JP2007297221A - ガラス成形体の製造方法および光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラス成形体の製造速度を高速化して、量産性を向上させたガラス成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】
熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得た後、（１）得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を液体中に収容するか、（２）得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を凹部を有する樋状通路で受け、前記凹部内を移動させながら冷却するか、（３）得られたガラス成形体を吸引して収容するか、（４）得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を吸引して収容することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【選択図】 図８

Description

本発明は熔融ガラスから連続的にガラス成形体を製造する方法、および該方法により得られたガラス成形体を精密プレス成形して光学素子を製造する方法に関する。

非球面レンズなどの加工に手間のかかる光学素子を高い生産性のもとに量産する方法としてガラスの精密プレス成形法が知られている。この方法は、プレス成形型の成形面を高精度に加工し、プリフォームと呼ばれるガラス素材を加熱した状態でプレス成形し、ガラス全体の形状を形成するとともに成形面をガラスに精密に転写する方法である。
上記プリフォームは光学素子に求められる光学特性を満たすガラスを用いて作製される。プリフォームの製法としては、熔融ガラスを鋳型に流し込んで成形し、得られた成形体を切断、研削、研磨する方法と、流出する熔融ガラスからプリフォーム１個分に相当する熔融ガラス塊を分離し、得られた熔融ガラス塊が冷却する過程でプリフォームに成形する方法がある。後者の方法は熔融ガラスから直接プリフォームを作製することができるという利点を有しており、このような方法は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２００３−４０６３２号公報

熔融ガラス塊から直接プリフォームを成形する方法は量産性に優れた方法であるが、近年のデジタル撮像機器や携帯電話などに搭載されるレンズをはじめとする光学素子の需要拡大に伴い、プリフォームの量産性をより向上することが求められている。

そのためには、連続的に流出する熔融ガラスから熔融ガラス塊を次々と分離するとともに、分離間隔を短縮化してスループットを増加させることが望まれる。次々と分離された熔融ガラス塊は、循環する複数の成形型により順次ガラス成形体に成形されるが、その際、複数の成形型をターンテーブルの円周上に所定間隔で配置し、このターンテーブルを一定角度の回転と停止を交互に繰り返すインデックス回転することにより、複数の成形型を同期して定められた停留位置に順次移動することが行われている。

熔融ガラスの成形型への供給、ガラス成形体の成形型からの取り出しは成形型が停留しているタイミングで行うことが望まれるが、成形型を同期して移動しているので、成形型への熔融ガラスの供給と成形型からのガラス成形体の取り出しは同時に行わなければならない。

ロボットを使ってターンテーブル上の成形型からガラス成形体を取り出す場合、ロボットのマニピュレータは、次の成形型が取り出し位置に搬送されるまでの間に、以下の操作、すなわち、（１）停留中の成形型上にあるガラス成形体にアクセスし、（２）成形体を保持し、（３）成形型が動き出す前に成形体を取り出し、（４）成形体を次工程へ移送し、（５）成形体保持を解除し、（６）次の取り出しのために最初の位置に戻る、という操作を終了させなければならない。

ところが、スループットを増加させるために熔融ガラス塊の分離間隔をより短縮化すると、熔融ガラス塊の分離間隔に比べ、成形体取り出しのための上記（１）〜（６）の操作時間が相対的に長くなることから、ロボットの操作が次の成形体の取り出しに間に合わなくなってしまう。このようにガラス成形体の取り出し工程が律速となって、成形体の製造工程全体の高速化を制限してしまうという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ガラス成形体の製造速度を高速化して、量産性を向上させたガラス成形体の製造方法および該方法により得られたガラス成形体から光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明者が鋭意検討したところ、ガラス成形体の製造工程において、得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばした後、吹き飛ばした成形体に特定の処理を施すか、または得られたガラス成形体を吸引して収容することにより、ガラス成形体の取り出しに要する時間を短縮できることを見出し、この知見に基づいて、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１）熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を液体中に収容することを特徴とするガラス成形体の製造方法（以下、本発明の第１のガラス成形体の製造方法という）、
（２）熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を凹部を有する樋状通路で受け、前記凹部内を移動させながら冷却することを特徴とするガラス成形体の製造方法（以下、本発明の第２のガラス成形体の製造方法という）、
（３）樋状通路の凹部内を移動させながら冷却した前記ガラス成形体を液体中に収容する上記（２）に記載のガラス成形体の製造方法、
（４）熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
得られたガラス成形体を吸引して収容することを特徴とするガラス成形体の製造方法（以下、本発明の第３のガラス成形体の製造方法という）、
（５）熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を吸引して収容することを特徴とするガラス成形体の製造方法（以下、本発明の第４のガラス成形体の製造方法という）、および
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の方法により製造したガラス成形体を精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法
を提供するものである。

本発明によれば、ガラス成形体の製造速度を高速化して、量産性を向上させたガラス成形体の製造方法および該方法により得られたガラス成形体から光学素子を製造する方法を提供することができる。

本発明の第１〜第４のガラス成形体の製造方法は、熔融ガラス塊をガラス成形体に成形した後の工程が相違するが、熔融ガラス塊をガラス成形体に成形する工程までは共通している。このため、先ず、本発明の第１〜第４のガラス成形体の製造方法に共通する事項について説明する。

