CN101045601B - 熔解装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熔解装置，其用于在每单位时间的熔融玻璃的流出量少的玻璃预成型坯的制造过程中，供给均匀性高的熔融玻璃。在熔融槽12的内部，搅拌叶片144旋转，在熔融玻璃A的熔融液中引起对流。由此，使滞留在熔融玻璃A的一部分的成分扩散到整个熔融玻璃A中，从而可以获得均匀的熔融玻璃A。然而，对于暂时变得均匀的熔融玻璃A而言，因为长时间处于已熔解的状态，所以会产生条纹。将含条纹的熔融玻璃A的一部分送至剪切搅拌室124，利用剪切搅拌来对熔融玻璃A进行搅拌。由此，将含条纹等不均匀部分的一部分熔融玻璃A剪切得较细，从而可以获得整体上均匀的熔融玻璃A。

Description

熔解装置

技术领域

本发明涉及具有均匀搅拌熔融玻璃的搅拌设备的熔解装置。 

背景技术

用于光学元件等的玻璃预成型坯(玻璃料滴)是通过如下方式而获得的，即，利用熔解装置来熔解原料，使所获得的熔融玻璃成形为适当大小的玻璃块。此处，作为在玻璃预成型坯的制造过程中所使用的熔解方法，众所周知的是连续熔解法和分批熔解法。在进行连续熔解时，可以在各个具有不同功能的单个层中连续地进行原料的放入、熔解、净化、和搅拌，因此适合大量生产玻璃预成型坯的情形等。另一方而，在进行分批熔解时，在单一的槽中分批地进行原料的放入、熔解、净化、和搅拌，适合生产总产量较少的玻璃预成型坯的情形等。 

玻璃预成型坏的制造中，重要的是精确地制造均匀且具有固定光学特性的玻璃预成型坯。因此，除了选择适当的原料之外，还必须在原料玻璃的熔解、净化、和搅拌的阶段进行各种考虑。特别在利用分批熔解来供给熔融玻璃时，因分多次放入原料，所以容易引起加热过程的不均匀，或者容易在熔解容器内产生加热过程的不均匀，从而成为导致玻璃预成型坯的光学特性变得不稳定的原因之一。为了解决上述问题，以前采用的是如下方法，即，利用具有搅拌叶片的搅拌器具，在熔融玻璃中引起对流，并加以搅拌等(参照专利文献1)。 

[专利文献1]日本专利特开平2—252626号公报 

发明内容

[发明所欲解决的问题] 

然而，近年来，可以制造口径小的玻璃预成型坯，从而产生了以前所不曾发现的问题。即，为了生产口径小的玻璃预成型坯，在每单位时间的熔融玻璃的流出量较少的玻璃制造过程中，因须耗费长时间来使暂时熔解的熔融玻璃成形，所以有时熔融槽内的熔融玻璃局部性长时间地处于熔解状态，从而产生如下问题：在熔融玻璃上产生条纹等， 破坏了熔融玻璃的均匀性。产生上述问题是因为熔融玻璃的组成物的比重不同，或者熔融玻璃的一部分成分挥发。由上述多个原因而产生的熔融玻璃中的条纹有可能局部地产生，仅通过对流搅拌，则难以完全除去上述条纹。其结果为，条纹会直接传递到玻璃成形装置上并成形，由此形成具有条纹的玻璃预成型坯，从而生产出折射率等光学特性异常的玻璃预成型坯。 

本发明是鉴于上述问题开发而成的，其目的在于提供如下的熔解装置，此熔解装置用于在每单位时间的熔融玻璃的流出量较少的玻璃预成型坯的制造过程中，供给均匀性高的熔融玻璃。 

[解决问题的技术手段] 

