JP2000007360A

JP2000007360A - ガラス素子の製造方法

Info

Publication number: JP2000007360A
Application number: JP17876398A
Authority: JP
Inventors: Isamu Shigyo; 勇執行; Masayuki Tomita; 昌之冨田; Hiroyuki Kubo; 裕之久保; Tamakazu Yogo; 瑞和余語
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】切断による欠陥や溶融ガラスの落下などによ
る成形型との接触による汚れやキズなどの欠陥の発生が
全く無い、しかも、容易、確実に所要精度の球形のガラ
ス素子が得られる製造方法を提供する。【解決手段】ガラス流出パイプより流出する溶融ガラ
ス流から一定量のガラスを受型に受けた後に分離し、そ
の分離した溶融ガラス塊を、前記受型から成形用の成形
型に移し、該成形型の上で球状に成形することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、カメラや
ビデオカメラに用いられるレンズなどのガラス素子（こ
れは、主として、高精度の光学機能面を有する最終成形
品を得る際のプレフォームとしての球形のガラス素材）
を、熱間加工で成形する際に用いられる、ガラス素子の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からプレフォームとしての精度の良
い球形のガラス素材は、ガラスブロックを近似の形状に
切断した後、これを研削、研磨の加工を経て、球形にす
るが、研削、研磨の工程があるためにコスト高となり、
同時に、切断、研削、研磨によるガラス屑が多量に発生
するという問題があった。

【０００３】また、高精度が要求されない球形のガラス
素材の製造方法として、溶融されたガラス素材を火炎
や、高速ガスにより吹き飛ばし、溶融ガラスの表面張力
を利用して球状のガラスを得る方法が知られているが、
カメラレンズなどのガラス素材となり得るような、精度
の良い、安定した形状のものではなかった。

【０００４】この点を考慮したものとして、例えば、特
開平２−１４８３９号公報に記載の発明では、表面にキ
ズや汚れの無い、球形のガラス素子を、直接、溶融ガラ
スから得る方法が提示された。この球形のガラス素子の
成形方法は、流出パイプから流下する溶融ガラスを自然
滴下させるか、あるいは、切断刃で切断することで、所
定量の溶融ガラス塊を得て、その溶融ガラス塊を、ラッ
パ状の成形面を有する成形型内に落下させ、その成形面
の底部から吹き上げる気体で、成形面から浮上させた状
態で、回転し、その過程で、全体を球形にするのであ
る。このため、ここでの成形型は、その成形面が鏡面に
仕上げられていて、底部に空気、不活性ガスなどの気体
を吹出すための細孔を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平２−１４８３９号公報の発明の成形方法では、溶
融ガラスを自然滴下させるか、あるいは、切断刃で切断
し、その得られた溶融ガラス塊を成形型のラッパ状の成
形面内に落下させ、球形のガラス素子とするために、以
下のような問題があった。

【０００６】（１）流出パイプから流下する溶融ガラス
を切断刃で切断する方法では、目視ではほとんど判別不
能な程度であっても、その部分に切断痕が残り、このガ
ラス塊を球形にして、そのまま、レンズなどの光学素子
のプレフォームとしてのガラス素子に使用するには、光
学的な悪影響が出易く、また、仮に、切断開始の当初に
は、切断痕の影響が全く出ないとしても、切断刃の汚れ
や劣化などにより、溶融ガラス塊に切断跡が残り易くな
り、連続した、長期にわたる成形では、その品質の安定
性を確保することが困難である。

【０００７】（２）流出パイプから流下する溶融ガラス
を滴下する方法では、ガラスが粘性を有しているため、
滴下時にガラスが伸ばされ、その部分が細くなり、早期
に熱が奪われることで、糸状に固化し、これが、再度、
溶融ガラス塊内に溶け込み、脈理と呼ばれる、ガラス素
子として、光学的に不均質な欠陥を生じ易い。

【０００８】（３）同じく、溶融ガラスを滴下する方法
において、滴下するガラスの重量が流出パイプの径とガ
ラスの表面張力とに依存するため、特に、滴下できるガ
ラスの重量が流出パイプの径により大きく左右されるた
め、任意の重量のガラス塊を得ようとする都度、流出パ
イプの径を変更しなければならない。これはガラス素子
の製造を中断し、流出パイプの交換などの面倒があっ
て、生産性の上で、好ましくない。

