(57)【要約】【課題】ガラスビーズの生産収率を向上し、ガラスビーズの生産原価を低減するガラスビーズの製造方法及びその製造装置を提供する。【解決手段】本発明のガラスビーズの製造方法は、無機粉粒体をバーナー１２の火炎中に投入して球状化させることによりガラスビーズＧを成形する製造方法において、燃焼ガスＦを所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成し、該火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体Ｍを射出して互いに衝突させ融合ガラス粒とし、該融合ガラス粒を自由落下させることにより球状化させつつ冷却・固化することよりなる。また、本発明のガラスビーズ製造装置１０は、上記のための無機粉粒体Ｍを射出する耐熱性投入管１１ａ、１１ｂ、バーナー１２、ガラスビーズの成形空間部１５を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機粉粒体を火炎中に投入して球状化させることによりガラスビーズを成形するガラスビーズ製造方法において、
燃焼ガスを所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成し、該火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体を射出して互いに衝突させ融合ガラス粒とし、該融合ガラス粒を自由落下させることにより球状化させつつ冷却・固化することを特徴とするガラスビーズの製造方法。
【請求項２】
無機粉粒体としてガラスカレットを使用することを特徴とする請求項１に記載のガラスビーズ製造方法。
【請求項３】
無機粉粒体として５００μｍ以下の略球形状体を使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラスビーズ製造方法。
【請求項４】
無機粉粒体の球体積相当平均粒径が、成形後のガラスビーズの平均粒径より１割以上小さいことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のガラスビーズの製造方法。
【請求項５】
火炎の噴射方向が略垂直下向きであり、無機粉粒体を衝突させる射出角度が垂直落下方向から８０°未満であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のガラスビーズの製造方法。
【請求項６】
無機粉粒体を火炎中に投入して球状化させることによりガラスビーズを成形するガラスビーズ製造装置において、
燃焼を所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成するバーナーと、該火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体を射出する複数の耐熱性投入管と、火炎中で互いに衝突して形成された融合ガラス粒を自由落下させて球状化させつつ冷却・固化させる成形空間部とを備えてなることを特徴とするガラスビーズの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交通標識や路面表示等の再帰反射特性を利用する反射材料、発光素子や光ファイバ通信用等の光部品用微小球レンズ材料、半導体接着用の封着材料、塗装や琺瑯、樹脂、ゴム等のフィラー材料、スペーサー材料として利用されるガラスビーズとその製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスビーズは、一般に粒径が８ｍｍ未満の球状ガラスのことであるが、このようなガラスビーズはこれまで種々の産業分野で利用されてきており、その製造方法も多岐に亘る。代表的なガラスビーズの製造方法は、球状化手段として表面張力を利用する方法と、それ以外に物理的な外力も併せて利用する方法に大別することができる。研磨、プレス成形等のように物理的な外力のみでガラス球を製造する方法もあるが、この場合にはガラスの直径は比較的大きくなるため、微細な粒径を有するものを大量に成形する際には球形状に成形する際の必須の外力として表面張力を利用することが多い。
【０００３】
そして表面張力のみを利用する前者の方法としては、特許文献１にあるように予めガラス化されたカレットや原料造粒物等を火炎中に投入して浮遊させて球状化する間接法と、特許文献２に示した溶融したガラスから直接球状に成形する直接法がある。間接法は、それなりの手間を要するが、比較的小さい粒径のガラスビーズを調整し易いといった特徴がある。また直接法は、表面張力が大きく、溶融ガラスの粘性が低いガラス組成を有する必要があり、ガラスビーズの粒径精度よりも安価に製造できる点を重視する場合に利用される。一方、物理的な外力も利用する後者には、カーボン内張のロータリーキルンに粉末ガラスを投入して加熱しながら回転することによってガラスビーズを成形する方法がある。この方法は、生成したガラスビーズの洗浄操作等を必要とするが、直接法よりは精度の高いガラスビーズが得られる方法である。
