JPH0214839A - ガラス体の成形方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面にキズや汚れのないガラス体を溶融ガラ
スから直接成形する方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

レンズ、プリズム等のガラス体は、ガラスのブロック、
ロンド、板等から素材を切り出した後、研削、研磨する
ことによって作るか、または、製造しようとするレンズ
、プリズム等に近い形状の型で溶融ガラス塊を予めプレ
ス成形し、この予備成形体を研削、研磨することによっ
てガラス体が作られる。

上記ガラス体の製造方法は、いずれも研削、研磨工程を
必要とするので、コストが高いという問題点があった。

表面にキズや汚れ等の欠陥のない球形ガラス体を熔融ガ
ラスから直接製造する方法が特開昭６１−１４６７２１
号公報に開示されている。

このガラス体の製造方法は、溶融ルツボで溶融したガラ
スをルツボの底部に設けられた流出パイプから流出させ
、パイプの先端から溶融ガラスを滴下させ、この滴下溶
融ガラス塊を、表面温度がそのガラスの軟化温度より低
くなるまで、すなわちガラス表面が硬化するまで自然落
下させた後、捕集することによって、球形ガラス体の製
造を行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この特開昭６１−１４６７２１号公報に開示されたガラ
ス体の製造方法は、流出パイプから滴下する溶融ガラス
塊を球形化するために、ガラスの表面張力を利用してい
る。

しかし、この製造方法は、下記のような問題点がある。

（１）流出パイプの先端から滴下された熔融ガラス塊が
、自然落下中に冷却され、表面が硬化するまでに、数メ
ートルの落下距離が必要であり、従って垂直方向にかな
りの空間が必要である。

（２）相当の落下速度を持った溶融ガラス塊を、表面に
キズを付けることな（捕集するために、溶融ガラス塊の
落下速度に合わせて降下する、高精度の制御機構を持っ
た捕集装置が必要である。

（３）このガラス体の製造方法は、ガラスの表面張力を
利用しているため、作ることのできるガラス体の大きさ
に限度があり、得られるガラス体の重量は約５ｇ以下で
ある。

本発明は、上記問題点を除去し、表面にキズや汚れ等の
欠陥のないガラス体を、その広い重量範囲にわたり、容
易に製造することのできるガラス体の成形方法およびそ
の装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本発明によるガラス体の成
形法は、流出パイプから流下する熔融ガラスを自然滴下
させることによっであるいは切断刃で切断することによ
って、溶融ガラス塊を落下させ、この溶融ガラス塊を、
成形型の凹部で受け、その際、この凹部に開口する細孔
から、空気、不活性ガス等の気体を吹き出し、溶融ガラ
ス塊と成形型凹部の内面との間に気体の層を作り、溶融
ガラス塊の少なくとも表面の一部が軟化点以下の温度に
達するまで、溶融ガラス塊を前記凹部内面と実質的に非
接触状態で凹部内に保持し、冷却してガラス体を作るこ
とを特徴とするものである。

更に、本発明によるガラス体の成形装置は、溶融ガラス
を自然滴下させるための流出パイプ、または溶融ガラス
を流下させるための流出パイプおよび該流出パイプ先端
から流下する溶融ガラスを切断する切断刃と、この流出
パイプまたは切断刃の下方に配置された、凹部を有する
成形型とを具備し、この凹部の内面が鏡面に仕上げられ
、空気、不活性ガス等の気体を吹き出す少なくとも一つ
の細孔が、成形型の凹部に開口していることを特徴とす
るものである。

本発明のガラス体の成形法では、成形型へ供給する溶融
ガラス塊も、表面にキズや汚れ等の欠陥のないものでな
ければならない。そのために、本発明では、流出パイプ
から自然滴下させて熔融ガラス塊を作る方法と、特願昭
６３−８０１２４号明細書に開示された、切断刃による
切断方法を用いる。

なお、滴下法は比較的低粘性の溶融ガラスから溶融ガラ
ス塊を得るために適しており、前記切断法は、比較的高
粘性（数百ポアズ）の溶融ガラスから溶融ガラス塊を得
るために適している。この切断法は滴下法に比べて大き
な溶融ガラス塊を作ることができる。

