特許第5830547号(P5830547)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許5830547ガラス塊の成形装置、ガラス塊の製造方法、ガラス成形品の製造方法、及び光学素子の製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5830547
(24)【登録日】2015年10月30日
(45)【発行日】2015年12月9日
(54)【発明の名称】ガラス塊の成形装置、ガラス塊の製造方法、ガラス成形品の製造方法、及び光学素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
   C03B 7/14 20060101AFI20151119BHJP
   C03B 11/02 20060101ALI20151119BHJP
   C03B 11/00 20060101ALI20151119BHJP
   G02B 3/00 20060101ALI20151119BHJP
【FI】
   C03B7/14
   C03B11/02
   C03B11/00 B
   G02B3/00 Z
【請求項の数】7
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2013-555313(P2013-555313)
(86)(22)【出願日】2013年1月24日
(86)【国際出願番号】JP2013051509
(87)【国際公開番号】WO2013111837
(87)【国際公開日】20130801
【審査請求日】2014年10月2日
(31)【優先権主張番号】特願2012-12387(P2012-12387)
(32)【優先日】2012年1月24日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000113263
【氏名又は名称】HOYA株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000279
【氏名又は名称】特許業務法人ウィルフォート国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井口 義規
【審査官】 伊藤 真明
(56)【参考文献】
【文献】 特開2007−246307(JP,A)
【文献】 特開2003−020248(JP,A)
【文献】 特開2008−110880(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C03B 7/00− 7/22
C03B 11/00−11/16
G02B 3/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の貫通孔からなる貫通孔群が形成された成形面を有するガラス成形型を複数備えており、所定のガス供給部から送出されガス流路を介して各ガラス成形型の前記貫通孔群から噴出されるガスの圧力により、前記各ガラス成形型にて、前記成形面に供給される熔融ガラスを受けながら所定の形状のガラス塊に成形するガラス塊の成形装置において、
前記複数のガラス成形型を円周方向に並べて配置されたテーブルと、
前記テーブルを回転させることにより、前記複数のガラス成形型の各々を前記熔融ガラスのキャスト位置、取出位置に順次かつ循環的に移送するテーブル回転手段と、
を備え、
前記ガス流路は、前記ガス供給部接続される供給流路が前記複数のガラス成形型の各々に向けて分岐され、前記テーブルの内部に形成された分岐後の各分岐流路が、対応するガラス成形型に接続されることによって前記貫通孔群と連通し、
各前記分岐流路中に、前記分岐流路を絞る絞り部を含み
前記絞り部によって絞られた分岐流路の断面積が、前記貫通孔群を軸線方向と直交する方向に切断したときの切断面に現れる、前記複数の貫通孔の各々の断面積の和よりも小さい、ガラス塊の成形装置。
【請求項2】
前記複数のガラス成形型は、前記テーブルの上面に形成されている、
請求項1に記載のガラス塊の成形装置。
【請求項3】
前記分岐流路は、前記供給流路と前記各ガラス成形型とを接続する配管を含み、
前記絞り部は、前記配管内に形成されている、
請求項1又は請求項2に記載のガラス塊の成形装置。
【請求項4】
請求項1から請求項3の何れか一項に記載のガラス塊の成形装置を用いて所定の形状のガラス塊を成形するガラス塊の製造方法であって、
前記複数のガラス成形型の各々に対して順に熔融ガラスを供給する工程と、
前記供給された熔融ガラスを所定の形状のガラス塊に成形する工程と、
前記所定の形状に成形されたガラス塊を前記ガラス成形型より取り出す工程と、
を含む、ガラス塊の製造方法。
【請求項5】
請求項1から請求項3の何れか一項に記載のガラス塊の成形装置を用いて所定の形状のガラス塊を成形するガラス塊の製造方法であって、
前記複数のガラス成形型の各々に対して順に熔融ガラスを供給する工程と、
前記供給された熔融ガラスをガラス成形型の成形面で受けながら所定の形状のガラス塊に成形する工程と、
