【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス製造業における溶融ガラス用スターラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりガラス製造工業では、耐熱性を有する材料からなる溶融ガラス用スターラーを耐熱製容器内に保持した高温状態の溶融ガラス中に浸漬した状態で回転させ、溶融ガラスを強制的に撹拌することによって、溶融ガラス中の不均質箇所を均質な状態にするための操作が行なわれている。
【０００３】
このような溶融ガラス用スターラーの代表的な例として、以下に示すような３種類の事例がよく知られている。まず第一のものとして、図５に表したような溶融ガラス用スターラー２０では、耐熱性回転軸２１にスパイラル形状を有する撹拌翼２２を巻着したものがあり、この溶融ガラス用スターラー２０はスパイラル翼２２と溶融ガラスの接触面積が大きいために強い撹拌力を有している。そして溶融ガラス用スターラー２０は、例えば、回転軸２１を軸を中心として右回りに回転させた場合、スパイラル翼２２が周囲の溶融ガラスに上向きの強い流れを生じせしめることによって、溶融ガラス用スターラー２０の周囲にある溶融ガラス生地を強制的に混合する機能を有するものである。
【０００４】
また、第二のスターラーの形状として、図６に示した様に回転軸３１の長手方向に一定間隔で配設された複数枚の羽根３２を有する溶融ガラス用スターラー３０があり、特に光学ガラス等の屈折率を均質に調整する場合に多用されている。
そして第三のスターラーの形状として図７のような溶融ガラス用スターラー４０がある。ここに示した様に、略矩形板状羽根４１の中央に略矩形の中空の窓を設け、略矩形板状羽根４１の対向する二辺の中央を貫通するように回転軸４２を持ち、この回転軸を中心に回転することによって溶融ガラスの均質化を行うというものである。
【０００５】
さらに、特許文献１にあるようにスターラーの化学的耐久性と機械的な強度特性の両方に着目した発明や特許文献２にあるようなスターラー近傍の炉材等からの落下物による溶融ガラスの汚染を防止する構造を採用したスターラーも発明されている。そして、特にフィーダー底域の異質ガラスの均質化をおこなうことが、溶融ガラスの均質化を実現するためには重要であることから、この点に注目した溶融ガラス供給装置の一部に溶融ガラス用スターラーを採用するといった発明も特許文献３におこなわれている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８０９４３号公報（第２−３頁、第１−３図）
【特許文献２】
特開２００２−２５３９４２号公報（第２−４頁、第１−２図）
【特許文献３】
特開平１０−２３１１２７号公報（第２−３頁、第１−２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、操炉条件によってフィーダー底域の異質ガラスの量が多かったり、非常に揮発し易いガラス構成成分を含有して近年の特殊な光学的機能を有するガラスを溶融する場合、あるいは液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等に代表される画像表示装置に採用される高い均質性を要求される画像表示用板ガラスの製造においては、これまでおこなわれてきた一連の発明では改善が困難となる場合が多くなってきた。
【０００８】
特に、前述したフィーダー底域の溶融ガラスについては、泡や異物等の外観不良とは異なり、目視検査等では容易に識別できないこともあり、改善のための溶融条件の変更を実施しても、そのレスポンスを迅速に捉えにくいという問題もあるため、抜本的な改善なしでは、需要に応じた高品質のガラス製品を安価に市場へ供給することが困難になる虞もあった。
【０００９】
本発明者らは、上述したような問題点を改善しようと研究を行い、溶融ガラス中に浸漬した状態で長期間、高温状態で高速回転で稼働させても、溶融ガラスに局所的な不均質箇所を生じさせることのない溶融ガラス用スターラーを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の溶融ガラス用スターラーは、溶融ガラスに浸漬して回転させる略垂直方向の回転軸に撹拌翼を取り付けた溶融ガラス用スターラーにおいて、前記回転軸は、回転軸下端から回転軸方向の撹拌翼全長に対して２〜５０％の長さの範囲に、回転軸下端に近づくにつれて軸に垂直な断面積が小さくなる構造を有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、回転軸について、回転軸下端から回転軸方向の撹拌翼全長に対して２〜５０％の長さの範囲に、回転軸下端に近づくにつれて軸に垂直な断面積が小さくなるとは、溶融ガラスのスターラーの回転軸に配設された撹拌翼の回転軸方向の全長に対して、溶融ガラス用スターラーの回転軸そのものの軸方向に垂直な断面積値が軸の溶融ガラスに浸漬する側の先端、すなわち下端に近づいていくにつれて小さくなる構造の回転軸方向の長さが５０％〜２％、すなわち５割〜０．２割であることを意味している。そしてこの断面積値が軸先端に近づくにつれて小さくなるのは、連続的な変化であって、断続的な変化とならないものである方がより好ましい。
【００１２】
また、溶融ガラス用スターラーの回転軸下端から回転軸方向に垂直な断面積値が軸の溶融ガラスに浸漬する側の先端、すなわち下端に近づいていくにつれて、小さくなる構造が撹拌翼の全長に対して５０％、すなわち５割以下になるようにするのは、これより大きな値とした場合に経時的な強度に支障をきたす虞があり、好ましくない。よって、さらに安定した状態を維持しつつ、高い信頼性を有する状態下での撹拌を実現するためには、４割以下、つまり４０％以下とする方がより好ましい。
【００１３】
さらに、溶融ガラス用スターラーの回転軸そのものの軸方向に垂直な断面積値が軸の下端に近づいていくにつれて、小さくなる構造が回転軸方向の撹拌翼の全長に対して２％以上、すなわち０．２割以上になるようにするのは、２％より小さい割合であると、充分な撹拌効果が得られない結果、溶融ガラス用スターラーを通過した後に不均質なガラスが溶融ガラスの均質性を損なう場合の多いことが判明しているためである。そしてより安定した効果を実現するためには、１．５割すなわち１５％以上となるようにする方がより好ましい。
【００１４】
また、溶融ガラスの粘性が高い傾向のある無アルカリガラスや石英ガラス、硼珪酸系の硬質ガラス等の溶融ガラスについては、軸の断面を小さくすることによって、溶融ガラス用スターラーの構造上の強度低下につながるものとなる場合がある。このため、このようなガラス材質の溶融に適用される溶融ガラス用スターラーについては、溶融ガラス用スターラーの回転軸の軸に垂直な断面の面積が下端に近づくにつれ、小さくなる構造を回転軸方向の撹拌翼全長の２５％、すなわち２．５割以下の長さについて有することである。