また、成形されるガラス体の形状は、成形型の凹部の形
によって決まり、成形型の凹部がラッパ状をしている場
合は、真球度の高い球状のガラス体ができる。これは、
成形型内に落下した熔融ガラス塊が、成形型中心部下方
から吹き上げる気流によって、成形型の内面に接触する
ことなく浮上し続け、回転しながら冷却され、硬化する
ためである。

また成形型面が凹面鏡状をしている場合は、この成形型
内に落下した溶融ガラス塊は、回転せず、成形型の成形
面の形状に近い形となる。

（第１実施例） 次に、第１図を参照して本発明の第１実施例を詳細に説
明する。

第１図において、１１は、上端が溶融ガラス槽に取付け
られた、白金、白金合金または金製の流出パイプである
。１２は、流出バイブ１の中を流下する溶融ガラスであ
る。１３は、流出バイブ１１の周囲に設けられた、溶融
ガラス１２を加熱するためのヒータである。１４は、溶
融ガラス１２の温度を検知するための熱電対であり、図
示していない温度制御装置に接続されている。この温度
制御装置により、流出パイプｌｌ中の溶融ガラス１２が
所定の温度になるように、ヒータ１３の電気量が制御さ
れる。１５は、流出バイブ１１の先端の下方に配置され
た耐熱鋼（例えばステンレス）製の成形型であり、この
成形型１５の凹部１６の形状はラッパ状をしており、凹
部１６の広がり角度θは好ましくは５〜３０°　（図示
実施例では１５°）であり、凹部１６の内面１６ａは鏡
面に仕上げられている。１７は、滴下した溶融ガラス塊
１８を成形型１５内で浮上させるために、空気やＮ２な
どの不活性ガスを吹き出すための細孔である。この細孔
１７は前記凹部１６に開口している。

本実施例の場合には、流出バイブ１１から流下する溶融
ガラス１２を自然滴下させることによって、成形型１５
へ溶融ガラス塊１８を供給する。

この滴下法は、低粘性（３０ポアズ以下）の溶融ガラス
１２から、比較的小さな（５ｇ以下）溶融ガラス塊１８
を得る場合に適している。滴下する溶融ガラス塊１８の
重量は、その粘性が小さい場合、外気の影響を無視する
と、流出バイブ１１の先端の外径とガラスの表面張力で
決まり、 Ｗ−πＤｒ で表される。ここで、Ｗは重量、Ｄは流出パイプ先端の
外径、Ｔはガラスの表面張力である。

この溶融ガラス塊１８は、重力と溶融ガラスの表面張力
によって、流出パイプ１１先端の溶融ガラスから分離滴
下されるため、−Ｃによく行われている二枚の切断刃に
よる機械的切断のように、切断痕（シャーマーク）が発
生することがなく、またガラスの温度を一定に保持し、
外気の影響を断つことによってガラス体の重量の変動を
極めて小さく抑えることができる。

次に、上記ガラス体成形装置によるガラス体の成形方法
について説明する。先ず、溶融ガラス１２を図示してい
ない溶融ガラス槽から流出パイプ１１内を流下させる。

流出パイプ１１内を流下する溶融ガラス１２はヒータ１
３によって加熱され、所望の粘性に制御されている。

流出バイプエ１の先端の溶融ガラス１２は、−定重量に
なると重力が表面張力に勝って滴下し、流出バイブ１１
の約５０ｍｍ下方に配置された成形型１５の凹部１６に
よって受けられる。

成形型１５の凹部１６の底には、気体吹き出し用の細孔
１７が設けられており、この細孔１７がら空気が吹き出
している。従って、成形型１５の四部１６内に落下した
溶融ガラス塊工８は、下から吹き上げる気体により、凹
部１６の内面１６ａとほとんど接触せずにわずかに浮上
した状態で、回転し、球形化される。

成形型１５は、溶融ガラス塊１８を受けると同時に、横
方向に移動し、流出バイブ１】の下方には、新しい空の
成形型が配置され、次の滴下に備える。一方、成形型１
５によって受けられた溶融ガラス塊１８は、凹部１６内
で浮上したまま冷却され、表面が軟化点以下の温度まで
下がった後、成形型１５から取り出される。

