(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023035956
(43)【公開日】2023-03-13
(54)【発明の名称】ガラス成形体及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C03B 19/02 20060101AFI20230306BHJP
C03B 23/051 20060101ALI20230306BHJP
G02B 1/00 20060101ALI20230306BHJP
G02B 3/00 20060101ALI20230306BHJP
【FI】
C03B19/02 A
C03B23/051
G02B1/00
G02B3/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022134806
(22)【出願日】2022-08-26
(31)【優先権主張番号】P 2021142197
(32)【優先日】2021-09-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000113263
【氏名又は名称】HOYA株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149799
【弁理士】
【氏名又は名称】上村 陽一郎
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 陽祐
【テーマコード(参考)】
4G015
【Fターム(参考)】
4G015BA01
4G015BB01
(57)【要約】
【課題】
光学素子を製造するために有用なガラス成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
液相温度を有し、前記液相温度における粘度が5×10
3dPa・s以下であるガラスにより構成される、円柱、正n角柱及び略正n角柱のいずれかの形状を有するガラス成形体であって、
側面に垂直な断面の面積が1.0×10
3mm
2以上であり、
日本光学硝子工業会規格JOGIS11-1975に従って測定した脈理が1~3級であるガラスからなる、ガラス成形体。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
立体ガラスからガラス成形体を製造する方法であって、
前記立体ガラスを、型の底部に接するように前記型に配置する工程と、
前記立体ガラスを前記型とともに加熱して、前記立体ガラスの温度を、前記立体ガラスが自重で変形する温度以上、結晶化温度未満である成形温度まで上昇させ、前記成形温度を維持する工程と、
前記成形温度により前記立体ガラスが変形し、前記型の内部形状に対応した形状を有するガラス成形体を形成する工程と、
冷却後、前記型から取り出すことにより、前記ガラス成形体を得る工程とを含む、製造方法。
【請求項2】
立体ガラスからガラス成形体を製造する方法であって、
前記立体ガラスを、基台に配置する工程と、
配置された前記立体ガラスに開口している端部から筒をかぶせ、前記端部を前記基台に接するように前記筒を配置する工程と、
前記筒をかぶせた状態で前記立体ガラスを加熱して、前記立体ガラスの温度を、前記立体ガラスが自重で変形する温度以上、結晶化温度未満である成形温度まで上昇させ、前記成形温度を維持する工程と、
前記成形温度により前記立体ガラスが変形し、前記筒の内部形状に対応した形状を有するガラス成形体を形成する工程と、
冷却後、前記筒から取り出すことにより、前記ガラス成形体を得る工程とを含む、製造方法。
【請求項3】
前記立体ガラスの変形が、自重により行われる、請求項1又は2に記載の製造方法。
【請求項4】
前記ガラス成形体が、円柱形状を有する、請求項1又は2に記載の製造方法。
【請求項5】
請求項1又は2に記載の方法でガラス成形体を作製し、前記ガラス成形体をスライスして薄板状に加工する板状ガラスの製造方法。
【請求項6】
