JP4078634B2 - Method for cooling high-temperature glass molding - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスを成形した物品等の高温ガラス成形体の冷却方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガラス製造業において、所望の組成を有するガラス材質を溶融し、所定形状に成形することで目的とする機能を満足する寸法精度を実現しつつ、微小な寸法の多種の異寸法成形品を製造する場合がある。あるいは成形品のほぼ全体の外形は留めながら細部表面形状を修正することで所望の精密形状を実現する場合もある。このような場合には、異寸法の成形品を必要とする市場の要求に迅速に応じるため、予め必要とされるガラス製品より大きな体積を持つガラス成形体を成形するか、あるいは所定形状に類似する形状に予め成形しておき、所定寸法の製品が必要になった時に、ガラス成形体を再加熱して、所望の寸法形状を実現する方法が利用されている。このような成形方法は、高精度が要求されるガラス製品を製造する方法として広く採用されている。
【0003】
例えば、非球面レンズの製造においては、予め最終形状になるべく近い形状を有するガラス成形体を作製しておき、その後必要に応じて精細な表面形状を再形成する低温プレス成形が行われる。また、各種細管ガラスでは、予め母材となるガラス成形体として管ガラスを作製し、その後、再加熱して延伸成形することによって高精度なガラス細管を製造している。また、高精度な表面状態を要求される薄板ガラスについても同様な方法が採用されている。さらに、成形後に2種類以上の形状を有するガラス成形体の端部を加熱してガラスを融着させることで、より複雑な形状を実現することは各種ガラス製品で頻繁に行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光関連商品の市場規模が大きくなり、多様な要求を満足する製品が供給されるようになってきている。また、それに伴いこれまで以上に、より高精度の寸法公差を必要とするガラス製品も求められるようになってきた。このため、前述したような精密な再加熱成形を採用する製品の寸法精度についても、より高い寸法精度の要求を満足する必要性が生じた。そしてそれを達成するには、所定寸法に成形したガラス成形体の形状を変形させることなく如何に効率的に冷却するかが重要になってきた。
【0005】
このため、従来から行われてきた高温状態のガラス成形体の冷却法では、ガラス成形体を成形して冷却する際にガラスの体積変化にともなう微小変形の発生が避けられず、耐熱性を有しさらに耐久性の高い特殊な金属材料を用いた金型を利用する等の工夫が行われてきた。しかしながら、特殊な金属材料を採用しても金型やガラスの双方に過度の負荷がかかるため、金型表面の経時的変質を引き起こす等の問題が発生する場合もある。そして、このような問題を改善するためには、金型にかかる負荷を最小限にすると同時に高温状態のガラス成形体をなるべく急速に冷却することが肝要となる。
【0006】
また再加熱により延伸成形するガラス成形体の中には、高精度の寸法精度を要求されることから、従来よりも大型のガラス母材を予め成形しておき、再加熱して延伸成形することによりガラス製品の高精度化を実現する必要が生じた。このような場合、従来通りの寸法ならば支障なく成形することができるガラス母材が、大型化に伴って急冷処理中にガラス表面とガラス内部との温度差が急激に大きくなるので、表面と内部の間で発生する歪みによってガラス母材表面等に発生する局所的な一時的引張応力に耐えられなくなり、熱衝撃のために爆発的に割れるという現象が多発する問題も発生した。
【0007】
この熱衝撃破壊の問題を解決する方法としては、時間をかけて徐冷操作を行う方法がある。しかし、徐冷操作にはある程度の時間的な余裕が必要であるため前述したように迅速な生産とは相容れない工程である。また結晶化ガラスからなるガラス成形体、あるいは再加熱コロイド発色ガラス体のガラス成形体等、長時間を要する徐冷操作そのものを受け付けないガラス材質については実質的にこの方法を採用することができない。
【0008】
また、ガラス成形体の寸法が大きくなるほど、ガラス成形体の表面に冷却されすぎる箇所が局所的に生じるため、従来の連続冷却方法でガラス成形体の冷却速度を割れが発生しないように調整しながら急速に冷却することは非常に困難となる。このため急速冷却が必要とされる大型のガラス成形体に割れを発生させることなく急冷する新たな冷却方法の必要性が生じてきた。
【0009】
本発明は、再加熱後の再成形などに使用するガラス成形体について、成形直後の高温状態から冷却を行う際にガラスの均質度を維持しつつ、実質的に外形寸法の変形を防止することができる様な急速冷却を実現し、しかもガラス成形体に割れなどの欠陥を発生させない高温ガラス成形体の冷却方法を提案することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来のガラス冷却方法を見直し、高温ガラス成形体について冷却中に熱衝撃により破壊されることなく安全に急速冷却が可能となる冷却方法を見いだした。
