(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス原料塊を浮遊させた状態で加熱溶融した後に冷却してガラス材を製造する方法であって、
下方から上方に向かってガスを噴出させて前記ガラス原料塊を浮遊させるガス噴出孔と、下方から前記ガラス原料塊に照射されるレーザービームを通過させるレーザービーム照射孔とを有する成形部材を準備する工程と、
前記ガラス原料塊を前記成形部材の上に配置し、前記ガス噴出孔からガスを噴出することにより、前記ガラス原料塊を浮遊させた状態で、前記レーザービームを前記レーザービーム照射孔を通過させて前記ガラス原料塊に照射し、前記ガラス原料塊を加熱溶融する工程とを備え、
前記レーザービーム照射孔は前記ガスを噴出しないよう、前記ガス噴出孔とは別に設けられている、ガラス材の製造方法。
【請求項２】
前記レーザービーム照射孔に、前記レーザービームを通過させる管状部材が接続されている、請求項１に記載のガラス材の製造方法。
【請求項３】
前記レーザービーム照射孔が、前記レーザービームを透過する窓材により封止されている、請求項１または２に記載のガラス材の製造方法。
【請求項４】
前記管状部材が、前記レーザービームを透過する窓材により封止されている、請求項２または３に記載のガラス材の製造方法。
【請求項５】
前記レーザービーム照射孔が前記成形部材の中央部に形成されており、前記ガス噴出孔が前記レーザービーム照射孔より外側に形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス材の製造方法。
【請求項６】
前記レーザービーム照射孔の孔径は、前記ガス噴出孔の孔径より大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス材の製造方法。
【請求項７】
前記レーザービーム照射孔の孔径は、前記ガス噴出孔の孔径の１．１〜１０倍である、請求項６に記載のガラス材の製造方法。
【請求項８】
前記成形部材が多孔質材料から構成されており、前記ガス噴出孔が前記多孔質材料の連通孔である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラス材の製造方法。
【請求項９】
ガラス原料塊を浮遊させた状態で加熱溶融した後に冷却してガラス材を製造する装置であって、
下方から上方に向かってガスを噴出させて前記ガラス原料塊を浮遊させるガス噴出孔と、下方から前記ガラス原料塊に照射されるレーザービームを通過させるレーザービーム照射孔とを有する成形部材と、
前記ガス噴出孔に前記ガスを供給するガス供給手段と、
前記レーザービームを出射するレーザー光源とを備え、
前記レーザービーム照射孔は前記ガスを噴出しないよう、前記ガス噴出孔とは別に設けられており、
前記成形部材の上に配置された前記ガラス原料塊に向かって、前記ガス噴出孔からガスを噴出することにより、前記ガラス原料塊を浮遊させ、前記レーザー光源からの前記レーザービームを前記レーザービーム照射孔を通過させ、前記ガラス原料塊に照射して加熱溶融する、ガラス材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無容器浮遊法によるガラス材の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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バリウムチタン系強誘電体の試料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、バリウムチタン系強誘電体の試料を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。
【０００３】
特許文献１に開示された方法では、ガス浮遊炉からガスを噴出させることによりガラス原料塊を浮遊させた状態で、レーザービームをガラス原料塊の上下方向から照射して加熱溶融させている。したがって、下方向から照射するレーザービームは、ガス浮遊炉のガス噴出孔を通して出射されていると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４８８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ガス噴出孔を通してレーザービームを出射する場合、以下のような課題があることを本発明者らは見出した。すなわち、レーザービームが照射されたガラス原料塊の部分は、加熱溶融されて粘度が低くなっているため、この部分に噴出したガスが当たると過剰に変形しやすくなる。その結果、ガラス原料塊の外周面に沿ってガスが均等に分散されにくくなり、ガラス原料塊の浮遊状態が不安定になるという課題が存在する。
