專利名稱:玻璃流道和使用該流道的光學(xué)玻璃成形體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及制作光學(xué)玻璃成形體的技術(shù)。
背景技術(shù):
近年來,在數(shù)碼相機(jī)、投影機(jī)等的光學(xué)設(shè)備的領(lǐng)域中,要 求小型化、輕量化,而且伴隨著小型化、輕量化,可減少使用 透鏡的片數(shù)的非球面透鏡的需求一直在增加。
通常,在構(gòu)成光學(xué)系的透鏡中, 一般有球面透鏡和非球面 透鏡。大多的球面透鏡是通過對玻璃材料再加熱成形而獲得的 玻璃成形品進(jìn)行研削研磨而被制作的。另一方面,非球面透鏡 是通過用具有高精度的成形面的模具對加熱軟化的預(yù)成型坯加 壓成形,將模具的高精度的成形面的形狀復(fù)制到預(yù)成型坯上而 獲得的方法,即,通過精密加壓成形來制作已成為主流。
作為精密加壓成形用預(yù)成型坯,大多使用球形、橢圓球或
扁平狀的玻璃成形體(玻璃坯),可以用以下方法制造用坩堝 等的熔融裝置將原料玻璃熔融之后,使這些熔融玻璃從連結(jié)在 熔融裝置上的噴嘴等流出到成形模具上,成形為板狀玻璃和棒 狀玻璃等,通過進(jìn)一步的冷加工制作這些玻璃成形體。
另外,近年來,采用以下的技術(shù),即,通過切斷機(jī)(shear) 切斷從噴嘴等的流道流出的熔融玻璃,或利用表面張力分離從 噴嘴等的流道流出的熔融玻璃,例如通過使熔融玻璃流下(滴 下)到噴出氣體的多孔質(zhì)模具上,使其進(jìn)行上浮成形,來調(diào)整 成適當(dāng)大小和形狀的玻璃坯。但是,在前者中,因為存在被切 斷機(jī)切斷的痕跡殘留在玻璃坯上的現(xiàn)象,所以近年來多釆用后 者。無論是在上述的哪一種方法中,使玻璃從流道流出時,為 了控制其玻璃流的溫度、流出量,或為了防止成形時產(chǎn)生的波 筋、失透現(xiàn)象等不良的發(fā)生,對其噴嘴設(shè)計出了各種形狀。近 年來,為了與光學(xué)玻璃的液相溫度的高溫化和/或粘度的低粘 性化、或隨著低Tg化的粘度的低粘性化相對應(yīng),設(shè)計出各種方
法,^a現(xiàn)狀中仍無法充分對應(yīng)。
在專利文獻(xiàn)l中記載有如下的噴嘴通過將流道口的直徑 增大到大于流道本體的直徑,例如將流道末端的熔融玻璃流出 口呈錐狀地擴(kuò)開,可使熔融玻璃流在流道流出口更長時間滯留, /人而延遲控制3皮璃流下的時才幾(timing)。
在專利文獻(xiàn)2中記載有如下的方法在熔融玻璃從熔融裝 置開始流動,通過管子從流出口流出時,通過在內(nèi)部加入節(jié)流 部使流速分布保持均勻,抑制成分揮發(fā)了的變質(zhì)玻璃的滯留, 防止波筋的產(chǎn)生。還記載有為了防止由于節(jié)流部造成的流量 降低,將節(jié)流部的溫度控制為高于節(jié)流部以外的部分的溫度。
在專利文獻(xiàn)3中記載有如下的方法通過在流道的內(nèi)部設(shè) 置阻障構(gòu)件,降低流過流道截面中央的玻璃流的流速,增加能 夠取得的玻璃坯的最大重量。
專利文獻(xiàn)l:日本特開平10-36123號公報
專利文獻(xiàn)2:日本特開2003-306334號公報
發(fā)明內(nèi)容
但是,上述以往的方法存在如下的問題。
一般來說,在使熔融玻璃經(jīng)由流道從熔融槽流出,由成形 模具成形時,需要從熔融槽到流出口實(shí)行逐漸降低的溫度控制, 將熔融玻璃的溫度降低到適于成形的溫度。在此,例如,有時 熔融玻璃從熔融槽流出后,玻璃成分的揮發(fā)造成波筋的產(chǎn)生,而此時不得不通過降低流道控制溫度來與之對應(yīng)??墒牵廴?玻璃流是高粘性流體,噴嘴內(nèi)的溫度在內(nèi)壁附近較低,在截面 重心附近變高。而且,流速分布表現(xiàn)在內(nèi)壁表面附近較低,在 截面重心附近較高的值。
