JP3984726B2 - 光学素子成形用素材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラス塊から光学素子成形用素材を得るための製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス塊をプレス成形して、成形光学素子を得る技術が発展している。ここで使われるガラス塊は、その表面が滑らかである必要がある。これらの成形素材用素材としてのガラス塊は、古くは、光学ガラスを研磨して作っていたが、最近では、そのコストダウンのため、溶融状態の光学ガラス材料から直接、この成形素材用ガラス塊を製造することが提唱され、その技術が開発されている。
【０００３】
即ち、光学ガラスを白金るつぼの中で溶融し、この溶融ガラスを溶融ガラス流出口から液滴状に流出する。一方、この流出口の直下の位置に、受け面にガスが噴出している状態の多孔質の型を設置し、この多孔質の型の受け面上に所望重量の溶融ガラスが溜まったところで、この型を所定距離、下降させると、流出口下で、溶融ガラス流が括れ、その位置で自然に分離・切断される。
【０００４】
このようにして得られたガラス塊は、その上面が自由表面からなっており、滑らかであり、また、その下面が型の受け面からの噴出ガスにより、浮上状態に保持されているので、受け面の粗度に影響されることなく、自由表面として、滑らかである。従って、この製造方法で得られたガラス塊は、表面が滑らかなために光学素子成形用素材として適しており、しかも、溶融ガラスから直接製造するので、その製造コストも安い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の製造方法では、以下に示すような欠点があった。即ち、多孔質の型の上面から噴出するガスが、溶融ガラス流出口に過剰に当たると、流出した溶融ガラス流の温度が下がり、急激に粘度が上がる。そのために、型を所定距離、下降させても、溶融ガラス流が自然に分離・切断されずに、溶融ガラス流が、糸引き状態で、引き伸ばされてしまう場合がある。このような現象は、特に、所望のガラス塊の重量が小さい場合に発生しやすい。そして、このように引き伸ばされて切断されたガラス塊は、その表面に脈理が発生しているので、光学素子成形用素材として使うのに不適当である。
【０００６】
本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その発明とするところは、自然な分離・切断が確実に行われ、好ましくは、比較的簡単な構成で、これをより確実に実現し、脈理などの無い高品質の光学素子成形用素材であるガラス塊を得るための製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、溶融ガラス流出口から流出する溶融ガラス流を、上面に受け面と前記受け面の周囲に位置するフラット部とを有する多孔質の型の前記受け面により、前記型から噴出するガスで浮上した非接触状態で受けて、光学素子成形用素材として所望する重量の溶融ガラス塊を得る製造方法において、カバーで前記フラット部を覆い、前記カバーを前記型との間に隙間を形成し、前記隙間から前記ガス流を横方向に噴出させるように構成していることを特徴とする。
【０００８】
このような構成では、溶融ガラス塊を浮上させることに寄与しないガス流を、溶融ガラス流出口の方向に噴出させないので、溶融ガラス流出口から流出する溶融ガラス流が、ガス流により冷却され、粘度が上がる畏れがない。従って、多孔質の型を所定量、降下させると、溶融ガラス塊が流出口下で括れ、直ちに、自然に分離・切断される。そして、このように、自然に分離・切断される条件で得られたガラス塊の中には、従来のように糸引き状態で分離・切断される場合と異なり、脈理などがなく、光学素子成形用素材として適した高品質のガラス塊が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。ここでは、多孔質の型の、溶融ガラス塊を受ける面を除いて、型の上面をカバーで覆い、ガス流を、溶融ガラス流出口の方向に噴出させないように構成しており、特に、型の上面を覆うカバーの端開口部において、カバーと型の間から噴出するガス流が、溶融ガラス流出口の方向に噴出しないように、カバーと型の構造が工夫されている。
