JP5640615B2 - ガラス溶融炉、及びガラス製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、白金を含む材料で構成された本体を有し、当該本体の内部に投入された固体ガラス素材を当該本体への通電により発生した抵抗熱で加熱し溶融させるガラス溶融炉、及び当該ガラス溶融炉を用いて行うガラス製品の製造方法に関する。

ガラス溶融炉を用いて製造されるガラス製品の一例として、プリント配線基板の構成材料等に用いられるガラス繊維がある。ガラス繊維を製造するには、先ず、ガラス繊維の製造ラインに設置されたガラス溶融炉でカレットやマーブル等の固体ガラス素材を加熱し、高温の溶融ガラスとする。次いで、溶融ガラスをブッシングと呼ばれる成形部材から噴出させて紡糸する。その後、紡糸によって得られたガラスモノフィラメントを複数本束ね、必要に応じて撚りをかけ、目的のガラス繊維とする。

近年、電子機器の小型化、多機能化への要求が高まり、プリント配線板の配線密度も高くなっている。高密度のプリント配線板には、従来のガラス繊維より小径の極細ガラス繊維が使用される。ところが、極細ガラス繊維の製造過程で、溶融ガラスに気泡が発生又は混入したり、溶融が不十分な溶融ガラスが生成されたりする場合がある。特に、ガラス繊維中に気泡が混入したホローファイバーと呼ばれる中空繊維が発生すると、ガラス繊維の強度に影響を及ぼすだけでなく、プリント配線板の絶縁信頼性の低下をもたらす。また、ガラス繊維径が小さくなるほど、溶融ガラス中の気泡はガラス繊維の切断原因にもなりやすく、ガラス繊維の製造効率の低下を招く。従って、ガラス素材を溶融する際の気泡の除去や、溶融ガラスの均質化の達成が今後益々重要となってくる。

溶融ガラスの脱気及び均質化を図る技術として、従来、ガラス溶融炉にスクリーンを設けることにより、溶融ガラスの粘度を調節するガラス繊維製造用紡糸炉があった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、溶融ガラスが導入される紡糸炉に、一部に無孔領域が形成されたスクリーンを当該紡糸炉の内部を横断するように取り付けている。これにより、ガラス素材が紡糸炉内で溶融した後、溶融ガラスとして底部のブッシングノズルに到達するまでに要する時間が延長され、その間に溶融ガラスが紡糸に適した粘度に調整され、同時に気泡が消失するとされている。

また、溶融ガラス中に存在し得る気泡を除去する別の技術として、溶融ガラスへの空気の巻き込みを低減させようとするガラス繊維製造装置があった（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２によれば、ガラス素材を溶融させて溶融ガラスとするための溶融炉と、溶融炉の流出口から供給された溶融ガラスを繊維化するための紡糸炉とからなるガラス繊維製造装置において、流出口の開閉または開度を可変するためのバルブと、紡糸炉中の溶融ガラスの液面高さを測定するためのセンサと、センサの測定値に基づいてバルブを駆動するための制御装置とを備えている。前記バルブは、流出口に対して装着する弁体と、弁体の下端に接合されて流出口から紡糸炉側へ突出する棒状の案内具とからなる。この装置では、流出口から流れ出る溶融ガラスを案内具の外周面に沿って溶融炉へ流下させることにより、紡出するガラス繊維内に混入する気泡を減少させている。

特開平１１−７９７７９号公報 特開２００３−１９２３７３号公報

しかしながら、上記従来技術には種々の問題が存在している。特許文献１に記載のガラス繊維製造用紡糸炉では、ひとたび溶融ガラスの内部に気泡が発生すると、スクリーンの無孔領域に気泡がトラップされ易く、それらを完全に取り除くことは困難であった。つまり、溶融ガラスの溶融履歴を延長するために設けたスクリーンの無孔領域が、却って気泡の除去を阻害することになっていた。このため、特許文献１の技術では、高密度配線化に対応したプリント基板の構成材料としての高品質な極細ガラス繊維を製造することは困難である。