前記所定の形状に成形されたガラス塊を前記ガラス成形型より取り出す工程と、
を含む、ガラス塊の製造方法。
【請求項6】
請求項4又は請求項5に記載のガラス塊の製造方法を用いて製造されたガラス塊を所定のプレス成形型に導入する工程と、
前記所定の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する工程と、
前記プレス成形されたガラス成形品を前記プレス成形型より取り出す工程と、
を含む、ガラス成形品の製造方法。
【請求項7】
請求項4又は請求項5に記載のガラス塊の製造方法を用いて製造されたガラス塊の表面に研磨加工を施すことによりガラス球を製造する工程と、
前記ガラス球を所定の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前記ガラス球を加熱し、軟化した状態の前記ガラス球を精密プレス成形する工程と、
を含む、光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熔融ガラスから精密プレス成形用のガラス塊(ガラスゴブ)を成形することができるガラス塊の成形装置、この装置を用いてガラス塊を製造する製造方法、及びこの方法によって製造されたガラス塊を加熱しプレスしてガラス成形品や光学素子を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
熔融ガラス供給部より流下される熔融ガラスを、ガラス成形型に供給し、精密プレス成形用のガラス塊に成形するガラス塊の成形装置が知られている。この種の成形装置の具体的構成は、例えば特許文献(特開2002−326823号公報)に記載されている。
【0003】
特許文献(特開2002−326823号公報)に記載のガラス塊の成形装置は、複数のガラス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、ターンテーブルを回転させることにより、各ガラス成形型を所定の停留位置に順次移送する。これにより、各ガラス成形型への熔融ガラスの供給(キャスト)、ガラス成形型内で成形されたガラス塊の取出(テイクアウト)が順次行われる。この種のガラス塊の成形装置は、一つのガス供給部を持ち、このガス供給部より供給されるガスを各ガラス成形型に分配し、分配されたガスをガラス成形型の貫通孔群から噴出させた状態で、熔融ガラス供給部より流下される熔融ガラスをガラス塊に成形することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−326823号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ガラス塊を製造する際、複数のガラス成形型では、キャストや取出(テイクアウト)が順次かつ循環的に行われるため、ガラス塊の成形装置全体としてみたときに、熔融ガラスが供給され、熔融ガラスをガラス塊に成形しているガラス成形型と、熔融ガラスが供給されていない空の状態のガラス成形型とが存在することになる。ここで、一つのガラス成形型に熔融ガラスがキャストされたとき、そのガラス成形型へ供給されるガスの圧力がガラス浮上のために増加し、他のガラス成形型へのガス流量が増加する。ガス供給部より供給されるガスの総流量が一定であるにも拘わらず他のガラス成形型へのガス流量が増加するため、熔融ガラスがキャストされたガラス成形型へのガス流量は減少する。そのため、熔融ガラスの浮上が不安定となり、例えば、熔融ガラスがガラス成形型に接触して急冷されることにより、成形後のガラス塊に歪み(表面のシワなど)が生じる。また、このときに生じた歪みがカン割れと呼ばれるガラスの破損を誘因する虞もある。
【0006】
このように、各ガラス成形型間においてガスの圧力が変動すると、その変動が他のガラス成形型におけるガスの圧力に影響して各ガラス成形型における熔融ガラスの浮上状態が不安定となる問題が指摘される。そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各ガラス成形型において熔融ガラスを安定して浮上させるのに好適なガラス塊の成形装置を提供することである。また、ガラス塊の製造方法及びガラス成形品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一形態に係るガラス塊の成形装置は、複数の貫通孔からなる貫通孔群が形成された成形面を有するガラス成形型を複数備えており、所定のガス供給部から送出されガス流路を介して各ガラス成形型の貫通孔群から噴出されるガスの圧力により、各ガラス成形型にて、成形面に供給される熔融ガラスを浮上状態で受けながら所定の形状のガラス塊に成形する装置である。ガス流路は、ガス供給部と接続される供給流路が複数の成形型の各々に向けて分岐されており、分岐後の各分岐流路が、対応するガラス成形型に接続されることによって貫通孔群と連通している。また、各分岐流路中には、分岐流路を絞る絞り部が備えられている。