JP2003054955A

JP2003054955A - 光学素子成形素材の製造装置

Info

Publication number: JP2003054955A
Application number: JP2001242448A
Authority: JP
Inventors: Sunao Miyazaki; 直宮崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】流出パイプから流出する溶融ガラスの温度が
高くなった場合でも、所定の重量と品質のガラス成形素
材を得ること。【解決手段】溶融ガラス炉の溶融ガラス流出パイプ４
のオリフィス４ａの外周に対して、冷却手段としてのジ
ャケット２２を設け、このジャケット２２の下部の流入
口２２ａから冷却流体としての空気を供給し、ジャケッ
ト４ａの上部の流出口２２ｂから排出することで、高温
となったオリフィス４ａを冷却して、内部を流下する溶
融ガラスを所定の温度まで冷却する。ランタンガラスや
燐酸ガラスのように、温度が低くなると、失透が発生す
るガラス材料などでも、粘度を下げることなくオリフィ
ス４ａから滴下させて、高品質の成形素材が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炉で溶融され
た溶融ガラスを流出パイプから断続的に滴下流出させ
て、光学素子成形素材を製造する光学素子成形素材の製
造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ガラス材の成形品を得るため
に、その最終成形工程の前段でガラス塊（以下、ゴブと
称す。）を製造する光学素子成形素材の製造装置では、
ガラス材を溶融する溶融るつぼの下部に垂設された流出
パイプの下端から、溶融ガラスを自重にて滴下流出さ
せ、この滴下する所定の量の溶融ガラスを流出パイプの
下方に設けた受け型で受け取り、この受け取った溶融ガ
ラスからゴブを成形をすることにより行っている。

【０００３】また、この光学素子成形素材の製造装置で
は、流出パイプとオリフィスの温度を適切に制御するこ
とで、溶融ガラスの粘度を制御して、オリフィスから滴
下させるゴブの間隔と大きさ、すなわち、体積とタクト
タイムを所望の値に制御している。

【０００４】例えば、特開平２−３４５２５号公報及び
特開平３−１３７０２５号公報等には、このガラスゴブ
の製造方法が開示されており、受け型で受け取られるガ
ラスゴブは、所定の流出槽の液面レベル及び流出パイプ
の温度並びに受け型の温度で粘性や形状が制御され、受
け取りのための受け型の上下動作によって次の工程への
搬送が制御されていて、その結果、成形されたゴブは、
精密な重量管理（すなわち、体積管理）がなされて、最
終工程におけるガラス製品の成形性に配慮されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に、
ランタンガラスや燐酸ガラスなどにおいては、流出パイ
プから流出する溶融ガラスの温度を低く設定すると、失
透が発生するために、溶融ガラスの温度は低くできな
い。

【０００６】したがって、均質槽及び流出パイプ並びに
オリフィスの温度も低くすることができないため、流出
ガラスの粘度が低くなりすぎて溶融ガラスの流出量を制
御することができなくなる虞がある。

【０００７】すなわち、均質槽の温度が高い場合には、
流出パイプやオリフィスの温度をたとえ低く設定して
も、流出パイプを流出する溶融ガラスの熱に従って流出
パイプ及びオリフィスの温度が上昇するので、流量を制
御できない。そのため、流出パイプを極端に長くするこ
とによって、流出パイプやオリフィスの熱の上昇を抑え
る方法も考えられるが、すると、流出パイプの占有空間
が増えるので、設備全体が大形化するのみならず、設置
空間が増えてコストも上がる欠点がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、流出パイプから
流出する溶融ガラスの温度が高くなった場合でも、所定
の重量と品質のガラス成形素材を得ることのできる光学
素子素材の製造装置を得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
では、オリフィスに冷却手段を設けることで、たとえ、
均質槽や流出パイプの温度が高くても、オリフィスの温
度を十分に制御可能とした。オリフィスの温度を自在に
設定することによって、ランタンガラスや燐酸ガラスの
ように、溶融ガラスの温度を低くすると失透が発生して
溶融ガラスの温度を低くすることができないガラス材料
であっても、失透が発生しないゴブの製造を可能とす
る。

