JP3974376B2 - ガラス塊の製造方法、ガラス成形品の製造方法、及び光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスより所定重量を有するガラス塊を成形するためのガラス塊の製造方法及び製造装置、更には、前記方法によって得られたガラス塊を再加熱しプレス成形してガラス成形品を製造する方法、該ガラス成形品に研削、研磨を施して光学素子を得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、所定重量のガラス塊をプレス成形可能な温度まで加熱し、プレス成形を行うリヒートプレス（ＲＰ）法が知られている。リヒートプレス法において用いられるプレス素材は、ガラス板からカットピースと呼ばれるガラス小片を切り出し、その表面にバレル研磨と呼ばれる粗研磨を施して重量調整されたものが使用されている。リヒートプレス法では、プレス成形した成形品は、研削、研磨加工を施して、高精度の形状を有するレンズその他の光学製品などの最終製品に仕上げられる。
【０００３】
ところで、リヒートプレス法では、カットピースの重量ばらつきが大きく、各プレス素材の重量を一定にするためにはバレル研磨によって除去しなければならないガラスの量が多くなるという問題があった。一方、プレス素材を再加熱してプレス成形した後に研削、研磨を必要としない程度にまで、高精度の形状を有する成形品を作製できる精密プレス成形法では、プレス素材の重量ばらつきは成形品の精度を低下させる原因となるので、別の方法によってプレス素材が作製されている。このような方法として、本件出願人は、重量ばらつきを生じるカットピースを作るのではなく、所定重量の溶融ガラスを成形型で受けて、これを浮上又は略浮上させた状態で成形しプレス素材とする方法（以下、浮上成形法という。）を提案している（特開平２−３４５２５号）。
【０００４】
浮上成形法では、複数の成形型をターンテーブル上に載置し、ターンテーブルを高速回転させることによって、キャスト位置に成形型を移送し、ノズルより流下する溶融ガラスを該成形型で受けてガラス塊を成形する。溶融ガラスを成形して得られたガラス塊はテイクアウト位置にて成形型から取り出され、ガラス塊が取り出された成形型は再び、ターンテーブルの回転により溶融ガラスが流出する位置に移送され、これにより連続的にガラス塊が成形される。溶融ガラスはノズルより連続して流出されるが、ターンテーブルの回転によって成形型がキャスト位置に次々と移送されてくるので、流出した溶融ガラスは無駄なく高い重量精度を有するガラス塊に成形されていく。
【０００５】
浮上成形されたプレス素材を精密プレス成形して光学素子を製造する方法は、極めて優れた方法ではあるが、適用可能なガラスが限られること、プレスに使用される成形型の形状を正確にガラスに転写するため、プレス成形型の成形面に僅かな欠陥が生じただけでもその成形型が使用出来なくなってしまうことなどから、すべての状況に対応することが出来ない。このような問題を解決するため、本件出願人は、浮上成形法のようにノズルから流下する溶融ガラスの一定量を成形型で受けてプレス素材に成形した後、この素材を再加熱して精密プレス成形よりも比較的高温状態のプレス素材をプレス成形し、成形品を研削、研磨して光学素子を作製する方法を提案している（特願２０００−１９６７４５号）。
【０００６】
この方法（以下、高速ガラスゴブ成形法という。）では、成形型上に供給される溶融ガラスが成形型の成形面に接触することにより、その表面にカンやワレなどの欠陥を生じる問題を回避しなければならない。従って、この方法を採用する場合、成形面上に形成した噴出口から窒素や空気などのガスを成形面上に供給し、溶融ガラスを浮上又は略浮上させた状態に維持し、溶融ガラスが成形型の成形面に接触する可能性を最小限に抑えるようにする必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高速ガラスコブ成形法においては、成形型を移送するターンテーブルを高速で間欠回転させることによって、１００ＤＰＭ程度の生産能力（ＤＰＭは１分間に成形されるガラス塊の個数）で多数のガラス塊を連続的に成形していく。そのため、ターンテーブルの駆動の際に、成形型上で浮上させた溶融ガラスには水平方向に大きな力が作用することとなり、成形中に成形型の成形面と溶融ガラスの外周部との接触が頻繁に発生する。溶融ガラスが成形型上で固化する過程で、このようなガラスの接触が頻繁に発生すると、ガラスは、雰囲気に触れて自然冷却する部分と成形型に接して急冷される部分が生じてしまい、両部分の境界面で冷却スピードの差が生じ、カンやワレなどの外観不良が発生してしまう。
【０００８】
このような問題は、比較的高粘度のガラスを高い圧力でプレス成形してレンズなどの最終製品を研削、研磨加工なしで作製する、いわゆる精密プレス成形法においても、その生産性を高めるためにターンテーブルを高速回転する場合に同様に生じる。
【０００９】
従って本発明は、成形型を移送するターンテーブルの駆動時における前記溶融ガラスと成形型との接触を低減し、これによってガラス塊の外観不良を低減することができるガラス塊の製造方法及び製造装置、ガラス成形品の製造方法、並びに光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、前記方法により得られたガラス塊をプレス成形素材として用い、これを再加熱、プレス成形してガラス成形品を製造する方法、及びこのガラス成形品を研削、研磨してガラス製の光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するためには、成形型の成形面上におけるガスの噴出口の位置を最適化することによって、成形型が水平移送される際のガラスの挙動が抑えられることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明のガラス塊の製造方法は、キャスト位置において所定重量の溶融ガラスを受けてこれをガラス塊に成形する凹状の成形面を有し、前記成形面の中心点を中心とする同心円上に、成形されるガラス塊を浮上又は略浮上させるためのガスを噴出させる複数のガスの噴出口を配置するとともに、最外周の噴出口が、成形されるガラス塊の周縁部に沿うように配置された成形型を用意する工程と、前記成形型の成形面上に溶融ガラスを供給する工程と、前記成形型の噴出口からガスを噴出させることによって前記溶融ガラスを該成形面上で浮上又は略浮上させてガラス塊に成形させながら、前記成形型を前記キャスト位置から取り出し位置まで水平移送させる工程と、前記取り出し位置において、前記成形型上のガラス塊を取り出す工程とを備えて構成される。
【００１３】
前記ガスの噴出口のうち、ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものから噴出されるガスは、ガラス塊を浮上又は略浮上させるために機能されると共に、成形型の水平移送によってガラス塊に生じる水平方向の挙動に対して抵抗力となる。この力は、ガラス塊の加速度方向と反対に作用して該ガラス塊を成形型の中心位置に押し戻すため、ガラス塊の成形型に対する接触が低減される。
【００１４】
ここで、前記成形型を水平移送させる工程において、前記複数のガスの噴出口のうち、前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものから噴出されるガスの流れを、該ガラス塊の周縁部の外周に至るようにすることが好ましい。
【００１５】
この場合において、前記噴出されたガスの流れにより、ガラス塊を、前記成形面の中心を通る軸線の周りに回転させるようにすることが好ましい。なお、前記軸線は、鉛直方向を向いているものとする。
【００１６】
また、前記成形型を水平移送させる工程において、前記複数のガスの噴出口のうち、前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置された任意のものから噴出されるガスの噴出量を、前記周縁部の内側に配置された任意のガスの噴出口からの噴出量よりも小さくすることが好ましい。
【００１７】
本発明は、また、前記記載の方法により製造したガラス塊を、再加熱しプレス成形してガラス成形品を得ることを特徴とするガラス成形品の製造方法を提供する。
【００１８】
本発明は、また、前記記載の方法により光学素子ブランクを製造し、該光学素子ブランクを研削、研磨して光学素子を得ることを特徴とする光学素子の製造方法を提供する。
【００１９】
本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置は、所定重量の溶融ガラスを受けてこれをガラス塊に成形する凹状の成形面を有し、前記成形面の中心点を中心とする同心円上に、成形されるガラス塊を浮上又は略浮上させるためのガスを噴出させる複数のガスの噴出口を配置するとともに、最外周の噴出口が、成形されるガラス塊の周縁部に沿うように配置された成形型と、前記成形型の噴出口から噴出するガスを供給するガス供給手段と、前記成形型上に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給手段と、前記成形型上で成形されたガラス塊を取り出すガラス塊取り出し手段と、前記溶融ガラス供給手段と前記ガラス塊取り出し手段との間で、前記成形型を水平移送させる成形型移送手段とを備えて構成することができる。
【００２０】
この場合において、前記複数のガスの噴出口が、前記成形面の中心点を中心とする複数の同心円上で均等配置されていることが好ましい。
【００２１】
また、前記複数のガスの噴出口のうち前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものが、前記同心円の最外殻上に配置されたものであることが好ましい。また、前記複数のガスの噴出口のうち前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものは、前記成形面の中心点から該ガスの噴出口の中心点までの距離が、該成形面上に供給されるガラス塊の半径と略一致していることが好ましい。
【００２２】
さらに、前記成形面の外径が前記ガラス塊の外径と略一致することが好ましい。この場合、前記成形面の周縁部に沿って、前記複数のガスの噴出口が形成されていることがより好ましい。
【００２３】
また、前記ガス供給手段は、前記複数のガスの噴出口のうち前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものからのガスの噴出量を、他のガスの噴出口からの噴出量よりも小さくすることが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（ガラス塊の製造装置）
以下、図示した一実施形態に基いて本発明を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置の一実施形態における側面図及び平面図を示している。図に示すガラス塊の製造装置は、ターンテーブル上に多数の成形型を備え、該成形型上に順次、所定重量の溶融ガラスを供給することによって、連続的に多数のガラス塊を製造可能とする。
【００２５】
図においてガラス塊の製造装置１００は、所定粘度の溶融ガラスを受けて浮上又は略浮上した状態で成形する複数の成形型１０２と、溶融ガラスを成形型１０２に供給する溶融ガラス供給部１０４と、成形型１０２を支持するために各成形型に対応して設けられた成形型ベース１０６と、成形型１０２を順次移送可能にする成形型移送部１０８と、溶融ガラスを受ける位置（以下、キャスト位置Ａという。）において成形型を上下動させる成形型上下動駆動部１１０と、成形されたガラス塊を徐冷する加熱炉１１２と、成形型より徐冷されたガラス塊を取り出す取り出し手段１１４とを備えている。
【００２６】
