(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に上位に位置する流入口から、成形部を経て取出口へと貫通し、かつ、前記流入口近傍が絞り込まれて均熱急冷部とされ、拡径しながら前記成形部へと連続する貫通孔が設けられ、前記均熱急冷部における前記貫通孔の中心軸に直交する断面を同一径又はほぼ同一径とするとともに、前記流入口の開口部を起点とする前記貫通孔の中心軸に沿った前記均熱急冷部の長さを１〜７０mmとした鋳型を用いて、
前記貫通孔の内周面に接触しはじめる位置が前記均熱急冷部にあるように前記流入口から熔融ガラスを連続して流し込み、前記熔融ガラスが前記均熱急冷部を通過する間に、その流動性を保ちながら前記熔融ガラスを急冷するとともに、前記熔融ガラスの均熱化を図りつつ、前記貫通孔内を流動させて前記成形部に導くことによって所定形状に成形した後に、前記取出口から連続して取り出すことを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【請求項２】
前記均熱急冷部において、移動方向に対して垂直なガラス断面の面積（Ｓ１）を７〜２０００ｍｍ２とする請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項３】
前記成形部において、移動方向に対して垂直なガラス断面の面積（Ｓ２）を１９〜８４００ｍｍ２とし、かつ、前記面積（Ｓ１）に対する前記面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）を１．５〜６０とする請求項１または２に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項４】
前記流入口に熔融ガラスを流し込む熔融ガラス流出パイプの開口面積（Ｓ３）に対する前記面積（Ｓ１）の比（Ｓ１／Ｓ３）を２．５〜５００とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項５】
前記流入口に熔融ガラスを流し込む熔融ガラス流出パイプの下端と、前記流入口の開口部との離間距離が０〜４０ｍｍとなるように、前記熔融ガラス流出パイプの下方に前記鋳型を配置する請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項６】
前記均熱急冷部から拡径して前記成形部へと連続する面の傾斜角度を前記貫通孔の中心軸に対して５〜７０°とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項７】
前記均熱急冷部が、前記貫通孔の中心軸に直交する断面が円形状とされ、同心円状に拡径して前記成形部へと連続するようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項８】
粘度１０ｄＰａ・ｓ以下の熔融ガラスを前記流入口に流し込む請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス成形体の製造方法によりガラス成形体を製造し、得られたガラス成形体から、光学素子、又は後加工を施して前記光学素子を作製するための光学素子ブランクを製造することを特徴とするガラス製品の製造方法。
【請求項１０】
相対的に上位に位置する流入口から、成形部を経て取出口へと貫通し、かつ、前記流入口近傍が絞り込まれて均熱急冷部とされ、拡径しながら前記成形部へと連続する貫通孔が設けられ、前記均熱急冷部における前記貫通孔の中心軸に直交する断面を同一径又はほぼ同一径とするとともに、前記流入口の開口部を起点とする前記貫通孔の中心軸に沿った前記均熱急冷部の長さを１〜７０mmとした鋳型を備え、
前記貫通孔の内周面に接触しはじめる位置が前記均熱急冷部にあるように前記流入口から連続して流し込まれた熔融ガラスが、前記均熱急冷部において流動性を保ちながら急冷されつつ、前記貫通孔内を流動して前記成形部に導かれて所定形状に成形された後に、前記取出口から連続して取り出されるようにしたことを特徴とするガラス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス成形体の製造方法、ガラス製品の製造方法、及びガラス成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、貫通孔を有する鋳型に熔融ガラスを連続して流し込むことによって棒状ガラスを成形する方法が開示されており、鋳型に流し込む熔融ガラス流の表面温度を、中心部の温度よりも低くなるようにしている。このような特許文献１の方法は、表面近傍の流速を内部の流速より小さくし、揮発等によって生じた熔融ガラス流表面近傍の異質なガラスを含んだ箇所が、ガラス内部に入り込むのを防止して、内部品質の優れたガラス成形体の製造を可能にするという非常に優れたものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５２１０９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、特許文献１の方法では、鋳型に流し込まれる熔融ガラス流の表面近傍と内部の流速差を大きくするが、本発明者が鋭意検討を重ねたところ、ある種のガラスの場合、熔融ガラス流の表面近傍と内部の流速差が大きくなると、以下のような問題が生じることを見出した。
