技術 光学素材の製造方法、及び、光学素材の製造装置

0001

本発明は、例えば、光学素子を製造するのに用いられる光学素材の製造方法及び製造装置に関する。

0002

従来、ガラスからなる光学素材を製造する技術として、ガラスファイバの先端部を液状化し、液状化された部分を滴下することで光学素材を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

0003

また、貯留槽に貯留されたガラスを加熱溶融させることで光学素材を製造する技術も知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。

0004

特開２００２−８７８２８号公報
特開平１１−３２２３４７号公報
特開２００４−２５０２６７号公報

0005

しかし、上記特許文献１に記載されているようにガラスファイバの先端部を液状化し、液状化された部分を滴下すると、ガラスが溶ける範囲が限定できず１滴毎の重量が安定しない。

0006

また、上記特許文献２及び３に記載されているように貯留槽に貯留されたガラスを加熱溶融させると、光学素材の製造装置が大型化する。

0007

本発明の目的は、光学素材の製造装置を小型化することができると共に、１滴毎の重量を安定させて光学素材を製造することができる光学素材の製造方法及び製造装置を提供することである。

0008

本発明の光学素材の製造方法は、ノズルの供給口から固体のガラス素材を挿入するガラス素材挿入工程と、上記ノズル内で上記ガラス素材を加熱溶融させる加熱溶融工程と、上記ノズルの先端開口から溶融ガラスを強制的に押し出して液滴にする液滴化工程と、を含む。

0009

また、上記光学素材の製造方法において、上記液滴化工程では、少なくとも、上記ガラス素材を連続的に加圧することによって、上記先端開口から連続的に上記溶融ガラスを押し出すようにしてもよい。

0010

また、上記光学素材の製造方法において、上記液滴化工程では、上記ガラス素材を気体で加圧するようにしてもよい。
また、上記光学素材の製造方法において、上記液滴化工程では、少なくとも、上記溶融ガラスが押し出される空間を減圧することによって、上記先端開口から上記溶融ガラスを押し出すようにしてもよい。

0011

また、上記光学素材の製造方法において、上記ガラス素材挿入工程では、上記ガラス素材が上記ノズルの内周面を摺動するように、上記ガラス素材を挿入するようにしてもよい。

0012

本発明の光学素材の製造装置は、供給口から固体のガラス素材が挿入されるノズルと、上記ノズル内で上記ガラス素材を加熱溶融させる加熱溶融手段と、上記ノズルの先端開口から溶融ガラスを強制的に押し出して液滴にする液滴化手段と、を含む。

0013

本発明によれば、光学素材の製造装置を小型化することができると共に、１滴毎の重量を安定させて光学素材を製造することができる。

0014

本発明の一実施の形態に係る光学素材の製造装置を模式的に示す部分断面図である。
本発明の他の実施の形態に係る光学素材の製造装置を模式的に示す部分断面図である。

0015

以下、本発明の実施の形態に係る、光学素材の製造方法及び製造装置について、図面を参照しながら説明する。

0016

図１は、本発明の一実施の形態に係る光学素材の製造装置１０を模式的に示す部分断面図である。
図１に示すように、光学素材の製造装置１０は、ノズル１１と、加熱溶融手段の一例である加熱部１２と、液滴化手段（強制排出手段）の一例である加圧部１３と、液滴化手段（強制排出手段）の一例である減圧ポンプ１４と、を備える。

0017

ノズル１１は、パイプ状ノズルであり、例えば、白金や金などの貴金属からなる。ノズル１１には、一方の開口部である上端（ガラス素材の供給口）１１ｐから、固体のガラス素材の一例であるガラスロッド１０１が挿入される。ガラスロッド１０１の直径は、ノズル１１の内径と同一又は略同一であり、ガラスロッド１０１は、ノズル１１の内周面を摺動するようにノズル１１に挿入される。

