JP2014034483A - ガラス製造炉、及びガラス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌槽から流出するガラス融液の流量を調整するのが容易であり、この流量を安定させることのできるガラス製造炉、及びガラス製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス製造炉１１は、ガラス融液１を攪拌羽根５の駆動により攪拌する攪拌槽７と、攪拌槽７からガラス融液１を流出させる流下路９とを備える。導出路１５は、攪拌槽７の側面に形成された導出口１３から攪拌槽７の外側の導出口１３よりも高い位置まで延出する。流下路９は、導出路１５の導出口１３よりも高い位置から下向きに延出する。攪拌槽７に導入されたガラス融液１が導出口１３から導出路１５に流入し、導出路１５の延出する高さ以上に達したガラス融液１が導出路１５から溢れ流下路９を流下する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス製品の製造過程でガラス原料を溶融し攪拌するガラス製造炉、及びガラス製造方法に関する。

下記の特許文献には、液状に溶融されたガラス原料（ガラス融液）を攪拌槽の底部から流出させる技術が開示されている。図４に示すように、従来例のガラス製造炉１０１は、供給口１０３から投入されたガラス原料を溶融してガラス融液１１１を得る溶融槽１０５と、このガラス原料及びガラス融液１１１を加熱するヒーター１０７と、攪拌槽１０９と、ガラス融液１１１を溶融槽１０５から攪拌槽１０９へ導く連通路１１３と、攪拌槽１０９に設けた攪拌羽根１１５と、攪拌槽１０９の底部１１７からガラス融液１１１を流出させる流出パイプ１１９とを備える。

攪拌羽根１１５は、モーター等の駆動力により回転軸１２１を中心に回転し、ガラス融液１１１を均質化させるものである。流出パイプ１１９の上端は、攪拌槽１０９の底部１１７に取り付けられているので、ガラス融液１１１の液面１２３の下方にある。ガラス融液１１１は流出パイプ１１９を流下し攪拌槽１０９から流出する。

流出パイプ１１９の内径が小さいほど、流出パイプ１１９を流下するガラス融液１１１の粘性抵抗が高く、攪拌槽１０９から流出するガラス融液１１１の流量は小さくなる。このように流出パイプ１１９の内径に依存するガラス融液１１１の流量を自在に調整することは困難である。また、ガラス融液１１１の流量を変更するために流出パイプ１１９を内径の異なるものに交換する作業は著しく煩雑である。

ガラス製造炉１０１には、攪拌槽１０９から流出するガラス融液１１１の流量が不測に増減するという問題がある。即ち、攪拌槽１０９の中の総てのガラス融液１１１の温度を一様に保つことは困難である。ガラス融液１１１の粘度は温度により変化するため、相対的に温度の高いガラス融液１１１が流出パイプ１１９を流下するとき、その流量が増加し、相対的に温度の低いガラス融液１１１が流出パイプ１１９を流下するとき、その流量が減少することになる。

また、攪拌槽１０９の底部１１７の付近で、ガラス融液１１１は流出パイプ１１９に強く引き込まれる傾向がある。このため、ガラス融液１１１が溶融槽１０５から攪拌槽１０９に導かれた直後に底部１１７の付近に達すると、攪拌槽１０９で十分に攪拌される前に攪拌槽１０９から流出するという問題が起こる。これは更に攪拌槽１０９の中のガラス融液１１１の温度に偏りを生じさせ、攪拌槽１０９から流出するガラス融液１１１の流量を上記のように不測に増減させる一因となる。

特開平１０−２８７４２９号公報 特開平１０−１３９４４５号公報

本発明は、攪拌槽から流出するガラス融液の流量を調整するのが容易であり、この流量を安定させることのできるガラス製造炉、及びガラス製造方法を提供することにある。

本発明は、ガラス原料を溶融する溶融槽と、前記溶融槽で溶融したガラス融液を攪拌羽根の駆動により攪拌する攪拌槽と、前記攪拌槽からガラス融液を流出させる流出路とを備えるガラス製造炉であって、前記流出路は、前記攪拌槽の側面に形成れた導出口から前記攪拌槽の外側の前記導出口よりも高い位置まで延出した導出路と、前記導出路の導出口よりも高い位置から下向きに延出した流下路とを備え、前記攪拌槽に導入されたガラス融液が前記導出口から前記導出路に流入し、前記導出路の延出する高さ以上に達したガラス融液が前記導出路から溢れ前記流下路を流下することを特徴とする。

