JP2008184375A

JP2008184375A - 光学ガラスの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP2008184375A
Application number: JP2007021369A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fukazawa; 寧司深澤; Atsushi Sasai; 淳笹井; Shusaku Okuda; 修作奥田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】脈理が少ない高品質の光学ガラスを高い歩留まりで効率よく提供する。
【解決手段】鉛直に軸支される回転軸３を中心として回転する回転羽根１を用いて溶融ガラスＧを撹拌した後に溶融ガラスを冷却固化する。撹拌において、溶融ガラスが収容される撹拌槽７の底面Ｂと回転羽根の下端Ｌとの間に間隔があって回転羽根の上端Ｕが溶融ガラスの液面以上に位置するように回転羽根が配置される。光学ガラスの製造装置は、溶融ガラスを収容するための撹拌槽と、鉛直に軸支される回転軸を中心として回転して溶融ガラスを撹拌するための回転羽根とを有する撹拌装置を具備し、撹拌槽の底面と前記回転羽根の下端部との間に間隔を有し且つ回転羽根の上端が溶融ガラスの液面以上に位置するように回転羽根を配置するための位置決め機構を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラ用レンズ等に好適な高品位の光学ガラスを提供可能な光学ガラスの製造方法及び製造装置に関する。

近年、ガラスレンズは、デジタルカメラ、携帯電話等にも広く使用されるようになってきている。ガラスレンズには、所定の屈折率、アッベ数などの光学特性が求められることは当然であるが、ガラスレンズ内に気泡等の目に見える欠陥がないことや、脈理等の光学特性の異なる部分がない、すなわち、高度の均質性を有することも要求される。

一般に、ガラスの製造においてガラス原料を溶融すると、溶融ガラスの液面から蒸気圧の高い成分が揮発するため、溶融ガラス液面付近と内部とには組成差を生じやすい。特に、ガラスレンズ等の光学用途のガラスの場合には、成分の揮発によって屈折率が大きく変動することが多く、屈折率の変動分布が脈理となって発生し易い。

このようなことから、下記特許文献１においては、スパイラル羽根とプロペラ羽根とを取り付けた回転軸を有するスターラーを備えたガラス成形用の撹拌装置が提案されている。この撹拌装置では、撹拌槽上部から供給される溶融ガラスは、上部のスパイラル羽根による上下方向の撹拌と下部のプロペラ羽根による水平面内での撹拌を経て下降し、撹拌槽下部のノズルから取り出される。

又、下記特許文献２においては、溶融ガラス内で水平方向に回転しつつ上下動する撹拌羽を有する溶融ガラスの撹拌装置が提案されている。この撹拌装置では、撹拌羽の上下動によって溶融ガラスの不均質な部分を連続的に分離し、脈理を除去することが記載されている。
特開平４―１６００１８号公報特開平９―２５５３４２号公報

上記特許文献１の撹拌装置は、溶融ガラス全体を混合するが、スパイラル羽根及びプロペラ羽根によって発生する上下流は、緩慢な流れであり、溶融ガラス上面の脈理を分断して上下に十分に混合できるほどの威力はないため、脈理を消失させるのは容易ではなく、長時間の撹拌が必要となる。又、脈理の消失が可能となる溶融ガラスの処理容量も制限され、溶融ガラスの液面から下方へ気泡を巻き込むのを防止することが難しい。

他方、特許文献２の撹拌装置では、溶融ガラス全体の流動を起こさず、脈理が多く発生する上部の溶融ガラスと脈理が少ない下部の溶融ガラスとの混合を避けて、脈理の少ない下部のみを効率的に撹拌して使用するので、撹拌時間を短くすることは可能である。しかし、溶融ガラスの上部には脈理が残るので、全処理する溶融ガラスの量に対して脈理が少ない溶融ガラスを得られる歩留まりが低くなる。又、脈理が少ない溶融ガラスを取り出す際に脈理の多い部分の混入を防止するために、溶融ガラスを取り出す形態が限定されるので、応用が難しい。

