JP4843063B2 - プレス成形用プリフォームの製造方法および光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
[1] パイプから流出される熔融ガラス流の先端から熔融ガラス塊を分離する工程(以下、「分離工程」という)、および、前記熔融ガラス塊をガラス塊成形型上でプレス成形用プリフォームに成形する工程(以下、「成形工程」という)を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記分離工程は、前記熔融ガラス流先端を、前記パイプ下方に配置された第一の支持体によって支持し、次いで、第一の支持体を下方に降下するか、または第一の支持体による支持を取り去ることにより、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われ、
前記分離工程において分離した熔融ガラス塊を、第二の支持体上に移して所定時間保持することにより、前記熔融ガラス塊の粘性を上昇させ(以下、「粘性上昇工程」という)、
前記粘性上昇工程後、前記第二の支持体上から前記ガラス塊を前記成形型上に移す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。
[2] 第二の支持体上で行う前記粘性上昇工程は、前記熔融ガラス塊を浮上させながら行われるものであることを特徴とする[1]に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[3] 前記第一の支持体は、幅方向に相互に離間、密着可能な複数の割部材から構成され、
前記割部材を密着させた状態で、前記第一の支持体表面に、熔融ガラス塊を所定時間保持し、
次いで、前記支持体表面の少なくとも一部からガスを噴出して、前記ガラス塊を浮上させた後、前記割部材を相互に離間して前記ガラス塊を鉛直下方に落下させ前記第二の支持体上に移す[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。
[4] 前記分離工程は、前記熔融ガラス流の先端を前記第一の支持体で受け、次いで、前記第一の支持体を下方に降下させることにより、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われる[1]〜[3]のいずれかに記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[5] 前記第一の支持体は、幅方向に相互に離間、密着可能な複数の割部材から構成され、
前記分離工程は、前記割部材を密着させた状態で、前記第一の支持体表面に、前記熔融ガラス流の先端を受け、次いで、前記割部材を相互に離間して熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われる[1]〜[3]のいずれかに記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[6] パイプから流出される熔融ガラス流の先端から熔融ガラス塊を分離する工程(以下、「分離工程」という)、および、前記熔融ガラス塊をガラス塊成形型上でプレス成形用プリフォームに成形する工程(以下、「成形工程」という)を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記分離工程は、前記熔融ガラス流先端を、前記パイプ下方に配置された支持体によって支持し、次いで、前記支持体を下方に降下させることにより、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われ、
前記分離された熔融ガラス塊を、前記支持体上に所定時間保持することにより、前記熔融ガラス塊の粘性を該熔融ガラス塊の粘度が20〜200dPa・sになるまで上昇させる(以下、「粘性上昇工程」という)とともに、
複数の支持体を順次使用して前記分離工程をおよび粘性上昇工程を行い、
前記粘性上昇工程後、前記粘性上昇工程に使用した支持体上のガラス塊を前記成形型上に移してプレス成形用プリフォームに成形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。
[7] 前記支持体上での熔融ガラスの支持を熔融ガラスを浮上させた状態で行うか、または支持体に接触させた後に浮上させて行う[6]に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[8] 前記支持体は、幅方向に相互に離間、密着可能な複数の割部材から構成され、
前記割部材を密着させた状態で、前記支持体表面に、熔融ガラス塊を接触させた状態で所定時間保持し、
