JP2009179532A - ガラス塊の製造方法及びガラス塊製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より球状に近いガラス塊を形成できるガラス塊の製造方法及びガラス塊製造装置を提供する。
【解決手段】ガラス塊の製造方法は、流路から溶融ガラスの液滴を滴下してガラス塊を形成するガラス塊の製造方法であって、前記流路から離脱する前の液滴と被接触部材とを接触するのと同時に、前記液滴に対して鉛直上方以外の方向の力を作用する工程を含むものである。また、ガラス塊製造装置は、溶融ガラスを流下する流路と、前記流路から離脱する前の溶融ガラスの液滴と接触する被接触部材と、を含むものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス塊の製造方法及びガラス塊製造装置に関する。

従来、ＤＶＤ、ＣＤ、及び光磁気ディスク等の光ピックアップレンズ、カメラ付携帯電話用レンズ、光通信用レンズ、光学機器等に用いられるレンズ、並びにＬＥＤ用レンズ部材等は、研磨により直接ガラスを球面加工して形成してきた。しかし、研磨には多大なコストがかかり、多くの時間を要した。そのため、微小な球状のガラスであるプリフォームから、精密プレスによりレンズを成形することが多くなり、球状に近い粒状のガラスを製造する技術が急速に求められている。

プリフォームをはじめ、球状に近い粒状のガラスを、高精度にかつ安価で大量に生産する方法として、溶融ガラスの液滴を落下する際に冷却しつつ粒状に整え、落下した液滴を地上で受けて回収する方法が検討されてきた。

溶融ガラスを落下して粒状に整える方法としては、特許文献１及び２に、溶融ガラスをノズルから連続流として流下し、流下した溶融ガラスが落下する間に液滴状のガラス塊に変化した後に、これらガラス塊を回収し、プリフォームを製造する方法が開示されている。

しかし、特許文献１及び２で開示された方法では、ほぼ層流状態の連続流で溶融ガラスをノズルから流出する必要があるため、溶融ガラスを流出するノズルを細くする必要があり、ノズルの太さにより規定されるガラス塊の大きさは小さいものであった。

その点、特許文献３及び特許文献４で開示された方法では、ガラス塊の大きさをノズルの太さによって規定されない。

特許文献３には、溶融ガラスに振動を付与しながら、溶融ガラスを保持する保持容器に設けられたオリフィスより溶融ガラスを気相中に排出して液滴を形成し、この液滴を落下させながら凝固する球状ガラスの製造方法が開示されている。

特許文献４には、ノズル先端から溶融ガラスを滴下し、この溶融ガラスの液滴の表面温度が軟化温度より低い温度になるまで落下する、略球状のガラスゴブの製造方法が開示されている。
特開平０９−２３５１２２号公報 特開２００５−１７９１４５号公報 特開２００３−１０４７４４号公報 特開昭６１−１４６７２１号公報

しかしながら、特許文献１〜４で開示された方法では、ノズルから流出又は滴下した溶融ガラスの液滴が、隣接する液滴の相互間、又は液滴とノズルとの間で糸を引きやすく、これらの間で引いた糸が液滴よりも先に固まるためにガラス塊の形状が球状から崩れやすくなる問題点があった。

また、特許文献１〜４で開示された方法でガラス塊を形成しようとすると、略球状のガラス塊を得るには、落下する液滴がある程度固くなった状態で液面又は耐熱性スポンジに接触する必要があった。ここで、落下する液滴を固くするには、溶融ガラスを連続流として流下し又は滴下するノズルと液面等との間の距離、言い換えれば液滴の落下距離を確保する必要があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、より球状に近いガラス塊を形成できるガラス塊の製造方法及びガラス塊製造装置を提供することにある。

それとともに、本発明が目的とするところは、より低い位置からより短い落下距離で液滴を落下しても、略球状のガラス塊を得ることのできるガラス塊の製造方法及びガラス塊製造装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、ノズル等の流路から離脱する前の液滴に被接触部材を接触するのと同時に、液滴に対して鉛直上方以外の方向の力を作用することによって、液滴が流路との間で引いていた糸が切れるため、より球状に近いガラス塊を形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 流路から溶融ガラスの液滴を滴下してガラス塊を形成するガラス塊の製造方法であって、前記流路から離脱する前の液滴と被接触部材とを接触するのと同時に、前記液滴に対して鉛直上方以外の方向の力を作用する工程を含むガラス塊の製造方法。

（２） 前記流路から離脱した後の液滴を支持部材で受けて、前記支持部材上で前記液滴を転動又は滑動した後、前記支持部材から落下する工程を更に含む（１）記載のガラス塊の製造方法。

