特許 6800627 ガラスの製造方法、レンズの製造方法および溶融装置

(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】6800627

(24)【登録日】2020年11月27日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】ガラスの製造方法、レンズの製造方法および溶融装置

(51)【国際特許分類】

   C03B 19/02 20060101AFI20201207BHJP

   F27B 14/04 20060101ALI20201207BHJP

   F27B 14/08 20060101ALI20201207BHJP

   F27D 11/12 20060101ALN20201207BHJP

【ＦＩ】

   C03B19/02 Z

   F27B14/04

   F27B14/08

   !F27D11/12

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-122980(P2016-122980)

(22)【出願日】2016年6月21日

(65)【公開番号】特開2017-7934(P2017-7934A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2019年6月11日

(31)【優先権主張番号】特願2015-125151(P2015-125151)

(32)【優先日】2015年6月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100124442

【弁理士】

【氏名又は名称】黒岩 創吾

(72)【発明者】

【氏名】江口 真悟

【審査官】 若土 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０２３１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０１２３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１６２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０１０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７６２６７３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ ７／００−７／２２

９／００−１７／０６

１９／００−１９／１０

２１／００−２１／０６

Ｆ２７Ｂ １１／００−１５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のガス流路を有する溶融炉を用いて、ガラスを生成するための原料を前記ガス流路より噴出するガスにより前記溶融炉から浮上させた状態で、前記原料を加熱して溶融した後に、冷却することによりガラスを生成するガラスの製造方法であって、
前記溶融炉は、凹部を有し、
前記溶融炉は、前記凹部に鉛直方向へ向けてガスを噴出するための単数又は複数の第１のガス流路を有し、
前記溶融炉は、前記凹部に前記溶融炉の中心軸方向へ向けてガスを噴出するための複数の第２のガス流路を有し、
前記第２のガス流路は、前記溶融炉の中心軸を中心とする複数の円の円周上に設けられ、前記複数の円は各々、前記凹部の中心からの距離が異なる高さに設けられており、
前記溶融炉の第１のガス流路から出るガスと、前記溶融炉の第２のガス流路から出るガスとで前記原料が浮上している状態で、前記原料を加熱して溶融し、
溶融している原料を冷却してガラスを生成する
ことを特徴とするガラスの製造方法。

【請求項2】

前記溶融炉から前記原料が浮上している状態で、前記原料を上方の高さから見て円運動させながら加熱して溶融することを特徴とする請求項１に記載のガラスの製造方法。

【請求項3】

前記溶融炉から前記原料が浮上している状態で、前記原料を上方の高さから見て回転および円運動させながら加熱して溶融することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラスの製造方法。

【請求項4】

前記第２のガス流路は、前記溶融炉の中心軸に対して対向して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。

【請求項5】

前記第２のガス流路は、前記溶融炉の中心軸とのなす角が４５°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。

【請求項6】

前記第１のガス流路から出るガスの流量と前記第２のガス流路から出るガスの流量をそれぞれ個別に制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガラスの製造方法でガラスを製造する工程と、前記ガラスを成形してレンズを製造する工程と、を有することを特徴とするレンズの製造方法。

【請求項8】

無容器溶融法に用いる溶融装置であって、
凹部を有し、前記凹部に、原料を浮上させる複数のガス流路を有する溶融炉と、前記原料を加熱するための加熱手段と、
前記複数のガス流路からガスを噴出させるために、前記溶融炉に前記ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記溶融炉は、前記溶融炉の鉛直方向に向かう単数又は複数の第１のガス流路と、前記溶融炉の中心軸方向に向かう複数の第２のガス流路を有し、
前記第２のガス流路は、前記溶融炉の中心軸を中心とする複数の円の円周上に設けられ、前記複数の円は各々、前記凹部の中心からの距離が異なる高さに設けられていることを特徴とする溶融装置。

【請求項9】

前記第２のガス流路は、前記溶融炉の中心軸に対して対向して設けられていることを特徴とする請求項８に記載の溶融装置。

【請求項10】

前記第２のガス流路は、前記溶融炉の中心軸とのなす角が４５°以上９０°以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載の溶融装置。

