KR20080035971A - 노즐 및 그 노즐을 이용한 광학 유리 덩어리 제조방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 성형 온도(또는 유출구 온도)와 액상 온도가 근접 또는 역전되어 있는등의 최근의 고굴절율 유리 또는 낮은 Tg 유리의 유리 덩어리를 간단하면서도 고품질로 얻는다. 또한,유리 원료를 용융 유리조에서 용융하여, 용융조에 접속된 상기 노즐을 통하여 용융 유리를 성형형에 유출시켜 유리 성형체를 성형하는 것을 포함하는 유리 성형체의 제조방법을 제공한다.

[해결수단] 용융 유리조에 접속되고, 용융 유리를 유출하게 하는 노즐로서, 상기 노즐 내에서의 유로의 용융 유리의 유출 방향에 대해 수직한 유로의 단면 중심이 상류측의 단면 중심에 대해서 어긋나 있는 부위를 구비하는 것을 특징으로 한다.

노즐, 어긋남, 유리 고부

Description

노즐 및 그 노즐을 이용한 광학 유리 덩어리 제조방법 {NOZZLE AND METHOD OF FABRICATING AN OPTICAL GLASS LUMP USING THE SAME}

본 발명은 소정량의 광학 유리 덩어리를 제조하는 기술에 관한 것이다.

최근, 디지털 카메라나 프로젝터 등의 광학 기기분야에 있어서 소형화, 경량화가 요구되고 있으며, 이에 수반하여 사용 렌즈의 매수를 줄일 수 있는 비구면 렌즈의 수요가 증가하고 있다.

통상적으로, 광학계를 구성하는 렌즈로는 일반적으로 구면 렌즈와 비구면 렌즈가 있다. 많은 구면 렌즈는 유리 재료를 재가열 프레스 성형하여 얻는 유리 성형품을 연삭 및 연마함으로써 제조된다. 한편, 비구면 렌즈는 가열 연화한 프리폼을 고정밀도의 성형면을 가진 금형을 이용하여 프레스 성형하여, 금형의 고정밀도의 성형면의 형상을 프리폼재에 전사함으로써 얻는 방법, 즉 정밀 프레스 성형에 의해 제조되는 방법이 주류를 이루고 있다.

정밀 프레스 성형용 프리폼으로서는 구형, 타원구 또는 편평형 유리 성형체(이하, 유리 고부라 함)가 많이 사용되며, 이들은 원료 유리를 도가니 등의 용융장치에서 용융한 후 용융장치에 연결된 노즐 등으로부터 성형형(成形型) 상에 유출시 켜 판상 유리나 봉상 유리 등으로 형성하고, 이들을 냉간 가공함으로써 제조할 수 있다. 또한, 최근에는 노즐 등으로부터 유출되는 용융 유리를 절단기로 절단하거나 또는 표면 장력을 이용하여 분리해, 예를 들면, 가스를 분출하는 다공질형 위로 유하(적하)시켜 부상(浮上) 성형시킴으로써 적당한 크기 및 형상의 유리 고부로 조정하는 기술이 이용되고 있다. 다만, 전자는 절단기에 의한 절단 흔적이 유리 고부에 남을 수 있기 때문에 최근에는 오로지 후자가 많이 사용된다.

위에서 설명한 모든 방법에 있어서, 노즐로부터 유리를 유출시키는 경우 그 유리류(流)의 온도, 유출량을 제어하기 위해, 또는 성형 시 발생하는 맥리(脈理), 실투(失透) 등의 불량 발생을 방지하기 위해, 노즐에 대한 다양한 형상이 고안되어 왔다. 최근, 광학 유리가 고굴절율화(高屈折率化) 됨에 따라 액상 온도의 고온화 및/또는 점성의 저점성화, 또는 낮은 Tg 화에 의한 점성의 저점성화에 대응하기 위해 다양한 방법이 고안되어 왔지만, 충분한 대응이 이루어지지 못한 것이 현실이다.

특허문헌1에는, 노즐 본체의 직경보다도 유출구의 직경을 크게 함으로써, 예를 들어, 노즐 말단의 용융 유리 유출구를 테이퍼 형상으로 개방함으로써, 용융 유리류를 노즐 유출구에 보다 긴 시간 동안 체류시켜, 유리의 유하 타이밍을 지연 제어할 수 있는 노즐이 기재되어 있다.