（３） 前記支持部材の傾斜面上で前記液滴を転動又は滑動する（２）記載のガラス塊の製造方法。

（４） 前記支持部材の少なくとも一部に設けられた落下制限部材によって制限された範囲内から前記液滴を落下する（２）又は（３）記載のガラス塊の製造方法。

（５） 前記落下制限部材で落下方向に関して両側から前記液滴を略等しい力で支持する（４）記載のガラス塊の製造方法。

（６） 転動又は滑動する方向に関して両側から前記液滴を略等しい力で支持しながら前記落下制限部材に案内する（５）記載のガラス塊の製造方法。

（７） 前記液滴を前記支持部材上で螺旋形状に転動又は滑動する（２）から（６）のいずれか記載のガラス塊の製造方法。

（８） 前記被接触部材及び／又は支持部材の前記液滴と接触する部分にはカーボンを含む耐熱部材が用いられる（１）から（７）のいずれか記載のガラス塊の製造方法。

（９） 前記被接触部材及び／又は支持部材のうち少なくとも溶融ガラスと接触する面の算術平均粗さ（Ｒａ）が２５ａ以下である（１）から（８）のいずれか記載のガラス塊の製造方法。

（１０） 前記被接触部材及び／又は支持部材の前記液滴と接触する部分に、気体を噴出する多孔質部材が用いられる（１）から（９）のいずれか記載のガラス塊の製造方法。

（１１） 前記被接触部材及び／又は支持部材の前記液滴と接触する部分を間接的に冷却する（１）から（１０）記載のガラス塊の製造方法。

（１２） 前記支持部材を前記液滴の落下方向に重畳して複数設け、複数の前記支持部材上で連続して前記液滴が転動又は滑動する（２）から（１１）のいずれか記載のガラス塊の製造方法。

（１３） 前記流路から離脱する際の溶融ガラスの粘度［ｄＰａ・ｓ］の対数ｌｏｇηが０．１以上かつ３．５以下である（１）から（１２）のいずれか記載のガラス塊の製造方法。

（１４） （１）から（１３）のいずれか記載の方法により製造されるガラス塊を精密プレス成形する工程を含む光学素子の製造方法。

（１５） （１）から（１３）のいずれか記載の方法により製造されるガラス塊を成形する工程を含むＬＥＤ用レンズ部材の製造方法。

（１６） 流路を備える溶融ガラス滴下装置に対して、前記流路から離脱する前の溶融ガラスの液滴と接触するように被接触部材を設ける工程を含む溶融ガラス滴下装置の組立方法。

（１７） 前記流路から離脱した後の溶融ガラスの液滴と接触するように支持部材を設ける工程をさらに含む（１６）記載の溶融ガラス滴下装置の組立方法。

（１８） 溶融ガラスを滴下する流路と、前記流路から離脱する前の溶融ガラスの液滴と接触する被接触部材と、を含むガラス塊製造装置。

本発明によれば、流路から離脱する前の液滴に被接触部材を接触すると同時に、液滴に対して鉛直上方以外の方向の力を作用することによって、より球状に近いガラス塊を形成することができる。

それとともに、本発明によれば、流路から離脱した後の液滴を支持部材上で転動又は滑動することによって、より低い位置からより短い落下距離で液滴を落下しても、略球状のガラス塊を形成することができる。

本発明のガラス塊の製造方法は、流路から溶融ガラスの液滴を滴下してガラス塊を形成するガラス塊の製造方法であって、流路から離脱する前の液滴と被接触部材とを接触するのと同時に、液滴に対して鉛直上方以外の方向の力を作用する工程を含む。

また、本発明のガラス塊製造装置は、溶融ガラスを滴下する流路と、流路から離脱する前の溶融ガラスの液滴と接触する被接触部材と、を含む。

以下、本発明のガラス塊の製造方法及びガラス塊製造装置の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。

［ガラス塊の製造方法］
本発明のガラス塊の製造方法は、例えば図１に示すようなガラス塊製造装置１を用い、流路４２から離脱して滴下する前の溶融ガラスＡの液滴６と被接触部材２１とを接触するのと同時に、液滴６に対して鉛直上方以外の方向の力を作用する工程を有するものである。

溶融ガラスＡは、例えばガラス原料を溶融して保持容器５１にて保持し、この保持容器５１から流路４２及び流路先端４１を経て、溶媒３２に向けて滴下する。

溶融ガラスＡを保持容器５１にて保持する際には、攪拌機５４を回転させて、攪拌翼により溶融ガラスＡを攪拌し均質化することが好ましい。ここで、溶融ガラスＡは、他の溶融手段によってガラス原料を溶融して作製した後に保持容器５１に移し替えてもよく、保持容器５１の中でガラス原料を溶融して作製してもよい。

