JP7099847B2

JP7099847B2 - ガラスの製造方法及びガラスの製造装置

Info

Publication number: JP7099847B2
Application number: JP2018062671A
Authority: JP
Inventors: 孝二西尾; 慎也黒田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; New Manpower Service Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd; New Manpower Service Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: JP2019172506A

Description

本発明は、ガラスの製造方法及びガラスの製造装置に関する。

従来、特許文献１に開示されるように、ガラスを製造する溶融炉にガラス原料を供給する方法としては、溶融炉内に配置される下部管と下部管から溶融炉の上方まで延在する上部管を有する供給管を用いる方法が知られている。

特開２００３－３３５５２５号公報

上記のように下部管と上部管とを有する供給管を通じてガラス原料を溶融炉内に供給してガラスを製造する方法では、供給管の内周面に付着したガラス原料が徐々に増えることで、供給管がガラス原料によって閉塞されるおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス原料を溶融炉内に供給する供給管の閉塞を容易に防止することのできるガラスの製造方法及びガラスの製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するガラスの製造方法は、溶融炉内から前記溶融炉の上方まで延在する供給管を通じてガラス原料を前記溶融炉内に供給してガラスを製造するガラスの製造方法であって、前記供給管内において押出部材を下方に駆動させることにより、前記供給管の内周面に付着しているガラス原料を剥離させる。

この方法によれば、押出部材を駆動させることで、供給管の内周面に付着しているガラス原料を容易に削減することができる。
上記ガラスの製造方法において、前記供給管は、管軸方向が鉛直方向に沿うように配置されてもよい。

ここで、上記のように供給管を管軸方向が鉛直方向に沿うように配置することでガラス原料が円滑に通過し易くなるものの、供給管内のガラス原料は、供給管内の上昇気流によって撹拌され易くなる。これにより、供給管内のガラス原料が、供給管の内周面に衝突したり、粉粒同士が衝突したりすることで、ガラス原料が供給管の内周面に付着し易く、また付着したガラス原料が堆積し易くなる。すなわち、管軸方向が鉛直方向に沿うように配置されている供給管を用いる場合、ガラス原料による閉塞が発生し易い。このとき、上述した押出部材を用いるガラスの製造方法によって供給管の閉塞を防止することは、より安定した生産を実現するうえで特に有利となる。

上記ガラスの製造方法において、前記押出部材の先端部の形状は、楔形状であることが好ましい。
この方法によれば、供給管の内周面に付着したガラス原料に対して、押出部材が接触する際の衝撃を緩和することが可能となる。

上記ガラスの製造方法において、前記供給管の上端開口よりも上方となる上昇位置で前記押出部材を待機させることが好ましい。
この方法によれば、押出部材は、供給管内で待機されるよりも、溶融炉からの影響（熱や揮発物による影響）を受け難くなる。

上記ガラスの製造方法において、前記供給管の上端開口と前記上昇位置で待機されている前記押出部材とをケーシングにより取り囲むことが好ましい。
この方法によれば、供給管の上端開口から飛散するガラス原料や押出部材の駆動によって飛散するガラス原料がケーシング内に留まり易くなる。

上記ガラスの製造方法において、前記ケーシング内に接続される集塵装置を用いて少なくとも前記ケーシング内を集塵することが好ましい。
この方法によれば、押出部材の上昇や下降に伴ってケーシング内に飛散したガラス原料を集塵装置で回収することができるため、ケーシングの周囲にガラス原料が漏れ出すことを抑えることができる。

上記ガラスの製造方法において、前記押出部材を前記供給管の径方向に沿って移動させることが好ましい。
この方法によれば、供給管内において、より多くのガラス原料が付着した部分に押出部材の位置を合わせて押出部材を駆動させることができる。