【０００４】
間接法については、直接法に比べて粒度の揃ったガラスビーズが得られるが、それでも所定範囲外の粒径を有するガラスビーズが必ず生成してしまうという問題がある。このため大量生産するガラスビーズの粒径が揃っているほど収率が向上することになるので、粒径を揃えるための改善が行われてきた。例えば、原料として利用する粒子寸法を所定範囲に限定する方法や粒子の代わりにガラス繊維を切断したモノフィラメントを使用する方法等も開示されている。またこのような方法については、生成したガラスビーズが凝集し易いという問題もあって、特許文献３に示されたように対策として冷却温度を限定する工夫も行われてきた。また、特許文献４にあるように、所定粒径より粒径の小さいガラスビーズを再利用する間接法についても発明が行われている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭４９−８０１１７号公報（第１頁〜第３頁）
【特許文献２】
特開昭５２−４２５１２号公報（第１頁〜第４頁、第１図）
【特許文献３】
特開平１１−５７４５１号公報（第１頁〜第６頁、第１図）
【特許文献４】
特開平１０−２１２１２９号公報（第１頁〜第７頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような種々の改善がこれまで行われてきたにもかかわらず、前述したように粒径が揃わないために収率が高くならないという問題点については、まだ不十分な結果しか得られていないのが現状である。このように改善が進まなかった大きな理由の一つは、粒径が大きすぎたり小さすぎて使用不可能なガラスビーズは、ガラスビーズの原料である無機粉粒体を製造する加熱溶融炉に原料カレットとして投入し再利用することが無駄になっていると思われていなかったことにある。すなわち原料カレットとして再溶融すると、以前に溶融した際のエネルギーはまったく無駄になるばかりでなく、一回の生産で製造できるガラスビーズの生産量も低く抑えられるため、生産に必要となる原価を圧迫する大きな要因となる。このため、種々の製造条件を変更することによってこの問題を改善する試みが行われたものの、充分満足いく結果は得られなかった。
【０００７】
また、前述した特許文献４の方法は、本発明者らも検討を行ったが、予め小さいガラス微粉末を所望粒径に造粒する必要があり、図３に示すように、原料を供給する管１１が一つである等の制約もあるため、利用できるガラスビーズ粒径が限られ、しかも生産収率が低い等の欠点もあり、それほど実用的な成果を得られなかった。また、バインダー等を用いて造粒した場合、バインダー等が泡や異物の原因となるという問題がある。
【０００８】
本発明者らは、係る状況に鑑みこの問題を抜本的に改善すべく研究を重ね、ガラスビーズの生産収率を向上し、ガラスビーズの生産原価を低減することができるガラスビーズの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のガラスビーズの製造方法は、無機粉粒体を火炎中に投入して球状化させることによりガラスビーズを成形するガラスビーズ製造方法において、燃焼ガスを所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成し、該火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体を射出して互いに衝突させ融合ガラス粒とし該融合ガラス粒を自由落下させることにより球状化させつつ冷却・固化することを特徴とする。
【００１０】
ここで、燃焼ガスを所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成し、該火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体を射出して互いに衝突させ融合ガラス粒とするとは、燃焼ガスを特定の方向に向けて噴出速度を調整して放出しながら燃焼させることによって所望の形状及び温度の火炎を形成し、その火炎の噴出方向に対する角が９０°未満の領域となるような角度方向であって、例えば火炎の噴出する軸方向に垂直な方向の同心円状の火炎の広がりの中心方向へと向けて、無機粉粒体を射出してそれぞれの粒子を互いに衝突させることによって融合したガラス粒子を連続的に複数形成することを意味している。
【００１１】
