본 발명은 이러한 문제점을 착안하여 이루어진 것으로써, 복수의 독립된 성형 블록에 필요한 성형 온도 제어를 단시간에 수행할 수 있음과 동시에, 안정된 가격으로 서로 다른 고정밀도의 광학 소자를 복수개 동시에 연속하여 성형할 수 있는 광학 소자의 성형방법 및 제조장치를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 성형방법은, 적어도 하나의 성형 블록에 성형 재료를 넣는 공정과, 상기 적어도 하나의 성형 블록을 한쌍의 스테이지 사이에서 끼워지지 하는 제1 공정과, 적어도 하나의 성형 블록을 가열후 가압하여 상기 성형 재료를 변형하는 제2 공정과, 적어도 하나의 성형 블록을 냉각하여 상기 성형 재료를 냉각하는 제3 공정을 포함하는 성형방법에 있어서, 상기 한쌍의 스테이지 각각은, 적어도 하나의 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어수단과 열균일 수단을 구비 하고, 상기 제2 공정 및 제3 공정의 각각에서는 열균일 수단과 적어도 하나의 성형 블록을 직접 접촉시켜서 열교환을 행하고, 이것에 의 해 상기 목적이 달성된다.
양호하게는. 상기 제2 공정 및 제3 공정은, 각각 서로 다른 한쌍의 스테이지에서 적어도 하나의 성형 블록과 열교환을 행하고, 상기 성형방법은 적어도 하나의 블록을 서로 다른 한쌍의 스테이지 사이로 이동시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단은 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 초경합금으로 성형된다.
다른 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단은 세라믹 또는 서멧(cermet)중 어느 하나의 박막으로 피복된다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 박막은 Pt, Sic, Si3N4, Al2O3, TiC 또는, TiN 중 어느 것을 주성분으로 하는 상기 박막으로 피복된다.
또다른 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단의 표면에서 온도차를 약2.5% 이내로 제어한다.
또 다른 실시 형태에서는, 가압 도중 1회 이상 가압력을 저하시킨다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 적어도 하나의 성형 블록에 원형 기둥형상의 광학 소자 소재를 성형 재료로 하여 넣는 공정을 포함한다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 제3 공정에서 성형 재료의 온도 변화가 성형 재료의 성형 온도 프로파일에 일치되도록 적어도 하나의 성형 블록각각의 열용량이 조정된다.
또 다른 실시예에서는, 상기 제2 공정 및 제3 공정에서 상기 성형재료의 온도 변화가 성형 재료의 성형 온도 프로파일에 일치되도록 적어도 하나의 성형 블록 각각의 열용량이 조정된다.
또 다른 실시 형태에서는, 적어도 하나의 성형 블록은 한쌍의 성형 몰드와 몰드 몸체를 구비한다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 몰드 몸체는 적어도 하나의 성형 블록의 열 용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체를 구비한다.
또 다른 실시 형태에서는, 적어도 하나의 성형 블록의 열 용량을 변화시키는 조정상 몰드 몸체의 구성 부재를 선택한다.
또 다른 실시 형태에서는, 적어도 하나의 성형 블록의 성형 블록 크기를 변화하여 상기 열용량을 조정한다.
본 발명의 성형방법은, 복수의 성형 블록 각각에 성형 재료를 넣는공정과, 상기 복수의 블록을 한쌍의 스테이지 사이에서 끼워 지지하는 제1 공정과, 상기 복수의 성형 블록을 가열후, 가압하여 성형 재료를 변형 하는 제2 공정과, 복수의 성형 블록을 냉각하여 성형 재료를 냉각하는 제3 공정을 포함하는 성형방법에 있어서, 상기 한쌍의 스테이지 각각은 복수의 성형 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과 열균일 수단을 구비하고, 제2 공정 및 제3 공정 각각에서는 상기 열균일 수단과 복수의 성형 블록을 직접 접촉시켜 열교환을 행하고, 제3 공정에서 성형 재료의 온도 변화가 성형재료의 성형 온도 프로파일에 일치 하도록 상기 복수의 성형 블록 각각의 열용량이 조정되고 이것에 의해 상기 목적이 달성된다.
양호하게는, 상기 제2 공정, 및 상기 제3 공정은, 각각 다른 한쌍의 스테이지에서 복수의 성형 블록과 열교환을 행하고, 성형방법은, 복수의 성형 블록을 서로 다른 한쌍의 스테이지 사이를 이동시키는 공정을 또한 포함한다.
본 발명의 실시형태에서는, 상기 열균일 수단들, 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 초경합금으로 형성된다.
다른 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단은, 세라믹, 또는 서멧 중 어느 하나의 박막으로 피복된다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 박막은 Pt, Sic, Si3N4, Al203, TiC 또는 TiN 중 어느 것을 주성분으로 한다.
또 다른 실시형태에서는, 상기 열균일 수단의 표면에서 온도차를 약 2.5%이내로 제어한다.
또 다른 실시형태에서는, 상기 제2 공정 및 제3 공정 각각에서, 상기 한쌍의 스테이지로 복수의 성형 블록과 동시에 열교환을 행한다.
또 다른 실시 형태에서는, 가압도중 1회 이상 가압력을 저하시킨다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 복수의 성형 블록 각각에 원형 기둥 형상의 광학 소자 소재를 성형 재료로 하여 넣는 공정을 포함한다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 복수의 한쌍의 성형 블록은, 한쌍의 성형 몰드와 몰드 몸체를 구비한다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 몰드 몸체는, 복수의 한쌍의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체를 구비한다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 복수의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체의 구성 재료를 선택한다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 복수의 성형 블록 각각의 크기를 변화하여 상기 열용량을 조정한다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 제2 공정 및 제3 공정에서 성형 재료의 온도 변화가 성형 재료의 성형 온도 프로파일에 일치되도록, 상기 복수의 성형 블록 각각의 열용량이 조정된다.
본 발명의 제조장치는, 성형 재료가 넣어지는 적어도 하나의 성형 블록을 지지하기 위한 적어도 한쌍의 스테이지를 구비 하는 제조장치 에 있어서, 상기 한쌍 이상의 스테이지 각각은. 하나의 성형 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과, 적어도 하나의 성형 블록과 직접 접촉하여 열교환하는 열균일 수단을 구비하여, 이것에 의해 상기 목적이 달성된다.
양호하게는, 상기 제조장치는 한쌍의 스테이지와, 적어도 하나의 성형 블록을 복수의 스테이지 사이로 이동시키는 수단을 구비하고, 상기 복수의 한쌍의 스테이지 각각은 상기 성형 재료를 가열하고 가압하여 냉각시킨다.
본 발명 의 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단은 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 초경합금으로 형성된다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단의 적어도 하나의 성형 블록과 접촉하는 표면은 금속, 세라믹, 또는 서멧중 어느 것의 박막으로 피복된다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 박막은 Pt, Sic, Si3N4, Al2O3, TiC 또는 TiN 중 어느 것을 주성분으로 한다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단의 적어도 하나의 성형 블록과 접하는 표면의 온도 분포는 약 2.5%이내이다.
