JP6080394B2 - ガラス成形体の製造方法および成形用型 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス成形体の製造方法および成形用型に関し、特に溶融状態のガラスをプレス成形して、光学素子またはガラスプリフォームからなるガラス成形体を製造する方法およびその製造方法に用いる成形用型に関するものである。

光学素子やガラスプリフォームを大量生産する効率的な方法として、ガラス溶融炉のガラス吐出口から滴下する溶融ガラスを成形用金型に所定の量を受け、ガラスを再加熱することなくプレス成形する、所謂ダイレクトプレス法が特許文献１等で知られている。

しかし、ダイレクトプレス法において溶融ガラスを直接成型用金型で受ける場合、成形用金型の温度が高くなり成形用金型の耐久が悪くなる事や、ガラスと成形用金型が融着したり、ガラスと成形用金型の温度差が大きい為に成形品の形状精度が悪くなる事等が課題となる。

それらの課題を解決する為に、特許文献２には、吐出口から滴下する溶融ガラスを多孔質の受け型上にガスによって非接触状態で受け、受けたガラスの温度を調整した後に受け型直下に位置する成形用金型にガラスを落下移載してプレス成形するダイレクトプレス法が開示されている。

特開平１−３０８８４０号公報 特開平６−３４０４３０号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている方法で、粘度の低いガラスを成形用金型に落下させると、成形用金型に着地した際の衝撃によりガラスの下面が波打ち、ガラス下面に微細なガスだまりが無数に発生する。このガスだまりはガラスをプレス成形しても消える事は無く、成形後の光学素子やプリフォームのガラス成形体は不良なものとなる。

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、溶融ガラスを成形用型に落下移載する工程を有するダイレクトプレス法を用いた、表面欠陥の発生を防止したガラス成形体の製造方法およびその製造方法に用いる成形用型を提供するものである。

上記の課題を解決する本発明の第一のガラス成形体の製造方法は、中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第一の支持部材と、前記第一の支持部の周囲に設けられたリング状の第二の支持部材とを有する下方成形型にガラス塊を落下移載し、前記下方成形型と上方成形型で前記ガラス塊をプレス成形するガラス成形体の製造方法において、前記下方成形型に落下してきた前記ガラス塊を第一の支持部材で接触支持する工程と、前記ガラス塊と第一の支持部材との接触を維持したまま第一の支持部材を下方に移動して前記ガラス塊と第二の支持部材とを接触させ支持する工程と、前記ガラス塊を第一および第二の支持部材で接触支持した状態で、前記ガラス塊の第一の支持部材との接触部の粘度が１０^８から１０^２Ｐａ・ｓになった時に第一の支持部材を下方に移動して前記ガラス塊から離間させる工程と、前記第一の支持部材の離間により前記ガラス塊の第一の支持部材と接触していた部分を自由曲面とする工程と、前記第一の支持部材を上方に移動して前記ガラス塊の自由曲面と接触させて下方成形型に保持された前記ガラス塊に、上方成形型を接近させてプレス成形する工程を有する事を特徴とする。

上記の課題を解決する本発明の第二のガラス成形体の製造方法は、リング状の第三の支持部材と、前記第三の支持部の中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第四の支持部材とを有する下方成形型にガラス塊を落下移載し、前記下方成形型と上方成形型で前記ガラス塊をプレス成形するガラス成形体の製造方法において、前記下方成形型に落下してきた前記ガラス塊を第三の支持部材で接触支持する工程と、前記ガラス塊と第三の支持部材との接触を維持したまま第四の支持部材を上方に移動して前記ガラス塊と第四の支持部材を接触させ支持する工程と、前記ガラス塊を第三および第四の支持部材で接触支持した状態で、前記ガラス塊の第三の支持部材との接触部の粘度が１０^８から１０^２Ｐａ・ｓになった時に第四の支持部材を上方に移動して前記ガラス塊と第三の支持部材とを離間させる工程と、前記ガラス塊と第三の支持部材が接触していた部分を自由曲面とする工程と、前記自由曲面を有し下方成形型に保持された前記ガラス塊に、上方成形型を接近させてプレス成形する工程を有する事を特徴とする。

上記の課題を解決する本発明の第一の成形用型は、上方成形型と下方成形型とからなり、ガラス塊をプレス成形してガラス成形体を得る成形用型であって、前記下方成形型が中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第一の支持部材と、前記第一の支持部の周囲に設けられたリング状の第二の支持部材とを有することを特徴とする。

