JP5056411B2 - 白金または白金合金製の構造体およびそれを用いたガラス製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、高温環境下で使用される白金または白金合金製の構造体に関する。該構造体は、中空円筒管と、該中空円筒管の外周に設けられたフランジと、からなり、ガラス製造装置の溶融ガラスの導管に好適である。また、本発明は、該構造体を用いたガラス製造装置に関する。

ガラス製造装置において、その内部を高温の溶融ガラスが通過する導管には、白金、または白金−金合金、白金−ロジウム合金のような白金合金製の中空円筒管が使用されている。特許文献１に記載の溶融ガラスの減圧脱泡装置を例にとると、内部で溶融ガラスを減圧脱泡処理する減圧脱泡槽、溶融ガラスを溶解槽から減圧脱泡槽に供給する上昇管、減圧脱泡処理後の溶融ガラスを減圧脱泡槽から次の処理槽に導出する下降管に、白金または白金合金製の中空円筒管が用いられている。また、溶融ガラスが通過する導管の他の例としては、ガラス製造装置から不純物を除去するために設けられた流出管、レンズ、プリズム等の光学部品を成形する場合に、ガラス製造装置から成形用の型に溶融ガラスを流出させるための流出管等が挙げられる。
これら中空円筒管間の接合、または中空円筒管と減圧脱泡装置の他の構成要素との接合、特許文献１に記載の減圧脱泡装置の場合、上昇管若しくは下降管と減圧ハウジングとの接合、のため、中空円筒管の外周には、図６に示すような平板でかつ円板状のフランジ３′が設けられている。また、ガラス製造装置では、内部を通過する溶融ガラスと温度差を生じさせないため、溶融ガラスが通過する導管は加熱される。導管の加熱は、ヒータ等の熱源により、導管を外部から加熱する場合もあるが、白金または白金合金製の中空円筒管の場合、該中空円筒管に通電用の電極を設けて、通電加熱することが広く行われている。
通電用の電極には、中空円筒管に流れる電流が均等になるように、図６に示すような平板でかつ円板状のフランジ３′が使用される。

特開平１１−１３９８３４号公報

使用時、これら円板状のフランジには、部位によって非常に大きな温度差が存在する。
すなわち、円板状のフランジの内周側は、溶融ガラスが通過する中空円筒体に接合されているので１１００℃以上の高温となる。一方、フランジの外周側は、減圧ハウジング等、減圧脱泡装置の他の構成要素と接合する際、接合部を気密にするためゴムパッキンを介して接合される。このため接合部は、ゴムパッキンの耐熱温度以下（例えば、５０〜６０℃）に冷却されている。通電用の電極においても、フランジの外周部は、外部電源（通常は導線を介して）と接合するため冷却されている。この温度差によってフランジには熱応力が加わる。本発明者らは、この温度差による熱応力によってフランジの内周側にクラックが生じるおそれがあることを見出した。
フランジを高温下に置いた場合、温度差がなくてもフランジには熱応力が加わる。しかしながら、本明細書で対象とするのは、このようなものではなく、温度差による熱応力、すなわち、ガラス製造装置の溶融ガラスの導管に設けられたフランジのように、内周側および外周側が固定されたフランジに部位によって温度差がある場合に、該温度差が原因でフランジに加わる熱応力を意味する。

使用時において、溶融ガラスが通過する中空円筒管の温度は常に一定ではなく、変動する場合がある。例えば、ガラス製造装置に供給するガラスを変更する場合、ガラスの組成に応じて中空円筒管の温度を上下させる。この際、中空円筒管と接合しているフランジの内周側の温度も上下する。この温度変動によっても、フランジには熱応力が加わる。また、中空円筒管を通電加熱している場合に、何らかの原因で中空円筒管への通電が停止すると、中空円筒管の温度が急激に変動する。このような急激な温度変動が発生した場合、フランジの内周側にも影響し、フランジには非常に大きな熱応力が加わることとなる。

