JPH04265228A - ガラス窯フィーダー用ベンテッドチューブ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス窯フィーダー用
ベンテッドチューブに関する。

【０００２】

【従来の技術】びん及び食器用ガラス製造プロセスにお
いて、ガラス溶解窯フィーダー部には、ガラスの撹拌用
にベンテッドチューブが使用されている。

【０００３】フィーダーの役目は、ガラス溶解窯で溶解
清澄されたガラスを、成形に適した温度でゴブの形で、
また一定重量で成形機などへ供給することである。

【０００４】図１にガラス窯フィーダー部１の大体の構
造を示す。窯より供給されたガラスは多くの場合冷却さ
れ、スパウト部２で均一化されオリフィス３からプラン
ジャー４によって押出されゴブの形に切断される。

【０００５】ベンテッドチューブ５は、回転してガラス
を撹拌する。ベンテッドチューブ５は、チューブ内外の
温度差を最小限に抑制するために、真円形の貫通孔がチ
ューブのガラスに接する部分より上部の側面部周方向に
３〜４個設けられている。ベンテッドチューブ５の上側
は大気に、下側は熱いガラスに接している。そこで、チ
ューブ内外での温度差をおさえるため、貫通孔に熱風を
吹き込んでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】真円形状の貫通孔を有
する従来のベンテッドチューブは、使用中すなわち回転
中に貫通孔周辺部に発生する応力により亀裂が生成し操
業停止が余儀なくされることがある。これは、チューブ
が、ガラスにより回転方向と逆方向の抵抗を受けるため
に起こると考えられる。チューブにねじれる力が働き、
貫通孔周辺部に応力が集中すると考えられる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はガラス溶解窯フ
ィーダー部のベンテッドチューブにおいて、チューブ内
部加熱用の貫通孔を長円にし、かつチューブの回転方向
を０°としたときに、その長円の長軸が、上方へ０〜９
０°傾いていることを特徴とするガラス窯フィーダー用
ベンテッドチューブである。

【０００８】本発明では、対策を検討するためコンピュ
ータによる応力解析を行なった。解析は汎用の有限要素
解析ソフトを使用し、３次元モデルについて行なった。 本発明では熱条件は考慮せず、機械的応力についてのみ
検討した。孔形状を限定することにより、ベンテッドチ
ューブ回転時の貫通孔周辺の発生応力が孔径、孔の位置
、孔の個数とは無関係にきわめて小さくなることを見出
した。

【０００９】図２は本発明のベンテッドチューブを模式
的に説明した図である。

【００１０】図２に示すように、ベンテッドチューブ５
の貫通孔６の形状は、長円にすることが好ましい。長円
は長軸７と短軸６を持つ。ベンテッドチューブ５は回転
軸１１を軸にして回転方向９の方向へ回転するものとす
る。このときガラス１２によって、回転方向９と逆方向
へ抵抗が生じるものと考えられる。

【００１１】実験によれば、チューブの回転方向９を０
゜としたときの長軸の上方への傾き１０は、可能範囲が
１°〜８９°、好適範囲が３０°〜６０°である。また
、長軸７と短軸８の比は、好適範囲が１．５：１〜３：
１である。少なくともこれらの範囲内では、ベンテッド
チューブへの応力緩和効果を認めることができる。

【００１２】

【作用】貫通孔周辺の応力がきわめて小さくなるので、
チューブに亀裂が生成しにくくなる。

【００１３】

【実施例】チューブの形状を変更することにより、チュ
ーブ側面の貫通孔周辺に発生する応力の変化をコンピュ
ータにより解析し、結果の比較を行った。

【００１４】解析は、汎用の有限要素解析ソフトを用い
て３次元モデルにて構造解析を行った。ただし、本解析
においては熱の条件は考慮せず、機械的応力についての
み検討した。

【００１５】解析モデルとして図３に示す全体図から、
ガラスの接触部分とチューブ上部のつば状部分を除いた
部分を解析の対象範囲としてモデル化した。このモデル
を基本モデルとし、孔径、孔の高さ位置、孔の個数、孔
形状を変えたモデルを作成し、貫通孔周辺に発生する応
力を比較した。それぞれのモデルの各部の寸法を表１に
示す。表１中で＊印の付いているモデルは、同一の形状
ではあるが、要素分割が同一ではないモデルである。