上記の課題を解決する本発明の第二の成形用型は、上方成形型と下方成形型とからなり、ガラス塊をプレス成形してガラス成形体を得る成形用型であって、前記下方成形型がリング状の第三の支持部材と、前記第三の支持部の中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第四の支持部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、溶融ガラスを成形用型に落下移載する工程を有するダイレクトプレス法を用いた、表面欠陥の発生を防止したガラス成形体の製造方法およびその製造方法に用いる成形用型を提供することができる。

本発明に係るガラス成形体の製造方法の第一の実施態様を示す工程図である。 本発明に係るガラス成形体の製造方法の第二の実施態様を示す工程図である。 本発明に用いる下方成形型の異なる形状を示す断面図である。 ガラス成形体のガラス下面の微小なガス残りを示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。

（第一の実施態様）
まず、本発明に係るガラス成形体の製造方法の第一の実施態様について説明する。

図１は、本発明に係るガラス成形体の製造方法の第一の実施態様を示す工程図である。本発明の第一のガラス成形体の製造方法は、中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第一の支持部材と、前記第一の支持部の周囲に設けられたリング状の第二の支持部材とを有する下方成形型にガラス塊を落下移載し、前記下方成形型と上方成形型で前記ガラス塊をプレス成形するガラス成形体の製造方法である。

第一の実施態様の製造方法に用いる成形用型は、上方成形型と下方成形型とからなり、ガラス塊をプレス成形してガラス成形体を得る成形用型であって、前記下方成形型が中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第一の支持部材と、前記第一の支持部の周囲に設けられたリング状の第二の支持部材とを有する成形用型からなる。

図１は、本発明を実施する第一のガラス成形体の製造方法の手順を示す。図１（ａ）の工程で溶融炉１１の吐出口１２から滴下するガラス滴１３を、底面にガス噴出孔１５を設けた受け型２１で一定量受けてガラス塊１４を得る。この時、受け型２１は不図示の加熱要素によって加熱されている。また受け型２１の底面に設けられたガス噴出孔１５からガスを噴出しガラス塊１４を浮上させる。

図１（ｂ）の工程で、ガラス塊１４を浮上させた状態で、受け型２１を下方成形型３１上方に移動させ、ガラスと下方成形型が接触した際に融着しない温度までガラス塊１４の温度が下がった後に、図１（ｃ）の工程で受け型２１からガラス塊１４を落下させる。

図１（ｄ）の工程で、下方成形型３１に落下してきたガラス塊１４を第一の支持部材３１１で接触支持する。

次に、図１（ｅ）の工程で、ガラス塊１４と第一の支持部材との接触を維持したまま第一の支持部材を下方（矢印方向）に移動してガラス塊と第二の支持部材３１２とを接触させ支持する。下方成形型３１の構成部材である第二支持部材３１２をガラス塊１４に接触させるが、この時第一支持部材３１１、第二支持部材３１２のどちらか、もしくは両方は不図示の駆動機構に接続されており、他の部材と独立して上下動する事が可能である。また、第一支持部材３１１、第二支持部材３１２はどちらも不図示の加熱要素により加熱されている。また、第一支持部材３１１がガラス塊１４を支持する面は図１に示したような凸面だけではなく、凹面や平面、中心に穴が設けられたリング状の形状としても良い。同様に第二支持部材３１２についてもガラス塊１４を支持する面は図１に示したようなリング状の形状だけではなく、凹面や凸面、平面でも良く、図３に示すような形態としても良い。

次に図１（ｆ）の工程で、ガラス塊１４を第一の支持部材および第二の支持部材で接触支持した状態で、ガラス塊の第一の支持部材との接触部の粘度が１０^８から１０^２Ｐａ・ｓになった時に第一の支持部材を下方（矢印方向）に移動して前記ガラス塊から離間させる工程と、前記第一の支持部材の離間によりガラス塊１４の第一の支持部材３１１と接触していた部分を自由曲面とする工程を行う。具体的には、第一支持部材３１１とガラス塊１４の接触するガラス塊局部１４１の粘度が表面張力または自重変形で変形可能な１０^８から１０^２Ｐａ・ｓの範囲にある時に第一支持部材３１１をガラス塊１４から離間させ、ガラス塊局部１４１を表面張力または自重変形で変形させて微小なガスだまりを消失させる。

