JP2010105879A - 切断装置及びガラス成形体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の使用による不具合を回避しつつ切断刃の温度を適切に調節できる切断装置及びガラス成形体製造装置を提供すること。
【解決手段】溶融ガラス流を切断する切断装置２０は、溶融ガラス流を挟んで配置された一対の切断刃２１ａ，２１ｂを備え、これら一対の切断刃２１ａ，２１ｂが接近及び離隔することで溶融ガラス流を切断する。切断刃２１ａ，２１ｂは、その内部に設けられて流体が流通可能な流路２３ａ，２３ｂを有し、切断装置２０は、流路２３ａ，２３ｂに冷媒を流通させる導入管２５ａ，２５ｂ及び導出管２６ａ，２６ｂと、冷媒の温度を調節する温度調節手段と、を更に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融ガラス流を切断する技術に関する。

ガラス成形体の作製は、溶融ガラスを所望の形状に成形することでなされるが、所望の形状のガラス成形体を得るためには、目的に沿った一定量の溶融ガラスを成形する必要がある。そこで、従来、溶融ガラスを流出する流出管の開口の下方に一対の切断刃を配置し、一対の切断刃を略一定時間ごとに接近及び離隔することで、一定量の溶融ガラスを分取している。

しかし、切断刃は、極めて高温な溶融ガラスに頻繁にさらされるため、劣化が激しかったり、焦げ付きが発生したりといったことが懸念される。そこで、特許文献１には、切断刃に向けて冷却液を噴霧する技術が開示されている。

しかし、かかる技術では、冷却液が溶融ガラスや周囲の設備を汚染することが懸念される。そこで、特許文献２には、切断刃の内部に設けられた流路に冷却液を流通することで、切断刃を内部から冷却する技術が開示されている。
特開２００５−４１７０６号公報 特開平９−３２８３１７号公報

しかし、切断刃の温度は、切断すべき溶融ガラス流の温度や供給速度等に応じて変化しやすい。この結果、切断刃の冷却が不充分であると、切断刃の劣化や焦げ付き発生を抑制しにくく、他方、切断刃が過剰に冷却されると、切断刃に接触した溶融ガラスが急冷されることによる切断痕がガラス成形体に残る場合がある。

また、一対の切断刃同士の温度が互いに異なると、溶融ガラスがより低温の切断刃に付着しやすく、その結果、切断された溶融ガラスが所望の方向（通常は真下）へと落下しないことも懸念される。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、冷媒の使用による不具合を回避しつつ切断刃の温度を適切に調節できる切断装置及びガラス成形体製造装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、切断刃の内部を流通する冷媒の温度を調節することで、切断刃の温度を適切に調節できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 溶融ガラス流を挟んで配置された一対の切断刃を備え、これら一対の切断刃が接近及び離隔することで前記溶融ガラス流を切断する切断装置であって、
前記切断刃は、その内部に設けられて流体が流通可能な流路を有し、
前記切断装置は、前記流路に冷媒を流通させる冷媒流通手段と、前記冷媒の温度を調節する温度調節手段と、を更に備える切断装置。

（２） 前記温度調節手段は、前記流路に供給する冷媒の温度を５℃以上３５℃以下に調節する（１）記載の切断装置。

（３） 前記冷媒の温度を検出する検出手段と、この検出手段による検出値に基づいて前記温度調節手段を制御する制御手段と、を更に備える（１）又は（２）記載の切断装置。

（４） 前記流路は、前記切断刃の面方向に関して０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の寸法を有する（１）から（３）いずれか記載の切断装置。

（５） 前記切断刃の基部の各々には、開閉可能なアームが設けられ、
前記切断刃の形状は略直線状である（１）から（４）いずれか記載の切断装置。

（６） 前記冷媒流通手段は、前記冷媒を、前記切断刃の先端側から前記流路に導入し、前記切断刃の基部側から導出する（５）記載の切断装置。

（７） （１）から（６）いずれか記載の切断装置と、前記切断刃の間に溶融ガラスを供給するガラス供給装置と、前記切断刃で切断された溶融ガラスを成形する成形装置と、を備えるガラス成形体製造装置。

