(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流下する溶融ガラス流を成形型で受ける第一の工程と、
前記溶融ガラス流の流下速度よりも速い速度で前記成形型を下降させることによって前記溶融ガラス流を分断し、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスを残す第二の工程と、
前記成形型上の溶融ガラスにガスを吹き付けて前記成形型から該溶融ガラスを浮上又は略浮上させた状態でガラス塊を成形する第三の工程とを備え、
前記第一の工程が、前記第三の工程におけるガスの流量よりも少ない流量のガスを溶融ガラス流に対して吹き付けるか又はガスを吹き付けることなく行われ、前記第二の工程において前記成形型が下降されたときに、前記溶融ガラスに吹き付けるガスの流量を増加させることを特徴とするガラス塊の製造方法。
【請求項２】
流下する溶融ガラス流を成形型で受ける第一の工程と、
前記成形型を急下降させて溶融ガラスの自重によって前記溶融ガラス流を分断し、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスを残す第二の工程と、
前記成形型上の溶融ガラスにガスを吹き付けて前記成形型から該溶融ガラスを浮上又は略浮上させた状態でガラス塊を成形する第三の工程とを備え、
前記第一の工程が、前記第三の工程におけるガスの流量よりも少ない流量のガスを溶融ガラス流に対して吹き付けるか又はガスを吹き付けることなく行われ、前記第二の工程において前記成形型が下降されたときに、前記溶融ガラスに吹き付けるガスの流量を増加させることを特徴とするガラス塊の製造方法。
【請求項３】
前記第一の工程が開始されてから前記第三の工程が開始されるまでの時間を、１秒以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス塊の製造方法。
【請求項４】
前記第一の工程におけるガスの流量を、前記第三の工程におけるガスの流量の５〜２０％としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス塊の製造方法。
【請求項５】
前記第一の工程は、３０〜２ポアズの粘度を有する溶融ガラス流を成形型で受けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス塊の製造方法。
【請求項６】
前記成形型上のガラス塊を、その温度がガラス転移点以下にあるときに、前記成形型から取り出す第四の工程を更に備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラス塊の製造方法。
【請求項７】
前記ガラス塊が、精密プレス成形用素材であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガラス塊の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載のガラス塊の製造方法により製造したガラス塊を、再加熱してプレス成形することによってガラス成形品を得ることを特徴とするガラス成形品の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載のガラス塊の製造方法により製造した精密プレス成形素材を再加熱し、精密プレス成形することによってガラス成形品を得ることを特徴とするガラス成形品の製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のガラス成形品の製造方法により光学素子ブランクを製造し、該光学素子ブランクを研削、研磨して光学素子を得ることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】
その成形面上にガスの噴出口を有する成形型と、
前記成形型上に溶融ガラス流を供給する溶融ガラス供給手段と、
前記成形型上に供給される溶融ガラス流の流下速度よりも速い速度で前記成形型を下降させることによって前記溶融ガラス流を分断し、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスを残すようにする成形型上下動駆動手段と、
前記成形型の噴出口から噴出するガスを供給するガス供給手段と、
前記成形型の噴出口から噴出されるガスの流量を調整するガス流量調整手段であって、前記ガス供給手段からのガスを前記成形型の噴出口以外に逃がすガス流路と、前記ガス流路を前記成形型が前記成形型上下動駆動手段により上昇されたときに開放し、下降されたときに閉塞する流路開閉手段とを有し、前記溶融ガラス流が前記成形型上に供給されるときのガスの流量を、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスが残された後において供給されるガスの流量よりも少なくなるように調整するものと、
を備えることを特徴とするガラス塊の製造装置。
【請求項１２】
その成形面上にガスの噴出口を有する成形型と、
前記成形型上に溶融ガラス流を供給する溶融ガラス供給手段と、
前記成形型を急降下させて溶融ガラスの自重によって前記溶融ガラス流を分断し、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスを残すようにする成形型上下動駆動手段と、
前記成形型の噴出口から噴出するガスを供給するガス供給手段と、
前記成形型の噴出口から噴出されるガスの流量を調整するガス流量調整手段であって、前記ガス供給手段からのガスを前記成形型の噴出口以外に逃がすガス流路と、前記ガス流路を前記成形型が前記成形型上下動駆動手段により上昇されたときに開放し、下降されたときに閉塞する流路開閉手段とを有し、前記溶融ガラス流が前記成形型上に供給されるときのガスの流量を、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスが残された後において供給されるガスの流量よりも少なくなるように調整するものと、