これらの熱応力およびこれによるひずみは、以下の理由によってフランジの内周側に集中する。
・フランジの内周側は中空円筒体の外周に固定されており、フランジの外周側は減圧ハウジング等、減圧脱泡装置の他の構成要素と固定されているため、温度差による熱応力はフランジから解放されない。
・フランジを構成する白金または白金合金の機械的強度は高温になるほど低下する。したがって、フランジの内周側は外周側に比べて強度が低くなっている。

強度の低い内周側に熱応力およびこれによるひずみが集中することにより、フランジの内周側にクラックが生じる。フランジにクラックが発生すると、減圧ハウジング内部を所望の減圧状態に保持することができなくなる。また、通電用の電極の場合には、クラックが発生した場合、電極に電流が流れなくなる。通電用の電極に電流が流れなくなった場合、中空円筒管への通電が停止するため中空円筒管の温度が急激に変動する。この際、フランジには上記したように非常に大きな熱応力が加わることになる。

上記した従来技術の問題点を解決するため、本発明は、ガラス製造装置の構成要素、具体的には溶融ガラスの導管として好適な白金製または白金合金製の構造体を提供することを目的とする。本発明の構造体では、高温環境下での使用時、フランジでの温度差による熱応力が原因でフランジにクラックが発生することが防止されている。
また、本発明は、該構造体を溶融ガラスの導管として用いた溶融ガラスの製造装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、中空円筒体と、該中空円筒体の外周から放射状に延びるように設けられたフランジと、からなる、高温環境下で使用される白金または白金合金製の構造体であって、
前記フランジには、応力ひずみ吸収構造が設けられていることを特徴とする白金または白金合金製の構造体（以下、「本発明の構造体」という。）を提供する。

本発明の構造体において、前記フランジは円板状であって、かつ前記応力ひずみ吸収構造は、前記フランジと同心円をなすように形成された変形部であることが好ましい。

本発明の構造体において、前記応力ひずみ吸収構造は、前記構造体の使用時における温度が前記フランジを構成する材料の融点の１／２以下となる部位に設けられていることが好ましい。
本発明の構造体において、前記応力ひずみ吸収構造は、前記構造体の使用時における温度が前記フランジを構成する材料の融点の１／１０以上となる部位に設けられていることが好ましい。

本発明の構造体において、前記応力ひずみ吸収構造は、下記式を満たす部位に設けられていることが好ましい。
３／１０≦Ｘ／Ｙ≦９／１０
Ｘ：中空円筒管の外周部から応力ひずみ吸収構造までの距離
Ｙ：中空円筒管の外周部からフランジ外縁部までの距離

使用時において、前記応力ひずみ吸収構造にかかる熱応力は、前記フランジを構成する材料の引張強さの７０％未満であることが好ましい。

本発明の構造体において、前記フランジの外端部に、さらに白金または白金合金以外の金属で構成された部位が設けられていてもよい。

また、本発明は、溶融ガラスの導管として、本発明の構造体を用いたガラス製造装置を提供する。
また、本発明は、溶融ガラスの導管として、本発明の構造体を用いた減圧脱泡装置を提供する。
本発明のガラス製造装置または本発明の減圧脱泡装置において、前記フランジは、前記白金または白金合金製の構造体を通電加熱するための電極をなすことが好ましい。

本発明の構造体は、高温環境下での使用時、フランジでの温度差による熱応力によってフランジにクラックが発生することが防止されている。本発明の構造体は、高温環境下で使用される構造体、特にフランジに部位によって温度差が生じる構造体、例えばガラス製造装置の溶融ガラスの導管として好適である。
本発明のガラス製造装置は、使用時、フランジにクラックが発生することが防止されるため、高品質なガラスを製造することができる。例えば、減圧脱泡装置の減圧ハウジングとの接合部に使用されるフランジでクラックが発生すると、減圧ハウジング内を所望の減圧状態に保持できなくなるため、溶融ガラス中の気泡を所望のレベルまで除去できなくなるが、本発明のガラス製造装置ではフランジにクラックが発生しないので、減圧ハウジング内を充分に減圧状態にして溶融ガラス中の気泡を所望のレベルまで除去できる。
一方、導管を通電加熱するための電極として使用されるフランジでクラックが発生すると、導管を通電加熱できなくなるので、溶融ガラスと導管との間に温度差が生じてガラスを製造することが困難になる。また、導管に通電加熱できなくなると、急激な温度変動が生じ、これによる熱応力によって新たなクラックが発生するおそれがある。
本発明のガラス製造装置では、これらの問題が解消されている。

