JPWO2009148028A1 - 減圧脱泡装置、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法 - Google Patents

減圧脱泡装置、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法 Download PDF

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Abstract

溶融ガラス流路での溶融ガラス流の滞留、局所的な溶融ガラス流の流速の増加、および、溶融ガラス流の圧損の過大な増加等の問題を生じることなしに、200トン/日以上の処理能力を達成することができる減圧脱泡装置の提供。減圧脱泡槽、ならびに前記減圧脱泡槽と接続する上昇管および下降管を有する減圧脱泡装置であって、前記減圧脱泡槽が、該減圧脱泡槽における溶融ガラスの流路をなす幅広部位を有し、該幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1と、長さL1と、の比W1/L1が0.2以上であり、前記減圧脱泡槽のうち、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W3が、前記幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1よりも狭く、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部が、前記幅広部位における溶融ガラス流路の底部よりも低い位置にあることを特徴とする減圧脱泡装置。

Description

本発明は、減圧脱泡装置、ガラス製品の製造装置、及びガラス製品の製造方法に関する。
従来、成形されたガラス製品の品質を向上させるために、溶解槽で原料を溶解した溶融ガラスを成形装置で成形する前に溶融ガラス内に発生した気泡を除去する目的で減圧脱泡装置が用いられている。
減圧脱泡装置は、内部が所定の減圧度に保持された減圧脱泡槽内に溶融ガラスを通過させることにより、溶融ガラス内に含まれる気泡を比較的短時間に成長させ、大きく成長した気泡の浮力を利用して溶融ガラス中を浮上させ、溶融ガラスの表面で気泡を破泡させることで、効率よく溶融ガラス表面から気泡を除去するものである。
ガラス製造量の増加、ガラス製造コストの削減等の観点からガラス製造設備の大型化が求められており、減圧脱泡装置についても脱泡処理量の増加、すなわち、減圧脱泡装置における溶融ガラス流の大流量化が求められている。
溶融ガラス流の大流量化を図り、所望の減圧脱泡処理を行うには、各種の要因変動(例えば脱泡処理を行う溶融ガラス流の流量の変動や、溶解炉内の溶融ガラスの温度低下によって生じる溶融ガラス内に溶存するガス成分の濃度の変動や、減圧された減圧脱泡槽の圧力の変動等の各種の要因の変動)を考慮して、溶融ガラスに発生する気泡を所望の範囲内で減圧脱泡することのできるように、減圧脱泡槽内の溶融ガラスの液表面を上部空間と広い範囲で接触させることが必要である。そして、溶融ガラスの液表面を上部空間と広く接触させるには、減圧脱泡槽の底面積を広くしなければならない。
減圧脱泡槽の底面積を広くするには、減圧脱泡槽における溶融ガラス流路を長手方向に長くするか、または、該溶融ガラス流路の横幅を広げればよい。しかしながら、長手方向に長い従来の減圧脱泡槽の溶融ガラス流路をさらに長くすると、流路を形成する部材の長手方向の熱膨張をさらに大きくし、流路の破損の原因となって寿命を縮める。また、流路全体が長くなるので、減圧脱泡槽を所定の減圧度となる高さに維持する設備も大型化する。そのため、溶融ガラス流路を長手方向に延ばすよりも、該溶融ガラス流路の横幅を広げる方が好ましい。本出願人は、特許文献1において、大型化のため溶融ガラス流路の横幅を広げた減圧脱泡装置を提案している。
特許文献1は、減圧脱泡装置の溶融ガラス流路の横幅を一様に広げた場合の問題点として、以下の2点を挙げている。
第1に、該溶融ガラス流路の下流側で溶融ガラス流の流速が局所的に低下する部分が生じることが予想される。このような場合、流下速度が低下する局所的部分の溶融ガラス流は、他の部分の溶融ガラス流に比べて減圧脱泡槽内に長い時間滞在するため、その間に軽元素、例えばナトリウム(Na)等を蒸発させ、溶融ガラスの組成が局所的に変わってしまう。その結果、最終製品となった板ガラス等には、屈折率が部分的に異なり透視像を歪ませるいわゆるリームの悪化に繋がり、品質の劣化にいたるといった問題が発生する。
第2に、該溶融ガラス流路の横幅方向に目地の存在しない一体物の緻密質耐火物製レンガ、つまり横幅が1mもある緻密質耐火物製レンガを作ることは困難であるため、該溶融ガラス流路の横幅方向に複数の緻密質耐火物製レンガを組み合わせなければならない。そのため、減圧脱泡槽の流路を形成する天井部や底部や両側壁部に目地が不可避的に存在する。このような目地のうち、特に天井部や底部が両側壁部と接続される部分の目地は、熱上げ中および使用時に生じる緻密質耐火物製レンガの熱膨張によって容易に開くことが予想される。目地が一端開くと、開いた目地は溶融ガラスによる侵蝕が激しくなるとともに、開いた目地から気泡が激しく発生し、溶融ガラス内に混入する。しかも、この気泡は減圧脱泡処理で減圧脱泡されるほどの大きさに成長しないため、溶融ガラス内に気泡を多数混入させたまま、細かな砂利とともに減圧脱泡槽から導出される。その結果、ガラス製品としての品質を劣化させてしまうといった問題が発生する。
特許文献1に記載の減圧脱泡装置では、上述した第1の問題点を解決するため、真空吸引されて内部が減圧される減圧ハウジングと、この減圧ハウジング内に設けられ、溶融ガラスを流下して減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、この減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡前の溶融ガラスを吸引上昇させて前記減圧脱泡槽に導入する上昇管と、前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡された溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から下降させて導出する下降管とを具備し、前記減圧脱泡槽は、減圧脱泡された溶融ガラスを前記下降管に下降させる下流部の流路の内幅を、前記上昇管から溶融ガラスを導入する上流部の流路の内幅に比べて狭くなるよう構成されること特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置を提供している。