特許文献２に記載のガラス繊維製造装置では、溶融炉と紡糸炉とを別々に設置することを要するため、一体型のガラス繊維製造装置よりも大きい設置空間が必要となる。また、装置の操作を重ねることで紡糸炉の溶融ガラスの供給を制御するためのバルブが摩耗又は損傷したり、溶融ガラスの液面高さを測定するためのセンサが何らかの理由で故障した場合、ガラス繊維の継続的な製造が不能となる。なお、特許文献２によれば、案内具の外周面に溶融ガラスを流すことで、溶融ガラスへの空気の巻き込みを低減することを図っているが、溶融ガラス中に発生し得る気泡を積極的に除去することはできない。

このように、現状においては、溶融ガラス中に発生又は混入し得る気泡を確実に除去し、溶融ガラスを十分に均質化する技術は未だ開発されていない。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、高密度プリント配線板の構成材料となる極細ガラス繊維にも対応可能な、気泡を含有せず且つ十分に均質化された高品質な溶融ガラスを得るためのガラス溶融炉を提供することを目的とする。また、そのようなガラス溶融炉を用いて極細ガラス繊維に代表されるガラス製品を製造する方法を確立することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係るガラス溶融炉の特徴構成は、
白金を含む材料で構成された本体を有し、当該本体への通電により発生する抵抗熱によって、前記本体の内部に投入された固体ガラス素材を溶融するガラス溶融炉であって、
前記本体の内部に、前記固体ガラス素材の溶融を促進させる白金含有構造体を設け、前記白金含有構造体は、前記本体の内部に投入された前記固体ガラス素材を包囲する環状構造体で構成される点にある。

上記課題で述べたように、溶融ガラス中に発生又は混入し得る気泡を確実に除去し、溶融ガラスを十分に均質化する技術は未だ開発されていない。そのため、例えば、溶融ガラスから極細ガラス繊維を製造すると、気泡の発生又は混入により、プリント配線板に加工したときの絶縁信頼性が低下したり、ガラス繊維が切断したりする等の問題が生じていた。
溶融ガラス中に発生又は混入し得る気泡を確実に除去し、溶融ガラスを十分に均質化するためには、ガラス溶融炉内で固体ガラス素材を確実に溶融することを要する。これは、固体ガラス素材の溶融履歴を長くしたり、溶融温度を高めることで可能となる。そうすることで、溶融ガラスの粘度が低下し、気泡の放出が促進され、また、固体ガラス素材に含まれる不純物の気化も促進される。さらに溶融ガラスの粘度が一定以上に調整されるので、溶融ガラスの均質化がもたらされる。
そこで、本発明者らによる鋭意検討の結果、高温耐久性に優れ、且つ溶融状態にある高温のガラスと反応しない白金含有構造体をガラス溶融炉の本体内部に設け、本体を通電すると、本体及び白金含有構造体から発生する抵抗熱により、特に、白金含有構造体付近の固体ガラス素材の溶融が促進されることが分かった。本構成のガラス溶融炉では、上述の通り、ガラス溶融炉本体の内部に白金含有構造体を設けているため、特に、当該白金含有構造体付近の固体ガラス素材を確実に且つ効率的に溶融し、高品質の溶融ガラスを得ることができる。
また、本体の内部に投入された固体ガラス素材を包囲する、環状構造体としての白金含有構造体へ通電すると、当該白金含有構造体から発生する抵抗熱により当該白金含有構造体の内側の温度が特に上昇する。その結果、環状構造体内部に投入された固体ガラス素材に熱エネルギーが集中され、固体ガラス素材をより確実に且つ効率的に溶融することができる。

本発明に係るガラス溶融炉において、平面視において、前記環状構造体が前記固体ガラス素材を包囲する領域（Ｓ１）と、前記本体の断面積（Ｓ２）との比率（Ｓ１／Ｓ２）が０．００２５〜０．８であることが好ましい。

本構成のガラス溶融炉であれば、環状構造体が固体ガラス素材を包囲する領域（Ｓ１）と、本体の断面積（Ｓ２）との比率（Ｓ１／Ｓ２）の下限値を０．００２５とすることで、環状構造体が固体ガラス素材を包囲する領域を十分に確保できるため、ガラス溶融炉に十分な固体ガラス素材を供給できるとともに、当該高温の溶融ガラスが流体移動し得る空間を十分に確保することができる。一方、当該比率（Ｓ１／Ｓ２）の上限値を０．８とすることで、固体ガラス素材の溶融を促進させる熱エネルギーを十分に付与しつつ、生成した溶融ガラスの流体移動が環状構造体によって阻害される虞がない。その結果、固体ガラス素材をより確実に且つ効率的に溶融し、高品質の溶融ガラスを得ることができる。

