JP2003252631A

JP2003252631A - ガラスの製造方法

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Publication number: JP2003252631A
Application number: JP2002054204A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ogino; 一夫荻野; Hiroyuki Sakawa; 博幸坂和; Rieko Kudo; 理恵子工藤; Tsuneji Suzuki; 恒司鈴木
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-10
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP4315633B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス原料の溶融容器への投入時に難溶性を
示したり、あるいは分離性を示す原料を用いて、高品質
で均質なガラスを製造する方法を提供する。【解決手段】溶融ガラスに、複数種の粉状ガラス原料
からなる調合原料を補充しながら溶融を行うガラスの製
造方法において、前記調合原料が、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｙ ₂Ｏ₃、
Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂お
よびＷＯ₃の中から選ばれる少なくとも１種の酸化物を
含み、かつ該調合原料をバブリングされている溶融ガラ
スに補充するガラスの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラスの製造方法に
関する。さらに詳しくは、本発明は、ガラス原料の溶融
容器への投入時に難溶性を示したり、あるいは分離性を
示す原料を用いて、高品質の均質なガラスを製造する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の光学ガラスはその性能を発揮する
ために多岐にわたる原料（特に高屈折酸化物原料や高融
点原料）を使用しており、該原料を溶融容器へ投入する
際に、難溶化、分離化する傾向は顕著になりつつある。
例えばＬａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｇａ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔ
ｉ、Ｗなどの高原子価成分を加えて、高屈折率、低分散
特性を付与した光学ガラスが生産されている。

【０００３】ところで、このような高原子価成分の粉状
原料（以下、高原子価原料ということがある。）を用い
る場合、これらの原料と主成分となるシリカ（Ｓｉ
Ｏ₂）や硼酸（Ｂ₂Ｏ₃）の粉状原料とは比重が大きく異
なるため、ガラス原料の溶融前の混合度合が悪くなると
いう問題が生じる。調合原料の混合度合が悪いと、原料
を溶融容器に供給しても溶融反応がなかなか進まず、屈
折率不良や分散値不良、さらには脈理などの不具合が発
生してガラスの品質が低下するのを免れない。

【０００４】さらに、上記のように比重が大きく異なる
粉状ガラス原料を混合して用いる場合、ＳｉＯ₂、Ｃａ
Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃のような軽い原料は液面に浮上したまま溶融
しなかったり、高原子価原料のような重い原料は溶融容
器底部に沈殿、滞積したまま溶融しなかったりする。

【０００５】また、上記のような高原子価原料として
は、一般に高原子価成分の炭酸塩や硝酸塩ではなく、単
純酸化物が用いられる。その理由は、高原子価成分の炭
酸塩や硝酸塩のような化合物塩は単純酸化物に比較して
価格が高く、化合物塩を使用するとガラス製造のコスト
を実用レベルに抑えることが難しくなるためである。し
かしながら、高原子価成分の単純酸化物は、炭酸塩や硝
酸塩などの原料と比べると溶解性が鈍く、難溶性による
不良、不具合を招来しやすい。

【０００６】さらに、炭酸塩や硝酸塩の化合物塩の場
合、溶融過程で化合物が分解することによりガスが発生
し、このガスが溶融ガラスの脱泡効果を向上させる。し
かしながら、単純酸化物ではガスが発生せず溶融ガラス
の脱泡効果が期待できない。

【０００７】通常、溶融ガラスを攪拌する方法として
は、耐熱性の材料 (白金, 白金合金、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃など）を使用した撹拌棒を用いて溶融ガラスを混合
する方法が知られている。しかしながら、ガラスの溶融
工程においては、耐熱性の材料を使用した撹拌棒を用い
てもガラス原料をガラス化する溶解槽（原料を投入し、
粉体を溶融ガラス化する装置）では、撹拌棒を用いるこ
とが難しい。それはガラス原料がガラス化する際に様々
な反応を起こして、容器や撹拌棒などの隣接材料を侵食
破壊するおそれがあるためである。さらに耐火物溶解槽
の場合、耐火物への侵食（撹拌作用を利用することによ
る炉材の消耗性）もあり、寿命を短くすることも懸念さ
れる。

【０００８】したがって、下記の要求、すなわち（１）
比重が大きく異なる粉状ガラス原料を調合、混合した原
料を溶融過程において分離することなく溶融する、
（２）ガラス原料のコストを抑えるため、高原子価成分
の原料に化合物塩ではなく難溶性の単純酸化物を使用す
る、（３）分離しやすく、難溶性の粉状ガラス原料を使
用し、攪拌棒を使用せずに均質な溶融ガラスを製造す
る、（４）溶融ガラスの脱泡効果を向上させる、を満た
すガラスの製造方法が望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、前記の要求を満たし、高品質の均質なガ
ラスを効率よく得るためのガラスの製造方法を提供する
ことを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、溶融容器に蓄
積されている溶融ガラスにガスを供給してバブリングさ
せると共に、比重が大きく、かつ難溶性の高原子価金属
の酸化物を含む粉状調合原料を、バブリングされている
溶融ガラスに供給することにより、該粉状調合原料を短
時間で完全に、かつ均質に溶融することができ、その目
的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて、本
発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち、本発明は、（１）溶融ガラス
に、複数種の粉状ガラス原料からなる調合原料を補充し
ながら溶融を行うガラスの製造方法において、前記調合
原料が、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₅、Ｔａ
₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂およびＷＯ₃の中から選ばれる
少なくとも１種の酸化物を含み、かつ該調合原料をバブ
リングされている溶融ガラスに補充することを特徴とす
るガラスの製造方法、

