JP2011088797A

JP2011088797A - ガラス管の冷却方法及び冷却システム

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Publication number: JP2011088797A
Application number: JP2009245227A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 隆山本; Haruyuki Suzuki; 晴之鈴木
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP5525234B2

Abstract

【課題】水平方向に連続的に管引きして小管径のガラス管を成形する際に管引き速度を高速化しても、従来と同程度の冷却距離、設置場所の範囲で所定温度にまで冷却することができるガラス管の冷却方法及び冷却システムを提供する。
【解決手段】水平方向に一定速度で連続的に管引き成形され搬送される小管径のガラス管１を管引き方向に沿って複数配置した空気冷却手段９と水冷却手段１０によって冷却する方法であって、下流側の水冷却手段１０の冷却能が上流側の空気冷却手段９の冷却能よりも高くなるよう配置すると共に、下流側の水冷却手段１０が複数のミスト冷却ユニット１６となっていて、段階的に冷却を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にダンナー法などによって水平方向に連続的に管引きされ比較的速い速度で搬送される小管径のガラス管の冷却に好適するガラス管の冷却方法及び冷却システムに関する。

ガラス管の製造については、ダンナー法などによる連続的な成形がある。その成形は、先ずガラス溶融炉のフォアハウスから回転する下向き傾斜のスリーブ上に供給された帯状の溶融ガラスが、スリーブ傾斜下端から引き出されて管状に成形され、冷却装置によって冷却されながら管引き装置により一定速度で連続的に管引きされる。さらに所定温度にまで冷却された後、検査装置、切断装置等を経てそれぞれの使途に供される。

近年、省電力対応として従来の蛍光管よりも細い細管化した蛍光管が用いられるようになってきており、そのガラス管は、例えば管径が１．２ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度の小管径のものとなっている。こうした小管径のガラス管を製造するためには、一般に、従来のガラス管製造の際よりもガラス管の管引き速度を高速化して対応する必要がある。また、ガラス管の生産効率を向上させるために、ガラス溶融炉からのガラス引き上げ量を増加し、ガラス管の管引き速度を高速化することも検討されている。

このようにガラス管を成形するために管引き速度を高速化した場合、従来の冷却用空気を吹き付けるといった冷却だけを行っていると、所定温度にまで冷却するには、高速化した分だけ管引き方向に長い冷却距離を必要とすることになる。そして、冷却距離を長くとろうとした場合、製造設備が長大化したものになり、広い設置場所が必要となってくる。そのため、効率よく冷却を行うことによって管引き方向に長い冷却距離を必要とせず、従来と同程度の冷却距離、設置場所の範囲で所定温度にまで冷却することができるガラス管の冷却方法と、この方法を用いたガラス管の冷却システムの実現が強く求められている。

なお、管引きされるガラス管の冷却については、走行するガラス管の周囲を囲むように内筒、外筒を設け、内筒内に冷却用空気を螺旋状に旋回するように流すと共に、内筒と外筒の間に冷却水を流すようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−７７５２４号公報

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは水平方向に連続的に管引きしてガラス管を成形する際、管引き速度を高速化した場合においても効率的に冷却することができ、製造設備が長大化したものとならず、広い設置場所を必要とせず、従来と同程度の冷却距離、設置場所の範囲で所定温度にまで冷却することができるガラス管の冷却方法及び冷却システムを提供することにある。

本発明のガラス管の冷却方法及び冷却システムは、ガラス管の冷却方法が、水平方向に一定速度で連続的に管引き成形され搬送されるガラス管を管引き方向に沿って複数配置した冷却手段によって冷却する際のガラス管の冷却方法であって、前記冷却手段は、下流側の冷却手段の冷却能が上流側の冷却手段の冷却能よりも高くなるよう配置すると共に、下流側の前記冷却手段の少なくとも１つを水冷却手段として段階的に冷却することを特徴とする方法であり、
さらに、前記水冷却手段が、管引きされる前記ガラス管を水のミスト雰囲気で冷却するものであることを特徴とする方法であり、
さらに、前記水冷却手段が、複数のミスト冷却ユニットからなると共に、管引き方向下流側の前記ミスト冷却ユニットほどミスト量が多いことを特徴とする方法であり、
さらに、前記水冷却手段が、冷却用水を管引きされる前記ガラス管に接触させて冷却するものであることを特徴とする方法であり、
さらに、前記水冷却手段が、水噴出部材を備える水冷却ユニットからなると共に、前記ガラス管に向けて該水噴出部材から管引き方向に交差する方向に冷却用水を噴出させて冷却するものであることを特徴とする方法であり、
さらに、前記水噴出部材を、前記ガラス管の管軸を中心とする円周上に複数配置して冷却することを特徴とする方法であり、
さらに、前記水冷却手段が、冷却水槽を備える水冷却ユニットからなると共に、前記ガラス管を該冷却水槽の冷却用水中を通過させて冷却するものであることを特徴とする方法である。