【請求項11】

前記第１のガス流路に導入するガス流量を制御する単数または複数の第一のガス流量制御手段と、前記第２のガス流路に導入するガス流量を制御する単数または複数の第二のガス流量制御手段とを備えることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の溶融装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無容器溶融法を用いたガラス材料の製造方法およびレンズの製造方法に関する。また、本発明は、溶融装置に関する。

【背景技術】

【0002】

無容器溶融法は、容器を用いずに材料を溶融、固化させる製造方法であり、固液界面における核生成を避けられることから、従来の容器を用いた製造方法ではガラス化させることができなかった材料も一部ガラスとすることが可能である。しがって、従来実現できなかった新たな特性を有するガラス材料の製法として期待されている。

【0003】

無容器溶融法においては、原材料を空中に浮遊させることで周囲と非接触状態を維持するが、その浮遊の方法として静電浮遊方式、音波浮遊方式、電磁浮遊方式、ガス浮遊方式などが挙げられる。これらのうち、ガス浮遊方式は煩雑な設備を必要とせず比較的安定して非接触状態を作り出すことができる方式として有望である。

【0004】

ガス浮遊方式は加熱手段により溶融され粘性体となった材料をガス流の力で型上に浮遊させる手法であり、材料の浮上挙動の制御が重要な課題となる。特に容積が大きいガラスを作製する場合、この制御はより困難なものとなる。このような課題に対し、特許文献１は、垂直方向に複数のガス噴出孔を有する型を用いて無容器溶融法によるガラスの製造方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１４１３８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に記載のガラスの製造方法は、より大きなガラスを作製しようとする際、浮上しているガラス原料と型との接触を起こしやすくなる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のガラスの製造方法は、複数のガス流路を有する溶融炉を用いて、ガラスを生成するための原料を前記ガス流路より噴出するガスにより前記溶融炉から浮上させた状態で、前記原料を加熱して溶融した後に、冷却することによりガラスを生成するガラスの製造方法であって、前記溶融炉は、凹部を有し、前記溶融炉は、前記凹部に鉛直方向へ向けてガスを噴出するための単数又は複数の第１のガス流路を有し、前記溶融炉は、前記凹部に前記溶融炉の中心軸方向へ向けてガスを噴出するための複数の第２のガス流路を有し、前記第２のガス流路は、前記溶融炉の中心軸を中心とする複数の円の円周上に設けられ、前記複数の円は各々、前記凹部の中心からの距離が異なる高さに設けられており、前記溶融炉の第１のガス流路から出るガスと、前記溶融炉の第２のガス流路から出るガスとで前記原料が浮上している状態で、前記原料を加熱して溶融し、溶融している原料を冷却してガラスを生成することを特徴とする。

【0008】

本発明のレンズの製造方法は、上記のガラスの製造方法でガラスを製造し、前記ガラスを成形してレンズを製造することを特徴とする。

【0009】

本発明の溶融装置は、無容器溶融法に用いる溶融装置であって、凹部を有し、前記凹部に、原料を浮上させる複数のガス流路を有する溶融炉と、前記原料を加熱するための加熱手段と、前記複数のガス流路からガスを噴出させるために、前記溶融炉に前記ガスを供給するガス供給手段と、を有し、前記溶融炉は、前記溶融炉の鉛直方向に向かう単数又は複数の第１のガス流路と、前記溶融炉の中心軸方向に向かう複数の第２のガス流路を有し、前記第２のガス流路は、前記溶融炉の中心軸を中心とする複数の円の円周上に設けられ、前記複数の円は各々、前記凹部の中心からの距離が異なる高さに設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、無容器溶融法において径の大きいガラス材料を作製する際、浮上中の溶融されたガラス原料と型との接触頻度を低減することができる。即ち、無容器溶融法のような非接触溶融方法でのみガラス化可能となる組成において、大きなガラスを高い確率で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態において用いる製造装置を示す模式図である。

