JPH07118023A - ガラス光学素子の成形方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融ガラスの滴下間隔を短縮して生産性を向
上させ、かつ成形機の稼働率を大幅に向上する。 【構成】 溶融ガラスとの反応性の低い材料からなるリ
ング状部材１の外周部には高周波加熱コイル２が位置し
ている。リング状部材１および高周波加熱コイル２は断
熱部材３に取り付けられている。昇降自在に保持された
ガラス棒４の下端はリング状部材１の開口部１ａに位置
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形型に溶融ガラスを
滴下して成形を行いガラス光学素子を得る成形方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融ガラスを滴下して成形を行う
方法として、例えば特公平４−１６４１４号公報記載の
発明がある。上記発明は、溶融ルツボ底部に設けられた
ノズル先端から溶融ガラス滴を滴下することにより、溶
融ガラス滴の表面温度をガラスの軟化温度より低く内部
温度を軟化温度より高い状態にする工程と、滴下された
ガラス滴を第１の鏡面金型で受ける工程と、第１の鏡面
金型と第２の鏡面金型で上記ガラス滴をプレス成形して
ガラスレンズを得る工程とを有するガラスレンズの製造
方法およびその製造装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記従来技
術は溶融ルツボ底部に設けられたノズルより溶融ガラス
を滴下する構成であり、以下の様な欠点がある。すなわ
ち、一定量の溶融ガラス滴を得る場合、ノズルから溶融
ガラスが滴下する間隔は溶融ルツボ内の溶融ガラスの自
重と粘性抵抗とのバランス（つまり、溶融ルツボ内の溶
融ガラスの自重移動速度）によってほぼ決まる。

【０００４】この間隔を短縮して生産性を向上させるに
は、溶融ガラスの周期的な温度制御により、前記バラン
スを周期的に制御することが考えられる。しかしなが
ら、溶融ガラスの滴下量を一定にしつつ滴下の間隔を短
縮するように、ノズル付近の溶融ガラス温度を精密かつ
短時間で周期的に制御することは困難である。

【０００５】また、溶融ルツボ側からなんらかの手段に
よって溶融ガラスをノズル側に送り出すように構成して
も、溶融ルツボ内の大量の溶融ガラスの粘性抵抗によ
り、ノズル付近の溶融ガラスの移動を精密かつ瞬時に制
御することは困難である。さらに、滴下開始可能となる
までに必要な溶融ルツボ内のガラスの加熱時間が長いの
で、成形機の稼働率の低下が必然的に生じる。

【０００６】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑みてなされたもので、溶融ガラスの滴下間隔を短
縮して生産性を向上させることができ、かつ成形機の稼
働率を大幅に向上できるガラス光学素子の成形方法およ
び装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス素材を
加熱溶融した後、所定量の溶融ガラスを成形型に供給す
るガラス光学素子の成形方法において、リング状の高温
部材内面に固形のガラス素材を所望の滴下時間内に滴下
量分以上供給して加熱溶融する工程と、リング状の高温
部材から溶融ガラスを成形型に滴下して供給する工程と
を有する成形方法である。また、ガラス素材を溶融する
リング状部材と、該リング状部材に設けた加熱手段と、
該リング状部材に所定量のガラス素材を所望の供給速度
で供給する供給手段と、該リング状部材から滴下される
溶融ガラスをプレスする成形型とを有する成形装置であ
る。

【０００８】

【作用】リング状の高温部材内面に固形のガラス素材を
滴下量供給して加熱溶融すると、ガラス素材は溶融して
リング状の高温部材内面に付着しつつ、次第に溶融ガラ
ス滴を形成する。この溶融ガラス滴は、リング状の高温
部材より下方の溶融ガラスの自重と、リング状の高温部
材付近における溶融ガラスの表面張力とのバランスにて
成り立っている。

【０００９】従って、前記リング状の高温部材より下方
の溶融ガラスの自重の方が溶融ガラスの表面張力より上
回るように前記固形のガラス素材の供給を所定量さらに
供給することにより、溶融ガラスの滴下のタイミングを
自在に制御し得る。さらに、溶融ルツボを使わずに、溶
融ガラスの滴下に合わせて固形のガラス素材を滴下量だ
け供給するので、成形開始までの段取り時間が必要な
く、成形機の稼働率が向上する。

