JPS6236971B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はガラスの高周波誘導加熱溶融炉の改良
に関するものであり、特に高純度ガラスや光学ガ
ラスまたは結晶化しやすいこれらのガラスを溶融
するに際し、外部からの不純物混入を防止すると
ともに低温域の結晶核生成を防止するため金属性
のルツボと同材質の撹拌機を高周波誘導加熱によ
つて発熱させ、側面と底面および中心部から同時
に加熱し得るようにした高周波誘導加熱溶融炉に
関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に電力を利用してガラスを溶融する方法と
して直接通電による方法と抵抗発熱体による間接
加熱の方法とが存在することは周知である。また
マイクロ波加熱や高周波誘導加熱による方法も知
られている。溶融炉としてはタンク溶融炉とポツ
ト溶融炉とがありまたこれらの変形も種々提案さ
れている。

直接通電による溶融法は、これを一般的に電気
溶融法と呼んでいるもので、タンク溶融炉または
ポツト溶融炉（主としてオープンポツト）のガラ
ス融液中に設けた電極材を介して商用周波数の電
流を通じると、ガラス融液内部でジユール熱が発
生し、この熱によつてガラスを連続的または間歇
的に溶融する溶融炉である。

抵抗発熱体による間接加熱の方法は、抵抗発熱
体に通電し発熱させ、その輻射熱でガラス面およ
びルツボ等を加熱する方法で、タンク溶融炉の一
部に使用されるかまたはポツト溶融炉の側面また
はガラス上面から加熱する場合とがあり補助的に
用いられることが多い。

マイクロ波加熱による溶融方法は、特開昭57−
145036号公報および特開昭57−202098号公報に開
示されており、キヤビテイ（空胴共振器）内に導
波管を用いてマイクロ波エネルギーを供給しキヤ
ビテイ内部に設置したガラス溶解容器内のガラス
原料を溶融する方法がある。

高周波誘導加熱による方法としてさらに特開昭
57−95834号公報および特開昭57−166325号公報
に開示されているが、この方法による溶融炉はワ
ークコイルに高周波交番電流を通じるとコイル内
の導電体自身に起電力が発生し誘導電流が流れ
る。この電流をうず電流と呼び、このうず電流損
によつて金属性ルツボまたはガラス融液を発熱さ
せる溶融炉である。

〔背景技術の問題点〕

前記の直接通電によるタンク溶融炉は連続的に
大量のガラスを溶融するのに適しているが、電極
材を直接ガラス融液中に挿入しているため当該電
極材からの不純物がガラス中に混入して汚染され
ること、および耐火物炉材などからも不純物が混
入されてくるので高純度ガラスの溶融には適当で
ない。

この対策として炉壁および電極などに白金ライ
ニングすることも考えられるが設備費用が嵩み、
製造コスト上の点から実用化には問題があつた。
またポツト溶融炉の場合も同様の問題点を有して
いた。

抵抗発熱体を用いる溶融炉は補助的熱源として
前記発熱体を用いる場合が多く、比較的小規模な
ポツト溶融炉に採用されているものの一般には熱
効率の面から好ましくない。また発熱体が炉内零
囲気により酸化または侵蝕されてガラス融液を汚
染する惧れがある。

またマイクロ波加熱による方法は実験室的小規
模でガラスを溶融するには適するが、多量のガラ
ス溶融にはマイクロ波エネルギーの容量的問題と
熱効率の面や、キヤビテイから洩れるマイクロ波
の安全性確保の困難性から適当ではない。

