JPH03202719A - 溶融ガラス液位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガラス溶融装置内の溶融ガラスの液位を正確
にかつ広範囲にわたって測定する場合等に利用できる溶
融ガラス液位計に関する。

［従来の技術］ 例えば、ガラス溶融装置には、溶融ガラスの液位を一定
レベルに制御するために液位針が設置されている。これ
は、溶融ガラスの液位を一定レベルに保持することによ
り、溶融装置内のガラスの流れを均一にし、かつ、溶融
ガラスの炉外への流出圧力を一定にして溶融ガラスの品
質の安定を図るとともに、オーバーフローが生ずるのを
未然に防止して操業の安全を図るためである。

このような用途に用いられる液位針としては、従来から
、接触抵抗式、放射線式、マイクロ波式等の液位針が知
られている。

髪放肢抗犬撮拉且 この液位針は、２つの電極の一方を溶融ガラス中に浸漬
し、他方をガラスの液面上に配置して、これら電極間に
電圧を印加しておき、ガラスの液面上に配置された電極
が、溶融ガラスと接触したときに前記２つの電極間に流
れる電流を電流計で検知することにより液位を知るもの
である。

この液位計は２つの電極と電源及び電流計があればよく
、構成が単純であるから比較的コンパクトに構成できる
。

股並楳犬液笠且 この液位計は、ガラス溶融槽の一方の側部に配置された
アイソトープ等の放射線源から液面上を該液面と平行に
放射された放射線の強度を、前記容器の他方の側に配置
された放射線検出器によって測定するようにしたもので
ある。すなわち、液位の変化によって前記放射線が液に
よって遮られれば、放射線検出強度は弱く、逆に液によ
って遮られなければ強い。これにより、液位を知ること
ができる。

ヱエ２旦扶去式 この液位計は、液面に対向して設けられたマイクロ波導
波管開口端から、マイクロ波を射出するとともに、この
マイクロ波の前記液面からの反射波を前記開口端に隣接
して設けられた他の導波管の開口端から導入してその強
度を測定することにより液位を求めるものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来の液位計には、以下のような
欠点がある。

髪駄抵抗犬五拉且 この液位計は、一方の電極を常に液中に浸漬し、他方の
電極を液面近傍に配置することになるから、通常、両電
極間の距離が長くなる。このため、画電極が液によって
電気的に接続された場合の両電極間の抵抗値が大きくな
る。したがって、このとき両電極間に検出可能な電流を
流すには両電極間に比較的高い電圧を印加しなければな
らない。このため、前記電極が溶融ガラスに接触すると
き、または、溶融ガラスから離脱するときに電極とガラ
スとの間でスパークが生ずるおそれが高い。このスパー
クが生ずると、溶融ガラス中に泡が発生したり、スパー
クの熱によってガラスが変質・着色する。

また、例えば、ガラスに直接電気を流してガラス自身を
発熱させることによってガラスを溶融させる直接通電溶
融装置においては、溶融ガラス中に常に交流電場が存在
する。このため、電極間距離の長い上記従来の接触抵抗
式液位計でこの直接通電溶融装置の液位を測定すると、
電気的ノイズを受けて検出精度が悪いという問題もある
。

さらに、この接触抵抗式液位計で粘性の高い溶融ガラス
を測定した場合には、電極の下端部に付着したガラスが
電極を上昇させた際に糸をひいて電極下端部に残る。こ
のため、電極の下端部に数ｍｍ厚のガラスの層が付着す
る。そうすると、次に電極を下降させたときに溶融ガラ
ス液面に接触するのはこのガラス層からであり、このガ
ラス層の接触により電流が通じて液面を検知することに
なってそのガラス層の厚さ分だけ測定誤差を生ずること
になるという問題点もある。

衣剋撲Δ液蕉且 この液位計は、放射線被曝の危険を防止して安全を確保
するため、放射線の洩れを完全になくする等の必要があ
る。そのため、アイソトープ線源とアクセプターの配置
に十分に広いスペースが必要となる。また、管理も極め
て繁雑である等の問題点がある。

