JP2021062990A - 溶融ガラスの搬送装置、ガラス物品の製造設備、およびガラス物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたって使用することが可能な、溶融ガラスの搬送装置を提供する。【解決手段】溶融ガラスの搬送装置であって、導管部材と、前記導管部材の周囲に設けられた第１のセラミックス部材と、を備え、前記第１のセラミックス部材は、１０００℃における線熱膨張係数が８×１０−６〜１２×１０−６／℃の範囲であり、１４００℃での圧縮強度が５ＭＰａ以上であり、前記導管部材は、白金または白金合金の母材にＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２およびＹ２Ｏ３からなる群から選択される１種以上の金属酸化物粒子を分散させた強化白金材料で構成され、前記金属酸化物粒子は、前記強化白金材料中に０．０１質量％〜０．１５質量％の濃度で含有されている、搬送装置。【選択図】図２

Description

本発明は、溶融ガラスの搬送装置、ガラス物品の製造設備、およびガラス物品の製造方法に関する。

通常、ガラス物品の製造設備は、上流側から、溶解装置、清澄装置、および成形装置を備える。

溶解装置では、ガラス原料が溶解され、溶融ガラスが形成される。また、清澄装置では、溶融ガラスが清澄され、溶融ガラスに含まれる気泡が除去される。また、成形装置では、清澄された溶融ガラスが所定の形状に成形され、成形ガラスが形成される。

その後、成形ガラスを徐冷してガラス物品を製造することができる。

国際公開第２０１４／０７３５９４号

上記のようなガラス物品の製造設備において、溶解装置と清澄装置の間、および清澄装置と成形装置の間には、溶融ガラスを搬送するための搬送装置が設置される。

そのような搬送装置は、溶融ガラスを流通させるための導管と、該導管の周囲に設置された断熱れんがとを有する。断熱れんがは、導管の全外周部分と接触するように設置することが望ましい。しかしながら、そのような構成は現実的ではなく、実際には、導管と断熱れんがとの間には、隙間が存在する。

導管は、高温の溶融ガラスに対して耐食性を有する必要があるため、通常、白金または白金合金で構成される。ただし、コストの観点から、導管は、比較的薄い厚さで構成される。このため、導管は、内部に流通する高温の溶融ガラスによって容易にクリープ変形し、膨張する。そして、そのような導管の膨張が顕著になると、導管が破損するおそれがある。

そこで、そのような導管の破損を防止するため、導管と断熱れんがの間に、キャスタブルセメントと呼ばれる不定形のセラミックス材料を設置することが提案されている（特許文献１）。

キャスタブルセメントは、導管と断熱れんがの間の隙間を充填するように設置され、高温での導管の膨張をある程度抑制できる。従って、キャスタブルセメントを使用することにより、導管の膨張による破損を有意に抑制できる。

しかしながら、本願発明者らによれば、導管と断熱れんがとの間にキャスタブルセメントを介在させた場合であっても、比較的短い期間で、導管に亀裂が生じることがしばしば確認されている。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、より長期間にわたって使用することが可能な、溶融ガラスの搬送装置を提供することを目的とする。また、本発明では、そのような搬送装置を有する、ガラス物品の製造設備を提供することを目的とする。さらに、本発明では、そのような搬送装置が使用される、ガラス物品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明では、溶融ガラスの搬送装置であって、導管部材と、前記導管部材の周囲に設けられた第１のセラミックス部材と、を備え、前記第１のセラミックス部材は、１０００℃における線熱膨張係数が８×１０^−６〜１２×１０^−６／℃の範囲であり、１４００℃での圧縮強度が５ＭＰａ以上であり、前記導管部材は、白金または白金合金の母材にＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３からなる群から選択される１種以上の金属酸化物粒子を分散させた強化白金材料で構成され、前記金属酸化物粒子は、前記強化白金材料中に０．０１質量％〜０．１５質量％の濃度で含有されている、搬送装置が提供される。

また、本発明では、ガラス物品の製造設備であって、ガラス原料を溶解して溶融ガラスを形成する溶解装置、前記溶融ガラスを清澄する清澄装置、および前記清澄された溶融ガラスを成形する成形装置を有し、さらに、前記溶解装置と前記清澄装置の間、および／または前記清澄装置と前記成形装置の間に、前記溶融ガラスの搬送装置を有し、前記搬送装置は、前述のような特徴を有する搬送装置である、ガラス物品の製造設備が提供される。

さらに、本発明では、ガラス物品の製造方法であって、ガラス原料を溶解して溶融ガラスを形成する溶解工程、前記溶融ガラスを清澄する清澄工程、および前記清澄された溶融ガラスを成形する成形工程を有し、さらに、前記溶解工程と前記清澄工程の間、および／または前記清澄工程と前記成形工程の間に、前記溶融ガラスの搬送工程を含み、該搬送工程では、前述のような特徴を有する搬送装置が使用される、ガラス物品の製造方法が提供される。

本発明では、より長期間にわたって使用することが可能な、溶融ガラスの搬送装置を提供できる。また、本発明では、そのような搬送装置を有する、ガラス物品の製造設備を提供できる。さらに、本発明では、そのような搬送装置が使用される、ガラス物品の製造方法を提供できる。

いくつかの搬送装置における、キャスタブルの圧縮変形量の時間変化挙動を模式的に示した概念図である。 本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置の断面を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態によるガラス物品の製造設備の一構成例を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置の製造方法のフローを模式的に示した図である。 導管部材に使用され得る導管セグメントの一構成例を模式的に示した図である。 図５に示した導管セグメントから構成された円筒状セグメントの一例を模式的に示した図である。 図６に示した円筒状セグメントから構成された導管の一例を模式的に示した図である。 各サンプルのバルク部分から採取した試験片によるクリープ破断伸びの測定結果をまとめて示した図である。 各サンプルの溶接部から採取した試験片によるクリープ破断伸びの測定結果をまとめて示した図である。 各サンプルから採取した試験片における熱処理試験前後の組織をまとめて示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

