JP2010001178A - ガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、ガラスゴブの製造装置及びガラス成形体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下型の温度を高くしても、下型に溶融ガラス滴が強固に付着することを抑制することができるガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、及び、これらの製造装置を提供する。
【解決手段】溶融ガラス滴の滴下経路に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気を形成しておく。炭化水素ガス雰囲気を通過するように、下型に溶融ガラス滴を滴下する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、ガラスゴブの製造装置及びガラス成形体の製造装置に関し、より詳しくは、下型の上に溶融ガラス滴を滴下して製造するガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、ガラスゴブの製造装置及びガラス成形体の製造装置に関する。

近年、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズ等として、ガラス製の光学素子が広範にわたって利用されている。このようなガラス製の光学素子として、ガラス素材を成形金型で加圧成形して製造したガラス成形体が広く用いられている。

このようなガラス成形体の製造方法の１つとして、予め所定質量及び形状を有するガラスプリフォームを作製し、該ガラスプリフォームを成形金型とともにガラスが変形可能な温度まで加熱して加圧成形する方法（以下、「リヒートプレス法」ともいう）が知られている。

このようなリヒートプレス法に用いるガラスプリフォームは、従来、研削・研磨等の機械加工によって製造されてきたが、機械加工によるガラスプリフォームの作製には多大な労力と時間を要するという問題があった。そのため、下型に滴下ノズルから溶融ガラス滴を滴下してガラスゴブ（ガラス塊）を作製し、それを冷却、固化してガラスプリフォーム（ゴブプリフォーム）として用いる方法の検討が進められている。

また、下型に滴下ノズルから溶融ガラス滴を滴下してガラスゴブを作製し、該ガラスゴブが固化する前に、下型と上型とで加圧成形してガラス成形体を得る方法（以下、「液滴成形法」ともいう）も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、成形金型等の加熱と冷却を繰り返す必要がなく溶融ガラス滴から直接ガラス成形体を製造することができるので、１回の成形に要する時間を非常に短くできることから注目されている。
特開昭６１−１４６７２１号公報

溶融ガラス滴を下型に滴下してガラスゴブやガラス成形体を製造する方法においては、下型を予め所定温度に加熱しておく必要がある。これは、下型の温度が低すぎると、ガラスゴブやガラス成形体の下面（下型との接触面）に、しわ状の欠陥が発生したり、形状精度が悪化したりする問題があるからである。

しかし、下型に滴下する溶融ガラス滴は非常に高温であるため、上記問題を避けるために下型の温度が高くすると、下型に溶融ガラス滴が強固に付着（以下、「融着」ともいう）しやすいという問題があった。下型に溶融ガラス滴が融着すると、ガラスゴブやガラス成形体の回収が困難になるばかりでなく、付着したガラス片によって下型が損傷し、生産効率が大きく低下してしまう。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、下型の温度を高くしても、下型に溶融ガラス滴が強固に付着することを抑制することができるガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、及び、これらの製造装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１． 下型に溶融ガラス滴を滴下してガラスゴブを製造するガラスゴブの製造方法において、
前記溶融ガラス滴の滴下経路に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気を形成し、
前記炭化水素ガス雰囲気を通過するように前記溶融ガラス滴を滴下することを特徴とするガラスゴブの製造方法。

２． 前記炭化水素ガスは、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）及びアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とする前記１に記載のガラスゴブの製造方法。

３． 前記１又は２に記載のガラスゴブの製造方法によりガラスゴブを製造し、
前記ガラスゴブが固化する前に、前記下型と上型とで加圧成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法。

４． 溶融ガラス滴を滴下する滴下ノズルと、該溶融ガラス滴の少なくとも一部を受ける下型と、を有するガラスゴブの製造装置において、
前記下型で受ける溶融ガラス滴の滴下経路の少なくとも一部を内部に含むチャンバと、
前記チャンバの内部に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気を形成する手段と、を有することを特徴とするガラスゴブの製造装置。

５． 前記炭化水素ガスは、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）及びアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とする前記４に記載のガラスゴブの製造装置。

６． 前記滴下ノズルと前記下型は、いずれも前記チャンバの内部に配置されていることを特徴とする前記４又は５に記載のガラスゴブの製造装置。

７． 前記滴下ノズルは、前記チャンバの内部に配置され、
前記下型は、前記チャンバの外側で、かつ前記チャンバよりも下方に配置され、
前記チャンバは、溶融ガラス滴を下方に滴下するための開口を有していることを特徴とする前記４又は５に記載のガラスゴブの製造装置。

８． 前記炭化水素ガスは、メタン（ＣＨ_４）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）及びアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とする前記７に記載のガラスゴブの製造装置。

９． 前記滴下ノズルは、前記チャンバの外側で、かつ前記チャンバよりも上方に配置され、
前記下型は、前記チャンバの内部に配置され、
前記チャンバは、溶融ガラス滴をチャンバ内に導入するための開口を有していることを特徴とする前記４又は５に記載のガラスゴブの製造装置。