火炎の中心に向けて、無機粉粒体を射出しそれぞれの粒子をその中心近傍の高温状態の炎中で互いに衝突させる際に、同時にそのような位置に到達するように複数の方向から無機粉粒体を射出するため、２以上の方向から無機粉粒体を同じ程度の運動エネルギーを有する状態で射出することが重要である。このように無機粉粒体を火炎中に投入することによって、溶融したガラス粒子は互いに効率よく合体して、ガラス粒径が大きくなる。この時、２つの粒子が衝突しても少なくともそのうち一方は溶融状態となっていなければ、２つの粒子が融着して合体することはできない。例えば２方向から射出する場合に、一方の運動エネルギーが他方より大きいと火炎中の所定位置からずれた位置で火炎によって形成される流れに乗ることになるため、効率的な造粒が行えない。つまり、火炎の中心線から外れることによって、それぞれの粒子は溶融に必要となるだけの十分なエネルギーを受取ることが困難となり、衝突しても融着して合体することのない粒子が増加し、融着合体による造粒の確率が低くなる。よって粒子質量の異なる粒子をそれぞれ別方向から射出する場合には、意図的に大きい質量を有する粒子を低速にし、小さい粒径を有する粒子は高速にすることによってそれぞれの粒子が確率的に火炎の中心線上で合一する状態に調整することができるのである。
【００１２】
そしてこのような調整を避けるためには、予め質量の異なる粉粒体について均質混合を行っておくことが必要となる。このような対応は、例えば同じ組成で同じ密度を有する無機粉粒体粒子を使用して、平均粒径の異なる原料を使用しようとする場合に、必要となる処置である。
【００１３】
ここで原料として使用する無機粉粒体としては、溶融してガラス化することができる組成となっていれば特にどのような組成であっても差し支えはない。例えば、ゾル−ゲル法等によって生成した微粒子、微粉砕ガラスカレット、増粒複合無機塩粉末、セラミックス粒子、異形状異寸法ガラスビーズ、無機有機ハイブリッド材料粉末等を必要に応じて使用することができるものである。
【００１４】
無機粉粒体の射出方法には、種々の方法が採用可能であるが、最も簡単な方法としては、例えばその内部に火炎を形成する耐熱性容器の上部に粉粒体を投入する耐熱性投入管を所望の角度で配設する。その耐熱性投入管に沿って無機粉粒体を所定速度で他のガス流体と共に射出することで必要となる運動エネルギーを無機粉粒体に与えることが可能となる。また、他の方法として同様の耐熱性投入管を使う場合でも各々の無機粉粒体の落下高さを意図的に変更することによって運動エネルギーを適宜調整することも可能である。そしてこのような方法を採用することによって、無機粉粒体に予備加熱等を施すことなく、装置内に射出することが可能となる。
【００１５】
火炎を形成する高速流体については、燃焼反応によって使用する無機粉粒体粒子を充分に加熱してそれぞれ溶融する高温状態にできるものであれば、液体、気体、固体のどのようなものを使用しても差し支えない。また高速流体を形成するための装置についても、どのような形態、機能を有するものであってもよい。そして、ノズル配置を工夫することで、必要に応じて複数の高速流体を束ねた状態として、より強力な火力を持ち、しかも微調整をおこない易いものとすることも可能である。
【００１６】
また、融合ガラス粒を自由落下させることにより球状化させつつ冷却・固化することとは、融着して合体した複数のガラス粒子をそれぞれ表面張力の働きによって実使用上支障のない状態にまで略球形状とし、自由落下中に冷却して互いに融着したり変形することがない温度まで固化することを意味している。
【００１７】
ここで、融合ガラス粒を自由落下させる際に、必要に応じて前述の無機粉粒体粒子をそれぞれ溶融して融着させるまでと異なる雰囲気中で行うことによって、形成されたガラスビーズの表面改質を行うことも可能であるし、また、自由落下中における粒子温度、粒子の滞留時間等を精密に管理することによって、それぞれの粒子の粒径、真球度等を適宜調整することも可能である。
【００１８】
そして、自由落下の工程は、同じ容器内で行ってもよく、それまでの無機粉粒体を噴出し融着して球状とする工程と別の容器内を使用して行ってもよい。ただし、注意が必要なのは、この工程の途中で各々の粒子が帯電等することによって凝集物が発生したり、容器壁等の付帯設備表面へ粒子が付着すること等によって表面の清浄度が損なわれ、ガラスビーズの品質を相対的に低下させたりしないように対処を行い、同時に充分な管理を行うことが大切である。
【００１９】
また、本発明のガラスビーズの製造方法は、上記に加えて無機粉粒体としてガラスカレットを使用することを特徴とする。
【００２０】