また、本発明は、前記導出口よりも高く上縁を突出し前記導出口から前記導出路に流入するガラス融液が前記流下路に向けて流れるのを堰き止める堰止部材を備え、前記堰止部材の上方に大気を導入し、前記導出路の延出する高さ以上に達したガラス融液が前記堰止部材の上縁を乗り越えることにより前記導出路から溢れることを特徴とする。

また、本発明は、前記溶融槽から溶融されたガラス融液を前記攪拌槽に導入する導入口が前記攪拌槽に開放され、前記導出口と連通路の導入口とが互いに高さを違えたことを特徴とする。

また、本発明は、攪拌槽に溶融されたガラス融液を貯留し、これを攪拌し前記攪拌槽から流出させるガラス製造方法であって、前記攪拌槽の内側に導出口を開放し前記導出口から前記攪拌槽の外側の前記導出口よりも高い位置まで延出した導出路に、前記攪拌槽に貯留されたガラス融液を流入させる工程と、前記攪拌槽にガラス融液を供給し、前記攪拌槽に貯留されるガラス融液を前記導出路の延出する高さ以上に達するように嵩上げする工程と、前記導出路の延出する高さ以上に達したガラス融液を前記導出路から溢れさせることにより前記攪拌槽から流出するガラス融液を、前記導出路の導出口よりも高い位置から下向きに延出する流下路に流下させる工程とからなることを特徴とする。

また、本発明は、前記導出路の上方に空隙を確保し、前記攪拌槽に貯留されるガラス融液を嵩上げするに従い前記ガラス融液の液面が上昇し、前記導出路から溢れるガラス融液が前記空隙を塞がないように、前記ガラス融液の液面の高さを制限することを特徴とする。

本発明のガラス製造炉によれば、ガラス融液を攪拌槽で攪拌し、このガラス融液を攪拌槽の側面に取り付けられた導出口から導出路に流入させることができる。導出路が攪拌槽の外側の導出口よりも高い位置に延出し、更に流下路が導出路の導出口よりも高い位置から下向きに延出しているので、導出路に流入したガラス融液の液面が導出路の延出する高さ以上に達したとき、導出路から溢れるガラス融液が流下路を流下する。この過程で、ガラス原料の液面の高さが導出路の延出する高さを大きく超えることがないので、流下路を流下することにより攪拌槽から流出するガラス融液の流量（以下、単に「流量」と記す。）が安定するという利点がある。

しかも、溶融槽に供給するガラス融液の供給量を加減するだけで、ガラス融液の流出量を容易に調整することができる。このため、本発明のガラス製造炉は、流出パイプを交換するという従来の煩雑な作業が不要であり、またガラス融液の粘性に関わらず、流下路から流出するガラス融液の流量を所望に設定することができる。

また、攪拌槽に導入されたガラス融液は、その液面よりも低い導出口から導出路に流入するので、攪拌槽の内側で導出口よりも高い位置でガラス融液に水平方向の流れが生じても、この流れによって溶融槽から攪拌槽に導入された直後の不均質なガラス融液、又は攪拌羽根の作用により攪拌される途上のガラス融液が導出口に押し込まれるのを予防することができる。以上に述べた効果は本発明のガラス製造方法によっても達成することができる。

本発明のガラス製造炉によれば、導出口から導出路に流入したガラス融液を堰止部材が堰き止め、ガラス融液の液面が導出口の延出する高さ以上に達したとき、ガラス融液が堰止部材の上縁を乗り越えて流下路へ流下する。また、攪拌槽の内側でガラス融液に加わる大気圧と、堰止部材の上方に導入される大気の大気圧とが互いに打ち消し合うので、攪拌槽からガラス融液が流出することによりガラス融液の液面が堰止部材の上縁の高さを下回ると、直ちにガラス融液が堰止部材の上縁を乗り越える流れが断たれる。このため、本発明のガラス製造炉は流出量の正確な制御を行うのに有利である。

本発明の実施形態に係るガラス製造炉の概略を示す断面図。 （ａ）は本発明の実施形態に係るガラス製造炉の要部の作用の一例を示す断面図、（ｂ）はその他例を示す断面図。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係るガラス製造炉の要部の更なる変形例をそれぞれ示す断面図。 従来例のガラス製造炉の概略を示す断面図。

本発明の実施形態に係るガラス製造炉について説明する。従来の技術として述べた要素には引き続き同じ呼称を用いる。図１は、ガラス原料を溶融してガラス融液１を得る溶融槽３と、得られたガラス融液１を導入し攪拌羽根５の駆動によりガラス融液１を攪拌する攪拌槽７と、攪拌槽７からガラス融液１を流下路９の下流へ流出させる流出路１０とを備えるガラス製造炉１１を示している。

