JPH07505113A - ガラスビーズの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ガラスピーズの製造方法及び装置 本発明は、その転移点が温度ＴＧである溶融ガラスを固化することによってガラ スピーズを製造する方法に関する。本発明は、放出ノズルを有する溶融ガラス容 器と冷却装置を含む。

ガラスピーズは、種々の目的のために、例えば特別に光学的、電気的、機械的あ るいは化学的な特性が要求され、また一方ではビーズの形状に関して高品質を有 し、他方では狭いビーズサイズ分布を有するものである。

ガラスを小さい粒子に変えるためには、米国特許第３，４５９．５７４号は、ガ ラスを焼き入れすることを提案している。ガラスピーズを製造するために、ガラ ス粒子を溶融し、次に、その液滴を冷却し、これにより形成することは知られて いる。ドイツ国−Ｂ１．９６１，６２８には、中空のガラスピーズの製造方法が 述べられている。ドイツ国−ＧＭ　８２　８２　０１３　υ１により、液状ガラ スからフリットを製造する装置が知られており、ここでガラス糸は、張力の発生 により、粒子を得るために焼き入れられる。公報”Ｇ　１　ａｓｔｅｃｈｎｉｓ ｃｈｅ　ＦａｂｒｉｋａｔｉｏｎｓｆｅｈＩｅｒ’第３＠、１９８０．Ｓｐｒｉ ｎｇｅｒｖｅｒｌａｇＢｅｒｌｉｎ　は、ガラスがどの様にして機械的または化 学的に応力を与えられるかを述べている。

本発明の背景にある問題は、溶融ガラスを固化することにより、特にビーズの形 において高品質であり、及び狭いピースサイズ分布を有するガラスピーズを製造 する方法及び装置を提供することにある。所望の再現性の良い化学的及び／また は物理的特性を得るための可能性は簡単な手段によって開かれる。

溶融ガラスに熱的または化学的に予備応力を与え、固化された溶融ガラスをガラ ス片に砕き、このガラス片を溶融して溶融ガラス片の表面張力が後にガラスピー ズを形成するようなある長さの自由な通路に拘束されず移動し、及びこのように して得られたビーズを冷却するという、プロセスに関する問題は、実質的に解決 される。

とくに溶融ガラスがガラス細片状に形成され、その後熱的あるいは化学的に予備 応力を与えられる。

ガラス細片は、またシートガラスとして知られ、溶融ガラスから製造される。こ こでは、製造されるシートガラスの厚さは、製造されるべきガラス片、これによ り得られるべきガラスピーズのサイズに影響を及ぼす。

種々のプロセスがガラス細片を作るために可能であり、例えば溶融ガラスは、重 量、粘度、及び表面エネルギーの影響下で広がり得る。

形成プロセスは、提案に基づき、機械的に処理するか、機械にかけることはなく 行なわれる。形成されるガラス細片の厚さに影響するパラメータは、溶融ガラス の組成及び溶融炉を離れるときの温度を含む。

ガラス細片またはシートガラスを製造するさらなる可能性は、反対方向に回転す る２つのローラを通り、好ましくは水冷される溶融ガラスにある。このことは、 ３ないし１５ｍａ＋のガラス細片の厚さを提供する。このガラスの厚さは、単位 時間に流れ出るガラスの量及びローラの回転速度により、設定され得る。

本発明のさらなる提案によれば、ガラス細片は、溶融ガラスの外の上方に垂直に このガラスを引っ張ることにより形成される。好適な引張プロセスにより達成さ れるガラスの厚さは、０．６ないし６Ｉｌ１ｍである。ガラス細片の厚さは、こ こでは特に引張速度に依存する。

ガラスの厚さに影響を与えるために、気泡の多いあるいは気泡の少ない溶融ガラ スを用いることができる。気泡の多い溶融ガラスは、結果として低密度となり、 これにより軽量ガラスピーズが得られる。