上記ガラスの製造方法において、前記ガラス原料から得られるガラスは、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない無アルカリガラスであってもよい。
ここで、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない無アルカリガラスを製造する場合、溶融炉の温度が比較的高いため、供給管内のガラス原料は、供給管内の上昇気流によって撹拌され易くなる。これにより、供給管内のガラス原料が、供給管の内周面に衝突したり、粉粒同士が衝突したりすることで、ガラス原料が供給管の内周面に付着し易く、また付着したガラス原料が堆積し易くなる。すなわち、無アルカリガラスを製造する場合、供給管においてガラス原料による閉塞が発生し易い。このとき、上述した押出部材を用いるガラスの製造方法によって供給管の閉塞を防止することは、より安定した生産を実現するうえで特に有利となる。

上記ガラスの製造方法において、前記押出部材を下方に駆動させた後、上方の待機位置に復帰させる一往復動作を所定時間毎に行うことが好ましい。
上記ガラスの製造方法において、前記供給管の前記ガラス原料による詰まりを検知し、前記押出部材を下方に駆動させた後、上方の待機位置に復帰させる一往復動作を前記検知結果に基づいて行うことが好ましい。

上記方法によれば、供給管をガラス原料で閉塞されない状態に容易に維持することができる。
上記ガラスの製造装置は、ガラス原料を溶融する溶融炉と、前記溶融炉内から前記溶融炉の上方まで延在する供給管と、を備え、前記供給管を通じて前記溶融炉内にガラス原料を供給するガラスの製造装置であって、前記供給管内に配置可能な押出部材と、前記押出部材が下端に接続されるシャフト部材と、前記シャフト部材を前記供給管の管軸方向に沿って駆動させる駆動部と、を備える。

本発明によれば、ガラス原料を溶融炉内に供給する供給管の閉塞を容易に防止することができる。

実施形態におけるガラスの製造装置を示す概略図である。ガラスの製造装置の要部を示す平面図である。押出部材を示す斜視図である。ガラスの製造装置の動作を示す概略図である。

以下、ガラスの製造方法及びガラスの製造装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。

まず、本実施形態のガラスの製造装置について説明する。
図１に示すように、ガラスの製造装置１１は、ガラス原料ＧＭを溶融する溶融炉１２と、溶融炉１２内から溶融炉１２の上方まで延在する供給管１３とを備えている。すなわち、供給管１３は、溶融炉１２内に配置される下部管１４と、下部管１４から溶融炉１２の上方まで延在する上部管１５とを有している。ガラスの製造装置１１は、供給管１３を通じて溶融炉１２内にガラス原料ＧＭを供給する。

ガラスの製造装置１１は、供給管１３内に配置可能な押出部材１６と、押出部材１６が下端に接続されるシャフト部材１７と、シャフト部材１７を供給管１３の管軸方向（Ｚ軸方向）に沿って駆動させる駆動部１８とを備えている。

ガラスの製造装置１１における溶融炉１２は、炉室を形成する炉壁１２ａと、炉室内に配置された溶融槽１２ｂとを備えている。炉壁１２ａは、例えば、耐火物壁により構成されている。耐火物壁としては、例えば、電鋳煉瓦、断熱煉瓦等が挙げられる。溶融槽１２ｂは、例えば、耐火物により構成された凹部を備え、この凹部内でガラス原料ＧＭが溶融される。溶融槽１２ｂの内面は、白金又は白金合金により構成されてもよい。溶融炉１２は、電気又はガスを熱源とする周知の加熱部（図示省略）を有し、この加熱部により溶融炉１２内が加熱されるように構成されている。溶融炉１２内で得られた溶融ガラスは、図示を省略した下流の工程（成形工程、加工工程等）で用いられる。下流の工程では、例えば、板状、管状、繊維状、粒状、所定の固形状等の任意の形状のガラス物品を得ることができる。

図１及び図２に示すように、ガラスの製造装置１１における供給管１３における上部管１５の周壁には、ガラス原料ＧＭが搬入される搬入口１５ａが開口している。ガラスの製造装置１１は、供給管１３における上部管１５の搬入口１５ａに接続される搬送部１９を備えている。搬送部１９は、ガラス原料ＧＭを供給管１３に搬送する。搬送部１９は、例えば、振動フィーダー等のコンベア装置により構成することができる。原料調製部で調製された粉末状のガラス原料ＧＭは、ホッパー等を用いることで搬送部１９に連続的に投入することができる。

