JP3862589B2 - 光学ガラス流出装置及び光学ガラス塊の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定量の光学ガラス塊を製造する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
成形光学素子の成形用素材である光学ガラス塊を得るための、溶融ガラス流出パイプの構造に関する発明は、従来から多く提案されているが、その発明のポイントは、以下の２点である。
・光学性能を満足する光学ガラスを得られること。
・広範囲の各種重量の光学ガラス塊を得ることができ、なお、重量バラツキは小さく、重量精度が高いこと。
【０００３】
このような発明として、例えば、特開平９−５９０３０号公報、特開平８−２９０９２２号公報、特開平８−１８８４１９号公報、特開平１０−３６１２３号公報に開示されているものが知られている。
【０００４】
特開平９−５９０３０号公報においては、次のような構成が開示されている。
【０００５】
るつぼ下部に太径ノズルを設け、この太径ノズル開口部の隙間を弁機構により制御することにより、溶融ガラスの流量制御を行ない、この太径ノズル下部に設けた細径ノズルの開口部より溶融ガラスを流出させる。そして、弁機構の開口高さおよび開口時間により、溶融ガラスの流量制御を行なう。また、るつぼと弁機構を白金で製作している。
【０００６】
特開平８−２９０９２２号公報においては、次のような構成が開示されている。
【０００７】
溶融ガラス供給ノズルと、この供給ノズルの下端に設置される滴下手段とを、分離接合可能な構成とする。そして、供給ノズル下端を冷却した後、供給ノズルと滴下手段を分離し、内径の異なる滴下手段を供給ノズルに接合することにより、溶融ガラス供給量を変更する。
【０００８】
特開平８−１８８４１９号公報においては、次の構成が開示されている。
【０００９】
溶融ガラスを滴下供給する供給ノズルにおいて、供給ノズル先端の内径を、供給ノズルの内径より大きく形成する。それにより、従来より大きな溶融ガラスを供給することを可能にしている。
【００１０】
特開平１０−３６１２３号公報においては、次の構成が開示されている。
【００１１】
導管から流出する溶融ガラスを鋳型に鋳込むにあたり、導管流出口の口径を、導管本体よりも大きくする。これにより、導管流出口での溶融ガラスの滞留時間を長く出来る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の方法は、以下に示す様な問題点を有していた。
【００１３】
まず、特開平９−５９０３０号公報に開示されている方法では、以下に示す問題がある。
【００１４】
るつぼに近接した、るつぼ下部の細径ノズルの開口部から溶融ガラスを流出するため、るつぼ内の溶融ガラスの温度と開口部から流出する溶融ガラスの温度に、大きな温度差をつけることは、現実的に困難である。そのため、開口部からは、かなり高温の溶融ガラスが流出することになる。そして、このように高温の溶融ガラスを流出させると、溶融ガラスの表層からガラス中の易揮発成分が蒸発揮発し、ガラス表層の屈折率が変化する。すなわち、このように高温で流出された光学ガラスには、「脈理」と呼ばれる光学欠陥が発生する。
【００１５】
また、弁機構の開口高さにより、溶融ガラス流出量を調整するに際し、実際には、弁機構の開口高さは、弁機構とるつぼとの熱膨張による変形により、微妙に変化するので、溶融ガラス流出量のバラツキは大きなものになる。
【００１６】
また、一回の溶融ガラス流出量は、太径ノズルの直径と弁機構の開口高さ、開口時間により決まるので、比較的多量の溶融ガラスを得ることは容易であるが、逆に、微小量の溶融ガラスを重量精度良く得ることが困難である。
【００１７】
さらに、るつぼと弁機構を共に白金で製作しているため、万一、るつぼと弁機構が接触した場合、るつぼと弁機構が融着し、作動しなくなるため、作業性が悪い。すなわち、一般に瓶ガラス用などの溶融ガラスの流出に使われる、弁機構による溶融ガラスの流出（いわゆる、プランジャー方式）は、品質特性の高さから白金るつぼ内での溶融が必要となる光学ガラスの溶融には、不適である。
【００１８】
また、特開平８−２９０９２２号公報に開示されている方法では、以下に示す問題がある。
・供給ノズル下端を冷却した後、供給ノズルと滴下手段を分離しようとしても、現実には、その分離は極めて困難である。なぜならば、供給ノズルと滴下手段との隙間にはガラスが入り込んだ状態で冷却固化されているから、このガラスを破壊しないと、供給ノズルと滴下手段を分離できない。
