CN1854097A - 精密压制成型用坯料制造方法、光学元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从流出管的流出口流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,一边向该玻璃块施加风压使其浮起一边使其成型为玻璃坯料的精密压制成型用坯料制造方法,其中通过配置在前述流出管下方的熔融玻璃支撑体接收和支撑熔融玻璃流的前端,然后去除前述熔融玻璃支撑体的支撑并从熔融玻璃流的前端分离前述熔融玻璃块的工序,是在充满干燥气体的密闭空间内进行的。本发明还提供对通过前述方法制作出的坯料实施精密压制成型而形成的光学元件。

Description

精密压制成型用坯料制 造方法、光学元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及精密压制成型(プレス成形)用坯料制造方法、光学元件及其制造方法。更具体地说,本发明涉及能够高效率地制造出高量质玻璃精密压制成型用坯料的方法,对这种坯料实施精密压制成型所获得的光学元件及其制造方法。
背景技术
在以摄象光学系统为首的各种光学系统中,需要采用具有低色散性的玻璃制作的透镜。在这种低色散性光学玻璃中,通常为了减小色散而导入氟。
近年来,随着数字式照相机和数字式摄象机的小型化、高象素化、高性能化,对以低色散性玻璃制作的非球面透镜为首的透镜的需求越来越多。和这种需求相对应的是,通过诸如磨削、研磨等方式,对诸如透镜表面等光学功能面的形状实施加工的方法已不再适用,通常需要采用诸如对称为坯料(プリフオ一ム)的玻璃实施加热、软化、利用压制成型模实施压制,以形成光学功能面的精密压制成型方法(也称为模制光学元件成型方法),作为具有高生产性且能够实现批量生产的有效方法(例如可以参见日本专利第3153871号公报)。
在利用精密压制成型方法制作由包含氟的低色散性玻璃构成的透镜的场合,可以首先制作被称为坯料的玻璃成型体。坯料需要与目的精密压制成型品具有同等的质量,在内部和表面不能出现诸如失透、脉纹(脉理)、伤痕等缺陷。
考虑采用下述的两种方法制作坯料。一种是成型出玻璃块,切取没有脉纹等缺陷的部分,然后通过倒角加工对表面进行光学研磨制坯料的方法。采用这种方法需要一个个地对坯料表面实施光学研磨,相当费时且麻烦,由此还存在成本较高的问题。而且,还存在必须根据磨削、研磨的进行对玻璃质量实施严格管理的问题。
另一种方法是从熔融玻璃中分离与目的坯料具有同等质量的熔融玻璃块,在使该熔融玻璃块冷却的过程中将其成型为坯料的方法,也称为热成型方法。采用热成型方法可以由熔融玻璃直接制作出坯料,所以可以提高生产率。而且,可以通过使熔融玻璃从流出喷嘴处滴落,支撑从流出喷嘴处滴落的熔融玻璃前端,并按预定时间移去上述支撑,由此对熔融玻璃块实施高质量精度的分离。
而且,为了尽量使成型过程中的熔融玻璃块表面不与其它物体接触,还可以通过向玻璃施加风压以在浮起状态下成型,由此制造出表面极光滑的坯料。
虽然热成型方法作为这种坯料的制造方法具有极优良的优点,然而至今难以应用在包含有诸如氟等高挥发性成分的玻璃中。
例如,需求量高的具有超低色散特性的玻璃可以通过在玻璃结构中包含氟以获得前述特性,然而在熔融状态的极高温度下的玻璃中,由于挥发而使表面附近处的氟成分减少,所以会使坯料的质量显著下降。因此,虽然是一种具有高生产率的坯料制造方法,然而通过热成型方法将含氟玻璃等高温反应性高的玻璃制成坯料仍呈难以实用化的现状。
虽然挥发的机理可能有所不同,然而在使用包含硼等易挥发性成分的玻璃热成型为坯料时,也存在挥发问题。
发明内容
鉴于以上问题,本发明的第一目的是提供高效率地制造高品质玻璃精密压制成型用坯料的方法,本发明的第二目的是提供对上述坯料实施精密压制成型获得的光学元件及其制造方法。
本发明人对于使用含氟玻璃或含硼玻璃等在熔融状态表现出高反应性或挥发性的玻璃,热成型为精密压制成型用坯料的可能性进行了深入研究。在这一过程中,对由氟磷酸盐玻璃构成的坯料实施热成型,并对其表面进行了详细研究,虽然粗粗一看呈良好的成型状态,然而在通过显微镜对坯料进行放大观察时,发现了呈鳞状连接的细微凸凹。
而且,在对这种坯料实施精密压制成型制作透镜时,透镜表面会出现朦胧现象(散射),不适宜作为光学元件使用。
虽然成型为透镜后细微凸凹消失,坯料表面上的细微凸凹是由折射率不稳定的层构成的,所以成型为透镜后仍然会作为散射成分残存下来。
坯料表面的细微凸凹,可以认为是处于高温状态的玻璃中的氟在冷却过程中从熔融玻璃表面挥发而产生的。包含在熔融状态玻璃中的氟等高反应性成分通过与氛围气体中的水分反应而生成氟化氢(HF)等,从玻璃表面脱离而使玻璃表面的组成发生变化,在玻璃表面产生变质层,氟等高反应性成分从玻璃脱离时,会产生如上所述的鳞状细微凸凹和折射率呈鳞状不稳定的层。因此,为了防止出现表面变质和出现凸凹,可以尽可能地避免流出后的玻璃立刻与含有丰富水分的氛围气体接触,并且为了抑制挥发,优选形成密闭空间,提高氛围气体的内部压力。
而且,即使防止玻璃中易挥发成分的蒸发,玻璃在与模具接触状态下成型时,坯料表面与模具接触所产生的痕迹仍然会变成凸凹残存下来。
因此,在对含氟玻璃等高温中呈高反应性的玻璃进行热成型制造高品质的坯料时,
(i)高温状态的玻璃在充满干燥氛围气体的密闭空间内进行处理。
(ii)当玻璃质量较大而难以自然冷却时,在流出的熔融玻璃与可以从玻璃吸热的物体接触冷却后,开始成型为坯料。为了在对坯料实施成型时尽可能避免与其它物体接触,在向玻璃施加风压使其浮起的状态下进行成型作业。
(iii)在从流出管滴落的熔融玻璃块质量比较小时,可以在熔融玻璃块的下滴过程中使其冷却至易挥发成分难以蒸发的温度,随后一边施加风压使其浮起一边开始坯料的成型。
(iv)因为用于浮起成型的浮起气体吹至流出管的流出口是使坯料产生质量变化、脉纹、失透等的原因,所以从流出口阻断浮起气体。
(v)为了不使熔融玻璃块产生折摺,优选在从熔融玻璃分离至浮起开始的过程中,将其移动路径限制为垂直方向。
进行以上考虑的结果是可以稳定地生产出表面不存在细微凸凹且内部质量良好的光学玻璃精密压制成型用坯料。
本发明就是在上述研究的基础上完成的。
即,本发明提供:
(1)一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于:
在从由流出管的流出口处流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,一边向该玻璃块施加风压使其浮起一边使其成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
通过配置在流出管下方的熔融玻璃支撑体接收和支撑熔融玻璃流的前端,然后去除前述熔融玻璃支撑体的支撑并从熔融玻璃流的前端分离前述熔融玻璃块的工序,是在充满干燥气体的密闭空间内进行的。
(2)一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于:
在通过流出管使熔融玻璃滴滴下,用喷出气体的成型模接收,并一边通过前述气体施加风压使其浮起一边使其成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
使前述熔融玻璃滴的下滴在充满干燥气体的密闭空间内进行,并且设置横切熔融玻璃滴下滴路径的遮蔽体,以遮蔽从前述成型模喷出的气体使其不吹到流出管上,并且与熔融玻璃滴的下滴同期地从前述下落路径中除去前述遮蔽体。
(3)一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于,
在从流出管滴下熔融玻璃滴,用喷出气体的成型模接收,并一边通过前述气体施加风压使其浮起一边使其成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
使前述熔融玻璃滴的下滴在充满干燥气体的密闭空间内进行,并且设置横切熔融玻璃滴下滴路径的遮蔽体,以遮蔽从前述成型模喷出的气体使其不吹到流出管上,并且使熔融玻璃滴下滴到前述遮蔽体上,与熔融玻璃滴的下滴同期地从前述下滴路径中除去前述遮蔽体。
((4)上述(1)~(3)中任何一项所述的精密压制成型用坯料制造方法,其中用于施加风压的气体为干燥气体。
(5)一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于,
在从由流出管的流出口流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,用喷出向该玻璃块施加风压的气体的成型模接收,并使其一边浮起一边成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
用在前述流出口垂直下方具有可开闭的开口部的盖覆盖包含流出口的空间,在前述开口部闭合时使前述空间密闭,同时向前述空间内供给干燥气体,在前述开口部闭合的状态下分离熔融玻璃块,打开前述开口部,将该玻璃块转移至配置在开口部附近的喷出干燥气体的成型模中并实施成型。
(6)上述(1)~(5)中任何一项所述的精密压制成型用坯料制造方法,其中对由含氟玻璃构成的坯料实施成型。