본 발명의 제조장치는, 성형 재료가 넣어지는 적어도 하나의 성형 블록을 끼워 지지하고, 상부 스테이지와 하부 스테이지로 구성된 한쌍 이상의 스테이지를 구비하는 제조장치에 있어서, 한쌍 이상의 스테이지 각각은, 적어도 하나의 성형 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과, 상기 적어도 하나의 성형 블록과 직접 접촉하여 열 교환하는 열균일 수단을 구비하고, 상기 스테이지는 적어도 하나의 성형 블록과 접촉하는 면에 적어도 하나의 홈과, 접촉부와 지주부를 포함하는 몰드 분리 지그를 구비하고, 적어도 하나의 스테이지는 적어도 하나의 성형 블록을 끼워지지 할 때에는, 상기 접촉부는 상기 홈에 격납되고, 상기 적어도 하나의 스테이지가 적어도 하나의 성형 블록을 이격할 때에, 상기 몰드 분리 지그의 자중에 의해 접촉투는 상기 홈으로부터 돌출되고 하나이상 성형 블록을 압출하며, 이것에 의해 상기 목적은 달성된다.
양호하게는, 상기 상부 성형 몰드와 상부 스테이지와의 접촉면의 접착력을 F로 하고, 상기 상부 성형의 자준을 Wl로 하며, 상기 몰드 분리 지그의 자중 W2로 하여, W2가 FW1+W2의 관계를 만족한다.
본 발명의 실시 형태에서는, 상기 제조장치는 성형 재료를 가열하고, 가압하며, 냉각하기 위하여 각각의 복수의 한쌍의 스테이지를 구비한다.
다른 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단을 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 초경합금으로 형성된다.
또 다른 실시 형태에서는, 상기 열균일 수단의 적어도 하나의 성형 블록과 접촉되는 표면은 금속, 세라믹, 또는 서멧중 어느 것의 박막으로 피복된다.
또 다른 실시 형태에서는, 청구범위 제39항에 기재된 제조 방법에서, 상기 박막은 Pt, Sic, Si3N4, Al2O3, TiC 또는, TiN 중 어느 것을 주성분으로 한다.
또 다른 실시 형태에서는, 청구범 위 제35항에 기재된 제조 방법에서, 상기 열균일 수단의 적어도 하나의 성형 블록과 접 촉되 는 표면의 온도 분포는 약 2.5%이내이다.
상기 목적을 달성하기 위 한 본 발명의 광학 소자의 성형방법은, 한쌍의 성형 몰드와 몰드 본체로 구성되고, 복수의 독립된 동일 성형 블록의 상기 성형 몰드 사이에 소망의 광학 소자 소재를 배치하는 공정과, 상기 광학 소자 소재를 복수개 동시에 가열로 내로 반입하는 공정과, 동일의 가열 수단에 의해 상기 광학 소자 소재를 가열 연화하는 가열 공정과, 가열 변화된 광학 소자 소재를 가압 성형 하는 가압 성형 공정과, 가압 성형된 광학 소자 소재를 냉각하여 가열로 밖으로 반출하는 공정과, 상기 성형 블록에 의해 광학 소자를 취출하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 한쌍의 성형 몰드와 성형 몸체로 구성되고, 독립된 서로 다른 성형 블록 각각의 열용량을 소망의 광학 소자 성형 온도 프로파일에 일치하도록 조정하는 공정과, 상기 성형 블록의 성형 몰드 사이에 소망의 광학 소자소재를 배치하는 공정과, 상기 광학 소자 소재를 가열로 내에 반입하는 공정과, 가열 수단에 의해 광학 소자 소재를 가열 변화하는 가열 공정과. 가열 연화된 상기 광학 소자 소재를 가압 성형하는 가압 성형 공정과, 가압 성형된 광학 소자 소재를 냉각하여 가열로 밖으로 반출하는 냉각 공정과, 상기 성형 블록에 의해 광학 소자를 취출하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 한쌍의 성형 몰드와 몰드 몸체로 구성되고, 복수의 독립된 성형 블록 각각의 열용량을 소망의 광학 소자 성형 온도 프로파일로 일치하도록 조정하는 공정과, 상기 성형 블록의 성형 몰드 사이에 소망의 광학 소자 소재를 배치하는 공정과, 상기 광학 소자 소재를 복수개 동시에 가열로 내로 반입하는 공정과, 동일의 가열 수단에 의해 광학 소자 소재를 가열 연화하는 가열 공정과, 가열 연화된 상기 광학 소자 소재를 가압 성형하는 가압 성형공정과, 가압 성형된 광학 소자 소재를 냉각하여 가열로 밖으로 반출하는 냉각 공정과, 상기 성형 블록에 의해 광학 소자를 취출하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 소자의 제조 방법은, 온도 제어 가능한 한쌍의 스테이지를 복수개 구비하고, 가압 성형 가능한 광학 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 복수의 스테이지중 하나 이상에서는 상기 스테이지에 띠모양으로 있는 성형 블록과 온도 제어 수단 사이에서 직접 상기 성형 블록에 접촉하도록 된 열균일 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 온도 제어가능한 한쌍의 스테이지를 복수 구비하고, 가압 성형 가능한 광학 소자 제조장치에 있어서, 가압 가능한 스테이지의 적어도 하나에는, 상기 홈에 수납된 이형 지그의 자중에 의해 상기 상부 성형 몰드와 상부 스테이지로부터 이형하는 기구를 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학 소자의 제조 방법 및 제조장치는, 복수의 독립된 성형 블록내에 배치된 광학 소자 소재를 가열로 내의 열균일성이 우수한 동일의 가열 수단에 의해 동시에 가열 연화하여, 가압 성형하기 때문에 온도 상승까지 요구되는 시간 및 열분포가 안정될 때까지 요구되는 시간, 또는 성형후에 소정 온도로 온도 상승하는 시간이 단축되기 쉬우므로, 제조 시간이 짧다.
또한 광학 소자 소재에 의해, 성형 블록의 열 용량을 변화하고, 적당한 광학 소자 성형 온도 프로파일로 조정하기 때문에, 동일의 제조장치로 서로 다른 광학 소자를 연속하여 제조한다. 제조장치도 복수개 동시 가압성형에 대응할 수 있는 구조로 되고, 안정하게 성형을 행할 수가 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학 소자의 제조 방법 및 제조장치는, 복수의 독립된 성형 블록 내에 배치된 광학 소자 소재를 가열로 내의 열균일성이 우수한 동일의 가열 수단에 의해 동시에 가열 연화하여 가압 성형하기 때문에, 온도 상승까지 요구되는 시간 및 온도 분포가 안정 될 때까지 요구되는 시간, 또는 성형후에 소정 온도로 온도 하강하는 시간이 단축되기 쉬우므로, 제조 시간이 짧다. 또한 광학 소자 소재에 의해, 성형 블록의 열용량을 변화시키고, 적당한 광학 소자 성형 온도 프로파일로 조정하기 때문에, 서로 다른 광학 소자를 동시에 제조할 수 있으므로 설비 가격이 안정되게된다.