【図2】本発明の一実施形態において用いる溶融炉の断面図である。

【図3】本発明の一実施形態において用いる溶融炉の平面図である。

【図4】本発明の実施例１における浮上中のガラス原料塊を示す模式図である。

【図5】実施例１で用いた溶融炉を示す図である。

【図6】実施例２で用いた溶融炉を示す図である。

【図7】比較例１で用いた溶融炉を示す図である。

【図8】比較例２で用いた溶融炉を示す図である。

【図9】実施例３で用いた製造装置を示す模式図である。

【図10】実施例３で用いた溶融炉の平面図である。

【図11】実施例３で用いた溶融炉の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。

【0013】

（溶融装置）
図１は、本発明の一実施形態において用いる溶融装置の模式図である。溶融装置９は、ガラス原料を浮上させる溶融炉２と、溶融炉２を設置するステージ３とを備えている。ステージ３にはガスボンベなどの浮上ガス供給源５からガスが導入され、溶融炉２に設けられたガス噴出口から浮上ガスを噴出できる。ステージ３と浮上ガス供給源５との間のガス配管上に設けた浮上ガス流量制御手段４により浮上ガスの流量を制御することができる。また、溶融炉２上に置いたガラス原料塊１を溶融するための溶融手段６を備えており、溶融炉２から浮上させて溶融中の原料の挙動を観察するためのカメラ８を備えている。

【0014】

本実施形態においては、加熱手段６として炭酸ガスレーザーを用いており、反射ミラー７を介してガラス原料１にレーザーを照射して加熱を行う。照射位置は反射ミラー７の位置や角度などにより調整することができる。加熱手段として輻射加熱などを用いてもよい。

【0015】

溶融装置は、ガラスを製造するガラス製造装置として好適に用いることができる。

【0016】

（溶融炉）
本発明の一実施形態で用いた溶融炉２の断面図及び平面図を図２、図３にそれぞれ示す。溶融炉２の材質は特に限定されず、ガラス原料溶融時に受ける熱に耐えうることができればよい。例えば、ステンレス、アルミニウム、カーボン、窒化珪素、炭化ケイ素、窒化アルミなどで作製することが好ましい。

【0017】

溶融炉２の中央部にはガラス原料塊１を収容するための凹部１３が設けられている。凹部１３の形状は図２、図３に示すように内壁が曲率をもつように凹形状となっており、その曲率は単一の曲率半径でもよいし、複数の曲率半径の組み合わせでもよい。凹部１３には図２に示すように、凹部１３の中心部に、鉛直方向へ向けてガスを噴出するための単数又は複数のガス流路（第１のガス流路）１０が設けられている。鉛直方向とは、厳密に鉛直である方向だけでなく、鉛直方向から±５度の範囲も含む。

【0018】

凹部１３の周辺部に、中心軸（図２の点線）方向へ向けてガスを噴出するための複数のガス流路（第２のガス流路）１１が設けられている。ステージ３を通してガス導入口１２より図２中の矢印の方向にガスを導入することにより、鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１０及び中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１１よりガスが噴出する。鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１０及び中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１１は、溶融炉２の中心Ｃに対して対称になるように配置されていることが好ましい。中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１１は、溶融炉２の中心軸に対して対向して設けられていることが好ましい。

【0019】

第１のガス流路及び第２のガス流路より噴出するガス流量を個別に制御する場合、溶融炉２内には隔壁等を設けることによりガスの経路を分岐し、それぞれのガス経路に対応した浮上ガス流量制御手段４を設ける必要がある。第１のガス流路及び第２のガス流路はそれぞれさらに複数系統に分岐し、分岐したガス流路群を個別に制御することも可能である。

【0020】

（ガラスの製造方法）
本実施形態では、例えば網目形成酸化物の含有量が少なく、容器を用いた溶融方法ではガラスとして得られない組成を有するガラス材料の製造方法について説明する。例えば、ホウ素−ランタン−ニオブ系ガラス材などであり、ホウ素の比率が４０ｃａｔ％以下であるような組成である。

【0021】

所望の組成となるよう混合したガラス原料粉末を用いてガラス原料塊１を準備する。ガラス原料塊１の形態は原料粉末をプレス成形した圧粉体や焼結させた焼結体、あるいはレーザー照射や溶解炉を用いて一度溶解させ結晶化させた多結晶体などでもよい。

【0022】

作製したガラス原料塊１を溶融炉２の凹部１３内に設置し、ガス流量制御手段４を用いて所定の流量の浮上ガスを溶融炉２に設けられたガス流路より噴出する。浮上ガスの種類は特に限定されない。浮上ガスは、空気や酸素、あるいは窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを用いることが好ましい。

