JP4095943B2

JP4095943B2 - 熔融ガラスの製造方法及びガラスの熔融容器、並びにプレス成形用ガラス素材、光学素子ブランク及び光学素子の製造方法

Info

Publication number: JP4095943B2
Application number: JP2003314504A
Authority: JP
Inventors: 敏幸宮▲ざき▼; 智成林; 司下西
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: JP2005082425A; CN1629090A; CN1297499C

Description

本発明は、熔融ガラスの製造方法及びガラスの熔融容器、並びにプレス成形用ガラス素材、光学素子ブランク及び光学素子の製造方法に関する。

異物の混入を極度にきらう光学ガラスを代表とする高品質ガラスの熔融においては、従来より白金合金製の熔融容器が使用されてきた。白金合金としては、Ｐｔ−Ａｕ合金（特公昭６３−２１５８９号公報（特許文献１）、特公昭６４−８０５９号公報（特許文献２））、白金または白金合金中に酸化ジルコニウムの微粒子を分散した強化白金と呼ばれる白金合金（特公平７−８８２２２号公報（特許文献３））などが知られている。このような容器は、所定形状に加工された複数の白金合金製の板を熔接して作られている。そして、このような熔融容器にカレット原料やバッチと呼ばれる粉状原料を投入、加熱して熔融することにより熔融ガラスを得ている。

上記の熔融容器は、流出パイプや後段の容器に熔融ガラスを排出したり、熔融容器内を洗浄する際に残ったガラスを排出する排出口を底部に備えることが望まれる。この排出口にはガラスを導くガラス排出管が接続される。

このような構造の熔融容器を作製する場合、白金合金製の板の加工のしやすさから、通常は、熔融容器本体部分に排出口となる穴を開け、そこに白金合金製のパイプを熔接する。また、熔融容器本体部分もその大きさに応じて、複数のパーツを熔接して作られる（特開平６−２４７７１９号公報（特許文献４）、特公昭６４−６８５４号公報（特許文献５））。

このようにして熔融ガラスが漏れることがない白金合金製の熔融容器が作製される。
特公昭６３−２１５８９号公報特公昭６４−８０５９号公報特公平７−８８２２２号公報特開平６−２４７７１９号公報特公昭６４−６８５４号公報

上記のように複数の白金合金製のパーツから熔接によって作製された熔融容器を長期にわたり使用すると熔融容器の底部が破損し、熔融ガラスが漏れ出してしまうという問題が発生する。これまでは、破損部分を再度熔接するなどして外部から別の白金合金部材で補修して使用を続けていた。しかし、外部から別の白金合金部材で補修しても、長期の使用によって再度ガラスが漏れ出すことを繰り返した。
ところが、本発明者らが、破損した容器を調査すると、破損するのは、容器底部の排出口とそこに取りつけられたパイプの熔接部分が主であり、他の熔接では破損による熔融ガラスの漏れ出しはないことが判明した。

熔融容器からの熔融ガラスの漏れ出しは、後述するように、熔融ガラスの品質に影響を与え、高熔融ガラスが高温であることから危険であり、また、漏れ出し部分の補修は、そのための時間を取るため熔融ガラスの生産効率の低下につながり好ましくなく、熔接による補修自体、耐熱性の高い白金合金が対象であるため容易ではない。

ガラス、特に光学ガラスには、高い品質と高精度の光学特性が要求される。そのため、これらのガラスを製造する際、各工程におけるガラスの温度や滞在時間が精密に定められている。このような一連の生産工程において予期せぬガラスの漏れは、製造条件に折り込まれていないため、実際の製造条件が当初の設定条件からずれたところで生産が続けられることになってしまう。例えば、ガラスの漏れ出しにより所要量のガラスが得られない場合、ガラス原料をさらに追加したとする。そうするとガラス原料が熔け残ってガラス中に未熔解物が残ったり、清澄工程におけるガラスの温度や滞在時間が変化することにより、脱泡が十分でないガラスができるなどの品質低下の原因となる。
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、長期にわたり安定して高品質なガラスを熔融、供給可能なガラスの製造方法及び熔融装置を提供することを第１の目的とする。

本発明の第２の目的は、プレス成形に供される高品質なガラス素材を高い信頼性のもとに量産可能なプレス成形用ガラス素材の製造方法を提供することであり、第３の目的は、高品質なガラス製光学素子を高い信頼性のもとに量産可能な光学素子の製造方法を提供することである。

