JP5510446B2 - 溶融ガラス攪拌装置 - Google Patents

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Description

本発明は、溶融ガラスを搬送する溶融ガラス搬送管内、特に、大型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の板ガラス製造装置のような、溶融ガラスの搬送量が高い溶融ガラス搬送管内で溶融ガラスを攪拌する溶融ガラス攪拌装置に関する。
従来から、溶融ガラスの均質性を向上させる目的で、溶融ガラスを搬送する溶融ガラス搬送管内に攪拌装置を取り付け、溶融ガラスを攪拌することが行われている。溶融ガラスの均質性は、生産されるガラスの透明性、厚さ等に大きく影響する。
攪拌装置は、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攪拌翼を有する攪拌部から構成される。
搬送される溶融ガラスを充分に均質化するためには、溶融ガラス搬送管内を通過する溶融ガラスを攪拌装置により攪拌する際に、攪拌装置内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、充分に攪拌されていないため、溶融ガラス搬送管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、溶融ガラスを充分に攪拌することにより、溶融ガラス中に異質成分を拡散させる必要がある。
特許文献１には、流路の壁面に沿って攪拌されずにすり抜ける溶融ガラスを減ずる目的で、該壁面と攪拌翼との間隔を狭めるための攪拌翼の最外側に複数の凸部を配した攪拌装置が提案されている。しかし、この攪拌装置は流路の壁面付近でのすり抜け防止はまだ乏しく、また、攪拌装置の中心軸周辺でのすり抜けが発生しやすいため、溶融ガラスの攪拌効果は充分であるとは言えない。
特許文献２に開示の攪拌装置は、溶融ガラスの均質性を向上する目的で、中心軸の周囲に取り付けられる攪拌翼を、回転半径が各々異なる長攪拌翼および短攪拌翼とし、該長攪拌翼および該短攪拌翼を各々２枚以上交互に取り付けることが記載されている。しかし、この攪拌装置であっても、流路の壁面付近や攪拌装置の中心軸周辺でのすり抜け防止効果はまた十分とは言えない。
なお、均質性を向上させる目的で溶融ガラスを攪拌する手段としては、後述する特許文献３に記載の溶融ガラス攪拌翼も存在する。
日本国特開２００１−７２４２６号公報 日本国特開２００３−６３８２９号公報 日本国特開平１０−２６５２２６号公報
近年、特に大型のＦＰＤ用のガラス基板には、未融解原料の混在がなく、透明性が高く、平坦度の高いガラスが要求され、欠点の少ない均質性の高いガラスが求められるようになった。
また、光学用レンズ、光通信用ファイバ、光学フィルタ、太陽電池用基板、蛍光管といった高い透明性が要求される用途のガラスにおいても高い均質性が要求される。
これらのようなきわめて高い均質性が要求される場合、従来の攪拌装置では溶融ガラスの十分な均質性を得ることが難しくなってきた。
上記した問題点を解決するため、本発明は、攪拌装置内での溶融ガラスのすり抜け、より具体的には、搬送管壁面近傍及び攪拌装置の中心軸周辺での溶融ガラスのすり抜けを防止することができ、かつ、溶融ガラス搬送管内での溶融ガラスの攪拌作用に優れたガラス攪拌装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するため、粘度１００〜７０００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスを搬送量１〜５０ｍ3／時間・Ｓ（Ｓは搬送管の断面積）で搬送する溶融ガラス搬送管内で該溶融ガラスを攪拌する溶融ガラス攪拌装置であって、該溶融ガラス攪拌装置は、回転可能な中心軸と、該中心軸に設けられた攪拌部とで構成され、前記攪拌部は、各々板状体からなる横攪拌翼及び縦攪拌翼で構成され、前記横攪拌翼は、長辺が前記中心軸に直交し、短辺が前記中心軸の軸方向に１０〜７０度傾斜して設けられ、前記縦攪拌翼は、長辺が前記中心軸と平行して、前記攪拌部の外縁を規定する位置に設けられ、前記攪拌部が設置されている部位における前記溶融ガラス搬送管の直径をＤ1（ｍｍ）、前記攪拌部の前記外縁の最大径をＤ2（ｍｍ）とするとき、０．８×Ｄ1 ≦ Ｄ2 ≦ ０．９８×Ｄ1を満たす溶融ガラス攪拌装置を提供する。
