CN106068244A - 玻璃材料的制造方法和玻璃材料的制造装置 - Google Patents

Abstract

提供能够通过无容器悬浮法制造具有优异的均质性的玻璃材料的方法。在使玻璃原料块(12)悬浮保持的状态下，通过对玻璃原料块(12)照射多个激光光线，使其加热熔化，得到熔融玻璃后，通过冷却熔融玻璃，得到玻璃材料。多个激光光线包括第一激光光线(13A)和第二激光光线(13B)。第一激光光线(13A)与第二激光光线(13B)所成的角的大小(θ)为0°以上且小于180°。第一激光光线(13A)在玻璃原料块(12)的表面上的点(S1)的中心(C1)的位置与第二激光光线(13B)在玻璃原料块(12)的表面上的点(S2)的中心(C2)的位置相互不同。

Description

玻璃材料的制造方法和玻璃材料的制造装置

技术领域

本发明涉及玻璃材料的制造方法和玻璃材料的制造装置。

背景技术

近年来，作为玻璃材料的制造方法，进行了关于无容器悬浮法的研究。例如，在专利文献1中记载了在气体悬浮炉中，对悬浮的钡钛系强介电体的试样照射激光束进行加热熔融后，通过冷却，使钡钛系强介电体的试样玻璃化的方法。在利用容器将玻璃熔融的现有的方法中，由于熔融玻璃与容器的壁面接触，所以有时会析出结晶，但在无容器悬浮法中，能够抑制由于与容器的壁面的接触引起的结晶化的进行。因此，即使是在现有的使用容器的制造方法中无法玻璃化的材料，有时也能够用无容器悬浮法进行玻璃化。因此，无容器悬浮法为作为能够制造具有新型组成的玻璃材料的方法值得注目的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－248801号公报

发明内容

发明所要解决的课题

无容器悬浮法的课题为提高玻璃材料的均质性。于是，在专利文献1中公开了使用多个激光对玻璃原料块的大范围照射激光。然而，在该方法中，也难以得到足够均质的玻璃。

本发明的主要目的在于提供能够通过无容器悬浮法制造具有优异的均质性的玻璃材料的方法。

用于解决课题的方法

在本发明的玻璃材料的制造方法中，在使玻璃原料块悬浮保持在成型模具的成型面的上方的状态下，对玻璃原料块照射多个激光光线，由此使其加热熔化，得到熔融玻璃后，通过将熔融玻璃冷却，得到玻璃材料。多个激光光线包括第一激光光线和第二激光光线。第一激光光线与第二激光光线所成的角的大小θ为0°以上且小于180°。第一激光光线在玻璃原料块的表面上的点的中心的位置与第二激光光线在玻璃原料块的表面上的点的中心的位置相互不同。

在本发明的玻璃材料的制造方法中，优选第一激光光线在玻璃原料块的表面上的点与第二激光光线在玻璃原料块的表面上的点重合。

在本发明的玻璃材料的制造方法中，也可以对玻璃原料块从斜上方照射激光光线。

在本发明的玻璃材料的制造方法中，可以通过使气体从在成型模具的成型面开口的气体喷出孔喷出，使玻璃原料块悬浮保持在成型面的上方。

在本发明的玻璃材料的制造方法中，优选各激光光线在玻璃原料块的表面上的点径为玻璃原料块的直径的0.1倍～1.2倍。

本发明的玻璃材料的制造装置为在使玻璃原料块悬浮保持在成型模具的成型面的上方的状态下，对玻璃原料块照射包括第一激光光线和第二激光光线的多个激光光线，由此使其加热熔化，得到熔融玻璃后，通过将熔融玻璃冷却，制造玻璃材料的装置。本发明的玻璃材料的制造装置具备射出多个激光光线的激光照射装置。第一激光光线与第二激光光线所成的角的大小θ为0°以上且小于180°。第一激光光线在玻璃原料块的表面上的点的中心的位置与第二激光光线在玻璃原料块的表面上的点的中心的位置相互不同。

