(57)【要約】【課題】光学素子の成形用素材としてのガラス塊を製造する場合に、失透や脈理が発生することを防止する。【解決手段】所定量の溶融ガラスを受け型１４に受けるガラス受け工程と、ガラス受け工程で受け型に受けた直後の所定量の溶融ガラス１３ａの表面に冷却媒体を吹きつけ、溶融ガラスを室温による自然冷却よりも速い冷却速度で冷却する冷却工程と、を具備する。【選択図】      図１
2005306649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の溶融ガラスを受け型に受けるガラス受け工程と、
該ガラス受け工程で前記受け型に受けた直後の前記所定量の溶融ガラスの表面に冷却媒体を吹きつけ、前記溶融ガラスを室温による自然冷却よりも速い冷却速度で冷却する冷却工程と、
を具備することを特徴とする光学素子成形用素材の製造方法。
【請求項２】
前記冷却工程では、前記溶融ガラスを、該溶融ガラスの失透が生じる温度域を急速に通過するように、前記室温による自然冷却よりも早い冷却速度で冷却することを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用素材の製造方法。
【請求項３】
前記冷却媒体は窒素ガス又は空気であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用素材の製造方法。
【請求項４】
所定量の溶融ガラスを受け型上に流下させる流下手段と、
該流下手段により前記受け型上に流下された直後の前記所定量の溶融ガラスの表面に冷却媒体を吹きつけ、前記溶融ガラスを室温による自然冷却よりも速い冷却速度で冷却する冷却手段と、
を具備することを特徴とする光学素子成形用素材の製造装置。
【請求項５】
前記冷却手段は、前記溶融ガラスを、該溶融ガラスの失透が生じる温度域を急速に通過するように、前記室温による自然冷却よりも早い冷却速度で冷却することを特徴とする請求項４に記載の光学素子成形用素材の製造装置。
【請求項６】
前記冷却媒体は窒素ガス又は空気であることを特徴とする請求項４に記載の光学素子成形用素材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、失透や脈理を生じさせずに、品質のよい光学素子成形用素材を製造する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来ガラスモールドに使用するゴブを製造するには、溶融るつぼ下部に設けられた、パイプより溶融ガラスを自重にて自然滴下し、流出パイプ先端のオリフィスから落下してくる所望の量の溶融ガラスを受け型にて受け取り、ゴブ成形をすることにより行われていた。この場合パイプとオリフィスの温度を適宜調整することでガラスの粘度をコントロールし、滴下するゴブの大きさ、タクトを希望の値にしていた。
【０００３】
例えば特開平２−３４５２５号公報（特許文献１）、特開平３−１３７０２５号公報（特許文献２）等に、そのガラスゴブの製造方法が記載されており、受け型にて受け取られた溶融ガラスは、所定の流出槽部の液面レベル、流出パイプ温度、受け型温度、受け取りのための型の上下動作が各々制御されて成形され、その成形されたゴブは精密に重量管理がなされている。
【特許文献１】特開平２−３４５２５号公報
【特許文献２】特開平３−１３７０２５号公報
【特許文献３】特開平８−４０７２９号公報
【特許文献４】特開２００２−８７８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ランタンガラスや燐酸ガラスのようにガラスの温度を低くすると、失透が発生するためガラスの温度を低くすることができないガラスを従来の方法でオリフィスから流出させようとした場合、均質槽、パイプ、オリフィスの温度を低くすることができないため、ガラスの粘度が低くなり、ガラス流を型で受けた場合に、型の上においても、ガラスが流動するとともに、激しく揮発を起こし、得られる光学素子成形素材に脈理が発生するという問題がある。
【０００５】