本发明者发现除了通过在熔解装置中进行对流搅拌，还可以通过进行剪切搅拌来供给均匀的熔融玻璃，从而完成本发明。 

具体而言，本发明提供以下的熔解装置。 

(1)一种熔解装置，其特征在于包括：对流搅拌室，其使熔融玻璃对流；和剪切搅拌室，其对上述熔融玻璃进行剪切。 

(2)一种熔解装置，其特征在于由(1)所述的对流搅拌室和剪切搅拌室连续而成。 

(3)一种熔解装置，其特征在于(1)或者(2)所述的对流搅拌室配置在较上述剪切搅拌室上游处。 

(4)根据(1)所述的熔解装置，上述对流搅拌室以与上述剪切搅拌室成列连接的方式而形成。 

(5)根据(1)所述的熔解装置，其具有：旋转轴，其设在上述熔解装置上，且向固定方向旋转；螺旋状搅拌叶片，其与上述旋转轴一体地形成在上述对流搅拌室内；和剪切板状部，其与上述旋转轴大致平行地连结，或者以与上述旋转轴成固定角度的方式与上述旋转轴连结，且设在上述剪切搅拌室内以对上述熔融玻璃进行剪切。 

如一直以来的熔融槽般的仅进行对流搅拌的熔融槽，存在整体上搅拌不充分的倾向。特别是在每单位时间的玻璃流出量少的生产过程中，对流搅拌时的上述倾向成为产生条纹的原因，也成为引起玻璃预成型坯的光学特性异常的原因。 

因此，(1)至(5)的发明中，除了在熔融槽内进行对流搅拌之外，还进行剪切搅拌。进行剪切搅拌时，伴随剪切板状部的旋转，利用剪切来分割剪切搅拌室内的熔融玻璃，并进一步混合分割后的熔融玻璃。通过重复上述处理，可以将较大的条纹剪切地较细，因此可以获得整体上均匀的熔融玻璃。 

因为对流搅拌室与剪切搅拌室连续而成，所以可以对熔融玻璃连续进行对流搅拌与 剪切搅拌。由此，可以提供更加均匀的熔融玻璃。 

因为对流搅拌室配置在剪切搅拌室的上游，所以剪切搅拌室位于熔融槽的最下游，因此可以从熔融槽仅供给经过剪切搅拌的熔融玻璃。利用剪切搅拌，也可以使经对流搅拌后未均化的熔融玻璃均化，因此作为结果，可以提供均匀的熔融玻璃。 

因为对流搅拌室与剪切搅拌室成列地连续而形成，所以可以利用较少的设置面积来进行对流搅拌和剪切搅拌。而且，因为对流搅拌室与剪切搅拌室成列地连续，所以可以利用附属在1个旋转轴上的搅拌叶片和剪切板状部来进行对流搅拌和剪切搅拌。由此，可以以较少的动力获得较高的搅拌效果。 

(6)根据(1)所述的熔解装置，上述剪切搅拌室在水平面上的室内剖面积，小于上述对流搅拌室在水平面上的室内剖面积。 

根据(6)的发明，因为剪切搅拌室的室内剖面积小于对流搅拌室的室内剖面积，所以可以缩小剪切搅拌室中所包含的熔融玻璃的体积。因此，可以利用剪切搅拌来将熔融玻璃分割得较小，而且因为经分割的熔融玻璃容易混合，所以可以将较大的条纹分割得较小使之均化。 

此处，所谓“水平面”是指与垂直方向垂直的面。 

(7)根据(5)所述的熔解装置，上述剪切板状部的高度是上述剪切搅拌室的高度的1/4以上(包括1/4)2倍以下(包括2倍)。 

根据(7)的发明，可以在剪切搅拌室的垂直方向的大部分上进行剪切搅拌。由此，在剪切搅拌室内未经剪切的熔融玻璃的体积减小，因此可以有效地进行剪切搅拌。 

(8)根据(5)所述的熔解装置，上述剪切板状部的宽度是上述剪切搅拌室半径的1/10以上(包括1/10)1/2以下(包括1/2)。 

根据(8)的发明，因剪切板状部的宽度为剪切搅拌室的半径的1/10以上(包括1/10)，所以可以将剪切板状部的強度保持为完全经得住在粘度高的熔融玻璃中进行剪切搅拌。而且，因剪切板状部的宽度为剪切搅拌室的半径的1/2以下(包括1/2)，所以可以有效地分割及混合熔融玻璃，也可以有效地进行剪切搅拌。 

