WO2011030653A1 - ガラス成形体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

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WO2011030653A1
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molten glass
lower mold
airflow
hole
droplet
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Inventor
修志 池永
愼一 西川
Original Assignee
コニカミノルタオプト株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B7/00—Distributors for the molten glass; Means for taking-off charges of molten glass; Producing the gob, e.g. controlling the gob shape, weight or delivery tact
    • C03B7/10—Cutting-off or severing the glass flow with the aid of knives or scissors or non-contacting cutting means, e.g. a gas jet; Construction of the blades used
    • C03B7/12—Cutting-off or severing a free-hanging glass stream, e.g. by the combination of gravity and surface tension forces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12—Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a glass molded body and a manufacturing apparatus, and more particularly, to a method for manufacturing a glass molded body by pressure-molding fine molten glass droplets and a manufacturing apparatus therefor.
  • glass optical elements have been widely used as lenses for digital cameras, optical pickup lenses for DVDs, camera lenses for mobile phones, coupling lenses for optical communication, and the like.
  • a glass molded body produced by pressure molding a glass material with a molding die is widely used.
  • the dropped molten glass droplet is received by the lower mold, and before the received molten glass droplet solidifies, it is pressure-molded by the lower mold and the upper mold to obtain a glass molded body.
  • a method (hereinafter also referred to as “droplet forming method”) has been proposed (see Patent Document 1). This method is attracting attention because it is possible to produce a glass molded body directly from molten glass droplets without the need to repeat heating and cooling of a molding die or the like, and the time required for one molding can be extremely shortened. .
  • Patent Literature 2 and 3
  • the dropped molten glass droplet is received by the lower mold, and before the received molten glass droplet is solidified, it is pressure-formed by the lower mold and the upper mold to obtain a glass molded body.
  • the lower mold is heated to a predetermined temperature and disposed below the dropping nozzle.
  • the shape accuracy of the glass molding to be manufactured depends on the cooling rate of the molten glass droplets and the uniformity of the temperature during cooling. This is thought to greatly affect the cooling rate of the glass droplets. Therefore, in order to produce a glass molded body having high shape accuracy, temperature control of the lower mold is very important.
  • the present invention has been made in view of the technical problems as described above, and an object of the present invention is a method for manufacturing a glass molded body with small variation in shape accuracy using minute molten glass droplets and a manufacturing apparatus therefor. Is to provide.
  • the present invention has the following features.
  • the airflow shielding means has a shielding portion for shielding the airflow, and a through hole provided in the shielding portion,
  • the molten glass droplet dropped from the dropping nozzle is received by the lower die while passing through the through-hole while suppressing the amount of the airflow reaching the lower die by the shielding portion.
  • the shielding portion has an inclination of 30 ° to 60 ° with respect to a horizontal plane so as to become lower as the distance from the through hole increases, and changes the direction of the air flow so that the air flow goes to the outside of the through hole. 3.
  • the airflow shielding means has a shutter for opening and closing the through hole, While waiting for the dripping of the molten glass droplet, the amount of the airflow reaching the lower mold by closing the through hole is suppressed, 4.
  • a dropping nozzle for dropping a molten glass droplet from the tip;
  • An air flow generating means for generating an air flow in the vicinity of the tip of the dropping nozzle, and applying a wind pressure by the air flow to the molten glass at the tip of the dropping nozzle to drop the molten glass droplet;
  • a lower mold disposed below the dropping nozzle for receiving the molten glass droplets;
  • An apparatus for producing a glass molded body comprising: an airflow shielding means for suppressing the amount of the airflow reaching the lower mold between the dropping nozzle and the lower mold.
  • the airflow shielding means includes A shielding portion for shielding the airflow and suppressing the amount of the airflow reaching the lower mold;
  • a shutter for opening and closing the through hole of the airflow shielding means While waiting for dropping of the molten glass droplet, the through hole is closed, and the shutter is controlled to open the through hole so that the molten glass droplet passes through at the timing when the molten glass droplet drops.
  • the present invention since an air flow is generated in the vicinity of the tip of the dropping nozzle and a wind pressure is applied to the molten glass at the tip of the dropping nozzle, a minute molten glass droplet can be dropped. Further, since the amount of airflow reaching the lower mold is suppressed by the airflow shielding means, the temperature of the lower mold can be stabilized. Therefore, it is possible to manufacture a glass molded body having a small variation in shape accuracy using minute molten glass droplets.
  • FIG. 1 is a flowchart showing the steps of the present embodiment
  • FIGS. 2 to 4 are schematic views showing a glass molded body manufacturing apparatus 10 of the present embodiment.
  • 2 shows the state before the molten glass droplet is dropped from the dropping nozzle
  • FIG. 3 shows the state where the dropped molten glass droplet passes through the through hole of the airflow shielding means
  • FIG. 4 shows the lower die and the upper die. The state in which the molten glass droplet is pressure-formed is shown.
  • FIG. 5 is a diagram showing another configuration for generating an air flow near the tip of the dropping nozzle
  • FIG. 6 is a diagram showing another configuration of the air flow shielding means.
  • a glass molded body manufacturing apparatus 10 shown in FIGS. 1 to 3 is connected to a lower part of a melting tank 13 for storing molten glass, a dropping nozzle 14 for dropping molten glass droplets from the tip, and a dropping nozzle 14
  • the nozzle cover 15 for configuring the flow path 16 and the gas ejection nozzle 17 for ejecting gas into the flow path 16 are provided outside.
