JP4445345B2 - ガラス成形体、プレス成形用ガラス素材、光学素子、ガラス基板それぞれの製造方法 - Google Patents
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このような観点から特許文献3に記載の技術について考察すると、前記技術は非常に優れたものではあるが、現在主流になりつつあるガラスの成形にそのまま適用しようとすると、脈理発生の問題を完全に解消することは困難である。
[請求項1]貫通孔を有する鋳型を用い、パイプ流出口から流出する熔融ガラス流を前記貫通孔の入り口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に引き出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
前記鋳型を、前記貫通孔の入り口が出口よりも高い位置になるように配置し、
前記鋳型に流し込む前の熔融ガラス流の冷却を冷却促進手段によって促進することにより、該熔融ガラス流の表面温度を、中心部の温度よりも低くすることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
[請求項2]前記冷却促進手段は、パイプ流出口と鋳型貫通孔の入り口の間を囲むカバーと、該カバー内に温度制御された雰囲気ガスを流す手段とを含む、請求項1に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項3]前記冷却促進手段は、前記鋳型に流し込む前に、前記流出する熔融ガラス流表面に冷却ガスを吹き付ける手段である、請求項1に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項4]前記冷却促進手段は、前記パイプの温度を制御する温度制御手段である、請求項1に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項5]前記パイプは、熔融ガラスを蓄積した容器に連接するパイプであり、
前記容器内の熔融ガラスの温度とパイプの下端の温度差を20〜120℃の範囲に制御することを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項6]前記温度差の制御を、前記パイプの温度を制御する温度制御手段および前記容器内の熔融ガラスの温度を制御する温度制御手段の少なくとも一方を用いて行う、請求項5に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項7]前記貫通孔に流し込んだ熔融ガラスを貫通孔内周面に接触させて前記熔融ガラス表面の冷却を促進することを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項8]前記熔融ガラス流の粘度が102dPa・s未満である請求項1〜7のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項9]前記熔融ガラス流の粘度が0.5dPa・s以上である請求項1〜8のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項10]前記貫通孔に流し込んだ熔融ガラスを貫通孔内周面に接触させてガラス成形体の外周面を成形することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項11]前記ガラス成形体が前記外周面を除去して使用するものである請求項10に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項12]前記貫通孔は、前記入り口と出口が直線的に連絡している請求項1〜11のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項13]前記鋳型を、前記貫通孔の中心軸が鉛直または傾斜した状態になるように配置する請求項12に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項14]棒状または平板状のガラスを成形する請求項1〜13のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項15]請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法によりガラス成形体を製造し、製造したガラス成形体を分割する工程を含むプレス成形用ガラス素材の製造方法。
