(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス素材を溶融する溶融容器に連通接続された流出ノズルの先端から滴下してくるガラス滴を受け止める薄膜体を備えており、この薄膜体は柔軟性及び放熱性に優れていることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載した光学素子素材の製造装置であって、
薄膜体は、ガラス滴の滴下方向と交差する方向に沿って移動する構成とされていることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載した光学素子素材の製造装置であって、
薄膜体は、ガラス滴の滴下方向と交差する方向に沿って傾斜した状態で配置されていることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載した光学素子素材の製造装置であって、
傾斜して配置された薄膜体の下側位置には、固化したガラス滴を捕集する捕集容器が配置されていることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【請求項５】
請求項１に記載した光学素子素材の製造装置であって、
薄膜体は、筒体の開放端部を閉塞して配置されていることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載した光学素子素材の製造装置であって、
筒体の開放端部を閉塞して配置された薄膜体は、たるまされていることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【請求項７】
請求項５に記載した光学素子素材の製造装置であって、
筒体の開放端部を閉塞して配置された薄膜体は、その表面方向に沿う張力が変化する構成とされていることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【請求項８】
請求項５に記載した光学素子素材の製造装置であって、
筒体の開放端部を閉塞して配置された薄膜体の周囲位置には、固化したガラス滴を捕集する捕集容器が配置されていることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載した光学素子素材の製造装置であって、
薄膜体は、ガラスに対する濡れ性が悪いものであることを特徴とする光学素子素材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子素材の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レンズやプリズムなどの光学素子を製造する際には、ガラス素材を溶融する溶融容器に連通接続された流出ノズルから自然的に滴下してくるガラス滴を冷却して固化させたうえ、固化したガラス滴を光学素子素材として利用することが行われている。そして、このような方法を実現する製造装置のうちには、特開昭６１−１４６７２１号公報で開示され、かつ、図６で簡略化して示すような構成とされたものがあり、この製造装置は、投入されたガラス素材５１を溶融する白金製の溶融容器５２と、溶融容器５２の底部に連通接続された流出ノズル５３と、流出ノズル５３の先端から滴下されてくるガラス滴５４を受け止める受け止め治具５５とを備えている。
【０００３】
すなわち、この製造装置においては、ガラス滴５４と受け止め治具５５との離間間隔（滴下距離）Ｌを予めガラス滴５４の表面が冷却されて固化するのに十分な長さとしておき、固化して受け止められたガラス滴５４を回収したうえで光学素子素材として利用することが行われる。なお、固化が不十分なままで受け止めると、ガラス滴５４の表面と受け止め治具５５との温度差に起因した歪み、いわゆるオレンジピールが発生して品質の良好な光学素子素材が得られないことになり、また、ガラス滴５４の質量が大きい場合には長い滴下距離Ｌを必要とすることになるため、図示省略しているが、滴下中のガラス滴５４に対して空気を吹き付けながら強制的に冷却することも提案されている。
【０００４】
