JP2006240962A - 溶融ガラスの減圧脱泡装置、および該減圧脱泡装置を用いた溶融ガラスの清澄方法、ならびにガラス製造装置要素 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】真空吸引される減圧ハウジングと、この減圧ハウジング内に設けられ、溶融ガラスの減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、この減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡前の溶融ガラスを前記減圧脱泡槽に導入する導入手段と、前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡後の溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から導出する導出手段と、を有する溶融ガラスの減圧脱泡装置であって、前記減圧脱泡槽の溶融ガラスと直接接触する部分のうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金が、予め1250℃以上、1550℃以下の温度で加熱処理されており、且つ前記白金または白金合金の結晶粒子径が平均1.0mm以下であることを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置。
【選択図】なし
Description
図2に示す減圧脱泡装置100は、溶解槽200中の溶融ガラスGを減圧脱泡して、次の処理槽に連続的に供給するプロセスに用いられるものである。減圧脱泡装置100は、使用時その内部が減圧状態に保持される減圧ハウジング101を有する。減圧ハウジング101内には、円筒形状をした減圧脱泡槽102がその長軸が水平方向に配向するように収納配置されている。減圧脱泡槽102の下面の側端付近には、垂直方向に配向する上昇管103および下降管104が取り付けられている。上昇管103および下降管104は、その一部が減圧ハウジング101内に収納配置されている。
このようにして生じた気泡は最終ガラス商品の内部にも残存し欠点となることが多く、その生成を防止する様々な方法が提案されている。例えば特許文献1には、白金および白金合金の容器の外側に水蒸気を供給し、外部とガラス中の水素分圧の差を制御することによって水素の透過を防ぐ方法が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の方法を減圧脱泡装置に適用した場合、減圧脱泡装置100、より具体的には、減圧脱泡装置100の白金製または白金合金製の構成要素を大型化すると、これら構成要素の周囲を水蒸気で満たすために、大幅な設備改良が必要となる。また、これらの構成要素、例えば、減圧脱泡槽102は使用時通電加熱されることが多いため、水蒸気による結露などによって予期せぬトラブルが生じるおそれがある。
結果的に、この気泡発生の問題を本質的に解決することは非常に困難であり、気泡の少ない高機能高品質なガラスを製造する場合、大型の減圧脱泡装置を使用することができず、ガラスの歩留まりを高めることができない。また、清澄工程において、ガラス中の気泡を除去するため助剤を使用する場合もあるが、このような助剤は有害な砒素系であることも少なくない。
前記減圧脱泡槽の溶融ガラスと直接接触する部分のうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金が、予め1250℃以上、1550℃以下の温度で加熱処理されており、且つ前記白金または白金合金の結晶粒子径が平均1.0mm以下であることを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置(以下、「本発明の減圧脱泡装置」という。)を提供する。
前記ガラス製造装置要素のうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金が、予め1250℃以上、1550℃以下の温度で加熱処理されており、且つ前記白金または白金合金の結晶粒子径が平均1.0mm以下であることを特徴とするガラス製造装置要素を提供する。
前記ガラス製造装置要素のうち少なくともその一部を構成する前記白金または白金合金中には、Al,3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属が合計で白金または白金合金に対して0.05〜1.0質量%固溶していることが好ましい。
前記白金または白金合金中に分散する金属酸化物粒子は、主としてZrまたはYの酸化物であることが好ましい。
前記白金または白金合金中に固溶する金属は、主としてZrまたはYであることが好ましい。
本発明のガラス製造装置要素は、高温かつ減圧環境下で使用されるガラス製造装置要素、例えば、減圧脱泡装置の減圧脱泡槽として好適である。また、本発明のガラス製造装置要素は、減圧脱泡装置の上昇管および下降管のような、減圧環境下で使用される溶融ガラスの導管としても好適である。
本発明の減圧脱泡装置1において、少なくとも減圧脱泡槽12の溶融ガラスGと直接接触する部分12a(以下、「減圧脱泡槽の溶融ガラス接触部分」という。)は、全て上記の条件を満たす白金または白金合金製であることが好ましい。
