JP2006143563A - ガラス成形体、光学素子それぞれの製造方法、熔融ガラス流出装置およびガラス成形体の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熔融ガラスをパイプ先端に設けられた流出口から流出して、光学ガラスからなる成形体を成形するガラス成形体の製造方法において、パイプの先端から上方の周囲にコイルを配置し、コイルに高周波電流を流すことにより、パイプ下端部を誘導加熱し、パイプ上部には、少なくとも一対の電極を接続して通電加熱する。そしてパイプ上部の温度をモニターし、モニター結果に基づきパイプ温度を制御する。
【選択図】図1
Description
更に、本発明は、上記方法により得られたガラス成形体から光学素子を製造する方法、ならびに上記ガラス成形体を製造するための熔融ガラス流出装置およびガラス成形体の製造装置を提供することを目的とする。
[請求項1]熔融ガラスをパイプ先端に設けられた流出口から流出して、光学ガラスからなる成形体を成形するガラス成形体の製造方法において、
前記パイプの先端から上方(以下、「下端部」という)の周囲にコイルを配置し、該コイルに高周波電流を流すことにより、パイプ下端部を誘導加熱し、
前記パイプ下端部上端よりも上部に少なくとも一対の電極を接続して該電極間に電流を流すことにより、前記上部を通電加熱するか、および/または、前記パイプ下端部よりも上部の周囲に発熱体を配置することにより、前記上部を加熱し、かつ、
前記上部の温度をモニターし、前記モニター結果に基づきパイプの温度を制御することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
[請求項2]熔融ガラスをパイプ先端に設けられた流出口から流出して、光学ガラスからなる成形体を成形するガラス成形体の製造方法において、
前記パイプの先端から上方(以下、「下端部」という)の周囲にコイルを配置し、該コイルに高周波電流を流すことにより、パイプ下端部を誘導加熱し、
前記パイプ下端部に少なくとも1つの電極を接続し、
前記パイプ下端部上端よりも上部に少なくとも1つの電極を接続して、
前記電極間に電流を流すことにより通電加熱を行うことを特徴とするガラス成形体の製造方法。
[請求項3]前記パイプ下端部の電極が接続する部分が、前記パイプ下端部中央部より上に位置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。
[請求項4]前記上部の温度をモニターし、前記モニター結果に基づきパイプの温度を制御することを特徴とする請求項2または3に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項5]流出する熔融ガラスから一定重量の熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊が冷却する過程で前記重量の成形体を成形することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項6]前記成形体がプレス成形用ガラス素材であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
[請求項7]前記プレス成形用ガラス素材が精密プレス成形用プリフォームであ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方法。
[請求項8]ガラス製プリフォームを加熱してプレス成形する光学素子の製造方法において、
請求項6に記載の方法により作製したプレス成形用ガラス素材の表面を機械加工により除去してプリフォームとし、前記プリフォームを加熱してプレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
[請求項9]ガラス製プリフォームを加熱して精密プレス成形する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームを請求項7に記載の方法により作製することを特徴とする光学素子の製造方法。
[請求項10]熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端から上方(以下、「下端部」という)を誘導加熱する誘導加熱器と、前記下端部上端よりも上部のパイプを通電加熱するための通電加熱機構を備えるとともに、
前記上部の温度をモニターする温度センサーからの出力信号に基づき、前記パイプの温度を制御することを特徴とする熔融ガラス流出装置。
[請求項11]熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端から上方(以下、「下端部」という)を誘導加熱する誘導加熱器と、前記下端部上端よりも上部の周りに配置された発熱体を備えるとともに、
