JP2000169161A - ガラスインゴットの製造方法および装置 - Google Patents

ガラスインゴットの製造方法および装置

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JP2000169161A
JP2000169161A JP10348071A JP34807198A JP2000169161A JP 2000169161 A JP2000169161 A JP 2000169161A JP 10348071 A JP10348071 A JP 10348071A JP 34807198 A JP34807198 A JP 34807198A JP 2000169161 A JP2000169161 A JP 2000169161A
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crucible
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temperature
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Kengo Kainuma
研吾 貝沼
Yasushi Sakakibara
康史 榊原
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Fuji Electric Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/09Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B19/01Other methods of shaping glass by progressive fusion or sintering of powdered glass onto a shaping substrate, i.e. accretion, e.g. plasma oxidation deposition

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Abstract

(57)【要約】 【課題】汚染されていないガラスインゴットが得られる
とともにるつぼの耐熱温度が低くても済むガラスインゴ
ットの製造方法および装置を提供する。 【解決手段】ガラス粉末2Aを無電極放電によって形成
された熱プラズマ6の熱でもって溶融ガラス2Cにし、
この溶融ガラス2Cを筒状のるつぼ11内に滴下させ、
るつぼ11内の溶融ガラス2Cは保温されるとともに下
方へ行くにしたがって溶融ガラス2Cの温度が低下する
ように温度勾配がつくられ、るつぼ11の下部から出て
くるガラスインゴット2Dを連続的に下方へ引き抜く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガラス粉末を溶
融してガラスインゴットを製造する方法および装置に関
し、特に、汚染されていないガラスインゴットが得られ
るとともにるつぼの耐熱温度が低くても済むガラスイン
ゴットの製造方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】石英ガラスに代表される柱状のガラスイ
ンゴットの製造には一般に母材料としてガラス粉末が用
いられ、このガラス粉末を一旦溶かして液状の溶融ガラ
スにし、この溶融ガラスを柱状のガラスインゴットに鋳
造する方法が取られている。
【0003】ガラス粉末の溶融は、従来、電極間に直流
電圧が印加することによって形成された直流アークプラ
ズマの熱によって溶かされる方法、或いは、筒状のるつ
ぼを予め誘導加熱し、そのるつぼの中でガラス粉末を溶
かしながら連続的にガラスを引き抜く方法などが用いら
れていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の方法は、ガラスインゴットが汚染され
る、或いはるつぼの加熱温度を高くしなければならない
という問題があった。すなわち、直流アークプラズマ内
には溶解した電極材料が含まれ、この電極材料でもって
溶融ガラスが汚染され、純粋なガラスインゴットを得る
ことができなかった。また、直流アークプラズマによる
方法では、直流アークプラズマによって溶かされた溶融
ガラスを連続して柱状のガラスインゴットに成形するこ
