(57)【要約】【課題】脈理の発生をより確実に抑制できるガラス製造方法及びガラス製造装置を提供すること。【解決手段】ガラス製造装置１０は、溶融ガラスＭＧを流出する流路９０と、この流路９０を加熱する加熱装置２０と、成形型６０と、を備える。加熱装置２０は、流路９０の先端９１を離間して包囲可能なカバー部材と、このカバー部材に包囲された内部空間２９を、カバー部材の下端２６、及び下端２６を除く箇所２７にて外気と連通させる連通構造と、を備える。【選択図】図２
2010013297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の先端から溶融ガラスを流出し、ガラスを製造するガラス製造方法であって、
前記流路の先端をカバー部材で離間して包囲し、このカバー部材に包囲された内部空間を、前記カバー部材の下端を除く箇所及び前記下端にて外気と連通させた状態で、前記溶融ガラスを流出するガラス製造方法。
【請求項２】
前記カバー部材の下端を、前記流路の先端と同じ高さ、又は前記流路の先端よりも下方に配置する請求項１記載のガラス製造方法。
【請求項３】
前記カバー部材は、前記下端を除く箇所に設けられた開口部を有し、この開口部によって前記内部空間及び外気を連通させる請求項１又は２記載のガラス製造方法。
【請求項４】
前記開口部による開口率を、前記カバー部材のうち前記流路の先端を囲む面の表面積に対して０．５〜３０％にする請求項３記載のガラス製造方法。
【請求項５】
前記カバー部材を加熱する工程を有する請求項１から４いずれか記載のガラス製造方法。
【請求項６】
前記溶融ガラスとして、アルカリ金属元素、Ｂ、Ｆ、Ｐ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｔｅ、及びＢｉからなる群より選ばれる１種以上の元素成分を含有するガラスを用いる請求項１から５いずれか記載のガラス製造方法。
【請求項７】
請求項１から６いずれか記載のガラス製造方法で製造されたガラスを精密プレス成形する手順を有する光学素子製造方法。
【請求項８】
溶融ガラスを流出する流路を加熱する加熱装置であって、
前記流路の先端を離間して包囲可能なカバー部材と、
前記カバー部材に包囲された内部空間を、前記カバー部材の一端及び前記一端を除く箇所にて外気と連通させる連通構造と、を備える加熱装置。
【請求項９】
前記カバー部材は、前記カバー部材の一端を除く箇所に設けられた開口部を有し、この開口部によって前記内部空間及び外気が連通されている請求項８記載の加熱装置。
【請求項１０】
前記開口部による開口率は、前記カバー部材のうち前記流路の先端を囲む面の表面積に対して０．５〜３０％である請求項９記載の加熱装置。
【請求項１１】
前記カバー部材を加熱する加熱手段を更に備える請求項８から１０いずれか記載の加熱装置。
【請求項１２】
溶融ガラスを流出する流路と、請求項８から１１いずれか記載の加熱装置と、成形型と、を備え、
前記成形型は、前記流路から流出される溶融ガラスを成形するガラス製造装置。
【請求項１３】
前記流路の先端は、前記カバー部材の一端と同じ高さ、又は一端よりも他端側に位置する請求項１２記載のガラス製造装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載のガラス製造装置と、このガラス製造装置で製造されるガラスを精密プレスする精密プレス装置と、を備える光学素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス製造方法及びガラス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な溶融ガラス供給装置は、溶融ガラスを収容する保持容器を備え、この保持容器には流路が設けられている。これにより、保持容器内の溶融ガラスが流路から外部へと流出される。
【０００３】
ここで、流路の温度が低いと、流路の内壁近傍に位置する溶融ガラスは重度に冷却される一方、内壁から離れた中心部に位置する溶融ガラスの冷却の程度は軽度になる。その結果、流路から流出される溶融ガラス内の温度分布が不均一になるため、脈理の発生が懸念される。また、ガラスの結晶が発生することで、製造されるガラス製品の光学特性が低下することも懸念される。
【０００４】
そこで、流路の周囲にカバー部材を配置し、このカバー部材をヒータで加熱することで、輻射熱によって流路を加熱する対策が採られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−１１０８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示される供給装置では、溶融ガラスの組成によっては、得られるガラス成形体（例えばプリフォーム）に生じる脈理を充分に抑制できない場合があった。
