JPS61132525A - 光学ガラス部品の成形方法 - Google Patents

光学ガラス部品の成形方法

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JPS61132525A
JPS61132525A JP25258884A JP25258884A JPS61132525A JP S61132525 A JPS61132525 A JP S61132525A JP 25258884 A JP25258884 A JP 25258884A JP 25258884 A JP25258884 A JP 25258884A JP S61132525 A JPS61132525 A JP S61132525A
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glass
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    • C03B11/005Pressing under special atmospheres, e.g. inert, reactive, vacuum, clean
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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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】 技術分野 本発明は光学ガラス部品の成形素材を加熱軟化した後、
成形用金型にて押圧成形する光学ガラス部・品の成形方
法に関するものである。
従来技術 従来、レンズ、プリズム、フィルター等の光iガラス部
品の多くは、ガラス等の光学ガラス部品の成形素材の研
磨処理を主とした方法によって形成されてきた。しかし
ながら、この研磨処理には相当な時間および熟練技術が
必要とされ、特に、非球面レンズを研磨処理によって形
成するには、一層高度な研磨技術が要求され、かつ処理
時間も長くなり、短時間に大量の光学ガラス部品を製造
することは困難であった。
そこで、一対の成形用金型内に光学ガラス部品の成形素
材を挿入配置し、これを加圧するだけでレンズ等の光学
ガラス部品を成形する方法が開発実施され注目されてい
る。
而して、光学ガラス部品の加圧成形法には、一般的にリ
ヒートプレス法とダイレクトプレス法がある。リヒート
プレス法は、予め溶融固化した光学ガラス部品の成形素
材としての例えばガラス素材の必要量を計りとり、これ
を所定の温度に加熱して軟化させてから成形用金型内に
投入しこれを加圧して光学ガラス部品を成形する方法で
ある。
しかるに、このリヒートプレス法は、ガラス粘度と金型
温度の関係について明確にされていなかったため、固着
やヒケ及び折れ込み等の各種問題を引き起し安定した高
精度光学ガラス部品の成形が不可能であった。
他方、ダイレクトプレスによる成形方法は従来wg1図
示の方法により実施されるもので以下にその具体的な方
法について説明する。
先づ、方法を実施するための装置について説明すると、
ガラス溶融炉(図示省略)と接続構成されたオリフィス
1の下方位置には主軸2を介して回転駆動、停止自在に
構成されたマータリーテーブル3が配設されて巧り、こ
のロータリーテーブル3上には溶融ガラス成形用の下M
4.5.6.7が円周を4等分する位置にそれぞれ4個
配設されている。そして、ロータリーテーブル3が停止
した状態、即ち、レンズ成形開始前においては、下型4
(図において左側の下型)の上方位置には前記オリフィ
ス1の開口部8が臨むように設定構成されており、この
下M4と隣接する下型5の上方位置には、下型5と協働
して下型5内の溶融ガラス9を押圧成形するためのプラ
ンジャー10が上下方向摺動自在に配設されている。ま
た、h記オリフィス1の開口部8とその下方位置の下型
4との間には、開口部8から流動垂下する溶融ガラス9
を所定量にて切断すべく開閉動作自在に構成された切断
挾11が配設されている。前記ロータリーテーブル3は
、45度づつ回転、停止を緩り返すように制御されてお
り、下型4が45度づつ4回回転、停止を繰り返して元
の位置に復元された際に、1行程が終了するように構成
されている。
前記装置によりレンズを成形する方法について説明する
