TWI426056B - Production method of glass molded body - Google Patents

Description

玻璃成形體之製造方法

本發明係關於在內部流動有熔融玻璃之管，而且係關於用以引導熔融玻璃以使其從特定容器中流出之玻璃流出管、以及具備該玻璃流出管之玻璃製造裝置，更進一步係關於使用上述玻璃流出管之玻璃成形體及光學元件之製造方法。

作為光學玻璃等高品質玻璃之量產方法，已知例如專利文獻1等中所記載之方法，即，讓玻璃原料於高溫下熔融，並使所獲得之熔融玻璃從玻璃流出管中流出而成形。

(專利文獻1)日本專利特開2000－7360

而近年來，作為具有高附加價值的光學元件材料，高折射率玻璃及低散射玻璃之需求增加。又，可不經研磨而藉由轉印來形成非球面透鏡等光學元件之光學功能面的精密壓製成形法受到矚目，上述光學元件之光學功能面係以習知之研磨法將耗費功夫及成本，隨此，用於應用至精密壓製成形法之具有低溫軟化性之光學玻璃之需求亦提高。

該等玻璃稱為新種系玻璃，其具有熔融玻璃流出時之黏性較低之性質，又，在生產該等玻璃時，將玻璃流出管連接於用以儲存熔融玻璃之坩堝或貯溝等容器，利用該玻璃流出管來引導儲存於容器中之熔融玻璃，使其流出固定之流量，並成形為具有特定形狀之玻璃成形體。

然而，儲存於容器中之熔融玻璃雖經攪拌棒等攪拌而使其均質化後，流入至玻璃流出管中，但玻璃流出管內所流動之熔融玻璃之流速係在管之大致中心部位較大，而在管之內周面附近則變小。並且，上述低黏性玻璃之該流速分佈將有變大的傾向。

因此，從容器中同時流入玻璃流出管之熔融玻璃中，相較於沿管內周面附近之流路而流動之熔融玻璃，沿管中心之流路而流動之熔融玻璃在管中之通過時間較短。由此，從玻璃流出管之流出口同時流出之熔融玻璃並非同時流入至玻璃流出管中者。

如上所述，即使儲存於容器中之熔融玻璃已均質化，亦會由於玻璃流出管之中心與玻璃流出管之內周面附近的熔融玻璃之流速差異，而使流動於玻璃流出管內之熔融玻璃中，從玻璃流出管流出之熔融玻璃之玻璃組成產生不均。該玻璃組成之不均現象雖微小，但仍將造成折射率不均，且成形後之玻璃成形體或光學元件中出現條紋。對於如光學玻璃般之要求非常高均質性之玻璃，該條紋之發生會對品質造成很大損害。

本發明係鑒於上述情形研製而成，其目的在於提供對高品質玻璃之製造有用之玻璃流出管、具備該玻璃流出管之玻璃製造裝置，且提供使用該玻璃流出管之玻璃成形體及光學元件之製造方法。

本發明之管係用以使熔融玻璃於內部流動之管，其特徵在於，該管為金屬製或合金製，且其內周面上具備沿長度方向之溝及/或連續之凸部。由於該管為金屬製或合金製，故可使該管於管之中心軸周圍扭轉，藉此獲得上述玻璃流出管。為了容易進行上述扭轉，故較佳係具備上述溝及/或連續之凸部之部分的最大壁厚為2 mm以下，更佳為1.5 mm以下。最大壁厚之較佳下限為0.5 mm，更佳下限為1 mm。

其次，對玻璃流出管進行說明。

本發明之玻璃流出管係構成引導上述熔融玻璃以使其從儲存有熔融玻璃之容器中流出之流路的至少一部分者，其構成為，其內周面設計成藉由上述熔融玻璃於內部流動而進行攪拌之凹凸形狀。凸條係指沿管內周面延伸之凸部。

根據具有上述構成之本發明之玻璃流出管，可使流出之熔融玻璃經常地均質化，因而在製造玻璃成形體及光學元件時，可有效地避免因條紋等玻璃組成之不均勻度而導致之不良情況。

又，本發明之玻璃流出管中，上述凹凸形狀可由沿長度方向形成為螺旋狀之凹溝及/或凸條所組成。

根據上述構成，可對流動於流路內之熔融玻璃施加阻力，使熔融玻璃呈螺旋狀流動並受到攪拌。

又，本發明之玻璃流出管係構成引導上述熔融玻璃以使其從儲存有熔融玻璃之容器中流出之流路的至少一部分者，其構成亦可為，於內周面設計成由沿長度方向形成為螺旋狀之凹溝及/或凸條所組成的凹凸形狀。

又，本發明之玻璃流出管之構成可為螺旋構造，其係對至少鄰接之兩個特定範圍而言，形成於一個範圍之上述凹溝及/或凸條相對於形成於另一個範圍之上述凹溝及/或凸條向，呈逆方向旋轉。

根據上述構成，可使流出之熔融玻璃更均質。

又，本發明之玻璃流出管之構成，可為在設計有上述凹凸形狀之範圍內，與長度方向正交之剖面的剖面積大致為固定。

根據上述構成，設計凹凸形狀將可避免對引導熔融玻璃以使其流出之流路進行溫度調整時之妨礙。例如，在對管通電並產生焦耳熱以對管進行溫度調整時，若構成管之上述剖面之剖面積大致為固定，則可使沿管之長度方向之電氣電阻固定，且可使沿管之長度方向之上述焦耳熱亦呈固定，因而管之溫度調整情況良好。又，在對管進行高頻感應加熱時，若進行均勻之高頻感應加熱，則亦可使沿長度方向之管之發熱固定。因此，管之溫度調整變得容易。

