JP2018030733A - ガラス物品の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水平面に対して傾斜した姿勢で回転するスリーブによって溶融ガラスからガラス物品を成形するに際し、溶融ガラスの保温性およびガラス物品の品質を向上させるガラス物品の製造装置および製造方法の提供。【解決手段】水平面に対して傾斜した姿勢で回転する円筒状のスリーブ２に溶融ガラスＧを巻き付け、スリーブ２の先端部２ａから引き出しながら管状ガラスＰＧに成形するに際して、スリーブ２を上方から覆う耐火物でなる屋根部９を含み且つスリーブ２を内側に収容する成形室３を、その外側から加熱するにあたって、屋根部９の姿勢が、スリーブ２の姿勢に倣って水平面に対して傾斜するようにしたガラス物品の製造装置および製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、管状ガラスや棒状ガラス等のガラス物品を製造するための製造装置および製造方法に関する。

周知のように、管状ガラスや棒状ガラス等のガラス物品を製造するための手法としては、ダンナー法、ダウンドロー法、アップドロー法等を挙げることができるが、特許文献１には、ダンナー法を用いてガラス物品を製造する装置が開示されている。同装置は、水平面に対して傾斜した姿勢で回転する円筒状のスリーブと、スリーブを内側に収容する成形室と、成形室を外側から加熱する加熱手段とを備えている。そして、同装置は、スリーブに巻き付けた溶融ガラスをスリーブの先端から引き出しながらガラス物品に成形するように構成されている。

また、上記の装置はマッフル炉を有している。マッフル炉は、マッフル外壁部材と、マッフル外壁部材の内側に設けられたマッフル内面部材と、マッフル内面部材の上方に設けられたマッフル天井とを備えている。そして、マッフル内面部材とマッフル天井との両者でスリーブを囲っており、両者によって成形室が構成されている。マッフル天井は、水平面に平行な姿勢でスリーブを上方から覆う屋根部となっており、炭化珪素系耐火物やアルミナジルコン系耐火物等の耐火物でなる。

特開２００９−２３４８７３号公報

ところで、上記の装置によってガラス物品を製造する場合には、下記のような解決すべき問題が生じていた。

すなわち、上記の装置では、加熱手段により成形室を外側から加熱することで、成形室内のスリーブに巻き付けた溶融ガラスを間接的に加熱する。ここで、同装置では、スリーブが水平面に対して傾斜した姿勢をとっているのに対し、スリーブを覆う屋根部が水平面に平行な姿勢をとっている。そのため、スリーブと屋根部との相互間距離は、スリーブの基端側で相対的に短く、先端側で相対的に長くなっている。これにより、スリーブの基端側では、屋根部とスリーブに巻き付けた溶融ガラスとを近接させることができ、溶融ガラスを加熱しやすい一方、スリーブの先端側では、屋根部から離れている分だけ、スリーブに巻き付けた溶融ガラスを加熱し難くなる。このため、溶融ガラスの保温性が悪いという問題があった。

また、上記の装置では、溶融ガラスの揮発した成分が、屋根部を構成する耐火物と反応して液状の異質物が生成されることがある。そして、生成された異質物が屋根部から滴として落下し、スリーブに巻き付けた溶融ガラスに混入してしまう場合がある。このような場合には、ガラス物品は、異質物が混入した溶融ガラスから成形されることになり、製造されるガラス物品の品質が大きく低下したり、或いは、製品として採用することが不可能となったりする問題があった。

上記の事情に鑑みなされた本発明は、水平面に対して傾斜した姿勢で回転するスリーブによって溶融ガラスからガラス物品を成形するに際し、溶融ガラスの保温性およびガラス物品の品質を向上させることを技術的な課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、水平面に対して傾斜した姿勢で回転する円筒状のスリーブと、スリーブを上方から覆う耐火物でなる屋根部を含み且つスリーブを内側に収容する成形室と、成形室を外側から加熱する加熱手段とを備え、スリーブに巻き付けた溶融ガラスをスリーブの先端部から引き出しながらガラス物品に成形するガラス物品の製造装置であって、屋根部の姿勢が、スリーブの姿勢に倣って水平面に対して傾斜していることに特徴付けられる。