また、本発明は、ガラス溶解装置、板ガラス成形装置、および、前記ガラス溶解装置と前記板ガラス成形装置との間に設けられた溶融ガラス搬送管を有する板ガラス製造装置であって、前記溶融ガラス搬送管に上述した本発明の溶融ガラス攪拌装置が少なくとも１つ設けられた板ガラス製造装置を提供する。
また、本発明は、本発明の溶融ガラス攪拌装置を用いた溶融ガラス攪拌方法を提供する。
また、本発明は、本発明の板ガラス製造装置を用いた板ガラス製造方法を提供する。
本発明のガラス攪拌装置は、攪拌装置内での溶融ガラスのすり抜け、より具体的には、溶融ガラス搬送管壁面近傍及び攪拌装置の中心軸周辺での溶融ガラスのすり抜けを防止することができ、溶融ガラス搬送管内での溶融ガラスの攪拌作用に優れており、攪拌後の溶融ガラスの均質性に優れていることから、特に大型（例えば、一辺が２ｍ以上）のＦＰＤ用ガラス基板等に適した均質性の高いガラスを得ることができる。その結果、未融解原料の混在がなく、透明性が高く、平坦度の高いガラスが得られる。
また、本発明のガラス攪拌装置は、攪拌後の溶融ガラスの均質性に優れていることから、光学用レンズ、光通信用ファイバ、光学フィルタ、太陽電池用基板、蛍光管といった高い透明性が要求される用途のガラス製造装置の溶融ガラス攪拌装置としても好適である。
本発明のガラス攪拌装置の一部を示した斜視図。 図１に示すガラス攪拌装置の平面図。 図１に示すガラス攪拌装置の側面図。 実施例１で使用した溶融ガラス搬送管の模式図。 比較例１のガラス攪拌装置の側面図。 比較例２のガラス攪拌装置の斜視図。 比較例３のガラス攪拌装置の側面図。 実施例１における溶融ガラス搬送管内での流体の挙動を示す模式図。 比較例１における溶融ガラス搬送管内での流体の挙動を示す模式図。 比較例２における溶融ガラス搬送管内での流体の挙動を示す模式図。 比較例３における溶融ガラス搬送管内での流体の挙動を示す模式図。
以下、図面を参照して本発明のガラス攪拌装置について説明する。
ＦＰＤ用のガラス基板は、年々大型化が進み、かつ、その需要の増加により該ガラス基板を大量に生産することがますます求められている。ＦＰＤ用の板ガラスを製造する設備では溶融ガラスの搬送量の増加が求められている。光学用レンズ、光通信用ファイバ、光学フィルタ、太陽電池用基板、蛍光管といった用途のガラスを製造する設備においても、溶融ガラスの搬送量の増加が求められている。
溶融ガラス搬送管内での溶融ガラスの搬送量を増加させる方法としては、溶融ガラス搬送管の断面積を増加させる方法、溶融ガラス搬送管内における溶融ガラスの流速を増加させる方法がある。
しかしながら、溶融ガラス搬送管の断面積を極端に増加させることは設備費用の増大となることから好ましくない。また、溶融ガラス搬送管内における溶融ガラスの流速を増加させた場合、攪拌装置内での溶融ガラスのすり抜けが発生しやすくなり、溶融ガラスの攪拌作用が低下しやすくなる。
本発明のガラス攪拌装置は、このような溶融ガラスの搬送量が高い溶融ガラス搬送管内に設置して使用することが好ましく、具体的には、粘度１００〜７０００ｄＰａ・ｓ、好ましくは粘度２００〜６０００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスを搬送量１〜５０ｍ3／時間・Ｓ、好ましくは搬送量２〜５０ｍ3／時間・Ｓ（Ｓは搬送管の断面積）で搬送する溶融ガラス搬送管内に設置して使用される。
図１は、本発明のガラス攪拌装置の一部を示した斜視図であり、図２は、該ガラス攪拌装置の平面図であり、図３は、該ガラス攪拌装置の側面図である。
図１〜３に示すガラス攪拌装置１は、回転可能な中心軸１０を有し、該中心軸１０の下端部に攪拌部２０が設けられている。
攪拌部２０は、各々板状体からなる、縦攪拌翼３０、および、横攪拌翼４０で構成される。