次いで、前記支持体表面の少なくとも一部からガスを噴出して、前記ガラス塊を浮上させた後、前記割部材を相互に離間して前記ガラス塊を鉛直下方に落下させ前記成形型上に移す[6]または[7]に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[9] 前記分離された熔融ガラス塊を保持する支持体を流出パイプ下方から退避させて前記粘性上昇工程を行うとともに、流出パイプ下方に上記支持体とは異なる支持体を配置して前記分離工程および前記粘性上昇工程を行うプロセスを繰り返す[6]〜[8]のいずれかに記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[10] 前記成形工程において、前記熔融ガラス塊を浮上させながらプレス成形用プリフォームに成形することを特徴とする[1]〜[9]のいずれかに記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[11] 前記成形型は、凹部底部にガス噴出口を有し、該ガス噴出口から上向きにガスを噴出して、前記凹部に前記熔融ガラス塊を落下させ、噴出するガスによる風圧により前記熔融ガラス塊を回転させて球状に成形することを特徴とする[10]に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[12] 前記パイプから流出される熔融ガラス流の粘度が10dPa・s以下であることを特徴とする[1]〜[11]のいずれかに記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
[13] ガラス製の光学素子を精密プレス成形により作製する光学素子の製造方法において、
[1]〜[12]のいずれかに記載の製造方法によりプリフォームを作製し、作製したプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
また、流出粘度が低いガラスから高品質なプリフォームを成形することが可能となり、ガラスを回転させながら成形して高品質な球状プリフォームを成形することもできる。特に流出粘度が低いガラスからなる重量の大きな球状プリフォームを製造する方法として好適である。
[プレス成形用プリフォームの製造方法]
本発明の第一のプレス成形用プリフォームの製造方法(以下、「方法1」ともいう)は、
パイプから流出される熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離し、前記熔融ガラス塊をガラス塊成形型上でプレス成形用プリフォームに成形するプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記パイプ下方に配置された支持体で前記熔融ガラス流の先端を受け、該支持体を降下して該熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離し、該熔融ガラス塊をガラス塊成形型に移し、
前記熔融ガラス流の先端を支持体で受けてから前記熔融ガラス塊をガラス塊成形型に移すまでの間に、前記支持体と接触した状態で熔融ガラスを支持し、熱伝導により熔融ガラスの熱を奪うことにより該熔融ガラスの粘性上昇を促進させる工程を含み、
前記工程後に、前記熔融ガラスを支持体上で浮上させる操作を行うこと、
を特徴とするプレス成形用プリフォームの製造方法
である。上記方法1は、本願における参考態様である。
パイプから流出される熔融ガラス流の先端から熔融ガラス塊を分離する工程(分離工程)、および、前記熔融ガラス塊をガラス塊成形型上でプレス成形用プリフォームに成形する工程(成形工程)を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記分離工程は、前記熔融ガラス流先端を、前記パイプ下方に配置された第一の支持体によって支持し、次いで、第一の支持体を下方に降下するか、または第一の支持体による支持を取り去ることにより、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われ、
前記分離工程において分離した熔融ガラス塊を、第二の支持体上に移して所定時間保持することにより、前記熔融ガラス塊の粘性を上昇させ(粘性上昇工程)、
前記粘性上昇工程後、前記第二の支持体上から前記ガラス塊を前記成形型上に移す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
である。
パイプから流出される熔融ガラス流の先端から熔融ガラス塊を分離する工程(分離工程)、および、前記熔融ガラス塊をガラス塊成形型上でプレス成形用プリフォームに成形する工程(成形工程)を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記分離工程は、前記熔融ガラス流先端を、前記パイプ下方に配置された支持体によって支持し、次いで、前記支持体を下方に降下させることにより、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われ、
前記分離された熔融ガラス塊を、前記支持体上に所定時間保持することにより、前記熔融ガラス塊の粘性を該熔融ガラス塊の粘度が20〜200dPa・sになるまで上昇させる(粘性上昇工程)とともに、
複数の支持体を順次使用して前記分離工程をおよび粘性上昇工程を行い、
