(57)【要約】【課題】投入されたガラス素材を均等に加熱して大きな略球状のガラス塊を得る。【解決手段】この加熱軟化壷３は、略球状のガラス塊１２と略等しい曲率半径ｒの球面にて形成された球状底壁１４と、この球状底壁１４の球心Ｏよりも底面１５寄り位置にて該球状底壁１４に外接し、かつこの球状底壁１４の底面１５から開口部１３までの高さが、略球状のガラス塊１２の直径よりも大きく形成された側壁１６とを有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部から投入されたガラス素材を加熱軟化して略球状のガラス塊を得る加熱軟化壷において、
前記略球状のガラス塊と略等しい曲率半径の球面又は略等しい平均曲率半径の多面体面にて形成された球状底壁と、
前記球状底壁の球心よりも底面寄り位置にて該球状底壁に連なり、かつ前記球状底壁の底面から前記開口部までの高さが前記略球状のガラス塊の直径よりも大きく形成された側壁と、を有する、
ことを特徴とする加熱軟化壷。
【請求項２】
前記多面体面は、複数の三角形で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の加熱軟化壷。
【請求項３】
前記側壁は、逆円錐台形状又は逆角錐台形状をなしている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱軟化壷。
【請求項４】
前記側壁は、前記開口部に近づくに従い頂角が小さい逆円錐台形状又は逆角錐台形状をなしている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加熱軟化壷。
【請求項５】
前記球状底壁に連なる側壁の頂角が１０〜９０°である、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の加熱軟化壷。
【請求項６】
前記球状底壁の底面から前記開口部までの高さが、前記略球状のガラス塊の直径の１〜５倍である、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加熱軟化壷。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投入されたガラス素材を加熱軟化して略球状のガラス塊を得る加熱軟化壷に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学機器に使用されるガラスレンズを成形手段により所定形状に成形する技術が開示されている。例えば特許文献１には、体積管理された所定形状のガラス塊を、円柱状の穴が形成された基盤上に配置し、このガラス塊を加熱して軟化変形させ、表面張力によって球状化させる点が開示されている。また、特許文献２には、所定形状の開口が形成された保持板にガラス塊を支持して加熱軟化させ、このガラス塊を表面張力により球状にした点が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１９９２５０公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特公平４−４３８５１公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された技術では、ガラス塊を球状化するのに、溶融ガラス塊の表面張力にのみ頼っていたため、例えば直径Φが１ｍｍ程度の微小径のものしか、きれいな球形状を得ることができなかった。
【０００４】
すなわち、従来の技術では、得られる球状のガラス塊は小径のものに限られ、それよりも大きい径のものでは、自重によって形の崩れた概略球のものしか得ることができず、例えば直径Φが１０ｍｍ程度のきれいな球形状を得ることは困難であった。
【０００５】
なぜなら、大きい径のガラス塊を加熱する場合、表面張力で球状化可能な粘度にまで軟化させる必要から、自重によりつぶれ、また、軟化度のばらつきから球状化の過程でいわゆる折れ込み（型との摩擦力によるひきずり）が発生するためである。
【０００６】
具体的には、例えば図１０に、従来の加熱軟化皿１０３でガラス塊１０２を加熱軟化したときの該ガラス塊１０２の形状を示している。