とができず、一旦、溶融ガラスを所定の形状に固化さ
せ、2次工程で再度溶融ガラスにした後に柱状のガラス
インゴットに成形せざるを得なかった。そのために、ガ
ラスインゴットの製造に多大の手間と時間がかかってい
た。
【0005】また、るつぼ内でガラス粉末を溶かす方法
の場合、るつぼの加熱温度が低いとガラス粉末が溶融ガ
ラスに巻き込まれ難くなり、ガラス粉末が均一に溶けな
くなる。ガラス粉末を完全に溶かすために、るつぼの加
熱温度をガラスの融点よりも数百度も高くする必要があ
った。そのために、るつぼの耐熱温度を高くせねばなら
ず、るつぼの消耗が激しく、そのメンテナンスが大変で
あった。
【0006】この発明の目的は、汚染されていないガラ
スインゴットが得られるとともにるつぼの耐熱温度が低
くても済むガラスインゴットの製造方法および装置を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の方法によれば、ガラス粉末を溶かして液
状の溶融ガラスにし、この溶融ガラスを柱状のガラスイ
ンゴットに鋳造するガラスインゴットの製造方法におい
て、前記ガラス粉末を無電極放電によって形成された熱
プラズマの熱でもって溶融ガラスにし、この溶融ガラス
を筒状のるつぼ内に滴下させ、前記るつぼ内の溶融ガラ
スは保温されるとともに下方へ行くにしたがって溶融ガ
ラスの温度が低下するように温度勾配がつくられ、前記
るつぼの下部から出てくる固化したガラスを連続的に下
方へ引き抜くようにするとよい。それによって、無電極
放電によって形成された熱プラズマの熱でもってガラス
粉末を溶融させるので、電極によって汚染されていない
ガラスインゴットを得ることができる。るつぼ内には溶
融ガラスのみが滴下されるので、るつぼによる保温温度
は高くてもガラスの融点付近で済み、したがって、るつ
ぼ自体の耐熱温度が低くても済む。また、るつぼ内の溶
融ガラスを保温することによってガラスが不透明になる
原因である気泡の発生を防ぐことができる。さらに、連
続的にガラスインゴットが得られるので製造の手間と時
間を省くことができる。
【0008】また、かかるガラスインゴットの製造方法
を実施する装置であって、無電極放電によって熱プラズ
マを発生させる誘導結合熱プラズマ発生装置と、この発
生装置の熱プラズマ中に前記ガラス粉末を送るパウダ供
給装置と、前記発生装置から滴下する溶融ガラスを受
け、その溶融ガラスを保温するとともに下方へ行くにし
たがって溶融ガラスの温度が低下するように温度勾配を
つくるるつぼと、このるつぼの下部から出てくる固化し
た柱状のガラスを連続的に下方へ引き抜く引抜き装置と
により構成されるようににするとよい。
【0009】また、かかる構成において、るつぼが内壁
側に周回状の導電性耐熱材を備えるとともにるつぼの外
周に高周波コイルが巻回され、前記高周波コイルに高周
波電流が流されるようにしてもよい。それによって、導
電性耐熱材に渦電流が流れ、その抵抗損でもって導電性
耐熱材が加熱され、るつぼ内部の溶融ガラスが保温され
る。
【0010】また、かかる構成において、るつぼが周方
向に複数に分割されたセグメントよりなるとともにるつ
ぼの外周に高周波コイルが巻回され、セグメント同士は
絶縁材を介して接合されるとともに各セグメントは冷却
液体で冷却され、前記高周波コイルに高周波電流が流さ
れるようにしてもよい。それによって、セグメント同士
の隙間からるつぼ内に磁束が浸入するので、溶融ガラス
に渦電流が流れ、その抵抗損でもって溶融ガラスが加熱
される。一方、セグメントは冷却液体でもって冷却され
ているので、セグメントの温度上昇を抑えることがで
き、るつぼ自体の耐熱温度は低くて済む。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例に基づい
て説明する。図1は、この発明の実施例にかかるガラス
インゴットの製造装置の構成を示す断面図である。この
装置は、チャンバ−8の内部に熱プラズマ6を発生させ
る誘導結合熱プラズマ発生装置7と、この発生装置7の
下部に配されたるつぼ11と、このるつぼ11の下部か
ら出てくるガラスインゴット2Dを連続的に下方へ引き
抜く引抜き装置13とを備えるとともに、チャンバ−8
の外部から発生装置7へガラス粉末2Aを供給するパウ
ダ供給装置1を備えている。
【0012】図1において、パウダ供給装置1は、ガラ
ス粉末2Aを点線の経路でもって矢印Aの方向へ送り、
