JP2008105929A - Molten glass delivery pipe, glass production apparatus, glass molding production method, and optical element production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の容器から熔融ガラスを導いて流出させるためのガラス流出パイプ、このようなガラス流出パイプを備えたガラス製造装置、さらには、このようなガラス流出パイプを使用したガラス成形体や光学素子の製造方法に関する。 The present invention is directed to a glass outflow pipe for guiding molten glass out of a predetermined container and flowing out, a glass manufacturing apparatus equipped with such a glass outflow pipe, and a glass molded body using such a glass outflow pipe, The present invention relates to a method for manufacturing an optical element.
光学ガラスなどの高品質なガラスを量産する方法としては、例えば、特許文献1などに記載されているように、ガラス原料を高温で熔融し、得られた熔融ガラスをガラス流出パイプから流出して成形する方法が知られている。
ところで、近年にあっては、高付加価値の光学素子材料として、高屈折率ガラスや、低分散ガラスの需用が高まっている。また、非球面レンズなど、従来の研磨法では莫大な手間とコストを要する光学素子の光学機能面を、研磨フリーで転写により形成することができる精密プレス成形法が脚光を浴びており、これに伴って、精密プレス成形法に適用するための低温軟化性を有する光学ガラスの需用も高まっている。
これらのガラスは新種系ガラスと呼ばれ、熔融ガラスを流出する際の粘性が低いという性質を有しており、また、これらのガラスを生産するに際しては、熔融ガラスを蓄積するルツボや、タンクなどの容器にガラス流出パイプを接続し、このガラス流出パイプにより、容器中に蓄積された熔融ガラスを導き、一定の流量で流出させつつ、所定形状のガラス成形体に成形している。
By the way, in recent years, the demand for high refractive index glass and low dispersion glass has been increasing as high value-added optical element materials. In addition, the precision press molding method that can form optical function surfaces of optical elements such as aspherical lenses, which require enormous labor and cost in the conventional polishing method, is gaining attention. Along with this, the demand for optical glass having low-temperature softening properties for application to precision press molding is also increasing.
These glasses are called new-type glasses and have the property of low viscosity when flowing out of the molten glass. Also, when producing these glasses, crucibles, tanks, etc. that accumulate molten glass A glass outflow pipe is connected to this container, and the molten glass accumulated in the container is guided by this glass outflow pipe and formed into a glass molded body having a predetermined shape while flowing out at a constant flow rate.
しかしながら、容器中に蓄積された熔融ガラスは、攪拌棒などにより攪拌され、均質化されてからガラス流出パイプに流れ込むものの、ガラス流出パイプ内を流れる熔融ガラスの流速は、パイプの中心ほど大きく、パイプの内周面に近づくほど小さくなる。そして、前述したような低粘性ガラスでは、この流速分布がいっそう大きくなる傾向にある。
そのため、容器中からガラス流出パイプに同時に流れ込んだ熔融ガラスのうち、パイプ中心の流路に沿って流れるものの方が、パイプ内周面に近い流路に沿って流れるものよりもパイプ中の通過時間が短くなる。したがって、ガラス流出パイプの流出口から同時に流出する熔融ガラスは、ガラス流出パイプに同時に流れ込んだものではない。
However, the molten glass accumulated in the container is stirred and homogenized by a stirring rod or the like, and then flows into the glass outflow pipe. However, the flow rate of the molten glass flowing through the glass outflow pipe is as large as the center of the pipe. The closer it is to the inner peripheral surface, the smaller it becomes. In the low-viscosity glass as described above, this flow velocity distribution tends to be larger.
Therefore, of the molten glass that flows into the glass outflow pipe from the container at the same time, the one that flows along the flow path at the center of the pipe has a longer transit time in the pipe than the one that flows along the flow path near the inner peripheral surface of the pipe. Becomes shorter. Therefore, the molten glass which flows out simultaneously from the outlet of the glass outflow pipe does not flow into the glass outflow pipe at the same time.
このように、容器中に蓄積された熔融ガラスを均質化したとしても、ガラス流出パイプの中心と、ガラス流出パイプの内周面付近における熔融ガラスの流速の違いにより、ガラス流出パイプ内を熔融ガラスが流れるうちに、ガラス流出パイプから流出する熔融ガラスのガラス組成にばらつきが生じてしまう。このガラス組成のばらつきは僅かなものではあるが、屈折率のばらつきとなり、成形したガラス成形体や光学素子に脈理となって現れることになる。光学ガラスのように非常に高い均質性が求められるガラスでは、この脈理の発生が品質を大きく損なうことになってしまう。 Thus, even if the molten glass accumulated in the container is homogenized, the inside of the glass outflow pipe is melted by the difference in the flow rate of the molten glass near the center of the glass outflow pipe and the inner peripheral surface of the glass outflow pipe. As the glass flows, the glass composition of the molten glass flowing out from the glass outflow pipe varies. Although the variation in the glass composition is slight, it becomes a variation in the refractive index and appears as a striae in the molded glass molded body or optical element. In a glass such as optical glass that requires a very high homogeneity, the occurrence of this striae greatly deteriorates the quality.
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、高品質なガラスの製造に有用なガラス流出パイプ、このようなガラス流出パイプを備えたガラス製造装置、さらには、このようなガラス流出パイプを使用したガラス成形体や光学素子の製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a glass outflow pipe useful for the production of high-quality glass, a glass manufacturing apparatus equipped with such a glass outflow pipe, and such a glass outflow pipe. An object of the present invention is to provide a method for producing a glass molded body and an optical element using the above.
本発明に係るガラス流出パイプは、熔融ガラスが蓄積された容器から、前記熔融ガラスを導いて流出させる流路の少なくとも一部をなすガラス流出パイプであって、前記熔融ガラスが内部を流動することによって攪拌される凹凸形状が、内周面に設けられている構成としてある。 The glass outflow pipe according to the present invention is a glass outflow pipe that forms at least a part of a flow path for guiding and flowing out the molten glass from a container in which the molten glass is accumulated, and the molten glass flows inside. The concavo-convex shape to be agitated is provided on the inner peripheral surface.
このような構成とした本発明に係るガラス流出パイプによれば、流出される熔融ガラスを常に均質化し、ガラス成形体や、光学素子を製造するに際し、脈理などのガラス組成の不均一さに起因する不具合を有効に回避することができる。 According to the glass outflow pipe according to the present invention having such a configuration, the molten glass that is outflowed is always homogenized, and when manufacturing a glass molded body or an optical element, the glass composition such as striae is not uniform. Problems caused can be effectively avoided.
また、本発明に係るガラス流出パイプは、前記凹凸形状が、長手方向に沿って螺旋状に形成された凹溝及び/又は凸条からなる構成とすることができる。
このような構成とすれば、流路内を流動する熔融ガラスに抵抗を与え、熔融ガラスが螺旋状に流動して攪拌されるようにすることができる。
ここで、凸条とは、パイプ内周面に沿って延びる凸部を意味する。
Moreover, the glass outflow pipe which concerns on this invention can be set as the structure which the said uneven | corrugated shape consists of a ditch | groove and / or a protruding item | line which were formed helically along the longitudinal direction.
With such a configuration, it is possible to impart resistance to the molten glass flowing in the flow path so that the molten glass flows in a spiral shape and is stirred.
Here, the convex line means a convex part extending along the inner peripheral surface of the pipe.
また、本発明に係るガラス流出パイプは、熔融ガラスが蓄積された容器から、前記熔融ガラスを導いて流出させる流路の少なくとも一部をなすガラス流出パイプであって、長手方向に沿って螺旋状に形成された凹溝及び/又は凸条からなる凹凸形状が、内周面に設けられている構成としてもよい。 Further, the glass outflow pipe according to the present invention is a glass outflow pipe that forms at least a part of a flow path for guiding the molten glass out of the container in which the molten glass is accumulated, and is spiral along the longitudinal direction. It is good also as a structure by which the uneven | corrugated shape which consists of the ditch | groove and / or protruding line | wire which were formed in is provided in the inner peripheral surface.
また、本発明に係るガラス流出パイプは、少なくとも隣接する二つの所定範囲において、一方の範囲に形成された前記凹溝及び/又は凸条が、他方の範囲に形成された前記凹溝及び/又は凸条に対して、逆方向に回転する螺旋構造とされた構成とすることができる。
このような構成とすれば、流出させる熔融ガラスをより均質なものとすることができる。
Further, in the glass outflow pipe according to the present invention, in at least two adjacent predetermined ranges, the concave groove and / or ridge formed in one range is the concave groove and / or formed in the other range. It can be set as the structure made into the spiral structure rotated in a reverse direction with respect to a protruding item | line.
With such a configuration, the molten glass that flows out can be made more homogeneous.
