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玻璃物品和玻璃块的制造方法以及光学元件的制造方法

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    玻璃物品和玻璃块的制造方法以及光学元件的制造方法
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    本发明涉及用熔融的玻璃,在高生产率下制造高品质的,压制成形用的预成形坯等玻璃物品的方法,以及通过对上述预成形坯的压制成形,制造透镜之类的光学元件的方法更进一步,本发明还涉及从熔融玻璃成形适合于高品质,而且质量和精度也都很高的压制成形用的预成形坯的玻璃块的方法,以及对上述玻璃块再次加热,制造压制成形的光学元件的方法
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专利名称:玻璃物品和玻璃块的制造方法以及光学元件的制造方法 作为制造非球面透镜等的玻璃制造的光学元件,而且生产率很高的方法,广泛采用的是把称作预成形坯的规定质量的玻璃物品加热软化,用压制成形模进行压制成形的方法。按照这种方法,由于透镜面之类的光学功能表面能借助于压制成形而成形得很精密,所以不需要对光学功能表面进行磨削、研磨等机械加工。通常,把上述方法称为精密压制成形法,或者模制光学成形法等等。在精密压制成形法中,对预成形坯的内在品质和表面品质要求很高。如果预成形坯的内在品质低,就只能获得内在品质低的光学元件。此外,当使用表面品质低的预成形坯时,所获得的成品的表面品质也低。由于还要在用精密压制成形法所制成的光学元件的光学功能表面上进行机械加工,所以只能获得低品质光学功能表面的光学元件。另外,作为上述制造预成形坯的方法,一般有这样两种方法对玻璃材料施行机械加工,加工成规定质量的预成形坯的方法;将规定质量的熔融玻璃成形,做成预成形坯的方法。后一种方法称为预成形坯的热成形法,是一种能获得高品质的预成形坯的,大量生产的优良的方法。在特开平8-81228号公报(专利文献1)中揭示了这种预成形坯的热成形法的一个例子。专利文献1中所记载的方法,是使布置在分度工作台上的多个模具进行循环,让在浇铸位置上的模具作上、下动作,以便把规定质量的熔融玻璃浇铸在模具上。一个模具的运动过程是,模具先移动到嘴的正下方,当模具停止上升时,便从嘴向这个模具的面上浇铸熔融玻璃,在达到所要求的质量的时候,便使模具便急剧下降,离开从嘴浇铸下来的熔融玻璃。于是,规定质量的玻璃便装在这个模具上。然后,让这个模具从嘴的正下方移开,让下一个模具进入嘴的正下方。如此反复地进行上述动作,对连续的玻璃进行切断,便形成了玻璃块。由于这种方法不是用切断机来切断的,所以非常适合于制造没有所谓切断痕迹的缺陷的,高品质的玻璃元件。可是,由于切断动作和模具的循环移动动作是在一个机构中进行的,当试图增加预成形坯的产量时,在玻璃切断之后,就必须让下一个模具在很短的时间里进入嘴的正下方。这就必然要加快工作台的移动速度,从而必然使熔融玻璃在横方向上的加速度(横向加速度)增大。由于向模具供应的玻璃,在供应到模具上之后的短暂的时间里仍然处于高温状态,所以,当受到很大的加速度时,就会发生变形等不好的情况。此外,很大的横向加速度,也是可能使预成形坯产生表面缺陷的原因。即,只要在一个机构上进行切断动作和模具的循环移动动作,就不可能在增加产量的时侯不发生上述问题。还有,由于切断时模具的高度影响预成形坯的质量精度,所以,为了制造出质量精度好的预成形坯,必须对这许多模具的高度进行微调。可是,这许多模具都要进行微调是很大的负担。本发明的第一个目的是克服这种以往的玻璃物品的制造方法具有的缺点,提供能以更加高的速度制造高品质的玻璃物品的方法,并提供使用以上述方法制成的预成形坯制造光学元件的方法。
使熔融玻璃流出嘴,用承受模接受后进行成形,制成压制成形用的预成形坯的方法已经公知。在特开平8-81228号公报(专利文献1)中揭示了这种预成形坯的热成形法的一个例子。在上述方法中,要对从嘴滴下来的熔融玻璃的前端部进行支承,在规定质量的玻璃分离开来的时间内,接受模具以比熔融玻璃流下来的速度快的速度下降。熔融玻璃的前端部在落在接受模具上的状态下与嘴分离,从而在接受模具上获得上述质量的熔融玻璃。此后,在将玻璃成形的同时使其冷却,成为预成形坯。在这种方法中,通过调节接受模具与嘴前端的距离等,就能改变预成形坯的质量。
与专利文献1中所公开的方法不同,这种方法是用接受模具接受从嘴上自然滴下来的玻璃滴的成形方法。
专利文献1中所记载的方法由于是用多个接受模具依次接受流出来的玻璃的方法,为了使预成形坯的质量精密地与规定的质量一致,必须精密地调节每一个接受模具在接受玻璃时的高度。此外,由于接受模具上的玻璃在与接受模具接触的面上,其热量被吸掉了,而上部则是从嘴流出的新的高温的玻璃,所以,在一个玻璃块中玻璃的粘度很不均匀。因而,产生了在与温度的变化相对应的粘度变化很大的玻璃(所谓下端短的玻璃)中不能制作成形状良好的预成形坯的问题。还有,还会发生由于在玻璃内部的对流而发生表面波筋的问题。
形成自然滴下的玻璃滴的方法,与专利文献1所记载的方法相比,如果对玻璃的流出条件进行一定的控制,就能使得玻璃滴的质量一致。可是,玻璃滴下来的时间是由作用在嘴前端的玻璃上的重力与表面张力之间的平衡来决定的。具体的说,如以嘴前端的液滴状熔融玻璃的直径为D,以表示表面张力的大小的参数为γ,而以重力加速度为g,则滴下时的玻璃质量M大致由公式Mg=γπD来决定。因此,要制作预成形坯的质量的表面张力比上述重力小的预成形坯是很困难的,这个难点就是设定质量的自由度很小。
由于存在这种情况,所以要寻求从熔融玻璃成形为具有良好的形状和高品质的玻璃制成的预成形坯,而且质量设定的自由度大,对于设定的质量来说京都很高的技术。
本发明的第二目的是,提供一种能满足上述要求,制造出形状良好,品质高,并且质量的精度高,而且可以是任意质量的玻璃块制造方法,以及一种把用上述方法所制成的玻璃块来制造压制成形的光学元件的方法。
本发明人为解决上述问题进行了专心的研究。结果,完成了发现能达到上述第一目的的如下的发明使用不同于玻璃成形用的玻璃成形部分的另一种部件,把从嘴流出来的熔融玻璃流的前端部分分离开来,成为玻璃块,再把这种玻璃块移送到玻璃成形部分上,在玻璃成形部分上一面使玻璃移动,一面将其成形为物品。
能达到上述第一目的的本发明的第一和第二种方如下。
(1)一种把从嘴连续流出来的熔融玻璃流连续地分离出玻璃块来,然后用间歇地或者连续地移动的玻璃成形部分对分离后的上述玻璃块进行成形的,制造玻璃物品的方法,其特征在于,使支承部件接近上述嘴的前端,并由该支承部件接受上述熔融玻璃流的前端,然后,使支承部件以比熔融玻璃流的流出速度快的速度快速下降,把玻璃块从上述熔融玻璃流分离开来;并且,把分离后的玻璃块从支承部件移送到正停止着的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,将其成形为玻璃物品;以及在把玻璃块移送到正停止着的玻璃成形部分上的情况下,为了把玻璃块从玻璃块支承部分移送到玻璃成形部分上而使玻璃成形部分停止的时间,要比用支承部件从熔融玻璃流制作成一个玻璃块,并将其移送到玻璃成形部分上所需要的1个周期的时间短(以下,称之为制造方法1-1)。