  • the nozzle cover 15, the flow path 16, and the gas ejection nozzle 17 generate an air flow 32 in the vicinity of the tip of the dropping nozzle 14 and apply a wind pressure by the air flow 32 to the molten glass at the tip of the dropping nozzle 14 to drop the molten glass droplet 31.
  • the glass molded body manufacturing apparatus 10 includes a lower mold 11 for receiving the molten glass droplet 31 dropped from the dropping nozzle 14, and an upper mold for pressure-molding the received molten glass droplet 31 together with the lower mold 11.
  • the lower mold 11 is configured to press and form the molten glass droplet 31 facing the upper mold 12 and a position (dropping position P1) for receiving the molten glass droplet 31 below the dropping nozzle 14 by a driving means (not shown). It is comprised so that it can move between these positions (pressurization position P2).
  • type 12 is comprised so that a movement to the direction (up-down direction of a figure) which presses a molten glass drop between the lower mold
  • the shape of the molding surface of the lower mold 11 and the upper mold 12 that presses the molten glass droplet 31 may be appropriately selected according to the shape of the glass molded body 33 to be manufactured. It may be a flat surface or a surface that is precisely processed into a spherical or aspherical surface. It may be convex or concave.
  • the material of the lower mold 11 and the upper mold 12 can be appropriately selected from known materials as a molding die for producing a glass molded body by pressure molding.
  • various heat-resistant alloys such as stainless steel
  • super hard materials mainly composed of tungsten carbide various ceramics (such as silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride), composite materials containing carbon, and the like can be given.
  • what formed protective films, such as various metals, ceramics, and carbon, on the surface of these materials can also be used.
  • the lower mold 11 and the upper mold 12 may be made of the same material, or may be made of different materials.
  • a coating layer on the molding surface in order to improve the durability of the lower mold 11 and the upper mold 12 and prevent fusion with glass.
  • the material of the coating layer There are no particular restrictions on the material of the coating layer. For example, various metals (chromium, aluminum, titanium, etc.), nitrides (chromium nitride, aluminum nitride, titanium nitride, boron nitride, etc.), oxides (chromium oxide, aluminum oxide) , Titanium oxide, etc.) can be used.
  • the method for forming the coating layer is not limited and may be appropriately selected from known film forming methods. For example, vacuum deposition, sputtering, CVD, etc. are mentioned.
  • the lower mold 11 and the upper mold 12 are configured to be heated to a predetermined temperature by a heating means (not shown). It is preferable that the lower mold 11 and the upper mold 12 be configured to be capable of independently controlling the temperature.
  • a heating means known heating means can be appropriately selected and used. For example, a cartridge heater that is used by being embedded inside the member to be heated, a sheet heater that is used while being in contact with the outside of the member to be heated, an infrared heating device, a high-frequency induction heating device, or the like can be used.
  • the glass molded body manufacturing apparatus 10 further includes an airflow shielding means 20 between the dropping nozzle 14 and the lower mold 11 for suppressing the amount of the airflow 32 reaching the lower mold 11.
  • the airflow shielding means 20 shields the airflow 32 and suppresses the amount of the airflow 32 reaching the lower mold 11, and the through hole 22 for allowing the molten glass droplet 31 dropped from the dropping nozzle 14 to pass therethrough.
  • a shutter 23 for opening and closing the through hole 22, and a control means 24 for controlling the operation of the shutter 23. Details of the airflow shielding means 20 will be described later.
  • the lower mold 11 and the upper mold 12 are heated to a predetermined temperature (step S101). What is necessary is just to select suitably the temperature which can form a favorable transfer surface on a glass molded object by pressure molding with predetermined temperature. Generally, when the temperature of the lower mold 11 and the upper mold 12 is too low, it becomes difficult to form a good transfer surface on the glass molded body. On the other hand, if the temperature is set higher than necessary, there is a possibility that fusion with the glass may occur or the life of the lower mold 11 and the upper mold 12 may be shortened due to surface oxidation or the like.
  • the appropriate temperature differs depending on various conditions such as the type, shape and size of the glass, the material and size of the lower mold 11 and the upper mold 12, and the appropriate temperature should be experimentally obtained in advance. Is preferred.
  • the glass transition temperature of glass is defined as Tg, it is preferably set to a temperature of about Tg-100 ° C. to Tg + 100 ° C.
  • the heating temperature of the lower mold 11 and the upper mold 12 may be the same or different.
  • an air flow 32 is generated near the tip of the dropping nozzle 14 by the air flow generating means (step S102).
  • the gas is continuously supplied from the gas ejection nozzle 17 to the flow path 16 formed between the melting tank 13, the dropping nozzle 14, and the nozzle cover 15.
  • a substantially vertically downward air flow 32 can be continuously generated in the vicinity of the tip of the dropping nozzle 14.
  • the melting tank 13 is heated by a heater (not shown), and molten glass is stored inside.
  • a heater not shown
  • the molten glass passes through the inside of the dropping nozzle 14 due to its own weight and accumulates at the tip due to surface tension.
  • the air flow 32 is not generated, the molten glass that collects at the tip of the dropping nozzle 14 gradually increases, and the force to separate and drop from the tip by gravity is reduced by the surface tension.
