JP5849971B2 - ガラス溶融装置、ガラス繊維製造装置及びガラス組成変更方法 - Google Patents

Description

この発明は、ガラス原料を溶融するガラス溶融装置、このガラス溶融装置を用いてガラス繊維を製造するガラス繊維製造装置、このガラス溶融装置で溶融するガラス組成を変更するガラス組成変更方法に関する。

一般的に、ガラス繊維を製造するガラス繊維製造装置は、ガラス原料を溶融するガラス溶融炉と、ガラス溶融炉の引出口から引き出された溶融ガラスの温度調整を行うフォアハースと、フォアハースに導入された溶融ガラスを繊維化してガラス繊維を紡糸する繊維化装置と、を備えている。そして、このガラス溶融炉には、ガラス原料の投入により発生した気泡や溶融しきれていないガラス原料が、溶融ガラスの表層流れによりガラス溶融炉から流れ出すのを抑制するために、溶融ガラスの液面付近を仕切りガラス溶融炉の底部からのみ溶融ガラスを通過させる機構が設けられる。これらの具体例としては、溶融炉の底面から溶融ガラスの引出口がある部分にかけて登り傾斜を設ける機構や、段差をつけたステップアップ構造を設ける機構、また特許文献１に記載された溶融槽と作業槽とを区画し仕切壁にスロートを設ける機構などがある。

特開平１１−３４３１２４号公報 特開平０７−１５７３１６号公報 特開平０９−２９５８２９号公報

ところで、ガラス繊維は、組成の違いにより無アルカリガラス繊維、高強度ガラス繊維、耐酸性ガラス繊維などの様々な種類がある。このため、従来は、ガラスの組成毎に専用のガラス繊維製造装置を用意することで、様々な種類のガラス繊維を製造していた。ところが、ガラスの組成毎に専用のガラス繊維製造装置を用意すると製造コストが高くなるため、同一のガラス繊維製造装置でガラスの組成を入れ替えることで様々な種類のガラス繊維の製造を可能にすることが望ましい。

しかしながら、組成の異なる二種類の溶融ガラスは、比重の大きな溶融ガラスは下層となり溶融炉の底面近傍に停滞し、また、比重の小さな溶融ガラスは上層となり溶融炉の上面付近に停滞することで、上層と下層に分離し、完全に混ざり合わないことが知られている。

また、従来技術を用いた炉では、上述のようにガラス溶融炉の底面よりも引出口が高い位置に設けられているため、上記理由から異なるガラス組成の迅速な変更ができない。

一般に組成変更の際には、特許文献２に記載されるように加熱と強制的な攪拌により押し出す手法や、特許文献３に記載されるような比重を揃える手法が採用されているが、これらの手法を用いたとしても迅速で効率的な組成変更をすることはできない。

以上の理由から、従来のガラス繊維製造装置では、ガラス組成を入れ替えるために長時間を要するという問題があった。

本発明者は、鋭意検討の結果、溶融炉内壁にガラスを弾く素材を用い、かつ必要に応じて可動させ溶融ガラスの排出を可能にするための下部可動式仕切板を設け、さらに溶融炉自体を可動式とし複数のフォアハースへ供給可能な機構を設けることを組み合わせることで、ガラス組成変更に要する時間を大幅に短縮でき、効率を劇的に向上させることができることを見出した。

そこで、本発明は、ガラス溶融炉に下部可動仕切板を設け、あらゆるガラス組成において組成を迅速に変更することができるガラス溶融装置、ガラス繊維製造装置及びガラス組成変更方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガラス溶融装置は、ガラス原料が投入される投入口の鉛直方向下方に配置されて底壁と側壁とを有するガラス溶融炉であって、底壁及び側壁の内面が窒化ホウ素で被覆されて、底壁に溶融ガラスの引出口が形成されたガラス溶融炉と、ガラス溶融炉を加熱する加熱手段と、投入口の鉛直方向下方に配置されるガラス溶融炉の第一領域と引出口が形成されるガラス溶融炉の第二領域との間に配置されてガラス溶融炉の底部を仕切る下部可動式仕切板と、第一領域における投入口と下部可動式仕切板との間に配置されてガラス溶融炉の上部を仕切る上部固定式仕切板（以下「上部仕切板」という）と、を有し、下部可動式仕切板は、鉛直方向上方に移動可能であることを特徴とする。

本発明に係るガラス溶融装置によれば、投入口から投入されたガラス原料は、ガラス溶融炉の第一領域に投下されて、加熱手段によるガラス溶融炉の加熱により溶融され、この溶融ガラスは、ガラス溶融炉の下方を潜り抜けたのちに下部可動式仕切板を越えてガラス溶融炉の第二領域に流出して、引出口から引き出される。そして、ガラス溶融炉で溶融するガラスの組成を変更する際は、投入口からのガラス原料の投入を停止して、下部可動式仕切板を鉛直方向上方に移動させることで、ガラス溶融炉の底部において第一領域と第二領域とが連通されるため、ガラス溶融炉内の溶融ガラスは、下部可動式仕切板により第一領域に留められることなく第二領域に移動し、引出口から引き出される。しかも、ガラス溶融炉の底壁及び側壁の内面を窒化ホウ素で被覆することで、ガラス溶融炉の底壁及び側壁から溶融ガラスが弾かれるため、ガラス溶融炉の底壁及び側壁に残留する溶融ガラスを大幅に削減することができる。これにより、ガラス溶融炉から溶融ガラスを迅速に引き出すことができ、ガラスの組成を迅速に変更することができる。