(2)一种把从嘴连续流出来的熔融玻璃流连续地分离出玻璃块来,然后用间歇地或者连续地移动的玻璃成形部分对分离后的上述玻璃块进行成形的,制造玻璃物品的方法,其特征在于,使支承部件接近上述嘴的前端,并由该支承部件接受上述熔融玻璃流的前端,在支承着上述前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴与支承体之间形成缩颈,然后,使支承部件下降,在上述缩颈处把玻璃块从上述熔融玻璃流分离开来;并且,把分离后的玻璃块从支承部件移送到正停止着的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,将其成形为玻璃物品;以及在把玻璃块移送到正停止着的玻璃成形部分上的情况下,为了把玻璃块从玻璃块支承部分移送到玻璃成形部分上而使玻璃成形部分停止的时间,要比用支承部件从熔融玻璃流制作成一个玻璃块,并向玻璃成形部分移动所需要的一个周期的时间短(以下,称之为制造方法1-2)。
(3)一种把从嘴连续流出来的熔融玻璃流连续地分离出玻璃块来,然后用间歇地或者连续地移动的玻璃成形部分对分离后的上述玻璃块进行成形的,制造玻璃物品的方法,其特征在于,使支承部件接近上述嘴的前端,并由该支承部件接受上述熔融玻璃流的前端,在支承着上述前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴与支承体之间形成缩颈,然后,撤除支承部件的支承,在上述缩颈处使玻璃块从上述熔融玻璃流分离开来;并且,把分离后的玻璃块送到正停止着的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,将其成形为玻璃物品;以及在把玻璃块移送到正停止着的玻璃成形部分上的情况下,为了把玻璃块移送到玻璃成形部分上而使玻璃成形部分停止的时间,要比用支承部件从熔融玻璃流制作成一个玻璃块,并向玻璃成形部分移动所需要的一个周期的时间短(以下,称之为制造方法1-3)。
(4)如(1)~(3)中所记载的任何一种制造方法,其特征在于,为把玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分去,让玻璃成形部分停止的时间,或者把玻璃块从支承部件移送到正在移动的玻璃成形部分上去的时间,要比支承部件从开始接近嘴一直到玻璃块完成分离为止的时间短。
(5)一种把从嘴连续流出来的熔融玻璃流连续地分离出玻璃块来,然后用间歇地或者连续地移动的玻璃成形部分对分离后的上述玻璃块进行成形的,制造玻璃物品的方法,其特征在于,以一定的周期反复地进行用支承部件接受上述熔融玻璃流的前端,使该支承部件以比熔融玻璃流的流出速度快的速度急速下降而分离上述玻璃块的工序;将分离后的玻璃块从支承部件移送到正停止着的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,将其成形为玻璃物品;以及在把玻璃块移送到正停止着的玻璃成形部分上的情况下,为了把上述玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分上而使玻璃成形部分停止的时间,在上述周期的70%以下(以下,称之为制造方法2-1)。
(6)一种把从嘴连续流出来的熔融玻璃流连续地分离出玻璃块来,然后用间歇地或者连续地移动的玻璃成形部分对分离后的上述玻璃块进行成形的,制造玻璃物品的方法,其特征在于,以一定的周期反复地进行由支承部件接受上述熔融玻璃流的前端,在支承着上述前端的状态下,在上述熔融玻璃流的嘴与支承体之间形成缩颈,然后,使支承部件下降,在上述缩颈处把玻璃块从熔融玻璃流分离开来的工序;并且,将分离后的玻璃块从支承部件移送到正停止着的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,将其成形为玻璃物品;以及在把玻璃块移送到正停止着的玻璃成形部分上的情况下,为了把上述玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分上而使玻璃成形部分停止的时间,在上述周期的70%以下(以下,称之为制造方法2-2)。
(7)一种把从嘴连续流出来的熔融玻璃流连续地分离出玻璃块来,然后用间歇地或者连续地移动的玻璃成形部分对分离后的上述玻璃块进行成形的,制造玻璃物品的方法,其特征在于,以一定的周期反复地进行由支承部件接受上述熔融玻璃流的前端,在支承着上述前端的状态下,在上述熔融玻璃流的嘴与支承体之间形成缩颈,然后,撤除支承部件的支承,在上述缩颈处把玻璃块从熔融玻璃流分离开来的工序;并且,将分离后的玻璃块移送到正停止着的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,将其成形为玻璃物品;以及在把玻璃块移送到正停止着的玻璃成形部分上的情况下,为了把上述玻璃块移送到玻璃成形部分上而使玻璃成形部分停止的时间,在上述周期的70%以下(以下,称之为制造方法2-3)。
(8)如(1)~(7)中任何一项所记载的制造方法,其特征在于,上述支承部件的接受玻璃块的接受面是平面,通过使该平面转动360°,将玻璃块移送到玻璃成形部分上。
(9)如(1)~(8)中任何一项所记载的制造方法,其特征在于,让支承部件接受玻璃块的面倾斜,使玻璃块落下来,将其移送到玻璃成形部分上,并且,使得玻璃块的落下的方向与玻璃块成形部分的移动方向一致。
(10)如(1)~(9)中任何一项所记载的制造方法,其特征在于,连续制作的两个玻璃块用支承部件不同的面接受熔融玻璃流而把他们分离开来。
(11)如(1)~(10)中任何一项所记载的制造方法,其特征在于,在将玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分的过程中,玻璃块的上、下面翻转过来。
(12)如(1)~(11)中任何一项所记载的制造方法,其特征在于,在接受上述前端时将气体从支承部件的接受熔融玻璃流的面上喷射出来(13)如(1)~(12)中任何一项所记载的制造方法,其特征在于,上述玻璃物品是由光学玻璃制成的压制成形用的预成形坯。
(14)一种光学元件的制造方法,其特征在于,加热并软化用(13)中所记载的制造方法所获得的玻璃物品,然后进行压制成形。
为达到上述第二目的的本发明的第三实施方式如下。
(15)一种把从嘴流出来的熔融玻璃成形为玻璃块的玻璃块制造方法,其特征在于,在流出来的熔融玻璃从嘴滴下来之前,使支承部件接触从嘴流出来的熔融玻璃的下端部,然后,使支承部件以比熔融玻璃的流出速度高的速度从上述熔融玻璃的下端部向下移动,让规定质量的玻璃块从上述嘴滴到上述支承部件上。
