JP2016210658A - 球状硝材の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルを用いて溶融ガラスを滴下させ、これによって形成されたガラス液滴を落下させながら凝固させることにより、小径の球状硝材を製造する球状硝材の製造方法および製造装置であって、ノズルの詰まりを抑制しつつ安定して連続的に製造することが可能な球状硝材の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】所定量の溶融ガラスＧａをノズル部３０Ｃの先端より滴下させてガラス液滴Ｇｂを形成し、ガラス液滴Ｇｂを落下させながら球状に凝固させることにより球状硝材Ｇを形成する、球状硝材の製造方法であって、ノズル部３０Ｃの周囲においてノズル部３０Ｃと同軸上に配置されるガス供給管４０の内部を流動するガスを、ノズル部３０Ｃの先端に集束させて吹き付けることにより、溶融ガラスＧａをノズル部３０Ｃより強制的に滴下させる。【選択図】図２

Description

本発明は、球状硝材の製造方法および製造装置の技術に関する。

一般的に、光通信用レンズ、デジタルカメラや携帯電話などに装着される撮像レンズ、またはＤＶＤやＣＤなどの光磁気ディスク用プレーヤに装着されるピックアップレンズなどは、プリフォームとしての球状硝材を製造し、その後、球状硝材をヒートプレス成形することにより生産される。
ここで、球状硝材を製造する方法としては、従来から、ノズルより溶融ガラスを滴下させる方法が知られている。
具体的には、例えば貯溜容器内に貯溜された溶融ガラスを、貯溜容器の底面に設けたノズルを介して気相中に滴下させ、これによって形成されたガラス液滴を気相中または液相中に落下させながら凝固させることにより、球状硝材を製造する（例えば、「特許文献１」および「特許文献２」を参照）。

ところで近年、これらの光通信用レンズ、撮像レンズ、またはピックアップレンズなどにおいては、数［ｍｍ］以下の直径からなる小径サイズのものの需要が増加し、これに伴い、小径サイズの球状硝材を安定して連続的に製造するための技術が切望されている。

しかしながら、前述した従来の製造方法によって小径の球状硝材を製造する場合、ノズルの外径寸法を球状硝材の外形サイズに見合った小径の直径寸法に設定する必要がある。
その結果、口径の小さなノズルを用いて球状硝材を製造することとなり、ノズルの詰まりを十分に抑制することができず、小径の球状硝材を安定して連続的に製造することが困難であった。

そこで、衝撃波を用いて強制的にガラス液滴を形成し、球状硝材を製造する技術が「特許文献３」によって開示されている。
具体的には、前記「特許文献３」においては、衝撃波の使用によって球状硝材（粒子状組成物）を形成する製造装置であって、ガスを導入するための入口と、溶融ガラス（溶融材料）を導入するためのノズル（送達チューブ）とを有するノズルエレメントが設けられ、ガスの導入により、溶融ガラスの流れからガラス液滴（液滴）が形成されるとともに、円錐形直立衝撃波が形成され、前記円錐形直立衝撃波がガラス液滴に衝突し、大きいガラス液滴を分断することを特徴とする製造装置に関する技術が開示されている。

特開２００８−１１０９００号公報 特開２００９−７８９３１号公報 特開２０１０−１２０８０４号公報

このような「特許文献３」による技術によれば、衝撃波を用いて大きいガラス液滴を分断することにより、小径サイズの球状硝材を安定して製造することが可能となる。
しかしながら、たとえ前記「特許文献３」による技術を用いても、ノズルの外径寸法を球状硝材の外形サイズに見合った小径の直径寸法に設定する必要があることには変わりなく、口径の小さなノズルを用いて小径の球状硝材を製造することとなり、ノズルの詰まりを十分に抑制することができず、小径の球状硝材を安定して連続的に製造することが困難であった。

本発明は、以上に示した現状の問題点を鑑みてなされたものであり、ノズルを用いて溶融ガラスを滴下させ、これによって形成されたガラス液滴を落下させながら凝固させることにより、小径の球状硝材を製造する球状硝材の製造方法および製造装置であって、ノズルの詰まりを抑制しつつ安定して連続的に製造することが可能な球状硝材の製造方法および製造装置を提供することを課題とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明に係る球状硝材の製造方法は、所定量の溶融ガラスをノズルの先端より滴下させてガラス液滴を形成し、前記ガラス液滴を落下させながら球状に凝固させることにより球状硝材を形成する、球状硝材の製造方法であって、前記ノズルの周囲において前記ノズルと同軸上に配置されるガス供給管の内部を流動するガスを、前記ノズルの先端に集束させて吹き付けることにより、前記溶融ガラスを前記ノズルより強制的に滴下させることを特徴とする。

このような構成からなる製造方法によれば、ノズルの先端に滲出した一滴の溶融ガラスに対してガスを吹き付けて、自重による自然落下を始める前に当該溶融ガラスを強制的に滴下させることが可能になる。
これにより、ノズルの外径寸法を、製造する球状硝材の外形サイズに見合った小径の直径寸法に設定する必要がなくなる。
その結果、口径の小さなノズルを用いる必要もなくなり、ノズルの詰まりを抑制することができ、安定して連続的に小径の球状硝材を製造することができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造方法において、前記ガスは、５００℃以上の高温ガスであることがより好ましい。

このような構成とすることにより、例えば、吹き付けられたガスによって、溶融ガラスが冷却されてノズルの先端に固着するようなこともなく、ノズルの先端より溶融ガラスを安定して滴下させることができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造方法において、前記ノズルの先端は、前記ガス供給管の内部に位置することがより好ましい。

