本発明は、小型の縦長ガラス部材の製造技術に関するものであり、特に集光式太陽光発電装置のホモジナイザーとして用いられる小型の縦長ガラス部材の製造技術に関するものである。

集光式太陽光発電装置は、大型のフレネルレンズで太陽光を集光して小面積の発電用チップに照射し、発電を行わせる装置である。 この集光式太陽光発電装置は、コスト構成比において大きな部分を占める発電用チップを小型化することができるうえに、発電用チップの表面に集光された太陽光のエネルギー密度が高くなり、エネルギー変換効率が高まるという利点があるため、注目されている。 最近では、多層構造の発電用チップを用い、３０％を越える発電効率を達成することが可能となっている。

この集光式太陽光発電装置においては、一次光学系であるフレネルレンズで集光した光をそのまま発電用チップに照射すると、発電用チップ表面における光強度が不均一になり、発電効率が低下することが指摘されている。 そこでフレネルレンズで集光した光を二次光学系であるホモジナイザーと呼ばれる縦長角柱状のガラスの上面（受光面）に導いてその側面で何度も反射を繰り返させることによって光強度を均一化したうえ、その下面（射出面）から発電用チップに導くことが行われている。

このようなホモジナイザーについては、特許文献１〜特許文献３に記載されており、特に幾何学的集光倍率が３００倍以上の集光式太陽光発電装置においては、必須のものとされている。 特許文献３に記載されているように、ホモジナイザーの材質はソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ソーダカリバリウムガラス等である。 またその形状は上方に広がるテーパを持った角柱状のものが多用されている。

上記したホモジナイザーは重要な光学部品であり、従来は成形・徐冷されたガラス板材やガラスブロックから適正形状のガラス材料を切り出し、このガラス材料を加熱軟化させて型に投入し、プレスするリヒートプレスと呼ばれる方法で１個ずつ成形されていた。 成形体は型から取り出されたのち、徐冷、粗加工、研磨加工という公知のガラス加工工程を経て製品となる。

ところがこのような従来方法は、ガラスを溶融して板材やブロックを一度成形し、徐冷したうえでその一部を切り出し、再度加熱してプレス成形する必要がある。 また成形された後も、徐冷、粗加工、研磨加工という多くの工程を必要とする。 このため、長い加工時間、大量のエネルギー、多くの作業時間を要し、コスト高となるという問題があった。 さらに量産するには特別な装置が必要となるという問題もあった。

また、前記した集光式太陽光発電装置の利点を生かすために、最近ではその幾何学的集光倍率は３００倍から５００倍以上と次第に高まり、それに連れて発電用チップ及びホモジナイザーの小型化が進行している。 その結果、最近ではホモジナイザー１個の重量も数ｇにまで減少し、成形や加工時のハンドリングに困難を生ずるようになった。 またホモジナイザー１個の重量が小さくなると溶融ガラスの熱容量も小さくなるため、プレス成形自体も非常に行いにくくなっていた。

特開２００３−２５８２９１号公報

特開２００４−２１４４７０号公報

特開２００６−２７８５８１号公報

従って本発明の目的は、上記したホモジナイザーとして用いられるような小型の縦長ガラス部材を、従来よりも短時間、低コストで容易に量産することができ、しかも製造工程中のハンドリングを容易にした縦長ガラス部材の製造方法を提供することである。 ここで小型とは１個当たりの重量が２.５ｇ程度以下を意味し、縦長とはアスペクト比（全長／径）が２以上であることを意味している。

上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、複数の縦長の貫通孔を備えた胴プレートと、その底面に密着する底プレートとによって形成された成形型の上面に溶融ガラスを供給してプレスすることにより、上面の連結部と前記貫通孔に対応する凸部とが一体となったガラス成形体を成形し、この連結部を突き上げてガラス成形体を成形型から取り出した後に連結部を切り離し、複数の縦長ガラス部材を得ることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１の発明において、ガラス成形体を成形型から取り出したうえ、凸部の外周面を研磨し、その後に連結部を切り離すことを特徴とするものである。 また請求項３の発明は、請求項２の発明において、研磨された凸部を保持し連結部を切り離したうえ、切り離し面を研磨することを特徴とするものである。 また請求項４の発明は、請求項１の発明において、胴プレートと底プレートとからなる成形型を多孔質体により構成したことを特徴とするものである。 なお、縦長ガラス部材は例えば集光式太陽光発電装置のホモジナイザーであり、その場合にはテーパ付きの多角柱形状または円錐台形状であることが好ましい。 その１個の重量は、２.５ｇ以下のものとすることができ、縦長ガラス部材のアスペクト比（全長／最小径）は２以上であることが好ましい。