（８） 一対の切断刃を接近及び離隔することで、前記切断刃の間に供給した溶融ガラス流を切断する切断方法であって、
前記切断刃として、流体が流通可能な流路が内部に設けられたものを用い、
前記流路に冷媒を流通させる冷媒流通工程と、前記冷媒の温度を調節する温度調節工程と、を有する切断方法。

（９） 前記温度調節工程では、前記冷媒の温度を５℃以上３５℃以下に調節する（８）記載の切断方法。

（１０） 前記冷媒の温度を検出し、その検出値に基づいて前記冷媒の温度を制御する工程を更に有する（８）又は（９）記載の切断方法。

（１１） 前記切断刃として、前記流路が前記切断刃の面方向に関して０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の寸法を有するものを用いる（８）から（１０）いずれか記載の切断方法。

（１２） 前記切断刃として、形状が略直線状のものを用い、前記切断刃の基部の各々に設けたアームを開閉することで前記切断刃を接近及び離隔する（８）から（１１）いずれか記載の切断方法。

（１３） 前記冷媒流通工程では、前記冷媒を、前記切断刃の先端側から前記流路に導入し、前記切断刃の基部側から導出する（１２）記載の切断方法。

（１４） （８）から（１３）いずれか記載の切断方法で切断した溶融ガラスを成形する成形工程を有するガラス成形体製造方法。

本発明によれば、冷媒は切断刃の内部に設けられた流路を流通するので、従来のように冷媒と溶融ガラスとが直接接することにより溶融ガラス塊が局所的に冷却され、その形状が乱れるといった不具合を回避できる。また、冷媒を噴霧しないので、切断刃付近の雰囲気温度も安定する。更に、切断刃の流路を流通する冷媒の温度が調節されるので、この冷媒によって冷却される切断刃の温度を適切に調節できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態以外の各実施形態の説明において、第１実施形態と共通するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。

＜ガラス成形体製造装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る切断装置２０の一状態を示す平面図であり、図２は図１の切断装置２０の別状態を示す平面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。また、図４は、図１の切断装置２０の使用状態を示す図である。

［切断装置］
切断装置２０は一対の切断刃２１ａ，２１ｂを備え、これら一対の切断刃２１ａ，２１ｂが接近及び離隔可能である（詳細は後述する）。図４に示されるように、一対の切断刃２１ａ，２１ｂは、溶融ガラス流ＭＧを挟んで配置され、接近及び離隔を繰り返すことで溶融ガラス流ＭＧが順次切断される。このように、切断刃２１ａ，２１ｂは、極めて高温な溶融ガラスＭＧに頻繁にさらされるため、劣化や焦げ付きが懸念される。

そこで、切断刃２１ａ，２１ｂの内部には、流体が流通可能な流路２３ａ，２３ｂがそれぞれ設けられている。流路２３ａ，２３ｂは、導入管２５ａ，２５ｂを介して図示しない供給源へと連通され、この供給源からの冷媒が供給される。流路２３ａ，２３ｂには導出管２６ａ，２６ｂも設けられていて、流路２３ａ，２３ｂを通った冷媒が導出管２６ａ，２６ｂから外部へと導出される。この過程において、冷媒により切断刃２１ａ，２１ｂが冷却される。なお、本実施形態では、冷媒の有効活用の観点から、導入管２５ａ，２５ｂ及び導出管２６ａ，２６ｂがともに供給源へと連通され、全体として循環系を形成している（図示せず）が、これに限られるものではない。以上の供給源、導入管２５ａ，２５ｂ、及び導出管２６ａ，２６ｂは、冷媒流通手段を構成する。

冷媒の形態は、流体であれば特に限定されず、液体、気体、粉体等であってよいが、流通性に優れる点で液体又は気体が好ましく、冷却効率に優れる点では液体が好ましい。また、冷媒の種類は、特に限定されないが、流路２３ａ，２３ｂ、導入管２５ａ，２５ｂ、及び導出管２６ａ，２６ｂを侵しにくいものであることが好ましく、安価な点では水が好ましい。