0018

ノズル１１は、他方（ガラスロッド１０１の挿入側とは反対側）の開口部である下端（先端開口）１１ｑと供給口である上端１１ｐとの間に、例えば、下端１１ｑに位置する小径部１１ａと、小径部１１ａよりも径の大きな大径部１１ｃと、この大径部１１ｃから小径部１１ａにいくほど徐々に内径が小さくなるテーパ部１１ｂと、を備えている。小径部１１ａや大径部１１ｃの内径は例えば一定である。なお、ガラスロッド１０１は、円柱形状を呈するが、多角柱形状などの他の形状を呈するものでもよい。また、ノズル１１も、円筒形状を呈するが、多角筒形状などの他の形状を呈するものでもよい。

0019

ノズル１１には、溶融ガラス１０２を貯留させる貯留槽は設けられていないが、ノズル１１は、ガラスロッド１０１よりも大きい内径を有し、ガラスロッド１０１が内周面を摺動しないものでもよい。

0020

加熱部１２は、ノズル１１内のガラスロッド１０１を加熱溶融させる。加熱部１２は、特に限定されないが、例えば、スポット光源ヒータや、高周波加熱を行うヒータ，ノズル１１の直接通電加熱を行うヒータである。

0021

詳しくは後述するが、本実施の形態では、ガラスロッド１０１の挿入によっても、ノズル１１の下端１１ｑから連続的に溶融ガラス１０２が強制的に押し出されて液滴になる。また、本実施の形態では、ガラスロッド１０１がノズル１１の内周面を摺動するため、ガラスロッド１０１がノズル１１からの溶融ガラス１０２の逆流を防止すると共に溶融ガラス１０２の揮発を防止する。これらの観点からは、ノズル１１内でガラスロッド１０１に溶融していない部分があることが望ましい。したがって、加熱部１２は、局所的にノズル１１を加熱するとよい。

0022

加圧部１３は、ガラスロッド１０１を連続的に加圧してノズル１１に挿入する。加圧部１３は、例えば、駆動源１３ａと、この駆動源１３ａの駆動によりガラスロッド１０１を接触して押圧する押圧部材１３ｂと、を有する。駆動源１３ａは、例えば、サーボモータやエアシリンダである。なお、加圧部１３がガラスロッド１０１を加圧する圧力は、一定でもよいが、ガラスロッド１０１が短くなるにつれて、ガラスロッド１０１の溶融分の自重を付加するようにしてもよい。

0023

減圧ポンプ１４は、排出室１５の排出空間Ｓを減圧する。この排出空間Ｓは、ガラスロッド１０１が溶融してなる溶融ガラス１０２が押し出される空間の一例である。
排出室１５内には、溶融ガラス１０２が固化してなる光学素材の一例であるガラスボール１０３を受ける受け皿１６や、この受け皿１６を転動するガラスボール１０３を収容する収容容器１７が配置されている。

0024

以下、光学素材の一例であるガラスボール１０３を製造する流れについて、上述の説明と重複する点については適宜省略しながら説明する。
まず、図示しないロボット等が、ノズル１１の一方である上端１１ｐから固体のガラスロッド１０１の一部を挿入する（ガラス素材挿入工程）。ガラスロッド１０１は、ノズル１１の上端１１ｐからノズル１１の内周面を摺動するように挿入される。

0025

次に、加熱部１２は、ノズル１１内でガラスロッド１０１を加熱溶融させる（加熱溶融工程）。
このようにガラスロッド１０１を加熱溶融させてなる溶融ガラス１０２は、ノズル１１の下端１１ｑから強制的に押し出されて液滴となる（液滴化工程）。溶融ガラス１０２を強制的に押し出すために、本実施の形態では、減圧ポンプ１４が排出室１５の排出空間Ｓを減圧する。更には、本実施の形態では、加圧部１３がガラスロッド１０１を連続的に加圧してノズル１１内に挿入していくことによっても、溶融ガラス１０２を強制的に押し出している。

0026

なお、ガラスロッド１０１が短くなって加圧部１３の押圧部材１３ｂによって押圧できなくなったときには、新たなガラスロッド１０１を図示しないロボットによりノズル１１に挿入すればよい。

