JP2023002992A - 丸棒ガラス、丸棒ガラスの製造方法、及び丸棒ガラスの製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1のような3本のローラーで丸棒ガラスを挟み込み、回転させることで切削する技術では、ローラー径を細くするにしたがって製造されるガラスロッド径も細くすることができる。理論上、3本のローラーの直径が40mmの場合は、最小で直径6.5mmの丸棒ガラスが得られ、ローラーの直径が30mmの場合は、最小で直径5.0mmの丸棒ガラスが得られ、ローラーの直径が20mmの場合は、最小で直径3.5mmの丸棒ガラスが得られることになる。このように、ローラー直径を小さくすることにより、直径の小さい丸棒ガラスを製造することは理論上可能である。しかし、直径20mmのローラーでは、高い圧力でプレスしたときにローラーが変形してしまう。このような変形を防止するためにはローラーの長さを短くする必要があるが、短いローラーでは長いガラスロッドの製造は困難になり、事実上、コストに見合った丸棒ガラスの製造ができない。特許文献2及び3に開示された丸棒ガラスの最小直径が6mmや7mmであることは、従来の丸棒ガラスの製造技術の限界であると推測される。
すなわち、本発明は以下を包含する。
[1] ガラスピースから丸棒ガラスを製造する方法であって、
先端部が円柱又は円錐形状である3つ以上の圧延ローラーを、前記圧延ローラーの回転軸がそれぞれ交差するように配置する工程と、
前記圧延ローラーのすべてを同じ方向に回転させる工程と、
前記回転軸によって囲まれた位置に形成された隙間に、軟化した前記ガラスピースを前記先端部の回転により押し込む工程と、
押し込まれることにより、前記ガラスピースは延伸し、丸棒ガラスを成形する工程とを含む、製造方法。
[2] ガラスピースから丸棒ガラスを製造するための製造装置であって、
先端部が円柱又は円錐形状である3つ以上の圧延ローラーと、
前記圧延ローラーを回転させるための回転手段と、
材料であるガラスピースを加熱するための加熱手段とを備え、
前記圧延ローラーは、前記圧延ローラーの回転軸がそれぞれ交差するように配置され、
前記回転軸によって囲まれた位置に形成された隙間に軟化した前記ガラスピースを前記圧延ローラーの回転により押し込むことにより、前記丸棒ガラスを製造する、製造装置。
[3] 研磨処理されていない側面から構成される丸棒ガラスであり、
前記側面は、研削により形成されたものではなく、
前記側面の表面は、らせん状の模様を有する、丸棒ガラス。
[4] 断面直径が3.5mm以下であり、かつ、アスペクト比(長軸/断面半径)が35以上である、[3]に記載の丸棒ガラス。
[5] 前記側面には、離型剤由来の成分を有する、[3]又は[4]に記載の丸棒ガラス。
本発明の丸棒ガラスを製造する製造方法は、ガラスピースから丸棒ガラスを製造する方法であって、先端部が円柱又は円錐形状である3つ以上の圧延ローラーを、前記圧延ローラーの回転軸がそれぞれ交差するように配置する工程と、前記圧延ローラーのすべてを同じ方向に回転させる工程と、前記回転軸によって囲まれた位置に形成された隙間に、軟化した前記ガラスピースを前記先端部の回転により押し込む工程と、押し込まれることにより、前記ガラスピースは延伸し、丸棒ガラスを成形する工程とを含む製造方法である。
以下、図面を用いて詳細に説明する。
圧延ローラー1は、ロッド12と、ガラスを下方に押し込むための先端部11とを備えるものである。先端部11は側面を有し、軟化したガラスピース31を受け、3つ以上の圧延ローラー1により下方へ押し込む。軟化したガラスピース31は、3以上の圧延ローラー1の先端部に同時に接触することができるように、向き合うように配置される。下方への押し込み力を調整することに加えて、細い径の丸棒ガラスを製造するために、ロッド12及び先端部11の回転軸2の延長が互いに交差する位置に配置する(図2参照)。このように配置し、それぞれの圧延ローラー1を回転させることで、軟化したガラスピース31が丸棒ガラスに成形される。
実際の製造では、3つ又はそれ以上の圧延ローラー1を用いるが、図3では、ガラスの状態を示すために、2つの圧延ローラーのみで表記する。
