JP4561017B2

JP4561017B2 - 溶融ガラス用撹拌装置およびガラス製造方法

Info

Publication number: JP4561017B2
Application number: JP2001259748A
Authority: JP
Inventors: 和雄浜島; 隆司向井; 史世田代
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2021-08-29
Also published as: JP2003063829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスを撹拌し、均質性を向上させる撹拌装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、溶融ガラスの均質性を向上させる目的で、溶融ガラス流路に撹拌装置を取り付け、溶融ガラスを撹拌することが行われている。溶融ガラスの均質性は、生産されたガラスの透明性、厚さ等に大きく影響するため、今までにいろいろな構造をもった撹拌装置が数多く検討されてきている。
【０００３】
撹拌装置は、一般的に回転中心となる中心軸とその周囲に取り付けられた複数の撹拌翼を有する撹拌部から構成される。これら撹拌装置の構造として、いろいろな種類のものが知られており、例えば、溶融ガラスの流路を狭める目的を持った大きな径を持つドラムの周囲に撹拌翼を配するドラム型、中心軸の下端部のみに撹拌翼を持つスクリュー型などが挙げられる。また、撹拌翼の構造についても、うちわ型、クランク型、パドラー型、スクリュー（ラジアルファン）型など様々なものが知られている。
【０００４】
溶融ガラスを充分に均質化するためには、ガラス溶融炉または溶融ガラスの流路において撹拌装置を取り付け、撹拌した際に生じる流路の壁面の近傍を溶融ガラスがすり抜ける現象、いわゆる「すり抜け」を防止する必要がある。すり抜けた溶融ガラスは、充分に撹拌されていないため、流路を構成する煉瓦や気相との反応などにより溶融ガラスの成分とは異なった成分となったいわゆる「異質成分」が多く含まれており、製品となって溶融ガラスが固化しガラス製品となった場合、その異質成分がいわゆるリームという不透明な筋状の欠点となる。つまり、溶融ガラスを均質化するためには、すり抜けを防止し、異質成分を含んだ溶融ガラスを充分に撹拌することにより、溶融ガラス中に異質成分を拡散させる必要がある。
【０００５】
例えば、特開昭６１−２１９２２号公報には、スパイラルな撹拌翼を取り付けた中心軸を中空とし、該中心軸の下端に気体を通しバブリングさせるための小さい穴を有する中空の円盤を取り付けた撹拌装置が提案されている。しかし、この撹拌装置はバブリングの効果により撹拌の効果を高めることを目的としたものであるが、すり抜け防止や異質成分の含まれた溶融ガラスの撹拌に対しては充分な効果を有さないばかりでなく、バブリングにより発生する気泡が抜けきらない可能性が大きい。
【０００６】
また、特開昭６１−２１９２３公報には、中心軸の下端に取り付けられたスパイラルな撹拌翼の上部に水平な撹拌翼を付加し、機能の異なる撹拌翼の組み合わせ効果を狙った撹拌装置が提案されている。しかし、この撹拌装置はすり抜け防止の効果は有していない。
【０００７】
また、特開２００１−７２４２６公報には、流路の壁面に沿って撹拌されずにすり抜ける溶融ガラスを減ずる目的で、該壁面と撹拌翼との間隔を狭めるための撹拌翼の最外側に複数の凸部を配した撹拌装置が提案されている。しかし、この撹拌装置は凸部によってすり抜け防止の効果は有するが、異質成分を含んだ溶融ガラスの撹拌の効果は充分であるとは言えない。
【０００８】
一方、特開平５−２２９８３１公報には、下降する溶融ガラスの流路底部付近にスクリュー型の撹拌手段を設け、流路低部に設置することにより生じる大きなガラス圧を利用して、撹拌する際に発生する泡を防止する撹拌装置が提案されている。しかし、この撹拌装置は、溶融ガラスの連続溶融において発泡を防止することを主眼として発明されたものであり、すり抜け防止や異質成分を含んだ溶融ガラスの撹拌に効果を有するものではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、溶融ガラスのすり抜けを防止し、溶融ガラスを撹拌することにより、溶融ガラスを均質化させる撹拌装置およびその撹拌装置を用いてガラスを得るガラス製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融ガラスを撹拌し均質化するための撹拌装置であって、前記撹拌装置は、回転可能な中心軸と、前記中心軸の周囲に取り付けられた回転半径がＬ_１である長撹拌翼と、前記中心軸の周囲に取り付けられた回転半径がＬ_２（Ｌ_１＞Ｌ_２）である短撹拌翼とを含んで構成され、前記長撹拌翼および前記短撹拌翼の枚数は各々２枚以上であり、かつ前記中心軸の周囲に前記長撹拌翼および前記短撹拌翼が交互に取り付けられており、