ここで、無機粉粒体としてガラスカレットを使用するとは、本発明のガラスビーズの製造方法において使用する原料である無機粉粒体として、好適なものがガラスカレットであることを意味している。ここで、ガラスカレットとしては、特にその形態を限定するものではないが、なるべくそれぞれの粒子が偏析、凝集等せずに分散しやすく、しかも容易に溶融状態となるものが好ましい。このような点からより好ましい原料としては、例えば所定の粒径より平均粒径が小さい寸法のガラスビーズがある。粒径の小さいガラスビーズを本製造方法によって融着合体させて、所望の寸法のガラスビーズとすることによって、前述したように無機粉粒体製造用のカレットとして使用するのではなく、直接ガラスビーズ製造装置の原料として再利用することが可能となるのである。
【００２１】
また、本発明のガラスビーズの製造方法は、無機粉粒体として５００μｍ以下の略球形状体を使用することを特徴とする。
【００２２】
ここで、無機粉粒体として５００μｍ以下の略球形状体を使用するとは、本製造方法で使用する原料である無機粉粒体の粒径として好ましくは、粒子体積が球体に該当するものとした場合の最大直径が５００μｍ以下の略球形状体であることを意味している。５００μｍを越える寸法の粒子を使用しても本発明の製造方法を利用できるが、粒子の冷却工程等で粒子同士の融着などの問題が発生する場合もあるため、５００μｍ以下の略球形状体であることがよい。またより安定した品位のガラスビーズを製造しようとすれば、３００μｍ以下である方が好ましい。
【００２３】
また、本発明のガラスビーズの製造方法は、上述に加えて無機粉粒体の球体積相当平均粒径が、成形後のガラスビーズの平均粒径より１割以上小さいことを特徴とする。
【００２４】
ここで、無機粉粒体の球体積相当平均粒径が、成形後のガラスビーズの平均粒径より１割以上小さいとは、原料として使用する無機粉粒体の球体積に換算した場合の相当平均粒径が、本方法で成形したガラスビーズの平均粒径の９割以下の寸法であることを意味している。
【００２５】
例えば、使用する原料の種類が２種類である場合に、極端な組み合わせを考えれば、一方の粒径が成形後の平均粒径に対してその９割の寸法であって、他方の平均粒径が１割の寸法であってもよい。さらに３種類の粒子を融着させようとする場合には、第一の平均粒径が成形後の９割の寸法で、第二の平均粒径が成形後の０．５割の寸法、さらに第三の平均粒径が成形後の０．５割であっても支障はない。
【００２６】
また、本発明のガラスビーズの製造方法は、上述に加えて火炎の噴射方向が略垂直下向きであり、無機粉粒体を衝突させる射出角度が垂直落下方向から８０°未満であることを特徴とする。
【００２７】
ここで、無機粉粒体を衝突させる射出角度が垂直落下方向から８０°未満であるとは、複数の種類の無機粉粒体粒子を融着させて、効率的に球形状の粒子を造粒していくためには、それぞれの粒子の射出角度が垂直な落下方向に対して８０°未満の角度であることを意味している。
【００２８】
射出角度を８０°以上にすると、融着が不十分となって効率的な造粒が行えなくなる虞がある。すなわち８０°以上の角度で粒子を効果的な速度で射出するためには、高速な射出速度が必要となるため、そのような高速な射出を実現すると、無機粉粒体が火炎中にある間にそれぞれの粒子が溶融されるために充分な熱量を受けることが困難となり、所望のガラスビーズを生成することができない。そしてこのような傾向は、粒径が大きくなるほど発生する可能性が高くなる。大粒径の原料は、なるべく長い時間火炎中にあって充分加熱される方がよい。例えば、２００μ以上の粒子を利用する場合には、より安定した条件として確実な製造を実現するため、さらに垂直落下方向から７０°未満の角度を採用することが好ましい。むろん２００μ以下であっても、７０°未満の設定は可能であるが、このような条件をさらに限定していけば、火炎の速度などの諸条件との兼ね合いで、最終的な最良な条件を設定できるものである。
【００２９】
また、前記と同様に所望の粒径及び特定性能を有するガラスビーズを高い収率で効率良く、大量に生産するためには、射出角度の下限値については２５°より大きい方が好ましい。さらに安定な条件として、この下限値は３０°となる。すなわち、所望粒径より粒径の小さいガラスビーズの生成量を低くするためには、３０°以上で７０°未満が本発明として、最も好適な射出角度である。
【００３０】
また、本発明のガラスビーズ製造装置は、無機粉粒体を火炎中に投入して球状化させることによりガラスビーズを成形するガラスビーズ製造装置において、燃焼を所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成するバーナーと、該火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体を射出する複数の耐熱性投入管と、火炎中の所定位置で互いに衝突して形成された融合ガラス粒を自由落下させて球状化させつつ冷却・固化させる成形空間部とを備えてなることを特徴とする。