板状体からなる縦攪拌翼３０は、その長辺が中心軸１０に平行して、かつ、攪拌部２０の外縁を規定する位置に設けられている。別の言い方をすると、平行する中心軸１０と、縦攪拌翼３０と、の間に横攪拌翼４０が位置する。
縦攪拌翼３０は、主として溶融ガラス搬送管壁面近傍での溶融ガラスのすり抜けを防止すると共に、溶融ガラスを攪拌する機能を有する。
縦攪拌翼３０は、上下端から中心軸１０方向に延びる支持構造３０ａ，３０ｂを有していることが縦攪拌翼３０の支持強度という点から好ましい。
したがって、縦攪拌翼の支持強度が得られる場合、支持構造３０ａ，３０ｂは無くてもよい。この場合、縦攪拌翼３０は横攪拌翼４０を介して中心軸１０に間接的に支持される。
但し、支持構造３０ａ，３０ｂのうち少なくとも一方を有していると好ましい。
なお、支持構造３０ａ，３０ｂは、縦攪拌翼３０の上下端以外の部位（縦攪拌翼３０の中間部分等）に設ける（３０ａ，３０ｂに相当する支持構造を縦攪拌翼３０の中間部分に設ける）ことも可能であるが、溶融ガラスの攪拌機能を考慮すると、縦攪拌翼３０の上下端に設けることが好ましい。
図１〜３に示すガラス攪拌装置１は４枚の縦攪拌翼３０を有しているが、本発明のガラス攪拌装置１における縦攪拌翼の数はこれに限定されない。但し、溶融ガラス搬送管壁面近傍での溶融ガラスのすり抜け防止の効果を発揮するためには、中心軸１０に対して対向する位置となるように、少なくとも２枚の縦攪拌翼を設けることが好ましい。
一方、縦攪拌翼の数が多すぎると溶融ガラスの攪拌をかえって阻害する、攪拌部の回転に要するトルクが増加する等の理由から８枚以下が好ましい。
したがって、縦攪拌翼の数は２〜８枚であることが好ましく、より好ましくは３〜６枚である。
縦攪拌翼３０の寸法はガラス攪拌装置を設置する溶融ガラス搬送管の寸法や搬送される溶融ガラスの粘度や搬送量に応じて適宜選択される。但し、縦攪拌翼３０の設置位置によって定まる攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2は、ガラス攪拌装置１が設置される部位における搬送管１００の径Ｄ1との関係で下記式（１）を満たす必要がある。
０．８×Ｄ1 ≦ Ｄ2 ≦ ０．９８×Ｄ1 （１）
上記式（１）を満たすことにより、溶融ガラス搬送管壁面近傍での溶融ガラスのすり抜け防止作用を十分発揮することができ、また、縦攪拌翼３０と溶融ガラス搬送管壁面との接触を防止することができる。
なお、本発明のガラス攪拌装置の使用時において、溶融ガラス搬送管壁面と、攪拌部２０の外縁と、の距離は一定であることが好ましい。
溶融ガラス搬送管壁面近傍での溶融ガラスのすり抜け防止作用という点では、０．８５×Ｄ1≦Ｄ2であることが好ましく、０．９×Ｄ1≦Ｄ2であることがより好ましい。
縦攪拌翼３０の長辺の長さＬは、攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2との関係や、溶融ガラス搬送管１００におけるガラス攪拌装置１を設置可能な部位の長さ、搬送される溶融ガラスの粘度あるいは搬送量に応じて適宜選択される。
なお、攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2との関係で見た場合、縦攪拌翼３０の長辺の長さＬは、０．５×Ｄ2≦Ｌ≦３×Ｄ2を満たすことが好ましく、Ｄ2≦Ｌ≦２．５×Ｄ2を満たすことがより好ましく、１．２×Ｄ2≦Ｌ≦２×Ｄ2を満たすことがさらに好ましい。
縦攪拌翼３０の短辺の幅Ｗは、ガラス攪拌装置１の他の構成要素の寸法、具体的には、攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2、中心軸１０の直径Ｄ3、あるいは横攪拌翼４０の長さとの関係や、搬送される溶融ガラスの粘度や搬送量に応じて適宜選択される。
なお、攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2との関係で見た場合、縦攪拌翼３０の短辺の幅Ｗは、０．０１×Ｄ2≦Ｗ≦０．２×Ｄ2を満たすことが好ましく、０．０５×Ｄ2≦Ｗ≦０．１５×Ｄ2を満たすことがより好ましく、０．０７×Ｄ2≦Ｗ≦０．１５×Ｄ2を満たすことがさらに好ましい。