【００１５】
また、本発明の溶融ガラス用スターラーは、請求項１の記載に加えて回転軸の下部部が楔形状であることを特徴とする。
【００１６】
ここで、回転軸下部先端が楔形状であることとは、前述の溶融ガラス用スターラーの回転軸そのものの軸方向に垂直な断面積値の回転軸下端部先端に近づいていくにつれて、小さくなる構造の外形が楔形の形状であることを意味している。
【００１７】
ここで、楔形状の厚みは特定されずとも支障はなく、また複数の楔形形状の板状構造体が互いに特定の角度で配設された状態で付設されているものでも差し支えない。またこの楔形状を有する部分、楔形部についてのみ、軸材質と別材質によって構成したり、あるいはこの楔形部の表面を他材料によって被覆することも可能である。また楔形部は、より高い撹拌効果を実現するためにその表面に突起等を設けてもよく、さらに楔形部それ自体が回転軸にそって溶融ガラス用スターラーの下端部に近づくにつれてラセン状に捻れた構造であっても良い。また、楔形部はその内部を空洞にすることによって少しでも軽量を軽くすることも可能であり、それとは逆に重心を下方に位置させるために、密度の高い物質を空洞内部に充填することも可能である。
【００１８】
いずれにしても、回転軸先端部の楔形部によって溶融ガラス用スターラー本体の下端部先端近傍の溶融ガラス中に存在する溶融ガラスの混合効果の著しく低い状態となっていた部位についても充分な効果のある撹拌が行えるようになるのであれば、支障はない。なぜならば、従来の溶融ガラス用スターラーでは、その本体の下端部先端近傍に溶融ガラスの混合効果の著しく低い状態となっていた部位が存在することによって、撹拌混合効果が現れずに、フィーダー底域の不均質な異質ガラスの量が多くなる傾向がある。そして、さらに前述したように揮発し易い成分を多く含む光学部品などの用途で使用される溶融ガラスであったり、混合時の粘性が比較的高い状態にある無アルカリガラス等の溶融ガラスであったりすると、フィーダー底部を充分に混合されずに流出した異質ガラスが成形部にまでそのまま流れ出してしまうからである。
【００１９】
また、本発明の溶融ガラス用スターラーは、請求項１または請求項２の記載に加え撹拌翼がスパイラル翼であることを特徴とする。
【００２０】
ここで、撹拌翼がスパイラル翼であるとは、回転軸下端から回転軸方向の撹拌翼全長に対して２〜５０％の長さの範囲に、回転軸下端に近づくにつれて軸に垂直な断面積が小さくなる構造を有する回転軸であって、その回転軸に配設された撹拌翼の形状として、スパイラル形状であることを意味している。
【００２１】
そして、本発明では、撹拌翼がこのスパイラル形状の撹拌翼を有する溶融ガラス用スターラーであるならば、他にスパイラル形状以外の撹拌翼が付設されていてもよい。また、スパイラル翼の数は特に１枚と限定されるものではなく、複数枚のスパイラル翼を同じ回転軸に巻着した溶融ガラス用スターラーであっても差し支えない。また、ここでのスパイラル翼とは、複数の撹拌翼が全体としてスパイラル形状に配列している場合も含まれる。
【００２２】
さらに、本発明の溶融ガラス用スターラーでは、撹拌翼であるスパイラル翼を構成する材料は、耐熱性を有し、溶融ガラスと反応し難い材料によって構成されているのであれば、特に限定されるものではない。また、このスパイラル翼は、必要に応じて複数の材料を組み合わせた構成であっても差し支えないものである。
【００２３】
また、本発明の溶融ガラス用スターラーは、請求項１から請求項３のいずれかの記載に加え楔形状の下端部が白金を含む材料により構成されることを特徴とする。
【００２４】
ここで、楔形状の下端部が白金を含む材料により構成されることとは、前述の回転軸先端下端の楔形部に、少なくともその一部に白金を含む材料が使用されていることを意味している。
【００２５】
そして、含有する白金については、他成分と混合された状態であっても、他材料の表面を被覆するように使用するものであっても差し支えはない。また、他の材料としては、白金と同族の貴金属元素や高温耐久性に富むセラミックス等との併用が可能であって、溶融するガラス材料によって適宜使い分けを行うことが望ましい。
【００２６】
すなわち、本件の溶融ガラス用スターラーの回転軸下端の楔形部については、その構造の一部として白金を含むもの、あるいは、均質材料であっても、その含有成分として白金を含有するいわゆる合金化しているものである。前者の例としては、スターラーの回転軸の先端に芯材を設け、その芯材を介して楔形構造体を楔形部として配設する場合がある。この場合、芯材と楔形構造体との材質は、異なる材料によって構成し、その内の一方に白金が使用されていればよいということになる。また後者の例としては、白金とロジウムの合金を採用して、必要に応じて白金とロジウムの比率を変更した材料を採用するものであっても支障はない。そして、必要に応じてジルコニア等を含有する白金材料を使用することも可能である。
【００２７】
白金については、高温状態の溶融ガラスの撹拌をおこなう場合には、耐熱性、強度等の性質が必要となるために、そのような特性を合わせ持つ材料として重要なものである。そして、白金は、溶融ガラス中に溶出したそのイオンによって灰色、黄色からオレンジ色に到る発色を呈する場合もあるが、他の高融点金属と比較するとガラス物品を着色しにくい性質を有することも重要である。よって白金をスターラーの下端部に位置する楔形構造体に使用することは、本件の発明で最も好ましいものであると言える。
【００２８】
また、本発明の溶融ガラス用スターラーは、スパイラル形状の撹拌翼を有する溶融ガラス用スターラーの場合に最も大きな効果を有するものであるが、他の均質化手段との併用が行われるならば、他の形状の撹拌翼を有するものであっても採用することは可能である。すなわち、本件の溶融ガラス用スターラーの形状は、ヘリカルリボン型、プロペラ型、クランプ型、等の各種の撹拌翼形状を使用することが可能であり、さらにこれらのスターラーを複数組み合わせたり、著しく形状を変形させたスターラーに本件の発明を適用することも可能である。
【００２９】
また、回転軸下端部の楔形の構造体以外の回転軸や撹拌翼に採用する白金以外の材料としては、ロジウム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類の金属、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、炭素粒子あるいは炭素繊維、金属添加炭素材料、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化炭素（ＦＲＣ）、また傾斜機能材料等を構成部材として複数を選択することもでき、高温部位と低温部位について異材料を使用したり、耐蝕性の必要となる部位や高強度を必要とする部位で異材料を必要に応じて使い分けることもできる。