この絞り部によって絞られた分岐流路(絞り部)の断面積は、貫通孔群を軸線方向と直交する方向に切断したときの切断面に現れる、複数の貫通孔の各々の断面積の和よりも小さい。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係るガラス塊の成形装置によれば、複数のガラス成形型の各々において熔融ガラスを安定して浮上させるのに好適なガラス塊を提供することができる。また、安定した浮上状態でガラス塊を成形することができる製造方法、及びこの方法によって製造されたガラス塊を用いて精度の高いガラス成形品を製造することができる製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の実施形態(第1実施形態)に係るガラス塊の成形装置の構成を示す側面図である。
図2】本発明の第1実施形態に係るガラス塊の成形装置の構成を示す上面図である。
図3】本発明の第1実施形態に係るガラス塊の成形装置に備えられたガラス成形型及びターンテーブルの内部構造を示す断面図である。
図4】本発明の第1実施形態の変形例1に係るガラス塊の成形装置の構成を示す図である。
図5】本発明の第1実施形態の変形例2に係るガラス塊の成形装置のガラス成形型周りの構成を示す断面図である。
図6】本発明の第2実施形態に係るガラス塊の成形装置の構成を示す側面図である。
図7】表1に示される製造条件の説明補助図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下の説明において、熔融ガラスからガラス塊を成形するにあたり、成形型上に供給した熔融ガラスが成形型(成形面)と瞬間的に接触することがあるが、熔融ガラスが成形型(成形面)に対して融着が生じない範囲内での接触も実質的に浮上状態であるため、下記明細書では浮上状態にこれの意味も含まれている。
【0011】
<ガラス塊の成形装置及びガラス塊の製造>
以下、図面を参照して、本発明の実施形態(第1実施形態)に係るガラス塊の成形装置について説明する。
【0012】
図1は、本発明の実施形態(第1実施形態)に係るガラス塊の成形装置の構成を示す側面図である。図2は、本発明の第1実施形態に係るガラス塊の成形装置の構成を示す上面図である。図1図2に示されるように、ガラス塊の成形装置1は、ガラス成形型102と、熔融ガラス供給部104と、ターンテーブル106と、ダイレクトドライブモータ108と、加熱炉110と、取出手段112と、ガラス塊回収部114と、ガス配管116と、を備えている。
【0013】
熔融ガラス供給部104の上部は、図示省略された作業槽、清澄槽、ガラス溶解槽へ連通している。これにより、溶解、清澄、均質化された熔融ガラス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が流下する。流出ノズル104aより流下した熔融ガラスは、ガラス成形型102によって受け取られて、所定の形状のガラス塊に成形される。
【0014】
図2に示されるように、ガラス成形型102は、ターンテーブル106上にて回転中心周りに等間隔で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が想定される。ターンテーブル106は、ダイレクトドライブモータ108によって間欠回転駆動される。これにより、各ガラス成形型102は、停留位置(キャスト位置)Aや停留位置(取出位置)Bで所定時間停留する。
【0015】
ターンテーブル106の下面側には、複数本のガス配管116が設置されている。各ガス配管116は、一端が、対応するガラス成形型102に接続されており、他端が、全ガス配管共通の単一のガス供給部と接続されている。なお、図2においては、図面を明瞭化にする便宜上、ガス配管116を一点鎖線で示している。
【0016】
ガラス塊の成形装置1によるリヒートプレス成形に用いるガラス塊(ガラスゴブ)の成形方法について説明する。まず、熔融ガラスから所定重量のガラス塊を成形するため、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は、キャスト位置Aに順次移送されてくるガラス成形型102に次々と供給される。ガラス成形型102からは、ガス供給部からガス配管116を介して供給されたガス(例えば空気や窒素)が噴出している。そのため、熔融ガラスは、ガスの噴出圧によって各ガラス成形型102に浮上状態で受けられながら、例えば所定の球状のガラス塊に成形される。このとき、熔融ガラスは、ガラス成形型102と接触することがある。しかしながら、これは瞬間的な接触であり、且つ熔融ガラスはガラス成形型102から瞬間的に離型するため、正確な形状のガラス塊を成形するにあたり、問題となる可能性は少ない。
【0017】
加熱炉110aでは、ガラス成形型102内で成形されているガラス塊が取出されるまでの間に徐々に冷却される。次いで、取出位置Bに移送されたガラス成形型102内のガラス塊は、取出手段112による吹出ガスにより、略扇形のガラス塊回収部114に吹き飛ばされる。吹き飛ばされたガラス塊は、ガラス塊回収部114により回収される。加熱炉110bでは、ガラス成形型102がガラス塊の成形に適した温度になるように調節される。このように、各ガラス成形型102では、熔融ガラスのキャスト、ガラス塊の成形、ガラス塊の取出が順次行われる。各ガラス成形型102は、ガラス塊の取出後、再びキャスト工程へと戻されて、循環して使用される。
