JPH0925132A - ガラスプリズムおよびその製造方法ならびに製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも２つの隣り合うプリズム面がガラ
スゴブから１回の成形で受け型面形状を精密に転写した
低コストのガラスプリズムを得る。 【解決手段】 遠心成形装置１は、ガラス原料を加熱溶
融するガラス原料溶融部２と、溶融したガラスが注入さ
れた受け型を回転させて成形を行う遠心成形部３と、成
形したガラスを遠心成形装置１から取り出す排出ユニッ
ト４とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融ガラスから直
接得たガラスプリズムおよびその製造方法ならびに製造
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学素子の成形方法として、例え
ば特公昭６１ー３８１３０号公報および特開平４ー３６
７５２５号公報記載の発明がある。

【０００３】特公昭６１ー３８１３０号公報記載の発明
は、溶融ガラスからプリズム等の厚肉素材を成形する
際、溶融ガラスを間欠的に切断して得たガラスを予備成
形鋳型で成形し、予備成形ガラス塊を成形する。そし
て、予備成形ガラス塊の中心部が軟化状態にある間に上
表面部を吸引して予備成形型から取り出し、加熱成形可
能な粘度に加熱調整した後、加圧成形鋳型に供給してガ
ラス塊吸引面を加熱するとともに加圧成形するものであ
る。

【０００４】特開平４ー３６７５２５号公報記載の発明
は、溶融ガラスを鋳込み用成形型に鋳込み、鋳込んだガ
ラス自由表面の光学的機能面を高圧の気体にて加圧を行
った後、該光学的機能面を別の成形型で押圧成形するガ
ラス光学素子の成形方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
従来技術には以下のような問題があった。すなわち、特
公昭６１ー３８１３０号公報記載の発明は、溶融ガラス
を２段階の成形によって形状不良や表面欠陥の無い厚肉
ガラス成形品を得ようとするものである。しかし、予備
成形工程やその後の加熱処理工程が必要であり、成形サ
イクルタイムが長くなるため生産性が低い。また、予備
成形鋳型および加圧成形鋳型がそれぞれ必要となり、複
数の鋳型を用いることによって成形品１個当たりの成形
加工時間を短縮しようとすると、必要な鋳型にかかる費
用が大きくなり、少量生産品の場合にはコストアップと
なる。

【０００６】また、特開平４ー３６７５２５号公報記載
の発明は、鋳込んだガラス自由表面の光学的機能面を高
圧の気体にて加圧して成形を行う。しかし、鋳込んだガ
ラスを介して鋳込み用成形型面にガラス表面が押圧され
ることから、流動性の高いガラス中心部は流動するもの
の、固化の速いガラス表面を型面に対して精密に密着さ
せることが困難な場合がある。

【０００７】請求項１の目的は、少なくとも２つの隣り
合うプリズム面がガラスゴブから１回の成形で受け型面
形状を精密に転写できるとともに、低コストのガラスプ
リズムを提供することにある。

【０００８】請求項２の目的は、少なくとも２つの隣り
合うプリズム面がガラスゴブから１回の成形で受け型面
形状を精密に転写できるとともに、低コストのガラスプ
リズムを製造できる製造方法を提供することにある。

【０００９】請求項３の目的は、少なくとも２つの隣り
合うプリズム面がガラスゴブから１回の成形で受け型面
形状を精密に転写できるとともに、低コストのガラスプ
リズムを製造できる製造装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、予め
加熱された少なくとも２つの隣り合う受け面を有する受
け型へ遠心力によりガラスゴブを密着させて成形した少
なくとも２つの隣り合うプリズム面からなることを特徴
とするガラスプリズムである。

【００１１】請求項２の発明は、ガラス素材を溶融する
工程と、鏡面加工されて少なくとも２つの隣り合う受け
面を有する受け型を予め加熱する工程と、該受け型上に
溶融ガラスを供給する工程と、受け型を回転運動させて
溶融ガラスを遠心力により受け型の受け面に密着して成
形する工程と、成形したガラスを表面張力により変形し
ない温度に冷却する工程とからなることを特徴とするガ
ラスプリズムの製造方法である。

