JPH10182172A - ガラス塊製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精密ガラス成形プレフォームで使用する溶融
ガラス塊のサイズの再現性および内部品質を改善を改善
する。 【解決手段】 ガラス塊製造装置が、製造坩堝から溶融
したガラスプレフォームを小分けする。製造坩堝３６は
溶融したガラスの供給部を含み、製造坩堝３６から延設
されたステム部３８を有している。ガラス塊製造装置
は、ステム部３８の先端に取着されたチップ４０と、溶
融したガラスを流通させるためにチップ４０を貫通させ
て長手方向に延びるボアと、チップ４０の先端に設けら
れ下方に突き出したガラス塊形成面とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的に光学ガラス
レンズの形成に関し、特に精密ガラス成形に使用される
溶融ガラス塊プレフォームの製造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス光学要素を圧縮形成する種々の方
法および装置は、従来技術において周知である。これら
の方法および装置において、ガラス塊と称される光学的
要素プレフォームが、ガラスレンズ要素を成形するため
に高温で圧縮成形される。ガラス光学要素を形成するた
めの基本的処理および装置は、本出願人（イーストマン
コダック カンパニー）に与えられた一連の特許の中に
教示されている。このような特許は、米国特許第 3,83
3,347号、第 4,139,677号、第 4,168,961号である。こ
れらの特許は、形成された光学的要素の光学的表面を形
成するために使用される成形インサートを構成するため
に適した種々の材質を開示している。これらの成形イン
サートを構成するために適した材質はガラス状のもの、
あるいはガラス質の炭素、シリコンカーバイド、シリコ
ン窒化物およびシリコンカーバイドと炭素の混合物を含
んでいる。これらの特許に開示されている処理の実際に
おいて、ガラスプレフォームまたは塊は、上述した材質
の１つから成形された成形型とともに成形空間中に挿入
される。成形型は成形処理の間、非酸化雰囲気に保持さ
れるチャンバ中に保持される。そしてプレフォームは、
プレフォームが製作される特別の種類のガラスに対する
ガラス遷移温度（Ｔg ）より１００°Ｃ高くするために
成形型の温度を上昇することによって柔らかくされる。
プレフォームを成形型の形に成形するために成形型に圧
力が加えられる。次いで、成形型とプレフォームとはガ
ラスの遷移温度以下に冷却することが可能となる。成形
型から圧力は解放される。温度はさらに低減され、仕上
げられた成形レンズが取り出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光学要素の精密ガラス
成形は、（プラスチック成形で用いられる）射出成形で
はなく圧縮成形によりなされるので、計量されたガラス
の先駆体、典型的にはプレフォームまたはガラス塊が必
要となる。良質のガラス塊またはプレフォームは研削、
研磨により製造され得るが、経済的理由から溶融したガ
ラス塊を滴下するプロセスを用いることもできる。米国
特許第3,293,017 号、第3,271,126 号には、オリフィス
から溶融したガラスを単一のドロップまたはガラス塊と
して受承手段に滴下し、圧縮、冷却することにより小さ
なガラスウェハーを製造することが記載されている。然
しながら、このガラスウェハーは光学要素のためのもの
ではない。その目的は、セラミックバリア層キャパシタ
であると記載されている。上記特許は、単に直線的な管
状の構造を記載する図面を除いて、溶融したガラス塊ま
たはプレフォームを形成するノズルの形状に関して何ら
特定していない。

【０００４】光学ガラス要素を成形するための精密ガラ
ス成形プロセスで用いるガラス塊またはプレフォームの
製造では、各ガラス塊またはプレフォームが良好な内部
品質を有し、ガラス塊のサイズが再現性あることが非常
に重要である。従来技術は、ガラス塊のサイズを制御し
ガラス塊の内部品質を改善するノズル形状を示唆してい
ない。

【０００５】本発明は、精密ガラス成形プレフォームで
使用する溶融したガラス塊のサイズの再現性を改善した
ガラス塊製造装置を提供することを目的としている。更
に、本発明は、良好な内部品質を有する溶融ガラス塊を
製造するガラス塊製造装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の他の特徴、目
的、利点は明細書、図面の記載から明らか取る。これの
特徴、目的、利点は凸状のガラス塊形成面を有するチッ
プを備えた本発明のガラス塊製造装置により達成され
る。凸状のガラス塊形成面は、溶融ガラスを製造坩堝か
ら前記チップに移送すためのステム部の内径よりも実質
的に大きな外径を有している。前記チップは、好ましく
は、更に前記ガラス塊形成面とステム部との間に設けら
れた切頭円錐部を有しており、長期間の高温でのチップ
の安定的な使用を確実にする。

