JPH10182168A

JPH10182168A - ガラスゴブの製造方法

Info

Publication number: JPH10182168A
Application number: JP34764096A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kubo; 裕之久保; Tamakazu Yogo; 瑞和余語; Masayuki Tomita; 昌之冨田; Isamu Shigyo; 勇執行
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス溶融炉の流出パイプから流出された溶
融ガラスを、受け型に受けて、所望重量のガラスゴブを
取り分ける際に、高精度、かつ、高効率で連続的に生産
することを可能とする溶融ガラスゴブの製造方法を提供
する。【解決手段】溶融ガラスを流出口から連続的に流出
し、これを、複数のガラス受け型で、順次、受けて、所
定の重量のガラスゴブを連続的に製造する方法におい
て、前記受け型に受けたガラスゴブの重量測定値をもと
に、制御パラメータとしての、受け型の受け取り成形時
間（タクト）、流出ガラスの流出量、溶融ガラスの流出
圧力を複合的に（重量バラツキ精度の範囲内に制御パラ
メータを選択する）制御し、ガラスゴブの重量制御をす
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学ガラスを溶融
し、流出パイプを使って流出させ、これを、複数の受け
型で、順次、受けることで、精密なガラスゴブを連続的
に製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ガラス光学素子をプレス成形
するに先立って、所定重量のガラスゴブを得るために、
溶融ガラスをガラス流出槽の流出パイプから流出させ、
流出パイプから自重で落下してくる所望の量の溶融ガラ
スを、複数の受け型にて、順次に受け取る方式が採用さ
れている。

【０００３】一般的なガラスゴブの製造方法において
は、受け型によって受けられたガラスゴブの重量が、所
定の流出槽の液面レベル、流出パイプの温度、受け型温
度、受け型の上下動作、タイミングなどに影響されるの
で、これらを制御することで、その成形されたゴブが、
その後の工程である精密プレス成形用のブランクとして
確実に使用できるように、精密な重量管理がなされてい
る。そして、このガラスゴブの重量管理には、一般に、
成形品を人手や機械的な手段を使う重量選別方式が採用
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記のようなガラスゴブの製造方法においては、下記の課
題があり、成形されたゴブの重量に可成りのバラツキ
（成形品重量の３〜５％）が発生し、これが量産性の低
下につながってしまう。

【０００５】・溶融炉の稼働初期の常温状態から、ガ
ラス流出までの炉本体、溶融るつぼ、流出パイプの各温
度が平衡状態（所要の温度）に安定するまで、流出パイ
プの先端位置と、ゴブ受け型との相対的な距離は、熱膨
張などの影響により、変化してしまう。これは、溶融ガ
ラスの括れ位置を変位し、ゴブの重量のバラツキをもた
らす。

【０００６】また、各装備の温度が平衡状態に安定した
後、雰囲気温度、気流の変化などの外乱によって、流出
パイプ〜受け型での、ガラスゴブの成形プロセスに微妙
な温度変化が経時的に起きてしまう（これにより、上述
と同様に、流出パイプ先端におけるガラスの括れ、即
ち、切れ方に影響がある）。このことにより、ガラスゴ
ブを生産するに当たり、数時間〜数日単位、あるいは、
何か月単位の長期に渡って、重量のバラツキ精度をチェ
ックし、所望の重量精度の範囲に納まるような条件設定
を探って、温度制御を実施して行かなければならない。

【０００７】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、ガラス溶融炉の流出パ
イプから流出された溶融ガラスを、受け型に受けて、所
望重量のガラスゴブを取り分ける際に、高精度、かつ、
高効率で連続的に生産することを可能とする溶融ガラス
ゴブの製造方法を提供することにある。

【０００８】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、溶融ガラスを流出口から連続的に流出
し、これを、複数のガラス受け型で、順次、受けて、所
定の重量のガラスゴブを連続的に製造する方法におい
て、前記受け型に受けたガラスゴブの重量測定値をもと
に、制御パラメータとしての、受け型の受け取り成形時
間（タクト）、流出ガラスの流出量、溶融ガラスの流出
圧力を複合的に（重量バラツキ（変動）精度に合わせた
制御パラメータを選択）制御し、ガラスゴブの重量制御
をすることを特徴とする。