このような構成とすることにより、例えば不意に加えられる外力や突風などのような外的要因による悪影響を抑制することができ、ノズルの先端部より溶融ガラスを安定して滴下させることができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造方法において、前記ガス供給管における、前記ノズルの先端の近傍にはオリフィスが形成されることがより好ましい。

このような構成とすることにより、ガス供給管内を流動するガスは、オリフィスを通過した後、当該ガスの圧力が低下して流速が上がることとなり、当該ガスの単位時間当たりに必要な供給量の低減を図ることができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造方法において、前記ノズルの先端は、前記ガス供給管の内部より突出することがより好ましい。

このような構成とすることにより、例えばノズルの下端に付着した粉塵を取り除くなど、容易にメンテナンスを行うことができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造装置は、所定量の溶融ガラスをノズルの先端より滴下させてガラス液滴を形成し、前記ガラス液滴を落下させながら球状に凝固させることにより球状硝材を形成する、球状硝材の製造装置であって、前記ノズルの周囲において前記ノズルと同軸上に配置され、内部を流動するガスを前記ノズルの先端に集束させて吹き付けることにより、前記溶融ガラスを前記ノズルより強制的に滴下させるガス供給管を備えることを特徴とする。

このような構成からなる製造装置によれば、ノズルの先端に滲出した一滴の溶融ガラスに対してガスを吹き付けて、自重による自然落下を始める前に当該溶融ガラスを強制的に滴下させることが可能になる。
これにより、ノズルの外径寸法を、製造する球状硝材の外形サイズに見合った小径の直径寸法に設定する必要がなくなる。
その結果、口径の小さなノズルを用いる必要もなくなり、ノズルの詰まりを抑制することができ、安定して連続的に小径の球状硝材を製造することができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造装置において、前記ガスは、５００℃以上の高温ガスであることがより好ましい。

このような構成とすることにより、例えば、吹き付けられたガスによって、溶融ガラスが冷却されてノズルの先端に固着するようなこともなく、ノズルの先端部より溶融ガラスを安定して滴下させることができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造装置において、前記ノズルの先端は、前記ガス供給管の内部に位置することがより好ましい。

このような構成とすることにより、例えば不意に加えられる外力や突風などのような外的要因による悪影響を抑制することができ、ノズルの先端より溶融ガラスを安定して滴下させることができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造装置において、前記ガス供給管における、前記ノズルの先端の近傍にはオリフィスが形成されることがより好ましい。

このような構成とすることにより、ガス供給管内を流動するガスは、オリフィスを通過した後、当該ガスの圧力が低下して流速が上がることとなり、当該ガスの単位時間当たりに必要な供給量の低減を図ることができる。

また、本発明に係る球状硝材の製造装置において、前記ノズルの先端は、前記ガス供給管の内部より突出することがより好ましい。

このような構成とすることにより、例えばノズルの下端に付着した粉塵を取り除くなど、容易にメンテナンスを行うことができる。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
即ち、本発明に係る球状硝材の製造方法および製造装置によれば、ノズルの詰まりを抑制しつつ安定して連続的に、小径の球状硝材を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る球状硝材の製造装置の全体的な構成を示した断面図。 第一実施形態におけるガス供給管の全体的な構成を示した図であって、図１中の領域Ａによって示した箇所の拡大断面図。 第二実施形態におけるガス供給管の全体的な構成を示した図であって、図１中の領域Ａによって示した箇所の拡大断面図。 第三実施形態におけるガス供給管の全体的な構成を示した図であって、図１中の領域Ａによって示した箇所の拡大断面図。 第四実施形態におけるガス供給管の全体的な構成を示した図であって、図１中の領域Ａによって示した箇所の拡大断面図。 流路管３０のノズル部３０Ｃより滲出した一滴の溶融ガラスＧａの状態を経時的に示した図であって、（ａ）は滲出した直後の溶融ガラスＧａの状態を示した拡大図、（ｂ）は滲出が進んで表面張力による引張力と自重による重力とが互いにつり合った状態にある溶融ガラスＧａを示した拡大図、（ｃ）は滲出がさらに進んで溶融ガラスＧａが滴下する直前の状態を示した拡大図。

次に、発明の実施の形態について、図１乃至図６を用いて説明する。
なお、以下の説明に関しては便宜上、図１乃至図５の上下方向を、球状硝材Ｇの製造装置１（以下、単に「製造装置１」と記載する）の上下方向と規定して記述する。
また、図６の上下方向を、ノズル部３０Ｃの上下方向と規定して記述する。

［総括］
先ず、本発明に係る球状硝材の製造方法の概括について説明する。
本実施形態によって具現化される球状硝材の製造方法は、例えば数［ｍｍ］以下の直径からなる小径の球状硝材を、安定して連続的に製造するための方法である。

ここで、球状硝材の製造方法としては、従来から、所定量の溶融ガラスをノズルの先端より滴下させる方法が知られている。
具体的には、ノズルの先端より溶融ガラスを滴下させてガラス液滴を形成し、形成したガラス液滴を気相中に落下させつつ、表面張力によって球状に変形させながら徐冷して凝固させることにより、球状硝材を形成する。

そして、ノズルの先端より溶融ガラスが滴下する際は、以下の手順によって行われる。
即ち、図６（ａ）に示すように、例えばノズル部３０Ｃの突出部３０Ｃ２の先端より溶融ガラスＧａが滲出した直後の状態において、溶融ガラスＧａには、上向きの引張力Ｔ１と、下向きの重力ｇ１とが同時に働くこととなる。
この際、重力ｇ１に比べて引張力Ｔ１の方が大きいため（Ｔ１＞ｇ１）、溶融ガラスＧａが突出部３０Ｃ２より滴下することはない。