本発明は、このような点に着目してなされたものであり、全体的に均質で脈理が少ない溶融ガラスを高い歩留まりで供給可能な光学ガラスの製造方法及び製造装置、特に、ガラスの均質化技術の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、光学ガラスの製造方法は、鉛直に軸支される回転軸を中心として回転する回転羽根を用いて溶融ガラスを撹拌した後に溶融ガラスを冷却固化する光学ガラスの製造方法であって、前記撹拌において、溶融ガラスが収容される撹拌槽の底面と前記回転羽根の下端との間に間隔があって該回転羽根の上端が溶融ガラスの液面以上に位置するように該回転羽根が配置されることを要旨とする。

又、本発明の一態様によれば、光学ガラスの製造装置は、溶融ガラスを収容するための撹拌槽と、鉛直に軸支される回転軸を中心として回転して溶融ガラスを撹拌するための回転羽根とを有する撹拌装置を具備し、前記撹拌槽の底面と前記回転羽根の下端部との間に間隔を有し且つ該回転羽根の上端が溶融ガラスの液面以上に位置するように該回転羽根を配置するための位置決め機構を有することを要旨とする。

本発明によれば、溶融ガラスの撹拌において、高速撹拌による液面の効率的混合によって揮発性成分の気化による濃度差の発生が抑制されるので、全体的に均質な溶融ガラスが得られ、脈理が多い部分と少ない部分とを分離して使用する必要が無い光学ガラスの製造方法となる。又、効率的に全体を撹拌混合することができ、均質性の高い溶融ガラスを短時間で調製することができる光学ガラスの製造装置が提供され、高い歩留まりで効率よく高品質の光学ガラスを提供できる。

ガラスの製造には、ガラス原料を加熱溶解した溶融ガラスを撹拌して均質化する工程があり、一般的な溶融ガラスの撹拌においては、高粘性のガラスに対する抵抗によって回転羽根に高いトルクが生じるので、スターラーの破損等を回避するために制約があり、溶融ガラスを高速で流動させるような混合が困難なことが多い。このような場合、回転羽根を格子状や櫛歯状に形成して溶融ガラスが透過可能な部分を設けることによって抵抗を減らすと共に剪断効果を高めることができ、混合効率の向上が可能となる。

一方、光学ガラスのように溶融時に低粘性である場合が多いガラスの場合は、撹拌における剪断効果は低いことから、逆に、穴のないパドル羽根のような低速回転でも羽根面の圧力が高い回転羽根を用いて、溶融ガラスの流動速度を上昇させつつ撹拌の混合効率を高めることが脈理低減には重要と考えられる。

そこで、回転軸を鉛直に軸支したパドル羽根を有するスターラーを用いて、スターラーの破損や事故等の危険が及ばない範囲で回転数を高めた撹拌の混合効率について調査を行ったが、回転数を上げることで却って脈理品質が悪化する場合も見られ、撹拌速度を上げて脈理を低減することは困難であった。しかし、調査を更に深めて撹拌形態とその混合状態について解析を行ったところ、パドル羽根の軸方向両側（つまり羽根の上下方向）における溶融ガラスの流れ方によって混合効率が異なり、パドル羽根の上下における流れを適正化できれば撹拌速度の増加によって混合効率を上げて脈理を低減できることが判明した。以下に詳細に説明する。

図１を参照して、光学ガラスの製造における溶融ガラスの撹拌工程で適用される撹拌形態を説明する。この撹拌には、１対の長方形型のパドル羽根１からなる回転羽根が回転軸３に回転対称に取り付けられたスターラー５を用い、スターラー５の回転軸３が鉛直になるようにパドル羽根１が円筒形状の撹拌槽７内に軸支され、回転軸３を回転して撹拌槽７に収容される溶融ガラスＧをパドル羽根１によって撹拌する。

