JP6469542B2

JP6469542B2 - ガラス管の製造方法

Info

Publication number: JP6469542B2
Application number: JP2015144048A
Authority: JP
Inventors: 元蓑輪; 俊朗神田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; Nichiden Glass Kako KK
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; Nichiden Glass Kako KK
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: JP2017024936A

Description

本発明は、結晶化ガラス管を製造する方法、及びガラス管の保持器具に関する。

結晶化ガラスは、機械的強度や化学耐久性等が高い等、優れた特性を有しており、これらの特性を生かして各種の用途に使用されている。例えば、建築物の建築用資材（外壁材や内壁材等）、据え置き型ストーブや暖炉等の暖房装置の窓といった用途には、結晶化させたガラス板（結晶化ガラス板）が使用される。また、トースターや観賞用水槽におけるヒーターの保護管として、結晶化させたガラス管（結晶化ガラス管）が使用されている。

ガラス板を結晶化させる方法として、特許文献１には、結晶性ガラス板及びセッター（トチともいう）を準備する準備工程と、セッターに結晶性ガラス板を載置する載置工程と、セッターに載置された結晶性ガラス板を結晶化させるために加熱する結晶化工程とを備える製造方法が開示されている。

この特許文献１では、セッターに載置された屈曲形状を有する結晶性ガラス板を加熱した場合に、結晶化による収縮変形が生じてしまい、所望の形状を有した結晶化ガラス板を製造することができないという問題が指摘されている（同文献の段落０００３〜００１１及び図６〜図９参照）。

この問題を解決するために、特許文献１に係る発明では、セッターを、第１の分割部（第１の台座部）と、第２の分割部（第２の台座部）とに分割し、これらの分割部に移動手段（ローラー）を設け、載置工程において、結晶性ガラス板の一部をセッターの第１の分割部及び第２の分割部に跨って配置させている。これにより、特許文献１に係る発明では、結晶化ガラス板を精度よく製造できるようになっている。

特開２０１５−１１３２６３号公報

上記のようなガラス板に限らず、ガラス管を結晶化させる場合においても、その収縮変形を考慮する必要がある。この点について、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、ガラス管を結晶化させる場合に特有の問題を見出した。以下、図６を参照しながら、ガラス管を結晶化させる場合に起こる問題について説明する。

図６（ａ）は、円筒状の直管として構成される複数のガラス管ＧをセッターＳに載置した状態を示す。ガラス管Ｇは、セッターＳに載置された状態で図示しない加熱装置（加熱炉）内に導入され、所定温度で加熱される。

このような状態で加熱を行うと、ガラス管Ｇの上部の熱履歴と下部の熱履歴とが異なるため、ガラス管Ｇが湾曲変形してしまうことが判った。すなわち、ガラス管Ｇの下部は、セッターＳと接触していることから、他の部分と比して昇温が遅れ、これによって、他の部分よりも結晶化が遅れる。一方、最も昇温が速く、結晶化が進行するのは、ガラス管Ｇの上部である。したがって、ガラス管Ｇの上部と下部とでは、結晶化に時間差が生じることとなる。

このように、ガラス管Ｇの上部の結晶化が先行し、ガラス管Ｇの下部が遅れて結晶化されると、ガラス管Ｇの下部が上部と比較してより大きく収縮することが判った。ガラス管Ｇの下部が他の部分に比して大きく収縮すると、図６（ｂ）に示すように、直管であったガラス管Ｇが結晶化によって大きく湾曲変形してしまっていた。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したガラス管の加熱処理後の側面図を示す。このため、ガラス管Ｇを所期の精度で直管として結晶化することが困難であった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、加熱によるガラス管の湾曲を抑制することが可能なガラス管の製造方法を提供することを課題とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、原ガラス管を加熱処理するガラス管の製造方法であって、耐熱性の保持型に前記原ガラス管を載置する工程と、前記保持型に載置された前記原ガラス管に耐熱性の被覆部材を被せる工程と、前記原ガラス管を加熱装置により加熱して熱処理されたガラス管を得る工程と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、保持型に載置したガラス管に被覆部材を被せ、この状態で原ガラス管に加熱処理を施すことで、保持型に接触する原ガラス管の下部と、他の部分との間の昇温の時間差を可及的に短縮できる。これにより、加熱によるガラス管の湾曲変形を抑制できる。

この場合、前記被覆部材には、セラミックペーパーを使用することが望ましい。セラミックペーパーは、未繊維化粒子の多くを除去したセラミックファイバー原綿を主原料とし、少量の有機結合材を加えて抄造した、断熱性の高い断熱・耐熱紙であり、軽量で可撓性を有することから、取り回しが容易である。

