JP5956253B2 - ガラス塊製造装置、ガラス塊製造方法及びガラス光学素子製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形型を使用して熔融ガラスからガラス塊を製造するガラス塊製造装置及びガラス塊製造方法、並びに該ガラス塊からレンズ等のガラス光学素子を製造するガラス光学素子製造方法に関する。

熔融ガラス供給部より流下する熔融ガラスを、成形型にて浮上状態で受けながら精密プレス成形用のガラス塊（ガラスゴブやプリフォーム）に成形するガラス塊製造装置が知られている。この種の装置の具体的構成は、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載のガラス塊製造装置は、複数の成形型がターンテーブル上に円周方向に等間隔に配置されており、ターンテーブルを間欠的に回転させることにより、各成形型を所定の停留位置に順次移送する。これにより、各成形型への熔融ガラスの供給（キャスト）、成形型内で成形されたガラス塊の取り出し（テイクアウト）が順次行われる。この種のガラス塊製造装置に用いられる成形型は、浮上用のガス（空気や不活性ガス）を噴出する複数の細孔（貫通孔）を有する成形面を備え、熔融ガラス供給部から成形面に流下する熔融ガラスを浮上状態で受け、冷却しながら成形している（以下、「浮上成形」という）。

また、特許文献１のガラス塊製造装置においては、熔融ガラス流から熔融ガラス塊を切り離すのに降下切断法が用いられている。降下切断法は、熔融ガラス流を成形型で受けた後に、熔融ガラスの流速よりも早い速度で成形型を降下させることで熔融ガラス流から所定重量のガラス塊を切り離す方法である。

ところで、浮上成形を行う場合、浮上用のガスの流量を大きく設定すると、キャストの初期に成形型の細孔から噴出するガスの風圧により熔融ガラスの下端部が振動して、ガラス塊の形状不良等が生じることがある。そこで、特許文献１のガラス塊製造装置においては、成形型をターンテーブルから上昇させてキャスト及び降下切断を行っている間は、成形型から極めて少ない流量のガスが噴出するように構成されている。

特開２００２−９７０２３号公報

しかしながら、特許文献１のガラス塊製造装置を使用して、比較的に重量の大きなガラス塊を製造すると、成形型の加減速時（例えば、降下切断後に成形型の降下を停止する際）に熔融ガラス塊に大きな慣性力が働くため、熔融ガラスが成形型に密着してしまい、かえって形状不良や品質不良が生じやすくなるという問題があった。

また、重量の小さなガラス塊を製造する場合でも、ガラス塊製造のタクトタイムを短縮する為に成形型を高速・大加速度で移動させると、やはり熔融ガラスに大きな慣性力が働き、熔融ガラス塊が成形型に密着或いは接触して、形状不良や品質不良が生じやすくなるという問題があった。

本発明の一形態に係るガラス塊製造装置は、熔融ガラス塊が成型面から浮上するように成形面からガスを噴出可能な成形型と、成形型上に熔融ガラス流を供給する熔融ガラス供給手段と、成形型にガスを供給するガス供給手段と、成形型上に熔融ガラス流が供給されるときに、成形型を上下に駆動する成形型駆動手段と、成形型の加速度を取得する加速度取得手段と、を備え、ガス供給手段が、成形型の加速度に基づいて該成形型へのガスの供給を制御することを特徴とする。

この構成によれば、成形型駆動手段により成形型を高速に上下動させたときに、慣性力により熔融ガラス塊が成型面に密着することが防止され、形状不良や品質不良の発生が抑制される。

また、加速度取得手段が、成形型の加速度を検出する加速度センサである構成としてもよい。

また、加速度取得手段が、成形型の駆動を制御するパラメータに基づいて成形型の加速度を取得する構成としてもよい。

この構成によれば、加速度センサを設けることなく、簡単なハードウェア構成により成形型の加速度に基づく成形型へのガスの供給制御を実現することができる。

また、成形型駆動手段が、所定の駆動波形に基づいて成形型の駆動を制御し、加速度取得手段が、駆動波形に基づいて成形型の加速度を計算により取得する構成としてもよい。

また、ガス供給手段が、成形型の加速度に基づいて成形型へ供給するガスの圧力又は流量を制御する構成としてもよい。

また、成形型駆動手段が該成形型を上下に駆動しているときに、ガス供給手段が該成形型の加速度に基づいて該成形型へのガスの供給を制御する構成としてもよい。

この構成によれば、成形型が熔融ガラスを保持した状態で大きく上下に駆動されるキャスト中にガス供給の制御を行うため、形状不良や品質不良の発生がより効果的に抑制される。

また、成形型駆動手段が、熔融ガラス供給手段から所定量の熔融ガラスが成形型に供給されたときに、熔融ガラス流の流下速度よりも速い速度で成形型を降下させることによって熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離する降下切断を行うように成形型を駆動する構成としてもよい。

降下切断を行う際は、特に急激な成形型の降下及び降下停止が行われるため、この構成によれば、降下切断に伴う形状不良や品質不良の発生が有効に抑制される。

また、成形型に所定量の熔融ガラスが供給された後、降下切断の開始と共に、ガス供給手段が該成形型の加速度に基づいた該成形型へのガスの供給制御を開始する構成としてもよい。

