JPH01201033A - 溶融装置及び溶融容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 未発Ｉｌｌは溶融装置及び該装置に用いられる溶融容器
ならびにこれらの製造方法に関する０本発明の溶融装を
及び溶融容器はたとえば光学ガラス製造のためのガラス
溶融に好適に利用される。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］光学素
子の材料として用いられる光学ガラスは、原料たる粉粒
状の各種酸化物を高温で溶融することにより製造される
。この光学ガラスは正確な光学的特性を必要とするので
、その製造に際しては原料の配合に厳密を期することは
もちろんのこと、不純物が混入しないように細心の注意
がはられれる。

光学ガラス製造のためのガラス溶融は、炉内にルツボと
称されるガラス溶融容器を配置し、該容器内にガラス原
料を投入し炉により加熱することによりなされている。

ガラス溶融容器としては、最近では高温耐熱性を有し溶
融ガラス原料との反応性が低く不純物混入及び組成変化
を生じにくいという利・、′、−の故に、白金の様な貴
金属や白金−ロシウ１．系合金の様な貴金属合金からな
るものが用いられている。

しかして、これら貴金属または貴金属合金からなる容器
は高価であるためその厚さはせいぜい０．８〜１．５ｍ
ｍ程度である。このため、該容器のみでは機械的強度が
十分でなく、ガラス溶融１１′Ｆの高温下での十分な耐
久性が得られないので、詠容器を他のｍｌ大物からなる
支持部材により下方及び外側から支持して炉内に配置す
ることが行なわれている。

第３図は以りの様な従来のガラス溶融のための装置の一
例を示す概略断ｍ１図である。

図において、ｌはほぼ円筒形状の白金容器であり、該容
器の１力端縁には補強のためのリブ２が形成されている
。３はサポータと称される耐火物製の部分な強度を有す
る支持部材であり、１：記容；ζ：２の外面全体を覆う
様に配置されている。該サポータの材質はガラス溶融条
件に適合したものが用いられ、たとえばアルミナ系、ム
ライト系、ジルコニア系、ジルコン系、シリカ系などの
セラミックを中独あるいはライニング手法で複層となし
たものを用いることができる。］；記容器ｌとサポータ
３との間にはアルミナ粉末あるいはバブル状のアルミナ
やジルコニアからなる緩衝材４が充填されている。５は
該緩衝材部分に対する蓋材である。サポータ３は炉内床
部６上に台７を介して設置されている。Ｇは溶融ガラス
である。

しかして、この様な従来のガラス溶融装置あるいはガラ
ス溶融容器には次の様な問題点があった。

即ち、溶融装置の組立に際しては容器ｌをサポータ３内
に収容して、これらの間に緩神１材４の層を均一な厚さ
に配とせねばならず、この様な操作は煩雑であり、かな
りの熟練を特徴とする特に、１−記容器ｌとして形状の
複雑なものを用いる場合には、この問題が顕著である。

次に、該装置は炉内で加熱されるのであるが、炉内熱源
からの熱輻射によりサポータ３を加熱し更に該サポータ
から緩衝材４を介して容器ｌへと熱伝達を行なわねばな
らない、このため容器１の受熱効率がかなり低く、ｙＸ
料投入からガラス溶融までにかなりの時間を要している
。

更に、容器ｌを構成する白金の揮発による該容器の損Ｊ
Ｌの問題がある。白金はガラス溶融温度程瓜の高温にな
ると揮発する。大気中または酸素雰囲気ドではより低温
でも酸化して揮発性のＰｔＯ２どなる。このため、溶融
装置の長時間の稼動の後には容器ｌには大きなｆｆｌ量
減が発生する。たとえば、１４００〜１５００℃で２〜
３年間稼動した場合、上記型Ｓ、を減は３０〜４０％に
も達することが知られている。その大半は揮発によるも
のである。揮発した白金は炉外の比較的温度の低い部分
に析出する。この様な揮発を抑制するために窒素ガス雰
囲気中で稼動することもあるが、清澄作用に悪影響を与
えたり、密閉のための手段が大がかりになりガスのラン
ニングコストが高くなる等経済的ではない。

また、白金インクルージヨンの１汽１題もある。即ち、
１ユ記の様にして揮発した白金の一部は溶融ガラス中に
異物として混入する。該異物は数ミクロンから数百ミク
ロンの大きさの不定形の異物であり、高粘度のガラスか
ら除去することは困難であり、ガラスの品質を劣化させ
る。