【００１０】

【実施例１】図１〜図３は本実施例で用いる装置を示
し、図１は概略構成図、図２および図３は成形工程を示
す断面図である。１は白金，金および炭素等の導電性を
有して溶融ガラスとの反応性の低い材料からなるリング
状部材である。該リング状部材１の外周部には高周波加
熱コイル２が位置しており、図示していない制御電源装
置とによりリング状部材１をガラスが溶融する温度以上
に加熱できるように構成されている。

【００１１】リング状部材１および高周波加熱コイル２
は断熱部材３に取り付けられており、断熱部材３は図示
していない成形機ベースに固定されている。また、断熱
部材３は高温になったリング状部材１の断熱カバーの機
能を兼ねている。４は溶融しようとするガラスからなる
ガラス棒である。ガラス棒４の上端部は昇降機構５のチ
ャック部５ａに取り付けられている。

【００１２】昇降機構５は、前記チャック部５ａ，昇降
部材５ｂおよび該昇降部材５ｂを昇降動作可能に保持す
るスライドベース５ｃと、図示していない昇降動作の駆
動源および該駆動源の動作を制御する制御装置とから構
成されている。前記ガラス棒４はほぼ鉛直方向に昇降動
作可能で且つ前記リング状部材１の開口部１ａにガラス
棒４の下端が位置するように、スライドベース５ｃが成
形機ベースに固定されている。６はリング状部材１の開
口部１ａ上方に位置し、ガラス棒４の下端を開口部１ａ
に導くためのローラである。

【００１３】リング状部材１の下方位置には、横方向
（図１中、左右方向）に長く構成した筒状のスリーブ７
が配設されている。このスリーブ７の中央位置には溶融
した滴下ガラス８の投入口７ａが設けられている。この
投入口７ａは、上記リング状部材１の開口部１ａの直下
位置に配設されている。また、スリーブ７の内径は、成
形する所望の成形品の外径値と等しい値に構成されてい
る。

【００１４】スリーブ７の内径には、ＳｉＣや超硬合金
等の耐熱性材料にて成形された一対の成形型９，１０が
スリーブ７内に滑動自在に嵌合装着されている。一対の
成形型９，１０のそれぞれの成形面９ａ，１０ａは鏡面
加工形成され、その表面には溶融ガラスとの融着を防止
するための窒化クロム（ＣｒＮ）または窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）などの窒化物コーティングが施されている。そし
て、それぞれの成形面９ａ，１０ａを互いに対向配設し
てスリーブ７の内周面７ｂを滑動自在に構成されてい
る。

【００１５】スリーブ７の内周面７ｂにも上記成形型
９，１０の成形面９ａ，１０ａと同様な窒化物コーティ
ングが施されている。スリーブ７と成形型９，１０の嵌
合によるクリアランスおよび成形型９，１０のそれぞ嵌
合部の長さ（横方向）は、成形される成形品における成
形面同志の傾きが所望の値となる様に構成されている。

【００１６】スリーブ７の一方（右側）の端面には、押
し当て板１１が装着されており、その中央部には孔１１
ａが穿設されている。この孔１１ａには、図示されてい
ないが、その基端部を駆動装置と接続した出入自在のプ
レスロッド１２が配設され、このプレスロッド１２の先
端部を上記成形型１０の中央後端面と接続構成し、スリ
ーブ７の内周面７ｂを滑動する様に構成されている。

【００１７】スリーブ７の他方（左側）の内部には、図
示されていないが、駆動装置、例えばエアシリンダなど
にその基端部が装着され、その先端部を上記成形型９の
後端面中央部に装着したプレスロッド１４が配設されて
おり、成形型９をスリーブ７の内周面７ｂを成形型９が
滑動自在となる様に構成されている。すなわち、プレス
ロッド１２および１４により一対の成形型９，１０は滴
下ガラス８を移送するとともに、滴下ガラス８を加圧す
る様に構成されている。

【００１８】スリーブ７の左側下方周壁面には、成形さ
れたガラス成形品１５を外部に取り出すための取り出し
孔７ｆが形成されている。また、スリーブ７の外周面に
は、スリーブ７および成形型９，１０と投入された滴下
ガラス８の温度を自在に制御するヒータ１３が巻装され
ていいる。上記構成の成形装置は、装置が高温での酸化
を防止するために図示されていないが、Ｎ₂ 供給装置に
よりＮ₂ 雰囲気となるように構成されている。