【0023】

浮上ガスの噴出後に加熱手段６によりガラス原料塊１を加熱溶融する。ここで、浮上ガスの噴出とガラス原料塊１の加熱はどちらか一方が先でもよいし、同時でもよい。噴出ガスの流量は、溶融して表面張力により球状又は碁石状になったガラス原料が溶融炉２の底面から離れるために十分な値となるように、浮上ガス流量制御手段４により調整する。

【0024】

図４に示した一実施形態における浮上中のガラス原料塊の挙動を示す模式図を用いて、本発明におけるガラス原料塊の浮上挙動について以下に説明する。ガス流路１０からの鉛直方向のガス流により溶融炉の底面から離れたガラス原料は、わずかなガスの揺らぎによる摩擦力を受けて鉛直方向を回転軸として回転を始める。その後ガラスの回転に引きつられて回転系の空気流れが発生してそのまま自転状態を維持する。

【0025】

ガラス融液周囲に流れるガスの流れが乱れると、ガラス融液は水平方向に変位し溶融炉の内壁へと近づく。ここで仮に矢印１４の方向に自転しているとすると、自転するガラス融液は近づいた内壁から吹き付けるガス流を受け、マグヌス効果により矢印１５の方向の力を受ける。同時に近接する溶融炉の内壁の反対側では、鉛直方向から吹き上げるガス流により低圧状態となり、ガラス中心に向かう矢印１６の方向へガラス融液を押し戻す力が働く。これらの二つの力が作用することにより、ガラス原料は矢印１７の方向へ、上方の高さ方向から見て円運動を開始する。このとき、円運動による遠心力と中心へ戻す力がつり合うようにガラス融液と溶融炉の型内壁との距離が一定に保たれるため、非接触状態を得ることができる。

【0026】

一定距離を保つためには鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１０及び中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１１からのガス流量分布は型中心に対してある程度対称性をもつことが必要となる。

【0027】

本発明のガラスの製造製法において、ガス流路１０から鉛直方向に向かうガスと、ガス流路１１から中心軸方向に向かうガスとのガラス原料に対する働きは異なっている。これらの浮上ガス流量に関する検討を重ねた結果、以下のようなことが解った。ガス流路１０から鉛直方向に向かうガス流量は低すぎると浮上力が足りずにガラス原料が溶融炉底面に接触し易くなる。鉛直方法に向かうガス流量が高すぎると、水平方向の揺らぎが大きくなりガラス原料が溶融炉壁面と接触したり、溶融軟化したガラス原料にガスが巻き込まれたりといったことが生じる。また、ガス流路１１から中心軸方向に向かうガス流量は、低すぎるとガラス原料が円運動を起こすことなく溶融炉壁面に接触し、高すぎると浮上ガス鉛直方向のガス流と同様に溶融軟化したガラス原料にガスが巻き込まれるといったことがある。このように、ガラス原料を安定的に浮上させるために必要となるガス流量は鉛直方向のガス流と中心軸方向のガス流とで異なり、ガラス原料の物性、大きさや溶融炉の形状に応じてそれぞれ調整する必要がある。そのため、これらの流路は個別で制御することが好ましい。

【0028】

円運動状態のガラス融液が加熱手段による加熱により完全に溶融した後、加熱を止めると溶融した原料が固化しガラスが得られる。ガラス原料は加熱初期には、内部に未溶解部分が存在するため、円運動が開始されても完全に溶融するまで加熱を継続する必要がある。そのためレーザーを用いて加熱溶融する場合、レーザーの照射位置はガラス融液の円運動の軌道上に位置しなければならない。

【0029】

（レンズの製造方法）
上記のガラスの製造方法で得られたガラスを、ガラスモールド成形等の公知の成形方法により成形することによりレンズを製造することができる。

【0030】

以下に、本発明について、具体的な実施例に基づいてさらに詳細に説明する。

【実施例】

【0031】

（実施例１）
実施例１では、構成されるカチオン成分の比率がＢ^３＋が３０ｃａｔ％、Ｌａ^＋３が６０ｃａｔ％、Ｎｂ^５＋が５ｃａｔ％、Ｔｉ^４＋が５ｃａｔ％となるように酸化物原料を秤量、混合して原料とした。混合した原料粉をＣＩＰ成形により棒状に成形し、成形体を１４００℃で熱処理した。熱処理後の成形体を切断し、質量０．４ｇのガラス原料塊を得た。

