JPWO2009091027A1 - ガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、ガラスゴブの製造装置、及び、ガラス成形体の製造装置 - Google Patents

Abstract

溶融ガラス滴を下型に滴下してガラスゴブ又はガラス成形体を製造する場合において、製造装置を大型化することなく、酸化による下型等の劣化を十分に抑制することができる製造方法及びそのための製造装置を提供する。下型は、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーに収容する。チャンバーに非酸化性のガスを供給した後、溶融ガラス滴が開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて開口部の開口面積を大きくする。

Description

本発明は、溶融ガラス滴を滴下して製造するガラスゴブの製造方法、ガラス成形体の製造方法、ガラスゴブの製造装置、及び、ガラス成形体の製造装置に関する。

近年、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズ等として、ガラス製の光学素子が広範にわたって利用されている。このようなガラス製の光学素子として、ガラス素材を成形金型で加圧成形して製造したガラス成形体を用いることが多くなってきた。

このようなガラス成形体の製造方法の１つとして、予め所定質量及び形状を有するガラスプリフォームを作製し、該ガラスプリフォームを成形金型とともにガラスが変形可能な温度まで加熱して加圧成形する方法（以下、「リヒートプレス法」ともいう）が知られている。

リヒートプレス法においては、加熱に伴う酸化によって成形金型が劣化することを防止する手段を講じる必要がある。そのための方法として、チャンバー内に成形金型を配置し、不活性ガスを流入させながら加熱、加圧を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなリヒートプレス法に用いるガラスプリフォームは、従来、研削・研磨等の機械加工によって製造されることが多かったが、機械加工によるガラスプリフォームの作製には多大な労力と時間を要するという問題があった。そのため、溶融ガラス滴を下型に滴下し、滴下した溶融ガラス滴を冷却固化して作製したガラスゴブをガラスプリフォーム（ゴブプリフォーム）として用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、ガラス成形体の別の製造方法として、所定温度に加熱した下型に溶融ガラス滴を滴下し、滴下した溶融ガラス滴を、下型及び下型に対向する上型により加圧成形してガラス成形体を得る方法（以下、「液滴成形法」ともいう）が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この方法は、予めガラスプリフォームを作製しておく必要が無く、また、成形金型等の加熱と冷却を繰り返すこと無く溶融ガラス滴から直接ガラス成形体を製造することができるので、１回の成形に要する時間を非常に短くできることから注目されている。
特開平５−２３８７６３号公報 特開昭６１−１４６７２１号公報 特開平１−３０８８４０号公報

特許文献２に記載の方法のように、大気中で溶融ガラス滴を下型に滴下してガラスゴブを製造する場合、加熱に伴う酸化によって下型の劣化が進行しやすく、長時間の連続生産が困難という問題があった。また、酸化を最小限に抑えるため、下型の材質として、高価で加工の難しい材質を用いなければならず、製造コストを上げる要因となっていた。

また、特許文献３に記載のように、液滴成形法でガラス成形体を製造する場合においても、同様に、成形金型（下型、上型）の劣化が問題となっていた。

このような問題に対応するため、製造装置全体をチャンバー内に配置し、不活性ガス等を導入しながらチャンバーの内部で溶融ガラス滴を下型に滴下する方法も考えられる。しかし、溶融ガラス滴を滴下するためには、通常、原料ガラスを溶融して撹拌、脱泡等を行う複数の溶融槽や、溶融槽の下部に設けられる滴下ノズルなどの装置が必要となる。これらの装置をすべてチャンバー内に配置するためには、非常に大型のチャンバーが必要となり、現実的には困難であった。また、溶融槽や滴下ノズルは非常に高温であるため、これらの一部のみをチャンバー内に配置して気密することも難しいという問題があった。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、溶融ガラス滴を下型に滴下してガラスゴブ又はガラス成形体を製造する場合において、大型のチャンバーを必要とせず、酸化による下型等の劣化を十分に抑制することができる製造方法及びそのための製造装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１． 溶融ガラス滴を下型に滴下する工程を有するガラスゴブの製造方法において、
前記下型は、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーに収容され、
前記チャンバーに非酸化性のガスを供給する工程と、
溶融ガラス滴が前記開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記開口部の開口面積を大きくする工程と、を有することを特徴とするガラスゴブの製造方法。

２． 前記非酸化性のガスの供給によって、前記チャンバーの内部の圧力を、外部の圧力よりも高くすることを特徴とする前記１に記載のガラスゴブの製造方法。

３． 前記チャンバーは、開口面積の変更が可能な第２の開口部を有し、
溶融ガラス滴が前記開口部を通過する前に、前記第２の開口部の開口面積を大きくして前記チャンバーの内部の圧力を下げる工程を有することを特徴とする前記２に記載のガラスゴブの製造方法。