(7)上述(1)~(6)中任何一项所述的精密压制成型用坯料制造方法,其中对由含Bi玻璃构成的坯料实施成型。
(8)一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于,在从由流出管的流出口流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,用喷出向该玻璃块施加风压的气体的成型模接收,并使其一边浮起一边成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
从前述成型模喷出的气体为干燥气体,而且前述玻璃为含氟玻璃。
(9)一种光学元件,其特征在于通过对上述(1)~(8)中任何一项所述的方法制备的精密压制成型用坯料实施加热,并精密压制成型得到。
(10)一种光学元件的制造方法,其特征在于对上述(1)~(8)中任何一项所述的方法制备的精密压制成型用坯料实施加热,并使用压制成型模实施精密压制成型。
(11)上述(10)项所述的光学元件的制备方法,其中将精密压制成型用坯料导入到压制成型模中,将该坯料和压制成型模一起加热,然后精密压制成型。
(12)上述(10)项所述的光学元件的制备方法,其中对精密压制成型用坯料与压制成型模分别实施加热,然后将坯料导入到前述压制成型模中,并实施精密压制成型。
如果采用本发明的精密压制成型用坯料制备方法,从包含含氟玻璃等具有易挥发性、高反应性的成分的熔融玻璃,也可以直接制作出高品质且高质量精度的坯料。
而且,如果采用本发明的精密压制成型用坯料,通过精密压制成型方式可以提供表面、内部均为高品质的玻璃光学元件。
而且,如果采用本发明的光学元件,可以提供在光学功能面的形状加工中完全不需要使用磨削、研磨加工的、表面和内部品质优良的氟磷酸玻璃光学元件。
而且,通过本发明的光学元件制造方法,可以提供在光学功能面的形状加工中完全不需要使用磨削、研磨加工的、表面和内部品质优良的氟磷酸玻璃光学元件的制造方法。
附图的简要说明
图1为表示本发明精密压制成型用坯料制备方法之一例的制备工序图。
图2为表示接收熔融玻璃流的分隔部件形状的另一例的说明图。
图3为表示本发明精密压制成型用坯料制备方法的另一例的制备工序图。
图4为表示本发明精密压制成型用坯料制备方法的又一例的制备工序图。
发明的优选实施形式
下面,首先对精密压制成型用坯料制备方法进行详细说明。
[精密压制成型用坯料的制备方法]
本发明中的精密压制成型,是指通过压制成型形成具有使光发生折射、反射、衍射、透射的光学功能的光学功能面的压制成型方法,通常称为模制光学元件成型或者模制压制成型。在这种精密压制成型中,因为通过压制成型确定光学功能面(例如非球面透镜的非球面等透镜面,形成有衍射光栅的邀细凸凹的面等)的形状,因此不必通过磨削、研磨等方式将光学功能面加工成设计形状。而且,在精密压制成型中,通过加热、加压调整到与压制成型品的质量相等的玻璃成型体实施,在可变形的温度下采用压制成型模进行压制。将这种玻璃成型体称为精密压制成型用坯料,在下面也简称为坯料。
坯料仅仅使用具有如上所述的高质量精度,没有脉纹、失透、伤痕、龟裂等内部质量和表面状态均良好的坯料。
(坯料制备方法1)
坯料制备方法的第一方法(下面也称为坯料制法1)的特征在于,在从由流出管的流出口流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,一边向该玻璃块施加风压使其浮起一边使其成型为玻璃坯料的精密压制成型用坯料制备方法中,
通过配置在流出管下方的熔融玻璃支撑体接收和支撑熔融玻璃流的前端,去除前述熔融玻璃支撑体的支撑并从熔融玻璃流的前端分离前述熔融玻璃块的工序,是在充满干燥气体的密闭空间内进行的。
因为包含在熔融状态玻璃中的氟等高反应性成分与环境气体中的水分反应,生成HF等,HF从玻璃表面脱出,所以玻璃表面的组分产生变化,在表面上生成变质层,当高反应性成分从玻璃中脱出时,会产生先前说明的鳞状细微凸凹。因此,在坯料制造方法1中,流出后的玻璃立刻在充满干燥气体的密闭空间中进行处理。
作为干燥气体的制作方法,列举例如使其通过干燥剂以除去气体中的水分,或使液态气体蒸发等方法。作为液态气体,可以列举液态氮气、液态二氧化碳作为优选例子。而且,液态二氧化碳气体为在高压下使二氧化碳气体液化得到的物质。
干燥气体的水分含量优选在400ppm以下,更优选在380ppm以下。本发明对干燥气体的水分含量的下限没有特殊限制,理想状况为0ppm,能够大量获取的干燥气体的水分含有量为100ppm以上。干燥气体可以采用露点在-30℃以下的气体。本发明对干燥气体的露点下限没有特殊限制,能够大量获得的气体露点的下限为-80℃左右。而且,还可以采用高压气体作为干燥气体。例如,采用高压氦气、高压氩气的时,可以指定露点为-60℃的等级或超高纯度等级(露点为-80℃)。因此,还可以采用由这些高压气体形成的气体作为干燥气体。然而,高压气体因容器的保存状况,其露点可能上升,所以最好采用由管理良好的高压气体容器提供的气体。而且,即使气体的水分含量或露点不在上述范围之内,也可以使其通过填充有合成沸石等干燥剂的柱,变成水分含有量或露点满足预定值的气体后作为干燥气体使用。
作为气体的种类,可以列举氮气、惰性气体(如氩气、氦气等)、二氧化碳气体或前述气体混合形成的气体、氮气和氧气的混合气体等前述任何一种气体和氧气的混合气体、空气等。
在坯料制法1中,准备清澄、匀化的熔融玻璃,并从被实施温度控制的由铂合金等制成的流出管中以一定速度连续地流出熔融玻璃。然后由在流出管下方等待的熔融玻璃支撑体的上表面接收并直接支撑流下的熔融玻璃流的前端。换言之,在熔融玻璃流的前端与熔融玻璃支撑体接触的状态下进行上述支撑。
熔融玻璃支撑体由多个分隔部件(割刂部材)构成,各分隔部件具有可相互分开或密合的功能。当接收熔融玻璃流的前端时,使各分隔部件相互密合,由分隔部件的边界部分接收并支撑熔融玻璃流的前端。在这种状态下,因为前述支撑体与熔融玻璃流的前端直接接触,所以即使流出时粘度比较低的玻璃,熔融玻璃流的前端的粘度也会上升,不会侵入至分隔部件之间。而且因为与分隔部件间的接触可以使熔融玻璃块的黏性上升,所以在将熔融玻璃块转移至如后所述的成型模中时,可以有效地防止出现玻璃折摺。而且,熔融玻璃块粘度的上升(温度下降)还可以减少氟等易挥发成分从表面挥发。因为分隔部件能够防止与熔融玻璃熔合且容易获得上述效果,所以优选对其实施冷却。作为冷却方法,可以列举对分隔音件实施水冷却的方法,对分隔部件实施空气冷却的方法,使分隔部件的表面呈黑色以提高放射率的方法,以及前述方法的组合等。在对分隔部件实施水冷却和空气冷却时,可以在分隔部件的内部处设置通路,并且使冷却水或冷却气体从中流过。作为熔融玻璃支撑体可以列举耐热性金属、石墨、陶瓷等。如果考虑到耐热性、热传导性,优选采用具有耐热性的不锈钢。
在接收和支撑熔融玻璃流的前端之后,在获得预定量的熔融玻璃块的时间去除熔融玻璃支撑体的支撑,分离熔融玻璃块。去除熔融玻璃支撑体的支撑的具体方法,可以为使熔融玻璃支撑体下降的方法,和使熔融玻璃支撑体沿横向移动的方法等。
在使熔融玻璃支撑体下降的方法中,优选使熔融玻璃支撑体沿垂直方向下降。当熔融玻璃支撑体沿垂直方向下降时,在熔融玻璃流的前端与流出管侧之间产生中间变细的部分,当进一步下降时中间变细的部分会增大,然后前端分离,在熔融玻璃支撑体上获得预定量的熔融玻璃块。
当使熔融玻璃支撑体下降时,优选对玻璃流被自然切断的下降距离和速度进行选择。
因为使熔融玻璃块的量保持一定,所以接收熔融玻璃流的前端的位置和熔融玻璃支撑体的下降条件保持一定,下降周期也保持一定。
在使熔融玻璃支撑体沿横向移动的方法中,优选使熔融玻璃支撑体瞬时沿横向移动的方法。在这种方法中,玻璃块的分离和如后所述的玻璃块的落下可以同时进行。
在这种方法中,因为也使熔融玻璃块的重量保持一定,所以接收熔融玻璃流的前端的位置和下降周期也保持一定。
随后,使分隔部件相互分离,使熔融玻璃块沿垂直方向从分离开的分隔部件之间落下。也可以在熔融玻璃流的分离结束之前使分隔部件分离并使熔融玻璃块落下。而且,还可以不使上述分隔部件下降,而是按照一定时间间隔使分隔部件分开以切断玻璃流,或是组合采用使分隔部件下降和按照一定时间间隔使分隔部件分开的方法,分离熔融玻璃块。
分隔部件的数目可以为几个,然而从能够可靠且容易地实施上述一连串操作的角度考虑,优选由两个分隔部件构成熔融玻璃支撑体。在这时,从使两个部件密合的方面考虑,优选在分隔部件呈密合状态时分隔部件的边界为直线。而且,优选使两个分隔部件的上表面呈平面,同时两个上表面所成角为90°~180°,且上述两个面关于通过两个分隔部件边界的假想平面对称。此外,还可以在分隔部件相互密合的状态下,在分隔部件的吻合面形成使熔融玻璃滞留的低凹部,而且为了提高打开分隔部件时的容器内的密闭性,还可以在分隔部件处安装在中央有坑的盖。通过采用这种熔融玻璃支撑体,可以对熔融玻璃流的前端实施稳定支撑,并且分隔部件分离时可以使熔融玻璃块沿垂直方向落下。
而且,还可以在前述下降之前,使熔融玻璃支撑体按照比熔融玻璃流的流出速度小的速度沿垂直方向下降。通过这种操作,可以防止熔融玻璃滞留时流出管前端产生嵌埋脉纹。
