JP4561468B2

JP4561468B2 - ガラス製造装置およびその構成要素、および該構成要素を通電加熱する方法、ならびにガラス製造方法

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Publication number: JP4561468B2
Application number: JP2005143675A
Authority: JP
Inventors: 整長野; 肇伊藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: JP2006327830A

Description

本発明は、ガラス製造装置の溶融ガラスの導管として好適な白金または白金合金製の中空管に関する。本発明の中空管は、本管と、該本管に接合された分岐管と、からなる。本発明の中空管は、分岐管が通電加熱される用途に用いられる。
また、本発明は、本発明の中空管を用いたガラス製造装置に関する。
また、本発明は、本発明の中空管を通電加熱する方法に関する。
また、本発明は、本発明のガラス製造装置、および、本発明の通電加熱方法を用いたガラス製造方法に関する。

ガラス製造装置において、その内部を高温の溶融ガラスが通過する導管には、白金、または白金−金合金、白金−ロジウム合金のような白金合金製の中空管が使用されている。溶融ガラスが通過する導管の例としては、ガラス製造装置から不純物を除去するために設けられた流出管、ガラス製造装置からレンズ、プリズム等の光学部品を成形する場合に成形用の型に溶融ガラスを流出させるための流出管、溶解槽から成型槽への導管等が挙げられる。

ガラス製造装置では、内部を通過する溶融ガラスと温度差を生じさせないため、溶融ガラスが通過する導管は加熱される。導管の加熱は、ヒータ等の熱源により、導管を外部から加熱する場合もあるが、白金または白金合金製の中空管の場合、該中空管に通電用の電極を設けて、通電加熱することが広く行われている。特許文献１には、溶融ガラスの導管として使用可能な白金製の加熱装置が開示されている。

ガラス製造装置では、溶融ガラスが通過する導管として図５に示すような分岐管を有する中空管１００が使用される場合もある。図５に示す中空管１００は、本管１０１と、該本管１０１に接合された分岐管１０２と、からなる。図５に示す中空管１００において、分岐管１０２を通電加熱する場合がある。図５に示す中空管１００で分岐管１０２を通電加熱する場合、本管１０１の一端と、分岐管１０２の端部に電極（図示していない）を設けて矢印方向に電流が流れるように通電する。
特開平１１−３４９３３４号公報

図５に示す中空管１００で分岐管１０２を通電加熱した際、中空管１００の特定の部位に電流が集中することが問題となっていた。図５に示す中空管１００において、矢印方向に電流が流れるように通電した場合、電流はその特性上最短経路を流れようとする。そのため、矢印方向に電流を流した際、本管１０１と分岐管１０２との接合部１０３のうち、電流の最短経路に位置する角部１０４に電流が集中する。このような電流集中が発生した場合、中空管１００の寿命に悪影響を及ぼす。また、角部１０４は、電流集中により局部加熱される。局部加熱が発生した場合、中空管１００が熱応力によって破損したり、中空管１００内を流通する溶融ガラスが変質するおそれがある。また、局部加熱が発生した場合、中空管１００内を流通する溶融ガラスに偏流が生じるおそれがある。このような偏流の発生も溶融ガラスの変質の原因となる。
本発明は、上記した問題点を解決するため、分岐管を通電加熱する際に生じる特定の部位への電流集中が軽減された白金または白金合金製の中空管を提供することを目的とする。本発明の白金または白金合金製の中空管は、ガラス製造装置の溶融ガラスの導管として好適である。
また、本発明は、該中空管を溶融ガラスの導管として用いたガラス製造装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、該中空管を通電加熱する方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、該ガラス製造装置、および、該通電加熱方法を用いたガラス製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、本管と、該本管に接合された分岐管と、からなり、該分岐管が通電加熱される用途に用いられる白金または白金製の中空管であって、
前記本管および前記分岐管は、角部を除いた接合部およびその近傍に厚肉部が設けられていることを特徴とする白金または白金合金製の中空管を提供する。

本発明の白金または白金合金製の中空管において、前記厚肉部は、下記式（１）ないし（３）を満たす。
Ｌ₁＝１．２ｄ〜２．０ｄ・・・（１）
Ｌ₂＝０．２ｄ〜１．５ｄ・・・（２）
ｔ＝１．２ｔ₀〜１．５ｔ₀・・・（３）
Ｌ₁：本管における厚肉部の最大長（ｍｍ）
Ｌ₂：分岐管における厚肉部の最大長（ｍｍ）
ｄ：分岐管の外径（ｍｍ）
ｔ：厚肉部の肉厚（ｍｍ）
ｔ₀：厚肉部以外の中空管の肉厚（ｍｍ）