また、上述した第2の問題点を解決するため、真空吸引されて内部が減圧される減圧ハウジングと、この減圧ハウジング内に緻密質耐火物製レンガを組んで設けられ、溶融ガラスを流下して減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、この減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡前の溶融ガラスを吸引上昇させて前記減圧脱泡槽に導入する上昇管と、前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡後の溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から下降させて導出する下降管とを具備する溶融ガラスの減圧脱泡装置であって、前記減圧脱泡槽は、矩形断面形状の流路を形成するための、前記緻密質耐火物製レンガを組んで構成される天井部、底部および両側壁部を有し、前記両側壁部と接続される前記天井部および前記底部の前記緻密質耐火物製レンガは、前記両側壁部の前記緻密質耐火物製レンガを組み込むための切り欠き部を有し、前記減圧脱泡槽の前記両側壁部の外側に、前記両側壁部の緻密質耐火物製レンガを外側から固定する固定手段を有することを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置を提供している。
特開2000−178029号公報
特許文献1に記載の減圧脱泡装置では、溶融ガラス流路の下流側で溶融ガラス流の流速が局所的に低下することを防止するため、すなわち、溶融ガラス流が滞留することを防止するため、減圧脱泡槽のうち、溶融ガラスを下降管に下降させる下流部の流路の内幅を、上昇管から溶融ガラスを導入する上流部の流路の内幅に比べて狭くなるよう構成しているが、溶融ガラス流の滞留が生じるのは、特許文献1の図2から明らかなように、横幅を広げた減圧脱泡槽の溶融ガラス流路に比べて下降管の径が小さいからである。したがって、溶融ガラス流の滞留防止という観点でみた場合、上昇管から溶融ガラスを導入する上流部の流路の内幅も狭くすることが好ましい。すなわち、減圧脱泡槽の溶融ガラス流路のうち、上昇管から溶融ガラスを導入する上流部の流路の内幅、および、溶融ガラスを下降管に下降させる下流部の流路の内幅を、溶融ガラス流路の他の部位、すなわち、溶融ガラス流路の中間部分の内幅に比べて狭くすることが好ましい。
但し、溶融ガラス流路の内幅を局所的に狭くすると、その部分を流れる溶融ガラス流の流速が増加する。特許文献1の段落[0039]に記載されているような処理能力20トン/日程度の減圧脱泡装置では、溶融ガラス流は単純に直線的に流れる傾向にあり、局所的な溶融ガラス流の流速の増加は問題になることはないが、処理能力200トン/日以上の大型の減圧脱泡装置とした場合、局所的な溶融ガラス流の流速の増加が問題となることを本発明者らは本発明の際に見出した。
大型の減圧脱泡装置を製造する場合、特許文献1にも記載されているように、減圧脱泡槽の構成材料には緻密質耐火物炉材、特に電鋳耐火物炉材が用いられる。これらの材料は、耐熱性、溶融ガラスへの耐性等に優れており、減圧脱泡槽の構成材料として優れているが、減圧脱泡槽のうち溶融ガラスと接する部位は、減圧脱泡装置を使用する過程で溶融ガラスによる侵食を受ける。特許文献1の段落[0039]に記載されているような処理能力20トン/日程度の減圧脱泡装置では、溶融ガラス流の流速が局所的に増加する部位があったとしても、溶融ガラスによる侵食は問題とならなかったが、処理能力200トン/日以上の大型の減圧脱泡装置とした場合、溶融ガラス流の流速が局所的に増加する部位での溶融ガラスによる侵食が無視できないことが本発明の際に明らかになった。
また、溶融ガラス流路の内幅を局所的に狭くすると、減圧脱泡槽を通過する溶融ガラス流の圧損(流動抵抗)が増加する可能性がある。特許文献1には記載されていないが、長手方向に長い従来の減圧脱泡槽の流路をさらに長くすると、該溶融ガラス流路を溶融ガラス流が通過する際の圧損(流動抵抗)が問題となる。また、特許文献1の段落[0039]に記載されているような処理能力20トン/日程度の減圧脱泡装置では、減圧脱泡槽を通過する溶融ガラス流の圧損の増加は問題とならなかったが、処理能力200トン/日以上の大型の減圧脱泡装置とした場合、溶融ガラス流路の内幅を局所的に狭くすることによって、溶融ガラス流の圧損の過大な増加が起こり、減圧脱泡装置にとって致命的な問題となることを本発明者らは本発明の際に見出した。
本発明は、上記した従来技術に対して今回新たに見出した問題点を解決するため、溶融ガラス流路での溶融ガラス流の滞留、局所的な溶融ガラス流の流速の増加、および、溶融ガラス流の圧損の過大な増加等の問題を生じることなしに、200トン/日以上の処理能力を達成することができる減圧脱泡装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、減圧脱泡槽、ならびに前記減圧脱泡槽と接続する上昇管および下降管を有する減圧脱泡装置であって、
前記減圧脱泡槽が、該減圧脱泡槽における溶融ガラスの流路をなす幅広部位を有し、該幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1と、長さL1と、の比W1/L1が0.2以上であり、
前記減圧脱泡槽のうち、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W3が、前記幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1よりも狭く、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部が、前記幅広部位における溶融ガラス流路の底部よりも低い位置にあることを特徴とする減圧脱泡装置を提供する。
本発明の減圧脱泡装置において、前記幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1が1000mm以上であることが好ましい。
本発明の減圧脱泡装置において、前記幅広部位における溶融ガラス流路の長さL1が5000mm以上であることが好ましい。