すなわち、大きなガラス塊１０２では自重により上下につぶれた形状となる。また、ガラス塊の上部はエッジが残った形状になっている。これは、図の上方からヒータで加熱した場合、ガラス塊１０２は加熱軟化皿１０３からの熱伝導により下方から加熱されるが、ガラス塊１０２は透明で輻射熱を受け難いために、上部は十分に加熱されずにエッジ１０２ａが残ってしまうからである。そして、このように加熱された場合、ガラス塊１０２は部分的に軟化度が異なるし、柔らかい部分は柔らかくなりすぎる傾向にある。
【０００７】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、このような軟化度の異なるガラス塊１０２を球状の回転体に成形する場合の例を示している。
例えば、図１１（ａ）に示すように、上下に対向配置された上型１０５ａ及び下型１０５ｂ間にガラス塊１０２を挟み込み、上型１０５ａを右方向に移動させるとガラス塊１０２が時計方向に転がり、球体に成形される。このとき、ガラス塊１０２が扁平で上下につぶれていたり、軟化度の違いにより柔らかすぎる部分があると、ガラス塊１０２が下型１０５ｂにくっついて部分的に延びる現象が起こる。
【０００８】
そして、図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、この延びた部分によって折れ込みが発生する。更に、このような折れ込みを有するガラス塊１０２を光学素子に成形した場合、該光学素子の表面に傷が残ってしまう。
【０００９】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、投入されたガラス素材を均等に加熱して、球状化の際に折り込みの発生しない大きな略球状のガラス塊を得ることのできる加熱軟化壷を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
開口部から投入されたガラス素材を加熱軟化して略球状のガラス塊を得る加熱軟化壷において、
前記略球状のガラス塊と略等しい曲率半径の球面又は略等しい平均曲率半径の多面体面にて形成された球状底壁と、
前記球状底壁の球心よりも底面寄り位置にて該球状底壁に連なり、かつ前記球状底壁の底面から前記開口部までの高さが前記略球状のガラス塊の直径よりも大きく形成された側壁と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の加熱軟化壷において、
前記多面体面は、複数の三角形で構成されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の加熱軟化壷において、
前記側壁は、逆円錐台形状又は逆角錐台形状をなしていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の加熱軟化壷において、
前記側壁は、前記開口部に近づくに従い頂角が小さい逆円錐台形状又は逆角錐台形状をなしていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項３又は４に記載の加熱軟化壷において、
前記球状底壁に連なる側壁の頂角が１０〜９０°であることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の加熱軟化壷において、
前記球状底壁の底面から前記開口部までの高さが、前記略球状のガラス塊の直径の１〜５倍であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、投入されたガラス素材を球状底壁と側壁とにより略均等に加熱して、球状化の際に折り込みの発生しない大きな略球状のガラス塊を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（全体の構成説明）
図１は、本発明に係る加熱軟化壷３を用いたガラス回転体の製造装置１の外観斜視図である。
【００１６】
この製造装置１は、所定形状のガラス素材２（図３等参照）を投入する開口部１３を有する加熱軟化壷３と、この加熱軟化壷３を加熱する加熱炉４と、加熱軟化壷３を逆さにして取り出された略球状のガラス塊１２を成形する成形部５と、この成形部５と加熱炉４との間で加熱軟化壷３を搬送する搬送部６とを有している。
【００１７】
なお、加熱軟化前のものをガラス素材２といい、加熱軟化後のものを略球状のガラス塊１２といって区別する。また、加熱炉４は、加熱軟化壷３を炉内に搬入又は搬出する搬入搬出口７を有する一般的なものを用いている。この加熱炉４は、不図示の制御部によって内部の加熱温度や加熱時間等を任意に制御することができる。
【００１８】