【００３０】
また、溶融ガラス用スターラーを中空構造とし、その内部に高強度を補償するために、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できる。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。
【００３１】
本発明の溶融ガラス用スターラーは、ムク棒状の白金系の金属材料を回転軸として使用することもできるが、経済的観点や構造強度的観点から、通常は中空状の管の一端を封止し、撹拌翼は延展した白金系の金属材料を溶接することで回転軸に直接取り付け、回転軸中に耐熱材料を充填して作製するのが一般的である。
また、前述の楔形を有する構造部分についても、溶接等によって強固に接合することもできるし、回転軸の先端下端部を変形加工したり、研削加工を施したりすることによって、所望の形状を実現することができる。
【００３２】
本発明の溶融ガラスの溶融ガラス用スターラーは、使用するガラス材質としては、酸化物系の多成分ガラス材質であればどんな材質であってもよい。ただし、前述したように、特に本発明が有効に利用できるのは、アルカリ金属元素を含有しない、液晶用ディスプレイ等に使用される無アルカリガラスに適用した場合である。また、レンズ等の光部品を含む情報通信関連分野で利用されるガラス物品について、ガラス溶融時の均質な混合を達成するためにも利用することができるものである。
【００３３】
また、本発明の溶融ガラス用スターラーは、使用できる溶融炉を限定するものではなく、多成分系の無機酸化物を５００℃以上の高温で溶融する環境であれば、使用することが可能である。また、本発明のスターラーは多数のスターラーを同時に併用する等して、さらに高い品質を実現するような利用方法も可能である。
【００３４】
【作用】
本発明の溶融ガラス用スターラーによれば、溶融ガラスに浸漬して回転させる略垂直方向の回転軸に撹拌翼を取り付けた溶融ガラス用スターラーにおいて、前記回転軸は、回転軸下端から回転軸方向の撹拌翼全長に対して２〜５０％の長さの範囲に、回転軸下端に近づくにつれて軸に垂直な断面積が小さくなる構造を有することを特徴とするものであるため、溶融ガラス用スターラー周囲の異質な溶融ガラスを過不足なく均質にすることが可能となる運動量を溶融ガラスにもたらすことができるものである。
【００３５】
また、本発明の溶融ガラス用スターラーによれば、回転軸の下端部が楔形状であることを特徴とするものであるため、溶融ガラス用スターラーの回転軸の先端部近傍部の溶融ガラスを高速に混合する効果に優れており、無アルカリガラスのような粘性の高い溶融ガラスの均質化について特に効果が大きいものである。
【００３６】
さらに、本発明の溶融ガラス用スターラーによるなら、撹拌翼がスパイラル翼であることを特徴とするものであるため、溶融ガラス中に強制的な流れを作り出すことによって容易に溶融ガラスの均質化を促進できるものである。
【００３７】
さらに、本発明の溶融ガラス用スターラーによるなら、楔形状の下端部が白金を含む材料により構成されることを特徴とするものであるため、高温状態の溶融ガラスの均質化を長期間に渡り継続的に実現するだけの安定した化学的な耐久性を有するものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る溶融ガラス用スターラーの実施の形態について実施例に従い、以下に説明する。
【００３９】
（実施例１）
図１に本発明の溶融ガラス用スターラー１０を示す。図１（Ａ）と図１（Ｂ）は、互いに回転軸１１に沿って９０度回転させた場合の平面図を表している。この図からも判るように、本発明の溶融ガラス用スターラー１０は、回転軸１１に溶接によって撹拌翼１２を配設したものであって、回転軸１１の先端下端部には楔形状の構造を形成している部分１３がある。そして、ここで回転軸１１の方向の撹拌翼の全長Ｌに対して、楔形状の構造部分、すなわち楔形部１３の長さＳの長さの割合は２５％であって、５０〜２％の範囲内となっている。
【００４０】
（実施例２）
発明者らは、このような溶融ガラス用スターラーを発明するにあたり、非常に小規模な試験溶融炉を使用して、溶融ガラスの撹拌性能に関する調査を実施した。以下に、本発明について行われた性能評価について説明する。
【００４１】
プラズマディスプレイ用板ガラスのガラス材質を利用し、間接加熱発熱体により加熱をおこなう小型の電気溶融炉によって溶融したガラスを試験用に構築したフィーダー部に流しこみ、このフィーダー上部より試験を行う溶融ガラス用スターラーを溶融ガラスに浸漬しながら同じ回転数で回転させ、そこに一条の着色ガラスを流すことによって、スターラー近傍に流れ込んだ着色ガラスがどのように混合されるかを観察することによって、溶融ガラス用スターラーの撹拌性能の比較評価を実施した。図２には試験に使用した（Ａ）〜（Ｄ）の４種類の溶融ガラス用スターラーを示す。
【００４２】
その結果を表１にまとめて示した。表中の溶融ガラス用スターラーの種類は、図２に示した各々のスターラーを表している。また回転軸１１の方向の翼全長Ｌに対する楔形部１３の長さＳの比率（％）は、図２のＳに相当する長さをスターラー回転軸１１の方向についての翼全長の長さＬで割った値に１００を掛けた値である。そして、最下段の混合性能については、スターラーの方へ流れてきた着色ガラスが、溶融ガラスＧに浸漬したスターラー２０の先端近傍に図３に示すような滞留ゾーンＮとなって留まることなく、均質に混合される場合を○で表し、そうではなく図３に示したようにスターラー２０の先端近傍に着色ガラスによって濃い色の認められるゾーンＮが形成された状態となる場合を×で表した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
実施例の試料Ｎｏ．１〜８については、いずれの試料の場合でも、スターラー先端近傍に着色ガラスによる濃い色の認められるゾーンＮは、形成されなかったが、回転軸方向の撹拌翼全長Ｌに対する楔形部１３の長さＳの比率が０．５％の比較例試料Ｎｏ．９については、図３同様の濃い着色ゾーンＮが溶融ガラス中に形成され、本発明のような撹拌効果が認められなかった。また、試料Ｎｏ．１０ついては、楔部の長さＳの撹拌翼全長Ｌに対する比率を５８．１％まで上げたものであるが、この場合は混合効果については支障が認められなかったが、回転時にスターラー先端部に微細な横方向の振動が認められ長期的な利用を考える場合には、強度的な耐久性の面で不安のある調査結果となった。