図１は、本発明の構造体の１実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１の構造体１を中空円筒体の長軸に沿って切断した部分断面図であり、図１中左側のフランジ３と、該フランジ３と接合する中空円筒体２の部分を示している。 図３（ａ）〜（ｇ）は図２と同様の図であり、応力ひずみ吸収構造の他の構成例を示している。 図４は、実施例の構造体を示した斜視図である。 図５は、図２と同様の部分断面図である。但し、図４の構造体を示している。 図６は、比較例の構造体を示した斜視図である。 図７は、実施例および比較例の構造体におけるフランジ各部の熱応力を示したグラフである。 図８は、実施例および比較例の構造体におけるフランジ各部の熱応力を、当該部位を構成する材料の引張強さとの比として示したグラフである。 図９は、実施例および比較例の構造体における、フランジ各部のひずみを示したグラフである。但し、フランジ各部のひずみは、フランジ外周部におけるひずみを１とした場合の相対比として示している。

符号の説明

１，１′：構造体
２，２′：中空円筒体
３，３′：フランジ
４：応力ひずみ吸収構造

以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の構造体の１実施形態を示した斜視図である。
図１に示すように、本発明の構造体１は、中空円筒体２と、該中空円筒体２の外周に設けられたフランジ３と、で構成される。フランジ３は、中空円筒体２の外周から放射状に延びており、その形状が円板状である。中空円筒体２およびフランジ３は、白金製、または白金−金若しくは白金−ロジウムのような白金合金製である。構造体１において、中空円筒体２とフランジ３とは別部材である。すなわち、フランジ３は、中空円筒体２の外周に接続されている。中空円筒体２の外周にフランジ３を接続するには、中空円筒体２の外周にフランジ３を溶接すればよい。ここで、中空円筒体２の外周にフランジ３を直接溶接してもよいが、両者の間に他の部材、例えば、白金または白金合金製のリング状の部材を配置して、該他の部材にフランジ３を溶接してもよい。

図１に示す構造体１では、フランジ３に応力ひずみ吸収構造４が設けられている。本発明の構造体において、応力ひずみ吸収構造とは、高温環境下での使用時、フランジ３に温度差による熱応力が加わった際に、該熱応力およびこれによるひずみをそこに集中させる構造である。

本発明の構造体１では、熱応力およびこれによるひずみを応力ひずみ吸収構造４に集中させることができるため、フランジ３の他の部位、特に構造体１の使用時における温度が高いフランジ３の内周側、に熱応力およびこれによるひずみが集中することが防止されている。これにより、高温環境下での使用時に、温度差による熱応力によってフランジ３にクラックが発生するおそれが解消されている。

応力ひずみ吸収構造４は、熱応力およびこれによるひずみがそこに集中し、かつそれらを吸収することができる構造である限り、その形状は特に限定されない。但し、円板状のフランジ３で発生した熱応力およびこれによるひずみを効果的に吸収させるためには、応力ひずみ吸収構造４はフランジ３と同心円をなすように設けられていることが好ましい。
ヤング率、引張強度といった材料の機械的性質が一様であるとの仮定の下で、構造物部材に応力が加わった場合、断面形状などが変化している部位に、該応力（およびそれによるひずみ）が集中する。したがって、応力ひずみ吸収構造４の好ましい形態は、フランジ３と同心円をなすように形成された変形部である。

図１に示す構造体１において、応力ひずみ吸収構造（変形部、以下同じ。）４はフランジ３と同心円をなすように形成されている。図２は、図１に示す構造体１を中空円筒体２の長軸に沿って切断した部分断面図であり、フランジ３と中空円筒体２との接合部分を示している。図２に示すように、応力ひずみ吸収構造４は、段付き形状をしたフランジ３の段差として形成されている。応力ひずみ吸収構造４をフランジ３の段差として形成することは、フランジ３の機能を損なうことがなく、かつ応力ひずみ吸収構造４自体が十分な機械的強度を有することから好ましい。

