JPH0751446B2 - ガラス体の成形方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面にキズや汚れのない球状ガラス体を溶融
ガラスから直接成形する方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

レンズ、プリズム等のガラス体は、ガラスのブロック、
ロッド、板等から素材を切り出した後、研削、研磨する
ことによって作るか、または、製造しようとするレン
ズ、プリズム等に近い形状の型で溶融ガラス塊を予めプ
レス成形し、この予備成形体を研削、研磨することによ
ってレンズやプリズムが作られる。

上記レンズやプリズムの製造方法は、いずれも研削、研
磨工程を必要とするので、コストが高いという問題点が
あった。

表面にキズや汚れ等の欠陥のない球状ガラス体を溶融ガ
ラスから直接製造する方法が開昭61−146721号公報に開
示されている。

このガラス体の製造方法は、溶融ルツボで溶融したガラ
スをルツボの底部に設けられた流出パイプから流出さ
せ、パイプの先端から溶融ガラスを滴下させ、この滴下
溶融ガラス塊を、表面温度がそのガラスの軟化温度より
低くなるまで、すなわちガラス表面が硬化するで自然落
下させた後、捕集することによって、球状ガラス体の製
造を行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この特開昭61−146721号公報に開示されたガラス体の製
造方法は、流出パイプから滴下する溶融ガラス塊を球形
化するために、自然落下中のガラスの表面張力を利用し
ている。

しかし、この製造方法は、下記のような問題点がある。

（１）流出パイプの先端から滴下された溶融ガラス塊
が、自然落下中に冷却され、表面が硬化するまでに、数
メートルの落下距離が必要であり、従って垂直方向にか
なりの空間が必要である。

（２）相当の落下速度を持った溶融ガラス塊を、表面に
キズを付けることなく捕集するために、溶融ガラス塊の
落下速度に合わせて降下する、高精度の制御機構を持っ
た捕集装置が必要である。

（３）このガラス体の製造方法は、ガラスの表面張力を
利用しているため、作ることのできるガラス体の大きさ
に限度があり、得られるガラス体の重量は約5g以下であ
る。

本発明は、上記問題点を除去し、表面にキズや汚れ等の
欠陥のない球状ガラス体を、その広い重量範囲にわた
り、容易に製造することのできるガラス体の成形方法お
よびその装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本発明によるガラス体の成
形法は、流出パイプから流下する溶融ガラスを自然滴下
させることによってあるいは切断刃で切断することによ
って、溶融ガラス塊を落下させ、この溶融ガラス塊を、
成形型の凹部で受け、その際、この凹部に開口する細孔
から、空気、不活性ガス等の気体を吹き出し、溶融ガラ
ス塊と成形型凹部の内面との間に気体の層を作り、溶融
ガラス塊の少なくとも表面の一部が軟化点以下の温度に
達するまで、溶融ガラス塊を前記凹部内面と実質的に非
接触状態で凹部内に保持し、冷却して球状ガラス体を作
ることを特徴とするものである。

更に、本発明によるガラス体の成形装置は、溶融ガラス
を自然滴下させるための流出パイプ、または溶融ガラス
を流下させるための流出パイプおよび該流出パイプ先端
から流下する溶融ガラスを切断する切断刃と、この流出
パイプまたは切断刃の下方に配置された、凹部を有する
成形型とを具備し、この凹部の内面が鏡面に仕上げら
れ、空気、不活性ガス等の気体を吹き出す少なくとも一
つの細孔が、成形型の凹部に開口していることを特徴と
するものである。

本発明のガラス体の成形法では、成形型へ供給する溶融
ガラス塊も、表面にキズや汚れ等の欠陥のないものでな
ければらない。そのために、本発明では、流出パイプか
ら自然滴下させて溶融ガラス塊を作る方法と、特願昭63
−80124号明細書に開示された、切断刃による切断方法
を用いる。なお、滴下法は比較的低粘性の溶融ガラスか
ら溶融ガラス塊を得るために適しており、前記切断法
は、比較的高粘性（数百ポアズ）の溶融ガラスから溶融
ガラス塊を得るために適している。この切断法は滴下法
に比べて大きな溶融ガラス塊を作ることができる。