【０００７】本発明は、製造坩堝から溶融したガラスプ
レフォームを小分けするガラス塊製造装置を提供する。
前記製造坩堝は、溶融したガラスの供給装置を含み、製
造坩堝から延設されたステム部を有している。前記ガラ
ス塊製造装置は、前記ステム部の先端に取着されたチッ
プと、溶融したガラスを流通させるために前記チップを
貫通させて長手方向に延びるボアと、前記チップの先端
に設けられ下方に突き出したガラス塊形成面とを具備す
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】図８から図１０に従来技術による
ノズルの先端形状を示す。従来技術のノズルチップ１０
は、直円筒形状をしている。チップの外径は、該チップ
から小分けされるプレフォームの体積を決定する主要な
因子である。チップの内径は、溶融ガラスの流量に対し
て主要な決定因子となる。ガラスの内部品質を維持する
ために、先端面にきず、ばり、刻み痕、汚染がないよう
に機械加工される。

【０００９】図１０を参照すると、チップ１２は管部１
４と、大径円筒部１６とを有している。大径円筒部１６
は平坦面１８と外周面２０を有している。大径円筒部１
６の円筒面から鋭角に切り欠いて円形のエッジ２２が形
成される。エッジ２２はぬれ限界として作用する。ステ
ム部３８のボアと中心軸線が一致するボア２３が設けら
れている。

【００１０】ガラス塊のサイズの再現性があり内部品質
が良好な溶融プレフォームの製造では、チップ形状のみ
ならず、使用する特定のガラスのぬれ特性をも考慮しな
ければならない。ぬれ性は、液体により固体がぬれる度
合いであり、２つの相の間の付着力により測定され、空
気との界面に形成される角度により証明される。ガラス
プレフォームの製造では、固体はチップを形成する材料
であり、液体は溶融ガラスである。チップの設計にあた
ってはぬれ性を考慮しなければならない。と言うのは、
チップの外周面に過剰なガラスが付着すると、重量制御
はもとより、品質（施条）に関する問題を生じるからで
ある。

【００１１】典型的にチップの材料は白金合金が選択さ
れる。白金に対してぬれ性を有しない光学ガラスがあ
る。この場合、図８に示すような直管状の先端形状を用
いて、サイズの再現性と良好な内部品質を備えたガラス
塊２４を製造することが可能である。非常にぬれ易いガ
ラスを用いると、図９に示すような非常に望ましくない
現象が生じ、ガラス塊２６の一部がチップの外面に沿っ
てはい上がる。これにより施条が形成され、サイズが変
化する。図１０に示すチップ１２は、ぬれ現象に対する
従来技術の解決方法であり、ガラス塊２８が形成され
る。ガラスは外面をぬらしているが、エッジ２２を超え
てはい上がることはなく、従って、エッジ２２はぬれ限
界として作用している。然しながら、ガラスは依然とし
て外面２０をぬらしている。更に、エッジ２２を形成す
る切込の角度は可能な限り鋭角となっているので、小さ
なチップ１２の場合この形状は加工が難しい。こうした
場合、純粋白金に代えて白金／金合金により望ましいぬ
れ特性が得られる場合がある。

【００１２】図１は溶融ガラス塊を製造するための装置
の概略図である。この装置は、溶融ガラス３２を保持、
供給する貯蔵坩堝３０を含んでいる。貯蔵坩堝３０は、
溶融ガラスを貯蔵坩堝３０から製造坩堝３６に送る出口
堰３４を具備する。製造坩堝３６は底から延びる排出ノ
ズルまたはステム部３８を有する。チップ４０を有する
排出ノズル３８は、そこからの溶融ガラスの流量を決定
し、ガラス塊の体積の再現性を規定するための精密構造
を具備して組み立てられる。製造坩堝３６は、支点４４
にかかるビーム４２を含むバラン装置の一端上に支持さ
れる。ビーム４２の反対側には釣り合わせ用おもり４６
がある。製造坩堝３６の重量が低減すると、貯蔵坩堝３
０から製造坩堝３６へ溶融ガラスが制御された方法で分
配、付加される。サーボフィードバックシステム部４８
は釣り合わせ用おもり４６の位置を検出するセンサ５０
からの信号を受信する。このようにして、製造坩堝３６
の溶融ガラスが減少すると、サーボフィードバックシス
テム部４８はセンサ５０を介して製造坩堝３６中の溶融
ガラスの重量の低下を検出し、出口堰３４の近傍に取り
付けられたヒータ５２から放射される熱を調節する信号
を発生する。この貯蔵坩堝３０の出口堰３４の温度調整
により、貯蔵坩堝３０から流れ出す溶融ガラス３２の流
量を計測、調節し、以て製造坩堝３６に溶融ガラスを補
充する。このようにして、特にチップ４０における製造
坩堝３６内のヘッドは比較的一定に保持される。従っ
て、排出ノズルおよびチップ４０を通過する溶融ガラス
の流量は、長期間にわたって本質的に一定に制御され得
る。この均一な流量とチップ４０の形状との組み合わせ
により、ガラス塊のサイズの再現性と良好な内部品質が
保証される。均一にするために、排出ノズル３８および
チップ４０の近傍に付加的な加熱素子を具備することが
有利である。製造坩堝３６中の溶融ガラス中の気泡の形
成および気泡を取り込むことを防止するために、製造坩
堝３６に攪拌機構５４を設けてもよい。