本発明の第１〜第４のガラス成形体の製造方法は、熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得るものである。

先ず、目的とするガラス組成が得られるように調合したガラス原料を熔融容器に導入して加熱、熔融し、清澄、均質化して熔融ガラスを得る。そして、熔融容器に取り付けられたパイプからガラスが失透しない温度で一定の流量で熔融ガラスを導きパイプ流出口から連続して流出する。質量が一定のガラス成形体が得られるように、パイプを構成する白金あるいは白金合金に電流を流してジュール熱を発生させて加熱したり、パイプを高周波誘導加熱法により加熱したり、パイプの外表面を加熱し、その温度を制御するなどして、単位時間あたりの熔融ガラス流出量を一定に維持することが好ましい。

パイプ下方には、同期して移動する複数の成形型を配置した装置を設置する。このような装置の代表例としては、ターンテーブルを挙げることができ、以下、ターンテーブルの使用を前提にして説明するものとする。

図１に示すように、各成形型２は、ターンテーブル１の回転軸を中心とする円周上に等間隔に配置し、ターンテーブル１をインデックス回転することにより、各成形型２を同期して対応する停留位置に順次移送する。図１に示すターンテーブル１においては、計２４個の成形型２を配置し、これを循環して使用している。

上記停留位置のうちの一つをキャスト位置に割り振り、キャスト位置に停留する成形型２の上方にパイプ流出口が位置するようにする。

成形型２へ熔融ガラス塊を供給する方法の一例として、パイプ流出口の下方に位置する成形型２を上昇させてパイプ流出口に近づけ、該流出口から流出する熔融ガラスの下端を支持し、次いで上記成形型を急降下して熔融ガラスを分離することにより、熔融ガラス塊を成形型に供給する方法を挙げることができる。この方法は成形型が停留中に行うことが好ましい。この方法によれば、パイプ流出口から自然滴下する熔融ガラス塊よりも大きな質量（例えば、３００〜１５００mg程度）を有し、サイズも比較的大きな熔融ガラス塊を得ることができる。ガラス成形体の質量精度を高めるには、ガラス成形体３の量産開始前に、成形型２を上昇したときの、パイプ流出口と各成形型２との距離がそれぞれ等しくなるように調整することが好ましい。上記の例では成形型２自体を受け部材として使用したが、別途設けた受け部材を使用して熔融ガラス塊を分離した後、これを成形型に供給することもできる。

また、パイプ流出口から成形型２へ熔融ガラスを自然滴下して熔融ガラス塊を得る方法を挙げることもでき、この方法で得た熔融ガラス塊を成形して得られるガラス成形体３は、成形型２から吹き飛ばす（または吸引する）のに適した大きさ（例えば、５０〜５００ｍｇ程度）となる。自然滴下した熔融ガラス塊の重量はパイプ流出口の径に比例するので、得られる成形体の重量に合わせて流出口径を選択する。自然滴下する熔融ガラス塊は直接成形型に滴下しても良いし、一旦、受け部材等に接触させてから成形型２に供給しても
よい。また熔融ガラス流から切断分離する前に、受け部材でガラス流を一時的に支持した後、滴下してもよい。

このように、ターンテーブル１のキャスト位置で成形型２に熔融ガラス塊を供給するが、熔融ガラス塊が供給された成形型２はターンテーブルの回転によってキャスト位置から搬出され、空の状態の成形型２がキャスト位置に搬入される。熔融ガラス塊を載せた成形型２は移動、停留を繰り返しながら、熔融ガラス塊をガラス成形体３に成形する。

熔融ガラス塊からガラス成形体３を得る方法としては、例えば、以下の第１〜第３の成形法を挙げることができる。

第１の成形法は、成形型からガスを噴出してガラス塊に上向きの風圧を加え、成形型上でガラス塊を浮上させながら成形する方法であり、この方法では、得られるガラス成形体の表面は自由表面になる。

第２の成形法も、成形型凹部からガスを噴出してガラス塊に上向きの風圧を加えるが、この方法では、成形型２の凹部の形状を略逆円錐状（成形型の凹部の水平断面が円形であって、下から上に向かって（ガスの噴出方向に向かって）上記円の直径が増加する形状を意味し、図２（ａ）に示すように、下から上に向かって（ガスの噴出方向に向かって）上記円の直径の増加率が増加する略ラッパ形状であることが好ましい。）とする。上記ガスの噴出口は上記略逆円錐状の凹部の底部に設ける。この方法では、ガラス塊が凹部下方に向かって下降すると上向きの強い風圧を受けて上昇し、ガラス塊が上昇すると上記風圧が減少するので下降するというように凹部内で上下動を繰り返す。この上下動によってガラス塊はランダムに回転し、球状のガラス成形体３に成形される。

