JP2010235423A - ガラス成形体の製造方法及びガラス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス成形体の品質を向上できるガラス成形体の製造方法及びガラス成形装置を提供すること。
【解決手段】溶融ガラス塊ＧＡをプレスするガラス成形体ＧＭの製造方法は、溶融ガラス流ＧＦが流出する流出口６１の下方に、下型３１の受け面３１１を配置する配置工程と、溶融ガラス流ＧＦをシャー４１ａ，４１ｂで切断し、溶融ガラス塊ＧＡを受け面３１１の上に配置する塊準備工程と、溶融ガラス塊ＧＡを受け面３１１及び上型の成形面で押圧することで成形するプレス工程と、を有し、塊準備工程は、切断が完了する前に受け面３１１を降下させることで、溶融ガラス流ＧＦの径ｒ２を調節する工程を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス成形体の製造方法及びガラス成形装置に関する。

光学素子等のガラス成形体は、品質を安定化させるべく、プレス成形する溶融ガラス塊の質量を一定化しつつ製造されている。従来のガラス成形体の製造方法では、ガラス供給部９６０から溶融ガラス流ＧＦをガラス成形型の下型９３４へと流出し、所定間隔ごとにシャー９４０ａ，９４０ｂで切断する（図１（ａ））ことで、一定質量の溶融ガラス塊ＧＡを下型に配置する（図１（ｂ））。その後、この溶融ガラス塊ＧＡを、下型９３４と図示しない上型とでプレスすることで、一定質量のガラス成形体を製造する（例えば特許文献１参照）。

特開平７−２３２９２７号公報

しかし、従来の製造方法では、下型９３４上に配置された溶融ガラス塊ＧＡの頂部Ｔが折れ込みやすい。この頂部Ｔは急冷されて硬化しやすく、この状態でプレス成形を行うと、製品に欠陥を生じさせる。また、頂部Ｔに巻き込まれた部分が気泡として、ガラス成形体の内部に残留することも懸念される。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、ガラス成形体の品質を向上できるガラス成形体の製造方法及びガラス成形装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、切断時の溶融ガラス流の径を調節することで、折れ込みが抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 溶融ガラス塊をプレスするガラス成形体の製造方法であって、
溶融ガラス流が流出する流出口の下方に、下型の受け面を配置する配置工程と、
前記溶融ガラス流を切断することで、溶融ガラス塊を前記受け面上に配置する塊準備工程と、
前記溶融ガラス塊を前記受け面及び上型の成形面で押圧することで成形するプレス工程と、を有し、
前記塊準備工程は、前記切断が完了する前に前記受け面を降下させることで、前記溶融ガラス流の径を調節する工程を有する製造方法。

（２） 溶融ガラス流の径の最小値が、前記降下の間、前記降下前に対して９０％以上になるように、前記降下の速度を設定する（１）記載の製造方法。

（３） 前記切断の後に、前記成形を行う位置へと前記下型を移動する工程を更に有する（１）又は（２）記載の製造方法。

（４） 前記下型は、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を有し、
前記降下は、前記胴型を略固定しつつ前記中型について行う（１）から（３）いずれか記載の製造方法。

（５） 前記降下は、駆動源としてサーボモータを用いて行う（１）から（４）いずれか記載の製造方法。

（６） （１）から（５）いずれか記載の製造方法で製造されるガラス成形体からなる光学素子。

（７） （６）記載の光学素子を用いた光学機器。

（８） 受け面を有する下型と、成形面を有する上型とを用いて溶融ガラス塊をプレスするガラス成形装置であって、
溶融ガラス流が流出する流出口の下方に、下型の受け面を配置する配置手段と、
前記溶融ガラス流を切断することで、溶融ガラス塊を前記受け面上に配置する切断手段と、
前記溶融ガラス塊を前記受け面及び成形面で押圧することで成形するプレス手段と、を備え、
前記切断が完了する前に前記受け面を降下させることで、前記溶融ガラス流の径を調節する径調節手段を更に備えるガラス成形装置。

（９） 前記径調節手段は、溶融ガラス流の径の最小値が、前記降下の間、前記降下前に対して９０％以上になるように前記降下の速度を設定する（８）記載のガラス成形装置。

（１０） 前記切断の後に、前記成形を行う位置へと前記下型を移動する移動手段を更に備える（８）又は（９）記載のガラス成形装置。

（１１） 前記下型として、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を有するものを用い、
前記径調節手段は、前記胴型を略固定しつつ前記中型を降下させる（８）から（１０）いずれか記載のガラス成形装置。