【００１２】請求項３の発明は、ガラス素材を溶融する
手段と、鏡面加工されて少なくとも２つの隣り合う受け
面を有する受け型を予め加熱する加熱手段と、溶融され
たガラスを受け型上に供給する手段と、受け型を回転運
動させる回転機構とからなることを特徴とするガラスプ
リズムの製造装置である。

【００１３】請求項１の作用は、受け型の加熱と遠心力
による成形作用で、溶融状態のガラスゴブを少なくとも
２つの隣り合う受け面からのみの熱移動と、ガラスゴブ
自身が遠心力の作用で自ら受け面に密着することによ
り、１回の成形で受け面側のガラス表面はシワのない鏡
面かつ受け面形状を精密に転写した面となる。また、他
方の面は溶融で得られた自由表面により形成された鏡面
である。

【００１４】請求項２の作用は、受け型上に供給された
溶融状態のガラスゴブは受け型の回転運動で生じる遠心
力により、受け型の受け面に密着されて成形される。こ
のとき、ガラスゴブは受け型面に熱移動するが、予め受
け型が加熱されており、他方の表面は雰囲気に接してい
るだけなので熱の移動が遅く、低い粘度状態を長く維持
できる。さらに、ガラスゴブ自身が遠心力の作用で自ら
受け面に密着しようとする。従って、遠心力を受けたガ
ラスゴブは受け型面に容易に密着し、シワのない鏡面に
成形される。

【００１５】次いで、この成形ガラスを表面張力により
変形しない温度まで冷却することにより、表面張力で球
状に復帰させることなく成形されたガラスを固化させ
る。以上の工程から、少なくとも２つの隣り合うプリズ
ム面をガラスゴブからの１回の成形で、受け型面形状を
精密に転写したガラスプリズムを製造する。

【００１６】請求項３の作用は、溶融する手段によりガ
ラス素材を溶融し、鏡面加工された少なくとも２つの隣
り合う受け面を有する受け型を予め加熱する加熱手段に
より加熱し、受け型を回転運動させる回転機構によりガ
ラスに遠心力を作用させるとともに放冷して冷却する。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（発明の第１の実施の形態）図１〜図４は本発明の実施
の形態を示し、図１は概略構成図、図２はバケットおよ
び受け 型の縦断面図、図３は同平面図、図４はバケッ
トおよび受け型が遠心力により水 平になった状態の縦
断面図である。

【００１８】１は遠心成形装置で、この遠心成形装置１
はガラス原料を加熱溶融するガラス原料溶融部２と、溶
融したガラスが注入された受け型を回転させて成形を行
う遠心成形部３と、成形したガラスを遠心成形装置１か
ら取り出す排出ユニット４とから構成されている。

【００１９】ガラス原料溶融部２は、ルツボ５と、該ル
ツボ５の底面に連設されたノズル６と、ルツボ５をガラ
ス粘度で１０ポアズ以下の温度（通常、１０００℃〜１
８００℃）に加熱するルツボ用高周波加熱コイル７と、
ノズル６をガラス粘度で１０ポアズ前後の温度（通常、
１０００℃〜１６００℃）に加熱するノズル用高周波加
熱コイル８とから構成されている。ノズル６の下方に
は、ノズル６から滴下される溶融ガラスの滴下タイミン
グを検出するフォトセンサー４９が設置されている。な
お、ガラス原料溶融部２は遠心成形装置１のフレーム９
にアーム１０により固定されている。

【００２０】遠心成形部３は、遠心回転部１１と受け型
加熱部１２とから構成されている。遠心回転部１１は、
遠心成形装置１のベース１３に固定された軸受け１４
と、軸受け１４にて回転自在に軸支された回転軸１５
と、回転軸１５に取り付けられた回転アーム１６と、回
転アーム１６の先端に支持アーム１７を介して支持点０
まわりに回動自在に軸支されたバケット１８と、回転軸
１５に対して回転アーム１６の反対側に取り付けられた
回転アーム１９と、回転アーム１９の先端に取り付けら
れたバランスウェイト２０と、回転軸１５の中間部には
め込まれて一部にスリットが形成されたスリットプレー
ト２１と、スリットプレート２１のスリットを非接触状
態で検出するフォトセンサー２２と、回転軸１５の下部
にはめ込まれたプーリ２３と、プーリ２３にベルト２４
を介して動力を供給する制御可能なモータ２５とから構
成されている。