また、ガラス管の冷却システムが、ガラス溶融炉からの帯状の溶融ガラスがスリーブ上に供給され、連続的にガラス管が管引き成形され水平方向に一定速度で搬送されながら冷却装置で冷却されるガラス管の冷却システムであって、前記冷却装置が、管引き方向上流側に空気冷却手段、下流側に水冷却手段を配置して前記ガラス管の冷却を管引き方向に段階的に行うものであると共に、前記水冷却手段が複数のミスト冷却ユニットで構成されており、下流側の前記ミスト冷却ユニットにおける前記ガラス管を冷却する冷却能が、上流側の前記ミスト冷却ユニットにおける冷却能より高くなっていることを特徴とするシステムである。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、水平方向に連続的に管引きしてガラス管を成形し、所定温度にまで冷却する際に効率的に冷却することができ、製造設備が長大化したものとならず、広い設置場所を必要とせず、従来と同程度の冷却距離、設置場所の範囲で管引き速度を高速化することができる等の効果を有する。

本発明の第１の実施形態を適用したガラス管の管引き工程の概略を示す構成図である。本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の空気冷却手段と水冷却手段の管引き方向の断面図である。図２の水冷却手段を構成するミスト冷却ユニットの管引き方向に直交する方向の断面図である。本発明の第１の実施形態を適用したガラス管の管引き工程におけるガラス管温度と管引き距離の関係を示す図である。本発明の第２の実施形態を適用したガラス管の管引き工程の概略を示す構成図である。本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の空気冷却手段と水冷却手段の管引き方向の断面図である。図６の水冷却手段を構成する水冷却ユニットの管引き方向に直交する方向の断面図である。図７の水冷却ユニットの変形形態を示す管引き方向の断面図である。本発明の第３の実施形態を適用したガラス管の管引き工程の概略を示す構成図である。

本願発明のガラス管の冷却方法及び冷却システムの特徴である、下流側の冷却手段の冷却能が上流側の冷却手段の冷却能よりも高くなるように配置すること、及び、下流側の冷却手段の少なくとも１つを水冷却手段として段階的に冷却すること、の理由について説明する。

ガラス管の徐冷方法について本発明者が検討したところ、ガラス管を早く冷却するため、ガラス管の温度が高い状態で冷却能の高い水冷却手段を用いて冷却したところ、ガラス管が破断するという現象が散見された。この原因について追及したところ、ガラス管を冷却するとガラス管表面に瞬間的に高い熱応力が発生するが、この際ガラス管表面に雰囲気中のチリや塵などの異物が付着していると、この異物付近に応力が集中することで異物を起点としてガラス管が破断することがわかった。そのため、ガラス管の温度が高い時のガラス管の冷却を穏やかなものとすることでガラス管に発生する熱応力を抑制し、かつ短い距離でガラス管を冷却するため、下流側の冷却手段の冷却能が上流側の冷却手段の冷却能よりも高くなるように配置することで、徐冷時のガラス管の破断を抑制できることを見出した。

また、ガラス管をより短い距離で冷却するため、下流側の冷却手段の少なくとも１つを水冷却手段とする必要がある。これは、上流側の冷却手段にて冷却されたガラス管は、温度が下がっているため、水冷却手段による冷却を行ったとしても破断の可能性は少なく、また短い距離で所望の温度まで冷却することが可能なためである。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
先ず第１の実施形態を図１乃至図４により説明する。

図１乃至図４において、ダンナー法による小管径、例えば管外径が１．２ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度であるガラス管１の形成過程は、ガラス溶融炉のフォアハウス２から引き出された溶融ガラス３を回転する下向き傾斜のスリーブ４上に巻き付けるように供給し、スリーブ４の傾斜下端から管状に引き出し、冷却手段である冷却装置５で徐々に冷却し、さらに管引き装置６で矢印Ａの方向に管径に対応した一定速度で連続的に管引きし、搬送装置の搬送ローラ７により水平方向に搬送して、切断装置で所定長さに切断するよう構成されている。なお、ガラス管１は、搬送方向（管引き方向）Ａに直交する方向に回転軸方向をとるようにして配列した多数の搬送ローラ７により、管軸を中心に回転しながら水平方向に直線的に搬送される。