また、溶融ガラスＡを滴下する際には、保持容器５１の内部の圧力を調整する圧力調整手段を作動させ、溶融ガラスＡが流路先端４１から流出する量を調整することが好ましい。より具体的には、圧力調整手段を用いて、保持容器５１の中を加圧して溶融ガラスＡの流路４２への流出量を増加し、保持容器５１の中を減圧して溶融ガラスＡの流路４２への流出量を減少することができる。ここで、流路先端４１を介して流路４２から離脱する際の溶融ガラスＡの粘度は、所定の範囲内にあることが好ましい。すなわち、溶融ガラスの粘度［ｄＰａ・ｓ］の対数ｌｏｇηの下限が、０．１であることが好ましく、０．２であることがより好ましく、０．２５であることが最も好ましい。また、ｌｏｇηの上限が、３．５であることが好ましく、３．４であることが好ましく、３．３であることが最も好ましい。

そして、溶融ガラスＡの液滴６が流路先端４１を介して流路４２から離脱する前に、液滴６と被接触部材２１とを接触するのと同時に、液滴６に対して鉛直上方以外の方向の力を作用することが好ましい。これにより、被接触部材２１に接して表面の近傍が冷却した液滴６の表面が回転し、液滴６が流路４２との間で引いていた糸が液滴６に巻き込まれる。このため、凹凸の発生が抑制された、より球状に近いガラス塊を作製することができる。ここで、液滴６の表面の回転は、被接触部材２１に接する表面の近傍とそれ以外の部分との間の粘度に差が生じるために起こるものと推測される。液滴６に対して作用する鉛直上方以外の方向の力としては、例えば重力、駆動力、摩擦力、及び落下時の運動エネルギーを挙げることができる。その中でも特に、ガラス塊製造装置１への組み込みが容易であるため、重力又は駆動力を用いることが好ましく、複雑な装置を要しないため、重力を用いることが最も好ましい。液滴６に重力を作用するためには、例えば図２に示すように、傾斜した接触面２１１を持った被接触部材２１に液滴６を接触すればよい。また、液滴６に駆動力を作用するためには、例えば横方向に駆動するベルトコンベア上に設けた被接触部材を用い、接触後にベルトコンベアで搬送すればよい。なお、本発明において「接触する」の文言は、被接触部材２１と液滴６とが直接接触する場合の他、被接触部材２１と液滴６とが、被接触部材２１から発生する気体の層を介して間接的に接触する場合も含むものである。

流路４２から離脱した後の液滴６は、支持部材２２で受け、支持部材２２の上で液滴６を転動又は滑動した後で、液滴６を落下することが好ましい。支持部材２２の表面で液滴６が転動又は滑動することで、流路４２から離脱して糸を巻き込んだ液滴６の表面が滑らかになるため、より球形に近いガラス塊を得ることができる。このとき、支持部材２２として例えば図２に示すように傾斜面２２１を有するものを用い、支持部材２２の傾斜面２２１上で液滴６を転動又は滑動することがより好ましい。これにより、液滴６が鉛直方向に移動する速度が遅くなり、溶融ガラスＡの液滴６がガラス塊に変化するための冷却時間が確保されるため、液滴６を冷却するのに必要となる落下距離の延長を抑えることができる。ここで、支持部材２２は、被接触部材２１と一体として形成された支持部材２２である。ただし、図３に示す支持部材２２Ａのように、被接触部材２１とは別体に形成されていてもよい。

支持部材２２の上から液滴６を落下する際には、支持部材２２の少なくとも一部に設けられた落下制限部材２３によって制限された範囲内から、液滴６を落下することが好ましい。これにより、液滴６が落下制限部材２３から逸れにくくなるため、液滴６の支持部材２２からの落下方向の振れを小さくすることができる。ここで、液滴６が落下する範囲を制限するためには、例えば図４に示すように、支持部材２２の傾斜面２２１に対して垂直な壁面２３１ａ及び２３１ｂを有する部材を、支持部材２２の下端の少なくとも一部に対向するように形成すればよい。このとき特に、落下制限部材２３で落下方向に関して両側から液滴６を略等しい力で支持することがより好ましい。これにより、落下制限部材２３によって落下時の液滴６の振れが抑えられるため、液滴６の支持部材２２からの落下方向を一定にすることができる。ここで、液滴６を両側から略等しい力で支持するためには、例えば図５（ａ）に示すように、液滴６の径と略同一の間隔で対向するように形成された壁面２３１ａ及び２３１ｂ並びに傾斜面２２１で液滴６を支持してもよく、図５（ｂ）に示すように、Ｖ字型の断面を有する斜面から形成された壁面２３１ａＢ及び２３１ｂＢで液滴６を支持してもよく、図５（ｃ）に示すように、Ｕ字型の断面を有する曲面から形成された壁面２３１ａＣ及び２３１ｂＣで支持してもよい。このときの壁面２３１ａ及び２３１ｂ、壁面２３１ａＢ及び２３１ｂＢ、並びに壁面２３１ａＣ及び２３１ｂＣの高さは、液滴６が乗り越えることができない程度の高さであることが好ましく、液滴６の高さよりも高いことがより好ましい。