本発明による一実施形態では、溶融ガラスの搬送装置であって、導管部材と、前記導管部材の周囲に設けられた第１のセラミックス部材と、を備え、前記第１のセラミックス部材は、１０００℃における線熱膨張係数が８×１０^−６〜１２×１０^−６／℃の範囲であり、１４００℃での圧縮強度が５ＭＰａ以上であり、前記導管部材は、白金または白金合金の母材にＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３からなる群から選択される１種以上の金属酸化物粒子を分散させた強化白金材料で構成され、前記金属酸化物粒子は、前記強化白金材料中に０．０１質量％〜０．１５質量％の濃度で含有されている、搬送装置が提供される。

本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置では、第１のセラミックス部材の１４００℃での圧縮強度は、５ＭＰａ以上である。そのため、導管部材の周囲に設置された第１のセラミックス部材は、搬送装置の使用期間中に生じ得る導管部材の膨張に対して、ある程度の拘束力を発揮することができる。

また、第１のセラミックス部材の１０００℃における線熱膨張係数は、８×１０^−６〜１２×１０^−６／℃の範囲であり、導管部材の線熱膨張係数と比較的近くなっている。

ところで、溶融ガラスの搬送装置において、例えば、導管部材および第１のセラミックス部材が複雑な形状を有する場合、導管部材さらには第１のセラミックス部材内で温度分布が生じやくなる。また、この場合、導管部材に局所的に大きな応力が加わり、導管部材が破損する危険性がある。

そこで、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置では、第１のセラミックス部材の１０００℃における線熱膨張係数が前述のように調整されている。従って、導管部材さらには第１のセラミックス部材内で温度分布が生じやすい構造であっても、導管部材に局所的に大きな応力が加わったり、導管部材が破損したりすることを有意に抑制できる。

さらに、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置では、導管部材は、金属酸化物粒子を分散させた「延性強化白金材料」で構成される。

ここで、本願において、「強化白金材料」とは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３からなる群から選択される１種以上の金属酸化物粒子を母材中に分散させることにより、高温クリープ強度が高められた白金材料を意味する。上記金属酸化物粒子を母材中に分散させることにより、結晶粒の成長および転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の移動が妨げられ、良好な耐クリープ特性を得ることができる。

なお、「強化白金材料」は、金属酸化物粒子が添加された白金のみならず、金属酸化物粒子が添加された白金合金をも含む概念であることに留意する必要がある。

また、「延性強化白金材料」とは、特に、前述の金属酸化物粒子の添加量を０．０１質量％〜０．１５質量％の範囲とすることにより、延性を高めた強化白金材料を意味する。

このような「延性強化白金材料」で導管部材を構成した場合、１４００℃の溶融ガラスが内部に流通するような環境においても、導管部材のクリープ強度を有意に高めることができる。また、通常の「強化白金材料」で構成された導管部材に比べて、導管部材のクリープ破断伸びを有意に高めることができる。ここで、クリープ破断伸びとは、クリープ試験において、試験片が破断した時の基準部分の長さ（ゲージレングス）の伸び率を指す。

以上の効果の結果、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置では、導管部材が比較的短い使用期間で破損してしまうという問題が生じ難く、搬送装置を長期にわたって安定に使用することが可能となる。

以下、図１を参照して、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置の特徴を、より詳しく説明する。

図１には、いくつかの溶融ガラスの搬送装置において想定される、１４００℃でのキャスタブルの圧縮変形量（縦軸）の時間変化挙動を模式的に示す。

搬送装置の使用期間中、キャスタブルの内周側は、導管部材の膨張により圧縮される。従って、図１において、縦軸のキャスタブルの圧縮変形量は、導管の膨張量に対応する。

図１には、３本の仮想的な曲線が示されている。このうち曲線Ａは、搬送装置Ａにおけるキャスタブルの変形挙動を表し、曲線Ｂは、搬送装置Ｂにおけるキャスタブルの変形挙動を表し、曲線Ｃは、搬送装置Ｃにおけるキャスタブルの変形挙動を表している。

ここで、搬送装置Ａは、「強化白金材料」で構成された導管部材と、「柔らかい」キャスタブルとを有するものと仮定する。また、搬送装置Ｂは、「強化白金材料」で構成された導管部材と、「固い」キャスタブルとを有するものと仮定する。搬送装置Ｂは、例えば、特許文献１に記載の搬送装置に対応する。一方、搬送装置Ｃは、「延性強化白金材料」で構成された導管部材と、「固い」キャスタブル（第１のセラミックス部材）とを有するものと仮定する。搬送装置Ｃは、本発明の一実施形態による搬送装置に対応する。

また、図１において、水平線Ｉは、搬送装置Ａおよび搬送装置Ｂに適用された導管部材が膨張して破断に至る危険帯を表している。

図１における曲線Ａから、搬送装置Ａではキャスタブルの圧縮変形量が時間とともに大きく増加することがわかる。これは、搬送装置Ａでは柔らかいキャスタブルが使用されており、導管部材の膨張によってキャスタブルの径方向の厚さが急激に減少するためである。その結果、曲線Ａは、時間ｔ_ａで水平線Ｉと交差する。すなわち、導管部材は時間ｔ_ａで破断に至ることになり、この時間ｔ_ａが搬送装置Ａの寿命となる。

次に、曲線Ｂから、搬送装置Ｂでは、搬送装置Ａに比べてキャスタブルの圧縮変形量の増加が抑制されていることがわかる。これは、搬送装置Ｂでは、導管部材の膨張に対してある程度の拘束力を発揮する固いキャスタブルが使用されており、キャスタブルの径方向の収縮が抑制されるためである。

ただし、搬送装置Ｂにおいても、キャスタブルによって、導管部材の膨張量を完全にゼロにすることは難しい。従って、曲線Ｂは、時間ｔ_ａを超えたある時間ｔ_ｂで水平線Ｉと交差する。すなわち、導管部材は時間ｔ_ｂで破断に至ることになり、時間ｔ_ｂが搬送装置Ｂの寿命となる。