광학 소자의 제조장치는, 스테이지에 체류되어 있는 성형 블록과 온도 제어 수단과의 사이에 직접 성형 블록에 접하도록 열균일부가 설치됨으로써, 복수개의 성형이나 큰 구경의 성형 이 가능하게 된다. 또한, 가압하기 위한 성형 블록과 스테이지의 밀착성이 높게되고, 스테이지 상승때에 스테이지와 성형 블록의 밀착력에 의해 상부 성형 블록이 성형 블록으로부터 취출 문제가 있지만, 몰드 분리 지그의 설치에 의해 상부 성형 몰드는 성형 블록에 의해 취출되는 것이 없게 되는 것은 물론이다. 성형 블록을 어떠한 수의 동시 성형 할때에도 용이하게 대응할 수가 있다.
[양호한 실시예의 설명]
이하는 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명 한다.
[실시예 1]
제1도는 제1 실시예의 광학 소자의 제조 방법 및 제조장치를 도시하는 광학 소자 제조장치의 정면도이다.
제1도에 도시된 광학 소자의 제조장치는 기대(1) 위에 가열로로써 사용되는 챔버 (2)가 설치되어 있다.
챔버(2)에는, 성형 블록(11)을 반입하는 입구와 냉각후의 성형 블록을 반출하는 출구가 설치되고, 이들 각각에 입구 셔터(22)와 출구 셔터(23)를 설치하고 있다. 챔버 입구에는 공급 스테이지(19)를 설치하고, 챔버 출구에는 취출하는 스테이지(21)를 설치하고 있다.
또한, 챔버(2)내에 제1 가열 스테이지(3), 제2 가열 스테이지(4), 가압성형 스테이지(5), 냉각 스테이지(6)를 설치하고, 각 스테이지는 상하 한쌍으로 온도 제어 가능한 히터(7)를 부착한 온도 제어부(27)를 설치하고, 하측의 온도 제어부(27)는 단열판(10)을 거쳐서 챔버(2)에 설치되고, 상측의 온도 제어부(27)는 단열판(10)을 거쳐서 상하 이동 가능한 축(5)에 설치된 성형 블록(11)을 가압하는 기능을 가진다.
또한, 온도 제어부(27)의 표면에는, 열균일부(8)로써 텅스텐 카바이드, WC를 주성분으로 하는 초경합금을 부착하고 있다. 이하의 설명에서, 챔버에 고정된 온도 제어부(27)와 열균일부(8)를 하부 스테이지, 축(9)에 고정된 온도 제어부(27)와 열균일부(8)는 상부 스테이지로 칭하고, 상하 한쌍을 표시할 때에는 스테이지로 칭한다.
이하, 상기 광학 소자의 제조장치를 이용한 광학 소자의 제조 방법을 도면을 참조하면서 설명한다.
제1도에 도시된 바와 같이, 광학 소자 소재 공급 스테이지(19)에서, 상부 성형 몰드, 하부 성형 몰드, 몰드 몸체로 구성된 성형 블록(11)내에 원형 기등 형상의 광학 소자 소재(17)를 공급 장치(28)에 의해 배치하고, 독립된 동일의 성형 블록(11)을 제5도에 도시된 바와 같이 2개로 나란하게 한다.
그리고, 광학 소자 소재(17)를 적당한 성형 온도 프로파일을 갖도록 광학 소자의 제조장치의 각 스테이지 온도와 성형 사이클을 설정(제어 반은 도시생략)하고, 그후에 반입 푸셔(pusher; 20)에 의해 챔버(2)내로 동일의 성형 블록(11)을 2개 동시에 반입하고, 동일의 가열 수단의 제1 가열 스테이지(3), 제2의 가열 스테이지(4)로써 2개 동시에 예비 가열한다.
일반적으로, 성형 온도 프로파일로서는, 성형 재료가 최종적으로 바람직한 성능을 가진 소자로 성형되기 위해서, 가열, 가압성형 및 냉각 공정의 각 공정에서 시간 경과에 대한 성형 재료의 소망의 온도 변화를 도시하는 것이다. 상기 소망의 온도 변화는, 성형 재료의 온도 특성 및 성형품의 크기, 형상 등 의해 미리 결정된다. 또한, 본 실시예 및 이하의 실시예에서는, 각 스테이지와 광학 소자를 포함한 성형 블록과 열교환시키는 것에 의해, 성형 재료에 온도 변화를 부여한다.
챔버내에 설치된 반송 부재(도시 생략)에 의해, 성형 블록은 각 스테이지 사이를 설정된 성형 사이클에 따라 순차 이동하고, 한쌍의 가압성형 스테이지(5)에서 2개의 광학 슬자 소재(17)를 동시에 가압하고, 소망의 형상의 광학 소자로 변형시킨다.
이 때, 광학 소자 소재(17)는 원형 기둥 형상의 때에는 가압 성형 스테이지(5)의 가압을, 가압도중 1회 이상 가압력을 감압 또는 0 으로 하면서 광학 소자 소재(17)를 변형시키면, 광학 소자의 성형면에 오목형의 결함이 발생하지 않는다.
가압 성형후, 성형 블록(11)은 냉각 스테이지(6)로 반송되어 소망의 냉각 온도까지 냉각되며, 챔버의 출구에 의해 반출된다. 반출된 성형 블록은 취출하여 스테이지(21)에서 성형 블록(11)에 의해 광학 소자를 취출한다.
이하는 열균일부(8)를 이용하여 효과를 설명한다. 스테이지의 성형범위(성형 블록이 접하는 범위) 중에서, 설정 온도에 대하여 어떤 퍼센트의 온도 분포(표면 온도차/설정온도 x 100)로 되어 있는 가로써 열균일의 양호와 불량을 판정할 때에, 스테이지의 성형 범위내의 온도 차는 2.5%내로 되지 않는다면, 그 영향으로부터 광학 소자의 성능은 악화된다.
예를 들면, 스테인레스 강을 스테이지에 이용한 경우의 설정 온도에 대한 온도 분포는, 제6도의 곡선(41)과 같이 8%로 악화되고, 광범위의 열균일성 이 얻어지지 않기 때문에, 복수개의 광학 소자의 성형이나, 큰 구경을 가진 광학 소자의 성형을 할 수 없는 것이 된다. 한편, 열 균일부(8)를 이용한 경우에는, 제6도의 곡선(40)과 같이 균일성이 향상되고, 스테이지의 성형 범위에서 설정 온도에 대하여 약 2.5%의 온도 분포가 가능하게 된다.
열균일부(8)의 열균일성은, 두께 5이하로 있는 두께 정도가 양호하다. 단지, 장치의 제조가격과 부품 크기의 제한을 고려하면. 열균일부(8)의 두께는 약 5∼100가 양호하다. 이와 같은 열균일부(8)를 거쳐서 성형 블록의 온도 제어를 행함으로써, 종래 곤란한 25 의 구경을 가진 광학 소자를 바람직한 광학 성능으로 제조할 수가 있다.
또한 열균일부(5)의 표면에는, 예를들면 내열, 내산화성에 우수한 백금(Pt), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 알루미나(Al2O3) 티탄 카바히드(TiC), 질화티탄(TiN)을 주성분으로 하는 박막(26)을 형성한다. 상기 박막(26)을 형성함으로써, 열균일부(8)의 질화에 의한 열화를 방지하는 효과를 가진다. 본 실시예에서는, 박막(26)의 두께를 2로 설정한다.