を備えることを特徴とするガラス塊の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスより所定重量を有するガラス塊を成形するためのガラス塊の製造方法及び製造装置、更には、前記方法によって得られたガラス塊を再加熱しプレス成形してガラス成形品を製造する方法、該ガラス成形品に研削、研磨を施して光学素子を得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学ガラス素子等のガラス製品の成形のために、所定重量のガラス塊をプレス成形可能な温度まで加熱し、プレス成形を行うリヒートプレス（ＲＰ）法が知られている。ＲＰ法で用いられるプレス素材としては、ガラス板からカットピースと呼ばれるガラス小片を切り出し、その表面にバレル研磨と呼ばれる粗研磨を施して重量調整されたものが広く使用されている。一方で、プレス素材をガラス板から切り出すこの方法では、カットピースの重量バラツキが大きく、このため各プレス素材の重量を一定にするためには、バレル研磨によって除去しなければならないガラスの量が多くなるという問題があった。
【０００３】
このような重量バラツキの問題を解決するものとして、ガラス板からカットピースを切り出すのに代えて、所定重量の溶融ガラスを成形型で受けて、これを成形しプレス素材とする、いわゆる下降切断法が、本件出願人によって提案されている（特開平２−３４５２５号）。下降切断法は、溶融ガラス流を成形型で受けた後、ガラスの流速よりも速い速度で成形型を下降し、これによって溶融ガラス流を分断して成形型上に所定重量の溶融ガラスを残すようにし、この上でプレス素材となるガラス塊を徐冷、成形するものである。通常、下降切断法を採用した成形装置においては、複数の成形型を備え、これに順次溶融ガラスを供給するようにして、ガラス塊を連続的に成形する。
【０００４】
下降切断法においては、成形型上に供給される溶融ガラスが成形型の成形面に接触することにより、その表面にカンやワレなどの欠陥を生じる問題を回避しなければならない。従って、この方法を採用する場合、成形面上に形成した噴出口から窒素や空気などのガスを成形面上に供給し、溶融ガラスを浮上又は略浮上させた状態に維持し、溶融ガラスが成形型の成形面に接触する可能性を最小限に抑えるようにする必要がある。従来の下降切断法においては、一のガス供給源からの浮上用ガスを分岐することによって各成形型へ供給し、成形型への溶融ガラスの供給からガラス塊の取り出しに渡るまで、溶融ガラスが成形面へ接触するのに十分な流量のガスを、各成形型の成形面上に形成した噴出口から噴出させていた。特に従来においては、溶融ガラスの供給時（以下、キャスト時ということがある）におけるガラスと成形面との接触の可能性が最も大きいことから、キャスト時における前記浮上用ガスの流量をより多くすることによって、この問題を回避するようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように浮上用ガスの流量を設定した場合、溶融ガラスのキャスト時に、成形型と溶融ガラスが接触した瞬間のガラスの挙動が激しくなり、これが内部品質不良（折り込みや脈理）の発生要因となり問題となっていた。ここで本件発明者らは、下降切断法においてその成形状態を安定させるためには、以下の２つの条件を満たす浮上用ガスの流量制御を行わなければならないことを新たに見出した。
（１）成形型が溶融ガラスを成形する場合にあっては、各成形型に供給する浮上ガスにバラツキが生じず、ガラスが成形型から浮上するに十分なガスの流量とする。
（２）溶融ガラスのキャスト時にあっては、成形型が溶融ガラスを受けた瞬間、溶融ガラスが不安定な挙動をしない程度の浮上ガスの流量とする。
【０００６】
そこで本発明は、安定した浮上成形に必要な浮上ガスの流量の設定を可能にし、かつ安定したキャスト状態を得られるようにして、高品質かつ重量バラツキの少ないガラス塊の製造を可能にするガラス塊の製造方法及び装置を提供することを目的する。
【０００７】
また本発明は、前記ガラス塊を再加熱、プレス成形してガラス成形品を製造する方法、並びにこのガラス成形品を研削、研磨して光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明のガラス塊の製造方法は、流下する溶融ガラス流を成形型で受ける第一の工程と、前記溶融ガラス流の流下速度よりも速い速度で前記成形型を下降させることによって前記溶融ガラス流を分断し、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスを残す第二の工程と、前記成形型上の溶融ガラスにガスを吹き付けて前記成形型から該溶融ガラスを浮上又は略浮上させた状態でガラス塊を成形する第三の工程とを備え、前記第一の工程が、前記第三の工程におけるガスの流量よりも少ない流量のガスを溶融ガラス流に対して吹き付けるか又はガスを吹き付けることなく行われ、前記第二の工程において前記成形型が下降されたときに、前記溶融ガラスに吹き付けるガスの流量を増加させる方法としてある。
【０００９】
また、本発明のガラス塊の製造方法は、流下する溶融ガラス流を成形型で受ける第一の工程と、前記成形型を急下降させて溶融ガラスの自重によって前記溶融ガラス流を分断し、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスを残す第二の工程と、前記成形型上の溶融ガラスにガスを吹き付けて前記成形型から該溶融ガラスを浮上又は略浮上させた状態でガラス塊を成形する第三の工程とを備え、前記第一の工程が、前記第三の工程におけるガスの流量よりも少ない流量のガスを溶融ガラス流に対して吹き付けるか又はガスを吹き付けることなく行われ、前記第二の工程において前記成形型が下降されたときに、前記溶融ガラスに吹き付けるガスの流量を増加させる方法とすることができる。