図１（ａ）は、一般的な撹拌形態を示し、パドル羽根１は溶融ガラスＧの中央部に配置される。この形態では、パドル羽根１の上端Ｕと溶融ガラスＧの液面Ｓとの間及び下端Ｌと撹拌槽７の底面Ｂとの間に各々間隔があり、パドル羽根１の上下に溶融ガラスＧが存在する。この状態でスターラー５を回転すると、パドル羽根１によって撹拌槽７の中心付近から周縁に向かって押し出される溶融ガラスＧの流れは上下に分岐して、撹拌槽７の内径面に沿った上昇流及び下降流となり、パドル羽根１の上下において、各々、周縁から中心に向かって渦巻き状に流れてパドル羽根１の上下から回転軸３に沿って羽根の回転域に巻き込まれる。この際、溶融ガラスＧの液面Ｓでは圧力変動に伴う液面の波立ちによって巻き込み泡が生じ易く、又、パドル羽根１の上端Ｕからの距離が長いほど、液面付近の流れは遅くなり、蒸気圧の高い成分の揮発によって溶融ガラスＧの液面Ｓ付近に組成が変化した層が形成され易くなる。更に、溶融ガラスの流れがパドル羽根の上下両方に分岐する現象は、成分の揮散がある液面付近と揮散がない底部領域とで脈理の生成に明らかな差が生じる要因にもなる。又、回転速度を上げると、回転軸３付近の液面Ｓにおいて雰囲気の巻き込みにより気泡が生成され易くなり、液面で形成される濃度組成の異なる層が回転軸３付近で下方の溶融ガラスに巻き込まれると、却って微小な脈理が溶融ガラス全体に分散して、均質性の高いガラスが得られ難い。

他方、図１（ｂ）は、本発明の光学ガラスの製造方法における撹拌形態を示し、パドル羽根１の上端Ｕが溶融ガラスＧの液面より上に位置するようにスターラー５が配置される。この場合、パドル羽根１の下方には溶融ガラスＧが存在するが、上方には溶融ガラスＧは存在しない。この状態でスターラー５を回転すると、パドル羽根１によって撹拌槽７の中心付近から周縁に向かって押し出される溶融ガラスＧは、撹拌槽７の内径面に沿って螺旋状に下方にのみ流れ、上下の分岐は防止される。下降した溶融ガラスは、パドル羽根１の下方において周縁から中心に向かって渦状に流れながらパドル羽根１の下から上方へ回転軸５に沿ってパドル羽根１の回転域に巻き込まれる。つまり、周縁から回転軸３の周囲への溶融ガラスＧの巻き込みは、パドル羽根１の下端Ｌと撹拌槽７の底面Ｂとの間の間隔においてのみ生じ、液面Ｓ上での雰囲気の巻き込みによる気泡の生成は起こり難い。しかも、液面Ｓ付近の溶融ガラスＧは、パドル羽根１の回転力を直接受けて勢いよく流動するので、即座に混合され、高揮発性成分が減少した層は形成され難い。又、液面Ｓ付近から撹拌槽７の内径面に沿って下方に流動してパドル羽根１の下方から回転軸３の周囲へ巻き込まれる循環流が形成され、パドル羽根１の下方において径方向に中心部へ集中する過程で非常に混合性が高まる。従って、流動抵抗によるエネルギー損失を少なく押さえることができ、撹拌の動作効率がよいので、溶融ガラスＧを効率よく混合できる。故に、低速の撹拌でも液面付近の流動性及び全体の混合効率は高く、回転速度の上昇による混合効率の向上は顕著である。このため、回転速度を過度に上げる必要は無く、スターラー５にかかる負荷を必要最低限に留めて効率よく混合できる。故に、短時間で脈理を減少させて全体的に均質なガラスを得ることが容易になる。

上述のような効率的な撹拌となるには、1)パドル羽根１の上端Ｕが溶融ガラスＧの液面Ｓ以上（つまり液面Ｓより上か、同じ水準）であること、2)パドル羽根１の下端Ｌと撹拌槽７の底面Ｂとの間に間隔があること、の２点が要点となる。換言すれば、パドル羽根１の回転域（パドル羽根が移動する空間）が、溶融ガラスＧの液面Ｓに達し、且つ、撹拌槽７底面Ｂからある程度の距離だけ離れていることが肝要である。パドル羽根１の回転域にある溶融ガラスは、パドル羽根から直接エネルギーを受けられるので、回転域が溶融ガラスの液面Ｓに達することによって、パドル羽根１が液面付近の溶融ガラスＧに直接運動エネルギーを伝達して押し出す。従って、液面における流動速度は高いので、揮発によって液面に層が形成される程長く雰囲気と接触せずに下方へ流動する。そして、パドル羽根１の下端Ｌと撹拌槽７の底面Ｂとの間を通って回転軸３に沿って上方へ流動することにより循環流が形成される。