前記上部の温度をモニターする温度センサーからの出力信号に基づき、前記パイプの温度を制御することを特徴とする熔融ガラス流出装置。
[請求項12]熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端から上方(以下、「下端部」という)を誘導加熱する誘導加熱器と、パイプを通電加熱するための通電加熱機構と、パイプに接続し、かつ、前記通電加熱機構に接続された複数の電極を備え、
前記複数の電極のうち、少なくとも1つの電極が前記パイプ下端部に接続していることを特徴とする熔融ガラス流出装置。
[請求項13]前記複数の電極のうち、最も下にある電極がパイプ下端部中央部よりも上に接続していることを特徴とする請求項12に記載の熔融ガラス流出装置。
[請求項14]前記パイプの下端部上端よりも上部の温度をモニターする温度センサーからの出力信号に基づき、前記パイプの温度を制御することを特徴とする請求項12または13に記載の熔融ガラス流出装置。
[請求項15]前記温度センサーがパイプに接触して配置された熱電対であることを特徴とする請求項10、11、14のいずれか1項に記載の熔融ガラス流出装置。
[請求項16]熔融ガラス流出装置より流出する熔融ガラスからガラス成形体を成形するガラス成形体の製造装置において、
前記熔融ガラス流出装置が請求項10〜15のいずれか1項に記載の装置であることを特徴とするガラス成形体の製造装置。
また、本発明によれば、パイプの通電加熱される部分と誘導加熱される部分との間に加熱されない部位ができず、好ましくは、通電加熱のための電極がパイプ流出口から離れた位置から引き出されるため、電極からの熱伝導により流出口の温度が低下することを防止することができる。それにより、パイプ全体の温度を適正に制御しながら溶融ガラスの流出を行うことができる。その結果、流出ガラスから失透させることなく高品質なガラス成形体を成形することができる。
本発明のガラス成形体の製造方法は、2つの態様からなり、いずれの態様も、熔融ガラスをパイプ先端に設けられた流出口から流出して、光学ガラスからなる成形体を成形するガラス成形体の製造方法であって、前記パイプの先端から上方(下端部)の周囲にコイルを配置し、該コイルに高周波電流を流すことにより、パイプ下端部を誘導加熱することを特徴とする。
本発明の第一のガラス成形体の製造方法(以下、「ガラス成形体の製法1」ともいう)では、誘導加熱により加熱されるパイプ下端部上端よりも上部に少なくとも一対の電極を接続して該電極間に電流を流すことにより、前記上部を通電加熱するか、および/または、前記パイプ下端部上端よりも上部の周囲に発熱体を配置することにより、前記上部を加熱し、かつ、前記上部の温度をモニターし、前記モニター結果に基づきパイプの温度を制御する。これにより、失透の原因となるパイプの熔融ガラス流出口付近を誘導加熱により加熱しつつ、パイプの温度をモニターすることができる。
そこで、本発明の第二のガラス成形体の製造方法(以下、「ガラス成形体の製法2」ともいう)では、周囲に誘導加熱用コイルを配置したパイプ下端部に少なくとも1つの電極を接続し、前記パイプ下端部上端よりも上部に少なくとも1つの電極を接続して、前記電極間に電流を流すことにより通電加熱を行う。これにより、誘導加熱が行われる部分(以下、「誘導加熱部」ともいう)と通電加熱が行われる部分(以下、「通電加熱部」ともいう)が一部重複するため、熔融ガラスを安定して流出させ、失透のないガラス成形体を製造することができる。
図5に誘導加熱されるパイプ下端部の概略図を示す。本発明において、パイプ下端部とは、パイプ先端から上方の部分であり、例えば、パイプの長さの100分の1〜10分の1の長さであることができ、好ましくは80分の1〜20分の1の長さであることができる。また、パイプ下端部上端よりも上部とは、パイプ下端部の誘導加熱用コイル上端に囲まれる部分より上の部分を指すものとする。
なお、通電加熱によればパイプの温度を速やかに変化させることができるため、パイプから単位時間あたりに流出する熔融ガラスの量を短時間で制御することができる。なお、パイプ各部の温度は流出するガラスの種類、パイプの内径、熔融ガラスの流出量などを考慮して設定することができる。好ましくはガラス成形体の生産に先立ち、予備実験を行って条件出しをすることを推奨する。
また、本発明では、誘導加熱器、通電加熱機構、発熱体としては、ガラス製造の技術分野で周知のものを使用すればよい。本発明では、少なくともパイプ下端部が電気伝導体であるパイプを使用する。そのようなパイプとしては、金属(合金を含む)製のパイプを用いることができ、白金合金製または白金製のパイプを使用することが好ましい。
なお、パイプ側面全体を保温材で包むようにすることが、パイプの温度を適正な範囲に保つ上で好ましい。パイプ上部を発熱体により加熱する場合は、パイプと一緒に発熱体も外側から保温材で包むようにすればよい。
