JPWO2013011835A1 - ガラス溶融装置、ガラス繊維製造装置及びガラス繊維製造方法 - Google Patents

Abstract

高温溶融した場合に溶融ガラスの清澄及び均質化を効果的に行う。イリジウム又はイリジウム基合金で形成された底壁１２及び側壁１３を備えて底壁１２に溶融ガラスの引出口１５が形成されたガラス溶融炉１１と、ガラス溶融炉１１の周囲に配置された誘導コイル２７とこの誘導コイル２７に高周波の交流電流を供給する交流電源２８とを備える高周波誘導加熱装置２６と、を備え、ガラス溶融炉１１の内部に、ガラス溶融炉１１の炉内底部からのみ溶融ガラスを通過させる上部仕切板１６と、上部仕切板１６と引出口１５との間に配置されて、溶融ガラスを堰き止め、上部仕切板１６との間に溶融ガラスを下方から上方に流す流路を形成するとともに、溢れ出た溶融ガラスを降下させることにより薄膜状に形成する薄膜形成面２５ｂが形成された薄膜形成部材２５と、を設ける。

Description

この発明は、ガラス原料を溶融するガラス溶融装置、このガラス溶融装置を用いてガラス繊維を製造するガラス繊維製造装置及びガラス繊維製造方法に関する。

近年、高品質のガラス製品を製造するために、ガラス原料を高温で溶融して清澄する要望が高まっている。このようにガラス原料を高温で溶融する技術として、特許文献１〜４に記載されたものがある。

特許文献１には、スカル坩堝を誘導加熱により加熱することでガラス原料を高温で溶融し、更に、このスカル坩堝を冷却パイプにより冷却することでスカル坩堝の寿命を延ばすことが記載されている。また、特許文献１には、高温精製や精製剤の添加により、溶融ガラスに含まれる気泡を溶融ガラス表面に上昇させて破裂させることが記載されている。

特許文献２には、スカル坩堝をコイル機構の高周波エネルギーにより加熱することでガラス原料を溶融し、スカル坩堝の上部に配置した冷却ブリッジにより溶融ガラスを冷却することで、スカル坩堝内での溶融ガラスの対流を促進することが記載されている。また、特許文献２には、溶融ガラスの出口をコイル機構よりも上方に配置することで、コイル機構が品質に与える影響を最小限に抑えることが記載されている。

特許文献３には、管状のアウトレット付きのイリジウム製溶融容器を用いてガラス原料を高温で溶融することが記載されている。また、特許文献３には、溶融容器の下部を冷却して溶融ガラスを凝固させることでアウトレットに栓をし、溶融容器内の溶融ガラスの清澄を行うことが記載されている。

特許文献４には、溶融体を５〜１０ｃｍの薄層にして水平の流路に流すことで、気泡を上昇させて溶融体の表面で破裂させることが記載されている。また、特許文献４には、下流に向けて下方に傾斜させた状態で導管を溶融体中に浸漬することで、この溶融体から気泡を分離させて導管を逆流させることが記載されている。

特表２００３−５０７３１１号公報 特表２００５−５０４７０７号公報 特開２００５−１１９９５９号公報 特表２００１−５１８０４９号公報

しかしながら、特許文献１〜４に記載の技術は、以下のような問題がある。

特許文献１に記載の技術では、精製により気泡を表面に上昇させることができるものの、これは、脱泡の仕組みを工夫しているのではなく、単に高温にすることによるものや、別途精製剤を添加することによるものであるため、一般的な清澄効果を凌駕するものではない。また、特許文献１に記載の技術では、スカル坩堝の内部が単純な構造であるため、スカル坩堝における溶融ガラスの滞留時間が短く、溶融ガラスの均質化及び清澄を十分に行えない。また、特許文献１に記載の技術では、冷却パイプによりスカル坩堝を積極的に冷却するため、スカル坩堝内で温度が低くなる部分が発生する。このため、失透（溶融ガラスが結晶化して不透明になること）の発生を招いて品質が低下する危険性が高くなり、しかも、熱効率が悪い。

特許文献２に記載の技術では、コイル機構の影響は最小限に抑えられるものの、脱泡を促進する特段の工夫を行っていないため、清澄効果が十分ではない。また、特許文献２に記載の技術では、スカル坩堝内での対流を促進させているが、スカル坩堝の内部は単純な構造であるため、スカル坩堝における溶融ガラスの滞留時間が短く、溶融ガラスの均質化及び清澄が十分に行えない。また、特許文献２に記載の技術では、冷却ブリッジによりスカル坩堝を積極的に冷却するため、スカル坩堝内で温度が低くなる部分が発生する。このため、失透の発生を招いて品質が低下する危険性が高くなり、しかも、熱効率が悪い。

特許文献３に記載の技術では、溶融ガラスが外界から閉ざされて、気泡の周囲を厚く溶融ガラスが囲むため、溶融ガラスの粘度が低くても、効率的に気泡を除去することができない。また、特許文献３に記載の技術では、溶融容器内での滞留時間を確保するために、溶融ガラスを溶融容器内に一時的に閉じ込めているため、連続的な溶融を行うことができずに効率が悪い。

特許文献４に記載された技術のうち、溶融体を水平の流路に流して脱泡を行う技術では、溶融体の厚みを５〜１０ｃｍとするため、依然、溶融体の厚みが厚い。このため、気泡が溶融体の表面に到達するまでに時間がかかってしまい、十分な脱泡効果を得ることができない。また、特許文献４に記載された技術のうち、溶融体内に導管を浸漬させる技術では、導管内の気泡が常に溶融ガラスに包まれた状態となるため、溶融体の粘度を低くしても、効率的に気泡を除去することができない。しかも、特許文献４に記載の技術では、いずれも１５００℃を最高温度とするため、難溶融性のガラスを溶融することができず、また、溶融可能であっても、溶融時間が長くなるため、溶融ガラスの均質化や清澄にも多大な時間がかかってしまう。