また、ガス供給手段が、成形型に所定量の熔融ガラスが供給されるまで、該成形型に供給された熔融ガラスの量に応じて該成形型へのガスの供給を制御する構成としてもよい。

この構成によれば、成形型に供給された熔融ガラスに対してガスを過剰に供給することによるガラス塊の形状不良や品質不良の発生が有効に抑制される。

また、本発明の一形態に係るガラス塊製造方法は、成形型の成型面からガスを噴出させて、成型面から浮上させながら熔融ガラス塊を成形、冷却することによりガラス塊を製造するガラス塊製造方法において、成形型上に熔融ガラス流を供給する工程と、成形型にガスを供給する工程と、成形型を上下に駆動する工程と、成形型の加速度を取得する工程と、を備え、成形型にガスを供給する工程が、成形型の加速度に基づいて該成形型へのガスの供給を制御する工程を含む、ことを特徴とする。

また、成形型の加速度を取得する工程が、加速度センサにより成形型の加速度を検出する工程を含む構成としてもよい。

また、成形型の加速度を取得する工程が、成形型の駆動を制御するパラメータに基づいて成形型の加速度を取得する工程を含む構成としてもよい。

また、成形型を上下に駆動する工程において、所定の駆動波形に基づいて成形型の駆動を制御し、加速度を取得する工程において、駆動波形に基づいて成形型の加速度を算出する構成としてもよい。

また、成形型にガスを供給する工程において、成形型の加速度に基づいて成形型へ供給するガスの圧力又は流量を制御する構成としてもよい。

また、成形型の加速度に基づいて成形型へのガスの供給を制御する工程が、成形型を上下に駆動する工程により成形型が上下に駆動されているときに、該成形型に対して行われる構成としてもよい。

また、成形型を上下に駆動する工程が、成形型に所定量の熔融ガラスが供給されたときに、熔融ガラス流の流下速度よりも速い速度で該成形型を降下させることによって熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離する降下切断工程を含む構成としてもよい。

また、成形型の加速度に基づいて該成形型へのガスの供給を制御する工程が、成形型に所定量の熔融ガラスが供給された後、降下切断工程の開始と共に開始される構成としてもよい。

また、成形型にガスを供給する工程が、成形型に所定量の熔融ガラスが供給されるまで、該成形型に供給された熔融ガラスの量に応じて該成形型へのガスの供給を制御する工程を含む構成としてもよい。

また、本発明の一形態に係る光学素子の製造方法は、上記のガラス塊製造方法により製造されたガラス塊を精密プレス成形型に導入する工程と、精密プレス成形型に導入されたガラス塊を、軟化した状態で精密プレス成形型により精密プレス成形してガラス光学素子を得る工程と、を含む。

また、本発明の一形態に係るガラス光学素子の製造方法は、上記のガラス塊製造方法により製造されたガラス塊を加熱、軟化してプレス成形型に導入する工程と、プレス成形型に導入されたガラス塊を、軟化した状態でプレス成形型によりプレス成形して、プレス成形品を得る工程と、プレス成形品に少なくとも研磨加工を施すことによりガラス光学素子を得る工程と、を含む。

本発明に実施形態に係るガラス塊製造装置、ガラス塊の製造方法、及びガラス光学素子の製造方法によれば、ガラス塊成形時に成形型の駆動に伴って熔融ガラスに加わる慣性力によって熔融ガラスが成形型の成形面に接触することが防止され、形状や品質により優れたガラス塊及びガラス光学素子の製造が可能となる。

本発明の実施形態に係るガラス塊製造装置の側面図である。 本発明の実施形態に係るガラス塊製造装置の上面図である。 本発明の実施形態に係るガラス塊製造装置の成形型及び成形型ベースの断面図である。 本発明の実施形態に係るガラス塊製造装置の成形型及び成形型ベースの断面図である。 本発明の実施形態に係るガラス塊製造装置のガス供給系の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るガラス塊製造装置の成形型の上面図である。 キャスト工程の手順を示す図である。 浮上用ガスの流量制御を説明するタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

＜ガラス塊製造装置及びガラス塊の製造方法＞
図１及び図２は、それぞれ本発明の実施形態に係るガラス塊製造装置１の構成を示す側面図及び上面図である。図１、図２に示すように、ガラス塊製造装置１は、制御部１０１、熔融ガラス供給部１０４、ターンテーブル１０６、ダイレクトドライブモータ１０８、加熱炉１１０、テイクアウト手段１１２、ガラス塊回収部１１４及び成形型１２０を備えている。制御部１０１には、ガラス塊製造装置１を操作するための各種の操作スイッチと、ガラス塊製造装置１の各部の動作を制御するための制御回路を備えている。

熔融ガラス供給部１０４の上部は、図示省略された攪拌槽、清澄槽、ガラス熔解槽へ連通している。これにより、熔解、清澄、均質化された熔融ガラスＧが連続して熔融ガラス供給部１０４に供給される。熔融ガラス供給部１０４の先端（流出ノズル１０４ａ）からは、一定温度に制御された熔融ガラスＧが流下する。流出ノズル１０４ａより流下した熔融ガラスＧは、成形型１２０によって熔融ガラスＧの先端が受け取られて、熔融ガラスＧが所望の重量となるように分離され、所定の形状（例えば、おはじき状や扁平形状）のガラス塊ｇに成形される。