また、本発明に係るガラス流出パイプは、前記凹凸形状が設けられた範囲において、長手方向に直交する断面における断面積が、ほぼ一定とされた構成とすることができる。
このような構成とすれば、凹凸形状を設けることが、熔融ガラスを導いて流出させる流路を温度調整する際の妨げにならないようにすることができる。例えば、パイプに通電してジュール熱を発生させてパイプの温度調整をする場合、上記断面におけるパイプの断面積がほぼ一定であれば、パイプの長手方向に沿って電気抵抗が一定となり、パイプの長手方向に沿い、通電によって発生するジュール熱も一定にすることができ、パイプの温度調整に好都合となる。また、パイプを高周波誘導加熱する場合も、均等な高周波誘導加熱を行えば、長手方向に沿ってパイプの発熱を一定にすることができる。したがって、パイプの温度調整が容易になる。
In addition, the glass outflow pipe according to the present invention may be configured such that the cross-sectional area in the cross section perpendicular to the longitudinal direction is substantially constant in the range where the uneven shape is provided.
If it is set as such a structure, it can prevent that providing uneven | corrugated shape does not become a hindrance at the time of adjusting the temperature of the flow path which guide | induces and flows out molten glass. For example, when the pipe temperature is adjusted by energizing the pipe to generate Joule heat, if the cross-sectional area of the pipe in the above cross section is substantially constant, the electrical resistance is constant along the longitudinal direction of the pipe, Along the longitudinal direction, Joule heat generated by energization can be made constant, which is convenient for adjusting the temperature of the pipe. In addition, when the pipe is subjected to high-frequency induction heating, if uniform high-frequency induction heating is performed, the heat generation of the pipe can be made constant along the longitudinal direction. Therefore, it becomes easy to adjust the temperature of the pipe.
また、本発明に係るガラス製造装置は、熔融ガラスを蓄積する容器と、前記容器中に蓄積された熔融ガラスを導いて流出させる流路とを備えるガラス製造装置において、前記流路の少なくとも一部に、前述したようなガラス流出パイプを用いた構成としてある。 Moreover, the glass manufacturing apparatus according to the present invention is a glass manufacturing apparatus comprising a container for accumulating molten glass and a flow path for guiding and flowing out the molten glass accumulated in the container, and at least a part of the flow path. The glass outflow pipe as described above is used.
このような構成とした本発明に係るガラス製造装置によれば、脈理などのガラス組成の不均一さに起因する不具合のない高品質なガラスを製造することができる。 According to the glass manufacturing apparatus according to the present invention having such a configuration, it is possible to manufacture high-quality glass free from defects caused by non-uniform glass composition such as striae.
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、ガラス原料を加熱、熔融して容器中に蓄積された熔融ガラスを、前記容器から流出させてガラス成形体に成形するガラス成形体の製造方法であって、前記容器から前記熔融ガラスを流出させる流路の少なくとも一部に、前述したようなガラス流出パイプを用いる方法としてある。 In addition, the method for producing a glass molded body according to the present invention is a method for producing a glass molded body in which molten glass accumulated in a container is heated and melted to flow out of the container and molded into the glass molded body. In this case, the glass outflow pipe as described above is used in at least a part of the flow path for flowing out the molten glass from the container.
このような方法とした本発明に係るガラス成形体の製造方法によれば、脈理などのガラス組成の不均一さに起因する不具合のない高品質なガラス成形体を製造することができ、また、このようなガラス成形体を用いて高品質な光学素子を製造することができる。 According to the method for producing a glass molded body according to the present invention as described above, it is possible to produce a high-quality glass molded body free from defects caused by non-uniform glass composition such as striae, and A high-quality optical element can be manufactured using such a glass molded body.
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、より具体的には、流出させた前記熔融ガラスから熔融ガラス塊を分離し、前記熔融ガラス塊を冷却固化させる過程で精密プレス成形用プリフォームに成形する方法、流出させた前記熔融ガラスを鋳型に鋳込んでガラス成形体に成形する方法、流出させた前記熔融ガラスから熔融ガラス塊を分離し、前記熔融ガラス塊をプレス成形してガラス成形体に成形する方法とすることができる。 In addition, the method for producing a glass molded body according to the present invention more specifically, a preform for precision press molding in the process of separating a molten glass lump from the molten glass that has flowed out and cooling and solidifying the molten glass lump. A method of forming the molten glass into a mold by molding it into a mold, separating the molten glass lump from the molten glass that has flowed out, and press-molding the molten glass lump to form a glass It can be set as the method of shape | molding to a body.
また、本発明に係るガラス成形体の製造方法は、前述したような方法により製造された精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形する方法、前述したような方法により製造されたガラス成形体に対して、少なくとも研削、研磨を施して光学素子とする方法としてある。 In addition, the method for producing a glass molded body according to the present invention includes a method for precision press molding a preform for precision press molding produced by the method as described above, and a method for producing a glass molded body produced by the method as described above. Thus, at least grinding and polishing are performed to obtain an optical element.
このような方法とした本発明に係る光学素子の製造方法によれば、脈理などのガラス組成の不均一さに起因する不具合のない高品質な光学素子を製造することができる。 According to the method of manufacturing an optical element according to the present invention as described above, it is possible to manufacture a high-quality optical element free from defects caused by nonuniform glass composition such as striae.
以上のように、本発明によれば、熔融ガラスが蓄積された容器から、熔融ガラスを導いて流出させる流路において、その内部を流動することによって熔融ガラスが攪拌され、均質化することができるので、均質な熔融ガラスを流出することができる。その結果、高品質なガラス成形体を製造することができ、さらには、そのようなガラス成形品を用いることで、高品質な光学素子を製造することも可能となる。 As described above, according to the present invention, the molten glass can be stirred and homogenized by flowing in the flow path for guiding the molten glass to flow out from the container in which the molten glass is accumulated. Therefore, a homogeneous molten glass can be flowed out. As a result, it is possible to produce a high-quality glass molded body, and it is also possible to produce a high-quality optical element by using such a glass molded article.
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[ガラス流出パイプ、ガラス製造装置]
まず、本発明に係るガラス流出パイプ、及びガラス製造装置の実施形態について説明する。
なお、図1は、本実施形態におけるガラス製造装置を概念的に示す説明図である。
[Glass outflow pipe, glass manufacturing equipment]
First, an embodiment of a glass outflow pipe and a glass manufacturing apparatus according to the present invention will be described.
In addition, FIG. 1 is explanatory drawing which shows notionally the glass manufacturing apparatus in this embodiment.
図示する例において、ガラス製造装置100は、バッチ原料と呼ばれる各種化合物を調合した原料を加熱、熔解してガラス化する熔解槽10と、熔解槽10で得られた熔融ガラスを清澄する清澄槽20と、清澄した熔融ガラスを攪拌棒31などで攪拌して均質化する作業槽30と、作業槽30中に蓄積された熔融ガラスを導いて流出させる流路としての流出パイプ40を備える。
In the illustrated example, the glass manufacturing apparatus 100 heats and melts a raw material prepared by mixing various compounds called batch raw materials to vitrify the glass, and a clarification bath 20 that refines the molten glass obtained in the melting bath 10. And a working tank 30 for stirring and homogenizing the clarified molten glass with a stirring rod 31 and the like, and an
本実施形態において、ガラス製造装置100は、熔融ガラスを蓄積する容器と、この容器中に蓄積された熔融ガラスを導いて流出させる流路とを備えていればよく、具体的な各部の構成は、公知のガラス製造装置のものを適宜利用することができる。例えば、ガラス化したカレット原料を調合して、これを所定の容器に投入し、加熱、熔融、清澄、攪拌を一つの容器中で行い、このような容器に、熔融ガラスを導いて流出させる流路を接続したものであってもよい。 In this embodiment, the glass manufacturing apparatus 100 should just be equipped with the container which accumulate | stores molten glass, and the flow path which guide | induces and flows out the molten glass accumulate | stored in this container, and the structure of a specific part is as follows. Any known glass manufacturing apparatus can be used as appropriate. For example, a vitrified cullet raw material is prepared, put into a predetermined container, heated, melted, clarified and stirred in one container, and the molten glass is introduced into such a container to flow out. The road may be connected.
熔融ガラスが蓄積された容器に接続され、熔融ガラスを導いて流出させる流路としての流出パイプ40には、少なくともその一部の内周面に、熔融ガラスが流出パイプ40の内部を流動することによって攪拌される凹凸形状が設けられている。このような凹凸形状は、例えば、長手方向に沿って螺旋状に形成された凹溝、又は凸条とすることができ、螺旋状に形成された凹溝や凸条は、流出パイプ40の同一内周面に混在していてもよい。
なお、凸条とは、前述のようにパイプ内周面に沿って延びる凸部を意味する。
The
In addition, a convex line means the convex part extended along a pipe internal peripheral surface as mentioned above.