此处，所谓“剪切搅拌室的半径”，是指用剪切搅拌室替换与上述剪切搅拌室外接的圆筒时的半径。 

(9)根据(1)所述的熔解装置，上述对流搅拌室与上述剪切搅拌室的边界部具有大致水平的板状障壁，上述障壁在水平面上的面积是上述剪切搅拌室在水平面上的室内剖面积的1/5以上(包括1/5)且小于1。 

根据(9)的发明，通过将障壁在水平面上的面积保持为剪切搅拌在水平面上的室 内剖面积的1/5以上(包括1/5)，可以防止存在于对流搅拌室中的含条纹等的不均匀的熔融玻璃大量流入剪切搅拌室。因此，可以使剪切搅拌室内的熔融玻璃保持均匀。另一方面，使障壁在水平面上的面积与剪切搅拌在水平面上的室内剖面积的比值小于1，由此可以将熔融玻璃从对流搅拌室流入剪切搅拌室的部分的面积保持为固定的面积以上。因此，无须完全遮断从对流搅拌室流入剪切搅拌室的熔融玻璃，即可以防止引起熔融玻璃的滞留。 

(10)根据(1)所述的熔解装置，上述熔解装置的材质由白金、白金合金、金、金合金中的任一个所构成。 

根据(10)的发明，熔融槽、旋转轴、搅拌叶片和剪切板状部的材质是包含难以在熔融玻璃中熔析金属离子的金属，例如白金、白金合金、金、金合金中的任一个，因此不会在熔融玻璃中熔析金属离子，从而可以获得杂质较少的熔融玻璃。而且，可以防止熔融槽、旋转轴、搅拌叶片和剪切板状部的腐蚀。 

(11)一种玻璃成形品制造装置，其具有：熔解装置，其具有将原料熔融使之成为熔融玻璃的熔融槽、和连接于该熔融槽并从上述熔融槽排出上述熔融玻璃的引导道；流下装置，其使经上述引导道而被排出的上述熔融玻璃流下；和玻璃成形装置，其具有使已流下的熔融玻璃成形的成形模；且上述熔解装置是(1)所述的熔解装置。 

根据(11)的发明，首先在熔融槽中使原料熔融，制造熔融玻璃，并经引导道从熔融槽排出熔融玻璃，利用流下装置，使所排出的熔融玻璃流下到成形模中。使流下到成形模中的熔融玻璃块成形、冷却后，制造出玻璃成形品。此处，熔解装置是(1)至(10)中任一项所述的熔解装置，因此可以使从熔融槽排出的熔融玻璃的品质保持均匀，从而可以制造出均匀性高的玻璃成形品。 

[发明的效果] 

根据本发明，通过将对流搅拌与剪切搅拌组合，在使熔融玻璃成形前，对熔融玻璃充分地进行剪切搅拌，可以减少条纹，因此可以供给均匀的熔融玻璃。 

附图说明

图1是表示本发明的熔解装置10的剖面的示意图。 

图2是表示本发明的玻璃成形品制造装置的整体立体图。 

[符号的说明] 

10       熔解装置 

12       熔融槽

14       搅拌器具 

16       发热体 

20       引导道 

22       流下装置 

30       成形装置 

32       大致圆形的成形模支持部件 

34       动力传送部件 

36       成形模 

36a      凹状成形面 

122      对流搅拌室 

124      剪切搅拌室 

142      旋转轴 

144      搅拌叶片 

146      障壁 

148      剪切搅拌板 

A        熔融玻璃 

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边说明本发明的实施形态。 

<玻璃成形品制造装置的构成> 

本发明的玻璃成形品制造装置包括：熔解装置10，其熔解、搅拌原料，以制造熔融玻璃A；和成形装置30，其使由熔解装置10制造的熔融玻璃A成形、冷却。 

(熔解装置) 