(16)如(15)中所记载的玻璃块制造方法,其特征在于,在使支承部件向下方移动时,支承部件与熔融玻璃的下端部暂时处于不接触状态。
(17)如(15)或(16)中所记载的制造方法,其特征在于,使滴下来的玻璃块在支承部件上,或者从支承部件移送到玻璃成形部分上时,为球状的玻璃块。
(18)如(15)~(17)中任何一项所记载的制造方法,其特征在于,上述玻璃的软化点温度与玻化温度之差在100℃以内。
(19)如(15)~(18)中任何一项所记载的制造方法,其特征在于,上述玻璃块是压制成形用的预成形坯。
(20)一种光学元件的制造方法,其特征在于,它是通过将上述(19)中所记载的制造方法所制作的压制成形用的预成形坯加热软化后压制成形的。
按照本发明的玻璃物品的制造方法(第一和第二种方式),由于熔融玻璃的分离和玻璃成形部分的移动都是独立进行的,所以,在成形过程中施加在玻璃上的力(加速度)减小了,从而能以很高的生产率制造出高品质的玻璃物品来。特别是,即使在熔融玻璃的流出量增加的情况下,也能很宽裕地进行玻璃成形部分的移动。此外,与以往的方法相比,能大幅度地缩短作业时间(制作一个玻璃成形物品所需要的时间)。
此外,按照本发明的玻璃物品的制造方法(第一和第二种方式),为了使玻璃块的质量保持均一,不需要调节许多玻璃块成形模具的高度,所以能减轻调节的作业时间。因此,与以往的方法相比,只要简单地调节就能把玻璃物品的质量变化的幅度控制得很小。
还有,在本发明的玻璃物品的制造方法(第一和第二种方式,玻璃块在制造过程中翻转的方式)中,在提高冷却效率,缩短作业时间的同时,能获得变形很小的玻璃物品。
还有,按照本发明的玻璃物品的制造方法(第一和第二种方式),能制造出高品质的压制成形用的预成形坯来。
按照本发明的光学元件制造方法(第一和第二种方式),由于能以很高的生产率供应高品质的压制成形用的预成形坯,所以能在以很高的生产率提供光学元件的同时,提高压制工序的成品率。
按照本发明的光学元件制造方法(第三种方式),能提供制造形状良好的,具有高品质、高质量精度的玻璃块的方法,特别是能提供制造适合于压制成形用的预成形坯的玻璃块的方法。此外,还能提高设定玻璃块的质量的自由度。还有,即使是温度变化时粘度变化很大的玻璃,也能成形为很好的形状。
按照本发明的光学元件制造方法(第三种方式),由于能以很高的生产率供应形状良好,品质高,而且质量精度高的预成形坯,所以能以很高的生产率制造从前的光学元件。


图1是表示使用本发明的制造方法的玻璃物品成形装置的一个例子的侧面示意图;图2是为说明使用本发明的制造方法的玻璃物品成形装置上的支承部件的动作用的侧视示意图;图3是为说明使用本发明的制造方法的玻璃物品成形装置上的支承部件的动作用的顶视示意图;图4是为说明使用本发明的制造方法的玻璃物品成形装置上的支承部件的动作用的侧视示意图;图5是表示本发明使用的玻璃块成形装置的示意图;图6表示本发明使用的玻璃块成形装置的整体示意图;图7是表示本发明使用的玻璃块成形装置的示意图。

本发明的玻璃物品的制造方法的第一种方式,是连续地把玻璃块从由嘴连续流出的熔融玻璃流中分离开来,再用间歇地或者连续地移动的玻璃成形部分,使分离后的上述玻璃块成形,制造成玻璃物品的方法。
此外,制造方法1-1的特征在于,使支承部件接近上述嘴的前端,用该支承部件承受上述熔融玻璃流的前端,接着,使支承部件以比熔融玻璃流的流出速度快的速度下降,把玻璃块从上述熔融玻璃流分离开来,而且,把分离后的玻璃块从支承部件移送到停止的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,成形为玻璃物品;并且,在把玻璃块移送到停止的玻璃成形部分上的情况下,为了将玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分上去而让玻璃成形部分停止的时间,应该比用支承部件从熔融的玻璃流上制作一块玻璃块后,再把它移动到玻璃成形部分上去所需要的一个周期的时间短。
制造方法1-2的特征在于,使支承部件接近上述嘴的前端,用该支承部件承受上述熔融玻璃流的前端,在支承上述前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴侧与支承件侧之间形成缩颈,然后,使支承部件下降,把玻璃块从上述缩颈的熔融玻璃流上分离开来,而且,把分离后的玻璃块从支承部件移送到停止的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,成形为玻璃物品;并且,在把玻璃块移送到停止的玻璃成形部分上的情况下,为了将玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分上去而让玻璃成形部分停止的时间,应该比用支承部件从熔融的玻璃流上制作一块玻璃块后,再把它移动到玻璃成形部分上去所需要的一个周期的时间短。
制造方法1-3的特征在于,使支承部件接近上述嘴的前端,用该支承部件承接上述熔融玻璃流的前端,在支承上述前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴侧与支承件侧之间形成缩颈,然后,撤除支承部件的支承,在上述缩颈处把玻璃块从熔融玻璃流上分离开来,而且,把分离后的玻璃块移送到停止的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,成形为玻璃物品;并且,在把玻璃块移送到停止的玻璃成形部分上的情况下,为了将玻璃块移送到玻璃成形部分上去而让玻璃成形部分停止的时间,应该比用支承部件从熔融的玻璃流上制作一块玻璃块后,再把它移动到玻璃成形部分上去所需要的一个周期的时间短。
此外,本发明的玻璃物品的制造方法的第二种方式,是连续地把玻璃块从由嘴连续流出的熔融玻璃流中分离开来,再用间歇地或者连续地移动的玻璃成形部分,使分离后的上述玻璃块成形,制造成玻璃物品的方法。
此外,制造方法2-1的特征在于,以一定的周期反复地进行用支承部件承受上述熔融玻璃流的前端,使该支承部件以比熔融玻璃流的流出速度快的速度下降,把玻璃块分离开来的工序;并且,把分离后的玻璃块从支承部件移送到停止的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,成形为玻璃物品;以及,在把玻璃块移送到停止的玻璃成形部分上的情况下,为了将玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分上去而让玻璃成形部分停止的时间,是上述周期的70%以下。
