JP5092917B2 - 溶融ガラス微小滴の製造装置及び製造方法、ガラスゴブの製造装置及び製造方法、並びにガラス成形体の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融ガラス微小滴の製造装置及び製造方法、ガラスゴブの製造装置及び製造方法、並びにガラス成形体の製造装置及び製造方法に関する。

近年、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズ等として、ガラス製の光学素子が広範にわたって利用されている。このようなガラス製の光学素子として、ガラス素材を成形金型で加圧成形して製造したガラス成形体を用いることが多くなってきた。

加圧成形によってガラス成形体を製造する方法として、リヒートプレス法及び液滴成形法と呼ばれる２つの方法が知られている。リヒートプレス法は、予め作製しておいた所定質量及び形状を有するガラスプリフォーム（予備成形体）を成形型と共に加熱して加圧成形する方法であり、ガラス溶融炉等の大型設備を必要としないことから広く実施されている。

リヒートプレス法に用いるガラスプリフォームとしては、従来、研削・研磨等の機械加工によって製造されたもの（研磨プリフォーム）を用いることが多かったが、研磨プリフォームの作製には多大な労力と時間を要するという問題があった。そのため、下型の上に滴下した溶融ガラス滴を冷却固化してガラスゴブ（ガラス塊）を作製し、得られたガラスゴブを、リヒートプレス法のガラスプリフォーム（ゴブプリフォーム）として用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、液滴成形法は、所定温度に加熱した下型に溶融ガラス滴を滴下させ、滴下した溶融ガラス滴を、該下型と上型とで加圧成形してガラス成形体を得る方法である（例えば、特許文献２参照）。この方法は、下型や上型等の加熱と冷却を繰り返す必要がなく溶融ガラス滴から直接ガラス成形体を製造することができるので、１回の成形に要する時間を非常に短くできることから注目されている方法である。

また、近年における各種光学装置等の小型化に伴い、小型のガラスゴブやガラス成形体の需要が高まっている。しかし、そのような小型のガラスゴブやガラス成形体の製造に十分対応できるだけの微小な溶融ガラス滴を、ガラス溶融槽に接続された滴下ノズルから直接滴下することはできなかった。そのため、貫通孔を有する微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、当該溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離することで、溶融ガラス微小滴を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６１−１４６７２１号公報 特開平１−３０８８４０号公報 特開２００２−１５４８３４号公報

特許文献３に記載の方法により溶融ガラス微小滴を製造する場合、溶融ガラス微小滴を分離した後の余剰ガラスが、微小化部材の貫通孔に残留する。そのため、溶融ガラス微小滴を１つ分離するごとに、貫通孔に残された余剰ガラスを除去する工程が必要である。

しかしながら、特許文献３に記載の方法では、余剰ガラスを除去する工程が終了するまで、次の溶融ガラス微小滴を分離することができないため、１つの溶融ガラス微小滴を製造するのに必要な時間（以下、「タクトタイム」という）が長く、製造コストが高いという問題があった。

また、タクトタイムが長いと、溶融ガラス微小滴の製造が、滴下ノズルから溶融ガラス滴が滴下する間隔に追いつかなくなる。そうなると、実際に溶融ガラス微小滴の製造に使用される溶融ガラス滴は、滴下ノズルから滴下する溶融ガラス滴のうちの一部のみ（通常、２〜１０滴のうちの１滴）となり、他は廃棄することになるため、溶融ガラスの消費量が大きいという問題があった。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、タクトタイムを短縮して、製造コストを低減するとともに、溶融ガラスの消費量を抑制することができる溶融ガラス微小滴の製造装置及び製造方法、ガラスゴブの製造装置及び製造方法、並びにガラス成形体の製造装置及び製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１． 溶融ガラス滴を滴下するための滴下ノズルと、
前記溶融ガラス滴の一部を通過させ、溶融ガラス微小滴を分離するための貫通孔を有する微小化部材と、を備える溶融ガラス微小滴の製造装置において、
複数の前記微小化部材と、
前記複数の微小化部材を、前記溶融ガラス滴の滴下経路に１つずつ順に配置する手段と、
前記溶融ガラス滴の滴下経路から外れた位置で、前記微小化部材から、前記溶融ガラス微小滴を分離した後に残される余剰ガラスを除去する手段と、を備え、
前記余剰ガラスを除去する手段は、前記微小化部材を上下反転させ、前記余剰ガラスを自重により落下させる手段であることを特徴とする溶融ガラス微小滴の製造装置。

２． 前記１に記載の溶融ガラス微小滴の製造装置と、
前記溶融ガラス微小滴を受けるための下型と、を備えることを特徴とするガラスゴブの製造装置。

３． 前記下型を複数備え、
前記複数の下型を、前記溶融ガラス微小滴を受けるための位置に１つずつ順に配置する手段を備えることを特徴とする前記２に記載のガラスゴブの製造装置。

４． 前記微小化部材を配置する手段および前記下型を配置する手段は、夫々、前記微小化部材および前記下型を、前記溶融ガラス滴の滴下経路と前記滴下経路から外れた位置との間、および、前記溶融ガラス微小滴を受けるための位置と前記位置から外れた位置との間を、円環状または直線状に循環または往復させることを特徴とする前記３に記載のガラスゴブの製造装置。

５． 前記複数の微小化部材の個数と前記複数の下型の個数とは異なることを特徴とする前記３または４に記載のガラスゴブの製造装置。

６． 前記２〜５のいずれかに記載のガラスゴブの製造装置と、
前記下型で受けた溶融ガラス微小滴を加圧成形するための上型と、を備えることを特徴とするガラス成形体の製造装置。