【００１２】（２）調合原料が珪素化合物、硼素化合
物、亜鉛化合物およびアルカリ土類金属化合物の中から
選ばれる少なくとも１種のガラス原料を含む上記（１）
項に記載の方法、（３）調合原料を溶融ガラスのバブリ
ング位置に投入する上記（１）または（２）項に記載の
方法、

【００１３】（４）調合原料を投入する位置における溶
融ガラスの深さが、溶融ガラスの液面を基準にした原料
投入高さの０．５〜３倍になるように調合原料の供給お
よび／または溶融ガラスの排出量を制御する上記
（１）、（２）または（３）項に記載の方法、および
（５）酸素、二酸化炭素および空気の中から選ばれる少
なくとも１種のガスをバブリングに使用する上記（１）
ないし（４）項のいずれか１項に記載の方法、を提供す
るものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のガラスの製造方法におい
て、バブリングされている溶融ガラスに補充する複数種
の粉状ガラス原料からなる調合原料（以下、ガラス原料
または単に原料と称すことがある。）としては、Ｌａ₂
Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ
₅、ＺｒＯ₂およびＷＯ₃の中から選ばれる少なくとも１
種の酸化物を含むものが用いられる。これらの酸化物
は、光学ガラスに高屈折率、低分散特性などを付与する
ための難溶性の高原子価原料である。

【００１５】これらの高原子価原料の比重は大きく、例
えばＷＯ₃では２．７２である。一方、上記光学ガラス
の溶融では、上記高原子価原料以外の原料、例えば、珪
素原料、硼素原料、亜鉛原料、アルカリ土類金属原料な
ども使用する。これらの原料は、高原子価原料よりも比
重が小さい。例えば、アルカリ土類金属原料の一つであ
るＣａＣＯ₃の比重は０．４３である。したがって、上
記光学ガラスを製造するためには、比重が０．３〜３程
度の範囲に大きくばらつく粉状原料を、得ようとするガ
ラス組成に基づき調合するとともに、充分混合して調合
原料とし、溶融するまで原料の調合比率が極力変化しな
いようにすることが肝要である。しかし、一般に、比重
が大きく異なる粉状原料を混合した調合原料を投入する
と、低比重のものは溶融ガラス液面に浮き（浮上性原
料）、高比重のものは溶融ガラス底部に沈んで（沈殿性
原料）分離してしまう。このように、調合原料が分離し
てしまうと難溶性原料は溶解せず、上記のような問題が
発生する。そこで、本発明では溶融ガラスをバブリング
することにより、攪拌棒などを使用しなくても調合原料
が分離しないように、充分な攪拌を行うことができる。
したがって、上記のようなバブリングにより、ガラス原
料が完全に溶融し、均質な光学ガラスを得ることが可能
になる。そして、目的とする屈折率、分散値を付与する
とともに、脈理などの不具合がない高品質の光学ガラス
を製造することができる。

【００１６】なお、前記高原子価原料は炭酸塩や硝酸塩
などの化合物塩原料と異なり、溶融ガラス中にガス成分
を取り入れるのが困難である。本発明によれば、溶融ガ
ラスにバブリングガスを供給することによって、溶融ガ
ラスにガス成分を補うことができ、脱泡効果を向上さ
せ、ガラスの泡不良に関する問題も解決することができ
る。

【００１７】バブリングに使用するガスとしては、酸
素、二酸化炭素、空気、酸素と二酸化炭素の混合ガス、
酸素と空気の混合ガス、二酸化炭素と空気の混合ガス、
酸素と二酸化炭素と空気の混合ガスなどが好ましい。ま
た、その他の酸化性ガスも用いることができる。

【００１８】次に、本発明のガラスの製造方法における
好ましい形態について説明する。まず、溶融容器内を乾
燥ガスで満たすと共に、該乾燥ガスを前記調合原料の投
入経路及び溶融ガラス液面に沿って流すことが好まし
い。なお、前記乾燥ガスとしては露点が−30℃以下のガ
スが好ましく、さらに、酸素、二酸化炭素、空気、酸素
と二酸化炭素の混合ガス、酸素と空気の混合ガス、二酸
化炭素と空気の混合ガス、酸素と二酸化炭素と空気の混
合ガスなどが好ましい。また他の酸化性ガスを用いるこ
ともできる。ガラス原料が水分を吸湿した状態で加熱溶
融すると、この水分による還元によって溶融ガラスが着
色するという不具合が発生するおそれがある。上記のよ
うに溶融容器を乾燥ガスで満たすとガラスの着色防止に
効果がある。なお、投入するガラス原料も充分乾燥した
ものを用いることが好ましい。

【００１９】また、調合原料は、溶融ガラスのバブリン
グされている位置に投入するのが有利であり、そして、
バブリングガスを溶融ガラス中に供給する位置は、溶融
ガラス液面から深い方が好ましく、溶融ガラスを蓄積す
る溶融容器の底部より供給することがより好ましい。具
体的には、溶融容器底部または下方に耐熱性のパイプを
接続してバブリングガスを供給するか、溶融ガラス液面
よりも上部から耐浸食性のパイプを溶融ガラス中に導入
してバブリングガスを供給する方法がある。このような
構成により、投入された調合原料及び溶融ガラスの攪拌
作用を向上させることができ、難溶性の原料の溶融効率
をさらに向上させることができる。