４． 溶融ガラス滴を下型に滴下する工程と、該下型と上型とで溶融ガラス滴を加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法において、
前記下型及び前記上型は、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーに収容され、
前記チャンバーに非酸化性のガスを供給する工程と、
溶融ガラス滴が前記開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記開口部の開口面積を大きくする工程と、を有することを特徴とするガラス成形体の製造方法。

５． 前記非酸化性のガスの供給によって、前記チャンバーの内部の圧力を、外部の圧力よりも高くすることを特徴とする前記４に記載のガラス成形体の製造方法。

６． 前記チャンバーは、開口面積の変更が可能な第２の開口部を有し、
溶融ガラス滴が前記開口部を通過する前に、前記第２の開口部の開口面積を大きくして前記チャンバーの内部の圧力を下げる工程を有することを特徴とする前記５に記載のガラス成形体の製造方法。

７． 前記開口部の開口面積を大きくするタイミングは、前記開口部を通過する溶融ガラス滴よりも前に滴下する基準滴の滴下を検知してから所定時間後であることを特徴とする前記４に記載のガラス成形体の製造方法。

８． 前記溶融ガラス滴は、前記チャンバーに収容され、貫通細孔が設けられた部材に衝突し、前記溶融ガラス滴の一部が前記貫通細孔を通過して前記下型に滴下することを特徴とする前記４に記載のガラス成形体の製造方法。

９． 前記ガラス成形体は光学素子であることを特徴とする前記４から前記８の何れか１項に記載のガラス成形体の製造方法。

１０． 溶融ガラス滴を受ける下型を有するガラスゴブの製造装置において、
前記下型を収容し、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーと、
前記チャンバーに非酸化性のガスを供給するガス供給手段と、
溶融ガラス滴が前記開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記開口部の開口面積を大きくする制御手段と、を有することを特徴とするガラスゴブの製造装置。

１１． 前記チャンバーは、開口面積の変更が可能な第２の開口部を有し、
前記制御手段は、溶融ガラス滴が前記開口部を通過する前に、前記第２の開口部の開口面積を大きくして前記チャンバーの内部の圧力を下げることを特徴とする前記１０に記載のガラスゴブの製造装置。

１２． 溶融ガラス滴を受ける下型と、加圧成形のための上型とを有し、該下型に滴下した溶融ガラス滴を加圧成形してガラス成形体を製造するガラス成形体の製造装置において、
前記下型及び前記上型を収容し、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーと、
前記チャンバーに非酸化性のガスを供給するガス供給手段と、
溶融ガラス滴が前記開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記開口部の開口面積を大きくする制御手段と、を有することを特徴とするガラス成形体の製造装置。

１３． 前記チャンバーは、開口面積の変更が可能な第２の開口部を有し、
前記制御手段は、溶融ガラス滴が前記開口部を通過する前に、前記第２の開口部の開口面積を大きくして前記チャンバーの内部の圧力を下げることを特徴とする前記１２に記載のガラス成形体の製造装置。

１４． 前記制御手段は溶融ガラス滴の滴下を検知するためのセンサーを含み、
基準となる溶融ガラス滴の滴下を前記センサーが検知してから所定時間後に前記開口部の開口面積を大きくし、前記基準となる溶融ガラス滴よりも後に滴下する溶融ガラス滴を前記開口部を通過させることを特徴とする前記１２に記載のガラス成形体の製造装置。

１５． 貫通細孔を有し、前記溶融ガラス滴が衝突してその一部を微小滴として前記貫通細孔を通過させるための部材を前記チャンバー内に有することを特徴とする前記１２に記載のガラス成形体の製造装置。

１６． 前記ガラス成形体は光学素子であることを特徴とする前記１２から前記１５の何れか１項に記載のガラス成形体の製造装置。

本発明においては、チャンバー内に下型を配置して非酸化性ガスを導入しながら加熱を行い、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせてチャンバーの開口部の開口面積を大きくして、上方から滴下してくる溶融ガラス滴をチャンバーの内部に導入する。そのため、チャンバーは製造装置全体を収容するものではなく、下型の周囲を囲えればよい。従って、溶融ガラス滴を下型に滴下してガラスゴブ又はガラス成形体を製造する場合において、大型のチャンバーを用いることなく、酸化による下型の劣化を十分に抑制することができる。