제5도는 제1도의 가압 성형 스테이지(5)의, A-A선을 따라 취한 단면도이고, 상부 스테이지는 상부 성형 몰드(14)와 상부 스테이지(열 균일부(8))와의 접촉면에 소망의 홈(25)을 설치하고, 접촉부(24a)와 지주부(24b)로 된 몰드 분리 지그 (24)가 자중에 의해 단열판(10)에 매달리도록 설치되어 있다.
상기 몰드 분리 지그(24)의 접촉부(24a)는. 예를 들면 제7a도에 도시된 바와 같이 상부 스테이지의 가압면보다 조금 돌출하도록 설치하고, 성형 블록(11)의 상부 성형 몰드(14)를 가압할 때에는 제7b에 도시된 형태로 스테이지에 설치된 홈(25)에 수납될 수 있도록 상하의 가동을 자유롭게 하고 있다.
종래, 특히 가압 스테이지에서는, 가압력이 큰 것과, 스테이지의 성형 온도를 충분히 바르게 전달하도록 스테이지 표면과 성형 블록 표면을 평활하게 성취함으로써, 성형 블록의 상부 성형 몰드와 상부 스테이지의 밀착성은 높게되고, 광학 소자를 성형한 후의 상부 스테이지 상승 때에, 상부 스테이지와 상부 성형 몰드의 밀착력에 의해, 상부 성형 물드는 성형 블록으로부터 취출되어 상부 성형 몰드를 파손하거나, 성형을 중단하는 등의 문제가 있다. 그러나, 제7도에 도시된 몰드 분리 지그(24)를 설치함으로써, 상기 밀착력에 의해 큰 힘(몰드 분리 지그의 자중)을 상부 성형 몰드(14)에 부가할 수 있기 때문에, 상부 성형 몰드는 성형 블록에 의해 취출되는 것이 방지되고 상기 문제를 해결할 수 있다 구체적으로, 상부 성형 몰드(14)와 상부 스테이지의 접촉면의 밀착력을 F로 하고, 상부 성형 몰드(14)의 자중을 W1로 하며, 몰드 분리 지그(24)를 W2로 한 경우, FW1+W2의 관계식이 성립되는 형태로 몰드 분리 지그(24)의 자중을 설정한다. 몰드 분리 지그(24)는 자중에 의해 상부 성형몰드(14)를 압출하는 구성으로 되기 때문에, 밀착력 (F)에 의해 큰 반발력을 가하기 위하여 압축 스프링을 몰드 분리 지그에 설치할 필요가 없다. 따라서, 스프링은 스테이지의 열에 의해 열화되는 문제는 발생하지 않는다. 또한 스테이지에 접촉부가 수납되는 홈을 형성하는 것만으로도 양호하므로, 상부 성형 몰드(14)에 접하는 면의 온도 분포의 균일성도 손상되지 않는다.
이하, 제1도의 제조장치를 이용한 구체예를 설명한다.
열균일부(8)에 초경합금(Wc-Ni-Cr 합금)을 사용하고, 그 표면에 백금-탄탈-레륨합금(Pt-Ta-Re)의 박막(26)을 피복한다.
광학 소자 소재(17)로서는, VC78(스미다 광학 유리주식회사 제품, 유리 전이온도는 530°C, 굴복 온도 5562°C, 선팽창 계수 95x10-7(100∼300°C)를 이용한다. VC78의 유리 전이온도 및 굴복 온도는 유리의 연신율을 측정하는 것에 의해 구해진 값이다.
유리 재료의 온도 특성은 유리 전이온도, 굴복 온도 및, 연화온도로 표시된다. 여기에서, 유리 전이온도, 굴복 온도 및 온도 상승에 따른 유리재료의 점성의 변화로부터 구해진다. 이 경우, 유리 전이온도, 굴복 온도 및 연화 온도를, 유리 재료의 점성이 각각 1012.75poise, 1010.65poise 및 107.85poise를 표시하는 경우의 온도로 정의된다. 다른 재료, 예를 들면 플라스틱의 온도 특성은, 그 재료에 적합한 측정 방법으로 결정된다.
제1의 가열 스테이지를 유리 전이점 이상, 굴복 온도 이하의 550°C, 제2의 가열 스테이지를 굴복 온도 보다 높은 575°C, 가압성형 스테이지를 575°C로 온도 설정 한다. 또한, 가압성형 스테이지(5)에서 성형 도중에 7회의 감압을 행한다.
제1도에 도시된 형태로 각각 독립된 동일 성형 블록(11)을, 2개씩 90초 간극으로 순차적으로 스테이지를 이동시켜 광학 소자를 제작한 결과, 결함이 없는 소망의 렌즈 성능의 블록 렌즈를 복수개 동시에 얻을 수 있다.
또한, 가압 성형 스테이지에서, 성형 블록의 상부 성형 몰드는 스테이지에 부착하는 것도 없고, 장치의 연속 운전이 안정되게 행하여 진다.
[실시예 2]
이하, 본 발명 의 다른 실시 예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
제2도는 본 실시예(2)의 광학 소자 제조 방법 및 제조장치를 도시하는 광학 소자 제조장치의 정면도이다.
제2도의 광학 소자 제조장치는 제1 실시예와 동일한 구조의 장치이고, 이하 상기 장치를 이용하고, 서로 다른 형상의 성형 블록에서 온도 특성이 동일한 광학 소자를 연속하여 성형하며, 각각 소망의 광학 소자를 제조하는 방법을 설명한다. 온도 특성은 동일한 소재로서 비교되는 소재의 측정조건과 동일한 조건이므로, 유리 전이온도, 굴복 온도 및, 연화 온도 또는 선팽창 계수등 중에서, 적어도 유리 전이온도는 동일한 값으로 있는 소재를 의미한다.
제2 실시예에서 설명된 형상의 성형 블록은, 제6도에 도시된 제1의 성형 블록(11)과 제2 성형 블록(12a)으로 되어 있다. 또한 하나의 성형 사이클에서 광학 소자 소재(17)의 성형 사이클에서 광학 소자 소재(17)의 성형 온도 프로파일을 제9a도에 도시한다.
예를 들면, 제8a도에 도시된 제1의 성형 블록(11)과, 제8b도에 도시된 제2의 성형 블록(12a)에서와 같이, 광학소자 성형면의 형상은 다르고, 성형된 광학소자의 현상이 다르더라도, 광학 소자 소재(17)의 온도 특성(적어도 유리 전이 온도)이 동일하면은, 제1의 성형 블록(11)과 제2의 성형 블록(12a)의 열용량을 조정하여 동등하게 함으로써, 각각의 성형 블록에서 성형된 광학 소자의 성형 온도 프로파일을 동일하게 할 수 있다.
상기 열용량을 동등하게 조정하는 방법으로서는, 편쪽의 성형 블록(예를 들면 제2의 성형 블록(12a)으로 한다)의 크기를 변화시켜, 열용량을 또한쪽의 성형 블록(예를 들면 제1의 성형 블록(11)으로 한다)에 결합시키는 방법이 있다 .
상기 성형 블록의 크기를 변화시키기 위해서는, 정밀한 형상을 가진 상부 성형몰드(14)나 하부 성형몰드(15)에 가공을 실시하는 것이나 새롭게 작성하는 것이 곤란하고 가격이 들기 때문에, 몰드 몸체(16)의 크기를 조정하는 것이 바람직하다.