この逆円錐状の凹部の開き角θは４５〜１５°程度が好ましく、この角度範囲内であれば、凹部形状は、図２（ｂ）に示すように、下から上に向かって（ガスの噴出方向に向かって）上記円の直径の増加率が減少する形状であってもよい。また、図２（ｃ）に示すように、凹部形状は、ガス噴出口近傍に丸みを有するものであってもよい。一方、ガラス成形体３に風圧を加えて吹き飛ばしやすくするため、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、逆円錐状凹部の上端にはアールを付け、該アール部表面を鏡面研磨することが好ましい。凹部上端部にエッジが有ると、エッジに球状のガラス成形体がぶつかりキズが発生しやすくなるためである。またガラス成形体３の取り出し方向を安定させるために、逆円錐状凹部の上端に案内溝を形成してもよい。成形型２内に供給するガス流量は、熔融ガラス塊が略浮上状態で高速回転する流量を選択し、成形が終了した段階からは、ガラスの冷却を促進し浮上状態を維持できるだけのガス流量を選択すればよい。

第３の成形法は、成形型上の熔融ガラス塊を該成形型に対向する対向型でプレス成形する方法である。

上記第１〜第３の成形法等によって成形した後、取り出しの際の力によって変形しない程度にまで冷却した段階で成形型から目的とするガラス成形体を取り出すことが好ましい。

次に、各ガラス成形体の製造方法について説明する。
第１のガラス成形体の製造方法は、得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を液体中に収容することを特徴とするものである。
以下、第１のガラス成形体の製造方法を図面に基づいて説明する。

図３は、第２の成形法を用い、熔融ガラス塊から作製したガラス成形体３を示している
。取り出し前の球状のガラス成形体３は、成形型２の底部から噴射される気流で浮遊状態にある。よって、図４に示すように、ガス噴射装置４から噴射した気流を球状のガラス成形体３の下側にもぐり込ませれば、ガラス成形体３を成形型２から吹き飛ばすことができる。この時、ガス噴射装置４から噴射する気流の方向と強さを微調節することで、意図した方向と距離に球状のガラス成形体３を着地させることができる。

また図５に示すように、成形型２の上方において、ガス噴射装置４から流速の大きな気流を流すと、球状のガラス成形体３の上部が負圧になって球状のガラス成形体３が上方向に飛び出すことになり、飛び出した球状のガラス成形体３を、ガス噴射装置４から噴射される気流の方向に吹き飛ばすことができる。

ガス噴射装置４は、吸引ノズル５と組み合わせて使用しても良い。例えば図６に示すように、成形型２の上に設置された吸引ノズル５の内部に負圧を発生させることにより、球状のガラス成形体３を吸引して上昇させ、タイミングを合わせて横方向からガス噴射装置４による風圧を加えて球状のガラス成形体３を取り出しても良い。また図７に示すように、成形型２の凹部内から噴き出す気流の流速を増加させて球状のガラス成形体３を上昇させ、横方向からガス噴射装置４による風圧を加えれば球状のガラス成形体３を取り出すことができる。

このように、得られたガラス成形体を成形型から吹き飛ばすことにより、熔融ガラス塊の分離間隔をより短縮化し、スループットを向上した場合であっても、ガラス成形体の取り出し工程が律速となることなく、成形体の製造工程全体の高速化を実現することが可能になる。また、成形体を非接触の手段で吹き飛ばすため、クリーンなガスを用いて成形体を吹き飛ばせば、成形体の取り出し時に作業環境中の塵等がガラス表面に融着することも防止することができる。

図８に示すように、風圧を加えて吹き飛ばしたガラス成形体３は、液体６中に収容される。ガラス成形体３を収容する液体６としては、純水、エタノール、エーテル等の低沸点液体や、液体窒素等の液化ガス等が使用できる。

ガラス成形体を液体中に投下することにより、衝撃を与えずにガラス成形体を収容することができ、また、ガラス成形体の冷却を促進することができ、さらに、回収容器と接触することによるガラス成形体への汚れの発生を防止することができる。

球状のガラス成形体を作製する場合、熔融ガラス塊を液体中に直接投下して、ガラスの表面張力により球状化させつつ、冷却する方法も考えられる。しかし、この方法では、真球度の高いガラス成形体を得ようとした場合には、小容量のガラス成形体しか得ることができず、また、熔融ガラスの粘性が低すぎると、液体への落下時の衝撃で熔融ガラス塊が変形して、得られるガラス成形体の真球度が悪くなることがある。さらに、熔融ガラス塊の容積、入液時のガラスの温度、液体の種類、液体の温度によっては、入液時のヒートショックでガラス塊が割れることがある。

本発明の第１のガラス成形体の製造方法によれば、熔融ガラス塊を成形型上で成形してから取り出すため、表面張力のみでは球状化できない１００ｍｇ以上の球状のガラス成形体を得ることも可能になる。また、成形型により球状化されたガラス成形体は、成形型上で少なくとも軟化温度以下まで冷却してから取り出すことにより、液体への落下の衝撃によって、ガラス成形体の真球度が低下することを防止することができる。さらに、充分な冷却を行い、取り出し時のガラスの温度を低くすれば、入液時のヒートショックでガラス成形体が割れる心配も無い。但し、極限まで成形効率を上げた場合（熔融ガラス塊の分離間隔を最も短くした場合）は、ガラス成形体の温度を下げることが難しくなる。そのよう
な場合は、ガラス成形体を投下する液体として、アルコール等の低沸点の液体や沸点近傍まで加熱した液体、又は沸騰している液体を使用することが望ましい。このような液体を用いた場合、ガラスの熱でガラス成形体周囲の液体が沸騰し、入液とほぼ同時にガラス成形体が気相で包まれるためヒートショックを緩和することができる。但し、入液時のガラス成形体の温度を十分低くすることができれば、取り扱いが容易な純水やエタノールでもヒートショックによる割れを防止することができる。また、液体やガラス成形体周囲の気相がクッションになるため、図８に示すようにガラス成形体同士が接触し、または衝突する場合であってもガラス成形体にキズが入る可能性は低くなる。

