(57)【要約】【課題】脈理の発生しやすいガラスからなる光学的に均質な中実状のガラス成形体を破損させることなく安定して製造するガラス成形体の製造方法、前記製法を用いてプレス成形用ガラス素材を製造する方法、前記プレス成形用ガラス素材をプレス成形して光学素子を製造する方法、および前記ガラス成形体を機械加工して光学素子を製造する方法の提供。【解決手段】貫通孔を有する鋳型を用い、パイプから流出する熔融ガラスを前記貫通孔の入口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に取り出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法。前記貫通孔内の少なくとも一部の領域（冷却領域）において、前記貫通孔内のガラス側面を前記貫通孔の内壁に接触させることにより前記ガラスの熱を前記側面から奪うとともに、前記冷却領域を通過したガラスを前記ガラスの転移温度よりも１５０℃低い温度以上の環境下を通過させることにより、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する鋳型を用い、パイプから流出する熔融ガラスを前記貫通孔の入口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に取り出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
前記貫通孔内の少なくとも一部の領域（以下、「冷却領域」という）において、前記貫通孔内のガラス側面を前記貫通孔の内壁に接触させることにより前記ガラスの熱を前記側面から奪うとともに、
前記冷却領域を通過したガラスを前記ガラスの転移温度（Ｔｇ）よりも１５０℃低い温度（Ｔｇ−１５０℃）以上の環境下を通過させることにより、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づけることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【請求項２】
前記ガラス成形体は、液相温度における粘度が１００ｄＰａ・ｓ未満のガラスからなることを特徴とする請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス成形体は、液相温度における粘度が１０ｄＰａ・ｓ以下のガラスからなることを特徴とする請求項２に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項４】
前記ガラス成形体は、フッ素含有ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項５】
前記出口から取り出されたガラスを前記ガラスの転移温度（Ｔｇ）よりも１５０℃低い温度（Ｔｇ−１５０℃）以上の雰囲気中を通過させて、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づけることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項６】
前記鋳型を複数用意するとともに、そのうちの一つを前記パイプの下方に配置し、
前記パイプの下方に配置した鋳型に熔融ガラスを連続的に流し込んでガラス成形体を成形し、
次いで鋳型への熔融ガラスの流し込みを中断して、熔融ガラスが流し込まれた鋳型を前記パイプ下方から搬出し、該搬出された鋳型からガラス成形体を取り出す工程、
前記搬出後、前記熔融ガラスが流し込まれた鋳型とは異なる鋳型を前記パイプ下方に搬入、配置し、前記搬入した鋳型に熔融ガラスの流し込みを行う工程
を繰り返し行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項７】
前記貫通孔は、前記入口と出口が直線的に連絡し、
前記鋳型を、前記入口が出口よりも高い位置になるように配置し、
前記熔融ガラスの流し込みを、前記貫通孔内における熔融ガラス液面の高さが一定になるように行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項８】
前記鋳型を、前記貫通孔の中心軸が鉛直になるように配置することを特徴とする請求項７に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項９】
前記ガラス成形体が３ｍｍ以上の厚みを有する板状ガラスである請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記ガラス成形体が３ｍｍ以上の外径を有する棒状ガラスである請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を行った後のガラス成形体を切断または割断することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を行った後のガラス成形体の側面にスクライブ加工を施すとともに、前記スクライブ加工を施した部位でガラス成形体を割断する請求項１１に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記出口から取り出された中実状のガラスの側面を保持して、前記ガラスの貫通孔からの取り出し速度を制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記出口から取り出された中実状のガラスの先端部を支持して、前記ガラスの貫通孔からの取り出し速度を制御することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１５】
加熱、軟化してプレス成形するためのプレス成形用ガラス素材の製造方法において、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の製造方法により作製したガラス成形体を機械加工してガラス素材とすることを特徴とするプレス成形用ガラス素材の製造方法。
【請求項１６】
前記ガラス成形体が棒状ガラスまたは板状ガラスからなり、
前記機械加工は、棒状ガラスまたは板状ガラスの中心軸に対して垂直にガラス成形体を切断または割断する加工を含む請求項１５に記載のプレス成形用ガラス素材の製造方法。
【請求項１７】
前記棒状ガラスの側面にスクライブ加工を施し、スクライブ加工を施した部位および前記部位を挟む両側の棒状ガラス側面に、前記部位を挟む両側の棒状ガラスが互いに離間する動きを妨げない状態にて圧力を加え、前記スクライブ加工を施した部位で棒状ガラスを割断することを特徴とする請求項１６に記載のプレス成形用ガラス素材の製造方法。
【請求項１８】
ガラス素材を加熱し、プレス成形型を用いてプレス成形する光学素子の製造方法において、
請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の製造方法により作製したプレス成形用ガラス素材を加熱してプレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１９】
熔融ガラスからガラス成形体を成形し、機械加工する光学素子の製造方法において、
前記ガラス成形体を請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法により作製することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熔融ガラスから中実状のガラス成形体、例えば棒状ガラスや板状ガラスを成形する方法、および前記方法を用いてプレス成形用ガラス素材を製造する方法、前記プレス成形用素材を加熱してプレス成形する光学素子の製造方法、ならびに前記ガラス成形体に機械加工を加えて光学素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ、ビデオカメラなどの普及に伴い、近年、高屈折率ガラスからなる光学素子や、低分散ガラスからなる光学素子の需要が高まっている。
このような光学素子を製造する方法として、特許文献１に記載されている方法が知られている。この方法では、清澄、均質化した熔融ガラスをパイプから連続的に流出し、パイプの下方に配置した鋳型に流し込む。鋳型に流し込まれた熔融ガラスは鋳型内で一定の厚みになるように水平方向に板状に広がりながら、底面と側面からは鋳型によって熱が奪われ、上面からは雰囲気中に放熱しながら冷却され、板状ガラスに成形される。成形された板状ガラスは鋳型から水平方向に引き出される。次いで、板状ガラスを賽の目状に切断し、エッジ部分を丸め、表面を粗面化した後、粉末状の離型剤を全表面に塗布して大気中で加熱、軟化し、プレス成形して光学素子に近似した形状にする。その後、プレス成形品を研削、研磨して光学素子に仕上げる。
【特許文献１】特開平１０−２５１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
撮像光学系の小型化や光学素子の軽量化のためには、より屈折率の高いガラスが必要となる。しかし、一般に、このような高屈折率ガラスは従来のガラスと比較してガラスネットワーク形成成分の含有量に対する高屈折率付与成分の含有量の割合が大きくなっているため、ガラスとしての安定性が低い。安定性が低いガラスでは、熔融ガラスをパイプから流出して成形する際、流出温度を高くしないとガラスが失透してしまう。失透を防止するには流出温度を高くしなければならず、流出時のガラスの粘性は低くなる。
【０００４】
ところで、熔融ガラス流出パイプ内での熔融ガラスの流れは層流状態になっており、パイプ中心軸に対して垂直な断面におけるガラスの流速分布は中心軸付近で最大、中心軸から離れるにつれて減少し、パイプ内壁に接する部分で最小になっている。したがって、同時にパイプに流入したガラスでもパイプ中心軸に沿って流れるほうが、パイプ内壁に沿って流れるよりも早くパイプから流出する。この傾向は、流出時のガラスの粘性が低くなるほど顕著になる。
【０００５】
パイプに流入したガラスの屈折率は、時間とともに僅かながら変動する（ガラスを連続して熔解する場合は特に変動する）ため、パイプ内のガラスの流れの経路によってパイプ通過に要する時間に差があると、流出口でのパイプ中心軸に垂直な断面においてガラスの屈折率分布が生じる。つまり、パイプから流出する熔融ガラス流の中心部と表面部の間に僅かながら屈折率差が生じる。この屈折率差は流出時の粘性が低いほど大きくなる傾向がある。
【０００６】
このように中心部と表面部の間に屈折率差がある熔融ガラス流を前述のように鋳型に流し込むと、熔融ガラス流の中心部のガラスと表面部分のガラスが鋳型内で混じりあい、成形したガラス中に脈理が生じてしまう。特に屈折率が高いガラスほど、ガラス中の屈折率差は脈理として見えやすい傾向がある。したがって、パイプから熔融ガラスを流出させて粘性の低いガラスを成形する際、脈理の問題は深刻なものとなる。
【０００７】
前述のように高屈折率ガラスを成形する場合だけでなく、フッ素含有ガラスを成形する際にも、脈理の問題がある。熔融状態のフッ素含有ガラスでは、雰囲気に晒されたガラス表面からフッ素が揮発してガラス表面が変質する。フッ素含有ガラスをパイプから流出すると、ガラスが成形雰囲気に晒されてフッ素が揮発するため、熔融ガラス表面が変質する。このような熔融ガラス流を鋳型に流し込むと、表面の変質した部分がガラス内部に入り込んで脈理になってしまう。
