JP2005272194A - プレス成形用プリフォームの製造方法、製造装置および光学素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶融ガラスを流出パイプより流出させ、溶融ガラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を成形型上でプリフォームに成形する工程を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、成形型上の溶融ガラス塊に上方および/または斜め上方よりガスを吹き付けてガラス塊の雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進することを特徴とする。溶融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する複数の成形型、成形型上からプリフォームを取り出す取り出し装置、並びに成形型を順次循環移送する移送装置を備える、プレス成形用プリフォームの製造装置において、成形型上の溶融ガラスに上方および/または斜め上方からガラスの冷却を促進するための冷却ガス噴出機構を備える。
【選択図】図2
Description
流出パイプから成形型に注ぎ込まれる溶融ガラスの表面にガスを吹き付けて、溶融ガラス表面の温度を低下させることにより、揮発成分の揮発が抑制出来、その結果、得られたガラス成形体に放射状の表面脈理が見られなくなった。また、流出パイプから流れ出る溶融ガラスを所定の重量に切断して得られた溶融ガラス塊について、その切断直後からガスを吹き付け、溶融ガラス表面の温度を低下させることによっても、得られたガラス成形体に放射状の表面脈理が見られなくなった。
[請求項1] 溶融ガラスを流出パイプより流出させ、溶融ガラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を成形型上でプリフォームに成形する工程を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
成形型上の溶融ガラス塊に上方および/または斜め上方よりガスを吹き付けて前記ガラス塊の雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進することを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。
[請求項2] 溶融ガラスを流出パイプより流出させ、溶融ガラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を成形型上でプリフォームに成形する工程を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
流出した溶融ガラスを支持体で受け、前記支持体から溶融ガラス塊を成形型に移してプリフォームを成形すること、および
前記支持体上および/または成形型上の溶融ガラスに上方および/または斜め上方よりガスを吹き付けて前記ガラスの雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進することを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。
[請求項3] 溶融ガラスに吹き付けるガスが、前記流出パイプに直接吹きかかることがないように、前記ガスの吹き付けを行うことを特徴とする請求項1または2に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[請求項4] 溶融ガラスを流出パイプより流出させ、溶融ガラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を成形型上でプリフォームに成形する工程を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記成形型上で成形されているガラス塊に上方および/または斜め上方よりガスを吹き付けて前記ガラス塊の雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進することを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。
[請求項5] ガラスの粘度が1〜104dPa・sの範囲にあるときに、前記ガスの吹き付けによる冷却促進を開始することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[請求項6] 成形型上でガラス塊に風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形すること、および成形型上でガラス塊の揺動が始まる前に前記ガスの吹き付けによる冷却促進を開始することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[請求項7] 吹き付けるガスの温度が、前記ガラスのガラス転移温度以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[請求項8] B2O3および/またはアルカリ金属酸化物を含むガラスからなるプリフォームを成形することを特徴とする1〜7のいずれか1項に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[請求項9] ガラス製のプリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームが、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法により得られたプリフォームであることを特徴とする光学素子の製造方法。