まず、圧延ローラー1の先端部11の側面に軟化したガラスピース31が落下される(図3(a)、(b))。圧延ローラー1が回転することにより、ガラスピース31は延伸される。圧延ローラー1同士の距離が狭くなっているところほど、押し込み圧力が強くなり、図3中、下方にあるほどガラスは回転しながら延伸され(図3(c)、(d))、下方向にねじ込まれながら、最終的に所定の直径を有する丸棒ガラス32が得られる(図3(e)、(f))。
図4(a)は、圧延ローラー1は、円錐形状の先端部11(キノコ型)を有するものである。図1乃至3で用いた圧延ローラー1と同じ形状であり、円錐形状の先端部11の側面に軟化したガラスピース31を接触させ(接触部C)、3つの先端部11(図では2つの先端部11)の側面に同時に軟化したガラスが接触すると、ガラスは下方向に押し込まれる。丸棒ガラス32は、先端部11によって、ガラスの表面にらせん状に模様をつけながら、丸棒ガラス32は成形される。なお、先端部11が円錐形状の場合は、頂点部分を切り落としたような形状(先が尖っていない形状)であることが好ましい。
なお、丸棒ガラス32の直径サイズは、3つの圧延ローラー1によって形成される隙間がもっとも小さくなった隙間サイズに影響される。
押し込み角度は、通常、0°を超えて設定され、例えば、3~20°程度にすることが好ましい。押し込み角度が小さいと押し込み速度が遅くなるが、丸棒ガラス32の表面がきめ細かくなる傾向にあり、また、角度が大きいと、押し込みが速くなるが、丸棒ガラス32の側面の表面が粗くなり、後述するらせん模様が強く表れるようになる。
図7には図示しないが、円柱体5には、バーナー等の加熱手段により適切な温度に加熱することができる。円柱体5の断面直径は特に限定されないが、丸棒ガラス32の直径が小さいものである場合は、円柱体5同士の隙間を小さくすることにより、丸棒ガラス32を載せることができる。なお、円柱体5の回転速度は丸棒ガラスの状況に応じて、適宜選択される。
丸棒ガラス32を成形する前に、ガラスピース31の表面に離型剤を塗布することができる。離型剤を塗布することにより、丸棒ガラス32を丸棒成形装置から容易に取り除くことができる。また、離型剤は、ガラスピース31に塗布されるだけでなく、圧延ローラー1に塗布される場合もある。
なお、離型剤としては、窒化ホウ素(BN)を含む離型剤が好ましく用いられる。二硫化モリブデンも使用できるが、窒化ホウ素と比較して耐熱性が低いため、窒化ホウ素の方が好ましい。
本発明の丸棒ガラス32の製造方法で得られる断面が円形である丸棒ガラス32は、圧延により成形されるため、側面は研削により形成されたものではなく、また、研磨処理されていない側面から構成されるものである。丸棒ガラス32の側面の表面は、丸棒ガラス製造方法の構成から、らせん状の模様321を有するものである。
また、本発明の丸棒ガラス32は軟化したガラスピースを回転しながら成形し、丸棒ガラス32の長さ方向の直線性も良好であるため、切削や研削せずに出荷することが可能である。切削や研削しない場合は、表面にダイヤモンドカッター等によって形成された表面(研削表面は通常Raが2.0~4.0μm、Rzが12.00~20μm)を有さない。
本発明の丸棒ガラス32は、上記の製造方法の説明でも理解できるように、ガラスを回転させながら延伸し、成形されるものである。本発明の対象はガラスであり、透過率が高いため、回転させながら成形されても、ガラスがねじれていることは見た目では判別しにくいという特徴を有する。
本発明の製造方法は、材料であるガラスピース31を回転させながら大きく延伸させて丸棒ガラス32を得るため、形状変化率が大きい。例えば、材料であるガラスピース31の長軸と丸棒ガラス32の長軸の変化率CLは、材料として選択するガラスピース31の形状に依存するが、好ましくは5倍以上、より好ましくは10倍以上、さらに好ましくは、20倍以上である。
本発明の丸棒ガラス32の製造方法に使用できるガラスは、特に限定されるものではない。光学ガラスの分野において、失透しやすいガラスであっても、本発明ではガラスを軟化させる程度の温度にすればよく、また、例えば、直径1mm以上の丸棒ガラスを製造することが可能であり、例えば、直径1mm、長さ1mの丸棒ガラスを製造することが可能である。製造時間は、直径1mm、長さ1mの丸棒ガラス32を製造する場合は、10分以内には製造することができ、ガラスが結晶化する前に丸棒ガラスを製造することが可能である。