【００４５】
以上のように、本発明の溶融ガラス用スターラーに係る調査によれば、撹拌翼の長さに対する楔形状の長さには最適な大きさのあることが判明した。
【００４６】
（実施例３）
次いで、このように高い混合性能を有する溶融ガラス用スターラーを、液晶表示用板ガラスの製造工程に適用した事例を以下に示す。
【００４７】
液晶用板ガラスの製造工程では、成形された板ガラスの均質性によっては、液晶表示装置として組み立てられたデバイスの画像表示性能に支障がでることになるため、その均質性の向上はとりわけ重要な意味を有するものである。しかし、無アルカリガラスは溶解性が低いため、操炉条件によっては、初期溶解時の不均質ガラスがそのまま成形域まで流出する虞もある。このため、フィーダー部での撹拌によって確実に均質な混合を実現する能力のある溶融ガラス用スターラーを採用することは重要となる。
【００４８】
本発明者らは、この行程のフィーダー部に、従来使用されていたスターラーに替えて本発明の溶融ガラス用スターラーを採用した。その結果、従来認められることのあった異物不良や脈理（コード）、ノット等に代表される均質な混合のおこなえていないことに起因する不良の発生率が従来の半分にまで減少し、大幅な改善効果の認められることが判明した。
【００４９】
（実施例４）
また、本発明の溶融ガラス用スターラーについて、その回転軸１１の先端下端部に配設する楔形部１３の構造について、本発明者らが調査をおこない採用することが可能な形状を図４に示す。図４は、回転軸に取り付ける撹拌翼については、省略している。この図で、（Ａ）、（Ｂ）については、最も簡単な形状を採用した場合を表している。そして、（Ｃ）、（Ｄ）については（Ａ）、（Ｂ）で示した楔形状の構造に直交するようにもう一つの楔形状の構造を配設する回転軸下端の場合である。そしてさらに（Ｅ）、（Ｆ）については、この楔形状が回転軸先端に向かうにつれて捻れた状態となっているものであり、このような形状についても前述したような回転軸下端近傍の溶融ガラスの滞留現象を改善する効果のあることが判明している。また、さらに（Ｃ）、（Ｄ）の形状や（Ｅ）、（Ｆ）の形状について、楔の数をもう一つ増やした場合についても、同様の改善効果の認められることも確認している。
【００５０】
また、楔形部の楔の厚みについては、特に限定されるものではないが、使用される期間に見合う程度の強度を維持できるに足る厚みは必要であって、余りに薄いようであると耐久性に支障がでるため、注意が必要である。
【００５１】
【発明の効果】
以上の様に本発明の溶融ガラス用スターラーによれば、スターラー周囲の異質な溶融ガラスを十分に均質にすることが可能となる運動量を溶融ガラスにもたらすことができるものであるため、少ないエネルギーで効率的に均質なガラス成形体を得ることが可能であって、安価に良質のガラス製品を製造することを実現できるものである。
【００５２】
また、本発明の溶融ガラス用スターラーによれば、溶融ガラス用スターラーの回転軸の先端部近傍部の溶融ガラスを高速に混合する効果に優れており、無アルカリガラスのような粘性の高い溶融ガラスの均質化について特に効果が大きいものであるため、液晶板ガラスのような画像表示デバイスに利用されるガラス製品の均質性の向上に著しい効果をもたらすものである。
【００５３】
さらに、本発明の溶融ガラス用スターラーによるならば、溶融ガラス中に強制的な流れを作り出すことによって容易に溶融ガラスの均質化を促進できるものであるため、光学用途等で使用できる光部品に採用されるガラス製品の品質を安定化させ、高機能を必要とする光関連デバイスの性能向上に大きく寄与することが可能となるものである。
【００５４】
そして、本発明の溶融ガラス用スターラーは、高温状態の溶融ガラスの均質化を長期間に渡り継続的に実現するだけの安定した化学的な耐久性を有するものであるため、多種多様なガラス製品に適用することが可能であり、種々分野のガラス製品の品質向上に大きく寄与することによって、ガラス製品の関与する産業自体をこれまで以上にいっそう興隆させるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る溶融ガラスの溶融ガラス用スターラーの斜視図。
【図２】本発明の他の実施例に係る溶融ガラス用スターラーの平面図。
【図３】溶融ガラス用スターラーの混合性能を観察する試験での混合不十分な状況の認められる場合の説明図。
【図４】本発明のスターラーの回転軸先端に配設される楔形形状の例を示す説明図。図中（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）は、平面図で（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）は回転軸方向からの側面図。
【図５】従来のスパイラル形状の撹拌翼を有する溶融ガラス用スターラー平面図。
【図６】従来の複数羽根を等間隔で配設した溶融ガラス用スターラーの斜視図。
【図７】従来の羽根の中に略矩形の窓を有する溶融ガラス用スターラーの斜視図。
【符号の説明】
１０ 本発明の溶融ガラスの溶融ガラス用スターラー
１１ 溶融ガラス用スターラーの回転軸
１２ 溶融ガラス用スターラーの撹拌翼
１３ スターラー回転軸の楔形状の部分（楔形部）
２０、３０、４０ 従来の溶融ガラス用スターラー
２１、３１、４１ 従来の溶融ガラス用スターラーの回転軸
２２、３２、４２ 従来の溶融ガラス用スターラーの撹拌翼
Ｌ 回転軸方向の撹拌翼の長さ
Ｓ 楔形部の長さ
Ｇ 溶融ガラス
Ｒ 耐火物
Ｎ 溶融ガラス用スターラー先端近傍に混合不十分なため発生する着色ガラスの滞留ゾーン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stirrer for molten glass in the glass manufacturing industry.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the glass manufacturing industry, a molten glass stirrer made of a heat-resistant material is rotated while immersed in high-temperature molten glass held in a heat-resistant container, and the molten glass is forcibly stirred. An operation is performed to make an inhomogeneous portion in the molten glass uniform.
