JP4482248B2 - ガラス成形品の製造方法、光学部品の製造方法、ガラス成形品の製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスから形成したガラスゴブをプレス成形するガラス成形品の製造方法、及びガラス成形品の製造装置に関する。ここでのガラス成形品は、例えば、光学レンズその他のガラス最終製品の研削・研磨前の状態である、ガラス半製品（以下、これをレンズブランクスという）である。さらに、このガラス成形品(レンズブランクス)に研削、研磨加工を施して光学部品を製造する方法に関する。特に本発明は、光学レンズブランクス等の成形品をプレス成形し、このブランクスを研削、研磨して光学レンズを製造する方法に好適な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レンズブランクスを成形する方法としては大きく分けて２つの方法がある。１つはリヒートプレス方式といわれる方法である。この方法は、板状のガラス素材を切断機で賽の目に切断し、バレル研摩を行なった後 耐火物で作られた皿上で加熱・軟化し、プレス型内に投入してプレス成形する方法である。もう一つはダイレクトプレス方式である。この方法は、溶融タンク炉内でガラス原料を溶融し、その適量をシャーその他の切断装置によって切断して、位置割り出し機構付きの円テーブル上に配置された下型上に供給した後、円テーブルの１ヶ所に設置されたプレス機構によってプレス成形する方法である。
【０００３】
成形されたレンズブランクスは、後にその表面を研削・研磨され、眼鏡レンズ、カメラレンズ、光学ピックアップレンズ等の最終的なガラス製品となる。
【０００４】
上述の２つの方法にはそれぞれ一長一短がある。リヒートプレス方式では重量ばらつきと損傷のない賽の目形状のガラス塊を高歩留まりで得ることは難しく、人手に頼るべき家内工業的性格が強い。また、溶融−成形後 一旦常温に冷却したガラスを加工して再び加熱・軟化するため、エネルギーの無駄が多く総工程数も多い。その反面、(1)ガラスを成形するための最適な温度にして成形できるため、高い金型形状転写性が得られる、(2)必要以上に金型温度を上げる必要がないため金型の持ちが良い、(3)必要な金型数が少ないことにより金型費負担が非常に少なくて済む、(4)板形状で材料在庫を持つことができるので、溶解工程を経ることなく、顧客のニーズに迅速に対応して賽の目の所定重量のガラス材料に加工し、「同時多数個プレス」を行なうことで短納期に多量の受注に対応できる、という長所を持つ。
【０００５】
ダイレクトプレス方式は総工程数が少なく材料ロスも少ない上 自動化しやすいという長所を持ち、少品種大量生産には非常に適している。しかし、特に小物の場合、１個ずつしかプレスできない（直列処理）という機構上の制約から、時間当たり生産量をあまり大きくできない、という欠点がある。また、段取り替え、型替えの時間は稼動中断を余儀なくされる方式のため、多品種少量生産の場合、生産効率が大幅に低下することが避けられない。更に低粘度の溶融ガラスが、プレス成形するための軟化点より低温の下型と接触し、ガラスの下表面は早期に固化が進んでしまう。一方で、ガラス内部は流出時の温度が十分下がり、成形に適した温度になるまでの時間を確保することが難しい。そのため、ゴブは場所により大きな温度勾配を持った状態でプレスされることが避けられない。そのためプレス後の収縮が不安定で収縮量も大きく、金型形状転写性に劣る。また、(1)回転テーブル上の全ての割り出し位置にプレス用の胴型と下型を装着する必要があること、(2)液相温度以上の高温で流出する溶融ガラスをプレス用下型に直接受けるため、型が酸化により傷みやすく耐用寿命が短いこと、(3)形成されたゴブが冷え過ぎないようにするため型の保持温度を高くせざるを得ないことで型が傷みやすいこと、等から金型費負担がリヒートプレス方式に比べ非常に大きい、という欠点もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ダイレクトプレス方式とリヒートプレス方式の長所を生かし、短所を補う試みとして、特開平６−１５７０５１号公報（以下、本公報という）に開示されている発明がある。本公報に開示されている方法は、まず、溶融ガラスをロータリーインデックス方式でゴブ金型に受けてゴブを成形し、吸着パッドによりゴブをゴブ金型から取り出せる程度にまで冷却する。それから、ゴブ金型上のゴブを吸着パッドで吸着してコンベア上に移す。コンベア上に移されたゴブは、断熱、保温された状態で、プレスの適温に加熱するための加熱炉にまで運ばれ、加熱、調温されてからプレス成形型へ移され、プレス成形される。溶融ガラスから形成されたガラスゴブは、ゴブ金型に接触したり、大気に晒される表面の温度は急激に低下するが、内部温度の低下は遅いため、ゴブ表面と内部との間に大きな温度差が生じる。この温度差を減少させるために、上記断熱、保温が行われる（以下、この操作を均熱化という）。この方法では、ゴブをゴブ金型から運び出すため、変形しない程度の固化層がゴブ表面にできるまでゴブを冷却しなければならない。しかも、ゴブ金型がロータリーインデックス方式により駆動されているため、限られた時間内にゴブ表面に固化層ができるよう、ゴブの表面を急冷しなければならない。そのためにゴブ金型の温度は、通常のゴブ成形と同じく、ガラスの軟化点を下回る温度に設定されていると考えられる。
【０００７】
そのため、溶融状態のガラスが当初もっていた熱量の相当量がゴブ金型上で失われてしまい、均熱化後にプレス可能な粘度になるまでゴブを再加熱しなければならない。このような再加熱は、製造プロセスに必要なエネルギー消費を増大させるとともに、製造工程及び製造時間を長くすることにもなる。そのため、期待した程の生産性の向上は得られなかった。