このような構成によれば、屋根部の姿勢がスリーブの姿勢に倣って水平面に対して傾斜していることから、スリーブの基端側のみでなく先端側においても、屋根部とスリーブに巻き付けた溶融ガラスとを近接させることができる。その結果、スリーブの先端側でも溶融ガラスを加熱しやすくなり、溶融ガラスの保温性を向上させることが可能となる。また、溶融ガラスの揮発した成分が、屋根部を構成する耐火物と反応して液状の異質物が生成された場合であっても、傾斜した屋根部を伝って異質物が自重でスリーブの基端側から先端側に向かって流れることで、異質物がスリーブの上方から排除される。これにより、異質物が屋根部から滴として落下し、スリーブに巻き付けた溶融ガラスに混入するような事態の発生を回避できる。その結果、製造されるガラス物品の品質を向上させることが可能となる。

上記の構成において、屋根部が、スリーブの上方でスリーブの軸方向に沿って延びた頂部と、スリーブの側方側に向かって頂部から下方に傾斜した傾斜部とを有することが好ましい。

このようにすれば、液状の異質物が傾斜部を伝って流れることで、スリーブの基端側から先端側に向かってだけではなく、スリーブの側方側に向かっても流れるようになる。この結果、より効果的に異質物をスリーブの上方から排除することができる。

上記の構成において、屋根部が、スリーブの軸方向に沿って複数の部分屋根に分割されると共に、各部分屋根が、耐火物に継ぎ目が無い一体の構造物として形成されていることが好ましい。

このようにすれば、屋根部が複数の部分屋根に分割されていることで、屋根部を交換するための作業等を行いやすくなる。さらに、各部分屋根が、耐火物に継ぎ目が無い一体の構造物として形成されていることから、下記のような効果も得ることが可能である。すなわち、屋根部には、耐火物の熱膨張に起因して上向きの力（屋根部を持ち上げる向きの力）が作用しやすい。そして、各部分屋根が、一体の構造物として形成されておらず、耐火物に継ぎ目が存在するような場合には、上向きの力の作用に伴って継ぎ目を起点に各部分屋根が破損してしまう虞がある。このような事態が発生すると、破損部に溶融ガラスの揮発した成分が侵入し、各部分屋根の表層部のみでなく、内部でまで液状の異質物が生成されやすくなる。しかしながら、各部分屋根を耐火物に継ぎ目が無い一体の構造物として形成しておけば、上述のような虞を的確に排除することができる。

上記の構成において、隣り合う部分屋根同士が、相互に噛み合った状態で連結されていることが好ましい。

成形室は、その内外を区画することで、成形室外の加熱されたガスが成形室内に流入することを回避する必要がある。ここで、隣り合う部分屋根同士の相互間に隙間が形成されてしまうと、加熱されたガスの成形室内への流入を回避することが必然的に不可能となる。しかしながら、隣り合う部分屋根同士が相互に噛み合った状態で連結されていれば、隙間の形成を可及的に阻止できるため、加熱されたガスの流入を効果的に回避することが可能となる。

上記の構成において、屋根部を構成する耐火物が、質量％で、５０％以上のβアルミナを含有することが好ましい。

このようにすれば、溶融ガラスの揮発した成分が、屋根部を構成する耐火物と反応し難くなる。そのため、液状の異質物が屋根部から滴として落下し、スリーブに巻き付けた溶融ガラスに混入するような事態が必然的に発生し難くなる。

上記の構成において、屋根部を構成する耐火物が、質量％で、３０％以上のαアルミナを含有することが好ましい。

上述のように、屋根部を構成する耐火物が、質量％で５０％以上のβアルミナを含有していれば、溶融ガラスの揮発した成分を耐火物と反応し難くすることができる。一方、このような組成の耐火物の中には、屋根部の構成材として用いるには機械的強度が比較的低いものもあり、屋根部の崩落についての懸念がある。そこで、屋根部を構成する耐火物は、質量％で５０％以上のβアルミナに加えて、質量％で３０％以上のαアルミナを含有することがより好ましい。このような組成であれば、溶融ガラスの揮発成分と耐火物との反応を抑制できると共に、機械的強度を更に向上させることが可能となる。

上記の構成において、成形室内に流出口を有し、且つ、流出口から流出させた溶融ガラスをスリーブに供給するフィーダーを備え、流出口を上下に跨いで、上方に屋根部が配置されると共に、下方にスリーブが配置されていることが好ましい。

