(57)【要約】【課題】サイズ、形状の異なる棒状ガラスを成形する際、部分交換することにより、多種多様な形状の棒状ガラスを短時間で製造することができるガラス成形用ダイスを提供すること。【解決手段】この成形用ダイス３０は、流入口３１、引出し口及びそれらを貫通する貫通孔を有するカートリッジ部３７と、当該カートリッジ部３７の周囲に装填されるダイス本体部３５と、からなるガラス成形用ダイス３０であって、前記カートリッジ部３７は当該ガラス成形用ダイス３０中に筒状に配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口、引出し口及びそれらを貫通する貫通孔を有するカートリッジ部と、当該カートリッジ部の周囲に装填されるダイス本体部と、からなるガラス成形用ダイスであって、
前記カートリッジ部は当該ガラス成形用ダイス中に筒状に配置されるガラス成形用ダイス。
【請求項２】
前記流入口に近接して設けられる加熱手段と、必要に応じて前記引き出し口に近接して設けられる冷却手段とを有し、
前記加熱手段及び前記冷却手段は、前記ダイス本体部に設けられている請求項１記載のガラス成形用ダイス。
【請求項３】
前記カートリッジ部は、前記貫通孔の断面形状及び／又は断面径が、異なる種類のものに交換可能である請求項１又は２記載のガラス成形用ダイス。
【請求項４】
前記カートリッジ部は、前記貫通孔の前記断面形状が円又は略円形状であって、円に換算した場合の前記貫通孔の径が、０．５インチから４．０インチまでの範囲内で、複数種類の前記カートリッジ部に交換可能である請求項３記載のガラス成形用ダイス。
【請求項５】
前記カートリッジ部の前記貫通孔の断面形状が多角形状である請求項３記載のガラス成形用ダイス。
【請求項６】
請求項１から５いずれか記載のガラス成形用ダイスと、
溶融ガラスを流出する流出口を有した流出パイプと、を備え、
前記流出パイプの流出口の下方に前記流入口を配置してなる棒状ガラス成形装置。
【請求項７】
前記流出パイプが、前記ガラス成形用ダイスの横断面の略中心部に配置され、当該流出パイプの先端部より気体を噴出可能なノズルを備える請求項６記載の棒状ガラス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光学素子の製造工程において、溶融ガラスを棒状ガラスに成形するガラス成形用ダイス及び棒状ガラス成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク駆動装置に用いる情報記録媒体用の基板として、ガラス製、あるいはガラスセラミックス製の基板が盛んに用いられるようになっている。このようなハードディスク駆動装置用のガラス基板には、その中心に孔を有する円盤状のガラスが用いられる。この円盤状のガラスは、丸棒状に成形されたガラスを所定の厚さにスライスし、このスライスされたガラスの中心に孔を成形し、さらに、研削および研磨加工を施して製作される。
【０００３】
従来より、このような丸棒状のガラスを成形する装置として、次のような丸棒ガラス成形装置が知られている。丸棒ガラス成形装置は、例えば、溶融ガラスを流出する流出口を有した流出パイプと、流入口から引出し口まで略直線的に貫通する貫通孔を有する成形ダイスとを備える。また、この流出パイプの流出口の下方には、成形ダイスの流入口が配置される。
【０００４】
この丸棒ガラス成形装置によれば、まず、溶融ガラスが、流出パイプの流出口から成形ダイスの流入口へ流入される。流入された溶融ガラスは、成形ダイスの貫通孔を形成する内壁と接して放熱しながら、その自重により引出し口へ流される。放熱して温度が下がった溶融ガラスは、粘度が上昇し、貫通孔の内径に応じた断面寸法の丸棒ガラスに成形されながら、引出し口から降下される。以上のようにして従来の丸棒ガラス成形装置は動作し、丸棒ガラスが成形される。
【０００５】
このような従来の丸棒ガラス成形装置に対して、例えば、特許文献１には、溶融槽から溶融ガラスを、上部を加熱したガラスに濡れない耐火材の筒状面と接触しながら流下させて、冷却固化させることにより、棒状ガラスを連続的に製造する製造装置が開示されている。この耐火材の筒状面に用いられる筒状鋳型の形状として、円形、二等辺三角形の形状が開示されている。これらの形状は、任意の横断面形状を選ぶことができ、また、自由表面の存在による棒状ガラスの横断面形状の制約がないため、レンズ用の丸棒、プリズム用の三角棒、ペンタプリズム用の五角棒などを容易に連続製造することができる。