【００１３】ガラス塊は、典型的には小さなガラス塊ま
たは大きなガラス塊として参照される。通常、大きなガ
ラス塊は質量１グラム以上である。小さなガラス塊を製
造するために、所定の再現性のあるサイズのドロップま
たはガラス塊が形成されるように溶融ガラスが滴下する
ようにチップ４０における温度制御が設定される。ガラ
ス塊は受承装置（図示せず）の上に落ちる。

【００１４】図２に本発明のチップ４０の好ましい実施
形態の断面図を示す。図８から図１０の従来技術のチッ
プと同様に、チップ４０は溶接によりステム部３８の先
端５９に取着される。チップ４０は円筒部６０と切頭円
錐部６２とを有している。切頭円錐部６２は、チップ４
０の遠位の端部に設けられており、凸状のガラス塊形成
面６４を有している。チップ４０を貫通して長手のボア
６６が形成される。本明細書において「凸」との語は外
方に突き出した曲面形状を意味する。

【００１５】一例として図２に示すチップ４０は、光学
ガラスＨｏｙａ ＴＡＣ−４からボール状のガラス塊を
製造するために用いられてきた。各ガラス塊は４３７ｍ
ｇ±７ｍｇの重量にて製造される。製造坩堝内の溶融ガ
ラスの温度は１２００°Ｃである。チップにおける温度
は１０００°Ｃから１１００°Ｃである。この例で用い
られるチップの寸法は、円筒部６０の外径ｄが７．９ｍ
ｍ（０．３１２inch）となっている。チップ４０は、長
さＬが１７．８ｍｍ（０．７００inch）となっている。
切頭円錐部６２のベース部の直径Ｄは１１ｍｍ（０．４
３５inch）である。ガラス塊形成面６４の半径は２５．
４ｍｍ（１．００inch）である。鉛直線に対する切頭円
錐部６２の角度αは２５°である。ボア６６の内径は
１．０ｍｍ（０．０４０inch）である。

【００１６】図５に代替実施形態を示す。この実施形態
のチップ８０は、第１の円筒部８２と、第２の円筒部８
４とを有している。第２の円筒部８４の先端には凸状の
ガラス塊形成面８６が形成されている。チップ８０を貫
通してボア８８が形成されている。このチップ８０は、
Ｈｏｙａ ＴＡＦ−３を用いて３３８ｍｇ±６ｍｇの重
量を有するボール状のガラス塊を製造するために用いら
れてきた。製造坩堝内の溶融ガラスの温度は１２００°
Ｃである。チップにおける温度は１０００°Ｃから１１
００°Ｃである。この例で用いられるチップ８０の寸法
は、チップの全長Ｌが１５．３ｍｍ（０．６００inc
h）、第１の円筒部の長さｌが１０．１ｍｍ（０．４０
０inch）、第１の円筒部の外径が７．９ｍｍ（０．３１
２inch）、第２の円筒部８４の外径が７．２ｍｍ（０．
２８５inch）、ガラス塊形成面８６の半径は２０．３ｍ
ｍ（０．８００inch）である。

【００１７】図４に更に他の実施形態によるチップ９０
を示す。一例としてチップ９０は、光学ガラスＨｏｙａ
ＴＡＣ−４からボール状のガラス塊を製造するために
用いられてきた。各ガラス塊は３４０ｍｇ±７ｍｇの重
量にて製造される。こうしたガラス塊を製造するに際し
て、製造坩堝３６内の溶融ガラスの温度は１２００°
Ｃ、チップ９０における温度は１０００°Ｃから１１０
０°Ｃである。この例で用いられるチップ９０は、第１
の円筒部９２と第２の円筒部９４を有している。第２の
円筒部９４の先端には凸状のガラス塊形成面９６が形成
されている。チップ９０を貫通してボア９８が形成され
ている。３４０ｍｇのボール状のガラス塊を形成するた
めに、チップ４０は長さＬが１５．３ｍｍ（０．６００
inch）となっている。第２の円筒部９４の長さＵは２．
５４ｍｍ（０．１００inch）となっている。ガラス塊形
成面９６の半径は１５．３ｍｍ（０．６００inch）であ
る。第１の円筒部９２の外径は、７．９ｍｍ（０．３１
０inch）である。第２の円筒部９４の外径は８．３ｍｍ
（０．３２５inch）である。ボア９８の内径は１．０ｍ
ｍ（０．０４０inch）である。