ヱエ２旦技撮迫且 この液位計は、溶融炉内に、液面に対向するようにマイ
クロ波導波管の開口端が設けられる。このため、このマ
イクロ波導波管の開口端に、ガラスの溶融の際に生ずる
揮発物（Ｐ　ｂ　Ｏ、Ｂ２０３その他）が付着するとい
う現象が起る。前記開口端に付着する揮発物の量が多く
なると、導波管の管路を狭め、検出精度を悪くする。ま
た、この揮発物が溶融ガラス中に落下してガラスの品質
を低下させる。これを防止するためには、揮発物の除去
等のメンテナンスが必要となるが、この作業は著しく煩
雑で困難な作業である。

また、上述のような従来の液位計は、一般に、検出可能
な液位の測定範囲が狭いという欠点もあった。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、ガ
ラスの品質に悪影響を与えることなく、比較的広い範囲
の液位を高精度で測定でき、かつ、比較的構成が単純で
コンパクトに構成できる溶融ガラス液位計を提供するこ
とを目的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、以下の各構成とすることにより上述の課題を
解決している。

（１）複数の電極と、 これら複数の電極を同時に上・下に移動させる昇降手段
と、 この昇降手段による前記電極の上・下移動の変位を検出
する変位検出手段と、 前記昇降手段の上・下移動を制御し、前記変位検出手段
で検出された変位から前記複数の電極の位置を求めると
ともに、前記複数の電極が溶融ガラスを介して互いに電
気的に接続されたことを検知し、そのときにおける前記
複数の電極の位置を求める制御手段とを有する構成。

（２）構成工において、 前記複数の電極の少なくとも前記溶融ガラスに接触する
部位を加熱できるようにしたことを特徴とする構成。

［作用］ 上述の構成（１）によれば、前記制御手段によって前記
昇降手段が制御されて前記複数の電極が同時に上・下に
移動され、前記変位検出手段で検出された変位から前記
複数の電極の位置を求めるとともに、前記複数の電極が
溶融ガラスを介して互いに電気的に接続されたことが検
知されて、そのときにおける前記複数の電極の上・下位
置が求められる。したがって、この上・下位置から液位
を知ることができる。

この場合、電極間距離を短くした複数の電極を同時に昇
降させるようにしているから、これらの電極が溶融ガラ
スを介して互いに電気的に接続された場合の電極間の抵
抗を小さくできる。これにより、これら電極間に印加す
る電圧を低くしてもこれら電極間に検知可能な電流を流
すことができる。したがってこれら電極間に印加する電
圧を低くして溶融ガラスとの間のスパークが生ずるおそ
れを防止できる。しかも電極間距離が短いから、ノイズ
の混入するおそれがなく、正確な測定が可能となる。

また、複数の電極を同時に上・下するようにしているこ
とから、これら電極間距離を一定の短い距離に保持した
ままで、前記昇降手段の上・下移動のストロークを大き
くとることができ、容易に広い範囲の液位を高精度で測
定することができる。

さらに、複数の電極を同時に昇降させる手段及びこの昇
降手段による前記電極の上・下移動の変位を検出する変
位検出手段等は、比較的単純な構成とすることが可能で
ある。さらに、前記昇降手段の上・下移動を制御し、前
記変位検出手段で検出された変位から前記複数の電極の
位置を求めるとともに、前記複数の電極が溶融ガラスを
介して互いに電気的に接続されたことを検知し、そのと
きにおける前記複数の電極の位置を求める制御手段も、
例えば、ＩＣ等で構成することで比較的容易に構成でき
る。したがって、装置全体を、比較的単純にかつコンパ
クトに構成できる。

さらに、構成（２）によれば、前記複数の電極の少なく
とも前記溶融ガラスに接触する部位を加熱できるように
したことにより、この液位計で粘性の高い溶融ガラスを
測定するような場合でも、電極に接触する溶融ガラスの
粘性を低くすることができ、電極の下端部にガラスの層
が形成されるのを防止でき、精度のよい測定が可能にな
る。

