(57)【要約】【課題】ガラス成形体の品質を安価に向上できるガラス成形型、ガラス成形体の製造装置、及びガラス成形体の製造方法を提供すること。【解決手段】溶融ガラス塊ＧＡをプレスするガラス成形型３０は、溶融ガラス塊ＧＡが設置される受け面３１１を有する下型３１と、溶融ガラス塊ＧＡを受け面３１１と押圧する成形面３３１を有する上型３３と、を備え、成形面３３１及び／又は受け面３１１には、上型３３及び／又は下型３１の内方へと延びる細孔が形成されている。これにより、溶融ガラス塊ＧＡを受け面３１に配置し、受け面３１及び成形面３３で押圧して成形するときに、受け面３１及び成形面３３で囲まれる箇所の気体が細孔へと逃避する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラス塊をプレスするガラス成形型であって、
溶融ガラス塊が設置される受け面を有する下型と、前記溶融ガラス塊を前記受け面と押圧する成形面を有する上型と、を備え、
前記成形面及び／又は受け面には、前記上型及び／又は下型の内方へと延びる細孔が形成されているガラス成形型。
【請求項２】
前記細孔は、１０μｍ以上１００μｍ以下の孔径を有する請求項１記載のガラス成形型。
【請求項３】
前記成形面及び／又は前記受け面の一部又は全部が多孔体で構成され、この多孔体の内部に前記細孔が形成されている請求項１又は２記載のガラス成形型。
【請求項４】
前記多孔体は、１０％以上４０％以下の気孔率を有する請求項３記載のガラス成形型。
【請求項５】
前記多孔体は、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する請求項３又は４記載のガラス成形型。
【請求項６】
前記多孔体は、難焼結金属又は高融点金属からなる請求項３から５いずれか記載のガラス成形型。
【請求項７】
前記上型及び／又は前記下型は、前記細孔を前記上型及び／又は前記下型の外部へと連通させる連通路を更に有する請求項１から６いずれか記載のガラス成形型。
【請求項８】
前記下型は、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を有する請求項１から７いずれか記載のガラス成形型。
【請求項９】
請求項１から８いずれか記載のガラス成形型と、前記受け面に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給装置と、を備え、前記受け面及び成形面で囲まれる箇所の気体が前記細孔へと逃避するガラス成形体の製造装置。
【請求項１０】
ガラス成形体の製造方法であって、
請求項９記載の製造装置を用い、
前記溶融ガラス供給装置から供給した溶融ガラス塊を前記受け面に配置し、前記受け面及び成形面で押圧して成形する工程を有し、前記受け面及び成形面で囲まれる箇所の気体が前記細孔へと逃避する製造方法。
【請求項１１】
前記受け面上の溶融ガラス塊を、上面中央が扁平又は凹んだ形状になるように配置する請求項１０記載の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の製造方法で製造されるガラス成形体を表面処理してなる光学素子。
【請求項１３】
請求項１２記載の光学素子を用いた光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス成形型、ガラス成形体の製造装置、及びガラス成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融ガラス塊から直接ガラス成形体を成形する場合、ガラス成形体は、溶融ガラス塊を上型及び下型でプレスすることで製造されている。具体的には図７に示されるように、まず、下型９３１を構成する中型９３４の受け面９３７上に溶融ガラス塊ＧＡを配置する（ａ）。次に、胴型９３６を上型９３３に当接させた状態で中型９３４を突き上げることで、溶融ガラス塊ＧＡを受け面９３７と上型９３３の成形面９３５とで押圧し、ガラス成形体ＧＭを製造する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平７−２９７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の製造方法では、溶融ガラス塊ＧＡの形状、成形面９３５及び受け面９３７の形状等の条件次第で、所望の形状から大きく外れたガラス成形体ＧＭが製造される場合が多かった（図７（ｃ））。この場合、研磨等を行ってガラス成形体ＧＭを所望の形状へと近似させる必要があるが、これには多大な時間及び費用がかかる。また、溶融ガラス塊ＧＡに負荷されるプレス圧が不均等になる結果、形状のみならず、光学特性等の各種性質にバラツキが生じやすい。