특허문헌2에는, 용융 유리가 용융 장치로부터 흐르기 시작해 파이프를 통과하여 유출구로부터 유출될 때에, 내부에 조리개를 가함으로써 유속 분포를 일정하게 하고, 성분이 휘발한 변질 유리의 체류를 억제하며, 맥리의 발생을 방지하는 방 법이 기재되어 있다. 또한, 조리개에 의한 유량 저하를 방지하기 위해 조리개부의 온도를 조리개부 이외의 부분보다도 고온으로 제어하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌3에는, 노즐의 내부에 저항 부재를 설치하여 노즐 단면의 중앙을 흐르는 유리류의 유속을 저감시킴으로써, 취득 가능한 유리 고부의 최대 중량을 증가시키는 방법이 기재되어 있다.

특허문헌4에는, 용융 유리 수용조 접속부와 유출 선단부와의 사이에 선단부보다도 단면적이 큰 확장부를 구비하고, 각 부를 온도 제어함으로써 소형의 장치로 유량을 제어하는 구조가 기재되어 있다.

특허문헌1: 일본 특허공개공보 평10-36123호 공보

특허문헌2: 일본 특허공개공보 2003-306334호 공보

특허문헌3: 일본 특허공개공보 평8-26737호 공보

특허문헌4: 일본 특허공보 평8-25750호 공보

그러나 상기와 같은 종래의 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

일반적으로, 용융 유리를 노즐을 통해서 용융조로부터 유출시켜 성형형에서 성형하는 경우, 용융조에서 유출구까지 온도를 잠시 저하시키도록 제어해, 성형에 적합한 온도로 용융 유리 온도를 낮출 필요가 있다. 여기서, 예를 들어 유출 후에 는, 유리 성분의 휘발에 기인하는 맥리가 발생할 수 있으나, 이 경우에는 노즐 제어 온도를 낮추는 것으로 대응할 수 있다. 그러나 용융 유리류는, 즉 고온측에서 저온측으로의 고점성 유체의 흐름이므로, 노즐 내의 온도는 내벽 근방이 낮고 단면 중심 부근이 높게 된다. 또한, 유속 분포는 내벽면 근방에서는 낮고 단면 중심 부근에서는 높은 값을 나타낸다.

노즐의 온도 측정에 의거한 제어를 실시한 경우, 노즐에서의 측정 온도는 내벽면 근방의 유리 온도를 거의 정확하게 표시하고 있기 때문에, 유리류의 중심 온도(즉, 노즐 내의 유로 단면 중심 부근을 통과하는 유리류의 온도)와는 괴리된 낮은 온도를 나타낸다. 이 때문에, 액상 온도가 높은 유리에서는, 유리류의 중심이 휘발을 발생하지 않는 온도로 저하하기 이전에 노즐 온도(노즐 내벽 근방의 유리 온도)가, 결정을 성장하는 온도, 이른바 실투(失透) 온도까지 낮아지게 되어, 실투의 발생을 유발할 수 있다.

특허문헌1에 기재된 노즐은, 유출구가 테이퍼 형상으로 개방되어 내경이 커지기 때문에 내벽면과 유리류 중심과의 온도차 및 유속차가 증대하여, 상술한 경향이 더욱 현저해 진다.

특허문헌2와 같은 조리개를 구비하는 노즐을 사용하는 경우, 유리류의 유출 속도 분포가 일정하게 되는 효과는 있으나, 노즐 단면 중심 부근 온도의 유리류에서 추출하게 되므로, 유출 시의 휘발에 유래하는 맥리를 방지하는 것은 어렵다. 휘발을 막으려고 제어 온도를 낮추면 즉시 실투의 발생 및 성장을 유발하기 쉽고, 이로 인해 조리개부의 유로가 막히게 되어 유출 자체가 정지되기 쉽다. 실시 예에서 는 조리개로 인한 유량 저하를 억제하기 위해 조리개부의 온도를 조리개부 이외 부분에 비해 고온으로 설정하고 있어, 이는 최근의 고굴절율 유리의 제조에 적합한 방법이 아닌 것이 명확하다.