・また、このように、供給ノズルと滴下手段を分離できる構造の装置で、ガラスを溶融流出すると、流出ガラス内に微細な泡が発生することが多く、このガラスを光学ガラスとして使用することはできない。これは、分離部にトラップされた泡から微細な泡の流出が続くためである。
【００１９】
また、特開平８−１８８４１９号公報、および、特開平１０−３６１２３号公報に開示されている技術は、ほぼ同一であり、これらの技術により、より大きな溶融ガラス塊を得ることが可能になる。
【００２０】
しかしながら、これらの従来技術にも問題があり、それは、得られたガラス塊に、薄い「脈理」が発生する点である。
【００２１】
ここで、この「脈理」の発生プロセスとして、本願発明者が推測した仮説を図２を用いて説明する。
【００２２】
図２において、１は溶融ガラス流出パイプ、１１はテーパー状の溶融ガラス流出口、２は溶融ガラス、３は溶融ガラス塊、４は受け型、５は揮発ガラス、６は異常屈折率溶融ガラスである。
【００２３】
溶融ガラス流出パイプ１は、溶融るつぼ（不図示）に連結されており、その下端の溶融ガラス流出口１１をテーパー状に開くことにより、より大きな溶融ガラス塊３を得ることを可能にしている。受け型４を、溶融ガラス流出口１１の直下の位置に待機させ、溶融ガラス流出口１１から液滴状に流出している溶融ガラス２を、連続した状態で受け型４の上に受け、所望重量の溶融ガラスを受けた後、受け型４を所定距離下降させ、そこで静止する。すると、溶融ガラスに括れが生じ、その括れは、溶融ガラスの表面張力により進展し、溶融ガラスは直ちに自然切断され、溶融ガラス塊３が得られる。その状態が、図２に示されている。
【００２４】
なお、溶融ガラス流出口１１のテーパー角が大きい場合、流出してきた溶融ガラス２が、溶融ガラス流出口１１一杯に広がらず、図２に示すように、テーパー状の溶融ガラス流出口１１の途中までしか広がらない。
【００２５】
また、高温の溶融状態のガラスの表面からは、ガラス成分中の易揮発成分が揮発する。図２では、その様子を模式的に揮発ガラス５として示している。このガラスの揮発は、溶融ガラス流出口１１の溶融ガラス２からも、受け型４の上の溶融ガラス塊３からも、発生する。また、揮発したガラスのうち幾らかは、再度凝集し、溶融ガラス２や溶融ガラス塊３に戻ったり、受け型４や溶融ガラス流出口１１に堆積する。
【００２６】
一方、溶融ガラス流出パイプ１の中を流れる溶融ガラス２は、溶融るつぼ（不図示）から、十分に長い距離を流れた後、溶融ガラス流出口１１から流出される。そして、この溶融ガラス流出パイプ１の内部の流れは、粘度が高く、パイプ内径が小さく、流速も低いので、レイノルズ数が低く、層流の管内流である。したがって、溶融ガラス２が溶融ガラス流出パイプ１の内部を流れるにつき、粘性抵抗により流速分布ができ、管中央では流れが速く、逆に、管壁近くでは流れが遅くなる。そして、この流速分布は、放物線状の速度分布となる。
【００２７】
すなわち、管壁近くでは、流速は極めて遅く、淀んだ状態である。この状態は、テーパー状の溶融ガラス流出口１１を溶融ガラスが広がっていく時も続く。そして、溶融ガラスの表面においても、溶融ガラス流出口１１の壁近くでは、流速は極めて遅い。
【００２８】
一方、溶融ガラス表面では、溶融ガラスの揮発が起きている。そして、溶融ガラス流出口１１の壁近くでは、新しいガラスの流入が無い状態で揮発が続くので、ガラス成分が変質し、異常な屈折率になる。その異常屈折率溶融ガラス６を、図２に示す。
【００２９】
また、溶融ガラスから揮発した揮発ガラス５が、溶融ガラス流出口に再度凝着してできた変質ガラスも、この位置で淀み、異常屈折率溶融ガラス６となる。
【００３０】
そして、溶融ガラス塊３を得る工程で、この位置で淀んでいる異常屈折率溶融ガラス６にも、わずかな流速が生じるので、この異常屈折率溶融ガラス６が、溶融ガラス塊３の表層に、僅かに流れ込んでくる。これが、光学的欠陥である「脈理」として観察されると考えられる。
【００３１】
また、溶融ガラス流出口１１がテーパー状に広がっていない場合でも、この「脈理」は発生している。
【００３２】
その様子を、図３に示す。記号は図２と同じである。
【００３３】
溶融ガラス流出口１１の壁面近くでは、流速が極めて遅いため、溶融ガラス表面で、屈折率異常溶融ガラス６が淀んだ状態になり、溶融ガラス塊３を得る工程で、屈折率異常溶融ガラス６が僅かに流れ込み、「脈理」が発生する。