その後、図１（ｇ）の工程で、第一の支持部材３１１を上方（矢印方向）に移動してガラス塊の自由曲面と接触させた後、下方成形型３１に保持されたガラス塊に、上方成形型３２を接近させてプレス成形する。下方成形型３１と上方成形型３２をプレス位置に移動させ、ガラス塊１４をプレス成形する事で、表面欠陥の発生を防止したガラス成形体を得る事が出来る。

（第二の実施態様）
次に、本発明に係るガラス成形体の製造方法の第二の実施態様について説明する。

図２は、本発明に係るガラス成形体の製造方法の第二の実施態様を示す工程図である。本発明の第二のガラス成形体の製造方法は、リング状の第三の支持部材と、前記第三の支持部の中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第四の支持部材とを有する下方成形型にガラス塊を落下移載し、前記下方成形型と上方成形型で前記ガラス塊をプレス成形するガラス成形体の製造方法である。

第二の実施態様の製造方法に用いる成形用型は、上方成形型と下方成形型とからなり、ガラス塊をプレス成形してガラス成形体を得る成形用型であって、前記下方成形型がリング状の第三の支持部材と、前記第三の支持部の中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第四の支持部材とを有する成形用型からなる。

図２は、本発明を実施する第二のガラス成形体の製造方法の手順を示す。図２（ａ）の工程で溶融炉１１の吐出口１２から滴下するガラス滴１３を、底面にガス噴出孔１５を設けた受け型２１で一定量受けてガラス塊１４を得る。この時、受け型２１は不図示の加熱要素によって加熱されている。また受け型２１の底面に設けられたガス噴出孔１５からガスを噴出しガラス塊１４を浮上させる。

図２（ｂ）の工程で、ガラス塊１４を浮上させた状態で、受け型２１を下方成形型３１上方に移動させ、ガラスと下方成形型が接触した際に融着しない温度までガラス塊１４の温度が下がった後に、図２（ｃ）の工程で受け型２１からガラス塊１４を落下させる。

図２（ｄ）の工程で、下方成形型３１に落下してきたガラス塊１４を第三の支持部材４１１で接触支持する。

次に、図２（ｅ）の工程で、ガラス塊１４と第三の支持部材４１１との接触を維持したまま第四の支持部材４１２を上方（矢印方向）に移動して、ガラス塊１４と第四の支持部材４１２を接触させ支持する。

次に図２（ｆ）の工程で、ガラス塊１４を第三の支持部材および第四の支持部材で接触支持した状態で、ガラス塊１４の第三の支持部材４１１との接触部の粘度が１０^８から１０^２Ｐａ・ｓになった時に第四の支持部材４１２を上方（矢印方向）に移動してガラス塊と第三の支持部材４１１とを離間させ、ガラス塊１４と第三の支持部材４１１が接触していたガラス塊局部１４１の、微小なガスだまりをガラスの表面張力による変形とガラスの自重変形により消失させ自由曲面とする。

その後、図２（ｇ）の工程で、第四の支持部材４１２を下方（矢印方向）に移動した後、前記自由曲面を有し下方成形型３１に保持されたガラス塊に、上方成形型３２を接近させてプレス成形する。下方成形型３１と上方成形型３２をプレス位置に移動させ、ガラス塊１４をプレス成形する事で、表面欠陥の発生を防止したガラス成形体を得る事が出来る。

本発明では、溶融ガラスを成形用型に落下移載する工程を含むダイレクトプレス法を用いたガラス成形体の製造方法において、溶融ガラスを成形用型に落下移載した際にガラス下面に発生する微小なガスだまりをプレス成形前に消失させ、良質なガラス成形体を得る事が可能な製造方法を提供する事ができる。

また、本発明のガラス成形体の製造方法によれば、ガラス塊が落下して第一の支持部材に衝突した際に発生する微小なガスだまりは、ガラス塊を第二の支持部材のみで支持している際に消失する。よってガラス塊はガスだまりの無い表面状態となり、そのガラス塊を成形型に移載しプレス成形する事で、ダイレクトプレス法であっても表面欠陥の発生を防止した光学素子及びガラスプリフォームを製造する事が可能となる。

また、本発明のガラス成形体の製造方法によれば、ガラス塊を支持部材から成形型に移載する工程を必要としない為、ガラス塊を支持部材から成形用型に移載する際にガラス塊表面に再度ガス残りが発生したり、ガラス塊が傷ついたりする事が無くなる。よって、より安定して良品質のガラス成形体を製造する事が可能となる。