また、特開平５−４３２５８号公報で開示され、かつ、図７で簡略化して示すような構成とされた製造装置もあり、この製造装置では、ヒータなどの加熱機器６１を用いることによってガラスロッド６２の先端部分を局所的に加熱し、溶融されて球状化したうえで自然的に滴下してくるガラス滴６３を受け止め治具６４でもって受け止めることが行われている。そして、この製造装置の場合にも、ガラス滴６３の表面を冷却して固化させるのに要する滴下距離Ｌと対応した長さの冷却筒６５をガラス滴６３及び受け止め治具６４間に配置しておいたうえ、冷却筒６５の下部から吹き込んだ空気によって滴下中のガラス滴６３を強制的に冷却することが実行される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の形態に係る光学素子素材の製造装置では、つぎのような不都合が生じていた。すなわち、ガラス滴５４，６３の冷却及び固化を促進するために空気を吹き付けると、ガラス滴５４，６３の表面で空気の対流が発生し、表面温度が不安定となって作用している表面張力が不均一となるため、光学素子素材の真球度が損なわれてしまう。そして、表面張力が不均一なままで固化したガラス滴５４，６３である限りは内部の応力状態も不均一なままとなり、耐衝撃性の低下が避けられないため、表面の硬い受け止め治具５５，６４で受け止められた際のガラス滴５４，６３が割れてしまうこともあり、生産効率の低下を招くことになっている。さらに、空気を吹き付けていると、空気とともに吹き付けられた塵埃などがガラス滴５４，６３の表面に付着することもあり、塵埃などが付着していると、光学素子素材の品質が低下することになってしまう。
【０００６】
本発明はこれらの不都合に鑑みて創案されたものであって、空気を吹き付けなくてもガラス滴の速やかな冷却及び固化を実現することが可能であるとともに、ガラス滴の真球度を高めながら品質の向上を図ることができる構成とされた光学素子素材の製造装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る光学素子素材の製造装置は、ガラス素材を溶融する溶融容器に連通接続された流出ノズルの先端から滴下してくるガラス滴を受け止める薄膜体を備えており、この薄膜体は柔軟性及び放熱性に優れていることを特徴とする。なお、この際における薄膜体の有する熱伝導率は３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、耐熱温度は５００℃以上であることが好ましい。そして、この構成であれば、滴下してきたガラス滴が柔軟な薄膜体によって受け止められており、ガラス滴の有する熱量が放熱性の良好な薄膜体を介して急速に放散されてしまうため、ガラス滴の急速冷却が実現されることになり、オレンジピールが発生せずに真球度の向上した光学素子素材を作製し得ることとなる。また、滴下距離を長くする必要がなくなり、空気を吹き付ける必要もなくなるため、製造装置の小型化を図ることが可能になるという利点も確保される。
【０００８】
本発明の請求項２に係る光学素子素材の製造装置は請求項１に記載したものであり、薄膜体は、ガラス滴の滴下方向と交差する方向に沿って移動する構成とされていることを特徴とする。本発明の請求項３に係る光学素子素材の製造装置は請求項１に記載したものであり、薄膜体は、ガラス滴の滴下方向と交差する方向に沿って傾斜した状態で配置されていることを特徴とする。本発明の請求項４に係る光学素子素材の製造装置は請求項３に記載したものであり、傾斜して配置された薄膜体の下側位置には、固化したガラス滴を捕集する捕集容器が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項５に係る光学素子素材の製造装置は請求項１に記載したものであり、薄膜体は、筒体の開放端部を閉塞して配置されていることを特徴とする。本発明の請求項６に係る光学素子素材の製造装置は請求項５に記載したものであって、筒体の開放端部を閉塞して配置された薄膜体は、たるまされていることを特徴とする。本発明の請求項７に係る光学素子素材の製造装置は請求項５に記載したものであり、筒体の開放端部を閉塞して配置された薄膜体は、その表面方向に沿う張力が変化する構成とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項８に係る光学素子素材の製造装置は請求項５に記載したものであって、筒体の開放端部を閉塞して配置された薄膜体の周囲位置には、固化したガラス滴を捕集する捕集容器が配置されていることを特徴とする。本発明の請求項９に係る光学素子素材の製造装置は請求項１ないし請求項８のいずれかに記載したものであり、薄膜体は、ガラスに対する濡れ性が悪いものであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係る光学素子素材の製造装置を示す断面構造図であり、図２は光学素子成形金型を示す断面構造図である。
【００１３】
