JP7172221B2 - 発熱体の温度調整方法及びガラス物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体の温度調整方法及びガラス物品の製造方法に関する。

特許文献１には、溶融ガラスを加熱するための発熱体として、二珪化モリブデンを主成分とする発熱体が開示されている。この種の発熱体は、４００℃～６００℃の低い温度域に長時間維持されると、ケイ素及びモリブデンが同時に酸化する。すると、酸化ケイ素及び酸化モリブデンからなる多孔質層が発熱体の表面に形成される「ペスト化」と呼ばれる現象が起こる。

特開２０１６－１１５６２０号公報

棒状の発熱体にペスト化が起こると、ペスト化した部分が膨張することで外径が太くなることがある。このため、発熱体を挟むようにして発熱体を支持する支持部があるときに、発熱体の支持部に支持される部位にペスト化が起こると、支持部に負荷が作用するおそれがある。本発明の目的は、発熱体のペスト化により、発熱体を支持する支持部に負荷が作用することを抑制できる発熱体の温度調整方法及びガラス物品の製造方法を提供することである。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する発熱体の温度調整方法は、通電により発熱する発熱部と、電極が取り付けられる端子部と、発熱部及び端子部を接続する中間部と、を有する二珪化モリブデンを含んで構成される発熱体と、前記発熱体の前記中間部の周囲を囲うように支持する支持部と、前記発熱体の前記発熱部が配置される加熱室と、を備える加熱装置における前記発熱体の温度調整方法であって、前記中間部の前記支持部に支持される部分を第１中間部としたとき、前記支持部を介した前記第１中間部からの放熱量を変化させることにより、前記第１中間部の温度を調整する。

上記加熱装置において、発熱体の中間部は、支持部を介した外部への放熱量が大きいほど温度が低下する。そこで、上記温度調整方法は、支持部における放熱量を変化させることで、発熱体の第１中間部の温度がペスト化の起こる温度域にならないように、発熱体の第１中間部の温度を調整する。こうして、上記温度調整方法は、第１中間部のペスト化に伴う膨張により、支持部に負荷が作用することを抑制できる。

上記発熱体の温度調整方法において、前記支持部の周囲に配置する保温材の量を変化することにより、前記第１中間部の温度を調整することが好ましい。
上記温度調整方法は、支持部の周囲に配置する保温材の量を変化することで、支持部を介した外部への放熱量を変化させる。つまり、上記温度調整方法は、簡易な方法で、第１中間部の温度調整を行うことができる。

上記発熱体の温度調整方法において、前記発熱体に供給する電力量を調整することにより、前記第１中間部の温度を調整することが好ましい。
発熱体は、熱伝導体でもあるため、発熱部における発熱量の変化に応じて、発熱部に接続する中間部の温度が変化する。そこで、上記温度調整方法は、発熱体に供給する電力量を調整することにより、第１中間部に加えられる熱量を変化させ、第１中間部の温度がペスト化の起こる温度域にならないようにする。こうして、上記温度調整方法は、第１中間部のペスト化に伴う膨張により、支持部に負荷が作用することを抑制できる。

上記発熱体の温度調整方法において、前記中間部の前記第１中間部及び前記端子部の間の部分を第２中間部としたとき、前記第２中間部の温度に基づいて、前記第１中間部の温度を調整することが好ましい。

発熱体は、発熱部の温度が最も高くなりやすく、端子部の温度が最も低くなりやすい。このため、第２中間部の温度がペスト化の起こる温度以上の場合、第２中間部よりも発熱部に近い第１中間部の温度は第２中間部のペスト化の起こる温度以上となりやすい。そこで、上記構成の温度調整方法は、支持部に支持されない点で温度を測定しやすい第２中間部の温度に基づいて、第１中間部の温度を調整する。したがって、温度調整方法は、支持部に支持される点で温度を測定しにくい第１中間部の温度を測定しなくても、第１中間部の温度を適切に調整できる。

上記課題を解決するガラス物品の製造方法は、上述した発熱体の温度調整方法により、前記発熱体の温度を調整する温度調整工程と、前記加熱室内でガラスを加熱する加熱工程と、を備える。