流出パイプ40の内周面に形成される螺旋状の凹溝や凸条は、流出パイプ40内を流動する熔融ガラスに抵抗を与え、熔融ガラスが流出パイプ40内を螺旋状に流動して攪拌されるようにすることができれば、長手方向に沿って連続して形成されたものに限らない。一定間隔又は不定間隔で長手方向に沿って不連続に形成されたものであっても、全体として螺旋状になっていればよい。さらに、このような凹溝や凸条は、流出パイプ40の内周面に複数条並んで形成されたものであっても、一条の螺旋が単独で形成されたものであってもよい。
The spiral grooves and ridges formed on the inner peripheral surface of the
また、流出パイプ40の内周面に螺旋状の凹溝や凸条を形成するにあたり、内径が比較的太いパイプに対しては、研削などの機械加工によって形成することができる。また、凸条を形成する場合は、流出パイプ40の外周面から凸条を形成するための部材を螺旋状に打ち込むなどすることによってもよい。
Further, when forming a spiral groove or ridge on the inner peripheral surface of the
一方、流出パイプ40の内径を比較的細径とする必要がある場合には、次のような加工手段をとることができる。
まず、流出パイプ40には、白金又は白金合金などを材料に用いて作製された細径のパイプを利用することができるが、一般に入手可能な白金製の細径のパイプには、その内周面に、図2(c)に示すような複数本の凸条41が長手方向に沿って直線状に形成されている。このような凸条41は、所望の内径よりも太いパイプをローラなどで絞って細径のパイプとする際に、絞りしわとして生じるものと考えられる。そして、このようなパイプを加熱して鈍しをとることによって軟らかくした後、図2(a)に示すように、中心軸周りに矢印tの方向に所望の角度でパイプ40を捻る捻り加工を施すと、パイプ40の内周面の凸条41も追随して、図2(d)に示すように螺旋状に捻られる。
On the other hand, when it is necessary to make the inner diameter of the
First, the
ここで、図2(a)〜(c)は、捻り加工を施す前の流出パイプ40を概念的に示す説明図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A断面図、図2(c)は、図2(b)のB−B断面図である。また、図2(d)は、捻り加工を施した後の流出パイプ40を概念的に示す説明図であり、図2(b)のB−B断面に相当する断面を示している。
Here, FIGS. 2A to 2C are explanatory views conceptually showing the
流出パイプ40の内周面に、螺旋状の凹溝や凸条を形成することにより、図3に矢印aで示すように、流出パイプ40内を流動する熔融ガラスには、螺旋状に旋回する渦状の流れが生じると考えられる。これとともに、内周面に沿って流動する熔融ガラスにあっては、その内周面に沿った流れが凸条41によって妨げられて、図3に矢印bで示すような乱流が生じると考えられる。
これにより、流出パイプ40の中心付近を流れる熔融ガラスと、流出パイプ40の内周面付近を流れる熔融ガラスとが十分に攪拌され、流出パイプ40からは、常に均質な熔融ガラスを流出させることができるようになる。
なお、図3は、流出パイプ40内を流動する熔融ガラスが攪拌される様子を概念的に示す説明図である。
By forming a spiral groove or protrusion on the inner peripheral surface of the
As a result, the molten glass flowing near the center of the
FIG. 3 is an explanatory diagram conceptually showing a state where the molten glass flowing in the
また、より均質な熔融ガラスを流出パイプ40から流出させるには、流出パイプ40の少なくとも隣接する二つの所定範囲において、一方の範囲に形成された凹溝や凸条が、他方の範囲に形成された凹溝や凸条に対して、逆方向に回転する螺旋構造とするのが好ましい。
このためには、流出パイプ40の一定に範囲について、前述したようにして鈍しをとって捻り加工を施した後に、他の範囲について逆方向に捻り加工を施すようにすればよい。また、所定長さの流出パイプ40について、逆方向に捻り加工を施したものを溶接などで接合してもよい。
Further, in order to allow a more homogeneous molten glass to flow out from the
For this purpose, after a constant range of the
本実施形態において、流出パイプ40の内径には、特に制限はないが、低粘性の熔融ガラスの場合、パイプ内径を細くして流出量をコントロールする場合が多い。このため、内径がφ4mm以下のパイプが好適であり、φ3mm以下のパイプがより好適である。内径の下限は、熔融ガラスの安定した流れが得られる限り、特に制限されないが、φ1mmを目安とすればよく、多くの場合、φ1.5mmとすればよい。
ここで、パイプ内周面に凹溝や凸条があっても、パイプの中心軸に対して垂直に切ったパイプ内周面の断面形状は、略円形になっている。この場合、前記断面における複数の凸条の各頂部を通る仮想的な円の直径を内径と呼ぶ。また、前記断面における複数の凹溝の各底部を通る仮想的な円の直径をφoとし、上記内径をφとしたときに、(φo−φ)/φを0.01〜0.25とすることが、内部を流動する熔融ガラスの攪拌効果を高める上から好ましい。また、捻り加工によって上記構造をパイプに付与する場合、捻り加工を容易に行う上から、前記凹溝及び/又は凸条を備える部分におけるパイプの最大肉厚が2mm以下とすることが好ましく、1.5mm以下とすることがより好ましい。最大肉厚の下限については、好ましくは0.5mm、より好ましくは1mmである。
In the present embodiment, the inner diameter of the
Here, even if there are concave grooves or ridges on the pipe inner peripheral surface, the cross-sectional shape of the pipe inner peripheral surface cut perpendicular to the central axis of the pipe is substantially circular. In this case, the diameter of a virtual circle passing through the tops of the plurality of ridges in the cross section is called an inner diameter. Further, when the diameter of a virtual circle passing through the bottoms of the plurality of concave grooves in the cross section is φ o and the inner diameter is φ, (φ o −φ) / φ is 0.01 to 0.25. It is preferable to increase the stirring effect of the molten glass flowing inside. In addition, when the above structure is imparted to the pipe by twisting, it is preferable that the maximum thickness of the pipe in the portion provided with the concave groove and / or the ridge is 2 mm or less from the viewpoint of easy twisting. More preferably, it is 5 mm or less. The lower limit of the maximum wall thickness is preferably 0.5 mm, more preferably 1 mm.
また、高い均質性が要求されるのは、熔融ガラスが流出パイプ40から流出するときである。したがって、流出パイプ40から熔融ガラスが流出する直前に、熔融ガラスが流出パイプ40内で十分に攪拌されるようにするのが好ましい。このような観点から、螺旋状に形成された凹溝や凸条を設ける部位は、流出パイプ40の流出口に近い部位とすることが好ましい。
High homogeneity is required when the molten glass flows out from the
また、螺旋状に形成された凹溝や凸条を設ける範囲の長さは、熔融ガラスの攪拌が十分になされるように、100mm以上とすることが好ましい。ただし、流出パイプ40の全長にわたって、このような加工を施す必要もないので、成形したガラスの脈理の有無を見ながら、螺旋状に形成された凹溝や凸条を設ける部分の長さや、螺旋状に捻る捻れ具合を適宜調整すればよい。
螺旋状に形成された凹溝や凸条を設ける範囲の目安としては、その範囲の長さを300〜600mmとすることが好ましく、より好ましくは350〜550mmである。
Moreover, it is preferable that the length of the range which provides the concave groove | channel and convex line | wire which were formed in spiral is 100 mm or more so that molten glass can fully be stirred. However, since it is not necessary to perform such processing over the entire length of the
As a guideline of the range in which the spirally formed grooves and ridges are provided, the length of the range is preferably 300 to 600 mm, and more preferably 350 to 550 mm.
また、流出パイプ40から熔融ガラスを流出させるにあたり、その流出量を調整するために、通電加熱方式、高周波誘導加熱方式などの適宜手段により、流出パイプ40を加熱して、熔融ガラスの粘度を調整することが一般に行われる。このときの温度調整が容易となるように、流出パイプ40の長手方向に沿った断面の断面積がほぼ一定となっているのが好ましい。その理由は前述のとおりである。
本実施形態では、流出パイプ40の内径を単に絞って熔融ガラスの流れに乱流を生じさせるのではなく、螺旋状に形成された凹溝や凸条のような凹凸形状を設けて、熔融ガラスが攪拌されるようにしているので、このような凹凸形状を設けた範囲にあっても、流出パイプ40の長手方向に沿った断面の断面積をほぼ一定にすることができ、流出パイプ40の温度調整の妨げにならない。
In addition, when the molten glass flows out from the
In this embodiment, instead of simply reducing the inner diameter of the
さらに、ガラス製造装置100は、流出パイプ40から流出させた熔融ガラスを成形して、所定のガラス成形体とする成形装置50や、特に図示しないが、成形されたガラス成形体をアニールするアニール装置などを備えて構成することができる。
なお、図示する例において、成形装置50は、支持台52上に複数の受型51を備え、この受型51に流出パイプ40から流出した熔融ガラスを受けて、所定形状のガラス成形体を成形するようにしてあるが、成形装置50の構成は、これに限られるものではなく、後述するような鋳型などに置き換えてもよい。
Furthermore, the glass manufacturing apparatus 100 forms the molten glass that has flowed out from the
In the example shown in the figure, the
[ガラス成形体の製造方法]
次に、以上のようなガラス製造装置によりガラス成形体を製造する本発明に係るガラス成形体の製造方法の実施形態について説明する。
[Method for producing glass molded body]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a glass molded body according to the present invention, in which a glass molded body is manufactured by the glass manufacturing apparatus as described above, will be described.