更に、容器ｌの強度の問題がある。温度上昇と温度降下
とを頻繁に繰返すと、容器１は微少変形を繰返し、この
際の圧縮及び引張の内部応力に基づき白金Ｍｔ織の＋＋
Ｔ結晶化（結晶粒成長）が生じやすくなり、これが進行
するとクラックが発生し容器が破損することがある。特
に、容器形状が複雑な場合には上記再結晶化が１ｌｉＩ
譜である。

そこで、本発明は、上記の様な従来技術に鑑み、炉内設
置に熟練を要することがなく、受熱効率が高く、容器材
料の揮発が少なく、更にガラス中への異物混入が少なく
、良好な生産性が得られ、１−分な強Ｉｆｆをもつガラ
ス溶融装置またはガラス溶融容器を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして
。

貴金属または貴金属合金からなる容器基材の外表面にセ
ラミックからなる補強膜が付されて溶融容器が形成され
ており、該容器が輻射熱透過部を４１する支持部材によ
り支持されていることを特徴とする、溶融装置。

及び 貴金属または貴金属合金からなる容器基材の外表面にセ
ラミックからなる補強膜が付されており、該補強膜が複
数の層からなり、容器基材側の層が該基材の熱膨張係数
に近い熱膨張係数をもつ層であり［つ外側の層が受熱効
率の良好な層であることを特徴とする、溶融容器、 が提供される。

本５１１１において、容器）＾材として白金を用いるこ
とができる。

また、上記溶融装置または溶融容器の製造において、セ
ラミックからなる補強膜をプラズマ溶射を用いて形成す
ることができ、この際プラズマ溶射により形成されたセ
ラミック層の表面を研削してセラミックからなる補強膜
を形成することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図は未発Ｉ貝による溶融装置の第１の実施例を示す
一部断面概略側面図である。

図において、１２は溶融容器であり、１４は該溶融容器
を支持するための支持部材（サポータ）であり、１６は
電気炉の床である。

容器１２は上方が開放されたほぼ円筒状の容器基材２２
の外表面にセラミック補強１模２４を形成したものから
なる。

容器基材２２は白金製であり、厚さ０．８ｍｍ、直径１
４０ｍｍ、深さ１５０ｍｍ、内容植約２文である。尚、
該容器ノ↓材２２のに刃端縁の一部には溶融ガラス浣出
のためのツバ２６が一体的に付設されている。該ツバは
長さ５０　ｍ　ｍ、輻８０ｍｍである。

該容器基材２２としては、白金−ロジウム、白金−金、
白金−ロジウムー金等の白金含有合金やロジウム、金、
イリジウム、パラジウム等の他の貴金属を用いることも
できる。

セラミック補強膜２４は２層からなり、容器基材側の第
１層２４ａはモ均粒径５〜７ｐｍの７オルステライト（
２ＭｇＯ・５ｉ０２）７０屯ｌよ部とモ均粒径ｌ〜２壓
ｍのアルミナ（Ａ　１２０３　）３０屯埴部とからなる
粉体混合物をプラズマ溶射により厚さ０．４〜０．５ｍ
ｍに形成してなるものである。また、外側の第２層２４
ｂは上記モ均粒ｐｆ、　１〜２４　ｍのアルミナ（Ａ１
２０３）５０ｆｆｉｊ一部とモ均粒径ｌ〜２鉢ｍのチタ
ニア（Ｔｉ０２　）　５０　％に部とからなる粉体混合
物をプラズマ溶射してなるものであり、Ｌ記第１層２４
ａと第２層２４ｂとの合計の厚さは４．５ｍｍである。

