JP5423667B2 - 溶融ガラス滴の微小化部材、ガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、及びガラス微小滴の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融ガラス滴を衝突させて溶融ガラスの微小滴を得るための溶融ガラス滴の微小化部材、それを用いたガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、及びガラス微小滴の製造方法に関する。

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の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。

一方、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。そのような小型のガラスゴブやガラス成形体の製造に必要となる溶融ガラスの微小滴の製造方法として、貫通孔を設けた部材（以下、溶融ガラスの微小化部材ともいう）に溶融ガラス滴を衝突させ、溶融ガラス滴の一部を貫通孔を通過させて分離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の微小滴を作製する場合、滴下ノズルから滴下してくる溶融ガラス滴の位置がばらつくことにより、下型に滴下される溶融ガラスの微小滴の質量や位置がばらつくという問題があった。製造するガラスゴブやガラス成形体の品質を安定させるためには、このような微小滴の質量ばらつきや位置ばらつきを抑えることが重要になる。

特許文献３には、溶融ガラス滴を衝突させる面にテーパーを設け、テーパーの開き角を３０°〜１２０°とすることで、下型に滴下されるガラス微小滴の質量ばらつき、位置ばらつきを減少させることができることが記載されている。

しかしながら、本発明者による検討の結果、微小滴の質量ばらつきは、テーパーの開き角が３５°〜９０°の場合に最も小さくなるのに対して、位置ばらつきは、テーパーの開き角を更に小さくしなければ十分に減少させることができないことが分かった。そのため、上記方法によっては、下型に滴下されるガラス微小滴の質量ばらつきと、位置ばらつきとを、同時に十分なレベルにまで低減させることはできず、ガラスゴブやガラス成形体の製造において、十分に安定した品質を確保することができな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、下型に滴下される溶融ガラスの微小滴の、質量ばらつきと位置ばらつきとを同時に低減させることができ、製造するガラスゴブやガラス成形体の品質を十分に安定させることができる溶融ガラス滴の微小化部材を提供すること、並びに、かかる溶融ガラス滴の微小化部材を用いたガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、及びガラス微小滴の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）貫通孔を有し、該貫通孔の内周面に溶融ガラス滴を衝突させて、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により溶融ガラスの微小滴を得るための溶融ガラス滴の微小化部材において、
前記貫通孔の内周面は、溶融ガラス滴が進入する入り口に向かって径が広がり、溶融ガラス滴を受けるテーパー部と、
略一定の径を有し、前記テーパー部に衝突した溶融ガラス滴が通過するストレート部と、を有し、
前記テーパー部のうち溶融ガラス滴と接触する領域は、テーパーの開き角の異なる複数の領域からなり、
前記複数の領域のうち、前記ストレート部に近い領域ほど、テーパーの開き角が小さいことを特徴とする溶融ガラス滴の微小化部材。

（２）前記テーパー部の前記複数の領域のうち、溶融ガラス滴と最初に接触する領域におけるテーパーの開き角が、３５°〜９０°の範囲であることを特徴とする（１）に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。

（３）前記テーパー部の前記複数の領域のうち、前記ストレート部に最も近い領域におけるテーパーの開き角が、１０°〜３０°の範囲であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。

（４）前記テーパー部のうち、溶融ガラス滴と接触する領域全体の高さをｈ、テーパーの開き角が１０°〜３０°の範囲の領域の高さをｓとしたとき、
０．３≦ｓ／ｈ≦０．８であることを特徴とする（３）に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。

（５）前記テーパー部の前記複数の領域の境界部、及び、前記テーパー部と前記ストレート部の境界部は、いずれも面取り加工が施されていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。

（６）貫通孔を有し、該貫通孔の内周面に溶融ガラス滴を衝突させて、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により溶融ガラスの微小滴を得るための溶融ガラス滴の微小化部材において、
前記貫通孔の内周面は、溶融ガラス滴が進入する入り口に向かって径が広がり、溶融ガラス滴を受けるテーパー部と、
略一定の径を有し、前記テーパー部に衝突した溶融ガラス滴が通過するストレート部と、を有し、
前記テーパー部のうち溶融ガラス滴と接触する領域は、前記ストレート部に近づくにしたがってテーパーの開き角が連続的に小さくなることを特徴とする溶融ガラス滴の微小化部材。

