JP2014076930A - Manufacturing method of glass preform and manufacturing apparatus of glass preform - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラスプリフォームの製造方法及びガラスプリフォームの製造装置に関する。 The present invention relates to a glass preform manufacturing method and a glass preform manufacturing apparatus.
従来、ガラスレンズなどのガラス光学素子の製造方法として、ガラスプリフォームをヒートプレス成形する方法が知られている。例えば特許文献1には、ガラスプリフォームの製造方法として、流出パイプより流出させた溶融ガラスから分離した溶融ガラス塊を成形型上でガラスプリフォームに成形する方法が記載されている。特許文献1に記載のガラスプリフォームの製造方法では、流出パイプを全周にわたって取り巻き、かつ冷却ガス吹き出し口を有する冷却ガス噴出機構の冷却ガス吹き出し口からガスを吹き付ける。これにより、ガラス塊の雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進できるため、脈理の発生を抑制できる旨が特許文献1に記載されている。
Conventionally, as a method for producing a glass optical element such as a glass lens, a method for heat press molding a glass preform is known. For example,
しかしながら、特許文献1に記載の製造方法によりガラスプリフォームを製造した場合、成形時に失透が生じやすく、ガラスプリフォーム中に結晶物が生じやすいという問題がある。
However, when a glass preform is produced by the production method described in
本発明の主な目的は、成形時に失透が生じにくいガラスプリフォームの製造方法を提供することにある。 The main object of the present invention is to provide a method for producing a glass preform which is less prone to devitrification during molding.
本発明に係るガラスプリフォームの製造方法では、先端部が鉛直方向に沿って延びる供給ノズルの先端部からガラス融液を成形型の上に供給し、冷却することによりガラスプリフォームを成形する成形工程を行う。成形工程において、供給ノズルから吐出され、成形型の上に至る前のガラス融液に、水平方向に沿って延びる吹付ノズルからガスを吹き付ける。 In the method for producing a glass preform according to the present invention, the glass preform is molded by supplying the glass melt from the tip of the supply nozzle extending along the vertical direction onto the mold and cooling it. Perform the process. In the molding step, gas is blown from a spray nozzle that extends along the horizontal direction to the glass melt that is discharged from the supply nozzle and reaches the top of the mold.
吹付ノズルを、供給ノズルから吐出されたガラス融液を全周にわたって包囲するように設けることが好ましい。 The spray nozzle is preferably provided so as to surround the glass melt discharged from the supply nozzle over the entire circumference.
供給ノズルの先端部と吹付ノズルとの間に、吹付ノズルからのガスが供給ノズルに至るのを抑制する遮蔽部材を配することが好ましい。 It is preferable to arrange a shielding member between the tip of the supply nozzle and the spray nozzle to suppress the gas from the spray nozzle from reaching the supply nozzle.
遮蔽部材として、鉛直方向において供給ノズルと吹付ノズルとの間に、吹付ノズルの先端よりもガラス融液側に至る遮蔽板を配してもよい。 As the shielding member, a shielding plate reaching the glass melt side from the tip of the spray nozzle may be disposed between the supply nozzle and the spray nozzle in the vertical direction.
遮蔽部材として、供給ノズルの先端部を包囲する筒状部材を配してもよい。 As the shielding member, a cylindrical member surrounding the tip of the supply nozzle may be provided.
吹付ノズルから、100℃以下のガスを吹き付けることが好ましい。 It is preferable to spray a gas of 100 ° C. or less from the spray nozzle.
ガラスの液相粘度が2.0dPa・s以下であってもよい。 The liquid phase viscosity of the glass may be 2.0 dPa · s or less.
吹付ノズルから、空気、窒素またはヘリウムを吹き付けてもよい。 Air, nitrogen or helium may be sprayed from the spray nozzle.
供給ノズルからガラス融液を流出させ、成形型上に供給されたガラス融液を、供給ノズルから流出するガラス融液から分離してガラスプリフォームを成形してもよい。 The glass preform may be molded by causing the glass melt to flow out from the supply nozzle and separating the glass melt supplied onto the mold from the glass melt flowing out from the supply nozzle.