気泡の多い溶融ガラスを得るために、以下のプロセスが選択され得る。

一溶融ガラスの清澄を低減するかあるいはなくす一溶融ガラスにガスを導入する か、あるいはガス分割物質を添加して気泡の含有量を増加する。

本発明にかかるさらなる提案は、好ましくは動く例えば回転する冷却表面の上方 で、細片として広げられる溶融ガラスを提供する。これはまた水冷された円柱体 になり得る。

ガラス細片に予備応力を与えるために、すなわち、ガラスピーズに転移されるべ きガラス片をその後得るため、以下の可能性が在る。

本発明の提案によれば、製造されたガラス細片を、転移する範囲の温度のすぐ上 、あるいは温度範囲Ｔ。に冷却し、その後その上に冷却空気を吹き付けるか、例 えば金属プレート等の冷却プレート上に押し付けることにより焼き入れる。

ガラスの転移温度Ｔ、は、ここで、冷却された溶融ガラスを塑性状態からガラス の典型的な脆性状態に転移せしめる温度範囲である。

焼き入れにより、熱的に予備応力を与える場合、ガラスは表面上で内側よりも早 （固化する。このため、ガラス構造は、ガラス部材の内側よりも表面に近い領域 では低密度である。

ガラス表面では圧縮応力が広がるが、ガラス内部は、引張応力下であるという応 力状態が得られる。破砕されるとき、ガラス部材の内部に広がる引張応力により 、ガラスは、粉々に砕けて小さく揃った片になる。ガラス片または破片の大きさ は、熱的に予備応力を与えることにより、予め定めるか、あるいは予め調節し得 る。

それに予備応力を与えることは、次のことに依存する。

−冷却の強さ 一ガラス表面とガラス内部の間で異なる、すなわちガラスの厚さとガラスの熱伝 導率により異なる達成温度−転移範囲の上下のガラスの熱膨張 −ガラスの弾性率 一ガラスのタイプ 例えばガラスは、ソーダ石灰シリカガラスである場合、４ｍｍより多い厚さで予 備応力を与え得る。

冷却が大きいほど、すなわち冷却表面が固化するほど、ガラス細片の応力が与え られる状態が大きくなるので、その結果、ガラス細片を粉々に砕くことにより続 いて得られるガラス片は、相応する小さい面積のものになり、小さいサイズのガ ラス破片になる。

このような不所望なビーズサイズの不一致を妨げるために、ガラス片は、好まし くは分級され得る。

すでに述べたように、ガラス片または破片粒子の量は１、冷却表面に適用される ガラス細片の厚さ、冷却表面上に溶融ガラスを注ぐ速度、及び／または移動する 冷却表面によるガラスに予備応力を与える度合いにより決定され得る。

言い換えれば、製造されるガラスピーズのビーズ量は、注ぐ温度、冷却表面温度 、冷却表面速度、注ぐ速度、冷却表面に吹き付けられる溶融ガラスの、注ぐため のノズルにより決定される断面積により決定され得る。同時に、製造されるガラ スピーズの直径の範囲は、これらのパラメータにより限定される狭い範囲に維持 される。

ガラスの熱膨張は、線熱膨張係数αによって表される。一般的に、ある温度範囲 を越える平均値が与えられる。

技術的ガラスでは、熱膨張係数は、０ないし２００℃の温度範囲でガラス組成に より、０．５　１０　１／Ｋ（Ｓｉガラス、α＞６　１０’のガラスは、軟質ガ ラスとして知られる。

αが大きいほど、熱的に応力を与える場合に、ガラスの焼き入れ工程中に表面が すでに固化されるため、熱的に応力を与えられたガラスの引張応力は高くなるが 、また軟らかい内部のガラスは、収縮し続は得る。α値が高いほど、内部ガラス の長い冷却間に収縮するガラス上を覆う距離が長くなる。