なお、引張力Ｔ１は、突出部３０Ｃ２の端面形状Ｓ１の円周上に働く複数の表面張力ｔ（より具体的には、表面張力の上向き方向成分。以下同じ）の合力である。
また、重力ｇ１は、突出部３０Ｃ２より滲出した溶融ガラスＧａの自重によるものである。

次に、図６（ｂ）に示すように、突出部３０Ｃ２より滲出した溶融ガラスＧａの質量が増加すると、溶融ガラスＧａは自重によって下方に沈み込む。
これにより、溶融ガラスＧａにおける突出部３０Ｃ２側の端部近傍においては、くびれＧａ２が形成される。

このような状態において、溶融ガラスＧａには、上向きの引張力Ｔ２と、下向きの重力ｇ２とが同時に働くこととなる。

ここで、引張力Ｔ２は、くびれＧａ２の断面形状Ｓ２の円周上に働く複数の表面張力ｔの合力である。
よって、断面形状Ｓ２の円周長は、突出部３０Ｃ２の端面形状Ｓ１の円周長に比べて短いため、引張力Ｔ２は引張力Ｔ１より小さい（Ｔ１＞Ｔ２）。

一方、重力ｇ２は、突出部３０Ｃ２より滲出した溶融ガラスＧａの自重によるものである。
よって、溶融ガラスＧａの質量が増加していることから、重力ｇ２は重力ｇ１より大きい（ｇ１＜ｇ２）。

そして、引張力Ｔ２と重力ｇ２とは互いにつり合った状態となり（Ｔ２＝ｇ２）、溶融ガラスＧａは、滴下することなく突出部３０Ｃ２に留まる限界の状態となる。

次に、図６（ｃ）に示すように、突出部３０Ｃ２より滲出した溶融ガラスＧａの質量がさらに増加すると、溶融ガラスＧａは自重によってさらに下方に沈み込む。
これにより、前述したくびれＧａ２がさらに小さくなってくびれＧａ３が形成される。

このような状態において、溶融ガラスＧａには、上向きの引張力Ｔ３と、下向きの重力ｇ３とが同時に働くこととなる。

ここで、引張力Ｔ３は、くびれＧａ３の断面形状Ｓ３の円周上に働く複数の表面張力ｔの合力である。
よって、くびれＧａ３の断面形状Ｓ３の円周長は、くびれＧａ２の断面形状Ｓ２の円周長に比べて短いため、引張力Ｔ３は引張力Ｔ２より小さい（Ｔ２＞Ｔ３）。

一方、重力ｇ３は、突出部３０Ｃ２より滲出した溶融ガラスＧａの自重によるものである。
よって、溶融ガラスＧａの質量がさらに増加していることから、重力ｇ３は重力ｇ２より大きい（ｇ２＜ｇ３）。

そして、引張力Ｔ３に比べて重力ｇ３の方が大きいため（Ｔ３＜ｇ３）、溶融ガラスＧａは突出部３０Ｃ２より滴下し、ガラス液滴Ｇｂ（図１を参照）となる。

以上のことから、ノズルの先端の外径寸法は、滴下するガラス液滴の質量、即ち製造される球状硝材の外形サイズに基づき設定されることとなる。
よって、小径の球状硝材を製造する場合、ノズルの外径寸法は、前記球状硝材の外形サイズに見合った小径の直径寸法に設定されることとなる。また、これに伴い、ノズルの内径寸法は、ノズルの外径寸法に比べてさらに小さな微小径の直径寸法に設定されることとなる。
従って、小径の球状硝材を製造する場合、ノズルの内径寸法が微小径となり、ノズルの詰まりが発生し易く、安定して連続的に製造することが困難であった。

そこで、本発明者等は、ノズルの先端の外径寸法を小径の直径寸法に設定するのではなく、自重による自然落下を始める前に溶融ガラスを強制的に滴下させることによって、小径の球状硝材を連続的に製造することを試みた。
そして、本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、後述するような、ガスを吹き付けることによって溶融ガラスを強制的に滴下させる製造装置１を構築し、本発明を実現するに至った。

［製造装置１］
次に、本実施形態における製造装置１の全体構成について、図１を用いて説明する。
製造装置１は、主に貯溜容器１０、炉体２０、流路管３０、ガス供給管４０（１４０、２４０、または３４０）、および回収手段５０などにより構成される。

貯溜容器１０は、加熱溶融された溶融ガラスＧａを貯溜するためのものである。
貯溜容器１０は、例えば耐火物容器、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝、またはイリジウム坩堝などのような公知の容器によって構成される。

なお、貯溜容器１０の材質については、高温の溶融ガラスＧａを貯溜可能なものであれば何れのものであってもよい。

貯溜容器１０の内部には、攪拌機１１が備えられる。
そして、貯溜容器１０の内部に貯溜された溶融ガラスＧａは、攪拌機１１によって撹拌されることにより、溶融ガラスの組成に偏りが発生しないように、また、常に均等な温度分布が保たれて粘度の偏りが発生しないようになっている。