次に、第２のガラス成形体の製造方法について説明する。
第２のガラス成形体の製造方法は、得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を凹部を有する樋状通路で受け、前記凹部内を移動させながら冷却することを特徴とするものである。

第２のガラス成形体の製造方法において、ガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばす方法は、上記第１のガラス成形体の製造方法の説明で述べた内容と同様である。

ガラス成形体の成形効率を極限まで上げた場合（熔融ガラス塊の分離間隔を最も短くした場合）は、ガラスの冷却時間が短縮されるため取り出し時のガラス成形体の温度が上がり気味になり、環境中の塵がガラス成形体表面に焼き付きやすくなる。またガラス成形体の温度が高いと、ヒートショックによる割れの問題が発生しやすくなる。さらに、風圧を加えて吹き飛ばしたガラス成形体は高速で飛ぶため、そのまま回収すると、回収容器や先に取り出したガラス成形体に衝突してガラス成形体表面にキズが入る場合がある。

上記課題を解決するため、本発明の第２のガラス成形体の製造方法においては、図９に示すように、風圧により吹き飛ばしたガラス成形体３を凹部７を有する樋状通路８で受け、前記凹部内を移動させながらガラス成形体３を冷却する。

樋状通路８は、ガラス成形体３の着地面積を大きく取れる幅広なものが好ましい。また、例えば、図９に示すように、水平面に対して傾斜角を有するように樋状通路８を配置することにより、樋状通路８の長手方向に球状のガラス成形体３を転がすことができ、ガラス成形体３を着地点から意図した方向に移動させることができる。ガラス成形体３の移動速度は、樋状通路８の傾斜角によって調節可能であり、移動速度を充分に減速させ、球状のガラス成形体３の冷却時間を充分に確保してその温度を低下させることが望ましい。その結果、ガラス成形体の取り出し時間を短縮しつつ、上述したガラス成形体への塵の焼き付きや、衝突およびヒートショックによるガラス成形体の割れを防止することができる。

樋状通路の凹部７は、樋状通路の長手方向から見たときの断面形状がＵ字状やＶ字状であることが好ましい。また、樋状通路は、必要に応じて天井部を有していてもよく、この場合は、樋状通路と天井部により、管状の通路が設けられることになる。

凹部を有する樋状通路が上記形状を有することにより、ガラス成形体の着地位置が多少不正確であっても、ガラス成形体の移動方向と移動速度を安定させることができる。また通路は直線的である必要はなく、カーブや螺旋状等とすることにより、移動距離が長くなるとともに移動速度を効果的に減速して、ガラスの冷却を更に促進することが可能になる。

ガラス成形体３が樋状通路の凹部７を移動する際、凹部表面に付着した塵によって球状のガラス成形体３に焼き付きが起こる可能性がある。そこで、樋状通路の凹部７表面にはクリーンなガスを吹き付けたり、樋状通路の凹部７表面からガスを噴出させ、ガスクッシ
ョンを形成しておくことが好ましい。また、樋状通路の凹部７の表面は、耐熱性樹脂やグラファイト等の軟質素材で作製して、ガラス成形体３における焼き付きや破損を防止することが好ましい。

ガラス成形体３は、樋状通路８を移動した後、容器９等に収容される。この場合、ガラス成形体における破損や焼き付きを防止する観点から、容器９表面も軟質素材で形成されていることが好ましく、容器９表面からガスを噴出させ、エアクッションを形成しておくことが好ましい。

また、成形型に流すガラス成形体の浮上ガス流量を増やしてガラスの温度を充分に下げるか、予め容器を加温して、容器との接触時にヒートショックによるガラスがひび割れを防止することが好ましい。但し、得られるガラス成形体が２０mg以下の球状のガラス成形体である場合には、冷却速度が速くヒートショックにも強いので、ガラスがひび割れることはほとんどない。

図１０に示すように、樋状通路８の凹部７内を移動させながら冷却したガラス成形体は、容器９内の液体６中に収容することが好ましい。

ガラス成形体を液体中に投下することにより、衝撃を与えずにガラス成形体を収容することができ、また、ガラス成形体の冷却を促進することができ、さらに、回収容器と接触することによるガラス成形体への汚れの発生を防止することができる。

上述したように、樋状通路８を通さずにガラス成形体３を液体６中に投入する方法では、成形効率を極限まで上げると（熔融ガラス塊の分離間隔を最も短くすると）、成形型２上での冷却時間を充分にとることができなくなり、液体６投入時にヒートショックによってガラス成形体３に割れが生じる場合がある。

しかしながら、本発明の第２のガラス成形体の製造方法においては、成形型から取り出したガラス成形体３を樋状通路８の凹部内を移動させながら冷却するため、樋状通路８との接触によってガラス成形体３の温度が低下し、また樋状通路８を移動させる時間だけガラス成形体３の冷却時間を延長することが可能になる。このため、液体６を特定のものにする等の特別な対応を行うことなく、ガラス成形体３を収容することが可能になる。
液体６としては、純水、エタノール、エーテル等の低沸点液体や、液体窒素等の液化ガス等が使用できる。