【０００６】
本発明の目的は、ガラス原料塊を安定して浮遊させることができる、ガラス材の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の製造方法は、ガラス原料塊を浮遊させた状態で加熱溶融した後に冷却してガラス材を製造する方法であって、下方から上方に向かってガスを噴出させてガラス原料塊を浮遊させるガス噴出孔と、下方からガラス原料塊に照射されるレーザービームを通過させるレーザービーム照射孔とを有する成形部材を準備する工程と、ガラス原料塊を成形部材の上に配置し、ガス噴出孔からガスを噴出することにより、ガラス原料塊を浮遊させた状態で、レーザービームをレーザービーム照射孔を通過させてガラス原料塊に照射し、ガラス原料塊を加熱溶融する工程とを備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明においては、レーザービーム照射孔に、レーザービームを通過させる管状部材が接続されていてもよい。
【０００９】
本発明においては、レーザービーム照射孔が、レーザービームを透過する窓材により封止されていることが好ましい。あるいは、管状部材が、レーザービームを透過する窓材により封止されていることが好ましい。
【００１０】
本発明においては、レーザービーム照射孔が成形部材の中央部に形成されており、ガス噴出孔がレーザービーム照射孔より外側に形成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明においては、レーザービーム照射孔の孔径は、ガス噴出孔の孔径より大きいことが好ましい。この場合、例えば、レーザービーム照射孔の孔径は、ガス噴出孔の孔径の１．１〜１０倍であることが好ましい。
【００１２】
本発明においては、成形部材が多孔質材料から構成されていてもよい。この場合、ガス噴出孔は、多孔質材料の連通孔であることが好ましい。
【００１３】
本発明の製造装置は、ガラス原料塊を浮遊させた状態で加熱溶融した後に冷却してガラス材を製造する装置であって、下方から上方に向かってガスを噴出させてガラス原料塊を浮遊させるガス噴出孔と、下方からガラス原料塊に照射されるレーザービームを通過させるレーザービーム照射孔とを有する成形部材と、ガス噴出孔にガスを供給するガス供給手段と、レーザービームを出射するレーザー光源とを備え、成形部材の上に配置されたガラス原料塊に向かって、ガス噴出孔からガスを噴出することにより、ガラス原料塊を浮遊させ、レーザー光源からのレーザービームをレーザービーム照射孔を通過させ、ガラス原料塊に照射して加熱溶融することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガラス材の製造方法及び製造装置によれば、ガラス原料塊を安定して浮遊させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態の製造方法（製造装置）を示す模式的断面図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態におけるガス噴出孔及びレーザービーム照射孔を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の製造方法（製造装置）における成形部材を示す模式的断面図である。
【図４】図３に示す第２の実施形態におけるガス噴出孔及びレーザービーム照射孔を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の製造方法（製造装置）における成形部材を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の製造方法（製造装置）における成形部材を示す模式的断面図である。
【図７】図６に示す第４の実施形態におけるガス噴出孔及びレーザービーム照射孔を示す平面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の製造方法（製造装置）における成形部材を示す模式的断面図である。
【図９】図８に示す第５の実施形態におけるレーザービーム照射孔を示す平面図である。