【００２１】モータ２５は、前記溶融ガラスの滴下タイ
ミングを検出するフォトセンサー４９からの信号を受け
て回転動作するように構成されている。なお、回転軸１
５が停止しているときのバケット１８の中心軸ａは、前
記ガラス原料溶融部２のノズル６の中心軸ｂと一致する
ような位置関係になっている。

【００２２】バケット１８は図２および図３に示すよう
に、有底角筒形状でその内周面１８ａには受け型２６が
挿入されている。受け型２６は２つの入れ子２６ａ，２
６ｂから構成されており、入れ子２６ａ，２６ｂはそれ
ぞれ鏡面に加工された平面２６ｃ，２６ｄを有してい
る。入れ子２６ａ，２６ｂは、バケット１８内で互いの
平面２６ｃ，２６ｄが所望のプリズムの頂角となるよう
な角度θで隣り合い、かつバケット１８の中心軸ａが平
面２６ｃ，２６ｄの交差するポイントｎを通るように固
定されている。

【００２３】受け型２６は耐熱性および鏡面加工性を有
し、かつ溶融ガラスとの反応性が低い材質、例えばＡｌ
Ｎ，ＢＮ，Ｃｒ₂ Ｏ₃ 等の焼結体や、超硬合金や、前記
焼結体表面にＡｌＮ，ＢＮ，Ｃｒ₂ Ｏ₃ ，ＣｒＮ，貴金
属類のコーティング加工を施したものからできている。
受け型２６の各入れ子２６ａ，２６ｂの平面２６ｃ，２
６ ｄは、平面形状で表面粗さＲｍａｘ≦０．１ミクロ
ンに鏡面加工されている。な お、表面粗さが０．１ミ
クロンを越えると、ガラスの成形面に転写して鏡面が得
にくい。

【００２４】入れ子２６ａ，２６ｂの先端外周部にはガ
ラス搬送用の搬送部材２７が嵌挿されている。搬送部材
２７は耐熱性を有し、かつ溶融ガラスとの反応性が低い
材質、例えば前記受け型２６と同様な材質または緻密性
のみがやや劣る材質であってもよい。搬送部材２７の内
周面には段部２７ａが形成されている。２８は前記ノズ
ル６より受け型２６に供給されたガラスゴブである。

【００２５】受け型加熱部１２は、加熱ヒータ２９と、
遠心成形装置１のベース１３に固定されて加熱ヒータ２
９を昇降自在に支持する昇降機構３０とから構成されて
いる。なお、加熱ヒータ２９はバケット１８の中心軸ａ
の直下に位置しており、上昇したときに停止状態のバケ
ット１８をその内部でガラス転移点温度以上かつガラス
軟化点温度以下（通常、５００℃〜８００℃）に加熱で
きるように構成されている。

【００２６】排出ユニット４は、図示省略した駆動機構
に取り付けられた排出アーム３１と、排出アーム３１の
先端に固定された爪３２とから構成されている。排出ユ
ニット４は、爪３２にて受け型２６に嵌挿されている搬
送部材２７を取り出して遠心成形装置１の外部に排出
し、かつ別の搬送部材２７を受け型２６に嵌挿して供給
することが可能なように構成されている。

【００２７】以上の構成からなる遠心成形装置１は、ま
ずバケット１８内に受け型２６をセットし、これと釣り
合う重さのバランスウェイト２０を回転アーム１９先端
にセットする。そして、回転軸１５を手動にて回転さ
せ、バケット１８内の受け型２６をノズル６の中心軸ｂ
の直下に移動し、落下する溶融ガラスを受けられるよう
に位置させる。このとき、スリットプレート２１に形成
されているスリットがフォトセンサ２２により検出さ
れ、ＬＥＤが点灯することにより所定の位置に到達した
ことを知ることができる。