  • the molten glass droplet 31 having a constant mass separates from the dropping nozzle 14 and falls.
  • a predetermined wind pressure is applied to the molten glass by the air flow 32 continuously generated in the vicinity of the tip of the dropping nozzle 14, so that the molten glass collected at the tip of the dropping nozzle 14 is dropped at a small stage.
  • Small molten glass droplets 31 that are separated from the nozzle 14 and smaller than when there is no air flow 32 can be dropped.
  • the molten glass droplet 31 having a desired size can be obtained by adjusting the amount of the generated air flow 32. Further, by continuously generating a predetermined amount of the air flow 32, the wind pressure applied to the molten glass accumulated at the tip of the dropping nozzle 14 can be maintained at a predetermined pressure, so that the molten glass having a small size (mass) variation is small.
  • the droplet 31 can be stably dropped.
  • the air flow 32 is generated intermittently in accordance with the timing at which the molten glass droplet 31 is separated from the dropping nozzle 14 to generate the air flow 32.
  • a method of dropping the molten glass droplet 31 every time may be used. According to this method, there is an advantage that the timing at which the molten glass droplet 31 is dropped can be accurately controlled.
  • gas ejected from the gas ejection nozzle 17 there is no particular limitation on the type of gas ejected from the gas ejection nozzle 17, and it may be selected from various gases such as nitrogen gas, helium gas, and argon gas in addition to air. From the viewpoint of efficiently applying wind pressure to the molten glass at the tip of the dropping nozzle 14, it is preferable to use a gas having a relatively large molecular weight, such as air, nitrogen gas, or argon gas. Moreover, it is preferable to use the gas heated to predetermined temperature from a viewpoint of suppressing the temperature drop of the dripping nozzle 14 or a molten glass.
  • FIG. 5 shows another configuration of the airflow generation means.
  • FIG. 5A shows a configuration in which a plurality of gas ejection nozzles 41 are provided on the side of the dropping nozzle 14 and gas is directly ejected toward the molten glass at the tip of the dropping nozzle 14 to generate an air flow 32.
  • FIG. 5B shows a configuration in which the air flow 32 is generated using the suction nozzle 42 having openings 42a, 42b, and 42c in three directions.
  • the suction nozzle 42 By introducing pressurized gas from the opening 42a on the right side of the drawing and ejecting it from the downward opening 42b, air is sucked from the upward opening 42c, and an air flow 32 is generated near the tip of the dropping nozzle 14. In this case, there is an advantage that the strong air current 32 can be generated stably.
  • a commercially available air gun for example, a wonder gun (trade name) manufactured by Osawa Corporation
  • a well-known glass can be selected and used according to a use.
  • optical glasses such as borosilicate glass, silicate glass, phosphate glass, and lanthanum glass.
  • the lower mold 11 is moved to the dropping position P1 (step S103) and waits until the molten glass droplet 31 drops from the dropping nozzle 14.
  • the shutter 23 is moved in accordance with an instruction from the control means 24 to keep the through hole 22 closed (see FIG. 2). Since the airflow 32 from above is shielded by the shielding portion 21 and the amount of the airflow 32 reaching the lower mold 11 is suppressed, fluctuations in the temperature of the lower mold 11 due to the airflow 32 can be sufficiently suppressed.
  • the shutter 23 and the control means 24 are not essential as the airflow shielding means 20 of the present embodiment, and the through hole 22 is open. It may be left as it is. However, from the viewpoint of more effectively suppressing fluctuations in the temperature of the lower mold 11 due to the airflow 32, it is preferable that the shutter 23 and the control means 24 are provided as the airflow shielding means 20.
  • the airflow shielding means 20 is not limited to the configuration shown in FIGS.
  • FIG. 6 shows another configuration of the airflow shielding means 20.
  • FIG. 6A shows a configuration including a shielding portion 21 made of a flat plate and a through hole 22. In this case, there is an advantage that the temperature variation of the lower mold 11 due to the air flow 32 can be suppressed with a very simple configuration.
  • FIG. 6B shows a configuration including a triangular pyramid-shaped shielding portion 21 having a through hole 22 at the center. Since the shielding part 21 has an inclination that becomes lower as the distance from the through hole 22 increases, the direction of the airflow 32 that has collided with the shielding part 21 can be changed smoothly.
  • the shielding part 21 is preferably inclined so as to become lower as the distance from the through hole 22 increases, and more preferably 30 ° to 60 ° with respect to the horizontal plane.
  • the control unit 24 includes a CPU that is a calculation unit and a ROM or RAM that is a storage unit.
  • step S104 the through-hole 22 is opened in accordance with the dropping timing of the molten glass droplet 31 to allow the molten glass droplet 31 to pass (step S104) (see FIG. 3), and the molten glass droplet 31 that has passed through the through-hole 22 is moved to the lower mold. 11 (step S105).
  • the method of opening the through hole 22 in accordance with the dropping timing of the molten glass droplet 31 there is no limitation on the method of opening the through hole 22 in accordance with the dropping timing of the molten glass droplet 31.
  • a method that can be preferably used for example, (1) a method in which a continuous air flow 32 is generated to drop the molten glass droplet 31 in a constant cycle and the shutter 23 is opened in the same cycle as the dropping cycle, (2) A detection means for detecting the dropping of the molten glass droplet 31 is provided, and a method of opening the shutter 23 based on the output of the detection means. (3) The molten glass droplet is dropped by the air flow 32 generated intermittently. For example, a method of opening the shutter 23 in synchronization with the generation.