応力ひずみ吸収構造（変形部）４は、熱応力およびこれによるひずみがそこに集中するため、十分な機械的強度を有することが必要である。フランジ３を構成する白金または白金合金の機械的強度は、高温になるほど低下する。したがって、応力ひずみ吸収構造（変形部）４は、白金または白金合金の機械的強度との関係で見た場合に、構造体１の使用時におけるフランジ３の温度が高温になりすぎない部位に設けることが好ましい。
本発明の構造体を減圧脱泡装置の上昇管または下降管として使用する場合を例にとると、フランジの内周側は、溶融ガラスが通過する中空円筒体に接合されているので１１００℃以上の高温となる。一方、フランジの外周側は、ゴムパッキンを介して減圧脱泡装置の他の構成要素と接合するため、ゴムパッキンの耐熱温度以下（例えば、５０〜６０℃）に冷却されている。すなわち、本発明の構造体の使用時、フランジ３は部位によって温度が異なっている。応力ひずみ吸収構造４は、これら構造体１の使用時における温度が異なるフランジ３の部位の中でも、白金または白金合金の機械的強度との関係で、構造体１の使用時における温度が高温になりすぎない部位に設けることが好ましい。

応力ひずみ吸収構造４は、構造体１の使用時における温度がフランジ３を構成する材料の融点の１／２以下となる部位に設けることが好ましい。この場合、応力ひずみ吸収構造４全体が、構造体１の使用時における温度がフランジ３を構成する材料の融点の１／２以下となる部位に設けることが好ましい。
応力ひずみ吸収構造４を、構造体１の使用時における温度がフランジ３を構成する材料の融点の１／２以下となる部位に設けた場合、応力ひずみ吸収構造（変形）４に加わる熱応力およびこれによるひずみに対して、該部位が十分な機械的強度を有している。応力ひずみ吸収構造４は、構造体１の使用時における温度がフランジ３を構成する材料の融点の９／２０以下となる部位に設けることがより好ましい。

但し、応力ひずみ吸収構造を持たないフランジの場合、熱応力およびこれによるひずみは、構造体１の使用時における温度が高いフランジの内周側に集中する傾向がある。このため、構造体１の使用時における温度が極端に低い部位に応力ひずみ吸収構造４を設けた場合、熱応力およびこれによるひずみを十分集中させることができないおそれがある。
本発明の構造体１において、応力ひずみ吸収構造４は、構造体１の使用時における温度がフランジ３を構成する材料の融点の１／１０以上となる部位に設けることが好ましい。応力ひずみ吸収構造４を、構造体１の使用時における温度がフランジ３を構成する材料の融点の１／１０以上となる部位に設けた場合、熱応力およびこれによるひずみを応力ひずみ吸収構造４で十分集中させることができる。したがって、フランジ３の他の部位、特にフランジ３の内周側に、熱応力およびこれによるひずみが集中するおそれがない。応力ひずみ吸収構造４は、構造体１の使用時における温度がフランジ３を構成する材料の融点の１／５以上となる部位に設けることがより好ましい。

本発明の構造体１において、応力ひずみ吸収構造４は、下記式を満たす部位に設けられていることが好ましい。
３／１０≦Ｘ／Ｙ≦９／１０
Ｘ：中空円筒管２の外周部から応力ひずみ吸収構造４までの距離
Ｙ：中空円筒管２の外周部からフランジ３外縁部までの距離
なお、図１および図２に示す構造体１のように、中空円筒管２の外周部から応力ひずみ吸収構造４までの距離が範囲を持っている場合、その中間値をＸとする。
上記式を満たす部位に応力ひずみ吸収構造４を設ければ、熱応力およびこれによるひずみに対して、応力ひずみ吸収構造４が設けられた部位が十分な機械的強度を有している。また、熱応力およびこれによるひずみを応力ひずみ吸収構造４に十分集中させて吸収することができる。したがって、フランジ３の他の部位、特にフランジ３の内周側に、熱応力およびこれによるひずみが集中するおそれがない。

