JP6792825B2 - ガラス物品の製造方法及び溶融炉 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス物品の製造方法及び溶融炉に関する。

板ガラスなどのガラス物品の製造方法には、溶融ガラスを得るための溶融工程が含まれる。この溶融工程では、溶融炉の底壁部を貫通して炉内に至る電極の通電加熱によって溶融ガラスを加熱する場合がある。

通電加熱に用いられる電極は、特許文献１に開示されているように、筒状の電極ホルダの内周面に挿入保持された状態で、溶融炉の底壁部に取り付けられる。同文献では、電極ホルダの内部には、水などの冷媒を流すための通路が設けられており、通路を流れる冷媒によって電極が冷却され、電極の劣化を低減する構成とされている。

特開２０１２−２２９１５３号公報

溶融工程では、溶融ガラスと接している底壁部も加熱される。底壁部を構成する耐火煉瓦は、過度に加熱されると電気抵抗が低下し、通電加熱時に電極と耐火煉瓦の間でスパークが生じる原因となる。このようなスパークが生じると、底壁部が溶損しやすく、場合によっては、溶損部分から溶融ガラスが炉外に漏れ出すという重大なトラブルが生じるおそれがある。従って、底壁部も過度に加熱されないように冷却する必要がある。

しかしながら、特許文献１では、電極ホルダの外周面と底壁部との間に大きな隙間が形成されていることから、電極ホルダで耐火煉瓦を冷却することは全く想定されていない。

また、電極ホルダで底壁部を冷却するにしても、冷却方法を工夫しなければ、底壁部が必要以上に冷却され、炉内の加熱効率が悪化するおそれがある。このような炉内の加熱効率の悪化は、ガラス物品の製造コストの増大に繋がるため、できる限りなくすことが理想である。

本発明は、溶融炉内の加熱効率の悪化を抑制しつつ、電極ホルダで溶融炉の底壁部を適正に冷却することを課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、底壁部を上下方向に沿って貫通して炉内で溶融ガラスを通電加熱する電極と、電極を保持した内周面および底壁部に保持された外周面を有する筒状の電極ホルダとを備えた溶融炉で、溶融ガラスを形成する溶融工程を備えるガラス物品の製造方法において、電極ホルダが、冷媒が流れる冷却層と、冷却層の外径側に配置された断熱層とを内部に備えていることを特徴とする。このような構成によれば、電極ホルダは、冷却層を内径側（電極側）に、断熱層を外径側（底壁部側）にそれぞれ備えているため、冷却層によって底壁部が過度に冷却されるのを断熱層によって防止することができる。一方、電極ホルダの外周面が、断熱層よりも上方位置で溶融炉の底壁部と密着しているため、炉内側の底壁部の上方部分は、断熱層の影響を受けずに部分的に冷却されやすくなる。従って、底壁部全体が過度に冷却されて溶融炉内の加熱効率が悪化するのを抑制しつつ、通電時にスパークが生じやすい底壁部の上方部分を適正に冷却することができる。

上記の構成において、電極ホルダが、冷却層及び断熱層を有する補助冷却部と、補助冷却部の上方に配置され、冷却層及び断熱層を有さない中実構造の主冷却部とを備え、主冷却部が、補助冷却部によって冷却されるようにしてもよい。このようにすれば、底壁部の上方部分が、主冷却部によって冷却されることになる。主冷却部は、冷却層及び断熱層を有さない中実構造であるので、主冷却部の上方部分（先端）が溶損等によって損耗したとしても、補助冷却部の冷却層を流通する冷媒が直ちに炉内に漏れ出すことがない。換言すれば、主冷却部の損耗をある程度許容できるので、電極ホルダの耐用期間を延ばすことができる。

電極ホルダが補助冷却部と主冷却部とを備える場合、断熱層の上端が、冷却層の上端と同じ高さに位置することが好ましい。このようにすれば、主冷却部の上下方向寸法を確保しやすくなる。従って、主冷却部によって底壁部の上方部分を冷却したり、電極ホルダの耐用期間が延びたりなどの上記効果をより享受しやすくなる。

また、電極ホルダが補助冷却部と主冷却部とを備える場合、断熱層の下端が、冷却層の下端よりも下方に位置することが好ましい。このようにすれば、補助冷却部によって、炉外側の底壁部の下方部分が不必要に冷却されるのを確実に抑制することができる。