また、冷却装置５は、ガラス管１の管引き方向上流側に軸流ファン８により強制空冷を行う空気冷却手段９を配置し、その下流側に水のミスト雰囲気で冷却する水冷却手段１０を配置して構成されている。空気冷却手段９は、断熱材で形成され管引き方向上流側と下流側が開口する風冷用囲繞体１１内を管引きされ回転しながら搬送されるガラス管１に、軸流ファン８により下流側から旋回するように冷却用空気を吹き付けて徐冷する複数の空気冷却ユニット１２で構成されている。

一方、水冷却手段１０は、水冷用囲繞体１３の三方の壁に管引き方向に配列するよう取着された複数の噴霧ノズル１４から、例えば５〜３０ミクロン程度の粒子径を有する水のミスト１５を噴霧させ、水冷用囲繞体１３内に形成されたミスト雰囲気中をガラス管１が回転しながら搬送されるようにして徐冷を行う複数のミスト冷却ユニット１６で構成されている。また、噴霧ノズル１４には水供給装置１７から配管１７ａを通じて冷却用水が供給されるようになっている。なお、各ミスト冷却ユニット１６の冷却能（冷却能力）については、水供給装置１７からの送水圧を変えたり、水冷用囲繞体１３に取着する噴霧ノズル１４の数を変えたりする等してミスト量が変えられるようになっており、下流側のミスト冷却ユニット１６ほどミスト量が多く、冷却能が高くなるようになっている。またミスト１５を噴霧ノズル１４で形成して水冷用囲繞体１３内をミスト雰囲気とするようにしたが、超音波噴霧器によりミスト１５を形成して水冷用囲繞体１３内に導き、ミスト雰囲気を形成するようにしてもよい。

そして、上記のように構成された冷却装置５を備えるガラス管１の形成過程では、ガラス溶融炉から引き出された溶融ガラス３が、スリーブ４に巻き付けられるように供給されてスリーブ４の傾斜下端から管状となって引き出され、従来よりも高速度で管引きされるガラス管１は、搬送ローラ７により搬送され、空気冷却手段９に送り込まれる。空気冷却手段９に送り込まれたガラス管１は、ガラス管温度と管引き距離の関係を実線Ｘで示す図４における管引き距離Ｌ_１からＬ_２の間に配置された複数の空気冷却ユニット１２内を搬送される間に、軸流ファン８による強制空冷により所定の温度、例えば約４００℃以下となるまで段階を踏んで徐々に冷却される。

さらに、空気冷却手段９で冷却されたガラス管１は、水冷却手段１０に送り込まれ、管引き距離Ｌ_２から従来と同じ距離となる管引き距離Ｌ_０の間に配置され、所定ミスト量に調整された複数のミスト冷却ユニット１６内のミスト雰囲気中を搬送される間に、所定の温度、例えば約２００℃以下となるまで段階を踏んで徐々に冷却される。なお、図４に示す１点鎖線Ｙは、従来と同じように空気冷却手段９のみによって冷却した場合のガラス管温度と管引き距離の関係を示すもので、所定の温度にするまでには、さらに長い管引き距離を必要とすることになる。

以上の通り、本実施形態によれば、効率的に冷却することができ、所定温度にまで冷却するまでの管引き距離を短くすることができて、高速度で管引きを行っても、従来と同程度の冷却距離、設置場所の範囲で管引きが行えることになり、製造設備を長大化したり、設置場所を広くしたりせず、多額の投資をせずにガラス管１の管引き速度の高速化に対応することができる。

なお、本実施形態では、冷却装置５を空気冷却手段９の下流側に水冷却手段１０を設けるようにしたが、水冷却手段１０の下流側にさらに空気冷却手段９を設けるようにしたり、空気冷却手段９と水冷却手段１０を交互に設けたりするようにしてもよい。

また、水冷却手段１０にて用いられる水は、工業用水であってもよいが、ガラス管表面に付着した水が乾燥した際に水に含まれる不純物が析出し、汚れの問題となることを回避するため、逆浸透膜を通すことでＣａ等の不純物成分を除去したＲＯ水や蒸留水等の純水を用いることが好ましい。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態と変形形態を図５乃至図８により説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。

図５乃至図８において、ダンナー法による小管径、例えば管外径が１．２ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度であるガラス管１の形成は、第１の実施形態と同様に、スリーブ４の傾斜下端から管状に引き出し、冷却手段である冷却装置２１で徐々に冷却するようにして行われる。そして、冷却装置２１は、ガラス管１の管引き方向上流側に軸流ファン８により強制空冷を行う空気冷却手段９を配置し、その下流側に冷却用水に接触させて冷却する水冷却手段２２を配置して構成されている。

