(57)【要約】【課題】製造時間を短縮し材料利用効率も高めることができるガラス製品の製造方法、製造装置及び微小光学素子を提供する。【解決手段】溶融したガラス滴Ｇを、前記複数の貫通細孔１ａを設けた部材１に衝突させるので、衝突のエネルギーで前記複数の貫通細孔１ａを介して分離された微小滴Ｓを、複数個同時に得ることができるため、その貫通細孔１ａの数だけ微小滴Ｓの製造量を増やせることとなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスを溶融してガラス滴を形成するステップと、
複数の貫通細孔を設けた部材上に、溶融したガラス滴を衝突させることにより、該ガラス滴の少なくとも一部を複数の微小滴に分解した状態で、前記貫通細孔を介して押し出すステップと、を有することを特徴とするガラス製品の製造方法。
【請求項２】
溶融ガラス滴の衝突を、ノズルから滴下させた溶融ガラス滴の自由落下により生ぜしめることを特徴とする請求項１に記載のガラス製品の製造方法。
【請求項３】
前記貫通細孔を設けた部材の、溶融したガラス滴を衝突させる面を、テーパー形状としたことを特徴とする請求頂１又は２に記載のガラス製品の製造方法。
【請求項４】
前記貫通細孔を通過したガラスの微小滴を、ガイド孔を通じて落下させることを特徴とする請求頂１〜３のいずれかに記載のガラス製品の製造方法。
【請求項５】
下部にノズルを有する、ガラスを溶融する溶融炉と、
前記ノズルより重力方向下方に配置された、複数の貫通細孔を設けた部材と、を有し、
前記溶融炉において溶融したガラスを、前記ノズルを介してガラス滴として落下させ、前記貫通細孔を設けた部材に衝突させることにより、該ガラス滴の少なくとも一部が、複数の微小滴に分解した状態で、前記貫通細孔を介して押し出されるようになっていることを特徴とするガラス製品の製造装置。
【請求項６】
前記ノズルは複数設けられていることを特徴とする請求項５に記載のガラス製品の製造装置。
【請求項７】
前記貫通細孔を設けた部材の、溶融したガラス滴を衝突させる面を、テーパー形状としたことを特徴とする請求頂５又は６に記載のガラス製品の製造装置。
【請求項８】
前記貫通細孔を通過したガラスの微小滴を案内するガイドを設けたことを特徴とする請求頂５〜７のいずれかに記載のガラス製品の製造装置。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれかに記載のガラス製品の製造方法又は請求項５〜８のいずれかに記載のガラス製品の製造装置により製造されるガラスの微小滴を加工して形成されることを特徴とする微小光学素子。
【請求項１０】
前記加工は、前記ガラスの微小滴を冷却した後、成形型を用いてプレス成形することである請求項９に記載の微小光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信用カップリングレンズ、光ピックアップレンズ、内視鏡用レンズ等の微小光学素子を形成するために用いる微小なガラス製品の製造方法、製造装置及びその微小光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信用カップリングレンズ、光ピックアップレンズ、内視鏡用レンズ等の微小光学素子を、小さな体積のガラス滴を用いて製造することが行われている。その製造技術の一例としては、特許文献１に開示されているように、貫通微細孔に、溶融ガラスの液滴を滴下して、その衝突によって表面張力の大きなガラス滴を強制的に貫通微細孔を通すことで微細な液滴を形成するものがある。
【特許文献１】
特開２００２−１５４８３４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献１の技術では、ガラスの溶融炉などの下面に設けたノズルから滴下する溶融したガラス滴一つから、一つの微小滴を製造することしかできず、そのノズルからの滴下速度によって光学素子の製造量が制限されてしまうという、重大な欠点を有していた。ここで言う滴下速度とは、単位時間当たりに滴下するガラス滴の数で表し、例えば毎分何滴のガラス滴が滴下するかをいう。また、滴下温度とは、溶融したガラスがノズルから滴下した直後の温度を指す。
【０００４】
