JP2015063410A - ガラス材の製造方法及びガラス材の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無容器浮遊法により、優れた均質性を有するガラス材を製造し得る方法を提供する。
【解決手段】成形型１０の成形面１０ａに開口するガス噴出孔１０ｂからガスを噴出させることにより、成形面１０ａの上方にガラス原料塊１２を浮遊させて保持した状態で、ガラス原料塊１２を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、溶融ガラスを冷却することによりガラス材を得る。ガス噴出孔１０ｂに、予熱されたガスを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス材の製造方法及びガラス材の製造装置に関する。

近年、ガラス材の製造方法として、無容器浮遊法に関する研究がなされている。例えば、特許文献１には、ガス浮遊炉で浮遊させたバリウムチタン系強誘電体の試料にレーザービームを照射して加熱溶融した後に、冷却することにより、バリウムチタン系強誘電体の試料をガラス化させる方法が記載されている。このように、無容器浮遊法では、容器の壁面との接触に起因する結晶化の進行を抑制できるため、従来の容器を用いた製造方法ではガラス化させることができなかった材料であってもガラス化し得る場合がある。従って、無容器浮遊法は、新規な組成を有するガラス材を製造し得る方法として注目に値すべき方法である。

特開２００６−２４８８０１号公報

無容器浮遊法により製造されるガラス材の均質性を向上したいという要望がある。

本発明の主な目的は、無容器浮遊法により、優れた均質性を有するガラス材を製造し得る方法を提供することにある。

本発明に係るガラス材の製造方法では、成形型の成形面に開口するガス噴出孔からガスを噴出させることにより、成形面の上方にガラス原料塊を浮遊させて保持した状態で、ガラス原料塊を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、溶融ガラスを冷却することによりガラス材を得る。ガス噴出孔に、予熱されたガスを供給する。

本発明に係るガラス材の製造方法では、成形型の温度をガス噴出孔に供給するガスの温度よりも低くすることが好ましい。

本発明に係るガラス材の製造方法では、成形型を冷却しながらガラス材の製造を行うことが好ましい。

本発明に係るガラス材の製造方法では、ガス噴出孔に供給するガスの温度を１００℃以上とすることが好ましい。

本発明に係るガラス材の製造装置は、成形型の成形面に開口するガス噴出孔からガスを噴出させることにより、成形面の上方にガラス原料塊を浮遊させて保持した状態で、ガラス原料塊を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、溶融ガラスを冷却することによりガラス材を製造する装置である。本発明に係るガラス材の製造装置は、ガス噴出孔に供給されるガスを加熱する加熱機構を備える。

本発明によれば、無容器浮遊法により、優れた均質性を有するガラス材を製造し得る方法を提供することができる。

第１の実施形態に係るガラス材の製造装置の模式的断面図である。 第１の実施形態における成形面の一部分の略図的平面図である。 第２の実施形態に係るガラス材の製造装置の模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
本実施形態では、通常のガラス材をはじめ、例えば、網目形成酸化物を含まないような、容器を用いた溶融法によってはガラス化しない組成を有するガラス材であっても好適に製造し得る方法について説明する。本実施形態の方法によれば、具体的には、例えば、チタン酸バリウム系ガラス材、ランタン−ニオブ複合酸化物系ガラス材、ランタン−ニオブ−アルミニウム複合酸化物系ガラス材、ランタン−ニオブ−タンタル複合酸化物系ガラス材、ランタン−タングステン複合酸化物系ガラス材等を好適に製造し得る。

図１は、第１の実施形態に係るガラス材の製造装置１の模式的断面図である。図１に示されるように、ガラス材の製造装置１は、成形型１０を有する。成形型１０は、成形面１０ａを有する。成形面１０ａは、曲面である。具体的には、成形面１０ａは、球面状である。

成形型１０は、成形面１０ａに開口しているガス噴出孔１０ｂを有する。図２に示されるように、本実施形態では、ガス噴出孔１０ｂが複数設けられている。具体的には、複数のガス噴出孔１０ｂは、成形面１０ａの中心から放射状に配列されている。

なお、成形型１０は、連続気泡を有する多孔質体により構成されていてもよい。その場合、ガス噴出孔１０ｂは、連続気泡により構成される。

ガス噴出孔１０ｂは、ガスボンベなどのガス供給機構１１に接続されている。このガス供給機構１１からガス噴出孔１０ｂを経由して、成形面１０ａにガスが供給される。

ガスの種類は、特に限定されない。ガスは、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスであってもよい。

製造装置１を用いて、ガラス材を製造するに際しては、まず、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上に配置する。ガラス原料塊１２は、例えば、ガラス材の原料粉末をプレス成形等により一体化したものであってもよい。ガラス原料塊１２は、例えば、ガラス材の原料粉末をプレス成形等により一体化した後に焼結させた焼結体であってもよい。また、ガラス原料塊１２は、例えば、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体であってもよい。

ガラス原料塊１２の形状は、特に限定されない。ガラス原料塊１２は、例えば、レンズ状、球状、円柱状、多角柱状、直方体状、楕球状等であってもよい。

次に、ガス噴出孔１０ｂからガスを噴出させることにより、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上で浮遊させる。すなわち、ガラス原料塊１２が成形面１０ａに接触していない状態で、ガラス原料塊１２を保持する。その状態で、レーザー照射装置１３からレーザー光をガラス原料塊１２に照射する。これによりガラス原料塊１２を加熱溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。その後、溶融ガラスを冷却することにより、ガラス材を得ることができる。ガラス原料塊１２を加熱溶融する工程と、溶融ガラス、さらにはガラス材の温度が少なくとも軟化点以下となるまで冷却する工程とにおいては、少なくともガスの噴出を継続し、ガラス原料塊１２、溶融ガラスまたはガラス材と成形面１０ａとが接触することを抑制することが好ましい。

