JPH09255342A - 溶融ガラス撹拌方法および撹拌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融ガラス上部に生じる脈理を溶融ガラスの
内部に入り込ませることなく、溶融ガラスを短時間で脱
泡および脈理を除去し、均質なガラスを得る。 【解決手段】 撹拌羽１０を、溶融ガラス１４内で水平
方向に回転しつつ上下動する。これにより溶融ガラス１
４の不均質な部分を連続的に分離し、脈理を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスを溶融する
際に溶融ガラスを均質化するための溶融ガラス撹拌方法
および撹拌装置に係り、特に光学ガラスを均質化するた
めの溶融ガラス撹拌方法および撹拌装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融ガラスを撹拌する従来技術として
は、特開平４−１６００１８号公報に開示されている。
特開平４−１６００１８号公報の撹拌装置は、図７に示
すように、撹拌羽１の回転軸上部にスパイラル羽２が設
置され、回転軸下部に傾斜角を有する複数の傾斜角羽３
が上下に設置されている。傾斜角羽３の傾斜角は上下の
隣接する段間では逆方向に傾斜しており、この撹拌羽１
を時計回りに回転させると、スパイラル羽２付近の溶融
ガラス５は、矢印で示すように中心付近では下方に流動
し、外周部では上昇する流れが生じる。

【０００３】また、溶融るつぼ４の底部に設置される傾
斜角羽３では、同回転方向により溶融ガラスの流動方向
が、傾斜角羽３の上部の中心部では上昇し外周部では下
降する流動となり、傾斜角羽３の下方ではその逆の流動
となる。これにより、溶融ガラス５はスパイラル羽２部
では上下方向の流動が生じ、傾斜角羽３部では水平方向
の流動が生じるようになる。この結果、撹拌羽１により
撹拌される溶融ガラス５の上部では上下方向の流動によ
り均質化でき、溶融ガラス５の下部では上記上下方向の
流動を押さえた均質化された溶融ガラス５がゆっくり溶
融るつぼ４の底部へ流動するようになり、溶融るつぼ４
の底部に設けた供給ノズル６（図８参照）から均質な溶
融ガラスを供給するというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
にあっては、以下の問題点がある。一般にガラスを溶融
すると図８に示すように、溶融るつぼ４内の溶融ガラス
５は空気に接している上面から矢印で示すようにガラス
成分が揮発する。そのため、溶融ガラス５の上部は図示
するように脈理が多い層Ａとなり、それ以下の部分は脈
理の少ない層Ｂになる。この脈理を減少させるために撹
拌羽１により溶融ガラス５を撹拌するが、従来技術にあ
っては図１に示すように、撹拌羽１を回転させることに
より溶融ガラス５の上部はスパイラル羽２により下方に
向かって流動する。よって脈理の多い層Ａが脈理の少な
い層Ｂに入り込み、脈理の少ない層Ｂは上方へ流動する
ため、揮発により脈理が増加する結果となる。よって、
溶融ガラス５を均質化するためには長時間の撹拌により
全体を均一にする必要が生じる。

【０００５】また、従来技術では、溶融ガラス５内の泡
を別の溶融るつぼで脱泡した後、前記撹拌羽１を備えた
溶融るつぼ４にて均質化を行っているが、完全に泡が取
りきれない状態で溶融ガラスを溶融るつぼ４内の均質化
層へ移動すると、撹拌により溶融るつぼ４の上部では図
７に示すように上下の流動が生じるため、溶融ガラス５
の中を泡が動く問題が生じる。よって、泡を取り除くた
めには撹拌を停止し、泡が浮上するのを待つしか手段は
ない。従って、脱泡と均質化の両方を行うために長時間
を要する結果となる。

【０００６】本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、請求項１の目的は溶融ガラス上部に生
じる脈理を溶融ガラスの内部に入り込ませることなく、
溶融ガラスを短時間で脱泡および脈理を除去し、均質な
ガラスを製造する溶融ガラス撹拌方法を提供することで
あり、請求項２の目的は溶融ガラス上部に生じる脈理を
溶融ガラスの内部に入り込ませることなく、溶融ガラス
を短時間で脱泡および脈理を除去し、均質なガラスを製
造する溶融ガラス撹拌装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は以下のように構成した。請求項１の発明
は、ガラスを加熱溶融し撹拌する溶融ガラス撹拌方法に
おいて、撹拌羽を回転させ、かつ撹拌羽を連続的または
パルス的に上下に駆動しつつ撹拌することとした。