本発明の白金または白金合金製の中空管において、前記分岐管が、前記本管に対して直交するように接合されていることが好ましい。

また、本発明は、溶融ガラスの導管として、上記した白金または白金合金製の中空管を用いたガラス製造装置を提供する。

また、本発明は、上記した白金または白金合金製の中空管を通電加熱する方法であって、
前記本管から前記分岐管へ電流が流れるように通電することを特徴とする白金または白金合金製の中空管を通電加熱する方法を提供する。
また、本発明は、上記したガラス製造装置を用いたガラス製造方法であって、ガラス製造装置の白金または白金合金製の中空管を上記した方法を用いて通電加熱するガラス製造方法を提供する。

本発明の白金または白金合金製の中空管は、分岐管を通電加熱する際に生じる特定の部位への電流集中が軽減されている。中空管の特定の部位に電流が集中すると寿命に悪影響を及ぼすが、本発明の白金または白金合金製の中空管ではこのような問題が軽減されている。
また、特定の部位への電流の集中が軽減されることにより、中空管の局部加熱が軽減される。このため、中空管が使用時に熱応力によって破損することが防止されている。
本発明のガラス製造装置は、溶融ガラスの導管として本発明の白金または白金合金製の中空管を用いているため、通電加熱時に生じる導管の局部加熱が軽減されている。このため、導管を流通する溶融ガラスが変質するおそれがない。また、導管を流通する溶融ガラスで偏流が生じるおそれがない。

以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の白金または白金合金製の中空管の１実施形態を示した斜視図である。図１の中空管１は、本管１１と、該本管１１に接合された分岐管１２と、からなる。本管１１および分岐管１２は、白金または白金合金製の円筒管である。分岐管１２は、本管１１に対して直交するように接合されており、中空管１全体としてＴ字管をなしている。本発明の白金または白金合金製の中空管１は、分岐管１２が通電加熱される用途に用いられる。

本発明の白金または白金合金製の中空管１は、本管１１および分岐管１２の接合部１３およびその近傍に、角部１４およびその近傍を除いて厚肉部１５が設けられていることを特徴とする。すなわち、本発明の白金または白金合金製の中空管１は、本管１１および分岐管１２の接合部１３およびその近傍に厚肉部１５が設けられていることを特徴とする。但し、図１から明らかなように、接合部１３およびその近傍であっても、角部１４およびその近傍には厚肉部を設けないことを特徴とする。
なお、図示してないが、本管１１および分岐管１２の図面裏側に当たる部分にも、厚肉部が同様の位置に設けられている。

本明細書において、接合部１３およびその近傍に厚肉部１５を設けると言った場合、本管１１および分岐管１２において、接合部１３に厚肉部を設けると同時に、接合部１３の周辺部位にも厚肉部１５を設けることを意味する。図１に示す中空管１の本管１１では、厚肉部１５が分岐管１２との接合部１３から図中左方向に延びており、接合部１３とは反対側の部分（接合部１３と対面する側）にも厚肉部１５が設けられている。中空管１の分岐管１２では、厚肉部１５が本管１１との接合部１３から図中右方向に延びている。

本明細書において、角部１４およびその近傍を除いて厚肉部を設ける、すなわち、角部１４およびその近傍には厚肉部を設けないと言った場合、本管１１および分岐管１２において、角部１４とその周辺部位には厚肉部を設けないことを意味する。図１の中空管１の本管１１では、角部１４を中心に一定の範囲には、厚肉部が設けられていない。中空管１の分岐管１２では、角部１４および角部１４から図中右方向に延びる上面および下面には厚肉部が設けられていない。

図５に示す従来の中空管１００において、分岐管１０２を通電加熱する目的で矢印方向に電流が流れるように通電した場合、電流はその最短経路に位置する角部１０４に集中する。本発明の中空管１は、本管１１および分岐管１２の接合部１３およびその近傍に、角部１４およびその近傍を除いて厚肉部１５を設けることにより、分岐管１２を通電加熱する際に生じる角部１４への電流集中が軽減されている。この理由について以下に述べる。
白金または白金合金のような金属材料の電気抵抗は、該材料の単位断面積に反比例する。そのため、厚肉部１５は、厚肉部が設けられていない角部１４およびその近傍よりも電気抵抗が小さい。したがって、分岐管１２を通電加熱する目的で、図２中、矢印方向に電流が流れるように通電した際、すなわち、本管１１から分岐管１２へと電流が流れるように通電した際、より具体的には、本管１１の上端から分岐管１２へ電流が流れるように通電した際、電流は厚肉部１５に分散されて、角部１４への電流集中が軽減される。

