JP4377043B2 - 溶融ガラス攪拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガラス溶融炉の容器内に収容された溶融ガラスの攪拌に好適する溶融ガラス攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学用、電子用の精密部品にガラス材料が多く使われるようになり、それら部品の性能、信頼性の面から、従来のものよりも脈理や異物等の内部欠点の少ない高品質のガラスを要求されるようになっている。このため、溶融したガラスの不均質から生じる脈理については、ガラス溶融炉内のるつぼでガラスを溶融する際に、溶融容器内の溶融ガラスを不均質とならないよう攪拌することにより強制的に対流を起こし、脈理等が生じないようにしている。また、このために用いる溶融ガラス攪拌装置は、図５に縦断面図で概略を示すような構成となっている。
【０００３】
すなわち、１はガラス溶融炉で、炉本体２内に溶融容器のるつぼ３を収納し、るつぼ３の周囲に配置した加熱源４で加熱するように構成されている。また炉本体２には上部を閉塞するように炉天井部５が設けられ、さらに炉天井部５にはるつぼ３の上方に開口６が形成されており、開口６を介して外部から攪拌装置７の攪拌棒８がるつぼ３内に挿入されている。そして、るつぼ３内に収容された溶融ガラス９は、攪拌装置８の駆動部１０により回転駆動された攪拌棒８の先端の羽根１１によって、均質化するように攪拌される。なお、１２は溶融ガラス９をるつぼ３内から抜き出す流出ノズルであり、１３は流出ノズル１２の周囲を加熱するヒータである。
【０００４】
しかしながら上記の従来技術においては、炉天井部５のるつぼ３の上方部分に攪拌棒８を貫通させて挿入する開口６が形成されているので、ガラス溶融炉１内から開口６を通じて外部に向けて煙突効果による上昇気流が生じ、溶融ガラス９中の揮発しやすいガラス成分が炉外に拡散する。
【０００５】
また、炉内から炉外へと拡散する揮発しやすいガラス成分は、開口６部分で温度が急激に低下することになり、揮発成分の一部が開口６の周辺や攪拌棒８の開口６を貫通している部分などに凝縮、堆積する。そして、堆積が進み堆積量が多くなると、攪拌棒８の動作、これに伴う振動等によって堆積物が剥がれ、溶融ガラス９中に落下して泡や異物などの内部欠点を生じさせてしまう虞があった。
【０００６】
さらに、るつぼ３や攪拌棒８の材質に、ガラスの高品質化のために高温でも溶融ガラス９と反応し難い白金や、白金−ロジウム等の白金合金を用いた場合、特に１０００℃以上の高温で溶融ガラス９を攪拌する場合には、白金や白金合金、あるいはそれらの酸化物の蒸気圧が高くなり、蒸発して同様にその一部が開口６の周辺や攪拌棒８の開口６を貫通している部分などに凝縮する。そして、溶融ガラス９中に落下して欠点を生じさせてしまう虞があった。
【０００７】
一方、均質化の攪拌効率を上げるために、回転する攪拌棒８の回転中心位置を移動させ、攪拌が及ばない滞留領域を極力少なくするようにしたものでは、攪拌棒８が移動する分だけ開口６を大きなものとしなければならず、さらに凝縮物が溶融ガラス９中に落下して欠点を生じさせてしまう虞が大きなものとなっていた。
【０００８】
こうした虞を解消すべく、攪拌棒をるつぼの底部から挿入して回転させ、攪拌を行うようにし、炉天井部に開口を設けないようにしたものが提案されている。しかし、このような構成のものでは、攪拌棒挿入部分の隙間から漏れる溶融ガラスを連続的に処理する必要が生じると共に、ガラスロスが多くなってしまう。
【０００９】
また、炉天井部に開口を形成すると共に開口にベローズを設け、このベローズ下端に設けたフロートの孔を貫通させて攪拌棒を挿入するようにしたものが提案されている。しかし、このような構成のものでも、ベローズ下端の孔と攪拌棒との間の隙間を介して揮発成分の流通が有り、孔周辺や攪拌棒等に揮発成分が凝縮し、溶融ガラス中に落下してしまう虞がある。さらに、攪拌棒の回転中心を移動させて攪拌を行う場合には、同様に孔を大きくしなければならなくなり、凝縮物の溶融ガラス中への落下の虞が大きくなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは溶融ガラスの攪拌を行う際、溶融容器上方の天井部の開口部分等からの溶融ガラスや溶融容器などの成分の凝縮物の溶融ガラス中への落下を防止し、泡や異物の混入のない高品質ガラスの形成を可能にする溶融ガラス攪拌装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶融ガラス攪拌装置は、溶融ガラスが収容された容器上方を覆う天井部の開口から容器内に向けて挿入され、駆動機構により攪拌動作する攪拌棒によって溶融ガラスを攪拌する装置であって、攪拌棒が、溶融ガラスと天井部の開口との間の中間部に上方に開いた受皿部材を有すると共に、攪拌棒の軸方向に対する受皿部材の上方側内面のなす角が、３０度以上８５度未満であることを特徴とするものであり、