液相温度を有し、前記液相温度における粘度が5×103dPa・s以下であるガラスにより構成される、円柱、正n角柱及び略正n角柱のいずれかの形状を有するガラス成形体であって、
側面に垂直な断面の面積が1.0×103mm2以上であり、
日本光学硝子工業会規格JOGIS11-1975に従って測定した脈理が1~3級であるガラスからなる、ガラス成形体(但し、nは5以上の整数)。
【請求項7】
前記形状の一方の端部から他方の端部までの長さは、2cm以上である、請求項6に記載のガラス成形体。
【請求項8】
請求項6又は7に記載のガラス成形体をスライスして薄板状に加工する板状ガラスの製造方法。
【請求項9】
請求項8に記載の方法で得られる板状ガラスから1個以上の光学素子を形成する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、ガラス成形体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から行われている光学ガラスレンズの製造方法の一つは、まず、脈理のない板状ガラスを成形した後、それを切断し、切断したガラスピースをプレス成形及び研磨して、光学ガラスレンズを得る方法である。しかし、この方法ではガラスピースを得る段階で、多くのガラスを破棄するという課題がある。
このようなガラス廃棄を低減する方法として、例えば、板状ではなく、円柱形状の光学ガラスを成形してから切断する方法が挙げられる。
【0003】
円柱形状のガラスを成形する方法として、特許文献1及び特許文献2には、溶融したガラスを直接円筒状の鋳型に流し込み、成形する方法が開示されている。これらの文献には、外径が20~30mmの円柱ガラスが得られたことが開示されている。
【0004】
また、比較的大きい体積を有する光学ガラスの成形の製造方法として、特許文献3には、溶融したガラスを上部が閉じてない鋳型に流し込み、幅200mm~240mm、厚さ10mm~15mmの板状ガラスを成形する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005-089275号公報
【特許文献2】特開2006-052109号公報
【特許文献3】特開2012-001391号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、近年、ゴーグル型ディスプレイに使用する導光板など薄板状の素子にも光学ガラスが使用されている。このような導光板などの薄板状のガラス素子は、その一辺の長さが少なくとも人の瞳の間隔よりも長いことが求められることがあり、比較的大きいサイズのガラス素子が必要である。
このような薄板状の光学ガラス素子の量産においては、半導体素子の製造ラインのように、光学ガラスからなる円盤状のウエハをダイシングなどにより1枚以上の素子に加工するが、そのウエハは、半導体素子の製造の場合のインゴットに相当する円柱ガラスをスライスして作るか、ガラスシートからくり抜いて作製する。そのため、ウエハに相当する光学ガラスは、一辺の長さが大きい、所定の面積を有する薄板ガラスであることが求められる。
また、多数のレンズ等の光学素子を効率よく製造する方法としては、
図1のように、ガラス成形体を薄くスライスした円盤状薄板ガラスを作製し、精密プレス成形の型101、102によりプレスし、プレス済ガラス201を製造し、多数のレンズを作り、それを重ねて切断することにより、多数のレンズを備えた光学素子401を作製する方法がある。
このように多くの光学ガラス素子は、比較的面積の大きい円盤状のガラスからガラス部材を取り出すことが効率面、また廃棄ガラスの低減のために好ましい。そのため、大きい円盤状ガラスを複数取り出せる断面積の比較的大きい円柱形状のガラスの製造が望まれる。
【0007】
しかしながら、特許文献1及び2の円柱形状のガラスの断面積の大きさでは不十分であり、より大きい直径のガラス成形体が好ましい。また、特許文献3の板状ガラスでは、導光板用の光学ガラス素子を得るための適した形状とは言えない。
