JP2013184849A - プリフォーム硝材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえ高屈折率のガラス材を成形する場合でも、成形時の失透を防いで高品質のプリフォーム硝材を製造することができるプリフォーム硝材の製造方法と製造装置１０を提供すること。
【解決手段】溶融ガラスを所定量ずつガラス塊Ｇ２として成形型２上に供給し、成形型２上に供給されたガラス塊Ｇ２を、ガラス塊Ｇ２と成形型２の成形面２１との間に気体を流して浮上させながら成形するプリフォーム硝材の製造方法及び製造装置において、成形型２上に供給されたガラス塊Ｇ２に霧状の水滴Ｗ等の冷却液を接触させ、ガラス塊Ｇ２を急冷するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学レンズ等の生産に用いるプリフォーム硝材の製造方法と製造装置に関する。

例えば、デジタルカメラ、携帯電話等に装着されている撮像レンズや、ＤＶＤプレーヤ等に装着されているピックアップレンズ等の光学レンズは、プリフォームとして塊状硝材を製造し、その後、このプリフォーム硝材をヒートプレス成形することにより生産するのが一般的である。

従来、このプリフォーム硝材の製造方法として、下記特許文献１には、流出パイプから溶融ガラスを流下させ、流下する溶融ガラスを成形型の成形面上に形成したガスクッションで支えながら切断し、得られたガラス塊をガスクッション上で保持しながら冷却することによりプリフォーム硝材を製造することが開示されている。

また、下記特許文献２には、流出パイプから溶融ガラスを流下させてガラス塊を分離し、得られたガラス塊を成形型上で保持し、ガラス塊の上方からガスを吹き付けて冷却することによりプリフォーム硝材を製造することが開示されている。

特開平８−３２５０２１号公報 特開２００５−２７２１９４号公報

近年、電子電気機器の更なる薄型化、小型化に伴い、光学レンズについても薄型化、小型化が要求され、より屈折率の高い光学レンズが求められている。

ところが、従来のプリフォーム硝材の製造方法にあっては、溶融ガラスと成形型との接触によるシワや、アルカリ成分等の揮発による脈理を抑制することはできるものの、屈折率の高いガラス材を成形する場合、成形中に失透を生じ易く、所望の光学特性が得難いという問題があった。

本発明は、従来のプリフォーム硝材の製造方法に上記のような問題があったことに鑑みて為されたもので、たとえ高屈折率のガラス材を成形する場合でも、成形時の失透を抑制して高品質のプリフォーム硝材を製造することができるプリフォーム硝材の製造方法と製造装置を提供することを技術的課題とする。

本発明は、溶融ガラスを所定量ずつガラス塊として成形型上に供給し、該成形型上に供給されたガラス塊を、該ガラス塊と該成形型の成形面との間に気体を流して浮上させながら成形するプリフォーム硝材の製造方法であって、
前記成形型上に供給されたガラス塊に冷却液を接触させ、該ガラス塊を冷却することを特徴としている。

また、本発明は、前記冷却液として水を接触させることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷却液として液体窒素を接触させることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷却液を霧状にして接触させることを特徴とする。

また、本発明は、溶融ガラスを所定量ずつガラス塊として成形型上に供給し、該成形型上に供給されたガラス塊を、該ガラス塊と該成形型の成形面との間に気体を流して浮上させながら成形するプリフォーム硝材の製造装置であって、
前記成形型上に供給されたガラス塊に冷却液を接触させる冷却液供給手段を備えることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷却液供給手段が、前記冷却液を霧状に噴射する噴射ノズルを備えることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷却液供給手段が、前記冷却液を滴下または流下させる供給パイプを備えることを特徴とする。

本発明に係るプリフォーム硝材の製造方法及び製造装置によれば、成形型上に供給されたガラス塊に冷却液を接触させ、その冷却液の気化熱を利用して主としてガラス塊の上面を急速冷却することができるので、たとえ高屈折率のガラス材を成形する場合でも、成形時の失透を抑制することができ、高品質のプリフォーム硝材を製造することができる。

また、冷却液を霧状にしてガラス塊に接触させるプリフォーム硝材の製造方法及び製造装置によれば、主としてガラス塊の上面に万遍なく冷却液を接触させることができ、たとえ比較的に大きなガラス塊を冷却する場合でも割れ等を防ぐことができる。

本実施形態のプリフォーム硝材の製造方法のガラス塊供給工程を説明する要部断面側面図である。 本実施形態のプリフォーム硝材の製造方法の急速冷却工程を説明する要部断面側面図である。 本実施形態のプリフォーム硝材の製造方法の成形型による浮上成形を説明する要部断面側面図である。 本発明に係る他の実施形態のプリフォーム硝材の製造方法の急速冷却工程を説明する要部断面側面図である。 本発明に係る更に他の実施形態のプリフォーム硝材の製造方法の成形型による浮上成形を説明する要部断面側面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態のプリフォーム硝材の製造装置１０は、溶融ガラスＧ１を所定量ずつガラス塊Ｇ２として供給するための溶融ガラス供給手段１と、溶融ガラス供給手段１から供給されたガラス塊Ｇ２を型成形するための成形型２と、成形型２上のガラス塊Ｇ２に冷却液を接触させる冷却液供給手段３と、を備えて構成されている。

