JP2012041264A - ガラス溶融物を均質化するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラス撹拌プロセス中において、凝縮により形成される汚染物を減少させる。
【解決手段】 溶融ガラス３０を撹拌容器１２中に流す。撹拌容器１２の上に配置された撹拌容器の蓋１４の表面により画成された開口を通じて延在し、それによって、撹拌機１６と撹拌容器の蓋１４との間に環状間隙５２を形成する撹拌機１６により溶融ガラス３０を撹拌する。撹拌容器の蓋１４の開口画成表面４０を、開口画成表面４０に近接して位置する加熱素子５６により加熱する。環状間隙５２内の温度を、撹拌容器の蓋１４内に配置された熱電対により検出する。検出された温度を使用して、加熱素子５６に供給される電流の大きさを制御し、それによって、開口画成表面４０の温度を調節する。これにより、蓋に凝縮する、溶融ガラスおよび／または撹拌装置から生じる揮発性物質を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、広く、ガラス溶融物中の汚染物を減少させる方法に関し、より詳しくは、ガラス撹拌プロセス中の凝縮により形成された汚染物の減少に関する。

化学的および熱的均質性が、良好なガラス形成操作の重大な部分である。ガラス溶融操作の機能は、一般に、ガス状または固体包有物を許容されるレベルて有するガラスを製造することであるが、このガラスは通常、化学的に異なる相の脈理（または透しむら）を有する。ガラスのこれらの不均質成分は、耐火物の溶解、溶融層化、ガラス表面の揮発、および温度差を含む溶融プロセス中の様々な正常な出来事から生じる。結果として生じた脈理は、色および／または屈折率の差のために、ガラス中に目に見える。

ガラスの均質性を改善するための手法の１つは、溶融ガラスを、溶融装置の下流に配置された垂直に向けられた撹拌装置に通すことである。そのような撹拌装置は、モータなどの適切な駆動力により回転される中心軸を有する撹拌機を備えている。複数の翼が軸から延在し、溶融ガラスが撹拌装置の上部から下部に通過するときに、この溶融ガラスを混合する。そのような撹拌装置の動作は、結果として得られたガラス中にさらに別の欠陥、特に凝縮された酸化物から生じる欠陥を導入すべきではない。

ガラス撹拌装置中の揮発性酸化物は、ガラスおよび撹拌装置に存在する元素のいずれからも形成され得る。最も揮発性である有害な酸化物のいくつかは、Ｐｔ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、およびＳｎから形成される。ガラス溶融物中の凝縮可能な酸化物の主な供給源としては、ＰｔＯ₂については高温の白金表面、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₄Ｏ₆、Ｓｂ₄Ｏ₆、およびＳｎＯ₂については、ガラスの自由表面が挙げられる。ガラスの自由表面が意味するものとは、撹拌装置内の雰囲気に曝露されるガラスの表面である。上述したもののいずれかまたは全て、もしくは他の揮発性物質を含有するであろう、ガラスの自由表面上の雰囲気は、撹拌装置の外部の雰囲気よりも高温であるので、このガラスの自由表面上の雰囲気が、撹拌機の軸と撹拌容器の蓋との間の環状空間などの開口部を通って、上方に流れ出す傾向が当然ある。撹拌機の軸は、撹拌機の軸とガラスの自由表面との間の距離が増加するにつれて、温度がより低くなるので、撹拌装置の雰囲気内に含まれる揮発性酸化物は、その軸および／または蓋の温度が酸化物の露点より低い場合、軸の表面に凝縮し得る。結果として生じた凝縮物は臨界サイズに到達すると、離脱してガラス中に落ち、ガラス製品中に包有物または泡の欠陥を生じ得る。

ガラスの自由表面上にある軸を加熱することは、ガラス溶融物中の粒状汚染物を減少させるのに部分的にしか成功しておらず、凝縮層を形成するだけであるのが実証されている。

凝縮物によるガラス溶融物の汚染を減少させる従来技術の方法の１つは、ガラスの自由表面と撹拌室の上部との間にディスク状遮蔽板を配置することであった。しかしながら、そのような方法は、ガラス上の撹拌室の蓋を加熱することなどによる、ガラスの自由表面の温度制御を難しくするであろう。その上、遮蔽板と撹拌機の軸との間の接続部が、凝縮物汚染の追加の供給源として働くかもしれない。