【0011】
即ち、本発明に係る高温ガラス成形体の冷却方法は、高温溶融ガラスから連続鋳込み成形した直後の軟化状態にある高温ガラス成形体を冷却して固化させる冷却方法であって、該高温ガラス成形体の表面に、それよりも低温の気体を断続的に吹きつけており、断続的に該高温ガラス成形体に気体を接触する接触時間が0.1〜300秒、非接触時間が0.1〜300秒を1サイクルとしてこのサイクルを最低10回以上行うことを特徴とする。
【0012】
ここでの高温ガラス成形体とは、主要成分が酸化物組成で表すことが可能な構成成分のガラスであり、少なくとも300℃以上の溶融温度でガラス原料を溶解したガラスであり、完全には固化していない状態で周辺雰囲気温度との差が数十℃から数百℃あるような状態のものである。
【0013】
また、本発明の冷却方法では、成形されるガラス成形体の形状を特定形状に限定するものではない。すなわち、ガラス成形体の形状としては多角柱体、円柱体、環状体、板状、複数の形状を組み合わせた断面を有する柱体などの形状が可能であり、必要に応じて柱体の上面形状と下面形状が異なった形状を有し、上面から下面に至る途中で形状が徐々に変形している場合についても採用することは可能である。
【0014】
また、本発明の冷却方法で使用するガラス冷却媒体は、冷却されるガラス成形体に依存しないものとしては、気体または液体であることが望ましい。そして、被冷却体であるガラス表面と反応したりすることがない限りは、ガラス材質の種類により種々の気体または液体を採用することが可能であり、取り扱いが容易であるという点から気体であることがより好ましい。また、気体の中でも安価であるという点で、空気に勝るものはない。しかし、空気と接触することによる冷却環境を構成する金属部材などの酸化防止を重要視する場合には、二酸化炭素、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを利用することも可能である。また、必要に応じて複数のガス成分を所定量含有する混合気体を使用することも可能である。
【0015】
最も容易に多用できる冷却媒体としては空気であり、次に利用されるものは不活性ガスであるが、更なる急冷を必要とし、条件さえ許すならば被冷却物であるガラス成形体を気体に比べて熱容量が大きい所定温度に設定した水、シリコンオイル、水銀等の液体冷却媒体中に断続的に浸漬、塗布または噴霧することにより冷却する方法を採用しても支障はない。
【0016】
また、複雑な特定形状を維持しながら冷却を実現するために、ペルチェ素子などを搭載した金属製の固体冷却媒体を被冷却物である高温ガラス成形体の表面に断続的に接触させることにより、冷却に伴う高温ガラス成形体表面の微細な変形を防止しながら冷却を行う方法を採用することも可能である。
【0017】
本発明の冷却方法の特徴である断続的な冷却媒体との接触は、ガラス表面温度を急激に低下させる際に、高温ガラス成形体の表面と内部との間に必要以上の急激な応力発生を防止する手段として本発明者らが提案したものである。この方法は、断続的、あるいは間欠的に高温ガラス成形体の表面が冷却媒体に接触するため、接触している時間と接触していない時間を意図的に種々変更することにより、ガラスの冷却速度を精密に調整することを可能にしている。
【0018】
そしてここで記述する断続的な冷却とは、冷却媒体の種類と高温ガラス成形体の温度にもよるが、接触時間0.001〜300秒、非接触時間0.001〜300秒を1サイクルとしてこのサイクルを最低10回以上、好ましくは100回以上行うことによる冷却である。そして、冷却媒体として気体または液体を利用する場合は、接触時間0.5〜300秒、非接触時間0.5〜300秒を1サイクルとしてこのサイクルを最低10回以上、好ましくは100回以上行うことにより、実現されるものである。さらに好ましくは、冷却媒体が気体または液体の場合には、接触時間0.5秒〜60秒、非接触時間0.5秒〜60秒を1サイクルとして、これを少なくとも50回以上、好ましくは100回以上行うことである。
【0019】
また、断続的な冷却媒体との接触は、複数の種類の冷却媒体を交換しながら高温ガラス成形体と接触させることも可能である。すなわち、空気と水蒸気を交互に断続的にノズルなどから吹きつけたり、2種類ないし3種類以上の設定温度に加熱した空気を交互にガラス表面に吹きつけることで冷却速度を調整しやすくすることも可能である。また吹きつけにより冷却する場合には、その吹きつけ角度や流速も必要に応じて種々変更できることは言うまでもない。さらに、高温ガラス成形体の冷却にともなって、冷却媒体の温度を順次変更していくことも可能である。さらに冷却媒体との接触時間、温度設定、気体の場合は流速、吹きつけ角度等の種々の条件を予め設定したプログラムに従って稼働させることで効率的な冷却を確実に行っていくことができる。
【0020】