使成型模在熔融玻璃支撑体下方呈待机状态,以接收落下的熔融玻璃块。从由熔融玻璃流出管流出直至下落到成型模,始终保持沿垂直方向的路径可以使作用于熔融玻璃流、熔融玻璃块的外力在水平方向的分力极小,从而可以防止在玻璃成型体中产生折摺等缺陷。
在接收熔融玻璃块并使其成型为玻璃成型体的成型模的底部设置气体喷出口,由此喷出对成型模上的玻璃(对熔融玻璃块和玻璃成型体的总称)施加向上的风压使其浮起用的气体,一边使玻璃浮起一边成型。而且,因为当前述气体(下面称为浮起气体)吹到流出管时,会降低管或流下的熔融玻璃流的温度,使熔融玻璃流的下流不稳定,所以在熔融玻璃块落下之后,最好立刻使分隔部件相互密合以阻断浮起气体。
这种浮起气体可以采用干燥气体。这优选使用与填充在上述密闭空间内的干燥气体相同种类的气体。
而且,气体喷出口可以选择性地开多个细孔,也可以采用多孔材料形成成型模的凹部以由整个凹部喷出气体,或是一个细孔。由选择性地开口的多个细孔喷出气体的方法和由多孔材料形成的整个成型模喷出气体的方法,由于在大范围内对熔融玻璃块施加向上的风压,因此适合于将玻璃成型为下述旋转体:其具有一个旋转对称轴,且包含前述旋转对称轴的剖面中的轮廓向外侧凸出。另外,多个细孔优选在成型模的凹部处呈相对凹部中心对称的方式配置。
另一方面,通过在成型模的凹部中心设置一个细孔而喷出气体的方式,可以在成型模凹部内使玻璃一边旋转一边成型。这种方法适用于对球状玻璃成型体实施成型的情况。
成型模的材料可以采用不锈钢等耐热金属、碳等。转移至成型模中的熔融玻璃块的温度虽然比其流出时的温度低,然而仍然处于高温状态,可能产生熔接。因此,优选将成型模的温度可靠地控制在300℃以下以防止出现熔接。而且,为了防止出现熔接,还可以在成型模的表面设置类金刚石碳膜等薄膜。
当通过熔融玻璃支撑体对熔融玻璃块实施支撑时,前述支撑体直接与玻璃块接触在促进玻璃块的冷却方面是优选的。此时,优选在熔融玻璃支撑体与熔融玻璃接触的表面、成型模与熔融玻璃块接触的表面设置类金刚石碳膜等薄膜以防止熔接。而且,优选将上述表面精加工成镜面。使熔融玻璃支撑体分离从而使熔融玻璃块落下时,在分隔部件的表面上产生玻璃的熔接,或熔融玻璃的滑动变差时,作用于熔融玻璃块的外力在水平方向的分力增大,从而会增加玻璃成型体出现诸如折摺等缺陷的可能性。因此,为了防止熔接、提高滑动性能,尤其优选在分隔部件的表面涂覆类金刚石型碳,对分隔音件实施冷却,对分隔部件的表面实施研磨。
而且,为了更可靠地防止玻璃出现折摺,优选使熔融玻璃块落下至成型模的中心处,上述方法成为关键(ポイント)。
为了能够接收一个个分离、落下的熔融玻璃块,还可以将多个成型模依次传送至熔融玻璃支撑体的下方。具体来讲就是,可以将多个成型模等间隔地配置在旋转台上,在熔融玻璃块落下时使空的成型模处于待机状态。这样可以将熔融玻璃块分配到多个成型模中,成型出玻璃成型体。
当成型后的玻璃成型体在成型模上冷却至不会在外力作用而变形的温度后取出,并缓缓冷却。
图1为表示坯料制法1的一个例子的制备工程图,在充满干燥气体的密闭空间内进行分离上述熔融玻璃块的工序时,在由如图1所示的流出管2的前端、熔融玻璃支撑体3a(图中的分隔部件)的形成空间中充满着干燥气体。优选采用使成型坯料用的成型模1全部位于密闭容器之内,并在其中充满干燥气体的方法,但采用使干燥气体流到成型模1的实施玻璃成型的空间中的方法也可以获得充足的技术效果。为了将上述密闭空间减小到必要最小限度,盖上包围流出管2的前端和熔融玻璃支撑体3a搭载熔融玻璃块4a的部分的盖5(图中的玻璃盖)。在构成熔融玻璃支撑体3a的分隔部件相互密合的状态下,由盖5和熔融玻璃支撑体3a形成密闭空间。如果在该密闭空间中充满干燥气体6,则熔融玻璃块4a的分离作业是在上述分隔部件3a相互密合的状态下进行,所以可以在充满干燥气体的密闭空间内,进行玻璃温度高、与外界气体的反应性高的阶段中的熔融玻璃块的分离工序。
图2为表示接收熔融玻璃流的分隔部件的形状的另一例的说明图,在图2中,熔融玻璃支撑体3b由两个分隔部件构成,使接收熔融玻璃4的表面倾斜。并且在能够对预定量的熔融玻璃块4a实施分离的时刻,不是使分隔部件3b下降,而是通过使其相互分离而解除对熔融玻璃下端部的支撑,从而分离熔融玻璃块4a,并使其自然下落至成型模1的中央。
上述盖5优选玻璃容器等透明容器。通过使盖5透明可以从外部观察流出状态。在图1和图2中,为了提高盖5内的密闭性,可以采用特氟隆等具有弹性的材料制作的侧缘(スカ-ト)8无缝地连接玻璃盖5和分隔部件3a、3b之间,以在分隔部件下降或相互分离时,不会在盖5与分隔部件3a、3b之间形成间隙。通过减小间隙,也可以使盖内的压力比外部气压高,从而空气难以侵入至盖内。
有时在流出管的前端外周部会熔挂(濡札上ガ为)有熔融玻璃。此时为了抑制熔融玻璃的熔挂,优选将熔融玻璃熔挂的部分也包含在上述密闭空间之内。
下面对供给至密闭容器内的干燥气体的温度进行说明。在干燥气体供给至从流出管离开的位置时,或是在流出管上安装有耐热盖,对干燥气体的温度没有特别限定,可以为室温左右。从流出管附近供给上述气体时,为了防止挥发成分粘附到流出管,优选使气体温度位于成型的玻璃软化温度之上,更优选为流出玻璃的温度。
如图1所示,在使构成熔融玻璃支撑体3a的分隔部件分离,使熔融玻璃块4a沿垂直方向下落并导入成型模1的中心之后,立刻使上述分隔部件相互密合。因此,采用盖5密闭流出管2的前端与熔融玻璃支撑体3a的上部的结构,除了熔融玻璃块落下时之外,也可以保持由盖5覆盖的空间在密闭状态。而且,即使当分隔部件分离时,由于有干燥气体从盖内流出,所以浮起气体9将难以流入至由盖5覆盖着的空间内。而且,即使有浮起气体流入,由于这种气体也是干燥气体,所以密闭空间内仍能够保持在充满干燥气体的状态。
根据上述坯料制造方法1,因为使与大气反应性高的、流出之后的熔融玻璃立即在充满干燥气体的密闭空间内进行处理,所以可以成型出表面光滑、没有缺陷的坯料。而且,可以通过使熔融玻璃块在上述密闭空间内与熔融玻璃支撑体直接接触而吸出玻璃的热量,所以能够在导入成型模之前,将玻璃表面冷却至氟等高反应性成分和易挥发成分随后难以挥发(後発)的温度范围。因此,可以制备出整个表面由熔融状态的玻璃固化形成没有鳞状细微凹凸且显微观察也很平滑的坯料。
另一方面,通过在成型模的凹部中心设置一个细孔来喷出气体,可以使玻璃在成型模凹部内一边旋转一边成型。这种方法适用于成型球状玻璃成型体的情况。
而且,坯料制法1适用于制备质量比较大的坯料的情况。坯料质量优选在200mg~10g的范围内。质量精度优选在±2%之内,更优选在±1%之内。
(坯料制造方法2)
作为坯料制备方法的第二方法(下面也称为坯料制造方法2),其特征在于:在使熔融玻璃滴从流出管滴下,用喷出气体的成型模接收,并一边通过前述气体施加的风压使其浮起一边将其成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制备方法中,使前述熔融玻璃滴的下滴在充满干燥气体的密闭空间内进行,并且设置横切熔融玻璃滴下滴路径的遮蔽体,使流出管与从前述成型模喷出的气体隔离,并且与熔融玻璃滴的下滴同期地从前述下滴路径中除去前述遮蔽体。
在坯料制造方法2中,由于与坯料制造方法1相同的理由,也使用与坯料制法1中相同的干燥气体。
与熔融玻璃滴的下滴同期地将遮蔽体从下滴路径中除去,不是说滴下熔融玻璃滴和将遮蔽体由下落路径中除去同时进行,而是指根据熔融玻璃滴的下滴时间确定除去遮蔽体的时间。根据该除去遮蔽体的时间相对于下滴时间的差异,作为坯料制造方法2的优选实施,可以列举使熔融玻璃滴的下落与将遮蔽体从下落路径中除去同时进行的第一实施方案,和在熔融玻璃滴滴落到遮蔽体上之后,将遮蔽体从熔融玻璃滴的下滴路径中除去的第二实施方案。
图3为表示坯料制造方法2的第一实施方案的一个实例的制备工序图。
在坯料制造方法2的第一实施方案中,如图3所示,准备清澄、匀化的熔融玻璃,并从实施温度控制的、由铂合金等制成的流出管2以一定的流出速度流出熔融玻璃4。熔融玻璃滴下落至在流出管2下方待机的成型模1上配置有气体喷射口的成型部处。成型模1备有多个,在流出管2下方接收熔融玻璃滴的位置(滴落位置)处接收到熔融玻璃滴4b时,从滴落位置处移开,并且将空的成型模移送至该滴落位置。这样依次将多个成型模传送到熔融玻璃滴的下落位置接连接不断地接收熔融玻璃滴4b。通过由气体喷出口向上喷出的气体(浮起气体)9对成型模上的熔融玻璃滴施加向上的风压,使其一边浮起一边成型为玻璃成型体。将固化后的玻璃成型体从成型模取出,再次返回至滴落位置。
这样,循环使用多个成型模,但由于是由气体喷出口喷出气体,所以当使成型模位于滴落位置时,浮起气体吹到流出管处,会使得流出条件、滴落条件不稳定。
这里,对流出条件不稳定的意思进行具体说明。当浮起气体吹至流出管的前端处时,气体会使流出管前端冷却,使流出管的温度产生变化,从而使玻璃的流出量产生变化。滴落重量在玻璃流出量的变化幅度比较小时,不会产生比较大的变化(理由将在后面叙述)。另一方面,当流出管前端的温度下降时,在流出口处会析出熔融玻璃结晶,这会使得滴落重量比较大,在玻璃成型体处会出现脉纹。如上所述的玻璃组成,一般在流出温度范围容易结晶,所以流出管前端的温度下降是一个大问题。