と、まず、オリフィス1から溶融ガラス9を下型4内に
流動重下せしめ、適シにて切断挾11を介して溶融ガラ
ス9を切断する。次に、ロータリーテーブル3を図にお
いて反時計方向に45度回転させた後に停止させ、溶融
ガラス9を充填した下型4をプランジャー10の真下位
置まで移動せしめる。そして、その状態でプランジャー
10を下動せしめ、このプランジャー10と下型4との
S動作用により溶融ガラス9を押圧せしめ、溶融ガラス
9の押圧成形を行なう。この場合には、溶融ガラス9の
熱はプランジャー10により奪われる。
押圧成形後は、プランジャー10を上動せしめた後にロ
ータリーテーブル3を図において反時計方向に45度回
転せしめて停止する。即ち、図における下型6の位置に
て下型4が停止することになる。この停止位置では何の
作業も行なわず、成形ガラス(成形レンズ)9の形状維
持のみを行なう0 そして、ロータリーテーブル3をさらに45度回転させ
た位置、即ち、図における下型Tの位置にて下型4を停
止せしめ、下方から下型4内の成形レンズ9を突き上げ
て成形レンズ9を取り出してレンズの成形方法が完了す
る。
前記レンズの成形方法は、各下型4.5.6.7にてそ
れぞれ行なわれるものであり、それにより、レンズが連
続的に成形されるものである。
下型4から取り出された成形レンズ9は、図示を省略し
ている徐冷炉中に入れられ、温度勾配置つけて歪を防止
しつつ常温にまで冷却される。
しかしながら、前記ダイレクトプレスによる成形方法に
おいては、次の如き問題点があった。
第1に溶融ガラスを10”ポアズ程度の高温状態で下型
中に流動垂下せしめなければならず、そのために、オリ
フィス1、切断挾11、下型4.5.6.7及びプラン
ジャー10等の各部材が酸化し易く、これら各部材の特
命が短命化するという問題点があった。
第2に成形時に溶融ガラス9から熱を均一に奪いに<<
、落下ガラス流表面は、外気に接して低温となり、粘度
が増大し、このことと自由落下ガラス流の比較的速い落
下速度とあいまって、ガラス流が流入位置で陥没流を形
成して折れ込みや泡等を生じ易いという問題点があった
第3にガラスの粘度が低粘度(高温)であるため、金型
表面が條化され反応し易い、そのため、金型の劣化が激
しく、成形後の光学ガラス部品が離型しに<<、生産効
率が悪いという問題点がある。
第4に、プランジャー10を成形温度(成形に適した温
度)に保ちに<<、そのためにプランジャー10を冷却
する装置が必要となり、装置が複雑化するという欠点が
あった。
発明の目的 本発明は、前記従来の成形方法における問題点に鑑みて
開発されたもので、成形用金型の寿命を延命化させると
ともに離型性を向上させ、かつ成形条件を一定にするこ
とにより、光学特性の安定した光学ガラス部品を大針、
安価に製造することのできる光学ガラス部品の成形方法
を提供せんとするものである。
発明の概要 本発明は、非酸化性雰囲気中で貫入法による粘度一温度
曲線により求めた変曲点(以下クニック点という)付近
の温度に加熱軟化した光学ガラス部品の成形素材を、当
該成形素材の転移温度付近の温度に加熱した光学部品の
成形用金型間に挿入した後、押圧成形することを特徴と
する光学ガラス部品の成形方法である。
実 1jff4   例 以下本発明の成形方法を図面とともに説明する。
栴4図は本発明成形方法の実施に直接使用する装置の概
要を示すもので、同図において、20は上型21、下型
22の一対の金型から成る光学ガラス部品としてのガラ
スレンズ50の押圧成形用金型で、当型金型20の上下
両型21.22は、それぞれの外周において上下方向に
摺動自在な離型部材23.24を具備するとともに上下
両型21.22自体が上下方向に摺動自在に、それぞれ
ガイド部材25.26に支持されつつ対向配置されてい
る。
また、上下両型21.22はそれぞれの対向方向に可動
する図示しない駆動部に連結されている。
さらに、上下両型21.22は、その表面を窒化クロム
または窒化チタン等の被膜にて被覆された13クロム系
ステンレス部材またはその他の超硬質部材にて形成する
とともに離型部材23.24は、上下両型21.22の
成形面にて押圧成形後のガラスレンズ50の外周縁51
との接触面23!、24eLにカーボンおよびガラス繊
維から成る織布部またはアルミナウールから成る織布部
を設けた弾性の少ない剛体部材にて形成しである。