本発明の減圧脱泡装置において、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部が、前記幅広部位における溶融ガラス流路の底部よりもそれぞれ50〜1000mm低い位置にあることが好ましい。
本発明の減圧脱泡装置において、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W2、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W3、前記上昇管の内径(直径)r2、および、前記下降管の内径(直径)r3が、下記式に示す関係を満たすことが好ましい。
1×r2 ≦ W2 ≦ 5×r2
1×r3 ≦ W3 ≦ 5×r3
本発明の減圧脱泡装置において、溶融ガラスの液面を想定した水平面を基準として、前記水平面下の前記幅広部位における溶融ガラス流路の断面積S1、前記水平面下の前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の断面積S2、および、前記水平面下の前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の断面積S3が、下記式に示す関係を満たすことが好ましい。
1.0 ≦ S1/S2 ≦ 10.0
1.0 ≦ S1/S3 ≦ 10.0
本発明の減圧脱泡装置において、前記幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1(mm)、前記幅広部位における溶融ガラス流路の長さL1(mm)、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の長さL2(mm)、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の長さL3(mm)が、下記式に示す関係を満たすことが好ましい。
0.5×W1 ≦ L2 ≦ 2×L1
0.5×W1 ≦ L3 ≦ 2×L1
本発明は、上記した減圧脱泡装置と、該減圧脱泡装置よりも上流側に設けられたガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解手段と、該減圧脱泡装置よりも下流側に設けられた溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段と、を備えたガラス製品の製造装置を提供する。
本発明は、上記した減圧脱泡装置により溶融ガラスを脱泡処理する工程と、該減圧脱泡装置よりも上流側でガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解工程と、該減圧脱泡装置よりも下流側で溶融ガラスを成形する成形工程と、成形後のガラスを徐冷する徐冷工程と、を含むガラス製品の製造方法を提供する。
本発明は、ガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解工程と、該溶融ガラスを減圧脱泡槽ならびに前記減圧脱泡槽と接続する上昇管および下降管を有する減圧脱泡装置によって脱泡処理する工程と、該脱泡処理後の溶融ガラスを成形する成形工程と、成形後のガラスを徐冷する徐冷工程と、を含むガラス製品の製造方法であって、
前記減圧脱泡槽を流れる溶融ガラスが、幅広部位を有し、該幅広部位における溶融ガラス流の幅w1と、長さl1と、の比w1/l1が0.2以上であり、
前記減圧脱泡槽を流れる前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流の幅w2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流の幅w3が、前記幅広部位における溶融ガラス流の幅w1よりも狭く、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流の深さh2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流の深さh3が、前記幅広部位における溶融ガラス流の深さh1よりも深いことを特徴とするガラス製品の製造方法を提供する。
本発明によれば、溶融ガラス流路での溶融ガラス流の滞留、局所的な溶融ガラス流の流速の増加、および溶融ガラス流の圧損の過大な増加等の問題を生じることなしに、200トン/日以上の処理能力を達成することができる減圧脱泡装置を提供することができる。
図1は、本発明の減圧脱泡装置の一構成例を示す断面図である。 図2は、図1に示す減圧脱泡槽2の平面図である。但し、減圧脱泡槽2の内部構造が見えるように、減圧脱泡槽2上部の壁面が省略されている。 図3は、本発明の減圧脱泡装置における減圧脱泡槽の別の形態を示した平面図である。減圧脱泡槽の平面形状が図2とは異なっている。 図4は、本発明のガラス製品の製造方法の1実施形態の流れ図である。
以下、図面を参照して本発明を説明する。図1は、本発明の減圧脱泡装置の一構成例を示す断面図である。図1に示す減圧脱泡装置1は、溶解槽(図示しない)から供給される溶融ガラスを減圧脱泡して、次の処理装置(図示していないが、成形装置、続いて徐冷装置など)に連続的に供給するプロセスに用いられるものである。
減圧脱泡装置1は、その内部に溶融ガラスGの流路が設けられた減圧脱泡槽2を有する。その内部が大気圧未満の減圧状態に保持された減圧脱泡槽2に溶融ガラスGを通過させることにより、溶融ガラスの減圧脱泡が行われる。図1において減圧脱泡槽2中の水平線xは溶融ガラスGの液面を示すと同時に、減圧脱泡槽2との関係では溶融ガラスの液面を想定した場合の水平面を示す。
なお、図示していないが、減圧脱泡槽2は、通常、減圧ハウジング内に収容されており、減圧ハウジングを減圧吸引することにより、減圧脱泡槽2内部の気圧を大気圧未満の減圧状態に保持する。一方、減圧脱泡槽2が減圧ハウジング内に収容されていない場合、減圧脱泡槽2の溶融ガラスGの上部空間を、減圧ポンプ等を用いて減圧吸引することで、減圧脱泡槽2内部の気圧を大気圧未満の減圧状態に保持する。
減圧脱泡槽2には、上昇管3および下降管4が接続されている。上昇管3は、脱泡処理前の溶融ガラスGを吸引上昇させて該減圧脱泡槽2に導入する溶融ガラスGの導入手段であり、その下端部は上流側の導管構造10と接続されている。一方、下降管4は、脱泡処理後の溶融ガラスGを該減圧脱泡槽2から下降させて導出する溶融ガラスGの導出手段であり、その下端部は下流側の導管構造20と接続されている。