図２に示すように、成形型１２０は、ターンテーブル１０６上にて回転中心周りに等間隔に複数個設置されている。ターンテーブル１０６には、例えば軽量かつ高強度のアルミニウム合金製の円盤が使用される。ターンテーブル１０６は、ダイレクトドライブモータ１０８（図１）によって時計回りに間欠回転駆動される。これにより、各成形型１２０は、停留位置（キャスト位置）Ａや停留位置（テイクアウト位置）Ｂにおいて所定時間停留する。

ターンテーブル１０６の下面側には、各成形型１２０にそれぞれ接続された複数のガス配管１４５が設置されている。各ガス配管１４５は、ガス供給源から供給される浮上用ガス（後述）を、対応する成形型１２０に供給する。なお、図２においては、図面を明瞭にするため、ガス配管１４５を一点鎖線で示している。

次に、ガラス塊製造装置１による精密プレス成形用ガラス塊ｇ（ゴブやプリフォームとも称する）の成形方法について説明する。まず、熔融ガラスＧから所定重量のガラス塊ｇを分離（成形）するため、キャスト位置Ａにおいて、清澄、均質化された熔融ガラスＧが連続して一定速度で流出ノズル１０４ａより流下される。流下された熔融ガラスＧは、キャスト位置Ａに順次移送される成形型１２０によって次々と受け取られて、降下切断法により切断される（以下、成形型１２０上に供給された熔融ガラスＧを「熔融ガラス塊ｇ」という。）。成形型１２０の凹状の成形面１２０ａ（図３）からは、ガス供給源からガス配管１４５を介して供給された浮上用ガスが噴出している。そのため、熔融ガラス塊ｇは、浮上用ガスの噴出圧によって各成形型１２０内で浮上した状態で支持されながら、例えば所定の扁平状のガラス塊ｇに成形される。ここで、浮上用ガスは成形型１２０にキャストした熔融ガラス塊ｇの下面を変形させないような噴出圧に調整されている。

加熱炉１１０ａでは、成形型１２０内で成形されている熔融ガラス塊ｇがテイクアウトされるまでの間に、ガラス転移点Ｔｇ以下の温度に徐々に冷却される。次いで、テイクアウト位置Ｂに搬送された成形型１２０内のガラス塊ｇは、テイクアウト手段１１２から吹き出されるガスにより、ターンテーブル１０６の半径方向外側に吹き飛ばされて、ターンテーブル１０６の外周部に配置された略扇形のガラス塊回収部１１４により回収される。また、加熱炉１１０ｂでは、成形型１２０がガラス塊ｇの成形に適した温度になるように調温される。このように、各成形型１２０では、ターンテーブル１０６の回転に応じて、熔融ガラスＧのキャスト、熔融ガラス塊ｇの成形、熔融ガラス塊ｇの冷却、ガラス塊ｇのテイクアウトが順次行われる。各成形型１２０は、ガラス塊ｇのテイクアウト後、再びキャスト工程へと戻されて、繰り返し使用される。

次に、ターンテーブル１０６上に設置された成形型ベース１３０及び成形型１２０の具体的な構成について説明する。図３及び図４は、それぞれ成形型１２０及び成形型ベース１３０の側断面図である。図３は成形型１２０を下降させた状態、図４は成形型１２０を上昇させた状態をそれぞれ示している。図３及び図４に示すように、成形型ベース１３０は、ターンテーブル１０６に固定されている基部１３４と、基部１３４に対して上下動可能な可動部１３２とを備えている。成形型１２０は、可動部１３２の上端部に取り付けられており、可動部１３２と共に上下動する。基部１３４の中央には、可動部１３２の軸部１３２ａを摺動自在に保持する孔部１３４ａが上下方向に延びている。軸部１３２ａの下端部は、孔部１３４ａの下端から下方に突出している。孔部１３４ａから突出した軸部１３２ａの下端部にはスプリング１３６（圧縮ばね）が巻装されており、スプリング１３６の弾性力によって可動部１３２は常時下方に押し下げられている。

熔融ガラスＧのキャスト位置Ａにおいて、成形型ベース１３０の下方には、成形型１２０及び成形型ベース１３０を上下に駆動する成形型上下駆動部１０９が設置されている。成形型上下駆動部１０９は、図示しないサーボモータとボールねじ機構から構成されたリニアアクチュエータであり、ボールねじに直結した駆動軸１０９ａが上下に駆動されるように構成されている。また、駆動軸１０９ａは、成形型ベース１３０の軸部１３２ａの真下に同軸に配置されている。熔融ガラスＧのキャスト時には、成形型上下駆動部１０９が作動して、図４に示すように駆動軸１０９ａが上昇し、スプリング１３６の力に抗して成形型ベース１３０の可動部１３２（軸部１３２ａ）を突き上げる。これによって成形型１２０が熔融ガラス供給部１０４の流出ノズル１０４ａの近傍まで持ち上げられて、熔融ガラスＧの供給が可能となる。また、駆動軸１０９ａには加速度センサ１０９ｂが取り付けられている。加速度センサ１０９ｂ（加速度取得手段）は、駆動軸１０９ａの上下方向の加速度（すなわち駆動軸１０９ａと共に上下動する成形型１２０の加速度）を検出して、検出した加速度を示す信号を制御部１０１に送る。制御部１０１は、駆動軸１０９ａの上下方向の加速度に応じて浮上用ガスの流量を制御する。駆動軸１０９ａの加速度に基づく浮上用ガスの流量制御の詳細は後述する。

