JP5579410B2 - ガラス成型体の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス成型体の製造装置および製造方法に関する。

光学ガラスは、その屈折率に高い精度が求められる。通常、光学ガラスは炭酸塩、酸化物、硝酸塩その他の粉体原料を調合し、溶融することにより製造されるが、高い精度で屈折率を狙い通りに調節することは難しい。高精度の屈折率を実現するための一つの方法として、所定の屈折率を有する塊状ガラス（「カレット」と呼ばれる）を調合することが行われている。この場合、粉体原料を溶融してカレットを作製し、このカレットの屈折率を測定してストックしておき、製品溶解の時点で狙いの屈折率に対し、屈折率が高めのカレットと屈折率が低めのカレットを所定割合で調合することによって、狙いの屈折率の製品を製造する。

従来、カレットの作製は以下のような工程で行われていた。まず、石英ルツボや白金ルツボで粉体原料を溶解し、ステンレス又はダクタイル鋳鉄製台車上に溶融ガラスをキャストする。次に、キャストした溶融ガラスに水をかけて急冷する。この急冷によりガラスは細かく割れ、さらに１個の大きさを整えるためにそれを作業者が棒で突きながら砕いて塊状ガラスとしていた。しかし、従来の方法によるカレットの製造は手作業により行われるため、非効率であるとともにカレットの大きさや形状にばらつきが生じ、屈折率の測定や取り扱いに不便があった。また、粉砕したガラスの飛散によって損失が生じたり、作業者へ危険を及ぼしたりすることも懸念されていた。また、従来の方法で製造されたカレットを原料として連続溶融方式で光学ガラスを製造すると、カレットの大きさのばらつきによって高屈折率のカレットと低屈折率のカレットの供給バランスが崩れる可能性があり、製品の屈折率の調節を困難にする一因となっていた。

溶融ガラスを連続的に塊状に成型する技術として、溶融ガラスを互いに逆方向に駆動する一対の回転型の間に流下させて、二つの回転型が合わさることによって形成されたキャビティ内で所定形状のガラス成型体を作る方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。しかし、これらの方法では、互いに所定速度で回転する一対の回転型の凹部と凹部を正確に位置合わせしてキャビティを形成させることが必要であるとともに、二つの回転型の中間点に溶融ガラスを精度よく供給する必要がある。従って、仮に二つの回転型が同期せずに対向する凹部の位置にずれが生じた場合や、溶融ガラスの供給位置が中間点から外れた場合には、ガラス成型体の形状がいびつになったり、溶融ガラスが外部に流出して成型不能になったりする、という問題があった。

また、特許文献１、２に開示された技術は、上記のとおり、型となる凹部と凹部を正確に位置合わせする必要があることから、成形温度付近での溶融ガラスの粘度が比較的高いものでなければ扱えない。そのため、特許文献１、２では、製品に近いゴブやプリフォームを成型対象としている。つまり、特許文献１、２の技術は、処理できる溶融ガラスの粘度に制約があり、低粘度の溶融ガラスにまで適用範囲を広げることは想定されていない。一方、カレット製造は高スループットでの製造が求められる為、上述するような回転型によって製造しようとする場合には、流下時の溶融ガラスを高温にして溶融ガラスの粘度を低下させ、流下速度を速くする必要がある。それ故、低粘度の溶融ガラスにまで適用範囲を広げることが想定されていない特許文献１、２の技術は、カレット製造には不向きであると言える。

特開昭６４−５９１８号公報 特開２００３−４８７３１号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、溶融ガラスの粘度にかかわらず略一定の形状を有するガラス成型体を効率よく連続的に製造することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の（１）〜（２４）の観点を提供する。
（１）周面に溶融ガラスを受ける複数の凹部を有する回転型と、
前記回転型の凹部へ向けて溶融ガラスを供給する供給装置と、
を備え、前記回転型は、回転しながら、前記供給装置から供給されて前記凹部に流入した溶融ガラスをガラス成型体に成型するガラス成型体の製造装置。

（２）周面に溶融ガラスを受ける複数の凹部を有するローラーと、
前記ローラーの凹部へ向けて溶融ガラスを供給する供給装置と、
を備え、前記ローラーは、回転しながら、前記供給装置から供給されて前記凹部に流入した溶融ガラスをガラス成型体に成型するガラス成型体の製造装置。

（３）周面に溶融ガラスを受ける複数の凹部を有する第１のローラーと、
滑らかな周面を有し、前記第１のローラーと対をなす第２のローラーと、
前記第１のローラーの凹部へ向けて溶融ガラスを供給する供給装置と、
を備え、前記第１および第２のローラーは、互いに逆方向に回転しながら、前記供給装置から供給されて前記凹部に流入した溶融ガラスを間に挟み込んで加圧し、ガラス成型体に成型するガラス成型体の製造装置。

（４）前記供給装置は、前記第１のローラーの凹部へ向けて溶融ガラスを流下させて供給するノズルを備えている上記（３）に記載のガラス成型体の製造装置。

（５）前記ノズルは、前記第１のローラーが前記第２のローラーに最も接近した位置を基準として第１のローラーの回転中心からその回転方向に−１１０°〜０°の角度の範囲内のいずれかの位置にある凹部に対して溶融ガラスを供給する上記（４）に記載のガラス成型体の製造装置。

（６）前記ノズルから供給される溶融ガラスの粘度η（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηが０．５〜３の範囲内である上記（４）または（５）に記載のガラス成型体の製造装置。