図2は、図1に示す減圧脱泡槽2の平面図である。但し、減圧脱泡槽2の内部構造が見えるように、減圧脱泡槽2上部の壁面、減圧ハウジングなどが省略されている。
本発明の減圧脱泡装置は、200トン/日以上の処理能力を達成するため、減圧脱泡槽2が幅広部位21を有している。該幅広部位21は、該減圧脱泡槽2における溶融ガラスGの流路をなす。本明細書において、減圧脱泡槽における幅広部位とは、減圧脱泡槽の溶融ガラス流路のうち、他の部位よりも幅が大きくなった部位を指す。
本発明の減圧脱泡装置1では、該幅広部位21の溶融ガラスGの流路の幅W1と、長さL1と、の比(W1/L1)が0.2以上である。幅広部位21のW1/L1を0.2以上とすることにより、長手方向の熱膨張の増大による溶融ガラス流路の破損や溶融ガラス流の圧損の過大な増加等の問題を生じることなしに200トン/日以上の処理能力を達成することができる。また、幅広部位21のW1/L1を0.2以上とすることにより、200トン/日以上の処理能力を達成する大型の減圧脱泡装置であるにもかかわらず、その寸法を最小限におさえることができる。
1/L1は0.25以上であることが好ましく、0.3以上であることがより好ましく、0.35以上であることがさらに好ましい。また、通常、W1/L1は好ましくは4以下、より好ましくは2.5以下、さらに好ましくは1.3以下である。
幅広部位21の溶融ガラス流路の幅W1が1000mm以上であることが200トン/日以上の処理能力を達成するうえで好ましい。
1は2000mm以上であることがより好ましく、W1は3000mm以上であることがさらに好ましい。
したがって、幅広部位21の溶融ガラス流路の長さL1は5000mm以上であることが200トン/日以上の処理能力を達成するうえで好ましい。
1は6000mm以上であることがより好ましく、L1は7000mm以上であることがさらに好ましい。
なお、操業性の面を考慮すると、W1の上限としては、10000mm、L1の上限として15000mmが好ましい。
減圧脱泡槽2における溶融ガラスGの流路上の天井部は水平な場合と溶融ガラスの流れの幅方向にアーチ状の場合があるが、幅広部位21の底から天井の最大高さH1は500〜5000mmであることが好ましい。減圧脱泡槽2における溶融ガラスGの流路上の天井部が水平であると仮定すると、幅広部位21の底から天井までの高さH1は500〜5000mmであることが好ましい。溶融ガラスの液面を想定した水平面から幅広部位21の底部までの深さをh1とすると、当該水平面から天井部までの高さは、H1からh1を減じた値となる。
1が500mm未満であるとh1を適切な深さに調整することが困難となるおそれや脱泡空間が狭くなり脱泡の効率が低下するおそれが生じる。一方、H1が5000mm超だと減圧脱泡槽を構築するのが難しくなるなどのおそれが生じる。H1は500〜2000mmであることがより好ましく、H1は700〜1500mmであることがさらに好ましい。
溶融ガラスの液面を想定した水平面から幅広部位21の底部までの深さ(減圧脱泡槽2に溶融ガラスGが流れている場合の幅広部位21における溶融ガラス流の深さに同じ)h1は100〜1000mmであることが好ましい。h1は、h1<H1でありかつある程度の脱泡空間が確保される限り、実質的にHの値に制約されることはない。
1が100mm未満だと、幅広部位21の溶融ガラス流路の底面が溶融ガラスによる侵食を受けるおそれがある。また、幅広部位21を溶融ガラス流が通過する際の圧損が問題となるおそれがある。一方、h1が1000mm超だと、溶融ガラス流路の底面付近に存在する気泡が浮上することが困難となり、減圧脱泡の効果が低下するおそれがある。
1は200〜900mmであることがより好ましく、300〜800mmであることがさらに好ましく、400〜700mmであることがさらにまた好ましい。なお、脱泡空間の高さである前記水平面から天井部までの高さ(H1−h1)は100mm以上が好ましく、200mm以上がより好ましい。
上昇管3は、該幅広部位21よりも上流側で減圧脱泡槽2と接続している。下降管4は、該幅広部位21よりも下流側で減圧脱泡槽2と接続している。以下、本明細書において、上昇管3と接続する減圧脱泡槽2の部位を上昇管接続部位22と言い、下降管4と接続する減圧脱泡槽2の部位を下降管接続部位23と言う。
上昇管接続部位22および下降管接続部位23は、溶融ガラスGの流路の幅W2、W3(mm)が、幅広部位21の溶融ガラス流路の幅W1よりも幅が狭い幅狭部位となっている。このような構造とすることにより、減圧脱泡槽2の溶融ガラス流路が幅広であるにもかかわらず、溶融ガラス流の滞留、より具体的には、溶融ガラス流路の上流側および下流側での溶融ガラス流の滞留が防止される。
但し、特許文献1に記載の減圧脱泡装置の問題点として上述したように、200トン/日以上の処理能力を達成する大型の減圧脱泡装置において、減圧脱泡槽の溶融ガラス流路を局所的に狭くすると、許容不可能な様々な問題が発生する。
すなわち、減圧脱泡槽の溶融ガラス流路を局所的に狭くすると、局所的な溶融ガラス流の流速の増加が起こりやすく、それが発生する領域の大きさが従来の装置に比べて非常に大きくなりやすくなるので、溶融ガラスと接する減圧脱泡槽の部位の侵食がより一層問題となる可能性がある。
また、減圧脱泡槽の溶融ガラス流路を局所的に狭くすると、溶融ガラス流の圧損の過大な増加が起こり、減圧脱泡装置にとって致命的な問題となる可能性がある。
本発明の減圧脱泡装置では、これらの問題点を防止するため、上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流路の底部が、幅広部位21における溶融ガラス流路の底部よりも低い位置にある。すなわち、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23は、溶融ガラス流路の底部が幅広部位21よりも低い位置にある。このような構成とすることにより、幅広部位21の溶融ガラス流路の断面積(後述の定義を参照)と、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流路の断面積(後述の定義を参照)と、の差が小さくなる。これは、実質的には幅広部位21の溶融ガラス流の断面積と、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流の断面積と、の差を小さくすることを意図する。この結果、上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流路が局所的に狭くなっているにもかかわらず、局所的な溶融ガラス流の流速の増加が抑えられ、溶融ガラスと接する減圧脱泡槽の部位の侵食のおそれが少なくなる。また、上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流路が局所的に狭くなっているにもかかわらず、溶融ガラス流の圧損の過大な増加が抑えられる。