本発明に係るガラス溶融炉において、前記白金含有構造体の下方に、前記固体ガラス素材が溶融してなる溶融ガラスが自然降下することを阻害するスクリーンを設け、当該スクリーンのうち前記白金含有構造体の直下を除く領域に前記溶融ガラスの通流孔が形成されていることが好ましい。

本構成のガラス溶融炉であれば、スクリーンは、固体ガラス素材が溶融してなる溶融ガラスが本体の底部へ直接自然降下することを阻害するように機能する。そのためには、スクリーンはガラス溶融炉内を横断するように本体の側壁部に全周的に取り付けられ、且つ、スクリーンの上面が白金含有構造体の下端部と接しないことを要する。白金含有構造体から受けた抵抗熱により高温状態となった溶融ガラスが自然降下し、スクリーンの位置に到達すると、白金含有構造体の直下は無孔領域であることから、当該溶融ガラスはスクリーンをそのまま通過できないため、一旦本体の上方に戻される。ここで、スクリーンのうち白金含有構造体の直下を除く領域には溶融ガラスの通流孔が形成されている。このため、溶融ガラスは、その後、スクリーン上の通流孔のある場所へ流体移動し、当該通流孔を通過する。このようにして、溶融ガラスが経験する溶融履歴が延長され、溶融ガラスの均質化及び脱気がより促進される。

本発明に係るガラス溶融炉において、前記本体に、内部のガスを排気する排気口を設けることが好ましい。

本構成のガラス溶融炉であれば、排気口を設けたことにより、固体ガラス素材を投入する際に溶融ガラス中に混入した空気や、溶融ガラスに元々含まれている気泡、ならびに固体ガラス素材に含まれている不純物の気化により発生した気体を、本体から外部に効率的に放出することができる。その結果、ガラス溶融炉本体の天井部と溶融ガラス液面との間にガスが滞留し難くなる。

本発明に係るガラス溶融炉において、前記白金含有構造体の前記本体への取付部近傍に補強構造を設けることが好ましい。

ガラス溶融炉本体は高温に晒されるため変形し易く、特に天井部には金属性の白金含有構造体が設けられているため、耐久性の低下が懸念される。この点、本構成のガラス溶融炉であれば、白金含有構造体の本体への取付部近傍に補強構造を設けているので、上方からの荷重が分散され、その結果、白金含有構造体の自重による天井部の垂れ下がり等が抑制される。補強構造は、例えば、本体の固体ガラス素材の投入口にフランジを設けたり、本体の天井部を中央から周辺に向けて下方に傾斜させたりすることで構成される。

上記課題を解決するための本発明に係るガラス製品の製造方法の特徴構成は、
上記のガラス溶融炉を用いて行うガラス製品の製造方法であって、
前記溶融ガラスの液面が前記スクリーンより上方に位置するように前記固体ガラス素材の投入量を調整する調整工程を実行する点にある。

本構成のガラス製品の製造方法であれば、溶融ガラスの液面がスクリーンより上方に位置するように固体ガラス素材の投入量を調整することで、スクリーンが溶融ガラスに完全に浸されることになる。その結果、固体ガラス素材は高温状態にある溶融ガラス中に確実に投入される。また、スクリーンが溶融ガラス中に位置しているため、スクリーンより上方にある固体ガラス素材が溶融した直後の溶融ガラスが、本体の底部へ直接自然降下することを阻害するというスクリーン本来の効果を確実に達成することができる。従って、溶融ガラスが経験する溶融履歴が延長され、溶融ガラスの均質化及び脱気がより促進される。

本発明に係るガラス製品の製造方法において、
前記調整工程において、前記本体の底部から前記溶融ガラスの液面までの距離（ａ）が、前記本体の底部から前記白金含有構造体の下端部までの距離（ｂ）に対して、１．２５〜３．３３倍となるように前記固体ガラス素材の投入量を調整することが好ましい。