成形例1、成形例2とも成形されたガラス成形体をアニールして歪を低減してもよい。
上記成形例2によりプレス成形用ガラス素材を製造する場合は、成形型から取り出したガラス成形体をそのまま所定重量のプレス成形用ガラス素材として使用してもよいし、取り出した成形体をアニールして歪を低減してから研削、研磨を施して所定重量のプレス成形用ガラス素材として使用してもよい。特に、成形例2では、流出する熔融ガラスから一定重量の熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊が冷却する過程で前記重量の成形体を成形することが好ましい。
また、「精密プレス成形用プリフォーム」とは、精密プレス成形に供するためのプレス成形用プリフォームである。精密プレス成形は、モールドオプティクス成形法とも呼ばれ、既に当該発明の属する技術分野においてはよく知られたものである。光学素子の光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面と呼ぶ。例えばレンズを例にとると非球面レンズの非球面や球面レンズの球面などのレンズ面が光学機能面に相当する。精密プレス成形法はプレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形で光学機能面を形成する方法である。つまり光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。
プレス成形型の成形面を加熱、軟化したガラスに精密に転写してガラスのプレス成形を行う精密プレス成形では、プレス成形品への研削、研磨加工は最小限にとどめられるか、行われない。上記研削、研磨加工を行わない場合、プレス成形に供されるガラス素材の重量とプレス成形によって得られるレンズなどの光学素子の重量は一致している。また上記研削、研磨加工を行う場合でもガラス素材の重量超過は精密プレス成形時にガラスがプレス成形型を構成する部材間に進入して成形バリの原因になったり、良好なプレス成形の妨げになる。ガラス素材の重量不足はプレス成形型内のガラスの充填不足の原因となり、プレス成形品の成形精度を悪化させてしまう。このような理由により、精密プレス成形に供されるガラス素材(精密プレス成形用プリフォームという。)の重量精度は目的とする重量を基準にして公差±2%以内、好ましくは±1%以内に収めることが求められる。本発明のガラス成形体の製造方法は、上記高い重量精度が求められる精密プレス成形用プリフォームの製造に好適である。その上、精密プレス成形用プリフォームの表面は精密プレス成形によってレンズのレンズ面などに仕上げられるため、失透などの欠陥が存在することは許されない。本発明によれば、パイプ下端部を誘導加熱することにより、ガラスの失透を防止できるため、失透のない精密プレス成形用プリフォームを容易に製造することができる。
本発明のガラス成形体の製造方法においては、熔融ガラス流出装置より流出する熔融ガラスからガラス成形体を成形するガラス成形体の製造装置を用いることができる。前述のガラス成形体の製法1に用いられる熔融ガラス流出装置としては、以下の2つの態様の熔融ガラス流出装置を挙げることができる。
(1)熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端よりも上方(下端部)を誘導加熱する誘導加熱器と、前記下端部上端よりも上部のパイプを通電加熱するための通電加熱機構を備えるとともに、
前記上部の温度をモニターする温度センサーからの出力信号に基づき、前記パイプの温度を制御することを特徴とする熔融ガラス流出装置(以下、「流出装置(1)」ともいう)。
(2)熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端から上方(下端部)を誘導加熱する誘導加熱器と、前記パイプの下端部上端よりも上部の周りに配置された発熱体を備えるとともに、
前記上部の温度をモニターする温度センサーからの出力信号に基づき、前記パイプの温度を制御することを特徴とする熔融ガラス流出装置(以下、「流出装置(2)」ともいう)。
(3)熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端から上方(下端部)を誘導加熱する誘導加熱器と、パイプを通電加熱するための通電加熱機構と、パイプに接続し、かつ、前記通電加熱機構に接続された複数の電極を備え、
前記複数の電極のうち、少なくとも1つの電極が前記パイプ下端部に接続していることを特徴とする熔融ガラス流出装置(以下、「流出装置(3)」ともいう)、
を挙げることができる。