首先，利用图1来说明熔解装置10。图1是表示本发明的熔解装置10的剖面的示意图。如图1所示，本发明的熔解装置10包括：熔融槽12，其用以进行原料的放入、熔解、净化、和搅拌；发热体16，其用以利用通电来发热，并将热量供给到熔融槽12；引导道20，其一端连接于熔融槽12的最下部，将熔融玻璃A排出到流下装置22；流下装置22，其使被排出的熔融玻璃A流下到成形装置30；和搅拌器具14，其用以搅拌熔融槽12内部的熔融玻璃A。 

(熔融槽) 

熔融槽12包括：对流搅拌室122，其使熔融玻璃A对流；和剪切搅拌室124，其位于 对流搅拌室122的下部，且以与对流搅拌室122成列连续的方式而形成，对熔融玻璃A进行剪切。熔融槽12的材质优选包含难以在熔融玻璃中熔析金属离子的金属，例如白金、白金合金、金、金合金等。 

(搅拌器具) 

如图1所示，搅拌器具14包括：旋转轴142，其设在剪切搅拌室124的大致垂直的中心线上；螺旋状搅拌叶片144，其与旋转轴142一体地形成在对流搅拌室122中，且中心线在旋转轴142上；2片剪切搅拌板148，上述2片剪切搅拌板148是剪切板状部，与旋转轴142大致平行地形成在剪切搅拌室124中，且以旋转轴142为中心对称地设置；障壁146，其是圆盘，设在对流搅拌室122与剪切搅拌室124的边界部，且垂直地设在旋转轴142上；和保持板149，其设在剪切搅拌室124的最下部，且垂直地设在旋转轴142上。搅拌器具14的材质优选包含难以在熔融玻璃中熔析金属离子的金属，例如白金、白金合金、金、金合金等。 

考虑到在剪切搅拌室124的大部分中进行剪切搅拌，剪切搅拌板148的高度优选为剪切搅拌室124高度的1/4以上(包括1/4)，更优选为剪切搅拌室124高度的1/3以上(包括1/3)。而且，剪切搅拌板148的高度优选为剪切搅拌室124高度的2倍以下(包括2倍)，更优选为剪切搅拌室124高度的1倍以下(包括1倍)。此外，为了充分保持剪切搅拌板148的強度，剪切搅拌板148的宽度优选为剪切搅拌室124的室半径的1/10以上(包括1/10)，更优选为剪切搅拌室124的室半径的1/5以上(包括1/5)。而且，考虑到有效地剪切熔融玻璃A，剪切搅拌板148的宽度优选为剪切搅拌室124的室半径的1/2以下(包括1/2)。 

考虑到防止含条纹的熔融玻璃A大量流入剪切搅拌室124，障壁146的旋转轨迹面积优选为剪切搅拌室124在水平方向上的剖面积的1/5以上(包括1/5)，更优选为剪切搅拌室124在水平方向上的剖面积的1/4以上(包括1/4)。此外，考虑到保持固定以上的熔融玻璃A流入剪切搅拌室124，障壁146的旋转轨迹面积与剪切搅拌室124在水平方向上的剖面积的比值优选为小于1，更优选为1/2以下(包括1/2)。 

(引导道、流下装置) 

图2是表示本发明的玻璃成形品制造装置的示意图。引导道20的一端连接于熔融槽12的最下部。从引导道20排出的熔融玻璃A到达流下装置22，并从流下装置22在成形装置30侧的末端流下到成形装置30中。引导道20、流下装置22的材质优选包含难以在熔融玻璃中熔析金属离子的金属，例如白金、白金合金、金、金合金等。 

(成形装置) 

成形装置30包括：大致圆形的成形模支持部件32，其旋转自如地受到支撑；和多个 成形模36，配置在大致圆形的成形模支持部件32的周缘部的同心位置上，可以接收从上述流下装置22流下的熔融玻璃A。 