【００１９】以上の構成から成る装置を用いての成形方
法を以下に説明する。本実施例では、ガラス材料として
ランタン系光学ガラスのＬａｋ７（転移点温度６１７
℃、軟化点温度６９４℃、比重３．７３）を用いた。ま
た、リング状部材１の開口部１ａの内径をφ５ｍｍに構
成した。開口部１ａ内径は滴下するガラスの重量から決
定し、重量が大きくなるに従って内径を大きくするよう
に設定する。本実施例では滴下重量０．３ｇの滴下が可
能となる様に設定した。

【００２０】リング状部材１を高周波加熱コイル２およ
びその制御電源装置により、少なくともガラスが自重滴
下可能なガラス粘度１０⁵ ポアズ以下の温度となるよう
に加熱するが、望ましくはガラス粘度１０³ ポアズ以下
の温度であり、滴下が容易になる。本実施例ではガラス
粘度１０² ポアズとなる１０００℃とした。なお、開口
部１ａ内には予めガラス素材が付着して満たされるよう
に、開口部１ａ内径よりも外径が大きいガラス素材を開
口部１ａ上端に載置してからリング状部材を加熱し、溶
融して開口部１ａから滴下させ、残留ガラスを開口部内
に付着させておく。

【００２１】ガラス棒４の外径は前記リング状部材１の
開口部１ａよりも小さいφ３ｍｍのものを昇降機構５の
チャック部５ａにチャックし、ガラス棒４下端を開口部
１ａ内の付着ガラスに接触させる。ガラス棒４下端は付
着ガラスからの熱伝導により徐々に加熱溶融するが、所
望の滴下時間内に少なくともガラス棒４を滴下重量０．
３ｇに応じた長さ以上下降させる。この場合のガラス棒
の下降量は１．１５ｍｍ以上となる。ガラス棒４の下降
に従って開口部１ａ内の溶融ガラス量が増加し、その分
溶融ガラスは下方に移動し、開口部下端１ｂから下方に
位置する溶融ガラスの重量を増加させることができる。

【００２２】溶融ガラス滴は、開口部下端１ｂより下方
の溶融ガラスの自重と、開口部下端１ｂ付近における溶
融ガラスの表面張力とのバランスにて成り立っている。
従って、所望の滴下時間内に、前記開口部下端１ｂより
下方の溶融ガラスの自重の方が溶融ガラスの表面張力に
より上回るように前記固形のガラス素材を供給できるよ
うになるので、所望の時間内に溶融ガラスの滴下を生じ
させることができる。この様に、ガラス棒４の下降速度
を、所望の滴下時間内に滴下重量分以上のガラスがリン
グ状部材内に供給されるようにすれば、ガラスの滴下の
タイミングを自在に制御し得る。以上のようにして、リ
ング状部材１から一定重量の滴下ガラス８を滴下させて
成形型９，１０の間に供給する。

【００２３】次に、図２に示す様に、成形型９の後端に
装着したプレスロッド１４を駆動させて滴下ガラス８お
よび成形型９，１０を右方向へそれぞれ移動させること
により滴下ガラス８は所望の成形品１５に押圧成形され
る。なお、滴下ガラス８の供給時における成形型９，１
０の温度はガラスとの融着を防止するため、ガラス転移
点温度以下の比較的低温領域に保持することが望まし
い。また、上記の押圧成形条件は、例えばヒータ１３を
制御してガラスの屈伏点（粘度１０^10.5ポアズ）の温度
とし、圧力を２０ｋｇ／ｃｍ² として完全に成形が終了
するまで保持した後、ガラス成形品の徐冷温度付近まで
冷却する。しかるのち、徐冷された成形品１５は図３に
示す様に、プレスロッド１２，１４により取り出し孔７
ｆまで移動され、スリーブ７より外部に取り出されて成
形工程を終了する。

【００２４】本実施例によれば、スリーブ７および一対
の成形型９，１０からなる成形部を複数個用意し、リン
グ状部材１からの滴下ガラスの滴下タイミングに応じて
順次供給するように構成することにより、生産タクトタ
イムの短い効率的な成形ラインを構成することができ
る。さらに、成形品の自重分に相当する少量のガラス素
材のみの加熱だけでガラスの滴下が実施できるので、成
形開始までの時間が極めて短く、成形機の稼働率を向上
させることが可能になる。