なお、熔融容器内の熔融ガラスの液位の変化に対して熔融ガラスの流出速度を一定に保つには、前記熔融ガラスの液面とパイプ下端部先端(流出口)との高低差に対する上記液位変化を小さくすることが望まれる。このような観点から、パイプ上部先端と下端部先端との高低差(パイプの長さに相当する。)を2.0〜2.5mの範囲にすることが望ましい。このようにガラスの流出を安定に行うには、比較的長いパイプが必要になるが、本発明によれば、このようなパイプであってもパイプ各部が適正な温度になるよう制御することができ、ガラスを失透させることなく、高品質なガラス成形体を作製することができる。
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
第一の態様は、ガラス製プリフォームを加熱してプレス成形する光学素子の製造方法において、前記本発明のガラス成形体の製法により得られたプレス成形用ガラス素材の表面を機械加工により除去してプリフォームとし、前記プリフォームを加熱してプレス成形する光学素子の製造方法である。
ガラス成形体の表面を除去する機械加工としては、研削加工、研磨加工、または研削および研磨加工を例示できる。具体的にはバレル研磨が適している。
本態様は大気中でプリフォームを加熱、軟化し、プレス成形型を用いてプレス成形し、光学素子に近似したプレス成形用ガラス素材を作る。次にプレス成形用ガラス素材をアニールして歪を低減した後、プレス成形用ガラス素材の表面に研削、研磨等の機械加工を行って、例えば非酸化性雰囲気中で加熱されたプリフォームをプレス成形型を使用してプレス成形して光学素子を作製することができる。または、機械加工のみにより所望の光学素子を作製することもできる。プレス成形方法は、公知の方法を用いることができる。
本態様では、大気中でプリフォームを加熱、軟化し、プレス成形型を用いてプレス成形し、光学素子に近似した精密プレス成形用ガラス素材を作る。次に精密プレス成形用ガラス素材をアニールして歪を低減した後、例えば非酸化性雰囲気中で加熱されたプリフォームをプレス成形型を使用して精密プレス成形して光学素子を作製することができる。精密プレス成形方法は、公知の方法を用いることができる。
なお、上記光学素子の表面には反射防止膜等の光学薄膜を形成してもよい。
(実施例1)
図1は本実施例で使用する熔融ガラス流出装置の真横から見た概略を示したものである。本実施例では白金合金製容器1内に脱泡、均質化された熔融ガラス2が図示していない加熱装置により高温に保たれた状態で蓄積されている。容器1の底部には白金合金製のパイプ3が接続されており、容器内の熔融ガラスがパイプ内を流れる構造になっている。パイプの上端(容器1の底部に接続している部分)から下端部先端(流出口)までの長さは2.3mであり、容器1の底部から容器内の熔融ガラス液面までの高さは0.3mである。パイプ3はガラス流出口を供えた下端部3−1と下端部と容器1の間を連接するパイプ上部3−2からなる。パイプ上部は4つのゾーンに分かれており、各ゾーンの両端から電極が引き出され交流電源4に電気的に接続され、各交流電源4を動作させることにより、パイプ上部3−2の各ゾーンは通電加熱される。なお、上記各電極は、白金合金製または白金製とすればよい。
パイプ上部の4ゾーンのうち、上からゾーン1、ゾーン2、ゾーン3、ゾーン4とすると、例えば、ゾーン1の設定温度を1020℃、ゾーン2の設定温度を1020℃、ゾーン3の設定温度を970℃、ゾーン4の設定温度を955℃とする。またパイプ上部の最も下端部よりの熱電対7でモニターしている部分の設定温度を955℃とする。このような条件でパイプ各部の温度を一定に制御して熔融ガラス2を一定の流速のもとに連続して流出した。
なお、パイプから流出する熔融ガラスの分離を一定の周期で行うよう、成形型の動きを制御した。
この装置もパイプ上部を4つのゾーンに分け、図1の装置と同様、各ゾーンのパイプ外周に接触して配置された熱電対のモニター信号に基づき、発熱体に供給する電力を制御する。熱電対のモニター信号は図1の装置同様、コントローラ8に送られ、コントローラ8は交流電源4の供給電力を制御する。このようにしてパイプ上部各部の温度は設定温度に保たれる。そして、最下部電極11も高周波加熱される。
パイプ下端部の高周波加熱、ならびに温度モニター、モニター信号に基づく高周波加熱へのフィードバック制御は図1の装置と同様である。このようにして図1の装置を用いたときと同じように高品質かつ重量精度の高い、各種光学ガラスからなるガラス成形体を製造した。
次にパイプ内外径が小さい点を除けば実施例1と同様の装置(図1の装置、図2の装置、図3の装置の各装置)を用いて、熔融ガラスをパイプ流出口から滴下し、キャスト位置に停留する成形型凹部の周囲に設けられた熔融ガラス滴受け面で熔融ガラス滴を受け、前記受け面を滑らすあるいは転がして熔融ガラス滴を凹部へと導き、実施例1と同様にして、ガスにより風圧を加え浮上させながらガラス成形体に成形した。