一般に、溶融炉のノズルから滴下するガラス滴は、温度が高ければ粘度が下がるので滴下速度は大きくなり滴下サイクルが短縮されるが、その反面、ガラスの組成的な安定性が損なわれて泡や脈理が発生する傾向があるので、光学素子用途に用いる程度に光透過性に優れた液滴を得る場合には、ガラスの滴下温度を高くして粘度を下げるという滴下サイクル短縮手法には自ずと限界がある。また、滴下温度があまり低くてはガラスの粘度が高くなって滴下速度が急激に小さくなり、微小滴を効率よく製造するには都合が悪い。このような理由で、通常の珪酸ガラスや燐酸ガラスなどの光学ガラスを用いる場合、ノズルの形状や温度を工夫しても滴下を自由落下に依存する限り、１０滴／分程度の滴下速度が限界であった。そのため前述した従来技術では、溶融炉下面に設けたノズル当たり毎分１０滴程度のガラス微小滴しか得ることができないという問題がある。
【０００５】
しかも、ノズルから滴下される溶融ガラス滴の大きさも、ノズル形状や温度によってある程度変えられるが、前述した理由から滴下温度（粘度）に制約があるので、おおよそ０．０５ｃｃ程度がその体積の下限となる。この時、必要な微小滴の大きさが直径２ｍｍ程度とすると、その体積は０．００４ｃｃであるから、貫通微細孔を通り抜けずに残されるガラス体積は、実際に必要とされるガラス微小滴の１０倍程度にもなる。つまり、材料利用効率は１０％以下となるから、極めて生産収率が悪いといえる。このように、従来技術による微小滴の製造方法は、その生産能力においても、また材料効率においても甚だ非効率であったといえる。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、製造時間を短縮し材料利用効率も高めることができるガラス製品の製造方法、製造装置及び微小光学素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のガラス製品の製造方法は、ガラスを溶融してガラス滴を形成するステップと、複数の貫通細孔を設けた部材上に、溶融したガラス滴を衝突させることにより、該ガラス滴の少なくとも一部を複数の微小滴に分解した状態で、前記貫通細孔を介して押し出すステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
図１は、本発明の概念を具体的に説明するための図であるが、本発明が図１の構成に限られることはない。板状の部材１には、複数の貫通細孔１ａが形成されている。本発明によれば、溶融したガラス滴Ｇを、前記複数の貫通細孔１ａを設けた部材１に衝突させるので、衝突のエネルギーで前記複数の貫通細孔１ａを介して分解された微小滴Ｓを、複数個同時に得ることができるため、その貫通細孔１ａの数だけ微小滴Ｓの製造量を増やせることとなる。尚、前記複数の貫通微細孔１ａの配置は、ガラス滴Ｇの衝突中心に対して回転対称に設けるのが、ガラス滴Ｇの衝突状態を各貫通細孔１ａ間で均一にでき、大きさの揃った微小滴Ｓを得るのに都合がよい。また、溶融したガラス滴Ｇを前記複数の貫通細孔１ａを設けた部材１に衝突させる方法は、ここでは問わず、例えばガラス滴Ｇに向かって前記部材１を相対移動させても良い。
【０００９】
請求項２に記載のガラス製品の製造方法は、請求項１に記載の発明において、溶融ガラス滴の衝突を、ノズルから滴下させた溶融ガラス滴の自由落下により生ぜしめることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、溶融したガラスを貯留した例えば溶融炉の下部にノズル等を設け、かかるノズル等を通過させることでガラス滴を形成した後、重力による自由落下で加速して、複数の貫通細孔に衝突させることができる。かかる場合、ノズル等から離れる時の滴下温度が一定であれば、自由落下によって溶融したガラス滴に与えられる衝突速度や時間が正確であり、しかも別個のガラス滴分配装置などを何ら設ける必要がないので、安価で簡素にかつ高精度な条件での衝突を実現でき、体積の揃った複数の微小滴を再現性高く得ることができ、その生産収率を高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載のガラス製品の製造方法は、請求項１又は２に記載の発明において、前記貫通細孔を設けた部材の、溶融したガラス滴を衝突させる面を、テーパー形状としたことを特徴とする。
【００１２】
