JP5228485B2 - ガラス製造装置およびその構成要素 - Google Patents
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- C03B7/06—Means for thermal conditioning or controlling the temperature of the glass
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Description
また、本発明は、本発明の中空管体を通電加熱する方法に関する。
また、本発明は、溶融ガラスの導管として該中空管体を用いたガラス製造装置およびガラス製造方法に関する。
特許文献1に記載のガラス素地流出装置を例にとると、ガラス溶融槽下部の溶融ガラス出口に白金または白金合金製のパイプが接続されている。また、溶融ガラスが通過する導管の他の例としては、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、レンズ、プリズム等の光学部品を成形する場合にガラス製造装置から成形用の型に溶融ガラスを流出させるための流出管等が挙げられる。
中空管100、リング状の電極200および引き出し電極300,301は白金または白金合金製である。図4に示す中空管100は、引き出し電極300,301を外部電源(図示していない)と接続して、外部電源から通電することによって加熱される。
図4において、引き出し電極300,301を外部電源と接続して通電すると、電流は引き出し電極300,301から電極200を介して中空管100へと流れる。リング状の電極200は、中空管100全体に均一に電流を流すことを意図したものである。しかしながら、引き出し電極300,301からの電流は、電極200の特定の部位に集中する。
また、電極200の特定の部位に電流が集中すると、電極200から中空管100に流れる電流も中空管100の特定の部位に集中する。具体的には、電極200との接合部のうち、電極200の点線で示した部位との接合部に電流が集中する。中空管100の特定の部位に電流が集中した場合、当該部位が局部過加熱される。これにより、中空管100が熱応力によって破損したり、該中空管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、本発明は、該中空管体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、溶融ガラスの導管として該中空管体を用いたガラス製造装置およびガラス製造方法を提供することを目的とする。
通電加熱される用途に用いられる、白金または白金合金製の中空管を有する中空管体であって、
前記中空管の外周には、リング状の電極が接合されており、
前記リング状の電極の外縁には、1またはそれ以上の引き出し電極が接合されており、
前記リング状の電極は、白金または白金合金製の電極中心部と、該電極中心部の外側に設けられた白金または白金合金製の厚肉部と、からなることを特徴とする中空管体を提供する。
通電加熱される用途に用いられる、白金または白金合金製の中空管を有する中空管体であって、
前記中空管の外周には、リング状の電極が接合されており、
前記リング状の電極の外縁には、1またはそれ以上の引き出し電極が接合されており、
前記リング状の電極は、白金または白金合金製の電極中心部と、該電極中心部の外側に設けられた白金および白金合金以外の金属材料製の厚肉部と、からなることを特徴とする中空管体を提供する。
本発明の中空管体において、前記厚肉部は、下記式(1)、(2)を満たすことが好ましい。
t1=t0〜20t0 ・・・(1)
w=0.02r〜0.3r・・・(2)
t1:厚肉部の肉厚(mm)
t0:中空管の肉厚(mm)
w:厚肉部の幅(mm)
r:リング状の電極の半径(mm)
t2=t0〜5t0 ・・・(3)
t3=2t0〜20t0 ・・・(4)
t3 > t2 ・・・(5)
t0:中空管の肉厚(mm)
t2:第1の薄肉部の肉厚(mm)
t3:電極中心部の周方向に沿った他の部位の肉厚(mm)
また、本発明は、溶融ガラスの導管として、上記した中空管体を用いた減圧脱泡装置を提供する。
本発明のガラス製造装置および減圧脱泡装置は、溶融ガラスの導管として本発明の中空管体を用いているため、通電加熱用の電極が熱応力によって破損することが防止されている。通電加熱用の電極が破損すると、溶融ガラスの導管を通電加熱できなくなるので、溶融ガラスと溶融ガラスの導管との間に温度差が生じてガラスを製造することが困難になる。しかしながら、本発明のガラス製造装置および減圧脱泡装置では、このような問題は解消されている。また、加熱のため、非常に大量の電流を流す可能性のあるガラス製造装置および減圧脱泡装置に特に有用である。
2:リング状の電極
20:電極中心部
21:厚肉部