【０００８】
このように、高屈折率ガラスのような流出時の粘性が低いガラス、フッ素含有ガラスは、いずれも脈理が発生しやすく、高品質が求められる光学素子用のガラスを製造する際の歩留まり向上の障害となっていた。
【０００９】
脈理を低減するには、熔融ガラス流の内部と表面部とが鋳型内で混じらないようにする必要がある。そのためには、鋳型に流し込まれたガラスの進行方向の流れを極力妨げないようにするとともに、鋳型内のガラス側面全体を急冷することが望ましい。
また、フッ素含有ガラスに代表されるように揮発しやすい成分を含むガラスを成形する場合、鋳型中での雰囲気に晒される高温のガラス表面の面積を極力小さくすればよく、そのためには、ガラスの鋳込み口と成形したガラスを取り出す取り出し口を除いて鋳型により高温のガラスを密閉することが望ましい。
このように、低粘性のガラスでもフッ素含有ガラスでも、鋳込み口と成形したガラスを取り出す口を除いて鋳型で高温のガラス表面を密閉するとともに、密閉したガラス側面に鋳型を接触させて熱を奪い、ガラスを側面から急冷すればよい。
【００１０】
しかし、このようにして脈理発生を低減、防止しても次のような問題が存在する。
上記方法では、鋳型内でガラス表面の大部分を鋳型に接触させて急冷するため、鋳型から取り出したガラスの表面温度に比べ、ガラスの内部の温度が高くなっている。ガラスは固化する際に大きな体積収縮を起こすが、ガラス表面が先に固化して流動性、塑性変形性を失った状態で、内部が遅れて固化し大きな体積収縮を起こすと、表面部分が内部に追従して塑性変形することができない。これにより、ガラス成形体中に大きな応力が発生する。この応力は流出時の粘性が低いほど大きくなり、高屈折率ガラスのような流出時の粘性が低いガラスの場合、ガラス成形体自体を爆発的に破壊してしまうほど大きくなる場合がある。
また、フッ素含有ガラスの場合は熱膨張係数が大きいため、内部と表面の間に大きな温度差がある状態でガラスを固化すると、ガラス成形体内に大きな応力が発生し、ガラスが破損しやすくなる。
このようにいずれのガラスとも脈理発生を低減、防止しようとすると、ガラス成形体の内部応力によりガラス成形体が爆発的に破壊されたり、内部応力によってガラス成形体が破損しやすいという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、脈理の発生しやすいガラス、特に流出時の粘度の低いガラスやフッ素含有ガラスからなる光学的に均質な中実状のガラス成形体を破損させることなく安定して製造するガラス成形体の製造方法、前記製法を用いてプレス成形用ガラス素材を製造する方法、前記プレス成形用ガラス素材をプレス成形して光学素子を製造する方法、および前記ガラス成形体を機械加工して光学素子を製造する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】
【００１２】
上記目的を達成するための手段は、以下の通りである。
[１]  貫通孔を有する鋳型を用い、パイプから流出する熔融ガラスを前記貫通孔の入口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に取り出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
前記貫通孔内の少なくとも一部の領域（以下、「冷却領域」という）において、前記貫通孔内のガラス側面を前記貫通孔の内壁に接触させることにより前記ガラスの熱を前記側面から奪うとともに、
前記冷却領域を通過したガラスを前記ガラスの転移温度（Ｔｇ）よりも１５０℃低い温度（Ｔｇ−１５０℃）以上の環境下を通過させることにより、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づけることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
[２]  前記ガラス成形体は、液相温度における粘度が１００ｄＰａ・ｓ未満のガラスからなることを特徴とする[１]に記載のガラス成形体の製造方法。
[３]  前記ガラス成形体は、液相温度における粘度が１０ｄＰａ・ｓ以下のガラスからなることを特徴とする[２]に記載のガラス成形体の製造方法。
[４]  前記ガラス成形体は、フッ素含有ガラスからなることを特徴とする[１]に記載のガラス成形体の製造方法。
[５]  前記出口から取り出されたガラスを前記ガラスの転移温度（Ｔｇ）よりも１５０℃低い温度（Ｔｇ−１５０℃）以上の雰囲気中を通過させて、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づけることを特徴とする[１]〜[４]のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
[６]  前記鋳型を複数用意するとともに、そのうちの一つを前記パイプの下方に配置し、
前記パイプの下方に配置した鋳型に熔融ガラスを連続的に流し込んでガラス成形体を成形し、
次いで鋳型への熔融ガラスの流し込みを中断して、熔融ガラスが流し込まれた鋳型を前記パイプ下方から搬出し、該搬出された鋳型からガラス成形体を取り出す工程、
前記搬出後、前記熔融ガラスが流し込まれた鋳型とは異なる鋳型を前記パイプ下方に搬入、配置し、前記搬入した鋳型に熔融ガラスの流し込みを行う工程
を繰り返し行うことを特徴とする[１]〜[５]のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
[７]  前記貫通孔は、前記入口と出口が直線的に連絡し、
前記鋳型を、前記入口が出口よりも高い位置になるように配置し、
前記熔融ガラスの流し込みを、前記貫通孔内における熔融ガラス液面の高さが一定になるように行うことを特徴とする[１]〜[６]のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
[８]  前記鋳型を、前記貫通孔の中心軸が鉛直になるように配置することを特徴とする[７]に記載のガラス成形体の製造方法。
[９]  前記ガラス成形体が３ｍｍ以上の厚みを有する板状ガラスである[１]〜[８]のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
[１０]  前記ガラス成形体が３ｍｍ以上の外径を有する棒状ガラスである[１]〜[８]のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
[１１]  前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を行った後のガラス成形体を切断または割断することを特徴とする[１]〜[１０]のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
[１２]  前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を行った後のガラス成形体の側面にスクライブ加工を施すとともに、前記スクライブ加工を施した部位でガラス成形体を割断する[１１]に記載のガラス成形体の製造方法。
[１３]  前記出口から取り出された中実状のガラスの側面を保持して、前記ガラスの貫通孔からの取り出し速度を制御することを特徴とする[１]〜[１２]のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
[１４]  前記出口から取り出された中実状のガラスの先端部を支持して、前記ガラスの貫通孔からの取り出し速度を制御することを特徴とする[１]〜[１３]のいずれかに記載のガラス成形体の製造方法。
[１５]  加熱、軟化してプレス成形するためのプレス成形用ガラス素材の製造方法において、
[１]〜[１４]のいずれかに記載の製造方法により作製したガラス成形体を機械加工してガラス素材とすることを特徴とするプレス成形用ガラス素材の製造方法。
[１６]  前記ガラス成形体が棒状ガラスまたは板状ガラスからなり、
前記機械加工は、棒状ガラスまたは板状ガラスの中心軸に対して垂直にガラス成形体を切断または割断する加工を含む[１５]に記載のプレス成形用ガラス素材の製造方法。
[１７]  前記棒状ガラスの側面にスクライブ加工を施し、スクライブ加工を施した部位および前記部位を挟む両側の棒状ガラス側面に、前記部位を挟む両側の棒状ガラスが互いに離間する動きを妨げない状態にて圧力を加え、前記スクライブ加工を施した部位で棒状ガラスを割断することを特徴とする[１６]に記載のプレス成形用ガラス素材の製造方法。
[１８]  ガラス素材を加熱し、プレス成形型を用いてプレス成形する光学素子の製造方法において、
[１５]〜[１７]のいずれかに記載の製造方法により作製したプレス成形用ガラス素材を加熱してプレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
[１９]  熔融ガラスからガラス成形体を成形し、機械加工する光学素子の製造方法において、
前記ガラス成形体を[１]〜[１４]のいずれかに記載の方法により作製することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光学的に均質な中実状のガラス成形体を破損させることなく安定して製造するガラス成形体の製造方法、前記製法を用いてプレス成形用ガラス素材を製造する方法、前記プレス成形用ガラス素材をプレス成形して光学素子を製造する方法、および前記ガラス成形体を機械加工して光学素子を製造する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
[ガラス成形体の製造方法]
本発明のガラス成形体の製造方法は、
貫通孔を有する鋳型を用い、パイプから流出する熔融ガラスを前記貫通孔の入口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に取り出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
前記貫通孔内の少なくとも一部の領域（冷却領域）において、前記貫通孔内のガラス側面を前記貫通孔の内壁に接触させることにより前記ガラスの熱を前記側面から奪うとともに、
前記冷却領域を通過したガラスを前記ガラスの転移温度（Ｔｇ）よりも１５０℃低い温度（Ｔｇ−１５０℃）以上の環境下を通過させることにより、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づけることを特徴とするガラス成形体の製造方法
である。
【００１５】
本発明のガラス成形体の製造方法では、貫通孔を有する鋳型を用い、パイプから流出する熔融ガラスを前記貫通孔の入口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に取り出して中実状のガラスに成形する。
