JP4856027B2 - ガラス板の製造方法、プレス成形用ガラス素材の製造方法、および光学部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熔融ガラス流を連続して均一な肉厚の板形状に成形することによって、ガラス板を製造する方法に関する。更に、上記方法によって得られたガラス板を切断し、プレス成形用素材を製造する方法およびこのプレス成形用素材をプレス成形し、得られた成形品からレンズなどの光学部品を製造する方法に関する。

光学ガラスのように高度の均質性が要求され、かつ建材用板ガラス等に比べ、はるかに引き上げ量の少ないガラスを板状に成形する技術としては、以下の技術が知られている。
（１）熔融ガラスを円管のオリフィスより流出させ、オリフィスの下方に水平に配置された上部開放の溝型の固定鋳型の一端部に鋳込み、該鋳型の他端から成形されたガラスを水平方向に連続的に引き出すガラスの連続成形において、該流下ガラスの自由表面（上面）を未だ軟化状態にある間に、進行方向の一定位置で、一定の表面形状を有する金属板で連打することを特徴とするガラス板の連続成形法（特許文献１参照）。
（２）熔融ガラスを円管のオリフィスより流出させ、オリフィスの下方に水平に配置された上部開放の溝型の固定鋳型の一端部に鋳込み、該鋳型の他端から成形されたガラスを水平方向に連続的に引き出すガラスの連続成形において、該流下ガラスの自由表面（上面）を未だ軟化状態にある間に、冷却体により前記ガラスの上面を押圧しては前記冷却体をガラスの上面から離間する操作を反復することによって前記上面を冷却し、前記ガラスの移動方向に平板状のガラス板を連続して成形していくガラス板の製造方法において、軟化状態にある前記ガラスの上面の鋳型の側壁に近い部位ほど、より上流側から前記冷却を開始することを特徴とするガラス板の製造方法（特許文献２参照）。
特公昭５４−１３２４６号公報 特開２００２−２６５２２９号公報

上記（１）、（２）のいずれの技術を用いても、成形された平板状のガラス板は、その後常温に至るまでの冷却によって板幅方向（ガラス成形時の移動方向に対し直角方向）中央部近辺の肉厚が両端近辺に比べ、局部的に薄くなる傾向が生じる。詳細には、鋳型に接した下面はほぼ平坦だが、上面が板幅方向中央を中心にくぼみ、両端に向かってくぼみの深さが浅くなる。これは、円管のオリフィスから流出した高温の熔融ガラスが、低温の固定鋳型に鋳込まれた後に所定の板幅に広がりながら冷却される当該成形法では、冷却体接触時のガラスの幅方向の温度分布は、板幅方向中央部で最も高く、両外側に向かって下がり勾配になっていることに起因するものである。冷却体接触直後には接触面であるガラス板上表面全体は一旦ほぼ平坦に成形され固化するが、その後の冷却過程で板幅方向両端部に比べ相対的に温度が高い中央部内部の熱収縮量が大きく、かつ中央部上表面はそのガラス内部の熱量で他の場所よりもより高温に再加熱され、冷却体接触直後より粘度が下がる（すなわち剛性が下がる）ため、ガラス板内部の熱収縮の影響が、幅方向中央上表面に集中しやすくなる。

熔融ガラス流から板形状に成形されたガラス板は、通常、光学ガラスからなるガラス片を成形する場合、例えばプレス成形用のガラス素材を量産する際、中間体として使用される。成形されたガラス板は、主にダイヤモンドホイールの切断機で縦横に切断され、サイコロ状の小片にされた後、角落としと重量調整のためのバレル研磨工程を経てプレス成形用素材となる。そして、加熱・軟化された状態で成形型によりプレス成形され、所定形状を有するガラス成形品となる。その後は必要に応じて成形品に研削、研磨加工が施され、レンズなどの光学素子に仕上げられる。この際、ガラス板材料の肉厚の均一性が悪ければ悪いほど、均等幅で切断されたサイコロ状小片の重量偏差は大きくなるので、プレス材料としての小片の重量偏差を小さくするために、バレル加工の時間を小片の重量により変更する手間が増えたり、重量が大きいものは加工時間を長く取る必要が出てくるので、材料ロス量が増えるだけでなく、生産効率を悪化させる原因となる。

