KR101252314B1 - 유리 유출 파이프, 유리 제조 장치, 유리 성형체의 제조방법, 및 광학 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

유출되는 용융 유리의 유리 조성에 변동이 생기는 것을 방지하고 고품질 유리의 제조에 유용한 유리 유출 파이프, 이러한 파이프를 제조하기 위한 파이프, 이러한 유리 유출 파이프를 구비한 유리 제조 장치, 또한 이러한 유리 유출 파이프를 사용한 유리 성형체나 광학 소자의 제조 방법을 제공한다.

용융 유리가 축적된 용기로부터 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로의 적어도 일부를 이루는 유리 유출 파이프의 내주면에, 용융 유리가 내부를 유동함으로써 교반되게 하는 요철 형상, 보다 구체적으로는 길이 방향을 따라서 나선형으로 형성된 오목홈 및/또는 볼록조로 이루어지는 요철 형상을 설치한다.

유리 유출 파이프, 용융 유리, 유리 성형체, 광학 소자

Description

유리 유출 파이프, 유리 제조 장치, 유리 성형체의 제조 방법, 및 광학 소자의 제조 방법{GLASS EFFLUENT PIPE, GLASS MANUFACTURING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING GLASS MOLDINGS, AND METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL ELEMENTS}

본 발명은 내부에 용융 유리를 흐르게 하기 위한 파이프, 또한 소정의 용기로부터 용융 유리를 유도하여 유출시키기 위한 유리 유출 파이프, 이러한 유리 유출 파이프를 구비한 유리 제조 장치, 또한 이러한 유리 유출 파이프를 사용한 유리 성형체나 광학 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

광학 유리 등의 고품질인 유리를 양산하는 방법으로서는, 예를 들면 특허 문헌 1 등에 기재되어 있는 바와 같이 유리 원료를 고온에서 용융시켜 얻어진 용융 유리를 유리 유출 파이프로부터 유출시켜 성형하는 방법이 알려져 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-7360호

그런데, 최근에는 고부가가치의 광학 소자 재료로서, 고굴절률 유리나 저분산 유리의 수용(需用)이 높아지고 있다. 또한, 비구면 렌즈 등, 종래의 연마법으 로는 막대한 수고와 비용이 소요되는 광학 소자의 광학 기능면을, 무연마로 전사에 의해 형성할 수 있는 정밀 프레스 성형법이 각광을 받고 있고, 이에 따라서 정밀 프레스 성형법에 적용하기 위한 저온 연화성을 갖는 광학 유리의 수용도 높아지고 있다.

이들 유리는 신종계 유리라 불리고, 용융 유리를 유출시킬 때의 점성이 낮다고 하는 성질을 가지며, 또한 이들 유리를 생산할 때 용융 유리를 축적하는 도가니나 탱크 등의 용기에 유리 유출 파이프를 접속시켜, 이 유리 유출 파이프에 의해 용기 중에 축적된 용융 유리를 유도하여 일정 유량으로 유출시키면서, 소정 형상의 유리 성형체로 성형하였다.

그러나, 용기 중에 축적된 용융 유리는 교반 막대 등에 의해 교반되어 균질화된 후 유리 유출 파이프에 유입되지만, 유리 유출 파이프 내를 흐르는 용융 유리의 유속은 파이프 중심에 가까울수록 커지고, 파이프 내주면에 근접할수록 작아진다. 또한, 상술한 바와 같은 저점성 유리에서는, 이러한 유속 분포가 한층 더 커지는 경향이 있었다.

그 때문에, 용융 중으로부터 유리 유출 파이프에 동시에 유입된 용융 유리중, 파이프 중심의 유로를 따라서 흐르는 경우가, 파이프 내주면에 가까운 유로를 따라서 흐르는 것보다 파이프를 통과하는 시간이 단축된다. 따라서, 유리 유출 파이프의 유출구로부터 동시에 유출되는 용융 유리는 유리 유출 파이프로 동시에 유입된 것은 아니다.

이와 같이, 용기 중에 축적된 용융 유리를 균질화하였다고 해도, 유리 유출 파이프의 중심과 유리 유출 파이프의 내주면 부근에서의 용융 유리의 유속 차이에 의해, 유리 유출 파이프 내를 용융 유리가 흐르는 사이 유리 유출 파이프로부터 유출되는 용융 유리의 유리 조성에 변동이 생긴다. 이 유리 조성의 변동은 근소한 것이기는 하지만, 굴절률이 변동되어, 성형된 유리 성형체나 광학 소자에 맥리(脈理)가 되어 나타나게 된다. 광학 유리와 같이 매우 높은 균질성이 요구되는 유리에서는, 이 맥리의 발생이 품질을 크게 손상시킨다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 고품질인 유리의 제조에 유용한 유리 유출 파이프, 이러한 유리 유출 파이프를 구비한 유리 제조 장치, 또한 이러한 유리 유출 파이프를 사용한 유리 성형체나 광학 소자의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 파이프는, 내부에 용융 유리를 흐르게 하기 위한 파이프에 있어서, 금속제 또는 합금제로서, 내주면에 길이 방향을 따라서 홈 및/또는 연속되는 볼록부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 파이프는 금속제 또는 합금제이기 때문에, 상기 파이프를 파이프 중심축의 주변에 꼬음으로써 서술하는 유리 유출 파이프를 얻을 수 있다. 상기 꼬음을 용이하게 한 후에, 상기 홈 및/또는 연속되는 볼록부를 구비하는 부분에서의 최대 두께가 2 mm 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.5 mm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 최대 두께의 바람직한 하한은 0.5 mm, 보다 바람직한 하한은 1 mm이다.

다음에, 유리 유출 파이프에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 유리 유출 파이프는, 용융 유리가 축적된 용기로부터 상기 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로의 적어도 일부를 이루는 유리 유출 파이프로서, 상기 용융 유리가 내부를 유동함으로써 교반되게 하는 요철 형상이 내주면에 설치되어 있는 구성이다. 볼록조란, 파이프 내주면을 따라서 연장되는 볼록부를 의미한다.

이러한 구성으로 한 본 발명에 따른 유리 유출 파이프에 따르면, 유출되는 용융 유리를 항상 균질화하여 유리 성형체나 광학 소자를 제조할 때, 맥리 등의 유리 조성의 불균일에서 기인하는 결점을 효과적으로 회피할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유리 유출 파이프는, 상기 요철 형상이 길이 방향을 따라서 나선형으로 형성된 오목홈 및/또는 볼록조로 이루어지는 구성으로 할 수 있다.

이러한 구성으로 하면, 유로 내를 유동하는 용융 유리에 저항을 주어, 용융 유리가 나선형으로 유동하여 교반되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유리 유출 파이프는, 용융 유리가 축적된 용기로부터 상기 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로의 적어도 일부를 이루는 유리 유출 파이프로서, 길이 방향을 따라서 나선형으로 형성된 오목홈 및/또는 볼록조로 이루어지는 요철 형상이 내주면에 설치되어 있는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 유리 유출 파이프는 적어도 인접하는 2개의 소정 범위에 있어서, 한쪽 범위에 형성된 상기 오목홈 및/또는 볼록조가, 다른쪽 범위에 형성된 오목홈 및/또는 볼록조에 대하여 역방향으로 회전하는 나선 구조로 된 구성으 로 할 수 있다.