ガラスゴブの製造方法の１例を示すフローチャートである。 ガラスゴブの製造装置１０の模式図である（工程Ｓ１１）。 ガラスゴブの製造装置１０の模式図である（工程Ｓ１４）。 第２の実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０ａの模式図である。 ガラス成形体の製造方法の１例を示すフローチャートである。 ガラス成形体の製造装置２０の模式図である（工程Ｓ２５）。 ガラス成形体の製造装置２０の模式図である（工程Ｓ２８）。

符号の説明

１０、１０ａ ガラスゴブの製造装置
１１ 下型
１２、１２ａ チャンバー
１３ 開口部
１４ シャッター
１５ バルブ
１６ ガスボンベ
１７ 制御部
１８ 第２の開口部
１９ 第２のシャッター
２０ ガラス成形体の製造装置
２１ 上型
２２ 質量調整部材
２３ 貫通細孔
３１ 溶融槽
３２ 滴下ノズル
３３ 光源
３４ センサー
３５ 滴下経路
３６ 廃棄スローブ
３７ 光路
５０ 溶融ガラス滴
５１ 微小滴（溶融ガラス滴）
５２ ガラス成形体

（ガラスゴブの製造方法及び製造装置）
（第１の実施形態）
先ず、本発明のガラスゴブの製造方法及び製造装置について図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本発明のガラスゴブの製造方法の１例を示すフローチャートである。また、図２、図３は本実施形態におけるガラスゴブの製造装置１０の模式図である。図２はチャンバーに非酸化性ガスを供給している状態（工程Ｓ１１）を、図３は溶融ガラス滴が開口部を通過するように開口部を開いている状態（工程Ｓ１４）を、それぞれ示している。

図２、図３に示すガラスゴブの製造装置１０は、溶融ガラスを貯留する溶融槽３１の下部に接続された滴下ノズル３２の下方に配置され、溶融ガラス滴５０を受けるための下型１１を有している。下型１１は、溶融ガラス滴５０の滴下経路３５に、シャッター１４によって開口面積の変更が可能な開口部１３を有するチャンバー１２に収容されている。チャンバー１２には、バルブ１５を介してガスボンベ１６が接続されている。バルブ１５とガスボンベ１６は、チャンバー１２に非酸化性ガスを供給するガス供給手段として機能する。

ガラスゴブの製造装置１０は、また、シャッター１４の動作を制御する制御部１７を有している。制御部１７は、光源３３からの光量の変化によって溶融ガラス滴５０の滴下を検知するセンサー３４に接続されている。センサー３４及び制御部１７は、溶融ガラス滴５０が滴下するタイミングに合わせて開口部１３の開口面積を大きくする制御手段として機能する。また、３６は、滴下ノズル３２から滴下する溶融ガラス滴５０のうち、ガラスゴブの製造に用いないものを受けて廃棄するための廃棄スローブである。

下型１１は、図示しない加熱手段によって所定温度に加熱できるように構成されている。加熱手段は、公知の加熱手段を適宜選択して用いることができる。例えば、下型１１の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、下型１１の外側に接触させて使用するシート状のヒーター、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置等を用いることができる。

下型１１の材料は、成形金型の材料として公知の材料の中から、条件に応じて適宜選択して用いることができる。本発明においては、チャンバー１２内に下型を収容して非酸化性ガスを導入しながら加熱を行うため、酸化による下型の劣化が抑制される。そのため、使用できる材料の選択肢が広がり、安価で加工性の良い材料を用いることができる。好ましく用いることができる材料として、例えば、各種耐熱合金（ステンレス等）、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等）、カーボンを含んだ複合材料等が挙げられる。

また、下型１１の更なる耐久性向上や溶融ガラス滴５０との融着防止などのため、表面に被覆層を設けておくことも好ましい。被覆層の材料にも特に制限はなく、例えば、種々の金属（クロム、アルミニウム、チタン等）、窒化物（窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化硼素等）、酸化物（酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン等）等を用いることができる。

中でも、クロム、アルミニウム、及びチタンのうち少なくとも１つの元素を含むことが特に好ましい。これらの元素を含んだ膜は、表面に安定な酸化物の層が形成されるという特徴がある。クロム、アルミニウム、チタンの酸化物は、いずれも標準生成自由エネルギー（標準生成ギブスエネルギー）が小さく、非常に安定であるため、高温の溶融ガラス滴と接触しても容易に反応することがないという大きな利点を有している。

被覆層の成膜方法にも制限はなく、公知の成膜方法の中から適宜選択して用いればよい。例えば、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等が挙げられる。