また、本発明に係るガラス管の製造方法は、前記原ガラス管に被せられた前記被覆部材を耐熱性の固定部材により固定する工程をさらに備えることが望ましい。これによって、製造中に被覆部材が保持型から脱落することを防止できる。

本発明に係るガラス管の製造方法では、前記原ガラス管は結晶性ガラスからなり、前記被覆部材が被せられた前記原ガラス管を前記加熱装置により結晶化温度以上に加熱して結晶化させることを特徴とする。

かかる構成によれば、保持型に設置したガラス管に被覆部材を被せ、この状態でガラス管を結晶化のための加熱を行うことで、保持型に接触するガラス管の下部と、他の部分との間の昇温及び結晶化の時間差を可及的に短縮できる。これにより、ガラス管の結晶化による湾曲変形を抑制できる。

例えば、ガラス管の保持器具としては、ガラス管を保持する耐熱性の保持型と、前記保持型に保持される前記ガラス管に被せられる耐熱性の被覆部材とを備えたものが使用され得る。

保持器具の保持型に載置したガラス管に被覆部材を被せ、この状態でガラス管を結晶化のための加熱を行うことで、保持型に接触するガラス管の下部と、他の部分との間の昇温及び結晶化の時間差を可及的に短縮できる。これにより、ガラス管の結晶化による湾曲変形を抑制できる。

本発明によれば、加熱によるガラス管の湾曲変形を抑制することができる。

第１実施形態に係る保持器具によりガラス管を保持した状態を示す正面図である。保持器具によりガラス管を保持した状態を示す平面図である。加熱装置を説明するための概念図である。ガラス管を保持器具に保持させる方法を示す正面図である。（ａ）図は載置工程を示し、（ｂ）図は被覆工程を示し、（ｃ）図は固定工程を示す。第２実施形態に係る保持器具によりガラス管を保持した状態を示す正面図である。従来の方法によりガラス管を結晶化させる方法を説明するための図である。（ａ）図はガラス管の正面図を示し、（ｂ）図はガラス管の側面図を示す。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図４は、本発明に係るガラス管の製造方法及びこの方法に使用される保持器具の第１実施形態を示す。

保持器具１は、図１に示すように、複数のガラス管Ｇを保持する保持型２（いわゆるトチ）と、この保持型２に載置されたガラス管Ｇに被せられる被覆部材３と、この被覆部材３を固定する固定部材４ａ，４ｂとを備える。

保持型２は、基台５と、この基台５上にスライド可能に配置されるとともに、ガラス管Ｇの位置決めを行う位置決め部材６ａ，６ｂ（ストッパ）とを備える。基台５及び位置決め部材６ａ，６ｂは、耐火物により板状に構成される。基台５及び位置決め部材６ａ，６ｂは、例えば結晶化ガラスからなる。本実施形態では、基台５及び位置決め部材６ａ，６ｂは、主結晶がβ−スポジュメン固溶体であり、β−スポジュメン固溶体の含有率が９０質量％以上である結晶化ガラスからなる。基台５及び位置決め部材６ａ，６ｂの熱膨張係数は、特に限定されないが、小さい方が好ましく、例えば３０℃〜７５０℃における平均線熱膨張係数は、−１０×１０−７／℃〜３０×１０−７／℃の範囲内にあることが好ましい。

被覆部材３は、可撓性を有するシート状に構成される。本実施形態では、被覆部材３としてセラミックペーパーが使用され得る。セラミックペーパーは、未繊維化粒子の多くを除去したセラミックファイバー原綿を主原料とし、抄造した、断熱性の高い断熱・耐熱紙である。被覆部材としては、セラミックペーパーに限らず、グラスウールをシート状に構成したもの、不織布その他の各種耐熱性素材を使用できる。被覆部材３は、図２に示すように、保持型２に載置された全てのガラス管Ｇを被覆するように、基台５上に並設されたガラス管Ｇの平面視における面積（面積の和）よりも大きな面積を有する。なお、図２は、図１に示したガラス管Ｇの保持状態を示す平面図である。

固定部材４ａ，４ｂは、耐火物（例えばムライト、コーディライト等）によりブロック状に構成される。本実施形態では、二個の固定部材４ａ，４ｂが使用されており、これらは被覆部材３の一端部と他端部の上に載置されることで、この被覆部材３を保持型２（位置決め部材６ａ，６ｂ）に固定している。

本実施形態において、結晶化の対象となるガラス管Ｇは、結晶性ガラスにより円筒状に構成される。ここで「結晶性ガラス」とは、熱処理により結晶化し、結晶化ガラスとなり得るガラスのことをいう。

図３に示すように、ガラス管Ｇは、保持器具１に保持されたままの状態で、加熱装置７により加熱される。加熱装置７は、図３に示すように、加熱炉８と、ガラス管Ｇを保持する保持器具１を搬送する搬送装置９とを備える。