ここで、切断刃の温度上昇の程度は、切断すべき溶融ガラス流の温度や供給速度等に応じて大きく異なる。これにより、切断刃の冷却が過剰又は不足になる場合があり、その結果、切断刃の劣化や焦げ付きの発生が充分に抑制できないことが懸念される。なお、一般的には、溶融ガラス流の温度及び供給速度が高ければ、切断刃２１ａ，２１ｂの温度上昇は大きくなりやすい。

そこで、本発明の切断装置２０は、冷媒の温度を調節する温度調節手段（図示せず）を備えることを特徴とする。これにより、冷媒の温度が調節されるので、切断刃２１ａ，２１ｂの温度も適切に調節されることになる。なお、具体的に用いる温度調節手段は、従来周知のものであってよく、設備環境に応じて適宜選択されてよい。

温度調節手段は、特に限定されないが、流路２３ａ，２３ｂに供給する冷媒の温度を５℃以上３５℃以下に調節することが好ましい。冷媒の温度が過小であると、過剰な冷却によるガラス成形体への切断痕の発生が懸念される一方、過大であると、切断刃２１ａ，２１ｂの冷却が不充分になる結果、劣化や焦げ付きが懸念される。冷媒の温度の下限は、６℃であることがより好ましく、７℃であることが最も好ましく、冷媒の温度の上限は、２５℃であることがより好ましく、１５℃であることが最も好ましい。また、冷媒の温度を上記範囲に調節することで、切断刃２１ａ，２１ｂの表面に結露が生じやすく、この結露の潤滑作用によって、切断刃２１ａ，２１ｂによる切断がより円滑になされることも期待できる。

切断装置２０は、冷媒の温度を検出する検出手段と、この検出手段による検出値に基づいて温度調節手段を制御する制御手段と、を更に備えることが好ましい。これにより、実際の冷媒温度に基づいて温度制御がなされるため、適切な温度管理をより確実に達成できる。なお、温度制御は、自動制御に限られず、人為的に手動で行ってもよい。また、冷媒の温度は、特に変動させず、１又は２以上の設定値に固定してもよい。

検出対象としての冷媒は、特に限定されないが、導出管２６ａ，２６ｂを介して導出された冷媒であることが好ましい。導出された冷媒は、流路２３ａ，２３ｂを通る間に切断刃２１ａ，２１ｂと熱交換されているため、その温度は切断刃２１ａ，２１ｂの温度を正確に反映する傾向がある。このため、導出された冷媒を検出対象にすることで、より適切な温度管理を達成できる。

図１に戻って、流路２３ａ，２３ｂは、切断刃の面方向（図１に示される平面方向）に関して、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の寸法Ｗを有することが好ましい。この寸法が過小であると、冷媒の流通量が不足して冷却が不充分になりやすい一方、過大であると、流路２３ａ，２３ｂ内での冷媒の流速が遅くなり、流路壁に接する単位時間当たりの冷媒量が少なくなる結果、冷却が不充分になりやすい。上記寸法の下限は、１ｍｍであることがより好ましく、２ｍｍであることが最も好ましく、上限は８ｍｍであることがより好ましく、７ｍｍであることが最も好ましい。

本実施形態では、切断刃２１ａ，２１ｂの基部２１１ａ，２１１ｂの各々に、開閉可能なアーム２７ａ，２７ｂが設けられていて、図１及び２に示されるように、アーム２７ａ，２７ｂのなす角度が変化することで、切断刃２１ａ，２１ｂが互いに接近及び離隔する。このような接近及び離隔の軌道においては、切断刃２１ａ，２１ｂの刃先の形状は、通常の鋏と同様、略直線状であることが好ましい。なお、アーム２７ａ，２７ｂの駆動源等は、従来周知のものであってよい。