  • step S106 the molten glass droplet 31 is pressure-formed with the lower mold 11 and the upper mold 12 (step S106) (see FIG. 4).
  • the molten glass droplet 31 is cooled and solidified by heat radiation from the contact surface with the lower mold 11 and the upper mold 12 while being pressed. After the glass molded body 33 obtained by solidification is cooled to a temperature at which the shape of the transfer surface by the lower mold 11 and the upper mold 12 is not broken, the pressure is released. Although it depends on the type of glass, the size and shape of the glass molded body 33, the required accuracy, etc., it is usually sufficient that the glass is cooled to a temperature near the Tg of the glass.
  • the load applied during pressure molding may always be constant or may be changed with time. What is necessary is just to set the magnitude
  • the driving means for moving the upper mold 12 up and down is not particularly limited, and known driving means such as an air cylinder, a hydraulic cylinder, and an electric cylinder using a servo motor can be appropriately selected and used.
  • FIG. 4 shows an example in which the upper mold 12 is moved up and down in order to press-mold the molten glass droplet 31, the present invention is not limited to such a configuration, and the lower mold 11 is substituted for the upper mold 12. It is good also as a structure which carries out pressure molding by moving up and down, and the structure which carries out pressure molding by moving both the upper mold
  • step S107 the upper mold 12 is retracted and the glass molded body 33 is recovered (step S107), and the manufacture of the glass molded body 33 is completed. Thereafter, when the glass molded body 33 is subsequently manufactured, the lower mold 11 is moved again to the dropping position P1, and the above-described steps S103 to S107 are repeated.
  • the air flow 32 is generated in the vicinity of the tip of the dropping nozzle 14 and the wind pressure is applied to the molten glass at the tip of the dropping nozzle 14, the minute molten glass droplet 31 can be dropped. Further, since the amount of the airflow 32 reaching the lower mold 11 is suppressed by the airflow shielding means 20, the temperature of the lower mold 11 can be stabilized, and a small glass molded body 33 with small variation in shape accuracy can be obtained. Can be manufactured.
  • the manufacturing method of the glass molded object of this embodiment may include another process other than having demonstrated here. For example, a step of inspecting the shape of the glass molded body 33 before collecting the glass molded body 33, a step of cleaning the lower mold 11 and the upper mold 12 after collecting the glass molded body 33, and the like may be provided.
  • the glass molded body manufactured by the manufacturing method of the present embodiment can be used as various optical elements such as an imaging lens such as a digital camera, an optical pickup lens such as a DVD, and a coupling lens for optical communication.