７． 前記上型を複数備え、
前記複数の下型を配置する手段は、前記下型の夫々を、前記溶融ガラス滴の滴下経路と前記下型の夫々に対応する前記上型による加圧成形の位置との間を順に移動させることを特徴とする前記６に記載のガラス成形体の製造装置。

８． 貫通孔を有する微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、当該溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離する溶融ガラス微小滴の製造方法において、
前記溶融ガラス滴の滴下経路に、第１の微小化部材を配置する工程と、
前記第１の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下して溶融ガラス微小滴を分離する工程と、
前記第１の微小化部材を前記滴下経路から退避させ、第２の微小化部材を前記滴下経路に配置する工程と、
前記第１の微小化部材に残された余剰ガラスを、前記滴下経路から外れた位置で除去する工程と、
前記余剰ガラスを除去する工程が完了する前に、前記第２の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下して溶融ガラス微小滴を分離する工程と、を有し、
前記余剰ガラスを除去する工程は、前記第１の微小化部材を上下反転させ、前記余剰ガラスを自重により落下させる工程であることを特徴とする溶融ガラス微小滴の製造方法。

９． 前記余剰ガラスを除去する工程は、前記余剰ガラスの温度が（Ｔｇ＋５０）℃以下の状態で行うことを特徴とする前記８に記載の溶融ガラス微小滴の製造方法。

ただし、Ｔｇは、前記余剰ガラスのガラス転移温度である。

１０． 前記８または９に記載の溶融ガラス微小滴の製造方法を含むガラスゴブの製造方法であって、
前記第１の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、分離された溶融ガラス微小滴を第１の下型に滴下する工程と、
前記第１の下型に滴下された溶融ガラス微小滴を前記第１の下型の上で冷却する工程と、
前記第１の下型の上で溶融ガラス微小滴が冷却されることにより得られたガラスゴブを回収する工程と、
前記ガラスゴブを回収する工程が完了する前に、前記第２の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、分離された溶融ガラス微小滴を第２の下型に滴下する工程と、を備えることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
１１． 前記第１の微小化部材および前記第２の微小化部材と、前記第１の下型および前記第２の下型とは、夫々、前記溶融ガラス滴の滴下経路と前記滴下経路から外れた位置との間、および、前記溶融ガラス微小滴の滴下位置と前記滴下位置から外れた位置との間を、円環状または直線状に循環または往復することを特徴とする前記１０に記載のガラスゴブの製造方法。

１２． 前記８または９に記載の溶融ガラス微小滴の製造方法を含むガラス成形体の製造方法であって、
前記第１の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、分離された溶融ガラス微小滴を第１の下型に滴下する工程と、
前記第１の下型に滴下された溶融ガラス微小滴を前記第１の下型と第１の上型とで加圧成形する工程と、
前記第１の下型と前記第１の上型とによる加圧成形によって得られたガラス成形体を回収する工程と、
前記ガラス成形体を回収する工程が完了する前に、前記第２の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、分離された溶融ガラス微小滴を第２の下型に滴下する工程と、を備えることを特徴とするガラス成形体の製造方法。

本発明によれば、溶融ガラス微小滴の製造後、微小化部材に残された余剰ガラスの除去を待たずに、次の溶融ガラス微小滴の製造を行うことができるため、タクトタイムを短縮することができる。従って、溶融ガラス微小滴の製造コストを低減することができ、また、溶融ガラスの消費量を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図１１を参照しつつ詳細に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態であるガラスゴブの製造方法及び製造装置について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態におけるガラスゴブの製造方法のフローチャートである。また、図２は、本実施形態のガラスゴブの製造装置を示す斜視図であり、図３は、図２に示したガラスゴブの製造装置のＡ−Ａ断面図である。ここで、図３（ａ）は、滴下ノズルから溶融ガラス滴を滴下し、１個目の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ１０２）における状態を示しており、図３（ｂ）は、微小化部材から余剰ガラスを除去する工程（工程Ｓ１０５）と、２個目の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ１０６）とを並行して行っている状態を示している。

図２、図３に示すガラスゴブの製造装置１０は、溶融ガラス微小滴の製造装置２０と、溶融ガラス微小滴を受けるための下型１１とを備えている。溶融ガラス微小滴の製造装置２０は、溶融ガラス滴３０を滴下するための滴下ノズル２６、貫通孔２７を有する２つの微小化部材２１ａ及び２１ｂを備えている。なお、ここでは、２つの微小化部材２１ａ及び２１ｂを備える場合を例に挙げて説明するが、微小化部材の数は２つに限定されるものではなく、更に多数の微小化部材を備えていてもよい。

微小化部材２１ａ及び２１ｂは、回転テーブル２２に支持されている。回転テーブル２２は、コントローラ２８によって制御されるモータ２４によって軸２３を中心に回転し、微小化部材２１ａ及び２１ｂを、溶融ガラス滴３０の滴下経路ＤＬ上の位置Ｐ１と、滴下経路ＤＬから外れた位置Ｐ２との間を順に移動させる。即ち、回転テーブル２２、モータ２４、及びコントローラ２８は、微小化部材２１ａ、２１ｂを、溶融ガラス滴３０の滴下経路ＤＬに１つずつ順に配置する手段として機能する。

また、溶融ガラス微小滴の製造装置２０は、位置Ｐ２の上方に、吸着装置２５を備えている。吸着装置２５は、微小化部材２１ａに残された余剰ガラス３２を、滴下経路ＤＬから外れた位置Ｐ２で除去する手段として機能する。