溶融ガラス供給部１０４は、キャスト位置Ａに設置され、図示しない溶解炉で溶解された溶融ガラス流を、流出ノズル１０４ａを介して成形型１０２に供給するものである。溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａには、溶融ガラス流を所定の粘度に制御して流出することができるように、図示しない温度制御装置が取り付けられており、この制御によって、ガラス塊の生産性を制御できる。好適な実施形態において、この温度制御は、流出ノズル１０４ａより流出する溶融ガラスの粘度が３０〜２ポアズ、より好ましくは２０〜５ポアズとなるように行われる。
【００２７】
成形型移送部１０８は、成形型ベース１０６を介して複数の成形型１０２を支持するターンテーブル１１６と、このターンテーブル１１６を回転駆動する駆動部１１８を備えている。ターンテーブル１１６は、好適にはその軽量化のためアルミ合金からなる円盤状（実施例においては直径５００ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）のものが用いられ、駆動部１１８に内蔵したダイレクト・ドライブ・モータによって回転駆動される。ターンテーブル１１６の外周部には、その円周方向に沿って等間隔で３６個の成形型ベース１０６が固定され、各成形型ベース１０６上に成形型１０２が載置されている。
【００２８】
成形型移送部１０８によるターンテーブル１１６の回転によって、一つの成形型１０２は、前記キャスト位置Ａに移送され、一端停止されてここで溶融ガラス８を受け取り、その後にキャスト位置から移送される。すなわち、成形型移送部１０８は、ダイレクト・ドライブ・モータを間欠的に駆動してターンテーブル１１６を一定角度回転させては停止することを繰り返す（これを間欠インデックス方式という）。間欠インデックス方式によるターンテーブル１１６の駆動によって、溶融ガラスを受け取った成形型１０２をキャスト位置Ａから運び出すと同時に、溶融ガラスを受け取る前の空の成形型１０２をキャスト位置へ移送する。このようなステップを繰返し行い、溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａより連続流出する溶融ガラスを次々と成形型１０２上に受け取って行く。なお、溶融ガラス供給部１０４から成形型１０２上に溶融ガラスを供給する方法は、降下切断法により行われるが、これについては後述する。
【００２９】
成形型上下動駆動部１１０は、図１に示すように、キャスト位置Ａにおいて、前記ターンテーブル１１６の成形型ベース１０６の直下に配置される。前記溶融ガラス供給部１０４により溶融ガラスを成形型１０２上に供給する際、成形型上下動駆動部１１０が駆動されて、キャスト位置Ａにある成形型１０２が上下動される。成形型１０２を上下動させる機構についても後述する。
【００３０】
加熱炉１１２は、図２で特に明瞭に示すように、ターンテーブル１１６に載置された成形型１０２が移動する軌跡に沿って、キャスト位置Ａからガラス塊の取り出し位置（以下、テイクアウト位置Ｂという）までの範囲と、テイクアウト位置Ｂからキャスト位置Ａまでの範囲に渡って設置されている。加熱炉１１２は図１に示すようにその断面において、成形型１０２を上方から覆うように配置されており、その内部に形成されたヒーターによってこの加熱炉１１２を通過する成形型１０２を加熱する一方で、この加熱温度よりも高い成形型１０２上の溶融ガラスの徐冷を行う。好適な実施例において、加熱炉１１２内の温度は３５０〜４００℃程度に設定されており、キャスト位置Ａからテイクアウト位置Ｂの間においては、その間の移動において成形型１０２上の溶融ガラスの徐冷を行うことによりガラス塊の成形を実現する。また加熱炉１１２’は、テイクアウト位置Ｂからキャスト位置Ａの間において、ガラス塊が取り出された空の成形型の温度が低下し過ぎないように成形型を加熱、保温する。
【００３１】
取り出し手段１１４は、テイクアウト位置Ｂに設置され、ここでガラス転移点Ｔｇ以下になったガラス塊を成形型１０２から搬出するためのものである。すなわち、取り出し手段１１４は、成形型１０２の側面からその上のガラス塊にガスを吹き付けて、その対向側に配置された回収装置１２０にこれを落下させ、回収する。
【００３２】
次に、ターンテーブル１１６上に設置された成形型ベース１０６及び成形型１０２の具体的な構成について説明する。図３及び図４は、成形型１０２及び成形型ベース１０６の側断面図を示しており、図３は成形型１０２を成形型ベース１０６に対し下降させた状態、図４は成形型１０２を上昇させた状態をそれぞれ示している。これら図に示すように、成形型ベース１０６は、ターンテーブル１１６に固定されている基部１２２と、成形型１０２を載置し、基部１２２に対して上下動可能な可動部１２４とを有している。基部１２２は、その中央に、可動部１２４の軸部１２４ａを摺動自在に保持する孔部１２２ａを有し、軸部１２４ａはその下端において孔部１２２ａから突出されている。軸部１２４ａの突出された下端には、スプリング１２６が巻装され、これによって、可動部１２４には常時これを下方に押し下げる力が作用している。
【００３３】
溶融ガラスのキャスト位置Ａにおいて、成形型ベース１０６の下方には、前記成形型上下動駆動部１１０が設置され、その駆動軸１１０ａが、前記可動部の軸部１２４ａの下部に延びている。溶融ガラスのキャスト時に、成形型上下動駆動部１１０が駆動され、図４に示すようにその駆動軸１１０ａが上昇されると、前記スプリング１２６の力に抗して成形型ベースの可動部１２４は上昇され、これによって成形型１０２が溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａの近傍まで持ち上げられ、溶融ガラスの供給が可能となる。
【００３４】
ターンテーブル１１６に成形型ベース１０６を介して載置された３６個の成形型１０２の各々には、そこに供給されるガラス塊を浮上又は略浮上させるためのガスが供給される。図示しない一のガス供給源から供給されるガスは、各成形型１０２へこれを導くガス配管１２８に分岐され、これによって各成形型に供給されるガスの流量が同量になるよう設定されている。図３に示すように、供給源からのガスは、ガス配管１２８を介して成形型ベースの可動部１２４に設けられた空間部１２４ｂに取り入れられ、成形型１０２に形成された成形面１０２ａに連通する複数のガス噴出口１３２より噴出される。ガス噴出口１３２から噴出されるガスは、成形面上のガラス塊に吹き付けられ、これを浮上又は略浮上させた状態とする。ガラス塊を浮上又は略浮上させるガスとしては、空気、窒素などの不活性ガス、又はそれらの混合ガスを用いることができる。成形型に形成された複数のガス噴出口１３２の詳細については、後述する。
【００３５】
成形型ベース１０６の可動部１２４には、空間部１２４ｂからのガスをリークさせるガスリーク孔１２４ｃが設けられている。また、成形型ベース１０６の基部１２２における前記ガスリーク孔に対向する位置には、シール用パッキン１３０が備えられている。可動部１２４がスプリング１２６によって下方に押し付けられている状態、すなわち成形型１０２に溶融ガラスが供給されてから加熱炉１１２内を移動して成形面上でガラス塊が成形される間においては、ガスリーク孔１２４ｃは基部１２２に設けられたシール用パッキン１３０によって塞がれており、ガス配管１２８から空間部１２４ｂ内に供給されたガスの全量が、ガス噴出口１３２側に送られて、成形面１０２ａ上に噴出される。一方、図４に示すように、可動部１２４が突上げられた状態、すなわち成形型１０２がキャスト位置Ａにあり、その成形面で溶融ガラスを受けるときにおいては、ガスリーク孔１２４ｃが開かれ、ガスがここからリークしてガス噴出口１３２より噴出するガス流量が減少するようになっている。ここで、キャスト時にガス噴出量が減少しないと、所定重量に達していない溶融ガラス下端部に、ガス噴出口１３２から噴出したガスによる風圧が加わり、該ガラス下端部が激しく振動するなどして安定せず、流出ノズル先端部に溶融ガラスが濡れ上がったり、折り込み、脈理などのガラス塊の内部品質不良やガラス塊の形状不良、重量ばらつきを発生させる。これに対し、上述のようにすれば、キャスト時のガス噴出量を減少させて溶融ガラスの不安定な挙動を抑え、前記内部品質不良、ガラス塊の形状不良、重量ばらつきの発生を防止、低減することが可能となる。前記の構造は簡便かつ正確に成形型の突上げに連動してガス噴出口１３２より噴出するガス流量を減少するよう工夫されたものであるが、前記ガス流量をコントロールする手段としてはこのようなものに限らず、駆動軸の駆動に連動し、電気信号によってガス流量の調整弁を制御してガス供給量を減少するなど、一般に考えられる手段を講じてもよい。
【００３６】
本実施形態に係るガラス塊の製造装置１００は、所定重量のガラス塊を安定して生産するため降下切断法を採用している。前述のように、成形型１０２がキャスト位置Ａに移送されると、制御部からの駆動信号を受けて、成形型上下動駆動部１１０が作動し、その駆動軸１１０ａが成形型ベース１０６の可動部１２４を突上げる。駆動軸１１０ａによる突上げがない状態では、前記スプリング１２６によって可動部１２４は下方に押し付けられ一定の高さに保たれているが、駆動軸１１０ａが作動すると、前記スプリング１２６の弾性カに抗して可動部１２４が突上げられて成形型１０２とともに持ち上げられ、その成形面は流出ノズル１０４ａに近づけられる。このときの流出ノズル１０４ａ先端と成形型１０２上端の距離は、５〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００３７】
成形型上下動駆動部１１０の駆動により、成形型１０２の成形面が流出ノズル１０４ａに近づけられれると、成形面への溶融ガラス流の供給が開始される。そして一定時間経過後、成形型上下動駆動部１１０による成形型の上昇が解除されると、成形型ベースのスプリング１２６の力によってその可動部１２４は、溶融ガラス流の流下速度よりも速い速度で瞬時に押し下げられ、それに伴い、成形型１０２も流出ノズル１０４ａから瞬時に引き離され、上昇前と同じ高さまで急降下する。成形型１０２の降下前、流出ノズル１０４ａより流出した溶融ガラスＧの下端は、成形型１０２によって支持されているが、成形型１０２の急降下によって前記支持を急速に失い、溶融ガラス下端部と流出ノズル１０４ａの間で溶融ガラスが分離、切断がおきる。降下切断法は、切断器を用いず、溶融ガラスが自重によって分離するので、切断器を用いた場合と比較し、切断部分の痕跡が残りにくい。また、溶融ガラスを成形型１０２に受け取る際、成形型１０２は上下方向に動くのみであり、溶融ガラスが切断されたときに生じる折込がガラス塊に生じにくいという特長もある。
【００３８】
ガラス塊をその上に供給された成形型１０２はターンテーブル１１６の回転によって、キャスト位置Ａから図２における反時計回りの方向へと移送され、加熱炉１１２の中を通過する過程でガラスの徐冷が行われ、ガラス塊が得られる。そしてテイクアウト位置Ｂにおいて、取り出し手段１１４から噴出するガスによってガラス塊は成形型１０２より回収装置１２０へと吹き飛ばされ、その斜面上を滑って装置外へ搬送される。なお、ガラス塊はテイクアウト位置Ｂにおいてはガラス転移点Ｔｇ以下の温度にまで徐冷されている。ガラス塊が取り出された成形型１０２は、徐冷用の加熱炉１１２よりも短い加熱炉１１２’内を通過し、溶融ガラスを受ける際に適した温度にまで加熱される。そして再度、キャスト位置Ａへと移送され、溶融ガラスから次のガラス塊を成形する。このようにして各成形型１０２を循環することによって順次、溶融ガラスよりガラス塊が製造されるようになる。加熱炉１１２内の温度はいずれも３５０〜４００℃に設定することが好ましい。
【００３９】
次に、成形型１０２の成形面１０２ａに形成されたガス噴出口１３２の具体的な構成について説明する。図５及び図６は、本発明の実施形態におけるガス噴出口の配置構成を示す成形型１０２の平面図及び側断面図である。これら図に示すように、成形型１０２の成形面１０２ａは、その中心に向け深くなるような凹面に形成されている。この成形面は、溶融ガラスを平面視したときの外径を規定する機能を有している。例えば、最終製品であるレンズに近似する形状をもつレンズブランクをプレス成形するためのプレス素材を成形する場合、この成形面はレンズの主表面に対応する表面（溶融ガラスの断面）の形状を規定しない。すなわち、本成形型ではガラス塊の重量と平面視の外径は規定されるが、断面形状は規定されない。この方法によって得られたガラス塊をプレス素材とし、粘度が１０4〜１０6ポアズとかなり軟らかい状態になるまで再加熱しプレス成形することにより、ガラスは大きく変形することが可能なので、ガラス塊の製造段階で断面形状をプレス成形品の形状に合わせて成形する必要がない。なお、成形型１０２の材料は、溶融ガラスと融着を起こさず、軽量かつ高い強度を有するカーボン材料等で構成することが望ましい。
