JP5688915B2 - ガラス成形体の製造装置及びガラス成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス成形体の製造技術に関する。

ガラス成形体は、ガラスが軟化した状態で上型及び下型でプレスすることで製造されている。従来、軟化ガラスとして、一旦成形されたガラス体（プリフォーム）を加熱して軟化させたものを用いる場合もあるが、加工工程の重複を回避できる点では、溶融ガラスを塊化した溶融ガラス塊をそのまま成形する技術（いわゆるダイレクトプレス法）が有用である。

この場合、まず、溶融ガラス源から直接に下型の受け面へと流下して、受け面上に溶融ガラス塊を配置する。次に、下型を上型へと突き上げることで、溶融ガラス塊を受け面と上型の成形面とで押圧し、ガラス成形体を製造する（例えば、特許文献１参照）。

特公平７−２９７８０号公報

しかし、一般に溶融ガラス塊は極めて高温であるため、従来のガラス成形型でダイレクトプレス法を行うと、溶融ガラス塊が配置される受け面が消耗しやすく、また受け面に溶融ガラスが付着して充分に離形しないために、ガラス成形体の品質を低下しやすい。

また、所望の形状から外れたガラス成形体が製造されると、研磨等を行ってガラス成形体ＧＭを所望の形状へと近似させる必要があるが、これには多大な時間及び費用がかかる。そこで、所望の形状（例えば、凸面、凹面）を有する受け面を用いることで、予め所望の形状に近似したガラス成形体を製造することが望まれる。しかし、このような形状では、受け面に負荷される溶融ガラス塊の重量が受け面の各位置間で不均一になる結果、局所的に多大な消耗及びガラス付着が生じやすい。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、ダイレクトプレスを行いつつ溶融ガラスの高温による悪影響を抑制できるガラス成形体の製造装置及びガラス成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、受け面の一部又は全部に気体噴出孔を形成し、受け面から気体を噴出させることで、受け面へのガラスの付着を抑制できること、また、このようにして製造されるガラス成形体を軽度に表面処理するだけで高品質な光学素子等として使用できることを見出し、本発明を完成するに至った。つまり、本発明は、ガラス成形体の表面粗度を向上する観点で、滑らかな表面で受け面を構成してきた従来の常識を覆すものである。具体的に、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 溶融ガラス塊をプレスするガラス成形型と、このガラス成形型に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給装置と、を備えるガラス成形体の製造装置であって、
前記ガラス成形型は、溶融ガラス塊が設置され且つ一部又は全部に気体噴出孔が形成された受け面を有する下型と、
前記溶融ガラス塊を前記受け面と押圧する成形面を有する上型と、
前記気体噴出孔に気体を供給し噴出させる気体供給手段と、を有する製造装置。

（２） 前記下型は、前記気体噴出孔が形成された表面のうち前記受け面を除く非受け面の一部又は全部を被覆する被覆部を更に有する（１）記載の製造装置。

（３） 前記受け面は、凹面を構成する（１）又は（２）記載の製造装置。

（４） 前記受け面は、凸面を構成する（１）又は（２）記載の製造装置。

（５） 前記下型は、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を有する（１）から（４）いずれか記載の製造装置。

（６） 前記下型及び上型が接近状態にある間、気体の供給を低減又は停止するよう前記気体供給手段を制御する制御手段を更に備える（１）から（５）いずれか記載の製造装置。

（７） 前記下型は、前記気体噴出孔を前記下型の外部へと連通させる連通路を有し、
前記受け面及び成形面で囲まれる箇所の気体が前記連通路から外部へと逃避する（１）から（６）いずれか記載の製造装置。

（８） ガラス成形体の製造方法であって、
溶融ガラス塊が設置され且つ一部又は全部気体噴出孔が形成された受け面を有する下型と、前記溶融ガラス塊を前記受け面と押圧する成形面を有する上型と、を有するガラス成形型を用い、
前記気体噴出孔に気体を供給して前記受け面から噴出させ、
前記受け面に溶融ガラス塊を配置し、前記受け面及び前記成形面で押圧して成形する工程を有する製造方法。