이러한 구성으로 하면, 유출되는 용융 유리를 보다 균질한 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유리 유출 파이프는, 상기 요철 형상이 설치된 범위에 있어서, 길이 방향에 직교하는 단면에서의 단면적이 거의 일정하게 된 구성으로 구성으로 할 수 있다.

이러한 구성으로 하면, 요철 형상을 설치하는 것이, 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로를 온도 조정할 때에 방해가 되지 않도록 할 수 있다. 예를 들면, 파이프에 통전하여 주울(Joule) 열을 발생시켜 파이프의 온도를 조정하는 경우, 파이프를 구성하는 상기 단면의 단면적이 거의 일정하다면, 파이프의 길이 방향을 따라서 전기 저항이 일정해지며, 파이프의 길이 방향에 따라서, 상기 주울 열도 일정하게 할 수 있고, 파이프의 온도 조정이 바람직해진다. 또한, 파이프를 고주파 유도 가열하는 경우에도, 균등한 고주파 유도 가열을 행하면, 길이 방향을 따라서 파이프의 발열을 일정하게 할 수 있다. 따라서, 파이프의 온도 조정이 용이해진다.

또한, 본 발명에 따른 유리 제조 장치는 용융 유리를 축적하는 용기와 상기 용기 중에 축적된 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로를 구비하는 유리 제조 장치로서, 상기 유로의 적어도 일부에 상술한 바와 같은 유리 유출 파이프를 이용한 구성으로 한다.

이러한 구성으로 한 본 발명에 따른 유리 제조 장치에 따르면, 맥리 등의 유리 조성의 불균일에서 기인하는 결점이 없는 고품질인 유리를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유리 성형체의 제조 방법은 유리 원료를 가열, 용융 하여 용기 중에 축적된 용융 유리를 상기 용기로부터 유출시켜 유리 성형체로 성형하는 유리 성형체의 제조 방법으로서, 상기 용기로부터 상기 용융 유리를 유출시키는 유로의 적어도 일부에 상술한 바와 같은 유리 유출 파이프를 이용하는 방법이다.

이러한 방법으로 한 본 발명에 따른 유리 성형체의 제조 방법에 따르면, 맥리 등의 유리 조성의 불균일에서 기인하는 결점이 없는 고품질인 유리 성형체를 제조할 수 있고, 또한 이러한 유리 성형체를 이용하여 고품질인 광학 소자를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유리 성형체의 제조 방법은, 보다 구체적으로는, 유출시킨 상기 용융 유리로부터 용융 유리 덩어리를 분리하고, 상기 용융 유리 덩어리를 냉각 고화시키는 과정에서 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 성형하는 방법, 유출시킨 상기 용융 유리를 주형에 주입하여 유리 성형체로 성형하는 방법, 유출시킨 상기 용융 유리로부터 용융 유리 덩어리를 분리하고, 상기 용융 유리 덩어리를 프레스 성형하여 유리 성형체로 성형하는 방법으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유리 성형체의 제조 방법은, 상술한 바와 같은 방법에 의해 제조된 정밀 프레스 성형용 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 방법, 상술한 바와 같은 방법에 의해 제조된 유리 성형체에 대하여 적어도 연삭, 연마를 실시하여 광학 소자로 만드는 방법이다.

이러한 방법으로 한 본 발명에 따른 광학 소자의 제조 방법에 따르면, 맥리 등의 유리 조성의 불균일에서 기인하는 문제가 없는 고품질인 광학 소자를 제조할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 용융 유리가 축적된 용기로부터 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로에 있어서, 그의 내부를 유동함으로써 용융 유리가 교반되어 균일화할 수 있기 때문에, 균일한 용융 유리를 유출할 수 있다. 그 결과, 고품질인 유리 성형체를 제조할 수 있고, 또한 그와 같은 유리 성형품을 이용함으로써, 고품질인 광학 소자를 제조하는 것도 가능해진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

[유리 유출 파이프, 유리 제조 장치]

우선, 본 발명에 따른 파이프, 유리 유출 파이프 및 유리 제조 장치의 실시 형태에 대하여 설명한다.

또한, 도 1은 본 실시 형태에 있어서의 유리 제조 장치를 개념적으로 나타내는 설명도이다.

도시하는 예에 있어서, 유리 제조 장치 (100)은, 배치 원료라 불리는 각종 화합물을 조합한 원료를 가열, 용해시켜 유리화하는 용해조 (10)과, 용해조 (10)에서 얻어진 용융 유리를 청징하게 하는 청징조 (20)과, 청징시킨 용융 유리를 교반 막대 (31) 등으로 교반하여 균질화하는 작업조 (30)과, 작업조 (30) 중에 축적된 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로로서의 유출 파이프 (40)을 구비한다.

본 실시 형태에 있어서 유리 제조 장치 (100)은 용융 유리를 축적하는 용기와 이 용기 중에 축적된 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로를 구비하고 있으면 되고, 구체적인 각 부의 구성은 공지된 유리 제조 장치의 구성을 적절하게 이용할 수 있다. 예를 들면, 유리화한 컬릿(cullet) 원료를 조합하여 이것을 소정의 용기에 투입하고, 가열, 용융, 청징, 교반을 하나의 용기 중에서 행하며, 이러한 용기로 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로를 접속한 것일 수도 있다.

용융 유리가 축적된 용기에 접속되며, 용융 유리를 유도하여 유출시키는 유로로서의 유출 파이프 (40)에는, 적어도 그 일부의 내주면에, 용융 유리가 유출 파이프 (40)의 내부를 유동함으로써 교반되는 요철 형상이 설치되어 있다. 이러한 요철 형상은, 예를 들면 길이 방향을 따라서 나선형으로 형성된 오목홈 또는 볼록조로 할 수 있고, 나선형으로 형성된 오목홈이나 볼록조는 유출 파이프 (40)의 동일 내주면에 혼재할 수도 있다. 또한, 볼록조란, 상술한 바와 같이 파이프 내주면을 따라서 연장되는 볼록부를 의미한다.

유출 파이프 (40)의 내주면에 형성되는 나선형 오목홈이나 볼록조는, 유출 파이프 (40) 내를 유동하는 용융 유리에 저항을 주어, 용융 유리가 유출 파이프 (40) 내를 나선형으로 유동하여 교반되도록 할 수 있다면, 길이 방향을 따라서 연속하여 형성된 것으로 한정되지 않는다. 일정 간격 또는 일정하지 않은 간격으로 길이 방향을 따라서 불연속으로 형성된 것 또는 전체가 나선형으로 되어 있는 것일 수도 있다. 또한, 이러한 오목홈이나 볼록조는 유출 파이프 (40)의 내주면에 복수조 나란히 형성된 것일 수도, 1조의 나선이 단독으로 형성된 것일 수도 있다.

또한, 유출 파이프 (40)의 내주면에 나선형 오목홈이나 볼록조를 형성할 때, 내경이 비교적 굵은 파이프에 대해서는, 연삭 등의 기계 가공에 의해 형성할 수 있다. 또한, 볼록조를 형성하는 경우에는, 유출 파이프 (40)의 외주면으로부터 볼록조를 형성하기 위한 부재를 나선형으로 박아넣거나 할 수도 있다.

한편, 유출 파이프 (40)의 내경을 비교적 세경으로 할 필요가 있는 경우에는, 다음과 같은 가공 수단을 이용할 수 있다.