【００２０】さらに、溶融容器を円筒形状とし、前記容
器の側面より該容器中の溶融ガラスを加熱することが好
ましい。なお、前記容器の底面を基準とした溶融ガラス
液面の高さが、該容器内径の２〜１０倍の範囲内に保た
れるように調合原料の投入量および／または該容器から
の溶融ガラスの排出量を制御することが好ましい。溶融
ガラス液面の高さが、容器内径の２倍未満では、容器中
の雰囲気制御による効果、バブリングによる攪拌効果が
低下するおそれがあるし、１０倍を超えると同じ溶融ガ
ラスの体積を溶解する場合、容器を構成する白金が多量
に必要になる割には、上記効果の向上を図ることができ
ない。より好ましい溶融ガラス液面の高さは、該容器内
径の２．５〜６倍の範囲である。また、前記容器の上部
中央に調合原料を投入する投入口を設けるとともに、前
記投入口より下方の原料投入経路を覆い、投入口から溶
融ガラス液面に向けて前記乾燥ガスを流すことが好まし
い。

【００２１】調合原料は、溶融ガラスに連続して、ある
いは疑似連続して投入するのがよい。ここで、疑似連続
して投入するとは、溶融容器より溶融ガラスを排出する
場合でも、該容器内の溶融ガラス液面が良好な溶融が行
われる範囲に保たれるよう、間欠的に調合原料を投入す
ることを意味している。例えば、調合原料をスクリュー
式の投入器で投入する場合、スクリューを一定速度で回
転させると回転周期にあわせて一定量の調合原料が一定
間隔で間欠的に投入されるような場合を示している。

【００２２】次に、本発明の製造方法における実施の形
態について詳細を述べる。本発明のガラスの製造方法
は、加熱された容器内の溶融ガラスに、前記調合原料を
投入して溶融する工程を備えたガラスの製造方法であっ
て、好ましくは、上記容器内を乾燥雰囲気ガスで満たす
と共に、該雰囲気ガスを該調合原料の投入経路に沿って
溶融ガラス液面へ流しながら、溶融ガラスに酸化性ガス
をバブリングさせ、そのバブリング位置に原料の段階で
分離しやすい、あるいは溶融される過程で原料が適温で
あっても分離性もしくは難溶性を示すガラス原料を含む
調合原料を投入するガラスの製造方法である。この製造
方法は、ガラス原料として、高屈折、低分散ガラスを与
える原料をはじめとし、原料の段階で分離しやすい、あ
るいは溶融される過程で原料が適温であっても分離性も
しくは難溶性を示すガラス原料を用い、高屈折、低分散
のホウ酸含有ガラスなどを得る場合に好ましく適用され
る。

【００２３】高屈折、低分散ガラスは、ＳｉＯ₂、Ｌａ₂
Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｚｒ
Ｏ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＷＯ₃などの酸化物原料を幅
広く使用しており、これらを溶融して作られる。このた
めガス成分の取り入れが困難であり、脱泡に不利であ
る。高屈折、低分散ガラスの原料としては、特開昭５９
−１９５５５３号公報、特公昭６０−２２６５６号公報
などに記載されているガラス原料を調合したものを例示
することができるが、これらの組成に限定されるもので
はない。

【００２４】このガラス原料は、１１００℃〜１４００
℃程度に加熱された容器中の溶融ガラス中に投入される
が、ガラス構成原料のうち、ホウ酸等は溶融時に先にガ
ラス化し、またＳｉＯ₂等は溶けにくく比重が軽いため
溶融ガラス液面に溶け残る場合がある。

【００２５】また、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｇａ
₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ ₅、ＷＯ₃等の溶けに
くく沈殿性のあるガラス原料も混在しているため、脈理
等のガラス品質を低下させる原因となる。このような問
題を解決するために、本発明においては、前記の製造方
法を適用する。

【００２６】本発明の製造方法においては、加熱、溶融
容器下部から溶融ガラスに酸化性ガスを供給し、バブリ
ングする。そして、好ましくは酸化性ガスがバブリング
されている位置に、複数種の粉状ガラス原料からなる調
合原料を投入する。溶融ガラスに加熱溶融容器下部から
酸化性ガスをバブリングさせると共に、そのバブリング
によってガラスに対流を発生させることで混合度を従来
に比較して大幅に上昇させ、難溶性のガラスを短時間で
完全にガラス化することができる。

【００２７】このバブリングによって、高屈折、低分散
ガラス組成は、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｇａ
₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＷＯ₃
などの酸化物原料を幅広く用いることが必要なため、ガ
ス成分の取り入れが困難であったが、バブリングガスで
ガス成分を補うことで、ガラスの泡不良に対する問題も
解決することができる。上記公報のように耐火物溶解槽
におけるバブリング撹拌では、撹拌する体積とガラス表
面比率ｒａｔｉｏ＝Ｓ（ｃｍ²）／Ｖ（リットル) が
大きい。この場合、比率が大きいと撹拌効果は下がる。