そこで本発明は、熔融ガラスから、板幅方向の厚み偏差の少ないガラス板を連続して製造するための手段を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、冷却板等の冷却部材のガラス上面との接触面に突起を設け、鋳型の一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって凸部が連続するようにガラス上面に凹凸を形成することにより、ガラス中央部が局部的にくぼむことにより板幅方向の厚み偏差が増大することを抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、上記目的は、下記手段によって達成された。
[１]一対の対向する側壁と底面とを有し、かつ上部が開放された鋳型内へ、熔融ガラス流を連続して鋳込み、鋳込まれたガラスを両側壁に沿って一方向に移動させながら板状に成形するガラス板の製造方法において、
鋳型内を移動するガラスの上面に突起を有する部材を接触させることにより、該上面の冷却を促進するとともに、該上面に、一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって凸部が連続するように凹凸を形成することを特徴とするガラス板の製造方法。
[２]前記凹凸は、前記一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって連続する線状の凹みを含む[１]に記載のガラス板の製造方法。
[３]前記凹凸は、前記一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって複数の不連続な凹みを含む[１]に記載のガラス板の製造方法。
[４][１]〜[３]のいずれかに記載の方法によりガラス板を作製し、作製されたガラス板からガラス片を分割し、該ガラス片に研磨加工を施しプレス成形用ガラス素材を得るプレス成形用ガラス素材の製造方法。
[５][４]に記載の方法によりプレス成形用ガラス素材を作製し、作製されたプレス成形用ガラス素材を加熱し、プレス成形することにより光学部品を得る光学部品の製造方法。
[６][４]に記載の方法によりプレス成形用ガラス素材を作製し、作製されたプレス成形用ガラス素材を加熱し、プレス成形してガラス成形品を作製し、該ガラス成形品に研削および／または研磨工程を施すことにより光学部品を得る光学部品の製造方法。

本発明のガラス板の製造方法によれば、連続して板幅方向の肉厚偏差の小さなガラス板を製造することができる。そして、熔解能力が小さく、単位時間当たりの流量が比較的少ない炉で溶解されたガラスでも、また、それが失透しやすい光学ガラスでも、広範囲の引き出し速度変更に対応して上記均一な肉厚のガラス板を成形することができる。
また、本発明のプレス成形用素材の製造方法によれば、このようなガラス板を用いることにより、体積偏差の小さな複数個のガラス片を容易に作製することができ、一定体積、一定重量のプレス成形用素材を得るために研磨加工によって除去しなければならないガラスの量を削減することができる。
さらに本発明によれば、上記プレス成形用素材の製造方法により体積偏差の小さなプレス成形用素材を容易に得ることができるので、安定した精度でプレス成形品を作製することができるとともに、熔融ガラスから光学部品を得る過程で使用されずに、バレル研磨加工などで破棄されるガラスの量の削減を容易に行うことができる。

[ガラス板の製造方法]
本発明は、一対の対向する側壁と底面とを有し、かつ上部が開放された鋳型内へ、熔融ガラス流を連続して鋳込み、鋳込まれたガラスを両側壁に沿って一方向に移動させながら板状に成形するガラス板の製造方法に関する。本発明のガラス板の製造方法では、鋳型内を移動するガラスの上面に突起を有する部材を接触させることにより、該上面の冷却を促進するとともに、該上面に、一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって凸部が連続するように凹凸を形成する。

前述の特許文献１および２に記載の成形法では、連打用金属板または冷却体の接触によりガラス上表面は、凹凸のないほぼ平滑な表面を持つことになる。これに対し、本発明者は、驚くべきことに、突起を有する冷却部材と鋳型に鋳込まれたガラス上面とを接触させることにより、ガラス板が常温に至るまでの冷却において板幅方向中央部近辺の肉厚が両端近辺に比べて局部的に薄くなることを防ぎ、均一な肉厚を有するガラス板が得られることを新たに見出した。これは、（１）ガラス板上表面に水平方向でほぼ均一な厚みの平滑な冷却固化層が形成される従来成形方法に比べ、表面の冷却固化層が凹凸に沿って深さ方向に広がり、表面の変形に対する断面二次モーメントの値を上げることができ、これにより、ガラス上表面に熱収縮による変形に耐え得る強度を付与できること、（２）突起の存在により冷却部材とガラス上面との接触面積が増加することにより、同一接触時間におけるガラスとの熱交換効率を上昇させることができ、接触面のガラス粘度をより増大させ、かつ冷却板が離れた後も、大きな表面積で外気との熱交換が促進されるため、ガラス板幅方向中央部と両端部の温度差による冷却過程での中央部の大きな熱収縮を、上表面中央部に局部集中させず、ガラス板幅方向表面全体でなだらかに吸収することができること、によるものと考えられる。
以下に、本発明のガラス板の製造方法について、更に詳細に説明する。