又，本發明之玻璃製造裝置，係具備用以儲存熔融玻璃之容器以及用以引導儲存於上述容器中之熔融玻璃而使其流出之流路，該玻璃製造裝置之構成為，上述流路之至少一部分使用如上所述之玻璃流出管。

根據具有上述構成之本發明之玻璃製造裝置，可製造高品質之玻璃，其不存在因條紋等玻璃組成之不均勻度而導致之不良情況。

又，本發明之玻璃成形體之製造方法，係使玻璃原料加熱、熔融並儲存於容器中之熔融玻璃，從上述容器中流出，以成形為玻璃成形體之方法，於使上述熔融玻璃從上述容器中流出之流路的至少一部分，使用上述玻璃流出管。

根據上述方法，即本發明之玻璃成形體之製造方法，可製造高品質之玻璃成形體，其不存在因條紋等玻璃組成之不均勻度而導致之不良情況，且可使用上述玻璃成形體來製造高品質之光學元件。

又，更具體而言，本發明之玻璃成形體之製造方法可為以下方法：從所流出之上述熔融玻璃分離出熔融玻璃塊，並使上述熔融玻璃塊冷卻固化，在此過程中成形為精密壓製成形用預製件之方法；將所流出之上述熔融玻璃澆入鑄模中以成形為玻璃成形體之方法；從所流出之上述熔融玻璃分離出熔融玻璃塊，並對上述熔融玻璃塊進行壓製成形，以成形為玻璃成形體之方法。

又，本發明之玻璃成形體之製造方法係對由上述方法所製造之精密壓製成形用預製件進行精密壓製成形之方法，且係對由上述方法所製造之玻璃成形體，至少進行研削、研磨，以製造光學元件之方法。

根據作為上述方法之本發明之光學元件之製造方法，可製造高品質之光學玻璃，其不存在因條紋等玻璃組成之不均勻度而導致之不良情況。

如上所述，根據本發明，在引導熔融玻璃以使其從儲存有熔融玻璃之容器流出之流路中，可藉由熔融玻璃於其內部流動而進行攪拌，以實現均質化，故可流出均質之熔融玻璃。其結果可製造高品質之玻璃成形體，且使用上述玻璃成形品亦可製造高品質之光學元件。

以下，將參照圖式說明本發明之較佳實施形態。

[玻璃流出管、玻璃製造裝置]

首先，對本發明之管、玻璃流出管以及玻璃製造裝置之實施形態進行說明。

再者，圖1係概念性表示本實施形態之玻璃製造裝置之說明圖。

在圖示之例中，玻璃製造裝置100具備：熔解槽10，將使被稱為批次原料(batch material)之各種化合物調合而成之原料進行加熱、熔解以使其玻璃化；澄清槽20，使熔解槽10中所獲得之熔融玻璃進行澄清；作業槽30，以攪拌棒31等對所澄清之熔融玻璃進行攪拌以使其均質化；以及流出管40，作為引導儲存於作業槽30中之熔融玻璃以使其流出之流路。

本實施形態中，玻璃製造裝置100具備用以儲存熔融玻璃之容器、及用以引導儲存於該容器中之熔融玻璃而使其流出之流路即可，具體各部分之構成，可適當利用眾所周知之玻璃製造裝置之構成。例如亦可為，對經玻璃化之碎玻璃原料進行調合，將其投入至特定容器中，並在一個容器中進行加熱、熔融、澄清及攪拌之處理，該容器連接於引導熔融玻璃以使其流出之流路。

在作為連接於儲存有熔融玻璃之容器並引導熔融玻璃以使其流出之流路的流出管40上，至少於其一部分之內周面上，設計有凹凸形狀，其係藉熔融玻璃於流出管40內部之流動而對熔融玻璃進行攪拌。上述凹凸形狀例如可為沿長度方向形成螺旋狀之凹溝或凸條，且形成為螺旋狀之凹溝或凸條亦可混在於流出管40之同一內周面。再者，凸條係指如上所述沿管內周面而延伸之凸部。

若形成於流出管40內周面之螺旋狀之凹溝或凸條對流動於流出管40內之熔融玻璃施加阻力，使熔融玻璃於流出管40內呈螺旋狀流動並受到攪拌，則不限於沿長度方向連續地形成。即使以固定間隔或不固定間隔沿長度方向不連續地形成，只要全體形成為螺旋狀即可。再者，上述凹溝或凸條可複數條排列形成於流出管40之內周面上，亦可一條螺旋單獨形成。

又，在流出管40之內周面上形成螺旋狀之凹溝或凸條時，對於內徑較粗之管，可利用研削等機械加工而形成。又，當形成凸條時，亦可從流出管40之外周面將用以形成凸條之構件以螺旋狀打入其內部。

另一方面，當流出管40之內徑必須設為較細徑時，可採取如下之加工手段。

首先，可利用以鉑或鉑合金等為材料而製作之細徑管作為流出管40，在一般可取得之鉑製細徑管之內周面上，如圖2(C)所示之複數根凸條41沿長度方向形成為直線狀。認為在以輥等擠壓較所需內徑更粗的管以使其成為細徑管時，上述凸條41中會產生壓痕。繼而，對上述管加熱並退火以使其變軟後，如圖2(a)所示，在中心軸周圍向箭頭t方向以所需角度對管40進行扭轉加工，則管40之內周面之凸條41亦隨之而扭轉成如圖2(d)所示之螺旋狀。

用以使熔融玻璃於內部流動之本發明之管為金屬製或合金製，其內周面上具備沿長度方向之溝及/或連續之凸部，該管之一態樣為上述扭轉加工前之管。由於該管為金屬製或合金製，故可進行扭轉加工。因為容易進行扭轉加工，所以具備上述溝及/或連續之凸部之部分的最大壁厚較佳為2 mm以下，更佳為1.5 mm以下。最大壁厚之下限較佳為0.5 mm，更佳為1 mm。