【００２８】本発明は、縦型の円筒状の溶融容器を使用
することが好ましく、これにより上記比率が小さくて撹
拌効果が大きくなり、同じ体積であってもバブリングガ
スの排出口の数量は少なくて済む。また、そこにバブリ
ングされるガスの使用量も少なくて済むため、製作コス
ト、稼働コストの面で大変有利である。また大きな違い
は、溶解容器の形状だけでなくその材質にあり、耐火レ
ンガに比較して白金容器は耐高温性、侵食性に優れてい
るため、ガラスの流れが経時でも変化せず、ショートパ
スなどの不具合が発生することがない。

【００２９】さらに、このバブリングは“撹拌”効果の
みならず、溶融ガラスにガス成分を与えて泡の不具合を
なくす効果も有しているため、高品質で欠点のないガラ
スを生産性よく製造することが可能となる。この製造方
法においては、溶融ガラス液面の中央部に酸化性ガスを
バブリングし、そのバブリング位置に分離性のある調合
原料を投入することが好ましい。このようにすることに
より、容器中の溶融ガラスを攪拌することができ、ガラ
スをより均質化することができる。

【００３０】バブリングに使用する酸化性ガスとして
は、酸素ガスまたは酸素ガスと二酸化炭素ガスの混合ガ
スのような酸素ガスを含む乾燥ガスが好ましい。また、
酸化性ガスは後述する理由により、乾燥状態のものを用
いることが望ましく、バブリングガス中の水分の含有量
が３７６ｐｐｍ以下、又は露点が−３０℃以下となるガ
スを使用することが好ましい。酸化性ガスの流量は、原
料の投入量や、溶融ガラスの生産量にも依るが、１００
〜５００cm³／分とすることが好ましい。

【００３１】調合原料投入位置における溶融ガラスの深
さ（この位置における容器底部と溶融ガラス液面の高低
差）を深くし、溶融ガラス液面を基準にした調合原料を
投入する高さを低くすることにより、投入原料が容器底
部に到達する時間を長くすることができ、それによって
侵食性のある原料を投入しても、容器壁面の侵食を防止
することができる。調合原料投入口が溶融ガラス液面に
近づきすぎずに上記効果を得るためには、ガラス原料を
投入する位置における溶融ガラスの深さを、溶融ガラス
の液面を基準にした原料投入高さの０．５〜３倍にする
ことが好ましく、１．５〜２．５倍にすることがより好
ましい。この溶融ガラス液面の高さは、溶融ガラスへの
調合原料の供給量または容器からの溶融ガラスの排出
量、あるいは上記供給量および排出量の両方を制御する
ことにより行うことができる。

【００３２】なお、調合原料の供給は、連続して投入す
ることが好ましい。一定量のガラスを生産する場合、調
合原料を間欠的に投入する方法では、一回に原料投入量
が多くなり、ガラス化する際に容器壁面との接触が多く
なるため、溶融容器の侵食やガラスへの着色の原因にな
る。連続投入では、投入量を単位時間に対して平均化す
ることができ、容器の侵食防止、ガラスの溶融促進の観
点から有利である。

【００３３】したがって、溶融ガラスの液面を上記所定
の範囲内に保つため、調合原料を連続して投入するとと
もに、溶融ガラスの排出も連続して行うことが好まし
い。またホウ酸含有ガラスの場合は、溶融時に多量の水
分を発生させるとともに、ホウ酸が揮発性を有している
ため、溶融容器のガラス液面上方にガラス蒸気が凝固し
やすいという問題がある。

【００３４】これらの揮発物が調合原料供給口を塞いだ
り、また容器上部に凝固した揮発物が溶融ガラス中に落
ちた場合、著しくガラスの特性が損なわれるとともに、
ガラスの品質が悪化するという問題が生じる。このよう
な問題を解消して、高品質なガラスを得るには、溶融ガ
ラスや溶融雰囲気中の水分やＯＨ基を低減することが望
ましい。したがって、このような製造方法においては、
加熱されている容器内に蓄積されている溶融状態のガラ
スに、ホウ酸系ガラスの原料を投入、溶融する工程で、
この容器内を乾燥雰囲気ガスで満たすとともに、雰囲気
ガスを調合原料の投入経路に沿って溶融ガラス液面へと
流しながら、調合原料の投入を行うのが有利である。

【００３５】この方法により、容器内は乾燥状態の雰囲
気ガスで満たされ、雰囲気中の水分を低減することがで
きる。また、雰囲気ガスをガラス原料の投入経路に沿っ
て溶融ガラス液面へと投入するので、ガラス原料が僅か
に水分を吸着していても、雰囲気ガスと混じり合うこと
で、投入される原料が吸着している水分量を減少させる
ことができる。雰囲気ガスは、溶融ガラス液面に達した
後、容器の外へと排気され、容器中の雰囲気は乾燥状態
に保たれ、溶融ガラスとＯＨ基または水分との反応を抑
えることができる。

【００３６】また、雰囲気ガスを調合原料の投入経路に
沿って流しているので、溶融ガラスから発生するガスが
調合原料の供給口に達し、調合原料を凝固させて調合原
料供給口を塞いだり、調合原料が上昇気流によって舞い
上がり、原料供給口を塞ぐのを防ぐことができる。この
ような溶融方法により、ガラス蒸気の凝固による問題を
解決し、調合原料を円滑に供給できるとともに、高品質
なガラスを生産性よく製造することができる。