この場合、ガラス溶融炉の底面は、第一領域から第二領域に向かって下り勾配とされていることが好ましい。このようにガラス溶融炉の底面を下り勾配とすることで、溶融ガラスが自重により第一領域から第二領域に向けて移動するため、より迅速に引出口から溶融ガラスを引き出すことができる。

そして、ガラス溶融炉を覆い、第一領域の鉛直方向上方に投入口が形成されるとともに、引出口の鉛直方向下方に引出口から引き出された溶融ガラスを排出する排出口が形成されたケーシングを更に有することが好ましい。このようなケーシングを備えることで、ガラス溶融炉へのガラス原料の投入やガラス溶融炉からの溶融ガラスの引き出しを阻害することなく、ガラス溶融炉を様々な環境におくことが可能となる。

この場合、不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を更に有し、ケーシングは、不活性ガス供給手段から供給される不活性ガスをケーシング内に導入する不活性ガス導入口と、ケーシング内に導入された不活性ガスを排出する不活性ガス排出口と、が形成されていることが好ましい。このようにケーシング内に不活性ガスを導入してガラス溶融炉を不活性ガスの雰囲気に晒すことで、ガラス溶融炉の底壁及び側壁の酸化が抑制されるため、ガラス溶融炉を高温に加熱する場合にもガラス溶融炉の耐久性を向上させることができる。

本発明に係るガラス繊維製造装置は、上記何れかのガラス溶融装置と、ガラス溶融炉の下方に配置されて引出口から引き出された溶融ガラスが導入されるフォアハースと、フォアハースに導入された溶融ガラスを繊維化して紡糸する繊維化装置と、を有することを特徴とする。

本発明に係るガラス繊維製造装置によれば、上述したガラス溶融装置を備えるため、製造するガラス繊維の組成を変更する際に下部可動式仕切板を鉛直方向上方に移動させることで、ガラス溶融炉から溶融ガラスを迅速に引き出して、製造するガラス繊維の組成を迅速に変更することができる。

この場合、フォアハースは、水平方向に複数並設されていることが好ましい。このようにフォアハースを複数並設することで、ガラスの組成毎に異なるフォアハースを用いることができる。これにより、フォアハースからの溶融ガラスの引き出しを、ガラス溶融炉から独立して行うことができるため、フォアハースから溶融ガラスを完全に引き出す前に、変更する組成のガラス原料をガラス溶融炉で溶融し始めることができる。なお、一般に、フォアハースから溶融ガラスを引き出す時間は、ガラス溶融炉から溶融ガラスを引き出す時間よりも長いことから、このように構成することで、製造するガラス繊維の組成を更に迅速に変更することができる。

そして、引出口から引き出された溶融ガラスを何れか１つのフォアハースに導入する切替手段を更に有することが好ましい。このように切替手段を有することで、製造するガラス繊維の組成を容易に変更することができる。

本発明に係るガラス組成変更方法は、上記何れかのガラス溶融装置において溶融するガラスの組成を変更するガラス組成変更方法であって、下部可動式仕切板を鉛直方向上方に移動させて、ガラス溶融炉から溶融ガラスを引出口から引き出し、その後、下部可動式仕切板を鉛直方向下方に移動させてガラス溶融炉の底部を仕切り、投入口から変更する組成のガラス原料をガラス溶融炉に投入することを特徴とする。

本発明に係るガラス組成変更方法によれば、下部可動式仕切板を鉛直方向上方に移動させることで、ガラス溶融炉の底部おいて第一領域と第二領域とが連通されるため、上部仕切板の下方を潜り抜けたガラス溶融炉内の溶融ガラスは、下部可動式仕切板により第一領域に留められることなく第二領域に移動して、引出口から引き出される。その後、変更する組成のガラス原料をガラス溶融炉に投入する際に、下部可動式仕切板を鉛直方向下方に移動させてガラス溶融炉の底部を第一領域と第二領域とに仕切ることで、底部に溜まった不純物を堰き止めるとともに、未溶融ガラスの溶融経路を長くし、溶融ガラスの溶融炉内滞留時間を延ばすことができる。このように、下部可動式仕切板を鉛直方向に移動させることで、ガラス溶融炉から溶融ガラスを迅速に引き出すことができるとともに、変更する組成のガラス原料をガラス溶融炉において適切に溶融させることができ、ガラスの組成を迅速に変更することができる。

