JP2003073129A - 溶融ガラスの撹拌方法およびガラス溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】脈理や泡等の不均質欠陥のないガラス製品を得
るため、溶融ガラスを高度に均質化することができる溶
融ガラスの撹拌方法およびガラス溶融炉を提供する。 【解決手段】本発明の溶融ガラス撹拌方法は、耐熱性材
料からなる回転軸１１と、回転軸１１の外周に内周端１
２ａ、１３ａが固着された耐熱性材料からなる２枚の螺
旋翼１２、１３とを備え、螺旋翼１２、１３の軸方向の
長さＨが、回転軸を中心とする螺旋翼１２、１３の半径
ｒの１．２倍以上であり、かつ、螺旋翼１２、１３のリ
ード角が２２°〜５８°であるひねり形状を持つガラス
用スターラー１０を使用し、このスターラーをガラス中
に浸漬回転することを特徴とする。また、ガラス溶融炉
は、原料投入口および溶融ガラス取出口を備えてガラス
を収容するポットと、該ポット周辺の加熱手段と、前記
スターラーを備えたポット式のガラス溶融炉、あるいは
原料を溶解する溶解室と、該溶解室からスロート部を通
じて導入されるガラスの気泡を除く清澄室と、該清澄室
から流出するガラスを成形部に供給するフィーダー部と
を有し、前記スターラーを備えたガラス溶融炉である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス製品の製造
業において、溶融ガラスの撹拌方法と、その撹拌方法を
実施するガラス溶融炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラスを溶融する際に発生する諸問題の
うち、成形される溶融ガラスをどのようにして均質化す
るかということについては、ガラス製品の外観、強度等
と直接関連するため、これまで多数の考案がおこなわれ
てきた。原料投入工程、溶融工程、清澄工程、そして最
後の成形工程に至る各工程段階でおこなわれてきた均質
化の方法として、原料粒径変更や原料偏析防止、粗溶融
カレットの使用、さらにガラス生地に添加された清澄剤
による脱泡効果を利用する均質化、溶融ガラスに種々の
装置を使用して物理的な力を加え撹拌することによる均
質化、など種々の改善、考案による均質化の方法が図ら
れている。

【０００３】このような各種の均質化方法の中で、とり
わけ溶融ガラスの成形工程直前でおこなわれる撹拌装置
による混合操作は、最終製品の品質を決定するものであ
るため重要な操作であると言える。このため、ガラス溶
融炉のフィーダー部にスターラー、パドラー、ブレンダ
ー、ローター、チューブなどの名称がつけられた各種撹
拌装置を設置して成形工程直前の溶融ガラスの均質化が
おこなわれてきた。この中でも比較的よく使用される均
質化手段として、１枚の螺旋状翼が回転軸に取り付けら
れたスターラーをガラス溶融炉のフィーダーに設置して
回転させて使用する撹拌方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１枚の
螺旋状翼を備えたスターラーによる撹拌装置を使用する
方法は、混合能力に限界があり多量のガラスを長期間連
続生産する粘性の高い溶融ガラスを供給するためのガラ
ス溶融炉では、必ずしも十分な撹拌が行えているという
わけではなかった。これまで行われた撹拌装置による均
質化の方法の中である程度の成果をおさめたものは、図
９に示すような実公昭４７−３１６０で考案されたヘリ
カルリボン翼スターラーを４台直列に配置した撹拌装置
を使用する方法である。この装置は、特に光学ガラスを
溶融し撹拌することを目的とした装置であり、図９に示
したヘリカルリボン翼スターラーを１機だけ使用した場
合にはドーナツリング状の不均質部が溶融ガラス中に発
生するので、この現象を克服するため、溶融ガラスの流
れに対して直列にスターラーを配列することで溶融ガラ
スの均質化を図ったものである。この装置は、光学ガラ
スのように製品一つ当たりのガラスの量が比較的少ない
製品については充分対応が可能なものである。しかし、
製品一つ当たりの体積が大きいガラス製品、例えば近
年、大型のガラス製品として利用が拡大している液晶デ
ィスプレイ用板ガラス、ブラウン管用ファンネルガラ
ス、ブラウン管用フェースガラスあるいはプラズマディ
スプレイ用板ガラスなどの高速生産に対して使用しよう
とすれば、溶融ガラスの流速を上げねばならないため翼
の高速回転と装置そのもののスケールアップが必要とな
り、非常に大型のヘリカルリボン翼を準備するかあるい
は数１０本のスターラーを設置して使用するといった方
法が考えられるが、経済的にも構造強度的にも実現不可
能である。

【０００５】また、ある程度の効果が得られる撹拌装置
は多数考案されているものの、上記のように大量の大型
ガラス製品を高速で連続生産するような大型のガラス溶
融炉では、ガラス溶融炉の溶融ガラスが流れる流路の断
面積が大きく、流路内の流れに速度勾配が生じ、炉内構
造、使用耐火物の種類、温度条件、炉内圧力条件など多
岐に渡る複数の要因が関与する結果、溶融ガラスの流れ
に死所が形成されやすくなるため溶融ガラス中の特定成
分の蒸発に伴いスカムと呼ばれる不均質ガラスが発生し
たり、充分バッチ反応が終了していない不均質な溶融ガ
ラスが異常に早く成形域にまで到ってしまうといったこ
とが起こる場合もある。このような場合に撹拌装置の撹
拌能力が低いと、流れてくる溶融ガラスの全てを取り込
んで撹拌することができないため、一部の不均質なガラ
スが撹拌装置の横をすり抜けて成形工程にまで到達し、
製品中に脈理またはコード、ノットなどと呼ばれる欠陥
を生じ、製品の品位が損なわれることになってしまう。

【０００６】一方、ガラス製品として液晶用板ガラス、
プラズマディスプレイ用板ガラス、ブラウン管用ファン
ネルガラス、ブラウン管用フェースガラスなどは、用途
として映像を伝達する技術分野において人間に直接各種
情報を伝えるインターフェースとしての機能が重要視さ
れており高精細化と映像情報量などの増大にともない、
より均質度の高い製品が必須になっているためガラスの
均質性は光学ガラスのレベルと同等以上の品位が要求さ
れるのは言うまでもない。そして近年の情報技術分野の
急拡大に伴って、この分野のガラス製品に対する需要は
非常に大きくなり、ある特定のガラス製品を市場におけ
る需要に応じて高速・大量に生産する必要性が高まって
いるため、これまでの生産数量を格段に増加しなければ
ならない状況となってきている。