[請求項16]ガラス素材を加熱し、プレス成形する工程を有する光学素子の製造方法において、
請求項15に記載の方法によりプレス成形用ガラス素材を作製し、作製したプレス成形用ガラス素材を使用することを特徴とする光学素子の製造方法。
[請求項17]前記プレス成形によって作製したプレス成形品を研削および/または研磨する請求項16に記載の光学素子の製造方法。
[請求項18]請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法によりガラス成形体を製造し、製造したガラス成形体を分割してガラスブロックを作製し、前記ガラスブロックを加工して光学素子を作製する光学素子の製造方法。
[請求項19]請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法によりガラス成形体を製造し、製造したガラス成形体をスライスして板状ガラスにする工程を含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。
[ガラス成形体の製造方法]
本発明のガラス成形体の製造方法は、第1〜第4の態様からなり、いずれの態様も、貫通孔を有する鋳型を用い、熔融ガラス流を前記貫通孔の入り口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に引き出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法である。
(1)熔融ガラス流がパイプから流出して鋳型に流し込まれる間に雰囲気に晒されることにより、熔融ガラス流の表面が僅かながら変質する。またパイプ外周に濡れ上がって変質した熔融ガラスが再び熔融ガラス流表面に取り込まれることによっても熔融ガラス流表面に変質した層が発生する可能性がある。
(2)熔融ガラス流が鋳型に流し込まれるとガラスが鋳型内に広がるため、表面に局在していた変質層もガラス内部に広がる。
(3)変質層が広がった部分は、均質な部分との間に屈折率差が生じるため、脈理として観察されることになる。
以下、各態様について説明する。
第1の態様のガラス成形体の製造方法は、貫通孔を有する鋳型を用い、熔融ガラス流を前記貫通孔の入り口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に引き出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
前記鋳型を、前記貫通孔の入り口が出口よりも高い位置になるように配置し、
前記鋳型に流し込む熔融ガラス流の表面温度を、中心部の温度よりも低くすることを特徴とするガラス成形体の製造方法である。
第2の態様のガラス成形体の製造方法は、貫通孔を有する鋳型を用い、容器内に蓄積された熔融ガラスを、前記容器に連接するパイプの下端から流出して前記貫通孔の入り口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に引き出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
前記鋳型を、前記貫通孔の入り口が出口よりも高い位置になるように配置し、
前記容器内の熔融ガラスの温度を、パイプの下端の温度よりも高くするとともに、前記容器内の熔融ガラスの温度とパイプの下端の温度差を20〜120℃の範囲にすることを特徴とするガラス成形体の製造方法である。
第3の態様のガラス成形体の製造方法は、貫通孔を有する鋳型を用い、熔融ガラス流を前記貫通孔の入り口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に引き出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
前記鋳型を、前記貫通孔の入り口が出口よりも高い位置になるように配置し、
前記熔融ガラス流の表面の冷却を促進しながら前記鋳型への流し込みを行うことを特徴とするガラス成形体の製造方法である。
第4の態様のガラス成形体の製造方法は、貫通孔を有する鋳型を用い、熔融ガラス流を前記貫通孔の入り口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に引き出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
鋳型を前記貫通孔の入り口が出口よりも高い位置になるように配置し、
前記貫通孔に流し込んだ熔融ガラスを貫通孔内周面に接触させて前記熔融ガラス表面の冷却を促進することを特徴とするガラス成形体の製造方法である。