流出路１０は、攪拌槽７の側面に形成された導出口１３と、導出口１３と連結され、導出口１３よりも高い位置まで延出した導出路１５と、導出路１５の導出口１３よりも高い位置から下向きに延出した流下路９とを備えている。流出路１０は、流下路９と導出路１５とを一体に連ねた管状物として図示しているが、説明の便宜により、導出口１３から堰止部材１７までを導出路１５とし、堰止部材１７の下方へ延びる部位を流下路９とする。

堰止部材１７は、その上縁１９を導出口１３よりも高く突出した仕切板である。流下路９はその下端から大気を導入し、この大気が堰止部材１７の上方の空隙１８を満たしている。空隙１８は、堰止部材１７の上縁１９よりも約５ｍｍ以上の高さを有し、流下路９の内径は約１０ｍｍ〜２００ｍｍが好ましい。これらの値は適宜変更することができる。攪拌槽７の上面に開口部２１が形成され、開口部２１から攪拌槽７の内側に挿入した回転軸２３に攪拌羽根５が固定されている。攪拌羽根５は、回転軸２３を中心に回転するスクリュー羽根である。符号２５は耐火煉瓦からなる炉壁を指している。

以下に、ガラス製造炉１１によるガラス製造方法について説明する。先ずは溶融槽３の供給口２７からガラス原料を連続的または断続的に投入する。これにより溶融槽３内のガラス原料は、ヒーター２９の伝導熱を受けて溶融されガラス融液１になる。そして、ガラス融液１は、連通路３１を通過し連通路３１の導入口３０から攪拌槽７へ導かれる。

これにより、ガラス融液１が溶融槽３と攪拌槽７にそれぞれ貯留され、更に導出口１３から導出路１５に流入する。このガラス融液１の液面３３が堰止部材１７の上縁１９の高さ［ｈ］に達するまで上昇する。［ｈ］は攪拌槽７の底部３５を基準とした寸法である。尚、堰止部材１７は、ガラス融液１が導出路１５から流下路９に向けて流れるのを堰き止める役割を果たす。

攪拌羽根５は、攪拌槽７に貯留されたガラス融液１を回転軸２３に沿わせて上昇するように誘導する。これにより形成されるガラス融液１の流れは液面３３まで上昇したところで、その向きを下方へ転じ、図２（ａ）の矢印３７で示した対流を形成する。

続いて、更に、ガラス原料を溶融槽３に供給する。これに従って攪拌槽７に貯留されるガラス融液１が図２（ｂ）に示すよう嵩上げされ、ガラス融液１の液面３３が堰止部材１７の上縁１９を超えるとガラス融液１が堰止部材１７の上縁１９を乗り越えて流下路９に流下する。ガラス融液１が流下路９を流下する流量はガラス原料供給量に相当する。ガラス融液１は、流出路１０から流出された後、成形される。

溶融槽３に供給されるガラス原料の供給量を最大流量（ガラス融液１が流下路９を充たした状態での流量）を超えないようにしておけば、ガラス原料の供給量を加減するだけで流量を容易に調整することができる。

以上に述べたガラス製造炉１１によれば、攪拌槽７に貯留されるガラス融液１が嵩上げされる分、攪拌槽７からガラス融液１が流出し、ガラス融液１の液面３３が堰止部材１７の上縁１９を超え、流下路９からガラス融液１が流下する。このため、ガラス融液１の液面３３の高さの変動が抑えられ、流量が安定するという利点がある。

しかも、溶融槽３に供給するガラス原料の供給量を加減するだけで、流出量を容易に調整することができる。このため、従来のような煩雑な作業が不要であり、またガラス融液１の粘度が低くても、ガラス融液１の流量を所望に設定することができる。

また、導出口１３は、攪拌槽７の底面近くに形成されているので、溶融槽３から攪拌槽７に導かれた直後の不均質なガラス融液１、又は図２（ａ）の矢印３７で示すように対流している途中のガラス融液１が導出口１３へ向かって水平方向に流れるのを規制し、これらのガラス融液１が導出口１３に流入するのを予防することができる。

一方、攪拌羽根５により十分に攪拌され均質化されたガラス融液１は、図２（ｂ）の矢印３９で示すように攪拌槽７の底部３５から導出口１３を通過し導出路１５を上昇することになる。これは、図１に示すように導出口１３が連通路３１に対向し、両者の間に攪拌羽根５が配置されているため、連通路３１から攪拌槽７に導入されるガラス融液１が導出口１３に達するまでの行程で、ガラス融液１が攪拌羽根５によって良好に攪拌されるためである。