また、成形されるガラス体の形状は、成形型の凹部の形
によって決まり、成形型の凹部がラッパ状をしている場
合は、真球度の高い球状のガラス体ができる。これは、
成形型内に落下した溶融ガラス塊が、成形型中心部下方
から吹き上げる気流によって、成形型の内面に接触する
ことなく浮上し続け、回転しながら冷却され、硬化する
ためである。

また成形型面が凹面鏡状をしている場合は、この成形型
内に落下した溶融ガラス塊は、回転せず、成形型の成形
面の形状に近い形となる。

〔第１実施例〕 次に、第１図を参照して本発明の第１実施例を詳細に説
明する。

第１図において、11は、上端が溶融ガラス槽に取付けら
れた、白金、白金合金または金製の流出パイプである。
12は、流出パイプ１の中を流下する溶融ガラスである。
13は、流出パイプ11の周囲に設けられた、溶融ガラス12
を加熱するためのヒーターである。14は、溶融ガラス12
の温度を検知するための熱電対であり、図示していない
温度制御装置に接続されている。この温度制御装置によ
り、流出パイプ11中の溶融ガラス12が所定の温度になる
ように、ヒータ13の電気量が制御される。15は、流出パ
イプ11の先端の下方に配置された耐熱鋼（例えばステン
レス）製の成形型であり、この成形型15の凹部16の形状
はラッパ状をしており、凹部16の広がり角度θは好まし
くは５〜30゜（図示実施例では15゜）であり、凹部16の
内面16aは鏡面に仕上げられている。17は、滴下した溶
融ガラス塊18を成形型15内で浮上させるために、空気や
N₂などの不活性ガスを吹き出すための細孔である。この
細孔17は前記凹部16に開口している。

本実施例の場合には、流出パイプ11から流下する溶融ガ
ラス12を自然滴下させることによって、成形型15へ溶融
ガラス塊18を供給する。この滴下法は、低粘性（30ポア
ズ以下）の溶融ガラス12から、比較的小さな（5g以下）
溶融ガラス塊18を得る場合に適している。滴下する溶融
ガラス塊18の重量は、その粘性が小さい場合、外気の影
響を無視すると、流出パイプ11の先端の外径とガラスの
表面張力で決まり、 Ｗ≒πＤγ で表される。ここで、Ｗは重量、Ｄは流出パイプ先端の
外径、γはガラスの表面張力である。

この溶融ガラス塊18は、重力と溶融ガラスの表面張力に
よって、流出パイプ11先端の溶融ガラスから分離滴下さ
れるため、一般によく行われている二枚の切断刃による
機械的切断のように、切断痕（シャーマーク）が発生す
ることがなく、またガラスの温度を一定に保持し、外気
の影響を断つことによってガラス体の重量の変動を極め
て小さく抑えることができる。

次に、上記ガラス体成形装置によるガラス体の成形方法
について説明する。先ず、溶融ガラス12を図示していな
い溶融ガラス槽から流出パイプ11内を流下させる。流出
パイプ11内を流下する溶融ガラス12はヒータ13によって
加熱され、所望の粘性に制御されている。

流出パイプ11の先端の溶融ガラス12は、一定重量になる
と重力が表面張力に勝って滴下し、流出パイプ11の約50
mm下方に配置された成形型15の凹部16によって受けられ
る。

成形型15の凹部16の底には、気体吹き出し用の細孔17が
設けられており、この細孔17から空気が吹き出してい
る。従って、成形型15の凹部16内に落下した溶融ガラス
塊18は、下から吹き上げる気体により、凹部16の内面16
aとほとんど接触せずにわずかに浮上した態で、回転
し、球形化される。