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Abstract

　微小な溶融ガラス滴を用いて形状精度のばらつきの小さいガラス成形体を製造する方法及びその製造装置を提供することを目的とし、滴下ノズルの先端近傍に気流を発生させ、滴下ノズルの先端の溶融ガラスに気流による風圧を加えて溶融ガラス滴を滴下する工程と、滴下ノズルの下方に配置された下型で溶融ガラス滴を受け、受けた溶融ガラス滴を下型と上型とで加圧成形する工程とを有し、溶融ガラス滴の滴下は、滴下ノズルと下型の間に備えられた気流遮蔽手段により、下型に到達する気流の量を抑制した状態で行う。

Description

ガラス成形体の製造方法及び製造装置
　本発明は、ガラス成形体の製造方法及び製造装置に関し、特に、微小な溶融ガラス滴を加圧成形してガラス成形体を製造する方法及びそのため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が広く用いられている。
　このようなガラス成形体の製造方法として、滴下した溶融ガラス滴を下型で受け、受けた溶融ガラス滴が固化する前に、下型と上型と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（特許文献１参照）。この方法は、成形金型等の加熱と冷却を繰り返す必要がな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。
　また、各種光学装置等の小型化に伴って小型のガラス成形体の需要が高まり、小型のガラス成形体を液滴成形法で製造する技術が求められるようになってきた。しかし、特許文献１の記載のように滴下ノズルからの自然落下によって溶融ガラス滴を得る方法では、このような小型のガラス成形体に対応できるような微小な溶融ガラス滴を安定して得ることは困難であった。
　一方、滴下ノズルの先端部近傍に上方から下方に流れるガス流を発生させ、滴下ノズルの先端部の溶融ガラスに風圧を加えて微小な溶融ガラス滴を滴下する方法が提案されている（特許文献２、３参照）。
特開平１－３０８８４０号公報 特開２００２－８７８２９号公報 特開２００２－１２１０３２号公報
　上述のように、液滴成形法は、滴下した溶融ガラス滴を下型で受け、受けた溶融ガラス滴が固化する前に、下型と上型とにより加圧成形してガラス成形体を得る方法であり、下型は所定温度に加熱されて滴下ノズルの下方に配置される。ここで、製造するガラス成形体の形状精度（転写面の精度）は、溶融ガラス滴の冷却速度や冷却中の温度の均一性に左右されるところ、下型の加熱温度は、このような溶融ガラス滴の冷却速度等に大きく影響すると考えられる。そのため、高い形状精度を有するガラス成形体を製造するためには、下型の温度管理が非常に重要となる。
　しかしながら、特許文献２又は３の方法によって微小な溶融ガラス滴を滴下してガラス成形体を製造すると、製造したガラス成形体の形状精度が大きくばらつくという問題があった。本発明者らは、鋭意検討の結果、滴下ノズルの先端部の溶融ガラスに風圧を加えるためのガス流の一部が下型に到達し、そのために下型の温度が不安定となり、その結果、ガラス成形体の形状精度のばらつきが大きくなるという知見を得るに至った。
　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、微小な溶融ガラス滴を用いて形状精度のばらつきの小さいガラス成形体を製造する方法及びそ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．滴下ノズルの先端近傍に気流を発生させ、前記滴下ノズルの先端の溶融ガラスに前記気流による風圧を加えて溶融ガラス滴を滴下する工程と、
　前記滴下ノズルの下方に配置された下型で前記溶融ガラス滴を受け、受けた前記溶融ガラス滴を前記下型と上型とで加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
　前記溶融ガラス滴の滴下は、前記滴下ノズルと前記下型の間に備えられた気流遮蔽手段により、前記下型に到達する前記気流の量を抑制した状態で行うことを特徴とするガラス成形体の製造方法。
　２．前記気流遮蔽手段は、前記気流を遮蔽するための遮蔽部と、前記遮蔽部に設けられた貫通孔とを有し、
　前記遮蔽部で前記下型に到達する前記気流の量を抑制しながら、前記滴下ノズルから滴下した前記溶融ガラス滴を前記貫通孔を通過させて前記下型で受けることを特徴とする前記１に記載のガラス成形体の製造方法。
　３．前記遮蔽部は、前記貫通孔から離れるほど低くなるよう水平面に対して３０°～６０°の傾斜を有し、前記気流が前記貫通孔の外側に向かうように前記気流の方向を変えることで前記下型に到達する前記気流の量を抑制することを特徴とする前記２に記載のガラス成形体の製造方法。
　４．前記気流遮蔽手段は前記貫通孔を開閉するためのシャッタを有し、
　前記溶融ガラス滴の滴下を待機している間は前記貫通孔を閉じて前記下型に到達する前記気流の量を抑制し、
　前記溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記貫通孔を開き、前記溶融ガラス滴を通過させて前記下型で受けることを特徴とする前記２又は３に記載のガラス成形体の製造方法。
　５．先端より溶融ガラス滴を滴下するための滴下ノズルと、
　前記滴下ノズルの先端近傍に気流を発生させ、前記滴下ノズルの先端の溶融ガラスに前記気流による風圧を加えて溶融ガラス滴を滴下するための気流発生手段と、
　前記滴下ノズルの下方に配置され、前記溶融ガラス滴を受けるための下型と、
　受けた前記溶融ガラス滴を前記下型とともに加圧成形するための上型と、を有するガラス成形体の製造装置であって、
　前記滴下ノズルと前記下型の間に、前記下型に到達する前記気流の量を抑制するための気流遮蔽手段を有することを特徴とするガラス成形体の製造装置。
　６．前記気流遮蔽手段は、
　前記気流を遮蔽して前記下型に到達する前記気流の量を抑制するための遮蔽部と、
　前記滴下ノズルから滴下した前記溶融ガラス滴を通過させるための貫通孔と、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装置。
　７．前記遮蔽部は、前記貫通孔から離れるほど低くなるよう水平面に対して３０°～６０°の傾斜を有することを特徴とする前記６に記載のガラス成形体の製造装置。
