JP2021066614A - ガラス物品の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス物品を製造するに際して、清澄工程を実行するための設備の低コスト化、長寿命化を図ると共に、溶融ガラスへの異物の混入、溶融ガラスの停滞、及びガス溜りの発生を防止すること。【解決手段】管軸８ｂが横方向に延びるように設置された状態で溶融ガラスＧＭを移送する移送管８と、移送管８の上部に接合されたベント管９とを備えたガラス物品の製造装置１について、ベント管９の一方端にフランジ部９ａが設けられ、フランジ部９ａが移送管８に接合される構成とした。【選択図】図４

Description

本発明は、ガラス物品の製造装置および製造方法に関する。

周知のように、ガラス板やガラス管等に代表されるガラス物品は、ガラス原料を溶解させて溶融ガラスを生成する溶解工程、溶融ガラスから気泡を脱泡させる清澄工程、溶融ガラスを撹拌して均質化させる均質化工程、溶融ガラスからガラス物品を成形する成形工程等の各工程を経て製造される。

上記のガラス物品の製造工程のうち、清澄工程は、一例として特許文献１に開示されるような態様で実行される。

同文献に開示された態様においては、清澄工程を実行するための設備として清澄槽を用いる。清澄槽は、溶融ガラスを移送するための移送管（清澄管）と、溶融ガラスから脱泡させた気泡（ガス）を移送管外に排出するためのベント管（通気管）と、移送管を通電加熱するための電極板とを備えている。移送管は管軸が横方向に延びるように設置され、ベント管は移送管の上部に接合されている。移送管内にて溶融ガラスの液面上には気相空間が形成されている。移送管やベント管は、白金又は白金合金で構成されている。

上記の清澄槽を用いて清澄工程を実行する際には、移送管を通電加熱することで移送管内を流れる溶融ガラスを加熱しつつ、ガラス原料に配合された清澄剤の作用により溶融ガラスから気相空間に気泡を脱泡させる。気相空間に脱泡させた気泡（ガス）はベント管を通じて移送管外に排出する。

特開２０１４−０２８７３４号公報

ところで、清澄工程を実行するための設備においては、移送管とベント管との接合形態に由来して、下記のような解決すべき問題が生じていた。

移送管とベント管とを接合するにあたっては、例えば、移送管の管壁に貫通孔を設けると共に、貫通孔にベント管の端部を挿入した上で、移送管とベント管とを溶接等により接合する。両管の具体的な接合形態としては、図６に示すように、移送管１００の内壁面１００ａからベント管２００の端部２００ａが突き出ないように、内壁面１００ａと端部２００ａとを面一にした状態で両管１００，２００を接合する形態がある。

しかしながら、本形態を採用する場合には、移送管１００に設けた貫通孔１００ｂの縁部の形状と、ベント管２００の端部２００ａの形状とを合わせる必要があるために、高度な加工が要求される場合がある。例えば、移送管１００とベント管２００とが共に円筒状の形状を有する場合、ベント管２００の端部２００ａを挿入するための移送管１００の貫通孔１００ｂは、その縁部が三次元的に湾曲した状態となるため、この湾曲に合うようにベント管２００の端部２００ａを加工することが求められる。このような加工の難易度の高さに起因して、設備コストが嵩むという不具合があった。その上、貫通孔１００ｂの縁部とベント管２００の端部２００ａとを高精度に接合することが要求される関係上、これの実現のためには両管１００，２００を密着させた状態で接合することが求められる。このとき、両管１００，２００が変形して、両管１００，２００の接合部３００の強度が不足しやすくなる。その結果、清澄工程を実行する際の熱変形等により、両管１００，２００の接合部３００が破損しやすく、設備の寿命が短命化しやすいという不具合があった。

そこで、上記の不具合を解消するため、両管の接合形態として、図７に示すように、移送管１００の内壁面１００ａからベント管２００の端部２００ａを突き出させた状態で両管１００，２００を接合する形態の採用が考えらえる。