本発明者らは上記問題について鋭意検討し、次のような知見を得た。

白金合金材料、特に酸化ジルコニウム等の微粒子を分散した白金合金材料は、純白金材料と異なり、熔接によって熔接部及びその周辺の組成が変化し、その結果、熔接部の強度が低下することは知られている。従って、強度が低下した部分は他の部分と比べ破損の確率が高くなると考えられる。しかし、上記熔融容器の熔接部分における破損はこのような強度低下のみが原因である場合に予想される頻度よりも高い頻度で発生しているとの強い感触を得た。

一般に、熔融容器内にガラス原料を投入すると、ガラスの熔融反応が起こり、熔融反応が起きている部分は極めて高い侵蝕性を示す。ガラスの熔融方式には、投入したガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスを全量排出し、次の熔融を行う間欠熔融方式と、ガラス原料を投入しながら熔融しつつ、熔融ガラスを排出する連続熔融方式とがある。連続熔融方式においては、熔融するガラスの種類を変える場合、一度容器を空の状態にしてから次のガラス原料を投入して熔融を行う。いずれの方式を用いる場合でも、熔融反応は容器底部から始まるので、容器底部は、熔融ガラスの最も侵蝕性に富む部分に接することになる。熔融が進み、容器内に熔融ガラスが一定量蓄積されてくれば、この熔融ガラス（熔融反応が完了したガラス）によって、侵蝕性に富んだ熔融反応中の生成物が容器に直接触れにくくなる。
このように侵蝕性が極めて高い熔融反応部分に容器底部の熔接部が頻繁に接触し、その結果、破損が起き易くなったものと、本発明者らは考えた。

しかし、熔融容器作製の元となる白金合金材料のインゴットの重量の上限が、製造上の制約から事実上決まっており、そのためにインゴットから作製される白金合金板のサイズが制限されることや、白金合金材料がそれ自身、耐熱性及び強度が高く加工が非常に難しいことから、白金合金材料からの熔接容器を製造する際の熔接部は、これまでは、加工の容易さを最優先して決められていた。
それに対して本発明者らは、破損原因が上記のように、熔接部とガラスの熔融反応部分との接触に起因していると推察し、熔接部を敢えて、加工は困難であるが、侵蝕性に富むガラス原料の熔融反応が起こる部分が直接触れにくい部分に移すことにより、本発明の上記目的を達成し得ることを見出した。
更に、本発明者らは、侵蝕性に富む物質は熔融反応中の生成物であり、空の熔融容器にガラス原料を投入すると熔融反応生成物が容器内壁に直接触れ、熔融容器の寿命短縮、破損などの原因になると考えた。そこで、本発明者らは、予めガラス化された原料を空の熔融容器に入れて加熱し、熔融ガラスが容器に蓄積されてからガラス原料の供給を開始すれば、熔融容器内壁が熔融ガラスによって守られているため、熔融反応生成物を容器内壁に接触させずにガラスを製造することができ、本発明の上記目的を達成し得ることを見出した。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）白金合金製の熔融容器にガラス原料を投入し、熔融して熔融ガラスを製造する方法において、前記熔融容器は、底部に熔融ガラスの排出口とこの排出口に連なる排出管とを有し、前記排出口と排出管とを含む熔融容器底部は一体材料で形成され、前記排出口と前記排出管とは継ぎ目のないように前記排出管が前記熔融容器底部から引き出されて形成されていることを特徴とするガラスの製造方法。
（２）白金に酸化ジルコニウムまたは酸化カルシウムを分散導入した材料からなる熔融容器にガラス原料を投入し、熔融して熔融ガラスを製造する方法において、前記熔融容器は、底部に熔融ガラスの排出口とこの排出口に連なる排出管とを有し、前記排出口と排出管とを含む熔融容器底部は一体材料で形成され、前記排出口と前記排出管とは継ぎ目のないように前記排出管が前記熔融容器底部から引き出されて形成されていることを特徴とするガラスの製造方法。
（３）予めガラス化した原料を空の熔融容器に投入して加熱、熔融した後にガラス原料を熔融容器に投入、熔融することを特徴とする（１）または（２）に記載のガラスの製造方法。
（４）ガラス原料の投入部と、底部に熔融ガラスの排出口とこの排出口に連なる排出管を有する白金合金製の熔融容器において、前記ガラス排出口と排出管を含む熔融容器底部は一体材料で形成され、前記排出口と前記排出管とは継ぎ目のないように前記排出管が前記熔融容器底部から引き出されて形成されていることを特徴とするガラスの熔融容器。
（５）（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法で作製された熔融ガラス、又は（４）記載のガラスの熔融容器を備えた装置を用いて作製された熔融ガラスを流出しながら、熔融ガラスをプレス成形用ガラス素材に成形することを特徴とするプレス成形用ガラス素材の製造方法。
（６）加熱、軟化したガラス素材をプレス成形して、光学素子の形状に近似する光学素子ブランクを成形する光学素子ブランクの製造方法において、前記ガラス素材が（５）に記載の製造方法で作製されたプレス成形用ガラス素材である光学素子ブランクの製造方法。
（７）（６）に記載の製造方法により作製された光学素子ブランクに機械加工を施して光学素子を製造する光学素子の製造方法。
（８）加熱、軟化したガラス素材をプレス成形して光学素子を成形する光学素子の製造方法において、ガラス素材が（５）に記載の製造方法で作製されたプレス成形用ガラス素材であることを特徴とする光学素子の製造方法。