本実施形態にあっては、例えば、流出パイプ40より流出する熔融ガラスから熔融ガラス塊を分離し、冷却固化する過程で、所定形状に成形されたガラス成形体としての精密プレス成形用プリフォームを製造する。
In this embodiment, for example, in the process of separating a molten glass lump from the molten glass flowing out from the
精密プレス成形用プリフォームは、光学素子などの精密プレス成形品の重量とほぼ等しい重量のガラスを、精密プレス成形に適した形状に予め成形したものである。このような精密プレス成形用プリフォームには、精密プレス成形時に、プリフォームをなすガラスが、プレス成形型内に十分広がるようにするための機能を有する公知の各種膜や、離型性を高めるための公知の各種膜をプリフォームの全表面に形成することができる。 The precision press-molding preform is obtained by pre-molding glass having a weight substantially equal to the weight of a precision press-molded product such as an optical element into a shape suitable for precision press molding. Such precision press-molding preforms include various known films having a function for allowing the glass forming the preforms to sufficiently spread in the press-molding mold during precision press-molding, and improving mold release properties. For this purpose, various known films can be formed on the entire surface of the preform.
精密プレス成形用プリフォームを製造するには、まず、通電加熱方式、高周波誘導加熱方式など、又はこれらの加熱方式を任意に組み合わせた加熱法で、所定温度に加熱した流出パイプ40から、一定流量で連続して熔融ガラスを流出する。そして、流出した熔融ガラスから、プリフォーム1個分の重量の熔融ガラス塊を分離する。
In order to manufacture a precision press-molding preform, first, a constant flow rate from the
熔融ガラス塊を分離するにあたっては、切断痕が残らないように、切断刃の使用を避けるのが好ましい。このためには、例えば、流出パイプ40から熔融ガラスを成形装置50の受型51に滴下させるか、又は、流出する熔融ガラスの先端を受型51に支持しつつ、目的重量の熔融ガラス塊が分離できるタイミングで受型51を急降下して、熔融ガラスの表面張力を利用して熔融ガラスの先端から熔融ガラス塊を分離するなどすればよい。
In separating the molten glass lump, it is preferable to avoid the use of a cutting blade so that a cutting trace does not remain. For this purpose, for example, molten glass is dropped from the
分離した熔融ガラス塊は、受型51上においてガラスが冷却、固化する前に、所望形状に成形される。その際、プリフォーム(ガラス成形体)の表面にシワが生じたり、カン割れと呼ばれるガラスの冷却過程における破損が生じたりするのを防止するため、鉛直方向上向きに噴出する窒素などの不活性ガスにより、受型51上に熔融ガラス塊を浮上させた状態で成形するのが好ましい。所定形状に成形され、外力を加えても変形しない温度域にまで冷却されたプリフォームは、受型51から取り出されてアニールされる。
なお、受型を用いて熔融ガラス塊を成形する代わりに、次のようにしてもよい。ガラス流出パイプから熔融ガラス滴を滴下し、液体液面に落下させて前記液体中でガラス滴を成形する。あるいは、上記のように熔融ガラス滴を滴下し、落下中のガラス滴を空中で成形する。落下中に成形されたガラスは液体液面に落下して没し、液体中からガラス成形体を回収する。これらのガラス成形体はそのままプリフォームとしてもよいし、表面を研磨してプリフォームにしてもよい。研磨前にはガラス中の歪を低減させるためにアニールすることが望ましい。
The separated molten glass block is formed into a desired shape before the glass cools and solidifies on the receiving
Instead of forming a molten glass lump using a receiving die, the following method may be used. A molten glass droplet is dropped from a glass outflow pipe and dropped onto the liquid surface to form a glass droplet in the liquid. Alternatively, molten glass droplets are dropped as described above, and the falling glass droplets are formed in the air. The glass formed during the fall falls to the liquid surface and dies, and the glass molded body is recovered from the liquid. These glass molded bodies may be used as preforms as they are, or the surfaces thereof may be polished into preforms. Before polishing, it is desirable to anneal in order to reduce strain in the glass.
また、本実施形態では、ガラス成形体を製造するにあたり、流出する熔融ガラスを鋳型に鋳込んで、鋳型に応じた所定形状のガラス成形体とすることもできる。 Moreover, in this embodiment, when manufacturing a glass forming body, the molten glass which flows out can be cast in a casting_mold | template, and it can also be set as the glass forming body of the predetermined shape according to a casting_mold | template.
この場合には、まず、流出パイプ40から熔融ガラスを流出し、流出パイプ40の下方に配置した鋳型に流し込む。鋳型には、例えば、平坦な底部と、底部を囲むように直立する側壁を備え、一つの側壁には開口部が設けられたものを使用することができる。そして、底面の中央が流出パイプ40の鉛直下方に位置し、かつ、底面が水平になるように鋳型を配置、固定して、流出パイプ40から熔融ガラスを流し込む。次いで、側壁で囲まれた領域内に均一な厚みになるように、鋳型内に流し込まれた熔融ガラスを静置する。冷却後、固化したガラスを側壁に設けられた開口部から一定の速度で水平方向に引き出してアニールする。
このようにすれば、一定の幅と厚みを有する光学的に均質な板状のガラス成形体を得ることができる。
In this case, first, the molten glass flows out from the
In this way, an optically homogeneous plate-like glass molding having a certain width and thickness can be obtained.
また、鋳型としては、円柱状の貫通孔を有し、貫通孔の中心軸が鉛直方向と一致するように流出パイプ40の鉛直下方に配置、固定したものを用いてもよい。
この場合には、流出パイプ40から一定流量の熔融ガラスを鋳型の貫通孔内に流し込み、充填された熔融ガラスを静置する。冷却後、固化したガラスを貫通孔の下端開口部から一定速度で鉛直下方に引き出してアニールする。
このようにすれば、光学的に均質な円柱棒状のガラス成形体を得ることができる。
Moreover, as a casting_mold | template, what has a cylindrical through-hole and is arrange | positioned and fixed to the downward direction of the
In this case, a constant flow rate of molten glass is poured from the
In this way, an optically homogeneous cylindrical rod-shaped glass molded body can be obtained.
上記のようにして成形された板状のガラス成形体や、円柱棒状のガラス成形体は、切断又は割断して複数のガラス片に分割し、これらのガラス片を研削、研磨することにより、目的重量の精密プレス成形用プリフォームに仕上げることができる。
また、バレル研磨などにより、切断又は割断されたガラス片を目的重量のプレス成形用ガラスゴブに仕上げることもできる。
The plate-shaped glass molded body and the cylindrical rod-shaped glass molded body formed as described above are divided into a plurality of glass pieces by cutting or cleaving, and by grinding and polishing these glass pieces, Can be finished into heavy precision press-molding preforms.
Moreover, the glass piece cut | disconnected or cut by barrel grinding | polishing etc. can also be finished into the glass gob for press molding of the target weight.
さらに、本実施形態では、流出する熔融ガラスから分離した熔融ガラス塊をプレス成形して、所定形状のガラス成形体とすることもできる。 Furthermore, in this embodiment, the molten glass lump separated from the molten glass flowing out can be press-molded to form a glass molded body having a predetermined shape.
この場合には、流出パイプ40の下方にプレス成形型を構成する下型を待機させ、流出する熔融ガラスの下端を下型成形面上に受ける。そして、下型と流出パイプ40の間の所定位置で、シアーと呼ばれる耐熱性の切断刃で熔融ガラスを切断し、下型成形面上に所望重量の熔融ガラス塊を得る。次に、この熔融ガラス塊を載せたまま、下型を流出パイプ40の下方から退避させ、下型と対向する上型を含むプレス成形型を用いて所定形状にプレス成形する。成形後、上型を上方へ退避させて、プレス成形品の上面を上型成形面から離型する。下型成形面上で、外力により変形しない温度にまでプレス成形品を冷却した後、下型からプレス成形品を取り出してアニールする。このとき、プレス成形品(ガラス成形体)を連続して製造するには、複数個の下型を用いて上記の操作を繰り返せばよい。
なお、このようなプレス成形は大気中で行うことができ、高温のガラスがプレス成形型に融着しないようにするために、粉末状の離型剤、例えば、窒化ホウ素粉末をプレス成形型の成形面に噴射塗布しておくのが好ましい。
In this case, the lower mold constituting the press mold is placed under the
Such press molding can be performed in the atmosphere, and in order to prevent high-temperature glass from fusing to the press mold, a powder release agent, for example, boron nitride powder is used in the press mold. It is preferable to spray-coat on the molding surface.
[光学素子の製造方法]
次に、本発明に係る光学素子の製造方法の実施形態について説明する。
[Method for Manufacturing Optical Element]
Next, an embodiment of a method for manufacturing an optical element according to the present invention will be described.