【００１０】
発明者らの実験によれば、キャスト時における溶融ガラスの温度は比較的高く、それが成形型の成形面に接触して成形面の形がそこに転写されるような場合であっても、その接触時間が短いものであれば、後に溶融ガラスを浮上させたときに、溶融ガラスの表面がその表面張力に従う元の形に復元されることが明らかにされた。本発明の方法に従って、第一の工程時におけるガスの流量を少なくした場合、キャスト時における成形型に対する溶融ガラスの接触が起こり得るが、その後のガス流量の増加により溶融ガラスが浮上又は略浮上し、前述のように溶融ガラスの表面は元の状態に復元する。一方で、キャスト時にガスの流量を少なくし又はゼロとすることによって、溶融ガラスの挙動を抑えることができ、これを原因とする折り込みや脈理などの内部品質不良のない良質のガラス塊を製造することが可能となる。
【００１１】
この場合において、前記第一の工程が開始されてから前記第三の工程が開始されるまでの時間を、１秒以下とすることが好ましい。また、好適な実施形態においては、前記第一の工程におけるガスの流量を、前記第三の工程におけるガスの流量の５〜２０％、好ましくは５〜１５％、より好ましくは７〜１４％とする。さらに、前記第一の工程は、３０〜２ポアズの粘度を有する溶融ガラス流を成形型で受けることが好ましい。
【００１２】
本発明はさらに、前記成形型上のガラス塊を、その温度がガラス転移点以下にあるときに、前記成形型から取り出す第四の工程を備える。また、前記ガラス塊が、精密プレス成形用素材であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記記載の方法によリ製造したガラス塊を、再加熱しプレス成形してガラス成形品を得ることを特徴とするガラス成形品の製造方法に関する。この場合、前記精密プレス成形素材を再加熱し、精密プレス成形することによってガラス成形品を得ることも可能である。
【００１４】
さらに本発明は、前記ガラス成形品の製造方法により光学素子ブランクを製造し、該光学素子ブランクを研削、研磨して光学素子を得ることを特徴とする光学素子の製造方法に関する。
【００１５】
本発明はまた、ガラス塊の製造装置に関する。本発明の製造装置は、その成形面上にガスの噴出口を有する成形型と、前記成形型上に溶融ガラス流を供給する溶融ガラス供給手段と、前記成形型上に供給される溶融ガラス流の流下速度よりも速い速度で前記成形型を下降させることによって前記溶融ガラス流を分断し、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスを残すようにする成形型上下動駆動手段と、前記成形型の噴出口から噴出するガスを供給するガス供給手段と、前記成形型の噴出口から噴出されるガスの流量を調整するガス流量調整手段であって、前記ガス供給手段からのガスを前記成形型の噴出口以外に逃がすガス流路と、前記ガス流路を前記成形型が前記成形型上下動駆動手段により上昇されたときに開放し、下降されたときに閉塞する流路開閉手段とを有し、前記溶融ガラス流が前記成形型上に供給されるときのガスの流量を、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスが残された後において供給されるガスの流量よりも少なくなるように調整するものとを備える構成としてある。
【００１６】
また、本発明の製造装置は、その成形面上にガスの噴出口を有する成形型と、前記成形型上に溶融ガラス流を供給する溶融ガラス供給手段と、前記成形型を急降下させて溶融ガラスの自重によって前記溶融ガラス流を分断し、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスを残すようにする成形型上下動駆動手段と、前記成形型の噴出口から噴出するガスを供給するガス供給手段と、前記成形型の噴出口から噴出されるガスの流量を調整するガス流量調整手段であって、前記ガス供給手段からのガスを前記成形型の噴出口以外に逃がすガス流路と、前記ガス流路を前記成形型が前記成形型上下動駆動手段により上昇されたときに開放し、下降されたときに閉塞する流路開閉手段とを有し、前記溶融ガラス流が前記成形型上に供給されるときのガスの流量を、前記成形型上に所定重量の溶融ガラスが残された後において供給されるガスの流量よりも少なくなるように調整するものとを備える構成とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（ガラス塊の製造装置）
以下、図示した一実施形態に基いて本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１及び図２は、本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置の一実施形態における側面図及び平面図を示している。図に示すガラス塊の製造装置は、ターンテーブル上に多数の成形型を備え、該成形型上に順次、所定重量の溶融ガラスを供給することによって、連続的に多数のガラス塊を製造可能とする。
【００１９】
図においてガラス塊の製造装置１００は、所定粘度の溶融ガラスを受けて浮上又は略浮上した状態で成形する複数の成形型１０２と、溶融ガラスを成形型１０２に供給する溶融ガラス供給部１０４と、成形型１０２を支持するために各成形型に対応して設けられた成形型べース１０６と、成形型１０２を順次移送可能にする成形型移送部１０８と、溶融ガラスを受ける位置（以下、キャスト位置Ａという。）において成形型を上下動させる成形型上下動駆動部１１０と、成形されたガラス塊を徐冷する加熱炉１１２と、成形型より徐冷されたガラス塊を取り出す取り出し手段１１４とを備えている。
