(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に光学ガラス材料を収容して溶解する金、白金又はそれらの合金で形成されたるつぼと、そのるつぼを外周部から密接して保持する補強部材と、からなる光学ガラスの溶解炉であって、
前記るつぼの外側面から突出して、前記補強部材と係合又は一体化する係合部材を有し、該係合部材は鉤状に形成されていることを特徴とする光学ガラスの溶解炉。
【請求項２】
内部に光学ガラス材料を収容して溶解する金、白金又はそれらの合金で形成されたるつぼと、そのるつぼを外周部から密接して保持する補強部材と、からなる光学ガラスの溶解炉であって、
前記るつぼの外側面から突出して、前記補強部材と係合又は一体化する係合部材を有し、該係合部材は固定孔を有する平板形状に形成されていることを特徴とする光学ガラスの溶解炉。
【請求項３】
前記補強部材が耐火物であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学ガラスの溶解炉。
【請求項４】
前記補強部材が不定形耐火物を流し込み施工して形成され、前記固定孔により、前記補強部材と前記係合部材とを一体化して固定したものであることを特徴とする請求項２記載の光学ガラスの溶解炉。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の光学ガラスの溶解炉に、光学ガラス材料を投入して溶解し、溶解した光学ガラス材料を鋳型に流し込んで所望の形状に成形することを特徴とする光学ガラスの製造方法。
【請求項６】
前記光学ガラス材料がＢｉ２Ｏ３及び／又はＴｅＯ２を含有するものであって、前記るつぼが純金からなることを特徴とする請求項５記載の光学ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ガラス材料を加熱溶解する際に用いる光学ガラスの溶解炉及びそれを用いた光学ガラスの製造方法に係り、特に、加熱溶解させる際に、溶解炉の変形を抑制して使用寿命を大幅に改善した光学ガラスの溶解炉及び光学ガラスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高屈折率、高分散領域の光学ガラスは酸化鉛を多量に含有する組成からなるものが代表的であり、このようなガラス材料は安定性がよく、かつガラス転移点（Ｔｇ）が低いため、精密プレス成形に使用されてきた。しかしながら精密プレス成形を実施する際、金型の酸化防止のために還元性雰囲気下でプレスすることが多く、ガラス材料に酸化鉛が含有しているとガラス表面から還元された鉛が析出し、金型表面に付着してしまい、金型の精密面を維持できなくなるという問題があった。また、酸化鉛は環境負荷の点でフリー化が望まれてきた。
【０００３】
そこで、鉛を主成分とせず、かつ精密プレス成形に使用し得る低温軟化特性を有するガラス材料として、Ｂｉ２Ｏ３やＴｅＯ２を多量に含有するガラスが用いられるようになってきた。このようなガラス転移点の低い光学ガラス材料を溶解、成形するには、通常、白金や白金合金、強化白金等の耐熱容器内でガラス材料を溶解することによってガラス化する方法が採用されている。
【０００４】
また、Ｂｉ２Ｏ３やＴｅＯ２を多量に含有する光学ガラス材料は、耐熱容器やその後の流路材料として使用されている白金族合金が溶解ガラスへと溶け込むことがあり、それが光学ガラスの着色の原因となることがあったため、白金族金属よりもガラス材料への構成成分の溶け込みが少ない材質として金が用いられることも検討されている。
【０００５】
ところが、金は、白金族金属よりも軟らかく、融点も低いため、金で形成された溶解炉は、原料投入時の衝撃による損傷や、長期使用による形状ダレを原因とする破損（撹拌翼との接触等）が生じやすいものであった。
【０００６】
これらの問題に対して、金の強度的弱さを改善しようとした溶解炉としては、例えば、白金又は白金族合金からなる基材上に金主体の表面層を設けてなる金属材料で溶解槽を形成した溶解炉（特許文献１参照）、金合金から作製された耐熱容器を用いることで容器の高温強度を改善した溶解炉（特許文献２参照）、金を主成分として強化材を分散させた強化金で高温強度を改善した溶解炉（特許文献３参照）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２６６０３０号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３１２号公報