本実施形態において、前述したようにして得られた精密プレス成形用プリフォームに対しては、これを精密プレス成形することにより所望の光学素子を製造する。
精密プレス成形は、モールドオプティクス成形とも呼ばれる。光学素子において、光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面(レンズを例にとると、非球面レンズの非球面や、球面レンズの球面などのレンズ面が、この光学機能面に相当する)というが、精密プレス成形によれば、プレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形によって光学機能面を形成することができる。このため、光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。
このような精密プレス成形は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学素子の製造に好適であり、特に、非球面レンズを高い生産性のもとに製造する方法として適している。
In the present embodiment, a desired optical element is manufactured by precision press molding the preform for precision press molding obtained as described above.
Precision press molding is also called mold optics molding. In an optical element, a surface that transmits, refracts, diffracts, or reflects a light beam is an optical functional surface (for example, an aspheric surface of an aspheric lens or a spherical surface of a spherical lens. According to precision press molding, the optical functional surface can be formed by press molding by precisely transferring the molding surface of the press mold to glass. For this reason, it is not necessary to add machining such as grinding and polishing to finish the optical functional surface.
Such precision press molding is suitable for the production of optical elements such as lenses, lens arrays, diffraction gratings, and prisms, and is particularly suitable as a method for producing aspherical lenses with high productivity.
精密プレス成形に使用するプレス成形型としては、公知のもの、例えば、炭化珪素、ジルコニア、アルミナなどの耐熱性セラミックスの型材の成形面に離型膜を設けたものを使用することができる。これらの中でも、炭化珪素製のプレス成形型が好ましい。また、離型膜としては、炭素含有膜などを使用することができるが、耐久性、コストの面から特にカーボン膜が好ましい。 As a press mold used for precision press molding, a known mold, for example, a mold having a release film on a molding surface of a heat-resistant ceramic mold such as silicon carbide, zirconia, or alumina can be used. Among these, a press mold made of silicon carbide is preferable. As the release film, a carbon-containing film or the like can be used, but a carbon film is particularly preferable from the viewpoint of durability and cost.
精密プレス成形では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つために、成形時の雰囲気を非酸化性ガスにするのが好ましい。非酸化性ガスとしては、窒素、窒素と水素の混合ガスなどが好ましい。精密プレス成形された光学素子は、プレス成形型より取り出され、必要に応じてアニールされる。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて芯取り加工を行ったり、表面に光学薄膜をコートしたりしてもよい。 In precision press molding, in order to keep the molding surface of the press mold in a good state, the atmosphere during molding is preferably a non-oxidizing gas. As the non-oxidizing gas, nitrogen, a mixed gas of nitrogen and hydrogen, and the like are preferable. The precision press-molded optical element is taken out from the press mold and annealed as necessary. When the molded product is an optical element such as a lens, centering may be performed as necessary, or an optical thin film may be coated on the surface.
上記方法は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話搭載カメラなどの撮像光学系を構成する各種レンズ、プロジェクタなどの投影光学系を構成する各種レンズ、光ディスクなどの情報記録媒体にデータを書き込んだり、前記媒体からデータを読み取ったりするための光学系を構成する各種レンズなどの製造に好適である。 The above method writes data to an information recording medium such as various lenses constituting an imaging optical system such as a digital still camera, a digital video camera, and a mobile phone camera, various lenses constituting a projection optical system such as a projector, and an optical disk. It is suitable for manufacturing various lenses constituting an optical system for reading data from the medium.
さらに、流出する熔融ガラスを鋳型に鋳込んで成形されたガラス成形体に対しては、前述したように精密プレス成形用プリフォームに仕上げるほか、目的重量のプレス成形用ガラスゴブに仕上げることができる。そして、このプレス成形用ガラスゴブを加熱、軟化し、プレス成形型でプレス成形することにより、研削、研磨によって除去される加工しろを有する以外は、得ようとする光学素子に近似させた形状のブランクを成形し、公知の研削、研磨法によって、アニールしたブランクから所望の光学素子を製造するようにしてもよい。
また、板状ガラス成形体や、円柱棒状のガラス成形体を切断又は割断し、所望の大きさのガラスブロックにし、これを研削、研磨して所望の光学素子を製造することもでき、流出する熔融ガラスから分離した熔融ガラス塊をプレス成形して得たガラス成形体を研削、研磨して、光学素子を製造することもできる。
このような研削、研磨により光学機能面を仕上げる態様は、球面レンズ、プリズム、フィルターなどの光学素子の製造に好適である。
Furthermore, the glass molded body formed by casting the molten glass flowing out into a mold can be finished into a precision press-molding preform as described above, and can be finished into a press-molding glass gob having a target weight. A blank having a shape approximated to the optical element to be obtained except that the glass gob for press molding is heated, softened, and press-molded by a press mold to have a processing margin removed by grinding and polishing. The desired optical element may be manufactured from the annealed blank by a known grinding and polishing method.
Moreover, a plate-shaped glass molded body or a cylindrical rod-shaped glass molded body is cut or cut into a glass block of a desired size, and this can be ground and polished to produce a desired optical element. An optical element can also be produced by grinding and polishing a glass molded body obtained by press-molding a molten glass lump separated from the molten glass.
Such an aspect in which the optical functional surface is finished by grinding and polishing is suitable for manufacturing optical elements such as spherical lenses, prisms, and filters.
本発明において、製造するガラスの種類は特に限定されないが、屈折率などの光学特性が高精度に定められ、高い均質性が求められるガラス、すなわち、光学ガラス又は光フィルター用のガラスである場合に、特に好適である。 In the present invention, the type of glass to be produced is not particularly limited, but when the optical properties such as refractive index are determined with high accuracy and high homogeneity is required, that is, optical glass or glass for optical filters. Is particularly preferred.
光学ガラスとしては、流出時の粘度が低く、脈理が生じやすいガラス、例えば、酸化物基準でSiO2含有量が、0〜20質量%のガラスの製造に好適である。SiO2はガラスの粘性を高める成分であるが、SiO2を多量に含むガラスは高屈折率化しにくい。近年、需用が高い高屈折率光学ガラスでは、SiO2含有量を抑えなければならず、流出時のガラスの粘性が低下してしまう。本発明によれば、低粘性ガラスであっても流出パイプ40内を流動することにより、熔融ガラスが均質化されるので、製造されたガラス成形体や光学素子から脈理を排除、低減することができる。
The optical glass is suitable for the production of a glass having low viscosity at the time of outflow and easily causing striae, for example, a glass having a SiO 2 content of 0 to 20% by mass on the oxide basis. SiO 2 is a component that increases the viscosity of the glass, but glass containing a large amount of SiO 2 is difficult to increase the refractive index. In recent years, high-refractive-index optical glass with high demand is required to suppress the SiO 2 content, and the viscosity of the glass at the time of outflow is lowered. According to the present invention, the molten glass is homogenized by flowing in the
光学ガラスの具体例としては、SiO2含有ガラス、B2O3およびLa2O3含有ガラス、リン酸ガラス、フツリン酸ガラスなどを例示することができる。
以下、より詳細なガラスの組成を列挙するが、これらの成分量の表示はいずれも質量%表示とする。
Specific examples of the optical glass include SiO 2 -containing glass, B 2 O 3 and La 2 O 3 -containing glass, phosphate glass, and fluorophosphate glass.
In the following, more detailed glass compositions will be listed, but these component amounts are all expressed by mass%.
SiO2含有ガラスとしては、SiO2:1〜20%、B2O3:0〜65%、Li2O:0〜12%、Na2O:0〜12%、K2O:0〜12%、MgO:0〜30%、CaO:0〜30%、SrO:0〜30%、BaO:0〜30%、ZnO:0〜40%、La2O3:0〜50%、Gd2O3:0〜40%、Y2O3:0〜20%、ZrO2:0〜15%、TiO2:0〜20%、Ta2O5:0〜30%、WO3:0〜20%、Nb2O5:0〜30%を含むガラスを例示することができる。
このガラスにおいて精密プレス成形により適するものは、Li2OとZnOの合計含有量が1%以上のガラスであり、ガラス転移温度が610℃以下のガラスが好ましい。
The SiO2-containing glass, SiO 2: 1~20%, B 2 O 3: 0~65%, Li 2 O: 0~12%, Na 2 O: 0~12%, K 2 O: 0~12% , MgO: 0~30%, CaO: 0~30%, SrO: 0~30%, BaO: 0~30%, ZnO: 0~40%, La 2 O 3: 0~50%, Gd 2 O 3 : 0~40%, Y 2 O 3 : 0~20%, ZrO 2: 0~15%, TiO 2: 0~20%, Ta 2 O 5: 0~30%, WO 3: 0~20%, A glass containing Nb 2 O 5 : 0 to 30% can be exemplified.
Among these glasses, those suitable for precision press molding are glasses having a total content of Li 2 O and ZnO of 1% or more, and glass having a glass transition temperature of 610 ° C. or less is preferable.