縦攪拌翼３０の外側端面および内側端面の幅を縦攪拌翼３０の厚みｔとする。縦攪拌翼３０の厚みｔは、攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2との関係や、縦攪拌翼３０の他の寸法、具体的には、縦攪拌翼３０の長さＬおよび幅Ｗや、縦攪拌翼３０の構成材料、搬送される溶融ガラスの粘度や搬送量に応じて適宜選択される。
なお、攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2との関係で見た場合、縦攪拌翼３０の厚みｔは、０．０１×Ｄ2≦ｔ≦０．３×Ｄ2を満たすことが好ましく、０．０３×Ｄ2≦ｔ≦０．２×Ｄ2を満たすことがより好ましく、０．０５×Ｄ2≦ｔ≦０．１５×Ｄ2を満たすことがさらに好ましい。
なお、縦攪拌翼３０の構成材料は、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。この点については、ガラス攪拌装置の他の構成要素、つまり、中心軸１０および横攪拌翼４０も同様である。
板状体からなる横攪拌翼４０は、中心軸１０と、縦攪拌翼３０と、の間に位置している。横攪拌翼４０は、その長辺が中心軸１０に直交し、その短辺が中心軸１０の軸方向に対して傾斜している。以下、本明細書において、板状体からなる横攪拌翼４０が有する二辺のうち、中心軸１０に直交する辺を長辺とし、該長辺に直交する辺を短辺とする。したがって、横攪拌翼の形状によっては、見た目上の長辺−短辺の関係と、本発明における長辺−短辺の関係が逆転する場合もある。また、横攪拌翼４０の短辺が中心軸１０の軸方向に対して傾斜していることを、「横攪拌翼が中心軸に対して傾斜している」という。
横攪拌翼４０は、縦攪拌翼３０よりも中心軸１０側、特に中心軸１０周辺でのすり抜けを防止すると共に、攪拌部２０が設けられた部位を通過する溶融ガラスの滞留時間を増加させる機能を有する。これにより、縦攪拌翼３０よりも中心軸１０側の溶融ガラスを攪拌する機能が向上する。
上記した２つの機能を発揮するうえで、中心軸１０に対する横攪拌翼４０の傾斜角αは、１０〜７０度であり、３０〜６０度であることが好ましく、４０〜５０度がより好ましい。
図１〜３に示すガラス攪拌装置１では、中心軸１０と縦攪拌翼３０との間に上下方向に間隔を開けて４枚の横攪拌翼４０が設けられているが、本発明のガラス攪拌装置１において、中心軸１０と縦攪拌翼３０との間に設ける横攪拌翼の数はこれに限定されず、例えば、中心軸１０と縦攪拌翼３０との間に横攪拌翼４０を１枚のみ設けてもよく、５枚以上の横攪拌翼４０を設けてもよい。但し、中心軸１０と縦攪拌翼３０との間に設ける横攪拌翼が増加すると、それに応じて攪拌部２０を回転させるのに必要なトルクが増加するので、８枚以下であることが好ましい。したがって、中心軸１０と縦攪拌翼３０との間に設ける横攪拌翼の数は１〜８枚であることが好ましい。
攪拌部２０を回転させるのに必要なトルクの増加防止という点では、中心軸１０と縦攪拌翼３０との間に設ける横攪拌翼４０同士の間隔が狭くなりすぎないようにすることに留意する必要がある。図３に示す攪拌部２０の側面形状に着目した場合、中心軸１０、縦攪拌翼３０、および、支持構造３０ａ，３０ｂで囲まれる領域のうち、空隙の部分（つまり、横攪拌翼４０が存在しない部分）の割合が少なくなると、攪拌部２０を回転させるのに必要なトルクが増加するので好ましくない。
攪拌部２０を回転させるのに必要なトルクの増加防止という点では、中心軸１０、縦攪拌翼３０、および、支持構造３０ａ，３０ｂで囲まれる領域の面積（つまり、横攪拌翼４０が存在する部分の面積Ｓ1（Ｓ1＝ｉ×ｈ）と、空隙の部分の面積Ｓ2（Ｓ2＝ｉ×ｊ）と、の和）に占める横攪拌翼４０が存在する部分の面積Ｓ1の割合（（Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2）））は８０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましく、２０〜６０％であることがさらに好ましい。