【００３４】
一方、この「脈理」は、溶融ガラスの揮発に起因するので、流出溶融ガラス温度を低くすれば発生状態は少なくなる。しかし、今度は、ガラス粘度が高くなるため、いわゆる「シャーレスカット」（鋏を使わない切断）が困難になり、「シャーレスカット」時に、糸状ガラスが発生し、「巻込み」と呼ばれる光学欠陥が発生する。
【００３５】
すなわち、本発明は、従来技術では解決できなかった「脈理」などの光学欠陥の無い、極めて光学品質の高い光学ガラス塊を、各種の重量について、高い重量精度で製造することを、解決すべき課題としている。
【００３６】
そして、本発明の目的は、光学品質の優れた光学ガラスを製造することができる光学ガラス流出装置を提供することである。
【００３７】
また、本発明の他の目的は、光学品質に優れ、さらに、所望の大きさの光学ガラス塊を製造することができる光学ガラス流出装置を提供することである。
【００３８】
また、本発明の更に他の目的は、より一層、光学品質の優れた光学ガラスを安定して製造することができる光学ガラス流出装置を提供することである。
【００３９】
また、本発明の更に他の目的は、各種重量の光学ガラス塊を、高い光学品質、重量精度で製造することができる光学ガラス流出装置を提供することである。
【００４０】
また、本発明の更に他の目的は、成形光学素子製造用素材として適した高品質の光学ガラス塊を提供することである。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる光学ガラス流出装置は、光学ガラスを溶融するためのるつぼと、該るつぼに接続され、前記るつぼ内の溶融ガラスを流出させるための流出パイプとを具備し、前記流出パイプは、その途中位置に絞り部を有し、該絞り部の開口断面積が前記流出パイプの前記絞り部よりも上流側の開口断面積の１／３から１／２０であり、前記絞り部から前記流出パイプの先端に向かうにつれて徐々に寸法が広げられており、前記流出パイプの絞り部の温度は、絞り部以外の部分の温度よりも高温になるように制御されていることを特徴としている。
【００４３】
また、この発明に係わる光学ガラス流出装置において、前記絞り部は、前記流出パイプの先端から８０ｍｍ以内の位置に設けられていることを特徴としている。
【００４７】
また、本発明に係わる光学ガラス塊の製造方法は、光学ガラスを溶融するためのるつぼから、溶融ガラスを流出パイプを通して流出させて光学ガラス塊を得る光学ガラス塊の製造方法であって、前記流出パイプの途中位置に絞り部を設け、該絞り部の開口断面積が前記流出パイプの前記絞り部よりも上流側の開口断面積の１／３から１／２０であり、前記溶融ガラスを前記絞り部において、前記流出パイプの絞り部以外の部分の温度よりも高温になるように加熱して通過させた後、前記絞り部から前記流出パイプの先端に向かうにつれて徐々に寸法を広げることで、受け型の上に所定量供給する供給工程と、前記溶融ガラスの表面張力により前記溶融ガラスを切断する切断工程とを具備することを特徴としている。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。
【００５０】
まず、一実施形態の概要について説明する。
【００５１】
本発明の一実施形態では、光学ガラス溶融るつぼに接続された溶融ガラス流出パイプにおいて、流出パイプの途中において、パイプ内径が絞られている。
【００５２】
溶融ガラスを、溶融るつぼに接続された溶融ガラス流出パイプを介して流出させることにより、溶融るつぼと溶融ガラス流出口の温度差を付けることが可能になり、溶融ガラス流出口の温度を比較的低くでき、その結果、「脈理」を防止できる。その目的のためには、溶融ガラス流出パイプの長さは長いことが望ましい。
【００５３】
一方、溶融ガラス流出パイプの長さが長いと、溶融ガラスは粘度が高いため、粘性抵抗の影響を大きく受け、放物線状の速度分布を持つ流れに発達する。すなわち、流出パイプの中心部では流速が速いが、逆に、流出パイプの壁近くでは流速が極めて遅い流れになる。
【００５４】
しかし、このような流れも、流出パイプの途中において、パイプ内径を絞ることにより、流速分布が一様な一様流になる。溶融ガラス流出口近くで、パイプ内径を絞ることにより、溶融ガラス流出口まで、流速分布を一様に近く保つことができる。すなわち、溶融ガラス流出口においても、壁近くでの流速が十分にあり、溶融ガラス表面と溶融ガラス流出口の壁が接する部分でも、揮発により変質した溶融ガラスが滞留すること無く、溶融ガラスの流出が行われる。この様子を図１に示す。