【０００６】
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、脈理の発生をより確実に抑制できるガラス製造方法及びガラス製造装置を提供することを目的とする。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、驚くべきことに、加熱効率等を考慮して閉塞性を高めることが重要であると考えられてきたカバー部材の内部空間を、むしろ複数個所で外気と連通することにより、脈理の発生が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【０００８】
（１）  流路の先端から溶融ガラスを流出し、ガラスを製造するガラス製造方法であって、
前記流路の先端をカバー部材で離間して包囲し、このカバー部材に包囲された内部空間を、前記カバー部材の下端を除く箇所及び前記下端にて外気と連通させた状態で、前記溶融ガラスを流出するガラス製造方法。
【０００９】
（２）  前記カバー部材の下端を、前記流路の先端と同じ高さ、又は前記流路の先端よりも下方に配置する（１）記載のガラス製造方法。
【００１０】
（３）  前記カバー部材は、前記下端を除く箇所に設けられた開口部を有し、この開口部によって前記内部空間及び外気を連通させる（１）又は（２）記載のガラス製造方法。
【００１１】
（４）  前記開口部による開口率を、前記カバー部材のうち前記流路の先端を囲む面の表面積に対して０．５〜３０％にする（３）記載のガラス製造方法。
【００１２】
（５）  前記カバー部材を加熱する工程を有する（１）から（４）いずれか記載のガラス製造方法。
【００１３】
（６）  前記溶融ガラスとして、アルカリ金属元素、Ｂ、Ｆ、Ｐ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｔｅ、及びＢｉからなる群より選ばれる１種以上の元素成分を含有するガラスを用いる（１）から（５）いずれか記載のガラス製造方法。
【００１４】
（７）  （１）から（６）いずれか記載のガラス製造方法で製造されたガラスを精密プレス成形する手順を有する光学素子製造方法。
【００１５】
（８）  溶融ガラスを流出する流路を加熱する加熱装置であって、
前記流路の先端を離間して包囲可能なカバー部材と、
前記カバー部材に包囲された内部空間を、前記カバー部材の一端及び前記一端を除く箇所にて外気と連通させる連通構造と、を備える加熱装置。
【００１６】
（９）  前記カバー部材は、前記カバー部材の一端を除く箇所に設けられた開口部を有し、この開口部によって前記内部空間及び外気が連通されている（８）記載の加熱装置。
【００１７】
（１０）  前記開口部による開口率は、前記カバー部材のうち前記流路の先端を囲む面の表面積に対して０．５〜３０％である（９）記載の加熱装置。
【００１８】
（１１）  前記カバー部材を加熱する加熱手段を更に備える（８）から（１０）いずれか記載の加熱装置。
【００１９】
（１２）  溶融ガラスを流出する流路と、（８）から（１１）いずれか記載の加熱装置と、成形型と、を備え、
前記成形型は、前記流路から流出される溶融ガラスを成形するガラス製造装置。
【００２０】
（１３）  前記流路の先端は、前記カバー部材の一端と同じ高さ、又は一端よりも他端側に位置する（１２）記載のガラス製造装置。
【００２１】
（１４）  （１２）又は（１３）記載のガラス製造装置と、このガラス製造装置で製造されるガラスを精密プレスする精密プレス装置と、を備える光学素子の製造装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、カバー部材に包囲された内部空間を複数個所で外気と連通したことにより、脈理の発生をより確実に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態以外の各実施形態の説明において、第１実施形態と共通するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る加熱装置２０の斜視図であり、図２は図１の加熱装置２０を備えるガラス製造装置１０の概略構成図である。ガラス製造装置１０は、加熱装置２０、流路９０、及び成形型６０を備える。各構成要素について、以下詳細に説明する。
【００２５】
流路９０は管状の部材であり、その基部９３が図示しない溶融ガラス製造装置に接続されている。この溶融ガラス製造装置から供給された溶融ガラスは、基部９３を通って先端９１から下方の成形型６０へと落とされる。成形型６０は、成形型容器６３の内部に多孔体６１が設けられた構成を有し、この多孔体６１上で溶融ガラスからプリフォーム等のガラス成形体が成形される。本実施形態では、気体路６５から供給された気体が多孔体６１から溶融ガラスへと噴出され、これによりプリフォームが多孔体６１から浮上するため、異物混入が抑制されたプリフォームを成形できるとともに、多孔体６１の劣化を抑制できる。