【０００９】（４）これらの切断や滴下の方法におい
て、軟らかい溶融ガラス塊を成形型内に落下させる際、
その溶融ガラスが、落下時に鏡面加工された型の成形面
と接触し、これを汚染したり、傷つけて、あるいは、高
温の溶融ガラスの接触によって成形面が酸化されること
で、型寿命を低下させ、更には、このように型自体が劣
化した状態で使用すると、それにより、溶融ガラス塊が
落下し、接触した時に、その溶融ガラス塊にキズ、汚れ
が発生し、成形されたガラス素子自体にも欠陥が残るこ
とになる。

【００１０】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その第１の目的とするところは、切断による欠陥
や溶融ガラスの落下などによる成形型との接触による汚
れやキズなどの欠陥の発生が全く無い、しかも、容易、
確実に所要精度の球形のガラス素子が得られる製造方法
を提供することにある。

【００１１】また、本発明の第２の目的とするところ
は、流出パイプのパイプ径を変更する必要がなく、所望
の重量（幅広い重量範囲）でのガラス素材を得ることが
でき、しかも、前述同様に欠陥が全く無い、所要精度の
球形のガラス素子を得られる製造方法を提供することに
ある。

【００１２】更に、本発明の第３の目的とするところ
は、前述の欠陥の無い、高品質のガラス素材を、より真
球度の高い状態で得られる製造方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、ガラス流出パイプより流出する溶融ガ
ラス流から一定量のガラスを受型に受けた後に分離し、
その分離した溶融ガラス塊を、前記受型から成形用の成
形型に移し、該成形型の上で球状に成形することを特徴
とする。

【００１４】このような構成において、本発明では、更
に、溶融ガラス流から受型に受けたガラス、所定量で分
離された溶融ガラス塊、あるいは、球形への成形の状態
でのガラス素子と、これを浮上状態で支持する型との相
互の非接触を確実に維持するために、受型や成形型を多
孔質の材料で作り、その多孔質面からガスを噴出する構
造が採用される。

【００１５】また、本発明の実施の形態としては、流出
する溶融ガラス流を受型で受け、所定量のガラスが受型
上に溜まったところで、溶融ガラス流とガラスを分離し
て所定量の溶融ガラス塊を得る。これは、流出する溶融
ガラスが、勢いよく受型に当たるのを防ぐと共に、更
に、受型上でガラスを保持することで、溶融ガラス塊の
粘度を、次の球形への成形に適した粘度に調整すること
を、実質的に可能にするためである。

【００１６】更に、この受型を多孔質材で作り、ガラス
を受ける受面から気体を噴出させることで、溶融ガラス
流からのガラスあるいは分離されたガラス塊と受型の受
け面とを、確実に非接触に保つことを可能とし、無欠陥
の溶融ガラス塊を、常時、連続して得ることができる。

【００１７】また、その後に、ある程度、粘度が増した
溶融ガラス塊を、成形型の成形面上に転がし、あるい
は、超音波振動などを与えられている成形型に移して、
その振動などで、溶融ガラス塊を回転しながら球形のガ
ラス素子に成形する。そして、そのまま、プレス成形に
供給し、あるいは、プレフォームとして固化する。この
時に、成形型も、前述の受型と同様に、多孔質材で作
り、成形面から気体を噴出させ、溶融ガラス塊と成形面
とを、常時非接触に保つことにより、溶融ガラス流から
ガラス素子成形までの間、ガラス表面を、完全に成形型
や受型と非接触にすることが可能となり、得られたガラ
ス素子が、完全に無欠陥の火作り面を備えることにな
る。

【００１８】なお、本発明の実施の形態においては、溶
融ガラス流から受型上に受けたガラスを分離する際に、
受型を下降させて、ガラス流出ノズルより流出する溶融
ガラス流と受型上のガラスとの間にくびれを発生させ、
次いで、受型の下降速度を落とす（微速）か、または、
停止させて、ガラスの自重と表面張力とで、前記くびれ
を成長させることにより、くびれ部分から溶融ガラス流
とガラスとを分離し、所要重量の溶融ガラス塊を得てい
る。

【００１９】従って、溶融ガラス流を受型で受け止める
ことで、従来のように、ガラス塊が落下して、型に当た
るような衝撃を回避することができる。また、受型上に
ガラスを溜める時間を任意に選択することで分離するガ
ラス塊の重量を任意に設定でき、更に、溶融ガラス流と
受型上のガラスとの間に、従来のような、急激な温度降
下でガラスが引延ばされて糸状に固化するような現象が
ないため、溶融ガラス流の先端、および、分離された溶
融ガラス塊のどちらにも、分離に伴う痕跡を残すことな
く、常に、安定した重量で、無欠陥の溶融ガラス塊が得
られる。