本発明のガラス板の製造方法では、一対の対向する側壁と底面とを有し、かつ上部が開放された鋳型内へ、熔融ガラス流を連続して鋳型に鋳込み、鋳型内で板状に成形する。熔融ガラス流の連続した鋳型への鋳込みは、例えば、流出管の流出口（オリフィス）から連続して流下する熔融ガラスを鋳型に流し込むことにより行われる。使用される鋳型は、例えば、ガラス板の幅を所要の幅に規制する一対の対向する「側壁」と、２つの側壁の間にガラスの引き出し方向の反対側へのガラスの流れを堰き止めるように設置された「堰板」と、前記ガラス板の対向する２つの主表面の一方を成形する「底面」とで構成された溝型の固定鋳型であることができる。

鋳型に鋳込まれた溶融ガラスは鋳型内で板状に成形される。成形された板状ガラスは、鋳型外へ連続的に引き出される。具体的には、鋳型の「堰板」の反対側から、鋳型とともに水平に配置されたベルトコンベアー等の搬送手段を用いて水平方向に板状ガラスを引き出しながら冷却、成形することにより所定の板厚のガラス板を連続して成形することができる。

本発明のガラス板の製造方法では、鋳型内に鋳込まれ両側壁に沿って一方向に移動するガラスの上面を、突起を有する部材（以下、「冷却部材」ともいう）を接触させる。これにより、ガラス上面の冷却を促進するとともに、該上面に、一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって凸部が連続するように凹凸を形成する。

前記冷却部材としては、ガラス上面と間欠的に接触させることによりガラス上面を冷却する場合は板状部材を用いることが好ましく、ガラス上面と連続的に接触させる場合はローラー状部材を用いることが好ましい。間欠的な接触に適する態様としては、ガラス原料を補充、熔解しながら熔融ガラス流の鋳込みを行う態様を挙げることができる。ガラス原料を補充、熔解しながら熔融ガラス流の鋳込みを行う、所謂、連続熔解方式では、成形での形状品質を優先して流量を十分に大きくすることは、限られた規模の溶解炉で（特に内部）品質を維持するために難しいので、通常、その鋳込み速度に合わせるためにガラスの引き出し速度も遅くなる。ガラスの引き出し速度が遅いとローラーと連続的に接触させることによりガラス上面を冷却させようとすると、ガラス上面と、ガラス上面と熱融着しないようガラス転移点以下の温度に保たれた冷却部材とを、比較的長時間接触させ続けざるを得ない為、ガラス上面が冷えすぎて熱衝撃でクラックが発生したり、割れやすくなったりする。そのため、熔融ガラス流の鋳込み速度が比較的遅い上記態様では、ガラス上面を冷却部材と間欠的に接触させることにより冷却することが好ましい。一方、ガラス原料を１バッチ毎に熔解する、所謂、間欠熔解方式では、ガラスを流出する際には１バッチ全体の内部の均質化は既に終了しているので、鋳型に鋳込む熔融ガラスの流速をほぼ任意に選択することができるため、鋳込み速度を速くすることができる。鋳込み速度が速ければ、それに応じてガラスの引き出し速度を早くすることができるため、ガラス上面をローラー状の冷却部材と連続的に接触させても、接触時間が短いため過剰冷却の問題を起こすことは少ない。ガラス上面と冷却部材とを連続的に接触させることは、冷却促進効果の点では有利である。よって、熔融ガラス流の鋳込み量が比較的早い上記態様では、ガラス上面を冷却部材と連続的に接触させることが好ましい。

次に、前記間欠的接触による冷却を例にとり、以下に、上記冷却部材およびガラス上面に形成する凹凸の詳細を、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は下記態様に限定されるものではない。

図１〜３に、間欠的接触による冷却に使用可能な冷却部材の例（例１〜３）および各冷却部材との接触によりガラス上面に形成される凹凸パターンを示す。

図１〜３中、図（１）は冷却部材（以下、「冷却板」ともいう）の断面図であり、図（２−１）は、冷却部材のガラス上面との接触面の平面図であり、図（２−２）は、図（２−１）に示す断面における断面図を示し、図（３）は、各冷却部材との接触によりガラス上面に形成される凹凸パターンを示す。