【０００９】この場合、受けたガラスゴブの重量測定値
を、予め設定した所望のガラスゴブの重量値と比較演算
し、それぞれ、重量変動率が異なっている前記制御パラ
メータについて、優先順位をつけて、その優先順位に従
って、ガラスゴブの重量制御をするとよい。また、流出
口からの流出ガラスの流出量を制御する手段として、導
電性の流出パイプを温度制御するために、直接通電加熱
することが、また、溶融ガラスの流出圧力を制御する手
段として、ガラス流出口から溶融ガラス液面までの高さ
位置を制御することが、更には、受け型での受け取り・
成形時間（タクト）を制御する手段として、受け型の受
け取り操作を行う機構の駆動動作時間を制御すること
が、本発明の実施の形態として好ましい。

【００１０】このように、ガラスゴブを重量測定するこ
とによって、炉本体、溶融るつぼ、流出パイプの熱膨張
差に伴う、受け型の位置との相対距離の変動などで、ガ
ラスゴブの重量バラツキを、常に、フィードバック制御
することにより、ガラス溶融炉の初期の加熱に際して、
その温度平衡状態までに発生する重量調整不良のガラス
ゴブを減少し、確実かつ安定したガラスゴブの連続生産
を実現する。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、本発明の第１の実施の形態を、
添付図面を参照して具体的に説明する。ここで、符号１
はガラスの溶解清澄槽であり、２は流出槽、３は溶解清
澄槽１と流出槽２とを結ぶ接続パイプ、４は流出槽２の
下部に取り付けられている流出パイプであり、これら
は、全て白金または白金合金で作られている。また、溶
解清澄槽１、流出槽２、接続パイプ３のまわりは、図示
のように耐火レンガなどで作られた断熱部材５で覆われ
ており、ガラス溶融時の高熱が外部に漏れないようにな
っている。また、溶解清澄槽１、流出槽２、接続パイプ
３の間には、ヒーター（図示せず）が設置されている。
流出パイプ４は、上下に電極（図示せず）が取り付けら
れており、その電極に電力線４０から電力を供給するこ
とで、直接、流出パイプ４に通電加熱制御がなされ、夫
々の機能に適した温度に設定することができるようにな
っている。

【００１２】流出槽２には、均質化のために、攪拌翼６
が設けられており、駆動機構（図示せず）により、矢印
に示す方向で回転できるようになっている。符号７はガ
ラス原料をストックしておくホッパーであり、ホッパー
７の下部にはガラス原料を秤量し、溶解清澄槽１に供給
するためのチャージャー８が設けられている。

【００１３】符号１２は溶融ガラスの液面レベルを検出
するための可動接針センサーである。この接針センサー
１２は、断熱部材５の上部の架台６に取り付けられてい
る、モーター駆動のための、上下駆動機構１４の駆動シ
ャフト１５に、クランプホルダー１３を介して取り付け
られており、その接針センサー１２の先端が溶融ガラス
５１の液面５２に自由に接離することができるようにな
っている。また、接針センサー１２は白金または白金合
金で作られており、その先端は接触した溶融ガラスの切
れ（液切れ）を良くするために、先細りの形状になって
いる。なお、この実施の形態では、接針センサー１２の
断面形状は円形を採用したが、特にその形状は限定され
るものではない。

【００１４】また、接針センサー１２の先端と溶融ガラ
ス５１の液面５２との接触の有無を、ガラス液面レベル
検出器１８から出ていて、それぞれ、流出パイプ４と接
針センサー１２に接続されている、導通検出用のリード
線２１、２２の間の導通で検出している。