　８．前記気流遮蔽手段の前記貫通孔を開閉するためのシャッタと、
　前記溶融ガラス滴の滴下を待機している間は前記貫通孔を閉じ、前記溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせ、前記溶融ガラス滴が通過するように前記貫通孔を開けるように前記シャッタを制御する制御手段と、を有することを特徴とする前記６又は７に記載のガラス成形体の製造装置。
　本発明においては、滴下ノズルの先端近傍に気流を発生させ、滴下ノズルの先端の溶融ガラスに風圧を加えるため、微小な溶融ガラス滴を滴下することができる。また、下型に到達する気流の量が気流遮蔽手段によって抑制されるため、下型の温度を安定化することができる。そのため、微小な溶融ガラス滴を用いて形状精度のばらつきの小さいガラス成形体を製造することができる。
実施形態の工程を示すフローチャートである。 実施形態のガラス成形体の製造装置を示す模式図である。 実施形態のガラス成形体の製造装置を示す模式図である。 実施形態のガラス成形体の製造装置を示す模式図である。 滴下ノズルの先端近傍に気流を発生させるための別の構成を示す図である。 気流遮蔽手段の別の構成を示す図である。
　以下、本発明の実施形態であるガラス成形体の製造方法及び製造装置について図１～図６を参照しながら詳細に説明する。もっとも、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。
　図１は本実施形態の工程を示すフローチャート、図２～図４は本実施形態のガラス成形体の製造装置１０を示す模式図である。図２は滴下ノズルから溶融ガラス滴が滴下する前の状態を、図３は滴下した溶融ガラス滴が気流遮蔽手段の貫通孔を通過している状態を、図４は下型と上型とで溶融ガラス滴を加圧成形している状態を、それぞれ示している。また、図５は滴下ノズルの先端近傍に気流を発生させるための別の構成を示す図であり、図６は気流遮蔽手段の別の構成を示す図である。
　図１～図３に示すガラス成形体の製造装置１０は、溶融状態のガラスを貯留する溶融槽１３の下部に接続され、先端より溶融ガラス滴を滴下するための滴下ノズル１４と、滴下ノズル１４の外側に流路１６を構成するためのノズルカバー１５と、流路１６に気体を噴出する気体噴出ノズル１７とを備えている。ノズルカバー１５、流路１６及び気体噴出ノズル１７は、滴下ノズル１４の先端近傍に気流３２を発生させ、滴下ノズル１４の先端の溶融ガラスに気流３２による風圧を加えて溶融ガラス滴３１を滴下するための気流発生手段として機能する。気流発生手段の詳細については後述する。
　また、ガラス成形体の製造装置１０は、滴下ノズル１４から滴下された溶融ガラス滴３１を受けるための下型１１と、受けた溶融ガラス滴３１を下型１１とともに加圧成形するための上型１２とを備えている。下型１１は、図示しない駆動手段により、滴下ノズル１４の下方で溶融ガラス滴３１を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型１２と対向して溶融ガラス滴３１を加圧成形するための位置（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１２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。
　下型１１や上型１２の、溶融ガラス滴３１を加圧する成形面の形状に特に制限はなく、製造するガラス成形体３３の形状に対応させて適宜選択すればよい。平面でもよいし、球面や非球面に精密加工された面であってもよい。凸面でも凹面でもよい。
　下型１１及び上型１２の材質は、加圧成形によってガラス成形体を製造するための成形金型として公知の材質の中から適宜選択して用いることができる。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、これらの材料の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの保護膜を形成したものを用いることもできる。下型１１及び上型１２を同一の材質としてもよいし、それぞれ別の材質としてもよい。
　下型１１や上型１２の耐久性向上やガラスとの融着防止などのため、成形面に被覆層を設けておくことも好ましい。被覆層の材質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。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。
　また、下型１１及び上型１２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。下型１１と上型１２とをそれぞれ独立して温度制御することができる構成とすることが好ましい。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、被加熱部材の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、被加熱部材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。
　ガラス成形体の製造装置１０は、更に、滴下ノズル１４と下型１１の間に、下型１１に到達する気流３２の量を抑制するための気流遮蔽手段２０を有している。気流遮蔽手段２０は、気流３２を遮蔽して下型１１に到達する気流３２の量を抑制するための遮蔽部２１と、滴下ノズル１４から滴下した溶融ガラス滴３１を通過させるための貫通孔２２と、貫通孔２２を開閉するためのシャッタ２３と、シャッタ２３の動作を制御する制御手段２４とを有している。気流遮蔽手段２０の詳細については後述する。
　以下、図１に示すフローチャートに従い、本実施形態の各工程について順を追って説明する。
　先ず、下型１１及び上型１２を所定温度に加熱しておく（工程Ｓ１０１）。所定温度とは、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。一般的には、下型１１や上型１２の温度が低すぎるとガラス成形体に良好な転写面を形成することが困難になってくる。逆に、必要以上に温度を高くしすぎると、ガラスとの間で融着が発生したり、表面の酸化等によって下型１１や上型１２の寿命が短くなったりする虞がある。実際には、ガラスの種類や、形状、大きさ、下型１１や上型１２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、予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。下型１１と上型１２の加熱温度は同じであっても良いし、異なっていても良い。