前記粘性上昇工程後、前記粘性上昇工程に使用した支持体上のガラス塊を、複数の成形型上に順次移してプレス成形用プリフォームに成形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
である。
そこで、方法1では、パイプから流出される熔融ガラス流の先端または分離された熔融ガラス塊を、支持体と接触させた状態で支持し、熔融ガラス塊として分離する熔融ガラス流の先端の粘性、または分離された熔融ガラス塊の粘性を上昇させる。支持体の温度を熔融ガラスが融着しない温度、すなわち熔融ガラスよりも十分低い温度に保つことにより、支持体を熔融ガラスに直接接触させることで、熱伝導によって熔融ガラスの熱が支持体に奪われる。熔融ガラスを支持体上で浮上させた状態では、浮上に必要な風圧を熔融ガラスに加えるためのガスや雰囲気が熔融ガラスと支持体の間に介在して断熱層の役割を果たし、短時間で熔融ガラスの粘性を上昇させることは難しい。それに対し、支持体を熔融ガラスに直接接触させた状態を作ることにより、熔融ガラスの粘性を短時間で上昇させることができる。次いで、分離して得られた熔融ガラス塊を前記支持体上において浮上させて、熔融ガラス塊全体の粘度を均等な状態に近づけるようにする。支持体に接触する部分は熔融ガラス表面の一部であるから、熔融ガラスの粘性上昇は局部的なものである。そこで、支持体上で前記熔融ガラスを浮上させることにより、熱伝導による支持体への熱の散逸を低減し熔融ガラスを均熱化することで、熔融ガラス塊内における粘度差(粘度分布)を小さくし、熔融ガラス塊全体の粘性を上昇させることができる。方法1では、上記のように熔融ガラス塊分離後に熔融ガラスの浮上を開始してもよいし、熔融ガラス塊分離前に熔融ガラスの浮上を開始してもよいし、熔融ガラス塊分離と同時に熔融ガラスの浮上を開始してもよい。
以下、方法1〜3について詳細に説明する。
方法1では、パイプから流出される熔融ガラス流の先端を、前記パイプ下方に配置された支持体によって支持し、次いで、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離し、熔融ガラス塊を支持体上からガラス塊成形型に移しかえるまでの過程の少なくともいずれかにおいて、支持体上の熔融ガラスを該支持体と接触させた状態で所定時間支持することにより、ガラス塊または分離後にガラス塊となる熔融ガラス流先端の粘性を上昇させる。
方法1では、まず、清澄、均質化した熔融ガラスを容器内に蓄積し、上部を容器に接続した、例えば白金製または白金合金製のパイプ中に上記熔融ガラスを流してパイプ下端のガラス流出口から、好ましくは一定流量で連続して流出させる。方法1において、熔融ガラス塊の分離は、熔融ガラス流の先端を、パイプ下方に設置された支持体で受け、次いで、この支持体を下方に降下させることにより行われる(以下、「降下切断」ともいう)。これにより、表面張力を利用して、流出する熔融ガラス流からプリフォーム1個分の重量に相当する熔融ガラス塊を切断痕を残すことなく分離することができる。ここで、降下切断は、熔融ガラス流の先端を支持体表面と接触させた状態で行ってもよく、支持体上で熔融ガラス流を浮上させたまま行ってもよい。
前述のように、低粘性のガラスをいきなりプリフォームに成形すると、ガラスが折れ込んだり、気泡が混入してしまう。成形時にはガラスを高速で回転させたり、転がしたり、後述するようにガラスにガスを吹き付けて上向きの風圧を加えて浮上させたりするなどの外力を加えることになるが、低粘性のガラスにこのような外力を加えると上記折れ込みが生じたり、ガラスが雰囲気を巻き込んで気泡が発生してしまう。また、上記ガラスを浮上させる方法では吹き付けたガスがガラス中に取り込まれて気泡ができてしまう。それに対し、上記のように支持体に接触させた状態で粘性を上昇させた後のガラスは、回転等の外力を加えても上記問題が生じない程度に粘性が上昇しているため、ガラスを高速で回転させながら成形して高品質なプレス成形用プリフォームを得ることができる。特に、方法1では、熔融ガラス塊となる熔融ガラス流の先端を支持体と接触させた状態で粘性を上昇させることにより、熱伝導によりガラスの冷却を効率的に促進することができる。
方法2では、第一の支持体上で分離工程を行い、その後、第一の支持体から第二の支持体上へ熔融ガラス塊を移して粘性上昇工程を行う。方法2では、分離工程と粘性上昇工程を別々の支持体上で行うことにより、分離工程と粘性上昇工程を並行して行うことができるため、成形能率を向上させることができるという利点もある。更に、粘性上昇工程を長時間行うことができ、ガラス塊の粘性を十分増大させることができるという利点もある。
その他の熔融ガラス塊の分離方法としては、前述の降下切断を用いることもできる。
