CN101417855A - 玻璃流道和使用该流道的光学玻璃成形体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供玻璃流道和使用该流道的光学玻璃成形体的制造方法，在中央附近的流速有变大倾向的玻璃流道中，通过提高其玻璃流的搅拌效果，使温度分布均匀化，降低波筋、失透现象的发生。而且，作为其结果，提供了这样的流道，即用于简单且高品质地获得成形条件的选定非常困难的近年来的高折射玻璃、或低Tg玻璃的玻璃块的流道。还提供一种即使对于以往的玻璃，也可简单且短距离的控制，并且可使装置小型化的流道。该流道与熔融玻璃槽相连接，用于使熔融玻璃流出，其特征在于，在其内壁上具有用于控制熔融玻璃的流动的控制板。根据技术方案1中记载的流道，其特征在于，上述控制板以阻障玻璃流行进的角度设置在流道内壁上。

Description

玻璃流道和使用该流道的光学玻璃成形体的制造方法

技术领域

本发明涉及制作光学玻璃成形体的技术。

背景技术

近年来，在数码相机、投影机等的光学设备的领域中，要求小型化、轻量化，而且伴随着小型化、轻量化，可减少使用透镜的片数的非球面透镜的需求一直在增加。

通常，在构成光学系的透镜中，一般有球面透镜和非球面透镜。大多的球面透镜是通过对玻璃材料再加热成形而获得的玻璃成形品进行研削研磨而被制作的。另一方面，非球面透镜是通过用具有高精度的成形面的模具对加热软化的预成型坯加压成形，将模具的高精度的成形面的形状复制到预成型坯上而获得的方法，即，通过精密加压成形来制作已成为主流。

作为精密加压成形用预成型坯，大多使用球形、椭圆球或扁平状的玻璃成形体(玻璃坯)，可以用以下方法制造：用坩埚等的熔融装置将原料玻璃熔融之后，使这些熔融玻璃从连结在熔融装置上的喷嘴等流出到成形模具上，成形为板状玻璃和棒状玻璃等，通过进一步的冷加工制作这些玻璃成形体。

另外，近年来，采用以下的技术，即，通过切断机(shear)切断从喷嘴等的流道流出的熔融玻璃，或利用表面张力分离从喷嘴等的流道流出的熔融玻璃，例如通过使熔融玻璃流下(滴下)到喷出气体的多孔质模具上，使其进行上浮成形，来调整成适当大小和形状的玻璃坯。但是，在前者中，因为存在被切断机切断的痕迹残留在玻璃坯上的现象，所以近年来多采用后者。

无论是在上述的哪一种方法中，使玻璃从流道流出时，为了控制其玻璃流的温度、流出量，或为了防止成形时产生的波筋、失透现象等不良的发生，对其喷嘴设计出了各种形状。近年来，为了与光学玻璃的液相温度的高温化和/或粘度的低粘性化、或随着低Tg化的粘度的低粘性化相对应，设计出各种方法，但现状中仍无法充分对应。

在专利文献1中记载有如下的喷嘴：通过将流道口的直径增大到大于流道本体的直径，例如将流道末端的熔融玻璃流出口呈锥状地扩开，可使熔融玻璃流在流道流出口更长时间滞留，从而延迟控制玻璃流下的时机(timing)。

在专利文献2中记载有如下的方法：在熔融玻璃从熔融装置开始流动，通过管子从流出口流出时，通过在内部加入节流部使流速分布保持均匀，抑制成分挥发了的变质玻璃的滞留，防止波筋的产生。还记载有：为了防止由于节流部造成的流量降低，将节流部的温度控制为高于节流部以外的部分的温度。

在专利文献3中记载有如下的方法：通过在流道的内部设置阻障构件，降低流过流道截面中央的玻璃流的流速，增加能够取得的玻璃坯的最大重量。

专利文献1：日本特开平10-36123号公报

专利文献2：日本特开2003-306334号公报

发明内容

但是，上述以往的方法存在如下的问题。

一般来说，在使熔融玻璃经由流道从熔融槽流出，由成形模具成形时，需要从熔融槽到流出口实行逐渐降低的温度控制，将熔融玻璃的温度降低到适于成形的温度。在此，例如，有时熔融玻璃从熔融槽流出后，玻璃成分的挥发造成波筋的产生，而此时不得不通过降低流道控制温度来与之对应。可是，熔融玻璃流是高粘性流体，喷嘴内的温度在内壁附近较低，在截面重心附近变高。而且，流速分布表现在内壁表面附近较低，在截面重心附近较高的值。