【００１０】本出願に係る第２の発明は、オリフィスの
冷却手段として、このオリフィスに設けた冷却流体流通
手段に冷却流体を流すことである。オリフィスに冷却流
体流通手段を設けて、エアー等の冷却流体を直接流すこ
とによって、オリフィスの冷却を効果的に行い、たと
え、均質槽の温度が高めの場合でも、オリフィスの温度
を自在に制御する。

【００１１】本出願に係る第３の発明は、オリフィスの
冷却手段として、オリフィスの近傍に気体冷却流体用の
噴出し口を設けたことである。エアー等を直接オリフィ
スに吹き付けることによって、オリフィスの冷却を効果
的に行い、たとえ均質槽の温度が高めの場合でも、オリ
フィスの温度を自在に制御する。

【００１２】本出願に係る第４の発明は、オリフィスの
冷却手段として、オリフィスに設けた冷却フィンに対し
て、気体状冷却流体を吹き付けることである。オリフィ
スに冷却フィンを設けて、この冷却フィンに直接エアー
等を吹き付けることにより、オリフィスの冷却を更に効
果的に行い、たとえ、均質槽やパイプの温度が高い場合
でも、オリフィスの温度を自在に制御する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光学素子成形素材
の製造装置の一実施の形態を添付図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の光学素子成形素材の製造装置の第
１の実施の形態を示す正面図であって、連続溶融炉に組
み込まれた場合を示し、炉本体は縦断面図で示してい
る。

【００１４】同図において、符号１は投入・溶解・清澄
槽であり、符号２は均質・流出槽、符号３はこれらの投
入・溶解・清澄槽１と均質・流出槽２を接続する接続パ
イプ、符号４は流出パイプである。また、符号４ａは、
この流出パイプ４の下端部に形成されたオリフィスであ
って、このオリフィス４ａには、後述する図２に示すオ
リフィス冷却手段が設けられている。

【００１５】これらの投入・溶解・清澄槽１及び均質・
流出槽２並びに流出パイプ４は、一体で構成され、且
つ、耐熱・断熱部材５の炉本体の内部に収納されてお
り、この炉本体は、外周を炉壁鉄板６で覆われている。
また、耐熱・断熱部材５及び炉壁鉄板６の天井部に対し
て、投入部８が縦貫されており、この投入部８の図１の
右側に加熱用のヒータ９が縦設されていて、この加熱用
ヒータ９によって投入・溶解・清澄槽１の内部の溶融ガ
ラス１２の温度が制御される。

【００１６】また、符号７は攪拌ペラであり、この攪拌
ペラ７は、均質・流出槽２の内部の溶融ガラスを均質化
するために、炉壁鉄板６の天井部の軸受(図示せず)を貫
通して縦設されており、図示しない駆動機構によって矢
印に示すように駆動されて、均質・流出槽２の内部を攪
拌する。一方、炉壁鉄板６の底板の下面には、支持部材
１０が各四隅に垂設されている。

【００１７】なお、これらの投入・溶解・清澄槽１、均
質・流出槽２、接続パイプ３とガラス流出パイプ４及び
攪拌ペラ７並びに投入パイプ８の各部材は、いずれも白
金又は白金合金製である。

【００１８】また、符号１１は固定支持架台であり、左
側は図示しないが、この支持部材１１を介して上記炉壁
鉄板６及び耐熱・断熱部材５などで構成される溶解炉本
体を支持するとともに、後述する上下移動ガイド部材１
６及び回転移動機構部１５などで構成するガラスゴブ受
取り装置２３の設置スペースを確保するとともに、この
ガラスゴブ受取り装置２３の支持架台を位置決め固定し
ている。

【００１９】このように構成された連続溶融炉における
ガラスの溶融及び流出工程において、まず、投入部８よ
り投入されたガラス原料２８は、投入・溶解・清澄槽１
において溶融状態になり、接続パイプ３を経て均質・流
出槽２に流入し、この均質・流出層２の攪拌ペラ７によ
り十分均質化された後、流出パイプ４の下端のオリフィ
ス４ａから後工程に最適な温度条件で溶融ガラス１３と
して、滴下流出される。