【０００５】
例えば、銅含有フツリン酸ガラスは、近赤外線吸収特性を示し、この特性を利用して、半導体撮像素子の色補正用フィルターに利用されている。そして、フィルターの厚みを十分の数ｍｍ程度まで薄板化する場合には、ガラス中の銅イオン濃度を増やして、板厚が薄くても十分な近赤外線吸収性能が得られるようにしている。
【０００６】
ところで、ガラス内部の冷却は、熱伝導、対流、熱幅射による放熱によって進むが、ガラスの場合、熱伝導度が小さいので熱伝導による放熱効果は小さい。また、特許文献１の方法では、ガラス表面と内部とが入り混じらないようにして、変質した表面近傍のガラスが内部に入らないようにしているから、対流による放熱効果も小さい。
したがって、鋳型に流し込まれた熔融ガラス流の内部の冷却速度を支配するのは、熱幅射による放熱と考えられる。
【０００７】
しかし、上記ガラスでは、熱幅射を吸収する銅イオンがガラス中に高濃度で存在するため、内部からの熱幅射がガラス自体に遮られてガラス表面や外部に届きにくい。そのため、普通のガラスよりも熱幅射による冷却効果が格段に低い。
このように、高濃度の銅イオンを含むガラスを熔融して成形する場合、ガラス内部の降温スピードは極めて小さい。
【０００８】
したがって、このようなガラスに特許文献１の方法を適用して径の太いガラス棒を成形しようとすると、ガラス表面と内部の間に必要以上の流速差が生じ、ガラスの外周面（型との接触面）が固化したにもかかわらず、内部が依然として融液状態のままとなってしまう。このような状態で鋳型からガラスを取り出すと、内部の融液が流れ出し、内部が空洞のガラス、すなわち、中抜けしたガラスができてしまうおそれがある。
【０００９】
こうした問題を解消するには、鋳型の長さを長くし、内部が固化するまで鋳型中で移動させながらガラスの冷却を続けなければならない。そうすると、成形装置が縦長になるだけでなく、成形体をアニールする炉を鋳型の下方に設けたときに、装置全体が極端に縦長になってしまい、建屋内に収納できなくなるなどの不都合が生じる。
さらに、冷却が進んでガラス全体が固化した状態では、内部と表面の温度分布が大きくなりすぎてガラス内部に大きな応力が生じる。特に、フツリン酸ガラスは熱膨張係数が大きいため、大きな内部応力が生じやすい。そのため、大きな内部応力によってガラスが自爆的に破壊してしまうことすらある。
したがって、鋳型を極端に長くする方法は、必ずしも好ましい解決策とは言えない。
【００１０】
ところで、流出時の粘性（流出粘性という）が極めて低いガラスを成形する場合にも、以下の改善が望まれる。
流出粘性が極めて低いガラスは、流出パイプ内において中心軸付近とパイプ内周面付近で大きな流速差が生じる。このため、パイプ中心軸に沿って流れるガラスのパイプ内滞在時間は、パイプ内周面に沿って流れるガラスの滞在時間より短くなる。このような状態で、時間とともにパイプに流入するガラスの組成が僅かに変動すると、パイプから同時に流出するガラスの内部と表面の間で僅かな屈折率分布が生じ、これが脈理の原因となる。パイプ内の流速分布を小さくするには、パイプ内径を小さくすることが望まれる。
【００１１】
こうした小径のパイプから流出する熔融ガラスを比較的大きな径のガラス柱に成形する場合も、鋳型に流し込まれたガラスの外周面（型との接触面）と内部で大きな流速差が生じる。そのため、ガラス成形体の表面を形成するガラスと、内部を形成するガラスとの間で僅かな屈折率差が生じ、屈折率が異なる部分の境界領域が内部脈理となってしまう。
このように、ガラス表面の冷却を促進することは重要であるが、他方で鋳型内のガラスの表面と内部で必要以上の流速差が生じないようにすることが大切である。
【００１２】
近年、デジタルカメラやデジタルビデオカメラの小型化や高精細化に伴い、高屈折率高分散ガラス、高屈折率低分散ガラスなどの高屈折率光学ガラスの需要が高まっている。こうした要請に応えるため、屈折率をより高めるために組成成分を配合すると、結晶化速度が速く、熔融後の冷却工程において結晶化しやすいガラスになってしまい、量産には不向きのガラスになってしまう。こうした不具合を解消するには、屈折率の増加をある程度抑えざるを得ず、その結果、光学特性を犠牲にせざるを得なかった。
【００１３】