制造方法2-2的特征在于,用支承部件承受上述熔融玻璃流的前端,在支承上述前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴侧与支承件侧之间形成缩颈,以一定的周期反复地进行让支承部件下降,把玻璃块从上述缩颈的熔融玻璃流上分离开来的工序;把分离后的玻璃块从支承部件移送到停止的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,成形为玻璃物品;以及,在把玻璃块移送到停止的玻璃成形部分上时,为了将玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分上去而让玻璃成形部分停止的时间,是上述周期的70%以下。
制造方法2-3的特征在于,以一定的周期反复地进行用支承部件承受上述熔融玻璃流的前端,在支承上述前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴侧与支承件侧之间形成缩颈,撤销支承部件的支承,把玻璃块从上述缩颈的熔融玻璃流上分离开来的工序;把分离后的玻璃块移送到停止的玻璃成形部分,或者正在移动的玻璃成形部分上,成形为玻璃物品;以及,在把玻璃块移送到停止的玻璃成形部分上时,为了将玻璃块移送到玻璃成形部分上去而让玻璃成形部分停止的时间,是上述周期的70%以下。
图1是制造方法1-1、1-2、1-3和制造方法2-1、2-2、2-3中所使用的玻璃物品成形装置的一个例子的从侧面看的示意图。下面,参照图1说明制造方法1-1、1-2、1-3的一个例子。首先,将在熔融炉(图中未表示)中熔融后清澈的、质地均匀的玻璃(熔融玻璃),以一定的流量,连续地从温度经过调节的,用铂或者铂合金制成的嘴1的前端流出来。此时,理想的玻璃粘度为3~100d Pa·s,最好的粘度为3~80d Pa·s。
把支承部件2布置在嘴的正下方,从流出来的熔融玻璃流中分离出一定质量的熔融玻璃块。具体的说,在制造方法1-1中,使支承部件2接近上述嘴1的前端,用支承部件2承受上述熔融玻璃流的前端,接着,使支承部件2以比熔融玻璃流的流出速度快的速度下降,把玻璃块6从上述熔融玻璃流分离开来。此外,在制造方法1-2中,使支承部件2接近上述嘴1的前端,用支承部件2承接并支承熔融玻璃流的前端,在熔融玻璃流的嘴侧与支承件侧之间形成缩颈,然后,降下支承部件2,把玻璃块6从熔融玻璃流上分离开来。在制造方法1-1、1-2的任何一种方法中,都是把分离后的玻璃块6从支承部件2移送到玻璃成形部分3上,成形为玻璃物品7。具体的说,把分离后的玻璃块6移送到以相等的间隔布置在分度工作台5上的成形模具上部的设计成凹形的玻璃成形部分3上。在玻璃成形部分3上,一边移动玻璃成形部分3,一边将玻璃块6成形为玻璃物品7。玻璃成形部分3的材料可使用不锈钢等耐热金属,以及碳材料等。
在制造方法1-3中,使支承部件2接近嘴1的前端,用支承部件2承接熔融玻璃流的前端,在支承前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴侧与支承件侧之间形成缩颈,然后,撤除支承部件2的支承,在上述缩颈处把玻璃块6从熔融玻璃流上分离开来。在制造方法1-3中,把分离后的玻璃块6移送到停止的玻璃成形部分3,或者正在移动的玻璃成形部分3上,成形为玻璃物品。
对于为制作光学元件的压制成形的预成形坯那样的具有高品质表面的玻璃物品的成形说来,希望在成形过程中一定不要让玻璃与玻璃成形部分接触。为此,要在玻璃成形部分上设置小孔,或者用多孔性质的物体做成玻璃成形部分,从这些孔中喷射出气体来,对玻璃施加风压,以便让玻璃在成形时浮起来(所谓浮起成形)。
移送到玻璃成形部分3上的玻璃块6虽然比刚流出时的温度低,但,仍然处于高温下,有熔接的可能。为此,理想的是把玻璃成形部分3的温度控制在300℃以下,以便能可靠地防止熔接。还有,为了防止熔接,也可以在玻璃成形部分的表面上设置金刚石那样的碳膜之类的薄膜。此外,玻璃成形部分还可以在一个成形模具的多个部位上设置玻璃成形部分。在这种情况下,玻璃成形部分的移动,除了由分度工作台的转动所造成的移动之外,还要进行,例如,由成形模具所造成的转动。
分度工作台5使玻璃成形部分3作间歇的,或者连续的移动,不但要把玻璃成形部分3搬运到接受玻璃块的位置,还要把接受了玻璃块之后的玻璃成形部分从上述接受位置搬运出来。工作台上的玻璃成形部分,借助于上述工作台的分度转动依次被搬运到接受玻璃块的位置上,在接受了玻璃块之后,再把他搬运出来。此外,把玻璃成形部分3以相等的间隔布置在经过一定角度的分度转动就移动到规定位置上的工作台5上。
在移动的玻璃成形部分上将玻璃块成形为规定的形状,使其冷却后,就成为压制成形用的预成形坯之类的玻璃物品7。在冷却到玻璃不会变形的温度(目标是玻璃的玻化温度以下)之后,使用捡拾与放置组件4吸住玻璃物品7,从玻璃成形部分3取出来,搬运到托板8上。托板8,例如,借助于上方的加热器9进行加热,以使玻璃物品逐渐地冷却。另外,在玻璃物品从玻璃成形部分搬运出来,进行缓慢的冷却时,必须给以非常细心的注意,不使玻璃表面有任何损伤,为此,在用真空吸盘把玻璃物品从成形模具中搬运出来的过程中,要适当调整它的高度,在不接触玻璃物品,与其保持一定距离的位置上进行抽真空,以便不让吸盘将玻璃物品压在玻璃成形部分上。在搬运到缓慢冷却用托盘上的过程中,也不要在放置的时候把玻璃物品强压在托盘上,并且最好还要经常清扫托盘,以使托盘内没有比玻璃更硬的杂质。
图2是表示具有为把玻璃块从熔融的玻璃流分离开来的支承部件的下降切断机的动作的一个例子。下面,参照图2对借助于支承部件的玻璃块的分离进行说明。支承部件2’具有三个“玻璃接受面”。即,支承部件是底面呈正三角形的三角柱,三角柱能在其中心轴线保持水平的状态下向上下方向运动的同时,还有能绕着上述中心轴线以120°或者120°的整倍数的角度转动的功能。此外,为防止玻璃熔接,在支承部件的内部有冷却水流动,能使熔融的玻璃不会熔接在支承部件上。理想的支承部件的温度,例如,为30~500℃,最好是30~300℃。此外,接受玻璃的面最好加工成镜面,而且最好其形状是平坦的,而且在接受熔融玻璃的部分设有凹坑。
下面,说明其工作过程。
如图2(a)所示,在三个玻璃接受面中的第一玻璃接受面朝上呈水平状态下,使支承部件2’垂直地向上方上升,并停止在靠近嘴1顶端的规定的距离上。
接着,如图2(b)所示,从嘴1中流出的熔融玻璃流6的前端部装载在玻璃接受面上。在这样的状态下,就能在熔融玻璃流6的嘴侧与支承部件侧之间产生缩颈。
然后,如图2(c)所示,在让玻璃接受面保持水平的状态下,使支承部件2’以比熔融玻璃的流出速度快的速度垂直地向下降落,使熔融玻璃流的前端部分离开来。或者,在让玻璃接受面保持水平的状态下,使支承部件2’下降,或者撤除上述支承,使前端部分在缩颈处从熔融玻璃流上分离开来。这样,就在玻璃接受面上获得规定质量的熔融玻璃块6。另外,在用玻璃接受面接受熔融玻璃流的前端的过程中,支承部件可以以小于分离时支承部件的下降速度慢慢地下降,以不使熔融玻璃浸湿嘴前端的外周。
然后,如图2(d)所示,使支承部件2绕着水平轴线(绕着上述垂直断面为正三角形的中心)转动120°,让玻璃块6从玻璃接受面上掉落下来,移送到玻璃成形部分上。在这个下落过程中,使玻璃块的上面和下面翻转过来。在将玻璃块投入玻璃成形部分3的过程中,玻璃的温度在软化温度以上,处于能充分成形的粘度范围内。另外,通过控制嘴前端与玻璃接受面的距离,玻璃的流出速度,支承部件2’的下降时间等等,就能使从熔融玻璃流分离开来的玻璃块6的质量固定不变。