30は成形素材としてのガラスゴブ52を、当該ガラス
ゴブ52のゴブ台31を介して支持する載置台で、前記
押圧成形用金型20の上下両型21.22間に架設され
ている。
また、ゴブ台31は中央に、前記押圧成形用金型20の
下型21の外径より大径の通孔32を設けるとともに通
孔32の上側開口縁部に段部から成るガラスゴブ52の
係止縁を形成して、ガラスゴブ52の受部33を形成し
である。
さらに、このゴブ台31は、後述する如く加熱炉中にお
いて、これの受部33に受けて保持するガラスゴブ52
とともにガラスゴブ52のクニック点付近の温度に加熱
されるものであるから、これに耐え得る耐熱性を有する
材料にて形成するとともに加熱軟化されるガラスゴブ5
2との離型性を有する受部33の構成から成るものであ
る。
すなわち、このゴブ台31はガラスと濡れにくい性質を
有する材料、例えばBN(窒化ホウ素)や一部カーボン
と高分子が複合したg金材料により形成されている。
34.35は、ガラスゴブ52の載置台30の左右両側
部に対向配置されたガラスゴブ52の加熱炉および押圧
成形用金型20の上下両型21.22間にて押圧成形さ
れた後のガラスレンズ50の徐冷炉である。
また、加熱炉34には予備加熱炉36および本加熱炉3
7を装備するとともに加熱炉34と徐冷炉35にはガラ
スゴブ52を受部33に係合したゴブ台31を先端の挾
持部38.!!、3!l!にて挾持しつつ搬送する一対
の搬送部材38.39をそれぞれ前後方向に移動自在に
内装し、かつ徐冷炉35には押圧成形用金型20の上下
両型21.22にて押圧成形し離型後のガラスレンズ5
0を徐冷炉35中に搬送する搬送部材40を前後方向に
移動自在に内装しである。
また、搬送部材40の先端部40αには、@5図に示す
如く離型されるガラスレンズ50を受は入れる受は合4
1を有するとともに受は台41内には離型後のガラスレ
ンズ50との木型性を考慮してカーボンとガラス繊維の
織布部を設けである。
以上の構成から成る成形装置により、本発明の成形方法
を適用しつつガラスレンズ50を成形する場合には、ゴ
ブ台31の受部33にガラスゴブ52を係止せしめつつ
載置するとともにこれを一対の搬送部材38.39の挾
持部38α、39α間に挾持しつつ加熱炉34中に搬入
するとともに加熱炉34の予備加熱炉36および本加熱
炉37を介して、ガラスゴブ52を加熱軟化せしめた後
第4図示の状態のようにゴブ台31をNN台30上側に
載置し、ゴブ台31のガラスゴブ52を押圧成形用金型
20の上下両型21.22間に搬入する。
このガラスゴブ52の搬入に関連して、押圧成形用金型
20の上下両型21.22の駆動部が作動を開始し、ま
ず、上u21に先行して下型22が上型21との対向方
向にガイド部材26に沿って上動し、前記一対の搬送部
材38.39の挾持部38α、39αにて挾持されつつ
ゴブ台31の受部33に係止されているガラスゴブ52
を下型22の成形面22αにて受は止めつつゴブ台31
より突き上げる。
この下型22の成形面22αに受は止めつつガラスゴブ
52をゴブ台31上より突き上げる下型22の上動に対
応して、前鉋上型21がガイド部材25に沿って下動し
、その上下両型21.22の成形面21α、22eL間
にてガラスゴブ52が押圧成形され、第5図αに示す通
り、ガラスレンズ50が成形される。
そして、上下両型21.22の押圧成形後、第5図αに
示す通り、下型22の下動に関連して離型部24が下型
22の外周において上方に摺動し、その接触面244が
ガラスレンズ50の外周縁51に当接し、成形後のガラ
スレンズ50を下型22の成形部22αより離型する。
但し、この時、成形後のガラスレンズ50は上型21の
成形面21cL側に付着して保持されている。
因で、前記上下両型21.22の協動によるガラスゴブ
52の押圧成形動作に関連して、前記一対の搬送部材3
8.39は加熱炉34および徐冷炉35内に後退すると
ともに、前記下型22の離型部材24によるガラスレン
ズ50の離型動作に伴って、下型22は上型21に先行
して再度下動し、第5図すに示す如く載置台30の下側
における第4図示の状態に復帰する。
また、この下型22がゴブ台31の通孔32中より下方
に下動するのを待って、徐冷炉35内より搬送部材40
が前方に移動し、その先端部40Gに備える受は台41
が上型21の下側にセットされ、同時に上型21の離型