［実施例］ （第１実施例） 第１図は本発明の第１実施例にかかる液位計の構成を示
すブロック図である。以下、第１図を参照しながら第１
実施例を詳述する。なお、この実施例は、本発明を、ガ
ラス溶融槽中における比較的粘性の低い溶融ガラスの液
位を測定する場合に適用した例である。

図において、符号１ａ、ｌｂは電極、符号２は昇降手段
、符号２１は電極保持アーム、符号２２はポールナツト
、符号２３はボールネジ、符号２４はモータ、符号３は
変位検出手段、符号３１はスプロケット、符号３２は近
接スイッチ、符号４はガラス溶融槽、符号５は溶融ガラ
ス、符号６はプログラマブルコントローラ、符号７は測
定用電源、符号８は液位指示・記録計である。

前記電極１ａ、ｌｂは、それぞれ白金または白金合金で
外径的５　ｍｍ、肉厚的０．５ｍｍのパイプ状に形成さ
れ、下端部が密閉されたものである。

これら電極１ａ、ｌｂは、それぞれの中心軸線間の距離
が約２０ｍ　ｍとなるようにほぼ平行に、かつ、はぼ垂
直になるように電極保持アーム２■に固定されている。

このとき、前記電極１ａとｌｂとの間の最短距離は１５
ｍｍとなる。また、これら電極ｌａ、ｌｂ間には、前記
測定用電源７から約５Ｖの交流電圧（５０Ｈｚ＞が印加
されている。

前記電極保持アーム２１は前記ポールナツト２２に固定
されている。このポールナツト２２は、特に図示しない
が、上・下方向にのみ移動可能なように周知のガイド機
構に取り付けられている。

このポールナツト２２には、前記ボールネジ２３が螺合
されている。このボールネジ２３は、図示しないが、回
転のみ可能なように、外部に固定された周知の軸受手段
によって支持されている。このボールネジ２３は、前記
モータ２４の回転軸に結合されて該モータ２４によって
回転駆動されるようになっている。そして、前記モータ
２４はモータドライバ９によって駆動され、該プログラ
マブルコントローラ６によって制御されるようになって
いる。すなわち、これら電極保持アーム２１、ポールナ
ツト２２、ボールネジ２３及びモータ２４は、昇降手段
２を構成するもので、前記プログラマブルコントローラ
６の指令に基づいて前記モータ２４を回転制御すること
により、前記電極ｌａ、ｌｂを同時に上・下移動するも
のである。

なお、この昇降手段２は、前記ボールネジ２３がその軸
回りに１回転すると、前記電極保持アーム２１、つまり
、前記電極１ａ、ｌｂが１　ｍｍ上・下するようになっ
ている。

また、前記ボールネジ２３の下端部近傍には、外周部に
１０枚の検知用の歯が設けられたスプロケット３１が固
定されている。このスプロケット３１の近傍には、近接
スイッチ３２が配置されている。この近接スイッチ３２
は、前記プログラマブルコントローラ６に電気的に接続
されており、前記スプロケット３１の歯が該近接スイッ
チ３２の検知部を通過したとき、所定の検知作用を行う
ものである。

前記スプロケット３１及び近接スイッチ３２は、変位検
出手段３を構成する。すなわち、前記ボールネジ２３が
１回転する毎に１０個の信号が前記プログラマブルコン
トローラ６に送られる。前記ボールネジ２３が１回転す
ると、上述のように、前記電極１ａ、ｌｂが１ｍｍ上・
下するようになっているから、結局、前記電極１ａ、ｌ
ｂが０．１ｍｍ上・下する毎に１個の信号が送られる。

次に、前記プログラマブルコントローラ６について説明
する。このプログラマブルコントローラ６は、本発明に
おける制御手段を構成するもので、周知のマイクロプロ
セッサを含むハード構成となっている。以下では、この
ブログマブルコントローラ６の有する機能について述べ
る。なお、この機能は、所定の１０グラムを設定するこ
とによって得られる。