下型１１は、上面に、分離された溶融ガラス微小滴を受ける凹面部１２が設けられている。溶融ガラス微小滴を受ける面は、凹面に限定されるものではなく、製造するガラスゴブの形状に応じて、平面、凸面など、種々の形状とすることができる。

下型１１は、予め所定温度に加熱しておく。下型１１の温度が低すぎると、ガラスゴブの下面（下型１１との接触面）に大きなしわが発生しやすく、また、急速に冷却されることによってガラスゴブにワレやクラックが発生する場合がある。逆に、必要以上に温度を高くしすぎると、ガラスと下型１１との間に融着が発生したり、下型１１の寿命が短くなったりするおそれがある。実際には、ガラスの種類や、形状、大きさ、下型１１の材質、大きさ等種々の条件によって適正な温度が異なるため、実験的に適正な温度を求めておくことが好ましい。通常は、使用するガラスのガラス転移温度をＴｇとしたとき、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定することが好ましい。

このため、下型１１は、図示しない加熱手段によって所定温度に加熱できるように構成されている。加熱手段は、公知の加熱手段の中から適宜選択して用いることができる。例えば、下型１１の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒータや、下型１１の外側に接触させて使用するシート状のヒータ、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置等を用いることができる。

下型１１の材料は、溶融ガラスの受け型や成形金型に用いられる公知の材料の中から、条件に応じて適宜選択して用いることができる。好ましく用いることができる材料として、例えば、各種耐熱合金（ステンレス等）、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等）、カーボンを含んだ複合材料等が挙げられる。

また、下型１１の更なる耐久性向上やガラスとの融着防止などのため、表面に被覆層を設けておくことも好ましい。被覆層の材料にも特に制限はなく、例えば、種々の金属（クロム、アルミニウム、チタン等）、窒化物（窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化硼素等）、酸化物（酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン等）等を用いることができる。被覆層の成膜方法にも制限はなく、公知の成膜方法の中から適宜選択して用いればよい。例えば、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等が挙げられる。

以下、図１に示したフローチャートに従って、本実施形態の各工程を順に説明する。

先ず、溶融ガラス滴３０の滴下経路ＤＬに、微小化部材２１ａを配置する（工程Ｓ１０１）。ここでは、コントローラ２８の指示によってモータ２４を駆動させ、軸２３を中心に回転テーブル２２を回転させることにより、微小化部材２１ａを、滴下経路ＤＬ上の位置Ｐ１に移動させればよい。

次に、微小化部材２１ａに溶融ガラス滴３０を滴下して、溶融ガラス微小滴３１を分離する（工程Ｓ１０２）。

滴下ノズル２６は、溶融ガラスを貯留する溶融槽に接続されている。図示しないヒータにより、滴下ノズル２６を所定温度に加熱すると、溶融ガラスが自重によって滴下ノズル２６の内部に設けられた流路を通過し、表面張力によって先端部に溜まる。一定質量の溶融ガラスが溜まると、滴下ノズル２６の先端部から自然に分離し、一定質量の溶融ガラス滴３０が滴下する。

滴下ノズル２６から滴下する溶融ガラス滴３０の質量は、滴下ノズル２６の先端部の外径などによって調整可能であり、ガラスの種類等によるが、０．１ｇから２ｇ程度の溶融ガラス滴３０を滴下することができる。

また、微小化部材２１ａに滴下する溶融ガラス滴３０の質量は、製造する溶融ガラス微小滴３１の質量よりも大きいことが必要である。通常、製造する溶融ガラス微小滴３１の質量に対する、溶融ガラス滴３０の質量の比が小さすぎると、溶融ガラス微小滴３１の質量ばらつきが大きくなる傾向がある。そのため、微小化部材２１ａに滴下する溶融ガラス滴３０の質量は、製造する溶融ガラス微小滴３１の質量の２倍以上とすることが好ましい。

使用できるガラスの種類に特に制限はなく、公知のガラスの中から用途に応じて選択して用いることができる。例えば、ホウケイ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸ガラス、ランタン系ガラス等の光学ガラスが挙げられる。

溶融ガラス滴３０が微小化部材２１ａに滴下すると、その衝撃によって溶融ガラス滴３０の一部が貫通孔２７を通過し、表面張力に打ち勝って分離して、溶融ガラス微小滴３１となる。溶融ガラス微小滴３１は、微小化部材２１ａの下方に配置された下型１１によって受けられ、冷却・固化してガラスゴブとなる。

図３に示すように、微小化部材２１ａの貫通孔２７の内周面は、溶融ガラス滴３０が進入する入り口に向かって孔径が広がるテーパー部５１と、略一定の径を有するストレート部５２とを有していることが好ましい。このように、貫通孔２７の内周面にテーパー部５１を設けることで、溶融ガラス微小滴３１の質量ばらつきを低減させることができる。質量ばらつきを低減させる観点からは、テーパー部５１のうち、溶融ガラス滴３０が最初に接触する位置におけるテーパーの開き角が３０°〜９０°の範囲であることが好ましく、テーパーの開き角が３０°〜６０°の範囲であることがより好ましい。

溶融ガラス微小滴３１の大きさ（質量）は、種々のパラメータの影響を受ける。例えば、溶融ガラスの粘度、表面張力、比重、微小化部材２１ａに滴下する際の溶融ガラス滴３０の温度や速度、ストレート部５２の孔径、ストレート部５２の長さ、テーパー部５１のテーパーの開き角、貫通孔２７の内周面の平滑度、微小化部材２１ａの熱容量や材質等が挙げられる。そのため、これらのパラメータを適宜調整することによって溶融ガラス微小滴３１の大きさを調整することが可能である。