そこで、本発明は、高温溶融した場合に溶融ガラスの清澄及び均質化を効果的に行うことができるガラス溶融装置、ガラス繊維製造装置及びガラス繊維製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガラス溶融装置は、底壁と側壁とを備え、溶融ガラスを引き出す引出口が形成されたガラス溶融炉と、ガラス溶融炉の上方に配置されてガラス原料が投入される投入口と、ガラス溶融炉に投入されたガラス原料を加熱する加熱手段と、投入口と引出口との間の底壁に立設されて、加熱手段により加熱溶融された溶融ガラスを堰き止め、溢れ出た溶融ガラスを下降させて引き延ばすことにより薄膜状に形成する薄膜形成面が形成された薄膜形成部材と、を有することを特徴とする。

本発明に係るガラス溶融装置では、加熱手段により加熱溶融された溶融ガラスは、薄膜形成板により堰き止められ、薄膜形成板から溢れ出た溶融ガラスは、薄膜形成面を降下することにより薄く引き延ばされて薄膜状に形成され、その後、引出口に導出される。このように、溶融ガラスが薄膜化されると、気泡がその形状を保持できなくなって破泡するため、非常に優れた清澄効果を得ることができる。また、溶融ガラスが薄膜化されると、溶融ガラスへの伝熱効率が高くなるため、未溶融物の溶融が促進されて溶融ガラスの均質化が図られる。

この場合、底壁及び側壁は、通電により抵抗発熱する電熱部材で形成されており、加熱手段は、ガラス溶融炉の周囲に配置された誘導コイルと、誘導コイルに交流電流を供給する交流電源と、を備える高周波誘導加熱装置であることが好ましい。

高周波誘導加熱装置は、ガラス溶融炉の周囲に配置された誘導コイルに交流電源から交流電流（高周波電流）を流すことで、ガラス溶融炉の表面に高密度の渦電流が発生し、この高密度の渦電流により、ガラス溶融炉の表面を抵抗発熱させることができる。そして、この抵抗発熱したガラス溶融炉からの熱伝導及び輻射により、ガラス溶融炉に投入されたガラス原料を加熱溶融することができる。

このような高周波誘導加熱装置は、ガラス溶融炉に与えるエネルギーが大きく、ガラス溶融炉を高速かつ高温に抵抗発熱することができるため、ガラス溶融炉に投入されたガラス原料を高速かつ高温に加熱溶融することができる。更に、誘導コイルに流す交流電流の出力を変えることで、抵抗発熱するガラス溶融炉の温度制御が可能となるため、溶融ガラスの溶融温度を容易に調整することができる。

また、高周波誘導加熱装置は、誘導コイルとガラス溶融炉とが非接触の状態でガラス溶融炉を抵抗発熱させることができるため、ガラス溶融炉を容易に構築することができるとともに、ガラス溶融炉を交換する際のハンドリング性も向上する。しかも、ガラス溶融炉を直接通電すると、ガラス溶融炉を通電するための線路が溶断する虞や、このような線路とガラス溶融炉とを接続する電極部に過剰応力が作用してガラス溶融炉が損傷する虞が生じるが、高周波誘導加熱装置は、誘導コイルとガラス溶融炉とが非接触の状態でガラス溶融炉を抵抗発熱させることができるため、このような問題も生じない。

また、ガラス溶融炉の周囲に誘導コイルを配置することができれば、ガラス溶融炉の形状に拘らずガラス溶融炉を抵抗発熱させることができるため、ガラス溶融炉の形状自由度が向上する。更に、誘導コイルに最も近接した位置に高密度の渦電流が発生するため、ガラス溶融炉における発熱箇所を自由に設定することができる。しかも、ガラス溶融炉に冷却部位が無いため、溶融ガラスの失透リスクを小さくすることができる。

そして、薄膜形成部材は、板状に形成されており、投入口の鉛直方向下方と引出口との間に配置され、下端部が底壁に当接されるとともに側端部が側壁に当接され、上端部に溶融ガラスを通過させる上部通過部を備えるものとすることができる。このように薄膜形成部材を構成すると、薄膜形成部材が投入口の鉛直方向下方と引出口との間に配置されているため、加熱手段により加熱溶融された溶融ガラスは、直接引出口に導出されずに薄膜形成部材により堰き止められる。そして、ガラス原料の投入量を調整するなどしてガラス溶融炉における溶融ガラスの液位を上部通過部よりも僅かに高い位置に調整すると、薄膜形成部材から溢れ出した溶融ガラスが薄膜形成部材の薄膜形成面を伝って下降することで薄膜状に形成される。これにより、溶融ガラスを薄膜状に形成することができる。

この場合、薄膜形成部材は、投入口側に向けて傾斜していることが好ましい。このように板状の薄膜形成部材を傾斜させることで、上部通過部を通過した溶融ガラスが薄膜形成部材から離れることなく薄膜形成部材の薄膜形成面を滑り落ちるため、スムーズに溶融ガラスを薄膜状に形成することができる。

一方で、薄膜形成部材は、下端部が底壁に当接されて、引出口を囲う管状に形成することもできる。このように薄膜形成部材を構成すると、薄膜形成部材により引出口が覆われ、薄膜形成部材の内側に薄膜形成板が形成される。すると、加熱手段により加熱溶融された溶融ガラスは、直接引出口に導出されずに薄膜形成部材により堰き止められ、ガラス原料の投入量を調整するなどしてガラス溶融炉における溶融ガラスの液位を薄膜形成部材の上端部よりも僅かに高い位置に調整すると、薄膜形成部材から溢れ出した溶融ガラスが薄膜形成部材の内側に配置される薄膜形成面を伝って下降することで薄膜状に形成される。これにより、溶融ガラスを薄膜状に形成することができる。