なお、本実施形態では、ガラス原料塊１２にレーザー光を照射することによりガラス原料塊１２を加熱する例について説明する。但し、本発明において、ガラス原料塊１２の加熱方法は、レーザー光を照射する方法に特に限定されない。例えば、ガラス原料塊１２を輻射加熱してもよい。

ところで、網目形成酸化物を含まないような、容器を用いた溶融法によってはガラス化しない組成を有するガラス材を製造するためには、溶融ガラスを急冷する必要がある。このため、通常は、ガラス原料塊等を浮遊させるためのガスの温度は低い方が好ましいと考えられる。しかしながら、本発明者等は、鋭意研究の結果、ガスの温度が低すぎると得られるガラス材の均質性が低くなることを見出した。

そこで、本実施形態では、加熱機構１４がガス供給機構１１とガス噴出孔１０ｂとの間に設けられている。このため、ガス噴出孔１０ｂには、予熱されたガスが供給される。従って、優れた均質性を有するガラス材を製造することができる。

ガス噴出孔１０ｂに供給されるガスを予熱することにより、得られるガラス材の均質性が向上する理由としては、以下の理由が考えられる。ガス噴出孔１０ｂに供給されるガスを予熱することにより、溶融ガラスに接触するガスの温度が高くなる。このため、溶融ガラスの外側部分の冷却が抑制され、溶融ガラスにおける温度むらが小さくなる。よって、溶融ガラスの中央部分と外側部分との温度差に起因して、異質相等が発生することを抑制できる。従って、優れた均質性を有するガラス材が得られるものと考えられる。

より優れた均質性を有するガラス材を得る観点からは、ガス噴出孔１０ｂに供給するガスの温度を１００℃以上とすることが好ましく、２００℃以上とすることがより好ましく、４００℃以上とすることがさらに好ましい。但し、ガス噴出孔１０ｂに供給するガスの温度が高すぎると、成形型１０の温度が高くなりすぎる場合がある。従って、ガス噴出孔１０ｂに供給するガスの温度を１０００℃以下とすることが好ましく、９００℃以下とすることがより好ましい。

ところで、本実施形態のように、ガス噴出孔１０ｂに供給されるガスを予熱した場合、成形型１０の温度が高くなりやすい。成形型１０の温度が高くなると、溶融ガラスが成形面１０ａに融着して、ガラス材中に結晶が生じる場合がある。従って、成形型１０を冷却することにより、成形型１０の温度をガス噴出孔１０ｂに供給されるガスの温度よりも低くすることが好ましい。そうすることにより、優れた均質性と、ガラス材中における結晶の生成の抑制との両立を図ることができる。成形型１０の冷却は、例えば成形型１０の内部または外部に設置された冷却パイプに、冷却液体や冷却ガスなどのクーラントを流すことにより行うことができる。

ガラス材中に結晶が生じることをより効果的に抑制する観点からは、成形型１０の温度をガス噴出孔１０ｂに供給されるガスの温度よりも１００℃以上低くすることがより好ましく、２００℃以上低くすることがさらに好ましい。但し、成形型１０の温度を低くしすぎると、成形型１０を通過する際にガスが過剰に冷却されてしまう場合がある。従って、成形型１０の温度と、ガス噴出孔１０ｂに供給されるガスの温度との差は、５００℃以下であることが好ましく、４００℃以下であることがより好ましい。具体的には、成形型１０の温度は、１００℃〜８００℃であることが好ましく、２００℃〜７００℃であることがより好ましい。

成形型１０の冷却方法は、特に限定されない。例えば、成形型１０を水冷により冷却してもよいし、ペルチェ素子などを用いて成形型１０を冷却してもよい。また、成形型１０の外周面に冷却フィンを設けて成形型１０の冷却性を向上してもよい。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るガラス材の製造装置２の模式的断面図である。

第１の実施形態では、複数のガス噴出孔１０ｂが成形面１０ａに開口している例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図３に示されるガラス材の製造装置２のように、成形面１０ａの中央に開口しているひとつのガス噴出孔１０ｂが設けられていてもよい。この場合であっても、第１の実施形態と同様に、ガス噴出孔１０ｂに予熱されたガスを供給することにより、優れた均質性を有するガラス材を安定して製造し得る。

１，２：ガラス材の製造装置
１０：成形型
１０ａ：成形面
１０ｂ：ガス噴出孔
１１：ガス供給機構
１２：ガラス原料塊
１３：レーザー照射装置
１４：加熱機構

Claims (5)

1. 成形型の成形面に開口するガス噴出孔からガスを噴出させることにより、前記成形面の上方にガラス原料塊を浮遊させて保持した状態で、前記ガラス原料塊を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、前記溶融ガラスを冷却することによりガラス材を得る工程を備え、
   前記ガス噴出孔に、予熱されたガスを供給する、ガラス材の製造方法。
2. 前記成形型の温度を前記ガス噴出孔に供給するガスの温度よりも低くする、請求項１に記載のガラス材の製造方法。
3. 前記成形型を冷却しながら前記ガラス材の製造を行う、請求項１または２に記載のガラス材の製造方法。
4. 前記ガス噴出孔に供給するガスの温度を１００℃以上とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス材の製造方法。
5. 成形型の成形面に開口するガス噴出孔からガスを噴出させることにより、前記成形面の上方にガラス原料塊を浮遊させて保持した状態で、前記ガラス原料塊を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、前記溶融ガラスを冷却することによりガラス材を製造する装置であって、
   前記ガス噴出孔に供給されるガスを加熱する加熱機構を備える、ガラス材の製造装置。

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