横攪拌翼４０の長さｉは、ガラス攪拌装置１の他の構成要素の寸法、具体的には、攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2、中心軸１０の直径Ｄ3、縦攪拌翼３０の幅Ｗとの関係に応じて適宜選択される。
横攪拌翼４０の高さｈは、上記した（Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2））の関係や、横攪拌翼４０の傾斜角α、搬送される溶融ガラスの粘度や搬送量に応じて適宜選択される。

横攪拌翼４０の厚みは、横攪拌翼４０の他の寸法、具体的には、横攪拌翼４０の長さｉおよび高さｈや、横攪拌翼４０の構成材料、搬送される溶融ガラスの粘度や搬送量に応じて適宜選択される。横攪拌翼４０の長さｉとの関係で見た場合、横攪拌翼４０の構成材料が上述した材料の場合、０．００５×ｉ≦厚み≦０．４×ｉであることが好ましく、０．０１×ｉ≦厚み≦０．２×ｉであることがより好ましく、０．０１５×ｉ≦厚み≦０．１×ｉであることがさらに好ましい。
図１〜３に示すガラス攪拌装置１では、溶融ガラスの攪拌作用を向上させるため、中心軸１０の外周に取り付けられる構造物（縦攪拌翼３０、横攪拌翼４０）の支持強度を高めるため等の理由から中心軸１０のうち、攪拌部２０を構成する部分が拡径している。
但し、中心軸１０の直径が大きくなると、攪拌部２０を回転させるのに必要なトルクが増加する点に留意する必要がある。また、中心軸１０の直径が大きくなると、図３の中心軸１０、縦攪拌翼３０、および、支持構造３０ａ，３０ｂで囲まれる領域が狭くなる。この領域で縦攪拌翼３０よりも中心軸１０側を通過する溶融ガラスを攪拌することから、この領域が狭くなりすぎると、横攪拌翼４０による溶融ガラスの攪拌機能がかえって低下するので好ましくない。
上記の理由から攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2（ｍｍ）と、中心軸１０の直径（より具体的には、中心軸１０のうち、ガラス攪拌部２０を構成する下端部付近の直径）Ｄ3（ｍｍ）と、がＤ3≦０．６×Ｄ2であることが好ましく、Ｄ3≦０．５×Ｄ2であることがより好ましく、Ｄ3≦０．４５×Ｄ2であることがさらに好ましい。
但し、中心軸１０の直径が小さすぎると、旋回時の応力によって中心軸が破損するおそれがある。この観点から、中心軸１０の構成材料が上述した材料の場合、攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2（ｍｍ）と、中心軸１０の直径（より具体的には、中心軸１０のうち、ガラス攪拌部２０を構成する下端部付近の直径）Ｄ3と、が、Ｄ3≧０．１×Ｄ2を満たすことが好ましい。
特許文献３には、回転軸９、第１平板３，４、第３平板７，８、および、回転軸９の軸方向に対して角度θ２にて傾斜している第２平板５，６を有する溶融ガラス攪拌翼１が開示されている（本願図６参照）。
同文献の溶融ガラス攪拌翼は、小規模連続炉での攪拌を目的とするものであり、流量の少ない、即ち、ある程度の時間溶解槽内に保持される溶融ガラスを攪拌するものである。
そして、第２平板５，６が回転軸９の軸方向に対して角度θ２にて傾斜しているのは、溶解槽内に保持される溶融ガラスを該溶解槽の上部側に押し上げるためである。
一方、本発明のガラス攪拌装置は、粘度１００〜７０００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスを搬送量１〜５０ｍ3／時間・Ｓ（Ｓは搬送管の断面積）で搬送する溶融ガラス搬送管内に設置して使用されるため、縦攪拌翼は、搬送管壁面近傍での溶融ガラスのすり抜けを防止し、溶融ガラス搬送管壁面近傍の溶融ガラスを攪拌させるものである。
したがって、特許文献３に開示の第２平板５，６のように溶融ガラスを上部側に押し上げるものであってはならない。
さらに、特許文献３の溶融ガラス攪拌翼は、攪拌部の外縁位置（同文献の図２に示す幅寸法Ｉ）が溶解槽の内径に対して約２／３程度の寸法が好ましいとされている。幅寸法Ｉを上記好適範囲よりも大きくすると、回転軸９の軸方向に対して傾斜して設けられた第２平板５，６が溶解槽の内壁に接触するおそれがある。