本発明は、光学素子を製造するために有用なガラス成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
すなわち、本発明は以下の製造方法により、本発明を包含する。
[1] 立体ガラスからガラス成形体を製造する方法であって、
前記立体ガラスを、型の底部に接するように前記型に配置する工程と、
前記立体ガラスを前記型とともに加熱して、前記立体ガラスの温度を、前記立体ガラスが自重で変形する温度以上、結晶化温度未満である成形温度まで上昇させ、前記成形温度を維持する工程と、
前記成形温度により前記立体ガラスが変形し、前記型の内部形状に対応した形状を有するガラス成形体を形成する工程と、
冷却後、前記型から取り出すことにより、前記ガラス成形体を得る工程とを含む、製造方法。
[2] 立体ガラスからガラス成形体を製造する方法であって、
前記立体ガラスを、基台に配置する工程と、
配置された前記立体ガラスに開口している端部から筒をかぶせ、前記端部を前記基台に接するように前記筒を配置する工程と、
前記筒をかぶせた状態で前記立体ガラスを加熱して、前記立体ガラスの温度を、前記立体ガラスが自重で変形する温度以上、結晶化温度未満である成形温度まで上昇させ、前記成形温度を維持する工程と、
前記成形温度により前記立体ガラスが変形し、前記筒の内部形状に対応した形状を有するガラス成形体を形成する工程と、
冷却後、前記筒から取り出すことにより、前記ガラス成形体を得る工程とを含む、製造方法。
[3] 前記立体ガラスの変形が、自重により行われる、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4] 前記ガラス成形体が、円柱形状を有する、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[5] [1]又は[2]に記載の方法でガラス成形体を作製し、前記ガラス成形体をスライスして薄板状に加工する板状ガラスの製造方法。
[6] 液相温度を有し、前記液相温度における粘度が5×103dPa・s以下であるガラスにより構成される、円柱、正n角柱及び略正n角柱のいずれかの形状を有するガラス成形体であって、
側面に垂直な断面の面積が1.0×103mm2以上であり、
日本光学硝子工業会規格JOGIS11-1975に従って測定した脈理が1~3級であるガラスからなる、ガラス成形体(但し、nは5以上の整数)。
[7] 前記形状の一方の端部から他方の端部までの長さは、2cm以上である、[6]に記載のガラス成形体。
[8] [6]又は[7]に記載のガラス成形体をスライスして薄板状に加工する板状ガラスの製造方法。
[9] [8]に記載の方法で得られる板状ガラスから1個以上の光学素子を形成する光学素子の製造方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明のガラス成形体、例えば本発明の製法方法により製造させる所定の特性を有するガラスからなるガラス成形体は、液相温度における粘度が5×103dPa・s以下であるという粘度が比較的低いガラスであるにもかかわらず、脈理の程度が低く、かつ、断面積が1.0×103mm2以上の断面を有する円柱、正n角柱及び略正n角柱のいずれかの形状を有するガラス成形体(但し、nは5以上の整数)であるため、そのガラス成形体からは効率良く、所望の形状の所望の特性の光学ガラスを取り出すことができる。
また、本発明のガラス成形体の製造方法によれば、比較的低粘度のガラスであっても、脈理を発生させずに、大きい断面積を有するガラス成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】
図1は、一般的なカメラモジュールの製造工程を示す模式図である。
【
図2】
図2は、本発明の実施態様1の製造方法にかかる製造工程を示す図である。
【
図3】
図3は、本発明の実施態様2の製造方法にかかる製造工程を示す図である。
【
図4】
図4は、一般的な光学ガラスの示差熱分析のグラフである。
【
図5】