ここで「貫通孔内周面」とは貫通孔の内壁であって、鋳込まれたガラスの移動経路を取り囲む面のことである。
次に上記各態様の共通点について説明する。
本発明のガラス成形体の製造方法は、特に低粘度のガラスから脈理のないガラス成形体を製造するために好適に用いることができる。流出パイプから流出する熔融ガラス流の粘度は、102dPa・s未満であることが好ましい。成形の容易性の観点から、熔融ガラス流の粘度は0.5dPa・s以上であることが好ましい。本発明によれば、上記のような低粘度を有する熔融ガラスの成形において、優れた脈理防止効果を得ることができる。上記粘度は、2dPa・s以上102dPa・s未満の範囲であることがより好ましく、2〜90dPa・sの範囲であることが更に好ましい。
貫通孔の高位置側にある開口部すなわち貫通孔の入り口13から、熔融ガラス流を連続的に流し込む。ここで、入り口13が、熔融ガラス流を流下する流出パイプ12の真下に位置するように鋳型11を配置し、貫通孔内の熔融ガラス液位面の中央に、熔融ガラス流を流し込むことが好ましい。このようにすることで、鋳型内でのガラスの移動経路の長さを一定に揃えることができ、ガラス成形体内部へ脈理が進入することを効果的に防ぐことができる。
また、ガラスの鋳型からの引出し速度が大きすぎたり、熔融ガラスの流入速度が小さすぎると、貫通孔内周面とガラスの間に隙間ができ、ガラス成形体の外径が安定しない。また引出し速度が遅かったり、流入速度が大きすぎる場合は、熔融ガラスが鋳型から溢れ出したり、ガラス成形体の形状が不良になってしまう。鋳型に流し込む熔融ガラスの液量と、ガラスの引出し速度を、貫通孔内において熔融ガラス液面が所定の高さに維持されるように制御すれば、貫通孔内周面と熔融ガラスとの間、またはガラスとの間に隙間がないように成形を行うことができる。これにより、高温状態のガラスが外気に触れる面積を最小限にすることができ、ガラス中の揮発性成分の揮発を低減することができるため、ガラス成形体側面の変質を防止することができ、揮発によって生じる脈理を防止することもできる。
なお、鋳型は単一の物品で構成してもよいし、複数個の部材を組み立てたものでもよい。複数個の部材によって鋳型を構成する場合は、複数個の部材を密着させて貫通孔を形成してもよいし、1つの部材の貫通孔を設けてもよいし、複数個の部材のそれぞれに貫通孔を設け、各貫通孔が一つにつながるように各部材を密着させてもよい。
発生しない、(3)熔融ガラスが鋳型貫通孔内に隙間なく広がる、等の点を考慮して決定することが好ましい。鋳型には、温度制御のために、必要に応じてヒーターを設けたり、冷却器を設けてもよい。また、貫通孔出口におけるガラス成形体表面の温度は、ガラス屈伏点以下の温度であることが好ましい。貫通孔出口でのガラス成形体表面の温度が、ガラス屈伏点以下の温度であれば、鋳型から引き出す際にガラス成形体が変形することを防止することができる。また、ガラスは、屈伏点以上の温度であれば、外力によって変形させることができるため、後述するように、貫通孔出口から引き出したガラスを後工程を行いやすい方向に曲げる場合には、上記出口でのガラス表面の温度は、屈伏点以上の温度であることが好ましい。上記出口でのガラス成形体表面の温度は、温度が高すぎる場合には、鋳型を空冷したり、水冷板を設ける等して冷却することにより、また、温度が低すぎる場合には、ヒーターにより加熱することにより、調整することができる。
ガラスの種類、成形条件、ガラス成形体の形状、寸法にもよるが、外周面から少なくとも0.5mmまでの表面層を除去すれば、光学的に均質なガラス成形体を得ることができるので、成形にあたっては上記表面層の厚さを考慮して鋳型貫通孔の寸法を決めることが望ましい。
なお、鋳型貫通孔の中心軸に耐熱性材料からなる円柱状のシャフトを配置し、熔融ガラスを流し込んで中心軸に穴を有する中空状のガラス成形体を成形することも考えられるが、上記シャフトによって流し込まれた熔融ガラスの流れが乱され、脈理が発生するおそれがあるため、本発明の方法は、中実柱状(中空を有さない)のガラスを得るために適用すべきである。
(1)質量%表示で、B2O3 2〜50%、SiO2 0〜30%、La2O3 10〜60%、Gd2O3 0〜20%、Y2O3 0〜20%、Yb2O3 0〜10%、Ta2O5 0〜20%、WO3 0〜20%、Li2O 0〜15%、Na2O 0〜10%、K2O 0〜10%、GeO2 0〜10%、Bi2O3 0〜20%、TiO2 0〜30%、ZnO 0〜30%、ZrO2 0〜15%、Nb2O5 0〜35%、BaO 0〜35%、SrO 0〜15%、CaO 0〜15%、MgO 0〜15%、Al2O3 0〜10%、Sb2O3 0〜2%、SnO2 0〜1%含有するガラス;