【図１０】比較例の製造方法（製造装置）を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、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場合がある。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の製造方法（製造装置）を示す模式的断面図である。図１に示すように、本実施形態のガラス材の製造装置１において、ガラス原料塊２は、成形部材１０の成形面１０ａの上方に浮遊した状態で配置されている。本実施形態において、成形面１０ａは、凹状に形成されており、円錐面の形状を有している。成形面１０ａの中央部には、ガス４を下方から上方に向かって噴出するガス噴出孔１１が形成されている。ガス噴出孔１１からガス４が噴出することにより、ガラス原料塊２が上方に浮遊している。ガス噴出孔１１に、ガスボンベなどのガス供給手段３からガス４が供給されることにより、ガス噴出孔１１からガス４が噴出する。
【００１８】
ガス４の種類は、特に限定されるものではなく、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し、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素を含有した還元性ガスであってもよい。
【００１９】
成形部材１０の成形面１０ａには、加熱手段であるレーザー光源５からのレーザービーム６を通過させる、レーザービーム照射孔１２が形成されている。本実施形態では、レーザービーム照射孔１２は、ガス噴出孔１１より外側に設けられている。レーザービーム照射孔１２は、下方から上方に向かうにつれて中央部に近づくように傾斜している。なお、本実施形態において、レーザービーム照射孔１２は、ガス４を噴出しないように設けられる。具体的には、本実施形態では、レーザービーム照射孔１２はガス噴出孔１１とは別に（独立して）設けられている。
【００２０】
本実施形態において、レーザービーム照射孔１２は、レーザービーム６を透過させる窓材１５により封止されている。それによって、ガス４がレーザービーム照射孔１２から漏洩し難い。本実施形態では、レーザービーム照射孔１２におけるレーザービーム６の入射側の端部に、窓材１５が配置されている。なお、窓材１５は、レーザービーム６の出射側の端部に配置されていてもよく、あるいは、レーザービーム照射孔１２の両端部の間に配置されていてもよい。窓材１５は、例えば、ＺｎＳｅ等により構成することができる。
【００２１】
図２は、図１に示す第１の実施形態におけるガス噴出孔１１及びレーザービーム照射孔１２を示す平面図である。図２に示すように、ガス噴出孔１１は成形部材１０の成形面１０ａの中央部に形成されており、レーザービーム照射孔１２はガス噴出孔１１より外側に複数形成されている。本実施形態において、ガス噴出孔１１は成形面１０ａ内に１つ形成され、レーザービーム照射孔１２は、４つ形成されている。本実施形態では、ガス噴出孔１１の孔径がレーザービーム照射孔１２の孔径よりも大きくなるように形成されている。
【００２２】
成形部材１０は、例えば、炭化ケイ素、超鋼、ステンレス、ジュラルミン、カーボン、アルミニウム等により構成することができる。
【００２３】
図１に示すように、ガス噴出孔１１からガス４を噴出させることによりガラス原料塊２を浮遊させた状態で、加熱手段であるレーザー光源５からのレーザービーム６を、レーザービーム照射孔１２を通過させてガラス原料塊２に照射する。レーザービーム６を照射することによりガラス原料塊２を加熱溶融してガラス化し、その後、冷却することでガラス材を得ることができる。ガラス原料塊２を加熱溶融する工程と、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４の噴出を継続し、ガラス原料塊２またはガラス材が成形面１０ａに接触しないようにすることが好ましい。
【００２４】
図１０は、比較例の製造方法（製造装置）を示す模式的断面図である。図１０に示すように、この比較例では、成形部材３０の中央部にガス噴出孔３１が１つだけ形成されている。つまりこの装置は、特許文献１と同様に、ガス噴出孔３１からガス４を噴出させてガラス原料塊２を浮遊させるとともに、ガス噴出孔３１を通過させてレーザービーム６をガラス原料塊２に照射するようになっている。このため、ガラス原料塊２のレーザー被照射部２ａは、レーザービーム６の照射により加熱溶融されて粘度が低下し、粘度が低下したレーザー被照射部２ａにガス噴出孔３１から噴出したガス４が当たる。レーザー被照射部２ａに噴出したガス４が当たると、粘度が低くなっているため変形しやすく、ガラス原料塊２の外周面に沿ってガス４が均等に分散されにくくなる。このため、ガラス原料塊２の浮遊状態が不安定になり、ガラス原料塊２が成形部材３０と接触してしまうおそれが生じる。