本発明は、上記着眼点に基づきなされたものであり、熔融ガラスから高品質のガラス成形体を安定して量産するためのガラス成形体を製造する方法、このような方法により得られたガラス成形体から各種光学素子や、各種光学素子を作製するための光学素子ブランクなどのガラス製品を製造する方法、及びこれらの方法に用いるガラス成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るガラス成形体の製造方法は、相対的に上位に位置する流入口から、成形部を経て取出口へと貫通し、かつ、前記流入口近傍が絞り込まれて均熱急冷部とされ、拡径しながら前記成形部へと連続する貫通孔が設けられ、前記均熱急冷部における前記貫通孔の中心軸に直交する断面を同一径又はほぼ同一径とするとともに、前記流入口の開口部を起点とする前記貫通孔の中心軸に沿った前記均熱急冷部の長さを１〜７０mmとした鋳型を用いて、前記貫通孔の内周面に接触しはじめる位置が前記均熱急冷部にあるように前記流入口から熔融ガラスを連続して流し込み、前記熔融ガラスが前記均熱急冷部を通過する間に、その流動性を保ちながら前記熔融ガラスを急冷するとともに、前記熔融ガラスの均熱化を図りつつ、前記貫通孔内を流動させて前記成形部に導くことによって所定形状に成形した後に、前記取出口から連続して取り出す方法としてある。
【００１５】
均熱急冷部において、熔融ガラスは側面全周にわたって鋳型内周面と接触し、鋳型によって熱が奪われ、急冷される。さらに、均熱急冷部は成形部よりも径間が絞り込まれた形状となっているため、熱伝導が比較的小さいガラスであっても熔融ガラスの中心側の冷却が促進され、これにより熔融ガラスの表面温度と中心温度との差を低減させて、貫通孔内を流動する熔融ガラスの流速分布を小さくすることが可能となり、光学的にきわめて均質な中実状のガラス成形体を安定して量産することができる。
【００１６】
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、熔融ガラスの中心側と表面側との径間を狭めて、熔融ガラスの中心側の冷却を促進するにあたり、前記均熱急冷部において、移動方向に対して垂直なガラス断面の面積（Ｓ１）を７〜２０００ｍｍ２とするのが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、成形しようとするガラス成形体の大きさに応じて、前記成形部において、移動方向に対して垂直なガラス断面の面積（Ｓ２）を１９〜８４００ｍｍ２とし、かつ、均熱急冷部におけるガラス断面の面積と成形部におけるガラス断面の面積とのバランスを考慮して、前記面積（Ｓ１）に対する前記面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）を１．５〜６０とすることができる。
前記比（Ｓ２／Ｓ１）が小さすぎると、ガラス成形体が大きくなるにつれて、すなわち、面積（Ｓ２）が大きくなるにつれて、ガラス中心部の冷却が不十分となり、ガラスが結晶化しやすくなったり、中心部が固化せずにガラス成形体の中心部に空洞が生じやすくなる。一方、前記比（Ｓ２／Ｓ１）が大きすぎると均熱急冷部を通過した熔融ガラスが成形部内に広がりにくくなり、ガラスを安定した形状に成形しにくくなる。
【００１８】
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、熔融ガラスを流し込むときに、熔融ガラスが雰囲気下に曝される時間を短くするために、前記流入口に熔融ガラスを流し込む熔融ガラス流出パイプの開口面積（Ｓ３）に対する前記面積（Ｓ１）の比（Ｓ１／Ｓ３）を２．５〜５００とすることができ、前記流入口に熔融ガラスを流し込む熔融ガラス流出パイプの下端と、前記流入口の開口部との離間距離が０〜４０ｍｍとなるように、前記熔融ガラス流出パイプの下方に前記鋳型を配置するようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、均熱急冷部を通過する熔融ガラスの均熱化を図る上で、前記均熱急冷部における前記貫通孔の中心軸に直交する断面を同一径又はほぼ同一径とするとともに、前記流入口の開口部を起点とする前記貫通孔の中心軸に沿った前記均熱急冷部の長さを１〜７０mmとしている。
【００２０】
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、前記均熱急冷部から拡径して前記成形部へと連続する面の傾斜角度を前記貫通孔の中心軸に対して５〜７０°とするのが好ましい。
このようにすることで、熔融ガラスが貫通孔内を拡がりながら、均熱急冷部から成形部へと導かれていくときの熔融ガラスの流れを、より乱れ難くすることができる。
【００２１】
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、前記均熱急冷部が、前記貫通孔の中心軸に直交する断面が円形状とされ、同心円状に拡径して前記成形部へと連続するようにしてあるのが好ましい。
このようにすることで、流入口に流し込まれた熔融ガラスが、下流側にできるだけ均等に流動していくようにすることができる。