供給ノズルからガラス融液の液滴を吐出させ、液滴からガラスプリフォームを成形してもよい。 A glass melt droplet may be discharged from the supply nozzle to form a glass preform from the droplet.
本発明に係るガラスプリフォームの製造装置は、供給ノズルと、成形型と、吹付ノズルとを備える。供給ノズルは、先端部が鉛直方向に沿って延びている。供給ノズルは、先端部からガラス融液を供給する。成形型には、供給ノズルからガラス融液が供給される。吹付ノズルは、水平方向に沿って延びている。吹付ノズルは、供給ノズルから吐出され、成形型の上に至る前のガラス融液にガスを吹き付ける。 The apparatus for producing a glass preform according to the present invention includes a supply nozzle, a mold, and a spray nozzle. The tip of the supply nozzle extends along the vertical direction. A supply nozzle supplies glass melt from a front-end | tip part. A glass melt is supplied to the mold from a supply nozzle. The spray nozzle extends along the horizontal direction. The spray nozzle is discharged from the supply nozzle and sprays gas onto the glass melt before reaching the mold.
本発明によれば、成形時に失透が生じにくいガラスプリフォームの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the glass preform which is hard to produce devitrification at the time of shaping | molding can be provided.
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。 Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。 Moreover, in each drawing referred in embodiment etc., the member which has a substantially the same function shall be referred with the same code | symbol. The drawings referred to in the embodiments and the like are schematically described. A ratio of dimensions of an object drawn in a drawing may be different from a ratio of dimensions of an actual object. The dimensional ratio of the object may be different between the drawings. The specific dimensional ratio of the object should be determined in consideration of the following description.
(第1の実施形態)
図1〜図3は、本実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
(First embodiment)
1 to 3 are schematic cross-sectional views for explaining a method for producing a glass preform in the present embodiment.
本実施形態では、図1〜図3に示す製造装置1を用いて、ガラスプリフォームを製造する。製造装置1は、ガラスプリフォームを成形するための成形型11を有する。成形型11は、特に限定されないが、本実施形態では、多孔質体により構成されていてもよい。成形型11の構成材料も、特に限定されず、例えば、炭化ケイ素、炭素材料、金属等が挙げられる。
In this embodiment, a glass preform is manufactured using the
成形型11の上方には、成形型11の成形面11aの上に、ガラス融液を供給する供給ノズル14が設けられている。供給ノズル14の先端部14aは、鉛直方向に沿って延びている。この供給ノズル14の先端部14aから成形面11aの上にガラス融液が供給される。
Above the molding die 11, a
成形型11は、支持管10により支持されている。支持管10には、成形型11に臨む貫通孔10aが形成されている。貫通孔10aには、ガス供給機構(図示せず)が接続されている。ガス供給機構は、貫通孔10aに、空気や、窒素などの不活性ガスを供給する。上述のように成形型11は、多孔質体により構成されているため、貫通孔10aに供給されたガスは、成形型11を通過し、成形型11の成形面11aから噴出する。従って、成形面11a上において、ガラス融液は、成形面11aから浮上した状態で保持される。
The
鉛直方向vにおいて、供給ノズル14の先端(下端)よりも下方には、吹付ノズル13が設けられている。この吹付ノズル13は、平面視において(v方向から視た際に)供給ノズル14の先端部14a付近を全周にわたって包囲するように設けられている。よって、吹付ノズル13は、供給ノズル14から吐出されたガラス融液22を全周にわたって包囲するように設けられている。吹付ノズル13は、水平方向に沿って延びている。
A
次に、製造装置1を用いてガラスプリフォーム21(図3を参照)を製造する方法について詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing the glass preform 21 (see FIG. 3) using the