【００３７】乾燥雰囲気ガスとしては、乾燥した不活性
ガス、乾燥した酸素ガス、または不活性ガスと酸素ガス
の乾燥した混合ガスが好ましい。調合原料を連続して投
入する場合、乾燥雰囲気ガスにより容器内を容器外に対
して陽圧に保つことにより、原料供給とともに水蒸気が
容器内に侵入するのを防ぐことができる。

【００３８】バブリングガスが湧き出す位置（調合原料
の投入位置でもある。）では、雰囲気中に上昇気流が生
じるが、原料投入経路に沿って雰囲気ガスを流すことに
より、ガラス原料が舞い上げられるのを抑えることがで
きる。溶融ガラス液面より湧き出たバブリングガスを、
雰囲気ガスが排気口へと送り出す働きをし、酸化性ガス
が容器中に淀むおそれがない。

【００３９】この方法で得られた溶融ガラスは、容器の
排出口より清澄槽へと送られ、清澄、攪拌され、均一で
光散乱源となる微粒子や泡を含まない高品質なガラスと
なる。このガラスは高品質なので光学ガラスとして好適
に用いられ、レンズ、プリズム、光ファイバーなどの光
学素子やレーザーガラス等として使用することができ
る。

【００４０】本発明において使用するガラス溶融装置
は、調合原料を投入し、加熱、溶融して溶融ガラスを得
るガラス溶融装置であって、２つの態様、すなわち
（１）ガラス原料を溶融する容器と、容器中の溶融ガラ
スに酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給口と、この酸
化性ガス供給口の上方に配置された調合原料を投入する
原料投入口を、主要構成要素として備えているもの（ガ
ラス溶融装置Ｉ）、および（２）ガラス原料を加熱、溶
融するとともに、得られた溶融ガラスを貯める容器と、
前記容器に連接して設けられた調合原料投入口と、容器
内を満たす乾燥雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給口
と、前記雰囲気ガスを排気する雰囲気ガス排気口を、主
要構成要素として備え、かつ雰囲気ガス供給口から調合
原料投入経路に沿って溶融ガラス液面へと向かい、排気
口に至る雰囲気ガスの流路が形成されるように、前記容
器の内部が区分されているもの（ガラス溶融装置II）が
ある。

【００４１】まず、ガラス溶融装置Ｉについて説明す
る。ガラス溶融装置Ｉにおいて、ガラス原料を溶融する
容器は円筒形状のものが好ましく、そして、その外部に
は、容器内に貯められた溶融ガラスと容器に投入された
調合原料を加熱するためのヒーターが取付けられている
ものが好ましい。この容器の溶融ガラスが貯められる部
分の底部には、乾燥した酸素ガスなどの酸化性ガスを供
給する酸化性ガス供給口が、１つまたは複数個設けられ
ている。そして、酸化性ガス供給口の上方には、容器に
調合原料を投入する原料投入口が設けられている。原料
投入口の数も１つに限定されるものではない。本装置の
動作時には、容器内に溶融ガラスが貯められ、前述した
酸化性ガス供給口より酸化性ガスが溶融ガラス中に供給
され、バブリングが行われる。

【００４２】そして、原料投入口から調合原料が投入さ
れ、溶融ガラスが酸化性ガスでバブリングされている位
置へと落下する。投入された調合原料の一部は加熱分解
し、還元作用を示す中間生成物を発生するが、酸化性ガ
スによるバブリングによって速やかに酸化され、容器内
壁の侵食が防止されるとともに、ガラスの溶融が促進さ
れる。

【００４３】調合原料の投入口は、投入された原料が容
器壁面に触れにくい構造とするため、容器中央の上方に
設けることが好ましく、原料投入口の位置に合わせ、酸
化性ガス供給口も容器中央部に設けることが好ましい。

【００４４】当該装置Ｉは、分離性を示す高原子価原料
を含むガラスの溶融だけではなく、適温であっても難溶
性を示すガラスの溶融、製造に好適であり、酸化性ガス
は乾燥状態の酸素ガス、または酸素ガスを含む乾燥ガス
を用いることが望ましい。酸化性ガスの温度および供給
量、その他の条件については、上述したガラスの製造方
法に関する説明と同様である。また容器は、少なくとも
溶融ガラスが触れる部分を白金製又は白金合金製にして
おくことが望ましい。

【００４５】この装置Ｉは、容器への調合原料投入量を
制御する投入機構、容器からの溶融ガラスの排出量を制
御する排出量制御機構を備えるものが望ましい。これら
の制御機構により、容器中の溶融ガラスの調合原料を投
入する位置における深さが、溶融ガラスの液面を基準に
した原料投入高さの０．５〜３倍、好ましくは１．５〜
２．５倍になるように、原料供給量や溶融ガラス排出量
を制御することができ、投入された調合原料が容器底部
に達する前に、原料を溶融することができる。それによ
って、容器の侵食を防止し、容器壁面を構成する物質が
溶融ガラスに混入し、ガラスを汚染することを防止する
ことができる。

【００４６】さらに、前述の製造方法で説明した理由か
ら、容器の底面を基準にした溶融ガラスの液面の高さ
が、容器の内径の好ましくは２〜１０倍、より好ましく
は２．５〜６倍の範囲に保たれることが望ましい。