またガラス表面の応力測定の自動化と有限要素法、境界要素法などのシミュレーションによるガラス成形体の形状に依存する最大応力発生箇所の予測、そして本発明の冷却方法の制御系を併用することで、冷却中に発生する最大表面応力発生位置における高温ガラス成形体の表面応力値の変動を随時計測しながら、それに対応する冷却速度の調整を行うことが可能である。また、初めて製造するガラス材質についても単にガラスの熱膨張係数、ヤング率、ポアッソン比などから予測する冷却条件に従う場当たり的な製造条件で製造するのではなく、冷却速度を各々の被加熱物の状態に即応した条件で冷却することが可能であり、熱衝撃破損の恐れなく高速冷却することが実現でき、冷却中に高温ガラス成形体が割れるようなことのない製造工程を構築することができる。
【0021】
そして本発明の冷却方法は、本発明による冷却処理後のガラス成形体について、どのような処理が行われても、それを制限するものではない。すなわち、必要に応じて再度熱処理を行うこともできるし、他の徐冷操作を施してもよい。また、他の材料に封着しても、化学薬品による洗浄、浸漬や、研磨、切断などの機械加工、蒸着、塗布などによる成膜などを行うことも可能である。
【0022】
また、本発明の冷却方法は、本発明の冷却操作と他の操作を平行して行うことについても、妨げとなるものではない。すなわち、ガラス成形体の一端が冷却中で他端が切断などの加工を施されていってもよい。また、ガラス成形体を搬送操作中に本冷却方法を適用することもできるし、高温ガラス成形体に対しての他の冷却操作と併用することで効率的な冷却を実現することも可能である。
【0023】
さらに、本発明による冷却方法は、ガラス成形体の大きさが大きい場合に、特に大きな効果を発揮するものであるが、小さいガラス成形体に対して採用することを妨げるものではない。即ち、ガラス成形体の寸法如何にかかわらず、断続的に冷却媒体と高温ガラス成形体を接触させることにより、高温状態のガラス成形体についての理想的な冷却を実現することが可能になる。よって本件の発明による冷却方法は、例えば、直径1mm以下のガラス細管の冷却から30cm角以上の柱状体の冷却に至るまで適用できるものである。
【0024】
さらに、本発明の方法は再加熱後の再成形に利用するガラス成形体に対して使用することにより、大きな効果を発揮するものであるが、それは他の成形法に採用することを妨げるものではない。また、再成形法に採用するのではなく直接製品寸法の成形体を成形する際にも本発明の方法を利用することが可能である。即ち、鋳込み成形法、ダウンドロー法、ダンナー法、フュージョン法、ブロー成形、フロート成形、プレス成形法、ロールアウト法、スロットダウン法、ベロ法、延伸成形法、アップドロー法、リドロー法等の各種の方法に適用することも可能である。
【0025】
そして、本発明の方法を利用できるガラス材質は、無機酸化物を主要成分としてあらわすことが可能な酸化物ガラスであるならば、単一成分のガラスであろうと複数の成分構成を有するガラス材質であろうと特に限定されるものではない。また、必要に応じて、フッ化物ガラスや弗燐酸ガラス、カルコゲナイドガラス、窒化物ガラスなどの特殊組成のガラスに対しても適用することが可能である。ただ、特殊組成のガラス組成物に対して本件の発明を気体吹きつけ法で利用する場合には、窒素雰囲気、フロンガス雰囲気などの環境下で行う必要性のある場合もあるため、適用するガラス組成物に応じて気体組成を変更して対応することが必須となる。
【0026】
また本発明の冷却方法は、前述したように溶融ガラスから固化された成形体を冷却する操作法として発明したものであるが、高温加熱して融液状態にされたガラスの冷却時には、広く採用することが可能である。例えば、その代表的な例としてガラス管の熱間成形後の冷却、各種粉末ガラスにより二種類の構造物を封着した後の冷却、二種あるいは一種のガラス成形体端部についての加熱融着後の冷却、球状ガラスのプレス成形後の冷却、各種金属材料とガラスの加熱封着後の冷却などへの適用が可能である。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明のガラス冷却方法について、以下具体的な実施例によりその詳細を説明する。
【0028】
(実施例1)電子部品用の構造部材として利用される結晶化ガラスは、光通信の受発光に関連する用途や光コネクタ等でも利用される場合があり、非常に精密な寸法精度を要求されることがある。このガラス製品の成形を延伸成形法で効率的に実現するためには、従来の2倍のガラスインゴットの予備成形体としてガラス母材が必要である。このガラス母材を作製するためには、失透温度域より高温状態にあるガラス成形体をそれより低温にある結晶核生成温度域を通って冷却する。そしてその際には、ガラス中に特定の結晶核が生成する時間よりも短時間でガラス全体の温度を低下させるために、それを実現できる程度に高速な冷却方法を採用する必要性がある。本発明者らは、本発明の冷却方法をこの結晶化ガラス製のガラス母材の冷却に適用した。
【0029】
