JPH0741328A - ガラス微小球の製造方法 - Google Patents

ガラス微小球の製造方法

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JPH0741328A
JPH0741328A JP19039293A JP19039293A JPH0741328A JP H0741328 A JPH0741328 A JP H0741328A JP 19039293 A JP19039293 A JP 19039293A JP 19039293 A JP19039293 A JP 19039293A JP H0741328 A JPH0741328 A JP H0741328A
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JP
Japan
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glass
liquid
microspheres
cooling
microsphere
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Pending
Application number
JP19039293A
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English (en)
Inventor
Seiki Miura
清貴 三浦
Hiromi Kawamoto
博美 川本
Yoshinori Kubota
能徳 久保田
Natsuya Nishimura
夏哉 西村
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Central Glass Co Ltd
Original Assignee
Central Glass Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/10Forming beads
    • C03B19/1005Forming solid beads
    • C03B19/1045Forming solid beads by bringing hot glass in contact with a liquid, e.g. shattering

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】微小光学部品や微小球レーザ等に使用可能なガ
ラス微小球の製造方法を提供する。 【構成】ガラス原料またはガラス自体を溶融しガラス融
液にした後、そのガラス融液を冷却用液体中に滴下す
る。その冷却用液体は滴下するガラス融液の温度で分解
しない液体窒素、四塩化炭素、フロン等である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガラス微小球の製造方法
に関し、とりわけ微小光学部品や微小球レーザ等に使用
可能なオプトエレクトロニクス用ガラス微小球の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガラス微小球の製造方法としては研磨に
より微小球を得る方法、金属アルコキシドを出発原料と
し、コロイド水溶液を経て乾燥ゲルを製造し水分除去を
行うことによりガラス微小球を製造するゾル−ゲル法
(特開昭63ー277527号)、半球状凹部を有した
治具に粉末状のガラスを入れ加熱溶融した後、冷却固化
しガラス微小球を製造する方法(特開平3−97630
号)及び粉末状ガラス原料を混合し、焼結或いはガラス
化させた物を適当な寸法に粉砕した後、その粒子を火炎
内を通過させることにより、溶融し球体化させる方法
(米国特許第3493403号)が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記した微小球の製造
方法において、研磨による方法は真球度の問題から20
0μm以下の微小球を得ることが困難であり、研磨対象
が軟質或いは大気中の水分等と容易に反応するような耐
水性の劣るガラスには不向きである。ゾル−ゲル法によ
り得られる微小球は、研磨法とは逆に粒径が1μm以下
と小さすぎ、真球度も悪いことから、半導体素子用封止
材の充填材等としての使用は検討されているものの、可
視光付近の光を対象としたオプト材料としての品質を持
った微小球を製造することは困難である。半球状凹部を
有した治具に粉末状のガラスを入れ加熱溶融した後、冷
却固化しガラス微小球を製造する方法は治具の表面状態
によりガラス微小球表面の状態が決定され、500μm
以下の微小球を得るための治具の内面加工は容易ではな
く、得られる微小球の表面状態が悪くなるという問題点
がある。またガラスの組成によっては治具と反応する可
能性があり、不純物の混入原因となる恐れもある。ガラ
スを火炎内を通過させ溶融し、表面張力を利用して球体
化させる方法では気体中では重力の影響が大きく、真球
を保ったまま固化することが困難である。 また、上記