本実施形態に係るガラス塊製造装置１は、所定重量の熔融ガラス塊ｇを正確に切り分けるために降下切断法を採用している。ターンテーブル１０６により、成形型１２０がキャスト位置Ａに移送されると、前述のように成形型上下駆動部１０９が作動して、その駆動軸１０９ａが成形型ベース１３０の可動部１３２を突き上げる。成形型ベース１３０の可動部１３２が駆動軸１０９ａによって突き上げられていない状態では、スプリング１３６によって可動部１３２は下方に押され、基部１３４と当接して一定の高さに保たれるが、成形型上下駆動部１０９が作動すると、スプリング１３６の弾性力に抗して可動部１３２が成形型１２０と共に持ち上げられ、成形型１２０の成形面１２０ａが流出ノズル１０４ａに近づけられる。また、可動部１３２は、成形型上下駆動部１０９の駆動軸１０９ａによって突き上げられている間、スプリング１３６の弾性力によって駆動軸１０９ａに強く押し付けられるため、可動部１３２の下端は駆動軸１０９ａの上端と常に当接し、可動部１３２は駆動軸１０９ａと一体に上下動する。

成形型ベース１３０を介してターンテーブル１０６に取り付けられた成形型１２０の各々には、熔融ガラス塊ｇ及びガラス塊ｇを浮上させるための浮上用ガスが供給される。図５に、成形型１２０に浮上用ガスを供給するガス供給系の概略構成を示す。図示しないガス供給源から供給される浮上用ガスは、ダイレクトドライブモータ１０８の中空部１０８ａを貫通するガス供給管１４１とロータリージョイント１４２を介して、多分岐管１４３へ導入される。多分岐管１４３は、ターンテーブル１０６と一体に回転するダイレクトドライブモータ１０８の回転軸１０８ｂに取り付けられている。ロータリージョイント１４２を介して多分岐管１４３にガス供給管１４１を接続することにより、ターンテーブル１０６と共に回転する多分岐管１４３への浮上用ガスの供給が可能になっている。

多分岐管１４３は、一つの入力ポートと複数の出力ポートを有しており、入力ポートから供給された浮上用ガスを、複数の出力ポートに均等に分配する。多分岐管１４３の入力ポートにはガス供給管１４１が接続され、各出力ポートにはガス配管１４５を介して各成形型１２０が接続されている。また、各ガス配管１４５には、浮上用ガスの流量を制御するマスフローコントローラ１４４が設けられている。マスフローコントローラ１４４は、制御部１０１の制御に基づいて、各ガス配管１４５内の浮上用ガスの流量を調整する。また、マスフローコントローラ１４４は、検出した各ガス配管１４５内の流量を示す信号を制御部１０１に送る。

図３に示すように、浮上用ガスは、ガス配管１４５を介して成形型ベース１３０の可動部１３２に設けられた空間部１３２ｂに導入され、成形型１２０に形成された成形面１２０ａに連通する複数のガス噴出口１２１より噴出する。ガス噴出口１２１から噴出した浮上用ガスは、成形面１２０ａ上のガラス塊ｇに吹き付けられ、ガラス塊ｇを浮上させる。浮上用ガスとしては、空気、窒素などの不活性ガス、又はそれらの混合ガスを用いることができる。

図６は、ガス噴出口１２１の配置構成を示す成形型１２０の平面図である。図６に示すように、本実施形態においては、ガス噴出口１２１は、成形面１２０ａの中央及びこれを中心とする２つの同心円上に一定の間隔で配置されており、これによって成形面１２０ａ上のガラス塊ｇを安定的に浮上させた状態で保持する。もっとも、ガス噴出口１２１の数はこれに限定されず、１つであってもよいし、また成形面を多孔質材料で形成し、その微細な無数の孔から浮上用ガスを噴出させるようにしてもよい。しかし、熔融ガラスＧもしくはガラス塊ｇを安定して浮上させる上では、本実施形態のように、複数のガス噴出口１２１を成形型の中心軸の回りに対称に分布させることが好ましい。また、ガス噴出口１２１を均等に分布させることが好ましい。

次に、成形型１２０のガス噴出口１２１から噴出させる浮上用ガスの流量制御について説明する。本実施形態では、キャスト工程中、すなわち成形型１２０がキャスト位置Ａに停留している間は、成形型１２０の上下方向の加速度に応じた流量の浮上用ガスを成形型１２０に供給する変動流量モードにより浮上用ガスの流量が制御され、それ以外の工程中、すなわち成形型１２０がキャスト位置Ａに停留していない時は、ガラス塊ｇが成形面１２０ａ上で安定して浮上するために必要な一定の流量を成形型１２０に供給する定流量モードにより浮上用ガスの流量が一定量に制御される。