（７）前記第１のローラーは、前記凹部を区画する複数の仕切り壁を備えており、該仕切り壁は、頂部と、該頂部を間に挟み前記第１のローラーの半径方向に対してそれぞれ２５°以上の角度で設けられている一対の壁面と、を有する先端部を備えている上記（３）から（６）のいずれかに記載のガラス成型体の製造装置。

（８）前記仕切り壁は、さらに、前記第１のローラーの半径方向に前記先端部よりも内側に位置し、前記凹部の底から立ち上がる基部を備え、前記先端部の一対の壁面は、前記第１のローラーの半径方向に対して前記基部の壁面よりも大きな角度で設けられている上記（７）に記載のガラス成型体の製造装置。

（９）前記第１のローラーは、その周方向に前記凹部を区画する複数の仕切り壁を備えており、該仕切り壁は、丸め形状の先端部を有している上記（３）から（７）のいずれかに記載のガラス成型体の製造装置。

（１０）前記第１のローラーと前記第２のローラーとが離間している上記（３）から（９）のいずれかに記載のガラス成型体の製造装置。

（１１）前記第１のローラーおよび／または前記第２のローラーを冷却するローラー冷却手段をさらに備えている上記（３）から（１０）のいずれかに記載のガラス成型体の製造装置。

（１２）前記供給装置から供給された前記溶融ガラスを冷却する溶融ガラス冷却手段をさらに備えている上記（３）から（１１）のいずれかに記載のガラス成型体の製造装置。

（１３）前記第１のローラーと前記第２のローラーとの間から送り出されたガラス成型体を冷却する成型体冷却手段をさらに備えている上記（３）から（１２）のいずれかに記載のガラス成型体の製造装置。

（１４）周面に溶融ガラスを受ける複数の凹部を有する回転型の該凹部へ向けて供給装置から溶融ガラスを供給する工程と、
前記凹部に供給された溶融ガラスを、前記回転型の回転によって移動させながら成型する工程と、
前記回転型の回転によって前記凹部から前記ガラス成型体を離型させ、収集する工程と、を備えているガラス成型体の製造方法。

（１５）周面に溶融ガラスを受ける複数の凹部を有するローラーの該凹部へ向けて供給装置から溶融ガラスを供給する工程と、
前記凹部に供給された溶融ガラスを、前記ローラーの回転によって移動させながら成型する工程と、
前記ローラーの回転によって前記凹部から前記ガラス成型体を離型させ、収集する工程と、を備えているガラス成型体の製造方法。

（１６）周面に溶融ガラスを受ける複数の凹部を有する第１のローラーの該凹部へ向けて供給装置から溶融ガラスを供給する工程と、
前記凹部に供給された溶融ガラスを、冷却しながら前記第１のローラーの回転によって該第１のローラーと対をなす第２のローラーとの間まで移動させる工程と、
前記第１のローラーの凹部に保持された溶融ガラスを滑らかな周面を有する前記第２のローラーとの間で挟み込んで加圧し、ガラス成型体を成型する工程と、
前記第１のローラーおよび第２のローラーの回転によってそれらの間から前記ガラス成型体を送り出して収集する工程と、を備えているガラス成型体の製造方法。

（１７）溶融ガラスを供給する工程は、前記第１のローラーの凹部へ向けて前記供給装置のノズルから溶融ガラスを流下させる上記（１６）に記載のガラス成型体の製造方法。

（１８）前記第１のローラー上の凹部が前記第２のローラーに最も近接した位置を基準として第１のローラーの回転中心からその回転方向に−１１０°〜０°の角度の範囲内のいずれかの位置に達した凹部に対して前記ノズルから溶融ガラスを供給する上記（１７）に記載のガラス成型体の製造方法。

（１９）前記ノズルから供給される溶融ガラスの粘度η（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηが０．５〜３の範囲内である上記（１７）または（１８）に記載のガラス成型体の製造方法。

（２０）前記第１のローラーは、前記凹部を区画する複数の仕切り壁を備えており、前記ガラス成型体を成型する工程では、前記仕切り壁により、前記ガラス成型体を数珠状に連結する連結部を形成する上記（１６）から（１９）のいずれかに記載のガラス成型体の製造方法。

（２１）前記第１のローラーと前記第２のローラーとを離間させた状態で行う上記（１６）から（２０）のいずれかに記載のガラス成型体の製造方法。

（２２）前記第１のローラーおよび／または前記第２のローラーを冷却しながら行う上記（１６）から（２１）のいずれかに記載のガラス成型体の製造方法。

（２３）前記供給装置から供給された前記溶融ガラスを冷却しながら行う上記（１６）から（２２）のいずれかに記載のガラス成型体の製造方法。

（２４）前記第１のローラーと前記第２のローラーとの間から送り出されたガラス成型体を冷却しながら行う上記（１６）から（２３）のいずれかに記載のガラス成型体の製造方法。

本発明のガラス成型体の製造装置は、溶融ガラスを受ける複数の凹部を有し、回転しながら凹部に流入した溶融ガラスをガラス成型体に成型する回転型を備えているので、略一定の形状を有するガラス成型体を、効率よく、連続的に成型できる。また、本発明のガラス成型体の製造装置は、凹部に溶融ガラスを供給した後回転しながら冷却を行うことができるので、適用できる溶融ガラスの粘度幅を広くとることができ、低粘度のガラス溶融体からも高スループットでガラス成型体を製造できる。