上昇管接続部位22の溶融ガラス流路の底部、および、下降管接続部位23の溶融ガラス流路の底部は、幅広部位21における溶融ガラス流路の底部よりもそれぞれ50〜1000mm低い位置にあることが好ましい。すなわち、溶融ガラスの液面を想定した水平面から上昇管接続部位22の溶融ガラス流路の底部までの深さ(減圧脱泡槽2に溶融ガラスGが流れている場合の上昇管接続部位22における溶融ガラス流の深さに同じ)をh2、溶融ガラスの液面を想定した水平面から下降管接続部位23の溶融ガラス流路の底部までの深さ(減圧脱泡槽2に溶融ガラスGが流れている場合の下降管接続部位23における溶融ガラス流の深さに同じ)をh3とすると、(h2−h1)と(h3−h1)はそれぞれ50〜1000mmの範囲内にあることが好ましい。これら高さの差は、それぞれ50〜400mmの範囲内にあることがより好ましい。これら高さの差は、それぞれ50〜200mmの範囲内にあることがさらに好ましい。
前記減圧脱泡槽2中の各位置における溶融ガラス流路の断面積とは、各位置における減圧脱泡槽2の溶融ガラスGの流れ方向に直角方向の断面のうち、溶融ガラスの液面を想定した水平面より下の断面の面積を言う。図1、図2においては、幅広部位21における溶融ガラス流路の断面積とは、W1×h1で表される面積である。減圧脱泡槽2に溶融ガラスGが流れている場合、この断面積は幅広部位21における溶融ガラス流の断面積に等しい。同様に、上昇管接続部位22における溶融ガラス流路の断面積は、W2×h2で表される面積であり、下降管接続部位23における溶融ガラス流路の断面積は、W3×h3で表される面積である。
上述したように、本発明の減圧脱泡装置1において、上昇管接続部位22および下降管接続部位23で溶融ガラス流路の幅W2、W3を狭い幅狭部位とするのは、溶融ガラス流路の上流側および下流側での溶融ガラス流の滞留を防止するためである。
したがって、上昇管接続部位22および下降管接続部位23では、溶融ガラス流路の幅W2、W3と、上昇管3および下降管4の内径r2、r3と、の差が小さくなっていることが好ましい。具体的には、上昇管接続部位22の溶融ガラス流路の幅W2および上昇管3の内径(直径)r2が下記式(1)に示す関係を満たすことが好ましく、下降管接続部位23の溶融ガラス流路の幅W3および下降管4の内径(直径)r3が下記式(2)に示す関係を満たすことが好ましい。
1×r2 ≦ W2 ≦ 5 ×r2 (1)
1×r3 ≦ W3 ≦ 5 ×r3 (2)
ここで、W2は上昇管接続部位22のうち上昇管3の中心軸が通過する部位での溶融ガラス流路の幅であり、W3は下降管接続部位23のうち下降管4の中心軸が通過する部位での溶融ガラス流路の幅である。
上記式(1)、(2)に示す関係を満たしていれば、溶融ガラス流路の幅W2、W3と、上昇管3および下降管4の内径r2、r3と、の差が小さいので、溶融ガラス流路の上流側および下流側で溶融ガラス流の滞留が起こることがない。
上昇管接続部位22の溶融ガラス流路の幅W2および上昇管3の内径r2が下記式(3)、好ましくは下記式(31)に示す関係を満たすことがより好ましく、下降管接続部位23の溶融ガラス流路の幅W3および下降管4の内径r3が下記式(4)、好ましくは下記式(41)に示すに示す関係を満たすことがより好ましい。
1 ×r2 ≦ W2 ≦ 3 ×r2 (3)
1 ×r3 ≦ W3 ≦ 2 ×r3 (4)
1.25 ×r2 ≦ W2 ≦ 3 ×r2 (31)
1.5 ×r3 ≦ W3 ≦ 2 ×r3 (41)
上昇管3および下降管4の内径r2、r3は、減圧脱泡装置の規模によっても異なるが、処理能力200トン/日以上の減圧脱泡装置の場合、通常は100〜1000mmであり、好ましくは200〜800mmであり、より好ましくは300〜700mmであり、さらに好ましくは400〜600mmである。
したがって、上昇管接続部位22の溶融ガラス流路の幅W2、および、下降管接続部位23の溶融ガラス流路の幅W3は、それぞれ100〜5000mmであることが好ましく、125〜3000mmであることがより好ましく、150〜2000mmであることがさらに好ましい。
なお、図2では上昇管3および下降管4の断面形状が円形であるが、減圧脱泡装置に用いられる上昇管、下降管の断面形状はこれに限定されず、断面形状が楕円形状である場合や矩形のような多角形形状である場合もある。このような場合、上昇管3および下降管4の内径のうち最大径を上記式(1)〜(4)におけるr2、r3とする。例えば、上昇管3および下降管4の開口部の形状が楕円形状の場合、楕円形状の長径をr2、r3とする。
上述したように、本発明の減圧脱泡装置において、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流路の底部を幅広部位21の溶融ガラス流路の底部よりも低い位置とするのは、幅広部位21の溶融ガラス流路の断面積と、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流路の断面積と、の差を小さくするためである。したがって、上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流路の底部の位置は、単に幅広部位21の溶融ガラス流路の底部の位置との関係で設定するのではなく、幅広部位21の溶融ガラス流路の断面積と、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流路の断面積と、の差、実質的には幅広部位21の溶融ガラス流の断面積と、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23の溶融ガラス流の断面積と、の差が小さくなるように設定する必要がある。具体的には、幅広部位21における溶融ガラス流路の断面積S1および上昇管接続部位22の溶融ガラス流路の断面積S2が下記式(5)に示す関係を満たすように溶融ガラスの液面を想定した水平面から上昇管接続部位22の溶融ガラス流路の底部までの深さh2を設定することが好ましく、幅広部位21における溶融ガラス流路の断面積S1および下降管接続部位23の溶融ガラス流路の断面積S3が下記式(6)に示す関係を満たすように溶融ガラスの液面を想定した水平面から下降管接続部位23の溶融ガラス流路の底部までの深さh3を設定することが好ましい。なお、前記のように、図1、図2においては、S1はW1×h1に等しく、S2はW2×h2に等しく、S3はW3×h3に等しい。