図5は、正n角柱状のガラス成形体の体積に対する円柱状ガラスの体積の比率(円柱状ガラスの体積/正n角柱状のガラス成形体の体積)の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[ガラス成形体]
本発明のガラス成形体は、液相温度を有し、前記液相温度における粘度が5×103dPa・s以下であるガラスにより構成される、円柱、正n角柱及び略正n角柱のいずれかの形状を有するガラス成形体であって、側面に垂直な断面の面積が1.0×103mm2以上であり、日本光学硝子工業会規格JOGIS11-1975に従って測定した脈理が1~3級であるガラスからなる、ガラス成形体である(但し、nは5以上の整数)。
【0012】
本発明のガラス成形体は、円柱、正n角柱及び略正n角柱のいずれかの形状(但し、nは5以上の整数)であり、側面に垂直な断面の面積が1.0×10
3mm
2以上を有することが特徴である。
ここで円柱形状とは、側面に垂直な断面が円である棒形状のものに加えて、円盤状(両端部の間の距離が短い)も含むものとする。
また、正n角柱形状、略正n角柱形状とは、側面に垂直な断面が正n角形、略正n角形である棒形状のものに加えて、正n角形盤状(両端部の間の距離が前記正n角形の外接円の直径よりも短い)、略正n角形盤状(両端部の間の距離が前記略正n角形の頂点のすべてを円周上または円周内に含む仮想的な円の直径よりも短い)のものも含むものとする。
角柱形状のガラス成形体の側面を研削や研磨などにより加工し、円柱形状のガラスを作製することができる。角柱形状の側面に垂直な断面が正n角形又は略正n角形(nは5以上)であると、円柱形状のガラスを作製するときに除去するガラスの量を低減することができる。
正n角柱状のガラス成形体から円柱状ガラスを作製する場合、正n角柱状のガラス成形体の体積に対する円柱状ガラスの体積の比率(円柱状のガラスの体積/正n角柱状のガラス成形体の体積)の関係を
図5に示す。前記比率を円柱状ガラスの歩留まりと呼ぶと、n=4の場合、前記歩留まりは80%未満であるが、nが5以上では歩留まりが著しく高まる。nは6以上であることが好ましく、7以上であることがより好ましく、8以上であることがさらに好ましく、9以上であることが一層好ましく、10以上であることがより一層好ましい。
本発明のガラス成形体は、例えば本発明のガラス成形体の製造方法により得ることができ、側面に垂直の断面積は、好ましくは2.0×10
3mm
2以上、さらに好ましくは2.5×10
4mm
2以上、特に好ましくは3.0×10
4mm
2以上である。断面積が大きいほど、効率よく所望の光学ガラス素子を得ることができるためである。
【0013】
本発明のガラス成形体を構成するガラスは、液相温度を有する(液相温度が存在する)。ここで、液相温度とは、ある温度に一定時間保持した場合に、ガラス熔融液から結晶固化物が生成しない最低温度とする。すなわち、本発明のガラス成形体は、粘度が5×103dPa・sを超える高粘性領域でも結晶固形物が析出しないような極めて安定なガラスは除外される。
【0014】
本発明のガラス成形体は、液相温度における粘度が5×103dPa・s以下である。液相温度の粘度が5×103dPa・s以下であるような、成形する温度付近(熔融ガラスを成形する温度付近)において低い粘性のガラスを対象としている。本発明のガラス成形体の液相温度における粘度は、好ましくは、1×103dPa・s以下であり、より好ましくは、1×102dPa・s以下である。
【0015】
本発明のガラス成形体は、日本光学硝子工業会規格JOGIS11-1975に従って測定した脈理が1~3級であるガラスから構成される。
一般的に液相温度の粘度が5×103dPa・s以下であるようなガラス(粘性の低いガラス)は、ガラス熔融状態から大きな断面積を有するガラス成形体を直接製造することが難しい。これは粘性が低いガラスを成形すると、ガラスのキャスト後(熔融ガラスを成形型に鋳込んだ後)、ガラス表面の低い温度のガラス部分(先に温度が低下した表面付近のガラス)が、依然として高温であるガラスの内部に侵入してしまい、それによりガラスが不均一になりやすいためと考えられている。