成形部５は、対向配置された上型５ａと下型５ｂとを備え、加熱軟化された略球状のガラス塊１２は、この下型５ｂ上に供給されて球体等のガラス回転体に成形される。
搬送部６は、上部を装置フレーム８に吊下支持された縦ステー９と、該縦ステー９の下部に一体的に固定された横ステー１０とを有している。装置フレーム８は、不図示の駆動手段によって、縦ステー９及び横ステー１０を水平方向に移動自在かつ水平面内で旋回自在に支持している。この装置フレーム８により、加熱軟化壷３が加熱炉４内に搬入されると共に、該加熱炉４で加熱軟化された略球状のガラス塊１２が成形部５に供給されるようになっている。
【００１９】
なお、図では、加熱軟化された略球状のガラス塊１２を、直ちに成形部５に供給してガラス回転体を成形する場合について説明しているが、これに限らず、例えば加熱軟化壷３にて加熱軟化された略球状のガラス塊１２を冷却し、これを一旦貯蔵しておき、必要に応じてこの略球状のガラス塊１２を再加熱してガラス回転体に成形するようにしても良い。
【００２０】
加熱軟化前のガラス素材２の形状としては、例えば略球体形状、円柱形状、立方体形状、あるいはゴブ（ｇｏｂ）の形状のものが用いられる。そして、加熱軟化壷３において、ガラス素材２は液状となる前の温度に加熱軟化される。
【００２１】
具体的には、加熱軟化壷３の加熱炉４における加熱は、その粘度が１０4〜１０12ポイズとなるような液状となる前の温度に加熱するのが望ましい。なお、粘度が１０4ポイズは、ガラスの流動点（１０5ポイズ）よりも少し粘度が低く（軟らかく）、また、粘度が１０12ポイズは、ガラス転移点（１０13〜１０15ポイズ）よりも少し粘度が低い（軟らかい）状態である。これは、例えばガラス素材２を加熱炉４で加熱した状態から、成形部５に搬送する際にガラス塊１２の温度が下がってしまうおそれがあるため、その分を見越して加熱するからである。更に、実際に成形する際は、ガラスの流動点からガラス転移点の範囲の粘度で成形するのが望ましい。
【００２２】
なお、ガラスの粘度が１０4ポイズというのは、ガラスの流動点よりも粘度が低い値であるが、溶融状態のガラスの粘度１０1〜１０3ポイズよりは高い粘度であり、従って、ガラスの溶融状態とは明確に区別される。
（第１の実施の形態）
図２は、本実施の形態の加熱軟化壷３の基本形状の断面図を示している。
【００２３】
この加熱軟化壷３は、珪藻土等の耐熱レンガ系、又はカーボン等からなり、開口部１３から投入されたガラス素材２を加熱軟化することで、略球状のガラス塊１２が得られる。このとき、所望の大きさの略球状のガラス塊１２を得るには、体積管理されたガラス素材２を投入する必要があり、また、後述する加熱軟化壷３の球状底壁１４もそれに応じた大きさのものが必要となる。
【００２４】
本実施形態の加熱軟化壷３は、略球状のガラス塊１２（破線参照）と略等しい曲率半径ｒの球面にて形成された球状底壁１４と、この球状底壁１４の球心Ｏよりも底面１５寄り位置Ｐ1，Ｐ2において、該球状底壁１４に外接する側壁１６と、を有している。この場合、側壁１６は逆円錐台形状をなしている。
【００２５】
また、この加熱軟化壷３は、底面１５から開口部１３までの高さ（深さ）Ｄが、成形される略球状のガラス塊１２の直径２ｒよりも大きく（Ｄ＞２ｒ）形成されている。そして、この球状底壁１４と側壁１６とで形成される内側空間に、加熱前のガラス素材２が開口部１３から投入される。投入されたガラス素材２は、球状底壁１４と側壁１６に囲まれて略均等に加熱され、かつ自重と表面張力によって大きな略球状のガラス塊１２に成形される。
【００２６】
本実施形態では、逆円錐台形状をなす側壁１６の頂角αは、α＝１０〜９０°に形成されている。このように、頂角αを１０°以上としたのは、若しもこの値よりも小さくすると、加熱軟化されたガラス塊１２を取り出すときに、加熱軟化壷３を逆さまにしてもガラス塊１２が側壁１６にこすれて落下できなくなってしまうおそれがあるからである。また、頂角αを９０°以下としたのは、後述するように頂角が大きくなると、側壁１６によってガラス素材２の上部を十分に加熱することが困難となるからである。
【００２７】
本実施形態によれば、加熱軟化壷３の球状底壁１４と側壁１６とによりガラス素材２を略均等に加熱することができ、表面張力のみでは得られない、しかも折り込みのない大きな略球状のガラス塊１２を得ることができる。
【００２８】
図３は、円柱形状又は立方体形状のガラス素材２を加熱軟化壷３に収容した場合の断面図を示している。また、図４は、このガラス素材２を加熱軟化させた状態を示している。