カレット製造機の概略構成を示す図面である。 受容部と仕切り壁の説明に供する受容ローラーの要部断面図である。 図２Ａの一部を拡大して示す断面図である。 仕切り壁の別の態様を説明する受容ローラーの要部断面図である。 ノズルから受容ローラーの凹部へ溶融ガラスを供給する位置を説明する図面である。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るカレット製造機１０の概略構成を示す図面である。カレット製造機１０は、回転型としての受容ローラー（第１のローラー）２０と、受容ローラー２０と対をなす圧接ローラー（第２のローラー）３０と、受容ローラー２０の受容部２１（凹部）へ向けて溶融ガラスＧを供給する供給装置４０と、を備えている。また、本実施の形態のカレット製造機１０は、受容ローラー２０と圧接ローラー３０との間から送り出されるガラス成型体としてのカレットＣを受け取る第１の搬送装置５０と、この第１の搬送装置５０に接続された第２の搬送装置６０と、第２の搬送装置６０に接続されてカレットＣを収容するカレット収容器７０とを備えている。さらに、カレット製造機１０は、溶融ガラスＧの固化を促すための複数の冷却手段（後述）を備えている。

受容ローラー２０は、周面２０Ｓに溶融ガラスＧを受ける複数の受容部２１（凹部）を有している。受容部２１は、断面が浅い皿状をなしており、受容ローラー２０の周方向に配列されている。受容ローラー２０は、受容部２１を区画する複数の仕切り壁２３を備えている。そして、周方向に隣接する受容部２１は、仕切り壁２３によって区画されている。この仕切り壁２３の構造と作用については後述する。なお、受容部２１の形状は皿状に限らず、例えば半球状などにすることもできる。

受容ローラー２０は図示しないモーター等の駆動源を有している。この駆動源を駆動させることにより、受容ローラー２０は所定の速度で、図１において矢印で示す時計回りに回転する。受容ローラー２０の回転速度は、例えば受容ローラー２０の径（大きさ）、溶融ガラスＧの粘度などに応じて調節することができる。もっとも、本実施の形態のカレット製造機１０では、後述するように受容ローラー２０および圧接ローラー３０の回転速度を一定に設定した状態で広い範囲の粘度を持つ溶融ガラスＧを処理できる。

受容ローラー２０は、例えばクロムモリブデン鋼、ダクタイル鋳鉄などの材質で形成されている。受容ローラー２０は、内部に冷媒（例えば冷却水Ｗ）を通流させる流路２５と、この流路２５に冷却水Ｗを供給する冷媒供給管２７とを備えている。冷媒供給管２７は、外部の冷媒供給源（図示せず）に接続されている。

圧接ローラー３０は、その回転方向が異なること、および周面３０Ｓに凹凸を有しないことを除き、受容ローラー２０と同様の構成を備えている。圧接ローラー３０は図示しないモーター等の駆動源を有している。この駆動源を駆動させることにより、図１において矢印で示す反時計回りに回転する。また、圧接ローラー３０は滑らかな周面３０Ｓを有している。この滑らかな周面３０Ｓは、受容ローラー２０の受容部２１に注入された溶融ガラスＧを外側から加圧する押圧面である。受容ローラー２０と同様に、圧接ローラー３０も内部に冷媒としての冷却水Ｗを通流させる流路３１を備えており、さらに、この流路３１と接続する冷媒排出管３３を備えている。

受容ローラー２０と圧接ローラー３０とは接触していてもよいが、受容ローラー２０の受容部２１に流入した溶融ガラスＧ（または、固化したカレットＣ）の体積を考慮してわずかに離間させておくことが好ましい。このように、受容ローラー２０と圧接ローラー３０とをわずかに離間させて非接触の状態にしておくことにより、溶融ガラスＧ（カレットＣ）がローラー間で張り付きを起こすことによる回転停止や故障などの発生を防止できる。このような観点から、受容ローラー２０と圧接ローラー３０との隙間は、例えば０ｍｍ〜５ｍｍの範囲内とすることが好ましく、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内とすることがより好ましい。

受容ローラー２０と圧接ローラー３０の回転速度は、処理対象の溶融ガラスＧの温度や粘度などに応じて設定できる。受容ローラー２０と圧接ローラー３０は同じ速度で回転させることが好ましいが、異なる速度で回転させてもよい。

また、図１では受容ローラー２０と圧接ローラー３０の径を略同じ大きさで描いているが、二つのローラーの径は必ずしも同一でなくてもよい。

ここで、受容ローラー２０において受容部２１を区画する仕切り壁２３について説明する。仕切り壁２３は受容部２１を区画する機能以外に、受容ローラー２０と圧接ローラー３０との間で溶融ガラスＧを固化成型する際に、カレットＣどうしを完全に分断せず、隣り合うカレットＣを接続する連結部分を形成する機能も有している。なお、仕切り壁２３の高さを調節することによって、受容ローラー２０と圧接ローラー３０の間から塊状に分離した状態でカレットＣを送り出すことも可能である。

本実施の形態において、仕切り壁２３は、図２Ａに示したように頂部２３ａ_１と、該頂部２３ａ_１を間に挟む一対の壁面２３ａ_２，２３ａ_３とを有する先端部２３Ａを備えている。また、仕切り壁２３は、受容ローラー２０の半径方向に先端部２３Ａよりも内側に位置する基部２３Ｂを備えている。基部２３Ｂは、受容部２１の底面２１ａから立ち上がる一対の壁面２３ｂ_１，２３ｂ_２を有している。基部２３Ｂの壁面２３ｂ_１は、先端部２３Ａの壁面２３ａ_２に連なり、基部２３Ｂの壁面２３ｂ_２は先端部２３Ａの壁面２３ａ_３に連なっている。