【０００７】本発明は、上記課題を鑑みてなされたもの
であり、光学ガラスのレベルと同等以上の品位が得ら
れ、また、製品一つ当たりの体積が大きいガラス製品に
も適応可能な溶融ガラスの撹拌方法およびガラス溶融炉
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、多量の溶
融ガラスを必要とする大型ガラス製品の高速生産するよ
うな場合にも対応できるような撹拌能力の極めて高い溶
融ガラスの均質化方法について詳細な調査を実施し、一
般に使用されるスターラーにおいて１枚の螺旋状翼の螺
旋周期内にもう一枚の螺旋翼を回転軸に対して軸対称位
置に形成した構造とし、計２枚の翼を持つ２条螺旋翼と
することで撹拌効果が著しく改善し、さらにその螺旋の
傾斜角を種々変更することによって最適な傾斜角範囲、
すなわち螺旋のリード角が２２°〜５８°に相当するひ
ねり形状範囲、より好ましくは３０°〜５０°に相当す
るひねり形状範囲において、泡を巻き込む事がないよう
な少ない回転数で高速大量生産にも対応できるより効果
的な撹拌がおこなえ、この装置をガラス溶融炉に設置し
て翼部分を溶融ガラス中に浸漬し、回転軸を中心として
翼を右回りあるいは左回りに回転することで溶融ガラス
の流れに効果的な上昇流または下降流を生じさせること
により溶融ガラスを十分に取り込んで均質化が実現でき
ることを見いだした。

【０００９】即ち、本発明に係る溶融ガラスの撹拌方法
は、耐熱材料からなるスターラーの撹拌翼を溶融ガラス
中に浸漬して回転させることにより該溶融ガラスを撹拌
する溶融ガラスの撹拌方法において、前記スターラー
が、内周端を回転軸の外周に固着して対向配置された２
枚の螺旋状の撹拌翼を有し、該撹拌翼の軸方向長さが撹
拌翼の半径の１．２倍以上であり、且つ該撹拌翼のリー
ド角が２２°〜５８°であり、該スターラーが具備する
２枚の螺旋状の撹拌翼を溶融ガラス中に浸漬し回転させ
て溶融ガラス中に生じる上昇流または下降流により該溶
融ガラスを撹拌することを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明のガラス溶融炉は、原料投入
口および溶融ガラス取り出し口を備えて溶融ガラスを収
容するポットと、該ポットの周辺に設けられた加熱手段
と、耐熱材料からなり回転軸に撹拌翼を有して前記ポッ
トに収容された溶融ガラス中に撹拌翼を浸漬して回転さ
せることにより該溶融ガラスを撹拌するスターラーとを
有するガラス溶融炉において、前記スターラーが、内周
端を回転軸の外周に固着して対向配置された２枚の螺旋
状の撹拌翼を有し、該撹拌翼の軸方向長さが撹拌翼の半
径の１．２倍以上、好ましくは１．８倍以上であり、且
つ該撹拌翼のリード角が２２°〜５８°、好ましくは３
０°〜５０°であり、該スターラーを前記ポットに収容
された溶融ガラス中に撹拌翼を浸漬した状態に配設して
いることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の撹拌方法およびガラス溶融炉で使
用する溶融ガラス用スターラーの構造について図２に示
す。図中、スターラー３は回転軸４の外周端に１枚の螺
旋翼５の内周端５ａを固着した構造となっている。ねじ
について規定しているＪＩＳＢ０１０１（１９９４）で
使用される用語に従えば、これは螺旋周期内に１枚の螺
旋翼５を持つ構造であり、１条の螺旋翼スターラーと命
名することができる。これに対して本発明の撹拌方法で
使用する溶融ガラス用スターラー１０の構造は回転軸１
１に対しての螺旋翼１２とその同じ螺旋周期内にもう一
枚の螺旋翼１３とが対称位置にそれぞれの内周端１２
ａ、１３ａを直接固着した構造となっており、２枚の螺
旋翼を持つ２条螺旋翼スターラーと呼ぶことができる。
図３は螺旋翼のひねり形状の角度について示す説明図で
ある。図３（Ａ）の螺旋翼の翼外周端の描く軌跡を模式
的に図中央（Ｂ）に表す。螺旋翼のひねり形状はねじ用
語にある「リード角」をβとし、螺旋翼が軸に沿って１
回転の螺旋を描く際の軸方向の距離を表す「リード」を
Ｌとし、螺旋翼の回転軸を中心とした半径をｒと表す
と、ｔａｎβ＝Ｌ／２πｒの関係がある。この式は、図
３（Ｂ）の影を付けた部分を平面に展開した図３（Ｃ）
の直角三角形においてリード角βは螺旋翼の外周端が回
転軸の周りを１回転した時に描く軌跡を回転軸に垂直に
設置した面に投影してできる円の円周２πｒを底辺と
し、リードＬを高さとした直角三角形の斜角であると定
義することから導き出せる式である。

【００１２】本発明の撹拌方法で使用する２条螺旋翼を
有するスターラー１０は、このリード角βが２２°〜５
８°であり撹拌効率が大きくなる。これはリード角βが
２２°より小さくなると螺旋翼１２と螺旋翼１３との軸
方向の間隔が小さくなるために、螺旋翼１２、１３の相
互の間で捕らえられる溶融ガラスの容量が少なくなりす
ぎ、スターラー１０が１回転することで上下方向に移動
する溶融ガラスの量が減るので、同じ溶融ガラスの量を
上下方向に移動させるためには、回転数を大きくする必
要があり、あまりに回転数が大きくしすぎると回転軸と
溶融ガラスの生地表面との接触部分で発生した皺がその
まま溶融ガラス中に引き込まれて多数の気泡となり、製
品中に混入することで製品の品位を損なうことになる。
リード角βが２２°以上であると、気泡を巻き込むこと
のないより少ない回転で効率的にガラスを撹拌すること
ができる。一方、リード角βが５８°より大きくなると
螺旋翼１２、１３の回転運動によって生み出される回転
軸方向の力が溶融ガラスにうまく伝わらなくなるので、
スターラー１０付近を流れる溶融ガラスの螺旋翼１２、
１３からのすり抜け現象が起こる。その結果、効率的に
溶融ガラスが撹拌されなくなる。