方法3では、支持体上での分離工程および粘性上昇工程を複数の支持体を使用して順次行う。具体的には、流出パイプ下方に配置された支持体上で熔融ガラス塊の分離を行い、分離された熔融ガラス塊を保持する支持体を流出パイプ下方から退避させて粘性上昇工程を行うとともに、流出パイプ下方に新たな支持体を配置して分離工程および粘性上昇工程を行うプロセスを繰り返すことにより、プリフォームを量産することができる。方法3では、前述の粘性工程を行う利点に加え、複数の支持体を時間経過に沿って分離工程と粘性上昇工程に使い分けることができるため、粘性上昇工程を長時間行うことができ、ガラス塊の粘性を十分増大させることができるという利点もある。方法3における分離工程、粘性上昇工程、粘性上昇工程から成形工程への移送は、先に方法2について述べた通りである。
方法1〜3は、粘度が10dPa・s以下の低粘性の熔融ガラスをパイプから流出する場合に好適である。中でも、上記粘度が7dPa・s以下の場合がより好適であり、1〜5dPa・sの場合がさらに好適である。
流出粘性は次のようにして求めることができる。あらかじめ各温度におけるガラスの粘性を測定し、温度と粘性のグラフ(粘性曲線)を作成する。液相温度は別途、測定し、その温度における粘性を前記グラフから読み、液相粘性とする。同様に流出温度においてガラスが示す粘性を上記グラフから読み、流出粘性とする。
本発明において使用されるガラスの種類は特に限定されないが、プリフォームはプレス成形に供するものであるから、低温軟化性を示すガラスが好ましく、特にガラス転移温度(Tg)が600℃以下のガラスが好ましい。組成面から好ましいガラスを例示すると、B2O3およびLa2O3含有ガラス、燐酸塩ガラス、フツリン酸塩ガラス、アルカリ金属酸化物含有ガラスなどを挙げることができる。
本発明では、熔融ガラス塊と支持体が接触状態になり得るが、支持体が高温になると熔融ガラスが融着し、ガラス塊を次の工程へ移送することが困難となる場合がある。そのため、本発明において使用される支持体は、冷却機構を有することが好ましい。具体的には、支持体内部に水路を有し、冷却水を流して水冷できるものを用いることができる。冷却の度合いは、融着を確実に防止できる温度範囲に支持体温度が保たれるように適宜設定すればよい。
こうして凹部上でガラスをプリフォーム形状に成形し、外力を加えてもガラスが変形しない温度にまで冷却してから成形型からガラスを取り出すことにより、プレス成形用プリフォームを得ることができる。
本発明の光学素子の製造方法は、ガラス製の光学素子を精密プレス成形により作製する光学素子の製造方法であり、本発明のプレス成形用プリフォームの製造方法により作製したプリフォームを加熱し、プレス成形することを特徴とする。
前述のように、本発明のプレス成形用プリフォームの製造方法によれば、高品質なプリフォームを高い生産性のもとに作製できるため、この方法により得られたプレス成形用プリフォームを用いることにより、光学素子を高い生産性のもとに製造することができる。
(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(以下、精密プレス成形法1とういう)。
精密プレス成形法1において、プレス成形型と前記プリフォームの温度をともに、プリフォームを構成するガラスが106〜1012dPa・sの粘度を示す温度に加熱して精密プレス成形を行うことが好ましい。
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(以下、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。
なおプレス成形型の予熱温度をプリフォームの予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このようにプレス成形型の予熱温度を低くすることにより、前記型の消耗を低減することができる。
また、この方法によれば、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。
なおプレス成形型の温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低い温度に調温させるが、前記ガラスが109〜1012dPa・sの粘度を示す温度を目安にすればよい。
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。
このようにして、本発明によれば、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、回折格子、回折格子付のレンズ、レンズアレイ、プリズムなどの各種光学素子、用途としてはデジタルカメラやフィルム内蔵カメラの撮像光学系を構成するレンズ、カメラ付携帯電話搭載の撮像レンズ、CDやDVDをはじめとする光記録式媒体のデータ読取および/またはデータ書込み用に使用する光線を導光するためのレンズなどの各種光学素子を作製することができる。また、銅含有ガラス製のプリフォームを使用すれば、半導体撮像素子の色補正機能を有する光学素子を作製することもできる。中でもデジタルカメラ搭載のレンズを製造する方法として好適である。
なお、これら光学素子には必要に応じて、反射防止膜、全反射膜、部分反射膜、分光特性を有する膜などの光学薄膜を設けることもできる。
