JP2012017216A

JP2012017216A - ガラス成形体の製造方法、光学素子及び光学機器

Info

Publication number: JP2012017216A
Application number: JP2010154092A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Sakai; 亮介坂井
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-06
Also published as: JP5552385B2

Abstract

【課題】種々の形状を有するガラス成形体を、成形型の形状への依存度が小さく成形できるガラス成形体の製造方法、及びこの製造方法で製造される光学素子、この光学素子を用いた光学機器を提供する。
【解決手段】上方向に向かって拡幅しかつ一部に気体噴出口１３が形成された受け面１７を有する成形型１０を用い、受け面１７の上に、ガラス成形体ＧＭの最大幅ｒ２が受け面１７の最大幅より大きくなる量の溶融ガラス塊ＧＧを供給し、気体噴出口１３から溶融ガラス塊ＧＧへと気体を噴出しながら、溶融ガラス塊ＧＧをガラス成形体ＧＭへと成形する工程を有するガラス成形体の製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス成形体の製造技術に関する。

従来、ガラス成形体は、ガラス成形体の所望形状に関連した形状を有する成形型を用い、その上で溶融ガラス塊を成形して製造されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、所望形状を有したガラス成形体が得られるため、製品（例えば光学素子）を製造するための加工の手間を軽減することができる。

特開２００９−９６７１１号公報

ところで、ガラス成形体はその用途が広く、それに伴って種々の形状の機能面を有するものの製造が要求される。しかし、従来の技術では、ガラス成形体の所望形状ごとに異なる成形型を用意しなければならず、成形型の用意に手間や費用がかかるという問題があった。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、種々の形状を有するガラス成形体を、成形型の形状への依存度が小さく成形できるガラス成形体の製造方法、及びこの製造方法で製造される光学素子、この光学素子を用いた光学機器を提供することを目的とする。

本発明者らは、ガラス成形体の最大幅が前記受け面の最大幅より大きくなる量の溶融ガラス塊を供給することで、気体が噴出された溶融ガラス塊の上下方向への回転が抑制され、気体の噴出方式に応じた形状へと溶融ガラス塊を変形できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

（１）ガラス成形体の製造方法であって、
上方向に向かって拡幅しかつ一部に気体噴出口が形成された受け面を有する成形型を用い、
前記受け面の上に、ガラス成形体の最大幅が前記受け面の最大幅より大きくなる量の溶融ガラス塊を供給し、
前記気体噴出口から前記溶融ガラス塊へと気体を噴出しながら、前記溶融ガラス塊をガラス成形体へと成形する工程を有する製造方法。

（２）前記溶融ガラス塊は、前記受け面を構成する凹部の容積よりも大きい体積を有する（１）記載の製造方法。

（３）前記受け面の上の溶融ガラス塊は、上下方向には実質的に回転せずに成形される（１）又は（２）記載の製造方法。

（４）前記気体噴出口の開口縁を、前記ガラス成形体のうち光学面でない部分に対向させる（１）から（３）いずれか記載の製造方法。

（５）前記受け面の上に供給する溶融ガラス塊は、前記気体噴出口の開口幅より大きい幅を有する（１）から（４）いずれか記載の製造方法。

（６）前記気体噴出口の上端を除く部分に、気体が流通可能な細孔が形成されたストッパ部材を設ける（１）から（５）いずれか記載の製造方法。

（７）前記受け面の上に供給する溶融ガラス塊は、溶融ガラスで形成されたもの、又は溶融ガラスを低粘性化したガラスゴブである（１）から（６）いずれか記載の製造方法。

（８）（１）から（７）いずれか記載の製造方法で製造されたガラス成形体から製造される光学素子。

（９）（８）記載の光学素子を用いた光学機器。

本発明によれば、ガラス成形体の最大幅が受け面の最大幅より大きくなる量の溶融ガラス塊を供給することで、気体が噴出された溶融ガラス塊の上下方向への回転が抑制され、気体の噴出方式に応じた形状へと溶融ガラス塊を変形できる。よって、気体の噴出方式を適宜選択することで、種々の形状を有するガラス成形体を、成形型の形状への依存度が小さく成形することができる。