本構成のガラス製品の製造方法であれば、ａ／ｂの下限値を１．２５とすることで、白金含有構造体の内側の溶融空間を一定以上に確保し、固体ガラス素材の溶融不足を防止することができる。一方、ａ／ｂの上限値を３．３３とすることで、溶融ガラスから脱気されたガスが滞留する空間を十分に確保することができる。

図１は、本発明の第１実施形態によるガラス溶融炉の全体構造を示す概略図である。 図２は、本発明の第２実施形態によるガラス溶融炉の全体構造を示す概略図である。 図３は、本発明の第３実施形態によるガラス溶融炉の一部構造を示す概略図である。 図４は、本発明の第４実施形態によるガラス溶融炉の一部構造を示す概略図である。 図５は、本発明の第５実施形態によるガラス溶融炉の一部構造を示す概略図である。 図６は、本発明の第６実施形態によるガラス溶融炉の一部構造を示す概略図である。

以下、本発明のガラス溶融炉、及びガラス製品の製造方法に関する実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるガラス溶融炉１００の全体構造を示す概略図である。ガラス溶融炉１００は、ガラス繊維等のガラス製品の製造装置の一部であり、主要な構成要素として、本体１０、投入口２０、白金含有構造体３０、及び電源４０を備えている。また、図示はしないが、本体１０に対してガラス繊維紡出部（ブッシング）等の成形部材を着脱可能に設けることも可能である。

本体１０は、高温耐久性に優れ、且つ溶融状態にある高温のガラスと反応しない白金を含む材料で構成された耐熱性容器である。本体１０は、天井部１１、底部１３、及び天井部１１と底部１３とを接続する側壁部１２から構成される。白金以外の導電性金属で耐熱性容器を構成し、その内面に白金を含む材料をライニングしたものを本体１０として使用することも可能である。白金を含む材料において、白金以外の含有元素は、例えば、Ｉｒ（イリジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｓｉ（珪素）、Ｙ（イットリウム）、Ｃｃ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂａ（バリウム）等が挙げられる。本体１０の形状は、平面視において矩形となることが好ましいが、矩形以外の多角形や円形となることを妨げない。本体１０には、後述する電源４０が接続されており、通電により抵抗熱（ジュール熱）が発生する。

投入口２０は、本体１０の天井部１１に設置される。図１に示すように、ホッパー等の原料供給手段１によって供給され、ベルトコンベアー等の運搬手段２によって運ばれた固体ガラス素材Ｍが、投入口２０から本体１０の内部に投入され、本体への通電による抵抗熱によるガラス化反応により溶融ガラスＧとなる。投入する固体ガラス素材Ｍとしては、ガラス粉、ガラスカレット、マーブル等が挙げられる。平面視において、投入口２０は、本体１０の略中央に位置させることが好ましい。投入口２０の位置が本体１０の側壁部１２に近過ぎる場合、投入した固体ガラス素材Ｍが側壁部１２近傍に偏ることになるため、溶融ガラスＧの均質化に時間がかかることになる。運搬手段２の位置、サイズ、構造は、投入口２０の開口面積や、運搬手段２と投入口２０との位置関係等により定まる。

白金含有構造体３０は、本体１０の天井部１１から下方に向けて延設される。また、白金含有構造体３０は、投入口２０と連通するように設けられる。例えば、図１に示すように、投入口２０の直下に白金含有構造体３０を配置し、投入口２０の下端部と白金含有構造体３０の上端部とを本体１０の天井部１１において接続固定する。この場合、投入口２０から投入された固体ガラス素材Ｍは、白金含有構造体３０を介して全量が本体１０の内部に投入される。白金含有構造体３０は、平面視において、投入口２０とともに本体１０の略中央に位置させることが好ましい。このように設置することで、本体１０内部における温度分布が対称となる結果、固体ガラス素材Ｍが確実に且つ効率的に溶融し、均質な溶融ガラスＧを得ることができる。なお、投入口２０の位置に対して白金含有構造体３０が多少オフセットしていたり、投入口２０の開口形状と白金含有構造体３０の断面形状とが異なっていたり、両者の断面積が一致しない場合でも、投入口２０の少なくとも一部が白金含有構造体３０へ連通していれば構わない。本体１０への白金含有構造体３０の取り付け方法には、リベットによる結合や溶接等がある。こうすることで、本体１０と白金含有構造体３０は電気的にも接続される。

