(57)【要約】【課題】溶融ガラスを鋳型に流入して成形する際に、ヒビや反応のない良好なガラス成形体を作製できるガラス成形体の製造方法及びガラス成形体製造装置を提供する。【解決手段】加熱により溶融ガラスの粘度を調整するガラス粘度調整機構１１と、前記溶融ガラスを流し出す機構１３と、前記溶融ガラスが流入する鋳型１５と、加熱により鋳型１５の温度を制御する鋳型温度制御機構とを備え、前記ガラス粘度調整機構により粘度が１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓとされた前記溶融ガラスを、前記鋳型温度制御機構により鋳型温度が前記ガラスのガラス転移点Ｔｇ−２７１（℃）以上、Ｔｇ−２１７(℃)以下とされた鋳型１５に流入し、鋳型１５内で冷却してガラス成形体を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱溶融したガラスを鋳型に流入し冷却して成形するガラス成形体の製造方法において、
粘度を１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓとした前記溶融ガラスを、鋳型温度を前記ガラスのガラス転移点Ｔｇ−２７１（℃）以上、Ｔｇ−２１７(℃)以下とした鋳型に流入することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【請求項２】
前記溶融ガラスの鋳型への流入後、５０秒から２００秒の間の前記鋳型の冷却速度を０．０７〜０．２１℃／ｓとす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】
前記ガラスは、Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２系、ＳｉＯ２−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５系のいずれかの高屈折率ガラスであ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４】
前記鋳型は、鋳鉄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】
加熱により溶融ガラスの粘度を調整するガラス粘度調整機構と、前記溶融ガラスを流し出す機構と、前記溶融ガラスが流入する鋳型と、加熱により前記鋳型の温度を制御する鋳型温度制御機構とを備え、
前記ガラス粘度調整機構により粘度が１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓとされた前記溶融ガラスを、前記鋳型温度制御機構により鋳型温度が前記ガラスのガラス転移点Ｔｇ−２７１（℃）以上、Ｔｇ−２１７(℃)以下とされた鋳型に流入し、該鋳型内で冷却してガラス成形体を得ることを特徴とするガラス成形体製造装置。
【請求項６】
前記鋳型温度制御機構が、前記溶融ガラスの鋳型への流入後、５０秒から２００秒の間の前記鋳型の冷却速度を０．０７〜０．２１℃／ｓとすることを特徴とする請求項５に記載のガラス成形体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス成形体の製造方法及びガラス成形体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光関連商品の市場規模が大きくなり特に小型光学部品に使用される高屈折ガラスの需要が高くなっている。この高屈折ガラスとして、例えばＬａ２Ｏ３などの希土類酸化物を多く含むＬａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスが多く用いられているが、この系のガラスはガラス転移点と軟化点の温度幅が狭く、一般的にガラス用語で言うショートなガラスであるため、ガラスの粘度が温度によって変化しやすい。したがって、ガラス原料のメルト（溶融ガラス）を冷却して成形する際、部分的に粘度が大きく異なって割れやすく、１０ｍｍ以上の厚いガラス板を作製するのが非常に困難であった。
【０００３】
このショートなガラスのメルトを鋳型に流入し冷却して成形する際にガラス表面とガラス内部との温度差が急激に大きくなると、ガラス表面と内部の間で一時的にガラスの体積の縮み量が大幅に異なる状態になるため、ガラス母材表面付近に一時的に局所的な大きい引張応力が発生し、ガラスが爆発的に割れるという現象が多発した。そのため、ガラス表面とガラス内部との温度差が極力小さくなるように冷却しなければならないが、それは冷却速度をできるだけ小さくすることを意味する。ところが、冷却速度を小さくしすぎると、今度は溶融ガラスと鋳型が反応し、ガラス中に異物が混入したり、ガラスが鋳型からはがれなくなったりする問題が発生した。
【０００４】