本発明では、冷却部材との接触により、ガラス上面に、鋳型の一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって凸部が連続するように凹凸を形成する。ここで「連続する」とは、ガラス上面に形成された凹凸の凸部上で、鋳型の一方の側壁側の凸部端部を出発点として他方の側壁側へ辿っていく際、凸部が凹部によって分断されることなく、他方の側面側の凸部端部に辿り着けることをいうものとする。
前述のように、ガラス板内部の熱収縮の影響は幅方向中央上表面に集中しやすいが、このような凹凸を形成することにより、ガラス上面の変形に対する断面二次モーメントを大きくして強度を高めることができるため、ガラス板の幅方向中央部の厚みが両端に比べて極度に薄くなり、肉厚が不均一になることを防ぐことができる。これに対し、例えば島状の凸部のように、一方の側壁側から他方の側壁側に向かって凸部が連続しない凹凸では、ガラス上面の変形に対する断面二次モーメントが凸部不連続部で小さくなってしまうため、凹凸を形成しても変形に耐え得る強度を付与することはできない。

前記凹凸は、例えば例１および例２のように、ガラスとの接触面に線状突起を有する冷却板をガラス上面と接触させることにより、ガラス上面の一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって連続する線状の凹みと、一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって連続する線状の凸部からなるものでもよく、例３のように、ガラスとの接触面に島状の不連続な突起を有する冷却板をガラス上面と接触させることにより、ガラス上面の一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって複数の不連続な凹みと、それら凹みを取り囲む、一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって連続する線状の凸部と、ガラス移動方向において連続する線状の凸部とからなるものでもよい。例３のように格子状の凹凸を形成すると、ガラス表面のいずれの方向の変形に対しても強度を上げることができる。また、ガラス板の成形工程において、板幅方向の温度分布（粘度分布）は、ほぼ円弧に近い形状となるため、例２のように冷却板接触前のガラス表面の等温線に近似した円弧状に凹凸を形成すれば、ほぼ均一な粘度の位置で凹凸パターンを形成することができる。また、例１に示すようにガラス移動方向に直交する方向に連続するように凸部を形成することは、厚み方向への収縮に対する強度増大の点では最も好ましい。また、凹凸パターンとしては、図４に示すように凸部が交差する格子形状とすることもできる。なお、凹凸は、冷却工程において最も変形しやすいガラス板幅方向中央部を含むように形成すればよく、成形の早期段階で固化が進んでいる両端から内側数ミリの位置までは、必ずしも凹凸を形成する必要はない。つまり凸部両端とガラス板両端は一致させなくてもよい（例１〜３参照）。

例えば例３に示すように島状の凹みを形成する場合、隣接する凹み同士の間隔が狭いほど、またガラス上面の凹みの数が多いほど、概ね変形に対する強度を高めることができる。ただし、凹み密度によっては、作製したガラス板から複数個のガラス片を分割切断する際、切断位置によって体積差が大きくなることがある。このような場合は、例えば１つのガラス片に同数の凹みが含まれるようにガラス板からガラス片を分割切断できる切断位置を選定することが好ましい。

凹凸の高低差（凹み深さ）は、大きいほど強度向上効果は高い。ただし、作製されたガラス板から分断したガラス片は、通常、重量公差内に入るように研磨等により凹凸を除去して使用される。そのため、凹み深さが大きく個々の重量偏差が大きいと除去しなければならないガラス量が増える。よって、本発明では強度向上効果と後工程の作業性を考慮して凹み深さを決定することが好ましい。以上の点を考慮すると、例えば、厚みに対して概ね１〜５％程度の凹み深さとなるように凹凸を形成することができる。

凹凸の断面形状は、断面二次モーメントを効果的に増大し得る四角形のような形状が好ましいが、実用上、三角、半円等でも差し支えない。但し、鋭角部分があるとその部分を起点として熱衝撃、機械的衝撃で微細なクラック発生の原因となりやすいので、鋭角部分を含む形状は避け、エッジ部分に多少の丸みを持たせることが望ましい。

冷却板は、ガラス上面との接触面が長方形や正方形のものでもよいが、鋳型内に鋳込まれ上流側から下流側へ移動するガラスの温度分布を考慮すると、ガラス上面の鋳型側壁に近い部位ほど、より上流側から冷却を開始することが好ましいため、そのような冷却が可能な形状であることが好ましい。そのような冷却板としては、図１〜３の図（２−１）に示す平面形状のものを挙げることができる。冷却板に設ける突起は、所望の凹凸をガラス上面に形成できる形状とすればよい。図１〜３の図（２−１）、（２−２）には、ガラス上面との接触面に２列並べて突起を設けた冷却板を示したが、突起は１列のみ設けてもよく、また３列以上設けてもよい。ただし、ガラス上面において、冷却板との接触により凹凸が形成された部位が冷却板の突起と再度接触すると、凹凸形状が損なわれるおそれがある。そのため、２列以上突起を設ける場合は、列同士の間隔は、ガラスの移動速度を考慮して決定することが好ましい。

