JPH10212129A - ガラスビーズの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形したガラスビーズに含まれていた成形不良
を無くすこと、及び所望粒径以下に粉砕したガラス微粉
末全てをガラスビーズ化することを目的とする。 【解決手段】ガラス微粉末を空気とともに加熱成形ゾー
ンに吹き込むことにより前記ガラス微粉末を球状化する
ガラスビーズ製造方法において、前記ガラス微粉末を予
備加熱後加熱成形ゾーンに吹き込むようにした。また、
ガラス微粉末を空気とともに加熱成形ゾーンに吹き込む
ことにより前記ガラス微粉末を球状化するガラスビーズ
製造方法において、前記ガラス微粉末をスラリー状とし
所望とする大きさに造粒し、加熱成形ゾーンに吹き込む
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、再帰反射シート
用、ロードマーキング用、ブラスト加工用及び分散媒体
用などに使用されるガラスビーズの製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ガラスビーズは、再帰反射特性を利
用して道路標識や路面表示などの反射材として、あるい
は金属その他の表面を研磨加工するブラストマシンの研
磨材として、さらにサンドミルなどの分散機の媒体など
として広く使用されている。

【０００３】そして、これらのガラスビーズは、その用
途により要求される特性や粒径は異なるが、一般的な製
造方法としてはガラス原料を溶融炉で溶融したあとに、
冷却しガラス粉末とする。このガラス粉末を分級機能を
合わせ持つ粉砕機により粉砕・篩分し、所望粒径のガラ
ス微粉末をガスバーナのフレーム中などの加熱成形ゾー
ンに空気とともに吹き込むことにより、粉砕された不定
形の粒子が空中で溶融し、表面張力により球状となり冷
却してガラスビーズを成形していた。

【０００４】しかし、このような製造方法では、加熱成
形ゾーンに吹き込むガラス微粉末が真球と異なる形状
（以下、異形状とする）のものや失透したものが混入し
ていた。このように異形状のものは、反射材として用い
た場合には焦点が異なりレンズとしての機能を低下さ
せ、研磨材や分散機の媒体として用いた場合には強度・
流動性なども低下させる原因となっていた。また、失透
したものは、反射材として用いた場合には光の透過や屈
折などの光学的特性を著しく低下させ、研磨材や分散機
の媒体として用いた場合には強度が低下しガラスビーズ
が砕けてしまう原因となっていた。そして、異形状のも
のや失透したものが良品に混入しないために、加熱成形
ゾーンの温度を高くしてガラスビーズ化率の向上を図っ
ていた。

【０００５】また、前記粉砕機により篩分された所望粒
径よりも小さいガラス微粉末は、ガラス溶融の際のカレ
ットとして使用されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに加熱成形ゾーンの雰囲気温度を高くしても異形状の
ものや失透したものの混入を防ぐことができず、加熱成
形ゾーンの雰囲気温度を高くしたことにより、成形した
ガラスビーズに新たな不良品が含まれるようになってし
まった。この不良品は、ガラスビーズ表面からのガラス
成分の揮発により、組成が変化したり揮発成分がガラス
ビーズ表面に付着したりしてガラスビーズ表面が悪化し
たものやガラスビーズ内に気泡を生じていたもの、及び
加熱成形ゾーンでガラスビーズ同士が溶着するものであ
った。

【０００７】また、所望粒径よりも小さいガラス微粉末
は、カレットとして使用されていた。しかし、このよう
にカレットとして用いるとガラスの溶融からガラスビー
ズの成形までを再度行うため、エネルギーのロス及び製
造工程内から含有してしまう鉄分などの不純物濃度が上
昇する恐れが生じていた。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、成形したガラスビーズに含まれていた成形不良を
無くすこと、及び所望粒径以下に粉砕したガラス微粉末
全てをガラスビーズ化することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を解決
するために、請求項１に対応する発明は、ガラス微粉末
を空気とともに加熱成形ゾーンに吹き込むことによりガ
ラス微粉末を球状化するガラスビーズ製造方法におい
て、ガラス微粉末を予備加熱後加熱成形ゾーンに吹き込
むようにした。これにより、加熱成形ゾーン内でのガラ
ス微粉末の加熱開始温度が上昇し、容易に加熱成形ゾー
ン内でガラス微粉末を溶融する温度まで加熱することが
できる。