請求項１〜４に記載の本発明によれば、長期にわたり安定して高品質なガラスを熔融、供給可能な熔融ガラスの製造方法及び熔融容器を提供することができる。

請求項５に記載の本発明によれば、プレス成形に供される高品質なガラス素材を高い信頼性のもとに量産可能なプレス成形用ガラス素材の製造方法を提供することができる。
請求項６に記載の本発明によれば、高品質なガラス製光学素子を高い信頼性のもとに量産可能なプレス成形用ガラス素材である光学素子ブランクの製造方法を提供することができる。
請求項７及び８に記載の本発明によれば、高品質なガラス製光学素子を高い信頼性のもとに量産可能な光学素子の製造方法を提供することができる。

まず、本発明のガラスの製造方法、及びガラスの熔融容器を備えた装置について説明する。

図１は、本発明のガラスの熔融装置の一例を示す概略図である。また、図２は、熔融容器１の概略断面図である。

この装置は、大まかに熔融容器１、蓄積槽２、熔融容器１の底部に接続され熔融容器１内の熔融ガラスを蓄積槽２へ導く連結パイプ３（連結機構）、蓄積槽から流入する熔融ガラスを更に均質化する攪拌機を備えた作業槽４、作業槽４下部に取付けられ熔融ガラスを流出する流出パイプ５を有している。熔融容器１には白金合金が使用され、蓄積槽２、連結パイプ３、作業槽４、流出パイプ５を含む熔融ガラスの流路、蓄積部分にも白金合金を使用することができる。

熔融容器１は、例えば、椀形状をしており、上部にガラス原料を投入する原料投入口（図示せず。）を有し、図２に示すように、底部に熔融したガラスを容器外に排出するためのガラス排出口１１、及びガラス排出口１１に連なる排出管１２を備えている。本発明においては、ガラス排出口１１及び排出管１２を含む熔融容器１底部１３は、一体材料、例えば、１枚の白金合金板を用いて作られており、排出管１１と排出口１２とは継ぎ目のないように排出管が引き出されて形成されている。
本発明においては、ガラスの熔融反応部分が接触し易い熔融容器底部１３が少なくとも一体材料で形成されていれば良いが、好ましくは、熔融容器全体が熔接などの継ぎ目のない一体材料で形成される。但し、ガラス排出口及び排出管を含む熔融容器底部が一体材料で形成されていれば、容器底部以外のガラスの熔融反応部分が接触し難い部分において熔接を施した熔融容器は、本発明に含まれる。

熔融容器は、全体が一枚の白金合金板を加工して得られた一体材料からなるものであれば、耐侵蝕性の観点からより好ましいが、大型の熔融容器の場合、全体を一体材料から構成することが難しくなる。これは、上述のように、実用に供される白金合金板のサイズに限界があるためである。このような場合であっても、ガラス排出口、排出管を含む熔融容器の底部を一枚の白金合金板を加工して得られた一体材料とし、別の白金合金板を加工して得られた熔融容器上部を容器底部に熔接することにより、上記侵蝕に耐え得る熔融容器を実現することができる。

その理由は、熔融工程が進んで熔融容器内に熔融ガラスが蓄積されてくると、熔融容器内面が熔融ガラスによって覆われるため、熔融容器底部よりも上に熔接部分が存在しても熔接部分に侵蝕性生成物が触れにくい状態になるからである。したがって、熔融ガラスが蓄積されて、その液面が容器底部の上端よりも高くなると、熔融容器の耐久性の著しい低下は起きない。
熔接部分があっても良い、ガラスの熔融反応部分が接触し難い部分とは、具体的な目安としては、熔融容器中の熔融ガラス液位を基準にして、前記液位から熔融容器底部の距離の２０〜８０％の深さに相当する部分である。
また、ガラス排出口１１に連なる排出管１２は、熔融容器底部が一体材料で形成されているが、排出口１１からある程度離れた位置で、連結パイプ３に熔接により連結することができる。熔接位置は、排出口１１や排出管１２の径や熔融するガラスの種類や熔融条件などにより変化するが、例えば、排出口１１から２〜１０ｃｍ程度以上排出口１１から離れた位置であれば、ガラスの熔融反応による影響を実質的に受けることは無い。特に、定常的に熔融ガラス液位が保たれている場合には、上記定常液位を避けるべきである。