此處，圖2(a)~圖2(c)係概念性表示進行扭轉加工前之流出管40之說明圖，圖2(b)係圖2(a)之A－A剖面圖，圖2(c)係圖2(b)之B－B剖面圖。又，圖2(d)係概念性表示進行扭轉加工後之流出管40之說明圖，其表示與圖2(b)之B－B剖面相當之剖面。

在流出管40之內周面上形成有螺旋狀之凹溝或凸條，因此如圖3之箭頭a所示，認為流動於流出管40內之熔融玻璃產生以螺旋狀回旋之渦狀流。與之相應，認為在沿內周面流動之熔融玻璃中，沿其內周面之玻璃流受到凸條41妨礙，而產生圖3中箭頭b所示之亂流(turbulence)。

藉此，流動於流出管40之中心附近的熔融玻璃與流動於流出管40之內周面附近的熔融玻璃受到充分攪拌，因而可從流出管40經常性地流出均質之熔融玻璃。

再者，圖3係概念性表示流動於流出管40內之熔融玻璃受到攪拌之狀態之說明圖。

又，為使更均質之熔融玻璃從流出管40中流出，較佳為具有下述螺旋構造，即，於流出管40之至少鄰接之兩個特定範圍中，形成於一個範圍之凹溝或凸條相對於形成於另一個範圍之凹溝或凸條呈逆方向旋轉。

因此，可於對流出管40之固定範圍以上述方式進行退火並扭轉加工後，對其他範圍進行逆方向扭轉加工。又，亦可於對特定長度之流出管40逆方向地進行扭轉加工後，以溶接等方式進行接合。

本實施形態中，對流出管40之內徑並無特別限制，但為低黏性之熔融玻璃時，多數情況下係使管內徑變細以控制其流出量。因此，較佳為內徑Φ4 mm以下之管,更佳為Φ3 mm以下之管。關於內徑之下限，只要可獲得熔融玻璃之穩定之流動即可，並無特別限制，以Φ1 mm為基準即可，多數情況下為Φ1.5 mm。再者，在可以上述方式定義管之內徑時，即使管內周面上具有凹溝或凸條，以與管之中心軸垂直而切下之管內周面的剖面形狀亦為略圓形。此時，將通過上述剖面之複數個凸條各頂部的假想之圓之直徑稱為內徑。又，使通過上述剖面之複數個凹溝各底部的假想之圓之直徑設為Φ_o ，上述內徑為Φ，則(Φ_o －Φ)/Φ為0.01~0.25，藉此可提高流動於內部之熔融玻璃之攪拌效果，因而較佳。

又,高均質性係在熔融玻璃從流出管40流出時所要求。因此較佳為，在熔融玻璃從流出管40即將流出之前，熔融玻璃在流出管40內受到充分攪拌。從該觀點而言，形成為螺旋狀之凹溝或凸條之設計部位較佳為流出管40之流出口附近部位。

又，為使熔融玻璃受到充分攪拌，形成為螺旋狀之凹溝或凸條之設計範圍之長度較佳為100 mm以上。然而，由於不須遍及流出管40之全長進行上述加工，因此可一邊觀察所成形之玻璃中有無條紋，一邊適當調整設計有形成螺旋狀之凹溝或凸條之部分的長度、及扭轉成螺旋狀之扭轉程度。

作為形成為螺旋狀之凹溝或凸條之設計範圍之基準，其範圍之長度較佳為300~600 mm，更佳為350~550 mm。

又，在使熔融玻璃從流出管40中流出時，為調整其流出量，一般採用通電加熱方式、高頻感應加熱方式等適當手段對流出管40進行加熱，以調整熔融玻璃之黏度。為使此時之溫度調整容易，較佳為使沿流出管40之長度方向之剖面的剖面積大致固定。其理由則如上所述。

本實施形態中，設計有形成螺旋狀之凹溝或凸條之凹凸形狀，使熔融玻璃受到攪拌，而並非僅擠壓流出管40之內徑而使熔融玻璃流中產生亂流，故即使在設計有凹凸形狀之範圍內，亦可使沿流出管40之長度方向之剖面的剖面積大致固定，因而不會妨礙流出管40之溫度調整。

再者，關於玻璃流出管之內徑、設有凹溝或凸條之部分之長度、管之剖面形狀及剖面積之說明，亦可直接適用於下述管：上述用以使熔融玻璃於內部流動之管，其為金屬製或合金製，且內周面上具備沿長度方向之溝及/或連續之凸部。又，使上述管之具備至少上述溝及/或連續之凸部的部分扭轉，藉此可形成上述玻璃流出管。

進一步，玻璃製造裝置100之構成可具備使從流出管40流出之熔融玻璃成形，以形成特定之玻璃成形體之成形裝置50，或者使所成形之玻璃成形體退火之退火裝置等，該退火裝置並未特別圖示。

再者，圖示之例中，成形裝置50係於支持台52上具備複數個承接模具51，承接從流出管40向該承接模具51中流出之熔融玻璃，以成形為特定形狀之玻璃成形體，但成形裝置50之構成並非限於此，亦可更換為下述鑄模等。

[玻璃成形體之製造方法]

其次，對利用以上玻璃製造裝置來製造玻璃成形體的本發明之玻璃成形體之製造方法的實施形態進行說明。

於本實施形態中，係例如自流出管40所流出之熔融玻璃中分離出熔融玻璃塊，並進行冷卻固化，在此過程中，製造出作為成形為特定形狀之玻璃成形體的精密壓製成形用預製件。

精密壓製成形用預製件係將重量與光學元件等精密壓製成形品之重量大致相等之玻璃，預先成形為適合精密壓製成形之形狀者。在對上述精密壓製成形用預製件進行精密壓製成形時，可在成為預製件之玻璃之整個表面上，形成具有可於壓製成形模具內充分擴展之功能的眾所周知之各種膜，或用以提高離型性的眾所周知之各種膜。