ガラス溶融炉１００の本体１０には電源４０が接続されており、本体１０と白金含有構造体３０が電気的に接続されているため、本体１０及び白金含有構造体３０に電流が流されている。したがって、本体１０及び白金含有構造体３０から抵抗熱が発生し、内容物を加熱することができる。電源４０には、交流電源又は直流電源の何れもが使用可能である。白金含有構造体３０は、投入口２０より投入された固体ガラス素材Ｍを、電源４０からの電力供給による通電により発生した抵抗熱で加熱するため、高温耐久性に優れ、且つ溶融状態にある高温ガラスと反応しない白金を含む材料で構成されることを要する。白金含有構造体３０と本体１０とを同一材料とすれば、両者を溶接により接合する場合、高い接合強度を実現できるため好適である。ただし、両者を異なる材料で構成することも可能である。

白金含有構造体３０は、環状構造体であることが好ましい。環状構造とは、構造体を鉛直方向に配置したとき、上方からの断面視で構造体が連続的又は間歇的に環状に存在しており、構造体の内側に溶融空間が形成されている構造をいう。白金含有構造体３０が環状構造であれば、投入口２０から投入した固体ガラス素材Ｍを、電源４０からの通電により発生した抵抗熱で温度上昇した白金含有構造体３０で包囲できるため、固体ガラス素材Ｍに熱エネルギーが集中される。その結果、固体ガラス素材Ｍを効率的に溶融することができる。環状構造体は、図１で示しているような、平面視した際に矩形となる環状構造体だけでなく、円形や多角形、不定形等の環状構造体でもよい。例えば、円形環状構造体であれば、内側中央部へ熱エネルギーを均一かつ効率的に集中させることができ、且つ、溶融ガラスＧが本体１０内部を移動する際に白金含有構造体３０から受ける流動抵抗を小さくすることができる。

また、本体１０の平面視において、投入された固体ガラス素材Ｍを環状構造体が包囲する領域（Ｓ１）と、本体の断面積（Ｓ２）との比率（Ｓ１／Ｓ２）が０．００２５〜０．８であることが好ましい。下限値を０．００２５とすることで、環状構造体が固体ガラス素材Ｍを包囲する領域を十分に確保できるため、本体１０に十分な固体ガラス素材Ｍを供給できるとともに、環状構造である白金含有構造体３０から出た高温の溶融ガラスＧが流体移動し得る空間を十分に確保することができる。また、上限値を０．８とすることで、白金含有構造体３０が包囲した固体ガラス素材Ｍの溶融を促進させる熱エネルギーを十分に付与しつつ、生成した溶融ガラスＧの流体移動が環状構造である白金含有構造体３０によって阻害される虞がない。その結果、固体ガラス素材Ｍをより確実に且つ効率的に溶融し、高品質の溶融ガラスＧを得ることができる。本発明者らの検討により算出された、より好ましい比率（Ｓ１／Ｓ２）は、０．０１〜０．５である。

〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態によるガラス溶融炉２００の全体構造を示す概略図である。ガラス溶融炉２００は、第１実施形態のガラス溶融炉１００にスクリーン５０を追加設置したものである。従って、スクリーン５０以外の構成についての詳細な説明は省略する。

スクリーン５０は、ガラス溶融炉２００内を横断するように本体１０の側壁部１２に全周的に取り付けられ、且つ、スクリーン５０の上面が白金含有構造体３０の下端部と接しないことを要する。固体ガラス素材Ｍが溶融した直後の溶融ガラスＧが、本体１０の底部１３へ直接自然降下することを阻害しつつ、環状構造体である白金含有構造体３０の内側を降下した溶融ガラスＧが経験する溶融履歴を延長させるためである。これにより、溶融ガラスＧの均質化及び脱気がより促進される。本体１０へのスクリーン５０の取り付け方法には、リベットによる結合や溶接等がある。