【００２０】
溶融ガラス供給部１０４は、キャスト位置Ａに設置され、図示しない溶解炉で溶解された溶融ガラス流を、流出ノズル１０４ａを介して成形型１０２に供給するものである。溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａには、溶融ガラス流を所定の粘度に制御して流出することができるように、図示しない温度制御装置が取り付けられており、この制御によって、ガラス塊の生産性を制御できる。好適な実施形態において、この温度制御は、流出ノズル１０４ａより流出する溶融ガラスの粘度が３０〜２ポアズ、より好ましくは２０〜５ポアズとなるように行われる。
【００２１】
成形型移送部１０８は、成形型ベース１０６を介して複数の成形型１０２を支持するターンテーブル１１６と、このターンテーブル１１６を回転駆動する駆動部１１８を備えている。ターンテーブル１１６は、好適にはその軽量化のためアルミ合金からなる円盤状（実施例においては直径５００ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）のものが用いられ、駆動部１１８に内蔵したダイレクト・ドライブ・モータによって回転駆動される。ターンテーブル１１６の外周部には、その円周方向に沿って等間隔で３６個の成形型べース１０６が固定され、各成形型べース１０６上に成形型１０２が載置されている。
【００２２】
成形型移送部１０８によるターンテーブル１１６の回転によって、一つの成形型１０２は、前記キャスト位置Ａに移送され、一端停止されてここで溶融ガラス８を受け取り、その後にキャスト位置から移送される。すなわち、成形型移送部１０８は、ダイレクト・ドライブ・モータを間欠的に駆動してターンテーブル１１６を一定角度回転させては停止することを繰り返す（これを間欠インデックス方式という）。間欠インデックス方式によるターンテーブル１１６の駆動によって、溶融ガラスを受け取った成形型１０２をキャスト位置Ａから運び出すと同時に、溶融ガラスを受け取る前の空の成形型１０２をキャスト位置へ移送する。このようなステップを繰返し行い、溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａより連続流出する溶融ガラスを次々と成形型１０２上に受け取って行く。なお、溶融ガラス供給部１０４から成形型１０２上に溶融ガラスを供給する方法は、下降切断法により行われるが、これについては後述する。
【００２３】
成形型上下動駆動部１１０は、図１に示すように、キャスト位置Ａにおいて、前記ターンテーブル１１６の成形型ベース１０６の直下に配置される。前記溶融ガラス供給部１０４により溶融ガラスを成形型１０２上に供給する際、成形型上下動駆動部１１０が駆動されて、キャスト位置Ａにある成形型１０２が上下動される。成形型１０２を上下動させる機構についても後述する。
【００２４】
加熱炉１１２は、図２で特に明瞭に示すように、ターンテーブル１１６に載置された成形型１０２が移動する軌跡に沿って、キャスト位置Ａからガラス塊の取り出し位置（以下、テイクアウト位置Ｂという）までの範囲と、テイクアウト位置Ｂからキャスト位置Ａまでの範に渡って設置されている。加熱炉１１２は図１に示すようにその断面において、成形型１０２を上方から覆うように配置されており、その内部に形成されたヒーターによってこの加熱炉１１２を通過する成形型１０２を加熱する一方で、この加熱温度よりも高い成形型１０２上の溶融ガラスの徐冷を行う。好適な実施例において、加熱炉１１２内の温度は３５０〜４００℃程度に設定されており、キャスト位置Ａからテイクアウト位置Ｂの間においては、その間の移動において成形型１０２上の溶融ガラスの徐冷を行うことによりガラス塊の成形を実現する。また加熱炉１１２’は、テイクアウト位置Ｂからキャスト位置Ａの間において、ガラス塊が取り出された空の成形型の温度が低下し過ぎないように成形型を加熱、保温する。
【００２５】
取り出し手段１１４は、テイクアウト位置Ｂに設置され、ここでガラス転移点Ｔｇ以下になったガラス塊を成形型１０２から搬出するためのものである。すなわち、取り出し手段１１４は、成形型１０２の側面からその上のガラス塊にガスを吹き付けて、その対向側に配置された回収装置１２０にこれを落下させ、回収する。
【００２６】
次に、ターンテーブル１１６上に設置された成形型ベース１０６及び成形型１０２の具体的な構成について説明する。図３及び図４は、成形型１０２及び成形型ベース１０６の側断面図を示しており、図３は成形型１０２を成形型ベース１０６に対し下降させた状態、図４は成形型１０２を上昇させた状態をそれぞれ示している。これら図に示すように、成形型べース１０６は、ターンテーブル１１６に固定されている基部１２２と、成形型１０２を載置し、基部１２２に対して上下動可能な可動部１２４とを有している。基部１２２は、その中央に、可動部１２４の軸部１２４ａを摺動自在に保持する孔部１２２ａを有し、軸部１２４ａはその下端において孔部１２２ａから突出されている。軸部１２４ａの突出された下端には、スプリング１２６が巻装され、これによって、可動部１２４には常時これを下方に押し下げる力が作用している。
【００２７】
溶融ガラスのキャスト位置Ａにおいて、成形型ベース１０６の下方には、前記成形型上下動駆動部１１０が設置され、その駆動軸１１０ａが、前記可動部の軸部１２４ａの下部に延びている。溶融ガラスのキャスト時に、成形型上下動駆動部１１０が駆動され、図４に示すようにその駆動軸１１０ａが上昇されると、前記スプリング１２６の力に抗して成形型ベースの可動部１２４は上昇され、これによって成形型１０２が溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａの近傍まで持ち上げられ、溶融ガラスの供給が可能となる。