【００３１】
ここで、燃焼を所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成するバーナーとは、一以上の燃料成分を所定比率で調整した燃料を、調節された流速をもってある特定方向へと噴出する機能を有する装置であって、噴出した燃料に引火することによって火炎を形成することができるものである。
【００３２】
そしてこのバーナーとしては、燃焼に必要となる充分な機能を有するものであるならば、特にその形状や他の付随機能等については特に限定されるものはない。ただ、供給される燃料の量と供給速度は、微調整が可能であって、必要に応じて複数本のバーナーを束ねたような構造を採用することもできる。また、使用する原料は、液体、気体、固体を問わず使用が可能であり、所望の火炎状態を形成することによって本発明に必要となる高温状態を実現できるものである。
【００３３】
また、火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体を射出する複数の耐熱性投入管とは、前述したように、火炎噴出方向の中心線上に焦点を結ぶように、中心線に対して９０°未満の角度をなす配設状態にある２以上の異なる方向へと該無機粉粒体を射出することのできる複数の耐熱性投入管のことを意味している。
【００３４】
投入管については、充分な耐熱性を有し、所望の摩耗特性等、一連の強度特性を満足するならば、どのような材料を使用したものであっても差し支えはない。また、無機粉粒体の種類によっては、気流体等に無機粉粒体を乗せて投入管より射出することも可能である。そして投入管の長さや直径等についても必要に応じて適宜変更することによって最適な射出条件を採用することが可能である。
【００３５】
またこの投入管については、投入管と同様の機能を有する装置を転用することも必要に応じて可能である。例えば、無機粉粒体を射出することが可能な装置として、耐熱性射出溝がある。この装置は管形状ではないが、管の一部を除去することによって、可能となる形態であり、このような形態上異なる装置を利用する長所としては、管の場合に必要になる場合のある管内面の清掃が容易であったり、粉粒体の射出時の予期せぬ目詰まり等に簡単に対処することができる点がある。ただし逆に粉粒体の射出角度の微調整が行いにくい点やあまりに微細な粒子は、周囲のガス流に巻き込まれてしまい粉塵が発生し易くなるといった欠点もある。よってこのような一連の長所、短所を充分に心得た上で採用することが肝要となる。
【００３６】
射出角度については、前述したようにより好ましくは８０°未満、さらに好ましくは７０°未満とすることがよく、無機粉粒体の粒度に変動がある場合にはそれに応じて角度を微調整するなどの対応も可能である。そして無機粉粒体の種類によって、この射出角度を変えることができる。例えば、２本の投入管は、それぞれ前述したように火炎噴出方向の中心線上に焦点を結ぶように、中心線に対して鋭角をなすように配設されているならば、それぞれが異なった角度であってもよい。
【００３７】
また、火炎の中心位置で互いに衝突して形成された融合ガラス粒を自由落下させて球状化させつつ冷却・固化させる成形空間部とを備えてなるとは、本製造装置には前述の無機粉粒体が融着合体した融合ガラス粒となり、その後表面張力による球状化によって形成された平均粒径の大きくなったガラス粒子が互いにさらに融着することなく冷却して固化するに足る容積を有する空間として、成形空間部を備えていることを意味している。
【００３８】
この成形空間部については、本製造装置内で無機粉粒体粒子を互いに融着し、表面張力によって球状化する部位と同じ部位を利用することも可能であるし、全く異なる容器内へと球状化後のガラス球状粒子を導いて冷却を行うことも可能である。このガラス球状粒子はこの成形空間部において自由落下させることもできるし、必要に応じて気流中において一時的に浮遊させた後に自由落下させることも可能である。また、冷却の手段として、強制的な冷却気流等を採用することもできるし、自然放冷によって冷却することもできる。ただ、自然放冷を利用する場合には、ガラス粒子寸法が大きいならそれなりの容積が必要となり、注意が必要である。
【００３９】
【作用】
以上のように、本発明のガラスビーズの製造方法は、燃焼ガスを所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成し、該火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体を射出して互いに衝突させ融合ガラス粒とし、該融合ガラス粒を自由落下させることにより球状化させつつ冷却・固化するものであるため、融着して造粒されたガラス粒子を高い確率で生成することが可能であり、真球度が高く表面付着物等による汚染が極めて少ない状態のガラスビーズを製造することができる。