转动了120°的支承部件2’变成其第二玻璃接受面处于水平装状态,在这种状态下使其像以上所述那样上升,直到靠近嘴前端的距离为上述的距离,在重复进行上述玻璃块的分离工序。这样,每次都使支承部件转动120°,同时每次都把规定质量的玻璃块6移送到玻璃成形部分3上,就能进行玻璃物品的成形。
上述支承部件的形状不限于正三角柱(棱柱),也可以是正四角柱、正五角柱等等的正多角柱,或者,也可以是平板。在正n角柱(n为3以上的整数)的情况下,支承部件的转动角度是360°/n的整倍数,在平板的情况下,则是180°或者360°。在正多角柱的情况下,将侧面用作玻璃接受面,而在平板的情况下,则将正面和背面,或者其中的任何一面用作玻璃接受面。制造支承部件的理想的材料,例如,可以使用不锈钢之类的耐热金属材料。
此外,支承部件的接受玻璃块的面是平面,让这个平面转动360°,就能把玻璃块移送到玻璃成形部分上去。
还有,也可以用支承部件的不同的面接受熔融的玻璃流,连续制作的两个玻璃块,并将其分离,在接受熔融玻璃流的过程中,使支承部件逐渐地沿着水平方向移动。例如,可以让支承部件沿着水平方向逐渐地作周期性的移动,以使同一个面接受2~10次熔融的玻璃流。与始终用同一个面接受熔融的玻璃流相比,能够避免玻璃的挥发成分等等附着和堆积在支承部件的接受熔融玻璃流的面上,有利于提高玻璃的品质。
上述支承部件通过上下运动和旋转运动,将玻璃块分离,并将玻璃块装载在玻璃成形部分上。可是,在本发明的方法中使用的支承部件,不是只限于作这样的动作和运动,它也可以是不用切断刀切断规定质量的玻璃块,就把它从熔融的玻璃流中分离开来,然后再把它移送到玻璃成形部分上去的支承部件。
还有一种使支承部件沿着水平方向移动,将玻璃块分离开来的方法,可以作为分离玻璃块并将其向玻璃成形部分上装载(移送)的另一种方法。如图3所示,在这种方法中,在朝向垂直方向的旋转轴21的周围以相等的间隔安装着多个放射状的支承部件22。通过使旋转轴21转动,多个支承部件22一起沿着水平方向移动,当要分离熔融的玻璃块时,旋转轴转动规定的角度,让一个支承部件22停留在嘴1的垂直的下方。然后,使上述支承部件22上升,一直到靠近嘴1前端的规定距离为止,由支承部件的上表面接受流下来的熔融玻璃流的前端。当由支承部件以这种方式支承熔融的玻璃流的前端时,熔融的玻璃流便在嘴侧与支承部件侧之间产生缩颈。然后,支承部件以规定的时间下降,把支承部件快速地从嘴处拉开来,就能把原来的熔融玻璃流6的前端从缩颈处分离开来。
下面,参照图4进一步说明这种状态。
如图4(a)所示,在嘴1的正下方布置了支承部件22的,由能让氮气流出来的多孔部件构成的玻璃接受面24,和玻璃外周保持面25。在图4(b)中,从嘴1流出来的熔融玻璃流6的前端部分装载在玻璃接受面24上。在图4(c)中,使玻璃接受面24以比熔融玻璃的流出速度快的速度垂直地向下降落,把熔融玻璃流的前端部分分离开来。于是便在玻璃接受面24上获得了具有规定重量的熔融玻璃块6。另外,也可以使支承部件以比分离时的下降速度较小的速度缓慢地下降,以便在由玻璃接受面接受熔融玻璃流的前端的过程中,熔融玻璃不致沾在嘴前端的外周上。接着,在图4(d)中,不让玻璃外周保持面25移动,而让玻璃接受面24沿着水平方向快速滑动。玻璃块6便不进行翻转地落在移动到嘴正下方来的成形部分3上。然后,支承部件22’的玻璃接受面24’移动到嘴1的正下方,以便接受下一个玻璃块。由于有许多个玻璃接受面,所以能使装置高速化。此外,在没有接受玻璃的时候,最好把附着在多孔部分上的挥发物除掉。
玻璃接受面24也可以用多孔材料制作。当玻璃块的重量超过1000mg时,玻璃块就容易在从支承部件翻转时产生折入变形这样的不良情况。把玻璃接受面做成多孔质材料,用氮气之类的气体使其处于浮起来的状态,不把按规定的重量切断下来的玻璃块翻转就直接将其转移到正下方的模具上,就能防止这种不良现象。
分离后具有规定重量的熔融玻璃块用具有外径保持面的导向件23来限制它的外径。一般希望熔融玻璃块6的外径与要成形的玻璃块的外径相同,或者稍微小一些。其理由是,如果熔融玻璃块的外径大于玻璃块的外径,在投入玻璃块成形部分的时候,可能会超出玻璃块成形部分3的范围。另外,上述导向件能在嘴垂直方向的下方位置上进行上下方向的移动,但不在水平方向上移动。因此,当使装载着熔融玻璃块的支承部件沿着水平方向移动时,由于熔融玻璃块沿着水平方向的移动受到了导向件的妨碍,它就向垂直方向下落,投入等待在下方的玻璃块成形部分中,成形为玻璃块。
反复地进行这样的工序,一个又一个地把熔融玻璃块分离开来,再转移到玻璃块成形部分上生产出玻璃块来。另外,为了能由玻璃块成形部分可靠地接受落下来的熔融玻璃块,可以使旋转轴的旋转分度与玻璃块成形部分移送的时间(机)同步,使玻璃块成形部分在旋转轴转动的过程中位于嘴垂直的下方。
在以上的方法中,是使支承部件从停留位置上升一次,接受和支承熔融玻璃流的前端,然后再下降,进行玻璃块的分离,但,也可以不让支承部件上下运动,就能进行玻璃块的分离。在这种情况下,上述导向部件也不进行上下运动,而是固定在嘴下方的位置上。然后,把支承部件移送到并停留在嘴的铅直方向下方,以支承熔融玻璃流的前端。然后,在规定的时间里使支承部件沿着水平方向快速移动,撤除对熔融玻璃流前端的支承,于是前端部分便从熔融玻璃流的缩颈处分离开来,向玻璃块成形部分内下落。
由于这种方法是使分离后的熔融玻璃块沿着垂直方向向下落到玻璃块成形部分中,所以具有不会在玻璃中产生折入之类的缺陷。当玻璃块很大时,就有容易发生折入之类的缺陷的倾向,所以,上述方法最好使用于重量为1000mg以上的玻璃块的成形。
在上述方法中不一定要使用多个支承部件,在旋转轴的周围最少可以只安装一个支承部件,不过,如果使用多个支承部件,那么在装置的工作过程中,就能对支承部件的接受玻璃的表面进行清理。通过这种清理,即使附着了从玻璃上挥发出来的挥发物,也能把它清除掉。
在制造方法1-1、1-2、1-3中,要让为把玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分中去而使成形部分停止的时间,少于用支承部件从熔融玻璃流上制造出一个玻璃块来,并将其移送到玻璃成形部分上去所需要的1个周期的时间。此外,此外,还要让为把玻璃块从支承部件移送到成形部分去所需的时间,少于用支承部件从玻璃流上制造出一个玻璃块来,并把它移送到成形部分去的一个周期所需要的时间。在这种情况下,不需要让玻璃成形部分停止。在以往的从熔融玻璃流制造玻璃块的方法中,为了在成形部分上接受玻璃块而让玻璃成形部分停止的时间,与从熔融玻璃流制造一个玻璃块所需要的时间相等。与此相反,在本发明的制造方法1中,使得玻璃成形部分的停止时间少于制造一个玻璃块,并将其移送到玻璃成形部分中的一个周期所需要的时间,结果,就能延长玻璃成形部分的移动所耗费的时间,能减小横向的加速度,从而能提高玻璃成形件的品质。