しかし、本発明のガラス成形体は、脈理が1~3級の立体ガラスを加熱により変形させて成形するため、液相温度の粘度が5×103dPa・s以下のようなガラスであっても、大きい断面積のガラス成形体を得ることが可能である。ここで立体ガラスは、型の内部に配置可能な形状を有する固化したガラスであり、好ましくは表面が平面および/または凸形状の曲面であるガラスである。なお、ガラス成形体を形成する際、ガラスは粘度が高い状態で成形するため、新たな脈理が発生しにくく、そのため大きい断面積のガラス成形体であっても、脈理が1~3級のガラス成形体を得ることができる。
ここで脈理とは、屈折率等の光学的な特性の不均質となっている部分を言う。
なお、本発明のガラス成形体は、脈理が1級または2級のガラス成形体であることが好ましく、脈理が1級のガラス成形体であることがより好ましい。
【0016】
本発明のガラス成形体の一方の端部から他方の端部までの長さは、限定されるものではないが、例えば、2cm以上、好ましくは、5cm以上、より好ましくは10cm以上である。
ここで、ガラス成形体の一方の端部から他方の端部までの長さは、例えば円柱ガラスの場合は高さに相当し、円盤状ガラスの場合は厚さに相当する。
【0017】
[ガラス成形体の製造方法]
(実施態様1)
本発明のガラス成形体の製造方法の実施態様1は下記の通りである。すなわち;
立体ガラスからガラス成形体を製造する方法であって、前記立体ガラスを、型の底部に接するように前記型に配置する工程と、前記立体ガラスを前記型とともに加熱して、前記立体ガラスの温度を、前記立体ガラスが自重で変形する温度以上、結晶化温度未満である成形温度まで上昇させ、前記成形温度を維持する工程と、前記成形温度により前記立体ガラスが変形し、前記型の内部形状に対応した形状を有するガラス成形体を形成する工程と、冷却後、前記型から取り出すことにより、前記ガラス成形体を得る工程とを含む、製造方法;である。
本実施態様において、前記立体ガラスを支持する工程と、前記立体ガラスを支持した状態で、立体ガラスを前記型とともに、加熱炉の中に入れる工程とを加えてもよい。
以下、
図2を用いて、詳細に説明する。
なお、実施態様1及び後述する実施態様2では、円柱形状のガラス成形体を製造しているが、当該製造方法に得られるガラス成形体は円柱形状のみならず、様々な形状のガラス成形体を製造することができ、例えば、側面に対し垂直な断面が、円、楕円、三角形や四角形、五角形以上の多角形、正三角形や正方形、正五角形以上の正多角形であるガラス成形などが挙げられる。したがって、実施態様1及び実施態様2で得られるガラス成形体の立体形状は、円柱形状や角柱形状などが挙げられる。
【0018】
まず立体ガラス1を、凹部を有する型3の内部の底面32に配置する。立体ガラス1は、
図2に示すような断面が矩形の直方体ガラスに、加えて、円柱形状やその他の形状のガラスであってもよい。このように立体ガラスは、表面が平面および/または凸形状の曲面であることが好ましい。立体ガラスの内部に空洞が存在したり、表面に開口径よりも深い凹部がある立体ガラスを使用すると、立体ガラスの表面(空洞を囲むガラス内部の面を含む)がガラス成形体の内部に残存して、ガラス成形体の光学的均質性が低下してしまう。したがって、空洞がある立体ガラスや表面に開口径よりも深い凹部がある立体ガラスの使用は好ましくない。立体ガラス1はガラスとして固体である。配置方法は、立体ガラス1の長辺を型3の底面32に対して、垂直に配置する。立体ガラス1の断面積は、型3の内部形状31の断面積(底面32に対して平行な面における内部形状の面積)よりも小さくする。底面32に接するように配置する必要があるからである。
【0019】
型3は、ガラス成形体21の形状に対応した内部形状31を有する。すなわち内部形状31とは、型3の凹部の形状である。