この場合、薄膜形成部材は、薄膜形成面が鉛直方向上部から鉛直方向下部に向けて小さく窄まる形状であることが好ましい。このように管状の薄膜形成部材を形成することで、薄膜形成部材から溢れ出た溶融ガラスが、薄膜形成部材から離れることなく薄膜形成部材の薄膜形成面を滑り落ちるため、スムーズに溶融ガラスを薄膜状に形成することができる。

また、ガラス溶融炉は、イリジウム又はイリジウム基合金からなることが好ましい。このようにガラス溶融炉をイリジウム又はイリジウム基合金で構成することで、シリカの融点以上の高温でガラス原料を溶融することができるため、ガラス原料の溶融時間を劇的に短縮することができる。また、イリジウムは、溶融ガラスと接触しても溶融ガラスからシリコンを発生させないため、溶融ガラス中のシリコン粒子が低減して、溶融ガラスの品質を向上させることができる。しかも、イリジウム及びイリジウム合金は、電熱部材であることから、加熱手段として高周波誘導加熱装置を採用した場合にも、ガラス溶融炉を好適に抵抗発熱させることができる。

また、ガラス溶融炉を覆うケーシングと、ケーシング内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、を更に有することが好ましい。このように構成することで、ガラス溶融炉全体が不活性ガス雰囲気となって大気から隔離されるため、ガラス溶融炉が酸化して昇華するのを抑制することができる。このため、溶融ガラスを高温に加熱しても、ガラス溶融装置の耐用年数が低下するのを抑制することができる。

また、投入口の鉛直方向下方と薄膜形成部材との間に配置され、ガラス溶融炉の炉内底部から溶融ガラスを通過させる下部通過部を備える上部仕切板を更に有することが好ましい。このようにガラス溶融炉内に上部仕切板を配置することで、溶融ガラスの表層の早流れに乗って未溶融物が引出口から引き出されるのを防止できるとともに、ガラス溶融炉内における溶融ガラスの移動経路を延ばすことができる。これにより、ガラス溶融炉内における溶融ガラスの滞留時間が長くなるため、脱泡が促進されて溶融ガラスの清澄効果が高まり、また、未溶融物の溶融が促進されて溶融ガラスの均一化が図られる。しかも、上部仕切板と薄膜形成部材との間に溶融ガラスを上方に向けて流す流路が形成されるため、溶融ガラスに含まれる気泡を上方に押し上げて溶融ガラスの液面にて破泡させることができる。これにより、溶融ガラスの清澄効果を更に高めることができる。

本発明に係るガラス繊維製造装置は、上記の何れかのガラス溶融装置と、ガラス溶融炉の下方に配置されて引出口から引き出された溶融ガラスが導入される貯留槽と、貯留槽に導入された溶融ガラスを繊維化して紡糸する繊維化装置と、を有することを特徴とする。本発明に係るガラス繊維製造装置によれば、加熱手段により加熱溶融された溶融ガラスを、薄膜形成部材により清澄及び均質化した後に繊維化するため、高品質なガラス繊維を製造することができる。

本発明に係るガラス繊維製造方法は、上記のガラス繊維製造装置を用いたガラス繊維の製造方法であって、ガラス原料を投入口からガラス溶融炉内に投入し、加熱手段によりガラス溶融炉内に投入されたガラス原料を加熱溶融し、薄膜形成部材により溶融ガラスを薄膜状に形成した後、引出口から溶融ガラスを引き出して貯留槽に導入し、貯留槽に導入された溶融ガラスを繊維化装置により繊維化してガラス繊維を製造することを特徴とする。本発明に係るガラス繊維製造方法によれば、加熱手段により加熱溶融された溶融ガラスを、薄膜形成部材により清澄及び均質化した後に繊維化するため、高品質なガラス繊維を製造することができる。

この場合、ガラス溶融装置は、ガラス溶融炉を覆うケーシングを有しており、ケーシング内を不活性ガス雰囲気にすることが好ましい。このように、ケーシング内を不活性ガス雰囲気とすることで、ガラス溶融炉全体を大気から隔離することができるため、ガラス溶融炉が酸化して昇華するのを抑制することができる。このため、溶融ガラスを高温に加熱しても、ガラス溶融装置の耐用年数が低下するのを抑制することができる。

そして、加熱手段により、溶融ガラスを１７００〜２０００℃に加熱することが好ましい。このように溶融ガラスを１７００〜２０００℃に加熱することで、ガラスの主成分であるシリカ単体で溶融されるため、ガラス原料の溶融時間を飛躍的に短縮することができる。

本発明によれば、高温溶融した場合に溶融ガラスの清澄及び均質化を効果的に行うことができる。

第１の実施形態に係るガラス繊維製造装置の模式図である。 円筒坩堝状のガラス溶融炉の斜視図である。 角筒坩堝状のガラス溶融炉の斜視図である。 角筒坩堝状のガラス溶融炉の斜視図である。 図２に示すガラス溶融炉の断面斜視図である。 ガラス溶融炉における溶融ガラスの流れを示す断面図である。 第２の実施形態に係るガラス繊維製造装置におけるガラス溶融炉の平面図である。 図７に示すガラス溶融炉のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 板状の薄膜形成部材の他の例を示す図である。 管状の薄膜形成部材の他の例を示す図である。 減圧脱泡炉を取り付けたガラス繊維製造装置の模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るガラス溶融装置、ガラス繊維製造装置及びガラス繊維製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るガラス繊維製造装置の模式図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るガラス繊維製造装置１は、床２に載置されるガラス溶融装置１０と、床２の下方に配置される繊維化設備３０と、を備える。