このように、搬送装置Ａ、Ｂでは、時間の差異はあるものの、いずれも水平線Ｉにより、寿命が決定されることがわかる。

ここで、強化白金材料の１４００℃におけるクリープ破断伸びに対応する水平線Ｉは、縦軸上の比較的低い高さ位置に存在する。これは、強化白金材料では、母材中に分散された金属酸化物粒子によって、転位の移動が妨げられる結果、「未強化白金材料」、すなわち通常の白金合金材料に比べて、クリープ破断伸びが大きく低下するためである。

従って、搬送装置Ｂのようにキャスタブルの堅さを高めて、変形速度を低減させることができたとしても、曲線Ｂは、結局、相応の時間で水平線Ｉと交差することになる。すなわち、導管部材が破損に至ってしまう。

これに対して、搬送装置Ｃでは、「延性強化白金材料」で構成された導管部材が使用される。この場合、導管部材が膨張して破断に至る危険帯は、水平線Ｉから水平線ＩＩにシフトする。その結果、搬送装置Ｃでは、キャスタブルとして搬送装置Ｂと同じキャスタブルを使用した場合であっても、曲線Ｃが水平線ＩＩと交差する時間はｔ_ｃとなる。従って、搬送装置Ｃでは、搬送装置Ｂに比べて、寿命、すなわち導管部材が破断に至る時間を、有意に延伸することができる。

このように、本発明の一実施形態による搬送装置では、従来の搬送装置に比べて、導管部材の破断までの時間が長くなり、搬送装置を長期にわたって使用することが可能となる。

（本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置）
以下、図２を参照して、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置の一構成例を具体的に説明する。

図２には、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置（以下、「第１の搬送装置」と称する。）の断面を概略的に示す。

図２に示すように、第１の搬送装置１００は、導管部材１１０と、該導管部材１１０の周囲に設置された第１のセラミックス部材１４０と、該第１のセラミックス部材１４０の周囲に設置された第２のセラミックス部材１５０とを有する。

導管部材１１０は、溶融ガラスの導入部１１２および排出部１１４と、両者の間の中間部１１６とを有する。

ただし、図２に示した導管部材１１０の構成は、単なる一例に過ぎないことに留意する必要がある。例えば、導管部材１１０は、中間部１１６を有さず、単一のストレート管で構成されてもよい。あるいは、導管部材１１０は、より多くの中間部１１６を有してもよい。この場合、導管部材１１０は、さらに、ある中間部と別の中間部の間に、連結部を有してもよい。

導管部材１１０には、溶融ガラスに対する耐食性、および高温における耐クリープ変形性が要求される。このため、導管部材１１０は、前述の延性強化白金材料で構成される。延性強化白金材料では、母材中に金属酸化物粒子を分散させることにより、高温の応力負荷環境で使用した場合であっても、転位および結晶粒の成長が妨げられ、クリープ強度を高めることができる。

第１のセラミックス部材１４０は、例えば、キャスタブルセメントで構成される。さらに、第２のセラミックス部材１５０は、例えば、耐火れんがで構成される。

なお、前述のように、第１のセラミックス部材１４０は、１０００℃における線熱膨張係数が８×１０^−６〜１２×１０^−６／℃の範囲であり、１４００℃での圧縮強度が５ＭＰａ以上となるように構成される。

このような第１の搬送装置１００が溶融ガラスの搬送装置として使用される場合、導管部材１１０の導入部１１２から、第１の搬送装置１００に溶融ガラスが供給される。第１の搬送装置１００に供給された溶融ガラスは、中間部１１６を通り排出部１１４から排出される。

従来の搬送装置では、例えば、特許文献１に記載の搬送装置のように、導管部材に強化白金材料を使用し、導管部材の周囲にキャスタブルセメントを配置した構成が採用される。しかしながら、このような搬送装置においても、導管部材が比較的短期間で破損する現象が認められている。

これに対して、第１の搬送装置１００では、導管部材１１０は、延性強化白金材料で構成される。このため、第１の搬送装置１００では、導管部材１１０の高温でのクリープ破断伸びを有意に高めることができる。

また、第１のセラミックス部材１４０は、１４００℃での圧縮強度が５ＭＰａ以上となるように構成される。すなわち、第１のセラミックス部材１４０は、高温域において比較的高い強度を有する。従って、第１のセラミックス部材１４０は、導管部材１１０の膨張をある程度抑制することができる。その結果、第１の搬送装置１００では、前述の図１における曲線Ｃのように、導管部材１１０が破断する時間を有意に延伸できる。

さらに、第１のセラミックス部材１４０は、１０００℃における線熱膨張係数が、導管部材１１０の線熱膨張係数に近い値、すなわち８×１０^−６〜１２×１０^−６／℃の範囲となるように構成されている。このため、導管部材１１０および／または第１のセラミックス部材１４０において温度分布が生じた場合であっても、導管部材１１０に局所的に大きな応力が加わり、これにより導管部材１１０が比較的短期間で破損するという問題も、有意に軽減できる。

以上の効果の結果、第１の搬送装置１００では、導管部材１１０が破損し難く、第１の搬送装置１００を長期にわたって安定に使用することができる。

なお、本発明の溶融ガラスの搬送装置は、上記の実施形態に限定されず、図３の搬送装置２０２Ａおよび搬送装置２０２Ｂのように、スターラーを有する攪拌装置として用いられてよく、また、図３に示すような清澄装置として用いられてもよい。

（本発明の一実施形態による搬送装置の構成部材）
次に、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置に含まれる各部材について、より詳しく説明する。

なお、ここでは、第１の搬送装置１００を例に、その構成部材について説明する。従って、各部材を説明する際には、図２に示した参照符号を使用する。

（導管部材１１０）
導管部材１１０は、延性強化白金材料で構成される。延性強化白金材料では、母材中に金属酸化物粒子を分散させることにより、高温の応力負荷環境で使用した場合であっても、転位および結晶粒の成長が妨げられ、クリープ強度を高めることができる。また、延性強化白金材料では、強化白金材料に比べて、クリープ破断伸びを有意に高めることができる。