溶融ガラス供給手段１は、図１に示すように、溶融ガラスＧ１を流出させる流出パイプ１１と、流出パイプ１１の周囲に配設された不図示のヒータとを備えている。流出パイプ１１をヒータで加熱しながら流出パイプ１１の流出口から溶融ガラスＧ１を流出させる。

成形型２は、上部に所定の湾曲凹面形状の成形面２１が形成された炭化珪素製の多孔質材から構成されており、支持管２２の先端開口部に着脱自在に固定されている。支持管２２には、不図示の気体供給源が接続されており、高圧気体を支持管２２を通じて成形型２の下部へ吹き込むことによって、成形型２の成形面２１全体から万遍なく気体を噴射させる。

本実施形態では、間欠回転する不図示の円盤状の回転テーブルの外周部に沿って複数の支持管２２が配設され、各支持管２２の先端開口部に成形型２が取り付けられている。このことで、各成形型２は、回転テーブルの間欠回転によって、各支持管２２と共に間欠的に水平移動し、そして、各移動位置において、後述のガラス塊供給工程、急速冷却工程、空冷工程、及び取出し工程の各工程がこの順に行われる。

また、各支持管２２は、所定タイミング及び所定速度で回転テーブルに対して上下移動可能に設けられている。このことで、各成形型２は、各支持管２２と共に所定タイミング及び所定速度で上下移動する。即ち、本実施形態の成形型２は、回転テーブルの各回転位置において適宜、上下移動し得る。

冷却液供給手段３は、図２に示すように、冷却液として水を霧状に噴射する噴射ノズル３１を備えて構成されている。噴射ノズル３１には、不図示の冷却液供給源及び圧縮気体供給源が接続されており、回転テーブルの間欠回転により上記溶融ガラス供給手段１の下方位置から水平移動してきた各成形型２上のガラス塊Ｇ２に対し、上方から霧状の水滴Ｗを噴射する。即ち、本実施形態において、冷却液供給手段３は、溶融ガラス供給手段１よりも回転テーブルの回転下手側に配設されている。

以下、図１〜図３を参照しながら、本実施形態のプリフォーム硝材の製造装置１０によるプリフォーム硝材の製造方法について説明する。

まず、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、溶融ガラスＧ１を所定量ずつガラス塊Ｇ２として成形型２上に供給するガラス塊供給工程を行う。

本実施形態では、図１（ａ）に示すように、溶融ガラス供給手段１の流出パイプ１１から流出する溶融ガラスＧ１を、その溶融ガラスＧ１が滴下する前の段階で成形型２で受け止め、次いで、図１（ｂ）に示すように、成形型２を緩やかに下降させながら成形型２の成形面２１上に溶融ガラスＧ１を溜めてゆく。そして、成形型２上の溶融ガラスＧ１が所定重量に達したとき、図１（ｃ）に示すように、成形型２を急速に下降させることにより所定量のガラス塊Ｇ２を分離する。こうして、所定量のガラス塊Ｇ２を成形型２上に供給する。

このガラス塊供給工程において、成形型２の成形面２１からは常時、気体が噴射されており、図３に示すように、成形型２上に供給されたガラス塊Ｇ２の下面と成形型２の成形面２１との間に気体Ａが流れる。このことで、ガラス塊Ｇ２は成形型２上で成形面２１と接触することなく浮上し続け、主としてガラス塊Ｇ２の下面が気体Ａで空冷されながら、成形面２１の形状に沿って成形される。他方、ガラス塊Ｇ２の上面は表面張力により自由曲面となる。

なお、本実施形態では、成形型２の成形面２１からの気体噴射を、後続の急速冷却工程、空冷工程においても行うようにしている。また、流出パイプ１１の流出口付近に切断刃を設け、流出パイプ１１から流下する溶融ガラスを所定量ずつ切断刃で切断することによりガラス塊を成形型上に供給してもよい。また、溶融ガラスを流出パイプ１１から所定量ずつ滴下させることによりガラス塊を成形型上に供給してもよい。

次に、図２に示すように、成形型２上に供給されたガラス塊Ｇ２に冷却液を接触させて冷却する急速冷却工程を行う。

本実施形態では、上記ガラス塊供給工程を行った後、回転テーブルを間欠回転させ、ガラス塊Ｇ２を成形型２上で保持したまま、冷却液供給手段３の噴射ノズル３１の鉛直下方へ移動させる。そして、噴射ノズル３１からガラス塊Ｇ２へ向けて霧状の水滴Ｗを噴射し、その水滴Ｗを主としてガラス塊Ｇ２の上面に接触させる。