取り入れ口3を介して誘導結合熱プラズマ発生装置7へ
供給している。誘導結合熱プラズマ発生装置7は、放電
管4とコイル5からなる。放電管4の内部にガラス粉末
2Aをガスと一緒にして取り入れ口3から吹き込み、コ
イル5に図示されていない高周波電源から数100kH
z以上の高周波電流を流す。この電流によって放電管4
内に高周波電界が形成されるのでガス中の電子が振動す
る。それによって、電子がガス分子に衝突するとともに
そのガス分子を電離させる。この電離が進行すると放電
が発生し、放電管4内は約10,000度Kの高温の熱
プラズマ6で満たされるようになる。この放電は電極が
なくても発生するので無電極放電と呼ばれ、高周波電界
でのみ発生する特有な放電である。すなわち、ガス分子
自体の電離によって放電が発生するので、熱プラズマ6
中には、電極の溶けた不純物が混入する恐れが全くな
い。この熱プラズマ6中にガラス粉末2Aを送るので、
熱プラズマ6の熱でもってガラス粉末2Aが溶け、ガラ
スの液滴2Bとなってるつぼ11へ落下して行く。
【0013】図2は、図1のるつぼ11以下の構成を示
す要部断面斜視図である。るつぼ11は、筒状の耐熱絶
縁筒9と、その内壁側設けられた周回状の導電性耐熱材
10よりなり、液滴2Bを受けるとともに溶融ガラス2
Cとして溜め込む。導電性耐熱材10は、例えば、モリ
ブデンやタングステン、カーボンなどでもっで形成され
る。るつぼ11の外周には高周波コイル12が巻回され
ている。この高周波コイル12に高周波電流を流すと、
この高周波電流によって形成される磁界を打ち消す様に
して導電性耐熱材10に渦電流15が流れる。この渦電
流15による抵抗損でもって導電性耐熱材10が加熱さ
れ、るつぼ11内の溶融ガラス2Cが保温される。るつ
ぼ11内が保温されていないと、溶融ガラス2Cが直ぐ
に固化し、内部に気泡を巻き込んだガラスインゴット2
Dが形成されてしまう。その気泡が含まれていると、ガ
ラスインゴット2D自体が不透明になってしまう。溶融
ガラス2Cには温度勾配が形成され、下方へ行くにした
がってその温度が低下するようにように制御されてい
る。したがって、るつぼ11の下部には固化した柱状の
ガラスインゴット2Dが形成される。ガラスインゴット
2Dは、るつぼ11の導電性耐熱材10の内壁の形に沿
ってに成形され柱状になる。このガラスインゴット2D
は、引抜き装置13のローラを矢印13Aの方向に回す
ことによって連続的に下方へ引き抜かれる。なお、導電
性耐熱材10の内壁の形を方形にすれば、方形柱状のガ
ラスインゴット2Dを成形することができる。
【0014】図1に戻り、この装置によってガラスイン
ゴット2Dを成形すれば、前述のように、まず、無電極
放電による熱プラズマ6でもってガラス粉末2Aを溶か
すので、汚染されていない純粋なガラスインゴット2D
を得ることができる。るつぼ内には溶融した液滴2Bの
みが滴下されるので、るつぼ11による保温温度は高く
てもガラスの融点付近で済み、るつぼ11自体の耐熱温
度も低くても済む。それによって、るつぼ11自体の消
耗が抑えられ、メンテナンスが容易になる。また、るつ
ぼ11内で溶融ガラス2Cを保温するので、透明なガラ
スインゴット2Dを得ることができる。さらに、連続的
にガラスインゴット2Dが得られるので製造の手間と時
間を省くことができ、製造コストを低減させることがで
きる。
【0015】図3は、この発明の異なる実施例にかかる
ガラスインゴットの製造装置の構成を示す要部断面斜視
図である。るつぼ19が周方向に複数に分割されたセグ
メント17よりなるとともにるつぼ19の外周に高周波
コイル12が巻回されている。セグメント17同士は絶
縁材18を介して接合されるとともに各セグメント17
の内部が繰りぬかれ、その中を冷却液体である冷却水2
0が矢印20Aの方向に流されている。図3のその他
は、図2の構成と同じであり同じ部分は同一参照符号を
付けることによって詳細な説明は省略する。高周波コイ
ル12に高周波電流が流されると、セグメント17同士
の隙間からるつぼ19内に磁束が浸入するので、溶融ガ
ラス2C自体に渦電流16が流れ、その抵抗損でもって
溶融ガラス2Cが加熱される。なお、ガラスは、粉末状
態では絶縁性であるが、高温に熱せられて溶融状態にな
ると、導電性を帯びて来るので渦電流16が発生するよ
うになる。一方、セグメント17は冷却水20もって冷
却されているので、セグメント17の温度上昇を抑える