【００４７】また、上記原料投入機構は、原料を連続し
て投入する方式のものが望ましい。原料を連続して投入
することにより、原料の投入量が時間的に均一化され
る。なお、連続式の原料投入機構の１例は、次のとおり
である。原料を乾燥状態に保てるように、乾燥雰囲気で
満たした予備室と、予備室から原料投入口へ連接する原
料供給通路を備え、予備室と供給通路内にスクリューが
設けられ、スクリューを一定の回転数で連続して回転さ
せることにより、予備室に蓄積された原料が供給通路を
通って原料投入口へ押し出され、原料が投入口より連続
して容器へと投入される。

【００４８】次に、ガラス溶融装置IIについて説明す
る。このガラス溶融装置IIにおいては、前述の製造方法
で説明したように、容器内は乾燥雰囲気ガスによって満
たされるので、雰囲気中の水分を低減することができ
る。また、雰囲気ガスを調合原料とともに、原料の投入
経路に沿って、溶融ガラス液面へと流すので、調合原料
が僅かに水分を吸着していても、雰囲気ガスと混じり合
うことで、投入される原料が吸着している水分量を減少
させることができる。雰囲気ガスは、溶融ガラス液面に
達した後、容器の外へと排気され、容器中の雰囲気は乾
燥状態に保たれる。これによって、溶融ガラスとOH基ま
たは水分との反応を抑えることができる。

【００４９】さらに、雰囲気ガスを調合原料の投入経路
に沿って流しているので、溶融ガラスから発生する水分
ガスが調合原料の供給口に達し、調合原料を凝固させて
調合原料供給口を塞いだり、調合原料が上昇気流によっ
て舞い上がり、原料供給口を塞ぐのを防ぐことができ
る。

【００５０】当該装置IIは、ホウケイ酸ガラス等を得る
装置として好適であり、その際、乾燥雰囲気ガスとし
て、乾燥した不活性ガス、乾燥した酸素ガス、または不
活性ガスと酸素ガスの乾燥した混合ガスを供給すること
が好ましい。この装置IIにおいては、前述の装置Ｉと同
様に、原料投入機構は、連続式のものが好ましいが、原
料の供給とともに、容器外部より水分が侵入するのを防
ぐため、容器内部は外部に対して陽圧になるように乾燥
雰囲気ガスの圧力を調整する機構を設けておくことが好
ましい。

【００５１】また、原料投入口から原料投入経路を囲む
ように、溶融ガラス液面付近へと延びる隔壁によって容
器内部を区分し、雰囲気ガス排気口は、この隔壁によっ
て原料投入口と隔てられた部分に設けることが望まし
い。隔壁をこのように設けることにより、容器内の雰囲
気を常時置換できるとともに、雰囲気ガスが上記所定の
流路に沿って確実に流れるようにすることができる。ま
た投入された原料が、溶融ガラス内へ確実に投入され、
原料が排気口より直接排出されてしまうのを防止するこ
とができる。

【００５２】容器は円筒形状のものが好ましく、その側
面に容器内に貯められた溶融ガラスを加熱する加熱部が
取付けられているものが好ましい。さらに、前述の製造
方法で説明した理由から、容器の底面を基準にした溶融
ガラスの液面の高さが、容器の内径の好ましくは２〜１
０倍、より好ましくは２．５〜６倍の範囲内に保たれる
ように、調合原料の投入量、溶融ガラスの排出量の少な
くとも一方を制御する制御機構を備えていることが望ま
しく、調合原料の投入量及び溶融ガラスの排出量の両方
を制御する制御機構を備えていることがより望ましい。
これらの制御機構により、容器中の溶融ガラスの調合原
料を投入する位置における深さが、溶融ガラスの液面を
基準にした原料投入高さの０．５〜３倍、好ましくは
１．５〜２．５倍になるように、原料供給量や溶融ガラ
ス排出量を制御することができ、投入された調合原料が
容器底部に達する前に、原料を溶融することができる。
それによって、容器の侵食を防止し、容器壁面を構成す
る物質が溶融ガラスに混入し、ガラスを汚染することを
防止することができる。この装置の特徴は、容器中の溶
融ガラスの体積に対する溶融ガラスが雰囲気ガスに触れ
る面積の割合を小さくできる点、および溶融ガラスの体
積に対する溶融ガラスが容器と接する面積を大きくでき
る点が挙げられる。これらの特徴により、溶融ガラスが
雰囲気に触れる面積を小さくすることができ、水分との
反応及びガラス成分の揮発量を低減することができ、溶
融ガラスの加熱を効率よく行うことができる。

【００５３】容器の底面を基準にした溶融ガラスの液面
の高さが、容器の底面の直径の２倍未満だと、上記効果
が十分得られにくく、１０倍を超えると雰囲気ガスの安
定した供給、排気を行うことが難しくなる。

【００５４】さらに、この溶融装置IIにおいては、溶融
ガラス中に乾燥した酸化性ガスを供給する酸化性ガス供
給口を設けると共に、原料投入口を酸化性ガス供給口の
上方に配置することができる。このように、前記溶融装
置Ｉの構成を備えることにより、該溶融装置Ｉの特徴も
有し、前述の製造方法で説明したように、ホウケイ酸ガ
ラスのようなホウ酸含有ガラスの製造に用いることがで
きる。なお、前記のガラス溶融装置Ｉ、IIは、必要に応
じて溶融装置に連結して、清澄槽や攪拌槽を設けること
ができる。