열용량은, 성형 블록 및 광학소자 소재에 사용되는 재료의 비열(J/(kg·°C))x 상기 재료의 질량(kg)으로 간단하게 산출할 수 있기 때문에, 예를 들면 열용량 조정 공정(열용량 조정 스테이지(도시 생략))에서 적정의 성형 블록의 크기로 조정이 용이하게 된다.
상기 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 동일 제조장치의 동일 성형조건으로, 제1성형 블록(11)과 제2 성형 블록(12a)을 혼재시켜서 성형을 행하더라도, 상기 어떤 성형 블록에서도, 제9a도에 도시된 광학 소자 소재(17)의 온도 특성(유리 전이온도(34))에 합해진 적정의 성형 온도 프로파일(30)로 합체시킬 수 있기 때문에, 쌍방에서 동시로 소망의 광학 소자가 얻어진다.
또한, 제1도에 도시된 제조장치와 동일 형태의 장치를 사용함으로써, 제1실시예와 동일한 형태로 복수개 동시에 연속하여 제조하는 것이 가능하다 .
이하는 제2도의 제조장치를 사용하는 구체예를 설명한다.
열균일부(8)에 초경합금(WC-Co 합금)을 사용하고, 그 표면에 질화 티탄 알루미늄 합금(Ti-N-Al)의 박막(26)을 피복한다.
본 발명의 제1실시예와 동일형태로 제1의 가열 스테이지를 550°C, 제2의 가열 스테이지를 575°C, 가압 성형 스테이지를 575°C, 냉각 스테이지는 510°C로 온도를 설정한다. 또한, 가압 성형 스테이지로 성형 도중에 7회의 감압을 행한다.
광학 소자 소재(17)를 포함한 제8a도의 제1성형 블록(11)과 제 8B도의 제2성형 블록(12a)의 각각의 열용량을 46J/ °C, 열용량 조정 스테이지(도시 생략)로 각각 조정 하고, 광학소자 소재 공급 스테이지 (19)로 제1 성형 블록(11)과 제2 성형 블록(12a)으로 유리 전이온도(530°C)의 원형 기둥 형상 광학 소자 소재 Cl7; VC78, 스미다 광학 유리주식회사 제품)를 배치하고, 상기 성형 조건에서 각각 독립된 성형 블록을 2개씩 혼재시켜 90초 간극으로 상기 성형 조건에서 순차적으로 스테이지를 이동하여 광학 소자를 제작한 결과, 동일 온도 특성에서 형상이 다른 블록렌즈. 오목렌즈를 복수개 동시에 결함이 없는 소망의 렌즈 성능으로 제작할 수 있다.
[실시예 3]
이하, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
제3도는, 제3 실시예의 광학 소자 제조 방법 및 제조장치를 도시하는 광학 소자 제조장치의 정면도이다.
제3도의 광학 소자 제조장치는, 제1 실시예와 동일한 구조의 장치이고, 이하 상기 장치를 이용하여, 제2 실시예와 동일한 형태로 서로 다른 형상의 성형 블록으로써, 온도 특성이 동일한 광학소재를 연속하여 성형하며, 각각 소망의 광학 소자를 제조하는 다른 방법을 설명한다.
상기 제3 실시예에 대하여 설명하면, 서로 다른 형상의 성형 블록은 제8a도에 도시된 제1성형 블록(11)과 제 8c도에 도시된 제2 성형 블록(12b)이고, 광학 소자 소재(17)의 소망의 광학 소자 성형 온도 프로파일을 제9a도에 도시한다. 제8c도에 도시된 제2성형 블록(12b)은, 제8b도에 도시된 제2성형 블록(12a)과 동일 형상의 상부 성형몰드(14), 하부 성형몰드(15)를 가지지만, 몰드 몸체는 이 몰드 몸체(16)와는 다르게 조정용 몰드 몸체(18)도 구비한다.
제2 실시예에서 설명된 형태로, 예를 들면 몰드 몸체(16)의 크기를 변화시켜 열용량을 조정하는 경우, 가공을 실시하지만 별도로 몰드 몸체(16)를 새롭게 제작하는 방법이 있다.
그러나, 몰드 몸체에 가공을 실시하는 경우는 열용량을 작게할 때로 한정되는 것이나, 몰드몸체를 새롭게 제작하는 경우에 광학 소자의 사양이므로, 몰드 몸체와 상부 성형 몰드에 고정밀도의 가공이나 끼워맞는 정도를 필요로 할때에는, 제작 가격이 상당히 높게 된다.
제2 실시예와는 다른 방법으로 하여, 제 8b도의 제2 성형 블록(12a)의 변화로, 제 8c도의 제2성형 블록(12b)과 같이, 열용량의 조정용 몰드 몸체(18)를 구비하는 성형 블록으로 하는 방법이 있다. 몰드몸체(16)와 조정용 몰드 몸체(18)의 끼워 맞추는 정밀도를 완화하게 하여도 렌즈의 성능에는 영향이 없고, 낮은 가격으로 조정용 몰드 몸체(16)를 제작할 수 있는 이점이 있다.
또한, 조정용 몰드 몸체(18)는 광학 소자와 접촉하는 부분이 없으므로, 유리와의 반응이나 산화 등을 고려할 필요가 없고, 소재의 선택이 자유롭기 때문에, 상부 성형몰드(14), 하부 성형몰드(15), 몰드 몸체(16)등의 구성 재료 보다도 가공성이 양호하고, 값이싼 재료로 제작할 수 있는 이점도 있다. 조정용 몰드 몸체(18)의 구성 재료는 예를 들면, 알루미늄, 철강, 스테인레스강 등으로도 관계가 없다. 또한, 적당한 비열을 가진 구성 재료를 선택함으로써 열용량을 조정하는 것도 가능하다.
실질적으로, 제8c도에 도시된 제2 성형 블록(12b)을 제8b도에 도시된 제2 성형 블록(12a)의 변화에 이용하여도, 제2 실시예에서 이미 설명한 바와 같이, 성형된 광학 소자 소재(17)의 온도 특성(유리 전이 온도(34))이 동일하면은, 예를 들면 제8a도에 도시된 제1성형 블록(11), 제6c도의 제2 성형 블록(12b)의 열 용량을 조정하여 동일하게 함으로써, 상기 어느 것의 성형 블록에서도 제9a도에 도시된 광학 소자 소재(17)의 온도 특성(유리 전이 온도(34))으로 합체된 적정 성형 온도 프로파일(30)로 합체시킬 수 있기 때문에, 성형된 광학 소자의 형상이 다르게 될지라도, 제3도의 제조장치로써 상기 쌍방의 성형 블록을 혼재시켜 성형하여도 소망의 광학 소자가 얻어진다.
또한 제1도에 도시된 제조장치와 동일 형태의 장치를 사용함으로써, 제1 실시예와 동일 형태로 복수개 동시에 변속하여 제조하는 것이 가능하다.
이하 제3도의 제조장치를 이용한 구체예를 설명한다.
열균일부(8)의 소재 및 그 표면의 박막(26)은, 제2 실시예와 동일 재료로 한다 .
