JP3559853B2 - ガラス熔融装置および熔融方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス組成物を作製する装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス材料の研究開発現場において、新規組成のガラスを開発する際には、組成の異なる多数のガラス試料を電気炉内で溶融することによって作製し、目的の物性を有するガラス組成を決定することが行われる。
ガラス試料の作製のためには、図１２に示すように、原料粉体の秤量および混合、原料粉体のルツボ ２０ への投入、ルツボ ２０ の電気炉 ３０ 内への搬入、電気炉 ３０ から取り出したルツボ ２０ 内のガラス融液 ２５ の鋳型 ２７ への流し込みといった作業が必要である。
【０００３】
通常、これらは手作業で行われるが、作製すべきガラス試料の数が多い場合には、多数の人手と長い作業時間が必要となる。人手に頼る場合、実験条件を全ての試料間で統一することは困難を伴う。ガラスは融液が急冷固化されてできた、非平衡な過冷却液体であるので、熔融温度や熔融時間、冷却速度によって性質を変える場合があり、実験条件のばらつきはできる限り小さくすることが望ましい。実験時間を短縮するために、一度に複数のルツボを電気炉に投入し、順次ガラスを流し出す方法が考えられるが、全てのガラス融液を同時に流し出すのでなければ、実験条件は統一されたことにはならない。
【０００４】
上記の作業をロボットに自動的に行わせることは理論的には可能であるが、高温の電気炉に対してルツボを出し入れし、かつ高温の融液を鋳型に流し込むという複雑な作業を行わせるには、耐火物でロボットを構成し、鋳型やルツボの位置をセンシングした上で、ルツボを掴み移動させるシステムを組まねばならず、コスト高になる問題があった。まして、複数のルツボを同時に取り扱うシステムは、非常な困難を伴うことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複数の容器に入ったガラス融液を同時に流し出す装置、およびそのような方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題は、ルツボを安定に収容し、その位置を上下反転させてルツボ内の融液を鋳型に落下させる構造体を複数用意し、電気炉から搬出された複数のルツボに対してその構造体を的確な位置に移動させる移動機構を組み合わせることで実現できる。
【０００７】
すなわち、本発明は、ルツボを収容する構造体であって、ルツボの横幅よりも大きい横幅を有するＵ字型骨格と、該骨格に接続された複数の爪と、該骨格の横幅方向を軸として回転させる回転軸からなり、
該骨格および該骨格から下方向に延びた爪が構成する形状によって、ルツボの側面に接触してルツボを下方向から支えることができ、該骨格および該骨格から上方向に延びた爪が構成する形状によって、該骨格が回転軸の回りに反転した場合に、該ルツボの側面ないし上面に接触して該ルツボを支えることができる構造体と、
該構造体を該回転軸を中心に回転させる回転機構と、電気炉と、該電気炉から搬出された該ルツボに対して該構造体を接近させるための第１の移動機構と、該電気炉の内部から該ルツボを搬出する第２の移動機構とからなり、該第２の移動機構が搬出した該ルツボに対して、該第１の移動機構の動きにより該構造体がルツボを収容することができ、続いて、
該回転機構の動きにより該ルツボを反転することができる、ガラス熔融装置である。
【０００８】
また、本発明は、複数個の該構造体が、該回転軸を共有して１列に連なった構造を有することを特徴とする上記のガラス熔融装置である。
【０００９】
また、本発明は、板上に１列に並べられた複数個のルツボを収容する構造体であって、
ルツボの横幅よりも大きい横幅を有するＵ字型骨格が複数個、該骨格の横幅方向に１列に連なった構造を有し、該骨格に接続された複数の爪と、該骨格の横幅方向を軸として回転させる回転軸からなり、該骨格および該骨格から下方向に延びた爪が構成する形状によって、該板の底面に接触して該板および該ルツボを下方向から支えることができ、該骨格および該骨格から上方向に延びた爪が構成する形状によって、該骨格が回転軸の回りに反転した場合に、該ルツボの側面ないし上面に接触して該ルツボを支えることができる構造体と、該構造体を該回転軸を中心に回転させる回転機構と、電気炉と、該電気炉から搬出された該ルツボに対して該構造体を接近させるための第１の移動機構と、電気炉の内部から該板および該ルツボを搬出する第２の移動機構とからなり、該第２の移動機構が搬出した該板および該ルツボに対して、該第１の移動機構の動きにより該構造体が該板および該ルツボを収容することができ、続いて、該回転機構の動きにより該ルツボを反転することができる、ガラス熔融装置である。