図２は、本発明の概念を具体的に説明するための図であるが、本発明が図２の構成に限られることはない。例えば従来技術の場合、溶融したガラス滴に比して小さい貫通細孔を一つ設けているだけであり、衝突したガラス滴の１０％以下を通過させれば足りるため、ガラス滴の落下位置は、さほど精度良く規制する必要はないといえる。これに対し、本発明では複数の貫通細孔１ａを設けているために、図１に示すごとく前記部材１が平板状であるとするならば、ガラス滴Ｇの少なくとも一部を、全て等しい体積となるように分解した状態で前記貫通細孔１ａを通過させるには、その落下位置の正確な規制が重要となる。これに対し、請求項３に記載の発明によれば、図２に示すように、前記貫通細孔１ａ’を設けた部材１’に溶融したガラス滴Ｇを衝突させる面１ｂ’を、テーパー形状としたので、その調心作用によって、ガラス滴Ｇの衝突の位置精度が比較的低くても、複数の貫通細孔１ａ’のいずれにおいても、均一な条件で溶融したガラス滴の一部を押し込む力が働くようになり、前記貫通細孔１ａ’を通過してなる微小滴Ｓも体積のばらつきを抑えられることとなる。すなわち、溶融したガラス滴Ｇの衝突位置がずれても、そのテーパー形状１ｂ’によって溶融したガラス滴Ｇが流動し、前記複数の貫通細孔１ａ’間でのガラス滴Ｇの押し込み力の差が少なくなり、その結果、確実に全貫通細孔１ａ’を通じて微小滴が製造され、その体積ばらつきも低減される。
【００１３】
請求項４に記載のガラス製品の製造装置は、請求頂１〜３のいずれかに記載の発明において、前記貫通細孔を通過したガラスの微小滴を、ガイド孔を通じて落下させることを特徴とする。
【００１４】
従来技術によれば、溶融したガラス滴が前記部材に衝突することによって前記貫通細孔に押し込まれる際に、衝突エネルギーによって衝突中心から放射方向に広がろうとする分散力が働くため、前記貫通細孔を通過するガラスの微小滴にもその分散力が伝わり、必ずしも前記貫通細孔の中心線方向に飛び出さない恐れがある。特に、衝突位置が基準位置からずれた場合は、微小滴間で運動方向が異なり、一部のガラス微小滴が前記貫通細孔中心線に対して横方向に大きく外れる運動をする場合がある。それにより、各微小滴を成形型などの定位置に配置しようとする際に、位置が定まらず脱落するなどの弊害を生じる恐れがある。従って、図２に示すように、前記貫通細孔１ａ’を通過した後に、例えば微小滴Ｓの直径よりも大きい径の筒状のガイド孔１ｃ’を設けることにより、このガイド孔１ｃ’を介して微小滴Ｓの運動を規制し定めることができ、定位置に配置することが可能となる。微小滴Ｓは運動方向を、このガイド孔１ｃ’で規制される際に接触するが、ガイド孔１ｃ’の温度がガラスの微小滴Ｓより十分低く、ガイド孔１ｃ’の熱容量が十分大きければ、微小滴Ｓがガイド孔１ｃ’に融着することはない。この現象は、溶融したガラスは、十分温度が低い対象物に対しては接触表面の冷却収縮により濡れないという性質に基づくものである。尚、ガイド孔１ｃ’の代わりに、微小滴Ｓの落下位置を規制する例えば板状のガイドなどを設けても良い。
【００１５】
請求項５に記載のガラス製品の製造装置は、下部にノズルを有する、ガラスを溶融する溶融炉と、前記ノズルより重力方向下方に配置された、複数の貫通細孔を設けた部材と、を有し、前記溶融炉において溶融したガラスを、前記ノズルを介してガラス滴として落下させ、前記貫通細孔を設けた部材に衝突させることにより、該ガラス滴の少なくとも一部が、複数の微小滴に分解した状態で、前記貫通細孔を介して押し出されるようになっていることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明と同様である。
【００１６】
請求項６に記載のガラス製品の製造装置は、請求項５に記載の発明において、前記ノズルは複数設けられていることを特徴とする。
【００１７】
一般的に、ガラスの溶融炉内は１０００℃以上と非常に高温にされ、また溶融したガラスと炉材の反応を防ぐために、炉材には白金などの貴金属が通常用いられている。従って、ガラス溶融炉は、その断熱のためにガラス溶解漕の体積に比較して非常に大きな容積を有し、かつ極めて高価である。このような設備を用いて、前記貫通細孔を設けた部材に衝突させる溶融したガラス滴を製造するには、溶融炉の下部にノズルを設けて、溶融したガラスの液圧と粘度による摩擦をバランスさせるのが、最も簡単である。溶融したガラスの液面高さとノズル温度を一定になるように制御すれば、一定条件でノズルから溶融したガラスが流れだし、再現性の良いガラス滴を連続的に製造できる。しかしながら、従来技術では、貫通細孔に衝突させるガラス滴は、特許文献１に記載されているようにノズル一つにより製造されており、非常に高価で大がかりなガラス溶融炉を、それだけのために用意することは無駄がある。すなわち、単に貫通細孔が一つで生産性が悪いということにとどまらず、ガラス溶融炉の設備償却費用をこの単一のガラス微小滴だけで負担するという、製造コスト的に極めて不利な構成であったといえる。これに対し、本発明の製造装置では、前記貫通細孔を複数にして著しくガラス微小滴の生産性を高めるだけでなく、前記ガラス溶融炉に複数のノズルを設けることによって、１台のガラス溶融炉で複数のガラス滴を並行して製造できるようにし、更に１つのガラス滴に対して複数の微小滴を製造することで、ガラス製品の生産能力を格段に高めることができる。更に、前記貫通細孔の孔径や孔形状を異ならせることで、大きさの異なる微小滴を並行製造することも可能となる。
