JP2002154834A5 - - Google Patents

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【書類名】 明細書
【発明の名称】 ガラス微小滴の製造方法およびガラス微小光学素子の製造方法およびそれらの製造装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】 貫通細孔を備えた部材上に溶融ガラス滴を衝突させ、該溶融ガラス滴の一部を前記貫通細孔を通過させることにより溶融ガラスの微小滴を得ることを特徴とする、ガラス微小滴の製造方法。
【請求項２】 溶融ガラス滴の衝突を、ノズルから滴下させた溶融ガラス滴の自由落下により生ぜしめることを特徴とする、請求項１に記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項３】 貫通細孔を備えた部材の溶融ガラス滴を衝突させる面にテーパーを設けることを特徴とする、請求項１または２に記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項４】 前記テーパーの開き角度が、３０〜１２０度であることを特徴とする、請求項３に記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項５】 前記テーパーの径は、ノズルからの溶融ガラス滴が全てテーパー内に衝突するような大きさであることを特徴とする、請求項３または４に記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項６】 前記ノズルの下端と前記貫通細孔との距離が、１０〜５０００ｍｍであることを特徴とする、請求項２に記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項７】 前記貫通細孔の長さが、０．３〜５ｍｍ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微小滴の製造方法。
【請求項８】 前記貫通細孔において、上面における径が下面における径よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項９】 貫通細孔を通過したガラス微小滴は、滴下位置を規制するためのガイド孔を通して落下することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項１０】 貫通細孔を備えた部材の線膨張係数が、（１３×１０^−６／℃）以下であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項１１】 前記ガラス微小滴の直径が、５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項１２】 前記貫通細孔を備えた部材に衝突させる溶融ガラス滴の重量が、前記貫通細孔を通過したガラス微小滴の重量の２倍以上であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項１３】 前記溶融ガラス滴の一部が前記貫通細孔を通過した後、該貫通細孔を通過しないで部材上に残存した溶融ガラスを除去する工程を備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載のガラス微小滴の製造方法。
【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれかに記載の方法によって得られる溶融ガラス微小滴を冷却固化させることを特徴とする、微小球レンズの製造方法。
【請求項１５】 請求項１〜１３のいずれかに記載の方法によって得られる溶融ガラス微小滴を冷却固化させることを特徴とする、プレス成形用微小球素材の製造方法。
【請求項１６】 請求項１〜１３のいずれかに記載の方法によって得られる溶融ガラス微小滴を金型上に滴下し成形することを特徴とする、微小光学素子の製造方法。