為製造精密壓製成形用預製件，首先，以通電加熱方式、高頻感應加熱方式等、或者將該等加熱方式任意組合而成之加熱法，使熔融玻璃從加熱到特定溫度之流出管40中以固定流量連續地流出。繼而，從所流出之熔融玻璃分離出相當於1個預製件重量之熔融玻璃塊。

在分離出熔融玻璃塊時，較佳為避免使用切斷刀，以免殘留切斷痕。因此，例如可使熔融玻璃從流出管40向成形裝置50之承接模具51中滴下，或者可使流出之熔融玻璃之前端支持於承接模具51，並且在可分離出目標重量之熔融玻璃塊之時機，使承接模具51急速下降，利用熔融玻璃之表面張力從熔融玻璃之前端分離出熔融玻璃塊。

在承接模具51上之玻璃冷卻、固化之前，使所分離之熔融玻璃塊成形為所需形狀。此時，可防止預製件(玻璃成形體)之表面產生皺痕或者產生所謂裂紋的玻璃冷卻過程中的破損，因此較佳為，利用在鉛直方向上朝上噴出之氮氣等惰性氣體，在使熔融玻璃塊於承接模具51上浮起之狀態下成形。將成形為特定形狀並冷卻至即使施加外力亦不會變形之溫度域為止的預製件，從承接模具51中取出並退火。

再者，亦可以如下方式取代使用承接模具使熔融玻璃塊成形。使熔融玻璃滴從玻璃流出管滴下並落下至液體液面上，於上述液體中成形玻璃滴。或者使上述熔融玻璃滴滴下並使落下過程中之玻璃滴在空中成形。在落下過程中所成形之玻璃落下並沒入至液體液面中，從液體中回收玻璃成形體。該等玻璃成形體可直接作為預製件，亦可將其表面研磨後作為預製件。較佳為，在研磨前進行退火處理，以使玻璃中之應變減少。

又，本實施形態中，在製造玻璃成形體時，亦可將流出之熔融玻璃澆入鑄模中，以作為符合鑄模之特定形狀之玻璃成形體。

此時，首先使熔融玻璃從流出管40中流出，並流入配置於流出管40下方之鑄模中。鑄模係例如具備平坦之底部及包圍該底部而直立之側壁，可使用在一個側壁上設有開口部之鑄模。繼而，將鑄模配置、固定成其底面之中央位於流出管40之鉛直下方，且底面為水平，並使熔融玻璃從流出管40流入。其次，將流入鑄模內之熔融玻璃靜置，以使由側壁所包圍之區域內之厚度均勻。冷卻後，將固化之玻璃從設於側壁上之開口部以固定速度向水平方向取出並進行退火處理。

藉此，可獲得具有固定寬度與厚度之光學均質之板狀玻璃成形體。

又，亦可使用以下之鑄模，即，具有圓柱狀之貫通孔，並配置、固定於流出管40之鉛直下方，以使貫通孔之中心軸與鉛直方向一致。

此時，係將固定流量之熔融玻璃從流出管40流入、填充至鑄模之貫通孔內的熔融玻璃靜置。冷卻後，將固化之玻璃從貫通孔之下端開口部以固定速度向鉛直下方取出並進行退火處理。

藉此，可獲得光學均質之圓柱棒狀之玻璃成形體。

將以上述方式成形的板狀之玻璃成形體或圓柱棒狀之玻璃成形體進行切斷或割斷，分割成複數個玻璃片，並對該等玻璃片進行研削、研磨，藉此可加工成具有目標重量之精密壓製成形用預製件。

又，利用輥研磨等可將切斷或割斷之玻璃片加工成具有目標重量之壓製成形用玻璃料滴(glass gob)。

進一步，本實施形態中，亦可將從流出之熔融玻璃分離之熔融玻璃塊進行壓製成形，以成形為具有特定形狀之玻璃成形體。

此時，使流出管40下方的構成壓製成形模具之下模進行待機，於下模成形面上承接流出之熔融玻璃之下端。其次,在下模與流出管40之間的特定位置，以被稱為剪切(shear)刀之耐熱性切割刀切斷熔融玻璃，在下模成形面上獲得所需重量之熔融玻璃塊。繼之，在載置有該熔融玻璃塊之狀態下，使下模從流出管40下方退避，並使用含有與下模對向之上模的壓製成形模具而壓製成形為特定形狀。成形後，使上模向上方退避，將壓製成形品之上表面從上模成形面上離型。在下模成形面上，使壓製成形品冷卻至不會因外力而變形之溫度為止後，從下模取出壓製成形品並進行退火處理。此時，為連續製造壓製成形品(玻璃成形體)，可使用複數個下模反覆進行上述操作。

再者，上述壓製成形可在大氣中進行，為使高溫玻璃不會在壓製成形模具內融著，較佳為將粉末狀離型劑、例如氮化硼粉末噴射塗佈於壓製成形模具之成形面上。

[光學元件之製造方法]

其次，對本發明之光學元件之製造方法的實施形態進行說明。

本實施形態中，對由上述方式而獲得之精密壓製成形用預製件進行精密壓製成形，藉此製造所需之光學元件。

精密壓製成形亦稱為模製光學(mold optics)成形。在光學元件中，以光線透過、折射、繞射或反射之面稱為光學功能面(以透鏡為例，非球面透鏡之非球面及球面透鏡之球面等透鏡面相當於該光學功能面)，利用精密壓製成形，可將玻璃精密地轉錄至壓製成形模具之成形面上，並以壓製成形而形成光學功能面。因此，為了加工光學功能面，將不必進行研削、研磨等機械加工。