このようにすれば、液状の異質物が生成された場合でも、傾斜した屋根部を伝って異質物が自重でスリーブの基端側から先端側に向かって流れることで、異質物がフィーダーの流出口の上方から排除される。これにより、異質物が屋根部から滴として落下し、フィーダーの流出口から流出した溶融ガラスに異質物が混入するような事態の発生を回避できる。その結果、製造されるガラス物品の品質を更に向上させることが可能となる。

また、上記の課題を解決するために創案された本発明は、水平面に対して傾斜した姿勢で回転する円筒状のスリーブに溶融ガラスを巻き付け、スリーブの先端部から引き出しながらガラス物品に成形するに際し、スリーブを上方から覆う耐火物でなる屋根部を含み且つスリーブを内側に収容する成形室を、成形室の外側から加熱するガラス物品の製造方法であって、屋根部の姿勢を、スリーブの姿勢に倣って水平面に対して傾斜させたことに特徴付けられる。

このような方法によれば、上記のガラス物品の製造装置について既に述べた作用・効果と同一の作用・効果を得ることが可能である。

本発明によれば、水平面に対して傾斜した姿勢で回転するスリーブによって溶融ガラスからガラス物品を成形するに際し、溶融ガラスの保温性およびガラス物品の品質を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係るガラス物品の製造装置および製造方法を示す縦断側面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面を示す縦断正面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面を示す縦断正面図である。 図１におけるＣ部を拡大して示す縦断側面図である。

以下、本発明の実施形態に係るガラス物品の製造装置および製造方法について、添付の図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態においては、ガラス物品として管状ガラスを製造する場合を例示する。

図１および図２に示すように、本発明の実施形態に係るガラス物品の製造方法に使用するガラス物品の製造装置１（以下、単に製造装置１と表記）は、ダンナー法を用いて、スリーブ２に巻き付けた溶融ガラスＧを当該スリーブ２の先端部２ａから引き出しながら管状ガラスＰＧに成形するように構成されている。

製造装置１は、主たる構成要素として、水平面に対して傾斜した姿勢で回転する円筒状のスリーブ２と、スリーブ２を内側に収容する成形室３と、成形室３の外側に形成された密閉空間４と、密閉空間４内に配置されて成形室３を外側から加熱する加熱手段としての電気ヒーター５と、成形室３内に配置された流出口６ａからスリーブ２に溶融ガラスＧを供給するフィーダー６と、これらの構成要素を壁部７ａで囲って内部に収容するマッフル炉７とを備えている。

スリーブ２は、水平面に対して傾斜した軸線８ａの周りを回転する回転軸８と連結されている。これにより、スリーブ２は、回転軸８と同期した状態で軸線８ａの周りを回転することが可能となっている。回転中のスリーブ２に供給された溶融ガラスＧは、当該スリーブ２に巻き付いた状態で基端部２ｂ側から先端部２ａ側に向かって漸次に送られていく。

スリーブ２および回転軸８の各々には、軸線８ａが延びる方向（以下、軸方向と表記）に沿って貫通孔が形成されており、この貫通孔内には、ガス（例えば、圧縮空気）を流通させることが可能となっている。スリーブ２の貫通孔は回転軸８の貫通孔と接続されており、ガスは、回転軸８の貫通孔を通過した後、スリーブ２の貫通孔に対して基端部２ｂ側から流入する。その後、ガスは、スリーブ２の貫通孔を通過した後、先端部２ａ側から流出して溶融ガラスＧに向けて噴射される。この噴射されたガスの圧力により、スリーブ２から引き出される溶融ガラスＧの内部に空隙ができ、溶融ガラスＧが円筒状に形成されることで管状ガラスＰＧが成形される。

ここで、本実施形態においては、製造装置１が、ガラス物品として管状ガラスＰＧを成形するように構成されているが、これに限定されるものではない。本実施形態の変形例として、製造装置１が、ガラス物品として棒状ガラスを成形するように構成されていてもよい。この場合、上記のガスの噴射を停止することで、管状ガラスＰＧに代えて棒状ガラスを成形することが可能である。

成形室３は、スリーブ２を上方から覆う耐火物でなる屋根部９と、スリーブ２を側方および下方から覆った状態で、屋根部９を下方から支持する本体部１０とを備えている。この屋根部９と本体部１０との両者により、成形室３と密閉空間４とが区画されている。成形室３は、室内の温度が温度センサー１１によって測定されている。この温度センサー１１は、スリーブ２の軸方向に沿って複数（本実施形態では二つ）が設置されている。なお、屋根部９を構成する耐火物は、質量％で、５０％以上のβアルミナ、及び、３０％以上のαアルミナを含有している。