【００２０】また、本発明の実施の形態において、受型
から成形型の凹形の成形面上に溶融ガラス塊を移す際
に、その成形面の中心から離れた個所に溶融ガラス塊を
置くことで、溶融ガラス塊に転がりを与え、あるいは／
および、成形型に往復動または回転動による振動、好ま
しくは、超音波振動を与えることにより、溶融ガラス塊
を回転させるることで、あるいは、成形型に多孔質材料
を使用して、その成形面から噴出するガスの流量を不均
一にすることにより、溶融ガラス塊に転がり運動を与
え、球形のガラス素子を成形することができる。

【００２１】更に、受型の受面の形状を、成形される球
形のガラス素子の形状にほぼ一致することで、球形化の
ための成形時間をより短縮したり、真球度を高めること
ができるが、本発明は、このような機能に基づく作用効
果に特に限定されるものではない。また、受型より成形
型へのガラス塊の移載は、そのガラス塊の粘度が低すぎ
ると、受型上で転がりにくくなり、また、高すぎると、
成形し難くなるため、１０^4-7ｄＰａ・ｓ程度の粘度を
有する時に行うのがより望ましい。また、この移載は、
型とガラスとの接触が生じないように、例えば、非接触
状態で浮上するような、出来るだけ移載に際して、衝撃
を伴わないように行うのが望ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の第１の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明
する。図１は、本発明で用いられる成形装置の概略図で
あり、ここでは、符号１が受型ユニット、２が成形型ユ
ニットであり、各ユニット１および２は、それぞれ、多
孔質の材料でできている受型１１および成形型２１と、
それらを保持する受型ホルダー１２および成形型ホルダ
ー２２とで構成されている。

【００２３】なお、ホルダー１２、２２には、流体を受
型１１、成形型１２に対してバランスよく供給分配する
ための圧力室１２ａ、２２ａが設けられており、更に、
型加熱用ヒーターと測温手段と（何れも図示せず）が埋
め込まれていて、受型１１の受面および成形型１２の成
形面から噴出する流体の温度を測定し、その温度に基づ
いて温度調整することができるようになっている。

【００２４】また、受型ユニット１には、駆動装置（図
示せず）がそれぞれ取り付けられており、受型ユニット
１が矢印Ａで示す上下方向に移動できるようになってお
り、更に、矢印Ｂで示すように、型を傾ける動作ができ
るようになっている。ホルダー２２には、超音波振動発
生器３１が接続されており、ユニット２に超音波による
細かな振動を与えられるようになっている。

【００２５】また、ホルダー１２、２２には、図示のよ
うに、Ｎ₂ガス供給用の接続パイプ１３、２３が接続さ
れており、流量圧力調整器（図示せず）により、任意の
圧力及び流量に制御されたＮ₂ガスをホルダー１２、２
２に供給できるように成っていて、受型１１、成形型２
１より噴出するＮ₂ガスの温度、圧力、流量を任意に制
御できる構成となっている。

【００２６】更に、符号１０１は、溶融軟化状態の溶融
ガラス流１１１の流出のための白金合金製のガラス流出
パイプであり、そして、この先端のノズル口１０２に
は、通電端子１０３ａ、１０３ｂ、および、ガラス流出
パイプ１０１に取り付けられた通電端子１０４ａ、１０
４ｂが、電力調整供給機（図示せず）に接続されてお
り、ノズル口１０２およびガラス流出パイプ１０１を、
それぞれ、独立に加熱温調することができるようになっ
ている。

【００２７】図２ないし図４は、溶融軟化状態の溶融ガ
ラス流を流出パイプのノズル口より受型上に供給し、更
に、供給されたガラスを溶融ガラス流から分離するとき
の工程説明図である。図２における符号１１２ａは、受
型１１の上に供給されて、溜められた分離前のガラス
を、また、図３における符号１１３は、分離のために溶
融ガラス流１１１と分離前のガラス１１２ａとの間に作
られるくびれを、更に、図４における符号１１２は、分
離後において受型１１上に得られた溶融ガラス塊を表わ
す。

【００２８】なお、ここで成形されるガラス材料には、
その粘度が温度：１２００℃の時に１０^1.6ｄＰａ・
ｓ、温度８９０℃の時に１０^2.9ｄＰａ・ｓ、温度：７
２０℃の時に１０⁵ｄＰａ・ｓ、温度：６１０℃の時に
１０^7.55ｄＰａ・ｓ、更に、温度：４９８℃の時に１０
¹³ｄＰａ・ｓとなるような、粘性特性を持つ光学ガラス
を用いた。