下面,对滴落条件不稳定的意义进行具体说明。液滴的重量是由流出口外径(D)、玻璃表面张力(γ)、重力加速度(g)确定的(式1)。严格来讲,玻璃流量越多则液滴重量越重,当流量变化小时,其并不是液滴重量变化的主要因素,所以可以忽略其影响。另一方面,由于γ依赖于温度,所以当温度变化大时,成为液滴重量变化的原因。g在地球上是保持一定的,然而当浮起气体吹到液滴时,则成为抬起液滴的力,表现上与重力加速度g变小时影响相同。即,当从液滴下方吹浮起气体时,液滴的重量变重。然而,浮起气体的流动是紊乱的,从而抬起液滴的力并不是一定的,所以和阻断浮起气体的情况相比,滴落重量容易产生变化。
液滴重量=πDγ/g    ……(1)
本发明为了不使浮起气体9吹到流出管2,如图3所示,在流出管2与成型模1之间设置遮蔽体或支撑体3c(图中的分隔部件),使浮起气体9与流出管2隔离,同时还通过盖5和遮蔽体3c形成包含着流出管前端的密闭空间。为了使密闭空间充满干燥气体,使一定流量的干燥气体6流入盖内。通过将干燥气体的流量控制到一定量,还可以减小流出管前端部的温度变化。而且,为了充分进行前述遮蔽,以横切熔融玻璃滴的滴落路径的方式来配置遮蔽体3c,并且与滴落同期地将遮蔽体3c从滴落路径中移开。具体地,遮蔽体3c由多个分隔部件构成,使前述分隔部件相互密合,从而遮蔽喷出的浮起气体9使其不吹到流出管2,同时与熔融玻璃滴4b的滴落同期地使前述分隔音件相互分离,并且在分离开的分隔部件之间滴落熔融玻璃滴4b的方式配置遮蔽体3c。或将遮蔽体作为支撑体接收和支撑滴落的玻璃液滴,并在某种程度上冷却之后,使作为支撑体的分隔部件相互分离,在分离开的分隔部件之间熔融玻璃滴以这种方式配置支撑体。为了能够可靠且容易地实施上述操作,优选由两个分隔部件构成遮蔽体。
通过遮蔽浮起气体使其不吹到流出管上,可以使熔融玻璃的流出条件、熔融玻璃滴的滴落条件稳定,从而可以提高玻璃成型体的质量精度。而且,优选将前述质量精度控制在目标质量的±1%之内。
在从流出管滴下熔融玻璃滴,由喷出气体的成型模接收并使其一边浮起一边成型的坯料制备方法这些方面,坯料制造方法2的第2实施方案与上述坯料制法2的第1实施方案相同。
图4为表示坯料制造方法2的第二实施方案的一个实例的制备工序图。
如图4所示,以横切熔融玻璃滴4b的下落路径的方式设置支撑体3b(图中的分隔部件),以遮蔽从前述成型模1喷出的气体9使其不吹到流出管2,同时,用前述支撑体3b直接接收滴落的熔融玻璃滴4b之后,除去前述支撑体3b,由此用成型模1接收垂直落下的熔融玻璃滴4b并进行成型。上述支撑体3b具有坯料制法2的第一实施方案中的遮蔽体的功能,也起直接接收和支撑滴落的熔融玻璃滴4b作用。而且,在如图4所示的方法中,支撑体3b接收熔融玻璃滴的表面为倾斜面,所以可以使熔融玻璃滴4b稳定在两个分隔部件密合的位置处。这样可以使熔融玻璃滴4b自然下落至成型模1中所希望的位置,优选成型模的中心。
另外,在图3和图4中,还可以在玻璃盖5与分隔部件3c、3b之间,无间隙地设置由聚四氟乙烯等弹性材料制作的侧缘,以进一步提高盖内的密闭性。
上述支撑体的构造、形状、材质和冷却方法可以与坯料制法1中相同。
在坯料制造方法2中的第一实施方案中,优选使熔融玻璃滴由流出管滴落在成型模上设置有气体喷出口的成型部,在第二实施方案中,优选使由支撑体接收的熔融玻璃滴滴落在成型模上设置有气体喷出口的成型部。
上述第二实施方案具有如下所述的优点。将流下时粘度极低的玻璃直接插入至吹出气体的成型模时,即使插入成型模中央也会产生折摺、脉纹和气泡。特别是成型球状坯料时,需要使熔融玻璃在成型模内高速旋转,所以存在出现折摺、脉纹和气泡的可能性。因此,在通过成型模使其球状化之前,必须增大熔融玻璃的粘度,哪怕是少量地增大。本发明的方法中,在熔融玻璃插入成型模之前将其保持在支撑体上,通过接触面吸出熔融玻璃的热量,从而使熔融玻璃冷却。这样就可以防止出现折摺、脉纹和气泡,而且可以减小氟等易挥发、高反应性成分从玻璃中脱离。冷却方法可以采用其它方法,在吹入气体的方法中,存在有使流出口冷却的可能性。而且,还考虑使用多孔材料构成的支撑体,利用由多孔材料吹出的气体在非接触状态对熔融玻璃实施支撑和冷却的方法。然而,这除了存在气体使流出口冷却的可能性之外,还存在有在非接触状态下的冷却速度比较小,所以需要延迟滴落的时间间隔,使生产性下降的问题。换言之,由于在短时间里可靠地增大熔融玻璃的粘度,且不存在使流出口冷却的可能性等原因,第二实施方案很合适。
而且如上所述,当熔融玻璃落下插入至成型模时,优选以慢速度,即自然下落到模具中央。为了实现这种条件,采用使支撑体由多个分隔部件构成,通过使前述分隔部件相互密合的密合部接收熔融玻璃,随后使分隔部件相互分离,使熔融玻璃滴从分离后的分隔部件之间下落的方法。这样除了可以减小熔融玻璃滴的下落距离,还可以使熔融玻璃滴自然滴落,从而可以使熔融玻璃滴在不受到冲击的状况下真正地自然滴落。而且,支撑体可以采用和在坯料制法1中使用的熔融玻璃支撑体相同的物体。
在坯料制法2中,构成支撑体的分隔部件由具有耐热性的金属材料、碳、陶瓷等构成,并加工成薄板形状。与熔融玻璃间的接触部通过使水或气体在内部流动而冷却,防止与玻璃熔接。控制水温也对冷却速度控制有效。而且,为了使滴落的熔融玻璃滴的位置稳定,使分隔部件朝密合部倾斜,降低熔融玻璃的支撑位置。表面并不一定需要为平面,也可以为曲面。而且,还可在与熔融玻璃的接触部形成凹陷。
为了降低分隔部件分离时给施加熔融玻璃的水平方向的力,优选支撑熔融玻璃的表面为研磨面,并进行具有防止熔接和低摩擦特性的涂覆。
成型模的材质和设置在成型面上的膜、成型模的传送方式,均可以与坯料制法1中的相同。
上述方法还适用于当熔融玻璃的流出条件、熔融玻璃滴的滴落条件发生变化时,质量精度和品质容易下降的玻璃的成型。
这里,为了在充满干燥气体的密闭空间内进行上述熔融玻璃的滴落工序,可以使流出管的前端、遮蔽体、成型坯料用的成型模均位于密闭容器内,并且用干燥气体充满该容器。或如上所述,为了使密闭空间达到必要最小限,用盖覆盖包含流出管前端的空间,在盖的下部设置开口部,并通过上述遮蔽体堵塞盖开口部以防止熔融玻璃滴的下滴。除了熔融玻璃滴下落至成型模时之外,通过前述盖和遮蔽体使包含流出管前端的空间呈密闭状态。在该密闭空间内充满干燥气体,并且滴下熔融玻璃。
而且,盖优选采用透明容器,也可以使用玻璃容器。这样可以从外部观察流出状态。
这样熔融玻璃滴在传送至成型模之前可以在干燥气体氛围中进行处理。
而且,上述干燥气体可以与坯料制造方法1中使用的干燥气体相同。优选采用上述干燥气体作为浮起气体。
上面,通过坯料制造方法2,流出后的熔融玻璃立刻在充满干燥气体的密闭空间内进行处理,所以能够成型出表面光滑、没有缺陷的坯料。
另外,由于滴落重量左右的熔融玻璃滴所具有的热量,与通过坯料制法1获得的熔融玻璃块所具有的热量相比要小,所以在导入到成型模之前,可以将玻璃表面冷却到氟等易挥发成分难以挥发的温度范围。而且,使熔融玻璃滴直接与遮蔽体接触的第二实施方案可以进一步促进玻璃的冷却,所以可以进一步降低易挥发成分的挥发。根据上述的坯料制法2,可以制备出整个表面由熔融状态的玻璃固化形成,没有鳞状细微凹凸且显微观察也平滑的坯料。
坯料制造方法2中的干燥气体可以采用坯料制造方法1中的干燥状态的气体。
坯料制造方法2适用于制造质量比较小的坯料的情况。坯料质量优选在5~600mg的范围之内。
而且,不论采用坯料制造方法1、2中的哪一种方法,在落下至成型模时,熔融玻璃块(滴)不是刚刚流出时的温度,但仍为高温。而且,使浮起气体仅仅吹到玻璃下面,因此优选以成型模的周围氛围气体为上述干燥气体氛围气体进行成型。作为更简易的方法,将上述各种气体吹至成型模上的玻璃上面的方法有效。
坯料制造方法1、2均适于容易出现折摺的流出粘度低的玻璃的成型,可以由流下时粘度为0.5~50dPa·s左右的熔融玻璃成型出高质量精度、高品质的坯料。
对于采用上述流出粘度低的玻璃实施球状坯料成型时,可以将熔融玻璃块(滴)插入如图1所示的、具有离心壮孔穴(ロ-ト状穴)的成型模中进行球状化处理。在使熔融玻璃块(滴)插入时,可以将熔融玻璃块(滴)插入至模具中央,则在向上吹的气流支撑下着地,所以可以降低熔融玻璃出现折摺、气泡和脉纹的危险性。
但是,当熔融玻璃块(滴)以与离心状孔穴的入口或侧壁接触的状态滴落时,侧壁与玻璃间的摩擦阻力或瞬间熔接,会使熔融玻璃块(滴)伸长。此时在着地之前玻璃容易产生折摺、气泡和脉纹。这种问题是流下时粘度低的玻璃所特有的问题,对于粘度为50dPa·s或以上的玻璃不会出现这种问题。
将成型模配置在流出管的正下方,防止熔融玻璃块(滴)插入成型模时产生折摺和气泡现象。然而,当从成型模吹出的浮起气体吹到流出管的流出口时,会产生坯料质量变化或玻璃品质下降的问题,因此坯料制造方法1是通过熔融玻璃支撑体,坯料制造方法2是通过遮蔽体,对使玻璃浮起的气体实施阻断,使其不能吹到流出管。在坯料制造方法2中,优选仅仅为了阻断浮起气体而使用的遮蔽体为薄板状,从而可以尽可能地将熔融玻璃滴的下落距离限制到很小。考虑到会与熔融玻璃接触,遮蔽板的材质可以为耐热性金属材料等。
而且,为了与滴落同期且高速地去除遮蔽,优选采用移动距离小的分隔部件。
(坯料制造方法3)
