JP7392910B2 - ガラス溶融装置、ガラス物品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス原料を溶解させて溶融ガラスを生成する溶解槽を備えたガラス溶融装置、ガラス溶融装置を用いたガラス物品の製造方法、及び、溶解槽への設置が可能な容積調節部材に関する。
ガラス板やガラス管等に代表されるガラス物品は、これの元となる溶融ガラスを所定の形状に成形することで製造される。溶融ガラスは、珪砂、石灰石、ソーダ灰、カレット等を調合、混合したガラス原料を溶解させることにより生成される。溶解温度は、ガラス品種(組成)等によって異なるが、一例として約1500℃と極めて高温である。
溶融ガラスを生成するための設備としては、大型の設備から小型の設備まで多様なものが存在するが、例えば、特許文献1に開示されるようなガラス溶融装置が使用される。同文献に開示されたガラス溶融装置は、ガラス原料を溶解させて溶融ガラスを生成する溶解槽(同文献では白金槽と呼称)を備えている。
実公昭54-14752号公報
ところで、ガラス溶融装置においては、下記のような解決すべき問題があった。
すなわち、ガラス溶融装置に備わった溶解槽は、ガラス品種によって最適となる容積が異なることが通例である。そのため、ガラス品種の変更に際しては、容積の異なる溶解槽への交換作業が要求されることが多い。溶解槽の交換にあたっては、溶解槽の稼働を停止させて冷却する必要があり、これに伴って溶解槽を構成する白金が劣化したり、溶解槽の周辺の耐火物に不具合が生じたりする問題があった。従って、溶解槽の稼働を停止させることなく、溶解槽の容積を変更できる技術の確立が期待されていた。
上記の事情に鑑みなされた本発明は、ガラス溶融装置に備わった溶解槽について、その稼働を停止させることなく容積の変更を可能にすることを技術的な課題とする。
上記の課題を解決するための本発明は、ガラス原料を溶解させて溶融ガラスを生成する溶解槽を備えたガラス溶融装置であって、溶解槽の稼働中に、溶解槽への設置および溶解槽からの除去が可能な容積調節部材を備え、容積調節部材が、設置に伴って溶解槽内の容積の一部を占めることを特徴とする。すなわち、容積調節部材は、除去に伴って溶解槽内の上記容積の一部を開放可能に構成されている。
本装置では、溶解槽の稼働中に、槽に容積調節部材を設置することに伴って、容積調節部材が溶解槽内の容積の一部を占める。つまり、容積調節部材が設置された分だけ溶解槽内の容積を減少させることができる。一方、溶解槽の稼働中に、槽から容積調節部材を除去すると、これに伴って容積調節部材が除去された分だけ占有されていた領域が開放され、溶解槽内の容積を増加させることができる。以上のことから、本装置によれば、溶解槽の稼働を停止させることなく容積の変更が可能となる。
上記の装置では、溶解槽の内壁面における溶融ガラスに浸漬される領域が、白金で構成されると共に、容積調節部材における溶融ガラスに浸漬される部位の表面が、白金で構成されることが好ましい。なお、本発明における「白金」とは、純白金のみならず、白金合金、及び、強化白金を含むものとする。
このようにすれば、溶融ガラスとの接触による溶解槽および容積調節部材の破損等を可及的に防止することが可能となる。
上記の装置では、溶解槽が、槽内の溶融ガラスを側方から包囲する側壁部を有し、容積調節部材が、側壁部の内壁面に沿って設置が可能な仮設壁であることが好ましい。
このようにすれば、容積調節部材が、側壁部の内壁面に沿って設置が可能な仮設壁であることで、溶解槽内での溶融ガラスの流れを不当に阻害することなく、仮設壁の設置および除去に伴って溶解槽内の容積を減増させることができる。
上記の装置では、側壁部の全周のうち、少なくとも一部の区間において、側壁部の内壁面に沿って仮設壁の設置が可能であることが好ましい。
このようにすれば、側壁部の全周のうち、内壁面に沿って仮設壁を設置する区間の長短により、溶解槽内の容積を変更するに際し、その程度の大小を選択することが可能となる。
上記の装置では、溶解槽内の溶融ガラスの液面上において、ガラス原料が供給されるエリアを原料供給エリアとしたとき、上記の一部の区間が、側壁部上における原料供給エリアに最も近接した地点から連続する区間であることが好ましい。