このようにして、目的とするガラス成形体の重量に対し重量公差±1%以内という重量精度の高いガラス成形体を量産した。これらの成形体には失透、脈理などの欠陥は認められなかった。なお、本実施例ではSiO2およびB2O3含有ガラス、B2O3およびLa2O3含有ガラス、SiO2およびTiO2含有ガラス、リン酸ガラスなどの各種光学ガラスを使用した。
次に実施例1で使用した熔融ガラス流出装置(図1の装置、図2の装置、図3の装置の各装置)のパイプ下端の真下に、上面ならびに4つの側面のうちの一つが開口した箱型の鋳型を底部が水平になるように配置、固定し、パイプから熔融ガラス流を連続して一定の流速で鋳型に流し込んだ。流し込まれたガラスは鋳型内全体に広がりつつ、開口する側面方向に流れる。このようにして鋳型によって熱を奪われたガラスは鋳型側面の間隔によって決まる幅を有する板状ガラスに成形される。成形された板状ガラスは鋳型側面の開口部から一定速度で水平方向に引き出され、アニール炉内を通過しながらアニールされる。
熔融ガラス流出装置によって流出するガラスの流速は一定に保たれているため、板状ガラスの引き出し速度を鋳型内の熔融ガラス液位が一定に保たれるように制御すれば一定の厚みを有する板状ガラスを成形することができる。
このようにして成形された板状ガラス成形体には失透や脈理などの欠陥は認められなかった。
なお、本実施例でもSiO2およびB2O3含有ガラス、B2O3およびLa2O3含有ガラス、SiO2およびTiO2含有ガラス、リン酸ガラスなどの各種光学ガラスを使用した。
実施例1および2で作製したガラス成形体をプリフォームとし、窒素ガス雰囲気中で加熱、軟化してプレス成形型を用いて精密プレス成形し、非球面レンズを含む各種光学素子を作製した。なお、精密プレス成形に使用するプレス成形型は周知のものを用い、プレス成形条件も周知の範囲で適宜調整した。
このようにして失透などの欠陥のない高品質で形状精度の高い光学素子を作製することができた。
次に実施例1で作製したガラス成形体をバレル研磨して、窒化ホウ素などの粉末状離型剤を全表面に均一の塗布し、大気中で加熱、軟化してプレス成形型を用いてレンズ形状にプレス成形した。次にプレス成形品をアニールした後、表面を研削、研磨して球面レンズに仕上げた。
このようにして失透などの欠陥のない高品質で形状精度の高い光学素子を作製することができた。
なお、バレル研磨、プレス成形型は周知のもの用いればよく、プレス成形条件も周知の範囲で適宜調整すればよい。
次に実施例3で作製したガラス成形体を所定の寸法に切断し、立方体状のガラス片を多数作製した。このガラス片をバレル研磨して、窒化ホウ素などの粉末状離型剤を全表面に均一の塗布し、大気中で加熱、軟化してプレス成形型を用いてレンズ形状にプレス成形した。次にプレス成形品をアニールした後、表面を研削、研磨して球面レンズに仕上げた。
このようにして失透などの欠陥のない高品質で形状精度の高い光学素子を作製することができた。
なお、バレル研磨、プレス成形型は周知のもの用いればよく、プレス成形条件も周知の範囲で適宜調整すればよい。
次に実施例3で作製したガラス成形体を所定の寸法に切断し、立方体状のガラス片を多数作製した。これらガラス片の表面を研磨してプリフォームとし、窒素ガス雰囲気中で加熱、軟化してプレス成形型を用いて精密プレス成形し、非球面レンズを含む各種光学素子を作製した。なお、精密プレス成形に使用するプレス成形型は周知のものを用い、プレス成形条件も周知の範囲で適宜調整した。
このようにして失透などの欠陥のない高品質で形状精度の高い光学素子を作製することができた。
本実施例は、図1に示された実施例1の熔融ガラス流出装置の一部に変更を施したものである。以下、実施例1の装置と異なる点のみ説明する。説明しない点については実施例1の図1に示された装置および前記装置を使用したガラス成形体の製造方法と同様である。
パイプは、ガラス流出口を供えた下端部と下端部と容器の間を連接するパイプ上部からなる。パイプ下端部は、パイプ上部の下方部に設けられている着脱機構により、パイプ上部の下方部に着脱自在に取り付けられる。パイプ上部の下方部にパイプ下端部を取り付ける際、パイプ内を流れる熔融ガラスがパイプ上部とパイプ下端部の間で漏れ出さないよう、パイプ上部の内孔とパイプ下端部の内孔の位置が正確に一致し、かつパイプ上部の下端面とパイプ下端部の上端面とが密着するように当接させる。例えば、パイプ上部の下端外周にナットを付加し、パイプ下端部の上部外周にネジ溝を形成して、前記ネジ溝を上記ナットで締め込むことで、パイプ上部へのパイプ下端部の装着を行い、ナットを緩めて、上記ネジ溝から外すことにより、パイプ下端部を取り外すようにする。
実施例1と同様、パイプ上部の各ゾーンを通電加熱した。一方、パイプ下端部の外周にはパイプを取り囲むように高周波コイルを配置し、高周波コイルに電気的に接続された高周波電源を動作させることにより、パイプ下端部を高周波加熱した。