光学的に均質なガラス成形体を成形するには、鋳型内においても熔融ガラスの流れを乱さないことが重要である。中空状のガラスを成形するには、中空部分、すなわちガラスを充填させない部分に熔融ガラスが流れ込まないよう、鋳型内にガラスの流れを部分的に阻止する機構を設けることになる。例えば、棒状ガラス成形体の中心軸部分を中空に成形したいときには、鋳型の中心軸に沿って鋳型同様、耐熱性の高い棒を配置し、この棒を囲むように熔融ガラスを流し込む。その際、上記棒に相当する中空部分へのガラスの充填を阻止する機構が熔融ガラスの流れを乱すことになる。一方、本発明は光学的に均質なガラス成形体を得ることを目的としており、そのためガラス成形体も中空部分が存在しない中実状のガラス成形体とする。
【００１６】
本発明で使用する鋳型は、貫通孔を有し、前記貫通孔は、熔融ガラスを流し込む入口と中実状のガラスを取り出す出口を備えている。本発明では、熔融ガラス流出パイプから流出する熔融ガラスを、貫通孔の入口に連続的に流し込む。そして、前記貫通孔内の少なくとも一部の領域（冷却領域）において、熔融状態から少なくとも表面が固化するまでのガラスの側面、すなわち、ガラスが全体として移動する方向に対して垂直方向を向く面を前記貫通孔の内壁に接触させることにより、ガラスの熱を側面から奪う。これにより、脈理の発生しやすいガラス、特に流出時の粘度が低いガラスやフッ素含有ガラスにおける脈理発生を低減または防止することができる。特に、側面と貫通孔内壁との間に隙間が生じないように側面全周を貫通孔の内壁に接触させることにより、効率的にガラスを冷却することができる。
【００１７】
後述するように、ガラスの失透を防ぐためには、パイプから流出して貫通孔入口に流し込まれる熔融ガラスの温度は、液相温度近傍以上の温度とすることが好ましい。具体的には、貫通孔入口に流し込む熔融ガラスの表面温度は、（液相温度＋１０℃）〜（液相温度＋１００℃）の範囲とすることが好ましい。貫通孔入口に流し込む熔融ガラス流の表面温度は、流出パイプ下端の温度と同じと見なすことができ、流出パイプ下端の温度は、熱電対で測定することができる。また、貫通孔入口に流し込む熔融ガラスの中心部の温度は、熔融ガラス内部に熱電対を差し込むことによって測定することができる。このように測定される熔融ガラス流の表面温度と中心部の温度との温度差を、１２０℃以内にすることが好ましく、６０℃以内にすることがより好ましく、５０℃以内にすることが更に好ましい。である。
【００１８】
鋳型（貫通孔内壁）の温度は、（１）ガラスが融着しない、（２）熔融ガラスが貫通孔内に隙間なく広がる、等の点を考慮して決定することが好ましい。鋳型には、温度制御のために、必要に応じてヒーターを設けたり、冷却器を設けてもよい。貫通孔出口でのガラス成形体表面の温度が高すぎる場合には、鋳型を空冷したり、水冷板を設ける等して冷却することにより、また、温度が低すぎる場合には、ヒーターにより加熱することにより、調整することができる。
【００１９】
前記冷却領域における貫通孔上部内壁の温度は、例えば、成形するガラスのガラス転移温度よりも５０〜１５０℃低い温度とすることができる。後述するように貫通孔内のガラス流路全体を冷却領域とする場合、貫通孔内壁の温度は、入口付近において、成形するガラスのガラス転移温度よりも２０〜５０℃低い温度とすることができ、成形炉を使用する場合は、出口付近において、ガラス転移温度よりも１００〜４００℃低い温度とし、入口と出口の中間部において、入口付近の温度以下であって、出口付近の温度以上とすることができる。なお、貫通孔内壁の温度は、鋳型に穴を開けて熱電対を貫通孔内壁に近いところまで挿入して測定することができる。
【００２０】
このように、冷却領域において、ガラス側面を貫通孔内壁に接触させて熱を奪うことにより、ガラスの冷却を促進し、脈理の発生を防止または低減することができる。しかし、先に説明したように、特に流出時の粘度が低いガラスやフッ素含有ガラスでは、鋳型から取り出したガラスの内部と表面との温度差が過度に大きいと、内部応力によってガラスが破壊または破損することがある。そこで、本発明では、前記冷却領域を通過したガラスを、前記ガラスの転移温度（Ｔｇ）よりも１５０℃低い温度（Ｔｇ−１５０℃）以上の環境下を通過させることにより、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける。これにより、脈理の低減、防止のために冷却領域において急速に冷却されたガラスが、冷却領域通過後に内部応力によって破壊または破損することを防ぐことができる。
【００２１】
前記冷却領域は、貫通孔内のガラス流路全体であることができる。この場合、前記（Ｔｇ−１５０℃）以上の環境は、貫通孔出口から取り出されたガラスが晒される雰囲気であることができる。このように、貫通孔出口から取り出されたガラスを、（Ｔｇ−１５０℃）以上の雰囲気中を通過させて、ガラスの中心部と側面の温度を近づける場合、貫通孔出口から取り出されたガラスを即、前記雰囲気中に入れることが好ましい。
【００２２】
また、本発明では、貫通孔内を入口側と出口側の２つの領域に大別し、入口側の領域でガラス側面を貫通孔内壁に接触させてガラスの熱を側面から奪う操作を行うとともに、出口側の領域の貫通孔内壁温度を、ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも１５０℃低い温度（Ｔｇ−１５０℃）以上に制御することもできる。この場合、前記（Ｔｇ−１５０℃）以上の環境は、上記温度制御された出口側の領域である。ここで、入口側の領域と出口側の領域を断熱して両領域における温度の制御を容易にするようにしてもよい。
【００２３】
上記いずれの場合も、ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作は、ガラス転移温度よりも１００℃低い温度（Ｔｇ−１００℃）以上の環境下にガラスを通過させて行うことが好ましく、ガラス転移温度よりも５０℃低い温度（Ｔｇ−５０℃）以上の環境下にガラスを通過させて行うことがより好ましく、ガラス転移温度（Ｔｇ）の環境下にガラスを通過させて行うことがさらに好ましい。
【００２４】
前記環境下の温度を低くしすぎると、ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を成形炉内で行う場合は、炉を長大にしなければならなくなる。また、鋳型内でガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を行う場合は、鋳型を長大にしなければならなくなる。その結果、大きなスペースが必要になったり、貫通孔出口からのガラスの取り出し速度を制御することが難しくなる。
また、ガラス成形体を割断する場合は、ガラスの温度が低くなりすぎると、ガラスのヤング率が増加するので割断しにくくなる。本発明において、熔融ガラスからガラス成形体になるまでガラスは連続体であり、大きな力でガラス成形体を割断するとその衝撃が鋳型中の熔融ガラスにまで及び、ガラスの流れを乱すなど、高品質なガラス成形体を得る上で不具合を生じるおそれがある。ワイヤーソーや砥石などによる切断も可能ではあるが、ガラスを室温付近まで冷却しなければならず、このような冷却には、長さ数十ｍにも及ぶ徐冷のためのスペースが必要となるため好ましくない。ガラス成形体の割断を良好に行うためには、ガラスの温度は転移温度付近以下であることが好ましく、転移温度よりも１５０℃低い温度以上かつ転移温度以下であることがより好ましく、転移温度よりも１００℃低い温度以上かつ転移温度以下であることが更に好ましく、転移温度よりも５０℃低い温度以上かつ転移温度以下で行うことがより一層好ましく、転移温度付近で行うことが特に好ましい。以上の点を考慮し、本発明では、ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を、（Ｔｇ−１５０℃）以上の環境下で行う。ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を行った後、すなわち歪みを低減した後に、ガラス成形体の割断あるいは切断を行うことで、ガラス成形体を所望の位置で破損させることなく分離することができる。
【００２５】
ガラスの内部と側面の温度を近づける操作を行うための温度の上限は、ガラス側面の急冷によって形作られたガラスの外径形状（取り出し方向に垂直な断面形状）が変形しない温度にすればよく、好ましくはガラスの軟化温度以下、より好ましくは軟化温度未満にすればよい。
上記操作を雰囲気中で行う場合は、成形炉と呼ばれる炉を貫通孔出口に連接し、貫通孔の出口から連続して取り出されるガラスがそのまま炉内へと進み、中心部と側面の温度が近づいた状態になったときに炉外へと出るようにすればよい。また、炉内を通過する時間は、ガラス成形体の内部応力を爆発的な破壊が起きない程度、または僅かな熱的衝撃や機械的衝撃により破損しない程度にまで低減可能な時間とすればよい。そのためには、ガラスの取り出し速度と炉内通過時間を考慮して、ガラスの取り出し方向に沿う成形炉の長さを適宜、実験等により決めればよい。炉内の雰囲気温度制御は、例えば炉内に配置したヒーターに流す電流値または電流を流す時間をコントロールすることにより行うことができる。
【００２６】
本発明では、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を行うことにより、ガラス中心部と側面の温度差を、例えば０〜１５０℃、好ましくは０〜１００℃、より好ましくは０〜５０℃とすることができる。なお、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作は、ガラスを室温付近まで徐冷する操作であるアニールとは異なり、ガラスの温度が室温よりもかなり高温の状態で終了するものである。
【００２７】
次に、本発明において使用される鋳型について説明する。
ガラスの融着、広がり、曲がり等を防止するという観点から、鋳型において、貫通孔の長さに対する内径の比（内径／長さ）を、１／５０〜３倍の範囲にすることが好ましい。より好ましくは１／２０〜２倍の範囲である。また貫通孔内径は、得ようとするガラス成形体の外径を考慮して決定すべきであり、例えば、１０〜１００ｍｍとすることができる。但し、この寸法に限定する意図ではない。
【００２８】
鋳型内でのガラスの動きを妨げないようにするには、鋳型のガラスが通過する任意の部分のガラス移動方向に垂直な断面形状を、ガラス成形体の移動方向に垂直な断面形状と等しくすることが望ましい。鋳型の温度分布を制御しない場合は、成形中の鋳型の入口側の温度は出口側の温度よりも高くなるため、室温において貫通孔の内径を一定に形成すると、鋳型の熱膨張のため、成形時にはガラスの移動方向に沿った貫通孔の内径が一定にならなくなる。本発明では、入口から出口に行くにつれて、貫通孔内径を大きくし、成形時にガラスの移動方向に沿って前記内径が一定になるように、または出口に向けて僅かに拡大するように、熱膨張を考慮して貫通孔をテーパー状とし、テーパーの傾きを決めることが好ましい。特に、流出時の粘性が低いガラスを成形する場合やガラスの濡れ性が高い材質からなる鋳型を使用する場合、ガラスが鋳型に焼き付かないようにするため、テーパーの傾きを大きくすることが望ましい。
【００２９】
本発明において用いられる鋳型の材質としては、カーボン、鋳物、ニッケルなどの耐熱性金属が好ましい。本発明において、熔融ガラスからガラス成形体を作製する工程は、鋳型の劣化を防止するという観点から、不活性雰囲気中で行うことが好ましい。