本発明の第１実施形態に係るガラス成形体の製造方法で用いる成形型の構造を示す図である。図１の成形型を用いたガラス成形体の製造方法において、溶融ガラス塊を供給する時点（Ａ）及び溶融ガラス塊に気体を噴出する時点（Ｂ）の様子を示す図である。図１の成形型を用いて、異なる形状のガラス成形体を製造する様子を示す図である。本発明の第２実施形態に係るガラス成形体の製造方法で用いる成形型の構造を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態以外の各実施形態の説明において、第１実施形態と共通するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るガラス成形体の製造方法で用いる成形型１０の構造を示す図である。成形型１０は型母材１１を有し、この型母材１１の上面には、溶融ガラス塊ＧＧを受ける凹んだ受け面１７が設けられている。また、受け面１７は、上方に向かって拡幅するとともに、一部に気体噴出口１３が形成されており、この気体噴出口１３から後述の溶融ガラス塊ＧＧへと気体を噴出可能である。

図２は、成形型１０を用いたガラス成形体の製造方法において、溶融ガラス塊ＧＧを供給する過程（Ａ）、及びガラス成形体ＧＭを製造する過程（Ｂ）の様子を示す図である。かかる受け面１７の上に溶融ガラス塊ＧＧを供給する。すると、溶融ガラス塊ＧＧは、中央部分が気体を受けて非接触状態を保ちつつ、外側部分が受け面１７で支持される。この状態で、気体噴出口１３から溶融ガラス塊ＧＧへと気体を噴出しながら、溶融ガラス塊ＧＧをガラス成形体ＧＭへと成形する。

ここで、本発明の製造方法では、供給する溶融ガラス塊ＧＧの量は、製造すべきガラス成形体ＧＭの最大幅ｒ２が受け面１７の最大幅αより大きくなるように設定されている。これにより、受け面１７と溶融ガラス塊ＧＧとの間を通過した気体の流れが、溶融ガラス塊ＧＧの上方へと巻き込みにくく、外方へと抜けていくため、溶融ガラス塊ＧＧの上下方向の回転が抑制される。すると、溶融ガラス塊ＧＧの下面が常に気体噴出口１３からの気体を受け続けることになり、気体の噴出方式に応じた形状へと溶融ガラス塊ＧＧを変形することができる。

図３は、成形型１０を用いて、異なる形状のガラス成形体ＧＭを製造する様子を示す図である。気体噴出口１３からの気体噴出量を低く設定し、あるいは中央よりも外側の方の気体噴出量を高く設定することで、ガラス成形体ＧＭの下面を凸面に成形でき、その曲率も条件により適宜設定し得る（図３（Ａ））。また、気体噴出口１３からの気体噴出量を強く設定し、あるいは中央と外側の気体噴出量の差を縮めていくにつれ、ガラス成形体ＧＭの下面を平面に（図３（Ｂ））、さらに凹面に（図３（Ｃ））成形することもできる。

本発明の方法を行うためには、受け面の最大幅αが、製造すべきガラス成形体の最大幅より小さくなるように設計する必要がある。しかし、求められるガラス成形体の最大幅の自由度は、ガラス成形体の形状等とは異なり、極めて限定的であることが一般的であるため、一定の最大幅αを有する成形型１０により、多種形状のガラス成形体の製造が可能である。従って、本発明の製造方法は、ガラス成形体の形状ごとに異なる成形型を要する従来の成形技術に比べ、成形型の形状への依存度が小さい。

本発明の方法において、ガラス成形体の最大幅ｒ２の下限は、溶融ガラス塊ＧＧの上下方向の回転をより抑制できる点で、受け面の最大幅αの１００％であることが好ましく、より好ましくは１０５％、最も好ましくは１１０％である。また、ガラス成形体の最大幅ｒ２の上限は、製造すべきガラス成形体の大きさに応じて適宜設定されてよいが、過大であっても溶融ガラス塊ＧＧの上下方向の回転を抑制する作用は飽和するため、受け面の最大幅αの１５０％であることが好ましく、より好ましくは１４０％、最も好ましくは１３０％である。

ガラス成形体ＧＭの最大幅ｒ２は製造条件ごとに略一定に定まる。このため、用いる溶融ガラス塊ＧＧの粘性のもとで、溶融ガラス塊ＧＧの量、受け面１７の形状、受け面１７を構成する凹部の容積等を適宜選択し、ガラス成形体ＧＭの最大幅ｒ２が受け面１７の最大幅αより大きくなるような条件を予め求めておけばよい。受け面１７の断面形状は、図示するような直線形状に限られず、任意の曲線、及びそれらの組合せであってもよい。