作为坯料制造方法的第三方法(下面也称为坯料制造方法3),其特征在于,在从流出管滴下熔融玻璃滴,用喷出气体的成型模接收,并一边通过前述气体施加风压使其浮起一边使其成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,前述熔融玻璃滴的下滴在充满干燥气体的密闭空间内进行,并设置横切熔融玻璃滴下滴路径的遮蔽体,以遮蔽从前述成型模喷出的气体使其不吹到流出管,并且使熔融玻璃滴下滴至前述遮蔽体上,与熔融玻璃滴的下滴同期地从前述下滴路径中除去前述遮蔽体。
坯料制造方法3除了以使熔融玻璃滴下落至遮蔽体上作为必须要素之外,与坯料制造方法2相同,作为坯料制造方法3的优选实施方式,列举和上述坯料制造方法2的第二实施方式所说明的相同的实施方式。
(坯料制造方法4)
作为坯料制造方法的第四方法(下面也称为坯料制造方法4),其特征在于,在从由流出管的流出口流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,用喷出向该玻璃块施加风压的气体的成型模接收,使其一边浮起一边成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,用位于前述流出口垂直下方的、具有可开闭的开口部的盖覆盖包含流出口的空间,在前述开口部闭合时前述空间密闭,同时向前述空间内供给干燥气体,在前述开口部闭合的状态下分离熔融玻璃块,打开前述开口部,将该玻璃块转移至配置在开口部附近的喷出干燥气体的成型模中进行成型。
干燥气体可以采用与坯料制造方法1或坯料制造方法2相同的干燥气体。
坯料制造方法4可以在密闭空间的开口部和成型模的接近状态下,将熔融玻璃块由密闭空间移动到成型模,所以可以使高温状态的玻璃长时间处于干燥气体氛围中进行处理,从而高温下表现出高反应性的玻璃也能够成型为良好坯料。
如果考虑到上述因素,并且从使熔融玻璃块的下落距离最小以防止出现折摺等缺陷的方面考虑,优选在前述开口部和成型模上端密合之后打开开口部,使熔融玻璃块落下至成型模。
而且,为了防止出现折摺,优选使熔融玻璃块沿垂直方向自由落下,而且落下至成型模的成型部中央。
为了更稳定地生产高品质的坯料,更优选坯料制造方法1和坯料制造方法4组合的方法,或坯料制造方法2和坯料制造方法4组合的方法。
作为本发明的坯料制造方法所适合的玻璃,可以列举含氟玻璃、氟磷酸盐玻璃、含硼玻璃、含有硼和氟的玻璃、含有Bi的玻璃、含有Bi和氟的玻璃、含有Bi的氟磷酸盐玻璃、含有Bi和硼的玻璃、含有Bi、硼和氟的玻璃等。
在本发明中,为了减少熔融玻璃熔挂在流出管前端外周,同时提高玻璃的高温稳定性,优选在玻璃成分中导入Bi。
出现熔挂的玻璃会在管外周长时间滞留,在此期间氟和硼等易挥发性、高反应性成分会出现脱离和变质。当这种变质的玻璃被吸入熔融玻璃块或熔融玻璃滴时,这些质量异常部分将会在坯料中产生缺陷。因此,需要尽可能减少熔挂。
通过导入Bi,可以增大熔融玻璃的表面张力,尽量减少上述熔挂,而且能够高效率地制作出脉纹减少且显微观察也平滑的坯料。另外,为了减少上述熔挂,优选使用含有金的铂合金制的流出管。
另外,优选含氟玻璃(例如氟磷酸玻璃)的熔解在干燥气体的氛围中进行。而且,可以在前述干燥状态的气体氛围中进行融解。这样可以制备出由折射率(nd)位于1.4~1.65的范围内、阿贝数(νd)位于65~97范围内的氟磷酸盐玻璃构成的坯料。
(坯料制造方法5)
作为坯料制造方法的第五方法(下面也称为坯料制造方法5),其特征在于,在从由流出管的流出口流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,用喷出向该玻璃块施加风压的气体的成型模接收,并使其一边浮起一边成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,从前述成型模喷出的气体为干燥气体,而且前述玻璃为含氟玻璃。
上述干燥气体可以与坯料制造方法1~4中作为浮起气体使用的气体相同。而且,熔融玻璃的熔融、流出方法,熔融玻璃块的分离方法,将分离后的玻璃块转移到成型模的方法,对成型模上的玻璃块实施成型的方法,均可以采用在坯料制造方法1~4中使用的各种方法。这样可以成型出高品质的、由含氟玻璃构成的坯料。上述方法适合于由折射率(nd)位于1.4~1.65的范围内、阿贝数(νd)位于65~97范围内的氟磷酸盐玻璃构成的坯料的成形。
坯料制造方法1~5均适合于制备如下所述的各种坯料。
下面,对采用本发明的方法制备的坯料进行说明。
[坯料]
采用本发明方法制备的第一坯料为一种通过本发明的制备方法制备的坯料,第二坯料的特征在于由含有Bi的氟磷酸盐玻璃构成,整个表面是熔融状态的玻璃固化而形成的。
本发明坯料的整个表面是熔融状态的玻璃固化而形成的,没有研磨痕迹等细微伤痕或潜在伤痕。而且,也没有细微凹凸即使进行显微观察表面也很光滑。这种坯料可以使精密压制成型品的表面、特别是光学功能面的表面成为没有显微上不希望见到的凸凹的良好表面,从而可以防止光学功能面出现光散射或作为光学元件的性能下降。而且,采用本发明方法制备的坯料优选整个表面为自由表面。
下面,对坯料的优选形状进行说明。当实施精密压制成型时,从可以对坯料实施尽可能各向同性的压制使其延展的方面,作为精密压制成型品主要用途的光学元件,特别是需求比较高的透镜的形状通常具有旋转对称轴的方面考虑,优选球状或具有一个旋转对称轴的形状。具有一个旋转对称轴的形状的优选形状如下所述。
在包含前述对称轴的剖面中,考虑连接坯料轮廓线上的点与坯料重心的直线和在前述轮廓线上的点与轮廓线相切的切线。优选前述直线与切线所成的夹角θ如下变化的形状。换句话说就是,旋转对称轴与轮廓线的交点处的θ为90°,随着由该交点移动轮廓线上的点,夹角θ单调增加之后,变成单调减少,再次变成90°后也单调减少。随后变成单调增加,在旋转对称轴与轮廓线交点的另一侧(他方)回到90°。此时,由于坯料为旋转体,所以夹角θ一边进行与上述动作相同的动作,一边在起始地点的交点处再次达到90°。而且,夹角θ为上述θ的补角时,表现出单调增加和单调减少交替进行的举动。
采用这种形状,在精密压制成型时,将氛围气体闭装入坯料和压制成型模之间,可以降低变成成型不良的气阱(ガストラツプ)的危险。而且,为了进一步降低这样的气阱的危险,可以按照使坯料表面的曲率半径比压制成型模的成型面的曲率半径小的方式实施成型。
下面,对采用本发明方法制备的坯料由氟磷酸盐玻璃构成的情形进行说明。利用该光学玻璃是氟磷酸盐玻璃这点,优选具有阿贝数(νd)为65以上的低色散特性的物质,特别优选折射率(nd)为1.4~1.65、阿贝数(νd)为65~97的物质。
下面,对光学玻璃的优选组成进行说明。
(优选组成I)
第一优选的氟磷酸盐玻璃包含Bi离子作为阳离子成分。Bi离子的导入可以提高玻璃的高温稳定性,同时具有减少熔融玻璃熔挂在流出管上的效果。而且,通过导入Bi不仅可以增大表面张力,减少上述熔挂,还可以高效率地生产出脉纹减少且显微观察也很平滑的坯料。而且,Bi的导入量在为BiF3时为0.2~20摩尔%,在为Bi2O3时可以为大于0摩尔%且小于或等于10摩尔%。
(优选组成2)
第二优选的氟磷酸盐玻璃,为包含作为必需阳离子成分的P5+、Al3+、Ba2+、Ca2+、Sr2+,作为任选阳离子成分的Mg2+、Zn2+、Li+、Na+、K+、Si4+、B3+、La3+、Gd3+、Y3+、W6+、Nb5+、Bi3+,作为必需阴离子成分的O2-、F-,以及作为任选阴离子成分的Cl-、Br-的氟磷酸盐玻璃。具体地讲,当采用摩尔%表示时,是包含Al(PO3)3 0~15%、Ba(PO3)2 1~25%、AlF3 2~45%、YF3 0~15%、LaF30~10%、GdF3 0~10%、MgF2 0~20%、CaF2 2~45%、SrF2 2~45%、BaF2 0~20%、ZnF2 0~30%、LiF 0~10%、NaF 0~15%、KF 0~15%、SiO2 0~5%、B2O3 0~5%、Li2O 0~5%、Na2O 0~5%、K2O 0~5%、MgO 0~5%、CaO 0~5%、SrO 0~5%、BaO 0~5%、ZnO 0~5%、Y2O3 0~5%、Al2O3 0~5%、Gd2O3 0~5%、Nb2O5 0~5%、WO3 0~5%的物质。
下面,对限定上述各成分的组成范围的原因进行说明。
Al(PO3)3是构成玻璃网状结构的成分,并且是提高玻璃耐候性最重要的成分,当其含有量超过15%时,玻璃的热稳定性低下,液相温度和光学特性(色散增高)均有可能大幅度恶化,所以其导入量为15%以下。更优选位于0.5~12%的范围内。
Ba(PO3)2是构成玻璃网状结构用的成分,同时也是提高玻璃耐候性不可缺少的成分。当其含有量小于1%时玻璃的耐候性明显降低且稳定性恶化。另一方面,当其导入量超过25%时,玻璃的光学常数(阿贝数)会下降,而且耐候性会随着P2O5的增加而进一步恶化。因此,其导入量为1~25%。更优选2~20%的范围。
AlF3是使玻璃稳定且低色散化的成分,其含量超过45%时,玻璃的稳定性明显下降,熔解性也恶化,而当其小于2%时,不能获得目标光学特性,所以其导入量为2~45%。更优选4~40%的范围。