【特許文献１】特公昭４９−１０８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示された棒状ガラス成形装置においては、異なる形状の棒状ガラスを製造するためには、製造後に、筒状鋳型を含む成形ダイスを交換しなければならなかった。そのため、成形ダイスを交換する度に、筒状鋳型の内孔と流出管とを同一中心線上に設定しなければならず、生産効率の低減の原因となるおそれがあった。
【０００７】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、棒状ガラスの成形サイズ、形状を変更する際、部分交換のみで交換することにより、多種多様な形状の棒状ガラスの製造を短時間で行えるガラス成形用ダイス及びガラス成形装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ガラス成形用ダイス中に交換可能なカートリッジ部を配置し、このカートリッジ部を交換することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【０００９】
（１）  流入口、引出し口及びそれらを貫通する貫通孔を有するカートリッジ部と、当該カートリッジ部の周囲に装填されるダイス本体部と、からなるガラス成形用ダイスであって、前記カートリッジ部は当該ガラス成形用ダイス中に筒状に配置されるガラス成形用ダイス。
【００１０】
本発明のガラス成形用ダイスによれば、ガラス成形用ダイスに配置される貫通孔を有するカートリッジ部は交換可能であるため、カートリッジ部のみを交換することで、貫通孔のサイズ及び／又は形状を変更することができ、異なるサイズ及び／又は形状の棒状ガラスを製造することができる。また、ガラス成形用ダイスは固定されているため、カートリッジ部の交換において、貫通孔の中心と、流出口の中心がずれることがない。したがって、再度、貫通孔と流出口の中心を合わせる（センター出しをする）必要がないため、生産性の向上を図ることができる。特に、小ロットの生産において、交換を頻繁に行わなければならない場合において、生産性を落とすことなく製造することができる。
【００１１】
（２）  前記流入口に近接して設けられる加熱手段と、必要に応じて前記引き出し口に近接して設けられる冷却手段とを有し、前記加熱手段及び前記冷却手段は、前記ダイス本体部に設けられている（１）記載のガラス成形用ダイス。
【００１２】
この態様によれば、加熱手段及び冷却手段が、ダイス本体部に設けられているため、カートリッジ部を貫通孔のみの構成とすることができ、カートリッジ部の構成を簡略化することができ、また、交換も容易に行うことができる。
【００１３】
（３）  前記カートリッジ部は、前記貫通孔の断面形状及び／又は断面径が、異なる種類のものに交換可能である（１）又は（２）記載のガラス成形用ダイス。
【００１４】
この態様によれば、貫通孔の断面形状及び／又は断面径に応じた棒状ガラスを、カートリッジ部を交換することにより、容易に成形することができる。
【００１５】
（４）  前記カートリッジ部は、前記貫通孔の前記断面形状が円又は略円形状であって、円に換算した場合の前記貫通孔の径が、０．５インチから４．０インチまでの範囲内で、複数種類の前記カートリッジ部に交換可能である（３）記載のガラス成形用ダイス。
【００１６】
この態様によれば、円又は略円形状の形状で、０．５インチから４．０インチの範囲内の径の棒状ガラスの成形ができるため、レンズ、情報記録用ディスク、ガラス基板用のガラス成形用ダイスとして好適に用いることができる。なお、当該貫通孔の断面の半径と長さとの比は、好ましくは１：１〜１：１００、より好ましくは１：２〜１：９０、最も好ましくは１：３〜１：８０の範囲内となる。
【００１７】
（５）  前記カートリッジ部の前記貫通孔の断面形状が多角形状である（３）記載のガラス成形用ダイス。
【００１８】
この態様によれば、貫通孔の断面形状に応じた多角形の棒状ガラスを成形することができる。ガラスは、粘性を有するため、丸くなる性質を有するが、貫通孔を多角形状とし、かつ、ガラス成形用ダイスの引出し口の下方に設けられている駆動ローラで、所定の引き出し速度で引き出されることにより、容易に貫通孔の形状の棒状ガラスを製造することができる。多角形の中でも、三角形はプリズム、五角形はペンタプリズムとして用いることができる。
【００１９】
（６）  （１）から（５）いずれか記載のガラス成形用ダイスと、溶融ガラスを流出する流出口を有した流出パイプと、を備え、前記流出パイプの流出口の下方に前記流入口を配置してなる棒状ガラス成形装置。