厚肉部１５は下記式（１）ないし（３）を満たすように設ける。
Ｌ₁＝１．２ｄ〜２．０ｄ・・・（１）
Ｌ₂＝０．２ｄ〜１．５ｄ・・・（２）
ｔ＝１．２ｔ₀〜１．５ｔ₀・・・（３）
上記式（１）〜（２）中、Ｌ₁は本管１１における厚肉部１５の最大長（ｍｍ）であり、Ｌ₂は分岐管１２における厚肉部１５の最大長（ｍｍ）であり、ｄは分岐管１２の外径（ｍｍ）である。上記式（３）は、中空管１における厚肉部１５の肉厚ｔ（ｍｍ）と、厚肉部１５以外の部分の肉厚ｔ₀（ｍｍ）との関係を示している。したがって、本管１１における厚肉部１５の肉厚ｔ（ｍｍ）と厚肉部１５以外の部分の肉厚ｔ₀（ｍｍ）との関係を示すとともに、分岐管１２における厚肉部１５の肉厚ｔ（ｍｍ）と厚肉部１５以外の部分の肉厚ｔ₀（ｍｍ）との関係を示している。Ｌ₁およびＬ₂に関して、厚肉部１５の最大長について規定しているのは、図１から明らかなように、本管１１および分岐管１２における厚肉部１５の長さは、部位によって異なるからである。一般的には、図１に示すように、Ｌ₁およびＬ₂はそれぞれ、本管１１および分岐管１２の長手方向における厚肉部１５の最大長である。
上記式（１）ないし（３）を満たすように厚肉部１５を設けた場合、分岐管１２を通電加熱する際に生じる角部１４への電流集中を十分軽減することができる。本管１１および分岐管１２の構成材料である白金または白金合金は高価であるため、厚肉部１５の範囲はできる限り狭くし、厚肉度はできるだけ少なくすることがコスト面から好ましい。

本管１１および分岐管１２において、角部１４およびその近傍の範囲、すなわち、厚肉部を設けない部分の範囲は、角部１４への電流集中を軽減することができる限り特に限定されない。
但し、本管１１および分岐管１２の接合部および近傍であっても、以下に述べる部分には厚肉部を設けないことが好ましい。
本管１１については、本管１１を端面方向から見た場合に、分岐管１２の軸を中心として所定の角度の範囲には厚肉部を設けないことが好ましい。図３は、図１の本管１１を上端方向から見た図であり、本管１１の角部１４付近、すなわち、線ａ−ａ′で示す部位を示している。図３中、Ｙは分岐管１２の軸方向を示しており、Ｘは分岐管１２の軸に対して直交する軸方向を示している。本管１１において、Ｙを中心とした角度αの範囲内には厚肉部を設けないことが好ましい。角度αは、好ましくは２０〜９０度であり、より好ましくは、３０〜６０度である。

同様に、分岐管１２についても、分岐管１２を端面方向から見た場合に、本管１１の軸を中心として所定の角度の範囲には厚肉部を設けないことが好ましい。図４は、図１の分岐管１２を端面方向から見た図である。但し、本管１１は省略されている。図４中、Ｙ′は本管１１の軸方向を示しており、Ｘ′は本管１１の軸に対して直交する軸方向を示している。本管１１において、Ｙ′を中心とした角度βの範囲内には厚肉部を設けないことが好ましい。角度βは、好ましくは３０〜１２０度であり、より好ましくは、５０〜９０度である。

本管１１および分岐管１２において、厚肉部を設けない部分の範囲を上記範囲とすることにより、分岐管１２を通電加熱する際に生じる角部１４への電流集中を十分軽減することができる。

なお、本管１１および分岐管１２に厚肉部１５を設ける手段としては、本管１１および分岐管１２に白金または白金合金製の薄板を貼り合わせることによって厚肉部１５を設けてもよいし、本管１１および分岐管１２を成型する際に厚肉部１５を有するように成型加工したのでもよい。

また、図１において、本管１１および分岐管１２として円筒管が示されているが、本管１１および分岐管１２の形状はこれに限定されない。例えば、断面形状が楕円形状のものや、四角形、六角形、八角形等、多角形形状のものであってもよい。また、図１において、本管１１および分岐管１２として直管が示されているが、これに限定されず、例えば曲管であってもよい。
また、図１において、分岐管１２は、本管１１の長手方向中央部付近に接合されているが、分岐管１２と本管１１とを接合する位置はこれに限定されない。分岐管１２は、本管１１のより端部に近い位置、例えば、図中、より上側または下側となる位置に接合してもよい。例えば、分岐管１２が本管１１の上端または下端付近に接合されて、全体形状が略Ｌ字形状をなしていてもよい。但し、本管１１の端部に非常に近い位置に分岐管１２を接合すると角部１４への電流集中を軽減するのに十分な厚肉部１５を設けることができないため、分岐管１２を接合する位置は、角部１４が本管の端部から０．０５ｄ以上離れるような位置であることが好ましい。なお、ｄは分岐管１２の外径（ｍｍ）である。