（１２） 前記径調節手段は、駆動源としてサーボモータを有する（８）から（１１）いずれか記載のガラス成形装置。

（１３） （８）から（１２）いずれか記載のガラス成形装置と、前記受け面に溶融ガラス流を流出するガラス供給手段と、を備えるガラス成形体製造装置。

本発明によれば、切断が完了する前に受け面を降下させて溶融ガラス流の径を調節するので、折れ込みを所望の程度に抑制できる。これにより、所望質量の溶融ガラス塊が、折れ込みが抑制された状態で受け面に配置されるので、ガラス成形体の品質を向上できる。

本発明の一実施形態に係るガラス成形体の製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガラス成形体の製造方法を構成する配置工程及び塊準備工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガラス成形装置のブロック図である。 従来例に係るガラス成形体の製造方法を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るガラス成形体の製造方法を示す図である。本発明に係るガラス成形体の製造方法は、配置工程、塊準備工程、及びプレス工程を有する。また、本実施形態に係るガラス成形体製造装置は後述のガラス成形装置２０及びガラス供給手段としてのガラス供給部６０を備え、ガラス成形装置２０は、図示しない配置手段、後述の切断手段としての切断部４０、及びプレス手段を備える。ガラス供給部６０は、溶融ガラスが収容された溶融槽、及びこの溶融槽から延びて溶融ガラスを流通させるガラス供給管６３を備える。

まず、配置工程において、図示しない配置手段が下型３１ａを移動し、溶融槽からの溶融ガラス流ＧＦが流出するガラス供給管６３の流出口６１の下方に、下型３１の受け面３１１を配置する。図１においては、下型３１ｂが流出口６１の下方に配置されている。受け面３１１は図１では平面としたが、これに限られず、任意の形状であってよい。なお、図１に示される態様では、回転テーブル等の設置台３６の上に、複数の下型３１ａ〜３１ｆが設けられていて、設置台３６が図示しない駆動源によって運動及び停止することにより下型３１ａ〜３１ｆが順次移動するが、これに限られず、下型３１ａ〜３１ｆを独立して移動させてもよく、また下型の個数が単数であってもよい。

次に、切断工程において、所定のタイミングにてシャー４１ａ，４１ｂで溶融ガラス流ＧＦを挟み、切断する。これにより、所望の質量の溶融ガラス塊ＧＡが受け面３１１上に配置される。切断のタイミングは、製造の目的に応じて適宜設定されてよい。例えば、切断のタイミングは、一定間隔であってもよいし、受け面３１１上の溶融ガラスの質量を検出し、この検出値が所望値に達した時点に制御されてもよい。なお、本実施形態では、シャー４１ａ，４１ｂ、及びシャー４１ａ，４１ｂを互いに接近離隔させる後述の切断用駆動源４３によって、切断部４０が構成されている。

続いて、プレス工程において、プレス手段が溶融ガラス塊ＧＡを受け面３１１及び上型３３の成形面３３１で押圧することで成形し、ガラス成形体ＧＭを得る。成形面３３１は、図１では逆円錐形状としたが、これに限られず、任意の形状であってよい。また、成形後のガラス成形体ＧＭが、所望の形状と異なる場合には、研磨等により更なる成形を行ってもよい。なお、プレス手段は、下型３１及び上型３３を有するガラス成形型３０、下型３１及び／又は上型３３を接近離隔させる接近離隔手段、並びに必要に応じて受け面３１１及び成形面３３１を加熱する加熱手段を備える。

本発明の特徴は、塊準備工程において、溶融ガラス流ＧＦの切断が完了する前に受け面３１１を降下させることで、溶融ガラス流ＧＦの径を調節する工程を有することである。また、図３に示されるように、本発明に係るガラス成形装置２０は径調節手段としての径調節部５０を備え、この径調節部５０は、条件入力部５３に入力された製造条件に応じて、溶融ガラス流ＧＦの切断が完了する前に受け面３１１を降下させるよう切断用駆動源４３及び／又は振動駆動源５１を制御して、溶融ガラス流ＧＦの径を調節する。なお、振動駆動源５１は下型３１を上下動する駆動源であり、受け面３１１を流出口６１に対して接近離隔させる。本工程の詳細を以下に説明する。

まず、図２（ａ）に示されるように、溶融ガラス流ＧＦを受け止め始めて所定期間経過するまでの間は、受け面３１１が流出口６１に近い位置に配置されている。これにより、溶融ガラス流ＧＦが受け面３１１に衝突した際の衝撃が緩和されるので、ガラス成形体ＧＭの形が崩れたり、気泡が混入したりするのが抑制され、一定形状の溶融ガラス塊を配置することができる。なお、この状態では、溶融ガラス流ＧＦの径は、流出口６１から受け面３１１に向けて拡径しているのが一般的である。本明細書における溶融ガラス流ＧＦの径とは、溶融ガラス流ＧＦの重力方向に直交する断面における最大幅を指す。