加熱炉８は、内部に複数のヒーター（図示せず）を備え、これらのヒーターにより、加熱炉８の入口８ａから出口８ｂにわたって温度勾配が形成されている。具体的には、加熱炉８の入口８ａ及び出口８ｂ付近では、低温に設定されており、加熱炉８の中央部は、ガラス管Ｇが結晶化する程度の高温に設定されている。本実施形態では、加熱温度８９０℃〜９００℃程度でガラス管Ｇに透明な結晶が析出するように設定されているが、これに限定されない。

図３に示すように、ガラス管Ｇは、保持器具１に保持された状態で、搬送装置９上を搬送される。より具体的には、搬送装置９は、ガラス管Ｇを保持した保持器具１を、加熱炉８の入口８ａから炉内に搬入し、出口８ｂから搬出させる。搬送装置９によってガラス管Ｇを加熱炉８の入口８ａから出口８ｂまで搬送することにより、加熱炉８によるガラス管Ｇの加熱（結晶化）及び冷却が行われる。

以下、上記構成の保持器具１を使用してガラス管Ｇを結晶化させる方法（ガラス管の製造方法）について説明する。本方法では、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラスからなるガラス管Ｇを製造する例を説明するが、これに限定されない。

まず、ガラス管Ｇを保持型２に載置する（載置工程）。この載置工程では、図４（ａ）に示すように、対象となる複数（図例では５本）のガラス管Ｇを基台５に載置する。基台５上では二つの位置決め部材６ａ，６ｂが離間して配置されており、全てのガラス管Ｇがこれら位置決め部材６ａ，６ｂの間で基台５上に配置される。位置決め部材６ａ，６ｂによるガラス管Ｇの位置決めは、二つの位置決め部材６ａ，６ｂのうち、一方の位置決め部材６ａ側にガラス管Ｇを片寄らせるとともに、他方の位置決め部材６ｂをスライドさせて一方の位置決め部材６ａに接近させる。二つの位置決め部材６ａ，６ｂは、一列に並べられた複数のガラス管Ｇの内、両端のガラス管Ｇに接触することで、全てのガラス管Ｇをその間に位置決めする。以上により、複数のガラス管Ｇは、基台５上に位置決めされた状態で整列する。この状態において、全てのガラス管Ｇは、その下部が基台５の上面に接触している。

次に、図４（ｂ）に示すように、保持型２に載置された複数のガラス管Ｇに被覆部材３が被せられる（被覆工程）。この被覆工程では、図２に示すように、被覆部材３が全てのガラス管Ｇの全長及び全幅にわたってこれを被覆するが、図１及び図４（ｃ）に示すように、正面視では、被覆部材３は、ガラス管Ｇの長手方向における端面を被覆していない。すなわち、被覆部材３は、ガラス管Ｇの側部（上部）を完全に被覆するが、ガラス管Ｇの端面を被覆しない。また、被覆部材３は、全てのガラス管Ｇの上部に接触した状態でこれらを被覆する（図１参照）。

その後、図１及び図４（ｃ）に示すように、ガラス管Ｇを被覆する被覆部材３の固定部材４ａ，４ｂが載置される（固定工程）。

その後、ガラス管Ｇは、図３に示すように、保持器具１にて保持されたままで、加熱装置７の加熱炉８に導入され、所定温度に加熱される（加熱工程）。加熱工程では、搬送装置９により、ガラス管Ｇを収容した保持器具１が加熱炉８の入口８ａから炉内に搬入され、ガラス管Ｇは、加熱炉８の入口８ａから中央部まで搬送される間、徐々に加熱されるとともに、中央部に到達したときに、結晶化する。その後、ガラス管Ｇは、加熱炉８の出口８ｂまで搬送されて徐冷される（冷却工程）。なお、保持器具１は、上下に積載されて搬送されてもよく、一つずつ搬送されてもよい。

以上説明した本実施形態によれば、耐熱性の保持型２に載置したガラス管Ｇに耐熱性の被覆部材３を被せ、この状態でガラス管Ｇを結晶化のための加熱を行うことで、保持型２に接触するガラス管Ｇの下部と、他の部分、特に上部との間の結晶化の時間差を可及的に短縮できる。これにより、ガラス管Ｇの結晶化による湾曲変形を抑制することができる。すなわち、ガラス管Ｇに被覆部材３が被せられると、加熱炉８内においてガラス管Ｇに対する熱の対流がこの被覆部材３により遮蔽される。本発明によりガラス管Ｇの湾曲変形が抑制されるのは、この被覆部材３におる断熱効果により、被覆部材３が被せられない場合と比較して、ガラス管Ｇの上部の昇温が遅れ、カラス管Ｇの下部の昇温速度とほぼ等しくなることにより、上部と下部の結晶化がほぼ同程度に進行することによるものと推察される。