ガラス溶融装置１０は、ガラス原料粉末やガラス塊などのガラス原料を溶融するガラス溶融炉１１と、ガラス溶融炉１１を覆うケーシング１８と、を備える。ガラス原料粉末は、シリカやアルミナなどの金属酸化物の粉末を混合したガラス原料であり、ガラス塊は、ガラス原料粉末を一旦溶融した後に冷却したマーブル状のガラス原料や、このマーブル状のガラス原料を粉砕したカレット状のガラス原料である。なお、溶融ガラスの均質性を高めたい場合は、カレット状のガラス原料を用いることが好ましい。ガラス原料としては特に限定されないが、Ｅガラス、Ｔガラス、シリカファイバ、窒化物ガラス製造用途のガラス原料を好適に用いることができる。

ガラス溶融炉１１は、ガラス原料が投入される投入口１９の下方に配置されて、上方に開口された箱状に形成されており、溶融ガラスが引き出される引出口１５が形成された底壁１２と、底壁１２に立設された側壁１３とを備えている。ガラス溶融炉１１は、底壁１２と側壁１３を有する形状であれは、上面視円形や上面視多角形など、如何なる形状であってもよい。

ガラス溶融炉１１を構成する底壁１２及び側壁１３は、通電により抵抗発熱する電熱部材（導電体）で構成されている。特に、底壁１２及び側壁１３は、溶融ガラスとの反応性が低く溶融ガラスによる侵食を受けにくい白金族金属で構成されることが好ましく、その中でも、融点が２４４７℃で高温における機械的強度に優れたイリジウム（Ｉｒ）又はイリジウム基合金で構成されることが好ましい。イリジウム基合金としては、イリジウムを５０％以上含有することが好ましく、イリジウムを６０％以上含有することが更に好ましい。なお、底壁１２及び側壁１３は、レンガなどの一般的な炉材の表面に、イリジウム（Ｉｒ）及びイリジウム基合金などの白金族金属を被覆して構成してもよい。

また、ガラス溶融装置１０には、ガラス溶融炉１１を加熱する高周波誘導加熱装置２６が設けられている。高周波誘導加熱装置２６は、ガラス溶融炉１１に離間した位置でガラス溶融炉１１の周囲に配置される誘導コイル２７と、この誘導コイル２７に高周波の交流電流を供給する交流電源２８と、を備えている。

図２は、円筒坩堝状のガラス溶融炉の斜視図であり、図３及び図４は、角筒坩堝状のガラス溶融炉の斜視図である。

上述したように、ガラス溶融炉１１は様々な形状を採用することができるが、ガラス溶融炉１１が円筒坩堝状である場合は、図２に示すように、誘導コイル２７を、側壁１３の外径よりも大きな内径を有する円形の螺旋状に巻回し、側壁１３に非接触で、側壁１３を内部に包み込むように側壁１３の周囲に配置する。この場合、側壁１３を包み込む誘導コイル２７の高さは、側壁１３の上端から下端に至る寸法であることが好ましいが、少なくとも、側壁１３の下端付近から溶融ガラスの液面付近に至る寸法であればよい。なお、誘導コイル２７の巻き数は、ガラス溶融炉１１の加熱温度やガラス溶融炉１１の大きさなどから、適宜設定される。

ガラス溶融炉１１が角筒坩堝状である場合は、図３に示すように、誘導コイル２７を、側壁１３の外径よりも大きな内径を有する矩形の螺旋状に巻回し、側壁１３に非接触で、側壁１３を内部に包み込むように側壁１３の周囲に配置する。この場合、側壁１３を包み込む誘導コイル２７の高さは、側壁１３の上端から下端に至る寸法であることが好ましいが、少なくとも、側壁１３の下端付近から溶融ガラスの液面付近に至る寸法であればよい。なお、誘導コイル２７の巻き数は、ガラス溶融炉１１の加熱温度やガラス溶融炉１１の大きさなどから、適宜設定される。

また、角筒坩堝状のガラス溶融炉１１における特定の側壁１３のみを加熱したい場合は、図４に示すように、誘導コイル２７を、当該側壁１３の面と平行な多段Ｕ字状に屈曲し、側壁１３に非接触で、当該側壁１３を覆うように配置する。この場合、多段Ｕ字状に屈曲して当該側壁１３を覆う誘導コイル２７の高さは、当該側壁１３の上端から下端に至る寸法であることが好ましいが、少なくとも、当該側壁１３の下端付近から溶融ガラスの液面付近に至る寸法であればよい。なお、誘導コイル２７の屈曲段数は、ガラス溶融炉１１の加熱温度やガラス溶融炉１１の大きさなどから、適宜設定される。

交流電源２８は、誘導コイル２７の両端に電気的に接続されており、熱の影響を受けないようにケーシング１８の外側に配置されている。この交流電源２８は、誘導コイル２７に供給する高周波の交流電流の出力を調整することが可能となっている。

このように構成される高周波誘導加熱装置２６は、交流電源２８から誘導コイル２７に高周波の交流電源を供給することで、誘導コイル２７に近接したガラス溶融炉１１の表面に高密度の渦電流が発生し、この高密度の渦電流により、ガラス溶融炉１１の表面を抵抗発熱させることができる。そして、この抵抗発熱したガラス溶融炉１１からの熱伝導及び輻射により、ガラス溶融炉１１に投入されたガラス原料を加熱溶融することができる。