（９） 前記下型は、前記気体噴出孔が形成された表面のうち前記受け面を除く非受け面の一部又は全部を被覆する被覆部を更に有する（７）記載の製造方法。

（１０） 前記受け面は、ガラス成形体の表面の部分形状に近似した形状を有する（８）又は（９）記載の製造方法。

（１１） 前記下型として、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を用いる（８）から（１０）いずれか記載の製造方法。

（１２） 前記押圧の間、前記気体の供給を低減又は停止する工程を更に有する（８）から（１１）いずれか記載の製造方法。

（１３） 前記下型として、前記気体噴出孔を前記下型の外部へと連通させる連通路を有するものを用い、
前記押圧の間、受け面及び成形面で囲まれる箇所の気体が前記連通路から外部へと逃避する（８）から（１２）いずれか記載の製造方法。

（１４） （８）から（１３）いずれか記載の製造方法で製造されるガラス成形体を表面処理してなる光学素子。

（１５） （１４）記載の光学素子を用いた光学機器。

本発明によれば、受け面の一部又は全部に気体噴出孔を形成し、気体を噴出する受け面上に溶融ガラス塊を配置するので、溶融ガラス塊が受け面に付着するのが抑制され、これにより受け面の消耗を抑制でき、ガラス成形体の品質を向上できる。また、これらの効果は受け面の形状に依存せずに奏されるため、所望の形状を有する受け面を用いることで、研磨等の処理負担を軽減でき且つ多様なガラス成形体を製造することができる。よって、ダイレクトプレスを行いつつ溶融ガラスの高温による悪影響を抑制できる。

本発明の一実施形態に係るガラス成形体の製造方法を示す図である。 本発明の別の実施形態に係るガラス成形体の製造方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るガラス成形体ＧＭの製造方法の一部を示す図である。本実施形態に係るガラス成形体製造装置１０は、ガラス成形型３０及び溶融ガラス供給装置６０を備える。

図１に示されるように、ガラス成形型３０は下型３１及び上型３３を備える。下型３１が有する受け面３１１には、ガラス供給部６０から直接供給される溶融ガラス塊ＧＡが設置され（ａ）、この溶融ガラス塊ＧＡが受け面３１１と上型３３が有する成形面３３１とで押圧される（ｄ）ことで、ガラス成形体ＧＭが製造される（ｅ）。

光学素子等のガラス成形体は、品質を安定化させるべく、プレス成形する溶融ガラス塊ＧＡの質量を一定化しつつ製造されることが好ましい。そこで、溶融ガラス塊ＧＡの質量を所望範囲に調節するべく、溶融ガラスが収容された溶融槽から延びるガラス供給管６３の流出口６１から流出する溶融ガラス流ＧＦを、シャー４１ａ，４１ｂによって所定タイミングで切断している（図１（ａ））。

ここで、本発明は、受け面３１１の一部又は全部が、気体噴出孔が形成された多孔体３１３で構成されるとともに、ガラス成形型３０が、多孔体３１３の内面側から気体噴出孔に気体を供給し、受け面３１１から噴出させる気体供給手段としての気体供給部７０を有することを特徴とする。これにより、高温な溶融ガラス塊ＧＡが受け面３１１に付着するのが抑制され（図１（ａ）、（ｂ））、これにより受け面３１１の消耗を抑制でき、ガラス成形体ＧＭの品質を向上できる。また、これらの効果は受け面３１１の形状に依存せずに奏されるため、所望の形状を有する受け面３１１を用いることで、研磨等の処理負担を軽減でき且つ多様なガラス成形体ＧＭを製造することができる。よって、ダイレクトプレスを行いつつ溶融ガラスの高温による悪影響を抑制できる。