【００２８】次に、受け型加熱部１２を上昇させ、加熱
ヒータ２９により受け型２６をガラス転移点温度以上か
つガラス軟化点温度以下に加熱する。次いで、ルツボ５
にガラス材料を入れ、ルツボ用高周波加熱コイル７によ
りガラス粘度で１０ポアズ以下に加熱して溶融する。溶
融ガラスが均質で泡のない状態になった後、ノズル用高
周波加熱コイル８によりノズル６を加熱して滴下分離す
るのに適したガラス粘度１０ポアズ前後に調整し、ノズ
ル６先端から溶融ガラスを受け型２６に供給する。

【００２９】ノズル６先端から受け型２６に供給された
溶融ガラスは、入れ子２６ａ，２６ｂの平面２６ｃ，２
６ｄ上で表面張力により球状のガラスゴブ２８となる
（図２参照）。適量のガラスゴブ２８が供給された後、
フォトセンサー４９の信号を受けて加熱ヒータ２９が降
下し、直ちにモータ２５が回転を始める。これにより、
バケット１８内の受け型２６およびガラスゴブ２８は共
に回転軸１５のまわりを回転する。このときに生ずる遠
心力によってバケット１８は水平状態となり、ガラスゴ
ブ２８は受け型２６の入れ子２６ａ，２６ｂの平面２６
ｃ，２６ｄに密着して成形される（図４参照）。

【００３０】上記成形は加熱された受け型２６と遠心力
とによるものであり、溶融状態のガラスゴブ２８を２つ
の隣り合う前記平面２６ｃ，２６ｄからのみ熱移動させ
ることと、ガラスゴブ２８自身が遠心力の作用で自ら平
面２６ｃ，２６ｄに密着することにより、１回の成形で
平面２６ｃ，２６ｄ側のガラス表面はシワのない鏡面か
つ平面２６ｃ，２６ｄの形状を精密に転写した面とな
る。また、自由表面は表面張力に逆らって平坦化され、
搬送部材２７の内周面に接するまで成形されながら固化
し、プリズム用成形品３３とすることができる。

【００３１】成形の条件は、モータ２５の回転数や回転
アーム１６の長さによって遠心力を変更したり、受け型
２６の加熱温度や温度制御手段によりガラスゴブ２８の
冷却速度を変更することにより、適宜決定される。成形
終了後、モータ２５を停止してバケット１８を初期位置
で停止する。その後、排出アーム３１を前進させて爪３
２を受け型２６上の搬送部材２７外周に位置させる。次
いで、排出アーム３１を上昇させて受け型２６から搬送
部材２７を取り上げた後、排出アーム３１を後退させて
成形されたプリズム用成形品３３を遠心成形装置１より
取り出す。

【００３２】再び成形を繰り返すときは、別の搬送部材
２７を排出ユニット４によって受け型２６上に供給し、
上記操作を繰り返す。このようにして得られたプリズム
用成形品３３は、受け型２６の平面２６ｃ，２６ｄの形
状を精密に転写した２つの隣り合うプリズム面を有する
プリズム用成形品となる。従って、残る自由表面側の
み、あるいは側面部２面のみを従来の研磨加工を行うだ
けで、ガラスプリズムを製造することができる。

【００３３】本発明の実施の形態によれば、２つの隣り
合うプリズム面がガラスゴブから１回の成形で受け型の
平面形状を精密に転写したガラスプリズムを製造するこ
とができる。

【００３４】なお、本発明の実施の形態の変形例とし
て、受け型２６の平面２６ｃ，２６ｄの形状を所望のプ
リズムに求められる光学的機能に応じて変えてもよい。
例えば、受け型２６の平面２６ｃ，２６ｄの形状に変え
て、レンズ作用を生じさせるために凸あるいは凹の球面
または非球面形状に構成してもよい。また、フレネルレ
ンズとするために平面２６ｃ，２６ｄにフレネルレンズ
の凹凸形状パターンを構成してもよい。