１０． 前記炭化水素ガスは、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）及びブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とする前記９に記載のガラスゴブの製造装置。

１１． 前記開口から流出する炭化水素ガスを燃焼させ、前記開口の外側に火炎を形成する手段を有することを特徴とする前記７〜１０のうちいずれか１項に記載のガラスゴブの製造装置。

１２． 前記開口を開閉するためのシャッタと、
溶融ガラス滴の滴下のタイミングに合わせて前記開口が開くように、前記シャッタを制御する手段と、を有することを特徴とする前記７〜１０のうちいずれか１項に記載のガラスゴブの製造装置。

１３． 貫通孔を有し、上方から滴下した溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離し、微小化された溶融ガラス滴として更に下方に滴下するための微小化部材を備えることを特徴とする前記４〜１２のうちいずれか１項に記載のガラスゴブの製造装置。

１４． 前記滴下ノズルは、前記チャンバの外側で、かつ前記チャンバよりも上方に配置され、
前記下型は、前記チャンバの内部に配置され、
前記チャンバは、上方から滴下した溶融ガラス滴の一部を通過させて分離し、微小化された溶融ガラス滴として前記チャンバ内に導入するための開口を有していることを特徴とする前記４又は５に記載のガラスゴブの製造装置。

１５． 前記４〜１４のうちいずれか１項に記載のガラスゴブの製造装置と、
前記下型の上でガラスゴブを加圧成形する手段と、を有することを特徴とするガラス成形体の製造装置。

本発明においては、溶融ガラス滴の滴下経路に炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気を形成し、溶融ガラス滴を、炭化水素ガス雰囲気を通過させて下型に滴下する。高温の溶融ガラス滴が炭化水素ガス雰囲気を通過すると、炭化水素ガスが熱分解することにより、溶融ガラス滴の表面に、炭素を含んだ被膜が形成される。そのため、溶融ガラス滴と下型との間には、炭素を含んだ被膜が介在し、両者が直接密着することを防止することができる。従って、下型の温度を高くしても、下型に溶融ガラス滴が強固に付着することを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図１２を参照しつつ詳細に説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態であるガラスゴブの製造装置及び製造方法について図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本実施形態におけるガラスゴブの製造方法のフローチャートである。また、図２、図３は本実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ａの模式図である。図２は下型に溶融ガラス滴を滴下する工程（Ｓ１０３）における状態を、図３は、ガラスゴブを冷却・固化する工程（Ｓ１０４）における状態を、それぞれ示している。

図２、図３に示すガラスゴブの製造装置１０ａは、溶融ガラス滴５１を滴下する滴下ノズル３１、溶融ガラス滴５１を受ける下型１１、滴下ノズル３１及び下型１１を内部に含むチャンバ１２を備えている。また、チャンバ１２の内部に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気３０を形成する手段として、ガス導入バルブ１３と、ガスボンベ１４とを備えている。このように、滴下ノズル３１と下型１１とを、いずれもチャンバ１２の内部に配置することで、一旦形成した炭化水素ガス雰囲気３０が、チャンバ１２の開放などによって破壊される（外部の空気が流入する）ことなく、連続してガラスゴブを製造することができる。

滴下ノズル３１は、溶融ガラス５０を貯留する溶融槽３２に接続されている。滴下ノズル３１を所定温度に加熱することによって、先端部から溶融ガラス滴５１が滴下する。溶融槽３２は、図のようにチャンバ１２の外部に配置してもよいし、チャンバ１２の内部に配置してもよい。溶融槽３２をチャンバ１２の外部に配置する場合は、チャンバ１２の内部に配置する場合に比べてチャンバ１２を小型化でき、効率的に炭化水素ガス雰囲気３０を形成できるというメリットがある。

下型１１は、図示しない加熱手段によって所定温度に加熱できるように構成されている。加熱手段は、公知の加熱手段を適宜選択して用いることができる。例えば、下型１１の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒータや、下型１１の外側に接触させて使用するシート状のヒータ、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置等を用いることができる。

下型１１の材質は、溶融ガラスの受け型や成形金型の材料として公知の材料の中から適宜選択して用いることができる。好ましく用いることができる材料として、例えば、各種耐熱合金（ステンレス等）、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等）、カーボンを含んだ複合材料等が挙げられる。

また、下型１１の耐久性向上や溶融ガラス滴５０との反応防止などのため、表面に被覆層を設けておくことも好ましい。被覆層の材料にも特に制限はなく、例えば、種々の金属（クロム、アルミニウム、チタン等）、窒化物（窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化硼素等）、酸化物（酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン等）等を用いることができる。このような被覆層は、例えば、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法によって形成することができる。