通过少量添加YF3、GdF3、LaF3可以提高耐失透性改善的效果,当YF3、GdF3、LaF3的导入量分别超过15%、10%、10%时,玻璃反而会不稳定,容易出现失透现象,所以将其导入量分别抑制在15%、10%、10%以下。更优选YF3的含量为12%或以下,GdF3的含量为8%或以下,LaF3的含量为7%或以下。
当MgF2从超过20%的量大量导入时,玻璃的结晶倾向增大,使玻璃不稳定,所以其导入量为0~20%。少量导入MgF2有助于提高玻璃的稳定性,对玻璃的低色散化提供比较大的贡献,所以优选以超过0%的量导入,进一步优选导入量为1~18%。
CaF2、SrF2是保持玻璃的耐失透性且低色散化所必不可缺的成分。特别是CaF2和AlF3的组合具有强化玻璃构造的功能,所以是使玻璃稳定化所绝对不可缺少的成分。然而,当CaF2和SrF2的导入量小于2%时,玻璃的稳定性恶化,且难以获得所需要的光学常数,而当其以超过45%的量大量导入时,玻璃反而会不稳定,所以其导入量为2~45%。更优选CaF2位于5~40%的范围内,SrF2位于3~35%的范围内。
ZnF2是为了提高玻璃稳定性和耐候性而导入的成分,当其导入量超过20%时,玻璃反而会不稳定,所以其导入量为0~20%。更优选导入量为1~16%。
BaF2是提高玻璃稳定性、提高折射率非常有用的成分,当其以超过30%的量大量导入时,相反玻璃结晶倾向会增大,难以溶解,所以其导入量为0~30%。更优选导入量为2~25%。
通过少量添加LiF、NaF、KF具有改善耐失透性和分散性的技术效果,当大量导入时,玻璃的稳定性会急剧恶化,并且耐久性也恶化,所以将LiF、NaF、KF的导入量分别抑制在10%、15%、15%或以下。进一步优选分别为0~5%、0~10%、0~10%。
SiO2、B2O3、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、Nb2O5、WO3为任意成分,通过少量导入上述成分,可以获得提高玻璃的稳定性、耐候性和耐久性的效果,然而存在使玻璃的熔融性恶化,分散性恶化的可能性,所以其导入量分别为5%或以下。进一步优选分别为4%或以下。
为了脱泡或调整光学常数等目的,还可以少量导入Cl、Br等化合物。
而且,还可以将优选玻璃组成II与优选玻璃组成I组合,形成含有Bi的优选玻璃组成II。
另外,构成坯料的氟磷酸盐玻璃的耐水性优选在按照日本光学硝子工业会规格进行的耐水性试验中,用质量减少百分率(%)表示时,低于0.25。
而且,构成坯料的氟磷酸盐玻璃优选具有以下的耐候性:其在被双面光学研磨的状态下,在充满温度为65℃、相对湿度为90%的干净空气的恒温恒湿容器内保持一周,使白色光透过前述研磨面时,散射光/透射光的强度比为8.0或以下气。
而且,从实施精密压制成型的角度看,优选玻璃化转变温度(Tg)为500℃或以下的氟磷酸盐玻璃。
另外,优选不包含玻璃表面的反射、散射损失的玻璃内部透射率(以厚度10mm换算)达到80%的波长处于300~370nm范围的物质。
另外,对于在玻璃中导入吸收剂,以赋予滤色功能的场合,还可以向玻璃中导入着色成分。例如,可以通过适量导入Cu离子赋予近红外线吸收特性,从而可以通过精密压制成型获得具有近红外线吸收功能的光学元件。
对于通过熔融玻璃成型、缓慢冷却获得的坯料,可以根据需要进行清洗和干燥。而且,还可以在坯料表面形成具有脱模作用或使玻璃容易在压制成型模表面扩展的润滑作用的薄膜。优选在坯料的整个表面形成这种薄膜。作为上述薄膜,可以列举含碳膜和自身组织化膜(自己組織化膜)。含碳膜可以列举蒸镀碳膜、通过CVD形成的碳膜等等。
下面,对本发明的光学元件进行说明。
[光学元件]
本发明的光学元件,是对由本发明的制造方法制作出的坯料实施加热,并实施精密压制成型制作出的光学元件。这种光学元件可以列举透镜、棱镜、附有透镜的棱镜、衍射光栅、多边镜等。作为透镜,可以列举球面透镜、非球面透镜、微透镜、摄像镜头、准直透镜、透镜阵列等。
通过采用高质量精度的坯料,还可以获得整个光学元件表面为通过精密压制成型形成的表面的元件。通过利用精密压制成型形成整个光学元件表面,不再需要对精密压制成型品实施通过磨削、研磨等机械加工进行的形状加工。有时将透镜光学功能面周围的非光学功能面(透镜周边部)用于将透镜固定在支撑物上的场合。为了将这种透镜周边部用作固定在支撑物上时的位置确定基准,必须按照预定关系高精度地形成透镜光轴与透镜周边部间的相对位置关系和角度。如果通过精密压制成型同时成型光学功能面和透镜周边部,可以在压制成型的同时,赋予透镜上述透镜位置确定基准的功能。
当光学元件的整个表面通过精密压制成型形成时,所使用的精密压制成型用坯料的质量精度优选在目标值的±1%之内。
当上述光学元件由氟磷酸盐玻璃构成时,可以提供低色散性或超低色散性的光学元件。另外,氟磷酸盐玻璃的紫外线透射率高,所以适合于对紫外线实施光学控制用的透镜(球面透镜、非球面透镜、微透镜、摄像镜头、准直透镜、透镜阵列等)、棱镜、附有透镜的棱镜。
另外,通过使用导入有如上所述的着色剂的坯料,还可以获得具有光吸收功能的光学元件。作为这种元件,可以提供添加有Cu离子的具有近红外线吸收功能的光学元件,例如上述各种光学元件。
另外,在光学元件的表面上,还可以根据需要形成防反射膜、部分反射膜和高反射膜等光学多层膜或单层膜。
[光学元件的制造方法]
本发明光学元件制造方法的特征在于,对通过本发明制备方法制备的坯料实施加热,并使用压制成型模实施精密压制成型。
采用上述方法,可以制作出在光学功能上面没有不需要的细微凸凹和变质、脉纹、失透等缺陷的高品质光学元件。特别适用于制造由氟磷酸盐玻璃构成的光学元件。
光学元件制造方法中的第一方法(下面称为光学元件制造方法1),是将坯料导入压制成型模中,对前述坯料和压制成型模一起进行加热,并进行精密压制成型的方法。
光学元件制造方法中的第二方法(下面称为光学元件制造方法2),是对坯料和压制成型模分别进行加热,将坯料导入前述压制成型模中,并实施精密压制成型的方法。
在光学元件制造方法1中,压制成型模的温度、坯料的温度,均优选取为使构成坯料的玻璃的粘度为108~1012dPa·s的温度。而且,优选在将上述玻璃冷却至粘度为1012dPa·s以上的温度时后再从压制成型模中取出,进一步优选将上述玻璃冷却至粘度为1014dPa·s以上的温度后再从压制成型模中取出,更优选将上述玻璃冷却至粘度为1016dPa·s以上的温度后再从压制成型模中取出。
在光学元件制造方法1中,优选将坯料预先加热至比压制成型模温度更高的温度,并导入压制成型模中,实施精密压制成型。在这种方法中,压制成型后优选在构成坯料的玻璃的粘度变为1012dPa·s以上后进行脱膜处理。
而且,优选一边使坯料浮起一边对其实施预热,更优选将上述玻璃预热至粘度为105.5~109dPa·s的温度。而且,优选在压制开始的同时或压制过程中,使玻璃开始冷却。
在上述坯料的预热中,优选预热温度为使玻璃的粘度为109dPa·s以下的温度,进一步优选使玻璃的粘度为105.5~109dPa·s的温度另外,压制成型模的温度优选使玻璃的粘度为109~1012dPa·s的温度。
在光学元件制造方法2中,将加热后的坯料导入压制成型模中,并优选将坯料加热至使形成坯料的玻璃的粘度为109dPa·s以下的温度,进一步优选玻璃粘度为105.5dPa·s~109dPa·s的温度,更优选玻璃粘度大于或等于105.5dPa·s且小于109dPa·s的温度。而且,优选一边使前述坯料浮起一边对其实施加热。
另外,压制成型模的温度调制比前述坯料的加热温度低的温度,可以以使前述玻璃的粘度为109~1012dPa·s时的温度为标准。
而且,优选在压制开始时或进行压制的过程中,使玻璃开始冷却,优选压制成型之后在使前述玻璃冷却至其粘度为1012dPa·s以上后进行脱膜处理。
上述方法中,均可以使用下述压制成型模,该模采用SiC、超硬合金、耐热性金属等模材质,并且根据需要在成型面上设置碳膜、贵金属膜等脱模用薄膜。并且可以在氮气、氮气和氢气的混合气体、惰性气体等氛围气体中实施压制成型。也可以在对压制成型出的光学元件实施缓缓冷却后,根据需要设置前述膜。
根据上述本发明的光学元件制造方法,由于采用高品质的坯料,所以可以制作出没有表面缺陷内部缺陷的良好光学元件。
而且,由于坯料的质量精度高,所以可以不对光学功能面之外的表面实施机械加工而制作出光学元件。
实施例
下面,通过实施例对本发明进行更详细的说明,然而本发明并不仅限于这些实例。
如下述测定玻璃的各种物性。
(1)折射率(nd)和阿贝数(νd)
对以每一小时30℃的降温速度冷却所获得的光学玻璃进行测定。
(2)玻璃化转变温度(Tg)和屈服点(屈伏点)(Ts)
采用热机械分析装置,按照4℃/分的升温速度进行测定。
实施例1
对混合了预定量批料的玻璃原料进行加热熔融、脱泡清澄、均匀搅拌,使所得的熔融玻璃从实施温度控制的铂合金喷嘴以一定流出速度连续流下。这时,玻璃的生产量(引き上げ量)为9.5kg/天。由上述熔融玻璃获得的玻璃的组成、特性如表1所示。
                                             表1
  No.1   No.2   No.3   No.4   No.5   No.6