【0018】
なお、ガラス成形型102への熔融ガラスのキャスト方法としては、例えば流出ノズル104aより熔融ガラスを自重で滴下させる方法(滴下切断法)や、キャスト位置Aにあるガラス成形型102を流出ノズル104aの先端に近づけて(上昇させて)、流出ノズル104aより流下する熔融ガラス流の先端部を受け、熔融ガラスが所定重量に達した後、熔融ガラス流の流下速度よりも速い速度でガラス成形型102を降下させることで、熔融ガラス流から所定重量の熔融ガラスを分離する方法(降下切断法)が挙げられる。
【0019】
図3は、ガラス成形型102及びターンテーブル106の内部構造を示す断面図である。第1実施形態のガラス成形型102は、例えば軽量かつ高強度のカーボン製又はステンレス製であり、図3に示されるように、ターンテーブル106上に固定されている。ターンテーブル106の内部には、ガス配管116と接続されるガス流路106a、及びガス流路106aより分岐された一対の分岐流路106aA、106aBが形成されている。
【0020】
また、ガラス成形型102には一対のガラス成形型102A、102Bが備えられており、ガラス成形型102A、102Bには、夫々、凹状の成形面102Aa、102Baが形成されている。また、ガラス成形型102A、102Bには、夫々、成形面102Aa、102Baの表面からガラス成形型102A、102Bの底面にかけて貫通する貫通孔102Hがそれぞれ複数形成されている。
【0021】
成形面102Aa、102Baの表面形状によって規定される略半楕円球状の空間は、各貫通孔102Hにより、夫々、分岐流路106aA、106aBと連通している。そのため、ガス供給部からガス配管116、ガス流路106a、分岐流路106aAを介して供給されたガスは、複数の貫通孔102Hを通じて成形面102Aa表面より上方に噴出される。また、ガス供給部からガス配管116、ガス流路106a、分岐流路106aBを介して供給されたガスは、複数の貫通孔102Hを通じて成形面102Ba表面より上方に噴出される。なお、ガス供給部からガス配管116を介してガス流路106aに供給されるガス流量Gは、原則一定である。
【0022】
図2図3に示すように、キャスト位置Aでは、まず、熔融ガラスがガラス成形型102Aにキャストされ、ガスの噴出圧によって成形面102Aa内で浮上状態(このとき、熔融ガラスと成形面102Aaとの瞬間的な接触があってもよい)で受けられながら、例えば所定の球状のガラス塊に成形される。キャスト時では、まず、熔融ガラスをガラス成形型102Aの上端部側(ガスGAの抜ける側)に形成された断面がテーパ状の内周部(以下、内周部とする)で受けるために、ガラス成形型102A、102Bを上昇させる。この状態で、ガラス供給部から流下する熔融ガラスをガラス成形型102Aの内周部で受け、熔融ガラスが所定重量となったときに、ガラス成形型102A、102Bを熔融ガラスの流下速度よりも速い速度で降下させ、熔融ガラスを切断する(降下切断法)。このようにして、熔融ガラスの供給は行われる。キャスト後、熔融ガラスは、成形面102Aa内に移動され、ガス供給部から供給されたガスにより浮上した状態が維持される。次いで、ターンテーブル106が間欠回転して、ガラス成形型102Bがキャスト位置Aに移送される。ガラス成形型102Bに対しても同様に、降下切断法により熔融ガラスのキャストが行われ、キャストされた熔融ガラスが成形面102Ba内で浮上状態で受けられながら、例えば所定の球状のガラス塊に成形される。なお、上述の説明においては、熔融ガラスを内周部で受ける例を挙げたが、内周部で受けずに、熔融ガラスを流出ノズル104aから成形面102Aa、102Baに直接供給することもできる。また、熔融ガラスを受けるときに、内周部に代えてガラス成形型102A、102Bの上端面で受けてもよい。
【0023】
このように、キャスト位置Aでは、熔融ガラスがガラス成形型102A、102Bに順次キャストされる。この場合、熔融ガラスがガラス成形型102Aにのみキャストされたときにおいて、分岐流路106aAの出口側(絞り部118A側を分岐流路106aAの入口側として、貫通孔102H側を出口側とする)に熔融ガラスの重さ分だけ圧力がかかることによってガラス成形型102Bへのガス流量が増加すると同時にガラス成形型102Aへのガス流量が減少し、これにより、成形面102Aa内での熔融ガラスの浮上が不安定となって、熔融ガラスと成形面102Aaとが接触して成形不良が生じることが懸念される。しかしながら、第1実施形態のガラス塊の成形装置1においては、図3に示されるように、分岐流路106aA、106aBの入口側に夫々、断面積がそれぞれ等しい絞り部118A、118Bが形成されているため、何れか一方のガラス成形型にのみ(例えば、ガラス成形型102Aのみ)に熔融ガラスが供給されているときにおいても、このガラス成形型(ガラス成形型102A)へのガス流量変動を絞り部(絞り部118A)が抑制するため、熔融ガラスを安定して浮上させるために必要なガス流量を確保することができる。なお、この「熔融ガラスを安定して浮上させるために必要なガス流量を確保することができる」としている理由については後述する。