우선, 유출 파이프 (40)에는, 백금 또는 백금 합금 등을 재료에 이용하여 제조된 세경의 파이프를 이용할 수 있지만, 일반적으로 입수 가능한 백금제의 세경 파이프에는, 그의 내주면에 도 2(c)에 나타낸 바와 같은 복수개의 볼록조 (41)이 길이 방향을 따라서 직선형으로 형성되어 있다. 이와 같은 볼록조 (41)은 목적하는 직경보다 굵은 파이프를 롤러 등으로 조여 세경 파이프로 만들 때에, 조임(絞) 주름으로서 생기는 것으로 생각된다. 또한, 이러한 파이프를 가열하고 식힘으로써 부드럽게 만든 후, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 중심축 주위에 화살표 (t)의 방향으로 목적하는 각도로 파이프 (40)을 꼬는 꼬임 가공을 실시하면, 파이프 (40)의 내주면의 볼록조 (41)도 이에 따라서 도 2(d)에 나타낸 바와 같이 나선형으로 꼬여진다.

내부에 용융 유리를 흐르게 하기 위한 본 발명의 파이프는 금속제 또는 함금제이며, 내주면에 길이 방향을 따라서 홈 및/또는 연속되는 볼록부를 구비하는 것이지만, 이러한 파이프의 1 양태가 상기 꼬임 가공 전의 파이프이다. 이 파이프는 금속제 또는 합금제이기 때문에, 꼬임 가공이 가능하다. 꼬임 가공을 용이하게 행 한 후에, 상기 홈 및/또는 연속되는 볼록부를 구비하는 부분에서의 최대 두께가 2 mm 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.5 mm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 최대 두께의 바람직한 하한은 0.5 mm, 보다 바람직한 하한은 1 mm이다.

여기서, 도 2(a) 내지 (c)는 꼬임 가공을 실시하기 전의 유출 파이프 (40)을 개념적으로 나타내는 설명도이고, 도 2(b)는 도 2(a)의 A-A 단면도, 도 2(c)는 도 2(b)의 B-B 단면도이다. 또한, 도 2(d)는 꼬임 가공을 실시한 후의 유출 파이프 (40)을 개념적으로 나타내는 설명도이고, 도 2(b)의 B-B 단면에 상당하는 단면을 나타낸다.

유출 파이프 (40)의 내주면에 나선형의 오목홈이나 볼록조를 형성함으로써, 도 3에 화살표 (a)로 나타낸 바와 같이, 유출 파이프 (40) 내를 유동하는 용융 유리에는, 나선형으로 선회하는 소용돌이형 흐름이 생긴다고 생각된다. 이와 함께, 내주면을 따라서 유동하는 용융 유리에 있어서는, 그의 내주면에 따른 흐름이 볼록조 (41)에 의해서 방해되어, 도 3에 화살표 (b)로 나타내는 바와 같은 난류가 생긴다고 생각된다.

이에 의해, 유출 파이프 (40)의 중심 부근을 흐르는 용융 유리와 유출 파이프 (40)의 내주면 부근을 흐르는 용융 유리가 충분히 교반되어, 유출 파이프 (40)에서는 항상 균일한 용융 유리를 유출시킬 수 있게 된다.

또한, 도 3은 유출 파이프 (40) 내를 유동하는 용융 유리가 교반되는 모습을 개념적으로 나타내는 설명도이다.

또한, 보다 균질한 용융 유리를 유출 파이프 (40)으로부터 유출시키기 위해 서는, 유출 파이프 (40)의 적어도 인접하는 2개의 소정 범위에서, 한쪽 범위에 형성된 오목홈이나 볼록조가, 다른쪽 범위에 형성된 오목홈이나 볼록조에 대하여 역방향으로 회전하는 나선 구조로 하는 것이 바람직하다.

이를 위해서는, 유출 파이프 (40)의 일정 범위에 대하여, 상술한 바와 같이 하여 식힘으로써 꼬임 가공을 실시한 후에, 다른 범위에 대하여 역방향으로 꼬임 가공을 실시하도록 할 수 있다. 또한, 소정 길이의 유출 파이프 (40)에 대하여 역방향으로 꼬임 가공을 실시한 것을 용접 등으로 접합할 수도 있다.

본 실시 형태에 있어서 유출 파이프 (40)의 내경에는 특별히 제한은 없지만, 저점성 용융 유리의 경우, 파이프 내경을 가늘게 하여 유출량을 컨트롤하는 경우가 많다. 이 때문에, 내경이 φ4 mm 이하인 파이프가 바람직하고, φ3 mm 이하인 파이프가 보다 바람직하다. 내경의 하한은 용융 유리의 안정한 흐름이 얻어지는 한, 특별히 제한되지 않지만, φ1 mm를 기준으로 할 수 있고, 많은 경우에 φ1.5 mm로 할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 파이프의 내경을 정의할 수 있는 경우, 파이프 내주면에 오목홈이나 볼록조가 있어도, 파이프 중심축에 대하여 수직으로 절단한 파이프 내주면의 단면 형상은 대략 원형으로 되어 있다. 이 경우, 상기 단면에서의 복수개의 볼록조의 각 정상부를 통과하는 가상적인 원의 직경을 내경이라 한다. 또한, 상기 단면에서의 복수개의 오목홈의 각 바닥부를 통과하는 가상적인 원의 직경을 φ₀이라 하고 상기 내경을 φ라 하면, (φ₀-φ)/φ를 0.01 내지 0.25로 하는 것이 내경을 유동하는 용융 유리의 교반 효과를 높일 수 있기 때문에 바람직 하다.

또한, 높은 균질성이 요구되는 것은, 용융 유리가 유출 파이프 (40)으로부터 유출될 때이다. 따라서, 유출 파이프 (40)으로부터 용융 유리가 유출되기 직전에, 용융 유리가 유출 파이프 (40) 내에서 충분히 교반되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 관점에서, 나선형으로 형성된 오목홈이나 볼록조를 설치하는 부위는 유출 파이프 (40)의 유출구에 가까운 부위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 나선형으로 형성된 오목홈이나 볼록조를 설치하는 범위의 길이는, 용융 유리의 교반이 충분히 이루어지도록 100 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 다만, 유출 파이프 (40)의 전장에 걸쳐, 이러한 가공을 실시할 필요도 없기 때문에, 성형된 유리의 맥리 유무를 보면서, 나선형으로 형성된 오목홈이나 볼록조를 설치하는 부분의 길이나, 나선형으로 꼬는 꼬임 상태를 적절하게 조정할 수 있다.

나선형으로 형성된 오목홈이나 볼록조를 설치하는 범위의 기준으로서는, 그 범위의 길이를 300 내지 600 mm로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 350 내지 550 mm이다.

또한, 유출 파이프 (40)으로부터 용융 유리를 유출시킬 때, 그 유출량을 조정하기 위해서, 통전 가열 방식, 고주파 유도 가열 방식 등의 적절한 수단에 의해 유출 파이프 (40)을 가열하여, 용융 유리의 점도를 조정하는 것이 일반적으로 행해진다. 이 때의 온도 조정이 용이하도록, 유출 파이프 (40)의 길이 방향을 따른 단면의 단면적이 거의 일정하게 된 것이 바람직하다. 그 이유는 상술한 바와 같다.