22:部位(第1の薄肉部)
23:部位(周方向に沿った他の部位)
24:薄肉部(第2の薄肉部)
25:接合部の中点
100:中空管
200:リング状の電極
300,400:引き出し電極
図1において、中空管1は白金または白金合金製の中空円筒管である。中空管1の外周には、電極2が接合されている。電極2は、その中心に中空管1を挿入するための孔を有するリング状の電極であり、その外形は円形である。電極2は白金または白金合金製である。電極2は中空管1の上端に接合されている。図1において、電極2の肉厚が異なる部分を異なるハッチングで示している。
電極2の外縁には、外部電源(図示していない)と接続するための引き出し電極3,4が接合されている。引き出し電極3,4は、電極2の外縁において、互いに向かい合う位置に接合されている。引き出し電極3,4は、電極2との接合部付近の幅が広がった扇形形状となっている。中空管1を通電加熱する場合、引き出し電極3,4を外部電源(図示していない)と接続して矢印方向に電流を印加する。
t1=t0〜20t0 ・・・(1)
w=0.02r〜0.3r・・・(2)
式(1)中、t1は厚肉部21の肉厚(mm)であり、t0は中空管1の肉厚(mm)である。式(2)中、wは厚肉部21の幅(mm)であり、rは電極2の半径(mm)である。厚肉部21が上記式(1)および(2)を満たしていれば、矢印aで示す最短経路への電流集中を効果的に防止することができる。なお、本発明において、t1=t0〜20t0 はt0≦t1≦20t0 を表わし、またw=0.02r〜0.3rは0.02r≦w≦0.3rを表わし、同様な表示はこれと同じことを表している。
厚肉部21は下記式(6)および(7)を満たすことがより好ましい。
t1=2t0〜15t0 ・・・(6)
w=0.05r〜0.2r・・・(7)
上記したように、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。したがって、部位22は部位23よりも電気抵抗が大きい。そのため、引き出し電極3,4からの電流は、厚肉部21を経て、部位22から部位23へと分散される。この結果、矢印aで示す最短経路への電流集中が防止される。
t2=t0〜5t0 ・・・(3)
t3=2t0〜20t0 ・・・(4)
t3 > t2 ・・・(5)
t0:中空管1の肉厚(mm)
t2:部位22の肉厚(mm)
t3:部位23の肉厚(mm)
部位22および部位23が上記式(3)〜(5)を満たしていれば、引き出し電極3,4からの電流を、厚肉部21を経て、部位22から部位23へと十分分散させることができる。その結果、矢印aで示す最短経路への電流集中を効果的に防止することができる。なお、前述した厚肉部21の肉厚t1は、t3よりも大きいことが電流分散の点で好ましい。
部位22および部位23は、下記式(8)〜(10)を満たしていることがより好ましい。
t2=2t0〜5t0 ・・・(8)
t3=3t0〜10t0 ・・・(9)
t3=1.2t2〜3t2 ・・・(10)
上記したように、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。したがって、薄肉部24は外周側に位置する部位22,23よりも電気抵抗が大きい。そのため、引き出し電極3,4から厚肉部21を経た電流は、薄肉部24を通過する前に部位22,23で分散される。この結果、矢印aで示す最短経路への電流集中が防止される。
t4=0.7t0〜2t0 ・・・(11)
w1=0.05r1〜0.5r1 ・・・(12)
t4<t2<t3 ・・・(13)
式(11)中、t4は薄肉部24の肉厚(mm)であり、t0は中空管1の肉厚(mm)である。式(12)中、w1は薄肉部24の幅(mm)であり、r1は電極2の中心に設けられた孔の半径(mm)である。薄肉部24が上記式(11)ないし(13)を満たしていれば、上記した薄肉部24による効果が好ましく発揮される。
白金または白金合金のような金属材料に通電した際、該材料の断面積が急激に変化する部位では、電流が集中するため局部過加熱が発生する。
電極2と引き出し電極3,4との接合部、特に電極2と引き出し電極3,4との接合端部は断面積が変化する部位である。角度βが110度未満である場合、接合端部で断面積が急激に変化するため、局部過加熱が顕著に発生する。角度βを110度以上にした場合、接合端部における断面積の変化が穏やかであるため、接合端部における局部過加熱の発生が軽減される。接合端部における局部過加熱が十分軽減されることから、角度βは120度以上180度未満であることが好ましく、130度以上180度未満であることがより好ましい。
また、厚肉部21、部位22、部位23および薄肉部24の各境界部においても、同様に断面積が急激に変化しないような構造とすることが好ましい。