본 발명의 제1 실시예와 같은 형태로, 제1 가열 스테이지를 550°C, 제2 가열 스테이지를 575°C, 가압 성형 스테이지를 575°C, 냉각 스테이지를 510°C로 온도를 설정한다. 또한, 가압성형 스테이지에서 성형 도중에 7회의 감압을 행한다.
제8a도의 광학 소자 소재(17)를 포함한 제1성형 블록(11)의 열용량을 46J/ °C, 제8c도의 광학소자 소재(17)를 포함한 제2 성형 블록(12b)의 열용량을 29J/ °C로 하고, 열용량 조정 스테이지 (도시생략)에서 열용량 17J/ °C의 조정용 몰드 몸체(18)를 제2 성형 블록(12b)에 장착하며, 소재 공급 스테이지(19)에서 유리 전이온도(530°C)의 2 종류의 원형 기둥 형상의 광학 소자 소재(VC 78, 스미다 유리주식회사 제품)를, 각각의 성형 블록에 공급하여 상기 성형 조건에서 2개씩 혼재하여 90초 간극으로 순차 스테이지를 이동하여 광학 소자를 제작한 결과, 동일 온도 특성으로 형상이 서로 다른 볼록 렌즈, 오목렌즈를 복수개 동시에 결함이 없는 소망의 렌즈 성능으로 제작할 수가 있다.
[실시예 4]
이하 본 발명의 다른 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
제4도는 상기 제4 실시예의 광학 소자 제조 방법 및 제조장치를 도시하는 광학 소자 제조장치의 정면도이다.
제4도의 광학 소자 제조장치는, 제1 실시예와 동일 구조의 장치이고, 이하 상기 장치를 이용한 서로 다른 형상의 성형 블록이므로, 서로 다른 온도 특성의 광학 소자를 연속하여 성형하여, 각각 소망의 광학 소자를 제조하는 방법을 설명 한다.
상기 제 4 실시예를 설명하면, 서로 다른 형상의 성형 블록은 제8b도에 도시된 제2 성형 블록(12a)과 제8d도에 도시된 제3 성형 블록(13)이며, 예를 들면 제2 성형 블록(12a)으로 성형된 광학 소자 소재(17)는, 제9b도에 도시된 제1 유리 전이온도(35, 전이점(33)이 높은쪽)의 특성을 가지고, 제3 성형 블록(13)으로 성형된 광학 소자(17)는 제9b도에 도시된 제2 유리 전이온도(36; 전이점(33)은 낮은쪽)의 특성을 가진다.
상기 전이점(33)은 높은 쪽의 광학 소자 소재(17)의 적정 성형 온도 프로파일을 제9b도의 도면부호 31(굵은선)으로 도시하고, 상기 전이점(33)은 낮은쪽의 광학 소자 소재(17)의 적정 성형온도 프로파일을 제9b도의 도면부호 32(가는선)으로 도시한다.
온도 특성이 서로 다른 광학 소자를 각각 성형하는 경우, 각각의 광학 소자의 특성으로 된 성형 온도 프로파일이 필요하다. 기본적으로는, 상기 광학 소자를 성형 하는 과정 중의 냉각 공정에서, 적정 냉각 온도 프로파일(프레스 온도로부터 광학 소자의 전이점(33)이하 까지의 온도 이력)으로 광학 소자를 냉각하는 것에 의해, 소망의 프레스 성능을 얻을 수 있다.
제8b도의 제2 성형 블록(12a)과 제8d도의 제3 성형 블록(13)에 온도 특성이 다른 광학 소자를 넣고, 제4도에 도시된 제조장치로 동일 성형 조건에서 연속하여 성형하기 때문에, 성형 블록(12a 및 13)을 가진 열용량을 조정하고, 각각의 광학 소자 온도는 제9b도에 도시된 성형온도 프로파일(31: 전이점(33)은 높은쪽)과 성형온도 프로파일(32; 전이점(33)은 낮은쪽)을 따라가는 것이 중요하다.
예를 들면, 제2 성형 블록(12a)에서 제1 유리 전이온도(35)의 광학소자 소재(17a)를, 제9도의 성형온도 프로파일(31)에서 성형될 수 있도록, 제조장치 의 온도 조건이나 성형 사이클 등의 조건 설정을 하고, 그 후에 제3의 성형 블록(13)에서 제2 유리 전이온도(36)의 광학 소자 소재(176)를 동일의 제조장치, 동일의 성형 조건으로 성형하는 경우, 제3 성형 블록(13)의 열용량을 제2 성형 블록(12)과 동일하게 조정 하면, 제3 성형 블록(13)의 광학 소자는 성형온도 프로파일(31)을 따라 가는 것으로 되며 광학 소자의 성능은 나오지 않는다.
그러나, 제3 성형 블록(13)의 크기를 변화하는 열용량을 작게 조정하면은, 그 만큼 빠르게 냉각 스테이지에서 냉각되므로 냉각 균배를 변화시키는 것이 가능하고, 전이점(33)이 낮은 쪽의 온도 특성(유리 전이온도(36))에 합체된 성형온도 프로파일(32)에 합체시키는 것이 가능하게 되며, 소망의 광학 소자 성능이 얻어진다. 따라서, 동일한 냉각 시간으로, 서로 다른 온도특성을 가진 광학소자(17a와 17b)이지만, 가압 성형성 온도로부터 각각의 유리 전이온도까지 충분히 냉각된다. 이것에 의해, 동일의 제조장치와 또한 동일 성형 사이클에 의해, 서로 다른 광학 특성을 가진 광학 소자를 연속하여 제작하는 것이 가능하게 된다.
열용량은. 성형 블록 및 광학 소자 소재에 시공되는 재료의 비열(J/(kg·°C)) x 상기 재료의 질량(kg)으로 간단하게 산출할 수 있기 때문에, 예를 들면 열용량 조정 공정 (열용량 조정 스테이지 (도시 생략))에서 광학 소자 소재의 온도 특성에 따라, 적정 성형 블록의 크기로 조정이 용이하게 될 수 있다.
이하 제4도의 제조 방법을 이용한 구체예를 설명한다.
열균일부(8)에 초경합금(WC-Co-Ni-Cr합금)을 이용하고, 그 표면에 서멧(Ti-C-Mo-Ni)의 박막(26)을 피복한다.
제1 가열 스테이지를 530°C, 제2 가열 스테이지를 565일, 가압성형 스테이지를 565°C, 냉각 스테이지를 495°C로 온도를 설정한다. 또한 가압성형 스테이지에서 성형 도중에 5회의 감압을 행한다.
제8b도의 광학 소자 소재(17a)를 포함한 제2성형블록 (12a)의 열용량을 46J/ °C로, 제8d도의 광학 소자 소재(17b)를 포함한 제3 성형 블록(13)의 열용량을 25J/ °C로. 열용량 조정 스테이지(도시생략)에서 각각 조정하여, 광학 소자 소재 공급 스테이지(19)에서 제2의 성형블록(12a)에 유리 전이 온도 (516°C), 굴복온도(553°C)의 원형기둥 형상의 광학소자 소재(17a: VC79, 스미다 유리주식회사 제품)를 배치하고, 제3성형 블록(13)에 유리 전이온도(502°C), 굴복온도(549°C)의 원형 기둥의 광학 소자 소재(17b: PBK40, 스미다 광학 유리주식회사 제품)를 배치하고, 상기 스테이지의 온도에서, 각각 독립된 성형 블록을 1개씩 혼재시켜 90초 간극의 순차적으로 스테이지를 이동시켜 광학 소자를 제작한다. 그 결과, 온도 특성이 서로 다른 오목렌즈와 요철렌즈(meniscus lens)를 결함없이 소망의 렌즈 성능으로 연속 제작할 수가 있다.