【００１０】
即ち、図１において、符号１は溶融ガラス流を流出するための流出パイプ、２は流出パイプ１の中を流出してくる溶融ガラス流、３は溶融ガラス流２から得られた溶融ガラス塊、４は溶融ガラス塊３を凹形の受け面で受けるための多孔質の型、５は多孔質の型の上面の一部、特に、受け面の周囲を覆うカバー、６は多孔質の型４を保持するための保持ブロック、７は保持ブロック６の内部に設けられ多孔質の型４の背面に位置するガス供給室、８はガス供給室７にガスを供給するためのガス供給管である。
【００１１】
而して、ガラス溶融るつぼ（図示せず）の中で溶融された光学ガラスは、ガラス溶融るつぼの下部に接続されている流出パイプ１の流出口から液滴状に流出されるが、この状態の流出パイプ１の流出口の直下の位置に、多孔質の型４を設置されていて、溶融ガラス流を受ける。この多孔質の型４では、ガス供給管８から高圧のガスを、そのガス供給室７に受け入れ、このガスを型４の上面から噴出している。
【００１２】
しかし、本発明の場合、型４の上面には、溶融ガラス塊の受け面を除いて、カバー５が覆っているので、ガス流は、この受け面からのみ噴出する。特に、カバー５の端開口部での、カバー５と型４との構造は、図１に示すように、カバー５が型４の上面のフラット部の上を覆っており、カバー５の端開口部で、カバーと型との間に形成される隙間は、受け面の方向に位置している。即ち、カバー５の端開口部で、カバーと型との間の隙間から噴出するガス流は、横方向に噴出することになる。従って、この構造の型を用いれば、多孔質の型から噴出するガスが、溶融ガラス流出口の方向に噴出することはない。
【００１３】
そして、このように、型の受け面上に溶融ガラス流を受けて、その受け面上の溶融ガラスの重量が所望の重量になった時、この型を所定量、降下させる。この場合、本発明では、溶融ガラス流が、ガスの噴出により、その温度を下げ、粘度を上げることがないので、この部分で括れを生じ、直ちに自然な分離・切断がなされる。このように自然な分離・切断がなされて、所望重量の溶融ガラス塊が得られた直後の様子が、図１に示している。
【００１４】
このようにして得られたガラス塊は、その上下面とも自由表面からなり、大変に滑らかで、しかも、表面に脈理がなく、光学素子成形用素材として適した品質である。
【００１５】
（実施例１）
次に、この実施の形態の具体的な実施例を挙げて説明する。本実施例では、ＳＫ１２に相当する光学ガラスの材料を、白金製のるつぼ（図示せず）の中に入れ、その周囲を１２００℃まで加熱、溶融した。この溶融光学ガラスを白金製の流出パイプ１を通して流出した。流出パイプ１の内径は４ｍｍで、外径は６ｍｍである。この流出パイプ１の温度を８６０℃に保ち、溶融ガラス流２を、流出パイプ１の流出口から液滴状に流出した。
【００１６】
一方、多孔質の型４は、多孔質カーボンで作られており、その気孔率は３０％、平均孔径は１５μｍである。この型４の、ガラス塊３を受ける面は、曲率半径が８ｍｍ、その開口径が直径：１０ｍｍの凹面である。この多孔質の型４の上面には、この型４のフラット部分を覆うように、カバー５が設置されている。このカバー５は緻密なカーボン材料で作られており、その中央部には開口径：１０ｍｍの開口部が設けられている。
【００１７】
型保持ブロック６は、内蔵ヒータ（図示せず）により、常時、５００℃に保たれている。ガス供給管８からは、当初、圧力０．２ＭＰａの窒素ガスが、毎分５Ｌの流量で、供給されている。
【００１８】
ここから供給された窒素ガスは、多孔質の型４のガラス塊３を受ける面において、受け面の法線方向に、単位面積あたり、毎分５．０Ｌ／ｃｍ²の、ほぼ均一な流速で噴出している。また、多孔質の型４とカバー５の端開口部からは、単位長さあたり、毎分０．３Ｌ／ｃｍの流量で、ガスが横方向に噴出している。