次に、本発明のガラス板の製造方法の具体的態様を、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、下記態様に限定されるものではない。

図５は、本発明において使用可能なガラス板製造装置の平面図であり、図６は、その側面図である。
図５および図６に示すガラス板の製造装置は、熔融ガラスを鋳込む溝形の鋳型部１と、ガラスを連打および冷却するための冷却板２と、溝形の鋳型部１内に熔融した光学ガラス３を供給する円管状のオリフィス４とを有する。なお、図示しないが、連打用の冷却板２は、連打動作を行う連打動作装置に固定されて連打動作ができるようになっており、また、オリフィス４は、図示しない熔融炉等に接続されている。

鋳型部１は、略長方形をなした平板状の底板１１と、この底板の両側部にこの底板１１に対して略直角になるように、かつ、互いに対向して略平行になるように固定された２枚の側板１２，１３と、前記底板１１および側板１２、１３に対して略直交するように、これらの長手方向の一方の端部に取り付けられたストッパ板（堰板）１４とを有する。鋳型部１は、前記底板１１の表面である底面１１ａや側板１２，１３の表面である側壁１２ａ、１３ａ、およびストッパ板１４の表面であるストッパ面１４ａ等によって囲まれて形成される溝状部分を鋳型とするものである。

オリフィス４の熔融ガラスの流出口は、溝形の鋳型部１内のストッパ板１４の近傍に熔融ガラス３を流出させるように配置されている。すなわち、上述の構成のガラス板の製造装置は、熔融ガラス３を、円管状のオリフィス４より流出させ、オリフィス４の下部に水平に配置された上部開放の溝型の固定鋳型である鋳型部１の一端部（上流側）に鋳込み、この鋳型部１の他端部（下流側）から成形されたガラスを水平方向に連続的に引き出してガラスを連続成形するものである。なお、鋳型に対して静止したある位置において、ガラスが移動してくる方向を上流側、ガラスが移動していく方向を下流側と呼ぶ。

この場合、鋳型に鋳込まれたガラスの上面、すなわち自由表面が未だ軟化状態にある間に、定められた位置で、所定の表面形状を有する冷却板２を所定の高さ位置まで下降させガラスを押圧し、所定の時間の後に上方に逃がす操作を間欠的に繰り返して行い、その操作頻度と押圧時間（接触時間）を調整することで、接触したガラス表面の冷却程度を調整するとともに、ガラス上面の形状を整える。更に、冷却板のガラスとの接触面（押圧面）には、前述のように突起が設けられているため、冷却板との接触によりガラス上面には所望の凹凸が形成される。

図７は、冷却板２の説明図である。図６に示されるように、冷却板２は、押圧面２ａの平面視形状（すなわち、冷却板２がガラス３の上面を押圧する際の状態で、押圧面２ａを鉛直下方から見たと仮定したときの形状で、図６においては、斜線で示してある）を、水平方向に進行するガラス板３に対して冷却板２の接触を開始する位置が、両サイド部でのそれに対して中央部のそれが後方になるように滑らかな曲線を描くように構成されている。また、冷却板２の押圧面２ａの平面視形状がガラス板３の幅方向の中央でガラスの移動方向に一番長く、両サイドに向かうにつれ徐々に短くなるように形成されている。

また、冷却板２の押圧面２ａの上流側の縁部２０ａは、適度な曲率ｒを有する曲面形状に形成されている。これは、接触する冷却板２は、所定の位置で固定されているのに対しガラスは動いているので、冷却板接触時にはガラスの動きは止められるため、冷却板の接触開始点である縁部２０ａが鋭利な角を持っていると、初回の接触時にそこでガラスがめくれ上がる。次の接触時には平面で押圧されるため平らに成形されるが、場合によっては局部的に折れ込むことになる。そのため接触開始点である縁部２０ａは滑らかな曲率を持つことが望ましい。

また、冷却板２の温度を一定に保つように冷却板に冷却機構が設けられている。すなわち、冷却板２には、２本の冷却通路２１、２２が設けられている。これら冷却通路２１、２２は、冷却板２の中央部下流側に冷却用空気の導入口２１ａ、２２ａを有し、冷却板２の両サイド部に冷却用空気の排出口２１ｂ、２２ｂを有し、ガラス板３の幅方向の中心に対して半分ずつ独立して冷却量の調整ができるようになっている。