図２は、図１（ｂ）の撹拌形態の混合効率を更に高めるための応用例を示す。この場合、回転軸３の位置を撹拌槽７の中心軸の周りを旋回するように移動させながらスターラー５を回転させる。この場合、溶融ガラスの循環流は常に変形するが、上下に分岐することはない。回転軸の旋回により、液面付近の溶融ガラスの混合を更に促進でき、撹拌能力を溶融ガラス全体に渡って効率的に発揮できる。又、図１（ｂ）の場合よりパドル羽根の回転直径が小さいスターラーで効率よく混合することができる。

図１（ｂ）の撹拌形態において、撹拌槽の寸法及び収容する溶融ガラスの深さに応じて、パドル羽の直径及び高さを所定値以上に設定することによって、溶融ガラスの循環流が好適に形成されて混合効率が高まり、好適な撹拌混合性能を確実に得ることが可能である。具体的には、図３に示すように、撹拌槽の直径Ｒｃに対するパドル羽根の回転直径Ｒｓとの比（＝Ｒｓ／Ｒｃ）をαとし、溶融ガラスの高さＨとパドル羽根が溶融ガラスＧに浸漬している部分の深さＤとの比（＝Ｄ／Ｈ）をβとした時に、αとβとの積γ（＝α×β）が０．１５以上、好ましくは０．２〜０．７となるように撹拌槽及びパドル羽根を設計すると好ましい。このしきい値は比較的小さな値であり、撹拌槽の容積に比べて小さな羽根面積で済むことを意味する。溶融ガラスを取り扱う設備は、ガラスとの反応を防止するために高価な貴金属である白金又は強化白金で被覆するので、羽根面積が小さいことは、貴金属の使用量を控えてコストを抑制できる点で有利である。

スターラーの耐久性や撹拌抵抗等の観点から、パドル羽根の回転直径Ｒｓを大きくするには限度があり、αが０．９以下となることが好ましい。又、スターラーの回転速度は、回転機構の耐久性等の点から、通常、２００ｒｐｍ程度以下であることが好ましい。このようなことから、５０〜２００ｒｐｍ程度の回転速度においてαが０．５〜０．９となる条件で撹拌するのが実用的である。この結果、積γが好適となるためには、β比を０．２〜０．９程度に設定するのが実用的に好ましい。上記では、１対のパドル羽根を例にとって説明したが、パドル羽根としては２〜４対等の複数対であっても良い。

上述のような溶融ガラスの撹拌能力が高いスターラーは、形状が長方形以外の矩形（平行四辺形、菱形、台形等）であるパドル羽根を用いた場合にも、上記の要点に合致すれば構成可能であり、図１（ｂ）のような循環流を形成して脈理を減少させることができる。例えば、パドル羽根の形状が台形で上縁及び下縁が傾斜し水平でない場合でも、パドル羽根の最上部が溶融ガラスの液面に達し、最下部が撹拌槽の底面から離れていれば図１（ｂ）と同様の循環流が形成される。但し、このように上下の縁部が傾斜する場合、最上部及び最下部と回転軸との距離（回転半径）は長い方が良く、蝶形のような径方向先端に最上部及び最下部が位置する形状が好ましいが、スターラーの耐久性を考慮すると、長方形のパドル羽根が最も好ましい。又、湾曲したパドル羽根も使用可能であるが、耐久性及び撹拌効率を考慮すると、平面状である方が好ましい。

本発明の撹拌形態は、円筒形の撹拌槽において好適に実施できるが、これに限定されるものではなく、例えば、円錐台、樽形等の形状や、球又は楕円球の一部を切り欠いた形状などの撹拌槽でも実施可能である。

上述のような本発明に係る撹拌形態は、比較的低粘度の溶融ガラスの撹拌において好適に実施することができ、具体的には、撹拌する際の粘度が２０×１０^−２[Kgｍ^−１ｓ^−１]程度以下、好ましくは０．０４〜０．１５[Kgｍ^−１ｓ^−１]程度の溶融ガラスに適用すると良好である。このようなガラスには、Ｂ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス、Ｐ_２Ｏ_５−ＴｉＯ_２−ＷＯ_３系ガラス、ＴｅＯ_２−ＺｎＯ系ガラス及びＢｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス等のような種類があり、種類に応じて配合されるガラス原料を加熱溶解して調製される溶融ガラスを、液相温度以上、好ましくは液相温度より５０〜４００℃程度高い温度に調整して撹拌均質化を行う。