しかしながら、本形態を採用した場合でも未だ難点がある。例えば、特許文献１に開示された態様のごとく、移送管１００内に気相空間を形成した場合には、移送管１００の内壁面１００ａから突き出たベント管２００の端部２００ａに異物が付着し、端部２００ａから落下した異物が溶融ガラスに混入してしまう難点がある。一方、気相空間を形成せずに移送管１００内を溶融ガラスで充満させた場合には、突き出たベント管２００の端部２００ａの直上流側において、溶融ガラスの流れが停滞した領域や、白金の揮発の原因となるガス溜りが発生してしまう難点がある。

従って、上述した不具合や難点を解消できる技術の確立が期待されていた。上記の事情に鑑みなされた本発明は、ガラス物品を製造するに際して、清澄工程を実行するための設備の低コスト化、長寿命化を図ると共に、溶融ガラスへの異物の混入、溶融ガラスの停滞、及びガス溜りの発生を防止す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の本発明は、管軸が横方向に延びるように設置された状態で溶融ガラスを移送する移送管と、移送管の上部に接合されたベント管とを備えたガラス物品の製造装置であって、ベント管の一方端にフランジ部が設けられ、フランジ部が移送管に接合されていることを特徴とする。

本装置では、ベント管の一方端に設けられたフランジ部が移送管に接合されている。つまり、移送管とベント管との接合形態について、移送管の内壁面からベント管の端部が突き出た状態で両管が接合される形態を採用していない。このとおりベント管の端部が突き出ていないので、移送管内に気相空間を形成した場合でも、ベント管の端部への異物の付着が必然的に回避され、ひいては端部から落下した異物が溶融ガラスに混入するような事態が発生しなくなる。一方、移送管内を溶融ガラスで充満させた場合でも、ベント管の端部が突き出ていないので、端部の直上流側で溶融ガラスの停滞やガス溜りの発生が起こり得なくなる。さらには、例えば、ベント管に存在するフランジ部を移送管の貫通孔よりも僅かに大きく作製しておけば、移送管とベント管とを接合するに際して、フランジ部の研削や切断といった低難易度の加工により、フランジ部が移送管に密着する状態に仕上げることができる。これにより、設備コストが嵩むことを回避でき、低コスト化を図ることが可能になる。その上、両管の変形が防がれ、両管の接合部の強度が十分に確保されることから、設備の長寿命化を図ることも可能になる。以上のことから、本装置によれば、ガラス物品を製造するに際して、清澄工程を実行するための設備の低コスト化、長寿命化を図ることが可能となる。また、移送管内に気相空間を形成した場合は溶融ガラスへの異物の混入を防止でき、移送管内を溶融ガラスで充満させた場合は溶融ガラスの停滞、及びガス溜りの発生を防止できる。

上記の構成では、ベント管が、移送管との接続箇所を構成すると共にフランジ部を含んだ接続部と、接続部に連なる本体部とを備え、本体部における肉厚が、移送管の肉厚よりも薄いことが好ましい。

このようにすれば、ベント管の本体部の肉厚を移送管の肉厚よりも薄くしたことで、ベント管について可及的に軽量化を図ることが可能となり、ベント管の重さに起因した移送管の変形を回避しやすくなる。

上記の構成では、接続部が、本体部に連なる筒状部、及びフランジ部と筒状部との相互間に介在して両者を連続させる湾曲部を更に含み、ベント管が、本体部と接続部とを接合することで構成されることが好ましい。

このようにすれば、元々は別部材として作製された本体部と接続部とを接合することでベント管を構成しているため、本体部と接続部との両者を異なる肉厚に作製すれば、両者間に肉厚の差を容易に設けることが可能となる。これにより、上述のベント管のフランジ部の厚みや本体部の肉厚と移送管の肉厚の関係を容易に満足させることができる。また、接続部の筒状部、湾曲部及びフランジ部の厚みが略同じになるので、接続部を破損から的確に保護することが可能となる。