【００３０】
後述するフッ素含有ガラスのように、雰囲気がガラス成形体の品質に影響を及ぼす場合には、パイプ流出口と貫通孔入口との間の熔融ガラスの流れる経路を囲んで、その中の雰囲気を制御することが好ましい。本発明では、高温のガラスの雰囲気に晒される面の面積は、従来の成形方法のように大きくないので、パイプ先端と成形装置全体を密閉してその内部の雰囲気を置換しなくても、上記のように必要最小限の狭い範囲を囲んで内部雰囲気を所望のガスと置換すれば、雰囲気制御の目的を達成することができる。高温のガラス表面から揮発を抑制したり、パイプ先端の外周面へのガラスの濡れ上がりを低減、防止してガラス成形体の品質を向上させる上から、上記雰囲気を乾燥雰囲気、不活性ガス雰囲気、または乾燥状態の不活性ガス雰囲気にすることが好ましい。
この方法は、冷却領域を通過したガラスを、前記ガラスの転移温度よりも１５０℃低い温度以上の環境下を通過させて、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作の有無によらず、揮発成分、例えばフッ素成分を含むガラスから成形体を作製する場合、脈理を低減、防止する方法として好適であり、特にフツリン酸ガラスの成形に好適である。
【００３１】
本発明の好ましい態様は、入口と出口が直線的に連絡する貫通孔を備えた鋳型を用いる方法である。この方法では、入口が出口よりも高位置になるように鋳型を配置し、貫通孔内における熔融ガラス液面の高さが一定になるように、熔融ガラスの流し込みを行うことが好ましい。
【００３２】
上記好ましい態様の一例を図１に示す。図１に示すように、パイプ１内を流下した熔融ガラスを鋳型２に流し込んで高位置から低位置へとガラスが移動する過程で、ガラス成形体に成形する。図１に示すように、流し込まれたガラスの通過する部分が入口と出口を直線的に連絡する貫通孔となっていれば、鋳型内においてより一層熔融ガラスの流れがスムーズになり、流れが乱れにくくなり、結果として光学的に均質なガラス成形体をより安定して作製することができる。
【００３３】
本発明では、図１に示すように、貫通孔の中心軸が鉛直になるように（鉛直線に一致するように）鋳型２を配置することが好ましい。但し、前記中心軸を鉛直線に対して傾けて配置してもよい。中心軸を鉛直にして鋳型２を配置すると、パイプ１中を鉛直下方に流下した熔融ガラスの流れが、全体としての流れの向きを変えずに鋳型内を出口方向に向かって進むため、鋳型内の流れの乱れはより一層低減され、脈理低減効果をより一層高めることができる。
【００３４】
また、入口と出口が直線的に連絡した貫通孔に熔融ガラスを流し込むことにより、真っ直ぐなガラス成形体を得ることができる。真っ直ぐなガラス成形体は、ガラス成形体を加工してプレス成形用ガラス素材を作製したり、光学素子を作製する上で都合がよい。このように直線状の中心軸を有し、中心軸に対して垂直な断面の形状、寸法が任意の位置において等しいガラス成形体を得るためには、入口と出口を直線的に連絡する貫通孔を有する鋳型を使用するとともに、鋳型から取り出したガラスを均一に冷却することが望ましい。均一な冷却を行うことにより、ガラスの収縮を均等にし、ガラス成形体の直進性を維持することができる。また、本発明では、前述のようにガラスの中心部と側面の温度を近づける操作をすることにより、ガラス成形体の直進性を向上することができるという利点もある。
【００３５】
成形条件を安定化するためには、貫通孔内における熔融ガラス液面の高さを一定にすることが好ましい。そのためには、パイプ１からの熔融ガラスの流出量を一定にし、ガラスを出口から取り出す速度を一定にすればよい。但し、熔融ガラスの流出量は時間経過とともに僅かながら変動することがあるため、常に上記液面の高さが一定になるように、ガラスを鋳型から取り出す速度を制御することが望ましい。
【００３６】
次に、貫通孔出口からのガラスの取り出しについて説明する。
本発明において貫通孔出口からのガラスの取り出し方法としては、ガラスの自重による下方移動、ガラスを貫通孔出口から引き出すこと、ガラスに働く重力に加え、ガラスに引き出しの力を加えて引き出すことのいずれの取り出し方法を用いることもできる。また、取り出しによってガラスはほとんど延びないので、ガラスの取り出し速度とは、上記取り出されたガラス成形体の移動速度に相当する。取り出し速度の制御とは、取り出し速度が所望の速度になるようにガラス成形体を引き出す力を制御したり、ガラスが自重によって下方に所望の速度よりも大きな速度で移動する場合には、ガラス成形体が減速するような力を加え、取り出し速度が所望の速度になるよう制御することを意味する。
【００３７】
貫通孔出口からのガラスの取り出し速度が大きすぎたり小さすぎると、貫通孔内における熔融ガラス液面の高さが一定にならず、貫通孔内壁とガラスの間に隙間ができ、ガラス成形体の寸法が安定しない。極端な場合には、熔融ガラスが鋳型から溢れ出したり、ガラス成形体の形状が不良になってしまう。そのため、上記取り出し速度を制御することが好ましい。
【００３８】
ガラス成形体の取り出し速度の制御の一例としては、図１に示すように、貫通孔出口から取り出されるガラスの、貫通孔内壁によって成形された面（側面）を保持して、ガラス成形体の出口から取り出される速度を制御する方法を挙げることができる。例えば、複数のローラ３でガラス成形体の側面を挟持して、ローラ３とガラス成形体側面６とが滑らないようにした状態で、ローラ３の回転速度を制御してガラス成形体の下方への移動速度を制御する。上記複数のローラ３をガラス成形体の移動経路に沿って複数組配置し、ガラス成形体に働く重力を複数組のローラで分散して支持することが望ましい。このようにすることで、ローラ間をガラス成形体が滑って取り出し速度の制御が不能になることを、より確実に防止することができる。上記ローラは上記成形炉７内に配置することが望ましい。成形炉７内を通過したガラス成形体は歪みが低減されており、かつ、ローラ３よりも下方のガラス成形体は、ローラ３による保持によって吊り下げ状態になっている。よって、ローラ３よりも下方のガラス支持体を、上部のガラスから分離しても、ガラスの取り出し速度の制御に悪影響を及ぼすことはない。また、成形炉７を出たガラス成形体は歪みが低減されているので、ガラス成形体の分離によってガラスを破損することもない。更に、アニールを行ったガラス成形体を、上記保持位置を通過した後の位置において切断または割断すれば、熔融ガラスの鋳型への流し込みを中断しなくてもよいので好都合である。このようにすれば、保持すべきガラス成形体の重量が過大にならずに済むため、ガラスの取り出し速度制御の面から有利であり、しかも、ガラス成形体を成形しながら切り離したガラス成形体を次の工程へ送ることができ、ガラス成形体の生産性を高めることもできる。
【００３９】
他方、ガラス側面を保持して取り出し速度を制御する方法では、ガラスを挟持する力を大きくし過ぎるとガラスが破損するため、所定の力以上の力を加えることができない。そのため、ガラス成形体の重量が大きくなるとガラス成形体がローラ間を滑って、速度制御が困難となる。このような事態を避けるには、貫通孔の出口から取り出されたガラスの先端部を支持することにより、貫通孔からのガラスの取り出し速度を制御する方法を用いればよい。その一例を、図２に示す。この方法は、側面を保持する方法と異なり、摩擦力によってガラス成形体を保持するものではないため、大重量のガラス成形体の成形に好適である。
【００４０】
上記いずれの取り出し速度制御法においても、取り出し速度の制御は鋳型内の熔融ガラス液面の高さを液面センサ４によってモニターし、前記モニター信号に基づき液面の高さが基準高さよりも高い場合は取り出し速度を増加し、液面の高さが基準高さよりも低い場合は取り出し速度を減少させる制御を行うことができる。例えば、上記モニター信号を取り出し速度コントローラ５に入力し、コントローラ５において基準高さとモニターした液面の高さを比較して、その結果を取り出し速度にフィードバックする。ローラ３（図１参照）によるガラス側面の挟持により取り出し速度を制御する方法では、コントローラ５が出力する制御信号をローラ３を回転するモータのコントローラに入力し、ローラ３の回転速度を制御することができる。貫通孔出口から取り出されたガラスの先端部を支持して取り出し速度を制御する方法（図２参照）では、先端部を支持する機構（支持機構８）のアクチュエータにコントローラ５が出力する制御信号を入力して、ガラス先端部を支持する部材の移動速度が所望の速度になるように制御することができる。鋳型内の熔融ガラス液面の高さのモニターの方法は特に限定されず、温度計やレーザーセンサー等を用いる方法を例示することができる。
【００４１】
ところで、貫通孔の中心軸と鉛直線のなす角を増加していくと、鋳型貫通孔とガラス成形体側面の摩擦力が増加し、ガラス成形体が大重量になってもガラス成形体側面を保持する方法でも取り出し速度の制御が可能になる。したがって、流出時における粘性が極端に低くないガラスから、大重量のガラス成形体を成形する場合は、貫通孔の中心軸を鉛直線に対して傾けて鋳型を配置することもできる。
【００４２】
次に、取り出し中のガラス成形体の分離方法について説明する。
貫通孔出口より取り出したガラスは、内部と側面の温度を近づける操作によって内部応力が低減され、爆発的な破壊、または僅かな熱的衝撃や機械的衝撃による破損の危険は解消されている。さらに、このガラスを室温まで冷却するには、鋳型からガラスを長く引き出さなければならない。そのためには、鋳型下方に大きなスペースが必要になったり、ガラス成形体の重量が過大になって取り出し速度の精密な制御が困難になるおそれがある。そこで、本発明では、ガラス成形体の温度がガラス転移温度付近になったところでガラス成形体の切り離しを行うことが望ましい。
【００４３】
切り離し方法の具体例を、図３〜図５に示す。図３に示すように、所定の位置においてガラス成形体の側面の一部に、スクライブ加工によってガラス成形体の取り出し方向に対して垂直な方向にケガキ線（刻線）を形成し、ガラス成形体の中心軸を挟んで前記スクライブ加工を施した位置の反対側の側面を局所的に支持する支点を置き、前記支点により支点より上部のガラス成形体の動きを制限しつつ、ガラス成形体側面のスクライブ加工位置の下方に水平方向に圧力を加えて、図４に示すように支点を中心にスクライブ加工を施した部分からガラス成形体を破断させてガラス成形体を割断する方法が好ましい。
【００４４】
また、外径が大きいガラス成形体を割断する場合には、図５に示すように内部に水路が形成された金属製のジャケットをスクライブ加工部位に局所的に接触させて、熱衝撃によりケガキ線からガラス内部へと向かうクラックを発生させ、ガラス成形体の中心軸を挟んでケガキ線の反対側の側面を支点で支え、ケガキ線よりも下方のガラス成形体に力を加えて、クラックが支点により支えられている部位に向けて成長するようにトルクを働かせてガラス成形体を割断することが好ましい。
【００４５】