まず、ガラス母材の作製方法としては、連続的な鋳込み成形により高温ガラス成形体であるガラスインゴットの成形を行う。成形直後のガラスインゴットを搬送用の耐火物ローラー上において上部、下部、及び側面のそれぞれの表面について各10本ずつの直径が2cmのノズルを直角方向に配置し、ノズルから予め100℃に加熱した冷却用空気を風速3m/秒の条件にて2秒間隔で断続的にガラスインゴットの各表面に対して総数300回以上吹きつける。この冷却を行うことにより、結晶核生成域にて充分高速な冷却が実現でき、従来製品より高精度な寸法のガラス製品の延伸成形が可能になった。
【0030】
(実施例2)光部品として利用される機能材料である非線形光学ガラス成形体の生産においては、ガラス中に数nmから数十nmレベルの半導体または金属のコロイド粒子を熱処理あるいはそれに準ずる処理にて生成させる必要がある。この処理は、一旦急冷成形したガラス製品をストライキング処理と呼ぶ再加熱処理、あるいはレーザー照射などにより、ガラス中に生成するコロイド粒子の大きさをコントロールするが、そのためには予め成形される予備成形体においては、コロイドが生成しない程度に急速な冷却が必須となる。この予備成形体の製造方法は、上記の実施例1と同様にこのガラス成形体についても鋳込み成形直後の冷却時に予め200℃に加熱された空気を断続的に吹きつける本件の冷却方法が使用される。加熱した空気を使用するのは、その方が局所的にガラス成形体が急速冷却されすぎるのを防止することができるということと、予め加熱された空気を使用するほうが温度制御をより精密に制御することが可能になるという利点がある。そしてこのガラス成形体については、実施例1とほぼ同様の装置によりガラス成形体に対して60℃に予熱した空気をほぼ直角方向から5m/秒の風速にて5秒間のサイクルで200回以上吹きつけている。そして、冷却後のガラス中に問題となるようなコロイド粒子の析出していないガラス予備成形体が得られることが判明した。
【0031】
(参考例1)光部品として利用される微小精密ガラスレンズをモールド成形するガラス成形体の低温プレス成形については、ペルチェ素子を搭載した金型と加熱されたガラスレンズの急速冷却法として本件の冷却方法を採用している。すなわち、非球面レンズなどの高精度寸法を必要とする光部品では、ガラス成形体表面の微細な変形により最終製品の光学的特性に及ぼされる影響が著しい。このため、プレス成形用金型の材質、ガラス材質などで各種の試みが行われてきた。特にガラスの粘度特性としては、ガラス成形体表面に発生する「ヒケ」によるガラス成形体表面の変形を防止しやすいという観点から、粘度による温度依存性が大きい性質、いわゆる「ショート」な性質を有する材質が好んで採用されている。しかし、それと同時に光学的特性に影響を与えない程度の急速冷却が低温プレス成形には必要とされる。これは前述のガラス成形体表面の変形防止という点に加え、使用される金型の耐久性を向上させるという観点からも望ましいものである。本参考例の冷却方法は、このプレス後のガラス成形体表面の冷却について、金型とガラス成形体表面の接触を間欠的に行うことにより、ガラス成形体が変形することなく所望の光学的機能を有するものにするために採用された。そして実際には50℃に温度調整された金型表面を0.1秒サイクルで2000回以上高温ガラス成形体表面に接触することにより目的とするガラス製非球面レンズを得ることが可能となった。
【0032】
(参考例2)ディスプレイデバイス用として利用される板ガラスは、実施例1と同様にリドロー成形されるガラスの一つであるが、その予備成形体は厚さ10mm×幅1000mmの断面形状を有し、成形時に急冷すると熱衝撃により破損する場合があった。そのため、本件の冷却方法を採用することにより割れを防止することが可能になった。図1に本参考例の冷却方法をこの板ガラスの成形部に適用した場合についての説明用断面図を示す。充分均質化が終了した溶融ガラスGがダウンドロー法により板状に成形されている。ここでは3mm×1000mmの長方形開口部を有するノズル10を成形直後のガラス板の表裏面に対して直角方向に設置してある。ガラス成形時にノズルからは、3m/秒の風速で100℃から50℃まで徐々に温度を下げた状態に加熱した空気を3秒サイクルにて500回吹きつけることで割れの発生を防止することが可能になった。
【0033】
【発明の効果】
本発明の冷却方法によれば、高温状態のガラス成形体の冷却速度を精密に調整することができるため、ガラス成形体中に不要な結晶物の析出を発生させることなく、また冷却時にガラス成形体に発生する歪みが著しく大きくなることでガラスの割れなどの問題を生じさせることもなく、高温状態のガラス成形体を急速に冷却することができ、良質なガラス製品を効率的に製造することを可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例2の高温ガラス成形体の冷却方法についての部分断面図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for cooling a high-temperature glass molded body such as an article formed from molten glass.