【００５５】

【実施例】次に、本発明を実施例により、さらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの例によって、なんら限定
されるものではない。実施例１図１は、本実施例で用いたガラス溶融装置の垂直断面模
式図である。ガラスを溶融する容器１０は、内径０．２
８ｍ、高さ０．９５ｍの白金製円筒状容器である。容器
１０の上部中央には、容器中に原料を投入する原料投入
口５が設けられ、原料投入口５に連通するように、原料
投入機構１と雰囲気ガス供給口６が設けられている。

【００５６】原料投入機構１は、予め調合された原料が
収納されている予備室１３、原料を投入口５へと供給す
る原料供給通路１４、原料供給通路１４と予備室１３に
挿通されたスクリュー２、このスクリュー２を回転する
モーター３、そして原料の供給量を制御する制御機構
（図示せず）を備えている。予備室１３に収納された調
合原料は、モーター３を駆動することによりスクリュー
２により供給通路１４へと押し出され、原料排出口４を
通って、原料投入口５から容器１０の内部へと投入され
る。原料の供給量はモーター３の回転数によって決めら
れているので、上記制御機構がモーター３の回転数を増
減させることにより、原料供給量を増減することができ
る。予備室１３にも乾燥雰囲気ガスを供給する雰囲気ガ
ス供給口６′が設けられている。前述の雰囲気ガス供給
口６とともに雰囲気ガス供給口６′からは容器１０へ乾
燥状態の雰囲気ガスが供給される。

【００５７】容器１０の中央、上部には投入口５より投
入された調合原料の投入経路を囲むように、円筒状の隔
壁９が設けられている。また、容器１０の上部、周縁部
には、雰囲気ガス供給口６、６′より供給され、原料投
入口５、容器１０の内部を通過した雰囲気ガスを排気す
るための排気口７が設けられている。排気口７には、ガ
ラス溶融時に発生するガラス蒸気などが冷えて凝固し、
排気口を閉塞しないよう、加熱装置８が設けられてい
る。なお、隔壁９は、容器１０に溶融ガラスを貯めた状
態で、雰囲気ガスの流れを妨げない長さにしなければな
らない。

【００５８】容器１０の外側面には、ガラスを溶融する
ための加熱を行うべくヒーター（図示せず）が設けられ
ており、溶融ガラスの加熱は、容器１０の側面を介して
行われる。容器１０の底部周縁部には容器内で溶融され
たガラスを排出するための排出口１２が設けられ、ここ
から排出した溶融ガラスは、清澄槽へと送られ、清澄さ
れる。

【００５９】容器１０の底部中央には酸化性ガスを供給
するためのバブリングパイプ１１が設けられており、そ
こから乾燥状態の酸素ガスが溶融ガラスへと供給され、
酸素ガスによるバブリングが行われる構造になってい
る。容器１０およびこれに連接する原料投入機構１内
は、雰囲気ガス供給口６、６′より供給される雰囲気ガ
スとバブリングパイプ１１より供給される酸化性ガス以
外は、外部から水蒸気を含んだ空気が侵入しないよう、
陽圧に保たれている。

【００６０】このようなガラス溶融装置を用いて、高屈
折、低分散ガラスの溶融、製造を行った。容器１０に
は、容器外側面に設けられたヒーターにより、１１００
〜１３００℃に加熱された溶融ガラスが貯められてい
る。バブリングパイプ１１から乾燥した酸素ガスを溶融
ガラス中に供給し、溶融ガラス中央部を酸素ガスでバブ
リングする。

【００６１】原料投入機構１の予備室１３には乾燥した
調合済みのガラス原料を入れ、雰囲気ガス供給口６、
６′より乾燥したガス（乾燥酸素ガス、乾燥不活性ガ
ス、または乾燥酸素ガスと乾燥不活性ガスの混合ガス）
を連続供給する。高屈折、低分散ガラスの原料として
は、表１に示す重量割合で、浮上性原料としてＳｉ
Ｏ₂、Ｈ₃ＢＯ₃、ＺｎＯ、ＢａＣＯ₃を用い、高原子価成
分原料（沈殿性原料）としてＬａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｙ₂
Ｏ₃を用いた。

【００６２】雰囲気ガスは、原料投入口５を通り、隔壁
９に導かれて溶融ガラス液面へと向かい、隔壁９と溶融
ガラス液面の間を通り、容器１０の内壁側面と隔壁９の
間を通り、排気口７より排気される。このようにして容
器１０内を乾燥雰囲気ガスで満たした状態で、原料投入
機構１のモーター３を一定の回転数で回転し、予備室１
３の調合原料を一定の供給量で連続して投入口５へ押し
出す。調合原料は投入口５から隔壁９で囲まれた部分を
通り、酸素ガスがバブリングされている溶融ガラス中央
の液面に落下する。この際、原料の投入経路に沿って、
雰囲気ガスを流しているので、原料が容器１０内の対流
やバブリングガスによる上昇気流によって舞い上げられ
ることがない。また、溶融ガラスから発生するガラス蒸
気が調合原料に吸着して原料投入口に付着し、原料投入
を妨げるのを防止することができる。