특허문헌3에 기재되어 있는 노즐은, 내부의 중심에 설치된 저항 부재에 의해 중앙부의 용융 유리의 유하 속도를 지연시키고 있어, 유출 속도의 속도 분포는 일정하게 이루어지지만, 열용량이 작은 귀금속을 주성분으로 하는 작은 저항 부재로는 즉시 고온의 유리류 중심 온도로 되어버린다. 이 때문에, 유리류 중심 온도를 낮추는 효과를 도모할 수 없고 휘발에 의한 맥리를 억제하는 효과도 없다. 또한, 특허문헌3의 도 3과 같이 지지부재를 이용하여 저항부재를 고정할 필요가 있으며, 백금 등의 귀금속을 주성분으로 하는 유리 유출용 노즐로 가공하는 것은 극히 어렵다. 또한, 특허문헌3의 청구항4에는 도가니 저부에 복수의 노즐이 설치되고, 상기 복수의 노즐의 각각의 선단부는 상호 연결됨으로써 하나의 노즐구를 구성하고 있는 것을 특징으로 하고 있으나, 복수 노즐의 각각의 중심에서 고온의 유리류가 발생하여, 유하 하는 유리류 중심 온도를 저하시키는 효과는 얻을 수 없다. 이와 같은 복잡한 구조를 적용하면 유리의 온도, 점도, 젖음, 밀도 및 액압에 적응하기 위한 구조의 변경이 극히 어렵기 때문에, 유속이나 온도 분포도 복잡해져, 이와 같은 점에 있어서도 보다 단순한 구조가 요구되고 있다.

인용문헌4에 기재된 구조는, 확장부보다도 유출구의 온도를 높게 할 것을 유량 제어의 전제로 하고 있다. 그러나 최근의 고굴절율 유리는 성형에 적합한 온도가 액상 온도와 근접하고 있어, 유출구 온도(유출되는 용융 유리류)를 성형 온도로 하는 경우, 이보다 낮은 확장부의 온도는 액상 온도를 밑돌게 되고, 확장부에 실투가 발생하여 광학적 품질을 현저하게 저하시킨다.

본 발명은 성형 온도(또는 유출구 온도)와 액상 온도가 근접 또는 역전하고 있는 것과 같은 최근의 고굴절율 유리 또는 낮은 Tg 유리의 유리 덩어리를 간단하면서 고품질로 얻기 위한 노즐을 제공하는 것이다. 또한, 종래의 유리에 있어서도 간단하면서도 단거리에서의 제어를 가능하게 하며, 장치의 소형화가 가능한 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제 해결을 위한 수단]

본 발명자는 고온의 유리류 중심이 직접 유출구로부터 흘러 나오지 않고 충분히 제어 및 계측된 유로 내벽 근방의 유리를 추출함으로써, 온도 및 유속 분포를 일정하게 할 뿐만 아니라 원하는 온도 및 속도 분포를 얻을 수 있고, 결과적으로 맥리 등의 불이익을 억제할 수 있음을 발견하고, 상기와 같은 과제를 해결하기에 이르렀다.

본 발명의 제1 구성은, 용융 유리조에 접속되고 용융 유리를 유출시키는 노즐로서, 상기 노즐 내에 있어서의 유로의 용융 유리 유출 방향에 대해 수직한 단면 중심이, 상류측의 단면 중심에 대해 어긋난 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 상기 노즐이다.

상기와 같이, 본 발명의 제1 구성은, 노즐 내의 용융 유리 유로의 (용융 유리 유출 방향에 대해) 수직한 방향의 단면을 취해, 그 지점보다 상류 부위에 있어 서의 당해 단면과 비교한 경우, 그 유로의 단면 중심이 어긋난 부분을 가지는 노즐에 해당한다. 이와 같은 구성을 채용함으로써 노즐 내의 일부의 단면 중앙 부근을 흐르고 있는 고온의 유리류는, 급격하게 그 진로를 변경할 수 있어, 노즐 내벽 근방의 비교적 온도가 낮은 유리류와 혼합되어, 당해 부분에서는 비교적 균일한 온도 분포를 구비하게 된다. 그 후, 적당한 직경, 길이, 형상, 온도 제어 방법을 갖는 유출부(유출구)를 구성함으로써 원하는 온도 및 유속 분포를 얻을 수 있다. 이로 인해, 유리 성형체를 얻을 때에 맥리나 실투 등과 같은 불량의 발생이 어렵게 된다.