例えば、ストレート部５２の孔径を大きくすると、得られる溶融ガラス微小滴３１は大きくなり、ストレート部５２の孔径を小さくすると、得られる溶融ガラス微小滴３１は小さくなる。従って、ストレート部５２の孔径を適宜選択することにより、溶融ガラス微小滴３１の大きさを調整することができる。

溶融ガラス微小滴３１の大きさ（質量）は、微小化部材２１ａに滴下する際の溶融ガラス滴３０の温度によっても変化する。溶融ガラス滴３０の温度を上げると粘度が下がるため、溶融ガラス微小滴３１の質量は大きくなる。反対に溶融ガラス滴３０の温度を下げると粘度が上がるため、溶融ガラス微小滴３１の質量は小さくなる。また、溶融ガラス滴３０の温度が低すぎると、粘度が高くなりすぎ、溶融ガラス微小滴３１を得ることが困難になる場合がある。逆に、溶融ガラス滴３０の温度が高すぎると、滴下の過程で泡や脈理が発生し、得られるガラスゴブの内部品質に問題が出てくる場合がある。そのため、これらの問題を考慮した上で、適切な温度条件を設定することが好ましい。

また、滴下ノズル２６と微小化部材２１ａとの距離によって、溶融ガラス滴３０が微小化部材２１ａに滴下する際の衝撃力が変化し、溶融ガラス微小滴３１の大きさが変化する。距離が長い場合には得られる溶融ガラス微小滴３１の質量は大きくなり、距離が短い場合には得られる溶融ガラス微小滴３１の質量は小さくなる。滴下ノズル２６の先端と微小化部材２１ａとの距離は、一般には１００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲が好ましく、２００ｍｍ〜２０００ｍｍの範囲がより好ましい。

微小化部材２１ａの材質としては、各種の金属やセラミック等を使用することができるが、耐熱性が高く、酸化等によって貫通孔２７の内周面が劣化しにくいものが好ましい。また、溶融ガラス滴３０との接触によって微小化部材２１ａの温度が変化すると、ストレート部５２の孔径などが変化し、溶融ガラス微小滴３１の質量が変化してしまう。そのため、微小化部材２１ａの材質は、線膨張係数が小さいことが好ましい。中でも、フェライト系ステンレス、タングステン合金など、熱膨張係数が１３×１０^−６／℃以下の材料を用いることが特に好ましい。

次に、固化したガラスゴブを下型１１から回収し（工程Ｓ１０３）、１個目のガラスゴブの製造が完了する。

続いて、２個目のガラスゴブを製造するため、滴下経路ＤＬに配置される微小化部材を切り替える（工程Ｓ１０４）。ここでは、回転テーブル２２を１８０°回転させて、微小化部材２１ａを滴下経路ＤＬから外れた位置Ｐ２に退避させるとともに、微小化部材２１ｂを滴下経路ＤＬ上の位置Ｐ１に移動させる。なお、溶融ガラス微小滴３１の質量ばらつきを低減させる観点から、微小化部材２１ａと２１ｂは、同じ材質及び形状であることが好ましい。

滴下経路ＤＬに配置される微小化部材の切り替えは、所定時間ごとに行ってもよいし、溶融ガラス滴３０の滴下を検知するセンサを設け、センサからの出力によって行ってもよい。溶融ガラス滴３０の滴下を検知するセンサとしては、例えば、溶融ガラス滴３０が滴下経路ＤＬを通過したことを検知する光学センサ、溶融ガラス滴３０が微小化部材２１ａに衝突したことを検知する圧力センサや振動センサなどが挙げられる。

溶融ガラス微小滴を分離した後の微小化部材２１ａには、余剰ガラス３２が残される。そのため、同一の微小化部材２１ａを続けて使用する場合には、残された余剰ガラス３２を除去した後でなければ次の溶融ガラス微小滴を分離することができない。

本実施形態においては、この微小化部材２１ａに残された余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ１０５）と、次の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ１０６）及びそれにより得られたガラスゴブを回収する工程（工程Ｓ１０７）とを並行して行う。これは、１個目のガラスゴブを製造した後に、滴下経路ＤＬに配置される微小化部材を切り替える工程（工程Ｓ１０４）を有することによってはじめて可能となっている。このような工程とすることによって、溶融ガラス微小滴３１を製造するのに必要な時間（タクトタイム）が短縮され、溶融ガラス微小滴の製造コストを低減することができ、また、溶融ガラスの消費量を抑制することができる。

ここで、余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ１０５）について、詳細に述べる。本実施形態において、余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ１０５）は、滴下経路ＤＬから外れた位置Ｐ２に配置された微小化部材２１ａから、吸着装置２５によって余剰ガラス３２を吸着して除去することによって行う。しかし、余剰ガラス３２を除去する手段はこれに限定されるものではなく、例えば、エアー等を吹き付けて余剰ガラス３２を吹き飛ばす方法、微小化部材２１ａを上下反転させて余剰ガラス３２を落下させる方法などにより行うこともできる。