流路２３ａ，２３ｂは、高温な溶融ガラスに主に接触する刃先（本実施形態では先端２１３ａ，２１３ｂが相当する）に沿って設けられることが好ましく、刃先を均等に冷却する観点から、刃先へと一定の肉厚を残して設けられることが好ましい（図１〜３参照）。すると、本実施形態では前述のように切断刃２１ａ，２１ｂの刃先が略直線状であるため、流路２３ａ，２３ｂも略直線状に延びることになり、結果的に冷媒の流通がより円滑化される点でも好ましい。

このような構成においては、冷媒を、切断刃２１ａ，２１ｂの先端２１３ａ，２１３ｂ側から流路２３ａ，２３ｂに導入し、切断刃２１ａ，２１ｂの基部２１１ａ，２１１ｂ側から導出することが好ましい。具体的に本実施形態では、導入管２５ａ，２５ｂが先端２１３ａ，２１３ｂ側に、導出管２６ａ，２６ｂが基部２１１ａ，２１１ｂ側に設けられている。これにより、溶融ガラスに接触して最も高温になりやすい先端２１３ａ，２１３ｂを、比較的に低温な冷媒と熱交換して効果的に冷却することができる。かかる効果は、本実施形態のように先端２１３ａ，２１３ｂと基部２１１ａ，２１１ｂとの間に延出部２１５ａ，２１５ｂが介在する場合において、特に有利である。

ただし、図５に示されるように、切断刃２１ａＡ，２１ｂＡは、その先端２１３ａＡ，２１３ｂＡが中央に向かって陥入する形状を有するものであってもよい。この場合、流路２３ａＡ，２３ｂＡも同様に屈曲した形態を有することになり、冷媒の流通の円滑性の観点では前記実施形態には劣る。なお、かかる構成では、切断刃２１ａＡ，２１ｂＡは直線軌道で接近及び離隔することが好ましい。

図４に示されるように、本実施形態に係るガラス成形体製造装置１０は、以上の切断装置２０の他に、ガラス供給装置３０及び成形装置４０を備える。

［ガラス供給装置］
ガラス供給装置３０は、図示しない溶融槽から延出する供給ノズル３１を有し、溶融槽からの溶融ガラスを供給する。具体的には、供給ノズル３１の開口が切断刃２１ａ，２１ｂの中間点の上方に配置され、この開口から流出した溶融ガラスは切断刃２１ａ，２１ｂの間に供給される。

［成形装置］
溶融ガラス流は切断装置２０によって切断され、溶融ガラス塊になる。ここで、成形装置４０は、成形型４１の成形面４１１が切断刃２１ａ，２１ｂの中間点の下方に位置するように配置されている。このため、落下した溶融ガラス塊は成形面４１１に受け止められ、やがてガラス成形体ＧＡが形成されることになる。

具体的に用いる成形装置４０の構成は、目的に応じて適宜選択されてよい。成形装置４０を構成する成形型を複数種用いてもよく、例えばプリフォーム形成用の成形型、プレス成形用の成形型等でもよい。

＜ガラス成形体製造方法＞
本発明の実施形態に係るガラス成形体製造方法は、溶融ガラス流を切断する切断工程と、切断した溶融ガラスを成形する成形工程とを有する。各工程を、以上のガラス成形体製造装置１０を参照しつつ説明する。

［切断］
切断工程では、図４に示されるように、供給ノズル３１の開口から流出した溶融ガラス流を、一対の切断刃２１ａ，２１ｂを接近及び離隔することで、順次切断する。

本発明において、切断工程は、流路２３ａ，２３ｂに冷媒を流通させる冷媒流通工程と、冷媒の温度を調節する温度調節工程と、を有する。具体的に冷媒流通工程では、供給源からの冷媒を、導入管２５ａ，２５ｂから流路２３ａ，２３ｂへと導入し、導出管２６ａ，２６ｂから導出する。本実施形態では、冷媒の有効活用の観点から、導入管２５ａ，２５ｂ及び導出管２６ａ，２６ｂがともに供給源へと連通し、冷媒を循環しているが、これに限られるものではない。