【００４０】
図５で示すように、本実施形態においてガス噴出口１３２は、成形面１０２ａの中央、及びこれを中心とする２つの同心円ａ1、ａ2の円周上に一定の間隔で均等に配置されている。すなわち、図に示す実施形態においては、内側の同心円ａ1上には、８個のガス噴出口１３２が等間隔で形成され、外側の同心円ａ2上には、１６個のガス噴出口（以下、外側の同心円ａ2上のものを、ガス噴出口１３２ａとする）が等間隔で形成されている。
【００４１】
本発明においては、外側の同心円ａ2上に形成されるガス噴出口１３２ａの配置が重要である。最外周のガス噴出口１３２ａの配置は、この成形面１０２ａ上に供給され、成形されるガラス塊のサイズとの関係で決定される。すなわち、図６で示すように、最外周の各ガス噴出口１３２ａは、ガラス塊Ｇを成形面１０２ａの中心に配置したときに、その周縁部ｇに沿うように配置される。好適な実施例において、これらのガス噴出口１３２ａは、成形面１０２ａの中心点からガス噴出口の中心点までの距離（図６における、Ｂ／２）が、ガラス塊Ｇの半径（同じく、Ｃ／２）と略一致している。ガス噴出口１３２から噴出されるガスは、本来、ガラス塊の成形の過程で、ガラス塊を浮上又は略浮上させるために機能されるが、ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置された前記ガス噴出口１３２ａは、この機能に加えて、前記ターンテーブル１１６の駆動による成形型１０２の水平移送によってガラス塊に生じる水平方向の挙動に対して抵抗力となるものである。従って、上述のように、溶融ガラスを供給された成形型がキャスト位置から移送されるときに、成形型上のガラス塊が、ターンテーブルの遠心力や駆動・停止時の加速度によって水平方向の加速度を受け、成形面１０２ａの側面に向けて移動し始めると、前記ガス噴出口１３２ａから噴出されるガスは、これを成形型１０２の中心位置に押し戻すように作用する。ガス噴出口１３２ａは、最外殻の同心円ａ2上に均等配置されているので、該作用は、ガラス塊が何れの方向に移動する場合にも生じる。その結果、ガラス塊の成形型に対する挙動が抑制され、該成形型への接触が低減されることとなる。
【００４２】
ところで、プレス成形品の偏肉を防ぐためには、（ガラス塊の製造装置１００によって製造された）ガラス塊が、プレス成形型に偏りなくセットされることが大切である。そのためには、ガラス塊を、回転体またはその近似形状にすることが好ましい。すなわち、回転体の回転対称軸方向（ここでは、鉛直方向）から見た形状が円に近いガラス塊ほど好ましい。ガラス塊の回転対称軸方向から見た真円度を向上させるには、成形中のガラス塊を鉛直方向の軸の周り（すなわち、成形面１０２ａの中心を通る軸線の周り）に回転させることが有効である。本発明によれば、成形面１０２ａの所定の領域（ガラス塊の周縁部に沿う領域及びその内側の領域）に複数のガス噴出口を設けたので、成形中のガラス塊を鉛直軸の周りに回転させることができる。
【００４３】
なお、ガラス塊の鉛直方向から見た真円度をいっそう向上させる上では、図７に示したように、ガラス塊Ｇの外径（図７における、Ｃ）と成形型１０２の成形面１０２ａの開口径（同じく、Ａ）とをほぼ等くし、成形面１０２ａの周縁部に沿って複数のガス噴出口を設けることがより好ましい。ガラス塊Ｇの外径を成形面１０２ａの開口径よりも小さくした場合（図６参照）においても、前記所定の領域に複数のガス噴出口を設けることでカン、ワレなどの外観不良を防止することはできるが、成形型移送の際に、外観不良を発生しない程度のガラス塊Ｇと成形型１０２との接触が発生する可能性があり、ガラス塊Ｇが僅かに変形して真円度が低下することが考えられる。これに対し、ガラス塊Ｇの外径（図７における、Ｃ）と成形面１０２ａの開口径（同じく、Ａ）とをほぼ等しくすれば、成形型移送時にガラス塊Ｇに水平方向の力が加わっても、ガラス塊Ｇの周緑部と成形型１０２との接触を防止することができ、これにより、ガラス塊の真円度の低下を防止することができる。この構成において、さらに成形面１０２ａ（凹面）の周緑部に沿って複数のガス噴出口１３２を設ければ、ガラス塊Ｇの上述した鉛直軸周りの回転が生じやすくなり、ガラス塊をより回転体形状に近づけることができる。加えて、成形型１０２からのガラス塊の取出しが容易になり、又、成形型１０２を循環して使用する場合において、ガラス塊が取り残された成形型１０２に再ぴ溶融ガラスをキャストするようなトラブルも回避される。
【００４４】
本発明において、最外殻に配置されるガス噴出口１３２ａの数は、それらが各同心円上で均等に配置される限り、実施形態のものに限定されず、３〜２０個の範囲で適宜選択することができる。また、成形面１０２ａ内でガラス塊を安定して浮上又は略浮上させる上から、前記最外殻に配置されるガス噴出口１３２ａの数は、それよりも内側にある残りのガス噴出口１３２の数より多くすることが好ましい。この場合において、更に、前記最外殻に配置されるガス噴出口１３２ａからのガスの噴出量を、それよりも内側にある残りのガス噴出口１３２からのガス噴出量より少なくすることが好ましい。このようなガス噴出量の調整は、ガス供給側からのガス流路の長さを異ならせたり、また、ガス噴出口の径を異ならせたりすることにより、ガス噴出口毎に適切な噴出量を設定することができる。好ましい例としては、図６に示すように、成形型１０２の底部（空間部１２４ｂ）まで一つの流路でガスを導き、該空間部１２４ｂからそれぞれ成形面１０２ａの凹曲面形状に従って経路長の異なる貫通孔を通り、各ガス噴出口にガスを導く。これによって極めて単純な構成で、前記ガス噴出量を実現することができる。好ましい実施形態において、各ガス噴出口１３２の口径は、０．２〜１ｍｍφである。
【００４５】
また、ガラス塊を成形面上で安定して浮上又は略浮上させるために、ガス噴出口１３２からの総ガス噴出量を、０．２〜３リットル／分とすることが好ましく、各ガス噴出口１３２からのガス噴出量を、総ガス噴出量の２〜２５％とすることが好ましく、３〜２０％とすることがより好ましい。実験によれば、１つのガス噴出口１３２からのガス噴出量が総噴出量の２％よりも小さくなると、ガス噴出口の形成されている成形面上の領域にガラス塊が接触する可能性がある。このとき、そのガス噴出口からのガスは一時的に遮断され、成形面１０２ａ内におけるガラス塊の挙動が不安定になると共に、場合によっては、そのガス噴出口を詰まらせたり、ガス噴出口の形状がガラス側に転写されるという危険性がある。ガス噴出量が総噴出量の２％を超えていれば、このような問題が生じない。各ガラス噴出口からのガスの噴出量が総噴出量の２５％を超えると、ガラス塊表面にくぼみができてしまったり、安定した浮上が得られなくなる。
【００４６】
（使用するガラス）
前記製造装置を用いて作製されたガラス塊は、プレス成形により最終製品を作製する精密プレス成形のためのプレス素材としても、また再加熱、プレス成形して得られた成形品の表面を研削、研磨して最終製品に仕上げるリヒートプレス成形のためのプレス素材としても使用することができる。精密プレス成形用素材を作る場合は、ガラス転移点Ｔｇが５８０℃以下のガラスを用いることが、プレス温度を低くし、プレス成形型とガラスの融着を防止する上から望ましい。これに対し、リヒートプレス成形用素材の場合は、５８０℃を超えるガラス転移点Ｔｇをもつガラスも使用することができる。
【００４７】
流出ノズルより溶融ガラスを連続して流出し、失透することなくガラス塊が得られる好適な光学ガラス材料を表１および表２に例示する。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】
また、溶融ガラスを流出する際のガラスの粘性は、３０〜２ポアズであることが好ましいが、この粘性範囲を示す温度が９００〜１２００℃の範囲にあるガラスを用いることが好ましく、９５０〜１２００℃の範囲にあるガラスを用いることがより好ましく、９５０〜１１５０℃の範囲にあるガラスを用いることがさらに好ましい。前記温度範囲においてガラスの粘性が高く成り過ぎないためには、SiO2の含有量を５０重量％以下に抑えることが好ましく、さらに４０重量％以下に抑えることが好ましい。また前記温度範囲においてガラスの粘性が低く成り過ぎないためには、B2O3の含有量を１５重量％以上にすることが好ましく、２０重量％以上にすることが好ましい。具体的には、表１に記載した組成系のガラス、その中に含まれる好ましい組成を有するガラスを用いることが望ましい。
【００５１】
（ガラス塊の製造方法）
次に、上述のガラス塊の製造装置を使用したガラス塊の製造方法の一実施例について説明する。先ず、溶解炉でSiO2-TiO2系の光学ガラス材料（表２のガラス１）を１２７０℃で溶解する。そして、ガラスの溶融が完了したら、溶解炉から溶融ガラス供給部１０４に溶融ガラスを供給する。そして、成形型１０２を加熱炉１１２によって２５０〜３００℃に加熱し、ターンテーブル１１６を２．５r.p.mで連続回転させる。又、流出ノズル１０４ａの先端部は１１１０℃に制御した。この時の溶融ガラスの粘性は５ポアズであった。
【００５２】
ここで、溶融ガラスを流出する際の粘性は、３０〜２ポアズの範囲にすることが好ましく、２０〜２ポアズの範囲にすることがより好ましい。溶融ガラスの粘性を前記範囲にすることにより、脈理がない内部品質の高いガラス塊が得られる。また、流出ノズル１０４ａより適量の溶融ガラス流を流出させやすくなると共に、一定量のガラスが流出すると流出した溶融ガラスの下端部と流出ノズル付近の間にくびれが生じ、溶融ガラスの下端部の重量が溶融ガラスの表面張力より大きくなると、くびれ部分で溶融ガラス下端部を分離し、切断器を用いなくても所定重量の溶融ガラスを成形型に受け取ることが容易にできる。さらに成形型１０２で受け取る溶融ガラスの重量を、溶融ガラスの下端部を受けている成形型１０２を急速に降下させるタイミングを変えることにより調整することもできる。さらに溶融ガラスを成形型で受けた後、浮上又は略浮上させた状態で容易に成形することもできる。
【００５３】
このような状態の下、流出ノズル１０４ａから、連続して溶融ガラス流を供給する。成形型１０２は溶融ガラスを流出ノズル１０４ａから受ける工程では、定位置より上方に移動し、流出される溶融ガラスをその成形面１０２ａで受ける。そして、溶融ガラスを成形面１０２ａで受けた成形型１０２は、急降下して、流出ノズル１０４ａから供給されている溶融ガラス流を切断する。一つの実施例において、成形面上への溶融ガラスの接地から切断までに要した時間は０．３秒であった。本発明のガラス塊の重量管理は、流出ノズル１０４ａから一定の流量で流下又は滴下する溶融ガラス流を一定の規則正しい間隔で成形型１０２が受けることで、重量の均一化を図っている。溶融ガラスの供給時の工程では上述のように成形型が定位置にあるときの５〜２０％（好ましくは５〜１５％、さらに好ましくは７〜１４％）の噴出量のガスを成形面より噴出させる。このように成形型が定位置にあるときよりも少ないガス噴出量にすることにより、溶融ガラスの不安定な挙動を抑えることができ、内部品質、形状、重量精度が共に優れたガラス塊を作ることができる。
【００５４】
ガラス塊の重量設定は、次のようにして行われる。まず、脈理が生じず内部品質が高いガラス塊が得られる粘性になるよう溶融ガラスの温度を設定する。次に単位時間に流出ノズルより流出する溶融ガラスの量（流出量）を定め、その流出量が得られるような口径を有する流出ノズル１０４ａを選定する。さらに、一定速度で流出する溶融ガラスを成形型１０２が受け取る量が目的の重量になるように、成形型１０２の搬送速度（ターンテーブルの回転速度）を設定する。このように、溶融ガラスの粘性範囲を３０〜２ポアズの範囲とし、成形型１０２の搬送速度を調整することにより、適正な成形型１０２の降下タイミングで溶融ガラスの切断時間を１秒以下とすることができ、多量の重量精度が高いガラス塊を短時間で生産性よく作製することができる。
