JP2015171980A - ガラス物品の製造方法及び溶融ガラス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融ガラスの供給が一時的に停止される停止段階における、ノズル先端からの溶融ガラスの這い上がりを抑制する。
【解決手段】ガラス物品の製造方法は、加熱部１５により加熱されたノズル１４を通じて溶融ガラスＭを供給する供給段階と、ノズル１４内に溶融ガラスＭを保持した状態にて溶融ガラスＭの供給を一時停止する停止段階とを有する。停止段階におけるノズル１４の先端部の温度を、供給段階よりも低くしている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ガラス物品の製造方法及び溶融ガラス供給装置に関する。

従来、ガラスインゴット等のガラス物品を製造する方法として、溶融ガラスが貯留された貯留部から、ノズルを通じて鋳型に溶融ガラスを流し込むことによりガラス物品を製造する方法が知られている（特許文献１参照）。特許文献１の製造方法においては、鋳型に溶融ガラスを流し込む際に、ノズルを加熱する操作が行われている。これにより、ノズル通過時における溶融ガラスの温度低下が防止されて、溶融ガラスの失透が抑制される。

特開２００６−１４３５６３号公報

ところで、上記のガラス物品の製造方法には、鋳型への溶融ガラスを供給する供給段階に加えて、鋳型への溶融ガラスの供給が一時的に停止される停止段階（例えば、貯留部への溶融ガラスの補充時）が存在する。この停止段階においては、空気の混入防止の観点から、ノズル内には溶融ガラスが保持された状態とされる。また、ノズル内に保持された溶融ガラスの固化を抑制するために、ノズルに対する加熱は継続される。

ところが、図７に示すように、停止段階において、内部に溶融ガラスＭを保持するノズルＮに対する加熱が継続されると、ノズルＮ内に保持された溶融ガラスＭが、ノズルの先端から徐々に濡れ拡がって、ノズルＮの先端外周を這い上がる現象（這い上がり）が発生する。そして、溶融ガラスＭの這い上がりが生じたまま、鋳型への溶融ガラスの供給が再開されると、這い上がり部分Ｈを巻き込む形で溶融ガラスＭがノズルＮから鋳型へと供給されてしまう。這い上がり部分Ｈは、ノズルＮの外部に位置して温度が低い部分であることから、ノズルＮから供給される溶融ガラスＭに低温の這い上がり部分Ｈが混合されることによって、溶融ガラスＭが失透しやすくなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶融ガラスの供給が一時的に停止される停止段階における、ノズル先端からの溶融ガラスの這い上がりを抑制することにある。

上記課題を解決するガラス物品の製造方法は、加熱部により加熱されたノズルを通じて溶融ガラスを供給する供給段階と、前記ノズル内に溶融ガラスを保持した状態にて溶融ガラスの供給を一時停止する停止段階とを有するガラス物品の製造方法であって、前記停止段階における前記ノズルの先端部の温度を、前記供給段階よりも低くすることを特徴とする。

上記構成によれば、停止段階におけるノズルの先端部の温度を供給段階よりも低くすることにより、ノズルの先端部の内側に保持された溶融ガラスの温度が低下するとともに、その粘度が上昇する。その結果、ノズル内に保持された溶融ガラスが、ノズルの先端から濡れ拡がることが抑制されて、溶融ガラスの這い上がりが抑制される。

上記ガラス物品の製造方法において、前記加熱部は、前記ノズルを包囲するコイルを備える誘導加熱装置であり、前記停止段階において、前記ノズルの先端部と前記コイルとの間に、磁場を遮蔽する遮蔽部材を配置することが好ましい。

上記構成によれば、ノズルの先端部に遮蔽部材を取り付けるという簡易な操作によって、ノズルの先端部の温度を低下させることができる。
上記ガラス物品の製造方法において、前記停止段階において、前記遮蔽部材を冷却することが好ましい。

上記構成によれば、ノズルの先端部の温度を効率的に低下させることができる。
上記ガラス物品の製造方法において、前記加熱部は、前記ノズルの基端側を加熱する第１加熱部と、前記ノズルの先端側を加熱する第２加熱部とを備え、前記停止段階における前記第２加熱部による加熱温度を、前記供給段階よりも低くすることが好ましい。