【００１５】符号１９はリニアスケールであり、駆動シ
ャフト１５の変位を測定することで接針センサー１２の
位置を検出して、接針センサーよりガラス液面レベルを
検出し、その位置情報を信号線２３を介してガラス液面
レベル検出器１８に伝えのであり、同位置情報は、信号
線２０を介して重量フィードバック演算器２６に伝えら
れる。また、上下駆動機構１４を駆動し、接針センサー
１２を上下に動かす動力線２４が、図示のように繋がれ
ている。

【００１６】また、重量フィードバック演算器２６に
は、計量器３２から出た信号線３３が繋ぎ込まれてい
て、受け型３０で受けられたガラス塊５４の重量の測定
結果が計量器３２から重量フィードバック演算器２６に
送られるようになっている。

【００１７】更に、重量フィードバック演算器２６は、
計量器３２で得られた複数の計量サンプルの中から一個
当たりの平均重量を算出し、時間当たりのガラス流量を
概算し、その流量が、ガラス塊一個当たり±０．２％以
内の重量変動バラツキに抑制するように、具体的には、
ガラス液面５２と流出パイプ４の最下端の距離Ｈ（つま
り、ガラス液面のヘッド長）を調整してガラスの流出圧
力を変化させるように、ガラス原料秤量装置１７への、
所望のガラス原料５３の供給量を制御線２０ａを介して
指示している。更に、ガラス原料秤量装置１７には、決
定された量のガラス原料５３をチャージャー８に供給す
るための制御線２５が繋がれている。

【００１８】また、符号３７、３８は信号線であり、こ
れによって、流出パイプ４の測温データが測温検出器３
５を介して重量フィードバック演算器２６へ伝えられる
ようになっている。

【００１９】更に、重量フィードバック演算器２６は、
計量器３２で得られた複数の計量サンプルの中から一個
当たりの平均重量を算出し、時間当たりのガラス流量を
概算し、その流量が、ガラス塊一個当たり±０．２％以
内の重量変動バラツキに抑制するように、ガラスの流出
量を演算した後に、電力制御器３６へ流出パイプ４の所
望のパイプ温度を、制御線３９を介して指示している。
更に、電力制御器３６には、決定されたパイプ温度にな
るように、電力線４０を介して流出パイプへ所望の電力
を供給している。

【００２０】符号３０は、光学成形素材であるガラス塊
を、所望の形状に受け取る受け型である。この受け型３
０には、ＮＣ駆動制御器３１が取り付けられており、上
下左右方向に駆動できるようになっている。また、前述
同様に、重量フィードバック演算器２６は、計量器３２
で得られた複数の計量サンプルの中から一個当たりの平
均重量を算出し、ガラスが切断してから次の切断までの
時間である成形タクトが、ガラス塊一個当たり±０．２
％〜±２．０％以内の重量変動バラツキに抑制するよう
に、成形タクトを演算した後、ＮＣ駆動制御器３１へ所
望の成形タクトを制御線３４を介して指示している。

【００２１】次に、前述したシステムを使用して、光学
素子用のガラスを溶融流出させ、連続的にガラス塊を成
形した時のフィードバック制御法を、図１を用いて具体
的に説明する。

【００２２】なお、溶融ガラスの原料には、比重が３．
０５であり、温度が１２００℃の時に１０^1.8ｄＰａ・
ｓ、１１００℃の時に１０^1.8ｄＰａ・ｓ、１０００℃
の時に１０^2.2ｄＰａ・ｓ、８９０℃の時に１０^2.9ｄＰ
ａ・ｓ、また、６１０℃の時に１０^7.6ｄＰａ・ｓ、
更には、４９８℃の時に１０¹³ｄＰａ・ｓとなる粘度を
示す粘性特性を持ったＢ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＢａＯ系のガ
ラスを一旦ラフメルトしたものを用いた。

【００２３】初めに、ガラス塊５４が成形されるまでの
手順を説明する。まず、炉の各部の温度を、それぞれ、
溶解清澄槽を１３００℃、連結パイプ３を１２００℃、
流出槽２を１１００℃、流出パイプ４の先端部を１１０
０℃、また、流出パイプ全体を９５０〜１１００℃の間
とし、後工程で必要となるガラス量が得られるように任
意に変化させた。