【００１３】さらに、スターラー１０の螺旋翼１２、１
３のリード角βが３０°以上で５０°以下の範囲である
と、螺旋翼１２、１３から溶融ガラスに回転軸方向の力
が効率的に伝わることにより一層効果的な撹拌が行われ
る。

【００１４】なお、本発明の撹拌方法で使用するの溶融
ガラス用スターラー１０は、リード角βが２２°〜５８
°の範囲内であれば、２枚の螺旋翼１２、１３のリード
角βを意図的に互いに異なった角度に設定することがで
きるばかりでなく、回転軸１１の外周に取り付けられて
いる２枚の螺旋翼１２、１３についてそれぞれリード角
βが２２°〜５８°の範囲内で軸の周りを回る内に徐々
に角度を変えた形状を設定することもでき、さらにリー
ド角βが３０°〜５０°の範囲内で徐々に角度を変えた
形状とする方がより効果的であることは言うまでもな
い。

【００１５】本発明の撹拌方法で使用する溶融ガラス用
スターラー１０に用いる螺旋翼としては、図１の螺旋翼
の軸方向長さＨが回転軸１１を中心とする螺旋翼１２、
１３の回転軸１１を中心とする半径ｒの１．２倍以上で
あることが重要である。これはスターラーの回転により
取り込まれた溶融ガラスを上下方向に効果的に移動させ
るために必要であり、螺旋翼１２、１３の軸方向長さＨ
が回転軸１１を中心とする螺旋翼の半径ｒの１．２倍よ
り短い場合、溶融ガラスを移動させる効果が不十分であ
るため十分な撹拌が行えず、不均質なガラスを撹拌した
場合に均質化することができない。また螺旋翼１２、１
３の軸方向長さＨが回転軸を中心とする螺旋翼１２、１
３の半径ｒの１．８倍より長ければ、溶融ガラスの移動
がより顕著なものとなるためいっそう好ましい。一方で
螺旋翼１２、１３の軸方向長さＨは、長い程撹拌効果は
大きいもののそれは回転軸１１を中心とする半径ｒの１
０倍程度までであり、高温状態での長期的な構造強度を
維持するという観点からも回転軸１１を中心とする螺旋
翼の半径ｒの１０倍より大きくすることは望ましくはな
い。さらに構造的に強固な範囲を指定するなら７倍以下
とするとより好適である。

【００１６】螺旋翼１２、１３の軸方向長さＨが回転軸
１１を中心とする螺旋翼１２、１３の半径ｒの１．２倍
以下、あるいはリード角βが２２°未満であるか、また
は５８°を越える場合、溶融ガラスを上下方向に移動さ
せる撹拌効果が小さくなる。これを克服するために螺旋
翼１２、１３の周囲に溶融ガラスの流れをしぼる案内筒
あるいはチューブと称する円筒状の耐火物製障壁を設置
することで対応しようとする提案もなされているが、こ
のような障壁を回転する螺旋翼１２、１３の近傍に設置
すると、短期間のガラス溶融では効果があっても長期間
の溶融になると障壁周囲近傍の溶融ガラスの表面生地が
流動し難くなり、その結果、溶融ガラス表面に異質ガラ
スが発生しやすくなり、スターラー１０の撹拌能力で均
質化できる以上の多量のスカムが溶融ガラスの生地表面
に発生することになって、長期的には均質な溶融ガラス
が得られ難くなるため望ましくない。

【００１７】また、本発明の撹拌方法で使用する溶融ガ
ラス用スターラー１０は、撹拌効果を向上させる目的で
螺旋翼１２、１３の軸方向の長さＨを２枚の螺旋翼１
２、１３それぞれについて異なる長さに設定することが
できる。この場合、螺旋翼１２、１３の軸方向長さＨを
それぞれの螺旋翼１２、１３について、回転軸１１を中
心とする螺旋翼１２、１３の半径ｒの１．２倍から１０
倍の範囲内で自由に変更することが可能である。そして
螺旋翼１２、１３の軸方向長さＨの範囲は１．８倍から
７倍までの範囲内での設定がより好適である。

【００１８】なお、本発明の撹拌方法で使用する溶融ガ
ラス用撹拌スターラー１０は、２枚の螺旋翼１２、１３
の回転軸１１を中心とする半径ｒをそれぞれ異なる大き
さに設定することができるばかりでなく、螺旋翼１２、
１３の軸方向長さＨが回転軸１１を中心とする螺旋翼１
２、１３の半径ｒの１．２倍から１０倍の範囲、より好
ましくは１．８倍から７倍の範囲内で螺旋翼１２、１３
が軸の周囲を回る内に螺旋翼１２、１３の半径ｒの大き
さを徐々に変更することも可能である。

【００１９】さらに、２枚の螺旋翼１２、１３それぞれ
についてのリード角βの回転軸周りでの角度変更と螺旋
翼１２、１３の軸方向長さＨの変更、回転軸１１を中心
とる螺旋翼１２、１３の半径ｒの変更については、組み
合わせておこなうこともできるのは言うまでもない。

【００２０】そして回転軸１１に取り付けられた２枚の
螺旋翼１２、１３は、望ましい撹拌効果を得るため必要
に応じて回転軸１１に対して対称の位置からずらした位
置で固定することができる。これに加えて、２枚の螺旋
翼１２、１３について回転軸１１を中心とする半径ｒ、
軸方向の長さＨ、リード角βの変更と組み合わせること
も可能である。