このように、溶融ガラス塊１８を成形型１５で受けて気
流により浮上冷却するようにしたので、従来の長い距離
の落下による冷却硬化と比べて、成形装置の縦方向の寸
法が大幅に短くなる。また、溶融ガラス塊１８を受ける
ときに、溶融ガラス塊の落下速度に合わせて成形装置を
降下させる必要がない。

尖狂猪果上 流出バイブ１１の内径を１ｍｍ、先端の外径を２゜５Ｉ
ｌ１ｍ、凹部１６の広がり角度を１５°、細孔１７の径
を２ｍｍとし、溶融ガラス１２としてランタンフリント
系ガラスを用い、ヒータ１３によってガラスの粘性を８
ポアズに保持し、細孔１７から毎分１２の空気を吹き出
して、球形ガラス体の成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、成形されたガラス体の重量は２０２ｍｇ±０．
５＋ｎｇであり、±０．２％の重量精度であった。また
、真球度は４　、９２ｍｍ±０．０４ａｍであり、±０
゜８％の精度であった。

裏験益果１ 重フリント系ガラスを用い、実験結果１と同じ流出パイ
プ１１と成形型１５を使用して、粘性だけを１０ポアズ
に変えてガラス体の成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、成形された球形ガラス体の重量は１５Ｄｒａｇ
±０．５ｍｇであり、±０．３％の重量精度であった。

また、真球度は４．０３ｍｍ±０．０４ｍｎ＋であり、
±１．０％の精度であった。

スｌ贋先１ バリウム重クラウン系ガラスを内径２＋１１１１１、外
径５ｍｍの流出パイプ１１から、１０ポアズの粘性で流
出して溶融ガラス塊１８を滴下し、実験結果１と同じ成
形型１５で受けて成形した。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、成形された球形ガラス体の重量は３０８ｍｇ±
ｌｌｌ１ｇであり、±０．３％の重量精度であった。ま
た、真球度は５．６３ｍｍ±０　、０５ｍｍであり、±
０６９％の精度であった。

裏荻桔釆（ 成形型１５の凹部１６の広がり角度θを７°に変え、他
の条件を実験結果１と同じにして成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、形成された球形ガラス体の重量および重量精度
は、実験結果１と同じであり、真球度は４　、９３ｍｍ
±０．０３ｒａｍであり、±０．６％の精度であった。

夫凰益来ｉ 成形型１５の凹部１６の広がり角度θを３０゜に変え、
他の条件を実験結果１と同じにして成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、形成された球形ガラス体の重量および重量精度
は、実験結果１と同じであり、真球度は４．９２ｍｍ±
０　、０４ａ＋＋ｍであり、±０．８％の精度であった
。

夫旦払果旦 成形型１５の凹部１６の広がり角度θを９０゜に変え、
他の条件を実験結果１と同じにして成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の真球度は４．９２ｍｍ
±０．４６ｍｍであり、±９゜３％の精度であった。

上記の実験結果４乃至６のいずれの場合も、得られた球
形ガラス体の表面には、キズや汚れがなく、重量および
重量精度も実験結果１と同一であったが、真球度は、成
形型１５の凹部１６の広がり角度θが９０＠まで広がる
と著しく悪化した。

従って、この広がり角度θは、真球度の高い球形ガラス
体を得るには５″〜３０６の範囲にすることが好ましい
。

ｒ第２実施例〕 本実施例を第２図に基づいて説明する。本実施例の成形
型２５は球形の凹部２６を有する。この球形凹部２６の
曲率半径は、成形される溶融ガラス塊２８と凹部２６の
内面との間に介在する気体流による間隙を考慮して、所
望のガラス成形体の曲率半径に補正値を加えて決定され
る。

凹部２６の底に開口している細孔２７は、凹部２６の曲
率中心の方へ向いている。すなわち、細孔２７の中心軸
線が凹部２６の曲率中心に合っている。それによって、
凹部内面と溶融ガラス塊２８との間の気体の流れは、吹
き出し口から溶融ガラス塊２８の外周に向かう放射状の
−様な流れとなり、成形されるガラス体の曲面の精度を
上げることができる。凹部２６内面と溶融ガラス塊２８
の下面との間に流す気体流量を厳密に制御することによ
って、ガラス体の曲率精度を高めることができる。