ストッパ板１４は、鋳型の一端部（上流側端部）を閉じて熔融ガラス３が鋳型から流出しないようにし、熔融ガラス３が円滑に下流側に移動するようにするために、そのストッパ面１４ａは、平面視形状がアーチ形に形成されている。

底板１１は、その底面１１ａが水平になるように設置され、ガラスの移動方向が水平方向になるように構成されている。もし、底面１１ａがガラスの移動方向に下がっていると、低粘度の熔融ガラスを鋳込んだ場合、オリフィスから流出した熔融ガラスが側壁とストッパ板によって囲まれた鋳型内に充分広がる前に、移動方向に流動するため、良好な成形が困難になることがあるからである。なお、オリフィス４から熔融ガラス３が鋳込まれるオリフィス直下の部分周辺の底面は温度が上がり過ぎるおそれがあるので、温度が上がり過ぎないように、この部分の底板は冷却するようにしている。また、それ以外の底板部分は、ガラスが過度に冷却されないようヒーターによって加熱できるようになっている。

また、鋳込まれた熔融ガラス３が側板２１、２２に触れて必要以上に冷却されないように、また過剰に温度が上がらないように、図示しないが、側板２１、２２はヒーターによって加熱・温度制御できるようになっている。なお、鋳型部１の材料としては、熱伝導の良さやガラスとの濡れにくさの点から、金属または黒鉛を用いることが好ましい。

また、冷却板にとって望ましい特性は、以下の通りである。
ａ．熱伝導率の高いこと。
ｂ．耐熱性、耐酸化性に優れていること。
ｃ．ガラスに濡れにくいこと。
ｄ．複雑な形状に加工しやすいこと。
ｅ．溶融ガラスをプレス成形するのに十分な機械的強度を持つこと。
以上の点を考慮すると、冷却板２の材料としては、鉄（鋳鉄）、ニッケル、ニッケル系耐熱合金等の金属材料を用いることが好ましい。

また、ガラス上面を冷却板と接触させることよりどの程度冷却するかは「時間当たりの冷却板の接触頻度」、「接触の時間」、「冷却板に流す冷却空気の温度」、「冷却板に流す冷却空気の流量」で調整することができる。但し、「接触の時間」中はガラスの動きを冷却板で停止させることになり、長時間の停止は「折れ込み」等の品質欠陥を発生させる原因にもなるので、あまり長くすることは好ましくない。具体的には、時間当たりの冷却板の接触頻度は、１回／数秒〜十数秒、接触時間は 十分の数秒、冷却板に流す冷却空気の温度やその流量は、冷却構造にも依存するので一概に決められないが、冷却板の接触面温度がガラス転移点を超えず、かつ必要以上に低くなり過ぎない温度を保つ量 とすることが適当である。但し、上記範囲に限定されるものではなく、ガラスの移動速度や粘度特性等も考慮し適切な範囲に設定すべきである。

上述のガラス板製造装置によって成形されたガラス板は鋳型から移動方向に沿って引き出され、アニール炉の中へとコンベアによって移送される。アニール炉中を通過する過程でガラス板は徐冷され、アニール炉外へと移動していく。鋳型内でのガラスの移動は、成形後のガラス板を上記のようにコンベアで移動方向に移送することによってなされる。ガラス板は鋳型内からアニール炉内を通り、アニール炉から出るまで連続した１枚の板である。そしてアニール炉から出た所で適当な長さに切断される。このようにして１枚のガラス板から、板状ガラスを次々に得ることができる。こうして得られたガラス板は、ガラス片に分割してプレス成形用ガラス素材として用いることができる。その詳細は後述する。

前述のように、本発明のガラス板の製造方法によれば、熔融された光学ガラスを溶融し、円管状のオリフィスより流出し、連続して均一な肉厚の板形状に成形することが可能である。また、低粘度（高温）で流出した熔融ガラスを平坦な底面と前記底面を挟んで互いに平行な側壁を備えた鋳型に鋳込み、急冷成形する方法なので、失透しやすい光学ガラスにも適用できる。この成形方法は、引き上げ量（オリフィスから流出する単位時間あたりの熔融ガラスの体積）が３０ｃｃ／ｍｉｎ〜４００ｃｃ／ｍｉｎ程度の場合に好適である。また、板厚６ｍｍ以上（好ましくは８〜２０ｍｍ）のガラス板の成形に好適である。さらに、厚み１に対して幅が２０以内（好ましくは５〜１５）の比較的厚みのあるガラス板の製造に適している。