【００５５】
本実施形態では、前述のように切断器を用いないので、ガラス塊の深層部まで切断時の痕跡（折込）が達することがない。すなわち、溶融ガラスが分離する際に生じた痕跡（折込）は表面より概ね０．５ｍｍ以内の表面層にとどまっているので、ガラス塊の表面を研磨加工すれば容易に除去することができる。
【００５６】
前記方法により得られるガラス塊の典型的な形状としては、次のような形状をあげることができる。
（１）球状又はその近似形状。
（２）周縁部を有し、その周縁部を境に２つの凸面が繋がった形状又はその近似形状。
マーブル形状や楕円の短軸を回転軸とした回転楕円体などがこれに相当し、ガラス塊の外径を決める部分が周縁部に相当するようにガラス塊を平面視したとき、平面視した形状が円又は円に近似する形状である。
（３）浮上した液滴が作る形状。
溶融ガラスが、浮上又は略浮上した状態で加熱炉１１２内を円周方向に沿って移動することにより、徐冷されて所定形状に成形される。
【００５７】
なお、成形型１０２の成形面１０２ａの前記領域に複数のガス噴出口１３２ａを設けることにより、成形中のガラス塊を鉛直方向の軸の周りに回転させることができる。このような回転を与えることにより、鉛直方向から見たガラス塊の形状を真円に近づけることができる。ガラス塊の真円度を高めることにより、プレス成形型に偏りなくガラス塊をセットしやすくなるので、プレス成形品の偏肉を防ぎやすくなる。
【００５８】
この成形の際、溶融ガラスの断面形状は規制されず、不定形となっている。そして、冷却されたガラス塊がガラス転移点Ｔｇ（６１５℃）より下の温度になり、取り出し位置まで移動したら取り出される。このようにして、９０個／秒の生産性でガラス塊を製作した。前記のようにして得られたすべてのガラス塊には、カン、ワレなどの欠陥や、脈理などの内部品質不良は認められず、重量ばらつきは±５％以内であった（サンプル数１０００個）。こうして得られたガラス塊をリヒートプレス成形用素材とする場合、ガラス塊表面をバレル研磨することが好ましい。バレル研磨により、ガラス塊表面を粗面化してリヒートプレス時に粉末状離型剤のつきを良好にしたり、ガラス塊表面に何らかの欠陥が生じたとしてもこれを除去することができる。また、ガラス塊の重量調整をこのばれる研磨によって行うこともできる。
【００５９】
（リヒートプレス工程）
上述の方法で得たガラス塊を、最終レンズ形状に対応した成形面を有する複数個のプレス成形型で一括プレス成形した。プレス成形型は、上型と下型から構成される。このプレス成形は、大気雰囲気中で行った。ガラス塊は、約８５０℃に加熱され軟化した状態（１０5ポアズ）で、約６５０℃に加熱された下型の成形面に、搬入手段によって導入した。次に、下型同様に約６５０℃に加熱された上型によってガラス塊を約４〜５秒プレス成形した。このリヒートプレスによって、最終製品に近似した形状のプレス成形品を得た。
【００６０】
（プレス成形品の研磨工程）
上述の再加熱プレス工程で得たプレス成形品を、研磨して最終製品の光学レンズを得た。研磨剤としては酸化セリウムを用い、最初に粗研磨を施し、次に精研磨を施す。この研磨によって、プレス製品の表層部に残存していた脈埋等の欠陥を完全に除去した。又、プレス品の重量ばらつきが抑制されているので、研磨量を低減することができ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどの光学製品を得ることができた。プレス工程で得られたプレス成形品の表層部に欠陥部があったとしても、前記研磨により欠陥を除去し、欠陥のないガラス最終製品を得ることができる。上述のガラス塊の形成工程において、ガラスの種類は、SiO2-TiO2系光学ガラスを使用したが、B2O3-La2O3系光学ガラスでも同様の効果が得られる。次に、表２に示した光学ガラス２〜１２を用いて各工程を行い、前記ガラスと同様、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどの光学製品を得ることができた。
【００６１】
これまでの説明は、リヒートプレス成形に関するものであるが、本発明の方法で得られたガラス塊を精密プレス成形用素材として使用することもできる。その場合、得られたガラス塊を１０7〜１０12ポアズの粘度を示す温度まで再加熱、プレスしてプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写して最終製品を成形する。なお、プレス雰囲気には窒素ガスや不活性ガス、又はそれらの混合ガスを用いることが望ましい。またガラスはガラス転移点Ｔｇが５８０℃以下のものを用いることが望ましい。
【００６２】
リヒートプレス成形により得られた成形品、その成形品の表面を研削、研磨して得られた光学素子などのガラス製品、精密プレス成形品は、プレス素材であるガラス塊の内部品質が高いので、良好な内部品質を備えている。また、ガラス塊の重量ばらつきが少ないのでリヒートプレス成形に用いた場合、バレル研磨、最終研削、研磨によって除去されるガラスの量を低減し、これらの加工時間を短縮化して生産性を向上させることができる。また除去、破棄されるガラスの量を低減できるので、コスト削減、環境負荷の低減を達成することもできる。精密プレス成形に用いた場合は、重量ばらつきを低減することにより、最終製品の形状精度を向上させることができる。
【００６３】
【実施例】
前記実施の形態で説明したガラス塊の製造装置及び製造方法により、実際にガラス塊を成形した。この場合において、異なるサイズのガラス塊を製造するために、成形面上のガス噴出口の配置及び個数の異なる成形型を用意し、それぞれガラス塊の製造を行なった（実施例１〜１０）。製造条件及び製造されたガラス塊の品質評価を以下に示す。
【００６４】
【表３】
【００６５】
表中、ａ〜ｄは、それぞれ、成形面の中心のガス噴出口の個数、同心円ａ1上のガス噴出口の個数、同心円ａ2上のガス噴出口の個数、成形面上のガス噴出口の総数を示している。なお、用いた成形型の成形面の直径Ａは、９〜２０ｍｍφである。実施例においては、図６に示したような、外側のガス噴出口への経路を長くした成形型を用いており、これによって、外側のガス噴出口からのガス噴出量を、その内側のガス噴出口からの噴出量よりも小さくなるようにした。
【００６６】
各実施例において、成形中のガラス塊は成形型上で鉛直軸の周りに回転している。これは、成形型の凹状成形面の所定領域に設けられたガス噴出口から噴出するガスによると考えられる。このような回転により鉛直方向から見たガラス塊の真円度が向上（より円に近くなる）し、回転体形状のガラス塊が得られる。ここで真円度とは回転軸方向から見たガラス塊の長径と短径の差を長径と短径の平均で割った値であり、真円ではゼロとなる。表３には、各実施例において成形されたガラス塊の真円度の上限値を％表示で示す。各実施例とも、成形面の所定領域にガス噴出口を設けて成形を行ったので、５％以内と高い真円度のガラス塊を得ることができた。さらに、凹状の成形面の周縁部にガス噴出口を設け、この成形面の開口径と等しい外径を備えるガラス塊を成形した場合（実施例２〜３及び実施例５〜１０）には、２％以内とさらに高い真円度のガラス塊を得ることができた。このように真円度が高いガラス塊は、プレス成形時にプレス成形型にセットしやすく、プレス成形型内で偏ることもない。従って、プレス成形品の偏肉を防ぎやすくなる。
【００６７】
前記何れの実施例においても、カン、ワレなどの外観不良は認められず、高内部品質かつ高重量精度のガラス塊を得ることができた。これらのガラス塊をアニールし、バレル研磨を行った後、窒化ホウ素からなる粉末状の離型剤をガラス塊表面に均一に塗布し、実施の形態に記載した方法により再加熱、プレス成形型によるプレス成形を行った。得られたガラス成形品は最終製品であるレンズの形状に近似したものであり、この成形品に精密な研削、研磨加工を施して光学レンズを作製した。実施例により製造された外観不良のないガラス塊を用いて前記レンズを作製したため、バレル研磨により除去される削り代、最終製品に仕上げるための研削、研磨によって除去される削り代とも、軽微な外観不良があるものを使用した場合に比べて大幅に低減することができた。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態及び実施例を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は前記実施形態及び実施例に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。本発明に係るガラス塊の製造方法が、前記実施形態において示された製造装置以外の製造装置（例えば、ターンテーブルを備えずに、略直線的に複数の成形型を移送可能に構成したもの）によって実現可能であることは、当業者であれば明らかであろう。また、本発明の製造方法は、比較的高粘度のガラスを高い圧力でプレス成形してレンズなどの最終製品を研削、研磨加工なしで作製する、いわゆる精密プレス成形法においても、適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、成形型を高速で移送する工程を伴うガラス塊の製造においても、成形型の成形面に対するガラス塊の接触を大幅に低減することができ、その結果、ガラス塊の生産性を下げることなく、カンやワレ等の外観不良のない高品質のガラス塊を高い歩留まりで量産することができるようになる。
【００７０】
また、前記方法によって得られた高品質のガラス塊をプレス素材とすることにより、後の加工工数を削減することができるので、本ガラス塊を用いて製造される高品質のガラス成形品を効率的に生産することができ、また、得られた成形品に少ない削り代で研削、研磨加工を施してガラス製光学素子を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置の一実施形態における側面図である。
【図２】本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置の一実施形態における平面図である。
【図３】成形型を成形型ベースに対し下降させた状態における成形型及び成形型ベースの側断面図である。
【図４】成形型を成形型ベースに対し上昇させた状態における成形型及び成形型ベースの側断面図である。
【図５】本発明の実施形態におけるガス噴出口の配置構成を示す成形型の平面図である。
【図６】本発明の実施形態におけるガス噴出口の配置構成を示す成形型の側断面図である。
【図７】本発明の実施形態における成形面の構成例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１００ 製造装置
１０２ 成形型
１０２ａ 成形面
１０４ 溶融ガラス供給部
１０４ａ 流出ノズル
１０６ 成形型ベース
１０８ 成形型移送部
１１０ 成形型上下動駆動部
１１０ａ 駆動軸
１１２、１１２’ 加熱炉
１１４ 取り出し手段
１１６ ターンテーブル
１１８ 駆動部
１２０ 回収装置
１２２ 基部
１２２ａ 孔部
１２４ 可動部
１２４ａ 軸部
１２４ｂ 空間部
１２４ｃ ガスリーク孔
１２６ スプリング
１２８ ガス配管
１３０ シール用パッキン
１３２ ガス噴出口
１３２ａ 外側の同心円上のガス噴出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスより所定重量を有するガラス塊を成形するためのガラス塊の製造方法及び製造装置、更には、前記方法によって得られたガラス塊を再加熱しプレス成形してガラス成形品を製造する方法、該ガラス成形品に研削、研磨を施して光学素子を得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、所定重量のガラス塊をプレス成形可能な温度まで加熱し、プレス成形を行うリヒートプレス（ＲＰ）法が知られている。リヒートプレス法において用いられるプレス素材は、ガラス板からカットピースと呼ばれるガラス小片を切り出し、その表面にバレル研磨と呼ばれる粗研磨を施して重量調整されたものが使用されている。リヒートプレス法では、プレス成形した成形品は、研削、研磨加工を施して、高精度の形状を有するレンズその他の光学製品などの最終製品に仕上げられる。