水滴Ｗがガラス塊Ｇ２の表面に接触すると、水滴Ｗは瞬時に蒸発し、その際の気化熱がガラス塊Ｇ２から奪われる。こうして、主としてガラス塊Ｇ２の上面が急速冷却される。この急速冷却によって、ガラス塊Ｇ２が冷却過程においてその失透領域を履歴することなく冷却され、特に、成形面２１から噴射される気体Ａによる空冷が殆ど行われないガラス塊Ｇ２の上面において、失透の発生を抑制することができる。

なお、霧状に噴射された水滴Ｗの粒径は、５μｍ〜１５０μｍが好ましく、１０μｍ〜１００μｍがより好ましい。水滴Ｗの粒径が５μｍ以下であると、水滴Ｗがガラス塊Ｇ２の表面に接触する前に完全蒸発してしまい、水滴Ｗの気化熱を冷却に利用することができなくなる。他方、水滴Ｗの粒径が１５０μｍ以上であると、水滴Ｗがガラス塊Ｇ２の表面に接触してから完全蒸発するまでの時間がかかり過ぎ、ガラス塊Ｇ２の表面にウォーターマーク様の欠点が発生し易くなる。

また、噴射ノズル３１の配設位置は、ガラス塊Ｇ２の鉛直上方に限定されるものではなく、ガラス塊Ｇ２の斜め上方に配設した噴射ノズルから霧状の水滴を噴射してもよい。また、複数の噴射ノズルを配設してもよい。

また、この急速冷却工程において、噴射ノズル３１による霧状の水滴Ｗの噴射を、間欠的ではなく連続的に行わせておき、成形型２上のガラス塊Ｇ２をその水滴Ｗの噴射領域を所定時間をかけて通過移動させることによって、ガラス塊Ｇ２の急速冷却を行ってもよい。

そして、この急速冷却工程を行った後、回転テーブルを間欠回転させ、ガラス塊Ｇ２を成形型２上で浮上させながら所定時間、空冷成形する空冷工程を行って、プリフォーム硝材を製造する。その後、吸着ピックアップ機構等により成形型２からプリフォーム硝材を取り出す取出し工程を行う。こうして、溶融ガラスＧ１から多数のプリフォーム硝材を連続的に製造する。

このように本実施形態のプリフォーム硝材の製造方法及び製造装置によれば、成形型２上に供給されたガラス塊Ｇ２に冷却液を接触させ、その冷却液の気化熱を利用して主としてガラス塊Ｇ２の上面を急速冷却することができるので、たとえ高屈折率のガラス材を成形する場合でも、成形時の失透を抑制することができ、高品質のプリフォーム硝材を製造することができる。

また、本実施形態のプリフォーム硝材の製造方法及び製造装置によれば、冷却液として水を霧状に噴射しているので、主としてガラス塊Ｇ２の上面に万遍なく冷却液を接触させることができ、たとえ比較的に大きなガラス塊Ｇ２を冷却する場合でも割れ等を防ぐことができる。

なお、一般に高屈折率のガラス材ほど、液相粘度が低くなりやすく、プリフォーム硝材の製造時に失透を生じ易い。本実施形態のプリフォーム硝材の製造方法及び製造装置は、特に屈折率（ｎｄ）が１．６５よりも大きいガラス材から、失透のない高品質のプリフォーム硝材を製造する場合に適している。また、液相粘度が１００ｄＰａ・ｓよりも小さいガラス材から、失透のない高品質のプリフォーム硝材を製造する場合に適している。

以上、本実施形態のプリフォーム硝材の製造方法および製造装置について説明したが、本発明は他の実施形態でも実施することができる。

例えば、上記実施形態では、急速冷却工程において、冷却液として霧状の水滴を噴射しているが、図４に示すように、冷却液として液体窒素Ｎを滴下してもよい。即ち、図４に示すように、冷却液供給手段４は、供給パイプ４１を備えて構成されており、供給パイプ４１から液体窒素Ｎを、必要に応じて滴下または流下させることによって、ガラス塊Ｇ２の主として上面に液体窒素Ｎを接触させる。液体窒素は水に比べて蒸発し易いため、ウォーターマーク様の欠点を生じ難い。また、ガラス塊Ｇ２の上面に冷却液を液滴として供給すれば、ガラス塊Ｇ２以外の部分に冷却液を接触させずに済む。