B2O3およびLa2O3を含有するガラスとしては、SiO2:0〜20%、B2O3:1〜65%、Li2O:0〜12%、Na2O:0〜12%、K2O:0〜12%、MgO:0〜30%、CaO:0〜30%、SrO:0〜30%、BaO:0〜30%、ZnO:0〜40%、La2O3:1〜50%、Gd2O3:0〜40%、Y2O3:0〜20%、ZrO2:0〜15%、TiO2:0〜40%、Ta2O5:0〜30%、WO3:0〜20%、Nb2O5:0〜45%、Bi2O3:0〜45%を含むガラスを例示することができる。
このガラスにおいて精密プレス成形により適するものは、Li2OとZnOの合計含有量が1%以上のガラスであり、ガラス転移温度が630℃以下のガラスが好ましい。
The glass containing B 2 O 3 and La 2 O 3, SiO 2: 0~20%, B 2 O 3: 1~65%, Li 2 O: 0~12%, Na 2 O: 0~12 %, K 2 O: 0-12%, MgO: 0-30%, CaO: 0-30%, SrO: 0-30%, BaO: 0-30%, ZnO: 0-40%, La 2 O 3 : 1~50%, Gd 2 O 3 : 0~40%, Y 2 O 3: 0~20%, ZrO 2: 0~15%, TiO 2: 0~40%, Ta 2 O 5: 0~30 %, WO 3 : 0 to 20%, Nb 2 O 5 : 0 to 45%, Bi 2 O 3 : 0 to 45%.
Among these glasses, those suitable for precision press molding are glasses having a total content of Li 2 O and ZnO of 1% or more, and glass having a glass transition temperature of 630 ° C. or less is preferable.
リン酸ガラスとしては、P2O5:1〜50%、SiO2:0〜20%、B2O3:0〜35%、Li2O:0〜12%、Na2O:0〜12%、K2O:0〜12%、MgO:0〜30%、CaO:0〜30%、SrO:0〜30%、BaO:0〜30%、ZnO:0〜40%、La2O3:0〜20%、Gd2O3:0〜20%、Y2O3:0〜20%、ZrO2:0〜15%、TiO2:0〜30%、Ta2O5:0〜20%、WO3:0〜20%、Nb2O5:0〜45%、Bi2O3:0〜45%を含むガラスを例示することができる。
このガラスにおいて、Li2Oの量が0.1%以上であることがガラス転移温度を低下させ、プレス成形時の温度を低下させる上から好ましい。
Examples of the phosphoric acid glass, P 2 O 5: 1~50% , SiO 2: 0~20%, B 2 O 3: 0~35%, Li 2 O: 0~12%, Na 2 O: 0~12 %, K 2 O: 0-12%, MgO: 0-30%, CaO: 0-30%, SrO: 0-30%, BaO: 0-30%, ZnO: 0-40%, La 2 O 3 : 0~20%, Gd 2 O 3 : 0~20%, Y 2 O 3: 0~20%, ZrO 2: 0~15%, TiO 2: 0~30%, Ta 2 O 5: 0~20 %, WO 3 : 0 to 20%, Nb 2 O 5 : 0 to 45%, Bi 2 O 3 : 0 to 45%.
In this glass, the amount of Li 2 O is preferably 0.1% or more from the viewpoint of lowering the glass transition temperature and lowering the temperature during press molding.
フツリン酸ガラスとしては、カチオン%表示にて、P5+:5〜50%、Al3+:0.1〜30%、Mg2+:0〜20%、Ca2+:0〜25%、Sr2+:0〜30%、Ba2+:0〜30%、Li+:0〜30%、Na+:0〜10%、K+:0〜10%、Y3+:0〜10%、La3+:0〜5%、Gd3+:0〜5%を含有し、F−とO2−の合計量に対するF−の含有量、すなわちモル比F−/(F−+O2−)が0.25〜0.95であるガラスを例示することができる。このフツリン酸ガラスは低分散特性の実現に好適である。 As fluorophosphate glass, in terms of cation%, P 5+ : 5 to 50%, Al 3+ : 0.1 to 30%, Mg 2+ : 0 to 20%, Ca 2+ : 0 to 25%, Sr 2+ : 0 -30%, Ba2 + : 0-30%, Li + : 0-30%, Na + : 0-10%, K + : 0-10%, Y3 + : 0-10%, La3 + : 0-5 %, Gd 3+ : 0 to 5%, the content of F − with respect to the total amount of F − and O 2− , that is, the molar ratio F − / (F − + O 2− ) is 0.25 to 0.95. The glass which is can be illustrated. This fluorophosphate glass is suitable for realizing low dispersion characteristics.
また、別のフツリン酸ガラスとしては、銅含有フツリン酸ガラスを例示することができる。このガラスは、近赤外線吸収によるフィルター機能を有し、CCDや、CMOSなどの半導体撮像素子の色感度補正機能を有する光学素子の材料となる。同様の機能を有するガラスとしては、銅含有リン酸ガラスを例示することができるが、耐候性の面から、銅含有フツリン酸ガラスは、銅含有リン酸ガラスよりも優れている。近赤外線吸収機能を有する半導体撮像素子の色感度補正用素子を構成する銅含有ガラスは、熔融温度が高すぎるとガラス中のCu2+が還元されてCu+になるため、色感度補正機能が低下する。SiO2の量が増加すると熔融温度が高くなるため、銅含有ガラスではSiO2を含まないことがより好ましい。 Moreover, copper-containing fluorophosphate glass can be illustrated as another fluorophosphate glass. This glass has a filter function by near-infrared absorption, and becomes a material for an optical element having a color sensitivity correction function of a semiconductor imaging element such as a CCD or CMOS. As the glass having the same function, a copper-containing phosphate glass can be exemplified, but from the viewpoint of weather resistance, the copper-containing fluorophosphate glass is superior to the copper-containing phosphate glass. When the melting temperature is too high, Cu 2+ in the glass is reduced to Cu + in the copper-containing glass constituting the color sensitivity correcting element of the semiconductor imaging device having a near infrared absorption function, so that the color sensitivity correcting function is lowered. To do. Since the melting temperature increases as the amount of SiO 2 increases, it is more preferable that the copper-containing glass does not contain SiO 2.
上記各ガラスともSiO2の量は0〜20%であり、SiO2の含有量の好ましい範囲は上記のとおりである。
なお、リン酸ガラス、フツリン酸ガラスはSiO2を含まないことがより好ましい。
In each of the above glasses, the amount of SiO 2 is 0 to 20%, and the preferred range of the content of SiO 2 is as described above.
The glass phosphate, fluorophosphate glass is more preferably free of SiO 2.
次に、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in detail with specific examples.
[実施例1]
(ガラス製造装置)
白金製のパイプを、その外径よりも小さい内径を有するダイス孔に通して、内径が2.0mmになるようにパイプ径を絞り、内周面にパイプの長さ方向に沿って伸びる平行な複数の凹凸を設けた。次に、長さ250mmにわたってパイプを5回転捻った後、この捻りを加えた部分に隣接する長さ250mmの部分に、上記の回転方向とは逆方向に5回転捻りを加えた。
このようにして、長さ500mmにわたり、内周面に螺旋状の凹凸形状を有する内径2.0mmのパイプを作製し、得られたパイプを、熔解槽、清澄槽、作業槽、熔解槽と清澄槽を連結する連結パイプ、清澄槽と作業槽を連結する連結パイプを備えたガラス製造装置において、作業槽の底部に接続され、鉛直下方に伸びる流出パイプの下端に熔接により取り付けた。
[Example 1]
(Glass manufacturing equipment)
A platinum pipe is passed through a die hole having an inner diameter smaller than its outer diameter, the pipe diameter is reduced so that the inner diameter becomes 2.0 mm, and a parallel extending along the length direction of the pipe is formed on the inner peripheral surface. A plurality of irregularities were provided. Next, the pipe was twisted 5 times over a length of 250 mm, and then a 5-twist twist was applied in the direction opposite to the above rotation direction to a 250 mm long portion adjacent to the twisted portion.
In this way, a pipe having an inner diameter of 2.0 mm having a spiral irregular shape on the inner peripheral surface over a length of 500 mm was produced, and the obtained pipe was used as a melting tank, a clarification tank, a working tank, a melting tank and a clarification tank. In the glass manufacturing apparatus provided with the connection pipe which connects a tank, and the connection pipe which connects a clarification tank and a work tank, it attached to the bottom part of the work tank, and was attached to the lower end of the outflow pipe extended in the perpendicular downward direction by welding.