本実施の形態に係る製造装置は、投入されたホウケイ酸バリウム系ガラスなどのガラス素材１を溶融する白金製の溶融容器２と、溶融容器２の底部に連通接続された流出ノズル３と、溶融容器２でもって溶融させられたうえで流出ノズル３の先端から下向きに滴下されてくるガラス滴４を受け止める薄膜体、いわゆるシート体５とを備えている。なお、ガラス素材１がホウケイ酸バリウム系ガラスに限られず、また、溶融容器２が白金製に限定されないことはいうまでもない。そして、ここでのシート体５は、柔軟性及び放熱性に優れたもの、例えば、厚みが０．１ｍｍ程度とされており、熱伝導率が３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、かつ、耐熱温度が５００℃以上である高分子フィルムシートとされている。なお、シート体５としては高分子フィルムシート、つまり、グラファイト化されて高配向性であるものが好ましいが、高分子フィルムシートに限定されることはなく、他の柔軟性及び放熱性に優れたもの、例えば、高分子に貴金属を成膜したものなどでもよいことは勿論である。
【００１４】
また、このシート体５はガラスに対する濡れ性が悪いものであることが好ましく、ガラスに対する濡れ性が悪ければ、受け止められたガラス滴４がシート体５に付着するというような不都合が生じないことになる。さらに、この際におけるガラス滴４とシート体５との離間間隔（滴下距離）Ｌは、例えば、２００ｍｍ程度として設定されており、ガラス滴４を受け止めるシート体５そのものは、このシート体５の放熱性を阻害しない構成、例えば、図１で示すような空間部６ａが形成された受け止め治具６、あるいは、シート体５よりも放熱性に優れた素材からなる受け止め治具（図示省略）でもって位置決め支持されている。なお、図中の符号７は溶融容器２の外周囲に沿って配置された電熱ヒータを示しており、この電熱ヒータ７を用いた加熱によって溶融容器２内のガラス素材１は溶融されることになっている。
【００１５】
つぎに、実施の形態１に係る製造装置の動作を説明する。まず、固形のガラス素材１を溶融容器２に投入し、かつ、１２００℃程度までガラス素材１を電熱ヒータ７によって加熱すると、溶融容器２内のガラス素材１は溶融し、液体状となったガラス素材１は溶融容器２の底部に連通接続された流出ノズル３の先端から少しずつ流出してくる。その結果、流出ノズル３の先端には、ガラス自身の表面張力が作用するのに伴って球状化したガラス滴４が形成されることになり、ある所要の程度まで質量が増加したガラス滴４は流出ノズル３から離れたうえ、滴下中にも真球状となって固化しながら柔軟性及び放熱性に優れたシート体５上に滴下されてくる。そして、滴下されてきたガラス滴４は、シート体５を介したうえで急速に自然冷却されて固化することになり、その結果として光学素子素材が作製されたことになる。なお、ガラス滴４の大きさが光学素子素材として必要な大きさと対応するよう予め調整されていることは勿論であり、このガラス滴４の大きさは流出ノズル３の内径などに基づいたうえで定まっている。
【００１６】
すなわち、この製造装置であれば、滴下してきたガラス滴４が柔軟なシート体５によって衝撃力を緩和しながら受け止められ、かつ、ガラス滴４の有する熱量が放熱性の良好なシート体５を介して急速に放散されてしまうので、滴下距離Ｌが短いにも拘わらず、ガラス滴４の急速冷却及び固化が実現されることになり、その結果、オレンジピールが発生せずに表面状態が良好であり、かつ、真球度の向上した光学素子素材を作製し得ることとなる。そして、本発明の発明者らが、回収したガラス滴４をガラス転移点以下にまで温度低下させたうえ、図２で示す光学素子成形金型１０のキャビティ（空間）、つまり、上型１１と下型１２と胴型１３とで囲まれたキャビティ内に温度低下したガラス滴４を光学素子素材として投入し、さらに、成形温度が５００℃〜６００℃で押圧力が７０ｋｇｆ以上の条件下で成形してみたところによれば、両面ともに所望の形状を有しており、品質の良好なガラスレンズを容易に得ることが可能と確認されている。
【００１７】
ところで、本実施の形態にあっては、ガラス滴４を受け止めるシート体５を流出ノズル３と対向する下側位置に位置決めして配置したままとしておくことが行われているが、ガラス滴４の滴下方向と交差する方向、例えば、図１中の水平方向に沿ってシート体５を移動させる構成とすることも可能であり、滴下されてくるガラス滴４を受け止める位置がシート体５のうちでも順次異なるようにしておけば、シート体５の長寿命化などを図りやすくなるという利点が確保される。なお、シート体５を移動させる場合には、図示省略しているが、シート体５を受け止め治具６ごとエアシリンダなどによって移動させる構成などが採用される。