【００２１】また、本発明の撹拌方法で使用する溶融ガ
ラス用のスターラー１０は、回転軸１１の外周に内側端
１２ａ、１３ａが固着された螺旋翼１２、１３であるこ
とが重要である。螺旋翼１２、１３の内側端１２ａ、１
３ａが回転軸１１の外周に固着されていない翼形状、例
えば、ヘリカルリボン形状であればスターラーの回転軸
付近に溶融ガラスに翼からの力がうまく伝わらない箇所
が生じるため効果的な撹拌が行えないからである。

【００２２】さらに、本発明の撹拌方法で使用する溶融
ガラス用のスターラー１０は、２枚の螺旋翼１２、１３
を有することが重要である。螺旋翼が１枚のスターラー
では回転軸の一回の回転で捕らえることができるガラス
量が少ないため、同じ回転数では２枚の螺旋翼を持つス
ターラーより撹拌効果が劣る。そこで撹拌効果を上げる
ために回転数をあげれば、気泡を溶融ガラス中に巻き込
むため、回転数を上げるのは限界があり、その結果十分
な混合は行えないからである。

【００２３】なお、螺旋翼１２、１３の表面には溶融ガ
ラスの流れをスムーズにするための窪みや溝あるいは鱗
状の模様に代表されるような特定形状を繰り返すような
複数の凹凸を施すことも可能である。また、溶融ガラス
の流れを妨げない範囲で、複数の孔を穿つことも可能で
ある。特に浸食の激しい螺旋翼１２、１３先端部のみに
耐蝕性の異材質を被覆したり、取り付けたりすることも
できる。また、溶融ガラスの流れを妨げない範囲で、こ
のような表面構造の変更を複数選択して同時に採用する
ことも可能である。

【００２４】なお、本発明の撹拌方法で使用するスター
ラー１０は、構造強度を重視する場合、平坦なプレート
状翼を複数枚互いに溶着することで全体として螺旋状に
見える螺旋翼１２、１３としてもよい。ただし、構造的
には強度は高くなるものの溶融ガラスの流れをスムーズ
に流すという点では曲線状の翼に比較して劣る。

【００２５】さらに、本発明のガラス溶融炉は、ガラス
原料を溶解する溶解室と、該溶解室からスロート部を通
じて導入される溶融ガラスの気泡を取り除く清澄室と、
該清澄室から流出する溶融ガラスを成形部に供給するフ
ィーダー部とを有するガラス溶融炉において、前記スタ
ーラーが、内周端を回転軸の外周表面に固着して対向配
置された２枚の螺旋状の撹拌翼を有し、該撹拌翼の軸方
向長さが撹拌翼の半径の１．２倍以上、好ましくは１．
８倍以上であり、且つ該撹拌翼のリード角が２２°〜５
８°、好ましくは３０°〜５０°であり、該スターラー
を前記前記清澄室とフィーダー部との間の溶融ガラス中
に撹拌翼を浸漬した状態に配設していることを特徴とす
るものである。清澄前の溶融ガラスの撹拌をおこなうと
溶融ガラス中に１ｍｍ以下の微細な泡が非常に多数発生
するため、清澄工程以降で溶融ガラス中からの脱泡が困
難になり、ガラス製品の欠陥となるためである。

【００２６】一般に、ガラス溶融炉では、調合原料のバ
ッチを炉内に投入し、バッチから発生した気泡を溶融ガ
ラスから十分脱泡した後、具体的には清澄によってガラ
ス原料のガラス化反応により発生した炭酸ガス、酸素な
どの気泡が溶融ガラス中から抜けきった後、成形までの
間に撹拌により溶融ガラスの均質化を行う。このため、
撹拌される溶融ガラスは一般にガス脱泡のための清澄域
での温度よりも低温ではあるものの、少なくとも室温か
らすれば数百℃上の高温状態であり、溶融ガラス用スタ
ーラーは少なくとも３００℃以上の高温に１ヶ月以上の
長期間耐え得る耐熱材料により構成される。さらに、こ
の材料の耐熱温度は、高温であるほど望ましいが、同時
にガラスに対する耐蝕性、構造強度を維持するに足るも
のである必要性があり、炉内雰囲気との反応性が低く、
かつ、経済的にもガラス製品の製造に見合った価格をも
つ材料である必要性があり、より望ましくは５００℃以
上の高温で３ヶ月以上の寿命を有することである。

【００２７】本発明の撹拌方法で使用する溶融ガラス用
スターラー１０に用いる材料としては、白金、白金−ロ
ジウム合金、等の白金族系の金属あるいはその合金以外
に、ジルコニアなどの強度補強成分を添加した白金属系
の金属、（アルミナ、ジルコニア等の）酸化物、窒化
物、炭化物あるいは複数のセラミックス成分を混合した
ファインセラミックス、炭素あるいは炭素繊維、金属添
加炭素材料、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化炭素
（ＦＲＣ）、傾斜機能材料を構成部材として複数選択す
ることも可能であり、高温部位と低温部位で異なる材料
を使用したり耐蝕性の必要とされる部位や高強度を要求
される部位で異なる材料を必要に応じて使い分けること
も可能である。

【００２８】また、溶融ガラス用スターラー１０を中空
構造として内部に高強度を補償する金属材料やセラミッ
ク材料あるいはそれらを複数選択して全体に充填した
り、必要箇所に局部的に充填したりすることも可能であ
る。特に耐熱性を要求される部位には耐熱性表面コート
材を使用したりすることも可能である。

【００２９】また、中空構造として内部に高強度を補償
する金属材料やセラミック材料あるいはそれらを複数選
択して全体に充填したり、必要箇所に局部的に充填した
りすることも可能である。また特に耐熱性を要求される
部位には耐熱性表面コート材を使用したりすることも可
能である。

【００３０】本発明で使用する２条螺旋翼１２、１３を
有するスターラー１０の製造法としてはムク棒状の白金
系の金属材料を回転軸として使用しても良いが、経済的
観点からあるいは構造強度的観点から見て通常は中空状
の棒の一端を封止し、翼は延展した白金系の金属材料を
溶接することにより回転軸に直接取り付け、回転軸中に
耐熱材料を充填することにより作製するのが一般的であ
る。