【００２６】
基部９３には耐熱性に優れた断熱部材５３が巻かれ、基部９３を流れる溶融ガラスの放冷が抑制されている。かかる断熱部材５３の下方には加熱装置２０が配置されており、この加熱装置２０は、断熱部材５３の終端から延出する流路９０の先端９１を加熱する。
【００２７】
ここで、加熱装置２０はスカート２１を備え、このスカート２１は流路９０の先端９１を離間して包囲する。これにより、スカート２１が後述の加熱部３０で加熱されると、スカート２１から輻射される熱により先端９１が温められるため、溶融ガラスが低温化されることに起因する脈理の発生を抑制できる。
【００２８】
具体的に、本実施形態におけるスカート２１は筒状のスカート本体２２を有しており、このスカート本体２２の上端２７側から流路９０の基部９３が挿入され、先端９１がスカート本体２２の内方に配置されている。そして、スカート本体２２の外側には加熱部３０のバーナ３１が配置されており、これらバーナ３１が生じる火炎でスカート本体２２の外面２２３が高温に加熱されると、スカート本体２２の内面２２１から先端９１へと多量の熱が輻射される。なお、加熱部３０の構成は特に図示のものに限定されないが、リングバーナのようにスカート本体２２の外側を包囲し、スカート本体２２の外面２２３を略均等に加熱できる構成であることが好ましい。あるいは、スカート本体２２自体が発熱するような構成であってもよい。また、スカートの形状は筒状に限らず、加熱箇所、装置全体のレイアウト等に合わせて四角柱、楕円柱等の形状から適宜選ぶことができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、スカート本体２２の上端２７に上鍔部２３が、下端２６に下鍔部２５がそれぞれ設けられていて、これら上鍔部２３及び下鍔部２５の間にバーナ３１が配置されている。これにより、バーナ３１が生じる火炎のゆらぎが抑制され、加熱効率を向上できる。
【００３０】
本発明は、カバー部材に包囲された内部空間２９が、カバー部材の下端２６及び下端２６を除く箇所にて外気と連通されていることを特徴とし、本実施形態では下端２６及びスカート本体２２の上端２７にて外気と連通されている。具体的に、スカート２１の下端２６は開放口部４０ｂを有し、この開放口部４０ｂを介して内部空間２９を外気に連通している。また、本実施形態におけるスカート２１には係留具２８ａ，２８ｂが更に設けられていて、これら係留具２８ａ，２８ｂはスカート本体２２から離れる方向（図１における上端２７よりも上方向）に延び、後述の遮蔽部５１に係止される。これにより、スカート本体２２の上端２７が遮蔽部５１から離間し、この隙間ＣＬを介して外気につながる開口部４０ａが形成される結果、内部空間２９がスカート本体２２の上端２７でも外気と連通される。以上のスカート２１、遮蔽部５１、及び隙間ＣＬは、カバー部材を構成する。
【００３１】
従来のように内部空間がカバー部材の下端でのみ外気と連通した構成では、スカート本体２２からの輻射熱や、先端９１から流出される溶融ガラスの気化成分が内部空間に高度に蓄積される結果、内部空間（例えば、圧力、温度、組成）が外気からかけ離れた異常状態になりやすく、かかる異常状態の内部空間が、先端９１から流出される溶融ガラスに悪影響を与える可能性が考えられる。これに対し本実施形態のガラス製造装置１０では、開口部４０ａ及び開放口部４０ｂを通じて内部空間２９と外気との交換が促進される（図２に示したような気体の流れが想定される）結果、内部空間が異常化しにくく、脈理をより確実に抑制できると考えられる。ただし、以上の作用は推測であって、これに限定されるものではない。
【００３２】
カバー部材（ここではスカート２１）の下端２６は、脈理の発生をより抑制できる点で、流路９０の先端９１と同じ高さ、又は本実施形態のように先端９１よりも下方に配置されている、換言すれば、先端９１が、スカート２１の下端２６と同じ高さ、又は下端２６よりも上端２７側に位置することが好ましい。特に、下端２６は先端９１よりも下方に配置されることがより好ましい。先端９１から流出される溶融ガラスＭＧがスカート２１で包囲されて充分に加熱されるため、脈理の発生が抑制される作用が推測されるが、これに限定されるものではない。
【００３３】