【００２９】また、ガラス流出パイプ１０１およびノズ
ル口１０２は、内径：２ｍｍ、外径：３ｍｍのものを使
用し、通電端子１０３ａ、１０３ｂと、通電端子１０４
ａ、１０４ｂとに、それぞれ通電した状態で、溶融ガラ
ス流１１１を流出させた。この時のガラスの流量は、
２．４〜９．０グラム／分の範囲で有る。もしも、これ
よりも流量を落とすため、ガラス流出パイプ１０１、ノ
ズル口１０２の温度を下げる場合には、後に述べるよう
に、溶融ガラス流とガラスとの分離がうまくゆかず、分
離後の溶融ガラス塊に糸状のガラスが残ってしまい、ま
た、逆に、流量を上げるため、ガラス流出パイプ１０
１、ノズル口１０２の温度を上げる場合、溶融ガラス流
１１１の表面からのガラス成分の部分的な揮発が多くな
り、分離された溶融ガラス塊１１２の表面に、前記揮発
による屈折率の違う部分が脈理として残り、予期するよ
うな十分な光学的性能を満足できなくなる。

【００３０】次に、上記の成形装置を使用して、ガラス
製品を成形する工程を、図を用いて具体的に説明する。
ここではノズル口１０２からの流出量を、このガラス流
出パイプ１０１、ノズル口１０２で、流出及び分離可能
な最低限の流量である２．４グラム／分となるように、
これらの温度を制御し、ガラス流からガラスを分離し
て、所要量の溶融ガラス塊１１２を得るまでの成形タク
トを５秒に設定した。

【００３１】なお、受型１１の凹形の受面は、上記設定
で得られる０．２グラムで、直径が５．０１ｍｍの球を
想定して、半径が２．５ｍｍの半球となるように加工し
た。また、その受型１１の材料として、気孔率が３０％
であり、最大穴径が８ミクロンである多孔質のカーボン
を用い、受け面からの噴出ガスには、受型１１の酸化を
防ぐために、窒素ガスを用いた。また、上述同様に、成
形型２１には、受型１１と同じ材質で、その成形面の曲
率半径が２０ｍｍの凹球面に加工したものを準備した。

【００３２】そして、このように加工、準備した受型１
１、成形型２１を、図１に示す成形装置に取り付け、図
２ないし図４に示すような方法で、溶融ガラス塊を得
た。ここで、この行程をより具体的に説明する。まず、
ガラス溶融炉（図示せず）で所要のガラス素材を溶融
し、脱泡、均質化工程を経て、軟化状態の均質な溶融ガ
ラスを準備する。更に、それをガラス流出パイプ１０１
へ導く。ここでは、パイプ１０１、ノズル口１０２を、
前述のように、２．４グラム／分の流出量となるように
設定し、溶融ガラス流１１１を流出させると共に、受型
ユニット１をパイプ１０１の直下に持って行く。そし
て、図２に示すように、受型１１上に所定の容量のガラ
スを受けた後、図３に示すように、受型ユニット１を下
方へ距離：Ｌだけ下げて、溶融ガラス流１１１とガラス
１１２ａの間にクビレ１１３を発生させ、ガラス１１２
ａが自重と表面張力により分離するまで、同じ位置で待
機させ、図４に示すように、軟化状態の溶融ガラス塊１
１２を得た。

【００３３】このように溶融ガラス流１１１の分離工程
において、受型ユニット１を一旦停止させることによ
り、クビレ１１３の部分が、従来のように糸状に引き延
ばされて急激に冷やされ、固化することがなく、ガラス
１１２ａを自重と表面張力により自然に分離することが
可能となる。しかも、従来のように切断刃を用いた分離
と異なり、切断痕が残らないため、分離された溶融ガラ
ス塊１１２の表面には有害な欠陥が生じることがない。

【００３４】また、この時、受面から噴出するＮ₂ガス
の温度は、溶融ガラス流１１１を受型１１に受ける時、
２００℃に調整し、更に、Ｎ₂ガスの流量も、溶融ガラ
ス流１１１を受型１１に受ける直前まで毎分：５リッタ
ー、その後、毎分：１リッターとなるように制御した。
これにより、溶融ガラス流１１１が受型１１に達する前
に、溶融ガラス流１１１の先端が多少固化し、流動性が
少なくなり、しかも、噴出するＮ₂ガスの流量も多いた
めに、溶融ガラス流１１１の先端が、全く受型１１の受
面に接触することなく、また、前述の分離方法を用いる
ことと併せて、表面に全く欠陥がない溶融ガラス塊１１
２が得られた。