【００３１】本発明の撹拌方法は、２条螺旋翼を溶融ガ
ラス炉の清澄工程と成形工程の間の溶融ガラス中に螺旋
翼を浸漬し、螺旋軸を中心として右回りあるいは左回り
に回転することで溶融ガラス中に上方向あるいは下方向
の流れを強制的に生み出し、そこに不均質ガラスを取り
込むことにより不均質ガラスを分散させることにより均
質化をおこなうものであるが、成形工程においてどのよ
うな成形方法を採用してもそれにより影響を受けること
はなく、あらゆる成形方法に対して適用することが可能
である。

【００３２】本発明の撹拌方法は、溶融ガラスの材質の
種類に依存するものではなく大量に高速生産されるあら
ゆるガラス製品に対応するものであるが、光学ガラスな
どの１製品当たりの容積が小さいガラス製品の少量生産
をおこなうような容積の小さいガラス溶融炉においても
使用することができることは言うまでもない。

【００３３】また、発明の撹拌方法を適用する均質化装
置は、耐熱性材料からなる回転軸とその外周端に内周端
を取り付けた２枚の螺旋状翼よりなるものであるが、回
転軸下部の翼に駆動部からの回転を伝えるため、軸上部
に駆動系を熱から保護するカバーを取り付けることがで
きる。さらに装置を構成するスターラーは、複数本のス
ターラーを位置と高さを変えて設置することにより、清
澄後の溶融ガラスを残らず取り込むことにより確実に均
質度を向上させることができる。

【００３４】複数本のスターラーで構成される装置で
は、炉内の設置位置によりスターラーの回転速度を変え
たり、溶融ガラス温度の変動にしたがって回転速度の変
更をおこなえる。溶融ガラスの生地高さの変動によりス
ターラーのガラス生地中への浸漬部位の長さも調節する
ことが可能である。また、複数設置するスターラーはス
ターラー間の間隔を撹拌翼が接触しない限り接近させる
ことができる。さらにスターラーのガラス生地への設置
方向は、一般的にはガラス生地表面に対して垂直方向に
設置するものであるが、炉の設計次第では意図的に傾斜
させてガラス生地中に浸漬設置することもできる。また
炉床に対してのスターラー回転軸の角度も通常は垂直で
あるが、炉の構造次第で炉床が傾斜した箇所に対して設
置して使用することも可能である。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の溶融ガラスの撹拌
方法について実施の形態を図面を参照して説明する。
図１の１０に本発明の溶融ガラスの撹拌方法に使用する
２条螺旋翼を取り付けたスターラーを示す。スターラー
は、溶融ガラス中に浸漬される螺旋翼の部位とこの螺旋
翼に動力源からの回転を伝える回転軸１１よりなる。回
転軸に対して対称的に配置した２枚の螺旋翼はそれぞれ
１２、１３で表される。本発明の溶融ガラスの撹拌方法
で使用する溶融ガラススターラーはその２枚の螺旋翼１
２、１３が、直接回転軸の外周に内周端１２ａ、１３ａ
が取り付けられており、ヘリカルリボン翼のように棒、
板などの他の構造部材で取り付けられているわけではな
い。このため、回転軸に沿って回転した時に溶融ガラス
の流れの死所が発生し難く、ドーナツリング状の不均質
部が発生せず、その結果として溶融ガラスの撹拌が速や
かに行える。翼の表面には流れをスムーズにするための
窪みや溝あるいは鱗状の模様に代表されるような特定形
状を繰り返すような凹凸を施すことも可能である。また
流れを妨げない範囲で孔を穿つことも可能である。さら
に特に浸食の激しい翼先端部のみに耐蝕性の異材質を被
覆したり、取り付けたりすることもできる。また、この
ような表面構造の変更を、溶融ガラスの流れを妨げない
範囲で複数選択して同時に採用することも可能である。

【００３６】さらに、図４に本発明の溶融ガラス撹拌方
法で使用する溶融ガラス用スターラーを溶融ガラス炉内
に配置した代表的な配列状態を示す。図中４本の２条螺
旋翼スターラーは、溶融ガラスの流れを横切るように１
列に配置している。この溶融ガラス炉内における配列
は、図８に示すように、スターラーの配列及び本数とも
種々のパターンが可能であり、溶融するガラスの組成、
温度条件などの一連の操炉条件、炉の構造、必要とされ
るガラス品位などにより適宜変更が可能である。

【００３７】また、溶融ガラス炉内に複数配列される２
条螺旋状スターラーは、必要に応じて、それぞれ個別に
耐熱材料の種類、螺旋翼の軸方向長さ、螺旋翼の半径、
リード角、螺旋翼表面の凹凸、穴、溝、窪み等の形状を
変更することができる。そしてそれは螺旋翼の軸方向の
長さが螺旋翼の半径の１．２倍〜１０倍、より好ましく
は１．８倍〜７倍の範囲内であり、また螺旋翼のリード
角が２２°〜５８°、より好ましくは３０°〜７０°の
範囲内において変更が可能である。

【００３８】なお、本発明の溶融ガラスの撹拌方法にお
いて使用する２条螺旋翼スターラーからなる撹拌装置
は、溶融ガラス炉内で他の溶融ガラス用均質化装置及び
方法と併用することによってさらにその効果を高めるこ
とができるため、必要に応じて種々の装置及び方法と組
合わせて併用することが可能である。

【００３９】さらに、本発明の溶融ガラスの撹拌方法で
は、スターラーを回転させることにより生じるガラスの
上昇流あるいは下降流の流速あるいは流量をさらに大き
なものにするため、スターラーの周囲に耐火物を使用し
て囲いを構築したり、堰を設けたりすることで溶融ガラ
スの流量を絞り込むことが可能である。またその場合に
ガラス表面からのガラス成分の蒸発を抑制するために構
造体全体を囲う耐火性カバーを併設して、局所的な炉圧
調整をおこなう等の工夫も採用できる。

【００４０】複数の溶融ガラススターラーの溶融ガラス
炉内における設置位置は、炉内のスターラー設置本数に
より種々の配置が可能であり、必要に応じて広範囲に分
散配置しても良く、また重要な一カ所に集中配置しても
よい。