次に、第３のガラス成形体の製造方法について説明する。
第３のガラス成形体の製造方法は、得られたガラス成形体を吸引して収容することを特徴とするものである。

図１１に示すように、ガラス成形体３を内部に吸引し得る吸引装置１０は、吸引パイプ１３を有しており、このパイプの一端に設けられた吸引口１１を成形型２の上部に設け、吸引パイプ１３の内部に負圧を発生させることにより成形型２上のガラス成形体３を吸引し、吸引パイプ１３の他端から吸引したガラス成形体３を排出する。ガラス成形体３の排出端下方に容器９等を設置しておけば、ガラス成形体３を容易に収容することができる。

図１１に示す例においては、容器９の上方に設けられた開口部に真空発生器等の減圧装置を接続して、容器９および容器９に接続している吸引パイプ１３の内部に負圧を発生させることにより、成形型２上の球状のガラス成形体３を吸引することができ、吸引パイプ１３を通じて容器９内へガラス成形体３を順次排出することにより、これを収容することができる。この場合、容器９の容積などを勘案して、吸引パイプ１３の内径と容器９に減
圧装置を接続するパイプの内径との比を調整したり、吸引パイプ１３の容器９への取付位置と減圧装置の容器９への取付位置との距離を調整したり、容器９と上記減圧装置との間に網状のシート等を設けるなどして、容器９内に収容されたガラス成形体３が減圧装置側に移動することを防止することが好ましい。

上記方法は、高速動作させるような機械装置を用いないので、熔融ガラス塊の分離間隔が短い場合であっても、成形型２が取り出し位置に移動すると同時にガラス成形体３を取り出すことが可能になる。

ガラス成形体の吸引に際し、収容する容器や、容器内の先に収容されたガラス成形体への衝突により、ガラス成形体にキズが入ることがある。よって、容器には耐熱性樹脂やグラファイト等のガラスより軟かい素材を使用したり、容器のガラス成形体と接する表面からガスを噴出させ、ガスクッションを形成しておくことが好ましい。また、容器の着地位置にガラス成形体が溜まらないように、ガラス成形体の着地位置と着地後の収容位置を分けることが望ましい。例えば、着地位置と収容位置の間に緩いスロープを形成しておけば、着地位置から収容位置に球状のガラス成形体を転がして移動させることができる。

一方、取り出し時のガラス成形体の温度が高い場合、容器との接触時にヒートショックでガラスがひび割れることがある。よって成形型に流すガラス成形体の浮上ガス流量を増やしてガラスの温度を充分に下げるか、予め容器を加温することが好ましい。但し、得られるガラス成形体が２０mg以下の球状のガラス成形体である場合には、冷却速度が速くヒートショックにも強いので、ガラスがひび割れることはほとんどない。

吸引したガラス成形体は液体中に収容してもよく、この場合は、予め液体を満たした容器内に、吸引したガラス成形体を収容すればよい。ガラス成形体を収容するために用いられる液体としては、純水、エタノール、エーテル等の低沸点液体や、液体窒素等の液化ガス等が使用できる。

吸引したガラス成形体を液体中に投下することにより、衝撃を与えずにガラス成形体を収容することができ、また、ガラス成形体の冷却を促進することができ、さらに、容器と接触することによるガラス成形体への汚れの発生を防止することができる。

次に、第４のガラス成形体の製造方法について説明する。
第４のガラス成形体の製造方法は、得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばしたガラス成形体を吸引して収容することを特徴とするものである。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、第４のガラス成形体の製造方法においては、パイプ流出口１２から熔融ガラスを滴下して成形型２に熔融ガラス塊を供給し、成形型２上で風圧を加えて熔融ガラス塊を浮上させながら成形することが望ましい。熔融ガラスを滴下して得られるような小型のガラス塊を成形したガラス成形体３は、風圧を加えることにより容易に成形型２から吹き飛ばすことができるため、ガラス成形体に触れることなく短時間での取り出しが可能になる。そして吹き飛ばしたガラス成形体３を吸引して収容すれば、ガラス成形体を傷つけることなく効率よく回収することができる。

図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように、吹き飛ばしに使用するガスは、ガス噴射装置４から噴射することが好ましく、成形型２凹部の内壁に沿って噴射し、凹部内のガラス成形体２を、前記ガスを噴射した内壁と対向する内壁に沿って吹き飛ばすことが好ましい。ガラス成形体３が吹き飛ばされる位置には予め、吸引口１１を有する吸引装置１０を配置しておくことが好ましく、吸引装置１０の内部に負圧を発生させ、吹き飛ばしたガラス成形体３を吸引口１１近傍の負圧によって吸引口１１内へ吸引し、吸引口１１に連結する管内を
通り容器９に収容することが好ましい。ガラス成形体３を傷つけないようにするため、前記管や容器９は、柔軟な材質で作ることが望ましい。

第１、第２、第４のガラス成形体の製造方法において、ガラス成形体の吹き飛ばしに使用するガスとしては、窒素ガスや空気等を用いることができるが、乾燥した清澄なガスとすることが好ましく、また、吹き飛ばす際のガス流量は、ガラス成形体の質量等を考慮して適宜決定することができるが、１０〜５０Ｌ／分（リットル／分）程度であることが好ましい。