水冷却手段２２は、水冷用囲繞体１３の三方の壁に管引き方向に配列するよう取着された水噴出部材である複数の注水ノズル２３から冷却用水２４を噴出し、水冷用囲繞体１３内を回転しながら搬送されるガラス管１に注水することで徐冷を行う複数の水冷却ユニット２５で構成されている。また、注水ノズル２３には水供給装置２６から配管２６ａを通じて冷却用水２４が供給されるようになっている。なお、各水冷却ユニット２５の冷却能（冷却能力）については、水供給装置２６からの送水圧、水冷用囲繞体１３に取着する注水ノズル２３の数を変える等して水量を変えたり、水温を変えたりする等して変えられるようになっており、下流側の水冷却ユニット２５ほど水量が多くなるように、あるいは水温が低くなるようにして冷却能が高くなるようになっている。

そして、上記のように構成された冷却装置２１を備えるガラス管１の形成過程では、第１の実施形態と同様に、溶融ガラス３がスリーブ４に巻き付けられるように供給され、管状となって引き出された従来よりも高速度で管引きされるガラス管１は、搬送ローラ７により搬送され、空気冷却手段９に送り込まれる。空気冷却手段９に送り込まれたガラス管１は、複数の空気冷却ユニット１２内を回転しながら搬送される間に軸流ファン８による強制空冷により、所定の温度となるまで段階を踏んで徐々に冷却される。

さらに、空気冷却手段９で冷却されたガラス管１は、水冷却手段２２に送り込まれ、従来と同じ管引き距離となるまでの間に配置され、水冷却ユニット２５の所定水量にそれぞれ調整された注水ノズル２３から冷却用水２４が注水され、所定の温度、例えば約２００℃以下となるまで段階を踏んで徐々に冷却される。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、効率的に冷却することができ、製造設備を長大化したり、設置場所を広くしたりせず、多額の投資をせずにガラス管の管引き速度の高速化に対応することができる。

なお、本実施形態では、冷却装置２１を空気冷却手段９の下流側に水冷却手段２２を設けるようにしたが、水冷却手段２２の下流側にさらに空気冷却手段９を設けるようにしたり、空気冷却手段９と水冷却手段２２を交互に設けたりするようにしてもよい。また、水冷却ユニット２５を、複数の注水ノズル２３から冷却水２４をガラス管１に注水するものとしたが、図８に示す水冷却ユニット２７のように構成し、これを複数設けるようにしてもよい。

すなわち、水冷却ユニット２７は、管引き方向に長く形成された冷却水槽２８の冷却用水２４に、回転するガラス管１が搬送されながら接触するように構成されており、冷却水槽２８には、冷却用水２４が、管引き方向下流側に設けられた導水口２９を通じて上方側から溢水し続けるように注水されるようになっている。冷却用水２４は、水供給装置２６から供給され、その送水量を変えたり、水温を変えたりする等して各水冷却ユニット２７の冷却能（冷却能力）が変えられるようになっていて、下流側の水冷却ユニット２７ほど水量が多く、あるいは水温が低くて冷却能が高くなるようになっている。

そして、空気冷却手段９で冷却されたガラス管１は、従来と同じ管引き距離となるまでの間に配置され、搬送される間に、所定水量に調整されて溢水する複数の水冷却ユニット２７の冷却水槽２８の冷却用水２４に、回転しながら自重により曲がった湾曲部分３０が水面Ｈ下となるようにして接触させ、所定の温度、例えば約２００℃以下となるまで段階を踏んで徐々に冷却される。なお、冷却水槽２８への冷却用水２４の供給を上方側に設けた導水口２９を通じて行うようにしたが、冷却水槽２８底部に導水口を設けて下方側から冷却用水２４を溢水し続けるよう供給してもよい。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図９により説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１及び第２の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。

図９において、ダンナー法による小管径、例えば管外径が１．２ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度であるガラス管１の形成は、第１及び第２の実施形態と同様に、スリーブ４の傾斜下端から管状に引き出し、冷却手段である冷却装置３１で徐々に冷却するようにして行われる。冷却装置３１は、ガラス管１の管引き方向上流側に軸流ファン８により強制空冷を行う空気冷却手段９を配置し、その下流側に水のミスト雰囲気で冷却する水冷却手段１０を配置し、さらに、その下流側に冷却用水に接触させて冷却する水冷却手段２２を配置して構成されている。