図７は、熔融ガラスＧを成形型上に供給するキャスト工程の手順を示す図である。また、図８は、浮上用ガスの流量制御を説明するタイミングチャートである。図８（Ａ）は、ターンテーブル１０６の間欠回転駆動のタイミングを示すチャートである。図８（Ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ成形型上下駆動部１０９によって上下に駆動される成形型１２０の高さ及び高さ方向の加速度の時間変化を示すチャートである。また、図８（Ｄ）は、キャスト中の成形型１２０に供給される浮上用ガスの供給量を示すチャートである。

図７（Ａ）は、ターンテーブル１０６により、成形型１２０がキャスト位置Ａに移送された直後の状態を示す。時刻ｔ_１において成形型１２０がキャスト位置Ａに停止すると、キャスト位置Ａに停留する成形型１２０に供給される浮上用ガスの流量制御モードが、マスフローコントローラ１４４の流量Ｆ（Ｌ／ｍｉｎ）を一定量Ｆ_ｏに保つ定流量モードから、成形型１２０の上下方向の加速度に応じてマスフローコントローラ１４４の流量を変化させる変動流量モードに切り替えられる。本実施形態の変動流量モードにおいては、制御部１０１は、マスフローコントローラ１４４の流量Ｆを、加速度センサ１０９ｂによって検出された加速度Ａ（ｍ／ｓ^２）に比例した値となるように制御する（但し、加速度Ａの符号は上向きを正とする）。具体的には、フローコントローラ１４４の流量Ｆの目標値が、次式（数１）の値に設定される。

（但し、ｇは重力加速度）

すなわち、成形型１２０の加速度Ａが零のときは、フローコントローラ１４４の流量Ｆの目標値は定流量モードの設定流量Ｆ_Ｏと同じ値になり、成形型１２０の加速度Ａが重力加速度ｇ（９．８ｍ／ｓ^２）になると、流量Ｃの目標値は定流量モードの設定流量Ｆ_Ｏの２倍になる（つまり、ガスの流量は増加する）。また、成形型１２０が下向きに加速されて、加速度Ａが−ｇになると、浮上用ガスの供給が停止する（つまり、定流量モードの設定流量Ｆ_Ｏに対してガスの流量は減少する）。なお、成形型１２０を重力加速度よりも大きな下向きの加速度で駆動すると（すなわちＡ＜−ｇとする）と、ガラス塊ｇが成形型１２０から完全に離れてしまい、成形型１２０によってガラス塊ｇを成形することができなくなるため、成形型１２０の重力加速度ＡがＡ≧−ｇとなるように、成形型上下駆動部１０９による成形型１２０の上下方向の駆動が制御される。

次に、制御部１０１は、成形型上下駆動部１０９を作動させ、駆動軸１０９ａにより成形型ベース１３０の可動部１３２を突き上げ、成形型１２０を上昇させる（図７（Ｂ））。なお、制御部１０１は、成形型１２０に過大なジャーク（加速度Ａの時間微分）が加わらないよう、カム曲線から構成される駆動波形（例えば、図８（Ｂ）に示す目標位置の時間変化）に従って成形型上下駆動部１０９を高速駆動する。なお、本実施形態では、カム曲線としてサイクロイド曲線が使用されるが、他の種類のカム曲線を使用してもよい。

成形型１２０の成形面１２０ａが流出ノズル１０４ａに近づけられると（時刻ｔ_２）、成形型１２０の上昇が一旦停止する。上昇停止の際に生じる成形型１２０の振動が収まるのを待って、再び成形型１２０が流出ノズル１０４ａの直近まで低速で上昇する（時刻ｔ_３〜ｔ_４）。成形型１２０が流出ノズル１０４ａの直近に到達する辺りで、成形面１２０ａへの熔融ガラス流Ｇの供給が開始される（図７（Ｃ））。成形型１２０が流出ノズル１０４ａの直近に到達すると（時刻ｔ_４）、成形型１２０の駆動方向が反転し、成形型１２０に熔融ガラスＧが供給される間、成形型１２０は熔融ガラスＧの流下量に合わせて一定の速度で徐々に降下する（ｔ_４〜ｔ_５）。これは、キャスト中に、成形型１２０に供給された熔融ガラスＧに流出ノズル１０４ａの先端が沈み込み、熔融ガラスＧが流出ノズル１０４ａの先端部に濡れ上がることを防止するためである。

キャスト開始から一定時間ｔ_ｃが経過して（時刻ｔ_５）、成形型１２０が所定量の熔融ガラスＧを受けると、成形型上下駆動部１０９は、駆動軸１０９ａを熔融ガラス流Ｇの流下速度よりも速い速度で瞬時に押し下げる（時刻ｔ_５〜ｔ_６）。このとき、成形型ベース１３０の可動部１３２は、スプリング１３６によって駆動軸１０９ａに押さえ付けられた状態で、駆動軸１０９ａ及び成形型１２０と一体に急降下する（図７（Ｄ））。これにより、成形型１２０によって支持された熔融ガラスＧの下端部ｇも成形型１２０と共に急降下し、熔融ガラスＧの下端部ｇ側にくびれが生じ、熔融ガラスＧの下端部ｇと流出ノズル１０４ａとの間で熔融ガラスＧが表面張力により分離する。