冷却過程において発生する内部応力の大小は、ガラス成形体の形状やサイズによっても変わる。例えば、光ファイバのように極めて細いガラス成形体の場合は、内部と表面の温度差ができにくい。また、厚みが極めて薄いシート状のガラスでも、内部と表面の温度差ができにくい。逆に、外径が大きい棒状ガラスや厚い板状ガラスでは内部と表面の温度差が大きくなり、冷却過程において大きな内部応力が発生しやすい。このようなガラス成形体としては、３ｍｍ以上の厚みを有する板状ガラス、または３ｍｍ以上の外径を有する棒状ガラスがある。したがって、本発明は、３ｍｍ以上の厚みを有する板状ガラスの成形に好適であり、５ｍｍ以上の厚みを有する板状ガラスの成形により好適である。また、３ｍｍ以上の外径を有する棒状ガラスの成形に好適であり、５ｍｍ以上の外径を有する棒状ガラスの成形により好適であり、１０ｍｍ以上の外径を有する棒状ガラスの成形にさらに好適であり、１０ｍｍ以上の外径を有する棒状ガラスの成形により一層好適である。
【００４６】
なお、本明細書において、「棒状ガラス」とは、円、楕円、正方形、短辺長に対する長辺長の比（長辺長／短辺長）が２以下の長方形、多角形等の断面形状を有するガラス成形体をいう。また、「板状ガラス」とは、厚みに対する幅の比（幅／厚み）が２を超えるガラス板をいう。
また、棒状ガラスの外径とは、棒状ガラスの中心軸に対し垂直な断面において、ガラスの厚みが最も薄い部分の長さを意味する。例えば、円柱状ガラスでは円柱の中心軸に対して垂直な断面は円になるので、外径は前記円の直径であり、楕円柱ガラスでは中心軸に対して垂直な断面は楕円になるので、外径は前記楕円の短径であり、正四角柱状ガラスでは中心軸に対して垂直な断面は正方形になるので、外径は前記正方形の一辺の長さになる。中心軸に対して垂直な断面が長方形の四角柱状ガラスは、外径が前記長方形の短辺の長さに相当する。
【００４７】
これまで説明した方法は、パイプから流出する熔融ガラスを途切れることなしに鋳型に連続して流し込むものであり、熔融ガラスを流出するパイプの流出口の下方に鋳型を一つ配置することにより、ガラス成形体を連続して成形することを可能にするものである。
次に、複数の鋳型を使用する態様について説明する。
【００４８】
本発明では、前記鋳型を複数用意するとともに、そのうちの一つを前記パイプの下方に配置し、前記パイプの下方に配置した鋳型に熔融ガラスを連続的に流し込んでガラス成形体を成形し、次いで鋳型への熔融ガラスの流し込みを中断して、熔融ガラスが流し込まれた鋳型を前記パイプ下方から搬出し、該搬出された鋳型からガラス成形体を取り出す工程、前記搬出後、前記熔融ガラスが流し込まれた鋳型とは異なる鋳型を前記パイプ下方に搬入、配置し、前記搬入した鋳型に熔融ガラスの流し込みを行う工程を繰り返し行うこともできる。
【００４９】
この方法は、流出時の粘性が低いガラスからなる大重量のガラス成形体を成形する場合に好適である。この方法には、複数の鋳型と、それら鋳型を順次パイプの下方に移動する機構と、熔融ガラスの鋳型への流し込みを中断するための機構が必要になるが、鋳型への熔融ガラスの流し込みと、同じ鋳型からガラス成形体を完全に取り出す操作を同時に行わなくても済むという利点がある。そのため、ガラス成形体の長さが所定の長さに達した時点で鋳型への熔融ガラスの流し込みを中断し、パイプの下方からガラス成形体を鋳型ごと搬出してガラス成形体を切断、割断することなく、鋳型から取り出すことができる。したがって、ガラス成形体の先端部（下端部）を支持してガラス成形体の取り出す速度を制御することができるので、摩擦力を利用したガラス成形体側面を保持する方法とは異なり、大重量のガラス成形体の取り出し速度を高精度に制御することができる。
【００５０】
上記熔融ガラスの流し込みを中断するには、例えば、パイプの流出口と貫通孔入口の間に流出時の粘性が低い熔融ガラス流の切断に好適な一枚刃からなる切断刃を入れて、熔融ガラス流の流れを切断し、鋳型の搬出、搬入が終わった時点で切断刃を退避して熔融ガラスの流し込みを再開すればよい。この方法も上記熔融ガラスの流し込み中断以外ではパイプから流出する熔融ガラスを途切れることなしに鋳型に流し込むことが好ましい。
【００５１】
鋳型の移送は、例えば２つの鋳型を使用し、鋳型を交互にパイプ流出口に搬入、搬出したり、３つ以上の鋳型をターンテーブル等の複数の鋳型を同期して移送する機構上に載せ、上記テーブルをインデックス回転し、鋳型が順次、パイプ流出口の下方で停留するようにすることで行うことができる。
【００５２】
１つの鋳型を使用する方法、複数の鋳型を使用する方法のいずれにおいても、パイプを鉛直に配置し、パイプ流出口の中心の鉛直下方に鋳型内の熔融ガラス液面の中心が位置するよう、鋳型を配置することが好ましい。このようにすることで、熔融ガラスを入口側から出口側に向かってそろった状態で鋳型内を流すことができ、光学的に均質なガラス成形体を得る上で好都合である。
【００５３】
次に成形対象となるガラスについて説明する。
本発明のガラス成形体の製造方法は、液相温度における粘度（以下、「液相粘度」という）が１００ｄＰａ・ｓ未満のガラスからなるガラス成形体を製造する方法として好適である。ガラスを失透させないためには、失透温度域よりも高い温度で熔融ガラスを流出し、ガラスを急冷する必要がある。ガラスの失透温度域は必ずしも液相温度と精密に一致するとは限らないが、目安として液相温度近傍をガラスが失透しない流出温度の下限と考えることができる。したがって、液相粘度が１００ｄＰａ・ｓ未満のガラスを失透させずに流出するには、流出時の粘度を１００ｄＰａ・ｓ未満にする必要がある。そのため、低粘性のガラスを流出することになり、本発明の適用が効果的となる。
【００５４】
このような観点から、本発明は液相粘度が５０ｄＰａ・ｓ以下のガラスの成形に好適であり、液相粘度が１０ｄＰａ・ｓ以下のガラスの成形により好適である。
液相粘度が１０ｄＰａ・ｓ以下のガラスには、高屈折率ガラスが含まれる。このようなガラスには、液相粘度が５ｄＰａ・ｓ以下のガラスや、液相粘度が３ｄＰａ・ｓ以下のガラス、中には液相粘度が１ｄＰａ・ｓ以下のもあり、本発明の適用による効果は、粘性が低いガラスほどより顕著に現れるが、使用するガラスの液相粘度の下限値は特に限定されないが、０．０５ｄＰａ・ｓを一つの目安とすることができる。
【００５５】
液相粘度が低いガラスは、ガラスとしての安定性が低いので、失透を防止する上から速やかに冷却することが好ましい。本発明には、ガラスの貫通孔内壁との接触面積の割合を大きくしてガラスの熱を速やかに奪うことにより、ガラスの失透を防止する効果もある。
前述のように屈折率が高いガラスは、ガラスの安定性が低く、液相粘度も低い。ただし、ガラスの安定性は屈折率だけでなく、分散も関係する。屈折率が同等でも分散が低くなるとガラスの安定性は低下し、液相粘度も低下する。したがって、本発明の適用がより有効な高屈折率ガラスを分散も加味して示すと次のようになる。
【００５６】
第１のガラスは、アッベ数（νｄ）が３６以下で、屈折率（ｎｄ）が１．７４以上の光学ガラスである。
【００５７】
第２のガラスは、アッベ数（νｄ）が３６〜５０であって、屈折率（ｎｄ）が次式（１）で表される範囲の光学ガラスである。
ｎｄ≧１．９２００−０．００５００００×νｄ    ・・・・・・（１）
【００５８】
第３のガラスは、アッベ数（νｄ）が５０〜５５であって、屈折率（ｎｄ）が次式（２）で表される範囲の光学ガラスである。
ｎｄ≧１．８７００−０．００４００００×νｄ    ・・・・・・（２）
【００５９】
第４のガラスは、アッベ数（νｄ）が５５〜６２であって、屈折率（ｎｄ）が次式（３）で表される範囲の光学ガラスである。
ｎｄ≧１．８８５７−０．００４２８５７×νｄ    ・・・・・・（３）
【００６０】
第５のガラスは、アッベ数（νｄ）が６２〜８０であって、屈折率（ｎｄ）が次式（４）で表される範囲の光学ガラスである。
ｎｄ≧２．０３３３−０．００６６６６７×νｄ    ・・・・・・（４）
【００６１】
これらのガラスは、アッベ数（νｄ）が８０以下の領域における高屈折率ガラスに相当するが、中でも屈折率が高く、液相粘度がより一層低いガラスは以下のとおりである。
（ａ）アッベ数（νｄ）が５０以上で屈折率（ｎｄ）が１．７２５以上の光学ガラス。
（ｂ）アッベ数（νｄ）が４５〜５０で屈折率（ｎｄ）が次式（５）で表される範囲の光学ガラス。
ｎｄ≧１．９７５０−０．００５００００×νｄ    ・・・・・・（５）
（ｃ）アッベ数（νｄ）が４５以下で屈折率（ｎｄ）が１．７５以上の光学ガラス。
（ｄ）アッベ数（νｄ）が４５〜５０で屈折率（ｎｄ）が次式（６）で表される範囲の光学ガラス。
ｎｄ≧２．００００−０．００５００００×νｄ    ・・・・・・（６）
（ｅ）アッベ数（νｄ）が４０〜４５で屈折率（ｎｄ）が次式（７）で表される範囲の光学ガラス。
ｎｄ≧２．２５００−０．０１００００×νｄ    ・・・・・・（７）
（ｆ）屈折率（ｎｄ）が１．８５以上の光学ガラス。
（ｇ）屈折率（ｎｄ）が１．８８以上の光学ガラス。
（ｈ）屈折率（ｎｄ）が１．９０以上の光学ガラス。
（ｉ）屈折率（ｎｄ）が１．９５以上の光学ガラス。
（ｊ）屈折率（ｎｄ）が２．００以上の光学ガラス。
（ｋ）屈折率（ｎｄ）が２．０５以上の光学ガラス。
【００６２】
組成面からはガラス成分としてＢ2Ｏ3およびＬａ2Ｏ3を含む光学ガラス、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＷＯ3の少なくとも一種の成分を含むリン酸塩光学ガラス、中でもＮｂ2Ｏ5およびＴｉＯ2を含むリン酸塩光学ガラスなどを例示できる。
【００６３】
Ｂ2Ｏ3およびＬａ2Ｏ3を含む光学ガラスとしては、質量％表示で
Ｂ2Ｏ3    ２〜４５％、
ＳｉＯ2    ０〜３０％、
ＧｅＯ2    ０〜１０％、
Ｌａ2Ｏ3  １０〜５０％、
Ｙ2Ｏ3    ０〜１５％、
Ｙｂ2Ｏ3  ０〜１０％、
Ｇｄ2Ｏ3  ０〜２０％、
Ｔａ2Ｏ5  ０〜１８％、
Ｎｂ2Ｏ5  ０〜３５％、
Ｂｉ2Ｏ3  ０〜２０％、
ＴｉＯ2    ０〜３０％、
ＷＯ3      ０〜１０％、
ＺｒＯ2    ０〜１５％、
ＺｎＯ      ０〜２０％、
ＢａＯ      ０〜３５％、
ＳｒＯ      ０〜１０％、
ＣａＯ      ０〜８％、
ＭｇＯ      ０〜１３％、
Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏを合計量で  ０〜２％、
Ａｌ2Ｏ3  ０〜１０％、
Ｓｂ2Ｏ3  ０〜１％、
ＳｎＯ      ０〜１％
を含むものを例示することができる。
【００６４】
またリン酸塩光学ガラスとしては、質量％表示にて、
Ｐ2Ｏ5    １０〜３２％、
Ｎｂ2Ｏ5  ２７〜６５％、
ＴｉＯ2    ０％を超え２０％以下、
ＢａＯ      ０％を超え３０％以下、
Ｂ2Ｏ3    ０〜１２％、
Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏを合計量で１２％以下、
ＷＯ3      ０〜１２％、
Ｂｉ2Ｏ3  ０〜１５％、
ＳｉＯ2    ０〜３％、
ＺｒＯ2    ０〜４％、
Ｓｂ2Ｏ3  ０〜１％
を含むものを例示することができる。
【００６５】