供給管１３（下部管１４）の下端には、ガラス原料ＧＭを流出する流出口１４ａが開口し、この流出口１４ａは、炉室内の溶融槽１２ｂ内で溶融したガラスＧの液面から所定の高さの位置（例えば、液面からの高さが１０～１００ｍｍの範囲内となる位置）に配置されている。

供給管１３（上部管１５）は、上端開口１５ｂを有している。供給管１３は、管軸方向が直線状の直管であり、供給管１３の管軸方向が鉛直方向に沿うように配置されている。供給管１３は、白金又は白金合金により構成された内周面を有することが好ましい。本実施形態の供給管１３は、その全体が白金又は白金合金により構成されている。

図２及び図３に示すように、押出部材１６は、供給管１３（上部管１５）の内径よりも小さい外形を有し、押出部材１６の先端部は、先端（下端）に向かうにしたがって厚さ寸法（Ｙ軸方向に沿った寸法）が小さくなる楔形状を有している。本実施形態の押出部材１６は、平面視で押出部材１６の幅方向（Ｘ軸方向に沿った方向）が搬送部１９の延在方向（同じくＸ軸方向に沿った方向）に沿うように配置されている。なお、押出部材１６は、平面視で押出部材１６の幅方向が搬送部１９の延在方向と交差するように配置されてもよい。押出部材１６は、供給管１３内の熱に耐え得る金属材料（例えば、ステンレス鋼）や耐火物等により構成することができる。

押出部材１６の幅寸法（Ｘ軸方向に沿った寸法）は、供給管１３の内径よりも小さく、供給管１３の内周面を保護するという観点から、押出部材１６は、供給管１３の内周面とは非接触となるように配置されることが好ましい。押出部材１６の供給管１３の径方向における最大寸法は、供給管１３の内周面に付着したガラス原料ＧＭを剥離する機能を高めるという観点から、供給管１３の内径の１／２以上であることが好ましい。

押出部材１６に接続されるシャフト部材１７は、押出部材１６から上方に延在し、押出部材１６と駆動部１８とを連結している。シャフト部材１７は、供給管１３内の熱に耐え得る金属材料（例えば、ステンレス鋼）や耐火物等により構成することができる。

駆動部１８は、例えば、エア等の流体を駆動源とするシリンダ、モーターを駆動源とするギアやチェーン等から構成することができる。本実施形態の駆動部１８は、タイマーを備えた制御部によって制御される。駆動部１８は、押出部材１６（シャフト部材１７）を下方に駆動させた後、上方の待機位置に復帰させる一往復動作を所定時間毎に行うように制御される。

ガラスの製造装置１１は、駆動部１８（押出部材１６）を供給管１３の径方向に沿った方向（例えば、Ｘ軸とＹ軸に沿った方向）に移動させる移動機構２０をさらに備えている。この移動機構２０により、押出部材１６と供給管１３の管軸との相対的な位置を調整することができる。

図１に示すように、ガラスの製造装置１１は、供給管１３における上部管１５の上端開口１５ｂと、上部管１５の上端開口１５ｂよりも上方となる上昇位置に配置された押出部材１６とを取り囲むケーシング２１を備えている。ケーシング２１の上壁及び側壁は、それぞれシャフト部材１７及び搬送部１９が挿通される挿通孔を有している。ケーシング２１の内面と供給管１３との間には、図示を省略するが、供給管１３の温度を安定させるという観点から、耐火物等を断熱材として配置することが好ましい。

ガラスの製造装置１１は、ケーシング２１内に接続される集塵装置２２をさらに備えている。集塵装置２２は、少なくともケーシング２１内を集塵する。詳述すると、集塵装置２２は、例えば、押出部材１６の上昇や下降に伴ってケーシング２１内に飛散したガラス原料ＧＭを吸引して回収する。なお、集塵装置２２は、ケーシング２１外に飛散したガラス原料ＧＭについてもケーシング２１を介して集塵可能である。

