JP2012144398A - ガラス多角管及びその製造方法並びに容器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】4枚以上の耐熱性ガラス板を、SiO2微粒子を主成分とするスラリー状の接着剤で接着してなるガラス多角管の製造方法であって、(A)耐熱性ガラス板を、SiO2微粒子を主成分とするスラリー状の接着剤で接合し、接合体を形成する工程と、(B)前記接合体を100℃以上で加熱し、前記耐熱性ガラス板同士を接着する工程と、を含むようにした。
【選択図】図1
Description
用いられる耐熱性ガラス板の枚数は、図1では14枚の例を示したが、本発明のガラス多角管に用いられる耐熱性ガラス板は4枚以上であればよく、目的とするガラス多角管の形状に合わせて適宜選択すればよい。大口径の多角管を得るためには10枚以上の耐熱性ガラス板を用いることが好適である。
接着剤の粘性に関しては、特に制限はないが、粘性が小さすぎる場合には接着するときに乾燥するまでに接着剤が流れてしまい工業的に使用できない。また、粘性が大きすぎる場合には、接着剤を取り扱うことが難しくなる。こうしたことから、接着剤の粘性は、B型粘度計で30rpm、23℃の条件下で測定したときの接着剤の粘度が、3000mPa・s以上であることが好ましく、4000〜15000mPa・s程度がより好ましい。
前記SiO2微粒子を主成分とするスラリー状の接着剤としては、例えば、特表2008−511527号公報に記載される非晶質SiO2粒子を含有する水性スラリーが好適に用いられる。
接着剤のSiO2成分が石英ガラスで石英ガラスの板同士を接着させるには、500℃以上、好ましくは1000℃以上1400℃以下に加熱することが好適である。またガラスの材質が、高珪酸ガラス、パイレックス(登録商標)、バイコール、テンパックス、ネオセラム、ネオレックス、ファイアライトの場合には200℃以上、好ましくは400℃以上500℃以下で加熱することが好適である。
加熱時間は加熱温度に応じて適宜選択すればよいが1〜10時間が好適である。
石英ガラスの微粉を調整し、1μm以下の細かい粒子、5−10μmの中間粒子、50−100μmの大きな粒子を準備し、最密充填になる比率で混合し、これを純水に溶かしこんだ。水分量としては約10%程度で、B型粘度計での30rpmでの回転条件、室温(23℃)での接着剤の粘度は6500mPa・secとなった。
この接着剤を使用して、幅10mm×長さ40mm×t10mmの石英ガラス角棒2個を室温で接合した後、1200℃で1時間加熱し、石英ガラス角棒を接着し、幅10mm×長さ80mm×t10mmの細長い角ロッドを作成した。
実験例1と同じ接着剤で、幅10mm×長さ40mm×t10mmの石英ガラス角棒2個を室温で接合した後、600℃で1時間加熱し、実験例1と同サイズのサンプルを作成した。該サンプルに対して、実験例1と同様の方法により三点曲げ試験を行った。結果を表1に示す。
実験例1の接着剤にエタノールを添加して粘性をB型粘度計での30rpmの回転条件、室温(23℃)での測定結果で4500mPa・secにした後、石英ガラスとネオセラム(幅10mm×長さ40mm×t10mm)を該接着剤を介して接合し、その後工業用のドライヤーで表面を急速乾燥させ、接合体を得た。得られた接合体を600℃で1時間加熱し、石英ガラスとネオセラムを接着し、サンプルを作成した。該サンプルに対して、実験例1と同様の方法により三点曲げ試験を行った。結果を表1に示す。
実験例1と同じ接着剤で、幅25mm×長さ40mm×t25mmの石英ガラス角棒2個を室温で接合した後、1200℃で1時間加熱し、幅25mm×長さ80mm×t25mmのサンプルを作成した。該サンプルに対して、実験例1と同様の方法により三点曲げ試験を行った。結果を表1に示す。
石英ガラス角棒2個(幅25mm×長さ40mm×t25mm)を、酸素と水素の火炎を使用したバーナーで端面を溶融して圧着溶接したが、端面が十分に加熱できなかったために溶接が十分ではなく、溶接面から割れてしまった。何度も繰り返しサンプル作成をして、10回目にようやく成功しサンプルを作成できた。得られたサンプルに対して、実験例1と同様の方法により三点曲げ試験を行った。しかしながら、溶接面がしっかりと溶接されていなかったので、3点曲げ試験では、簡単に接着面で脱落してしまった。結果を表1に示す。
パイレックス(登録商標)(40mm×200mm×t25mm)の板2枚を、プロパンと酸素を使用したバーナーで端面を溶融して圧着溶接したが、途中でパイレックス(登録商標)が割れてしまい、溶接はできなかった。何度も繰り返しサンプル作成を試みたが、残念ながらサンプルは作成できなかった。