본 명세서에 있어서, "노즐"이란 용융 유리를 용융 및/또는 유지하는 용융조에 접속되어, 용융 유리를 형(型)에 유출할 때의 유리류가 통과하는 유로 전체 및 유출구를 포함하는 개념이다. 다시 말해서, 소위 파이프, 오리피스는 노즐에 포함되는 개념이다.

본 명세서에 있어서, "단면 중심이 어긋난다"는 것은 노즐 내의 유로의 유출 방향에 수직한 단면 중심을, 유출 방향을 따라서 비교한 경우에 소정의 부위에 있어서 단면 중심이 그 위치를 변경하는 것을 의미한다. 예를 들면, 원통 형상의 유로 내의 일부분에 있어서 장애판이 설치되어 있는 것과 같은 구조를 상정한다.

본 발명의 제2 구성은, 유로의 단면 중심이 어긋난 부위를 복수로 구비하는 상기 노즐이다.

본 발명의 제2 구성에 따른 노즐은 유리류의 진로를 변경할 수 있는 부위를 복수 개소 구비한다. 이와 같은 부분을 복수 개소 구비함으로써 흐름 방향의 완만 한 온도 경사, 어긋난 양이 작고, 또는 어긋남 정도(精度)가 낮더라도 유리 유속의 차이가 효과적으로 감소하고, 노즐 내의 유리의 온도를 더욱 균일하게 할 수 있기 때문에 유리류의 원하는 온도 분포를 실현하기 쉬워진다. 다만, 당해 부위의 수가 지나치게 많은 경우 오히려 유리류의 매끄러운 진행이 방해되고, 또한 노즐 자체의 구조도 복잡하여 구현하기 어려워 진다. 따라서 상기 개소는 노즐 전체에 있어서, 바람직하게는 10개소 이하, 보다 바람직하게는 8개소 이하 그리고 가장 바람직하게는 6개소 이하이다.

본 발명의 제3의 구성은, 상기 제1 구성 또는 제2 구성의 노즐에 있어서, 상기 단면 중심이 어긋난 부위의 1 이상이, 상류측 유로의 90% 이하의 단면적인 것을 특징으로 하는 상기 노즐이다.

본 발명의 제3 구성의 노즐은, 상기 제1 내지 제2 구성과 같이 유로 단면 중심이 어긋난 노즐 구조에 있어서, 그 구체적인 태양을 규정한 것이다. 즉, 구성3의 노즐은, 노즐 내의 유로에 있어서 급격하게 유로가 좁아지는 부위가 존재하고, 그 좁아진 부분의 단면적이 그렇지 않은 부분의 90% 이하가 되는 부위가 1개소 이상 존재하는 것을 규정한다. 본 구성에 있어서도 상기 부위는 그 상류의 단면 중심에서 어긋난 것을 요건으로 하기 때문에, 상기 특허문헌2와 같은 파이프 내의 유로를 중심으로 한 조리개와는 명확하게 다른 구성을 채용하는 것이다.

여기서 상기 좁아진 부분, 즉, 유리류의 진로를 변경할 수 있는 부위의 단면적을 90% 이하로 한 것은, 유리의 유동 상태에 거의 영향을 주지 않는 구조라면, 본 발명에서 구하는 상기 효과를 얻을 수 없을 수도 있기 때문이다. 즉, 본 발명자 는 노즐 내벽 근방에는 유리의 이동량이 매우 작아 유리류 중심으로부터의 온도 저하가 큰 경계막이 존재한다고 생각해, 이 영향에 의해 유리류 전체로서(특히, 단면 중심 부근을 흐르는 유리류도 포함한다)의 정확한 온도 파악 및 제어가 어려워지는 것이라고 생각하였다.

따라서 이 영향을 배제하고, 보다 더 유리류 중심에 가까운 부분의 온도를 계측 및 제어할 필요가 있다. 단면적을 90% 이하로 좁게 한 부분을 구비함으로써, 종래의 노즐에서 제어가 어려웠던 유리류 중심에 가까운 부분의 온도 제어가 가능해 질 뿐만 아니라 유리류 중심과 내벽 근방을 흐르는 유리류와의 열교환도 기대할 수 있게 되었다.