上記構成によれば、ガラス物品の製造方法において、上述した発熱体の温度調整方法が奏する作用効果と同等の作用効果を得ることができる。

上記構成によれば、発熱体のペスト化により、発熱体を支持する支持部に負荷が作用することを抑制できる。

一実施形態に係るガラス物品の製造装置の概略図。 上記製造装置が備える加熱装置の部分断面図。

以下、加熱装置を備えるガラス物品の製造装置及びガラス物品の製造方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、ガラス物品の製造装置１０（以下、「製造装置１０」とも言う。）は、ガラス原料を供給する供給装置１１と、ガラス原料を加熱する加熱装置１２と、溶融ガラスをガラス物品に成形する成形装置１３と、を備える。

供給装置１１は、加熱装置１２にガラス原料を供給する。ガラス原料は、例えば、硅砂、石灰及びソーダ灰などの混合物である。
加熱装置１２は、ガラス原料を溶融ガラスＭＧに溶融する「加熱室」の一例としての溶融炉２０と、溶融炉２０の炉内２１を加熱する加熱ユニット３０と、を備える。

図１に示すように、溶融炉２０は、例えば、煉瓦などの耐火物からなる底壁２２、側壁２３及び上壁２４を有する。側壁２３には、ガラス原料の投入口２５と、溶融ガラスＭＧの流出口２６と、が形成される。図２に示すように、上壁２４には、炉内２１に向けて凹み窪んでいる凹部２７と、凹部２７及び溶融炉２０の炉内２１を接続する接続孔２８と、が形成される。凹部２７及び接続孔２８は、後述する加熱ユニット３０の発熱体４０を炉内２１に向けて配置するための空間である。本実施形態において、凹部２７及び接続孔２８は、加熱ユニット３０の発熱体４０の数に応じて形成される。図２に示す断面視において、凹部２７の幅は、接続孔２８の幅よりも大きくなっている。

図２に示すように、加熱ユニット３０は、通電により発熱する発熱体４０と、発熱体４０を支持する支持部５０と、支持部５０の周囲を覆う保温材６１と、を有する。また、図１に示すように、加熱ユニット３０は、発熱体４０に電力を供給する電源６２と、発熱体４０及び電源６２を接続する電線６３と、発熱体４０の温度を検出する温度測定部６４と、を有する。

発熱体４０は、二珪化モリブデンを主成分とし、通電により発熱する抵抗発熱体である。一例として、発熱体４０は、７０重量％以上の二珪化モリブデンと、３０重量％未満のガラス又はセラミックスと、を含んで構成される。本実施形態の発熱体４０は、略Ｕ字状に成形されるが、波型状に成形してもよいし、棒状に成形してもよい。また、発熱体４０は、長手方向と直交する断面形状が略円形をなしている。

図２に示すように、発熱体４０は、通電により発熱する発熱部４１と、電線６３の電極６３１が取り付けられる端子部４２と、発熱部４１及び端子部４２を接続する中間部４３と、を有する。発熱部４１は、抵抗値が端子部４２及び中間部４３よりも高くなるように、断面積が端子部４２及び中間部４３よりも小さくされる。このため、発熱体４０に通電される場合には、発熱部４１が選択的に発熱する。端子部４２は、Ｕ字状をなす発熱体４０の両端部である。端子部４２の表面には、電極６３１との電気接触を良好とするために、例えば、アルミ層を形成することが好ましい。中間部４３は、支持部５０に支持される第１中間部４３１と、第１中間部４３１及び端子部４２を接続する第２中間部４３２と、第１中間部４３１及び発熱部４１を接続する第３中間部４３３と、を有する。そして、発熱体４０は、発熱部４１が炉内２１に位置するとともに、端子部４２が上壁２４から突出するように、支持部５０に支持される。