そして、ガラス溶融炉１１は、上部仕切板１６により、内部が第一領域Ａと第二領域Ｂとに仕切られている。第一領域Ａは、投入口１９の鉛直方向下方に配置されて、ガラス溶融炉１１に投入されたガラス原料を溶融するための領域である。第二領域Ｂは、溶融ガラスの清澄を行うとともに、底壁１２に引出口１５が形成された領域である。

ガラス溶融炉１１の第一領域Ａには、バブラー２４が挿入されている。バブラー２４は、ガラス原料の溶融を促進させるために、溶融ガラス中に不活性ガスを噴出するチューブ状の部材である。バブラー２４の噴出口は、第一領域Ａの底部付近であって、投入口１９の鉛直方向下方付近に配置されることが好ましい。バブラー２４から噴出される不活性ガスは、如何なる種類の不活性ガスであってもよいが、溶融ガラスの酸化を防止する点で非酸化性ガスであることが好ましく、その中でも、低コストで連続的に安定供給できる点で窒素ガスが最も好ましい。なお、バブラー２４は、如何なる位置からガラス溶融炉１１の第一領域Ａに挿入してもよいが、バブラー２４をガラス溶融炉１１の第一領域Ａの上方から挿入するようにすれば、ガラス溶融炉１１の構造を簡略化することができる。

上部仕切板１６は、平板状に形成されており、第一領域Ａの溶融ガラスをガラス溶融炉１１の炉内底部からのみ第二領域Ｂに通過させるものである。

上部仕切板１６の両側端部は、側壁１３に当接されて、これらの側壁１３との間を封鎖している。上部仕切板１６の上端部は、溶融ガラスの表層を堰き止めるように、溶融ガラスの液面より高い位置に配置されている。なお、ガラス溶融炉１１の上端部は、第一領域Ａにおける溶融ガラスの表層を堰き止めることができれば、如何なる位置に配置されていてもよく、例えば、ガラス溶融炉１１の上面まで延ばしてもよい。上部仕切板１６の下端部には、ガラス溶融炉１１の炉内底部付近から溶融ガラスを通過させる通過口１６ａが形成されている。このため、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスは、上部仕切板１６に形成された通過口１６ａを潜ることによってのみ、第二領域Ｂに移動することが可能となっている。通過口１６ａは、溶融ガラスが通過できればどのような形状、構成であってもよい。例えば、上部仕切板１６の下端部を底壁１２から離間させることにより通過口１６ａを形成してもよく、上部仕切板１６の下端部に貫通孔を形成することにより通過口１６ａを形成してもよい。なお、通過口１６ａは、少なくとも、ガラス溶融炉１１の高さ（深さ）の半分よりも下方に位置させることが好ましい。

このように構成される上部仕切板１６の立設方向は、水平方向に対して垂直な方向であってもよく、水平方向に対して垂直な方向から投入口１９側に傾倒した方向であってもよい。また、上部仕切板１６は、途中で立設方向を変えてもよく、例えば、溶融ガラスに浸かる下部を、水平方向に対して垂直な方向から投入口１９側に傾倒した方向に向け、溶融ガラスに浸からない上部を、水平方向に対して垂直な方向に向けてもよい。

この上部仕切板１６は、ガラス溶融炉１１の底壁１２及び側壁１３と同様に、通電により抵抗発熱する電熱部材で構成されており、特に、白金族金属で構成されることが好ましく、その中でも、イリジウム（Ｉｒ）又はイリジウム基合金で構成されることが好ましい。なお、上部仕切板１６は、レンガなどの一般的な炉材の表面に、イリジウム（Ｉｒ）及びイリジウム基合金などの白金族金属を被覆して構成してもよい。

ガラス溶融炉１１の第二領域Ｂには、上部仕切板１６と引出口１５との間に、平板状の薄膜形成部材２５が配置されている。薄膜形成部材２５は、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスを堰き止め、上部仕切板１６との間に溶融ガラスを下方から上方に流す流路を形成するとともに、溢れ出た溶融ガラスを引出口１５側の薄膜形成面２５ｂに沿って降下させることにより引出口１５に導出するものである。

図５は、図２に示すガラス溶融炉の断面斜視図である。図１及び図５に示すように、薄膜形成部材２５は板状に形成されている。この薄膜形成部材２５の両側端部は、側壁１３に当接されて、これらの側壁１３との間を封鎖している。薄膜形成部材２５の下端部は、底壁１２に当接されて、底壁１２との間を封鎖している。

薄膜形成部材２５の上端部には、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスを通過させる上部通過部２５ａが形成されている。上部通過部２５ａは、例えば、薄膜形成部材２５の上端面により形成してもよく、薄膜形成部材２５に形成した貫通口や切り欠きにより形成してもよい。この上部通過部２５ａは、溶融ガラスを均一な厚さの薄膜状に形成するために、溶融ガラスの液面よりも僅かに低くなる位置において、水平面状に形成されている。

薄膜形成部材２５の引出口１５側には、上部通過部２５ａを通過した溶融ガラスを下降させて引き延ばすことにより薄膜状に形成する薄膜形成面２５ｂが形成されている。この薄膜形成面２５ｂは、薄膜化された溶融ガラスの厚みを均一化するために、平面状に形成されている。但し、溶融ガラスを薄膜状に形成することができれば、薄膜形成面２５ｂを垂直方向又は水平方向に湾曲した曲面状に形成してもよい。

なお、第１の実施形態では、薄膜形成部材が板状であるものとして説明するが、溢れ出た溶融ガラスが薄膜形成部材の薄膜形成面に沿って薄膜形成部材から離れることなく降下させることができれば、如何なる形状であってもよい。例えば、後述する第２の実施形態のように、薄膜形成部材が管状であってもよい。また、薄膜形成部材が板状である場合は、湾曲した曲面状や段状などであってもよく、薄膜形成部材が管状である場合は、すり鉢状や段状などであってもよい。