上記の構成において、断熱層が、空気層であることが好ましい。このようにすれば、簡単な構造で高い断熱効果を実現することができる。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、底壁部を上下方向に沿って貫通して炉内で溶融ガラスを通電加熱する電極と、電極を保持した内周面および底壁部に保持された外周面を有する筒状の電極ホルダとを備えた溶融炉であって、電極ホルダが、冷媒が流れる冷却層と、冷却層の外径側に配置された断熱層とを内部に備えていることを特徴とする。このような構成によれば、上述した対応する構成と同様の効果を享受することができる。

以上のような本発明によれば、溶融炉内の加熱効率の悪化を抑制しつつ、電極ホルダで溶融炉の底壁部を適正に冷却することができる。

ガラス物品の製造装置を示す側面図である。 図１のガラス物品の製造装置の溶融炉を示す断面図である。 図２の電極周辺を拡大して示す拡大断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明に係るガラス物品の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本製造方法に用いられるガラス物品の製造装置は、上流側から順に、溶融炉１と、清澄室２と、均質化室（攪拌室）３と、ポット４と、成形装置５とを備え、これら各部１〜５が移送管６〜９によって接続されている。ここで、清澄室２などの「室」及び「ポット」という用語には、槽状構造を有するものや、管状構造を有するものが含まれるものとする。

溶融炉１は、溶融ガラスＧｍを得る溶融工程を行うための空間である。

清澄室２は、溶融炉１から供給された溶融ガラスＧｍを清澄剤などの働きによって清澄（泡抜き）する清澄工程を行うための空間である。

均質化室３は、清澄された溶融ガラスＧｍを攪拌翼３ａにより攪拌し、均一化する均質化工程を行うための空間である。

ポット４は、溶融ガラスＧｍを成形に適した状態（例えば粘度）に調整する状態調整工程を行うための空間である。なお、ポット４は省略してもよい。

成形装置５は、溶融ガラスＧｍを所望の形状に成形する成形工程を行うためのものである。本実施形態では、成形装置５は、オーバーフローダウンドロー法によって溶融ガラスＧｍを板状に成形し、ガラス物品としてのガラス板を製造する。

成形装置５は、断面形状（紙面と直交する断面形状）が略楔形状をなし、成形装置５の上部にオーバーフロー溝（不図示）が形成されている。移送管９によって溶融ガラスＧｍをオーバーフロー溝に供給した後、溶融ガラスＧｍをオーバーフロー溝から溢れ出させて、成形装置５の両側の側壁面（紙面の表裏面側に位置する側面）に沿って流下させる。そして、その流下させた溶融ガラスＧｍを側壁面の下頂部で融合させ、板状に成形する。成形された板ガラスは、例えば、厚みが０．０１〜１０ｍｍ（好ましくは０．１〜３ｍｍ）であって、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ、有機ＥＬ照明、太陽電池などの基板や保護カバーに利用される。なお、成形装置５は、スロットダウンドロー法やリドロー法などの他のダウンドロー法や、フロート法を実行するものであってもよい。

移送管６〜９は、例えば白金又は白金合金からなる円筒管で構成されており、溶融ガラスＧｍを横方向（略水平方向）に移送する。移送管６〜９は、必要に応じて通電加熱される。

図２に示すように、本実施形態では、溶融炉１は、通電加熱を含む加熱によって、ガラス原料（カレットを含んでもよい）Ｇｒを溶融して溶融ガラスＧｍを形成する電気溶融炉である。溶融炉１は、耐火煉瓦（例えば、ジルコニア系電鋳煉瓦やアルミナ系電鋳煉瓦、アルミナ・ジルコニア系電鋳煉瓦、ＡＺＳ（Ａｌ−Ｚｒ−Ｓｉ）系電鋳煉瓦、デンス焼成煉瓦など）で構成された壁部によって炉内の溶融空間を区画形成する。

溶融炉１の底壁部１ａには、通電加熱のために、溶融ガラスＧｍに浸漬された状態で複数の電極１０が設けられている。溶融炉１内には、電極１０以外の他の加熱手段が設けられておらず、電極１０の通電加熱（電気エネルギー）のみでガラス原料Ｇｒを溶融（全電気溶融）するようになっている。電極１０は、例えば、棒状のモリブデン（Ｍｏ）から形成される。なお、溶融炉１は、全電気溶融に限らず、ガス燃焼と電気加熱を併用してガラス原料Ｇｒを溶融するものであってもよい。ガス燃焼と電気加熱を併用する場合、溶融炉１の上部に複数のガスバーナーが設けられる。