余剰ガラス３２を除去する際、余剰ガラス３２が十分に冷却されていないと、余剰ガラス３２が粘りを有するために微小化部材２１ａに張り付いて除去に失敗したり、貫通孔２７の周辺に微細なガラス片が残存し、次に分離する溶融ガラス微小滴の質量が変化したりする場合がある。そのため、余剰ガラス３２の除去は、余剰ガラス３２の温度が（Ｔｇ＋５０）℃以下の状態で行うことが好ましい。ただし、Ｔｇは、余剰ガラス３２のガラス転移温度である。本実施形態においては、余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ１０５）が完了するのを待たずに、次の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ１０６）等を行うことができるため、余剰ガラス３２が上記温度に冷却されるまでの待ち時間が長い場合でも、タクトタイムに与える影響が小さくてすむというメリットがある。

余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ１０５）と並行して、次の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ１０６）、及び得られたガラスゴブを回収する工程（工程Ｓ１０７）を行う。工程Ｓ１０６では、工程Ｓ１０４で新たに滴下経路ＤＬ上の位置Ｐ１に配置された微小化部材２１ｂに溶融ガラス滴３０を滴下し、溶融ガラス微小滴３１を分離する。工程Ｓ１０６及び工程Ｓ１０７の内容は、上述の工程Ｓ１０２及び工程Ｓ１０３と同様であるため、詳細の説明は省略する。

その後、更に引き続いてガラスゴブの製造を行う場合は、上述の工程Ｓ１０４〜工程Ｓ１０７を繰り返せばよい。

なお、本実施形態の製造方法により製造されたガラスゴブは、リヒートプレス法による各種精密光学素子の製造に用いるガラスプリフォーム（ゴブプリフォーム）などとして使用することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態であるガラスゴブの製造方法及び製造装置について、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は、本実施形態におけるガラスゴブの製造方法のフローチャートである。図５は、本実施形態のガラスゴブの製造装置を上方から見た図（平面図）であり、図６は、図５に示したガラスゴブの製造装置のＢ−Ｂ断面図である。

以下、上述の第１の実施形態と異なる部分を中心に説明し、第１の実施形態と同様の部分については詳細の説明を省略する。

図５、図６に示すガラスゴブの製造装置１０は、４つの微小化部材２１ａ〜２１ｄを有する溶融ガラス微小滴の製造装置２０と、溶融ガラス微小滴を受けるための４つの下型１１ａ〜１１ｄとを備えている。なお、微小化部材と下型の数は４つに限定されるものではなく、それぞれ複数であればよい。微小化部材と下型の数が同じであってもよいし、異なっていてもよい。

４つの微小化部材２１ａ〜２１ｄは、回転テーブル２２に円周４等配で支持され、それぞれ９０°間隔で位置Ｐ１〜Ｐ４に配置されている。回転テーブル２２を、軸２３を中心に９０°ずつ回転させることで、微小化部材２１ａ〜２１ｄを、溶融ガラス滴３０の滴下経路ＤＬに１つずつ順に配置することができる。

また、本実施形態の溶融ガラス微小滴の製造装置２０は、余剰ガラス３２を除去するための吸着装置２５を備えている。図５では、微小化部材２１ｃに残された余剰ガラス３２を、位置Ｐ３で除去するように構成されているが、余剰ガラス３２を除去する位置は、滴下経路ＤＬから外れた位置Ｐ２〜Ｐ４であればよい。

４つの下型１１ａ〜１１ｄは、下型台１３に１列に支持されている。モータ１４によって、下型台１３を図の矢印方向に直線的に移動することで、下型１１ａ〜１１ｄを、溶融ガラス微小滴３１を受けるための位置Ｐ１１に１つずつ順に配置することができる。

以下、図４のフローチャートを用いて、本実施形態のガラスゴブの製造方法の各工程を説明する。

先ず、微小化部材２１ａ及び下型１１ａを所定位置に配置する（工程Ｓ２０１）。ここでは、軸２３を中心に回転テーブル２２を回転させ、微小化部材２１ａを、滴下経路ＤＬ上の位置Ｐ１に移動させる。併せて、下型台１３を移動させ、溶融ガラス微小滴３１を受けるための位置Ｐ１１に下型１１ａを配置する。

次に、微小化部材２１ａに溶融ガラス滴３０を滴下して、溶融ガラス微小滴３１を分離する（工程Ｓ２０２）。分離された溶融ガラス微小滴３１は、位置Ｐ１１に配置された下型１１ａによって受けられ、冷却・固化してガラスゴブとなる。

続いて、２個目のガラスゴブを製造するため、所定位置に配置される微小化部材及び下型を切り替える（工程Ｓ２０３）。ここでは、回転テーブル２２を９０°回転させて、余剰ガラス３２の残された微小化部材２１ａを滴下経路ＤＬから外れた位置Ｐ２に退避させるとともに、微小化部材２１ｂを滴下経路ＤＬ上の位置Ｐ１に移動させる。また、下型台１３を移動させ、溶融ガラス微小滴３１を受けるための位置Ｐ１１に下型１１ｂを配置する。

このように、１個目のガラスゴブを製造した後に、滴下経路ＤＬに配置される微小化部材を切り替えるため、余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ２０４）が完了するのを待たずに、次の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ２０５）を行うことができる。また、併せて、溶融ガラス微小滴３１を受けるための位置Ｐ１１に配置される下型を切り替えるため、１個目のガラスゴブを回収する工程（工程Ｓ２０６）が完了するのを待たずに、次の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ２０５）を行うことができる。

即ち、本実施形態の場合には、余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ２０４）、次の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ２０５）、及び１個目のガラスゴブを回収する工程（工程Ｓ２０６）の３つの工程を、並列に行うことができる。そのため、溶融ガラス微小滴３１を製造するのに必要な時間（タクトタイム）が短縮され、溶融ガラス微小滴の製造コストを低減することができ、また、溶融ガラスの消費量を抑制することができる。