中でも、クロム、アルミニウム、及びチタンのうち少なくとも１つの元素を含む被覆層を設けておくことが特に好ましい。これらの元素を含んだ膜は、大気中での加熱によって表面が酸化し、安定な酸化物の層が形成されるという特徴がある。クロム、アルミニウム、チタンの酸化物は、いずれも標準生成自由エネルギー（標準生成ギブスエネルギー）が小さく、非常に安定であるため、高温の溶融ガラス滴と接触しても容易に反応することがないという大きな利点を有している。

次に、本実施形態のガラスゴブの製造方法について、図１に示すフローチャートに従って各工程を順に説明する。

先ず、下型１１を予め所定温度に加熱しておく（工程Ｓ１０１）。下型１１の温度が低すぎると、ガラスゴブの下面（下型１１との接触面）にしわ状の欠陥が発生しやすくなることから、そのような欠陥が発生しない温度まで加熱する必要がある。本実施形態においては、溶融ガラス滴５１を、炭化水素ガス雰囲気３０を通過させて下型１１に滴下するため、ガラスゴブの下面にしわ状の欠陥が発生しない温度にまで下型１１を加熱しても、下型１１と溶融ガラス滴５１との融着を十分に抑制することができる。

実際には、ガラスの種類や、形状、大きさ、下型１１の材質、大きさ、ヒータや温度センサの位置等種々の条件によって適正な温度が異なるため、実験的に適正な温度を求めておくことが好ましい。通常は、使用するガラスのガラス転移温度をＴｇとすると、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定することが好ましい。

次に、ガスボンベ１４に接続されたガス導入バルブ１３を開いてチャンバ１２に炭化水素ガスを導入して、溶融ガラス滴５１の滴下経路ＤＬに、炭化水素ガス雰囲気３０を形成する（工程Ｓ１０２）。ここで、炭化水素ガス雰囲気とは、炭化水素ガスを含むガスによって形成される雰囲気をいう。

炭化水素ガスとしては、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）などが、入手が容易であり、好ましく用いることができる。これらのガスを単独で用いてもよいし、これらのガスを混合して用いてもよい。また、これらのガスと、他のガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウムなど）との混合ガスを用いることもできる。都市ガスやＬＰガスを用いてもよい。

形成する炭化水素ガス雰囲気３０には、炭化水素ガス以外のガスが含まれていてもよい。しかし、炭化水素ガス雰囲気３０に空気や酸素ガスを含む場合には、爆発を避けるため、使用する炭化水素ガスの爆発限界に応じて、空気や酸素ガスの含有量を低く抑えることが好ましい。

また、チャンバ１２に減圧ポンプを接続し、炭化水素ガスを導入する前に、チャンバ１２の内部を減圧する工程を設けることも好ましい。チャンバ１２を減圧してから炭化水素ガスを導入することにより、空気の含有量の低い炭化水素ガス雰囲気３０を、より効率的に形成することができる。

なお、下型１１を加熱する工程（Ｓ１０１）と、炭化水素ガス雰囲気３０を形成する工程（Ｓ１０２）の順序はこれに限定されるものではなく、工程Ｓ１０２の後に工程Ｓ１０１を行ってもよいし、工程Ｓ１０１と工程Ｓ１０２とを同時に行ってもよい。

次に、下型１１に溶融ガラス滴５１を滴下する（工程Ｓ１０３）。滴下ノズル３１を所定温度に加熱すると、溶融槽３２に貯留された溶融ガラス５０が、自重によって滴下ノズル３１の内部に設けられた流路を通過し、表面張力によって先端部に溜まる。先端部に溜まった溶融ガラスが一定の質量になると、重力によって滴下ノズル３１から自然に分離し、溶融ガラス滴５１が下型１１に滴下する。

滴下ノズル３１から分離した溶融ガラス滴５１は、滴下経路ＤＬに形成された炭化水素ガス雰囲気３０を通過しながら落下し、下型１１に到達する。高温の溶融ガラス滴５１が炭化水素ガス雰囲気３０を通過すると、炭化水素ガスが熱分解することにより、溶融ガラス滴５１の表面に、炭素を含んだ被膜が形成される。この炭素を含んだ被膜が介在することにより、溶融ガラス滴５１と下型１１とが直接密着することが無くなり、溶融ガラス滴５１と下型１１との強固な付着を抑制することができる。

ここで、炭素を含んだ被膜とは、炭素原子のみからなる炭素被膜の他、炭素原子と水素原子とを有する炭化水素被膜なども含まれる。

溶融ガラス滴５１の質量は、滴下ノズル３１の先端部の外径などによって調整可能であり、ガラスの種類等によるが、０．１ｇから２ｇ程度の溶融ガラス滴を滴下させることができる。また、滴下ノズル３１の内径、長さ、加熱温度などによってガラス滴の滴下間隔を調整することができる。従って、これらの条件を適切に設定することで、所望の質量の溶融ガラス滴を所望の間隔で滴下させることが可能である。