前記長撹拌翼は長横桟および長縦桟から構成され、前記短撹拌翼は短横桟および短縦桟から構成されている前記撹拌装置であって、前記長横桟（最下部に位置する長横桟を除く）が前記中心軸となす角度をθ、前記短横桟（最下部に位置する短横桟を除く）が前記中心軸となす角度をθ′とすると、θが４０〜８０度である場合はθ′が１００〜１４０度であり、θが１００〜１４０度である場合はθ′が４０〜８０度である撹拌装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、前記撹拌装置を用いてガラスを得るガラス製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って、本発明の撹拌装置を説明する。
図１は、本発明の撹拌装置の一形態を示す平面図である。図１のとおり、前記撹拌装置は、中心軸１０の周囲に回転半径（中心軸の中心から撹拌翼の先端までの距離）が異なる長撹拌翼４０と短撹拌翼７０とが交互に取り付けられた構造となっており、長撹拌翼４０、短撹拌翼７０の回転半径は各々Ｌ_１、Ｌ_２（Ｌ_１＞Ｌ_２）である。Ｌ_１およびＬ_２の値は、本発明の前記撹拌装置が設置される溶融ガラスの流路の幅、ガラスの粘度、前記撹拌装置の撹拌翼の強度等により調整されるが、通常２０〜２５０ｍｍである。また、中心軸１０の上端部は図示しない回転駆動装置とつながれており、中心軸１０を回転中心として長撹拌翼４０および短撹拌翼７０を任意の速度で回転させることができる。
【００１３】
図２に、図１に示される前記撹拌装置におけるＡ−Ａ′ 線に沿う縦断面図を表す。前記縦断面図は長撹拌翼４０の一形態を示し、長撹拌翼４０は、一端が中心軸１０に対してある角度θをもって取り付けられた複数本の長横桟２０と、複数本の長横桟２０の他端が取り付けられた長縦桟３０から構成されており、その結果、長撹拌翼４０は桟と桟との間に空間を有する梯子状の構造を有している。
【００１４】
一方、図３に、図１に示される前記撹拌装置におけるＢ−Ｂ′ 線に沿う縦断面図を表す。前記縦断面図は短撹拌翼７０の一形態を示し、図３のとおり短撹拌翼７０も、一端が中心軸１０に対してある角度θ′ をもって取り付けられた複数本の短横桟５０と１本の短縦桟６０とから構成されており、また空間を有する点も長撹拌翼４０と同じである。
【００１５】
図１〜図３のような異なる回転半径を持つ撹拌翼を交互に配した前記撹拌装置を、図４のような溶融ガラスが矢印方向へ流下する円筒縦型の流路１００に設置し回転させた場合、まず、長撹拌翼４０の回転によって溶融ガラスが流路の壁面１００ａに押し付けられ、次いで、押し付けられた溶融ガラスが短撹拌翼７０の動きに引かれ中心軸１０の方向に引き込まれ、次の長撹拌翼４０の回転によって撹拌されるといったすり抜け防止と溶融ガラスの撹拌がくり返し行われるため、結果的に溶融ガラスの均質性を向上させることができる。
【００１６】
長撹拌翼４０および短撹拌翼７０は、中心軸１０に各々２枚以上交互に取り付けられていることが必要である。どちらか一方が２枚未満では溶融ガラスの撹拌が不充分となり好ましくなく、また、交互に取り付けられていない場合は、すり抜け防止が不充分となり好ましくない。
【００１７】
長撹拌翼４０および短撹拌翼７０を持つ前記撹拌装置を用いて溶融ガラスを撹拌した場合、空間を有することにより、溶融ガラスの抵抗を抑えることができる。そのため、前記撹拌装置の回転数を高く設定できるとともに、前記撹拌装置の寿命を長くすることができる。
【００１８】