【００１０】
また、本発明は、該回転機構が該ルツボを反転させる位置の真下に鋳型を配置したことを特徴とする上記の記載のガラス熔融装置である。また、本発明は、該骨格および該骨格から上方向に延びた爪が構成する構造の上方に下向きに試料ホルダーが搭載され、該骨格が回転軸の回りに反転した場合に、該ルツボ内の内容物が該試料ホルダー内に落下する位置関係を取ることを特徴とする上記のガラス熔融装置である。
【００１１】
また、本発明は、原料粉体の入った複数のルツボを並べて電気炉内に導入し、熱処理し、電気炉内から複数のルツボを搬出し、各々のルツボを掴み、ルツボを反転させて内容物を流し出すガラス熔融方法において、
ルツボを掴む工程が、
ルツボを収容する構造体であって、ルツボの横幅よりも大きい横幅を有するＵ字型骨格と、該骨格に接続された複数の爪と、該骨格の横幅方向を軸として回転させる回転軸からなり、
該骨格および該骨格から下方向に延びた爪が構成する形状によって、ルツボの側面に接触してルツボを下方向から支えることができ、該骨格および該骨格から上方向に延びた爪が構成する形状によって、該骨格が回転軸の回りに反転した場合に、該ルツボの側面ないし上面に接触して該ルツボを支えることができる構造体を用いて、搬出されたルツボを該構造体内に収容する工程からなり、
ルツボを反転させて内容物を流し出す工程が、
該構造体を該回転軸を中心にＵ字型の開きが上に向く方向に反転させて該ルツボ内の内容物を落下させる工程からなり、
原料粉体の入った複数のルツボを並べて電気炉内に導入する工程が、該構造体が該ルツボを収容できるような位置に並べる工程を含むことを特徴とするガラス溶融方法である。
【００１２】
また、本発明は、複数個の該構造体が、該回転軸を共有して１列に連なった構造を有することを特徴とする上記のガラス熔融方法である。
また、本発明は、ルツボを掴む工程において、複数組の該構造体が、搬出されたルツボを同時に収容することを特徴とする上記のガラス熔融方法である。
また、本発明は、ルツボを掴む工程において、複数のルツボの各々の隣の空間に各々複数の構造体を配置させる工程と、各々の該構造体が各々のルツボを収容する工程からなることを特徴とする上記のガラス熔融方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のガラス熔融装置において用いる構造体の一例を示す。ルツボ ２０ の幅よりも大きな横幅を有するＵ字型骨格 １０ には複数の爪 １１〜１４と回転軸 １５ が接続されて、構造体 １を構成している。回転軸 １５ の軸方向は、Ｕ字型骨格の横幅方向と一致している。構造体 １は矢印Ａで示すように、ルツボ２０ に向かって移動して、ルツボ ２０ を収容することができる。このとき、爪 １１，１２は、台 ２１ 上に置かれたルツボ ２０ の側面を下から保持できる位置関係に置かれており、構造体 １を矢印Ｂで示すように元の方向に移動して台 ２１ を離すと、ルツボ ２０ は構造体 １の中に収納された状態となる。
【００１４】
この構造体 １ と台 ２１ とを離す操作は、例えば台 ２１ を下げる操作や回転軸 １５ を少し回す操作によって、ルツボ ２０ を台 ２１ から浮かせる操作を伴う。後で説明するように、ルツボ ２０ を回転軸 １５ にそって反転した場合に、爪 １３，１４およびＵ字型骨格 １０ はルツボ ２０ の側面および開口部を保持するような位置関係に置かれている。
【００１５】
図２に構造体の別の一例を示す。爪 １１，１２ は棒状であっても、また、爪 １３ は板状であっても、ルツボ ２０ を保持する機能を果たすことができる。すなわち、爪 １１，１２ はルツボ ２０ を台 ２１ から浮かせる役割を果たし、爪 １３ は後で説明するように、ルツボ ２０ を回転軸 １５ にそって反転した場合に、ルツボ ２０ を支えて、中のガラス融液のみを流し出す役割を果たす。
【００１６】
図３に構造体の別の一例を示す。構造体 １ は、ルツボ ２０ と台 ２１ をまとめて収容する構造になっていても良い。
【００１７】