[0002]
[Prior art]
In the glass manufacturing industry, by melting glass material having a desired composition and forming it into a predetermined shape, it produces dimensional accuracy that satisfies the desired function, and manufactures various different size molded products with minute dimensions. There is a case. Alternatively, a desired precision shape may be realized by correcting the detailed surface shape while retaining the substantially entire outer shape of the molded product. In such a case, in order to respond quickly to market demands that require molded products of different dimensions, a glass molded body having a larger volume than the required glass product is molded or similar to a predetermined shape. A method has been used in which a shape having a predetermined size is formed in advance, and when a product having a predetermined size is required, the glass molded body is reheated to achieve a desired size and shape. Such a forming method is widely adopted as a method for manufacturing a glass product that requires high accuracy.
[0003]
For example, in the manufacture of an aspheric lens, a low-temperature press molding is performed in which a glass molded body having a shape as close as possible to the final shape is prepared in advance, and then a fine surface shape is re-formed as necessary. Moreover, in various thin tube glass, a high-precision glass thin tube is manufactured by producing tube glass as a glass molded body which becomes a base material in advance, and then reheating and drawing. A similar method is also employed for thin glass that requires a highly accurate surface state. Further, it is frequently performed in various glass products that a more complicated shape is realized by heating the ends of a glass molded body having two or more shapes after molding to fuse the glass.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the market size of optical related products has increased, and products satisfying various requirements have been supplied. Along with this, glass products that require higher precision dimensional tolerances have also been demanded. For this reason, it has become necessary to satisfy the requirements for higher dimensional accuracy with respect to the dimensional accuracy of products that employ precision reheating molding as described above. And in order to achieve it, it has become important how to cool efficiently without deforming the shape of the glass molded body formed into a predetermined dimension.
[0005]
For this reason, in the conventional cooling method of a glass molded body in a high temperature state, when the glass molded body is molded and cooled, the occurrence of minute deformation accompanying the volume change of the glass cannot be avoided, and it has heat resistance. In addition, contrivances such as using a metal mold using a special metal material having higher durability have been made. However, even when a special metal material is used, an excessive load is applied to both the mold and the glass, so that problems such as deterioration of the mold surface over time may occur. And in order to improve such a problem, it is important to cool the glass molded body in a high temperature state as rapidly as possible while minimizing the load applied to the mold.
[0006]
In addition, some glass molded bodies that are stretch-formed by reheating are required to have high dimensional accuracy. Therefore, a glass base material that is larger than the conventional glass preform is molded in advance and re-heated to stretch-mold. Therefore, it became necessary to realize high precision of glass products. In such a case, the glass base material that can be formed without any problem if the dimensions are the same as the conventional size, the temperature difference between the glass surface and the glass interior suddenly increases during the rapid cooling process as the size increases. There was also a problem that the phenomenon that it could not withstand the local temporary tensile stress generated on the surface of the glass base material due to the strain generated between the insides and that it exploded explosively due to thermal shock occurred.
[0007]
As a method for solving the problem of thermal shock destruction, there is a method of performing a slow cooling operation over time. However, since the slow cooling operation requires a certain amount of time, it is a process incompatible with rapid production as described above. In addition, this method cannot be substantially employed for glass materials that do not accept a slow cooling operation that takes a long time, such as a glass molded body made of crystallized glass or a glass molded body of a reheated colloid-colored glass body.
[0008]
In addition, as the size of the glass molded body increases, a portion of the glass molded body that is overcooled locally occurs locally, so adjusting the cooling rate of the glass molded body with the conventional continuous cooling method so that cracks do not occur. It becomes very difficult to cool rapidly. Therefore, a need has arisen for a new cooling method for rapidly cooling a large glass molded body requiring rapid cooling without causing cracks.
[0009]
The present invention substantially prevents deformation of the outer dimensions of a glass molded body used for re-molding after reheating and the like while maintaining the homogeneity of the glass when cooling from a high-temperature state immediately after molding. An object of the present invention is to propose a method for cooling a high-temperature glass molded body that realizes rapid cooling so that the glass molded body is free from defects such as cracks.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The inventors reviewed the conventional glass cooling method, and found a cooling method that enables rapid cooling safely without being destroyed by thermal shock during cooling of a high-temperature glass molded body.
[0011]
That is, the method for cooling a high-temperature glass molded body according to the present invention is a cooling method for cooling and solidifying a high-temperature glass molded body in a softened state immediately after continuous casting from high-temperature molten glass. A gas having a lower temperature than that is intermittently blown on the surface, and the contact time for contacting the gas to the high-temperature glass formed body is 0.1 to 300 seconds, the non-contact time is 0.1 to One cycle is 300 seconds, and this cycle is performed at least 10 times .