受け面１７に供給する溶融ガラス塊ＧＧは、受け面１７を構成する凹部１６の容積よりも大きい体積を有することが好ましい。これにより、溶融ガラス塊ＧＧが凹部１６内に収まりきらず、ガラス成形体ＧＭの最大幅ｒ２が受け面１７の最大幅αよりも大きくなりやすい。なお、本発明において凹部とは、受け面１７の上端１９から下端（気体噴出口１３の上端１５と共通）までの空間を指す。

溶融ガラス塊ＧＧの体積の下限は、溶融ガラス塊ＧＧの上下方向の回転をより抑制できるよう、受け面１７を構成する凹部１６の容積よりも大きい体積を有することが好ましいが、受け面１７の断面形状等に応じて適宜設定されてよい。また、溶融ガラス塊ＧＧの体積の上限は、製造すべきガラス成形体の大きさに応じて適宜設定されてよい。

このように、本発明の方法では、受け面１７の上の溶融ガラス塊ＧＧは、上下方向の回転が抑制されている必要があり、上下方向には実質的に回転せずに成形されることが好ましい。なお、上下方向に実質的に回転しないとは、気体との衝突による不可避的な溶融ガラス塊ＧＧの上下方向への微細な揺動を包含する趣旨である。また、溶融ガラス塊ＧＧは水平方向には回転してもよく、回転しなくてもよい。

溶融ガラス塊ＧＧのうち気体噴出口１３と対向する部分は、受け面１７と非接触状態に保たれ、気体噴出の方式によって成形されるため、受け面１７の形状が転写する等による粗面化の問題がなく、光学面に適する。これに対し、溶融ガラス塊ＧＧのうち気体噴出口１３の開口縁１８から外側の部分と対向する部分は、受け面１７と多少なり接触して粗面化しやすく、光学面として用いるには、平滑化の加工に手間がかかる。従って、気体噴出口１３の開口縁１８を、ガラス成形体ＧＭのうち光学面でない部分に対向させることが好ましい。ただし、ガラス成形体ＧＭにおける光学面が大きい場合、開口縁１８を光学面でない部分に対向させようとすると、溶融ガラス塊ＧＧが形状を維持できずに気体噴出口１３内に落下してしまうおそれがある。このため、溶融ガラス塊ＧＧの落下リスクとガラス成形体の加工の手間とを考慮すると、開口縁１８がガラス成形体ＧＭのうち光学面の一部にも対向することが好ましい場合もあり得る。

気体噴出口１３への溶融ガラス塊ＧＧの落下のリスクは、溶融ガラス塊ＧＧが高温でその粘度が低い程に高まる。このため、受け面１７の上に供給する溶融ガラス塊ＧＧが、気体噴出口１３の開口幅βより大きい幅ｒ１を有することが好ましい。高温で粘度の低い供給時における溶融ガラス塊ＧＧが開口幅βより大きい幅を有することで、気体噴出口１３への落下リスクを低減することができる。

溶融ガラス塊ＧＧの幅ｒ１の下限は、気体噴出口１３への落下リスクをより低減する観点で、開口幅βの１０５％であることが好ましく、より好ましくは１１０％、最も好ましくは１１５％である。また、溶融ガラス塊ＧＧの幅ｒ１の上限は、過大でも落下リスクの低減作用が飽和する観点で、開口幅βの５００％であることが好ましく、より好ましくは３００％、最も好ましくは２００％である。

図４は、本発明の第２実施形態に係るガラス成形体の製造方法で用いる成形型１０Ａの構造を示す図である。溶融ガラス塊ＧＧが気体噴出口１３へ落下し、成形型１０の外部の気体供給管や気体供給源へと溶融ガラス塊ＧＧが移行すると、成形型１０の交換だけでは回復困難である重大な故障を招き得る。そこで、図４に示されるように、気体が流通可能な細孔が形成されたストッパ部材１４を気体噴出口１３に設けることが好ましい。これにより、落下した溶融ガラス塊ＧＧがストッパ部材１４で受け止められるため、成形型１０Ａあるいはストッパ部材１４を交換するだけで、気体噴出を正常化することができる。ただし、ストッパ部材１４は気体噴出口１３の上端１５を除く部分に設けることが好ましい。これにより、落下しない溶融ガラス塊ＧＧがストッパ部材１４に接触し、粗面化する事態を予防できる。