【００５５】
その結果、「脈理」のない高品質の光学ガラスを製造することができる。
【００５６】
なお、図４から図８は、粘性流体が管内を流れる時、粘性による流速分布の発達の様子、および、絞りによる流速の一様化を示す模式図である。
【００５７】
図４は、溶融るつぼ７から溶融ガラス流出パイプ１へ、溶融ガラスが流入するときの様子を示しており、溶融るつぼ７内は、準静的状態なのでここから流入する溶融ガラスは、ほぼ一様の流速である。
【００５８】
図５、図６、図７は、溶融ガラス流出管内部での流れの発達を示す図である。管壁からの粘性抵抗により、管内での流速分布は、管壁近くでの流速が遅くなり、図５に示すような流速分布になる。
【００５９】
流出管内を流れが更に進むと、速度分布が更に顕著になって、図６に示すような状態になり、最終的には、図７に示すように、放物線状の速度分布を持つようになる。
【００６０】
このように速度分布を持った流れ状態を、パイプ内径を絞ることにより一様流にした状態を示したものが、図８である。
【００６１】
なお、このような流速分布に関する知見は、室温での一般の液体の管内流に関する実験から得られているものであるが、粘性流体理論からして、同様の現象が溶融ガラス流出パイプ内でも、生じていると考えられる。
【００６２】
また、本実施形態では、光学ガラス溶融るつぼに接続された溶融ガラス流出パイプにおいて、流出パイプの途中において一旦パイプ内径が絞られ、再度、パイプ内径が所望の寸法に拡げられる。
【００６３】
溶融ガラス流出パイプの途中でパイプ内径を絞ることにより、パイプ内の溶融ガラスの流速分布が一様流になることは、上述した作用と同じである。その後、パイプ内径を所望の寸法に連続的に広げても、この連続的に広がっている溶融ガラス流出部において、溶融ガラスの流れは、壁近くで十分な流速あるので、溶融ガラス表面と溶融ガラス流出口の壁が接する部分でも、揮発により変質した溶融ガラスが滞留すること無く、溶融ガラスの流出が行われる。
【００６４】
その結果、「脈理」のない高品質の光学ガラスを製造することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、溶融ガラス流出口のパイプ内径を所望の寸法に広げているので、大きなガラス塊を得る場合、受け型に溶融ガラスを受ける工程を瞬間的に行なうことが可能になり、その結果、光学ガラス塊の下面に発生するゴブインマークと呼ばれる凸凹の発生を防ぐことができる。
【００６６】
また、本実施形態では、溶融ガラス流出パイプの流出口から８０ｍｍの距離の範囲内で、パイプ内径が絞られている。
【００６７】
溶融ガラス流出パイプの途中でパイプ内径を絞ることにより、パイプ内の溶融ガラスの流速分布が一様になり、このようなパイプ壁近くで十分な流速のある状態で、溶融ガラスを流出させることにより、揮発により屈折率の変化した溶融ガラスの滞留なく溶融ガラスを流出できることは、既に説明した。
【００６８】
しかしながら、パイプ内径の絞り部分が溶融ガラス流出口から遠い位置に設置されていると、絞り部分通過後の溶融ガラス流出パイプの長さが長くなり、この部分での粘性抵抗により、パイプ壁近くでの流速が遅くなり、そして、溶融ガラス流出口において、壁近くの流速が極めて遅くなり、揮発ガラスの滞留が起こり、「脈理」などの光学欠陥が発生する。
【００６９】
本願発明者は、パイプ内径の絞りの設置位置について、実験的検討を行ない、溶融ガラス流出パイプの流出口から８０ｍｍの距離の範囲内で、パイプ内径を絞れば、高品質の光学ガラスを得ることができることを見出した。
【００７０】
また、本実施形態では、パイプ内径の絞りが、断面積比で、１／３から１／２０までの範囲である。
【００７１】
溶融ガラス流出部の途中でパイプ径を絞ることにより、溶融ガラスを一様流にし、ガラス流出口での壁近くの流速を十分にし、変質ガラスの滞留を無くし、高品質のガラスを流出できることは、既に説明した。
【００７２】
このパイプ内径の絞りが、緩い場合、すなわち、絞り前のパイプの内断面積と絞り部のパイプの内断面積の比（＝絞り部のパイプの内断面積／絞り前のパイプの内断面積）が大きい場合、この絞りによる効果が十分に得られない場合がある。本願発明者は、パイプ内径の絞り径について、実験的検討を行ない、パイプ内径の絞りが、断面積比で１／３より大きい場合、絞りによる効果が十分に得られず、得られる光学ガラスの品質が低くなることを見出した。
【００７３】