【０００８】
また、ガラスの軟化点より低い温度のゴブ金型上における、ガラスからのゴブ金型への伝熱量（熱伝導）は、大気への放熱量（熱伝達）に比べて大きい。そのため、ゴブの上面の温度の方が、ゴブ金型に接触している下面の温度よりも低くなる、温度分布も生じてしまう。この温度分布解消のため、加熱炉での均熱化に要する時間を長くしなければならない。この点も期待した程、生産性の向上ができない要因となっていた。さらに、ゴブの再加熱は、ゴブ上面に配置された発熱体により行われるため、ゴブ下面がプレス適温になるまで、比較的長い時間を要するといった問題点もあった。
【０００９】
そこで本発明は、ゴブ金型でガラスゴブを形成した後にプレス成形型でプレス成形を行う改良されたダイレクトプレス方式が有する上記短所を補い、溶融ガラスのもつ熱量を有効に利用することにより、高い生産性でガラス成形品を製造できる方法、及びこの方法の実施に適したガラス成形品の製造装置を提供することを目的とする。
即ち、本発明の目的は、ゴブ金型でガラスゴブを形成した後にプレス成形型でプレス成形を行う改良されたダイレクトプレス方式を利用する方法であって、溶融ガラスから形成されたガラスゴブを再加熱することなくプレス成形を行い、高い生産性でガラス成形品を製造できる方法、及びこの方法の実施に適したガラス成形品の製造装置を提供することにある。
さらに、本発明は、上記方法により得られたガラス成形品(例えば、レンズブランクス)から光学部品を作製する光学部品の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は以下の通りである。
（請求項１） 溶融ガラスよりガラスゴブを形成し、かつ均熱化し、次いで得られたガラスゴブをプレス成形するガラス成形品の製造方法において、前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において行うこと、及び前記ゴブ受部は熱容量が、前記ガラスゴブの熱容量より小さく、かつ断熱されていること、並びに前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において、以下の条件(1)を満たすように行うことを特徴とするガラス成形品の製造方法。
条件(1): Ｃ１−Ｃ２＞Ｃ３
Ｃ１：ゴブ型のゴブ受部に供給される溶融ガラスが有する熱量、
Ｃ２：プレス成形に必要最小限のゴブの熱量、
Ｃ３：ガラスゴブの形成及び均熱化の間にガラスから奪われる総熱量
（請求項２） 溶融ガラスよりガラスゴブを形成し、かつ均熱化し、次いで得られたガラスゴブをローラープレス成形する円柱状ガラス成形品の製造方法において、前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において行うこと、及び前記ゴブ受部は熱容量が、前記ガラスゴブの熱容量より小さく、かつ断熱されていること、並びに前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において、以下の条件(1)を満たすように行うことを特徴とするガラス成形品の製造方法。
条件(1): Ｃ１−Ｃ２＞Ｃ３
Ｃ１：ゴブ型のゴブ受部に供給される溶融ガラスが有する熱量、
Ｃ２：ローラープレス成形に必要最小限のゴブの熱量、
Ｃ３：ガラスゴブの形成及び均熱化の間にガラスから奪われる総熱量
（請求項３） 均熱化直後の、前記ゴブ受部と接していた部分の前記ガラスゴブの温度が、前記ガラスの軟化点よりも高くなるように、前記ゴブ受部の熱容量及び断熱状態を設定する請求項１または２に記載のガラス成形品の製造方法。
（請求項４） 前記均熱化が、ゴブの表面温度とゴブの内部温度とを近づける操作である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス成形品の製造方法。
（請求項５） 前記ゴブ受部上のガラスゴブ上面を強制冷却した後、前記ガラスゴブからの放熱を抑制することにより前記均熱化を行う請求項４に記載のガラス成形品の製造方法。
（請求項６） 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法によりガラス成形品を作製し、作製されたガラス成形品に研削、研磨加工を施して光学部品を作製する光学部品の製造方法。
（請求項７） 溶融ガラスをゴブ型により受けてガラスゴブを形成し、かつ均熱化し、次いで得られたガラスゴブをプレス成形するためのガラス成形品の製造装置であって、前記ガラスゴブに接するゴブ受部と前記ゴブ受部を断熱する断熱部を備えた複合構造を有し、かつ前記ゴブ受部が窒化クロム、酸化クロム、窒化チタン、立方晶窒化硼素、六方晶窒化硼素、黒鉛及びセラミックス複合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の材質からなるゴブ型と、前記ゴブ型上のガラスゴブの少なくとも上面を強制冷却するための冷却手段と、前記ガラスゴブの上面からの放熱を抑制するための放熱抑制手段と、前記ガラスゴブをプレス成形するためのプレス成形型またはローラープレス手段と、ガラスゴブをゴブ型からプレス成形型またはローラープレス手段へ移送するためのゴブ移送手段とを有することを特徴とする、請求項１〜５に記載の方法に用いるためのガラス成形品の製造装置。
【００１１】
さらに以下に本発明の好ましい形態を示す。
(好ましい形態１) 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス成形品の製造方法において、前記プレス成形を、逐次に均熱化された複数のガラスゴブを一度にプレス成形することで行う形態。