次に、本発明のガラスゴブの製造方法の１例について、図２、図３に示したガラスゴブの製造装置１０を用いる場合を例に挙げて、図１に示すフローチャートに従って説明する。

先ず、シャッター１４によって開口部１３を閉じた状態で、チャンバー１２に非酸化性のガスを供給する（工程Ｓ１１）。それによってチャンバー１２の内部の酸素濃度が低下するため、酸化による下型１１の劣化を抑制することができる。非酸化性のガスとは、チャンバー１２の内部の酸素濃度を低下させることができるガスであればよい。中でも、ヘリウム、ネオン等の不活性ガスや、窒素ガスは、下型１１との反応性が非常に低く、また安全性も高いことから、特に好ましく用いることができる。

ここで、開口部１３の開口面積が小さく、非酸化性のガスの供給によって、チャンバー１２の内部の酸素濃度を低下することができれば、開口部１３が完全に閉じている（開口面積が０）必要はない。しかし、チャンバー１２の内部の酸素濃度を効率よく低下させるためには、開口部１３を閉じて、チャンバー１２を密閉状態とすることが好ましい。

以下、本明細書において、開口部を閉じるとあるのは、開口部を完全に閉じて開口面積を０とする場合だけではなく、上記の範囲で開口面積を小さくする場合も含むものとする。また、開口部を開くとあるのは、開口面積を大きくする場合も含むものとする。

下型１１の酸化を十分に防止するためには、チャンバー１２の内部の酸素濃度は低いほど好ましい。通常、酸素濃度を１ｖｏｌ％以下とすることで、酸化防止の効果をはっきりと確認でき、酸素濃度を０．１ｖｏｌ％以下とすることで更に高い効果を得ることができる。

また、非酸化性のガスの供給によって、チャンバー１２の内部の圧力を、外部の圧力よりも高くすることが好ましい。そうすることで、チャンバー１２の気密が不完全な場合であっても、外部の空気がチャンバー１２の内部に流入するのを防止することができ、内部の酸素濃度を低く保つことが容易となる。

チャンバー１２の内部の酸素濃度が所定の値になった時点で、非酸化性のガスの供給を停止してもよいし、ガラスゴブの製造が終了するまで非酸化性のガスの供給を続けてもよい。また、工程や、酸素濃度の値に応じて供給と停止を繰り返してもよい。

次に、下型１１を所定温度に加熱する（工程Ｓ１２）。下型１１の温度が低すぎると、ガラスゴブの下面（下型１１との接触面）に大きなしわが発生したり、急速に冷却されることによってワレやクラックが発生する場合がある。逆に、必要以上に温度を高くしすぎると、ガラスと下型１１との間に融着が発生したり、下型１１の寿命が短くなるおそれがある。実際には、ガラスの種類や、形状、大きさ、下型１１の材質、大きさ等種々の条件によって適正な温度が異なるため、実験的に適正な温度を求めておくことが好ましい。通常は、ガラスのガラス転移温度をＴｇとしたとき、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定することが好ましい。

上述のように、工程Ｓ１１で非酸化性のガスを供給して、チャンバー１２の内部の酸素濃度を低下させているため、本工程で下型１１を加熱しても、酸化による劣化は抑制される。

なお、下型１１の加熱は、必ずしも工程Ｓ１１が完了した後に開始する必要はなく、非酸化性のガスの供給と、下型１１の加熱とを、並行して行ってもよい。

次に、滴下ノズル３２から溶融ガラス滴５０を一定の間隔で滴下させ、溶融ガラス滴５０が開口部１３を通過するように、溶融ガラス滴５０が滴下するタイミングに合わせて開口部１３を開く。

溶融ガラス滴５０の滴下は、以下のように行う。下型１１の上方に設けられた溶融槽３１は図示しないヒーターによって加熱され、内部に溶融ガラスが貯留されている。溶融槽３１の下部には滴下ノズル３２が設けられており、溶融ガラスが自重によって滴下ノズル３２の内部に設けられた流路を通過し、表面張力によって先端部に溜まる。一定質量の溶融ガラスが溜まると、滴下ノズル３２の先端部から自然に分離し、一定質量の溶融ガラス滴５０が下方に滴下される。

滴下する溶融ガラス滴５０の質量は、滴下ノズル３２の先端部の外径によって調整可能であり、ガラスの種類等によるが、０．１ｇから２ｇ程度の溶融ガラス滴５０を滴下させることができる。また、滴下ノズル３２の内径、長さ、加熱温度などによって溶融ガラス滴５０の滴下間隔を調整することができる。従って、これらの条件を適切に設定することで、所望の質量の溶融ガラス滴５０を所望の間隔で滴下させることが可能である。