のガラス微小球の製造方法において作製可能なガラス組
成は、ゾル−ゲル法を除き、何れも結晶化に対して比較
的安定なガラス組成に限定され、結晶の成長速度が速い
ガラス組成に対して、急冷効果を利用しガラス化を行う
効果は期待できない。従って、上記方法にて得られる微
小球は一般的な冷却速度(10℃/分前後)にてガラス
化が可能な組成に限られる。また、ゾル−ゲル法の場合
は出発原料が限定されるという問題があり、得られる微
小球はシリケートガラスに限られる。
【0004】本発明は上記問題を解決し、粒径が50〜
1000μmの範囲で真球度及び表面状態が良好でかつ
通常の冷却速度ではガラス化できない組成においてもガ
ラス化が可能なガラス微小球の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための具体的手段】すなわち本発明
は、ガラス微小球を製造する方法において、ガラス原料
またはガラス自体を加熱溶融し、ガラス融液にした後、
そのガラス融液を冷却用溶液中へ滴下し、高温のガラス
融液と冷却用液体とを接触させることで、瞬時にガラス
融液が開砕された後、表面張力により真球化することを
特徴とするガラス微小球の製造方法である。
【0006】本発明に用いられる冷却用液体としては、
滴下するガラス融液温度においてガラスと反応しない液
体であれば特に限定されない。例えば液体窒素、四塩化
炭素、フロン等が使用可能であるが、液体窒素を使用し
た場合、得られるガラス微小球が0℃以下に冷却され微
小球表面に水分が氷結する為、耐水性の悪いガラス、例
えばアルカリ金属塩が大量に含有された酸化物ガラスや
ハロゲン化物ガラスの微小球製造には液体窒素は好まし
くなく、耐水性の悪いガラス微小球の製造には、冷却用
液体として四塩化炭素或いはフロンの使用が好ましい。
フロンとしては、例えばCFC−113、CFC−1
1、CFC−114、HCFC−141b、HCFC−
123、HCFC−225ca、HCFC−225cb
が好ましい。また、冷却用液体の使用温度はその液体の
凝固点以上、沸点以下であれば特に差し支えないが、急
冷を必要とする場合はガラス融液の固化温度と冷却用液
体との温度差ができるだけ大きいことが望ましい。
【0007】本発明において、滴下するガラス融液の粘
度は103 ポイズ以下が好ましく、103 ポイズより高
い場合、冷却液体中においてガラス融液が表面張力だけ
では充分に真球化することができない。また、本発明に
より得られる微小球の大きさは、滴下するガラス融液の
粘度により左右され、ガラス融液の粘度が低い場合の方
が粒径が小さいガラス微小球を得ることができる。例え
ば、直径が100μm以下のガラス微小球を効率良く製
造するには、ガラス融液の粘度は1ポイズ以下が好まし
い。
【0008】
【作用】本発明によるガラス微小球の製造方法では、気
体に比べて重力の影響が少ない液体中でガラスを固化さ
せることから、融液の表面張力のみにてガラスを真球化
することができ、真球度が高いガラス微小球を得ること
ができる。また、ガラス融液から微小球製造までの工程
において固体材料と接触することが無いため、傷等の凹
凸が無い、なめらかな自由表面を持ったガラス微小球を
得ることができる。更に、ガラス融液と冷却用液体とを
接触させることで、ガラス融液の熱エネルギーが冷却用
液体の気化エネルギーとして急速に奪われることから、
ガラス融液の急冷が可能となり、結晶成長速度が速く、
結晶化し易いガラス組成においても容易にガラス微小球
を得ることができる。
【0009】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【0010】実施例1 ZrF4 、BaF2 及びAlF3 からなる原料を、ガラ
ス組成がモル表示で、ZrF4 :60%、BaF2 :3
5%及びAlF3 :5%になるように秤量混合して得ら
れたバッチ50gを白金製ルツボに入れ、窒素雰囲気
中、950℃で60分間、加熱溶融した後、700℃ま
で冷却し、10〜102 ポイズ程度の粘度になったガラ
ス融液を、1リットルのフロン(CFC−113)溶液
を満たした石英ビーカー中にそそぎ込んだ。5分間フロ
ン(CFC−113)溶液中でガラスを冷却した後、フ
ロン(CFC−113)溶液のみを取り除き、石英ビー
カー中に残ったガラス微小球を含むガラス片を大気中で
乾燥し、フロン溶液を完全に除去した。その後、直径が
200〜500μm以下のガラス微小球のみを選別し
た。
【0011】得られたガラス微小球を光学顕微鏡で観察
した結果、内部に気泡等の散乱源になる物は観察され
ず、20000倍で撮影したSEM写真より、微小球表
面に凹凸或いは異物の存在は認められなかった。また、
微小球にレーザ光をあてると共に、微小球をレーザ光の
入射光軸に対して垂直方向に直交する軸の回りに回転さ
せ、微小球からの多重反射干渉パターンの投影像を観察
し、この多重反射干渉パターンの最外周の長軸径と短軸
径の比より真球度を評価する方法(特開昭63−284
445号)にて得られたガラス微小球を評価した結果、
全ての微小球について長軸径と短軸径の比(長軸径/短