下端２６を先端９１よりも下方に配置する場合、その間隔が過剰になると、先端９１から成形型６０への溶融ガラスの落下距離が長くなる結果、落下衝撃によって溶融ガラスＭＧが所望の形状から変形するおそれがある。そこで、下端２６は、溶融ガラスの組成及び成形時の粘度等にもよるが、先端９１よりも下方に１５ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましく、より好ましくは１２ｍｍ以下、最も好ましくは１０ｍｍ以下である。また、脈理をより充分に抑制できる点で、下端２６は、先端９１よりも下方に２ｍｍ以上の位置に配置されることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以上、最も好ましくは６ｍｍ以上である。
【００３４】
本実施形態では、上記のように開口部４０ａ及び開放口部４０ｂが連通構造として機能し、開口部４０ａが隙間ＣＬによって外気につながっている。かかる態様は、開口部４０ａの開口面積が大きく確保でき且つ構成を簡略化できる点で好ましいが、これに限られるものではない。例えば図３に示すように、遮蔽部５１の一部に開口部４０ａＡを設け、これら開口部４０ａＡをパイプ４３によって外気へと連通してもよい。なお図３では、開口部４０ａＡを２つのみ図示しているが、これに限られるものではなく、またパイプ４３が遮蔽部５１Ａから断熱部材５３Ａを貫通する構成としたが、これに限られるものではない。
【００３５】
また、前記実施形態に示される開口部４０ａ、４０ａＡはスカート本体２２の上端２７に配置されており、かかる態様は、内部空間２９及び外気の交換効率に優れるとともに、部品点数を低減できる点で好ましいが、これに限られるものではない。例えば、図４及び５に示すような態様も本発明に包含される。
【００３６】
まず、図４に示される態様では、スカート２１Ｂが上スカート本体２２Ｂａ及び下スカート本体２２Ｂｂに分割され、これら上スカート本体２２Ｂａ及び下スカート本体２２Ｂｂの間に開口部４０Ｂａが形成され、この開口部４０Ｂａは、上スカート本体２２Ｂａの下鍔部２５Ｂａと、下スカート本体２２Ｂｂの上鍔部２３Ｂｂとの隙間ＣＬによって外気につながっている。
【００３７】
この態様では、火炎が隙間ＣＬから内部空間に侵入するのを防止するべく、隙間ＣＬの位置を外してバーナを配置することが望ましく、図４に示される加熱部３０Ｂは、上スカート本体２２Ｂａの外周に配置された上バーナ３１Ｂａと、下スカート本体２２Ｂｂの外周に配置された下バーナ３１Ｂｂとで構成されている。これにより、上バーナ３１Ｂａ及び下バーナ３１Ｂｂの火炎が隙間ＣＬから内部空間に侵入するのを抑制しつつ、加熱を充分に行うことができる。
【００３８】
更に図５に示されるように、開口部４０Ｃａに延出部４３Ｃを設け、この延出部４３Ｃを上バーナ３１Ｃａ及び下バーナ３１Ｃｂの火炎の影響がない部位にまで延出すれば、火炎が内部空間に侵入することをより確実に防止できる。
【００３９】
図４及び５で示した態様は、開口部を上端２７以外の箇所に設けるための一態様にすぎず、これに限られるものではない。例えば、図４では、上スカート本体２２Ｂａ及び下スカート本体２２Ｂｂを別体として分割したが、これに限られず、図２に示されるスカート本体２２に、その周方向の一部又は全部に延びる貫通孔を単に形成してもよい。また、図５では、先端９１の周り全体に開口部４０Ｃａを設けたが、これに限られず、先端９１の周りの一部にのみ開口部４０Ｃａを設けてもよい。
【００４０】
いずれの構成においても、開口部４０ａ、４０ａＡによる開口率は、カバー部材のうち流路９０の先端９１を囲む面の表面積に対して０．５〜３０％であることが好ましい。開口率が過小になると、脈理の抑制が不充分になるおそれがある一方、過剰になると、内部空間２９の温度低下により、逆に脈理が発生しやすくなり、また、流出するガラスに失透を生じやすくなるという、別の不具合が出る恐れがあるため好ましくない。開口率の上限は２５％であることがより好ましく、最も好ましくは２０％である。また、開口率の下限は２％であることがより好ましく、最も好ましくは５％である。ここで、カバー部材のうち流路９０の先端９１を囲む面の表面積とは、カバー部材の開口、隙間ＣＬ、流路９０が挿通されている部分をも含む仮想表面の面積を指し、具体的には、図２〜５において２点鎖線で示した部分に該当する。
【００４１】
以上のガラス製造装置１０を用いたガラス製造方法によれば、種々の組成の溶融ガラスを用いた場合において脈理を高確率で抑制できるが、溶融ガラスとしては、アルカリ金属元素、Ｂ、Ｆ、Ｐ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｔｅ、及びＢｉからなる群より選ばれる１種以上の元素成分を含有するガラスを用いることが好ましい。溶融状態のガラスから揮発し易い成分を含有するガラスは、脈理が発生しやすいが、本発明の製造方法はこのようなガラスに有効である。特に、少なくともＰ成分を含有するガラス（リン酸系）を用いた場合等に特徴的に発生するシワ状の脈理は、本発明のガラス製造方法によって極めて効果的に抑制できる。
【００４２】