第１〜第４のガラス成形体の製造方法において、ガス噴射装置４または吸引装置１０はそれぞれ１台のみ使用してもよいし、複数台使用してもよい。複数台使用することにより、ガラス成形体の取り出し時間をより短縮化することができる。

本発明の第１〜第４のガラス成形体の製造方法により得られるガラス成形体としては、加熱してプレス成形するためのガラス素材であるプレス成形用プリフォームを挙げることができる。

次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子の製造方法は、上記本発明の第１〜第４のガラス成形体の製造方法により製造したガラス成形体を精密プレス成形することを特徴とする。

使用するガラス成形体の形状は目的とする光学素子の形状に基づき定めることが望ましい。例えば、レンズのような回転対称性を有する光学素子を成形する場合は、プリフォームとして使用するガラス成形体の形状も球や回転対称性を有する形状にすることが望ましい。

上述のようにして得たガラス成形体を精密プレス成形して光学素子を製造するが、精密プレス成形法、精密プレス成形で使用するプレス成形型、装置は公知のものを用いることができる。そして、成形条件などの製造条件についてはガラスの種類、光学素子の形状、サイズなどを考慮して適宜、調整すればよい。

得られる光学素子としては、光学器械を構成するガラス部品、例えばレンズ、ミラー、グレーティング、プリズム、マイクロレンズ、積層型回折光学素子等の光学素子を挙げることができ、好ましくはレンズを挙げることができる。

実施例１（第１のガラス成形体の製造方法によるガラス成形体の製造例）
冷却固化後に屈折率（nd）：１．８０６ 、アッベ数（νd）：４０．７ のホウ酸ランタン系光学ガラスとなるガラス塊を、１０００℃に加熱した白金ルツボに投入して熔解した後、１３００℃で清澄、撹拌して、１０５０℃の均一なガラス融液を得た。

次に、上記白金ルツボ底部に連結され１０００℃に温度制御された白金製流出パイプの先端に、図１３に示す、外径１．０mmでノズル先端外周に窒素ガスを流せる構造の白金合金製ノズルを装着した。次に、流出ノズル部分を９９０℃に加熱して熔融ガラスを流出し、ノズル先端に流す窒素ガス流量を調整することで、２８mgの熔融ガラスを０．５秒間隔で滴下し、熔融ガラス塊を得た。

一方、図１に示すように、円形のターンテーブル１の円周近傍に計２４個の成形型２を均等に配置した。 図２（ａ）に示すように、成形型２には略ラッパ状の逆円錐状凹部（θ＝３５°）が形成されており、この凹部中央の底部に設けられた穴から１．２Ｌ／分の
窒素ガスを噴出した。この成形型２を上記流出ノズルの直下に移動させてラッパ状の凹部に熔融ガラス塊を滴下挿入した後、直ちにターンテーブル１をインデックス回転して、０．５秒間隔で成形型２に熔融ガラス塊を次々に挿入した。成形型２内の熔融ガラス塊は、噴出ガスにより略浮上状態を保ちながら高速回転して、球状のガラス成形体３に成形された。ガラス成形体３を風冷するため、球状化がほぼ終了した段階から成形型２の上部より１０Ｌ／分の窒素ガスを吹き付けた。また、同時に、成形型２の凹部底部から流す窒素ガスの流量も３．０Ｌ／分まで増やし、球状のガラス成形体３の冷却を促進した。

図１に示すように、熔融ガラス塊の挿入位置（キャスト位置）からインデックス回転を２１回行った位置をガラス成形体の取り出し位置とした。一方、図８に示すように、
ガラス成形体３が吹き飛ばされる位置には、液体６を満たした容器９を配置した。

ターンテーブル上のガラス成形体の取り出し位置では、図８に示すように、成形型２が到着するやいなや、ガラス成形型２の斜め上に設けたガス噴射装置４から流量１５Ｌ／分の圧縮気流を略ラッパ状の凹部に向けて連続的に吹きかけて、球状のガラス成形体３を吹き飛ばした。吹き飛ばされたガラス成形体３は、液体６を満たした容器９内に落下して、収容された。

上記のようにして、０．５秒間隔でガラス成形体の取り出しを行い、１０時間の連続運転を行うことにより、２８mgの球状のガラス成形体を約７００００個作製した。連続運転終了後、液体から球状のガラス成形体を引き上げて乾燥し、品質を検査した。容器９中の液体６を、エタノール、ハイドロフルオロエーテル、５０℃に加熱した純水および液体窒素に変更してそれぞれガラス成形体３を得たが、品質上、何ら問題ない球状のものが得られた。

本実施例で得られたガラス成形体３のように、３０mg以下のガラス成形体は熱容量が小さいため、成形型２内での冷却速度が飛躍的に大きくなる。よって成形型２内での充分な風冷により、取り出し時のガラス成形体の温度は確実に６０℃以下まで低下することができたため、以下に示す実施例２のように樋状通路を転がす等の冷却促進手段も必要なかった。