【００１９】
この状態の多孔質の型４を、流出パイプ１の流出口の下方、１０ｍｍの位置に設置し、５秒間、保持した。すると、所望重量である１．０ｇの溶融ガラスが、多孔質の型４の受け面上に浮上状態（非接触状態）で得られた。そこで、多孔質の型４を下方に１０ｍｍ降下させ、停止した。これにより、直ちに溶融ガラス流は、その位置で括れ始め、０．３秒後には自然に分離・切断された。そして、このガラス塊を、４００℃まで冷却した後、取り出した。
【００２０】
このようにして得られたガラス塊は、その内部に脈理などがなく、また、その表面形状は滑らかであり、特に、この事例で得られたガラス塊は、重量：１．０ｇ、直径：９．０ｍｍ、下面曲率半径：８．０ｍｍ、上面曲率半径：７．０ｍｍであった。
【００２１】
本実施例の特有の効果として、以下の点が挙げられる。即ち、内部に脈理などの光学的欠陥のない高品質の光学素子成形用素材として適したガラス塊を、比較的単純な型構成で、溶融ガラス流から連続して得ることができるので、安価な製造コストで製造できる。
【００２２】
（比較例１）
ここで、本実施例と従来との比較のため、比較例１として、多孔質の型の上にカバーを被せなかった場合と説明する。図２は、本比較例１の型構成を説明する断面図である。図２において、１は流出パイプ、２は溶融ガラス流、４は多孔質の型、６は保持ブロック、７はガス供給室、８はガス供給管である。なお、本比較例における製造工程上の動作は、先の実施の形態と同様である。
【００２３】
しかし、本比較例では、型の上にカバーを被せていないので、図２に示すように、多孔質の型４のフラット部からガスが噴出している。そのため、このガスの一部が、流出パイプ１の流出口の方向に噴出してしまい、この部分でガラスの温度が下がり、粘度が上がる。従って、溶融ガラス流を自然に分離・切断するために、多孔質の型４を下降させると、溶融ガラス流は括れるが、短時間で自然な分離・切断に至ることなく、溶融ガラス流は糸引き状態で引き伸ばされることになる。
【００２４】
この状態で、多孔質の型４をさらに下降させれば、溶融ガラス流は切断され、溶融ガラス塊が得られるが、この溶融ガラス塊には、引き伸ばされたガラス流の部分が吸収されている。この引き伸ばされたガラス流の部分は、急冷されているので、ガラスの屈折率が下がっている。従って、このような引き伸ばされたガラス流の部分が吸収されているガラス塊には、その表面近傍内部に部分的な屈折率異常である脈理が発生するのである。
【００２５】
この比較例の具体的事例を、更に以下に説明する。本比較例の実施は、実施例１と全く同一の装置構成で、全く同一のプロセス条件で行なわれた。ただし、実施例１におけるカバー５は存在しない。この条件で、多孔質型４の受け面上に所望重量の溶融ガラスを非接触状態で得た後、溶融ガラス流を自然に分離・切断するために、実施例１と同様に、多孔質の型４を１０ｍｍ下降させた。この時の状態を図２に示す。即ち、溶融ガラス流は、括れる際に、糸引き状態で引き伸ばされるので、分離・切断には到らなかった。
【００２６】
そこで、多孔質の型の下降距離を、上述の１０ｍｍから２０ｍｍに変更したところ、溶融ガラス流は、引き伸ばされた後、自然に切断されるようになったが、このようにして得られたガラス塊の内部には、脈理が発生しており、光学素子成形用素材としては適さないものとなった。
【００２７】
本比較例において、上述の装置構成を用いて、更に、型の下降距離や下降速度を変更して、種々、検討したが、脈理の無い高品質のガラス塊を得られる条件は存在しなかった。
【００２８】
（比較例２）
ここで、本実施例との比較のための比較例２として、多孔質の型の上にカバーを被せた場合でも、多孔質の型とカバーとにより形成される、端開口部の型とカバーの隙間から噴出するガスが、上方に噴出する場合について説明する。
【００２９】