【００１６】貫通孔の形状は真円と楕円の場合を比較し
た。楕円の形状と傾きを図４に示す。実施例１と比較例
１５は、モデル形状も要素分割も同一ではあるが、後述
する強制変位の向きを逆にしている。

【００１７】実使用時のチューブは、チューブの中心を
中心軸として回転しているため、ガラスに浸かっている
部分（ガラス接触部）はガラスにより回転と逆の抵抗を
受けており、チューブをねじるような力が働いていると
思われる。その力を表現するために本解析においては、
図５に示すような拘束条件を設定した。チューブ底面の
θ方向（円周方向）を拘束し、チューブ側面の上端より
約３０ｍｍの範囲をθ方向に強制的に変位させることに
より（向きは図中の矢印方向）チューブをねじる力を表
現した。この強制変位の向きは、比較例１５についての
み逆になっている。強制変位量は、０．０２６６７ラジ
アン（円周方向約５ｍｍ）と設定したが、この値は特に
意味を持つ値ではなく、任意に設定した値である。

【００１８】解析に使用した物性値は下記の値とした。

【００１９】 ヤング率　　：０．４４７×１０６ｋｇ／ｃｍ２　　　
　ポアソン比：０．２

【００２０】

【基本形状の応力変化】図６Ａおよび図６Ｂに基本形状
のモデル全体の外側と内側の応力分布を示した。図６Ａ
はモデルを筒の外側の右上から見た図で、下方に集中す
る応力を確認し易い方向から表示してある。図６Ｂはモ
デルを筒の内側の右下から見た図で、上方に集中する応
力を確認し易い方向から表示してある。貫通孔周辺２ケ
所に引張応力が集中していることが確認できる。実験の
結果、応力の最大値は下方で４９０ｇ／ｍｍ２上方で５
２０ｇ／ｍｍ２であった。貫通孔周辺部分を拡大したも
のと応力のベクトル図を図７に表示した。ベクトル図に
より引張応力の向きは、チューブ回転方向を０°とした
ときに上方へ約４５度傾いた方向であることが確認でき
る。

【００２１】

【比較例１〜６】孔径を変更した場合の応力変化を知る
ために、比較例１〜６を行い、引張応力を比較した。

【００２２】実験の結果、応力の最大値は下方で４６０
ｇ／ｍｍ２、上方で５００ｇ／ｍｍ２となり、下方より
上方の方が大きいことが確認できた。また、応力は孔径
が大きくなるに従い増大する傾向にあるが、下方に集中
する応力の最大値は孔径が３５ｍｍ以上になるとあまり
変化しなくなることが確認できた。

【００２３】

【比較例７〜１０】孔の高さ位置を変更した場合の応力
変化を知るために、比較例７〜１０を行い、応力を比較
した。孔の高さ位置とは、チューブの下端より孔の中心
までの距離である。実験の結果、応力の最大値は下方で
５２０ｇ／ｍｍ２、上方で５３５ｇ／ｍｍ２となり、下
方より上方の方が大きいことが確認できた。また、集中
する応力は、孔の高さ位置が高くなるに従い増大する傾
向にあることも確認できた。

【００２４】

【比較例１１〜１４】孔の個数を変更した場合の応力変
化を知るために、比較例１１〜１４を行い、応力を比較
した。それぞれのモデルにおいて、孔の円周方向の間隔
は等間隔としている。実験の結果、応力の最大値は下方
で５０５ｇ／ｍｍ２、上方で５４５ｇ／ｍｍ２となり、
下方より上方の方が大きいことが確認できた。また、集
中する応力は、孔の個数が多くなるに従い増大する傾向
にあるが、４個の場合についてのみ３個の場合より若干
ではあるが最大値は減少していることが確認できた。