幅50mm、長さ1500mm、肉厚20mmの短冊状石英ガラス板を36枚準備し、角度10°で長さ1500mmの箇所で石英ガラス板2枚を実験例1と同じ接着剤を用いて室温での接合し、接合体を形成した後、該接合体を1200℃で1時間加熱し、石英ガラス板を接着し、ガラス多角管中間体を得た。該ガラス多角管中間体に対して、さらに同様の方法で石英ガラス板の接着を繰り返し、計36枚の石英ガラス板を接着し、外径600mm、長さ1500mm、肉厚20mmの多角形管を得た。なお、接着は石英ガラスの端面だけではなく、多角形管の内面側にも接着剤を肉盛りすることで、機械的な強度を増すことの対策を行った。この多角形管の寸法公差は、長さは±10mm、外径は±10mm、肉厚は±2mmと非常に精度が良い多角形管を製造することが可能となった。
得られた多角形管と同じ肉厚のサンプルと溶接方法で幅20mm×長さ80mm×20mmのサンプルを作成して、実験例1と同様の方法により三点曲げ試験を行った。結果を表1に示す。
4枚の石英ガラス板(幅700mm、長さ700mm、肉厚10mm)を準備し、実施例1と同じ接着剤を用いて下記方法により該4枚の石英ガラス板を接着し、ガラス多角管を得た。図5に示した如く、ガラス板同士を90°で固定して、その端面の隙間に接着剤を流し込み、室温で乾燥し、接合体を得た後、該接合体を1200℃で1時間加熱し、石英ガラス板を接着し、ガラス多角管中間体を得た。該ガラス多角管中間体に対して、さらに同様の方法で石英ガラス板の接着を行い、計4枚の石英ガラス板を接着し、四角管を得た。得られた四角管の寸法は700mm±10mm、肉厚10±2mmであった。
得られた四角管をサンプルとして、実験例1と同様の方法により三点曲げ試験を行った。結果を表1に示す。
外径300mm肉厚石英ガラス管をブローアップして、外径600mm肉厚20mmのチューブを作成しようと試みたが、肉厚を20mmにすることは不可能で、肉厚4mmのチューブしか作成できなかった。
外径700mmの金属製の型枠に、石英結晶の粉末を充填し、これを減圧雰囲気で中心部から溶融した。できた石英ガラス管は、外径600mm±50mm、肉厚20mm±6mm、長さ1500mm±50mmであり、寸法精度が悪く使用できなかった。10本の管を溶融したが、寸法精度には改善は認められなかった。
Claims (12)
- 4枚以上の耐熱性ガラス板を、SiO2微粒子を主成分とするスラリー状の接着剤で接着してなるガラス多角管の製造方法であって、
(A)耐熱性ガラス板を、SiO2微粒子を主成分とするスラリー状の接着剤で接合し、接合体を形成する工程と、
(B)前記接合体を100℃以上で加熱し、前記耐熱性ガラス板同士を接着する工程と、
を含むことを特徴とするガラス多角管の製造方法。 - B型粘度計で30rpm、23℃の条件下で測定したときの、前記スラリー状の接着剤の粘度が、3000mPa・s以上であることを特徴とする請求項1記載のガラス多角管の製造方法。
- 前記(A)工程の前記接合を室温で行うことを特徴とする請求項1又は2記載の大口径ガラス多角管の製造方法。
- 前記耐熱性ガラス板が石英ガラスであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載のガラス多角管の製造方法。
- 前記(B)工程の加熱を500℃以上で行うことを特徴とする請求項4記載のガラス多角管の製造方法。
- 前記耐熱性ガラス板が10枚以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載のガラス多角管の製造方法。
- 4枚以上の耐熱性ガラス板を、SiO2微粒子を主成分とするスラリー状の接着剤で接着してなることを特徴とするガラス多角管。
- 前記耐熱性ガラス板が10枚以上であることを特徴とする請求項7記載のガラス多角管。
- 前記ガラス多角管の外径が500mm以上であり、前記ガラス多角管の肉厚が10mm以上であり、前記ガラス多角管の長さが1000mm以上であることを特徴とする請求項7又は8記載のガラス多角管。
- 前記ガラス多角管の外径の寸法公差が、±5mm以内であり、前記ガラス多角管の肉厚の寸法公差が±2mm以内であり、前記ガラス多角管の長さの寸法公差が±10mm以内であることを特徴とする請求項9記載のガラス多角管。
- 請求項1〜6のいずれか1項記載の方法により製造されることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項記載のガラス多角管。
- 請求項7〜11のいずれか1項記載のガラス多角管を用いて製造されることを特徴とする容器。
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