図2では、直径が大きいガラス成形体21を得るため、その形状に対応した内部形状31(すなわち、円柱形状)の型3である。ガラスが型3からあふれ出ないようにするため、型3の内部形状31の体積(型の容積)は、立体ガラス1及びガラス成形体21の体積よりも大きくする。
型3の材料は、耐火性であれば特に限定されず、セラミック、珪素土などが挙げられる。
【0020】
材料である立体ガラス1の断面積が小さく、かつ、ガラス成形体21の体積の大きい場合は、立体ガラス1の長辺は断面に対して、非常に長くする必要がある。その場合は、
図2のように、支持具5を使って、倒れないように立体ガラス1を押さえることができる。
図2では、立体ガラス1を上部から支持する支持具5を用いているが、支持する方法は特に限定されるものではなく、横からクランプする方法などを用いてもよい。
【0021】
次に、
図2の(b)に示すように、立体ガラス1及び型3(必要に応じて支持具5)を加熱炉4の中に配置し、立体ガラス1を成形温度まで加熱できるように設定する。成形温度は、立体ガラス1が自重で変形する温度以上、結晶化温度未満である。立体ガラス1が自重で変形する温度未満の温度であると、ガラスが変形しにくく、立体ガラス1を所定の形状に変形することができない。また、結晶化温度以上であると、ガラスが低粘度で熔融状態になってしまい、脈理が発生する場合がある。本発明の製造方法では、ガラスを低粘度の熔融状態にしない。ガラスを低粘度の熔融状態にしてしまうと、不安定なガラスであると、その後の冷却段階でガラス結晶化点を通過することにより、ガラス中又はガラス表面に結晶が発生してしまう。本発明は、結晶が発生しやすい不安定なガラスであっても、結晶を発生せず、長さ方向に対して垂直の断面積が大きい円柱形状のガラス成形体を製造することができるものである。
本発明において、成形温度の下限は自重でガラスが変形する温度である。自重で変形する温度とは実質的に屈伏点Tsである。屈伏点(Ts)とは、熱膨張曲線において、見掛け上、膨張が停止する温度である。屈伏点Tsは、例えばJIS R 3103-3 第3部:熱膨張法による転移温度測定方法により求める。
なお、この膨張の停止は、ガラスの本質的な熱膨張特性を示すものではなく、ガラス試料に加わる荷重とガラス試料の自重とによる変形で生じたものである。本発明において、好ましい成形温度の下限は、屈伏点を超える温度である。
また、本明細書において、結晶化温度とは一般的な光学ガラスの示差熱分析のグラフを示す
図4において、吸熱ピークの極大であるTcの部分の温度である。
【0022】
加熱炉4は室温の状態で、立体ガラス1を挿入してもよいし、ある程度温度を上げてから挿入し、加熱してもよいし、あらかじめ、加熱炉4を所望の温度に上げておいて、その中に立体ガラス1を挿入してもよい。
【0023】
加熱炉4の中に立体ガラス1を挿入し、立体ガラス1が成形温度付近に達すると、ガラスが軟化する。軟化したガラスは、自重により型3内に広がり、最終的に型3の内部形状31に形成される。その後、冷却により、型3の内部形状31に対応する形状を有する固化したガラス成形体21が得られる。
【0024】
冷却速度は、得られるガラス成形体が割れないように徐冷することが好ましいが、特に限定されるものではなく、ガラス成形体21のガラス組成や形状に応じて、適宜決定することができる。
【0025】
(実施態様2)
ガラス成形体の製造方法の実施態様2は下記の通りである。すなわち;
立体ガラスからガラス成形体を製造する方法であって、前記立体ガラスを、基台に配置する工程と、配置された前記立体ガラスに開口している端部から筒をかぶせ、前記端部を前記基台に接するように前記筒を配置する工程と、前記筒をかぶせた状態で前記立体ガラスを加熱して、前記立体ガラスの温度を、前記立体ガラスが自重で変形する温度以上、結晶化温度未満である成形温度まで上昇させ、前記成形温度を維持する工程と、前記成形温度により前記立体ガラスが変形し、前記筒の内部形状に対応した形状を有するガラス成形体を形成する工程と、冷却後、前記筒から取り出すことにより、前記ガラス成形体を得る工程とを含む、製造方法;である。