支持部５０は、煉瓦などの耐火物によって形成される。支持部５０は、略直方体状をなす第１支持部５１と、平板状をなす第２支持部５２と、を有する。
図２に示す断面視において、第１支持部５１の幅は、凹部２７の幅よりも狭く、接続孔２８の幅よりも広い。第１支持部５１には、長手方向に２つの貫通孔５１１が形成される。貫通孔５１１の内径は、発熱体４０の中間部４３の外径よりも大きい。第１支持部５１の貫通孔５１１には、発熱体４０の端子部４２及び中間部４３が挿通される。

第２支持部５２は、第１支持部５１の貫通孔５１１の数に応じて配置される。図２に示す断面視において、第２支持部５２の幅は、第１支持部５１の貫通孔５１１の内径よりも大きい。第２支持部５２は、例えば、クランプなどの固定具により、発熱体４０の第１中間部４３１の上端に固定される。つまり、第２支持部５２は、発熱体４０の第１中間部４３１を径方向に締め付けるようにして、第１中間部４３１に固定される。

図２に示すように、第１支持部５１の貫通孔５１１に挿通した発熱体４０の第１中間部４３１に第２支持部５２を固定すると、発熱体４０の端子部４２が鉛直上方に向くように第１支持部５１を配置したときに、第２支持部５２が第１支持部５１の上面に接触する。こうして、支持部５０は、発熱体４０の中間部４３（第１中間部４３１）の周囲を囲うように、発熱体４０を支持する。

そして、支持部５０は、溶融炉２０の凹部２７に配置される。支持部５０が凹部２７に配置されると、接続孔２８を介して、発熱体４０の発熱部４１が炉内２１に向かって延びる状態となる。

保温材６１は、例えば、ガラスウールなどの無機質繊維であって、溶融炉２０から外部に熱が移動することを抑制するための構成である。保温材６１は、溶融炉２０の上壁２４の凹部２７に、支持部５０の周囲を囲うように配置される。保温材６１の形状は、ブロック状、シート状あるいは綿状としてもよい。

電源６２は、複数の発熱体４０に対して一律の電力を供給してもよいし、複数の発熱体４０に供給する電力を個別に変更してもよい。電源６２から供給される電力量により、発熱体４０の発熱量が変化する。つまり、溶融炉２０の炉内２１の温度が変化する。

温度測定部６４は、発熱体４０の第２中間部４３２の温度を測定する。温度測定部６４は、接触式の温度計としてもよいし、非接触式の温度計としてもよい。
成形装置１３は、ガラス物品の種類に応じた成形方法が選択される。ガラス物品の成形方法は、例えば、ロールアウト法、アップドロー法、フロート法及びダウンドロー法が挙げられる。成形装置１３で成形されるガラス物品は、例えば、板ガラス、ガラス繊維又は管ガラスなどである。

本実施形態の作用について説明する。
以降の説明では、二珪化モリブデンにおいて、ペスト化が進行する４００度～６００度の温度を「ＮＧ温度」とも言う。

溶融炉２０を使用する場合には、発熱体４０の発熱部４１の温度が１０００度以上となるように、発熱体４０に電力が供給される。一方、発熱体４０は、発熱部４１が炉内２１に配置され、端子部４２が炉外に配置されるため、発熱部４１から端子部４２に向かうに連れて次第に温度が低くなる。このため、発熱体４０の第２中間部４３２の温度が例えば「ＮＧ温度－５０度」未満の場合、第１中間部４３１の温度がＮＧ温度となる可能性が高い。この場合に、第１中間部４３１の温度がＮＧ温度に維持されると、第１中間部４３１のペスト化に伴い第１中間部４３１が膨張し、支持部５０に負荷が作用するおそれがある。

そこで、発熱体４０の温度調整方法は、図２に二点鎖線で示すように、第２中間部４３２の温度が「ＮＧ温度－５０度」未満の場合、支持部５０を囲う保温材６１の量を増やす。すると、支持部５０を介した第１中間部４３１からの放熱量が減少し、第１中間部４３１の温度が高くなる。温度調整方法において、保温材６１の増量は、第２中間部４３２の温度が「ＮＧ温度－５０度」以上となるまで行われる。これは、第２中間部４３２の温度が「ＮＧ温度－５０度」以上となれば、第２中間部４３２よりも発熱部４１に近い第１中間部４３１の温度がＮＧ温度よりも高くなるためである。なお、上記判断の対象となる温度（＝「ＮＧ温度－５０度」）は、一例であり、通電時における発熱体４０の第１中間部４３１及び第２中間部４３２の温度差に応じて適宜に設定されることが好ましい。