【００２０】この流出された溶融ガラス１３は、オリフ
ィス４ａの下方のガラスゴブ受取り装置２３に設置され
た受け型１４により、所定量の溶融ガラス塊として受け
取られる。

【００２１】一方、この流出過程において、溶融ガラス
１３の流出量が所定の値となるように、この流出量に応
じて、所定量のガラス原料２８が投入部８より投入・溶
解・清澄槽１に連続的、または間欠的に、図示しない投
入装置により投入され補充される。

【００２２】なお、上記の攪拌ペラ７の駆動機構および
ガラスゴブ受取り装置２３は、固定支持架台１１に組み
こまれた図示しない位置決め機構によって、位置出しが
可能となっている。

【００２３】ここで、ガラス塊を受け取るガラスゴブ受
取り装置２３について説明する。図１において、符号１
７はＬ字形のロッド部材であり、符号１８はこのロッド
部材１７を制御するＮＣ駆動制御器であって、符号２９
は、これらで構成されるガラスゴブ受取り装置２３を搭
載する固定支持架台である。

【００２４】受け型１４は、詳細省略した上下移動ガイ
ド部材１６によって平面方向（ＸＹ方向）の位置決めを
された状態で、上下（Ｚ）方向に移動できるようになっ
ており、この上下移動は、ロッド部材１７を介してＮＣ
駆動制御器１８により、所定の上下ストロークと速度が
制御されている。また、受け型１４およびガイド部材１
６は、回転移動機構部１５の回転方向に複数個が配設さ
れている。

【００２５】さらに、固定支持台２９の上面には、平坦
な案内用の凹部を上面に形成した平面移動ガイド部材２
１が載置されており、この平面移動ガイド部材２１の凹
部に対して、破線で示すモータとボールねじで駆動され
る移動部材２０の下部が挿入され、かつ、紙面直行方向
に移動自在に載置されている。

【００２６】また、この移動部材２０の上面にやや小形
の平面移動ガイド部材２０ａが載置され、さらに、この
平面移動ガイド部材２０ａに対して、紙面の左右方向に
モータとボールねじで駆動される、やや小形の移動部材
１９が載置され、この移動部材１９に前述した回転移動
機構部１５が載置される。

【００２７】次に、本発明の光学素子成形素材の製造装
置の特徴とするオリフィス４ａに設けた冷却手段につい
て、図２を用いて説明する。この図２には、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と、４種類の冷却手段が示され
ているが、このうち（ａ）において、符号２２は、オリ
フィス４ａの周囲に設けられた冷却ジャケットであり、
下部の側面の流入口２２ａから冷却流体（エアーまたは
窒素ガス）を導き、上端の流出口２２ｂから排出する。

【００２８】また、（ｂ）に示す冷却手段では、オリフ
ィス４ａに対して冷却流体流通パイプ２４を密着して巻
装しており、下端の流入口２４ａから冷却流体（エアー
または窒素ガス）を導いて上端の流出口から排出する。

【００２９】さらに、（ｃ）に示す冷却手段は、オリフ
ィス４ａの外周に近接して設けられた複数の冷却流体用
パイプ２５であり、これらの冷却流体用パイプ２５に
は、無数の孔２５ｂがオリフィス４ａに面して設けられ
ており、上端の流入口２５ａから冷却流体（エアーまた
は窒素ガス）を導いて孔２５ｂから排出することによっ
て、冷却流体をオリフィス４ａの外周に吹き付けてい
る。

【００３０】一方、（ｄ）に示す冷却手段は、オリフィ
ス４ａの外周に対して環状の複数の冷却フィン２６を密
着して設けるとともに、この冷却フィン２６の外側に冷
却流体供給パイプ２７を縦設して、この冷却流体供給パ
イプ２７に対して、複数の吹出し孔２７ｂを冷却用フィ
ン２６と対置して突設しており、冷却流体供給パイプ２
７の流入口２７ａから冷却流体（エアーまたは窒素ガ
ス）を導き、この冷却流体を各吹き出し孔２７ｂから排
出して、各冷却フィン２６に吹き付ける。