そして、引出口から引き出された溶融ガラスをガラス溶融炉の下方に配置されたフォアハースに導入する場合に、ガラス溶融炉の下方に配置されて引出口から引き出された溶融ガラスが導入されるフォアハースを水平方向に複数設けるとともに、引出口から引き出された溶融ガラスを何れか１つのフォアハースに導入する切替手段を設けておき、ガラス溶融炉から溶融ガラスを引出口から引き出すと、切替手段により引出口から引き出された溶融ガラスが導入されるフォアハースを別のフォアハースに切り替え、投入口から変更する組成のガラス原料をガラス溶融炉に投入することが好ましい。このように、フォアハースを複数並設しておき、ガラス溶融炉から溶融ガラスを引出口から引き出すと、切替手段により溶融ガラスを導入するフォアハースを別のフォアハースに切り替えるため、ガラス溶融炉から溶融ガラスを引き出すと、直ぐに、変更する組成のガラス原料をガラス溶融炉に投入して溶融することができる。これにより、ガラスの組成を迅速且つ容易に変更することができる。

本発明によれば、ガラス溶融炉に下部可動式仕切板を設け、あらゆるガラス組成において組成を迅速に変更することができる。

実施形態に係るガラス繊維製造装置の模式図である。 図１に示すガラス溶融炉の断面斜視図である。 下部可動式仕切板を上昇させた状態を示す図である。 図３に示すガラス溶融炉の断面斜視図である。 ガラス溶融炉を移動させた状態を示す図である。 下部可動式仕切板を下降させた状態を示す図である。 別の組成のガラス繊維を製造している状態を示す図である。 下部可動式仕切板の形状例を示した図である。 減圧脱泡炉を取り付けたガラス繊維製造装置の模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るガラス溶融装置、ガラス繊維製造装置及びガラス組成変更方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係るガラス繊維製造装置の模式図であり、図２は、図１に示すガラス溶融炉の断面斜視図である。なお、図２に示す矢印は、溶融ガラスが流れる凡その経路を示している。図１及び図２に示すように、ガラス繊維製造装置１は、床２に移動可能に載置される１台のガラス溶融装置１０と、床２の下方に配置される複数台の繊維化設備３０と、を備える。なお、本実施形態では、床２の下方に繊維化設備３０ａ及び繊維化設備３０ｂの２台の繊維化設備３０が配置されている。

ガラス溶融装置１０は、ガラス原料粉末やガラス塊などのガラス原料を溶融するガラス溶融炉１１と、ガラス溶融炉１１を覆うケーシング１８と、を備える。なお、ガラス原料粉末は、クレー、ライムストーン、ドロマイト、コレマナイト、シリカサンド、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウムなどの粉状の混合物であり、ガラス塊は、ガラス原料粉末を溶融した溶融ガラスを一旦冷却固化させたものである。

ガラス溶融炉１１は、略矩形の底壁１２と、底壁１２に立設された側壁１３とにより、上方に開口された箱状に形成されている。底壁１２及び側壁１３は、通電により発熱する電熱部材で形成されており、例えばモリブデンで構成される。また、底壁１２及び側壁１３の内面は、溶融ガラスに対して撥液性を有する（溶融ガラスを弾く）窒化ホウ素で被覆されている。そして、対向する側壁１３には、一対の電極部１３ａが形成されており、各電極部１３ａには、電流を供給する電源１４が接続される。このため、電源１４から一対の電極部１３ａを介してガラス溶融炉１１に電流を供給し、ガラス溶融炉１１を抵抗発熱させることで、ガラス溶融炉１１に投入されたガラス原料を溶融することが可能となっている。

このようなガラス溶融炉１１は、ガラス原料が投入される第一領域Ａと、溶融ガラスが引き出される第二領域Ｂと、が形成されている。そして、第二領域Ｂの底壁１２には、ガラス溶融炉１１から溶融ガラスを引き出すための引出口１５が形成されており、第一領域Ａと第二領域Ｂとの間に下部可動式仕切板１６が配置されており、第一領域Ａ内の投入口１９と下部可動式仕切板１６との間に上部仕切板１７が配置されている。なお、引出口１５の内面も窒化ホウ素で被覆されている。

下部可動式仕切板１６は、ガラス溶融炉１１の底部を仕切りガラス溶融炉１１の上部からのみ溶融ガラスを通過させる仕切板である。下部可動式仕切板１６は、対向する一対の側壁１３と底壁１２とに当接されて第一領域Ａと第二領域Ｂとを仕切る平板状に形成されており、その上部に、第一領域Ａと第二領域Ｂとを連通する複数の連通孔１６ａが形成されている。このため、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスは、下部可動式仕切板１６に形成された連通孔１６ａを通ることで、第二領域Ｂに移動することが可能となっている。