応力ひずみ吸収構造４は、熱応力およびこれによるひずみに対して十分な機械的強度を有していることが必要である。このため、応力ひずみ吸収構造４は、構造体１の使用時に当該部位にかかる熱応力がフランジを構成する材料の引張強さの７０％未満、より好ましくは６５％未満となるように設けることが好ましい。
応力ひずみ吸収構造４が上記の関係を満たしている場合、熱応力およびこれによるひずみに対して、応力ひずみ吸収構造４が十分な引張強さを有している。

応力ひずみ吸収構造４が上記の関係を満たすように、応力ひずみ吸収構造４の形状、若しくは位置、フランジ３の構成する材料や厚さを必要に応じて適宜選択すればよい。例えば、図１および２に示すように、応力ひずみ吸収構造４が段付き形状のフランジ３の段差である場合、段差の高さ、幅、曲げ角度、中空円筒体２からの段差の距離等を適宜選択すればよい。応力ひずみ吸収構造４の他の構成例を図３（ａ）〜（ｇ）、図４および図５に示した。なお、図５は、図４に示す構造体に関する図２と同様の部分断面図である。図３（ａ）の構造体は、応力ひずみ吸収構造４の形状が、図２の構造体１とは異なっている。すなわち、図２の構造体１では、応力ひずみ吸収構造４をなすフランジ３の段差が斜め方向に傾斜しているのに対して、図３（ａ）の構造体では応力ひずみ吸収構造４をなすフランジの段差がほぼ垂直である。図３（ｂ）の構造体は、図３（ａ）の構造体と形状が類似している。
但し、フランジ３内周側と外周側との位置関係が上下逆転している。図３（ｃ）および（ｄ）の構造体は、それぞれ図３（ａ）および（ｂ）の構造体と形状が類似している。但し、図３（ｃ）および（ｄ）の構造体では、フランジ３の肉厚が応力吸収ひずみ吸収構造４の途中で変化している。図３（ｅ）および（ｆ）の構造体は、図３（ａ）の構造体と形状が類似している。但し、図３（ｅ）の構造体では、フランジ３の肉厚が応力ひずみ吸収構造４よりも内周側で変化している。また、図３（ｆ）の構造体では、フランジ３の肉厚が応力ひずみ吸収構造４よりも外周側で変化している。図３（ｇ）の構造体では、応力ひずみ吸収構造４をなすフランジ３の段差の断面形状がＳ字状である。図４および図５の構造体１は、図１および図２の構造体１と形状が類似している。但し、フランジ３内周側と外周側との位置関係が上下逆転している。
なお、応力ひずみ吸収構造が段付き形状をしたフランジの段差である場合、該段差の寸法は、図４および図５の構造体１を例にとると、以下の範囲であることが好ましい。
Ｄ₁：２０〜２００ｍｍ、より好ましくは３０〜１５０ｍｍ
Ｄ₂：２０〜１００ｍｍ、より好ましくは３０〜８０ｍｍ
なお、Ｄ₁はフランジと平行な段差の寸法を、Ｄ₂はフランジと垂直な段差の寸法を意味する。

また、図１および図２の構造体１では、フランジ３の形状が円板状であるが、本発明の構造体において、フランジは他の形状であってもよく、例えば、楕円形、矩形、六角形、八角形等であってもよい。この場合の中空円筒管の外周部からフランジ外縁部までの距離Ｙは最小径部の距離とする。

本発明の構造体において、中空円筒管およびフランジの寸法も特に限定されない。例えば、図４および図５に示す構造体１を例にとると、構造体１の各部の寸法は各々以下の範囲であることが好ましい。
中空円筒体２
内径：５０〜８００ｍｍ、より好ましくは１００〜６００ｍｍ
長さ：２００〜３０００ｍｍ、より好ましくは４００〜１５００ｍｍ
肉厚：０．４〜５ｍｍ、より好ましくは０．８〜４ｍｍ
フランジ３
Ｙ：１００〜６００ｍｍ、より好ましくは２００〜４００ｍｍ
肉厚：０．５〜８ｍｍ、より好ましくは１〜５ｍｍ