【００６３】溶融ガラス液面から容器１０の内壁側面と
隔壁９の間へ向かう雰囲気ガスは、溶融ガラスから発生
するガラス蒸気を含んでいるが、この蒸気が雰囲気ガス
とともに排気口７へと向かう。排気口７は加熱されてい
るので、ホウ酸等のガラス揮発物は排気口７に凝固せ
ず、雰囲気ガスの流れが妨げられることはなく、凝固し
たホウ酸等の揮発物が溶融ガラスに落下、混入すること
もないので、発泡などの問題も回避できる。

【００６４】原料供給量制御機構による原料投入量の制
御、及び溶融ガラス排出量制御機構による溶融ガラス排
出量の制御によって、溶融ガラスの深さ（容器底部中央
から計った溶融ガラス液面の高さ）が、溶融ガラス液面
を基準にした原料投入口５の高さの約３倍になるように
保たれている。したがって、原料投入口５より投入され
た原料は、容器１０の底部に到達する前に溶融され、容
器内面の白金が侵食されるおそれがない。

【００６５】さらに、上記溶融ガラス液面の高さの制御
によって、溶融ガラスの深さは、容器１０の内径の約３
倍に保たれ、雰囲気ガスの流路を妨げることなしに、溶
融ガラス体積あたりの雰囲気ガスに触れる面積を小さく
することができる。容器１０中で得られた溶融ガラスは
排出口１２より、清澄槽（図示せず）へと送られて清澄
され、残留泡や白金微粒子等の不純物を含まない高品質
の光学ガラスとなる。このようにして、表１に示す光学
恒数を有する光学ガラスを得た。

【００６６】以上のように、雰囲気ガス、バブリングガ
スを連続して供給しながら、調合原料を連続投入して、
泡や白金微粒子等の不純物を含まない高品質な光学ガラ
スを連続して生産性よく作製することができた。

【００６７】実施例２実施例１において、表１に示す重量割合で、浮上性原料
としてＳｉＯ₂、Ｈ₃ＢＯ₃、ＺｎＯを用い、かつ高原子
価成分原料としてＬａ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂を用い
た以外は、実施例１と同様な操作を行った。その結果、
雰囲気ガス、バブリングガスを連続して供給しながら、
調合原料を連続投入して、泡や白金微粒子等の不純物を
含まない高品質な光学ガラスを連続して生産性よく作製
することができた。得られた光学ガラスの光学恒数を表
１に示す。

【００６８】実施例３実施例１において、表１に示す重量割合で、浮上性原料
としてＳｉＯ₂、Ｈ₃ＢＯ₃、ＺｎＯを用い、かつ高原子
価成分原料としてＬａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ ₅、Ｚｒ
Ｏ₂、Ｔａ₂Ｏ₅を用いた以外は、実施例１と同様な操作
を行った。その結果、雰囲気ガス、バブリングガスを連
続して供給しながら、調合原料を連続投入して、泡や白
金微粒子等の不純物を含まない高品質な光学ガラスを連
続して生産性よく作製することができた。得られた光学
ガラスの光学恒数を表１に示す。

【００６９】

【表１】

【００７０】

【発明の効果】本発明のガラスの製造方法によれば、原
料の段階で分離しやすい、あるいは溶融される過程で原
料が適温であっても分離性もしくは難溶性を示すガラス
原料を用い、高品質のガラス、特に高屈折、低分散ガラ
スやホウ酸含有ガラスなどを生産性よく製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いたガラス溶融装置の垂直断面模式
図である。

【符号の説明】

１原料投入機構２スクリュー３モーター４原料排出口５原料投入口６雰囲気ガス供給口６′ 雰囲気ガス供給口７排気口８加熱装置９隔壁１０容器１１バブリングパイプ１２溶融ガラス排出口１３予備室１４原料供給通路

フロントページの続き (72)発明者工藤理恵子東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ株式会社内 (72)発明者鈴木恒司東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ株式会社内Ｆターム(参考） 4G062 AA04 BB08 CC04 DA03 DB01 DC03 DC04 DC05 DD01 DE03 DE04 DF01 EA01 EB01 EC01 ED01 EE01 EF01 EG01 EG02 EG03 FA01 FB01 FC01 FC02 FC03 FD01 FE01 FF01 FG01 FG02 FG03 FH01 FH02 FH03 FH04 FJ01 FJ02 FJ03 FJ04 FK05 FL01 GA01 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK04 KK05 KK07 KK10 MM02 NN01 NN02 NN19 NN20 NN32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融ガラスに、複数種の粉状ガラス原料
からなる調合原料を補充しながら溶融を行うガラスの製
造方法において、前記調合原料が、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、
Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂お
よびＷＯ₃の中から選ばれる少なくとも１種の酸化物を
含み、かつ該調合原料をバブリングされている溶融ガラ
スに補充することを特徴とするガラスの製造方法。
【請求項２】調合原料が珪素化合物、硼素化合物、亜
鉛化合物およびアルカリ土類金属化合物の中から選ばれ
る少なくとも１種のガラス原料を含む請求項１に記載の
方法。
【請求項３】調合原料を溶融ガラスのバブリング位置
に投入する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】調合原料を投入する位置における溶融ガ
ラスの深さが、溶融ガラスの液面を基準にした原料投入
高さの０．５〜３倍になるように調合原料の供給および
／または溶融ガラスの排出量を制御する請求項１、２ま
たは３に記載の方法。
【請求項５】酸素、二酸化炭素および空気の中から選
ばれる少なくとも１種のガスをバブリングに使用する請
求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。