JPS62212236A - ガラスの製造法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は二酸化珪素を原料とし、真空溶融法によってガ
ラスを製造する方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に工業製品と、してのガラスは、所定の割合で調合
された原料粉末をルツボあるいはタンク窯などで液相温
度以上に加熱し、均一な溶液状態としたものを冷却する
ことによって製造される。その際、原料粉末に吸着して
いるガス、反応時に発生するガスにより融液中に生じた
気泡は、融液の温度を充分に上げて融液の粘度を下げ、
表面に浮上させて除去する等の手段により透明化するの
が円通である。

しかし、二酸化珪素を原料としてガラスを製造する場合
は、高粘性であること、融点が高いためルツボ、炉の耐
火物などの制約が脱泡に有効な温度まで上げることがで
きないこと、温度を上げすぎると、原料自身の揮発、原
料とルツボなどとの反応によりガスが発生し、逆に気泡
が生ずるなどのことから上記方法は採用できない。この
ようなことから二酸化珪素を原料として透明な石英ガラ
スを得るには、一般に ■　二酸化珪素粉をアルゴン−酸素、プラズマ炎あるい
は酸水素炎中に少しづつ供給して溶融してガラス化し、
これを台の上に堆積させてゆく方法。このとき発生する
ガスは表面から放散される。（ベルヌーイ法） ■　二酸化珪素の微粉子からなる多孔体を作っておき、
それを一端から帯状に溶かしてガラス化してゆく方法。

発生ガスは、未溶融の多孔体を通って逃げてゆく。（常
溶融法）■　粒径１００即程度に調整された水晶粉をル
ツボに入れ真空加熱炉で溶融しガラス化させる方法で発
生ガスは強制的に除去する。（真空溶融法） のいずれかによっている。

しかし■、■の方法はいずれも一個のガラスブロックを
製造するのに極めて長時間を要し生産性の悪いことは周
知であるし、殊にベルヌーイ法の場合、原料効率が３０
〜４０％と穫めて悪い。又、アルゴン−酸素プラズマ炎
を熱源とした場合は、残存−〇Ｈ基が少なく、かつ比較
的泡も少ないガラスを１７られるがエネルギーコストが
高くなり、エネルギーコストの安い酸水素炎を用いた場
合は残存−０１−１ｂｔの多い製品しか得られない問題
点がある。しかも製造可能なインゴットの形状は丸くか
つ細いものに限られるから、以後の処理工程に難点があ
る。

次に■の真空溶融法によると、残存−〇Ｈ基が少なく、
高温における粘性も高い等の特徴をもち、比較的大型の
インゴットが得られるが、原料粉をルツボ答容器に充填
したものを溶融し、ガラス化するため脱ガスに難点があ
り、しかも容器との接触による反応ガス発生等のことか
ら比較的泡が多く高品質のものは得られない。又、水晶
粉を使用するため、資源枯渇による原料供給上の難点も
ある。

以上のことに鑑み、本出願人は、高品質な透明又は機能
性をｂつガラスを安価なコスＩ〜で容易に製造できる方
法を開発した。これは、二酸化珪素粉を適宜な容器に充
填し、アルカリ金属成分等の相転移促進剤の存在下加熱
して融点直下の結晶相に統一した連続気孔をもつ多孔体
に成型した後、真空化溶融してガラス化することを特徴
とするものである（特願昭５９−１８１５８６号、特願
昭５９−１８１５８７号、特願昭５９−１８１５８８号
、特願昭６０−１７０６６３号、特願昭６０−１７０６
６４号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明に係るガラスの製造法は、上記したように二酸化
珪素粉を加熱処理してクリストバライト結晶相の成型体
とする工程と、該成型体を真空下加熱溶融してガラス化
する工程とからなるものである。

ところで周知のように結晶質二酸化珪素は加熱過程にお
いて加熱される温度により低温域の石英相から１〜リジ
マイト相、クリストバライト相へと相転移が行なわれる
。この相転移は、二酸化珪素単独では起り難く、Ｌ　ｉ
２０．Ｎａ２ｏ、に２０゜ＭＱＯ，ｃａｏ、Ｐ２０Ｓ　
、８２０３等の金属成分を相転移促進剤として用いると
有効なことは知られている。一方非晶質二酸化珪素も単
独では直接溶解してしまうので、クリストバライト相に
結晶化するためには、上記のような全屈添加物を必要と
する。従って、本発明方法においても二酸化珪素粉をク
リストバライト結晶相とする過程で前記金属成分が利用
されるが、前記従来技術の説明からも容易に理解される
ように一般にガラスの製造法においては、原料中に上記
の如き金属成分が含まれることは、水分簀と同様最終製
品の純度低下をもたらす要因となり好ましくない。即ち
、従来のガラス製造法においては、純度の高い石英ガラ
スを得ることと、原料中に不純物を添加する、あるいは
不純物を含む原料を採用することとは相反する関係にあ
る。