发明的效果

根据本发明，能够提供通过无容器悬浮法制造具有优异的均质性的玻璃材料的方法。

附图说明

图1是第一实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。

图2是第一实施方式中的成型面的一部分的概略俯视图。

图3是第一实施方式的玻璃材料的制造装置的示意俯视图。

图4是第二实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。

图5是第二实施方式中的成型面的一部分的概略俯视图。

图6是第三实施方式中的成型面的一部分的概略俯视图。

图7是第四实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。

图8是第五实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。

图9是第六实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。

图10是第七实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。

图11是第八实施方式的玻璃材料的制造装置的示意俯视图。

图12是表示第九实施方式中的玻璃材料与激光光线的点的关系的示意俯视图。

图13是表示第十实施方式中的玻璃材料与激光光线的点的关系的示意俯视图。

图14是表示第十一实施方式中的玻璃材料与激光光线的点的关系的示意俯视图。

图15是表示第十二实施方式中的玻璃材料与激光光线的点的关系的示意俯视图。

具体实施方式

以下，对于实施本发明的优选方式进行说明。但下述的实施方式仅为例示。本发明不受下述的实施方式任何限定。

另外，在实施方式等中参照的各附图中，实质上具有同一功能的部件用同一符号参照。另外，在实施方式等中参照的附图是示意性地记载的。附图中所绘制的物体的尺寸的比率等有时与现实的物体的尺寸的比率等不同。在附图相互间有时物体的尺寸比率等也不同。具体的物体的尺寸比率等应当参考以下的说明进行判断。

在以下的实施方式中，以通常的玻璃材料为首、即使是例如不含网格形成氧化物那样的、具有通过使用容器的熔融法不会玻璃化的组成的玻璃材料，也能够适合制造。具体而言，能够适合制造例如钛酸钡系玻璃材料、镧－铌复合氧化物系玻璃材料、镧－铌－铝复合氧化物系玻璃材料、镧－铌－钽复合氧化物系玻璃材料、镧－钨复合氧化物系玻璃材料等。

(第一实施方式)

图1是第一实施方式的玻璃材料的制造装置1的示意剖面图。如图1所示，玻璃材料的制造装置1具有成型模具10。成型模具10具备曲面的成型面10a。具体而言，成型面10a为球面状。

成型模具10具有在成型面10a开口的气体喷出孔10b。如图2所示，在本实施方式中，设置有多个气体喷出孔10b。具体而言，多个气体喷出孔10b从成型面10a的中心以放射状排列。

此外，成型模具10也可以由具有连续气泡的多孔质体构成。此时，气体喷出孔10b由连续气泡构成。

气体喷出孔10b与气瓶等气体供给机构11连接。气体从该气体供给机构11经由气体喷出孔10b，被供给至成型面10a。

气体的种类没有特别限定。气体例如可以为空气或氧，也可以为氮气、氩气、氦气等不活泼气体。

在使用制造装置1制造玻璃材料时，首先，将玻璃原料块12配置在成型面10a上。玻璃原料块12例如可以为将玻璃材料的原料粉末通过加压成型等一体化得到的。玻璃原料块12可以为将玻璃材料的原料粉末通过加压成型等一体化后使其烧结得到的烧结体。另外，玻璃原料块12可以为与目标玻璃组成具有等同组成的结晶的集合体。

玻璃原料块12的形状没有特别限定。玻璃原料块12例如可以为透镜状、球状、圆柱状、多棱柱状、长方体状、椭球状等。

接着，通过使气体从气体喷出孔10b喷出，使玻璃原料块12悬浮在成型面10a上。即，以玻璃原料块12不与成型面10a接触的状态，将玻璃原料块12保持在空中。在该状态下，从激光照射装置13对玻璃原料块12照射激光。由此，将玻璃原料块12加热熔融使其玻璃化，得到熔融玻璃。然后，通过将熔融玻璃冷却，能够得到玻璃材料。在将玻璃原料块12加热熔融的工序和将熔融玻璃、进而玻璃材料的温度冷却到至少软化点以下的工序中，优选至少继续气体的喷出，抑制玻璃原料块12、熔融玻璃或玻璃材料与成型面10a接触。

