玻璃材料的制造方法、玻璃材料的制造装置和玻璃材料与流程

本发明涉及玻璃材料的制造方法、玻璃材料的制造装置和玻璃材料。

背景技术：

近年来，作为玻璃材料的制造方法，进行着有关无容器悬浮法的研究。例如，专利文献1中，记载有对利用气体悬浮炉悬浮的钡钛系铁电体的试样照射激光束来加热熔融之后，进行冷却，由此使钡钛系铁电体的试样玻璃化的方法。如此，无容器悬浮法中，能够抑制因与容器壁面的接触而引起的结晶化的进行，因此，即使是以往通过利用容器的制造方法无法玻璃化的材料，也有能够使其玻璃化的情况。因此，无容器悬浮法作为能够制造具有新型组成的玻璃材料的方法是值得关注的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－248801号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在通过无容器悬浮法制造玻璃材料的情况下，如果熔融玻璃与成型模接触，则发生失透，有时无法制造均质的玻璃材料。

本发明的主要目的在于，提供一种能够通过无容器悬浮法稳定地制造不含结晶的玻璃材料的方法。

用于解决课题的方法

在本发明的玻璃材料的制造方法中，通过从在成型模的成型面开口的气体喷出孔喷出气体，使玻璃原料悬浮并保持在成型面的上方的状态下，将玻璃原料加热熔化而得到熔融玻璃之后，将熔融玻璃冷却，从而得到玻璃材料。玻璃材料具有与成型面对置的第一表面、和位于与成型面相反一侧的第二表面。第一表面包括中央部、和位于中央部的外侧的边缘部。将中央部的曲率半径设为r1、将边缘部的曲率半径设为r2、将第二表面的曲率半径设为r3时，以能够成型满足r2＜r3＜r1的玻璃材料的流速和流量从气体喷出孔喷出气体。

本发明的玻璃材料的制造装置为如下装置：通过从在成型模的成型面开口的气体喷出孔喷出气体，使玻璃原料悬浮并保持在成型面的上方的状态下，将玻璃原料加热熔化而得到熔融玻璃之后，将熔融玻璃冷却，由此制造玻璃材料。玻璃材料具有与成型面对置的第一表面、和位于与成型面相反一侧的第二表面。第一表面包括中央部、和位于中央部的外侧的边缘部。将第一表面的中央部的曲率半径设为r1、边缘部的曲率半径设为r2、第二表面的曲率半径设为r3时，本发明的玻璃材料的制造装置以能够成型满足r2＜r3＜r1的玻璃材料的流速和流量从气体喷出孔喷出气体。

本发明的玻璃材料为由如下操作所制造的玻璃材料：通过从在成型模的成型面开口的气体喷出孔喷出气体，使玻璃原料悬浮并保持在成型面的上方的状态下，将玻璃原料加热熔化而得到熔融玻璃之后，将熔融玻璃冷却，由此制作上述玻璃材料。本发明的玻璃材料具有与成型面对置的第一表面、和位于与成型面相反一侧的第二表面。第一表面包括中央部、和位于中央部的外侧的边缘部。本发明的玻璃材料中，将中央部的曲率半径设为r1、边缘部的曲率半径设为r2、第二表面的曲率半径设为r3时，满足r2＜r3＜r1。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种能够通过无容器悬浮法稳定地制造不含结晶的玻璃材料的方法。

附图说明

图1为第一实施方式的玻璃材料的制造装置的示意截面图。

图2为第一实施方式的成型面的一部分的概略图式俯视图。

图3为第一实施方式的玻璃材料的制造装置的示意截面图。

图4为在第一实施方式中制造的玻璃材料的概略图式截面图。

图5为第二实施方式的玻璃材料的制造装置的示意截面图。

具体实施方式

以下，对实施本发明的优选方式的一例进行说明。但是，下述的实施方式仅为例示。本发明不受下述实施方式任何限定。

另外，在实施方式等中参照的各附图中，对实质上具有相同功能的部件用相同符号进行参照。另外，在实施方式等中所参照的附图是示意性记载的图。附图中所描绘的物体的尺寸的比率等有时与现实物体的尺寸的比率等不同。有时在附图相互之间，物体的尺寸比率等也不同。具体的物体的尺寸比率等，应当参考以下的说明来判断。

(第一实施方式)

本实施方式中，对如下的方法进行说明，上述方法不仅能够合适地制造通常的玻璃材料，即使是例如不含网格形成氧化物那样的、具有通过利用容器的熔融法无法玻璃化的组成的玻璃材料，也能够合适地制造。根据本实施方式的方法，具体而言，例如，能够合适地制造钛酸钡系玻璃材料、镧－铌复合氧化物系玻璃材料、镧－铌－铝复合氧化物系玻璃材料、镧－铌－钽复合氧化物系玻璃材料、镧－钨复合氧化物系玻璃材料等。