本発明の製造方法において、ガラス成形体には、光学素子またはガラスプリフォームが含まれる。光学素子としては、例えばカメラ用ガラスモールドレンズが挙げられる。ガラスプリフォームとしては、例えばガラスモールドレンズ用ゴブや、研磨加工レンズ用ゴブが挙げられる。

以下に、実施例を示して本発明を詳しく説明する。

（実施例１）
図１に示す本発明の製造方法によりガラスプリフォームを作製した。

図１において、溶融炉１１のガラス吐出口１２から流出される約１０００℃の溶融ガラスを、４００℃に加熱されたセラミック製の受け型２１で受け、約２ｇのガラス塊１４を得た。受け型２１に設けたガス噴出孔から窒素ガスを噴出し、ガラス塊１４を浮上状態にして下方成形型３１の直上まで搬送した。

ガラス下面の最低粘度が約１０Ｐａ・ｓに上がったところで受け型２１を回転させてガラス塊１４を落下させた。ここで下方成形型３１の第一支持部材３１１を、第二支持部材３１２のリング部より相対的に高い位置に配置しておいて、落下してきたガラス塊１４を第一支持部材３１１に衝突させた。この時の下方成形型３１はセラミック製で、６００℃に加熱されている。

ガラス塊が第一支持部材３１１に衝突した０．１秒後に第一支持部材３１１を下降させて、ガラス塊１４が、第一支持部材３１１と第二支持部材３１２のリング部の両方に接触するようにした。

ガラス塊１４と第一支持部材３１１の接触するガラス塊局部１４１の粘度が約１０^６Ｐａ・ｓになったら、第一支持部材３１１をさらに下降させガラス塊１４と第一支持部材３１１を接触しない状態にした。その０．５秒後に第一支持部材３１１をプレス時の所定位置まで上昇させ、同時に上方成形型３２と下方成形型３１を近接させガラス塊１４をプレス成形した。

その後、成形型から成形されたガラスプリフォームを取り出し、ガラス下面の微小なガスだまりについて微分干渉顕微鏡を用いて検査を行った。その結果、試行１０回において、ガラス下面に図４の５１１の様な微小なガスだまりが確認できた物は０個であった。

また図１（ｆ）の工程で、第一支持部材３１１をさらに下降させガラス塊と第一支持部材３１１を接触しない状態にする際のガラス塊局部の粘度を変えて試行を行った。その結果、表１の様な結果が得られ、１０^８から１０^２Ｐａ・ｓの粘度で微小なガスだまりが発生しなかった。

（実施例２）
図２に示す本発明の製造方法により、プレス成形を行ってガラスプリフォームを作製した。

実施例１と同様に溶融ガラスを受け、ガラス塊１４を下方成形型３１直上まで搬送した。ガラス下面の最低粘度が約１０Ｐａ・ｓに上がったところで受け型２１を回転させてガラス塊１４を落下させた。

ここで下方成形型３１の第三支持部材４１１のリング部を、第四支持部材４１２より相対的に高い位置に配置しておいて、落下してきたガラス塊１４を第三支持部材４１１のリング部に衝突させた。この時の下方成形型３１はセラミック製で、６００℃に加熱されている。

ガラス塊１４が第三支持部材４１１のリング部に衝突した０．１秒後に第四支持部材４１２を上昇させて、ガラス塊１４が、第三支持部材４１１のリング部と第四支持部材４１２の両方に接触するようにした。

ガラス塊１４と第三支持部材４１１のリング部の接触するガラス塊局部１４１の粘度が約１０^６Ｐａ・ｓになったら、第四支持部材４１２をさらに上昇させ、ガラス塊１４と第三支持部材４１１のリング部が接触しない状態にした。その０．５秒後に第四支持部材４１２をプレス時の所定位置まで下降させ、同時に上方成形型３２と下方成形型３１を近接させガラス塊をプレス成形した。

その後、成形型から成形されたガラスプリフォームを取り出し、ガラス下面の微小なガスだまりについて微分干渉顕微鏡を用いて検査を行った。その結果、試行２０回において、ガラスプリフォームに図４の５１１の様なガスだまりが見られたものは０個であった。

また図２（ｆ）の工程で、第四支持部材４１２を上昇させ、ガラス塊１４と第三支持部材４１１のリング部が接触しない状態にする際のガラス塊局部の粘度を変えて試行を行った。その結果、表２の様な結果が得られ、１０^８から１０^２Ｐａ・ｓの粘度で微小なガスだまりが発生しなかった。