ある実施の形態において、撹拌容器１２および撹拌容器上に配置された撹拌容器の蓋１４を含む撹拌装置であって、撹拌容器の蓋１４の表面４０が、撹拌機の軸２４がその中を延在する開口３８を画成し、それによって、撹拌機の軸２４と撹拌容器の蓋１４の開口画成表面４０との間に環状間隙５２を形成している撹拌装置；開口画成表面４０で撹拌容器の蓋１４内に形成された第１の通路４８；および開口画成表面を加熱する、第１の通路内に配置された第１の加熱素子５６；を備えた、溶融ガラスを撹拌するための装置１０が開示されている。

撹拌容器の蓋１４は、さらに、中に熱電対５８が配置された第２の通路６０を備えてもよく、ここで、熱電対の検出端６２は、開口画成表面４０に近接して配置されている。熱電対の検出端は、環状間隙に隣接した撹拌容器の蓋の温度を検出するように配置されていることが好ましい。

いくつかの実施の形態において、白金含有外装を、溶融ガラス３０の自由表面２８に面する撹拌容器の蓋の表面３４に配置してもよい。撹拌容器の蓋は、溶融ガラス３０に面する撹拌容器の蓋の表面３４に形成された追加の通路４４をさらに備え、ここで、第２の加熱素子４２が追加の通路４４内に配置される。

別の実施の形態において、溶融ガラスを撹拌容器１２中に流す工程、撹拌容器の上に配置された撹拌容器の蓋１４の表面４０により画成された開口３８を通じて延在し、それによって、撹拌機１６と撹拌容器の蓋１４との間に環状間隙５２を形成する撹拌機１６により溶融ガラスを撹拌する工程、および撹拌容器の蓋１４の開口画成表面４０を、開口画成表面４０に近接して位置する加熱素子により加熱する工程、を有してなる溶融ガラス３０を撹拌する方法が記載されている。

前記方法は、環状間隙５２内の温度を、撹拌容器の蓋１４内に配置された熱電対５８により検出する工程をさらに含んでもよい。次いで、検出された温度を使用して、加熱素子に供給される電流の大きさを制御し、それによって、開口画成表面４０およびその表面４０と撹拌機の軸２４との間の環状間隙５２の温度を調節することができる。

添付の図面を参照すると、本発明はより容易に理解され、その他の目的、特徴、詳細および利点は、制限を意味しない様式で、与えられた以下の説明の記載の過程でより明白になるであろう。

撹拌容器の蓋および環状間隙の加熱素子を示す、本発明のある実施の形態による例示の撹拌装置の断面図 ２つの部分で形成された、図１の撹拌容器の蓋の実施の形態の斜視図 蓋の中心開口を画成する表面内の、その表面を加熱するための通路、および蓋の下部の加熱素子を収容するための、蓋の下面に形成された通路を示す、図２の撹拌容器の蓋の１つの部分の斜視図 下面の加熱素子および蓋の開口画成表面を収容する図３の通路を示す、蓋の表面上に配置された金属外装材をさらに示す、本発明のある実施の形態による撹拌容器の蓋の一部分の断面図 下面の加熱素子および蓋の開口画成表面を収容する図３の通路を示し、撹拌容器の開口画成表面の表面にある通路が蓋の上縁部よりもむしろ中央位置に配置されている、本発明の別の実施の形態による撹拌容器の蓋の一部分の断面図

図１は、本発明のある実施の形態による、ガラス溶融物を均質化する方法を実施するための例示の装置を示している。図１の撹拌装置１０は、撹拌容器１２、撹拌容器の蓋１４および撹拌機１６を備えている。

撹拌容器１２は、好ましくは円筒形であり、実質的に垂直に向けられているが、この撹拌容器は、必要に応じて他の形状および向きを有していてもよい。撹拌容器が、白金または白金合金から構成された内面１８を含むことが好ましい。耐食性を含む耐高温性、並びに導電率を有する他の材料を代わりに使用してもよい。例えば、内面１８を形成するための適切な金属としては、ロジウム、イリジウム、パラジウム、ルテニウム、オスミウムおよびそれらの合金などの他の白金族の金属が挙げられる。撹拌容器１２は、撹拌容器１２の上部にまたはその近くに位置する溶融ガラスの入口管２０、および撹拌容器の下部の近くに位置する溶融ガラスの出口管２２を備えている。しかしながら、入口管２０および出口管２２はある実施の形態においては逆になっていてよく、よって、溶融ガラスが撹拌装置の下部から流入し、撹拌装置の上部を通じて流出することが当業者により認識されよう。適切な撹拌（すなわち、所望の量の均質化）が行われるという条件で、入口および出口管の中間位置を利用してもよい。