图1为第一实施方式的玻璃材料的制造装置的示意截面图。如图1所示，玻璃材料的制造装置1具有成型模10。成型模10具有成型面10a。成型面10a为曲面。具体而言，成型面10a为球面状。

成型模10具有在成型面10a开口的气体喷出孔10b。如图2所示，本实施方式中，设有多个气体喷出孔10b。具体而言，多个气体喷出孔10b从成型面10a的中心呈放射状排列。

此外，成型模10也可以由具有连续气泡的多孔体构成。这时，气体喷出孔10b由连续气泡构成。

气体喷出孔10b与气瓶等的气体供给机构连接。气体从该气体供给机构经由气体喷出孔10b，向成型面10a供给。气体的种类没有特别限定。气体例如可以是空气、氧，也可以是氮气、氩气、氦气等不活泼气体。

在利用制造装置1制造玻璃材料时，首先，将玻璃原料块11配置在成型面10a上。玻璃原料块11例如也可以是利用压制成型等将玻璃材料的原料粉末一体化而得到的块。玻璃原料块11例如也可以是利用压制成型等将玻璃材料的原料粉末一体化之后进行烧结而得到的烧结体。另外，玻璃原料块11例如也可以是具有与目标玻璃组成同等的组成的结晶的集合体。

玻璃原料块11的形状没有特别限定。玻璃原料块11例如也可以是透镜状、球状、圆柱状、多棱柱状、长方体状、椭球状等。

接着，通过从气体喷出孔10b喷出气体，使玻璃原料块11悬浮在成型面10a上。即，以玻璃原料块11不与成型面10a接触的状态保持玻璃原料块11。在此状态下，从激光照射装置12对玻璃原料块11照射激光。由此，将玻璃原料块11加热熔融使其玻璃化，得到熔融玻璃。之后，将熔融玻璃冷却，由此，能够得到图3和图4所示的玻璃材料30。在将玻璃原料块11加热熔融的工序、和进行冷却直至熔融玻璃、进而玻璃材料的温度成为至少软化点以下为止的工序中，优选至少继续气体的喷出，抑制玻璃原料块11、熔融玻璃或玻璃材料30与成型面10a的接触。

此外，本实施方式中，说明了通过对玻璃原料块11照射激光来加热玻璃原料块11的示例。但是，在本发明中，玻璃原料块11的加热方法并不特别限定于照射激光的方法。例如，也可以对玻璃原料块11进行辐射加热。

玻璃材料30具有第一表面31和第二表面32。第一表面31在成型时与成型面10a对置。第二表面32在成型时位于与成型面10a相反一侧。因此，第二表面32位于与第一表面31相反一侧。第一表面31包括中央部31a、和位于中央部31a的外侧的边缘部31b。

将中央部31a的曲率半径设为r1。此外，中央部31a不必完全是球面。在中央部31a不完全是球面的情况下，中央部31a的曲率半径是指等效曲率半径。

将边缘部31b的曲率半径设为r2。此外，边缘部31b不必完全是球面。在边缘部31b不完全是球面的情况下，边缘部31b的曲率半径是指等效曲率半径。

将第二表面32的曲率半径设为r3。此外，第二表面32不必完全是球面。在第二表面32不完全是球面的情况下，第二表面32的曲率半径指等效曲率半径。

通常，为了在熔融玻璃、玻璃材料30内不产生大的温度偏差，考虑将从气体喷出孔10b喷出的气体的流速降低、流量减少。

相对于此，在本实施方式中，一边以能够形成满足r2＜r3＜r1的玻璃材料30的高的流速和大的流量从气体喷出孔10b喷出气体，一边制造玻璃材料30。即，一边以能够在第一表面31的边缘部生成曲率半径比第一表面31的中央部和第二表面32小的部分的高流速和大流量从气体喷出孔10b喷出气体，一边制造玻璃材料30。通过这样操作，能够抑制玻璃原料块11、熔融玻璃和玻璃材料30在悬浮时的位移，能够使玻璃原料块11、熔融玻璃和玻璃材料30稳定地悬浮。因此，能够抑制由于玻璃原料块11、熔融玻璃和玻璃材料30与成型面10a的接触等而导致的结晶的生成等。因此，能够稳定地制造不含结晶的玻璃材料30。即，能够通过如本实施方式这样的无容器悬浮法来稳定地制造满足r2＜r3＜r1的玻璃材料30。

从更稳定地制造玻璃材料30的观点考虑，r3优选为r2的1.05～3倍、更优选为1.1～2.5倍。r1优选为r3的1.01～25倍、更优选为1.1～12倍。r1优选为r2的1.1～50倍、更优选为1.5～25倍。

以下，对于本发明的优选的实施方式的其它的示例进行说明。在以下的说明中，将具有与上述第一实施方式实质上共通的功能的部件用共通的符号进行参照，并省略说明。

(第二实施方式)