【００３１】したがって、このように構成された冷却手
段がオリフィス４ａの外周に設けられた光学素子成形素
材の製造装置においては、たとえ、オリフィス４ａの温
度が所定の温度よりも上昇して、制御が不能となった場
合でも、冷却手段に流す冷却流体の流量を制御すること
で、オリフィス４ａの過熱を防ぎ、このオリフィス４ａ
から流出する溶融ガラスの温度と量を所定の値に制御す
ることができる。

【００３２】なお、図２（ａ）に示した冷却ジャケット
２２及び、（ｂ）に示した冷却流体流通パイプ２４並び
に（ｄ）で示した冷却フィン２６は、いずれも白金製ま
たは白金合金製であり、一方、（ｃ）で示した冷却流体
供給パイプ２５及び（ｄ）で示した冷却流体供給パイプ
２７は、溶融ガラスや白金製のオリフィス４ａに直接接
触しないので、通常の耐熱性のある金属でもよい。

【００３３】また、図２(ｂ)および(ｄ)において、冷却
流体流通パイプ２４および冷却フイン２６は、流出パイ
プ４に対して密着させた場合で説明したが、流出パイプ
４にろう付けして、相互間の熱伝達をあげてもよい。

【００３４】

【実施例】発明者は、以上説明した光学素子成形素材の
製造装置によって、ガラスの溶融流出を実験した。な
お、この実験に採用したガラス原料は、室温の比重が
３．５であり、温度と粘性の関係がそれぞれ、１,３００℃のときに、１０^0.5ｄＰａ・ｓ１,２００℃のときに、１０^0.1ｄＰａ・ｓ１,１００℃のときに、１０^0.3ｄＰａ・ｓ１,０４０℃のときに、１０^0.7ｄＰａ・ｓ１,０００℃のときに、１０^1.0ｄＰａ・ｓ６４０℃のときに、１０^7.6ｄＰａ・ｓ５６０℃のときに、１０¹³ｄＰａ・ｓとなる特性のＬａ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系のガラスを、一
旦、ラフメルトしたものを用いた。なお、このガラスの
失透温度を求めたところ、１,０３０℃であった。

【００３５】したがって、このガラスを溶融流出する際
には、投入・溶解・清澄槽１及び均質・流出槽２並びに
流出パイプ４とオリフィス４ａの温度を全て１,０３０
℃以上にする必要がある。理由は、この温度以下では失
透が発生して、成形素材が不良品となるとともに、流出
パイプ４が詰まって溶融ガラスの流出が不能となるから
である。

【００３６】また、投入・溶融・清澄槽１及び均一・流
出槽２の容積は、それぞれ６００ｃｍ³と２００ｃｍ³
とし、その温度は、それぞれ１,３００℃と１,２００℃
とした。流出パイプ４は、内径３．５ｍｍ、長さ３５０
ｍｍとし、この流出パイプ４の本体とオリフィス４ａと
は、個別に通電・加熱可能、すなわち、個別に制御可能
とした。一方、オリフィス４ａは、内径が３．５ｍｍで
先端は内径を２．５ｍｍに絞っている。なお、先端の外
径は、３．５ｍｍである。

【００３７】このオリフィス４ａには、図２に示す冷却
手段を設けており、この冷却手段に冷却流体（この場合
エアー）を流しながら、オリフィス４ａの温度を１，２
００℃とし、冷却パイプ４の温度を１，０４０℃にする
ことで、３．８ｇ〜１１．８ｇ／分の溶融ガラスの流出
を可能とした。

【００３８】このとき、それぞれの流出量と同量のガラ
ス原料が投入されるように、図示しないガラス原料秤量
投入器の条件を設定した。流出したゴブの重量の精度を
調査した結果、そのばらつきは±１％以下となってい
て、溶融ガラスのオリフィス４ａによる重量分割状態は
良好であった。

【００３９】また、１０秒間隔で溶融ガラス塊（ゴブ）
をとれば、その重量は０．６３〜１．９７ｇとすること
ができ、重量の精度も±１％を満足して、表面欠陥や失
透も見られず、プレス成形用のガラス素材として良好な
品質を有していた。