このようにすれば、溶解槽の側壁部について、当該側壁部に含まれる白金が劣化したり、破れたりすることを回避する上で有利となる。これは、原料供給エリアの付近では側壁部の白金が傷みやすいが、本構成では、側壁部の全周のうち、原料供給エリアに最も近接した地点から連続する区間に仮設壁の設置が可能である。これにより、仮設壁を設置している間においては、白金が傷みやすい側壁部の区間を仮設壁により保護できるので、上述の劣化や破れの回避に有利となる効果が得られる。
上記の装置では、溶解槽に、側壁部の上端により形作られる開口部が形成され、開口部が、溶解槽内の溶融ガラスの液面よりも上方に位置し、仮設壁に連なった組付部材を備え、組付部材が、開口部の縁部に対して組付け可能であることが好ましい。
このようにすれば、仮設壁と連なった組付部材を開口部の縁部に組み付けることで、仮設壁を安定した状態で設置できる。また、組付部材を組付けることになる開口部(開口部の縁部)が、溶解槽内の溶融ガラスの液面よりも上方に位置しているので、仮設壁の設置および除去にあたって、溶融ガラス外にある組付部材を把持する等して、これらの作業に利用できる。これにより、仮設壁の設置および除去を迅速に行うことが可能となる。
上記の装置では、溶解槽の内壁面と仮設壁との相互間に、隙間が形成されていることが好ましい。
このようにすれば、溶解槽の内壁面と仮設壁との相互間に隙間が存在することで、内壁面と仮設壁との間で白金同士が溶着してしまうような事態の発生を確実に防止できる。
上記の装置では、溶解槽内から槽外に溶融ガラスを流出させるパイプを備え、パイプの上流側端部に形成された開口が、溶解槽内において仮設壁よりも内側に位置していることが好ましい。
このようにすれば、パイプの開口が仮設壁よりも溶解槽の内側に位置しているため、パイプを通じて溶解槽内の溶融ガラスを槽外に流出させるにあたり、仮設壁が溶融ガラスの流出を阻害するような恐れを的確に排除できる。さらに、溶解槽の側壁部と仮設壁との間に浸入して実質的に流動していない溶融ガラスが、槽外に流出することも防止できる。
上記の装置では、仮設壁が、側壁部に沿って配列が可能な複数の分割仮設壁に分割され、複数の分割仮設壁の各々は、相互に独立して設置および除去が可能であることが好ましい。
このようにすれば、溶解槽内の容積を変更するにあたり、その程度の大小を選択する上で更に有利となる。また、仮設壁が複数の分割仮設壁に分割されていることで、仮設壁の設置および除去にあたり、その取扱いを容易にする上でも有利となる。
また、上記のガラス溶融装置を用いて、溶融ガラスからガラス物品を製造するガラス物品の製造方法によれば、上記のガラス溶融装置に係る説明で既述の作用・効果を同様に得ることが可能である。
また、上記の課題を解決するための本発明は、ガラス原料を溶解させて溶融ガラスを生成する溶解槽の稼働中に、槽への設置および槽からの除去が可能な容積調節部材であって、溶解槽への設置時に、溶解槽内の容積の一部を占めることを特徴とする。
本部材を溶解槽に適用すれば、上記のガラス溶融装置に係る説明において、これに対応する構成について既述の作用・効果を同様に得ることが可能である。
本発明によれば、ガラス溶融装置に備わった溶解槽について、その稼働を停止させることなく容積の変更が可能となる。
(a)はガラス溶融装置を示す平面図であり、(b)は(a)におけるA‐A断面を示す断面図である。 仮設壁および組付部材を示す平面図である。 ガラス溶融装置を示す平面図である。 図3におけるB‐B断面を示す断面図である。 図3におけるC‐C断面を示す断面図である。 図5に示す矢印Dの方向から視たパイプの周辺を示す図である。 ガラス溶融装置を示す平面図である。
以下、本発明の実施形態に係るガラス溶融装置、ガラス物品の製造方法、及び、容積調節部材について、添付の図面を参照しながら説明する。
ここで、以下の説明で「白金」とは、特に言及がない限り、純白金、白金合金(白金ロジウム等)、及び、強化白金(ジルコニアを含有した白金等)のいずれであってもよい。