逆に、パイプ内径の絞りが、きつい場合、すなわち、絞り前のパイプの内断面積と絞り部のパイプの内断面積の比（＝絞り部のパイプの内断面積／絞り前のパイプの内断面積）が小さい場合、この絞り部での溶融ガラスの流速が、かなり速くなり、一方、その部分の圧力は、ベルヌイの定理により、かなり低下する。すると、溶融ガラス中に溶存していたガス成分が、微細な泡となって発生してくる。
【００７４】
本願発明者は、パイプ内径の絞り径について、実験的検討を行ない、パイプ内径の絞りが、断面積比で１／２０より小さい場合、絞り部での流速増加に伴う圧力低減により、溶融ガラス中に微細な泡が発生することを見出した。
【００７５】
すなわち、パイプ内径の絞りが、断面積比で、１／３から１／２０までの範囲であれば、高品質の光学ガラスを流出できることを見出したのである。
【００７６】
また、本実施形態では、パイプ内径絞り部分とそれ以外の部分において、その温度を個別に制御できるようにした。
【００７７】
上記で説明した光学ガラス溶融装置では、溶融ガラス流出パイプの中で、パイプ内径絞り部分が、その律速部となる。なぜなら、絞り部では流動抵抗が、パイプの他の部分に比べ大きくなるためである。
【００７８】
したがって、このパイプ内径絞り部分とそれ以外の部分において、その温度を個別に制御することにより、溶融ガラス流出量を所望の価に制御することが可能になる。
【００７９】
また、本実施形態では、溶融状態の光学ガラスを、光学ガラス溶融るつぼから、溶融ガラス流出パイプを介して流出させるに際して、流出パイプの途中において、パイプ内径が絞られた状態で、溶融ガラスを流出する。
【００８０】
既に説明したように、溶融ガラス流出部の途中でパイプ径を絞ることにより、溶融ガラスを一様流にし、ガラス流出口での壁近くの流速を十分にし、変質ガラスの滞留を無くし、高品質のガラスを流出できる。よって、このように得られた光学ガラスは、脈理等の光学欠陥が無く、高品質である。
【００８１】
また、本実施形態では、パイプ内径が絞られた状態で流出された溶融状態の光学ガラスを、受け型の上に所定重量受け、その後、溶融ガラスの表面張力により溶融ガラスを切断し、溶融光学ガラス塊を得る。
【００８２】
いわゆるシャーレスカットにより、溶融ガラスの表面張力により溶融ガラスを切断し、溶融光学ガラス塊を得るためには、溶融ガラスの粘度を低くする必要があり、そのため、溶融ガラスの温度を高くしなければならない。
【００８３】
しかし、一方、このような高温の溶融ガラスを流出させると、その表面からの揮発が激しく、変質ガラスが生じる。
【００８４】
ここで、本実施形態では、溶融ガラス流出部の途中でパイプ径を絞ることにより、溶融ガラスを一様流にし、ガラス流出口での壁近くの流速を十分にし、変質ガラスの滞留を無くし、高品質のガラスを流出できる。よって、このように得られた光学ガラス塊は、脈理等の光学欠陥が無く、高品質である。
【００８５】
次に、本発明の一実施形態について、図１、図９を参照して具体的に説明する。
【００８６】
図１は、溶融ガラス流出口付近を説明する図であり、図９は、溶融ガラス流出装置全体を説明する図である。
【００８７】
図１において、１は溶融ガラス流出パイプ、２は溶融ガラス、３は溶融ガラス塊、４は受け型、５は揮発ガラス、８は溶融ガラス流出パイプの内径絞り部、１１は溶融ガラス流出口である。また、図９において、１は溶融ガラス流出パイプ、７は溶融るつぼ、８は溶融ガラス流出パイプの内径絞り部、９ａ，９ｂは溶融ガラス流出パイプ１および内径絞り部８を個別に通電加熱するための電気回路、１１は溶融ガラス流出口である。
【００８８】
溶融るつぼ７は白金で作られており、周囲に設置されたヒーター（不図示）により、ガラス溶融温度に加熱保持される。光学ガラス素材（不図示）を、溶融るつぼ７に投入し、溶融する。
【００８９】
溶融ガラス流出パイプ１は、白金で作られており、溶融るつぼ７の下部に接続されている。
【００９０】
溶融ガラス流出パイプ１内に設けられた内径絞り部８は、図９に示すように、溶融ガラス流出パイプ１の下端近くに設けられる。図１に示すように、内径絞り部８を通過した後、パイプ内径は、テーパー形状で滑らかに広がり、溶融ガラス流出口１１に至る。
【００９１】
溶融ガラス流出パイプ１と内径絞り部８は、各々、別個の電気回路９ａ，９ｂにより通電加熱され、所望の温度に制御されることにより、溶融ガラスの流出量を制御することができる。この電気回路９ａ，９ｂの制御により、溶融ガラス流出口１１から、液滴状に溶融ガラスが流出する状態にする。