使用できるガラスの種類に特に制限はなく、公知のガラスを用途に応じて選択して用いることができる。例えば、ホウケイ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸ガラス、ランタン系ガラス等の光学ガラスが挙げられる。

溶融ガラス滴５０が滴下するタイミングに合わせて開口部１３を開く方法に特に制限はない。例えば、溶融ガラス滴５０の滴下をセンサー３４で検知して、直ちにシャッター１４を移動して開口部１３を開く方法や、溶融ガラス滴５０の滴下間隔に合わせた所定間隔ごとに開閉を繰り返す方法が挙げられる。また、予め、開口部１３を開くタイミングの基準となる溶融ガラス滴（基準滴）の滴下をセンサー３４で検知しておき、基準滴の滴下から所定時間後に開口部１３を開く方法でもよい。

本実施形態では、基準滴の滴下を検知する方法を用いる。先ず、開口部１３を開くタイミングの基準となる基準滴の滴下を検知する（工程Ｓ１３）。検知の方法に特に制限はない。本実施形態では、光学式のセンサー３４を用いて検知を行う。センサー３４は、下型１１の上方の所定位置に配置され、光源３３から出射した光を受光し、受光した光の強度を監視している。滴下ノズル３２から滴下した溶融ガラス滴５０が、光源３３とセンサー３４の間の光路３７を通過すると、センサー３４に到達するはずの光が遮られて受光している光の強度が低下する。それにより、溶融ガラス滴５０が滴下ノズル３２から滴下したことを検知することができる。なお、使用する光の波長は特に限定されず、可視光であっても良いし、赤外線であっても良い。

この基準滴は、下型１１に滴下してガラスゴブを製造するものではなく、滴下のタイミングが検知された後は不要となるため、滴下経路３５に配置した廃棄スローブ３６によって廃棄する。基準滴の滴下から廃棄までの間、開口部１３は閉じたままである。

次に、基準滴の滴下から所定時間後に開口部１３を開き、溶融ガラス滴５０を滴下する（工程Ｓ１４）。工程Ｓ１３で、センサー３４によって基準滴の滴下が検知されると、その情報が制御部１７に送られる。制御部１７は、基準滴よりも後に滴下ノズル３２から滴下する溶融ガラス滴５０が開口部１３を通過するように、基準滴の滴下から所定時間後にシャッター１４を移動して開口部１３を開く。この際、廃棄スローブ３６は、溶融ガラス滴５０の滴下経路３５から退避させておく。

ここで、所定時間後とは、基準滴よりも後に滴下ノズル３２から滴下する溶融ガラス滴５０が、開口部１３を通過することができるようなタイミングであればよく、上述のように調整した滴下間隔を基に設定すればよい。製造効率の観点から、通常は、基準滴の次に滴下する溶融ガラス滴５０が開口部１３を通過することができるようなタイミングとすることが好ましい。開口部１３を通過させる溶融ガラス滴５０が滴下するタイミングに対して開口部１３を開くタイミングが早すぎると、開口部１３が開いている（開口面積が大きい状態にある）時間が長くなり、チャンバー１２の内部の酸素濃度の上昇量が大きくなってしまう場合がある。逆に、開口部１３を開くタイミングが遅すぎると、開口部１３が開いた際に外部に向かって急激に放出されるガスの影響によって、溶融ガラス滴５０の滴下位置のばらつきが大きくなる場合がある。このような観点から、開口部１３を開くのは、溶融ガラス滴５０が開口部１３に到達する１０ｓ前〜０．１ｓ前とすることが好ましく、５ｓ前〜０．３ｓ前とすることが更に好ましい。

また、溶融ガラス滴５０を滴下ノズル３２から下型１１に直接滴下するのではなく、滴下ノズル３２から滴下させた溶融ガラス滴５０を貫通細孔を設けた部材に衝突させ、衝突した溶融ガラス滴の一部を微小滴として貫通細孔を通過させて下型１１に滴下させてもよい。それにより、更に微小な質量のガラスゴブを製造することが可能となる。この方法は、特開２００２−１５４８３４号公報に詳細に記載されている。貫通細孔を設けた部材（質量調整部材）は、チャンバー１２の上方に配置してもよいし、チャンバー１２の内部に配置してもよい。貫通細孔と下型１１との距離を近づけて滴下位置を安定させるという観点からは、質量調整部材をチャンバー１２の内部に配置することが好ましい。