【００１０】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のガラスビーズの製造方法において、ガラス
微粉末を加熱成形ゾーンに吹き込む空気を加熱すること
で予備加熱を行うようにした。これにより、ガラス微粉
末を加熱成形ゾーンへ吹き込む過程で簡単にガラス微粉
末を予備加熱することができる。

【００１１】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のガラスビーズの製造方法において、ガラス
微粉末を加熱成形ゾーンへ吹き込む際に加熱された雰囲
気を通過させることで予備加熱を行うようにした。これ
により、ガラス微粉末を加熱成形ゾーンへ吹き込む過程
で簡単にガラス微粉末を予備加熱することができる。

【００１２】請求項４に対応する発明は、ガラス微粉末
を空気とともに加熱成形ゾーンに吹き込むことによりガ
ラス微粉末を球状化するガラスビーズ製造方法におい
て、ガラス微粉末をスラリー状とし所望とする大きさに
造粒し、加熱成形ゾーンに吹き込むようにした。これに
より、所望粒径でないガラス微粉末でも所望とする粒径
が得られるガラスビーズの原料とすることができる。

【００１３】請求項５に対応する発明は、請求項４に対
応する発明のガラスビーズの製造方法において、ガラス
微粉末をイオン交換水、純水のいずれか一方でスラリー
状とするようにした。このようにイオン交換水や純水を
用いてガラス微粉末をスラリー状とすることにより、造
粒物中にガラス成分以外の不純物の混入を防ぐことがで
きる。

【００１４】請求項６に対応する発明は、ガラス微粉末
を空気とともに加熱成形ゾーンに吹き込むことによりガ
ラス微粉末を球状化するガラスビーズ製造方法におい
て、前記ガラス微粉末をスラリー状とし所望とする大き
さに造粒し、この造粒物を予備加熱後加熱成形ゾーンに
吹き込むようにした。これにより、加熱成形ゾーン内で
の造粒した造粒物の加熱開始温度が上昇し、容易に加熱
成形ゾーン内で造粒物を溶融する温度まで加熱すること
ができる。また、所望粒径でないガラス微粉末でも所望
とする粒径が得られるガラスビーズの原料とすることが
できる。

【００１５】請求項７に対応する発明は、請求項６に対
応する発明のガラスビーズの製造方法において、ガラス
微粉末を加熱成形ゾーン内までに蒸発する蒸発性を有す
るバインダ及び溶剤を用いてスラリー状とするようにし
た。このようにガラス微粉末のスラリー化に上記バイン
ダ及び溶剤を用いることにより、予備加熱を行っても造
粒物がくずれることなく加熱成形ゾーンへ吹き込まれ
る。また、上記したバインダ及び溶剤が、加熱成形ゾー
ン内までで蒸発するので成形されるガラスビーズの組成
中に不純物の混入を防ぐことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】 （実施の形態１）この実施の形態は反射材として用いる
ガラスビーズ４の場合で、所望粒径範囲のガラス微粉末
２を予備加熱してガラスビーズ４とする製造方法につい
て、図１を参照して以下に説明する。この図１は、本実
施の形態１のガラスビーズの製造方法を用いたガラスビ
ーズ製造装置である。