【００２２】
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、従来は大径のガラス成形体の均質な成形が困難とされていた、粘度１０ｄＰａ・ｓ以下の熔融ガラスを前記流入口に流し込む方法とすることができる。
本発明によれば、このような低粘度の熔融ガラスを用いた場合であっても、脈理の発生を抑制しつつ、大径のガラス成形体を均質に安定して成形することが可能となり、このような低粘度の熔融ガラスを用いたときに、本発明の効果が顕著となる。
【００２３】
また、本発明に係るガラス製品の製造方法は、上記したようなガラス成形体の製造方法により得られたガラス成形体から、光学素子、又は後加工を施して前記光学素子を作製するための光学素子ブランクを製造する方法とすることができる。
このような方法とすることにより、上記のようにして製造された高い均質性を備えたガラス成形体から、高品質の各種のガラス製品を製造することができる。
【００２４】
また、本発明に係るガラス成形装置は、相対的に上位に位置する流入口から、成形部を経て取出口へと貫通し、かつ、前記流入口近傍が絞り込まれて均熱急冷部とされ、拡径しながら前記成形部へと連続する貫通孔が設けられ、前記均熱急冷部における前記貫通孔の中心軸に直交する断面を同一径又はほぼ同一径とするとともに、前記流入口の開口部を起点とする前記貫通孔の中心軸に沿った前記均熱急冷部の長さを１〜７０mmとした鋳型を備え、前記貫通孔の内周面に接触しはじめる位置が前記均熱急冷部にあるように前記流入口から連続して流し込まれた熔融ガラスが、前記均熱急冷部において流動性を保ちながら急冷されつつ、前記貫通孔内を流動して前記成形部に導かれて所定形状に成形された後に、前記取出口から連続して取り出されるようにした構成としてある。
このような構成とすることにより、光学的にきわめて均質な中実状のガラス成形体を安定して量産することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光学的にきわめて均質な中実状のガラス成形体を安定して量産することができる。そして、そのようなガラス成形体から、高品質の各種のガラス製品を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態で用いる鋳型の概略を示す断面図であり、図２は、その要部拡大断面図である。
これらの図に示す鋳型１０は、全体が筒状とされ、その中心には、相対的に上位に位置する流入口２１から、成形部２４を経て取出口２５へと貫通し、かつ、流入口２１の近傍が絞り込まれて均熱急冷部２２とされ、拡径部２３を介して拡径しながら成形部２４へと連続する貫通孔２０が設けられている。
【００２８】
貫通孔２０の中心軸Ｃに直交する断面の形状、特に、成形部２４における当該断面形状は、成形しようとするガラス成形体の形状に応じて設計される。例えば、円柱状のガラス成形体を成形する場合には、当該断面の形状を円形状とし、角柱状のガラス成形体を成形する場合には、当該断面の形状を正方形状、長方形状、又はその他の多角形状とすることができる。
【００２９】
このような鋳型１０は、例えば、カーボン、鋳物、ニッケルなどの耐熱性材料から形成することができる。鋳型１０は、柱状の単一の部材に貫通孔２０を設けて形成したものでもよく、複数個の部材を組み合わせたものであってもよい。
なお、図示する例は、円柱状のガラス成形体Ｇｍを成形する場合の一例であり、貫通孔２０の中心軸Ｃに直交する断面の形状を円形状としている。また、図中、ガラス流出パイプ３０の開口部側と、貫通孔２０の流入口２１側と取出口２５側とにおける中心軸Ｃに直交する各断面を斜視して示す仮想線を鎖線にて描写した。
【００３０】
本実施形態では、このような鋳型１０を用いてガラス成形体Ｇｍを製造するが、その作業工程は、鋳型１０の劣化を防止するなどの観点から、不活性雰囲気中で行うことが好ましい。
ガラス成形体Ｇｍを製造するにあたっては、図示しないガラス熔融装置に接続された、熔融ガラス流出パイプ３０から熔融ガラスＧを流出させて、鋳型１０の上面に開口する流入口２１に熔融ガラスＧを連続して流し込む。
【００３１】
流入口２１から流し込まれた熔融ガラスＧは、均熱急冷部２２における貫通孔２０の内周面に接触することによって急冷される。そして、熔融ガラスＧは、均熱急冷部２２において急冷されつつ、拡径部２３の周面を沿うようにして貫通孔２０内を拡がりながら成形部２４へと導かれる。成形部２４に導かれた熔融ガラスＧは、成形部２４の周面形状に対応する所定の形状に成形され、ガラス成形体Ｇｍとして取出口２５から連続して取り出される。
【００３２】