【００３５】次に、溶融ガラス塊１１２の粘度が１０⁴
ｄＰａ・ｓとなったところで、図１に示すように、受型
ユニット１を傾け、成形型ユニット２の成形型２１の成
形面の外周近くに溶融ガラス塊１１２を転がして、移載
した。この際、成形型ユニット２には、発振機３１より
超音波振動を与えておき、更に、ガス供給管２３を介し
て、Ｎ₂ガスを毎分：２０リッターで流して置いた。こ
のように、前の工程で受型１１の受け面を、予め、成形
すべきガラス素子に近似の球形にして置き、更に、得よ
うとするガラス素子の容量が比較的小さい場合、溶融ガ
ラス塊１１２がほぼ球形であったこと、成形型２１の成
形面の外周部にそれを転がして移載したこと、および、
成形型ユニット２に超音波振動を与え、Ｎ₂ガスを供給
して成形面から噴出させたことで、溶融ガラス塊１１２
は、成形型２１に全く接触することなく、転がり回転し
ながら、ほぼ真球の形状になり、その間に固化した。

【００３６】この成形作業を連続して行った結果、でき
上がったガラス素子が、０．２±０．００２グラムの重
量範囲で、真球度も５．０１±０．０５ｍｍ以内の収ま
っており、かつ、その表面には全く欠陥の無く、非常に
安定した良好な成形であったことが確認された。

【００３７】（第２の実施の形態）次に、図５に示す成
形型を用いて、第１の実施の形態と同じ装置と材料を用
いて、目標重量：０．５グラム、直径が６．８０ｍｍと
なるような、球形のガラス素子の成形を行った。なお、
この実施の形態において、成形型ユニット２ａには図１
の成形型ユニット２と同様に、ヒータ、熱電対（何れも
図示せず）が組み込まれており、更に、成形型ユニット
２と同様に、発振機３１が接続され、細かな振動が得ら
れるようになっている。また、図中、符号２２ｂ、２２
ｃは圧力室であり、更に、これら圧力室２２ｂ、２２ｃ
にはＮ₂ガス供給のための接続パイプ２３ｂ、２３ｃが
接続されており、また、流量圧力調整器（図示せず）に
より、Ｎ₂ガスを任意の圧力及び流量に制御して、これ
を圧力室２２ｂ、２２ｃに個々に供給できるようになっ
ている。また、成形型２１ａの成形面は、その曲率半径
が３０ｍｍの凹状の球面に加工されており、更に、成形
面上に噴出ガスの所要の分布が付けられるようになって
いる。

【００３８】また、受型１１は、第１の実施の形態と同
様に、溶融ガラス塊が成形型２１ａ上で転がり易くする
ために、最終的なガラス素子の形状より若干大きめの曲
率半径：３．５ｍｍの半球形に加工してある。また、型
材および噴出ガスも、第１の実施の形態と同様とした。

【００３９】このように加工、準備した受型１１、成形
型２１ａを、図１に示す成形装置に取り付けて、流出パ
イプ１０１より流出する溶融ガラスの流量が６グラム／
分となるように、流出パイプ１０１、ノズル口１０２の
温度を設定し、更に、受型の上で溶融ガラス塊を成形す
る間隔である成形タクトを約５秒に設定し、第１の実施
の形態と全く同様の工程を経て、溶融ガラス塊１１２を
得た。なお、この時、溶融ガラス塊の重量が一定となる
ように、随時、流出パイプ１０１およびノズル口１０２
の温度と、溶融ガラスを受型１１上で受けて、溜めてい
る時間とを微調整しながら、溶融ガラス塊を作製した。

【００４０】次に、溶融ガラス塊１１２がガラス粘度で
１０^4.5ｄＰａ・ｓとなった時に、受型ユニット１を、
第１の実施の形態と同様に傾けて、溶融ガラス塊１１２
を、室温のＮ₂ガスを噴出させている成形型２１ａの成
形面上に置いた。そして、供給パイプ２３ｂ、２３ｃに
供給するＮ₂ガスの流量を、交互に増減させ、成形型２
１ａの成形面上の溶融ガラス塊１１２が、流量の多い面
から少ない面へ移動する動作を利用して、約１５秒間、
転がしながら冷却し、球形のガラス素子を成形した。こ
の時のガラス素子の温度は約３５０℃であった。

【００４１】その後、ガラス素子を取出し、第１の実施
の形態の場合と同様に、その精度を測定したが、重量精
度、真球度ともに、全て±０．５％以内のバラツキの範
囲に収まり、第１の実施の形態における成果と同様の、
良好な成果を得ることができた。