更に、より精度の高いガラス体を望むならば、成形され
たガラス体の上面だけを、あるいは上下面共研磨すれば
よく、この場合僅かな研磨コストでかつ短時間で研磨す
ることができる。或いはまた本発明で得られたガラス体
をプレス成形用素材として供することもできる。

災狂猪エユ 第２実施例による成形装置を使用してガラス体の成形を
行った。成形型２５の外径は３０ｍｍであり、四部の曲
率半径は５ｍｍであった。溶融したランタンフリント系
ガラスを、内径２１１１１１１．外径５ｍｍの流出パイ
プ２１から粘性工０ポアズで流出して、溶融ガラスを滴
下し、成形型２５の凹部２６で受けた。ここで、細孔２
７から吹き出した空気の流量は毎分０．５１であった。

吹き出し空気は、凹部２６の内面と溶融ガラス塊２８の
下面との間を均一に流れる。従って、溶融ガラス塊２８
は成形型２５に触れることなく成形型２５上にわずかに
浮上し、溶融ガラス塊の少なくとも表面の一部が軟化点
以下の温度に達するまで、冷却される。

こうして得られた凸レンズ状のガラス体の表面にはキズ
や汚れがなく、成形されたガラス体の重量は４０６ｍｇ
±１ｍｇであり、±０．２％の重量精度であった。また
、ガラス体の成形された下面側の曲率半径は４．５ｍｍ
であった。なお、本実施例においては、成形型の成形面
を球面としたが、その他の曲面、例えば非球面とするこ
ともできる。

〔第３実施例〕 第３図に示す本実施例の場合には、溶融ガラス３２を、
特殊な切断刃３９によって切断して溶融ガラス塊３８を
作る。

一般に行われている二枚の切断刃による機械的切断では
、ガラス塊表面部に切断痕が発生するが、特願昭６３−
８０１２４号明細書に開示された切断方法を用いれば、
切断痕を発生させることなく、ガラス塊を成形型に供給
することができる。

この切断方法は、水平に設けられた対向する一対の切断
刃３９を、流下する溶融ガラス３２の流れに向かって、
前進させ、溶融ガラス流を切断する。その後、この咬合
状態の両切断刃を同時または時間差を設けて、予め設定
した位置まで下降させ、次に両切断刃を左右に後退させ
、その後上昇させて切断前の初期位置に復帰させる。そ
れによって、切断刃３９を溶融ガラス切断端に接触させ
ずに後退させるので、切断時に両切断刃の間に生じたガ
ラス細片が、切断された溶融ガラス流の切断端に付着し
ない。従って、きれいな溶融ガラス塊を得ることができ
る。

なお、この切断方法は、比較的高粘性（数百ポアズ）の
溶融ガラスから溶融ガラス塊を得るために適しており、
滴下法に比べて大きな溶融ガラス塊を作る場合に適して
いる。

本実施例の成形装置の他の部分は、前記第２実施例と同
じである。

尖蕨紘果エ フリント系ガラス３２を、内径４　ｍｍ、外径６ｍｎ１
の流出パイプから粘性２３０ポアズで流出させ、特願昭
６３−８０１２４号明細書に開示された切断方法を用い
、切断刃３９によって切断し、この溶融ガラス塊３８を
、第２実施例と同様に球面形状をした成形型３５の凹部
３６で受けた。使用した成形型３５の外径は４０ｍｍで
あり、凹部３６の曲率半径は１８ｍｍであった。その他
の条件は実験結果７と同じであった。

こうして得られた凸レンズ状のガラス体の表面には、キ
ズや汚れがなく、成形されたガラス体の重量は５．９５
ｇ　＋０．０５ｇであり、±０．８％の重量精度であっ
た。また、ガラス体の成形された下面側の曲率半径は１
７　、５ｍｍであった。

このガラス体は、表面にキズや汚れがなく、各種光学系
に用いられるレンズとしてそのまま使用できるものであ
った。

なお、成形型の成形面は第２実施例と同様に非球面であ
ってもよい。

〔第４実施例〕 第４図に示した本実施例による成形型４５は、その凹部
４６に開口する複数の細孔４７を備えており、より大き
な溶融ガラス塊４８を浮上させるのに適している。凹部
４６の形状は図示のように、断面が楕円形である。