【００２８】
本実施形態に係るガラス塊の製造装置１００は、所定重量のガラス塊を安定して生産するため降下切断法を採用している。前述のように、成形型１０２がキャスト位置Ａに移送されると、成形型上下動駆動部１１０が作動し、その駆動軸１１０ａが成形型べース１０６の可動部１２４を突上げる。駆動軸１１０ａによる突上げがない状態では、前記スプリング１２６によって可動部１２４は下方に押し付けられ一定の高さに保たれているが、駆動軸１１０ａが作動すると、前記スプリング１２６の弾性カに抗して可動部１２４が突上げられて成形型１０２とともに持ち上げられ、成形面１０２ａは流出ノズル１０４ａに近づけられる。このときの流出ノズル１０４ａ先端と成形型１０２上端の距離は、５〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００２９】
ターンテーブル１１６に成形型べース１０６を介して載置された３６個の成形型１０２の各々には、そこに供給されるガラス塊を浮上又は略浮上させるためのガスが供給される。図示しない一のガス供給源から供給されるガスは、各成形型１０２へこれを導くガス配管１２８に分岐され、これによって各成形型に供給されるガスの流量が同量になるよう設定されている。図３に示すように、供給源からのガスは、ガス配管１２８を介して成形型べースの可動部１２４に設けられた空間部１２４ｂに取り入れられ、成形型１０２に形成された成形面１０２ａに連通する複数のガス噴出口１０２ｂより噴出される。ガス噴出口１０２ｂから噴出されるガスは、成形面上のガラス塊に吹き付けられ、これを浮上又は略浮上させた状態とする。ガラス塊を浮上又は略浮上させるガスとしては、空気、窒素などの不活性ガス、又はそれらの混合ガスを用いることができる。
【００３０】
図５は、本発明の実施形態におけるガス噴出口の配置構成を示す成形型１０２の平面図である。図に示すように、この実施形態においてガス噴出口１０２ｂは、成形面１０２ａの中央、及びこれを中心とする２つの円周状に一定の間隔で配置されており、これによって成形面１０２ａ上のガラス塊を安定的に浮上又は略浮上保持する。もっとも、ガス噴出口１０２ｂの数はこれに限定されず、１個であってもよいし、また成形面を多孔質材料で形成し、その微細な孔からガスを噴出させるようにしてもよい。しかし、溶融ガラスもしくはガラス塊を安定して浮上又は略浮上させる上では、実施形態のように、複数個のガス噴出口１０２ｂを成形型の中心軸の回りに対称に分布させることが好ましく、加えてガス噴出口１０２ｂを均等に分布させることがさらに好ましい。
【００３１】
成形型べース１０６の可動部１２４には、空間部１２４ｂからのガスをリークさせるガスリーク孔１２４ｃが設けられている。また、成形型ベース１０６の基部１２２における前記ガスリーク孔に対向する位置には、シール用パッキン１３０が備えられている。可動部１２４がスプリング１２６によって下方に押し付けられている状態、すなわち成形型１０２に溶融ガラスが供給されてから加熱炉１１２内を移動して成形面上でガラス塊が成形される間においては、ガスリーク孔１２４ｃは基部１２２に設けられたシール用パッキン１３０によって塞がれており、ガス配管１２８から空間部１２４ｂ内に供給されたガスの全量が、ガス噴出口１０２ｂ側に送られて、成形面１０２ａ上に噴出される。一方、図４に示すように、可動部１２４が突上げられた状態、すなわち成形型１０２がキャスト位置Ａにあり、その成形面で溶融ガラスを受けるときにおいては、ガスリーク孔１２４ｃが開かれ、ガスがここからリークしてガス噴出口１０２ｂより噴出するガス流量が減少するようになっている。前記の構造は簡便かつ正確に成形型の突上げに連動してガス噴出口１０２ｂより噴出するガス流量を減少するよう工夫されたものであるが、前記ガス流量をコントロールする手段としてはこのようなものに限らず、駆動軸の駆動に連動し、電気信号によってガス流量の調整弁を制御してガス供給量を減少するなど、一般に考えられる手段を講じてもよい。
【００３２】
図６は、本発明の実施形態に従って、下降切断法により溶融ガラスを成形型上に供給する手順を示した概念図である。キャスト位置Ａにおいて、成形型上下動駆動部１１０の駆動により、成形型１０２の成形面１０２ａが流出ノズル１０４ａに近づけられれると、成形面１０２ａへの溶融ガラス流Ｇの供給が開始される（同図（Ａ）〜（Ｃ））。そして一定時間経過後、成形型上下動駆動部１１０による成形型の上昇が解除されると、成形型べースのスプリング１２６の力によってその可動部１２４は、溶融ガラス流の流下速度よりも速い速度で瞬時に押し下げられ、それに伴い、成形型１０２も流出ノズル１０４ａから瞬時に引き離され、上昇前と同じ高さまで急降下する。成形型１０２の降下前、流出ノズル１０４ａより流出した溶融ガラスＧの下端は、成形型１０２によって支持されているが、成形型１０２の急降下によって前記支持を急速に失い、溶融ガラス下端部ｇと流出ノズル１０４ａの間で溶融ガラスが分離、切断がおきる。降下切断法は、切断器を用いず、溶融ガラスが自重によって分離するので、切断器を用いた場合と比較し、切断部分の痕跡が残りにくい。また、溶融ガラスＧを成形型１０２に受け取る際、成形型１０２は上下方向に動くのみであり、溶融ガラス８が切断されたときに生じる折込がガラス塊に生じにくいという特長もある。
【００３３】