【0032】

このガラス原料塊１を図１に示すような溶融装置により溶融した。加熱手段６として１００Ｗの二酸化炭素レーザーを２つ用いた。レーザーは反射ミラー７を用いて型中心に照射されるように調整した。溶融炉２は材質がアルミであり、ガラス原料塊１を収容するための凹部１３を要している。

【0033】

実施例１で用いた溶融炉２の形状を図５に示す。図５（ａ）は溶融炉２を上から見た平面図であり、図５（ｂ）は横方向から見た断面図である。凹部１３は底面が半径５．６ｍｍ、外周部が半径３．０ｍｍとなるように湾曲しており、その内径は８ｍｍである。凹部１３には、鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路（第１のガス流路）１０と中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路（第２のガス流路）１１が設けられている。ガス流路はいずれも直径０．３ｍｍであり、鉛直方向に４１個、壁面に６０個設けられている。鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路（第１のガス流路）１０は型の中心に１個、型中心を中心として直径２ｍｍの円周上の等間隔に８個、同じく直径３．５ｍｍの円周上に等間隔に１６個、同じく直径５ｍｍの円周上に等間隔に１６個設けられている。中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路（第２のガス流路）１１は、型底面中心より１．１ｍｍ、１．８ｍｍ、２．５ｍｍの高さ位置に、型中心軸に対してそれぞれ６０度、７５度、９０度の向きに設けられている。それぞれ型中心を中心軸とした円周上に等間隔に２０個ずつ設けられている。

【0034】

ガラス原料塊１を溶融炉２の収容部の略中心に設置させ、３．０ｌ／ｍｉｎの流量の酸素を浮上ガス導入口１２より導入し、各噴出口より酸素を噴出させた。次に二酸化炭素レーザーによりガラス原料塊１の加熱溶融を行った。ガラス原料塊１は溶融が進行するとともに表面張力により球に近い形状となるとともに、底面からの噴出ガスにより浮上する。ガラス原料塊１は浮上して間もなく円運動状態になり、その後１５秒加熱を継続した後に、レーザーを停止、冷却させた。その結果、直径５．４ｍｍのガラスが得られた。

【0035】

同量のガラス原料塊１にて、同様の工程を繰り返し１０回行った結果、９回は同様に原料融液と型が非接触のまま冷却でき、ガラスとして得られたが、１回は回転および円運動中に融液と型が接触したため結晶化した。

【0036】

（実施例２）
実施例１と同様のガラス原料塊１、溶融装置９を用いてガラスの作製を行った。ガラス原料塊１は０．４７ｇとなるよう調整した。溶融炉２は材質が実施例１と同様にアルミであり、凹部１３は底面が半径６．６ｍｍ、外周部が半径３．０ｍｍとなるように湾曲しており、その内径は１０ｍｍである。実施例２で用いた溶融炉２の形状を図６に示す。図６（ａ）は溶融炉２を上から見た平面図であり、図６（ｂ）は横方向から見た断面図である。凹部１３には、実施例１と同様に、鉛直方向及び中心方向のガス流路が設けられている。ガス流路はいずれも直径０．３ｍｍであり、鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１０が４１個、中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１１が９０個設けられている。鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１０は型の中心に１個、型中心を中心として直径２ｍｍの円周上の等間隔に８個、同じく直径３．５ｍｍの円周上に等間隔に１６個、同じく直径５ｍｍの円周上に等間隔に１６個設けられている。中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路１１は型底面中心より０．９ｍｍ、１．６ｍｍ、２．５ｍｍの高さ位置に、型中心軸に対してそれぞれ４９度、６９度、９０度の向きに設けられている。それぞれ型中心を中心軸とした円周上に等間隔に３０個ずつ設けられている。