通過測量流道的溫度來實(shí)行玻璃流的溫度控制時,流道中 的測量溫度大致正確反映了內(nèi)壁表面附近的玻璃溫度,但與玻 璃流中心溫度(即通過流道內(nèi)的流道截面重心附近的玻璃流的 溫度)相乖離,表現(xiàn)的溫度低于玻璃流中心溫度。因此,液相 溫度高的玻璃,在玻璃流中心降低到不產(chǎn)生揮發(fā)的溫度之前, 有時流道溫度(流道內(nèi)壁附近的玻璃溫度)降低到成長結(jié)晶的 溫度、所謂失透現(xiàn)象溫度,會造成失透現(xiàn)象的發(fā)生。
在專利文獻(xiàn)l中記載的流道,流出口擴(kuò)開成錐狀,內(nèi)徑變 大,因此,內(nèi)壁表面和玻璃流中心的溫度差以及流速差增大, 上述傾向變得更加明顯。
在使用具有如專利文獻(xiàn)2那樣的節(jié)流部的流道時,具有玻 璃流的流出速度分布的均勻化的效果,但是由于要取出流道截 面重心附近的高溫的玻璃流,所以流出時防止由揮發(fā)造成的波 筋是困難的。當(dāng)為了抑制揮發(fā)而降低控制溫度時,就立刻容易 產(chǎn)生失透現(xiàn)象的發(fā)生和成長,由此,堵塞節(jié)流部的流道,流出 本身容易停止。在實(shí)施例中,為了抑制由節(jié)流部造成的流量降 低,將節(jié)流部的溫度設(shè)定為高于節(jié)流部以外的部分的溫度,這 顯然不是適于近年來的高折射率玻璃的制造的方法。
在專利文獻(xiàn)3中記載的流道,通過在其內(nèi)部的中央設(shè)置的
阻障構(gòu)件來延遲中央部的熔融玻璃的流下速度,可形成流出速 度的速度分布的均勻化,但以熱容量小的貴金屬作為主成分的 小的阻障構(gòu)件,其溫度立刻就會成為高溫的玻璃流中心溫度。 因此,無法獲得降低玻璃流中心溫度的效果,沒有抑制由揮發(fā)造成的波筋的效果。而且,需要如專利文獻(xiàn)3中的圖3那樣使用 支承構(gòu)件固定阻障構(gòu)件,作為以白金等貴金屬為主成分的玻璃 流出用流道,加工是非常困難的。而且,在專利文獻(xiàn)3的技術(shù) 方案4中,其特征在于,在坩堝底部設(shè)有多條流道,該多條流 道的各自的前端部,通過相互連結(jié)構(gòu)成一個流道口 ,但是在多 條流道的各自的中心產(chǎn)生高溫的玻璃流,從而無法獲得降低流 下的玻璃流中心溫度的效果。若要應(yīng)用如這些之類的復(fù)雜的構(gòu) 造,用于適應(yīng)玻璃的溫度、粘度、可濕性、密度和液壓的結(jié)構(gòu) 的變更是非常困難的,加之流速、溫度分布也復(fù)雜化,因此, 即使在這一點(diǎn)上,也要求更加簡單的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的在于,通常在中央附近的流速有變大傾向的 玻璃流道中,通過提高其玻璃流的攪拌效果,使溫度分布均勻 化,降低波筋、失透現(xiàn)象的發(fā)生。而且,作為其結(jié)果,提供了 這樣的流道,即用于簡單且高品質(zhì)地獲得成形條件的選定非常 困難的近年來的高折射玻璃、或低Tg玻璃的玻璃塊的流道。還 提供一種即使對于以往的玻璃,也可進(jìn)行簡單且短距離的控制、 并且可使裝置小型化的流道。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)根據(jù)在流道的內(nèi)壁上設(shè)置控制板,除提高 玻璃流的攪拌效果,使溫度和流速分布均勻化之外,還可獲得 希望的溫度和流速分布,作為結(jié)果可抑制波筋等不良現(xiàn)象,最 終解決了上述課題。
本發(fā)明的第l技術(shù)方案為, 一種流道,其與熔融玻璃槽相 連接,用于使熔融玻璃流出,其特征在于,在該流道內(nèi)壁上具 有用于控制熔融玻璃的流動的控制板。