更理想的是,使得为把玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分而使玻璃成形部分停止的时间,以及将玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分所要的时间,少于从支承部件上升开始到玻璃块分离完成为止的时间。例如,可以使上述停止时间为零,即,可以把玻璃块投入移动过程中的玻璃成形部分中。此外,在这种情况下,能使玻璃成形部分在投入玻璃块的过程中的移动速度,比其它情况下的速度慢。
按照制造方法1-1、1-2、1-3,由于也可以不用玻璃成形部分直接接受熔融玻璃流的前端,所以能缩短为接受玻璃块而必须停止的时间(停留时间)。因而,由于能降低玻璃成形部分的最大移动速度,使得在成形过程中施加在玻璃上的横向加速度降低了,从而能在保持高生产率的同时,获得高品质的玻璃成形件。
在制造方法2-1中,以一定的周期(也可以把这种周期称为切断时间)反复地进行用支承部件承受熔融玻璃流的前端,使该支承部件以比熔融玻璃流的流出速度快的速度下降,把玻璃块分离开来的工序。这种工序可以与使用图1和图2所说明的上述制造方法1-1的情况同样地进行。
此外,在制造方法2-2中,以一定的周期(也可以把这种周期称为切断时间)反复地进行用支承部件承受熔融玻璃流的前端,在支承上述前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴侧与支承部件侧之间形成缩颈,让该支承部件下降,把规定重量的玻璃块分离开来的工序。这种工序可以与使用图1和图2所说明的上述制造方法1-2的情况同样地进行。
此外,在制造方法2-3中,以一定的周期(也可以把这种周期称为切断时间)反复地进行用支承部件承受熔融玻璃流的前端,在支承上述前端的状态下,在熔融玻璃流的嘴侧与支承部件侧之间形成缩颈,撤销支承部件的支承,把规定重量的玻璃块分离开来的工序。这种工序可以与使用图1和图2所说明的上述制造方法1-3的情况同样地进行。
还有,在制造方法2-1、2-2、2-3中,要将为了把玻璃块从支承部件移送到成形部分中去,而使成形部分停止的时间,或者为把玻璃块从支承部件移送到成形部分中去的时间,定为切割时间的70%以下。最好,上述玻璃成形部分的停止时间,或者玻璃块从支承部件移送到成形部分中去的时间,定为切割时间的50%以下。
也可以把上述停止时间定为零,即,在移动过程中把玻璃块投入到玻璃成形部分中去。此外,在这种情况下,与其它情况相比,在投入玻璃块的过程中,还可以减慢玻璃成形部分的移动速度。
由于借助于制造方法2-1、2-2、2-3还可以不让玻璃成形部分直接接触熔融玻璃流的前端,所以能使它缩短为接受玻璃块而必须停止的时间(停留时间)。由于能减小玻璃成形部分的最大移动速度,成形过程中施加在玻璃上的横向加速度降低了,从而能在保持高生产率的同时,获得高品质的玻璃成形件。
下面,说明制造方法1-1、1-2、1-3和制造方法2-1、2-2、2-3的共同事项。
一般希望限制施加在玻璃成形部分上的横向的最大加速度,以便使施加在玻璃成形部分中的玻璃上的横向惯性力为0.05 N以下。
所成形的玻璃物品的质量,例如,希望在100~3000mg之间,最好在100~1000mg之间。在不到100mg的情形下,由于用滴下法能获得质量精度很好的玻璃块,所以不必适用本发明的方法,但这并不妨碍将本发明的方法用于不到100mg的玻璃物品。此外,当玻璃物品的质量超过1000mg时,就容易在从支承部件翻转移送到成形部分中去的情况下产生折入变形之类的不良情形,特别是,在玻璃物品的质量超过3000mg时,这种倾向变得很显著。此外,当超过3000mg时,由于自重玻璃将会在玻璃接受面上呈扁平的形状,将产生难以在玻璃成形部分上成形为所要求的形状的倾向的问题。
理想的每一单位时间的玻璃物品的生产量(一个嘴在一分钟内所生产的个数)为20~100DPM,更好一些是20~80DPM。
另外,在上述方法中,理想的拉引量为1~50kg/天,熔融玻璃的理想流出速度为1~15mm/秒。
布置在分度工作台上的玻璃成形部分的数量,例如,可以是6~48个。此外,玻璃成形部分通常应以相等的间隔布置在上述工作台的旋转轴为中心的圆周上。这个圆周的直径,例如,可以是300~500mm。
在不让玻璃成形部分停止而将玻璃块投入移动过程中的玻璃成形部分中的情况下,最好沿着玻璃成形部分的移动方向投入玻璃块。更具体的说,最好在支承部件的玻璃块接受面倾斜时,让玻璃块下落,使得在将玻璃块移送到玻璃成形部分中的同时,玻璃块的下落方向与玻璃成形部分的移动方向一致。这样,就能获得形状稳定的玻璃块。
在将玻璃块从支承部件移送到玻璃成形部分去的过程中,还可以把玻璃块的上、下面翻转过来,这时,通过支承部件的旋转,玻璃块的上下颠倒,在支承部件上优先冷却的玻璃块的下面,在玻璃成形部分上就成了上面。因此,在玻璃成形部分上,与原来优先冷却的面相反一侧的面就优先进行冷却。结果,由于玻璃块进行了均匀的冷却,在冷却过程中上、下面的温度分布的差别变小,在增大冷却速度的同时,还具有能成形出畸变小的玻璃物品的优点。
另外,当用支承部件直接接受熔融玻璃流的前端,或者把分离后的熔融玻璃块直接支承在支承部件上时,玻璃的热量将由于热传导而快速地传递给支承部件,会在预成形坯的表面上产生褶皱。在精密压制用的预成形坯上,这种褶皱特别有害。在使支承部件处于高温时,虽然考虑到了防止玻璃的急速冷却,但却有可能使玻璃与支承部件产生熔接。为了防止产生这种褶皱,可从支承部件的玻璃接受面喷射出气体来,以缩短熔融玻璃与支承部件直接接触的时间,或者还可以不使两者直接接触。
因此,在支承部件的玻璃接受面上设有气体喷射口,从设置在支承部件内部的气体流道向上述喷射口供应并喷出气体,当把风压加在玻璃上,缩短熔融玻璃与支承部件直接接触的时间,或者不使两者直接接触时,即使在没有喷射气体的情况下产生了褶皱,也能消除这种褶皱。另外,喷射出来的气体过多,会使玻璃过度冷却,或者气体会吹在嘴上,成为妨碍熔融玻璃稳定地流出的主要原因。因此,要适当调节气体的喷射量,使它在能达到上述目的,而且又不产生上述问题的范围内。
上述从支承部件喷射气体的方法,能适用于制造方法1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3的任何一种方法中,也能适用于让支承部件沿着水平方向移动,撤除对熔融玻璃流前端的支承,把熔融玻璃块分离开来的方法。
另外,在原先说明的使用导向件的分离熔融玻璃块的方法中,可以在外径保持面上设置气体喷射口,喷射出气体来,也能减少或防止导向件的外径保持面与玻璃的直接接触。
在支承部件的玻璃接受面和导向件的外径保持面上,设置许多微孔,可以从这些孔喷射出气体来,或者,也可以把上述这些面做成多孔质部件,通过多孔质部件喷射出气体来。