【０００８】請求項２の発明は、ガラスを加熱溶融し溶
融ガラスを均質化する溶融ガラス撹拌装置において、溶
融ガラスを撹拌する撹拌羽と、前記撹拌羽を回転する回
転装置と、前記撹拌羽を上下動するための駆動装置と、
前記回転と上下動を連続的またはパルス的に制御する装
置とから構成した。

【０００９】本発明の請求項１の作用を、図１〜図３を
用いて説明する。図１は本発明の撹拌装置を示す概略構
成図、図２、３は撹拌時における撹拌羽の移動状態を示
す図である。本発明は撹拌羽１０を溶融ガラス１４内で
水平方向に回転しつつ、連続的またはパルス的に上下動
する方法である。よって、従来技術のように撹拌により
ガラスに流動を生じさせるのではなく、溶融ガラスの不
均質な部分を撹拌羽１０にて分離することにより脈理を
除去する方法である。従って、従来のように脈理が溶融
ガラス１４の内部に入り込むことがなく、不均質な部分
を連続的に分離するため、脈理の除去が早い。そのため
の本発明の撹拌羽１０の動きは次の通りである。

【００１０】図１に示すように撹拌羽１０を回転装置１
２により溶融ガラス内で水平方向に回転させる。また、
撹拌羽１０の上下動は上下駆動装置１１により行う。撹
拌羽１０を連続的に上下させると、図２に示すように溶
融ガラス１４内では撹拌羽１０が斜め方向に上下動する
撹拌状態になる。ここで、連続的に上下するとは、撹拌
羽１０を溶融るつぼ１３内で上下移動させる範囲の上限
および下限に達するまでは撹拌羽１０の上下動を停止せ
ず、移動の下限および上限の位置で撹拌羽１０を上動お
よび下動させることをいい、その際、回転速度および上
下動速度の制御により溶融ガラス１４が撹拌羽１０によ
り分離されない部分が生じないようにする。これによ
り、溶融ガラス１４の全体が撹拌羽１０により全て分離
可能となり脈理が除去される。

【００１１】また、本発明のパルス的に上下とは、撹拌
羽１０を上下動させる範囲の上限および下限の範囲内で
撹拌羽１０を段階的に上昇・停止または下降・停止を行
いつつ前記範囲の全域で上下動させることをいう。この
ように、撹拌羽１０の上昇・停止または下降・停止を繰
り返すようなパルス的に撹拌羽１０の上下動をさせる
と、図３に示すように溶融ガラス１４全体が流動を起こ
すことなく、かつ脈理が多く発生している所を集中的に
撹拌できるので、効率良く分離され脈理が除去できる。

【００１２】本発明の請求項２の作用を説明する。請求
項１の作用を得るためには、溶融るつぼ１３で撹拌羽１
０を図１に示すように回転および上下動させ、かつ回転
と上下動を制御し、図２および図３に示すような撹拌の
軌跡を描く必要がある。そのために撹拌羽１０の回転制
御は電気モータ、サーボ、パルス制御によって回転速度
を制御するのが望ましい。また、撹拌羽１０の上下動の
制御は、サーボまたはパルスモータとボールネジの組合
せにて制御するか、または前記回転用モータと連動させ
上下動を行えるようにすることも可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】

［発明の実施の形態１］本発明の実施形態１を図４に基
づいて説明する。図４は本実施形態の撹拌装置を示す断
面図である。本実施形態は撹拌羽の撹拌回転と上下動を
行う独立の駆動装置を有し、同時に撹拌回転と上下動を
制御する撹拌方法および撹拌装置である。

【００１４】ガラスを溶融するための溶融るつぼ２０の
外周部には溶融るつぼ２０を加熱するためのるつぼヒー
タ２１が設置されている。溶融るつぼ２０はガラスと反
応しない白金または白金に金およびロジウムを添加した
強化白金等により形成されており、その形状は円柱形状
の下部に円錐形の底部を有し、円錐形の先端に円柱形状
の供給ノズル２２が溶接されている。溶融るつぼ２０の
円柱形状の内径はφ１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍで、円
錐形状はテーパー角４５°、高さ７５ｍｍであり、その
容積が約３０００ｃｃ、溶融容積は約２５００ｃｃであ
る。前記るつぼヒータ２１は１７００℃まで加熱可能な
セラミックスヒータ等が望ましく、例えば二珪化モリブ
デンを主成分としたセラミックスヒータ等が好ましい。
溶融るつぼ２０の底部に設置される供給ノズル２２の周
囲にはノズルヒータ２３が設置されており、るつぼヒー
タ２１とは独立して供給ノズル２２を加熱し得るように
なっている。ノズルヒータ２３は、るつぼヒータ２１と
同じ材料でも可能であるが、均質化後加熱を開始し供給
する等の工程を取るため、急速加熱が可能な高周波加熱
装置が望ましい。高周波加熱装置は７ＫＷ以上の出力が
あれば供給ノズル２２を約６０秒で１２００℃まで加熱
することができる。溶融るつぼ２０等は断熱材２４によ
って囲まれて保温可能となっている。この断熱材２４は
アルミナ繊維を固めた材料からなり、約１８００℃まで
使用可能となっている。