また、発熱体４０は、熱伝導体であるため、発熱部４１で発生した熱が熱伝導により端子部４２に向けて伝熱する。そこで、発熱体４０の温度調整方法は、第２中間部４３２の温度が「ＮＧ温度－５０度」未満の場合、発熱体４０に供給する電力量を増大させる。すると、発熱部４１の発熱量が増大する関係で、第１中間部４３１の吸熱量が増大する。その結果、第１中間部４３１の温度が高くなる。

こうして、本実施形態では、第２中間部４３２の温度が「ＮＧ温度－５０度」未満の場合、発熱体４０の第１中間部４３１の放熱量を減少させたり、発熱体４０の第１中間部４３１の吸熱量を増大させたりすることで、第１中間部４３１をＮＧ温度よりも高い温度とする。その結果、第１中間部４３１のペスト化が抑制され、第１中間部４３１を支持する支持部５０に負荷が作用することが抑制される。

なお、保温材６１の量の調整及び発熱体４０に供給する電力の調整は、人の手によって行ってもよいし、コントローラーにより自動化してもよい。
その一方で、発熱体４０の温度が過度に高くなる場合には、温度調整方法は、第１中間部４３１の温度がＮＧ温度とならない範囲で、保温材６１を減量したり、発熱体４０に供給する電力量を減少させたりしてもよい。

そして、上述した発熱体４０の温度を調整する温度調整工程の後に、または、温度調整工程と並行して、溶融炉２０でガラス原料を溶融する溶融工程（加熱工程）及び溶融ガラスＭＧを成形する成形工程が実行されて、ガラス物品が製造される。

本実施形態の効果について説明する。
（１）温度調整方法は、支持部５０を介した発熱体４０の第１中間部４３１における放熱量を変化させることで、第１中間部４３１の温度がペスト化の起こる温度（ＮＧ温度）にならないようにする。こうして、上記温度調整方法は、第１中間部４３１のペスト化に伴う膨張により、支持部５０に負荷が作用することを抑制できる。

（２）詳しくは、温度調整方法は、支持部５０の周囲に配置する保温材６１の量を変化することで、支持部５０を介した発熱体４０の第１中間部４３１の放熱量を変化させる。つまり、上記温度調整方法は、簡易な方法で、発熱体４０の第１中間部４３１の温度調整を行うことができる。

（３）温度調整方法は、発熱体４０に供給する電力量を調整することにより、第１中間部４３１に加えられる熱量を変化させ、第１中間部４３１の温度がペスト化の起こる温度（ＮＧ温度）にならないようにする。こうして、温度調整方法は、第１中間部４３１のペスト化に伴う膨張により、支持部５０に負荷が作用することを抑制できる。

（４）温度調整方法は、支持部５０に周囲を囲まれない点で温度を測定しやすい第２中間部４３２の温度に基づいて、第１中間部４３１の温度を調整する。したがって、温度調整方法は、支持部５０に周囲を囲まれる点で温度を測定しにくい第１中間部４３１の温度を測定しなくても、第１中間部４３１の温度を適切に調整できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・温度調整方法は、保温材６１の量を変えなくても、例えば、使用中の保温材６１を断熱性能の異なる保温材６１に交換することにより発熱体４０の第１中間部４３１の温度を調整してもよい。また、温度調整方法は、複数のブロック状の保温材６１を第１中間部４３１の周囲に配置する場合には、複数の保温材６１の隙間の大きさを変更することにより第１中間部４３１の温度を調整してもよい。

・加熱装置１２が発熱体４０の第１中間部４３１の温度を直接測定できる温度測定部を備える場合、温度調整方法は、第１中間部４３１の温度に基づいて、第１中間部４３１の温度の調整を行ってもよい。