１４記セラミック補強膜２４を構成するセラミックとし
ては、アルミナ（Ａ１２０３）、チタニア（Ｔ　ｉ　０
２　）　、安定ジルコニア（ＺｒＯ２）、フォルステラ
イト　・′２ＭｇｏｌＩＳｉ０２）、ステアタイト（Ｍ
ｇＯ−Ｓｉ０２）、　　ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２Ｓ
ｉ０２）、石英（Ｓｉ０２）等を単独または混合して溶
射を行なって得られる酸化物系セラミックを用いること
ができる。この酸化物系セラミックは大気雰囲気Ｆで溶
融を行なう場合も使用できる。また、上記セラミック補
強１団２４を構成するセラミックとしては、窒化ケイ素
（Ｓｉ３Ｎ＋）、’：ぜ化チタン（Ｔ　ｉ　Ｎ）等の窒
化物や炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＪＺ化チタン（ＴｉＣ）
、ＩＲ化タングステン（ｗｅ）等の炭化物を単独または
適宜混合して溶射を行なって得られるものを用いること
ができる。これら窒化物系や炭化物系のセラミックは白
金容器ノＳ材に直接波１’Ｎ　した場合には高温で白金
との合金化を生ずるので、１０００℃以下の比較的低温
の溶融条件ドで使用するか、あるいは第２層またはそれ
より外側の層として用いるのかｋ（ましく、更に高温で
は酸化し分解反応が進みやすくなるために窒素ガス等の
非酸化性雰囲気下や真空ｒでの使用に適している。

上記の様に、セラミック補強膜を２層以りから構成する
場合には、容器基材に近い層はど該基材との熱膨張係数
の近いことを基準に材料を選定し、外側に近いほど受熱
効率の高いことを基準に材料を選定することができる。

セラミック補強膜の厚さはたとえば０．１〜５．０ｍｍ
である。０．１ｍｍ未満であると得られる効果が小さく
、また５、０ｍｍを越えると効果がそれ程増加しない割
に厚肉となりすぎｉｉ（ＩＪ増及びコスト■：昇を来す
。

溶射によりセラミック補強膜を比較的厚く形成する場合
には外表面に凹凸が生ずることがあり、該凹凸のために
温度上５１及び温度降下が不均一となることがあり、従
って該凹凸が大きい場合には溶射後に表面を研削してモ
坦化するのが好ましい。

さて、Ｌ記すポータ１４は、図示される様に、容器基材
１２のドｌ’ｆｆｌを外側から覆う様に支持している。

該サポータは側面に輻射熱′ｒｈｉ部たる多数の貫通孔
２８が形成されている。また、該サポータは脚部３０を
有する。該サポータ１４はＦ２第３図に示される従来の
溶融装置のサポータと同様の耐火物製である。

尚、Ｇは溶融ガラスである。

本実施例溶融装こを用いてガラス溶融を行なった実例を
以下に示す。

溶融したガラスはタングステン封着用ガラスであり、そ
の組成は５ｉ０２ニア４屯４部、Ｂ２Ｑ３：１６．２重
社部、Ａｌ２Ｏ３：２重量部、Ｎａ２Ｏ：４．５重量部
、Ｋ２Ｏ：２重量部、ＣａＯ：１ｌｒｉ部、Ａ　Ｓ２０
３　　：　０　、３　屯ｆ部からなる。溶融原料は６０
ｋｇをロフトとして秤礒混合されたバッチを１回６ｋｇ
づつ用いて平均１０回／ｉｌ！の頻度で溶融を行なった
。各回の溶融において、１３５０℃で原料を炉上部の投
入口から水冷ホッパーを用いて容器内に投入し、バッチ
が全て溶けた後に炉内温度を１５００℃に昇温し、４時
間維持した。尚、ガラスが溶けた後に炉上部からクラン
ク形の白金撹拌棒を容器内に挿入して１５ｒｐｍで回転
させ、ガラスの均質化を行なった０次に、炉内温度を１
２５０℃に低下させ、２０分＋＋ｎ　ｉ持した。炉の側
壁部を一部開放し、ここからステンレス製の把持具を用
いてサポータ下部を把み、該サポータを炉内において傾
けることで、炉外に配置した内容積６８文の水入り水槽
内に溶融ガラスを流し込み、水砕カレット約１．８文を
得た。

この様なガラス溶融を６ケ月間行なった。尚、同時に、
比較のために−１−２第３図に示される様な従来の溶融
装置を用いたガラス溶融をも類似の条ヂ１で９１なった
。その結果を以ドに示す。

（１）本実施例の装置は溶融容器を巾にサポータ内に入
れるのみでよく、そしてそのまま容易に炉内に設置する
ことかでさる。従って、従来の装置の様に組☆二作業が
煩雑で熟練を要することかない。