まず、図1及び図2に示されるように、成形面11aからガスを噴出させた状態で、供給ノズル14から、製造しようとするガラスプリフォーム21の重量に応じた重量のガラス融液22を成形面11aの上に供給する。具体的には、図1及び図2に示されるように、成形型11を緩やかに下降させながら成形型11の上にガラス融液22を溜めていく。そして、成形面11aの上に溜まったガラス融液22が所定の重量に達したときに、成形型11を急速に降下させる。これにより、所定量のガラス融液22を分離し、ガラス融液からなるガラス塊を成形型11の成形面11aの上に配置する。なお、供給ノズル14から流出するガラス融液を切断することによってガラス塊を作製してもよい。その後、ガラス塊を冷却することにより図3に示されるガラスプリフォーム21を得ることができる。
First, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, a
本実施形態では、供給ノズル14から吐出され、成形型11の上に至る前のガラス融液22に、成形工程において、水平方向に沿って延びる吹付ノズル13から、空気、窒素またはヘリウムなどのガスを吹き付ける。このため、供給ノズル14から吐出され、成形型11の上に至る前のガラス融液22には、鉛直方向vに対して垂直な全方位からガスが吹き付けられる。
In this embodiment, a gas such as air, nitrogen, or helium is discharged from the
ところで、特許文献1に記載のように、冷却ガスが供給ノズルに至ると、供給ノズルの温度が不所望に低下してしまうため、冷却ガスの吹付ノズルは、通常、供給ノズルの中心に向かって斜め下方に延びるように設けられる。
By the way, as described in
しかしながら、本発明者が鋭意研究した結果、吹付ノズルを、供給ノズルの中心に向かって斜め下方に延びるように設けた場合は、ガラスプリフォームに失透物が混入する場合があることを見出した。本発明者は、さらに鋭意研究の結果、吹付ノズルからの斜め下方に吹き付けられる冷却ガスによりガラス塊が切断されやすく、ガラスプリフォームを構成するためのガラス塊(以下、「主ガラス塊」とする。)が形成された後に、微小なさらなるガラス塊が形成され、その微小ガラス塊が主ガラス塊に混入することにより失透物の混入が生じていることを見出した。 However, as a result of diligent research by the present inventors, it has been found that when the spray nozzle is provided so as to extend obliquely downward toward the center of the supply nozzle, devitrified matter may be mixed into the glass preform. . As a result of further diligent research, the inventor has a glass lump (hereinafter referred to as “main glass lump”) for forming a glass preform because the glass lump is easily cut by the cooling gas blown obliquely downward from the blowing nozzle. .) Was formed, and it was found that minute additional glass lumps were formed, and the devitrified matter was mixed by mixing the small glass lumps into the main glass lumps.
微小ガラス塊は、体積が小さいため、冷却されやすい。このため、主ガラス塊に吸収される前に、微小ガラス塊の温度が、結晶核が生成する温度域にまで一気に冷却されやすい。従って、結晶核を含む微小ガラス塊が主ガラス塊に吸収される。一方、主ガラス塊は、微小ガラス塊よりも体積が大きい。このため、主ガラス塊は、微小ガラス塊よりも温度低下しにくく、通常は、微小ガラス塊が主ガラス塊に吸収されるときの主ガラス塊の温度は、結晶が成長する温度域よりも高い。よって、主ガラス塊中に取り込まれた微小ガラス塊は、主ガラス塊により再度温度上昇し、結晶が成長する温度域を冷却時よりもゆっくりと通過する。その際に、結晶の成長が促進される。その結果、ガラスプリフォームに失透物が混入するものと考えられる。 Since the volume of the small glass lump is small, it is easily cooled. For this reason, before the main glass lump is absorbed, the temperature of the minute glass lump is easily cooled down to a temperature range where crystal nuclei are generated. Therefore, the fine glass lump including the crystal nucleus is absorbed by the main glass lump. On the other hand, the main glass block has a larger volume than the fine glass block. For this reason, the temperature of the main glass lump is less likely to decrease than that of the fine glass lump, and the temperature of the main glass lump when the fine glass lump is absorbed by the main glass lump is usually higher than the temperature range where the crystal grows. . Therefore, the fine glass lump taken into the main glass lump rises in temperature again by the main glass lump and passes through the temperature range where the crystal grows more slowly than when cooling. At that time, crystal growth is promoted. As a result, it is considered that devitrified materials are mixed into the glass preform.