【００１５】溶融るつぼ２０の内部には溶融ガラス２６
を撹拌するための撹拌羽２５が配置されている。撹拌羽
２５は図示するように溶融るつぼ２０の断面形状と相似
形状をしており、最大幅１４０ｍｍ、ストレート部５０
ｍｍ、テーパー角４５°の形状を有している。かかる形
状により、撹拌羽２５を溶融るつぼ２０内で約７０ｍｍ
上下動させることで溶融るつぼ２０内の溶融ガラス２６
全体を撹拌可能となっている。撹拌羽２５の軸部上端に
は溶融るつぼ２０外でユニバーサルジョイント２７を介
して回転モータ２８が連結されている。回転モータ２８
は回転速度が０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍまで可変でき、か
つ正転・逆転可能となっている。回転の制御はＡＣモー
タ、ＤＣモータ、サーボモータ、パルスモータのいずれ
でも可能であるが、回転プログラムを設定する場合はサ
ーボモータ、パルスモータが好ましい。回転モータ２８
は取付部材２９を介してボールネジ３０および上下動ガ
イド３１に連結され、所定の位置で固定自在となってい
る。ボールネジ３０は上下モータ３２と連結されてお
り、上下モータ３２の回転により回転モータ２８を上下
動させる。このとき、回転モータ２８の上下動は上下動
ガイド３１によって規制される。この上下モータ３２は
撹拌位置を制御する必要があるため、サーボモータまた
はパルスモータが好ましい。回転モータ２８および上下
モータ３２の回転制御は制御シーケンサ３３によって行
われ、撹拌羽２５の撹拌回転および上下動の制御が可能
となっている。この制御シーケンサ３３は回転方向、回
転数、上下動の速度、移動距離、移動速度を制御し、撹
拌プログラムを設定する。

【００１６】次に、上記構成の撹拌装置によりＳＫ系の
ガラスを溶融し、撹拌する方法を説明する。ガラスブロ
ック約２５００ｃｃを溶融るつぼ２０内に投入し、るつ
ぼヒータ２１で加熱溶融する。このときの温度パターン
は１２００℃まで１．５時間で上昇させて１時間保持
し、溶融るつぼ２０内の溶融ガラス２６を均温化させ
る。均温化した後、回転モータ２８を回転速度６０ｒｐ
ｍで回転させると同時に上下モータ３２を回転させて、
撹拌羽２５を３．５ｍｍ／秒の速度により溶融るつぼ２
０内において約７０ｍｍの範囲で上下動させる。この撹
拌条件制御は制御シーケンス３３にて行い、この撹拌条
件により溶融ガラス２６の撹拌を５時間行った。その
後、溶融ガラス２６の溶融温度を１０００℃まで降下さ
せ、３０分間保持することによりガラス内の流動を停止
させる。停止後、ノズルヒータ２２を１０５０℃に加熱
し、供給ノズル２２から溶融ガラス２６を排出した。

【００１７】本発明の実施形態１によれば、溶融ガラス
２６の最上部および表面付近の領域に微小脈理が確認さ
れたが、その他の領域では脈理が無く均質なガラスが得
られた。また、本実施形態では撹拌羽２５の撹拌速度お
よび上下動を一定にして行ったが、Ｌａ系のガラスのよ
うに脈理が生じ易いものについては脈理発生の多い表面
部の撹拌を多くし、脈理の少ない部分については撹拌を
少なくするように、撹拌羽２５の上下動の速度を変則的
にすることも可能である。例えば、回転モータ２８の回
転速度を３ｒｐｍとし、上下モータ３２の回転速度を上
下動７０ｍｍの範囲について下部５０ｍｍは３．５ｍｍ
／秒、上部２０ｍｍの範囲は１．５ｍｍ／秒の速度で撹
拌羽２５が上下動するようにして溶融ガラス２６表面部
の撹拌を多くする条件や、上下動の速度を３．５ｍｍ／
秒とし回転速度を前記下部５０ｍｍは２ｒｐｍ、上部２
０ｍｍは１０ｒｐｍにする等の条件が可能である。よっ
て、溶融するガラスの特性により撹拌条件パターンを最
適に設定することが可能である。