【００４２】（第３の実施の形態）次に、目標重量：
０．９グラム、直径：８．２７ｍｍのガラス素子を、第
１の実施の形態で用いたのと同じ材料を用いて成形し
た。ここで用いた受型および成形型は、図６および図７
に示すようなもので、ここで、符号２０１は受型ユニッ
ト、２０２は成形型ユニットであり、受型ユニット２０
１は、第１の実施の形態で使用したものと違っており、
溶融ガラスを受けた後、図に示すように、型ユニットが
左右に分離し、溶融ガラス塊１１２を、下方に位置する
成形型２２１の成形面の上に静かに載置できるようにな
っている。

【００４３】なお、受型ユニット２０１は、多孔質材料
にてできている左右分割可能な受型２１１ａ、２１１ｂ
と、それらを保持する受型ホルダー２１２ａ、２１２ｂ
とで構成されている。また、これら受型ホルダー２１２
ａ、２１２ｂには、噴出ガスを受型２２１ａ、２２１ｂ
にバランスよく供給分配するための圧力室２１１ａ、２
１１ｂが設けられており、更に、型加熱用ヒーターと測
温手段（何れも図示せず）とが埋め込まれ、圧力室２１
１ａ、２１１ｂから成形面上に噴出する噴射ガスの温度
を調整することができるようになっている。また、受型
ユニット２０１には駆動装置（図示せず）が、それぞれ
取り付けられており、矢印Ｃで示す上下方向に移動で
き、更に、矢印Ｄで示すように、左右に分離可能になっ
ている。

【００４４】また、成形型ユニット２０２は、第１の実
施の形態と同様の構成となっており、多孔質材料ででき
ている成形型２２１と、それを保持する成形型ホルダー
２２２とで構成されている。また、成形型ホルダー２２
２には、接続パイプ２２３を介して供給された噴出ガス
を、成形型２２１の成形面にバランスよく供給・分配す
るための圧力室２２２ａが設けられており、そこには、
型加熱用ヒーターと測温手段（何れも図示せず）が埋め
込まれていて、成形型２２１の成形面から噴出するガス
の温度も調整することができるようになっている。

【００４５】成形型ホルダー２２２には、第１の実施の
形態と同様の、超音波振動の発生器（図示せず）が接続
されており、成形型ユニット２０２に、超音波による細
かな振動を与えられるようになっている。更に、成形型
ユニット２０２には駆動装置（図示せず）が取付けられ
ており、図７の矢印Ｅ、Ｆのように、紙面に対して左右
方向に振幅を与えたり、左右前後方向に回転・揺動させ
ることができるようになっている。

【００４６】また、受型ホルダー２１２ａ、２１２ｂお
よび成形型ホルダー２２２には、図示のように、Ｎ₂ガ
ス供給用の接続パイプ２１３ａ、２１３ｂおよび接続パ
イプ２２３が接続されており、これらへの噴出ガスの圧
力および流量を、流量圧力調整器（図示せず）により、
任意に制御する。この制御されたＮ₂ガスを、受型ホル
ダー２１２ａ、２１２ｂおよび成形型ホルダー２２２に
供給できるようになっていて、受型ホルダー２１１ａ、
２１１ｂおよび成形型ホルダー２２１の各圧力室２１４
ａ、２１４ｂおよび２２２ａより噴出するＮ₂ガスの温
度、圧力、流量を任意に制御できる構成となっている。

【００４７】次に、上述の成形装置を使用して、前記の
ガラス素子を成形する工程を、具体的に説明する。ここ
では、ノズル口１０２からの流出量を、９グラム／分と
なるように流出パイプ１０１、ノズル口１０２の温度を
制御し、溶融ガラス流からガラスを分離し、溶融ガラス
塊を得るまでの成形タクトを約６秒に設定している。実
際の成形においては、流出パイプ１０１、ノズル口１０
２の温度とタクトを、溶融ガラス塊（当然、ガラス素
子）が所望の重量となるように、微調整しながら連続成
形を行った。

【００４８】なお、受型２１１ａと２１１ｂとの組み合
わせで形成される凹形状の受面は、半径：５．５ｍｍの
半球となるように加工した。また、材料として気孔率が
３０％であり、最大穴径が８ミクロンである多孔質のカ
ーボンを用い、噴出ガスには受型２１１の酸化を防ぐた
めに窒素ガスを用いた。同様に、成形型２２１は、前述
の受型２１１ａ、２１１ｂと同じ材質で、曲率半径：４
０ｍｍの凹球面形状に加工したものを準備した。