【００４０】なお、ガラスゴブを受け取る際には、従来
例で公知として行なわれているように、溶融ガラス１３
を受け型１４で受けた後、この受け型１４を静かに移動
させて行った。

【００４１】一方、オリフィス４ａの冷却方法は、図２
に示す４通りの方法のすべてを採用したが、全て効果的
であった。逆に、このオリフィス４ａの外側に冷却流体
を流すことなく、同一条件で溶融ガラスを流出させたと
ころ、オリフィス４ａから溶融ガラスが勢いよく流出
し、設定値と関係なく流出パイプ４及びオリフィス４ａ
の先端の温度がともに１，３００℃に達して、制御不能
となった。このとき、均一・攪拌層２の内部の温度も
１,３００℃に上昇した。

【００４２】この原因は、失透を防ぐために流出パイプ
４の温度が高めに設定されているので、溶融ガラスの粘
度が低くて流出パイプ４を流下する溶融ガラスの流速が
速く、溶融ガラスの温度が投入・溶解・清澄槽１や均質
・流出槽２の温度から、この温度よりも低く設定された
流出パイプ４の温度やオリフィス４ａの温度にならない
うちに流出したためと考えられる。

【００４３】なお、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）に示したオリフィスの冷却方法は、一例であり、
これに限定されるものではない。また、冷却流体も今回
はエアーを用いたが、これに限定されるものではなく、
窒素ガス等の不活性ガスや溶融塩等や溶融金属等も使用
できる。

【００４４】なお、冷却流体の流量を制御して、オリフ
ィス４ａの温度を制御するために、オリフィスに設けた
熱電対をフィードバック信号として、冷却流体の供給源
の電磁弁を制御してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光学素子
成形素材の製造装置によれば、溶融ガラスの流出パイプ
の先端のオリフィスの外周に対して、溶融ガラスを冷却
する冷却手段を設けたので、たとえ、流出パイプの温度
を高く設定しても、溶融ガラスの温度の制御が可能とな
り、したがって、失透性の高いガラス材料を用いても、
異なる重量のガラスゴブを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子成形素材の製造装置の一実施
の形態を示し、ガラス連続溶融炉に適用した場合の溶融
ガラス流出ならびに成形装置の構成を説明するための概
略部分縦断面図。

【図２】本発明の光学素子成形素材の製造装置の要部と
なる溶融ガラス流出パイプの先端のオリフィスの構成の
一例を説明するための概略図を示し、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は縦断面図、（ｄ）は側面
図。

【符号の説明】

１投入・溶解・清澄槽２均質・流出槽３接続パイプ４流出パイプ４ａオリフィス５耐熱・断熱部材６炉壁鉄板７攪拌ペラ８投入部９ヒータ１０支持部材１１固定支持架台１２、１３溶融ガラス１４受け型１５回転移動機構部１６上下移動ガイド部材１７ロッド部材１８ＮＣ駆動制御器１９、２０移動部材２０ａ、２１平面移動ガイド部材２２冷却ジャケット２２ａ注入口２２ｂ流出口２３ガラスゴブ受取り装置２４、２５、２７冷却流体流通パイプ２６冷却フィン２８ガラス原料２９固定支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融ガラス炉の流出パイプのオリフィス
から流出する溶融ガラス流を受け型に滴下させて、光学
素子成形用素材となるガラス塊を得る光学素子成形素材
の製造装置において、前記オリフィスに冷却手段を設け
たことを特徴とする光学素子成形素材の製造装置。
【請求項２】前記冷却手段は、オリフィスの外周に設
けられた冷却流体流通手段であることを特徴とする光学
素子成形素材の製造装置。
【請求項３】前記冷却手段は、オリフィスの近傍に設
けられた気体状冷却流体噴出し口であることを特徴とす
る光学素子成形素材の製造装置。
【請求項４】前記冷却手段は、オリフィスに設けられ
た気体状冷却流体が吹き付けられる冷却フィンであるこ
とを特徴とする光学素子成形素材の製造装置。