【００９２】
受け型４は、ＮＣ（数値制御）装置に連結され、その移動位置と移動速度を、高精度に制御できる。
【００９３】
ガラス塊３を受け型４の上に受ける工程において、まず、受け型４は、溶融ガラス流出口１１の直下の位置まで上昇する。すると、受け型４の上に、溶融ガラスが連続的に受けられ溜まり始める。その後、受け型４を微小速度で下降させ、受け型４の上に所望重量の溶融ガラスを得る。そこで、受け型４を所定距離、急降下させる。すると、溶融ガラスに括れが生じ、そして、溶融ガラスの表面張力により、この括れが進展し、溶融ガラスが自然切断され、溶融ガラス塊３が得られる。
【００９４】
このようにして得られたガラス塊３は、脈理などの光学欠陥が無く、高品質のものである。
【００９５】
このように、本実施形態により、脈理の無いガラス塊が得られるのは、溶融ガラス流出パイプ１内での溶融ガラスの流速分布が、絞りにより一様になり、溶融ガラス流出口でも、壁近くで十分な流速があり、変質ガラスの滞留を防止できるためと考えられる。
【００９６】
なお、本実施形態においては、溶融ガラス流出パイプ１の流出口１１から８０ｍｍの距離の範囲内で、パイプ内径が絞られていることが望ましく、また、パイプ内径の絞りが、断面積比で、１／３から１／２０までの範囲であることが望ましい。
【００９７】
【実施例】
以下、本実施形態の具体的実施例、および比較例を示す。
【００９８】
（実施例１）
実施例１では、パイプ内径絞り部が、溶融ガラス流出パイプの下端に位置し、パイプ内径が、絞られた後、再度、テーパー状に広がり、溶融ガラス流出口に至り、この光学ガラス溶融装置から流出する溶融光学ガラスから光学ガラス塊を得る例について説明する。
【００９９】
実施例１の装置構成は、図１、図９に示す。
【０１００】
実施例１において、溶融ガラス流出パイプ１の内径は６ｍｍであり、流出パイプ１の長さ、すなわち、溶融るつぼ７の下端から流出口１１までの長さは、３００ｍｍである。
【０１０１】
内径絞り部８は、ガラス流出口１１の上方１５ｍｍの位置に設けられ、内径絞り部のパイプ内径は１.５ｍｍであり、面積比は１／１６となる。絞り部の長さは５ｍｍである。絞り部の後、パイプ内径はテーパー状に連続的に広がり、流出口１１でのパイプ内径は１０ｍｍである。
【０１０２】
受け型４は、多孔質カーボンで作られ、その背面からガスを噴出している状態で、溶融ガラスを受けることにより、受け型４から浮上した状態で溶融ガラスを受け、ガラス塊３を得た。
【０１０３】
実施例１では、ＳＫ１２相当の光学ガラスを溶融した。溶融るつぼ７は１１００℃に保たれ、流出パイプ１は９００℃、内径絞り部８は１０００℃に保たれ、流出口１１からは、溶融ガラスが液滴状に流出している状態にした。この時の溶融ガラスの流出量は毎分４０ｇであった。
【０１０４】
受け型４を、流出口１１の下方５ｍｍの位置にセットし、毎秒０.１ｍｍの速度で下降させ、１０秒後、受け型４を７ｍｍ急降下させ、溶融ガラスを自然切断し、溶融ガラス塊を得た。このようにして、重量７ｇのガラス塊を得た。
【０１０５】
このガラス塊には、脈理などの光学欠陥が無く、光学素子成形用素材として適した高品質のガラス塊であった。
【０１０６】
なお、内径絞り部８のパイプ内径を、１.３ｍｍから３.５ｍｍの範囲にした場合でも、すなわち、絞り部の断面積比が１／３から１／２０の範囲でも、同様に高品質のガラス塊を得ることができる。
【０１０７】
このように本実施例によれば、比較的大きな高品質のガラス塊を得ることができる。
【０１０８】
（比較例）
実施例１に対する比較例を示す。
・従来の方法
流出パイプに絞りを設けず、一定内径の流出パイプで流出し、流出口をテーパー状に広げた場合について説明する。
【０１０９】
溶融ガラス流出パイプとして、長さ３００ｍｍ、内径４ｍｍのものを用い、その流出口でパイプ内径１０ｍｍになるようテーパー状に広げたものを用いた。流出パイプ温度を８００℃、流出口温度を９００℃にし、溶融ガラス塊を得たが、得られたガラス塊には脈理があり、光学品質の低いものであった。
【０１１０】
流出口温度を低くすると、脈理は減少するが、いわゆるシャーレスカットが困難になり光学素子成形用素材としては適さなくなる。
・絞りが弱すぎる場合
流出パイプの絞りが弱すぎ、効果が無かった場合について説明する。
【０１１１】
パイプ内径絞り部分の内径を４ｍｍとし、すなわち、絞り断面積比を１／２.２５とし、その他の条件は実施例１と同一にし、溶融ガラスを流出した。このようにして得られたガラス塊は、脈理があり、光学品質の低いものであった。