본 실시 형태에서는 유출 파이프 (40)의 내경을 간단하게 조여 용융 유리의 흐름에 난류를 일으키는 것이 아니라, 나선형으로 형성된 오목홈이나 볼록조와 같은 요철 형상을 설치하여 용융 유리가 교반되도록 하기 때문에, 이러한 요철 형상을 설치한 범위에서도, 유출 파이프 (40)의 길이 방향에 따른 단면의 단면적을 거의 일정하게 할 수 있고, 유출 파이프 (40)의 온도 조정이 방해되지 않는다.

또한, 유리 유출 파이프의 내경, 오목홈이나 볼록조를 설치하는 부분의 길이, 파이프 단면 형상 및 파이프의 단면적에 관한 설명은, 그대로 상기 내부에 용융 유리를 흐르게 하기 위한 것이고, 금속제 또는 합금제이며, 내주면에 길이 방향을 따라서 홈 및/또는 연속되는 볼록부를 구비하는 파이프에도 적용된다. 또한, 상기 파이프의 적어도 상기 홈 및/또는 연속되는 볼록부를 구비하는 부분을 꼬음으로써 상기 유리 유출 파이프로 만들 수도 있다.

또한, 유리 제조 장치 (100)은 유출 파이프 (40)으로부터 유출시킨 용융 유리를 성형하여 소정의 유리 성형체로 만드는 성형 장치 (50)이나, 특별히 도시하지 않지만, 성형된 유리 성형체를 어닐링하는 어닐링 장치 등을 구비하여 구성할 수 있다.

또한, 도시하는 예에 있어서 성형 장치 (50)은 지지대 (52) 상에 복수개의 수형(受型) (51)을 구비하고, 이 수형 (51)에 유출 파이프 (40)으로부터 유출된 용융 유리를 받아, 소정 형상의 유리 성형체를 성형하도록 하고 있지만, 성형 장치 (50)의 구성은 이것으로 한정되는 것이 아니라, 후술하는 것과 같은 주형 등으로 대체할 수도 있다.

[유리 성형체의 제조 방법]

다음에, 이상과 같은 유리 제조 장치에 의해 유리 성형체를 제조하는 본 발명에 따른 유리 성형체의 제조 방법의 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에서는, 예를 들면 유출 파이프 (40)으로부터 유출되는 용융 유리로부터 용융 유리 덩어리를 분리하고, 냉각 고화시키는 과정에서 소정 형상으로 성형된 유리 성형체로서의 정밀 프레스 성형용 프리폼을 제조한다.

정밀 프레스 성형용 프리폼은, 광학 소자 등의 정밀 프레스 성형품의 중량과 거의 동일한 중량의 유리를 정밀 프레스 성형에 적합한 형상으로 미리 성형한 것이다. 이러한 정밀 프레스 성형용 프리폼에는, 정밀 프레스 성형시에 프리폼을 이루는 유리가 프레스 성형 형 내에 충분히 퍼지도록 하기 위한 기능을 갖는 공지된 각종 막이나, 이형성을 높이기 위해 공지되어 있는 각종 막을 프리폼의 전체 표면에 형성할 수 있다.

정밀 프레스 성형용 프리폼을 제조하기 위해서는, 우선 통전 가열 방식, 고주파 유도 가열 방식 등, 또는 이들 가열 방식을 임의로 조합한 가열법에 의해 소정 온도로 가열한 유출 파이프 (40)으로부터 일정 유량으로 연속하여 용융 유리를 유출한다. 또한, 유출된 용융 유리로부터 프리폼 1개분 중량의 용융 유리 덩어리를 분리한다.

용융 유리 덩어리를 분리할 때, 절단 흔적이 남지 않도록 절단 칼의 사용을 피하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 예를 들면 유출 파이프 (40)으로부터 용융 유리를 성형 장치 (50)의 수형 (51)에 적하시키거나, 또는 유출되는 용융 유리의 선단을 수형 (51)에 지지하면서, 목적 중량의 용융 유리 덩어리를 분리할 수 있 는 타이밍에 수형 (51)을 급강하시켜, 용융 유리의 표면 장력을 이용하여 용융 유리의 선단으로부터 용융 유리 덩어리를 분리하거나 할 수 있다.

분리된 용융 유리 덩어리는 수형 (51) 상에 유리가 냉각 고화되기 전에 목적 형상으로 성형된다. 그 때, 프리폼(유리 성형체)의 표면에 주름이 생기거나 캔 균열이라 불리는 유리의 냉각 과정에서의 파손이 생기거나 하는 것을 방지하기 위해서, 연직 방향의 상향으로 분출되는 질소 등의 불활성 가스에 의해, 수형 (51) 상에 용융 유리 덩어리를 부유시킨 상태로 성형하는 것이 바람직하다. 소정 형상으로 성형되어, 외력을 가하더라도 변형되지 않는 온도 영역까지 냉각된 프리폼은 수형 (51)로부터 취출되어 어닐링된다.

또한, 용융 유리 덩어리를 수형을 사용하여 성형하는 대신에, 다음과 같이 할 수도 있다. 유리 유출 파이프로부터 용융 유리적을 적하하고, 액체 액면에 낙하시켜 상기 액체 중에서 유리적을 성형한다. 또는, 상기와 같이 용융 유리적을 적하하고, 낙하 중의 유리적을 공중에서 성형한다. 낙하 중에 성형된 유리는 액체 액면에 낙하되어 가라앉고, 액체 중으로부터 유리 성형체를 회수한다. 이들 유리 성형체는 그대로 프리폼으로 할 수도 있고, 표면을 연마하여 프리폼으로 할 수도 있다. 연마 전에는 유리 중의 왜곡(歪)을 저감시키기 위해서 어닐링하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는 유리 성형체를 제조할 때, 유출되는 용융 유리를 주형에 주입하여, 주형에 따른 소정 형상의 유리 성형체로 할 수도 있다.

이 경우에는, 우선 유출 파이프 (40)으로부터 용융 유리를 유출하여, 유출 파이프 (40)의 하측에 배치된 주형에 유입시킨다. 주형에는, 예를 들면 평탄한 바닥부와, 바닥부를 둘러싸도록 직립하는 측벽을 구비하고, 하나의 측벽에는 개구부가 설치된 것을 사용할 수 있다. 또한, 바닥면의 중앙이 유출 파이프 (40)의 연직하 방향에 위치하면서, 또한 바닥면이 수평이 되도록 주형을 배치, 고정하고, 유출 파이프 (40)으로부터 용융 유리를 유입시킨다. 이어서, 측벽으로 둘러싸인 영역 내에 균일한 두께가 되도록, 주형 내에 유입된 용융 유리를 정치한다. 냉각 후, 고화된 유리를 측벽에 설치된 개구부로부터 일정 속도로 수평 방향으로 인출하여 어닐링시킨다.

이와 같이 하면, 일정 폭과 두께를 갖는 광학적으로 균질한 판형 유리 성형체를 얻을 수 있다.

또한, 주형으로서는, 원주형 관통 구멍을 가지고, 관통 구멍의 중심축이 연직 방향과 일치하도록 유출 파이프 (40)의 연직하 방향에 배치, 고정한 것을 이용할 수도 있다.

이 경우에는, 유출 파이프 (40)으로부터 일정 유량의 용융 유리를 주형의 관통 구멍 내에 유입시키고, 충전된 용융 유리를 정치한다. 냉각 후, 고화된 유리를 관통 구멍의 하단 개구부로부터 일정 속도로 연직하 방향으로 인출하여 어닐링시킨다.