上記の構成では、移送管およびベント管が、溶融ガラスから気泡を脱泡させるための清澄槽を構成してもよい。

また、上記のガラス物品の製造装置を用いて、移送管内に充満させた溶融ガラスから気泡を脱泡させる清澄工程を実行するガラス物品の製造方法によれば、上記のガラス物品の製造装置と同様に、清澄工程を実行するための設備の低コスト化、長寿命化を図ることが可能となる。また、ベント管の端部が突き出ていないので、端部の直上流側で溶融ガラスの停滞及びガス溜りの発生を防止できる。

本発明によれば、ガラス物品を製造するに際して、清澄工程を実行するための設備の低コスト化、長寿命化を図ることが可能となる。また、移送管内に気相空間を形成した場合は溶融ガラスへの異物の混入を防止でき、移送管内を溶融ガラスで充満させた場合は溶融ガラスの停滞、及びガス溜りの発生を防止できる。

ガラス物品の製造装置を示す側面図である。 清澄槽を示す側面図である。 移送管とベント管との接合形態を模式的に示す図である。 清澄槽におけるベント管の周辺を示す断面図である。 清澄槽の変形例を示す断面図である。 課題を説明するための断面図である。 課題を説明するための断面図である。

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ながら説明する。なお、以下に説明する実施形態では、ガラス物品の一種としてガラス板を製造する場合を例に挙げて説明する。しかしながら、ガラス板以外のガラス物品（例えば、ガラスロールやガラス管、ガラス繊維等）を製造する場合においても、本発明を適用することが可能である。

本実施形態に係るガラス物品の製造方法（以下、単に製造方法と表記）の実行には、図１に示すガラス物品の製造装置１（以下、単に製造装置１と表記）を用いる。

製造装置１は、ガラス板の元となる溶融ガラスＧＭの流れの上流側から順番に、溶解槽２と、清澄槽３と、均質化槽４（撹拌槽）と、状態調整槽５と、成形装置６とを備えている。これらの設備はガラス供給路７ａ〜７ｄによって連結されている。なお、製造装置１は、これらの設備の他に、成形装置６により成形されたガラスリボンＧＲを徐冷するための徐冷炉（図示省略）や、徐冷後のガラスリボンＧＲから連続的にガラス板を切り出すための切断装置（図示省略）等を備えている。

溶解槽２では、槽内に連続的に投入されるガラス原料を順次に溶解させることで、溶融ガラスＧＭを連続的に生成する溶解工程を実行する。ガラス原料には、後述する清澄工程に用いる清澄剤（例えば、ＳｎＯ_２等）が配合されている。溶解槽２は、ガラス供給路７ａにより清澄槽３と接続されている。

清澄槽３では、溶解槽２から供給された溶融ガラスＧＭを加熱しつつ、清澄剤の作用等により溶融ガラスＧＭから気泡を脱泡させる清澄工程を実行する。清澄槽３は、ガラス供給路７ｂにより均質化槽４と接続されている。

均質化槽４では、撹拌翼を備えたスターラー４ａにより清澄後の溶融ガラスＧＭを撹拌することで、溶融ガラスＧＭを均質化させる均質化工程を実行する。均質化槽４は、ガラス供給路７ｃにより状態調整槽５と接続されている。

状態調整槽５では、溶融ガラスＧＭをガラスリボンＧＲの成形に適した状態にするべく、溶融ガラスＧＭの温度（粘度）や流量等を調整する状態調整工程を実行する。状態調整槽５は、ガラス供給路７ｄにより成形装置６と接続されている。

成形装置６では、オーバーフローダウンドロー法により溶融ガラスＧＭからガラスリボンＧＲを連続的に成形する成形工程を実行する。なお、成形装置６は、スロットダウンドロー法、リドロー法、フロート法等の他の成形法によりガラスリボンＧＲを成形するものであっても構わない。