基部２３Ｂを構成する二つの壁面２３ｂ_１，２３ｂ_２は、図２Ｂに示したように、受容ローラー２０の半径方向に対して、それぞれ角度α_１をなすように斜めに形成されている。つまり、基部２３Ｂを構成する二つの壁面２３ｂ_１，２３ｂ_２は、先端部２３Ａ側にいくほど互いに近づき、壁の幅が小さくなっていくように形成されている。このように形成すれば、受容部２１の周方向における断面を略テーパー状の窪みとして形成できるため、溶融ガラスＧを受容部２１内に注入しやすくなるとともに、固化したカレットＣを受容部２１から離型させやすくなる。上記角度α_１は、例えば１７°〜２０°の範囲内に設定することが好ましく、１８°〜１９°の範囲内に設定することがより好ましい。なお、二つの壁面２３ｂ_１，２３ｂ_２は、互いに平行に形成することも可能であるが、上記のように所定の角度α_１で斜めに形成することが好ましい。

また、先端部２３Ａにおいて、頂部２３ａ_１を間に挟む一対の壁面２３ａ_２，２３ａ_３は、受容ローラー２０の半径方向に対して、角度α_２をなすように斜めに形成されている。つまり、先端部２３Ａの二つの壁面２３ａ_２，２３ａ_３は頂部２３ａ_１を頂点として互いの距離が近づいていくような形状となっている。角度α_２は、先端部２３ｂの機械的強度を十分に高めるために、例えば２５°以上に設定することが好ましく、２５°〜４５°の範囲内に設定することがより好ましく、３０°〜４０°の範囲内に設定することが最も好ましい。ここで、角度α_２は、基部２３Ｂの壁面２３ｂ_１および壁面２３ｂ_２が受容ローラー２０の半径方向に対してなす角度α_１よりも大きくなっており、角度α_２とα_１との差分（α_２−α_１）は、２０°〜２２°の範囲内であることが好ましい。

以上のように、仕切り壁２３を二段階の角度α_１，α_２で形成された壁面を有する壁として形成することによって、受容部２１内からカレットＣを分離しやすくできるとともに、仕切り壁２３の幅をいたずらに広げることなく（つまり、受容部２１の体積を出来るだけ縮小せずに）、先端部２３Ａに十分な機械的強度を持たせることができる。従って、万一、離型不良になって受容部２１内にカレットＣが残った状態のまま、次回転でその上から溶融ガラスＧが追加投入されたような場合でも、仕切り壁２３の損傷を防止できる。

なお、同様の観点から、例えば図３に示したように仕切り壁２３の先端部２３Ａ’を丸め形状に加工してもよい。先端部２３Ａ’を丸め形状にすることによっても、受容部２１の体積を出来るだけ縮小せずに、先端部２３Ａ’に十分な機械的強度を持たせることができる。また、この場合も、基部２３Ｂを構成する二つの壁面２３ｂ_１，２３ｂ_２は、受容ローラー２０の半径方向に対して、それぞれ所定の角度（例えば、上記角度α_１）をなすように斜めに形成することが好ましい。

なお、仕切り壁２３と直交して受容部２１を囲み、受容部２１の窪みを形成している対向する二つの壁面２９（図２Ａ及び図３において片側のみ図示した）も、受容部２１の底面２１ａに対して垂直ではなく、上部にいくほど互いの距離が離れるテーパー形状に形成しておくことが好ましい。このようにすれば、受容部２１は、受容ローラー２０の周方向およびこれに直交する横断方向のどちらの断面も径外方向へ拡開した形状（皿状）となり、溶融ガラスＧの注入およびカレットＣの離型がさらに容易になる。

図１に示したように、供給装置４０は、溶融ガラスＧを受容ローラー２０へ向けて流下させるノズル４１を備えている。ノズル４１は、受容ローラー２０の受容部２１へ向けて溶融ガラスＧを供給する。このノズル４１は、ガラス原料を加熱溶融する溶融炉４３に、供給路４５を介して接続されている。

ノズル４１は、回転する受容ローラー２０の上方に配置され、特定の位置で、直下に移動してきた受容部２１へ溶融ガラスＧを流下させる。本実施の形態では、固定されたノズル４１に対し、受容ローラー２０（及び圧接ローラー３０）を横方向（水平方向）に変位可能に構成されている。そのため、溶融ガラスＧを受容部２１に供給する際のノズル４１と受容ローラー２０との相対的な位置を、溶融ガラスＧの粘度等に応じて可変に設定できる。例えば、図４に示したように、受容ローラー２０上の受容部２１が圧接ローラー３０に最も近接した対向位置Ｐを基準（０°）とした場合、受容ローラー２０の回転中心Ｏからその回転方向に任意の角度θの位置まで移動してきた受容部２１に対して、溶融ガラスＧを供給できるように、ノズル４１に対する受容ローラー２０の位置を横方向（水平方向）に変えることができる。なお、受容ローラー２０（及び圧接ローラー３０）の位置を変える代わりにノズル４１を変位可能に構成してもよい。

負の値をとる角度θの絶対値が大きくなるほど、ノズル４１により受容部２１に注入されてから受容ローラー２０の回転により圧接ローラー３０との対向位置Ｐに運ばれて加圧されるまでの時間が長くなり、その分、溶融ガラスＧの冷却・固化を進行させることができる。例えば、上記角度θが−１１０°の位置で溶融ガラスＧを供給するときは、受容ローラー２０の頂点よりも回転方向に対して上流側の位置に溶融ガラスＧを流下させることになる。この場合、受容ローラー２０の受容部２１での冷却時間を長くとることができるため、比較的粘度の低い溶融ガラスＧを処理する目的に適している。