（２）従来の装置では原料投入に１．５〜２０時間を黄
していたが、本実施例の装置では１５〜２０分間の間隔
で４回の投入で合、ｉｔ　７０分間でよかった。これは
、７（実例装置ではサポータに貫通ｆＬ２８が形成され
ており更に容器の下半分しかサポータで覆われていない
ので、容器の受熱効率が１゛分に高いからである。また
、従来の装置ではサポータの熱容嵯が大きいため只温時
及び降温時に炉内温風と容器温度との間に時間的ずれが
生じていたが、本実施例装置では熱伝達が良好であるの
で、この様な時間的遅れは比較的少なく、このため温風
制御が容易であった。

（３）従来の装置では、容器ｌ一部円周縁全周にわたっ
てツバを付しであるにもかかわらず容器変形が生じたが
５本実施例装置では容器にセラミック補強膜が形成され
ているので変形が生ずることはなく１本実施例容泰の機
械的強風が部分に高いことか分った。また、木−（施例
では容器ツ（材の厚さを従来の容器（厚さ１．２ｍｍ）
の厚さよりもン；１くすることができた。

（４）従来の装置では、溶融ガラス表面近くで白金の結
晶粒成長が激しく、モ均３ケ月でクラックが発生しガラ
スが漏れるトラブルがあった。そのたびに、炉の稼動を
停止し、白金６塁の修理を行ない、更にサポータを新規
なものに取換えた。これに対し、本実施例装置では６ケ
月の稼動の後にも合本内面の結晶粒成長はわずかであり
、クラックの発生は全く認められなかった。また、セラ
ミック補強膜にも欠落やクラックは生じておらず、Ｌ（
）ｉ命であった。

（５）６ケ月の稼動の後に、本実施例の容器基材及び従
来装置の容器の白金を精製しなおしたところ、従来装置
の場合の白金損耗量が約３％であり、本実施例装この場
合はその約１７３の約ｌ。

１％であった。従って、本実施例の容器では揮発その他
の原因による白金の損耗４１は極めて少なく、長寿命で
あることが分った。

第２図は本発明による溶融装置の第２の実施例を示す断
面図である０本図において、Ｅ記：５１図におけると同
様の部材には同一の符号が付されている。

本実施例においては、容器１２の形状が上記第１実施例
のものと異なる。即ち、該容器は上方が次第に絞られて
径が次第に小さくなる部分１２ａと該部分に続く小径の
部分１２ｂとを有する。また、該小径部分には原料導入
用の受部１２ｃが形成されている。そして、容器１２の
底部は一方向に向かって傾斜しており、その最下位ｔに
おいて容器側壁部に溶融ガラス流出用パイプ３２がｖｃ
続されている。該容器１２は容器基材２２の外表面にセ
ラミック補強膜２４を形成したものからなり、該セラミ
ック補強膜は２つの層２４ａ、２４ｂからなり、この構
成は上記第１実施例のものと回−・である、該容器１２
の内容積は１５文である。

本実施例において、容器１２はサポータ１４内に収容さ
れているが、容器１２の底部が傾斜をもっているので、
サポータ１４内にはクサビ型部材３４が配とされている
。サポータ１４には脚部が付１没されておらず、１偵サ
ポータは台３６上に載せられて炉内床部りに配訝されて
いる。

３８は攪拌質であり、上方から炉内に延びている駆動回
転軸４０のド端に付設されている。該攪拌χ３８は容器
１２内に位置している。また、４２は炉内熱源たるヒー
タであり、４４は炉内温度測定のための熱電対である。

尚、Ｇは溶融ガラスである。

！、記溶融ガラス流出用パイプ３２は炉１６の側１（ｔ
ド部を貫通して炉外へと延びており、その先端がガラス
流出ノズルとされている０、該パイプも上記容器１２と
同様に白金からなる）＾材の外表面にセラミック補強膜
を形成したものであるが、該補強ｊ！！２は第１層とし
てモ均粒径ｌ〜２μｍのアルミナ（Ａ　１２０３　）を
プラズマ溶射により厚さ０．２ｍｍに形成し、第２層と
して該アルミナ（Ａ　１２０３　）５０重州都と平均粒
径５μｍの炭化ケイ素（ＳｉＣ）５０重壁部とからなる
粉体混合物をプラズマ溶射により厚さ０．３ｍｍに形成
してなるものである。この様に流出パイプの構成を容器
の構成と変えたのは、該パイプの加熱を均一に行ないＩ
Ｌつ外側層にＳｉＣを含有させることにより低温での輻
射率を向ｌ−させるためである。