このプログラマブルコントローラ６の機能は、主として
、前記昇降手段２を制御する機能、前記変位検出手段３
で検出された変位を積算して前記電極１ａ、ｌｂの上・
下位置を算出する機能、前記電極１ａ、ｌｂが前記溶融
ガラスを介して互いに電気的に接続されたことを検知し
、そのときにおける前記電極１ａ、ｌｂの上・下位置を
求める機能とからなる。

次に、前記ガラス溶融槽４を１２００℃に加熱してフリ
ント系ガラスを溶融し、液位を６０ｍ　ｍに調節しつつ
連続溶融する際にこの実施例を適用する場合を例にあげ
て、前記機能をさらに具体的に説明する。

まず、炉底から１１０　ｍｍの高さを、電極１ａ。

１ｂの下端とし、この位置を電極１ａ、ｌｂの原点とし
て液位の測定を開始する。電極１ａ、ｌｂは、８ｍｍ／
秒で下降を開始し、液面から約１０ｍｍにまで接近した
ときに、降下速度を２　ｍｍ／秒に落とし、さらに降下
して液面に接する。前記電極１ａ、ｌｂの降下速度を落
としたことによって、電極１ａ、ｌｂはそれぞれの下端
が液面に接したときに、ただちに停止でき、液位の測定
制度を高めることができ、且つ電極の下端部に溶融ガラ
ス５が多量に付着するのを防止できる。

前記電極１ａ、ｌｂが液面に到達すると、これら電極１
ａ、ｌｂが前記溶融ガラス５を通じて電気的に接続され
る。このため、これら電極間には約０．１＋１１Ａの電
流が流れる。この電流が前記プログラマグルコントロー
ラ６によって検知され、前記電極１ａ、ｌｂが前記溶融
ガラス５を介して互いに電気的に接続されたことが検知
される。

この検知信号により、そのときの昇降手段２の位置、す
なわち、前記溶融ガラス５の液位が読み出されて記憶さ
れ、また、前記液位指示・記録計８に送出されて液位の
表示及び記録がなされる。

前記電極１ａ、ｌｂの下端が液面に到達したとき液位の
表示及び記録は瞬時に行われる。従って、電’ｉｌａ、
ｌｂの下端が液面に接触すると、ただちに前記昇降手段
２がふたたび作動し、前記電極ｌａ、ｌｂが８ｍｍ／秒
の速度で、原点の手前約１０ｍｍ間で上昇した後、２　
ｍｍ７秒の速度に減速して原点の位置へ戻る。そして、
この位置で約８秒間停止した後、再び、以上述べた動作
が繰り返される。なお、上述の昇降サイクルは１例であ
り、用途に応じて最適のサイクルが選定される。

以上説明した本実施例の液位計によって、液位測定と液
位制御を行なったところ、液位を６０±０．２ｍｍとい
う高精度で制御することができた。

なおこの場合、溶融したガラスの粘性は約３０ポアズと
小さかったため、前記電極１ａ、ｌｂがガラス液面から
離脱するときに糸を引くことはなかった。

また、前記溶融ガラス５の溶融は、直接通電法によって
行ったが、前記電極１ａと１ｂとの距離が２０ｍ　ｍと
短いため、直接通電で形成される交流電場によるノイズ
で測定に誤差が生ずることはなかった。

さらに、前記電極１ａと１ｂとの間に印加される電圧が
５■と、低電圧であり、前記溶融ガラス５を通じてこれ
ら電極間に流れる電流が０．１ｍＡと小さいことから、
これら電極が溶融ガラス５の液面に接触する際、あるい
は、液面から離脱する際にスパークが発生することがな
かった。このため、溶融ガラス５中にスパークによる泡
の発生や着色等のガラスの品質に悪影響を及ぼす現象は
みられなかった。

また、前記昇降手段２は、該昇降手段２を構成するボー
ルネジ２３の長さを十分長くしておくことにより、昇降
ストロークを十分長くとることができる。すなわち、前
記ガラス溶融槽４の底に近接するまで前記電極１ａ、ｌ
ｂの下端部を下降させることができる。したがって、操
業条件等の変更等により、操業時の液位の設定値が大巾
に変更された場合でも、精度を落すことなく液位の測定
が可能である。