1.0 ≦ S1/S2 ≦ 10.0 (5)
1.0 ≦ S1/S3 ≦ 10.0 (6)
1およびS2は下記式(7)に示す関係を満たすことがより好ましく、下記式(8)に示す関係を満たすことがより好ましい。
1.0 ≦ S1/S2 ≦ 5.0 (7)
1.0 ≦ S1/S2 ≦ 3.0 (8)
1およびS3は下記式(9)に示す関係を満たすことがさらに好ましく、下記式(10)に示す関係を満たすことがさらに好ましい。
1.0 ≦ S1/S3 ≦ 5.0 (9)
1.0 ≦ S1/S3 ≦ 3.0 (10)
上述したように、本発明の減圧脱泡装置1は、減圧脱泡槽2に幅広部位21を設けることによって、長手方向の熱膨張の増大による溶融ガラス流路の破損や溶融ガラス流の圧損の過大な増加等の問題を生じることなしに200トン/日以上の処理能力を達成するものである。したがって、幅広部位21における溶融ガラス流路の長さL1と、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23における溶融ガラス流路の長さL2およびL3と、を比較した場合、具体的には、両者が下記式(11)、(12)に示す関係を満たすことが好ましい。
0.5×W1 ≦ L2 ≦ 2×L1 (11)
0.5×W1 ≦ L3 ≦ 2×L1 (12)
上記式(11)、(12)において、L2およびL3は溶融ガラス流路の幅が上記で定義したW2およびW3以下となる部分の溶融ガラス流路の長さではなく、幅広部位21の溶融ガラス流路の幅W1よりも溶融ガラス流路の幅が狭くなる部分全体の長さを意図する。
上記式(11)、(12)において、L2およびL3が幅広部位21における溶融ガラス流路の幅W1の0.5倍以上であることが好ましいのは、L2およびL3がW1の0.5倍未満だと、幅広部位21と、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23と、の間で、溶融ガラス流路の幅が急激に変化するため、溶融ガラス流の圧損の過大な増加が生じるおそれがあるためである。
1およびL2は下記式(13)に示す関係を満たすことがより好ましく、下記式(14)に示す関係を満たすことがさらに好ましい。
0.6×W1 ≦ L2 ≦ 1.5×L1 (13)
0.75×W1 ≦ L2 ≦ 1×L1 (14)
1およびL3は下記式(15)に示す関係を満たすことがより好ましく、下記式(16)に示す関係を満たすことがさらに好ましい。
0.6×W1 ≦ L3 ≦ 1.5×L1 (15)
0.75×W1 ≦ L3 ≦ 1×L1 (16)
図2に示す減圧脱泡槽2では、幅狭部位である上昇管接続部位22および下降管接続部位23のうち、実際に上昇管3および下降管4と接続する部位付近で、溶融ガラス流路の幅が一定になっているが、本発明の減圧脱泡装置において、幅狭部位である上昇管接続部位および下降管接続部位は、溶融ガラス流路の幅が一定になる部分を有していなくてもよい。図3は、本発明の減圧脱泡装置における減圧脱泡槽の別の形態を示した平面図である。図3に示す減圧脱泡槽2´において、幅狭部位である上昇管接続部位22´および下降管接続部位23´は、溶融ガラス流路の幅が一定になる部分を有していない。なお、図3に示す減圧脱泡槽2´の断面形状は、図1に示す減圧脱泡槽2と同一である。
図3に示す減圧脱泡槽2´は、幅狭部位である上昇管接続部位22´および下降管接続部位23´が溶融ガラス流路の幅が一定になる部分を有していないことを除いて、図2に示す減圧脱泡槽2について上述した点を満たすことが好ましい。
本発明の減圧脱泡装置において、減圧脱泡槽、上昇管および下降管の構成材料は、耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性に優れる材料である限り特に限定されない。したがって、白金若しくは白金ロジウム合金のような白金合金を使用することもできる。但し、本発明の減圧脱泡装置は、200トン/日以上の処理能力を達成する大型の減圧脱泡装置であることから、電鋳レンガのような耐火レンガを用いることが好ましい。但し、本発明の減圧槽は幅広部位を有しているので、特許文献1に記載の減圧脱泡槽と同様に、溶融ガラス流路の横幅方向に複数の耐火レンガを組み合わせて構成する必要がある。そして、複数の耐火レンガを組み合わせて減圧脱泡槽を構成する際には、特許文献1に記載の減圧脱泡槽と同様の手順を実施することが好ましい。すなわち、減圧脱泡槽の側壁部は減圧脱泡槽の高さ方向に目地のない一体物の耐火レンガを長手方向に組み上げて構成する。減圧脱泡槽の天井部および底部は、横幅方向に複数の耐火レンガを組むとともに長手方向にも組み上げて構成する。天井部および底部を構成する耐火レンガのうち、側壁部と接続される耐火レンガには、側壁部をなす耐火レンガを組み込むための切り欠き部を設けておき、この切り欠き部に側壁部をなす耐火レンガを外側から組み込むことが好ましい。そして、側壁部をなす耐火レンガと、天井部をなす耐火レンガおよび底部をなす耐火レンガと、の接触部分の目地が開くことのないように、側壁部をなす耐火レンガの外側からジャッキ等の固定手段を用いて締めつけることが好ましい。また、長手方向についても、特許文献1の図1に示されるように、熱膨張によって減圧脱泡槽の前部壁面をなす耐火レンガおよび後部壁面をなす耐火レンガと、天井部をなす耐火レンガおよび底部をなす耐火レンガと、が接続される部分の目地が開かないように、前部壁面をなす耐火レンガおよび後部壁面をなす耐火レンガを外側からジャッキ等の固定手段を用いて締めつけることが好ましい。横幅方向に複数の耐火レンガを組んで構成される減圧脱泡槽の天井部において、少なくとも中央に位置する耐火レンガをその横幅が上方に迫り出す迫構造とすることにより、天井部を構成する耐火レンガが落下するのを防止できる。
上記した構成の本発明の減圧脱泡装置により、溶融ガラス流路での溶融ガラス流の滞留、局所的な溶融ガラス流の流速の増加、および溶融ガラス流の圧損の過大な増加等の問題を生じることなしに、200トン/日以上、好ましくは500トン/日以上、より好ましくは700トン/日以上の処理能力を達成することができる。
