(57)【要約】【課題】成形時に失透が生じにくいガラスプリフォームの製造方法を提供する。【解決手段】先端部１４ａが鉛直方向に沿って延びる供給ノズル１４の先端部１４ａからガラス融液２２を成形型１１の上に供給し、冷却することによりガラスプリフォーム２１を成形する成形工程を行う。成形工程において、供給ノズル１４から吐出され、成形型１１の上に至る前のガラス融液２２に、水平方向に沿って延びる吹付ノズル１３からガスを吹き付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が鉛直方向に沿って延びる供給ノズルの先端部からガラス融液を成形型の上に供給し、冷却することによりガラスプリフォームを成形する成形工程を備え、
前記成形工程において、前記供給ノズルから吐出され、前記成形型の上に至る前のガラス融液に、水平方向に沿って延びる吹付ノズルからガスを吹き付ける、ガラスプリフォームの製造方法。
【請求項２】
前記吹付ノズルを、前記供給ノズルから吐出されたガラス融液を全周にわたって包囲するように設ける、請求項１に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項３】
前記供給ノズルの先端部と前記吹付ノズルとの間に、前記吹付ノズルからのガスが前記供給ノズルに至るのを抑制する遮蔽部材を配する、請求項１または２に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項４】
前記遮蔽部材として、鉛直方向において前記供給ノズルと前記吹付ノズルとの間に、前記吹付ノズルの先端よりも前記ガラス融液側に至る遮蔽板を配する、請求項３に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項５】
前記遮蔽部材として、前記供給ノズルの先端部を包囲する筒状部材を配する、請求項３または４に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項６】
前記吹付ノズルから、１００℃以下のガスを吹き付ける、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項７】
前記ガラスの液相粘度が２．０ｄＰａ・ｓ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項８】
前記吹付ノズルから、空気、窒素またはヘリウムを吹き付ける、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項９】
前記供給ノズルからガラス融液を流出させ、前記成形型上に供給されたガラス融液を、前記供給ノズルから流出するガラス融液から分離して前記ガラスプリフォームを成形する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項１０】
前記供給ノズルからガラス融液の液滴を吐出させ、前記液滴から前記ガラスプリフォームを成形する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のガラスプリフォームの製造方法。
【請求項１１】
先端部が鉛直方向に沿って延び、前記先端部からガラス融液を供給する供給ノズルと、
前記供給ノズルから前記ガラス融液が供給される成形型と、
水平方向に沿って延び、前記供給ノズルから吐出され、前記成形型の上に至る前のガラス融液にガスを吹き付ける吹付ノズルと、
を備える、ガラスプリフォームの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスプリフォームの製造方法及びガラスプリフォームの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスレンズなどのガラス光学素子の製造方法として、ガラスプリフォームをヒートプレス成形する方法が知られている。例えば特許文献１には、ガラスプリフォームの製造方法として、流出パイプより流出させた溶融ガラスから分離した溶融ガラス塊を成形型上でガラスプリフォームに成形する方法が記載されている。特許文献１に記載のガラスプリフォームの製造方法では、流出パイプを全周にわたって取り巻き、かつ冷却ガス吹き出し口を有する冷却ガス噴出機構の冷却ガス吹き出し口からガスを吹き付ける。これにより、ガラス塊の雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進できるため、脈理の発生を抑制できる旨が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６３２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の製造方法によりガラスプリフォームを製造した場合、成形時に失透が生じやすく、ガラスプリフォーム中に結晶物が生じやすいという問題がある。