この薄膜形成部材２５は、ガラス溶融炉１１の底壁１２及び側壁１３と同様に、通電により抵抗発熱する電熱部材で構成されており、特に、白金族金属で構成されることが好ましく、その中でも、イリジウム（Ｉｒ）又はイリジウム基合金で構成されることが好ましい。なお、薄膜形成部材２５は、レンガなどの一般的な炉材の表面に、イリジウム（Ｉｒ）及びイリジウム基合金などの白金族金属を被覆して構成してもよい。

このように構成される薄膜形成部材２５の立設方向は、水平方向に対して垂直な方向であってもよく、水平方向に対して垂直な方向から投入口１９側に傾倒した方向であってもよい。但し、上部通過部２５ａから通過した溶融ガラスが、薄膜形成面２５ｂを滑り降りながら薄膜状に形成されるように、水平方向に対して垂直な方向から投入口１９側に傾倒した方向に向けることが好ましい。この場合、薄膜形成部材２５の立設角度は、水平方向に対して３０〜８５℃であることが好ましく、３５〜８０℃が更に好ましく、４０〜７０℃が最も好ましい。また、上部通過部２５ａの上端面は、上部通過部２５ａを通過した溶融ガラスを薄膜形成面２５ｂにスムーズに案内するべく、薄膜形成面２５ｂ側を面取りした曲面状に形成することが好ましい。なお、上部仕切板１６と薄膜形成部材２５との間に形成される流路の最短距離を長くして、当該流路における溶融ガラスの滞留時間を長くするためには、上部仕切板１６と薄膜形成部材２５とを立設方向を平行に配置することが好ましい。

なお、加熱されたガラス溶融炉１１からの輻射熱により溶融ガラスを十分に加熱することが可能であるが、更に溶融ガラスを加熱したい場合は、ガラス溶融炉１１の第二領域Ｂに、溶融ガラスを加熱する加熱ヒータなどの加熱手段を設けることもできる。これにより、第一領域Ａとは別に、第二領域Ｂにおいても溶融ガラスの加熱温度を細かく調整することができるため、溶融ガラスを均一に加熱することができるとともに、引出口１５から引き出す溶融ガラスの引出量を調整することができる。

また、ガラス溶融炉１１における第一領域Ａの底壁１２には、溶融するガラス品種の切替時に薄膜形成部材２５により堰き止められている溶融ガラスを引き出すためのドレン２９が形成されている。ガラス品種を切替する際は、ガラス溶融炉１１内から溶融ガラスを全て引き出す必要がある。このとき、薄膜形成部材２５を超えた溶融ガラスは、引出口１５から引き出すことができるが、薄膜形成部材２５に堰き止められている溶融ガラスは、ガラス溶融炉１１を引っくり返さないとガラス溶融炉１１から引き出すことができない。そこで、溶融するガラス品種の切替時は、第一領域Ａの底壁１２に形成されたドレン２９を開放することで、薄膜形成部材２５により堰き止められている溶融ガラスを引き出すことが可能となる。

このドレン２９は、様々な手法により開閉可能となっている。例えば、ドレン２９を空冷又は水冷してドレン２９内の溶融ガラスを硬化させることで、ドレン２９を封鎖することができ、ドレン２９を加熱してドレン２９内の硬化したガラスを溶融させることで、ドレン２９を開放することができる。また、蓋部材を用いてドレン２９に栓をすることで、ドレン２９を封鎖することができ、ドレン２９から栓を外すことで、ドレン２９を開放することができる。

図１に示すように、ケーシング１８は、床２に載置されており、ガラス溶融炉１１の鉛直方向上方に配置されてケーシング１８の天井となる天壁１８ａと、ガラス溶融炉１１の周囲を覆う側壁１８ｂと、ガラス溶融炉１１の鉛直方向下方に配置される底壁１８ｃとにより、箱状に形成されている。

天壁１８ａには、ガラス溶融炉１１における第一領域Ａの鉛直方向上方に、ガラス原料をガラス溶融炉１１に投入するための投入口１９が形成されている。そして、この投入口１９には、ガラス溶融炉１１に投入するガラス原料を供給するスクリューチャージャー２０が連結されている。

側壁１８ｂには、ケーシング１８内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口２１が形成されている。そして、この不活性ガス導入口２１には、ケーシング１８内に導入する不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置２２が連結されている。なお、不活性ガス供給装置２２から供給されるガスは、如何なる種類の不活性ガスであってもよいが、溶融ガラスの酸化を防止する点で非酸化性ガスであることが好ましく、その中でも、低コストで連続的に安定供給できる点で窒素ガスが最も好ましい。

底壁１８ｃには、ガラス溶融炉１１の引出口１５の鉛直方向下方に、引出口１５から引き出された溶融ガラスを排出するための排出口２３が形成されている。また、排出口２３は、溶融ガラスの排出と同時に、不活性ガスを排出することもできる。

このように構成されるケーシング１８は、ガラス溶融炉１１全体を覆い、気密性を確保できれば、如何なる形状、如何なる素材であってもよいが、機械的物性、加工性、価格、耐熱性、気密性を考慮すると、金属製の容器であることが好ましい。

ケーシング１８内には、ガラス溶融炉１１を保温断熱する耐火煉瓦や耐熱ボードなどの断熱材が挿入されている。この断熱材は、最内層がイリジウムと合金化しない素材を配置し、その外層には、アルミナ系耐熱ボードと耐熱煉瓦を適宜組み合わせて構成する。そして、断熱材は、少なくとも最外層の表面温度が３００℃以下になるように配置することが好ましく、少なくとも最外層の表面温度が１００℃以下になるように配置することが更に好ましい。なお、断熱材は、誘導コイル２７に干渉しなければ、ケーシング１８内の如何なる位置に配置してもよい。例えば、断熱材を、ケーシング１８と誘導コイル２７との間の空間、誘導コイル２７とガラス溶融炉１１との空間、又は、これら双方の空間に配置してもよい。

