(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状セラミックス母材の一方の側の表面に局部圧縮を増大させる溝を施すとともに、反対側の表面にこの溝部に対向して切り欠きを設けたのち、母材を加熱することなく、前記溝部に圧力を印加して、該切り欠き部に引張り応力を与え、平板状セラミックス母材を分割する塊状素材の製造方法であって、
前記溝部の断面形状が、溝の先端を頂点とする二等辺三角形状で、
前記圧力を印加する手段が、丸棒状部材であり、
平板状セラミックス母材の厚さをＴ（ｍｍ）、溝部の深さをｔ（ｍｍ）としたときに、下記式
０．１Ｔ＜ｔ＜０．２５Ｔ
を満たすことを特徴とする塊状素材の製造方法。
【請求項２】
成形面に突起を形成した成形型を用いて平板状セラミックス母材を成形することにより、該母材の一方の側の表面に局部圧縮を増大させる溝を施し、次いで反対側の表面にこの溝部に対向して切り欠きを設ける請求項１記載の塊状素材の製造方法。
【請求項３】
平板状セラミックス母材が平板状ガラス母材である請求項１または２に記載の塊状素材の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の製造方法で得られたガラスからなる塊状素材を重量調節したのち、加熱軟化処理し、次いでプレス成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は塊状素材の製造方法の改良、およびこの方法で得られた塊状素材を用いてガラス成形体を製造する方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、セラミックス母材を切断、分割して重量精度のよいセラミックスからなる塊状素材を効率よく製造する方法、およびこの方法により得られたガラスからなる塊状素材を用い、光学レンズ、プリズム、フィルター、回折格子、ディスクなどのガラス成形体を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズ、プリズムなどは、塊状素材を加熱軟化させて成形型内に供給してプレス成形することにより製造されている。そして、このような成形方法で用いられる塊状素材は、ある大きさのセラミックス母材を所定の大きさに切断し、分割することにより作製されている。この際、分割された各塊状素材の重量が同一であることが重要である。塊状素材の重量が所定の重量より不足する場合には、成形型のキャビティをセラミックスで満たし切れず、部分的にセラミックスの伸び不良が生じやすいし、一方、所定の重量より過多の場合には、セラミックスが成形型からはみ出して、不良が生じる原因となる。したがって、セラミックス母材を切断し、分割することにより得られた各塊状素材が同一重量でなければ、後工程で長時間のバレル研磨を行い、塊状素材の重量を揃える方法が一般に行われているが、この方法では余分の加工時間を必要とするとともに、材料の損失が発生するのを免れない。
【０００３】
セラミックス母材を切断、分割して塊状素材を作製する方法の一つとして、例えばセラミックス母材の表面に、超硬ホイールカッターでクラックを形成させ、そのクラックを成長させることにより、セラミックス母材を切断する方法が知られている。しかしながら、このような方法では、セラミックス母材の表面に形成したクラックを垂直に成長させなければ、同一重量の塊状素材の作製が困難となる。
【０００４】
このため、例えば塊状素材の原板として、ガラス平板の上面及び下面に、該ガラス平板を小片に分割するための溝を形成したものを用いる方法が提案されている（特開平５−１４７９５１号公報）。しかしながら、この方法においては、得られた各塊状素材の継ぎ目に余剰のガラスが残るという問題がある。また、ガラス平板の両面に溝を設けるのに、成形面に桝目状突起を形成したプレス成形型が用いられるが、該桝目状突起内にガラスが十分に伸びず、ガラスが矩形状に成形されないことがしばしば起こるという問題もある。したがって、この方法では、満足しうる重量精度を有する塊状素材は得られにくいのが実状であった。
【０００５】
また、ガラスなどのセラミックスの切断方法として、局部圧縮法がある。この局部圧縮法とは、ガラスの主表面にカッターなどで切り欠きを与え、この面を下側に向けて置き、前記切り欠きに沿ってリボン状の加圧片を配置し、この加圧片を押すことにより、切断する方法である［「日本大学工学部  紀要」第３０巻Ａ、３月号、第１１３〜１２０ページ（１９８９年）参照］。しかしながら、この方法においても、得られる塊状素材の重量精度については、必ずしも十分とはいえない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、ガラスなどのセラミックス母材を切断、分割して重量精度の良いセラミックスからなる塊状素材を効率よく製造する方法、およびこの方法で得られたガラスからなる塊状素材を用いてガラス成形体を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