なお、前記立体ガラスを前記筒をかぶせた状態で、前記基台及び前記筒とともに、加熱炉の中に入れて、前記加熱炉内の前記立体ガラスの温度を、前記立体ガラスが自重で変形する温度以上、結晶化温度未満である成形温度まで上昇させ、前記成形温度を維持するようにしてもよい。以下、
図3を用いて、詳細に説明する。
【0026】
実施態様2は、
図3で示すように、実施態様1よりもガラス成形体の一方の端部から他方の端部までの長さが端面の外径よりも長い(細長い)ガラス成形体を得る場合に有効である。実施態様1と異なるところは、型ではなく、皿6のような基台を使うことができる。なお、基台は、皿6である必要はなく、耐火性の板でもよいし、実施態様1のような型3を利用してもよい。なお、実施態様2では皿6の底面61を基台として用いている。また、基台として皿6を使用することにより、ガラスが筒7から漏れたときに、装置以外を汚すことがない。
【0027】
実施態様2では、立体ガラス1を皿6の底面61の上に配置したあと、立体ガラス1にかぶせるように、筒7を皿6に配置する。実施態様2では、筒7の開口している端部から、皿6に垂直に立っている立体ガラス1にかぶせ、筒7も皿6に垂直に立たせる。筒7の長さは、立体ガラス1の長辺の長さよりも長い方が好ましいが、ガラス成形体22の製造に影響がないのであれば、立体ガラス1の長辺の長さよりも、短くてもよい。必要により、筒7が倒れないように支持体により支持してもよい。
【0028】
実施態様2で得られるガラス成形体22の形状は、筒7の内部形状に対応したものとなるため、筒7は、内部形状が所望のガラス成形体が得られる筒7を選択する。
例えば、内径20~180mm、長さ100~700mm程度のチューブを筒7として使うことができる。
筒の材料は、耐火性であれば特に限定されるものではなく、セラミック、珪藻土などが挙げられる。
【0029】
次に、立体ガラス1、皿6、そして、筒7を加熱炉4の中に配置し、立体ガラス1を成形温度まで加熱できるように設定する。このとき、筒7の皿6の底面に対して垂直に配置されていれば、立体ガラス1は筒7の内部で筒7に倒れかかってもよい。成形温度や加熱炉4の温度設定は、実施態様1と同様であるため、省略する。
【0030】
加熱炉4の中に立体ガラス1を挿入し、立体ガラス1が成形温度付近に達すると、ガラスが軟化する。軟化したガラスは、自重により筒7の下方の内部に広がり、最終的に筒7の内部形状に形成される。その後、冷却により、筒7の内部形状に対応する形状を有する固化したガラスが得られる。冷却速度は、実施態様1と同様、適宜できる。
【0031】
なお、実施態様1及び実施態様2は、いずれも自重で立体ガラス1を変形させたが、これに限定されるものではなく、プレス装置等で上からガラスを加圧したり、立体ガラスの上に重りを載せてガラスに荷重を加えて、成形させてもよい。
【実施例0032】
以下、実施例により本発明をさらに説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0033】
[円柱形状の成形ガラスの作製]
ガラス原料を調合し、ガラス状態に応じて900~1450℃で熔融し、すなわち、1300~1450℃の範囲でガラス原料を加熱、熔融し、金型にキャスト後、各ガラスのガラス転移温度Tgの温度に50℃~100℃を加えた温度でアニールすることにより、7種類からなる板状のガラス1~7を得た(脈理は1~3級)。ガラス1~7のガラス転移温度、熔解温度、液相温度及び保持温度を表1に示し、液相温度における粘度、屈伏点、結晶化温度を表2に示す。ここで、ガラス転移温度(転移点)Tgは、JIS R 3103-3 第3部:熱膨張法による転移温度測定方法により求める。液相温度は次のようにして求める。