【０００３】
ところで、リヒートプレス法では、カットピースの重量ばらつきが大きく、各プレス素材の重量を一定にするためにはバレル研磨によって除去しなければならないガラスの量が多くなるという問題があった。一方、プレス素材を再加熱してプレス成形した後に研削、研磨を必要としない程度にまで、高精度の形状を有する成形品を作製できる精密プレス成形法では、プレス素材の重量ばらつきは成形品の精度を低下させる原因となるので、別の方法によってプレス素材が作製されている。このような方法として、本件出願人は、重量ばらつきを生じるカットピースを作るのではなく、所定重量の溶融ガラスを成形型で受けて、これを浮上又は略浮上させた状態で成形しプレス素材とする方法（以下、浮上成形法という。）を提案している（特開平２−３４５２５号）。
【０００４】
浮上成形法では、複数の成形型をターンテーブル上に載置し、ターンテーブルを高速回転させることによって、キャスト位置に成形型を移送し、ノズルより流下する溶融ガラスを該成形型で受けてガラス塊を成形する。溶融ガラスを成形して得られたガラス塊はテイクアウト位置にて成形型から取り出され、ガラス塊が取り出された成形型は再び、ターンテーブルの回転により溶融ガラスが流出する位置に移送され、これにより連続的にガラス塊が成形される。溶融ガラスはノズルより連続して流出されるが、ターンテーブルの回転によって成形型がキャスト位置に次々と移送されてくるので、流出した溶融ガラスは無駄なく高い重量精度を有するガラス塊に成形されていく。
【０００５】
浮上成形されたプレス素材を精密プレス成形して光学素子を製造する方法は、極めて優れた方法ではあるが、適用可能なガラスが限られること、プレスに使用される成形型の形状を正確にガラスに転写するため、プレス成形型の成形面に僅かな欠陥が生じただけでもその成形型が使用出来なくなってしまうことなどから、すべての状況に対応することが出来ない。このような問題を解決するため、本件出願人は、浮上成形法のようにノズルから流下する溶融ガラスの一定量を成形型で受けてプレス素材に成形した後、この素材を再加熱して精密プレス成形よりも比較的高温状態のプレス素材をプレス成形し、成形品を研削、研磨して光学素子を作製する方法を提案している（特願２０００−１９６７４５号）。
【０００６】
この方法（以下、高速ガラスゴブ成形法という。）では、成形型上に供給される溶融ガラスが成形型の成形面に接触することにより、その表面にカンやワレなどの欠陥を生じる問題を回避しなければならない。従って、この方法を採用する場合、成形面上に形成した噴出口から窒素や空気などのガスを成形面上に供給し、溶融ガラスを浮上又は略浮上させた状態に維持し、溶融ガラスが成形型の成形面に接触する可能性を最小限に抑えるようにする必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高速ガラスコブ成形法においては、成形型を移送するターンテーブルを高速で間欠回転させることによって、１００ＤＰＭ程度の生産能力（ＤＰＭは１分間に成形されるガラス塊の個数）で多数のガラス塊を連続的に成形していく。そのため、ターンテーブルの駆動の際に、成形型上で浮上させた溶融ガラスには水平方向に大きな力が作用することとなり、成形中に成形型の成形面と溶融ガラスの外周部との接触が頻繁に発生する。溶融ガラスが成形型上で固化する過程で、このようなガラスの接触が頻繁に発生すると、ガラスは、雰囲気に触れて自然冷却する部分と成形型に接して急冷される部分が生じてしまい、両部分の境界面で冷却スピードの差が生じ、カンやワレなどの外観不良が発生してしまう。
【０００８】
このような問題は、比較的高粘度のガラスを高い圧力でプレス成形してレンズなどの最終製品を研削、研磨加工なしで作製する、いわゆる精密プレス成形法においても、その生産性を高めるためにターンテーブルを高速回転する場合に同様に生じる。
【０００９】
従って本発明は、成形型を移送するターンテーブルの駆動時における前記溶融ガラスと成形型との接触を低減し、これによってガラス塊の外観不良を低減することができるガラス塊の製造方法及び製造装置、ガラス成形品の製造方法、並びに光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、前記方法により得られたガラス塊をプレス成形素材として用い、これを再加熱、プレス成形してガラス成形品を製造する方法、及びこのガラス成形品を研削、研磨してガラス製の光学素子を製造する方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するためには、成形型の成形面上におけるガスの噴出口の位置を最適化することによって、成形型が水平移送される際のガラスの挙動が抑えられることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明のガラス塊の製造方法は、キャスト位置において所定重量の溶融ガラスを受けてこれをガラス塊に成形する凹状の成形面を有し、前記成形面の中心点を中心とする同心円上に、成形されるガラス塊を浮上又は略浮上させるためのガスを噴出させる複数のガスの噴出口を配置するとともに、最外周の噴出口が、成形されるガラス塊の周縁部に沿うように配置された成形型を用意する工程と、前記成形型の成形面上に溶融ガラスを供給する工程と、前記成形型の噴出口からガスを噴出させることによって前記溶融ガラスを該成形面上で浮上又は略浮上させてガラス塊に成形させながら、前記成形型を前記キャスト位置から取り出し位置まで水平移送させる工程と、前記取り出し位置において、前記成形型上のガラス塊を取り出す工程とを備えて構成される。
【００１３】
前記ガスの噴出口のうち、ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものから噴出されるガスは、ガラス塊を浮上又は略浮上させるために機能されると共に、成形型の水平移送によってガラス塊に生じる水平方向の挙動に対して抵抗力となる。この力は、ガラス塊の加速度方向と反対に作用して該ガラス塊を成形型の中心位置に押し戻すため、ガラス塊の成形型に対する接触が低減される。
【００１４】
ここで、前記成形型を水平移送させる工程において、前記複数のガスの噴出口のうち、前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものから噴出されるガスの流れを、該ガラス塊の周縁部の外周に至るようにすることが好ましい。
【００１５】
この場合において、前記噴出されたガスの流れにより、ガラス塊を、前記成形面の中心を通る軸線の周りに回転させるようにすることが好ましい。なお、前記軸線は、鉛直方向を向いているものとする。
【００１６】
また、前記成形型を水平移送させる工程において、前記複数のガスの噴出口のうち、前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置された任意のものから噴出されるガスの噴出量を、前記周縁部の内側に配置された任意のガスの噴出口からの噴出量よりも小さくすることが好ましい。
【００１７】
本発明は、また、前記記載の方法により製造したガラス塊を、再加熱しプレス成形してガラス成形品を得ることを特徴とするガラス成形品の製造方法を提供する。
【００１８】
本発明は、また、前記記載の方法により光学素子ブランクを製造し、該光学素子ブランクを研削、研磨して光学素子を得ることを特徴とする光学素子の製造方法を提供する。
【００１９】
本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置は、所定重量の溶融ガラスを受けてこれをガラス塊に成形する凹状の成形面を有し、前記成形面の中心点を中心とする同心円上に、成形されるガラス塊を浮上又は略浮上させるためのガスを噴出させる複数のガスの噴出口を配置するとともに、最外周の噴出口が、成形されるガラス塊の周縁部に沿うように配置された成形型と、前記成形型の噴出口から噴出するガスを供給するガス供給手段と、前記成形型上に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給手段と、前記成形型上で成形されたガラス塊を取り出すガラス塊取り出し手段と、前記溶融ガラス供給手段と前記ガラス塊取り出し手段との間で、前記成形型を水平移送させる成形型移送手段とを備えて構成することができる。
【００２０】
この場合において、前記複数のガスの噴出口が、前記成形面の中心点を中心とする複数の同心円上で均等配置されていることが好ましい。
【００２１】
また、前記複数のガスの噴出口のうち前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものが、前記同心円の最外殻上に配置されたものであることが好ましい。また、前記複数のガスの噴出口のうち前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものは、前記成形面の中心点から該ガスの噴出口の中心点までの距離が、該成形面上に供給されるガラス塊の半径と略一致していることが好ましい。
【００２２】
さらに、前記成形面の外径が前記ガラス塊の外径と略一致することが好ましい。この場合、前記成形面の周縁部に沿って、前記複数のガスの噴出口が形成されていることがより好ましい。
【００２３】
また、前記ガス供給手段は、前記複数のガスの噴出口のうち前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものからのガスの噴出量を、他のガスの噴出口からの噴出量よりも小さくすることが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（ガラス塊の製造装置）
以下、図示した一実施形態に基いて本発明を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置の一実施形態における側面図及び平面図を示している。図に示すガラス塊の製造装置は、ターンテーブル上に多数の成形型を備え、該成形型上に順次、所定重量の溶融ガラスを供給することによって、連続的に多数のガラス塊を製造可能とする。
【００２５】
図においてガラス塊の製造装置１００は、所定粘度の溶融ガラスを受けて浮上又は略浮上した状態で成形する複数の成形型１０２と、溶融ガラスを成形型１０２に供給する溶融ガラス供給部１０４と、成形型１０２を支持するために各成形型に対応して設けられた成形型ベース１０６と、成形型１０２を順次移送可能にする成形型移送部１０８と、溶融ガラスを受ける位置（以下、キャスト位置Ａという。）において成形型を上下動させる成形型上下動駆動部１１０と、成形されたガラス塊を徐冷する加熱炉１１２と、成形型より徐冷されたガラス塊を取り出す取り出し手段１１４とを備えている。
【００２６】
溶融ガラス供給部１０４は、キャスト位置Ａに設置され、図示しない溶解炉で溶解された溶融ガラス流を、流出ノズル１０４ａを介して成形型１０２に供給するものである。溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａには、溶融ガラス流を所定の粘度に制御して流出することができるように、図示しない温度制御装置が取り付けられており、この制御によって、ガラス塊の生産性を制御できる。好適な実施形態において、この温度制御は、流出ノズル１０４ａより流出する溶融ガラスの粘度が３０〜２ポアズ、より好ましくは２０〜５ポアズとなるように行われる。
【００２７】
成形型移送部１０８は、成形型ベース１０６を介して複数の成形型１０２を支持するターンテーブル１１６と、このターンテーブル１１６を回転駆動する駆動部１１８を備えている。ターンテーブル１１６は、好適にはその軽量化のためアルミ合金からなる円盤状（実施例においては直径５００ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）のものが用いられ、駆動部１１８に内蔵したダイレクト・ドライブ・モータによって回転駆動される。ターンテーブル１１６の外周部には、その円周方向に沿って等間隔で３６個の成形型ベース１０６が固定され、各成形型ベース１０６上に成形型１０２が載置されている。