以上述べた点から明らかなように、本発明の構造体は、フランジの内周側と外周側とで非常に大きな温度差が生じる用途に好適である。例えば、構造体の使用時におけるフランジ内周側および外周側の温度がそれぞれ以下の範囲となる用途に好適である。
フランジ内周側：１１００〜１５００℃、好ましくは１２００〜１５００℃
フランジ外周側：３０〜４００℃、好ましくは４０〜４００℃、さらに好ましくは４０〜２００℃
よって、フランジ内周側とフランジ外周側との温度差が、約１１００〜１４５０℃であることが、本発明の構造体の効果をより一層発揮できる点で好ましい。
したがって、本発明の構造体の好適な用途の一例を挙げると、ガラス製造装置の溶融ガラスの導管、より具体的には例えば、減圧脱泡装置の減圧脱泡槽、上昇管および下降管、ならびに、ガラス製造装置から不純物を除去するために設けられた流出管、およびガラス製造装置から成形用の型に溶融ガラスを流出させるための流出管等が挙げられる。
特に、本発明の構造体は、減圧脱泡装置の上昇管および／または下降管に用いられることが好ましい。上昇管や下降管は溶融ガラスを吸い込むまたは吸い出す構造をしており、減圧状態にある内部と外気との境目に位置するため、必然的にフランジに温度差が生じることにより、本発明の効果をより発揮できるからである。

上記からも明らかなように、本発明の構造体の使用時、フランジ外周側の温度は比較的低温であることが多いため、フランジの外周側を構成する材料は必ずしも白金または白金合金である必要はない。本発明の構造体において、白金または白金合金製のフランジは、その外端部に白金または白金合金以外の金属材料で構成される部位を有していてもよい。
このような金属材料としては、モリブデン、タングステン、ニッケル、パラジウム、銅、およびこれらの合金等が挙げられる。
なお、これらの金属材料で構成される部位は、白金または白金合金製のフランジ外端部と溶接、ボルト、ビス等の固定手段により接合されている。

本発明のガラス製造装置では、高温の溶融ガラスが通過する溶融ガラスの導管として、本発明の構造体が用いられている。中でも、ガラス製造装置の使用時、フランジに温度差が生じる個所に好ましく使用される。このような個所の具体例として、減圧脱泡装置の減圧脱泡槽、上昇管および下降管が挙げられる。上昇管および下降管において、フランジは減圧ハウジングとの接合部をなしている。該接合部は、気密接合のためにゴムパッキンが使用されている。したがって、ゴムパッキンの耐熱温度以下（例えば、５０〜６０℃）に冷却されているフランジの外周側と、溶融ガラスの導管に接合されているフランジの内周側との間には、非常に大きな温度差が存在している。具体的には、減圧脱泡装置の使用時において、フランジ内周側の温度は１１００〜１５００℃であり、フランジ外周側の温度は４０〜２００℃である。
また、ガラス製造装置において、本発明の構造体は、通電加熱される溶融ガラスの導管として用いられる。この場合、構造体のフランジは通電加熱用の電極として使用することができる。フランジの外周側は、外部電源と接続するため冷却されている。したがって、溶融ガラスの導管に接合されているフランジの内周側と、フランジの外周側との間には、非常に大きな温度差が生じている。溶融ガラスの製造装置の使用時において、フランジ内周側の温度は１１００〜１５００℃であり、フランジ外周側の温度は４０〜２００℃である。

これらのフランジでは、温度差による熱応力によりクラックが発生するおそれがある。また、ガラス製造装置で温度変動が生じた場合にもフランジには熱応力が加わる。このような温度変動による熱応力が加わった場合、温度差のみによる応力が加わった場合よりもクラックが発生するおそれが高くなる。
本発明のガラス製造装置では、応力ひずみ吸収構造を有する本発明の構造体を用いることで、熱応力によってフランジにクラックが発生するおそれが解消されている。減圧脱泡装置の減圧ハウジングとの接合部に使用されるフランジでクラックが発生すると、減圧ハウジング内を所望の減圧状態に保持できなくなるため、溶融ガラス中の気泡を所望のレベルまで除去できなくなる。一方、導管を通電加熱するための電極として使用されるフランジでクラックが発生すると、導管を通電加熱できなくなるので溶融ガラスと導管との間に温度差が生じてガラスを製造することが困難になる。また、導管に通電加熱できなくなると、急激な温度変動が生じ、これによる熱応力によって新たなクラックが発生するおそれがある。本発明のガラス製造装置では、これらの問題が解消されている。
本発明の構造体は、ガラス製造用の減圧脱泡装置に好適に用いられる。減圧脱泡装置においては、中空円筒管の内部に高温の溶融ガラスを流す一方で、装置内を真空に保つ必要性から、フランジの端は冷却された箇所に接合しなければいけない。よって、減圧脱泡装置では、中空円筒管とフランジとで非常に大きい温度差を有するという特異な環境下で中空円筒管が使用されるからである。