（７）前記テーパー部の、溶融ガラス滴と最初に接触する位置におけるテーパーの開き角が、３５°〜９０°の範囲であることを特徴とする（６）に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。

（８）前記テーパー部のうち溶融ガラス滴と接触する領域は、前記貫通孔の中心軸を含む断面における断面形状が、略円弧状又は放物線状であることを特徴とする（６）又は（７）に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。

（９）滴下ノズルから滴下した溶融ガラス滴を、貫通孔を有する溶融ガラス滴の微小化部材に衝突させ、該溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離し、分離した溶融ガラスの微小滴を下型で受けて冷却するガラスゴブの製造方法において、
前記溶融ガラス滴の微小化部材は、（１）〜（８）のいずれか１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。

（１０）滴下ノズルから滴下した溶融ガラス滴を、貫通孔を有する溶融ガラス滴の微小化部材に衝突させ、該溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離し、分離した溶融ガラスの微小滴を下型で受けて該下型と上型とで加圧成形するガラス成形体の製造方法において、
前記溶融ガラス滴の微小化部材は、（１）〜（８）のいずれか１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。

（１１）貫通孔を有する部材の、該貫通孔の内周面に溶融ガラス滴を落下して衝突させて、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により溶融ガラスの微小滴を得るガラス微小滴の製造方法において、
前記部材は、（１）〜（８）のいずれか１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材であることを特徴とするガラス微小滴の製造方法。

（１２）前記溶融ガラス滴の一部が前記貫通孔を通過した後、前記部材を上下反転させることにより、前記貫通孔を通過しないで前記部材上に残存した余剰ガラスを除去する工程を備えることを特徴とする（１１）に記載のガラス微小滴の製造方法。

本発明の溶融ガラス滴の微小化部材の貫通孔の内周面は、テーパー部及びストレート部を有し、テーパー部のうち溶融ガラス滴と接触する領域は、深さによってテーパーの開き角が異なる所定の形状となっている。溶融ガラス滴が最初に接触する領域におけるテーパーの開き角が比較的大きいため、微小滴の質量ばらつきが低減されるとともに、ストレート部に近い領域におけるテーパーの開き角が比較的小さいため、微小滴の位置ばらつきが低減される。そのため、下型に滴下される溶融ガラスの微小滴の、質量ばらつきと位置ばらつきとを同時に低減させることができ、製造するガラスゴブやガラス成形体の品質を十分に安定させることができる。

本発明の溶融ガラス滴の微小化部材の第１の実施形態を示す模式図（断面図）である。 本発明の溶融ガラス滴の微小化部材の第２の実施形態を示す模式図（断面図）である。 本発明のガラスゴブの製造方法の１例を示すフローチャートである。 図３の工程を説明するための模式図である。 本発明のガラス成形体の製造方法の１例を示すフローチャートである。 図５の工程Ｓ２０４を説明するための模式図である。 図５の工程Ｓ２０６を説明するための模式図である。

符号の説明

１０、１０ｂ 微小化部材
１１ 貫通孔
１２ ストレート部
１３ テーパー部
１３ａ、１３ｂ 領域
１４ 入り口
１５ 端面
１６ 境界部
２１ 下型
２２ 上型
３１ 溶融ガラス滴
３２ 微小滴
３３ 余剰ガラス
３４ ガラス成形体
３５ 滴下ノズル
３６ 溶融ガラス
３７ 溶融槽
θａ、θｂ 開き角
ｈ、ｓ 高さ

