JP2017154972A - ガラス材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のガス噴出孔12aが開口した成形面11aの上に、ガラス原料塊13を位置させ、複数のガス噴出孔12aからガスを噴出させることによりガラス原料塊13を成形面11aの上方で浮遊させた状態で、ガラス原料塊13を加熱融解させた後に、冷却することによりガラス材を得る。
【選択図】図1
Description
図1は、本実施形態において用いる成形型1の模式的断面図である。成形型1は、第1の型片10と、第2の型片11とを有する。第1及び第2の型片10,11の構成材料は、特に限定されない。第1及び第2の型片10,11は、例えば、炭化ケイ素、超鋼、ステンレス、ジュラルミン、カーボン等により構成することができる。
次に、ガラス材の製造方法について説明する。まず、図6に示されるガラス原料塊13を用意する。ガラス原料塊13は、例えば、ガラス材の原料粉末を調合し、混合して得られた混合粉末をプレス成形等により一体化したものである。混合粉末をプレス成形した後に、焼成やレーザー光照射などの熱処理工程を行うことによりガラス原料塊13を得てもよい。また、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶体をガラス原料塊13として用いてもよい。
図7は、変形例において用いる成形型2の模式的断面図である。成形型2では、第2の型片11が、連続気泡を有する多孔質体により構成されている。本変形例においては、第2の型片11の連続気泡によりガス噴出孔が構成されている。このような場合であっても、上記実施形態と実質的に同様の効果が得られる。
まず、原料粉末を秤量、混合した後、1000℃前後の温度で仮焼きすることで混合粉末を焼結させた。焼結体から所望の体積となる量に切り出し、ガラス原料塊を作製した。次に、以下の条件で、ガラス原料塊を成形面の上方に浮上させた状態で、出力100Wの二酸化炭素レーザーを照射し、ガラス原料塊を加熱溶解させた。その後、レーザー照射を停止し、冷却させた。その結果、直径が4.51mmのガラス材が得られた。
ガス噴出孔の直径:0.1mm
成形面の平面視における直径:6mm
ガス噴出孔の数:185個
成形面におけるガス噴出孔の占める面積割合:5.1%
成形面の中心角θ1:28°
ガス噴出孔列の配列方向のなす角の大きさθ2:22.5°
半径方向において隣り合うガス噴出孔の中心間距離:0.2mm
加熱温度:2000℃
ガス:空気
以下の条件としたこと以外は、実施例1と同様の製造工程を行った。その結果、直径が7.65mmのガラス材が得られた。
ガス噴出孔の直径:0.1mm
成形面の平面視における直径:10mm
ガス噴出孔の数:649個
成形面におけるガス噴出孔の占める面積割合:6.5%
成形面の中心角θ1:37°
ガス噴出孔列の配列方向のなす角の大きさθ2:11.25°
半径方向において隣り合うガス噴出孔の中心間距離:0.2mm
加熱温度:1500℃
ガス:窒素ガス
以下の条件としたこと以外は、実施例1と同様の製造工程を行った。その結果、直径が10.55mmのガラス材が得られた。
ガス噴出孔の直径:0.1mm
成形面の平面視における直径:13mm
ガス噴出孔の数:905個
成形面におけるガス噴出孔の占める面積割合:4.0%
成形面の中心角θ1:35°
ガス噴出孔列の配列方向のなす角の大きさθ2:11.25°
半径方向において隣り合うガス噴出孔の中心間距離:0.2mm
加熱温度:2100℃
ガス:アルゴンガス
以下の条件としたこと以外は、実施例1と同様の製造工程を行った。その結果、直径が12.35mmのガラス材が得られた。
ガス噴出孔の直径:0.3mm
成形面の平面視における直径:15mm
ガス噴出孔の数:253個
成形面におけるガス噴出孔の占める面積割合:10.5%
成形面の中心角θ1:29°
ガス噴出孔列の配列方向のなす角の大きさθ2:11.25°
半径方向において隣り合うガス噴出孔の中心間距離:0.6mm
加熱温度:2050℃
ガス:空気
以下の条件としたこと以外は、実施例1と同様の製造工程を行った。その結果、直径が5.01mmのガラス材が得られた。
成形型:炭化ケイ素多孔質体
成形面の平面視における直径:8mm
成形面の中心角θ1:52°
加熱温度:2150℃
ガス:空気
以下の条件としたこと以外は、実施例4と同様の製造工程を行った。その結果、直径が5.8mmのガラス材が得られた。
成形面の平面視における直径:14.7mm
ガス噴出孔の数:413個
成形面の中央部直径7.2mm部分は近接配置、その外側はガス噴出孔列の配列方向のなす角の大きさθ2:11.25°(中心角θ1’:42°、θ1=91°、θ1’/θ1=0.46)となるようにガス噴出孔を設けた。
以下の条件としたこと以外は、実施例1と同様の製造工程を行った。その結果、直径が5.2mmのガラス材が得られた。
ガス噴出孔の直径:0.3mm
成形面の平面視における直径:8mm
成形面の中心角θ1:53°
ガス噴出孔の数:253個
成形面におけるガス噴出孔の占める面積割合:35.6%
ガス噴出孔の配置:近接配置構造
最も近接するガス噴出孔の中心間距離:0.45mm
加熱温度:2050℃