それに対して本実施形態では、成形工程において、水平方向に沿って延びる吹付ノズル13から、供給ノズル14から吐出され、成形型11の上に至る前のガラス融液22に、空気、窒素またはヘリウムなどのガスを吹き付ける。
On the other hand, in the present embodiment, air, nitrogen or helium is applied to the
本実施形態では、吹付ノズル13が水平に延びるように設けられている。よって、吹付ノズル13からのガスは、ガラス融液22に対して垂直に吹き付けられる。よって、ガラス塊が切断されにくく、微小ガラス塊が生じにくい。よって、本実施形態では、ガラスプリフォーム21に失透物が混入しにくい。
In this embodiment, the
また、吹付ノズル13からガスが吹き付けられることによりガラス融液22が冷却されるため、脈理の発生を抑制することができる。
Moreover, since the
なお、失透は、液相粘度の低いガラスを成形に用いる場合ほど生じやすい。従って、本実施形態のガラスプリフォーム21への失透物の混入を抑制できる技術は、ガラスの液相粘度が2.0dPa・s以下、1.5dPa・s以下、1.0dPa・s以下、さらには0.8dPa・s以下であるときにより好適である。なお、「液相粘度」とは、ガラスの液相温度における粘度のことである。
Note that devitrification is more likely to occur when glass having a low liquidus viscosity is used for molding. Therefore, the technology capable of suppressing the mixing of devitrified substances into the
ガラスプリフォーム21に脈理が発生することを抑制する観点からは、吹付ノズル13から100℃以下のガスを吹き付けることが好ましい。
From the viewpoint of suppressing the occurrence of striae in the
なお、本実施形態では、供給ノズル14からガラス融液を流出させ、成形型11上に供給されたガラス融液を、供給ノズル14から流出するガラス融液から分離することにより、ガラスプリフォーム21を構成するためのガラス塊を形成する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、供給ノズル14からガラス融液の液滴を吐出させ、その液滴からガラスプリフォーム21を成形してもよい。
In this embodiment, the
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第1の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。 Other examples of preferred embodiments of the present invention will be described below. In the following description, members having substantially the same functions as those of the first embodiment are referred to by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(第2及び第3の実施形態)
図4は、第2の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。図5は、第3の実施形態におけるガラスプリフォームの製造方法を説明するための略図的断面図である。
(Second and third embodiments)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the glass preform manufacturing method according to the second embodiment. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the glass preform manufacturing method according to the third embodiment.
図4及び図5に示されるように、第2及び第3の実施形態では、供給ノズル14の先端部14aと吹付ノズル13との間に、吹付ノズル13からのガスが供給ノズル14に至るのを抑制する遮蔽部材15が設けられている。このため、吹付ノズル13からのガスにより供給ノズル14の温度が不所望に低下することを抑制することができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the second and third embodiments, the gas from the
具体的には、第2の実施形態では、図4に示されるように、遮蔽部材15は、遮蔽板15aにより構成されている。遮蔽板15aは、鉛直方向vにおいて供給ノズル14と吹付ノズル13との間に、吹付ノズル13の先端よりもガラス融液22側(供給ノズル14の先端部14aの中心側)に至るように設けられている。遮蔽板15aは、中心に円形の開口を有する円板状に設けられている。
Specifically, in the second embodiment, as shown in FIG. 4, the shielding
第3の実施形態では、図5に示されるように、遮蔽部材15は、筒状部材15bにより構成されている。筒状部材15bは、供給ノズル14の先端部14aを包囲するように設けられている。筒状部材15bの下端は、先端部14aの下端と面一か、先端部14aの下端よりも下方にまで至っていることが好ましい。また、筒状部材15bの下端部は、下方に向かって先細るようにテーパー状に設けられていることが好ましい。この場合、吹付ノズル13からのガスによる供給ノズル14の温度低下をより効果的に抑制することができる。
In 3rd Embodiment, as FIG. 5 shows, the shielding
(実施例1)
ガラス組成として、SiO2 3.2質量%、B2O3を17質量%、ZnOを13.4質量%、WO3を1.2質量%、TiO2を1.5質量%、La2O3を33.3質量%、Gd2O3を11.5質量%、Ta2O5を14質量%、Nb2O5を0.6質量%、ZrO2を4質量%、Li2Oを0.3質量%、Sb2O3を0.05質量%となるように原料を調製し、1200℃で4時間溶融した。
Example 1
As a glass composition, SiO 2 3.2 mass%, B 2 O 3 17 mass%, ZnO 13.4 mass%, WO 3 1.2 mass%, TiO 2 1.5 mass%, La 2 O 3 33.3 wt%, the Gd 2 O 3 11.5 mass%, Ta 2 O 5 to 14 mass%, Nb 2 O 5 0.6 wt%, a ZrO 2 4 wt%, the Li 2 O 0.3 mass%, the Sb 2 O 3 to prepare a raw material such that the 0.05 wt% was melted for 4 hours at 1200 ° C..