この下部可動式仕切板１６は、ガラス溶融炉１１に鉛直方向上方に移動可能に取り付けられている。具体的に説明すると、下部可動式仕切板１６は、ガラス溶融炉１１の側壁１３に形成された鉛直方向の溝１３ｂに摺動自在に嵌め込まれており、下部可動式仕切板１６の上端に、ケーシング１８を突き抜けて鉛直方向上方に延びる操作棒１６ｂが固定されている。このため、ケーシング１８の外側で操作棒１６ｂを引き下げると、操作棒１６ｂに連結された下部可動式仕切板１６が溝１３ｂに沿って鉛直方向下方に移動してガラス溶融炉１１の底部が仕切られ（封鎖され）、連通孔１６ａからのみ溶融ガラスが第一領域Ａから第二領域Ｂに移動することが可能となる。一方、ケーシング１８の外側で操作棒１６ｂを引き上げると、操作棒１６ｂに連結された下部可動式仕切板１６が溝１３ｂに沿って鉛直方向上方に移動してガラス溶融炉１１の底部が開放され、溶融ガラスがガラス溶融炉１１の底部において第一領域Ａから第二領域Ｂに移動することが可能となる。なお、操作棒１６ｂの引き上げ及び引き下げは、手動により行ってもよく、アクチュエータなどの駆動機構により行ってもよい。

上部仕切板１７は、溶融ガラスの液面付近であるガラス溶融炉１１の上部を仕切りガラス溶融炉１１の底部からのみ溶融ガラスを通過させる仕切板である。上部仕切板１７は、対向する一対の側壁１３と底壁１２とに当接されて第一領域Ａ内の投入口１９鉛直下方と下部可動式仕切板１６との間の位置を仕切る平板状に形成されており、その下部に、上部仕切板１７により仕切られた２つの領域を連通する切り欠き１７ａが形成されている。このため、第一領域Ａ内の投入口１９鉛直下方で溶融された溶融ガラスは、上部仕切板１７に形成された切り欠き１７ａを通ることで、上部仕切板１７により仕切られた第一領域Ａの下部可動式仕切板１６側に移動することが可能となっている。

この上部仕切板１７は、下部可動式仕切板１６の第一領域Ａ側に配置されて、ガラス溶融炉１１に固定されている。このため、第一領域Ａ内の投入口１９鉛直下方で溶融された溶融ガラスは、まず上部仕切板１７の下部に形成された切り欠き１７ａを通り、その後、下部可動式仕切板１６に形成された連通孔１６ａを通った後、第二領域Ｂに移動して引出口１５から引き出される。

そして、ガラス溶融炉１１を構成する底壁１２の底面１２ａは、第一領域Ａから第二領域Ｂに向かって下り勾配となっている。このため、下部可動式仕切板１６を鉛直方向上方に移動させた状態では、溶融ガラスを第一領域Ａに残すことなく第二領域Ｂの底壁１２に形成された引出口１５から引き出すことが可能となっている。

ケーシング１８は、天壁１８ａと、側壁１８ｂと、底壁１８ｃとにより、箱状に形成されている。

天壁１８ａには、ガラス溶融炉１１の第一領域Ａの鉛直方向上方に、ガラス原料をガラス溶融炉１１に投入するための投入口１９が形成されている。そして、この投入口１９には、ガラス溶融炉１１に投入するガラス原料を供給するスクリューチャージャー２０が連結されている。

側壁１８ｂには、ケーシング１８内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口２１が形成されている。そして、この不活性ガス導入口２１には、ケーシング１８内に導入する不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置２２が連結されている。なお、不活性ガス供給装置２２から供給されるガスは、非酸化性ガスであれば特に限定されず、例えば、アルゴンガスや窒素ガスなどが使用可能であり、その中でも、低コストで連続的に安定供給できる点で窒素ガスが好ましい。

底壁１８ｃには、ガラス溶融炉１１の引出口１５の鉛直方向下方に、引出口１５から引き出された溶融ガラスを排出すると共に、ケーシング１８内に導入された不活性ガスを排出するための排出口２３が形成されている。

更に、底壁１８ｃには、床２の上でケーシング１８を移動させるための移動機構２４が取り付けられている。移動機構２４は、ケーシング１８を移動させることができれば如何なる機構であってもよく、例えば、車輪であってもよい。

なお、ケーシング１８内には、ガラス溶融炉１１を断熱する耐火煉瓦や耐熱ボードなどの断熱材が挿入されている。

そして、床２には、ガラス溶融炉１１の引出口１５から引き出された溶融ガラスを各繊維化設備３０に導入するための床穴３が形成されている。この床穴３は、各繊維化設備３０に対応付けられており、繊維化設備３０ａの鉛直方向上方には床穴３ａが形成されており、繊維化設備３０ｂの鉛直方向上方には床穴３ｂが形成されている。

繊維化設備３０は、ガラス溶融炉１１の引出口１５から引き出された溶融ガラスを繊維化する設備であり、繊維化設備３０ａと繊維化設備３０ｂとが、床２の下方において、水平方向に並設されている。なお、繊維化設備３０ａと繊維化設備３０ｂとは、互いに構成が同一であるため、特に分けて説明する場合を除き、繊維化設備３０として説明する。この繊維化設備３０は、引出口１５から引き出された溶融ガラスが導入されるフォアハース３１と、フォアハース３１内の溶融ガラスから多数本のフィラメントを形成するブッシング３２と、ブッシング３２からフィラメントを引き出して高速で巻き取る回転ドラム３３と、ブッシング３２から引き出された各フィラメントに集束剤を塗布するアプリケータ３７と、各フィラメントを集束する集束ローラ３４と、を備えている。