[請求項10] プレス成形型にプリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを一緒に加熱して精密プレス成形することを特徴とする請求項9に記載の光学素子の製造方法。
[請求項11] プレス成形型に予め加熱されたプリフォームを導入し、精密プレス成形することを特徴とする請求項9に記載の光学素子の製造方法。
[請求項12] 溶融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する複数の成形型、
成形型上からプリフォームを取り出す取り出し装置、並びに
前記複数の成形型を、溶融ガラス塊が供給されるキャスト位置、プリフォームを取り出す取り出し位置、及び前記キャスト位置に順次循環移送する移送装置を備える、溶融ガラス塊からプリフォームを成形するためのプレス成形用プリフォームの製造装置において、
前記成形型上の溶融ガラスに上方および/または斜め上方から前記ガラスの冷却を促進するための冷却ガス噴出機構を備えることを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造装置。
[請求項13] 溶融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する複数の成形型、
成形型上からプリフォームを取り出す取り出し装置、並びに
前記複数の成形型を、溶融ガラス塊が供給されるキャスト位置、プリフォームを取り出す取り出し位置、及び前記キャスト位置に順次循環移送する移送装置を備える、溶融ガラス塊からプリフォームを成形するプレス成形用プリフォームの製造装置において、
流出した溶融ガラスを受ける支持体と、前記支持体から溶融ガラス塊を成形型に移す機構を備えること、並びに
前記支持体および/または成形型上の溶融ガラスに上方および/または斜め上方から前記ガラスの冷却を促進するための冷却ガス噴出機構を備えることを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造装置。
[請求項14] 前記移送装置が、成形型をキャスト位置および取り出し位置を含む停留位置に停留させては、移動する動作を繰り返して循環移送するものであり、
前記冷却ガス噴出機構が、キャスト位置および/またはキャスト位置の次の停留位置に停留する成形型上の溶融ガラス塊を冷却するものであることを特徴とする請求項12または13に記載のプレス成形用プリフォームの製造装置。
ところで、本発明は上記のように、揮発性の成分を多く含むガラスから熱間成形によりプリフォームを製造する方法を提供することを目的とする発明であり、この目的を達成するために、成形型または支持体上に溜められた溶融ガラスにガスを吹き付けて、溶融ガラス表面の温度を低下させている。
特許文献1に記載の発明では、パイプから流出する溶融ガラスを受け型で受ける場合に発生するガラス表面の凹凸状のシワを防止する目的で、溶融ガラスが受け型に接触するまでに、溶融ガラス先端に低温流体(ガス)を噴射する。この発明の主な目的は、低温の受け型との接触によりガラス表面が急冷されることにより生じるシワ状の表面欠陥(ゴブインマーク等)のないプリフォームを得ることにある。そして、その解決手段として、具体的には特許文献1の図1に示されるように、リング状のガス吹き付け器具をパイプと受け型の間に設置し、図2及び3に示されるように、パイプ先端から出る溶融ガラスの先端にガス(例えば、ガラス転移温度以下のガス)を吹き付け、受け型に溶融ガラスが入る前にその先端部分、即ち、受け型と接触する可能性が有る溶融ガラスの底の部分を固化させる方法を取っている。
特許文献2に記載の発明では、溶融ガラスの流出パイプへの濡れ上がり防止する目的で、非酸化性ガスを流出パイプの周辺に流通させて溶融ガラスを流出させている。特許文献2に記載の発明では、上記非酸化性ガスは流出パイプを加熱するマッフル内で流出パイプと一緒に加熱されつつ、流出パイプの周辺に流通する。マッフル内の温度は流出ガラスの粘度に基づいて設定されており、700〜1300℃程度になるように制御されると記載されている。さらに、流出パイプからの溶融ガラスの流出を良好に行わせるためには、流出パイプから流出する溶融ガラスに接触する非酸化性ガスの温度は溶融ガラスの温度とほぼ同等である必要があり、少なくとも溶融ガラスの温度を低下させられる程低温ではない。これに対して、本発明では溶融ガラスより低温のガスを溶融ガラスに吹き付け、それによって揮発成分の揮発を抑制し、脈理の発生を抑制している。
本発明のプレス成形用プリフォームの製造方法は、溶融ガラスを流出パイプより流出させ、溶融ガラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を成形型上でプリフォームに成形する工程を含む。