次に、ガラスの製造方法について説明する。
ガラスの製造方法は、溶融炉１２内に配置される下部管１４と下部管１４から溶融炉１２の上方まで延在する上部管１５とを有する供給管１３を通じてガラス原料ＧＭを溶融炉１２内に供給してガラスＧを製造する方法である。

ガラス原料ＧＭから得られるガラスＧとしては、ソーダガラス、ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス、アルミノシリケートガラス、アルカリ含有ガラス、及び無アルカリガラスが挙げられる。例えば、無アルカリガラスは、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない。アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないとは、ガラス組成中におけるアルカリ金属酸化物（Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、及びＬｉ_２Ｏ）の合計含有量が、０．５質量％未満であることをいう。

図４に示すように、ガラスの製造方法では、供給管１３の管内において押出部材１６を下方に駆動させることにより、供給管１３の内周面に付着しているガラス原料ＧＭを剥離させる。これにより、供給管１３内に付着していたガラス原料ＧＭの大部分を下部管１４の流出口１４ａから流出させることができる。

押出部材１６の下降端位置は、溶融炉１２内で溶融したガラスＧの液面から５００ｍｍ以上高い位置であることが好ましい。また、押出部材１６の下降端位置は、溶融炉１２の室内の天井面よりも高い位置であることが好ましい。

押出部材１６の下降端位置をより低くすることで、供給管１３の管軸方向においてより広い範囲のガラス原料ＧＭを剥離させることができる。押出部材１６の下降端位置をより高くすることで、押出部材１６が熱やガラスＧの揮発物による影響を受け難くなるため、押出部材１６の交換頻度をより低くすることが可能となる。

図１に示すように、ガラスの製造方法は、供給管１３における上部管１５の上端開口１５ｂよりも上方となる上昇位置で押出部材１６を待機させる。ガラスの製造方法では、上部管１５の上端開口１５ｂと、上昇位置で待機されている押出部材１６とをケーシング２１により取り囲む。

ガラスの製造方法では、押出部材１６を下方に駆動させた後、上方の待機位置に復帰させる一往復動作を所定時間毎に行う。一往復動作の完了時から次の一往復動作の開始時の時間の間隔は、例えば、ガラス原料ＧＭの組成等に応じて設定することができる。

上記時間の間隔は、例えば、５秒以上、６０分以下の範囲であることが好ましい。例えば、供給管１３の内周面に付着し易いガラス原料ＧＭ（無アルカリガラスの原料）を用いる場合、上記時間の間隔をより短くすることが好適である。

ガラスの製造方法において、集塵装置２２は、ガラスの製造装置１１の稼働中において常時作動させてもよいし、例えば、押出部材１６を上下に駆動する駆動中等の所定時間のみに作動させてもよい。また、ガラスの製造方法では、移動機構２０によって押出部材１６を供給管１３の径方向に沿って移動させることができる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）ガラスの製造方法では、供給管１３を通じてガラス原料ＧＭを溶融炉１２内に供給して溶融したガラスＧを製造する。供給管１３は、溶融炉１２内から溶融炉１２の上方まで延在している。ガラスの製造方法では、供給管１３の管内において押出部材１６を下方に駆動させることにより、供給管１３の内周面に付着しているガラス原料ＧＭを下方に押し出している。

この方法によれば、押出部材１６を駆動させることで、供給管１３の内周面に付着しているガラス原料ＧＭを容易に削減することができる。従って、ガラス原料ＧＭを溶融炉１２内に供給する供給管１３の閉塞を容易に防止することができる。