이와 같이 하면, 광학적으로 균질한 원주 막대형의 유리 성형체를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 하여 성형된 판형 유리 성형체나, 원주 막대형 유리 성형 체는, 절단 또는 할단(割斷)하여 복수개의 유리편으로 분할하고, 이들 유리편을 연삭, 연마함으로써 목적 중량의 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 마무리할 수 있다.

또한, 배럴 연마 등에 의해, 절단 또는 할단된 유리편을 목적 중량의 프레스 성형용 유리 덩어리로 마무리할 수도 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 유출되는 용융 유리로부터 분리한 용융 유리 덩어리를 프레스 성형하여 소정 형상의 유리 성형체로 할 수도 있다.

이 경우에는, 유출 파이프 (40)의 하측에 프레스 성형 형을 구성하는 하형을 대기시키고, 유출되는 용융 유리의 하단을 하형 성형면 상에 받는다. 또한, 하형과 유출 파이프 (40) 사이의 소정 위치에서, 쉬어(Shear)라 불리는 내열성 절단 칼로 용융 유리를 절단하여, 하형 성형면 상에 목적 중량의 용융 유리 덩어리를 얻는다. 다음에, 이 용융 유리 덩어리를 실은 채로, 하형을 유출 파이프 (40)의 하측에서 빼내고, 하형과 대향하는 상형을 포함하는 프레스 성형 형을 이용하여 소정 형상으로 프레스 성형한다. 성형 후, 상형을 상측으로 빼내어, 프레스 성형품의 상면을 상형 성형면으로부터 이형시킨다. 하형 성형면 상에서, 외력에 의해 변형되지 않는 온도까지 프레스 성형품을 냉각시킨 후, 하형으로부터 프레스 성형품을 취출하여 어닐링시킨다. 이 때, 프레스 성형품(유리 성형체)을 연속하여 제조하기 위해서는, 복수개의 하형을 이용하여 상기 조작을 반복할 수 있다.

또한, 이러한 프레스 성형은 대기 중에서 행할 수 있고, 고온의 유리가 프레스 성형 형에 융착되지 않도록 하기 위해서, 분말형 이형제, 예를 들면 질화붕소 분말을 프레스 성형 형의 성형면에 분사 도포해 두는 것이 바람직하다.

[광학 소자의 제조 방법]

다음에, 본 발명에 따른 광학 소자의 제조 방법의 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 있어서, 상술한 바와 같이 하여 얻어진 정밀 프레스 성형용 프리폼에 대해서는, 이것을 정밀 프레스 성형함으로써 원하는 광학 소자를 제조한다.

정밀 프레스 성형은 몰드 옵틱스 성형이라고도 불린다. 광학 소자에 있어서, 광선을 투과시키거나 굴절시키거나 회절시키거나 반사시키거나 하는 면을 광학 기능면(렌즈를 예로 들면, 비구면 렌즈의 비구면이나, 구면 렌즈의 구면 등의 렌즈면이, 이 광학 기능면에 상당함)이라고 하지만, 정밀 프레스 성형에 따르면, 프레스 성형 형의 성형면을 정밀하게 유리에 전사함으로써, 프레스 성형에 의해 광학 기능면을 형성할 수 있다. 이 때문에, 광학 기능면을 마무리하기 위해서 연삭이나 연마 등의 기계 가공을 부가할 필요가 없다.

이러한 정밀 프레스 성형은 렌즈, 렌즈 어레이, 회절 격자, 프리즘 등의 광학 소자의 제조에 바람직하고, 특히 비구면 렌즈를 높은 생산성으로 제조하는 방법으로서 적합하다.

정밀 프레스 성형에 사용되는 프레스 성형 형으로서는, 공지된 것, 예를 들면 탄화규소, 지르코니아, 알루미나 등의 내열성 세라믹 형재의 성형면에 이형막을 설치한 것을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 탄화규소제 프레스 성형 형이 바람직하다. 또한, 이형막으로서, 탄소 함유막 등을 사용할 수 있지만, 내구성, 비용 면에서 특히 카본막이 바람직하다.

정밀 프레스 성형에서는, 프레스 성형 형의 성형면을 양호한 상태로 유지하기 위해서, 성형시의 분위기를 비산화성 가스로 하는 것이 바람직하다. 비산화성 가스로서는, 질소, 질소와 수소의 혼합 가스 등이 바람직하다. 정밀 프레스 성형된 광학 소자는 프레스 성형 형으로부터 취출되어, 필요에 따라서 어닐링된다. 성형품이 렌즈 등의 광학 소자인 경우에는, 필요에 따라서 심취(芯取) 가공을 행하거나, 표면에 광학 박막을 코팅하거나 할 수도 있다.

상기 방법은 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 휴대 전화 탑재 카메라 등의 촬상 광학계를 구성하는 각종 렌즈, 프로젝터 등의 투영 광학계를 구성하는 각종 렌즈, 광 디스크 등의 정보 기록 매체에 데이터를 기록하거나, 상기 매체로부터 데이터를 판독하거나 하기 위한 광학계를 구성하는 각종 렌즈 등의 제조에 바람직하다.

또한, 유출되는 용융 유리를 주형에 주입하여 성형된 유리 성형체에 대해서는, 상술한 바와 같이 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 마무리하는 것 외에, 목적 중량의 프레스 성형용 유리 덩어리로 마무리할 수 있다. 또한, 이 프레스 성형용 유리 덩어리를 가열, 연화하여 프레스 성형 형으로 프레스 성형함으로써, 연삭, 연마에 의해서 제거되는 가공 부분을 갖는 것 외에는, 얻고자 하는 광학 소자에 근사시킨 형상의 블랭크를 성형하고, 공지된 연삭, 연마법에 의해서 어닐링시킨 블랭크로부터 원하는 광학 소자를 제조하도록 할 수도 있다.

또한, 판형 유리 성형체나, 원주 막대형 유리 성형체를 절단 또는 할단하여, 원하는 크기의 유리 블럭으로 만들고, 이것을 연삭, 연마하여 원하는 광학 소자를 제조할 수도 있으며, 유출되는 용융 유리로부터 분리된 용융 유리 덩어리를 프레스 성형하여 얻은 유리 성형체를 연삭, 연마하여 광학 소자를 제조할 수도 있다.

이러한 연삭, 연마에 의해 광학 기능면을 마무리하는 양태는 구면 렌즈, 프리즘, 필터 등의 광학 소자의 제조에 바람직하다.

본 발명에 있어서 제조하는 유리의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 굴절률 등의 광학 특성이 고정밀도로 규정되고, 높은 균질성이 요구되는 유리, 즉 광학 유리 또는 광 필터용 유리인 경우 특히 바람직하다.

광학 유리로서는, 유출시의 점도가 낮으며 맥리가 생기기 쉬운 유리, 예를 들면 산화물 기준으로 SiO₂ 함유량이 O 내지 20 질량％인 유리의 제조에 바람직하다. SiO₂는 유리의 점성을 높이는 성분이지만, SiO₂를 다량 포함하는 유리는 고굴절률화하기 어렵다. 최근, 수용이 높은 고굴절률 광학 유리에서는, SiO₂ 함유량을 억제해야만 하여, 유출시의 유리 점성이 저하되어 버린다. 본 발명에 따르면, 저점성 유리이어도 유출 파이프 (40) 내를 유동함으로써 용융 유리가 균질화되기 때문에, 제조된 유리 성형체나 광학 소자로부터 맥리를 배제, 감소시킬 수 있다.