その問題を解決する対策として、組成及び製造方法を工夫したガラス成形用金型が提案されているが、十分なものではなかった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３６７９４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、溶融ガラスを鋳型に流入して成形する際に、ヒビや反応のない良好なガラス成形体を作製できるガラス成形体の製造方法及びガラス成形体製造装置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】
【０００７】
前記課題を解決するために提供する本発明は、加熱溶融したガラスを鋳型に流入し冷却して成形するガラス成形体の製造方法において、粘度を１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓとした前記溶融ガラスを、鋳型温度を前記ガラスのガラス転移点Ｔｇ−２７１（℃）以上、Ｔｇ−２１７(℃)以下とした鋳型に流入することを特徴とするガラス成形体の製造方法である。
【０００８】
ここで、前記溶融ガラスの鋳型への流入後、５０秒から２００秒の間の前記鋳型の冷却速度を０．０７〜０．２１℃／ｓとすることが好ましい。
【０００９】
また、前記ガラスは、Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２系、ＳｉＯ２−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５系のいずれかの高屈折率ガラスであることが好適である。
【００１０】
また、前記鋳型は、鋳鉄からなることが好ましい。
【００１１】
前記課題を解決するために提供する本発明は、加熱により溶融ガラスの粘度を調整するガラス粘度調整機構と、前記溶融ガラスを流し出す機構と、前記溶融ガラスが流入する鋳型と、加熱により前記鋳型の温度を制御する鋳型温度制御機構とを備え、前記ガラス粘度調整機構により粘度が１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓとされた前記溶融ガラスを、前記鋳型温度制御機構により鋳型温度が前記ガラスのガラス転移点Ｔｇ−２７１（℃）以上、Ｔｇ−２１７(℃)以下とされた鋳型に流入し、該鋳型内で冷却してガラス成形体を得ることを特徴とするガラス成形体製造装置である。
【００１２】
ここで、前記鋳型温度制御機構が、前記溶融ガラスの鋳型への流入後、５０秒から２００秒の間の前記鋳型の冷却速度を０．０７〜０．２１℃／ｓとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガラス成形体の製造方法によれば、高屈折ガラス（Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスなど）の成形工程において、ガラスメルト鋳込み時の溶融ガラスの粘度と鋳型の温度を設定することにより、簡易的方法でガラス割れを発生させずに鋳込み成形することができる。また、本発明のガラス成形体製造装置によれば、本発明のガラス成形体の製造方法を適用した製造装置として１０ｍｍ程度の厚いガラス板でも工業的に歩留まり良く生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係るガラス成形体の製造方法について説明する。
本発明に係るガラス成形体の製造方法は、加熱溶融したガラスを鋳型に流入し冷却して成形するという所謂鋳込み成形によるガラス成形体の製造方法であって、粘度を１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓとした前記溶融ガラスを、鋳型温度を前記ガラスのガラス転移点Ｔｇ−２７１（℃）以上、Ｔｇ−２１７(℃)以下とした鋳型に流入することを特徴とするものである。このとき、前記溶融ガラスの鋳型への流入後、５０秒から２００秒の間の前記鋳型の冷却速度を０．０７〜０．２１℃／ｓとすることが好ましい。
すなわち、本発明のガラス成形体の製造方法は、溶融ガラスの粘度を調整すると共に鋳型を加熱装置により適温に加熱することにより適正な温度条件をつくり上げ、ガラス鋳込み時の割れとガラスと鋳型の反応の発生を防止する簡易的なガラスの製造方法である。
【００１５】
以下に、本発明のガラス成形体の製造方法を適用したガラス成形体製造装置について説明する。
図１は、本発明に係るガラス成形体製造装置の構成例を示す概略図である。