[0012]
The high-temperature glass molding here is a glass of a constituent component whose main component can be expressed by an oxide composition, and is a glass in which a glass raw material is melted at a melting temperature of at least 300 ° C., which is completely solidified In such a state, the difference from the ambient ambient temperature is several tens of degrees Celsius to several hundreds of degrees Celsius.
[0013]
Moreover, in the cooling method of this invention, the shape of the glass forming body shape | molded is not limited to a specific shape. That is, the shape of the glass molded body can be a polygonal columnar body, a cylindrical body, an annular body, a plate shape, a columnar body having a cross-section combining a plurality of shapes, and the top surface shape of the columnar body as necessary. It is also possible to adopt a case where the shape of the lower surface is different from that of the lower surface and the shape is gradually deformed on the way from the upper surface to the lower surface.
[0014]
Moreover, as for the glass cooling medium used with the cooling method of this invention, it is desirable that it is a gas or a liquid as what does not depend on the glass molded object to be cooled. And as long as it does not react with the glass surface that is the object to be cooled, it is possible to adopt various gases or liquids depending on the type of glass material, and it is a gas because it is easy to handle. It is more preferable. Also, there is nothing better than air in that it is cheaper than gas. However, when importance is attached to the prevention of oxidation of a metal member or the like constituting a cooling environment by contact with air, an inert gas such as carbon dioxide, nitrogen, or argon can be used. Moreover, it is also possible to use a mixed gas containing a predetermined amount of a plurality of gas components as required.
[0015]
The cooling medium that can be used most easily is air, and the next one that is used is an inert gas, but if further quenching is required and the conditions allow, the glass molded body that is to be cooled is turned into a gas. There is no problem even if a method of cooling by intermittently immersing, coating or spraying in a liquid cooling medium such as water, silicon oil, mercury, etc., set to a predetermined temperature having a large heat capacity.
[0016]
In addition, in order to achieve cooling while maintaining a complicated specific shape, a metal solid cooling medium equipped with a Peltier element or the like is intermittently brought into contact with the surface of the high-temperature glass molded body that is the object to be cooled, It is also possible to employ a method of cooling while preventing fine deformation of the surface of the high-temperature glass molded body accompanying cooling.
[0017]
The intermittent contact with the cooling medium, which is a feature of the cooling method of the present invention, causes an unnecessarily rapid generation of stress between the surface and the inside of the high-temperature glass molded body when the glass surface temperature is rapidly decreased. The present inventors have proposed as a means for preventing this. In this method, the surface of the high-temperature glass molding is intermittently or intermittently in contact with the cooling medium, so the glass cooling rate can be changed by variously changing the time of contact and the time of non-contact. It is possible to adjust precisely.
[0018]
And the intermittent cooling described here is based on the kind of the cooling medium and the temperature of the high-temperature glass molded body, but the contact time is 0.001 to 300 seconds, and the non-contact time is 0.001 to 300 seconds as one cycle. Cooling by performing this cycle at least 10 times, preferably 100 times or more. When gas or liquid is used as the cooling medium, this cycle is performed at least 10 times, preferably 100 times or more, with a contact time of 0.5 to 300 seconds and a non-contact time of 0.5 to 300 seconds as one cycle. This is realized. More preferably, when the cooling medium is a gas or a liquid, the contact time is 0.5 seconds to 60 seconds and the non-contact time is 0.5 seconds to 60 seconds, which is at least 50 times, preferably 100 times. To do more than once.
[0019]
Further, the intermittent contact with the cooling medium can be brought into contact with the high-temperature glass molded body while exchanging a plurality of types of cooling medium. In other words, it is possible to make it easy to adjust the cooling rate by blowing air and water vapor alternately and intermittently from nozzles, or by alternately blowing air heated to two or more set temperatures to the glass surface. It is. Moreover, when cooling by spraying, it cannot be overemphasized that the spray angle and flow velocity can be variously changed as needed. Furthermore, it is also possible to change the temperature of the cooling medium sequentially as the high-temperature glass molded body is cooled. Furthermore, efficient cooling can be reliably performed by operating according to a program in which various conditions such as contact time with the cooling medium, temperature setting, and in the case of gas, such as a flow rate and a blowing angle, are set in advance.