【００２８】
成形型移送部１０８によるターンテーブル１１６の回転によって、一つの成形型１０２は、前記キャスト位置Ａに移送され、一端停止されてここで溶融ガラス８を受け取り、その後にキャスト位置から移送される。すなわち、成形型移送部１０８は、ダイレクト・ドライブ・モータを間欠的に駆動してターンテーブル１１６を一定角度回転させては停止することを繰り返す（これを間欠インデックス方式という）。間欠インデックス方式によるターンテーブル１１６の駆動によって、溶融ガラスを受け取った成形型１０２をキャスト位置Ａから運び出すと同時に、溶融ガラスを受け取る前の空の成形型１０２をキャスト位置へ移送する。このようなステップを繰返し行い、溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａより連続流出する溶融ガラスを次々と成形型１０２上に受け取って行く。なお、溶融ガラス供給部１０４から成形型１０２上に溶融ガラスを供給する方法は、降下切断法により行われるが、これについては後述する。
【００２９】
成形型上下動駆動部１１０は、図１に示すように、キャスト位置Ａにおいて、前記ターンテーブル１１６の成形型ベース１０６の直下に配置される。前記溶融ガラス供給部１０４により溶融ガラスを成形型１０２上に供給する際、成形型上下動駆動部１１０が駆動されて、キャスト位置Ａにある成形型１０２が上下動される。成形型１０２を上下動させる機構についても後述する。
【００３０】
加熱炉１１２は、図２で特に明瞭に示すように、ターンテーブル１１６に載置された成形型１０２が移動する軌跡に沿って、キャスト位置Ａからガラス塊の取り出し位置（以下、テイクアウト位置Ｂという）までの範囲と、テイクアウト位置Ｂからキャスト位置Ａまでの範囲に渡って設置されている。加熱炉１１２は図１に示すようにその断面において、成形型１０２を上方から覆うように配置されており、その内部に形成されたヒーターによってこの加熱炉１１２を通過する成形型１０２を加熱する一方で、この加熱温度よりも高い成形型１０２上の溶融ガラスの徐冷を行う。好適な実施例において、加熱炉１１２内の温度は３５０〜４００℃程度に設定されており、キャスト位置Ａからテイクアウト位置Ｂの間においては、その間の移動において成形型１０２上の溶融ガラスの徐冷を行うことによりガラス塊の成形を実現する。また加熱炉１１２’は、テイクアウト位置Ｂからキャスト位置Ａの間において、ガラス塊が取り出された空の成形型の温度が低下し過ぎないように成形型を加熱、保温する。
【００３１】
取り出し手段１１４は、テイクアウト位置Ｂに設置され、ここでガラス転移点Ｔｇ以下になったガラス塊を成形型１０２から搬出するためのものである。すなわち、取り出し手段１１４は、成形型１０２の側面からその上のガラス塊にガスを吹き付けて、その対向側に配置された回収装置１２０にこれを落下させ、回収する。
【００３２】
次に、ターンテーブル１１６上に設置された成形型ベース１０６及び成形型１０２の具体的な構成について説明する。図３及び図４は、成形型１０２及び成形型ベース１０６の側断面図を示しており、図３は成形型１０２を成形型ベース１０６に対し下降させた状態、図４は成形型１０２を上昇させた状態をそれぞれ示している。これら図に示すように、成形型ベース１０６は、ターンテーブル１１６に固定されている基部１２２と、成形型１０２を載置し、基部１２２に対して上下動可能な可動部１２４とを有している。基部１２２は、その中央に、可動部１２４の軸部１２４ａを摺動自在に保持する孔部１２２ａを有し、軸部１２４ａはその下端において孔部１２２ａから突出されている。軸部１２４ａの突出された下端には、スプリング１２６が巻装され、これによって、可動部１２４には常時これを下方に押し下げる力が作用している。
【００３３】
溶融ガラスのキャスト位置Ａにおいて、成形型ベース１０６の下方には、前記成形型上下動駆動部１１０が設置され、その駆動軸１１０ａが、前記可動部の軸部１２４ａの下部に延びている。溶融ガラスのキャスト時に、成形型上下動駆動部１１０が駆動され、図４に示すようにその駆動軸１１０ａが上昇されると、前記スプリング１２６の力に抗して成形型ベースの可動部１２４は上昇され、これによって成形型１０２が溶融ガラス供給部の流出ノズル１０４ａの近傍まで持ち上げられ、溶融ガラスの供給が可能となる。
【００３４】
ターンテーブル１１６に成形型ベース１０６を介して載置された３６個の成形型１０２の各々には、そこに供給されるガラス塊を浮上又は略浮上させるためのガスが供給される。図示しない一のガス供給源から供給されるガスは、各成形型１０２へこれを導くガス配管１２８に分岐され、これによって各成形型に供給されるガスの流量が同量になるよう設定されている。図３に示すように、供給源からのガスは、ガス配管１２８を介して成形型ベースの可動部１２４に設けられた空間部１２４ｂに取り入れられ、成形型１０２に形成された成形面１０２ａに連通する複数のガス噴出口１３２より噴出される。ガス噴出口１３２から噴出されるガスは、成形面上のガラス塊に吹き付けられ、これを浮上又は略浮上させた状態とする。ガラス塊を浮上又は略浮上させるガスとしては、空気、窒素などの不活性ガス、又はそれらの混合ガスを用いることができる。成形型に形成された複数のガス噴出口１３２の詳細については、後述する。
【００３５】
成形型ベース１０６の可動部１２４には、空間部１２４ｂからのガスをリークさせるガスリーク孔１２４ｃが設けられている。また、成形型ベース１０６の基部１２２における前記ガスリーク孔に対向する位置には、シール用パッキン１３０が備えられている。可動部１２４がスプリング１２６によって下方に押し付けられている状態、すなわち成形型１０２に溶融ガラスが供給されてから加熱炉１１２内を移動して成形面上でガラス塊が成形される間においては、ガスリーク孔１２４ｃは基部１２２に設けられたシール用パッキン１３０によって塞がれており、ガス配管１２８から空間部１２４ｂ内に供給されたガスの全量が、ガス噴出口１３２側に送られて、成形面１０２ａ上に噴出される。一方、図４に示すように、可動部１２４が突上げられた状態、すなわち成形型１０２がキャスト位置Ａにあり、その成形面で溶融ガラスを受けるときにおいては、ガスリーク孔１２４ｃが開かれ、ガスがここからリークしてガス噴出口１３２より噴出するガス流量が減少するようになっている。ここで、キャスト時にガス噴出量が減少しないと、所定重量に達していない溶融ガラス下端部に、ガス噴出口１３２から噴出したガスによる風圧が加わり、該ガラス下端部が激しく振動するなどして安定せず、流出ノズル先端部に溶融ガラスが濡れ上がったり、折り込み、脈理などのガラス塊の内部品質不良やガラス塊の形状不良、重量ばらつきを発生させる。これに対し、上述のようにすれば、キャスト時のガス噴出量を減少させて溶融ガラスの不安定な挙動を抑え、前記内部品質不良、ガラス塊の形状不良、重量ばらつきの発生を防止、低減することが可能となる。前記の構造は簡便かつ正確に成形型の突上げに連動してガス噴出口１３２より噴出するガス流量を減少するよう工夫されたものであるが、前記ガス流量をコントロールする手段としてはこのようなものに限らず、駆動軸の駆動に連動し、電気信号によってガス流量の調整弁を制御してガス供給量を減少するなど、一般に考えられる手段を講じてもよい。
【００３６】
本実施形態に係るガラス塊の製造装置１００は、所定重量のガラス塊を安定して生産するため降下切断法を採用している。前述のように、成形型１０２がキャスト位置Ａに移送されると、制御部からの駆動信号を受けて、成形型上下動駆動部１１０が作動し、その駆動軸１１０ａが成形型ベース１０６の可動部１２４を突上げる。駆動軸１１０ａによる突上げがない状態では、前記スプリング１２６によって可動部１２４は下方に押し付けられ一定の高さに保たれているが、駆動軸１１０ａが作動すると、前記スプリング１２６の弾性カに抗して可動部１２４が突上げられて成形型１０２とともに持ち上げられ、その成形面は流出ノズル１０４ａに近づけられる。このときの流出ノズル１０４ａ先端と成形型１０２上端の距離は、５〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００３７】
成形型上下動駆動部１１０の駆動により、成形型１０２の成形面が流出ノズル１０４ａに近づけられれると、成形面への溶融ガラス流の供給が開始される。そして一定時間経過後、成形型上下動駆動部１１０による成形型の上昇が解除されると、成形型ベースのスプリング１２６の力によってその可動部１２４は、溶融ガラス流の流下速度よりも速い速度で瞬時に押し下げられ、それに伴い、成形型１０２も流出ノズル１０４ａから瞬時に引き離され、上昇前と同じ高さまで急降下する。成形型１０２の降下前、流出ノズル１０４ａより流出した溶融ガラスＧの下端は、成形型１０２によって支持されているが、成形型１０２の急降下によって前記支持を急速に失い、溶融ガラス下端部と流出ノズル１０４ａの間で溶融ガラスが分離、切断がおきる。降下切断法は、切断器を用いず、溶融ガラスが自重によって分離するので、切断器を用いた場合と比較し、切断部分の痕跡が残りにくい。また、溶融ガラスを成形型１０２に受け取る際、成形型１０２は上下方向に動くのみであり、溶融ガラスが切断されたときに生じる折込がガラス塊に生じにくいという特長もある。
【００３８】
ガラス塊をその上に供給された成形型１０２はターンテーブル１１６の回転によって、キャスト位置Ａから図２における反時計回りの方向へと移送され、加熱炉１１２の中を通過する過程でガラスの徐冷が行われ、ガラス塊が得られる。そしてテイクアウト位置Ｂにおいて、取り出し手段１１４から噴出するガスによってガラス塊は成形型１０２より回収装置１２０へと吹き飛ばされ、その斜面上を滑って装置外へ搬送される。なお、ガラス塊はテイクアウト位置Ｂにおいてはガラス転移点Ｔｇ以下の温度にまで徐冷されている。ガラス塊が取り出された成形型１０２は、徐冷用の加熱炉１１２よりも短い加熱炉１１２’内を通過し、溶融ガラスを受ける際に適した温度にまで加熱される。そして再度、キャスト位置Ａへと移送され、溶融ガラスから次のガラス塊を成形する。このようにして各成形型１０２を循環することによって順次、溶融ガラスよりガラス塊が製造されるようになる。加熱炉１１２内の温度はいずれも３５０〜４００℃に設定することが好ましい。
【００３９】
次に、成形型１０２の成形面１０２ａに形成されたガス噴出口１３２の具体的な構成について説明する。図５及び図６は、本発明の実施形態におけるガス噴出口の配置構成を示す成形型１０２の平面図及び側断面図である。これら図に示すように、成形型１０２の成形面１０２ａは、その中心に向け深くなるような凹面に形成されている。この成形面は、溶融ガラスを平面視したときの外径を規定する機能を有している。例えば、最終製品であるレンズに近似する形状をもつレンズブランクをプレス成形するためのプレス素材を成形する場合、この成形面はレンズの主表面に対応する表面（溶融ガラスの断面）の形状を規定しない。すなわち、本成形型ではガラス塊の重量と平面視の外径は規定されるが、断面形状は規定されない。この方法によって得られたガラス塊をプレス素材とし、粘度が１０4〜１０6ポアズとかなり軟らかい状態になるまで再加熱しプレス成形することにより、ガラスは大きく変形することが可能なので、ガラス塊の製造段階で断面形状をプレス成形品の形状に合わせて成形する必要がない。なお、成形型１０２の材料は、溶融ガラスと融着を起こさず、軽量かつ高い強度を有するカーボン材料等で構成することが望ましい。
【００４０】
図５で示すように、本実施形態においてガス噴出口１３２は、成形面１０２ａの中央、及びこれを中心とする２つの同心円ａ1、ａ2の円周上に一定の間隔で均等に配置されている。すなわち、図に示す実施形態においては、内側の同心円ａ1上には、８個のガス噴出口１３２が等間隔で形成され、外側の同心円ａ2上には、１６個のガス噴出口（以下、外側の同心円ａ2上のものを、ガス噴出口１３２ａとする）が等間隔で形成されている。