なお、熔融容器上部（底部以外の部分）は、一体材料により構成してもよいし、複数の材料を熔接したものでもよい。また、容器上部には第２のガラス排出口と排出管を設けることもできる。この場合、第２のガラス排出口と第２のガラス排出口に連なる排出管は容器上部と一体材料からなるものでもよいし、第２のガラス排出口が設けられた容器上部に排出管を熔接した構造としてもよい。ただし、熔融容器の耐久性を高める上から、熔融容器上部に設けられた排出管も熔融容器上部から引き出して一体材料で構成することが好ましい。
熔融容器を構成する白金合金とは、耐熱性を考慮して、例えば、白金に酸化ジルコニウム微粒子または酸化カルシウム微粒子を分散導入した強化白金と呼ばれる白金合金であることができる。酸化ジルコニウム微粒子または酸化カルシウム微粒子の分散量が、例えば、０．０１〜１重量％、好ましくは０．０５〜０．５重量％の範囲である白金合金が、強度及び耐熱性の観点で好ましい。

本発明における白金合金には、「強化白金」と呼ばれる、白金または白金合金に酸化ジルコニウムを分散導入したもの、白金または白金合金に酸化カルシウムを分散導入したものも含まれる。なお、白金や白金合金に分散される酸化ジルコニウムや酸化カルシウムは微粒子として分散されていることが好ましい。

また、上記白金合金は、例えば、表面に酸化ジルコニウムや酸化カルシウムを付けた白金地金を繰り返し圧延しては折りたたみ、熱処理を加えて作ることができる。

このようにして得られた白金合金中には、長手方向が略揃った細長い微粒子が分散しており、そのような微細な構造によって高い強度が得られている。

熔融容器の外側には図示していない加熱装置が取り付けられる。熔融容器内でガラスの熔融及び清澄を行う場合は、所定量のガラス原料を投入した後、ガラスの熔融、清澄、熔融ガラスの蓄積槽への移し変えが終わるまでガラス原料の投入を行わない。そして、熔融容器の内容物を１４００℃程度と比較的高い温度に加熱して清澄を促す。一方、熔融容器ではガラス原料の熔融のみを行い、蓄積槽で清澄を行う場合は、上記熔融容器の加熱温度を１３００℃程度に設定する。

熔融容器１で熔融されるガラス原料は、粉体状の原料を調合したものでもよいし、予め熔融容器１外で熔融されたガラス状の原料、すなわちカレット原料でもよい。このようなガラス原料は、例えば、ガラス排出口、排出管を備える熔融容器底部の真上に設けられた原料投入口より熔融容器１に投入され、投入されたガラス原料は鉛直下方に熔融容器底部に向かって落ち込む。熔融容器の内容物は、投入を妨げない位置に設けられた攪拌機６によって攪拌されることができる。ただし、空の熔融容器を用いてガラスの熔融を開始する場合は、予めガラス化した原料を熔融容器内に導入、加熱、熔融して、前記容器内に熔融ガラスを蓄積してからガラス原料を導入することによって、熔融反応生成物が熔融容器内壁に直接触れて容器にダメージを与えることを避けることができる。

排出管４の下端には、連結パイプ３の上端が熔接されている。連結パイプ３は強化白金製のパイプであることもでき、他端は蓄積槽２の一端につながる熔融ガラス受け槽７にガラスを排出するように配置されている。連結パイプ３におけるガラス流動の制御は適宜、公知の方法を用いることもできるが、次のような方法を用いることが望ましい。通電機構を備えた連結パイプ３に通電すると連結パイプ３が発熱し、パイプ内のガラスを直接加熱する。連結パイプ３で熔融ガラスの流動をストップさせるときは、連結パイプ３の通電をオフ（OFF）にする。そうすると速やかに連結パイプ３の温度が低下し、パイプ内のガラスの粘度が上昇し、流動がストップする。ガラスの流動を再開する場合には、連結パイプへの通電を再開すればよい。このような直接通電加熱は、連結パイプの周りに発熱体を設けて加熱する間接加熱に比べ、エネルギー効率が高く、またガラス流動を高いレスポンスで制御できるという利点がある。直接通電加熱と合わせ、前記間接加熱を適宜、併用することもできる。