請求項９は請求項１の方法により縦長ガラス部材を製造する工程の中間製品であるガラス成形体に関するものであり、複数の縦長の貫通孔を備えた胴プレートと、その底面に密着する底プレートとによって形成された成形型の上面に溶融ガラスを供給してプレスすることにより、上面の連結部と前記貫通孔に対応する凸部とが一体となったガラス成形体を成形し、この連結部を突き上げて得られたことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、溶融ガラスから複数の縦長ガラス部材を一度に成形することができるので、従来のように成形済みのガラス材から材料を切り出し再加熱するリヒートプレスを行う必要がない。 このため小型の縦長ガラス部材を、従来よりも短時間、低コストで、容易に量産することができる。 しかも複数の縦長の貫通孔を備えた胴プレートと、その底面に密着する底プレートとによって形成された成形型を用いるので、貫通孔の内周面を平滑に研磨し易く、成形型の製造及びメンテナンスが容易となるうえ、成形時の胴プレートと底プレートとの接合部からの空気抜きも容易に行うことができる。

請求項２の発明によれば、連結部を備えたガラス成形体を型から取り出し、凸部の外周面を研磨してその後に連結部を切り離すので、研磨作業時のハンドリングが行い易くなる。 また請求項３の発明によれば、連結部の作業も容易に行うことができるとともに、切り離後の研磨作業の負担も軽減される。 さらに請求項４の発明によれば、成形型を多孔質体により構成するので、成形時の空気抜きがより容易になるとともに、空気やガスの圧力により離型を促進することも可能となる。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は集光式太陽光発電装置の説明図であり、１は大型のフレネルレンズ、２はこのフレネルレンズ１によって集光された太陽光を発電用チップ３に導くホモジナイザーである。 フレネルレンズ１の幾何学的集光倍率は３００倍から５００倍程度であり、エネルギー密度を高めて小面積の発電用チップ３で効率の良い発電を行わせる。 またホモジナイザー２は図２に示すようなテーパ付きの縦長角柱状のガラス部材である。 なお角柱状のほか、円錐台状とすることもできる。

ホモジナイザー２は上部の受光面から入射した光線を側面で何度も全反射させることによって光強度を均一化し、下面に配置された発電用チップ３に導く部材である。 この機能を発揮するためには各面が平滑に研磨されていること、内部に気泡を含まないことなどの光学的特性を要求される。

また発電効率を高めるためとともにコストダウンのために発電用チップ３の小型化が進行しており、それに連れてホモジナイザー２の小型化も進んでいる。 本実施形態において製造されるホモジナイザー２は、アスペクト比（全長／最小径）が２以上、１個当たりの重量が２.５ｇ以下の縦長ガラス部材である。 またそのサイズは例えば、受光面である上端面は一辺が３．５〜８．０ｍｍ、射出面である下端面が２．０〜５.０ｍｍ，高さ７〜１３ｍｍ程度である。 以下に本発明による製造工程を詳述する。

図３に示すように、本発明では複数の縦長の貫通孔１０を備えた胴プレート１１と、その底面に密着する底プレート１２とによって構成された成形型を用いる。 縦長の貫通孔１０は縦長ガラス部材の外形状に対応するもので、ここでは断面が正方形で上部が広がった形状である。 ただしホモジナイザーの形状に応じて、断面を円形とすることも可能であることはいうまでもない。

これらの胴プレート１１と底プレート１２との材質は、カーボン、金属多孔体、金属、超硬合金、セラミックスなどの様々な材質とすることができるが、この実施形態では通気性のある金属多孔体を用いている。 縦長の貫通孔１０の内周面は型製作時にもメンテナンス時にも研磨する必要があるが、本発明では胴プレート１１と底プレート１２とを分離可能な構造としてあるので、研磨作業が容易に行える利点がある。 また成形時における胴プレート１１と底プレート１２との接合部からのエアー抜き効果も得ることができる。

胴プレート１１と底プレート１２とはホルダーを兼ねるガス制御型１３の内部に収納されている。 このガス制御型１３もまた金属多孔体からなるものである。 ガス制御型１３はその底部に外部接続口１４を備えており、内部に収納された成形型に空気または不活性ガスを吹き込んだり、あるいは内部に収納された成形型から空気を吸引したりすることができるようになっている。

さらにこれらの胴プレート１１、底プレート１２、ガス制御型１３を貫通して突き上げピン１５が配置されている。 この突き上げピン１５は貫通孔１０から外れた位置に複数個が配置されている。 図３では成形型の両側に配置してあるが、中央部にも配置することも可能である。 またピンの代わりにプレート状のものとすることも可能である。 成形開始時には、突き上げピン１５の上端が胴プレート１１の上面と同一面となるように高さを設定しておく。

このような構造の成形型の上面に、溶融ガラス１６を供給する。 溶融ガラス１６は定法によりガラスフィーダからゴブとして供給されるものでよく、その材質は例えばソーダ石灰ガラスである。 縦長ガラス部材の１個の重量はわずか数ｇに過ぎないが、溶融ガラス１６の重量は数１０ｇとすることができるので、定法による供給が可能である。

続いて、図４のように下面がフラットになった上型１７により溶融ガラス１６をプレスする。 溶融ガラスは上型１７によって扁平に押しつぶされるとともにその一部が胴プレート１１の縦長の貫通孔１０の内部に押し込まれ、上面の連結部１８と貫通孔１０に対応する多数の凸部１９とが一体となったガラス成形体２０が成形される。