上記構成によれば、第２加熱部による加熱温度を供給段階よりも低くすることによって、停止段階におけるノズル先端の温度を低下させることができる。
上記課題を解決する溶融ガラス供給装置は、溶融ガラスを貯留する貯留部と、前記貯留部から溶融ガラスを流出させるノズルと、前記ノズルを加熱する加熱部とを備える溶融ガラス供給装置であって、前記加熱部は、前記ノズルを包囲するコイルを備える誘導加熱装置であり、前記ノズルの先端部と前記コイルとの間に配置させて磁場を遮蔽する遮蔽部材を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、停止段階において、加熱部による加熱状態を維持したままで、ノズルの先端部の温度を低下させることができる。また、ノズルの先端部とコイルとの間に遮蔽部材を配置させるという簡易な操作によって、ノズルの先端部の温度を低下させることができる。

上記溶融ガラス供給装置において、前記遮蔽部材は、金属製の本体部と、前記本体部を冷却する冷却部とを備え、前記冷却部は冷媒が流れる流路であることが好ましい。
上記構成によれば、停止段階において、流路に冷媒を流通させるという簡易な操作によって、本体部を冷却することができる。

本発明のガラス物品の製造方法及び溶融ガラス供給装置によれば、溶融ガラスの供給が一時的に停止される停止段階における、ノズル先端からの溶融ガラスの這い上がりを防止することができ、溶融ガラスの失透を抑制できる。

溶融ガラス供給装置の概略図。 遮蔽部材の斜視図。 遮蔽部材の断面図。 供給段階の説明図。 （ａ）、（ｂ）は、停止段階の説明図。 変更例の溶融ガラス供給装置の概略図。 溶融ガラスの這い上がりの説明図。

以下、ガラス物品の製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のガラス物品の製造方法には、図１に示す溶融ガラス供給装置１０が用いられる。溶融ガラス供給装置１０は、溶融ガラスＭが貯留される貯留部１１を備えている。貯留部１１の底部には、貯留部１１内の溶融ガラスＭを流出させるための流出口１２が貫通して形成されるとともに、貯留部１１内には、流出口１２を閉塞可能なプランジャ１３が設けられている。

貯留部１１の底部の外面（下面）側には、流出口１２に接続されるノズル１４が設けられている。ノズル１４は、円筒状の白金パイプからなり、鉛直姿勢を保って下方に延びるように形成されている。ノズル１４の周囲には、ノズル１４を加熱するための加熱部１５が設けられている。加熱部１５は、ノズル１４の周囲を囲むように配置される円形螺旋状のコイル１５ａと、コイル１５ａに接続される高周波電源１５ｂとから構成される誘導加熱装置であり、ノズル１４を誘導加熱する。

また、溶融ガラス供給装置１０は、図２及び図３に示す遮蔽部材２０を更に備えている。遮蔽部材２０は、円筒状をなす金属製の本体部２１と、本体部２１を冷却するための冷却部２２とから構成されている。円筒状の本体部２１は、その内径がノズル１４の先端の外径よりも大きく形成されるとともに、その外径が加熱部１５のコイル１５ａの内径よりも小さく形成されている。本体部２１を形成する金属材料としては、熱伝導性の優れた金属材料を用いることが好ましい。なお、本実施形態においては、銅製の本体部２１を採用している。

図３に示すように、本体部２１の内周面における下側位置には、内側に膨出した膨出部２３が、その周方向の略全体にわたって設けられるとともに、その膨出部２３の内部には、流路２４が形成されている。また、膨出部２３における流路２４の両端部には、冷媒管２５がそれぞれ接続されており、流路２４及び冷媒管２５を冷却ガスや冷却水等の冷媒が流通可能に構成されている。本実施形態においては、膨出部２３内の流路２４及び冷媒管２５によって冷却部２２が構成されている。