実施例２（第２のガラス成形体の製造方法によるガラス成形体の製造例）
実施例１の白金合金製ノズルを取り外し、代わりに外径φ３．７mmの白金合金製ノズルを、白金ルツボ底部に連結され１０００℃に温度制御された白金製流出パイプの先端に装着して、３００mgの熔融ガラス塊を０．５秒間隔で滴下した。

上記熔融ガラス塊を、実施例１と同様な方法で次々に成形型で球状化した。図１０に示すように、ガラス成形体３が吹き飛ばされる位置には、断面がＶ字状の凹部７を有する樋状通路８を予め傾斜して配置した。樋状通路８の凹部表面は耐熱性樹脂で形成されており、上記ガラス成形体の吹き飛ばしに使用する圧縮気流が常に通路上に吹きかかる状態とした。また、図１０に示されるように、樋状通路８におけるガラス成形体の出口下方には、エタノールを満たした容器９を配置した。容器９の底部は冷却器等で冷却し、液温が上がらないように管理した。

ガラス成形体の取り出し位置では、図１０に示すように、成形型２が到着するやいなや、ガラス成形型２の斜め上に設けたガス噴射装置４から流量１５Ｌ／分の圧縮気流を略ラッパ状の凹部に向けて連続的に吹きかけて、球状のガラス成形体３を吹き飛ばした。
吹き飛ばされたガラス成形体３は、樋状通路８に着地し、傾斜のある通路内をゆっくりと転がった後、エタノールを満たした容器９内に落下して、収容された。

上記のようにして、０．５秒間隔でガラス成形体の取り出しを行い、１０時間の連続運転を行うことにより、３００mgの球状のガラス成形体を約７００００個作製した。連続運転終了後、エタノールから球状のガラス成形体を引き上げて乾燥し、品質を検査した。その結果、割れたガラス成形体は一つも無く、表面キズや異物付着といった欠陥も観察されなかった。

また、容器９中の液体を、液体窒素または低沸点のハイドロフルオロエーテル（沸点７６℃）に変更した以外は、上記と同様の方法でガラス成形体を作製したところ、エタノールと同様に何ら問題なく球状のガラス成形体の作製が可能であった。但し、液体窒素を用いる場合は、引き上げ後にガラス成形体の表面に結露が生じるので、球状のガラス成形体をエタノールで濯いでから乾燥した。

さらに、容器９中の液体を室温の純水に変更した以外は、上記と同様の方法でガラス成形体を作製したところ、入液時のヒートショックでガラス成形体が１２％程度割れることがあった。しかしながら、純水を８０℃以上に加熱することで、割れは防止できた。なお熱水中でのガラスの表面変質を避けるため、３０分おきにガラス成形体を取り出して乾燥した。その結果、品質上、何ら問題ない球状のガラス成形体が得られた。

実施例３（第３のガラス成形体の製造方法によるガラス成形体の製造例）
実施例１と同様な方法で、白金合金製ノズルから２８ｍｇの熔融ガラスを０．５秒間隔で滴下して熔融ガラス塊を得、実施例１と同様にして成形型上で連続的に成形を行った。

得られたガラス成形体は、図１１に概略的に示される吸引装置１０を用いて取り出した。すなわち、先ず、図１に示すターンテーブルの取り出し位置の１ｍｍ上方に図１１に示す吸引パイプ１３の吸引口１１を配置するとともに、吸引パイプ１３の他端を容器９の上方に配置した。この吸引パイプ１３と容器９の内部表面は、軟質で耐熱性があるテフロン（登録商標）で加工するとともに、球状のガラス成形体がパイプ内部をスムーズに移動できるように、吸引パイプ１３には、８０ｍｍアールの円弧状の屈曲部を２箇所設けた。

図１１に示すように、容器９の上方に設けた開口部に真空発生器を接続し、容器９および容器９に接続する吸引パイプ１３の内部雰囲気を常に排気して負圧を発生させた。該負圧により、成形型２上の球状のガラス成形体３を吸引し、吸引装置１０のパイプ他端から容器９内へ、ガラス成形体３を順次排出した。なお、上記負圧は、ガラス成形体３を確実に吸引し、かつ、容器９内に収容されたガラス成形体３が真空発生器側に移動することがない範囲に調整し、設定した。負圧を上記のように制御する装置を別途設けてもよい。

上記方法で、ガラス成形体２０００個毎に容器９を交換しながらガラス成形体を容器９内に連続的に収容した。収容したガラス成形体は、汚れやキズも無く良好な品質を有していた。

また、吸引装置１０の吸引口１１をテーパー穴状（先端に向かって内径が拡大する形状）に加工し、成形型上面から１ｍｍの位置まで吸引口を接近させた以外は、上記と同様の方法でガラス成形体を作製して容器９内に収容したところ、収容したガラス成形体は、汚れやキズも無く良好な品質を有していた。

さらに、図１１に示す容器９の底部を図の右側から左側に向かって傾斜させ（傾斜角２°）、容器９内に排出された球状のガラス成形体を順次容器９の左端へ転がすことにより回収効率を上げた以外は、上記と同様の方法でガラス成形体を作製して容器９内に収容したところ、収容したガラス成形体は、汚れやキズも無く良好な品質を有していた。