また、図８（Ｃ）に示すように、成形型１２０の急降下の初期において、成形型１２０及び成形型１２０に受けられた熔融ガラスＧの下端部ｇは、重力加速度に近い下向きの大きな加速度−Ａ_１で加速しながら降下する。また、これにより、熔融ガラス塊ｇには上向きの大きな慣性力が加わる。そのため、成形型１２０の慣性系における熔融ガラス塊ｇの重量は極めて小さなものとなる。この状態で、成形型１２０の成形面１２０ａから大流量の浮上用ガスを噴出させると、熔融ガラスＧの下端部ｇが成形型１２０から吹き飛ばされてしまう可能性がある。本実施形態の変動流量モードでは、上記の数１に示す式に従って、成形型１２０の加速度に応じて浮上用ガスの流量を調整する（減らす）ため、急降下の初期において浮上用ガスの流量が極めて小さな値に制御され、熔融ガラスＧの下端部ｇが浮上用ガスによって成形型１２０から吹き飛ばされることが防止される。

また、成形型上下駆動部１０９は、成形型１２０を急降下させて熔融ガラス流Ｇから熔融ガラス塊ｇを降下切断した後、高速で降下する成形型ベース１３０の可動部１３２がターンテーブル１０６上に固定された基部１３４に激突しないように、成形型１２０の降下を急停止する。このとき、成形型１２０及び成形型１２０に受けられた熔融ガラス塊ｇには、上向きの大きな加速度Ａ_２が加わり、また、これにより、熔融ガラス塊ｇには下向きの大きな慣性力が加わる。この加速度Ａ_２は、重力加速度と同程度か、それ以上の大きさに至ることがある。そのため、成形型１２０の慣性系における熔融ガラス塊ｇの重量は極めて大きなものとなる。この状態では、定流量モードにおける浮上用ガスの設定流量Ｆ_Ｏでは、熔融ガラス塊ｇを成形面１２０ａから浮上させるのに不十分であり、熔融ガラス塊ｇが成形面１２０ａに密着して、形成されるガラス塊ｇの形状不良や脈理等の品質不良が発生してしまう可能性がある。本実施形態では、上記の数１に示す式に従って、成形型１２０の加速度に応じて浮上用ガスを調整する（成形型１２０を急停止し、熔融ガラス塊ｇに、重力に加えて、加速度Ａ_２での減速に伴う下向きの慣性力が加わるときに、熔融ガラス塊ｇを浮上させるのに十分かつ熔融ガラス塊ｇに品質不良を発生しないように浮上ガスの流量を加速度Ａ_２の大きさに合わせて増加する）ため、熔融ガラス塊ｇの成形面１２０ａへの密着が防止される。これにより、特に比較的に容量の大きな（例えば２０ｇ以上の）ガラス塊の成形において、形状不良や品質不良の発生が顕著に低減する。なお、図８（Ｄ）に示すように、熔融ガラス塊ｇに加わる上向きの加速度Ａ_２（下向きの慣性力）が最大となったあと、加速度Ａ_２は徐々に小さくなるため、加速度Ａ_２の減少に合わせて浮上ガスの流量を減少させ、最終的には流量Ｆ_Ｏとなるように制御する。

成形型１２０の降下速度が十分に低下した状態で、成形型ベース１３０の可動部１３２は基部１３４の上に載置され、可動部１３２の軸部１３２ａから成形型上下駆動部１０９の駆動軸１０９ａが離れて、成形型上下駆動部１０９による成形型１２０の上下駆動が完了する（図７（Ｅ））。

＜ガラス光学素子の製造＞
本発明の実施形態に係るガラス塊成形装置１を用いて成形された精密プレス成形用ガラス塊ｇ（プリフォーム）は、図示しない精密プレス成形型内に導入されて、精密プレス成形型と共に加熱され、軟化した状態で精密プレス成形されて、精密プレス成形型の成形面の面形状が精密プレス成形用ガラス塊ｇに転写される。そして、精密プレス成形用ガラス塊ｇは、精密プレス成形型内で加圧された状態で冷却された後、精密プレス成形型より取り出される（等温プレス成形）。これにより、精密プレス成形型の成形面の面形状が転写された非球面レンズが得られる。このようにして製造された非球面レンズには、必要に応じて、芯取り加工、面取り加工、染色加工、反射防止や紫外線カット等の各種コーティングが施されて、ガラス光学素子が得られる。また、この他の精密プレス成形法として、予め加熱、軟化した精密プレス成形用ガラス塊ｇ（プリフォーム）を精密プレス成形型内に導入して精密プレス成形を行うことができる（非等温プレス成形）。

以上が、本発明の実施形態の一例の説明であるが、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって示される技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。

例えば、上記の実施形態では、加速度センサ１０９ｂによって検出された成形型１２０の加速度に基づいて浮上用ガスの流量が制御される構成が採用されているが、制御部１０１において成形型上下駆動部１０９の駆動波形から成形型１２０の加速度を計算し、算出した加速度に基づいて浮上用ガスの流量を制御する構成としてもよい。例えば、成形型上下駆動部１０９の駆動波形が目標位置の時間関数として与えられている場合には、駆動波形（目標位置）の二階微分を計算し、この値に基づいて浮上用ガスの流量を制御する構成としてもよい。