なお、攪拌機１１は、水平方向に回転して複数の撹拌翼１１ａ・１１ａ・・・により溶融ガラスＧａを撹拌して均質化するが、必要に応じて省略してもよい。

また、貯溜容器１０への溶融ガラスＧａの供給手段としては、例えば、別途設けられる溶融手段（図示せず）によって加熱溶融された溶融ガラスＧａを、貯溜容器１０に移し替える構成としてもよいし、貯溜容器１０内にて直接ガラス素材を加熱溶融して溶融ガラスＧａを生成する構成としてもよい。

炉体２０は、貯溜容器１０を支持しつつ、貯溜容器１０を加熱するためのものである。
炉体２０は、貯溜容器１０の周囲を覆う耐火レンガなどの耐熱材により構成される。

なお、炉体２０の材質については、加熱された貯溜容器１０の温度に耐え得るものであれば何れのものであってもよい。

流路管３０は、貯溜容器１０に貯溜された溶融ガラスＧａを外部に流出させるためのものである。
流路管３０は、上下方向に延出する筒状部材によって構成される。

なお、流路管３０の材質については特に限定されないが、溶融ガラスＧａに対して化学的に安定しており、且つ耐熱温度が高いことから、白金、または白金合金を用いることが好ましい。

流路管３０は、第一流路部３０Ａ、第二流路部３０Ｂ、およびノズル部３０Ｃにより構成される。
ここで、第一流路部３０Ａの上端部は、貯溜容器１０の底面に挿設されている。
これにより、流路管３０は、貯溜容器１０と連通される。

第二流路部３０Ｂは、第一流路部３０Ａの断面形状に比べて縮径された断面形状を有して形成される。
そして、第二流路部３０Ｂは、第一流路部３０Ａと同軸上に位置するとともに、その上端において第一流路部３０Ａの下端と連通される。

ノズル部３０Ｃは、下方に向かって徐々に断面形状を縮径するテーパー部３０Ｃ１と、テーパー部３０Ｃ１の下端より下方に突出する突出部３０Ｃ２とにより構成される。
そして、ノズル部３０Ｃは、第二流路部３０Ｂと同軸上に位置するとともに、テーパー部３０Ｃ１の上端において第二流路部３０Ｂの下端と連通される。

ここで、第二流路部３０Ｂ、およびノズル部３０Ｃの周囲には、後述する第一乃至第四実施形態のガス供給管４０・１４０・２４０・３４０の内の何れか一つが配置されている。

そして、ガス供給管４０（１４０、２４０、または３４０）によって供給されるガスを、突出部３０Ｃ２の先端に滲出した溶融ガラスＧａに吹き付けて、当該溶融ガラスＧａを所定の質量にて確実に滴下させるようになっている。

回収手段５０は、流路管３０の突出部３０Ｃ２より滴下されたガラス液滴Ｇｂを回収し、当該ガラス液滴Ｇｂを球状硝材Ｇに形成するためのものである。
回収手段５０の内部には、溶媒５１が満たされている。

そして、回収手段５０は、滴下しながら球状に変形するガラス液滴Ｇｂを溶媒５１内に落下させることにより、回収時のガラス液滴Ｇｂに加わる衝撃を吸収するとともに、球状のガラス液滴Ｇｂを冷却して球状硝材Ｇとして回収する。

なお、溶媒５１の種類については、ガラス液滴Ｇｂと反応せず、また落下した直後のガラス溶媒Ｇｂを冷却可能なものであれば何れのものであってもよく、例えば、水、アルコール類、油など、種々の公知の溶媒を用いることができる。
また、これらのものは単独で用いてもよいし、また複数組み合わせて用いることとしてもよい。
さらに、溶媒５１に代わって、スポンジなどの緩衝材を用いることとしてもよい。

以上のような構成からなる製造装置１によって、小径の球状硝材Ｇが、安定して連続的に製造される。
具体的には、貯溜容器１０内に貯溜された溶融ガラスＧａは、攪拌機１１による撹拌によって均質化され、貯溜容器１０の底部のものより流路管３０内に流入される。

なお、貯溜容器１０は、内部の溶融ガラスＧａの温度が所定温度となるように、炉体２０によって温度制御されており、詰まりなど発生することなくスムーズに溶融ガラスＧａが流路管３０内に流入される。

流路管３０内に流入された溶融ガラスＧａは、下方に向かって流動する。
この際、溶融ガラスＧａは、第一流路部３０Ａ、および第二流路部３０Ｂを通過すごとに、順に圧力が高められ、さらにノズル部３０Ｃのテーパー部３０Ｃ１を通過する際に、所定圧力にまで高められる。
そして、所定圧力にまで高められた溶融ガラスＧａは、突出部３０Ｃ２の先端より滲出するようにして外部に流出する。

突出部３０Ｃ２の先端より滲出した一滴の溶融ガラスＧａは、前述した表面張力による引張力によって、突出部３０Ｃ２の先端に保持されつつ、徐々に質量を増加させていく。

一方、突出部３０Ｃ２の先端には、例えば、第一実施形態におけるガス供給管４０を介して、高温のガスが吹き付けられている。

そして、一滴の溶融ガラスＧａは、自重によって滴下する前であって、所定質量に到達した時点において、ガス供給管４０より吹き付けられるガスによって、ガラス液滴Ｇｂとなって強制的に落下する。

落下したガラス液滴Ｇｂは、表面張力によって球状に変形しながら気相中にて徐冷され、最終的に回収手段５０の溶媒５１内に投入される。
そして、溶媒５１内に投入されたガラス液滴Ｇｂは、溶媒５１によって常温にまで冷却され、球状硝材Ｇとして回収される。