均熱急冷部２２で熔融ガラスＧを急冷するにあたり、例えば、図２に示すように、均熱急冷部２２に対応する鋳型上部の外周面には、冷却機構４０を設けることができる。このような冷却機構４０を設けることで、均熱急冷部２２の温度を制御し、熔融ガラスＧの冷却温度を調整することが可能となる。冷却機構４０としては、例えば、水冷、空冷、液体窒素などの冷却媒体による熱交換、又はこれらの組み合わせを採用することができる。
【００３３】
ところで、熔融ガラスＧを過度に冷却してしまうと、その流動性を失わせてしまい、成形部２４に導いて所定の形状に成形する前に固化させてしまうことになる。このような不具合を避けるためには、冷却機構４０による冷却温度を調整するなどして、均熱急冷部２２の温度を制御するのが好ましい。これによって、熔融ガラスＧの流動性を保ちながら急冷することができる。同様の理由から、冷却機構４０を設ける位置は、鋳型１０の上端から貫通孔２０の中心軸Ｃに平行に測った長さＬ３が、１２０ｍｍ以内となる位置とするのが好ましい。
ここで、熔融ガラス流出パイプ３０から流出させる熔融ガラスＧの温度は、熔融ガラスＧの失透温度域より高温とされる。例えば、フツリン酸ガラスの場合は、５５０〜９００℃である。熔融ガラスＧを急冷する際の温度制御は、特に、結晶核の成長を抑制し、結晶化による失透を防止する観点から行うことができる。
【００３４】
このようにすることで、流入口２１から流し込まれた熔融ガラスＧは、均熱急冷部２２を通過する間に、流動性が損なわれない程度に急冷されるところ、均熱急冷部２２は、貫通孔２０の流入口近傍を絞り込むようにして形成されている。このため、均熱急冷部２２を通過する熔融ガラスＧは、その中心側と貫通孔２０の周面に接する表面側との径間が狭くなっており、均熱急冷部２２における熱伝導又は熱輻射による放熱効果によって、熔融ガラスＧの中心側の冷却が促進される。
【００３５】
したがって、貫通孔２０の周面との接触によって溶融ガラスＧを急冷する際に、熔融ガラスＧの表面温度と中心温度との差を低減させることによって、熔融ガラスＧが均熱化されるようにする。これにより、貫通孔２０内を流動する熔融ガラスＧ、特に、成形部２４に導かれて所定形状に成形される熔融ガラスＧの均熱化を図り、その流速分布を小さくすることができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、均熱急冷部２２を通過する間に、その流動性を保ちながら熔融ガラスＧを急冷するとともに、熔融ガラスＧの表面温度と中心温度との差を低減させて均熱化を図ることにより、貫通孔２０内を流動する熔融ガラスＧの流速分布を小さくすることができる。また、流速分布が小さくなることによって、熔融ガラスＧの流れに乱れが生じ難くもなる。
その結果、冷却の程度や、変質の程度が異なる状態の熔融ガラスＧが混ざり合わないようにして、部分的な屈折率差、すなわち、脈理が発生してしまうのを抑制しつつ、光学的にきわめて均質な中実状のガラス成形体を安定して量産することができる。
【００３７】
本実施形態では、均熱急冷部２２において、移動方向に対して垂直なガラス断面の面積Ｓ１が、好ましくは７〜２０００ｍｍ２、より好ましくは５０〜１０００ｍｍ２、さらに好ましくは５０〜７１０ｍｍ２となるようにすることが好ましい。ここで、ガラスの移動方向とは、鋳型１０の貫通孔２０の中を流入口２１から取出口２５に向けて移動するガラス全体の移動方向を意味する。熔融ガラスＧは均熱急冷部２２の内周面全周にわたって鋳型１０と接触するので、面積Ｓ１は、均熱急冷部２２における貫通孔２０の、ガラスの移動方向に対して垂直な断面積と等しい。
面積Ｓ１が上記範囲に満たないと、熔融ガラスＧの均熱成形部通過が困難になってしまう傾向がある。一方、面積Ｓ１が上記範囲を超える場合は、熔融ガラスＧの中心側と貫通孔２０の周面に接する表面側との径間が拡がってしまうことから、熔融ガラスＧの中心側が冷却され難くなる傾向がある。
なお、熔融ガラスＧを円滑に流入口２１に流し込む上から、流入口２１の開口面積を上記面積Ｓ１と等しくするか、上記面積Ｓ１より流入口２１の開口面積を大きくすることが好ましい。面積Ｓ１より流入口２１の開口面積を大きくすることにより、鋳型１０内の熔融ガラスＧの液位が上昇しても、熔融ガラスＧが鋳型から溢れにくくすることもできる。
【００３８】
これに対して、成形部２４において、移動方向に対して垂直なガラス断面の面積Ｓ２は、成形しようとするガラス成形体Ｇｍの断面積（ガラス成形体Ｇｍの引き出し方向に対して垂直な断面の面積）とみなすことができるが、この面積Ｓ２は、ガラス成形体Ｇｍの大きさに応じて、通常は、１９〜８４００ｍｍ２とするのが好ましく、より好ましくは１９〜２８３０、さらに好ましくは７８〜２０００ｍｍ２とすることができる。上記面積Ｓ１とのバランスを考慮すると、面積Ｓ１に対する面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１は、１．５〜６０となるようにするのが好ましく、より好ましくは１．５６〜２５、さらに好ましくは１．６〜１６である。なお、成形部２４は、ガラス成形体Ｇｍの取出しを円滑に行えるように、取出口２５に向けて徐々に、かつ、僅かに拡径することが好ましい。