加熱処理時間は、2時間以上実施することが好ましく、より好ましくは5時間以上である。但し、加熱処理時間が長すぎると白金または白金合金の機械的特性を損なう可能性があるため、加熱処理時間は100時間以下であることが好ましく、より好ましくは20時間以下である。
溶融ガラス中に溶解しているガス成分は雰囲気の減圧度が増すと、気泡として吐き出されようとし、その起点は、溶融ガラスと接触する、減圧脱泡装置の構成要素の壁面、特に減圧脱泡槽の壁面であることが多い。該壁面が白金製または白金合金製であると、必然的に気泡はエネルギー準位の異なる結晶粒界から生じ、その発生しやすさは粒界と粒内のエネルギー差に支配される。結果的に平均結晶粒径が大きな白金また白金合金の壁面は気泡を生じやすく、その傾向は平均粒径0.5mm以上の場合に明らかであり、1mmを超えると顕著となる。
上記したように、減圧脱泡装置の白金または白金合金製の構成要素と、溶融ガラスとが接触した際に、ガラス界面で気泡が生成する機構として、ガラス中の水分が分解し、水素と酸素に分解した結果水素のみが白金または白金合金を透過し、取り残された酸素が気泡となる機構が考えられている。この機構が進行するためには、ガラス中の水の分解や分子状水素から原子状水素への変換が必須であり、これらの反応の進行には、白金および白金合金表面の非常に高い化学的活性度が大きな役割を果たしている。白金または白金合金中に、Al、短周期型周期表における3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属酸化物を分散させた場合、白金および白金合金表面の化学的活性度が低下するので、上記の反応の進行が抑制され、減圧脱泡槽12内における新たな気泡の発生が防止される。
本発明において、減圧脱泡槽12の溶融ガラス接触部分12aのうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金中に、これらの金属酸化物を上記の割合で含むことが好ましい。より好ましくは、少なくとも減圧脱泡槽12の溶融ガラス接触部分12aを構成する白金または白金合金は、全てこれらの金属酸化物を上記の割合で含む。
さらに、Al、短周期型周期表における3A族および4A族からなる群から選択される1種以上の金属を、白金または白金合金に固溶させた場合、これらの固溶金属は、溶融ガラスから白金または白金合金中に拡散してきた水素をトラップし、結果的に材料中の水素透過を抑制する効果も有している。この効果によっても、減圧脱泡槽内における新たな気泡の発生が防止される。
白金または白金合金中に固溶させる金属は、ZrまたはYであることが好ましい。ZrおよびYは、白金または白金合金中に固溶させた場合に、白金および白金合金の高温安定性が低下することがない。また、上記したように、ZrおよびYの酸化物は、高温下においても極めて安定であり、マトリックス金属中に分散しやすく、溶融ガラスに容易に溶解しないからである。したがって、白金または白金合金中に固溶する金属は、主としてZrまたはYであることが好ましい。ここで、“主として”と言った場合、白金または白金合金中に固溶する金属の少なくとも80%がZrまたはYであることを意味する。
本発明において、減圧脱泡槽12の溶融ガラス接触部分12aのうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金中に、これらの金属を上記の割合で固溶させることが好ましい。より好ましくは、少なくとも減圧脱泡槽12の溶融ガラス接触部分12aを構成する白金または白金合金全体にこれらの金属を上記の割合で固溶させる。
本発明において両者を併用する場合、減圧脱泡槽12の溶融ガラス接触部分12aのうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金中に、これらの金属および金属酸化物を上記の割合で含むことが好ましい。より好ましくは、少なくとも減圧脱泡槽12の溶融ガラス接触部分12aを構成する白金または白金合金は、全てこれらの金属および金属酸化物を上記の割合で含む。
減圧脱泡槽12を製造する場合、白金または白金合金の融液中に、必要に応じてAl,3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属を所定量固溶させる。この融液からアトマイズ法などによって粗原料粉末を得る。次いで、粗原料粉末に、必要に応じて、金属塩や有機金属溶液を用いてAl、短周期型周期表における3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属酸化物を所定量担持させる。その後、プレスにより固化させた圧粉体を高温焼成し合金インゴットを作製する。このインゴットを圧延する工程と焼鈍する工程を繰り返すことにより、Al、短周期型周期表における3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属酸化物が所定量分散した、および/または、Al、短周期型周期表における3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属が所定量固溶した白金または白金合金製の薄板が得られる。この薄板をプレスや曲げなどの塑性加工法や溶接法などによって、所定の形状および寸法、具体的には、所定の寸法の円筒形状の構造体とする。作製された構造体を、所定の温度で加熱処理することによって、本発明の減圧脱泡槽12となる。減圧脱泡槽の寸法は、使用する減圧脱泡装置に応じて適宜選択することができる。例えば、減圧脱泡槽を形成する白金または白金合金の肉厚は、2.0mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.5〜1.2mmである。