【0037】

ガラス原料塊１を溶融炉２の凹部１３の略中心に設置させ、８．０ｌ／ｍｉｎの流量の酸素を浮上ガス導入口１２より導入し、各流路より酸素を噴出させた。次に二酸化炭素レーザーによりガラス原料塊１の加熱溶融を行った。ガラス原料塊１は溶融が進行するとともに表面張力により球に近い形状となるとともに、底面からの噴出ガスにより浮上する。浮上して間もなく回転および円運動状態になり、その後１５秒加熱を継続した後に、レーザーを停止、冷却させた。その結果、直径５．６ｍｍのガラスが得られた。

【0038】

同量のガラス原料塊１にて、同様の工程を繰り返し１０回行った結果、８回は同様に原料融液と型が非接触のまま冷却でき、ガラスとして得られたが、２回は自公転浮上中に融液と型が接触したため結晶化した。

【0039】

（実施例３）
実施例１と同じガラス原料塊１を用いてガラスの作製を行った。ガラス原料塊１は０．６６ｇとなるように調整した。ガラス原料塊１を図９に示すような溶融装置により溶融した。加熱手段６として２００Ｗの二酸化炭素レーザーを１つ用いた。レーザーは反射ミラー７を用いて型中心に照射されるように調整した。実施例３で用いた溶融炉２の形状を図１０、図１１に示す。図１０は溶融炉２を上から見た平面図であり、図１１は横方向から見た断面図である。溶融炉２は材質が実施例１と同様にアルミであり、凹部１３は底面が半径６．６ｍｍ、外周部が半径３．０ｍｍとなるように湾曲しており、その内径は１０ｍｍである。凹部１３には、実施例１と同様に鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路（第１のガス流路）１０と中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路（第２のガス流路）１１が設けられている。ガス流路はいずれも直径０．３ｍｍであり、第１のガス流路１０が７１個、第２のガス流路１１が１２０個設けられている。第１のガス流路１０は型の中心に１個、型中心を中心として直径１ｍｍの円周上の等間隔に６個、同様に直径２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの円周上に等間隔にそれぞれ８個、１６個、１６個、２４個設けられている。第２のガス流路１１は、型底面中心より０．９ｍｍ、１．４ｍｍ、２．２ｍｍ、３．０ｍｍの高さ位置に、型中心軸に対してそれぞれ４２．５度、５８．２度、７５．６度、９０度の向きに設けられている。それらは、溶融炉の中心を中心軸とした円周上に等間隔にそれぞれ３０個ずつ設けられている。図１１に示すように、溶融炉２には第１のガス流路と第２のガス流路を分岐するための隔壁１８が設けられており、ステージ３に形成した２つの浮上ガス導入路１９を介して浮上ガスが導入した。各々の流路を通る浮上ガスの流量は流量調整手段４として用いた２つのマスフローコントローラにより、個別で制御した。

【0040】

ガラス原料塊１を溶融炉２の凹部１３の略中心に設置させ、第１のガス流路には２．０ｌ／ｍｉｎ、第２のガス流路には４．０ｌ／ｍｉｎの流量の酸素を導入し、各噴出口より酸素を噴出させた。次に二酸化炭素レーザーによりガラス原料塊１の加熱溶融を行った。ガラス原料塊１は溶融が進行するとともに表面張力により球に近い形状となるとともに、底面からの噴出ガスにより浮上する。浮上して間もなく回転および円運動状態になり、その後１５秒加熱を継続した後に、レーザーを停止、冷却させた。その結果、直径６．７ｍｍのガラスが得られた。

【0041】

同量のガラス原料塊１にて、同様の工程を繰り返し１０回行った結果、９回は同様に原料融液と型が非接触のまま冷却でき、ガラスとして得られたが、１回は自公転浮上中に融液と型が接触したため結晶化した。

【0042】

（比較例１）
実施例１と同様のガラス原料塊１、溶融装置を用いてガラスの作製を行った。ガラス原料塊１は０．３８ｇとなるよう調整した。用いた溶融炉２は、実施例１で用いた溶融炉２と材質、凹部１３の形状、流路の口径、鉛直方向のガス流路１０の配置は同一であるが、中心方向のガス流路１１を有していない。比較例１で用いた溶融炉２の形状を図７に示す。図７（ａ）は溶融炉２を上から見た平面図であり、図７（ｂ）は横方向から見た断面図である。