溶融ガラス滴５０が滴下した後、シャッター１４を移動させて開口部１３を閉じる（工程Ｓ１５）。チャンバー１２の内部の酸素濃度の上昇を抑えるためである。この際、非酸化性のガスを供給して、工程Ｓ１４の間に上昇した酸素濃度を再び減少させると共に、チャンバー１２の内部の圧力を、外部の圧力よりも高くすることが好ましい。

次に、滴下した溶融ガラス滴５０を、下型１１の上で冷却・固化する（工程Ｓ１６）。滴下した溶融ガラス滴５０は、下型１１の上で所定時間放置される間に、下型１１との接触面からの放熱等によって冷却され、固化する。

その後、固化したガラスゴブを回収し（工程Ｓ１７）、ガラスゴブの製造が完成する。更に引き続いてガラスゴブの製造を行う場合は、工程Ｓ１３〜工程Ｓ１７を繰り返せばよい。

なお、本実施形態の製造方法により製造されたガラスゴブは、リヒートプレス法による各種精密光学素子の製造に用いるガラスプリフォーム（ゴブプリフォーム）などとして使用することができる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の別の実施形態であるガラスゴブの製造装置１０ａの模式図であり、溶融ガラス滴５０が開口部１３を通過するように開口部１３を開いている状態（工程Ｓ１４）を示している。

ガラスゴブの製造装置１０ａのチャンバー１２ａは、第２のシャッター１９によって開口面積の変更が可能な第２の開口部１８を有している。その他の構成要素は上述のガラスゴブの製造装置１０と同様であり、同じ符号をつけて説明を省略する。

図１に示したフローチャートに従って、各工程を順に説明する。工程Ｓ１１〜工程Ｓ１３は、第１の実施形態の場合と同様である。工程Ｓ１１においては、外部の空気の流入を防いで、内部の酸素濃度を低く保つため、チャンバー１２の内部の圧力が、外部の圧力よりも高くなるように非酸化性のガスを供給する。

工程Ｓ１４では、基準滴の滴下から所定時間後に開口部１３を開き、溶融ガラス滴５０を滴下する。この際、溶融ガラス滴５０が開口部１３を通過する前に、第２の開口部１８を開いてチャンバー１２ａの内部の圧力を下げる。それによって、開口部１３から外部（上方）に向かって放出されるガスの影響を低減でき、溶融ガラス滴５０の滴下位置のばらつきを最小限に抑えることができる。

第２の開口部１８の位置や大きさに制限はないが、開口部１３から放出されるガスをできるだけ低減する観点から、溶融ガラス滴５０の滴下の際における第２の開口部１８の開口面積が、開口部１３の開口面積よりも大きいほうが好ましい。また、第２の開口部１８は１カ所だけに限定されるものではなく、複数箇所に設けることも好ましい。

第２の開口部１８を開くタイミングは、溶融ガラス滴５０が開口部１３を通過する前であればよい。開口部１３と同時に開けてもよいし、何れかを先に開けてもよい。また、第２の開口部１８が開いている間、非酸化性のガスの供給を続けていてもよいし、供給を停止していてもよい。

溶融ガラス滴５０が滴下した後、シャッター１４を移動させて開口部１３を閉じる（工程Ｓ１５）。この際、第２のシャッター１９を移動させて第２の開口部１８も閉じる。その後、チャンバー１２ａの内部の圧力が、外部の圧力よりも高くなるように非酸化性のガスを供給する。

その後、第１の実施形態の場合と同様に工程Ｓ１６、工程Ｓ１７を行い、ガラスゴブの製造が完成する。

（ガラス成形体の製造装置及び製造方法）
本発明のガラス成形体の製造方法及び製造装置について図５〜図７を参照しながら説明する。図５は、本発明のガラス成形体の製造方法の１例を示すフローチャートである。また、図６、図７は本実施形態におけるガラス成形体の製造装置２０の模式図である。図６は溶融ガラス滴５０が開口部１３を通過するように開口部１３を開いている状態（工程Ｓ２５）を、図７は下型１１と上型２１とで加圧成形している状態（工程Ｓ２８）を、それぞれ示している。

ガラス成形体の製造装置２０は、図２等に示したガラスゴブの製造装置１０と異なり、下型１１と共に加圧成形を行う上型２１を有している。上型２１は、下型１１と共に、チャンバー１２の内部に収容され、図示しない加熱手段によって所定温度に加熱できるように構成されている。下型１１と上型２１とをそれぞれ独立して温度制御することができる構成であることが好ましい。また、上型２１の材料は、下型１１の場合と同様の材料の中から適宜選択することができる。上型２１と下型１１の材料は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