(好ましい形態２) 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス成形品の製造方法または好ましい形態１において、前記プレス成形を、複数のプレス成形機を切り換えて使用して行う形態。
(好ましい形態３) 好ましい形態２において、複数のプレス成形機により得られるガラス成形品が同一の形状を有するか、または異なる形状を有する形態。
(好ましい形態４) 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス成形品の製造方法または好ましい形態１〜３のいずれかにおいて、前記均熱化に要する時間を、ガラスゴブの形成及び均熱化の間にゴブ型が移動する距離は一定とし、かつこの間に使用するゴブ型の数を変えることで調整する形態。
(好ましい形態５) 請求項１〜５のいずれかに記載のガラス成形品の製造方法または好ましい形態１〜４のいずれかにおいて、平均温度が前記ガラスの軟化点よりも高温のガラスゴブを前記ゴブ受部から直接、又はガイド部材によって案内しながらプレス成形型またはローラー成形手段上に移送し(例えば、降下させ)、次いで、ガラスゴブの平均温度が前記軟化点以下になる前にプレス成形またはローラープレス成形を行う形態。
(好ましい形態６) 溶融ガラスを受け、プレス成形用のガラスゴブを形成するためのゴブ型であって、前記ガラスに接するゴブ受部と前記ゴブ受部を断熱する断熱部を備えた複合構造を有し、かつ前記ゴブ受部が六方晶窒化硼素、黒鉛、窒化硼素複合体及びセラミックスからなる群から選ばれる少なくとも１種の材質からなることを特徴とするゴブ型。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のガラス成形品の製造方法（１）及び（３）は、溶融ガラスよりガラスゴブを形成し、ガラスゴブを均熱化し、次いで得られたガラスゴブをプレス成形するガラス成形品の製造方法であり、ガラス成形品の製造方法（２）及び（４）は、溶融ガラスよりガラスゴブを形成し、ガラスゴブを均熱化し、次いで得られたガラスゴブをローラープレス成形する円柱状ガラス成形品の製造方法である。いずれの方法も、「ゴブ形成装置」「ゴブ供給装置」「プレス装置」「成形品取り出し−レアイン装置」の４つの装置から構成されるガラス成形品の製造装置を用いて実施される。但し、ガラス成形品の製造方法（１）及び（３）において用いられる「プレス装置」は押圧成形装置であり、ガラス成形品の製造方法（２）及び（４）において用いられる「プレス装置」はローラープレス成形装置(ローラープレス手段)である。
【００１３】
本発明のガラス成形品の製造方法（１）〜（４）では、溶融ガラスよりガラスゴブを形成し、形成されたガラスゴブを均熱化する。ガラスゴブの形成及び均熱化はゴブ形成装置を用いて、ゴブ型のゴブ受部上において行われる。ゴブ形成装置は、熔解炉に連結したフィーダーから連続的に流出するガラスを、切断機で切断ないしは降下切断して「ゴブ型」のゴブ受部に受けることで所定重量のガラスゴブを形成する。次に上方からの冷却デバイスのガラスへの接触又は空冷等により、ゴブをプレス成形に適した平均粘度にするための所要の冷却を行い、更にゴブ内部温度分布改善のための必要時間を断熱状態で保持することで、ゴブ型内で場所による温度差を小さくして均熱化する。これにより、全体がプレス成形に適した温度（軟化点以上の温度）のガラスゴブが得られる。即ち、均熱化は、ゴブの表面温度とゴブの内部温度とを近づける操作である。さらに前記均熱化は、ゴブ受部上のガラスゴブ上面を強制冷却した後、前記ガラスゴブからの放熱を抑制することにより行うことが好ましい。
尚、ゴブ形成装置は、ゴブ供給装置から戻されたゴブ型を再びフィーダー下に還流する搬送機能も持つ。
【００１４】
本発明のガラス成形品の製造方法（１）及び（２）においては、前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において、以下の条件(1)を満たすように行う。
条件(1): Ｃ１−Ｃ２＞Ｃ３
Ｃ１：ゴブ型のゴブ受部に供給される溶融ガラスが有する熱量
Ｃ２：プレス成形に必要最小限のゴブの熱量
Ｃ３：ガラスゴブの形成及び均熱化の間にガラスから奪われる総熱量
【００１５】
例えば、流出パイプより流出した溶融ガラスをゴフ型で受ける場合、Ｃ１は、平均温度が流出温度になっているゴブが有する熱量に相当する。また、Ｃ２は、平均温度が軟化点になっているゴブが有する熱量と考えることができる。
【００１６】
上述のように、溶融ガラスからガラスゴブを形成する過程において、ガラスは、ゴブ金型との接触及び上方からの冷却により熱を奪われる。溶融ガラスをそのままの温度でプレスすることはできないので、適当な温度にまで冷却することは必要であるが、部分的にでも冷却され過ぎると、プレス成形の前に再加熱が必要になり、上述のように、エネルギー消費を増大させるとともに、余計な時間がかかり、その結果、生産性の向上は図れなくなる。
本発明のガラス成形品の製造方法（１）及び（２）においては、Ｃ３(ガラスゴブの形成及び均熱化の間にガラスから奪われる総熱量)が、Ｃ１(ゴブ型のゴブ受部に供給される溶融ガラスが有する熱量)−Ｃ２（プレス成形に必要最小限のゴブの熱量）より大きくなるようにガラスゴブの形成及び均熱化を行う。
【００１７】
また、本発明のガラス成形品の製造方法（３）及び（４）においては、ガラスゴブの形成及び均熱化が行われるゴブ受部は、その熱容量が、ガラスゴブの熱容量より小さく、かつ実質的に断熱されているものを使用する。