【0043】

ガラス原料塊１を溶融炉２の凹部１３の略中心に設置させ、１．９ｌ／ｍｉｎの流量の酸素を浮上ガス導入口１２より導入し、各ガス流路より酸素を噴出させた。次に二酸化炭素レーザーによりガラス原料塊１の加熱溶融を行った。ガラス原料塊１は溶融が進行するとともに表面張力により球に近い形状となるとともに、底面からの噴出ガスにより浮上した。浮上したガラス融液は５秒ほど微小振動しながらも型との非接触状態を維持していたが、その後大きく揺れて型と接触した。接触した融液はその後も型から離れず、レーザーを停止すると結晶体となっていた。結晶体は直径が５．３ｍｍであった。

【0044】

同量の原料塊にて、同様の工程を繰り返し１０回行ったが、１０回ともガラス原料１と溶融炉が接触したためガラスが得られなかった。

【0045】

（比較例２）
実施例１と同様のガラス原料塊１、溶融装置を用いてガラスの作製を行った。ガラス原料塊１は０．４０ｇとなるよう調整した。用いた溶融炉２は、実施例１で用いた溶融炉２と材質、凹部１３の形状、ガス流路の口径は同一ある。

【0046】

比較例２で用いた溶融炉２の形状を図８に示す。図８（ａ）は溶融炉２を上から見た平面図であり、図８（ｂ）は横方向から見た断面図である。凹部１３には鉛直方向のガス流路１０が１１３個設けられており、中心方向のガス流路１１は設けられていない。鉛直方向のガス流路１０は、型の中心に１個設けられている。また、型中心を中心として直径１ｍｍの円周上の等間隔に６個、同じく直径２ｍｍの円周上に等間隔に１０個、同じく直径３ｍｍ、４ｍｍの円周上に等間隔に１６個ずつ、同じく直径５ｍｍ、６ｍｍの円周上に等間隔に３２個ずつ設けられている。

【0047】

ガラス原料塊１を溶融炉２の凹部１３の略中心に設置させ、４．０ｌ／ｍｉｎの流量の酸素を浮上ガス導入口１２より導入し、各ガス流路より酸素を噴出させた。次に二酸化炭素レーザーによりガラス原料塊１の加熱溶融を行った。ガラス原料塊１は溶融が進行するとともに表面張力により球に近い形状となるとともに、底面からの噴出ガスにより浮上した。浮上したガラス原料１は５秒ほど微小振動しながらも型との非接触状態を維持していたが、その後大きく揺れて型と接触した。ガラス原料１はその後も型から離れず、レーザーを停止すると結晶体となっていた。結晶体は直径が５．４ｍｍであった。

【0048】

同じガラス原料塊１にて、同様の工程を繰り返し１０回行ったが、１０回ともガラス原料１と溶融炉２が接触したためガラスが得られなかった。

【0049】

（評価）
実施例１、２及び３では、複数の鉛直方向のガス流路１０と複数の中心軸方向のガス流路１１を有する溶融炉２を用いて無容器溶融法によりガラスを製造することで、高い確率で直径が５．０ｍｍ以上のガラスを製造することができた。溶融炉の中心軸に向かう前記第２のガス流路は、溶融炉の中心軸とのなす角が４５°以上９０°以下であるときにガラスを高い確率で得られることが解った。また、鉛直方向のガス流路と中心軸方向のガス流路から噴出するガス流量を個別に制御することにより、より大きなガラスを製造することができた。

【0050】

比較例１および２では、複数の鉛直方向のガス流路１０だけを有して、中心軸方向のガス流路１１を有さない溶融炉２を用いると、ガラス原料１と溶融炉２が接触しやすく直径が５．０ｍｍ以上のガラスを製造することが困難であることが解った。

【符号の説明】

【0051】

１ ガラス原料（塊）
２ 溶融炉
４ 浮上ガス流量制御手段
５ 浮上ガス供給源
６ 加熱手段
７ 反射ミラー
１０ 鉛直方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路（第１のガス流路）
１１ 中心軸方向へ向けてガスを噴出するためのガス流路（第２のガス流路）
１２ 浮上ガス導入口
１３ 凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】