下型１１は、図示しない駆動手段により、滴下ノズル３２の下方で溶融ガラス滴を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型２１と対向して加圧成形を行うための位置（加圧位置Ｐ２）との間で移動可能に構成されている。また上型２１は、図示しない駆動手段により、下型１１との間で溶融ガラス滴を加圧する方向（図の上下方向）に移動可能に構成されている。

また、ガラス成形体の製造装置２０は、溶融ガラス滴を微小化するための貫通細孔２３を設けた部材（質量調整部材２２）を有している。質量調整部材２２は、チャンバー１２の内部に収容され、溶融ガラス滴５０の滴下経路３５に貫通細孔２３がくるように配置されている。

その他、ガラスゴブの製造装置１０と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

次に、本発明のガラス成形体の製造方法の１例について、図６、図７に示したガラス成形体の製造装置２０を用いる場合を例に挙げて、図５に示すフローチャートに従って説明する。なお、上述のガラスゴブの製造方法の場合と同様の工程については、詳しい説明を省略する。

先ず、シャッター１４によって開口部１３を閉じた状態で、チャンバー１２に非酸化性のガスを供給する（工程Ｓ２１）。非酸化性のガスの種類や供給条件については、上述のガラスゴブの製造方法における工程Ｓ１１の場合と同様である。

次に、下型１１及び上型２１を所定温度に加熱する（工程Ｓ２２）。所定温度とは、上述のガラスゴブの製造方法における工程Ｓ１１の場合と同様であり、加圧成形によってガラス成形体に良好な転写面を形成できる温度を適宜選択すればよい。下型１１と上型２１の加熱温度は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本実施形態においては、工程Ｓ２１で非酸化性のガスを供給して、チャンバー１２の内部の酸素濃度を低下させているため、下型１１及び上型２１を加熱しても、酸化による劣化を抑制することができる。

ここで、滴下ノズル３２から溶融ガラス滴５０を一定の間隔で滴下させておき、下型１１を滴下位置Ｐ１に移動して（工程Ｓ２３）、基準滴の滴下を検知する（工程Ｓ２４）。

そして、基準滴の滴下から所定時間後に開口部１３を開き、溶融ガラス滴５０を滴下する（工程Ｓ２５）。本実施形態においては、滴下ノズル３２から滴下した溶融ガラス滴５０は、開口部１３を通過した後、質量調整部材２２に衝突する。衝突した溶融ガラス滴５０の一部が貫通細孔２３を通過し、微小滴５１として下型１１に滴下する。そのため、滴下ノズル３２から下型１１に直接滴下する方法では対応できない、微小な質量のガラス成形体を製造することができる。

次に、シャッター１４を移動させて開口部１３を閉じ（工程Ｓ２６）、下型１１を加圧位置Ｐ２に移動し（工程Ｓ２７）、上型２１を下方に移動して、下型１１と上型２１とで加圧成形を行う（工程Ｓ２８）。

溶融ガラス滴（微小滴５１）は、加圧されている間に下型１１や上型２１との接触面からの放熱によって冷却し、固化する。加圧を解除してもガラス成形体に形成された転写面の形状が崩れない温度にまで冷却された後、加圧を解除する。ガラスの種類や、ガラス成形体の大きさや形状、必要な精度等によるが、通常はガラスのＴｇ近傍の温度まで冷却されていればよい。

加圧成形の際に負荷する荷重は、常に一定であってもよいし、時間的に変化させてもよい。負荷する荷重の大きさは、製造するガラス成形体のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、上型２１を上下移動させる駆動手段に特に制限はなく、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等の公知の駆動手段を適宜選択して用いることができる。

その後、上型２１を上方に移動して退避させ、固化したガラス成形体５２を回収し（工程Ｓ２９）、ガラス成形体の製造が完成する。この際、質量調整部材に残ったガラス（溶融ガラス滴５０が固化したもの）も、併せて回収、廃棄しておく。その後、引き続いてガラス成形体の製造を行う場合は、下型１１を再び滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ２３）、工程Ｓ２３〜工程Ｓ２９を繰り返せばよい。

なお、本発明のガラス成形体の製造方法は、ここで説明した以外の別の工程を含んでいてもよい。例えば、ガラス成形体を回収する前にガラス成形体の形状を検査する工程や、ガラス成形体を回収した後に下型１１や上型２１をクリーニングする工程等を設けてもよい。

本発明の製造方法により製造されたガラス成形体は、デジタルカメラ等の撮像レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、光通信用のカップリングレンズ等の各種光学素子として用いることができる。また、ガラス成形体を再度加熱してリヒートプレス法により加圧成形することにより各種光学素子を製造することもできる。