一方、角度θの絶対値が小さくなる（角度θが０°に近づく）ほど、ノズル４１により受容部２１に注入されてから圧接ローラー３０との間で加圧されるまでの時間が短くなる。例えば、上記角度θが−５°の位置で溶融ガラスＧを供給するときは、供給直後に圧接ローラー３０により加圧成型される。この場合は、受容ローラー２０の受容部２１で溶融ガラスＧを冷却する時間がほとんどないため、比較的粘度が高い溶融ガラスＧを処理する目的に適している。

従って、溶融ガラスＧの粘度が低い場合は、角度θが−１１０°に近い位置で溶融ガラスＧを受容部２１に供給することが好ましく、逆に溶融ガラスＧの粘度が高い場合は、角度θが０°に近い位置で溶融ガラスＧを受容部２１に供給することが好ましい。このように、本実施の形態のカレット製造機１０では、ノズル４１と受容ローラー２０との相対的な位置を変更することによって、溶融ガラスＧの粘度に応じて受容ローラー２０上での移動冷却時間を最適化できる。従って、溶融ガラスＧの粘度の制約を受けることが少なく、幅広い粘度の溶融ガラスＧに対して、受容ローラー２０の回転速度を極力一定に保ちながら高スループットで成型処理できる。角度θとしては、溶融ガラスＧの粘度と受容部２１内での溶融ガラスＧの冷却時間を考慮して、例えば−１１０°〜０°の範囲内、好ましくは−１１０°〜−５°の範囲内、より好ましくは−１００°〜−４５°の範囲内とすることができる。また、例えば、溶融ガラスの粘度η（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηが０．５〜１．５の範囲内である場合、角度θは−１１０°〜−９０°の範囲内が好ましく、ｌｏｇηが１．６〜３．０の範囲内である場合、角度θは−１００°〜−５０°の範囲内が好ましい。より製品に近い成形体を求めるのであれば、角度θを−１１０°に近い位置で処理をすることが好ましい。

なお、上記角度θが０°のとき、供給装置４０のノズル４１は、受容ローラー２０と圧接ローラー３０との中間点（対向位置Ｐ）に溶融ガラスＧを流下させることになるので、このタイミングで溶融ガラスＧを供給する場合には、受容ローラー２０と圧接ローラー３０とを当接させることが好ましい。

ノズル４１と受容ローラー２０との相対的な位置関係は、横方向だけでなく、上下方向（垂直方向）にも変更できるように構成することも可能である。ノズル４１に対する受容ローラー２０の上下方向の位置を変化させることによって、ノズル４１から受容ローラー２０の受容部２１内へ流下する間の溶融ガラスＧの冷却度を調節できる。

次に、再び図１を参照しながら、カレット製造機１０における冷却手段について説明する。上述のように、カレット製造機１０の受容ローラー２０内および圧接ローラー３０内には、それぞれ流路２５，３１が形成されている。図示しない冷媒供給源から、冷媒供給管２７を介して受容ローラー２０内の流路２５に導入された冷却水Ｗは、内側から受容ローラー２０を冷却し、受容部２１に保持された溶融ガラスＧの固化を促進する。すなわち、冷却水Ｗは、溶融ガラスＧから受容ローラー２０に伝導した熱を除熱し、受容ローラー２０の温度上昇を抑え、受容ローラー２０の受容部２１内の溶融ガラスＧを速やかに冷却固化させる。また、圧接ローラー３０の流路３１に導入された冷却水Ｗは、内側から圧接ローラー３０を冷却し、加圧時に溶融ガラスＧの固化を促進する。すなわち、冷却水Ｗは、溶融ガラスＧを成型する際に加圧する圧接ローラー３０の温度上昇を抑え、溶融ガラスＧを加圧成型しながら速やかに冷却固化させる。

本実施の形態では、受容ローラー２０の流路２５内を通過した冷却水Ｗは一旦外部を通る配管（図示せず）を介して圧接ローラー３０の流路３１内に入り、冷媒排出管３３を介して外部に排出される。従って、カレット製造機１０において、受容ローラー２０の流路２５、圧接ローラー３０の流路３１、これらを接続する配管（図示せず）、冷媒供給管２７および冷媒排出管３３により、ローラー冷却手段が構成されている。なお、受容ローラー２０と圧接ローラー３０に、それぞれ別々にローラー冷却手段を設けることも可能であり、例えば、流路２５，３１に、それぞれ別々に冷却水Ｗを供給し、排出させる構成としてもよい。また、必要に応じて、冷却水Ｗを例えば外部の熱交換器（図示せず）を通過させて冷却した後、循環再利用してもよい。

カレット製造機１０は、受容ローラー２０および／または圧接ローラー３０を冷却するローラー冷却手段の別の態様として、受容ローラー２０および／または圧接ローラー３０に対して気体（例えばエア）を噴射する気体噴射装置を有している。例えば、図１では、溶融ガラスＧが供給される位置よりも受容ローラー２０の回転方向の上流側に（つまり、カレットＣを離型した後、溶融ガラスＧを受けるまでの間の位置に）、気体噴射装置としてのエアノズル８０が配設されている。このエアノズル８０から受容ローラー２０に向けてエアを噴射することによって、受容ローラー２０を冷却することができる。このエアノズル８０から噴射されるエアは予め温度調節されていてもよい。