按照本发明,在使用在分度工作台等部件上作循环运动的玻璃成形部分来形成规定质量的玻璃块的方法中,借助于把工作台的转动(即,玻璃成形部分和玻璃块的移动)与从熔融的玻璃流中把玻璃块分离出来的工作过程分开,例如,即使增大熔融玻璃的流出速度,也能避免工作台的急剧加速和减速。这样,就能减小玻璃块所受到的横向加速度,能将玻璃块制成良好的形状,特别是能把压制成形用的预成形坯成形为良好的形状。本发明的方法特别适用于减少玻璃块与玻璃成形部分的接触的同时进行成形的浮式成形。
此外,即使在增大熔融玻璃的流出速度的情况下,也能很宽裕地进行玻璃成形部分的移动。更进一步,由于能减少玻璃成形部分的停止时间,从而能大幅度缩短生产间隔时间。
在本发明的方法中,玻璃物品可以是由光学玻璃做成的,压制成形用的预成形坯。下面,说明压制成形用的预成形坯的形状。预成形坯的形状是根据压制的成形物品的形状来决定的。在对透镜那样的轴对称光学元件进行压制成形的情况下,希望预成形坯也做成轴对称的形状。例如,有球形,贝壳(おはじき)形(平板状)等等。此外,在压制成形时,会在压制成形模与预成形坯之间把气体关在里面,由于这种气体,会造成妨碍玻璃成形的,称为气体阱缺陷的不良情形。因此,考虑到这一点,最好把预成形坯的曲率做得比压制成形模的成形面的曲率陡(大)。
本发明包括具有这样的特征的光学元件的制造方法,即,把使用上述本发明的制造方法所获得的玻璃物品,主要是预成形坯,加热软化,然后再进行压制成形。更具体的说,把用上述方法进行成形,然后缓慢地冷却的用光学玻璃制成的压制成形用的预成形坯再次加热,用压制成形模进行成形,以制成光学元件。在再次加热之前的预成形坯,可以根据需要进行洗净和干燥,此外,还可以形成有脱模作用,和有能使玻璃在压制成形模的表面上易于扩展的润滑作用的薄膜。
在不必对透镜面之类的光学功能面进行机械加工的情况下,对于上述压制成形最好使用精密压制成形法。在精密压制成形法中应使用SiC、超硬合金、耐热金属等各种模具材料制造的成形模具,在成形面上应根据需要设置碳膜、贵金属膜等脱模用的薄膜,并可在氮气、氮气和氢气的混合气体、惰性气体等的氛围气体中进行成形。对压制成形后的光学元件进行缓慢的冷却后,可根据要求设置反射防止膜之类的光学薄膜。
对于能用上述方法成形的光学元件并没有特别的限制,可举的例子有非球面透镜、球面透镜、圆柱形透镜、宏观照相镜头、透镜阵列等各种透镜,以及棱镜、多面反射镜、衍射光栅等。
本发明的第三种方式是用从嘴流出熔融玻璃成形为玻璃块的玻璃块的制造方法。
图5是表示在本发明的一种实施方式中使用的玻璃块成形装置的示意图。首先,如图5(a)所示,让在熔化炉(图中未表示)中熔融后,清澄、均质化的玻璃(熔融玻璃)以一定的流量,从调节好温度的铂或者铂合金制成的嘴31中连续地流下来。此时,玻璃的理想粘度为3~100dPa·s,最好为3~80dPa·s。
本发明的玻璃块制造方法的特征是,在流出的熔融玻璃从嘴滴下来之前,使支承部件接触从嘴流出的熔融玻璃的下端部,然后,使支承部件以比熔融玻璃的流出速度更高的高速度从上述熔融玻璃的下端部向下方移动,从而,使规定质量的玻璃块由上述嘴滴到上述支承部件上。
如图5(b)所示,使布置在嘴正下方的支承部件32接触从嘴31流出来的熔融玻璃36的下端部。支承部件32最好用耐热材料制成,并保持在即使与熔融玻璃接触也不会熔接的温度下。制造支承部件的材料最好使用,例如,不锈钢等耐热金属。从嘴31的前端流下来的熔融玻璃36的下端部与支承部件接触,于是,与支承部件接触的熔融玻璃便由于温度设定得比熔融玻璃的温度低的支承部件而从下端部冷却。
由于熔融玻璃连续地流下来,所以嘴前端的熔融玻璃的量便连续地增加,又由于与支承部件接触,所以熔融玻璃下端部的热量就被它所吸收,与流下来时不接触支承部件的情况相比,玻璃的粘度将迅速上升。此外,由于熔融玻璃的下端部是由支承部件支承的,所以,即使玻璃的质量超过其表面张力所能支承的质量,也不会让玻璃滴下来,因而能形成较大的玻璃块。
在流到支承部件上的熔融玻璃的量达到规定的量时,使支承部件以比熔融玻璃从下端部流出速度高的速度向下方移动。结果,规定质量的玻璃块便能从嘴滴下来,滴到上述支承部件上。
具体的说,如图5(c)所示,当使支承部件从玻璃36的下端部沿着垂直方向向下拉离,撤除对玻璃36的支承时,由于玻璃的粘度下降了,它就会滴下来。由于通过调节支承部件拉离的时刻,就能调节玻璃滴下的时刻,所以能借助于调节拉离支承部件的时机来设定滴下来的玻璃的质量。此外,通过推迟拉离支承部件的时刻,就能获得质量比通过自然滴下所能得到的玻璃块大的玻璃块。此外,还有这样的优点,即,在用支承部件接受熔融玻璃的下端部时,即使嘴与支承部件的距离多少有些误差,如果拉离支承部件的时刻是固定的,那么滴下来的玻璃的质量也固定不变。
虽然熔融玻璃由于与支承部件接触而冷却,但与支承部件接触所造成的冷却,与向玻璃喷射气体而使其冷却的方式不同,它能使嘴温度保持固定不变,所以具有能使玻璃的流下速度固定不变的优点。在喷射气体而使玻璃冷却的方式中,由于嘴也与玻璃一起受到气体的喷射,难以使嘴保持固定的温度,但,通过与支承部件接触造成的冷却,几乎对嘴没有影响。为了使与支承部件接触而造成的冷却进行得更快,例如,可以让致冷剂,例如水,在支承部件中循环。与熔融玻璃接触的支承部件的温度,理想的是30~500℃,最好是30~300℃。此外,支承部件的玻璃接受面最好加工成镜面,它的形状最好是平坦的,或者设有接受熔融玻璃的凹坑。
另外,由于支承部件的拉离,在与支承部件解除接触的同时,玻璃下端部的温度因玻璃块其它部分的热量传导给它,几乎在一瞬间上升了,结果,滴下来的玻璃块的粘度(温度)就均匀化了。虽然支承部件上的熔融玻璃由于自重而呈扁平的形状,但,通过拉离操作,由于以上所说的粘度几乎在一瞬间的均匀化,从嘴前端分离开来的玻璃块又恢复到球状,或者液滴状而滴下来。因此,滴下来的玻璃块的形状大致呈球状,能很容易地成形为球状的玻璃块。
在图5(b)所示的状态下,使支承部件在与玻璃下端部保持接触的状态下,与熔融玻璃的流出相适应,缓慢地向垂直的下方移动,就能防止熔融玻璃沾在嘴的外周上。由于防止了玻璃沾在嘴的外周上,就能获得避免玻璃块的质量发生变动,和避免在玻璃表面上产生波筋的优点。
支承部件在图5(c)中的向下方的移动,最好通过将支承部件向嘴垂直的下方拉离来进行。这样,即使在玻璃滴下时在玻璃滴与嘴之间拉出玻璃丝来,由于这种玻璃丝切断后仍然进入玻璃滴中,所以具有能避免在玻璃块上产生缺陷的优点。
如图5(c)所示,在拉离操作(图中的标记①)后,支承部件32为了与要从嘴31滴下来的玻璃块36开始接触,例如,便沿着水平方向退避出来(图中的标记②),在退避的过程中,玻璃块便滴下来,由等待在支承部件下方的玻璃块成形模具35的玻璃成形部分33接受。在玻璃块36滴下来之后,支承部件32便如图5(d)所示,通过标记①、②所示的动作,等待在嘴31的下方,准备再一次接受规定质量的玻璃。支承部件32的工作过程也可以按照②(向上方移动)、①(向水平方向移动)的顺序进行。
在图5(c)的拉离操作中(图中的①),如果支承部件拉离的距离太短,玻璃就来不及滴下来,但如果拉离的距离太长,则滴下距离变长,用支承部件接受玻璃时的冲击就增大,不利于形成良好形状的玻璃块。因此,理想的拉离距离为在2~20mm的范围内。