【００４１】
本発明においては、外側の同心円ａ2上に形成されるガス噴出口１３２ａの配置が重要である。最外周のガス噴出口１３２ａの配置は、この成形面１０２ａ上に供給され、成形されるガラス塊のサイズとの関係で決定される。すなわち、図６で示すように、最外周の各ガス噴出口１３２ａは、ガラス塊Ｇを成形面１０２ａの中心に配置したときに、その周縁部ｇに沿うように配置される。好適な実施例において、これらのガス噴出口１３２ａは、成形面１０２ａの中心点からガス噴出口の中心点までの距離（図６における、Ｂ／２）が、ガラス塊Ｇの半径（同じく、Ｃ／２）と略一致している。ガス噴出口１３２から噴出されるガスは、本来、ガラス塊の成形の過程で、ガラス塊を浮上又は略浮上させるために機能されるが、ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置された前記ガス噴出口１３２ａは、この機能に加えて、前記ターンテーブル１１６の駆動による成形型１０２の水平移送によってガラス塊に生じる水平方向の挙動に対して抵抗力となるものである。従って、上述のように、溶融ガラスを供給された成形型がキャスト位置から移送されるときに、成形型上のガラス塊が、ターンテーブルの遠心力や駆動・停止時の加速度によって水平方向の加速度を受け、成形面１０２ａの側面に向けて移動し始めると、前記ガス噴出口１３２ａから噴出されるガスは、これを成形型１０２の中心位置に押し戻すように作用する。ガス噴出口１３２ａは、最外殻の同心円ａ2上に均等配置されているので、該作用は、ガラス塊が何れの方向に移動する場合にも生じる。その結果、ガラス塊の成形型に対する挙動が抑制され、該成形型への接触が低減されることとなる。
【００４２】
ところで、プレス成形品の偏肉を防ぐためには、（ガラス塊の製造装置１００によって製造された）ガラス塊が、プレス成形型に偏りなくセットされることが大切である。そのためには、ガラス塊を、回転体またはその近似形状にすることが好ましい。すなわち、回転体の回転対称軸方向（ここでは、鉛直方向）から見た形状が円に近いガラス塊ほど好ましい。ガラス塊の回転対称軸方向から見た真円度を向上させるには、成形中のガラス塊を鉛直方向の軸の周り（すなわち、成形面１０２ａの中心を通る軸線の周り）に回転させることが有効である。本発明によれば、成形面１０２ａの所定の領域（ガラス塊の周縁部に沿う領域及びその内側の領域）に複数のガス噴出口を設けたので、成形中のガラス塊を鉛直軸の周りに回転させることができる。
【００４３】
なお、ガラス塊の鉛直方向から見た真円度をいっそう向上させる上では、図７に示したように、ガラス塊Ｇの外径（図７における、Ｃ）と成形型１０２の成形面１０２ａの開口径（同じく、Ａ）とをほぼ等くし、成形面１０２ａの周縁部に沿って複数のガス噴出口を設けることがより好ましい。ガラス塊Ｇの外径を成形面１０２ａの開口径よりも小さくした場合（図６参照）においても、前記所定の領域に複数のガス噴出口を設けることでカン、ワレなどの外観不良を防止することはできるが、成形型移送の際に、外観不良を発生しない程度のガラス塊Ｇと成形型１０２との接触が発生する可能性があり、ガラス塊Ｇが僅かに変形して真円度が低下することが考えられる。これに対し、ガラス塊Ｇの外径（図７における、Ｃ）と成形面１０２ａの開口径（同じく、Ａ）とをほぼ等しくすれば、成形型移送時にガラス塊Ｇに水平方向の力が加わっても、ガラス塊Ｇの周緑部と成形型１０２との接触を防止することができ、これにより、ガラス塊の真円度の低下を防止することができる。この構成において、さらに成形面１０２ａ（凹面）の周緑部に沿って複数のガス噴出口１３２を設ければ、ガラス塊Ｇの上述した鉛直軸周りの回転が生じやすくなり、ガラス塊をより回転体形状に近づけることができる。加えて、成形型１０２からのガラス塊の取出しが容易になり、又、成形型１０２を循環して使用する場合において、ガラス塊が取り残された成形型１０２に再ぴ溶融ガラスをキャストするようなトラブルも回避される。
【００４４】
本発明において、最外殻に配置されるガス噴出口１３２ａの数は、それらが各同心円上で均等に配置される限り、実施形態のものに限定されず、３〜２０個の範囲で適宜選択することができる。また、成形面１０２ａ内でガラス塊を安定して浮上又は略浮上させる上から、前記最外殻に配置されるガス噴出口１３２ａの数は、それよりも内側にある残りのガス噴出口１３２の数より多くすることが好ましい。この場合において、更に、前記最外殻に配置されるガス噴出口１３２ａからのガスの噴出量を、それよりも内側にある残りのガス噴出口１３２からのガス噴出量より少なくすることが好ましい。このようなガス噴出量の調整は、ガス供給側からのガス流路の長さを異ならせたり、また、ガス噴出口の径を異ならせたりすることにより、ガス噴出口毎に適切な噴出量を設定することができる。好ましい例としては、図６に示すように、成形型１０２の底部（空間部１２４ｂ）まで一つの流路でガスを導き、該空間部１２４ｂからそれぞれ成形面１０２ａの凹曲面形状に従って経路長の異なる貫通孔を通り、各ガス噴出口にガスを導く。これによって極めて単純な構成で、前記ガス噴出量を実現することができる。好ましい実施形態において、各ガス噴出口１３２の口径は、０．２〜１ｍｍφである。
【００４５】
また、ガラス塊を成形面上で安定して浮上又は略浮上させるために、ガス噴出口１３２からの総ガス噴出量を、０．２〜３リットル／分とすることが好ましく、各ガス噴出口１３２からのガス噴出量を、総ガス噴出量の２〜２５％とすることが好ましく、３〜２０％とすることがより好ましい。実験によれば、１つのガス噴出口１３２からのガス噴出量が総噴出量の２％よりも小さくなると、ガス噴出口の形成されている成形面上の領域にガラス塊が接触する可能性がある。このとき、そのガス噴出口からのガスは一時的に遮断され、成形面１０２ａ内におけるガラス塊の挙動が不安定になると共に、場合によっては、そのガス噴出口を詰まらせたり、ガス噴出口の形状がガラス側に転写されるという危険性がある。ガス噴出量が総噴出量の２％を超えていれば、このような問題が生じない。各ガラス噴出口からのガスの噴出量が総噴出量の２５％を超えると、ガラス塊表面にくぼみができてしまったり、安定した浮上が得られなくなる。
【００４６】
（使用するガラス）
前記製造装置を用いて作製されたガラス塊は、プレス成形により最終製品を作製する精密プレス成形のためのプレス素材としても、また再加熱、プレス成形して得られた成形品の表面を研削、研磨して最終製品に仕上げるリヒートプレス成形のためのプレス素材としても使用することができる。精密プレス成形用素材を作る場合は、ガラス転移点Ｔｇが５８０℃以下のガラスを用いることが、プレス温度を低くし、プレス成形型とガラスの融着を防止する上から望ましい。これに対し、リヒートプレス成形用素材の場合は、５８０℃を超えるガラス転移点Ｔｇをもつガラスも使用することができる。
【００４７】
流出ノズルより溶融ガラスを連続して流出し、失透することなくガラス塊が得られる好適な光学ガラス材料を表１および表２に例示する。
【００４８】
【表１】
【表２】
また、溶融ガラスを流出する際のガラスの粘性は、３０〜２ポアズであることが好ましいが、この粘性範囲を示す温度が９００〜１２００℃の範囲にあるガラスを用いることが好ましく、９５０〜１２００℃の範囲にあるガラスを用いることがより好ましく、９５０〜１１５０℃の範囲にあるガラスを用いることがさらに好ましい。前記温度範囲においてガラスの粘性が高く成り過ぎないためには、SiO2の含有量を５０重量％以下に抑えることが好ましく、さらに４０重量％以下に抑えることが好ましい。また前記温度範囲においてガラスの粘性が低く成り過ぎないためには、B2O3の含有量を１５重量％以上にすることが好ましく、２０重量％以上にすることが好ましい。具体的には、表１に記載した組成系のガラス、その中に含まれる好ましい組成を有するガラスを用いることが望ましい。
【００５１】
（ガラス塊の製造方法）
次に、上述のガラス塊の製造装置を使用したガラス塊の製造方法の一実施例について説明する。先ず、溶解炉でSiO2-TiO2系の光学ガラス材料（表２のガラス１）を１２７０℃で溶解する。そして、ガラスの溶融が完了したら、溶解炉から溶融ガラス供給部１０４に溶融ガラスを供給する。そして、成形型１０２を加熱炉１１２によって２５０〜３００℃に加熱し、ターンテーブル１１６を２．５r.p.mで連続回転させる。又、流出ノズル１０４ａの先端部は１１１０℃に制御した。この時の溶融ガラスの粘性は５ポアズであった。
【００５２】
ここで、溶融ガラスを流出する際の粘性は、３０〜２ポアズの範囲にすることが好ましく、２０〜２ポアズの範囲にすることがより好ましい。溶融ガラスの粘性を前記範囲にすることにより、脈理がない内部品質の高いガラス塊が得られる。また、流出ノズル１０４ａより適量の溶融ガラス流を流出させやすくなると共に、一定量のガラスが流出すると流出した溶融ガラスの下端部と流出ノズル付近の間にくびれが生じ、溶融ガラスの下端部の重量が溶融ガラスの表面張力より大きくなると、くびれ部分で溶融ガラス下端部を分離し、切断器を用いなくても所定重量の溶融ガラスを成形型に受け取ることが容易にできる。さらに成形型１０２で受け取る溶融ガラスの重量を、溶融ガラスの下端部を受けている成形型１０２を急速に降下させるタイミングを変えることにより調整することもできる。さらに溶融ガラスを成形型で受けた後、浮上又は略浮上させた状態で容易に成形することもできる。
【００５３】
このような状態の下、流出ノズル１０４ａから、連続して溶融ガラス流を供給する。成形型１０２は溶融ガラスを流出ノズル１０４ａから受ける工程では、定位置より上方に移動し、流出される溶融ガラスをその成形面１０２ａで受ける。そして、溶融ガラスを成形面１０２ａで受けた成形型１０２は、急降下して、流出ノズル１０４ａから供給されている溶融ガラス流を切断する。一つの実施例において、成形面上への溶融ガラスの接地から切断までに要した時間は０．３秒であった。本発明のガラス塊の重量管理は、流出ノズル１０４ａから一定の流量で流下又は滴下する溶融ガラス流を一定の規則正しい間隔で成形型１０２が受けることで、重量の均一化を図っている。溶融ガラスの供給時の工程では上述のように成形型が定位置にあるときの５〜２０％（好ましくは５〜１５％、さらに好ましくは７〜１４％）の噴出量のガスを成形面より噴出させる。このように成形型が定位置にあるときよりも少ないガス噴出量にすることにより、溶融ガラスの不安定な挙動を抑えることができ、内部品質、形状、重量精度が共に優れたガラス塊を作ることができる。
【００５４】
ガラス塊の重量設定は、次のようにして行われる。まず、脈理が生じず内部品質が高いガラス塊が得られる粘性になるよう溶融ガラスの温度を設定する。次に単位時間に流出ノズルより流出する溶融ガラスの量（流出量）を定め、その流出量が得られるような口径を有する流出ノズル１０４ａを選定する。さらに、一定速度で流出する溶融ガラスを成形型１０２が受け取る量が目的の重量になるように、成形型１０２の搬送速度（ターンテーブルの回転速度）を設定する。このように、溶融ガラスの粘性範囲を３０〜２ポアズの範囲とし、成形型１０２の搬送速度を調整することにより、適正な成形型１０２の降下タイミングで溶融ガラスの切断時間を１秒以下とすることができ、多量の重量精度が高いガラス塊を短時間で生産性よく作製することができる。
【００５５】
本実施形態では、前述のように切断器を用いないので、ガラス塊の深層部まで切断時の痕跡（折込）が達することがない。すなわち、溶融ガラスが分離する際に生じた痕跡（折込）は表面より概ね０．５ｍｍ以内の表面層にとどまっているので、ガラス塊の表面を研磨加工すれば容易に除去することができる。
【００５６】
前記方法により得られるガラス塊の典型的な形状としては、次のような形状をあげることができる。
（１）球状又はその近似形状。
（２）周縁部を有し、その周縁部を境に２つの凸面が繋がった形状又はその近似形状。
マーブル形状や楕円の短軸を回転軸とした回転楕円体などがこれに相当し、ガラス塊の外径を決める部分が周縁部に相当するようにガラス塊を平面視したとき、平面視した形状が円又は円に近似する形状である。