【００２５】尚、本実施例の変形例として、以下のこと
が考えられる。ガラス棒４の下端の溶融部よりやや上方
外周に、冷却機構を設けて下端部のみを加熱溶融し、ガ
ラス棒４下方の変形を防止することが考えられる。これ
により、リング状部材１内に供給されるガラスの重量の
バラツキが防止できる。また、成形型は縦位置に配置し
て構成してもよく、下型の成形面上に溶融ガラスを滴下
した後、下型が横方向に移動して上型の直下で停止し、
次に上型が下降して押圧成形する構成が考えられる。さ
らに、ガラス棒の材料はＬａＫ７に限定されることはな
く、任意の光学ガラスに対して実施することができる。

【００２６】

【実施例２】図４は本実施例で用いる装置の概略構成図
である。本実施例は、ガラス素材の供給方法が前記実施
例１とは異なり、他の構成は同一な構成部分から成るも
ので、同一構成部分には同一番号を付してその説明を省
略する。

【００２７】リング状部材１の上方に位置するように、
ロート状のガラス素材受け１６が断熱部材３に取り付け
られている。１７は滴下分に相当する重量の固形のガラ
ス素材である。該ガラス素材１７はパレット１８の収納
穴１８ａに整列されている。１９はチャック１９ａを有
するロボットである。ロボット１９は任意のタクトタイ
ムでパレット１８内のガラス素材１７を一つずつチャッ
クしてガラス素材受け１６上に移送し、チャックを開放
してリング状部材１にガラス素材１７を供給することが
できる様に構成されている。

【００２８】以上の構成から成る装置を用いての成形方
法を以下に説明する。ガラス素材１７の供給間隔を所望
の間隔となるようにロボット１９を制御すれば、ガラス
素材はその時間間隔でリング状部材１内に供給されたの
ち、溶融して下方に移動し、ガラス滴となって滴下す
る。このとき、落下したガラス素材１７がリング状部材
１内に付着している溶融ガラスを突き抜けてしまわない
ように、リング状部材１の表面積を大きく設定する。

【００２９】リング状部材１の表面積を大きくすると、
内部の溶融ガラスの付着面積は大きくなり、供給された
ガラス素材を充分にリング状部材１内に保持できるよう
になる。従って、ガラス滴を安定に形成することが可能
になる。前記表面積を大きくする方法としては、リング
状部材の長さを長くしたり、あるいは段部を設けたりす
ることが考えられる。

【００３０】本実施例によれば、所定重量の固形ガラス
素材を確実にリング状部材内に供給できる。

【００３１】尚、本実施例の変形例としては、ガラス素
材を予め加熱しておいてから供給するようにしてもよ
い。この場合、ガラス素材の溶融時間を短縮できるの
で、より短いタクトタイムでの滴下が可能になる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係るガラス
光学素子の成形方法および装置によれば、溶融ガラスの
滴下間隔を短縮して生産性を向上させ、かつ成形機の稼
働率を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す概略構成図である。

【図２】実施例１を示す断面図である。

【図３】実施例１を示す断面図である。

【図４】実施例２を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ リング状部材 ２ 高周波加熱コイル ３ 断熱部材 ４ ガラス棒 ５ 昇降機構 ６ ローラ ７ スリーブ ８ 滴下ガラス ９，１０ 成形型 １１ 押し当て板 １２，１４ プレスロッド １３ ヒータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス素材を加熱溶融した後、所定量の
   溶融ガラスを成形型に供給するガラス光学素子の成形方
   法において、リング状の高温部材内面に固形のガラス素
   材を所望の滴下時間内に滴下量分以上供給して加熱溶融
   する工程と、リング状の高温部材から溶融ガラスを成形
   型に滴下して供給する工程とを有することを特徴とする
   ガラス光学素子の成形方法。
2. 【請求項２】 前記ガラス素材は棒状またはファイバー
   状であることを特徴とする請求項１記載のガラス光学素
   子の成形方法。
3. 【請求項３】 ガラス素材を溶融するリング状部材と、
   該リング状部材に設けた加熱手段と、該リング状部材に
   所定量のガラス素材を所望の供給速度で供給する供給手
   段と、該リング状部材から滴下される溶融ガラスをプレ
   スする成形型とを有することを特徴とするガラス光学素
   子の成形装置。