成形型15は、溶融ガラス塊18を受けると同時に、横方向
に移動し、流出パイプ11の下方には、新しい空の成形型
が配置され、次の滴下に備える。一方、成形型15によっ
て受けられた溶融ガラス塊18は、凹部16内で浮上したま
ま冷却され、表面が軟化点以下の温度まで下がった後、
成形型15から取り出される。

このように、溶融ガラス塊18を成形型15で受けて気流に
より浮上冷却するようにしたので、従来の長い距離の落
下による冷却硬化と比べて、成形装置の縦方向の寸法が
大幅に短くなる。また、溶融ガラス塊18を受けるとき
に、溶融ガラス塊の落下速度に合わせて成形装置を降下
させる必要がない。

実験結果１ 流出パイプ11の内径を1mm、先端の外径を2.5mm、凹部16
の広がり角度を15゜、細孔17の径を2mmとし、溶融ガラ
ス12としてランタンフリント系ガラスを用い、ヒータ13
によってガラスの粘性を８ポアズに保持し、細孔17から
毎分１の空気を吹き出して、球形ガラス体の成形を行
った。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、成形されたガラス体の重量は202mg±0.5mgであ
り、±0.2％の重量精度であった。また、真球度は4.92m
m±0.04mmであり、±0.8％の精度であった。

実験結果２ 重フリント系ガラスを用い、実験結果１と同じ流出パイ
プ11と成形型15を使用して、粘性だけを10ポアズに変え
てガラス体の成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、成形された球形ガラス体の重量は150mg±0.5mg
であり、±0.3％の重量精度であった。また、真球度は
4.03mm±0.04mmであり、±1.0％の精度であった。

実験結果３ バリウム重クラウン系ガラスを内径2mm、外径5mmの流出
パイプ11から、10ポアズの粘性で流出して溶融ガラス塊
18を滴下し、実験結果１と同じ成形型15で受けて成形し
た。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、成形された球形ガラス体の重量は308mg±1mgで
あり、±0.3％の重量精度であった。また、真球度は5.6
3mm±0.05mmであり、±0.9％の精度であった。

実験結果４ 成形型15の凹部16の広がり角度θを７゜に変え、他の条
件を実験結果１と同じにして成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、成形された球形ガラスの重量および重量精度
は、実験結果１と同じであり、真球度は4.93mm±0.6％
の精度であった。

実験結果５ 成形型15の凹部16の広がり角度θを30゜に変え、他の条
件を実験結果１と同じにして成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の表面には、キズや汚れ
がなく、成形された球形ガラス体の重量および重量精度
は、実験結果１と同じであり、真球度は4.92mm±0.04mm
であり、±0.8％の精度であった。

実験結果６ 成形型15の凹部16の広がり角度θを90゜に変え、他の条
件を実験結果１と同じにして成形を行った。

こうして得られた球形ガラス体の真球度は4.92mm±0.46
mmであり、±9.3％の精度であった。

上記の実験結果４乃至６のいずれの場合も、得られた球
形ガラス体の表面には、キズや汚れがなく、重量および
重量精度も実験結果１と同一であったが、真球度は、成
形型15の凹部16の広がり角度θが90゜まで広がると著し
く悪化した。従って、この広がり角度θは、真球度の高
い球形ガラス体を得るには５゜〜30゜の範囲にすること
が好ましい。

〔第２実施例〕 本実施例を第２図に基づいて説明する。本実施例の成形
型25は球形の凹部26を有する。この球形凹部26の曲率半
径は、成形される溶融ガラス塊28と凹部26の内面との間
に介在する気体流による間隙を考慮して、所望のガラス
成形体の曲率半径に補正値を加えて決定される。

凹部26の底に開口している細孔27は、凹部26の曲率中心
の方へ向いている。すなわち、細孔27の中心軸線が凹部
26の曲率中心に合っている。それによって、凹部内面と
溶融ガラス塊28との間の気体の流れは、吹き出し口から
溶融ガラス塊28の外周に向かう放射状の一様な流れとな
り、成形されるガラス体の曲面の精度を上げることがで
きる。凹部26内面と溶融ガラス塊28の下面との間に流す
気体流量を厳密に制御することによって、ガラス体の曲
率精度を高めることができる。