ここで、落下制限部材２３によって制限された範囲に向けて液滴６を転動又は滑動する際に、案内部材２５によって液滴６が転動又は滑動する方向に関して両側から略等しい力で支持しながら、液滴６を落下制限部材２３に案内することが好ましい。これにより、液滴６が支持部材２２の上で転動又は滑動する経路がほぼ一定になるため、液滴６の支持部材２２からの落下方向及び落下速度を一定にすることができ、支持部材２２からの落下地点を一定にすることができる。ここで、液滴６を落下制限部材２３に案内するためには、例えば図６に示すように、支持部材２２の傾斜面２２１に対して垂直な壁面２５１ａ及び２５１ｂを有する部材を、支持部材２２のうち液滴６が転動又は滑動する経路に当たる部分の両脇に対向するように形成すればよい。このとき、案内部材２５で液滴６を両側から略等しい力で支持するためには、例えば図７に示すように、液滴６の径と略同一の間隔で対向するように形成された壁面２５１ａ及び２５１ｂと、傾斜面２２１と、で液滴６を支持すればよい。このときの壁面２５１ａ及び２５１ｂの高さは、液滴６が乗り越えることができない程度の高さであることが好ましく、液滴６の高さよりも高いことがより好ましい。ここで、案内部材２５は、落下制限部材２３と一体として形成された案内部材２５である。ただし、図８（ａ）に示す案内部材２５Ｄのように、落下制限部材２３とは別体に形成されていてもよく、図８（ｂ）に示す案内部材２５Ｅのように、落下制限部材２３まで液滴６が蛇行するように形成されていてもよい。

支持部材２２の上で液滴６を転動又は滑動する経路は特に制限されないが、例えば図９に示すように、液滴６を支持部材２２Ｆの上で螺旋形状に転動又は滑動するように案内することが好ましい。これにより、液滴６を転動又は滑動する距離を長くしても支持部材２２Ｆが水平方向に長くならないため、支持部材２２の省スペース化を図ることができる。

支持部材２２から落下する溶融ガラスＡは、落下しながら重力及び表面張力により球状に成形される。球状に形成されたガラスは、溶媒３２を充填した液体槽３１で受けることが好ましく、溶媒３２の液面に気泡を生じた状態でガラスを受けることがより好ましい。ガラスを溶媒３２に落下することにより、ガラスが溶媒３２の液面に衝突する際の落下衝撃が吸収されるため、落下したガラスが液面に接触したときの落下衝撃を軽減することができる。なお、溶媒３２の代わりにスポンジ等の緩衝材を用いてもよい。

液体槽３１に充填する溶媒３２としては、落下したガラスと反応しにくく、かつ、落下したガラスを冷却することができれば特に限定されず、例えば、水、アルコール類、油等公知の種々の液体を用いることが好ましい。これらは単独で用いてもよく、複数組み合わせて用いてもよい。その中でも、熱容量が大きく、ガラスを効率良く冷却することができるため、水又はアルコール類若しくはその混合物等を用いることがより好ましい。その中でも特に、回収したガラス塊を洗浄することなく乾燥し、又は、簡単に洗浄して乾燥して、プリフォーム材又はレンズ等の光学素子として使用できるため、アルコール類を用いることが最も好ましい。アルコール類としては、エタノール、イソプロピルアルコール等の公知のアルコールを用いることができる。

また、液体槽３１に充填する溶媒３２を加熱することも好ましい。溶媒３２を加熱することで、液体槽３１に回収されるガラス塊の温度と溶媒３２との温度差が小さくなるため、これらの温度差による影響を少なくすることができる。

液体槽３１内に回収されたガラス塊は、その後、精密プレス成形装置を用いた精密プレス成形がなされ、所望の光学素子が製造される。また、液体槽３１内に回収されたガラス塊を成形して、ＬＥＤ用レンズ部材を製造することもできる。