また、ガラス塊のプリフォームへの成形は、成形型上でガラス塊に風圧を加えて浮上させながらすることが好ましいが、その場合、成形型上でガラス塊の揺動が始まる前に前記ガスの吹き付けによる冷却促進を開始することが好ましい。
図5に示すように、支持体5を2枚の板状の割り部材を突き合わせた状態とし、その境界部の上面で流出ガラスGの先端を受ける((B)の状態)。支持体5(割り部材)上に所定重量の溶融ガラスが溜まった時、割り部材を閉じたまま急降下し、ガラス流から溶融ガラス塊を切断分離する((C)の状態)。次に、割り部材を開き溶融ガラス塊Pを落下させ、割り部材の下方に待機させたプリフォーム成形型6の凹部に溶融ガラス塊Pを挿入する((D)の状態)。
角棒状の支持体の上面で流出ガラスの先端を受ける。支持体上に所定重量の溶融ガラスが溜まった時、支持部材を急降下し、ガラス流から溶融ガラス塊を切断分離する。次に、支持部材を回転又は傾斜させ、割り部材の下方に待機させたプリフォーム成形型の凹部に溶融ガラス塊を挿入する。
また、ガラス塊のプリフォームへの成形は、成形型上でガラス塊に風圧を加えて浮上させながらすることが好ましいが、その場合、成形型上でガラス塊の揺動が始まる前に前記ガスの吹き付けによる冷却促進を開始することが好ましい。
本発明の第3の態様は、主に、供給位置から搬出された成形型に保持されている溶融ガラス塊及び溶融状態を経過したガラス塊に対しても、その上方及び/又は斜め上方から低温のガスを吹き付けることで、ガラス塊の雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進する。例えば、図3に示す供給位置から搬出された直後の溶融ガラス塊Pは、供給位置以降の位置に配置された第2風冷ノズル4から冷却ガスを吹き付けることができる。この場合、図3に示す第2風冷ノズル4をガラス塊の液面から鉛直上方5〜10mmの位置にその吹出し口が来るように設け、そこから冷却ガスを吹出させることが好ましい。
本発明のプレス成形用プリフォームの製造装置は、溶融ガラス塊からプリフォームを成形するための装置である。この装置は、(1)溶融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する複数の成形型、(2)成形型上からプリフォームを取り出す取り出し装置、並びに(3)前記複数の成形型を、溶融ガラス塊が供給されるキャスト位置、プリフォームを取り出す取り出し位置、及び前記キャスト位置に順次循環移送する移送装置を備える。
冷却ガス噴出機構は、本発明の第1の態様と同様であり、図3のように第1風冷ノズル3と第2風冷ノズル4を、供給位置および/または供給位置の次の停留位置に配置することができる。
以下、本発明の方法の適用が好ましいガラスについて説明する。
(ガラス1)
このようなガラスの第1例(ガラス1という。)は、B2O3および希土類酸化物含有ガラスである。具体的には、B2O3および、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Sc2O3よりなる希土類酸化物の一種または複数種を含むガラスがある。
本発明の光学素子の製造方法は、ガラス製のプリフォームを加熱し、精密プレス成形する光学素子の製造方法において、上記製造方法により作製した精密プレス成形用プリフォームを加熱、精密プレス成形することを特徴とするものである。
精密プレス成形法に使用するプレス成形型としては公知のもの、例えば炭化珪素、超硬材料などの型材の成形面に離型膜を設けたものを例示できるが、炭化珪素製のプレス成形型が好ましい。離型膜としては炭素含有膜、貴金属合金膜などを使用することができるが、耐久性、コストの面などから炭素含有膜が好ましい。
プレス圧力は適宜調整すればよいが、50〜150kgf/cm2の範囲を目安にすることができる。また、プレス時間も適宜調整すればよいが、10〜300秒の範囲を目安にすることができる。
(精密プレス成形法1)
この方法は、プレス成形型に前記プリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを一緒に加熱し、精密プレス成形するというものである(精密プレス成形法1とういう)。
また前記ガラスが1012dPa・s以上、より好ましくは1014dPa・s以上、さらに好ましくは1016dPa・s以上の粘度を示す温度にまで冷却してから精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。
上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
この方法は、 前記プリフォームを加熱した後に、プレス成形型に導入し、精密プレス成形する、すなわち、プレス成形型とプリフォームを別々に予熱し、予熱したプリフォームをプレス成形型に導入して精密プレス成形するというものである(精密プレス成形法2という)。
この方法によれば、前記プリフォームをプレス成形型に導入する前に予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