軸径)は1に近く、得られた微小球は真球であった。
【0012】比較例1 研磨及び半球状凹部を有した治具に粉末状のガラスを入
れ加熱溶融した後、冷却固化する方法においてガラス微
小球を製造する為、実施例1と同様なガラス組成にて、
同様な条件で加熱溶融したガラス融液をカーボン製の鋳
型にキャスティングし、ガラス化することを試みたが、
ガラス融液が冷却される間に結晶化を起こし、透明なガ
ラスに成らず、従って実施例1組成のガラスにおいて、
研磨及び半球状凹部を有した治具に粉末状のガラスを入
れ加熱溶融した後、冷却固化する方法においてガラス微
小球を製造することはできなかった。
【0013】実施例2 MnF2 、BaCl2 及びNaClからなる原料を、ガ
ラス組成がモル表示でMnF2 :55%、BaCl2
35%及びNaCl:10%になるように秤量混合して
得られたバッチ50gを非晶質カーボンルツボに入れ、
窒素雰囲気中、700℃で60分間、加熱溶融した後、
600℃まで冷却し、1ポイズ以下の粘度になったガラ
ス融液を、1リットルの四塩化炭素溶液を満たした石英
ビーカー中にそそぎ込んだ。5分間四塩化炭素溶液中で
ガラスを冷却した後、四塩化炭素溶液のみを取り除き、
石英ビーカー中に残ったガラス微小球を含むガラス片を
大気中で乾燥し、四塩化炭素溶液を完全に除去した。そ
の後、直径が100μm以下のガラス微小球のみを選別
した。
【0014】得られたガラス微小球を光学顕微鏡で観察
した結果、内部に気泡等の散乱源になる物は観察され
ず、20000倍で撮影したSEM写真より、微小球表
面に凹凸或いは異物の存在は認められなかった。また、
微小球にレーザ光をあてると共に、微小球をレーザ光の
入射光軸に対して垂直方向に直交する軸の回りに回転さ
せ、微小球からの多重反射干渉パターンの投影像を観察
し、この多重反射干渉パターンの最外周の長軸径と短軸
径の比より真球度を評価する方法(特開昭63−284
445号)にて得られたガラス微小球を評価した結果、
全ての微小球について長軸径と短軸径の比(長軸径/短
軸径)は1に近く、得られた微小球は真球であった。
【0015】実施例3 ガラス組成がモル%表示でSiO2 :65%、K2 O:
10%及びPbO2 :25%になるガラスカレット10
0gを白金製ルツボに入れ、大気中にて1300℃にて
30分間加熱溶融した後、1200℃まで冷却し、10
2 ポイズ程度の粘度になったガラス融液を、1.5リッ
トルの液体窒素を満たしたステンレス製のデュワー瓶中
にそそぎ込んだ。5分間液体窒素中でガラスを冷却した
後、液体窒素のみを取り除き、デュワー瓶中に残ったガ
ラス微小球を含むガラス片を大気中で乾燥し、液体窒素
を完全に除去した。その後、直径が200〜500μm
のガラス微小球のみを選別した。
【0016】得られたガラス微小球を光学顕微鏡で観察
した結果、内部に気泡等の散乱源になる物は観察され
ず、20000倍で撮影したSEM写真より、微小球表
面に凹凸或いは異物の存在は認められなかった。また、
微小球にレーザ光をあてると共に、微小球をレーザ光の
入射光軸に対して垂直方向に直交する軸の回りに回転さ
せ、微小球からの多重反射干渉パターンの投影像を観察
し、この多重反射干渉パターンの最外周の長軸径と短軸
径の比より真球度を評価する方法(特開昭63−284
445号)にて得られたガラス微小球を評価した結果、
全ての微小球について長軸径と短軸径の比(長軸径/短
軸径)は1に近く、得られた微小球は真球であった。
【0017】
【発明の効果】本発明の方法を用いることにより、表面
に凹凸や異物が無く、内部に気泡や結晶が無い、真球度
が優れた微小光学レンズや微小球レーザ素子等として使
用可能なガラス微小球を得ることができる。また、既存
の方法においてガラス微小球を得ることが困難である、
容易に結晶化を起こすガラス組成であってもガラス微小
球の製造が可能となった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 夏哉 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セント ラル硝子株式会社宇部研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス微小球を製造する方法において、
    ガラス原料またはガラス自体を溶融しガラス融液にした
    後、そのガラス融液を冷却用液体中へ滴下することを特
    徴とするガラス微小球の製造方法。
  2. 【請求項2】 冷却用液体が滴下されるガラス融液温度
    において分解しないことを特徴とする請求項1記載のガ
    ラス微小球の製造方法。
  3. 【請求項3】 冷却用液体が液体窒素、四塩化炭素、フ
    ロン等であることを特徴とする請求項1記載のガラス微
    小球の製造方法。
JP19039293A 1993-07-30 1993-07-30 ガラス微小球の製造方法 Pending JPH0741328A (ja)

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