本發(fā)明的第2技術(shù)方案為,根據(jù)上述技術(shù)方案1中記載的流 道,其特征在于,上述控制板以阻障玻璃流行進(jìn)的角度設(shè)置在 流道內(nèi)壁上。本發(fā)明的第3技術(shù)方案為,根據(jù)上述技術(shù)方案2中記載的流 道,其特征在于,在上述控制板上,包含從上述控制板和流道 內(nèi)壁的接觸部分朝向流道中心的方向和與流道中的玻璃流行進(jìn) 方向相反的方向這兩個方向之間的夾角小于90度的部分。
本發(fā)明的第4技術(shù)方案為,根據(jù)上述技術(shù)方案l ~ 3中任一 項記載的流道,其特征在于,設(shè)置有多個上述控制板。
本發(fā)明的第5技術(shù)方案為, 一種玻璃成形體的制造方法, 其包含利用熔融槽熔融玻璃原料,經(jīng)由與熔融槽相連接的噴嘴 使熔融玻璃流出到成形模具中來成形玻璃成形體的過程,包含 通過使熔融玻璃通過上述技術(shù)方案1 ~ 4中任一項記載的流道 而在流道內(nèi)對熔融玻璃進(jìn)行攪拌的工序。
本發(fā)明的第6技術(shù)方案為,根據(jù)上述技術(shù)方案5中記載的方 法,包含通過使熔融玻璃通過上述技術(shù)方案l ~ 4中任一項記載 的流道來調(diào)整流道內(nèi)的玻璃流的溫度以及速度。
圖l是本發(fā)明的流道整體圖。 圖2是本發(fā)明的流道的縱剖視圖。 圖3是本發(fā)明的流道的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下,對本發(fā)明的流道進(jìn)行詳細(xì)地說明,但本發(fā)明并不限 定于以下的實(shí)施方式,在本發(fā)明的目的的范圍內(nèi),可適宜加以 變更而實(shí)施。
在本發(fā)明中,"流道,,是包含與熔融和/或保持熔融玻璃的 熔融槽相連接,使熔融玻璃流出到模具(例如成形模具)時的、 玻璃流通過的整個流道以及流出口的概念。即,包括所謂管子、節(jié)流孑L ( orifice )、噴嘴的概念。
通常,采用各種的方法進(jìn)行流道的溫度控制,^f旦是在流道 中流動的熔融玻璃的溫度分布,在流道的截面重心(流道截面 呈大致圓形時,其中心)附近最高,因此流速也大。如上所述, 在本發(fā)明中,通過在流道內(nèi)壁上設(shè)有溝槽,局部地改變玻璃流 的流動方向,作為其結(jié)果,玻璃流互相混合,將緩和該溫度分 布和流速分布的差別(gap)。
圖l是表示本發(fā)明的流道的一個例子。如圖1所示,在流道 l的內(nèi)壁設(shè)有控制板2,其設(shè)置方法并沒有特別的限定。通過焊 接設(shè)置在內(nèi)壁上是最簡便的。
控制板2的形狀并沒有特別的限定,平板狀或曲面狀均可。 在本發(fā)明中,控制板2的形狀有使玻璃流的流動發(fā)生變化、決 定各種狀態(tài)的流動的作用。并且,通過形成該流動,使玻璃流 之間的熱交換活躍起來,使溫度分布更加接近均勻化,從而可 減少流出的玻璃的波筋、失透現(xiàn)象。從玻璃流溫度分布的均勻 化這樣的觀點(diǎn)出發(fā),控制板可以是螺旋形狀、或優(yōu)選其形狀、 方向不連續(xù)且不規(guī)則地配置多塊控制板2。此時,即使各控制 板的形狀、方向相同,只要是不規(guī)則的就可以。
控制板2的設(shè)置角度也是為了提高玻璃流的攪拌效率、促 進(jìn)溫度的均勻化,因此,優(yōu)選控制板2以阻障玻璃流行進(jìn)的角 度設(shè)置在流道內(nèi)壁上。以阻障玻璃流行進(jìn)的角度設(shè)置是指將控 制板2設(shè)置成比與玻璃的流出方向相垂直的方向向上游側(cè)傾 斜。具體來說,優(yōu)選在上述控制板2上,包含從上述控制板和 流道內(nèi)壁的接觸部分朝向流道中心的方向和與流道中的玻璃流 行進(jìn)方向相反的方向這兩個方向之間的夾角小于90度的部分。