【特許文献３】特開２００８−２６６０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の溶解槽は、白金板と金板とを、例えば、 接着剤等により接合するものであり、その接合により貼り合わせた部分に空気が封じ込められてしまうため、ガラス材料を溶解する際の加熱によりその空気が膨張し、溶解炉を破損させるという問題があった。また、このような貼り合わせる補強材として貴金属を用いているため、溶解炉が高コストとなるという問題もあった。
【０００９】
また、特許文献２及び特許文献３の溶解用の容器は、いずれも金単独ではなく、合金や強化材を混在させることにより強度を改善したものであって、金単独で容器を構成した場合に、溶解炉として十分な使用時間を確保しようとするものではなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、空気の膨張等により溶解炉が破損することがなく、金単独で形成した容器においても、形状ダレが生じることを防止して溶解炉の使用寿命を改善することができる光学ガラスの溶解炉及びそれを用いた光学ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
さらに、金以外にも、白金や、金及び白金の合金においても、溶解操作において強度が低下して同様の問題が生じるおそれがあるため、これらのるつぼ材料を用いた場合にも適用可能とし、同様に使用寿命を改善することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、鋭意検討した結果、本発明の光学ガラスの溶解炉を用いて、光学ガラス材料の溶解を行い、これを成形し光学ガラスとすることにより、上記問題を解決することができることを見出し、本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明の光学ガラスの溶解炉は、内部に光学ガラス材料を収容して溶解する金、白金又はそれらの合金で形成されたるつぼと、そのるつぼを外周部から密接して保持する補強部材と、からなる光学ガラスの溶解炉であって、上記るつぼの外側面から突出して、補強部材と係合又は一体化する係合部材を有し、該係合部材が鉤状又は固定孔を有する平板形状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の光学ガラスの製造方法は、本発明の光学ガラスの溶解炉に、光学ガラス材料を投入して溶解し、溶解した光学ガラス材料を鋳型や成形型（受け型）に流し込んで所望の形状に成形することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学ガラスの溶解炉及び光学ガラスの製造方法によれば、ガラスの溶解操作を繰り返し行っても、るつぼの下方への垂れこみや内側への倒れ込み等の形状ダレを防止することができ、るつぼの使用可能時間、ひいては溶解炉の使用可能時間を長くすることができる。
【００１６】
特に、光学ガラス材料として、Ｂｉ２Ｏ３及び／又はＴｅＯ２を含有するものを使用する場合に、純金で形成したるつぼを用いることで、ガラス材料中への不純な成分が溶け込むことを防止して、ガラス材料の着色を抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態である光学ガラスの溶解炉の断面図である。
【図２】図１の光学ガラスの溶解炉に用いたるつぼの（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）断面図、を示した図である。
【図３】図１の光学ガラスの溶解炉に用いた補強部材の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態である光学ガラスの溶解炉の断面図である。
【図５】図４の光学ガラスの溶解炉に用いた（ａ）るつぼの正面図と、（ｂ）係合部材の平面図、を示した図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態である光学ガラスの溶解炉に用いるるつぼの断面図である。
【図７】図６のるつぼを補強する補強部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、図１は本発明の一実施形態である光学ガラスの溶解炉の断面図であり、図２は図１の光学ガラスの溶解炉に用いたるつぼの（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）断面図、であり、図３は図１の光学ガラスの溶解炉に用いた補強部材の断面図である。
【００２０】
図１に示したように、この実施形態における光学ガラスの溶解炉１は、内部に光学ガラス材料を収容して溶解するためのるつぼ２と、るつぼ２を保持する補強部材３と、るつぼ２の外側面に形成され、補強部材３に係合するための係合部材４ａ及び４ｂと、からなるものである。
