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技術 ガラス球の製造方法

出願人 パナソニック株式会社
発明者 平賀将浩古川成男藤田光宏
出願日 2003年2月19日 (18年0ヶ月経過) 出願番号 2003-041102
公開日 2004年9月9日 (16年5ヶ月経過) 公開番号 2004-250267
状態 未査定
技術分野 ガラスの成形
主要キーワード エアー供給配管 部分支 滴下重量 受け金型 滴下間隔 開閉コック 液面レベル計 エアー漏れ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年9月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

レンズ成形用プリフォーム材などに用いられるガラス球を高い重量精度で生産性を高めたガラス球の製造方法を提供することを目的とする。

解決手段

ガラス材料溶融槽12の内部で溶融させ、滴下ノズル13より溶融ガラス14を滴下する方法において、滴下ノズル13から溶融ガラス滴20が滴下する間隔時間を検知し、この検出結果に基づいて溶融槽12の内部の溶融ガラス14に負荷する圧力を制御して滴下する間隔時間を一定となるようにしたガラス球の製造方法であり、溶融ガラス14の液位の低下に伴う滴下ノズル13の先端部での圧力変動がなくなるため、溶融ガラス滴20の重量精度が向上できると共に最適な滴下する間隔時間が設定できるため生産性が向上する。

概要

背景

近年、光学機器あるいは電子デバイス等に使用されるレンズの製造方法として、従来のガラス研磨による方法に代わり、コスト削減のためにプリフォーム材を熱間モールドプレス成形するという無研磨方法が広く行われている。この方法ではレンズ面の曲面形状を有する金型間にプリフォーム材を配置し、これを金型ごと熱間プレス成形することによってプリフォーム材を熱変形させ、目的とするレンズを製造するのであるが、レンズの形状精度を高めるためにはプリフォーム材が充分真球に近い形状であることが必要である。

概要

レンズ成形用プリフォーム材などに用いられるガラス球を高い重量精度で生産性を高めたガラス球の製造方法を提供することを目的とする。ガラス材料溶融槽12の内部で溶融させ、滴下ノズル13より溶融ガラス14を滴下する方法において、滴下ノズル13から溶融ガラス滴20が滴下する間隔時間を検知し、この検出結果に基づいて溶融槽12の内部の溶融ガラス14に負荷する圧力を制御して滴下する間隔時間を一定となるようにしたガラス球の製造方法であり、溶融ガラス14の液位の低下に伴う滴下ノズル13の先端部での圧力変動がなくなるため、溶融ガラス滴20の重量精度が向上できると共に最適な滴下する間隔時間が設定できるため生産性が向上する。

目的

この方法ではレンズ面の曲面形状を有する金型間にプリフォーム材を配置し、これを金型ごと熱間プレス成形することによってプリフォーム材を熱変形させ、目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ガラス材料溶融槽内溶融させ、滴下ノズルより溶融ガラス滴下するガラス球の製造方法において、前記滴下ノズルから溶融ガラス滴が滴下する間隔時間を検知し、この検出結果に基づいて溶融槽内の溶融ガラスに負荷する圧力を制御して滴下する間隔時間を一定となるようにしたガラス球の製造方法。

請求項2

溶融槽内の溶融ガラスの液位を検知し、この結果に基づいて前記溶融槽内へ供給するガラス材料の量を制御して溶融槽内の溶融ガラスの液位を一定となるようにした請求項1に記載のガラス球の製造方法。

請求項3

溶融槽へ供給するガラス材料を、ガラス融液とした請求項1に記載のガラス球の製造方法。

請求項4

溶融槽へ供給するガラス融液の温度が前記溶融槽内の溶融ガラスの温度と同等かそれ以上の温度とした請求項3に記載のガラス球の製造方法。

請求項5

溶融槽内の溶融ガラスを攪拌しながら滴下ノズルより溶融ガラスを滴下する請求項1に記載のガラス球の製造方法。

請求項6

滴下ノズル径、溶融槽内の溶融ガラス温度と液位および負荷する圧力とにより滴下する溶融ガラス滴の重量および滴下する間隔時間とを制御する請求項1に記載のガラス球の製造方法。