【００２５】
これに対し、本実施形態では、ガス４を噴出するためだけのガス噴出孔１１と、レーザービーム６を通過させるためだけのレーザービーム照射孔１２とが設けられている。このため、ガラス原料塊２において、レーザービーム６が照射され、最も加熱されている部分と、ガス４が当たる部分との位置が異なる。よって、ガラス原料塊２の粘度が最も低い部分以外の部分に、ガス４を当てることができる。したがって、ガス噴出孔１１から噴出したガス４によるガラス原料塊２の変形が抑制され、ガラス原料塊２の浮遊状態を安定に保つことができる。
【００２６】
図１及び図２に示すように、本実施形態においては、レーザービーム照射孔１２が複数形成されている。レーザービーム照射孔１２を複数形成することにより、複数のレーザービーム６を下方から照射することができるので、ガラス原料塊２の加熱溶融状態をより制御しやすくなる。複数のレーザービーム６は、別々のレーザー光源５から出射されたものであってもよいし、１つのレーザー光源５から出射されたものをビームスプリッターなどで分割したものであってもよい。なお、レーザービーム照射孔１２を１つだけ設けても構わない。
【００２７】
上述のように、本実施形態では、ガス噴出孔１１の孔径がレーザービーム照射孔１２の孔径よりも大きくなるように形成されている。ガス噴出孔１１の孔径が大きすぎると、ガス噴出の流速が小さくなり、ガラス原料塊２を十分に浮遊させることができない場合がある。このため、ガス噴出孔１１の孔径は、３ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましく、１．５ｍｍ以下であることがさらに好ましく、１ｍｍ以下であることが特に好ましい。但し、ガス噴出孔１１の孔径が小さすぎると、ガスの流量が不足し、ガラス原料塊２を十分に浮遊させることができない場合がある。従って、ガス噴出孔１１の孔径は、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．３ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００２８】
レーザービーム照射孔の径が小さすぎると、レーザービーム６を通過させることが困難になり、レーザービーム６をガラス原料塊２に精度良く照射することができない場合がある。このため、レーザービーム照射孔１２の孔径は、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、０．８ｍｍ以上であることがさらに好ましい。レーザービーム照射孔１２の孔径が大きすぎると、孔配置の関係上、ガス噴出孔１１の孔径が小さくなりすぎ、ガラス原料塊２を十分に浮遊させることができない場合がある。また、レーザービーム照射孔１２の影響でガス４の流れが乱れやすくなり、ガラス原料塊２の浮遊状態が不安定になる場合がある。このため、レーザービーム照射孔１２の孔径は、３ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましく、１．８ｍｍ以下であることがさらに好ましく、１．５ｍｍ以下であることが特に好ましく、１．２ｍｍ以下であることが最も好ましい。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の製造方法（製造装置）における成形部材を示す模式的断面図である。図３に示すように、本実施形態では、レーザービーム照射孔１２の下方に、レーザービーム６を通過させる管状部材１６が接続されている。本実施形態においては、管状部材１６により、成形部材１０におけるガス４を供給する部分とレーザービーム６を通過させる部分とが隔てられている。これにより、レーザービーム照射孔１２は、ガス４を噴出せず、レーザービーム６を通過させる。
【００３０】
管状部材１６は、レーザービーム照射孔１２と一体で設けられている。なお、管状部材１６は、レーザービーム照射孔１２とは別の部材として、レーザービーム照射孔１２に接続されていてもよい。
【００３１】
