(57)【要約】【課題】より低い位置からより短い落下距離で液滴を落下しても、略球形のガラス塊をより確実に製造することのできる、ガラス塊の製造方法及びガラス塊回収装置を提供する。【解決手段】このガラス塊の製造方法は、溶融ガラスを落下しガラス塊を形成するガラス塊の製造方法であって、液面に気泡を生じた液体で、落下したガラスを受ける工程を含むものである。また、このガラス塊回収装置は、液体を充填する液体槽、及び液体槽中に設置された気体噴出口を有するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスを落下しガラス塊を形成するガラス塊の製造方法であって、
液面に気泡を生じた液体で、落下したガラスを受ける工程を含むガラス塊の製造方法。
【請求項２】
気泡原料ガスを前記液体中に導入する工程をさらに含む請求項１記載のガラス塊の製造方法。
【請求項３】
液体中に多孔質体を浸し、前記多孔質体から前記気泡原料ガスを放出して前記液体中に導入する請求項２記載のガラス塊の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか記載の方法により製造されたガラス塊を精密プレス成形する工程を含む光学素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか記載の方法により製造されたガラス塊を成形する工程を含むＬＥＤ用レンズ部材の製造方法。
【請求項６】
液体を充填する液体槽、及び液体槽中に設置された気体噴出口を有することを特徴とするガラス塊回収装置。
【請求項７】
気体噴出口が多孔質材料からなることを特徴とする請求項６記載のガラス塊回収装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載のガラス塊回収装置にて、成形されたガラス塊を回収するガラス塊製造装置。
【請求項９】
溶融ガラスを滴下し又は連続流として流下する流路を有することを特徴とする請求項８記載のガラス塊製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス塊の製造方法及びガラス塊回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＶＤ、ＣＤ、及び光磁気ディスク等の光ピックアップレンズ、カメラ付携帯電話用レンズ、光通信用レンズ、光学機器等に用いられるレンズ、並びにＬＥＤ用レンズ部材等は、研磨により直接ガラスを球面加工して形成してきた。しかし、研磨には多大なコストがかかり、多くの時間を要した。そのため、微小な球状のガラスであるプリフォームから、精密プレスによりレンズを成形することが多くなり、球状に近い粒状のガラスを製造する技術が急速に求められている。
【０００３】
プリフォームをはじめ、球状に近い粒状のガラスを、高精度にかつ安価で大量に生産する方法として、溶融ガラスの液滴を落下する際に冷却しつつ粒状に整え、落下した液滴を地上で受けて回収する方法が検討されてきた。
【０００４】
溶融ガラスを落下して粒状に整える方法としては、特許文献１及び２に、溶融ガラスをノズルから連続流として流下し、流下した溶融ガラスが落下する間に液滴状のガラス塊に変化した後に、これらガラス塊を回収し、プリフォームを製造する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、ノズル先端から溶融ガラスの液滴を滴下し、この液滴の表面温度がガラスの軟化温度より低い温度になるまで液滴を落下する、略球状のガラスゴブの製造方法が開示されている。
【０００６】
そして、落下する液滴を受けてガラス塊を回収する方法としては、特許文献１〜３にあるように、常温の液体で液滴を受けて落下速度を減速することで、ガラス塊へのキズの発生を防止する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平０９−２３５１２２号公報
【特許文献２】特開２００５−１７９１４５号公報