以下、本発明の実施の形態について図１〜図６を参照しつつ詳細に説明する。

（溶融ガラス滴の微小化部材）
先ず、本発明の溶融ガラス滴の微小化部材（以下、単に微小化部材ともいう）について図１、図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の溶融ガラス滴の微小化部材の第１の実施形態を示す模式図（断面図）である。図１（ａ）は溶融ガラス滴が微小化部材に衝突する際の状態を、図１（ｂ）は微小滴が分離された後の状態を、それぞれ示している。

図１に示す微小化部材１０の貫通孔１１の内周面は、溶融ガラス滴３１が進入する入り口１４に向かって径が広がり、溶融ガラス滴３１を受けるテーパー部１３と、略一定の径を有し、テーパー部１３に衝突した溶融ガラス滴３１が通過するストレート部１２とを有している。テーパー部１３のうち溶融ガラス滴３１と接触する領域は、テーパーの開き角が異なる２つの領域１３ａ、１３ｂからなり、ストレート部１２に近い領域１３ａの開き角θａの方が、ストレート部１２から遠い領域１３ｂの開き角θｂよりも小さくなっている。

滴下された溶融ガラス滴３１がテーパー部１３に衝突すると、その衝撃によって溶融ガラス滴３１の一部が貫通孔１１を通過し、表面張力に打ち勝って分離することにより溶融ガラスの微小滴３２が得られる。このとき、微小滴３２が分離された後の余剰ガラス３３は、貫通孔１１の内部で冷却され固化する。

分離する微小滴３２の質量ばらつきと位置ばらつきの大きさは、テーパー部１３のテーパーの開き角に影響される。しかし、上述のように、微小滴３２の質量ばらつきは、テーパーの開き角が３５°〜９０°の場合に最も小さくなるのに対して、位置ばらつきは、テーパーの開き角をより小さくしなければ十分に小さくすることができない。本発明者は、鋭意検討の結果、テーパー部１３を、テーパーの開き角の異なる複数の領域に分割し、ストレート部１２に近い領域ほど、テーパーの開き角を小さくすることで、微小滴３２の質量ばらつきと位置ばらつきとを同時に低減させることができることを突き止めた。これは、微小滴３２の質量ばらつきは、テーパー部１３のうち、溶融ガラス滴３１と最初に衝突する領域（ストレート部から遠い領域）のテーパーの開き角の影響が大きいのに対し、位置ばらつきは、ストレート部１２に近い領域のテーパーの開き角の影響の方が大きいためだと考えられる。

微小滴３２の質量ばらつきを低減させる観点からは、テーパー部１３のうち、溶融ガラス滴３１と最初に接触する領域１３ｂにおけるテーパーの開き角θｂを、３５°〜９０°の範囲とすることが好ましく、３５°〜６０°の範囲とすることがより好ましい。また、微小滴３２の位置ばらつきを低減させる観点からは、テーパー部１３のうち、ストレート部１２に最も近い領域１３ａにおけるテーパーの開き角θａを、１０°〜３０°の範囲とすることが好ましく、２０°〜３０°の範囲とすることがより好ましい。更に、微小滴３２の質量ばらつきと位置ばらつきの両方をバランスよく低減させるためには、溶融ガラス滴３１と最初に接触する領域１３ｂにおけるテーパーの開き角θｂと、ストレート部１２に最も近い領域１３ａにおけるテーパーの開き角θａとの差を、５°〜２０°の範囲とすることがより好ましい。

図１においては、テーパー部１３を、テーパーの開き角が異なる２つの領域１３ａ、１３ｂに分割した場合を例に挙げて示しているが、領域の数はこれに限定されるものではなく、更に多数の領域に分割することもできる。その場合は、ストレート部に近い領域ほど、テーパーの開き角が小さくなるように構成すればよい。

また、テーパー部１３のうち、溶融ガラス滴と接触する領域全体の高さをｈ、テーパーの開き角が１０°〜３０°の範囲の領域の高さをｓとしたとき（図１（ａ）参照）、
０．３≦ｓ／ｈ≦０．８とすることで、微小滴３２の質量ばらつきと位置ばらつきの両方をより低減させることができ、好ましい。