전술한 경계막의 영향을 배제하고 유리류 중심의 온도 제어를 용이하게 하기 위해서는, 더욱 바람직하게는 80% 이하, 가장 바람직하게는 70% 이하이다. 한편, 상기 단면적이 지나치게 좁으면 유리류의 진행을 부당하게 방해하고 유량을 필요 이상으로 감소시키기 쉬워진다. 따라서 바람직하게는 0.1% 이상, 보다 바람직하게는 0.5% 이상 그리고 가장 바람직하게는 1.0% 이상이다.

본 발명의 제4의 구성은, 상기 제2 또는 제3 구성의 노즐에 있어서 상기 복수의 단면 중심이 어긋난 부위가, 노즐 전체 길이의 하류측 50%까지의 범위에 2 이상 존재하는 것을 특징으로 한다.

복수의 단면 중심이 어긋난 부위를 존재시켜도 유효한 작용을 얻을 수 있다. 예를 들면, 단면 중심이 어긋난 부위가 1개소인 경우는 2개소인 경우에 비해 그 효과가 약해지기 쉽고, 상기 단면적을 좁게 하면 유량이 필요 이상으로 감소해 버리 거나 또는, 급격한 유로 단면적의 감소로 인해, 거품 또는 맥리 등의 결함이 발생하는 등의 경우에, 복수의 단면 중심이 어긋난 부위를 완만하게 배설함으로써, 상기와 같은 문제점을 해결하면서 우수한 품질의 유리 성형체를 얻을 수 있다.

상기 복수의 단면 중심이 어긋난 부위의 각 위치는, 유리의 열전도율, 열용량, 유로 직경, 유량, 원하는 온도/온도 분포 등을 감안하여 결정된다. 당연히 노즐의 전체 길이에도 의존하지만, 광학 유리의 분야에 있어서 통상 사용되는 노즐에 있어서는, 바람직하게는 하류측 50%, 보다 바람직하게는 하류측 45%, 가장 바람직하게는 하류측 40%까지의 범위에, 상기 복수의 단면 중심이 어긋난 개소를 2 이상 구비한다.

본 발명의 제5 구성은, 상기 제2 내지 제4 구성의 노즐에 있어서, 상기 복수의 단면 중심이 어긋난 부위의 일부 또는 전부가, 노즐 내벽에 장애판을 설치함으로써 형성되는 것으로, 장애판의 두께는 단면 중심이 어긋난 부위의 유로 직경의 0.1~10배인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 단면 중심이 어긋난 개소를 형성하기 위해 장애판을 이용할 수 있으며, 이 방법은 노즐의 가공 방법이 용이하고 온도 균일화 등의 효과가 커서 유리한 수단이다. 이 경우, 장애판의 두께가 너무 두꺼우면 유리류의 흐름을 정체시키기 쉬워져, 도리어 실투나 맥리 등의 원인이 되기 쉽다. 또한, 너무 얇으면 유리류의 열과 압력에 견디지 못하고 파손, 변형이 쉬워진다.

상술한 바와 같은 현상의 유무는 노즐의 직경, 유리 유량, 유속, 유리 점도 등의 요소에도 당연히 의존하지만, 광학 유리 분야에서 통상 사용되는 노즐에 있어 서는, 장애판의 두께가 단면 중심이 어긋난 부위의 유로 직경의 바람직하게는 0.1배, 보다 바람직하게는 0.15배, 가장 바람직하게는 0.2배를 하한으로 하고, 바람직하게는 10배, 더욱 바람직하게는 9배, 가장 바람직하게는 8배를 상한으로 한다. 본 명세서 중에서의 "유로 직경'이란 유로가 원형인 경우에는 그 직경을 의미하고, 원형이 아닌 경우에는 유로 면적을 원의 면적으로 가정하여 환산한 직경, 즉, 유로 면적을 원주율로 나눈 값의 제곱근의 2배를 의미한다.

본 발명의 제6 구성은, 유리 원료를 용융 유리조에서 용융하고, 용융 유리조에 접속된 노즐을 통해서 용융 유리를 성형형에로 유출시켜 유리 성형체를 성형하는 것을 포함하는 유리 성형체의 제조방법으로, 상기 노즐이 상기 구성 1~3에 기재된 노즐인 것을 특징으로 하는 상기 제조 방법이다.