図1に示すように、ガラス溶融装置1(以下、単に装置1と表記)は、ガラス原料2を溶解させて溶融ガラス3を生成する溶解槽4と、溶解槽4内から溶解槽4外に溶融ガラス3を流出させるパイプ5とを備えている。
詳細については後述するが、本装置1は、溶解槽4およびパイプ5の他、図2に示す仮設壁6と、仮設壁6に連なった組付部材7とを備えている。
本装置1では、溶解槽4の稼働中に、組付部材7を溶解槽4に組付けるのに伴って仮設壁6を溶解槽4に設置し、図1の状態から図3の状態に移行させることが可能である。また、溶解槽4の稼働中に、組付部材7を溶解槽4から取り外すことに伴って仮設壁6を溶解槽4から除去し、図3の状態から図1の状態に復帰させることも可能である。本装置1では、仮設壁6の設置および除去により溶解槽4内の容積を減増させ得る。つまり、設置に伴って仮設壁6が溶解槽4内の容積の一部を占める。このように、仮設壁6が溶解槽4内の容積を調節するための容積調節部材として機能する。
図1に示すように、溶解槽4は、当該溶解槽4内の溶融ガラス3を側方から包囲する側壁部8と、側壁部8の下端に連なる底壁部9とを有する。側壁部8および底壁部9は、共に白金で構成されている。勿論この限りではなく、本実施形態の変形例として、側壁部8の内壁面8aおよび底壁部9の内壁面9a(溶解槽4の内壁面4a)のみが白金で構成されていてもよい。また、別の変形例として、側壁部8の内壁面8aおよび底壁部9の内壁面9aにおける溶融ガラス3に浸漬される領域のみが白金で構成されていてもよい。
溶解槽4の上部には開口部10が形成されている。開口部10は、側壁部8の上端によって形作られている。つまり、溶解槽4を平面視した際に、側壁部8の上端がなす閉ループが、開口部10の縁部10aとなる。縁部10aにはジルコニア(ZrO)が溶射されている。これは、組付部材7を溶解槽4に組付けた際に、縁部10aを構成する白金と、組付部材7を構成する白金(後述)との溶着を防止するためである。開口部10は、溶解槽4内の溶融ガラス3の液面3aよりも上方に位置している。ガラス原料2は、開口部10を通じて溶融ガラス3の液面3a上の原料供給エリア3xに供給される。また、開口部10の上方には、図示省略の加熱手段(例えばヒーター)が設置されており、加熱手段により溶解槽4内のガラス原料2および溶融ガラス3が加熱される。
溶解槽4の形状は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、平面視で四隅にR(湾曲)を有する長方形状に形成されている。以下の説明においては、平面視で溶解槽4の長手となる方向を「長手方向」と表記すると共に、長手方向に直交する方向を「幅方向」と表記する。
側壁部8には、第一側壁部11~第四側壁部14が含まれている。第一側壁部11および第三側壁部13は、溶解槽4の幅方向に延びており、第二側壁部12および第四側壁部14は、溶解槽4の長手方向に延びている。本実施形態では、第三側壁部13側から第一側壁部11側に向かって溶融ガラス3が流れている。つまり、上記の原料供給エリア3xは、溶解槽4内の溶融ガラス3の流れ方向において上流側寄りに位置している。なお、第三側壁部13における幅方向の中央部13aは、側壁部8の全周のうちで原料供給エリア3xに最も近接した地点となる。第一側壁部11~第四側壁部14の各々は傾斜した姿勢を取っており、その下端が上端よりも溶解槽4の内側に出っ張っている。
第一側壁部11には、パイプ5を挿通させるための貫通孔11aが形成されている。パイプ5の外周面は、貫通孔11aの内周面に対して隙間なく嵌合している。パイプ5の上流側端部に形成された開口5aは、第一側壁部11から溶解槽4の内側に向かって突き出ている。パイプ5は白金で構成されている。
図2に示した仮設壁6は、側壁部8の内壁面8aに沿って設置が可能である(図4および図5を参照)。仮設壁6は複数に分割されている。本実施形態においては、仮設壁6が、側壁部8に沿って配列が可能な第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fの六つに分割されている。勿論、仮設壁6を分割する数は適宜増減させてよい。第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fは、それぞれ第一側壁部11、第二側壁部12の下流側寄り、第二側壁部12の上流側寄り、第三側壁部13、第四側壁部14の上流側寄り、及び、第四側壁部14の下流側寄りに沿って配置される。