一方、容器９内にエタノールを満たした以外は上記と同様の方法でガラス成形体を作製して容器９内に収容したところ、収容したガラス成形体は、汚れやキズも無く良好な品質を有していた。なお、容器９の開口部に接続する真空発生器には、容器９内で発生するエタノール蒸気も吸引されるが、吸引されたエタノール蒸気は冷却管を通して液化し、エタノールとして回収した。

実施例４ （第４のガラス成形体の製造方法によるガラス成形体の製造例）
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ターンテーブル１の回転軸を中心とする円周上に、１２台の成形型２を等間隔に配置し、各成形型２を同期して対応する停留位置に順次移送し得るように、ターンテーブル１のインデックス回転角度を調整した。上記停留位置のうちの一つをキャスト位置に割り振り、キャスト位置に停留する成形型２の上方にパイプ流出口１２を設置した。

ターンテーブル１をインデックス回転し、所定のキャスト位置に停留する成形型２にパイプ流出口１２から熔融ガラス塊を滴下し、成形型２の下方から噴射するガスにより熔融ガラス塊を浮上、回転させながら球状に成形した。

次いで、ターンテーブル１をインデックス回転して熔融ガラス塊を供給した成形型２をキャスト位置から搬出し、空の状態の成形型１をキャスト位置に搬入した。各熔融ガラス塊の分離間隔を１．０秒とし、ターンテーブル１をインデックス回転することによって、このような操作を一定の周期で行った。

上記ガラス成形体３を冷却し、取り出しのための外力を加えても変形しない状態になった後、図１２（ａ）に示す所定の取出し位置において、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すガス噴射装置４から３０Ｌ／分の乾燥窒素ガスを成形型２凹部の内壁に沿って噴射し、凹部内の球形のガラス成形体３を、前記ガスを噴射した内壁と対向する内壁に沿って吹き飛ばした。ガラス成形体３が吹き飛ばされる位置には予め、吸引口１１を有する吸引装置１０を配置しておき、吸引装置１０の内部に負圧を発生させ、吹き飛ばしたガラス成形体３を吸引口１１近傍の負圧によって吸引口１１内へ吸引して、吸引口１１に連結する管内を通り容器９に移送した。このようにして次々と取り出し位置に来たガラス成形体３をガス噴射装置４で吹き飛ばし、吸引装置１０で吸引して容器９へと移送した。なお、ガラス成形体３を傷つけないようにするため、上記吸引装置１０内の管はテフロン（登録商標）製、容器９は、ステンレススチール製のものを用いた。

本実施例における熔融ガラス塊の分離間隔は、上述したように１．０秒という極めて短い時間でありながら、各成形型２からガラス成形体３を傷つけることなしに確実に取り出すことができた。

実施例５ （光学素子の製造例）
実施例４と同様の方法でガラス成形体３を作製し、このガラス成形体３を精密プレス成形用プリフォームとして用いて、光学素子を製造した。

まず、所望の光学特性が得られるようなガラス成分を含む原料を秤量、調合し十分混合して熔融容器に導入し、加熱、熔融し、清澄、均質化して得た熔融ガラスをパイプで導き、図１２に示すパイプ流出口１２から連続して流出して、実施例３と同様の方法で光学ガラスからなるプリフォームに成形した。

次に各プリフォームを洗浄、乾燥後、炭素膜を全表面にコートし、窒素と水素の混合ガス雰囲気中で加熱し、プレス成形型で精密プレス成形して非球面レンズを作製した。このようにして非球面レンズ、球面レンズ、マイクロレンズアレイなどの各種光学素子を量産
した。

本発明によれば、ガラス成形体の製造速度を高速化して、量産性を向上させたガラス成形体の製造方法および該方法により得られたガラス成形体から光学素子を製造する方法を提供することができる。

本発明で用いるガラス成形体の製造装置の１例を示す図である。 本発明で用いる成形型の１例を示す図である。 ガラス成形体の作製方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の取り出し方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の取り出し方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の取り出し方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の取り出し方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の取り出しおよび収容方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の取り出しおよび収容方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の取り出しおよび収容方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の取り出しおよび収容方法の１例を示す図である。 ガラス成形体の製造方法の１例を示す図である。 本発明の実施例で用いる白金合金製ノズルを示す図である。

符号の説明

１ ターンテーブル
２ 成形型
３ ガラス成形体
４ ガス噴射装置
５ 吸引ノズル
６ 液体
７ 凹部
８ 樋状通路
９ 容器
１０ 吸引装置
１１ 吸引口
１２ パイプ流出口

Claims (6)

1. 熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
   連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
   同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
   得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を液体中に収容することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
2. 熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
   連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
   同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
   得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を凹部を有する樋状通路で受け、前記凹部内を移動させながら冷却することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
3. 樋状通路の凹部内を移動させながら冷却した前記ガラス成形体を液体中に収容する請求項２に記載のガラス成形体の製造方法。
4. 熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
   連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
   同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
   得られたガラス成形体を吸引して収容することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
5. 熔融ガラス塊を冷却過程で成形してガラス成形体を製造する方法であって、
   連続的に流出する熔融ガラスから同質量の熔融ガラス塊を次々と分離し、
   同期して移動する複数の成形型を循環使用して前記熔融ガラス塊を成形してガラス成形体を得、
   得られたガラス成形体に風圧を加えて成形型から吹き飛ばし、吹き飛ばした成形体を吸引して収容することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法により製造したガラス成形体を精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。

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