[参考例1〜6、比較例1〜4(図1)]
屈折率(nd):1.8468、アッベ数(νd):23.5でP2O5、R2O(R:Li、Na、K)、Nb2O5を主成分とするガラスのカレットを、白金ルツボ中に投入し、1000℃で溶解後、1100℃で脱泡清澄、撹拌均質化して熔融ガラスを得た。この熔融ガラスをルツボ底部に結合し温度制御された白金パイプを通じ900℃の白金合金製流出ノズル(内径:φ0.8mm)から0.55Kg/hrの流出速度で連続流出させた。なお本ガラスの液相温度は880℃で液相粘性が5.3dPa・sである。よって液相温度と液相粘性から算出される熔融ガラスの流出粘性は、4.1dPa・sとなる。
本流出条件で流出した熔融ガラスを、図1に示す装置を使い、146mm3(553mg)の球状プリフォームに成形した。まず、多孔質割部材を突き合わせた状態とし、凹部で熔融ガラス流を支持した(図1(a))。多孔質割型部材上に所定重量の熔融ガラスが溜まった時、多孔質割型部材を急降下させて熔融ガラス流を切断し、多孔質割部材上に熔融ガラス塊を切り分けた(図1(b))。次に多孔質割型部材を急降下後、所定時間の間、流出ノズル直下で熔融ガラス塊の粘度が、30dPa・sになるまで、ガラス塊を割部材上で保持した。次に、多孔質割部材を70〜100msec.離間させ、熔融ガラス塊を球状プリフォームを成形するためのガラス塊成形型(以下、球成形型という)に落下させ挿入した(図1(c))。成形型内の熔融ガラス塊は、球成形型内から吹き出す浮上ガスで概略浮上状態を保たれつつ高速回転し球状化された(図1(d))。上記操作を3.8秒毎に繰り返し、次々に流下する熔融ガラスを球状プリフォームに成形した。
表1と表2は多孔質割型部材を急降下してから離間するまでの時間、そして多孔質割部材に流す浮上ガス(流量:0.8リットル/分)の流出タイミング(キャスト開始からの時間)を変えて球状プリフォームを成形し、球状プリフォームの品質を調べた結果である。
表2に示すように、キャスト開始時から多孔質割部材に浮上ガスを流し、熔融ガラス塊を浮上状態で支持したまま降下切断、落下挿入した比較例2〜4のプリフォームは、多孔質割部材の離間タイミングよらず1mm以上の折れ込み泡が混入した。また、プリフォームの表面から内部に向かい線状の折れ込みによる脈理が多数入っていた。それに対し、多孔質割部材に浮上ガスを流さずに熔融ガラスのキャスト、降下切断、落下挿入を行った比較例1では、プリフォームに泡や脈理は見られなかった。しかし、熔融ガラス塊の落下挿入時において、5〜15%程度の頻度で熔融ガラス塊が球成形型に入らないことがあった。また、熔融ガラスを多孔質割型部材で支持していた位置に島状のでっぱりが見られた。でっぱりのある球状プリフォームでレンズを成形したところ、大多数は品質に問題がなかったが、でっぱりによりプレス成形型上のプリフォーム位置がばらつくため、レンズの偏芯不良が時々発生した。なお多孔質割型部材を離間させる前に多孔質割部材に浮上ガスを流した実施例1〜6では、熔融ガラス塊の落下挿入で失敗することはなくなり、プリフォームのでっぱりは軽減され脈理や泡も見られなかった。表1から、プリフォーム表面のでっぱりは、多孔質割型部材への浮上ガス流入のタイミングを早めることで改善できることがわかる。また浮上ガス流入のタイミングが比較的早いため泡や脈理が低頻度で発生する場合でも、多孔質割型部材の離間タイミングを意図的に遅らせ熔融ガラス塊の粘性を調整することで、泡や脈理のない球状プリフォームを得ることができた。
図2に示す装置を用い、プレス成形用プリフォームを製造した。
上記実施例1〜6と流出口の径のみを0.8mmから0.9mmに変更し、同じ流出条件で同種類の熔融ガラスを流出させた。なお流出口の径を変更したことで、ガラス流量は0.72Kg/hrまで増加した。図2に示すように、流出口の直下に2組の割部材を垂直方向に配置した。第一の支持体をノズルに接近させて熔融ガラス流の先端を支持し(図2(a))、所定容量の熔融ガラスが溜まった段階で支持体を急降下させ、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を降下切断した(図2(b))。その後、第一の支持体(割部材)を70〜100msec.離間させ、熔融ガラスを第二の支持体上に落下挿入した(図2(c))。なお、第一の支持体の離間直前に、第一の支持体表面から浮上ガスを噴出させ、熔融ガラス塊を浮上させた。次に、第一の支持体を急上昇させ、再び熔融ガラス流の先端を支持した(図2(e))。同時進行で第二の支持体上で熔融ガラスを非接触状態で保持しながら冷却し粘性を増大させた。本工程中に、第二の支持体の下方に球成形型を配置した(図2(d))。次に、熔融ガラス塊の粘度を50dPa・s以上まで増大させた後、第二の支持体(割部材)を離間させ、熔融ガラス塊を球成形型に落下挿入した(図2(f))。
なお、第二の支持体上で熔融ガラス塊を支持体に接触させた状態で保持した後、第二の支持体からガスを噴出して熔融ガラス塊を浮上させ、非接触状態での保持に切り替えてもよい。