なお、図示はしていないが、圧接ローラー３０側にも同様に、ローラー冷却手段としての気体噴射装置を設けることができる。

このように、カレット製造機１０では、ローラー冷却手段によって二つのローラー（受容ローラー２０および圧接ローラー３０）を内側および／または外側から冷却し、溶融ガラスＧの固化を促している。このため、カレット製造機１０では、例えば溶融ガラスの粘度η（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηが０．５〜３の範囲内であるの低粘度の溶融ガラスＧについても十分に処理対象にできる。

本実施の形態のカレット製造機１０では、さらに以下に説明するような補助的冷却手段を設けることにより、溶融ガラスＧの固化を促すことができる。

カレット製造機１０は、溶融ガラスＧを冷却する溶融ガラス冷却手段を備えていてもよい。溶融ガラス冷却手段として、例えば受容ローラー２０上に供給され受容部２１に保持された溶融ガラスＧに対して気体（例えばエア）を噴射する気体噴射装置を設けることができる。具体的には、図１では、気体噴射装置としてのエアノズル８１が受容ローラー２０の上方に配備されている。エアノズル８１はノズル４１による溶融ガラスＧの供給位置と、対向位置Ｐとの間の溶融ガラスＧに向けてエアを噴射できるように設けられている。このエアノズル８１から、受容部２１に供給され、そこに保持された溶融ガラスＧに対してエアを噴射して冷却する。なお、エアノズル８１から噴射されるエアは予め温度調節されていてもよい。

また、溶融ガラス冷却手段の別の態様として、受容ローラー２０上に供給された溶融ガラスＧに当接して除熱する第３のローラーを設けることができる。具体的には、図１では、第３のローラーとして二つの除熱ローラー８３，８５が、受容ローラー２０の上方に隣接して配設されている。除熱ローラー８３，８５は、受容ローラー２０に溶融ガラスＧが供給される位置よりも回転方向の下流側で圧接ローラー３０との対向位置Ｐまでの間において、受容ローラー２０上の受容部２１に保持された溶融ガラスＧの表面に当接することにより除熱を行う。受容部２１に保持された溶融ガラスＧの粘性が低い場合に、除熱ローラー８３，８５を適用することによって溶融ガラスＧの冷却を促進し、粘性を上昇させることができる。この目的から、除熱ローラー８３，８５は、熱伝導率の高い材質で構成することが好ましく、例えばダクタイル鋳鉄等の材質で構成できる。また、除熱ローラー８３，８５は、受容ローラー２０や圧接ローラー３０と同様に、水冷方式または空冷方式の冷却手段を有していてもよい。なお、除熱ローラーは２つに限らず、１つ或いは３つ以上設けることもできる。

また、カレット製造機１０は、受容ローラー２０と圧接ローラー３０との間から送り出されたカレットＣを冷却するカレット冷却手段（成形体冷却手段）をさらに備えていてもよい。このカレット冷却手段として、例えばカレットＣに対して気体（例えばエア）を噴射する気体噴射装置を設けることができる。図１では、気体噴射装置としてのエアノズル８７が、受容ローラー２０と圧接ローラー３０との対向位置Ｐの下方に設けられている。このエアノズル８７から、成型されたカレットＣに対してエアを噴射することによりカレットＣの冷却を促すことができる。エアノズル８７から噴射される気体は、予め温度調節されていてもよい。

次に、以上の構成を有するカレット製造機１０を用いたカレットＣの製造方法について説明する。まず、受容ローラー２０および圧接ローラー３０を互いに逆方向に回転させながら、溶融炉４３から供給路４５を介してノズル４１へ溶融ガラスを導き、ノズル４１から受容ローラー２０の受容部２１へ溶融ガラスＧを流下させる。上記のとおり、溶融ガラスＧを受容ローラー２０のどの位置の受容部２１に供給するかは、溶融ガラスＧの粘度に応じて決定できる。なお、溶融ガラスＧの供給は連続的もしくは間欠的に行うことができる。

次に、受容ローラー２０の回転によって、受容部２１に供給された溶融ガラスＧは受容部２１に保持された状態で圧接ローラー３０との間（二つのローラーの対向位置Ｐ）まで移動させられる。この移動の間、受容部２１に保持された溶融ガラスＧは冷却され、表面側から内部へ少しずつ固化が進んでいく。この際、上記ローラー冷却手段、溶融ガラス冷却手段によって、溶融ガラスＧの冷却固化が促進される。

次に、受容ローラー２０と圧接ローラー３０との間（対向位置Ｐ）まで運ばれた溶融ガラスＧを受容ローラー２０と滑らかな周面を有する圧接ローラー３０との間で挟み込んで加圧することにより、カレットＣが成型される。すなわち、受容ローラー２０および圧接ローラー３０は、互いに逆方向に回転しながら、受容部２１に保持された溶融ガラスＧをローラー間で圧力を加えながら冷却固化させて所定の形状のカレットＣに成型する。

次に、受容ローラー２０および圧接ローラー３０の回転によってこれら二つのローラーの間からカレットＣを送り出して収集する。カレットＣは、二つのローラー間から下方へむけて送り出される。この段階では、図１に示すように、カレットＣの端部同士が固化したガラスによって接続されて数珠状に連なった状態で送り出すことができる。数珠状に連なったカレットＣは、自重で第１の搬送装置５０に着地した段階で接続部が折れるため、自然に個々のカレットＣに分離することができる。また、受容ローラー２０および圧接ローラー３０から下方へ送り出された数珠状のカレットＣに例えばエア等を吹きつけて接続部の切断を促すこともできる。なお、仕切り壁２３の高さを調節することによって、受容ローラー２０と圧接ローラー３０の間から塊状に分離した状態でカレットＣを送り出すことも可能である。分離されたカレットＣは、例えばベルトコンベアなどの第１の搬送装置５０から第２の搬送装置６０を介してカレット収容器７０に集められて収容される。