【０１１２】
これは、絞りが弱すぎたため、本実施形態の効果が現れなかったためである。
・絞りが強すぎる場合
流出パイプの絞りが強すぎ、欠陥が発生した場合について説明する。
【０１１３】
パイプ内径絞り部分の内径を１ｍｍとし、すなわち、絞り断面積比を１／３６とし、その他の条件は実施例１と同一にし、溶融ガラスを流出した。このように流出した溶融ガラスには微細な泡が発生し、得られたガラス塊にも泡が残り、品質の低いものである。
【０１１４】
これは、絞りが強すぎ、絞り部での溶融ガラスの流速増加に伴い圧力が減少し、溶融ガラス中に溶け込んでいたガスが発泡したためである。
【０１１５】
（実施例２）
実施例２では、流出パイプを絞った後、パイプ内径をそのままで、流出口から流出させる場合について説明する。
【０１１６】
溶融ガラス流出口以外の構造は、実施例１と同一である。溶融ガラス流出口は、内径１．５ｍｍ、外径３ｍｍのパイプ状の形状である。
【０１１７】
実施例２でも、ＳＫ１２相当の光学ガラスを溶融した。溶融るつぼ７は１１００℃に保たれ、流出パイプ１は８００℃、パイプ内径絞り部は９００℃に保たれ、流出口１１からは、溶融ガラスが液滴状に流出している状態にした。この時の溶融ガラスの流出量は毎分１０ｇであった。
【０１１８】
受け型４を、流出口１１の下方３ｍｍの位置にセットし、毎秒０.１ｍｍの速度で下降させ、３秒後、受け型４を４ｍｍ急降下させ、溶融ガラスを自然切断し、溶融ガラス塊を得た。このようにして、重量０．５ｇのガラス塊を得た。
【０１１９】
このガラス塊には、脈理などの光学欠陥が無く、光学素子成形用素材として適した高品質のガラス塊であった。
【０１２０】
このように本実施例によれば、比較的小さな高品質のガラス塊を得ることができる。
【０１２１】
（比較例）
実施例２に対する、従来の方法による比較例を示す。
【０１２２】
流出パイプに絞りを設けず、一定内径の流出パイプで、流出口まで流出した場合について説明する。
【０１２３】
溶融ガラス流出パイプとして、長さ３００ｍｍ、内径１．５ｍｍのものを用いた。流出パイプ温度を８００℃、流出口温度を９００℃にし、溶融ガラス塊を得たが、得られたガラス塊には脈理があり、光学品質の低いものであった。
【０１２４】
流出口温度を低くすると、脈理は減少するが、いわゆるシャーレスカットが困難になり光学素子成形用素材としては適さなくなる。
【０１２５】
（実施例３）
実施例３では、流出パイプの絞り部が、流出口からやや離れた位置にある場合について説明する。
【０１２６】
実施例３の装置構成では、図１０に示すように、内径絞り部８を流出パイプの流出口１１から８０ｍｍ上方の位置に設けた。絞り部の内径は１．５ｍｍ、長さは５ｍｍである。
【０１２７】
絞り部以外の流出パイプの内径は、内径４ｍｍであり、流出パイプ全体の長さは３００ｍｍである。流出部は、内径４ｍｍ外径６ｍｍのパイプ形状である。
【０１２８】
実施例３も、ＳＫ１２相当の光学ガラスを溶融した。溶融るつぼ７は１１００℃に保たれ、流出パイプ１は８５０℃、パイプ内径絞り部は９５０℃に保たれ、流出口１１からは、溶融ガラスが液滴状に流出している状態にした。この時の溶融ガラスの流出量は毎分２０ｇであった。
【０１２９】
受け型４を、流出口１１の下方３ｍｍの位置にセットし、毎秒０.１ｍｍの速度で下降させ、６秒後、受け型４を４ｍｍ急降下させ、溶融ガラスを自然切断し、溶融ガラス塊を得た。このようにして、重量２ｇのガラス塊を得た。
【０１３０】
このガラス塊には、脈理などの光学欠陥が無く、光学素子成形用素材として適した高品質のガラス塊であった。
【０１３１】
このように本実施例によれば、絞り部を加熱するための電気回路の配線を高い位置に設置できるので、この配線と受け型との接触を防止でき、その結果、装置構成の自由度を上げることが可能になる。
【０１３２】
（比較例）
実施例３の比較例として、内径絞り部の設置位置が、流出口から離れ過ぎていたため、本実施形態の効果が見られなかった場合について説明する。
【０１３３】
実施例３と同一構造で、内径絞り部を流出口から１００ｍｍの位置に設置した状態で溶融ガラスを流出したものは、得られたガラス塊にわずかに脈理が存在し、好ましい品質ではなかった。
【０１３４】
（実施例４）
実施例４では、流出パイプ中に２ヶ所の内径絞り部を設けた場合について説明する。
【０１３５】