上述のようにして撹拌を行った溶融ガラスは、予熱したカーボン型枠等に流し出し、固まってガラス化した後に高温のまま速やかに電気炉の中に型枠ごと移動させて十分に時間を掛けて徐冷を施せば、ガラス製品用プリフォームとして成形使用が可能となる。本発明に従って均質化したガラスは、プリズム、光学機器用レンズ、光学フィルター、光ファイバー等のような高い均質性が要求される部品を構成する光学ガラスとして使用可能である。

上述のような形態の撹拌工程を実施する撹拌装置について、図面を参照して以下に例示する。

図４及び図５は、本発明に係るガラス製造装置を構成する撹拌装置の好適な実施形態を例示する側面からの概略構成図である。これらの撹拌装置は、スターラーの位置が軸方向（鉛直方向）に上下に変更・調節可能な機構を備え、パドル羽根が適正位置になるように位置決めして撹拌を行う。

詳細には、図４の撹拌装置１０は、回転モーター１１を上方に配設した電気炉１３（内部を記すために電気炉のみ断面で示す）を有する。電気炉１３内の水平な床面に円筒形の撹拌槽１５が設置され、撹拌槽１５に収容されるガラス原料を加熱により熔解した後、溶融ガラスＧ内の泡を十分に抜いてから撹拌作業に移行する。回転モーター１１に具備されたチャック１７でスターラー１９の回転軸２１を鉛直になるように回転モーター１の軸に固定し、回転軸２１に溶接された１対の長方形のパドル羽根２３の上端が溶融ガラスＧの液面よりも上又は同じになるように電気炉１３上の昇降装置２５で高さ調整を行う。昇降装置２５は、回転モーター１１を載置する支持板の端部に設けられたネジ穴に嵌合するネジ軸を回転することによって支持板を昇降させる構造を有するが、これに限定されず、一般に使用される昇降機構から適宜選択して利用すればよい。

撹拌槽１５とスターラーの回転軸１７及びパドル羽根２３は、溶融ガラスＧと反応しないように白金又はロジウムが添加された強化白金で形成されており、撹拌槽１５の中心軸がスターラーの回転軸２１の中心軸と一致するように配置される。パドル羽根２３は、溶融ガラスの流速を高めるために、格子状や櫛歯状ではなく、回転時の羽根面上の圧力を高められる中実な板形状で、回転軸１９から径方向に延伸するように回転軸と平行に固着されている。

溶融ガラスの混合効率を高めるために、撹拌槽の直径Ｒｃとパドル羽根の回転直径Ｒｓとの比α（＝Ｒｓ／Ｒｃ）と、溶融ガラスＧの高さＨとパドル羽根２３の浸漬部分の深さＤとの比β（＝Ｄ／Ｈ）との積γ（＝α×β）が所定通りの値となるように羽根の直径Ｒｓ及び浸漬深さＤは設定される。

図５は、スターラーの回転軸を撹拌槽の中心軸から外して中心軸の周囲を旋回するような公転動作を加えることが可能な機構を備える撹拌装置を示し、図４の実施形態と同様の昇降装置を有している。尚、この図では、電気炉及び撹拌槽は省略されているが、図４と同様にこれらを具備することができる。

この撹拌装置３０は、図５に示すように、自転用モーター３１と公転用回転モーター３３とが回転ギア３５，３７及びこれらを接続するチェーン３９を介して接続され、回転ギア３５の軸４１の周囲を自転用モーター３１が旋回する構造になっている。自転用モーター３１には、スターラー４３を保持するためのチャック４５が具備され、スターラー４３の回転軸４７が鉛直な状態で回転するように固定されている。自転用モーター３１の駆動によって回転軸４７に固着されるパドル羽根４９による撹拌が実施され、公転用回転モーター３３を駆動しなければ、図４の撹拌装置１０と同様の自転のみの撹拌が実施できる。