該パイプは内１１１０ｍｍであり、外径１２ｍｍであり
、長さ１．６ｍである。４６は上記パイプ３２の温度を
制御するための管状炉であり、４８はそのＭｉたるヒー
タである。尚、５０は炉４６内の温度測定のための熱電
対である。

本実施例装置を用いてＳＦ系光学ガラスを溶融し流出さ
せたところ、白金揮発が最大の原因である溶融ガラス中
への異物混入が十分に少なかった。即ち、ガラス単位体
積中の異物個数を係数すると、従来装置を用いた場合に
比べ約１７１０程度であり、歩留まりが十分に高いもの
であった。

本実施例装置においては流出用パイプ３２には補強膜が
形成されているので、流出時に高温にさらされても変形
することなく、十分に形状をＭ＋、？した。また、本実
施例装置ではセラミックで補強されているので、該セラ
ミック補強膜が炉からの熱ｔ−１和して均等に溶融ガラ
スに対し熱伝達を行ない且つ受熱効率が高いので、ガラ
ス流出の削御を容易且つ確実に行なうことができた。

上記実施例はガラス溶融に関するものであったが、本発
明はその他各種結晶の溶融にも同様に適用できる。更に
、上記実施例ではセラミック補強膜は２層からなるとさ
れているが、本発明では３層以上からなる様にしてもよ
い、その際には、容器基材に近い層はど該基材との熱膨
張係数の近いことを基僧に材料を選定し、外側に近いほ
ど受熱効率の高いことをノ＾半に材料を選定するのが好
ましい。

［発明の効果］ 以１：　、ｉＴ細に説ＩＪ１シた様に、本Ｑｌｊｌによ
れば、溶融容器は貴金属または貴金属合金の外表面にセ
ラミック補強膜を形成したものであるので、強度が向１
−シ、炉内１没置に熟練を要することがなく、受熟効イ
〈が高く、容器材料の揮発が少なく、長ノｊ命で、更に
ガラス中への異物混入が少なく、良好な生産性が得られ
る。

また、未発１ｊ１によれば、溶融容器を輻射熱透過部を
有する支持部材により支持して溶融装置を構成している
ので、１−分に高い受熱効率を得ることができる。

更に、本発明によれば、プラズマ溶射でセラミック補強
膜を形成することにより容易に性能良々ｆな補強膜を形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶融装置を示す一部断面概略側面
図である。 第２図は本発明による溶融装置を示す断面図である。 第３図は従来のガラス溶融装置の一例を示す概略断面図
である。 １２：溶融容器、　　１４；サポータ、１６：炉、　　
　　　２２：容器基材、２４：セラミック補強膜、 ２８二貫通孔、　　　３２：流出用パイプ、４６：管状
炉。 代理人　弁理士　　山　下　積　モ 第１図 第３図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）貴金属または貴金属合金からなる容器基材の外表
   面にセラミックからなる補強膜が付されて溶融容器が形
   成されており、該容器が輻射熱透過部を有する支持部材
   により支持されていることを特徴とする、溶融装置。
2. （２）容器基材が白金からなる、請求項１の溶融装置。
3. （３）請求項１または２の溶融装置の製造において、セ
   ラミックからなる補強膜をプラズマ溶射を用いて形成す
   ることを特徴とする、溶融装置の製造方法。
4. （４）プラズマ溶射により形成されたセラミック層の表
   面を研削してセラミックからなる補強膜を形成する、請
   求項３の溶融装置の製造方法。
5. （５）貴金属または貴金属合金からなる容器基材の外表
   面にセラミックからなる補強膜が付されており、該補強
   膜が複数の層からなり、容器基材側の層が該基材の熱膨
   張係数に近い熱膨張係数をもつ層であり且つ外側の層が
   受熱効率の良好な層であることを特徴とする、溶融容器
   。
6. （６）容器基材が白金からなる、請求項５の溶融容器。
7. （７）請求項５または６の溶融容器の製造において、セ
   ラミックからなる補強膜をプラズマ溶射を用いて形成す
   ることを特徴とする、溶融容器の製造方法。
8. （８）プラズマ溶射により形成されたセラミック層の表
   面を研削してセラミックからなる補強膜を形成する、請
   求項７の溶融容器の製造方法。