本実施形態では、溶融炉１は、ガラス原料Ｇｒの溶融空間が一つだけのシングルメルターであるが、複数の溶融空間を連ねたマルチメルターであってもよい。

溶融炉１には、原料供給手段としてのスクリューフィーダ１１が設けられている。スクリューフィーダ１１は、溶融ガラスＧｍの液面Ｇｍ１の一部にガラス原料（固体原料）Ｇｒに覆われていない部分が形成されるようにガラス原料Ｇｒを順次供給する。すなわち、溶融炉１は、いわゆるセミホットトップタイプである。なお、溶融炉１は、溶融ガラスＧｍの液面Ｇｍ１の全部がガラス原料Ｇｒに覆われた、いわゆるコールドトップタイプでもよい。また、原料供給手段は、振動フィーダなどであってもよい。

溶融炉１には、溶融炉１内の気体を外部に排出するための気体排出路としての煙道１２が設けられている。煙道１２内には、気体を外部に送るためのファン１２ａが設けられている。ファン１２ａは設置しなくてもよい。なお、本実施形態では、溶融炉１内の気体は空気であるが、これに限定されない。

図３及び図４に示すように、溶融炉１の底壁部１ａに設けられた電極１０は、底壁部１ａを上下方向に沿って貫通して炉内に至っている。ここで、「上下方向に沿う」とは、鉛直方向から僅かに傾斜した場合も含む意味である。

電極１０の外周面１０ａは、筒状の電極ホルダ１４の内周面１４ａに保持されている。電極ホルダ１４の外周面１４ｂは、その上下方向全域で溶融炉１の底壁部１ａと密着した状態で、底壁部１ａに設けられた保持穴１３の内周面１３ａに保持されている。電極ホルダ１４の上端面１４ｃは、炉内の溶融状態にある溶融ガラスＧｍと接触している。

電極ホルダ１４は、例えば、鉄材（例えばステンレス鋼）などの金属で形成される。

電極ホルダ１４は、下方側（炉外側）に設けられた補助冷却部１５と、上方側（炉内側）に設けられた主冷却部１６とを備え、主冷却部１６が補助冷却部１５によって冷却される。

補助冷却部１５は、水などの冷媒が流れる冷却層１７と、冷却層１７の外径側に配置された断熱層１８とを内部に備える。本実施形態では、冷却層１７及び断熱層１８は、内部空間を有する。

冷却層１７の内部空間には、水などの冷媒が充満する。冷媒は、図示しない供給管によって冷却層１７に供給されると共に、図示しない排出管によって冷却層１７から排出される。このような冷媒の給排により、冷却層１７の冷却効果が発揮される。なお、冷媒は、水などの液体に代えて、空気などの気体を用いてもよいし、液体を気体中に含む混合体であってもよい。

断熱層１８の内部空間は空洞であり、空気層とされている。このような空気層により、断熱層１８の断熱効果が発揮される。なお、断熱層１８の内部空間は、断熱層１８の下端部で炉外と連通していてもよい。また、断熱層１８の内部空間に、グラスウールやセラミックウールなどの断熱材を配置してもよい。

本実施形態では、断熱層１８の上端１８ａは、冷却層１７の上端１７ａと同じ高さに位置する。また、断熱層１８の下端１８ｂは、冷却層１７の下端１７ｂよりも下方に位置する。なお、断熱層１８と冷却層１７の上下方向の位置関係は、これに限定されず適宜調整することができる。

主冷却部１６は、冷却層１７及び断熱層１８を有さない中実構造である。すなわち、主冷却部１６は、内部空間を有さない。

主冷却部１６による冷却効果を向上させる観点では、主冷却部１６の上下方向の寸法Ｌ１が、電極ホルダ１４の上下方向の寸法Ｌ２の５０％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。また、電極ホルダの耐用期間を向上させる観点では、主冷却部１６の上下方向の寸法Ｌ１が、電極ホルダ１４の上下方向の寸法Ｌ２の２０％以上であることが好ましい。

次に、以上のように構成された製造装置によるガラス物品の製造方法を説明する。

本製造方法は、上述のように、溶融工程と、清澄工程と、均質化工程と、状態調整工程と、成形工程とを備える。なお、清澄工程、均質化工程、状態調整工程及び成形工程は上述の製造装置の構成に併せて説明した通りであるので、以下では溶融工程について詳述する。