図４は、図３に示す第２の実施形態におけるガス噴出孔１１及びレーザービーム照射孔１２を示す平面図である。図４に示されるように、本実施形態において、レーザービーム照射孔１２の孔径はガス噴出孔１１の孔径より大きく、レーザービーム照射孔１２の周囲に複数のガス噴出孔１１が形成されている。また、レーザービーム照射孔１２に近い領域においてガス噴出孔１１が密集して形成されている。ガス噴出孔１１は、一点鎖線で示す領域１３内で形成されている。直径Ｄ１は、領域１３の直径を示しており、直径Ｄ０は、成形面１０ａの直径を示している。
【００３２】
本実施形態では、レーザービーム照射孔１２の周囲に複数のガス噴出孔１１が設けられているので、ガラス原料塊２の浮遊状態をより安定に保つことができる。また、レーザービーム照射孔１２の孔径をガス噴出孔１１の孔径より大きくすることにより、レーザービーム照射孔１２の孔径を相対的に大きくすることができるので、レーザービーム６の光路を調整しやすくなる。
【００３３】
レーザービーム照射孔１２の孔径は、ガス噴出孔１１の孔径の１．１〜１０倍であることが好ましく、１．５〜８倍であることがより好ましく、２〜５倍であることがさらに好ましい。レーザービーム照射孔１２の孔径が大きくなりすぎると、ガラス原料塊２の浮遊状態が不安定になる傾向がある。
【００３４】
レーザービーム照射孔１２の孔径の実際的な寸法は、第１の実施形態に例示した寸法と同様であることが好ましい。本実施形態において、ガス噴出孔１１の孔径は、２ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．５ｍｍ以下であることが特に好ましい。また、ガス噴出孔１１の孔径は、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．３ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００３５】
また、本実施形態では、加熱手段であるレーザー光源７をガラス原料塊２の上方にも設けており、レーザー光源７からのレーザービーム８もガラス原料塊２に照射する。これにより、ガラス原料塊２の加熱溶融状態をより制御しやすくなる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態の製造方法（製造装置）における成形部材を示す模式的断面図である。図５に示すように、本実施形態は、管状部材１６の一部に開口部１６ａが設けられている点で、第２の実施形態と異なる。上記の点以外においては、第３の実施形態は第２の実施形態と同様の構成を有する。
【００３７】
開口部１６ａは、管状部材１６の内部と、成形部材１０におけるガス４を供給する部分とを接続している。これにより、ガラス原料塊２の中央部に対するガス４の供給量不足を補うことができ、ガラス原料塊の浮遊状態を調整することができる。
【００３８】
開口部１６ａは１つ設けられていてもよく、あるいは複数設けられていてもよい。なお、開口部１６ａを通じて噴出されるガス４の供給量が、ガラス原料塊２を過剰に変形させない程度となるよう、開口部１６ａの大きさや数を適宜調整することが好ましい。
【００３９】
管状部材１６の下方からガス４が漏洩し難くするため、管状部材１６内部に窓材を設けることが好ましい。この場合、窓材は開口部１６ａより下方に設けられる。
【００４０】
管状部材１６が成形部材１０における中央部に配置されていない場合においても、開口部１６ａが設けられていてもよい。
【００４１】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態の製造方法（製造装置）における成形部材を示す模式的断面図である。図７は、図６に示す第４の実施形態におけるガス噴出孔１１及びレーザービーム照射孔１２を示す平面図である。図６及び図７に示すように、本実施形態では、成形面１０ａの中央部に１つのガス噴出孔１１を形成し、その周囲に４つのレーザービーム照射孔１２を形成している。さらにレーザービーム照射孔１２の周囲に複数のガス噴出孔１１を形成している。なお、図７においては、直径Ｄ１及び直径Ｄ０を図示していないが、図４と同様に、直径Ｄ１は領域１３の直径であり、直径Ｄ０は成形面１０ａの直径である。
【００４２】
本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、レーザービーム照射孔１２の孔径をガス噴出孔１１の孔径より大きくしている。したがって、レーザービーム照射孔１２の孔径を相対的に大きくすることができるので、レーザービーム６の光路を調整しやすくなる。
【００４３】
ガス噴出孔１１及びレーザービーム照射孔１２の孔径の寸法は、第２の実施形態と同様であることが好ましい。
【００４４】