衝撃緩和の観点では、受け面３１１と流出口６１との距離は短い程好ましいが、切断時には流出口６１と受け面３１１との間にシャー４１ａ，４１ｂが位置するため、シャー４１ａ，４１ｂの厚み合計よりは長くなければならない。そこで、受け面３１１と流出口６１との距離の下限は、特に限定されないが、１５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１０ｍｍ、最も好ましくは７ｍｍである。また、受け面３１１と流出口６１との距離の上限は、特に限定されないが、１００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５０ｍｍ、最も好ましくは２０ｍｍである。

次に、所定のタイミングにおいて、溶融ガラス流ＧＦをシャー４１ａ，４１ｂで挟み、それとともに受け面３１１を降下させる。すると、流出口６１と受け面３１１との間隔が開くため、所定の粘性を有する溶融ガラス流ＧＦが引き伸ばされ、溶融ガラス流ＧＦの径が落下方向に関して略一定になる（図２（ｂ））。

この状態で溶融ガラス流ＧＦを切断すると、溶融ガラス塊ＧＡの頂部Ｔは、その径が落下方向に関して略一定である（図２（ｃ））ため、折れ込まれにくい。これにより、折れ込みがなく、一定形状の溶融ガラス塊ＧＡが受け面３１１上に配置されることになる（図２（ｄ））。溶融ガラス塊ＧＡの形状は、シャー４１ａ，４１ｂと、受け面３１１との位置関係に依存するが、一般的には中央部分が僅かに窪んだ扁平形状である。

前述のように、受け面３１１を降下させるタイミングは溶融ガラス流ＧＦの切断が完了する前であればよいが、本実施形態では、溶融ガラス流ＧＦをシャー４１ａ，４１ｂで挟み始める直前に受け面３１１の降下が開始している。これにより、溶融ガラス流ＧＦの受け面３１１への衝突による弊害を最大限に抑制しつつ、シャー４１ａ，４１ｂで挟まれる溶融ガラス流ＧＦの径が細くなり、シャー４１ａ，４１ｂに接触する溶融ガラスの量が減るため、シャー４１ａ，４１ｂに付着して硬化したガラスによるガラス成形体の品質低下を抑制することもできる。

特に限定されないが、溶融ガラス流ＧＦの径の最小値が、降下の間（ｒ２）、降下前（ｒ１）に対して９０％以上になるように、受け面３１１の降下の速度を設定することが好ましい。これにより、降下の間の溶融ガラス流ＧＦが過度に細くなるのが回避されるので、折れ込みをより確実に防止できる。降下の間の径最小値ｒ２は、降下前の径最小値ｒ１に対して、９５％以上であることがより好ましく、最も好ましくは９８％以上である。また、降下の間の径最小値ｒ２は、降下前の径最小値ｒ１に対して、１２０％以下であることが好ましく、より好ましくは１１０％以下、最も好ましくは１０５％以下である。なお、ここで言う溶融ガラス流ＧＦの径の最小値（ｒ１、ｒ２）は、シャー４１ａ，４１ｂで挟み込まれる前の時点における値であり、任意方法で測定し得る。

溶融ガラス流ＧＦの切断及び受け面３１１の降下は短時間で完了するため、互いのタイミングを精密に制御することが求められる。そこで、切断用駆動源４３及び／又は振動駆動源５１がサーボモータであることが好ましい。これにより、溶融ガラス流ＧＦの径調節をより正確且つ簡易に行うことができる。この効果は、本実施形態のように複数の下型３１を用いて降下及び移動が並行して行われる複雑な系において特に有利である。ただし、切断用駆動源４３及び／又は振動駆動源５１は、サーボモータに限らず、従来周知の駆動源であってもよい。

ところで、製造効率の向上の観点では、溶融ガラス流ＧＦの切断が完了して受け面３１１上に配置された溶融ガラス塊ＧＡに対し、速やかにプレス成形を行うことが好ましい。成形を行う位置（つまり図１における下型３１ｅの位置）への溶融ガラス塊ＧＡの移動を、溶融ガラス塊ＧＡの頂部Ｔがシャー４１ａ，４１ｂから落下し終わるまでの間に行うと、慣性力の影響で頂部Ｔが折れ込まれることが懸念される。しかし、本発明では溶融ガラス塊ＧＡの頂部Ｔの径が落下方向に関して略一定であるため、慣性力が負荷されても頂部Ｔが折れ込まれにくい。従って、溶融ガラス流ＧＦの切断後に成形を行う位置へと下型３１を移動することで、ガラス成形体の品質低下を抑制しつつ製造効率を工場することができる。