以下、実施例により本発明をさらに説明する。
（実施例）
本実施例では、図４および図５に示す白金−ロジウム合金（白金９０質量％、ロジウム１０質量％）製の構造体を作成した。なお、フランジ３は、中空円筒体２の外周部に溶接されている。フランジ３は円形のフランジであり、応力ひずみ吸収構造４はフランジと同心円をなすように形成されている。構造体１の各部の寸法は以下の通りである。
中空円筒体２
内径：４０５ｍｍ
長さ：６５０ｍｍ
肉厚：２．８ｍｍ
フランジ３
Ｘ：１２２．５ｍｍ
Ｙ：２１７．５ｍｍ
（Ｘ／Ｙ＝０．５６３）
肉厚：１．６ｍｍ
Ｄ₁：６５ｍｍ
Ｄ₂：４０ｍｍ
なお、図４および図５に示す構造体１において、応力ひずみ吸収構造４は、その使用時の温度が白金−ロジウム合金の融点の４５％となる部分に形成されている。

中空円筒管２およびフランジ３の外縁部をそれぞれ機械的に固定した。フランジ３の外縁部を常温（４０℃）に保持したままで、中空円筒体２を１４００℃に加熱した。なお、この状態でフランジ３各部にかかる熱応力および該熱応力によってフランジ３各部で発生するひずみを三次元弾塑性解析を行うことによって算出した。結果をそれぞれ図７〜図９に示した。図７は、フランジ３各部にかかる熱応力を示したグラフである。図８は、フランジ３各部にかかる熱応力を当該部位を構成する材料の引張強さに対する比として示している。図９は、フランジ３各部で発生するひずみを示したグラフである。図９において、フランジ３各部で発生するひずみは、フランジ３外周部で発生するひずみを１とした場合の相対比として示されている。なお、図７〜図９において、Ｘは中空円筒管２の外周部からフランジ３上の各部位までの距離を示しており、Ｙは中空円筒管２の外周部からフランジ３外縁部までの距離を示している。

（比較例）
比較例として図６に示す白金製の構造体を作成した。図６に示す構造体１′において、フランジ３′は応力ひずみ吸収構造を持たない平らな円板状である。構造体１′の各部の寸法は以下の通りである。
中空円筒体２′
内径：４０５ｍｍ
長さ：６５０ｍｍ
肉厚：３．０ｍｍ
フランジ３′
Ｙ：２１７．５ｍｍ
肉厚：３．０ｍｍ
比較例の構造体１′についても、実施例と同様の条件で加熱し、フランジ３′各部にかかる熱応力および該熱応力によってフランジ３′各部で発生するひずみを三次元弾塑性解析を行うことによって算出した。結果を図７〜図９に示した。

図７および図９から明らかなように、比較例の構造体１′ではフランジ３′内周側に熱応力およびこれによるひずみが集中しているのに対して、実施例の構造体１ではこれが解消されている。すなわち、実施例の構造体１では、熱応力およびこれによるひずみがフランジ３の内周側ではなく応力ひずみ吸収構造４よりも外周側に集中している。また、図８から明らかなように、実施例の構造体１では、比較例の構造体１′に比べて、フランジ３各部に加わる熱応力が当該部位を構成する材料の引張強さに対して十分な余裕を有している。
なお、比較例のフランジ３′では、内周側にクラックの発生が認められた。