また、本発明の方法は、液相粘度を室温におけるガラスの密度で割ったガラスの動粘性率が７×１０-5ｍ2／ｓ未満のガラスの成形にも好適である。ガラス成形体の脈理低減、防止を主要目的とする場合、貫通孔の中心軸が直線である（入口と出口が直線的に連絡した）鋳型を使用して、鋳型貫通孔の中心軸を鉛直にして鋳型を配置し、鋳型貫通孔の入口から熔融ガラスを連続して流し込み、上記動粘性率が７×１０-5ｍ2／ｓ未満のガラスからなるガラス成形体を作製することは有効である。鋳型貫通孔の形状、寸法、鋳型の材質については前述の条件をそのまま適用することができる。そして、貫通孔中では、ガラス側面の全周を貫通孔内壁に接触させてガラスの熱を前記側面から奪うことが好ましい。この態様でも、前述のように、熔融ガラスを流出するパイプを鉛直にすることが望ましい。このようにすることにより、パイプ中のガラスの流れ、鋳型中でのガラスの移動方向、およびガラスに働く重力の方向を揃えることができる。これにより、ガラス表面と内部とが混じり合わないようにすることができ、脈理低減、防止効果を向上させることができる。脈理低減、防止効果の向上という観点から、パイプの中心軸と鋳型貫通孔の中心軸とが一致するようにパイプと鋳型の位置関係を調整して、熔融ガラスの流し込みを行うことが好ましい。
【００６６】
動粘性率が７×１０-5ｍ2／ｓ未満のガラスは液相粘度が低いだけでなく密度が大きいため、ガラス成形体中に脈理が生じやすいが、上記方法によれば、脈理をガラス成形体の表面層に局在化させ、内部が脈理を含まない光学的に均質なガラス成形体を大きい体積にわたって得ることができる。このようにして得たガラス成形体は、後述するように、プレス成形用ガラス素材に加工したり、光学素子に加工したり、上記プレス成形用ガラス素材を加熱し、プレス成形して光学素子ブランクや光学素子を作製したり、前記光学素子ブランクを加工して光学素子を作製することもできる。
【００６７】
従来の方法で、動粘性率が３×１０-5ｍ2／ｓ未満のガラスを成形しようとすると、光学ガラスおよびその他の光学用途に使用するレベルの高品質なガラス成形体を得ることは困難である。同様に、動粘性率が４×１０-5ｍ2／ｓ以下のガラスでは上記高品質なガラス成形体を得ることは極めて困難であり、動粘性率が５×１０-5ｍ2／ｓ以下のガラスでは上記高品質なガラス成形体を得ることは困難である。同様に、動粘性率が６．５×１０-5ｍ2／ｓ以下のガラスでは脈理による不良部分が大きくなる。
それに対し、本発明の方法、特に、上記脈理低減、防止を目的とした態様は、動粘性率が６．５×１０-5ｍ2／ｓ以下のガラスの成形により好適であり、５×１０-5ｍ2／ｓ以下のガラスの成形にさらに好適であり、４×１０-5ｍ2／ｓ以下のガラスの成形により一層好適であり、３×１０-5ｍ2／ｓ未満のガラスの成形に特に好適である。このように動粘性率が小さいガラスでも高品質のガラス成形体を大きな体積で得ることができる。
【００６８】
本発明のガラス成形体の製造方法は、フッ素含有ガラスからなるガラス成形体を製造する方法としても好適である。前述のように、フッ素含有ガラスは揮発性に富み、熔融ガラス表面が雰囲気に晒されると変質しやすい。本発明の方法の適用により、熔融ガラス表面が雰囲気に極力晒されないようにするとともに、表面の変質したガラスが内部のガラスを混じらないようにすることができるため、フッ素含有ガラスにおける脈理を低減、防止することができる。
【００６９】
フッ素含有ガラスの代表例としてはフツリン酸ガラスを示すことができる。フツリン酸ガラスは流出パイプ外周に濡れ上がりやすく、濡れ上がったガラスが変質して熔融ガラス流の表面に取り込まれ、脈理の発生原因となるが、本発明の方法は、このような原因による脈理低減、防止にも有効である。フツリン酸ガラスは低分散ガラスとして、紫外線透過ガラスとして、銅イオンを添加することによって近赤外線を吸収するフィルタ（例えば、半導体撮像素子の色補正用フィルタなど）用のガラスなどとして使用される。上記ガラスは、熱膨張係数が大きいため、固化時のガラスに温度分布があると内部応力が発生しやすい。特に本発明では、高温のガラス側面に、好ましくは側面全周にわたり貫通孔内壁を接触させて表面を急冷するので、固化時のガラスの温度分布は大きくなり、大きな内部応力が発生しやすくなる。このような状態のガラス成形体に僅かでも外部から熱的衝撃や機械的衝撃が加わるとガラスが破損してしまう。それに対し、本発明では、前述のようにガラスの転移温度よりも１５０℃低い温度以上の環境下を通過させて、前記ガラスの中心部と側面の温度を近づけることにより、光学的に均質なフッ素含有ガラスからなるガラス成形体を破損させることなく高い生産性のもとに製造することができる。
【００７０】
なお、フッ素含有ガラスの成形では、前述のように、パイプ流出口と鋳型入口の間の熔融ガラスの移動経路を取り囲むように容器を配置し、前記容器内の雰囲気を乾燥雰囲気、不活性ガス雰囲気、乾燥状態の不活性ガス雰囲気のいずれかにすることが好ましく、乾燥雰囲気、または乾燥状態の不活性ガス雰囲気にすることがより好ましい。
【００７１】
フツリン酸ガラスの主要例は、アッベ数（νｄ）が８０以上の低分散ガラス、紫外線透過ガラス、近赤外線を吸収する銅含有フツリン酸ガラスなどである。フツリン酸ガラスの１００℃〜３００℃における平均線膨張係数の値は１４０×１０-7／℃以上であり、低分散のフツリン酸ガラスや近紫外線吸収特性を有する銅含有フツリン酸ガラスなど１００℃〜３００℃における平均線膨張係数の値は１４５×１０-7／℃〜１８５×１０-7／℃である。
このように平均線膨張係数が大きいフツリン酸ガラスでも、本発明を適用することにより破損を低減、防止し、高品質なガラス成形体を高い生産性のもとに製造することができる。
なお、アッベ数（νｄ）の増加とともにアニオン中に占めるＦ-イオンの量の割合が大きくなり、揮発による脈理発生への影響が大きくなるとともに熱膨張係数も増加する傾向があり、ガラスの冷却時に発生する内部応力が大きくなりやすい。したがって、本発明は、フッ素含有量が多いガラス、アッベ数（νｄ）が大きいガラスに適用することがより一層効果的である。
【００７２】
このように本発明のガラス成形体の製造方法によれば、上記各種光学ガラスからなる光学的に均質なガラス成形体を破損することなく、高い生産性のもとに製造することができる。
【００７３】
［プレス成形用ガラス素材の製造方法］
次に本発明のプレス成形用ガラス素材の製造方法について説明する。
本発明のプレス成形用ガラス素材の製造方法は、加熱、軟化してプレス成形するためのプレス成形用ガラス素材の製造方法において、
本発明のガラス成形体の製造方法により作製したガラス成形体を機械加工してガラス素材とすることを特徴とする方法である。
【００７４】
本発明のガラス成形体の製造方法におけるガラスの中心部と側面の温度を近づける操作は、大きな内部応力によってガラス成形体が破壊することを防止するためのものであって、屈折率をはじめとするガラスの光学特性を精密に目標とする値に一致させるような精密アニールではないし、ガラスを炉内で室温まで徐冷するアニールでもない。鋳型から取り出したガラス成形体をそのまま上記アニールするには、鋳型下方に長大なアニール炉を設けなければならず、現実的ではない。また、前述のようにガラス成形体を室温まで冷却してから割断しようとすると、ガラスのヤング率が増大しているため、容易に割断することができない。
【００７５】
そこで、前述のガラスの中心部と側面の温度を近づける操作は、ガラスの温度（ガラス側面の温度）がガラス転移温度よりも１５０℃低い温度になる前、好ましくはガラス転移温度よりも１００℃低い温度になる前、より好ましくはガラス転移温度よりも５０℃低い温度になる前、さらに好ましくはガラス転移温度付近で終了し、ヤング率が増大する前の状態でガラス成形体を割断することが好ましい。割断方法としては、前述のようにガラス成形体側面にスクライブ加工によりケガキ線を形成し、ケガキ線からクラックが成形体内部に成長するようにガラス成形体にトルクを加えて割断する方法を用いることができる。ただし、ガラス成形体の外径が４０ｍｍ以上になるとトルクを加えただけではガラスの割断が困難になる。この場合には、ガラス成形体が高温であることを利用し、スクライブ加工部位を局所的に冷却することにより熱衝撃を加え、スクライブ加工部位からガラス内部にクラックを成長させてからトルクを加え、ガラス成形体を割断することが好ましい。このようにすれば、外径が４０ｍｍ以上のガラス成形体でも比較的容易に割断することができる。ガラス成形体にトルクを加えるには、スクライブ加工部位の反対側のガラス成形体側面を支点で支持し、支点よりも先のガラス成形体側面にスクライブ加工部位が広がるように力を加えればよい。
【００７６】
ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作によってガラス内部の歪みが低減された状態で割断を行うことができるので、トルクを加えることによって、または熱衝撃を併用することによって、良好な割断が可能になる。
【００７７】
このようにして鋳型または成形炉から取り出されたガラス成形体から分離された先端部分のガラスは徐冷炉内に搬入され、室温付近まで徐冷される。
前述の複数の鋳型を使用する方法でも、ガラスの中心部と側面の温度を近づける操作を行ったガラス成形体を徐冷炉内に搬入し、室温付近まで徐冷する。
【００７８】
ガラス成形体の徐冷炉への移送はロボット機構などを用いて行えばよい。その際、保持部分でガラスを急冷してしまうとガラスが熱衝撃により破損するおそれがあるので、ガラス成形体を保持する部分を比熱の小さい材料で構成するか、または、保持部分をヒータで加熱する機構を設けるか、比熱の小さい材料でガラス成形体を保持する部分を構成するとともに保持部分をヒータで加熱することが望ましい。
【００７９】
徐冷炉内ではガラス成形体を室温付近まで冷まし、歪みを除去する。徐冷炉としてはＬｅｈｒと呼ばれる連続式徐冷炉や置き冷ましと呼ばれるタイプの徐冷炉などを使用することができる。
【００８０】
次いで歪みを除去したガラス成形体を所望の大きさに分割する。分割方法としては、ワイヤーソー、砥石などを用いた切断法、分割したい部位にスクライブ加工を施してケガキ線を形成し、ケガキ線から破断が拡張してガラスが割断するようにガラス成形体に圧力を加える方法などを用いることができる。
【００８１】
本発明によれば、ガラス成形体が棒状ガラスであっても板状ガラスであっても、中心軸を有し、中心軸に対する垂直断面形状が中心軸に沿って同一形状であるガラス成形体を得ることができるので、中心軸に対して垂直にガラス成形体を切断または割断する加工をすることが望ましい。切断または割断の位置を等間隔にすれば、体積が等しいガラスブロックを容易に得ることができる。また、切断または割断の位置の間隔を変えれば、その間隔の比率に応じてガラスブロック間の体積配分を行うこともできる。棒状ガラスの場合、このような中心軸を垂直方向から切る加工によってカットピースと呼ばれるガラス片を得ることができる。また、板状ガラスの場合は、このようにして得たガラスブロックをさらに切断または割断することによりカットピースと呼ばれるガラス片を得ることができる。
【００８２】
上記各種カットピースをもってプレス成形用ガラス素材とすることもできるが、カットピースに研削加工、研磨加工、研削および研磨加工を施してプレス成形用ガラス素材にすることが好ましい。カットピースは鋭利なエッジをもつので、上記機械加工を施すことによってエッジを丸めることができるし、プレス成形の際に赤外線によってガラス素材を均一に加熱するには上記加工によってガラス素材を粗面化しておくことが望ましい。粗面化加工によって、プレス成形に使用する粉末状離型剤をガラス素材の全表面に均一に塗布することもできる。このような粗面化加工にはバレル研磨が適している。