延性強化白金材料は、母材元素として、白金の他、ロジウム、金、およびイリジウムの少なくとも一つを含んでもよい。母材にこれらの金属元素が含まれる場合、白金とこれらの金属元素の含有比は、質量比で、例えば、９５：５〜８０：２０の範囲であってもよい。

また、延性強化白金材料は、金属酸化物粒子として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、およびイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）の少なくとも一つを含む。

金属酸化物粒子は、例えば、平均粒径が５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲である。平均粒径が５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲だと、良好な耐クリープ特性を得ることができ、さらに、導管の膨張による破損を有意に抑制できる。平均粒径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であることが好ましい。なお、平均粒径は、粒子のメディアン径Ｄ５０を指す。メディアン径Ｄ５０は、延性強化白金材料のＴＥＭ画像を画像処理して測定された積算分率における５０％径である。

また、金属酸化物粒子は、母材中に０．０１質量％〜０．１５質量％の範囲で含有される。金属酸化物粒子の含有量は、０．０２質量％〜０．０８質量％の範囲であることが好ましい。

前述のような粒径を有する金属酸化物粒子を前述の含有量で母材中に分散させることにより、延性強化白金材料の１４００℃でのクリープ破断伸びを、例えば５％〜３５％とすることができる。クリープ破断伸びが５％以上だと、導管の膨張による破損を有意に抑制できる。クリープ破断伸びが３５％以下だと、結晶粒の成長および転位の移動が妨げられ、良好な耐クリープ特性を得ることができる。クリープ破断伸びは、１０％〜３０％の範囲であることが好ましい。

なお、本願において、クリープ破断伸びの値は、４回の測定結果の平均値である。

また、延性強化白金材料の１０００℃における線熱膨張係数は、例えば、９×１０^−６／℃〜１１×１０^−６／℃の範囲である。この場合、導管部材１１０の根線熱膨張係数を、第１のセラミックス部材１４０の線熱膨張係数と整合させることができ、応力集中部分の発生を有意に抑制できる。延性強化白金材料の線熱膨張係数は、９．５×１０^−６／℃〜１０．５×１０^−６／℃の範囲であることが好ましい。

導管部材１１０の厚さは、例えば、０．８ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲である。

（接合部）
導管部材１１０が比較的大きな寸法を有する場合、そのような導管部材１１０は、複数の導管セグメントを相互に接合することにより構成される。

なお、詳細は後述するが、複数の導管セグメントを接合する際には、鍛接法および／または溶接法が使用される。すなわち、接合部は、溶接接合部および／または鍛接接合部である。このうち、鍛接法は、例えば、薄板状の延性強化白金材料の対向する辺同士を接合して、円筒形状の延性強化白金材料を形成する際に利用される（図５および図６参照）。また、溶接法は、例えば、円筒状の延性強化白金材料を軸方向に順次接合して、より長い円筒部材を形成する際に使用される（図７参照）。

このように、導管部材１１０は、通常、接合部を有する。一般に、接合部は、非接合部、すなわちバルク部分とは材料特性が異なることが知られている。特に、溶接法では、接合の過程で材料に熱を加えるため、溶接による接合部は、熱影響の結果、材料特性がバルク部分とは大きく異なる場合がある。

そこで、本願では、特に記載がない限り、前述の材料特性は、導管部材１１０のバルク部分における材料特性を表すものとする。

ただし、第１の搬送装置１００では、導管部材１１０の接合部においても、比較的良好な材料特性が得られることに留意する必要がある。具体的には、導管部材１１０は、接合部においても、１４００℃におけるクリープ破断伸びが２％以上であり、比較的良好な高温延性を有する。接合部におけるクリープ破断伸びは、３％以上であることが好ましく、４％以上であることがより好ましい。１４００℃におけるクリープ破断伸びが２％以上であれば、導管部材１１０が膨張変形しても、接合部に亀裂が生じるのを抑制できる。

なお、接合部におけるクリープ破断伸びの値は、４回の測定の平均値を表す。

導管部材１１０は、比較的材料特性が低下し易い接合部においても、良好な材料特性を有する。このため、第１の搬送装置１００では、機械的な弱部が生じ難く、長期にわたって安定に使用することができる。

（第１のセラミックス部材１４０）
第１のセラミックス部材１４０は、１０００℃における線熱膨張係数が８×１０^−６／℃〜１２×１０^−６／℃の範囲であり、１４００℃における圧縮強度が５ＭＰａ以上となるように構成される。１０００℃における線熱膨張係数は９×１０^−６／℃〜１１×１０^−６／℃の範囲であることが好ましい。

第１のセラミックス部材１４０は、２０℃〜１０００℃の範囲における線熱膨張係数が、導管部材１１０に適用された延性強化白金材料の同じ温度における線熱膨張係数の±１５％以内であることが好ましい。この場合、第１の搬送装置１００の昇温過程において、導管部材１１０と第１のセラミックス部材１４０との間で、膨張挙動を整合させることができる。また、これにより、導管部材１１０の破損をよりいっそう抑制することが可能になる。

第１のセラミックス部材１４０は、例えば、細粒のジルコニア（以下、「第１のジルコニア粒子」という。）と、粗粒のジルコニア（以下、「第２のジルコニア粒子」という。）とを含んでもよい。第１のセラミックス部材１４０は、さらに、シリカ粒子を含んでもよい。

第１のジルコニア粒子と第２のジルコニア粒子の含有割合は、例えば、３：１０〜３：５の範囲である。

第１のセラミックス部材１４０がシリカ粒子を含む場合、シリカ粒子は、全体に対する質量比で、０．０５〜０．２の割合で含有されることが好ましい。

なお、第１のセラミックス部材１４０は、特許文献１に記載の第１のセラミックス構造体と同じ材料で構成されてもよい。

第１のセラミックス部材１４０の開気孔率は、例えば、２５％〜５０％の範囲である。開気孔率は、３０％〜４０％の範囲であることが好ましい。本願において、開気孔率は、水銀ポロシメータ法により測定することができる。

第１のセラミックス部材１４０の厚さは、特に限られないが、例えば、１５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であることが好ましく、２５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲であることがより好ましい。