請求項7

溶融槽内の溶融ガラスに気体により圧力を負荷する請求項1に記載のガラス球の製造方法。

技術分野

0001

本発明は熱間モールドプレス成形によって製造される光学機器あるいは電子部品デバイス等に用いられるレンズ用のプリフォーム材を製造するためのガラス球の製造方法に関するものである。

0002

近年、光学機器あるいは電子デバイス等に使用されるレンズの製造方法として、従来のガラス研磨による方法に代わり、コスト削減のためにプリフォーム材を熱間モールドプレス成形するという無研磨方法が広く行われている。この方法ではレンズ面の曲面形状を有する金型間にプリフォーム材を配置し、これを金型ごと熱間プレス成形することによってプリフォーム材を熱変形させ、目的とするレンズを製造するのであるが、レンズの形状精度を高めるためにはプリフォーム材が充分真球に近い形状であることが必要である。

0003

これらの溶融ガラス滴下する方法は、ルツボに接続した白金ノズル径とガラス表面張力によってガラス滴の重量を制御し、50mg〜数gのガラス球を±1%の重量精度で材料ロスが少なく形成することが可能である。以降ガラス融液を滴下する方法を滴下法と呼ぶ。

0004

ガラス球を製造する方法として、図3に示す方法がある。図3は従来のガラス球を製造するための装置の概略構成図である。

0005

発光器5より出射される光が受光器6に入射する構成により、ノズル2の先端に溶融ガラス滴4が形成され落下するまでの時間を検知し、ノズル2の下方部の温度をノズル2の上方部の温度よりヒーター3a、3b、3c、3dを用いて制御部7を制御して、白金ルツボ1の内部で溶融した溶融ガラス滴4をノズル2から滴下し、溶融ガラス滴4の表面温度がガラスの軟化温度より低い温度になるまで落下を続けさせガラス球を得るようにしたガラス球の製造方法である。

0006

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献1が知られている。

背景技術

0007

【特許文献1】
特開昭61−146721号公報

0008

しかしながら、これらの滴下法は白金ルツボ内の溶融ガラスの重みによって滴下するため、白金ルツボ内の溶融ガラスの液位が下がると滴下時間が遅くなり、かつ滴下重量バラツキが大きいという課題があった。特に重量100mg以下の小径ピックアップレンズ等に用いられるガラス球を作製するにはノズルの外径を小さくする必要があり、その結果として滴下時間が極端に長くなり生産性が低下する。またピックアップレンズに要求されるガラス球の重量精度±0.5%以内を実現することはきわめて困難なことであった。

発明が解決しようとする課題

0009

本発明はレンズ成形用プリフォーム材などに用いられるガラス球の高い重量精度を実現し、かつ生産性を高めたガラス球の製造方法を提供することを目的とする。

0010

上記の目的を達成するために、以下の構成を有するものである。

0011

本発明の請求項1に記載の発明は、ガラス材料溶融槽内で溶融させ、滴下ノズルより溶融ガラスを滴下するガラス球の製造方法において、前記滴下ノズルから溶融ガラス滴が滴下する間隔時間を検知し、この検出結果に基づいて溶融槽内の溶融ガラスに負荷する圧力を制御して滴下する間隔時間を一定となるようにしたガラス球の製造方法であり、溶融ガラスの液位の低下に伴う滴下ノズルの先端部での圧力変動がなくなるため、ガラス滴の重量精度が向上できると共に最適な滴下間隔時間が設定できるため生産性が向上する。

0012

請求項2に記載の発明は、溶融槽内の溶融ガラスの液位を検知し、この結果に基づいて前記溶融槽内へ供給するガラス材料の量を制御して溶融槽内の溶融ガラスの液位を一定となるようにした請求項1に記載のガラス球の製造方法であり、溶融ガラスの液位が一定となるため、滴下ノズルの先端部での圧力変動が一切なくなり溶融ガラス滴の重量精度が向上できると共に最適な滴下間隔時間が設定できるため生産性が向上する。