すなわち、失透防止のためガラス温度が高い→ガラスの粘度が低い→受け型の上で激しく揮発しながら流動→脈理の発生という図式になる。更に、失透しない高温で受け型にガラス流を受けているにもかかわらず、受け型の上でゆっくり冷やされるため、得られた光学素子成形素材の表面に失透が発生するという問題もある。すなわち、失透防止のためガラス温度が高い→受け型の上のガラス塊の温度が高い→失透が発生する温度域をゆっくり冷やされる→失透の発生という図式になる。
【０００６】
また、特開平８−４０７２９号公報（特許文献３）には、受け型に受けたガラス塊の上面および外周部に気体を噴射して、その圧力で所望の形状のガラス塊を得る方法が記載されている。この方法では、気体は冷却のために噴出されるのではなく、所望の形状までガラスを変形させるのが目的であるから、気体の温度は、すぐにはガラスが固化しないように(少なくとも変形している間は)、高温に保持されている。そのため、受け型の上のガラス塊は、受け型の上で揮発しながら流動すると共に冷却時にはやはりゆっくり冷やされるため、得られた光学素子成形素材の表面に失透や脈理が発生するという問題を解決することはできない。
【０００７】
また、特開２００２−８７８２９号公報（特許文献４）では、ガラス塊となる前のガラス流に気体を噴出し、その気体の圧力でガラス流を切断する方法が示されている。しかし、この提案の場合、ガラス流出口の温度を低下させないように気体の温度を高温に保持する必要がある。そのため、受け型の上のガラス塊は、受け型の上で揮発しながら流動すると共に冷却時にはやはりゆっくり冷やされるため、得られた光学素子成形素材の表面に失透や脈理が発生するという問題を解決することはできない。
【０００８】
したがって、本発明は上述した課題に鏡みてなされたものであり、その目的は、光学素子の成形用素材としてのガラス塊を製造する場合に、失透や脈理が発生することを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる光学素子成形用素材の製造方法は、所定量の溶融ガラスを受け型に受けるガラス受け工程と、該ガラス受け工程で前記受け型に受けた直後の前記所定量の溶融ガラスの表面に冷却媒体を吹きつけ、前記溶融ガラスを室温による自然冷却よりも速い冷却速度で冷却する冷却工程と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、この発明に係わる光学素子成形用素材の製造方法において、前記冷却工程では、前記溶融ガラスを、該溶融ガラスの失透が生じる温度域を急速に通過するように、前記室温による自然冷却よりも早い冷却速度で冷却することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係わる光学素子成形用素材の製造方法において、前記冷却媒体は窒素ガス又は空気であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係わる光学素子成形用素材の製造装置は、所定量の溶融ガラスを受け型上に流下させる流下手段と、該流下手段により前記受け型上に流下された直後の前記所定量の溶融ガラスの表面に冷却媒体を吹きつけ、前記溶融ガラスを室温による自然冷却よりも速い冷却速度で冷却する冷却手段と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係わる光学素子成形用素材の製造装置において、前記冷却手段は、前記溶融ガラスを、該溶融ガラスの失透が生じる温度域を急速に通過するように、前記室温による自然冷却よりも早い冷却速度で冷却することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係わる光学素子成形用素材の製造装置において、前記冷却媒体は窒素ガス又は空気であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学素子の成形用素材としてのガラス塊を製造する場合に、失透や脈理が発生することを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。
【００１７】
まず、一実施形態の概要について説明する。