また、図１において、分岐管１２は、本管１１に対して直交するように接合されているが、本管１１に対する分岐管１２の配向方向はこれに限定されない。例えば、本管１１に対して分岐管１２が斜め方向に配向するように接合してもよい。この場合、本管１１に対する分岐管１２の傾斜角度は、−４５〜＋４５度であることが好ましく、より好ましくは−３０〜＋３０度である。ここで、図１中、分岐管１２が本管１１に対して直交する場合、本管１１に対する分岐管１２の傾斜角度を０度とする。分岐管１２の端部が図面上側に向く場合を正の傾きとし、図面下側に向く場合を負の傾きとする。但し、本管１１に対する分岐管１２の傾斜角度は０度であることが最も好ましい。すなわち、図１に示すように、分岐管１２が本管１１に対して直交するように接合されていることが最も好ましい。
また、図１において、本管１１に対して１本の分岐管１２が接合されているが、本管に接合する分岐管の数はこれに限定されない。本管および分岐管の接合部およびその近傍に、角部およびその近傍を除いて厚肉部を設けることができる限り分岐管の数は複数であってもよい。

本発明において、直管および分岐管として使用する中空管の寸法も特に限定されない。例えば、図１に示す中空管１の場合、直管１１および分岐管１２の外径Ｄおよびｄは、５０〜８００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１００〜６００ｍｍである。直管１１および分岐管１２の長さは２００〜３０００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは４００〜１５００ｍｍである。直管１１および分岐管１２において、厚肉部１５以外の部分の肉厚ｔ₀は０．４〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．６〜１．５ｍｍである。

本発明において、本管１１および分岐管１２は白金を主たる構成材料とする。したがって、白金のみを構成材料とするものに限定されず、白金合金を構成材料とするものであってもよい。白金合金の具体例としては、白金−金合金、白金−ロジウム合金が挙げられる。また、白金または白金合金に金属酸化物を分散させてなる強化白金であってもよい。分散される金属酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃、またはＺｒＯ₂若しくはＹ₂Ｏ₃に代表される３Ａ族若しくは４Ａ族の金属酸化物が挙げられる。

本発明において、直管１１と分岐管１２とは、公知の方法、具体的には溶接や拡散接合により接合することができる。

本発明のガラス製造装置では、高温の溶融ガラスが通過する溶融ガラスの導管として、本発明の中空管が用いられている。本発明の中空管は、ガラス製造装置の溶融ガラス経路における分岐を有する個所に広く用いることができる。本発明の中空管を使用する部位の具体例としては、例えば、ガラス製造装置から不純物を除去するために設けられた流出管、ガラス製造装置からレンズ、プリズム等の光学部品を成形する場合に成形用の型に溶融ガラスを流出させるための流出管、溶解槽から成型槽への導管等が挙げられる。
また、本発明の中空管は、減圧雰囲気下で溶融ガラスから脱泡を行う減圧脱泡装置中、減圧脱泡槽と上昇管との接合部、または減圧脱泡槽と下降管との接合部に使用可能である。減圧脱泡装置においては、中空管にわずかな亀裂が生じても大きな問題となるので、分岐管を通電加熱する際の特定の部位への電流集中が軽減された本発明の中空管を用いるのが好ましい部位である。
本発明のガラス製造装置では、通電加熱時に生じる導管の局部加熱が軽減されている。このため、導管を流通する溶融ガラスが変質するおそれがない。また、導管を流通する溶融ガラスで偏流が生じるおそれがない。
本発明のガラス製造方法は、本発明のガラス製造装置を用いてガラスを製造する方法であり、ガラス製造時において、溶融ガラスの導管として用いられる本発明の中空管を、上記したように本管から分岐管へ電流が流れるように通電加熱するものである。