更に、より面精度の高いガラス体を望むならば、成形さ
れたガラス体の上面だけを、あるいは上下面共研磨すれ
ばよく、この場合僅かな研磨コストでかつ短時間で研磨
することができる。或いはまた本発明で得られたガラス
体をプレス成形用素材として供することもできる。

実験結果７ 第２実施例による成形装置を使用してガラス体の成形を
行った。成形型25の外径は30mであり、凹部の曲率半径
は5mmであった。溶融したランタンフリント系ガラス
を、内径2mm、外径5mmの流出パイプ21から粘性10ポアズ
で流出して、溶融ガラスを滴下し、成形型25の凹部26で
受けた。ここで、細孔27から吹き出した空気の流量は毎
分0.5であった。吹き出し空気は、凹部26の内面と溶
融ガラス塊28の下面との間を均一に流れる。従って、溶
融ガラス塊28は成形型25に触れることなく成形型25上に
わずかに浮上し、溶融ガラス塊の少なくとも表面の一部
が軟化点以下の温度に達するまで、冷却される。

こうして得られた凸レンズ状のガラス体の表面にはキズ
や汚れがなく、成形されたガラス体の重量は406mg、±1
mgであり、±0.2％の重量精度であった。また、ガラス
体の成形された下面側の曲率半径は4.5mmであった。な
お、本実施例においては、成形型の成形面を球面とした
が、その他の曲面、例えば非球面とすることもできる。

〔第３実施例〕 第３図に示す本実施例の場合には、溶融ガラス32を、特
殊な切断刃39によって切断して溶融ガラス塊38を作る。

一般に行われている二枚の切断刃による機械的切断で
は、ガラス塊表面部に切断痕が発生するが、特願昭63−
80124号明細書に開示された切断方法を用いれば、切断
痕を発生させることなく、ガラス塊を成形型に供給する
ことができる。

この切断方法は、水平に設けられた対向する一対の切断
刃39を、流下する溶融ガラス32の流れに向かって、前進
させ、溶融ガラス流を切断する。その後、この咬合状態
の両切断刃を同時または時間差を設けて、予め設定した
位置まで下降させ、次に両切断刃を左右に後退させ、そ
の後上昇させて切断前の初期位置に復帰させる。それに
よって、切断刃39を溶融ガラス切断端に接触させずに後
退させるので、切断時に両切断刃の間に生じたガラス細
片が、切断された溶融ガラス流の切断端に付着しない。
従って、きれいな溶融ガラス塊を得ることができる。

なお、この切断方法は、比較的高粘性（数百ポアズ）の
溶融ガラスから溶融ガラス塊を得るために適しており、
滴下法に比べて溶融ガラス塊を作る場合に適している。

本実施例の成形装置の他の部分は、前記第２実施例と同
じである。

実験結果８ フリント系ガラス32を、内径4mm、外径6mmの流出パイプ
から粘性230ポアズで流出させ、特願昭63−80124号明細
書に開示された切断方法を用い、切断刃39によって切断
し、この溶融ガラス塊38を、第２実施例と同様に球面形
状をした成形型35の凹部36で受けた。使用した成形型35
の外径は40mmであり、凹部36の曲率半径は18mmであっ
た。その他の条件は実験結果７と同じであった。

こうして得られた凸レンズ状のガラス体の表面には、キ
ズや汚れがなく、成形されたガラス体の重量は5.95±0.
05gであり、±0.8％の重量精度であった。また、ガラス
体の成形された下面側の曲率半径は17.5mmであった。