図５の公転動作機構は、チェーン３９を介した回転ギア３５，３７間のエネルギー伝達によって公転動作を行うが、これに限定されるものではなく、例えば、内歯歯車の内側に太陽歯車及び衛星歯車が咬み合い配置される衛星歯車機構などを利用しても良い。

以下、本発明に係る光学ガラスの製造方法について実施例を参照して説明する。

（比較例）
厚さが１mm、１辺の長さが１６mmの正方形の強化白金製パドル羽根１対と、直径が９mmの強化白金製回転シャフトとを用意し、回転シャフトを対称に挟むように１パドル羽根を固着して強化白金製のスターラーを作成した。又、撹拌槽として、直径６０mm、高さ１００mmの強化白金製の溶融坩堝を準備し、溶融時のガラスの深さが５０mmとなるようにＬａ系ガラス原料を投入して熔解炉内で１２００℃に加熱してガラス原料を熔解した。これらを用いて、下記に従って溶融ガラスの撹拌を行った。

撹拌前に、予め溶融ガラスを１２００℃で５時間静置して泡抜きを行って、１２００℃での溶融ガラスの粘性を測定したところ、５．５×１０^−２[Kgｍ^−１ｓ^−１]であった。スターラーの高さを調節して、パドル羽根の上端が溶融ガラスの液面より２０mm下に位置するようにパドル羽根を浸漬し、１２００℃を維持したまま、スターラーを回転数５０ｒｐｍで回転して３時間撹拌した。

撹拌終了後、冶具を用いて速やかに熔解炉から溶融坩堝を取り出し、溶融坩堝を傾けてで、予めガラスの転移温度に予熱したカーボン型枠へほぼ全ての溶融ガラスを流し出し、ガラス化した後に十分に徐冷を行なった。その後、表面を鏡面研磨加工してガラス試料を作製した。

更に、回転数を０ｒｐｍ（撹拌なし）、１００ｒｐｍ又は２００ｒｐｍに変更したこと以外は上記と同じ条件で溶融ガラスの調製及び撹拌を行ない、同様の手順でガラス試料を作製した。

上記の４個のガラス試料について、脈理の目視観察及び屈折率差の測定を行った。目視観察及び測定は、光学式干渉計（ＺＹＧＯ社製、商品名：MARC-GPI-xps）を用いて、脈理の存在を目視確認しながら脈理と脈理周辺との屈折率差を測定した。表１に屈折率差の測定結果を示す。

表１によれば、スターラーの回転数を上げることで屈折率差が減少し、撹拌によって脈理が減少することを示すが、１００ｒｐｍの場合と２００ｒｐｍの場合とで屈折率差にあまり差が無く、回転数を上げる効果が小さいことを示すことから、２００ｒｐｍ以上に回転数を上げてもこれ以上の改善は期待できないことが解る。

（表１）
撹拌による脈理の減少
回転数[ｒｐｍ] 屈折率差[×１０ ^−６ ]
０２１２
５０３８
１００２０
２００１９

（実施例１）
比較例１と同じスターラー、溶融坩堝及び熔解炉を用いて、同じ種類及び容量の溶融ガラスの撹拌を以下のように行った。

撹拌前に、予め溶融ガラスを１２００℃で５時間静置して泡抜きを行った。スターラーの高さを調節して、パドル羽根の上端が溶融ガラスの液面より３mm上に位置するようにパドル羽根を１３mmの深さまで浸漬し、１２００℃を維持したまま、スターラーを回転数５０ｒｐｍで回転して３時間撹拌した。

更に、回転数を１００ｒｐｍ又は２００ｒｐｍに変更したこと以外は上記と同じ条件で溶融ガラスの調製及び撹拌を行ない、同様の手順でガラス試料を作製した。

上記の３個のガラス試料について、比較例１と同様にして脈理の目視観察及び屈折率差の測定を行った。表２に屈折率差の測定結果を示す。

表２の結果を表１の比較例と比べると、屈折率差が非常に小さく、撹拌形態が異なることによる効果が現れていることが判る。又、比較例とは異なり、回転数が１００ｒｐｍの場合と２００ｒｐｍの場合とで屈折率差は明らかに変化しており、２００ｒｐｍ以上に回転数を上げることによって更に屈折率差を低減可能であることを示している。