【００２０】
この態様によれば、溶融ガラスを、流出パイプの流出口からガラス成形用ダイスの流入口へ流入させる。流入された溶融ガラスは、ガラス成形用ダイスの貫通孔の内壁と接して放熱しながら、その自重により引出し口へ流される。その際、溶融ガラスは、貫通孔の断面形状に応じた断面の棒状ガラスに成形されながら、引出し口から降下する。ここで、当該棒状ガラス成形装置は、（１）から（５）に記載されたガラス成形用ダイスを備えているため、上述したガラス成形用ダイスで述べた効果と同様の効果を奏することができる。
【００２１】
（７）  前記流出パイプが、前記ガラス成形用ダイスの横断面の略中心部に配置され、当該流出パイプの先端部より気体を噴出可能なノズルを備える（６）記載の棒状ガラス成形装置。
【００２２】
この態様によれば、流出パイプに備えられるノズルから、溶融ガラスの略中心部に、単位時間あたり所定量の気体を連続的に噴出させる。このように、貫通孔に溶融ガラスを流しながら、ノズルから気体を噴出し、孔を成形するので、破損及び脈理の少ない中空棒状ガラスを安定して成形することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のガラス成形用ダイス及び棒状ガラス成形装置によれば、溶融ガラスを、流出パイプの流出口からガラス成形用ダイスの流入口へ流入させる。流入された溶融ガラスは、ガラス成形用ダイスに設けられているカートリッジ部の貫通孔の内壁と接して放熱しながら、その自重により引出し口へ流される。その際、溶融ガラスは、貫通孔の断面形状に応じた断面の棒状ガラスに成形されながら、引出し口から降下させる。ここで、カートリッジ部は交換可能であるため、カートリッジ部のみを交換することで、貫通孔のサイズ及び／又は形状を変更することができる。したがって、異なるサイズ及び／又は形状の棒状ガラスを製造することができ、多種多様な成形を短時間で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜全体構成＞
図１は、本発明の棒状ガラス成形装置１の断面図である。棒状ガラス成形装置１は、溶解炉１０と、流出パイプとしての流量制御パイプ２０と、ガラス成形用ダイス３０と、引出し速度制御手段としての複数の駆動ローラ４０と、を有する。
【００２５】
溶解炉１０は、ガラス成形用ダイス３０よりも高い位置に設けられ、この溶解炉１０の底部には、下方に延びた流量制御パイプ２０が接続される。また、この溶解炉１０は高温に保持され、炉内には均質に溶融された溶融ガラスが収容される。なお、溶融炉から溶融ガラスを流出する際に、溶融ガラスに圧力をかけて流出させる方法による場合には、溶融炉の高さは任意の位置に設定することができる。
【００２６】
流量制御パイプ２０は、その一端は溶解炉１０に接続され、もう一方の端は流出口２１として鉛直下方に向けて配置される。この流出口２１の下方には、後述するガラス成形用ダイス３０の流入口３１が設置される。また、この流量制御パイプ２０は、その材質として白金及び／又は金を含み、パイプ自体に電流が流れるように構成されている。
【００２７】
駆動ローラ４０は、ローラと、このローラを回転駆動する駆動部から成る。各駆動ローラ４０は、後述するガラス成形用ダイス３０の引出し口３２の下方に設けられ、この引出し口３２の中心から鉛直下方に延びた軸上の各部分を、２つの駆動ローラ４０で挟み込むようにして設けられる。また、各ローラの材質としては、熱伝導性が悪く、２００〜６００℃の丸棒に成形されたガラスと係合して滑らない材質を用いる。本発明の棒状ガラス成形装置１では、例えば、ダグタイル鋳鉄およびカーボンから成る材質を用いる。
【００２８】
＜ガラス成形用ダイス＞
図２は、ガラス成形用ダイス３０と、流量制御パイプ２０の流出口２１との拡大断面図あり、図３は、ガラス成形用ダイス３０の分解斜視図である。
【００２９】
ガラス成形用ダイス３０は、貫通孔３６を含みガラス成形用ダイスの略中心部に筒状に配置されるカートリッジ部３７と、カートリッジ部３７の周囲にカートリッジ部３７と密着するように配置されるダイス本体部３５とからなる円筒形状のダイスである。カートリッジ部３７は、中心軸に沿って略円形の断面形状を有する貫通孔３６が形成されている。この貫通孔３６の両端は、流入口３１および引出し口３２となっている。すなわち、ガラス成形用ダイス３０には、流入口３１から引出し口３２に略直線的に至る貫通孔３６が形成されている。ここで、流入口３１の内径は、流量制御パイプ２０の流出口２１の内径よりも大きく形成されている。また、貫通孔３６の内径は、流入口３１から所定の内径に狭まり、引出し口３２に向かうにしたがって拡がっている。このガラス成形用ダイス３０は、貫通孔３６の中心軸が鉛直方向になるように配置され、かつ、流入口３１が流量制御パイプ２０の流出口２１の下方に位置するように配置される。