一般に高周波誘導加熱溶融炉はガラス融液自身
が発熱するためガラス溶解容器を冷却でき、該容
器からの不純物混入を防止できる利点があるもの
の、例えば特開昭57−95834号公報及び特開昭57
−166325号公報による方法は小規模なガラス溶融
には適するが、容量が50〜100程度以上の大型
ガラス溶解容器になるとワークコイルからの距離
が遠い中央部および底部は速やかに加熱されず、
昇温が難かしい上温度差が生じ易い。特に結晶化
しやすいガラスの溶融に際しては低温域において
直ちに結晶核が生長し、拡大して不均質ななガラ
ス融液が形成されるなどの品質特性の安定性に大
きな支障をきたしていた。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであつ
て、その目的とするところは、高純度ガラスや光
学ガラスまたはこれらの結晶化しやすいガラスを
溶融するに際し、不純物の混入を極力防止せねば
ならないガラスの高周波誘導加熱溶融炉におい
て、金属性ルツボの底部からの加熱と金属製撹拌
棒の発熱により中心部からも加熱するとともに機
械的な撹拌によつて局部的な低温域をなくして均
質なガラスを供給し得る高周波誘導加熱溶融炉を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は円錐形の底部に流出ノズルを設けた垂
直円筒形の金属性ルツボをワークコイルで囲み、
このワークコイルに高周波電圧を印加してルツボ
内のガラスを誘導加熱する溶融炉において、前記
ワークコイルとは分離独立して制御される前記流
出ノズルを囲む上段および下段に設置したノズル
加熱装置と、前記金属性ルツボの上方にガラス原
料の投入口と撹拌機挿入孔とを有する蓋と、この
蓋の中央部孔から挿入した金属性撹拌棒とを具備
し、前記円錐形底部を下方に突出するように15゜
〜60゜傾斜せしめることにより、前記ワークコイ
ルから流れる誘導電流を炉底側面に受けやすくし
ている。傾斜角15゜未満では炉底面に誘導電流を
受けにくく、60゜以上では容器の傾斜部分が多過
ぎて消費電力の損失が多くなるうえ、装置が長大
化する。さらにまた金属性撹拌棒自身の発熱と撹
拌作用によつてガラス融液をルツボ内全域に亘り
均一に加熱して溶融の促進をはかり均質なガラス
を得るようにした高周波誘電加熱溶融炉である。

流出ノズル用の上段ワークコイルはガラス溶融
時は常時通電し加熱されており、流出ノズル内の
結晶核生長防止とルツボ底部への補助的伝熱も与
えようとするものである。

流出ノズル用下段ワークコイルは溶融されたガ
ラスを流出させる時のみ通電し加熱するもので、
流出時以外は炉底を閉塞する機能を持つものであ
る。また異質ガラス形成部分を最小限とすること
およびガラス流出時の操作容易性などの理由から
そのノズル加熱装置のワークコイルにより加熱さ
れるべき流出ノズルの長さは該流出ノズルの内径
の大きさと等しいかまたはそれより大きいことが
必要である。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例および図面に基づいて説明
する。図面は本発明によるガラスの高周波誘導加
熱溶融炉の縦断側面図である。

１１は白金ルツボであり、１２は流出用ノズル
である。ルツボの上部に白金蓋１３があり、その
中央部孔から白金撹拌棒１６が挿入されている。
白金ルツボ１１は炉保温断熱材１７を介して溶融
用ワークコイル２０で囲み、このワークコイルと
は分離独立して制御されるノズル加熱装置の流出
ノズル用上段ワークコイル２１と下段ワークコイ
ル２２とは石英管よりなる電気絶縁材１９を介し
て流出ノズル１２を囲むように設置されている。

白金蓋１３の上には熱放蔽を防ぐため蓋保温断
熱材１８が施してある。この白金蓋１３にはガラ
ス原料投入口１４と撹拌棒用孔１５とがあり、こ
の挿入孔より白金撹拌棒１６が蓋上部から白金ル
ツボ内のガラス融液中に吊されている。図示して
いないがこの白金撹拌棒の回転用駆動モーターと
撹拌棒とをガラス融液量に合せて上下動させる移
動装置がこの撹拌棒とは電気絶縁材を介して接続
されている。またガラス原料投入口１４には蓋が
あり、撹拌棒用孔１５には白金撹拌棒１６の回転
に支障のない程度に保温断熱材によるカバーが施
されている。

本発明は白金ルツボ１１の円錐形炉底部の傾斜
角αを15゜以上60゜未満に傾斜をさせている。こ
れは溶融用ワークコイル２０からの誘導電流を受
けやすくしたものであり、従来の水平な底部では
発熱しにくかつたルツボ底面を種々実験の結果の
知見に基づいて限定したものである。

高周波電圧を印加して白金ルツボ１１を誘導電
流によつて発熱させるとともにガラスが融液化す
るとガラス融液自身も発熱し、さらに白金撹拌棒
自身の発熱と撹拌によりルツボの側面と底面およ
び中心部からも加熱され均質なガラス溶融が行な
われる。

本発明の実施例では白金ルツボの容量は16〜
100のものであり、溶融温度はガラスの種類に
より異なるが1000〜1480℃であり、発振周波数は
102〜300KHzの範囲で実験した。

更に白金ルツボ１１の底部にはガラスの流出ノ
ズル１２が設けてあり、ガラスの溶融が完了した
後はノズル加熱装置の上段ワークコイル２１と、
同じく下段ワークコイル２２により加熱され、溶
融ガラスを連続的または間歇的に取り出すいわゆ
るバルブの機能を有している。