さらに、受皿部材は、外縁部より根元部が厚肉に形成されていることを特徴とするものであり、
さらに、受皿部材の少なくとも一部が、攪拌棒の全ての攪拌動作位置で、天井部の開口縁の直下に位置していることを特徴とするものであり、
さらに、攪拌棒は、回転しながら攪拌動作を行うものであって、該攪拌棒の回転中心位置を一定時間毎に容器内で変化させていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。図１は概略構成を示す縦断面図であり、図２は要部の横断面図であり、図３は攪拌棒の部分断面図であり、図４は攪拌棒の変形形態を示す図で、図４（ａ）は第１の変形形態の模式図、図４（ｂ）は第２の変形形態の模式図、図４（ｃ）は第３の変形形態の模式図、図４（ｄ）は第４の変形形態の模式図である。
【００１３】
図１乃至図４において、２１はガラス溶融炉で、耐火煉瓦により形成された炉本体２２内に溶融容器、例えば白金あるいは白金−ロジウム等の白金合金で形成された直径が２７０mmのるつぼ２３を収納しており、るつぼ２３は周囲に配置した、例えばヒータや高周波誘導コイル等の加熱源２４で所要の温度となるように加熱され、それを維持できるよう構成されている。さらに炉本体２２は、上部が耐火煉瓦により形成された炉天井部２５によって閉塞される構成となっている。
【００１４】
また、炉天井部２５には、るつぼ２３の上方にるつぼ２３の直径よりも小さい所定の直径を有する開口２６が形成されている。さらに炉天井部２５には、上面に支持部材２７を固定するようにして攪拌装置２８が取り付けられており、この攪拌装置２８からは、駆動部２９によって回転駆動される、例えば白金あるいは白金−ロジウム等の白金合金で形成された攪拌棒３０が、その先端部分に設けられた、例えば直径が１５０ｍｍ、すなわち翼部３１ａの先端の描く回転円の直径が１５０ｍｍの羽根３１によってるつぼ２３内の溶融ガラス３２を攪拌するよう開口２６を介して挿入されている。
【００１５】
また攪拌棒３０による攪拌は、回転中心位置を、例えば５分毎に直径が７０mmの円周上を、２１０度ずつ位置を変えながら行われ、るつぼ２３内の溶融ガラス３２を均質化するための効率のよい攪拌が実行される。すなわち、図２に示すように、当初は位置Ａで攪拌棒３０は実線矢印Ｘで示す方向に回転して攪拌動作を行う。そして５分経過した後には、細実線矢印Ｙａで示す方向に２１０度移動して位置Ｂに移り、再び位置Ｂで攪拌棒３０は攪拌動作する。さらに攪拌棒３０は、５分経過後に細実線矢印Ｙｂで示す方向に２１０度移動して位置Ｃに移り、再び位置Ｃで同様の攪拌動作を行い、以後は同様の５分間の攪拌と２１０度の移動を繰り返すようになっている。
【００１６】
また、攪拌棒３０には、炉天井部２５の開口２６と溶融ガラス３２の液面との間、例えば炉天井部２５の内面から５０ｍｍ以上下方で、ガラス液面から１０ｍｍ以上上方の位置となる中間部に、上方に開いた例えば白金あるいは白金−ロジウム等の白金合金で形成された受皿部材３３が、溶接により攪拌棒３０と一体となるように設けられている。さらに受皿部材３３は、攪拌棒３０に溶接されている根元部３４が外縁部３５より厚肉に形成されている。
【００１７】
またさらに、受皿部材３３は、上側の内面、下側の外面が共に円錐面となるように形成されていて、上側の内面と攪拌棒３０とのなす角αが、３０度以上８５度未満、より好ましくは４５度以上７５度以下に形成されている。また受皿部材３３の外径は、攪拌棒３０の全ての攪拌動作位置、すなわち５分毎に変える何れの回転中心位置においても、受皿部材３３の上側の内面の少なくとも一部が炉天井部２５の開口２６縁の直下に位置するものとなっている。
【００１８】
なお、３６はるつぼ２３と炉本体２２の底部を貫通するように設けられた流出ノズルで、この流出ノズル３６を介してるつぼ２３内から溶融ガラス３２を抜き出すようになっており、流出ノズル３６の周囲にはこれを加熱するヒータ３７が設けられている。
【００１９】
そして、このように構成した装置でのガラスの溶融、攪拌は、次のようにして行われる。すなわち、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３を主成分とする電子部品用ガラスを、加熱源２４によってガラス化温度以上の１５５０℃に加熱されたるつぼ２３内に入れ、溶融する。その後、溶融ガラス３２の粘度が約５０Ｐａ・ｓとなる１４５０℃の温度に維持しながら、攪拌装置２８により溶融ガラス３２を攪拌し、均質な溶融ガラス３２となるようにする。
【００２０】
所定時間の攪拌を行ってから、攪拌を継続しながらヒータ３７で所定温度に調節した状態の流出ノズル３６を通じ、溶融ガラス３２を外部の図示しない金型に流し入れ、所定形状のガラス成形材を形成する。
【００２１】