【００３０】
なお、本発明のガラス成形用ダイスにおいて、カートリッジ部に設けられている貫通孔は、流入口と引出し口とを略直線的に貫通していることが好ましいが、例えば、内部において、貫通孔の径が非連続的に変化していたり、または折れ曲がっていたりすることを排除するものではない。
【００３１】
また、カートリッジ部は、ダイス本体からの熱伝導を良好にするため、ダイス本体の略中心部に密着して装填されていることが好ましい。ただし、カートリッジ部とダイス本体部が必ずしも密着している必要はなく、場合によっては、間に一部空間が形成されていてもよい。また、カートリッジ部の装填位置はダイス本体部の略中心部であることが好ましいが、それ以外の態様を排除するものではない。
【００３２】
本発明の棒状ガラス成形装置１では、ガラス成形用ダイス３０の材質として、ダグタイル鋳鉄を用いるが、熱伝導率が大きく、耐熱材料であれば、ダグタイル鋳鉄以外、例えばカーボン系材料等を用いてもよい。
【００３３】
カートリッジ部３７を、ダイス本体部３５に密着させる場合は、ダイス本体部３５のカートリッジ部３７の装着部３９の内径をカートリッジ部３７の外径よりわずかに大きくすることが好ましい。これにより、成形時の加熱によりカートリッジ部３７が熱膨張し、ダイス本体部３５と密着させることができる。また、成形後においても、冷却によりカートリッジ部３７が収縮するため、ダイス本体部３５からの取り外しが容易となる。
【００３４】
カートリッジ部３７の厚み、つまり、貫通孔３６の壁面からカートリッジ部３７の外径の壁面までの寸法は特に限定されず、カートリッジ部３７の貫通孔３６の壁面が、製造時の熱により膨張し、製造されるガラスが変形しない範囲であれば良い。カートリッジ部３７の材質などによる熱膨張率、製造されるガラス組成により異なるが、貫通孔が円形状又略円形状である場合、厚みは１０ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３５】
貫通孔３６の内径は、情報記録用ディスク、ガラス用基板として好適に用いるため、０．５インチから４．０インチまでの範囲内で、複数種類のカートリッジ部に交換可能であることが好ましい。この範囲の中で、０．８５インチ、１．０インチ、１．８インチ、２．５インチ、３．０インチ又は３．５インチに交換可能であることが好ましく、１インチであることが最も好ましい。
【００３６】
また、貫通孔３６の断面形状は、特に限定されず、製造するガラスに合わせて変更することができるが、略円形状又は多角形状の断面形状であることが好ましい。多角形上の断面形状としては、三角形、四角形及び五角形状を挙げることができる。また、略円形状又は多角形状以外の断面形状を有する棒状ガラスに成形したい場合には、所望の断面形状を有するカートリッジ部に交換すればよい。例えば、その断面形状は断面の中心から外縁への距離が一定でない形状でもよい。カートリッジ部の他の例として、図４に、貫通孔が三角形の断面形状を有するカートリッジ部３７’を示す。三角形の棒状グラフはプリズム用のガラスとして用いることができる。また、円形状のガラスは、レンズ用として用いることができる。
【００３７】
ダイス本体部３５には、加熱手段としてのカートリッジヒータ３３と、冷却装置３４とを設けることができる。図３に示すように、ガラス成形用ダイス３０の流入口３１側の端面には、貫通孔３６と平行になるように延びた複数の穴が設けられている。これら複数の穴は、貫通孔３６を形成する内壁面から所定寸法離れて設けられ、棒状のカートリッジヒータ３３を挿入することができる。
【００３８】
一方、ガラス成形用ダイス３０の引出し口３２側には、環状の凹部が形成され、これにより、突出した壁部３８が形成される。凹部には、冷却手段としての環状の冷却装置３４が、着脱自在に設けられる。冷却装置３４は、冷媒として液体を用いるものであり、その内部に環状に延びる通水路が形成され、その外側面には、通水路に冷媒を流入するための冷媒流入口（図示せず）と、通水路を通った冷媒が排出される冷媒排出口（図示せず）とが設けられる。なお、本発明の棒状ガラス成形装置１では、冷媒として水を用いるが、これに限られず、エアーなどの気体を用いることもできる。以上の冷却装置３４は、通水路に冷却水を注入することで、ガラス成形用ダイス３０の壁部３８の内壁面を冷却することができる。