次に、溶融ガラス供給装置１０を用いたガラス物品の製造方法について、ガラスインゴットをバッチ式で製造する方法に具体化して説明する。
ガラス物品の製造に用いられるガラス材料は、特に限定されるものではないが、ノズル１４の先端に這い上がりが生じやすいガラス材料や、失透が生じやすいガラス材料で効果が大きい。這い上がりが生じやすいガラス材料としては、例えば、溶融温度が１５００〜１７６０℃であるガラス材料、成形時に必要とされる成形粘度が１０^１．３５Ｐａ・ｓ以下であるガラス材料が挙げられる。また、失透が生じやすいガラス材料としては、例えば、アルカリ土類金属を含有するガラス材料、ビスマスを含有するガラス材料、亜鉛を含有するガラス材料などが挙げられる。

図４に示すように、ガラスインゴットを製造する際には、まず、図示しないヒータにより貯留部１１内のガラス原料を加熱して、溶融ガラスＭ（ガラス材料）とする。そして、ノズル１４の下方位置に鋳型３０を配置させた後、プランジャ１３を上昇させることによって流出口１２が開放される。これにより、貯留部１１内の溶融ガラスＭが流出口１２からノズル１４へと流れて、ノズル１４を通じて鋳型３０内へ溶融ガラスＭが流れ込む（以下、この状態を「供給段階」と記載する。）。

このとき、ノズル１４内における溶融ガラスＭの失透を抑制すべく、加熱部１５によりノズル１４が加熱される。具体的には、高周波電源１５ｂからコイル１５ａに高周波電流が流れることにより、コイル１５ａの周囲に磁場が発生する。これにより、ノズル１４には磁場を打ち消す方向への渦電流が発生し、この渦電流と金属製のノズル１４との間の電気抵抗により生じるジュール熱に基づいてノズル１４が加熱（誘導加熱）される。なお、このときのノズル１４の温度は、例えば、使用したガラス材料の溶融温度に対して５０〜１００℃高い温度に設定される。

そして、鋳型３０内に一定量の溶融ガラスＭが供給されたところで、溶融ガラスＭが供給された鋳型３０が空の鋳型３０に交換される。そして、空の鋳型３０に対して、同様にして溶融ガラスＭが供給される。こうした操作が、貯留部１１内の溶融ガラスＭの残量が所定量を下回るまで繰り返される。また、溶融ガラスＭが供給された鋳型３０については、冷却処理を施された後、内部に成形されたガラスインゴットを取り出す作業が行われる。

一方、貯留部１１内の溶融ガラスＭの残量が所定量を下回った場合には、ノズル１４から鋳型３０への溶融ガラスＭの供給を停止して、貯留部１１内へ新たなガラス原料を投入し、このガラス原料を加熱することで、溶融ガラスＭ（ガラス材料）を補充する作業が行われる。

具体的には、図５（ａ）に示すように、プランジャ１３を下降させて流出口１２を閉塞させる。これにより、貯留部１１内からノズル１４への溶融ガラスＭの流出が停止されるとともに、ノズル１４から鋳型３０への溶融ガラスＭの供給が停止される（以下、この状態を「停止段階」と記載する。）。このとき、ノズル１４内に溶融ガラスＭが保持されるように、プランジャ１３による流出口１２の閉塞は、貯留部１１内に一定量の溶融ガラスＭが残存する状態にて行われる。ノズル１４内に溶融ガラスＭを保持させることにより、鋳型３０への溶融ガラスＭの供給を再開する際における空気の巻き込みを抑制できる。また、停止段階においても、ノズル１４内に保持された溶融ガラスＭの失透を抑制すべく、加熱部１５によるノズル１４の加熱は継続される。

ここで、ノズル１４の先端部の温度を供給段階よりも低くする冷却処理が行われる。図５（ｂ）に示すように、冷却処理は、ノズル１４の先端部に遮蔽部材２０を取り付けることにより行われる。具体的には、ノズル１４とコイル１５ａとの間に、ノズル１４の先端側から本体部２１を挿入して、ノズル１４の先端部とコイル１５ａとの間に本体部２１を配置する。そして、ノズル１４の先端部は、本体部２１によって囲まれた状態となる。このとき、本体部２１は、ノズル１４及びコイル１５ａのそれぞれに対して非接触の状態とされる。