【００１７】まず、反射材として用いられるガラスを溶
融し、この溶融したガラスを水中に流し込み粗大なガラ
ス粉末とし、このガラス粉末を水中から取り出し乾燥さ
せた。その後、図１に示した分級機能を有する粉砕機１
に乾燥ガラス粉末を投入し、７５μｍ未満の粒径のガラ
ス微粉末２とした。このガラス微粉末２の内の３８μｍ
以上７５μｍ未満の所望粒径のものだけをノズル６に投
入する。この篩分されノズル６に投入された所望粒径の
ガラス微粉末２は、電気抵抗式ヒータで加熱した空気で
所望粒径のガラス微粉末２を加熱成形ゾーン３に搬送さ
れることにより予備加熱が行われている。そして、予備
加熱された所望粒径のガラス微粉末２は、バーナ５によ
り空気−ＬＰＧの混合ガスを燃焼し雰囲気温度を１４０
０℃〜１５００℃に加熱されている加熱成形ゾーン３へ
吹き込まれ、空中で球状となりガラスビーズ４となる。

【００１８】（実施の形態２）この実施の形態２は上記
実施の形態１と同様に反射材として用いるガラスビーズ
４の場合で、所望粒径範囲より小さいガラス微粉末２を
所望粒径程度に造粒し、この造粒物をガラスビーズ４と
する製造方法である。

【００１９】この実施の形態２で使用するガラス微粉末
２は上記実施の形態１の粉砕工程で発生した所望粒径未
満すなわち３８μｍ未満のものである。そして、このガ
ラス微粉末２とイオン交換水とを混合・撹拌しガラスス
ラリーとし、スプレードライヤーを用いて、ガラススラ
リーを霧状に吹き飛ばし５５μｍの粒径を目標に造粒す
る。そして、この造粒したものを一定量ずつバーナ５に
より空気−ＬＰＧの混合ガスを燃焼している加熱成形ゾ
ーン３へ吹き込ませ、空中で球状としガラスビーズ４と
なる。

【００２０】（実施の形態３）この実施の形態３は、実
施の形態２と同じ所望粒径範囲より小さいガラス微粉末
２を所望粒径程度に造粒して、この造粒物を予備加熱し
ガラスビーズ４とする製造方法である。

【００２１】この実施の形態３では、３８μｍ未満のガ
ラス微粉末２とバインダと溶剤を混合しガラススラリー
とし、このガラススラリーを上記実施の形態２と同様に
スプレードライヤーを用いて５５μｍの粒径を目標に造
粒する。なお、この造粒過程で使用されたバインダはニ
トロセルロースとし、溶剤は酢酸ブチルとした。そし
て、造粒物の予備加熱は、上記実施の形態１と同様に電
気抵抗式ヒータで加熱した空気で、造粒物を加熱成形ゾ
ーン３に吹き込むことによって行われ、予備加熱された
造粒物は、バーナ５により空気−ＬＰＧの混合ガスを燃
焼している加熱成形ゾーン３へ吹き込まれ、空中で球状
となりガラスビーズ４となる。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）この実施例１は上記した実施の形態１の実
施例である。

【００２３】この実施例１で用いたガラス組成は、質量
％で５４％のＴｉＯ₂ 、３６％のＢａＯ、５％のＣａ
Ｏ、３％のＺｎＯ、２％のＳｉＯ₂ を用いた。そして、
この組成となるように、酸化チタン、炭酸バリウム、炭
酸カルシウム、亜鉛華、シリカをそれぞれ秤量し１３５
０℃で溶融しガラス化した。そして、上記実施の形態と
同じ成形方法で作成した３８μｍ以上７５μｍ未満のガ
ラス微粉末２を用いて、予備加熱の温度を変化させた製
造方法と予備加熱を行わない製造方法で製造したガラス
ビーズ４を１０００個取り出し、その中の失透不良、異
形状不良及び気泡不良の含有数を表１に示した。なお、
表中の比較例１は従来の方法で、ガラス組成、ガラス微
粉末２の成形方法及び使用するガラス微粉末２の篩分範
囲の同じものを用いて、ガラスビーズ４を成形したとき
の結果を表したものである。比較例２は、加熱成形ゾー
ン３のバーナ５を酸素−ＬＰＧとして加熱成形ゾーン３
内の雰囲気温度を１５０℃〜２５０℃程度高くした場合
の例である。