　次に、気流発生手段によって滴下ノズル１４の先端近傍に気流３２を発生させる（工程Ｓ１０２）。図２に示したガラス成形体の製造装置１０の場合は、溶融槽１３及び滴下ノズル１４と、ノズルカバー１５との間に構成された流路１６に、気体噴出ノズル１７から気体を連続的に噴出することで、滴下ノズル１４の先端近傍にほぼ鉛直下向きの気流３２を連続的に発生させることができる。
　溶融槽１３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。その状態で、滴下ノズル１４を所定温度に加熱すると、溶融ガラスが自重によって滴下ノズル１４の内部を通過し、表面張力によって先端に溜まる。このとき、気流３２を発生させていない場合には、滴下ノズル１４の先端に溜まる溶融ガラスが徐々に大きくなり、重力によって先端から分離して落下しようとする力が、表面張力によって滴下ノズルの先端に留まろうとする力を超えた時点で、一定質量の溶融ガラス滴３１が滴下ノズル１４から分離して落下する。しかし、本実施形態においては、滴下ノズル１４の先端近傍に連続的に発生させた気流３２によって溶融ガラスに所定の風圧が加えられるため、滴下ノズル１４の先端に溜まる溶融ガラスがまだ小さい段階で滴下ノズル１４から分離し、気流３２がない場合よりも小さい微小な溶融ガラス滴３１を滴下することができる。
　滴下する溶融ガラス滴３１の大きさは気流３２によって加えられる風圧によって変化するため、発生させる気流３２の量を調整することで、所望の大きさの溶融ガラス滴３１を得ることができる。また、所定量の気流３２を連続的に発生させることで、滴下ノズル１４の先端に溜まる溶融ガラスに加えられる風圧を所定圧に保つことができるため、大きさ（質量）のばらつきの小さい溶融ガラス滴３１を安定して滴下することができる。
　また、上述のように所定量の気流３２を連続的に発生させるのではなく、滴下ノズル１４から溶融ガラス滴３１を分離させるタイミングに合わせて間欠的に気流３２を発生させ、気流３２を発生させる毎に溶融ガラス滴３１を滴下する方法を用いてもよい。この方法によれば、溶融ガラス滴３１が滴下するタイミングを精度よくコントロールすることができるという利点がある。
　気体噴出ノズル１７から噴出させる気体の種類に特に制限はなく、空気の他、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなど種々の気体の中から選択して用いればよい。滴下ノズル１４の先端の溶融ガラスに効率よく風圧を加える観点からは、空気、窒素ガス、アルゴンガスなど、比較的分子量の大きい気体を用いることが好ましい。また、滴下ノズル１４や溶融ガラスの温度低下を抑制する観点からは、所定温度に加熱された気体を用いることが好ましい。
　用いる気流発生手段は、図２～４に示した構成に限られるものではない。図５に気流発生手段の別の構成を示す。図５（ａ）は、滴下ノズル１４の側方に気体噴出ノズル４１を複数設け、滴下ノズル１４の先端に溶融ガラスに向けて直接気体を噴出して気流３２を発生させる構成を示している。この場合、ノズルカバー１５等の複雑な部材を必要とせず、非常に簡単な構成で気流３２を発生させることができるという利点がある。また、図５（ｂ）は、３方に開口４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有する吸引ノズル４２を用いて気流３２を発生させる構成を示している。図の右側の開口４２ａから加圧された気体を導入し、下向きの開口４２ｂから噴出させることで、上向きの開口４２ｃから空気が吸引され、滴下ノズル１４の先端近傍に気流３２が発生する。この場合、強い気流３２を安定的に発生させることができるという利点がある。なお、吸引ノズル４２としては、市販のエアーガン（例えば、株式会社オオサワ製ワンダーガン（商品名））などを用いればよい。
　なお、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、リン酸塩ガラス、ランタン系ガラス等の光学ガラスが挙げられる。
　次に、下型１１を滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ１０３）、滴下ノズル１４から溶融ガラス滴３１が滴下するタイミングまで待機する。このとき、制御手段２４からの指示によってシャッタ２３を移動させ、貫通孔２２を閉じた状態にしておく（図２参照）。上方からの気流３２は遮蔽部２１によって遮蔽され、下型１１に到達する気流３２の量が抑制されるため、気流３２による下型１１の温度の変動を十分に抑制することができる。
　遮蔽部２１によって下型１１に到達する気流３２の量が抑制されるため、本実施形態の気流遮蔽手段２０としてシャッタ２３と制御手段２４は必須の構成ではなく、貫通孔２２が開いた状態のままであってもよい。但し、気流３２による下型１１の温度の変動をより効果的に抑制する観点からは、気流遮蔽手段２０としてシャッタ２３と制御手段２４を備えていることが好ましい。
　気流遮蔽手段２０は、図２～４に示した構成に限られるものではない。図６に気流遮蔽手段２０の別の構成を示す。図６（ａ）は、平板からなる遮蔽部２１と貫通孔２２からなる構成を示している。この場合、非常に簡単な構成で気流３２による下型１１の温度の変動を抑制できるという利点がある。また、図６（ｂ）は、中央部に貫通孔２２を有する三角錐形状の遮蔽部２１からなる構成を示している。遮蔽部２１は、貫通孔２２から離れるほど低くなるような傾斜を有しているため、遮蔽部２１に衝突した気流３２の方向をスムーズに変化させることができる。そのため、貫通孔２２の入り口近傍に気流の乱れが起こりにくく、滴下した溶融ガラス滴３１の位置を乱すことなく通過させることができるという利点がある。このような観点から、遮蔽部２１は、貫通孔２２から離れるほど低くなるよう傾斜していることが好ましく、水平面に対して３０°～６０°の傾斜であることがより好ましい。
　遮蔽部２１やシャッタ２３の材質としては、各種の金属やセラミックを適宜選択して使用することができる。例えば各種のステンレスは、耐熱性が高く、酸化等によって劣化しにくいため好ましく用いることができる。また、制御手段２４は、演算手段であるＣＰＵと、記憶手段であるＲＯＭやＲＡＭなどによって構成される。
　次に、溶融ガラス滴３１の滴下のタイミングに合わせて貫通孔２２を開いて溶融ガラス滴３１を通過させ（工程Ｓ１０４）（図３参照）、貫通孔２２を通過した溶融ガラス滴３１を下型１１で受ける（工程Ｓ１０５）。