【００４１】また、本発明の溶融ガラスの撹拌方法で使
用するスターラーは、必要に応じ溶融ガラス炉内で溶融
ガラスに浸漬した状態で上下運動をすることによりガラ
ス溶融炉の深い箇所から浅い箇所まで広範囲な撹拌を実
現することが可能である。

【００４２】さらに操炉条件により場合によっては、複
数あるスターラーの内の何本かの撹拌翼を溶融ガラス生
地表面上に引き上げたり、炉内におけるスターラー配置
の変更をガラスを溶融しながら高温状態でおこなうこと
も可能である。

【００４３】また、本発明の溶融ガラス撹拌方法は、連
続生産用のガラス溶融炉を対象としたものであるが、必
要に応じてバッチ式の溶融炉、あるいは真空炉、還元雰
囲気、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などの各種雰囲気を
使用する溶融雰囲気濃度を制御できる溶融炉や間接加熱
電気炉、全電融炉を含む各種電気炉などの加熱方法を異
とする溶融炉にも適用できる。

【００４４】次に、本発明のガラス溶融炉の実施形態に
ついて図面を参照して説明する。図６には、バッチ式の
生産で使用するポット炉に本発明のガラス溶融方法を適
用したガラス溶融炉を示す。ポット炉は、ポット上部に
投入口を設け、原料を投入してガラスをポット下部より
流し出す構造となっている。具体的には、ガラス原料は
図中１５に示した原料投入機により白金製ポット１８内
に投入され、白金ポット１８の近傍に設置された発熱体
１６により加熱溶解後、充分泡切れするまで加熱され、
その後本発明で使用する溶融ガラススターラー１０によ
り撹拌される。白金ポット外周近傍は、耐熱性煉瓦１７
により熱的に遮蔽されているが、ポット１８下部には溶
融後のガラスを流し出す白金製ノズル１９が接続されて
おり、ノズルヒーター２０によりノズル内のガラス塊を
加熱溶融することでポット内で溶融状態になっているガ
ラスを流出させることができる。

【００４５】ガラス原料の投入方法としては、スクリュ
ーフィーダー、振動フィーダー、ブランケットフィーダ
ー、オシレーションバッチフィーダーなど必要に応じて
種々の方法を使用することが可能である。溶融ガラスス
ターラー１０は、必要に応じて回転軸１１方向に上下動
させることが可能であり、左右回転をプログラム制御に
よりおこなうことができるのは言うまでもない。また、
本件で説明したポット１８は、スターラー１０に比較し
て充分小さいため、１本のスターラーにより撹拌操作が
可能となるが、ポットサイズに応じて複数本のスターラ
ーを併用することもできる。ポット炉構造としては、本
件で図示した以外に２槽式のポット、全電融タイプのポ
ット炉、光学ガラスの溶解用ポット炉、２重坩堝構造の
ポットの撹拌用としても本撹拌方法は使用できる。

【００４６】またポット１８の材質としては、溶融する
ガラス材質によって種々変更が可能であり、その場合の
選択の基準としては、高温状態における構造的な強度、
ガラス材質に対しての浸食性、耐熱性、耐スポーリング
性などであり、選択できる材質は白金、白金−ロジウム
合金、等の白金族系の金属あるいはその合金以外に、ジ
ルコニアなどの強度補強成分を添加した白金属系の金
属、（アルミナ、ジルコニア等の）酸化物、窒化物、炭
化物あるいは複数のセラミックス成分を混合したファイ
ンセラミックス、炭素あるいは炭素繊維、金属添加炭素
材料、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化炭素（ＦＲ
Ｃ）、傾斜機能材料を構成部材として複数選択すること
も可能であり、高温部位と低温部位で異なる材料を使用
したり耐蝕性の必要とされる部位や高強度を要求される
部位で異なる材料を必要に応じて使い分けることも可能
である。また、ポット外周に使用される耐火煉瓦として
は、必要に応じて焼成煉瓦として珪石煉瓦、粘土質耐火
煉瓦、高アルミナ質煉瓦、炭化珪素質耐火煉瓦、クロム
煉瓦、マグネシア煉瓦、ドロマイト煉瓦、シリマナイト
質煉瓦、シアン化合物アルミナ質煉瓦、ムライト質煉
瓦、ジルコン質煉瓦、ムライト質煉瓦、アランダム質煉
瓦、不焼性煉瓦として黒鉛質煉瓦、炭化珪素黒鉛質煉
瓦、高アルミナ煉瓦、不定形耐火物としてキャスタブル
耐火物、プラスチック耐火物、耐火モルタルなどが使用
でき、さらに溶融石英煉瓦、各種ファイバーボード、不
定形耐火物繊維材料も使用可能であり、複数の材料の併
用が可能である。

【００４７】また、加熱方法としては、本件で示した発
熱体による間接加熱による方式以外に発熱体による直接
通電方式、液体、固体、気体燃料の燃焼炎による直接・
間接加熱方式などを選択でき、複数の方法の併用が可能
である。さらに、ノズルヒーター２０については、ノズ
ルヒーターのみの加熱で不十分な場合にはガス燃焼炎を
補助的に使用することもできる。また、白金製ノズル１
９から流出したガラスは、通常カーボン等のガラスと濡
れにくい材質を採用した型枠の中に鋳込み成形すること
によってインゴットを得ることが多いが、必要に応じて
プレス成型機と連動させたり、ダウンドロー成形機でロ
ッド成形をおこなったり、あるいは高速噴射炎中に落下
させて微細なガラスビーズ成形をおこなったりすること
が可能であり、必用に応じてそれ以外の成形方法を採用
することもできる。また本件では白金製ノズルはポット
中央部に１カ所だけであるが、これも必要に応じて複数
のノズルを取り付けて同時に多数の成形を平行しておこ
なうことも可能である。