部材23が、上型21の外周において下方に摺動し、そ
の当接面23αがガラスレンズ50の外周縁51に当接
してガラスレンズ50を成形面22αより離型する。
従って、離型されたガラスレンズ50は、下側にセット
される搬送部材40の受は台41内にて受は止められ、
かつ搬送部材40の後退勤により徐冷炉35内に搬入さ
れて徐冷され、その後、図示しない搬出部材による所定
位置への搬出作業によりガラスレンズ50の成形を完了
することができ、以下同様にして連続したガラスレンズ
50の成形を遂行することができる。
尚、前記ガラスレンズ50の徐冷炉35内における徐冷
は、除歪温度領域(転移温度より徐歪点温度に設定され
た領域)を15分間通過させることにより、20℃/−
で室温まで降温された。
また、前記成形装置によるガラスレンズ50の成形に当
つ′ては、特に、以下に述べる実験結果により、押圧成
形を非酸化性雰囲気中にて遂行する、例えば、押圧成形
用金型20の成形部を脱気しつつヘリウム、アルゴン、
キセノン、窒素あるいは水素−窒素混合気体を導入する
ことにより非酸化性雰囲気を構成して成形を遂行する(
但し、前記実施例では窒素(Nりを5!/駆流入するこ
とにより実施した)とともに、ガラスゴブ52は側圧切
断した割断面又はダイレクトプレス等の加工方法により
予備成形された成形面を有するガラスゴブ52を使用し
、これを貫入法により求めた粘度一温度曲線のクニック
点付近の温度に加熱軟化し、さらに押圧成形用金型20
についてはガラス転移温度付近の温度に加熱しつつ遂行
することが成形条件として要求されることが判明した。
すなわち、リヒートプレス法におけるガラス素材の成形
温度を決定するために各硝材について、貫入法により求
めた粘度一温度曲線のうち、重フリント系ガラス(SF
SOI)とバリウムランタン系ガラス(BcLLF3)
の特性を示すのが第2図α、bである。
尚、貫入法の場合、貫入ピンおよびホルダーはニッケル
金属を用いた。
第2図α、bより明らかな通り、PbO量のもつとも多
い重7リント系ガラス(SFSOl)は101・畠ポア
ズ付近にクニック点を示し、ノくリウムランタン系ガラ
ス(BgLF3)のクニック点の粘度は107・“ゴア
ズ付近であった。
加えて、各硝材によりクニック点の粘度は異なるが、ク
ニック点の粘度範囲はは!10“・1〜10?・1ポア
ズ内であった。
また、各硝材のクニック温度と成形用金型温度の関係を
下記の表Iに示す。
さらに、第3図は重7リント系ガラス(SFSol)の
各種材料に対する錦れ特性を示したもので、特に、5F
SO1の成形温度であるクニック点付近の温度490℃
での濡れ角は、各材料に対し、135°以上で滞れにく
いことを示している。
つまり、これは、押圧成形用金型20の成形材料との関
係上、クニック点付近の粘度で成形するならば、押圧成
形用金型2Qに固着せずS型し易いことが判明した。
また、成形温度を、第2図α、bの粘度一温度曲線のク
ニック点以上の温度に上がると濡れやすくなり、各材料
と固着し、離型しにくいこととなり、押圧成形後の光学
ガラス部品の面品質を劣化させることになる。
加えて、粘度一温度曲線のクニック点以上の温度では、
ガラス構造中の酸素アニオン状態が変化することがガラ
マン分光解析により確認され、ガラス成形の再現性は、
凝似ニュートニアン領域のはうが非ニュートニアン類域
での成形よりも優れていることが判明した。
而して、か\る成形条件を適用しつつ、前記成形装置に
より、各ガラス素材、5FSO1(第5図a) 、Ba
LF3 (第6図A) 、Sr1 (蝉6図C> 、B
K7 (@6図d)を使用して成形したガラスレンズの
フィゾー干渉計による干渉像を第6図α〜dの各写真に
より示した。
か\る写真によって判明する如く、前記成形条件により
成形したガラスレンズは、押圧成形用金型の成形面か、
それ以上の面形状をもつことが明らかであるとともにこ
れを同じ屈折率の浸液につけ偏光顕微鏡で使討した結果
、歪が認められなかった。
さらに、5FSO1を成形素材として適用し、これのク
ニック点以上の温度、520℃に加熱軟化させて成形し
た場合の面形状には第7図αの写真に示される通り、ア
スが認められるとともにこれ以上の温度540℃にした
場合には成形後のガラスレンズの型への付着が認められ
た。
加えて、押圧成形用金型20の温度を、30℃低い温度
にして成形した場合、中おちしたフィゾー干渉像が得ら