通電加熱される部位はパイプ上部に限られ、パイプ上部とパイプ下端部の間には通電加熱のための電流は流れない。このようにパイプ下端部を着脱できる装置では、パイプ上部とパイプ下端部の間に通電加熱のための電流を流すと、パイプ上部とパイプ下端部の間のギャップで火花放電が発生することがある。また、パイプ上部とパイプ下端部の間の抵抗がパイプ下端部の装着具合によって変動するため、通電加熱を安定化することが難しくなる。
しかし、本実施例のようにパイプ下端部を高周波誘導加熱し、パイプ下端部とパイプ上部の間で通電加熱のための電流を流さないようにすることにより、パイプ各部位を安定して加熱することができる。このような着脱機構を有するパイプでは、外径や内孔径が異なる複数種のパイプ下端部を用意しておき、流出するガラスの性質、ガラスの流出量等の諸条件にあわせて適切なパイプ下端部を選択し、装着することができる。
なお、パイプ上部にパイプ下端部を熔接する場合も、両者間で火花放電が起きることはないが、熔接の仕方によっては熔接部位における電気抵抗が変わることがあるから、本実施例のようにパイプ上部を通電加熱し、パイプ下端部を高周波誘導加熱することが好ましい。
実施例1と同様にターンテーブル上に配置した複数の成形型を前記テーブルのインデックス回転により、パイプ下端部の真下(キャスト位置という。)に次々と搬送しては以下の工程を繰り返して流出する熔融ガラスからガラス成形体を次々と成形した。キャスト位置に停留した成形型を前記位置でパイプ下端に近づけるために上昇させ、流出する熔融ガラス流の下端を前記成形型に設けられた凹部で支持し、熔融ガラス流の下端とパイプに接する部分との間にくびれを生じさせた。その後、所定のタイミングで成形型を急降下させ前記くびれから下の熔融ガラス流を分離(切断刃を使用しない。)し、上記凹部上に受けた。分離したガラス塊には成形型凹部から窒素ガスを噴出させて風圧を加え、浮上させながらガラス成形体に成形した。成形型上のガラスは固化後に成形型から取り出した。
なお、パイプから流出する熔融ガラスの分離を一定の周期で行うよう、成形型の動きを制御した。
そして、目的とするガラス成形体の重量に対し重量公差±1%以内という重量精度の高いガラス成形体を量産した。これらの成形体には失透、脈理などの欠陥は認められなかった。なお、本実施例ではSiO2およびB2O3含有ガラス、B2O3およびLa2O3含有ガラス、SiO2およびTiO2含有ガラス、リン酸ガラスなどの各種光学ガラスを使用した。
次に実施例1の図2に示す熔融ガラス流出装置に上記変更(パイプ下端部の着脱機構を設ける変更)を加えた装置を用いてガラスの流出を行った。
実施例1と同様に、ターンテーブル上に配置した複数の成形型を前記テーブルのインデックス回転により、パイプ下端部の真下(キャスト位置)に次々と搬送しては以下の工程を繰り返して流出する熔融ガラスからガラス成形体を次々と成形した。キャスト位置に停留した成形型を前記位置でパイプ下端に近づけるために上昇させ、流出する熔融ガラス流の下端を前記成形型に設けられた凹部で支持し、熔融ガラス流の下端とパイプに接する部分との間にくびれを生じさせた。その後、所定のタイミングで成形型を急降下させ前記くびれから下の熔融ガラス流を分離(切断刃を使用しない。)し、上記凹部上に受けた。分離したガラス塊には成形型凹部から窒素ガスを噴出させて風圧を加え、浮上させながらガラス成形体に成形する。成形型上のガラスは固化後に成形型から取り出した。
なお、パイプから流出する熔融ガラスの分離を一定の周期で行うよう、成形型の動きを制御した。
このようにして、目的とするガラス成形体の重量に対し重量公差±1%以内という重量精度の高いガラス成形体を量産した。これらの成形体には失透、脈理などの欠陥は認められなかった。なお、本実施例ではSiO2およびB2O3含有ガラス、B2O3およびLa2O3含有ガラス、SiO2およびTiO2含有ガラス、リン酸ガラスなどの各種光学ガラスを使用した。
次に実施例1の図3に示す熔融ガラス流出装置に変更を加えたガラス流出装置を用いてガラスの流出およびガラス成形体の作製を行った。本実施例では、パイプ下端部を2つの部分に分けた。第一の部分はパイプ上部に連接する部分で、パイプ上部と一体に形成されている。第二の部分はノズルと呼ばれ、ガラス流出口を供える。第一の部分の下端には着脱機構が付加されており、この着脱機構により第一の部分の下端にノズルの上端が着脱自在に取り付けられる。第一の部分の下端にノズル上端を取り付ける際、パイプ内を流れる熔融ガラスが第一の部分とノズルの間で漏れ出さないよう、第一の部分の内孔とノズルの内孔の位置が正確に一致し、かつ第一の部分の下端面とノズル上端面とが密着するように当接させる。例えば、第一の部分の下端部のナットを設け、ノズルの上部外周にネジ溝を形成して、前記ネジ溝を上記ナットで締め込むことで、第一の部分へのノズルの装着を行い、ナットを緩めて、上記ネジ溝から外すことにより、ノズルを取り外すようにする。