ルツボ ２０ を収容した構造体 １ は、図４に示すように、回転軸 １５ にそって回転することによってルツボ ２０ を反転させ、ルツボ ２０ 内部に納められていたガラス融液を落下させる。なお、構造体 １がルツボ ２０ と台 ２１ をまとめて収容する場合には、Ｕ字型骨格 １０ は、図４下に示すように、構造体１が回転軸１５にそって回転した時に台 ２１ の落下を防ぐように支える役割を果たす。なお、ガラス融液の落下する場所に予めガラス鋳型 ２７ を配置していてもよい。
【００１８】
また、図５の▲１▼に示すように、構造体 １ の上部に試料室 ２３ を設け、その中に試料ホルダー ２４ を予め逆さまに固定しておき、▲２▼に示すように、構造体 １ が横方向に平行移動し、▲３▼に示すように、構造体 １が横方向への平行移動によりルツボ ２０ と台 ２１ を掴み、▲４▼に示すように、構造体 １ がルツボ ２０ と台 ２１ を保持したまま平行移動することで台 ２２ だけが当初の位置に戻るようにすると、図６に示すように、反転したルツボ ２０ から流し出されたガラス融液 ２５ を試料ホルダー ２４ で受けることができ、その後、冷却によって固まったガラス試料２６ を取り出すことが出来る。
【００１９】
また、これらの構造体は、図７に示す様に、図１、図２、図３、図５に示した構造体 １ を、回転軸 １５ の軸方向に横に連ねた構造を取っても良い。これに対応して、試料室 ２３、試料ホルダー ２４ を横に連ねても良い。
【００２０】
この構造体 １ は、図８の矢印Ａに示すように、電気炉 ３０ から搬出されたルツボ ２０ を収容する様に移動し、矢印Ｂに示すように構造体１を炉底 ３１ の上空から移動させた後、ルツボ ２１ の反転動作に移って内部のガラス融液を流し出す。この時、図９に示すように、２組の構造体 １ を用意して、炉底 ３１ の両側からルツボを収容させることができる。この場合、構造体１つあたりｎ個のルツボを収容できるのであれば、２ｎ個のルツボを同時に取り扱うことが出来る。
【００２１】
また、図１０に示すように、炉底 ３１ の片側にｍ個の構造体 （図１０では２ 個） を待機させ、炉底 ３１ を一旦、下に降ろし、その上空に構造体 １ を配置させてから、炉底 ３１ を上昇させて構造体 １ とルツボ ２０ の高さを整合させ、その後に構造体 １ の内部にルツボ ２０ を収容させることもできる。図１１に示すように、この仕組みを炉底 ３１ の両側から行えば、構造体１つあたりｎ個のルツボを収容できるのであれば、２ｎｍ個のルツボを同時に取り扱うことが出来る。（図１１では２ｘ５ｘ２＝２０個）
【００２２】
このような動作を行うための条件を以下に述べる。
（１）炉底 ３１ には、構造体 １ がルツボ ２０ を収容することが可能な間隔でルツボ ２０ を並べておく必要が有る。複数組の構造体を用いる場合は、個々のルツボ ２０ の横の空間に構造体１ が配置できるように予めルツボ ２０ を並べておく必要がある。
（２）炉底 ３１ に並べられたルツボ ２０ を電気炉に投入し、所定の熱処理の後、搬出する移動機構が必要である。これは、少なくとも１次元方向の動きをする移動機構を用いることで実現できる。図８、図９、図１０では、電気炉の底面を上下方向に移動させたが、側面から水平方向に移動させることでも実現できる。
【００２３】
（３）電気炉から搬出されたルツボ ２０ に対して構造体 １を接近させるための移動機構が必要である。これは、少なくとも１次元方向の動きをし、かつ炉底 ３１ の移動方向と交差する移動機構を用いることで実現できる。
（４）ルツボ ２０ を収容した構造体 １ を回転軸 １５ に沿って反転させる回転機構が必要である。また、反転の際に隣の構造体に接触しない程度の間隔をもって、予め構造体 １ を設置しておく必要が有る。
【００２４】
【実施例】
実施例 1
TeO₂とZnOを主成分とするガラス原料粉体を、１０個のアルミナ製ルツボに１０gずつ入れた。個々の原料粉体の組成はそれぞれ異なる様に準備した。５個のるつぼ 20 を台 21 の上に１列に並べたものを２組用意し、それぞれを炉底 31上に置かれた２列の台 22 の上に載せた。台 21,22 の材質は、電気炉 30 の内部の高温に耐えることのできる耐火物である。予め８３０℃に保たれている電気炉 30 内に、炉底 31 を導入して、原料粉体を熔融した。炉底 31 は第２の移動機構によって上下方向に動くようになっている。
【００２５】
ルツボを５個収容可能な構造体 1 を２組用意し、炉底 31 に並べたルツボ 20を収容することの出来る位置に、ルツボ 20 に対して構造体 1を接近させるための第１の移動機構を配置した (図９左。第１の移動機構は図示していない。)。原料粉体の熔融開始から１５分後に、炉底31 を第２の移動機構によって下降させると同時に構造体 1 を矢印Ａ，Ｂで示すように、第１の移動機構によって移動させ (図９中央)、個々のルツボを構造体 1 内に収容した (図９右)。