使用できるガラスの種類に特に制限はなく、公知のガラスを用途に応じて選択して用いることができる。例えば、ホウケイ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸ガラス、ランタン系ガラス等の光学ガラスが挙げられる。

形成されたガラスゴブ５２は、下型１１の上で所定時間保持されることによって、冷却・固化する（工程Ｓ１０４）。その後、固化したガラスゴブ５２を回収し（工程Ｓ１０５）、ガラスゴブ５２の製造が完成する。引き続いてガラスゴブ５２の製造を行う場合は、工程Ｓ１０３以降の工程を繰り返せばよい。

本実施形態の製造方法により製造されたガラスゴブ５２は、リヒートプレス法による各種精密光学素子の製造に用いるガラスプリフォームなどとして使用することができる。

なお、得られたガラスゴブ５２の表面には、炭素を含んだ被膜が残存しているが、一般的な洗浄（例えば、超音波洗浄、スクラブ洗浄など）や、プラズマアッシングなどによって、容易に除去することができる。また、ガラスゴブ５２の表面に炭素を含んだ被膜を残したまま、リヒートプレス法によって光学素子を製造した後、得られた光学素子の表面から炭素を含んだ被膜を除去してもよい。この場合、リヒートプレス法による加圧成形の際に、炭素を含んだ被膜の存在によって、ガラスゴブ５２と成形金型との融着が抑制されるというメリットがある。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態であるガラスゴブの製造装置について図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｂの模式図である。なお、上述の第１の実施形態と同様の部分については詳細な説明を省略する。

図４に示すガラスゴブの製造装置１０ｂは、溶融ガラス滴５１を滴下する滴下ノズル３１、溶融ガラス滴５１を受ける下型１１、滴下ノズル３１を内部に含むチャンバ１２を備えている。また、チャンバ１２の内部に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気３０を形成する手段として、ガス導入バルブ１３と、ガスボンベ１４とを備えている。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｂにおいては、第１の実施形態（ガラスゴブの製造装置１０ａ）の場合と異なり、下型１１は、チャンバ１２の外側で、かつチャンバ１２よりも下方に配置されている。また、チャンバ１２は、溶融ガラス滴５１を下方に滴下するための開口１５を有している。このような構成とすることにより、チャンバ１２を小型化することができ、溶融ガラス滴５１の滴下経路ＤＬに、炭化水素ガス雰囲気３０を効率的に形成することができるというメリットがある。

炭化水素ガスは、第１の実施形態と同様のガスを用いることができる。本実施形態の場合には、炭化水素ガスとして、空気よりも比重が小さいガスを用いることで、開口１５からの炭化水素ガスの流出量を抑えることができ、より効率的に炭化水素ガス雰囲気３０を形成することができる。空気よりも比重が小さい炭化水素ガスとして、例えば、メタン（ＣＨ_４）（比重：０．５５）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）（比重：０．９７）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）（比重：０．９１）などが挙げられる。なお、上記の比重は、空気を１としたときの、各ガスの比重である。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｂを用いたガラスゴブの製造方法の、その他の工程については、上述の第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態であるガラスゴブの製造装置について図５を参照しながら説明する。図５は、本実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｃの模式図である。なお、上述の第１、第２の実施形態と同様の部分については詳細な説明を省略する。

図５に示すガラスゴブの製造装置１０ｃは、溶融ガラス滴５１を滴下する滴下ノズル３１、溶融ガラス滴５１を受ける下型１１、下型１１を内部に含むチャンバ１２を備えている。また、チャンバ１２の内部に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気３０を形成する手段として、ガス導入バルブ１３と、ガスボンベ１４とを備えている。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｃにおいては、第１の実施形態（ガラスゴブの製造装置１０ａ）の場合と異なり、滴下ノズル３１は、チャンバ１２の外側で、かつチャンバ１２よりも上方に配置されている。また、チャンバ１２は、溶融ガラス滴５１をチャンバ１２内に導入するための開口１５を有している。このような構成とすることにより、チャンバ１２を小型化することができ、溶融ガラス滴５１の滴下経路ＤＬに、炭化水素ガス雰囲気３０を効率的に形成することができるというメリットがある。また、溶融ガラス滴５１が、下型１１に到達する直前に炭化水素ガス雰囲気３０を通過するため、溶融ガラス滴５１と下型１１との強固な付着を効果的に抑制することができる。

炭化水素ガスは、第１の実施形態と同様のガスを用いることができる。本実施形態の場合には、炭化水素ガスとして、空気よりも比重が大きいガスを用いることで、開口１５からの炭化水素ガスの流出量を抑えることができ、より効率的に炭化水素ガス雰囲気３０を形成することができる。空気よりも比重が大きい炭化水素ガスとして、例えば、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）（比重：１．０５）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）（比重：１．５６）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）（比重：２．０９）などが挙げられる。なお、上記の比重は、空気を１としたときの、各ガスの比重である。