0013

請求項3に記載の発明は、溶融槽へ供給するガラス材料を、ガラス融液とした請求項1に記載のガラス球の製造方法であり、溶融状態のガラス材料を溶融槽内へ供給することにより、溶融ガラス内に巻き込まれる泡の発生を抑制でき品質の安定化が図れる。

0014

請求項4に記載の発明は、溶融槽へ供給するガラス融液の温度が前記溶融槽内の溶融ガラスの温度と同等かそれ以上の温度とした請求項3に記載のガラス球の製造方法であり、溶融槽内へ供給されるガラス融液から内在する泡が除去できるため品質の安定化が図れる。

0015

請求項5に記載の発明は、溶融槽内の溶融ガラスを攪拌しながら滴下ノズルより溶融ガラスを滴下する請求項1に記載のガラス球の製造方法であり、溶融槽内の溶融ガラスが絶えず均質化されるため、ガラス滴についても脈理のないより一層の品質の安定化が図れる。

0016

請求項6に記載の発明は、滴下ノズル径、溶融槽内の溶融ガラス温度と液位および負荷する圧力とにより滴下する溶融ガラス滴の重量および滴下する間隔時間とを制御する請求項1に記載のガラス球の製造方法であり、4つの条件を適宜調整できるため、所定のガラス球を重量精度良く製造することができる。

課題を解決するための手段

0017

請求項7に記載の発明は、溶融槽内の溶融ガラスに気体により圧力を負荷する請求項1に記載のガラス球の製造方法であり、容易に溶融ガラスへ圧力を精度良く負荷できるため、ガラス滴の重量精度が向上できる。

0018

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。

0019

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について図1を用いて説明する。図1は本発明のガラス球を製造するための製造装置の概略構成図である。11はバッチ式電気炉で、その中に滴下ノズル13を底面に備え付けた白金ルツボからなる溶融槽12を配置する。この溶融槽12の中には溶融ガラス14があり、溶融ガラス14の均質性を保つため絶えず白金からなる攪拌羽15で攪拌されている。

0020

溶融槽12には溶融ガラス14にエアーの圧力を負荷するためにエアー供給配管16および圧力制御機構22を備えた金属蓋17と、オーリング18とオイルおよびゴムパッキンからなるシール材19が組み込まれて密閉されている。このシール材19は攪拌羽15を回転させながらエアー漏れを防ぐ役割を果たすものである。またオーリング18とシール材19は有機物であるため本実施の形態1では図示しないが必要に応じて冷却することが望ましい。

0021

溶融ガラス14を滴下ノズル13から滴下する場合、溶融ガラス滴20の大きさは滴下ノズル13の外径とガラスの表面張力で決まる。その関係は(数1)で表される。

0022

【数1】

0023

ここで、mはガラス重量、gは重力加速度、rは滴下ノズルの外径、γは溶融ガラス滴の表面張力である。

0024

また、溶融ガラス14の液位と滴下ノズル13から流下する溶融ガラス滴20の流速は(数2)で表される。

0025

【数2】

0026

ここで、Qは溶融ガラスの流速、ρは密度、gは重力加速度、μは溶融ガラスの粘性、hは溶融槽内の溶融ガラスの液位、Rは溶融槽の半径、Iは滴下ノズル3の長さ、rは滴下ノズルの半径である。

0027

これらの(数1)、(数2)より、滴下ノズル13の外径が小さいものほど小重量の溶融ガラス14を滴下できるが、外径が小さくなればなるほど滴下する間隔時間としての滴下タクトが長くなり生産性が低下する。また同一外径の滴下ノズル13を用いたとしても溶融槽12の内部の溶融ガラス14の液位が低くなればなるほど溶融ガラス14の流速が遅くなり、滴下タクトも長くなる。そして溶融ガラス14の液位が低くなることは滴下ノズル13の先端に負荷される圧力も低くなることであり、溶融ガラス滴20の重量も変動し易くなる。