（表２）
撹拌による脈理の減少
回転数[ｒｐｍ] 屈折率差[×１０ ^−６ ]
５０１６
１００７．８
２００３．４

（実施例２）回転径比α及び浸漬深さ比βの影響
パドル羽根の寸法を表３に示す値に変更した以外は実施例１と同様のスターラーを各々用意した。用意したスターラーと、実施例１と同様の溶融坩堝及び溶解炉とを用いて、実施例１と同じ種類及び容量の溶融ガラスを溶融坩堝内で調製し、その撹拌を以下のように行った。

撹拌前に、予め溶融ガラスを１２００℃で５時間静置して泡抜きを行った。表３に示す羽根寸法のスターラーを取り付けて、パドル羽根が表３に示す深さＤまで溶融ガラスに浸漬するように高さを調節し、溶融ガラスを１２００℃を維持したまま、スターラーを回転数２００ｒｐｍで回転して３時間撹拌した。

更に、表３に従って使用するスターラー及びパドル羽根の浸漬深さＤを変更したこと以外は上記と同じ条件で撹拌を行ない、同様の手順でガラス試料を作製した。

上記で作製した７個のガラス試料及び実施例１の２００回転の場合のガラス試料について、同様にして脈理の目視観察及び屈折率差の測定を行った。表３に屈折率差の測定結果を示す。

表３の結果は、γ値（＝αβ）の撹拌効率への影響を示す。表３において、例えば、羽根寸法が幅１２mm×長さ３２mmであると、シャフト径が９mmであるので、パドル羽根の回転径Ｒｓは３３mm（＝１２mm×２＋９mm）となり、溶融坩堝の直径Ｒｃ：６０mmに対する比αは、３３mm／６０mm＝０．５５である。又、浸漬深さＤが１０mmであると、溶融ガラスの深さ：５０mmに対する比βは、１０mm／５０mm＝０．２０である。この場合、αとβの積γは、０．５５×０．２０＝０．１１となる。

表３の結果から、積γとガラス試料の屈折率差との相関関係をグラフ化すると、図６のようになる。これによれば、γが０．１８未満に減少すると屈折率差が急峻に増大するが、γが０．１８以上であると屈折率差が低く維持され、品質変化の少ないガラスが得られることが解る。

（表３）
積γの屈折率差への影響
羽根寸法Ｒｓ α Ｄ β γ 屈折率差
[mm×mm] [mm] [mm] [×１０ ^−６ ]
１２×３２３３０．５５１００．２００．１１５．７
１２×３２３３０．５５１５０．３００．１７４．４
１６×１６４１０．６８１３０．２６０．１８３．４
１６×３２４１０．６８１５０．３００．２１３．２
２０×４２４９０．８２１５０．３００．２５３．０
１２×３２３３０．５５２７０．５４０．２９２．３
１６×３２４１０．６８２７０．５４０．３６３．２
２０×４２４９０．８２３８０．７６０．６１２．８

（実施例３）旋回撹拌の効果
厚さ１mmで、幅１６mm×長さ３２mmの長方形の強化白金製パドル羽根１対と、直径が９mmの強化白金製回転シャフトとを用意し、回転シャフトを対称に挟むように１パドル羽根を固着して強化白金製のスターラーを作成した。又、撹拌槽として、直径９０mm、高さ１３０mmの強化白金製溶融坩堝を用意し、溶融時の深さが６０mmとなるようにＬａ系ガラス原料を投入して熔解炉内で１２００℃に３時間加熱してガラス原料を熔解した。

パドル羽根の浸漬深さが２５mmになるようにスターラーの高さを調整し、スターラーの自転回転数を２００ｒｐｍとし、公転半径を１０mmに設定して、自転のみの場合と、公転回転数２５ｒｐｍで旋回運動を加える場合の２条件について、３時間の撹拌を行なった。

撹拌終了後の溶融ガラスは、各々、冶具を用いて速やかに熔解炉から溶融坩堝を取り出し、溶融坩堝を傾けて、予めガラスの転移温度に予熱したカーボン型枠へほぼ全ての溶融ガラスを流し出し、ガラス化した後に十分に徐冷を行なった。その後、表面を鏡面研磨加工してガラス試料を作製した。