落下挿入後はノズル直下から球成形型を退避させ、熔融ガラス塊を球状に成形しながら冷却し、球状のプリフォームを得た(図2(g))。上記操作を2.9秒毎に繰り返し、次々に流下する熔融ガラスを146mm3(553mg)の球状プリフォームに成形した。なお成形した球状プリフォームには泡や脈理はなく、形状も良好であった。
この方法では、粘性増大を目的とした第二の支持体を設けたため、成形サイクルが短い場合でも粘性上昇工程の時間を長くとることができる。よって実施例1〜6に比べ成形能率を高め、泡や脈理を抑制することが可能である。
実施例7から成形装置のみを図3に示す装置に変更し、以下のように146mm3(553mg)の球状プリフォームに成形した。まず、4組の割部材(支持体)を90°ずつインデックス回転するテーブルの円周状に均等配置した(以後、割部材テーブルと呼ぶ)。なお各割部材には常時浮上ガスを流しておき、熔融ガラスを浮上支持可能な状態とした。またB位置の割型下部に配置した図示しない割型上下機構により、B位置の割型部材のみを独立に上昇・下降させることができる。
一方、前記したテーブルより大きくインデックス回転が可能な回転テーブル(以後、成形テーブルと呼ぶ)を用意し、テーブルの円周上に12個の球成形型を均等配置した。また12個中1個の型はA位置に配置し、割部材を離間させ熔融ガラス塊を落下させた時に、球成形型中央で熔融ガラスを受けられるように配置した。なお成形テーブルのインデックス回転は30°ずつ行い、テーブルの回転は熔融ガラスの落下挿入に連動させた。
まずB方向から見た断面図のように、B位置で支持体(割部材)を上昇させ、熔融ガラス流の先端を支持した。支持体上に所定容量の熔融ガラスが溜まった時点で支持体を急下降して熔融ガラス流を降下切断し、回転テーブルを90°インデックス回転させた。本操作を繰り返しながら、熔融ガラス流から次々に熔融ガラス塊を得た。熔融ガラス塊を支持体上で浮上保持しながら冷却し粘性を増大させた。熔融ガラスの粘性に応じて、浮上保持中の熔融ガラスの上面から冷却ガスを吹きかけ、冷却を促進する方法も使用できる。次に、A位置で割型部材を開き球成形型に熔融ガラスを落下挿入し熔融ガラス塊の球状化を開始した。次に、成形テーブルを30°インデックス回転させ、空の球成形型をA位置に移送した。
上記操作を2.9秒毎に繰り返し、次々に流下する熔融ガラスを146mm3(553mg)の球状プリフォームに成形した。なお成形した球状プリフォームには泡や脈理はなく、形状も良好であった。
なお装置の構成は上記の実施例に限定されない。例えば熔融ガラスの粘性に応じ、A位置から90°回転した位置や、270°回転した位置を、熔融ガラスの落下挿入位置としても良い。また割部材の数も、成形能率や熔融ガラスの粘性次第で変更することができる。
図4に示す装置を用いて、プレス成形用プリフォームを製造した。
流出ノズルの直下に、第一の支持体(割部材)を配置した。また図3に示したような成形テーブルの円周上に12個の球成形型を配置し、その真上に第二の支持体(割部材)を接近させて1個ずつ配置した。第一の支持体は、熔融ガラスを常時降下切断するために使うので、温度上昇による融着を防ぐために水冷機構を内蔵させた。一方、第二の支持体は、熔融ガラス塊を球成形型上で短時間浮上保持し、粘性上昇用に使用するため、熔融ガラスを支持する時間が短いので水冷機構は内蔵させなかった。但し図示しないが、第二の支持体には、表面から浮上ガスが噴き出るガス流路を内蔵させた。
上記操作を2.6秒毎に繰り返し、次々に流下する熔融ガラスを146mm3(553mg)の球状プリフォームに成形した。なお成形した球状プリフォームには泡や脈理はなく、形状も良好であった。
Claims (13)
- パイプから流出される熔融ガラス流の先端から熔融ガラス塊を分離する工程(以下、「分離工程」という)、および、前記熔融ガラス塊をガラス塊成形型上でプレス成形用プリフォームに成形する工程(以下、「成形工程」という)を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記分離工程は、前記熔融ガラス流先端を、前記パイプ下方に配置された第一の支持体によって支持し、次いで、第一の支持体を下方に降下するか、または第一の支持体による支持を取り去ることにより、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われ、
前記分離工程において分離した熔融ガラス塊を、第二の支持体上に移して所定時間保持することにより、前記熔融ガラス塊の粘性を上昇させ(以下、「粘性上昇工程」という)、
前記粘性上昇工程後、前記第二の支持体上から前記ガラス塊を前記成形型上に移す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。 - 第二の支持体上で行う前記粘性上昇工程は、前記熔融ガラス塊を浮上させながら行われるものであることを特徴とする請求項1に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- 前記第一の支持体は、幅方向に相互に離間、密着可能な複数の割部材から構成され、