【特許文献３】特開昭６１−１４６７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３で開示された方法でガラス塊を形成しようとすると、略球状のガラス塊を得るには、落下する液滴がある程度固くなった状態で液面又は耐熱性スポンジに接触する必要があった。ここで、落下する液滴を固くするには、溶融ガラスを連続流として流下し又は滴下するノズルと液面等との間の距離、言い換えれば液滴の落下距離を確保する必要があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、より低い位置からより短い落下距離で液滴を落下しても、略球形のガラス塊をより確実に製造することのできる、ガラス塊の製造方法及びガラス塊回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、液面に気泡を生じた液体に溶融ガラスを落下することによって、液面に形成された気泡が液面から液滴へと伝わる落下衝撃を軽減し、球形に近い形状のガラス塊をより確実に製造することが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。
【００１０】
（１）  溶融ガラスを落下しガラス塊を形成するガラス塊の製造方法であって、液面に気泡を生じた液体で、落下したガラスを受ける工程を含むガラス塊の製造方法。
【００１１】
（２）  気泡原料ガスを前記液体中に導入する工程をさらに含む（１）記載のガラス塊の製造方法。
【００１２】
（３）  液体中に多孔質体を浸し、前記多孔質体から前記気泡原料ガスを放出して前記液体中に導入する（２）記載のガラス塊の製造方法。
【００１３】
（４）  （１）から（３）のいずれか記載の方法により製造されたガラス塊を精密プレス成形する工程を含む光学素子の製造方法。
【００１４】
（５）  （１）から（３）のいずれか記載の方法により製造されたガラス塊を成形する工程を含むＬＥＤ用レンズ部材の製造方法。
【００１５】
（６）  液体を充填する液体槽、及び液体槽中に設置された気体噴出口を有することを特徴とするガラス塊回収装置。
【００１６】
（７）  気体噴出口が多孔質材料からなることを特徴とする（６）記載のガラス塊回収装置。
【００１７】
（８）  （６）又は（７）記載のガラス塊回収装置にて、成形されたガラス塊を回収するガラス塊製造装置。
【００１８】
（９）  溶融ガラスを滴下し又は連続流として流下する流路を有することを特徴とする（８）記載のガラス塊製造装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、液面に気泡を生じた液体に溶融ガラスを落下することによって、液面から液滴へと伝わる落下衝撃が気泡により軽減される。このため、より低い位置からより短い落下距離で液滴を落下しても、略球形のガラス塊をより確実に製造することのできる、ガラス塊の製造方法及びガラス塊回収装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のガラス塊の製造方法は、溶融ガラスを落下しガラス塊を形成するガラス塊の製造方法であって、液面に気泡を生じた液体で、落下したガラスを受ける工程を含む。
【００２１】
また、本発明のガラス塊回収装置は、液体を充填する液体槽、並びに液体槽中に設置された気体噴出口を有する。
【００２２】
以下、本発明のガラス塊回収装置を有するガラス塊製造装置、及びガラス塊の製造方法の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
【００２３】
［ガラス塊製造装置］
図１は、本発明のガラス塊製造装置１の概略を示した図である。本発明のガラス塊製造装置１はガラス塊回収装置１０を有し、このガラス塊回収装置１０は落下するガラスを受ける液体３２を充填する液体槽３１と、液体槽３１の中に設置された気体噴出口２３と、を有する。
【００２４】
液体槽３１は、液体３２を保持できる容器であればよく、例えば、金属やプラスチック等の公知の液体槽を使用することができる。この液体槽３１の深さは、２０ｃｍ以上であることが好ましく、４０ｃｍ以上であることがより好ましく、５０ｃｍ以上であることが最も好ましい。液体槽３１の深さをこの範囲にすることで、液滴が液体槽３１の底に接触する迄にガラスの熱が奪われるため、ガラスの変形及び破損が少なくなる温度までガラスの温度を下げることができる。