　溶融ガラス滴３１の滴下のタイミングに合わせて貫通孔２２を開く方法に制限はない。好ましく用いることができる方法として、例えば、（１）連続的な気流３２を発生させて溶融ガラス滴３１を一定の周期で滴下させ、滴下の周期と同じ周期でシャッタ２３を開く方法、（２）溶融ガラス滴３１の滴下を検知する検知手段を設け、該検知手段の出力に基づいてシャッタ２３を開く方法、（３）間欠的に発生させた気流３２で溶融ガラス滴を滴下させ、気流３２の発生に同期させてシャッタ２３を開く方法、などが挙げられる。
　次に、下型１１を加圧位置Ｐ２に移動し、下型１１と上型１２とで溶融ガラス滴３１を加圧成形する（工程Ｓ１０６）（図４参照）。
　溶融ガラス滴３１は、加圧成形される間に下型１１や上型１２との接触面からの放熱によって冷却され、固化する。固化して得られたガラス成形体３３が、下型１１や上型１２による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３３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３３のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、上型１２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。なお、図４では溶融ガラス滴３１を加圧成形するために上型１２を上下移動させる例を示しているが、このような構成に限られるものではなく、上型１２に代えて下型１１を上下移動させて加圧成形する構成としてもよいし、上型１２と下型１１の両方を上下移動させて加圧成形する構成でもよい。
　次に、上型１２を退避させてガラス成形体３３を回収して（工程Ｓ１０７）、ガラス成形体３３の製造が完成する。その後、引き続いてガラス成形体３３の製造を行う場合は、下型１１を再び滴下位置Ｐ１に移動し、上述の工程Ｓ１０３～工程Ｓ１０７を繰り返せばよい。
　このように、本実施形態においては、滴下ノズル１４の先端近傍に気流３２を発生させ、滴下ノズル１４の先端の溶融ガラスに風圧を加えるため、微小な溶融ガラス滴３１を滴下することができる。また、下型１１に到達する気流３２の量が気流遮蔽手段２０によって抑制されるため、下型１１の温度を安定化することができ、形状精度のばらつきの小さい、微小なガラス成形体３３を製造することができる。
　なお、本実施形態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３３を回収する前にガラス成形体３３の形状を検査する工程や、ガラス成形体３３を回収した後に下型１１や上型１２をクリーニングする工程等を設けてもよい。
　本実施形態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。
　１０　ガラス成形体の製造装置
　１１　下型
　１２　上型
　１３　溶融槽
　１４　滴下ノズル
　１５　ノズルカバー
　１６　流路
　１７　気体噴出ノズル
　２０　気流遮蔽手段
　２１　遮蔽部
　２２　貫通孔
　２３　シャッタ
　２４　制御手段
　３１　溶融ガラス滴
　３２　気流
　３３　ガラス成形体
　４１　気体噴出ノズル
　４２　吸引ノズル

Claims (8)

  1. 　滴下ノズルの先端近傍に気流を発生させ、前記滴下ノズルの先端の溶融ガラスに前記気流による風圧を加えて溶融ガラス滴を滴下する工程と、
    　前記滴下ノズルの下方に配置された下型で前記溶融ガラス滴を受け、受けた前記溶融ガラス滴を前記下型と上型とで加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
    　前記溶融ガラス滴の滴下は、前記滴下ノズルと前記下型の間に備えられた気流遮蔽手段により、前記下型に到達する前記気流の量を抑制した状態で行うことを特徴とするガラス成形体の製造方法。
  2. 　前記気流遮蔽手段は、前記気流を遮蔽するための遮蔽部と、前記遮蔽部に設けられた貫通孔とを有し、
    　前記遮蔽部で前記下型に到達する前記気流の量を抑制しながら、前記滴下ノズルから滴下した前記溶融ガラス滴を前記貫通孔を通過させて前記下型で受けることを特徴とする請求項１に記載のガラス成形体の製造方法。
  3. 　前記遮蔽部は、前記貫通孔から離れるほど低くなるよう水平面に対して３０°～６０°の傾斜を有し、前記気流が前記貫通孔の外側に向かうように前記気流の方向を変えることで前記下型に到達する前記気流の量を抑制することを特徴とする請求項２に記載のガラス成形体の製造方法。
  4. 　前記気流遮蔽手段は前記貫通孔を開閉するためのシャッタを有し、
    　前記溶融ガラス滴の滴下を待機している間は前記貫通孔を閉じて前記下型に到達する前記気流の量を抑制し、
    　前記溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせて前記貫通孔を開き、前記溶融ガラス滴を通過させて前記下型で受けることを特徴とする請求項２又は３に記載のガラス成形体の製造方法。
  5. 　先端より溶融ガラス滴を滴下するための滴下ノズルと、
    　前記滴下ノズルの先端近傍に気流を発生させ、前記滴下ノズルの先端の溶融ガラスに前記気流による風圧を加えて溶融ガラス滴を滴下するための気流発生手段と、
    　前記滴下ノズルの下方に配置され、前記溶融ガラス滴を受けるための下型と、
    　受けた前記溶融ガラス滴を前記下型とともに加圧成形するための上型と、を有するガラス成形体の製造装置であって、
    　前記滴下ノズルと前記下型の間に、前記下型に到達する前記気流の量を抑制するための気流遮蔽手段を有することを特徴とするガラス成形体の製造装置。
  6. 　前記気流遮蔽手段は、
    　前記気流を遮蔽して前記下型に到達する前記気流の量を抑制するための遮蔽部と、
    　前記滴下ノズルから滴下した前記溶融ガラス滴を通過させるための貫通孔と、を有することを特徴とする請求項５に記載のガラス成形体の製造装置。
  7. 　前記遮蔽部は、前記貫通孔から離れるほど低くなるよう水平面に対して３０°～６０°の傾斜を有することを特徴とする請求項６に記載のガラス成形体の製造装置。
  8. 　前記気流遮蔽手段の前記貫通孔を開閉するためのシャッタと、
    　前記溶融ガラス滴の滴下を待機している間は前記貫通孔を閉じ、前記溶融ガラス滴が滴下するタイミングに合わせ、前記溶融ガラス滴が通過するように前記貫通孔を開けるように前記シャッタを制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項６又は７に記載のガラス成形体の製造装置。
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