（比較例１）
実施例との比較の為以下の実験を行った。溶融炉のガラス吐出口から流出される約１０００℃の溶融ガラスを、４００℃に加熱されたセラミック製の受け型で受け、約２ｇのガラス塊を得た。受け型に設けたガス噴出孔から窒素ガスを噴出し、ガラス塊を浮上状態にして下方成形型の直上まで搬送した。

ガラス下面の最低粘度が１０Ｐａ・ｓ程度に上がったところで受け型を回転させてガラス塊を落下させた。ここまでは実施例１と同様である。

ここで下方成形型の第一支持部材は、図１（ｇ）に示す様なプレス時の所定位置に配置しておいた。ガラス塊は第一支持部材に接触し、極短い時間で衝撃によって変形し第二支持部材にも接触した。その後上方成形型と下方成形型を近接させガラス塊をプレス成形した。

その後、成形型から成形されたガラスプリフォームを取り出し、ガラス下面の微小なガスだまりについて微分干渉顕微鏡を用いて検査を行った。その結果、試行２０回中、ガラスプリフォームに図４の５１１の様なガスだまりが見られたものは２０個であった。

本発明のガラス成形体の製造方法は、表面欠陥の発生を防止したガラス成形体が得られるので、光学素子、ガラスプリフォーム、カメラ用ガラスモールドレンズ、ガラスモールドレンズ用ゴブや、研磨加工レンズ用ゴブの製造に利用することができる。

１１ 溶融炉
１２ 吐出口
１３ ガラス滴
１４ ガラス塊
１５ ガス噴出孔
１４１ ガラス塊局部
２１ 受け型
３１ 下方成形型
３１１ 第一支持部材
３１２ 第二支持部材
３２ 上方成形型
４１１ 第三支持部材
４１２ 第四支持部材
５１ ガラスプリフォーム
５１１ ガスだまり

Claims (4)

1. 中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第一の支持部材と、前記第一の支持部の周囲に設けられたリング状の第二の支持部材とを有する下方成形型にガラス塊を落下移載し、前記下方成形型と上方成形型で前記ガラス塊をプレス成形するガラス成形体の製造方法において、前記下方成形型に落下してきた前記ガラス塊を第一の支持部材で接触支持する工程と、前記ガラス塊と第一の支持部材との接触を維持したまま第一の支持部材を下方に移動して前記ガラス塊と第二の支持部材とを接触させ支持する工程と、前記ガラス塊を第一および第二の支持部材で接触支持した状態で、前記ガラス塊の第一の支持部材との接触部の粘度が１０ ^８ から１０ ² Ｐａ・ｓになった時に第一の支持部材を下方に移動して前記ガラス塊から離間させる工程と、前記第一の支持部材を上方に移動して前記ガラス塊と接触させて下方成形型に保持された前記ガラス塊に、上方成形型を接近させてプレス成形する工程を有する事を特徴とするガラス成形体の製造方法。
2. 第一の支持部材を下方に移動して前記ガラス塊から離間させる工程において、前記ガラス塊の第一の支持部材と接触していた部分は自由曲面をなしており、前記プレス成形する工程において、第一の支持部材が上方に移動することで前記ガラス塊の自由曲面と接触することを特徴とする請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
3. リング状の第三の支持部材と、前記第三の支持部の中央部分に設けられた上下方向に可動可能な第四の支持部材とを有する下方成形型にガラス塊を落下移載し、前記下方成形型と上方成形型で前記ガラス塊をプレス成形するガラス成形体の製造方法において、前記下方成形型に落下してきた前記ガラス塊を第三の支持部材で接触支持する工程と、前記ガラス塊と第三の支持部材との接触を維持したまま第四の支持部材を上方に移動して前記ガラス塊と第四の支持部材を接触させ支持する工程と、前記ガラス塊を第三および第四の支持部材で接触支持した状態で、前記ガラス塊の第三の支持部材との接触部の粘度が１０ ^８ から１０ ² Ｐａ・ｓになった時に第四の支持部材を上方に移動して前記ガラス塊と第三の支持部材とを離間させる工程と、前記ガラス塊と第三の支持部材が接触していた部分を自由曲面とする工程と、前記自由曲面を有し下方成形型に保持された前記ガラス塊に、上方成形型を接近させてプレス成形する工程を有する事を特徴とするガラス成形体の製造方法。
4. 前記ガラス塊を前記下方成形型に落下移載し、その後に前記ガラス塊を再加熱することなく前記下方成形型と上方成形型で前記ガラス塊をプレス成形する請求項１乃至３に記載のガラス成形体の製造方法。

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