【請求項１７】 ノズルと、
該ノズル下方に配置され、ノズルから落下した溶融ガラス滴の一部を更に下方に落下させるための貫通細孔を備えた部材と、
前記貫通細孔を通過したガラス微小滴を受ける下型と、
該下型上のガラス微小滴を加圧成形するための上型と、
を含んでなることを特徴とする、微小ガラス光学素子の製造装置。
【請求項１８】 貫通細孔を備えた部材と、ガラス微小滴を受ける下型とを嵌合により位置決めされる構成としたことを特徴とする、請求項１７に記載の微小ガラス光学素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用カップリングレンズ、光ピックアップレンズ、内視鏡用レンズ等の微小ガラス光学素子および微小ガラス光学素子を製造するためのガラス微小滴の製造方法およびそれらの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微小ガラス光学素子は、古くは研磨加工によって製造されていたが、生産性の悪さから近年は以下のような方法で行われている。
（Ａ）近似形状を有するガラス素材を加熱し、金型でプレス成形する方法。
（Ｂ）加熱した金型上に、溶融ガラス滴を滴下し、プレス成形する方法。
（Ｃ）溶融ガラス滴を冷却、固化することにより球レンズを製造する方法。
しかし、例えば直径０.５〜５ｍｍφ程度の微小な光学素子を製造する上では、それぞれ下記のような問題点がある。
【０００３】
（Ａ）の方法の場合、予め相当する体積を有する微小な成形用ガラス素材を用意する必要があるが、このような微小ガラス素材を得るのは加工困難であるためコストが上昇する。微小ガラス素材を得る方法として、より大きい体積で成形したガラス素材を機械的に加工して微小ガラスとする方法もあるが、工程が増す分だけやはりコストが上昇する。
【０００４】
（Ｂ）の方法の場合、つぎの理由により直径が５ｍｍφ以下の微小な溶融ガラス滴を得ることが困難である。
通常、ノズルから滴下するガラス滴の重量は次の式で表される。
ｍｇ＝２πｒγ （１）
式中、ｍ：ガラス滴の質量、
ｇ：重力加速度、
ｒ：ノズル先端外径の１／２、
γ：ガラス滴の表面張力
を表す。
上記式によれば、ノズル先端外径を小さくすればガラス滴の重量を小さくすることができるが、現実には、１）ノズル内に溶融ガラスを流すためには一定の内径を確保する必要があり、外径を小さくするには限界がある、２）ノズル先端で溶融ガラスが濡れて広がり、見掛け上のノズル外径が大きくなるため、外径を小さくしていっても効果がなくなる。したがって溶融ガラス滴をある程度以下に小さくすることは現実に困難であり、溶融ガラスの大きさはガラス組成によっても異なるがおおむね５ｍｍφ程度が下限である。
【０００５】
（Ｃ）の方法の場合、（Ｂ）の方法同様、直径５ｍｍφ以下の微小なガラス滴を得るのが困難であった。
また、ガラス滴は、直径が５ｍｍφ程度以上であればノズルから溶融ガラスを滴下するという通常行われる方法で得ることはできるが、その場合でも重量を調節するためには、通常、ノズルの外径、形状を変更しなければならず、そのため生産設備の稼動率が低下し、コストが上昇する大きな要因となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記（Ａ）〜（Ｃ）の問題点を解決して、微小なガラス滴を得るための方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、ガラス滴の大きさを、ノズルを交換することなく容易、かつ正確に調節する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、貫通細孔を備えた部材上に溶融ガラス滴を衝突させ、該溶融ガラス滴の一部を前記貫通細孔を通過させることにより溶融ガラスの微小滴を得る溶融ガラス微小滴の製造方法に関する。
特に、本発明は、溶融ガラス滴の衝突を、ノズルから滴下させた溶融ガラス滴の自由落下により生ぜしめる上記の製造方法に関する。