【０００５】
本発明の主な目的は、成形時に失透が生じにくいガラスプリフォームの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るガラスプリフォームの製造方法では、先端部が鉛直方向に沿って延びる供給ノズルの先端部からガラス融液を成形型の上に供給し、冷却することによりガラスプリフォームを成形する成形工程を行う。成形工程において、供給ノズルから吐出され、成形型の上に至る前のガラス融液に、水平方向に沿って延びる吹付ノズルからガスを吹き付ける。
【０００７】
吹付ノズルを、供給ノズルから吐出されたガラス融液を全周にわたって包囲するように設けることが好ましい。
【０００８】
供給ノズルの先端部と吹付ノズルとの間に、吹付ノズルからのガスが供給ノズルに至るのを抑制する遮蔽部材を配することが好ましい。
【０００９】
遮蔽部材として、鉛直方向において供給ノズルと吹付ノズルとの間に、吹付ノズルの先端よりもガラス融液側に至る遮蔽板を配してもよい。
【００１０】
遮蔽部材として、供給ノズルの先端部を包囲する筒状部材を配してもよい。
【００１１】
吹付ノズルから、１００℃以下のガスを吹き付けることが好ましい。
【００１２】
ガラスの液相粘度が２．０ｄＰａ・ｓ以下であってもよい。
【００１３】
吹付ノズルから、空気、窒素またはヘリウムを吹き付けてもよい。
【００１４】
供給ノズルからガラス融液を流出させ、成形型上に供給されたガラス融液を、供給ノズルから流出するガラス融液から分離してガラスプリフォームを成形してもよい。
【００１５】
供給ノズルからガラス融液の液滴を吐出させ、液滴からガラスプリフォームを成形してもよい。
【００１６】
本発明に係るガラスプリフォームの製造装置は、供給ノズルと、成形型と、吹付ノズルとを備える。供給ノズルは、先端部が鉛直方向に沿って延びている。供給ノズルは、先端部からガラス融液を供給する。成形型には、供給ノズルからガラス融液が供給される。吹付ノズルは、水平方向に沿って延びている。吹付ノズルは、供給ノズルから吐出され、成形型の上に至る前のガラス融液にガスを吹き付ける。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、成形時に失透が生じにくいガラスプリフォームの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図２】第１の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図３】第１の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図４】第２の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
【図５】第３の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００２０】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１〜図３は、本実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
【００２２】
本実施形態では、図１〜図３に示す製造装置１を用いて、ガラスプリフォームを製造する。製造装置１は、ガラスプリフォームを成形するための成形型１１を有する。成形型１１は、特に限定されないが、本実施形態では、多孔質体により構成されていてもよい。成形型１１の構成材料も、特に限定されず、例えば、炭化ケイ素、炭素材料、金属等が挙げられる。
【００２３】
成形型１１の上方には、成形型１１の成形面１１ａの上に、ガラス融液を供給する供給ノズル１４が設けられている。供給ノズル１４の先端部１４ａは、鉛直方向に沿って延びている。この供給ノズル１４の先端部１４ａから成形面１１ａの上にガラス融液が供給される。
【００２４】
成形型１１は、支持管１０により支持されている。支持管１０には、成形型１１に臨む貫通孔１０ａが形成されている。貫通孔１０ａには、ガス供給機構（図示せず）が接続されている。ガス供給機構は、貫通孔１０ａに、空気や、窒素などの不活性ガスを供給する。上述のように成形型１１は、多孔質体により構成されているため、貫通孔１０ａに供給されたガスは、成形型１１を通過し、成形型１１の成形面１１ａから噴出する。従って、成形面１１ａ上において、ガラス融液は、成形面１１ａから浮上した状態で保持される。