即ち、供給される溶融ガラスに接触するゴブ受部が実質的に断熱されており、かつこの断熱された部分の熱容量がゴブ型に供給されるガラスの熱容量よりも小さいことで、温度の部分的かつ過剰な低下を回避でき、プレス成形の前に再加熱をすることなく、プレス成形できるようになる。
上記ゴブ受部の熱容量及び断熱状態は、具体的には、均熱化直後のゴブ受部と接していた部分のガラスゴブの温度が、ガラスの軟化点よりも高くなるように設定することが好ましい。そうすることで、プレス成形の前に再加熱をすることなく、プレス成形できるようになる。
上記のような断熱は、ゴブ型全体を断熱したものであってもよいし、上記ガラスに接触するゴブ受部（面）を構成する部材を断熱したものであってもよい。
【００１８】
ゴブ型としては、ガラスとの接触面を構成する材質に求められる特性とゴブ型全体として求められる特性の２つがある。ガラスとの接触面を構成する材質に求められる特性としては、ガラスに対する濡れ性の悪さ、耐熱性、耐熱衝撃性、熱容量の小ささ等、好ましくはさらに耐酸化性が挙げられる。ゴブ型全体として求められる特性としては、断熱性、搬送に耐えられる機械的強度などがあげられる。これら両方の特性を単一のゴブ型材料で満たすよりも、ゴブ型を複合構造とすることにより、必要な上記特性を互いに補うようにすることのほうが比較的容易である。
【００１９】
このような複合構造としては、
▲１▼ガラスとの接触面を構成し、低粘度のガラスに対して濡れず、耐熱性、耐熱衝撃 性、熱容量の小さな内壁材（ゴブ受部）
▲２▼その外側の断熱機能を受け持つ構造部材
という複合構造、あるいは、上記▲１▼、▲２▼に加えて、
▲３▼更に▲２▼の外側に、搬送時の機械的衝撃に耐えられるように金属板等の機械的強度の大きい材料で作られる外壁材
を備えた複合構造を挙げることができる。このような構造を有するゴブ型の例を図１に示す。
【００２０】
図１に示すゴブ型１０は、ガラスゴブ１１に接するゴブ受部１２とゴブ受部１２を断熱する断熱部１３を備えた複合構造を有する。さらに断熱部１３は、外部構造板１４に支持されている。ゴブ受部としては、低粘度のガラスに濡れないこと、空気中での優れた耐酸化性、耐熱衝撃性を満たすことを考慮すると、六方晶の窒化硼素の耐火材などを例示することができる。また、非酸化性雰囲気、例えば窒素ガスなどの雰囲気中で操作することによって、耐酸化性の要求が緩和され、黒鉛などの材料も使用することができる。
ゴブ受部１２は、六方晶窒化硼素、黒鉛、及びセラミックス複合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の材質からなることが、低粘度のガラスに対して濡れず、かつ耐熱性及び耐熱衝撃性に優れ、熱容量が小さいという観点から好ましい。セラミックス複合体としては、窒化硼素複合体を例示できる。
断熱部の材質としては、断熱性が高く耐熱温度が１０００℃以上あることが求められ、例えば、セラミックファイバー等を用いることができる。
【００２１】
尚、濡れ性の悪さ、あるいはガラスに対して濡れないとは、ガラスゴブの平均温度がガラスの軟化点より高温にある状態でゴブ受部からガラスゴブを取出す際に、ガラスゴブがゴブ受部に融着しないことを意味する。また、耐熱性、耐熱衝撃性が求められるのは、溶融ガラスを繰返し受け、さらには平均温度がガラス軟化点よりも高温のガラスゴブを保持してもゴブ受部が損傷しないためである。その上で、耐酸化性も兼ね備えていることが好ましい。
【００２２】
本発明のガラス成形品の製造方法（１）〜（４）は、上記複合構造を有するゴブ型を用いて実施することが可能である。即ち、上記複合構造を有するゴブ型を用いることで、本発明のガラス成形品の製造方法（１）及び（２）において、条件(1): Ｃ１−Ｃ２＞Ｃ３を満たすようにガラスゴブの形成及び均熱化を行うことができる。また、上記複合構造を有するゴブ型を用いることで、本発明のガラス成形品の製造方法（３）及び（４）も実施できる。
【００２３】
上記ゴブ型においては、ゴブ受部を断熱した上で、ゴブ受部の熱容量は、成形しようとするガラスゴブの熱容量よりも小さくする。ゴブ受部の熱容量の好ましい範囲は、ガラスゴブの熱容量の１／５以下であり、より好ましい範囲はガラスゴブの熱容量の１／１０以下である。また、ゴブ受部を断熱した上で、ゴブ受部よりガラスゴブを取出した直後、ガラスゴブに接していたゴブ受部の温度が、ガラスの軟化点より高温になるようにゴブ受部の熱容量を設定することが望ましい。ガラスゴブ取出し直後のガラスゴブに接していたゴブ受部の温度は、例えば、放射温度計で測定することができる。このとき、ゴブ受部のガラスゴブに接触していなかった部分は、ゴブ受部の熱容量が小さいためガラスゴブ取り出し直後から急激に雰囲気温度との平衡温度に向かって変化を始める。そのため、熱容量の大きなガラスゴブが直接接触していた面の表面温度を測定することにより、より正確な温度測定が行える。但し、ガラスゴブが直接接触していた表面の温度変化速度は遅いとは言え、取り出し直後から温度変化を始めるので、測定操作は迅速に行うべきである。
【００２４】
このようにゴブ受部の熱容量をガラスゴブの熱容量よりも小さく、好ましくは十分小さくすることにより、ゴブ受部がガラスゴブから奪う熱量を低減することができる。即ち、このようにゴブ受部の熱容量を小さくし、断熱することで、熱伝導によりガラスゴブからゴブ型へ逃げる熱量を抑制しながら、ガラスゴブの形成及び均熱化を行う。
【００２５】