このような降下切断法では、一定速度で流出する溶融ガラスを成形型１０２が受け始めてから成形型を降下させるまでの時間を一定にする、すなわち溶融ガラスの切断のタイミングを成形型上下動駆動部１１０によってコントロールすることができるので、一定重量の溶融ガラスを成形型で受け取ることが可能になる。ここで、溶融ガラスの供給時においては、前記ガスリーク孔１２４ｃは開かれており、従って成形面１０２ａから噴出されるガスの流量は極めて小さいものとなる。一方で、成形型１０２の上昇が解除されて成形型べースの可動部１２４が元の高さに戻ると、ガスリーク孔１２４ｃは再びシール用パッキン１３０で塞がれ、ガス噴出口１０２ｂから噴出するガス流量が成形型上昇前の元の量に戻る。この状態におけるガス噴出口１０２ｂからのガス噴出量は受け取った溶融ガラスを浮上又は略浮上させるのに十分な量に設定されている。
【００３４】
ガス噴出口１０２ｂからのガス噴出量は、上述のように成形型１０２が流出ノズル１０４ａに近づいた状態、すなわち溶融ガラスのキャスト時で減少（流量ゼロも含む。）する。ここで、キャスト時にガス噴出量が減少しないと、所定重量に達していない溶融ガラス下端部に、ガス噴出口１０２ｂから噴出したガスによる風圧が加わり、該ガラス下端部が激しく振動するなどして安定せず、流出ノズル先端部に溶融ガラスが濡れ上がったり、折り込み、脈理などのガラス塊の内部品質不良やガラス塊の形状不良、重量バラツキを発生させる。これに対し、本発明によれぱ、キャスト時のガス噴出量を減少させて溶融ガラスの不安定な挙動を抑え、前記内部品質不良、ガラス塊の形状不良、重量バラツキの発生を防止、低減することが可能となる。
【００３５】
好適な実施形態において、溶融ガラス流が成形型の成形面１０２ａに接地してから、成形型の急降下によって溶融ガラスが分離、切断するまでの一連の工程は、１秒以内に終了させることが好ましく、０．８秒以内に終了させることがより好ましい。その理由は、この工程中、ガス噴出量を減少させることにより、溶融ガラスが成形型の成形面１０２ａに触れることがあっても、その時間を短時間に制限することができるからである。流出直後のガラスの粘度は低く、この工程が短ければ、この後も低粘度状態が保たれている。したがって、ガラス塊を浮上又は略浮上状態で成形する後の工程において、この工程で成形面に接触して局所的に温度が低下したガラス表面の温度を、成形面に接触しなかったガラス表面の温度と同等にすることができ、カン、ワレを防止することができる。
【００３６】
なお、溶融ガラスを成形型１０２上で徐冷してガラス塊を成形する工程における成形型当りのガス噴出量は、ガラス塊の重量によって適宜調整されるが、例えば０．５リットル／分とすることができる。また、前記キャスト時における成形型当りのガス噴出量は、溶融ガラスを徐冷する工程における噴出量の５〜２０％とすることが好ましく、５〜１５％とすることがより好ましく、７〜１４％とすることがさらに好ましい。
【００３７】
上述したガラス塊の製造装置においては、ガラス塊の生産性を向上し、一定速度で連続流出する溶融ガラスを順次キャスト位置へ移送されてくる成形型でもれなく受け取るため、成形型１０２を高速移送可能にする必要がある。そのため、上述したようにターンテーブル１１６をアルミ合金製とするとともに、成形型をカーボン材料で構成し軽量化を図ることが望ましい。カーボン材料は溶融ガラスと融着を起こさず、軽量かつ高い強度を有する材料である。また、ターンテーブル１１６の回転駆動をダイレクト・ドライブ・モーターにより行うことが望ましい。
【００３８】
なお、成形型１０２の成形面１０２ａは凹面に形成されている。この成形面は、溶融ガラスを平面視したときの外径を規定する機能を有している。例えば、最終製品であるレンズに近似する形状をもつレンズブランクをプレス成形するためのプレス素材を成形する場合、この成形面はレンズの主表面に対応する表面（溶融ガラスの断面）の形状を規定しない。すなわち、本成形型ではガラス塊の重量と平面視の外径は規定されるが、断面形状は規定されない。この方法によって得られたガラス塊をプレス素材とし、粘度が１０4〜１０6ポアズとかなり軟らかい状態になるまで再加熱しプレス成形することにより、ガラスは大きく変形することが可能なので、ガラス塊の製造段階で断面形状をプレス成形品の形状に合わせて成形する必要がない。
【００３９】
（使用するガラス）
前記製造装置を用いて作製されたガラス塊は、プレス成形により最終製品を作製する精密プレス成形のためのプレス素材としても、また再加熱、プレス成形して得られた成形品の表面を研削、研磨して最終製品に仕上げるリヒートプレス成形のためのプレス素材としても使用することができる。精密プレス成形用素材を作る場合は、ガラス転移点Ｔｇが５８０℃以下のガラスを用いることが、プレス温度を低くし、プレス成形型とガラスの融着を防止する上から望ましい。これに対し、リヒートプレス成形用素材の場合は、５８０℃を超えるガラス転移点Ｔｇをもつガラスも使用することができる。
【００４０】
流出ノズルより溶融ガラスを連続して流出し、失透することなくガラス塊が得られる好適な光学ガラス材料を表１および表２に例示する。
【００４１】
【表１】
0003929237.tif 000002
【００４２】
【表２】
0003929237.tif 000003
【００４３】
また、溶融ガラスを流出する際のガラスの粘性は、３０〜２ポアズであることが好ましいが、この粘性範囲を示す温度が９００〜１２００℃の範囲にあるガラスを用いることが好ましく、９５０〜１２００℃の範囲にあるガラスを用いることがより好ましく、９５０〜１１５０℃の範囲にあるガラスを用いることがさらに好ましい。前記温度範囲においてガラスの粘性が高く成り過ぎないためには、SiO2の含有量を５０重量％以下に抑えることが好ましく、さらに４０重量％以下に抑えることが好ましい。また前記温度範囲においてガラスの粘性が低く成り過ぎないためには、B2O3の含有量を１５重量％以上にすることが好ましく、２０重量％以上にすることが好ましい。具体的には、表１に記載した組成系のガラス、その中に含まれる好ましい組成を有するガラスを用いることが望ましい。