【０００５】
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、ガラス成形体の品質を安価に向上できるガラス成形型、ガラス成形体の製造装置、及びガラス成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、従来技術が有する問題の原因が、プレス中の溶融ガラス塊と、成形面及び受け面との間に気体が残留し、ガラス表面の形状を悪化することによることを見出し、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。
【０００７】
（１）  溶融ガラス塊をプレスするガラス成形型であって、
溶融ガラス塊が設置される受け面を有する下型と、前記溶融ガラス塊を前記受け面と押圧する成形面を有する上型と、を備え、
前記成形面及び／又は受け面には、前記上型及び／又は下型の内方へと延びる細孔が形成されているガラス成形型。
【０００８】
（２）  前記細孔は、１０μｍ以上１００μｍ以下の孔径を有する（１）記載のガラス成形型。
【０００９】
（３）  前記成形面及び／又は前記受け面の一部又は全部が多孔体で構成され、この多孔体の内部に前記細孔が形成されている（１）又は（２）記載のガラス成形型。
【００１０】
（４）  前記多孔体は、１０％以上４０％以下の気孔率を有する（３）記載のガラス成形型。
【００１１】
（５）  前記多孔体は、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する（３）又は（４）記載のガラス成形型。
【００１２】
（６）  前記多孔体は、難焼結金属又は高融点金属からなる（３）から（５）いずれか記載のガラス成形型。
【００１３】
（７）  前記上型及び／又は前記下型は、前記細孔を前記上型及び／又は前記下型の外部へと連通させる連通路を更に有する（１）から（６）いずれか記載のガラス成形型。
【００１４】
（８）  前記下型は、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を有する（１）から（７）いずれか記載のガラス成形型。
【００１５】
（９）  （１）から（８）いずれか記載のガラス成形型と、前記受け面に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給装置と、を備え、前記受け面及び成形面で囲まれる箇所の気体が前記細孔へと逃避するガラス成形体の製造装置。
【００１６】
（１０）  ガラス成形体の製造方法であって、
（９）記載の製造装置を用い、
前記溶融ガラス供給装置から供給した溶融ガラス塊を前記受け面に配置し、前記受け面及び成形面で押圧して成形する工程を有し、前記受け面及び成形面で囲まれる箇所の気体が前記細孔へと逃避する製造方法。
【００１７】
（１１）  前記受け面上の溶融ガラス塊を、上面中央が扁平又は凹んだ形状になるように配置する（１０）記載の製造方法。
【００１８】
（１２）  （１０）又は（１１）記載の製造方法で製造されるガラス成形体を表面処理してなる光学素子。
【００１９】
（１３）  （１２）記載の光学素子を用いた光学機器。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、成形面及び／又は受け面に細孔を形成したので、プレス中の溶融ガラス塊と、成形面及び／又は受け面との間に気体が残留しても、この気体が細孔へと逃避する。これにより、溶融ガラス塊が成形面及び／又は受け面に高度に密着して充分に押圧されるため、ガラス成形体の品質を安価に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス成形体の製造方法の一部を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガラス成形体の製造方法の一部を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るガラス成形型を構成する下型の構成図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係るガラス成形型を構成する上型の構成図である。
【図５】本発明の更に別の実施形態に係るガラス成形型を構成する下型の構成図である。
【図６】本発明の更に別の実施形態に係るガラス成形型を構成する上型の構成図である。