【0024】
図3に示されるように、絞り部118Aは、分岐流路106aAの断面積(図3において上下方向に取った断面積)を、貫通孔102Hを軸線方向と直交する方向に切断したときの切断面に現れる、ガラス成形型102Aの全ての貫通孔102Hの各々の断面積(W1、W2、…、Wn)の和(W1+W2+…+Wn)(以下、「孔面積和W」と記す。)よりも小さくなるように絞っている(以下、説明の便宜上、絞り部118Aによって絞られた流路を「絞り部118Aa」と記す。)。そのため、熔融ガラスがガラス成形型102Aにのみキャストされたとき、熔融ガラスの重さ分だけ分岐流路106aAの出口側(貫通孔102H側)に圧力がかかることになるが、このときの圧力変動が分岐流路106aA内の出口と絞り部118Aaとの間の空間(以下、「バッファ106bA」と記す。)で吸収されて、絞り部118Aa(入口)側の圧力が実質的に変動しない。そのため、分岐流路106aBへのガス流量も変動せず、分岐流路106aAへ供給されるガス流量も変動しない。つまり、絞り部118Aa、118Baは、各絞り部よりも先に流れるガスの流量を制御している。このため、成形面102Aa表面より噴出されるガス流量GAは熔融ガラスが供給された場合においても熔融ガラスを安定して浮上するのに必要な流量を確保することができ、熔融ガラスは成形面102Aaと接触すること無く、あるいは、成形面102Aaと接触した場合であっても、成形面102Aa表面より噴出されるガスにより成形面102Aaから瞬時に離型して、成形面102Aa内で安定した浮上状態を得ることができる。なお、熔融ガラスは、成形面102Aaと接触した瞬間、接触部分の表面近傍が成形面102Aaによって冷却される。しかし、接触時間が極僅かであれば、冷却された熔融ガラスの表面部は、熔融ガラス内部の熱によって温められて粘度が低下して自由表面となるため、シワや凹凸等の成形不良が残存しない。すなわち、熔融ガラスは、成形面102Aaとの接触時間が極僅かであれば、その影響が解消されて、正確な形状のガラス塊に成形される。
【0025】
また、絞り部118Bは、分岐流路106aBの断面積をガラス成形型102Bの孔面積和よりも小さくなるように絞っている(以下、説明の便宜上、絞り部118Bによって絞られた流路を「絞り部118Ba」と記す。)。そのため、熔融ガラスがガラス成形型102Bにもキャストされたとき、熔融ガラスの重さ分だけ分岐流路106aBの出口側(貫通孔102H側)に圧力がかかることになるが、このときの圧力変動が分岐流路106aB内の出口と絞り部118Baとの間の空間(以下、「バッファ106bB」と記す。)で吸収されて、絞り部118Ba側の圧力が実質的に変動しない。そのため、分岐流路106aAへのガス流量も変動せず、分岐流路106aBへ供給されるガス流量も変動しない。つまり、絞り部118Aaと同様に絞り部118Baも絞り部118Baよりも先に流れるガスの流量を制御している。このため、成形面102Ba表面より噴出されるガス流量GBは熔融ガラスが供給された場合においても熔融ガラスを安定して浮上するのに必要な流量を確保することができ、熔融ガラスは、成形面102Baと接触すること無く又は接触した場合であってもガス圧によって瞬時に成形面102Baから離型し、成形面102Ba内で安定した浮上状態を得ることができる。
【0026】
このように、第1実施形態のガラス塊の成形装置1では、熔融ガラスが成形面102Aa、102Baと接触すること無く又は接触した場合であってもガス圧によって瞬時に離型して各成形面102Aa、102Ba内で安定した浮上状態で成形されるため、熔融ガラスと成形面とが接触等することによる成形不良の発生が抑えられる。
【0027】
なお、図3には、分岐流路(106aA、106aB)の断面積が絞り部(118A、118B)によって絞られ、ここでは、分岐流路106aAの断面積と分岐流路106aBのそれぞれの断面積をS1(同じ)としている。また、絞り部(118A、118B)における断面積は、一様に形成されている。
【0028】
また、図3では、絞り部(118A、118B)の断面積は一様(同じ)となっているが、それぞれの絞り部(118A、118B)において断面積が変化するように(一様でないように)形成されていてもよい。
また、各絞り部(118A、118B)において断面積が一様でない場合(例えば、図3の絞り部118Aにおいて、絞り部118Aの下側面がテーパ状に形成されている場合であり、分岐流路106aAの入口側の断面積がガス流路106aの断面積よりも小さく形成されている場合)、各絞り部(118A、118B)における最も小さい断面積を採用し、この断面積が孔面積和W(W1+W2+…+Wn)よりも小さくなればよい。