【００１８】
請求項７に記載のガラス製品の製造装置は、請求頂５又は６に記載の発明において、前記貫通細孔を設けた部材の、溶融したガラス滴を衝突させる面を、テーパー形状としたことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項２に記載の発明と同様である。
【００１９】
請求項８に記載のガラス製品の製造装置は、請求頂５〜７のいずれかに記載の発明において、前記貫通細孔を通過したガラスの微小滴を案内するガイドを設けたことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項３に記載の発明と同様である。
【００２０】
請求項９に記載の微小光学素子は、請求項１〜４のいずれかに記載のガラス製品の製造方法又は請求項５〜８のいずれかに記載のガラス製品の製造装置により製造されるガラスの微小滴を加工して形成されることを特徴とする。
【００２１】
ガラスの微小滴を用いて、成形型ヘの配置や扱いが容易な球形状のプリフォームを作製すると、体積や形状ばらつきが少ないので、成形再現性が高く維持でき、結果として高精度の成形レンズ等の微小光学素子を高収率で製造することができる。しかも、請求項１〜４のいずれかに記載のガラス製品の製造方法又は請求項５〜８のいずれかに記載のガラス製品の製造装置は、極めて微小滴の生産性が高いので、プリフォームコストを非常に低減でき、その結果、これを加熱成形して得られる微小光学素子も低コストで製造できる。
【００２２】
請求項１０に記載の微小光学素子は、請求項９に記載の発明において、前記加工は、前記ガラスの微小滴を冷却した後、成形型を用いてプレス成形することであることを特徴とする。
【００２３】
前記複数の貫通細孔の重力方向下方に、それぞれ成形型を配置すれば、溶融したガラス滴の衝突で分解される複数の微小滴を、光学素子材料として、そのまま成形型上に落下させることができ、その後、プレス成形を行うと、いわゆる多数個取り（一度で複数の製品を製造するの意味）のプレス成形が実現でき、その結果、ガラス製の微小光学素子を効率よく生産できる。プレス成形に用いる成形型は、一般的には少なくとも成形転写面を対向させた２部品からなり、成形光学面を上方に向けたその下側の成形型部品を下型とここでは呼び、下型に対向する成形型部品を上型とここでは呼ぶ。本発明では、プレス成形の手法は問わない。個々の下型成形面で受けた微小滴を、上型が配置された場所まで移動し、上下型の位置を合わせてプレス成形を行っても良いし、下型位置は固定で、ガラス溶融炉及び上型が移動して上下型位置を台わせ、プレス成形を行っても良い。複数のガラス微小滴を受ける複数の成形型を配置すれば足りるが、搬送装置により微小滴を一括して保持し、別な場所にある下型まで搬送して投入しても良い。また、成形型構造も本発明では問わない。個々の下型で微小滴を受けて、個々の上型で個別にプレス成形しても良いし、複数の下型を一つのダイセットに配置し、上型も一つのダイセットに配置して、いわゆる多数個取りと呼ぶ複数の成形キャビティを備えた型構造により、各成形キャビティ内の微小滴を一度にプレス成形しても良い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図３は、本実施の形態にかかるガラス製品の製造装置の概略構成図である。図３において、ガラス溶融炉１０は、それぞれ内径が異なるガラス貯留部１０ａと、圧力制御部１０ｂと、ノズル１０ｃとを、この順序で上方から重力方向に沿って重畳して設けている。ガラス貯留部１０ａと、圧力制御部１０ｂと、ノズル１０ｃの周囲には、それぞれヒータＨ１，Ｈ２，Ｈ３が配置され、ガラス溶融炉１０内のガラスが制御された温度になるようにしている。ガラス貯留部１０ａ内においては、液状化したガラスを撹拌する撹拌器Ｐが設けられている。
【００２５】
ノズル１０ｃの下方には、部材１１が配置されている。部材１１は、ノズル１０ｃの重力方向下方においてテーパー面１１ｂを形成しており、テーパー面１１ｂの底部には複数の貫通細孔１１ａを形成している。