上記ノズル４１から受容部２１への溶融ガラスＧの供給、受容部２１に溶融ガラスＧを保持した状態で２つのローラー間への移動、加圧によるカレットＣの成型および収集の各工程は、好ましくは連続的に行われ、順次カレットＣが製造されていく。このように、本実施の形態のカレットＣの製造方法は、少なくとも以下の工程；周面２０Ｓに溶融ガラスＧを受ける複数の受容部２１を有する受容ローラー２０の該受容部２１へ向けて供給装置４０のノズル４１から溶融ガラスＧを供給する工程と、受容部２１に供給された溶融ガラスＧを、冷却しながら受容ローラー２０の回転によって受容ローラー２０と対をなす圧接ローラー３０との間まで移動させる工程と、受容ローラー２０の受容部２１に保持された溶融ガラスＧを滑らかな周面を有する圧接ローラー３０との間で挟み込んで加圧し、カレットＣを成型する工程と、受容ローラー２０および圧接ローラー３０の回転によってそれらの間からカレットＣを送り出して収集する工程と、を備えている。

以上のように、本実施の形態のカレット製造機１０では、片側に型となる受容部２１を設けた受容ローラー２０、もう一方に滑らかな周面３０Ｓを有する圧接ローラー３０を配置したので、型を位置合わせするための二つのローラーの回転の精密な調整が不要であり、溶融ガラスＧの供給位置も適宜設定できる。従って、二つのローラーの型の位置ずれを気にする必要がなく、効率的にカレットＣを連続成型できる。

また、供給装置４０のノズル４１から受容部２１に流下した溶融ガラスＧは、圧接ローラー３０との間（対向位置Ｐ）まで運ばれる間に、ローラー冷却手段を有する受容ローラー２０側への熱伝導と外気への放熱によって、さらに必要に応じて、除熱ローラー８３，８５およびエアノズル８１によって冷却される。また、溶融ガラスＧの粘度に応じて、ノズル４１から供給される溶融ガラスＧを受け止める受容ローラー２０上の位置を変えることによって、受容部２１内での溶融ガラスＧの冷却時間を調整できる。従って、カレット製造機１０では、例えばｌｏｇηが０．５〜６の範囲内の幅広い粘度の溶融ガラスＧの成型に適用できる。特に、ｌｏｇηが０．５〜３と粘度が低い溶融ガラスＧについても、圧接ローラー３０との対向位置Ｐまで運ばれる間に粘性を上げ、或いは表層を固化させておくことによって、加圧時に受容部２１から溶融ガラスＧが流れ出して成型が不十分になることを防止できる。

このように溶融ガラスＧの粘度が低い場合でもローラーの回転速度を落とさずに高スループットで成型が可能であるため、光学ガラスの原料となるカレットＣの製造に適している。また、得られるカレットＣの大きさと形状が略一定であるため、本発明方法で製造されたカレットＣを調合することによる屈折率の調節も高い信頼性で確実に行うことができる。

次に、本発明の効果を確認した実験結果について説明する。図１と同様の構成のカレット製造機１０を用い、溶融ガラスＧからカレットＣを連続製造した。ガラスの組成は株式会社オハラのハードセラムＴＳ−１０（登録商標）ＳＸである。製造途中で図１に示すａ〜ｇの箇所で溶融ガラスＧまたはカレットＣの温度を携帯形デジタル放射温度計（株式会社チノー製）により計測した。その結果、各計測箇所の温度は、ａ（１２８０℃）、ｂ（７９０℃）、ｃ（５９０℃）、ｄ（４５０℃）、ｅ（３５０℃）、ｆ（２５０℃）およびｇ（＜１５０℃）であった。この実験結果から、受容ローラー２０に供給された溶融ガラスＧは、受容ローラー２０の受容部２１内で急激に冷却されて成形に十分な粘性を持つ温度域まで低下しており（１２８０℃→７９０℃）、その状態で圧接ローラー３０との間で加圧することにより、所望の形状のカレットＣに成型できることが確認できた。

以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記実施の形態では、カレットＣの製造を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、本発明はカレットＣよりも、より製品に近い成型体、例えばゴブ、プリフォームなどの成型にも適用できる。

また、上記実施の形態のカレット製造機１０では、回転型としての受容ローラー２０と圧接ローラー３０とを組み合わせて配置したが、受容ローラー２０の受容部２１で溶融ガラスＧを冷却固化できる場合は、圧接ローラー３０による加圧を行わなくてもよい。つまり、圧接ローラー３０の配備を省略できる。

また、カレット製造機１０では、回転型として断面円形の受容ローラー２０を用いたが、回転型としてはローラーに限らず、例えば受容部が周面に設けられたキャタピラー様の形状等の任意の形状であってもよい。

また、受容ローラー２０の周面２０Ｓに複数列の受容部２１を横断方向に並べて配設してもよく、これによりさらに生産効率を挙げることができる。

１０…カレット製造機、２０…受容ローラー、２１…受容部、２３…仕切り壁、２５…流路、３０…圧接ローラー、３１…流路、４０…供給装置、４１…ノズル、４３…溶融炉、５０…第１の搬送装置、６０…第２の搬送装置、７０…カレット収容器、８０，８１…エアノズル、８３，８５…除熱ローラー、Ｃ…カレット、Ｗ…冷却水