以下の条件としたこと以外は、実施例7と同様の製造工程を行った。その結果、直径が6.3mmのガラス材が得られた。
成形面の平面視における直径:14.3mm
成形面の中央部直径7.6mm部分のみ(中心角θ1’:50.0°、θ1=73.6、θ1’/θ1=0.68)にガス噴出孔を設け、それより外側にはガス噴出孔を設けなかった。
成形面におけるガス噴出孔の占める面積割合:4.0%
最も近接するガス噴出孔の中心間距離:0.6mm
ガス噴出孔列の配列方向のなす角の大きさθ2:11.25°
ガス:酸素
以下の条件としたこと以外は、実施例7と同様の製造工程を行った。その結果、直径が12.5mmのガラス材が得られた。
成形面の中央部直径7.4mm部分のみ(中心角θ1’:43.2°、θ1=97.0°、θ1’/θ1=0.45)にガス噴出孔を設け、それより外側にはガス噴出孔を設けなかった。
成形面におけるガス噴出孔の占める面積割合:10.2%
最も近接するガス噴出孔の中心間距離:0.45mm
ガス噴出孔の配置:近接配置構造
以下の条件としたこと以外は、実施例5と同様の製造工程を行った。その結果、直径が10.2mmのガラス材が得られた。
成形面の平面視における直径:12mm
形面の中心角θ1:119°
ガス:酸素
中心角が60°の円錐面状の成形面の中央に開口する直径6mmのガス噴出孔をひとつのみ設けた成形型を使用したこと以外は、実施例1と同様の工程を行った。しかし、ガラス原料塊が安定して浮上せず、結晶化し、ガラス材を得ることができなかった。
10…第1の型片
10a…開口
10b…ガス流路
11…第2の型片
11a…成形面
11b…ガス噴出孔形成面
12…ガス噴出孔列
12a…ガス噴出孔
13…ガラス原料塊
14…レーザー照射装置
15…ガスバリア層
Claims (14)
- 複数のガス噴出孔が開口した、中心角が10°以上の凹球面状または凹非球面状に設けられている成形面の上に、ガラス原料塊を位置させ、前記複数のガス噴出孔からガスを噴出させることにより前記ガラス原料塊を前記成形面の上方で浮遊させた状態で、前記ガラス原料塊を加熱融解させてガラス化した後に、冷却することにより直径2mm以上のガラス材を得る、ガラス材の製造方法であって、
前記ガラス原料塊が、ガラス材の原料粉末を混合して得られた混合粉末のプレス成形体もしくは焼結体、または、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶体である、ガラス材の製造方法。 - 前記成形面において、前記ガス噴出孔が中央側から外側に向かって複数直線状に配列されている、請求項1に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形面において、前記ガス噴出孔が放射状に設けられている、請求項1または2に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形面において、前記ガス噴出孔の中心が正三角格子の各頂点に位置するように、前記ガス噴出孔が設けられている、請求項1に記載のガラス材の製造方法。
- 前記ガス噴出孔の直径が1mm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形面を有する成形型が連続気泡を有する多孔質体を有し、前記連続気泡により前記ガス噴出孔が構成されている、請求項1に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形型として、前記多孔質体と、前記多孔質体の側面を覆うガスバリア層とを有する成形型を用いる、請求項6に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形面が、中心角が180°以下の凹球面状または凹非球面状に設けられている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形面において、前記ガス噴出孔の占める面積割合が0.1%以上である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形面において、中央近傍のみに前記ガス噴出孔が設けられている、請求項9に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形面の中心角θ1に対する前記ガス噴出孔の形成面の中心角θ1’の割合θ1’/θ1が0.3〜0.8である、請求項10に記載のガラス材の製造方法。
- 前記成形面において、中央近傍では、前記ガス噴出孔の中心が正三角格子の各頂点に位置するように前記ガス噴出孔が設けられており、中央近傍より外側では、前記ガス噴出孔が放射状に設けられている、請求項9に記載のガラス材の製造方法。
- 前記ガラス原料塊をレーザー光の照射により加熱融解させる、請求項1〜12のいずれか一項に記載のガラス材の製造方法。
- 前記ガラス材が、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またはランタン−タングステン複合酸化物系ガラス材である、請求項1〜13のいずれか一項に記載のガラス材の製造方法。
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