気体供給部７０が多孔体３１３の内面側に気体を供給するための具体的態様は特に限定されないが、前述の構成を有する本実施形態では、多孔体３１３と後述の被覆部３１５との隙間に連通する空間が、合流路の内部に形成されていて、この合流路３１８へと気体が、ポンプ等で構成される気体導入源７１によって圧送される。これにより、気体が多孔体３１３と被覆部３１５との隙間に導入され、多孔体３１３の内面側に供給されることになる。ここで、気体の噴出効率を高めるためには、図１に示されるように、合流路３１８の内部空間（つまり、供給された気体に接触する部分）が多孔体３１３の内面全体に面して連通することが好ましい。

受け面３１１のうち気体噴出孔が形成される部分は、任意形状の溶融ガラス塊ＧＡに対応でき汎用性を向上できる点では、図１に示されるように全部であることが好ましいが、受け面３１１の形状に応じて、溶融ガラス塊ＧＡの重力が負荷されやすい部分を含む限りにおいて受け面３１１の一部であってもよい。

ここで、前述のように、受け面３１１が所望の形状を有することができることから、成形後の研磨等の処理負担を軽減できるよう、受け面３１１は製造すべきガラス成形体ＧＭの表面の部分形状に近似した形状を有することが好ましく、具体的には、一般的に光学素子で汎用される凹面又は凸面を構成することが好ましい。図１に示される受け面３１１は凹面を構成し、図２に示される受け面３１１Ａは凸面を構成している。そして、受け面３１１のように凹面を構成する場合、もしくは受け面３１１Ａのように凸面を構成する場合に、溶融ガラス塊ＧＡの重力が負荷されやすい部分は受け面３１１，３１１Ａの中央であることから、気体噴出孔が形成された多孔体３１３，３１３Ａは受け面３１１、３１１Ａの中央を少なくとも含む箇所に設けられることが好ましいことになる。ただし、受け面３１１及び後述の成形面３３１の形状は、これに限られず、製造すべきガラス成形体の形状に応じて適宜選択されることが好ましい。

本実施形態のように、下型３１は、気体噴出孔が形成された多孔体３１３の表面のうち受け面３１１を除く非受け面の一部又は全部を被覆する被覆部３１５を更に有することが好ましい。これにより、非受け面からの気体の漏出が抑制されるので、気体供給部７０が供給する気体が３１１から優先的に噴出され、効率的にガラス成形体ＧＭの品質を向上できる。

ここで、本実施形態で用いる下型３１は、受け面３１１を有し且つ図示しない振動駆動源によって上下動する中型３４と、この中型３４の上昇及び降下の軌道を制限する胴型３５と、を有する。従って、受け面３１１の降下は下方向への中型３４の移動によって行うことができ、溶融ガラス塊ＧＡの成形は、胴型３５を上型３３に当接させた状態で中型３４を上方向に移動させることで行うことができる。そして、プレス成形が終了した後には、中型３４を胴型３５の上端と同じ高さ又は上端よりも高い位置へと更に移動させることで、ガラス成形体ＧＭの回収を容易にすることが好ましい。ただし、下型３１は、中型及び胴型で構成せず、一体型であってもよい。

被覆部３１５は、気体漏出をより確実に行うことができる点では、図１、２のように非受け面の全部を被覆することが好ましいが、非受け面の適宜の部分であってもよい。ただし、図１のように多孔体３１３が受け面３１１の縁部に設けられている場合には、下型３１、３１Ａが上下動して胴型３５と摺動する際に、多孔体３１３、３１３Ａが胴型３５を磨耗させたり、摺動が円滑でなくなって成形が不充分になったりといった事態が懸念される。そこで、多孔体３１３、３１３Ａの少なくとも側面には被覆部３１５が設けられていて、この被覆部３１５が胴型３５に当接することが好ましい。これにより、胴型３５の耐久性及び成形精度を向上できる。

