JP6127868B2 - Glass material manufacturing method and glass material manufacturing apparatus - Google Patents
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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。 The present invention relates to a glass material manufacturing method and a glass material manufacturing apparatus.
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。
In recent years, research on a containerless floating method has been made as a method for producing a glass material. For example, in
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。 There is a desire to improve the homogeneity of glass materials produced by the containerless floating method.
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。 A main object of the present invention is to provide a method capable of producing a glass material having excellent homogeneity by a containerless floating method.
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。 In the method for producing a glass material according to the present invention, a glass material lump is floated and held above the molding surface by ejecting gas from a gas ejection hole opened on the molding surface of the mold. Is heated and melted to obtain a molten glass, and then the molten glass is cooled to obtain a glass material. A preheated gas is supplied to the gas ejection holes.
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。 In the manufacturing method of the glass material which concerns on this invention, it is preferable to make temperature of a shaping | molding die lower than the temperature of the gas supplied to a gas ejection hole.
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。 In the manufacturing method of the glass material which concerns on this invention, it is preferable to manufacture a glass material, cooling a shaping | molding die.
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。 In the manufacturing method of the glass material which concerns on this invention, it is preferable that the temperature of the gas supplied to a gas ejection hole shall be 100 degreeC or more.
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。 The apparatus for producing a glass material according to the present invention includes a glass raw material lump in a state where the glass raw material lump is suspended and held above the molding surface by ejecting gas from a gas ejection hole opened on the molding surface of the mold. Is a device for producing a glass material by cooling molten glass after obtaining molten glass by heating and melting. The glass material manufacturing apparatus according to the present invention includes a heating mechanism for heating the gas supplied to the gas ejection holes.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method which can manufacture the glass material which has the outstanding homogeneity by the containerless floating method can be provided.
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。 Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.
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。 Moreover, in each drawing referred in embodiment etc., the member which has a substantially the same function shall be referred with the same code | symbol. The drawings referred to in the embodiments and the like are schematically described. A ratio of dimensions of an object drawn in a drawing may be different from a ratio of dimensions of an actual object. The dimensional ratio of the object may be different between the drawings. The specific dimensional ratio of the object should be determined in consideration of the following description.
(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。
(First embodiment)
In this embodiment, a normal glass material, for example, a glass material that does not contain a network-forming oxide, and can be suitably manufactured even for a glass material having a composition that does not vitrify by a melting method using a container. Will be described. Specifically, according to the method of the present embodiment, for example, barium titanate glass material, lanthanum-niobium composite oxide glass material, lanthanum-niobium-aluminum composite oxide glass material, lanthanum-niobium-tantalum A composite oxide glass material, a lanthanum-tungsten composite oxide glass material, or the like can be suitably produced.
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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a glass
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。
The molding die 10 has a
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。
In addition, the shaping |
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。
The
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。 The type of gas is not particularly limited. The gas may be, for example, air or oxygen, or an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas.
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。
When manufacturing a glass material using the
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。
The shape of the glass
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。
Next, the glass
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。
In the present embodiment, an example in which the glass
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。 By the way, in order to produce a glass material that does not contain a network-forming oxide and does not vitrify by a melting method using a container, it is necessary to rapidly cool the molten glass. For this reason, it is generally considered preferable that the temperature of the gas for suspending the glass raw material lump is lower. However, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the homogeneity of the obtained glass material is lowered when the gas temperature is too low.
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。
Therefore, in the present embodiment, the
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。
The reason why the homogeneity of the obtained glass material is improved by preheating the gas supplied to the
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。
From the viewpoint of obtaining a glass material having better homogeneity, the temperature of the gas supplied to the
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。
By the way, when the gas supplied to the
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。
From the viewpoint of more effectively suppressing the generation of crystals in the glass material, it is more preferable that the temperature of the
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。
The method for cooling the
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。 Hereinafter, other examples of preferred embodiments of the present invention will be described. In the following description, members having substantially the same functions as those of the first embodiment are referred to by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(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。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the glass material manufacturing apparatus 2 according to the second embodiment.
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。
In the first embodiment, the example in which the plurality of gas ejection holes 10b are opened on the
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
1, 2: Glass material manufacturing apparatus 10:
Claims (9)
前記ガラス原料塊として、ガラス材の原料粉末のプレス成形体若しくは焼結体、または、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体を用い、
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。 The glass raw material lump is heated and melted to be vitrified in a state where the glass raw material lump is suspended and held above the forming surface by ejecting gas from a gas ejection hole opened on the molding surface of the mold . After obtaining the molten glass, comprising a step of obtaining a glass material by cooling the molten glass,
As the glass raw material lump, a press-molded body or sintered body of a raw material powder of a glass material, or an aggregate of crystals having a composition equivalent to a target glass composition,
A method for producing a glass material, wherein a preheated gas is supplied to the gas ejection holes.
前記ガラス原料塊が、ガラス材の原料粉末のプレス成形体若しくは焼結体、または、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体であり、
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。 The glass raw material lump is heated and melted to be vitrified in a state where the glass raw material lump is suspended and held above the forming surface by ejecting gas from a gas ejection hole opened on the molding surface of the mold . An apparatus for producing a glass material by cooling the molten glass after obtaining the molten glass,
The glass raw material lump is a press-molded body or sintered body of a raw material powder of a glass material, or an aggregate of crystals having a composition equivalent to a target glass composition,
An apparatus for producing a glass material, comprising a heating mechanism for heating a gas supplied to the gas ejection holes.
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