図1に描画された製造装置1を使用して、溶融ガラスをガラス塊(質量4g)として成形型上に供給し、ガラスプリフォームの成形を行った。この際、供給ノズルからガラス融液が流出しだした直後からガラス塊が形成されるまでの10秒間、吹付ノズルから20℃の窒素ガスを10リットル/分の流量でガラス融液に吹き付けた。
Using the
ガラスプリフォーム表面の任意の10箇所につき観察したところ、いずれの箇所でも失透や脈理は確認されなかった。 When observed at any 10 locations on the surface of the glass preform, devitrification and striae were not confirmed at any location.
なお、得られたガラスプリフォームの物性は、ガラス転移点590℃、軟化点691℃、液相温度1020℃、熱膨張係数75×10−7/℃、屈折率nd1.852、アッベ数νd40.1であった。 The physical properties of the obtained glass preform were as follows: glass transition point 590 ° C., softening point 691 ° C., liquidus temperature 1020 ° C., thermal expansion coefficient 75 × 10 −7 / ° C., refractive index nd 1.852, Abbe number νd 40. 1
(比較例1)
窒素ガスを特許文献1に記載のように斜め下方に向けて吹き付けたこと以外は、実施例1と同様にしてガラスプリフォームを成形し、観察を行った。その結果、10箇所すべてにおいて失透が確認された。脈理は観察されなかった。
(Comparative Example 1)
A glass preform was molded and observed in the same manner as in Example 1 except that nitrogen gas was blown obliquely downward as described in
(比較例2)
窒素ガスの吹き付けを行わなかったこと以外は、実施例1と同様にしてガラスプリフォームを成形し、観察を行った。その結果、10箇所すべてにおいて脈理が確認された。失透は観察されなかった。
(Comparative Example 2)
A glass preform was molded and observed in the same manner as in Example 1 except that nitrogen gas was not blown. As a result, striae were confirmed in all 10 locations. Devitrification was not observed.
1…製造装置
10…支持管
10a…貫通孔
11…成形型
11a…成形面
11b…貫通孔
13…吹付ノズル
14…供給ノズル
14a…供給ノズルの先端部
21…ガラスプリフォーム
22…ガラス融液
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記成形工程において、前記供給ノズルから吐出され、前記成形型の上に至る前のガラス融液に、水平方向に沿って延びる吹付ノズルからガスを吹き付ける、ガラスプリフォームの製造方法。 A glass melt is supplied onto the mold from the tip of the supply nozzle extending along the vertical direction of the tip, and a glass preform is formed by cooling, and a molding process is provided.
A method for producing a glass preform, wherein, in the molding step, gas is blown from a spray nozzle that extends along a horizontal direction to a glass melt discharged from the supply nozzle and before reaching the mold.
前記供給ノズルから前記ガラス融液が供給される成形型と、
水平方向に沿って延び、前記供給ノズルから吐出され、前記成形型の上に至る前のガラス融液にガスを吹き付ける吹付ノズルと、
を備える、ガラスプリフォームの製造装置。 A supply nozzle for supplying a glass melt from the tip, the tip extending along the vertical direction;
A mold for supplying the glass melt from the supply nozzle;
A spray nozzle that extends along a horizontal direction, is discharged from the supply nozzle, and blows a gas to the glass melt before reaching the mold;
An apparatus for manufacturing a glass preform.
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