そして、上記のように構成された冷却装置３１を備えるガラス管１の形成過程では、第１及び第２の実施形態と同様に、溶融ガラス３がスリーブ４に巻き付けられるように供給され、管状となって引き出された従来よりも高速度で管引きされるガラス管１は、搬送ローラ７により搬送され、先ず、空気冷却手段９に送り込まれる。空気冷却手段９に送り込まれたガラス管１は、複数の空気冷却ユニット１２内を回転しながら搬送される間に軸流ファン８による強制空冷により、所定の温度となるまで段階を踏んで徐々に冷却される。

さらに、空気冷却手段９で冷却されたガラス管１は、水のミスト雰囲気で冷却する水冷却手段１０に送り込まれ、所定ミスト量に調整された複数のミスト冷却ユニット１６内のミスト雰囲気中を搬送される間に段階を踏んで徐々に冷却される。またさらに、ミスト雰囲気による水冷却手段１０で冷却されたガラス管１は、冷却用水２４に接触させて冷却する複数の水冷却手段２２に送り込まれ、ノズル２３からの冷却用水２４の注水量が所定水量にそれぞれ調整された水冷却ユニット２５内を搬送される間に、所定の温度、例えば約２００℃以下となるまで段階を踏んで徐々に冷却される。

以上の通り、本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と同様に、効率的に冷却することができ、製造設備を長大化したり、設置場所を広くしたりせず、多額の投資をせずにガラス管の管引き速度の高速化に対応することができる。

なお、本実施形態では、冷却装置３１を空気冷却手段９の下流側に２つの水冷却手段１０，２２を設けるようにしたが、２つの水冷却手段１０，２２の間にさらに空気冷却手段９を加えたり、水冷却手段２２の下流側にさらに空気冷却手段９を設けたり、空気冷却手段９と２つの水冷却手段１０，２２を種々に組み合わせて配列したりしてもよい。

１…ガラス管
５，２１，３１…冷却装置
７…搬送ローラ
８…軸流ファン
９…空気冷却手段
１０，２２…水冷却手段
１１…風冷用囲繞体
１２…空気冷却ユニット
１３…水冷用囲繞体
１４…噴霧ノズル
１５…ミスト
１６…ミスト冷却ユニット
１７，２６…水供給装置
１７ａ，２６ａ…配管
２３…注水ノズル
２４…冷却用水
２５，２７…水冷却ユニット
２８…冷却水槽
２９…導水口
３０…湾曲部分

Claims

水平方向に一定速度で連続的に管引き成形され搬送されるガラス管を管引き方向に沿って複数配置した冷却手段によって冷却する際のガラス管の冷却方法であって、
前記冷却手段は、下流側の冷却手段の冷却能が上流側の冷却手段の冷却能よりも高くなるよう配置すると共に、下流側の前記冷却手段の少なくとも１つを水冷却手段として段階的に冷却することを特徴とするガラス管の冷却方法。
前記水冷却手段が、管引きされる前記ガラス管を水のミスト雰囲気で冷却するものであることを特徴とする請求項1記載のガラス管の冷却方法。
前記水冷却手段が、複数のミスト冷却ユニットからなると共に、管引き方向下流側の前記ミスト冷却ユニットほどミスト量が多いことを特徴とする請求項２記載のガラス管の冷却方法。
前記水冷却手段が、冷却用水を管引きされる前記ガラス管に接触させて冷却するものであることを特徴とする請求項1記載のガラス管の冷却方法。
前記水冷却手段が、水噴出部材を備える水冷却ユニットからなると共に、前記ガラス管に向けて該水噴出部材から管引き方向に交差する方向に冷却用水を噴出させて冷却するものであることを特徴とする請求項４記載のガラス管の冷却方法。
前記水噴出部材を、前記ガラス管の管軸を中心とする円周上に複数配置して冷却することを特徴とする請求項５記載のガラス管の冷却方法。
前記水冷却手段が、冷却水槽を備える水冷却ユニットからなると共に、前記ガラス管を該冷却水槽の冷却用水中を通過させて冷却するものであることを特徴とする請求項４記載のガラス管の冷却方法。
ガラス溶融炉からの帯状の溶融ガラスがスリーブ上に供給され、連続的にガラス管が管引き成形され水平方向に一定速度で搬送されながら冷却装置で冷却されるガラス管の冷却システムであって、
前記冷却装置が、管引き方向上流側に空気冷却手段、下流側に水冷却手段を配置して前記ガラス管の冷却を管引き方向に段階的に行うものであると共に、前記水冷却手段が複数のミスト冷却ユニットで構成されており、下流側の前記ミスト冷却ユニットにおける前記ガラス管を冷却する冷却能が、上流側の前記ミスト冷却ユニットにおける冷却能より高くなっていることを特徴とするガラス管の冷却システム。