更に、テーパーの開き角の異なる複数の領域の境界部、及び、テーパー部１３とストレート部１２の境界部には、いずれも面取り加工を施すことが好ましい。面取り加工によって、溶融ガラス滴の分離の障害となるおそれのある境界部の稜線が除去され、テーパーの開き角が異なる領域が滑らかに接続されるため、微小滴の質量ばらつきと位置ばらつきを更に軽減することができる。面取りは、Ｃ面取りでもよいし、Ｒ面取りでもよい。また、溶融ガラス滴３１が大きく、微小化部材１０の上面とテーパー部１３の境界部１６が溶融ガラス滴３１と接触する場合には、境界部１６にも面取り加工を施すことが好ましい。

なお、貫通孔１１の内周面うち、溶融ガラス滴３１が進入する入り口１４に近く、溶融ガラス滴３１と接触しない部分については、微小滴３２の質量ばらつきや位置ばらつきに影響を与えることもないため、特に制限はなく任意の形状で構成すればよい。

図２は、本発明の溶融ガラス滴の微小化部材の第２の実施形態を示す模式図（断面図）である。図２（ａ）は溶融ガラス滴が微小化部材に衝突する際の状態を、図２（ｂ）は微小滴が分離された後の状態を、それぞれ示している。

図２に示す微小化部材１０ｂの貫通孔１１の内周面は、溶融ガラス滴３１が進入する入り口１４に向かって径が広がり、溶融ガラス滴３１を受けるテーパー部１３と、略一定の径を有し、テーパー部１３に衝突した溶融ガラス滴３１が通過するストレート部１２とを有している。テーパー部１３のうち溶融ガラス滴３１と接触する領域は、貫通孔１１の中心軸を含む断面における断面形状が略円弧状であり、ストレート部１２に近くなるにしたがってテーパーの開き角が連続的に小さくなっている。

このように、テーパー部１３を、テーパーの開き角が異なる複数の領域に分割する代わりに、ストレート部１２に近くなるにしたがってテーパーの開き角が連続的に小さくなるような形状とすることにより、上述の第１の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。この場合、貫通孔１１の精密加工が容易であるという観点からは、貫通孔１１の中心軸を含む断面における断面形状を、略円弧状又は放物線状とすることが好ましい。また、微小滴３２の質量ばらつきを低減させる観点からは、テーパー部１３の、溶融ガラス滴と最初に接触する位置におけるテーパーの開き角が、３５°〜９０°の範囲とすることが好ましく、３５°〜６０°の範囲とすることがより好ましい。

図１に示した第１の実施形態、及び、図２に示した第２の実施形態のいずれの場合においても、得られる微小滴３２の大きさは、種々のパラメータの影響を受ける。このようなパラメータとしては、例えば、溶融ガラスの種類、粘度、表面張力及び比重、貫通孔１１を通過する際の溶融ガラスの温度、衝突の際の溶融ガラス滴３１の速度、ストレート部１２の径、ストレート部１２の長さ、テーパー部１３のテーパーの開き角、貫通孔１１の内周面の平滑度、微小化部材１０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必要とする微小滴３２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１２の径を大きくすると、得られる微小滴３２は大きくなり、ストレート部１２の径を小さくすると、得られる微小滴３２は小さくなる。従って、ストレート部１２の径を適宜選択することにより、微小滴３２の大きさを調整することができる。

なお、ストレート部１２は、微小滴３２の位置ばらつきを低減させる観点から必要となる。ストレート部１２の径は一定であることが好ましいが、必ずしも厳密に一定である必要はなく、加工ばらつきなどに起因する径のばらつきや若干のテーパーについては許容される。また、ストレート部１２の端面１５にバリ取りなどによるテーパーが形成されていてもよい。ストレート部１２の長さは、微小滴３２の位置ばらつきを十分に低減させる観点から０．５ｍｍ〜１５ｍｍが好ましく、１ｍｍ〜１０ｍｍが更に好ましい。