ガラスの表面及び内部は互いに連結しており、高い応力状態が得られる。軟質ガ ラスの使用は、このため、高く予備応力を与えてするという点でガラスの製造に 有利である。

ガラスの熱伝導性λは非常に低い。これらの値は、化学的組成に依存し、λ−０ ．８１−１．４Ｗ／ｍＫ　（銅の熱伝導性が３８４　Ｗ　／　ｍ　Ｋであること と比較すると）の範囲である。

純粋なＳ　ｉ　０２ガラスは、高い熱伝導性を有する。酸化ナトリウムのような 酸化物をガラス組成中にさらに含むと、ガラスの熱伝導性は、ガラス構造におけ る分離点の形成により減少される。

熱的に予備応力を与える場合、できるだけ低い熱伝導性を有するガラスの使用が 可能である。したがって、ガラス表面の焼き入れ直後のガラス表面とその内部と の間の温度均衡は、これに応じて遅延する。その結果、ガラス内に大きな温度勾 配が生じる。ガラス細片の温度勾配が大きいほど、ガラスの厚さすなわち予備応 力を与えられるべき厚さは低くなる。

熱的のみならず、化学的に応力を与えることもまた適用され、所望のガラス片ま たは細片が得られる。

鍔えばソーダ切開シリカガラスからなるガラス細片は、転移範囲Ｔ６以下の温度 に冷却され得る。ガラスの表面の圧縮応力は、ここで、より大きいイオン半径を 有するアルカリイオンを用いてガラス表面におけるにアルカリイオンを交換する ことにより発生する。この目的で、出発ガラス−ナトリウム含有ガラス−を、カ リウムを含有する溶融ガラスに浸漬する。ガラスから溶融塩へのナトリウムイオ ンの分散、及び溶融塩からガラスへのカリウムイオンの拡散に、より、より大き いカリウムイオンは、ガラスと結合する。このことにより、ガラス表面に圧縮応 力が発生する。

ガラス内の引張応力は、熱的な予備応力における引張り応力よりも低いので、粉 砕されるとき、より大きなガラス片または破片が、製造され得る。

予備応力のレベルは、イオン交換にかかわるアルカリイオンの半径の違いに依存 する。

化学的予備応力を与えることはまた、イオン交換のために、ナトリウム、ナトリ ウム及びカリウム、あるいはカリウムのみを含む溶融塩に浸漬されたリチウム含 有シリカガラスを用いて達成され得る。このことは、この交換にかかわるイオン の半径の大きさの違いを選択せしめる。

特に熱的に予備応力を与えられないガラス細片は、このプロセスを用いて予備応 力を与えられ得る。

また、本発明のプロセスは、高密度ガラスピーズのみならず多孔質ガラスピーズ をも製造する可能性を切り開く。本発明によりここで提案されることは、作られ るガラスピーズ、例えばボロシリケートガラスピーズが、まず加熱されて溶液に 分けられ、その後さらに湿式−化学処理を与えられて加熱されたピースとされ、 例えば上述のガラスにおいてホウ素酸化物含有量外でエツチングする。このこと により所望の気孔率のビーズが生産される。

さらに、本発明にかかる溶液についての考えは、ビーズが製造される前、すなわ ちガラス片または破片が得られた後でも生ずる気孔処理を提供する。このように 、ガラス片または破片は、まず加熱され、その後このようにして処理されたガラ ス片または破片を溶融するために湿式−化学処理に供することにより、表面応力 に基づくビーズ形状が得られる。このようにして製造されたガラスピーズは、閉 塞または部分的に閉塞された外皮を有する多孔質の堅固なまたは多孔質の内部域 または核をもち得る。

ナトリウムボロシリケートガラスは、特に多孔質ガラスピーズの製造に適する。

これらのガラスは、下記組成を有する。

５５−７５重量％のＳ　ｈ　Ｏ２ ２０−３５重量％のＢ２０２ ５−１０重量％のＮ　ａ　２０ この組成のガラスは、５００−６５０℃の温度に加熱され得る。ガラスの最小領 域で偏析が生じる。酸に容易に可溶なアルカリホウ酸塩が豊富な相が製造される 。