【００３９】
本実施形態では、均熱急冷部２２において、熔融ガラスＧの均熱化を図りつつ急冷することができ、これによって流速分布を小さくすることができるため、比較的大径のガラス成形体であっても、均質に安定して成形することができる。特に、従来は大径のガラス成形体の均質な成形が困難とされていた、粘度１０ｄＰａ・ｓ以下の低粘度の熔融ガラスＧを用いた場合であっても、脈理の発生を抑制しつつ、大径のガラス成形体を均質に安定して成形することが可能となり、このような低粘度の熔融ガラスを用いたときに、その効果が顕著となる。
【００４０】
このように、本実施形態は、低粘度の熔融ガラスＧを用いたときに顕著な効果が得られるが、粘度５ｄＰａ・ｓ以下の熔融ガラスＧを用いると、その効果がより顕著となる。特に、粘度４ｄＰａ・ｓ以下の熔融ガラスＧを用いた場合に、その効果が一段と顕著になる。
なお、熔融ガラスＧの粘度の下限は特に限定されない。０．１ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは０．５ｄＰａ・ｓ以上を目安と考えればよい。
【００４１】
また、熔融ガラス流出パイプ３０から流入口２１に熔融ガラスＧを流し込むときに、熔融ガラスＧが雰囲気下に曝される時間を短くするのが好ましい。熔融ガラスＧが雰囲気下に曝される時間が長くなると、熔融ガラスＧ中に含まれる揮発成分が揮発することにより、均一組成のガラス成形体Ｇｍを安定して製造するのが困難となってしまうからである。このような不具合は、特に、フッ素、塩素などのハロゲン成分や、ホウ酸成分といった揮発性の高い成分を含むガラスであって、流出粘度が上記のように低いガラスにおいて顕著となる。
【００４２】
このような不具合を回避するためには、面積Ｓ１は、熔融ガラス流出パイプ３０の開口面積Ｓ３を考慮して、当該開口面積Ｓ３に対する流入口２１の開口面積Ｓ１の比Ｓ１／Ｓ３が、好ましくは２．５〜５００、より好ましくは１５〜３００となるように設定することができる。また、熔融ガラス流出パイプ３０の下方に鋳型１０を配置するにあたり、熔融ガラス流出パイプ３０の下端と、流入口２１の開口部との離間距離Ｌ２が０〜４０ｍｍとなるようにしてもよく、より好ましくは１〜３０ｍｍ、さらに好ましくは１〜２０ｍｍ、特に好ましいのは１〜１０ｍｍである。
【００４３】
熔融ガラスＧが雰囲気下に曝されるのを避けることは、熔融状態で揮発性の高いガラス（例えば、フッ素、塩素などのハロゲン成分を含むガラス、ホウ酸成分を含むガラス）や、液相温度における粘度が低く、結晶化速度の速いガラスの成形に有効である。特に、本実施形態では、流入口２１近傍が絞り込まれて流入口２１の開口面積Ｓ１が小さくなっており、熔融ガラスＧが雰囲気に露出する面積を小さくすることができるので、揮発性の高いガラスでも揮発を抑えることが可能となる。
【００４４】
また、均熱急冷部２２を通過する熔融ガラスＧの均熱化を図る上で、均熱急冷部２２における貫通孔２０の中心軸Ｃに直交する断面を同一径又はほぼ同一径とする。
これとともに、均熱急冷部２２の長さＬ１は、均熱急冷部２２を通過する熔融ガラスＧの冷却に必要、かつ、十分な流路長が確保できる長さとするのが好ましい。このような観点から、流入口２１の開口部を起点とする貫通孔２０の中心軸Ｃに沿った均熱急冷部２２の長さＬ１は、１〜７０mmとする。より好ましくは３ｍｍ以上、さらに好ましくは５ｍｍ以上、一層好ましくは７ｍｍ以上、より一層好ましくは１０ｍｍ以上である。また、Ｌ１のより好ましい上限は５０ｍｍ、さらに好ましい上限は４０ｍｍである。
【００４５】
また、均熱急冷部２２における貫通孔２０の中心軸Ｃに直交する断面の形状は、成形部２４の当該断面形状と相似形状とすることができる。
この場合、均熱急冷部２２は、各断面の中心が貫通孔２０の中心軸Ｃと一致し、かつ、等方向に拡径する拡径部２３を介して成形部２４に連続させるのが好ましい。例えば、均熱急冷部２２と成形部２４の当該断面形状をともに正方形状とする場合、中心軸Ｃに直交する全ての断面において、その中心が中心軸Ｃと一致するとともに、各断面の対角方向も一致するように、貫通孔２０を設けるのが好ましい。このようにすることで、貫通孔２０内を熔融ガラスＧが流動していく際に、熔融ガラスＧの流れに乱れが生じ難くすることができる。
【００４６】
ここで、均熱急冷部２２から拡径して成形部２４へと連続する面（拡径部２３の周面）の傾斜角度θは、貫通孔２０の中心軸Ｃに対して５〜７０°とするのが好ましい。このようにすることで、熔融ガラスＧが貫通孔２０内を拡がりながら、均熱急冷部２２から成形部２４へと導かれていくときの熔融ガラスＧの流れが、より乱れ難くすることができる。
【００４７】