本発明の減圧脱泡装置を用いて減圧脱泡を実施する際、減圧脱泡槽の内部を所定の減圧状態に保持した状態で、該減圧脱泡槽に溶融ガラスを供給する。ここで減圧脱泡槽内部は、51〜613hPa(38〜460mmHg)に減圧されていることが好ましい。減圧脱泡槽内部は、80〜338hPa(60〜253mmHg)に減圧されていることがより好ましい。
本発明の減圧脱泡装置を用いて減圧脱泡するガラスは、加熱溶融法により製造されるガラスである限り、組成的には制約されない。したがって、ソーダライムガラスに代表されるソーダライムシリカ系ガラスやアルカリホウケイ酸ガラスのようなアルカリガラスであってもよい。
建築用または車両用の板ガラスに使用されるソーダライムガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2:65〜75%、Al23:0〜3%、CaO:5〜15%、MgO:0〜15%、Na2O:10〜20%、K2O:0〜3%、Li2O:0〜5%、Fe23:0〜3%、TiO2:0〜5%、CeO2:0〜3%、BaO:0〜5%、SrO:0〜5%、B23:0〜5%、ZnO:0〜5%、ZrO2:0〜5%、SnO2:0〜3%、SO3:0〜0.5%、という組成を有することが好ましい。
液晶ディスプレイ用の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2:39〜70%、Al23:3〜25%、B2O:1〜20%、MgO:0〜10%、CaO:0〜17%、SrO:0〜20%、BaO:0〜30%、という組成を有することが好ましい。
プラズマディスプレイ用の基板に使用される混合アルカリ系ガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2:50〜75%、Al23:0〜15%、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO:6〜24%、Na2O+K2O:6〜24%、という組成を有することが好ましい。
本発明のガラス製品の製造装置は、前述した減圧脱泡装置と、該減圧脱泡装置よりも上流側に設けられたガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解手段と、該減圧脱泡装置よりも下流側に設けられた溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段と、を備えるものである。なお、溶解手段、成形手段、徐冷手段については、公知技術の範囲である。例えば、溶解手段は、所望の組成になるように調製したガラス原料を溶解槽に投入し、ガラスの種類に応じた所定の温度、例えば、建築用や車両用などのソーダライムガラスの場合、約1400〜1600℃に加熱してガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る。例えば、成形手段としては、フロート法、フュージョン法またはダウンドロー法などによる装置が挙げられる。これらの中でもフロート法のためのフロートバスを用いた成形手段が、薄板ガラスから厚板ガラスまでの広範囲の厚さの高品質な板ガラスを大量に製造できる理由から好ましい。例えば、徐冷手段としては、成形後のガラスの搬送機構としての搬送ロールと、成形後のガラスの温度を徐々に下げるための機構を備えた徐冷炉が一般的に用いられる。徐々に温度を下げる機構は、燃焼ガスまたは電気ヒータにより、その出力が制御された熱量を、炉内の必要位置に供給して成形後のガラスをゆっくり冷却する(徐冷する)。これによって、成形後のガラスに内在する残留応力をなくすことができる。
次に、本発明のガラス製品の製造方法について説明する。図4は、本発明のガラス製品の製造方法の1実施形態の流れ図である。本発明のガラス製品の製造方法は、上述した本発明の減圧脱泡装置を用いることを特徴とする。本発明のガラス製品の製造方法は、前述した減圧脱泡装置により溶融ガラスを脱泡処理する工程と、該減圧脱泡装置よりも上流側でガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解工程と、該減圧脱泡装置よりも下流側で溶融ガラスを成形する成形工程と、成形後のガラスを徐冷する徐冷工程と、を含むガラス製品の製造方法である。または、本発明のガラス製品の製造方法は、ガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解工程と、該溶融ガラスを減圧脱泡槽ならびに前記減圧脱泡槽と接続する上昇管および下降管を有する減圧脱泡装置によって脱泡処理する工程と、該脱泡処理後の溶融ガラスを成形する成形工程と、成形後のガラスを徐冷する徐冷工程と、を含むガラス製品の製造方法であって、前記減圧脱泡槽を流れる溶融ガラスが、幅広部位を有し、該幅広部位における溶融ガラス流の幅w1と、長さl1と、の比w1/l1が好ましくは0.2以上好ましくは4以下であり、前記減圧脱泡槽を流れる前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流の幅w2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流の幅w3が、前記幅広部位における溶融ガラス流の幅w1よりも狭く、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流の深さh2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流の深さh3が、前記幅広部位における溶融ガラス流の深さh1よりも深いことを特徴とするガラス製品の製造方法である。なお、w1、w2、w3、l1、は、ガラス流路でのW1、W2、W3、L1と同一である。また、上述したように、幅広部位における溶融ガラス流の深さh1は、溶融ガラスの液面を想定した水平面から該幅広部位における溶融ガラス流路の底部までの深さに等しく、上昇管と接続する部位における溶融ガラス流の深さh2は溶融ガラスの液面を想定した水平面から該上昇管と接続する部位における溶融ガラス流路の底部までの深さに等しく、下降管と接続する部位における溶融ガラス流の深さh3は溶融ガラスの液面を想定した水平面から該下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部までの深さに等しい。