【図７】従来例に係るガラス成形体の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るガラス成形体ＧＭの製造方法の一部を示す図である。図２は本発明の一実施形態に係るガラス成形体ＧＭの製造方法の一部を示す図である。本実施形態に係るガラス成形体製造装置１０は、ガラス成形型３０及びガラス供給手段としてのガラス供給部６０を備える。
【００２４】
図１に示されるように、ガラス成形型３０は下型３１及び上型３３を備える。下型３１が有する受け面３１１には溶融ガラス塊ＧＡが設置され（ａ）、この溶融ガラス塊ＧＡが受け面３１１と上型３３が有する成形面３３１とで押圧される（ｃ）ことで、ガラス成形体ＧＭが製造される（ｄ）。
【００２５】
本発明に係るガラス成形型３０は、成形面３３１及び／又は受け面３１１に、上型３３及び／又は下型３１の内方へと延びる細孔が形成されていることを特徴とする。これにより、溶融ガラス塊ＧＡと成形面３３１及び／又は受け面３１１との間に残留した気体が細孔へと逃避する（図１（ｂ）において矢印で示す）ため、溶融ガラス塊ＧＡが成形面３３１及び／又は受け面３１１に高度に密着して充分に押圧され（図１（ｃ））、所望の形状及び特性を備えるガラス成形体ＧＭを製造できる（図１（ｄ））。
【００２６】
細孔は、気体を充分に逃避させることができる点で、１０μｍ以上の孔径を有することが好ましく、プレス後のガラス成形体ＧＭ表面に充分な滑らかさを付与できる点で、１００μｍ以下の孔径を有することが好ましい。細孔の孔径の下限は、より好ましくは１５μｍであり、最も好ましくは２０μｍである。また、細孔の孔径の上限は、より好ましくは８０μｍであり、最も好ましくは５０μｍである。なお、細孔の孔径は、特に限定されないが、例えば水銀ポロシメータを用いて水銀を圧入する際に印加した圧力に基づき、Ｗａｓｈｂｕｒｎの式を用いて算出することができる。
【００２７】
本実施形態のように、成形面３３１及び／又は受け面３１１の一部又は全部が多孔体３３３，３１３で構成され、この多孔体３３３，３１３の内部に細孔が形成されていることが好ましい。一般に多孔体は、充分な気孔率を有するため、気体を充分に逃避させることができ、また熱伝導率が低いため、極めて高温である溶融ガラス塊ＧＡに接触し、更に押圧されても、破損しにくい。
【００２８】
多孔体３３３，３１３は、気体を充分に逃避させることができる点で、１０％以上の気孔率を有することが好ましく、高温の溶融ガラスへの押圧に充分に耐え得る強度を確保できる点で、４０％以下の気孔率を有することが好ましい。多孔体３３３，３１３の気孔率の下限は、より好ましくは１２％であり、最も好ましくは１５％である。また、多孔体３３３，３１３の気孔率の上限は、より好ましくは３５％であり、最も好ましくは３０％である。
【００２９】
多孔体３３３，３１３は、溶融ガラス塊ＧＡの急冷による品質低下を抑制できる点で、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有することが好ましく、硬化にかかる時間を許容範囲内に短縮できる点で、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することが好ましい。多孔体３３３，３１３の熱伝導率の下限は、より好ましくは８Ｗ／ｍ・Ｋであり、最も好ましくは１０Ｗ／ｍ・Ｋである。また、多孔体３３３，３１３の熱伝導率の上限は、より好ましくは２５Ｗ／ｍ・Ｋであり、最も好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００３０】
多孔体３３３，３１３は、溶融ガラス塊ＧＡの設置及び押圧に伴い、大幅な温度変化に曝される。このため、多孔体３３３，３１３と、この多孔体３３３，３１３を支持する被覆部３３５，３１５、胴型３５との間の熱膨張係数に過大な差異が存すると、ガラス成形型３０の破損を生じることが懸念される。ここで、多孔体３３３，３１３は、８×１０−６／Ｋ以上２５×１０−６／Ｋ以下の熱膨張係数を有することが好ましい。多孔体３３３，３１３の熱膨張係数の下限は、より好ましくは９×１０−６／Ｋであり、最も好ましくは１０×１０−６／Ｋである。また、多孔体３３３，３１３の熱膨張係数の上限は、より好ましくは２２×１０−６／Ｋであり、最も好ましくは２０×１０−６／Ｋである。
【００３１】
このような多孔体３３３，３１３は、難焼結金属や高融点金属材質、例えばステンレス鋼、高速度鋼、耐熱鋼、インコネル、チタン合金からなる群より選ばれることが好ましく、より好ましくはステンレス鋼又は耐熱鋼、最も好ましくは耐熱鋼である。