[0020]
In addition, by combining the automation of the stress measurement of the glass surface and the prediction of the maximum stress occurrence location depending on the shape of the glass molded body by simulation such as the finite element method, the boundary element method, and the control method of the cooling method of the present invention, It is possible to adjust the cooling rate corresponding to the change in the surface stress value of the high-temperature glass molded body at the position where the maximum surface stress generated during cooling is measured as needed. In addition, glass materials to be manufactured for the first time are not manufactured under ad hoc manufacturing conditions according to the cooling conditions predicted from the thermal expansion coefficient, Young's modulus, Poisson's ratio, etc. of the glass. It is possible to perform cooling under conditions that are immediately responsive to the above, and it is possible to realize high-speed cooling without fear of thermal shock damage, and it is possible to construct a manufacturing process in which the high-temperature glass molded body does not break during cooling.
[0021]
And the cooling method of this invention does not restrict | limit what kind of process is performed about the glass molded object after the cooling process by this invention. That is, if necessary, the heat treatment can be performed again, or another slow cooling operation can be performed. Further, even when sealed to other materials, cleaning with chemicals, immersion, machining such as polishing and cutting, film formation by vapor deposition, coating, and the like can be performed.
[0022]
In addition, the cooling method of the present invention does not hinder the parallel operation of the cooling operation of the present invention and other operations. That is, one end of the glass molded body may be cooled and the other end may be processed such as cutting. In addition, the present cooling method can be applied during the conveying operation of the glass molded body, and efficient cooling can be realized by using it together with other cooling operations for the high-temperature glass molded body. .
[0023]
Furthermore, the cooling method according to the present invention exhibits a particularly great effect when the size of the glass molded body is large, but does not preclude adoption for a small glass molded body. That is, regardless of the size of the glass molded body, ideal cooling of the glass molded body in a high temperature state can be realized by intermittently contacting the cooling medium with the high temperature glass molded body. Therefore, the cooling method according to the present invention can be applied, for example, from cooling a glass capillary having a diameter of 1 mm or less to cooling a columnar body having a size of 30 cm square or more.
[0024]
Furthermore, the method of the present invention exerts a great effect when used on a glass molded body used for re-molding after reheating, but it does not preclude adoption in other molding methods. Absent. The method of the present invention can also be used when directly forming a molded product having a product size, instead of adopting the re-molding method. That is, various methods such as casting molding method, downdraw method, dunner method, fusion method, blow molding, float molding, press molding method, rollout method, slot down method, velo method, stretch molding method, updraw method, redraw method, etc. It is also possible to apply this method.
[0025]
If the glass material that can use the method of the present invention is an oxide glass that can represent an inorganic oxide as a main component, it is a glass material having a plurality of component configurations, whether it is a single component glass. There is no particular limitation. Moreover, it can be applied to a glass having a special composition such as fluoride glass, fluorophosphate glass, chalcogenide glass, or nitride glass as required. However, when using the invention of the present invention with a gas blowing method for a glass composition of a special composition, it may be necessary to carry out in an environment such as a nitrogen atmosphere or a chlorofluorocarbon atmosphere. It is essential to change the gas composition according to the object.
[0026]
In addition, the cooling method of the present invention was invented as an operation method for cooling a molded body solidified from molten glass as described above, but it is widely used for cooling glass that has been heated to a high temperature and melted. Is possible. For example, as a typical example, cooling after hot forming of a glass tube, cooling after sealing two kinds of structures with various powdered glass, and heat fusion at the end of two or one kind of glass molded body It can be applied to subsequent cooling, cooling after press molding of spherical glass, cooling after heat sealing of various metal materials and glass, and the like.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The glass cooling method of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.
[0028]
(Example 1) Crystallized glass used as a structural member for electronic parts may be used in applications related to light reception / emission of optical communication, optical connectors, etc., and requires extremely precise dimensional accuracy. Sometimes. In order to efficiently realize the molding of this glass product by the stretch molding method, a glass base material is required as a preformed body of a double glass ingot. In order to produce this glass base material, a glass molded body in a higher temperature state than the devitrification temperature range is cooled through a crystal nucleation temperature range lower than that. At that time, in order to lower the temperature of the entire glass in a shorter time than the time for which specific crystal nuclei are generated in the glass, it is necessary to employ a cooling method that is fast enough to achieve this. The present inventors applied the cooling method of the present invention to the cooling of the glass base material made of crystallized glass.
[0029]
First, as a method for producing a glass base material, a glass ingot which is a high-temperature glass molded body is formed by continuous casting. On the refractory roller for transporting the glass ingot immediately after forming, 10 nozzles each having a diameter of 2 cm are arranged in a perpendicular direction on each of the upper, lower and side surfaces, and heated to 100 ° C. in advance from the nozzles. Cooling air is intermittently blown over each surface of the glass ingot 300 times or more at intervals of 2 seconds under the condition of a wind speed of 3 m / sec. By performing this cooling, it was possible to realize sufficiently high-speed cooling in the crystal nucleation region, and it became possible to stretch-mold glass products having higher precision than conventional products.