〔第５実施例〕 第５図に示した本実施例による成形型５５は、複数の細
孔５７を有する板５９を凹部５６の底に嵌め込んだもの
であり、大きな溶融ガラス塊５日を浮上させるのに適し
ている。凹部５６の形状は図示のように、断面がほぼ長
方形である。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の成
形方法では、滴下法によってできる溶融ガラス塊の粘性
は１ポアズから３０ポアズ、好ましくは５ポアズから２
０ポアズである。また、切断刃による切断によってでき
る溶融ガラス塊の粘性は５０ポアズから６００ポアズ、
好ましくは１００ポアズから３００ポアズである。

更に、成形型に落下させた溶融ガラス塊は、落下時に成
形型の凹部の内面に一時的に接触しても、凹部の内面が
鏡面に仕上げられているので、溶融ガラス塊の表面にキ
ズや汚れが付くことがない。

更に、成形型は、前記実施例ではすべて耐熱鋼（例えば
ステンレス）製であるが、耐熱鋼からなる成形型の表面
に、酸化されにくい金、白金またはチッ化チタン等の膜
を被覆するとより好ましい。

更に、成形型の形状は前記実施例に限定されるものでは
なく、成形型の下方から気体を吹き出し、溶融ガラス塊
を浮上させることができものであればよい。

更に、溶融ガラス塊を浮上させる気体は、溶融ガラス塊
と反応しないものであればよく、空気以外にＮ２や他の
不活性ガスでもよい。

（発明の効果〕 本発明では、流出パイプから流下する溶融ガラスを滴下
させることによっであるいは切断刃によって切断するこ
とによって落下する溶融ガラス塊を、成形型の鏡面に仕
上げられた成形面で受け、成形型の底面から吹き上げる
気流により、少なくとも表面が硬化するまで成形型にほ
とんど接触することなく、成形型内に浮上させるように
したので、表面にキズや汚れのないガラス体を成形する
ことができる。

また、成形型を流出パイプのすぐ下に配置することがで
きるので、成形装置の縦方向の寸法が非４゜ 常に短くなる。

更に、滴下法と切断法により溶融ガラス塊を作るので、
広い重量範囲のガラス体を成形することができる。

更に、成形型の形状に応じて種々の形状のガラス体の成
形ができ、使用目的に適した形状を有するガラス体を作
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例による成形装置の概略縦
断面図、第２図は第２実施例による成形装置の概略縦断
面図、第３図は第３実施例による成形装置の概略縦断面
図、第４図は第４実施例に１１．２１・・・流出パイプ
、　　１２，２２゜３２・・・溶融ガラス、　　１３・
・、ヒータ、１４・・・熱電対、　　１５，２５，３５
，４５゜５５・・・成形型、　　１６，２６，３６，４
６゜５６・・・凹部、　　１６ａ・・・凹部内面、？、
２７．３７，４７．５７・・・細孔、　　１８゜２８゜ ３８゜ ４８゜ ５８　・ ・溶融ガラス塊、 ・切断刃、 ５９　・ ・板、 θ 凹部の広がり角度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流出パイプから流下する溶融ガラスを自然滴下させ
   ることによってあるいは切断刃で切断することによって
   、溶融ガラス塊を落下させ、 この溶融ガラス塊を、成形型の凹部で受け、その際、こ
   の凹部に開口する細孔から、空気、不活性ガス等の気体
   を吹き出し、 溶融ガラス塊と成形型凹部の内面との間に気体の層を作
   り、溶融ガラス塊の少なくとも表面の一部が軟化点以下
   の温度に達するまで、溶融ガラス塊を前記凹部内面と実
   質的に非接触状態で凹部内に保持し、冷却してガラス体
   を作ることを特徴とするガラス体の成形方法。 ２、溶融ガラスを自然滴下させるための流出パイプ、ま
   たは溶融ガラスを流下させるための流出パイプおよび該
   流出パイプ先端から流下する溶融ガラスを切断する切断
   刃と、 この流出パイプまたは切断刃の下方に配置された、凹部
   を有する成形型とを具備し、 この凹部の内面が鏡面に仕上げられ、 空気、不活性ガス等の気体を吹き出す少なくとも一つの
   細孔が、成形型の凹部に開口していることを特徴とする
   ガラス体の成形装置。