エツチング工程の後、約９６重量％のＳ　ｉｏ　２を有するガラスが得られ、こ のガラスは、全体にわたり気孔を含む。多孔質ガラスの比表面積は、偏析工程の 熱処理により影響され得、１００ないし３００ｍ２／ｇである。約１１００℃の 温度で、このガラスは全体的に焼結され得る。

溶融ガラスの放出ノズルを有する容器、及び冷却装置を含むガラスピーズの製造 装置は、その冷却装置がその上に溶融ガラスが固化する移動する冷却表面である ことを特徴とするものであって、破砕部材は、ガラス片を得るために固化された 平らな溶融ガラスの粉砕を提供し、この破砕部材の後には、自由−落下または自 由−飛行部分があり、加熱帯に変わるか、あるいは冷却帯に続く加熱帯となる。

冷却表面は、好ましくは例えば円柱体またはベルトの形の冷却部材表面である。

その冷却部材自体は、回転または搬送の動きに供される。

さらに、本発明の提案は、加熱帯の前面において提供されるべき固化を提供する 。

本発明の一実施態様によれば、加熱および／または冷却帯は、例えば底にガラス ピーズの放出部を有する円柱等の収集容器領域である。

好ましくは絶縁体で閉塞された溶融するまたは注ぐ容器（１２）は、その温度が ヒーター（３２）によって設定される溶融ガラス（１４）を含む。その底に容器 （１２）は、放出ノズル（１６）を有する。容器（１２）の外に噴出する溶融ガ ラスは冷却表面（１８）に通し、ここでガラス細片（２０）の形に固化する。ガ ラス細片の厚さＳは、製造されるべきビーズのサイズに依存し、μｍまたはｍｍ の範囲になり得る。

冷却表面（１８）は、この態様では、周速ＶＸが得られるような回転動作を受け る冷却シリンダー（２２）の形式の冷却部材の周面である。

冷却表面（１８）が、溶融ガラスの温度ＴＩに関する所望の温度差異ΔＴＫを有 するために、冷却装置（２４）が設けられる。

ガラス細片が、シリンダ（２２）の外周面に沿って部分的に移動され、ビーズサ イズＳ−のガラス片に粉砕されるために、粉砕部材（２６）が設けられる。この 粉砕部材（２６）は、粉砕されたガラスすなわちサイズＳ′を有するガラス細片 が落ち得るシリンダ（２２）の表面がないところにある。