【００２４】

【表１】

【００２５】この表１から、比較例１のガラスビーズ４
では、失透不良が１６１個、異形状不良が１７個となっ
ていた。この失透不良の結果は、所望粒径のガラス微粉
末２を２５℃の常温の空気で加熱成形ゾーン３に吹き込
んでいるために、所望粒径のガラス微粉末２が加熱成形
ゾーン３内で完全に溶融する温度まで上昇できず、ガラ
ス微粉末２に結晶が析出し失透ビーズが発生したからで
ある。また、異形状不良の結果は、ガラス微粉末２が完
全に溶融しても表面張力で球状になるまでの流動性を得
ることができないものが発生したからである。比較例２
のガラスビーズ４では、比較例１に比べガラス微粉末２
が十分溶融し失透不良が低下しているが、加熱成形ゾー
ン３の雰囲気が高い温度で保持されているので、複数の
ガラス微粉末２が溶着したものが発生し、異形状不良は
増加している。また、加熱成形ゾーン３の雰囲気が高い
温度で保持されているため、ガラス微粉末２の内部の温
度が上昇し、ガラス微粉末２内部で揮発した成分が発泡
し、そのまま冷却され泡として残留し気泡不良となって
いた。

【００２６】一方、本発明の実施例では、予備加熱空気
温度が１００℃〜１０００℃までの実施例が、従来の方
法で成形した比較例１よりも失透不良数及び異形状不良
数が少なく予備加熱することの効果を確認することがで
きた。しかし、予備加熱空気温度を１２００℃まで高温
にしてしまうと、所望粒径のガラス微粉末２が加熱成形
ゾーン３に吹き込まれる前に溶融してしまうものが発生
するので、加熱成形ゾーン３にガラス微粉末２を吹き込
むノズル６中にガラス微粉末２が付着してしまい、ガラ
スビーズ４の成形を行うことができなかった。したがっ
て、ガラス微粉末２の粒径が３８μｍ以上７５μｍ未満
のものは、予備加熱のための空気温度は１００℃〜１０
００℃が好ましい。より好ましくは、４００℃〜１００
０℃である。

【００２７】（実施例２）この実施例２は上記した実施
の形態２の実施例である。

【００２８】この実施例では、上記実施の形態と同じ組
成でかつ同じ成形方法で作成した３８μｍ未満の粒径の
ガラス微粉末２を造粒しガラスビーズ４化したものと上
記実施例１で用いた比較例１とを比較した。そして、表
２には成形したガラスビーズ４の失透不良数及び異形状
不良数を示した。なお、実施例２−１は３８μｍ未満の
粒径のガラス微粉末２とイオン交換水とをボールミルで
スラリー状としスプレードライヤーを用いて、５５μｍ
を目標として造粒したものであり、実施例２−２は３８
μｍ未満の粒径のガラス微粉末２とイオン交換水とを超
音波洗浄器を用いてスラリー状とし、スプレードライヤ
ーを用いて、５５μｍを目標として造粒したものであ
る。ここで、粉砕時にイオン交換水を用いたのは、水道
水に比べ不純物が少なくガラス組成への影響を少なくす
るためである。また、この実施例２では造粒目標を５５
μｍとしたが、これは成形するガラスビーズ４の粒径範
囲を３８μｍ以上７５μｍ未満としたためであるので、
成形するガラスビーズ４の粒径範囲によって、造粒する
大きさは変動させることができる。

【００２９】なお、ビーズ化率とは、投入したガラス微
粉末２がどれくらい３８μｍ以上７５μｍ未満の粒径範
囲内のガラスビーズ４に成形されたかを表したものであ
る。

【００３０】

【表２】

【００３１】この表２から、実施例２−１及び２−２の
ガラスビーズ４は、比較例１で成形したガラスビーズ４
の失透不良数や異形状不良数とほぼ同等のものを得るこ
とができた。また、ビーズ化率についても比較例１では
６３．５％でり、実施例２−１及び２−２では６５．７
％及び６３．２％となっており従来とほぼ同等のものを
得ることができた。