광학 유리의 구체예로서는, SiO₂ 함유 유리, B₂O₃ 및 La₂O₃ 함유 유리, 인산 유리, 플루오르화인산 유리 등을 예시할 수 있다.

이하, 보다 상세한 유리 조성을 열거하는데, 이들 성분량의 표시는 모두 질량％ 표시로 한다.

SiO₂ 함유 유리로서는, SiO₂: 1 내지 20 ％, B₂O₃: 0 내지 65 ％, Li₂O: 0 내지 12 ％, Na₂O: 0 내지 12 ％, K₂O: 0 내지 12 ％, MgO: 0 내지 30 ％, CaO: 0 내지 30 ％, SrO: 0 내지 30 ％, BaO: 0 내지 30 ％, ZnO: 0 내지 40 ％, La₂O₃: 0 내지 50 ％, Gd₂O₃: 0 내지 40 ％, Y₂O₃: 0 내지 20 ％, ZrO₂: 0 내지 15 ％, TiO₂: 0 내지 20 ％, Ta₂O₅: 0 내지 30 ％, WO₃: 0 내지 20 ％, Nb₂O₅: 0 내지 30 ％를 포함하는 유리를 예시할 수 있다.

이 유리에 있어서 정밀 프레스 성형에 적합한 것은, Li₂O와 ZnO의 합계 함유량이 1 ％ 이상인 유리이면서, 유리 전이 온도가 610 ℃ 이하인 유리가 바람직하다.

B₂O₃ 및 La₂O₃을 함유하는 유리로서는, SiO₂: 0 내지 20 ％, B₂O₃: 1 내지 65 ％, Li₂O: 0 내지 12 ％, Na₂O: 0 내지 12 ％, K₂O: 0 내지 12 ％, MgO: 0 내지 30 ％, CaO: 0 내지 30 ％, SrO: 0 내지 30 ％, BaO: 0 내지 30 ％, ZnO: 0 내지 40 ％, La₂O₃: 1 내지 50 ％, Gd₂O₃: 0 내지 40 ％, Y₂O₃: 0 내지 20 ％, ZrO₂: 0 내지 15 ％, TiO₂: 0 내지 40 ％, Ta₂O₅: 0 내지 30 ％, WO₃: 0 내지 20 ％, Nb₂O₅: 0 내지 45 ％, Bi₂O₃: 0 내지 45 ％를 포함하는 유리를 예시할 수 있다.

이 유리에 있어서 정밀 프레스 성형에 적합한 것은, Li₂O와 ZnO의 합계 함유 량이 1 ％ 이상인 유리이면서, 유리 전이 온도가 630 ℃ 이하인 유리가 바람직하다.

인산 유리로서는, P₂O₃: 1 내지 50 ％, SiO₂: 1 내지 20 ％, B₂O₃: 0 내지 35 ％, Li₂O: 0 내지 12 ％, Na₂O: 0 내지 12 ％, K₂O: 0 내지 12 ％, MgO: 0 내지 30 ％, CaO: 0 내지 30 ％, SrO: 0 내지 30 ％, BaO: 0 내지 30 ％, ZnO: 0 내지 40 ％, La₂O₃: 0 내지 20 ％, Gd₂O₃: 0 내지 20 ％, Y₂O₃: 0 내지 20 ％, ZrO₂: 0 내지 15 ％, TiO₂: 0 내지 30 ％, Ta₂O₅: 0 내지 20 ％, WO₃: 0 내지 20 ％, Nb₂O₅: 0 내지 45 ％, Bi₂O₃: 0 내지 45 ％를 포함하는 유리를 예시할 수 있다.

이 유리에 있어서 Li₂O의 양이 0.1 ％ 이상인 것이 유리 전이 온도를 저하시킴으로써, 프레스 성형시의 온도를 저하시키기 때문에 바람직하다.

플루오르화인산 유리로서는, 양이온 ％표시로써, P^{5 +}: 5 내지 50 ％, Al^{3 +}: 0.1 내지 30 ％, Mg^{2 +}: 0 내지 20 ％, Ca^{2 +}: 0 내지 25 ％, Sr^{2 +}: 0 내지 30 ％, Ba^{2 +}: 0 내지 30 ％, Li⁺: 0 내지 30 ％, Na⁺: 0 내지 l 0 ％, K⁺: 0 내지 10 ％, Y³⁺: 0 내지 10 ％, La^{3 +}: 0 내지 5 ％, Gd^{3 +}: 0 내지 5 ％를 함유하고, F^-와 O^{2 -}의 합계량에 대한 F^-의 함유량, 즉 몰비 F^-/(F^-+O^{2 -})가 0.25 내지 0.95인 유리를 예시할 수 있다. 이 플루오르화인산 유리는 저분산 특성의 실현에 적합하다.

또한, 다른 플루오르화인산 유리로서는, 구리 함유 플루오르화인산 유리를 예시할 수 있다. 이 유리는 근적외선 흡수에 의한 필터 기능을 가지고, CCD나 CMOS 등의 반도체 촬상 소자의 색감도 보정 기능을 갖는 광학 소자의 재료가 된다. 동일한 기능을 갖는 유리로서는, 구리 함유 인산 유리를 예시할 수 있지만, 내후성면에서 구리함유 플루오르화인산 유리는 구리 함유 인산 유리보다 우수하다. 근적외선 흡수 기능을 갖는 반도체 촬상 소자의 색감도 보정용 소자를 구성하는 구리 함유 유리는 용융온도가 너무 높으면 유리 중의 Cu2+가 환원되어 Cu+가 되기 때문에, 색감도 보정 기능이 저하된다. SiO₂의 양이 증가하면 용융 온도가 높아지기 때문에, 구리 함유 유리로서는 SiO₂를 포함하지 않는 것이 보다 바람직하다.

상기 각 유리 모두 SiO₂의 양은 O 내지 20 ％이고, SiO₂의 함유량이 바람직한 범위는 상기한 바와 같다.

또한, 인산 유리, 플루오르화인산 유리는 SiO₂를 포함하지 않는 것이 보다 바람직하다.

<실시예>

다음에, 구체적인 실시예를 들어 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

(유리 제조 장치)

백금제 파이프를, 그의 외경보다 작은 내경을 갖는 다이스 구멍을 통과시켜 내경이 2.0 mm가 되도록 파이프 직경을 조이고, 내주면에 파이프의 길이 방향을 따 라서 신장되는 평행한 복수개의 요철을 설치하였다. 다음에, 길이 250 mm에 걸쳐 파이프를 5 회전 꼬은 후, 이 꼬임을 부가한 부분에 인접하는 길이 250 mm의 부분에, 상기 회전 방향과는 역방향으로 5 회전 꼬임을 부가하였다.

이와 같이 하여, 길이 500 mm에 걸쳐, 내주면에 나선형 요철 형상을 갖는 내경 2.0 mm의 파이프를 제조하고, 용해조, 청징조, 작업조, 용해조와 청징조를 연결하는 연결 파이프, 청징조와 작업조를 연결하는 연결 파이프를 구비한 유리 제조 장치에 있어서, 작업조의 바닥부에 접속되며 연직하 방향으로 연장되는 유출 파이프의 하단에 얻어진 파이프를 용접에 의해 붙였다.