［ガラス塊製造装置］
図１は、本発明のガラス塊製造装置１の概略を示した図である。本発明のガラス塊製造装置１は、溶融ガラスＡの液滴６を滴下する流路４２と、流路４２から離脱する前の溶融ガラスＡの液滴６と接触する被接触部材２１が設けられた溶融ガラス滴下装置１１を有する。この溶融ガラス滴下装置１１には、図２に示すように、流路４２から離脱した後の液滴６を受ける支持部材２２が設けられていることが好ましい。なお、上述した内容と重複する箇所については説明を省略する。

被接触部材２１は、流路４２から離脱する前の液滴６に接触するように設けられる。このときの流路４２の先端と被接触部材２１との鉛直方向の間隔Ｄ_１は、被接触部材２１の焼き付き及び流路４２と被接触部材２１の接触状態を考慮して適宜設定される。例えば、５０ｍｍ以下であることが好ましく、４０ｍｍ以下であることがより好ましく、３０ｍｍ以下であることが最も好ましい。ここで、間隔Ｄ_１を３０ｍｍ以下とすることにより、液滴６が流路４２と被接触部材２１の両方により確実に接触するため、より球形に近いガラス塊をより確実に形成することができる。

支持部材２２は、流路４２から離脱した後の液滴６を転動又は滑動する部材である。支持部材２２のうち、液滴６を転動又は滑動する面が傾斜面２２１であることが好ましい。ここで、傾斜面２２１の傾斜角は、液滴６が転動又は滑動する速度を考慮して適宜設定される。例えば、６０°以下であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましく、３０°以下であることが最も好ましい。傾斜面２２１の傾斜角を５°以上とすることにより、液滴６が支持部材２２の上で止まりにくくなるため、液滴６を支持部材２２からより確実に落下することができる。一方、傾斜面２２１の傾斜角を３０°以下とすることにより、液滴６が転動又は滑動する速度が速くなり過ぎないため、液滴６が支持部材２２から浮き上がり、又は逸脱しないようにすることができる。

これら被接触部材２１及び／又は支持部材２２の材質は、液滴６と接触し又は液滴６を支持することができれば特に限定されないが、被接触部材２１及び／又は支持部材２２のうち液滴６と接触する部分には、耐熱部材を用いることが好ましい。これにより、被接触部材２１及び／又は支持部材２２が溶融ガラスＡの高温に耐えられるため、被接触部材２１及び／又は支持部材２２の寿命をより長くすることができる。耐熱部材の中でも特に、カーボンを含む耐熱部材を用いることがより好ましく、グラファイトを用いることが最も好ましい。カーボンを含む耐熱部材を用いることで、液滴６と被接触部材２１及び／又は支持部材２２との濡れ性が小さくなるため、液滴６が被接触部材２１から離脱しやすくなるとともに、液滴６が支持部材２２の上を転動又は滑動し易くなる。

ここで、被接触部材２１及び／又は支持部材２２のうち、溶融ガラスＡと接触する部分は滑らかであることが好ましい。具体的には、溶融ガラスＡと被接触部材２１及び／又は支持部材２２とが接触する部分の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で２５ａ以下が良く、６．３ａ以下がより好ましく、１．６ａ以下が最も好ましい。

また、図１０に示すように、被接触部材２１Ｇ及び／又は支持部材２２Ｇのうち液滴６と接触する部分に、気体を噴出する多孔質部材を用いることも好ましい。これにより、液滴６と支持部材２２Ｇの傾斜面２２１Ｇとの接触状態が弱まって液滴６の滑りが良くなり、被接触部材２１Ｇ及び／又は支持部材２２Ｇの液滴６の熱による焼き付きが抑えられる。このため、被接触部材２１Ｇ及び／又は支持部材２２Ｇの寿命をより長くすることができる。ここで、多孔質部材から気体を噴出するためには、気体供給源２４１より供給される気体を、配管２４２に設けた通気孔２４３から多孔質部材に供給する気体供給部材２４を用いればよい。多孔質部材から噴出する気体は、ガラスの性状に影響を与えなければ特に限定されるものではないが、圧縮空気等の空気、窒素やアルゴン等の不活性ガスを用いることが好ましい。