なお、パイプ下端部の第一の部分の下端より引き出された最下部電極の形状は図4と同様である。その他については実施例1の図3、図4に係る説明と同様である。
なお、パイプから流出する熔融ガラスの分離を一定の周期で行うよう、成形型の動きを制御した。
このようにして図1の装置を用いたときと同じように高品質かつ重量精度の高い、各種光学ガラスからなるガラス成形体を製造した。
次にパイプ内外径が小さい点を除けば実施例8〜10で使用した各装置と同様の装置を用いて、熔融ガラスをパイプ流出口から滴下し、キャスト位置に停留する成形型凹部の周囲に設けられた熔融ガラス滴受け面で熔融ガラス滴を受け、前記受け面を滑らすか、または転がして熔融ガラス滴を凹部へと導き、実施例8〜10と同様にして、ガスにより風圧を加え浮上させながらガラス成形体に成形した。
このようにして、目的とするガラス成形体の重量に対し重量公差±1%以内という重量精度の高いガラス成形体を量産した。これらの成形体には失透、脈理などの欠陥は認められなかった。なお、本実施例ではSiO2およびB2O3含有ガラス、B2O3およびLa2O3含有ガラス、SiO2およびTiO2含有ガラス、リン酸ガラスなどの各種光学ガラスを使用した。
次に実施例8〜10の各実施例で示した流出装置を用いて、実施例3と同様、パイプの真下に上面ならびに4つの側面のうちの一つが開口した箱型の鋳型を底部が水平になるように配置、固定し、パイプから熔融ガラス流を連続して一定の流速で鋳型に流し込んだ。流し込まれたガラスは鋳型内全体に広がりつつ、開口する側面方向に流れる。このようにして鋳型によって熱を奪われたガラスは鋳型側面の間隔によって決まる幅を有する板状ガラスに成形される。成形された板状ガラスは鋳型側面の開口部から一定速度で水平方向に引き出され、アニール炉内を通過しながらアニールされる。
熔融ガラス流出装置によって流出するガラスの流速は一定に保たれているため、板状ガラスの引き出し速度を鋳型内の熔融ガラス液位が一定に保たれるように制御すれば一定の厚みを有する板状ガラスを成形することができる。
このようにして成形された板状ガラス成形体には失透や脈理などの欠陥は認められなかった。
なお、本実施例でもSiO2およびB2O3含有ガラス、B2O3およびLa2O3含有ガラス、SiO2およびTiO2含有ガラス、リン酸ガラスなどの各種光学ガラスを使用した。
実施例8〜11で作製したガラス成形体をプリフォームとし、窒素ガス雰囲気中で加熱、軟化してプレス成形型を用いて精密プレス成形し、非球面レンズを含む各種光学素子を作製した。なお、精密プレス成形に使用するプレス成形型は周知のものを用い、プレス成形条件も周知の範囲で適宜調整した。
このようにして失透などの欠陥のない高品質で形状精度の高い光学素子を作製することができた。
次に実施例8〜10で作製したガラス成形体をバレル研磨して、窒化ホウ素などの粉末状離型剤を全表面に均一の塗布し、大気中で加熱、軟化してプレス成形型を用いてレンズ形状にプレス成形した。次にプレス成形品をアニールした後、表面を研削、研磨して球面レンズに仕上げた。
このようにして失透などの欠陥のない高品質で形状精度の高い光学素子を作製することができた。
なお、バレル研磨、プレス成形型は周知のもの用いればよく、プレス成形条件も周知の範囲で適宜調整すればよい。
次に実施例12で作製したガラス成形体を所定の寸法に切断し、立方体状のガラス片を多数作製した。このガラス片をバレル研磨して、窒化ホウ素などの粉末状離型剤を全表面に均一の塗布し、大気中で加熱、軟化してプレス成形型を用いてレンズ形状にプレス成形した。次にプレス成形品をアニールした後、表面を研削、研磨して球面レンズに仕上げた。
このようにして失透などの欠陥のない高品質で形状精度の高い光学素子を作製することができた。
なお、バレル研磨、プレス成形型は周知のもの用いればよく、プレス成形条件も周知の範囲で適宜調整すればよい。
次に実施例12で作製したガラス成形体を所定の寸法に切断し、立方体状のガラス片を多数作製した。これらガラス片の表面を研磨してプリフォームとし、窒素ガス雰囲気中で加熱、軟化してプレス成形型を用いて精密プレス成形し、非球面レンズを含む各種光学素子を作製した。なお、精密プレス成形に使用するプレス成形型は周知のものを用い、プレス成形条件も周知の範囲で適宜調整した。
このようにして失透などの欠陥のない高品質で形状精度の高い光学素子を作製することができた。
Claims (16)
- 熔融ガラスをパイプ先端に設けられた流出口から流出して、光学ガラスからなる成形体を成形するガラス成形体の製造方法において、
前記パイプの先端から上方(以下、「下端部」という)の周囲にコイルを配置し、該コイルに高周波電流を流すことにより、パイプ下端部を誘導加熱し、