スクリーン５０の形状は、図２に示すように、正面視において中央付近が下方に突出している。そして、下方に突出した部分の最深部が白金含有構造体３０の直下に位置するよう構成される。また、スクリーン５０のうち、白金含有構造体３０の直下を除く領域（スクリーン５０が折れ曲がっている左右の稜線より外側にある両領域）においては、その少なくとも一部に溶融ガラスＧの通流孔６０が形成されていることを要する。このような構造とすれば、環状構造体である白金含有構造体３０の内側を降下中に抵抗熱を受けて高温状態となった溶融ガラスＧは、先ずスクリーン５０の最深部に到達する。スクリーン５０の下方突出部は通流孔６０が存在しない無孔領域であることから、スクリーン５０の最深部に到達した溶融ガラスＧは、前記下方突出部の両斜面に分かれ、当該斜面に沿って上昇する。そして、スクリーン５０上の通流孔６０の存在する場所へ流体移動し、当該通流孔６０を通過する。その結果、溶融ガラスＧが経験する溶融履歴が延長され、溶融ガラスＧの均質化及び脱気がより促進される。なお、スクリーン５０の形状は、その中央付近が下方に突出していればよく、図示したＶ字形状の他、例えば、スクリーン５０全体を角錐や円錐等の錐形状に構成し、下方への突出部を錐の頂部とすることも可能である。スクリーン５０が下方に突出するＶ字形状又は錘形状であれば、Ｖ字溝又は錘の頂部に熱エネルギーが集中され、溶融ガラスＧの均質化及び脱気に効果的である。

スクリーン５０は、高温状態となった溶融ガラスＧと常時接触するため、高温耐久性に優れ、且つ溶融状態にある高温ガラスと反応しない白金を含む材料で構成されることが好ましい。例えば、スクリーン５０と本体１０とを同一材料とすれば、両者を溶接により接合する場合、高い接合強度を実現できるため好適である。ただし、両者を異なる材料で構成することも可能である。なお、スクリーン５０と本体１０は電気的に接続している。スクリーン５０が白金を含む材料で構成されている場合、本体１０への通電時にはスクリーン５０も通電されているため、通流孔６０を通過する溶融ガラスＧの温度が上昇し、溶融ガラスＧの均質化及び脱気がより促進される。

スクリーン５０に設けられる通流孔６０は、一つの開孔部の面積を５〜５０ｍｍ^２に設定することが好ましい。さらに、通流孔６０の開孔総面積は、スクリーン５０の総面積の５〜４０％であることが好ましい。溶融ガラスの一般的な粘度は、１００〜１０００Ｐａ・ｓである。そこで、一つの開孔部の面積の下限値を５ｍｍ^２とすることで、あるいは、通流孔６０の開孔総面積をスクリーン５０の総面積の５％以上とすることで、通流孔６０を通過する溶融ガラスＧの流動抵抗が抑えられ、また、ガラス製品の生産効率を一定以上に確保することができる。一方、一つの開孔部の面積の上限値を５０ｍｍ^２とすることで、あるいは、通流孔６０の開孔総面積をスクリーン５０の総面積の４０％以下とすることで、溶融ガラスＧが通流孔６０を通過して下方に流体移動する時間が十分に確保される。その結果、溶融ガラスＧが経験する溶融履歴が延長され、溶融ガラスＧの均質化及び脱気がより促進される。

〔第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態によるガラス溶融炉３００の一部構造を示す概略図である。ガラス溶融炉３００は、第１実施形態のガラス溶融炉１００又は第２実施形態のガラス溶融炉２００において、本体１０の天井部１１に排気口７０を追加設置したものである。従って、排気口７０以外の構成についての詳細な説明は省略する。

排気口７０は、本体１０の天井部１１に設置するのが好ましいが、少なくとも溶融ガラスＧの液面より上方の本体１０に設置されていれば機能することができる。排気口７０は、溶融ガラスＧの液面と本体１０の天井部１１との間に滞留し得る、固体ガラス素材Ｍを投入する際に溶融ガラスＧ中に混入した空気や、溶融ガラスＧに元々含まれている気泡、ならびに固体ガラス素材Ｍに含まれている不純物の気化により発生した気体をガラス溶融炉３００の外部に効率よく排出するために設けられる。なお、排気口７０の設置数は１つに限られない。例えば、投入口２０を挟む両側に排気口７０を夫々設ければ、本体１０からの効率的な排気が可能となるため、溶融ガラスＧの均質化及び脱気がより促進される。