ことができ、るつぼ19自体の耐熱温度は低くて済む。
それによって、るつぼ19の消耗が抑えられ、メンテナ
ンスが容易になる。
【0016】
【発明の効果】この発明方法は前述のように、ガラス粉
末を無電極放電によって形成された熱プラズマの熱でも
って溶融ガラスにし、この溶融ガラスを筒状のるつぼ内
に滴下させ、るつぼ内の溶融ガラスは保温されるととも
に下方へ行くにしたがって溶融ガラスの温度が低下する
ように温度勾配がつくられ、るつぼの下部から出てくる
固化したガラスを連続的に下方へ引き抜くようにするこ
とによって、純粋なガラスインゴットを得ることができ
るとともに、透明なガラスインゴットを連続的に、か
つ、低コストで成形することができる。また、るつぼの
耐熱温度も低くて済むので、るつぼ自体の消耗が抑えら
れメンテナンスが容易になる。
【0017】また、かかる方法による製造装置のるつぼ
が周方向に複数に分割されたセグメントよりなるととも
にるつぼの外周に高周波コイルが巻回され、セグメント
同士は絶縁材を介して接合されるとともに各セグメント
は冷却液体で冷却され、高周波コイルに高周波電流が流
されることによって、セグメントの温度上昇を抑えるこ
とができ、るつぼの消耗がさらに抑えられメンテナンス
がより容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例にかかるガラスインゴットの
製造装置の構成を示す断面図
【図2】図1のるつぼ以下の構成を示す要部断面斜視図
【図3】この発明の異なる実施例にかかるガラスインゴ
ットの製造装置の構成を示す要部断面斜視図
【符号の説明】
1:パウダ供給装置、2A:ガラス粉末、2B:液滴、
2C:溶融ガラス、2D:ガラスインゴット、6:熱プ
ラズマ、7:誘導結合熱プラズマ発生装置、10:導電
性耐熱材、11,19:るつぼ、12:高周波コイル、
13:引抜き装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス粉末を溶かして液状の溶融ガラスに
    し、この溶融ガラスを柱状のガラスインゴットに鋳造す
    るガラスインゴットの製造方法において、前記ガラス粉
    末を無電極放電によって形成された熱プラズマの熱でも
    って溶融ガラスにし、この溶融ガラスを筒状のるつぼ内
    に滴下させ、前記るつぼ内の溶融ガラスは保温されると
    ともに下方へ行くにしたがって溶融ガラスの温度が低下
    するように温度勾配がつくられ、前記るつぼの下部から
    出てくる固化したガラスを連続的に下方へ引き抜くこと
    を特徴とするガラスインゴットの製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のガラスインゴットの製造
    方法を実施する装置であって、無電極放電によって熱プ
    ラズマを発生させる誘導結合熱プラズマ発生装置と、こ
    の発生装置の熱プラズマ中に前記ガラス粉末を送るパウ
    ダ供給装置と、前記発生装置から滴下する溶融ガラスを
    受け、その溶融ガラスを保温するとともに下方へ行くに
    したがって溶融ガラスの温度が低下するように温度勾配
    をつくるるつぼと、このるつぼの下部から出てくる固化
    した柱状のガラスを連続的に下方へ引き抜く引抜き装置
    とにより構成されたことを特徴とするガラスインゴット
    の製造装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載のガラスインゴットの製造
    装置において、前記るつぼが内壁側に周回状の導電性耐
    熱材を備えるとともにるつぼの外周に高周波コイルが巻
    回され、前記高周波コイルに高周波電流が流されてなる
    ことを特徴とするガラスインゴットの製造装置。
  4. 【請求項4】請求項2に記載のガラスインゴットの製造
    装置において、前記るつぼが周方向に複数に分割された
    セグメントよりなるとともにるつぼの外周に高周波コイ
    ルが巻回され、セグメント同士は絶縁材を介して接合さ
    れるとともに各セグメントは冷却液体で冷却され、前記
    高周波コイルに高周波電流が流されてなることを特徴と
    するガラスインゴットの製造装置。
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