【００４０】
また、本発明のガラスビーズの製造方法は、無機粉粒体としてガラスカレットを使用するものであるため、成形されたガラスビーズの内、規格範囲外の粒径を有するガラスビーズを無機粉粒体製造用カレットとせずにそのまま本製造方法の原料として利用することができ、無機粉粒体の製造に必要なエネルギーや費用を節約することのできるものである。
【００４１】
さらに、本発明のガラスビーズ製造方法は、無機粉粒体として５００μｍ以下の略球形状体を使用するものであるため、高性能なガラスビーズを安価に大量生産することが可能であって、微粒子から最大粒径までの各種の粉粒体を区別することなく利用することができるものである。
【００４２】
また、本発明のガラスビーズの製造方法は、成形後のガラスビーズの平均粒径より１割以上小さいものであるため、小粒径のガラスビーズを再溶融や予備加熱、カップリング処理等の前処理をせずにそのまま増径化することができ、効率的な製造がおこなえるものである。
【００４３】
さらに、本発明のガラスビーズの製造方法は、火炎の噴射方向が略垂直下向きであり無機粉粒体を衝突させる射出角度が垂直落下方向から８０°未満であるため、造粒を確実に行うことが可能であって、溶融不足の複数粒子が固着した非球体形状の粒子の生成を極めて少ない発生率に抑制することができる。
【００４４】
また、本発明のガラスビーズ製造装置は、燃焼を所定の流速で一方向に噴射することにより前記火炎を形成するバーナーと、該火炎の噴射方向に対して所定の鋭角をなす複数の方向から火炎中の所定位置に向けて前記無機粉粒体を射出する複数の耐熱性投入管と、火炎中で互いに衝突して形成された融合ガラス粒を自由落下させて球状化させつつ冷却・固化させる成形空間部とを備えてなるものであるため、従来はガラス組成等の違いによって成形条件に制約を受け、製造が困難であったガラスビーズについても適用範囲を広げることができ、多種多様な特性を有するガラスビーズ製品を高い寸法精度で製造することが可能となるものである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のガラスビーズ製造方法と製造のための製造装置について、実施例に基づいて説明する。
【００４６】
まず、本発明のガラスビーズの製造装置について、その要部断面図を図１及び図２に示す。このガラスビーズ製造装置１０には、天井部１３にはＳＵＳ３０４製で内直径１０ｍｍの無機粉粒体Ｍの投入管１１ａ、１１ｂがそれぞれ垂直方向からの射出角度θａ、θｂともに４５°で対向配設されており、この２本の投入管１１ａ、１１ｂから射出した無機粉粒体Ｍが衝突する位置をめがけて火炎を形成するために内直径４０ｍｍのバーナー１２が配設されている。
【００４７】
なお、この無機粉粒体Ｍの投入管１１ａ、１１ｂは、いずれも無機粉粒体Ｍの射出角度θを調整することができる仕様となっており、１１ａの角度θａ、１１ｂの角度θｂとも３０°以上の角度から９０°未満の角度まで変更することが可能である。無機粉粒体Ｍは、この投入管１１ａ、１１ｂから予備加熱等されることなく装置１０内に噴出される。そしてこの装置全体はＳＵＳ３０４製の側壁１４によって周囲を囲われた耐熱容器となっており、下部には略四角錐状の冷却帯域としての成形空間部１５とガラスビーズ捕集室１６、ガラスビーズ取り出し口１７が配設されている。そしてこの装置１０内のバーナー１２より噴射された燃料Ｆが燃焼反応によって約２ｍの長さを有する火炎を形成する。無機粉粒体Ｍの粒子はこの火炎の中心で分散された状態でそれぞれ１０００℃以上に加熱されて溶融状態となり、高粘度のガラス液滴状態となっているため、粒子同士の衝突によって互いに溶着して融合ガラス粒になる。
【００４８】
溶着後の合体した融合ガラス粒は高温状態のガラス液滴となり、自由落下しつつ表面張力によって球状化してゆく。そして、本装置の下部に設けられた成形空間部１５を落下していく間に粒子同士が融着しない温度にまで充分に冷却され、最終的に装置底部に設けられたガラスビーズ捕集室１６に蓄えられることとなる。そして、一時的に蓄えられたガラスビーズＧは、このガラスビーズ捕集室１６の下部に配設されたガラスビーズ取り出し口１７より装置外へと流出されて、次の工程へと運ばれることとなる。
【００４９】