【００４４】
（ガラス塊の製造方法）
次に、上述のガラス塊の製造装置を使用したガラス塊の製造方法の一実施例について説明する。先ず、溶解炉でSiO2-TiO2系の光学ガラス材料（表２のガラス１）を１２７０℃で溶解する。そして、ガラスの溶融が完了したら、溶解炉から溶融ガラス供給部１１０に溶融ガラスを供給する。そして、成形型１０２を加熱炉１１２によって２５０〜３００℃に加熱し、ターンテーブル１１６を２．５r.p.mで連続回転させる。又、流出ノズル１０４ａの先端部は１１１０℃に制御した。この時の溶融ガラスの粘性は５ポアズであった。
【００４５】
ここで、溶融ガラスを流出する際の粘性は、３０〜２ポアズの範囲にすることが好ましく、２０〜２ポアズの範囲にすることがより好ましい。溶融ガラスの粘性を前記範囲にすることにより、脈理がない内部品質の高いガラス塊が得られる。また、流出ノズル１０４ａより適量の溶融ガラス流を流出させやすくなるとともに、一定量のガラスが流出すると流出した溶融ガラスの下端部と流出ノズル付近の間にくびれが生じ、溶融ガラスの下端部の重量が溶融ガラスの表面張力より大きくなると、くびれ部分で溶融ガラス下端部を分離し、切断器を用いなくても所定重量の溶融ガラスを成形型に受け取ることが容易にできる。さらに成形型１０２で受け取る溶融ガラスの重量を、溶融ガラスの下端部を受けている成形型１０２を急速に降下させるタイミングを変えることにより調整することもできる。さらに溶融ガラスを成形型で受けた後、浮上又は略浮上させた状態で容易に成形することもできる。
【００４６】
このような状態の下、流出ノズル１０４ａから、連続して溶融ガラス流を供給する。成形型１０２は溶融ガラスを流出ノズル１０４ａから受ける工程では、定位置より上方に移動し、流出される溶融ガラスをその成形面１０２ａで受ける。そして、溶融ガラスを成形面１０２ａで受けた成形型１０２は、急降下して、流出ノズル１０４ａから供給されている溶融ガラス流を切断する。一つの実施例において、成形面上への溶融ガラスの接地から切断までに要した時間は０．３秒であった。本発明のガラス塊の重量管理は、流出ノズル１０４ａから一定の流量で流下又は滴下する溶融ガラス流を一定の規則正しい間隔で成形型１０２が受けることで、重量の均一化を図っている。溶融ガラスの供給時の工程では上述のように成形型が定位置にあるときの５〜２０％（好ましくは５〜１５％、さらに好ましくは７〜１４％）の噴出量のガスを成形面より噴出させる。このように成形型が定位置にあるときよりも少ないガス噴出量にすることにより、溶融ガラスの不安定な挙動を抑えることができ、内部品質、形状、重量精度がともに優れたガラス塊を作ることができる。
【００４７】
ガラス塊の重量設定は、次のようにして行われる。まず、脈理が生じず内部品質が高いガラス塊が得られる粘性になるよう溶融ガラスの温度を設定する。次に単位時間に流出ノズルより流出する溶融ガラスの量（流出量）を定め、その流出量が得られるような内径（１〜５ｍｍφが好ましく、２〜５ｍｍφがより好ましい）を有する流出ノズル１０４ａを選定する。さらに、一定速度で流出する溶融ガラスを成形型１０２が受け取る量が目的の重量になるように、成形型１０２の搬送速度（ターンテーブルの回転速度）を設定する。このように、溶融ガラスの粘性範囲を３０〜２ポアズの範囲とし、成形型１０２の搬送速度を調整することにより、適正な成形型１０２の降下タイミングで溶融ガラスの切断時間を１秒以下とすることができ、多量の重量精度が高いガラス塊を短時間で生産性よく作製することができる。
【００４８】
本実施形態では、前述のように切断器を用いないので、ガラス塊の深層部まで切断時の痕跡（折込）が達することがない。すなわち、溶融ガラスが分離する際に生じた痕跡（折込）は表面より概ね０．５ｍｍ以内の表面層にとどまっているので、ガラス塊の表面を研磨加工すれば容易に除去することができる。
【００４９】
前記方法により得られるガラス塊の典型的な形状としては、次のような形状をあげることができる。
（１）球状又はその近似形状。
（２）周縁部を有し、その周縁部を境に２つの凸面が繋がった形状又はその近似形状。
マーブル形状や楕円の短軸を回転軸とした回転楕円体などがこれに相当し、ガラス塊の外径を決める部分が周縁部に相当するようにガラス塊を平面視したとき、平面視した形状が円又は円に近似する形状である。
（３）浮上した液滴が作る形状
溶融ガラスが、浮上又は略浮上した状態で加熱炉１１２内を円周方向に沿って移動することにより、徐冷されて所定形状に成形される。
【００５０】
この成形の際、溶融ガラスの断面形状は規制されず、不定形となっている。そして、冷却されたガラス塊がガラス転移点Ｔｇ（６１５℃）より下の温度になり、取り出し位置まで移動したら取り出される。このようにして、９０個／秒の生産性でガラス塊を製作した。前記のようにして得られたすべてのガラス塊には、カン、ワレなどの欠陥や、脈理などの内部品質不良は認められず、重量バラツキは±５％以内であった（サンプル数１０００個）。こうして得られたガラス塊をリヒートプレス成形用素材とする場合、ガラス塊表面をバレル研磨することが好ましい。バレル研磨により、ガラス塊表面を粗面化してリヒートプレス時に粉末状離型剤のつきを良好にしたり、ガラス塊表面に何らかの欠陥が生じたとしてもこれを除去することができる。
【００５１】
（リヒートプレス工程）
上述の方法で得たガラス塊を、最終レンズ形状に対応した成形面を有する複数個のプレス成形型で一括プレス成形した。プレス成形型は、上型と下型から構成される。このプレス成形は、大気雰囲気中で行った。ガラス塊は、約８５０℃に加熱され軟化した状態（１０5ボアズ）で、約６５０℃に加熱された下型の成形面に、搬入手段によって導入した。次に、下型同様に約６５０℃に加熱された上型によってガラス塊を約４〜５秒プレス成形した。このリヒートプレスによって、最終製品に近似した形状のプレス成形品を得た。