【００３２】
ところで、細孔が下型３１及び／又は上型３３の外部に連通していない場合、細孔へと逃避し得る気体の量に制限が生じる。そこで、気体の逃避効率を向上する観点では、本実施形態の下型３１及び／又は上型３３のように、細孔を下型３１及び／又は上型３３の外部へと連通させる連通路３１７及び／又は３３７を有していることが好ましい。図１に示される態様では、連通路３３７は多孔体３３３に隣接して被覆部３３５の側部へと延び、連通路３１７は多孔体３１３に隣接して中型３４の基部へと延びているが、これに限られるものではない。また、図１に示す態様では、多孔体３３３，３１３の内部の細孔に逃避した気体を最大限外部へと導出できるよう、連通路３３７，３１７が多孔体３３３，３１３の全面に隣接しているが、これに限られず、一部にのみ隣接していてもよい。
【００３３】
また、細孔は、溶融ガラス塊ＧＡの形状、成形面３３１及び受け面３１１の形状等の条件を考慮して、隙間が生じやすい部分に形成することが好ましい。特に限定されないが、受け面３１１に関しては、縁部を含むように、成形面３３１に関しては、最も凹んだ部分（本実施形態では略中央部分）を含むようにそれぞれ細孔が形成されることが好ましい。
【００３４】
図３は本発明の別の実施形態に係るガラス成形型を構成する下型３１Ａの構成図であり、図４は本発明の別の実施形態に係るガラス成形型を構成する上型３３Ａの構成図である。図３に示されるように、受け面３１１Ａには、その縁部に多孔体３１３Ａが設けられ、中央部に、細孔が形成されていない部材３１４が設けられている。また、図４に示されるように、成形面３３１Ａには、その中央部に多孔体３３３Ａが設けられ、縁部に、細孔が形成されていない部材３３４が設けられている。このような構成を採用することで、隙間が生じにくい部分については、細孔が形成されず表面が平滑な部材で押圧が行われるので、所望の形状を有し且つより滑らかな表面を有するガラス成形体ＧＭを製造できる。
【００３５】
ところで、光学素子等のガラス成形体は、品質を安定化させるべく、プレス成形する溶融ガラス塊の質量を一定化しつつ製造されることが好ましい。そこで、溶融ガラス塊ＧＡの質量を所望範囲に調節するべく、溶融ガラスが収容された溶融槽から延びるガラス供給管６３の６１から流出する溶融ガラス流ＧＦを所定タイミングで切断する必要がある。
【００３６】
しかし、一般的に溶融ガラス流ＧＦを切断した場合には、受け面３１１上に配置された溶融ガラス塊ＧＡの頂部が折れ込みやすく、この頂部が急冷されて硬化しやすく、この状態でプレス成形を行うと、製品に欠陥を生じさせる。また、頂部に巻き込まれた部分が気泡として、ガラス成形体の内部に残留することも懸念される。
【００３７】
そこで、図２に示されるように、溶融ガラス流ＧＦの切断が完了する前に受け面３１１を降下させることで、溶融ガラス流ＧＦの径を調節することが好ましい。これにより、切断が完了する前に受け面３１１を降下させて溶融ガラス流ＧＦの径を調節するので、折れ込みを所望の程度に抑制できる。従って、所望質量の溶融ガラス塊ＧＡが、折れ込みが抑制された状態で受け面３１１に配置されるので、ガラス成形体ＧＭの品質を向上できる。この工程の詳細を以下説明する。
【００３８】
まず、図２（ａ）に示されるように、溶融ガラス流ＧＦを受け止め始めて所定期間経過するまでの間は、受け面３１１を流出口６１に近い位置に配置する。これにより、溶融ガラス流ＧＦが受け面３１１に衝突した際の衝撃が緩和されるので、気泡の混入等が抑制され、一定形状の溶融ガラス塊を配置することができる。なお、この状態では、溶融ガラス流ＧＦの径は、流出口６１から受け面３１１に向けて拡径しているのが一般的である。本明細書における溶融ガラス流ＧＦの径とは、溶融ガラス流ＧＦの重力方向に直交する断面における最大幅を指す。
【００３９】
次に、所定のタイミングにおいて、溶融ガラス流ＧＦをシャー４１ａ，４１ｂで挟み、それとともに受け面３１１を降下させる。すると、流出口６１と受け面３１１との間隔が開くため、所定の粘性を有する溶融ガラス流ＧＦが引き伸ばされ、溶融ガラス流ＧＦの径が落下方向に関して略一定になる（図２（ｂ））。
【００４０】
この状態で溶融ガラス流ＧＦを切断すると、溶融ガラス塊ＧＡの頂部Ｔは、その径が落下方向に関して略一定である（図２（ｃ））ため、折れ込まれにくい。これにより、折れ込みがなく、一定形状の溶融ガラス塊ＧＡが受け面３１１上に配置されることになる（図２（ｄ））。溶融ガラス塊ＧＡの形状は、シャー４１ａ，４１ｂと、受け面３１１との位置関係に依存するが、一般的には上面中央が扁平又は凹んだ形状である。