また、本発明は、貫通細孔を備えた部材の溶融ガラス滴を衝突させる面にテーパーを設けることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、テーパーの開き角度が、３０〜１２０度であることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、テーパーの径は、ノズルからの溶融ガラス滴が全てテーパー内に衝突するような大きさであることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、ノズルの下端と貫通細孔との距離が、１０〜５０００ｍｍであることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、貫通細孔の長さが、０．３〜５ｍｍであることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、貫通細孔において、上面における径が下面における径よりも大きいことを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、貫通細孔を通過したガラス微小滴を、滴下位置を規制するためのガイド孔を通して落下させることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、貫通細孔を設けた部材の材質を、線膨張係数が（１３×１０^−６／℃）以下の材料としたことを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、ガラス微小滴の直径が、５ｍｍ以下であることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、貫通細孔を備えた部材に衝突させる溶融ガラス滴の重量が、貫通細孔を通過したガラス微小滴の重量の２倍以上であることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、溶融ガラス滴の一部が貫通細孔を通過した後、貫通細孔を通過しないで部材上に残存した溶融ガラスを除去する工程を備えることを特徴とする上記の製造方法に関する。
また、本発明は、上記いずれかの方法によって得られる溶融ガラス微小滴を冷却固化させる微小球レンズまたはプレス成形用微小球素材の製造方法に関する。
【０００８】
更にまた、本発明は、上記いずれかの方法によって得られる溶融ガラス微小滴を金型上に滴下し成形する微小光学素子の製造方法、または金型上に滴下し予備成形するプレス成形用ガラス素材の製造方法に関する。
加えて、本発明は、ノズルと、ノズル下方に配置され、ノズルから落下した溶融ガラス滴の一部を更に下方に落下させるための貫通細孔を備えた部材と、貫通細孔を通過したガラス微小滴を受ける下型と、下型上のガラス微小滴を加圧成形するための上型と、を含んでなる溶融ガラス微小滴の製造装置に関する。
更に、本発明は、貫通細孔を備えた部材と、ガラス微小滴を受ける下型とを嵌合により位置決めされる構成としたことを特徴とする上記の製造装置に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は直径５ｍｍ以下、特に０.５〜３ｍｍの溶融ガラス微小滴の製造方法を提供するものであって、溶融ガラス滴を更に小さい径を有する貫通細孔に衝突させることにより貫通細孔の裏面に溶融ガラスの微小滴を形成する技術である。
貫通細孔を通して得られる溶融ガラス微小滴の大きさは、ガラスの粘度および表面張力を決定するガラスの種類と細孔通過時の溶融ガラスの温度、細孔に衝突する際の溶融ガラスの速度、細孔の径（Ｄ）、細孔の長さ（Ｌ）、細孔のＬ／Ｄ、細孔の形状、細孔の入り口および出口のエッジの形状、細孔内面の平滑度、部材の熱容量と細孔内面へのガラスの濡れを左右する部材の材質等の函数であり、これらの条件を選択することによって必要とする溶融ガラス微小滴の大きさを調整することが可能である。本発明は、これらのファクターのうち、特に貫通細孔の径、細孔通過時の溶融ガラスの温度、細孔に衝突する際の溶融ガラスの速度を適切に選ぶことによって目的とする大きさの溶融ガラス微小滴を得ることができることを見出した。