이상 본 발명의 실시예를 상세히 설명하였지만, 본 발명은 각 실시예 기재의 광학 소자 소재 및 그 온도 특성이나 형상, 광학 소자를 동시 성형하는 수, 광학 소자의 형상, 성형 블록의 형상이나 열용량, 조정용 몰드 몸체의 재질이나 열용량, 열용량 조정 작업의 수순이나 수단, 제조장치의 구조, 제조장치의 성형 조건이나 스테이지 수, 열 균일부의 재질이나 형상, 열균 일부에 피복되는 박막의 재질, 상부 스테이지 표면의 홈 형상이나 그 수, 몰드 분리 지그의 형상이나 수, 몰드 분리 지그의 설치 방법 등에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서는, 유리 재료를 이용한 광학 소자의 성형방법 및 장치 에 대하여 구체적으로 설명하였지만, 이용되는 재료를 이것에 한정되지 않는다. 광학 소자용의 플라스틱 재료(예를들면, 제오넥스(일본 제운사 제품)등)를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 광학 소자의 형성은 높은 정밀도를 요구하는 것이므로 본 발명을 이용하는 것이 적당하지만, 다른 소자의 성형에 본 발명이 이용될 수 있다는 것은 명백하다.

Claims (51)

  1. 적어도 하나의 성형 블록에 성형 재료를 넣는 공정과, 상기 적어도 하나의 성형 블록을 한쌍의 스테이지 사이에서 끼워 지지 하는 제1 공정과, 적어도 하나의 성형 블록을 가열후, 가압하여 상기 성형 재료를 변형하는 제2 공정과, 적어도 하나의 성형 블록을 냉각하여, 상기 성형 재료를 냉각하는 제3 공정을 포함하는 성형방법에 있어서, 상기 한쌍의 스테이지 각각은, 적어도 하나의 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과 온도 제어 수단의 표면에 설치되어 있는 열균일 수단을 구비하고, 상기 제2공정 및 제3공정의 각각에서, 열균일 수단과 적어도 하나의 성형 블록을 직접 접촉시켜서 열교환을 행하는 성형방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 공정 및 제3 공정은, 각각 서로 다른 한쌍의 스테이지에서 적어도 하나의 성형 블록과 열교환을 행하고 상기 성형방법은 적어도 하나의 블록을 서로 다른 한쌍의 스테이지 사이로 이동시키는 공정을 포함하는 성형방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열균일 수단은, 텅스텐 카다이드를 주성분으로 하는 초경합금으로 성형되는 성형방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열균일 수단은, 세라믹 또는 서멧중 어느 하나의 박막으로 피복 되는 성형방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 박막은, Pt, Sic, Si3N4, Al203, TiC 또는 TiN 중 어느 것을 주성분으로 하는 상기 박막으로 피복되는 성형방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열균일 수단의 표면에서 온도차를 약 2.5% 이내로 제어하는 성형방법.
  7. 제1항에 있어서, 가압 도중 적어도 1회 이상 가압력을 저하시키는 성형방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 성형 블록에, 원형 기둥 형상의 광학 소자 소재를 성형 재료로 하여 넣는 공정을 포함하는 성형방법.
  9. 제1항에 있어서, 적어도 상기 제3 공정에서 성형 재료의 온도 변화가 성형 재료의 성형 온도 프로파일에 일치되도록 적어도 하나의 성형 블록 각각의 열용량이 조정되는 성형방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 공정 및 제3 공정에서 상기 성형 재료의 온도 변화가 성형 재료의 성형 온도 프로파일에 일치되도록, 적어도 하나의 성형 블록 각각의 열용량이 조정되는 성형방법.
  11. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 성형 블록은, 한쌍의 성형 몰드와 몰드 몸체를 구비하는 성형방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 몰드 몸체는 적어도 하나의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체를 구비하는 성형방법.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 성형 블록의 열 총량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체의 구성 부재를 선택하는 성형방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 성형 블록의 성형 블록 크기를 변화하여 상기 열용량을 조정하는 성형방법.
  15. 복수의 성형 블록 각각에 성형 재료를 넣는 공정과, 상기 복수의 블록을 한쌍의 스테이지 사이에서 끼워지지 하는 제1 공정과, 상기 복수의 성형 블록을 가열후, 가압하여 성형 재료를 변형하는 제2 공정과, 상기 복수의 성형 블록을 냉각하여, 성형 재료를 냉각하는 제3공정을 포함하는 성형방법 에 있어서, 상기 한쌍의 스테이지 각각은, 복수의 성형 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과 온도 제어 수단의 표면에 설치되어 있는 열균일 수단을 구비하고, 제2 공정 및 제3 공정 각각에서는 상기 열균일 수단과 복수의 성형블록을 직 접 접촉시켜 열교환을 행하고, 적 어도 제3 공정에 있어서 성형 재료의 온도 변화가 성형 재료의 성형 온도 프로파일에 일치하도록 상기 복수의 성형 블록 각각의 열용량이 조정되는 성형방법.
  16. 제5항에 있어서, 상기 제2 공정 및 제3공정은. 각각 서로 다른 한쌍의 스테이지에서 상기 복수의 성형 블록과 열교환을 행하고, 상기 성형방법은 복수의 성형블록을 상기 다른 한쌍의 스테이지 사이로 이동시키는 공정을 부가로 포함하는 성형방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 열균일 수단은, 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 초경합금으로 형성되는 성형방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 열균일 수단은 세라믹, 또는 서멧 중 어느 하나의 박막으로 피복 되는 성형방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 박막은, Pt, Sic, Si3N4, Al2O3, TiC 또는 TiN 중 어느 것을 주 성분으로 하는 성형방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 열균일 수단의 표면에서 온도차를 약 2.5% 이내로 제어하는 성형방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 제2 공정 및 제3 공정 각각에서, 상기 한쌍의 스테이지로 복수의 성형 블록과 동시에 열교환을 행하는 성형방법.
  22. 제15항에 있어서, 가압도중 1회 이상 가압력을 저하시키는 성형방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 복수의 성형 블록 각각에, 원형 기둥 형상의 광학 소자 소재를 성형 재료로 하여 넣는 공정을 포함하는 성형방법.
  24. 제15항에 있어서, 상기 복수의 한쌍의 성형 블록은, 한쌍의 성형 몰드와 몰드 몸체를 구비하는 성형방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 몰드 몸체는. 복수인 한쌍의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체를 구비하는 성형방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 복수의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체의 구성 재료를 선택하는 성형방법.
  27. 제15항에 있어서, 상기 복수의 성형 블록 각각의 크기를 변화하여 상기 열용량을 조정하는 성형방법.