第１のセラミックス部材１４０の厚さを５０ｍｍ以下とすることにより、厚さ方向の温度差を抑制することができる。

第１のセラミックス部材１４０は、導管部材１１０の周囲に、なるべく隙間なく導管部材１１０と接するように配置されることが好ましい。これにより、使用期間中の加熱による導管部材１１０の膨張変形をある程度抑制することができる。

隙間は、最大でも２ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましい。

（第２のセラミックス部材１５０）
第２のセラミックス部材１５０は、例えば、断熱れんがなどで構成されてもよい。

断熱れんがは、アルミナ、マグネシア、ジルコンおよびシリカからなる群から選択された少なくとも１つを主体とする断熱れんがであってもよい。具体的な断熱れんがとしては、例えば、シリカ・アルミナ質断熱れんが、ジルコニア質断熱れんが、およびマグネシア質断熱れんが等が挙げられる。

断熱れんがの市販品としては、ＳＰ−１５（日の丸窯業株式会社製）、およびＬＢＫ３０００（イソライト工業株式会社製）等が挙げられる。

（第１の搬送装置１００）
第１の搬送装置１００は、例えば、ガラス物品の製造設備等に適用される。特に、第１の搬送装置１００は、１４００℃以上の温度の溶融ガラスが流通する部分に適用されることが好ましい。

（本発明の一実施形態によるガラス物品の製造設備）
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態によるガラス物品の製造設備について説明する。

図３には、本発明の一実施形態によるガラス物品の製造設備（以下、「第１の製造設備」と称する。）の構成を模式的に示す。

図３に示すように、第１の製造設備２０１は、溶解装置２６０、清澄装置２７０、および成形装置２９０を有する。

溶解装置２６０は、ガラス原料を溶解して、溶融ガラスＧを形成する機能を有する。溶解装置２６０は、ガラス原料を加熱するバーナー２６２と、溶融ガラスＧを収容する溶解炉２６４と、を備える。

清澄装置２７０は、溶融ガラスＧに含まれる気泡を除去する機能を有する。清澄装置２７０は、延伸軸が水平方向に配向されるように配置された清澄槽２７２と、該清澄槽２７２を収容するハウジング２７４とを備える。清澄槽２７２の底部には、入口管２７６および出口管２７８が接続される。成形装置２９０は、溶融ガラスＧを成形して成形ガラスを形成する機能を有する。

さらに、第１の製造設備２０１は、溶解装置２６０と清澄装置２７０の間に、溶融ガラスＧの搬送装置２０２Ａを有する。また、第１の製造設備２０１は、清澄装置２７０と成形装置２９０の間に、溶融ガラスＧの搬送装置２０２Ｂを有する。

搬送装置２０２Ａは、溶融ガラスＧが供給される導入管２１２Ａと、溶融ガラスＧが排出される排出管２１４Ａとを有する。また、両者の間には、スターラー２１５Ａを収容する収容部２１６Ａが設けられる。

同様に、搬送装置２０２Ｂは、導入管２１２Ｂおよび排出管２１４Ｂを有する。また、両者の間には、スターラー２１５Ｂを収容する収容部２１６Ｂが設けられる。

導入管２１２Ａ、２１２Ｂ、排出管２１４Ａ、２１４Ｂおよび収容部２１６Ａ、２１６Ｂの内径は、例えば５０ｍｍ〜５００ｍｍである。

なお、図３の清澄装置２７０は、清澄槽２７２内の雰囲気の圧力を低減する減圧脱泡装置である。減圧脱泡装置は、脱泡性能に優れ、高温粘性が高い溶融ガラスを清澄するのに好適である。

第１の製造設備２０１を用いてガラス物品を製造する際には、溶解装置２６０におけるバーナー２６２等を用いて、溶解装置２６０内でガラス原料が溶解される。これにより溶融ガラスＧが形成される。

次に、溶融ガラスＧは、導入管２１２Ａを介して搬送装置２０２Ａに供給される。搬送装置２０２Ａに供給された溶融ガラスＧは、収容部２１６Ａ内でスターラー２１５Ａにより撹拌され、均質化される。その後、溶融ガラスＧは、排出管２１４Ａを介して搬送装置２０２Ａから排出され、清澄装置２７０の入口管２７６に供給される。

入口管２７６を介して清澄装置２７０に供給された溶融ガラスＧは、清澄槽２７２を流通中に脱泡される。その後、清澄された溶融ガラスＧは、出口管２７８を介して清澄装置２７０から排出される。

次に、溶融ガラスＧは、導入管２１２Ｂを介して搬送装置２０２Ｂに供給される。搬送装置２０２Ｂに供給された溶融ガラスＧは、収容部２１６Ｂ内でスターラー２１５Ｂにより撹拌され、均質化される。その後、溶融ガラスＧは、排出管２１４Ｂを介して搬送装置２０２Ｂから排出され、成形装置２９０に供給される。

成形装置２９０に供給された溶融ガラスＧは、ここで所定の形状の成形ガラスに成形される。その後、成形ガラスが徐冷され、必要に応じて切断される。

このような工程を経て、ガラス物品が製造される。なお、ガラス物品としてガラス板を製造する場合、成形装置２９０に供給された溶融ガラスＧは、ここで所定の厚さのガラスリボンに成形され、その後、ガラスリボンが徐冷、切断される。ガラス板を製造する方法としては、フロート法やフュージョン法が挙げられる。

ここで、搬送装置２０２Ａおよび搬送装置２０２Ｂは、本発明の一実施形態による搬送装置で構成される。搬送装置２０２Ａおよび搬送装置２０２Ｂの少なくとも一方は、前述の第１の搬送装置１００で構成されてもよい。

従って、第１の製造設備２０１では、搬送装置２０２Ａおよび搬送装置２０２Ｂを長期にわたって安定に使用することができる。また、第１の製造設備２０１を使用することにより、ガラス物品を連続的かつ安定的に製造することが可能になる。