本実施形態で製造されるガラスは、脈理の発生が充分に抑制されているため、光学素子に好適に使用でき、具体的には、ガラスを精密プレス成形することで光学素子を製造できる。なお、上記のガラス製造装置、及び精密プレス成形に使用される精密プレス装置は、光学素子の製造装置を構成する。
【実施例】
【００４３】
［溶融ガラスの製造］
以下に示す組成で各成分を含有する溶融ガラスを製造した。つまり、質量％でＰ２Ｏ５を４８％、ＬｉＯ２を２％、Ｓｂ２Ｏ３を３％含むリン酸系ガラスを、白金又は白金合金製の溶解ポットで、溶融温度１０５０℃で溶解、清澄及び撹拌混合した後、成形に適する温度である８１０℃に温度制御した。
【００４４】
［溶融ガラスの流出及び成形］
製造した溶融ガラスを、図１及び２に示したガラス製造装置１０を用いて白金又は白金合金製の流路９０の先端９１から、先端９１の８〜２０ｍｍ下方に配置した成形型６０へと落下し、この成形型６０上に浮上させつつプリフォームを成形した。なお、スカート２１及び流路９０の寸法は表１に示す通りである。
【００４５】
ここで、各カバー部材を用いた場合について、遮蔽部５１と上鍔部２３の間に隙間によって形成される開口部４０ａを設け、係留具２８ａ，２８ｂの長さにより隙間ＣＬの幅を０〜６．９ｍｍの間で変更した。隙間ＣＬの幅の変化に伴い、計算された開口率は０〜１８．７％の値であった。その値に基づいて開口率を４つの群に分類し、表１に併記したように、開口部を設けないＯ群から、開口率が大きくなるに連れて、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群とした。実施例１〜３のそれぞれについて、各開口率群で成形したプリフォームにおいて観察された脈理の出現範囲及び濃さを点数化し、この点数をプリフォーム数と積算して得られる「脈理不良ポイント数」を図６に示す。評価のためのプリフォームの数は各開口率群につき８個とした。なお、点数化は、表２の基準に基づいて行い、実施例２のＡ群のポイント数は平均値である。
【００４６】
【表１】
2010013297.tif 000003
【００４７】
【表２】
2010013297.tif 000004
【００４８】
図６に示されるように、実施例１〜３のいずれにおいても、隙間ＣＬがない（開口部４０ａが存在しない）条件に比べ、隙間ＣＬが存在する条件においてシワ状脈理が激減することが分かった。これにより、カバー部材の下端２６を除く箇所及び下端２６にて内部空間２９を外気と連通させた状態で、溶融ガラスを流出することで、脈理の発生をより確実に抑制できることが確認された。
【００４９】
また、開口率Ａ群に着目して各実施例を対比すると、図７に示されるように、カバー部材の下端２６を流路９０の先端９１よりも下方に配置することで、脈理の発生を更に確実に抑制できることが分かった。
【００５０】
なお、以上の効果は上記リン酸系ガラスに限られるものではなく、質量％でＰ２Ｏ５を１２％、ＡｌＦ３を２５％、ＣａＦ２を２０％含む弗リン酸系ガラスや、質量％でＢｉ２Ｏ３を８１％、ＴｅＯ２を３％含むビスマス系ガラスでも同様の効果が奏されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る加熱装置の全体斜視図である。
【図２】図１の加熱装置を備えるガラス製造装置の縦断面図である。
【図３】本発明の一変形例に係るガラス製造装置の縦断面図である。
【図４】本発明の別の変形例に係るガラス製造装置の縦断面図である。
【図５】本発明の更に別の変形例に係るガラス製造装置の縦断面図である。
【図６】本発明の一実施例に係るガラス製造装置を用いて製造したガラスにおける脈理の程度を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例に係るガラス製造装置を用いて製造したガラスにおける脈理の程度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ガラス製造装置
２０  加熱装置
２１  スカート
２２  スカート本体
２２１  内面
２２３  外面
２３  上鍔部
２５  下鍔部
２６  下端
２７  上端
２９  内部空間
３０  加熱部
３１  バーナ
４０ａ  開口部
４０ｂ  開放口部
４３  パイプ
５１  遮蔽部
５３  断熱部材
６０  成形型
６１  多孔体
６３  成形型容器
６５  気体路
９０  流路
９１  先端
９３  基部
ＣＬ  隙間
【図１】
2010013297.tif 000005
【図２】
2010013297.tif 000006
【図３】
2010013297.tif 000007
【図４】
2010013297.tif 000008
【図５】
2010013297.tif 000009
【図６】
2010013297.tif 000010
【図７】
2010013297.tif 000011