  玻璃组成摩尔%   Al(PO3)3   2   0   0   2   0   0
  Ba(PO3)2   16   9   4   16   9   4
  AlF3   27   39   35   25   35   31
  BiF3   0   0   0   2   4   5
  YF3   1   3   1   1   3   1
  MgF2   11   4   7   11   4   7
  CaF2   20   26   29   20   26   29
  SrF2   23   17   18   23   17   18
  BaF2   0   1   3   0   1   3
  NaF   0   0   3   0   0   2
  La2O3   0   1   0   0   1   0
  Gd2O3   0   0   0   0   0   0
  合计   100   100   100   100   100   100
  物性   nd   1.50   1.46   1.44   -   -   -
  νd   81.6   90.3   95.0   -   -   -
  玻璃化转变温度(℃)   455   440   425   -   -   -
  屈服点(℃)   485   470   456   -   -   -
流下的熔融玻璃流通过如图1和图2所示的装置成型为坯料。
本实施例中使用的熔融玻璃支撑体是由两个平板状分隔部件构成的,接收熔融玻璃流的前端的面被精加工成镜面,在上述分隔部件相互密合时构成一个平面。而且,为了将流出口和支撑体控制在干燥氛围气体(干燥空气)中,如图1和图2所示地盖上SiO2玻璃盖,将玻璃熔融体在传送至成型模之前一直控制在干燥氛围气体(干燥空气)中。而且,在熔融玻璃支撑体的内部设置水通路以防止熔融玻璃熔接,并且使冷却水流过以实施水冷却。通过对冷却水的水量和水温实施控制来控制支撑体的温度。而且,在熔融玻璃支撑体的表面涂覆类金刚石碳。
首先如图1所示使熔融玻璃支撑体在分隔部件相互密合的状态下上升,在接收熔融玻璃流前端的面到达流出管流出口下方4mm处后停止运动。在这种状态下,使接收熔融玻璃流的前端的面保持水平状态(前述接收面呈面向垂直上方的状态)。随后,通过密合的两个分隔部件的边界部分对流下的熔融玻璃流的前端实施接收和支撑。熔融玻璃支撑体上支撑的熔融玻璃的大小随时间增大。熔融玻璃的量比较大时,流出管前端会埋在熔融玻璃中,所以存在出现脉纹的可能性。为了保持熔融玻璃与流出喷嘴间的距离,使前述支撑体沿垂直方向低速下降。在所需质量的熔融玻璃滞留在前述支撑体上时,在前述支撑体的分隔部件密合的状态下,使前述支撑体垂直向下急速下降,通过玻璃表面张力切断分离玻璃流,从而在前述支撑体上获得具有预定质量的熔融玻璃块。而且,前述支撑体的下降距离可以是能够切断熔融玻璃流的距离。随后,使分隔部件相互分离,使熔融玻璃块由两个分隔部件之间沿垂直方向落下。落下的熔融玻璃块落入在前述支撑体下方待机的成型模中,一边通过由成型模底部喷出的气体(干燥空气)浮起,一边成型为坯料。
在熔融玻璃块从熔融玻璃支撑体落下之后,分隔部件立刻返回至相互密合的状态。通过这种操作,可以由前述支撑体遮挡住气体,防止气体吹至流出管。然后,为了接收熔融玻璃流的前端,使前述支撑体再次上升。
抽吸在成型模上随时间而冷却、固化的玻璃成型体,将其从成型模中取出,传送至中板上缓缓冷却。这样由连续流出的熔融玻璃连续制备预定质量的坯料。
另外,如图2所示,也实施以下方法:通过使分隔部件相互分开而分离预定质量的熔融玻璃块其中无需使用切断刀,并使其自然下落至成型模中央,由连续流出的熔融玻璃地制备具有预定质量的坯料。分隔部件带有坡度,分隔部件在密合状态时的张开角为150°。通过带有这种坡度,使熔融玻璃的接收位置更加稳定,从而提高熔融玻璃块落下位置的精度。
采用这种方式,将坯料的制作周期设定为3.2秒,制作出由光学玻璃构成的350±3mg的球状玻璃成型体,作为由氟磷酸盐玻璃构成的坯料。
在坯料中没有发现カンワレ及其它伤痕、脉纹、折摺、失透等缺陷。
进一步通过光学显微镜对坯料薄膜进行放大观察时,整个表面均为光滑的表面。
另外,由于采用一个分隔部件对玻璃流进行分离,和采用多个成型模对玻璃流实施分离的场合相比,可以大幅提高玻璃流的分离精度,由成型模吹出的气体也不会使流出管前端的温度产生变化,所以质量精度可以如上所述,提高至目标值的±1%之内。
实施例2
对配制的玻璃原料进行加热熔融、脱泡清澄、均匀搅拌,所获得的与实施例1相同的熔融玻璃从实施了温度控制的铂合金流出管以一定的流出速度连续流下。这时,玻璃的生产量为8kg/天。
流下的熔融玻璃流通过如图3所示的装置成型为压制成型用坯料。
本实施例中使用的遮蔽体是由两个平板状分隔部件构成的。使前述分隔部件相互密合,遮蔽从下方来的气体和空气流,使其不吹到流出管的前端,参照熔融玻璃滴从流出管前端滴落的时间,使分隔部件相互分离,熔融玻璃滴通过分离开的分隔部件之间下落至成型模。在熔融玻璃滴通过分隔部件之间后,立刻使分隔部件相互密合以遮蔽后述的浮起气体,使其不吹到流出管上。
另外,还可以通过如图4所示的装置成型压制成型用坯料。
图4中使用的支撑体由熔融玻璃滴接收面倾斜的两个分隔部件构成。前述分隔部件相互密合,从而遮蔽从下方来的气体流,使其不吹到流出管前端,并且当熔融玻璃滴由流出管前端滴落至支撑体之后,使熔融玻璃滴冷却至某种程度时,使分隔部件相互分离,并且使熔融玻璃滴通过分离开的分隔部件之间下落至成型模。在熔融玻璃滴通过分隔部件之间后,立刻使分隔部件相互密合,以遮蔽气体使其不吹到流出管。
下落到成型模上的熔融玻璃滴在浮起气体(干燥空气)的作用下一边旋转,一边在浮起状态成型为球状的玻璃成型体。随后,对冷却、固化后的玻璃成型体进行抽吸,将其从成型模取出,传送至平板上缓缓冷却。这样可以使连续流出的熔融玻璃在干燥空气氛围中滴落,连续地制备预定质量的玻璃成型体。
采用这种方式,制备出由氟磷酸盐玻璃构成的350±1.4mg的球状坯料。
在坯料中没有发现カンワレ及其它伤痕、脉纹、折摺、失透等缺陷。而且,重量精度也很高,如上所述,达到目标值的±1%之内。
而且,通过光学显微镜对坯料表面进行放大观察时,观察不到细微凸凹,表面光滑。而且,整个表面为自由表面。
而且,在实施例1、2中使熔融玻璃流出,获得熔融玻璃块或熔融玻璃滴时,干燥氛围气体中的水分含量和浮起气体中的水分含量均为380ppm以下。
而且,玻璃流出时的氛围气体可以为水分含量为380ppm以下的氮气,或浮起气体也可以采用前述干燥氮气,也可以采用露点为-30℃以下的干燥氩气作为玻璃流出时的氛围气体或浮起气体,这些情况均可以获得良好的效果。
实施例3
除了在熔融玻璃滴滴落到遮蔽体上之后使构成遮蔽体的分隔部件分离之外,用与实施例2相同的方法制备坯料。
使构成遮蔽体的两个平板状分隔部件相互密合,从而遮蔽从下方来的气体或空气流,使其不吹到流出管前端,对滴落位置实施调整,使熔融玻璃滴由流出管滴落至分隔部件相互密合着的部位,然后在充满干燥气体的密闭空间内使熔融玻璃由流出管前端滴下。
通过使熔融玻璃滴与相互密合状态的分隔部件接触,使熔融玻璃滴冷却至某种程度之后,使分隔部件相互分离,并且使熔融玻璃滴通过分离开的分隔部件之间落下至成型模。
分隔部件的分离在熔融玻璃滴滴落后经过使熔融玻璃滴在分隔部件上冷却所需的一定时间后进行。这意味着在本实施例中,可以说也是根据熔融玻璃滴的滴落时间确定除去遮蔽体的时间,与熔融玻璃滴的滴落同期地将分隔部件从滴落路径中除去。
使分隔部件分离,在熔融玻璃滴通过分隔部件之间后,立刻使分隔部件相互密合,以遮蔽浮起气体(干燥空气)使其不吹到流出管上,按照与实施例2相同的方式连续地制备球状坯料。
采用这种方式,可以制作出由与实施例2中的光学玻璃相同的玻璃构成的、350±1.4mg的球状玻璃成型体,将其作为精密压制成型用坯料。
在精密压制成型用坯料中,没有发现カンワレ及其它伤痕、脉纹、折摺、失透等缺陷。而且,质量精度可以如上所述,高至目标值的±1%之内。
另外,在本实施例中使熔融玻璃流出,获得熔融玻璃滴时,干燥氛围气体中的水分含量和浮起气体中的水分含量均为380ppm以下。
在本实施例中,遮蔽体是由可以相互密合且可以相互分离的两个分隔部件构成的,然而还可以采用可以相互密合且可以相互分离的三个分隔部件构成,而且,还可以在由接收来自流出管的熔融玻璃滴的两个分隔部件构成的遮蔽体的下方另外设置遮蔽体,设置在上方的分隔部件分离时,下方的遮蔽体也滴落路径除去。
而且,玻璃流出氛围气体可以为水分含量为380ppm以下的氮气,也可以使浮起气体为前述干燥氮气,也可以采用露点为-30℃以下的干燥氩气作为玻璃流出氛围气体或浮起气体,这情况均可以获得良好结果。
实施例4
对由实施例1~3成型的、由氟磷酸盐玻璃构成的坯料实施清洗、干燥之后,进行精密压制成型制成非球面透镜。上述压制成型可以采用在SiC模材质表面形成有碳膜的压制成型模,氛围气体可以采用氮气氛围气体。压制成型可以将坯料加热至600℃以下的温度,在10MPa的压力下进行60秒压制。在压制成型之后,将非球面透镜从压制成型模中取出并缓缓冷却。所获得的透镜内部和表面均呈良好状态。在对透镜表面实施放大观察时,也没有观察到细微凸凹。透镜不需要进行定中心加工,在将通过精密压制成型形成的透镜周边部固定在支撑物上时,可以将其作为位置确定基准使用。还可以在通过这种方式获得的表面上形成防反射膜。