第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fの各々は、白金板(好ましくは強化白金板)でなる。なお、強度不足を防止する観点から、白金板の厚みは1mm以上であることが好ましい。ここで、本実施形態の変形例として、第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fの各々は、表面のみが白金で構成された板であってもよいし、表面のうちの溶融ガラス3に浸漬される領域のみが白金で構成された板であってもよい。
第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fの各々において、上述した溶解槽4の四隅のR(湾曲)にそれぞれ対応する部位は、Rに倣って湾曲した湾曲壁6xとなっている。第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fの各々において、湾曲壁6x以外の部位は、組付部材7と直接に連なっている。しかしながら、湾曲壁6xは例外であり、水平姿勢を取った板状の連結部6yを介して湾曲壁6xと組付部材7とが連なっている。連結部6yは白金板で構成されており、湾曲壁6xの上端と連なっている。
仮設壁6を溶解槽4に設置した際には、第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fの隣り合うもの同士が、隙間なく配列される(図3を参照)。第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fの各々は、相互に独立して設置および除去が可能である。なお、隣り合うもの同士の界面には、溶着を防止するためにジルコニアが溶射されている。また、同様に溶着を防止することを目的として、上記の連結部6yに関しても、隣り合うもの同士の界面にはジルコニアが溶射されている。
組付部材7は、第一組付部材7a~第六組付部材7fに分割されており、それぞれ第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6fと連なっている。第二組付部材7bと第三組付部材7cとの両者、及び、第五組付部材7eと第六組付部材7fとの両者は、平面視で幅方向に沿って分割されている。一方で、第一組付部材7aと、これに隣接する第二組付部材7bおよび第六組付部材7f、及び、第四組付部材7dと、これに隣接する第三組付部材7cおよび第五組付部材7eは、平面視で長手方向および幅方向に対して傾斜した方向に沿って分割されている。
組付部材7を溶解槽4に組付けた際には、第一組付部材7a~第六組付部材7fの隣り合うもの同士が、隙間なく配列される(図3を参照)。なお、隣り合うもの同士の界面には、溶着を防止するためにジルコニアが溶射されている。
図3~図5に示すように、組付部材7(第一組付部材7a~第六組付部材7f)は、溶解槽4における開口部10の縁部10aに対して組付けることが可能である。組付部材7は、耐火物15(ここでは耐火煉瓦)と、耐火物15を被覆する白金で構成された被覆部材16とを備えている。
耐火物15には、開口部10の縁部10aに対して側方から接触する第一部位15aと、上方から接触する第二部位15bとが形成されている(図2,図3,図7に示した破線は、両部位15a,15bの境界を表す)。そして、両部位15a,15bの間に形成された段差を縁部10aに引っ掛けることで、組付部材7が縁部10aに組付けられる。
被覆部材16は、耐火物15に巻き付けた白金板でなり、耐火物15の表面全体を覆っている。被覆部材16には、仮設壁6(第一分割仮設壁6a~第六分割仮設壁6f)が溶接により連結されている。詳細には、被覆部材16のうち、縁部10aから溶解槽4の内側へと食み出した部位に、仮設壁6の上端が連結されている。これにより、組付部材7を縁部10aに対して組付けるのに伴い、仮設壁6が溶解槽4内の溶融ガラス3に浸漬され、側壁部8の内壁面8aに沿って仮設壁6が設置される。