この場合、ガラス素材２は、球状底壁１４及び側壁１６から熱を受けるので略均等に加熱され、上下につぶれ難くなる。また、ガラス素材２の上部も側壁１６に囲まれているので、この部分も軟化されてエッジが残ることもない。よって、ガラス素材２は、自重と表面張力の作用と相俟ってかなり球形に近い状態に軟化される。
【００２９】
一方、図５には、球状底壁１４と逆円錐台形状の側壁１６とを、球状底壁１４の球心Ｏよりも開口部１３寄りの位置Ｐ1'，Ｐ2'にて接続した例を示している。
この場合、球状底壁１４がその球心Ｏよりも上方に位置しているため、軟化されたガラス素材２がこの球状底壁１４に入り込むと、加熱軟化壷３を逆さまにしてもガラス塊１２が落下しなくなってしまう。このことから、球状底壁１４と側壁１６とは、球状底壁１４の球心Ｏよりも底面１５寄りの位置にて外接するようにしなければならない。
【００３０】
また、図６には、球状底壁１４に連接される逆円錐台形状の側壁１６の頂角αを０°とした例を示している。
この場合は、球状底壁１４と側壁１６とは、球状底壁１４の球心Ｏと略等しい位置Ｐ，Ｐにて接続され、側壁１６は円柱形状となる。また、その直径は、ガラス素材２が軟化されて略球状のガラス塊１２となる場合の直径に略等しくなっている。しかしながら、この形状では、加熱軟化されたガラス塊１２を開口部１３から取り出すときに、加熱軟化壷３を逆さまにしてもガラス塊１２が側壁１６にこすれて落下できなくなるおそれがある。
【００３１】
更に、図７には、逆円錐台形状の側壁１６の頂角αを大きく（α＝１００°）、底面１５から開口部１３までの高さ（深さ）Ｄも浅くした例を示している。
加熱軟化壷３として、このような形状とした場合、側壁１６がガラス素材２の上部を囲まなくなってしまう。このため、ガラス素材２の上部の加熱が不十分となるおそれがある。
（第２の実施の形態）
図８は、本実施の形態の加熱軟化壷３の断面図を示している。
【００３２】
この加熱軟化壷３は、略球状のガラス塊１２（破線参照）と略等しい平均曲率半径ｒの多面体面にて形成された球状底壁１４と、この球状底壁１４の球心Ｏよりも底面１５寄りの位置Ｐ1，Ｐ2において、該球状底壁１４に外接する側壁１６と、を有している。これにより、側壁１６は、多面体の球状底壁１４に滑らかに連接する逆角錐台形状となっている。
【００３３】
なお、「平均曲率半径ｒ」としたのは、球状底壁１４を、略球状のガラス塊１２の体積と略等しい体積となるような多面体を想定したためである。
本実施形態では、球状底壁１４の多面体面は複数の三角形で構成されている。このように、三角形からなる多面体の球状底壁１４としたことで、例えば加熱軟化壷３を成形手段により成形する場合は、球状底壁１４に相当する部分の型の加工が容易であるという利点を有する。これにより、加熱軟化壷３を加工する際の選択幅を広げることができる。なお、球状底壁１４が三角形からなる多面体で構成されていても、その多面体面が加熱軟化したガラス塊１２にそのまま転写されるわけではない。
【００３４】
このため、球状底壁１４を多面体で構成してもガラス塊１２の品質に影響が及ぶことはない。また、多面体を複数の三角形で構成する場合に限らず、例えばひし形や平行四辺形等で構成することもできる。
【００３５】
また、第１の実施の形態と同様に、加熱軟化壷３の底面１５から開口部１３までの高さ（深さ）Ｄは、成形される略球状のガラス塊１２の直径２ｒよりも大きく（Ｄ＞２ｒ）形成されている。更に、逆角錐台形状をなす側壁１６の頂角αも、α＝１０〜９０°に形成されている。
【００３６】
本実施形態によれば、加熱軟化壷３の球状底壁１４と側壁１６とによりガラス素材２を均等に加熱することができ、表面張力のみでは得られない、しかも、球状化の際に折り込みの発生しない大きな略球状のガラス塊１２を得ることができる。また、加熱軟化壷３を成形手段により成形する場合に、球状底壁１４に相当する部分の型の加工を容易に行うことができる。
（第３の実施の形態）
図９は、本実施の形態の加熱軟化壷３の断面図を示している。
【００３７】
この加熱軟化壷３は、第１の実施形態と同様に、略球状のガラス塊１２（破線参照）と略等しい曲率半径ｒの球面にて形成された球状底壁１４と、この球状底壁１４の球心Ｏよりも底面１５寄りの位置Ｐ1，Ｐ2において、該球状底壁１４に外接する下側壁１６'と、を有している。この場合、下側壁１６'は逆円錐台形状をなしている。
【００３８】