大致圆形的成形模支持部件32与动力传送部件34连接设置，因为进一步与动力传送部件34连接的作为动力源的马达(未图示)驱动或者停止，所以上述大致圆形的成形模支持部件32以特定速度向固定方向(例如顺时针方向)旋转或者停止。 

成形模36形成着凹状成形面36a。此凹状成形面36a是接收从流下装置22流出的熔融玻璃A的面。由凹状成形面36a接收的熔融玻璃块缓慢冷却、固化后，成为玻璃成形品。另外，凹状成形面36a具有可以喷出气体的细孔(未图示)，气体可以从该细孔喷出。此时，可以利用从细孔喷出的气体来使熔融玻璃块漂浮，并保持为与凹状成形面36a非接触的状态，进一步使上述熔融玻璃块成形为球状，然后成为玻璃成形品。 

而且，成形模36可以包括接收熔融玻璃A的阴模(成形模36的一例)、和配置在阴模的移动路径上的阳模(成形模36的一例)，利用阳模来压制由阴模所接收的熔融玻璃块。 

<玻璃成形品制造装置的动作> 

(原料的放入、熔解) 

在制造玻璃预成型坯(玻璃料滴)时，利用众所周知的方法来熔解原料。即，可以将原料放入熔融槽12内，利用发热体16进行加热，从而制造熔融玻璃A。 

(熔融玻璃的净化、搅拌、去沫) 

其次，对熔融玻璃A进行净化、搅拌、去沫，由此可以使熔融玻璃A均匀。可以利用众所周知的方法来对熔融玻璃A进行净化、搅拌、和去沫。 

然而，经均化后的熔融玻璃A无法长时间地保持均匀的状态。特别是在制造外径小的玻璃预成型坯的过程中，因每单位时间的玻璃流出量少，所以熔融玻璃A长时间地处于熔解状态下，因熔融玻璃A的组成物的比重不同或熔融玻璃A的一部分成分挥发，导致熔融玻璃A的组成变得不均匀，从而产生条纹。 

含条纹的熔融玻璃A的一部分被送至剪切搅拌室124。因为在对流搅拌室122与剪切搅拌室124的边界处存在障壁146，所以可以防止含条纹的熔融玻璃A大量流入剪切搅拌室124。利用剪切搅拌来对被送至剪切搅拌室124的熔融玻璃A进行搅拌。即，利用剪切搅拌板148来分割剪切搅拌室124中所含有的熔融玻璃A，并进一步对熔融玻璃A加以搅拌。重复进行上述操作，可以将较大的条纹剪切地较细，从而获得整体均匀的熔融玻璃A。 

(熔融玻璃的排出、流下)

在剪切搅拌室124中经剪切搅拌后而变得均匀的熔融玻璃A被从引导道20排出，被排出的熔融玻璃A从流下装置22流下到成形装置30中。 

(动力传送部件) 

成形装置30所具有的动力传送部件34与未图示的动力源的旋转连动，以固定的速度旋转。因为动力传送部件34旋转，所以动力传送部件34所支撑的大致圆形的成形模支持部件32旋转。动力源上附设着未图示的控制装置，可以根据制造玻璃成形品时的各步骤的进行状况来控制动力源。由此，可以制造在进行各步骤时受到控制的玻璃成形品。 

(大致圆形的成形模支持部件) 

因为大致圆形的成形模支持部件32旋转，所以配置在大致圆形的成形模支持部件32上的成形模36向流下装置22的正下方移动。熔融玻璃A从流下装置22滴下到成形模36中后，由成形模36的凹状成形面36a所接收的熔融玻璃块缓慢冷却、固化。利用成形装置30来使熔融玻璃块成形、冷却，由此可以制造无条纹且具有均匀的光学特性的玻璃预成型坯。 

(玻璃块的回收) 