なお、熔解槽には、ガラス原料、例えば、バッチ原料と呼ばれる未ガラス化原料、又はカレット原料と呼ばれるガラス化した原料が投入され、加熱、熔融される。熔融によりガラス原料が完全に熔融ガラスになった後、熔解槽と清澄槽の連結パイプを開くことにより、熔融ガラスを清澄槽へ流し込む。清澄槽では、熔融ガラスの温度をより高めて内部の泡を抜く、脱泡処理が行われる。清澄槽で脱泡された熔融ガラスは作業槽へ送られ、流出に適した温度に下げられてから、攪拌されて均質化された後に、ガラス流出パイプ内を鉛直下方に流下して流出口から流出する。 Note that a glass raw material, for example, an unvitrified raw material called a batch raw material or a vitrified raw material called a cullet raw material is charged into the melting tank, and is heated and melted. After the glass raw material has completely turned into molten glass by melting, the molten glass is poured into the clarification tank by opening a connecting pipe between the melting tank and the clarification tank. In the clarification tank, a defoaming process is performed in which the temperature of the molten glass is further raised to remove the foam inside. The molten glass degassed in the clarification tank is sent to the work tank, lowered to a temperature suitable for outflow, and stirred and homogenized. leak.
(熔融ガラスの調製)
ガラス成分として、B2O3、SiO2、La2O3、Li2O、ZnOなどを含み、屈折率ndが1.6935、アッベ数νdが53.2、ガラス転移温度が520℃の光学ガラスが得られるように調合したガラス原料を熔解槽内に投入した。そして、投入されたガラス原料を加熱、熔融し、清澄、攪拌して得られた熔融ガラスを作業層内に蓄積した。
(Preparation of molten glass)
As a glass component, it contains B 2 O 3 , SiO 2 , La 2 O 3 , Li 2 O, ZnO, etc., an optical index having a refractive index nd of 1.6935, an Abbe number νd of 53.2, and a glass transition temperature of 520 ° C. Glass raw materials prepared so as to obtain glass were put into a melting tank. Then, the molten glass obtained by heating, melting, clarifying and stirring the charged glass raw material was accumulated in the working layer.
(成形工程)
パイプ流出口近傍の温度を940℃前後に調整し、作業槽内の熔融ガラスを流出させ、精密プレス成形用のプリフォームを次々に成形していった。プリフォームの成形は、流出する熔融ガラス流の先端から所望量の熔融ガラス塊を分離し、これを成形型の凹部で受け、熔融ガラス塊が冷却、固化する過程でプリフォームに成形する方法で行った。
なお、成形型の凹部にはガス噴出口を多数設け、これら噴出口からガスが噴出するようにした。噴出するガスによる風圧で熔融ガラス塊は凹部上で浮上し、成形型と非接触状態を保ちつつ、プリフォームに成形される。このような操作によれば、ガラス塊と成形型との熱融着を防止し、滑らかな表面を有するプリフォームを安定して生産することができる。
(Molding process)
The temperature in the vicinity of the pipe outlet was adjusted to around 940 ° C., the molten glass in the working tank was allowed to flow out, and preforms for precision press molding were formed one after another. Preform molding is a method in which a desired amount of molten glass lump is separated from the tip of the flowing molten glass flow, and this is received by a recess of a mold, and the molten glass lump is cooled and solidified in a process of forming into a preform. went.
A number of gas jets were provided in the recesses of the mold, and gas was jetted from these jets. The molten glass lump floats on the concave portion due to the wind pressure generated by the jetting gas, and is molded into a preform while maintaining a non-contact state with the mold. According to such an operation, it is possible to stably produce a preform having a smooth surface by preventing thermal fusion between the glass block and the mold.
このようにして、数日にわたりプリフォームを生産したが、生産したプリフォームには脈理の発生は認められなかった。 In this way, preforms were produced over several days, but no striae was observed in the produced preforms.
[実施例2]
ガラス成分として、B2O3、SiO2、La2O3、Li2O、ZnO、Nb2O5などを含み、屈折率ndが1.8061、アッベ数νdが40.7、ガラス転移温度が560℃の光学ガラスが得られるように調合したガラス原料を使用した以外は、実施例1と同様にして精密プレス成形用のプリフォームを次々に成形した。
数日にわたりプリフォームを生産したが、生産したプリフォームに脈理の発生は認められなかった。
[Example 2]
As a glass component, it contains B 2 O 3 , SiO 2 , La 2 O 3 , Li 2 O, ZnO, Nb 2 O 5, etc., refractive index nd is 1.8061, Abbe number νd is 40.7, glass transition temperature A preform for precision press molding was formed one after another in the same manner as in Example 1 except that a glass raw material prepared so that an optical glass of 560 ° C. was obtained was used.
Although preforms were produced over several days, no striae was observed in the produced preforms.
[実施例3]
パイプ内径を2.5mmとした以外は、実施例1及び実施例2と同様にしてプリフォームを成形した。
数日にわたりプリフォームを生産したが、2種類のガラスとも脈理の発生は認められなかった。
[Example 3]
A preform was molded in the same manner as in Example 1 and Example 2 except that the pipe inner diameter was 2.5 mm.
Although preforms were produced over several days, no striae were observed in the two types of glass.
(光学素子の製造)
実施例1〜3で得られたプリフォームを精密プレス成形して、非球面レンズを得た。具体的には、プレス成形型を構成する下型及び上型の間にプリフォームをセットした後、窒素雰囲気中でプレス成形型とともに加熱し、プレス成形型内部の温度を成形されるガラスが108〜1010dPa・sの粘度を示す温度に昇温し、この温度を維持しつつ、上型を下降して成形型内にセットしたプリフォームをプレスした。プレスの圧力は8MPa、プレス時間は30秒とした。
プレス後、プレス圧力を解除し、プレス成形されたガラス成形品を下型及び上型と接触させたままの状態で、ガラスの粘度が1012dPa・s以上になる温度まで徐冷し、次いで、室温まで急冷してガラス成形品を成形型から取り出し非球面レンズを得た。得られた非球面レンズは、極めて高い面精度を有するレンズであった。
(Manufacture of optical elements)
The preforms obtained in Examples 1 to 3 were precision press molded to obtain aspherical lenses. Specifically, after a preform is set between the lower mold and the upper mold constituting the press mold, the glass is heated together with the press mold in a nitrogen atmosphere so that the temperature inside the press mold is 10 The temperature was raised to a temperature showing a viscosity of 8 to 10 10 dPa · s, and while maintaining this temperature, the upper mold was lowered and the preform set in the mold was pressed. The press pressure was 8 MPa, and the press time was 30 seconds.
After the pressing, the pressing pressure is released, and the glass molded product that has been press-molded is gradually cooled to a temperature at which the viscosity of the glass reaches 10 12 dPa · s or more while still in contact with the lower mold and the upper mold, The glass molded product was taken out from the mold after rapid cooling to room temperature to obtain an aspheric lens. The obtained aspherical lens was a lens having extremely high surface accuracy.
このようにして得られた非球面レンズを、洗剤を用いて洗浄し、すすぎを十分してから乾燥させ、清浄なレンズを得た。得られたレンズを観察したところ、表面にクモリは見られず、内部にも失透や脈理などの欠陥は認められなかった。
なお、洗浄した非球面レンズには必要に応じて反射防止膜を設けてもよい。
The aspherical lens thus obtained was washed with a detergent, sufficiently rinsed and then dried to obtain a clean lens. When the obtained lens was observed, no spiders were observed on the surface, and defects such as devitrification and striae were not observed inside.
The cleaned aspheric lens may be provided with an antireflection film as necessary.
[実施例4]
実施例1と同様のガラス装置において、ガラス流出パイプの流出口下方に、成形型に替えて鋳型を配置し、この鋳型に熔融ガラスを連続して流し込み、板状ガラスを成形した。
なお、成形にあたっては、ガラス成分として、B2O3、SiO2、La2O3などを含み、屈折率ndが1.8830、アッベ数νdが40.80の光学ガラスが得られるように調合したガラス原料を使用した。
[Example 4]
In the same glass apparatus as in Example 1, a mold was placed in place of the molding die below the outflow port of the glass outflow pipe, and molten glass was continuously poured into the mold to form a sheet glass.
In molding, an optical glass containing B 2 O 3 , SiO 2 , La 2 O 3 and the like as a glass component, having a refractive index nd of 1.8830 and an Abbe number νd of 40.80 is prepared. Used glass raw materials.
(成形工程)
鋳型としては、平坦な底部の周りを3方向から側壁で取り囲み、一方向の側方が開口している塵取りのような構造のものを使用した。三つの側壁のうち二つの側壁は互いに平行であり、板ガラスの幅を規制する。熔融ガラスは、鋳型上方から互いに平行な側壁の中間位置に流し込む。流し込まれた熔融ガラスは底面に沿って広がり側壁によって取り囲まれた部分に広がる。そして、鋳型により熱を奪われることで固化し、鋳型側方の開口部から一定スピードで水平方向に引き出される。熔融ガラスの鋳込みスピードと、成形した板ガラスの引き出しスピードを一定の比に維持することで鋳型内の熔融ガラス液位が一定に維持され、一定厚みの板ガラスを成形することができる。
鋳型から引き出した板ガラスを、メッシュベルトに載せて連続式アニール炉内へ運んでアニールし、アニール炉から出た板ガラスの先端を切り離して板ガラスを得たところ、板ガラスに脈理は認められなかった。
(Molding process)
As the casting mold, a structure having a structure like a dust collector in which a flat bottom portion is surrounded by a side wall from three directions and a side in one direction is opened is used. Two of the three side walls are parallel to each other and regulate the width of the glass sheet. The molten glass is poured from above the mold into an intermediate position between the side walls parallel to each other. The poured molten glass spreads along the bottom surface and spreads to the part surrounded by the side wall. Then, it is solidified by taking heat away from the mold, and is drawn out from the opening on the side of the mold in the horizontal direction at a constant speed. By maintaining the casting speed of the molten glass and the drawing speed of the molded plate glass at a constant ratio, the molten glass liquid level in the mold is maintained constant, and a plate glass having a constant thickness can be formed.