熔融容器内における熔融を開始するにあたり、未熔融物質が熔融容器から蓄積槽へ流入しないよう、上記機構によって連結パイプ内の流れを遮断し、空の熔融容器にガラス原料を投入、加熱を行う。このとき、空の容器に投入する原料は、予めガラス化された原料とすることが好ましい。予めガラス化された原料を空の容器に投入して加熱、熔融した後に、該容器にガラス原料を投入すれば、熔融容器内壁が予め容器内に存在する熔融ガラスによって守られているため、熔融反応生成物を容器内壁に接触させずにガラスを製造することができる。このガラス化された原料は、目的とするガラスと同じ組成のものが好ましい。

ガラス原料の加熱により熔融ガラスが熔融容器の底部に蓄積され、その量が次第に増えて所定の高さに達する。熔融反応によりガラス原料が熔融ガラスになる過程で極めて侵蝕性の高い物質が生成する。侵蝕性生成物はガラス原料の熔融反応によって生成されるので、ガラス原料が投入された位置における濃度が最も高い。熔融工程開始時にはまだ熔融ガラスが蓄積されていないので、侵蝕性生成物が熔融容器の底部に直接触れる。もしも、従来の熔融容器のように容器底部に熔接部分が存在すると、強化白金のように耐久性、耐熱性に優れた材料を使用していても、熔接部分が侵蝕されて破損してガラス漏れをおこす。しかし、少なくともガラス排出口、排出管を含む熔融容器の底部が一枚の白金合金板を加工して得られた一体材料からなるものであれば、上記のような熔接部分の破損という問題を回避できる。

なお、侵蝕性生成物は、ガラス化していない原料、例えば粉体状の未ガラス化原料を調合したものでも、予め熔融槽１外で熔融されたガラス状の原料（カレット原料）でも発生するが、ガラス化していない原料を使用した場合のほうが、生成物の量も多く侵蝕性もより強くなる。したがって、上記熔融方法ならびに熔融装置は、ガラス化していない原料を用いる場合により著しい効果を発揮する。

次に、連結パイプ３以降の部分について説明する。本装置は、例えば、連結パイプ３の下に可動式のドレインシュート８を備えることができる。このドレインシュート８は、熔融容器内の熔融ガラスを蓄積槽２に移し替えた後、洗浄によって出た熔融容器や連結部内の熔融ガラスからなる残留物を排出するためのものである。例えば、ドレインシュート８として樋状の金属板を用いることができる。このドレインシュート８を熔融ガラスの移し替え後、連結パイプ３と熔融ガラス受け槽７の間（移し替え経路）に挿入することによって、連結パイプからの流出物は熔融ガラス受け槽７に流入させず、装置外部へと導き出すことができる。該ドレインシュート８は、熔融ガラスの移し替え工程開始前に、上記移し替え経路から外される。

熔融ガラス受け槽７で受けられた熔融ガラスは蓄積槽２へと導かれる。熔融容器内でガラスの清澄を行い、蓄積槽２では清澄を行わず、清澄した熔融ガラスの蓄積のみを行う場合、熔融ガラス受け槽７および蓄積槽２も連結部同様、工業用白金材で作ることができる。蓄積槽２内に移し替えられた熔融ガラスは、粘度が上昇して作業槽４における攪拌、流出パイプからの流出、成形に支障がないよう、調温され、熔融状態に保たれている。蓄積槽２の容量は、熔融容器１で得られた熔融ガラスの全量を蓄積できるようになっている。そのため、その容量を熔融容器の容量以上とすることが好ましい。なお熔融容器の容量は１０〜１００リットルとすることが好ましい。移し替え工程で熔融容器内の熔融ガラスは、通常、全量、蓄積槽２へと移し替えられる。

移し替え工程において、連結パイプ３から流出する熔融ガラスは熔融ガラス受け槽７に流入するが、この際、熔融ガラス流が泡を巻き込まないよう、熔融ガラス受け槽７に樋状の白金又は白金合金製の案内板９を置き、この案内板で連結パイプ３から流出する熔融ガラス流を泡立たせずに熔融ガラス受け槽７へと導くのがよい。この際、連結パイプ３の流出口と案内板９の距離を極力近づけることが、泡立ちを防止する上から望ましい。

熔融ガラスの流出によって、蓄積槽２内の熔融ガラスの液面は下がっていく。熔融ガラスの流出速度は、流出部の温度が一定に保たれていれば、蓄積槽内の熔融ガラス液面の高さに比例して減少する。流出する熔融ガラスの成形では、流出速度が一定に保たれることが望まれるから、熔融ガラスの液面変化を低減することが望まれる。このような要求を満たすため、蓄積槽２は高さを低く抑えた平たい形状にすることが好ましい。例えば、蓄積槽は、高さ（ｍ）／容量（ｍ³）比が１〜５の範囲にあるような形状とするのが有利である。作業槽４の底部には熔融ガラスを成形装置へと供給する流出パイプ５が取付けられている。

