JP6179309B2 - Manufacturing method of glass material - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a glass material.
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Al2O3、La2O3、ZrO2等の金属酸化物を含む原料塊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、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, Patent Document 1 discloses that a raw material lump containing a metal oxide such as Al 2 O 3 , La 2 O 3 , ZrO 2 or the like suspended in a gas floating furnace is irradiated with a laser beam, heated and melted, and then cooled. Thus, a method for vitrification is described. Thus, in the containerless floating method, since the progress of crystallization due to contact with the wall surface of the container can be suppressed, even a material that could not be vitrified by a conventional manufacturing method using a container. It may be vitrified. Therefore, the containerless floating method is a method that should be noted as a method capable of producing a glass material having a novel composition.
特許文献1には、ガラス原料塊の作製方法として以下の方法が記載されている。金属酸化物等のガラス原料を所望の比率で調合して得られた原料バッチにエタノールを加えてさらに混合してから、焼成を行う。焼成後のガラス原料を乳鉢ですりつぶし、エタノールを加えて粘度を調製してからプレスすることにより、円板状のガラス原料塊を得る。 Patent Document 1 describes the following method as a method for producing a glass raw material lump. Baking is performed after adding ethanol to a raw material batch obtained by mixing glass raw materials such as metal oxides in a desired ratio and further mixing them. The glass material after firing is ground in a mortar, and ethanol is added to adjust the viscosity, followed by pressing to obtain a disk-shaped glass material lump.
特許文献1に記載の方法で製造されたガラス原料塊を用いた場合、ガラス原料塊が好適に溶融されず、ガラス材の製造が困難となる場合がある。 When the glass raw material lump manufactured by the method described in Patent Document 1 is used, the glass raw material lump is not suitably melted, and it may be difficult to manufacture the glass material.
本発明の主な目的は、無容器浮遊法により好適に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 suitably producing a glass material by a containerless floating method.
本発明に係るガラス材の製造方法は、ガラス原料塊を作製し、浮遊させた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ラス材の製造方法である。本発明に係るガラス材の製造方法では、ガラス原料塊を作製する工程は、溶融工程と、冷却工程とを備える。溶融工程では原料バッチを溶融する。冷却工程では、原料バッチの溶融物を冷却する。 The method for producing a glass material according to the present invention is a method of producing a glass material lump, and after obtaining a molten glass by heating and melting the suspended glass material lump, the glass material is obtained by cooling the molten glass. It is a manufacturing method. In the manufacturing method of the glass material which concerns on this invention, the process of producing a glass raw material lump is provided with a melting process and a cooling process. In the melting process, the raw material batch is melted. In the cooling step, the melt of the raw material batch is cooled.
本発明に係るガラス材の製造方法では、原料バッチの溶融物を冷却して、結晶の塊を作製し、その結晶の塊をガラス原料塊として用いてもよい。この際、結晶の塊を、所望の大きさとなるよう粉砕または切断した後にガラス原料塊として用いることが好ましい。 In the method for producing a glass material according to the present invention, the melt of the raw material batch may be cooled to produce a crystal lump, and the crystal lump may be used as the glass raw material lump. At this time, it is preferable that the crystal lump is used as a glass raw material lump after being crushed or cut to a desired size.
本発明に係るガラス材の製造方法では、結晶の塊を粉砕した後にプレスすることによりペレットを作製し、ペレットをガラス原料塊として用いてもよい。 In the method for producing a glass material according to the present invention, the crystal lump may be crushed and then pressed to produce a pellet, and the pellet may be used as a glass raw material lump.
本発明に係るガラス材の製造方法では、原料バッチの溶融物を冷却することによりガラスを作製し、ガラスを粉砕した後にプレスすることによりペレットを作製し、ペレットをガラス原料塊として用いてもよい。 In the method for producing a glass material according to the present invention, a glass is produced by cooling a melt of a raw material batch, and a pellet is produced by pressing after pulverizing the glass, and the pellet may be used as a glass raw material lump. .
本発明に係るガラス材の製造方法では、ガラス原料塊にレーザー光を照射することによりガラス原料塊を加熱融解させてもよい。 In the manufacturing method of the glass material which concerns on this invention, you may heat-melt a glass raw material lump by irradiating a laser beam to a glass raw material lump.
本発明によれば、無容器浮遊法により好適に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 a glass material suitably by a 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 material manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the glass material manufacturing apparatus 1 includes a
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。この場合、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。
When manufacturing a glass material using the manufacturing apparatus 1, first, 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、レーザー光照射装置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、レーザー光を照射することによりガラス原料塊12を加熱融解させる例について説明する。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、雰囲気加熱等によりガラス原料塊を加熱融解させてもよい。
In the present embodiment, an example in which the glass
ところで、ガラス原料塊は、一般的には、原料バッチをプレス成形したタブレットの焼結体により構成されている。しかしながら、本発明者は、鋭意研究の結果、原料バッチをプレス成形したタブレットの焼結体によりガラス原料塊を構成した場合は、ガラス原料塊の融解が部分的に進行するなどして、ガラス原料塊が好適に融解しない場合があることを見出した。特に、レーザー光の照射によりガラス原料塊を局所的に加熱して融解させようとする場合は、ガラス原料塊が局所的に融解しやすく、またアブレーションも生じやすいため、ガラス原料塊が好適に融解しない場合が多い。本発明者らは、その一因が、原料のままの粉体があると融解に要するエネルギーが高いこと、また、気孔率が高く、熱伝導率が低いため、ガラス原料塊が部分的に加熱され、一部が融解する温度にまで加熱されにくくなることにあることを見出した。 By the way, the glass raw material lump is generally constituted by a sintered body of a tablet obtained by press-molding a raw material batch. However, as a result of diligent research, the present inventor has found that when the glass raw material block is composed of a sintered body of a tablet obtained by press-molding the raw material batch, the glass raw material block partially melts, etc. It has been found that the mass may not melt properly. In particular, when a glass raw material lump is locally heated and melted by laser light irradiation, the glass raw material lump is easily melted locally and ablation is likely to occur. Often not. One reason for this is that if there is powder as raw material, the energy required for melting is high, and since the porosity and the thermal conductivity are low, the glass raw material lump is partially heated. And found that it is difficult to be heated to a temperature at which a part is melted.