  28. 제15항에 있어서, 상기 제2공정 및 제3공정에서 성형 재료의 온도 변화가 성형 재료 의 성형 온도 프로파일에 일치되도록, 상기 복수의 성형 블록 각각의 열용량이 조정되는 성형방법.
  29. 성형 재료를 넣는 적어도 하나의 성형 블록을 끼워 지지 하기 위한 적어도 한쌍의 스테이지를 구비하는 제조장치에 있어서, 상기 적어도 한쌍 이상의 스테이지 각각은, 하나의 성형 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과, 상기 적어도 하나의 성형 블록과 직접 접촉하여 열교환하고 온도 제어 수단의 표면에 설치되어 있는 열균일 수단을 구비하는 제조장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제조장치는 복수의 한쌍의 스테이지와, 적어도 하나와 성형 블록을 복수의 스테이지 사이로 이동시키는 수단을 구비하고, 상기 복수의 한쌍의 스테이지 각각은 상기 성형 재료를 가열하고 가압하여 냉각하는 제조장치.
  31. 제29항에 있어서, 상기 열균일 수단은, 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 초경합금으로 형성되는 제조장치.
  32. 제29항에 있어서, 상기 열균일 수단의 적어도 하나의 성형 블록과 접촉하는 표면은, 금속, 세라믹, 또는 서멧중 어느 것의 박막으로 피복되는 제조장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 박막은, Pt, Sic, Si3N4, Al2O3, TiC 또는 TiN 중 어느 것을 주성분으로 하는 제조장치.
  34. 제29항에 있어서, 상기 열균일 수단의 적어도 하나의 성형 블록과 접하는 표면의 온도분포, 약 2.5%이내인 제조장치.
  35. 성형 재료를 넣는 적어도 하나의 성형 블록을 끼워 지지하고, 상부 스테이지와 하부 스테이지로 구성된 적어도 한쌍의 스테이지를 구비하는 제조장치에 있어서, 적어도 한쌍의 스테이지 각각은, 적어도 하나의 성형 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과, 상기 적어도 하나의 성형 블록과 직접 접촉하여 열교환하고 온도 제어 수단의 표면에 설치되어 있는 열균일 수단을 구비하고, 상기 스테이지는, 적어도 하나의 성형 블록과 접촉하는 면에 적어도 하나의 홈과, 접촉부와 지주부를 포함하는 몰드 분리 지그를 구비하고, 적어도 하나의 스테이지는 적어도 하나의 성형 블록을 끼워 지지할 때에는 상기 접촉부는 상기 홈에 격납되고, 상기 적어도 하나의 스테이지는 적어도 하나의 성형 블록을 이격할 때에, 상기 몰드 분리 지그의 자중에 의해 접촉부는 상기 홈으로부터 돌출되고, 적어도 하나의 성형 블록을 압출하는 제조장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 상부 성형 몰드와 상부 스테이지와의 접촉면의 접착력을 F로 하고, 상기 상부 성형의 자중을 Wl로 하며, 상기 몰드 분리 지그의 자중을 W2로 하여, W2는 FW1+W2의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 제조장치.
  37. 제5항에 있어서, 상기 제조장치는, 성형 재료를 가열하고, 가압하며, 냉각하기 위하여 각각의 복수의 한쌍의 스테이지를 구비하는 제조장치.
  38. 제35항에 있어서, 상기 열균일 수단은. 텅스텐 카바이드를 주성분으로 하는 초경합금으로 형성되는 제조장치.
  39. 제35항에 있어서, 상기 열균일 수단의 적어도 하나의 성형 블록과 접촉되는 표면은, 금속, 세라믹. 또는 서멧중 어느 것의 박막으로 피복되는 제조장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 박막은, Pt, Sic, Si3N4, Al2O3, TiC 또는 TiN 중 어느 것을 주 성분으로 하는 제조장치.
  41. 제35항에 있어서, 상기 열균일 수단의 적어도 하나의 성형 블록과 접촉되는 표면의 온도 분포는 약 2.5% 이내인 제조장치.
  42. 제1항에 있어서, 상기 열균일 수단은 합금으로 구성되는 성형방법.
  43. 제15항에 있어서, 상기 열균일 수단은 합금으로 구성되는 성형방법.
  44. 제29항에 있어서, 상기 열균일 수단은 합금으로 구성되는 제조장치.
  45. 제35항에 있어서, 상기 열균일 수단은 합금으로 구성되는 제조장치.
  46. 다수의 성형 블록에 서로 다른 온도 특성을 가지 는 다수의 성형 재료를 위치시키는 공정과, 성형 블록의 열용량을 변경함으로써 적어도 하나의 성형 블록을 변경하는 공정과, 한쌍의 스테이지 사이에서 다수의 성형 블록을 끼워 지지하는 제1 공정과, 상기 성형 재료를 가압하여 변형 할 수 있도록 다수의 성형 블록을 가열하는 제2 공정과, 상기 성형 재료를 냉각할 수 있도록 다수의 성형 블록을 냉각하는 제3 공정을 포함하며, 상기 스테이지 쌍의 각각은 다수의 성형 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과, 온도 제어 수단의 표면에 설치되어 있는 열균일 수단들 포함하고, 상기 제2및 제3공정의 각각에서, 상기 열균일 수단은 열교환을 하기 위하여 다수의 성형 블록과 직접 접촉하며, 적어도 제3 공정에서, 다수의 성형 블록의 각 열용량은 성형 재료의 온도 변화가 성형 재료의 성형 온도 프로파일에 일치될 수 있도록 조정 되며, 상기 변경된 성형 블록은 서로 다른 온도 특성을 나타내는 성형방법.
  47. 다수의 성형 블록에 동일한 온도 특성을 가지 는 다수의 성형 재료를 위치시키는 공정과, 성형 블록의 열용량을 변경함으로써 적어도 하나의 성형 블록을 변경하는 공정과, 한쌍의 스테이지 사이에서 다수의 성형 블록을 끼워 지지하며, 상기 스테이지 쌍들의 각각은 다수의 성형 블록의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단과, 온도 제어 수단의 표면에 설치되어 있는 열균일 수단을 포함하는 제1 공정과, 상기 성형 재료를 가압하여 변형 할 수 있도록 다수의 성형 블록을 가열하는 제2 공정과, 상기 성형 재료를 냉각하기 위하여 다수의 성형 블록을 냉각하며, 성형 재료의 온도 변화가 성형 재료의 성형 온도 프로파일에 일치되도록 상기 다수의 성형 블록의 각 열용량을 조정하는 단계를 포함하는 제3공정을 포함하고, 상기 제2 및 제3 공정에서, 상기 열균일 수단은 열교환을 하기 위하여 다수의 성형 블록과 직접 접촉하며, 서로 다른 크기 또는 형상을 가지는 다수의 광학 소자가 제조되는 성형방법.
  48. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체의 구성 물질은 강철 및 스테인레스강으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 성형방법.
  49. 제25항에 있어서, 상기 다수의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체의 구성물질은 강철 및 스테인레스강으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 성형방법.
  50. 제1항에 있어서, 상기 다수의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체의 구성 물질은 알루미늄인 성형방법.
  51. 제25항에 있어서, 상기 다수의 성형 블록의 열용량을 변화시키는 조정용 몰드 몸체의 구성 물질은 알루미늄인 성형방법.
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