［ガス供給管（第一実施形態）４０］
次に、本発明を具現化する、第一実施形態におけるガス供給管４０の構成について、図２を用いて説明する。

ガス供給管４０は、流路管３０におけるノズル部３０Ｃ（より具体的には、突出部３０Ｃ２）の下端に滲出した一滴の溶融ガラスＧａに対して高温のガスを吹き付けて、自重による自然落下を始める前に当該溶融ガラスＧａを強制的に滴下させるためのものである。

なお、ガス供給管４０によって供給されるガスの種類については特に限定されず、乾燥空気、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、またはこれらの混合物など、何れのものであってもよい。

ガス供給管４０は、上下方向に延出する筒状の本体部４０Ａ、および本体部４０Ａの上端に隣接されるガス溜り部４０Ｂなどにより構成される。

なお、ガス供給管４０の材質については特に限定されないが、耐熱温度が高いことから、白金、または白金合金を用いることが好ましい。

本体部４０Ａの上下方向中央部より下端にかけては、テーパー部４０Ａ１が形成されており、下方に向かって徐々に断面形状が縮径されるようになっている。
なお、テーパー部４０Ａ１の下端面は開放されている。

一方、本体部４０Ａの上端は、ガス溜り部４０Ｂによって閉塞されるとともに、複数（図２においては、断面図であるため二箇所のみ記載）の貫通孔４０ａ・４０ａ・・・を介してガス溜り部４０Ｂの内部と連通される。

そして、ガス供給管４０は、流路管３０の下端部において、本体部４０Ａが流路管３０と同軸上に位置するようにして配置される。
この際、ガス供給管４０は、本体部４０Ａによって、例えば流路管３０における第二流路部３０Ｂおよびノズル部３０Ｃの周囲を同時に覆うようにして配置される。つまり、ガス供給管４０は、ノズル部３０Ｃの周囲において、本体部４０Ａを介してノズル部３０Ｃと同軸上に配置される。
また、ガス供給管４０は、本体部４０Ａ（より具体的には、テーパー部４０Ａ１）の下端と、ノズル部３０Ｃ（より具体的には、突出部３０Ｃ２）の下端とが、上下方向においてともに同じ位置となるようにして配置される。

なお、ガス供給管４０には、例えば高周波誘導加熱装置などの加熱手段（図示せず）が備えられており、当該加熱手段によって、ガス供給管４０の内部の雰囲気は、常に約５００［℃］以上の温度に保持されている。

そして、ガス溜り部４０Ｂの一端には、配管部材４１が連結されており、この配管部材４１を介して、ガス供給管４０は、図示せぬガス供給装置と連通される。

以上のような構成からなるガス供給管４０において、配管部材４１を介してガス供給管４０の内部に送り込まれたガスは、一旦ガス溜り部４０Ｂ内にて貯溜されて圧力が高められ、その後、複数の貫通孔４０ａ・４０ａ・・・を介して、本体部４０Ａの内部に流入する。

ガス供給管４０内に送り込まれたガスは、高温状態に保持されたガス供給管４０内の雰囲気によって直ちに５００［℃］以上の温度に加熱されながら、流路管３０の周囲において本体部４０Ａの内周面に沿って上方から下方へと流動する。

そして、前記ガスは、テーパー部４０Ａ１の内周面に沿って徐々に流速を上げながら、流路管３０の軸心に向かって斜め下方に流動し、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端（図２において、領域Ｂ１によって示された箇所）にて集束する。

こうして、配管部材４１によってガス供給管４０内に送り込まれたガスは、突出部３０Ｃ２の下端の領域Ｂ１において集束され、当該突出部３０Ｃ２の下端に滲出した一滴の溶融ガラスＧａに対して吹き付けられる。
つまり、ガス供給管４０の本体部４０Ａ内を流動するガスが、突出部３０Ｃ２の下端の領域Ｂ１に集束して吹き付けられる。

その結果、一滴の溶融ガラスＧａは、自重によって自然落下し始める前に、吹き付けられたガスによって突出部３０Ｃ２の下端より強制的に滴下する。

以上のように、本実施形態におけるガス供給管４０によれば、自重による自然落下を始める前に溶融ガラスＧａを強制的に滴下させることが可能になることから、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の外径寸法を、製造する球状硝材Ｇの外形サイズに見合った小径の直径寸法に設定する必要がなくなる。
従って、口径の小さなノズル部３０Ｃを用いる必要もなくなり、ノズル部３０Ｃの詰まりを抑制することができ、安定して連続的に小径の球状硝材Ｇを製造することができる。

なお、本実施形態においては、ガスの温度を５００［℃］以上に加熱することとしているが、これに限定されることはなく、例えば常温であってもよい。
ただし、５００［℃］以上の高温ガスを用いることとすれば、例えば、吹き付けられたガスによって、溶融ガラスＧａが冷却されてノズル部３０Ｃの先端に固着するようなこともなく、ノズル部３０Ｃの先端より溶融ガラスＧａを安定して滴下させることができることから、より好ましい。

［ガス供給管（第二実施形態）１４０］
次に、本発明を具現化する、第二実施形態におけるガス供給管１４０の構成について、図３を用いて説明する。

第二実施形態におけるガス供給管１４０は、第一実施形態のガス供給管４０と略同等な構成を有する一方、本体部１４０Ａの下端の形状について、第一実施形態のガス供給管４０と相違する。
よって、以下の説明においては、主に第一実施形態のガス供給管４０との相違点について記載し、当該ガス供給管４０との同等な構成についての記載は省略する。