在拉离操作(图中的①)中,在使支承部件向下移动时,最好支承部件与熔融玻璃的下端部有一段时间暂时处于不接触的状态。因此,支承部件的理想的下降速度是在下降的过程中不与拉离的玻璃再次接触的速度。这种支承部件的下降速度,例如,在10~50mm/秒的范围内。
在支承部件32的下方,等待着上部设有收容玻璃块和使玻璃块成形的凹形的玻璃成形部分33的玻璃块成形模具35。把玻璃块36从支承部件32投入等待中的玻璃块成形模具35中(图5中的(d)),便在玻璃块成形模具中成形为规定的形状。
图6表示玻璃块成形装置的整体示意图。
玻璃块成形模具35设置在分度工作台38上,通过工作台的分度转动,进行间歇的移动,另外,工作台38也可以连续转动,在这种情况下,工作台38的转动速度既可以均匀的,也可以是周期性变化的。玻璃块在这个移动过程中冷却到玻璃的玻化温度附近,然后,用捡拾和放置部件39把它吸住,从模具中取出来,运送到托板40上。另外,为了防止玻璃块36由于热冲击而破损,托板40最好用加热器41从上部对其加热,以使其保持能让玻璃块缓慢地冷却的,适当的温度。
在图6中所示的装置中,在分度工作台38上用相等的间隔布置了多个玻璃块成形模具35。通过工作台的分度转动,把玻璃块成形模具依次运送到玻璃投入位置(图6的分度工作台38的左侧),按照上述方式从支承部件32接受玻璃块36。
在将玻璃块36移送到玻璃块成形模具35上之后,支承部件32便垂直地向上移动,与嘴前端的熔融玻璃的下端部接触,重复进行上述操作(图5中的(d))。在这个过程中,在通过工作台的分度转动把玻璃块成形模具35从玻璃投入位置运送出来的同时,把下一个玻璃块成形模具运送到玻璃投入位置。
布置在分度工作台上的玻璃成形部分的数量,例如,可以在6~48个范围内。此外,玻璃成形部分以用相等的间隔布置在以工作台的旋转轴为中心的圆周上为最适当。这种圆周的直径,例如,可以在300~500mm的范围内,但又并不限定在这个范围内。
按照上述方法,如上所述,为了达到提高玻璃块的质量精度的目的,必须精密地调整工作台上所有玻璃块成形模具的高度。这样做,就具有能以较少的负担生产出质量精度高的玻璃块的优点。
支承部件的上升、下降,从支承部件上把玻璃块投入到玻璃块成形模具中去,工作台的分度转动,从玻璃块成形模具中把玻璃块取出来等等各种操作,都由程序装置来控制,以一定的周期反复地进行各种操作,就能一个又一个地把一定质量的玻璃块成形出来。
由于用本发明的制造方法所获得的玻璃块,不但质量的精度高,而且还能防止产生表面波筋,所以也很适合于压制成形用的预成形坯。在把玻璃块用作预成形坯的情况下,要让玻璃块在托板上缓慢地冷却到室温,必要时进行洗净和干燥,还有必要时,也可以在表面上涂敷为提高压制时的脱模性能用的薄膜。特别是,在压制成形光学元件的情况下,将调和后的玻璃原料经过熔融,澄清,和均质化之后,成形为用光学玻璃制成的预成形坯,就能在最后的产品上获得所期望的光学特性。
对于为制造光学元件的压制成形预成形坯那样的,具有高品质表面的玻璃块的成形来说,一般都希望在成形过程中尽量不要让玻璃与玻璃成形部分33接触。为此,最好使用在玻璃成形部分33上设有微细孔的玻璃块成形模具,底部由气体喷射口构成的玻璃块成形模具(称为文杜里管,图5中的标号37),或者用多孔质体构成玻璃成形部分的玻璃块成形模具,从微细孔,气体喷射口,或者多孔质体喷射出气体,对玻璃施加风压,让它浮式来再进行成形(成为浮式成形)。另外,由于投入玻璃成形部分33中的玻璃块36在支承部件32上再次进行了冷却,粘度在某种程度上上升了,所以,即使在以上所说的那样喷射出气体,在玻璃上施加风压,让它浮起来的情况下,也有不会妨碍气体的喷射的优点。因此,能很容易地把玻璃块投入到玻璃成形部分的中央。
玻璃块成形模具可使用不锈钢之类的耐热金属,或者碳等等。移送到玻璃成形部分上的玻璃虽然比流下来时的温度低,但仍然是有可能熔接的温度。为此,玻璃成形部分的温度最好在300℃以下,以便能确实地防止熔接。还有,为了防止熔接,还可以在玻璃成形部分的表面上设置金刚石类的薄膜,或者碳薄膜。此外,还可以在一个成形模具上设置多个玻璃成形部分。在这种情况下,除了分度工作台的转动造成玻璃成形部分的移动之外,成形模具的转动也使它移动。
图5中所表示的是平板状的支承部件32,但支承部件的形状不限于平板的形状。
例如,图7中所示的支承部件32就具有三个玻璃接受面,是底面为正三角形的三角柱形状。这种支承部件在三角柱的中心轴线保持水平的状态下向上下方向运动的同时,还具有能绕着中心轴线转动120°,或者转动120°的整数倍的角度的功能。此外,为防止玻璃熔接,在支承部件的内部有冷却水流动,能使熔融的玻璃不会熔接在支承部件上。如上所述,理想的支承部件的温度为30~500℃,最好是30~300℃。此外,玻璃接受面最好加工成镜面,而且最好其形状是平坦的,而且在接受熔融玻璃的部分上设有凹坑。
下面,利用图7说明上述三角柱状的支承部件的工作过程。
首先,在三个玻璃接受面中的第一玻璃接受面朝上呈水平状态下,使得支承部件32垂直向上升起,停止在靠近嘴31前端的规定距离上(a)。然后,从嘴31前端流下来的熔融玻璃36的下端部与支承部件32的玻璃接受面接触(b)。持续接触的时间可根据设定的玻璃块质量适当地选择。如上所述,在熔融玻璃36的下端部与支承部件32的玻璃接受面接触的时间里,为了防止熔融玻璃沾在嘴上,可让支承部件32以与熔融玻璃的流出相配合的速度缓慢地下降。
然后,在玻璃接受面继续保持水平的状态下,将支承部件拉离(沿图中的箭头方向),使玻璃与支承部件处于非接触状态(c)。结果,熔融玻璃36下端部的温度上升,设定质量的玻璃块就滴下来。由于有支承部件32接受滴下来的玻璃块(d),尽管从玻璃块36与支承部件32开始接触到滴下为止的时间很短,也能可靠地接受到滴下来的玻璃块。
此外,在(c)中,由于把支承部件32垂直地向下拉离,所以不会在嘴前端的玻璃上施加横向的力。因此,就能在防止玻璃块变形的同时,还具有即使拉出玻璃的丝来也不会在玻璃块上留下缺陷部分的优点。
然后,使支承部件绕着水平轴线(上述垂直剖面的正三角形的内心)转动120°,把玻璃块36从玻璃接受面上投入玻璃块成形模具35中(e)。
转动了120°的支承部件的第二玻璃接受面变成了水平状态,在这种状态下,像以上所说的那样上升,一直到靠近嘴前端的上述距离为止,恢复到(a)的状态,反复地进行从(a)到(e)的工序。这样,每次在使支承部件转动120°的同时,一个接一个地将规定质量的玻璃块移送到玻璃成形部分上,就能进行玻璃块的成形了。
上述支承部件的形状不限于正三角柱,也可以是正四角柱、正五角柱等等的正多角柱,也可以是平板。在正n角柱(n是3以上的整数)的情况下,支承部件的转动角度为360°/n的整倍数,在平板的情况下,则为180°或360°。在正多
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