そして、床２には、ガラス溶融炉１１の引出口１５から引き出された溶融ガラスを繊維化設備３０に導入するための床穴３が形成されている。

繊維化設備３０は、ガラス溶融炉１１の引出口１５から引き出された溶融ガラスを繊維化する設備である。この繊維化設備３０は、引出口１５から引き出された溶融ガラスが導入されるフォアハース３１と、フォアハース３１内の溶融ガラスから多数本のフィラメントを形成するブッシング３２と、ブッシング３２からフィラメントを引き出して高速で巻き取る回転ドラム３３と、ブッシング３２から引き出された各フィラメントに集束剤を塗布するアプリケータ３７と、各フィラメントを集束する集束ローラ３４と、を備えている。

フォアハース３１は、引出口１５から引き出された溶融ガラスが導入されるとともに、溶融ガラスの温度を調節して溶融ガラスを繊維化しやすい粘度に調整する貯留槽である。そして、フォアハース３１は、床穴３の鉛直方向下方に配置されており、引出口１５から引き出された溶融ガラスが導入される上部開口３５が形成されている。なお、フォアハース３１は、この上部開口３５により大気開放されている。また、フォアハース３１は、溶融ガラスの温度を調節するための加熱手段を備えている。この加熱手段は、例えば、フォアハース３１の天井面に吊り下げられた電気ヒータ３６でよく、また、電気ヒータ３６の代わりにガスバーナ等の溶融ガラスの温度を調節できる加熱手段であればどのようなものを用いてもよい。

ブッシング３２は、フォアハース３１の底部に設けられており、紡糸のための多数（例えば、１００〜４０００程度）のノズル（不図示）が形成されている。このブッシング３２は、溶融ガラスの温度を調節するための加熱手段（不図示）を備えている。この加熱手段は、通電により抵抗発熱させるものである。このため、ブッシング３２は通電により発熱する電熱部材で形成されており、例えば白金や白金合金から構成されている。

次に、図６も参照しながら、本実施形態に係るガラス繊維製造装置１によりガラス繊維を製造する方法について説明する。図６は、ガラス溶融炉における溶融ガラスの流れを示す断面図である。なお、図６では、便宜上、バブラー２４を省略している。

図１、図５及び図６に示すように、まず、真空ポンプでケーシング１８内を真空状態もしくは少なくとも減圧状態にしてケーシング１８内に存在する酸素を排除した後、不活性ガス供給装置２２から供給される不活性ガスを不活性ガス導入口２１からケーシング１８内に導入する操作をケーシング１８内の酸素濃度が少なくとも１％以下になるまで数回繰り返して、ケーシング１８内を不活性ガス雰囲気とする。なお、不活性ガスを導入する前にケーシング１８内に充満していた気体やケーシング１８内に導入された不活性ガスは、排出口２３から排出される。

次に、スクリューチャージャー２０からガラス原料を供給して、投入口１９からガラス溶融炉１１の第一領域Ａにガラス原料を投入し、交流電源２８から誘導コイル２７に高周波の交流電流を供給する。すると、誘導コイル２７に近接したガラス溶融炉１１の表面に高密度の渦電流が発生し、この高密度の渦電流により、ガラス溶融炉１１の表面が抵抗発熱する。そして、この抵抗発熱したガラス溶融炉１１からの熱伝導及び輻射により、ガラス溶融炉１１に投入されたガラス原料が加熱溶融される。このとき、交流電源２８から誘導コイル２７に供給する高周波の交流電源の出力を調整することで、溶融ガラスを１７００〜２０００℃に加熱する。これにより、ガラス原料に含まれるシリカの溶融が促進されて、ガラス原料が迅速に溶融されるとともに、ガラス原料の溶け残りも無くなる。

なお、繊維化設備３０のフォアハース３１及びブッシング３２も加熱して、製造するガラス繊維のガラス組成に応じて溶融ガラスが繊維化しやすい温度となるように、適宜フォアハース３１及びブッシング３２の加熱温度を調整しておく。

そして、ガラス溶融炉１１に投入するガラス原料を調整して、ガラス溶融炉１１内における溶融ガラスの液位を薄膜形成部材２５の上部通過部２５ａよりも僅かに高くする。このとき、第二領域Ｂに設けた加熱手段で溶融ガラスの粘度を調整し、引出口１５から引き出される溶融ガラスの引出量を調整することで、ガラス溶融炉１１内における溶融ガラスの液位を薄膜形成部材２５の上部通過部２５ａよりも僅かに高くしてもよい。

すると、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスは、炉内底部に形成された上部仕切板１６の通過口１６ａからのみ、第一領域Ａから第二領域Ｂに移動し、上部仕切板１６と薄膜形成部材２５との間に形成された流路を液面まで上昇する。このとき、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスの表層が上部仕切板１６に堰き止められるため、未溶融物が溶融ガラスにおける表層の早流れに乗って第一領域Ａから第二領域Ｂに移動するのが阻止される。また、溶融ガラスが上部仕切板１６と薄膜形成部材２５との間に形成された流路を流れる間に、未溶融物の溶融が行われるとともに、溶融ガラスに含まれる気泡が液面に押し上げられて破泡する。このため、上部仕切板１６と薄膜形成部材２５との間に形成された流路は、溶融ガラスの清澄部として機能する。