表1に示す各ガラスからなる体積が10cm3のガラス試料を白金製坩堝内に入れ、表1に示す熔解温度に設定したガラス熔解炉内で20分保持してガラス試料を十分に熔融して熔融状態とした後、白金製坩堝をガラス熔解炉から取り出し、ガラス試料の温度が500℃以下になるまで白金製坩堝内でガラス試料を放置し冷却した。その後、上記白金製坩堝を温度T[℃]に設定したガラス熔解炉内に入れて2時間保持し、炉外に取り出した後、直ちに(8秒以内に)ガラス試料が入った白金製坩堝を室温の耐火物(レンガ等)の上に置き、ガラス試料を室温まで冷却した。ここでの室温は、-10~80℃の範囲の温度である。その後、ガラス試料の表面および内部を目視で観察し、結晶の有無を確認した。上記の温度Tを表1に示す保持温度の範囲内で10℃刻みで変化させて、上記実験を繰り返し行い、ガラス試料の表面および内部に結晶が認められない最も低い温度を液相温度LTとした。
液相温度における粘度は、例えば回転粘度計も用いて、液相温度、液相温度よりも50℃高い温度、液相温度よりも100℃高い温度、液相温度よりも150℃高い温度、ガラス転移温度Tgの各温度における粘度を測定し、5点のデータから近似曲線を導き、この近似曲線から算出すればよい。屈伏点Ts、結晶化温度の測定方法は前述のとおりである。
【0034】
【0035】
次に、板状のガラス1~7を切断し、短冊状ガラスを得た。短冊形状は、25mm×59mm×300mmの角柱(直方体)であった。
【0036】
(実施例1乃至7)
得られた短冊形状のガラス1~7を下記条件のもとで、実施態様1の方法(支持あり)で直径150mm、高さ25mmの円柱形状(円盤形状)のガラスを得た。脈理は、1~3級であった。
型:セラミックス製
型内部の形状:円筒形状
型の内部の直径(底面):150mm
型の内部形状の高さ30mm
成形温度:屈伏点(Ts)+20℃~100℃
【0037】
(実施例8乃至14)
表1に示すガラス1~7を用いて、同様に25mm×44mm×300mmの短冊形状のガラス1~7を作製し、各ガラスを下記条件のもとで、実施態様2の方法で直径53mm、長さ150mmの円柱形状のガラスに成形した。脈理は、1~3等級であった。
筒:セラミックス製チューブ
筒の内径:53mm
筒の長さ300mm
成形温度:屈伏点(Ts)+20℃~100℃
基台:セラミック製の皿(皿の底面の直径150mm)
上記の例では、円筒形状のセラミックス製チューブを使用して、ガラス1~7それぞれのガラスからなる7個の円柱形状のガラスを作製した。円筒形状のセラミックス製チューブの替わりに、断面が正五角形のセラミックス製チューブ、正六角形のセラミックス製チューブ、正八角形のセラミックス製チューブを使用すれば、正五角柱状のガラス成形体、正六角形のガラス成形体、正八角形のガラス成形体をそれぞれ作製することもできる。このようにして、ガラス1~7それぞれのガラスからなる7個の正五角柱状のガラス、ガラス1~7それぞれのガラスからなる7個の正六角柱状のガラス、ガラス1~7それぞれのガラスからなる7個の正八角柱状のガラスを作製した。次のこれらの各角柱状ガラスの側面を加工し、角柱の断面に内接する円柱形状のガラスを作製した。すなわち、このようにして、各角柱状ガラスから角柱状ガラスと長さが等しく、太さ(円形の断面の直径)が各角柱状ガラスの軸に垂直な断面に内接する円の直径と等しいまたは略等しい円柱状ガラスを作製した。
【0038】
(実施例15)
実施例1乃至14において作製した各ガラス成形体を公知の方法でスライスし、複数枚の各種ガラスからなる円形の薄板ガラスを作製した。これらの薄板ガラスに公知の方法で、ゴーグル型ディスプレイに使用する導光板を複数形成し、ダイシングによって各導光板を切り離し、複数の導光板を効率的に製造した。各導光板には結晶や脈理は認められず、品質の高いことを確認した。
なお、公知の方法を使用して導光板以外の光学素子を製造することもできる。
【0039】
(比較例1)
実施例1乃至14で使用したガラスが得られるガラス熔融物を特許文献1、2に記載の成形型に鋳込んで断面の面積が1.0×103mm2の円柱ガラスを成形した。得られたガラスを観察したところ、顕著な脈理が認められ、脈理が1~3級のガラス成形体を得ることができなかった。
【0040】
符号の説明
1 立体ガラス
21、22 ガラス成形体
3 型
31 型内部
32 底面
4 加熱炉
5 支持体
6 皿
7 筒