また、上記の実施形態では、成形型１２０の加速度に比例して浮上用ガスの流量が変化するように流量の制御を行っているが、浮上用ガスの流量を加速度に対して非線形に変動させる構成としてもよい。成形型１２０の加速度と浮上用ガスの流量との関係は、ガラス塊の重量や形状等に応じて適宜設定することができる。

また、上記の実施形態では、各成形型１２０に供給する浮上用ガスの流量をマスフローコントローラ１４４により制御する構成が採用されているが、各ガス配管１４５に圧力センサ及び流量調整弁を設けて、圧力センサが検出した浮上用ガスの圧力に基づいて流量調整弁の絞りを制御する構成とすることもできる。

また、上記の実施形態では、キャスト工程中に常に成形型１２０の加速度に基づく浮上用ガスの流量制御が行われるが、成形型１２０が熔融ガラスＧを受け始めてから所定時間を経過する（成形型１２０が受ける熔融ガラスＧが所定量に達する）までは、浮上用ガスの流量を零若しくは比較的に小さな所定量に設定し、所定時間を経過した（成形型１２０が受ける熔融ガラスＧが所定量に達した）後に成形型１２０の加速度に基づく浮上用ガスの流量制御を行う構成としてもよい。また、キャスト中は、成形型１２０が受けた熔融ガラスＧの量に応じて（すなわち、成形型１２０が受けた熔融ガラスＧの量が増えるにつれて浮上用ガスの流量が増えるように）、浮上用ガスの流量制御を行う構成としてもよい。成形型１２０が受けた熔融ガラスＧの量が少ないキャスト初期においては、浮上用ガスの流量を多くすると、浮上用ガスの風圧（熔融ガラスの先端部ｇが浮上用ガスから受ける不均一な圧力）によってガラス塊に形状不良や脈理などの品質不良が生じることがある。キャスト初期に浮上用ガスの流量を低く抑えることで、品質の優れたガラス塊をより安定して製造することができる。

また、浮上用ガスの流量の好適値は、成形するガラス塊の重量によっても異なる。そこで、成形型ベース１３０に荷重センサを設け、成形型１２０が受けた熔融ガラスＧの重量を荷重センサにより検出して、成形型１２０の加速度に加えて、熔融ガラスＧの重量に応じて浮上用ガスの流量を制御する構成としてもよい。

また、上記の実施形態では、熔融ガラス流から所定重量の熔融ガラス塊を切り離す方法として降下切断法が採用されているが、例えば、挟状の切断器を使用する方法等、他の切り離し方法を使用してもよい。

また、上記の実施形態では、成形型１２０の鉛直方向の加速度に応じて浮上用ガスの流量を制御しているが、水平方向の加速度に応じても（例えば、鉛直方向と水平方向の加速度のベクトル和に応じて）浮上用ガスの流量を制御する構成としてもよい。

また、上記の実施形態では、成形型１２０（駆動軸１０９ａ）の位置を制御対象として、成形型上下駆動部１０９の駆動制御が行われているが、成形型１２０の速度や加速度を制御対象として成形型上下駆動部１０９の駆動制御を行うこともできる。

また、上記の実施形態では、所定の駆動波形に基づいて成形型上下駆動部１０９の駆動制御が行われているが、所定の駆動パラメータ（例えば、速度、加速度、移動距離、移動時間等）に基づくシーケンス制御によって成形型上下駆動部１０９の駆動制御を行う構成としてもよい。この場合、制御部１０１は、成形型上下駆動部１０９の駆動パラメータに基づいて計算した成形型１２０の加速度に応じて浮上用ガスの流量を制御する構成としてもよい。

また、上記の実施形態は、最終製品を作製する精密プレス成形のためのプレス素材であるガラス塊（プリフォーム）を成形する例であるが、同じ構成により、最終製品であるレンズに近似した形状をもつレンズブランク（プレス成形品）にプレス成形するためのプレス素材や、リヒートプレス用のプレス素材を成形することもできる。

リヒートプレスによりガラス光学素子を製造する場合には、先ず、上記の実施形態の方法により製造したプレス素材（ガラスゴブやプリフォームなどのガラス塊）にバレル研磨を施した後、加熱して軟化させたプレス素材をプレス成形型によりプレス成形（リヒートプレス）する。また、硝材によっては（例えば、型に融着し難い硝材を使用する場合には）、バレル研磨を施さずに、プレス素材をそのままプレス成形することもできる。また、プレス素材は、バレル研磨が施される前に、必要に応じて、芯取り加工や面取り加工が施される。リヒートプレスで得られたプレス成形品に研磨加工を施し、更に必要に応じて染色加工やコーティング加工を施すことにより、球面レンズ等のガラス光学素子が得られる。

１ ガラス塊製造装置
１０１ 制御部
１０４ 熔融ガラス供給部
１０４ａ 流出ノズル
１０６ ターンテーブル
１０８ ダイレクトドライブモータ
１０９ 成形型上下駆動部
１０９ｂ 加速度センサ
１１０ 加熱炉
１１２ テイクアウト手段
１１４ ガラス塊回収部
１２０ 成形型
１３０ 成形型ベース
１４１ ガス供給管
１４２ ロータリージョイント
１４３ 多分岐管
１４４ マスフローコントローラ
１４５ ガス配管

Claims (18)