撹拌機１６は、撹拌機の軸２４および撹拌機の軸２４から延在する複数の撹拌翼２６を備えている。撹拌翼２６は、典型的に、撹拌装置の動作中に溶融ガラス３０の自由表面２８より下に沈められている。溶融ガラスの表面温度は、典型的に、約１３００℃から１５００℃の範囲にあるが、ガラス組成に応じて、それより高くても低くてもよい。撹拌機１６は、白金から構成されることが好ましく、白金合金または分散強化白金（例えば、ジルコニア強化白金合金）であってよい。

撹拌容器の蓋１４は、撹拌容器１２の上部の開放端を覆い、上面３２と下面３４を備えている。下面３４は、溶融ガラスの自由表面上の腐食性雰囲気から下面３４を保護するために下面３４を覆って配置された外装材３６（図４参照）をさらに備えてもよい。例えば、下面３４は、白金または白金合金（例えば、白金−ロジウム）外装を備えてもよい。撹拌容器の蓋１４は、撹拌容器の蓋の厚さを通って延在し、その中に撹拌機の軸２４が延在している開口３８（図２）を画成している。開口３８は、撹拌容器の蓋１４の開口画成表面４０により境界が定められている。ある実施の形態において、撹拌容器の蓋１４は、撹拌装置の組立て直し中などに、撹拌容器の蓋の取外しおよび交換をさらに容易にするために、複数の部分で形成されてもよい。例えば、図２に示された実施の形態において、撹拌容器の第１の蓋部分１４ａおよび撹拌容器の第２の蓋部分１４ｂの２つの部分を有する撹拌容器の蓋１４が示されている。

図３および４に最もよく示されているように、撹拌容器の蓋１４は、撹拌容器の蓋の下面３４に埋め込まれた１つ以上の加熱素子４２を備えてもよい。典型的に、金属製のコイル、ロッドまたはリボンの形態にある、加熱素子４２は、撹拌容器の蓋１４の下面３４に形成された１つ以上の通路４４内に配置されている。ある実施の形態において、下面３４は、１つの加熱素子４２がその中を延在する１つの通路４４を備えている。例えば、その通路は、略螺旋形状を形成してもよい。しかしながら、１つの加熱素子４２の使用は、製造とメンテナンスの用途だけのためであり、１つ以上の通路４４内に配置された複数の加熱素子を使用しても差し支えない。撹拌容器の蓋１４が１つ以上の部分で形成されている場合、各部分について少なくとも１つの通路で、少なくとも２つの通路４４内に少なくとも２つの加熱素子４２が配置され、これにより、撹拌容器の蓋の部分の取外しが容易になる。１つ以上の加熱素子４２は、耐火セメント４６により通路４４内に固定されてもよい。

撹拌容器の蓋１４は、開口３８の少なくとも一部分の周りに形成された第２の通路４８をさらに備えている。すなわち、通路４８は、開口３８を画成する撹拌容器の蓋１４の少なくとも一部分に形成されている。通路４８は、撹拌装置の動作中に溶融ガラスの表面から最も遠くの開口３８の上部に隣接し、かつ上面３２に隣接して位置していることが好ましい。撹拌容器１２内であって、溶融ガラスの自由表面２８の上の内部雰囲気５０の温度は、撹拌装置１０の外部の外部雰囲気５１の温度より著しく高いので、煙突効果が生じ、内部雰囲気５０からの高温ガスが、撹拌容器の蓋１４の開口画成表面４０および撹拌機の軸２４により形成された環状間隙５２を通して排気される。これらのガスは、溶融ガラス自体からの揮発物質、または撹拌機および／または撹拌容器からの揮発物質（例えば、白金）を含み得る。これらの揮発物質は、撹拌容器の蓋の表面上に凝縮し、十分に大きく成長することができれば、離脱して、溶融ガラス中に取り込まれ得る。