図５は、ガラス管Ｇの製造方法に使用される保持器具１の第２実施形態を示す。本実施形態では、保持型２及び被覆部材３の構成が第１実施形態とは異なる。

本実施形成において、保持型２は、基台５の上面にガラス管Ｇを保持する複数の支持部５ａを有する。各支持部５ａは、ガラス管Ｇの外面の一部に面接触するように、凹曲面として構成されるが、ガラス管Ｇと支持部５ａとの接触面積は可能な限り小さくされることが望ましい。この支持部５ａの曲率半径は、ガラス管Ｇの半径とほぼ等しくなっている。本実施形態では、この支持部５ａによってガラス管Ｇが位置決めされるため、第１実施形態に係る位置決め部材６ａ，６ｂを要しない。

第１実施形態において、被覆部材３は可撓性を有するシート状に構成されていたが、本実施形態では、被覆部材３は、剛性を有する板状に構成される。この被覆部材３は、ブロック状に構成される耐熱性のスペーサ部材１０ａ，１０ｂを介して基台５に載置されている。被覆部材３は、スペーサ部材１０ａ，１０ｂにより、基台５上に載置される全てガラス管Ｇの上部に接触するように位置付けられる。図５に示すように、被覆部材３の両端部には、スペーサ部材１０ａ，１０ｂとともに被覆部材３を挟持するように、固定部材４ａ，４ｂが載置されている。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、載置工程、被覆工程、固定工程、加熱工程、及び冷却工程を経て結晶化したガラス管Ｇが製造され得る。本実施形態によって製造された結晶化ガラス管Ｇは、第１実施形態と同様に、結晶化による湾曲が大幅に抑制されたものとなる。

以下、本発明に係るガラス管の製造方法に係る実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例として、直径１２ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、肉厚１．０ｍｍの結晶性ガラスからなるガラス管を保持器具に保持させ、加熱することで結晶化させた。結晶化にあたり、保持器具の保持型及び位置決め部材として、日本電気硝子株式会社製の結晶化ガラス板（Ｎ―１１）を使用した。また、被覆部材として、３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚み１ｍｍ、２０ｇのアルミナペーパーを使用した。加熱装置の加熱によりガラス管を結晶化させた後、その変形量（反り量）を測定した。実施例では、結晶化ガラス管の変形量は０．４ｍｍであった。なお、この変形量（ｍｍ）は、ガラス管を定盤に載置して、その盤面から最も離れているガラス管の部位（例えば長手方向中央位置）において盤面との距離を測定した。

比較例として、実施例と同じサイズのガラス管を保持型に保持させた状態で、被覆部材を被せることなくこのガラス管を実施例と同じ加熱条件で加熱し、結晶化させた。比較例に係るガラス管の変形量（反り量）を、実施例と同じ手法で測定した。その結果、比較例に係るガラス管の変形量は、３．０ｍｍであった。

上記のように、比較例と比較すると、実施例は、結晶化後のガラス管の変形量が十分に抑制されていることが判る。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、保持型２に載置したガラス管Ｇの上部に被覆部材３を接触させていたが、これに限らず、被覆部材３とガラス管Ｇを接触させずに、その間に隙間が生じてもよい。

上記の第２実施形態では、基台５の上面に凹曲面状の支持部５ａを形成した例を示したが、これに限定されない。支持部５ａは、基台５の上面から突出する複数の突起部により構成され得る。

上記の実施形態では、固定部材４ａ，４ｂを用いて被覆部材３を基台５に固定する例を示したが、これに限定されない。例えば被覆部材３の端部に耐熱性の錘を一体に設け、この錘によって被覆部材３の端部を基台５に固定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、結晶性ガラスからなるガラス管Ｇを結晶化させる場合を一例として説明したが、本発明は、結晶性ガラスに限らず任意組成のガラス物品（原ガラス管）の熱処理に適用可能である。

１保持器具
２保持型
３被覆部材
４固定部材
７加熱装置
Ｇガラス管

Claims

結晶性ガラスからなる原ガラス管を加熱処理するガラス管の製造方法であって、
耐熱性の保持型に前記原ガラス管を載置する工程と、
前記保持型に載置された前記原ガラス管に耐熱性の被覆部材を被せる工程と、
前記被覆部材が被せられた前記原ガラス管を加熱装置により結晶化温度以上に加熱して結晶化させてガラス管を得る工程と、を備えることを特徴とする、ガラス管の製造方法。
前記被覆部材は、セラミックペーパーであることを特徴とする、請求項１に記載のガラス管の製造方法。
前記原ガラス管に被せられた前記被覆部材を耐熱性の固定部材により固定する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガラス管の製造方法。