0028

本実施の形態1のように溶融ガラス14にエアーの圧力を負荷して強制的に滴下タクトを短くするための機構のエアー供給配管16および圧力制御機構22を備え付けた金属蓋17をオーリング18およびオイルとゴムパッキンからなるシール材19を設けている。そしてバッチ式電気炉11の下部には滴下タクトを検出するための滴下タクト検出器21を配し、この検出結果を基にして滴下タクトを一定にするため圧力制御機構22を適宜調整する。

0029

滴下ノズル13の下方には溶融ガラス滴20を受けて形成するための受け金型23を備えている。

0030

以下、具体的な実施の形態1について説明する。溶融槽12にホウケイ酸ガラスを入れ、溶融槽12と滴下ノズル13の温度を1150℃の同一温度として溶融槽12の内部の溶融ガラス14に負荷する圧力を0.02MPaとした。この場合、滴下ノズル13の径は内径0.5mm、外径0.7mm、攪拌回転数は50rpmとした。

0031

初期の滴下タクトは9.5秒、滴下タクトが0.1秒増加したならば9.5秒になるように圧力を0.001MPa程度増加させて5000個滴下した。この滴下したガラス5000個の重量を測定した結果、重量バラツキは51.51mg±0.1%であった。また圧力を負荷しない場合、初期の滴下タクトは131秒、滴下を行うに従って滴下タクトが増加し非常に長時間が必要となったため、滴下個数を100個とした。滴下したガラス100個を測定した結果、48.10mg±0.9%であった。

0032

以上の結果から溶融ガラス滴20の重量を決定する要因としては滴下ノズル13の外径がその大部分支配しているが、数mgで微調整するには溶融ガラス14の温度、溶融ガラス14に負荷する圧力、溶融槽12の内部の溶融ガラス14の液位を適当に設定する必要がある。

0033

しかし、図1に示すバッチ式電気炉11では滴下に伴って溶融ガラス14の液位が徐々に減少していくので液位を一定に保つことは困難である。液位が減少することは滴下ノズル13に負荷される圧力が減少することになるので、溶融ガラス14に負荷する圧力を増加させればよい。ここで負荷する圧力の増量は滴下タクトを絶えず検知して一定になるようにすれば流速が一定となり、溶融ガラス14が減少しても滴下重量および滴下タクトが一定に制御できる。

0034

(実施の形態2)
実施の形態2について図2を用いて説明する。図2は本発明のガラス球を製造するための装置の概略構成図である。

0035

以下、溶融ガラス14の液位を一定になるようにガラス融液29を供給し、圧力を負荷して滴下させる製造方法について説明する。

0036

連続式電気炉30の中に滴下ノズル13を底面に備え付け、ガラス供給装置25から供給されるガラス28を溶かしてガラス融液29とする第2の白金ルツボ26を備え付けた第1の白金ルツボからなる溶融槽12を配置する。この溶融槽12の中には溶融ガラス14の均質性を保つため絶えず攪拌されている白金からなる攪拌羽15と、溶融ガラス14の液位を検知する液面レベル計27が備え付けられている。

0037

溶融ガラス14、供給されるガラス28、ガラス融液29およびガラス供給装置25にエアーの圧力を負荷するためエアー供給配管16および圧力制御機構22を備え付けた金属蓋17、オーリング18とオイルおよびパッキンからなるシール材19で密閉されている。

0038

このシール材19は攪拌羽15を回転させながらエアー漏れを防ぐものである。またオーリング18とシール材19は有機物であるため、図2では図示しないが必要に応じて冷却することが望ましい。

0039

滴下ノズル13の下方には溶融ガラス滴20の滴下タクトを検知する滴下タクト検出器21および溶融ガラス滴20を受けて成形するための受け金型23を配置している。

0040

図2に示す連続式電気炉30が図1に示すバッチ式電気炉1と異なる点は、溶融ガラス14の液位を絶えず一定に保つように制御する機構を設けていることである。図1に示すバッチ式電気炉11は滴下と共に溶融ガラス14の液位が低下すると、滴下ノズル13の先端の溶融ガラス滴20に負荷される圧力も低下する。その結果滴下される溶融ガラス滴20の重量を一定にするには圧力制御機構22を適宜調整して、滴下タクトを一定にする必要があった。