また、図1において、リング状の電極2として外形が円形のものが示されているが、リング状の電極の外形はこれに限定されない。例えば、外形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、リング状の電極2は中空管1の上端に接合されているが、中空管にリング状の電極を接合する位置はこれに限定されない。例えば、中空管の長手方向の中間付近にリング状の電極を接合してもよい。
また、中空管に接合するリング状電極の数も限定されず、2つ、またそれ以上のリング状電極を中空管に接合してもよい。
また、図1において、リング状の電極2には、2つの引き出し電極3,4が互いに向かい合う位置に接合されているが、リング状の電極に接合する引き出し電極の数、および引き出し電極をリング状の電極に接合する位置はこれに限定されない。例えば、引き出し電極の数は1つであってもよく、3つ以上であってもよい。
厚肉部21を構成する他の金属材料には、耐熱性および導電性に優れる金属材料から広く選択することができる。他の金属材料の具体例としては、銅、ロジウム、モリブデン、タングステン、ニッケル、パラジウム、鉄、クロムおよびこれら金属を含む合金材料が挙げられる。
これらの金属材料の中でも、ロジウム、銅、およびこれらの金属を含む合金材料が好ましい。厚肉部21が銅または銅を含む合金材料で構成される場合、厚肉部21は中空構造であってもよい。中空構造の厚肉部21を使用した場合、厚肉部21の内部に空気または水を流通させて、電極2を空冷または水冷することができる。電極2を空冷または水冷することは、電極2の局部過加熱を防止する観点から好ましい。厚肉部21が中空構造の場合、電極2と引き出し電極3,4との接合部には、中空構造をした厚肉部21は設けられていなくてもよい。接合部を断面積が急激に変化しないような構造とするためには、電極2と引き出し電極3,4との接合部には、中空構造をした厚肉部21が設けられていないほうがむしろ好ましい。
なお、厚肉部21が他の金属材料製の場合、電極中心部20と厚肉部21とは、それぞれ別々に作成して、溶接により接合すればよい。
(中空管1)
半径d:25〜400mm、より好ましくは40〜300mm
長さ:200〜8000mm、より好ましくは400〜3000mm
肉厚t0:0.2〜5mm、より好ましくは0.4〜4mm
(電極2)
半径r:40〜800mm、より好ましくは50〜500mm
厚肉部21の幅w:3〜300mm、より好ましくは5〜100mm
部位22,23の幅:10〜500mm、より好ましくは20〜200mm
薄肉部24の幅w1:5〜100mm、より好ましくは5〜40mm
厚肉部21の肉厚t1:2〜20mm、より好ましくは4〜15mm
部位22の肉厚t2:0.8〜20mm、より好ましくは1〜5mm
部位23の肉厚t3:1.2〜25mm、より好ましくは2〜20mm
薄肉部24の肉厚t4:0.2〜10mm、より好ましくは0.4〜5mm
(引き出し電極3,4)
幅(扇形の拡大部分を除く):10〜300mm、より好ましくは4〜15mm
肉厚t:1〜20mm、より好ましくは4〜15mm
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中空管体を用いているため、通電加熱用の電極が熱応力によって破損することが防止されている。通電加熱用の電極が破損すると、溶融ガラスの導管を通電加熱できなくなるので、溶融ガラスと溶融ガラスの導管との間に温度差が生じてガラスを製造することが困難になる。しかしながら、本発明のガラス製造装置および減圧脱泡装置では、このような問題は解消されている。
(実施例1)
本実施例では、図1〜図3に示す中空管体を作製した。但し、中空管1の下端にも図2と同様の形状をした電極2を接合し、電極2には引き出し3,4を接合した。なお、各構成要素同士は溶接により接合した。各構成要素の寸法および構成材料は以下の通りである。
(中空管1)
半径d:61mm
長さ:650mm
肉厚t0:0.5mm
構成材料:白金−ロジウム合金(白金90質量%、ロジウム10質量%)
(リング状の電極2)
半径r:150mm
厚肉部21の幅w:10mm
部位22,23の幅:60mm
薄肉部24の幅w1:20mm
厚肉部21の肉厚t1:8mm
部位22の肉厚t2:2mm
部位23の肉厚t3:4mm
薄肉部24の肉厚t4:0.5mm
角度α:110度
構成材料:薄肉部24は白金−ロジウム合金(白金90質量%、ロジウム10質量%)製であり、他の部位は白金製である。薄肉部24と他の部位とは溶接により接合した。
(引き出し電極3,4)
幅(扇形の拡大部分を除く):40mm
肉厚:8mm
角度β:120度
構成材料:白金−ロジウム合金(白金90質量%、ロジウム10質量%)
電圧:10V
電流:800A
加熱時間:10時間
通電加熱時の電極2の温度を熱電対を用いて観察したところ、顕著な局部過加熱は認められなかった。