れた。これを植1図6の写真にて示した。
発明の効果 本発明の光学ガラス部品の成形方法によれば、成形粘度
が各種硝材の種類により異なるが10“・1鈴了ス以上
となり従来技術の溶融したガラスよりも高粘度であるこ
と及び粘度一温度曲線のクニック点以下の温度であるた
め、ガラス構造中の酸素アニオンが活性化せず、酸素ア
ニオンの金型に対する攻撃が少なく、その結果として金
型表面を強く酸化しないため金型寿命を延命化させ離型
性を向上させた。また、屏息ニュートニアン流体下の温
度により成形されるため、成形条件を一定にすれば安定
した光学特性の光学ガラス部品が得られるO 更に、金型温度をガラス転移温度付近に設定したことと
、ガラスの加熱温度を粘度一温度のクニック点に設定す
ることにより、成形素材としてのガラスの急激な構造変
化がなく、かつ金型温度が歪をとり易い温度に設定しで
あるため、従来技術よりも歪の少ない光学ガラス部品が
簡単に得られる。
以上の点を換言するに、第1に二二−トエアン流体で成
形されるため、従来技術に比してヒケや折れ込み及び泡
等の発生が防止できる。
嬉2に従来技術のように長時間徐冷する必要もなく、屈
折率調整をあまり必要としないため、短時間での成形を
可能ならしめる。
桁3にこの成形方法によれば、従来技術のように溶融す
る程度まで加熱する必要がなく、従って上下型及びその
周辺装置部材を急激に酸化することなく部材の延命化が
できる。
第4に総合的な結果として、短時間で成形を可能とし、
再研磨等の後工程を必要とせず、製造コストを大幅に安
価にし品質の安定した光学ガラス部品の製造を可能にす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のガラスレンズの成形方法を示す成形装置
の斜視図、第2図α、bは5FSO1、BeLl、F3
の貫入法による粘度の温度依存性を示す線図、第3図は
5FSO1の各材料に対する語れ特性を示す線図、第4
図は本発明成形方法に使用する成形装置の概要図、第5
図α、bは押圧成形用金型による押圧成形状態と押圧成
形後のガラスレンズの離型状態を示す説明図、1g6図
α、b、C5cLは本発明成形方法によって得られた5
F801、BaLF3.3F8およびB K 7の各成
形素材により成形された各ガラスレンズにおける表面形
状の干渉像を示す写真、第7図α、bは、本発明成形方
法の成形条件よりずれた成形条件によって5FSO1を
成形素材として成形されたガラスレンズの表面形状の干
渉像を示す写真である。 20書O・押圧成形用金型 211」上 型 22・・・下 型 23.24・・・lIl型部材 25.26・#中ガイド部材 30・・・載置台 31・内・ゴブ台 32−・・通 孔 331」受 部 34@・・加熱炉 35−・−徐冷炉 36・・会予備加熱炉 37會・・本加熱炉 38.39.40@拳O搬送部材 41・・・受は台 50・・Φガラスレンズ 51・・・外周縁 52−・・ガラスゴプ 第4図 第5図 (、) (b) Σゴつニ°;ζ几嘗に変更なし) 第6図 ・(a)        (b) (c)(d) 図百の浄書(内容に変更なし) 第7図 (a)        (b) 手続補正書く方式) 昭和60年4月25日 1、事件の表示 昭和59年特許願第252588号 2、発明の名称 光学ガラス部品の成形方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  東京都渋谷区幡ケ谷2丁目43番2号4、代
理人 昭和60年3月6日 7、補正の内容 (1)明細書第24員第9行目及び同頁第7行目に夫々
記載する「写真、を「干渉パターン」と補正する。 (2)図面9第6図、第7図を別紙の通り補正する。 8、添付書類の目録 (1)補正図面       1通 手続補正書く自発) 特許庁長官  志 賀   学 殿 ■、事件の表示 昭和59年特許願第252588号 2、発明の名称 光学ガラス部品の成形方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  東京都渋谷区幡ケ谷2丁目43番2号4、代
理人 6、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明ヨの欄 7、補正の内容 (1)明細書第21頁第6行目、同頁第7行目、同頁第
7行目から第16行目に夫々記載する「写真」を「干渉