また、開口１５からの空気の流入を防止するため、チャンバ１２の内部の圧力を大気圧よりも高くし、開口１５から常に炭化水素ガスが流出している状態とすることが好ましい。本実施形態では、更に、点火トーチ１７によって、開口１５から流出する炭化水素ガスに着火し、開口１５の外側に火炎１６を形成している。このような構成は、チャンバ１２の外部に炭化水素ガスが漏洩することを防止でき、環境汚染の防止や安全上の観点から好ましい構成である。なお、開口１５の外側に火炎１６を形成し、流出する炭化水素ガスを燃焼させる構成は、上述の第２の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｂ（図４参照）にも同様に適用することができる。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｃを用いたガラスゴブの製造方法の、その他の工程については、上述の第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態であるガラスゴブの製造装置について図６、図７を参照しながら説明する。図６、図７は、本実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｄの模式図である。なお、上述の第１〜第３の実施形態と同様の部分については詳細な説明を省略する。

図６、図７に示すガラスゴブの製造装置１０ｄは、溶融ガラス滴５１を滴下する滴下ノズル３１、溶融ガラス滴５１を受ける下型１１、下型１１を内部に含むチャンバ１２を備えている。また、チャンバ１２の内部に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気３０を形成する手段として、ガス導入バルブ１３と、ガスボンベ１４とを備えている。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｄにおいては、第３の実施形態（ガラスゴブの製造装置１０ｃ）と同様、滴下ノズル３１は、チャンバ１２の外側で、かつチャンバ１２よりも上方に配置されている。また、チャンバ１２は、溶融ガラス滴５１をチャンバ１２内に導入するための開口１５を有している。このような構成とすることにより、チャンバ１２を小型化することができ、溶融ガラス滴５１の滴下経路ＤＬに、炭化水素ガス雰囲気３０を効率的に形成することができるというメリットがある。また、溶融ガラス滴５１が、下型１１に到達する直前に炭化水素ガス雰囲気３０を通過するため、溶融ガラス滴５１と下型１１との強固な付着を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｄは、溶融ガラス滴５１の滴下を検知するための滴下センサ３３、開口１５を開閉するためのシャッタ１９、滴下センサ３３からの信号によってシャッタ１９の位置を制御する制御部１８を備えている。滴下センサ３３は、発光部３３ａから出射した光を受光部３３ｂで受光し、受光した光の強度を監視している。溶融ガラス滴５１が滴下すると、受光部３３ｂに到達するはずの光が遮られて受光している光の強度が低下する。それにより、溶融ガラス滴５１の滴下が検知され、制御部１８に信号が送られる。なお、溶融ガラス滴５１の滴下を検知するための滴下センサ３３は、このような光学式のセンサに限定されるものではなく、例えば、電波、音、温度等を利用する、公知の各種センサを適宜用いればよい。

本実施形態においては、先ず、シャッタ１９によって開口１５を閉じた状態で、炭化水素ガス雰囲気３０を形成する（図６参照）。そして、滴下センサ３３によって溶融ガラス滴５１の滴下が検知されると、制御部１８がシャッタ１９を移動して開口１５を開き、溶融ガラス滴５１がチャンバ１２内に導入される（図７参照）。チャンバ１２内に導入された溶融ガラス滴５１は、炭化水素ガス雰囲気３０を通過して下型１１に到達する。所定時間後、制御部１８が再びシャッタ１９を移動して開口１５を閉じる。

このように、開口１５を開閉するシャッタ１９を設け、溶融ガラス滴５１の滴下のタイミングに合わせて開口１５を開く構成とすることで、開口１５を開いている時間を短時間にすることができるため、炭化水素ガスの外部への流出や、チャンバ１２内への空気の流入を効果的に抑制することができる。

なお、溶融ガラス滴５１の滴下のタイミングに合わせて開口１５を開閉するためには、必ずしも滴下センサ３３を設ける必要はない。例えば、制御部１８にタイマーを設け、溶融ガラス滴５１の滴下の間隔に合わせた所定の間隔ごとにシャッタ１９を移動し、開口１５の開閉を繰り返す方法を用いることもできる。

炭化水素ガスは、第１の実施形態と同様のガスを用いることができる。第３の実施形態の場合と同様、空気よりも比重が大きいガスがより好ましい。また、開口１５からの空気の流入を防止するため、チャンバ１２の内部の圧力を大気圧よりも高くすることが好ましい。

なお、本実施形態のように開口１５を開閉するシャッタ１９を設け、溶融ガラス滴５１の滴下のタイミングに合わせて開口１５を開く構成は、上述の第２の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｂ（図４参照）にも同様に適用することができる。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｄを用いたガラスゴブの製造方法の、その他の工程については、上述の第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態であるガラスゴブの製造装置について図８を参照しながら説明する。図８は、本実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｅの模式図である。なお、上述の第１〜第４の実施形態と同様の部分については詳細な説明を省略する。

