JP2015129061A - Production method of glass material and production apparatus of glass material - Google Patents
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Abstract
【課題】無容器浮遊法により均質なガラス材を製造し得る方法を提供する。【解決手段】浮遊させたガラス原料塊12に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。レーザー光のスポット径を、ガラス原料塊12の直径の0.2〜1.2倍とする。【選択図】図1A method for producing a homogeneous glass material by a containerless floating method is provided. A glass material lump 12 is heated to melt a glass material lump 12 by irradiating the suspended glass material lump 12 with laser light to obtain a molten glass, and then the molten glass is cooled to obtain a glass material. The spot diameter of the laser beam is set to 0.2 to 1.2 times the diameter of the glass raw material block 12. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、ガラス材の製造方法及びガラス材の製造装置に関する。 The present invention relates to a glass material manufacturing method and a glass material manufacturing apparatus.
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集光させ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, in Patent Document 1, a laser beam is focused on a raw material lump containing a metal oxide such as Al 2 O 3 , La 2 O 3 , and ZrO 2 suspended in a gas floating furnace, and then cooled by cooling. The method of vitrification by doing 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に記載の無容器浮遊法では、均質なガラス材が得られない場合があるという問題がある。 The containerless floating method described in Patent Document 1 has a problem that a homogeneous glass material may not be obtained.
本発明の主な目的は、無容器浮遊法により均質な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 producing a homogeneous glass material by a containerless floating method.
本発明に係るガラス材の製造方法は、浮遊させた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、レーザー光のスポット径を、ガラス原料塊の直径の0.2〜1.2倍とする。 The method for producing a glass material according to the present invention comprises irradiating a suspended glass raw material lump with laser light to heat and melt the glass raw material lump to obtain molten glass, and then cooling the molten glass to obtain the glass material. It is the manufacturing method of the glass material to obtain. In the manufacturing method of the glass material which concerns on this invention, the spot diameter of a laser beam shall be 0.2 to 1.2 times the diameter of a glass raw material lump.
本発明に係るガラス材の製造方法では、レーザー光のスポットの全体がガラス原料塊の表面に位置するようにレーザー光を照射することが好ましい。 In the manufacturing method of the glass material which concerns on this invention, it is preferable to irradiate a laser beam so that the whole spot of a laser beam may be located in the surface of a glass raw material lump.
本発明に係るガラス材の製造装置は、浮遊させた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装置である。本発明に係るガラス材の製造装置は、レーザー光を照射するレーザー光照射装置を備える。レーザー光照射装置は、スポット径の大きさがガラス原料塊の直径の0.2〜1.2倍であるレーザー光を照射する。 The apparatus for producing a glass material according to the present invention is to irradiate a suspended glass raw material lump with laser light to heat and melt the glass raw material lump to obtain molten glass, and then cool the molten glass to obtain the glass material. It is the manufacturing apparatus of the glass material to obtain. The glass material manufacturing apparatus according to the present invention includes a laser beam irradiation apparatus that irradiates a laser beam. The laser beam irradiation apparatus irradiates a laser beam whose spot diameter is 0.2 to 1.2 times the diameter of the glass raw material block.
本発明によれば、無容器浮遊法により均質な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 homogeneous glass material 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。その場合、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は、例えば、ガラス材の原料粉末をプレス成形等により一体化したものであってもよい。ガラス原料塊12は、例えば、ガラス材の原料粉末をプレス成形等により一体化した後に焼結させた焼結体であってもよい。また、ガラス原料塊12は、例えば、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体であってもよい。
When manufacturing a glass material using the manufacturing apparatus 1, first, the glass
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。
The shape of 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
通常、レーザー光を照射することによりガラス原料塊を加熱する場合は、特許文献1にも記載されているように、高い加熱効率を得るために、レーザー光をガラス原料塊の表面の一点に集光させる。しかしながら、本発明者等は、鋭意研究した結果、レーザー光をガラス原料塊の表面の一点に集光させた場合、均質なガラス材が得難いことを見出した。その理由としては、定かではないが、レーザー光をガラス原料塊の表面の一点に集光させた場合、レーザーが集光した部分の温度が高くなりすぎ、アブレーション等が生じた結果、ガラス材中に結晶や脈理が生じることが考えられる。 Usually, when heating a glass raw material lump by irradiating a laser beam, as described in Patent Document 1, in order to obtain high heating efficiency, the laser light is collected at one point on the surface of the glass raw material lump. Light up. However, as a result of intensive studies, the present inventors have found that it is difficult to obtain a homogeneous glass material when the laser beam is focused on one point on the surface of the glass raw material block. The reason for this is not clear, but when the laser light is focused on one point on the surface of the glass raw material lump, the temperature of the part where the laser is focused becomes too high, resulting in ablation, etc. It is thought that crystals and striae occur in
そこで、本実施形態では、レーザー光のスポット径を、ガラス原料塊12の直径の0.2〜1.2倍としている。このように、あえてレーザー光をガラス原料塊12の表面の一点に集光させずに、レーザー光のガラス原料塊12の表面におけるスポット径を大きくすることにより、アブレーション等を抑制できる。従って、均質なガラス材を製造し得る。
Therefore, in this embodiment, the spot diameter of the laser light is set to 0.2 to 1.2 times the diameter of the glass
より均質なガラス材を得る観点からは、レーザー光のスポット径は、ガラス原料塊12の直径の0.4〜1.1倍であることが好ましく、0.5〜1倍であることがより好ましい。
From the viewpoint of obtaining a more homogeneous glass material, the spot diameter of the laser light is preferably 0.4 to 1.1 times the diameter of the glass
なお、ガラス原料塊12の平面視形状が円形である必要は必ずしもない。ガラス原料塊12の平面視形状が円形でない場合は、ガラス原料塊12の直径は、ガラス原料塊12の平均等価直径となる。
In addition, the planar view shape of the glass
レーザー光のスポットの全体がガラス原料塊12に位置するように、レーザー光を照射することが好ましい。そうすることにより、レーザー光が成形型10に照射され、成形型10の温度が上昇することを抑制することができる。成形型10の温度が低く保たれるため、冷却工程における溶融ガラスの冷却速度を高めることができる。従って、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をより好適に製造し得る。
It is preferable to irradiate the laser beam so that the entire spot of the laser beam is positioned on the glass
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、レーザー光のスポット径を上記の通り規制することにより、均質なガラス材を安定して製造し得る。
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 (3)
前記レーザー光のスポット径を、前記ガラス原料塊の直径の0.2〜1.2倍とする、ガラス材の製造方法。 A glass material manufacturing method for obtaining a glass material by cooling the molten glass after obtaining the molten glass by heating and melting the glass material lump by irradiating laser light to the suspended glass material lump, ,
A method for producing a glass material, wherein a spot diameter of the laser beam is 0.2 to 1.2 times a diameter of the glass raw material lump.
前記レーザー光を照射するレーザー光照射装置を備え、
前記レーザー光照射装置は、スポット径の大きさが前記ガラス原料塊の直径の0.2〜1.2倍であるレーザー光を照射する、ガラス材の製造装置。 A glass material manufacturing apparatus for obtaining a glass material by cooling the molten glass after obtaining the molten glass by heating and melting the glass material mass by irradiating laser light to the suspended glass material mass. ,
Comprising a laser beam irradiation device for irradiating the laser beam;
The said laser beam irradiation apparatus is a manufacturing apparatus of the glass material which irradiates the laser beam whose magnitude | size of a spot diameter is 0.2 to 1.2 times the diameter of the said glass raw material lump.
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