次いで、本発明のガラスビーズの製造装置を使用して、本発明のガラスビーズの製造方法を適用した事例を説明する。ここでは、ガラスビーズの生産原価を低減するため、ガラスビーズ生産の際に発生する規格外寸法の小径ガラスビーズをそのまま本発明の装置に投入する無機粉粒体Ｍとして使用したものである。原料として使用したガラスビーズは、粒径２５μｍ以下の微粒子カレットで平均粒径が１５μｍのものである。この微粒子カレットは、従来は前述したように製造用原料の溶融用カレットとして再利用されてきたものである。この微粒子カレットを定量供給装置（図示省略）から配出してインゼクター方式によって空気流に乗せ、本製造装置の無機粉粒体Ｍの投入管１１ａ、１１ｂから射出する。そして同時にＬＰＧを燃料とするガス−空気混合気流体を３００  ｌ（リットル）／分でバーナー１２より噴出させて燃焼させ火炎を形成し、射出された微粒子カレットを分散させ、それぞれの粒子を溶融状態とし、互いに衝突させて融着させて合体した融合ガラス粒とし、装置内で自由落下によって冷却を行った。
【００５０】
生成した高温状態の粒子をガラスビーズ捕集室１６に集めた後に、ガラスビーズを取り出し、その平均粒径を計測したところ、生成したガラスビーズの平均粒径は、４０μｍとなっており、使用した平均粒径１５μのガラスビーズに対して、約２．７倍の粒径となっていることを確認することができた。また、生成したガラスビーズは、表面の清浄度が良好で、割れたものや結晶の生成により失透状態にあるものもなく、反射輝度についても高い性能を実現できることが確認できた。
【００５１】
【発明の効果】
以上本発明のガラスビーズの製造方法によれば、融着して造粒されたガラス粒子を高い確率で生成することが可能であり、真球度が高く表面付着物等による汚染が極めて少ない状態にガラスビーズを製造することできる方法であるため、表面異物の付着等によって引き起こされる反射輝度の低下が発生することもなく、高い性能を容易に実現することのできるガラスビーズを得ることのできるものである。
【００５２】
また、本発明のガラスビーズの製造方法は、成形されたガラスビーズの内、規格範囲外の小径ガラスビーズを無機粉粒体製造用のカレットとせずにそのまま原料として利用することができ、無機粉粒体の製造に必要なエネルギーや費用の節約が可能となるので、省エネルギー化によって余剰となった費用等をより重要度の高い事項へと振り向けることができ、効率の高い製造体制をより揺るぎないものにできるものである。
【００５３】
また、本発明のガラスビーズの製造方法は、高性能なガラスビーズを安価に大量生産することが可能であって、微粒子から最大粒径までの幅広い粉粒体を区別することなく利用することができるものであるため、従来は生産収率が低く制約の大きかった粒径についても容易に製造条件を変更することで対応することが可能となり、高い付加価値を有する新規用途へのガラスビーズの使用価値を高めることができるものである。
【００５４】
さらに、本発明のガラスビーズの製造方法は、小粒径のガラスビーズを再溶融や予備加熱、カップリング処理等の前処理をせずにそのまま増径化することができ、効率的な製造がおこなえるものであるため、製造条件をさらに種々工夫することによって、一層の効率向上を実現できる可能性を有するものであって、今後のガラスビーズの用途拡大等にも対応する方法である。
【００５５】
造粒を確実に行うことが可能であって、融着不足の複数粒子が固着した非球体形状の粒子の生成を極めて少ない発生率に抑制することができるので、ガラスビーズ成形後に後工程でおこなう分級操作に必要となる時間や労力を低く抑制することができ、結果として生産時間を短縮することが可能となる優れた製造方法である。
【００５６】
また、本発明のガラスビーズの製造装置は、従来はガラス組成等の違いによって成形条件に制約を受けるため、製造が困難であったガラスビーズについても適用範囲を広げることができ、多種多様な特性を有するガラスビーズ製品を高い寸法精度で製造することの可能となるものであるため、市場からの多種多様な要望を満足する新たな機能を実現する高性能な次世代のガラスビーズを製造するための製造装置として位置づけられるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラスビーズの製造装置の縦断面図
【図２】射出角度についての説明図
【図３】従来のガラスビーズの製造装置の縦断面図
【符号の説明】
１０  本発明のガラスビーズの製造装置
１１、１１ａ、１１ｂ  無機粉粒体の耐熱性投入管
１２  バーナー
１３  天井部
１４  側壁
１５  成形空間部
１６  ガラスビーズ捕集室
１７  ガラスビーズ取り出し口
Ｇ  ガラスビーズ
Ｆ  燃料
Ｍ  無機粉粒体
θａ、θｂ  無機粉粒体の耐熱性投入管の射出角度
【図１】
2005029425.tif 000003
【図２】
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【図３】
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