温度調節工程では、冷媒の温度を５℃以上３５℃以下に調節することが好ましい。これにより、冷却を適切に行うことができる。冷媒の温度の下限は、６℃にすることがより好ましく、７℃にすることが最も好ましく、冷媒の温度の上限は、２５℃にすることがより好ましく、１５℃にすることが最も好ましい。

［制御］
本発明に係る方法は、冷媒の温度を検出し、その検出値に基づいて前記冷媒の温度を制御する工程を更に有することが好ましい。これにより、実際の冷媒温度に基づいて温度制御がなされるため、適切な温度管理をより確実に達成できる。なお、温度制御は、自動制御に限られず、人為的に手動で行ってもよい。また、冷媒の温度は、特に変動させず、１又は２以上の設定値に固定してもよい。

また、切断刃として、流路２３ａ，２３ｂが切断刃２１ａ，２１ｂの面方向に関して０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の寸法を有するものを用いることが好ましい。これにより、冷却を適切に行うことができる。上記寸法の下限は、切断刃を充分に冷却できるよう、１ｍｍであることがより好ましく、２ｍｍであることが最も好ましく、上限は、冷媒の流速を速くすることで、より流路壁に接する単位時間当たりの冷媒量を多くして冷却効率を向上できる点で、８ｍｍであることがより好ましく、７ｍｍであることが最も好ましい。

切断刃２１ａ，２１ｂとして、刃先形状が略直線状のものを用い、切断刃２１ａ，２１ｂの基部２１１ａ，２１１ｂの各々に設けたアーム２７ａ，２７ｂを開閉することで切断刃２１ａ，２１ｂを接近及び離隔することが好ましい。

冷媒を、切断刃２１ａ，２１ｂの先端２１３ａ，２１３ｂ側から流路２３ａ，２３ｂに導入し、切断刃２１ａ，２１ｂの基部２１１ａ，２１１ｂ側から導出することが好ましい。具体的に本実施形態では、導入管２５ａ，２５ｂを先端２１３ａ，２１３ｂ側に、導出管２６ａ，２６ｂを基部２１１ａ，２１１ｂ側に設けている。これにより、最も高温になりやすい先端２１３ａ，２１３ｂを、比較的に低温な冷媒と熱交換して効果的に冷却することができる。

［成形］
成形工程では、切断工程で切断した溶融ガラスＭＧを、成形型４１の成形面４１１で受け止め、冷却することでガラス成形体ＧＡを形成する。

具体的な手順は、目的に応じて適宜選択してよい。成形装置４０を構成する成形型を複数種用いてもよく、例えばプリフォーム形成用の成形型、プレス成形用の成形型等を用いてもよい。

このようにして製造されたガラス成形体は、切断痕が少ない又は存在せず、冷媒と直接接することにより溶融ガラス塊が局所的に冷却され、その形状が乱れるといった事態を回避でき、その結果、プレス後の形状が安定化される。また、冷媒の噴霧を行っていないため、ガラス成形体への冷媒の混入がなく、切断刃付近の雰囲気温度も安定するので、ガラス成形体の品質を安定化できる。よって、本発明のガラス成形体は、光学素子や情報記憶媒体ディスク用基板等に有用である。

＜実施例１＞
メタ燐酸、弗化ストロンチウム、フッ化バリウム等を原料として溶融ガラスを作製し、この溶融ガラスを流出管から流出させた。流出時の溶融ガラス温度が６００〜７００℃になるように制御した。流出した溶融ガラスを、図１に示される切断刃２１を用い、１２秒間隔で切断し、溶融ガラス塊を成形型でプレスした。なお、切断刃２１に流通させる冷媒は水とし、水の温度は７〜１０℃に制御した。プレス前の溶融ガラス塊は形状が安定しており、プレス後のガラス成形体には、失透、泡、脈理、折込等の欠陥が認められなかった。