【００２５】
この液体槽３１の上面には開口部が設けられる。このとき、液滴は液体槽３１の開口部を通り、液体３２の中に落下する。液体槽３１の開口部の広さは、液滴の落下距離を考慮して適宜設定される。すなわち、開口部の径の下限は、流路先端４１と液体３２の液面との距離の２％以上であることが好ましく、４％以上であることがより好ましく、６％以上であることが最も好ましい。開口部の径の下限をこの範囲にすることで、液滴の落下軌道が振れた時にも液滴が液体３２の中に落下するため、略球形のガラス塊をより確実に得やすくなる。一方で、液体３２の必要以上の露出や汚染を抑えやすくし、液体３２の交換頻度を低減するため、開口部の径の上限は、２００ｃｍ以下であることが好ましく、１５０ｃｍ以下であることがより好ましく、１００ｃｍ以下であることが最も好ましい。
【００２６】
気体噴出口２３は、液体３２を充填する液体槽３１の中に設けられ、配管２２を介して気体供給源２１に接続される。これにより、気体噴出口２３から気泡原料ガスを噴出して、液体３２の液面に気泡を形成することができる。ここで、気体噴出口２３は配管２２の先端と一体になっていてもよい。なお、本実施形態では、液体中に気体を噴出して気泡を形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば激しい攪拌を行って液面に気泡を形成してもよい。
【００２７】
この気体噴出口２３は、多孔質材料を使用することが好ましい。これにより、微細な気泡を効率良く形成することができる。多孔質材料としては、具体的には金属、セラミック、樹脂等の公知の材料を用いることがより好ましく、特に液体３２として水やアルコール類を使用する場合は金属を用いることが最も好ましい。また、多孔質材料の孔の径は、１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることが最も好ましい。多孔質材料の孔の径をこの範囲にすることで、微小な気泡が液体３２の表面に生じ、液面に形成される気泡の層が厚くなるため、液滴が液面に落下したときの衝撃を軽減することができる。
【００２８】
この気体噴出口２３は、液滴の落下軌道と重ならない位置に設けることが好ましい。これにより、落下してきた液滴による気体噴出口２３の破損を起こりにくくすることができる。それとともに、気体噴出口２３から気泡原料ガスを放出する方向を、液滴の落下軌道に向けることが好ましい。液滴の落下軌道に向けて気泡原料ガスを放出することで、液面のうち液滴の落下軌道の近辺により多くの気泡が発生するため、液滴の落下衝撃をより効率的に和らげることができる。
【００２９】
このようなガラス塊回収装置１０を用いて、落下するガラスを受けて、成形されたガラス塊を回収することが好ましい。ここで、ガラス塊回収装置１０にガラスを落下するには、例えば図１に示すような、溶融ガラスＡを保持する保持容器５１と、保持容器５１を支持して加熱する炉体５２と、保持容器５１の下部に設けられた流路４２と、流路４２の先端に設けられた流路先端４１と、を備えるガラス塊製造装置１を用い、保持容器５１で保持した溶融ガラスＡを、流路４２を通じて、流路先端４１から滴下し又は連続流として流下することが好ましい。
【００３０】
保持容器５１は、溶融ガラスＡを作製して保持するものであり、例えば、耐火物容器、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝、イリジウム坩堝等の公知の保持容器を用いることができる。
【００３１】
この保持容器５１には、原料投入口５３が設けられている。原料投入口５３が閉じたときには、保持容器５１が密閉状態となることが好ましく、特に保持容器５１の内部の圧力を調整する圧力調整手段（図示せず）を保持容器５１に設ける場合には、保持容器５１が耐圧性を備えることがより好ましい。保持容器５１が耐圧性を備えることにより、圧力調整手段による加圧又は減圧に耐えることができる。なお、本実施形態では、原料投入口５３から原料が投入される構成としたが、これに限定されるものではなく、原料投入口５３から溶融ガラスＡが投入される構成であってもよい。
【００３２】