こうした一連の過程を経て形成したガラス成形材について、その一部を鏡面研磨して実態顕微鏡により観察し、脈理や異物等の内部欠点を計数したところ、光学的に問題となる脈理はなく、また異物については平均個数として１００ｇあたり、見出されたのは１個以下であった。これに対し、比較例として受皿部材３３を有しない攪拌棒で攪拌を行うようにして上記と同様に形成したガラス成形材では、光学的に問題となる脈理はなかったものの、異物については平均個数として１００ｇあたり、約２０個見出される状態であった。
【００２２】
この結果、上記構成の装置とすることで、溶融ガラス３２やるつぼ２３等から蒸発して炉天井部２５等に付着した凝縮物等の溶融ガラス３２への落下、混入が防止でき、内部欠点の非常に少ない高品質のガラス成形を行うことができる。
【００２３】
なお、上記実施形態で受皿部材３３の上側の内面と攪拌棒３０とのなす角が３０度以上８５度未満としたが、８５度以上であると、一度捕集した凝縮物等の落下物が下方の溶融ガラス３２中に落下してしまう虞があり、３０度より小さいと、溶融ガラス３２の液面と炉天井部２５との間隔が、炉内に温度分布が生じないよう大きくできない場合には、直径が小さなものとなってしまい、落下物の十分な捕集を行うことができない。
【００２４】
また、上記実施形態では、受皿部材３３は、上側内面、下側外面がそれぞれ単一の円錐面となているが、これに限るものでなく、図４に各変形形態の模式図を示すように、例えば図４（ａ）のような攪拌棒３０とのなす角が３０度以上８５度未満である内側円錐面部３８ａの外周部分に、外縁壁部３８ｂを鉛直方向に設けて構成した受皿部材３３ａとしたり、図４（ｂ）のような内側円錐面部３８ａの外周部分に、この内側円錐面部３８ａより開き角度の大きい外側円錐面部３８ｃを設けて構成した受皿部材３３ｂとしたり、図４（ｃ）のような内側円錐面部３８ａの外周部分に、水平方向に延在させた鍔部３８ｄを設けて構成した受皿部材３３ｃとしたり、また、図４（ｄ）のような内側円錐面部３８ａの外周部分に、延在させた水平棚部３８ｅを設け、さらに水平棚部３８ｅの外周部分に外縁壁部３８ｆを鉛直方向に設けて構成した受皿部材３３ｄとしたりしてもよい。
【００２５】
さらに、上記実施形態では、バッチ式のガラス溶融炉２１に適用させた攪拌装置２８を示したが、連続式のガラス溶融炉にも同様に適用できるものである。またさらに、受皿部材３３については、図示しないが溶融ガラスの上方を開口を有する蓋部材で覆い、開口を通じて内部に挿入する必要のある液面計やプランジャ等の開口と液面との間の中間部に設けるようにすることで、開口部周囲等に付着した凝縮物の溶融ガラス中への落下が防止でき、ガラス品質の低下を防止することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、溶融容器上方の天井部の開口部分等に付着した溶融ガラスや溶融容器などの成分の凝縮物の溶融ガラス中への落下を防止することができ、泡や異物の混入がなく内部欠点のない高品質ガラスを形成することが可能になる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の要部の横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の攪拌棒の部分断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の攪拌棒の変形形態を示す図で、図４（ａ）は第１の変形形態の模式図、図４（ｂ）は第２の変形形態の模式図、図４（ｃ）は第３の変形形態の模式図、図４（ｄ）は第４の変形形態の模式図である。
【図５】従来例の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２３…るつぼ
２５…炉天井部
２６…開口
２９…駆動部
３０…攪拌棒
３２…溶融ガラス
３３…受皿部材

Claims (4)

1. 溶融ガラスが収容された容器上方を覆う天井部の開口から前記容器内に向けて挿入され、駆動機構により攪拌動作する攪拌棒によって前記溶融ガラスを攪拌する装置であって、前記攪拌棒が、前記溶融ガラスと天井部の開口との間の中間部に上方に開いた受皿部材を有すると共に、前記攪拌棒の軸方向に対する前記受皿部材の上方側内面のなす角が、３０度以上８５度未満であることを特徴とする溶融ガラス攪拌装置。
2. 受皿部材は、外縁部より根元部が厚肉に形成されていることを特徴とする請求項１記載の溶融ガラス攪拌装置。
3. 受皿部材の少なくとも一部が、攪拌棒の全ての攪拌動作位置で、天井部の開口縁の直下に位置していることを特徴とする請求項１記載の溶融ガラス攪拌装置。
4. 攪拌棒は、回転しながら攪拌動作を行うものであって、該攪拌棒の回転中心位置を一定時間毎に容器内で変化させていることを特徴とする請求項１記載の溶融ガラス攪拌装置。

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