前記割部材を密着させた状態で、前記第一の支持体表面に、熔融ガラス塊を所定時間保持し、
次いで、前記支持体表面の少なくとも一部からガスを噴出して、前記ガラス塊を浮上させた後、前記割部材を相互に離間して前記ガラス塊を鉛直下方に落下させ前記第二の支持体上に移す請求項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。 - 前記分離工程は、前記熔融ガラス流の先端を前記第一の支持体で受け、次いで、前記第一の支持体を下方に降下させることにより、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われる請求項1〜3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。
- 前記第一の支持体は、幅方向に相互に離間、密着可能な複数の割部材から構成され、
前記分離工程は、前記割部材を密着させた状態で、前記第一の支持体表面に、前記熔融ガラス流の先端を受け、次いで、前記割部材を相互に離間して熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われる請求項1〜3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。 - パイプから流出される熔融ガラス流の先端から熔融ガラス塊を分離する工程(以下、「分離工程」という)、および、前記熔融ガラス塊をガラス塊成形型上でプレス成形用プリフォームに成形する工程(以下、「成形工程」という)を含むプレス成形用プリフォームの製造方法において、
前記分離工程は、前記熔融ガラス流先端を、前記パイプ下方に配置された支持体によって支持し、次いで、前記支持体を下方に降下させることにより、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離することによって行われ、
前記分離された熔融ガラス塊を、前記支持体上に所定時間保持することにより、前記熔融ガラス塊の粘性を該熔融ガラス塊の粘度が20〜200dPa・sになるまで上昇させる(以下、「粘性上昇工程」という)とともに、
複数の支持体を順次使用して前記分離工程をおよび粘性上昇工程を行い、
前記粘性上昇工程後、前記粘性上昇工程に使用した支持体上のガラス塊を前記成形型上に移してプレス成形用プリフォームに成形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。 - 前記支持体上での熔融ガラスの支持を熔融ガラスを浮上させた状態で行うか、または支持体に接触させた後に浮上させて行う請求項6に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- 前記支持体は、幅方向に相互に離間、密着可能な複数の割部材から構成され、
前記割部材を密着させた状態で、前記支持体表面に、熔融ガラス塊を接触させた状態で所定時間保持し、
次いで、前記支持体表面の少なくとも一部からガスを噴出して、前記ガラス塊を浮上させた後、前記割部材を相互に離間して前記ガラス塊を鉛直下方に落下させ前記成形型上に移す請求項6または7に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。 - 前記分離された熔融ガラス塊を保持する支持体を流出パイプ下方から退避させて前記粘性上昇工程を行うとともに、流出パイプ下方に上記支持体とは異なる支持体を配置して前記分離工程および前記粘性上昇工程を行うプロセスを繰り返す請求項6〜8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。
- 前記成形工程において、前記熔融ガラス塊を浮上させながらプレス成形用プリフォームに成形することを特徴とする請求項1〜9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。
- 前記成形型は、凹部底部にガス噴出口を有し、該ガス噴出口から上向きにガスを噴出して、前記凹部に前記熔融ガラス塊を落下させ、噴出するガスによる風圧により前記熔融ガラス塊を回転させて球状に成形することを特徴とする請求項10に記載のプレス成形用プリフォームの製造方法。
- 前記パイプから流出される熔融ガラス流の粘度が10dPa・s以下であることを特徴とする請求項1〜11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。
- ガラス製の光学素子を精密プレス成形により作製する光学素子の製造方法において、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の製造方法によりプリフォームを作製し、作製したプリフォームを加熱し、精密プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
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