JP5721270B2 - 白金ルツボ - Google Patents

Description

本発明は、光学ガラス製品などの高品質ガラス製品を成形するために、ガラスを溶融するのに適した白金ルツボに関する。

図４は、ガラスルツボ１によるガラス溶融装置の概略断面を示す説明図である。白金ルツボ１は、外側を耐火物（アルミナ）製の鞘ルツボ６で覆った状態で、耐火レンガなどで形成された断熱ケース４内に固定される。ガラス原料は、原料投入口４０から水冷ジャケットで出来た柄杓でルツボ内に投入される。白金ルツボ１内のガラス原料は、断熱ケース４内に設けられたヒータ（図示せず）で加熱され、溶融する。白金ルツボ１内には、ガラス原料を撹拌するための、回転するスターラ５が設けられている。溶融したガラス原料は、白金ルツボ底部の流出口２０に接続した流出管２１から流出して成形型に流入し、成形される。

図５は、従来の白金ルツボ１の正面図、図２は作製方法の説明図である。白金ルツボ１は、皿状の底皿部２と、円筒状の周壁部３を溶接一体化することで作製される。
底皿部２は白金円板を平絞り成形するなどして製作することができる。周壁部３は、図６に示すように、長方形の周壁板３０（白金製）を曲げて円筒状とし、両側端を突き合わせ溶接して溶接部３１を形成することで作製される。周壁板３０の下端と底皿部２の上端を溶接して溶接部３２を形成することで白金ルツボ１が作製される。底皿部２及び周壁部３の厚みは例えば０．８ｍｍ程度にすることができる。

溶接部３１，３２の外側には、補強テープ３３，３４を鍛接し、補強することができる。補強テープは白金の板で、厚みは例えば０．３ｍｍ程度にすることができる。
このような従来の白金ルツボは、下記特許文献１などに開示されている。

特公昭６４−６８５４号公報

白金ルツボでのガラス溶融は１３００〜１４００℃程度で行われ、ガラス原料を投入すると白金ルツボの温度は５００〜６００℃程度に急激に低下し、それから徐々に上昇していく。このように、白金ルツボは繰り返し大きな温度変化が生じる。
白金ルツボが加熱されると熱膨張するが、外側が鞘ルツボで拘束されて膨張が妨げられるため、熱応力が発生する。白金ルツボは繰り返し大きな温度変化が生じるので、この熱応力は繰り返し変動する応力となる。

白金ルツボは、繰り返し変動する熱応力による金属疲労で、周壁板３０の両側端を溶接した溶接部３１にクラックが生じ、漏れが生じるおそれがある。なお、周壁部３と底皿部２の間の溶接部３２は比較的温度変化が小さいので、金属疲労によるクラックは生じにくい。

図７上段は、正常な状態の溶接部３１である。溶接部３１の外側には補強テープ３３が鍛接により設けられている。同図下段は、溶接部３１に両側から熱膨張による力Ｆが作用した状態である。溶接部３１は力Ｆによって内側に向かって面外変形を生じる。この面外変形が繰り返され、金属疲労によって同図下段に示すように溶接部３１が切断しクラックとなる。このとき、外側の補強テープ３３は、その強度が小さい（厚みが薄い）と中央（図７の符号Ａ）でクラックが生じ、その強度が大きい（厚みが厚い）と、端部（図７の符号Ｂ）付近の本体周壁部にクラックが生じる。

このように、従来の白金ルツボは、繰り返しの面外変形による金属疲労で、周壁板３０の両側端を突き合わせ溶接した溶接部３１にクラックが生じることで、耐久性に問題があった。
本発明は、周壁板３０の両側端を突き合わせ溶接した溶接部３１のクラックを発生しにくくして、白金ルツボの耐久性を高めることを課題とするものである。

本発明は、皿状の底皿部の上端に、周壁板を円筒状に丸め両側端を溶接して溶接部とし、円筒状の周壁部を形成すると共に、該周壁部の下端と前記底皿部の上端を溶接して一体化した白金ルツボにおいて、前記溶接部が、水平面となす角度θが１５°以上６０°以下になるように傾斜していることを特徴とする白金ルツボである。

周壁板を円筒状に丸め両側端を溶接した溶接部を傾斜させることで、熱膨張により溶接部に作用する力のうち、面外変形の原因となる溶接部に直角に作用する力が減少し、面外変形が起こりにくく、すなわち溶接部にクラックが生じにくくなり、白金ルツボの耐久性が向上する。

溶接部に直角に作用する力は、熱膨張により溶接部に作用する水平方向（円周方向）の力をＦとすると、Ｆ＊ｓｉｎθになる。したがって、従来のθ＝９０°の場合と比較して水平方向の力は（ｓｉｎθ）倍に減少する。さらに、溶接部の面積が従来のθ＝９０°の場合と比較して（１／ｓｉｎθ）倍に増加しているので、熱膨張による溶接部に直角方向に働く応力は（ｓｉｎ^２θ）倍に減少する。θは９０°以下のなるべく小さい角度の方が
面外変形の原因となる溶接部に直角に作用する応力が小さくなり、面外変形が起こりにくい。θが６０°以下であれば、従来のθが９０°の場合に比べ、溶接部に直角に作用する応力が７５％になるので、実用上有効な効果がある。更に好ましいθは４５°以下で、この場合は溶接部に直角に作用する力が５０％になり、耐久性は飛躍的に向上する。