【００２６】
構造体 1 は速やかに炉底 31 上空から離れた位置に移動し、炉底 31 は上昇して電気炉 30 の中に納めた。構造体 1 は、Ｕ字型骨格の開いている部分が上に向く方向に、回転軸 15 に沿って回転し、その動きに伴ってるつぼ 20 を反転させ、その中のガラス融液を試料ホルダー 24 の中に落下させた (図６)。この回転は、図示されていない回転機構によって行った。以上の一連の操作により、１０個の組成の異なるTeO₂-ZnO系ガラス試料を得た。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラス熔融装置は、最小限の移動機構と回転機構によって、高温の電気炉から複数のルツボを取り出して同時に流し出すものであり、従来、手間が掛かっていた多数のガラス試料の同一条件下での作製を容易に実現する効果が有る。また、本発明のガラス熔融方法は、電気炉内に配置された複数のルツボを同時に取り出す手段を提供するものであり、単純な制御機構で高温下での作業を可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、ルツボを収容する構造体の配置図、およびルツボを構造体に収容する手順を説明する工程図である。
【図２】図２は、本発明のガラス熔融装置および熔融法のうち、ルツボを収容する別の形態の構造体の配置図、およびルツボを構造体に収容する手順を説明する工程図である。
【図３】図３は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、ルツボおよび台を収容する構造体の配置図、およびルツボおよび台を構造体に収容する手順を説明する工程図である。
【図４】図４は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、構造体に収容されたルツボおよび台を反転する場合の配置図、および構造体に収容されたルツボおよび台を反転するする手順を説明する工程図である。
【図５】図５は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、ルツボおよび台を収容し、かつ試料室を備えた構造体の配置図、およびルツボおよび台を構造体に収容する手順を説明する工程図である。
【図６】図６は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、試料室を備えた構造体に収容されたルツボおよび台を反転する場合の配置図、および試料室を備えた構造体に収容されたルツボおよび台を反転するする手順を説明する工程図である。
【図７】図７は、本発明のガラス熔融装置のうち、ルツボおよび台を収容する構造体が複数連なっている場合の配置図である。
【図８】図８は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、電気炉から搬出されたルツボおよび台を収容する場合の配置図、およびその手順を説明する工程図である。
【図９】図９は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、電気炉から搬出された複数のルツボおよび台を、２つの方向から構造体を接近させて収容する場合の配置図、およびその手順を説明する工程図である。
【図１０】図１０は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、電気炉から搬出された複数のルツボおよび台を、１つの方向から複数の構造体を接近させて収容する場合の配置図、およびその手順を説明する工程図である。
【図１１】図１１は、本発明のガラス熔融装置および熔融方法のうち、電気炉から搬出された複数のルツボおよび台を、２つの方向から複数の構造体を接近させて収容する場合の配置図、およびその手順を説明する工程図である。
【図１２】図１２は、従来のガラス熔融に用いる装置およびその工程を示した概念図である

Claims (9)

1. ルツボを収容する構造体であって、ルツボの横幅よりも大きい横幅を有するＵ字型骨格と、該骨格に接続された複数の爪と、該骨格の横幅方向を軸として回転させる回転軸からなり、
   該骨格および該骨格から下方向に延びた爪が構成する形状によって、ルツボの側面に接触してルツボを下方向から支えることができ、該骨格および該骨格から上方向に延びた爪が構成する形状によって、該骨格が回転軸の回りに反転した場合に、該ルツボの側面ないし上面に接触して該ルツボを支えることができる構造体と、