狭いサイズ範囲を有するガラスピーズを製造するために、分級器（２８）が設け られ得る。しかしながら、これはきわめて重要なことではない。

ガラスピーズが分級器（２８）を通った後、自由落下して加熱帯（３０）をとお り、ここでガラス片は表面応力の影響下で、十分に溶融され、ボールに形成され る。

上述のように加熱帯が好ましくは自由落下で通過されると、必要であれば、所望 の軌道を予め決めることができる。

加熱帯における加熱が、ヒーター（３２）によって達成され、このヒーターは、 電気ヒーター、ガスヒーター、またはプラズマトーチでも良い。

加熱帯（３０）を通過した後、ガラス片は、もはやビーズ型のものであり、冷却 帯（３４）を通過し、ここでガラスピーズは固化する。この目的のために、冷却 ユニット（３８）補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成６年７月 １４日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガラスビーズの製造方法及び装置 １．浸度または温度範囲ＴＧの転移点を有する溶融ガラスを固化することにより ガラスビーズを製造する方法であって、前記溶融ガラスに熱的または化学的に予 備応力を与え、前記固化された溶融ガラスをガラス片に粉砕し、前記ガラス片を 溶融して溶融ガラス片の表面張力が後にガラスビーズを形成するようなある長さ の自由な通路に拘束されず移動し、このようにして得られたビーズを冷却するガ ラスビーズの製造方法。 ２．前記溶融ガラスは、ガラス細片に作られ、その後熱的または化学的に予備応 力を与えられる請求項１に記載の方法。 ３．前記溶融ガラスは、ＴＡ≧ＴＧである温度ＴＡに冷却される請求項１または ２に記載の方法。 ４．前記溶融ガラスは、冷却空気で及び／または少なくとも１つの冷却表面の影 響により、焼き入れられる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。 ５．前記溶融ガラスは、例えば金属プレート等の冷却プレート上に押圧すること により焼き入れられる前記請求項の少なくとも１項に記載の方法。 ６．前記溶融ガラスをＴＢ≦ＴＧである温度Ｔ８に冷却し、続いて半径を分けな がらイオン交換が起こる前記請求項の少なくとも１項に記載の方法。 ７．ナトリウムを含むシリカガラスを、カリウムを含む溶融塩に浸漬し、ナトリ ウムイオンをカリウムイオンに交換する請求項６に記載の方法。 ８．シリシウム（ｓｉ１ｉｃｉｕｍ）を含むシリカガラスをナトリウムまたはナ トリウム／カリウムまたはカリウムを含む溶融塩に浸漬し、イオン交換する請求 項６に記載の方法。 ９．前記ガラス細片を機械的強制力なしに形成する少なくとも請求項２に記載の 方法。 １０．前記溶融ガラスをローラーにより前記ガラス細片に形成する請求項２に記 載の方法。 １１．前記溶融ガラスを、対向して回転する２つのローラをとおして通過し、好 ましくは水冷する少なくとも請求項２に記載の方法。 １２．前記ガラス細片を引張工程により溶融ガラスから製造する少なくとも請求 項２に記載の方法。 １３．前記溶融ガラスは気泡が豊富である前記請求項の少なくとも１項に記載の 方法。 １４．前記溶融ガラスを好ましくは移動する例えば回転する冷却表面の上方で形 成する前記請求項の少なくとも１項に記載の方法。 １５．前記移動する冷却表面上に置かれた好ましくは注がれた溶融ガラスを固化 してガラス細片にする請求項１４に記載の方法。 １６．前記ガラス片を分級する前記請求項の少なくとも１項に記載の方法。 １７．製造されたガラスビーズを加熱する前記請求項の少なくとも１項に記載の 方法。 １８．前記ガラスビーズを加熱後に湿式−化学処理に供する請求項１７に記載の 方法。 １９．前記ガラスビーズを湿式−化学処理に供する前記請求項の少なくとも１項 に記載の方法。 ２０．前記ガラス片を加熱した後、湿式−化学処理に供する請求項１９に記載の 方法。 ２１．放出ノズルを有する溶融ガラス用容器及び冷却装置を含むガラスビーズの 製造装置であって、前記冷却装置（２２）は、その上に溶融ガラスが固化する移 動する冷却表面（１８）であり、粉砕部材（２０）は、前記固化された平らな溶 融ガラスを粉砕して前記ガラスビーズを得るために設げられ、前記粉砕部材の後 には、自由−落下または自由−飛行落下または軌道があり、すなわち加熱帯（３ ０）の後に冷却帯（３４）がある装置。 ２２．前記冷却表面（１８）は冷却部材（２２）好ましくは円柱状またはベルト 状である請求項２１に記載の装置。 ２３．冷却部材（２２）を、回転または移動動作に供する請求項２２に記載の装 置。 ２４．前記加熱帯（３０）の前に分級器（２８）を儲ける前記請求項の少なくと も１項に記載の装置。 ２５．前記加熱及び／または冷却帯（３０，３４）は、底にガラスビーズ排出部 （３６）を有する柱のような収集容器領域である前記請求項の少なくとも１項に 記載の装置。