또한, 용해조에는, 유리 원료, 예를 들면 배치 원료라고 불리는 미(未)유리화 원료, 또는 컬릿 원료라고 불리는 유리화된 원료가 투입되어 가열, 용융된다. 용융에 의해 유리 원료가 완전히 용융 유리가 된 후, 용해조와 청징조의 연결 파이프를 개방함으로써 용융 유리를 청징조에 유입시킨다. 청징조에서는, 용융 유리의 온도를 보다 높여 내부의 기포를 빼며 탈포 처리가 행해진다. 청징조에서 탈포된 용융 유리는 작업조로 보내지고, 유출에 적합한 온도로 내리고 나서 교반하여 균질화한 후에, 유리 유출 파이프 내를 연직하 방향으로 흘러 유출구로부터 유출된다.

(용융 유리의 제조)

유리 성분으로서, B₂O₃, SiO₂, La₂O₃, Li₂O, ZnO 등을 포함하고, 굴절률 nd가1.6935, 아베수 νd가 53.2, 유리 전이 온도가 520 ℃인 광학 유리가 얻어지도록 조합한 유리 원료가 용해조 내에 투입되었다. 또한, 투입된 유리 원료를 가열, 용 융시켜 청징, 교반하여 얻어진 용융 유리를 작업조 내에 축적하였다.

(성형 공정)

파이프 유출구 근방의 온도를 940 ℃ 전후로 조정하고, 작업조 내의 용융 유리를 유출시켜 정밀 프레스 성형용 프리폼을 차례로 성형해갔다. 프리폼의 성형은, 유출되는 용융 유리 흐름의 선단으로부터 목적량의 용융 유리 덩어리를 분리하고, 이것을 성형 형의 오목부에서 받아, 용융 유리 덩어리가 냉각, 고화되는 과정에서 프리폼으로 성형하는 방법으로 행하였다.

또한, 성형 형의 오목부에는 가스 분출구를 다수개 설치하고, 이들 분출구로부터 가스가 분출되도록 하였다. 분출되는 가스에 의한 풍압으로 용융 유리 덩어리는 오목부 상에서 부상하여, 성형 형과 비접촉 상태를 유지하면서 프리폼으로 성형된다. 이와 같은 조작에 따르면, 유리 덩어리와 성형 형과의 열 융착을 방지하여, 매끄러운 표면을 갖는 프리폼을 안정적으로 생산할 수 있다.

이와 같이 하여, 수일에 걸쳐 프리폼을 생산하였지만, 생산된 프리폼에는 맥리의 발생은 확인되지 않았다.

[실시예 2]

유리 성분으로서, B₂O₃, SiO₂, La₂O₃, Li₂O, ZnO, Nb₂O₅ 등을 포함하고, 굴절률 nd가 1.8061, 아베수 νd가 40.7, 유리 전이 온도가 560 ℃인 광학 유리가 얻어지도록 조합한 유리 원료를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 정밀 프레스 성형용 프리폼을 차례로 성형하였다.

수일에 걸쳐 프리폼을 생산하였지만, 생산된 프리폼에는 맥리의 발생은 확인되지 않았다.

[실시예 3]

파이프 내경을 2.5 mm로 한 것 이외에는, 실시예 1 및 실시예 2와 동일하게 하여 프리폼을 성형하였다.

수일에 걸쳐 프리폼을 생산하였지만, 2종의 유리 모두 맥리의 발생은 확인되지 않았다.

(광학 소자의 제조)

실시예 1 내지 3에서 얻어진 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 비구면 렌즈를 얻었다. 구체적으로는, 프레스 성형 형을 구성하는 하형 및 상형 사이에 프리폼을 셋팅한 후, 질소 분위기 중에서 프레스 성형 형과 함께 가열하고, 프레스 성형 형 내부의 온도를 성형되는 유리가 10⁸ 내지 10¹⁰ dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 승온하며, 이 온도를 유지하면서, 상형을 하강하여 성형 형 내에 셋팅된 프리폼을 프레스하였다. 프레스의 압력은 8 MPa, 프레스 시간은 30 초로 하였다.

프레스 후, 프레스 압력을 해제하여 프레스 성형된 유리 성형품을 하형 및 상형과 접촉시킨 그대로의 상태에서, 유리의 점도가 10¹² dPa·s 이상이 되는 온도까지 서서히 냉각시키고, 이어서 실온까지 급냉시켜 유리 성형품을 성형 형으로부터 취출하여 비구면 렌즈를 얻었다. 얻어진 비구면 렌즈는 매우 높은 면 정밀도를 갖는 렌즈였다.

이와 같이 하여 얻어진 비구면 렌즈를 세제를 이용하여 세정하고, 충분히 헹구고 나서 건조시켜 청정한 렌즈를 얻었다. 얻어진 렌즈를 관찰한 결과, 표면에 흐림(fog)은 보이지 않고, 내부에도 실투(失透)나 맥리 등의 결함은 확인되지 않았다.

또한, 세정한 비구면 렌즈에는 필요에 따라서 반사 방지막을 설치할 수도 있다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일한 유리 장치에 있어서, 유리 유출 파이프의 유출구 하측에, 성형 형 대신에 주형을 배치하고, 이 주형에 용융 유리를 연속하여 유입시켜 판형유리를 성형하였다. 성형시에, 유리 성분으로서, B₂O₃, SiO₂, La₂O₃ 등을 포함하고, 굴절률 nd가 1.8830, 아베수 νd가 40.80인 광학 유리가 얻어지도록 조합한 유리 원료를 사용하였다.

(성형 공정)

주형으로서는, 평탄한 바닥부의 주위의 3 방향을 측벽으로 둘러싸고, 한쪽측 방향이 개구되어 있는 쓰레받기와 같은 구조의 것을 사용하였다. 3개의 측벽 중 2개의 측벽은 서로 평행하고, 판유리의 폭을 규제한다. 용융 유리는, 주형 상측으로부터 서로 평행한 측벽의 중간 위치에 유입시킨다. 유입된 용융 유리는 바닥면을 따라서 퍼져 측벽에 의해서 둘러싸인 부분으로 퍼진다. 또한, 주형에 의해 열을 빼앗김으로써 고화되고, 주형측 방향의 개구부로부터 일정 속도로 수평 방향으 로 인출된다. 용융 유리의 주입 속도와, 성형된 판유리의 인출 속도를 일정비로 유지함으로써 주형 내의 용융 유리 액 위치가 일정하게 유지되어, 일정 두께의 판유리를 성형할 수 있다.

주형으로부터 인출된 판유리를, 메쉬 벨트에 실어 연속식 어닐링 노 내로 운반하여 어닐링시키고, 어닐링 노로부터 나온 판유리의 선단을 잘라내어 판유리를 얻은 결과, 판유리에 맥리는 확인되지 않았다.

또한, 얻어진 판유리를 주사위눈 형상으로 절단하여, 컷트 피스라고 불리는 유리편을 제조하고, 이들 컷트 피스를 배럴 연마한 후, 표면에 질화붕소 분말을 균일한 도포, 가열, 연화시켜 렌즈에 근사한 형상으로 프레스 성형하였다. 얻어진 프레스 성형품을 어닐링하고, 연삭, 연마하여 구면 렌즈를 제조하였다.

또한, 컷트 피스를 연삭, 연마하여 렌즈를 제조할 수도 있다.