θが小さくなると、溶接部に直角に作用する力が小さくなり耐久性が向上する反面、溶接長さが長くなり、白金ルツボの作製が困難になってくる。溶接長さは、従来のθが９０°の場合を１とすると、１／ｓｉｎθになる。θが１５°未満になると、溶接長さは約３．９倍を越えるので、実用的にはθが１５°以上であることが望ましい。

本発明の白金ルツボは、前記周壁部に螺旋状に形成された前記溶接部の外側に白金製の補強テープを鍛接し、補強することができる。

本発明の白金ルツボは、熱膨張により溶接部に作用する力のうち、面外変形の原因となる溶接部に直角に作用する力が減少し、面外変形が起こりにくく、すなわち溶接部にクラックが生じにくくなり、白金ルツボの耐久性が向上する。

本発明実施形態の白金ルツボの正面図である。 本発明実施形態の周壁板の説明図である。 本発明実施形態の溶接部における熱膨張により作用する力の説明図である。 白金ルツボによるガラス溶融装置の概略断面を示す説明図である。 従来の白金ルツボの正面図である。 従来の白金ルツボの作製方法説明図である。 従来の白金ルツボの溶接部の説明図である。

図１は本発明の実施形態である白金ルツボ１の正面図である。白金ルツボ１は皿状の底皿部２と円筒状の周壁部３からなる。
底皿部２は、例えば、厚さ０．８ｍｍの白金円板を平絞り成形して作製することができる。周壁部３は、図２に示すような平行四辺形の周壁板３０を筒状に丸め、両側端を突き合わせ溶接して溶接部３１とし、作製する。溶接部３１は螺旋状になる。

周壁板３０は白金製で、厚さは例えば０．８ｍｍにすることができる。周壁板３０の底辺の長さは周壁部３の周長であり、その直径をＤとすれば、底辺の長さはπＤとなる。周壁板３０の高さＨは、周壁部３の高さＨと等しくなる。
周壁板３０の斜辺の傾きθは、溶接部３１が、水平面となす角度θに等しくなる。

図１に示す実施形態は、溶接部３１が螺旋状に周壁部３を丁度１周回している。この場合、Ｄ＝３２０ｍｍ、Ｈ＝３８５ｍｍ、θ＝２０．９６°である。

白金ルツボ１を作製にするには、平行四辺形の周壁板３０を円筒状に曲げ、両側端を突き合わせ、螺旋状の溶接部３１を溶接する。これにより、円筒状の周壁部３が形成される。次に、円筒状の周壁部３の下端と底皿部２の上端を溶接して溶接部３２を形成することで、白金ルツボ１が作製される。
なお、先ず、底皿部２の上端に周壁板３０の底辺を丸めながら溶接し、その後溶接部３１を螺旋状に溶接して白金ルツボ１を作製することも可能である。

溶接部３１，３２の外側には、補強テープ３３，３４を鍛接により取り付ける。これにより、溶接部の耐久性がさらに向上する。

図３は、白金ルツボ１の溶接部３１に、熱膨張により作用する力の説明図である。白金ルツボ１が熱膨張することで、溶接部３１に水平方向の力Ｆが作用する。力Ｆは溶接部３１に直角方向の力Ｆａと、溶接部３１に沿う力Ｆｂに分解できる。Ｆａは溶接部３１に直角方向であるので、溶接部３１を面外変形（図７下段）させるように作用する。Ｆａ＝Ｆ＊ｓｉｎθである。
したがって、従来のθ＝９０°の場合と比較して水平方向の力は（ｓｉｎθ）倍に減少する。さらに、溶接部の面積が従来のθ＝９０°の場合と比較して（１／ｓｉｎθ）倍に増加しているので、熱膨張による溶接部に直角方向に働く応力は（ｓｉｎ^２θ）倍に減少する。
溶接部３１の面積は、θ＝９０°の場合と比較して（１／ｓｉｎθ）
Ｆｂは溶接部３１に沿う方向の力であるので、溶接部３１を面外変形させることはない。Ｆｂ＝Ｆ＊ｃｏｓθである。

１ 白金ルツボ
２ 底皿部
２０ 流出口
２１ 流出管
３ 周壁部
３０ 周壁板
３１ 溶接部
３２ 溶接部
３３ 補強テープ
３４ 補強テープ
４ 断熱ケース
４０ 原料投入口
５ スターラ
６ 鞘ルツボ

Claims (2)

1. 皿状の底皿部の上端に、周壁板を円筒状に丸め両側端を溶接して溶接部とし、円筒状の周壁部を形成すると共に、該周壁部の下端と前記底皿部の上端を溶接して一体化した白金ルツボにおいて、前記溶接部が、水平面となす角度θが１５°以上６０°以下になるように傾斜していることを特徴とする白金ルツボ。
2. 前記周壁部に螺旋状に形成された前記溶接部の外側に白金製の補強テープを鍛接した請求項１に記載の白金ルツボ。

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