【００１８】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２に係る光学素子素材の製造装置を示す断面構造図であり、図３において、図１及び図２と互いに同一もしくは相当する部品、部分については同一符号を付している。すなわち、本実施の形態に係る製造装置は、ホウケイ酸バリウム系ガラスなどのガラス素材１を溶融する白金製の溶融容器２と、溶融容器２の外周囲に沿って配置された電熱ヒータ７と、溶融容器２の底部に連通接続された流出ノズル３と、流出ノズル３の先端から下向きに滴下されてくるガラス滴４を受け止める薄膜体、つまり、柔軟性及び放熱性に優れたシート体５である高分子フィルムシートとを備えている。そして、この際におけるシート体５はガラス滴４の滴下方向（図では、上下方向）と交差する方向に沿って傾斜する状態（図では、右上がり斜めの状態）で配置されており、空間部６ａが形成された受け止め治具６によって位置決め支持されている。
【００１９】
なお、本実施の形態においては、例えば、シート体５の傾斜角度が水平方向に対して３０°程度となるようにしつつ、ガラス滴４とシート体５との離間間隔、つまり、滴下距離Ｌを１５０ｍｍ程度と設定することが行われているが、傾斜角度や滴下距離Ｌがこれらの数値に限定されることはなく、必要に応じた任意の数値として設定されることは勿論である。また、この実施の形態２では、傾斜状態として配置されたシート体５の下側位置（図では、左下位置）には捕集容器８が配置されており、この捕集容器８によっては、固化しながら滴下されたうえでシート体５によって受け止められた後、シート体５に沿って転動しながら集まった多数個のガラス滴４が捕集されることになっている。そして、この捕集容器８によって捕集されたガラス滴４は、光学素子素材として回収されることになる。
【００２０】
つぎに、実施の形態２に係る製造装置を用いて光学素子素材を作製する際の手順を説明する。まず、固形のガラス素材１を溶融容器２に投入し、電熱ヒータ７を用いることによって１２００℃程度までガラス素材１を加熱すると、溶融容器２内のガラス素材１は溶融することになり、溶融容器２の底部に連通接続された流出ノズル３の先端には、ガラス自身の表面張力が作用するのに伴って球状化したガラス滴４が形成される。そして、ある所要の程度まで質量が増加したガラス滴４は流出ノズル３から離れることになり、流出ノズル３から離れて滴下したガラス滴４は、柔軟性及び放熱性に優れ、かつ、傾斜した状態で配置されたシート体５に向かって滴下される。
【００２１】
さらに、真球状に固化しながら滴下されてきたうえでシート体５によって受け止められたガラス滴４は、傾斜しているシート体５上をその下側位置に向かって転動しながら急速に自然冷却されることに伴って固化することになり、固化して光学素子素材となったうえでシート体５の下側位置に配置された捕集容器８によって捕集される。なお、その後も、流出ノズル３からシート体５に向かってはガラス滴４が順次滴下されてくることになり、滴下されてきたガラス滴４は捕集容器８内に溜まることとなる。すなわち、このような構成とされた製造装置であれは、滴下してきたガラス滴４が放熱性に優れたシート体５上を転動しながら急速冷却されるので、オレンジピールが発生せずに表面状態が良好であり、かつ、真球度の向上した光学素子素材が得られる。
【００２２】
ところで、受け止め治具６の底面を図３中の仮想線で示すように湾曲させておいてもよく、このような構成としておいた場合には、受け止め治具６を介したうえでシート体５を揺動させ得るため、滴下されてくるガラス滴４が受け止められる位置をシート体５のうちでも異なら得ることとなる。そして、このような構成を採用しておけば、シート体５の長寿命化などを図りやすくなるという利点が確保される。
【００２３】
（実施の形態３）
図４は実施の形態３に係る光学素子素材の製造装置を示す断面構造図であり、図５はシート体の動作を示す説明図である。なお、図４及び図５において、図１ないし図３と互いに同一もしくは相当する部品、部分のそれぞれについては同一符号を付している。本実施の形態に係る製造装置は、ホウケイ酸バリウム系ガラスなどのガラス素材１を溶融する白金製の溶融容器２と、溶融容器２の外周囲に沿って配置された電熱ヒータ７と、溶融容器２の底部に連通接続された流出ノズル３と、流出ノズル３の先端から下向きに滴下されてくるガラス滴４を受け止める薄膜体、つまり、柔軟性及び放熱性に優れたシート体５である高分子フィルムシートとを備えている。
【００２４】