(2)モル%表示で、B2O3 20〜60%、SiO2 0〜10%、La2O3 5〜22%、Gd2O3 0〜20%、Y2O3 0〜10%、Yb2O3 0〜10%、Ta2O5 0〜10%、WO3 0〜8%、Li2O 0〜10%、Na2O 0〜5%、K2O 0〜5%、GeO2 0〜10%、Bi2O3 0〜8%、TiO2 0〜8%、ZnO 0〜30%、ZrO2 0〜7%、Nb2O5 0〜8%、BaO 0〜10%、SrO 0〜10%、CaO 0〜10%、MgO 0〜10%、Al2O3 0〜10%、Sb2O3 0〜1%、SnO2 0〜1%含有するガラス。
(1)質量%表示で、P2O5 10〜47%、Nb2O5 20〜65%、TiO2 0〜20%、SiO2 0〜5%、B2O3 0〜12%、Li2O 0〜10%、Na2O 0〜25%、K2O 0〜15%、MgO 0〜10%、CaO 0〜10%、SrO 0〜10%、BaO 0〜30%、ZnO 0〜10%、Bi2O3 0〜25%、WO3 0〜25%、Ta2O5 0〜20%、ZrO2 0〜5%、Al2O3 0〜7%、La2O3+Y2O3+Gd2O3 0〜10%、GeO2 0〜5%、Sb2O3 0〜1%を含有するガラス;
(2)モル%表示で、P2O5 10〜45%、Nb2O5 3〜35%、TiO2 0〜20%、WO3 0〜40%、Bi2O3 0〜20%、SiO2 0〜15%、B2O3 0〜30%、Al2O3 0〜15%、Li2O 2〜35%、Na2O 0〜35%、K2O 0〜30%、ZnO 0〜25%、MgO 0〜20%、CaO 0〜20%、SrO 0〜20%、BaO 0〜25%、ZrO2 0〜5%、La2O3 0〜10%、Gd2O3 0〜10%、Y2O3 0〜10%、Yb2O3 0〜10%、Ta2O5 0〜10%、Sb2O3 0〜1%を含むガラス。
中でも屈折率(nd)1.7以上、アッベ数(νd)35以下(特に屈折率(nd)1.75〜2、アッベ数(νd)17〜30)の光学恒数を有するガラスに、本発明を適用することが好ましい。
(1)モル%表示で、P2O5 20〜65%、BaO 1〜50%、Li2O 0〜30%、Na2O 0〜20%、K2O 0〜15%、ZnO 0〜20%、B2O3 0〜25%、Al2O3 0〜10%、Gd2O3 0〜10%、MgO 0〜20%、CaO 0〜20%、SrO 0〜20%、Bi2O3 0〜10%、Sb2O3 0〜1%を含有するガラス;
(2)モル%表示で、P2O5 20〜65%、ZnO 0.1〜20%、Li2O 0〜30%、Na2O 0〜20%、K2O 0〜15%、B2O3 0〜25%、Al2O3 0〜10%、Gd2O3 0〜10%、MgO 0〜20%、CaO 0〜20%、SrO 0〜20%、BaO 0〜50%、Bi2O3 0〜10%、Sb2O3 0〜1%を含有するガラス。
次に本発明のプレス成形用ガラス素材の製造方法について説明する。
本発明のプレス成形用ガラス素材の製造方法は、前述の本発明のガラス成形体の製造方法により製造したガラス成形体を分割する工程を含むプレス成形用ガラス素材の製造方法である。
前述の第1〜第4の態様のガラス成形体の製造方法によれば、得られたガラス成形体に脈理などの光学的な不均一な部分があったとしても、その脈理はガラス成形体の表面層(例えば表面から0.5mm以内)に限定される。よって、そのガラス成形体を分割して作製したプレス成形用ガラス素材においても、脈理などの光学的に不均一な部分は、ガラス素材の表面層(例えば表面から0.5mm以内)に限定される。なお、このようなガラス素材をプレス成形して得たプレス成形品の表面を研磨加工および/または研削加工して光学素子を作製する場合は、上記加工により光学的に不均一な表面層が除去されるため、ガラス素材表面の表面層を除去する工程なしに、光学的に均一な光学素子を得ることができる。
ガラス成形体からプレス成形用ガラス素材を作製するには、前記のようにガラス成形体の中心軸を横切る、またはガラス成形体の引き出し方向を横切るように、好ましくは中心軸または前記引き出し方向に対して垂直な平面で分割することが望ましい。
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子の製造方法の第1の態様は、ガラス素材を加熱し、プレス成形する工程を有する光学素子の製造方法において、前記方法により作製したプレス成形用ガラス素材を使用することを特徴とする光学素子の製造方法である。
上記プレス成形は、公知の方法で行うことができる。プレス成形によって作製した成形品をそのまま光学素子として使用することもできるし、上記プレス成形によって作製したプレス成形品を研削および/または研磨して光学素子を作製することもできる。