（２）ガラスの製造方法で用いる供給管１３を管軸方向が鉛直方向に沿うように配置することでガラス原料ＧＭが円滑に通過し易くなるものの、供給管１３内のガラス原料ＧＭは、供給管１３内の上昇気流によって撹拌され易くなる。これにより、供給管１３内のガラス原料ＧＭが、供給管１３の内周面に衝突したり、粉粒同士が衝突したりすることで、ガラス原料ＧＭが供給管１３の内周面に付着し易く、また付着したガラス原料ＧＭが堆積し易くなる。すなわち、管軸方向が鉛直方向に沿うように配置されている供給管１３を用いる場合、ガラス原料ＧＭによる閉塞が発生し易い。このとき、上述した押出部材１６を用いるガラスの製造方法によって供給管１３の閉塞を防止することは、より安定した生産を実現するうえで特に有利となる。

（３）ガラスの製造方法で用いる押出部材１６の先端部の形状は、楔形状である。この場合、供給管１３の内周面に付着したガラス原料ＧＭに対して、押出部材１６が接触する際の衝撃を緩和することが可能となる。例えば、塊状のガラス原料ＧＭを押出部材１６の先端部で分割させるように力が加わるようになる。このように押出部材１６の駆動による衝撃が緩和されることで、供給管１３に対する衝撃も緩和されるため、設備に対する負荷を削減することができる。

（４）ガラスの製造方法は、供給管１３（上部管１５）の上端開口１５ｂよりも上方となる上昇位置で押出部材１６を待機させている。この場合、押出部材１６は、供給管１３（上部管１５）内で待機されるよりも、溶融炉１２からの影響（熱や揮発物による影響）を受け難くなる。これにより、押出部材１６の劣化を抑えることができるため、押出部材１６の交換頻度をより低くすることが可能となる。

（５）ガラスの製造方法では、供給管１３（上部管１５）の上端開口１５ｂと、上昇位置で待機されている押出部材１６とをケーシング２１により取り囲んでいる。この場合、供給管１３（上部管１５）の上端開口１５ｂから飛散するガラス原料ＧＭや押出部材１６の駆動によって飛散するガラス原料ＧＭがケーシング２１内に留まり易くなるため、製造環境を改善することができる。

（６）ガラスの製造方法では、ケーシング２１内に接続される集塵装置２２を用いて少なくともケーシング２１内を集塵している。この場合、押出部材１６の上昇や下降に伴ってケーシング２１内に飛散したガラス原料ＧＭを集塵装置２２で回収することができるため、ケーシング２１の周囲にガラス原料ＧＭが漏れ出すことを抑えることができる。従って、押出部材１６の使用に伴う製造環境の悪化を抑えることができる。

（７）ガラスの製造方法では、押出部材１６を供給管１３の径方向に沿って移動させることで、供給管１３内において、より多くのガラス原料ＧＭが付着した部分に押出部材１６の位置を合わせて押出部材１６を駆動させることができる。すなわち、ガラス原料ＧＭの付着状態に合わせてガラス原料ＧＭを剥離させることが可能となる。

（８）アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない無アルカリガラスを製造する場合、溶融炉１２の温度が比較的高いため、供給管１３内のガラス原料ＧＭは、供給管１３内の上昇気流によって撹拌され易くなる。これにより、供給管１３内のガラス原料ＧＭが、供給管１３の内周面に衝突したり、粉粒同士が衝突したりすることで、ガラス原料ＧＭが供給管１３の内周面に付着し易く、また付着したガラス原料ＧＭが堆積し易くなる。すなわち、無アルカリガラスを製造する場合、供給管１３においてガラス原料ＧＭによる閉塞が発生し易い。このとき、上述した押出部材１６を用いるガラスの製造方法によって供給管１３の閉塞を防止することは、より安定した生産を実現するうえで特に有利となる。

（９）ガラスの製造方法では、押出部材１６を下方に駆動させた後、上方の待機位置に復帰させる一往復動作を所定時間毎に行っている。この場合、供給管１３をガラス原料ＧＭで閉塞されない状態に容易に維持することができる。

（変更例）
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・ガラスの製造方法において、供給管１３のガラス原料ＧＭによる詰まりを検知し、その検知結果に基づいて押出部材１６を一往復動作させてもよい。供給管１３のガラス原料ＧＭによる詰まりは、例えば、供給管１３の上方から供給管１３内を撮像することで検知したり、レーザー等を用いたセンサで検知したりすることができる。この場合であっても、供給管１３をガラス原料ＧＭで閉塞されない状態に容易に維持することができる。