フォアハース３１は、引出口１５から引き出された溶融ガラスが導入されるとともに、溶融ガラスの温度を調節して溶融ガラスを繊維化しやすい粘度に調整する貯留槽である。なお、繊維化設備３０ａのフォアハース３１ａと繊維化設備３０ｂのフォアハース３１ｂとは、互いに水平方向に並設されている。そして、フォアハース３１は、床穴３ａの鉛直方向下方に配置されており、引出口１５から引き出された溶融ガラスが導入される上部開口３５が形成されている。このフォアハース３１は、溶融ガラスの温度を調節するための加熱手段を備えている。この加熱手段は、例えば、フォアハース３１の天井面に吊り下げられた電気ヒータ３６でよく、また、電気ヒータ３６の代わりにガスバーナ等の溶融ガラスの温度を調節できる加熱手段であればどのようなものを用いてもよい。

ブッシング３２は、フォアハース３１の底部に設けられており、紡糸のための多数（例えば、１００〜４０００程度）のノズル（不図示）が形成されている。このブッシング３２は、溶融ガラスの温度を調節するための加熱手段（不図示）を備えている。この加熱手段は、ガラス溶融炉１１と同様に通電により抵抗発熱させるものである。このため、ブッシング３２は通電により発熱する電熱部材で形成されており、例えば白金や白金合金から構成されている。

次に、図面を参照して、本実施形態に係るガラス繊維製造装置１により製造するガラス繊維のガラス組成を変更する方法について説明する。

まず、図１及び図２を参照して、ガラス繊維製造装置１を用いたガラス繊維の製造方法について説明する。

図１及び図２に示すように、ガラス繊維の製造時は、移動機構２４によりガラス溶融装置１０を移動させて、ガラス溶融炉１１の引出口１５を、床２に形成される床穴３ａの鉛直方向上方に配置する。そして、下部可動式仕切板１６を鉛直方向下方に移動させて、ガラス溶融炉１１の底部を第一領域Ａと第二領域Ｂとの間で仕切る。また、真空ポンプでケーシング１８内を真空状態もしくは少なくとも減圧状態にしてケーシング１８内に存在する酸素を排除した後、不活性ガス供給装置２２から供給される不活性ガスを、不活性ガス導入口２１からケーシング１８内に導入する操作をケーシング１８内の酸素濃度が少なくとも１％以下になるまで数回繰り返して、ケーシング１８内を不活性ガス雰囲気とする。なお、不活性ガスを導入する前にケーシング１８内に充満していた気体やケーシング１８内に導入された不活性ガスは、排出口２３から排出される。

次に、ケーシング１８内が不活性ガス雰囲気となった状態で、電源１４から電流を供給してガラス溶融炉１１を加熱し、スクリューチャージャー２０からガラス原料粉末やガラス塊などのガラス原料を供給する。すると、このガラス原料は、投入口１９からガラス溶融炉１１の第一領域Ａ内の投入口１９鉛直下方に投入されて、加熱されたガラス溶融炉１１により溶融される。なお、このとき、繊維化設備３０ａのフォアハース３１ａ及びブッシング３２ａも加熱しておく。

すると、第一領域Ａ内の投入口１９鉛直下方で溶融された溶融ガラスは、上部仕切板１７に形成された切り欠き１７ａ及び下部可動式仕切板１６に形成された連通孔１６ａを通って第一領域Ａから第二領域Ｂに移動し、第二領域Ｂの底壁１２に形成された引出口１５から鉛直方向下方に引き出される。この引出口１５から引き出された溶融ガラスは、ケーシング１８に形成された排出口２３、床２に形成された床穴３ａ及び繊維化設備３０ａのフォアハース３１ａに形成された上部開口３５ａを通ってフォアハース３１ａ内に導入され、更に、フォアハース３１ａの底部に設けられたブッシング３２ａの多数のノズルからガラスフィラメントとして引き出される。そして、ブッシング３２ａの多数のノズルから引き出されたガラスフィラメントにアプリケータ３７ａで集束剤を塗布し、集束ローラ３４ａで多数のガラスフィラメントを集束しながら高速回転する回転ドラム３３ａで巻き取ることで、細長いガラスフィラメントが集束されたガラス繊維が製造される。

次に、図３〜図７を参照して、ガラス繊維製造装置１を用いて製造するガラス繊維の組成を変更する方法について説明する。図３は、下部可動式仕切板１６を上昇させた状態を示す図であり、図４は、図３に示すガラス溶融炉の断面斜視図である。図５は、ガラス溶融炉を移動させた状態を示す図である。図６は、下部可動式仕切板１６を下降させた状態を示す図である。図７は、別の組成のガラス繊維を製造している状態を示す図である。

図３及び図４に示すように、製造するガラス繊維の組成を変更する際は、まず、スクリューチャージャー２０からのガラス原料の供給を停止し、下部可動式仕切板１６を上方に移動させる。すると、ガラス溶融炉１１の底部が下部可動式仕切板１６から開放されて、ガラス溶融炉１１の底部において第一領域Ａと第二領域Ｂとが連通する。このため、第一領域Ａ内の溶融ガラスは、下部可動式仕切板１６により第一領域Ａに溜められることなく底面１２ａの勾配に沿って第二領域Ｂに移動し、引出口１５からフォアハース３１ａに向けて引き出される。