また、貫通孔１１の、中心軸に垂直な断面形状は必ずしも円形である必要はないが、位置ばらつきを更に低減させるためには、断面が円形であることが好ましい。

微小化部材１０、１０ｂ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１１周辺が劣化しにくいものが好ましい。また、溶融ガラス滴３１との衝突などによって微小化部材１０の温度が変化すると、ストレート部１２の径などが変化し、それによって微小滴３２の質量が変化してしまう。そのため、微小化部材１０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。

（ガラスゴブの製造方法）
次に、本発明のガラスゴブの製造方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、本発明のガラスゴブの製造方法の１例を示すフローチャートである。図４は本実施形態の工程を説明するための模式図であり、図４（ａ）は滴下ノズル３５から溶融ガラス滴３１を滴下した状態を、図４（ｂ）は微小化部材１０によって微小滴３２を分離した状態を、それぞれ示している。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、微小化部材１０を、溶融ガラス滴３１を滴下するための滴下ノズル３５の下方に配置し、更にその下方に、微小化部材１０によって分離された微小滴３２を受けるための下型（受け型）２１を配置しておく。滴下ノズル３５は、溶融ガラス３６を貯留する溶融槽３７の下部に接続されている。

下型２１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、公知の加熱手段を適宜選択して用いることができる。例えば、下型２１の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、下型２１の外側に接触させて使用するシート状のヒーター、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２１の材料は、溶融ガラスの受け型の材料として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２１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３に示したフローチャートに従って、各工程を順に説明する。

先ず、下型２１を所定温度に加熱する（工程Ｓ１０１）。下型２１の温度が低すぎると、ガラスゴブの下面（下型２１との接触面）に大きなしわが発生したり、急速に冷却されることによって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２１との間に融着が発生したり、下型２１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２１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、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。

次に、滴下ノズル３５から溶融ガラス滴３１を滴下する（工程Ｓ１０２）。溶融ガラス滴３１の滴下は、以下のように行う。溶融槽３７は図示しないヒーターによって加熱され、内部に溶融ガラス３６が貯留されている。その状態で、滴下ノズル３５を所定温度に加熱すると、溶融ガラス３６が自重によって滴下ノズル３５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３５の先端部から自然に分離し、一定質量の溶融ガラス滴３１が下方に滴下する。

滴下する溶融ガラス滴３１の質量は、滴下ノズル３５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３１を滴下することができる。また、滴下ノズル３５の内径、長さ、加熱温度などによって溶融ガラス滴３１の滴下間隔を調整することができる。従って、これらの条件を適切に設定することで、所望の質量の溶融ガラス滴３１を所望の間隔で滴下させることが可能である。

滴下ノズル３５から滴下する溶融ガラス滴３１の質量は、所望の微小滴３２よりも大きく、微小化部材１０に衝突して微小滴３２を分離できる大きさであればよい。通常、微小滴３２の質量に対する溶融ガラス滴３１の質量の比が小さすぎると、得られる微小滴３２の質量ばらつきが大きくなる傾向があるため、滴下ノズル３５から滴下する溶融ガラス滴３１の質量は、微小滴３２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、公知のガラスを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。

次に、微小化部材１０によって微小滴３２を分離し、下型２１に供給する（工程Ｓ１０３）。微小化部材１０の貫通孔１１の内周面に溶融ガラス滴３１が衝突すると、その衝撃によって溶融ガラス滴３１の一部が貫通孔１１を通過し、微小滴３２となって分離する。上述のように、微小化部材１０のテーパー部１３は、深さによってテーパーの開き角が異なる所定の形状となっているため、下型２１に滴下される溶融ガラスの微小滴の、質量ばらつきと位置ばらつきとを同時に低減させることができる。