図4および図5に示すように、溶解槽4の内壁面4aと仮設壁6との相互間には、隙間Xおよび隙間Yが形成されている。詳細には、側壁部8の内壁面8aと仮設壁6の外側壁面との間、及び、底壁部9の内壁面9aと仮設壁6の下端との間に、それぞれ隙間X,Yが形成されている。これは、溶解槽4を構成する白金と、白金板である仮設壁6との溶着を防止するためである。
隙間Xの幅は20mm~50mmとすることが好ましい。ここで、仮設壁6における湾曲壁6xと湾曲壁6x以外の部位とを比較すると、湾曲壁6xでは湾曲壁6x以外の部位よりも隙間Xの幅が広くなっている。勿論この限りではなく、本実施形態の変形例として、湾曲壁6xと湾曲壁6x以外の部位との間で隙間Xの幅が同一であってもよいし、湾曲壁6xにて湾曲壁6x以外の部位よりも隙間Xの幅が狭くなっていてもよい。さらに、隙間Xの幅は仮設壁6の上端から下端に至るまで均一な幅であってもよいし、均一な幅でなくてもよい。仮設壁6の上端側と下端側とで隙間Xの幅を異ならせる場合、上端側で下端側よりも隙間Xの幅が広くなっていてもよいし、下端側で上端側よりも隙間Xの幅が広くなっていてもよい。
隙間Yの幅は2mm~5mmとすることが好ましい。
図5に示すように、パイプ5の上流側端部に形成された開口5aは、溶解槽4内にて仮設壁6よりも内側に位置している。なお、仮設壁6(第一分割仮設壁6a)におけるパイプ5の上端よりも下方に存する部位は、パイプ5を間に挟んで二股に分岐している(図5にて紙面手前側と紙面奥側とに分岐)。つまり、パイプ5の開口5aを正面視する方向から視ると、図6に示すように仮設壁6(第一分割仮設壁6a)が二股に分岐している。二股に分岐した部位の相互間の距離は、パイプ5の外径に等しいか、或いは、パイプ5の外径よりも長くなっている。
ここで、本実施形態では、溶解槽4の側壁部8の全周において、側壁部8の内壁面8aに沿って仮設壁6を設置しているが、この限りではない。図7に示すように、側壁部8の全周のうち、一部の区間において、側壁部8の内壁面8aに沿って仮設壁6を設置してもよい。この場合、一部の区間は、側壁部8上における原料供給エリア3xに最も近接した地点(ここでは、第三側壁部13の中央部13a)から連続する区間とする。
以上に説明した装置1によれば、溶解槽4の稼働を停止させることなく、仮設壁6の設置および除去により溶解槽4内の容積を変更することが可能となる。
また、装置1によれば、単に溶融ガラス3に浸漬した仮設壁6の体積分だけ溶解槽4内の容積を減増させ得るのみでなく、溶解槽4内にて有効な容積を減増させることが可能である。ここで言う「有効な容積」とは、パイプ5を通じて溶解槽4外に流出させ得る溶融ガラス3を収容した領域の容積を意味する。仮設壁6の設置時(側壁部8の全周において内壁面8aに沿って仮設壁6を設置した場合)における「有効な容積」は、溶解槽4内にて仮設壁6の内側に囲われた領域の容積となる。なお、上述した隙間Xに存する溶融ガラス3は、実質的に流動しておらず、パイプ5を通じて溶解槽4外には流出しない。一方、仮設壁6の除去時における「有効な容積」は、溶解槽4内にて側壁部8に囲われた領域の容積となる。
以下、上記の装置1を用いて、溶融ガラス3からガラス物品を製造するガラス物品の製造方法について説明する。
本方法では、稼働中の溶解槽4に仮設壁6を設置するに際し、溶解槽4内の溶融ガラス3の温度を設置前の温度よりも低下させる。なお、低下後の溶融ガラス3の温度は、白金の再結晶温度よりも高温とすることが好ましい。一例として、仮設壁6の設置前における溶融ガラス3の温度が1500℃である場合、仮設壁6を設置するに際し、溶融ガラス3の温度を1000℃まで低下させる。
パイプ5を通じて溶解槽4内から溶解槽4外に流出させた溶融ガラス3は、公知の手法により清澄工程、撹拌工程、成形工程、切断工程等を経る。これにより、各種のガラス物品(ガラス板、ガラス管等)が製造される。