さらに、長横桟２０が中心軸１０と取り付けられる角度および短横桟５０が中心軸１０と取り付けられる角度についても考察を加えた結果、長横桟２０が中心軸１０となす角度をθとし、短横桟５０が中心軸１０となす角度をθ′とした場合、θが４０〜８０度である場合は、θ′が１００〜１４０度であり、θが１００〜１４０度である場合はθ′が４０〜８０度であることが溶融ガラスの均質化には好ましいことが分かった。このような構造を持つ前記撹拌装置を用いて溶融ガラスを撹拌した場合、長撹拌翼４０および短撹拌翼７０が交互に溶融ガラスを撹拌する度に、交互に異なった部分を撹拌するため、溶融ガラスを充分に均質化することができる。逆に、θおよびθ′が、４０度未満または１４０度超では、溶融ガラスを撹拌する能力が低下し中心軸の周囲に滞留素地が生じるため好ましくなく、８０度超でかつ１００度未満では隣り合う撹拌翼の横桟が交差しないため、異質成分を含んだ溶融ガラスを撹拌する効果が減少し好ましくない。より好ましくは、θが４５〜７５度である場合はθ′が１０５〜１３５度であり、θが１０５〜１３５度である場合はθ′が４５〜７５度である。また、長撹拌翼４０は複数本の長横桟２０から構成されており、各々の長横桟２０が角度θで中心軸１０に取り付けられているが、各長横桟２０でθは同じである必要はなく、各々異なっていてもよく、θ′も同様である。
【００１９】
また、長撹拌翼４０の長縦桟３０および短撹拌翼７０の短縦桟６０はすべて中心軸１０に対して平行に取り付けられている。しかし、ガラスの種類や流路形状によっては、長撹拌翼４０の長縦桟３０および短撹拌翼７０の短縦桟６０を中心軸１０の回転方向に対して傾斜させ、溶融ガラスに上向きの流れや下向きの流れを付与させることもできる。
【００２０】
長横桟２０および短横桟５０の横断面形状は、略矩形が一般的であるが、溶融ガラスに上向きの流れや下向きの流れを付与させたり、ガラスの粘度に対する桟の強度を考慮することにより、前記横断面形状を略円形や略三角形等としてもよい。また、同様な理由で、長縦桟３０および短縦桟６０の横断面形状も略矩形のみならず、略円形や略三角形等であってもよい。
【００２１】
また、長縦桟３０および短縦桟６０の横断面形状が各々略正方形であり、かつ前記略正方形の一辺の長さが長縦桟３０と短縦桟６０とで同じである場合、前記略正方形の一辺の長さをＴとすると、Ｌ_１（長撹拌翼４０の回転半径）とＬ_２（短撹拌翼７０の回転半径）との差がＴの０．５〜３倍であることが好ましい。０．５倍未満であると、短撹拌翼７０が溶融ガラスを中心軸１０の方向に引き込む力が小さくなり、３倍超では、短撹拌翼７０による撹拌が不充分となるため好ましくない。より好ましくは、Ｌ_１とＬ_２との差がＴの１〜２倍である。Ｔの値は、前記撹拌装置が使用されるガラス流路の幅や使用条件によって調整されるが、通常５〜５０ｍｍである。また、長縦桟３０および短縦桟６０の横断面形状が略正方形であるが、各々の略正方形の一辺の長さが異なる場合は、Ｔとして各々の略正方形の一辺の長さの平均値を用い、横断面形状が略円形の場合はＴとしてその円の直径を用い、略矩形の場合はＴとして長辺と短辺との平均値を用いる。
【００２２】
また、図２および図３においては、長横桟２０および短横桟５０のうち、最下部に位置する長横桟２０および最下部に位置する短横桟５０は、中心軸１０に対してほぼ垂直に取り付けられている。最下部に位置する長横桟２０および最下部に位置する短横桟５０は、最も流路の底部近くに位置しているため、流路の壁の形状や撹拌装置の挿入深さ等により最適な形状が他の長横桟２０および短横桟５０とは異なる。よって、前記最下部に位置する長横桟２０および最下部に位置する短横桟５０については、前記θおよび前記θ′ の好ましい範囲に限られない。
【００２３】
中心軸および撹拌翼の材質は、溶融ガラスに対して耐熱性、耐侵食性のある材料であれば、特に限定されず、耐熱性に優れた白金または白金ロジウム合金を使用することが好ましい。また、強度を向上させるために、融点の高いモリブデンを芯材として用い、このモリブデン芯材にアルミナをコーティングし、その上に白金または白金ロジウム合金を被覆した材料なども使用できる。
【００２４】
本発明で使用する溶融ガラスは、特に限定されず、例えば、液晶用ガラス、ブラウン管用ガラス、建築用ガラス等が使用できる。
【００２５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を挙げてさらに説明するが、本発明はこれらに限定されない。例１が実施例、例２が比較例である。
【００２６】
（例１）