したがって、特許文献３の溶融ガラス攪拌翼では溶融ガラス搬送管壁面近傍での溶融ガラスのすり抜け防止、及び、溶融ガラスの攪拌効果を得ることができない。
次に、本発明の溶融ガラス攪拌方法について説明する。本発明の溶融ガラスの攪拌方法では、図４に示すように、溶融ガラスが搬送される溶融ガラス搬送管内に本発明のガラス攪拌装置１を設置し、該溶融ガラス搬送管内の溶融ガラスを攪拌する。
本発明の適用対象は特に限定されないが、粘度１００〜７０００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスを搬送量１〜５０ｍ3／時間・Ｓ（Ｓは搬送管の断面積）で搬送する溶融ガラス搬送管に対して適用することが好ましい。
また、本発明の溶融ガラスの攪拌方法は、攪拌後の溶融ガラスが均質性に優れることから、ＦＰＤ用のガラス基板、光学用レンズ、光通信用ファイバ、光学フィルタ、太陽電池用基板、蛍光管のように、均質性についての要求がきわめて厳しい用途のガラスを製造する過程で実施される溶融ガラスの攪拌に適用することが好ましい。
本発明の溶融ガラス攪拌方法において、溶融ガラスの攪拌条件は特に限定されず、使用するガラス攪拌装置の構成（縦攪拌翼および横攪拌翼の枚数等）やガラス攪拌装置の各部の寸法、ガラス攪拌装置を設置する溶融ガラス搬送管の寸法、溶融ガラス搬送管内を搬送される溶融ガラスに関する条件（溶融ガラスの粘度、搬送量等）に応じて適宜選択すればよい。
次に、本発明の板ガラス製造装置について説明する。板ガラス製造装置は、最小限の構成として、ガラス原料を溶解させて溶融ガラスとするガラス溶解装置、溶融ガラスを成形して板ガラスとする板ガラス成形装置（例えば、フロート法やダウンドロー法による成形装置）、および、該ガラス溶解装置で得られた溶融ガラスを板ガラス成形装置に搬送する目的で、該ガラス溶解装置と該板ガラス成形装置との間に設けられた溶融ガラス搬送管を有する。板ガラス製造装置は、ガラス溶解装置、および、板ガラス成形装置以外の構成要素を通常有している。このような他の構成要素の一例を挙げると、溶融ガラスの清澄を行うための減圧脱泡装置がある。そして、これらの構成要素間で溶融ガラスを搬送するため、板ガラス製造装置は通常複数の溶融ガラス搬送管を有している。本発明の板ガラス製造装置では、これら複数存在する溶融ガラス搬送管のいずれか１つ、あるいは、複数に上述した本発明のガラス攪拌装置が設置されている。本発明の板ガラス製造装置において、本発明のガラス攪拌装置を設置する位置は特に限定されない。したがって、板ガラス製造装置を構成するいずれの溶融ガラス搬送管に本発明のガラス攪拌装置を設置してもよい。また、設置するガラス攪拌装置の数も特に限定されない。但し、板ガラス製造装置は、構成要素として減圧脱泡装置を含む場合、減圧脱泡装置の上流側の溶融ガラス搬送管および減圧脱泡装置の下流側の溶融ガラス搬送管のうち、少なくとも一方に本発明のガラス攪拌装置を設置することが均質性の高い板ガラスを製造するうえで好ましく、減圧脱泡装置の上流側の溶融ガラス搬送管および減圧脱泡装置の下流側の溶融ガラス搬送管の両方に本発明のガラス攪拌装置を設置することがより好ましい。なお、攪拌翼の回転のトルク変動をトルク測定器を設けてモニタリングすることにより、撹拌翼または搬送管の変形や破損等を事前に察知して対処することができるため好ましい。
本発明の板ガラス製造装置は、様々な用途の板ガラスの製造に適用可能であるが、ＦＰＤ用のガラス基板のように、均質性についての要求がきわめて厳しい用途の板ガラスの製造に適用することが特に好ましい。
本発明の板ガラス製造装置を用いて板ガラスを製造することにより、未融解原料の混在がなく、透明性が高く、平坦度が高い板ガラスが得られる。
以下の実施例および比較例では、溶融ガラス搬送管内を搬送される溶融ガラスの攪拌作用についてモデル試験（溶融ガラスを模擬した流体を使用しての実験）を実施した。図４は、モデル試験で使用した溶融ガラス搬送管の模式図であり、図１〜３に示すガラス攪拌装置１が溶融ガラス搬送管内に配置された状態で示されている（但し、模式的に示しているため、図３とは形状が必ずしも一致していない）。モデル試験において、流体は図中矢印方向に移動する。図４に示す溶融ガラス搬送管の寸法は以下の通り。