通过测量流道的温度来实行玻璃流的温度控制时，流道中的测量温度大致正确反映了内壁表面附近的玻璃温度，但与玻璃流中心温度(即通过流道内的流道截面重心附近的玻璃流的温度)相乖离，表现的温度低于玻璃流中心温度。因此，液相温度高的玻璃，在玻璃流中心降低到不产生挥发的温度之前，有时流道温度(流道内壁附近的玻璃温度)降低到成长结晶的温度、所谓失透现象温度，会造成失透现象的发生。

在专利文献1中记载的流道，流出口扩开成锥状，内径变大，因此，内壁表面和玻璃流中心的温度差以及流速差增大，上述倾向变得更加明显。

在使用具有如专利文献2那样的节流部的流道时，具有玻璃流的流出速度分布的均匀化的效果，但是由于要取出流道截面重心附近的高温的玻璃流，所以流出时防止由挥发造成的波筋是困难的。当为了抑制挥发而降低控制温度时，就立刻容易产生失透现象的发生和成长，由此，堵塞节流部的流道，流出本身容易停止。在实施例中，为了抑制由节流部造成的流量降低，将节流部的温度设定为高于节流部以外的部分的温度，这显然不是适于近年来的高折射率玻璃的制造的方法。

在专利文献3中记载的流道，通过在其内部的中央设置的阻障构件来延迟中央部的熔融玻璃的流下速度，可形成流出速度的速度分布的均匀化，但以热容量小的贵金属作为主成分的小的阻障构件，其温度立刻就会成为高温的玻璃流中心温度。因此，无法获得降低玻璃流中心温度的效果，没有抑制由挥发造成的波筋的效果。而且，需要如专利文献3中的图3那样使用支承构件固定阻障构件，作为以白金等贵金属为主成分的玻璃流出用流道，加工是非常困难的。而且，在专利文献3的技术方案4中，其特征在于，在坩埚底部设有多条流道，该多条流道的各自的前端部，通过相互连结构成一个流道口，但是在多条流道的各自的中心产生高温的玻璃流，从而无法获得降低流下的玻璃流中心温度的效果。若要应用如这些之类的复杂的构造，用于适应玻璃的温度、粘度、可湿性、密度和液压的结构的变更是非常困难的，加之流速、温度分布也复杂化，因此，即使在这一点上，也要求更加简单的结构。

本发明的目的在于，通常在中央附近的流速有变大倾向的玻璃流道中，通过提高其玻璃流的搅拌效果，使温度分布均匀化，降低波筋、失透现象的发生。而且，作为其结果，提供了这样的流道，即用于简单且高品质地获得成形条件的选定非常困难的近年来的高折射玻璃、或低Tg玻璃的玻璃块的流道。还提供一种即使对于以往的玻璃，也可进行简单且短距离的控制、并且可使装置小型化的流道。

本发明人发现：根据在流道的内壁上设置控制板，除提高玻璃流的搅拌效果，使温度和流速分布均匀化之外，还可获得希望的温度和流速分布，作为结果可抑制波筋等不良现象，最终解决了上述课题。

本发明的第1技术方案为，一种流道，其与熔融玻璃槽相连接，用于使熔融玻璃流出，其特征在于，在该流道内壁上具有用于控制熔融玻璃的流动的控制板。

本发明的第2技术方案为，根据上述技术方案1中记载的流道，其特征在于，上述控制板以阻障玻璃流行进的角度设置在流道内壁上。

本发明的第3技术方案为，根据上述技术方案2中记载的流道，其特征在于，在上述控制板上，包含从上述控制板和流道内壁的接触部分朝向流道中心的方向和与流道中的玻璃流行进方向相反的方向这两个方向之间的夹角小于90度的部分。