본 발명의 제6 구성에 따르면, 일련의 광학 유리 제조 공정에 있어서 상술한 특징을 구비하는 노즐을 사용하기 때문에 맥리 등의 불량이 발생하기 어려운 유리를 제조할 수 있다.

본 명세서에 있어서, "노즐 전체 길이"는 용융 유리조에 접속된 부분이 그 시점이고 유리가 유출되는 지점이 그 종점에 해당한다. 물론, 노즐 전체 길이는 생산량에 따르는 용융 유리조의 크기, 유리의 종류, 성형 형상 등에 의해 적당하게 변경된다. 본 발명은 노즐의 내부 구조를 규정하는 것으로, 그 외부 구조를 제한하지는 않는다. 다시 말해서, 노즐의 외관에 대해서는 일절 한정하지 않으므로, 예를 들어 그것이 직선, 곡선, 원형, 꺾여진 형상 등이어도 지장이 없다.

본 발명의 노즐은, 노즐 자체 및/또는 외부로부터의 부가 수단에 의한 가열 및/또는 냉각을 방해하는 것은 아니다. 노즐 자체의 가열로는, 노즐에 직접 통전시키는 방법인 공지의 가열 방법을 사용할 수 있으며, 외부로부터의 부가 수단으로서는 가스 버너, 전열식 히터, 적외선 방사, 고주파 가열 등의 공지의 방법을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 유리 유출구 부근을 링 버너 등으로 씌우고 보온함으로써 실투, 맥리 등의 불량을 한층 더 억제할 수 있다.

본 발명의 노즐을 사용한 유리의 성형 수단으로는 특히 제한은 없다. 광학 유리의 성형으로는, 성형형에 유리류를 연속적으로 유출시켜, 판상 또는 봉상 유리 등으로 연속 성형할 수도 있고, 절단기 또는 표면 장력에 의해 유리 고부를 분리하여 다공질형 위에 부상(浮上) 성형함으로써 유리 고부를 성형할 수도 있다.

본 발명의 노즐의 재질은, 통상적으로 유리의 용융 공정에 사용되는 재질을 사용할 수 있으며, 예를 들면 백금, 강화 백금, 금, 강화금, 로듐, 기타 귀금속 및 이들의 합금 또는 석영을 사용할 수 있다. 또한, 공지의 방법에 따라 도금된 재질, 예를 들면 내면을 금 도금 또는 SiC 등의 세라믹 막을 형성한 백금을 사용할수도 있다.

본 발명은 노즐의 내부 구조를 규정하는 것으로, 노즐 유출구 부근의 분위기를 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 질소 분위기, 아르곤 등의 불활성 가스 분위기로 할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 가열 분위기로 노즐 유출구를 감쌀 수도 있다.

본 발명의 노즐을 사용하면, 맥리 등의 광학 결함이 없는 고품질의 광학 유 리 덩어리를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 종래의 파이프 직경 및 길이에 따른 유량 제어 이외에, 상기 단면 중심이 어긋난 부위에 있어서의 유량 제어가 가능해지므로 종래 장치의 간이화 및 소형화가 가능하다.

본 발명의 실시 형태를 도 1 내지 도 6을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 노즐을 사용하는 유리 제조장치의 전체도이다. 유리 제조장치는 용융장치, 유출 장치(노즐), 및 성형장치를 포함한다. 통상, 유리 원료는 용융장치 내의 도가니에 투입되고 가열되어, 소정의 온도에서 용융되어 용융 유리를 제조한다. 유출 장치는 통상 내열성 금속제 노즐로서, 용융 유리는 유출장치를 통하거나 또는 적당한 청징(淸澄), 탈포(脫泡), 교반 등의 처리를 행한 후에 타단으로부터 성형장치 내의 성형형으로 유출된다. 성형형은 제작하는 프리폼에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 판상 유리를 만드는 경우에는 거의 사각형의 성형형 위에 연속류로 유하되며, 부상 성형을 하는 경우에는 원형의 움푹 패인 다공질의 성형형 위에 적하되는 것이 일반적이다.

도 2는 종래 노즐의 단면도를 나타낸다. 1은 용융 유리, 2는 노즐, 3은 적하 중의 유리 고부, 4는 적하되는 유리 고부를 받아내는 성형형을 나타낸다. 용융 유리 내의 복수의 화살표는 용융 유리의 온도를 화살표의 길이 방향으로 반영시켜 표현한 것이다.