重量精度の良い塊状素材を作製するには、セラミックス母材に設けられた切り欠き（クラック）を垂直に成長させねばならず、それには切り欠き自体に均等な応力をかけることが必要である。応力が均等にかからない場合、切り欠きが垂直に成長せず、切断予定線以外での切断が発生し、得られる塊状素材の重量バラツキが大きくなる。
【０００８】
本発明者らは、前記目的を達成するために、セラミックス母材に設けられた切り欠きに均等な応力を働かせることについて鋭意研究を重ねた結果、セラミックス母材の切り欠きが設けられた表面とは反対側の表面に、該切り欠きに対向して局部圧縮を増大させる加工を施し、この加工部に圧力を印加することにより、切り欠き部に均等な応力が働き、重量精度の良い塊状素材が得られること、そして、このようにして得られたガラスからなる塊状素材を重量調節後、加熱軟化処理してプレス成形することにより、目的のガラス成形体が効果的に得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、平板状セラミックス母材の一方の側の表面に局部圧縮を増大させる溝を施すとともに、反対側の表面にこの溝部に対向して切り欠きを設けたのち、母材を加熱することなく、前記溝部に圧力を印加して、該切り欠き部に引張り応力を与え、平板状セラミックス母材を分割する塊状素材の製造方法であって、
前記溝部の断面形状が、溝の先端を頂点とする二等辺三角形状で、
前記圧力を印加する手段が、丸棒状部材であり、
平板状セラミックス母材の厚さをＴ（ｍｍ）、溝部の深さをｔ（ｍｍ）としたときに、下記式
０．１Ｔ＜ｔ＜０．２５Ｔ
を満たすことを特徴とする塊状素材の製造方法を提供するとともに、この方法で得られたガラスからなる塊状素材を重量調節したのち、加熱軟化処理し、次いでプレス成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法をも提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の塊状素材の製造方法において用いられるセラミックス母材の種類としては特に制限はなく、様々な種類のセラミックスを使用することができるが、中でもガラスが好適である。また、このガラスの種類としては特に制限はなく、得られる塊状素材の用途に応じて適宜選択すればよい。このセラミックス母材の形状としては、通常平板状のものが用いられる。
【００１１】
本発明においては、このようなセラミックス母材の一方の側の表面に局部圧縮を増大させる加工を施すとともに、反対側の表面にこの加工部に対向して切り欠き（クラック）を設けることが必要である。
【００１２】
セラミックス母材の一方の側の表面に施される局部圧縮を増大させる加工については特に制限はないが、一般的には、賽の目状の溝加工を施すのが有利である。図１は、本発明方法で用いられる切断、分割する前の加工されたセラミックス母材の一例の斜視図であって、平板状セラミックス母材１の上面に賽の目状の溝２が形成され、下面に該溝２に対向して切り欠き３が形成されている構造を示す。
【００１３】
本発明においては、このように、セラミックス母材の一方の側の表面に設けられた局部圧縮を増大させる加工部、すなわち図１において２の賽の目状の溝部に圧力を印加し、反対面に設けられた切り欠き部、すなわち図１において３の切り欠き部に引張り応力を与え、セラミックス母材を切断する。この際、圧力を印加するための部材としては、通常は、断面形状が円形の丸棒状部材が用いられる。また、溝の形状としては、溝の先端に切断時の応力を集中させる必要があるため、その断面が溝の先端を頂点とする二等辺三角形の形状を有することが肝要である。
【００１４】
図２は、前記図１におけるセラミックス母材の部分拡大断面図である。溝２の形状については、平板状セラミックス母材１の厚さをＴ（ｍｍ）、溝２の深さをｔ（ｍｍ）、溝２の先端角度をθ（度）、丸棒状加圧部材の直径をａ（ｍｍ）とした場合、溝の厚さｔは、０．１Ｔ＜ｔ＜０．２５Ｔの範囲が好ましく、特に０．１５Ｔ≦ｔ≦０．２５Ｔの範囲が好ましい。また、溝の先端角度θは、０＜２ｔ・ｔａｎ（１／２θ）＜ａの関係式を満たすのが好ましく、特に０．２ａ≦２ｔ・ｔａｎ（１／２θ）＜０．４ａの関係式を満たすのが好ましい。さらに、切り欠き３の長さｄ（ｍｍ）は、０．Ｔ＜ｄ＜０．１Ｔの範囲が好ましく、特に０．０２５Ｔ≦ｄ≦０．０７５Ｔの範囲が好ましい。