本発明のガラス成形体製造装置１０は、加熱により溶融ガラスの粘度を調整するガラス粘度調整機構１１と、溶融ガラス投入口１２と、溶融ガラス投入口１２の直下にあってアルミナ製の保温材１４で保温されながら溶融ガラスを流し出す機構である白金製のロート１３と、内側をガラス鋳込み部１６とする鋳型１５と、鋳型１５の下に配置され鋳型１５を加熱する加熱器１７と、鋳型１５の周囲に配置され鋳型１５を加熱する加熱ヒーター１８と、熱電対からなり鋳型温度を測定する鋳型温度測定手段１９と、鋳型温度測定手段１９の測定結果に基づき加熱器１７及び加熱ヒーター１８を用いて鋳型１５の温度あるいは冷却速度を制御する鋳型温度制御機構（不図示）とを備える。
【００１６】
ここで、本発明で用いるガラスは、Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２系、ＳｉＯ２−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５系のいずれかの高屈折率ガラスである。
【００１７】
ガラス粘度調整機構１１は、加熱手段を有しており内部に入れられたガラス原料を加熱して溶融状態（溶融ガラス）にするものである。また、回転式粘度計など溶融ガラスの粘度を測定する粘度測定手段を有しており、粘度の測定をしながら溶融ガラスが所定の粘度となるように加熱するようになっている。
【００１８】
鋳型１５は、その内側がガラス成形体の型となるガラス鋳込み部１６であり、該ガラス鋳込み部１６に溶融ガラスが流し込まれるものである。また、鋳型１５は、鋳鉄からなる場合が好適であるが、鋳鉄以外でも所定の条件を満たせばＳＵＳ、カーボン、砂型、耐火石膏などの他材質の鋳型にも適用できる。
【００１９】
本発明のガラス成形体製造装置を用いて、つぎのような手順でガラス成形体を製造する。
（Ｓ１１）ガラス粘度調整機構１１の内部に秤量したガラス原料を投入し、該ガラス原料を加熱して１次溶融の後本溶融する。例えば１１００℃で１次溶融し、１２００℃で本溶融する。本溶融の際、溶融ガラスを攪拌した後、静置して清澄する。
（Ｓ１２）ついで、ガラス粘度調整機構１１は、鋳込む直前に１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓの粘度になるように溶融ガラスを加熱して調整する。図２に、Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスの粘度カーブ例を示す。図２の材料では所期の粘度とするために１２００℃に加熱する。また、他の組成系、例えばＳｉＯ２−ＴｉＯ２系ガラスでは１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓの粘度とするために１４００〜１５００℃に加熱する。
（Ｓ１３）溶融ガラスの粘度が調整されると同時に、鋳型１５を加熱器１７や加熱ヒーター１８で加熱し、鋳型温度測定手段１９の測定結果に基づいて鋳型温度を鋳込むガラスのガラス転移点Ｔｇ−２７１（℃）以上、Ｔｇ−２１７(℃)以下となるように鋳型温度を制御する。
（Ｓ１４）ガラス粘度調整機構１１から溶融ガラス投入口１２、ロート１３を通して溶融ガラスを鋳型１５のガラス鋳込み部１６に流し入れる。
（Ｓ１５）溶融ガラスの鋳型１５への流入後、５０秒から２００秒の間の鋳型１５の冷却速度を０．０７〜０．２１℃／ｓとする。具体的には、鋳型温度測定手段１９により鋳型温度をモニターしながら、所定の冷却速度となるように加熱器１７や加熱ヒーター１８による鋳型１５の加熱を調整する。
（Ｓ１６）その後、冷却してガラス成形体を得る。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
図１に示すガラス成形体製造装置を用いて行った実験について説明する。なお、本実施例ではガラス粘度調整機構１１の代わりに、白金ルツボにガラス原料を入れ電気炉内で加熱溶融して所定の粘度となった時点で溶融ガラス投入口１２から溶融ガラスをロート１３に投入するようにした。本実施例の条件は次の通りとした。
【００２１】
・鋳型１５；鋳型１５は鋳鉄製とし、図３に示す構成（図３（ａ）が鋳型の側面図、図３（ｂ）が鋳型を上から見た図）のものを用いた。すなわち、外枠寸法１００×１００×３０（ｍｍ）、内枠寸法７０×７０×３０（ｍｍ）の枠型１５ａと１７０×１２０×５（ｍｍ）の敷板１５ｂとからなるものを鋳型１５とした。
・ガラス原料；ガラス転移点Ｔｇが６８６℃で、比重が約４ｇ／ｃｍ３のＬａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系のガラス粉末３００ｇ（このガラスの粘度カーブは図２に示したものである。）
【００２２】
実験に当っては、つぎの手順でガラス鋳込みを行い、ガラス成形体を得た。
（Ｓ２１）白金ルツボにガラス原料を投入し、それを電気炉内で１２００℃、３０分間加熱して溶融する。
（Ｓ２２）このとき、溶融ガラスの粘度は、１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓの範囲内にあった。