도 2 에 나타난 바와 같이, 통상 용융 유리는 노즐 중앙부에 가까울수록 온 도가 높고, 노즐 내벽에 가까울수록 온도가 낮아져 점도가 커지기 때문에, 유리 고부로서 유하 하는 것은 주로 중앙 부근에서 흘러 떨어지는, 온도가 높은 부분이다. 이와 같은 분포가 되는 것은 종래의 노즐 형상으로는 온도가 높은 부분과 온도가 낮은 부분이 혼합되기 어려워, 열교환 하는 기회가 부여되지 않기 때문이다. 또한, 종래의 노즐은 유리류 중심의 온도를 정확하게 계측하고, 이들을 제어하는 것이 어렵다. 이와 같이 만들어진 유리 고부를 형성한 유리도, 적절한 온도 분포로 제어되어 있지 않기 때문에 맥리가 발생하기 쉽다.

도 3은 본 발명의 노즐의 일 형태에 있어서의 단면도를 나타낸다. 도 3의 노즐은 노즐 내부의 일부에 있어서, 유로의 일부를 막아 흐름 방향을 급속하게 변경시키는 장애판(5)을 설치하고 있다. 따라서, 이와 같은 장애판(5)이 있는 부위에서 유로는 비연속적으로 좁아져 상기 부위의 유로 중심은 그 상부 부분의 유로 중심에서 어긋나게 된다.

이와 같은 구조를 채용함으로써, 노즐 상류부에서 중앙 부근을 흘러 온 고온 유리류는 상기 장애판(5)에 의해 그 진로를 노즐 내벽 근방으로 변경하게 되고, 그때 원래 내벽 근방을 흐르던 저온 유리류와의 유속 차가 감소되어, 그 결과, 노즐 내부의 유리 온도가 보다 균일해 진다. 상기 장애판(5)을 통과할 때, 상기 유리류는 그 온도 분포가 균일화 되고, 또한 보다 정도가 우수하게 온도 계측 및 제어가 가능해지기 때문에, 유하되는 유리 고부 내부에서 맥리의 원인이 되는 고온 유리류의 유출이나 부적절한 온도를 발생하지 않게 된다. 도 3에서는, 유리류가 장애판(5)에 의해 형성되는 좁은 유로를 통과하는데 상기 유로의 어긋난 효과를 적절하 게 발생하는 것이라면, 하나의 장애판(5)에 의해 형성되는 유로는 1개소에 한정되지 않는다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 형태에 따른 노즐의 단면도를 나타낸다. 상기 도 3에 도시된 형태에서는 유리류의 진로가 변경되는 부위의 상류 및 하류에 있어서, 그 단면 중심은 원래로 되돌아 가려는 형태이나, 도 4 및 도 5에서는 일단 유로가 변경된 후에는 원래로 되돌아가지 않고 다른 유로를 통과하며, 본 발명의 실시 형태로서 어느 것을 채용하여도 좋다. 또한, 이 경우에 있어서도 유로의 어긋남에 의해 생기는 좁은 유로는 1개소에 한정되지는 않는다.

도 6은 노즐 내에 장애판(5)을 복수 개 구비한 경우에 따른 일 형태로서, 2개의 장애판(5)에 의해 유리류의 교반 효과가 증가하여 온도 분포의 균일화가 촉진된다. 여기서 장애판의 방향은 각각 동일하거나 다를 수 있다.

[실시 예]

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예에 대해서 설명한다.

(실시 예1) 본 실시 예에서는, 광학 유리를 도가니에서 용융시키고, 도가니에 접속된 노즐을 통해 용융 유리를 그 말단의 유출구로부터 유출시키며, 가스를 분출하는 다공질 스테인리스제의 성형형에서 부상 성형시켜, 정밀 프레스 성형용 프리폼으로서 사용하기 위한 유리 고부를 얻었다.

노즐로는 상술한 도 3과 동일한 형상의 백금제 노즐을 사용하였다. 여기서, 장애판(5)이 없는 경우의 노즐 내경은 3mm(단면적 7.07mm²)이고, 유출구는 6mm까지 확장 개방되어 있다. 노즐 전체 길이, 즉 도가니의 출구로부터 노즐 말단의 유출구까지의 길이는 2m이다.