なお、上述の説明は、溶融ガラス５がフリント系ガラス
の場合であって、前記電極１ａ、ｌｂの中心軸線間距離
の１例として、該距離を２０ｍｍとし、これら電極間の
最短距離が１５ｍ　ｍとなる場合を掲げたが、これら電
極間の距離は、ガラスの種類、溶融温度、電極のサイズ
、形状等によって適宜法めればよい。

また、厳密には、前記電極１ａ、ｌｂの下端が液面に近
付いたとき、電極間には前記溶融槽４内に存在する電離
気体を介して常に微小な電流が流れるが、この微小電流
は、通常は、前記電極が溶融ガラスよって電気的に接続
されたときに流れる電流に比較して著しく小さいから、
前記プログラマブルコントローラに適宜の判別機能をも
たせることにより比較的容易に識別できる。

また、前記溶融ガラス５の種類が変わってその比抵抗が
大きく変わった場合には、測定用電源７により、電極間
に印加する電圧を適当な値に選定することができる。

また、前記実施例では、前記電極１ａ、ｌｂ間に５Ｖ、
５０Ｈｚの交流電圧を印加する例をあげたが、これは、
直流でもよく、交流の場合は周波数をガラスの種類など
に合わせて適宜選択することができる。

さらに、前記電極１ａ、ｌｂの下端面の高さは必ずしも
同じである必要はない。

前記電極１ａ、ｌｂの間の距離は、溶融するガラスの種
類の比抵抗に応じて適宜選定すればよい。

例えば、比抵抗が大きい場合は電極間距離を短くし、逆
に比抵抗が小さい場合は電極間距離を長くするか、また
は測定用電源７内に適宜の電流制限抵抗を設けてもよい
。

さらに、比抵抗が著しく大きい場合には、第２図に示さ
れるように、前記電極１ａ、ｌｂの下端部に、ガラスと
の接触面積の大きい板状の付加電極２ａ、２ｂを取り付
けることにより、測定可能とすることができる。また、
その場合、このような付加電極を付けなくとも、例えば
、電極の数を増やすことによっても同様の作用を得るこ
とができる。この場合、例えば２対の電極を用いニガご
とに電圧を印加すればよい。

（第２実施例） この実施例は、本発明を、比較的粘性の高い溶融ガラス
の液位を測定する場合に適用した例である。なお、この
実施例は、前記第１実施例の構成と比較して、電極が加
熱できるようになっている点を除き、その他の構成は同
一である。したがって、以下では、本実施例の電極に関
してのみを説明し、その他の構成の説明は省略する。

第３図は第２実施例の一対の電極のうちの一方の側のみ
についての一部省略拡大断面図、第４図は第２実施例の
電極の拡大平面図である。

これらの図において、符号２１０は前記第１実施例にお
ける電極１ａに対応する電極である。なお、この実施例
においても、前記第１実施例における電極１ｂに対応す
る電極も当然備えているが、その構成は前記電極２１０
と同一であるので説明を省略する。

さて、前記電極２１０は、白金または白金合金からなる
円筒状の外側電極２１１と、この外側電極２工１内に同
軸的に配置され、該外側電極２１１と同じ材料からなる
円柱状の内側電極２１２とからなる。これら両電極間の
底部は密閉されて電気的に接続されている。また、両電
極間にはアルミナ粉またはアルミナ磁器管、もしくはそ
の他のセラミックス等の白金または白金合金を侵さない
耐火性絶縁材２１３が充填されている。

また、前記外側電極２１１及び内側電極２１２の上端部
には、これら電極に加熱用の電流を通ずるための外側端
子２１４及び内側端子２１５がそれぞれ接続されている
。第３図及び第４図に示されるように、前記外側端子２
１４は、前記外側電極２１１の外径より幅の広い板状導
体であり、その一部、すなわち、図中左方の部位が前記
外側電極２１↓の上端部に形成されたフランジのような
かたちとなっている。これにより、電流が前記外側電極
２１１全体に均一に流れるようになっている。なお、図
示しないが、これら電極は加熱用の電源に接続されてい
る。