【００３２】なお、この実施例２ではガラス微粉末２と
イオン交換水とを混合しスラリー状としたが、不純物を
含まない純水やガラス成分の溶出が少ないアルコールを
用いてスラリー状としてもよい。

【００３３】（実施例３）この実施例３は上記した実施
の形態３の実施例である。

【００３４】この実施例では、上記実施の形態と同じ組
成でかつ同じ成形方法で作成した３８μｍ未満の粒径の
ガラス微粉末２とニトロセルロースと酢酸ブチルを混合
し、スプレードライヤーを用いて５５μｍを目標として
造粒し、実施例１と同様に予備加熱空気温度を変えてガ
ラスビーズ４を成形したものである。そして、表３には
予備加熱空気温度ごとでかつ、成形したガラスビーズ４
の粒径別に失透不良数、異形状不良数及びガラスビーズ
４中のバインダ有無を示した。なお、サンプル数は粒径
別ごとに５００個である。

【００３５】この実施例では比較例を掲載していない
が、上記実施例１の比較例１が、予備加熱を行わずガラ
スビーズ４を成形しているので、この比較例１が本実施
例３の比較例となる。また、バインダの有無とは製造さ
れたガラスビーズ４を分析した結果、バインダ成分が含
まれているか否かで判断した。

【００３６】

【表３】

【００３７】この表３から予備加熱空気温度が１００℃
では成形したガラスビーズ４の６３μｍ以上７５μｍ未
満の粒径のものにバインダの成分が混入していたが、予
備加熱空気温度が２００℃以上ではバインダ成分が混入
しなくなった。しかし、予備加熱空気温度が６００℃で
は６３μｍ〜７５μｍの粒径範囲のガラスビーズ４を成
形することはできなかった。これは、造粒したガラス微
粉末２を加熱成形ゾーン３に吹き出すまでに、造粒に関
与していたバインダの一部が蒸発してしまい造粒した粒
が小さくなってしまうからである。したがって、ニトロ
セルロースと酢酸ブチルとの混合物を用いてガラス微粉
末２を造粒した場合は、予備加熱温度を２００℃〜６０
０℃とすることが望ましい。

【００３８】また、表４にはこの実施例で用いたもの以
外のバインダと溶剤の組み合わせを用いたときの予備加
熱空気温度の範囲を示す。なお、表４には一つのバイン
ダに対し複数の溶剤が示されているが、この溶剤は個々
にバインダと混合しガラス微粉末２の造粒に用いるもの
である。

【００３９】

【表４】 以上の実施例では、ガラス微粉末２の予備加熱に電気抵
抗式ヒータで加熱した空気を用いていたが、ガラス微粉
末２の予備加熱の手段はこれに限定されることなく以下
に示す予備加熱手段を用いることもできる。この予備加
熱手段は、ガラス微粉末２を加熱成形ゾーン３へ吹き込
むためのノズル６を加熱することによって、ガラス微粉
末２の予備加熱を行うものである。このノズル６の加熱
は、その外周に設置した電気抵抗式ヒータによって行わ
れる。

【００４１】また、実施例１、２又は実施例１、３をガ
ラスビーズ４の成形に併用した場合、ビーズ化率は７０
％〜８０％となり、実施例２で示した比較例３のビーズ
化率６３．５％よりも優れたビーズ化率が得られた。

【００４２】

【発明の効果】請求項１に対応する発明は、ガラス微粉
末を予備加熱するようにし、かつ加熱成形ゾーン内で溶
融する温度まで加熱することができるので、成形された
ガラスビーズ中に失透したものや、異形状のものの含有
率を低減することができる。また、加熱成形ゾーン内の
雰囲気温度を必要以上に上昇させなくてもよくなるの
で、成形されたガラスビーズ中に気泡の発生を防ぐこと
ができる。

【００４３】請求項２に対応する発明は、ガラス微粉末
を加熱成形ゾーンに吹き込む空気を加熱することで予備
加熱を行うことにより、ガラス微粉末を加熱成形ゾーン
へ吹き込む過程で簡単にガラス微粉末を予備加熱するこ
とができる。