ガラス溶融炉１１内の溶融ガラスが全て引き出されると、図５に示すように、移動機構２４によりガラス溶融装置１０を移動させて、ガラス溶融炉１１の引出口１５を、床２に形成される床穴３ｂの鉛直方向上方に配置する。

このとき、繊維化設備３０ａでは、未だフォアハース３１ａに溶融ガラスが貯留されているため、ガラス溶融装置１０とは独立して、フォアハース３１ａに貯留されている全ての溶融ガラスがなくなるまで回転ドラム３３ａを高速回転させてガラス繊維を製造する。なお、この場合、ガラス繊維の製造を中止して、フォアハース３１ａに貯留されている全ての溶融ガラスがなくなるまでブッシング３２ａから溶融ガラスを垂れ流すようにしてもよい。

引出口１５が床穴３ｂの鉛直方向上方に配置されると、図６に示すように、下部可動式仕切板１６を鉛直方向下方に移動させて、ガラス溶融炉１１の底部を第一領域Ａと第二領域Ｂとの間で仕切る。次に、真空ポンプでケーシング１８内を真空状態もしくは少なくとも減圧状態にしてケーシング１８内に存在する酸素を排除した後、不活性ガス供給装置２２から不活性ガスを供給する操作をケーシング１８内の酸素濃度が少なくとも１％以下になるまで数回繰り返して、ケーシング１８内を不活性ガス雰囲気とする。なお、下部可動式仕切板１６を鉛直方向下方に移動させるのは、ガラス溶融炉１１内の溶融ガラスを引出た後であれば如何なるタイミングであってもよく、例えば、ガラス溶融装置１０を移動させる前であってもよい。

そして、ケーシング１８内が不活性ガス雰囲気となった状態で、電源１４から電流を供給してガラス溶融炉１１を加熱し、スクリューチャージャー２０から別の組成のガラス原料を供給する。すると、この別の組成のガラス原料は、投入口１９からガラス溶融炉１１の第一領域Ａに投入されて、加熱されたガラス溶融炉１１により溶融される。なお、このとき、繊維化設備３０ｂのフォアハース３１ｂ及びブッシング３２ｂも加熱しておく。

第一領域Ａで溶融された別の組成の溶融ガラスは、図７及び図２に示すように、上部仕切板１７に形成された切り欠き１７ａ及び下部可動式仕切板１６に形成された連通孔１６ａを通って第一領域Ａから第二領域Ｂに移動し、第二領域Ｂの底壁１２に形成された引出口１５から鉛直方向下方に引き出される。この引出口１５から引き出された溶融ガラスは、ケーシング１８に形成された排出口２３、床２に形成された床穴３ｂ及び繊維化設備３０ｂのフォアハース３１ｂに形成された上部開口３５ｂを通ってフォアハース３１ｂ内に導入され、更に、フォアハース３１ｂの底部に設けられたブッシング３２ｂの多数のノズルからガラスフィラメントとして導出される。そして、ブッシング３２ｂの多数のノズルから導出されたガラスフィラメントにアプリケータ３７ｂで集束剤を塗布し、集束ローラ３４ｂで多数のガラスフィラメントを集束しながら高速回転する回転ドラム３３ｂで巻き取ることで、細長いフィラメントが集束された別の組成のガラス繊維が製造される。

以上説明したように、本実施形態によれば、ガラス溶融炉１１で溶融するガラスの組成を変更する際は、投入口１９からのガラス原料の投入を停止して、下部可動式仕切板１６を鉛直方向上方に移動させることで、ガラス溶融炉１１の底部において第一領域Ａと第二領域Ｂとが連通されるため、上部仕切板１７の切り欠き１７ａを潜り抜けたガラス溶融炉１１内の溶融ガラスは、下部可動式仕切板１６により第一領域Ａに留められることなく第二領域Ｂに移動し、引出口１５から引き出される。しかも、ガラス溶融炉１１の底壁１２及び側壁１３の内面を窒化ホウ素で被覆することで、ガラス溶融炉１１の底壁１２及び側壁１３から溶融ガラスが弾かれるため、ガラス溶融炉１１の底壁１２及び側壁１３に残留する溶融ガラスを大幅に削減することができる。これにより、ガラス溶融炉１１から溶融ガラスを迅速に引き出すことができ、ガラスの組成を迅速に変更することができる。

また、ガラス溶融炉１１の底面１２ａを下り勾配とすることで、溶融ガラスが自重により第一領域Ａから第二領域Ｂに向けて移動するため、より迅速に引出口１５から溶融ガラスを引き出すことができる。