ストッパ部材１４としては、図４に示すように、多孔質からなる部材を用いることが好ましい。これにより、溶融ガラス塊ＧＧがストッパ部材１４上に落下して付着した場合でも、付着箇所からの気体導出が停止するだけで、他の箇所からの気体導出が維持されるため、気体噴出口１３内の気体蓄積による圧壊等の事態を回避しやすい。ただし、多孔質に限らず、非多孔質部材に細孔を形成したものを用いてもよい。

なお、受け面の上に供給する溶融ガラス塊は、気体により変形可能な状態にあれば特に限定されず、溶融ガラスで形成された（この場合、ガラス溶解装置から溶融ガラスを直接受け面１７に供給する）もの、又は溶融ガラスを低粘性化したガラスゴブ（この場合、ガラスゴブを成形した装置から受け面１７へと移送する）であってよい。前者は成形型１０のみで成形を完了できるため、部品数を削減できる点で有利である。後者は溶融ガラス塊の気体噴出口１３への落下をより確実に抑制でき、より広い幅βを有する気体噴出口１３を用いて光学面を成形できる点で有利である。

以上の方法で製造されるガラス成形体は、成形型の形状への依存度が小さく成形されつつ、種々の形状を有することができるため、種々の形状及び安価であることが要求される光学素子の材料として有用である。従って、本発明は、ガラス成形体から製造される光学素子、及びこの光学素子を用いた光学機器を包含する。

図１に示す成形型１０を用いて、ガラスゴブからガラス成形体の製造を行った。具体的に、成形型１０において最大幅αは１３ｍｍ、開口幅βは６ｍｍであった。また、ガラスゴブは、Ｌａ系ガラス（ガラス転移点６１５℃）から成形された８００℃のものであり、ｒ１が１３ｍｍ、体積が０．７８ｍＬ（凹部の容積より大きい）であった。

成形における気体（Ａｒガス）の供給量を２〜５Ｌ／分の範囲内の各数値に設定したときに、得られたガラス成形体の下面中央の形状を表１に示す。なお、成形の間、いずれの溶融ガラス塊も、上下方向には実質的に回転しないことを確認した。

表１に示されるように、ガラス成形体の下面中央の形状は、気体の供給量を増やすにつれて凸面から凹面へと変化し、凹面及び凸面の曲率も気体の供給量によって調節できることが分かった。

１０，１０Ａ成形型
１１型母材
１３気体噴出口
１４ストッパ部材
１５上端
１６凹部
１７受け面
１８開口縁
１９上端
ＧＧ溶融ガラス塊
ＧＭガラス成形体

Claims

ガラス成形体の製造方法であって、
上方向に向かって拡幅しかつ一部に気体噴出口が形成された受け面を有する成形型を用い、
前記受け面の上に、ガラス成形体の最大幅が前記受け面の最大幅より大きくなる量の溶融ガラス塊を供給し、
前記気体噴出口から前記溶融ガラス塊へと気体を噴出しながら、前記溶融ガラス塊をガラス成形体へと成形する工程を有する製造方法。
前記溶融ガラス塊は、前記受け面を構成する凹部の容積よりも大きい体積を有する請求項１記載の製造方法。
前記受け面の上の溶融ガラス塊は、上下方向には実質的に回転せずに成形される請求項１又は２記載の製造方法。
前記気体噴出口の開口縁を、前記ガラス成形体のうち光学面でない部分に対向させる請求項１から３いずれか記載の製造方法。
前記受け面の上に供給する溶融ガラス塊は、前記気体噴出口の開口幅より大きい幅を有する請求項１から４いずれか記載の製造方法。
前記気体噴出口の上端を除く部分に、気体が流通可能な細孔が形成されたストッパ部材を設ける請求項１から５いずれか記載の製造方法。
前記受け面の上に供給する溶融ガラス塊は、溶融ガラスで形成されたもの、又は溶融ガラスを低粘性化したガラスゴブである請求項１から６いずれか記載の製造方法。
請求項１から７いずれか記載の製造方法で製造されたガラス成形体から製造される光学素子。
請求項８記載の光学素子を用いた光学機器。