而且,在上述精密压制成型方式中,可以将坯料导入至压制成型模,同时对坯料和压制成型模实施加热,也可以将加热后的压制成型坯料投入至预热后的压制成型模中进行压制。
本实施例涉及非球面透镜的制造方法,然而也可以用于制造诸如棱镜和衍射光栅等其它光学元件。
比较例
使由与实施例1~3具有相同组成的玻璃获得的熔融玻璃,在空气中由流出管处流下,并落下导入至位于流出管下方的处于等待状态的喷出浮起气体的成型模中,使其一边浮起一边成型为球状坯料。使这种坯料缓缓冷却,在通过光学显微镜进行放大观察时,在整个表面上发现有鳞状的细微凸凹。
随后,按照与实施例4相同的方式,对该坯料实施精密压制成型,在所获得的透镜表面发现有细微凸凹。而且,由于浮起气体吹到流出管上,所以会使坯料的质量精度恶化。
另外,将由与实施例1~3具有相同组成的玻璃获得的熔融玻璃,在空气中由流出管处流下,通过喷出浮起气体的成型模对其前端实施接收,在获得预定质量的玻璃时使成型模下降预定距离,从而在成型模上获得熔融玻璃块。使这种熔融玻璃块一边浮起一边成型为球状坯料。使这种坯料缓缓冷却后,在通过光学显微镜进行放大观察时,在整个表面上发现鳞状的细微凸凹。
随后,按照与实施例4相同的方式,对该坯料实施精密压制成型,在所获得的透镜表面发现细微凸凹。
工业实用性
采用本发明的坯料制造方法,可以高效率地制造出高品质玻璃精密压制成型用坯料。而且,通过对这种坯料实施精密压制成型,可以制作出各种不需要通过磨削、研磨等机械加工进行形状加工的而光学元件。

Claims (12)

1.一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于:
在从由流出管的流出口处流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,一边向该玻璃块施加风压使其浮起,一边使其成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
通过配置在流出管下方的熔融玻璃支撑体接收和支撑熔融玻璃流的前端,然后除去前述熔融玻璃支撑体的支撑并从熔融玻璃流的前端分离前述熔融玻璃块的工序,是在充满干燥气体的密闭空间内进行的。
2.一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于:
在从流出管滴下熔融玻璃滴,用喷出气体的成型模接收,并一边通过前述气体施加风压使其浮起一边使其成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
使前述熔融玻璃滴的下滴在充满干燥气体的密闭空间内进行,并且设置横切熔融玻璃滴下滴路径的遮蔽体,以遮蔽从前述成型模喷出的气体,使其不吹到流出管上,并且与熔融玻璃滴的下滴同期地从前述下落路径中除去前述遮蔽体。
3.一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于,
在从流出管滴下熔融玻璃滴,用喷出气体的成型模接收,并一边通过前述气体施加风压使其浮起一边使其成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
使前述熔融玻璃滴的下滴在充满干燥气体的密闭空间内进行,并且设置横切熔融玻璃滴下滴路径的遮蔽体,以遮蔽从前述成型模喷出的气体使其不吹到流出管上,并且使熔融玻璃滴下滴至前述遮蔽体上,与熔融玻璃滴的下滴同期地从前述下滴路径中除去前述遮蔽体。
4.权利要求1~3中任何一项所述的精密压制成型用坯料制造方法,其中施加风压用的气体为干燥气体。
5.一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于,
在从由流出管的流出口流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,用喷出向该玻璃块施加风压的气体的成型模接收,使其一边浮起一边成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
用在前述流出口垂直下方具有可开闭的开口部的盖覆盖包含流出口的空间,在前述开口部闭合时前述空间被密闭,同时向前述空间内供给干燥气体,在前述开口部闭合的状态下分离熔融玻璃块,打开前述开口部,将该玻璃块转移至配置在开口部附近的喷出干燥气体的成型模中并实施成型。
6.权利要求1~5中任何一项所述的精密压制成型用坯料制造方法,其中对由含氟的玻璃构成的坯料实施成型。
7.权利要求1~6中任何一项所述的精密压制成型用坯料制造方法,其中对由含Bi的玻璃构成的坯料实施成型。
8.一种精密压制成型用坯料的制造方法,其特征在于,
在从由流出管的流出口流出的熔融玻璃中分离一定质量的熔融玻璃块,用喷出向该玻璃块施加风压的气体的成型模接收,使其一边浮起一边成型为玻璃坯料的精密加压成型用坯料的制造方法中,
从前述成型模喷出的气体为干燥气体,而且前述玻璃为含氟玻璃。
9.一种光学元件,其特征在于通过对权利要求1~8中任何一项所述的方法制造出的精密压制成型用坯料实施加热,并精密压制成型得到。
10.一种光学元件的制造方法,其特征在于对权利要求1~8中任何一项所述的方法制造出的精密压制成型用坯料实施加热,并使用压制成型模实施精密压制成型。
11.权利要求10所述的光学元件的制造方法,其中将精密压制成型用坯料导入到压制成型模中,将前述坯料和压制成型模一起加热,并精密压制成型。
12.权利要求10所述的光学元件的制造方法,其中分别加热精密压制成型用坯料与压制成型模,然后将坯料导入到前述压制成型模中,并实施精密压制成型。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102173564A (zh) * 2011-03-08 2011-09-07 湖南大学 一种非等温气浮式模压成形的方法
CN101665326B (zh) * 2008-09-04 2014-04-09 Hoya株式会社 碎玻璃原料的制造方法、氟磷酸玻璃的制造方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5081385B2 (ja) * 2005-12-28 2012-11-28 Hoya株式会社 ガラス光学レンズの製造方法
JP4989164B2 (ja) * 2006-09-11 2012-08-01 株式会社オハラ ガラス成形体の製造方法、光学素子の製造方法、ガラス成形体の製造方法を制御するプログラムおよび記憶媒体
JP2009007223A (ja) * 2007-06-29 2009-01-15 Ohara Inc ガラス成形体の製造方法および装置
JP2010001163A (ja) * 2008-06-18 2010-01-07 Konica Minolta Opto Inc ガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、ガラスゴブの製造装置及びガラス成形体の製造装置
JP2010059021A (ja) * 2008-09-04 2010-03-18 Hoya Corp フツリン酸ガラス、プレス成形用ガラス素材、光学素子ブランク、光学素子それぞれの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100204927B1 (ko) * 1992-12-24 1999-06-15 이헌조 광학유리의 성형장치 및 그 방법
JP3830363B2 (ja) 2001-07-03 2006-10-04 Hoya株式会社 ガラス成形品の製造方法及びガラスプレス成形品の製造方法
JP3685485B2 (ja) 2001-07-27 2005-08-17 Hoya株式会社 球状ガラスの製造方法、プレス成形用プリフォームの製造方法及びプレス成形品の製造方法
JP2003048724A (ja) 2001-08-06 2003-02-21 Konica Corp 搬送装置、搬送方法及びプレス成形装置
JP3853622B2 (ja) 2001-09-20 2006-12-06 Hoya株式会社 ガラス成形体の製造方法、プレス成形品の製造方法、ガラス光学素子の製造方法及びガラス成形体の製造装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101665326B (zh) * 2008-09-04 2014-04-09 Hoya株式会社 碎玻璃原料的制造方法、氟磷酸玻璃的制造方法
CN102173564A (zh) * 2011-03-08 2011-09-07 湖南大学 一种非等温气浮式模压成形的方法

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