また、図１１に示すように、被接触部材２１Ｈ及び／又は支持部材２２Ｈのうち液滴６と接触する部分を間接的に冷却する冷却部材を設けることも好ましく、冷却部材として支持部材２２Ｈの傾斜面２２１Ｈの下に冷却管２６を設けることがより好ましい。冷却部材を設けることにより、液滴６及び流路４２に冷却用の気体及び液体が掛かりにくくなり、被接触部材２１Ｈ及び／又は支持部材２２Ｈの液滴６の熱による焼き付きが抑えられる。そのため、液滴６の組成への影響や、流路４２の温度の低下を抑えつつ、被接触部材２１Ｈ及び／又は支持部材２２Ｈの寿命をより長くすることができる。冷却管２６に通じる流体は、特に限定されるものではないが、水、空気、及び／又は不活性ガス等を使用することが好ましい。

支持部材２２の上で液滴６を転動又は滑動する距離は、液滴６が溶融した状態で支持部材２２の上から落下できる距離にすることが好ましい。これにより、支持部材２２から落下した液滴６が、落下する間に球状になるため、より球状に近いガラス塊を得ることができる。

また、図１２に示すように、支持部材２２Ｉは液滴６が落下する方向に重畳して複数設けることが好ましい。これにより、液滴６が複数の支持部材２２Ｉの上で連続して転動又は滑動するため、溶融ガラスＡを固化してガラス塊に変化するための冷却時間をより長くすることができる。ここで、複数の支持部材２２Ｉａ及び２２Ｉｂを設ける間隔Ｄ_２は、下側の支持部材２２Ｉｂに落下する液滴６の形状及び流動性を考慮して適宜設定される。例えば１０ｃｍ以下であることが好ましく、５ｃｍ以下であることがより好ましく、３ｃｍ以下であることが最も好ましい。間隔Ｄ_２を５ｃｍ以下とすることにより、上側の支持部材２２から落下した液滴６が、流動性を持ったまま下側の支持部材２２Ｉｂに落下して支持部材２２Ｉｂの上を転動又は滑動するため、ガラス塊に傷が生じにくくすることができる。なお、間隔Ｄ_２は、上側の支持部材Ｉａの下端と、上側の支持部材２２Ｉａの下側で隣接する支持部材２２Ｉｂのうち前記下端から鉛直下方に当る部分との垂直方向の間隔を指す。

流路４２は、溶融ガラスＡを流路先端４１へと誘導し、流路先端４１から溶融ガラスＡを滴下し又は連続流として流下するものである。これにより、球状に成形されたガラス塊を得ることができる。流路４２及び流路先端４１としては、公知のガラス流出用ノズルの形状が使用できる。そして、この流路先端４１は、流路４２と連通するように、流路４２に接続する。ここで、流路先端４１は流路４２と一体となっていてもよい。

これらの流路４２及び流路先端４１には、図示しない加熱手段が設けられていることが好ましい。加熱手段が設けられることで、流路４２の中の溶融ガラスＡの粘度が一定になり、一定量の溶融ガラスＡが流路先端４１から流出するため、一定の質量を有する球状粒を成形し易くすることができる。それとともに、流路４２及び流路先端４１を加熱し、流路４２及び流路先端４１の中で溶融ガラスＡが溶融した状態を保つことができる。

ここで、流路４２から滴下する溶融ガラスＡは、例えば図１に示すように、上述の流路４２及び流路先端４１の他に、保持容器５１と、保持容器５１を支持して加熱する炉体５２と、を備えるガラス塊製造装置１を用いて作製し、保持容器５１の下部に設けられた流路４２に溶融ガラスＡを誘導することが好ましい。

保持容器５１は、溶融ガラスＡを作製して保持するものであり、例えば、耐火物容器、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝、イリジウム坩堝等の公知の保持容器を用いることができる。

この保持容器５１には、原料投入口５３が設けられている。原料投入口５３が閉じたときには、保持容器５１が密閉状態となることが好ましく、特に流路４２から滴下する溶融ガラスＡの流量を調節するために、保持容器５１の内部の圧力を調整する圧力調整手段（図示せず）を保持容器５１に設ける場合には、保持容器５１が耐圧性を備えることがより好ましい。保持容器５１が耐圧性を備えることにより、圧力調整手段による加圧又は減圧に耐えることができる。なお、本実施形態では、原料投入口５３から原料が投入される構成としたが、これに限定されるものではなく、原料投入口５３から溶融ガラスＡが投入される構成であってもよい。

さらに、この保持容器５１には、ヒータ及び／又は攪拌機５４が設けられていることが好ましい。保持容器５１にヒータが設けられることで、保持した溶融ガラスＡを所定温度に保つことができる。また、保持容器５１に攪拌機５４が設けられることで、溶融ガラスＡを攪拌して均質化することができる。

炉体５２は、保持容器５１の周囲を覆う耐火レンガ等の耐熱材からなり、図示しないタワーによって高所に設置される。炉体５２の材質等は、保持容器５１の温度に耐えることができれば、特に限定されない。