【００１０】
貫通細孔の径を大きくすると得られるガラス微小滴の径は大きくなり、貫通細孔の径を小さくすると得られるガラス微小滴の径は小さくなる。したがって、貫通細孔の径は、目的とする溶融ガラス微小滴の径に応じて適宜選択すればよい。通常、目的とする溶融ガラス微小滴の径の０.７〜１倍程度になる。
細孔通過時の溶融ガラスの温度は、細孔への衝突時に微小滴が分離できる程度に粘性が低くなる温度であれば、特に限定されない。ガラス温度を上げるとガラス粘性が下がり、得られるガラス微小滴の径は大きくなる。反対にガラス温度を下げるとガラス粘性が上がり、得られるガラス微小滴の径は小さくなる。しかし、ガラス温度が低すぎると微小滴を分離するために大きな衝撃力が必要になるため、微小滴を分離することが困難になってくる。ガラス温度が高く粘性が低い場合には微小滴の分離は容易になるが、ガラス温度が高すぎるとノズルからの滴下の過程で泡や脈理が発生しガラス内部品質に問題が出てくるため、通常は良好な内部品質が得られる温度範囲で実施するのが好ましい。
【００１１】
貫通細孔に衝突させる溶融ガラスは、細孔径より大きな径を有する溶融ガラス滴であればよい。但し、所望のガラス微小滴との重量差が小さいと得られるガラス微小滴の重量ばらつきが大きくなる傾向があるため、部材に衝突させる溶融ガラスの重量は、所望のガラス微小滴の重量の２倍以上とすることが好ましい。
この溶融ガラス滴の供給は特に限定されず、いかなる方法に依ってもよく、例えば溶融ガラス溜め下部に設けられたノズルから溶融ガラスをそのまま重力によって落下させ、ノズルの下に設置した貫通細孔を設けた部材に衝突させることができる。したがってこの場合の衝突速度はノズル下端と貫通細孔との距離Ｈによって定まる。落下距離が長い場合には得られるガラス微小滴の径は大きくなり、落下距離が短い場合には得られるガラス微小滴の径は小さくなる。前述の他のファクターと合わせて落下距離を適切に選択することで、所望の径を有するガラス微小滴を得ることができる。落下距離Ｈは、一般には１０〜５０００ｍｍ、好ましくは５０〜２０００ｍｍである。
【００１２】
貫通細孔を設けた部材６の形状は、例えば図９に示すように板状部材に円形貫通孔７を設けたものを使用することができる。更に、図１０に示すように溶融ガラス滴を衝突させる面にテーパー２３を設けることで、下方に落下するガラス微小滴の重量ばらつき、位置ばらつきを減少させることができる。テーパーの開き角θは３０°〜１２０°程度が好ましい。また重量ばらつき、位置ばらつきを減少させるためには、ノズルからのガラス滴が全てテーパー内に衝突するようにテーパー部の径を大きくすることが好ましい。
貫通細孔７の断面形状は必ずしも円形である必要はないが、ばらつきを抑える観点から、通常は円形のものが好ましい。
【００１３】
また、ガラス微小滴の落下位置ばらつきを抑えるためには、貫通細孔を設けた部材とガラス微小滴を受ける金型等との距離はできるだけ短いことが好ましい。しかし、装置構成上の問題等でこの距離を十分短くできない場合には、貫通細孔を設けた部材とガラス微小滴を受ける金型等との間に落下距離を規制するためのガイド孔を設けた部材を配置することで落下位置ばらつきを抑えることができる。
衝突によって分離したガラス微小滴８は、図１１に示すように、分離直後は細長く伸びた形状をしているが、すぐに表面張力によって球状化する。このため、ガイド穴の直径は貫通細孔の直径よりも大きくする必要がある。
ガイド孔２４は、図１２に示すように貫通細孔を設けた部材と一体化することもできる。
【００１４】
貫通細孔からガラス微小滴が落下した後は、以下の手順で部材上に残った余分なガラスを容易に除去できるため、貫通細孔を設けた部材をその都度交換しなくとも連続的にガラス微小滴を得ることができる。