工程Ｓ２０４〜工程Ｓ２０６の各工程の詳細については、上述の第１の実施形態の場合と同様である。

（第３の実施形態）
次に、微小化部材に残された余剰ガラス３２を除去する手段の別の例について、図７、図８を参照しながら説明する。図７は、余剰ガラス３２を除去する手段を備えた微小化部材の切替・除去装置１５を上方から見た図（平面図）であり、図８は、微小化部材２１ｄから余剰ガラス３２を除去する際の動きを模式的に示した図である。上述の第１の実施形態（図２、図３）や第２の実施形態（図５、図６）のガラスゴブの製造装置１０において、回転テーブル２２及び吸着装置２５の代わりに、この切替・除去装置１５を使用することができる。

切替・除去装置１５は、軸２３の周りに、微小化部材２１ａ〜２１ｄを支持する４つの支持部５４を有している。支持部５４は、それぞれ９０°間隔で配置され、軸２３を中心に９０°ずつ回転させることで、微小化部材２１ａ〜２１ｄを、溶融ガラス滴３０の滴下経路ＤＬ上の位置Ｐ１に１つずつ順に配置することができる。また、４つの支持部５４は、それぞれモータ５３を有し、微小化部材２１ａ〜２１ｄを上下反転させることができるように構成されている。

滴下経路ＤＬ上の位置Ｐ１で溶融ガラス微小滴を分離した後、滴下経路ＤＬから外れた位置Ｐ２に移動された微小化部材２１ｄには、余剰ガラス３２が残存している（図８（ａ））。ここで、モータ５３を駆動させて微小化部材２１ｄを上下反転させ、余剰ガラス３２を落下させて除去する（図８（ｂ））。このように、微小化部材２１ｄを上下反転させる方法を用いることで、余剰ガラス３２を簡易かつ確実に除去することができる。また、余剰ガラス３２の除去を更に確実に行うため、図８（ｂ）のように、微小化部材２１ｄの反転中に、エアーノズル１６により上方からエアー等を吹き付けることも効果的である。

なお、余剰ガラス３２の除去は、滴下経路ＤＬから外れた位置Ｐ２〜Ｐ４のいずれかで行えばよい。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態であるガラス成形体の製造方法及び製造装置について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９は、本実施形態におけるガラス成形体の製造方法のフローチャートであり、図１０と図１１は、本実施形態のガラス成形体の製造装置を模式的に示す断面図である。図１０は、１個目の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ４０２）における状態を示しており、図１１は、余剰ガラスを除去する工程（工程Ｓ４０５）と、２個目の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ４０６）とを並行して行っている状態を示している。

本発明のガラス成形体の製造方法は、上述の方法によって製造された溶融ガラス微小滴を下型に滴下し、下型と上型とで加圧成形してガラス成形体を製造する方法である。以下、上述の第１〜第３の実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については詳細の説明を省略する。

図１０、図１１に示すガラス成形体の製造装置４０は、支持部４２に支持された２つの微小化部材２１ａ、２１ｂと、２つの下型１１ａ、１１ｂを備えている。なお、微小化部材と下型の数はこれに限定されるものではない。微小化部材は複数であればよい。また、下型は１つのみでもよく、複数であってもよい。タクトタイムを、より短縮する観点からは複数の下型を備えていることが好ましい。

ガラス成形体の製造装置４０は、支持部４２を図の矢印の方向に移動することで、微小化部材２１ａ、２１ｂを、溶融ガラス滴の滴下経路ＤＬに１つずつ順に配置することができるように構成されている。このように、直線的に移動する支持部４２を用いる代わりに、図２のような回転テーブル２２を用いてもよい。また、滴下経路ＤＬから外れた位置で、微小化部材２１ａ、２１ｂに残された余剰ガラス３２を除去するための２つの吸着装置２５が備えられている。

一方の下型１１ａは、溶融ガラス微小滴３１を受けるための位置Ｐ１１と、加圧成形のための位置Ｐ１２の間を移動できるように構成されている。同様に、もう１つの下型１１ｂは、溶融ガラス微小滴３１を受けるための位置Ｐ１１と、加圧成形のための位置Ｐ１３の間を移動できるように構成されている。

加圧成形のための位置Ｐ１２とＰ１３の上方には、溶融ガラス微小滴３１を加圧成形するための上型４１ａ、４１ｂが、それぞれ配置されている。上型４１ａ、４１ｂは、図示しない駆動手段により、溶融ガラス微小滴３１を加圧する方向（図の上下方向）に、それぞれ移動することができる。上型４１ａ、４１ｂの材料は、下型１１ａ、１１ｂと同様の材料の中から適宜選択することができる。

下型１１ａ、１１ｂと、上型４１ａ、４１ｂは、予め所定温度に加熱しておく。所定温度とは、上述の第１の実施形態の場合と同様であり、加圧成形によってガラス成形体に良好な転写面を形成できる温度を適宜選択すればよい。下型１１ａ、１１ｂと、上型４１ａ、４１ｂの加熱温度は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

以下、図９に示したフローチャートに従って、本実施形態の各工程を順に説明する。なお、上述のガラスゴブの製造方法の場合と同様の工程については、詳しい説明を省略する。

先ず、滴下経路ＤＬに微小化部材２１ａを配置する（工程Ｓ４０１）。ここでは、支持部４２を移動させ、微小化部材２１ａを、滴下経路ＤＬ上の位置に移動させる。併せて、下型１１ａを移動させ、溶融ガラス微小滴３１を受けるための位置Ｐ１１に配置する。