なお、この場合には、ガスを各バッファ106bA、106bBに同じ量だけ流入させるために、各ガラス成形型102A、102Bのそれぞれに設けられた絞り部(118A、118B)の形状を対称な形状にすることが望ましい。
また、分岐流路(106aA、106aB)は同じ形状(容積)に形成されている。
【0029】
<ガラス成形品の製造>
第1実施形態のガラス塊の成形装置1を用いて成形されたガラス塊(ガラスゴブ)は、プレス成形型内に導入されてプレス成形型と共に加熱・軟化され、軟化した状態でプレス成形され、プレス成形型内で加圧された状態で冷却された後、プレス成形型より取り出される。これにより、ガラス成形品(例えばレンズブランクス)が得られる。このようにして製造されたレンズブランクスには、各種研削・研磨加工が施されて、ガラス光学素子(球面レンズ)が得られる。
【0030】
<第1実施形態の変形例1>
第1実施形態では、ガラス成形型102への熔融ガラスのキャスト方法として、降下切断法を用いたが、第1の変形例では、滴下切断法を用いる。滴下切断法とは、具体的に、例えば、後述の図4(a)を用いて説明すると、流出ノズルより熔融ガラスを流下させ、流下した熔融ガラスを熔融ガラス自身の自重及び表面張力で自然に滴下させ、熔融ガラスが滴下するタイミングに同期してターンテーブル106Zを回転させる制御法を用いて、滴下した熔融ガラスを、成形型102Zに設けられたテーパ部に一度当ててから成形型102Zに、供給する方法を示す。
【0031】
図4は、第1実施形態の変形例1のガラス塊の成形装置1Zの構成を示す図である。図4(a)は、上面図であり、図4(b)は、図4(a)のC−C断面を示す図である。図4においては、説明の便宜上、ガラス塊の成形装置1Zの構成要素のうちガラス成形型102Zとターンテーブル106Zのみ示す。なお、第1実施形態の変形例1以降の各実施形態において、図1図3に示すガラス塊の成形装置1と同一の又は同様の構成には同一の又は同様の符号を付して説明を簡略又は省略する。また、第1実施形態の変形例1以降の各実施形態において成形されたガラス塊は、第1実施形態と同様にプレス成形型に導入され、リヒートプレス成形されることでレンズブランクスとして成形される。
【0032】
図4に示されるように、ガラス成形型102Zは、第1実施形態のガラス成形型102と異なり、単一のガラス成形型を備えている。また、ターンテーブル106Zは、複数個のガラス成形型102Zが回転中心周りに等間隔で組み込まれたテーブル天板体1061と、天板体1061全体を下方より支えるテーブル基台1062とを備えている。テーブル基台1062の中心軸体には中空部(ガス流路として使用されるため、符号は106a)が形成されており、中空部上端はテーブル基台1062の上面中央で開口している。また、テーブル基台1062の中央には、円形をなす凹部(ガス流路として使用されるため、符号は106a)が形成されており、天板体1061の下面との間でガス流路106aを規定している。テーブル基台1062の円形凹部の外縁からは、各ガラス成形型102Zとガス流路106aとを接続する複数本の溝が放射状に延びて形成されており、天板体1061の下面との間で分岐流路106aZを規定している。
【0033】
各分岐流路106aZ中には、絞り部118Z(断面積S)が形成されている。絞り部118Zは、分岐流路106aZの断面積をガラス成形型102Zの孔面積和W(W1+W2+…+Wn)よりも小さくなるように絞っている。そのため、第1実施形態の変形例1においても、各ガラス成形型102Zに対するキャスト状態に起因する各ガラス成形型102Zへのガス流量の変動が抑えられる。従って、ガラス成形型102Zにおいて、熔融ガラスは、成形型102Zと接触すること無く又は接触した場合であってもガス圧によって瞬時に離型して、成形型102Z内で安定した浮上状態を得ることができる。また、第1実施形態の変形例1では、ガス供給部のガスを各ガラス成形型に供給するための流路を規定する構成が外観に現れず、ターンテーブル106Z内に形成されている。そのため、装置の高さ寸法が抑えられる。
【0034】
<第1実施形態の変形例2>
図5は、第1実施形態の変形例2のガラス塊の成形装置のガラス成形型102Z周りの構成を示す断面図である。本変形例2の各分岐流路106aYは、ターンテーブル106Zの中心側から周辺側に向かって水平方向に放射状に延びた後、垂直方向に屈曲し、図5に示されるように、ガラス成形型102Zのバッファ106bZと連通している。分岐流路106aYの基端には絞り部118Yが形成されている。絞り部118Y(断面積S)は、分岐流路106aYの断面積をガラス成形型102Zの孔面積和W(W1+W2+…+Wn)よりも小さくなるように絞っている。そのため、本変形例2においても、各ガラス成形型102Zに対するキャスト状態に起因する各ガラス成形型102Zへのガス流量の変動が抑えられる。従って、ガラス成形型102Zにおいて、熔融ガラスは、ガラス成形型102と接触すること無く又は接触した場合であってもガス圧によって瞬時に成形型102Zから離型し、成形型102Z上で安定した浮上状態を得ることができる。