本体部１４０Ａの上下方向中央部より下端にかけては、テーパー部１４０Ａ１が形成されており、下方に向かって徐々に断面形状が縮径されるようになっている。
また、テーパー部１４０Ａ１の下端部には、下方に僅かに突出する環状部１４０Ａ２が形成される。

一方、本体部１４０Ａの上端は、ガス溜り部１４０Ｂによって閉塞されるとともに、複数（図３においては、断面図であるため二箇所のみ記載）の貫通孔１４０ａ・１４０ａ・・・を介してガス溜り部１４０Ｂの内部と連通される。

そして、ガス供給管１４０は、流路管３０の下端部において、本体部１４０Ａが流路管３０と同軸上に位置するようにして配置される。
この際、ガス供給管１４０は、本体部１４０Ａによって、例えば流路管３０における第二流路部３０Ｂおよびノズル部３０Ｃの周囲を同時に覆うようにして配置される。つまり、ガス供給管１４０は、ノズル部３０Ｃの周囲において、本体部１４０Ａを介してノズル部３０Ｃと同軸上に配置される。
また、ガス供給管１４０は、本体部１４０Ａ（より具体的には、環状部１４０Ａ２）の下端が、ノズル部３０Ｃ（より具体的には、突出部３０Ｃ２）の下端に対して下方に位置するようにして（即ち、突出部３０Ｃ２の下端が、環状部１４０Ａ２の内部に位置するようにして）配置される。

以上のような構成からなるガス供給管１４０において、配管部材１４１を介してガス供給管１４０の内部に送り込まれたガスは、一旦ガス溜り部１４０Ｂ内にて貯溜されて圧力が高められ、その後、複数の貫通孔１４０ａ・１４０ａ・・・を介して、本体部１４０Ａの内部に流入する。

ガス供給管１４０内に送り込まれたガスは、高温状態に保持されたガス供給管１４０内の雰囲気によって直ちに５００［℃］以上の温度に加熱されながら、流路管３０の周囲において本体部１４０Ａの内周面に沿って上方から下方へと流動する。

そして、前記ガスは、テーパー部１４０Ａ１の内周面に沿って徐々に流速を上げながら、流路管３０の軸心に向かって斜め下方に流動し、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端（図３において、領域Ｂ２によって示された箇所）にて集束する。

こうして、配管部材１４１によってガス供給管１４０内に送り込まれたガスは、突出部３０Ｃ２の下端の領域Ｂ２において集束され、当該突出部３０Ｃ２の下端に滲出した一滴の溶融ガラスＧａに対して吹き付けられる。
つまり、ガス供給管１４０の本体部１４０Ａ内を流動するガスが、突出部３０Ｃ２の下端の領域Ｂ２に集束して吹き付けられる。

その結果、一滴の溶融ガラスＧａは、自重によって自然落下し始める前に、吹き付けられたガスによって突出部３０Ｃ２の下端より強制的に滴下する。

なお、本実施形態におけるガス供給管１４０においては、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端が、ガス供給管１４０（より具体的には環状部１４０Ａ２）の内部に位置することから、ガス供給管１４０内に送り込まれたガスが集束する領域Ｂ２は、環状部１４０Ａ２によって周囲を覆われた状態となっている。
従って、本実施形態のガス供給管１４０によれば、領域Ｂ２において、例えば不意に加えられる外力や突風などのような外的要因による悪影響を抑制し、一滴の溶融ガラスＧａを安定して滴下させることができる。

［ガス供給管（第三実施形態）２４０］
次に、本発明を具現化する、第三実施形態におけるガス供給管２４０の構成について、図４を用いて説明する。

第三実施形態におけるガス供給管２４０は、第一実施形態のガス供給管４０と略同等な構成を有する一方、本体部２４０Ａの下端の形状について、第一実施形態のガス供給管４０と相違する。
よって、以下の説明においては、主に第一実施形態のガス供給管４０との相違点について記載し、当該ガス供給管４０との同等な構成についての記載は省略する。

本体部２４０Ａの上下方向中央部より下端にかけては、テーパー部２４０Ａ１が形成されており、下方に向かって徐々に断面形状が縮径されるようになっている。
また、テーパー部２４０Ａ１の下端部には、下方に僅かに突出するオリフィス部２４０Ａ２が形成される。
ここで、オリフィス部２４０Ａ２は、上端から下方に向かって徐々に断面形状が拡径されるようになっている。

一方、本体部２４０Ａの上端は、ガス溜り部２４０Ｂによって閉塞されるとともに、複数（図４においては、断面図であるため二箇所のみ記載）の貫通孔２４０ａ・２４０ａ・・・を介してガス溜り部２４０Ｂの内部と連通される。

そして、ガス供給管２４０は、流路管３０の下端部において、本体部２４０Ａが流路管３０と同軸上に位置するようにして配置される。
この際、ガス供給管２４０は、本体部２４０Ａによって、例えば流路管３０における第二流路部３０Ｂおよびノズル部３０Ｃの周囲を同時に覆うようにして配置される。つまり、ガス供給管２４０は、ノズル部３０Ｃの周囲において、本体部２４０Ａを介してノズル部３０Ｃと同軸上に配置される。
また、ガス供給管２４０は、本体部２４０Ａ（より具体的には、オリフィス部２４０Ａ２）の下端が、ノズル部３０Ｃ（より具体的には、突出部３０Ｃ２）の下端に対して下方に位置するようにして（即ち、突出部３０Ｃ２の下端が、オリフィス部２４０Ａ２の内部に位置するようにして）配置される。つまり、ガス供給管２４０において、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の先端の近傍には、オリフィス部２４０Ａ２が配置される。