上述精密壓製成形適於製造透鏡、透鏡陣列、繞射光柵、稜鏡等光學元件，尤其適於作為在高生產性基礎上製造非球面透鏡之方法。

作為使用於精密壓製成形之壓製成形模具，可使用眾所周知之模具，例如在碳化矽、氧化鋯、氧化鋁等之耐熱性陶瓷模具材料之成形面上設計離型膜。該等之中，尤以碳化矽製之壓製成形模具為佳。又，離型膜可使用含碳膜等，但從耐久性及成本角度而言，更佳為碳膜。

在精密壓製成形中，為使壓製成形模具之成形面保持良好狀態，較佳為，使成形時之氣體環境為非氧化性氣體。非氧化性氣體較佳為氮氣、氮氣與氫氣之混合氣體等，精密壓製成形之光學元件係從壓製成形模具中取出，並視需要進行退火處理。當成形品為透鏡等之光學元件時，亦可視需要進行去芯加工，或對其表面塗佈光學薄膜。

上述方法適於製造以下各種透鏡，即，構成數位靜態相機、數位攝影機、搭載有行動電話之相機等之攝像光學系統之各種透鏡；構成投影儀等投影光學系統之各種透鏡；構成用以將資料寫入至光碟等之資訊記錄媒體或從上述媒體中讀取資料之光學系統之各種透鏡等。

進一步，對於將流出之熔融玻璃澆入鑄模中而成形之玻璃成形體，除加工為上述精密壓製成形用預製件以外，還可加工為具有目標重量之壓製成形用玻璃料滴。並且，對該壓製成形用玻璃料滴進行加熱、軟化，利用壓製成形模具進行壓製成形，藉此以研削、研磨進行去除加工，除此以外，亦可成形為與欲取得之光學元件具有近似形狀之(blank)毛坯，並以眾所周知之研削、研磨法，從退火之毛坯製造所需之光學元件。

又，亦可將板狀玻璃成形體或圓柱棒狀之玻璃成形體切斷或割斷，形成所需尺寸之玻璃塊，並對其進行研削、研磨以製造所需之光學元件，且亦可對從流出之熔融玻璃所分離出之熔融玻璃塊經壓製成形而獲得之玻璃成形體進行研削、研磨加工，以製造光學元件。

經上述研削、研磨而成之光學功能面之態樣，適於製造球面透鏡、稜鏡、濾光片等光學元件。

本發明中，所製造之玻璃之種類並無特別限定，但特佳係折射率等光學特性被高精度地制定且具有高均質性要求之玻璃，即光學玻璃或濾光片用之玻璃。

作為光學玻璃，係流出時之黏度低且易產生條紋之玻璃，適於製造例如以氧化物基準計SiO₂ 含有量為0~20質量%之玻璃。SiO₂ 係提高玻璃黏性之成分，但含有大量SiO₂ 之玻璃將難以實現高折射率化。近年來，對於有較高需求之高折射率光學玻璃而言，必須抑制SiO₂ 含有量，因而流出時之玻璃黏性會降低。根據本發明，即使為低黏性玻璃，亦由於在流出管40內流動而使熔融玻璃均質化，故可從所製造之玻璃成形體或光學元件中去除、減少條紋。

作為光學玻璃之具體例，可例示含有SiO₂ 之玻璃、含有B₂ O₃ 及La₂ O₃ 之玻璃、磷酸玻璃、及氟磷酸玻璃等。

以下舉出更詳細之玻璃組成，該等成分量均以質量%來表示。

可例示含有以下成分之玻璃作為含有SiO₂ 之玻璃，即，SiO₂ ：1~20%，B₂ O₃ ：0~65%，Li₂ O：0~12%，Na₂ O：0~12%，K₂ O：0~12%,MgO：0~30%，CaO：0~30%，SrO：0~30%，BaO：0~30%，ZnO：0~40%，La₂ O₃ ：0~50%，Gd₂ O₃ ：0~40%，Y₂ O₃ ：0~20%，ZrO₂ ：0~15%，TiO₂ ：0~20%，Ta₂ O₅ ：0~30%，WO₃ ：0~20%，Nb₂ O₅ ：0~30%。

該玻璃中，更適於精密壓製成形者係Li₂ O與ZnO之合計含有量為1%以上之玻璃，較佳為玻璃轉移溫度為610℃以下之玻璃。

可例示含有以下成分之玻璃作為含有B₂ O₃ 及La₂ O₃ 之玻璃，即，SiO₂ ：0~20%，B₂ O₃ ：1~65%，Li₂ O：0~12%，Na₂ O：0~12%，K₂ O：0~12%，MgO：0~30%，CaO：0~30%，SrO：0~30%，BaO：0~30%，ZnO：0~40%，La₂ O₃ ：1~50%，Gd₂ O₃ ：0~40%，Y₂ O₃ ：0~20%，ZrO₂ ：0~15%，TiO₂ ：0~40%，Ta₂ O₅ ：0~30%，WO₃ ：0~20%，Nb₂ O₅ ：0~45%，Bi₂ O₃ ：0~45%。