如图1和图3所示，激光照射装置13具有第一激光光源13a和第二激光光源13b。第一和第二激光光源13a、13b分别对玻璃原料块12从斜上方照射激光光线13A、13B。

另外，通常在对玻璃原料块照射多个激光光线的情况下，使玻璃原料块表面上的多个激光光线的点中心一致。这是为了激光光线直接入射到成型面，不使成型面不希望地被加热的缘故。

然而，本发明的发明人等进行深入研究的结果，发现在使玻璃原料块表面上的多个激光光线的点中心一致的情况下，玻璃原料块的熔化容易产生不均。作为其原因，可以考虑以下理由。即，激光光线的强度在点中心最高，向着点的外侧变低。因此，在使玻璃原料块表面上的多个激光光线的点中心一致的情况下，玻璃原料块的存在点中心的部分比其他部分更强地被加热。其结果，玻璃原料块的存在点中心的部分成为过热状态，而位于玻璃原料块的远离点中心的部分的部分难以熔化。因此，可以认为玻璃原料块的熔化会产生不均。另外，如果玻璃原料块的存在点中心的部分被较强地加热，则玻璃原料变得容易挥发，有时得不到所希望的玻璃组成。

另一方面，在本实施方式中，如图1所示，将激光光线13A与激光光线13B所成的角的大小θ设为0°以上且小于180°。且，如图3所示，以第一激光光线13A在玻璃原料块12的表面上的点S1的中心C1的位置与第二激光光线13B在玻璃原料块12的表面上的点S2的中心C2的位置相互不同的方式照射第一和第二激光光线13A、13B。此时，通过第一激光光线13A的照射而强度最高的点S1的中心C1的位置与通过第二激光光线13B的照射而强度最高的点S2的中心C2的位置不同。因此，能够对玻璃原料块12的表面的大范围照射激光光线，且能够减少玻璃原料块12的表面的激光光线照射到的部分中的激光光的强度不均。另外，在玻璃原料块12产生多个成为熔化的起点的部分。因此，能够使玻璃原料块12更均质地熔化。由于玻璃原料块12不易一部分过热，所以能够抑制原料的不希望的挥发。能够抑制玻璃原料块12的一部分不被充分加热而产生未熔。其结果，能够制造具有优异的均质性的玻璃材料。

从以更高的均质性使玻璃原料块12熔化的观点出发，优选以第一激光光线13A在玻璃原料块12的表面上的点S1与第二激光光线13B在玻璃原料块12的表面上的点S2的至少一部分重合的方式，照射第一和第二激光光线13A、13B。通过这样操作，在第一点S1与第二点S2重合的位置，能够促进玻璃原料块12的熔化。

此外，也可以考虑从完全相反的方向照射第一激光光线和第二激光光线，将θ设为180°。然而，此时，第一激光光线照射到第二激光光源，第二激光光线照射到第一激光光源，激光光源有可能会损伤。另外，第一激光光线的点与第二激光光线的点难以在玻璃原料块12的表面重合。因此，θ优选小于180°。θ更优选为50°～150°，更加优选为60°～120°。

点S1、S2的直径(点径)优选为玻璃原料块12的直径的0.1倍～1.2倍，更优选为0.4倍～1.1倍，更加优选为0.5倍～1倍。如果点径相对于玻璃原料块12的直径而言过小，则有时难以均匀地加热玻璃原料块12的整体。如果点径相对于玻璃原料块12的直径而言过大，则有时激光光线13A、13B容易照射在成型面10a，或点S1与点S2重合的面积过大。点S1优选不与点S2的中心C2重合。点S2优选不与点S1的中心C1重合。