【００２１】
るつぼ２は、内部に光学ガラス材料を収容して溶解することができるようになっており、その本体形状は、公知のるつぼと同様のものである。また、このるつぼ２を形成する材料は、金、白金又はそれらの合金のいずれかで形成されているものである。
【００２２】
なお、溶解する光学ガラス材料がＢｉ２Ｏ３及び／又はＴｅＯ２を含有する場合に、るつぼを構成している材料として白金や白金族合金を使用すると、Ｂｉ２Ｏ３やＴｅＯ２の溶け込みにより、着色や発泡等が生じる可能性がある。また、金に金以外の金属を強化材として混合した合金を用いる場合にも、同様に着色が生じる可能性がある。
【００２３】
したがって、溶解する光学ガラス材料がＢｉ２Ｏ３及び／又はＴｅＯ２を含有する場合には、るつぼの材料としては、純度が９０％以上の金を用いることが好ましく、より純度の高い純金を用いることが好ましい。なお、ここで純金とは、純度が９９．９％以上の金のことをいう。
【００２４】
次に、補強部材３は、るつぼ２を用いて光学ガラス材料を溶解する際に、るつぼ２の変形を抑制するものであり、るつぼ２のほぼ外周全面に密接して形成されるものである。また、この補強部材３は、光学ガラス材料の溶解時に用いるものであるから、るつぼを加熱する際に、十分にるつぼに熱を伝達することができ、かつ、耐熱性に優れた材料からなることが求められる。
【００２５】
この補強部材３を構成する材料としては、るつぼ材料の溶解温度よりも耐熱温度が高い必要があり、さらに放射率、熱伝導率の高い材料が好ましい。
【００２６】
また、係合部材４ａ及び４ｂは、るつぼ２の外側面に沿って連続又は断続するフランジ状に突設されており、補強部材３に設けた対応する係合部と係合することで、るつぼ２を補強部材と一体化しるつぼ２の変形を防止している。特に、この係合部材４ａ及び４ｂは、るつぼの外周部を補強部材３に固定しているため、繰り返し使用によるるつぼ自身の延伸による内側への倒れ込み等の形状ダレを抑制して、るつぼとしての寿命を長くすることができ、ひいては光学ガラスの溶解炉の寿命を長くすることができる。
【００２７】
なお、この係合部材４ａは、るつぼの上端部を変形させて形成するか又は円環状の係合部材４ａをるつぼ２とは別で形成しておき、後でるつぼ２に溶接により固定して形成することができる。また、係合部材４ｂは、るつぼ２の外側面の所定箇所に固定することができるように、円環状の係合部材４ｂをるつぼ２とは別に形成しておき、後でるつぼ２に溶接により固定して形成することができる。
【００２８】
そして、この係合部材４ａ及び４ｂは、るつぼに掛かる負荷とクリープ特性から耐久年数を算定し、るつぼが使用期間内に破損することのないように負荷を分割する目的で設置する。例えば、直径φ２００ｍｍのるつぼでは高さＨが１５０ｍｍ以下ごとに係合部材をつけ、これよりも直径の大きいものやガラスの溶解温度がるつぼの母材の溶解温度に近く、より強度の必要な物は、さらに細かい間隔で係合部材を配置する。
【００２９】
上記の観点を踏まえて、例えば、図２に示したようなるつぼ２においては、その大きさが、上端部の内径２００ｍｍ、上端部の外径（係合部材４ａを含む）２３０ｍｍ、高さ２２０ｍｍで、外側面は内側への倒れを形状的に抑制するために上に向かって広がるように傾斜され、曲率半径３０ｍｍの曲面を経由して底面と一続きに接続されている。このとき、るつぼの高さ方向には１箇所（底面から高さ１００ｍｍの箇所）に係合部材４ｂを設け、この係合部材４ｂは、るつぼの外周に沿って、円環状に一続きに形成されている（図２（ｂ））。なお、この係合部材４ｂは、るつぼとの接合面を有するように円環状の部材として別に用意しておき、これをるつぼの外周面に溶接により接合して固定すればよい。固定した後の係合部材４ｂは、るつぼ２の外側面からフランジ状に突出して設けられた構成となる。
【００３０】
この係合部材４ａ及び４ｂは、図１及び図２（ｃ）に示したように鉤状に形成されており、これが補強部材３と係合することで固定される。なお、このとき、るつぼ２と補強部材３との間は、密着しておらず空気の通り道が形成されている。これにより、るつぼを加熱して、ガラス材料を溶解させる際にも、るつぼ２と補強部材３との間の空気が膨張して、それによりるつぼ２が破損するということはない。
【００３１】
また、補強部材３を耐火物で形成する場合には、多孔質性の耐火物を用いることが好ましい。このように多孔質性のものとすることで、るつぼ２と補強部材３との間に空気が密閉されることがなく、上記のような不具合が生じることがない。
【００３２】