前述したように、熔融ガラスの清澄を熔融容器１内で行う場合は、蓄積槽２には清澄機能がなくてもよい。清澄では熔融ガラスを１３５０〜１４００℃程度に加熱しなければならないが、蓄積槽２は熔融ガラスを１０５０〜１１５０℃に保温する加熱装置を備えれば十分である。したがって、連結パイプ３、熔融ガラス受け槽７、蓄積槽２、蓄積槽と作業槽４を繋ぐパイプ、作業槽４、流出パイプ５は工業用白金製とすれば十分であり、高価な強化白金を使用しなくてもよい。

一方、蓄積槽２において清澄を行う場合、蓄積槽２も強化白金を用いて構成し、加熱温度を清澄に十分な温度とすることが好ましい。

なお、受け槽７を設置せずに、蓄積槽２に直接熔融ガラスを受けることができるが、熔融ガラスの出し入れ部は腐食が起こりやすく、腐食した場合の取り替え作業性や取り替え費用などの点から、容量の小さな受け槽７を設置するのが好ましい。

上記方法及び装置により作製されるガラスには、特に制限はないが、白金合金製の熔融容器を使用して製造される高品質ガラス、特に光学ガラスが好適である。光学ガラスの種類に特に制限はないが、代表的なガラスとしてB₂O₃と希土類酸化物を含む光学ガラス、SiO₂、TiO₂及びアルカリ金属酸化物を含む光学ガラス、燐酸塩ガラスなどを例示することができる。

本発明においては、このようにして熔融ガラスを調製し、次いで熔融ガラスを流出させて、流出する熔融ガラスを成形して、所望のガラス成形品を製造するが、この際、成形方法としては特に制限はなく、様々な方法を適用することができる。ここでは、代表的な成形方法であるダイレクトプレス成形、プレス成形用プリフォームの成形、板状ガラスの成形について説明する。
〈ダイレクトプレス成形〉
ダイレクトプレス成形は、適量の熔融ガラスをそのガラスが軟化状態にある間にプレス成形型でプレス成形し、ガラス成形品を作る方法である。例えば、一定の速度でインデックス回転するターンテーブル上に、テーブルの回転軸を中心にして複数の金型（プレス成形型の下型）を等間隔に配置する。ターンテーブルの停留中に金型が流出パイプの鉛直下方に位置するよう、ターンテーブルを設置する。金型への熔融ガラス供給（キャストという）は、流出パイプから流出する熔融ガラス流をシアと呼ばれる切断刃によって切断し、所望の量の熔融ガラスが金型上に落下するようにして行われる。キャスト後、金型はインデックス回転によってプレス位置へと移送され、そこで停留中に下型と下型に対向する上型によりプレス成形される。成形品は取出し位置へと移送され、金型から取出される。成形品が取出された金型は、再び、キャスト位置へと戻され、上記一連の工程が繰返される。

同じ形状の下型、上型（場合によっては、胴型等の型も使用）を用い、キャストされる熔融ガラスの重量を一定にすれば、同一形状のガラス成形品を連続して生産することができる。取出された成形品はアニール炉へと搬送され、そこで徐冷されながら歪みが取除かれる。

１ロット（同一硝種かつ同一形状の複数個の成形品）の成形は、1回の熔融で作られる熔融ガラスの量の整数倍が消費されるよう、特に1回の熔融で作られる熔融ガラスが消費されるように生産スケジュールを組むことが好ましい。

次の１ロットが、同一硝種または異硝種であり、形状が異なる成形品である場合、プレス機の金型は、１ロット成形終了後、次の熔融を行っている間に交換、調整する（方式１）。あるいは、プレス機をもう１台用意し、そのプレス機に形状の異なる金型をセットしたり、ターンテーブル上に配置する金型の個数を変えたりして、次のロットの成形に備え、前のロットの成形終了後、プレス機ごと交換して異形状の成形品を成形するようにしてもよい（方式２）。

しかし、プレス機を１台でまかなえるという点で、熔融、成形のスケジュールを調整し、方式１によって成形品を生産する方がより好ましい。

レンズを作製する場合には、上記のようにして取り代を見込んだ目的とするレンズ形状に近似するレンズブランクを成形し、アニールされたブランクを研削、研磨処理してレンズを作製する。このようにしてメニスカスレンズ、両凹レンズ、両凸レンズなど各種レンズを生産することができる。なお得られた光学素子には反射防止膜などの光学薄膜を必要に応じて形成してもよい。
〈プレス成形用プリフォームの成形〉
前記ダイレクトプレス成形では、ターンテーブル上にプレス成形型の下型に相当する金型を配置してプレス成形したが、この方法では、下型の代りに、底部にガス噴出口が設けられた受け型を配置し、流出する熔融ガラス適量を該受け型で受け、ガス噴出口から窒素ガス又は空気を噴出させ、熔融ガラスを回転させながらガラス球を成形する。