【0035】
<第2実施形態>
図6は、第2実施形態のガラス塊の成形装置1Xの構成を示す側面図である。本実施形態においては、第1実施形態と同様に、各ガラス成形型102Zへのガス供給流路を規定する構成(ガス配管116X)をターンテーブル106の下面側に設置した。本実施形態は、ターンテーブル106内に絞り部118を設けた第1実施形態と異なり、ガス配管116Xの途中に絞り部118Xを形成している。絞り部118Xは、ガス配管116X内の分岐流路106aXの断面積Sをガラス成形型102Zの孔面積和W(W1+W2+…+Wn)よりも小さくなるように絞っている。そのため、本実施形態においても、各ガラス成形型102Zに対するキャスト状態に起因する各ガラス成形型102Zへのガス流量の変動が抑えられる。従って、ガラス成形型102Zにおいて、熔融ガラスは、ガラス成形型102と接触すること無く又は接触した場合であってもガス圧によって瞬時にガラス成形型102の成形面から離型し、成形面上で安定した浮上状態を得ることができる。
【0036】
<実施例>
次に、第1実施形態のガラス塊の成形装置1を用いて行われるガラス塊の具体的製造実施例とその比較例を説明する。表1は、各実施例1〜8におけるガラス塊の製造条件を示す。また、図7に、表1に示される製造条件の説明補助図を示す。表1中、「ガラス直径」は、成形が予定されるガラス塊の直径X(単位:mm)を示し、「金型径」は、中心線間距離d(単位:mm)を示す(図7参照)。中心線間距離dは、具体的には、ガラス成形型に形成された全ての貫通孔102Hのうち成形面102Aa、102Ba、の中心を挟んで最外周位置にある一対の貫通孔102Hの中心線間距離、と定義される。「流出温度」(単位:℃)、「重量」(単位:mg)は夫々、流出ノズル104aより流下する熔融ガラスの温度、重量を示す。「DPM」(単位:個/min)は、1分間当たりのガラス塊の生産個数を示す。「浮上ガス流量」(単位:ml/min)は、各ガラス成形型内の全ての貫通孔102Hより噴出されるガスの、1分間当たりの流量を示す。「真球度」(単位:%)は、成形されたガラス塊の(短径/長径)×100で求まる値である。なお、各実施例の絞り部には、矩形や円形など、種々の形状が想定される。
【0037】
【表1】
【0038】
表2は、実施例1、3、4の結果を示す。表2中、「歩留り」(単位:%)は、以下の(1)〜(3)のガラス塊を成形不良品としたときの値である。
(1)ガラス成形型の成形面との接触によって表面にシワが発生したガラス塊
(2)ガラス成形型の成形面との接触によって変形して真球度が90%以下となったガラス塊
(3)ガラス成形型の成形面との接触によって局所的に急冷されてカン割れしたガラス塊
【0039】
【表2】
【0040】
表2に示されるように、実施例1、3、4は、絞り部の面積Sが孔面積和W(W1+W2+…+Wn)よりも小さいため、熔融ガラスが成形面102Aa、102Ba上で安定した浮上状態で成形される。そのため、実施例1、3、4では、ガラス塊の歩留りが高いことが確認された。
上述の説明において、本発明の実施形態に係るガラス塊の成形装置を用いてガラス塊を製造する場合に、熔融ガラスをガラス成形型に供給したときにおいても「熔融ガラスを安定して浮上させるために必要なガス流量を確保することができる」として説明を行ったが、これは、上記実施例の結果から推測したものである。つまり、上記表2に示されるように、本発明の実施形態に係るガラス塊の成形装置を用いてガラス塊を成形した場合に非常に高い歩留りを得られたことから、ガラス塊の成形時においては、各ガラス成形型に設けられた貫通孔から熔融ガラスを安定して浮上させるために必要なガス流量を確保できていると確信する。なお、熔融ガラスをガラス成形型に供給したときに、ガス流量は変動しないものとして説明を行ったが、熔融ガラスを浮上させるために必要なガス流量を確保できる範囲(成形不良にならない範囲)であればガス流量は変動していてもよい。
【0041】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、本発明はこれに限定されるものではなく、ガラス塊としてガラス素球を成形することもできる。そして、成形したガラス素球の表面を、バレル研磨等の各種公知の研磨方法により粗面化し、リヒートプレス成形によりガラス成形品を成形することができる。また、成形したガラス素球の表面を、スムージング加工・CG(カーブジェネレーター)加工等の各種公知の粗研磨・精研磨加工を施すことによりガラス球(精密ガラス球)を製造し、製造したガラス球(精密ガラス球)に対して精密プレス成形を施すことにより、非球面レンズなどの光学素子を加工することもできる。
【0042】
最後に、本発明の実施形態を、図等を用いて総括する。
【0043】