本実施形態においては、ガス噴出孔１１及びレーザービーム照射孔１２がそれぞれ複数設けられている。そのため、ガラス原料塊２の浮遊状態を安定に保つことができ、かつガラス原料塊２の加熱溶融状態を制御しやすい。また、レーザービーム照射孔１２の周囲に複数のガス噴出孔１１が設けられているので、ガラス原料塊２の浮遊状態をより安定に保つことができる。
【００４５】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態の製造方法（製造装置）における成形部材を示す模式的断面図である。本実施形態において、成形部材１０は、連通孔を有する多孔質材料から構成されている。図８に示すように、成形部材１０は、その周囲に設けられた保持部材１４によって保持されている。また、保持部材１４を設けることによって、ガス４が成形部材１０の連通孔を通り成形部材１０の側方から漏れないように遮蔽している。成形面１０ａの中央部には、複数のレーザービーム照射孔１２が形成されている。ここで、レーザービーム照射孔１２の内面には、ガス４の噴出を防止するための遮蔽膜が形成されていることが好ましい。
【００４６】
各レーザービーム照射孔１２の下方には、管状部材１６が接続されている。なお、管状部材１６は、少なくとも一部が、レーザービーム照射孔１２に挿入されていてもよい。管状部材１６がレーザービーム照射孔１２全体に挿入されていれば、レーザービーム照射孔１２の内面からガス４が噴出することを防止できる。
【００４７】
図９は、図８に示す第５の実施形態におけるレーザービーム照射孔を示す平面図である。図９に示すように、レーザービーム照射孔１２は、成形面１０ａの中心に１つ形成され、さらにその周りに４つ形成されている。
【００４８】
本実施形態においては、レーザービーム照射孔１２の周囲に存在している成形部材１０の連通孔が、ガス噴出孔１１を構成している。ガス噴出孔１１を構成している連通孔は、成形部材１０の下方から上方に向かって連なっている孔である。成形部材１０の下方に供給されたガス４は、この連通孔を通り、成形面１０ａの上方に噴出する。
【００４９】
成形部材１０を構成する多孔質材料としては、炭化ケイ素などの炭化物、窒化物、酸化物などの多孔質セラミック材料を用いることができる。
【００５０】
レーザービーム照射孔１２の孔径の寸法は、例えば、第１の実施形態と同様にすることができる。ガス噴出孔１１を構成している連通孔の孔径は、１〜２００μｍであることが好ましく、５〜１００μｍであることがより好ましい。また、多孔質材料の気孔率は３０〜６０％であることが好ましく、３５〜５５％であることがより好ましい。連通孔の孔径が小さすぎる、あるいは多孔質材料の気孔率が低すぎると、ガスが噴出しにくくなる場合がある。一方、連通孔の孔径が大きすぎる、あるいは多孔質材料の気孔率が高すぎると、ガス噴出の流速が小さくなり、ガラス原料塊２を十分に浮遊させることができない場合がある。
【００５１】
本実施形態においては、多孔質材料の連通孔をガス噴出孔１１としているので、ガス噴出孔１１が多数設けられている。このため、ガス噴出孔１１から噴出したガス４により、ガラス原料塊２の浮遊状態を安定に保つことができる。また、レーザービーム照射孔１２の周囲に多数のガス噴出孔１１が設けられているので、ガラス原料塊２の浮遊状態をより安定に保つことができる。
【００５２】
本実施形態では、加熱手段であるレーザー光源７がガラス原料塊２の上方に複数設けられている。このように、複数のレーザー光源５からの複数のレーザービーム６及び複数のレーザー光源７からの複数のレーザービーム８をガラス原料塊２に照射してもよい。この場合にも、ガラス原料塊２の加熱溶融状態をより制御しやすくなる。
【００５３】
なお、上記各実施形態において、複数形成されているガス噴出孔１１は、必ずしも互いに同じ孔径である必要はなく、互いに異なっていてもよい。複数形成されているレーザービーム照射孔１２の孔径も、互いに異なっていてもよい。
【００５４】
第１，第４の実施形態では、下方からのレーザービーム６のみをガラス原料塊２に照射しているが、これらの実施形態においても、第２，第５の実施形態と同様に、下方からのレーザービーム６とともに、上方からのレーザービーム８をガラス原料塊２に照射してもよい。また、上記の第２，第５の実施形態では、下方からのレーザービーム６とともに、上方からのレーザービーム８をガラス原料塊２に照射しているが、下方からのレーザービーム６のみをガラス原料塊２に照射してもよい。
【００５５】