圖2是本發(fā)明的流道的縱剖面圖。使用在本發(fā)明的流道中 的控制板2朝向與玻璃的流動方向相反的方向傾斜地被設(shè)置。圖3是本發(fā)明的流道的俯視圖。使用在本發(fā)明的流道中的 控制板2通過遮蔽玻璃流道的 一部分而具有對玻璃流的攪拌效 果。
而且,熔融玻璃流的攪拌效果與控制4反2的面積、流道直 徑的關(guān)系也較大。若控制板的面積過小,攪拌效果就會降低, 變得難于實(shí)現(xiàn)流道內(nèi)的溫度的均勻化,若控制板的面積過大, 就會妨礙玻璃流的行進(jìn),反而變得難于得到品質(zhì)優(yōu)良的玻璃塊。 因此,控制板2的面積優(yōu)選為流道的截面積的2% ~ 80% ,更加 優(yōu)選為5%~70%,最優(yōu)選為7%~60%。
控制板的設(shè)置位置沒有特別限定,但是各位置是考慮到玻 璃的熱傳導(dǎo)率、熱容量、流道直徑、流量、希望的溫度/溫度 分布等而被決定的??刂瓢宓脑O(shè)置位置當(dāng)然也取決于流道l的 全長,若太靠上游的話,即使通過由溝槽帶來的攪拌效果使溫 度均勻化,也會隨著流動的進(jìn)行容易形成新的溫度分布,結(jié)果 變得難以獲得本發(fā)明的期待效果。因此,優(yōu)選在流道全長的下 游側(cè)的50%,更加優(yōu)選在流道全長的下游側(cè)的45% ,最優(yōu)選在 流道全長的下游側(cè)的40%處具有上述溝槽。另外,根據(jù)情況也 可以在流道的最下端(即流道出口 )附近設(shè)置控制板。
本發(fā)明的流道l并不妨礙通過流道l本身和/或來自外部的 附加部件來加熱和/或冷卻。作為流道l本身的加熱部件,可使 用對流道直接通電的公知的加熱方法;作為來自外部的附加部 件,可適當(dāng)使用煤氣燃燒器(gas burner )、電熱式加熱器、紅 外線放射、高頻加熱等公知的方法。而且,通過用環(huán)形燃燒器 (ring burner )等對玻璃流出口附近進(jìn)行覆蓋、保溫,能進(jìn)一 步抑制失透現(xiàn)象、波筋等問題。
使用本發(fā)明的流道的玻璃成形部件并沒有特別限制。作為 光學(xué)玻璃的成形,可以使玻璃流連續(xù)地流出到成形模具中,連續(xù)成形為板狀或棒狀玻璃等,也可以通過切斷機(jī)或表面張力分 離玻璃坯,并在多孔質(zhì)模具上進(jìn)行上浮成形,從而成形玻璃坯。 發(fā)本明的流道l的材質(zhì)通??墒褂檬褂糜诓AУ娜廴诠ば?中的材質(zhì),例如可使用白金、強(qiáng)化白金、金、強(qiáng)化金、銠、其 它貴金屬以及它們的合金、或石英。另外,也可使用通過公知 的方法電鍍的材質(zhì),例如內(nèi)表面鍍金、或成膜SIC等陶瓷的白 金。
本發(fā)明規(guī)定了流道l的內(nèi)部結(jié)構(gòu),因此,可適當(dāng)改變流道 流出口附近的氣體介質(zhì)。例如可設(shè)為氮的氣體介質(zhì)、氬等惰性 氣體的氣體介質(zhì)。另外,根據(jù)情況,也可以用加熱氣體介質(zhì)覆 蓋流道流出口 。
以下表示本發(fā)明的具體的實(shí)施例 (實(shí)施例l)
在本實(shí)施例中,使光學(xué)玻璃在白金坩堝中熔融,經(jīng)由與坩 堝相連接的流道,使熔融玻璃從流道末端的流出口流出,在噴 出氣體的碳化鴒制多孔質(zhì)成形模具上對其進(jìn)行上浮成形,從而 取得用于作為精密加壓成形用預(yù)成型坯而使用的玻璃坯。
作為流道,使用了和上述圖l相同形狀的強(qiáng)化白金流道。