細孔径が比較的小さく（例えば、φ１.８ｍｍ以下）、ガラスの表面張力によって部材に残った余分なガラスが細孔内に入り込まない場合には、エアーで吹き飛ばす、吸着する、挟み取る等の方法で容易に余分のガラスを除去することができる。ガラス滴を衝突させる面にテーパーを設けていない場合には、図１のように金属ヘラで摺り落すこともできる。
【００１５】
細孔径が比較的大きい場合（例えば、φ２.２ｍｍ以上）には、部材上に残った余分のガラスが細孔内に入り込んでしまう場合があるが、この場合にもエアーで吹き飛ばす、吸着する、挟み取る等の方法で容易に余分のガラスを除去することができる。また、図２のように下方よりピン状部材で突き上げるまたはピン状部材で突き上げた後に金属ヘラで摺り落す等の方法で除去することができる。
この際、細孔を設けた部材が薄すぎると、図３のように細孔に入り込んだガラスが部材下面の細孔から周辺に広がってしまい、余分のガラスの除去が困難になる。従って、細孔に入り込むガラスが下面に達しない程度以上の厚みを部材が有することが好ましい。
【００１６】
また、図４のように細孔の部材上面における径よりも下面における径の方が大きい場合も余分のガラスの除去が困難になるため、細孔は一定の径で貫通しているかまたは上面における径が下面における径よりも大きいことが好ましい。
【００１７】
衝突によって分離したガラス微小滴は、図１１に示すように、分離直後は細長く伸びた形状をしているが、すぐに表面張力によって球状化する。そのため細孔が長すぎると途中でガラス微小滴が引っ掛かり、下方に落下できなくなる。このため細孔の長さは通常、０.３ｍｍ〜５ｍｍ程度が好ましい。
【００１８】
部材の材質としては、ステンレスのような金属あるいはセラミック等を使用することができるが、耐熱性が高く、酸化等によって貫通細孔周辺が劣化しにくいものが好ましい。
また、貫通細孔を設けた部材の温度変化は、熱膨張によって細孔径が変化することに起因するガラス微小滴の重量ばらつきの原因となるが、部材は溶融ガラス滴との衝突を繰り返すため温度を一定に保つのが難しい。そのため、細孔を設けた部材の材質は、線膨張係数が１３×１０^−６／℃以下の材料とすることが好ましい。例えば、フェライト系ステンレス、タングステン合金等を使用することができる。
【００１９】
貫通細孔へ衝突する溶融ガラス滴をノズルから供給する場合、例えばノズルはルツボのような溶融ガラス溜りの下端に取り付けられ、溶融ガラスはノズルの先端で滴を形成した後、重力によってノズルから落下する方法を利用することができる。また、圧力を加えてノズル先端から溶融ガラスを押し出して落下させてもよい。
【００２０】
上記の方法によって製造された溶融ガラス微小滴をそのまま冷却固化することにより、あるいは更にこれに研磨等の仕上げ加工を施すことにより微小球レンズまたはプレス成形用ガラス素材を製造することができる。
また、溶融ガラス微小滴を溶融状態のまま金型上に滴下し、加圧成形することで、微小光学素子またはプレス成形用微小ガラス素材を製造することができる。
【００２１】
上記の方法による直径５ｍｍ以下の溶融ガラス微小滴の製造は、ノズルおよびノズル下方にノズルから落下した溶融ガラス滴の少なくとも一部を更に下方に落下させるための貫通細孔を設けた部材とを含んでなる装置により可能となる。
また、上記の方法による直径５ｍｍ以下の微小ガラス光学素子の製造は、ノズルおよびノズル下方にノズルから落下した溶融ガラス滴の少なくとも一部を更に下方に落下させるための貫通細孔を設けた部材、および一対の金型とを含んでなる装置により可能となる。
更に、貫通細孔を設けた部材と、溶融ガラス微小滴を受ける金型とを嵌合により位置決めされる構成とすることで、金型への微小ガラス滴の滴下位置を確実に制御することができ、位置ずれによる不良の発生を防止することができる。
【００２２】
以下実施例により本発明をより詳細に且つ具体的に説明する。
【実施例】
実施例 １
図５において、１はガラス溶融ルツボ、２は下方にガラス滴を滴下させるためのノズルである。ルツボ１は図示していない加熱手段によって１０００℃に加熱され、撹拌棒３によってルツボ１内の溶融ガラス４（材質ＳＦ５７）が撹拌されている。ノズル２を図示していない加熱手段によって１１００℃に加熱するとノズル２の先端にガラス滴５が溜り、一定の重量以上になったところでノズルから分離し、下方に落下する。