以上のような構成からなるガス供給管２４０において、配管部材２４１を介してガス供給管２４０の内部に送り込まれたガスは、一旦ガス溜り部２４０Ｂ内にて貯溜されて圧力が高められ、その後、複数の貫通孔２４０ａ・２４０ａ・・・を介して、本体部２４０Ａの内部に流入する。

ガス供給管２４０内に送り込まれたガスは、高温状態に保持されたガス供給管２４０内の雰囲気によって直ちに５００［℃］以上の温度に加熱されながら、流路管３０の周囲において本体部２４０Ａの内周面に沿って上方から下方へと流動する。

そして、前記ガスは、テーパー部２４０Ａ１の内周面に沿って徐々に流速を上げながら、流路管３０の軸心に向かって斜め下方に流動し、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端（図４において、領域Ｂ３によって示された箇所）にて集束する。

こうして、配管部材２４１によってガス供給管２４０内に送り込まれたガスは、突出部３０Ｃ２の下端の領域Ｂ３において集束され、当該突出部３０Ｃ２の下端に滲出した一滴の溶融ガラスＧａに対して吹き付けられる。
つまり、ガス供給管２４０の本体部２４０Ａ内を流動するガスが、突出部３０Ｃ２の下端の領域Ｂ３に集束して吹き付けられる。

その結果、一滴の溶融ガラスＧａは、自重によって自然落下し始める前に、吹き付けられたガスによって突出部３０Ｃ２の下端より強制的に滴下する。

なお、本実施形態におけるガス供給管２４０においては、前述した第二実施形態のガス供給管１４０と同様に、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端が、ガス供給管２４０（より具体的にはオリフィス部２４０Ａ２）の内部に位置することから、ガス供給管２４０内に送り込まれたガスが集束する領域Ｂ３は、オリフィス部２４０Ａ２によって周囲を覆われた状態となっている。
従って、本実施形態のガス供給管２４０によれば、領域Ｂ３において、例えば不意に加えられる外力や突風などのような外的要因による悪影響を抑制し、一滴の溶融ガラスＧａを安定して滴下させることができる。

また、本実施形態におけるガス供給管２４０によれば、テーパー部２４０Ａ１によって流速の上がったガスを、オリフィス部２４０Ａ２を通過した後に解放させることにより、当該ガスの圧力を低下させて、さらに流速を上げることが可能となり、当該ガスの単位時間当たりに必要な供給量の低減を図ることができる。

［ガス供給管（第四実施形態）３４０］
次に、本発明を具現化する、第四実施形態におけるガス供給管３４０の構成について、図５を用いて説明する。

第四実施形態におけるガス供給管３４０は、第一実施形態のガス供給管４０と略同等な構成を有する一方、本体部３４０Ａの下端の形状について、第一実施形態のガス供給管４０と相違する。
よって、以下の説明においては、主に第一実施形態のガス供給管４０との相違点について記載し、当該ガス供給管４０との同等な構成についての記載は省略する。

本体部３４０Ａの上下方向中央部より下端にかけては、テーパー部３４０Ａ１が形成されており、下方に向かって徐々に断面形状が縮径されるようになっている。

一方、本体部３４０Ａの上端は、ガス溜り部３４０Ｂによって閉塞されるとともに、複数（図５においては、断面図であるため二箇所のみ記載）の貫通孔３４０ａ・３４０ａ・・・を介してガス溜り部３４０Ｂの内部と連通される。

そして、ガス供給管３４０は、流路管３０の下端部において、本体部３４０Ａが流路管３０と同軸上に位置するようにして配置される。
この際、ガス供給管３４０は、本体部３４０Ａによって、例えば流路管３０における第二流路部３０Ｂおよびノズル部３０Ｃの周囲を同時に覆うようにして配置される。つまり、ガス供給管３４０は、ノズル部３０Ｃの周囲において、本体部３４０Ａを介してノズル部３０Ｃと同軸上に配置される。
また、ガス供給管３４０は、本体部３４０Ａ（より具体的には、テーパー部３４０Ａ１）の下端が、ノズル部３０Ｃ（より具体的には、突出部３０Ｃ２）の下端に対して上方に位置するようにして（即ち、突出部３０Ｃ２の下端が、テーパー部３４０Ａ１の内部より下方に突出するようにして）配置される。

以上のような構成からなるガス供給管３４０において、配管部材３４１を介してガス供給管３４０の内部に送り込まれたガスは、一旦ガス溜り部３４０Ｂ内にて貯溜されて圧力が高められ、その後、複数の貫通孔３４０ａ・３４０ａ・・・を介して、本体部３４０Ａの内部に流入する。

ガス供給管３４０内に送り込まれたガスは、高温状態に保持されたガス供給管３４０内の雰囲気によって直ちに５００［℃］以上の温度に加熱されながら、流路管３０の周囲において本体部３４０Ａの内周面に沿って上方から下方へと流動する。

そして、前記ガスは、テーパー部３４０Ａ１の内周面に沿って徐々に流速を上げながら、流路管３０の軸心に向かって斜め下方に流動し、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端（図５において、領域Ｂ４によって示された箇所）にて集束する。

こうして、配管部材３４１によってガス供給管３４０内に送り込まれたガスは、突出部３０Ｃ２の下端の領域Ｂ４において集束され、当該突出部３０Ｃ２の下端に滲出した一滴の溶融ガラスＧａに対して吹き付けられる。
つまり、ガス供給管３４０の本体部３４０Ａ内を流動するガスが、突出部３０Ｃ２の下端の領域Ｂ４に集束して吹き付けられる。