本発明における均熱化工程は、ガラスゴブの表面の温度と内部の温度とを近づける工程である。ゴブ型に供給される溶融ガラスの温度は、ガラスの種類によって異なるが、例えば、１０００℃前後である。溶融ガラスがゴブ型に接触する前は溶融ガラスの表面温度と内部温度の差は小さいが、接触直後、ガラスゴブの表面温度と内部温度の温度差が増大する。この温度差を、均熱化工程の間に、５０℃以下にすることが好ましい。本発明の製造方法では、ゴブ受部に供給される際に溶融ガラスが持っている熱エネルギーによって、均熱化工程後までガラスゴブは軟化状態に保たれ、プレス成形直前にゴブ型からプレス成形型に移して、速やかにプレス成形される。したがって、均熱化工程は、ガラスゴブの表面温度と内部温度とを近づけることに以外に、均熱化終了時に、ガラスゴブの温度をプレス成形に適した温度にするという機能も有する。
【００２６】
フィーダーから流出する溶融ガラスを受ける時はゴブ受部の上方は開放されている。しかし、ゴブ受部の上方の開放された状態が維持されるとガラスゴブの上表面からの放熱が進みすぎ、均熱化及びプレス成形に適した温度にすることが困難になる場合がある。そこで、流出する溶融ガラスを受けた後は、ゴブ受部の上方に、できるだけ高い断熱性能と低い放射率特性を持った遮熱板で蓋をすることが望ましい場合がある。低い放射率特性を持った遮熱板としては、例えば、セラミックファイバーを板状の塊に束ね、かつその表面を白金の薄板で覆った複合構造体を挙げることができる。この場合、セラミックファイバーとしては、断熱性能の高いものを選択することが好ましい。
しかし、遮熱板で蓋をしてもガラスが目的の温度を維持できない場合は、均熱化工程において、トンネル型の加熱装置等で温度維持のための補助加熱をして、熱エネルギーの逃げを抑えることもできる。
【００２７】
上記のように均熱化工程は、ガラスゴブをプレス成形に適した温度（粘度）に調節するための役割も有しているが、均熱化されたガラスゴブの総熱量がプレス成形に適する範囲よりもなお、過剰である場合もある。このような場合、均熱化工程に要する時間の短縮化のために、前述したように、ゴブ形成後の早い時点でゴブ受部上のガラスゴブ上面を強制冷却することにより、余剰な熱量をガラスゴブから奪うことが望ましい。このような強制冷却としては、冷却用ガスをガラスゴブが変形しない圧力で吹き付ける方法や、冷却材をガラスゴブ上面に接触させて熱伝導により上記熱量を奪う方法、あるいは前記２つの方法を併用する方法などを例示することができる。またこれらの強制冷却と上記補助加熱を併せて行うこともできる。
即ち、本発明では、ゴブ型上のガラスゴブの少なくとも上面を強制冷却するための冷却手段と、ガラスゴブの上面からの放熱を抑制するための放熱抑制手段とを備えた製造装置を用いることが好ましい。
【００２８】
本発明の製造方法では、熱容量の小さいゴブ受部を有するゴブ型を使用するため、このゴブ受部に溶融ガラスがキャスト時に接触しても、ゴブ受部の冷却能力が小さいので、型との接触面で固化層はできない。そのため、以下のような欠陥の発生を抑制できるという利点もある。
従来の方法のように、熱容量がガラスゴブの持っているそれより十分大きく、かつガラスの軟化点より低い温度のゴブ型に溶融ガラスが接触した場合、ゴブ金型に接触した溶融ガラスは接触面で急激に冷やされ接触面には固化した表面層が形成される。その表面層がプレス成形が終了するまで表面の一部であり続ける場合、弊害は考えなくてよいが、ゴブ搬送時やプレス成形時等にその外側に低粘度の溶融ガラスが流れ込んで最初の表面層の外側に新たな表面層が形成されることになった場合、最初に形成された表面層は「折れ込み」という光学特性の不連続面（品質欠陥）を光学素子内部に作ることになる。この欠陥は、その深さによっては研削、研磨で除去できないこともあるし、除去できる場合であっても、ガラス成形品の研削、研磨しろを増大させる要因にもなっていた。本発明では、溶融ガラスが急冷されることがないため、上記のような脈理などの欠陥発生を低減し、上記原因による研削、研磨しろを低減することができるという利点もある。
【００２９】
なお、溶融ガラスの急冷防止のためには、一般に、ゴブ受部の温度が少なくともガラスの軟化点より高温になるよう加熱しておき、そのゴブ受部で溶融ガラスを受けることも考えられる。しかし、この方法は、ゴブ受部を加熱するための設備、エネルギーが必要となるので、本発明の方が優れている。
【００３０】
均熱化が終了したガラスゴブは、プレス成形に供される。ガラスゴブは、ゴブ移送手段により、ゴブ型からプレス成形型またはローラープレス手段へ移送される。ゴブ移送手段としては、例えば、ゴブ型上でプレス成形に適した粘度（温度に対応する）、粘度分布（温度分布に対応する）になったガラスゴブを速やかにプレス装置上の下型若しくはローラー又は下型若しくはローラーに導かれるシュート（ガイド部材）に供給するためのゴブ供給装置であることができる。あるいは、均熱化されたガラスゴブに熱的影響を与えないよう、ガラスゴブを載置した断熱性の高いゴブ型をプレス成形型又はローラープレス成形型の近傍に移送し、ゴブ型を反転する等の方法を用いて直接、ガラスゴブをプレス成形型に移してもよい。この方法が場所の制約でできない場合やプレス成形型の中心部に確実にゴブを移すことが難しい場合には、上述したようにガイド部材を用いることが好ましい。
【００３１】
ガイド部材は、ガラスゴブと接触する面がガラスゴブの熱容量と比べて十分小さいものであることが好ましい。このようなガイド部材を用いれば、ガイド部材に接することによって奪われるガラスゴブの熱量を低減することができる。このような方法としては、プレス成形型の下型中心に向けて傾斜をつけて設置されたガイド部材のガイド溝の内面にガラスゴブを滑らす方法をとることもできる。
【００３２】