【００４９】次いで、このように加工・準備した受型２
１１ａ、２１１ｂ、成形型２２１を成形装置に取り付け
て、第１の実施例と同様に、図２ないし図４に示すよう
な方法で溶融ガラス塊を得た。ここで、ノズル口１０２
より溶融ガラス流１１１を流出させ、受型ユニット２０
１を流出パイプ１０１の直下に持って行き、図２に示し
た場合のように、受型２１１ａ、２１１ｂ上に所定の容
量のガラスを受けた。この時、流出につれて、受型２１
１ａ、２１１ｂ上のガラスとノズル口１０２とが接近し
すぎないように、また、溶融ガラス流１１１とガラスと
の間に急激な糸状のくびれが生じないように、徐々に受
型ユニット２０１を下げながらガラスを受けた。

【００５０】そして、ガラスが所定の重量に達した後、
図３に示す場合のように、受型ユニット２０１を若干下
げ、クビレ１１３を生じさせ、それが成長して分離に到
るまで、受型ユニット２０１を溶融ガラス流１１１の流
下速度以下の下降速度で、保持して、図４に示す場合の
ような状態にして、溶融ガラス塊１１２を得た。

【００５１】この時、噴出Ｎ₂ガスの温度は、溶融ガラ
ス流を受型２１１ａ、２１１ｂに受ける時で２００℃に
調整し、更に、Ｎ₂ガスの流量も、溶融ガラス流１１１
を受型２１１ａ、２１１ｂに受ける直前までは、毎分：
２０リッター、その後は、毎分：２リッターとなるよう
に制御した。これにより、溶融ガラス流１１１が受型２
１１ａ、２１１ｂに達する前に、溶融ガラス流１１１の
先端が多少固化し、流動性が少なくなり、噴出するＮ₂
ガスの流量も多いために、溶融ガラス流１１１の先端が
全く受型２１１ａ、２１１ｂに接触することなく、ま
た、前記の分離方法を用いることとも併せて、表面には
全く欠陥がない溶融ガラス塊１１２が得られた。

【００５２】次に、溶融ガラス塊１１２の粘度が１０⁵
ｄＰａ・ｓとなったところで、図７に示すように、受け
型ユニット２０１を開き、溶融ガラス塊１１２を成形型
ユニット２０２の成形型２２１の成形面上に載置した。
ここで、前回の実施の形態に比較して、粘度が若干高め
の所で載置しているのは、溶融ガラス塊１１２の重量が
大きくなっているためで、成形型２２１に載置した際に
溶融ガラス塊１１２の下面が変形をおし、転がり難い形
状になるのを防ぐためである。

【００５３】また、成形型ユニット２０２には、予め、
超音波振動を与えておき、更に、接続パイプ２２３を経
由して、２００℃の温度のＮ₂ガスを、毎分：２０リッ
ター流しておいた。更に、溶融ガラス塊１１２の載置の
後、直ちに、成形型ユニット２０２に、矢印Ｅのよう
に、左右に振幅：５ｍｍで、周期が０．２秒の振動を与
え、溶融ガラス塊１１２を成形型２２１の成形面上で転
がしながら、約３０秒かけて、およそ３００℃になるま
で、冷却固化した。

【００５４】前の工程で得られた溶融ガラス塊１１２
は、前述の実施の形態に比較して、径が大きいため、上
部が表面張力により、多少平たくなっており、図６およ
び図７に示すように、球形の状態ではなかったが、成形
型２２１の成形面から噴出するガスの温度を上げ、溶融
ガラス塊の温度が下がり難くして置くことで、溶融ガラ
ス塊１１２が急激に固化することなく、粘性がある内に
転動させることができるため、得られたガラス素子は、
十分な真球度を有しており、その重量バラツキも±０．
３％以内に収まり、良好な結果が得られた。

【００５５】（第４の実施の形態）次に、第３の実施の
形態と同じ型、装置、材料を用いて、目標重量：１．５
グラム、直径：９．８０ｍｍのガラス素子を成形した。
ここでは、第３の実施の形態と同様に、ノズル口１０２
からの流出量を、９グラム／分となるように、流出パイ
プ１０１、ノズル口，１０２の温度を制御し、溶融ス流
からガラスを分離して、所定重量の溶融ガラス塊を得る
までの成形タクトを約１０秒に設定した。なお、このさ
いの重量の微調整は、第３の実施の形態の場合と同じに
行った。

【００５６】その結果、同様に、全く欠陥がない溶融ガ
ラス塊１１２を得た後に、この溶融ガラス塊１１２の粘
度が１０⁶ｄＰａ・ｓとなったところで、図７に示すよ
うに受け型ユニット２０１を開き、溶融ガラス塊１１２
を成形型ユニット２０２の成形型２２１の成形面上に載
置した。また、成形型ユニット２０２には、予め、超音
波振動を与えておき、更に、接続パイプ２２３を介し
て、３００℃の温度のＮ ₂ガスを毎分：２０リッター、
流しておいた。