図８に示すガラスゴブの製造装置１０ｅは、上述の第１の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ａの構成に加え、貫通孔２２を有し、受けた溶融ガラス滴５１の一部を分離して更に下方に滴下するための微小化部材２３を、チャンバ１２の内部に備えている。

本実施形態においては、滴下ノズル３１から滴下した溶融ガラス滴５１は、一旦、貫通孔２２を有する微小化部材２３で受けられる。このときの衝撃によって、受けた溶融ガラス滴５１の一部が分離し、微小化された溶融ガラス滴５３となって更に下方に滴下し、下型１１に到達する。このように、微小化部材２３を用いることによって、滴下ノズル３１から滴下した溶融ガラス滴５１を下型１１に直接滴下する場合よりも、微小なガラスゴブの製造が可能となる。微小化部材２３を用いた溶融ガラスの微小滴の製造方法については、特開２００２−１５４８３４号公報に詳細に記載されている。

微小化部材２３を用いる場合には、微小化部材２３によって微小化された溶融ガラス滴５３の滴下経路ＤＬ２に炭化水素ガス雰囲気３０を形成し、微小化された溶融ガラス滴５３が、炭化水素ガス雰囲気３０を通過して下型１１に滴下することが好ましい。そのような構成とすることで、下型１１に滴下する溶融ガラス滴５３の表面に、炭素を含んだ被膜を確実に形成することができる。

なお、本実施形態のように、微小化部材２３を用いて溶融ガラス滴を微小化する構成は、上述の第２〜第４の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ（図４〜図７参照）にも同様に適用することができる。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｅを用いたガラスゴブの製造方法の、その他の工程については、上述の第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態であるガラスゴブの製造装置について図９を参照しながら説明する。図９は、本実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｆの模式図である。なお、上述の第１〜第５の実施形態と同様の部分については詳細な説明を省略する。

図９に示すガラスゴブの製造装置１０ｆは、溶融ガラス滴５１を滴下する滴下ノズル３１、微小化された溶融ガラス滴５３を受ける下型１１、下型１１を内部に含み、開口１５を有するチャンバ１２を備えている。また、チャンバ１２の内部に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気３０を形成する手段として、ガス導入バルブ１３と、ガスボンベ１４とを備えている。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｆにおいて、チャンバ１２の開口１５は、上述の第５の実施形態における微小化部材２３の貫通孔２２（図８参照）と同様の機能を有している。すなわち、滴下ノズル３１から滴下した溶融ガラス滴５１は、一旦、チャンバ１２の開口１５で受けられる。このときの衝撃によって、受けた溶融ガラス滴５１の一部が分離し、微小な溶融ガラス滴５３となってチャンバ１２内に導入され、下型１１に到達する。第５の実施形態と同様、炭化水素ガス雰囲気３０は、微小化された溶融ガラス滴５３の滴下経路ＤＬ２に形成される。

このような構成とすることにより、チャンバ１２を小型化することができ、炭化水素ガス雰囲気３０を効率的に形成することができるというメリットがある。また、滴下ノズル３１から滴下した溶融ガラス滴５１を下型１１に直接滴下する場合よりも、微小なガラスゴブの製造が可能となる。

本実施形態のガラスゴブの製造装置１０ｆを用いたガラスゴブの製造方法の、その他の工程については、上述の第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態であるガラス成形体の製造装置及び製造方法について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態におけるガラス成形体の製造方法を示すフローチャートである。また、図１１、図１２は本実施形態におけるガラス成形体の製造装置２０の模式図である。図１１は、下型１１に溶融ガラス滴を滴下する工程（Ｓ２０４）における状態を、図１２は、ガラスゴブを加圧する工程（Ｓ２０６）における状態を、それぞれ示している。

図１１、図１２に示すガラス成形体の製造装置２０は、第５の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｅに加え、チャンバ１２の内部に、下型１１の上でガラスゴブを加圧するための上型２１を備えている。なお、ガラスゴブの製造装置１０ｅに代えて、上述の第１〜第４又は第６の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｆを用いて、同様にガラス成形体の製造装置を構成してもよい。

下型１１は、図示しない駆動手段により、溶融ガラス滴５３を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、ガラスゴブを加圧するための位置（加圧位置Ｐ２）との間で移動可能に構成されている。一方、上型２１は、図示しない駆動手段により、下型１１との間でガラスゴブを加圧する方向（図の上下方向）に移動可能に構成されている。また、下型１１及び上型２１は、図示しない加熱手段によって所定温度に加熱できるように構成されている。下型１１と上型２１とをそれぞれ独立して温度制御することができる構成とすることが好ましい。