また、ガラス溶融炉１１を覆うケーシング１８を備えることで、ガラス溶融炉１１へのガラス原料の投入やガラス溶融炉１１からの溶融ガラスの引き出しを阻害することなく、ガラス溶融炉１１を様々な環境におくことが可能となる。そして、ケーシング１８内に不活性ガスを導入してガラス溶融炉１１を不活性ガスの雰囲気に晒すことで、ガラス溶融炉１１の底壁１２及び側壁１３の酸化が抑制されるため、ガラス溶融炉１１を高温に加熱する場合にもガラス溶融炉１１の耐久性を向上させることができる。

更に、繊維化設備３０を複数並設することで、フォアハース３１からの溶融ガラスの引き出しを、ガラス溶融炉１１から独立して行うことができるため、フォアハース３１から溶融ガラスを完全に引き出す前に、変更する組成のガラス原料をガラス溶融炉１１で溶融し始めることができる。なお、一般に、フォアハース３１から溶融ガラスを引き出す時間は、ガラス溶融炉１１から溶融ガラスを引き出す時間よりも長いことから、このように構成することで、製造するガラス繊維の組成を更に迅速に変更することができる。

そして、移動機構２４によりケーシング１８を移動させて、導入するフォアハース３１を択一的に選択することで、製造するガラス繊維の組成を容易に変更することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、ガラス溶融炉１１がケーシング１８に覆われるものとして説明したが、ガラス溶融炉１１を不活性ガス雰囲気に晒す必要が無い場合は、必ずしもケーシング１８でガラス溶融炉１１を覆う必要はない。この場合、移動機構２４は、直接的又は間接的にガラス溶融炉１１に取り付け、ガラス溶融炉１１を移動させるものとする。

また、上記実施形態において、下部可動式仕切板１６は、連通孔１６ａにより第一領域Ａの溶融ガラスを第二領域Ｂに移動させるものとして説明したが、ガラス溶融炉１１の底部を仕切ることができれば如何なる形状であってもよい。例えば、図８に示す下部可動式仕切板１６’のように、溶融ガラスの液面高さよりも低い平板状とし、ガラス溶融炉１１の底部を仕切るとともに、下部可動式仕切板１６’の上方から第一領域Ａの溶融ガラスを第二領域Ｂに移動させるものとしてもよい。

また、上記実施形態では、加熱手段として、電源１４によりガラス溶融炉１１を通電してガラス溶融炉１１を抵抗発熱させるものとして説明したが、ガラス溶融炉１１を加熱してガラス原料を溶融させることができれば如何なる手段を用いてもよい。例えば、複数本の電極をガラス溶融炉１１内に挿入してガラス原料及び溶融ガラスを直接加熱するブースティング型の加熱手段を用いてもよい。

また、上記実施形態では切替手段として、移動機構２４を用いるものとして説明したが、引出口１５から引き出された溶融ガラスを何れか１つのフォアハース３１に導入することができれば如何なる手段を用いてもよい。例えば、ガラス溶融装置１０を固定しておき、引出口１５から引き出された溶融ガラスを何れか１つのフォアハース３１に導入する流路を設けておき、この流路の配置を替えることで、引出口１５から引き出された溶融ガラスを所望のフォアハース３１に導入するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、繊維化設備３０を複数併設するものとして説明したが、フォアハースから溶融ガラスを迅速に引き出すことができれば、繊維化設備３０を１台のみとしてもよい。

また、上記実施形態では、引出口１５から引き出された溶融ガラスを直接フォアハース３１に導入するものとして説明したが、図９に示すガラス繊維製造装置４０のように、引出口１５から引き出された溶融ガラスを、溶融ガラス貯留槽４１及び減圧脱泡炉４２などの中間槽を介してフォアハース３１に導入してもよい。なお、減圧脱泡炉４２は、溶融ガラスが導入される炉４３をケーシング４４で気密に覆うとともに、このケーシング４４内を減圧ポンプ４５により減圧することで、炉４３に導入された溶融ガラスの脱泡を促すものである。

次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例では、上述した実施形態のガラス溶融装置１０と同様に、ガラス溶融炉１１を構成する底壁１２及び側壁１３の内面を窒化ホウ素で被覆し、下部可動式仕切板１６が鉛直方向上方に移動可能なガラス溶融装置１０を作成した。

そして、一旦、ガラス溶融炉１１内に溶融ガラスを満たした後、下部可動式仕切板１６を引き上げて引出口１５から溶融ガラスを引き出し、ガラス溶融炉１１内にどれだけの溶融ガラスが残っているのかを観察した。

観察の結果、側壁１３及び第一領域Ａの底壁１２には、殆ど溶融ガラスが残っていなかった。一方、第二領域Ｂの底壁１２には、溶融ガラスが僅かに残っていたが、そのまま変更するガラス組成のガラス原料を投入しても支障のない程度であった。

この結果、底壁１２及び側壁１３の内面を窒化ホウ素で被覆し、下部可動式仕切板１６を引き上げることで、特にガラス溶融炉１１を引っくり返すなどの手段を講じなくても、ガラス組成を変更することができるため、ガラスの組成を迅速に変更できることが分かった。

本発明は、ガラス原料を溶融するガラス溶融装置、このガラス溶融装置を用いてガラス繊維を製造するガラス繊維製造装置、このガラス溶融装置で溶融するガラス組成を変更するガラス組成変更方法として利用可能である。