このガラス球は、非球面レンズなどの光学素子を研削、研磨せずに精密プレス成形（いわゆるモールドオプティクス成形）する場合のプレス成形用プリフォームとして使用される。そのため、１個１個の重量は精密に設定されていなければならず、熔融ガラスが流出する流出パイプ（流出ノズル）も精密加工され、ノズルの温度も精密に調整されている。

このようなプリフォームの成形でもダイレクトプレス成形と同様、１ロットの成形が済んだ後、次のロットの成形に備えた作業を行うことが好ましい。

このようにして得られたプリフォームは、再加熱されて、窒素ガス雰囲気中で精密プレス成形され、非球面レンズなどの成形品に加工される。
〈板状ガラスの成形〉
流出パイプから一定速度で連続流出する熔融ガラスを鋳型に鋳込み、鋳型の開放端から冷却したガラスを一定スピードでゆっくりと引出し、一定の厚み、幅をもつ板状ガラスを成形する。板状ガラスはそのまま、アニール炉中を通過して歪みが取除かれる。その後、板状ガラスは賽の目状に切断、分割され、カットピースと呼ばれるガラス片に加工される。カットピースにはバレル研磨が施され、一定重量の粗面化されたガラス塊が作製される。このガラス塊は再加熱、プレス成形され、レンズブランクなどの光学素子ブランクとなる。ブランクには研削、研磨加工が施され、各種レンズに仕上げられる。

本発明のガラス成形品の製造方法においては、前述の本発明のガラスの熔融方法によって流出する熔融ガラスを、前記の各種成形方法により成形してガラス成形品を製造するが、成形型を用いてガラス成形品を製造するに際し、特に熔融工程に要する時間よりも流出工程に要する時間を短くし、流出工程終了後に、前記成形型の交換を行って異形状のガラス成形品を製造するのが有利である。

なお、本発明において、プレス成形用ガラス素材とはプレス成形に供されることになる、又は機械加工を加えることによりプレス成形に供されることになるガラス成形体のことを意味し、上記プリフォームや板状ガラスを含むものである。

［実施例］
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、この例によってなんら限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示すガラス熔融装置によってガラスを熔融した。なお、本実施例における熔融容器は、容器全体が、排出管も含め全て一枚の酸化ジルコニウム微粒子を含有する強化白金と呼ばれる白金合金製の板を加工して作られた一体材料からなる、容量０．００６ｍ³（６０リットル）のものである。

まず、最初に連結パイプを閉じ、目的とするガラスと同じ組成で、予め熔融、ガラス化された原料を空の熔融容器に入れ、加熱して容器内に熔融ガラスを貯める。その後、粉体状の酸化物原料、ホウ酸、炭酸塩原料などを調合し、よく混合して得られたバッチ原料を熔融容器底部の真上に設けられたガラス原料投入口から容器底部に投入した。投入された原料は１４００℃に加熱されている熔融容器内で加熱され、熔融反応を起しながら熔融ガラスとなり容器内に蓄積され、熔融ガラスの液面が所定の高さまで上昇する。次いでガラス原料の投入を停止し、熔融ガラスは攪拌機によって攪拌されて十分に均質化されるとともに、清澄される。この状態の熔融ガラスは、未熔融物も気泡も含んでいなかった。

清澄、均質化された熔融ガラスは、加熱によって開通した連結パイプを通り、蓄積槽へと移し替えられる。熔融容器が空になった時点でドレインシュートを熔融ガラスの流路に挿入する。そして連結パイプを遮断し、次のガラス原料を熔融容器に投入して少量の熔融ガラスを蓄積してから再度、連結パイプを開通し、熔融容器内の熔融ガラスを連結パイプからドレインシュートへ流して洗浄を行った。洗浄が済むと連結パイプを遮断して熔融容器内で次の熔融工程を開始した。

熔融容器の洗浄を行っている間に、蓄積槽に移し替えられた熔融ガラスは攪拌機が作動する作業槽へと徐々に送られ、温度調整された流出パイプから一定スピードで流出する。

流出パイプから流出する熔融ガラスは、上記のダイレクトプレス成形により光学素子ブランクに次々と成形される。次いで光学素子ブランクをアニールして歪を低減し、研削、研磨を施して所定形状、所定の光学恒数を有する光学ガラス製のレンズに仕上げられた。