[0003]
As typical examples of such a stirrer for molten glass, the following three cases are well known. As a first example, there is a molten glass stirrer 20 as shown in FIG. 5 in which a heat-resistant rotating shaft 21 is wound with a stirring blade 22 having a spiral shape. Since the contact area between the blade 22 and the molten glass is large, it has a strong stirring force. For example, when the rotating shaft 21 is rotated clockwise about the axis, the molten glass stirrer 20 generates a strong upward flow in the surrounding molten glass. Has the function of forcibly mixing the molten glass dough around it.
[0004]
As a shape of the second stirrer, there is a stirrer 30 for molten glass having a plurality of blades 32 arranged at regular intervals in the longitudinal direction of the rotating shaft 31 as shown in FIG. Are often used to adjust the refractive index of the liquid crystal uniformly.
As a third stirrer, there is a molten glass stirrer 40 as shown in FIG. As shown here, a substantially rectangular hollow window is provided at the center of the substantially rectangular plate-like blade 41, and the rotating shaft 42 is provided so as to pass through the center of two opposing sides of the substantially rectangular plate-like blade 41. By rotating around a rotation axis, the molten glass is homogenized.
[0005]
Further, as described in Patent Document 1, an invention focusing on both the chemical durability and mechanical strength characteristics of a stirrer, and as described in Patent Document 2, contamination of molten glass by a falling object from a furnace material near a stirrer. A stirrer that employs a structure that prevents the occurrence of a stir has been invented. In addition, since it is important to homogenize the foreign glass in the bottom area of the feeder, it is important to achieve the homogenization of the molten glass. Patent Document 3 also discloses an invention employing a stirrer.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-180943 (page 2-3, FIG. 1-3)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-253942 (pages 2-4, FIG. 1-2)
[Patent Document 3]
JP-A-10-231127 (page 2-3, FIG. 1-2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the furnace operation conditions, the amount of foreign glass in the bottom area of the feeder is large, or glass containing highly volatile glass constituents and having a recent special optical function is melted. In the manufacture of flat glass for image display, which is required to have high homogeneity employed in image display devices represented by displays and the like, it is often difficult to improve with a series of inventions performed so far. .
[0008]
In particular, for the molten glass in the bottom area of the feeder described above, unlike appearance defects such as bubbles and foreign substances, it may not be easily identified by visual inspection or the like, and even if the melting conditions are changed for improvement, There is also a problem that it is difficult to grasp the response quickly, and without drastic improvement, it may be difficult to supply a high-quality glass product according to demand to the market at low cost.
[0009]
The present inventors conducted research to improve the above-mentioned problems, and found that even if the glass was immersed in the molten glass for a long period of time and operated at a high speed at a high temperature and at a high speed, local heterogeneity was observed in the molten glass. An object of the present invention is to provide a molten glass stirrer that does not generate any spots.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, the molten glass stirrer of the present invention is a molten glass stirrer in which a stirring blade is attached to a substantially vertical rotation shaft that is immersed in molten glass and rotated, wherein the rotation shaft extends in the rotation shaft direction from the lower end of the rotation shaft. It has a structure in which the cross-sectional area perpendicular to the axis becomes smaller as approaching the lower end of the rotating shaft within a range of 2 to 50% of the total length of the stirring blade.
[0011]
Here, the fact that the cross-sectional area perpendicular to the rotating shaft becomes smaller as approaching the lower end of the rotating shaft within a range of 2 to 50% of the total length of the stirring blade in the rotating shaft direction from the lower end of the rotating shaft, The cross-sectional area value perpendicular to the axial direction of the rotating shaft of the molten glass stirrer is the same as the length of the shaft immersed in the molten glass. This means that the length in the direction of the rotation axis of the structure that becomes smaller as approaching the front end, that is, the lower end, is 50% to 2%, that is, 50% to 0.2%. And it is more preferable that this cross-sectional area value decreases as it approaches the tip of the shaft, because it is a continuous change and not an intermittent change.
[0012]
In addition, as the cross-sectional area value perpendicular to the rotation axis direction from the lower end of the rotating shaft of the molten glass stirrer approaches the tip of the shaft immersed in the molten glass, that is, as it approaches the lower end, the structure becomes smaller with respect to the entire length of the stirring blade. It is not preferable to set the value to 50%, that is, 50% or less, because if the value is set to a value larger than this, the strength over time may be affected. Therefore, in order to realize stirring under a state having high reliability while maintaining a more stable state, it is more preferable to set the ratio to 40% or less, that is, 40% or less.