ここで、本発明に係るガラス溶融装置、ガラス物品の製造方法、及び、容積調節部材は、上記の実施形態で説明した構成や態様に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、容積調節部材として仮設壁を使用しているが、この限りではない。溶解槽の稼働中に、溶解槽への設置および除去が可能なものであれば、仮設壁以外のものを容積調節部材として構わない。
なお、仮設壁6は、溶解槽4内に溶融ガラス3が存在する状態で設置および除去しても良いし、溶解槽4内に溶融ガラス3が存在しない状態で設置および除去しても良い。これらの設置および除去は図示しない単軸ロボットあるいは多軸ロボット等の公知の搬送装置によって行うことができる。
1 ガラス溶融装置
2 ガラス原料
3 溶融ガラス
3a 溶融ガラスの液面
3x 原料供給エリア
4 溶解槽
4a 溶解槽の内壁面
5 パイプ
5a パイプの開口
6 仮設壁(容積調節部材)
6a 第一分割仮設壁
6b 第二分割仮設壁
6c 第三分割仮設壁
6d 第四分割仮設壁
6e 第五分割仮設壁
6f 第六分割仮設壁
7 組付部材
8 側壁部
8a 側壁部の内壁面
10 開口部
10a 開口部の縁部
13a 第三側壁部の中央部
X 隙間
Y 隙間

Claims (8)

  1. ガラス原料を溶解させて溶融ガラスを生成する溶解槽を備えたガラス溶融装置であって、
    前記溶解槽の稼働中に、前記溶解槽への設置および前記溶解槽からの除去が可能な容積調節部材を備え、
    前記溶解槽の内壁面における溶融ガラスに浸漬される領域が、白金で構成されると共に、
    前記容積調節部材における溶融ガラスに浸漬される部位の表面が、白金で構成され、
    前記溶解槽が、槽内の溶融ガラスを側方から包囲する側壁部を有し、
    前記容積調節部材が、前記側壁部の内壁面に沿って設置が可能な仮設壁であり、
    前記容積調節部材が、前記設置に伴って前記溶解槽内の容積の一部を占めることを特徴とするガラス溶融装置。
  2. 前記側壁部の全周のうち、少なくとも一部の区間において、前記側壁部の内壁面に沿って前記仮設壁の設置が可能であることを特徴とする請求項に記載のガラス溶融装置。
  3. 前記溶解槽内の溶融ガラスの液面上において、前記ガラス原料が供給されるエリアを原料供給エリアとしたとき、
    前記一部の区間が、前記側壁部上における前記原料供給エリアに最も近接した地点から連続する区間であることを特徴とする請求項に記載のガラス溶融装置。
  4. 前記溶解槽に、前記側壁部の上端により形作られる開口部が形成され、
    前記開口部が、前記溶解槽内の溶融ガラスの液面よりも上方に位置し、
    前記仮設壁に連なった組付部材を備え、
    前記組付部材が、前記開口部の縁部に対して組付け可能であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のガラス溶融装置。
  5. 前記溶解槽の内壁面と前記仮設壁との相互間に、隙間が形成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のガラス溶融装置。
  6. 前記溶解槽内から槽外に溶融ガラスを流出させるパイプを備え、
    前記パイプの上流側端部に形成された開口が、前記溶解槽内において前記仮設壁よりも内側に位置していることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のガラス溶融装置。
  7. 前記仮設壁が、前記側壁部に沿って配列が可能な複数の分割仮設壁に分割され、
    前記複数の分割仮設壁の各々は、相互に独立して設置および除去が可能であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載のガラス溶融装置。
  8. 請求項1~のいずれかに記載のガラス溶融装置を用いて、溶融ガラスからガラス物品を製造するガラス物品の製造方法。
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