もっとも、上型２１をチャンバ１２の内部に配置し、ガラスゴブの加圧をチャンバ１２の内部で行うことは、必ずしも必須の要件ではない。溶融ガラス滴５３の滴下経路ＤＬ２に炭化水素ガス雰囲気３０を形成することができるように構成されていれば、溶融ガラス滴５３と下型１１との強固な付着を抑制するという本発明の効果を得ることができる。例えば、上型２１をチャンバ１２の外部に配置し、溶融ガラス滴５３を受けた下型１１がチャンバ１２の外側に移動して、ガラスゴブを加圧する構成としてもよい。このような構成とすることで、チャンバ１２を小型化することができると共に、製造したガラス成形体をその都度回収してすぐに次工程に送ることができるという利点がある。

次に、本実施形態のガラス成形体の製造方法について、図１０に示すフローチャートに従って各工程を順に説明する。なお、上述の第１〜第６の実施形態と同様の工程については詳細な説明を省略する。

先ず、下型１１及び上型２１を予め所定温度に加熱しておく（工程Ｓ２０１）。所定温度とは、ガラスゴブの下面にしわ状の欠陥が発生せず、加圧成形によってガラス成形体に良好な転写面を形成できる温度を適宜選択すればよい。下型１１と上型２１の加熱温度は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

次に、ガスボンベ１４に接続されたガス導入バルブ１３を開いてチャンバ１２に炭化水素ガスを導入して、溶融ガラス滴５３の滴下経路ＤＬ２に、炭化水素ガス雰囲気３０を形成する（工程Ｓ２０２）。本工程の詳細については、第１の実施形態における工程Ｓ１０２と同様である。

次に、下型１１を滴下位置Ｐ１に移動（工程Ｓ２０３）した後、滴下ノズル３１から溶融ガラス滴５１を滴下し、微小化部材２３によって微小化された溶融ガラス滴５３を下型１１に滴下する（工程Ｓ２０４）（図１１参照）。もっとも、微小化部材２３による溶融ガラス滴５１の微小化は、本発明において必須の要件ではなく、滴下ノズル３１から滴下した溶融ガラス滴５１を下型１１で直接受けてガラス成形体を製造してもよい。

溶融ガラス滴５３は、滴下経路ＤＬ２に形成された炭化水素ガス雰囲気３０を通過しながら落下し、下型１１に到達する。そのため、溶融ガラス滴５３の表面に、炭素を含んだ被膜が形成され、溶融ガラス滴５３と下型１１との強固な付着を抑制することができる。

次に、下型１１を加圧位置Ｐ２に移動し（工程Ｓ２０５）、上型２１を下方に移動して、下型１１と上型２１とでガラスゴブを加圧する（工程Ｓ２０６）（図１２参照）。ガラスゴブは、加圧されている間に下型１１や上型２１との接触面からの放熱によって冷却され、固化してガラス成形体５４となる。加圧を解除しても、形成された転写面の形状が崩れない温度まで、ガラス成形体５４が冷却された後、加圧を解除する。ガラスの種類や、ガラス成形体の大きさや形状、必要な精度等によるが、通常はガラスのＴｇ近傍の温度まで冷却されていればよい。

ガラスゴブを加圧するために負荷する荷重は、常に一定であってもよいし、時間的に変化させてもよい。負荷する荷重の大きさは、製造するガラス成形体のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、上型２１を上下移動させる駆動手段に特に制限はなく、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等の公知の駆動手段を適宜選択して用いることができる。上型２１を下方に移動する代わりに、下型１１を上方に移動してガラスゴブを加圧してもよい。また、上型２１と下型１１の両方を移動してガラスゴブを加圧してもよい。

その後、上型２１を上方に移動して退避させ、ガラス成形体５４を回収し（工程Ｓ２０７）、ガラス成形体５４の製造が完成する。その後、引き続いてガラス成形体５４の製造を行う場合は、下型１１を再び滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ２０３）、以降の工程を繰り返せばよい。

得られたガラス成形体５４の表面には、炭素を含んだ被膜が残存しているが、第１の実施形態の場合と同様に、洗浄やプラズマアッシングなどによって容易に除去することができる。もっとも、被膜の除去は必ずしも必須の工程ではなく、要求性能上問題ない場合には、被膜を除去せずにそのまま使用してもよい。

なお、本実施形態のガラス成形体５４の製造方法は、ここで説明した以外の別の工程を含んでいてもよい。例えば、ガラス成形体５４を回収する前にガラス成形体５４の形状を検査する工程や、ガラス成形体５４を回収した後に下型１１や上型２１をクリーニングする工程等を設けてもよい。

本実施形態の製造方法により製造されたガラス成形体５４は、デジタルカメラ等の撮像レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、光通信用のカップリングレンズ等の各種光学素子として用いることができる。また、ガラス成形体５４を、リヒートプレス法により各種光学素子を製造するためのガラスプリフォームとして用いることもできる。