屋根部９は、スリーブ２の姿勢に倣って水平面に対して傾斜した姿勢をとっている。この屋根部９は、スリーブ２の上方でスリーブ２の軸方向に沿って延びた頂部９ａと、スリーブ２の側方側に向かって頂部９ａから下方に傾斜した傾斜部９ｂとを有する。傾斜部９ｂは、一定の角度で傾斜した勾配として形成されている。

屋根部９は、スリーブ２の軸方向に沿って複数（本実施形態では五つ）の部分屋根９１に分割されている。各部分屋根９１は、当該部分屋根９１を構成する耐火物に継ぎ目が無い一体の構造物として形成されている。複数の部分屋根９１のうち、溶融ガラスＧの流れ方向における最も上流側に配置された部分屋根９１ｘは、他の部分屋根９１とは異なった構成を有する。

他の部分屋根９１が、頂部９ａを挟んで一対の傾斜部９ｂ，９ｂを有するのに対し、図３に示すように、部分屋根９１ｘは、一対の傾斜部９ｂ，９ｂのうちの片側のみを有する。部分屋根９１ｘは、フィーダー６の流出口６ａを上方から覆っている。これにより、流出口６ａを上下に跨いで、上方に部分屋根９１ｘが配置されると共に、下方にスリーブ２が配置されている。

ここで、一対の傾斜部９ｂ，９ｂの開き角の角度は、９０〜１５０°の範囲内とすることが好ましい。これは、上記の範囲内よりも開き角の角度が大きい場合には、溶融ガラスＧの揮発した成分が、屋根部９を構成する耐火物と反応して液状の異質物が生成された際に、傾斜部９ｂを伝って流れる異質物をスリーブ２の側方側に誘導することが難しくなり、異質物が滴として落下し、スリーブ２に巻き付いた溶融ガラスＧに混入する虞があるためである。また、上記の範囲内よりも開き角の角度が小さい場合には、耐火物で屋根部９を組み上げることが困難となる虞があるためである。

図４に示すように、隣り合う部分屋根９１，９１同士は、これらを連結させた連結部９２において、相互に噛み合った状態となっている。隣り合う両部分屋根９１，９１のうち、スリーブ２の基端部２ｂ側に配置された部分屋根９１は、先端部２ａ側に配置された部分屋根９１を局所的に下方から支持している。なお、部分屋根９１と部分屋根９１ｘとの間においても、同様の形態で両部分屋根９１，９１ｘが噛み合った状態となっている。

図１および図２に示すように、本体部１０は、当該本体部１０とマッフル炉７の壁部７ａとの相互間に介在させた支持部材１２と、マッフル炉７の壁部７ａに設けられた支持部７ａａとにより、下方から支持されている。また、本体部１０は、溶融ガラスＧの流れ方向において、上流側に配置されて相対的に高温となる高温部１０ａと、下流側に配置されて相対的に低温となる低温部１０ｂとに分割されており、高温部１０ａと低温部１０ｂとの境界に沿って支持部材１２が配置されている。

密閉空間４は、マッフル炉７の壁部７ａと成形室３との間に形成されており、両者によって密閉されている。この密閉空間４内のガス（例えば、空気）は、電気ヒーター５によって加熱される。さらに、加熱されたガスが成形室３を外側から加熱するのに伴い、スリーブ２に巻き付いた溶融ガラスＧが加熱される。

電気ヒーター５は、炭化珪素系発熱体や二珪化モリブデン系発熱体等の棒状のセラミックヒーターであり、温度センサー１１が測定した成形室３内の温度に基づいて出力が制御されている。この電気ヒーター５は、成形室３の両側方および下方に配置されている。両側方に配置された電気ヒーター５は、成形室３を基準として対称に設置されている。下方に配置された電気ヒーター５は、支持部材１２を挟んで高温部１０ａ側と低温部１０ｂ側とにそれぞれ設置されている。

フィーダー６は、図示省略のガラス溶融窯で生成された溶融ガラスＧを成形室３内まで送っている。このフィーダー６は、図３に示すように、成形室３における本体部１０上に載置されるように設置されている。