【００１８】
本実施形態では、受け型に受けた直後の溶融ガラス塊の上面(自由表面側)に冷却媒体を吹き付けることで、ガラス塊を急速に(放冷よりも速い速度で)冷却し、揮発とガラスの流動を抑え、且つ失透温度域を急冷することを可能としている。このため、均質槽やパイプやオリフィスの温度が高めでも、得られる光学素子成形素材に脈理や失透が発生することを防止できる。
【００１９】
本実施形態では、受け型上の溶融ガラスの温度を気にせず、自在にオリフィス温度を設定できるので、ランタンガラスや燐酸ガラスのようにガラスの温度を低くすると失透が発生するためガラスの温度を低くすることができないガラスでも、ゴブの作成が可能となる。
【００２０】
冷却媒体の吹き付け量・時間等の条件は、ガラスの種類やガラスの粘度と、取得したいゴブの大きさに応じて適宜決定する。
【００２１】
なお、本実施形態において放冷というのは、冷却媒体を吹き付けない場合の室温での自然冷却を示す。
【００２２】
また、本実施形態では、冷却媒体として、窒素ガスもしくはエアーを用いる。窒素ガス、エアーは、安価に入手でき、特殊な処理も不要なためである。もちろん、受け型上のガラス塊を急冷できれば他の冷却媒体でもかまわない。
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、具体的に説明する。
【００２４】
図１は、受け型上のガラス塊に冷却媒体を吹き付ける機構を示す図である。また、図２は本実施形態のガラス塊の製造装置の全体構成を示す模式図である。
【００２５】
図１において１は投入・溶解・清澄槽、２は均質・流出槽、３は投入・溶解・清澄槽１と均質・流出槽２をつなぐ接続パイプ、４はガラス流出パイプ(内径φ３ｍｍ)、５０はオリフィスである。投入・溶解・清澄槽１、均質・流出槽２、接続パイプ３、ガラス流出パイプ４は一体で構成され、ケーシング鉄板６(側壁、天板を含めて囲う)に載置されており、周囲を炉本体５(内壁はすべて耐熱、断熱部材)に囲われている。
【００２６】
また、８はガラス原料投入部、９は加熱用のヒーターであり、投入・溶解・清澄槽１、均質・流出槽２、接続パイプ３と炉本体５との間に設置されており、適宜、各機能を満足する加熱温度が得られるようになっている。７は攪拌ぺラであり、均質・流出槽２の均質化のためにケーシング鉄板６の天板を貫通して設けられており、不図示の駆動機構によって、矢印の方向に回転され、溶融ガラスの攪拌が可能となる。
【００２７】
なお、投入・溶解・清澄槽１、均質・流出槽２、接続パイプ３、ガラス流出パイプ４、攪拌ぺラ７、ガラス原料投入部８、オリフィス５０の各部材は、白金および白金合金製である。
【００２８】
また、１００は固定支持架台であり、支持部材１１を介して連続溶融炉１２０を支持するとともに、後述する溶融ガラス受け装置（１４〜３８）の設置スペースを確保している。また、溶融ガラス受け装置１４０の支持架台と位置決め固定されている。
【００２９】
３７はガラス原料、１２は溶融ガラス、１３は流出した溶融ガラスである。
【００３０】
連続溶融炉１２０でのガラス溶融、流出工程として、まず、ガラス原料投入部８より投入されたガラス原料３７は、投入・溶解・清澄槽１において溶融状態になり、各工程を経て接続パイプ３を通過し、均質・流出槽２に入り、攪拌ぺラ７により十分均質化された後、流出パイプ４を通り、オリフィス５０より後工程に最適な温度条件で溶融ガラス１３として、流出される。
【００３１】
その後、流出された溶融ガラス１３は、オリフィス５０の下方にて受け型１４(ガラスゴブ受け取り装置に設置されている)により所定量の溶融ガラス塊１３ａ（図１参照）として受け取られていく。
【００３２】
また、この時、溶融ガラス１３が一定量の流出を行えるように、ガラス原料投入部８より、オリフィス５０からの溶融ガラス１３の流出量に合わせて、一定量のガラス原料３７が連続的または、間欠的に不図示の投入装置により投入される。
【００３３】
また、上記の攪拌ペラ７および溶融ガラス受け装置１４０は、固定支持架台１００と各々、不図示の位置決め機構により位置出しされる。
【００３４】
ここで、溶融ガラス受け装置１４０について、図１、図２を用いて説明する。