【００４８】図７には、連続生産で使用するタンク炉に
本発明のガラス溶融方法を適用したガラス溶融炉を示
す。ガラス原料は、図中２１の原料投入口に設置した投
入用フィーダーからタンク炉の溶解室２８に投入され、
ガス燃焼炎吹き出し口（ポート）２７からのガス燃焼炎
により加熱されることで溶解する。そしてさらにガラス
化反応を促進するため溶解室内に設置した電極２５から
直接通電をおこなうことでガラス生地温度を上昇させて
いる。その後、溶融ガラスはスロート３０を経て清澄室
２９に流れ込み、さらにガラス中に残存する微細な気泡
を清澄すると同時に溶融ガラス生地の均質化の一助とす
べく清澄室の下部に設置してあるバブリング用ノズル２
４よりバブリングをおこなっている。清澄後の溶融ガラ
スは、フィーダー２２において本発明の溶融ガラススタ
ーラー１０がガラス流れ方向Ｓに対して垂直方向に１列
に６本並んだゾーンに流れ込み、交互に左右逆方向に回
転しているスターラー１０によって均質化される。均質
化されたガラスはガラス取り出し口２３から成形ゾーン
へ流れていくことになる。溶融ガラススターラー１０
は、必要に応じて回転軸１１方向に上下動させることが
可能であり、回転方向、回転数などをプログラム制御に
よりおこなうことができ、その配列については図８の１
０に示したような種々の配列が可能であり、スターラー
の本数も必要に応じて増減が可能である。また本件のガ
ラス溶融炉ではスターラー以外の均質化のための撹拌装
置、即ちパドラー、ブレンダー、ローター、チューブ等
との併用が可能である。

【００４９】また、使用する耐熱煉瓦１７は、溶融する
ガラスの材質及びタンク炉の構造部位によって種々の材
質の選択が可能であり、前述したように焼成煉瓦として
珪石煉瓦、粘土質耐火煉瓦、高アルミナ質煉瓦、炭化珪
素質耐火煉瓦、クロム煉瓦、マグネシア煉瓦、クロマグ
煉瓦、ドロマイト煉瓦、シリマナイト質煉瓦、シアン化
合物アルミナ質煉瓦、アルミナジルコニアシリカ質煉
瓦、酸化クロム煉瓦、ムライト質煉瓦、ジルコン質煉
瓦、ムライト質煉瓦、アランダム質煉瓦、不焼性煉瓦と
して黒鉛質煉瓦、炭化珪素黒鉛質煉瓦、高アルミナ煉
瓦、不定形耐火物としてキャスタブル耐火物、プラスチ
ック耐火物、耐火モルタルなどが使用でき、さらに溶融
石英煉瓦、各種ファイバーボード、不定形耐火物繊維材
料も使用可能であり、複数の材料を必用部位に併用する
ことができる。

【００５０】また、特に構造上浸食されやすく耐蝕性が
問題になる場合には、白金などの金属を内張することで
保護することも可能である。またガラス溶融炉の構造に
ついても上記で示した構造以外に例えば溶解室と清澄室
が耐火物障壁により明確に分割されていない構造であっ
ても良く、また一つの溶解室に複数のフィーダーがそれ
ぞれ成形ゾーンにつながるように接続している構造も可
能である。

【００５１】また、コールドトップタイプの全電融炉や
電気を使用しないガス燃焼のみで溶解するタイプの炉に
も使用できる。また燃焼炎の燃料としては重油などの液
体、カーボンなどの固体、天然ガスや酸素などの気体を
使用でき、複数の燃料を併用した燃焼炎を利用すること
もできる。また成形ゾーンでは製造する製品形態に応じ
た成形方法、例えば板ガラスならばロール成形、フュー
ジョン成形、フロート成形、スロットダウンドロー成
形、管ガラスならばダウンドロー成形、ダンナー成形、
ベロ成形、ブラウン管用ならばプレス成形、光学部品な
らば低温モールド成型、鋳込み成形、ファイバー用なら
ばブッシング成形、火炎吹飛ばしによるステープル法、
遠心力成形、吹きつけ法、容器ならばプレス成形、ブロ
ー成形を採用することができそれ以外にも必要に応じて
特殊な成型法と組み合わせることは可能であり、成形後
の徐冷または冷却ゾーンについても成形ゾーン同様に製
品に応じた徐冷または冷却が可能である。

【００５２】

【実施例】以下、本発明の溶融ガラスの撹拌方法につい
ての実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。

【００５３】

【表１】

【００５４】（実施例）図４は本発明の溶融ガラスの撹
拌方法により溶融ガラス中に４本のスターラーを一列に
併設した場合について、ガラス溶融炉内で上から見たガ
ラス生地の流れを表している。図中Ｍ、Ｎ、Ｐ、Ｑの位
置にはいずれも２条螺旋翼スターラ１０が設置されてお
り、翼の回転方向は交互に逆方向で回転している。炉内
８カ所の流れの上手からＳの方向に帯状の着色したガラ
スを溶融ガラス中に流し、炉内をリボン状に流れてきた
帯状の着色ガラスが４本のスターラーによって巻き込ま
れて混合されるかどうかを８本の内何本のガラスリボン
が混合されるかを混合率として観察して比較することに
よって撹拌の効果を確認した。一方、図５（Ａ）には８
本のガラスリボンが全てＭ、Ｎ、Ｐ、Ｑの位置にある２
条螺旋翼スターラで混合される場合を表し、この場合混
合率は、１００％である。他方、図５（Ｂ）には８本の
着色したガラスリボンが上手よりＭ、Ｎ、Ｐ、Ｑの位置
にある１条螺旋翼スターラの方向に流れて行くが、８本
の内、着色ガラスリボン２本がスターラーに取り込まれ
ることなくスターラーの横をすり抜けている。このため
混合率は７５％になる。

【００５５】表１に示すように、Ｎｏ．１の条件では、
プラズマディスプレイ用のガラスを使用し、本発明の撹
拌方法で使用する２枚の螺旋翼を有するスターラーを図
４の同配置とし、回転方向も図４と同じ条件で回転数を
２５ｒｐｍ、リード角を４０°、翼軸方向長さＨと翼半
径長さＬの比を２とした場合、８本の着色リボン状ガラ
スは全てスターラーに取り込まれ、混合率は１００％と
なった。またＮｏ．２〜６の条件では、リード角を２２
°〜５７°に変更した場合について調査したが、いずれ
も混合率は１００％あった。Ｎｏ．７、８では翼軸方向
長さＨと翼半径長さＬの比を１．５、２．３としたがい
ずれも混合率は、１００％である。また、Ｎｏ．９、１
０ではスターラーの回転数を２０、３５ｒｐｍとした
が、いずれも混合率は１００％となり、均質化のレベル
は充分高いものである。