なお、成形時に貫通孔１０の内部の空気は底プレート１２との合わせ面を通じて排出されるので、ガラス成形体２０の凸部１９に気泡が残ることはない。 また成形時にガス制御型１３の外部接続口１４から空気を吸引することにより溶融ガラスを真空吸引し、貫通孔１０に密着させるようにすれば、より確実に空気抜きを行うことができる。 このようにして気泡のないガラス成形体２０が成形される。 通常、アスペクト比が大きくなると空気抜け不良が発生しやすくなるが、本発明では上記構成によってこの不良発生を確実に防止することができる。

ガラス成形体２０が固化したのち、突き上げピン１５を上昇させてガラス成形体２０の連結部１８を突き上げ、図５に示すようにガラス成形体２０を取り出す。 突き上げピン１５は貫通孔１０のない部分に配置されているため、ガラス成形体２０の凸部１９が損傷されることはない。 また、ガス制御型１３の外部接続口１４から空気または窒素のような不活性ガスを吹き込めば、成形型からのガラス成形体２０の離型性を向上させることができる。 このようにして請求項９に記載したガラス成形体２０を得ることができる。 このガラス成形体２０は、連結部１８の下面に貫通孔１０に対応する多数の凸部１９が一体に成形されたものである。

取り出されたガラス成形体２０は多数の凸部１９が連結部１８により一体に接続されたものであるためハンドリングし易く、そのままの状態で図６のように凸部１９の外面を研磨する。 研磨にはバフ研磨またはブラシ研磨が適しており、適宜の手段により連結部１８を保持して研磨を行うことができる。

次に図７に示すように、研磨された凸部１９を保持して連結部１８を切り離す。 凸部１９の保持手段としては例えば図７のような真空チャック２１を用いることができる。 しかし保持手段はこれに限定されるものではなく、樹脂ホルダー、ゲル化材、凍結接着等の公知の接着固定法を採用することができる。

また、図８に示すように凸部１９の底面を露出させることができる形状の加工冶具２１を使用し、熱可塑性の仮止め接着塗膜２２が形成された固定板２３を加工冶具２１の下面に当てて凸部１９の底面に接着し、ガラス成形体２０を加工冶具２１に固定する方法を取ることもできる。 連結部１８を切り離したのちに、加熱して仮止め接着塗膜２２を溶かし、加工冶具２１から分離すればよい。 なお連結部１８の切り離しには、例えばバーチカル研削機を用いることができる。

このようにして連結部１８を切り離すと、各凸部１９がばらばらになって複数の縦長ガラス部材となる。 そして各縦長ガラス部材の切り離し面を研磨すれば、各面が研磨された縦長ガラス部材を得ることができる。 この縦長ガラス部材は、そのまま集光式太陽光発電装置のホモジナイザーとして使用することができる。

以上に説明した本発明の方法によれば、従来のようなコストと手数のかかるリヒートプレス法を用いることなく、小型の縦長ガラス部材を安価に量産することができる。 また成形体のハンドリングが容易であり、成形型の製作及びメンテナンスも容易である。 このように本発明はホモジナイザーとして用いられるような小型の縦長ガラス部材を、従来よりも短時間、低コストで量産するに適したものである。 更にこのような縦長ガラス部材には寸法精度も要求されるが、本発明によれば次の実施例に示すように寸法ばらつきの少ない成形体を得ることができる。 なお、請求項９のガラス成形体はそのまま販売され、集光式太陽光発電装置のメーカーにおいて分離されて使用される。

実施形態において説明した金属多孔体製の成形型を用いて、図９に示す形状のホモジナイザーとして用いられる縦長ガラス部材を成形した。 規格値は、受光面が４．００×４．００ｍｍ，射出面が２.５５×２．５５ｍｍ，高さ７．５５ｍｍである。 また４面の受光面角度１と受光面角度２は何れも８３.０３度、射出面角度１と射出面角度２とは何れも９６.９７度である。

本発明の製法によって同時に４個の縦長ガラス部材ＡＢＣＤを成形し、各面を研磨した後の寸法データを採取したところ、表１に示すとおりとなった。 本発明によれば、寸法ばらつきの少ない成形が可能であることが分かる。

集光式太陽光発電装置の説明図である。

ホモジナイザーの形状を示す正面図である。

溶融ガラスが供給された成形型の断面図である。

プレス状態を示す成形型の断面図である。

ガラス成形体の取り出し状態を示す断面図である。

外面研磨工程の説明図である。

切り離し工程を示す断面図である。

他の加工冶具を示す断面図である。

実施例における各部の寸法説明図である。

符号の説明

１ フレネルレンズ ２ ホモジナイザー ３ 発電用チップ１０ 貫通孔１１ 胴プレート１２ 底プレート１３ ガス制御型１４ 外部接続口１５ 突き上げピン１６ 溶融ガラス１７ 上型１８ 連結部１９ 凸部２０ ガラス成形体２１ 真空チャック２２ 仮止め接着塗膜２３ 固定板