この実施形態における光学ガラスの溶解炉は、図２（ｃ）記載のるつぼであって係合部材４ａを形成していないるつぼに対し、予め耐火物で形成しておいた図３記載の補強部材３ａ及び３ｂをそれぞれ上方向、下方向から係合部材４ｂの鉤状の突起を補強部材３ａ及び３ｂで挟み込んで固定し、これらの補強部材３ａ及び３ｂの接合部を固定するようにして得ることができる。その後、るつぼ２の上端部を変形させて、係合部材４ａを形成することで、図１の光学ガラスの溶解炉を製造することができる。
【００３３】
このとき用いることができる耐火物としては、定形耐火物、不定形耐火物のいずれでもよい。具体的には、多孔質ジルコニアセラミックス、多孔質ジルコンセラミックス、アルミナセメント等が挙げられ、例えば、Ｕ−１、ＡＣ、ＭｇＯ、ＣａＯ−Ｐ、ＺＩＲ、ＺＳシリーズ等（以上、ティーイーピー株式会社製、商品名）、アサヒキャスター（ＡＧＣセラミックス株式会社製、商品名）等により形成されたものが挙げられる。アサヒキャスターは不定形耐火物であり、るつぼ形状に合わせて補強部材を所望の形状に形成することができ、好ましい。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
【００３５】
図４は本発明の他の実施形態である光学ガラスの溶解炉の断面図であり、図５はそれに用いた（ａ）るつぼの正面図及び（ｂ）係合部材の平面図、である。
【００３６】
図４に示したように、この実施形態における光学ガラスの溶解炉１１は、内部に光学ガラス材料を収容して溶解するためのるつぼ１２と、るつぼ１２を保持する補強部材１３と、るつぼ１２の外側面に形成され、補強部材１３と係合して一体化するための係合部材１４ａ及び１４ｂと、からなるものである。
【００３７】
基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるが、この第２の実施形態においては、補強部材１３を予め形成しておくのではなく、るつぼ１２を形成した後、その周囲を不定形耐火物により成形すること、係合部材１４ｂを２箇所に設け、さらに、鉤状の形状としていない点が異なるものである。以下、異なる点についてのみ説明する。
【００３８】
この光学ガラスの溶解炉１１では、まずるつぼ１２の外側面に形成する係合部材１４ｂを高さ方向に２箇所にしているが（図５（ａ））、これはるつぼの形状変化を抑えることが効果的となるように形状、場所を決定すればよく、るつぼの形状が同一であれば、係合部材を多くすることで形状ダレを効果的に抑制することができる点で好ましい。
【００３９】
また、この係合部材１４ｂは、るつぼ１２の外側面に突出してフランジ状に設けられている点は第１の実施形態と同じであるが、その形状が鉤状ではなく異なっており、図５（ａ）に示したように、正面から見た際には、水平に板状の突起が存在するようになっている。この係合部材１４ｂには、図５（ｂ）の平面図に示したように固定孔１５が設けられており、この固定孔１５により補強部材１３に固定され、特に、内側への倒れ込みを抑制することができるようになっている。
【００４０】
なお、このような固定孔１５で補強部材１３を固定することができるように、本実施形態では、補強部材１３を不定形耐火物の流し込みにより形成するものである。流し込み成形をすることにより、係合部材１４ｂの固定孔１５には不定形耐火物が流れ込んで、それを固化させることにより、隙間なく固定孔１５を埋めることができ、補強部材１３と係合部材１４ｂとを、より密接に、かつ、強固に固定することができる。
【００４１】
なお、本実施形態において、係合部材１４ｂは、第１の実施形態と同様に鉤状のものでもよく、また、第１の実施形態において、本実施形態と同様の固定孔を有するものとして、補強部材を固定孔に嵌めこんで固定することができる形状を有するものとしてもよい。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００４３】
図６は本発明のさらに他の光学ガラスの溶解炉に用いることができるるつぼの断面図であり、図７は図６のるつぼを補強するための補強部材の断面図である。
【００４４】
この実施形態における光学ガラスの溶解炉は、第１の実施形態に示した光学ガラスの溶解炉１とは、出湯口２２ａを設けた点が異なるだけで、その他は同様の構成を有するものである。すなわち、光学ガラス材料を収容して溶解するためのるつぼ２２と、るつぼ２２を保持する補強部材２３ａ及び２３ｂと、るつぼ２２の外側面に形成され、補強部材２３と係合して一体化するための係合部材２４ａ及び２４ｂと、からなるものである。
【００４５】
上記した通り、この実施形態では、るつぼ２２に、出湯口２２ａが設けられており、補強部材２３ｂには、その出湯口２２ａに対応した位置に、開口部２３ｃが設けられている（図６、図７）。
【００４６】