加熱部１５のコイル１５ａとノズル１４の先端部との間に金属製の本体部２１が介在されることにより、ノズル１４の先端部においては、コイル１５ａから発生する磁場が本体部２１によって遮蔽される。これにより、ノズル１４の先端部に発生していた渦電流が消失又は弱められて、ノズル１４の先端部に対する誘導加熱が停止又は弱められる。その結果、ノズル１４の先端部の温度が部分的に低下する。

また、ノズル１４の先端部に取り付けられた遮蔽部材２０の本体部２１は、ノズル１４の先端部に代わって、加熱部１５により誘導加熱される。そこで、本実施形態では、遮蔽部材２０を冷却する処理が同時に行われる。即ち、冷媒管２５を通じて、膨出部２３内の流路２４に冷媒が供給される。これにより、流路２４内を冷媒が流通して本体部２１が冷却されて、本体部２１の温度上昇が抑制される。その結果、誘導加熱された本体部２１の熱がノズル１４の先端部に伝搬するのが抑制されて、ノズル１４の先端部の温度をより効率的に低下させることができる。また、本実施形態では、本体部２１を、熱伝導性の高い材料（銅）によって形成していることから、冷媒を流通させることによって、本体部２１全体の温度を効率的に低下させることができる。

なお、停止段階におけるノズル１４の先端部の温度は、ノズル１４から鋳型３０内へ溶融ガラスＭを供給する際（供給段階）におけるノズル１４の先端部の温度よりも５０〜１００℃低い温度とすることが好ましい。また、ノズル１４の先端部の温度調整は、例えば、ノズル１４の先端部に対する遮蔽部材２０の挿入度合の調整や、冷媒の供給量の調整等により行うことができる。

次いで、ノズル１４の先端部とコイル１５ａとの間に遮蔽部材２０を配置した状態にて、貯留部１１内に新たなガラス原料が投入される。そして、図示しないヒータにより貯留部１１が加熱されて、貯留部１１内に投入されたガラス原料を十分に溶融させる。これにより、溶融ガラスＭが補充される。その後、ノズル１４の先端部とコイル１５ａとの間に挿入された遮蔽部材２０が取り外される。遮蔽部材２０が取り外されると、本体部２１による磁場の遮蔽状態が解除されて、ノズル１４の先端部に対する誘導加熱が再開される。そして、ノズル１４の先端部の温度が冷却処理前の温度（供給段階の温度）に上昇したところで流出口１２が開放されて、ノズル１４から鋳型３０内への溶融ガラスＭの供給が再開される。

次に、本実施形態の作用について記載する。
本実施形態のガラス物品の製造方法では、ノズル１４内に溶融ガラスＭを保持した状態として、溶融ガラスＭの供給を一時停止する停止段階において、ノズル１４の先端部の温度を部分的に低下させる冷却処理を行っている。これにより、ノズル１４の先端部の内側に保持された溶融ガラスＭの温度が低下するとともに、その粘度が上昇する。その結果、ノズル１４内に保持された溶融ガラスＭが、ノズル１４の先端から濡れ拡がることが抑制されて、溶融ガラスＭの這い上がりが抑制される。

次に、本実施形態の効果について、以下に記載する。
（１）ガラス物品の製造方法は、加熱部１５により加熱されたノズル１４を通じて溶融ガラスＭを供給する供給段階と、ノズル１４内に溶融ガラスＭを保持した状態にて溶融ガラスＭの供給を一時停止する停止段階とを有する。停止段階におけるノズル１４の先端部の温度を、供給段階よりも低くしている。

上記構成によれば、停止段階におけるノズル１４の先端外周への溶融ガラスＭの這い上がりを抑制することができる。また、溶融ガラスＭの這い上がりが抑制されることによって、停止段階を終了して供給段階を開始する際に、這い上がり部分の巻き込みに起因する溶融ガラスの失透を抑制することができる。

（２）加熱部１５は、ノズル１４を包囲するコイル１５ａを備える誘導加熱装置である。そして、停止段階において、ノズル１４の先端部とコイル１５ａとの間に、磁場を遮蔽する遮蔽部材２０を配置することによって、停止段階におけるノズル１４の先端部の温度を低下させている。

