JP2008227428A - Production process of longitudinal glass member and longitudinal glass molding - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a technique for manufacturing a small vertically long glass member, and particularly relates to a technique for manufacturing a small vertically long glass member used as a homogenizer of a concentrating solar power generation device.
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。 A concentrating solar power generation device is a device that collects sunlight with a large Fresnel lens and irradiates the power generation chip with a small area to generate power. This concentrating solar power generation device can reduce the size of the power generation chip that occupies a large portion of the cost composition ratio, and the energy density of the sunlight concentrated on the surface of the power generation chip increases, It attracts attention because it has the advantage of increased energy conversion efficiency. Recently, it has become possible to achieve a power generation efficiency exceeding 30% by using a multi-layer power generation chip.
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。 In this concentrating solar power generation device, when the light collected by the Fresnel lens, which is the primary optical system, is directly irradiated to the power generation chip, the light intensity on the surface of the power generation chip becomes non-uniform and the power generation efficiency decreases. It has been pointed out. Therefore, the light intensity was made uniform by guiding the light collected by the Fresnel lens to the upper surface (light-receiving surface) of a vertically long prismatic glass called a homogenizer that is a secondary optical system, and repeating the reflection many times on the side surface. In addition, the lower surface (injection surface) is guided to the power generation chip.
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。
Such a homogenizer is described in
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。 The above-mentioned homogenizer is an important optical component. Conventionally, a reheat press that cuts a glass material of an appropriate shape from a glass plate or glass block that has been molded and annealed, heat-softens the glass material, puts it into a mold, and presses it. One by one was formed by the method called. After the molded body is taken out from the mold, it becomes a product through known glass processing steps such as slow cooling, rough processing, and polishing.
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。 However, in such a conventional method, it is necessary to melt glass, once form a plate material or block, slowly cool it, cut out a part of it, heat it again, and press-mold it. Further, even after being molded, many processes such as slow cooling, roughing and polishing are required. For this reason, there is a problem that a long processing time, a large amount of energy, and a lot of work time are required, resulting in an increase in cost. There is also a problem that special equipment is required for mass production.
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。
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。 Therefore, the object of the present invention is to make it possible to easily mass-produce a small vertically long glass member used as the above-mentioned homogenizer in a shorter time and at a lower cost than before, and to facilitate handling during the manufacturing process. It is providing the manufacturing method of a glass member. Here, the small size means that the weight per piece is about 2.5 g or less, and the vertically long means that the aspect ratio (full length / diameter) is 2 or more.
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。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
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。
The invention of
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。
Claim 9 relates to a glass molded body, which is an intermediate product in the process of producing a vertically long glass member by the method of
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。 According to the first aspect of the present invention, since a plurality of vertically long glass members can be formed at a time from molten glass, it is not necessary to perform a reheat press in which a material is cut out from a molded glass material and reheated as in the prior art. . For this reason, a small vertically long glass member can be easily mass-produced in a shorter time and at a lower cost than before. Moreover, since a molding die formed by a body plate having a plurality of vertically long through holes and a bottom plate that is in close contact with the bottom surface is used, the inner peripheral surface of the through holes can be easily polished smoothly, Maintenance is facilitated, and air can be easily removed from the joint between the body plate and the bottom plate during molding.
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。
According to the second aspect of the present invention, the glass molded body provided with the connecting portion is taken out from the mold, the outer peripheral surface of the convex portion is polished, and then the connecting portion is separated. Therefore, handling during the polishing operation is facilitated. According to the invention of
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。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a concentrating solar power generation apparatus, wherein 1 is a large Fresnel lens, and 2 is a homogenizer that guides sunlight condensed by the Fresnel
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。
The
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。
Further, downsizing of the
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。
As shown in FIG. 3, in the present invention, a molding die constituted by a
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。
The material of the
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。
The
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。
Further, a push-up
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。
Subsequently, the
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。
In addition, since the air inside the through-
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。
After the glass molded
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。
Since the glass molded
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。
Next, as shown in FIG. 7, the
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。
Further, as shown in FIG. 8, a
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。
Thus, when the
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。 According to the method of the present invention described above, small vertical glass members can be mass-produced at low cost without using the reheat press method which is costly and troublesome. In addition, the molded body can be easily handled, and the mold can be easily manufactured and maintained. As described above, the present invention is suitable for mass production of a small vertically long glass member used as a homogenizer in a shorter time and at a lower cost than conventional ones. Further, such a vertically long glass member is required to have dimensional accuracy, but according to the present invention, as shown in the following examples, a molded product with little dimensional variation can be obtained. In addition, the glass molded object of Claim 9 is sold as it is, and is separated and used in the manufacturer of a concentrating solar power generation device.
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。
A vertically long glass member used as a homogenizer having the shape shown in FIG. 9 was molded using the porous metal mold described in the embodiment. The standard values are 4.00 × 4.00 mm for the light receiving surface, 2.55 × 2.55 mm for the exit surface, and 7.55 mm in height. The four light receiving
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。 Four vertically long glass members ABCD were simultaneously formed by the manufacturing method of the present invention, and dimensional data after each surface was polished were collected. According to the present invention, it can be seen that molding with little dimensional variation is possible.
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
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Claims (9)
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