【００１８】また、撹拌羽２５の回転駆動を行いつつ、
上記上下動を脈理の多い部分については５ｍｍづつ上昇
（降下）して上下動を１０秒停止するとともに、脈理の
少ない部分では１０ｍｍづつ上昇（降下）して上下動を
７秒停止する、といったパルス的な撹拌羽２５の上下動
によっても効果的な溶融ガラス２６の均質化が可能であ
る。

【００１９】［発明の実施の形態２］本発明の実施形態
２を図５および図６に基づいて説明する。図５は本実施
形態の撹拌装置の撹拌羽および撹拌駆動部を示す正面
図、図６は撹拌羽駆動部の上下駆動部を示す側面図であ
る。本実施形態は、駆動モータを１つとし、この駆動モ
ータにより撹拌羽の撹拌回転および上下動を行う撹拌方
法および撹拌装置である。

【００２０】撹拌羽４０の回転軸先端にはベベルギア４
１が固定され、さらにその上部にはベベルギア４１と連
結したモータ４２が設置されている。モータ４２は正転
・逆転かつ回転数が調整できるモータであればよく、そ
の回転数は３〜２０ｒｐｍの範囲で調整を無段階で調整
可能となっている。ベベルギア４１およびモータ４２は
金属板等の固定板４３に設置され、この固定板４３は上
下にスライド可能な上下ガイド４４に固定されている。
また、固定板４３の上部にはワイヤー４５が接続され、
ワイヤー４５に取り付けたバランサー４６によりプーリ
４７を介して重量バランスを取っている。

【００２１】前記ベベルギア４１の対をなす一方のベベ
ルギア４１は回転方向を９０°変更し、変更されたベベ
ルギア４１の軸先端には上下動回転ギア４８が取り付け
られている。上下動回転ギア４８の回転軸と直角方向に
ラック状の２枚の上下動ギア４９が設置されている。２
枚の上下動ギア４９は上下動回転ギア４８の歯部と対向
するように設置され、かつ必ず一方の上下動ギア４９が
上下動回転ギア４８と噛み合っている。上下動回転ギア
４８と上下動ギア４９との噛み合わせは、ギア駆動ガイ
ド５０により上下動ギア４９を横方向に駆動させること
で、一方から他方への噛み合いに変更できるもので、こ
のギア駆動ガイド５０はエアー等によって駆動される。
なお、溶融るつぼ、ヒータ、断熱材等は図４と同様に構
成されており、その図示および説明を省略する。

【００２２】本実施形態の撹拌装置は、モータ４２が回
転することにより撹拌羽４０が回転すると同時に、ベベ
ルギア４１により上下動回転ギア４８が回転する。上下
動回転ギア４８は上下動ギア４９の一方と噛み合ってい
るため、図６に示す噛み合い状態では上下動回転ギア４
８が左回転すると上下動回転ギア４８が上昇し、それに
従って上下動ガイド４４にガイドされつつ固定板４３が
上昇し、撹拌羽４０が上昇する。一方、ギア駆動ガイド
５０により他方の上下動ギア４９と上下動回転ギア４８
を噛み合わせると、上下動回転ギア４８は降下する。よ
って、モータ４０の回転とギア駆動ガイド５０の駆動に
より上下動回転ギア４８と上下動ギア４９との噛み合わ
せを切り替えることにより、撹拌羽４０は１方向に回転
しつつ上下動する。ギア駆動ガイド５０による切り替え
は、図示を省略したシーケンサと上下方向の移動距離を
検知するセンサーにより行い、このセンサーの距離を調
整することにより、溶融るつぼ内における撹拌羽４０の
上下動の移動距離を調整することができるようになって
いる。ギア駆動ガイド５０による上下動回転ギア４８と
上下動ギア４９との噛み合いを切り替える瞬間は撹拌羽
４０の上下動がフリーな状態になるが、ワイヤー４５を
介して固定板４３に連結したバランサー４６により移動
を停止できるため、落下等は生じることはない。さら
に、撹拌羽４０の撹拌回転速度と上下動の速度の関係は
上下動回転ギア４８の径を変更することによって行うこ
とができる。よって、上下動の速度を変更する際は上下
動回転ギア４８の径を変更し、かつその径に応じて上下
動ギア４９の間隔を調整することにより容易に変更する
ことができる。