さらに、この保持容器５１には、ヒータ及び／又は攪拌機５４が設けられていることが好ましい。保持容器５１にヒータを設けることで、保持した溶融ガラスＡを所定温度に保つことができる。また、保持容器５１に攪拌機５４を設けることで、溶融ガラスＡを攪拌して均質化することができる。
【００３３】
炉体５２は、保持容器５１の周囲を覆う耐火レンガ等の耐熱材からなり、図示しないタワーによって高所に設置される。炉体５２の材質等は、保持容器５１の温度に耐えることができれば、特に限定されない。
【００３４】
流路４２は、保持容器５１の下部に接続されており、保持容器５１中の溶融ガラスＡを流路先端４１へと誘導し、流路先端４１から溶融ガラスＡを滴下し又は連続流として流下するものである。これにより、球状に成形されたガラス塊を得ることができる。流路４２及び流路先端４１としては、公知のガラス流出用ノズルの形状が使用できる。そして、この流路先端４１は、流路４２と連通するように、流路４２に接続する。ここで、流路先端４１は流路４２と一体となっていてもよい。
【００３５】
これらの流路４２及び流路先端４１には、図示しない加熱手段が設けられていることが好ましい。これにより、流路４２内の溶融ガラスＡの粘度が一定になり、一定量の溶融ガラスＡが流路先端４１から流出するため、一定の質量を有する球状粒を成形し易くすることができる。それとともに、流路４２及び流路先端４１を加熱し、流路４２及び流路先端４１の中で溶融ガラスＡが溶融した状態を保つことができる。
【００３６】
［ガラス塊の製造方法］
本発明のガラス塊の製造方法は、溶融ガラスＡを落下し、液面に気泡を生じた液体３２で落下したガラスを受け、ガラス塊を形成する工程を有するものであり、例えば図１に示すようなガラス塊製造装置１を用いて製造することができる。なお、上述した内容と重複する箇所については説明を省略する。
【００３７】
溶融ガラスＡは、例えばガラス原料を溶融して保持容器５１にて保持し、この保持容器５１から流路４２及び流路先端４１を経て、液体３２に向けて滴下し又は連続流として流下する。
【００３８】
溶融ガラスＡを保持容器５１にて保持する際には、攪拌機５４を回転して、攪拌翼により溶融ガラスＡを攪拌し均質化することが好ましい。ここで、溶融ガラスＡは、他の溶融手段によってガラス原料を溶融して作製した後に保持容器５１に移し替えてもよく、保持容器５１の中でガラス原料を溶融して作製してもよい。
【００３９】
また、溶融ガラスＡを滴下し又は連続流として流下する際には、保持容器５１の内部の圧力を調整する圧力調整手段を作動し、溶融ガラスＡが流路先端４１から流出する量を調整することが好ましい。より具体的には、圧力調整手段を用いて、保持容器５１の中を加圧して溶融ガラスＡの流路４２への流出量を増加し、保持容器５１の中を減圧して溶融ガラスＡの流路４２への流出量を減少することができる。
【００４０】
流路先端４１から滴下し又は連続流として流下した溶融ガラスＡは、落下しながら重力及び表面張力により球状に成形される。このとき、溶融ガラスＡの落下軌道を変更する軌道変更手段（図示せず）を、流路先端４１から液体槽３１の間に設けてもよい。
【００４１】
そして、液面に気泡を生じた液体３２を充填した液体槽３１で、落下により球状に形成されたガラスを受ける。ガラスを液体３２に形成した気泡に落下することにより、ガラスが液体３２の液面に衝突する際の落下衝撃を吸収し、液面から落下したガラスへと伝わる落下衝撃が軽減される。このため、球形に近い形状で落下してきたガラスの形状を大きく崩すことなく、球形に近い形状のガラス塊としてより確実に回収することができる。
【００４２】
液体槽３１に充填する液体３２としては、落下したガラスと反応しにくく、かつ、落下したガラスを冷却することができれば特に限定されず、例えば、水、アルコール類、油等公知の種々の液体を用いることが好ましい。これらは単独で用いてもよく、複数組み合わせて用いてもよい。その中でも、熱容量が大きく、ガラスを効率良く冷却することができるため、水又はアルコール類若しくはその混合物等を用いることがより好ましい。その中でも特に、回収したガラス塊を洗浄することなく乾燥し、又は、簡単に洗浄して乾燥して、プリフォーム材又はレンズ等の光学素子として使用できるため、アルコール類を用いることが最も好ましい。アルコール類としては、エタノール、イソプロピルアルコール等の公知のアルコールを用いることができる。