パターン、と補正する。 (2)明細書第22頁第1行目に記載する「写真、を「
干渉ノくターン、と補正する。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)離型性の良い搬送台上に載置し、粘度−温度曲線
    により求めた変曲点付近の温度に加熱した光学ガラス部
    品の成形素材を、当該成形素材の転移温度付近の温度に
    加熱した光学ガラス部品の成形用金型間に搬入するとと
    もに前記成形素材を非酸化性雰囲気中で、前記成形用金
    型により押圧成形した後、離型部材にて押圧成形品を離
    型することにより成形することを特徴とする光学ガラス
    部品の成形方法。
  2. (2)前記成形素材は、側圧切断した割断面又はダイレ
    クトプレス等の加工方法により予備成形された成形面を
    備える成形素材を使用することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の光学ガラス部品の成形方法。
  3. (3)前記成形素材は、球形、楕円形、円柱、三角柱、
    またはその他の直方体あるいは立方体から成るガラスゴ
    ブを使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の光学ガラス部品の成形方法。
  4. (4)前記成形素材は、予備加熱部と本加熱部にて、変
    曲点付近の温度に加熱することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の光学ガラス部品の成形方法。
  5. (5)前記成形素材は、一旦前記変曲点付近の温度以上
    に加熱して均質化した後、前記成形用金型間における押
    圧成形時に、前記変曲点付近の温度にて成形することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学ガラス部品
    の成形方法。
  6. (6)前記成形素材は、前記変曲点付近の温度の粘度が
    10^5^・^6〜10^7^・^5ポアズの粘度にて
    成形することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    光学ガラス部品の成形方法。
  7. (7)前記成形用金型は、窒化クロムまたは窒化チタン
    の被膜にて被覆された13クロム系ステンレス部材また
    はその他の超硬質部材にて形成された成形用金型を使用
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学
    ガラス部品の成形方法。
  8. (8)前記押圧成形は、成形部を脱気するとともにヘリ
    ウム、アルゴン、キセノン、窒素あるいは水素−窒素混
    合気体を導入した非酸化性雰囲気中にて押圧成形するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学ガラス
    部品の成形方法。
  9. (9)前記押圧成形は、前記成形用金型間に数十秒〜数
    分間保持して、ガラス歪を消失した後、離型部材により
    離型することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    光学ガラス部品の成形方法。
  10. (10)前記離型部材は、押圧成形後の成形品との接触
    面にカーボンおよびガラス繊維から成る織布部またはア
    ルミナウールから成る織布部を備える弾性の少ない剛体
    部材にて形成した離型部材を使用することを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の光学ガラス部品の成形方法
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JP2010001163A (ja) * 2008-06-18 2010-01-07 Konica Minolta Opto Inc ガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、ガラスゴブの製造装置及びガラス成形体の製造装置

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