【００２５】

【実施例１〜３および比較例１５】孔を楕円にし方向を
変更した場合の応力変化を知るために、実施例１〜３お
よび比較例１５を行い、応力を比較した。それぞれのモ
デルの楕円孔の面積は、約１９７９ｍｍ２である。これ
は直径５０ｍｍの真円孔の面積（約１９６４ｍｍ２）に
近ずけた値である。前述したとおり、実施例１と比較例
１５は、モデル形状も要素分割も同一であるが、強制変
位の向きを逆にしている。すなわち比較例１５だけは他
の実施例および比較例と逆の方向にチューブを回転させ
ている。実験の結果、応力の最大値は実施例２を除き、
下方より上方の方が大きくなる傾向にあることが確認で
きた。また、楕円孔の向きを変えると、応力の集中部分
も変わることが認められた。さらに、集中する応力は、
実施例１の場合は下方で４１０ｇ／ｍｍ２、上方で４３
５ｇ／ｍｍ２と最小になり、比較例１５の場合は下方で
６７５ｇ／ｍｍ２、上方で７５０ｇ／ｍｍ２と最大にな
ることが明らかに認められた。

【００２６】図８Ａおよび図８Ｂに実施例１のモデル全
体の外側と内側の応力分布を示した。図８Ａはモデルを
筒の外側の右上から見た図で、下方に集中する応力を確
認し易い方向から表示してある。図８Ｂはモデルを筒の
内側の右下から見た図で、上方に集中する応力を確認し
易い方向から表示してある。引張応力は、図６Ａおよび
図６Ｂに示された基本形状の応力分布と同様に、貫通孔
周辺２ケ所に集中していることが確認できる。図６Ａと
図８Ａを比較し、また、図６Ｂと図８Ｂを比較すると、
実施例１は基本形状に比べて貫通孔周辺への応力集中が
緩和されていることが明らかに認められる。

【００２７】実験によれば、チューブに発生する引張応
力は、チューブ側面の貫通孔周辺（２ケ所）に集中して
おり、そこが構造的に弱い部分であると考えられる。従
って、発生するクラックの起点はこの部分であると予想
される。この集中する引張応力を減少または分散させる
ためには、本解析の結果より以下の対応策が有効である
と考えられる。

【００２８】ａ）孔径を小さくする。

【００２９】ｂ）孔の高さ位置を低くする。

【００３０】ｃ）孔の個数を４個にする。

【００３１】ｄ）孔の形状を楕円にし、チューブ回転方
向を０°としたときに上方へ長軸を４５度傾ける。

【００３２】Ａ社での実績では孔形状が楕円のベンテッ
ドチューブを使用したところ、明らかに機械的応力によ
ると思われるトラブルはなくなり８〜１０ケ月の寿命が
１２〜１５ケ月に延命した。

【００３３】

【発明の効果】本発明はガラス溶解窯フィーダー部のベ
ンテッドチューブにおいて、チューブ内部加熱用の貫通
孔を長円にし、かつチューブの回転方向を０°としたと
きに、その長円の長軸が、上方へ０〜９０゜傾いている
ことを特徴とするガラス窯フィーダー用ベンテッドチュ
ーブである。

【００３４】貫通孔の形状を長円にし、前記傾きを持た
せたことにより、貫通孔周辺の応力発生による影響が緩
和される。従って、ベンテッドチューブへの亀裂発生の
防止につながり、ベンテッドチューブの寿命が長くなる
。１例では、８〜１０ケ月の寿命であったものが、１２
〜１５ケ月に延命した。

【００３５】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】ガラス窯フィーダー部の断面図。

【図２】本発明のベンテッドチューブの概略を示す図。

【図３】解析のモデルの寸法図。

【図４】実施例１〜３および比較例１５の貫通孔形状と
傾きを示す図。

【図５】解析のモデルの拘束条件を示す概念図。

【図６Ａ】基本形状モデルの外側から見た応力分布図。

【図６Ｂ】基本形状モデルの内側から見た応力分布図。

【図７】基本形状モデルの応力のベクトル図。

【図８Ａ】実施例１の外側から見た応力分布図。

【図８Ｂ】実施例１の内側から見た応力分布図。

【符号の説明】

１　　　　フィーダー部 ２　　　　スパウト部 ３　　　　オリフィス ４　　　　プランジャー ５　　　　ベンテッドチューブ ６　　　　貫通孔 ７　　　　長軸 ８　　　　短軸 ９　　　　回転方向 １０　　傾き １１　　回転軸 １２　　ガラス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガラス溶解窯フィーダー部のベンテッ
   ドチューブにおいて、チューブ内部加熱用の貫通孔を長
   円にし、かつチューブの回転方向を０°としたときに、
   その長円の長軸が、上方へ０〜９０°傾いていることを
   特徴とするガラス窯フィーダー用ベンテッドチューブ。