該玻璃中，更適於精密壓製成形者係Li₂ O與ZnO之合計含有量為1%以上之玻璃，較佳為玻璃轉移溫度為630℃以下之玻璃。

可例示含有以下成分之玻璃作為磷酸玻璃，即，P₂ O₅ ：1~50%，SiO₂ ：0~20%，B₂ O₃ ：0~35%，Li₂ O：0~12%，Na₂ O：0~12%,K₂ O：0~12%，MgO：0~30%，CaO：0~30%，SrO：0~30%，BaO：0~30%，ZnO：0~40%，La₂ O₃ ：0~20%，Gd₂ O₃ ：0~20%，Y₂ O₃ ：0~20%，ZrO₂ ：0~15%，TiO₂ ：0~30%，Ta₂ O₅ ：0~20%，WO₃ ：0~20%，Nb₂ O₅ ：0~45%，Bi₂ O₃ ：0~45%。

該玻璃中，Li₂ O之量為0.1%以上時將使得玻璃轉移溫度下降，由於使玻璃成形時之溫度下降，故較佳。

可例示含有以下成分之玻璃作為氟磷酸玻璃，即，以陽離子%表示時，P⁵¹ ：5~50%，Al³¹ ：0.1~30%，Mg²¹ ：0~20%，Ca²¹ ：0~25%，Sr²¹ ：0~30%，Ba²¹ ：0~30%，Li¹ ：0~30%，Na¹ ：0~10%，K¹ ：0~10%，Y³¹ ：0~10%，La³¹ ：0~5%，Gd³¹ ：0~5%，並且F^－ 之含有量係相對於F^－ 與O^2－ 之合計量，即F^－ /(F^－ ＋O^2－ )之莫耳比為0.25~0.95。該氟磷酸玻璃適於實現低分散特性。

又，可例示含有銅之氟磷酸玻璃作為其他氟磷酸玻璃。該玻璃將成為具有以下功能之光學元件之材料：具有近紅外線吸收所產生之濾光片功能，且具有CCD或CMOS等半導體攝像元件之色感度補正功能。作為具有同樣功能之玻璃，可例示含有銅之磷酸玻璃，但從耐候性角度而言，含有銅之氟磷酸玻璃將較含有銅之磷酸玻璃更為優異。具有近紅外線吸收功能之構成半導體攝像元件之色感度修正用元件的含有銅之玻璃中，若熔融溫度過高，則玻璃中之Cu^2＋ 被還原成Cu^＋ ，故色感度補正功能下降。SiO₂ 之量增加後，熔融溫度變高，因此更佳係含有銅之玻璃中不含有SiO₂ 。

上述各玻璃中SiO₂ 之量均為0~20%，SiO₂ 之含有量之較佳範圍係如上所述。

再者，磷酸玻璃、氟磷酸玻璃更佳為不含有SiO₂ 。

[實施例]

其次，舉出具體實施例來詳細說明本發明。

[實施例1] (玻璃製造裝置)

使鉑製管通過內徑小於其外徑的模具孔來擠壓管徑，使其內徑成為2.0 mm，並於內周面上設計沿管之長度方向延伸之平行的複數個凹凸。其次，遍及250 mm之長度將管扭轉5周後，對與施加該扭轉之部分相鄰接的長度為250 mm之部分，向與上述扭轉方向相反之方向扭轉5周。

如此，製作出遍及500 mm之長度而內周面上具有螺旋狀凹凸形狀之內徑為2.0 mm之管，並在具備熔解槽、澄清槽、作業槽、用以連結熔解槽與澄清槽之連結管、以及用以連結澄清槽與作業槽之連結管的玻璃製造裝置中，將上述所獲得之管連接於作業槽之底部，藉由熔接而安裝於向鉛直下方延伸之流出管之下端。

再者，向熔解槽中投入玻璃原料，例如被稱為批次原料之未玻璃化的原料，或者被稱為碎玻璃原料之玻璃化的原料，並進行加熱、熔融。玻璃原料經熔融而完全成為熔融玻璃之後，打開連結熔解槽與澄清槽之連結管，使熔融玻璃流入澄清槽中。於澄清槽中，使熔融玻璃之溫度增高，以進行去除內部之泡的脫泡處理。經澄清槽中脫泡後之熔融玻璃被送至作業槽，當其溫度下降至適於流出之溫度後，進行攪拌以使其均質化，之後使其在玻璃流出管內向鉛直下方流下，並從流出口流出。

(熔融玻璃之製備)

將用於獲得含有B₂ O₃ 、SiO₂ 、La₂ O₃ 、Li₂ O及ZnO等玻璃成分、折射率nd為1.6935、阿貝數ν d為53.2、玻璃轉移溫度為520℃之光學玻璃而進行調合的玻璃原料，投入熔解槽內。繼而，將對所投入之玻璃原料進行加熱、熔融、澄清、攪拌而獲得之熔融玻璃儲存於作業槽內。

(成形步驟)

將管流出口附近之溫度調整為940℃左右，使作業槽內之熔融玻璃流出，依序成形出精密壓製成形用之預製件。預製件之成形係以下述方式而進行，即，從流出之熔融玻璃流之前端分離出所需量之熔融玻璃塊，並以成形模具之凹部來承接該熔融玻璃塊，在熔融玻璃塊冷卻、固化之過程中成形為預製件。

再者，在成形模具之凹部設計有多個氣體噴出口，以使氣體從該等噴出口噴出。在噴出之氣體產生之風壓作用下，熔融玻璃塊浮起於凹部上，在保持與成形模具之非接觸狀態下成形為預製件。利用上述操作，可防止玻璃塊與成形模具之熱融著，故可穩定地生產具有光滑表面之預製件。

以上述方式經數日後生產出預製件，可確認所生產之預製件中無條紋之產生。

[實施例2]

使用用於獲得含有B₂ O₃ 、SiO₂ ，La₂ O₃ 、Li₂ O、ZnO及Nb₂ O₅ 等玻璃成分、折射率nd為1.8061、阿貝數ν d為40.7、玻璃轉移溫度為560℃之光學玻璃而進行調合的玻璃原料，除此之外，其餘以與實施例1相同之方法依次成形出精密壓製成形用預製件。