そこで、本実施形態では、原料バッチを一旦溶融する(溶融工程)。その後、溶融工程で得られた溶融物を冷却してガラス原料塊12を作製している(冷却工程)。このようにすることにより、ガラス原料塊12の融解に要するエネルギーを小さくすることができる。また、ガラス原料塊12の密度を高めることにより、熱伝導率を高め得る。従って、ガラス原料塊12が部分的に融解することを抑制でき、ガラス原料塊12の全体を好適に加熱融解させることができる。従って、ガラス材を好適に製造し得る。なお、原料バッチの溶融は、例えば、坩堝等の容器を用いて行うことができる。
Therefore, in the present embodiment, the raw material batch is once melted (melting step). Thereafter, the melt obtained in the melting step is cooled to produce a glass raw material block 12 (cooling step). By doing in this way, the energy required for melting | dissolving the glass
例えば、原料バッチの溶融物を冷却して、結晶の塊を作製し、その結晶の塊をガラス原料塊12として用いてもよい。この場合、ガラス原料塊12の密度が高く、熱伝導率が高いため、ガラス原料塊12の全体をより好適に加熱溶融させることができる。この際、結晶の塊を、所望の大きさとなるよう粉砕または切断した後にガラス原料塊12として用いることが好ましい。
For example, the melt of the raw material batch may be cooled to produce a crystal lump, and the crystal lump may be used as the glass
なお、結晶の塊を粉砕した後にプレスすることにより作製したペレットをガラス原料塊12として用いてもよい。この場合であっても、ガラス原料塊12の融解に要するエネルギーが低いため、ガラス原料塊12の全体を好適に融解させることができる。
Note that pellets produced by pressing after crushing the crystal lump may be used as the glass
例えば、原料バッチの溶融物を冷却することによりガラスを作製し、ガラスを粉砕した後にプレスすることにより作製したペレットをガラス原料塊12として用いてもよい。この場合であっても、ガラス原料塊12の融解に要するエネルギーが低いため、ガラス原料塊12の全体を好適に融解させることができる。
For example, a glass produced by cooling a melt of a raw material batch, and pellets produced by pressing after pulverizing the glass may be used as the glass
なお、ガラスの作製は、例えば、溶融ガラスを一対の金属ローラー間を通過させたり、水中に投入したりすることにより急冷する急冷法等により行うことができる。 In addition, preparation of glass can be performed by the rapid cooling method etc. which cool rapidly by passing molten glass between a pair of metal rollers, or throwing it into water, for example.
本発明において、原料バッチとは、例えば、金属酸化物粉末等のガラスの原料となる粉末を、所望のガラス組成が得られるように調合した後に混合することにより得られた粉末のことをいう。 In the present invention, the raw material batch refers to a powder obtained by, for example, preparing a glass raw material such as a metal oxide powder after mixing so that a desired glass composition can be obtained.
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
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、ガラス材を好適に製造し得る。
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:レーザー光照射装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2: Glass material manufacturing apparatus 10:
Claims (7)
前記ガラス原料塊を作製する工程が、
原料バッチを溶融用容器を用いて溶融する溶融工程と、
前記原料バッチの溶融物を冷却する冷却工程と、
を備え、
前記ガラス原料塊が原料のままの粉体を含まないように前記溶融工程を行う、ガラス材の製造方法。 A glass raw material lump is produced, and after the molten glass raw material lump is heated and melted to obtain a molten glass, a glass material production method for obtaining a glass material by cooling the molten glass,
The step of producing the glass raw material lump includes
A melting step of melting a raw material batch using a melting container;
A cooling step for cooling the melt of the raw material batch;
Equipped with a,
The manufacturing method of the glass material which performs the said fusion | melting process so that the said glass raw material lump does not contain the powder as a raw material .
前記ガラスを粉砕した後にプレスすることによりペレットを作製し、前記ペレットを前記ガラス原料塊として用いる、請求項1又は2に記載のガラス材の製造方法。 Producing glass by cooling the melt of the raw material batch,
The manufacturing method of the glass material of Claim 1 or 2 which produces a pellet by pressing after grind | pulverizing the said glass, and uses the said pellet as the said glass raw material lump.
The manufacturing method of the glass material as described in any one of Claims 1-6 which heat-melts the said glass raw material lump by irradiating a laser beam to the said glass raw material lump.
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