直径（主管、枝管とも）：４０ｍｍ
主管下面から枝管（左）の上面までの高さ：５０ｍｍ
主管下面から枝管（右）の上面までの高さ：１００ｍｍ
また、該溶融ガラス搬送管内を搬送される流体に関する条件は以下の通り。
粘度：４００ｄＰａ・ｓ
搬送量３０ｍ3／時間・Ｓ
実施例１
図１〜３に示す本発明のガラス攪拌装置１を搬送管内に挿入して攪拌した際の流体の挙動を評価した。ガラス攪拌装置の各部の寸法は以下の通り。
攪拌部２０の外縁の最大径Ｄ2：３８ｍｍ
中心軸１０の直径（攪拌部２０を構成する部分）Ｄ3：１０ｍｍ
縦攪拌翼３０の長さＬ：６０ｍｍ
縦攪拌翼３０の幅Ｗ：３．８ｍｍ
縦攪拌翼３０の厚みｔ：３．８ｍｍ
中心軸１０に対する横攪拌翼４０の傾斜角α：６０度
横攪拌翼４０の長さｉ１０．２ｍｍ
横攪拌翼４０の高さｈ：８ｍｍ
横攪拌翼４０の厚み：２ｍｍ
中心軸１０、縦攪拌翼３０、および支持構造３０ｂ、３０ｃで囲まれる領域の面積（つまり、横攪拌翼４０が存在する部分の面積Ｓ1と、空隙の部分の面積Ｓ2と、の和）に占める横攪拌翼４０が存在する部分の面積Ｓ1の割合（Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2））：３０％
ガラス攪拌装置１は、攪拌部２０の下端部が枝管（左）の中央からの高さが２０ｍｍとなる位置まで挿入し、回転数１０ｒｐｍで回転させた。
図８は攪拌時の流体の挙動を模式的に示した図である。図８から明らかなように、本発明のガラス攪拌装置によれば、溶融ガラス搬送管壁面近傍および中心軸周辺での流体のすり抜けを効果的に防止することができる。この結果、溶融ガラスを模擬した流体は攪拌作用により切断され（符号１００）、徐々に引き伸ばされて（符号２００）下流へと流れる。
比較例１
図５に示すガラス攪拌装置１´ａを使用した。図５に示すガラス攪拌装置１´ａは、横攪拌翼４０が存在しない点を除いて実施例のガラス攪拌装置１と同様である。図９は攪拌時の流体の挙動を模式的に示した図である。図９から明らかなように、比較例１のガラス攪拌装置１´ａによれば、搬送管壁面近傍での流体のすり抜けは防止できるが、搬送管の中心付近（攪拌装置の中心軸周辺）での流体のすり抜けが発生した。この結果、溶融ガラスを模擬した流体は切断されることなくそのまま下流へと流出した。
比較例２
図６に示すガラス攪拌装置１´ｂを使用した。図６に示すガラス攪拌装置１´ｂは、特許文献３の図１に示される溶融ガラス攪拌翼と同様の形状である。図６に示すガラス攪拌装置１´ｂの各部の寸法は以下の通り。
中心軸１０´の直径：１０ｍｍ
攪拌翼３０´（同公報第２平板に相当）の長さ：１０ｍｍ
攪拌翼３０´の幅：１２．５ｍｍ
攪拌翼３０´の厚み：３ｍｍ
中心軸１０´に対する攪拌翼３０´の傾斜角：４５度
攪拌翼４０´（同公報の第１平板、第３平板に相当）の長さ：７ｍｍ
攪拌翼４０´の高さ：３ｍｍ
攪拌翼４０´の厚み：２ｍｍ
中心軸１０に対する攪拌翼４０´の傾斜角：４５度
図１０は攪拌時の流体の挙動を模式的に示した図である。図１０から明らかなように、比較例２のガラス攪拌装置１´ｂは、搬送管の中心付近（攪拌装置の中心軸周辺）の流体の攪拌作用はあり、溶融ガラスを模擬した流体は切断されて（符号１００）、徐々に引き伸ばされたが（符号２００）、搬送管壁面近傍での流体のすり抜けを防止することができなかった。
比較例３
図７に示すガラス攪拌装置１´ｃを使用した。図７に示すガラス攪拌装置１´ｃは、特許文献１の図１に示される均質化装置と同様の形状である。図７に示すガラス攪拌装置１´ｃの各部の寸法は以下の通り。
中心軸１０´の直径：１０ｍｍ
攪拌翼３０´´（同公報の攪拌翼１２に相当）の長さ（縦方向）：６０ｍｍ
攪拌翼３０´´の長さ（横方向）：１９ｍｍ
攪拌翼３０´´の厚み：３．８ｍｍ
傾斜部材４０´´の長さ：１７．６ｍｍ
傾斜部材４０´´の厚み：３．８ｍｍ
中心軸１０´に対する傾斜部材４０´´の傾斜角：６０度
凸部５０の長さ：７ｍｍ
凸部５０の高さ：５ｍｍ
なお、傾斜部材４０´´はその長手軸は中心軸１０´に対して傾斜しているが、その短軸は中心軸１０´に対して傾斜していない。