以下、清澄工程を実行するための設備である清澄槽３の具体的な構成について説明する。

図２に示すように、清澄槽３は、溶融ガラスＧＭを移送するための移送管８と、溶融ガラスＧＭから脱泡させた気泡（ガス）を移送管８外に排出するためのベント管９と、移送管８を通電加熱するための加熱部１０とを備えている。移送管８及びベント管９は、いずれも白金又は白金合金で構成されている。なお、移送管８は、煉瓦等の耐火物（図示省略）に囲われるようにして耐火物に収容されている。

本実施形態では、移送管８内に溶融ガラスＧＭを充満させた状態、すなわち、移送管８の内壁面８ａの全領域を溶融ガラスＧＭに接触させた状態で、清澄工程を実行する（図４を参照）。

移送管８は、管軸８ｂが横方向（本実施形態では水平方向）に延びるように設置されている。移送管８の上流側端部はガラス供給路７ａと接続され、下流側端部はガラス供給路７ｂと接続されている。ベント管９は移送管８の上部に接合されており、移送管８から上方に突き出ている。移送管８の熱変形を防止するため、環状やＣ字状の補強部材を内壁面８ａに設けてもよい。また、溶融ガラスＧＭを撹拌するために、邪魔板を内壁面８ａに設けてもよい。

なお、本実施形態では、移送管８は、管軸８ｂが水平方向に延びるように設置されているが、この限りではなく、管軸８ｂが水平面に対して角度３０°以下の範囲内で傾斜するように設置されていてもよい。また、本実施形態では、単一のベント管９が移送管８に接合されているが、この限りではない。例えば、溶融ガラスＧＭの流れ方向に間隔を空けた状態で、複数のベント管９が移送管８に接合されていてもよい。

加熱部１０は、移送管８における上流側端部および下流側端部のそれぞれに配置されている。加熱部１０は、移送管８の外壁面８ｃを囲むように設けられたフランジ１２と、フランジ１２の上部に形成された電極１３とを備えている。加熱部１０は、電極１３に所定の電圧が印加されるのに伴って移送管８を通電加熱する。これにより、清澄槽３は、清澄工程の実行に際して、移送管８内を流れる溶融ガラスＧＭを所定の温度に加熱（例えば１３００℃〜１５００℃）する。

ここで、移送管８とベント管９との接合形態について説明する。

図３に示すように、移送管８は円筒状をなしている。移送管８の管壁のうちの上部（本実施形態では頂部）には貫通孔８ｄが形成されている。貫通孔８ｄは、孔軸に沿う方向（移送管８の径方向に一致）から視て円形の形状を有する。貫通孔８ｄの縁部は、移送管８の管壁の湾曲に倣って三次元的に湾曲している。ベント管９は、一方端にフランジ部９ａが設けられた円筒状をなしている。

移送管８とベント管９との両管８，９を接合する際には、ベント管９のフランジ部９ａを移送管８に接合する。

両管８，９を接合するための準備として、まず、ベント管９のフランジ部９ａをカッターにより切断したり、グラインダーにより研削したりすることで、フランジ部９ａのサイズを移送管８の貫通孔８ｄのサイズに合わせる。ここで、切断や研削に伴ってフランジ部９ａのサイズを小さくすることで、フランジ部９ａのサイズ調節を行うことから、調節前の段階のフランジ部９ａのサイズは、予め貫通孔８ｄのサイズよりも大きくしておく。また、上記のサイズ調節に加えて、三次元的に湾曲した貫通孔８ｄの縁部に倣ってフランジ部９ａの外周端が湾曲するように調節（以下、湾曲調節と表記）を行う。

その後、フランジ部９ａを貫通孔８ｄに挿入すると共に、フランジ部９ａの外周端と貫通孔８ｄの内周面とを突き合せた状態の下で、両管８，９を溶接により接合する。このとき、図４に示すように、移送管８の内壁面８ａとフランジ部９ａの下面９ａａ（溶融ガラスＧＭに臨む面）との間に段差が形成されないように、両者８ａ，９ａａを面一に揃えた状態で両管８，９を接合する。