【００２６】
部材１１の下方には、下型１２が配置されている。下型１２は、その上面に、各貫通細孔１１ａの重力方向下方に沿うようにして成形キャビティ１２ａを形成している。下型１２は、レール１４に沿って移動可能な構成とされており、部材１１の下方の受け渡し位置と、上型１３の下方の成形位置との間を移動するようになっている。
【００２７】
本実施の形態の動作を説明する。下型１２は、部材１１の下方の受け渡し位置にあるものとする。ガラス溶融炉１０内のガラスは、ヒータＨ１〜Ｈ３で加熱されて溶融され、ガラス滴Ｇとして、ノズル１０ｃから重力に応じて下方へと落下する。落下したガラス滴Ｇは、部材１１のテーパー面１１ｂの底部に衝突し、少なくとも一部が複数の貫通細孔１１ａ内に侵入し、そこを通ることで体積のバラツキが抑えられ、複数の微小滴Ｓに分解された状態で更に下方へと落下する。
【００２８】
貫通細孔１１ａの重力方向下方にある成形キャビティ１２ａには、微小滴Ｓがそれぞれ落下するので、これらを受け取った下型１２は、レール１４に沿って移動しながら、微小滴Ｓを適切な温度に冷却し、更に移動後の成形位置で、上型１３によりプレス成形されることで、成形キャビティ１２ａ内の微小滴Ｓが微小光学素子として成形されることとなる。尚、レール１４を環状とし、下型１２をその上に複数配置して一方向に移動させるようにすれば、微小滴Ｓの受け渡しと、その成形とを同時に或いは連続して行うことができ、より生産性を高めることができる。
【００２９】
尚、変形例である図４に示すように、下型１２’を、成形キャビティ１２ａ’毎に分割して移動可能な構成としても良い。
【００３０】
図５は、第２の実施の形態にかかるガラス製品の製造装置の概略構成図である。図５において、ガラス溶融炉１０’は、ガラス貯留部１０ａ’と、そこから一対延在する圧力制御部１０ｂ’と、圧力制御部１０ｂ’に対してそれぞれ設けられたノズル１０ｃ’とを重畳して設けている。上述した実施の形態と同様に、ガラス貯留部１０ａ’と、圧力制御部１０ｂ’と、ノズル１０ｃ’の周囲には、それぞれヒータＨ１，Ｈ２，Ｈ３が配置され、ガラス溶融炉１０’内のガラスが制御された温度になるようにしている。
【００３１】
本実施の形態によれば、ノズル１０ｃ’を２つ設けているので、ガラス滴Ｇを並行して落下させることができ、より生産性を高めることができる。尚、ノズル１０ｃ’は２つでなく、３つ以上設けても良い。
【００３２】
図６は、第３の実施の形態にかかるガラス製品の製造装置の概略構成図である。図６において、ガラス溶融炉１０”は、図５の実施の形態のように、ガラス貯留部１０ａ”と、圧力制御部１０ｂ”と、圧力制御部１０ｂ”に対してそれぞれ設けられたノズル１０ｃ”とを重畳して設けているが、特にガラス貯留部１０ａ”と圧力制御部１０ｂ”との間に、絞り部１０ｄ”が設けられている。
【００３３】
上述した実施の形態と同様に、ガラス貯留部１０ａ”と、圧力制御部１０ｂ”と、ノズル１０ｃ”の周囲には、それぞれヒータＨ１，Ｈ２，Ｈ３が配置され、更に、絞り部１０ｄ”の周囲には、ヒータＨ４が配置されている。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、製造時間を短縮し材料利用効率も高めることができるガラス製品の製造方法、製造装置及び微小光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念を説明するための図である。
【図２】本発明の概念を説明するための図である。
【図３】第１の実施の形態にかかるガラス製品の製造装置の概略構成図である。
【図４】変形例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態にかかるガラス製品の製造装置の概略構成図である。
【図６】第３の実施の形態にかかるガラス製品の製造装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０、１０’、１０”  ガラス溶融炉
１１，１１’  部材
１２、１２’  下型
１３  上型
１４  レール
【図１】
2004359490.tif 000003
【図２】
2004359490.tif 000004
【図３】
2004359490.tif 000005
【図４】
2004359490.tif 000006
【図５】
2004359490.tif 000007
【図６】
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