このようなことから二酸化珪素に相転移促進剤を添加さ
せる、もしくは相転移に有効な成分を含有した二酸化珪
素を選択して原料とする本発明に係るガラス製造法は従
来概念にない製造方法であるが、この方法によって従来
法に比し容易に高品質のガラスが得られる所以は、クリ
ストバライト結晶相の焼結成型体がもつ特性が真空溶融
法の採用と相俟って多くの効果をもたらすことにある。

即ち、クリストバライト結晶相の焼結体は、周知のよう
に融点が一意的なものであるから該融点直下の湿度まで
加熱し、かつ脱気処理ができること、およびクリストバ
ライト結晶相の焼結体は連続量気孔をもつ多孔体である
こと等により脱気が充分にしかも容易に行なえることに
よる。従って融点以下の温度で容易に分解し、離脱排気
されるＮａ等の金属成分を相転移促進剤として採用すれ
ば、不純物（相転移促進剤を含めて）のほぼ完全に除去
された透明な石英ガラスが得られるし、当該融点で分解
除去しない促進剤を選択すれば該促進剤のみが含有され
、他の不純物が除去された機能性ガラスを得ることがで
きる。

本発明に係るガラスの製造法は、相転移促進剤を利用し
た結晶化工程と、真空溶融法によるガラス化工程とを有
機的に組合せることにより、生産性よく、高品質のガラ
スインゴットが得られるが所望形状のガラスインゴット
を得るには難点があった。これは、所望形状例えば板状
、１ＦＩｌ状のガラスインゴットを得る場合、所望形状
の焼結成型体を生産性よく、かつ満足できるものが￥ｌ
Ｊ造し難い要素をもつからである。

本発明はこのようなことから、結晶化工程と真空溶融工
程とをもつガラスの製造法において、容易にかつ高品質
の所望形状をもったガラスインゴットをＩ！Ｊ造するこ
とを目的とするものである。

（問題点を解決するための手１’Ｕ） 本発明は上記問題点を解決するため、第１発明は、相転
移促進剤を含む二酸化珪素粉を容器に充填して加熱する
ことによりクリストバライト結晶相をもつ焼結体とした
侵、該焼結体を所望形状に加工成型した上、該所望形状
に対応した容器に収容し、ついで真空下加熱溶融してガ
ラス化させることを特徴とし、第２発明は、相転移促進
剤を含む二酸化珪素粉を加熱してクリストバライト結晶
相をもつ焼結物とした後、該焼結物を再粉化した上、所
望容器に充填し、ついで真空下加熱溶融してガラス化さ
せることを特徴とするものである。

上記した本発明に係るガラスの製造法において、所望形
状のガラスインゴット例えば板状、コツプ状のものが要
求された場合結晶化工程において所望形状の焼結体が得
られることの望ましいことは自明である。しかし乍ら、
結晶化工程によって焼結体を得ることは以侵のガラス化
工程と無縁ではなく有機的なものであり多くの条件を満
たすことによって高品質のガラスが得られるため容易で
はない。例えば焼結体が求めらる条件としは、気孔の大
きさが残留ガスを逃がすに充分大きく、融解時の収縮に
対応できる程度に充分小さいこと、あるいは些少のクラ
ックもないこと筈である。従ってこれらの要件をクリヤ
ーするには焼結体を（９る手段が原料粉から出発する関
係上容器に充填して行なうため多くの問題点がある。こ
れは、原料である二酸化珪素粉が嵩密度、熱伝３ｇ率に
共に小さいため熱効率が悪いことも関係するが、均熱化
し難いため、クラックが生じ易く、従って平板状のもの
等は容器と粉体との接触面が大きく厚みがないことより
尚更である。又、コツプ状のものを得る場合も当然中子
が使用されるため前記同様の理由でクランクが生じ易く
なる。

本発明者等は、前記結晶化工程をもつガラスの製造法が
従来方法にない特徴効果をもつことからこれを更に押し
進め所望形状のガラスインゴットを得る手段として得ら
れた焼結体又は焼結物を加工成型又は再粉化した上、所
望形状の容器に収容又は充填してガラス化することを見
出した。これは、単に容器に充填して焼結した場合は、
容易に上記条件を満たした焼結体が得られること、該焼
結体が加工性に優れていることおよび焼結が融点直下の
結晶相に統一され、かつ融点が一意的である等の特徴を
生かすことにより効果をもたらすものである。

以下にそのｌ１ｌｌ要を説明すると、相転移促進剤とし
て例えば重量化で１．ｏｏｏｐｐｍ含右させた二酸化珪
素粉を最ＩＩ　ｊＦＪ品と同一もしくは近似した容器に
充填して加熱する。加熱手段は任意であり、１．１００
℃以上に加熱することによりクリストバライト結晶相を
もち、かつ充填容器に対応した焼結体が得られるから、
これを切断、切削（中ぐりを含む）等加工して所望形状
にととのえる。従って例えば角板状のものが要求される
場合は、角筒状の容器によって処理し、得られた焼結体
をスライスして複数枚の角板とすればよく、又、円筒状
物の場合は、円柱状の焼結物を得た後、中ぐり加工して
得ればよい。この焼結物を所望形状と同−又は近似した
容器に入れ、必要な場合は中子を入れた後、真空下で加
熱溶融することによりガラス化させる。この場合、０．
５１１ｂ以下の真空度で１．７５０℃以上に加熱するこ
とにより、不純成分および添加された相転移促進剤がほ
ぼ完全に除去された高品質なガラスインゴットが得られ
る。