本発明のガラス製品の製造方法は、前述した本発明の減圧脱泡装置を利用する以外は公知技術の範囲である。また、本発明のガラス製品の製造方法で利用する装置については、前述の通りである。図4には、本発明のガラス製品の製造方法の構成要素である溶解工程および成形工程ならびに徐冷工程に加えて、さらに必要に応じて用いる切断工程、その他後工程も示す。
本発明の減圧脱泡装置、およびガラス製品の製造装置、ならびにガラス製品の製造方法は、建材用、車両用、光学用、医療用、その他幅広いガラス製品の製造に利用可能である。
なお、2008年6月2日に出願された日本特許出願2008−144519号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として取り入れるものである。
1:減圧脱泡装置
2,2´:減圧脱泡槽
21,21´:幅広部位
22,22´:上昇管接続部位
23,23´:下降管接続部位
3:上昇管
4:下降管
10:上流側導管構造
20:下流側導管構造

Claims (10)

  1. 減圧脱泡槽、ならびに前記減圧脱泡槽と接続する上昇管および下降管を有する減圧脱泡装置であって、
    前記減圧脱泡槽が、該減圧脱泡槽における溶融ガラスの流路をなす幅広部位を有し、該幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1と、長さL1と、の比W1/L1が0.2以上であり、
    前記減圧脱泡槽のうち、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W3が、前記幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1よりも狭く、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部が、前記幅広部位における溶融ガラス流路の底部よりも低い位置にあることを特徴とする減圧脱泡装置。
  2. 前記幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1が1000mm以上である請求項1に記載の減圧脱泡装置。
  3. 前記幅広部位における溶融ガラス流路の長さL1が5000mm以上である請求項1または2に記載の減圧脱泡装置。
  4. 前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の底部が、前記幅広部位における溶融ガラス流路の底部よりもそれぞれ50〜1000mm低い位置にある請求項1ないし3のいずれかに記載の減圧脱泡装置。
  5. 前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W2、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の幅W3、前記上昇管の内径(直径)r2、および、前記下降管の内径(直径)r3が、下記式に示す関係を満たす請求項1ないし4のいずれかに記載の減圧脱泡装置。
    1×r2 ≦ W2 ≦ 5×r2
    1×r3 ≦ W3 ≦ 5×r3
  6. 溶融ガラスの液面を想定した水平面を基準として、前記水平面下の前記幅広部位における溶融ガラス流路の断面積S1、前記水平面下の前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の断面積S2、および、前記水平面下の前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の断面積S3が、下記式に示す関係を満たす請求項1ないし5のいずれかに記載の減圧脱泡装置。
    1.0 ≦ S1/S2 ≦ 10.0
    1.0 ≦ S1/S3 ≦ 10.0
  7. 前記幅広部位における溶融ガラス流路の幅W1、前記幅広部位における溶融ガラス流路の長さL1、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流路の長さL2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流路の長さL3が、下記式に示す関係を満たす請求項1ないし6のいずれかに記載の減圧脱泡装置。
    0.5×W1 ≦ L2 ≦ 2×L1
    0.5×W1 ≦ L3 ≦ 2×L1
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の減圧脱泡装置と、該減圧脱泡装置よりも上流側に設けられたガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解手段と、該減圧脱泡装置よりも下流側に設けられた溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段と、を備えたガラス製品の製造装置。
  9. 請求項1ないし7のいずれかに記載の減圧脱泡装置により溶融ガラスを脱泡処理する工程と、該減圧脱泡装置よりも上流側でガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解工程と、該減圧脱泡装置よりも下流側で溶融ガラスを成形する成形工程と、成形後のガラスを徐冷する徐冷工程と、を含むガラス製品の製造方法。
  10. ガラス原料を溶解して溶融ガラスを製造する溶解工程と、該溶融ガラスを減圧脱泡槽ならびに前記減圧脱泡槽と接続する上昇管および下降管を有する減圧脱泡装置によって脱泡処理する工程と、該脱泡処理後の溶融ガラスを成形する成形工程と、成形後のガラスを徐冷する徐冷工程と、を含むガラス製品の製造方法であって、
    前記減圧脱泡槽を流れる溶融ガラスが、幅広部位を有し、該幅広部位における溶融ガラス流の幅w1と、長さl1と、の比w1/l1が0.2以上であり、
    前記減圧脱泡槽を流れる前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流の幅w2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流の幅w3が、前記幅広部位における溶融ガラス流の幅w1よりも狭く、前記上昇管と接続する部位の溶融ガラス流の深さh2、および、前記下降管と接続する部位の溶融ガラス流の深さh3が、前記幅広部位における溶融ガラス流の深さh1よりも深いことを特徴とするガラス製品の製造方法。
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