実施例４の装置構成を図１１に示す。流出パイプの中央部と下端部の２ヶ所に内径絞り部を設けている。流出パイプ全体の長さは３００ｍｍであり、中央部の絞りは、パイプ下端から１２０ｍｍの位置、下端部の絞りは、パイプ下端から１０ｍｍの位置に設けられている。
【０１３６】
流出パイプの内径は４ｍｍであり、中央部の絞りの内径は１．５ｍｍで、断面積比は１／７、下端部の内径は２ｍｍで、断面積比は１／４である。
【０１３７】
流出パイプは、中央の絞り部分、それより上の部分、それより下の部分の３ゾーンに別れ、温度制御できるよう電気回路９ａ，９ｂ，９ｃが設けられている。
【０１３８】
実施例４も、ＳＫ１２相当の光学ガラスを溶融した。溶融るつぼ７は１１００℃に保たれ、流出パイプ上部は９００℃、中央絞り部は８５０℃、流出パイプ下部は１０００℃に保たれ、流出口１１からは、溶融ガラスが液滴状に流出している状態にした。この時の溶融ガラスの流出量は毎分１０ｇであった。
【０１３９】
受け型４を、流出口１１の下方３ｍｍの位置にセットし、毎秒０.１ｍｍの速度で下降させ、５秒後、受け型４を４ｍｍ急降下させ、溶融ガラスを自然切断し、溶融ガラス塊を得た。このようにして、重量０．８ｇのガラス塊を得た。
【０１４０】
このガラス塊には、脈理などの光学欠陥が無く、光学素子成形用素材として適した高品質のガラス塊であった。
【０１４１】
本実施例によれば、極めて高い重量精度のガラス塊を得ることができた。これは、パイプ中央の絞り部を独立して温度制御することで、ガラス流量を制御することができるためである。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、脈理等の光学欠陥の無い高品質の光学ガラス塊を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の溶融ガラス流出装置におけるガラス流出口付近の拡大図である。
【図２】従来の溶融ガラス流出装置におけるガラス流出口付近の拡大図である。
【図３】従来の溶融ガラス流出装置におけるガラス流出口付近の拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態の作用を説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態の作用を説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態の作用を説明する図である。
【図７】本発明の一実施形態の作用を説明する図である。
【図８】本発明の一実施形態の作用を説明する図である。
【図９】実施例１を説明する図である。
【図１０】実施例３を説明する図である。
【図１１】実施例４を説明する図である。
【符号の説明】
１ 溶融ガラス流出パイプ
３ 溶融ガラス塊
４ 受け型
７ 溶融るつぼ
８ 内径絞り部
１１ 流出口

Claims (3)

1. 光学ガラスを溶融するためのるつぼと、
   該るつぼに接続され、前記るつぼ内の溶融ガラスを流出させるための流出パイプとを具備し、
   前記流出パイプは、その途中位置に絞り部を有し、該絞り部の開口断面積が前記流出パイプの前記絞り部よりも上流側の開口断面積の１／３から１／２０であり、前記絞り部から前記流出パイプの先端に向かうにつれて徐々に寸法が広げられており、前記流出パイプの絞り部の温度は、絞り部以外の部分の温度よりも高温になるように制御されていることを特徴とする光学ガラス流出装置。
2. 前記絞り部は、前記流出パイプの先端から８０ｍｍ以内の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス流出装置。
3. 光学ガラスを溶融するためのるつぼから、溶融ガラスを流出パイプを通して流出させて光学ガラス塊を得る光学ガラス塊の製造方法であって、
   前記流出パイプの途中位置に絞り部を設け、該絞り部の開口断面積が前記流出パイプの前記絞り部よりも上流側の開口断面積の１／３から１／２０であり、前記溶融ガラスを前記絞り部において、前記流出パイプの絞り部以外の部分の温度よりも高温になるように加熱して通過させた後、前記絞り部から前記流出パイプの先端に向かうにつれて徐々に寸法を広げることで、受け型の上に所定量供給する供給工程と、
   前記溶融ガラスの表面張力により前記溶融ガラスを切断する切断工程とを具備することを特徴とする光学ガラス塊の製造方法。

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