第１の実施形態におけるガラスゴブの製造方法のフローチャートである。 第１の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ａの模式図（溶融ガラス滴を滴下する工程）である。 第１の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ａの模式図（ガラスゴブを冷却・固化する工程）である。 第２の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｂの模式図である。 第３の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｃの模式図である。 第４の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｄの模式図（開口を閉じた状態）である。 第４の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｄの模式図（開口を開けた状態）である。 第５の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｅの模式図である。 第６の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ｆの模式図である。 第７の実施形態におけるガラス成形体の製造方法のフローチャートである。 第７の実施形態におけるガラス成形体の製造装置２０の模式図（溶融ガラス滴を滴下する工程）である。 第７の実施形態におけるガラス成形体の製造装置２０の模式図（ガラスゴブを加圧する工程）である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ ガラスゴブの製造装置
１１ 下型
１２ チャンバ
１３ ガス導入バルブ
１４ ガスボンベ
１５ 開口
１６ 火炎
１７ 点火トーチ
１８ 制御部
１９ シャッタ
２０ ガラス成形体の製造装置
２１ 上型
２２ 貫通孔
２３ 微小化部材
３０ 炭化水素ガス雰囲気
３１ 滴下ノズル
３２ 溶融槽
３３ 滴下センサ
５０ 溶融ガラス
５１、５３ 溶融ガラス滴
５２ ガラスゴブ
５４ ガラス成形体
ＤＬ、ＤＬ２ 滴下経路
Ｐ１ 滴下位置
Ｐ２ 加圧位置

Claims (15)

1. 下型に溶融ガラス滴を滴下してガラスゴブを製造するガラスゴブの製造方法において、
   前記溶融ガラス滴の滴下経路に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気を形成し、
   前記炭化水素ガス雰囲気を通過するように前記溶融ガラス滴を滴下することを特徴とするガラスゴブの製造方法。
2. 前記炭化水素ガスは、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）及びアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とする請求項１に記載のガラスゴブの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のガラスゴブの製造方法によりガラスゴブを製造し、
   前記ガラスゴブが固化する前に、前記下型と上型とで加圧成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
4. 溶融ガラス滴を滴下する滴下ノズルと、該溶融ガラス滴の少なくとも一部を受ける下型と、を有するガラスゴブの製造装置において、
   前記下型で受ける溶融ガラス滴の滴下経路の少なくとも一部を内部に含むチャンバと、
   前記チャンバの内部に、炭化水素ガスを含む炭化水素ガス雰囲気を形成する手段と、を有することを特徴とするガラスゴブの製造装置。
5. 前記炭化水素ガスは、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）及びアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とする請求項４に記載のガラスゴブの製造装置。
6. 前記滴下ノズルと前記下型は、いずれも前記チャンバの内部に配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のガラスゴブの製造装置。
7. 前記滴下ノズルは、前記チャンバの内部に配置され、
   前記下型は、前記チャンバの外側で、かつ前記チャンバよりも下方に配置され、
   前記チャンバは、溶融ガラス滴を下方に滴下するための開口を有していることを特徴とする請求項４又は５に記載のガラスゴブの製造装置。
8. 前記炭化水素ガスは、メタン（ＣＨ_４）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）及びアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とする請求項７に記載のガラスゴブの製造装置。
9. 前記滴下ノズルは、前記チャンバの外側で、かつ前記チャンバよりも上方に配置され、
   前記下型は、前記チャンバの内部に配置され、
   前記チャンバは、溶融ガラス滴をチャンバ内に導入するための開口を有していることを特徴とする請求項４又は５に記載のガラスゴブの製造装置。
10. 前記炭化水素ガスは、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）及びブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）からなる群から選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とする請求項９に記載のガラスゴブの製造装置。
11. 前記開口から流出する炭化水素ガスを燃焼させ、前記開口の外側に火炎を形成する手段を有することを特徴とする請求項７〜１０のうちいずれか１項に記載のガラスゴブの製造装置。
12. 前記開口を開閉するためのシャッタと、
    溶融ガラス滴の滴下のタイミングに合わせて前記開口が開くように、前記シャッタを制御する手段と、を有することを特徴とする請求項７〜１０のうちいずれか１項に記載のガラスゴブの製造装置。
13. 貫通孔を有し、上方から滴下した溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離し、微小化された溶融ガラス滴として更に下方に滴下するための微小化部材を備えることを特徴とする請求項４〜１２のうちいずれか１項に記載のガラスゴブの製造装置。
14. 前記滴下ノズルは、前記チャンバの外側で、かつ前記チャンバよりも上方に配置され、
    前記下型は、前記チャンバの内部に配置され、
    前記チャンバは、上方から滴下した溶融ガラス滴の一部を通過させて分離し、微小化された溶融ガラス滴として前記チャンバ内に導入するための開口を有していることを特徴とする請求項４又は５に記載のガラスゴブの製造装置。
15. 請求項４〜１４のうちいずれか１項に記載のガラスゴブの製造装置と、
    前記下型の上でガラスゴブを加圧成形する手段と、を有することを特徴とするガラス成形体の製造装置。

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