次に本発明のガラス基板の製造方法について説明する。
本発明のガラス基板の製造方法は、本発明の第1〜第4の態様のガラス成形体の製造方法により製造したガラス成形体をスライスして板状ガラスにする工程を含むことを特徴とする。本発明のガラス基板の製造方法において使用するガラス成形体を製造するためには、ガラス基板の平面視形状に、真っ直ぐな貫通孔の中心軸に対して垂直な断面の形状が近似する鋳型を使用してガラス成形体を成形することが好ましい。すなわち、円盤形状の基板を得るには円盤の直径に等しいか、または、前記直径に後述する取りしろを加えた外径を有する円柱状のガラス成形体を作製し、角型の基板を得るには角柱状のガラス成形体を作製することが好ましい。そしてガラス成形体の引き出し方向に対して垂直な平面で前記成形体をスライス加工することが好ましい。なお、柱状の成形体の場合は中心軸に垂直にスライス加工することができる。スライス加工を行う前に、ガラスの破損を防止するためにガラス成形体をアニールして歪を低減することが望ましい。このようにして作製した板状ガラスの表面を研磨してガラス基板に仕上げることができる。
(実施例1)
十分清澄、均質化した熔融容器(白金合金製)内の熔融ガラス(ガラス粘度1.1dPa・s、中心部の温度1280℃)を、熔融ガラス流出口を供えた下端の温度が1250℃に制御され、上部が上記熔融容器に接続された白金合金製の流出パイプから一定の流出速度(37.8ml/min)で連続流下し、図2に示す位置に配置されたカーボン製の鋳型に真っ直ぐに設けられた貫通孔の入り口中央に流し込んだ。前述のように、パイプから流出する溶融ガラス流の表面温度は、流出パイプ下端の温度と同じとみなすことができる。なお、熔融容器内の熔融ガラスの温度も上記設定値を保つよう制御した。熔融容器内のガラスの温度と流出パイプの下端の温度差を30℃に設定したため、容器内の熔融ガラスがパイプ内を通過することにより、パイプから流出する熔融ガラス流の表面温度(1250℃)を中心部の温度(1280℃)よりも低くすることができた。ここで鋳型貫通孔の内径はφ20mm、貫通孔中心軸と水平面のなす角θを90°とした。鋳型貫通孔の長さは100mmとし、良好な成形ができるように、鋳型の周囲に図示しないバンドヒータを巻いて加熱した。貫通孔出口からのガラス成形体の引き出しはガラスの自重を利用し、引き出し速度が一定になるようにガラス成形体下端部を支持台によって支持し、支持台の下降速度(ガラス成形体の引き出し速度に相当)が12.0cm/minと一定になるよう設定して行った。なお、支持台の下降速度は鋳型貫通孔内の熔融ガラス液面の高さ(液位)が一定になるように制御してもよい。このような制御はレーザ液位計などの液位計を用いて上記熔融ガラスの液位をモニタし、液位計より出力されるモニタ信号に基づいて支持台の下降速度を増減、または一定とすることによって行うことができる。例えば上記液位が予め設定された基準液位よりも高い場合は支持台の下降速度を増加させ、逆に液位が基準液位よりも低い場合は支持台の下降速度を減少させる。このような制御によって上記液位が一定に保たれるよう制御することができる。
本実施例では鋳型貫通孔入り口に流し込まれる熔融ガラス流の表面温度を中心部の温度よりも低くなるように制御したので、熔融ガラス流表面部が鋳型貫通孔の内周面に沿って流れる状態を作ることができた。
このようにして、B2O3およびLa2O3含有の屈折率(nd)が1.883、アッベ数(νd)が40.8の光学ガラス(液相温度1200℃)よりなるガラス棒を作製した。得られた中実柱状のガラス棒は均質かつ透明であり、対面研磨後に目視観察したところ、表面から内部に入り込んだ脈理は認められなかった。
50℃に保たれた乾燥空気を実施例1と同じようにして流出する熔融ガラス流の表面に吹きかけて熔融ガラス流の表面の冷却を促進した。その他については実施例1と同様にした。このようにして得られた中実柱状のガラス棒は均質かつ透明であり、対面研磨後に目視観察したところ、表面から内部に入り込んだ脈理は認められなかった。
流出パイプ下端と鋳型貫通孔入り口、および前記パイプ下端と貫通孔入り口の間の空間を含む領域をカバーにより覆い、カバー内に30℃の乾燥空気を流してカバー内雰囲気温度を低下させ、パイプから流出する熔融ガラス流表面の冷却を促進した。その他については実施例1と同様にした。このようにして得られた中実柱状のガラス棒は均質かつ透明であり、対面研磨後に目視観察したところ、表面から内部に入り込んだ脈理は認められなかった。