〔第４実施形態〕
図４は、本発明の第４実施形態によるガラス溶融炉４００の一部構造を示す概略図である。ガラス溶融炉４００は、第１実施形態のガラス溶融炉１００又は第２実施形態のガラス溶融炉２００において、投入口２０にフランジ８０を設け、補強構造としたものである。従って、フランジ８０以外の構成についての詳細な説明は省略する。

フランジ８０は、例えば、投入口２０を断面方向に二分割し、双方の分割断面の端部に板状部材を溶接や溶着等により接合し、一体化したものとすることができる。あるいは、投入口２０の外側に円盤形の板状部材を装着し、両者を溶接することにより取り付けることも可能である。フランジ８０は、ボルト締めにより固定される。本体１０は、電源４０からの通電により抵抗熱が発生しているため、稼働中は常に高温に晒されている。また、天井部１１には金属製の白金含有構造体３０が設けられているため、当該白金含有構造体３０の自重により、特に本体１０の天井部１１は変形し易く、耐久性の低下が懸念される。そこで、天井部１１に取り付けられる投入口２０にフランジ８０を設置することにより、白金含有構造体３０と本体１０との取付部近傍の強度を高めている。また、フランジ８０を耐火物等を用いて下から支えることで、天井部１１の垂れ下がり等を防止することができる。ちなみに、本発明者らによる確認試験では、投入口２０にフランジ８０を設けた場合、３６ヶ月以上の長期に亘ってトラブルが発生していないことが確認されている。

〔第５実施形態〕
図５は、本発明の第５実施形態によるガラス溶融炉５００の一部構造を示す概略図である。ガラス溶融炉５００は、第１実施形態のガラス溶融炉１００又は第２実施形態のガラス溶融炉２００において、本体１０の天井部１１を中央から周辺に向けて下方に傾斜させた傾斜部８１を設け、これを補強構造としたものである。従って、傾斜部８１以外の構成についての詳細な説明は省略する。

上述の通り、本体１０の天井部１１は、特に変形し易く、耐久性の低下が懸念される。そこで、天井部１１に傾斜部８１を設けることで、上方から受ける荷重が分散され、その結果、白金含有構造体３０等の自重による天井部１１の垂れ下がり等が抑制される。また、傾斜部８１を設けたことで、本体１０の内部において溶融ガラスＧの液面と天井部１１との間の空間を拡大することができるため、溶融ガラスＧの脱気を促進することができる。その結果、溶融ガラスＧの均質化及び脱気がより促進される。

〔第６実施形態〕
図６は、本発明の第６実施形態によるガラス溶融炉６００の一部構造を示す概略図である。ガラス溶融炉６００は、第１実施形態のガラス溶融炉１００又は第２実施形態のガラス溶融炉２００において、白金含有構造体３０を螺旋構造体３１としたものである。従って、螺旋構造体３１以外の構成についての詳細な説明は省略する。

螺旋構造体３１は、白金含有金属からなる棒状部材を螺旋状に巻回したコイルとして構成される。螺旋構造体３１の上端部は、本体１０の天井部１１において、投入口２０付近に接続固定される。投入口２０から投入された固体ガラス素材Ｍは、螺旋構造体３１のコイル内側に入り、螺旋構造体３１によって実質的に包囲される。このため、本体１０に通電すると、螺旋構造体３１から発生した抵抗熱（熱エネルギー）がコイル内の固体ガラス素材Ｍに集中する。その結果、固体ガラス素材Ｍを効率的に溶融することができる。