もちろん、通路４８は、開口３８内のどの垂直位置に配置されても差し支えない（図５）。しかしながら、任意の他の熱源がなければ、高温の溶融ガラスから最も遠い撹拌容器の蓋１４のそれらの部分は、溶融ガラスにより近い撹拌容器の蓋の部分よりも冷たく、開口の上部が最も冷たい傾向にある。それゆえ、溶融ガラスの表面から最も遠い、開口の上部に近い撹拌容器の蓋の表面で、凝縮物がより形成し易い。これらの撹拌容器の蓋の表面は、開口３８を画成する表面４０、および開口３８内の撹拌機の軸２４の表面の両方を含み得る。これらの表面を加熱するために、１つ以上の加熱素子５６を通路４８内に配置して、表面４０、および開口３８を通って延在する撹拌機の軸２４の外面の両方を加熱する。１つ以上の加熱素子５６を安定化させるために、耐火セメント４６を通路４８内に含ませて、この加熱素子を適所に保持してもよい。加えて、加熱素子５６を取り囲む通路４８が外装により被覆されるように、撹拌容器の蓋の一部分を覆って白金または白金合金の外装が配置されている。この外装は、下面３４上に形成された外装３６の延長部であってもよい。ここに用いたように、開口画成表面４０は、撹拌容器の蓋自体の耐火材の表面である、または外装材が耐火表面上に配置された場合には、開口画成表面４０が、開口を囲む外装表面である。

環状間隙５２の温度をモニタし、所望であれば、加熱素子５６および／または加熱素子４２の自動制御を支援するために、撹拌容器の蓋１４内に１つ以上の熱電対５８が含まれてもよい。図４に示されるように、ある実施の形態において、通路６０が、撹拌容器の蓋１４の内部を通じて、表面４０まで、または少なくともその近くまで延在して形成されてもよい。すなわち、熱電対は、間隙５２を通って延在する雰囲気には曝露されないことが好ましいが、間隙５２内の雰囲気と接触する表面の温度を妥当に決定できるほど十分に間隙の雰囲気に近い。熱電対５８は通路６０内に配置されている。熱電対通路６０は、通路６０内に熱電対を固定するために耐火セメント４６を含むものとして図４に示されている。しかしながら、耐火セメントは、熱電対５８の温度検出性能を妨げるかもしれず、熱電対の交換を難しくするので、耐火セメントは、所望であれば、熱電対通路から排除されてもよい。また、図４に示されるように、外装３６は、熱電対の検出端６２と撹拌機の軸２４との間に配置されている。より簡単に言えば、熱電対５８は、加熱素子５６が外装により被覆されている様式と同様の様式で外装３６により被覆されて差し支えない。

動作中、連結部６６を通じて撹拌機の軸２４に接続されたモータ６３が撹拌機１６を回転させる。連結部６６は、例えば、チェーンおよびモータと撹拌機の軸の両方に接続された関連するスプロケットを含むであろう。入口管２０を通じて撹拌装置１０に供給された溶融ガラス３０は、撹拌機１６により撹拌され、均質化され、出口管２２を通じて撹拌装置から流出する。表面４０での温度、および環状間隙５２内の温度は、図４に示されるように、制御回路を使用して制御することができる。表面４０での温度は、熱電対５８の検出端６２により検出される。電気信号が熱電対により生成され、ライン６８を通じて制御装置６４に送達される。制御装置６４は、その電気信号を所定の変換係数にしたがって温度として判断し、結果として得られた温度を所定の温度設定点と比較する。検出温度がその設定点温度未満である場合、制御装置は、ライン７２を通じて電源７０に命令して、ライン７４を通じて加熱素子５６に電流フローを送達する。検出温度が一旦設定点温度に到達したら、制御装置は電源に命令して、電流フローを減少させるかまたは停止させる。もちろん、他の制御スキームが可能であり、先は、実施の方法の１つに過ぎない。加熱素子４２は、同様に、電源７０およびライン７６を通じて、制御装置６４により制御される。

以下に、例示の非限定的実施例を挙げる。

Ｃ１． 溶融ガラスを撹拌するための装置において、撹拌容器とこの撹拌容器上に配置された撹拌容器の蓋を備えた撹拌装置であって、撹拌容器の表面が、撹拌機の軸がその中を延在する開口を画成し、それによって撹拌機の軸と撹拌容器の蓋の開口画成表面との間に環状間隙を形成している撹拌装置；開口画成表面で撹拌容器の蓋内に形成された第１の通路；および開口画成表面を加熱する、第１の通路内に配置された第１の加熱素子を備えた装置。