[0013]
Further, as the cross-sectional area value of the rotating shaft itself of the molten glass stirrer, which is perpendicular to the axial direction, approaches the lower end of the rotating shaft, the structure becomes smaller by 2% or more, that is, 0% with respect to the total length of the stirring blade in the rotating shaft direction. If it is less than 2%, a sufficient stirring effect cannot be obtained, and as a result, the inhomogeneous glass becomes less homogeneous after passing through the molten glass stirrer. This is because it has been found that the damage often occurs. In order to realize a more stable effect, it is more preferable that the ratio be 1.5% or 15% or more.
[0014]
In addition, for molten glass such as alkali-free glass, quartz glass, and borosilicate hard glass, which tend to have high viscosity, the structural strength of the stirrer for molten glass is reduced by reducing the cross section of the shaft. In some cases. For this reason, as for the molten glass stirrer applied to the melting of such a glass material, the structure in which the area of the cross section perpendicular to the axis of the rotation axis of the molten glass stirrer becomes smaller as approaching the lower end, and the structure in the rotation axis direction becomes 25% of the total length of the stirring blade, that is, 2.5% or less.
[0015]
Moreover, the stirrer for molten glass of the present invention is characterized in that, in addition to the first aspect, the lower portion of the rotating shaft has a wedge shape.
[0016]
Here, the fact that the lower end of the rotating shaft is wedge-shaped means that the smaller the closer to the end of the lower end of the rotating shaft having a cross-sectional area value perpendicular to the axial direction of the rotating shaft itself of the molten glass stirrer described above. Has a wedge-shaped outer shape.
[0017]
Here, there is no problem even if the wedge-shaped thickness is not specified, and a plurality of wedge-shaped plate-like structures may be provided in a state where they are arranged at a specific angle to each other. Further, only the wedge-shaped portion and the wedge-shaped portion may be made of a material different from the shaft material, or the surface of the wedge-shaped portion may be covered with another material. The wedge-shaped portion may be provided with projections or the like on its surface to realize a higher stirring effect, and the wedge-shaped portion itself is twisted in a spiral shape as it approaches the lower end of the molten glass stirrer along the rotation axis. Structure may be used. Also, the wedge-shaped part can be lightened at all by making the interior hollow, and conversely, it is also possible to fill the interior of the cavity with a dense substance to lower the center of gravity. It is possible.
[0018]
In any case, the wedge-shaped portion at the tip of the rotating shaft has a sufficient effect on the portion where the mixing effect of the molten glass present in the molten glass near the tip of the lower end of the molten glass stirrer is extremely low. There is no problem if a certain stirring can be performed. This is because, in the conventional molten glass stirrer, a portion where the mixing effect of the molten glass is extremely low exists near the tip of the lower end of the main body. Tend to increase the amount of heterogeneous foreign glass. Further, as described above, molten glass used in applications such as optical components containing a large amount of easily volatile components, or molten glass such as non-alkali glass having a relatively high viscosity when mixed, Then, the foreign glass that has flowed out without being sufficiently mixed at the bottom of the feeder flows out to the forming section as it is.
[0019]
Further, the stirrer for molten glass of the present invention is characterized in that, in addition to the features described in claim 1 or 2, the stirring blade is a spiral blade.
[0020]
Here, that the stirring blade is a spiral blade means that the cross-sectional area perpendicular to the axis as approaching the lower end of the rotating shaft is within a range of 2 to 50% of the total length of the stirring blade in the rotating axis direction from the lower end of the rotating shaft. Is a rotating shaft having a structure in which the diameter of the rotating shaft is reduced, and the shape of the stirring blade provided on the rotating shaft is a spiral shape.
[0021]
In the present invention, if the stirring blade is a stirrer for molten glass having the spiral stirring blade, a stirring blade other than the spiral shape may be additionally provided. The number of spiral blades is not particularly limited to one, and a stirrer for molten glass in which a plurality of spiral blades are wound around the same rotation shaft may be used. In addition, the spiral blade here includes a case where a plurality of stirring blades are arranged in a spiral shape as a whole.
[0022]
Further, in the molten glass stirrer of the present invention, the material constituting the spiral blade, which is the stirring blade, is particularly limited as long as it is made of a material having heat resistance and hardly reacting with the molten glass. is not. Further, the spiral blade may have a configuration in which a plurality of materials are combined as necessary.
[0023]
Further, the stirrer for molten glass of the present invention is characterized in that, in addition to any one of the first to third aspects, the lower end of the wedge is made of a material containing platinum.
[0024]
Here, the fact that the lower end of the wedge is made of a material containing platinum means that at least a part of the wedge-shaped lower end of the rotating shaft is made of a material containing platinum. ing.
[0025]
The contained platinum may be in a state of being mixed with other components or may be used so as to cover the surface of another material. Further, other materials can be used in combination with a noble metal element of the same family as platinum, ceramics with high durability at high temperatures, and the like, and it is desirable to appropriately use them depending on the glass material to be melted.
[0026]
That is, the wedge-shaped portion at the lower end of the rotating shaft of the molten glass stirrer of the present invention contains platinum as a part of its structure, or even a homogeneous material is formed into a so-called alloy containing platinum as a contained component. Is what it is. As an example of the former, there is a case where a core material is provided at the tip of the rotation shaft of the stirrer, and the wedge-shaped structure is provided as a wedge-shaped portion via the core material. In this case, the material of the core material and the material of the wedge-shaped structure are made of different materials, and it suffices that platinum is used for one of them. As the latter example, there is no problem even if an alloy of platinum and rhodium is used and a material in which the ratio of platinum to rhodium is changed as necessary is used. If necessary, a platinum material containing zirconia or the like can be used.