そして、ここでのシート体５は、円筒状や角筒状などとされたうえで縦向き方向に沿って配置された筒体９の上側開放端部を閉塞し、かつ、ある程度たるまされた状態として配置されており、ガラス滴４との離間間隔、つまり、滴下距離Ｌが１５０ｍｍ程度とされたシート体５の周囲位置には、固化したガラス滴４を捕集するための捕集容器１０が配置されている。すなわち、本実施の形態に係る製造装置が備えるシート体５によっては、滴下されてきたガラス滴４を受け止めた際の反発力でもってシート体５そのものが流出ノズル３へと向かって膨らむ結果としてガラス滴４を捕集容器１０へと投入することが行われる。なお、筒体９の開放端部を閉塞したシート体５がたるんでいれば、より一層の柔軟性が確保されるという利点が確保されるが、必ずしもシート体５がたるまされていなくてもよいことは勿論である。
【００２５】
ところで、図４においては、捕集容器１０が筒体９の基台と一体化されているが、一体化されている必然性はないのであり、捕集容器１０が筒体９の基台とは別体であっても差し支えないことはいうまでもない。また、シート体５が筒体８でもって固定的に支持されている必要はないのであり、例えば、一端側が固定支持されたシート体５の他端側をエアシリンダなどで引っ張るようにしてシート体５の表面方向に沿う張力を変化させる構成とすることも可能である。そして、このような構成を採用している場合には、シート体５の表面方向に沿う張力を変化させることに伴って反発力を調整し得ることとなる結果、ガラス滴４を捕集容器９内へと確実に投入することが可能となる。
【００２６】
引き続き、実施の形態３に係る製造装置を用いて光学素子素材を作製する際の手順を説明する。まず、ガラス素材１を溶融容器２に投入し、電熱ヒータ７を用いたうえでガラス素材１を加熱すると、溶融容器２内のガラス素材１は溶融し、溶融容器２の底部に連通接続された流出ノズル３の先端には球状化したガラス滴４が形成される。その後、ある所要の程度まで質量が増加したガラス滴４は流出ノズル３から離れてしまうことになり、流出ノズル３から離れて滴下したガラス滴４は、柔軟性及び放熱性に優れたシート体５でもって受け止められる。
【００２７】
ところが、この際におけるシート体５は、前以てある程度たるまされているため、図５（ａ）で示すように、ガラス滴４を受け止めることに伴って更にたわむこととなり、図５（ｂ）で示すように、たわむのに伴って発生した反発力の作用でもってシート体５が流出ノズル３へと向かって膨らむため、ガラス滴４は膨らんだシート体５上を転動しながら急速に自然冷却されたうえで捕集容器１０によって捕集されることとなる。なお、本実施の形態では、ガラス滴４を受け止めたシート体５そのものの反発力でもってガラス滴４を捕集容器１０内に投入するとしているが、例えば、シート体５で閉塞された筒体９の内部を真空化することによってシート体５を吸引しておき、シート体５がガラス滴４を受け止めた瞬間に真空を解除してシート体５を膨らませるのに伴ってガラス滴４を捕集容器１０内へと投入することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光学素子素材の製造装置によれば、ガラス素材を溶融する溶融容器に連通接続された流出ノズルの先端から滴下してくるガラス滴を受け止める薄膜体を設けており、かつ、この薄膜体が柔軟性及び放熱性に優れたものであることになっているので、空気を吹き付けなくてもガラス滴の速やかな冷却及び固化を実現することが可能であるとともに、光学素子素材となるガラス滴の真球度を高めながら品質の向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る光学素子素材の製造装置を示す断面構造図である。
【図２】光学素子成形金型を示す断面構造図である。
【図３】実施の形態２に係る光学素子素材の製造装置を示す断面構造図である。
【図４】実施の形態３に係る光学素子素材の製造装置を示す断面構造図である。
【図５】シート体の動作を示す説明図である。
【図６】従来の形態に係る光学素子素材の製造装置を示す断面構造図である。
【図７】従来の形態に係る光学素子素材の製造装置を示す断面構造図である。
【符号の説明】
１    ガラス素材
２    溶融容器
３    流出ノズル
４    ガラス滴
５    シート体（薄膜体）
【図１】
0003689259.tif 000002
【図２】
0003689259.tif 000003
【図３】
0003689259.tif 000004
【図４】
0003689259.tif 000005
【図５】
0003689259.tif 000006
【図６】
0003689259.tif 000007
【図７】
0003689259.tif 000008