【００３５】
１４はガラスゴブの受け型、１５は回転移動メカ装置、１６は上下移動ガイド部材、１７はロッド部材、１８はＮＣ駆動制御器、３８は固定支持架台である。
【００３６】
受け型１４は、上下移動ガイド部材１６によりその平面方向（Ｘ，Ｙ方向）の位置決めをされた状態で上下（Ｚ）方向にガイド移動されるようになされており、上下移動は、ロッド部材１７を介してＮＣ駆動制御器１８により、所定の上下ストローク及びスピードとなるように制御されている。
【００３７】
また、受け型１４および上下移動ガイド部材１６は、回転移動メカ装置１５の回転方向に複数配設されている。ガラス塊１３ａを受けた受け型１４は回転移動メカ装置１５により次のステーションに移動される。次のステーションには、図１に示す冷却媒体吹き付け機構４０が設けられており（図２には不図示）、受け型１４の上方より冷却媒体４３(窒素ガスまたはエアー)をガラス塊１３ａに向けて噴射するようになされている。このときの冷却媒体の噴出量と時間は、ガラスの温度・粘度・種類・大きさにより適宜決定する。
【００３８】
次に、本実施形態の特徴的な受け型１４上のガラス塊を冷却する機構４０について、図１を用いて説明する。
【００３９】
図１において４０は冷却媒体吹き付け機構、４１は冷却媒体導入部で不図示のマスフローメータにつながっており、冷却媒体の流量を制御できるようになっている。４２は冷却媒体噴出し口であり、ガラス塊の大きさに合わせて、変更することが可能になっている。図１に示した、噴出し口４２がテーパー状のものは、ほんの一例であり、ストレート状、複数穴タイプ等ガラス塊が冷却されやすい形状であれば良い。図４に、冷却媒体噴出し口の一例を示す。図４において、４４は冷却媒体噴出し口４２に設けられた吹き出し穴である。４３（図１参照）は噴出した冷却媒体を模式的にあらわしたものである。ガラス塊１３ａを受けるステーションからすばやく移動した受け型１４上のガラス塊１３ａに、冷却媒体吹き付け機構４０より冷却媒体４３が吹き付けられ、ガラス塊１３ａは温度が急低下し急速に流動性を失い固化する。
【００４０】
以下、本実施形態の具体的な実施例について説明する。
【００４１】
（実施例）
以上説明したガラス溶融装置により、実際にガラスの溶融流出を試みた。この際のガラス原料には、室温の比重が３.５であり、それぞれの温度において粘度が、
１３００℃の時に１０-0.5ｄＰａ・ｓ
１２００℃の時に１０0.1ｄＰａ・ｓ
１１００℃の時に１０0.3ｄＰａ・ｓ
１０４０℃の時に１０0.7ｄＰａ・ｓ
１０００℃の時に１０1.0ｄＰａ・ｓ
６４０℃の時に１０7.6ｄＰａ・ｓ
５６０℃の時に１０13ｄＰａ・ｓ
となるような粘度特性を持ったＬａ２０３−Ｂ２０３系のガラスを、一旦、ラフメルトしたものを用いた。このガラスの失透温度を求めたところ１０３０℃であった。したがってガラスを溶融流出する際には、投入・溶解・清澄槽１、均質・流出槽２、流出パイプ４、オリフィス５０の温度を全て１０３０℃以上にする必要がある。これ以下の温度では、失透が発生し、ゴブ内部に失透が入り不良品になるとともに、パイプが詰まり流出が不可能になる。
【００４２】
また、投入・溶解・清澄槽１と均質・流出槽２の容積はそれぞれ、６００ｃｍ3、２００ｃｍ3とし、その温度は、それぞれ、１３００℃、１２００℃とした。流出パイプ４は、内径３ｍｍ、長さ３５０ｍｍとし、流出パイプ４の本体とオリフィス５０は別々に通電、加熱できるようになされている。オリフィス５０は、内径１１ｍｍで先端が内径１０ｍｍに絞られている。なお、先端の外径は、１３ｍｍである。オリフィス５０には、図３に示す複数の細穴６０が設けられている。
【００４３】
オリフィスの温度を１２００℃、流出パイプ４の本体の温度を１０４０℃にすることで、３.８ｇ〜１１.８ｇ／分のガラス流出が可能であった。このとき、それぞれの流出量と同量のガラス原料が投入されるように、不図示のガラス原料秤量投入器の条件を設定した。流出量の重量精度を調べると±１％以下となっていて、重量分割が良好であった。また、１０秒間隔で溶融ガラス塊(ゴブ)をとれば、それは０.６３〜１.９７ｇとすることができ、重量精度は、やはり±１％を満足し、表面欠陥、失透も見られず、プレス用のガラス素材として良好な品質を有していた。なお、ガラスゴブをとる方法は、溶融ガラス１３を受け型１４で受けた後、受け型１４を静かに下方に移動させて行った。