【００８３】
プレス成形用ガラス素材を精密プレス成形に使用する場合には、ガラス素材の少なくとも精密プレス成形型の成形面を転写する面、好ましくは全表面を研磨加工によって滑らかな面に仕上げることが望ましい。
このようにして、ガラス成形体からプレス成形用ガラス素材を作製することができる。
【００８４】
次に徐冷したガラス成形体の割断方法として特に好ましい方法である側圧切断法について説明する。この方法は、ガラス成形体を棒状ガラスとし、棒状ガラス側面の一部にスクライブ加工を施し、スクライブ加工を施した部位および前記部位を挟む両側の棒状ガラス側面に、前記部位を挟む両側の棒状ガラスが互いに離間する動きを妨げない状態にて圧力を加え、前記スクライブ加工を施した部位で棒状ガラスを割断する方法である。
【００８５】
その具体例を、図６および図７に基づき説明する。
まず、図６に示すように、側面の割断したい位置にスクライブ加工した棒状ガラス（ガラス成形体）１１と高圧容器１２を用意する。この高圧容器１２には棒状ガラスを挿通する開口部と液体導入口が設けられており、前記開口部と液体導入口を除いては密閉構造になっている。そして、前記開口部に棒状ガラスを挿通して開口部を塞ぐとともに、スクライブ加工部位が高圧容器１２内の中央付近にくるようにする。上記開口部では高圧容器と棒状ガラスの間はシールされ、高圧容器内に液体を入れて前記液体の圧力を高めたときに高圧容器から液体が漏れ出さないようにする。なお、上記シールは、棒状ガラスの長手方向の動きが妨げられないものとする。上記シールは例えばゴム製のチャックなどを用いて行えばよい。
【００８６】
次に高圧容器１２の液体導入口１３から液体を導入して前記容器内を液体で満たし、さら液体の圧力を加えて密閉された高圧容器内の圧力を高める。高圧容器内の棒状ガラス側面のスクライブ加工されていない部分には均等に圧力が加わるが、スクライブ加工部位では前記圧力が加工部位を押し開くように作用し、棒状ガラスの中心軸に対して垂直方向にクラックを成長させて、図７に示すようにスクライブ加工部位の両側を分断する。
丸棒状ガラス、例えば中心軸に対し垂直な断面形状が円、楕円、長円などの棒状ガラスを側圧切断法で分断することは比較的容易にできるが、角棒状ガラスを側圧切断法で分断するのは難しいので、側圧切断法は丸棒状ガラスの割断に適用することが望ましい。
【００８７】
側圧切断法による割断で棒状ガラスを中心軸に対して垂直に分断するには、徐冷によって棒状ガラス中の歪みを十分低減しておくことが有効である。このようにして割断した棒状ガラスの割断面は鏡面になっており、また、切断と異なり切断しろが不要であって切り屑もでないので、ガラスを有効利用することができる。側圧切断法に限らず、割断法はガラスを削って切断する方法と違い、ガラスを破断して分断するため切り屑が出ず、ガラスを有効利用できるとともに廃棄物の量を低減することもできる。
このようにして得たガラスブロックをカットピースとして上述のようにしてプレス成形用ガラス素材を得ることができる。
【００８８】
なお、側圧切断法で使用する液体はガラス表面、高圧容器、シール材、高圧容器の液体導入口に接続して液体の圧力を高める加圧装置を劣化させることがなく、スクライブ加工部位内に完全に充填される表面張力が小さいもので、取り扱いが容易なものが好ましい。上記液体としては、水が好適である。
【００８９】
また、側圧切断を行う際の液体の圧力はガラスの機械的性質、形状、寸法などにより適宜、調整すればよいが、２００ｋｇｆ／ｃｍ2を目安とすればよく、最高圧力に対して十分耐え得る耐圧性（例えば耐圧５００ｋｇｆ／ｃｍ2）を備えた高圧容器を使用すればよい。
【００９０】
プレス成形用ガラス素材の重量は、目的とするプレス成形品の重量に等しくなるようにし、形状、寸法は上記プレス成形品の形状、プレス成形型の形状などを考慮して適宜決めることができる。
【００９１】
［光学素子の製造方法］
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。本発明の光学素子の製造方法は２つの態様からなる。
第一の態様（以下、光学素子の製法Ｉという）は、ガラス素材を加熱し、プレス成形型を用いてプレス成形する光学素子の製造方法において、上記製造方法により作製したプレス成形用ガラス素材を加熱してプレス成形することを特徴とする製造方法である。
【００９２】
光学素子の製法Ｉは、さらに２つの態様に分けることができ、第一の方法はプレス成形用ガラス素材を加熱、軟化し、プレス成形型内に導入してプレス成形し、プレス成形品を徐冷した後、研削、研磨して光学素子に仕上げる方法である。この方法では光学素子の形状に研削しろ、研磨しろを加えた形状にガラス素材をプレス成形する。加熱、軟化から徐冷までの工程を大気中で行うことができる。この方法ではバレル研磨などにより全表面が粗面化されたガラス素材を使用し、ガラス素材全表面に窒化ホウ素などの粉末状離型剤を均一に塗布する。そして加熱炉内に導入して加熱、軟化してプレス成形型に導入する。そして上型と下型で加圧して成形した後、型を開いてプレス成形品を取り出し、徐冷炉に入れて歪みを低減するとともにガラスの屈折率を目的とする値に精密に一致させる。成形品が室温まで冷めた後、ガラス製光学素子を作製するための研削、研磨法として周知の方法を用いて研削、研磨加工して光学素子に仕上げる。このようにして球面レンズ、プリズムなどの各種光学素子を作製する。光学素子の表面には必要に応じて反射防止膜などの光学多層膜を形成してもよい。
【００９３】
光学素子の製法Ｉの第二の方法は、表面が滑らかに仕上げられたプレス成形用ガラス素材を加熱し、精密プレス成形して光学素子を作製する方法である。精密プレス成形はモールドオプティクス成形とも呼ばれ、精密に加工した成形面を有する型部材を備え、前記型部材が高精度に組まれたプレス成形型を使用し、光学素子全体の形状を成形するとともに、前記成形面を精密にガラスに転写して光学機能面を形成する方法である。この方法では複数の光学機能面の位置精度も高精度に成形することができる。例えば、レンズ両面の光学機能面の中心軸の傾き（チルト）および前記中心軸のずれ（ディセンター）を抑えたレンズの成形が可能である。第二の方法では光学機能面、すなわち、光線を屈折させたり、回折させたり、反射させたり、透過させたりする光学素子の表面を研削や研磨などの機械加工によらずに形成できるので、非球面レンズなどの機械加工では手間とコストがかかる光学素子を高い生産性のもとに製造することができる。精密プレス成形は公知の方法にしたがって行えばよい。例えば、プレス成形用ガラス素材の全表面にカーボン膜などの離型性を高め、ガラスと型成形面の滑りをよくする機能を有する膜を形成し、非酸化性雰囲気中にて前記ガラス素材を加熱し、同雰囲気中で精密プレス成形する。次いでプレス成形型を開いてプレス成形品を取り出し、徐冷して光学素子を得る。こうして得た光学素子に必要に応じて光学機能面の周囲の部分、例えばレンズの心取りなどの機械加工を行ってもよい。このような方法により、非球面レンズ、球面レンズ、レンズアレイ、マイクロレンズ、回折格子、プリズムなどの光学素子を高い生産性のもと製造することができる。光学素子の表面には必要に応じて反射防止膜などの光学多層膜を形成してもよい。
【００９４】
本発明の光学素子の製造方法の第二の態様（以下、光学素子の製法ＩＩという）は、熔融ガラスからガラス成形体を成形し、機械加工する光学素子の製造方法において、前記ガラス成形体を本発明のガラス成形体の製造方法により作製することを特徴とする方法である。
まず、上述のプレス成形用ガラス素材の製造方法の工程と同様、ガラス成形体を精密アニールし、屈折率を所望の値に精密にあわせるとともにガラス中の歪みを低減し、ガラス成形体を切断または割断してカットピースを作製する。ガラス成形体の形状としては棒状ガラス、板状ガラスなどを例示できる。プレス成形用ガラス素材の製造方法同様、丸棒状ガラスの中心軸に垂直にガラスの割断を行う場合には側圧切断法を適用することが望ましい。
次にカットピースを研削して光学素子の形状に研磨しろを加えた光学素子ブランクを作製し、このブランクを研磨して光学素子に仕上げる。
【００９５】
光学素子の製法ＩＩにおいて棒状ガラスを使用する場合、棒状ガラスの外径を光学素子の外径と等しくするか、または光学素子の外径に研削しろや研磨しろを加えた外径に成形することが好ましい。なお、光学素子の製法Ｉで棒状ガラスを使用する場合も、棒状ガラスの外径をプレス成形用ガラス素材の外径と等しくするか、またはプレス成形用ガラス素材の外径に研削しろや研磨しろを加えた外径に成形することが好ましい。
【００９６】
フィルターを作製する場合は、フィルターの厚みに研削しろ、研磨しろを加えた厚みのガラス板をガラス成形体から切り出し、両面を研削、研磨して平板状のフィルターとする。この方法は銅含有フツリン酸ガラスからなる半導体撮像素子の色補正フィルターなどの近赤外線吸収フィルターを製造する方法として好適である。
このようにしてレンズ、プリズム、フィルターなどの各種光学素子をガラスを破損させることなく高い生産性のもとに製造することができる。光学素子の表面には反射防止膜などの光学多層膜を形成してもよい。
【実施例】
【００９７】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。
【００９８】
（実施例１）
本実施例では、以下に示す方法により、屈折率（ｎｄ）が２．０８３１３、アッベ数（νｄ）が２２．２３、液相温度が１２７０℃、液相温度における粘度が０．９ｄＰａ・ｓ、ガラス転移温度が７００℃、室温における密度が４．７８、動粘性率が１．９２×１０-5ｍ2／ｓ、Ｂ2Ｏ3を６％、ＳｉＯ2を４％、Ｌａ2Ｏ3を３２％、ＴｉＯ2を２７％、ＢａＯを１４％、Ｎｂ2Ｏ5を１１％、ＺｒＯ2を６％含有する光学ガラス（光学ガラスＡ１という）からなる丸棒状のガラス成形体を成形した。
まず、光学ガラスＡ１が得られるようにガラス原料を秤量し、十分混合した後、熔融容器内に導入し、加熱、熔解した。次いで、十分清澄、均質化した熔融ガラスを０．６ｄＰａ・ｓの粘度で鉛直に配置したパイプ流出口から一定の流出速度（１５ｍｌ／分）で連続流出し、図１に示す位置に配置されたカーボン製の鋳型に設けられた貫通孔の入口中央に連続して途切れることなく流し込んだ。貫通孔入口へ流し込まれる熔融ガラスの温度は１３２０℃であった。鋳型貫通孔の内径はφ１２ｍｍ、貫通孔中心軸が鉛直方向に一致するようにし、パイプの中心軸と上記貫通孔の中心軸とが一致するようにした。鋳型貫通孔の長さは１００ｍｍとし、良好な成形ができるように、鋳型の周囲に図示しないバンドヒータを巻いて加熱し、貫通孔内壁の温度を５２０〜６００℃に制御した。貫通孔出口から取り出される丸棒状ガラスの側面を２つのローラで挟持し、丸棒状ガラスの取り出し速度を制御した。鋳型貫通孔内の熔融ガラス液面の高さを、レーザセンサーを用いてモニターし、前記センサーが出力するモニター信号をローラコントローラに入力し、前記液面が一定になるようにローラを回転するモータへの電気入力を制御した。本実施例では丸棒状ガラスの取り出し速度を２．２ｍｍ／分になるよう設定し、上記液面の高さの変動に応じてローラの回転速度にフィードバックをかけ、液面の高さを一定に維持するようにした。