〔ガラス製品製造方法〕
本発明のガラス製品の製造方法は、スクリーン５０を備えたガラス溶融炉（例えば、上記のガラス溶融炉２００）を用いて実行することができる。本発明の製造方法においては、本体１０の上に設けた投入口２０から固体ガラス素材Ｍを、白金含有構造体３０を介して本体１０の内部に投入するにあたり、溶融ガラスＧの液面がスクリーン５０より上方に位置するように固体ガラス素材Ｍの投入量を調整する調整工程を実行する。すなわち、固体ガラス素材Ｍが溶融してなる溶融ガラスＧにスクリーン５０が十分に浸かるように、固体ガラス素材Ｍの投入量を調整することで、スクリーン５０が溶融ガラスＧに完全に浸されることになり、その結果、固体ガラス素材Ｍは高温状態にある溶融ガラスＧ中に確実に投入される。また、スクリーン５０が溶融ガラスＧ中に位置しているため、スクリーン５０より上方にある固体ガラス素材Ｍが溶融した直後の溶融ガラスＧが、本体の底部１３へ直接自然降下することを阻害するというスクリーン５０本来の効果を確実に達成することができる。従って、溶融ガラス５０が経験する溶融履歴が延長され、溶融ガラスＧの均質化及び脱気がより促進される。なお、固体ガラス素材Ｍの投入量の調整は、原料供給手段１からの固体ガラス素材Ｍの供給量、及び運搬手段２の運搬速度をコントロールして行うことができる。

上述した調整工程において、図２に示すように、本体１０の底部１３から溶融ガラスＧの液面までの距離をａとし、本体１０の底部１３から白金含有構造体３０の下端部までの距離をｂとすると、ａ／ｂが１．２５〜３．３３倍となるように固体ガラス素材Ｍの投入量を調整することが好ましい。ａ／ｂの下限値を１．２５とすることで、白金含有構造体３０の内側の溶融空間を一定以上に確保し、固体ガラス素材Ｍの溶融不足を防止することができる。一方、ａ／ｂの上限値を３．３３とすることで、溶融ガラスＧから脱気されたガスが滞留する空間を十分に確保することができる。その結果、スクリーン５０により溶融ガラスＧが経験する溶融履歴を延長しつつ、溶融ガラスＧの均質化及び脱気がより促進される。

本発明のガラス溶融炉、及びガラス製品の製造方法は、ガラス製品、例えばプリント配線基板の構成材料に用いられる極細ガラス繊維を製造するガラス繊維製造装置に利用可能である。

１ 原料供給手段
２ 運搬手段
１０ 本体
１１ 天井部
１２ 側壁部
１３ 底部
２０ 投入口
３０ 白金含有構造体
３１ 環状構造体
４０ 電源
５０ スクリーン
６０ 通流孔
７０ 排気口
８０ フランジ（補強構造）
８１ 傾斜部（補強構造）
１００，２００，３００，４００，５００，６００ ガラス溶融炉
Ｍ 固体ガラス素材
Ｇ 溶融ガラス

Claims (7)

1. 白金を含む材料で構成された本体を有し、当該本体への通電により発生する抵抗熱によって、前記本体の内部に投入された固体ガラス素材を溶融するガラス溶融炉であって、
   前記本体の内部に、前記固体ガラス素材の溶融を促進させる白金含有構造体を設け、前記白金含有構造体は、前記本体の内部に投入された前記固体ガラス素材を包囲する環状構造体で構成されるガラス溶融炉。
2. 平面視において、前記環状構造体が前記固体ガラス素材を包囲する領域（Ｓ１）と、前記本体の断面積（Ｓ２）との比率（Ｓ１／Ｓ２）が０．００２５〜０．８である請求項１に記載のガラス溶融炉。
3. 前記白金含有構造体の下方に、前記固体ガラス素材が溶融してなる溶融ガラスが自然降下することを阻害するスクリーンを設け、当該スクリーンのうち前記白金含有構造体の直下を除く領域に前記溶融ガラスの通流孔が形成されている請求項１又は２に記載のガラス溶融炉。
4. 前記本体に、内部のガスを排気する排気口を設けた請求項１〜３の何れか一項に記載のガラス溶融炉。
5. 前記白金含有構造体の前記本体への取付部近傍に補強構造を設けた請求項１〜４の何れか一項に記載のガラス溶融炉。
6. 請求項３〜５の何れか一項に記載のガラス溶融炉を用いて行うガラス製品の製造方法であって、
   前記溶融ガラスの液面が前記スクリーンより上方に位置するように前記固体ガラス素材の投入量を調整する調整工程を実行するガラス製品の製造方法。
7. 前記調整工程において、前記本体の底部から前記溶融ガラスの液面までの距離が、前記本体の底部から前記白金含有構造体の下端部までの距離に対して、１．２５〜３．３３倍となるように前記固体ガラス素材の投入量を調整する請求項６に記載のガラス製品の製造方法。

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