図１１は攪拌時の流体の挙動を模式的に示した図である。図１１から明らかなように、比較例３のガラス攪拌装置１´ｃによれば、搬送管壁面近傍での流体のすり抜けはやや防止されているが、搬送管の中心付近（攪拌装置の中心軸周辺）の流体の攪拌作用に劣っていた。この結果、溶融ガラスを模擬した流体は切断されたが（符号１００）、引き伸ばされることなくそのまま下流へと流出した（符号３００）。
実施例２
板ガラス製造の例として、ガラス溶解装置、第１の溶融ガラス搬送管、減圧脱泡装置、第２の溶融ガラス搬送管、および、フロート成形装置を有する板ガラス製造装置を用いて板ガラスを製造する。第１および第２の溶融ガラス搬送管には、図１〜３に示す本発明のガラス攪拌装置１が設置されている。
ガラス溶解装置でガラス原料を加熱溶融して溶融ガラスを得る。溶融ガラスは、第１の溶融ガラス搬送管、減圧脱泡装置、第２の溶融ガラス搬送管、および、フロート成形装置をこの順に通過して板ガラスに成形される。溶融ガラスは、第１および第２の溶融ガラス搬送管を搬送される過程で本発明のガラス攪拌装置により攪拌されて均質性が向上され、未融解原料の混在がなく、透明性が高く、平坦度が高い板ガラスが得られる。
本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００９年２月２７日出願の日本特許出願（特願２００９-０４７２２４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１，１´ａ，１´ｂ，１´ｃ：ガラス攪拌装置
１０，１０´：中心軸
２０：ガラス攪拌部
３０：縦攪拌翼
３０ａ，３０ｂ：支持構造
４０：横攪拌翼
３０´，３０´´，４０´：攪拌翼
４０´´：傾斜部材
５０：凸部
１００：搬送管

Claims (6)

  1. 粘度１００〜７０００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスを搬送量１〜５０ｍ3／時間・Ｓ（Ｓは搬送管の断面積）で搬送する溶融ガラス搬送管内で該溶融ガラスを攪拌する溶融ガラス攪拌装置であって、該溶融ガラス攪拌装置は、
    回転可能な中心軸と、
    該中心軸に設けられた攪拌部とで構成され、
    前記攪拌部は、各々板状体からなる横攪拌翼及び縦攪拌翼で構成され、
    前記横攪拌翼は、長辺が前記中心軸に直交し、短辺が前記中心軸の軸方向に１０〜７０度傾斜して設けられ、
    前記縦攪拌翼は、長辺が前記中心軸と平行して、前記攪拌部の外縁を規定する位置に設けられ、
    前記攪拌部が設置されている部位における前記溶融ガラス搬送管の直径をＤ1（ｍｍ）、前記攪拌部の前記外縁の最大径をＤ2（ｍｍ）とするとき、
    ０．８×Ｄ1 ≦ Ｄ2 ≦ ０．９８×Ｄ1
    を満たす溶融ガラス攪拌装置。
  2. 前記中心軸の直径をＤ3（ｍｍ）とするとき、
    Ｄ3 ≦ ０．６×Ｄ2
    を満たす請求項１に記載の溶融ガラス攪拌装置。
  3. ガラス溶解装置、板ガラス成形装置、および、前記ガラス溶解装置と前記板ガラス成形装置との間に設けられた溶融ガラス搬送管を有する板ガラス製造装置であって、
    前記溶融ガラス搬送管に請求項１または２に記載の溶融ガラス攪拌装置が少なくとも１つ設けられた板ガラス製造装置。
  4. 前記ガラス溶解装置と、前記板ガラス成形装置と、の間に設けられた減圧脱泡装置をさらに有し、前記溶融ガラス搬送管が、前記ガラス溶解装置と前記減圧脱泡装置との間に設けられた第１の溶融ガラス搬送管と、前記減圧脱泡装置と前記板ガラス成形装置との間に設けられた第２の溶融ガラス搬送管と、からなり、前記第１および第２の溶融ガラス搬送管のうち少なくとも一方に、前記溶融ガラス攪拌装置が少なくとも１つ設けられた請求項３に記載の板ガラス製造装置。
  5. 請求項１または２に記載の溶融ガラス攪拌装置を用いた溶融ガラス攪拌方法。
  6. 請求項３または４に記載の板ガラス製造装置を用いた板ガラス製造方法。
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