本発明のガラス板の製造方法によって製造されるガラス板の主要な用途は、プレス成形用ガラス素材を得るための中間体である。即ち、製造されたガラス板は、後述するように縦横に切断しサイコロ状の小片にした後、角落としと重量調整のためのバレル研磨工程を経てプレス成形用素材とすることができる。得られたプレス成形用素材は、加熱・軟化してプレス成形することにより、またはプレス成形された物品に研削、研磨加工を施すことによって、レンズなどの光学部品等とすることができる。

このような用途では、ガラス板材料の肉厚が不均一であると、プレス成形用素材としての小片の重量偏差を小さくするために切断幅をその箇所の肉厚に合わせて変更しなければならず、極めて煩雑なホイール間隔調整操作が求められるのみでなく、切断幅の調整でうまく修正しきれない場合は材料ロスとなったり、バレル研磨加工の時間を長く取ることで更に重量調整する必要が出てくるので、生産効率が非常に悪くコストアップの原因となるが、本発明によれば、ガラス板の肉厚を均一にできるので、ガラス板を一定の切断幅で分割切断しても、切断されたガラス片の重量偏差が増大することを抑えることができる。

[プレス成形用ガラス素材の製造方法]
本発明は、本発明のガラス板の製造方法によりガラス板を作製し、作製されたガラス板からガラス片を分割し、該ガラス片に研磨加工を施しプレス成形用ガラス素材を得るプレス成形用ガラス素材の製造方法に関する。
以下に、本発明のプレス成形用ガラス素材の製造方法の具体的態様を説明する。

先に説明したように供給されるガラス板の端部を切断して得られたガラス板からガラス片（カットピースと呼ばれる）を分割する方法としては、ダイヤモンドホイール、ワイヤーソー、砥石などを用いた切断法、分割したい部位にスクライブ加工を施してケガキ線を形成し、ケガキ線から破断が拡張してガラスが割断するようにガラス板に圧力を加える方法などを用いることができる。こうして分割されたガラス片に、バレル研磨等の研磨加工を施すことにより、プレス成形用ガラス素材を得ることができる。
本発明のガラス板の製造方法によれば、両端と中心部との厚みの差が少なく均一な肉厚のガラス板を得ることができるので、縦横に切断する間隔を等しくしておけば、カットピースの体積をある程度揃えることができ、切断箇所毎に切断幅を調整しなくてもカットピースの重量偏差を抑えることができる。したがって、各カットピースの重量、体積を揃えるために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を低減できるとともに、バレル研磨の加工時間を短縮化し、省資源化、省エネルギー化が可能になる。カットピースは、通常、角落としと、より重量偏差を小さくするためのバレル研磨とが施されてプレス成形用素材に仕上げられる。上記研磨加工によってガラス板上面に形成した凹凸を軽く除去することにより、表面がほぼ平滑なプレス成形用ガラス素材を得ることができるが、多少凹凸が残っても、レンズに研削・研磨加工する段階で除去される深さであれば、カットピースとしては問題ない。

[光学部品の製造方法]
本発明の光学部品の製造方法の第一の態様は、本発明のプレス成形用ガラス素材の製造方法によりプレス成形用ガラス素材を作製し、作製されたプレス成形用ガラス素材を加熱し、プレス成形することにより光学部品を得る光学部品の製造方法である。本態様は、いわゆる精密プレス成形により光学部品を得る態様である。精密プレス成形では、通常、１０⁵〜１０⁸ポアズの粘度になる温度までプレス成形用素材を非酸化性雰囲気中で加熱、成形型によってプレス成形し、成形型の成形面の形状を精密にガラスに転写成形する。こうして得られるプレス成形品は高い形状精度を有しており、そのまま、レンズなどの光学部品として使用することができる。

本発明の光学部品の製造方法の第二の態様は、本発明のプレス成形用ガラス素材の製造方法によりプレス成形用ガラス素材を作製し、作製されたプレス成形用ガラス素材を加熱し、プレス成形してガラス成形品を作製し、該ガラス成形品に研削および／または研磨工程を施すことにより光学部品を得る光学部品の製造方法である。本態様では、プレス成形後に研削、研磨を経て光学部品を得る。このような製造方法では、一般に、プレス成形用ガラス素材を大気中において、１０⁴〜１０⁶ポアズ程度の粘度になる温度まで加熱し、成形型によってプレス成形する。上記温度範囲におけるプレス成形において、目的とするガラス物品の形状に近似するガラス成形品を得た後、研削、研磨加工を施して、例えばレンズなどのように高い形状精度が要求される光学部品に仕上げることができる。

このような方法により、非球面レンズ、球面レンズ、レンズアレイ、マイクロレンズ、回折格子、プリズムなどの光学部品を高い生産性のもと製造することができる。光学部品の表面には必要に応じて反射防止膜などの光学多層膜を形成してもよい。