ここで出湯口２２ａは、るつぼ２２の底部に、溶解したガラス材料を出湯させるものであり、このような構成とすることで、ガラス材料を溶解させると同時に、配管２５を通じて連続的に供給することができ、るつぼを傾倒させずに、配管２５の先に設けた鋳型、成形型（受け型）等に、ガラス材料を供給することができるものである。
【００４７】
なお、このような構成とした場合には、配管２５においてもガラス材料を溶解した状態とすることが必要であり、適宜、加熱手段等により所定の温度を維持することができるようになっている。
【００４８】
以上、本発明の光学ガラスの溶解炉について説明したが、これらの光学ガラスの溶解炉を用いて光学ガラスを製造するには、まず、これら溶解炉の周囲に設けた加熱手段によりるつぼを加熱して、るつぼに収容した光学ガラス材料を溶解し、次に、溶解したガラス材料を鋳型や成形型（受け型）等に流し込み、冷却固化させることで所望の形状に成形された光学ガラスを製造することができる。
【００４９】
なお、鋳型等への流し込みは、第１及び第２の実施形態においては、溶解炉そのものを傾斜させて光学ガラス材料を鋳型等に流し込み、第３の実施形態においては、溶解したガラス材料を、そのまま出湯口から流れ出させて、配管２５を通じて、鋳型等に流し込むようにすればよい。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００５１】
（実施例１）
第１の実施形態と同一の構成からなる光学ガラスの溶解炉を用意した（図１）。なお、この実施例１では、るつぼの素材として純金を用い、るつぼの形状は、図２に示したものと同一の形状である（図２）。また、その大きさは段落［００２７］で説明したものと同一であり、上端部の内径２００ｍｍ、上端部の外径（係合部材４ａを含む）２３０ｍｍ、高さ２２０ｍｍで、外側面は内側への倒れを形状的に抑制するために上に向かって広がるように傾斜され、曲率半径３０ｍｍの曲面を経由して底面と一続きに接続されている。このとき、るつぼの高さ方向には１箇所（底面から高さ１００ｍｍの箇所）に係合部材４ｂを設け、この係合部材４ｂは、るつぼの外周に沿って、円環状に一続きに形成されている。また、るつぼを外周部から保持する補強部材３ａ、３ｂとしては、耐火物（ＡＧＣセラミックス社製、商品名：アサヒキャスター（不定形耐火物））で予め図３の形状に形成しておいたものを用いた。
【００５２】
これらの材料を組み合わせて得られた光学ガラスの溶解炉に、ビスマス系ガラスを投入し、るつぼの温度を９００℃まで加熱して、光学ガラス材料を溶解した。次いで、溶解した光学ガラス材料を、鋳型に流し込み室温まで冷却して固化させ、成形された光学ガラスを得た。この操作を繰り返し行ったところ、使用時間が１０００時間となっても、るつぼの変形は十分に抑制され、まだ使用可能であった。また、この操作により得られた光学ガラス製品は、失透することがなく、全て十分な透過性を有するものであった。
【００５３】
（比較例１）
実施例１と同じ素材で、るつぼ、補強部材を形成した。なお、この比較例では、るつぼに係合部材が設けられておらず、単にるつぼを収容するように器状に形成された補強部材に、るつぼを上部から嵌めこんで溶解炉としたものである。
この光学ガラスの溶解炉を用いて、実施例１と同様に光学ガラスの溶解、鋳型への流し込み、冷却固化の操作を繰り返し行ったところ、一度の溶解で修正が必要なほど変形し、使用不可となった。
【００５４】
以上に示したように、本発明の光学ガラスの溶解炉により、ガラス材料の溶解、成形操作において、るつぼの形状ダレを効果的に抑制することができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の光学ガラスの溶解炉は、ガラス材料の溶解、成形の分野において用いることができる。また、純金製のるつぼを用いた場合には、ガラス材料としてＢｉ２Ｏ３及び／又はＴｅＯ２を含有するものを用いた場合でも、ガラス材料への不純成分の溶け込み等をなくし、ガラスの着色等の不具合を生じないものとすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…光学ガラスの溶解炉、２…るつぼ、３…補強部材、４ａ，４ｂ…係合部材、１１…光学ガラスの溶解炉、１２…るつぼ、１３…補強部材、１４ａ，１４ｂ…係合部材、１５…固定孔、２２…るつぼ、２２ａ…出湯口、２３ａ，２３ｂ…補強部材、２３ｃ…開口部、２４ａ，２４ｂ…係合部材、２５…配管
【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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