【００２４】この温度に設定することにより、チャージ
ャー８によって供給されたガラス原料５３は、溶融清澄
槽１の中で溶解、脱泡され、内部にみじん泡、脈理を含
んだ溶融ガラス５１となる。その後、均質化された溶融
ガラス５１は流出槽２内で攪拌翼６の回転により、攪拌
均質化されると同時に、温度が下げられることで、内部
に残っていたみじん泡もガラス中に吸収され、泡や脈理
を含まない均質な溶融ガラス５１となる。その後、均質
化された溶融ガラス５１は、流出パイプ４の先端から、
流出パイプ４の温度に応じた流量で流出する。

【００２５】更に、流出パイプ４から流出した溶融ガラ
ス５１は、受け型３０で受け止められて、流出パイプ４
の先端から切り離され、その後、そのまま、受け型３０
の上で冷却され、ガラス塊に成形される。この流出パイ
プ４の先端から溶融ガラス５１を切り離す方法として
は、流出パイプ４の先端近くで、流出する溶融ガラス５
１を受け型３０上に一定量、受けた後、受け型３０を流
出パイプ４から引き離すことにより切断するシャーレス
切断方法を用いた。

【００２６】このようにして成形されたガラス塊５４
を、１分間に平均１５個を得る速度で連続的に成形し、
ガラス塊５４を計量器３２を用いて、その成形の都度に
測定し、１分間に１回、即ち、１５個に１回の割合でガ
ラス塊の平均重量を重量フィードバック演算器２６で算
出した。その結果、ガラス塊５４の平均重量は、１個当
たり約２ｇｆ／分であり、成形タクト約４秒／ケ、溶融
ガラス５１の流出量は約３０ｇｆ／分であった。因み
に、この流出量については、ガラス原料５３を供給しな
いと、ガラス液面５２のレベルが０．４ｍｍ／分の速度
で減少し、同時にレベルの減少につれてガラス塊５４の
重量も同様に減少するという状況である。

【００２７】また、ガラス液面５２の液面レベルについ
ては、所定の、前記ヘッド長のＨ（３００ｍｍ）を設定
し、そのレベル位置を中心に、接針センサー１２の下端
が１分間に５回の上下幅２０ｍｍの振幅を描くように、
上下駆動機構１４をガラス液面レベル検出器１８の検出
結果で駆動する際、接針センサー１２と流出パイプ４と
の導通による液面レベル５２の位置検出を行った。ま
た、その位置データをもとに、重量フィードバック演算
器２６、ガラス原料秤量装置１７、チャージャー８を用
いて、ガラス原料５３を１分間隔で供給し、前記ヘッド
長Ｈ＝３００ｍｍ±０．５ｍｍになるように制御を行っ
た。

【００２８】なお、上記のようなガラス原料５３の供給
の制御は、所定の液面レベルの位置や、リニアスケール
１９のデータを読み込んだり、導通位置による供給の量
を演算し、供給量を決定したりするプログラムを、予
め、ガラス原料秤量装置１７、ガラス液面レベル検出器
１８、重量フィードバック演算器２６にインプットして
おくことにより、全て自動で行った。

【００２９】次に、ガラス塊５４のシャーレス切断方法
を、工程説明図を用いて説明する。ここで、符号５４ａ
は、受け型部材３０の成形面３０ａの上に供給された切
断前の溶融ガラス塊を、符号５４ｂは、切断のための溶
融ガラス５１と切断前の溶融ガラス塊５４ａの間に作ら
れるくびれを表し、また、ガラス塊５４は成形面３０ａ
上に得られたものである。

【００３０】まず、前述の方法で用意された溶融ガラス
を、流出パイプ４の先端を１２００℃の温度に設定して
流出させると共に、受け型３０を直下に持って行き、図
２の（ａ）に示すように下方向へ少し下げ、溶融ガラス
５１と切断前の溶融ガラス塊５４ａの間にくびれ５４ｂ
を発生させ、くびれ５４ｂがガラスの自重と表面張力に
より自然に切断するようにする。このために、切断部に
切断痕が残らずに、ガラス塊５４の表面には有害な欠陥
が生じることがなくなる。