經數日後生產出預製件，可確認所生產之預製件中無條紋之產生。

[實施例3]

使管內徑為2.5 mm，除此之外，其餘以與實施例1及實施例2相同之方法成形出預製件。

經數日後生產出預製件，可確認2種玻璃中均無條紋之產生。

(光學元件之製造)

將實施例1~3所獲得之預製件進行精密壓製成形，以獲得非球面透鏡。具體而言，將預製件安置於構成壓製成型模具之下模及上模之間，其後在氮氣環境中與壓製成形模具一併加熱，使壓製成形模具內部之溫度上升至所成形之玻璃顯示黏度為10⁸ ~10¹⁰ dPa.s之溫度，並一邊維持該溫度，一邊使上模下降，而壓製安置於成形模具內之預製件。壓製壓力為8 MPa,壓製時間為30秒。

壓製後，解除壓製壓力，在使壓製成形之玻璃成形品與下模及上模接觸之狀態下，逐漸冷卻直至玻璃之黏度成為10¹² dPa.s以上之溫度為止，其後，急冷至室溫，將玻璃成形品從成形模具中取出，獲得非球面透鏡。所獲得之非球面透鏡係具有極高面精度之透鏡。

使用洗劑將如此獲得之非球面透鏡洗淨，充分沖洗後使其乾燥，獲得潔淨之透鏡。觀察所獲得之透鏡時，看不到表面之霧狀，並可確認其內部亦無失透或條紋等缺陷。

再者，亦可視需要而於洗淨之非球面透鏡上設置防反射膜。

[實施例4]

在與實施例1相同之玻璃裝置中，於玻璃流出管之流出口下方，配置鑄模以取代成形模具，使熔融玻璃連續流入該鑄模內，成形為板狀玻璃。再者，成形時係使用用於獲得含有B₂ O₃ 、SiO₂ 及La₂ O₃ 等玻璃成分、折射率nd為1.8830、阿貝數ν d為40.80之光學玻璃而進行調合的玻璃原料。

(成形步驟)

作為鑄模，使用具有以下構造者：由側壁從3方向包圍平坦之底部周圍，且一方向之側方呈開口的簸箕般之構造。三個側壁中之兩個側壁相互平行，並規定板玻璃之寬度。熔融玻璃從鑄模上方流入相互平行之側壁之中間位置。所流入之熔融玻璃沿底面擴散並向由側壁所包圍之部分擴展。繼而，利用鑄模吸熱而予以固化，並從模具側方之開口部以固定速度向水平方向取出。將熔融玻璃之澆入速度與所成形之板玻璃之取出速度維持為固定之比，由此可將鑄模內之熔融玻璃液位維持固定，以成形出具有固定厚度之板玻璃。

將從鑄模中取出之板玻璃載置於網帶上以輸送至連續式退火爐內進行退火處理，並將從爐中取出之板玻璃之前端切斷而獲得板玻璃，結果確認該板玻璃中無條紋。

又，將所獲得之板玻璃切斷成方塊，製作被稱為切片(cut piece)之玻璃片，將該等切片進行輥研磨後，於其表面均勻地塗佈氮化硼粉末，並進行加熱、軟化處理後，壓製成形為與透鏡近似之形狀。將所獲得之壓製成形品進行退火，並進行研削、研磨，以製作球面透鏡。

再者，亦可將切片進行研削、研磨以製作透鏡。

[實施例5]

將實施例4之簸箕般之構造的鑄模更換為設有圓柱狀貫通孔之貫通孔構造的鑄模，並使用與實施例4相同之玻璃原料來成形棒狀玻璃。

(成形步驟)

使設於鑄模中之貫通孔朝向鉛直方向而配置於玻璃流出口下方，使從流出口連續流出之熔融玻璃以固定流量流入至模具貫通孔內。所流入之熔融玻璃在貫通孔內擴散，並利用鑄模吸熱而予以冷卻、固化。將固化之圓柱狀玻璃棒從貫通孔下方之開口部以固定速度取出，使玻璃棒之內部與表面之溫度差接近並冷卻。將由此獲得之玻璃棒之下端切斷並進行退火處理。確認所獲得之玻璃棒中無條紋。

又，將所獲得之玻璃棒以垂直於中心軸之方式切斷，進行輥研磨，並於其表面均勻地塗佈氮化硼粉末，進行加熱、軟化後，壓製成形為與透鏡近似之形狀。將所獲得之壓製成形品進行退火處理，並進行研削、研磨，以製作球面透鏡。

再者，亦可將使玻璃棒以垂直於中心軸之方式切斷所獲得之玻璃片進行研削、研磨，以製作球面透鏡。

[比較例1]

使用未經扭轉之管，除此之外，其餘以與實施例1及實施例2相同之方式進行預製件之成形，結果發現，2種玻璃均以1日1次之頻率出現具有條紋之預製件。

[比較例2]

使用與實施例3具有相同管內徑但未經扭轉之管，其餘以與實施例1相同之方式進行預製件之成形，結果發現，2種玻璃均以1日1次之頻率出現具有條紋之預製件。

以上顯示並說明了本發明之較佳實施形態，但本發明並非僅限定於上述實施形態，當然在本發明之範圍內可進行各種變更。

例如，上述實施形態中，作為藉由熔融玻璃於流出管40內流動而進行攪拌之凹凸形狀，可舉出沿長度方向形成螺旋狀之凹溝或凸條，但亦可取代上述凹凸形狀，形成使流出管40之內徑沿其長度方向週期性反覆地擴大、縮小之形狀。當熔融玻璃自內徑擴大之部分向內徑縮小之部分流動時，認為沿內周面流動之玻璃之流向改變為向管中心方向流動，而產生局部性亂流，使熔融玻璃受到攪拌。