モリブデンの芯材に、９０％（質量基準とする。以後、％表示は特別な記載ない限り同様とする。）の白金と１０％のロジウムとの合金の板材を被覆、溶接し、図１〜図３に記載されたような４枚の撹拌翼を有する撹拌装置を作製した。この時、長縦桟および短縦桟の横断面形状は正方形であり、一辺の長さＴが１５ｍｍであった。また、図１上のＬ_１、Ｌ_２は各々１１５ｍｍ、１００ｍｍであり、図２上のθ、図３上のθ′は各々６５度、１１５度であった。
【００２７】
この撹拌装置を、流路の入り口温度が１１７５℃である溶融ガラスが流れる内径２５０ｍｍの円筒縦型の流路内に垂直かつ中心に挿入し、当該流路を通した後の溶融ガラスを板状に成形し、成形後の板ガラスのリームを観察することによって撹拌装置の均質性能を評価した。
【００２８】
撹拌装置を回転させずに静置しておくと、成形後の硝子板には連続したリームが観察された。一方、撹拌装置を回転させ１、３、５、１０回転／分と段階的に回転速度を上げていき、各々１０時間ずつ回転させたところ、１回転／分からリームが不連続となり、３回転／分では断続的な細かいリーム数しか観察されなくなった。さらに５回転／分と１０回転／分ではリームは観察されなかった。
【００２９】
（例２）
モリブデンの芯材に９０％の白金と１０％のロジウムとの合金の板材を被覆、溶接し、例１の撹拌装置から２枚の短撹拌翼７０を取り外した構造を持った撹拌装置を作製した。つまり、例２の撹拌装置は、２枚の長撹拌翼４０が１８０度で隣り合った構造となっている。この撹拌装置を例１で使用したのと同一のガラス流路を用い、例１と同様に撹拌装置の均質性能を評価した。
【００３０】
撹拌装置を回転させずに静置しておくと、例１と同様、成形後の硝子板には連続したリームが観察された。一方、撹拌装置を回転させ１、３、５、１０回転／分と段階的に回転速度を上げていき、各々１０時間ずつ回転させたところ、回転数を５回転／分まで上げても不連続リームが残り、さらには１０回転／分においても細かい断続的なリームは消失しなかった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の撹拌装置を溶融ガラスの流路に挿入し、溶融ガラスの撹拌に用いることにより均質化されたガラスを得ることができる。すなわち、各々２枚以上の長さの異なる撹拌翼が交互に回転することによって、流路の壁面のすり抜けを防止できるとともに、異質成分を含んだ溶融ガラスが撹拌され、結果的に溶融ガラスの均質性を向上させることができるため、産業的価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】撹拌装置の一形態を示す平面図
【図２】図１のＡ−Ａ′ 線の沿う長撹拌翼４０の一形態を示す縦断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ′ 線の沿う短撹拌翼７０の一形態を示す縦断面図
【図４】前記撹拌装置を円筒縦型の流路に設置した場合における縦断面図
【符号の説明】
１０：中心軸
２０：長横桟
３０：長縦桟
４０：長撹拌翼
５０：短横桟
６０：短縦桟
７０：短撹拌翼
１００：流路
１００ａ：壁面

Claims

溶融ガラスを撹拌し均質化するための撹拌装置であって、前記撹拌装置は、回転可能な中心軸と、前記中心軸の周囲に取り付けられた回転半径がＬ_１である長撹拌翼と、前記中心軸の周囲に取り付けられた回転半径がＬ_２（Ｌ_１＞Ｌ_２）である短撹拌翼とを含んで構成され、前記長撹拌翼および前記短撹拌翼の枚数は各々２枚以上であり、かつ前記中心軸の周囲に前記長撹拌翼および前記短撹拌翼が交互に取り付けられており、
前記長撹拌翼は長横桟および長縦桟から構成され、前記短撹拌翼は短横桟および短縦桟から構成されている前記撹拌装置であって、前記長横桟（最下部に位置する長横桟を除く）が前記中心軸となす角度をθ、前記短横桟（最下部に位置する短横桟を除く）が前記中心軸となす角度をθ′とすると、θが４０〜８０度である場合はθ′が１００〜１４０度であり、θが１００〜１４０度である場合はθ′が４０〜８０度である撹拌装置。
前記長縦桟および前記短縦桟の横断面形状が各々略正方形であり、前記略正方形の一辺の長さが前記長縦桟と前記短縦桟とで同じである前記撹拌装置であって、前記略正方形の一辺の長さをＴとすると、Ｌ_１とＬ_２の差がＴの０．５〜３倍である請求項１に記載の撹拌装置。
請求項１または２に記載の撹拌装置を用いてガラスを得るガラス製造方法。