本発明によれば、無容器浮遊法によりガラス材を製造することができるので、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について、ガラス材を製造することができる。このようなガラスとしては、例えば、テルビウム−ホウ酸複合酸化物系ガラス材、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、ランタン−チタン複合酸化物ガラス材、ランタン−チタン−ジルコニア複合酸化物ガラス材等が挙げられる。
【００５６】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００５７】
（実施例１）
原料粉末を秤量、混合した後、１０００℃前後の温度で仮焼きすることで原料粉末を焼結させた。焼結体から所望の量を切り出し、ガラス原料塊２を作製した。ガラス原料塊２のガラス組成は、３０モル％Ｌａ２Ｏ３−７０モル％Ｎｂ２Ｏ５である。
【００５８】
次に、図１及び図２に示す第１の実施形態に準じたガラス材の製造装置を用いて、以下の条件で、ガラス原料塊２を加熱溶融することによりガラス材を作製した。具体的な手順を以下に示す。
【００５９】
まず、０．０８ｇのガラス原料塊２を成形部材１０の成形面１０ａの上に配置した。次に、ガス供給手段３からガス噴出孔１１にガス４を供給し、ガラス原料塊２を成形面１０ａの上方に浮遊させた。この状態で、下方から４つのレーザービーム６をそれぞれレーザービーム照射孔１２を通過させてガラス原料塊２に照射して、ガラス原料塊２を加熱溶融させた。４つのレーザービーム６はそれぞれ、２Ｗ／秒で出力を上昇させ、出力５Ｗ（合計２０Ｗ）となった時点で２０秒間その出力を保持し、その後レーザー照射を停止した。
【００６０】
その後、ガラス原料塊２の溶融物を冷却させることにより、ガラス材を得た。得られたガラス材の直径は２．２ｍｍであった。
【００６１】
ガス噴出孔１１及びレーザービーム照射孔１２の位置及び寸法は、以下の通りである。
【００６２】
成形面１０ａの直径Ｄ０：７ｍｍ
ガス噴出孔１１が形成される位置：成形面１０ａの中央部
ガス噴出孔１１の孔径：１ｍｍ
ガス噴出孔１１の数：１ 
レーザービーム照射孔１２が形成される位置：成形面１０ａの中心から１ｍｍ離れた位置であって、正四角形の各頂点に該当する位置
レーザービーム照射孔１２の孔径：０．７ｍｍ
レーザービーム照射孔１２の数：４
ガス４：窒素ガス
【００６３】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で調製したガラス原料塊２を用い、図３及び図４に示す第２の実施形態に準じたガラス材の製造装置を用いて、以下の条件で、ガラス原料塊２を加熱溶融することによりガラス材を作製した。具体的な手順を以下に示す。
【００６４】
まず、０．３５ｇのガラス原料塊２を成形部材１０の成形面１０ａの上に配置した。次に、ガス供給手段３からガス噴出孔１１にガス４を供給し、ガラス原料塊２を成形面１０ａの上方に浮遊させた。この状態で、下方のレーザー光源５からレーザービーム照射孔１２を通過させてレーザービーム６をガラス原料塊２に照射するとともに、上方のレーザー光源７からのレーザービーム８をガラス原料塊２に照射して、ガラス原料塊２を加熱溶融させた。レーザービーム８は、２Ｗ／秒で出力を上昇させ、レーザービーム６は、１Ｗ／秒で出力を上昇させ、レーザービーム８が出力４０Ｗとなり、レーザービーム６が出力２０Ｗとなった時点で１５秒間その出力を保持し、その後レーザー照射を停止した。
【００６５】
その後、ガラス原料塊２の溶融物を冷却させることにより、ガラス材を得た。得られたガラス材の直径は６ｍｍであった。
【００６６】
ガス噴出孔１１及びレーザービーム照射孔１２の位置及び寸法は、以下の通りである。
【００６７】
成形面１０ａの直径Ｄ０：１４ｍｍ
ガス噴出孔１１が形成される領域１３の直径Ｄ１：１２ｍｍ
ガス噴出孔１１の孔径：０．３ｍｍ
ガス噴出孔１１の数：３７４
レーザービーム照射孔１２が形成される位置：成形面１０ａの中央部
レーザービーム照射孔１２の孔径：１．２ｍｍ
レーザービーム照射孔１２の数：１
ガス４：窒素ガス
【００６８】
（実施例３）
実施例１と同様の方法で調製したガラス原料塊２を用い、図６及び図７に示す第４の実施形態に準じたガラス材の製造装置を用いて、以下の条件で、ガラス原料塊２を加熱溶融することによりガラス材を作製した。具体的な手順を以下に示す。
【００６９】