（３）浮上した液滴が作る形状。
溶融ガラスが、浮上又は略浮上した状態で加熱炉１１２内を円周方向に沿って移動することにより、徐冷されて所定形状に成形される。
【００５７】
なお、成形型１０２の成形面１０２ａの前記領域に複数のガス噴出口１３２ａを設けることにより、成形中のガラス塊を鉛直方向の軸の周りに回転させることができる。このような回転を与えることにより、鉛直方向から見たガラス塊の形状を真円に近づけることができる。ガラス塊の真円度を高めることにより、プレス成形型に偏りなくガラス塊をセットしやすくなるので、プレス成形品の偏肉を防ぎやすくなる。
【００５８】
この成形の際、溶融ガラスの断面形状は規制されず、不定形となっている。そして、冷却されたガラス塊がガラス転移点Ｔｇ（６１５℃）より下の温度になり、取り出し位置まで移動したら取り出される。このようにして、９０個／秒の生産性でガラス塊を製作した。前記のようにして得られたすべてのガラス塊には、カン、ワレなどの欠陥や、脈理などの内部品質不良は認められず、重量ばらつきは±５％以内であった（サンプル数１０００個）。こうして得られたガラス塊をリヒートプレス成形用素材とする場合、ガラス塊表面をバレル研磨することが好ましい。バレル研磨により、ガラス塊表面を粗面化してリヒートプレス時に粉末状離型剤のつきを良好にしたり、ガラス塊表面に何らかの欠陥が生じたとしてもこれを除去することができる。また、ガラス塊の重量調整をこのばれる研磨によって行うこともできる。
【００５９】
（リヒートプレス工程）
上述の方法で得たガラス塊を、最終レンズ形状に対応した成形面を有する複数個のプレス成形型で一括プレス成形した。プレス成形型は、上型と下型から構成される。このプレス成形は、大気雰囲気中で行った。ガラス塊は、約８５０℃に加熱され軟化した状態（１０5ポアズ）で、約６５０℃に加熱された下型の成形面に、搬入手段によって導入した。次に、下型同様に約６５０℃に加熱された上型によってガラス塊を約４〜５秒プレス成形した。このリヒートプレスによって、最終製品に近似した形状のプレス成形品を得た。
【００６０】
（プレス成形品の研磨工程）
上述の再加熱プレス工程で得たプレス成形品を、研磨して最終製品の光学レンズを得た。研磨剤としては酸化セリウムを用い、最初に粗研磨を施し、次に精研磨を施す。この研磨によって、プレス製品の表層部に残存していた脈埋等の欠陥を完全に除去した。又、プレス品の重量ばらつきが抑制されているので、研磨量を低減することができ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどの光学製品を得ることができた。プレス工程で得られたプレス成形品の表層部に欠陥部があったとしても、前記研磨により欠陥を除去し、欠陥のないガラス最終製品を得ることができる。上述のガラス塊の形成工程において、ガラスの種類は、SiO2-TiO2系光学ガラスを使用したが、B2O3-La2O3系光学ガラスでも同様の効果が得られる。次に、表２に示した光学ガラス２〜１２を用いて各工程を行い、前記ガラスと同様、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどの光学製品を得ることができた。
【００６１】
これまでの説明は、リヒートプレス成形に関するものであるが、本発明の方法で得られたガラス塊を精密プレス成形用素材として使用することもできる。その場合、得られたガラス塊を１０7〜１０12ポアズの粘度を示す温度まで再加熱、プレスしてプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写して最終製品を成形する。なお、プレス雰囲気には窒素ガスや不活性ガス、又はそれらの混合ガスを用いることが望ましい。またガラスはガラス転移点Ｔｇが５８０℃以下のものを用いることが望ましい。
【００６２】
リヒートプレス成形により得られた成形品、その成形品の表面を研削、研磨して得られた光学素子などのガラス製品、精密プレス成形品は、プレス素材であるガラス塊の内部品質が高いので、良好な内部品質を備えている。また、ガラス塊の重量ばらつきが少ないのでリヒートプレス成形に用いた場合、バレル研磨、最終研削、研磨によって除去されるガラスの量を低減し、これらの加工時間を短縮化して生産性を向上させることができる。また除去、破棄されるガラスの量を低減できるので、コスト削減、環境負荷の低減を達成することもできる。精密プレス成形に用いた場合は、重量ばらつきを低減することにより、最終製品の形状精度を向上させることができる。
【００６３】
【実施例】
前記実施の形態で説明したガラス塊の製造装置及び製造方法により、実際にガラス塊を成形した。この場合において、異なるサイズのガラス塊を製造するために、成形面上のガス噴出口の配置及び個数の異なる成形型を用意し、それぞれガラス塊の製造を行なった（実施例１〜１０）。製造条件及び製造されたガラス塊の品質評価を以下に示す。
【００６４】
【表３】
表中、ａ〜ｄは、それぞれ、成形面の中心のガス噴出口の個数、同心円ａ1上のガス噴出口の個数、同心円ａ2上のガス噴出口の個数、成形面上のガス噴出口の総数を示している。なお、用いた成形型の成形面の直径Ａは、９〜２０ｍｍφである。実施例においては、図６に示したような、外側のガス噴出口への経路を長くした成形型を用いており、これによって、外側のガス噴出口からのガス噴出量を、その内側のガス噴出口からの噴出量よりも小さくなるようにした。
【００６６】
各実施例において、成形中のガラス塊は成形型上で鉛直軸の周りに回転している。これは、成形型の凹状成形面の所定領域に設けられたガス噴出口から噴出するガスによると考えられる。このような回転により鉛直方向から見たガラス塊の真円度が向上（より円に近くなる）し、回転体形状のガラス塊が得られる。ここで真円度とは回転軸方向から見たガラス塊の長径と短径の差を長径と短径の平均で割った値であり、真円ではゼロとなる。表３には、各実施例において成形されたガラス塊の真円度の上限値を％表示で示す。各実施例とも、成形面の所定領域にガス噴出口を設けて成形を行ったので、５％以内と高い真円度のガラス塊を得ることができた。さらに、凹状の成形面の周縁部にガス噴出口を設け、この成形面の開口径と等しい外径を備えるガラス塊を成形した場合（実施例２〜３及び実施例５〜１０）には、２％以内とさらに高い真円度のガラス塊を得ることができた。このように真円度が高いガラス塊は、プレス成形時にプレス成形型にセットしやすく、プレス成形型内で偏ることもない。従って、プレス成形品の偏肉を防ぎやすくなる。
【００６７】
前記何れの実施例においても、カン、ワレなどの外観不良は認められず、高内部品質かつ高重量精度のガラス塊を得ることができた。これらのガラス塊をアニールし、バレル研磨を行った後、窒化ホウ素からなる粉末状の離型剤をガラス塊表面に均一に塗布し、実施の形態に記載した方法により再加熱、プレス成形型によるプレス成形を行った。得られたガラス成形品は最終製品であるレンズの形状に近似したものであり、この成形品に精密な研削、研磨加工を施して光学レンズを作製した。実施例により製造された外観不良のないガラス塊を用いて前記レンズを作製したため、バレル研磨により除去される削り代、最終製品に仕上げるための研削、研磨によって除去される削り代とも、軽微な外観不良があるものを使用した場合に比べて大幅に低減することができた。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態及び実施例を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は前記実施形態及び実施例に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。本発明に係るガラス塊の製造方法が、前記実施形態において示された製造装置以外の製造装置（例えば、ターンテーブルを備えずに、略直線的に複数の成形型を移送可能に構成したもの）によって実現可能であることは、当業者であれば明らかであろう。また、本発明の製造方法は、比較的高粘度のガラスを高い圧力でプレス成形してレンズなどの最終製品を研削、研磨加工なしで作製する、いわゆる精密プレス成形法においても、適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、成形型を高速で移送する工程を伴うガラス塊の製造においても、成形型の成形面に対するガラス塊の接触を大幅に低減することができ、その結果、ガラス塊の生産性を下げることなく、カンやワレ等の外観不良のない高品質のガラス塊を高い歩留まりで量産することができるようになる。
【００７０】
また、前記方法によって得られた高品質のガラス塊をプレス素材とすることにより、後の加工工数を削減することができるので、本ガラス塊を用いて製造される高品質のガラス成形品を効率的に生産することができ、また、得られた成形品に少ない削り代で研削、研磨加工を施してガラス製光学素子を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置の一実施形態における側面図である。
【図２】本発明に係るガラス塊の製造方法を適用した製造装置の一実施形態における平面図である。
【図３】成形型を成形型ベースに対し下降させた状態における成形型及び成形型ベースの側断面図である。
【図４】成形型を成形型ベースに対し上昇させた状態における成形型及び成形型ベースの側断面図である。
【図５】本発明の実施形態におけるガス噴出口の配置構成を示す成形型の平面図である。
【図６】本発明の実施形態におけるガス噴出口の配置構成を示す成形型の側断面図である。
【図７】本発明の実施形態における成形面の構成例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１００ 製造装置
１０２ 成形型
１０２ａ 成形面
１０４ 溶融ガラス供給部
１０４ａ 流出ノズル
１０６ 成形型ベース
１０８ 成形型移送部
１１０ 成形型上下動駆動部
１１０ａ 駆動軸
１１２、１１２’ 加熱炉
１１４ 取り出し手段
１１６ ターンテーブル
１１８ 駆動部
１２０ 回収装置
１２２ 基部
１２２ａ 孔部
１２４ 可動部
１２４ａ 軸部
１２４ｂ 空間部
１２４ｃ ガスリーク孔
１２６ スプリング
１２８ ガス配管
１３０ シール用パッキン
１３２ ガス噴出口
１３２ａ 外側の同心円上のガス噴出口
Claims (5)
- キャスト位置において所定重量の溶融ガラスを受けてこれをガラス塊に成形する凹状の成形面を有し、前記成形面の中心点を中心とする同心円上に、成形されるガラス塊を浮上又は略浮上させるためのガスを噴出させる複数のガスの噴出口を配置するとともに、最外周の噴出口が、成形されるガラス塊の周縁部に沿うように配置された成形型を用意する工程と、
前記成形型の成形面上に溶融ガラスを供給する工程と、
前記成形型の噴出口からガスを噴出させることによって前記溶融ガラスを該成形面上で浮上又は略浮上させてガラス塊に成形させながら、前記成形型を前記キャスト位置から取り出し位置まで水平移送させる工程と、
前記取り出し位置において、前記成形型上のガラス塊を取り出す工程と、
を備えたガラス塊の製造方法。 - 前記成形型を水平移送させる工程において、前記複数のガスの噴出口のうち、前記ガラス塊の周縁部に沿う位置に配置されたものから噴出されるガスの流れを、該ガラス塊の周縁部の外周に至るようにした請求項１に記載のガラス塊の製造方法。
- 前記噴出されたガスの流れにより、ガラス塊を、前記成形面の中心を通る軸線の周りに回転させるようにした請求項１または２に記載のガラス塊の製造方法。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の方法により製造したガラス塊を、再加熱しプレス成形してガラス成形品を得ることを特徴とするガラス成形品の製造方法。
- 請求項４に記載の方法により光学素子ブランクを製造し、該光学素子ブランクを研削、研磨して光学素子を得ることを特徴とする光学素子の製造方法。
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