図３は、本比較例２の型構成を説明する断面図であって、ここで、符号１は流出パイプ、２は溶融ガラス流、４は多孔質の型、５はカバー、６は保持ブロック、７はガス供給室、８はガス供給管である。そして、本比較例における動作は、実施例１と同様である。
【００３０】
しかし、本比較例では、カバー５の端開口部でのカバー５と多孔質の型４の間の隙間が、図３に示すような構成になっているので、この隙間部分からガスが上方に向けて噴出している。換言すれば、このガスの一部が、流出パイプ１の流出口の方向に噴出している。そのために、この部分でガラスの温度が下がり、粘度が上がる。
【００３１】
これは、比較例１と同様に、溶融ガラス流を自然に分離・切断するために、多孔質の型４を下降させた際、溶融ガラス流に括れを生じるが、溶融ガラス流が糸引き状態で引き伸ばされるので、分離・切断の後に、溶融ガラス塊には、引き伸ばされたガラス流の部分が吸収される。この引き伸ばされたガラス流の部分は、急冷されているので、ガラスの屈折率が下がっているから、このような引き伸ばされたガラス流の部分が吸収されているガラス塊には、その表面近傍内部に部分的な屈折率異常である脈理が発生する。
【００３２】
次に、本比較例の、より具体的な形態について説明する。本比較例は、実施例１と全く同一の装置の構成で、全く同一のプロセス条件で行なった。ただし、本比較例において、カバー５の開口径は１２ｍｍであり、多孔質の型４のガラス塊を受ける面の開口径１０ｍｍより大きく、その構成は図３に示す通りであり、カバー５の端開口部で、カバー５と多孔質の型４で形成される隙間は、上方を向いている。
【００３３】
この条件で、多孔質型４の上に所望重量の溶融ガラスを浮上した状態（非接触状態）に保持したまま、溶融ガラス流を自然に分離・切断するために、実施例１と同様に、多孔質の型４を１０ｍｍ下降させる。しかし、図３に示すように、溶融ガラス流は、括れて引き伸ばされた状態のままで、自然に分離・切断されなかった。そこで、多孔質の型の下降距離を１０ｍｍから２０ｍｍに変更したところが、溶融ガラス流は、糸引き状態で引き伸ばされた後、自然に分離・切断されたが、このようにして得られたガラス塊の内部には、引き延ばされた部分が吸収されていて、脈理が発生しており、光学素子成形用素材としては適さないものとなった。更に、本比較例の装置構成を用いて、型の下降距離や下降速度を変更して検討したが、脈理のない高品質のガラス塊を得られる条件は得られなかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したようになり、自然の分離・切断が確実に行われ、脈理などの欠陥のない、高品質の光学素子成形用素材であるガラス塊を低コストで得ることができる。しかも、その構成は比較的簡単であり、より確実に好ましい分離・切断が実現できる。
【００３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す装置の概略正面図である。
【図２】 本発明との比較のための装置の構成を示す概略正面図である。
【図３】 本発明との比較のための別の装置の構成を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１ 流出パイプ
２ 溶融ガラス流
３ 溶融ガラス塊
４ 多孔質の型
５ カバー
６ 型保持ブロック
７ ガス供給室
８ ガス供給管

Claims (1)

1. 溶融ガラス流出口から流出する溶融ガラス流を、上面に受け面と前記受け面の周囲に位置するフラット部とを有する多孔質の型の前記受け面により、前記型から噴出するガスで浮上した非接触状態で受けて、光学素子成形用素材として所望する重量の溶融ガラス塊を得る製造方法において、
   カバーで前記フラット部を覆い、前記カバーを前記型との間に隙間を形成し、前記隙間から前記ガス流を横方向に噴出させるように構成していることを特徴とする光学素子成形用素材の製造方法。

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