なお、清澄装置は、減圧脱泡装置の代わりに、清澄槽における溶融ガラスの温度が例えば１７００℃まで昇温させられる高温清澄装置が用いられてよい。

本発明のガラス物品は、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、混合アルカリ系ガラス、ホウケイ酸ガラス、またはその他のガラスのいずれであってもよい。また、ガラス物品の用途は、建築用、車両用、フラットパネルディスプレイ用、またはその他の各種用途が挙げられる。

（本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置の製造方法）
次に、図４〜図７を参照して、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置の製造方法の一例について説明する。

図４には、本発明の一実施形態による溶融ガラスの搬送装置の製造方法（以下、「第１の製造方法」と称する。）のフローを模式的に示す。

図４に示すように、第１の製造方法は、導管部材を形成する工程（工程Ｓ１１０）と、前記導管部材の周囲に、間隙を空けて第２のセラミックス部材を配置する工程（工程Ｓ１２０）と、前記間隙に、第１のセラミックス部材を配置する工程（工程Ｓ１３０）と、を有する。

以下、各工程について説明する。

なお、以下の記載では、明確化のため、前述の第１の搬送装置１００を例に、その製造方法について説明する。従って、各部材を表す際には、図２に示した参照符号を使用する。

（工程Ｓ１１０）
まず、導管部材１１０が形成される。例えば、導管部材１１０は、複数の導管セグメントを相互に接合することにより形成される。

図５には、導管セグメントの一構成例を模式的に示す。

図５に示すように、この導管セグメント１２０は、略薄板状の形状を有する。導管セグメント１２０の寸法は、特に限られない。

次に、導管セグメント１２０において、辺１２２と辺１２４が相互に接合される。接合には、鍛接法が利用されてもよい。これにより、円筒状セグメントが構成される。

図６には、構成された円筒状セグメント１２６の一例の模式的な斜視図を示す。円筒状セグメント１２６は、軸方向に平行な鍛接部１２８を有する。

次に、図７に示すように、複数の円筒状セグメント１２６を順次軸方向に積層し、これらを順次接合することにより、導管１３２が形成される。接合には、溶接法が利用されてもよい。構成された導管１３２は、軸方向に平行な鍛接部１２８と、軸方向に垂直な溶接部１３０とを有する。

このような接合処理を繰り返し行うことにより、導管部材１１０が形成される。

なお、図２に示したような導管部材１１０の導入部１１２および排出部１１４を形成する場合、開口部を有する円筒状セグメント１２６が使用されてもよい。その後、開口部に別の円筒状セグメント１２６を溶接することにより、導入部１１２および排出部１１４を形成することができる。

（工程Ｓ１２０）
次に、第２のセラミックス部材１５０が準備される。第２のセラミックス部材１５０は、前述のような断熱れんがで構成される。そして、導管部材１１０の周囲に、所定の間隙が生じるようにして、第２のセラミックス部材１５０が配置される。

導管部材１１０と第２のセラミックス部材１５０の間の間隙は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であってもよい。

（工程Ｓ１３０）
次に、第１のセラミックス部材１４０用のスラリーが調製される。

スラリーは、イオン交換水中に、ジルコニア粒子、シリカ粒子、ｐＨ調整剤、および有機バインダ等を添加することにより調製される。なお、シリカ粒子および有機バインダは、省略されてもよい。

ジルコニア粒子は、細粒のジルコニア粒子（第１のジルコニア粒子）と、粗粒のジルコニア粒子（第２のジルコニア粒子）とを含む。

第１のジルコニア粒子は、メディアン径Ｄ５０が、例えば、０．２μｍ〜１０μｍの範囲である。一方、第２のジルコニア粒子は、メディアン径Ｄ５０が、例えば、０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲である。第１のジルコニア粒子は、メディアン径Ｄ５０が１μｍ〜５μｍの範囲であることが好ましく、２μｍ〜４μｍの範囲であることがより好ましい。第２のジルコニア粒子は、メディアン径Ｄ５０が０．２５ｍｍ〜１．７５ｍｍの範囲であることが好ましく、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であることがより好ましい。

なお、第１のジルコニア粒子は、安定化剤を含まないジルコニア粒子であり、第２のジルコニア粒子は、イットリアのような安定化剤を含む安定化ジルコニア粒子であってもよい。

イオン交換水の添加量は、例えば、全ジルコニア粒子に対して４質量％〜２０質量％の範囲である。イオン交換水の添加量は、全ジルコニア粒子に対して６質量％〜１５質量％の範囲であることが好ましく、８質量％〜１２質量％の範囲であることがより好ましい。

添加する場合、シリカ粒子は、メディアン径Ｄ５０が１μｍ〜５００μｍの範囲であることが好ましい。シリカ粒子のメディアン径Ｄ５０は、１０μｍ〜３００μｍの範囲であることがより好ましく、２０μｍ〜１００μｍの範囲であることがさらに好ましい。シリカ粒子は、全ジルコニア粒子の質量に対して、０．０５質量％〜０．２質量％の範囲で添加される。

ｐＨ調整剤は、イオン交換水のｐＨを弱アルカリ性（ｐＨ７〜９程度）に調整するために使用され得る。ｐＨ調整剤としては、ＣａＯ、アンモニア、および炭酸カリウム等を用いることができる。ｐＨ調整剤の添加量は、スラリー全体に対して０．０１質量％〜０．２質量％の範囲であることが好ましく、０．０２質量％〜０．１質量％の範囲であることがより好ましい。

有機バインダは、常温でのスラリーの取扱性を向上させるために添加される。有機バインダとしては、メチルセルロース、流動パラフィン、またはポリエチレングリコール等を用いることができる。メチルセルロースを成分とする有機バインダとしては、例えば、信越化学工業株式会社の製品名メトローズがある。有機バインダの添加量は、スラリー全体に対して０．５質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以下であることがより好ましく、０．２質量％以下であることがさらに好ましい。