前記パイプ下端部上端よりも上部に少なくとも一対の電極を接続して該電極間に電流を流すことにより、前記上部を通電加熱するか、および/または、前記パイプ下端部よりも上部の周囲に発熱体を配置することにより、前記上部を加熱し、かつ、
前記上部の温度をモニターし、前記モニター結果に基づきパイプの温度を制御することを特徴とするガラス成形体の製造方法。 - 熔融ガラスをパイプ先端に設けられた流出口から流出して、光学ガラスからなる成形体を成形するガラス成形体の製造方法において、
前記パイプの先端から上方(以下、「下端部」という)の周囲にコイルを配置し、該コイルに高周波電流を流すことにより、パイプ下端部を誘導加熱し、
前記パイプ下端部に少なくとも1つの電極を接続し、
前記パイプ下端部上端よりも上部に少なくとも1つの電極を接続して、
前記電極間に電流を流すことにより通電加熱を行うことを特徴とするガラス成形体の製造方法。 - 前記パイプ下端部の電極が接続する部分が、前記パイプ下端部中央部より上に位置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。
- 前記上部の温度をモニターし、前記モニター結果に基づきパイプの温度を制御することを特徴とする請求項2または3に記載のガラス成形体の製造方法。
- 流出する熔融ガラスから一定重量の熔融ガラス塊を分離し、前記ガラス塊が冷却する過程で前記重量の成形体を成形することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記成形体がプレス成形用ガラス素材であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス成形体の製造方法。
- 前記プレス成形用ガラス素材が精密プレス成形用プリフォームであ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方法。
- ガラス製プリフォームを加熱してプレス成形する光学素子の製造方法において、
請求項6に記載の方法により作製したプレス成形用ガラス素材の表面を機械加工により除去してプリフォームとし、前記プリフォームを加熱してプレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。 - ガラス製プリフォームを加熱して精密プレス成形する光学素子の製造方法において、
前記プリフォームを請求項7に記載の方法により作製することを特徴とする光学素子の製造方法。 - 熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端から上方(以下、「下端部」という)を誘導加熱する誘導加熱器と、前記下端部上端よりも上部のパイプを通電加熱するための通電加熱機構を備えるとともに、
前記上部の温度をモニターする温度センサーからの出力信号に基づき、前記パイプの温度を制御することを特徴とする熔融ガラス流出装置。 - 熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端から上方(以下、「下端部」という)を誘導加熱する誘導加熱器と、前記下端部上端よりも上部の周りに配置された発熱体を備えるとともに、
前記上部の温度をモニターする温度センサーからの出力信号に基づき、前記パイプの温度を制御することを特徴とする熔融ガラス流出装置。 - 熔融ガラスを蓄積する熔融ガラス容器と、前記容器に連接し、先端に熔融ガラスを流出する流出口を有するパイプと、前記パイプを加熱する加熱装置とを備える熔融ガラス流出装置において、
前記加熱装置がパイプ先端から上方(以下、「下端部」という)を誘導加熱する誘導加熱器と、パイプを通電加熱するための通電加熱機構と、パイプに接続し、かつ、前記通電加熱機構に接続された複数の電極を備え、
前記複数の電極のうち、少なくとも1つの電極が前記パイプ下端部に接続していることを特徴とする熔融ガラス流出装置。 - 前記複数の電極のうち、最も下にある電極がパイプ下端部中央部よりも上に接続していることを特徴とする請求項12に記載の熔融ガラス流出装置。
- 前記パイプの下端部上端よりも上部の温度をモニターする温度センサーからの出力信号に基づき、前記パイプの温度を制御することを特徴とする請求項12または13に記載の熔融ガラス流出装置。
- 前記温度センサーがパイプに接触して配置された熱電対であることを特徴とする請求項10、11、14のいずれか1項に記載の熔融ガラス流出装置。
- 熔融ガラス流出装置より流出する熔融ガラスからガラス成形体を成形するガラス成形体の製造装置において、
前記熔融ガラス流出装置が請求項10〜15のいずれか1項に記載の装置であることを特徴とするガラス成形体の製造装置。
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