本発明の白金または白金合金製の構造体は、中空円筒管と該中空円筒管の外周に設けられたフランジとからなり、該フランジ部に応力ひずみ吸収装置を設けることによりクッラクの発生を防止しているのでガラス製造装置の溶融ガラスの導管に好適する。

なお、２００５年３月８日に出願された日本特許出願２００５−６３８３５号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (18)

1. 中空円筒体と、該中空円筒体の外周から放射状に延びるように配置されたフランジと、からなる、高温環境下で使用される白金または白金合金製の構造体であって、前記フランジには、応力ひずみ吸収構造が設けられており、前記応力ひずみ吸収構造は、前記構造体の使用時における温度が前記フランジを構成する材料の融点の１／２以下となる部位に設けられていることを特徴とする白金または白金合金製の構造体。
2. 前記応力ひずみ吸収構造は、前記構造体の使用時における温度が前記フランジを構成する材料の融点の１／１０以上となる部位に設けられている請求項１に記載の白金または白金合金製の構造体。
3. 前記応力ひずみ吸収構造は、下記式を満たす部位に設けられている請求項１または２に記載の白金または白金合金製の構造体。
   ３／１０≦Ｘ／Ｙ≦９／１０
   Ｘ：中空円筒管の外周部から応力ひずみ吸収構造までの距離
   Ｙ：中空円筒管の外周部からフランジ外縁部までの距離
4. 中空円筒体と、該中空円筒体の外周から放射状に延びるように配置されたフランジと、からなる、高温環境下で使用される白金または白金合金製の構造体であって、前記フランジには、応力ひずみ吸収構造が設けられており、前記応力ひずみ吸収構造は、下記式を満たす部位に設けられていることを特徴とする白金または白金合金製の構造体。
   ３／１０≦Ｘ／Ｙ≦９／１０
   Ｘ：中空円筒管の外周部から応力ひずみ吸収構造までの距離
   Ｙ：中空円筒管の外周部からフランジ外縁部までの距離
5. 使用時において、前記応力ひずみ吸収構造にかかる熱応力は、前記フランジを構成する材料の引張強さの７０％未満である請求項１ないし４のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体。
6. 中空円筒体と、該中空円筒体の外周から放射状に延びるように配置されたフランジと、からなる、高温環境下で使用される白金または白金合金製の構造体であって、前記フランジには、応力ひずみ吸収構造が設けられており、使用時において、前記応力ひずみ吸収構造にかかる熱応力は、前記フランジを構成する材料の引張強さの７０％未満であることを特徴とする白金または白金合金製の構造体。
7. 前記応力ひずみ吸収構造は、フランジの段差が斜め方向に傾斜している構造である請求項１ないし６のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体。
8. フランジと平行な前記段差の寸法が２０〜２００ｍｍであり、フランジと垂直な前記段差の寸法が２０〜１００ｍｍである請求項７に記載の白金または白金合金製の構造体。
9. 前記構造体の使用時におけるフランジ内周側の温度が１１００〜１５００℃であり、外周側の温度が４０〜４００℃である請求項１ないし８のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体。
10. 前記中空円筒体の内径が５０〜８００ｍｍである請求項１ないし９のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体。
11. 前記中空円筒体の長さが２００〜３０００ｍｍである請求項１ないし１０のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体。
12. ガラス製造用の減圧脱泡装置に用いられる請求項１ないし１１のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体。
13. 前記フランジの外端部に、さらに白金または白金合金以外の金属で構成された部位が設けられている請求項１ないし１２のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体。
14. 溶融ガラスの導管として、請求項１ないし１３のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体を用いたガラス製造装置。
15. 溶融ガラスの導管として、請求項１ないし１３のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体を用いた減圧脱泡装置。
16. 前記フランジは、前記白金または白金合金製の構造体を通電加熱するための電極をなす請求項１４に記載のガラス製造装置。
17. 前記フランジは、前記白金または白金合金製の構造体を通電加熱するための電極をなす請求項１５に記載の減圧脱泡装置。
18. 減圧脱泡装置の上昇管および／または下降管として、請求項１ないし１３のいずれかに記載の白金または白金合金製の構造体を用いた減圧脱泡装置。

Images