また、このガラス塊製造装置１には、図１に示すように、さらに溶媒３２を充填した液体槽３１を設けることが好ましい。液体槽３１を設けることにより、支持部材２２から落下したガラスが溶媒３２の中に落下し、ガラスが液体槽３１の底に衝突するときの落下衝撃が液体により軽減される。そのため、球状になって落下したガラスを球状のままガラス塊として回収することができる。ここで、液体槽３１は溶媒３２を保持できる容器であればよく、例えば、金属やプラスチック等の公知の液体槽を使用することができる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

白金製の坩堝からなり、炉体５２で覆われている保持容器５１を設けるとともに、保持容器５１の下部に流路先端４１を有する流路４２を設けた。ここで、流路先端４１の内径は３ｍｍであった。そして、流路４２の先端から２０ｍｍ鉛直下方に上面が多孔質材料からなる被接触部材２１を設け、この被接触部材２１のさらに３０ｍｍ鉛直下方に、上面がグラファイトからなり、内部に冷却部材として冷却管２６を有する板状の支持部材２２を２個設けた。これらの支持部材２２には幅５ｍｍ、深さ５ｍｍの溝を隔てて落下制限部材２３及び案内部材２３ｂが対向して形成されており、支持部材２２は１５°の傾斜面２２１をもって各々設置された。このとき、支持部材２２の下端と鉛直下方に隣接する支持部材２２との間隔は３０ｍｍとした。

一方、保持容器５１の中にガラス原料を投入し、Ｌａ_２Ｏ_３及びＢ_２Ｏ_３を主成分とする光学ガラス溶融物（溶融ガラスＡ）を調製して１０００℃で保持した。保持容器５１から流路４２を通じて流路先端４１へと溶融ガラスＡを流出し、溶融ガラスＡの液滴６を被接触部材２１に接触した。このとき、被接触部材２１の多孔質材料からなる部分には、気体供給源２４１より供給される圧縮空気を、配管２４２に設けられた通気孔２４３を介して供給した。

そして、溶融ガラスＡの液滴６を被接触部材２１から支持部材２２に落下し、液滴６を両側から略等しい力で保持しながら溝に沿って液滴６を案内し、溝の下端に設けられた落下制限部材２３から下側に隣接する支持部材２２に落下した。このとき、支持部材２２の内部に設けられた冷却管２６には、各々冷却水を流通した。

最も下側にある支持部材２２Ａから落下した液滴６は、液体槽３１に充填された溶媒３２で受けた。このときの液滴６の落下距離、すなわち流路先端４１の先端から溶媒３２の液面までの鉛直方向の距離は２０ｍである。ここで、溶媒３２としてイソプロピルアルコールを用い、溶媒３２の中に回収されたガラス塊を取り出して乾燥した後、ガラス塊の形状について評価した。

比較例として、被接触部材２１及び／又は支持部材２２Ａを設けなかった場合についても実施例と同様の試験を行った。

その結果、被接触部材２１及び支持部材２２Ａを設けると、ガラス塊の形状は球状に近い形状になった。一方、被接触部材２１を設けなかった場合は、ガラス塊は糸を引いた形状を有するものが多くなった。また、支持部材２２Ａを設けなかった場合は、ガラスが冷却して流動性を失う前に溶媒３２の液面に衝突しており、溶媒３２の液面に衝突する際の落下衝撃により、ガラス塊の形状は球状を有しないものが多かった。実施例と比較例のガラス塊の形状を比較すると、被接触部材２１及び支持部材２２Ａを設けるとより球状に近いガラス塊を形成されるとともに、溶融ガラスＡの落下距離の延長を抑えられることがわかる。

本実施形態のガラス塊製造装置の概略を示す正面図である。 本実施形態において、被接触部材及び支持部材を一体に設けたガラス塊製造装置の一例の要部断面図である。 本実施形態において、被接触部材及び支持部材を別に設けたガラス塊製造装置の一例の要部断面図である。 本実施形態において、支持部材に落下制限部材を設けたガラス塊製造装置の一例の要部正面図である。 本実施形態において、支持部材に落下制限部材を設けたガラス塊製造装置の一例の要部断面図である。 本実施形態において、支持部材に落下制限部材及び案内部材を設けたガラス塊製造装置の一例の要部正面図である。 本実施形態において、支持部材に落下制限部材及び案内部材を設けたガラス塊製造装置の一例の要部断面図である。 本実施形態において、支持部材に落下制限部材及び案内部材を設けたガラス塊製造装置の他の一例の要部正面図である。 本実施形態において、液滴を螺旋形状に転動又は滑動するガラス塊製造装置の一例の要部正面図である。 本実施形態において、気体を噴出する多孔質部材を用いた被接触部材及び／又は支持部材を設けたガラス塊製造装置の一例の要部断面図である。 本実施形態において、液滴と接触する部分を間接的に冷却する被接触部材及び／又は支持部材を設けたガラス塊製造装置の一例の要部正面図である。 本実施形態において、支持部材を複数設けたガラス塊製造装置の概略を示す正面図である。