【００４１】
ここで、図１に示すように成形面３３１がその中央が凹んだ形状（具体的には逆円錐形状）を有する場合、上面中央が扁平又は凹んだ形状の溶融ガラス塊ＧＡとの間に大きな隙間が生じやすい。しかし、以上の構成を採用する下型３１、上型３３は、溶融ガラス塊ＧＡとの隙間を解消して押圧を充分に行うことができることから、上面中央が扁平又は凹んだ形状の溶融ガラス塊ＧＡも成形面３３１に沿った形状に成形できる。これにより、製造されるガラス成形体ＧＭの品質を相乗的に向上することができる。
【００４２】
本実施形態で用いる下型３１は、受け面３１１を有し且つ図示しない振動駆動源によって上下動する中型３４と、この中型３４の上昇及び降下の軌道を制限する胴型３５と、を有する。従って、受け面３１１の降下は下方向への中型３４の移動によって行うことができ、溶融ガラス塊ＧＡの成形は、胴型３５を上型３３に当接させた状態で中型３４を上方向に移動させることで行うことができる。そして、プレス成形が終了した後には、中型３４を胴型３５の上端と同じ高さ又は上端よりも高い位置へと更に移動させることで、ガラス成形体ＧＭの回収を容易にすることが好ましい。ただし、下型３１は、中型及び胴型で構成せず、一体型であってもよい。
【００４３】
なお、図１や図３に示される態様のように、受け面３１１、３１１Ａの縁部に多孔体３１３、３１３Ａが設けられている場合、下型３１、３１Ａが上下動して胴型３５と摺動する際に、多孔体３１３、３１３Ａが胴型３５を磨耗させたり、摺動が円滑でなくなって成形が不充分になったりといった事態が懸念される。そこで、多孔体３１３、３１３Ａの周囲には被覆部３１５が設けられていて、この被覆部３１５が胴型３５に当接することが好ましい。これにより、胴型３５の耐久性及び成形精度を向上できる。
【００４４】
ただし、任意形状の溶融ガラス塊に対応でき汎用性を向上できる点では、本実施形態のように成形面３３１及び／又は受け面３１１の全面に形成されていることが好ましい。同様の観点で、細孔は成形面３３１及び受け面３１１の双方に形成されることが好ましいが、成形面３３１又は受け面３１１の一方のみに形成されていてもよい。
【００４５】
また、成形面３３１及び／又は受け面３１１は、繰り返される溶融ガラス塊ＧＡの押圧に耐えられるよう、５０ＭＰａ（常温）以上の引張強さを有することが好ましく、費用対効果の観点で１０００ＭＰａ（常温）以下の引張強さを有することが好ましい。成形面３３１及び／又は受け面３１１の引張強さの下限は、より好ましくは２００ＭＰａ（常温）、最も好ましくは５００ＭＰａ（常温）である。また、成形面３３１及び／又は受け面３１１の引張強さの上限は、より好ましくは７００ＭＰａ（常温）、最も好ましくは５００ＭＰａ（常温）である。
【００４６】
この観点で、細孔は多孔体の内部に形成しなくてもよく、図５及び図６に示されるように、非多孔体３１４Ｂ、３３４Ｂに細孔３１９，３３９を形成してもよい。この態様の３１Ｂ及び３３Ｂは単一の部材で構成することができるため、図１の態様のように多孔体３１３と被覆部３１５や、多孔体３３３と被覆部３３５の接合強度が経時的に低下することがなく、耐久性に優れる。
【００４７】
なお、前述した性質に関して、成形面３３１及び受け面３１１、あるいは多孔体３３３及び３１３は、互いに同等であってもよく、異なっていてもよい。
【００４８】
このようにして製造されたガラス成形体ＧＭは、溶融ガラス塊ＧＡが成形面３３１及び／又は受け面３１１に高度に密着して充分に押圧されて製造されたものである。従って、細孔の形状が転写されたガラス成形体ＧＭの表面を表面処理（例えば軽度の研磨処理）することで、所望の特性を有し且つ滑らかな表面を有する光学素子を製造することができる。また、本発明は、この光学素子を用いた光学機器も包含する。
【００４９】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ガラス成形体製造装置
３０  ガラス成形型
３１  下型
３１１  受け面
３１３  多孔体
３１５  被覆部
３１７  連通路
３３  上型
３３１  成形面
３３３  多孔体
３３５  被覆部
３３７  連通路
３４  中型
３５  胴型
３６  設置台
４１  シャー
６０  ガラス供給部（ガラス供給手段）
６１  流出口
６３  ガラス供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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