【００４４】請求項３に対応する発明は、ガラス微粉末
を加熱成形ゾーンへ吹き込む際に加熱された雰囲気を通
過させることで予備加熱を行うことにより、ガラス微粉
末を加熱成形ゾーンへ吹き込む過程で簡単にガラス微粉
末を予備加熱することができる。

【００４５】請求項４に対応する発明は、ガラス微粉末
を造粒してガラスビーズを成形していることにより、所
望粒径よりも細かく粉砕されたガラス微粉末をガラスビ
ーズ成形用に使用することができるので、ビーズ化率を
向上させることができる。

【００４６】請求項５に対応する発明は、イオン交換水
や純水を用いてガラス微粉末をスラリー状とすることに
より、造粒物中にガラス成分以外の不純物の混入を防ぐ
ことができるので、造粒しないものと替わらない機能を
有するガラスビーズを成形することができる。

【００４７】請求項６に対応する発明は、造粒物を予備
加熱するようにし加熱成形ゾーン内で溶融する温度まで
加熱することができるので、成形されたガラスビーズ中
に失透したものや、異形状のものの含有率を低減するこ
とができる。また、加熱成形ゾーン内の雰囲気温度を必
要以上に上昇させなくてもよくなるので、成形されたガ
ラスビーズ中に気泡の発生を防ぐことができる。さら
に、所望粒径以下のガラス微粉末をもガラスビーズ化す
ることができるので、ビーズ化率を向上させることがで
きる。請求項７に対応する発明は、蒸発性を有するバイ
ンダ及び溶剤が加熱成形ゾーン内までに蒸発することに
より、成形されるガラスビーズの組成中に不純物の混入
を防ぐことができるので、造粒しないものと替わらない
機能を有するガラスビーズを成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造方法を用いたガラスビ
ーズ製造装置の概念図である。

【符号の説明】

１…粉砕機 ２…ガラス微粉末 ３…加熱成形ゾーン
４…ガラスビーズ ５…バーナ ６…ノズル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス微粉末を空気とともに加熱成形ゾ
   ーンに吹き込むことにより前記ガラス微粉末を球状化す
   るガラスビーズ製造方法において、前記ガラス微粉末を
   予備加熱後加熱成形ゾーンに吹き込むことを特徴とする
   ガラスビーズの製造方法。
2. 【請求項２】 前記ガラス微粉末を前記加熱成形ゾーン
   に吹き込む空気を加熱することで前記予備加熱を行うこ
   とを特徴とする請求項１記載のガラスビーズ製造方法。
3. 【請求項３】 前記ガラス微粉末を前記加熱成形ゾーン
   へ吹き込む際に加熱された雰囲気を通過させることで前
   記予備加熱を行うことを特徴とする請求項１記載のガラ
   スビーズ製造方法。
4. 【請求項４】 ガラス微粉末を空気とともに加熱成形ゾ
   ーンに吹き込むことにより前記ガラス微粉末を球状化す
   るガラスビーズ製造方法において、前記ガラス微粉末を
   スラリー状とし所望とする大きさに造粒し、加熱成形ゾ
   ーンに吹き込むことを特徴とするガラスビーズの製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記ガラス微粉末をイオン交換水、純水
   のいずれか一方でスラリー状とすることを特徴とする請
   求項４記載のガラスビーズの製造方法。
6. 【請求項６】 ガラス微粉末を空気とともに加熱成形ゾ
   ーンに吹き込むことにより前記ガラス微粉末を球状化す
   るガラスビーズ製造方法において、前記ガラス微粉末を
   スラリー状とし所望とする大きさに造粒し、この造粒物
   を予備加熱後加熱成形ゾーンに吹き込むことを特徴とす
   るガラスビーズの製造方法。
7. 【請求項７】 前記ガラス微粉末を前記加熱成形ゾーン
   内までに蒸発する蒸発性を有するバインダ及び溶剤を用
   いてスラリー状とすることを特徴とする請求項６記載の
   ガラスビーズの製造方法。