次に、微小化部材２１ａに溶融ガラス滴を滴下して、溶融ガラス微小滴３１を分離する（工程Ｓ４０２）。そして、溶融ガラス微小滴３１を受けた下型１１ａを加圧成形のための位置Ｐ１２に移動し、下型１１ａと上型４１ａとで溶融ガラス微小滴３１を加圧成形した後、得られたガラス成形体を回収する（工程Ｓ４０３）。

下型１１ａに滴下された溶融ガラス微小滴３１は、加圧成形される間に下型１１ａや上型４１ａとの接触面からの放熱によって冷却し、固化する。ガラス成形体が、下型１１ａや上型４１ａによる転写面の形状が崩れない温度にまで冷却された後、加圧を解除し、ガラス成形体を回収する。ガラスの種類や、ガラス成形体の大きさや形状、必要な精度等によるが、通常はガラスのＴｇ近傍の温度まで冷却されていればよい。

加圧成形の際に負荷する荷重は、常に一定であってもよいし、時間的に変化させてもよい。負荷する荷重の大きさは、製造するガラス成形体のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。上型４１ａを上下移動させる駆動手段に特に制限はなく、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等の公知の駆動手段を適宜選択して用いることができる。また、上型４１ａを上下駆動する代わりに、下型１１ａを上下駆動して加圧成形を行ってもよいし、上型４１ａと下型１１ａの両方を上下駆動させてもよい。

続いて、２個目のガラス成形体を製造するため、滴下経路ＤＬに配置される微小化部材を切り替える（工程Ｓ４０４）。ここでは、支持部４２を図の左方向に移動させ、微小化部材２１ａを、滴下経路ＤＬから外れた位置に退避させるとともに、微小化部材２１ｂを滴下経路ＤＬ上の位置に移動させる。併せて、下型１１ｂを移動させ、溶融ガラス微小滴３１を受けるための位置Ｐ１１に配置する。

本実施形態においては、この微小化部材２１ａに残された余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ４０５）と、次の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ４０６）及びガラス成形体を成形・回収する工程（工程Ｓ４０７）とを並行して行う。これは、１個目のガラス成形体を製造した後に、滴下経路ＤＬに配置される微小化部材を切り替える工程（工程Ｓ４０４）を有することによってはじめて可能となっている。このような工程とすることによって、ガラス成形体を製造するのに必要な時間（タクトタイム）が短縮され、ガラス成形体の製造コストを低減することができ、また、溶融ガラスの消費量を抑制することができる。

余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ４０５）では、滴下経路ＤＬから外れた位置に配置された微小化部材２１ａから、吸着装置２５によって余剰ガラス３２を吸着して除去する。また、第３の実施形態で説明したように、微小化部材２１ａを上下反転させることにより余剰ガラス３２を除去することもできる。

余剰ガラス３２を除去する工程（工程Ｓ４０５）と並行して、次の溶融ガラス微小滴を分離する工程（工程Ｓ４０６）、及び、ガラス成形体を成形・回収する工程（工程Ｓ４０７）を行う。工程Ｓ４０６では、工程Ｓ４０４で新たに滴下経路ＤＬ上の位置に配置された微小化部材２１ｂに溶融ガラス滴を滴下し、溶融ガラス微小滴３１を分離する。工程Ｓ４０７では、溶融ガラス微小滴３１を受けた下型１１ｂを加圧成形のための位置Ｐ１３に移動し、下型１１ｂと上型４１ｂとで溶融ガラス微小滴３１を加圧成形した後、得られたガラス成形体を回収する。工程Ｓ４０６及び工程Ｓ４０７の内容は、上述の工程Ｓ４０２及び工程Ｓ４０３と同様であるため、詳細の説明は省略する。

その後、引き続いてガラス成形体の製造を行う場合は、再度、工程Ｓ４０４〜工程Ｓ４０７を繰り返せばよい。

なお、本実施形態のガラス成形体の製造方法は、ここで説明した以外の別の工程を含んでいてもよい。例えば、ガラス成形体を回収する前にガラス成形体の形状を検査する工程や、ガラス成形体を回収した後に下型や上型をクリーニングする工程等を設けてもよい。

本実施形態の製造方法により製造されたガラス成形体は、デジタルカメラ等の撮像レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、光通信用のカップリングレンズ等の各種光学素子として用いることができる。また、リヒートプレス法によって光学素子を製造するためのガラスプリフォームとして用いることもできる。

第１の実施形態におけるガラスゴブの製造方法のフローチャートである。 第１の実施形態におけるガラスゴブの製造装置を示す斜視図である。 図２に示すガラスゴブの製造装置のＡ−Ａ断面図である。 第２の実施形態におけるガラスゴブの製造方法のフローチャートである。 第２の実施形態におけるガラスゴブの製造装置の平面図である。 図５に示すガラスゴブの製造装置のＢ−Ｂ断面図である。 第３の実施形態における微小化部材の切替・除去装置の平面図である。 微小化部材から余剰ガラスを除去する際の動きを模式的に示した図である。 第４の実施形態におけるガラス成形体の製造方法のフローチャートである。 第４の実施形態におけるガラス成形体の製造装置の模式図（工程Ｓ４０２）である。 第４の実施形態におけるガラス成形体の製造装置の模式図（工程Ｓ４０５、Ｓ４０６）である。