本発明の実施形態にかかるガラス塊の成形装置(1)は、図1図7に示されているように、複数の貫通孔(102H)からなる貫通孔群(102H)が形成された成形面(102Aa、102Ba)を有するガラス成形型(102、102A、102B、102Z)を複数備えており、所定のガス供給部から送出されガス流路(106a)を介して各ガラス成形型(102、102A、102B、102Z)の貫通孔群(102H)から噴出されるガスの圧力により、各ガラス成形型(102、102A、102B、102Z)にて、成形面(102Aa、102Ba)に供給される熔融ガラスを受けながら所定の形状のガラス塊に成形する。ガス流路(106a)は、ガス供給部と接続される供給流路が複数の成形型(102、102A、102B、102Z)の各々に向けて分岐され、分岐後の各分岐流路(106aA、106aB、106aY)が、対応するガラス成形型(102、102A、102B、102Z)に接続されることによって貫通孔群(102H)と連通し、各分岐流路(106aA、106aB、106aY)中に、分岐流路(106aA、106aB、106aY)を絞る絞り部(118A、118B、118X、118Y)が備えられており、絞り部(118A、118B、118X、118Y)によって絞られた分岐流路の断面積(S1、S)が、貫通孔群(102H)を軸線方向と直交する方向に切断したときの切断面に現れる、複数の貫通孔(102H)の各々の断面積の和W(W1+W2+…+Wn)よりも小さい。
【0044】
また、好ましくは、図1〜7に示されているように、本発明の実施形態にかかるガラス塊の成形装置(1)は、複数のガラス成形型(102、102A、102B、102Z)を円周方向に並べて配置されたテーブル(106、106Z)と、テーブル(106、106Z)を回転させることにより、複数のガラス成形型(102、102A、102B、102Z)の各々を熔融ガラスのキャスト位置、取出位置に順次かつ循環的に移送するテーブル回転手段(108)と、を備えている。
【0045】
また、更に好ましくは、図1〜5に示されているように、テーブル(106、106Z)の内部に、各ガラス成形型(102、102A、102B、102Z)と接続される分岐流路(106aA,106aB、106aY、106aZ)が形成されている。
【0046】
また、更に好ましくは、図1〜7に示されているように、複数のガラス成形型(102、102A、102B、102Z)が、テーブル(106、106Z)の上面に形成されている。
【0047】
また、更に好ましくは、図6、7に示されているように、分岐流路(106X)は、供給流路(106a)と各ガラス成形型(102)とを接続する配管(116X)を含み、絞り部(118X)は、配管内に形成されている。
【0048】
本発明のガラス塊の製造方法は、図1〜7に示されているように複数のガラス成形型(102、102A、102B、102Z)の各々に対して順に熔融ガラスを供給する工程と、供給された熔融ガラスを所定の形状のガラス塊に成形する工程と、所定の形状に成形されたガラス塊をガラス成形型より取り出す工程とを含む。
【0049】
また、好ましくは、本発明のガラス塊の製造方法は、図1〜7に示されているように、複数のガラス成形型(102、102A、102B、102Z)の各々に対して順に熔融ガラスを供給する工程と、供給された熔融ガラスをガラス成形型(102、102A、102B、102Z)の成形面(102Aa、102Ba)にて受けながら所定の形状のガラス塊に成形する工程と、所定の形状に成形されたガラス塊をガラス成形型(102、102A、102B、102Z)より取り出す工程とを含む。
【0050】
本発明のガラス成形品の製造方法は、図1〜7に示されているように、本発明のガラス塊の製造方法を用いて製造されたガラス塊を所定のプレス成形型に導入する工程と、所定の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する工程と、プレス成形されたガラス成形品をプレス成形型より取り出す工程とを含む。
本発明の光学素子の製造方法は、図1〜7に示されているように、本発明のガラス塊の製造方法を用いて製造されたガラス塊の表面に研磨加工を施すことによりガラス球を製造する工程と、ガラス球を所定の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球を加熱し、軟化した状態の前記ガラス球を精密プレス成形する工程とを含む。
【0051】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0052】
1 ガラス塊の成形装置
102、102A、102B、102Z ガラス成形型
102Aa、102Ba 成形面
102H 貫通孔
104 熔融ガラス供給部
104a 流出ノズル
106、106Z ターンテーブル
106a ガス流路
106aA、106aB、106aY 分岐流路
106bA、106bB バッファ
108 ダイレクトドライブモータ
110、110a、110b 加熱炉
112 取出手段
114 ガラス塊回収部
116 ガス配管
118A、118B、118X、118Y 絞り部
118Aa、118Ba 絞り部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7