[실시예 5]

실시예 1의 쓰레받기와 같은 구조의 주형을 원주형 관통 구멍이 설치된 관통 구멍 구조의 주형으로 대체하고, 실시예 4와 동일한 유리 원료를 사용하여 막대형 유리를 성형하였다.

(성형 공정)

주형에 설치된 관통 구멍이 연직 방향을 향하도록, 유리 유출구 하측에 배치하고, 유출구로부터 연속하여 유출되는 용융 유리를 주형 관통 구명 내에 일정 유량으로 유입시켰다. 유입된 용융 유리는 관통 구멍 내에 퍼지고, 주형에 열을 제거하여 냉각, 고화시켰다. 고화된 원주형 유리 막대를 관통 구멍 하측의 개구부로 부터 일정 속도로 인출하고, 유리 막대의 내부와 표면의 온도차를 근접시키면서 냉각시켰다. 이렇게 하여 얻어진 유리 막대의 하단을 절라내어 어닐링하였다. 얻어진 유리 막대에 맥리는 확인되지 않았다.

또한, 얻어진 유리 막대를 중심축에 대하여 수직으로 절단하고, 배럴 연마하여 표면에 질화붕소 분말을 균일한 도포, 가열, 연화시켜 렌즈에 근사한 형상으로 프레스 성형하였다. 얻어진 프레스 성형품을 어닐링하고, 연삭, 연마하여 구면 렌즈를 제조하였다.

또한, 유리 막대를 중심축에 대하여 수직으로 절단하여 얻은 유리편을 연삭, 연마하여 하여 구면 렌즈를 만들 수도 있다.

[비교예 1]

파이프에 꼬임을 부가하지 않는 것을 이용한 것 이외에는, 실시예 1 및 실시예 2와 동일하게 하여 프리폼의 성형을 행한 결과, 2종류의 유리 모두 1일에 한번의 빈도로 맥리가 있는 프리폼이 발생하였다.

[비교예 2]

실시예 3과 동일한 파이프 내경이지만, 꼬임을 부가하지 않은 파이프를 이용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 프리폼의 성형을 행한 결과, 2종류의 유리 모두 1일에 한번의 빈도로 맥리가 있는 프리폼이 발생하였다.

이상, 본 발명에 대하여 바람직한 실시 형태를 제시하여 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시 형태로만 한정되지 않고, 본 발명의 범위에서 다양한 변경 실시가 가능한 것은 물론이다.

예를 들면 상술한 실시 형태에서는, 용융 유리가 유출 파이프 (40) 내를 유동함으로써 교반되는 요철 형상으로서, 길이 방향을 따라서 나선형으로 형성된 오목홈이나 볼록조를 예시하지만, 이러한 요철 형상 대신에, 유출 파이프 (40)의 내경이 그의 길이 방향을 따라서 주기적으로 확대, 축소를 반복하는 형상으로 할 수도 있다. 내경이 확대된 부분으로부터 축소된 부분으로 용융 유리가 흐르면, 내주면을 따라서 흐르는 유리는 파이프 중심 방향으로 흐름을 변경하여, 국소적인 난류가 생겨 용융 유리가 교반되는 것으로 생각된다.

이 경우, 내경의 확대 부분과 축소 부분의 간격, 확대 부분에서의 내경, 축소 부분에서의 내경, 내경의 확대, 축소 부분을 설치하는 부위의 길이는, 용융 유리를 유출하여 유리를 성형하고, 맥리의 유무를 보면서 맥리가 소실되도록 결정하 수 있다.

단, 유출 파이프 (40)의 길이 방향에 직교하는 단면에서의 단면적에 변동이 있으면, 상술한 바와 같이 유출 파이프 (40)의 온도 조정이 방해될 우려가 있기 때문에, 본 양태는 이러한 문제가 발생하지 않는 범위에서 적용하는 것이 바람직하다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명은 고품질인 유리 성형체나 광학 소자를 제조하는 데 바람직한 유리 유출 파이프, 이러한 유리 유출 파이프를 구비한 유리 제조 장치, 또한 이러한 유리 유출 파이프를 사용한 유리 성형체나 광학 소자의 제조 방법을 제공한다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 유리 제조 장치의 실시 형태를 개념적으로 나타내는 설명도이다.

도 2는 본 실시 형태에 따른 유리 유출 파이프의 실시 형태를 개념적으로 나타내는 설명도이다.

도 3은 유리 유출 파이프 내를 유동하는 용융 유리가 교반되는 모습을 개념적으로 나타내는 설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 용해조

20 청징조

30 작업조

40 유출 파이프

41 볼록조

50 성형 장치

100 유리 제조 장치

Claims (16)

1. 유리 원료를 가열, 용융시켜 용기 중에 축적된 용융 유리를, 상기 용기로부터 유출하여 유리 성형체로 성형하는 유리 성형체의 제조 방법에 있어서,

   상기 용기로부터 상기 용융 유리를 유출시키는 유로의 적어도 일부에, 상기 용융 유리가 내부를 유동함으로써 교반되게 하는 요철 형상이 내주면에 설치되어 있는 유리 유출 파이프를 이용하여,

   상기 파이프 내를 유동함으로써 균질화된 상기 용융 유리를 상기 파이프로부터 유출시키고,

   상기 용융 유리로부터 용융 유리 덩어리를 분리하고, 상기 용융 유리 덩어리를 냉각 고화시키는 과정에서 광학 유리를 포함하는 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 성형하는 것을 특징으로 하며,

   상기 요철 형상이 길이 방향을 따라서 나선형으로 형성된 오목홈 및 볼록조 중 적어도 하나로 이루어지는 것이고,

   적어도 인접하는 2개의 소정 범위에서, 한쪽 범위에 형성된 상기 오목홈 및 볼록조 중 적어도 하나가 다른 범위에 형성된 상기 오목홈 및 볼록조 중 적어도 하나에 대하여 역방향으로 회전하는 나선 구조로 된 것인 유리 성형체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 파이프가, 금속제 또는 합금제로서, 내주면에 길이 방향을 따라서 홈 및 연속되는 볼록부 중 적어도 하나를 구비하는 것인 유리 성형체의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 홈 및 연속되는 볼록부 중 적어도 하나를 구비하는 부분에 있어서의 최대 두께가 2 mm 이하인 유리 성형체의 제조 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요철 형상이 설치된 범위에 서, 길이 방향에 직교하는 단면에 있어서의 단면적이 일정하게 된 것인 유리 성형체의 제조 방법.
8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 파이프에서 적어도 상기 홈 및 연속되는 볼록부 중 적어도 하나를 구비하는 부분이 꼬여 있는 것인 유리 성형체의 제조 방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제1항에 있어서, 유출시킨 상기 용융 유리를 주형에 주입하여 유리 성형체로 성형하는 것을 특징으로 하는 유리 성형체의 제조 방법.
14. 제1항에 있어서, 유출시킨 상기 용융 유리로부터 용융 유리 덩어리를 분리하고, 상기 용융 유리 덩어리를 프레스 성형하여 유리 성형체로 성형하는 것을 특징으로 하는 유리 성형체의 제조 방법.
15. 제1항에 기재된 방법에 의해 제조된 정밀 프레스 성형용 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
16. 제13항에 기재된 방법에 의해 제조된 유리 성형체에 대하여, 적어도 연삭, 연마를 실시하여 광학 소자로 만드는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.

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