＜実施例２＞
ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ系のガラスを溶融し、この溶融ガラスを、流出時の温度が１３００〜１５００℃になるように制御し、溶融ガラスの切断を１．５秒間隔で行った点を除き、実施例１と同様の手順で、ガラス成形体を作製した。プレス前の溶融ガラス塊は形状が安定しており、プレス後のガラス成形体には、失透、泡、脈理、折込等の欠陥が認められなかった。

（比較例）
流路に冷媒を流通しない代わりに、切断刃の刃先に、シャーカットオイル及び水の混合液を噴霧した点を除き、実施例１と同様の手順でガラス成形体を作製した。すると、成形型に落下する流出ガラス塊の重量にバラツキが発生し、ガラス成形体には失透が発生していた。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係る切断装置の一状態を示す平面図である。 図１の切断装置の別状態を示す平面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１の切断装置を用いた切断方法の手順を示す図である。 本発明の変形例に係る切断装置の一状態を示す平面図である。

符号の説明

１０ ガラス成形体製造装置
２０ 切断装置
２１ 切断刃
２３ 流路
２５ 導入管
２６ 導出管
２７ アーム
３０ ガラス供給装置
３１ 供給ノズル
４０ 成形装置
４１ 成形型
２１１ 基部
２１３ 先端
２１５ 延出部
４１１ 成形面

Claims (14)

1. 溶融ガラス流を挟んで配置された一対の切断刃を備え、これら一対の切断刃が接近及び離隔することで前記溶融ガラス流を切断する切断装置であって、
   前記切断刃は、その内部に設けられて流体が流通可能な流路を有し、
   前記切断装置は、前記流路に冷媒を流通させる冷媒流通手段と、前記冷媒の温度を調節する温度調節手段と、を更に備える切断装置。
2. 前記温度調節手段は、前記流路に供給する冷媒の温度を５℃以上３５℃以下に調節する請求項１記載の切断装置。
3. 前記冷媒の温度を検出する検出手段と、この検出手段による検出値に基づいて前記温度調節手段を制御する制御手段と、を更に備える請求項１又は２記載の切断装置。
4. 前記流路は、前記切断刃の面方向に関して０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の寸法を有する請求項１から３いずれか記載の切断装置。
5. 前記切断刃の基部の各々には、開閉可能なアームが設けられ、
   前記切断刃の形状は略直線状である請求項１から４いずれか記載の切断装置。
6. 前記冷媒流通手段は、前記冷媒を、前記切断刃の先端側から前記流路に導入し、前記切断刃の基部側から導出する請求項５記載の切断装置。
7. 請求項１から６いずれか記載の切断装置と、前記切断刃の間に溶融ガラスを供給するガラス供給装置と、前記切断刃で切断された溶融ガラスを成形する成形装置と、を備えるガラス成形体製造装置。
8. 一対の切断刃を接近及び離隔することで、前記切断刃の間に供給した溶融ガラス流を切断する切断方法であって、
   前記切断刃として、流体が流通可能な流路が内部に設けられたものを用い、
   前記流路に冷媒を流通させる冷媒流通工程と、前記冷媒の温度を調節する温度調節工程と、を有する切断方法。
9. 前記温度調節工程では、前記冷媒の温度を５℃以上３５℃以下に調節する請求項８記載の切断方法。
10. 前記冷媒の温度を検出し、その検出値に基づいて前記冷媒の温度を制御する工程を更に有する請求項８又は９記載の切断方法。
11. 前記切断刃として、前記流路が前記切断刃の面方向に関して０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の寸法を有するものを用いる請求項８から１０いずれか記載の切断方法。
12. 前記切断刃として、形状が略直線状のものを用い、前記切断刃の基部の各々に設けたアームを開閉することで前記切断刃を接近及び離隔する請求項８から１１いずれか記載の切断方法。
13. 前記冷媒流通工程では、前記冷媒を、前記切断刃の先端側から前記流路に導入し、前記切断刃の基部側から導出する請求項１２記載の切断方法。
14. 請求項８から１３いずれか記載の切断方法で切断した溶融ガラスを成形する成形工程を有するガラス成形体製造方法。

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