上記で作製した２個のガラス試料について、実施例１と同様にして脈理の目視観察及び屈折率差の測定を行った。表４に屈折率差の測定結果を示す。

上記撹拌におけるγの値は０．１９と比較的小さい値であるが、スターラーに公転動作を加えることによって屈折率差が小さくなり、脈理を減少するのに有効であることが解る。

（表４）
スターラーの旋回効果
浸漬深さＤ γ 公転半径屈折率差
[mm] [mm] [×１０ ^−６ ]
２５０．１９ − ２．９
２５０．１９１０１．５

脈理が少ない均質性の高いガラスを高い歩留まりで効率よく提供でき、光学ガラスの製造に寄与できる。

本発明の光学ガラスの製造方法における溶融ガラスの撹拌の一実施形態を説明するための、通常の撹拌（ａ）及び本発明に係る撹拌（ｂ）を示す概略図。本発明における撹拌の他の実施形態を示す鉛直方向断面図（ａ）及び平面図（ｂ）。本発明における撹拌の条件設定を説明するための概略図。本発明の光学ガラスの製造装置を構成する撹拌装置の一実施形態を示す概略構成図。本発明の光学ガラスの製造装置を構成する撹拌装置の他の実施形態を示す概略構成図。撹拌条件における積値γとガラスの屈折率差との相関関係を示すグラフ。

符号の説明

１，２３，４９：パドル羽根、Ｕ：上端、Ｌ：下端、Ｇ：溶融ガラス、Ｓ：液面、
３，２１，４７：回転軸、５，１９，４３：スターラー、７，１５：撹拌槽、
１０，３０：撹拌装置、１１：回転モーター、１３：電気炉、２５：昇降装置、
３１：自転用モーター、３３：公転用回転モーター、３５，３７：回転ギア、
３９：チェーン、４１：軸、４５：チャック、
Ｒｃ：直径、Ｒｓ：回転直径、Ｈ：溶融ガラスＧの高さ、Ｄ：浸漬深さ、

Claims

鉛直に軸支される回転軸を中心として回転する回転羽根を用いて溶融ガラスを撹拌した後に溶融ガラスを冷却固化する光学ガラスの製造方法であって、前記撹拌において、溶融ガラスが収容される撹拌槽の底面と前記回転羽根の下端との間に間隔があって該回転羽根の上端が溶融ガラスの液面以上に位置するように該回転羽根が配置されることを特徴とする光学ガラスの製造方法。
前記撹拌槽は円筒形状であり、前記回転羽根は前記撹拌槽の中心軸を中心として回転するパドル羽根であり、前記撹拌槽の直径に対するパドル羽根の回転直径の比をα、前記撹拌層内の溶融ガラスの深さに対する前記パドル羽根の浸漬深さの比をβとしたとき、αとβとの積γが０．１５以上となるように設定する請求項１記載の光学ガラスの製造方法。
前記回転羽根の回転軸は、前記撹拌槽内を旋回移動する請求項１又は２に記載の光学ガラスの製造方法。
溶融ガラスを収容するための撹拌槽と、鉛直に軸支される回転軸を中心として回転して溶融ガラスを撹拌するための回転羽根とを有する撹拌装置を具備し、
前記撹拌槽の底面と前記回転羽根の下端部との間に間隔を有し且つ該回転羽根の上端が溶融ガラスの液面以上に位置するように該回転羽根を配置するための位置決め機構を有することを特徴とする光学ガラスの製造装置。
前記撹拌槽は円筒形状であり、前記回転羽根は、回転軸に対称に固定される長方形のパドル羽根である請求項４記載の光学ガラスの製造装置。
前記撹拌槽の直径に対するパドル羽の回転直径の比をα、撹拌層内の溶融ガラスの深さに対するパドル羽の浸漬深さの比をβとしたとき、αとβとの積γが０．１５以上であることを特徴とする請求項５記載の光学ガラスの製造装置。
前記回転軸は、前記撹拌槽内を旋回移動可能である請求項４〜６の何れかに記載の光学ガラスの製造装置。