【００２５】
鉛直方向ｖにおいて、供給ノズル１４の先端（下端）よりも下方には、吹付ノズル１３が設けられている。この吹付ノズル１３は、平面視において（ｖ方向から視た際に）供給ノズル１４の先端部１４ａ付近を全周にわたって包囲するように設けられている。よって、吹付ノズル１３は、供給ノズル１４から吐出されたガラス融液２２を全周にわたって包囲するように設けられている。吹付ノズル１３は、水平方向に沿って延びている。
【００２６】
次に、製造装置１を用いてガラスプリフォーム２１（図３を参照）を製造する方法について詳細に説明する。
【００２７】
まず、図１及び図２に示されるように、成形面１１ａからガスを噴出させた状態で、供給ノズル１４から、製造しようとするガラスプリフォーム２１の重量に応じた重量のガラス融液２２を成形面１１ａの上に供給する。具体的には、図１及び図２に示されるように、成形型１１を緩やかに下降させながら成形型１１の上にガラス融液２２を溜めていく。そして、成形面１１ａの上に溜まったガラス融液２２が所定の重量に達したときに、成形型１１を急速に降下させる。これにより、所定量のガラス融液２２を分離し、ガラス融液からなるガラス塊を成形型１１の成形面１１ａの上に配置する。なお、供給ノズル１４から流出するガラス融液を切断することによってガラス塊を作製してもよい。その後、ガラス塊を冷却することにより図３に示されるガラスプリフォーム２１を得ることができる。
【００２８】
本実施形態では、供給ノズル１４から吐出され、成形型１１の上に至る前のガラス融液２２に、成形工程において、水平方向に沿って延びる吹付ノズル１３から、空気、窒素またはヘリウムなどのガスを吹き付ける。このため、供給ノズル１４から吐出され、成形型１１の上に至る前のガラス融液２２には、鉛直方向ｖに対して垂直な全方位からガスが吹き付けられる。
【００２９】
ところで、特許文献１に記載のように、冷却ガスが供給ノズルに至ると、供給ノズルの温度が不所望に低下してしまうため、冷却ガスの吹付ノズルは、通常、供給ノズルの中心に向かって斜め下方に延びるように設けられる。
【００３０】
しかしながら、本発明者が鋭意研究した結果、吹付ノズルを、供給ノズルの中心に向かって斜め下方に延びるように設けた場合は、ガラスプリフォームに失透物が混入する場合があることを見出した。本発明者は、さらに鋭意研究の結果、吹付ノズルからの斜め下方に吹き付けられる冷却ガスによりガラス塊が切断されやすく、ガラスプリフォームを構成するためのガラス塊（以下、「主ガラス塊」とする。）が形成された後に、微小なさらなるガラス塊が形成され、その微小ガラス塊が主ガラス塊に混入することにより失透物の混入が生じていることを見出した。
【００３１】
微小ガラス塊は、体積が小さいため、冷却されやすい。このため、主ガラス塊に吸収される前に、微小ガラス塊の温度が、結晶核が生成する温度域にまで一気に冷却されやすい。従って、結晶核を含む微小ガラス塊が主ガラス塊に吸収される。一方、主ガラス塊は、微小ガラス塊よりも体積が大きい。このため、主ガラス塊は、微小ガラス塊よりも温度低下しにくく、通常は、微小ガラス塊が主ガラス塊に吸収されるときの主ガラス塊の温度は、結晶が成長する温度域よりも高い。よって、主ガラス塊中に取り込まれた微小ガラス塊は、主ガラス塊により再度温度上昇し、結晶が成長する温度域を冷却時よりもゆっくりと通過する。その際に、結晶の成長が促進される。その結果、ガラスプリフォームに失透物が混入するものと考えられる。
【００３２】
それに対して本実施形態では、成形工程において、水平方向に沿って延びる吹付ノズル１３から、供給ノズル１４から吐出され、成形型１１の上に至る前のガラス融液２２に、空気、窒素またはヘリウムなどのガスを吹き付ける。
【００３３】
本実施形態では、吹付ノズル１３が水平に延びるように設けられている。よって、吹付ノズル１３からのガスは、ガラス融液２２に対して垂直に吹き付けられる。よって、ガラス塊が切断されにくく、微小ガラス塊が生じにくい。よって、本実施形態では、ガラスプリフォーム２１に失透物が混入しにくい。
【００３４】
また、吹付ノズル１３からガスが吹き付けられることによりガラス融液２２が冷却されるため、脈理の発生を抑制することができる。
【００３５】
なお、失透は、液相粘度の低いガラスを成形に用いる場合ほど生じやすい。従って、本実施形態のガラスプリフォーム２１への失透物の混入を抑制できる技術は、ガラスの液相粘度が２．０ｄＰａ・ｓ以下、１．５ｄＰａ・ｓ以下、１．０ｄＰａ・ｓ以下、さらには０．８ｄＰａ・ｓ以下であるときにより好適である。なお、「液相粘度」とは、ガラスの液相温度における粘度のことである。
【００３６】