【００５６】

【表２】

【００５７】（比較例）一方、表２に示すように、比較
例のＮｏ．１１では、実施例と同じ条件のガラス、撹拌
装置を使用しリード角が２０°の場合は、８本の着色リ
ボン状ガラスの内２本がスターラー横をすり抜けてしま
い、混合率は７５％と低い値となった。一方、Ｎｏ．１
２ではリード角が６５°の場合については、８本の内１
本がすり抜けたため混合率は８８％となり充分な均質性
が得られない。また、Ｎｏ．１３、１４では翼軸方向長
さＨと翼半径長さＬの比を０．５、１とした場合につい
て調べたところ、混合率は７５％となり充分な均質性が
得られていない。Ｎｏ．１５では螺旋翼が１枚の１条螺
旋翼について調べたが、混合力が非常に弱く６３％とい
う結果であり、均質性は不十分なものである。

【００５８】

【発明の効果】上記の構造を有する溶融ガラス用スター
ラーを使用する撹拌方法により溶融ガラス中に効果的な
上下方向の流れを生じさせることができるため、不均質
ガラスを確実にスターラーに取り込んで撹拌することが
できる。またこの撹拌方法を適用したガラス溶融炉は、
特に単位製品当たりの容積が大きいガラス製品を撹拌す
る溶融炉として好適なガラス溶融炉である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撹拌方法に使用するスターラーの説明
図。

【図２】１条螺旋翼スターラーと対比して本発明の撹拌
方法で使用する２条螺旋翼スターラーの構造を示す説明
図。

【図３】螺旋翼のリード角の説明図。

【図４】本発明の２条螺旋翼スターラー４本をガラス溶
融炉中に配置した説明図であって、（Ａ）は斜視図、
（Ｂ）は平面図。

【図５】２条螺旋翼に取り込まれる溶融ガラス流れの説
明図であって、（Ａ）は本発明の模式図、（Ｂ）は１条
螺旋翼に取り込まれない溶融ガラス流れの模式図。

【図６】本発明の溶融ガラスの撹拌方法を採用したバッ
チ式生産を行う本発明のガラス溶融炉の説明図。

【図７】本発明の溶融ガラスの撹拌方法を採用した連続
生産を行う本発明のガラス溶融炉の説明図であって、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図。

【図８】複数本の２条螺旋翼スターラーを種々の位置に
配置する本発明のガラス溶融炉の配置図。

【図９】従来のへリカルリボン翼をもつスターラーの説
明図。

【符号の説明】

５、１２、１３ 螺旋翼 １０ ２条螺旋翼スターラー １１ 回転軸 １２ａ、１３a 螺旋翼の内周端 １４ 溶融ガラス ｒ 螺旋翼の回転軸を中心とする半径 Ｈ 螺旋翼の回転軸方向長さ Ｌ リード β リード角 Ｍ、Ｎ、Ｐ、Ｑ 本発明の溶融ガラス用スターラーの配
置位置 Ｓ ガラス生地の流れ方向

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱材料からなるスターラーの撹拌翼を
   溶融ガラス中に浸漬して回転させることにより該溶融ガ
   ラスを撹拌する溶融ガラスの撹拌方法において、 前記スターラーが、内周端を回転軸の外周に固着して対
   向配置された２枚の螺旋状の撹拌翼を有し、該撹拌翼の
   軸方向長さが撹拌翼の半径の１．２倍以上であり、且つ
   該撹拌翼のリード角が２２°〜５８°であり、該スター
   ラーが具備する撹拌翼を溶融ガラス中に浸漬し回転させ
   て溶融ガラス中に生じる上昇流または下降流により該溶
   融ガラスを撹拌することを特徴とする溶融ガラスの撹拌
   方法。
2. 【請求項２】 撹拌翼の軸方向の長さが該撹拌翼の半径
   の１．８倍以上であり、且つ該撹拌翼のリード角が３０
   °〜５０°であるスターラーを使用することを特徴とす
   る請求項１に記載の溶融ガラスの撹拌方法。
3. 【請求項３】 原料投入口および溶融ガラス取出口を備
   えて溶融ガラスを収容するポットと、該ポットの周辺に
   設けられた加熱手段と、耐熱材料からなり回転軸に撹拌
   翼を有して前記ポットに収容された溶融ガラス中に撹拌
   翼を浸漬して回転させることにより該溶融ガラスを撹拌
   するスターラーとを有するガラス溶融炉において、 前記スターラーが、内周端を回転軸の外周に固着して対
   向配置された２枚の螺旋状の撹拌翼を有し、該撹拌翼の
   軸方向長さが撹拌翼の半径の１．２倍以上であり、且つ
   該撹拌翼のリード角が２２°〜５８°であり、該スター
   ラーを前記ポットに収容された溶融ガラス中に撹拌翼を
   浸漬した状態に配設していることを特徴とするガラス溶
   融炉。
4. 【請求項４】 ガラス原料を溶解する溶解室と、該溶解
   室からスロート部を通じて導入される溶融ガラスの気泡
   を取り除く清澄室と、該清澄室から流出する溶融ガラス
   を成形部に供給するフィーダー部とを有するガラス溶融
   炉において、 前記スターラーが、内周端を回転軸の外周に固着して対
   向配置された２枚の螺旋状の撹拌翼を有し、該撹拌翼の
   軸方向長さが撹拌翼の半径の１．２倍以上であり、且つ
   該撹拌翼のリード角が２２°〜５８°であり、該スター
   ラーを前記清澄室とフィーダー部との間の溶融ガラス中
   に撹拌翼を浸漬した状態に配設していることを特徴とす
   るガラス溶融炉。
5. 【請求項５】 スターラーが、撹拌翼の軸方向の長さが
   該撹拌翼の半径の１．８倍以上であり、且つ該撹拌翼の
   リード角が３０°〜５０°であることを特徴とする請求
   項３または４に記載のガラス溶融炉。