その結果、突出部３０Ｃ２の下端における一滴の溶融ガラスＧａは、自重によって自然落下し始める前に、吹き付けられたガスによって強制的に滴下する。

なお、本実施形態におけるガス供給管３４０においては、ノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端が、ガス供給管３４０（より具体的にはテーパー部３４０Ａ１）の内部より下方に突出していることから、例えば突出部３０Ｃ２の下端に付着した粉塵を取り除くなど、容易にメンテナンスを行うことができる。

［検証実験］
次に、本発明に係る球状硝材の製造方法について、その有効性を判断するために本発明者等が行った検証実験について、図１を用いて説明する。

先ず始めに、本発明者等は、第一実施形態のガス供給管４０を備える製造装置１を用意し、ガスを供給する場合と、ガスを供給しない場合の二通りの条件によって、球状硝材Ｇを製造した。

この際、流路管３０のノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端の温度については、約９００［℃］に設定することとした。
また、ガス供給管４０におけるテーパー部４０Ａ１の下端の温度については、約８６０［℃］に設定することとした。
さらに、ガス供給管４０に供給されるガスについては、約９５０［℃］の乾燥空気を用いるとともに、供給時の流量については、８．５［Ｌ／ｍｉｎ］に設定することとした。

ガス供給部４０にガスを供給しながら球状硝材Ｇの製造を行った場合、製造された球状硝材Ｇの直径サイズは、約２．５〜２．６［ｍｍ］であった。
一方、ガス供給部４０にガスを供給することなく球状硝材Ｇの製造を行った場合、製造された球状硝材Ｇの直径サイズは、約２．７〜２．８［ｍｍ］であった。
以上のことから、本発明に係る球状硝材の製造方法によれば、より小径の球状硝材Ｇを製造することが可能であることを確認できた。

次に、本発明者等は、第二実施形態のガス供給管１４０を備える製造装置１を用意し、ガスを供給する場合と、ガスを供給しない場合の二通りの条件によって、球状硝材Ｇを製造した。

この際、流路管３０のノズル部３０Ｃにおける突出部３０Ｃ２の下端の温度については、約９００［℃］に設定することとした。
また、ガス供給管１４０における環状部１４０Ａ１の下端の温度については、約８６０［℃］に設定することとした。
さらに、ガス供給管１４０に供給されるガスについては、約９５０［℃］の乾燥空気を用いるとともに、供給時の流量については、５．０［Ｌ／ｍｉｎ］に設定することとした。

ガス供給部１４０にガスを供給しながら球状硝材Ｇの製造を行った場合、製造された球状硝材Ｇの直径サイズは、約２．５〜２．６［ｍｍ］であった。
一方、ガス供給部１４０にガスを供給することなく球状硝材Ｇの製造を行った場合、製造された球状硝材Ｇの直径サイズは、約２．７〜２．８［ｍｍ］であった。
以上のことから、本発明に係る球状硝材の製造方法によれば、より小径の球状硝材Ｇを製造することが可能であることを確認できた。

１ 製造装置
３０Ｃ ノズル部
３０Ｃ２ 突出部
４０ ガス供給管
１４０ ガス供給管
２４０ ガス供給管
２４０Ａ２ オリフィス部
３４０ ガス供給管
３４０Ａ１ テーパー部
Ｇ 球状硝材
Ｇａ 溶融ガラス
Ｇｂ ガラス液滴

Claims (10)

1. 所定量の溶融ガラスをノズルの先端より滴下させてガラス液滴を形成し、前記ガラス液滴を落下させながら球状に凝固させることにより球状硝材を形成する、球状硝材の製造方法であって、
   前記ノズルの周囲において前記ノズルと同軸上に配置されるガス供給管の内部を流動するガスを、前記ノズルの先端に集束させて吹き付けることにより、前記溶融ガラスを前記ノズルより強制的に滴下させる、
   ことを特徴とする球状硝材の製造方法。
2. 前記ガスは、５００℃以上の高温ガスである、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の球状硝材の製造方法。
3. 前記ノズルの先端は、前記ガス供給管の内部に位置する、
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の球状硝材の製造方法。
4. 前記ガス供給管において、
   前記ノズルの先端の近傍にはオリフィスが形成される、
   ことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の球状硝材の製造方法。
5. 前記ノズルの先端は、前記ガス供給管の内部より突出する、
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の球状硝材の製造方法。
6. 所定量の溶融ガラスをノズルの先端より滴下させてガラス液滴を形成し、前記ガラス液滴を落下させながら球状に凝固させることにより球状硝材を形成する、球状硝材の製造装置であって、
   前記ノズルの周囲において前記ノズルと同軸上に配置され、
   内部を流動するガスを前記ノズルの先端に集束させて吹き付けることにより、前記溶融ガラスを前記ノズルより強制的に滴下させるガス供給管を備える、
   ことを特徴とする球状硝材の製造装置。
7. 前記ガスは、５００℃以上の高温ガスである、
   ことを特徴とする、請求項６に記載の球状硝材の製造装置。
8. 前記ノズルの先端は、前記ガス供給管の内部に位置する、
   ことを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の球状硝材の製造装置。
9. 前記ガス供給管において、
   前記ノズルの先端の近傍にはオリフィスが形成される、
   ことを特徴とする、請求項６〜請求項８の何れか一項に記載の球状硝材の製造装置。
10. 前記ノズルの先端は、前記ガス供給管の内部より突出する、
    ことを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の球状硝材の製造装置。
    

Images