0027

上述の液滴化工程（強制排出工程）によってノズル１１から液滴となって排出される溶融ガラス１０２は、排出室１５内において固化し、光学素材の一例であるガラスボール１０３となる。このガラスボール１０３は、例えば、受け皿１６を転動し、収容容器１７に収容される。

0028

以上説明した本実施の形態では、ノズル１１内でガラスロッド１０１を加熱溶融させるため、貯留槽においてガラス素材を加熱溶融させる場合に比べて、製造装置を小型化することができる。また、本実施の形態では、ガラスロッド（ガラス素材）１０１は、ノズル１１内で加熱されるため、ノズル１１の小径部１１ａの径によって一定の大きさのガラスボール１０３を得ることができ、ガラスボール１０３の重量を安定させることができる。

0029

よって、本実施の形態によれば、光学素材の製造装置１０を小型化することができると共に、１滴毎の重量を安定させて光学素材（ガラスボール１０３）を製造することができる。

0030

更には、本実施の形態では、ノズル１１内でガラスロッド１０１を加熱溶融させるため、貯留槽においてガラス素材を加熱溶融させる場合のような溶融ガラスの対流に起因する脈理の発生を抑えることができると共に例えば光学素材（ガラスボール１０３）を少量生産する場合にも効率良く光学素材を製造することができる。

0031

また、本実施の形態では、加圧部１３がガラスロッド１０１を連続的に加圧してノズル１１に挿入することによって、ノズル１１の下端（先端開口）１１ｑから連続的に溶融ガラス１０２を強制的に押し出して液滴にする。そのため、簡素な構成で溶融ガラス１０１を強制的に押し出して液滴にすることができると共に、１滴毎の重量を安定させて光学素材（ガラスボール１０３）を製造することができる。

0032

また、本実施の形態では、減圧ポンプ１４が排出室１５の排出空間Ｓを減圧することによって、ノズル１１の下端（先端開口）１１ｑから連続的に溶融ガラス１０２を押し出す。そのため、簡素な構成で溶融ガラス１０１を押し出して液滴にすることができると共に、１滴毎の重量を安定させて光学素材（ガラスボール１０３）を製造することができる。

0033

また、本実施の形態では、ガラスロッド１０１は、ノズル１１の上端（供給口）１１ｐからノズル１１の内周面を摺動するように挿入される。そのため、ノズル１１からの溶融ガラス１０２の逆流を防止することができると共に、溶融ガラス１０２の揮発を防止することができる。

0034

なお、本実施の形態では、加圧部１３及び減圧ポンプ１４の両方によって溶融ガラス１０２をノズル１１から強制的に押し出して液滴にしている。しかしながら、加圧部１３及び減圧ポンプ１４のうちの一方を省略しても、溶融ガラス１０２をノズル１１から強制的に押し出して液滴にすることは可能である。なお、加圧部１３を省略しても、減圧ポンプ１４による排出空間Ｓの減圧によって、ガラスロッド１０１をノズル１１内に連続的に進入させることは可能である。

0035

図２は、本発明の他の実施の形態に係る光学素材の製造装置２０を模式的に示す部分断面図である。
本実施の形態では、加圧部２３が気体でガラスロッド１０１を連続的に加圧してノズル１１に挿入する点及びこれに関連する点において、上述の一実施の形態と相違し、その他の点は同様である。そのため、詳細な説明は省略する。

0036

図２に示すように、光学素材の製造装置２０は、ノズル２１と、加熱溶融手段の一例である加熱部２２と、液滴化手段（強制排出手段）の一例である加圧部２３と、液滴化手段（強制排出手段）の一例である減圧ポンプ２４と、を備える。

0037

加圧部２３は、例えば増圧ポンプであり、継手２８を介してノズル２１内のガラスロッド１０１を気体で連続的に加圧する。そのため、継手２８は、気体の流路を形成するよう中空になっている。

0038

ノズル２１の小径部２１ａ、テーパ部２１ｂ、大径部２１ｃ、上端（供給口）２１ｐ及び下端（先端開口）２１ｑ、加熱部２２、減圧ポンプ２４、排出室２５、受け皿２６、並びに、収容部２７については、上述の一実施の形態のものと同様である。