符号の説明

１ ガラス塊製造装置
１１ 溶融ガラス滴下装置
２１，２１Ｇ，２１Ｈ 被接触部材
２２，２２Ａ，２２Ｆ，２２Ｇ，２２Ｈ，２２Ｉ 支持部材
２３，２３Ｂ，２３Ｃ 落下制限部材
２４ 気体供給部材
２４１ 気体供給源
２４２ 配管
２４３ 通気孔
２５，２５Ｄ，２５Ｅ， 案内部材
２６ 冷却管
３１ 液体槽
３２ 溶媒
４１ 流路先端
４２ 流路
５１ 保持容器
５２ 炉体
５３ 原料投入口
５４ 攪拌機
６ 液滴
Ａ 溶融ガラス

Claims (18)

1. 流路から溶融ガラスの液滴を滴下してガラス塊を形成するガラス塊の製造方法であって、
   前記流路から離脱する前の液滴と被接触部材とを接触するのと同時に、前記液滴に対して鉛直上方以外の方向の力を作用する工程を含むガラス塊の製造方法。
2. 前記流路から離脱した後の液滴を支持部材で受けて、前記支持部材上で前記液滴を転動又は滑動した後、前記支持部材から落下する工程を更に含む請求項１記載のガラス塊の製造方法。
3. 前記支持部材の傾斜面上で前記液滴を転動又は滑動する請求項２記載のガラス塊の製造方法。
4. 前記支持部材の少なくとも一部に設けられた落下制限部材によって制限された範囲内から前記液滴を落下する請求項２又は３記載のガラス塊の製造方法。
5. 前記落下制限部材で落下方向に関して両側から前記液滴を略等しい力で支持する請求項４記載のガラス塊の製造方法。
6. 転動又は滑動する方向に関して両側から前記液滴を略等しい力で支持しながら前記落下制限部材に案内する請求項５記載のガラス塊の製造方法。
7. 前記液滴を前記支持部材上で螺旋形状に転動又は滑動する請求項２から請求項６のいずれか記載のガラス塊の製造方法。
8. 前記被接触部材及び／又は支持部材の前記液滴と接触する部分にはカーボンを含む耐熱部材が用いられる請求項１から請求項７のいずれか記載のガラス塊の製造方法。
9. 前記被接触部材及び／又は支持部材のうち少なくとも溶融ガラスと接触する面の算術平均粗さ（Ｒａ）が２５ａ以下である請求項１から８のいずれか記載のガラス塊の製造方法。
10. 前記被接触部材及び／又は支持部材の前記液滴と接触する部分に、気体を噴出する多孔質部材が用いられる請求項１から請求項９のいずれか記載のガラス塊の製造方法。
11. 前記被接触部材及び／又は支持部材の前記液滴と接触する部分を間接的に冷却する請求項１から１０記載のガラス塊の製造方法。
12. 前記支持部材を前記液滴の落下方向に重畳して複数設け、複数の前記支持部材上で連続して前記液滴が転動又は滑動する請求項２から請求項１１のいずれか記載のガラス塊の製造方法。
13. 前記流路から離脱する際の溶融ガラスの粘度［ｄＰａ・ｓ］の対数ｌｏｇηが０．１以上かつ３．５以下である請求項１から１２のいずれか記載のガラス塊の製造方法。
14. 請求項１から１３のいずれか記載の方法により製造されるガラス塊を精密プレス成形する工程を含む光学素子の製造方法。
15. 請求項１から１３のいずれか記載の方法により製造されるガラス塊を成形する工程を含むＬＥＤ用レンズ部材の製造方法。
16. 流路を備える溶融ガラス滴下装置に対して、前記流路から離脱する前の溶融ガラスの液滴と接触するように被接触部材を設ける工程を含む溶融ガラス滴下装置の組立方法。
17. 前記流路から離脱した後の溶融ガラスの液滴と接触するように支持部材を設ける工程をさらに含む請求項１６記載の溶融ガラス滴下装置の組立方法。
18. 溶融ガラスを滴下する流路と、
    前記流路から離脱する前の溶融ガラスの液滴と接触する被接触部材と、を含むガラス塊製造装置。

Images