一旦流下装置22使熔融玻璃A滴下到成形模36中，则未图示的传感器检测到熔融玻璃块，大致圆形的成形模支持部件32旋转，随着大致圆形的成形模支持部件32的旋转，接收了熔融玻璃块的成形模36移动。随着大致圆形的成形模支持部件32的旋转，成形模36从流下装置22的正下方移动到未图示的转移装置的正下方。在此期间，熔融玻璃块成形、冷却后成为玻璃成形品(玻璃预成型坯、玻璃料滴)，由转移装置回收玻璃成形品。 

本实施形态中，使用利用通电来发热的发热体16作为熔融槽12的加热单元，但不限于此。例如，加热单元可以使用如下的方法来进行加热，即，利用燃料的燃烧来进行加热的方法、对熔融槽12直接通电而进行加热的方法、和利用高频感应来进行加热的方法。即，只要加热单元可以均匀地加热熔融槽12，则其可以是任意的加热单元。 

本实施形态中，使用的是以旋转轴142为中心大致水平地设置的圆盘、即障壁146，但不限于此。例如，障壁的形状可以是长方形、三角形、半圆形、和扇形，与旋转轴142连结的部位可以是障壁的重心部和障壁的周缘部。而且，障壁并不限于以与旋转轴142连结的方式设置，例如可以以与熔融槽12的壁面连结的方式设置，即，可以以连结于对流搅拌室122与剪切搅拌室124的边界部的壁面的方式设置。即，障壁只要可以防止含条纹的熔融玻璃A大量地从对流搅拌室122流入剪切搅拌室124，则可以为任意的障壁。 

而且，本发明不限于上述实施形态，在可以实现本发明的目的的范围内进行的变形 、改良等也包含在本发明内。

Claims (8)

1.一种熔解装置，其特征在于包括：

对流搅拌室，其使熔融玻璃对流；和

剪切搅拌室，其对上述熔融玻璃进行剪切；

上述对流搅拌室配置在较上述剪切搅拌室上游处，上述对流搅拌室以与上述剪切搅拌室成列连接的方式而形成，并且上述对流搅拌室和上述剪切搅拌室连续而成。

2.根据权利要求1所述的熔解装置，其特征在于包括：

旋转轴，其设在上述熔解装置上，且向固定方向旋转；

螺旋状搅拌叶片，其与上述旋转轴一体地形成在上述对流搅拌室内；和

剪切板状部，其与上述旋转轴大致平行地连结，或者以与上述旋转轴成固定角度的方式与上述旋转轴连结，且设在上述剪切搅拌室内以对上述熔融玻璃进行剪切。

3.根据权利要求1所述的熔解装置，其特征在于上述剪切搅拌室在水平面上的室内剖面积，小于上述对流搅拌室在水平面上的室内剖面积。

4.根据权利要求2所述的熔解装置，其特征在于上述剪切板状部的高度是上述剪切搅拌室高度的1/4以上2倍以下。

5.根据权利要求2所述的熔解装置，其特征在于上述剪切板状部的宽度是上述剪切搅拌室半径的1/10以上1/2以下。

6.根据权利要求1所述的熔解装置，其特征在于在上述对流搅拌室与上述剪切搅拌室的边界部具有大致水平的板状障壁，上述障壁在水平面上的面积是上述剪切搅拌室在水平面上的室内剖面积的1/5以上且小于1。

7.根据权利要求1所述的熔解装置，其特征在于上述熔解装置的材质由白金、白金合金、金、金合金中的任一个所构成。

8.一种玻璃成形品制造装置，其特征在于包括：

熔解装置，其具有将原料熔融使之为熔融玻璃的熔融槽、和连接于熔融槽并从上述熔融槽排出上述熔融玻璃的引导道；

流下装置，其使经上述引导道而被排出的上述熔融玻璃流下；和

玻璃成形装置，其具有使已流下的熔融玻璃成形的成形模；且

上述熔解装置是权利要求1所述的熔解装置。

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