在此,流道內(nèi)徑為3mm (截面積7. 07 mm2 ),流出口的內(nèi)徑 擴(kuò)大至6mm。流道全長、即從坩堝的出口到流道末端的流出口 的長度是2m。流道壁的厚度是3mm。
流道內(nèi)的控制板被設(shè)置在從流出口末端起500mm之間的 位置。該控制板的截面積是3.00mm2。附圖標(biāo)記2是通過焊接 設(shè)置在內(nèi)壁中的構(gòu)件,厚度是lmm。另外,控制板是平板,與 流道內(nèi)壁所成的角為30度。
接受模具由多孔質(zhì)不銹鋼作成,通過在從其接受面噴出空 氣的狀態(tài)下接受熔融玻璃,從而以上浮的狀態(tài)從接受模具上接受熔融玻璃,獲得玻璃坯。
使用的玻璃是以氧化硼和氧化鑭為主成分的熔融的光學(xué)玻 璃。將坩堝保持在大約1200。C ,通過通電加熱將流出管保持在
大約1100。C。 /人流出口起使熔融玻璃成為液滴狀分離的狀態(tài)。 此時,熔融玻璃的流出量是每分鐘80g。
在該玻璃坯中,用目視觀察失透現(xiàn)象和波筋等光學(xué)缺陷, 然而不能夠發(fā)現(xiàn)這樣的問題,該玻璃坯是可作為光學(xué)元件成形 用預(yù)成型坯使用的高品質(zhì)的玻璃坯。
權(quán)利要求
1. 一種流道,其與熔融玻璃槽相連接,用于使熔融玻璃流出,其特征在于,在其內(nèi)壁上具有用于控制熔融玻璃的流動的控制板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l中記載的流道,其特征在于,上述控制 板以阻障玻璃流行進(jìn)的角度設(shè)置在流道內(nèi)壁上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2中記載的流道,其特征在于,在上述控 制板上,包含從上述控制板和流道內(nèi)壁的接觸部分朝向流道中 心的方向和與流道中的玻璃流行進(jìn)方向相反的方向這兩個方向 之間的夾角小于90度的部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l ~ 3中任一項記載的流道,其特征在于, 設(shè)置有多個上述控制板。
5. —種玻璃成形體的制造方法,其包含利用熔融槽熔融玻 璃原料,經(jīng)由與熔融槽相連接的噴嘴使熔融玻璃流出到成形模 具中來成形玻璃成形體的過程,包含通過使熔融玻璃通過權(quán)利 要求l ~ 4中任一項記載的流道而在流道內(nèi)對熔融玻璃進(jìn)行攪 拌的工序。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5中記載的方法,包含通過使熔融玻璃通 過權(quán)利要求l ~ 4中任一項記載的流道來調(diào)整流道內(nèi)的玻璃流 的溫度以及速度。
全文摘要
本發(fā)明提供玻璃流道和使用該流道的光學(xué)玻璃成形體的制造方法,在中央附近的流速有變大傾向的玻璃流道中,通過提高其玻璃流的攪拌效果,使溫度分布均勻化,降低波筋、失透現(xiàn)象的發(fā)生。而且,作為其結(jié)果,提供了這樣的流道,即用于簡單且高品質(zhì)地獲得成形條件的選定非常困難的近年來的高折射玻璃、或低Tg玻璃的玻璃塊的流道。還提供一種即使對于以往的玻璃,也可簡單且短距離的控制,并且可使裝置小型化的流道。該流道與熔融玻璃槽相連接,用于使熔融玻璃流出,其特征在于,在其內(nèi)壁上具有用于控制熔融玻璃的流動的控制板。根據(jù)技術(shù)方案1中記載的流道,其特征在于,上述控制板以阻障玻璃流行進(jìn)的角度設(shè)置在流道內(nèi)壁上。
文檔編號C03B7/06GK101417855SQ20081017323
公開日2009年4月29日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者坂井亮介, 永岡敦 申請人:株式會社小原