0039

本実施の形態においても、ガラスロッド１０１は、ノズル２１の上端２１ｐから内周面を摺動してノズル２１に挿入される。

0040

以下、光学素材の一例であるガラスボール１０３を製造する流れについて、上述の説明と重複する点については適宜省略しながら説明する。
まず、図示しないロボット等が、継手２８を外した状態のノズル２１の一方である上端２１ｐから固体のガラスロッド１０１の一部を挿入し（ガラス素材挿入工程）、継手２８をノズル２１に装着する。ガラスロッド１０１は、ノズル２１の上端２１ｐからノズル２１の内周面を摺動するように挿入される。

0041

次に、加熱部２２は、ノズル２１内でガラスロッド１０１を加熱溶融させる（加熱溶融工程）。
このようにガラスロッド１０１を加熱溶融させてなる溶融ガラス１０２は、ノズル２１の下端２１ｑから連続的に強制的に押し出されて液滴となる（液滴化工程）。溶融ガラス１０２を強制的に押し出すために、本実施の形態においても、減圧ポンプ２４が排出室２５の排出空間Ｓを減圧する。更には、加圧部２３がガラスロッド１０１を気体で連続的に加圧してノズル２１内に挿入していくことによっても、溶融ガラス１０２を強制的に押し出している。

0042

なお、ガラスロッド１０１が短くなるか或いは全て加熱溶融したときには、継手２８を取り外して新たなガラスロッド１０１を図示しないロボットによりノズル２１に挿入すればよい。

0043

上述の液滴化工程（強制排出工程）によってノズル２１から液滴となって排出される溶融ガラス１０２は、排出室２５内において固化し、光学素材の一例であるガラスボール１０３となる。このガラスボール１０３は、例えば、受け皿２６を転動し、収容容器２７に収容される。

0044

以上説明した本実施の形態においても、ノズル２１内でガラスロッド１０１を加熱溶融させるため、貯留槽においてガラス素材を加熱溶融させる場合に比べて、製造装置を小型化することができる。また、本実施の形態では、ガラスロッド（ガラス素材）１０１は、ノズル２１内で加熱されるため、ノズル２１の小径部２１ａの内径によって一定の大きさのガラスボール１０３を得ることができ、ガラスボール１０３の重量を安定させることができる。

0045

よって、本実施の形態によれば、上述の一実施の形態と同様の効果、例えば、光学素材の製造装置２０を小型化することができると共に、１滴毎の重量を安定させて光学素材（ガラスボール１０３）を製造することができるという効果を得ることができる。

0046

また、本実施の形態では、加圧部２３が気体でガラスロッド１０１を連続的に加圧してノズル２１に挿入することによって、ノズル２１の下端（先端開口）２１ｑから連続的に溶融ガラス１０２を強制的に押し出して液滴にする。そのため、簡素な構成で溶融ガラス１０１を強制的に液滴にすることができると共に、１滴毎の重量を安定させて光学素材（ガラスボール１０３）を製造することができる。更には、ノズル２１からの溶融ガラス１０２の逆流を防止することができると共に、溶融ガラス１０２の揮発を防止することができる。

0047

１０光学素材の製造装置
１１ノズル
１１ａ小径部
１１ｂテーパ部
１１ｃ 大径部
１１ｐ上端
１１ｑ下端
１２ 加熱部
１３加圧部
１３ａ駆動源
１３ｂ押圧部材
１４減圧ポンプ
１５排出室
１６受け皿
１７収容容器
２０ 光学素材の製造装置
２１ ノズル
２１ａ 小径部
２１ｂ テーパ部
２１ｃ 大径部
２１ｐ 上端
２１ｑ 下端
２２ 加熱部
２３ 加圧部
２４ 減圧ポンプ
２５ 排出室
２６ 受け皿
２７ 収容容器
２８継手
１０１ガラスロッド
１０２溶融ガラス
１０３ ガラスボール