【００１５】
次に、このようにして加工されたセラミックス母材を切断、分割する具体的な方法について説明する。
【００１６】
図３は、本発明において、セラミックス母材を切断、分割する方法の一例を示す説明図である。図３で示すように、セラミックス母材１の一方の側の表面に、前記のような形状を有する溝２を賽の目状に形成するとともに、その反対側の面に、該溝２に対向して、前記のような長さの切り欠き３を形成したものを、溝２が形成された面が上側になるように、緩衝材４の上に載置する。次に、丸棒状加圧部材５を用いて、２の溝部に圧力を印加する。この圧力の印加により溝部の先端に応力が集中し、その結果、該溝に対向して設けられた下面の切り欠き３に均等な引張り応力が働き、切り欠き３は垂直に成長して、セラミックス母材１が切断される。このような方法で切断することにより、セラミックス母材のロスがなく、重量精度の良好な塊状素材が得られる。
【００１７】
また、前記のような溝を設ける代わりに、セラミックス母材の両面に、対向する切り欠きを設け、前記と同様にして上面の切り欠き部に、丸棒状加圧部材により圧力を印加した場合、下面の切り欠きに働く引張り応力が均等でなく、重量精度の良好な塊状素材が得られない。
【００１８】
さらに、前記図３において、セラミックス母材１の上面に溝を設けることなく、丸棒状加圧部材５により、同様に印加した場合には、重量精度の良好な塊状素材は得られない上、得られる塊状素材の欠けの発生率が、溝を設ける場合に比較して、かなり多くなる。
【００１９】
図４は、セラミックス母材の上面に圧力を印加した場合における応力の作用を示す模式図であって、図４（ａ）は、上面に溝を設け、下面に切り欠きを設けたセラミックス母材の場合であり、図４（ｂ）は、上面に溝を設けず、かつ下面のみに切り欠きを設けたセラミックス母材の場合である。（ａ）場合は、緩衝材の作用により、母材下面に設けられた切り欠きに矢印のように引張り応力が均等に働き、切り欠きは垂直に成長し、また上面に設けられた溝に矢印のように圧縮応力が働くが、この応力は溝により吸収されるので、欠けが生じにくい。一方、（ｂ）の場合は、緩衝材の作用により、母材下面に設けられた切り欠きに矢印のように引張り応力が不均等に働き、切り欠きは垂直に成長しにくく、また母材上面の圧力を印加した場所に矢印のように圧縮応力が働き、欠け発生の原因となる。
【００２０】
本発明においては、セラミックス母材の一方の側の表面に局部圧縮を増大させる加工を施し、例えば賽の目状の溝を設けるには、以下に示す方法を用いるのが有利である。
【００２１】
図５は、成形型によるプレス成形で、一方の側の表面に局部圧縮を増大させる加工を施したセラミックス母材を作製する一例の工程説明図である。まず加熱軟化したセラミックス塊（ガラスの場合は７００〜９００℃程度に加熱軟化した塊）１１を、胴型１３内に保持された成形面が平坦な下型１４の上に供給したのち、成形面に突起部１５を有する上型１２を用いてプレス成形を行う。これにより、一方の側の表面に局部圧縮を増大させる加工が施された、例えば賽の目状の溝が設けられたセラミックス母材が得られる。
【００２２】
このようにして得られたセラミックス母材の局部圧縮を増大させる加工が施された面の反対面に、その加工部（例えば賽の目状の溝）に対向して切り欠きを形成するには、通常超硬ホイールカッターが用いられる。このようにして、例えば図１に示すように加工されたセラミックス母材が得られる。
【００２３】
このような本発明の塊状素材の製造方法は、特にセラミックス母材が厚さ４ｍｍ以上の厚板であるものに対して、適用するのが有利である。
【００２４】
本発明はまた、前記の製造方法で得られたガラスからなる塊状素材を用いて、ガラス成形体を製造する方法をも提供する。
【００２５】
このガラス成形体の製造方法においては、前記の方法で得られたガラスからなる塊状素材を、まずバレル研磨などにより、所望の重量になるように重量調節を行う。なお、この際、必要に応じエッジなどを丸めてもよい。次に、ガラスの種類により異なるが、通常７００〜９００℃程度に加熱軟化処理し、成形型によりプレス成形することによって、所望のガラス成形体が得られる。
【００２６】
本発明の方法で得られたガラス成形体としては、例えば光学レンズ（研磨用、非研磨用）、プリズム、フィルター、回折格子、ディスクなどが挙げられる。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