【００３５】（発明の第２の実施の形態）図５および図
６は本発明の実施の形態を示し、図５はバケットおよび
受け型の縦断面図、図６はプリズム用成形品の側面図で
ある。本発明の実施の形態は、前記発明の第１の実施の
形態における受け型２６を廃止し、代わりに２つの隣り
合うプリズム面が１回の成形で同時に３つ得られる受け
型２９を用いて構成した点が異なり、他の構成は同一な
構成部分からなるもので、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。

【００３６】受け型２９は４つの入れ子２９ａ，２９
ｂ，２９ｃ，２９ｄから構成されている。それぞれの入
れ子２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄには所望の平面形
状に鏡面加工された平面２９ｅ，２９ｆ，２９ｇ，２９
ｈ，２９ｉ，２９ｊが形成されている。詳細には、入れ
子２９ａには平面２９ｅが、入れ子２９ｂには平面２９
ｆ，２９ｇが、入れ子２９ｃには平面２９ｈ，２９ｉ
が、入れ子２９ｄには平面２９ｊがそれぞれ形成されて
いる。また、平面２９ｅと２９ｆ，２９ｇと２９ｈ，２
９ｉと２９ｊは、所望のプリズムの頂角となるような角
度θで隣り合うように、バケット１８内に固定されてい
る。受け型２９および搬送部材２７は前記発明の第１の
実施の形態と同一な材質で形成されている。

【００３７】以上の構成からなる装置は、前記発明の第
１の実施の形態と同様に予め加熱された受け型２９上に
ガラスゴブ２８を供給した後、遠心力により受け型２９
の平面２９ｅ，２９ｆ，２９ｇ，２９ｈ，２９ｉ，２９
ｊにガラスゴブ２８を密着させて成形する。この成形に
より、所望の２つの隣り合うプリズム面を有したプリズ
ム用成形品が３つ連続した状態のガラス体、すなわちプ
リズム用成形品４０が製造される（図６参照）。この
後、プリズム用成形品４０を３つに切断し、残るプリズ
ム面を研磨加工することにより、ガラスプリズムを効率
よく製造できる。

【００３８】本発明の実施の形態によれば、１回の成形
で複数のプリズム用成形品を得ることができ、生産性の
高いガラスプリズムの製造が行える。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の効果は、少なくとも２つの隣
り合うプリズム面がガラスゴブから１回の成形で受け型
面形状を精密に転写した低コストのガラスプリズムを提
供できる。請求項２の効果は、少なくとも２つの隣り合
うプリズム面がガラスゴブから１回の成形で受け型面形
状を精密に転写した低コストのガラスプリズムを製造で
きる方法が実現できる。請求項３の効果は、少なくとも
２つの隣り合うプリズム面がガラスゴブから１回の成形
で受け型面形状を精密に転写した低コストのガラスプリ
ズムを製造できる装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の第１の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図２】発明の第１の実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図３】発明の第１の実施の形態を示す平面図である。

【図４】発明の第１の実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図５】発明の第２の実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図６】発明の第２の実施の形態を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 遠心成形装置 ２ ガラス原料溶融部 ３ 遠心成形部 ４ 排出ユニット ５ ルツボ ６ ノズル １２ 受け型加熱部 １５ 回転軸 １８ バケット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め加熱された少なくとも２つの隣り合
   う受け面を有する受け型へ遠心力によりガラスゴブを密
   着させて成形した少なくとも２つの隣り合うプリズム面
   からなることを特徴とするガラスプリズム。
2. 【請求項２】 ガラス素材を溶融する工程と、鏡面加工
   されて少なくとも２つの隣り合う受け面を有する受け型
   を予め加熱する工程と、該受け型上に溶融ガラスを供給
   する工程と、受け型を回転運動させて溶融ガラスを遠心
   力により受け型の受け面に密着して成形する工程と、成
   形したガラスを表面張力により変形しない温度に冷却す
   る工程とからなることを特徴とするガラスプリズムの製
   造方法。
3. 【請求項３】 ガラス素材を溶融する手段と、鏡面加工
   されて少なくとも２つの隣り合う受け面を有する受け型
   を予め加熱する加熱手段と、溶融されたガラスを受け型
   上に供給する手段と、受け型を回転運動させる回転機構
   とからなることを特徴とするガラスプリズムの製造装
   置。