多種のガラス原料粉末を溶解したガラス融液は多くの気泡を有している。これらの気泡を除去して溶融ガラスを清澄する方法として、減圧環境中に溶融ガラスを通過させる方法が非常に効果的であることはよく知られている。この方法には、減圧脱泡槽を備えた減圧脱泡装置が用いられる。内部が減圧され、かつ高温のガラス融液が通過する減圧脱泡槽の材料としては、ガラスに容易に溶解せず、汚染を生じない白金または白金合金が最適である。しかし、減圧脱泡槽の材料として白金または白金合金を使用すると、それ自体の極めて高い化学的活性に起因して、溶融ガラスと接する減圧脱泡槽の内壁表面から新たな気泡が発生する問題があり、最終的に得られるガラス製品内の泡欠点数を一定のレベル以下に下げることは困難であった。
しかしながら、本発明の溶融ガラスの清澄方法は、減圧脱泡槽内での新たな気泡の発生が防止された本発明の減圧脱泡装置を用いて溶融ガラスを減圧脱泡することにより、最終的に得られるガラス製品内の気泡を格段に減じることが出来る。
減圧脱泡槽12を加熱する方法としては、白金または白金合金製の減圧脱泡槽12に通電用の電極を設けて、減圧脱泡槽12自体を通電加熱することが最も一般的であり、好ましい。但し、減圧ハウジング11内にヒータを配設して、減圧脱泡槽12を外部から加熱してもよい。
本発明のガラス製造装置要素において、溶融ガラスとの接触部分のうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金が、上記の条件を満たす白金または白金合金であることが好ましい。より好ましくは、溶融ガラスとの接触部分を構成する白金または白金合金は、全て上記の条件を満たす白金または白金合金であることが好ましい。
本発明のガラス製造装置要素は、高温かつ減圧環境下で使用されるガラス製造装置要素として好適である。したがって、上記した減圧脱泡槽12は、本発明のガラス製造装置要素の好適例である。また、構成する白金または白金合金が上記条件を満たすように作製された減圧環境下で使用される溶融ガラスの導管、例えば減圧脱泡装置の上昇管および下降管、も本発明のガラス製造装置要素の好適例である。また、実施例で使用したるつぼ20も本発明のガラス製造装置要素の好適例である。
(例1)
白金−ロジウム合金(白金90質量%、ロジウム10質量%)の融液中にZrを固溶させ、この融液からアトマイズ法などによって粗原料粉末を得た。次いで、粗原料粉末に、金属塩を用いてZrO2を担持させた。その後、プレスにより固化させた圧粉体を高温焼成し合金インゴットを作製した。このインゴットを圧延する工程と焼鈍する工程を繰り返すことにより、ZrO2が0.2質量%分散し、Zrが0.2質量%固溶した白金合金製の薄板を得た。この薄板を加工して、図3に示す円筒形状のるつぼ20(φ50mm、高さ50mm、ベース材の厚さ0.6mm)を作製した。るつぼ20の上面および下面には、円板状の電極21が設けられている。るつぼ20は、電極21を導線30を介して外部電源(図示していない)と接続して通電加熱することができる。
作製されたるつぼ20を加熱炉内に設置して、1450℃で12時間加熱処理した。加熱処理後のるつぼ20の表面を光学顕微鏡で観察し、任意の10点を取って粒子径を測定し、その平均値を求めた。この結果、るつぼ20を構成する白金合金の結晶粒子径は0.2mmであった。
60SiO2 −17Al2 O3−8B2O3−15RO(R=Mg,Ca,Sr)(化学式の前の数字は質量%を示す。)の組成を有する無アルカリガラスのカレットが投入されたるつぼ20を真空減圧容器内に配置した。その後、るつぼ20を外部電源から通電加熱して、1380℃または1450℃の温度で無アルカリガラスを溶融させた。この際、真空減圧容器内を760mmHgから260mmHgまで徐々に減圧して、溶融ガラスの状態を直接観察したビデオ画像から、各圧力での総泡数を算出した。結果を表1および図4に示した。
また、真空減圧容器内を760mmから260mmHgまで減圧する過程で、溶融ガラス中で急激に気泡が発生する現象が観察された。本明細書において、この現象を突沸現象とした。表2に突沸現象が発生した際の真空減圧容器内の圧力を示した。
例1と同様に図3に示するつぼ20を作製し、1450℃で24時間加熱処理した。但し、白金合金(ロジウム10%)には、Zrが固溶しておらず、かつZr2Oも分散されていない。加熱処理のるつぼ20の表面を光学顕微鏡で観察し、任意の10点を取って粒子径を測定し、その平均値を求めた。この結果、るつぼ20を構成する白金合金の結晶粒子径は1.8mmであった。また、例1と同様に無アルカリガラスの溶融を行い、総泡数および突沸現象が発生した際の真空減圧槽内の圧力を観測した。結果を表1、表2および図4に示した。