以下に、実施例により本発明をより詳細に説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。

[実施例１]
図５および６に示すガラス板製造装置を使用し、下記方法によりガラス板を製造した。
円管のオリフィスから流量100cc/minで流出する1050℃の光学ガラスを、550℃に保持された幅150mmの溝型状の鋳型に鋳込み速度60mm/minで水平方向に連続的に引き出す成形において、オリフィスの後方約80mmの位置に厚み30mmで図１に示す接触面形状（サイド部前縁に対する中央部前縁の後退量：25mm、サイド部接触幅15mmに対し板中心接触幅55mm、接触面は中央部前縁から10mmと12mm後退した位置にそれぞれ幅１mm高さ0.5ｍｍの、ガラス板幅方向に貫通した突起が２本ある）を持つ鋳鉄製の冷却板を設置し、4秒に１回の頻度で接触時間0.1秒ずつ荷重２０kgwで押圧したところ、ガラス板上表面には２ｍｍピッチで溝幅1ミリ、深さ約０．４ミリの横縞模様のパターンが形成された。
こうして得られたガラス板は、成形肉厚15mmにおいて幅130mm内の肉厚偏差は、板幅方向において、凹凸を形成しない場合と比べて、平均で0.3mm程度小さくすることができた。このとき冷却板に流した冷却空気の温度は20℃、流量は左右それぞれ45L/min、50L/minずつとした。

[実施例２]
実施例１で得られた光学ガラスからなるガラス板を徐冷した後、適当な長さに切断し、さらにダイヤモンドホイールの切断機で縦横に分割切断して、重量、体積が一定の複数個のカットピースを作製した。この際、切断幅は切断箇所によらず一定とした。
さらにこれらのカットピースにバレル研磨を施して、プレス成形用素材を得た。
従来法ではバレル研磨による除去量は平均すると８〜９％程度は必要であったが、本実施例では平均約２％除去量を低減することができた。

[実施例３]
実施例２で得られたプレス成形用素材を大気中でガラスの粘度が１０⁵ポアズになるまで加熱し、成形型を用いてレンズ形状に近似した成形品をプレス成形した。このプレス成形品を徐冷した後、研削、研磨加工を施してレンズを得た。同様な方法により、レンズ以外の光学部品も作製することができる。

本発明によれば、レンズ等の光学部品を高い生産性をもって提供することができる。

間欠的接触による冷却に使用可能な冷却部材の例（例１）および該冷却部材との接触によりガラス上面に形成される凹凸パターンを示す。 間欠的接触による冷却に使用可能な冷却部材の例（例２）および該冷却部材との接触によりガラス上面に形成される凹凸パターンを示す。 間欠的接触による冷却に使用可能な冷却部材の例（例３）および該冷却部材との接触によりガラス上面に形成される凹凸パターンを示す。 ガラス上面に形成する凹凸パターンの一例を示す。 本発明において使用可能なガラス板製造装置の平面図である。 図５に示すガラス板製造装置の側面図である。 図５および６に示す冷却板の説明図である。

Claims (6)

1. 一対の対向する側壁と底面とを有し、かつ上部が開放された鋳型内へ、熔融ガラス流を連続して鋳込み、鋳込まれたガラスを両側壁に沿って一方向に移動させながら板状に成形するガラス板の製造方法において、
   鋳型内を移動するガラスの上面に突起を有する部材を接触させることにより、該上面の冷却を促進するとともに、該上面に、一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって凸部が連続するように凹凸を形成することを特徴とするガラス板の製造方法。
2. 前記凹凸は、前記一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって連続する線状の凹みを含む請求項１に記載のガラス板の製造方法。
3. 前記凹凸は、前記一方の側壁側から他方の側壁側へ向かって複数の不連続な凹みを含む請求項１に記載のガラス板の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法によりガラス板を作製し、作製されたガラス板からガラス片を分割し、該ガラス片に研磨加工を施しプレス成形用ガラス素材を得るプレス成形用ガラス素材の製造方法。
5. 請求項４に記載の方法によりプレス成形用ガラス素材を作製し、作製されたプレス成形用ガラス素材を加熱し、プレス成形することにより光学部品を得る光学部品の製造方法。
6. 請求項４に記載の方法によりプレス成形用ガラス素材を作製し、作製されたプレス成形用ガラス素材を加熱し、プレス成形してガラス成形品を作製し、該ガラス成形品に研削および／または研磨工程を施すことにより光学部品を得る光学部品の製造方法。