[0030]
(Example 2) In the production of a non-linear optical glass molded body which is a functional material used as an optical component, semiconductor or metal colloidal particles having a level of several nanometers to several tens of nanometers in glass are subjected to heat treatment or treatment equivalent thereto. It needs to be generated. This process controls the size of the colloidal particles generated in the glass by reheating the glass product once quenched and formed, called the striking process, or by laser irradiation. In this case, rapid cooling is essential to the extent that no colloid is formed. As for the manufacturing method of this preform, the cooling method of this case is used in which air heated to 200 ° C. in advance is intermittently blown with respect to this glass molded body at the time of cooling immediately after casting. The The use of heated air means that it can prevent the glass molded body from being cooled too quickly locally, and the temperature control is more precisely controlled by using preheated air. There is an advantage that it becomes possible to do. And about this glass molded object, the air preheated at 60 degreeC with respect to the glass molded object with the apparatus similar to Example 1 is blown 200 times or more by the 5-second cycle from the substantially right angle at the wind speed of 5 m / sec. I'm wearing it. And it turned out that the glass preform which the colloidal particle which becomes a problem in the glass after cooling does not precipitate is obtained.
[0031]
( Reference Example 1 ) For the low-temperature press molding of glass moldings that mold micro precision glass lenses used as optical components, this is a rapid cooling method for molds equipped with Peltier elements and heated glass lenses. The method is adopted. That is, in an optical component that requires high-precision dimensions such as an aspheric lens, the influence exerted on the optical characteristics of the final product due to minute deformation of the surface of the glass molded body is significant. For this reason, various attempts have been made on the material of a press mold, glass material, and the like. In particular, as a viscosity characteristic of glass, from the viewpoint that it is easy to prevent deformation of the glass molded body surface due to “sinks” generated on the surface of the glass molded body, it has a property that is highly temperature dependent due to viscosity, a so-called “short” property. The material is preferred. However, at the same time, rapid cooling that does not affect the optical properties is required for low-temperature press molding. This is desirable from the viewpoint of improving the durability of the mold used in addition to the above-described prevention of deformation of the glass molded body surface. The cooling method of this reference example is for the cooling of the surface of the glass molded body after the pressing, by performing contact between the mold and the surface of the glass molded body intermittently, so that the desired optical function can be achieved without deformation of the glass molded body. Adopted to have. In practice, the target glass aspherical lens can be obtained by bringing the surface of the mold whose temperature is adjusted to 50 ° C. into contact with the surface of the high-temperature glass molded body more than 2000 times in a 0.1 second cycle. .
[0032]
( Reference Example 2 ) The plate glass used for the display device is one of the glass that is redraw molded in the same manner as in Example 1, but the preform has a cross-sectional shape of thickness 10 mm × width 1000 mm. When cooled rapidly during molding, it may be damaged by thermal shock. Therefore, it became possible to prevent cracking by adopting the cooling method of the present case. FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the case where the cooling method of this reference example is applied to a forming part of this plate glass. The molten glass G that has been sufficiently homogenized is formed into a plate shape by the downdraw method. Here, the nozzle 10 having a rectangular opening of 3 mm × 1000 mm is installed in a direction perpendicular to the front and back surfaces of the glass plate immediately after forming. At the time of glass molding, the generation of cracks can be prevented by blowing air heated at a wind speed of 3 m / sec. From a temperature of 100 ° C. to 50 ° C. in a state where the temperature is gradually lowered by 500 times in a 3-second cycle. It became possible.
[0033]
【The invention's effect】
According to the cooling method of the present invention, it is possible to precisely adjust the cooling rate of the glass molded body in a high temperature state, so that no unnecessary crystallized precipitates are generated in the glass molded body, and glass molding is performed during cooling. It is possible to rapidly cool a glass molded body in a high temperature state without causing problems such as cracking of the glass due to significant increase in distortion generated in the body, and to efficiently produce high-quality glass products. Is possible.
[Brief description of the drawings]
1 is a partial cross-sectional view of a method for cooling a high-temperature glass molded body of Reference Example 2. FIG.
Claims (4)
該高温ガラス成形体の表面に、それよりも低温の気体を断続的に吹きつけており、断続的に該高温ガラス成形体に気体を接触する接触時間が0.1〜300秒、非接触時間が0.1〜300秒を1サイクルとしてこのサイクルを最低10回以上行うことを特徴とする高温ガラス成形体の冷却方法。A cooling method of cooling and solidifying a high-temperature glass molded body in a softened state immediately after continuous casting from a high-temperature molten glass,
A low-temperature gas is intermittently blown onto the surface of the high-temperature glass molded body, and the contact time for intermittently contacting the gas with the high-temperature glass molded body is 0.1 to 300 seconds, and the non-contact time. The cooling method for a high-temperature glass molded body is characterized in that this cycle is carried out at least 10 times with 0.1 to 300 seconds as one cycle .
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