また、流入口２１に流し込まれた熔融ガラスＧが、その下流側にできるだけ均等に流動していくようにするために、均熱急冷部２２における貫通孔２０の中心軸Ｃに直交する断面の形状は、円形状とすることも可能である。流入口２１に流し込まれた熔融ガラスＧを均等に流動させることを優先する場合には、均熱急冷部２２と成形部２４の当該断面形状は、相似形状とならなくてもよい。
【００４８】
ここで、流入口２１に流し込まれた熔融ガラスＧは、同心円状に拡がりながら貫通孔２０の周面に接触し、その周面に沿って下流側に流動していく。このとき、例えば、均熱急冷部２２の断面形状を四角形状とした場合のように、貫通孔２０の中心軸Ｃに直交する同一平面において、熔融ガラスＧの中心側と貫通孔２０の周面に接する表面側との径間が異なる部分があると、流入口２１に流し込まれた熔融ガラスＧが、貫通孔２０の周面に接するまでに要する時間に差が生じてしまう。すると、この時間差に起因して、貫通孔２０の周面に先に到達した熔融ガラスＧと、遅れてきた熔融ガラスＧとが混ざり合うなどして、熔融ガラスＧが均等に下流側へと流動していかなくなってしまう。均熱急冷部２２の断面形状を四角形状とした場合、このような熔融ガラスＧの混ざり合いは、その対角位置で顕著となる。
【００４９】
均熱急冷部２２における貫通孔２０の中心軸Ｃに直交する断面を円形状とすれば、均熱急冷部２２を通過する熔融ガラスＧの中心側と貫通孔２０の周面に接する表面側との径間が、貫通孔２０の全周にわたって等しくなる。これにより、上記の不具合を有効に回避して、流入口２１に流し込まれた熔融ガラスＧを、その下流側にできるだけ均等に流動させることが可能となる。
そして、このようにする場合、均熱急冷部２２は、同心円状に拡径しながら成形部２４へと連続するようにして、貫通孔２０内を拡がりながら流動する熔融ガラスＧの流れが、より乱れ難くなるようにするのが好ましい。
【００５０】
また、熔融ガラスＧを流入口２１に流し込むにあたっては、鋳型１０の貫通孔２０内に満たされた熔融ガラスＧの液位が、ほぼ一定となるように、熔融ガラスＧの流入量と、ガラス成形体Ｇｍの取出速度とを制御することが好ましい。
ここで、所定の形状に成形されたガラス成形体Ｇｍは、例えば、ガラス成形体Ｇｍの下端部を図示しない支持部材に支持させ、支持部を移動させながらガラス成形体Ｇｍの自重を利用して取り出すようにすることができる。そして、このときの支持部材の移動速度が、ガラス成形体Ｇｍの取出速度となる。
【００５１】
取出口２５から取り出されたガラス成形体Ｇｍは、アニール処理などを経て、適当な長さに切断されてから次工程へと搬送され、研削加工や研磨加工などを経て、レンズ、プリズム、回折格子、フィルターなどの各種の光学素子に加工される。また、ガラス形成体Ｇｍから光学素子を直接に製造する代わりに、上記光学素子を作製するための光学素子ブランクとした後に、プレス成形加工、研削加工、研磨加工などの後加工を適宜施してから最終製品とすることもできる。
本実施形態によれば、上記のようにして製造された高い均質性を備えたガラス成形体から、高品質の各種のガラス製品を製造することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説明する。
【００５３】
［実施例１］
ガラス熔融装置に接続された熔融ガラス流出パイプ３０の下方に、図１及び図２に示すような鋳型１０を配置した。このとき、熔融ガラス流出パイプ３０の下端と、流入口２１の開口部との離間距離Ｌ２が２ｍｍとなるようにした。
【００５４】
このとき、鋳型１０の均熱急冷部２２における貫通孔２０の中心軸Ｃに直交する断面を円形状とするとともに、流入口２１の開口部を起点とする貫通孔２０の中心軸Ｃに沿った長さＬ１が１５mmとなる範囲で、均熱急冷部２２の上記断面の径が同一となるようにした。そして、拡径部２３の周面の傾斜角度θを貫通孔２０の中心軸Ｃに対して２３°とした。
また、鋳型１０の均熱急冷部２２における貫通孔２０の中心軸Ｃ（ガラスの移動方向）に直交する断面の面積Ｓ１（鋳型１０の流入口２１の開口面積と等しくしてある。）を１３２．７ｍｍ２、鋳型１０の成形部２４における貫通孔２０の中心軸Ｃ（ガラスの移動方向）に直交する断面積Ｓ２を７５４．７ｍｍ２（Ｓ２／Ｓ１＝５．６９）とし、熔融ガラス流出パイプ３０の開口面積Ｓ３を９．０８ｍｍ２（Ｓ１／Ｓ３＝１４．６）とした。
なお、上記鋳型１０は、直径３０ｍｍの円柱状のガラス成形体Ｇｍを製造するためのものであり、拡径部２３及び成形部２４の断面形状を均熱急冷部２２の断面形状と同心円状の円形状とした。また、上記面積Ｓ２は、ガラス成形体Ｇｍの円柱軸に垂直な断面の面積として算出した。
【００５５】
次いで、カーボン製の鋳型１０の流入口２１に、粘度０．９ｄＰａ・ｓ、温度８２０℃に調整された熔融ガラスを、ガラス流出パイプ３０から流入速度４０ｃｃ／ｍｉｎで流し込んだ。このとき、鋳型１０の上端から貫通孔２０の中心軸Ｃに平行に測った長さＬ３が２５ｍｍとなる範囲に、３５℃の冷却媒体を吹き付けて均熱急冷部２２の温度を制御した。