[0027]
Platinum is important as a material having such properties because properties such as heat resistance and strength are required when stirring molten glass in a high temperature state. And, platinum may be colored by gray, yellow to orange by its ions eluted in the molten glass, but may have a property that it is difficult to color glass articles as compared with other high melting point metals. is important. Therefore, it can be said that the use of platinum for the wedge-shaped structure located at the lower end of the stirrer is the most preferable in the present invention.
[0028]
Further, the molten glass stirrer of the present invention has the greatest effect in the case of a molten glass stirrer having a spiral-shaped stirring blade, but if used in combination with other homogenizing means, it will have other effects. It is possible to adopt even those having a stirring blade of the shape of In other words, the shape of the stirrer for molten glass of the present invention can use various stirring blade shapes such as a helical ribbon type, a propeller type, and a clamp type. It is also possible to apply the present invention to a deformed stirrer.
[0029]
In addition, as a material other than platinum used for the rotating shaft and the stirring blade other than the wedge-shaped structure at the lower end of the rotating shaft, in addition to a platinum group metal such as rhodium or an alloy thereof, a strength reinforcing component such as zirconia is used. Fine ceramics, carbon particles or carbon fiber, metal-added carbon material, fiber-reinforced metal (FRM), fiber added with added white metals, oxides such as alumina and zirconia, nitrides, carbides or a mixture of multiple ceramic components It is also possible to select a plurality of materials such as reinforced carbon (FRC) or a functionally graded material as constituent members, and to use different materials for the high temperature part and the low temperature part, or to require parts requiring corrosion resistance or high strength. Different materials can be used at the site as needed.
[0030]
In addition, the stirrer for molten glass has a hollow structure, and in order to compensate for high strength inside, a metal material or a ceramic material or a plurality of them are selected and filled in the whole or locally filled in necessary places. You can also. In particular, it is possible to use a heat-resistant surface coating material at a site where heat resistance is required.
[0031]
The molten glass stirrer of the present invention can use a platinum-based metal material in the form of a rod as a rotating shaft.However, from the viewpoint of economics and structural strength, usually one end of a hollow tube is sealed. In general, the stirring blade is directly attached to a rotating shaft by welding a spread platinum-based metal material, and is made by filling a heat-resistant material into the rotating shaft.
In addition, the above-mentioned wedge-shaped structural parts can be firmly joined by welding or the like, and the desired shape can be realized by deforming or grinding the lower end of the tip of the rotating shaft. can do.
[0032]
The glass material used for the molten glass stirrer of the present invention may be any material as long as it is an oxide-based multi-component glass material. However, as described above, the present invention can be particularly effectively used when applied to non-alkali glass containing no alkali metal element and used for a liquid crystal display or the like. Further, glass articles used in the field of information and communication including optical components such as lenses can be used to achieve homogeneous mixing when glass is melted.
[0033]
Further, the stirrer for molten glass of the present invention is not limited to a melting furnace that can be used, and can be used as long as the multicomponent inorganic oxide is melted at a high temperature of 500 ° C. or higher. . Further, the stirrer of the present invention can be used in such a manner that a higher number of stirrers are used simultaneously to realize higher quality.
[0034]
[Action]
According to the stirrer for molten glass of the present invention, in a stirrer for molten glass in which a stirring blade is attached to a substantially vertical rotation shaft that is immersed in molten glass and rotated, the rotation shaft extends in the rotation shaft direction from the lower end of the rotation shaft. In the range of 2 to 50% of the total length of the stirring blade, the cross-sectional area perpendicular to the axis becomes smaller as approaching the lower end of the rotating shaft. Momentum that enables the heterogeneous molten glass to be homogeneous without excess or shortage can be provided to the molten glass.
[0035]
Further, according to the molten glass stirrer of the present invention, since the lower end of the rotating shaft has a wedge shape, the molten glass near the tip of the rotating shaft of the molten glass stirrer can be moved at a high speed. It is particularly effective in homogenizing molten glass having high viscosity such as non-alkali glass.
[0036]
Furthermore, according to the molten glass stirrer of the present invention, since the stirring blade is a spiral blade, the homogenization of the molten glass is easily promoted by creating a forced flow in the molten glass. You can do it.
[0037]
Furthermore, according to the molten glass stirrer of the present invention, since the lower end of the wedge shape is made of a material containing platinum, the homogenization of the molten glass in a high temperature state is continued for a long time. It has a stable chemical durability that can be realized in a practical manner.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the stirrer for molten glass according to the present invention will be described below in accordance with examples.
[0039]
(Example 1)
FIG. 1 shows a stirrer 10 for molten glass of the present invention. FIGS. 1A and 1B are plan views showing a case where each of them is rotated by 90 degrees along the rotation axis 11. As can be seen from this figure, the stirrer 10 for molten glass of the present invention has a stirring shaft 12 disposed on a rotating shaft 11 by welding, and has a wedge-shaped structure at the lower end of the tip of the rotating shaft 11. There is a forming part 13. And here, the ratio of the length S of the length S of the wedge-shaped structural portion to the total length L of the stirring blade in the direction of the rotating shaft 11 is 25%, and is 50 to 2%. It is within the range.
[0040]
(Example 2)
Inventing such a stirrer for molten glass, the inventors conducted a study on the stirring performance of the molten glass using a very small test melting furnace. Hereinafter, the performance evaluation performed on the present invention will be described.
[0041]
Using the glass material of the glass plate for plasma display, the glass melted by a small electric melting furnace heated by an indirect heating element is poured into the feeder constructed for testing, and the molten glass to be tested from the upper part of this feeder By rotating the stirrer at the same number of revolutions while immersing it in the molten glass and flowing a piece of colored glass there, by observing how the colored glass flowing near the stirrer is mixed, Comparative evaluation of the stirring performance of the stirrer was performed. FIG. 2 shows four types of stirrers for molten glass (A) to (D) used in the test.