得られる微小滴３２の質量は、微小化部材１０に衝突する際の溶融ガラス滴３１の温度によっても変化する。ガラス温度を上げると粘度が下がるため、得られる微小滴３２の質量は大きくなる。反対にガラス温度を下げると粘度が上がるため、得られる微小滴３２の質量は小さくなる。また、一般に、ガラス温度が低すぎると、衝突によって微小滴３２を分離することが困難になる場合がある。逆に、ガラス温度が高すぎると、滴下の過程で泡や脈理が発生しガラス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、衝突の際の衝撃力は、滴下ノズル３５と微小化部材１０との距離によっても変化する。距離が長い場合には得られる微小滴３２の質量は大きくなり、距離が短い場合には得られる微小滴３２の質量は小さくなる。上述の温度条件等に合わせて距離を適切に選択することで、所望の質量の微小滴３２を得ることができる。滴下ノズル３５の先端と微小化部材１０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。

次に、下型２１の上で微小滴３２を冷却・固化する（工程Ｓ１０４）。滴下（供給）された微小滴３２は、下型２１の上で所定時間放置される間に、下型２１との接触面からの放熱等によって冷却され、固化する。

次に、固化したガラスゴブを回収し（工程Ｓ１０５）、微小化部材１０に残された余剰ガラス３３を廃棄して（工程Ｓ１０６）、ガラスゴブの製造が完成する。余剰ガラス３３の廃棄は、例えば、エアーで吹き飛ばす、微小化部材１０を上下反転して落下させる、吸着して回収する、挟み取る等の方法の中から適宜選択して行えばよい。中でも、微小化部材１０を上下反転させる方法は、簡単な構成で余剰ガラス３３を確実に除去することができるため好ましい。

その後、更に引き続いてガラスゴブの製造を行う場合は、工程Ｓ１０２〜工程Ｓ１０６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。

（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について図５〜図７を参照しながら説明する。図５は、本発明のガラス成形体の製造方法の１例を示すフローチャートである。また、図６、図７は本実施形態の工程を説明するための模式図であり、図６は微小化部材１０によって微小滴３２を分離している状態（工程Ｓ２０４）を、図７は下型２１と上型２２とで微小滴３２を加圧成形している状態（工程Ｓ２０６）を、それぞれ示している。

図６、図７において、２２は、下型２１と共に微小滴３２を加圧成形するための上型である。上型２２は、下型２１と同様に、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。下型２１と上型２２とをそれぞれ独立して温度制御することができる構成であることが好ましい。また、上型２２の材料は、下型２１の場合と同様の材料の中から適宜選択することができる。下型２１と上型２２の材料は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、下型２１は、図示しない駆動手段により、微小化部材１０の下方で微小滴３２を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型２２と対向して加圧成形を行うための位置（加圧位置Ｐ２）との間で移動可能に構成されている。また上型２２は、図示しない駆動手段により、下型２１との間で微小滴３２を加圧する方向（図の上下方向）に移動可能に構成されている。

以下、図５に示したフローチャートに従って、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、下型２１及び上型２２を所定温度に加熱する（工程Ｓ２０１）。所定温度とは、上述のガラスゴブの製造方法における工程Ｓ１０１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２１と上型２２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。

次に、下型２１を滴下位置Ｐ１に移動した後（工程Ｓ２０２）、滴下ノズル３５から溶融ガラス滴３１を滴下し（工程Ｓ２０３）、微小化部材１０によって微小滴３２を分離し、下型２１に供給する（工程Ｓ２０４）。工程Ｓ２０３及び工程Ｓ２０４の詳細については、上述のガラスゴブの製造方法の場合の工程Ｓ１０２及び工程Ｓ１０３と同様である。

次に、下型２１を加圧位置Ｐ２に移動し（工程Ｓ２０５）、上型２２を下方に移動して、下型２１と上型２２とで微小滴３２を加圧成形する（工程Ｓ２０６）。

下型２１に滴下（供給）された微小滴３２は、加圧成形の間に下型２１や上型２２との接触面からの放熱によって冷却し、固化する。加圧を解除してもガラス成形体３４に形成された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３４のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、上型２２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。