When the plate glass pulled out from the mold was placed on a mesh belt and carried into a continuous annealing furnace and annealed, and the plate glass obtained from the annealing furnace was cut off to obtain a plate glass, no striae was observed in the plate glass.
また、得られた板ガラスを賽の目状に切断して、カットピースと呼ばれるガラス片を作製し、これらカットピースをバレル研磨した後、表面に窒化ホウ素粉末を均一の塗布、加熱、軟化してレンズに近似した形状にプレス成形した。得られたプレス成形品をアニールし、研削、研磨して球面レンズを作製した。
なお、カットピースを研削、研磨してレンズを作製してもよい。
In addition, the obtained plate glass is cut into a square shape to produce glass pieces called cut pieces. After these cut pieces are barrel-polished, boron nitride powder is uniformly applied to the surface, heated and softened to form lenses. Press-molded to an approximate shape. The obtained press-molded product was annealed, ground and polished to produce a spherical lens.
The lens may be manufactured by grinding and polishing the cut piece.
[実施例5]
実施例4の塵取りのような構造の鋳型を、円柱状の貫通孔が設けられた貫通孔構造の鋳型に取り替え、実施例4と同じガラス原料を使って棒状ガラスを成形した。
[Example 5]
The mold having a dust-like structure in Example 4 was replaced with a mold having a through-hole structure in which cylindrical through-holes were provided, and rod-shaped glass was formed using the same glass raw material as in Example 4.
(成形工程)
鋳型に設けられた貫通孔が鉛直方向を向くように、ガラス流出口下方に配置し、流出口から連続して流出する熔融ガラスを鋳型貫通孔内に一定流量で流し込んだ。流し込まれた熔融ガラスは貫通孔内に広がり、鋳型に熱を奪われて冷却、固化する。固化した円柱状のガラス棒を貫通孔下方の開口部から一定のスピードで引き出し、ガラス棒の内部と表面の温度差を近づけながら冷却する。こうして得られたガラス棒の下端を切り離してアニールした。得られたガラス棒に、脈理は認めらなかった。
(Molding process)
The molten glass which flowed continuously from the outlet was poured into the mold through-hole at a constant flow rate so that the through-hole provided in the mold was oriented in the vertical direction. The poured molten glass spreads in the through-holes, and the mold is deprived of heat and cooled and solidified. The solidified cylindrical glass rod is pulled out from the opening below the through-hole at a constant speed, and cooled while bringing the temperature difference between the inside and the surface of the glass rod closer. The lower end of the glass rod thus obtained was cut off and annealed. No striae was observed in the obtained glass rod.
また、得られたガラス棒を中心軸に対して垂直に切断し、バレル研磨し、表面に窒化ホウ素粉末を均一の塗布、加熱、軟化してレンズに近似した形状にプレス成形した。得られたプレス成形品をアニールし、研削、研磨して球面レンズを作製した。
なお、ガラス棒を中心軸に対して垂直に切断して得たガラス片を研削、研磨して球面レンズを作ってもよい。
Further, the obtained glass rod was cut perpendicular to the central axis, barrel-polished, and boron nitride powder was uniformly coated, heated and softened on the surface, and press-molded into a shape approximated to a lens. The obtained press-molded product was annealed, ground and polished to produce a spherical lens.
A spherical lens may be made by grinding and polishing a glass piece obtained by cutting a glass rod perpendicularly to the central axis.
[比較例1]
パイプに捻りを加えないものを用いた以外は、実施例1及び実施例2と同様にしてプリフォームの成形を行ったところ、2種類のガラスとも1日に一度の頻度で、脈理のあるプリフォームができてしまった。
[Comparative Example 1]
Except for using pipes that do not twist, preforms were molded in the same manner as in Example 1 and Example 2, and both types of glass had striae once a day. I have a preform.
[比較例2]
実施例3と同じパイプ内径であるが、捻りを加えていないパイプを用いて、実施例1と同様にしてプリフォームの成形を行ったところ、2種類のガラスとも1日に一度の頻度で、脈理のあるプリフォームができてしまった。
[Comparative Example 2]
Using the same pipe inner diameter as in Example 3, but using a pipe that is not twisted, the preform was molded in the same manner as in Example 1. When two types of glass were used once a day, A striae preform has been made.
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。 While the present invention has been described with reference to the preferred embodiment, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. .
例えば、前述した実施形態では、熔融ガラスが流出パイプ40内を流動することによって攪拌される凹凸形状として、長手方向に沿って螺旋状に形成された凹溝や凸条を挙げたが、このような凹凸形状に代えて、流出パイプ40の内径が、その長手方向に沿って周期的に拡大、縮小を繰り返す形状とすることもできる。内径が拡大した部分から縮小した部分に熔融ガラスが流れると、内周面に沿って流れるガラスは、パイプ中心方向に流れを変え、局所的な乱流が生じて熔融ガラスが攪拌されるものと考えられる。
For example, in the above-described embodiment, the concave and convex shape formed in a spiral shape along the longitudinal direction is given as the concave and convex shape that is stirred by the molten glass flowing in the
この場合、内径の拡大部分と縮小の部分の間隔、拡大部分における内径、縮小部分における内径、内径の拡大、縮小部分を設ける部位の長さは、熔融ガラスを流出してガラスを成形し、脈理の有無を見ながら、脈理が消失するように決めればよい。
但し、流出パイプ40の長手方向に直交する断面における断面積にばらつきがあると、前述したように、流出パイプ40の温度調整の妨げになるおそれがあるので、本態様は、このような不具合が生じない範囲で適用するのが好ましい。
In this case, the distance between the enlarged portion of the inner diameter and the reduced portion, the inner diameter of the enlarged portion, the inner diameter of the reduced portion, the length of the portion where the inner diameter is enlarged, and the reduced portion are provided are formed by flowing the molten glass and forming the glass. You can decide that the striae disappear while watching the reason.
However, if the cross-sectional area in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
本発明は、高品質なガラス成形体や、光学素子を製造するのに好適なガラス流出パイプ、このようなガラス流出パイプを備えたガラス製造装置、さらには、このようなガラス流出パイプを使用したガラス成形体や光学素子の製造方法を提供する。 The present invention uses a high quality glass molded body, a glass outflow pipe suitable for manufacturing an optical element, a glass manufacturing apparatus equipped with such a glass outflow pipe, and further uses such a glass outflow pipe. A method for producing a glass molded body and an optical element is provided.
10 熔解槽
20 清澄槽
30 作業槽
40 流出パイプ
41 凸条
50 成形装置
100 ガラス製造装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Melting tank 20 Clarification tank 30
Claims (12)
前記熔融ガラスが内部を流動することによって攪拌される凹凸形状が、内周面に設けられていることを特徴とするガラス流出パイプ。 A glass outflow pipe forming at least a part of a flow path for guiding and flowing out the molten glass from a container in which the molten glass is accumulated;
The glass outflow pipe is characterized in that a concave and convex shape that is agitated by flowing the molten glass inside is provided on an inner peripheral surface.
長手方向に沿って螺旋状に形成された凹溝及び/又は凸条からなる凹凸形状が、内周面に設けられていることを特徴とするガラス流出パイプ。 A glass outflow pipe forming at least a part of a flow path for guiding and flowing out the molten glass from a container in which the molten glass is accumulated;
A glass outflow pipe, characterized in that a concave and convex shape formed of a concave groove and / or a convex strip formed in a spiral shape along the longitudinal direction is provided on the inner peripheral surface.
前記流路の少なくとも一部に、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス流出パイプを用いたことを特徴とするガラス製造装置。 In a glass manufacturing apparatus comprising a container for accumulating molten glass and a flow path for guiding and flowing out the molten glass accumulated in the container,
The glass manufacturing apparatus using the glass outflow pipe of any one of Claims 1-5 for at least one part of the said flow path.
前記容器から前記熔融ガラスを流出させる流路の少なくとも一部に、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス流出パイプを用いることを特徴とするガラス成形体の製造方法。 It is a method for producing a glass molded body, in which molten glass accumulated in a container is heated and melted, and the glass raw material flows out of the container and is molded into a glass molded body,
The glass outflow pipe according to any one of claims 1 to 5, wherein the glass outflow pipe according to any one of claims 1 to 5 is used in at least a part of a flow path through which the molten glass flows out of the container.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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