노즐 내부의 장애판은 유출구로부터 47mm의 지점에 설치되고, 장애판의 두께는 1mm이다. 장애판을 설치한 부분의 유리 유로의 면적은 0.79mm²이다. 즉, 상기 장애판이 설치된 장소의 유로 단면적은, 그렇지 않은 부분의 약 11%이다.

수용형은 다공질 스테인리스로 제작되고 그 수용면으로부터 공기를 분출하고 있는 상태에서 용융 유리를 수용함으로써, 수용형으로부터 부상한 상태로 용융 유리를 받아 유리 고부를 얻었다.

사용한 유리는 산화 붕소 및 산화 란탄을 주성분으로 하는 광학 유리를 용융하였다. 도가니는 약 1200℃로 유지되고 유출 파이프는 통전 가열에 의해 약 1100℃로 유지되었다. 유출구에서는 용융 유리를 액적 형태로 분리되는 상태로 하였다. 이때의 용융 유리의 유출량은 매분 80g이었다.

이와 같은 유리 고부에는, 실투 및 맥리 등의 광학 결함을 눈으로 관찰한 바, 상기와 같은 불량은 발견되지 않았고 광학 소자 형성용 프리폼으로서 사용 할 수 있는 고품질의 유리 고부였다.

(비교 예) 실시 예에 대한 비교 예를 설명한다. 실시 예와 동일한 방법으로 실시하되, 노즐 내부에 상기 장애판을 설치하지 않고, 유리 고부를 얻었다. 이 유리 고부에 대해 실투 및 맥리 등의 광학 결함을 눈으로 관찰한 결과, 눈으로 맥리 가 존재하는 것을 확인 할 수 있었으며, 광학 소자 성형용 소재로서 적당하지 않은 품질의 유리 고부였다.

(비교 예2) 노즐 내부의 장애판을 유출구로부터 30mm 및 90mm 지점에 2개소 설치한 이외의 구성은, 실시 예1과 동일한 방법으로 유리 고부를 얻었다. 장애판의 두께는 각 1mm였다. 이와 같이 해서 얻은 유리 고부는 실시 예1과 동일한 고품질의 유리 덩어리이며, 실투 및 맥리 등과 같은 광학적 결함을 눈으로 찾아볼 수 없었다.

도 1은 유리 성형품을 제조하는 장치의 전체도.

도 2는 종래의 노즐의 단면도.

도 3은 본 발명의 노즐의 단면도.

도 4는 본 발명의 노즐의 단면도.

도 5는 본 발명의 노즐의 단면도.

도 6은 본 발명의 노즐의 단면도.

[부호의 설명]

1: 용융 유리류

2: 노즐

3: 적하 중인 유리 고부

4: 성형형

5: 장애판

Claims (6)

1. 용융 유리조에 접속되고 용융 유리를 유출시키는 노즐로서,

   상기 노즐 내부에 있어서의 유로의 용융 유리 유출 방향에 대해 수직한 단면 중심이 상류측의 단면 중심에 대해 어긋나 있는 부위을 구비하는 것을 특징으로 하는 노즐.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유로의 단면 중심이 어긋난 부위를 복수 개 구비하는 노즐.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 단면 중심이 어긋난 부위의 하나 이상은, 상류측 유로의 90% 이하의 단면적인 것을 특징으로 하는 노즐.
4. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 단면 중심이 어긋난 부위는, 노즐 전체 길이의 하류측 50%까지의 범위에 2 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 노즐.
5. 제4항에 있어서,

   상기 복수의 단면 중심이 어긋난 부위의 일부 또는 전부는 노즐 내벽에 장애판을 설치함으로써 형성되는 것으로,

   상기 장애판의 두께는 단면 중심이 어긋난 부위에서의 유로 직경의 0.1~10배인 것을 특징으로 하는 노즐.
6. 유리 원료를 용융 유리조에서 용융하고, 용융 유리조에 접속된 노즐을 통해서 용융 유리를 성형형에로 유출시켜 유리 성형체를 성형하는 것을 포함하는 유리 성형체의 제조방법으로,

   상기 노즐은 제1항에 기재된 노즐인 것을 특징으로 하는 유리 성형체 제조방법.

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