このガラス体は、表面にキズや汚れがなく、各種光学系
に用いられるレンズとしてそのまま使用できるものであ
った。

なお、成形型の成形面は第２実施例と同様に非球面であ
ってもよい。

〔第４実施例〕 第４図に示した本実施例による成形型45は、その凹部46
に開口する複数の細孔47を備えており、より大きな溶融
ガラス塊48を浮上させるのに適している。凹部46の形状
は図示のように、断面が楕円形である。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の成
形方法では、滴下法によってできる溶融ガラス塊の粘性
は１ポアズから30ポアズ、好ましくは５ポアズから20ポ
アズである。また、切断刃による切断によってできる溶
融ガラス塊の粘性は50ポアズから600ポアズ、好ましく
は100ポアズから300ポアズである。

更に、成形型に落下させた溶融ガラス塊は、落下時に成
形型の凹部の内面に一時的に接触しても、凹部の内面が
鏡面に仕上げられているので、溶融ガラス塊の表面にキ
ズや汚れが付くことがない。

更に、成形型は、前記実施例ではすべて耐熱鋼（例えば
ステンレス）製であるが、耐熱鋼からなる成形型の表面
に、酸化されにくい金、白金またはチッ化チタン等の膜
を被覆するとより好ましい。

更に、成形型の形状は前記実施例に限定されるものでは
ない。

更に、溶融ガラス塊を浮上させる気体は、溶融ガラス塊
と反応しないものであればよく、空気以外にN₂や他の不
活性ガスでもよい。

〔発明の効果〕

本発明では、流出パイプから流下する溶融ガラス塊を滴
下させることによってあるいは切断刃によって切断する
ことによって落下する溶融ガラス塊を、成形型の鏡面に
仕上げられた成形面で受け、成形型の底面から吹き上げ
る気流により、少なくとも表面が硬化するまで成形型に
はほとんど接触することなく、成形型内に浮上させるよ
うにしたので、表面にキズや汚れのないガラス体を成形
することができる。

また、成形型を流出パイプのすぐ下に配置することがで
きるので、成形装置の縦方向の寸法が非常に短くなる 更に、滴下法と切断法により溶融ガラス塊を作るので、
広い重量範囲のガラス体を成形することができる。

更に、成形型の形状に応じて種々の形状のガラス体の成
形ができ、使用目的に適した形状を有するガラス体を作
るがことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例による成形装置の概略縦
断面図、第２図は第２実施例による成形装置の概略縦断
面図、第３図は第３実施例による成形装置の概略縦断面
図、第４図は第４実施例による成形装置の成形型の縦断
面図である。 11,21……流出パイプ、12,22,32……溶融ガラス、13…
…ヒーター、14……熱電対、15,25,35,45……成形型、1
6,26,36,46……凹部、16a……凹部内面、17,27,37,47…
…細孔、18,28,38,48……溶融ガラス塊、39……切断
刃、θ……凹部の広がり角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 康彦 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内 (72)発明者 浅沼 茂 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流出パイプから流下する溶融ガラスを自然
   滴下させることによってあるいは切断刃で切断すること
   によって、溶融ガラス塊を落下させ、 この溶融ガラス塊を、成形型の凹部で受け、その際、こ
   の凹部に開口する細孔から、空気、不活性ガス等の気体
   を吹き出し、 溶融ガラス塊と成形型凹部の内面との間に気体の層を作
   り、溶融ガラス塊の少なくとも表面の一部が軟化点以下
   の温度に達するまで、溶融ガラス塊を前記凹部内面と実
   質的に非接触状態で凹部内に保持し、冷却して球状ガラ
   ス体を作ることを特徴とするガラス体の成形方法。
2. 【請求項２】溶融ガラスを自然滴下させるための流出パ
   イプ、または溶融ガラスを流下させるための流出パイプ
   および該流出パイプ先端から流下する溶融ガラスを切断
   する切断刃と、 この流出パイプまたは切断刃の下方に配置された、凹部
   を有する成形型とを具備し、 この凹部の内面が鏡面に仕上げられ、 空気、不活性ガス等の気体を吹き出す少なくとも一つの
   細孔が、成形型の凹部に開口していることを特徴とする
   ガラス体の成形装置。