ガイド部材の例としては、溶融ガラスに濡れにくく自己潤滑性の高い黒鉛が上げられる。熱容量をできるだけ小さくするために肉厚は機械的強度が保たれる範囲で薄いほうが好ましい。形状としては、例えば、中空円筒か半円筒もしくはU字溝型を挙げることができる。
【００３３】
ガラスゴブ取出し直前まで、ガラスゴブと接触していたゴブ受部の温度は、ガラスの軟化点よりも高温になっている。ガラスゴブを取出した後の空のゴブ型は、そのまま、ゴブ供給装置に備えられた機能によってゴブ形成装置に戻される。
【００３４】
本発明の製造方法では、ゴブ型で均熱化されたガラスゴブを順次１個ずつプレス成形することもできるが、逐次に均熱化された複数のガラスゴブを一度にプレス成形することで行うこともできる。逐次に均熱化された複数のガラスゴブを一度にプレス成形することで生産性を挙げることができる。この場合、同一重量の複数のガラスゴブを同一形状のプレス成形型に供給してプレス成形してもよいし、異なる重量のガラスゴブを異なる形状のプレス成形型に供給してプレス成形してもよい。このようにすることにより、従来のダイレクトプレス方式ではできなかった「多品種少量生産」が可能になる。また、本発明の製造方法では、均熱化を上記条件を満たすように行うため、逐次に均熱化された複数のガラスゴブ間で、均熱化の程度及び粘度（温度）に大きな違いがないため、複数のガラスゴブを一度にプレス成形することができる。
【００３５】
さらに、プレス成形は、複数のプレス成形機を切り換えて使用して行うこともできる。このような切り換えによって、流出する溶融ガラスのロスや設備稼働率の低下を最小限にできると共に、プレス成形品の形状（プレス成形品の品名）の変更を、変更による段取り換え時間を殆ど要さないで行うことができる。
さらに、ゴブ型の動作速度（タクトタイム）で時間当たり生産数に制約を及ぼさないよう、同時に複数のゴブ型を把握−搬送でき、その数は要求に応じて変えられるような方法を取ることもできる。例えば、均熱化に要する時間の調整を、ガラスゴブの形成及び均熱化の間にゴブ型が移動する距離は一定とし、かつこの間に使用するゴブ型の数を変えること行うことができる。ゴブ容量の大小によりゴブ内部温度分布改善に要する時間は異なるので、プレス装置に成形に適したできるだけ均一な粘度のガラスゴブを供給するため、形成されたゴブをゴブ供給装置で取り出すまでの時間（型数）は任意に変えられるような方式または構造であることが望ましい。
【００３６】
図２に基づいて「ゴブ形成装置２０」と「ゴブ供給装置３０」の具体例を以下にさらに説明する。
▲１▼溶融ガラス流出パイプ２１から連続的に流出している溶融ガラス２２を、例えば、切断装置２３を用いて所定量ずつ切断してゴブ型１０に受ける（セクション（Ａ））。
▲２▼ガラスゴブ１１の上方から冷却部材２４から冷却材を所定時間接触させ、ガラスゴブの熱量を奪う（セクション（Ｂ））。
▲３▼ゴブ型１０の上方を遮熱部材２５で覆った状態で搬送しながらガラスゴブ１１を均熱化する（セクション（Ｃ））。
▲４▼十分にガラスゴブが均熱化されたら、複数のゴブ型を逐次又は同時にゴブ供給装置３０で取り出し、ガラスゴブ１１のみをプレス成形機（図２には図示せず）に供給する（セクション（Ｄ））。
▲５▼ガラスゴブ１１を取り出した後の空のゴブ型１０はゴブ供給装置３０によりゴブ形成装置２０の巡回軌道上に戻される（セクション（Ｅ））。
【００３７】
次にプレス装置について説明する。プレス装置は、ゴブ供給装置により供給されたゴブをプレス成形する装置であり、プレス成形型を有する装置またはローラープレス成形装置である。プレス成形型を有する装置では、単一のプレス成形型を有することもできるが、プレス成形型と上下一対のプレス機構を複数対並列に備えたシステムを２システム並べ、簡単な操作で容易に２つが切り替えられる構造を持つ装置とすることが好ましい。時間当たり生産数が大きい場合、複数のゴブを複数対のプレス機構に同時又は順次に供給することで、流出ガラスの切断間隔時間の制約を受けることなく十分なプレス時間を確保することができる。逆に時間当たり生産数が小さい場合には、使用するプレス成形型とプレス機構の数を必要最小限に抑えることで、準備すべきプレス型の数を最小限にし、金型費負担を抑えることができる。また、２システムを用いることで、一方のシステムは、型傷が発生した場合を想定した交換型や品名替え型の準備を事前に行い予熱待機させておくこともできる。こうすることで、品名替え、型替えが、システムの切り替え操作を容易にすることができ、稼動中断の時間を最小限に抑えることができる。
【００３８】
図３に1システムに３個のプレス機構を持つ「プレス装置４０」の例を示す。
▲１▼ゴブ供給装置３０で搬送されてきたゴブ型１０からガラスゴブのみをプレス装置４０上のそれぞれのプレス成形型に供給する。ゴブ型１０は図２に示すようにゴブ供給装置３０によりゴブ形成装置２０の巡回軌道上に戻される。
▲２▼プレス成形を行う。複数のプレス装置４０を用いる場合（図３では第１システム及び第２システム）、プレス装置４０を切り換えて使用する。
▲３▼図示しない「取り出し装置」により、プレス成形品が取り出され、徐冷炉に運ばれ、徐冷される。プレス成形型からのプレス成形品の取り出し及び搬送は、常法により行うことができる。
【００３９】
図示しない成形品取り出し−レアイン装置は、プレスが終わったプレス金型上のプレス品を取り出し、図示しないトンネル式の徐冷炉のメッシュベルト上又はトンネル式の徐冷炉内につながる搬送コンベア上に移送する装置である。
【００４０】
位置割り出し機構を持った円テーブル上に配置された金型に溶融ガラスを供給して連続プレス成形を行う従来のダイレクトプレス方式は、小さなロットサイズでの設備稼働率が低かった。それに対して、本発明のダイレクトプレス方式の製造方法では、上記設備稼働率を改善し、時間当たり生産量を向上できるとともに、成形形状品質の不安定さを改善し、製品１個当たりの必要熱エネルギー量を小さくできるという利点がある。