また、攪拌槽７の内側でガラス融液１に加わる大気圧と、空隙１８を満たす大気の大気圧とが互いに打ち消し合うので、サイフォン現象が起こらない。このため、攪拌槽７からガラス融液１が流出することによりガラス融液１の液面３３が堰止部材１７の上縁１９の高さを下回ると、直ちにガラス融液１が堰止部材１７の上縁１９を乗り越える流れが断たれる。このため、ガラス製造炉１１は流出量の正確な制御を行うのに有利である。

また、上記のように溶融槽３から攪拌槽７に導かれた直後の不均質なガラス融液１が導出口１３へ向かって水平方向に流れるのを規制するという観点から、図１に示すように、導出路１５の導出口１３と連通路３１の導入口３０とが、攪拌槽７の底部３５からの高さを互いに違えることが好ましい。同図は、導出口１３を導入口３０よりも低く配置し、導出口１３の高さを導入口３０の高さの約半分に設定した例を示している。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施することができる。空隙１８に流下路９から大気を導入する代わりに、導出路１５の上端に通気孔を形成する等しても良い。図３（ａ）に示すように、攪拌槽７の底部３５に導出口１３を形成し、導出路１５が攪拌槽７の底部３５からＵ字形に延出するようにしても良い。また、導出路１５は、流下路９に隣接する水平部４１を有するが、これを省略し同図（ｂ）に示すように導出路１５と流下路９とを互いに隣接させても良い。

本発明は、ガラス原料の融点、及び素性に関わらず、あらゆる用途のガラス製品を製造するのに有益な技術である。

１，１１１...ガラス融液、３，１０５...溶融槽、５，１１５...攪拌羽根、７，１０９...攪拌槽、９...流下路、１０...流出路、１１，１０１...ガラス製造炉、１３...導出口、１５...導出路、１７...堰止部材、１８...空隙、１９...上縁、２１...開口部、２３，１２１...回転軸、２５...炉壁、２７，１０３...供給口、２９，１０７...ヒーター、３０...導入口、３１，１１３...連通路、３３，１２３...液面、３５，１１７...底部、４１...水平部、１１９...流出パイプ。

Claims (5)

1. ガラス原料を溶融する溶融槽と、前記溶融槽で溶融したガラス融液を攪拌羽根の駆動により攪拌する攪拌槽と、前記攪拌槽からガラス融液を流出させる流出路とを備えるガラス製造炉であって、
   前記流出路は、前記攪拌槽の側面に形成れた導出口から前記攪拌槽の外側の前記導出口よりも高い位置まで延出した導出路と、前記導出路の導出口よりも高い位置から下向きに延出した流下路とを備え、前記攪拌槽に導入されたガラス融液が前記導出口から前記導出路に流入し、前記導出路の延出する高さ以上に達したガラス融液が前記導出路から溢れ前記流下路を流下することを特徴とするガラス製造炉。
2. 前記導出口よりも高く上縁を突出し前記導出口から前記導出路に流入するガラス融液が前記流下路に向けて流れるのを堰き止める堰止部材を備え、前記堰止部材の上方に大気を導入し、前記導出路の延出する高さ以上に達したガラス融液が前記堰止部材の上縁を乗り越えることにより前記導出路から溢れることを特徴とする請求項１に記載のガラス製造炉。
3. 前記溶融槽から溶融されたガラス融液を前記攪拌槽に導入する導入口が前記攪拌槽に開放され、前記導出口と連通路の導入口とが互いに高さを違えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス製造炉。
4. 攪拌槽に溶融されたガラス融液を貯留し、これを攪拌し前記攪拌槽から流出させるガラス製造方法であって、
   前記攪拌槽の内側に導出口を開放し前記導出口から前記攪拌槽の外側の前記導出口よりも高い位置まで延出した導出路に、前記攪拌槽に貯留されたガラス融液を流入させる工程と、
   前記攪拌槽にガラス融液を供給し、前記攪拌槽に貯留されるガラス融液を前記導出路の延出する高さ以上に達するように嵩上げする工程と、
   前記導出路の延出する高さ以上に達したガラス融液を前記導出路から溢れさせることにより前記攪拌槽から流出するガラス融液を、前記導出路の導出口よりも高い位置から下向きに延出する流下路に流下させる工程とからなることを特徴とするガラス製造方法。
5. 前記導出路の上方に空隙を確保し、前記攪拌槽に貯留されるガラス融液を嵩上げするに従い前記ガラス融液の液面が上昇し、前記導出路から溢れるガラス融液が前記空隙を塞がないように、前記ガラス融液の液面の高さを制限することを特徴とする請求項４に記載のガラス製造方法。

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