次いで、ダイレクトプレス成形用の装置を上記プレス成形用プリフォームの成形装置に置き換え、熔融ガラスから球状のプレス成形用プリフォームを次々と成形した。このようにして成形されたプリフォームを室温まで徐々に冷却してから、必要に応じて、再加熱、軟化し、精密プレス成形して非球面レンズを成形した。成形されたレンズに芯取り加工を施し、完成品とした。

次に、成形機を上記板状ガラスの成形機に置き換え、熔融ガラスを鋳型に鋳込んで、所定の厚みと幅を有する板状ガラスを成形した。次いで板状ガラスをアニールして歪を低減してから所定のサイズに切断して多数のカットピースを作った。さらにカットピースをバレル研磨して所定重量のガラスゴブを作製した。

それから、ガラスゴブの表面に粉末状の離型剤を均一の塗布し、大気中にて再加熱、軟化してプレス成形、アニールを行って光学素子ブランクを得た。次いで、光学素子ブランクに研削、研磨を施し、所定の光学恒数を有するレンズを作製した。

以上、一連のガラスの熔融からダイレクトプレス成形、プリフォームの成形、板状ガラス成形の過程で、熔融容器は破損することなく、高品質の光学ガラスを成形装置に供給し続けた。また、長期にわたり上記形態の操業を行い、熔融容器の破損の有無を調査したが、少なくとも１年の間に熔融容器の破損は全く見られなかった。

また、上記熔融容器の容量を増やすため、熔接部のない容器（容量０．００４ｍ³（４０リットル））の上部に強化白金を加工したものを熔接して容量の大きい熔融容器（総容量０．０１２ｍ³（１２０リットル））を作製し、蓄積槽の容量も大きくして、熔融ガラスの製造の操業を行ったところ、熔融容器の熔接部分には損傷は見られず、安定してガラスの熔融を行うことができた。
（比較例）
熔融容器の底部の設けられたガラス排出口に直接連結パイプを熔接した以外は、上記実施例と同様の構造を有する熔融装置を用い、上記実施例と同様の操業を行ったところ、２〜３ヶ月でガラス排出口と連結パイプを熔接した部分から熔融ガラスが漏れ出した。

本発明のガラスの熔融装置の一例を示す概略図である。熔融容器１の概略断面図である。

Claims

白金合金製の熔融容器にガラス原料を投入し、熔融して熔融ガラスを製造する方法において、前記熔融容器は、底部に熔融ガラスの排出口とこの排出口に連なる排出管とを有し、前記排出口と排出管とを含む熔融容器底部は一体材料で形成され、前記排出口と前記排出管とは継ぎ目のないように前記排出管が前記熔融容器底部から引き出されて形成されていることを特徴とするガラスの製造方法。
白金に酸化ジルコニウムまたは酸化カルシウムを分散導入した材料からなる熔融容器にガラス原料を投入し、熔融して熔融ガラスを製造する方法において、前記熔融容器は、底部に熔融ガラスの排出口とこの排出口に連なる排出管とを有し、前記排出口と排出管とを含む熔融容器底部は一体材料で形成され、前記排出口と前記排出管とは継ぎ目のないように前記排出管が前記熔融容器底部から引き出されて形成されていることを特徴とするガラスの製造方法。
予めガラス化した原料を空の熔融容器に投入して加熱、熔融した後にガラス原料を熔融容器に投入、熔融することを特徴とする請求項１または２に記載のガラスの製造方法。
ガラス原料の投入部と、底部に熔融ガラスの排出口とこの排出口に連なる排出管を有する白金合金製の熔融容器において、前記ガラス排出口と排出管を含む熔融容器底部は一体材料で形成され、前記排出口と前記排出管とは継ぎ目のないように前記排出管が前記熔融容器底部から引き出されて形成されていることを特徴とするガラスの熔融容器。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法で作製された熔融ガラス、又は請求項４に記載のガラスの熔融容器を備えた熔融装置を用いて作製された熔融ガラスを流出しながら、プレス成形用ガラス素材に成形することを特徴とするプレス成形用ガラス素材の製造方法。
加熱、軟化したガラス素材をプレス成形して、光学素子に形状が近似する光学素子ブランクを成形する光学素子ブランクの製造方法において、前記ガラス素材が請求項５に記載の製造方法で作製されたプレス成形用ガラス素材である光学素子ブランクの製造方法。
請求項６に記載の製造方法により作製された光学素子ブランクに機械加工を施して光学素子を製造する光学素子の製造方法。
加熱、軟化したガラス素材をプレス成形して光学素子を成形する光学素子の製造方法において、ガラス素材が請求項５に記載の製造方法で作製されたプレス成形用ガラス素材であることを特徴とする光学素子の製造方法。