まず、０．２５ｇのガラス原料塊２を成形部材１０の成形面１０ａの上に配置した。次に、ガス供給手段からガス噴出孔１１にガス４を供給し、ガラス原料塊２を成形面１０ａの上方に浮遊させた。この状態で、下方から４つのレーザービーム６をそれぞれレーザービーム照射孔１２を通過させてガラス原料塊２に照射して、ガラス原料塊２を加熱溶融させた。４つのレーザービーム６はそれぞれ、１Ｗ／秒で出力を上昇させ、出力１２．５Ｗ（合計５０Ｗ）となった時点で１５秒間その出力を保持し、その後レーザー照射を停止した。
【００７０】
その後、ガラス原料塊２の溶融物を冷却させることにより、ガラス材を得た。得られたガラス材の直径は４．６ｍｍであった。
【００７１】
ガス噴出孔１１及びレーザービーム照射孔１２の位置及び寸法は、以下の通りである。
【００７２】
成形面１０ａの直径Ｄ０：１１ｍｍ
ガス噴出孔１１が形成される領域１３の直径Ｄ１：８ｍｍ
ガス噴出孔１１の孔径：０．２ｍｍ
ガス噴出孔１１の数：２５０
レーザービーム照射孔１２が形成される位置：成形面１０ａの中心から０．９ｍｍ離れた位置であって、正方形の各頂点に該当する位置
レーザービーム照射孔１２の孔径：０．７ｍｍ
レーザービーム照射孔１２の数：４
ガス４：窒素ガス
【００７３】
（実施例４）
実施例１と同様の方法で調製したガラス原料塊２を用い、図８及び図９に示す第５の実施形態に準じたガラス材の製造装置を用いて、以下の条件で、ガラス原料塊２を加熱溶融することによりガラス材を作製した。具体的な手順を以下に示す。
【００７４】
まず、０．２ｇのガラス原料塊２を成形部材１０の成形面１０ａの上に配置した。成形部材１０としては、炭化ケイ素多孔質体（連通孔の孔径５〜５０μｍ、気孔率４０％）を用いた。次に、ガス供給手段から成形部材１０にガス４を供給し、ガラス原料塊２を成形面１０ａの上方に浮遊させた。この状態で、下方から５つのレーザービーム６をそれぞれレーザービーム照射孔１２を通過させてガラス原料塊２に照射するとともに、上方から２つのレーザービーム８をガラス原料塊２に照射して、ガラス原料塊２を加熱溶融させた。５つのレーザービーム６及び２つのレーザービーム８はそれぞれ、１Ｗ／秒で出力を上昇させ、出力６Ｗ（合計４２Ｗ）となった時点で１５秒間その出力を保持し、その後レーザー照射を停止した。
【００７５】
その後、ガラス原料塊２の溶融物を冷却させることにより、ガラス材を得た。得られたガラス材の直径は３．８ｍｍであった。
【００７６】
レーザービーム照射孔１２の位置及び寸法は、以下の通りである。
【００７７】
成形面１０ａの直径Ｄ０：１０ｍｍ
レーザービーム照射孔１２が形成される位置：成形面１０ａの中央部及び成形面１０ａの中心から１ｍｍ離れた位置であって、正方形の各頂点に該当する位置
レーザービーム照射孔１２の孔径：０．８ｍｍ
レーザービーム照射孔１２の数：５
ガス４：窒素ガス
【００７８】
（比較例１）
実施例１と同様の方法で調製したガラス原料塊２を用い、図１０に示す比較例に準じたガラス材の製造装置を用いて、以下の条件で、ガラス原料塊２を加熱溶融することによりガラス材を作製した。具体的な手順を以下に示す。
【００７９】
まず、０．１５ｇのガラス原料塊２を成形部材３０の上に配置した。次に、ガス供給手段からガス噴出孔３１にガス４を供給し、ガラス原料塊２を成形部材３０の上方に浮遊させた。この状態で、下方のレーザー光源からガス噴出孔３１を通過させてレーザービーム６をガラス原料塊２に照射して、ガラス原料塊２を加熱溶融させた。レーザービーム６は、２Ｗ／秒で出力を上昇させ、出力５０Ｗとなった時点でその出力を保持した。しかしながら、ガラス原料塊２の溶融物の浮遊状態が不安定となり、成形部材３０と接触してしまい、所望のガラス材は得られなかった。
【００８０】
ガス噴出孔３１の位置及び寸法は、以下の通りである。
【００８１】
ガス噴出孔３１が形成される位置：成形部材３０の中央部
ガス噴出孔３１の孔径：１ｍｍ
ガス噴出孔３１の数：１
ガス４：窒素ガス
【符号の説明】
【００８２】
１…ガラス材の製造装置
２…ガラス原料塊
２ａ…レーザー被照射部
３…ガス供給手段
４…ガス
５…レーザー光源
６…レーザービーム
７…レーザー光源
８…レーザービーム
１０…成形部材
１０ａ…成形面
１１…ガス噴出孔
１２…レーザービーム照射孔
１３…領域
１４…保持部材
１５…窓材
１６…管状部材
１６ａ…開口部
３０…成形部材
３１…ガス噴出孔
Ｄ０…成形面１０ａの直径
Ｄ１…領域１３の直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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