此外，在本实施方式中，关于对玻璃原料块12照射第一和第二激光光线13A、13B的例子进行说明。但本发明不限于此。例如，也可以对玻璃原料块照射3条以上的激光光线。优选对玻璃原料块照射的激光光线的条数为2条～5条，更优选为2条～4条。

各激光点的面积中，照射到玻璃原料块的部分的面积的比例优选为50％以上、70％以上、90％以上、特别优选为100％。如果该比例过低，则对于玻璃原料块所赋予的能量降低，有时玻璃原料块的熔化变得不充分。另外，激光照射到成型面，成型面有可能损伤。此外，各激光点的合计面积(总面积)中，优选照射到玻璃原料块的部分的合计面积(总面积)的比例也满足上述范围。

在本实施方式中，对于通过从在成型模具10的成型面10a开口的气体喷出孔10b喷出气体，使玻璃原料块悬浮保持在成型面10a的上方的例子进行了说明。但本发明不限定于此。例如，也可以利用磁场、静电场、声波等，悬浮保持玻璃原料块。

(第二及第三实施方式)

图4是第二实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。图5是第二实施方式的玻璃材料的制造装置的示意俯视图。另外，图6是第三实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。在第一实施方式中，关于对玻璃原料块12从斜上方照射激光光线13A、13B的例子进行了说明。但本发明不限定于此。

例如，如图4和图5所示，也可以对于玻璃原料块12水平地照射激光光线13A、13B。此时，如图6所示，也可以对玻璃原料块12照射3条激光光线13A、13B、13C。在对玻璃原料块12照射3条以上的激光光线的情况下，相邻的激光光线所成的角的大小优选全部实质上相同。因此，在对玻璃原料块12照射3根激光光线13A、13B、13C的情况下，相邻的激光光线所成的角的大小优选约为120°。

(第四实施方式)

图7是第四实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。如图7所示，可以对玻璃原料块12从斜上方照射第一和第二激光光线13A、13B，并且对玻璃原料块12水平地照射第三和第四激光光线13D、13E。

(第五实施方式)

图8是第五实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。

在第一～第四实施方式中，对于在成型面10a开口有多个气体喷出孔10b的例子进行了说明。但本发明不限定于该构成。例如，如图8所示的玻璃材料的制造装置那样，也可以设置有在成型面10a的中央开口的一个气体喷出孔10b。

(第六实施方式)

图9是第六实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。

在第一～第五实施方式中，对于从一个激光光源射出一条激光光线的例子进行了说明。但本发明不限定于此。例如，也可以将来自一条激光光源的激光光线使用分束器20分开，形成多个激光光线13A、13B。

(第七实施方式)

图10是第七实施方式的玻璃材料的制造装置的示意剖面图。如图10所示，也可以以激光光线13A与激光光线13B平行的方式，对玻璃原料块照射激光光线13A和激光光线13B。

(第八实施方式)

图11是第八实施方式的玻璃材料的制造装置的示意俯视图。如图11所示，也可以对玻璃原料块12照射3条以上的激光光线。具体而言，在本实施方式中，对玻璃原料块12照射3条激光光线。此时，点S1、点S2和点S3可以重合也可以不重合。在本实施方式中，以在玻璃原料块12的中央部中，点S1、点S2和点S3全部重合的方式，照射3条激光光线。

通过如本实施方式那样，对玻璃原料块12照射3条以上的激光光线，能够进一步减小玻璃原料块12中产生的温度不均。

(第九实施方式)

图12是表示第九实施方式中的玻璃材料与激光光线的点的关系的示意俯视图。在第九实施方式中，在玻璃原料块12的边缘部形成激光光线的点S1、S2。玻璃原料块12的边缘部容易被悬浮气体冷却，所以通过对玻璃原料块12的边缘部照射激光光线，能够抑制在玻璃原料块12产生温度不均。