【００１８】図１０に示す従来技術のチップ構成では、
短い時間（約２時間）でガラスはチップの側面に堆積し
てプレフォームに施条が形成される。こうしたプレフォ
ームは光学レンズ要素の成形で使用するのに適していな
い。従来は、その時点で機械を停止し、チップ１２から
ガラスを除去しなければならかった。これにより、生産
性が低下し生産量も低下する。本発明のチップは、凸状
のガラス塊形成面を有している。このガラス塊形成面は
ガラスがチップの側面をはい上がることを防止する。切
頭円錐部６２により、ガラスを凸状のガラス塊形成面６
４に保持して、切頭円錐部６２の側壁にはい上がること
を防止する。ガラスのタイプ、チップのサイズ、チップ
の材料（白金または白金／金）によりガラス塊形成面６
４の半径を変えることができる。ガラス塊形成面６４の
半径は、使用するガラスのタイプ、製造するプレフォー
ムのサイズ、プロセスを行う温度の各々に対して実験的
に決定しなければならない。

【００１９】図１０に示す従来技術のチップ構成の他の
問題は、プレフォームの各々の間でのサイズの変化が許
容できない程度に大きい点である。長時間のうちに、チ
ップ１２の面１８（特に、外径が７．６ｍｍ（０．３in
ch）を超えると）が劣化し、プレフォームの重量が漸次
低下し仕様に適合しなくなる。この劣化は、最も弱い境
界、つまり、切込の最も鋭い点での緩慢な曲げである。
プレフォームが仕様に適合しなくなった時点で、チップ
１２が製造坩堝のステム部から取り外され、そこに新た
なチップが溶接される。これにより、プレフォーム製造
装置は長時間停止しなければならない。本発明の構成で
は、チップに切込が形成されていないのでこの問題が生
じない。特に、チップ４０は切頭円筒部６２を設けるこ
とにより、大きなガラス塊形成面６４を備えている。

【００２０】ガラス塊形成面６４、８６、９６は凸状を
呈しているように説明したが、ガラス塊形成面は球形ま
たは球形の一部の形状に限定されない。下方に突き出し
た種々の非球面形状を本発明を実施するために用いるこ
とができる。これらの形状には、図５に示す概ね円錐形
または切頭円錐形のガラス塊形成面１００、図６に示す
環状またはリング状のガラス塊形成面１１０、図７に示
す弾丸形状（断面において概ね放物線状）のガラス塊形
成面１２０が含まれる。

【００２１】上述したことから、本発明は明らかであり
本発明に本質的である他の利点とともに上記のすべての
目的および結論を得るために適したものであることがわ
かるであろう。ある特徴およびサブコンビネーションは
有用であり、他の特徴およびサブコンビネーションとと
もに使用され得る。これはクレームの範囲によって企画
され、その範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】所定重量、サイズのガラス塊を製造するための
ガラス塊製造装置である。

【図２】本発明の好ましい実施形態によるチップの断面
図である。

【図３】本発明の他の実施形態によるチップの断面図で
ある。

【図４】本発明の更に他の実施形態によるチップの断面
図である。

【図５】本発明の更に他の実施形態によるチップの断面
図である。

【図６】本発明の更に他の実施形態によるチップの断面
図である。

【図７】本発明の更に他の実施形態によるチップの断面
図である。

【図８】従来技術によるチップの断面図である。

【図９】従来技術によるチップの断面図である。

【図１０】従来技術によるチップの断面図である。

【符号の説明】

３０…貯蔵坩堝 ３６…製造坩堝 ３８…ステム部 ４０…チップ ６２…切頭円錐部 ６４…ガラス塊形成面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製造坩堝から溶融したガラスプレフォー
   ムを小分けするガラス塊製造装置において、前記製造坩
   堝は、溶融したガラスの供給装置を含み、製造坩堝から
   延設されたステム部を有しており、 前記ガラス塊製造装置は、 （ａ）前記ステム部の先端に取着されたチップと、 （ｂ）溶融したガラスを流通させるために前記チップを
   貫通させて長手方向に延びるボアと、 （ｃ）前記チップの先端に設けられ下方に突き出したガ
   ラス塊形成面とを具備するガラス塊製造装置。
2. 【請求項２】 前記下方に突き出したガラス塊形成面は
   凸状を呈している請求項１に記載のガラス塊製造装置。