実施例1の鋳型を貫通孔入り口の開口径を10mmと貫通孔の内径よりも小さくし、中心軸に沿った貫通孔の断面が内部に行くにしたがってテーパー状に拡大して実施例1の貫通孔内径に達した後ほぼ一定となるものに交換し、流し込んだ熔融ガラス液位が上記テーパー状に形成された貫通孔内周面に接触する位置になるようにして円柱状のガラス棒を成形した。貫通孔に流し込まれた熔融ガラス表面は上記テーパー状の内周面によって熱が奪われるため冷却が促進され、貫通孔内周面に沿って下降することになる。その他については実施例1と同様にした。このようにして得られた中実柱状のガラス棒は均質かつ透明であり、対面研磨後に目視観察したところ、表面から内部に入り込んだ脈理は認められなかった。
なお、上記実施例1と実施例4、実施例2と実施例4、実施例3と実施例4を組み合わせて高品質なガラス成形体を製造することもできた。
同様にして、屈折率(nd)が1.497、アッベ数(νd)が81.6のフツリン酸光学ガラスや屈折率(nd)が1.457、アッベ数(νd)が90.3のフツリン酸光学ガラスよりなり、内部に脈理などの欠陥は認められない均質かつ透明な中実柱状のガラス棒を成形することができた。
実施例1、2、3、4で成形したB2O3およびLa2O3含有光学ガラスからなるガラス棒を、中心軸に対して垂直方向に切断し、厚み10mmの円柱ブロックとした。さらに円柱ブロックに研削または研磨加工を施して、軸対称形状のプレス成形用ガラス素材を作製した。このようにして作られたプレス成形用ガラス素材には、脈理などの欠陥は認められなかった。
また、得られた円柱ブロックをプレス成形せずに研削、研磨加工を施してレンズなどの光学素子を作ることもできる。こうして得られた光学素子には、脈理などの欠陥は認められなかった。
実施例5において作製した表面が滑らかなプレス成形用ガラス素材を、加熱、軟化し、窒素に水素を混ぜた混合ガス雰囲気中でプレス成形型を用いて精密プレス成形し、アニールして非球面レンズを得た。得られたレンズは、脈理などの欠陥のない良好なものであった。本実施例では上記B2O3およびLa2O3含有光学ガラスと上記2種類のフツリン酸光学ガラスを使用して非球面レンズを作製した。
実施例5において作製したプレス成形用ガラス素材を、素材を加熱、軟化し、大気中でプレス成形型を用いてプレス成形し、アニールして球面レンズを得た。実施例7で作製されたレンズは、脈理などの欠陥のない良好なものであった。本実施例では上記B2O3およびLa2O3含有光学ガラスと上記2種類のフツリン酸光学ガラスを使用して球面レンズを作製した。
実施例1で使用した鋳型を貫通孔の中心軸に対する垂直断面の形状が長方形(縦10mm、横100mm)のものに替え、貫通孔中心軸と水平面のなす角θを90°にして、高位置側の開口部(貫通孔入り口)が白金合金製の流出パイプの真下になるようにカーボン製の鋳型を設置した。本実施例では実施例1と同様に白金合金製の熔融容器内の熔融ガラスの温度(1280℃)が一定になるよう制御し、熔融容器に接続する流出パイプの下端の温度(1250℃)も一定になるように制御した。このようにしてパイプから流出する熔融ガラス流表面の温度を中心部の温度よりも低くなるように制御した。四角柱状のガラス成形体の引き出しは実施例1と同様、ガラスの自重を利用した。引き出し速度は実施例1と同様、成形体下端部を支持台で支持し、支持台の下降速度(ガラス成形体の引き出し速度に相当)が3.8cm/分と一定になるように行った。鋳型内の熔融ガラス液位の制御、ガラス成形体の引き出し速度の制御等については実施例1と同様に行った。
30℃に保たれた乾燥空気を実施例2と同じようにして流出する熔融ガラス流の表面に吹きかけて熔融ガラス流の表面の冷却を促進した。その他については実施例8と同様にした。このようにして得られた中実柱状のガラス棒の表面から0.3mm以上の部分は、均質かつ透明であり、脈理などの欠陥は認められなかった。なお、上記ガラス棒は上記B2O3およびLa2O3含有光学ガラスからなるもの、上記2種類のフツリン酸光学ガラスのそれぞれからなるものの3種類を作製した。
流出パイプ下端と鋳型貫通孔入り口、ならびに前記パイプ下端と貫通孔入り口の間の空間を含む領域をカバーにより覆い、カバー内に30℃の乾燥空気を流してカバー内雰囲気温度を低下させ、パイプから流出する熔融ガラス流表面の冷却を促進した。その他については実施例8と同様にした。このようにして得られた中実柱状のガラス棒の表面から0.3mm以上の部分は、均質かつ透明であり、脈理などの欠陥は認められなかった。
なお、上記ガラス棒は上記B2O3およびLa2O3含有光学ガラスからなるもの、上記2種類のフツリン酸光学ガラスのそれぞれからなるものの3種類を作製した。