【００２３】次に、前記構成の撹拌装置によりＳＫ系の
ガラスを溶融し、撹拌する方法を説明する。ガラスの溶
融るつぼへの投入から加熱、均温化までは実施形態１と
同様である。溶融ガラスが均温化した後、モータ４２を
３ｒｐｍで回転させる。その際、撹拌羽４０が３．５ｍ
ｍ／秒の速度で上下方向に移動するように上下動回転ギ
ア４８の径を調整し、かつ上下方向の移動距離が７０ｍ
ｍになるようにセンサー（図示省略）の位置をセットす
る。この撹拌条件を５時間行い、その後、溶融ガラスの
温度を１０００℃まで降下させて３０分間保持すること
により、ガラス内の流動を停止させる。流動が停止した
後、図４に示すノズルヒータ２３を１０５０℃に加熱
し、供給ノズル２２から溶融ガラスを排出した。

【００２４】本発明の本実施形態２によれば、溶融ガラ
スの最上部および表面付近の領域で微小脈理が確認され
たが、他の領域では脈理が無く均質な溶融ガラスを得る
ことができた。また、本実施形態ではＳＫ系のガラスを
用いた場合を示したが、Ｌａ系のガラスのように脈理が
多く発生するガラスにあっては、モータ４２の回転速度
を速くし、かつ上下動回転ギア４８の径を大きくして撹
拌羽４０の上下動の速度を遅くすることにより、溶融ガ
ラスの均質化が可能である。さらに、本実施形態は１つ
のモータ４２で撹拌羽４０の回転および上下動が可能な
ため、溶融条件が設定されたガラス等には簡単な設備で
均質化が可能であり生産等に使用すると良い。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１によれ
ば、溶融ガラス上部に生じる脈理を溶融ガラスの内部に
入り込ませることなく、溶融ガラスを短時間で脱泡およ
び脈理を除去し、均質なガラスを供給することができ
る。

【００２６】また、本発明の請求項２によれば、溶融ガ
ラス上部に生じる脈理を溶湯ガラスの内部に入り込ませ
ることなく、溶融ガラスを短時間で脱泡および脈理を除
去し、均質なガラスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撹拌装置を示す概略構成図である。

【図２】本発明の撹拌時における撹拌羽の移動状態を示
す図である。

【図３】本発明の撹拌時における撹拌羽の移動状態を示
す図である。

【図４】本発明の実施形態１を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態２の撹拌羽および撹拌駆動部
を示す正面図である。

【図６】本発明の実施形態２の撹拌羽駆動部の上下駆動
部を示す側面図である。

【図７】従来の撹拌装置を示す図である。

【図８】溶融ガラスに発生する脈理を示す図である。

【符号の説明】

１０ 撹拌羽 １１ 上下駆動装置 １２ 回転装置 １３ 溶融るつぼ １４ 溶融ガラス １５ 撹拌方向 ２０ 溶融るつぼ ２１ るつぼヒータ ２２ ノズル ２３ ノズルヒータ ２５ 撹拌羽 ２８ 回転モータ ３０ ボールネジ ３１ 上下動ガイド ３２ 上下モータ ３３ 制御シーケンサ ４０ 撹拌羽 ４１ ベベルギア ４２ モータ ４４ 上下動ガイド ４８ 上下動回転ギア ４９ 上下動ギア ５０ ギア駆動ガイド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスを加熱溶融し撹拌する溶融ガラス
   撹拌方法において、撹拌羽を回転させ、かつ撹拌羽を連
   続的またはパルス的に上下に駆動しつつ撹拌することを
   特徴とする溶融ガラス撹拌方法。
2. 【請求項２】 ガラスを加熱溶融し溶融ガラスを均質化
   する溶融ガラス撹拌装置において、溶融ガラスを撹拌す
   る撹拌羽と、前記撹拌羽を回転する回転装置と、前記撹
   拌羽を上下動するための駆動装置と、前記回転と上下動
   を連続的またはパルス的に制御する装置とを有すること
   を特徴とする溶融ガラス撹拌装置。