ところで、成形を行う間には、成形精度の向上のために溶融ガラス塊ＧＡの温度変化を制御できるよう、受け面３１１及び成形面３３１で囲まれる空間を略密閉することが好ましい（図１（ｂ）〜（ｄ））。しかし、略密閉された空間に対して受け面３１１からの気体の噴出が続行されると、空間の密閉性が損なわれやすく、また空間が高圧化することにより、成形に必要なプレス圧が極めて嵩むおそれがある。そこで、ガラス成形体製造装置１０は、下型３１及び上型３３が接近状態にある間、気体の供給を低減又は停止するよう気体供給部７０を制御する制御手段（図示せず）を更に備えることが好ましい。これにより、上記した不具合が軽減されるので、より高品質なガラス成形体ＧＭを簡便に製造することができる。

気体の供給量の低減又は停止は、例えば気体導入源７１の出力を低減もしくはゼロにすることで行うことができる。また、この動作を下型３１及び上型３３が接近状態にある間に行う制御は、３１及び上型３３の位置関係を監視し、接近を検知したことに基づいてもよいし、３１及び上型３３の接近のタイミングが所定規則に沿っている場合には、３１及び上型３３の位置関係を監視することなく、気体導入源７１の出力の増減を予め設定しておくことに基づいてもよい。

なお、「接近状態にある間」の範囲は、受け面３１１上に配置される溶融ガラス塊ＧＡの重量、形状、組成等に応じて、受け面３１１への付着を許容範囲内に抑制できるよう適宜設定されてよい。つまり、気体の供給が低減又は停止する期間が長くなるにつれ、溶融ガラス塊ＧＡと受け面３１１との付着が抑制される期間が短く、付着の抑制が懸念される一方、受け面３１１と成形面３３１とで囲まれる空間に残留する気体量が増しやすいために、成形精度が低下しやすい。

そこで、受け面３１１と成形面３３１とで囲まれる空間に気体が残留した場合でも、この気体を逃避させることができるよう、図１に示されるように、下型３１は、多孔体３１３の気体噴出孔を下型３１の外部へと連通させる連通路３１７を有することが好ましい。本実施形態では、合流路３１８が気体導入路７３及び連通路３１７へと分岐しており、その分岐点に切替弁７５が設けられている。これにより、受け面３１１から高程度の量の気体を噴出させる間は、切替弁７５を気体導入路７３側に開く一方、気体を逃避させる間は、切替弁７５を連通路３１７側に開くことで、気体の噴出及び逃避を容易に切り替えることができる。この構成は、切り替えの簡便さ及び部品点数の少なさの点で有利であるが、これに限られず、連通路３１７及び気体導入路７３を全く別体として設けてもよい。

また、成形面３３１の形状によっては、溶融ガラス塊ＧＡと成形面３３１との間にも気体が残留して隙間が生じることがあり、この場合には、溶融ガラス塊ＧＡの成形面３３１への密着性が損なわれるため、成形精度が低下しやすい。具体的に、図１に示すように成形面３３１がその中央が凹んだ形状（具体的には逆円錐形状）を有する場合には、このような不具合が生じやすい。そこで、図１に示されるように、成形面３３１の一部又は全部を多孔体３３３で構成することで、成形面３３１と溶融ガラス塊ＧＡとの隙間に残留する気体もより充分に逃避させることができ、ガラス成形体ＧＭの品質をより向上できる。また、このような構成を採用することは、前述した気体の噴出量の制御に求められる精度がある程度低くても成形精度を維持できる点でも好ましい。

ここで、多孔体３３３が上型３３の外部に連通していない場合、多孔体３３３へと逃避し得る気体の量に制限が生じる。そこで、気体の逃避効率を向上する観点では、本実施形態の上型３３のように、多孔体３３３を上型３３の外部へと連通させる連通路３３７を有していることが好ましい。図１に示される態様では、連通路３３７は多孔体３３３に隣接して上型３３の側部へと延びているが、これに限られるものではない。また、図１に示す態様では、多孔体３３３に逃避した気体を最大限外部へと導出できるよう、連通路３３７が多孔体３３３の全面に隣接しているが、これに限られず、一部にのみ隣接していてもよい。