該インゴットは最終製品に同一もしくは近似した形状で
得られるから、以後の加工を省略もしくは著しく省くこ
とができる。

次に本発明では前記目的を焼結物を再粉化し、得られた
粉体を所望形状の容器に充填してガラス化させることに
よっても達成できる。即ち、相転移促進剤を含む二酸化
珪素粉を適宜な加熱手段でクリストバライト結晶相をも
つ焼結物とする。この場合、容器に充填して加熱する必
要はないが、不純物の混入あるいは後処理の関係より容
器に入れて行なうことが好ましい。ついで得られた焼結
物を再粉化して嵩む密［１，１ｇ／ｃ１ｄＰｉ！度の粉
体に調粒した後、所望形状の容器に充填し、必要な場合
は中子を入れた後、前記同様真空下でガラス化させるも
のである。この方法によると、成型された焼結体にＪ−
るよりも品質状に難点があるが作業性がよく、しかもク
ラック等を考慮する必要がない利点がある。

（実施例） 実施例１ Ｎａ成分を重０比１．０００ｐｐｍ含む二酸化珪素粉を
加熱して外径２６５ｍ＋、高さ３９０＃Ｉ１ｍのクリス
トバライト結晶相をもつ焼結体を得た。つぎにこの焼結
体を金鉱で厚み７０Ｉｍでスライスし、外径２６５ａｍ
Ｘ厚さ７０ｍｍの円盤５枚とした上、これを内径２６５
ｆｆｌ１１．高さ７０ｍのグラフフィト製容器に収容し
た後、真空炉へ搬入してガラス化した。これによって外
径２６５＃＋１１１．ＭＩさ３７＃ｌｌ１１゜重さ約４
．４に’ｌのガラス５枚を得た。

実施例２ 実施例１と同様の方法で外径２６５＃１ＩＩ１．高さ３
９０ｍの焼結体を得た後、該焼結体の中央部にドリルに
よって内径５０履の中空部を形成した。ついでこれを内
径２６５ｍ５＋、高さ４００ｍのグラファイト製容器に
収容し、かつ中空部に外径５０ｍのグラファイト製中子
を挿入した後、真空炉でガラス化した。これにより外径
２６５ｍ、内径５０履、高さ２００履１重さ約２４に！
Ｉの円筒上ガラスを得た。

実施例３ Ｎａ成分を重量化で１．００（ｌｏｗ含む二酸化珪素粉
を容器に充填して加熱することによりクリストバライト
結晶相をもつ焼結体とし、ついでこれを破砕して再粉化
し、嵩密度的１．１ｇ／ｃｌの粉体を得た。次にこの粉
体を内寸３００ｍＸ３０Ｏｍで深さ３００ａｉ＊の角状
容器に厚さ２００１１Ｉ１１で均一に充填した。このと
きの充填粉体のｉｌｌは約２０Ｋｇであり、これを真空
炉に入れてガラス化した。これにより３００ｍｍＸ３０
０ｍＸ　１００Ｍでｆｆ１ｆｆｌ約１９に９の板状ガラ
スインゴットを得た。

〔発明の効果〕

本発明に係るガラスの製造法によると、従来のベルヌー
イ法客が避けることのできなかった原料効率の悪さ、も
しくは長いガラス化時間を必要とした生産効率の悪さが
解消でき、しかも格別高価な熱源を必要としないため安
価に生産できる効果をもつが、それが本発明方法により
一層助長され　　。

る。即ち、従来法では最終製品に同一もしくは近似した
ガラスインゴットを容易に得られないか、もしくは品質
的に不満足であったが、本発明方法は、結晶化した焼結
体を得る工程を有効に利用することができるので品質的
に満足できるものが得られる。又、生産効率も焼結体が
加工性に優れている特性をもつため問題とするにたらな
いものである。

次に、クリストバライト結晶相の粉体を利用する方法も
従来単に水晶粉を真空下加熱溶融して直接ガラス化する
方法に比し効果の差は明らかである。即ら、従来法では
ガラス化される過程で部分的に溶融が生じ脱気不十分に
よって不純成分が残存する確立が高くなり、品質的に問
題が生ずるが、本発明方法は融点直下の結晶相に統一さ
れかつポーラスな粉体であり、しかも融点が一意的であ
るから融解迄比較的高渇度で充分脱気可能なため、高品
質のものが得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相転移促進剤を含む二酸化珪素粉を容器に充填する
   ことにより、クスリトバライト結晶相をもつ焼結体とし
   た後、該焼結体を所望形状に加工成型した上、該所望形
   状に対応した容器に収容し、ついで真空下加熱溶融して
   ガラス化させることを特徴とするガラスの製造法。 ２、相転移促進剤を含む二酸化珪素粉を加熱してクリス
   トバライト結晶相を持つ焼結物とした後、該焼結物を再
   粉化した上、所望容器に充填し、ついで真空下加熱溶融
   してガラス化させることを特徴とするガラスの製造法。