本发明的第4技术方案为，根据上述技术方案1～3中任一项记载的流道，其特征在于，设置有多个上述控制板。

本发明的第5技术方案为，一种玻璃成形体的制造方法，其包含利用熔融槽熔融玻璃原料，经由与熔融槽相连接的喷嘴使熔融玻璃流出到成形模具中来成形玻璃成形体的过程，包含通过使熔融玻璃通过上述技术方案1～4中任一项记载的流道而在流道内对熔融玻璃进行搅拌的工序。

本发明的第6技术方案为，根据上述技术方案5中记载的方法，包含通过使熔融玻璃通过上述技术方案1～4中任一项记载的流道来调整流道内的玻璃流的温度以及速度。

附图说明

图1是本发明的流道整体图。

图2是本发明的流道的纵剖视图。

图3是本发明的流道的俯视图。

具体实施方式

以下，对本发明的流道进行详细地说明，但本发明并不限定于以下的实施方式，在本发明的目的的范围内，可适宜加以变更而实施。

在本发明中，“流道”是包含与熔融和/或保持熔融玻璃的熔融槽相连接，使熔融玻璃流出到模具(例如成形模具)时的、玻璃流通过的整个流道以及流出口的概念。即，包括所谓管子、节流孔(orifice)、喷嘴的概念。

通常，采用各种的方法进行流道的温度控制，但是在流道中流动的熔融玻璃的温度分布，在流道的截面重心(流道截面呈大致圆形时，其中心)附近最高，因此流速也大。如上所述，在本发明中，通过在流道内壁上设有沟槽，局部地改变玻璃流的流动方向，作为其结果，玻璃流互相混合，将缓和该温度分布和流速分布的差别(gap)。

图1是表示本发明的流道的一个例子。如图1所示，在流道1的内壁设有控制板2，其设置方法并没有特别的限定。通过焊接设置在内壁上是最简便的。

控制板2的形状并没有特别的限定，平板状或曲面状均可。在本发明中，控制板2的形状有使玻璃流的流动发生变化、决定各种状态的流动的作用。并且，通过形成该流动，使玻璃流之间的热交换活跃起来，使温度分布更加接近均匀化，从而可减少流出的玻璃的波筋、失透现象。从玻璃流温度分布的均匀化这样的观点出发，控制板可以是螺旋形状、或优选其形状、方向不连续且不规则地配置多块控制板2。此时，即使各控制板的形状、方向相同，只要是不规则的就可以。

控制板2的设置角度也是为了提高玻璃流的搅拌效率、促进温度的均匀化，因此，优选控制板2以阻障玻璃流行进的角度设置在流道内壁上。以阻障玻璃流行进的角度设置是指将控制板2设置成比与玻璃的流出方向相垂直的方向向上游侧倾斜。具体来说，优选在上述控制板2上，包含从上述控制板和流道内壁的接触部分朝向流道中心的方向和与流道中的玻璃流行进方向相反的方向这两个方向之间的夹角小于90度的部分。

图2是本发明的流道的纵剖面图。使用在本发明的流道中的控制板2朝向与玻璃的流动方向相反的方向倾斜地被设置。

图3是本发明的流道的俯视图。使用在本发明的流道中的控制板2通过遮蔽玻璃流道的一部分而具有对玻璃流的搅拌效果。

而且，熔融玻璃流的搅拌效果与控制板2的面积、流道直径的关系也较大。若控制板的面积过小，搅拌效果就会降低，变得难于实现流道内的温度的均匀化，若控制板的面积过大，就会妨碍玻璃流的行进，反而变得难于得到品质优良的玻璃块。因此，控制板2的面积优选为流道的截面积的2％～80％，更加优选为5％～70％，最优选为7％～60％。

控制板的设置位置没有特别限定，但是各位置是考虑到玻璃的热传导率、热容量、流道直径、流量、希望的温度/温度分布等而被决定的。控制板的设置位置当然也取决于流道1的全长，若太靠上游的话，即使通过由沟槽带来的搅拌效果使温度均匀化，也会随着流动的进行容易形成新的温度分布，结果变得难以获得本发明的期待效果。因此，优选在流道全长的下游侧的50％，更加优选在流道全长的下游侧的45％，最优选在流道全长的下游侧的40％处具有上述沟槽。另外，根据情况也可以在流道的最下端(即流道出口)附近设置控制板。