【００４４】
その後、すばやく次のステーションに受け型１４を移動させ、冷却媒体吹き付け機構４０により窒素ガスを吹き付け、ガラス塊を急激に冷やした。この際の冷却媒体吹き付け条件を図５に示す。
【００４５】
図５より、冷却媒体の吹き付けが無い場合には、必ず失透と脈理が発生することがわかる。また、吹き付け時間が短い場合には、失透が発生した。これは、ガラス塊がまだ失透温度域以下の温度まで冷えないうちに冷却媒体の吹き付けが終了してしまったためと考えられる。脈理に関しては、５秒以上の吹き付けで出なくなっており、これはガラス塊の揮発と流動が受け型に溶融ガラスを受けた直後のみに起こっているためと考えられる。吹き付けガス量が少ない場合にも失透が発生した。これは、十分な冷却速度でガラス塊が冷やされず、失透温度域を結果的にゆっくり冷やしたことによるものである。したがって、冷却媒体の吹き付け条件は、取得したいゴブの重量やガラスの種類、粘度によって適宜決定する必要がある。
【００４６】
なお、タクトの関係で、十分な冷却時間が取れず、ゴブを十分に冷却しきれないうちに次のステーションに受け型を移動しなければならない場合には、次のステーションにも冷却媒体吹き付け機構を設置するなど、複数の冷却媒体吹き付け機構を設ければよい。
【００４７】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、ガラスの溶融流出パイプ先端のオリフィスから流出する溶融ガラス流を受け型に受けて、光学素子成形用素材となるガラス塊を得るに際して、受け型に受けた直後のガラス塊に冷却媒体を吹き付けることにより、パイプ・オリフィスの温度を高く設定しても、受け型の上でガラス塊が流動／揮発しなくなり、更に失透温度域を急冷することができ、失透性の高いガラスでも、各種重量のガラスゴブを失透や脈理を発生させずに容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係わるガラスの溶融流出装置に付随する冷却媒体吹き付け機構の構成を説明するための概略側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わるガラス連続溶融炉での溶融流出ならびに成形装置の構成を説明するための概略側面図である。
【図３】本発明の一実施形態における溶融ガラス流出口(オリフィス)の概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における冷却媒体噴出し口の形状の一例を説明するための概略図である。
【図５】ガラスへの冷却媒体の吹きつけ条件に対する、失透、脈理の発生状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  投入・溶解・清澄槽
２  均質・流出槽
３  接続パイプ
４  ガラス流出パイプ
５  耐熱・断熱部材
６  ケーシング鉄板
７  攪拌ぺラ
８  ガラス原料投入部
９  ヒーター
１０  支持部材
１１  固定支持架台
１２  溶融ガラス
１３  流出した溶融ガラス
１４  受け型
１５  回転移動メカ装置
１６  上下移動ガイド部材
１７  ロッド部材
１８  ＮＣ駆動制御器
１９  移動部材
２０  移動部材
２１ａ，２１ｂ  平面移動ガイド部材
３８  固定支持部材
４０  冷却媒体吹き付け機構
４１  冷却媒体導入口
４２  冷却媒体噴出し口
４３  冷却媒体
４４  冷却媒体噴出し口の穴
５０  オリフィス
６０  細穴
６１  オリフィス内径
６２  オリフィス先端部内径
６３  電極
【図１】
2005306649.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005306649.tif 000005
【図４】
2005306649.tif 000006
【図５】
2005306649.tif 000007