Claims (16)

1. 溶融ガラス滴を下型に滴下する工程を有するガラスゴブの製造方法において、
   前記下型は、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーに収容され、
   前記チャンバーに非酸化性のガスを供給する工程と、
   溶融ガラス滴が前記開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記開口部の開口面積を大きくする工程と、を有することを特徴とするガラスゴブの製造方法。
2. 前記非酸化性のガスの供給によって、前記チャンバーの内部の圧力を、外部の圧力よりも高くすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラスゴブの製造方法。
3. 前記チャンバーは、開口面積の変更が可能な第２の開口部を有し、
   溶融ガラス滴が前記開口部を通過する前に、前記第２の開口部の開口面積を大きくして前記チャンバーの内部の圧力を下げる工程を有することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のガラスゴブの製造方法。
4. 溶融ガラス滴を下型に滴下する工程と、該下型と上型とで溶融ガラス滴を加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法において、
   前記下型及び前記上型は、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーに収容され、
   前記チャンバーに非酸化性のガスを供給する工程と、
   溶融ガラス滴が前記開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記開口部の開口面積を大きくする工程と、を有することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
5. 前記非酸化性のガスの供給によって、前記チャンバーの内部の圧力を、外部の圧力よりも高くすることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のガラス成形体の製造方法。
6. 前記チャンバーは、開口面積の変更が可能な第２の開口部を有し、
   溶融ガラス滴が前記開口部を通過する前に、前記第２の開口部の開口面積を大きくして前記チャンバーの内部の圧力を下げる工程を有することを特徴とする請求の範囲第５項に記載のガラス成形体の製造方法。
7. 前記開口部の開口面積を大きくするタイミングは、前記開口部を通過する溶融ガラス滴よりも前に滴下する基準滴の滴下を検知してから所定時間後であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のガラス成形体の製造方法。
8. 前記溶融ガラス滴は、前記チャンバーに収容され、貫通細孔が設けられた部材に衝突し、前記溶融ガラス滴の一部が前記貫通細孔を通過して前記下型に滴下することを特徴とする請求の範囲第４項に記載のガラス成形体の製造方法。
9. 前記ガラス成形体は光学素子であることを特徴とする請求の範囲第４項から第８項の何れか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
10. 溶融ガラス滴を受ける下型を有するガラスゴブの製造装置において、
    前記下型を収容し、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーと、
    前記チャンバーに非酸化性のガスを供給するガス供給手段と、
    溶融ガラス滴が前記開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記開口部の開口面積を大きくする制御手段と、を有することを特徴とするガラスゴブの製造装置。
11. 前記チャンバーは、開口面積の変更が可能な第２の開口部を有し、
    前記制御手段は、溶融ガラス滴が前記開口部を通過する前に、前記第２の開口部の開口面積を大きくして前記チャンバーの内部の圧力を下げることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のガラスゴブの製造装置。
12. 溶融ガラス滴を受ける下型と、加圧成形のための上型とを有し、該下型に滴下した溶融ガラス滴を加圧成形してガラス成形体を製造するガラス成形体の製造装置において、
    前記下型及び前記上型を収容し、溶融ガラス滴の滴下経路に、開口面積の変更が可能な開口部を有するチャンバーと、
    前記チャンバーに非酸化性のガスを供給するガス供給手段と、
    溶融ガラス滴が前記開口部を通過するように、溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記開口部の開口面積を大きくする制御手段と、を有することを特徴とするガラス成形体の製造装置。
13. 前記チャンバーは、開口面積の変更が可能な第２の開口部を有し、
    前記制御手段は、溶融ガラス滴が前記開口部を通過する前に、前記第２の開口部の開口面積を大きくして前記チャンバーの内部の圧力を下げることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のガラス成形体の製造装置。
14. 前記制御手段は溶融ガラス滴の滴下を検知するためのセンサーを含み、
    基準となる溶融ガラス滴の滴下を前記センサーが検知してから所定時間後に前記開口部の開口面積を大きくし、前記基準となる溶融ガラス滴よりも後に滴下する溶融ガラス滴を前記開口部を通過させることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のガラス成形体の製造装置。
15. 貫通細孔を有し、前記溶融ガラス滴が衝突してその一部を微小滴として前記貫通細孔を通過させるための部材を前記チャンバー内に有することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のガラス成形体の製造装置。
16. 前記ガラス成形体は光学素子であることを特徴とする請求の範囲第１２項から第１５項の何れか１項に記載のガラス成形体の製造装置。