ここで流出ノズル加熱装置のワークコイルを上
段ワークコイル２１と下段ワークコイル２２の多
段に分割してある理由について説明する。上段ワ
ークコイル２１はガラス溶融時には常時通電して
加熱されていることが必要である。その理由は流
出ノズル１２内に低温域を作ると結晶核が生長
し、やがて白金ルツボ１１内のガラス融液にも広
がることを防止するためである。この上段ワーク
コイル加熱は白金ルツボ１１の底部にも補助的に
伝熱されるという効果もある。また下段のワーク
コイル２２はガラス融液の流出時以外は炉底を閉
塞するという機能を有するため通電されず、流出
時のみ加熱される。このためノズル閉塞時に下段
ワークコイル部分の流出ノズル内で発生する結晶
化したガラスがノズル内の熱対流によつて上昇し
ルツボ内のガラスへ混入することがある。これを
防止するためには上段ワークコイルによつて加熱
される流出ノズルの長さが少くともノズル内径の
６倍以上であればよいことが実験により判明し
た。

さらに、本発明者らの実験によれば下段ワーク
コイル２２により加熱されるべき流出ノズルの長
さＬは実験の結果より該流出ノズルの内径Ｄの数
値に等しいかまたはそれより大きい（即ち一般式
Ｄ≦Ｌの関係で表わす）ことが必要であることが
解つた。

その理由は前述したとおり炉底閉塞機能と流出
時の操作容易性および異質ガラス形成部分の最小
限化などによるものである。下段ワークコイルに
よつて加熱される流出ノズルの長さＬが、該流出
ノズルの内径Ｄよりも短いと下段ワークコイルに
通電・加熱しない場合でも上段ワークコイルの加
熱によりガラスが流出を開始するおそれがあり、
逆に長すぎると下段ワークコイルを加熱してもガ
ラスの再流出に時間がかかり操作性・経済性が悪
化する。望ましくはＬ／Ｄ＝３〜４であり、この
ときガラスの流出制御は最も容易となる。そして
上段ワークコイル部分と下段ワークコイル部分と
を合わせた流出ノズルの全長はその内径の10倍か
ら20倍程度が望ましい。

流出ノズルの加熱装置は本実施例のみに限定さ
れるものではなく、例えばニクロム線や抵抗発熱
体などによる間接加熱方式であつても差し支えな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によるガラスの高周
波誘導加熱溶融炉によれば、白金ルツボ底部に
傾斜をつけたことによりルツボ底面の直接加熱が
でき、白金撹拌棒の挿入により撹拌棒自身の発
熱と撹拌により均質なガラス溶融ができ、さらに
流出ノズル内での結晶核生長を最小限に抑制
し、ガラス流出も短時間で行なえる等の従来の高
周波誘導加熱炉にない、多くの利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるガラスの高周波誘導加熱溶
融炉の縦断側面図である。 １１：白金ルツボ、１２：流出ノズル、１３：
白金蓋、１６：白金撹拌棒、２０，２１，２２：
ワークコイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 底部下方に突出するように15゜以上60゜未満
   の傾斜角度を有する逆円錐形の底部に流出ノズル
   を設けた金属性ルツボと、このルツボを囲み高周
   波電圧を印加する溶融用ワークコイルと、このワ
   ークコイルとは分離独立して制御される前記流出
   ノズルを囲む多段に分割したワークコイルからな
   る加熱装置と、前記金属性ルツボの上方にガラス
   原料の投入口と撹拌棒を挿入する中央孔とを有す
   る蓋と、前記中央孔から挿入した金属性撹拌棒と
   を具備し前記多段に分割したワークコイルからな
   る加熱装置の下段ワークコイルにより加熱される
   流出ノズルの長さが該流出ノズル部分の内径の大
   きさと等しいかまたはそれより大きいことを特徴
   とするガラスの高周波誘導加熱溶融炉。 ２ 流出ノズルを囲む多段加熱装置の上段ワーク
   コイルは常時流出ノズル内のガラス融液とルツボ
   底部近傍とを加熱できるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のガラスの高周波
   誘導加熱溶融炉。 ３ 流出ノズルを囲む多段加熱装置の下段ワーク
   コイルはガラス融液を流出させる時のみ高周波電
   圧を印加し、加熱されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のガラスの高周波誘導加熱溶
   融炉。 ４ 金属性ルツボの材質は白金である特許請求の
   範囲第１項記載のガラスの高周波誘導加熱溶融
   炉。 ５ 金属性撹拌棒の材質は白金である特許請求の
   範囲第１項記載のガラスの高周波誘導加熱溶融
   炉。