【００５２】
（プレス成形品の研磨工程）
上述の再加熱プレス工程で得たプレス成形品を、研磨して最終製品の光学レンズを得た。研磨剤としては酸化セリウムを用い、最初に粗研磨を施し、次に精研磨を施す。この研磨によって、プレス製品の表層部に残存していた脈埋等の欠陥を完全に除去した。又、プレス品の重量バラツキが抑制されているので、研磨量を低減することができ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどの光学製品を得ることができた。プレス工程で得られたプレス成形品の表層部に欠陥部があったとしても、前記研磨により欠陥を除去し、欠陥のないガラス最終製品を得ることができる。上述のガラス塊の形成工程において、ガラスの種類は、SiO2-TiO2系を使用したが、B2O3-La2O3系でも同様の効果が得られる。次に、表２に示したガラス２〜１２を用いて各工程を行い、前記ガラスと同様、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどの光学製品を得ることができた。
【００５３】
これまでの説明は、リヒートプレス成形に関するものであるが、本発明の方法で得られたガラス塊を精密プレス成形用素材として使用することもできる。その場合、得られたガラス塊を１０7〜１０12ポアズの粘度を示す温度まで再加熱、プレスしてプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写して最終製品を成形する。なお、プレス雰囲気には窒素ガスや不活性ガス、又はそれらの混合ガスを用いることが望ましい。またガラスはガラス転移点Ｔｇが５８０℃以下のものを用いることが望ましい。
【００５４】
リヒートプレス成形により得られた成形品、その成形品の表面を研削、研磨して得られた光学素子などのガラス製品、精密プレス成形品は、プレス素材であるガラス塊の内部品質が高いので、良好な内部品質を備えている。また、ガラス塊の重量バラツキが少ないのでリヒートプレス成形に用いた場合、バレル研磨、最終研削、研磨によって除去されるガラスの量を低減し、これらの加工時間を短縮化して生産性を向上させることができる。また除去、破棄されるガラスの量を低減できるので、コスト削減、環境負荷の低減を達成することもできる。精密プレス成形に用いた場合は、重量バラツキを低減することにより、最終製品の形状精度を向上させることができる。
【００５５】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は前記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。本発明に係るガラス塊の製造方法が、前記実施形態において示された製造装置以外の製造装置（例えば、ターンテーブルを備えずに、略直線的に複数の成形型を移送可能に構成したもの）によって実現可能であることは、当業者であれば明らかであろう。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のガラス塊の製造方法によれば、キャスト時に浮上ガス流量を減少させてキャスト時のガラスの挙動を安定化させることができる一方で、ガラス塊成形時には浮上ガス流量を増加させてガラス塊を浮上又は略浮上させることができるので、内部品質不良（折り込み、脈理）、ガラス塊の重量バラツキを低減しつつ、ガラス塊の外観不良（カン、ワレ）も低減することができる。
【００５７】
また本発明のガラス塊の製造装置によれば、キャスト時のガラスの挙動を安定化し、成形型間のガラス塊の重量バラツキを低減するとともに、ガラス塊の内部品質不良（折り込み、脈理）や外観不良（カン、ワレ）の発生低減を可能にした装置を提供することができる。
【００５８】
さらに、本発明のガラス成形品の製造方法、光学素子の製造方法によれば、前記ガラス塊を使用することにより、内部品質の優れた成形品、光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス塊の製造装置の側面図である。
【図２】ガラス塊の製造装置の平面図である。
【図３】成形型を成形型ベースに対し下降させた状態における成形型及び成形型ベースの側断面図である。
【図４】成形型を成形型ベースに対し上昇させた状態における成形型及び成形型ベースの側断面図である。
【図５】本発明の実施形態におけるガス噴出口の配置構成を示す成形型の平面図である。
【図６】本発明の実施形態に従って、下降切断法により溶融ガラスを成形型上に供給する手順を示した概念図である。
【符号の説明】
１００  ガラス塊の製造装置
１０２  成形型
１０２ａ  成形面
１０２ｂ  ガス噴出口
１０４  溶融ガラス供給部
１０４ａ  流出ノズル
１０６  成形型ベース
１０８  成形型移送部
１１０  成形型上下動駆動部
１１０  溶融ガラス供給部
１１０ａ  駆動軸
１１２  １１２’  加熱炉
１１４  取り出し手段
１１６  ターンテーブル
１１８  駆動部
１２０  回収装置
１２２  基部
１２２ａ  孔部
１２４  可動部
１２４ａ  軸部
１２４ｂ  空間部
１２４ｃ  ガスリーク孔
１２６  スプリング
１２８  ガス配管
１３０  シール用パッキン
【図１】
0003929237.tif 000004
【図２】
0003929237.tif 000005
【図３】
0003929237.tif 000006
【図４】
0003929237.tif 000007
【図５】
0003929237.tif 000008
【図６】
0003929237.tif 000009