【００３１】また、この工程において、ガラス塊５４の
重量は、流出パイプ４の温度（その時のガラス流出量）
に合わせて、図２のａ〜ｃの切断から次の切断までの時
間、つまり、成形タクト時間を０．００１秒単位で制御
を行った。その結果、ガラス塊５４、１個当たりの重量
の最高±０．２％間で重量制御を行うことができた。

【００３２】なお、上記のような受け型３０の上下左右
のＮＣ駆動制御は、所定のＮＣ駆動装置３１のデータを
読み込んだり、ＮＣ駆動の量を演算し、駆動量を決定し
たりするプログラムを、予め、ＮＣ駆動制御器３１、重
量フィードバック演算器２６にインプットしておくこと
により、全て自動で行った。

【００３３】以上、説明した、ガラス流出圧力（液面ヘ
ッド）制御、成形タクト制御、ガラス流量（流出パイプ
温度）の各重量フィードバック制御方法を組み合わせ
て、また、ガラス塊５４の重量精度のバラツキ範囲に応
じて、各重量フィードバック制御を行った結果、図３の
ような重量精度グラフが得られた。

【００３４】因みに、図３に示した成形時間は、約１時
間程度であるが、この方式で８時間連続の重量フィード
バック成形テストを行った結果、ガラス重量１個当たり
平均２．０ｇｒ±０．５％の重量バラツキ精度の範囲
で、高精度な連続成形を達成した。

【００３５】また、図４に重量フィードバック制御をし
ない場合の重量変化（従来例として）のグラフを示す。
このグラフにおける重量変動の要因としては、下記の点
が挙げられる。

【００３６】（１）ガラス流出開始直後（５〜１５分程
度）の重量バラツキが大きい。その理由としては、流出
開始直後は、流出パイプ内にある比較的温度の低いガラ
ス流が始めに流れ出て、徐々に流出槽の高温のガラス流
が流れ出ることにより、流出パイプ内の温度上昇および
温度バラツキが、それが安定流になるまで、起きること
が指摘できる。

【００３７】（２）長期的な重量変動（数時間〜１日
（あるいは月）単位での変動）がある。その理由として
は、炉体周辺の、特に、流出パイプ先端付近の気流など
の外乱による温度変化に伴い、ガラス流のシャーレス切
断タイミングの微妙なズレなどにより、長期的にガラス
塊重量が変動することが指摘できる。

【００３８】（実施の形態２）また、この実施の形態で
は、ガラス塊の１個当たりの目標成形重量を、前述の約
２ｇｒから、重量フィードバック制御を用いて連続的
に、その重量を約３ｇｒ（５０％重量増）の重量値に変
更して、フィードバック成形を実施したところ、次のよ
うな結果が得られた。

【００３９】先ず、流出パイプ４の温度を、９６０℃か
ら９８５℃に上昇制御すると、２分後に成形重量２．９
６ｇｒ／１ケ平均（＝目標重量の−１．５％）となり、
続いて、成形タクトを平均４．２秒／１ケから同４．３
０〜４．３５秒／ケの範囲内での成形タクト制御に切り
替わった。この時の成形重量２．９６ｇｒ〜２．９９７
ｇｒ／１ケ平均（＝目標重量の−１．５％〜−０．１％
内の重量バラツキ精度）であり、その制御時間は２分間
であった。

【００４０】その後、目標重量の±０．３％〜±０．５
％の重量バラツキ精度の範囲内で、成形タクト制御、お
よび、流出圧力（液面ヘッド）制御を繰り返し、重量フ
ィードバック成形を連続的に行った。目標重量２．０ｇ
ｒから３．０ｇｒ±０．５％重量バラツキ精度への、上
記フィードバック制御の切換所要時間は、僅か約３分で
あった。