ガラス滴５の重量は、前述の通り、理論的には式（１）で表され、主にノズル２の外径によって決まる。実験ではノズル外径が４ｍｍ（ノズル内径０.８ｍｍ）のとき約２００ｍｇ（直径として４ｍｍ）、ノズル外径が１ｍｍ（ノズル内径０.５ｍｍ）では約７０ｍｇ（直径として３ｍｍ）の溶融ガラス滴が得られた。しかし、ノズル外径を更に小さくするためには、ノズル内径を更に小さくする必要があり、高い圧力を加えないとノズル内部を溶融ガラスが流れなくなるため、良好に滴下できなくなる。したがって、このガラスの場合、７０ｍｇ以下の重量のガラス滴を滴下させることは非常に困難である。
【００２３】
そこで、直径２ｍｍの円形貫通細孔７を有する厚さ１.５ｍｍのステンレス板製溶融ガラス滴重量制御部材６（貫通細孔を設けた部材）をノズル下方１００ｍｍの位置に水平に設置し、ノズル（外径４ｍｍφ）から大きさ１９５ｍｇのガラス滴５を貫通細孔上に滴下した。溶融ガラス滴は、落下によって得た運動エネルギーによってガラス滴２５の一部が貫通細孔７を通って、ガラス微小滴８となって貫通細孔の裏面に落下した。この溶融ガラス微小滴８の重量は約３５ｍｇ（直径として２.３ｍｍ）であり、ノズルから滴下するだけでは得ることのできないガラス微小滴を得ることができた。溶融ガラス滴重量制御部材６上に残った約１６０ｍｇのガラス１５は吸着によりまたは金属ヘラですり落とす等の方法により容易に除去することができるため、連続してガラス微小滴を得ることができた。
【００２４】
上記において、貫通細孔の径Ｄおよび溶融ガラス滴重量制御部材（貫通細孔を設けた部材）（薄板）からノズル先端までの距離Ｈを表１に示すように変えたときの得られたガラス微小滴の大きさ（重量）を表１に示す。なお、ここでの硝種はＳＦ５７およびＬａＫ８である。
【００２５】
【表１】

【００２６】
一般に距離Ｈが大きい方が衝突速度が大きくなるためガラス微小滴重量は大きくなり、距離Ｈが小さい方がガラス微小滴重量は小さくなる。しかし、距離Ｈがある限界を越えて小さくなると、溶融ガラスは貫通細孔を通りぬけずガラス微小滴は形成されなくなる。細孔径Ｄと距離Ｈを適当に選択することにより目的とするガラス微小滴を得ることができる。
硝種によって重量が異なるのは、溶融ガラス滴の粘度、比重等が異なるためである。
【００２７】
また貫通細孔の径Ｄと、溶融ガラス滴重量制御部材（薄板）からノズル先端までの距離Ｈを固定した条件で、ノズル温度を変えたときに得られたガラス微小滴の大きさ（重量）の変化を表２（硝種がＳＦ５７）および表３（硝種がＬａＫ８）に示した。
【００２８】
【表２】

【００２９】
【表３】

【００３０】
ノズル温度が高い、即ち溶融ガラスの粘度が低いほどガラス微小滴の大きさは大きくなり、ノズル温度が低い、即ち溶融ガラスの粘度が高いほどガラス微小滴の大きさは小さくなる。しかし、粘度がある特定の大きさを越えると溶融ガラスは貫通細孔を通りぬけずガラス微小滴は形成されなくなる。ノズル温度、即ち溶融ガラスの温度を適当に選択することによっても目的とするガラス微小滴を得ることができる。
【００３１】
実施例 ２
図６を用いて、溶融ガラス微小滴およびこれから微小レンズを成形する方法を説明する。実施例１と同様に、外径４ｍｍのノズル２の先端から約２００ｍｇの溶融ガラス滴（ＳＦ５７）５を径Ｄが２ｍｍの貫通細孔７を設けた部材６（溶融ガラス滴重量制御部材）上に滴下させたところ、貫通細孔の裏面から約３５ｍｇの大きさの溶融ガラス微小滴が落下した。この溶融ガラス微小滴８を４００℃に加熱された平面金型９上に滴下したのち、金型９を、半径１.５ｍｍの凹球面形状が精密研磨加工され同様に４００℃に加熱した上金型１０の下方まで移動させ、上金型１０と下金型９によりレンズ１１を加圧成形した。
得られた成形レンズは、両面とも金型形状が正確に転写されており、従来困難であった重量３５ｍｇの微小レンズを得ることができた。
【００３２】
実施例 ３