图5为第二实施方式的玻璃材料的制造装置2的示意截面图。

第一实施方式中，说明了在成型面10a开口有多个气体喷出孔10b的示例。但是，本发明不限定于该构成。例如，如图5所示的玻璃材料的制造装置2那样，也可以设有在成型面10a的中央开口的一个气体喷出孔10b。即使在该情况下，也与第一实施方式同样，能够稳定地制造玻璃材料30。

以下，关于本发明，根据具体的实施例，进行更详细的说明，但本发明不受以下的实施例的任何限定，在不改变其主旨的范围内，能够进行适当的变更来实施。

(实施例1)

称量原料粉末，进行混合之后，以1300℃左右的温度使其熔融，进行冷却，由此制作结晶块。以成为所要求的体积的量的方式，从结晶块进行切出，制作玻璃原料块

接着，利用基于图1的装置，按照以下的条件，在使玻璃原料块在成型面的上方浮起的状态下，照射输出为100w的二氧化碳激光，使玻璃原料块加热熔化。之后，停止激光照射，将玻璃原料块的熔融物冷却。其结果，得到直径为4.21mm、r1＝15.9mm、r2＝1.4mm、r3＝2.2mm(r3/r2＝1.57、r1/r3＝7.23、r1/r2＝11.4)的玻璃材料。

玻璃组成(摩尔比)：0.3·la2o3－0.7·nb2o5

气体喷出孔的直径：0.3mm

成型面的俯视时的直径：14.7mm

气体喷出孔的数量：413个

成型面中央的直径7.2mm的部分为，相邻的气体喷出孔以相互等间隔的方式密集的配置结构，在其外侧，将气体喷出孔设置为放射状(气体喷出孔列的排列方向所形成的角的大小：11.25°，在半径方向上相邻的气体喷出孔的中心间距离：0.6mm)。

成型面中气体喷出孔所占的面积比例：17.2％

气体流量：8～15l/min

(实施例2)

称量原料粉末，进行混合之后，以1500℃左右的温度进行预烧，由此烧结混合粉末。以成为所要求的体积的量的方式，从烧结体进行切出，制作玻璃原料块。

接着，利用基于图1的装置，按照以下的条件，在使玻璃原料块在成型面的上方浮起的状态下，照射输出为100w的二氧化碳激光，使玻璃原料块加热熔化。之后，停止激光照射，将玻璃原料块的熔融物冷却。其结果，得到直径为6.17mm、r1＝12.7mm、r2＝1.8mm、r3＝3.3mm(r3/r2＝1.83、r1/r3＝3.85、r1/r2＝7.06)的玻璃材料。

玻璃组成(摩尔比)：0.3·la2o3－0.7·al2o3

成型模：碳化硅多孔体

成型面的俯视时的直径：8mm

成型面的中心角：52°

加热温度：2150℃

气体流量：6～13l/min

(实施例3)

除了设为以下的条件以外，与实施例1同样进行操作，制作玻璃材料。其结果，得到直径为2.45mm、r1＝1.3mm、r2＝1.0mm、r3＝1.2mm(r3/r2＝1.20、r1/r3＝1.08、r1/r2＝1.30)的玻璃材料。

玻璃组成(摩尔比)：0.2·la2o3－0.8·wo3

气体喷出孔的直径：0.1mm

成型面的俯视时的直径：6mm

气体喷出孔的数量：185个

成型面中气体喷出孔所占的面积比例：5.1％

成型面的中心角：28°

在成型面，气体喷出孔设置为放射状(气体喷出孔列的排列方向所形成的角的大小：22.5°，在半径方向上相邻的气体喷出孔的中心间距离：0.2mm)。

气体流量：0.3～1.1l/min

(实施例4)

称量原料粉末，进行混合之后，以1000℃左右的温度进行预烧，由此烧结混合粉末。以成为所要求的体积的量的方式，从烧结体进行切出，制作玻璃原料块。

接着，利用基于图1的装置，按照以下的条件，在使玻璃原料块在成型面的上方浮起的状态下，照射输出为100w的二氧化碳激光，使玻璃原料块加热熔化。之后，停止激光照射，将玻璃原料块的熔融物冷却。其结果，得到直径为8.2mm、r1＝42.1mm、r2＝2.1mm、r3＝4.6mm的玻璃材料(r3/r2＝2.19、r1/r3＝9.15、r1/r2＝20.0)。

玻璃组成(摩尔比)：0.33·bao－0.66·tio2

气体喷出孔的直径：0.3mm

成型面的俯视时的直径：15mm

气体喷出孔的数量：253个

成型面中气体喷出孔所占的面积比例：10.5％

成型面的中心角：29°

在成型面，气体喷出孔设置为放射状(气体喷出孔列的排列方向所形成的角的大小：11.25°，在半径方向上相邻的气体喷出孔的中心间距离：0.6mm)。

气体流量：7～14l/min。

符号说明

1、2：玻璃材料的制造装置

10：成型模

10a：成型面

10b：气体喷出孔

11：玻璃原料块

12：激光照射装置

30：玻璃材料

31：第一表面

31a：中央部

31b：边缘部

32：第二表面