【００４１】なお、本発明の上述の実施の形態以外で
も、同様な制御方法で、その目標重量３．０ｇｒから
４．０ｇｒへ、４．０ｇｒから２．５ｇｒへ、更には
２．５ｇｒから１．５ｇｒへなど、連続的に、上昇およ
び下降重量値変更制御を実施して、目標重量の±０．５
％重量バラツキ精度の範囲内までの制御所要時間を、そ
れぞれ約２．５分〜３．５分とすることができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、受け型
に受けたゴブの重量測定値をもとに、受け型の受け取り
成形時間（タクト）、流出ガラスの粘性、溶融ガラスの
流出圧力の、少なくとも一つ以上の制御パラメータを制
御し、ガラスゴブの重量制御をすることにより、高精
度、高効率生産を可能にできる。更に、ゴブの重量測定
値を、所望のゴブ重量値と比較演算し、各重量変動率が
異なった、制御パラメータに優先順位をつけて、ガラス
ゴブの重量制御をすることにより、より高精度、高効率
生産を可能にできる。

【００４３】この場合、流出ガラスの粘性を制御する手
段として、導電性のパイプを直接通電加熱し、流出パイ
プの温度を制御することが、ガラス流出圧力を制御する
手段として、ガラス流出口から溶融ガラス液面までの高
さ位置を制御することが、更に、受け型の受け取り成形
時間を制御する手段として、受け型の受け取り操作のた
めの駆動機構の動作時間を制御することが、高精度、高
効率生産の上で、有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す連続ガラス溶
融炉の固定方法での成形装置の概略側面図である。

【図２】同じく、その工程を表す図である。

【図３】同じく、その工程を表すグラフである。

【図４】従来の工程を表すグラフである。

【符号の説明】

１溶解清澄槽２流出槽３連結パイプ４流出パイプ５断熱部材６攪拌翼７ホッパー８チャージャー１２可動接針センサー１３クランプホルダー１４上下駆動装置１５駆動シャフト１６架台１７ガラス原料秤量装置１８ガラス液面レベル検出器１９リニアスケール２０信号線２０ａ制御線２１、２２リード線２３信号線２４動力線２５制御線２６重量フィードバック演算器３０受け型３１ＮＣ駆動制御器３２計量器３３信号線３４制御線３５測温検出器３６電力制御器３７、３８信号線４９制御線５１溶融ガラス５２ガラス液面５３ガラス原料５４ガラス塊

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者執行勇東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融ガラスを流出口から連続的に流出
し、これを、複数のガラス受け型で、順次、受けて、所
定の重量のガラスゴブを連続的に製造する方法におい
て、前記受け型に受けたガラスゴブの重量測定値をもと
に、制御パラメータとしての、受け型の受け取り成形時
間（タクト）、流出ガラスの流出量、溶融ガラスの流出
圧力を複合的に（重量バラツキ（変動）精度に合わせた
制御パラメータを選択）制御し、ガラスゴブの重量制御
をすることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
【請求項２】受けたガラスゴブの重量測定値を、予め
設定した所望のガラスゴブの重量値と比較演算し、それ
ぞれ、重量変動率が異なっている前記制御パラメータに
ついて、優先順位をつけて、その優先順位に従って、ガ
ラスゴブの重量制御をすることを特徴とする請求項１に
記載のガラスゴブの製造方法。
【請求項３】流出口からの流出ガラスの流出量を制御
する手段として、導電性の流出パイプを温度制御するた
めに、直接通電加熱することを特徴とする請求項１もし
くは２に記載のガラスゴブの製造方法。
【請求項４】溶融ガラスの流出圧力を制御する手段と
して、ガラス流出口から溶融ガラス液面までの高さ位置
を制御することを特徴とする請求項１あるいは２に記載
のガラスゴブの製造方法。
【請求項５】受け型での受け取り・成形時間（タク
ト）を制御する手段として、受け型の受け取り操作を行
う機構の駆動動作時間を制御することを特徴とする請求
項１あるいは２に記載のガラスゴブの製造方法。