【００２８】
実施例１
バレル研磨による取代０．０５ｇを考慮した最終塊状素材２．４６ｇの１００個に相当するガラスＦＤ８［ホーヤ（株）製、硝種名］塊を軟化炉にて５２０℃に加熱軟化させ、図５に示す下型１４の上に供給したのち、上型１２を用いてプレス成形を行い、上面に賽の目状の溝部（深さ１．５ｍｍ、先端角度６０°）を有する厚さ８ｍｍの板状ガラス母材を得た。次いで、この板状ガラス母材の下面に、超硬ホイールカッターで、上面の溝部に対向してクラックを形成したのち、図３に示すように、板状ガラス母材の上面の溝部を、径１０ｍｍの樹脂製丸棒で加圧した。この加圧により、溝部の先端に応力が集中し、その結果、ガラス母材の下面に設けられたクラックに均等な引張り応力が働き、クラックは垂直に成長してガラス母材が切断、分割され、８．５×８．５×８ｍｍの大きさの塊状素材が得られた。このようにして得られた塊状素材の実測重量範囲、理論重量に対する重量バラツキ度、および欠けの発生率を表１に示す。なお、切断によるガラス母材のロスはなかった。
【００２９】
また、ガラス母材上面に溝を形成せず、母材上下両面の切断予定線上にクラックを形成し、上記と同様にして切断を行ったが、期待される切断精度は得られなかった。
【００３０】
比較例１
実施例１において、ガラス母材の上面に溝を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして塊状素材を作製した。
【００３１】
このようにして得られた塊状素材の実測重量範囲、理論重量に対する重量バラツキ度および欠けの発生率を表１に示す。
【００３２】
実施例２
バレル研磨による取代０．０５ｇを考慮した最終塊状素材１．４６ｇの１００個に相当するガラスＢＳＣ７［ホーヤ（株）製、硝種名］塊を用いた以外は、実施例１と同様にして実施し、塊状素材を作製した。
【００３３】
このようにして得られた塊状素材の実測重量範囲、理論重量に対する重量バラツキ度および欠けの発生率を表１に示す。
【００３４】
比較例２
実施例２において、ガラス母材の上面に溝を形成しなかったこと以外は、実施例２と同様にして塊状素材を作製した。
【００３５】
このようにして得られた塊状素材の実測重量範囲、理論重量に対する重量バラツキ度および欠けの発生率を表１に示す。
【００３６】
実施例３
バレル研磨による取代０．０５ｇを考慮した最終塊状素材２．５９ｇの１００個に相当するガラスＮＢＦＤ１１［ホーヤ（株）製、硝種名］塊を用いた以外は、実施例１と同様にして実施し、塊状素材を作製した。
【００３７】
このようにして得られた塊状素材の実測重量範囲、理論重量に対する重量バラツキ度および欠けの発生率を表１に示す。
【００３８】
比較例３
実施例３において、ガラス母材の上面に溝を形成しなかったこと以外は、実施例３と同様にして塊状素材を作製した。
【００３９】
このようにして得られた塊状素材の実測重量範囲、理論重量に対する重量バラツキ度および欠けの発生率を表１に示す。
【００４０】
【表１】
0004004094.tif 000002
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、セラミックス母材から、切断時のロスがなく、かつ重量精度のよい塊状素材を効率よく製造しうるとともに、この方法で得られたガラスからなる塊状素材を用いて、光学レンズ、プリズム、フィルター、回折格子、ディスクなどのガラス成形体を効果的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる切断、分割する前の加工されたセラミックス母材の一例の斜視図である。
【図２】前記図１におけるセラミックス母材の部分拡大断面図である。
【図３】本発明において、セラミックス母材を切断、分割する方法の一例を示す説明図である。
【図４】セラミックス母材の上面に圧力を印加した場合における応力の作用を示す模式図である。
【図５】成形型によるプレス成形により、一方の側の表面に局部圧縮を増大させる加工を施したセラミックス母材を作製する一例の工程説明図である。
【符号の説明】
１  セラミックス母材
２  溝
３  切り欠き
４  緩衝材
５  丸棒状加圧部材
１１  セラミックス塊
１２  上型
１３  胴型
１４  下型
１５  突起部
【図１】
0004004094.tif 000003
【図２】
0004004094.tif 000004
【図３】
0004004094.tif 000005
【図４】
0004004094.tif 000006
【図５】
0004004094.tif 000007