なお、押出部材１６を必要時に作業者のスイッチ操作で駆動させるようにしてもよいし、ガラスの製造時において上下動を連続して繰り返すように駆動させてもよい。
・ガラスの製造方法は、押出部材１６を供給管１３の径方向に移動させずに、例えば、供給管１３の管軸とシャフト部材１７の軸とが同軸になる位置等の一定の位置に固定して行うこともできる。

・ガラスの製造方法は、シャフト部材１７を軸回りに回動させる回動機構を用いて押出部材１６をシャフト部材１７の軸回りに回動させて行うこともできる。回動機構は、シャフト部材１７を正方向又は逆方向に回転動作させたり、シャフト部材１７を軸回りに所定の角度で変位動作させたりすることで、ガラス原料ＧＭを剥離させる機能を高めることができる。

・ガラスの製造装置１１における集塵装置２２を省略してもよい。
・ガラスの製造装置１１におけるケーシング２１を省略してもよい。
・ガラスの製造方法において、押出部材１６を上部管１５内で待機させてもよい。

・押出部材１６の先端部の形状は、楔形状に限定されず、例えば、先端に向かうにしたがって厚さ寸法が大きくなる形状、角柱状、円柱状、曲面状等に変更することもできる。
・ガラスの製造装置１１における供給管１３は、ガラス原料ＧＭが下方に流動する範囲であれば、鉛直方向に対して傾斜するように配置してもよいし、部分的に傾斜する傾斜部を有する供給管に変更してもよい。

１１…ガラスの製造装置、１２…溶融炉、１３…供給管、１４…下部管、１５…上部管、１５ｂ…上端開口、１６…押出部材、１７…シャフト部材、１８…駆動部、２０…移動機構、２１…ケーシング、２２…集塵装置、Ｇ…ガラス、ＧＭ…ガラス原料。

Claims

溶融炉内から前記溶融炉の上方まで延在する供給管を通じてガラス原料を前記溶融炉内に供給してガラスを製造するガラスの製造方法であって、
前記供給管は、管軸方向が鉛直方向に沿うように配置され、
前記供給管内において押出部材を下方に駆動させることにより、前記供給管の内周面に付着しているガラス原料を剥離させることを特徴とするガラスの製造方法。
前記押出部材の先端部の形状は、楔形状であることを特徴とする請求項１に記載のガラスの製造方法。
前記供給管の上端開口よりも上方となる上昇位置で前記押出部材を待機させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラスの製造方法。
前記供給管の上端開口と前記上昇位置で待機されている前記押出部材とをケーシングにより取り囲むことを特徴とする請求項３に記載のガラスの製造方法。
前記ケーシング内に接続される集塵装置を用いて少なくとも前記ケーシング内を集塵することを特徴とする請求項４に記載のガラスの製造方法。
前記押出部材を前記供給管の径方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。
前記ガラス原料から得られるガラスは、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない無アルカリガラスであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。
前記押出部材を下方に駆動させた後、上方の待機位置に復帰させる一往復動作を所定時間毎に行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。
前記供給管の前記ガラス原料による詰まりを検知し、前記押出部材を下方に駆動させた後、上方の待機位置に復帰させる一往復動作を前記検知結果に基づいて行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。
ガラス原料を溶融する溶融炉と、前記溶融炉内から前記溶融炉の上方まで延在する供給管と、を備え、
前記供給管は、管軸方向が鉛直方向に沿うように配置され、前記供給管を通じて前記溶融炉内にガラス原料を供給するガラスの製造装置であって、
前記供給管内に配置可能な押出部材と、
前記押出部材が下端に接続されるシャフト部材と、
前記シャフト部材を前記供給管の管軸方向に沿って駆動させる駆動部と、を備えることを特徴とするガラスの製造装置。