また、プリフォーム加熱をプレス成形型内で行う必要がないので、使用するプレス成形型の数を少なくすることもできる。
また、前記プリフォームを浮上しながら予熱することが好ましく、さらに前記プリフォームを構成するガラスが105.5〜109dPa・s、より好ましくは105.5dPa・s以上109dPa・s未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。
またプレス開始と同時又はプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。
この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が1012dPa・s以上にまで冷却してから離型することが好ましい。
実施例1は図に示す流出パイプから溶融ガラス流を成形型に注ぎ入れる供給位置でのみ溶融ガラスの表面を風冷する場合である。流出パイプを高周波誘導加熱する高周波加熱コイル内に石英ガラス製の風冷ノズルを装着し、この風冷ノズルに室温の窒素ガスを導入し、その吹き付け口から冷却ガスとして流出パイプから成形型に注ぎ込んでいる溶融ガラス流に吹き付け、溶融ガラスの表面を冷却した。風冷ノズルに吹き付け口は成形型に注ぎ込まれる溶融ガラス流に向かって冷却ガスを吹き付けるための方向を向いており、流出パイプの先端部分の方向を向いてはいない。
実施例2は供給位置では溶融ガラスに冷却ガスを吹き付けずに、ターンテーブルが回転し、供給位置から搬出された後、図2(B)に示すように成形型に保持されている溶融ガラス塊の直上から風冷ノズル2によって冷却ガスを吹き付けその表面を風冷する場合である。
実施例3は図2に示すように、流出パイプの先端部分を高周波誘導加熱する高周波加熱コイルに装着した風冷ノズル1及び、ターンテーブルが回転し流出パイプの下から搬出された成形型に保持された溶融ガラス塊の直上にその吹出し口がある風冷ノズル2を通じて、冷却ガスを連続的に吹出させ、風冷ノズル1の冷却ガスでは流出パイプから成形型に溶融ガラス流を注ぎ込み、成形型の中の溶融ガラスが所定の重量となった時点で成形型を鉛直下方に降下し、溶融ガラス流を切断、分離し、ターンテーブルの回転により溶融ガラス塊を保持した成形型を流出パイプの直下から搬出するまでの間の溶融ガラスを風冷する。
実施例4は実施例3と同様に、流出パイプから成形型に溶融ガラスを供給する位置において、流出パイプの先端の温度を1040℃として、その流出口から成形型に注ぎ込んでいる溶融ガラスに風冷ノズル1から冷却ガスを吹き付け、続いてこの供給位置で風冷した溶融ガラスがターンテーブルの回転により流出パイプの直下から搬出され、次の停止位置で風冷ノズル2から窒素ガスを吹き付けて風冷する成形方法において、風冷ノズル1から吹き付ける冷却ガスの種類を変えた。冷却ガスとして、窒素、酸素、空気、アルゴン、ヘリウムを4リットル/分の流量で吹き付けた。結果を表5に示すように、いずれのガスについても、脈理の抑制効果があった。
尚、上記各実施例において、ガラスに吹き付けるガスの温度は200℃以下とした。
上記各実施例において作製したプリフォームの全表面に炭素膜をコートした。
このようにして得られたプリフォームを加熱し、図4に示すプレス装置を用い、精密プレス成形(非球面精密プレス)することにより非球面レンズを得た。精密プレス成形の詳細は次にとおりである。上記プリフォーム24を、非球面形状を有するSiC製の下型22及び上型21の間に静置した後、石英管11内を窒素雰囲気としてヒーター12に通電して石英管11内を加熱した。成形金型内部の温度をガラスの屈伏点+20〜60°Cとなる温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒13を降下させて上型1を押してプレス成形型内のプリフォームを精密プレス成形した。成形圧力8MPa、成形時間30秒とし、プレス後、成形圧力を減少させて成形された弗燐酸塩ガラス製の非球面レンズを下型22及び上型21と接触させたままの状態でガラス転移温度−30℃の温度までに徐冷し、次いで室温まで急冷した。その後、非球面レンズをプレス成形型から取り出し、形状の測定および外観検査を行った。得られた非球面レンズは、きわめて精度の高いレンズであった。
なお、得られた各光学素子の光学機能面には必要に応じて反射防止膜あるいは高反射膜などの光学多層膜を形成することもできる。
Claims (14)
- 溶融ガラスを流出パイプより流出させ、溶融ガラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を成形型上でプリフォームに成形する工程を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
成形型上の溶融ガラス塊に上方および/または斜め上方よりガスを吹き付けて前記ガラス塊の雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進することを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。 - 溶融ガラスを流出パイプより流出させ、溶融ガラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を成形型上でプリフォームに成形する工程を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