・温度測定部６４は、第１中間部４３１の温度と対応する温度となる部分を測定してもよい。この場合、温度調整方法は、上記対応する部分の温度に基づいて、第１中間部４３１の温度調整を行ってもよい。

・加熱装置１２が複数の発熱体４０を備える場合、全ての発熱体４０の発熱量を増大させると、炉内２１の温度が必要以上に高くなるおそれがある。そこで、温度調整方法は、複数の発熱体４０のうち、一の発熱体４０の発熱量を増大させる一方で、他の発熱体４０の発熱量を減少させてもよい。これによれば、発熱量を増大させた一の発熱体４０の第１中間部４３１の温度をＮＧ温度以上にでき、発熱量を減少させた他の発熱体４０の第１中間部４３１の温度をＮＧ温度未満にできる。他の発熱体４０の発熱量を減少する場合には、他の発熱体４０の支持部５０を囲う保温材６１の量をさらに減らしてもよい。

・加熱装置１２において、発熱体４０の配置は適宜変更してもよい。例えば、発熱体は、溶融炉２０の底壁２２を突き抜けるように配置してもよいし、溶融炉２０の側壁２３を突き抜けるように配置してもよい。

・加熱装置１２は、ガラス以外の物品を加熱してもよい。加熱装置１２は、例えば、金属及びセラミックスを加熱してもよい。
・溶融炉２０は、ガラス原料を溶融ガラスＭＧに溶融する以外にも、溶融ガラスＭＧを保温するための加熱室であればよい。例えば、加熱室は、清澄室、スロート、フィーダ及びガラス原料の予備加熱室であってよい。

１０…製造装置、１１…供給装置、１２…加熱装置、１３…成形装置、２０…溶融炉（加熱室の一例）、２１…炉内、２２…底壁、２３…側壁、２４…上壁、２５…投入口、２６…流出口、２７…凹部、２８…接続孔、３０…加熱ユニット、４０…発熱体、４１…発熱部、４２…端子部、４３…中間部、４３１…第１中間部、４３２…第２中間部、４３３…第３中間部、５０…支持部、５１…第１支持部、５１１…貫通孔、５２…第２支持部、６１…保温材、６２…電源、６３…電線、６３１…電極、６４…温度測定部。

Claims (5)

1. 通電により発熱する発熱部と、電極が取り付けられる端子部と、発熱部及び端子部を接続する中間部と、を有する二珪化モリブデンを含んで構成される発熱体と、
   前記発熱体の前記中間部の周囲を囲うように支持する耐火物からなる支持部と、
   前記支持部の周囲を覆う無機質繊維からなる保温材と、
   前記発熱体の前記発熱部が配置される加熱室と、を備える加熱装置における前記発熱体の温度調整方法であって、
   前記中間部の前記支持部に支持される部分を第１中間部としたとき、
   前記支持部を介した前記第１中間部からの放熱量を変化させることにより、前記第１中間部の温度を調整する温度調整工程を備え、
   前記温度調整工程は、前記保温材の量を変化させることにより、前記第１中間部の温度を調整する工程を含む
   ことを特徴とする発熱体の温度調整方法。
2. 前記発熱体の前記第１中間部は、前記加熱室を構成する壁を貫通するように配置され、
   前記加熱装置は、前記加熱室の外方から、前記第１中間部を支持する前記支持部と前記壁との間に、前記保温材が挿入可能に構成されている
   請求項１に記載の発熱体の温度調整方法。
3. 前記発熱体に供給する電力量を調整することにより、前記第１中間部の温度を調整する
   請求項１又は請求項２に記載の発熱体の温度調整方法。
4. 前記中間部の前記第１中間部及び前記端子部の間の部分を第２中間部としたとき、
   前記第２中間部の温度に基づいて、前記第１中間部の温度を調整する
   請求項１～請求項３の何れか一項に記載の発熱体の温度調整方法。
5. 請求項１～請求項４の何れか一項に記載の発熱体の温度調整方法により、前記発熱体の前記第１中間部の温度を調整する前記温度調整工程と、
   前記加熱室内でガラスを加熱する加熱工程と、を備える
   ガラス物品の製造方法。

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