次に、上型２２を退避させてガラス成形体３４を回収し（工程Ｓ２０７）、微小化部材１０に残された余剰ガラス３３を廃棄して（工程Ｓ２０８）、ガラス成形体の製造が完成する。その後、引き続いてガラス成形体の製造を行う場合は、下型２１を再び滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ２０２）、工程Ｓ２０３〜工程Ｓ２０８を繰り返せばよい。

なお、本発明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２１や上型２２をクリーニングする工程等を設けてもよい。

本発明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り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。

（実施例１〜９）
図１のように、テーパーの開き角が異なる２つの領域１３ａ、１３ｂからなるテーパー部１３を有する微小化部材１０を用い、図３に示したフローチャートに従って下型２１の上に微小滴３２を滴下し、ガラスゴブを作製した。

ガラス材料として、Ｔｇが５３０℃のリン酸系ガラスを用い、外径がφ６ｍｍの白金製の滴下ノズル３５から溶融ガラス滴３１を滴下した。滴下ノズル３５から滴下する溶融ガラス滴３１の質量は、２５０ｍｇであった。

微小化部材１０は、テーパー部１３のテーパーの開き角及び高さの異なる９種類（実施例１〜９）のものを用いた。それぞれの、溶融ガラス滴３１と最初に接触する領域１３ｂにおけるテーパーの開き角θｂ、ストレート部１２に最も近い領域１３ａにおけるテーパーの開き角θａ、テーパー部１３のうち、溶融ガラス滴３１と接触する領域全体の高さｈ、及びテーパーの開き角が１０°〜３０°の範囲の領域の高さｓを表１に示す。また、ストレート部１２は、いずれも、径がφ２ｍｍ、長さが５ｍｍとした。

このような９種類の微小化部材１０を用いて、微小滴３２が下型２１に供給される際の位置ばらつき（標準偏差）を測定しながら、それぞれ１００個ずつのガラス成形体３４を作製した。位置ばらつきは、２組のレーザーセンサー（株式会社キーエンス製：ＬＶ−Ｈ３００）を、重力に垂直な平面上に直交配置して測定した滴下位置を基に計算した。また、得られたガラス成形体３４の質量を電子天秤で測定し、質量ばらつき（標準偏差）を求めた。結果を表１に併せて示す。

（実施例１０、１１）
微小化部材として、図２に示した微小化部材１０ｂを用いた。テーパー部１３は、貫通孔１１の中心軸を含む断面における断面形状が略円弧状である。テーパーの開き角は、溶融ガラス滴３１と最初に接触する位置で４５°（実施例１０）、及び６０°（実施例１１）の２種類である。テーパーの開き角は、いずれもストレート部に近づくにしたがって連続的に小さくなり、ストレート部１２との境界部でほぼ０°となる。ストレート部１２は、径がφ２ｍｍ、長さが５ｍｍとした。

このような２種類の微小化部材１０ｂを用いて、実施例１〜９と同様に１００個のガラス成形体を作製し、質量ばらつきと位置ばらつきを求めた。結果を表１に併せて示す。

（比較例１、２）
実施例と異なり、テーパー部１３のテーパーの開き角を２０°（比較例１）、４５°（比較例２）で、それぞれ一定とした微小化部材を用いた。実施例１〜９と同様の条件で、それぞれ１００個のガラス成形体３４を作製し、同様の評価を行った。結果を表１に併せて示す。なお、ストレート部１２は、実施例１〜１１と同じく、径がφ２ｍｍ、長さが５ｍｍとした。

（比較例３、４）
実施例３と同じ形状のテーパー部１３を有し、ストレート部１２を有しない微小化部材（比較例３）、及び、実施例１０と同じ形状のテーパー部１３を有し、ストレート部１２を有しない微小化部材（比較例４）を用いて、それぞれ同様の評価を行った。結果を表１に併せて示す。

表１に示したとおり、比較例１、２のように、テーパーの開き角が一定の場合は、微小滴の質量ばらつき又は位置ばらつきのいずれかが大きく悪化する。また、比較例３、４のように、ストレート部１２を有しない微小化部材の場合は、ストレート部１２を有する場合と比べて微小滴の位置ばらつきが悪化する。これに対し、実施例１〜１１の微小化部材を用いた場合は、質量ばらつきと位置ばらつきの両方を同時に低減できることが確認された。