Ｃ２． 前記撹拌容器の蓋が、中に配置された熱電対を含む第２の通路をさらに含み、この熱電対の検出端が開口画成表面に近接して配置されていることを特徴とするＣ１記載の装置。

Ｃ３． 前記溶融ガラスの自由表面に面する撹拌容器の蓋の表面上に白金含有外装が配置されていることを特徴とするＣ１またはＣ２記載の装置。

Ｃ４． 前記撹拌容器の蓋が、前記溶融ガラスに面する撹拌容器の蓋の表面に形成された追加の通路をさらに含み、この追加の通路内に第２の加熱素子が配置されていることを特徴とするＣ１からＣ３いずれか１つに記載の装置。

Ｃ５． 前記撹拌容器の蓋が、その中に配置された熱電対をさらに含み、この熱電対の検出端が、環状間隙に隣接した撹拌容器の蓋の温度を検出するように配置されていることを特徴とするＣ１に記載の装置。

Ｃ６． 溶融ガラスを撹拌する方法において、溶融ガラスを撹拌容器中に流す工程；撹拌容器の上に配置された撹拌容器の蓋の表面により画成された開口を通じて延在し、それによって、撹拌機と撹拌容器の蓋との間に環状間隙を形成する撹拌機により溶融ガラスを撹拌する工程；および撹拌容器の蓋の開口画成表面を、開口画成表面に近接して位置する加熱素子により加熱する工程；を有してなる方法。

Ｃ７． 環状間隙内の温度を、撹拌容器の蓋内に配置された熱電対により検出する工程をさらに含むことを特徴とするＣ６記載の方法。

Ｃ８． 検出された温度を使用して、加熱素子に供給される電流の大きさを制御し、それによって、開口画成表面の温度を調節する工程をさらに含むことを特徴とするＣ７記載の方法。

本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の様々な他の改変および変更を行えることが当業者には明らかである。よって、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるという条件で、包含することが意図されている。

１０ 溶融ガラスを撹拌するための装置
１２ 撹拌容器
１４ 撹拌容器の蓋
１６ 撹拌機
２０ 入口管
２２ 出口管
２４ 撹拌機の軸
２６ 撹拌翼
３０ 溶融ガラス
３６ 外装
３８ 開口
４０ 開口画成表面
４２，５６ 加熱素子
５２ 環状間隙
５８ 熱電対

Claims (8)

1. 溶融ガラスを撹拌するための装置において、
   撹拌容器と該撹拌容器上に配置された撹拌容器の蓋を備えた撹拌装置であって、前記撹拌容器の表面が、撹拌機の軸がその中を延在する開口を画成し、それによって該撹拌機の軸と前記撹拌容器の蓋の開口画成表面との間に環状間隙を形成している撹拌装置；
   前記開口画成表面で前記撹拌容器の蓋内に形成された第１の通路；および
   前記開口画成表面を加熱する、前記第１の通路内に配置された第１の加熱素子；
   を備えた装置。
2. 前記撹拌容器の蓋が、中に熱電対が配置された第２の通路をさらに含み、該熱電対の検出端が前記開口画成表面に近接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記溶融ガラスの自由表面に面する前記撹拌容器の蓋の表面上に白金含有外装が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記撹拌容器の蓋が、前記溶融ガラスに面する前記撹拌容器の蓋の表面に形成された追加の通路をさらに含み、該追加の通路内に第２の加熱素子が配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の装置。
5. 前記撹拌容器の蓋が、その中に配置された熱電対をさらに含み、該熱電対の検出端が、前記環状間隙に隣接した前記撹拌容器の蓋の温度を検出するように配置されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の装置。
6. 溶融ガラスを撹拌する方法において、
   前記溶融ガラスを撹拌容器中に流す工程；
   前記撹拌容器の上に配置された撹拌容器の蓋の表面により画成された開口を通じて延在し、それによって、撹拌機と前記撹拌容器の蓋との間に環状間隙を形成する撹拌機により前記溶融ガラスを撹拌する工程；および
   前記撹拌容器の蓋の開口画成表面を、該開口画成表面に近接して位置する加熱素子により加熱する工程；
   を有してなる方法。
7. 前記環状間隙内の温度を、前記撹拌容器の蓋内に配置された熱電対により検出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 検出された温度を使用して、前記加熱素子に供給される電流の大きさを制御し、それによって、前記開口画成表面の温度を調節する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方法。

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