   該構造体を該回転軸を中心に回転させる回転機構と、
   電気炉と、
   該電気炉から搬出された該ルツボに対して該構造体を接近させるための第１の移動機構と、
   該電気炉の内部から該ルツボを搬出する第２の移動機構とからなり、
   該第２の移動機構が搬出した該ルツボに対して、該第１の移動機構の動きにより該構造体がルツボを収容することができ、
   続いて、該回転機構の動きにより該ルツボを反転することができる、ガラス熔融装置。
2. 複数個の該構造体が、該回転軸を共有して１列に連なった構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のガラス熔融装置。
3. 板上に１列に並べられた複数個のルツボを収容する構造体であって、
   ルツボの横幅よりも大きい横幅を有するＵ字型骨格が複数個、該骨格の横幅方向に１列に連なった構造を有し、該骨格に接続された複数の爪と、該骨格の横幅方向を軸として回転させる回転軸からなり、
   該骨格および該骨格から下方向に延びた爪が構成する形状によって、該板の底面に接触して該板および該ルツボを下方向から支えることができ、該骨格および該骨格から上方向に延びた爪が構成する形状によって、該骨格が回転軸の回りに反転した場合に、該ルツボの側面ないし上面に接触して該ルツボを支えることができる構造体と、
   該構造体を該回転軸を中心に回転させる回転機構と、
   電気炉と、
   該電気炉から搬出された該ルツボに対して該構造体を接近させるための第１の移動機構と、
   電気炉の内部から該板および該ルツボを搬出する第２の移動機構とからなり、
   該第２の移動機構が搬出した該板および該ルツボに対して、該第１の移動機構の動きにより該構造体が該板および該ルツボを収容することができ、
   続いて、該回転機構の動きにより該ルツボを反転することができる、ガラス熔融装置。
4. 該回転機構が該ルツボを反転させる位置の真下に鋳型を配置したことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のガラス熔融装置。
5. 該骨格および該骨格から上方向に延びた爪が構成する構造の上方に下向きに試料ホルダーが搭載され、該骨格が回転軸の回りに反転した場合に、該ルツボ内の内容物が該試料ホルダー内に落下する位置関係を取ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガラス熔融装置。
6. 原料粉体の入った複数のルツボを並べて電気炉内に導入し、熱処理し、電気炉内から複数のルツボを搬出し、各々のルツボを掴み、ルツボを反転させて内容物を流し出すガラス熔融方法において、
   ルツボを掴む工程が、
   ルツボを収容する構造体であって、ルツボの横幅よりも大きい横幅を有するＵ字型骨格と、該骨格に接続された複数の爪と、該骨格の横幅方向を軸として回転させる回転軸からなり、
   該骨格および該骨格から下方向に延びた爪が構成する形状によって、ルツボの側面に接触してルツボを下方向から支えることができ、該骨格および該骨格から上方向に延びた爪が構成する形状によって、該骨格が回転軸の回りに反転した場合に、該ルツボの側面ないし上面に接触して該ルツボを支えることができる構造体を用いて、搬出されたルツボを該構造体内に収容する工程からなり、
   ルツボを反転させて内容物を流し出す工程が、
   該構造体を該回転軸を中心にＵ字型の開きが上に向く方向に反転させて該ルツボ内の内容物を落下させる工程からなり、
   原料粉体の入った複数のルツボを並べて電気炉内に導入する工程が、該構造体が該ルツボを収容できるような位置に並べる工程を含むことを特徴とするガラス溶融方法。
7. 複数個の該構造体が、該回転軸を共有して１列に連なった構造を有することを特徴とする、請求項６に記載のガラス熔融方法。
8. ルツボを掴む工程において、複数組の該構造体が、搬出されたルツボを同時に収容することを特徴とする、請求項６または請求項７に記載のガラス熔融方法。
9. ルツボを掴む工程において、複数のルツボの各々の隣の空間に各々複数の構造体を配置させる工程と、各々の該構造体が各々のルツボを収容する工程からなることを特徴とする、請求項６ないし８のいずれかに記載のガラス熔融方法。

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