図７に示すように、溶融ルツボ１に溜めた溶融ガラス４（ＳＫ５）を外径４ｍｍのノズルより約２００ｍｇの溶融滴として溶融ガラス滴重量制御部材６（貫通細孔を設けた部材）に設けた径Ｄが１.６ｍｍの貫通細孔７上に滴下した。溶融ガラスは貫通細孔の裏面から、大きさ約１０ｍｇの溶融状態のガラス微小滴８として落下してきた。ガラス微小滴８は、落下中に表面張力により球状化するとともに、冷却固化し、十分下方に設置した受け皿１２中に１０ｍｇの微小球レンズ１３として回収された。
この微小球レンズは、研磨等の追加工なしでそのままファイバーカップリング用レンズ等として使用することができる。更に加圧成形して種々の形状の微小光学素子を得るための成形用素材として使用することができる。
【００３３】
また、落下中に自然冷却する代わりに、図８に示すような中心部に空気穴１５のあいた受け皿１４で受け、該空気穴から冷却用空気を流すことにより、受け皿上で転がせ、または浮上させることにより冷却固化させることもできる。
更に、受け皿１４を多孔質材料、例えば多孔質カーボン、多孔質セラミックス等で作製し、受け皿の面全体から空気を吹き出して冷却固化することもできる。
【００３４】
実施例 ４
実施例１と同様の装置を用いてＬａＫ８のガラスを溶融し、外径４ｍｍのノズル先端から溶融ガラスを滴下した。溶融ルツボを１０８０℃、ノズルを１１００℃としたとき、ノズル先端から滴下する溶融ガラス滴の重量は約２００ｍｇであった。
図１０に示すようにステンレス板（ＳＵＳ４３０）に直径１.３ｍｍの円形貫通細孔７を有し、溶融ガラスを衝突させる面に開き角（θ）６０°のテーパーを設けた溶融ガラス滴重量制御部材６（貫通細孔を設けた部材）を用いて、細孔上に溶融ガラス滴２５を衝突させ、裏面側にガラス微小滴８を落下させた。貫通細孔の直径１.３ｍｍの部分の長さは１.５ｍｍ、表面のテーパー部２３の直径は８ｍｍとした。微小ガラス滴は、溶融ガラス滴重量制御部材６の裏面から５ｍｍ離れた位置に設けた平面板上に落下させ、重量および落下位置を測定した。
このとき得られたガラス微小滴の重量は９ｍｇであり、２０個を測定した時の重量ばらつきは標準偏差で０.０２ｍｇであった。また、落下位置のばらつきは標準偏差で０.０３ｍｍであった。
比較のためテーパーを設けていない溶融ガラス滴重量制御部材６（貫通細孔を設けた部材）を用いて同様の測定を行ったところ、重量ばらつきは標準偏差で０.２ｍｇ、落下位置ばらつきは標準偏差で０.２ｍｍであった。
【００３５】
このように、溶融ガラス滴重量制御部材６（貫通細孔を設けた部材）の溶融ガラスを衝突させる面にテーパーを設けることで、ガラス微小滴を安定にすることができる。
テーパーの開き角は、ノズルから滴下するガラス重量、目的とするガラス微小滴の重量等に応じて適切な大きさを選択すればよいが、通常は３０°〜１２０°程度が好ましい。また、ノズルからのガラス滴が全てテーパー内に衝突するように、テーパー部の直径を衝突するガラス滴の直径よりも大きくすることが好ましい。
【００３６】
ここで、貫通細孔を設けた部材６の材質をＳＵＳ４３０としたのは、部材の温度変化による細孔径の変化によって微小ガラス滴の重量ばらつきが起こるのを防ぐためである。上記滴下条件の場合、細孔径が０.０１ｍｍ変化すると微小ガラス滴の重量は約０.３ｍｇ変化する。高温の溶融ガラスを衝突させるため該部材６の温度を一定に保つのは困難であり、衝突させる時間間隔等の条件によるが、通常３００℃程度の変動がある。このときガラス微小滴の重量変化幅を０.１５ｍｇ以下に抑えるには、該部材の熱膨張係数が１３×１０^−６／℃以下の材料を使用すればよい。このような材料として、ＳＵＳ４３０のようなフェライト系ステンレス、タングステン合金を使用することができる。
もっとも、要求されるガラス微小滴の重量精度、落下位置精度によっては、溶融ガラス滴重量制御部材６（貫通細孔を設けた部材）のテーパーは必ずしも必要ではなく、また、該制御部材６の材質も上記条件を満たす必要のないことはいうまでもない。
【００３７】
実施例 ５
図１３を用いて本発明による微小光学素子の製造装置について説明する。