なお、本実施形態では、移送管８とベント管９との両管８，９が共に円筒状に形成されているが、これに限定されるものではない。両管８，９の少なくとも一方が他の筒状の形状に形成されていても構わない。また、本実施形態では、移送管８内に溶融ガラスＧＭを充満させているが、移送管８内にて溶融ガラスＧＭの液面上に気相空間が形成されるようにしてもよい。この場合、移送管８の貫通孔８ｄは、溶融ガラスＧＭの液面よりも上方に位置してさえいれば、必ずしも管壁の頂部に設けなくてもよい。

図４に示すように、ベント管９は、溶融ガラスＧＭの液面の上方に位置しており、液面から脱泡した気泡Ｂ（ガス）がベント管９内を通過して移送管８外に排出される。ベント管９は、移送管８との接続箇所を構成する接続部９ｘと、接続部９ｘに連なる円筒状の本体部９ｙとを備えている。

接続部９ｘは、上記のフランジ部９ａに加えて、本体部９ｙに連なる円筒状の筒状部９ｂと、フランジ部９ａと筒状部９ｂとの相互間に介在して両者９ａ，９ｂを連続させる湾曲部９ｃとを含んでいる。なお、ベント管９の管軸９ｄは、移送管８の管軸８ｂに対して直交する方向に延びている。接続部９ｘは、円筒状の部材の端部に曲げ加工を施すことによって湾曲部９ｃ及びフランジ部９ａを形成することで作製される。

筒状部９ｂは、その内径が本体部９ｙの内径と同一寸法となっている。これにより、筒状部９ｂの内周面と本体部９ｙの内周面との両者間に段差が形成されることなく、両者が面一に揃えられている。なお、接続部９ｘと本体部９ｙとの両者９ｘ，９ｙは、溶接により接合されている。

湾曲部９ｃは、フランジ部９ａと筒状部９ｂとの双方に対して滑らかに連なった状態で湾曲している。この湾曲部９ｃの機能としては、上述したフランジ部９ａのサイズ調節や湾曲調節を行う際に、湾曲部９ｃを変形させる（湾曲部９ｃのＲを変化させる）ことで、サイズ調節や湾曲調節を容易にする機能がある。

フランジ部９ａ、筒状部９ｂ、及び湾曲部９ｃを含んだ接続部９ｘの肉厚Ｔ１は、本体部９ｙの肉厚Ｔ２よりも厚くなっている。なお、フランジ部９ａと筒状部９ｂと湾曲部９ｃとのうち、湾曲部９ｃについては、上述したフランジ部９ａ及び湾曲部９ｃを形成するための曲げ加工に伴って不可避的に厚みが薄くなる（例えば、約１０％薄くなる）。そのため、曲げ加工の前後で肉厚Ｔ１と肉厚Ｔ２との大小関係が変化しないように、曲げ加工前の段階における肉厚Ｔ１を選定しておく。

ベント管９のフランジ部９ａの厚みＴ１は、移送管８の肉厚Ｔ３よりも厚くなっている。しかしながら、これに限定されるものではなく、厚みＴ１と肉厚Ｔ３とが同一の厚みであってもよく、或いは、厚みＴ１は肉厚Ｔ３よりも薄くてもよい。フランジ部９ａの厚みＴ１が、移送管８の肉厚Ｔ３以上であれば、移送管８の管壁とフランジ部９ａとの間で電気抵抗が等しくなる、或いは、移送管８の管壁に比べてフランジ部９ａの電気抵抗が小さくなる。このため、清澄工程の実行に際して通電加熱を行った場合に、フランジ部９ａの過度な発熱を回避しやすくなり、設備の破損を防止する上で有利となる。なお、本実施形態のごとく、厚みＴ１を肉厚Ｔ３よりも厚くする場合、清澄工程の実行に伴う通電加熱において、フランジ部９ａの発熱不足を防止する観点から、例えば厚みＴ１の上限値を肉厚Ｔ３の２倍とすればよい。

ベント管９の本体部９ｙの肉厚Ｔ２は、移送管８の肉厚Ｔ３よりも薄くなっている。ここで、肉厚Ｔ２が過度に薄くなるとベント管９の強度が不足するため、強度不足を防止する観点から、肉厚Ｔ２の下限値は肉厚Ｔ３の半分（０．５倍）とすることが好ましい。