なお、前述した実施形態では、気体噴出孔を多孔体中の細孔によって構成したが、これに限られない。即ち、気体噴出孔は、非多孔体を加工して形成された貫通孔であってもよい。

このようにして製造されたガラス成形体ＧＭは、ダイレクトプレス法で製造されたにもかかわらず、所望の形状に近似しているため、多孔体３１３の細孔の形状が転写されたガラス成形体ＧＭの表面を表面処理（例えば軽度の研磨処理）することで、所望の特性を有し且つ滑らかな表面を有する光学素子を製造することができる。また、本発明は、この光学素子を用いた光学機器も包含する。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１０ ガラス成形体製造装置
３０ ガラス成形型
３１ 下型
３１１ 受け面
３１３ 多孔体
３１５ 被覆部
３１７ 連通路
３１８ 合流路
３３ 上型
３３１ 成形面
３３３ 多孔体
３３５ 被覆部
３３７ 連通路
３４ 中型
３５ 胴型
４１ シャー
６０ ガラス供給部（ガラス供給手段）
６１ 流出口
６３ ガラス供給管
７０ 気体供給部（気体供給手段）
７１ 気体導入源
７３ 気体導入路
７５ 切替弁

Claims (12)

1. 溶融ガラス塊をプレスするガラス成形型と、このガラス成形型に溶融ガラスを供給する溶融ガラス供給装置と、を備えるガラス成形体の製造装置であって、
   前記ガラス成形型は、
   溶融ガラス塊が設置され且つ一部又は全部に気体噴出孔が形成された受け面を有する下型と、
   前記溶融ガラス塊を前記受け面と押圧する成形面を有する上型と、
   前記気体噴出孔に気体を供給し噴出させる気体供給手段と、
   前記気体噴出孔から前記下型の外部へと連通させる連通路と、
   前記下型及び前記上型が接近状態にある場合に前記連通路を開く弁と、を有する製造装置。
2. 前記下型は、前記気体噴出孔が形成された表面のうち前記受け面を除く非受け面の一部又は全部を被覆する被覆部を更に有する請求項１記載の製造装置。
3. 前記受け面は、凹面を構成する請求項１又は２記載の製造装置。
4. 前記受け面は、凸面を構成する請求項１又は２記載の製造装置。
5. 前記下型は、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を有する請求項１から４いずれか記載の製造装置。
6. 前記下型及び上型が接近状態にある間、気体の供給を低減又は停止するよう前記気体供給手段を制御する制御手段を更に備える請求項１から５いずれか記載の製造装置。
7. 前記受け面及び成形面で囲まれる箇所の気体が前記連通路から外部へと逃避する請求項１から６いずれか記載の製造装置。
8. ガラス成形体の製造方法であって、
   溶融ガラス塊が設置され且つ一部又は全部に気体噴出孔が形成された受け面を有する下型と、前記溶融ガラス塊を前記受け面と押圧する成形面を有する上型と、前記気体噴出孔から前記下型の外部へと連通させる連通路と、前記下型及び前記上型が接近状態にある場合に前記連通路を開く弁と、を有するガラス成形型を用い、
   前記気体噴出孔に気体を供給して前記受け面から噴出させ、前記受け面に溶融ガラス塊を配置し、前記受け面及び前記成形面で押圧して成形する工程を有し、
   前記押圧の間、受け面及び成形面で囲まれる箇所の気体が前記連通路から外部へと逃避する製造方法。
9. 前記下型は、前記気体噴出孔が形成された表面のうち前記受け面を除く非受け面の一部又は全部を被覆する被覆部を更に有する請求項８記載の製造方法。
10. 前記受け面は、ガラス成形体の表面の部分形状に近似した形状を有する請求項８又は９記載の製造方法。
11. 前記下型として、前記受け面を有し且つ上昇及び降下可能な中型と、この中型の上昇及び降下の軌道を制限する胴型と、を用いる請求項８から１０いずれか記載の製造方法。
12. 前記押圧の間、前記気体の供給を低減又は停止する工程を更に有する請求項８から１１いずれか記載の製造方法。

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