実施例8の鋳型を貫通孔入り口の一方向の内径を10mm、前記方向と直交する方向の内径を10mmと貫通孔の内径よりも小さくし、中心軸に沿った貫通孔の断面が内部に行くにしたがってテーパー状に拡大して実施例1の貫通孔内径に達した後ほぼ一定となるものに交換し、流し込んだ熔融ガラス液位が上記テーパー状に形成された貫通孔内周面に接触する位置になるようにして円柱状のガラス棒を成形した。貫通孔に流し込まれた熔融ガラス表面は上記テーパー状の内周面によって熱が奪われるため冷却が促進され、貫通孔内周面に沿って下降することになる。その他については実施例8と同様にした。このようにして得られた中実柱状のガラス棒の表面から0.3mm以上の部分は、均質かつ透明であり、脈理などの欠陥は認められなかった。
なお、上記ガラス棒は上記B2O3およびLa2O3含有光学ガラスからなるもの、上記2種類のフツリン酸光学ガラスのそれぞれからなるものの3種類を作製した。
なお、上記実施例8と実施例11、実施例9と実施例11、実施例10と実施例11を組み合わせて高品質なガラス成形体を製造することもできる。
実施例8、9、10、11で成形したガラス棒を、中心軸に対して垂直方向に切断し、厚み100mmの四角柱ブロックとした。さらに四角柱ブロックに研削または研磨加工を施して、軸対称形状のプレス成形用ガラス素材を作製した。このようにして作られたプレス成形用ガラス素材には、脈理などの欠陥は認められなかった。
また、得られた四角柱ブロックをプレス成形せずに研削、研磨加工を施してレンズなどの光学素子を作ることもできる。こうして得られた光学素子には、脈理などの欠陥は認められなかった。
実施例12において作製した表面が滑らかなプレス成形用ガラス素材を、加熱、軟化し、窒素に水素を混ぜた混合ガス雰囲気中でプレス成形型を用いて精密プレス成形し、アニールして非球面レンズを得た。得られたレンズは、脈理などの欠陥のない良好なものであった。
実施例12において作製したプレス成形用ガラス素材を、素材を加熱、軟化し、大気中でプレス成形型を用いてプレス成形し、アニールして球面レンズを得た。実施例12で作製されたレンズは、脈理などの欠陥のない良好なものであった。
銅含有フツリン酸ガラスが得られる熔融ガラスを十分清澄、均質化して白金合金製の熔融容器に蓄積し、容器内の熔融ガラスの温度が700℃になるように制御した。上記容器に接続され、下端に熔融ガラス流出口が設けられている流出パイプから一定の流出速度(54.5ml/min)で熔融ガラス流を連続流下し、図2に示す位置に配置されたカーボン製の鋳型に真っ直ぐに設けられた貫通孔の入り口中央に流し込んだ。なお、流出パイプの下端の温度は585℃に制御され、熔融容器内のガラスの温度と流出パイプの下端の温度差を115℃に設定した。このような状態で容器内の熔融ガラスがパイプ内を通過することにより、パイプから流出する熔融ガラス流の表面温度を中心温度よりも低くすることができた。ここで鋳型貫通孔の内径はφ20mm、貫通孔中心軸と水平面のなす角θを90°とした。鋳型貫通孔の長さは100mmとし、良好な成形ができるように、鋳型の周囲に図示しないバンドヒータを巻いて加熱した。貫通孔出口からのガラス成形体の引き出しはガラスの自重を利用し、引き出し速度が一定になるようにガラス成形体下端部を支持台によって支持し、支持台の下降速度(ガラス成形体の引き出し速度に相当)が17.3cm/minと一定になるよう設定して行った。なお、支持台の下降速度は鋳型貫通孔内の熔融ガラス液面の高さ(液位)が一定になるように制御してもよい。このような制御はレーザ液位計などの液位計を用いて上記熔融ガラスの液位をモニタし、液位計より出力されるモニタ信号に基づいて支持台の下降速度を増減、あるいは一定とすることによって行うことができる。例えば上記液位が予め設定された基準液位よりも高い場合は支持台の下降速度を増加させ、逆に液位が基準液位よりも低い場合は支持台の下降速度を減少させる。このような制御によって上記液位が一定に保たれるよう制御することができる。
このようにして鋳型貫通孔出口よりφ20mmのガラス棒(円柱状ガラス)を鉛直下方に一定の速度で引き出した。鋳型から引き出したガラス棒の長さが500mmに達した時点でガラス棒を引き出し方向に対して垂直方向(水平方向)から切断し、アニールして歪みを除去した。
本実施例では鋳型貫通孔入り口に流し込まれる熔融ガラス流の表面温度を中心部の温度よりも低くなるように制御しているので、熔融ガラス流表面部が鋳型貫通孔の内周面に沿って流れる状態を作ることができた。
なお、本実施例においても実施例2、3、4のように熔融ガラス流表面の冷却を促進してもよい。