上記構成によれば、ノズル１４の先端部とコイル１５ａとの間に遮蔽部材２０を配置するという簡易な操作によって、ノズル１４の先端部の温度を低下させることができる。また、既存の溶融ガラス供給装置１０をそのまま利用することも可能である。また、加熱部１５による加熱状態を維持したままで、ノズル１４の先端部の温度を低下させることができる。

（３）停止段階において、遮蔽部材２０を冷却する操作を行っている。
上記構成によれば、ノズル１４の先端部の温度を効率的に低下させることができる。
（４）ガラス物品を形成するガラス材料は、溶融温度が１５００〜１７６０℃であるガラス材料、成形時に必要とされる成形粘度が１０^１．３５Ｐａ・ｓ以下であるガラス材料、アルカリ土類金属を含有するガラス材料、ビスマスを含有するガラス材料、及び亜鉛を含有するガラス材料、の少なくとも一つに該当するガラス材料であることが好ましい。こうしたガラス材料は、停止段階において這い上がりが生じやすく、また僅かな温度変化によっても失透しやすい。そのため、上記（１）の効果をより顕著に得ることができる。

（５）溶融ガラス供給装置１０は、溶融ガラスＭを貯留する貯留部１１と、貯留部１１から溶融ガラスＭを流出させるノズル１４と、ノズル１４を加熱する加熱部１５とを備えている。加熱部１５は、ノズル１４を包囲するコイル１５ａを備える誘導加熱装置であり、ノズル１４の先端部とコイル１５ａとの間にて磁場を遮蔽する遮蔽部材２０を更に備えている。

上記構成によれば、停止段階において、加熱部１５による加熱状態を維持したままで、ノズル１４の先端部の温度を低下させることができる。また、ノズル１４の先端部とコイル１５ａとの間に遮蔽部材２０を配置するという簡易な操作によって、ノズル１４の先端部の温度を低下させることができる。

（６）遮蔽部材２０は、金属製の本体部２１と、本体部２１を冷却する冷却部２２（流路２２ｂ、冷媒管２２ｃ）とを備え、冷却部２２は冷媒が流れる流路（流路２２ｂ、冷媒管２２ｃ）である。

上記構成によれば、停止段階において、上記流路に冷媒を流通させるという簡易な操作によって、本体部２１を冷却することができる。
（変更例）
上記実施形態を次のように変更して構成してもよい。

・上記実施形態では、貯留部１１に溶融ガラスＭを補充する補充操作時を停止段階として説明したが、ガラス物品の製造方法においては、停止段階に該当する状況、即ちノズル１４内に溶融ガラスＭを保持した状態にて溶融ガラスＭの供給を一時停止する状況は、補充操作時の他にも存在する。例えば、溶融ガラスＭが充填された鋳型３０の重量が大きく、鋳型３０を瞬時に交換することが難しい場合には、鋳型３０への溶融ガラスＭの供給を一時停止した状態として、鋳型３０の交換作業が行われる。こうした場合も停止段階に該当する。なお、ガラス物品の製造方法において、停止段階に該当する状況が複数、存在する場合には、停止段階に該当する状況のうちの少なくとも一つにおいて、ノズル１４の先端部の温度を、供給段階よりも低い温度に低下させていればよい。

・上記実施形態では、ガラスインゴットの製造方法に具体化したが、ノズル１４内に溶融ガラスＭを保持した状態にて溶融ガラスＭの供給を一時停止する停止段階が存在する製造方法であれば、ガラス板、レンズ等の他のガラス物品の製造方法に具体化することも可能である。また、停止段階が存在する製造方法であれば、バッチ式以外の製造方法に具体化することも可能である。

・停止段階において、ノズル１４の先端部に遮蔽部材２０を着脱させる具体的方法は特に限定されるものではなく、作業者の手によって行ってもよいし、アクチュエータ等を用いて自動化してもよい。

・上記実施形態では、停止段階において、ノズル１４に取り付けられた遮蔽部材２０（本体部２１）を冷却する処理を行っていたが、この処理を省略してもよい。この場合には、遮蔽部材２０の冷却部２２は省略することも可能である。

・停止段階において、ノズル１４の先端部の温度を低下させるための方法は、ノズル１４の先端部とコイル１５ａとの間に遮蔽部材２０を配置する方法に限定されるものではない。例えば、ノズル１４の先端部に冷風を吹き付けることや、ノズル１４の先端部を直接水冷することによって、ノズル１４の先端部の温度を低下させてもよい。