また、本実施形態では、この下側壁１６'の上部に、逆円錐台形状の上側壁１７'が連接されている。そして、上側壁１７'の頂角α2は、下側壁１６'の頂角α1よりも小さく形成されている。
【００３９】
なお、本実施形態では、下側壁１６'の頂角α1と上側壁１７'の頂角α2のように、開口部１３に近い側壁ほど、側壁の頂角を段階的に小さくした場合について説明したが、これに限らず、例えば側壁の頂角を、開口部１３に近づくに従い連続的に序々に小さくなるようにしても良い。
【００４０】
また、この加熱軟化壷３は、底壁中心１５から開口部１３までの高さ（深さ）Ｄ'が、第１及び第２の実施の形態の場合よりも大きく（深く）形成されている。この高さ（深さ）Ｄ'は、深いほどゆっくりとガラス素材２が加熱されるので、加熱時間や加熱炉の加熱温度のバラツキの影響を受け難く、安定して加熱軟化を行うことができる。
【００４１】
しかし、このような構成では、加熱時間が長くかかり、加熱温度も増加することになるため、一概に加熱軟化壷３の高さ（深さ）Ｄ'を深くすれば良いわけではない。しかし、そのときの加工条件（ガラスの種類、大きさ、高温で加熱等）により、深くする必要が生じる場合もある。
【００４２】
このような場合、一般的に、逆円錐台形状の側壁１６の頂角αを一定としたままで、高さ（深さ）Ｄを深くすると、開口部１３における直径が大きくなってしまい、これに伴い加熱軟化壷３の外径を大きくしなければならない。しかし、仮に加熱軟化壷３の外径を大きくしたとしても、開口部１３における直径も大きくなって、ガラス素材２の上部を十分に加熱することができない。
【００４３】
そこで、本実施形態のように、逆円錐台形状の側壁１６を、頂角が異なる複数の逆円錐台形状で組み合わせ、その頂角が上部に行くほど小さくなる構成をとれば、加熱軟化壷３の外径を必要以上に大きくする必要もない。また、ガラス素材２の上部も十分に加熱することができると共に、加熱後に略球状のガラス塊１２を加熱軟化壷３から落下させて取り出す際にも、スムーズに落下させることができる。
【００４４】
本実施形態によれば、加熱軟化壷３の球状底壁１４と側壁１６とによりガラス素材２を均等に加熱することができ、表面張力のみでは得られない、しかも、球状化の際に折り込みの発生しない大きな略球状のガラス塊１２を得ることができる。また、ガラス素材２の上部の加熱を十分に行うことができると共に、加熱後の略球状のガラス塊１２を容易に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ガラス回転体の製造装置の全体構成の外観斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の加熱軟化壷の断面図である。
【図３】同上の加熱軟化壷にガラス素材を投入した状態の断面図である。
【図４】同上のガラス素材を加熱軟化した状態の断面図である。
【図５】加熱軟化壷の形状の好ましくない例の断面図である。
【図６】加熱軟化壷の形状の好ましくない例の断面図である。
【図７】加熱軟化壷の形状の好ましくない例の断面図である。
【図８】第２の実施の形態の加熱軟化壷の断面図である。
【図９】第３の実施の形態の加熱軟化壷の断面図である。
【図１０】従来の加熱軟化皿によるガラス素材の加熱軟化状態を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、不良ガラス塊を用いてガラス回転体を成形したときに、折れ込みが発生する状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１      ガラス回転体の製造装置
２      ガラス素材
３      加熱軟化壷
４      加熱炉
５      成形部
６      搬送部
７      搬入搬出口
１２    ガラス塊
１３    開口部
１４    球状底壁
１５    底面
１６    側壁
１６'  下側壁
１７'  上側壁
α      頂角
Ｄ      高さ（深さ）
【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】
2007230829.tif 000008
【図７】
2007230829.tif 000009
【図８】
2007230829.tif 000010
【図９】
2007230829.tif 000011
【図１０】
2007230829.tif 000012
【図１１】
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