図１に戻って、本実施形態で用いる下型３１は、受け面３１１を有し且つ振動駆動源５１によって上下動する中型３４と、この中型３４の上昇及び降下の軌道を制限する胴型３５と、を有する。従って、受け面３１１の降下は下方向への中型３４の移動によって行うことができ、溶融ガラス塊ＧＡの成形は、胴型３５を上型３３に当接させた状態で中型３４を上方向に移動させることで行うことができる。そして、プレス成形が終了した後には、中型３４を胴型３５の上端と同じ高さ又は上端よりも高い位置へと更に移動させることで、ガラス成形体ＧＭの回収を容易にすることが好ましい。ただし、下型３１は、中型及び胴型で構成せず、一体型であってもよい。

このようにして製造されたガラス成形体ＧＭは、所望質量の溶融ガラス塊ＧＡから製造され、なおかつ製造過程における頂部Ｔの折れ込みが抑制されているため、高水準で均一な品質を有する。従って、本発明のガラス成形体ＧＭは、高精度が要求される光学分野において特に有用であり、本発明のガラス成形体からなる光学素子、及びこの光学素子を用いた光学機器は、本発明に包含される。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

２０ ガラス成形装置
３０ ガラス成形型
３１ 下型
３１１ 受け面
３３ 上型
３３１ 成形面
３４ 中型
３５ 胴型
３６ 設置台
４０ 切断部（切断手段）
４１ シャー
４３ 切断用駆動源
５０ 径調節部（径調節手段）
５１ 振動駆動源
５３ 条件入力部
６０ ガラス供給部（ガラス供給手段）
６１ 流出口
６３ ガラス供給管
ＧＦ 溶融ガラス流
ＧＡ 溶融ガラス塊
ＧＭ ガラス成形体

Claims (13)

1. 溶融ガラス塊をプレスするガラス成形体の製造方法であって、
   溶融ガラス流が流出する流出口の下方に、下型の受け面を配置する配置工程と、
   前記溶融ガラス流を切断することで、溶融ガラス塊を前記受け面上に配置する塊準備工程と、
   前記溶融ガラス塊を前記受け面及び上型の成形面で押圧することで成形するプレス工程と、を有し、
   前記塊準備工程は、前記切断が完了する前に前記受け面を降下させることで、前記溶融ガラス流の径を調節する工程を有する製造方法。
2. 溶融ガラス流の径の最小値が、前記降下の間、前記降下前に対して９０％以上になるように、前記降下の速度を設定する請求項１記載の製造方法。
3. 前記切断の後に、前記成形を行う位置へと前記下型を移動する工程を更に有する請求項１又は２記載の製造方法。
4. 前記下型は、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を有し、
   前記降下は、前記胴型を略固定しつつ前記中型について行う請求項１から３いずれか記載の製造方法。
5. 前記降下は、駆動源としてサーボモータを用いて行う請求項１から４いずれか記載の製造方法。
6. 請求項１から５いずれか記載の製造方法で製造されるガラス成形体からなる光学素子。
7. 請求項６記載の光学素子を用いた光学機器。
8. 受け面を有する下型と、成形面を有する上型とを用いて溶融ガラス塊をプレスするガラス成形装置であって、
   溶融ガラス流が流出する流出口の下方に、下型の受け面を配置する配置手段と、
   前記溶融ガラス流を切断することで、溶融ガラス塊を前記受け面上に配置する切断手段と、
   前記溶融ガラス塊を前記受け面及び成形面で押圧することで成形するプレス手段と、を備え、
   前記切断が完了する前に前記受け面を降下させることで、前記溶融ガラス流の径を調節する径調節手段を更に備えるガラス成形装置。
9. 前記径調節手段は、溶融ガラス流の径の最小値が、前記降下の間、前記降下前に対して９０％以上になるように前記降下の速度を設定する請求項８記載のガラス成形装置。
10. 前記切断の後に、前記成形を行う位置へと前記下型を移動する移動手段を更に備える請求項８又は９記載のガラス成形装置。
11. 前記下型として、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を有するものを用い、
    前記径調節手段は、前記胴型を略固定しつつ前記中型を降下させる請求項８から１０いずれか記載のガラス成形装置。
12. 前記径調節手段は、駆動源としてサーボモータを有する請求項８から１１いずれか記載のガラス成形装置。
13. 請求項８から１２いずれか記載のガラス成形装置と、前記受け面に溶融ガラス流を流出するガラス供給手段と、を備えるガラス成形体製造装置。

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