0041

以下、具体的な実施の形態2について説明する。溶融槽12にホウケイ酸ガラスを入れ、溶融槽12と滴下ノズル13の温度を1150℃の同一温度として溶融ガラス14に負荷する圧力を0.02MPaとした。この場合、滴下ノズル13の径は、内径0.5mm、外径0.7mm、攪拌回転数50rpmとした。溶融槽12の内部の溶融ガラス14の液位が滴下によって低下すると、液面レベル計27が溶融ガラス14と接触しなくなり絶縁状態となる。この場合にガラス供給装置25が動作して1200℃の第2の白金ルツボ26の内部にガラス28が供給されてガラス融液29となり、さらに溶融槽12に供給されて内部の溶融ガラス14の液位が絶えず一定となる。

0042

初期の滴下タクトは8.7秒、5000個の滴下に対して滴下タクトの変化が一切なく、滴下したガラス5000個の重量を測定した結果、重量バラツキは51.595mg±0.05%であった。

0043

このように図2に示す連続式電気炉30は絶えず溶融ガラス14の液位を液面レベル計27で検知し、溶融ガラス14の液位が低下するとガラス供給装置25が動作して第2の白金ルツボ26にガラス28が供給される。このガラス28は溶融ガラス14の温度と同等かそれ以上の温度で溶融されガラス融液29となって溶融槽12の中の溶融ガラス14に供給される。この結果ガラスの粘性を低くすることができ、供給されるガラス28に含まれ泡およびガラスに溶けるときに巻き込む泡等の脱泡が促進され品質の安定化が図れる。

0044

ガラス融液29が溶融ガラス14に供給されると液位が上昇し、液面レベル計27の先端が溶融ガラス14と接触することにより溶融ガラス14の液位が検知される。そしてガラス28の供給が停止する。この動作を繰り返すことにより溶融ガラス14の液位を一定にすることができる。

0045

このように溶融ガラス14の液位は常に一定に保たれているため、初期のエアーの圧力を所定の滴下タクトになるように設定すれば滴下タクトおよび溶融ガラス滴20の重量が高精度に制御できる。

発明を実施するための最良の形態

0046

図2に示す連続式電気炉30には圧力開閉コック24を備え付けており、ガラス供給装置25にガラス28がなくなった場合、圧力開閉コック24を閉め、適量のガラス28をガラス供給装置25に入れて圧力開閉コック24を開くと溶融槽12および第2の白金ルツボ26が同圧力となり、連続稼働が実現でき高い生産性が得られる。

図面の簡単な説明

0047

以上のように本発明は、ガラス材料を溶融槽内で溶融させ、滴下ノズルより溶融ガラスを滴下するガラス球の製造方法において、前記滴下ノズルから溶融ガラス滴が滴下する間隔時間を検知し、この検出結果に基づいて溶融槽内の溶融ガラスに負荷する圧力を制御して滴下する間隔時間を一定となるようにしたガラス球の製造方法であり、溶融ガラスの液位の低下に伴う滴下ノズルの先端部での圧力変動がなくなるため、ガラス滴の重量精度が向上できると共に最適な滴下間隔時間が設定できるため生産性が向上する。

図1
本発明のガラス球を製造するための装置の概略構成図
図2
本発明のガラス球を製造するための装置の概略構成図
図3
従来のガラス球を製造するための装置の概略構成図
【符号の説明】
11バッチ式電気炉
12溶融槽
13 滴下ノズル
14 溶融ガラス
15攪拌羽
16エアー供給配管
17金属蓋
18オーリング
19シール材
20 溶融ガラス滴
21滴下タクト検出器
22圧力制御機構
23 受け金型

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