次に、調製されたスラリーが、導管部材１１０と第２のセラミックス部材１５０の間の間隙に充填され、組立体が構成される。その後、スラリーが十分に乾燥してから、組立体が大気中で、１３００℃〜１５００℃の温度で熱処理される。これによりスラリーが焼結し、第１のセラミックス部材１４０が形成される。熱処理温度は、１３５０℃〜１４５０℃の範囲であることが好ましい。

なお、組立体の熱処理によって、第１のセラミックス部材１４０が焼結、収縮し、導管部材１１０と第１のセラミックス部材１４０との間に隙間が生じる場合がある。

しかしながら、そのような隙間は、第１の搬送装置１００の使用期間中に導管部材１１０が膨張するため、比較的迅速に消滅する。

以上の工程により、第１の搬送装置１００を製造することができる。

（導管部材の特性評価）
本発明の一実施形態による搬送装置に適用され得る導管部材を用いて、各種特性を評価した。

まず、異なる白金合金で構成された３種類の導管部材用サンプルＡ〜Ｃを準備した。

サンプルＡは、白金−ロジウム合金（質量比で９０：１０）に、０．２質量％のジルコニア粒子を添加した、いわゆる強化白金材料で構成した。サンプルＢは、白金−ロジウム合金（質量比で９０：１０）に、０．０７質量％のジルコニア粒子を添加した強化白金材料で構成した。また、サンプルＣは、白金−ロジウム合金（質量比で９０：１０）に、０．０３質量％のジルコニア粒子を添加した強化白金材料で構成した。いずれのサンプルにおいても、ジルコニア粒子の平均粒径（公称値）は、４０ｎｍである。

なお、各サンプルＡ〜Ｃは、複数の導管セグメントを鍛接および溶接することにより構成した。

（クリープ特性評価）
前述の各サンプルＡ〜Ｃから、高温クリープ試験用の試験片を採取した。なお、試験片は、バルク部分（非接合部）および溶接部の両方から採取した。

以降、サンプルＡから採取されたバルク部分の試験片を「試験片ａ１」と称し、溶接部の試験片を「試験片ａ２」と称する。同様に、サンプルＢから採取されたバルク部分の試験片を「試験片ｂ１」と称し、溶接部の試験片を「試験片ｂ２」と称する。さらに、サンプルＣから採取されたバルク部分の試験片を「試験片ｃ１」と称し、溶接部の試験片を「試験片ｃ２」と称する。

これらの試験片ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１およびｃ２を用いて、高温クリープ試験を実施した。

試験装置には、市販のクリープ試験装置（東伸工業株式会社製）を用いた。試験は、１４００℃の大気中で実施した。試験片のゲージレングスは５０ｍｍとし、荷重は１ＭＰａ〜３０ＭＰａの範囲とし、ＣＣＤカメラを用いて、試験片の変位を非接触で測定した。なお、試験のＮ数は４とした。

図８には、各サンプルのバルク部分から採取した試験片ａ１〜ｃ１によるクリープ破断伸びの測定結果をまとめて示す。クリープ破断伸びは、４回の測定の平均値である。

図８に示すように、試験片ａ１では、クリープ破断伸びは４％以下となった。これに対して、試験片ｂ１およびｃ１では、クリープ破断伸びは１０％を超え、試験片ａ１に比べてクリープ破断伸びが有意に向上していることがわかった。

図９には、各サンプルの溶接部から採取した試験片ａ２〜ｃ２によるクリープ破断伸びの測定結果をまとめて示す。クリープ破断伸びは、４回の測定の平均値である。

図８と図９の比較から明らかなように、いずれの試験片においても、溶接部では、バルク部分に比べてクリープ破断伸びが低下した。特に、試験片ａ２では、クリープ破断伸びは１％以下まで低下した。しかしながら、試験片ｂ１およびｃ１では、クリープ破断伸びは、依然として４％を超えており、相応の伸びが維持されていることがわかった。

このように、導管部材用のサンプルＢおよびＣでは、クリープ破断伸びが有意に高まることが確認された。

（耐熱性評価）
前述のサンプルＢおよびＣから、耐熱性評価試験用の試験片を採取した。試験片は、バルク部分（非接合部）、溶接部、および鍛接部の３箇所から採取した。

前述のように、サンプルＢから採取されたバルク部分の試験片を「試験片ｂ１」と称し、溶接部の試験片を「試験片ｂ２」と称する。また、サンプルＢから採取された鍛接部の試験片を「試験片ｂ３」と称する。同様に、サンプルＣから採取されたバルク部分の試験片を「試験片ｃ１」と称し、溶接部の試験片を「試験片ｃ２」と称し、鍛接部の試験片を「試験片ｃ３」と称する。

試験片ｂ１〜ｂ３、およびｃ１〜ｃ３を用いて、耐熱性の評価試験を行った。

試験は、各試験片を高温下、大気中で所定時間、熱処理することにより実施した。熱処理後、光学顕微鏡で組織を観察し、試験前後の組織変化を評価した。熱処理条件は、１３５０℃で２４時間保持、および１４５０℃で１００時間保持の２種類とした。

図１０には、試験片ｃ１〜ｃ３において得られた結果をまとめて示す。なお、図１０には、比較のため、一般的な白金合金材料（Ｐｔ−Ｒｈ合金材料）において得られた結果も示されている。

この結果から、非強化白金材料の場合、熱処理によって粒成長が進行し、粒子が著しく粗大化していることがわかる。

これに対して、０．０３質量％のジルコニア粒子を含む強化白金材料で構成された試験片ｃ１〜ｃ３の場合、粒成長はあまり顕著ではないことがわかる。特に、溶接部の試験片ｃ２においても、粒成長は有意に抑制されている。

なお、図１０には示されていないが、試験片ｂ１〜ｂ３においても、試験片ｃ１〜ｃ３と同様の結果が得られた。

このように、導管部材用のサンプルＢおよびＣでは、良好な耐熱性を有することが確認された。

（第１のセラミックス部材の特性評価）
以下の方法で、第１のセラミックス部材を製造し、その特性を評価した。

まず、第１のセラミックス部材用のスラリーを調製した。

イオン交換水中に、細粒のジルコニア粒子（第１のジルコニア粒子）、ｐＨ調整剤、および有機バインダを添加することにより、混合物を調製した。

質量比で、イオン交換水２３％中に、第１のジルコニア粒子７６．８５％、ｐＨ調整剤、および有機バインダを添加し、混合液を調製した。この混合液をジルコニア製のボールミルとともに３時間混合し、スラリー前駆体を調製した。