熔融ガラスＧは、以下の組成を有するガラス（銅イオン含有フツリン酸ガラス）が得られるように調製した。
＜カチオン成分＞
Ｐ５＋：３５カチオン％，Ａｌ３＋：４．５カチオン％，Ｌｉ＋：１６．４カチオン％，Ｎａ＋：５カチオン％，Ｍｇ２＋：１０．１カチオン％，Ｃａ２＋：１３カチオン％，Ｓｒ２＋：３．９カチオン％，Ｂａ２＋：６．５カチオン％，Ｃｕ２＋：５．６カチオン％
＜アニオン成分＞
Ｆ−：４５アニオン％，Ｏ２−：５５アニオン％
【００５６】
均熱急冷部２２を通過した熔融ガラスＧは、拡径部２３において貫通孔２０内を拡がりながら成形部２４へと導かれていく。成形部２４に導かれた熔融ガラスＧは、成形部２４の周面に沿って流動しながら、成形部２４の周面形状に対応する所定の形状に成形される。
このようにして成形されたガラス成形体Ｇｍを取出口２５から取り出す際には、ガラス成形体Ｇｍの下端部を支持部材に支持し、支持部材を５３ｍｍ／ｍｉｎの速度で下降させることにより、ガラス成形体Ｇｍの自重を利用して鉛直下方に取り出した。
【００５７】
なお、支持部材の下降速度は、レーザ液位計を用いて、熔鋳型１０の貫通孔２０内に満たされた熔融ガラスＧの液位をモニタし、液位計から出力されたモニタ信号に基づいて支持台の下降速度を必要に応じて増減させることにより、熔融ガラスＧの液位が一定となるように制御した。
【００５８】
次いで、取出口２５から取り出されたガラス成形体Ｇｍの長さが１５０ｍｍに達したときに、取出方向に対して垂直に切断し、アニールして歪みを除去した。
アニール後のガラス成形体を目視にて観察したところ、脈理や、失透などの欠陥は認められず、光学的にきわめて均質な中実状のガラス成形体が成形されたことが確認できた。
【００５９】
［実施例２］
均熱急冷部２２、拡径部２３及び成形部２４のそれぞれの断面が同心円状の円形状とされ、直径５１ｍｍの円柱状のガラス成形体Ｇｍを製造するための鋳型１０を用いて、実施例１と同様に成形を行った。
但し、鋳型１０の寸法は、均熱急冷部２２の長さＬ１は２０mm、傾斜角度θは３３．４°、面積Ｓ１は２５４．５ｍｍ２（流入口２１の開口面積と等しくしてある。）、面積Ｓ２は２０４２．８ｍｍ２（Ｓ２／Ｓ１＝８．０３）とした。
また、熔融ガラス流出パイプ３０の開口面積Ｓ３は２．５４ｍｍ２（Ｓ１／Ｓ３＝１００）、離間距離Ｌ２は２ｍｍとした。
【００６０】
一方、熔融ガラスの粘度は０．５ｄＰａ・ｓ、温度は１３００℃に調整し、流入速度２４ｃｃ／ｍｉｎで流し込んだ。このとき、均熱急冷部２２の温度制御は、冷却範囲の長さＬ３を３０ｍｍとして、３０℃の冷却媒体を型の全周に接触させることにより行った。
また、熔融ガラスＧは、以下の組成を有するガラスが得られるように調製した。
ＳｉO２：４重量％，Ｂ２Ｏ３：３重量％，Ｌａ２Ｏ３：３１重量％，ＴｉＯ２：３３重量％，Ｎｂ２Ｏ５：１１重量％，ＺｒＯ２：６重量％，ＢａＯ：１３重量％，Ｓｂ２Ｏ３：０．０１重量％（但し、Ｓｂ２Ｏ３の量は外割り添加量）
このガラスの屈折率（ｎｄ）は２．１５８、アッベ数（νｄ）は２２．２である。
【００６１】
アニール後のガラス成形体を目視にて観察したところ、脈理や、失透などの欠陥は認められず、光学的にきわめて均質な中実状のガラス成形体が成形されたことが確認できた。
【００６２】
［比較例１］
鋳型の流入口の直径を５０ｍｍ（開口面積：１９６３．５ｍｍ２）、取出口の直径を５２mm（開口面積：２１２３．７ｍｍ２）とし、流入口の開口面積に対する取出口の開口面積の比を１．０８とした以外は、実施例２と同様にして成形を行った。
アニール後のガラス成形体を目視にて観察したところ、中央部が失透化し、ガラス成形体は不透明となってしまい、安定な製品を得ることができなかった。これは、成形体の径が大きくなると、その中心部の冷却が不十分となり、また、失透粘性が高く、粘性が低いため、十分な冷却が出来ないために失透したものと考えられる。
【００６３】
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、光学的にきわめて均質な中実状のガラス成形体を安定して量産し、そのようなガラス成形体から、高品質の各種のガラス製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に用いる鋳型の一例を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０          鋳型
２０          貫通孔
２１          流入口
２２          均熱急冷部
２３          拡径部
２４          成形部
２５          取出口
３０          熔融ガラス流出パイプ
Ｇ            熔融ガラス
Ｇｍ          ガラス成形体
【図１】
0004912233.tif 000002
【図２】
0004912233.tif 000003