【００９９】
このようにしてφ１２ｍｍの丸棒状ガラス棒を連続的に貫通孔出口より取り出した。鋳型の直下に成形炉を配置し、鋳型から取り出した丸棒状ガラスを即、成形炉内へと移動させた。成形炉内には図示しないヒータを配置し、炉内雰囲気の温度を７８０℃に維持した。上記ローラを成形炉内に配置した。成形炉の丸棒状ガラスの移動方向の長さは３６０ｍｍであり、この中を時間をかけて丸棒状ガラスは通過するが、その間に丸棒状ガラスの中心部と表面の温度が近づくため、丸棒状ガラス自体を爆発的に破壊するような内部応力は発生せず、ガラスを破損させずに丸棒状ガラスを成形することができた。
【０１００】
次に成形炉から出た丸棒状ガラスの側面の一部に、丸棒状ガラスの中心軸に垂直な方向にスクライブ加工によってケガキ線を形成した。そしてケガキ線を形成した部分を局部的に冷やしてケガキ線から中心に向けてクラックが延びるように、内部水路に水を流した金属製ジャケットをケガキ線に接触させた。このとき、金属製ジャケットを丸棒状ガラスの動きに追従させて、ケガキ線と接触した状態を保つようにした。クラックが成長した時点で丸棒状ガラスの中心軸に対し、ケガキ線が形成された部位の反対側の部位を支点で支え、ケガキ線よりも下方のガラス成形体側面を押圧してケガキ線を形成した高さよりも上の丸棒状ガラスから下の丸棒状ガラスを分離した。なお、本実施例の丸棒状ガラスは外径が１２ｍｍと比較的細いので、金属製ジャケットを接触させることによる熱衝撃を加えなくても良好な分離を行うことができた。
【０１０１】
分離の際、分離する丸棒状ガラスの側面をロボットアームで保持し、分離後に前記アームで保持した状態で鋳型と成形炉の脇に置かれた連続式徐冷炉入口に丸棒状ガラスを移送した。連続式徐冷炉内にヒータとガラスを搬送するベルトコンベアを配置し、温度分布が制御された炉中でベルト上に載置した丸棒状ガラスを移動させながら徐冷して歪みを除いた。
【０１０２】
連続式徐冷炉から取り出した丸棒状ガラスを切断し、切断面を研磨して内部を観察したところ、脈理は表面から０．５ｍｍ以内の極浅い層内にのみ見られ、それよりも深い部分に脈理は認められなかった。つまり丸棒状ガラスの大部分は光学的に均質であった。
【０１０３】
同様にして、液相粘度が０．８ｄＰａ・ｓ、室温における密度が４．８３ｇ／ｃｍ3、動粘性率が１．７×１０-5ｍ2／ｓの光学ガラス（光学ガラスＡ２という）、液相粘度が１．０ｄＰａ・ｓ、室温における密度が４．８６ｇ／ｃｍ3、動粘性率が２．１×１０-5ｍ2／ｓの光学ガラス（光学ガラスＡ３という）からなる丸棒状ガラスを破損させずに成形することができた。これら丸棒状ガラスを連続式徐冷炉で徐冷した後、炉から取り出して切断し、切断面を研磨して内部を観察してところ、脈理は表面から０．５ｍｍ以内の極浅い層内にのみ見られ、それよりも深い部分に脈理は認められなかった。つまり丸棒状ガラスの大部分は光学的に均質であった。
【０１０４】
（実施例２）
次に、屈折率（ｎｄ）が１．８４６６６、アッベ数（νｄ）が２３．８、液相温度が１１２３℃、液相温度における粘度が５．４ｄＰａ・ｓ、比重が３．５であって、質量％表示で、ＳｉＯ2を２５％、Ｎａ2Ｏを１２％、ＣａＯを１％、ＢａＯを１６％、ＺｒＯ2を２％、ＴｉＯ2を３０％、Ｎｂ2Ｏ5を１４％含有する光学ガラス（光学ガラスＢという）からなる丸棒状のガラス成形体を実施例１と同様の方法で成形した。
本実施例では、熔融ガラスの流出粘度は４．５ｄＰａ・ｓ、流出速度は３０ｍｌ／分、鋳型貫通孔の内径をφ３０ｍｍ、鋳型貫通孔の長さを１００ｍｍ、丸棒状ガラスの取り出し速度を０．４２ｍｍ／分とした。このようにしてφ３０ｍｍの丸棒状ガラス棒を連続的に貫通孔出口より取り出した。鋳型の貫通孔入口へ流し込まれる熔融ガラスの温度は１１５０℃であった。また、貫通孔内壁の温度を５００〜５５０℃に制御した。鋳型の直下に配置した成形炉に丸棒状ガラスの移動経路を２つに仕切る仕切り板（丸棒状ガラスの移動を妨げないようにガラスが通過する部分に開口部を有する）を設置し、成形炉内雰囲気温度が５２０℃と７１０℃になるようにコントロールした。成形炉の丸棒状ガラスの移動方向の長さを５４０ｍｍとした。この中を時間をかけて丸棒状ガラスは通過するが、その間に丸棒状ガラスの中心部と表面の温度が近づくため、丸棒状ガラス自体を爆発的に破壊するような内部応力は発生せず、ガラスを破損させずに丸棒状ガラスを成形することができた。
【０１０５】
次に成形炉から取り出した丸棒状ガラスを実施例１と同様に割断し、ロボットアームを用いて連続式徐冷炉内に移送し、歪みを除去してから丸棒状ガラスを取り出した。
このようにして得た丸棒状ガラスを切断し、切断面を研磨して内部を観察してところ、脈理は表面から０．５ｍｍ以内の極浅い層内にのみ見られ、それよりも深い部分に脈理は見られなかった。つまり丸棒状ガラスの大部分は光学的に均質であった。
【０１０６】
（実施例３）
次に、屈折率（ｎｄ）が１．４９７００、アッベ数（νｄ）が８１．６、液相温度が６４５℃、液相温度における粘度が３２０ｄＰａ・ｓ、ガラス転移温度が４５５℃、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１５５×１０-6／℃のフツリン酸ガラス（光学ガラスＣという）からなる丸棒状のガラス成形体を実施例１、２と同様の方法で成形した。
本実施例では、熔融ガラスの流出粘度は２５ｄＰａ・ｓ、流出速度は８０ｍｌ／分、鋳型貫通孔の内径をφ５０ｍｍ、鋳型貫通孔の長さを１００ｍｍ、丸棒状ガラスの取り出し速度を４０ｍｍ／分とした。鋳型の貫通孔入口へ流し込まれる熔融ガラスの温度は７２０℃であった。また、貫通孔内壁温度は４００〜４５０℃に制御した。
また、パイプ流出口付近と貫通孔入口、そしてパイプ流出口から貫通孔入口に至る熔融ガラス流の流路を容器で取り囲み、内部を密閉した。そして容器内雰囲気を乾燥した非酸化性ガス（例えば、乾燥窒素など）で置換し、非酸化性ガス雰囲気中で流出するガラスを鋳型に流し込んだ。なお、非酸化性ガスの代わりに乾燥ガス、例えば、乾燥空気などに置換してもよい。
このようにしてφ５０ｍｍの丸棒状ガラス棒を連続的に貫通孔出口より取り出した。鋳型の直下に配置した成形炉内雰囲気温度を５００℃に維持し、成形炉の丸棒状ガラスの移動方向の長さを３２０ｍｍとした。この中を時間をかけて丸棒状ガラスは通過するが、その間に丸棒状ガラスの中心部と表面の温度が近づくため、ガラスを破損させずに丸棒状ガラスを成形することができた。
【０１０７】
次に成形炉から出た丸棒状ガラスを実施例１、２に記載されている金属製ジャケットをケガキ線に接触させて熱衝撃を加える方法を併用する方法で割断し、ロボットアームを用いて連続式徐冷炉内に移送した。連続式徐冷炉内を移動しながら歪みを除去したガラス成形体を炉から取り出した。本実施例の丸棒状ガラスは外径が５０ｍｍと太いが熱衝撃を併用する方法によって良好な割断を行うことができた。
【０１０８】
このようにして得た丸棒状ガラスを切断し、切断面を研磨して内部を観察してところ、脈理は表面から０．５ｍｍ以内と極浅い層内にのみ見られ、それよりも深い部分には脈理は診られなかった。つまり丸棒状ガラスの大部分は光学的に均質であった。
【０１０９】
（実施例４）
実施例１、２、３で作製した徐冷済みの各丸棒状ガラスを使用してプレス成形用ガラス素材を作製した。まず丸棒状ガラス側面の割断した部位にスクライブ加工によりケガキ線を形成した。そして高圧容器中に丸棒状ガラスを挿通し、容器内中央にケガキ線を形成した部位が位置するようにし、中心軸方向の動きを制限しないよう丸棒状ガラスを容器開口部にゴムシールでチャックし、容器内に水を注入して内部に泡が入らないように容器内を水で満たした。
この状態で容器内の水圧を２００ｋｇｆ／ｃｍ2に加圧してケガキ線の位置で丸棒状ガラスを中心軸に垂直にガラスを分断した。このようにして所定の間隔で丸棒状ガラスを割断し、カットピースを作製した。
次に、上記カットピースをバレル研磨して目的とするプレス成形品の重量と等しい重量に調整するとともに、鋭利なエッジを丸め、表面を粗面化してプレス成形用ガラス素材とした。
【０１１０】
（実施例５）
実施例４で作製したカットピースを研削、研磨して表面が滑らかなプレス成形用ガラス素材を作製した。
【０１１１】
（実施例６）
次に実施例４で作製したプレス成形用ガラス素材の全表面に窒化ホウ素からなる粉末状離型剤を均一に塗布し、加熱炉内に入れて炉内で移送しながら大気中で加熱、軟化させた。
軟化したガラス素材を上型、下型、胴型からなるプレス成形型に導入して大気中でプレス成形し、型を開いてプレス成形品を取り出し、徐冷炉に入れて精密アニールを行い、室温まで冷まして光学素子ブランクとした。
【０１１２】
次に、上記ブランクを研削、研磨して光学ガラスＡ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ、Ｃそのそれぞれからなる球面レンズを作製した。
レンズ内部には失透、脈理は見られず、光学的に均質な光学素子を得ることができた。
【０１１３】
（実施例７）
次に実施例５で作製したプレス成形用ガラス素材の全表面にカーボン膜を形成し、窒素と水素の混合ガス雰囲気中にて加熱し、ＳｉＣ製の型材の成形面上に離型膜としてカーボン膜を付けたプレス成形型を用いて精密プレス成形した。次いで精密プレス成形品を徐冷して、光学ガラスＣからなる非球面レンズを得た。
レンズ内部には失透、脈理は見られず、光学的に均質な光学素子を得ることができた。
【０１１４】
（実施例８）
実施例１〜３で作製した精密アニール済みの丸棒状ガラスを側圧切断法で中心軸に垂直に分断し、カットピースを作製した。次いで、カットピースを研削、研磨して光学ガラスＡ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ、Ｃからなる球面レンズを作製した。
レンズ内部には失透、脈理は見られず、光学的に均質な光学素子を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明によれば、破損しやすいガラスから、脈理のない、または極めて少ない光学的に均質なガラス成形体を生産性よく製造することができる。
本発明の製造方法は、各種光学ガラスからなるガラス成形体を製造、保管し、需要に応じて所定の寸法に切断、割断等の機械加工を行ってプレス成形用ガラス素材を作り、そのガラス素材をプレス成形して光学素子を製造することにより、あるいは前記ガラス成形体を機械加工して光学素子を製造することにより、ガラスを破損させず、また脈理を含むために使用できずに廃棄しなければならない部分を低減、防止してガラスを有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の好ましい態様の一例を示す。
【図２】貫通孔からのガラスの取り出し速度を制御する方法の一例を示す。
【図３】ガラス成形体の切り離し方法の具体例を示す。
【図４】ガラス成形体の切り離し方法の具体例を示す。
【図５】ガラス成形体の切り離し方法の具体例を示す。
【図６】側圧切断法の説明図である。
【図７】側圧切断法の説明図である。
【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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