実施例1と同様に、上端と下端に電極および引き出し電極が接合された中空管体を作製した。但し、電極2は肉厚一定(1mm)とした。実施例1と同様に通電加熱したところ、電極2の矢印aに示す最短経路で顕著な局部過加熱が認められた。また、通電加熱開始から2時間後、電極2の矢印aに示す最短経路付近が溶けて通電不能となった。
なお、2005年6月9日に出願された日本特許出願2005−169169号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (14)
- 通電加熱される用途に用いられる、白金または白金合金製の中空管を有する中空管体であって、
前記中空管の外周には、リング状の電極が接合されており、
前記リング状の電極の外縁には、1またはそれ以上の引き出し電極が接合されており、
前記リング状の電極は、白金または白金合金製の電極中心部と、該電極中心部の外側に設けられた白金または白金合金製の厚肉部と、からなり、
前記電極中心部には、前記引き出し電極との接合部およびその近傍に、該電極中心部の周方向に沿った他の部位よりも肉厚が小さい第1の薄肉部が設けられていることを特徴とする中空管体。 - 通電加熱される用途に用いられる、白金または白金合金製の中空管を有する中空管体であって、
前記中空管の外周には、リング状の電極が接合されており、
前記リング状の電極の外縁には、1またはそれ以上の引き出し電極が接合されており、
前記リング状の電極は、白金または白金合金製の電極中心部と、該電極中心部の外側に設けられた白金および白金合金以外の金属材料製の厚肉部と、からなり、
前記電極中心部には、前記引き出し電極との接合部およびその近傍に、該電極中心部の周方向に沿った他の部位よりも肉厚が小さい第1の薄肉部が設けられていることを特徴とする中空管体。 - 前記厚肉部は、前記リング状の電極の全周にわたって設けられている請求項1または2に記載の中空管体。
- 前記厚肉部は、下記式(1)、(2)を満たす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中空管体。
t1=t0〜20t0 ・・・(1)
w=0.02r〜0.3r・・・(2)
t1:厚肉部の肉厚(mm)
t0:中空管の肉厚(mm)
w:厚肉部の幅(mm)
r:リング状の電極の半径(mm) - 前記第1の薄肉部は、前記リング状の電極の中心と前記引き出し電極との接合部の中点とを結ぶ直線を中心とした角度10〜90度の範囲に位置する請求項1ないし4のいずれかに記載の中空管体。
- 前記第1の薄肉部および前記電極中心部の周方向に沿った他の部位は、下記式(3)〜(5)を満たすことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の中空管体。
t 2 =t 0 〜5t 0 ・・・(3)
t 3 =2t 0 〜20t 0 ・・・(4)
t 3 > t 2 ・・・(5)
t 0 :中空管の肉厚(mm)
t 2 :第1の薄肉部の肉厚(mm)
t 3 :電極中心部の周方向に沿った他の部位の肉厚(mm) - さらに、前記電極中心部の前記中空管との接合部およびその近傍には、該電極中心部の他の部位よりも肉厚が小さい第2の薄肉部が全周にわたって設けられている請求項1ないし6のいずれかに記載の中空管体。
- 前記第2の薄肉部は、下記式(11)〜(13)を満たすことを特徴とする請求項7に記載の中空管体。
t 4 =0.7t 0 〜2t 0 ・・・(11)
w 1 =0.05r 1 〜0.5r 1 ・・・(12)
t 4 <t 2 <t 3 ・・・(13)
t 4 :第2の薄肉部の肉厚(mm)
t 2 :第1の薄肉部の肉厚(mm)
t 3 :電極中心部の周方向に沿った他の部位の肉厚(mm)
t 0 :中空管の肉厚(mm)
w 1 :第2の薄肉部の幅(mm)
r 1 :電極の中心に設けられた孔の半径(mm) - 前記リング状の電極と、前記引き出し電極と、が接合端部でなす角度が110度以上180度未満である請求項1ないし8のいずれかに記載の中空管体。
- 接合部における前記リング状の電極の肉厚と前記引き出し電極の肉厚との差は、前記リング状の電極の肉厚または前記引き出し電極の肉厚のうち、いずれか大きい方の50%以下である請求項1ないし9のいずれかに記載の中空管体。
- 溶融ガラスの導管として、請求項1ないし10のいずれかに記載の中空管体を用いたガラス製造装置。
- 溶融ガラスの導管として、請求項1ないし10のいずれかに記載の中空管体を用いた減圧脱泡装置。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載の中空管体を通電加熱する方法。
- 溶融ガラスをガラス製造装置の導管に流すことを含んだガラス製造方法であって、
前記導管として請求項1ないし10のいずれかに記載の中空管体を用いたガラス製造方法。
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