ガラスプリフォーム２１に脈理が発生することを抑制する観点からは、吹付ノズル１３から１００℃以下のガスを吹き付けることが好ましい。
【００３７】
なお、本実施形態では、供給ノズル１４からガラス融液を流出させ、成形型１１上に供給されたガラス融液を、供給ノズル１４から流出するガラス融液から分離することにより、ガラスプリフォーム２１を構成するためのガラス塊を形成する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、供給ノズル１４からガラス融液の液滴を吐出させ、その液滴からガラスプリフォーム２１を成形してもよい。
【００３８】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００３９】
（第２及び第３の実施形態）
図４は、第２の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。図５は、第３の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
【００４０】
図４及び図５に示されるように、第２及び第３の実施形態では、供給ノズル１４の先端部１４ａと吹付ノズル１３との間に、吹付ノズル１３からのガスが供給ノズル１４に至るのを抑制する遮蔽部材１５が設けられている。このため、吹付ノズル１３からのガスにより供給ノズル１４の温度が不所望に低下することを抑制することができる。
【００４１】
具体的には、第２の実施形態では、図４に示されるように、遮蔽部材１５は、遮蔽板１５ａにより構成されている。遮蔽板１５ａは、鉛直方向ｖにおいて供給ノズル１４と吹付ノズル１３との間に、吹付ノズル１３の先端よりもガラス融液２２側（供給ノズル１４の先端部１４ａの中心側）に至るように設けられている。遮蔽板１５ａは、中心に円形の開口を有する円板状に設けられている。
【００４２】
第３の実施形態では、図５に示されるように、遮蔽部材１５は、筒状部材１５ｂにより構成されている。筒状部材１５ｂは、供給ノズル１４の先端部１４ａを包囲するように設けられている。筒状部材１５ｂの下端は、先端部１４ａの下端と面一か、先端部１４ａの下端よりも下方にまで至っていることが好ましい。また、筒状部材１５ｂの下端部は、下方に向かって先細るようにテーパー状に設けられていることが好ましい。この場合、吹付ノズル１３からのガスによる供給ノズル１４の温度低下をより効果的に抑制することができる。
【００４３】
（実施例１）
ガラス組成として、ＳｉＯ２  ３．２質量％、Ｂ２Ｏ３を１７質量％、ＺｎＯを１３．４質量％、ＷＯ３を１．２質量％、ＴｉＯ２を１．５質量％、Ｌａ２Ｏ３を３３．３質量％、Ｇｄ２Ｏ３を１１．５質量％、Ｔａ２Ｏ５を１４質量％、Ｎｂ２Ｏ５を０．６質量％、ＺｒＯ２を４質量％、Ｌｉ２Ｏを０．３質量％、Ｓｂ２Ｏ３を０．０５質量％となるように原料を調製し、１２００℃で４時間溶融した。
【００４４】
図１に描画された製造装置１を使用して、溶融ガラスをガラス塊（質量４ｇ）として成形型上に供給し、ガラスプリフォームの成形を行った。この際、供給ノズルからガラス融液が流出しだした直後からガラス塊が形成されるまでの１０秒間、吹付ノズルから２０℃の窒素ガスを１０リットル／分の流量でガラス融液に吹き付けた。
【００４５】
ガラスプリフォーム表面の任意の１０箇所につき観察したところ、いずれの箇所でも失透や脈理は確認されなかった。
【００４６】
なお、得られたガラスプリフォームの物性は、ガラス転移点５９０℃、軟化点６９１℃、液相温度１０２０℃、熱膨張係数７５×１０−７／℃、屈折率ｎｄ１．８５２、アッベ数νｄ４０．１であった。
【００４７】
（比較例１）
窒素ガスを特許文献１に記載のように斜め下方に向けて吹き付けたこと以外は、実施例１と同様にしてガラスプリフォームを成形し、観察を行った。その結果、１０箇所すべてにおいて失透が確認された。脈理は観察されなかった。
【００４８】
（比較例２）
窒素ガスの吹き付けを行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてガラスプリフォームを成形し、観察を行った。その結果、１０箇所すべてにおいて脈理が確認された。失透は観察されなかった。
【符号の説明】
【００４９】
１…製造装置
１０…支持管
１０ａ…貫通孔
１１…成形型
１１ａ…成形面
１１ｂ…貫通孔
１３…吹付ノズル
１４…供給ノズル
１４ａ…供給ノズルの先端部
２１…ガラスプリフォーム
２２…ガラス融液
【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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