また、ノズル１４の延びる方向（上下方向）に沿って複数の加熱部を並設し、各加熱部の出力をそれぞれ調整することによって、停止段階におけるノズル１４の先端部の温度を低下させてもよい。具体的には、図６に示すように、加熱部を、ノズル１４の基端側に配置される第１コイル１６ａと第１高周波電源１６ｂとから構成される第１加熱部１６、及びノズル１４の先端側に配置される第２コイル１７ａと第２高周波電源１７ｂとから構成される第２加熱部１７に分けて上下に設置する。第１加熱部１６は、ノズル１４の基端側を加熱する加熱部であり、第２加熱部１７は、ノズル１４の先端側を加熱する加熱部である。

そして、供給段階においては、第１加熱部１６及び第２加熱部１７の出力を調整して、ノズル１４の基端側及び先端側をそれぞれ加熱する。一方、停止段階においては、第１加熱部１６の出力を維持したままで、第２加熱部１７の出力のみを下げて、第２加熱部１７による設定加熱温度を低下させる。この場合にも、停止段階において、ノズル１４の先端部の温度を低下させることができる。

・ノズル１４を加熱する方法として、誘導加熱以外の加熱方法を採用することも可能である。誘導加熱以外の加熱方法としては、例えば、ヒータ等を用いて加熱する方法が挙げられる。なお、この場合には、ノズル１４の先端部の温度を低下させる方法として、遮蔽部材２０を用いる以外の方法、例えば、ノズル１４の先端部に冷風を吹き付ける方法や、ノズル１４の延びる方向に沿って複数の加熱部を並設し、各加熱部の出力をそれぞれ調整する方法が採用される。

Ｈ…這い上がり部分、Ｍ…溶融ガラス、１０…溶融ガラス供給装置、１１…貯留部、１２…流出口、１３…プランジャ、１４…ノズル、１５…加熱部、１５ａ…コイル、１５ｂ…高周波電源、１６…第１加熱部、１６ａ…第１コイル、１６ｂ…第１高周波電源、１７…第２加熱部、１７ａ…第２コイル、１７ｂ…第２高周波電源、２０…遮蔽部材、２１…本体部、２２…冷却部、２３…膨出部、２４…流路、２５…冷媒管、３０…鋳型。

Claims (6)

1. 加熱部により加熱されたノズルを通じて溶融ガラスを供給する供給段階と、前記ノズル内に溶融ガラスを保持した状態にて溶融ガラスの供給を一時停止する停止段階とを有するガラス物品の製造方法であって、
   前記停止段階における前記ノズルの先端部の温度を、前記供給段階よりも低くすることを特徴とするガラス物品の製造方法。
2. 前記加熱部は、前記ノズルを包囲するコイルを備える誘導加熱装置であり、
   前記停止段階において、
   前記ノズルの先端部と前記コイルとの間に、磁場を遮蔽する遮蔽部材を配置することを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の製造方法。
3. 前記停止段階において、
   前記遮蔽部材を冷却することを特徴とする請求項２に記載のガラス物品の製造方法。
4. 前記加熱部は、前記ノズルの基端側を加熱する第１加熱部と、前記ノズルの先端側を加熱する第２加熱部とを備え、
   前記停止段階における前記第２加熱部による加熱温度を、前記供給段階よりも低くすることを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の製造方法。
5. 溶融ガラスを貯留する貯留部と、前記貯留部から溶融ガラスを流出させるノズルと、前記ノズルを加熱する加熱部とを備える溶融ガラス供給装置であって、
   前記加熱部は、前記ノズルを包囲するコイルを備える誘導加熱装置であり、
   前記ノズルの先端部と前記コイルとの間に配置させて磁場を遮蔽する遮蔽部材を備えることを特徴とする溶融ガラス供給装置。
6. 前記遮蔽部材は、金属製の本体部と、前記本体部を冷却する冷却部とを備え、
   前記冷却部は冷媒が流れる流路であることを特徴とする請求項５に記載の溶融ガラス供給装置。