符号の説明

１０ ガラスゴブの製造装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 下型
１３ 下型台
１４ モータ
１５ 切替・除去装置
１６ エアーノズル
２０ 溶融ガラス微小滴の製造装置
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 微小化部材
２２ 回転テーブル
２３ 軸
２４ モータ
２５ 吸着装置
２６ 滴下ノズル
２７ 貫通孔
２８ コントローラ
３０ 溶融ガラス滴
３１ 溶融ガラス微小滴
３２ 余剰ガラス
４０ ガラス成形体の製造装置
４１ａ、４１ｂ 上型
４２ 支持部
５１ テーパー部
５２ ストレート部
５３ モータ
５４ 支持部
ＤＬ 滴下経路

Claims (12)

1. 溶融ガラス滴を滴下するための滴下ノズルと、
   前記溶融ガラス滴の一部を通過させ、溶融ガラス微小滴を分離するための貫通孔を有する微小化部材と、を備える溶融ガラス微小滴の製造装置において、
   複数の前記微小化部材と、
   前記複数の微小化部材を、前記溶融ガラス滴の滴下経路に１つずつ順に配置する手段と、
   前記溶融ガラス滴の滴下経路から外れた位置で、前記微小化部材から、前記溶融ガラス微小滴を分離した後に残される余剰ガラスを除去する手段と、を備え、
   前記余剰ガラスを除去する手段は、前記微小化部材を上下反転させ、前記余剰ガラスを自重により落下させる手段であることを特徴とする溶融ガラス微小滴の製造装置。
2. 請求項１に記載の溶融ガラス微小滴の製造装置と、
   前記溶融ガラス微小滴を受けるための下型と、を備えることを特徴とするガラスゴブの製造装置。
3. 前記下型を複数備え、
   前記複数の下型を、前記溶融ガラス微小滴を受けるための位置に１つずつ順に配置する手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のガラスゴブの製造装置。
4. 前記微小化部材を配置する手段および前記下型を配置する手段は、夫々、前記微小化部材および前記下型を、前記溶融ガラス滴の滴下経路と前記滴下経路から外れた位置との間、および、前記溶融ガラス微小滴を受けるための位置と前記位置から外れた位置との間を、円環状または直線状に循環または往復させることを特徴とする請求項３に記載のガラスゴブの製造装置。
5. 前記複数の微小化部材の個数と前記複数の下型の個数とは異なることを特徴とする請求項３または４に記載のガラスゴブの製造装置。
6. 請求項２〜５のいずれかに記載のガラスゴブの製造装置と、
   前記下型で受けた溶融ガラス微小滴を加圧成形するための上型と、を備えることを特徴とするガラス成形体の製造装置。
7. 前記上型を複数備え、
   前記複数の下型を配置する手段は、前記下型の夫々を、前記溶融ガラス滴の滴下経路と前記下型の夫々に対応する前記上型による加圧成形の位置との間を順に移動させることを特徴とする請求項６に記載のガラス成形体の製造装置。
8. 貫通孔を有する微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、当該溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離する溶融ガラス微小滴の製造方法において、
   前記溶融ガラス滴の滴下経路に、第１の微小化部材を配置する工程と、
   前記第１の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下して溶融ガラス微小滴を分離する工程と、
   前記第１の微小化部材を前記滴下経路から退避させ、第２の微小化部材を前記滴下経路に配置する工程と、
   前記第１の微小化部材に残された余剰ガラスを、前記滴下経路から外れた位置で除去する工程と、
   前記余剰ガラスを除去する工程が完了する前に、前記第２の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下して溶融ガラス微小滴を分離する工程と、を有し、
   前記余剰ガラスを除去する工程は、前記第１の微小化部材を上下反転させ、前記余剰ガラスを自重により落下させる工程であることを特徴とする溶融ガラス微小滴の製造方法。
9. 前記余剰ガラスを除去する工程は、前記余剰ガラスの温度が（Ｔｇ＋５０）℃以下の状態で行うことを特徴とする請求項８に記載の溶融ガラス微小滴の製造方法。
   ただし、Ｔｇは、前記余剰ガラスのガラス転移温度である。
10. 請求項８または９に記載の溶融ガラス微小滴の製造方法を含むガラスゴブの製造方法であって、
    前記第１の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、分離された溶融ガラス微小滴を第１の下型に滴下する工程と、
    前記第１の下型に滴下された溶融ガラス微小滴を前記第１の下型の上で冷却する工程と、
    前記第１の下型の上で溶融ガラス微小滴が冷却されることにより得られたガラスゴブを回収する工程と、
    前記ガラスゴブを回収する工程が完了する前に、前記第２の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、分離された溶融ガラス微小滴を第２の下型に滴下する工程と、を備えることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
11. 前記第１の微小化部材および前記第２の微小化部材と、前記第１の下型および前記第２の下型とは、夫々、前記溶融ガラス滴の滴下経路と前記滴下経路から外れた位置との間、および、前記溶融ガラス微小滴の滴下位置と前記滴下位置から外れた位置との間を、円環状または直線状に循環または往復することを特徴とする請求項１０に記載のガラスゴブの製造方法。
12. 請求項８または９に記載の溶融ガラス微小滴の製造方法を含むガラス成形体の製造方法であって、
    前記第１の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、分離された溶融ガラス微小滴を第１の下型に滴下する工程と、
    前記第１の下型に滴下された溶融ガラス微小滴を前記第１の下型と第１の上型とで加圧成形する工程と、
    前記第１の下型と前記第１の上型とによる加圧成形によって得られたガラス成形体を回収する工程と、
    前記ガラス成形体を回収する工程が完了する前に、前記第２の微小化部材に溶融ガラス滴を滴下し、分離された溶融ガラス微小滴を第２の下型に滴下する工程と、を備えることを特徴とするガラス成形体の製造方法。

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