図１に示すように、マッフル炉７の壁部７ａには、スリーブ２の先端部２ａから引き出された管状ガラスＰＧを通過させるための第一の孔部７ａｂと、スリーブ２と連結された回転軸８を挿通させるための第二の孔部７ａｃとが形成されている。

以下、上記のガラス物品の製造装置１、及び、この製造装置１を使用したガラス物品の製造方法による主たる作用・効果について説明する。

上記の製造装置１、及び、この製造装置１を使用した製造方法によれば、屋根部９の姿勢がスリーブ２の姿勢に倣って水平面に対して傾斜していることから、スリーブ２の基端部２ｂ側のみでなく先端部２ａ側においても、屋根部９とスリーブ２に巻き付けた溶融ガラスＧとを近接させることができる。その結果、スリーブ２の先端部２ａ側でも溶融ガラスＧを加熱しやすくなり、溶融ガラスＧの保温性を向上させることが可能となる。

また、溶融ガラスＧの揮発した成分が、屋根部９を構成する耐火物と反応して液状の異質物が生成された場合でも、傾斜した屋根部９を伝って異質物が自重でスリーブ２の基端部２ｂ側から先端部２ａ側に向かって流れることで、異質物がスリーブ２の上方から排除される。これにより、異質物が屋根部９から滴として落下し、スリーブ２に巻き付けた溶融ガラスＧに混入するような事態の発生を回避できる。その結果、製造される管状ガラスＰＧの品質を向上させることが可能となる。

ここで、本発明に係るガラス物品の製造装置および製造方法は、上記の実施形態で説明した態様に限定されるものではない。例えば、屋根部を構成する耐火物が、質量％で、５０％以上のβアルミナ、及び、３０％以上のαアルミナを含有していることを条件として、屋根部を平坦な板状部材で構成してもよい。

１ ガラス物品の製造装置
２ スリーブ
２ａ 先端部
３ 成形室
５ 電気ヒーター
６ フィーダー
６ａ 流出口
９ 屋根部
９ａ 頂部
９ｂ 傾斜部
９１ 部分屋根
９１ｘ 部分屋根
Ｇ 溶融ガラス
ＰＧ 管状ガラス

Claims (8)

1. 水平面に対して傾斜した姿勢で回転する円筒状のスリーブと、該スリーブを上方から覆う耐火物でなる屋根部を含み且つ該スリーブを内側に収容する成形室と、該成形室を外側から加熱する加熱手段とを備え、
   前記スリーブに巻き付けた溶融ガラスを該スリーブの先端部から引き出しながらガラス物品に成形するガラス物品の製造装置であって、
   前記屋根部の姿勢が、前記スリーブの姿勢に倣って水平面に対して傾斜していることを特徴とするガラス物品の製造装置。
2. 前記屋根部が、前記スリーブの上方で該スリーブの軸方向に沿って延びた頂部と、前記スリーブの側方側に向かって前記頂部から下方に傾斜した傾斜部とを有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装置。
3. 前記屋根部が、前記スリーブの軸方向に沿って複数の部分屋根に分割されると共に、各部分屋根が、前記耐火物に継ぎ目が無い一体の構造物として形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス物品の製造装置。
4. 隣り合う前記部分屋根同士が、相互に噛み合った状態で連結されていることを特徴とする請求項３に記載のガラス物品の製造装置。
5. 前記屋根部を構成する前記耐火物が、質量％で、５０％以上のβアルミナを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス物品の製造装置。
6. 前記屋根部を構成する前記耐火物が、質量％で、３０％以上のαアルミナを含有することを特徴とする請求項５に記載のガラス物品の製造装置。
7. 前記成形室内に流出口を有し、且つ、該流出口から流出させた溶融ガラスを前記スリーブに供給するフィーダーを備え、
   前記流出口を上下に跨いで、上方に前記屋根部が配置されると共に、下方に前記スリーブが配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガラス物品の製造装置。
8. 水平面に対して傾斜した姿勢で回転する円筒状のスリーブに溶融ガラスを巻き付け、該スリーブの先端部から引き出しながらガラス物品に成形するに際し、
   前記スリーブを上方から覆う耐火物でなる屋根部を含み且つ該スリーブを内側に収容する成形室を、該成形室の外側から加熱するガラス物品の製造方法であって、
   前記屋根部の姿勢を、前記スリーブの姿勢に倣って水平面に対して傾斜させたことを特徴とするガラス物品の製造方法。

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