溶融工程では、電極ホルダ１４によって保持された電極１０によって、ガラス原料Ｇｒ及び溶融ガラスＧｍを通電加熱する。この際、電極１０は、補助冷却部１５の冷却層１７及びこの冷却層１７によって冷却された主冷却部１６によって冷却される。従って、電極１０のうちで溶融ガラスＧｍに浸漬されている部分から残りの部分への熱伝導を低減することができ、電極１０の残りの部分を低温（例えば６００℃未満）に維持できる。このため、モリブデンの昇華等による電極１０の損耗を防止できる。

また、電極ホルダ１４の補助冷却部１５は、冷却層１７の外径側に断熱層１８を有するため、冷却層１７によって底壁部１ａが過度に冷却されるのを、断熱層１８によって防止することができる。一方、電極ホルダ１４の外周面１４ｂが、断熱層１８よりも上方位置で溶融炉１の底壁部１ａと密着しているため、炉内側の底壁部１ａの上方部分は、断熱層１８の影響を受けずに部分的に冷却されやすくなる。従って、底壁部１ａ全体が過度に冷却されて溶融炉１内の加熱効率が悪化するのを抑制しつつ、通電時にスパークが生じやすい底壁部１ａの上方部分を適正に冷却することができる。

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、電極ホルダ１４の外周面１４ｂは、その上下方向全域で溶融炉１の底壁部１ａと密着しているが、これに限定されない。例えば、電極ホルダ１４の外周面１４ｂのうちの主冷却部１６の領域のみが溶融炉１の底壁部１ａと密着してもよい。あるいは、電極ホルダ１４の外周面１４ｂのうちの主冷却部１６の領域と共に、補助冷却部１５の領域の上部が、溶融炉１の底壁部１ａと密着してもよい。

上記の実施形態では、成形装置５で成形されるガラス物品が板ガラスである場合を説明したが、これに限定されない。例えば、成形装置５で成形されるガラス物品は、例えば、光学ガラス部品、ガラス管、ガラスブロック、ガラス繊維などであってもよいし、任意の形状であってよい。

１ 溶融炉
１ａ 底壁部
２ 清澄室
３ 均質化室
３ａ 攪拌翼
４ ポット
５ 成形装置
１０ 電極
１１ スクリューフィーダ
１２ 煙道
１３ 保持穴
１４ 電極ホルダ
１４ａ 内周面
１４ｂ 外周面
１５ 補助冷却部
１６ 主冷却部
１７ 冷却層
１８ 断熱層
Ｇｍ 溶融ガラス
Ｇｒ ガラス原料

Claims (6)

1. 底壁部を上下方向に沿って貫通して炉内で溶融ガラスを通電加熱する電極と、前記電極を保持した内周面および前記底壁部に保持された外周面を有する筒状の電極ホルダとを備えた溶融炉で、溶融ガラスを形成する溶融工程を備えるガラス物品の製造方法において、
   前記電極ホルダが、冷媒が流れる冷却層と、前記冷却層の外径側に配置された断熱層とを内部に備えるとともに、
   前記電極ホルダは、前記冷却層及び前記断熱層を通る断面において、前記電極と前記冷却層との間、および前記冷却層と前記断熱層との間に、それぞれ壁部を有することを特徴とするガラス物品の製造方法。
2. 前記電極ホルダが、前記冷却層及び前記断熱層を有する補助冷却部と、前記補助冷却部の上方に配置され、かつ、前記冷却層及び前記断熱層を有さない中実構造の主冷却部とを備え、前記主冷却部が、前記補助冷却部によって冷却されることを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の製造方法。
3. 前記断熱層の上端が、前記冷却層の上端と同じ高さに位置することを特徴とする請求項２に記載のガラス物品の製造方法。
4. 前記断熱層の下端が、前記冷却層の下端よりも下方に位置することを特徴とする請求項２又は３に記載のガラス物品の製造方法。
5. 前記断熱層が、空気層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス物品の製造方法。
6. 底壁部を上下方向に沿って貫通して炉内で溶融ガラスを通電加熱する電極と、前記電極を保持した内周面および前記底壁部に保持された外周面を有する筒状の電極ホルダとを備えた溶融炉であって、
   前記電極ホルダが、冷媒が流れる冷却層と、前記冷却層の外径側に配置された断熱層とを内部に備えるとともに、
   前記電極ホルダは、前記冷却層及び前記断熱層を通る断面において、前記電極と前記冷却層との間、および前記冷却層と前記断熱層との間に、それぞれ壁部を有することを特徴とする溶融炉。

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