【００４３】
この液体３２の中に、気泡原料ガスを導入することが好ましい。これにより、液体３２の液面に気泡が生じるため、液滴に伝わる落下衝撃を軽減する作用をより高めることができる。気泡原料ガスを導入する方法としては、例えば気体供給源２１から配管２２を通じて、気体噴出口２３から気泡原料ガスを噴出する方法が挙げられる。気泡原料ガスは、使用する液体３２を考慮して適宜選択される。すなわち、液体３２に対する溶解度の小さいガスを用いることが好ましく、特に液体３２として引火性の液体を使用する場合には不活性ガス及び／又は窒素ガスを使用することがより好ましく、コストの面から圧縮空気を用いることが最も好ましい。
【００４４】
このとき、液体３２の中に多孔質体からなる気体噴出口２３を浸し、この気体噴出口２３から気泡原料ガスを放出して、気体噴出口２３を介して気泡原料ガスを液体３２に導入することがより好ましい。これにより、微小な気泡が液体３２の表面に生じ、液面に形成される気泡の層が厚くなるため、ガラスが液面に落下したときの衝撃をより緩和することができる。ここで、液体３２の液面に形成する気泡の大きさは、例えば５０μｍ〜３０ｍｍであることが好ましく、５０μｍ〜１０ｍｍであることがより好ましく、５０μｍ〜５ｍｍであることが最も好ましい。
【００４５】
また、この液体３２に公知の発泡剤を加えることができる。発泡剤を加えることにより、液面により多くの気泡が生じるため、ガラスが液面に落下したときの衝撃を効果的に緩和することができる。
【００４６】
液体槽３１内に回収されたガラス塊に対して、その後、精密プレス成形装置を用いて精密プレス成形する工程を行い、所望の光学素子を製造することができる。また、液体槽３１内に回収されたガラス塊を成形して、ＬＥＤ用レンズ部材を製造することもできる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４８】
白金製の坩堝からなり、炉体５２で覆われている保持容器５１の中にガラス原料を投入し、Ｌａ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３を主成分とする光学ガラスのガラス溶融物（溶融ガラスＡ）を調製し、１０００℃で保持した。保持容器５１から流路４２を通じて流路先端４１へと溶融ガラスＡを流出し、流路先端４１から溶融ガラスＡを滴下した。このときの流路先端４１の内径は３ｍｍであった。
【００４９】
一方、液体槽３１には液体３２としてイソプロピルアルコールを充填し、圧縮空気を液体３２に導入して直径４０ｍｍ前後の気泡を液面に発生した。このときの流路先端４１の先端と液体３２の液面との距離は２０ｍである。
【００５０】
流路先端４１から滴下した溶融ガラスＡの液滴は、２０ｍ落下した後、液面に気泡を発生した液体３２で受けた。そして、液体槽３１の中に回収されたガラス塊を取り出して乾燥した後、ガラス塊の形状について評価した。
【００５１】
比較例として、液体３２に圧縮空気を導入しなかった場合についても実施例と同様の試験を行った。
【００５２】
その結果、気泡を液面に発生すると、ガラス塊の形状は球形に近い形状になった。一方、液体３２に圧縮空気を導入しなかった場合は、ガラスが液体３２の液面に衝突する際の落下衝撃により、ガラス塊の形状は球形を有しないものが多かった。実施例と比較例のガラス塊の形状を比較すると、液体３２に圧縮空気を導入するとガラス塊を球形により近い形状にできることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ガラス塊製造装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１      ガラス塊製造装置
１０    ガラス塊回収装置
２１    気体供給源
２２    配管
２３    気体噴出口
３１    液体槽
３２    液体
４１    流路先端
４２    流路
５１    保持容器
５２    炉体
５３    原料投入口
５４    攪拌機
Ａ      溶融ガラス
【図１】
2009179529.tif 000003