また、表2から明らかなように、例1では、例2に比べて、突沸現象が発生する真空減圧槽内の圧力がより低くなっている。減圧脱泡を行う場合、脱泡性能を高めるためには、減圧度を高くする(ここで言うと、真空減圧槽内の圧力をより低くする)ことが好ましい。その一方、減圧脱泡槽内で新たに発生する気泡による影響を防止するため、突沸現象が発生しないような減圧度(ここで言うと、真空減圧槽内の圧力)に保つことが好ましい。例1では、突沸現象発生時の真空減圧槽内の圧力が、例2に比べてより低くなっている。したがって、より高い減圧度で減圧脱泡を実施することを示している。
なお、これらの結果は、溶融ガラスの加熱温度には影響されなかった。例1および例2では、白金合金製のるつぼを用いているが、図1に示す減圧脱泡装置においても、同様の結果が得られると考えられる。
11:減圧ハウジング
12:真空減圧槽
12a:溶融ガラス接触部分
13:上昇管
14:下降管
15:断熱材
2:溶解槽
20:るつぼ
21:通電用の電極
30:導線
100:真空減圧装置
101:減圧ハウジング
102:真空減圧槽
103:上昇管
104:下降管
105:断熱材
200:溶解槽
Claims (11)
- 真空吸引される減圧ハウジングと、この減圧ハウジング内に設けられ、溶融ガラスの減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、この減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡前の溶融ガラスを前記減圧脱泡槽に導入する導入手段と、前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡後の溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から導出する導出手段と、を有する溶融ガラスの減圧脱泡装置であって、
前記減圧脱泡槽の溶融ガラスと直接接触する部分のうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金が、予め1250℃以上、1550℃以下の温度で加熱処理されており、且つ前記白金または白金合金の結晶粒子径が平均1.0mm以下であることを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置。 - 前記減圧脱泡槽の溶融ガラスと直接接触する部分のうち少なくともその一部を構成する前記白金または白金合金中には、Al,3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属の酸化物粒子が合計で白金または白金合金に対して0.05〜1.0質量%分散している請求項1に記載の溶融ガラスの減圧脱泡装置。
- 前記減圧脱泡槽の溶融ガラスと直接接触する部分のうち少なくともその一部を構成する前記白金または白金合金中には、Al,3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属が合計で白金または白金合金に対して0.05〜1.0質量%固溶している請求項2に記載の溶融ガラスの減圧脱泡装置。
- 前記白金または白金合金中に分散する金属酸化物粒子は、主としてZrまたはYの酸化物である請求項2に記載の溶融ガラスの減圧脱泡装置。
- 前記白金または白金合金中に固溶する金属は、主としてZrまたはYである請求項3に記載の溶融ガラスの減圧脱泡装置。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の減圧脱泡装置を用いて溶融ガラスを清澄する方法。
- 白金または白金合金製のガラス製造装置要素であって、
前記ガラス製造装置要素のうち少なくともその一部を構成する白金または白金合金が、予め1250℃以上、1550℃以下の温度で加熱処理されており、且つ前記白金または白金合金の結晶粒子径が平均1.0mm以下であることを特徴とするガラス製造装置要素。 - 前記ガラス製造装置要素のうち少なくともその一部を構成する前記白金または白金合金中には、Al,3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属の酸化物粒子が合計で白金または白金合金に対して0.05〜1.0質量%分散している請求項7に記載のガラス製造装置要素。
- 前記ガラス製造装置要素のうち少なくともその一部を構成する前記白金または白金合金中には、Al,3A族及び4A族からなる群から選択される1種以上の金属が合計で白金または白金合金に対して0.05〜1.0質量%固溶している請求項8に記載のガラス製造装置要素。
- 前記白金または白金合金中に分散する金属酸化物粒子は、主としてZrまたはYの酸化物である請求項8に記載のガラス製造装置要素。
- 前記白金または白金合金中に固溶する金属は、主としてZrまたはYである請求項9に記載のガラス製造装置要素。
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