また、前記外側端子２１４には液位検出用の微小電流を
通ずるための導線２１６が接続されている。

次に、ホウケイ酸塩系カラスを１３００℃で溶融本実施
例を適用して液位を測定する場合を例にあげて具体的に
説明する。

ここで、１３００℃で溶融されたホウケイ酸塩系ガラス
の粘性は１４０ポアズであって著しく高い。このため、
前記第１実施例の電極をそのまま用いると、電極下端に
ガラスが付着したり、糸引き現象が起き液位の測定が困
難であった。

そこで、前記外側端子２１１の外形が１０ｍ　ｍ、肉厚
が０．５　ｍｍ、また内側電極２１２直径が３．２ｍｍ
である電極を用いて、前記外側電極２１１と内側電極２
１２に、前記外側端子２１４及び内側端子２１５を介し
て、前記図示していない電源から２Ｖ、１００　Ａの電
流を通じた。

これにより、前記電極２１０が発熱し、しかも該電極２
１０は溶融槽雰囲気からの熱を受けることにより、電極
下端へのガラスの付着や糸引き現象の発生がなく、実施
例１と同様に精度よく液位の測定、制御することができ
た。なお、本実施例では、記述していないが、電極２１
０と、第３図において図示を省略した他の電極とが対と
なって液位を測定することはいうまでもない。

なお、昇降手段は前述したものに限定されるものではな
く、空圧又は油圧シリンダー式でもよく、変位検出手段
もレーザ光を使用した非接触式のものでも温調子を使用
した接触式のものを用いることもできる。

さらに、電極の形状等は、上述の各実施例に限られるも
のでなく、硝種、操業条件等に応じて最適なものとすれ
ばよい。また、電極を必ずしも１種類の材料で構成する
必要はなく、例えば、前記第２実施例の場合には、下端
部のみを電気抵抗の高い白金−ロジウム合金にして他の
部分を白金にするようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明は、要するに、複数の電極
を同時に上・下に移動させて液位の検出を行うようにし
たことにより、電極間距離を短くすることかでき、ノイ
ズが混入しないため液位の測定精度を高くできるととも
に、電極間に流す電流を微小にすることができ、電極が
溶融ガラスに接触、離脱するときにスパークが発生しな
いため、ガラスの着色、泡等品質の悪化を防止でき、さ
らに、本発明によれば、構成が簡単でコンパクトな構成
とすることができ、電極の上・下移動のストロークを大
きく液位の測定範囲の広い溶融ガラス液位針を得た。

【図面の簡単な説明】

第↓図は本発明の第１実施例にかかる液位針の構成を示
すブロック図、第２図は第Ｉ実施例の電極の変型例を示
す部分拡大図、第３図は第２実施例の電極一部省略拡大
断面図、第４図は第２実施例の電極の拡大平面図である
。 ｌａ、ｌｂ・・・電極、２・・・昇降手段、３・・・変
位検出手段、４・・・ガラス溶融槽、５・・・溶融ガラ
ス、６・・プログラマブルコントローラ、７・・・測定
用電源、８・・・液位指示・記録計、９・・・モータド
ライバ２１・・・電極保持アーム、２２・・・ボールナ
・ノド、２３・・・ボールネジ、２４・・・モータ、３
・・・変位検出手段、３１・・・スプロケット、３２・
・・近接スイ・ノチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の電極と、 これら複数の電極を同時に上・下に移動させる昇降手段
   と、 この昇降手段による前記電極の上・下移動の変位を検出
   する変位検出手段と、 前記昇降手段の上・下移動を制御し、前記変位検出手段
   で検出された変位から前記複数の電極の位置を求めると
   ともに、前記複数の電極が溶融ガラスを介して互いに電
   気的に接続されたことを検知し、そのときにおける前記
   複数の電極の位置を求める制御手段とを有する溶融ガラ
   ス液位計。
2. （２）請求項１記載の溶融ガラス液位計において、前記
   複数の電極の少なくとも前記被測定液に接触する部位を
   加熱できるようにしたことを特徴とする溶融ガラス液位
   計。