本发明的流道1并不妨碍通过流道1本身和/或来自外部的附加部件来加热和/或冷却。作为流道1本身的加热部件，可使用对流道直接通电的公知的加热方法；作为来自外部的附加部件，可适当使用煤气燃烧器(gas burner)、电热式加热器、红外线放射、高频加热等公知的方法。而且，通过用环形燃烧器(ring burner)等对玻璃流出口附近进行覆盖、保温，能进一步抑制失透现象、波筋等问题。

使用本发明的流道的玻璃成形部件并没有特别限制。作为光学玻璃的成形，可以使玻璃流连续地流出到成形模具中，连续成形为板状或棒状玻璃等，也可以通过切断机或表面张力分离玻璃坯，并在多孔质模具上进行上浮成形，从而成形玻璃坯。

发本明的流道1的材质通常可使用使用于玻璃的熔融工序中的材质，例如可使用白金、强化白金、金、强化金、铑、其它贵金属以及它们的合金、或石英。另外，也可使用通过公知的方法电镀的材质，例如内表面镀金、或成膜SIC等陶瓷的白金。

本发明规定了流道1的内部结构，因此，可适当改变流道流出口附近的气体介质。例如可设为氮的气体介质、氩等惰性气体的气体介质。另外，根据情况，也可以用加热气体介质覆盖流道流出口。

以下表示本发明的具体的实施例

(实施例1)

在本实施例中，使光学玻璃在白金坩埚中熔融，经由与坩埚相连接的流道，使熔融玻璃从流道末端的流出口流出，在喷出气体的碳化钨制多孔质成形模具上对其进行上浮成形，从而取得用于作为精密加压成形用预成型坯而使用的玻璃坯。

作为流道，使用了和上述图1相同形状的强化白金流道。在此，流道内径为3mm(截面积7.07mm²)，流出口的内径扩大至6mm。流道全长、即从坩埚的出口到流道末端的流出口的长度是2m。流道壁的厚度是3mm。

流道内的控制板被设置在从流出口末端起500mm之间的位置。该控制板的截面积是3.00mm²。附图标记2是通过焊接设置在内壁中的构件，厚度是1mm。另外，控制板是平板，与流道内壁所成的角为30度。

接受模具由多孔质不锈钢作成，通过在从其接受面喷出空气的状态下接受熔融玻璃，从而以上浮的状态从接受模具上接受熔融玻璃，获得玻璃坯。

使用的玻璃是以氧化硼和氧化镧为主成分的熔融的光学玻璃。将坩埚保持在大约1200℃，通过通电加热将流出管保持在大约1100℃。从流出口起使熔融玻璃成为液滴状分离的状态。此时，熔融玻璃的流出量是每分钟80g。

在该玻璃坯中，用目视观察失透现象和波筋等光学缺陷，然而不能够发现这样的问题，该玻璃坯是可作为光学元件成形用预成型坯使用的高品质的玻璃坯。

Claims (6)

1.一种流道，其与熔融玻璃槽相连接，用于使熔融玻璃流出，其特征在于，在其内壁上具有用于控制熔融玻璃的流动的控制板。

2.根据权利要求1中记载的流道，其特征在于，上述控制板以阻障玻璃流行进的角度设置在流道内壁上。

3.根据权利要求2中记载的流道，其特征在于，在上述控制板上，包含从上述控制板和流道内壁的接触部分朝向流道中心的方向和与流道中的玻璃流行进方向相反的方向这两个方向之间的夹角小于90度的部分。

4.根据权利要求1～3中任一项记载的流道，其特征在于，设置有多个上述控制板。

5.一种玻璃成形体的制造方法，其包含利用熔融槽熔融玻璃原料，经由与熔融槽相连接的喷嘴使熔融玻璃流出到成形模具中来成形玻璃成形体的过程，包含通过使熔融玻璃通过权利要求1～4中任一项记载的流道而在流道内对熔融玻璃进行搅拌的工序。

6.根据权利要求5中记载的方法，包含通过使熔融玻璃通过权利要求1～4中任一项记载的流道来调整流道内的玻璃流的温度以及速度。

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