以下、上記の製造装置１および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では、ベント管９の一方端に設けられたフランジ部９ａが移送管８に接合されている。このとおり、移送管８の内壁面８ａからベント管９の端部が突き出るような構成を採用していない。そのため、突き出たベント管９の端部の直上流側で溶融ガラスＧＭの停滞やガス溜りが発生するような事態が起こり得なくなる。さらに、低難易度の加工（切断や研削）によりフランジ部９ａが移送管８に密着する状態に仕上げられるので、設備コストが嵩むことを回避でき、低コスト化を図ることが可能になる。加えて、接合する際の両管８，９の変形が防がれる。これにより、両管８，９の接合部の強度が十分に確保され、設備の長寿命化を図ることも可能になる。

なお、上記の製造装置１および製造方法によれば、上記の実施形態とは異なり、移送管８内にて溶融ガラスＧＭの液面上に気相空間が形成される場合にも、以下のような作用・効果が得られる。すなわち、移送管８の内壁面８ａからベント管９の端部が突き出ていないので、ベント管９の端部への異物の付着が必然的に回避され、端部から落下した異物が溶融ガラスＧＭに混入するような事態が発生しなくなる。

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構成や態様に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、ベント管９のフランジ部９ａが移送管８の貫通孔８ｄに挿入されると共に、フランジ部９ａの外周端と貫通孔８ｄの内周面とを突き合せた状態の下で、両管８，９が溶接により接合されている。しかしながら、例えば図５に示すように、フランジ部９ａを貫通孔８ｄの縁部に沿わせつつ、フランジ部９ａを移送管８上に重ね合わせた状態の下で、両管８，９が溶接により接合されるようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、移送管８が清澄槽３を構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、清澄槽３に代えてガラス供給路７ａ〜７ｄを構成してもよい。

また、上記の実施形態では、接続部９ｘは、例えば円筒状の部材の端部に曲げ加工を施すことによって湾曲部９ｃ及びフランジ部９ａを形成することで作製されるが、これに限定されるものではない。例えば、接続部９ｘは、ドーナツ状の板状部材の内周側端部に曲げ加工を施すことによって湾曲部及び円筒状の本体部を形成することで作製されてもよい。

１ 製造装置
３ 清澄槽
８ 移送管
８ｂ 移送管の管軸
９ ベント管
９ａ フランジ部
９ｂ 筒状部
９ｃ 湾曲部
９ｘ 接続部
９ｙ 本体部
Ｂ 気泡
ＧＭ 溶融ガラス
Ｔ１ 接続部の肉厚（フランジ部の厚み）
Ｔ２ 本体部の肉厚
Ｔ３ 移送管の肉厚

Claims (5)

1. 管軸が横方向に延びるように設置された状態で溶融ガラスを移送する移送管と、前記移送管の上部に接合されたベント管とを備えたガラス物品の製造装置であって、
   前記ベント管の一方端にフランジ部が設けられ、
   前記フランジ部が前記移送管に接合されていることを特徴とするガラス物品の製造装置。
2. 前記ベント管が、前記移送管との接続箇所を構成すると共に前記フランジ部を含んだ接続部と、前記接続部に連なる本体部とを備え、
   前記本体部における肉厚が、前記移送管の肉厚よりも薄い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. 前記接続部が、前記本体部に連なる筒状部、及び前記フランジ部と前記筒状部との相互間に介在して両者を連続させる湾曲部を更に含み、
   前記ベント管が、前記本体部と前記接続部とを接合することで構成され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装置。
4. 前記移送管および前記ベント管が、溶融ガラスから気泡を脱泡させるための清澄槽を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス物品の製造装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のガラス物品の製造装置を用いて、
   前記移送管内に充満させた溶融ガラスから気泡を脱泡させる清澄工程を実行することを特徴とするガラス物品の製造方法。

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