Claims (16)

1. 周面に溶融ガラスを受ける複数の凹部を有する第１のローラーと、
   滑らかな周面を有し、前記第１のローラーと対をなす第２のローラーと、
   前記第１のローラーの凹部へ向けて溶融ガラスを供給する供給装置と、
   を備え、
   前記第１のローラーは、前記凹部を区画する複数の仕切り壁を備えており、
   前記仕切り壁は、頂部と、該頂部を間に挟み前記第１のローラーの半径方向に対してそれぞれ２５°以上の角度で設けられている一対の壁面と、を有する先端部を備えているとともに、さらに、前記第１のローラーの半径方向に前記先端部よりも内側に位置し、前記凹部の底から立ち上がる基部を備え、前記先端部の一対の壁面は、前記第１のローラーの半径方向に対して前記基部の壁面よりも大きな角度で設けられており、
   前記第１および第２のローラーは、互いに逆方向に回転しながら、前記供給装置から供給されて前記凹部に流入した溶融ガラスを間に挟み込んで加圧し、ガラス成型体に成型するガラス成型体の製造装置。
2. 前記供給装置は、前記第１のローラーの凹部へ向けて溶融ガラスを流下させて供給するノズルを備えている請求項１に記載のガラス成型体の製造装置。
3. 前記ノズルは、前記第１のローラーが前記第２のローラーに最も接近した位置を基準として第１のローラーの回転中心からその回転方向に−１１０°〜０°の角度の範囲内のいずれかの位置にある凹部に対して溶融ガラスを供給する請求項２に記載のガラス成型体の製造装置。
4. 前記ノズルから供給される溶融ガラスの粘度η（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηが０．５〜３の範囲内である請求項２または３に記載のガラス成型体の製造装置。
5. 前記第１のローラーと前記第２のローラーとが離間している請求項１から４のいずれか１項に記載のガラス成型体の製造装置。
6. 前記第１のローラーおよび／または前記第２のローラーを冷却するローラー冷却手段をさらに備えている請求項１から５のいずれか１項に記載のガラス成型体の製造装置。
7. 前記供給装置から供給された前記溶融ガラスを冷却する溶融ガラス冷却手段をさらに備えている請求項１から６のいずれか１項に記載のガラス成型体の製造装置。
8. 前記第１のローラーと前記第２のローラーとの間から送り出されたガラス成型体を冷却する成型体冷却手段をさらに備えている請求項１から７のいずれか１項に記載のガラス成型体の製造装置。
9. 周面に溶融ガラスを受ける複数の凹部を有する第１のローラーの該凹部へ向けて供給装置から溶融ガラスを供給する工程と、
   前記凹部に供給された溶融ガラスを、冷却しながら前記第１のローラーの回転によって該第１のローラーと対をなす第２のローラーとの間まで移動させる工程と、
   前記第１および第２のローラーを、互いに逆方向に回転させながら、前記第１のローラーの凹部に保持された溶融ガラスを滑らかな周面を有する前記第２のローラーとの間で挟み込んで加圧し、ガラス成型体を成型する工程と、
   前記第１のローラーおよび第２のローラーの回転によってそれらの間から前記ガラス成型体を送り出して収集する工程と、を備え、
   前記第１のローラーは、前記凹部を区画する複数の仕切り壁を備えており、
   前記仕切り壁は、頂部と、該頂部を間に挟み前記第１のローラーの半径方向に対してそれぞれ２５°以上の角度で設けられている一対の壁面と、を有する先端部を備えているとともに、さらに、前記第１のローラーの半径方向に前記先端部よりも内側に位置し、前記凹部の底から立ち上がる基部を備え、前記先端部の一対の壁面は、前記第１のローラーの半径方向に対して前記基部の壁面よりも大きな角度で設けられており、
   前記ガラス成型体を成型する工程では、前記仕切り壁により、前記ガラス成型体を数珠状に連結する連結部を形成するガラス成型体の製造方法。
10. 溶融ガラスを供給する工程は、前記第１のローラーの凹部へ向けて前記供給装置のノズルから溶融ガラスを流下させる請求項９に記載のガラス成型体の製造方法。
11. 前記第１のローラー上の凹部が前記第２のローラーに最も近接した位置を基準として第１のローラーの回転中心からその回転方向に−１１０°〜０°の角度の範囲内のいずれかの位置に達した凹部に対して前記ノズルから溶融ガラスを供給する請求項１０に記載のガラス成型体の製造方法。
12. 前記ノズルから供給される溶融ガラスの粘度η（ｄＰａ・ｓ）の対数ｌｏｇηが０．５〜３の範囲内である請求項１０または１１に記載のガラス成型体の製造方法。
13. 前記第１のローラーと前記第２のローラーとを離間させた状態で行う請求項９から１２のいずれか１項に記載のガラス成型体の製造方法。
14. 前記第１のローラーおよび／または前記第２のローラーを冷却しながら行う請求項９から１３のいずれか１項に記載のガラス成型体の製造方法。
15. 前記供給装置から供給された前記溶融ガラスを冷却しながら行う請求項９から１４のいずれか１項に記載のガラス成型体の製造方法。
16. 前記第１のローラーと前記第２のローラーとの間から送り出されたガラス成型体を冷却しながら行う請求項９から１５のいずれか１項に記載のガラス成型体の製造方法。
    

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