Claims (12)

1. 貫通孔を有し、該貫通孔の内周面に溶融ガラス滴を衝突させて、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により溶融ガラスの微小滴を得るための溶融ガラス滴の微小化部材において、
   前記貫通孔の内周面は、溶融ガラス滴が進入する入り口に向かって径が広がり、溶融ガラス滴を受けるテーパー部と、
   略一定の径を有し、前記テーパー部に衝突した溶融ガラス滴が通過するストレート部と、を有し、
   前記テーパー部のうち溶融ガラス滴と接触する領域は、テーパーの開き角の異なる複数の領域からなり、
   前記複数の領域のうち、前記ストレート部に近い領域ほど、テーパーの開き角が小さいことを特徴とする溶融ガラス滴の微小化部材。
2. 前記テーパー部の前記複数の領域のうち、溶融ガラス滴と最初に接触する領域におけるテーパーの開き角が、３５°〜９０°の範囲であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。
3. 前記テーパー部の前記複数の領域のうち、前記ストレート部に最も近い領域におけるテーパーの開き角が、１０°〜３０°の範囲であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。
4. 前記テーパー部のうち、溶融ガラス滴と接触する領域全体の高さをｈ、テーパーの開き角が１０°〜３０°の範囲の領域の高さをｓとしたとき、
   ０．３≦ｓ／ｈ≦０．８であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。
5. 前記テーパー部の前記複数の領域の境界部、及び、前記テーパー部と前記ストレート部の境界部は、いずれも面取り加工が施されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。
6. 貫通孔を有し、該貫通孔の内周面に溶融ガラス滴を衝突させて、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により溶融ガラスの微小滴を得るための溶融ガラス滴の微小化部材において、
   前記貫通孔の内周面は、溶融ガラス滴が進入する入り口に向かって径が広がり、溶融ガラス滴を受けるテーパー部と、
   略一定の径を有し、前記テーパー部に衝突した溶融ガラス滴が通過するストレート部と、を有し、
   前記テーパー部のうち溶融ガラス滴と接触する領域は、前記ストレート部に近づくにしたがってテーパーの開き角が連続的に小さくなることを特徴とする溶融ガラス滴の微小化部材。
7. 前記テーパー部の、溶融ガラス滴と最初に接触する位置におけるテーパーの開き角が、３５°〜９０°の範囲であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。
8. 前記テーパー部のうち溶融ガラス滴と接触する領域は、前記貫通孔の中心軸を含む断面における断面形状が、略円弧状又は放物線状であることを特徴とする請求の範囲第６項又は第７項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材。
9. 滴下ノズルから滴下した溶融ガラス滴を、貫通孔を有する溶融ガラス滴の微小化部材に衝突させ、該溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離し、分離した溶融ガラスの微小滴を下型で受けて冷却するガラスゴブの製造方法において、
   前記溶融ガラス滴の微小化部材は、請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
10. 滴下ノズルから滴下した溶融ガラス滴を、貫通孔を有する溶融ガラス滴の微小化部材に衝突させ、該溶融ガラス滴の一部を該貫通孔を通過させて分離し、分離した溶融ガラスの微小滴を下型で受けて該下型と上型とで加圧成形するガラス成形体の製造方法において、
    前記溶融ガラス滴の微小化部材は、請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
11. 貫通孔を有する部材の、該貫通孔の内周面に溶融ガラス滴を落下して衝突させて、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により溶融ガラスの微小滴を得るガラス微小滴の製造方法において、
    前記部材は、請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の溶融ガラス滴の微小化部材であることを特徴とするガラス微小滴の製造方法。
12. 前記溶融ガラス滴の一部が前記貫通孔を通過した後、前記部材を上下反転させることにより、前記貫通孔を通過しないで前記部材上に残存した余剰ガラスを除去する工程を備えることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のガラス微小滴の製造方法。