流出した溶融ガラスを支持体で受け、前記支持体から溶融ガラス塊を成形型に移してプリフォームを成形すること、および
前記支持体上および/または成形型上の溶融ガラスに上方および/または斜め上方よりガスを吹き付けて前記ガラスの雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進することを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。 - 溶融ガラスに吹き付けるガスが、前記流出パイプに直接吹きかかることがないように、前記ガスの吹き付けを行うことを特徴とする請求項1または2に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- 溶融ガラスを流出パイプより流出させ、溶融ガラス塊を分離し、得られた溶融ガラス塊を成形型上でプリフォームに成形する工程を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記成形型上で成形されているガラス塊に上方および/または斜め上方よりガスを吹き付けて前記ガラス塊の雰囲気に晒されている側の表面の冷却を促進することを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法。 - ガラスの粘度が1〜104dPa・sの範囲にあるときに、前記ガスの吹き付けによる冷却促進を開始することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- 成形型上でガラス塊に風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形すること、および成形型上でガラス塊の揺動が始まる前に前記ガスの吹き付けによる冷却促進を開始することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- 吹き付けるガスの温度が、前記ガラスのガラス転移温度以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- B2O3および/またはアルカリ金属酸化物を含むガラスからなるプリフォームを成形することを特徴とする1〜7のいずれか1項に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- ガラス製のプリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームが、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法により得られたプリフォームであることを特徴とする光学素子の製造方法。 - プレス成形型にプリフォームを導入し、前記成形型とプリフォームを一緒に加熱して精密プレス成形することを特徴とする請求項9に記載の光学素子の製造方法。
- プレス成形型に予め加熱されたプリフォームを導入し、精密プレス成形することを特徴とする請求項9に記載の光学素子の製造方法。
- 溶融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する複数の成形型、
成形型上からプリフォームを取り出す取り出し装置、並びに
前記複数の成形型を、溶融ガラス塊が供給されるキャスト位置、プリフォームを取り出す取り出し位置、及び前記キャスト位置に順次循環移送する移送装置を備える、溶融ガラス塊からプリフォームを成形するためのプレス成形用プリフォームの製造装置において、
前記成形型上の溶融ガラスに上方および/または斜め上方から前記ガラスの冷却を促進するための冷却ガス噴出機構を備えることを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造装置。 - 溶融ガラス塊を受けてプリフォームに成形する複数の成形型、
成形型上からプリフォームを取り出す取り出し装置、並びに
前記複数の成形型を、溶融ガラス塊が供給されるキャスト位置、プリフォームを取り出す取り出し位置、及び前記キャスト位置に順次循環移送する移送装置を備える、溶融ガラス塊からプリフォームを成形するプレス成形用プリフォームの製造装置において、
流出した溶融ガラスを受ける支持体と、前記支持体から溶融ガラス塊を成形型に移す機構を備えること、並びに
前記支持体および/または成形型上の溶融ガラスに上方および/または斜め上方から前記ガラスの冷却を促進するための冷却ガス噴出機構を備えることを特徴とするプレス成形用プリフォームの製造装置。 - 前記移送装置が、成形型をキャスト位置および取り出し位置を含む停留位置に停留させては、移動する動作を繰り返して循環移送するものであり、
前記冷却ガス噴出機構が、キャスト位置および/またはキャスト位置の次の停留位置に停留する成形型上の溶融ガラス塊を冷却するものであることを特徴とする請求項12または13に記載のプレス成形用プリフォームの製造装置。
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