Claims (19)
- 貫通孔を有する鋳型を用い、パイプ流出口から流出する熔融ガラス流を前記貫通孔の入り口に連続的に流し込み、前記貫通孔の出口から連続的に引き出して中実状のガラスに成形するガラス成形体の製造方法において、
前記鋳型を、前記貫通孔の入り口が出口よりも高い位置になるように配置し、
前記鋳型に流し込む前の熔融ガラス流の冷却を冷却促進手段によって促進することにより、該熔融ガラス流の表面温度を、中心部の温度よりも低くすることを特徴とするガラス成形体の製造方法。 - 前記冷却促進手段は、パイプ流出口と鋳型貫通孔の入り口の間を囲むカバーと、該カバー内に温度制御された雰囲気ガスを流す手段とを含む、請求項1に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記冷却促進手段は、前記鋳型に流し込む前に、前記流出する熔融ガラス流表面に冷却ガスを吹き付ける手段である、請求項1に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記冷却促進手段は、前記パイプの温度を制御する温度制御手段である、請求項1に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記パイプは、熔融ガラスを蓄積した容器に連接するパイプであり、
前記容器内の熔融ガラスの温度とパイプの下端の温度差を20〜120℃の範囲に制御することを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。 - 前記温度差の制御を、前記パイプの温度を制御する温度制御手段および前記容器内の熔融ガラスの温度を制御する温度制御手段の少なくとも一方を用いて行う、請求項5に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記貫通孔に流し込んだ熔融ガラスを貫通孔内周面に接触させて前記熔融ガラス表面の冷却を促進することを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記熔融ガラス流の粘度が102dPa・s未満である請求項1〜7のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記熔融ガラス流の粘度が0.5dPa・s以上である請求項1〜8のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記貫通孔に流し込んだ熔融ガラスを貫通孔内周面に接触させてガラス成形体の外周面を成形することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記ガラス成形体が前記外周面を除去して使用するものである請求項10に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記貫通孔は、前記入り口と出口が直線的に連絡している請求項1〜11のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記鋳型を、前記貫通孔の中心軸が鉛直または傾斜した状態になるように配置する請求項12に記載のガラス成形体の製造方法。
- 棒状または平板状のガラスを成形する請求項1〜13のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法によりガラス成形体を製造し、製造したガラス成形体を分割する工程を含むプレス成形用ガラス素材の製造方法。
- ガラス素材を加熱し、プレス成形する工程を有する光学素子の製造方法において、
請求項15に記載の方法によりプレス成形用ガラス素材を作製し、作製したプレス成形用ガラス素材を使用することを特徴とする光学素子の製造方法。 - 前記プレス成形によって作製したプレス成形品を研削および/または研磨する請求項16に記載の光学素子の製造方法。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法によりガラス成形体を製造し、製造したガラス成形体を分割してガラスブロックを作製し、前記ガラスブロックを加工して光学素子を作製する光学素子の製造方法。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法によりガラス成形体を製造し、製造したガラス成形体をスライスして板状ガラスにする工程を含むことを特徴とするガラス基板の製造方法。
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