外径３ｍｍのノズル２の先端から約１５０ｍｇの溶融ガラス滴５（ＬａＫ８）を滴重量制御部材６に設けられた直径１ｍｍの貫通細孔７上に滴下させることにより、下型９上に重量１ｍｇの微小ガラス滴８が落下する。
高精度の光学素子を製造するためには、下型９上に落下する微小ガラス滴８の位置ばらつきを抑える必要があり、そのためには貫通細孔７と下型９との相対的な位置ずれを極力小さくしなければならない。
本実施例では、貫通細孔７を有する溶融ガラス滴重量制御部材６と、下型９とはいずれもリング状部材２２の内面に精密に嵌合する構成となっている。
このため、貫通細孔７と下型９との相対的な位置ずれを数μｍ以下に抑えることができ、下型９上に滴下する微小ガラス滴８の位置ばらつきを最小限に抑えることができる。
下型９上に微小ガラス滴８が落下したのち、該制御部材６を上方に抜き、実施例２と同様に下型９と上型１０によって加圧成形することで、所望の表面形状を有する光学素子１１を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によれば、ノズルから直接滴下する方法では得ることのできない直径５ｍｍ以下の微小なガラス滴を得ることができる。
また、得られたガラス微小滴を冷却固化することにより微小ガラスレンズおよびプレス成形用微小ガラス素材を製造することができる。また得られたガラス微小滴を金型上に滴下し、プレス成形することにより、微小光学素子およびプレス成形用微小ガラス素材を製造することが可能となった。
更に本発明の方法に依れば、貫通細孔径、ノズルから細孔までの距離、溶融ガラス温度、貫通細孔を設けた部材の温度のいずれかまたはずべてを調節することにより、ノズル交換のために装置を長時間停止することなく、ガラス微小滴の大きさを調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 余分なガラスの除去方法を示す模式図（細孔径の小さい場合）
（ａ）余分のガラス除去前、（ｂ）除去中の状況。
【図２】 余分なガラスの除去方法を示す模式図（細孔径の大きい場合）
（ａ）余分のガラス除去前、（ｂ）除去中の状況。
【図３】 細孔を設けた部材の厚みが薄すぎた場合の問題点を示す模式図。
【図４】 細孔の形状が不適切な場合の問題点を示す模式図。
【図５】 本発明の溶融ガラス微小滴の製造方法の１例を示す模式図（実施例１）。
【図６】 本発明の溶融ガラス微小滴および溶融ガラス微小滴から微小レンズを製造する方法の他の１例を示す模式図（実施例２）。
【図７】 本発明の溶融ガラス微小滴および溶融ガラス微小滴からプレス成形用微小ガラス素材を製造する方法の更に他の１例を示す模式図（実施例３）。
【図８】 実施例３の方法における溶融ガラス微小滴の別の受け皿タイプを示す模式図。
【図９】 貫通細孔を設けた部材の一例を示す模式図。
【図１０】 貫通細孔を設けた部材の他の一例を示す模式図（溶融ガラス滴を衝突させる面にテーパーを有する場合）。
【図１１】 貫通細孔を設けた部材から微小ガラス滴が落下する状態を示す模式図。
【図１２】 貫通細孔を設けた部材の他の一例を示す模式図（滴下ガイド孔を有する場合）。
【図１３】 本発明の微小光学素子の製造装置の一例を示す模式図（実施例５）。
【符号の説明】
１：ガラス溶融ルツボ、
２：ノズル、
３：撹拌棒、
４：溶融ガラス、
５：ノズルから押し出されたガラス滴、
６：貫通細孔を設けた部材（溶融ガラス滴重量制御部材）、
７：溶融ガラス滴重量制御部材に設けられた貫通細孔、
８：溶融ガラス微小滴、
９：下金型、
１０：上金型、
１１：成形された微小レンズ、
１２：受け皿、
１３：微小球レンズ、
１４：冷却空気用穴を有する受け皿、
１５：冷却空気用穴、
１６：余分な溶融ガラス、
１７：金属ヘラ、
１８：ピン状部材、
１９：細孔に入り込んだガラス、
２０：細孔上面の径、
２１：細孔下面の径、
２２：リング状部材、
２３：テーパー部、
２４：ガイド孔、
２５：貫通細孔上に落下した溶融ガラス滴、
θ：テーパーの開き角。