【００４１】
熔解炉に連結した流出フィーダーから連続的に流れ出る溶融ガラスを間欠的に切断し、それを型との接触面でほとんど濡れない状態で軟化点以上を保持できる表面材質または状態を持ったゴブ型に直接受け、開放された上面側からの冷却デバイスの間欠接触等により所要の熱量を奪った後 断熱性の高い構造としたゴブ型内で所要の時間保持することでゴブの均熱化を行った後、時間当たり生産数に応じてその稼動させる数を任意に設定できる複数のプレス機構を持ったプレス装置に同時又は順次にゴブを供給してプレス成形を行い、徐冷炉内に搬送する。プレス装置は全く同一の２セットのプレス機構（群）を並列に持ち、外段取りで品名変更や型変更準備を行ない、２つを切り替えることで流出ガラスのロスや稼動時間のロスをほとんど発生させないでプレス型の交換が行なえる。
【００４２】
以上の如く本実施の形態によれば、いわゆるダイレクトプレス方式のプレス成形方法において、設備面、生産効率面、成形品質面でこれまでの方法と比べ、以下の効果が期待できる。
【００４３】
《設備面》
１）高温のガラスゴブは断熱性の高い容器（ゴブ型）に入ったまま扱われるので、ゴブ形成装置はメカに熱的な影響を受けず、熱膨張や耐熱性の制約から解放されてほとんど冷間機械として設計できる。
２）ゴブ型を加熱するための附帯設備は基本的には不要であり、ゴブの放熱を最小限に抑えるために加熱が必要な場合も、そのための熱エネルギーは非常に少なくて済む。
３）プレス金型数が減り、それに付随して型加熱に必要な熱エネルギーも減る。
４）プレス金型の使用温度が現方法より下がり、寿命が延びることが期待できる。
【００４４】
《生産効率面》
１）並列同時動作させるプレス機構の数を増やすことにより、「ゴブ形成装置」以外のメカの動作に負担をかけず流量増加（時間当たり生産数の増加）に対応できる。
２）外段取りでプレス型の交換と型の昇温ができるので、小ロットでも型交換による稼働率低下を最小限にできる。またその間の原料ロスを抑制できる。
【００４５】
《成形品質面》
１）流出条件（温度、時間）の制約を受けず、プレス成形に最適で均一な粘度のガラスゴブをプレス型に供給できるので、品質ばらつきの減少、金型形状転写性向上が期待できる。特にゴブ表面と内部での温度差がつきやすい大きな製品の場合に効果が大きい。
２）並列同時動作させるプレス機構の数に応じて、流出ガラスの１回の切断時間間隔の制約から大きく解放されて、高いプレス成形品質維持のための十分なプレス時間が確保できる。
３）プレス金型の温度が下がることでプレス後のガラスの変形量が減ることが期待できる。（金型形状転写性向上）
【００４６】
《その他》
１）同時動作させるプレス機構が複数の場合、流出ガラスの切断間隔を意図的に順次変更し、プレス機構の数を超えない複数の異なった重量のゴブを繰り返し作り、それぞれその品名に最適な成形条件が設定され、その品名の金型がセットされた各プレス機構にその品名用のゴブを順次供給することで、複数の異なった種類のプレス品を同時に生産することもできる。
【００４７】
従来ダイレクトプレス方式では、プレスの時間条件が１回の流出ガラスの切断間隔時間の制約を受けるという欠点があった。それに対して、本発明では、並列設置された複数のプレス機構を持たせることで、その制約から解放し、装置動作の追随速度に問題ない限り、プレスの時間条件に影響を与えることなく流出ガラスの切断間隔時間を短くする（時間当たり生産量を上げる）ことができる。
【００４８】
段取り替え、型替えで長時間稼動が中断し、小ロットの製品のコスト高要因になることに対しては、プレス機構を複数対並列に備えたシステムを並列に２システム持つことで交換型や品名替え型の準備を事前に行い、予熱待機させておいたシステムの切り替え操作によって、実質的な稼動中断の時間を最小限に抑えることで大幅に改善できる。
【００４９】
プレスに供されるゴブの温度分布の悪さに対しては、ゴブ型の表面材として溶融ガラスに濡れにくい耐火材を用い、型との接触面の温度が軟化点以下にならないようにし、かつ断熱性に優れた構造を持つゴブ型上でゴブを必要時間、断熱状態に保つことでゴブの温度（粘度）勾配を小さくできる。こうすることによる効果は、ゴブの容量に対する表面積が大きな、数ｃｍ³程度の「小物」よりも、ゴブの容量がある程度大きく、容積に対する表面積が小さい「大物」のほうが大きく現れる。これは、容量に対する表面積が大きな「小物」よりも、「大物」のほうが、断熱措置だけで時間当たりの放熱量を小さく抑え、高い温度を維持することが比較的容易だからである。
【００５０】
金型費負担の高さに対しては、ゴブ型に１品名１種で高精度な機械加工を施されたプレス金型を使用しないでも済むようにし、そのことで同時に、高温低粘度で浸食性の強い溶融ガラスを直接プレス金型で受けないようにすると共にプレス前のガラスと型との接触時間を短時間にできるだけでなく、プレス金型の使用温度を強度面で有利な、より低温にすることもできる。また、最低必要なプレス金型数は１〜数個のその品名で同時使用するプレス機構の数または予備型を含めるとその２倍であるような構造（時間当たり生産数が少なくロットサイズの小さな品名は予備を含めて２型で済む）とする。
【００５１】
上記の方法でレンズブランクスを成形し、徐冷後、研削、研磨加工して、レンズを得た。尚、レンズの表面には必要に応じて反射防止膜などの光学薄膜を形成しても良い。
【００５２】
次に、ローラープレスによるプレス成形品の製造方法の実施例を図４に基づいて説明する。