以下、実施例により本発明をさらに説明する。
（実施例１）
本実施例では、図１に示すＴ字管形状の中空管１を作成した。中空管１において、本管１１と分岐管１２とは溶接により接合されている。本管１１および分岐管１２の寸法および構成材料は以下の通りである。
本管１１
外径Ｄ：４０５ｍｍ
長さ：６５０ｍｍ
肉厚ｔ₀：１．０ｍｍ
厚肉部１５の最大長Ｌ₁：５００ｍｍ
厚肉部１５の肉厚ｔ：１．３ｍｍ
構成材料：白金−ロジウム合金（白金９０質量％、ロジウム１０質量％）
分岐管１２
外径ｄ：３００ｍｍ
長さ：１０００ｍｍ
肉厚ｔ₀：１．０ｍｍ
厚肉部１５の最大長Ｌ₂：３００ｍｍ
厚肉部１５の肉厚ｔ：１．３ｍｍ
構成材料：白金−ロジウム合金（白金９０質量％、ロジウム１０質量％）
なお、図３における角度αは４５度であり、図４における角度βは６０度である。

図１に示す中空管１において、本管１１の上端と、分岐管１２の端部にドーナツ形状をした白金合金（白金−ロジウム合金）製の電極（図示していない）を溶接により接合した。電極を外部電源（交流）と接続して、図２の矢印方向に電流が流れるように通電した。通電条件は以下の通りである。
電圧：１０Ｖ
電流：５０００Ａ
通電時間：１０日間
通電時、接合部１３付近の温度分布を、熱電対を用いて観察した。その結果、角部１４付近で顕著な局部加熱は認められなかった。この結果は、電流が厚肉部１５に分散されて、角部１４への電流集中が軽減されたことを示している。

（比較例１）
図５に示す厚肉部を持たない従来の中空管１００を作成した。中空管１００において、本管１０１および分岐管１０２は溶接により接合されている。本管１０１および分岐管１０２の寸法および構成材料は以下の通りである。
本管１０１
外径：４０５ｍｍ
長さ：６５０ｍｍ
肉厚：１．０ｍｍ
構成材料：白金−ロジウム合金（白金９０質量％、ロジウム１０質量％）
分岐管１０２
外径：３００ｍｍ
長さ：１０００ｍｍ
肉厚：１．０ｍｍ
構成材料：白金−ロジウム合金（白金９０質量％、ロジウム１０質量％）
実施例１と同様に、本管１０１の上端と、分岐管１０２の端部に白金合金製の電極（図示していない）を接合して矢印方向に電流が流れるように通電加熱したところ、角部１０４付近で顕著な局部加熱が認められた。この結果は角部１０４への電流集中が発生したことを示している。通電終了後、局部加熱が認められた部位でクラックの発生が確認された。

図１は、本発明の白金または白金合金製の中空管の１実施形態を示した斜視図である。図２は、図１と同様の図であり、分岐管１２を通電加熱する際の電流の流れを示している。図３は、図１に示す本管１１を上端方向から見た図であり、図１の線ａ−ａ′で示す部位を示している。図４は、図１に示す分岐管１２を端面方向から見た図である。但し、本管１１は省略されている。図５は、分岐管を有する従来の中空管を示した斜視図である。

符号の説明

１：中空管
１１：本管
１２：分岐管
１３：接合部
１４：角部
１５：厚肉部
１００：中空管
１０１：本管
１０２：分岐管
１０３：接合部
１０４：角部

Claims

本管と、該本管に接合された分岐管と、からなり、該分岐管が通電加熱される用途に用いられる白金または白金製の中空管であって、
前記本管および前記分岐管の接合部およびその近傍には、角部およびその近傍を除いて下記式（１）ないし（３）を満たす厚肉部が設けられていることを特徴とする白金または白金合金製の中空管。
Ｌ ₁ ＝１．２ｄ〜２．０ｄ・・・（１）
Ｌ ₂ ＝０．２ｄ〜１．５ｄ・・・（２）
ｔ＝１．２ｔ ₀ 〜１．５ｔ ₀ ・・・（３）
Ｌ ₁ ：本管における厚肉部の最大長（ｍｍ）
Ｌ ₂ ：分岐管における厚肉部の最大長（ｍｍ）
ｄ：分岐管の外径（ｍｍ）
ｔ：厚肉部の肉厚（ｍｍ）
ｔ ₀ ：厚肉部以外の中空管の肉厚（ｍｍ）
前記分岐管が、前記本管に対して直交するように接合されている請求項１に記載の白金または白金合金製の中空管。
請求項１または２に記載の白金または白金合金製の中空管を用いたガラス製造装置。
請求項１または２に記載の白金または白金合金製の中空管を通電加熱する方法であって、
前記本管から前記分岐管へ電流が流れるように通電することを特徴とする白金または白金合金製の中空管を通電加熱する方法。
請求項３に記載のガラス製造装置を用いたガラス製造方法であって、ガラス製造装置の白金または白金合金製の中空管を請求項４に記載の方法を用いて通電加熱するガラス製造方法。