【００３９】
＜作用＞
本実施形態の棒状ガラス成形装置１は、例えば次のように動作する。まず、溶解炉１０の炉内にて溶融された溶融ガラスが、溶解炉１０から流量制御パイプ２０へ、所定の流量で流下される。流下された溶融ガラスは、流量制御パイプ２０の内部を流れて、その流出口２１から、下方に配置されたガラス成形用ダイス３０の流入口３１に流出される。また、流量制御パイプ２０に溶融ガラスが流れる際、この流量制御パイプ２０には所定量の電流が流され、この電流量に応じて、流量制御パイプ２０自体が発熱させることもできる。すると、流量制御パイプ２０の中を流れる溶融ガラスの温度が変化し、これに応じて溶融ガラスの粘度が変化し、溶融ガラスが流れる速度も変化する。このようにして、流量制御パイプ２０の流出口２１から、単位時間あたりに流出される溶融ガラスの量が制御される。
【００４０】
次に、ガラス成形用ダイス３０の流入口３１に流入された溶融ガラスは、流入口３１に近接して設けられた複数のカートリッジヒータ３３により加熱される。加熱された溶融ガラスは、その自重により、流入口３１から貫通孔３６を下方に流れる。このとき、溶融ガラスは、貫通孔３６を形成する内壁と接して放熱する。放熱して温度が下がった溶融ガラスは、粘度が上昇し、貫通孔３６の断面形状に応じた断面を有する棒状ガラスに成形されながら引出し口３２まで到達する。引出し口３２付近において、溶融ガラスは、引出し口３２に近接して設けられた冷却装置３４で、さらに冷却され、成形ガラスとして引出し口３２から降下される。
【００４１】
次に、ガラス成形用ダイス３０の引出し口３２から降下された成形ガラスは、下方に回転する駆動ローラ４０により挟み込まれ、この駆動ローラ４０の回転速度に相当する引出し速度で、下方に引出される。
【００４２】
成形後に更に、異なるサイズ及び／又は形状の棒状ガラスを成形する場合、カートリッジ部３７のみを交換することで、異なるサイズ及び／又は形状の棒状ガラスの成形が可能となる。カートリッジ部３７のみ交換することにより、成形毎に流入口と貫通孔の中心を合わせる必要がなくなるため、生産性の向上を図ることができる。特に、流入口と貫通孔との中心が外れていると、貫通孔を通過する溶融ガラスの温度分布が均一にならず、成形された棒状ガラスの表面のしわの発生又はガラスの失透の原因となる。
【００４３】
また、カートリッジ部３７の外径が一定であることが好ましい。貫通孔３６の内径のサイズにより、カートリッジ部３７の厚みが異なってくるため、貫通孔３６の内径を広くした場合、カートリッジ部３７の厚みが薄くなるため、充分な冷却効果を得ることができる。また、逆に、貫通孔３６の内径を細くした場合は、カートリッジ部３７の厚みが厚くなるが、通過する溶融ガラスの量が減少するため、冷却効果に差はほとんどみられない。また、カートリッジヒータ３３及び冷却装置３４は、ダイス本体部３５に設けられている。従って、カートリッジ部３７は貫通孔３６のみの構成とすることができ、カートリッジ部３７の構成を簡略化することができ、交換も容易に行うことができる。
【００４４】
なお、本発明は、上述の装置に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは、本発明に含まれるものである。例えば、特開２００５−８９２７５号公報に示すように、ガラス成形用ダイスの貫通孔の中心軸を傾斜させて配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の棒状ガラス成形装置の断面図。
【図２】前記棒状ガラス成形装置のガラス成形用ダイスと、流量制御パイプの流出口との拡大断面図。
【図３】前記棒状ガラス成形装置のガラス成形用ダイスの分解斜視図。
【図４】貫通孔の他の形状を示すカートリッジ部の斜視図。
【符号の説明】
【００４６】
１      棒状ガラス成形装置
２０    流量制御パイプ
２１    流出口
３０    ガラス成形用ダイス
３１、３１’    流入口
３２    引出し口
３３    カートリッジヒータ
３４    冷却装置
３５    ダイス本体部
３６    貫通孔
３７、３７’    カートリッジ部
３８    壁部
３９    装着部
４０    駆動ローラ
【図１】
2007091494.tif 000003
【図２】
2007091494.tif 000004
【図３】
2007091494.tif 000005
【図４】
2007091494.tif 000006