軸間距離４１mmで水平方向に平行に並べた２本の耐熱金属製ローラー（直径４０mm、長さ４００mm）５１を、２５０ｒｐｍで同一方向に回転させながら予め５００℃に予熱し、ローラー間に平均温度約６６０℃で８ｃｃのＢＫ７のガラスゴブ５２を供給した。供給後直ちに２本のローラー（ベースローラー）５１の上方から上記ローラーと同一温度に予熱し、ローラー周速が同一でかつ回転方向が逆の耐熱金属製の第３のローラー（プレスローラー、直径３５mm、長さ４００mm）５３を、３本のローラーの全ての軸が平行を保った状態のまま、上記２本のローラーの隙間に押し付けるように５０ｋｇｗの荷重で２秒押し付けた。その結果、φ８mmで長さ約１６０mmの真円度が０．０１mm以内のガラス丸棒５４が形成できた。成形後、プレスローラー５３を再び上方へ逃がし、２本のベースローラー５１の間を開いて、成形品５４をベースローラー５１の下方に取り出し、図示しない搬送装置によって徐冷炉へ運び、徐冷する。
尚、上記ローラー材質の耐熱金属例としては、例えば、ＳＵＳ３０４、インコネルＸ７５０等を挙げることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、ダイレクトプレス方式の短所を補いつつ、溶融ガラスのもつ熱量を有効に利用することにより、生産性の高いガラス成形品の製造方法ならびにガラス成形品を製造するための装置を提供することができる。
さらに、本発明の光学部品の製造方法によれば、光学部品のブランクスを上記ガラス成形品の製造方法により作製するので、ブランクスを生産性よく、低消費エネルギーにて製造することができ、延いては、光学部品を生産性よく、低消費エネルギーにて製造することができる。
また、本発明のゴブ型によれば、溶融ガラスのもつ熱量を有効に利用して、プレス成形用のガラスゴブを成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合構造を有するゴブ型の例を示す。
【図２】３型同時把握、搬送の例を示す。
【図３】３個のプレス機構を持つ「プレス装置」の例を示す。
【図４】ローラープレスの説明図を示す。

Claims (7)

1. 溶融ガラスよりガラスゴブを形成し、かつ均熱化し、次いで得られたガラスゴブをプレス成形するガラス成形品の製造方法において、前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において行うこと、及び前記ゴブ受部は熱容量が、前記ガラスゴブの熱容量より小さく、かつ断熱されていること、並びに前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において、以下の条件(1)を満たすように行うことを特徴とするガラス成形品の製造方法。
   条件(1): Ｃ１−Ｃ２＞Ｃ３
   Ｃ１：ゴブ型のゴブ受部に供給される溶融ガラスが有する熱量、
   Ｃ２：プレス成形に必要最小限のゴブの熱量、
   Ｃ３：ガラスゴブの形成及び均熱化の間にガラスから奪われる総熱量
2. 溶融ガラスよりガラスゴブを形成し、かつ均熱化し、次いで得られたガラスゴブをローラープレス成形する円柱状ガラス成形品の製造方法において、前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において行うこと、及び前記ゴブ受部は熱容量が、前記ガラスゴブの熱容量より小さく、かつ断熱されていること、並びに前記ガラスゴブの形成及び均熱化をゴブ型のゴブ受部上において、以下の条件(1)を満たすように行うことを特徴とするガラス成形品の製造方法。
   条件(1): Ｃ１−Ｃ２＞Ｃ３
   Ｃ１：ゴブ型のゴブ受部に供給される溶融ガラスが有する熱量、
   Ｃ２：ローラープレス成形に必要最小限のゴブの熱量、
   Ｃ３：ガラスゴブの形成及び均熱化の間にガラスから奪われる総熱量
3. 均熱化直後の、前記ゴブ受部と接していた部分の前記ガラスゴブの温度が、前記ガラスの軟化点よりも高くなるように、前記ゴブ受部の熱容量及び断熱状態を設定する請求項１または２に記載のガラス成形品の製造方法。
4. 前記均熱化が、ゴブの表面温度とゴブの内部温度とを近づける操作である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス成形品の製造方法。
5. 前記ゴブ受部上のガラスゴブ上面を強制冷却した後、前記ガラスゴブからの放熱を抑制することにより前記均熱化を行う請求項４に記載のガラス成形品の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法によりガラス成形品を作製し、作製されたガラス成形品に研削、研磨加工を施して光学部品を作製する光学部品の製造方法。
7. 溶融ガラスをゴブ型により受けてガラスゴブを形成し、かつ均熱化し、次いで得られたガラスゴブをプレス成形するためのガラス成形品の製造装置であって、前記ガラスゴブに接するゴブ受部と前記ゴブ受部を断熱する断熱部を備えた複合構造を有し、かつ前記ゴブ受部が窒化クロム、酸化クロム、窒化チタン、立方晶窒化硼素、六方晶窒化硼素、黒鉛及びセラミックス複合体からなる群から選ばれる少なくとも１種の材質からなるゴブ型と、前記ゴブ型上のガラスゴブの少なくとも上面を強制冷却するための冷却手段と、前記ガラスゴブの上面からの放熱を抑制するための放熱抑制手段と、前記ガラスゴブをプレス成形するためのプレス成形型またはローラープレス手段と、ガラスゴブをゴブ型からプレス成形型またはローラープレス手段へ移送するためのゴブ移送手段とを有することを特徴とする、請求項１〜５に記載の方法に用いるためのガラス成形品の製造装置。

Images