なお、第１のジルコニア粒子は、メディアン径Ｄ５０が０．９６μｍのジルコニア粒子とした。また、ｐＨ調整剤は、ＣａＯとし、有機バインダは、メトローズ（信越化学工業株式会社製）とした。

次に、スラリー前駆体に、粗粒のジルコニア粒子（第２のジルコニア粒子）を添加した後、２０分間混合して、スラリーを作成した。

第２のジルコニア粒子は、メディアン径Ｄ５０が４２０μｍの安定化ジルコニア粒子とした。また、第２のジルコニア粒子は、第２のジルコニア粒子に対する第１のジルコニア粒子の質量比が０．４５となるように添加した。

次に、得られたスラリーを、内径２５ｍｍ、高さ３０ｍｍの円柱状の型に充填し、大気中で１０時間乾燥させ、その後、さらに８０℃で２時間乾燥させた。そして、得られた試料を型から取り出し、この試料を大気中、１４００℃で１０時間熱処理した。

これにより、評価用の第１のセラミックス部材（以下、「セラミックスサンプル１」と称する。）が製造された。

（高温圧縮強度の測定）
セラミックスサンプル１を用いて、高温圧縮強度の測定を行った。

測定には、門型万能試験機（島津製作所製：オートグラフ）を使用した。アルミナ治具を介して、１４００℃に加熱された炉内でセラミックスサンプル１を圧縮した。クロスヘッドの移動速度は、毎分２ｍｍとした。測定は、大気中で実施した。圧縮の過程で得られた最高負荷を、セラミックスサンプル１の高温圧縮強度とした。

測定の結果、セラミックスサンプル１の高温圧縮強度は、１１．５ＭＰａであった。

（線熱膨張係数の測定）
ＴＭＡ（リガク社製）を用いて、セラミックスサンプル１の線熱膨張係数を測定した。

測定の結果、セラミックスサンプル１の１０００℃における線熱膨張係数は、１０．５×１０^−６／℃であった。

（まとめ）
以上によれば、サンプルＢおよびＣの強化白金材料で構成された導管部材と、セラミックスサンプル１と同一のスラリーを熱処理して得られる第１のセラミックス部材と、を備える溶融ガラスの搬送装置は、より長期間にわたって使用することが可能なものと評価できる。

１００ 第１の搬送装置
１１０ 導管部材
１１２ 導入部
１１４ 排出部
１１６ 中間部
１２０ 導管セグメント
１２２ 辺
１２４ 辺
１２６ 円筒状セグメント
１２８ 鍛接部
１３０ 溶接部
１３２ 導管
１４０ 第１のセラミックス部材
１５０ 第２のセラミックス部材
２０１ 第１の製造設備
２０２Ａ、２０２Ｂ 溶融ガラスの搬送装置
２１２Ａ、２１２Ｂ 導入管
２１４Ａ、２１４Ｂ 排出管
２１５Ａ、２１５Ｂ スターラー
２１６Ａ、２１６Ｂ 収容部
２６０ 溶解装置
２６２ バーナー
２６４ 溶解炉
２７０ 清澄装置
２７２ 清澄槽
２７４ ハウジング
２７６ 入口管
２７８ 出口管
２９０ 成形装置
Ｇ 溶融ガラス

Claims (9)

1. 溶融ガラスの搬送装置であって、
   導管部材と、
   前記導管部材の周囲に設けられた第１のセラミックス部材と、
   を備え、
   前記第１のセラミックス部材は、１０００℃における線熱膨張係数が８×１０^−６〜１２×１０^−６／℃の範囲であり、１４００℃での圧縮強度が５ＭＰａ以上であり、
   前記導管部材は、白金または白金合金の母材にＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＹ_２Ｏ_３からなる群から選択される１種以上の金属酸化物粒子を分散させた強化白金材料で構成され、
   前記金属酸化物粒子は、前記強化白金材料中に０．０１質量％〜０．１５質量％の濃度で含有されている、搬送装置。
2. 前記強化白金材料は、１４００℃でのクリープ破断伸びが５％〜３５％である、請求項１に記載の搬送装置。
3. 前記金属酸化物粒子の平均粒径は、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲である、請求項１または２に記載の搬送装置。
4. 前記導管部材は、接合部を有し、
   前記接合部は、１４００℃でのクリープ破断伸びが２％以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の搬送装置。
5. 前記接合部は、溶接接合部および／または鍛接接合部である、請求項４に記載の搬送装置。
6. ２０℃〜１０００℃の範囲において、前記第１のセラミックス部材の線熱膨張係数は、同じ温度における前記強化白金材料の線熱膨張係数の±１５％以内である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の搬送装置。
7. さらに、前記第１のセラミックス部材の周囲に第２のセラミックス部材を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の搬送装置。
8. ガラス物品の製造設備であって、
   ガラス原料を溶解して溶融ガラスを形成する溶解装置、前記溶融ガラスを清澄する清澄装置、および前記清澄された溶融ガラスを成形する成形装置を有し、
   さらに、前記溶解装置と前記清澄装置の間、および／または前記清澄装置と前記成形装置の間に、前記溶融ガラスの搬送装置を有し、
   前記搬送装置は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の搬送装置である、ガラス物品の製造設備。
9. ガラス物品の製造方法であって、
   ガラス原料を溶解して溶融ガラスを形成する溶解工程、前記溶融ガラスを清澄する清澄工程、および前記清澄された溶融ガラスを成形する成形工程を有し、
   さらに、前記溶解工程と前記清澄工程の間、および／または前記清澄工程と前記成形工程の間に、前記溶融ガラスの搬送工程を含み、
   該搬送工程では、請求項１〜７のいずれか一項に記載の搬送装置が使用される、ガラス物品の製造方法。

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