（Ｓ２３）鋳型１５の全体を加熱ヒーター１８にて２９１〜６００℃の範囲の任意の鋳型温度で加熱しておく。具体的には、鋳型温度を６００℃（実験例１）、５３６℃（実験例２）、４８９℃（実験例３）、４６９℃（実験例４）、４６６℃（実験例５）、４６１℃（実験例６）、４４３℃（実験例７）、４３２℃（実験例８）、４２５℃（実験例９）、４１５℃（実験例１０）、４１１℃（実験例１１）、２９１℃（実験例１２）に変化させて加熱した。
（Ｓ２４）白金ルツボ内の溶融ガラスを溶融ガラス投入口１２、ロート１３を通して鋳型１５のガラス鋳込み部１６に高さが１０ｍｍとなるように流し入れる。
（Ｓ２５）溶融ガラスの鋳型１５への流入後、鋳型１５を５００℃に加熱した加熱器１７の上で保温する。このとき、約７分間の鋳型１５の温度変化の温度プロファイルを取りながら、ガラス表面の割れの有無を目視で観察した。
（Ｓ２６）その後、冷却してガラス成形体を得る。このとき、常温まで冷却した後にガラス成形体と鋳型１５の鋳鉄が反応していないか確認した。
【００２３】
表１に、溶融ガラス流入前の初期鋳型温度と流入後５０〜２００ｓの冷却時間内の温度範囲と冷却速度、並びにその条件でのガラス割れと鋳型との反応の発生有無を示す。また、図４に、溶融ガラスを鋳込む前後の鋳型の温度プロファイルを示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
溶融ガラスを鋳込む前の鋳型温度が４８９℃である場合（実験例３）は、ガラスを鋳型に鋳込んでから２０秒後に鋳型とガラスが反応の結果と思われるガスが発生し、ガラス内部に泡として残った。また、溶融ガラスを鋳込む前の鋳型温度が５３６℃以上の場合（実験例１，２）は、鋳込みと同時にガスが発生し、ガラス内部に泡として残った。さらに、ガラスを常温まで冷却した後にガラスと敷板１５ｂが反応しているのが確認できた。なお、ここでの反応とは鋳型の鋳鉄の粒界への溶融ガラスの浸潤と思われる。
【００２６】
また、溶融ガラスを鋳込む前の鋳型温度が４１１℃以下の場合（実験例１１，１２）では、溶融ガラスを鋳込んだ後に急激にガラス表面と内部の温度差が生じメルト鋳込み後５０〜２００秒の間に割れ（クラック）が多発した。
【００２７】
以上の結果、本実施例においては、１２００℃で溶解した溶融ガラスを初期温度４１５℃〜４６９℃の鋳鉄製の鋳型に鋳込んだ場合に良好なガラス成形体を鋳込み成形できた。
【００２８】
以上より、Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系の高屈折ガラスの成形工程において、歩留まりの良いガラス成形体を得るには、ガラスの粘度が１０−２〜１０−１Ｐａ・ｓの溶融ガラスを、初期の鋳型温度が４１５℃〜４６９℃の鋳型に鋳込めば良い。すなわち、鋳型の初期温度の範囲は、鋳込むガラスのガラス転移点Ｔｇ−２７１（℃）以上、Ｔｇ−２１７(℃)以下に設定すればよい。鋳型の初期温度がこの範囲を外れてＴｇ−２７１℃未満の時はガラスに割れが生じ、Ｔｇ−２１７℃より高い時は鋳型とガラスの反応が発生するといった問題が発生する。
【００２９】
また、鋳型温度が高いと鋳型の温度が急激に下がった。鋳型の温度が急激に下がるとガラス母材表面等に発生する局所的な引っ張り応力に耐えられなくなり熱衝撃のために爆発的に割れる現象も確認された。この現象を回避するには割れが多発する溶融ガラスを鋳込んでからの５０〜２００ｓの間の鋳型の温度の冷却速度を遅くする必要がある。表１と図４の結果から、ガラス冷却時（溶融ガラスを鋳込んでから５０〜２００ｓ）の鋳型１５の温度の冷却速度を０．０７〜０．２１℃／ｓにすることにより熱衝撃によりガラスヒビが発生しないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るガラス成形体製造装置の構成を示す概略図である。
【図２】Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスの粘度カーブ例を示す図である。
【図３】実施例１で用いた鋳型の構成を示す概略図である。
【図４】実施例１の溶融ガラスを鋳込む前後の鋳型の温度プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０・・・ガラス成形体製造装置、１１・・・ガラス粘度調整機構、１２・・・溶融ガラス投入口、１３・・・ロート、１４・・・保温材、１５・・・鋳型、１５ａ・・・枠体、１５ｂ・・・敷板、１６・・・ガラス鋳込み部、１７・・・加熱器、１８・・・加熱ヒーター、１９・・・鋳型温度測定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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