１…ガラス繊維製造装置、２…床、３（３ａ，３ｂ）…床穴、１０…ガラス溶融装置、１１…ガラス溶融炉、１２…底壁、１２ａ…底面、１３…側壁、１３ａ…電極部、１３ｂ…溝、１４…電源、１５…引出口、１６…下部可動式仕切板、１６ａ…連通孔、１６ｂ…操作棒、１７…上部仕切板（上部固定式仕切板）、１７ａ…切り欠き、１８…ケーシング、１８ａ…天壁、１８ｂ…側壁、１８ｃ…底壁、１９…投入口、２０…スクリューチャージャー、２１…不活性ガス導入口、２２…不活性ガス供給装置（不活性ガス供給手段）、２３…排出口（不活性ガス排出口）、２４…移動機構、３０（３０ａ，３０ｂ）…繊維化設備、３１（３１ａ，３１ｂ）…フォアハース、３２（３２ａ，３２ｂ）…ブッシング（繊維化装置）、３３（３３ａ，３３ｂ）…回転ドラム（繊維化装置）、３４（３４ａ，３４ｂ）…集束ローラ（繊維化装置）、３５（３５ａ，３５ｂ）…上部開口、３６（３６ａ，３６ｂ）…電気ヒータ、３７（３７ａ，３７ｂ）…アプリケータ、４０…ガラス繊維製造装置、４１…溶融ガラス貯留槽、４２…減圧脱泡炉、４３…炉、４４…ケーシング、４５…減圧ポンプ、Ａ…第一領域、Ｂ…第二領域。

Claims (9)

1. ガラス原料が投入される投入口の鉛直方向下方に配置されて底壁と側壁とを有するガラス溶融炉であって、前記底壁及び前記側壁の内面が窒化ホウ素で被覆されて、前記底壁に溶融ガラスの引出口が形成されたガラス溶融炉と、
   前記ガラス溶融炉を加熱する加熱手段と、
   前記投入口の鉛直方向下方に配置される前記ガラス溶融炉の第一領域と前記引出口が形成される前記ガラス溶融炉の第二領域との間に配置されて前記ガラス溶融炉の底部を仕切る下部可動式仕切板と、
   前記第一領域における前記投入口と前記下部可動式仕切板との間に配置されて前記ガラス溶融炉の上部を仕切る上部固定式仕切板と、
   を有し、
   前記下部可動式仕切板は、鉛直方向上方に移動可能であることを特徴とするガラス溶融装置。
2. 前記ガラス溶融炉の底面は、前記第一領域から前記第二領域に向かって下り勾配とされていることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融装置。
3. 前記ガラス溶融炉を覆い、前記第一領域の鉛直方向上方に前記投入口が形成されるとともに、前記引出口の鉛直方向下方に前記引出口から引き出された溶融ガラスを排出する排出口が形成されたケーシングを更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス溶融装置。
4. 不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を更に有し、
   前記ケーシングは、
   前記不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスを前記ケーシング内に導入する不活性ガス導入口と、
   前記ケーシング内に導入された不活性ガスを排出する不活性ガス排出口と、
   が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のガラス溶融装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のガラス溶融装置と、
   前記ガラス溶融炉の下方に配置されて前記引出口から引き出された溶融ガラスが導入されるフォアハースと、
   前記フォアハースに導入された溶融ガラスを繊維化して紡糸する繊維化装置と、
   を有することを特徴とするガラス繊維製造装置。
6. 前記フォアハースは、水平方向に複数並設されていることを特徴とする請求項５に記載のガラス繊維製造装置。
7. 前記引出口から引き出された溶融ガラスを何れか１つの前記フォアハースに導入する切替手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載のガラス繊維製造装置。
8. 請求項１〜４の何れか１項に記載のガラス溶融装置において溶融するガラスの組成を変更するガラス組成変更方法であって、
   前記下部可動式仕切板を鉛直方向上方に移動させて、前記ガラス溶融炉から溶融ガラスを引出口から引き出し、
   その後、前記下部可動式仕切板を鉛直方向下方に移動させて前記ガラス溶融炉の底部を仕切り、前記投入口から変更する組成のガラス原料を前記ガラス溶融炉に投入することを特徴とするガラス組成変更方法。
9. 前記引出口から引き出された溶融ガラスを前記ガラス溶融炉の下方に配置されたフォアハースに導入する場合に、
   前記ガラス溶融炉の下方に配置されて前記引出口から引き出された溶融ガラスが導入されるフォアハースを水平方向に複数設けるとともに、前記引出口から引き出された溶融ガラスを何れか１つの前記フォアハースに導入する切替手段を設けておき、
   前記ガラス溶融炉から溶融ガラスを前記引出口から引き出すと、
   前記切替手段により前記引出口から引き出された溶融ガラスが導入される前記フォアハースを別の前記フォアハースに切り替え、
   前記投入口から変更する組成のガラス原料を前記ガラス溶融炉に投入することを特徴とする請求項８に記載のガラス組成変更方法。
   

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