(第十实施方式)

图13是表示第十实施方式中的玻璃材料与激光光线的点的关系的示意俯视图。如图13所示，在第十实施方式中，对玻璃原料块12的中央部照射4条激光光线，形成点S1、S2、S3、S4。这样，通过在玻璃原料块12的中央部集中照射激光光线，能够提高玻璃原料块12熔化的速度。

(第十一实施方式)

图14是表示第十一实施方式中的玻璃材料与激光光线的点的关系的示意俯视图。如图14所示，在第十一实施方式中，通过以形成覆盖玻璃原料块12的实质上整体的点S1的方式照射激光光线，将玻璃原料块12的实质上整体加热，并且通过照射其他激光光线形成点S2来使玻璃原料块12熔化。通过这样操作，能够抑制在玻璃原料块12产生温度不均。此外，在第十一实施方式中，优选用于形成点S2的激光光线的输出高于用于形成点S1的激光光线的输出。

(第十二实施方式)

图15是表示第十二实施方式中的玻璃材料与激光光线的点的关系的示意俯视图。在第十二实施方式中，也与第十一实施方式同样，照射激光光线，形成点S1、S3，将玻璃原料块12整体加热，并且照射其他激光光线形成点S2、S4，由此使玻璃原料块12熔化。通过这样操作，也能够抑制在玻璃原料块12产生温度不均。

附图标记

1 制造装置

10 成型模具

10a 成型面

10b 气体喷出孔

11 气体供给机构

12 玻璃原料块

13 激光照射装置

13A～13E 激光光线

13a 第一激光光源

13b 第二激光光源

20 分束器

C1，C2 中心

S1 第一点

S2 第二点

S3 第三点

S4 第四点

C1 第一点的中心

C2 第二点的中心

C3 第三点的中心

C4 第四点的中心

Claims (6)

1.一种玻璃材料的制造方法，其特征在于：

包括：在使玻璃原料块悬浮保持的状态下，对所述玻璃原料块照射多个激光光线，由此使其加热熔化，得到熔融玻璃后，通过将所述熔融玻璃冷却，得到玻璃材料的工序，

所述多个激光光线包括第一激光光线和第二激光光线，

所述第一激光光线与所述第二激光光线所成的角的大小θ为0°以上且小于180°，

所述第一激光光线在所述玻璃原料块的表面上的点的中心的位置与所述第二激光光线在所述玻璃原料块的表面上的点的中心的位置相互不同。

2.如权利要求1所述的玻璃材料的制造方法，其特征在于：

所述第一激光光线在所述玻璃原料块的表面上的点与所述第二激光光线在所述玻璃原料块的表面上的点重合。

3.如权利要求1或2所述的玻璃材料的制造方法，其特征在于：

对所述玻璃原料块从斜上方照射所述激光光线。

4.如权利要求1～3中任一项所述的玻璃材料的制造方法，其特征在于：

通过从在成型模具的成型面开口的气体喷出孔喷出气体，使玻璃原料块悬浮保持在所述成型面的上方。

5.如权利要求1～4中任一项所述的玻璃材料的制造方法，其特征在于：

所述各激光光线在所述玻璃原料块的表面上的点径为所述玻璃原料块的直径的0.1倍～1.2倍。

6.一种玻璃材料的制造装置，其特征在于：

在使玻璃原料块悬浮保持的状态下，对所述玻璃原料块照射包括第一激光光线和第二激光光线的多个激光光线，由此使其加热熔化，得到熔融玻璃后，通过将所述熔融玻璃冷却，制造玻璃材料，

该装置具备射出所述多个激光光线的激光照射装置，

所述第一激光光线与所述第二激光光线所成的角的大小θ为0°以上且小于180°，

所述第一激光光线在所述玻璃原料块的表面上的点的中心的位置与所述第二激光光线在所述玻璃原料块的表面上的点的中心的位置相互不同。