[0042]
The results are summarized in Table 1. The type of the stirrer for molten glass in the table represents each stirrer shown in FIG. The ratio (%) of the length S of the wedge-shaped portion 13 to the total length L of the blade in the direction of the rotating shaft 11 is represented by the length corresponding to S in FIG. It is a value obtained by multiplying the divided value by 100. Regarding the mixing performance at the lowermost stage, the colored glass flowing toward the stirrer does not stay in the stagnation zone N as shown in FIG. The case where the zone N where a dark color is recognized by the colored glass is formed near the tip of the stirrer 20 as shown in FIG.
[0043]
[Table 1]
[0044]
In the sample No. of the example. Regarding the samples 1 to 8, in any of the samples, the zone N where the colored glass was observed near the tip of the stirrer was not formed. Comparative Example Sample No. in which the ratio of S was 0.5%. For No. 9, a dark colored zone N similar to FIG. 3 was formed in the molten glass, and the stirring effect as in the present invention was not observed. Further, the sample No. In the case of No. 10, the ratio of the length S of the wedge portion to the total length L of the stirring blade was increased to 58.1%. In this case, there was no problem with the mixing effect. In the case of long-term use, microscopic vibrations were observed, and when considering long-term use, the results were uneasy in terms of strength and durability.
[0045]
As described above, according to the investigation on the stirrer for molten glass of the present invention, it was found that the length of the wedge shape with respect to the length of the stirring blade had an optimal size.
[0046]
(Example 3)
Next, an example in which the stirrer for molten glass having such high mixing performance is applied to a manufacturing process of a glass sheet for a liquid crystal display will be described below.
[0047]
In the manufacturing process of flat glass for liquid crystals, the uniformity of the formed flat glass may hinder the image display performance of devices assembled as liquid crystal display devices. Have However, since non-alkali glass has low solubility, the inhomogeneous glass at the time of initial melting may flow out to the forming region as it is, depending on the furnace operating conditions. For this reason, it is important to employ a molten glass stirrer capable of surely achieving homogeneous mixing by stirring in the feeder section.
[0048]
The present inventors adopted the stirrer for molten glass of the present invention in the feeder portion of this process, instead of the stirrer conventionally used. As a result, the incidence of defects caused by inhomogeneous mixing represented by foreign matter defects, striae (cord), knots, etc., which was recognized in the past, has been reduced by half, and It was found that a significant improvement effect was recognized.
[0049]
(Example 4)
FIG. 4 shows the shape of the wedge-shaped portion 13 provided at the lower end of the rotating shaft 11 of the stirrer for molten glass of the present invention, which can be adopted by the present inventors by investigating the structure. . FIG. 4 omits the stirring blade attached to the rotating shaft. In this figure, (A) and (B) show the case where the simplest shape is adopted. (C) and (D) show the case of the lower end of the rotating shaft in which another wedge-shaped structure is disposed so as to be orthogonal to the wedge-shaped structure shown in (A) and (B). Further, in (E) and (F), the wedge shape is twisted toward the tip of the rotating shaft, and the molten glass near the lower end of the rotating shaft also has such a shape. Has been found to be effective in improving the stagnation phenomenon. In addition, it has been confirmed that the same improvement effect can be observed when the number of wedges is increased by one for the shapes (C) and (D) and the shapes (E) and (F). .
[0050]
Further, the thickness of the wedge of the wedge-shaped portion is not particularly limited, but it is necessary that the wedge-shaped portion has a thickness enough to maintain strength enough to be used during a period of use. Care must be taken as it will cause problems.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the molten glass stirrer of the present invention, it is possible to provide the molten glass with a momentum capable of sufficiently homogenizing the foreign molten glass around the stirrer, so that the energy can be reduced with little energy. It is possible to efficiently obtain a homogeneous glass molded body, and to produce a good quality glass product at low cost.
[0052]
Further, according to the molten glass stirrer of the present invention, the molten glass stirrer is excellent in the effect of rapidly mixing the molten glass near the tip of the rotating shaft of the molten glass stirrer, and has a high viscosity molten glass such as non-alkali glass. This is particularly effective for the homogenization of glass, and therefore has a remarkable effect on the improvement of the homogeneity of glass products used for image display devices such as liquid crystal glass.
[0053]
Furthermore, according to the molten glass stirrer of the present invention, homogenization of the molten glass can be easily promoted by creating a forced flow in the molten glass. It is possible to stabilize the quality of the glass products to be used and greatly contribute to the improvement of the performance of optical devices that require high functions.
[0054]
And the stirrer for molten glass of the present invention has a stable chemical durability enough to realize the homogenization of the molten glass in a high temperature state continuously for a long period of time, so that a wide variety of glass products The present invention can be applied to a variety of products, and greatly contributes to the improvement of the quality of glass products in various fields, thereby further increasing the industry in which glass products are involved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a stirrer for molten glass of molten glass according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a molten glass stirrer according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a case where insufficient mixing is observed in a test for observing the mixing performance of a molten glass stirrer.
FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a wedge-shaped configuration provided at the tip of the rotation shaft of the stirrer of the present invention. (A), (C), and (E) are plan views, and (B), (D), and (F) are side views from the rotation axis direction.
FIG. 5 is a plan view of a conventional stirrer for molten glass having a spiral stirring blade.
FIG. 6 is a perspective view of a conventional molten glass stirrer in which a plurality of blades are arranged at equal intervals.
FIG. 7 is a perspective view of a conventional molten glass stirrer having a substantially rectangular window in a blade.
[Explanation of symbols]
10. Stirrer for molten glass of molten glass of the present invention
11 Rotary axis of stirrer for molten glass
12 Stirrer blade for molten glass stirrer
13 Wedge-shaped part of the stirrer rotation shaft (wedge-shaped part)
20, 30, 40 Conventional stirrer for molten glass
21,31,41 Rotary shaft of conventional stirrer for molten glass
22, 32, 42 Stirring impeller of conventional molten glass stirrer
L Length of stirring blade in the direction of rotation axis
S Length of wedge
G molten glass
R refractory
N Colored glass retention zone generated due to insufficient mixing near the molten glass stirrer tip