また、上記実施形態では、成形型２を多孔質材から構成しているが、図５に示すように、成形型５を、上部に所定形状の成形面５１が形成され、成形面５１から下面まで通気孔５２が貫通する中実部材から構成してもよい。支持管２２を通じて高圧気体を成形型５の通気孔５２へ吹き込むことによって、成形面５１にて通気孔５２から気体を噴射させ、成形型５上に供給されたガラス塊Ｇ２の下面と成形面５１との間に気体Ａを流す。このことで、主としてガラス塊Ｇ２の下面を気体Ａで空冷しながら成形面５１の形状に沿って成形する。なお、成形型５の成形面５１から下面にまで複数の通気孔を形成してもよい。

本発明は、その他、その趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づいて種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものである。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内でいずれかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施してもよく、また、一体に構成されている発明特定事項を複数の部材から構成したり、複数の部材から構成されている発明特定事項を一体に構成した形態で実施してもよい。

「実施例１」
本実施形態のプリフォーム硝材の製造装置の溶融ガラス供給手段１の流出パイプ１１から温度１３５０℃、粘度２ｄＰａ・ｓ、ガラス転移点５８２℃、軟化点６９１℃、液相温度１１２０℃の溶融ガラスＧ１（成形後の屈折率１．８５）を、ガラス塊Ｇ２（重量４ｇ）として成形型２上に供給し、供給直後の１秒後から８秒後まで、冷却液供給手段３の噴射ノズル３１から霧状の水滴（粒径１０μｍ〜１００μｍ）をガラス塊Ｇ２に向けて噴射した。噴射終了直後のガラス塊Ｇ２の上表面温度は約６５０℃であった。このガラス塊Ｇ２から得られたプリフォーム硝材を検査したところ、表面失透は見当たらなかった。

「実施例２」
本実施形態のプリフォーム硝材の製造装置の溶融ガラス供給手段１の流出パイプ１１から、上記実施例１と同組成の溶融ガラスＧ１を同条件でガラス塊Ｇ２として成形型２上に供給し、供給直後の１秒後から８秒後まで、冷却液供給手段４の供給パイプ４１から流下させた液体窒素の液流をガラス塊Ｇ２に接触させた。液流接触直後のガラス塊Ｇ２の上表面温度は約７５０℃であった。このガラス塊Ｇ２から得られたプリフォーム硝材を検査したところ、表面失透は見当たらなかった。

「比較例」
本実施形態のプリフォーム硝材の製造装置の溶融ガラス供給手段１の流出パイプ１１から、上記実施例１と同組成の溶融ガラスＧ１を同条件でガラス塊Ｇ２として成形型２上に供給し、そのガラス塊Ｇ２に冷却液を接触させることなく、そのまま成形型２上でガラス塊Ｇ２を浮上させながら空冷した。成形型２への供給直後から８秒後のガラス塊Ｇ２の上表面温度は約１１５０℃であった。このガラス塊Ｇ２から得られたプリフォーム硝材を検査したところ、ガラス塊Ｇ２の上面に表面失透が見られた。

１０ プリフォーム硝材の製造装置
１ 溶融ガラス供給手段
２、５ 成形型
２１、５１ 成形面
３、４ 冷却液供給手段
３１ 噴射ノズル
４１ 供給パイプ
Ａ 気体
Ｇ１ 溶融ガラス
Ｇ２ ガラス塊
Ｎ （冷却液としての）液体窒素
Ｗ （冷却液としての）霧状の水滴

Claims (7)

1. 溶融ガラスを所定量ずつガラス塊として成形型上に供給し、該成形型上に供給されたガラス塊を、該ガラス塊と該成形型の成形面との間に気体を流して浮上させながら成形するプリフォーム硝材の製造方法であって、
   前記成形型上に供給されたガラス塊に冷却液を接触させ、該ガラス塊を冷却することを特徴としたプリフォーム硝材の製造方法。
2. 前記冷却液として水を接触させることを特徴とした請求項１に記載のプリフォーム硝材の製造方法。
3. 前記冷却液として液体窒素を接触させることを特徴とした請求項１に記載のプリフォーム硝材の製造方法。
4. 前記冷却液を霧状にして接触させることを特徴とした請求項１〜請求項３の何れかに記載のプリフォーム硝材の製造方法。
5. 溶融ガラスを所定量ずつガラス塊として成形型上に供給し、該成形型上に供給されたガラス塊を、該ガラス塊と該成形型の成形面との間に気体を流して浮上させながら成形するプリフォーム硝材の製造装置であって、
   前記成形型上に供給されたガラス塊に冷却液を接触させる冷却液供給手段を備えることを特徴としたプリフォーム硝材の製造装置。
6. 前記冷却液供給手段が、前記冷却液を霧状に噴射する噴射ノズルを備える請求項５に記載のプリフォーム硝材の製造装置。
7. 前記冷却液供給手段が、前記冷却液を滴下または流下させる供給パイプを備える請求項５に記載のプリフォーム硝材の製造装置。

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