1. 熔融ガラス塊が成型面から浮上するように前記成形面からガスを噴出可能な成形型と、
   前記成形型上に熔融ガラス流を供給する熔融ガラス供給手段と、
   前記成形型にガスを供給するガス供給手段と、
   前記成形型上に熔融ガラス流が供給されるときに、前記成形型を上下に駆動する成形型駆動手段と、
   前記成形型の加速度を取得する加速度取得手段と、
   を備え、
   前記ガス供給手段が、前記成形型の加速度に基づいて該成形型に供給するガスの圧力又 は流量を制御する、
   ことを特徴とするガラス塊製造装置。
2. 前記加速度取得手段が、前記成形型の加速度を検出する加速度センサである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガラス塊製造装置。
3. 前記加速度取得手段が、前記成形型の駆動を制御するパラメータに基づいて前記成形型の加速度を取得する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラス塊製造装置。
4. 前記成形型駆動手段が、所定の駆動波形に基づいて前記成形型の駆動を制御し、
   前記加速度取得手段が、前記駆動波形に基づいて前記成形型の加速度を計算により取得する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラス塊製造装置。
5. 前記成形型駆動手段が該成形型を上下に駆動しているときに、前記ガス供給手段が該成形型の加速度に基づいて該成形型へのガスの供給を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガラス塊製造装置。
6. 前記成形型駆動手段が、前記熔融ガラス供給手段から所定量の熔融ガラスが前記成形型に供給されたときに、前記熔融ガラス流の流下速度よりも速い速度で前記成形型を降下させることによって前記熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離する降下切断を行うように前記成形型を駆動する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のガラス塊製造装置。
7. 前記成形型に前記所定量の熔融ガラスが供給された後、前記降下切断の開始と共に、前記ガス供給手段が該成形型の加速度に基づいた該成形型へのガスの供給制御を開始する、ことを特徴とする請求項６に記載のガラス塊製造装置。
8. 前記ガス供給手段が、前記成形型に前記所定量の熔融ガラスが供給されるまで、該成形型に供給された熔融ガラスの量に応じて該成形型へのガスの供給を制御する、
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のガラス塊製造装置。
9. 成形型の成型面からガスを噴出させて、前記成型面から浮上させながら熔融ガラス塊を成形、冷却することによりガラス塊を製造するガラス塊製造方法において、
   前記成形型上に熔融ガラス流を供給する工程と、
   前記成形型にガスを供給する工程と、
   前記成形型を上下に駆動する工程と、
   前記成形型の加速度を取得する工程と、
   を備え、
   前記成形型にガスを供給する工程が、前記成形型の加速度に基づいて該成形型に供給す るガスの圧力又は流量を制御する工程を含む、
   ことを特徴とするガラス塊製造方法。
10. 前記成形型の加速度を取得する工程が、加速度センサにより前記成形型の加速度を検出する工程を含む、
    ことを特徴とする請求項９に記載のガラス塊製造方法。
11. 前記成形型の加速度を取得する工程が、前記成形型の駆動を制御するパラメータに基づいて前記成形型の加速度を取得する工程を含む、
    ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のガラス塊製造方法。
12. 前記成形型を上下に駆動する工程において、所定の駆動波形に基づいて前記成形型の駆動を制御し、
    前記加速度を取得する工程において、前記駆動波形に基づいて前記成形型の加速度を算出する、
    ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のガラス塊製造方法。
13. 前記成形型の加速度に基づいて該成形型へのガスの供給を制御する工程が、前記成形型を上下に駆動する工程により該成形型が上下に駆動されているときに、該成形型に対して行われる、
    ことを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のガラス塊製造方法。
14. 前記成形型を上下に駆動する工程が、前記成形型に所定量の熔融ガラスが供給されたときに、前記熔融ガラス流の流下速度よりも速い速度で該成形型を降下させることによって前記熔融ガラス流から熔融ガラス塊を分離する降下切断工程を含む、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のガラス塊製造方法。
15. 前記成形型の加速度に基づいて該成形型へのガスの供給を制御する工程が、前記成形型に前記所定量の熔融ガラスが供給された後、前記降下切断工程の開始と共に開始される、ことを特徴とする請求項１４に記載のガラス塊製造方法。
16. 前記成形型にガスを供給する工程が、前記成形型に前記所定量の熔融ガラスが供給されるまで、該成形型に供給された熔融ガラスの量に応じて該成形型へのガスの供給を制御する工程を含む、
    ことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のガラス塊製造方法。
17. 請求項９から請求項１６のいずれか一項に記載のガラス塊製造方法により製造されたガラス塊を精密プレス成形型に導入する工程と、
    前記精密プレス成形型に導入されたガラス塊を、軟化した状態で前記精密プレス成形型により精密プレス成形してガラス光学素子を得る工程と、を含む、ガラス光学素子製造方法。
18. 請求項９から請求項１６のいずれか一項に記載のガラス塊製造方法により製造されたガラス塊を加熱、軟化してプレス成形型に導入する工程と、
    前記プレス成形型に導入されたガラス塊を、軟化した状態で前記プレス成形型によりプレス成形してプレス成形品を得る工程と、
    前記プレス成形品に少なくとも研磨加工を施すことによりガラス光学素子を得る工程と、を含む、ガラス光学素子製造方法。

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