図1に示す下向きに配置した3本の円錐形状(キノコ形状)の先端を有する圧延ローラーを用いて、略立方体ガラスから丸棒ガラスを製造した。
使用したガラスは、下記の所定の大きさの角が取れた立方体のガラスピースである。このガラスは、まずガラス原料(含有割合は質量%)を調合し、ガラス状態に応じて1300~1450℃で熔融し、金型にキャスト後、各ガラスのTgの温度に50℃~100℃を加えた温度でアニールすることにより、板状の光学ガラスを得て、それをカットすることで上記のガラスピースを得た。
使用ガラス1:M-NBFD130(HOYA株式会社製 比重:4.56,Tg(ガラス転移点):567℃,Ts(ガラス屈伏点):604℃)
使用ガラス体積:約206mm3、約487mm3
使用ガラスピース温度:600~800℃(ガラスピース投入前の加熱の際の電気炉の設定温度)
成形時間(投入から丸棒ガラス成形終了まで):2~5分
圧延ローラー回転数:180rpm(206mm3のガラスピース)
200rpm(487mm3のガラスピース)
圧延ローラー温度:640~670℃
圧延ローラー押し込み角度:10°
上記条件により、約206mm3のガラスピースからは、平均長さ約159mm、直径(図9におけるφAに相当、以下同様)約1.22mm、らせん外径(図9におけるφBに相当、以下同様)約1.33mmの丸棒ガラスが得られ、平均長さ50mm、直径約1.96mm、らせん外径約2.08mmの丸棒ガラスを得た。
使用ガラス2:M-FCD1(HOYA株式会社製 比重:3.64、Tg(ガラス転移点):384℃、Ts(ガラス屈伏点):427℃)
使用ガラス体積:約164mm3
使用ガラスピース温度:450~580℃(ガラスピース投入前の加熱の際の電気炉の設定温度)
成形時間(投入から丸棒ガラス成形終了まで):2~2.5分
圧延ローラー回転数:220rpm
圧延ローラー温度:460~480℃
圧延ローラー押し込み角度:10°
上記条件により、平均長さ約163mm、直径約1.21mm、らせん外径約1.29mmの丸棒ガラスが得られた。
1 圧延ローラー
11,12,13,14 先端部
2 圧延ローラーの中心線
3 ガラス
31 ガラスピース(ガラス)
32 丸棒ガラス
321 らせん状の模様(スジ)
4 ガラスピース導入部
5 円柱体
Claims (5)
- ガラスピースから丸棒ガラスを製造する方法であって、
先端部が円柱又は円錐形状である3つ以上の圧延ローラーを、前記圧延ローラーの回転軸がそれぞれ交差するように配置する工程と、
前記圧延ローラーのすべてを同じ方向に回転させる工程と、
前記回転軸によって囲まれた位置に形成された隙間に、軟化した前記ガラスピースを前記先端部の回転により押し込む工程と、
押し込まれることにより、前記ガラスピースは延伸し、丸棒ガラスを成形する工程とを含む、製造方法。 - ガラスピースから丸棒ガラスを製造するための製造装置であって、
先端部が円柱又は円錐形状である3つ以上の圧延ローラーと、
前記圧延ローラーを回転させるための回転手段と、
材料であるガラスピースを加熱するための加熱手段とを備え、
前記圧延ローラーは、前記圧延ローラーの回転軸がそれぞれ交差するように配置され、
前記回転軸によって囲まれた位置に形成された隙間に軟化した前記ガラスピースを前記圧延ローラーの回転により押し込むことにより、前記丸棒ガラスを製造する、製造装置。 - 研磨処理されていない側面から構成される丸棒ガラスであり、
前記側面は、研削により形成されたものではなく、
前記側面の表面は、らせん状の模様を有する、丸棒ガラス。 - 断面直径が3.5mm以下であり、かつ、アスペクト比(長軸/断面半径)が35以上である、請求項3に記載の丸棒ガラス。
- 前記側面には、離型剤由来の成分を有する、請求項3又は4に記載の丸棒ガラス。
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