【００５７】しかして、溶融ガラス塊１１２の載置後、
直ちに、矢印Ｆのように、成形型ユニット２０２が、半
径が５ｍｍの円を０．５秒で１回描くように、揺動さ
せ、溶融ガラス塊１１２を成形型２２１の成形面上で転
がしながら、約４０秒かけて、Ｎ２ガスの温度とほぼ
同じ温度になるまで冷却固化した。この実施の形態で
は、第３の実施の形態と同様に、溶融ガラス塊１１２は
球形の状態ではなかったが、成形型２２１の成形面から
噴出するガスの温度を上げ、溶融ガラス塊の温度を下が
りに難くしておいたため、溶融ガラス塊１１２が、急激
に固化することなく、粘性がある内に転動されるため
に、得られたガラス素子は、十分な真球度を有してお
り、重量バラツキも±０．２５％以内に収まり、良好な
結果が得られた。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したようになり、ガ
ラス流出パイプより流出する溶融ガラス流から一定量の
ガラスを受型に受けた後に分離し、その分離した溶融ガ
ラス塊を、前記受型から成形用の成形型に移し、該成形
型の上で球状に成形することにより、溶融ガラスから直
接に、しかも、非常に重量精度が良く、真球度の高い無
欠陥のガラス素子が連続して供給することが可能とな
り、光学素子のレンズなどのガラス製品を大量に安価に
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いられる成形装置の概略構成図であ
る。

【図２】同じく、本発明における溶融ガラス塊の切断方
法の過程の説明図である。

【図３】同じく、過程の説明図である。

【図４】同じく、過程の説明図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態での成形型の概略構
成図である。

【図６】本発明の第３、４の実施の形態での受型の概略
構成図である。

【図７】同じく、成形型での成形方法の説明図である。

【符号の説明】

１、２０１受型ユニット２、２ａ、２０２成形型ユニット１１、２１１ａ、２１１ｂ受型２１、２１ａ、２２１成形型３１発振機（超音波発振器）１０１ガラス流出パイプ１１２溶融ガラス塊１１２ａガラス１１３クビレ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保裕之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者余語瑞和東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス流出パイプより流出する溶融ガラ
ス流から一定量のガラスを受型に受けた後に分離し、そ
の分離した溶融ガラス塊を、前記受型から成形用の成形
型に移し、該成形型の上で球状に成形することを特徴と
するガラス素子の製造方法。
【請求項２】前記受型が多孔質の材料で作られ、その
多孔質の受面からガスを噴出することにより、溶融ガラ
スからのガラス、ないし、分離された溶融ガラス塊と前
記受面とを非接触の状態に保つことを特徴とする請求項
１に記載のガラス素子の製造方法。
【請求項３】前記成形型が多孔質の材料で作られ、そ
の多孔質の成形面からガスを噴出することにより、受型
から受けた溶融ガラス塊、ないし、成形したガラス素子
と前記受面とを非接触の状態に保つことを特徴とする請
求項１あるいは２に記載のガラス素子の製造方法。
【請求項４】溶融ガラス流から一定量のガラスを受型
に受けた後に分離する際に、前記受型を下降させて、ガ
ラス流出パイプより流出する溶融ガラス流と受型上の前
記ガラスとの間にくびれを発生させ、次いで、前記受型
の下降速度を落とすか、または、停止させて、前記ガラ
スの自重と表面張力とで、前記くびれを成長させること
により、くびれ部分から前記溶融ガラス流とガラスとを
分離して、所要の溶融ガラス塊を得ることを特徴とする
請求項１または２に記載のガラス素子の製造方法。
【請求項５】受型から溶融ガラス塊を受ける成形型の
成形面は、凹状であり、前記成形面上に前記溶融ガラス
塊を移す際に、前記成形面の中心から離れた個所に前記
溶融ガラス塊を置くことにより、前記成形面上で前記溶
融ガラス塊に回転力を付与することを特徴とする請求項
１ないし４の何れかに記載のガラス素子の製造方法。
【請求項６】前記成形型は、これに加えた往復動、回
転動による振動により、好ましくは、超音波による振動
により、成形面上の溶融ガラス塊を回転させることを特
徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のガラス素子
の製造方法。
【請求項７】多孔質材料よりなる前記成形型の成形面
から噴出するガスの流量を、成形面上において不均一に
することで、溶融ガラス塊を回転させることを特徴とす
る請求項１〜４の何れかに記載のガラス素子の製造方
法。