此時，內徑之擴大部分與縮小部分之間隔、擴大部分之內徑、縮小部分之內徑、設有內徑擴大與縮小部分之部位的長度可以下述方式而決定，即，使熔融玻璃流出而成形為玻璃，且觀察有無條紋時條紋消失。

然而，當與流出管40之長度方向正交之剖面的剖面積存在不均時，將如上所述，有妨礙流出管40之溫度調整之虞，故本態樣較佳係在不產生上述不良情況之範圍內應用。

(產業上之可利用性)

本發明係提供適於製造高品質之玻璃成形體及光學元件之玻璃流出管、及具備上述玻璃流出管之玻璃製造裝置，更進一步提供使用該玻璃流出管之玻璃成形體及光學元件之製造方法。

10．．．熔解槽

20．．．澄清槽

30．．．作業槽

31．．．攪拌棒

40．．．流出管

41．．．凸條

50．．．成形裝置

51．．．承接模具

52．．．支持台

100．．．玻璃製造裝置

圖1係概念性表示本實施形態之玻璃製造裝置的實施形態之說明圖。

圖2(a)至(d)係概念性表示本實施形態之玻璃流出管的實施形態之說明圖。

圖3係概念性表示流動於玻璃流出管內之熔融玻璃被攪拌之狀態的說明圖。

40．．．流出管

41．．．凸條

Claims (14)

1. 一種玻璃成形體之製造方法，其係使將玻璃原料加熱、熔融、均質化並儲存於容器中之熔融玻璃從上述容器中流出，以成形為光學元件製造用之玻璃成形體者，其特徵為，使上述熔融玻璃從上述容器中流出之流路的至少一部分，係使用玻璃流出管，將在上述玻璃流出管的內部流動之上述熔融玻璃攪拌，進一步均質化後，使上述熔融玻璃從上述玻璃流出管流出並成形；該玻璃流出管係於內周面設有藉由使上述熔融玻璃於內部流動而被攪拌的凹凸形狀。
2. 如申請專利範圍第1項之玻璃成形體之製造方法，其中，作為上述玻璃流出管，使用具有上述凹凸形狀沿長度方向形成為螺旋狀之凹溝及/或凸條之玻璃流出管。
3. 一種玻璃成形體之製造方法，其係使將玻璃原料加熱、熔融、均質化並儲存於容器中之熔融玻璃從上述容器中流出，以成形為光學元件製造用之玻璃成形體者，其特徵為，使上述熔融玻璃從上述容器中流出之流路的至少一部分，係使用玻璃流出管，將在上述玻璃流出管的內部流動之上述熔融玻璃攪拌，進一步均質化後，使上述熔融玻璃從上述玻璃流出管流出並成形；該玻璃流出管係於內周面設有沿長度方向形成為螺旋狀之凹溝及/或凸條所構成之凹凸形狀。
4. 如申請專利範圍第2或3項之玻璃成形體之製造方法，其中，作為上述玻璃流出管，係使用上述凹凸形狀以固定間隔或不固定間隔沿長度方向不連續地形成之由凹槽及/或凸條所構成之玻璃流出管。
5. 如申請專利範圍第2或3項之玻璃成形體之製造方法，其中，作為上述玻璃流出管，係使用於至少鄰接之兩個特定範圍中，形成於一個範圍之上述凹溝及/或凸條係相對於形成於另一範圍之上述凹溝及/或凸條呈逆方向旋轉之螺旋構造之玻璃流出管。
6. 如申請專利範圍第2或3項之玻璃成形體之製造方法，其中，作為上述玻璃流出管，係使用將通過與管之中心軸垂直剖面之複數個上述凸條各頂部的假想之圓之直徑為內徑設為Φ，通過上述斷面之複數個上述凹溝各底部的假想之圓之直徑設為Φ_o 時，(Φ_o -Φ)/Φ為0.01~0.25之玻璃流出管。
7. 如申請專利範圍第1或3項之玻璃成形體之製造方法，其中，作為上述玻璃流出管，係使用在設有上述凹凸形狀之範圍內，與長度方向正交之剖面的剖面積大致固定之玻璃流出管。
8. 如申請專利範圍第1或3項之玻璃成形體之製造方法，其中，作為上述玻璃流出管，係使用上述凹凸形狀沿長度方向以100mm以上之長度設於該玻璃流出管之流出口附近部位之玻璃流出管。
9. 如申請專利範圍第1或3項之玻璃成形體之製造方 法，其中，從所流出之上述熔融玻璃分離出熔融玻璃塊，並在使上述熔融玻璃塊冷卻固化的過程中成形為精密壓製成形用預製件。
10. 如申請專利範圍第1或3項之玻璃成形體之製造方法，其中，將所流出之上述熔融玻璃澆入鑄模中以成形為玻璃成形體。
11. 如申請專利範圍第1或3項之玻璃成形體之製造方法，其中，從所流出之上述熔融玻璃分離出熔融玻璃塊，並對上述熔融玻璃塊進行壓製成形，以成形為玻璃成形體。
12. 一種光學元件之製造方法，其特徵在於，由申請專利範圍第9項之方法製造精密壓製成形用預製件，對所製造之上述精密壓製成形用預製件進行精密壓製成形。
13. 一種光學元件之製造方法，其特徵在於，由申請專利範圍第10項之方法製造玻璃成形體，對所製造之上述玻璃成形體至少進行研削、研磨，以製造光學元件。
14. 一種光學元件之製造方法，其特徵在於，由申請專利範圍第11項之方法製造玻璃成形體，對所製造之上述玻璃成形體至少進行研削、研磨，以製造光學元件。