そして、液面にまで達して薄膜形成部材２５から溢れ出た溶融ガラスは、薄膜形成部材２５の上部通過部２５ａを通過し、薄膜形成部材２５の薄膜形成面２５ｂを伝って薄膜状に形成されながら滑り落ちる。このとき、溶融ガラスが薄膜化されると、気泡がその形状を保持できなくなるため、溶融ガラスに含まれている気泡は、薄膜形成面２５ｂを伝って滑り落ちる際に破泡する。このため、薄膜形成部材２５の上部通過部２５ａ及び薄膜形成面２５ｂは、溶融ガラスの清澄部として機能する。また、溶融ガラスが薄膜形成部材２５により薄膜化されることで溶融ガラスの伝熱効率が向上するため、溶融ガラスの加熱が促進されて、溶融ガラスの均質化が図られる。

このように、ガラス溶融炉１１において高温溶融、清澄及び均質化された溶融ガラスは、引出口１５から鉛直方向下方に引き出される。そして、引出口１５から引き出された溶融ガラスは、ケーシング１８に形成された排出口２３、床２に形成された床穴３及び繊維化設備３０のフォアハース３１に形成された上部開口３５を通ってフォアハース３１内に導入され、更に、フォアハース３１の底部に設けられたブッシング３２の多数のノズルからガラスフィラメントとして引き出される。そして、ブッシング３２の多数のノズルから引き出されたガラスフィラメントにアプリケータ３７で集束剤を塗布し、集束ローラ３４で多数のガラスフィラメントを集束しながら高速回転する回転ドラム３３で巻き取ることで、細長いガラスフィラメントが集束されたガラス繊維が製造される。

以上説明したように、本実施形態によれば、上部仕切板１６と引出口１５との間に薄膜形成部材２５を配置することで、高周波誘導加熱装置２６により加熱溶融した溶融ガラスは、薄膜形成部材２５により堰き止められるため、溶融ガラスの液位を上部通過部２５ａよりも僅かに高くし、上部通過部２５ａを通過した溶融ガラスを薄膜形成部材２５の薄膜形成面２５ｂに伝わせて下降させることで、溶融ガラスを引き延ばして薄膜状に形成することができる。これにより、溶融ガラスに含まれる気泡がその形状を保持できなくなって破泡するため、非常に優れた清澄効果を得ることができる。

また、高周波誘導加熱装置２６によるガラス溶融炉１１の加熱によりガラス溶融炉１１内が極めて高い温度に加熱されており、しかも、溶融ガラスが薄膜化されることにより溶融ガラスへの伝熱効率が高くなるため、未溶融物の溶融が格段に促進されて溶融ガラスの均質化が図られる。

そして、薄膜形成部材２５を投入口１９側に傾斜させることで、上部通過部２５ａを通過した溶融ガラスが薄膜形成部材２５から離れることなく薄膜形成面２５ｂ上を滑り落ちるため、スムーズに溶融ガラスを薄膜状に形成することができる。

また、高周波誘導加熱装置２６は、ガラス溶融炉１１に与えるエネルギーが大きく、ガラス溶融炉１１を高速かつ高温に抵抗発熱することができるため、ガラス溶融炉１１に投入されたガラス原料を高速かつ高温に加熱溶融することができる。更に、誘導コイル２７に流す高周波の交流電流の出力を変えることで、抵抗発熱するガラス溶融炉１１の温度制御が可能となるため、溶融ガラスの溶融温度を容易に調整することができる。

また、高周波誘導加熱装置２６は、誘導コイル２７とガラス溶融炉１１とが非接触の状態でガラス溶融炉１１を抵抗発熱させることができるため、ガラス溶融炉１１を容易に構築することができるとともに、ガラス溶融炉１１を交換する際のハンドリング性も向上する。しかも、ガラス溶融炉１１を直接通電すると、ガラス溶融炉１１を通電するための線路が溶断する虞や、このような線路とガラス溶融炉１１とを接続する電極部に過剰応力が作用してガラス溶融炉１１が損傷する虞が生じるが、高周波誘導加熱装置２６は、誘導コイル２７とガラス溶融炉１１とが非接触の状態でガラス溶融炉１１を抵抗発熱させることができるため、このような問題も生じない。

また、ガラス溶融炉１１の周囲に誘導コイル２７を配置することができれば、ガラス溶融炉１１の形状に拘らずガラス溶融炉１１を抵抗発熱させることができるため、ガラス溶融炉１１の形状自由度が向上する。更に、誘導コイル２７に最も近接した位置に高密度の渦電流が発生するため、ガラス溶融炉１１における発熱箇所を自由に設定することができる。しかも、ガラス溶融炉１１に冷却部位が無いため、溶融ガラスの失透リスクを小さくすることができる。

また、ガラス溶融炉１１をイリジウム又はイリジウム基合金で構成することで、シリカの融点以上の高温でガラス原料を溶融することができるため、ガラス原料の溶融時間を劇的に短縮することができる。また、イリジウムは、溶融ガラスと接触しても溶融ガラスからシリコンを発生させないため、溶融ガラス中のシリコン粒子が低減して、溶融ガラスの品質を向上させることができる。

そして、高周波誘導加熱装置２６により溶融ガラスを１７００〜２０００℃に加熱することで、ガラスの主成分であるシリカ単体で溶融されるため、ガラス原料の溶融時間を飛躍的に短縮することができる。

また、ケーシング１８内を不活性ガス雰囲気とすることで、ガラス溶融炉１１全体を大気から隔離することができるため、ガラス溶融炉１１が酸化して昇華するのを抑制することができる。このため、溶融ガラスを高温に加熱しても、ガラス溶融装置１０の耐用年数が低下するのを抑制することができる。

また、ガラス溶融炉１１内に上部仕切板１６を配置することで、溶融ガラスの表層の早流れに乗って未溶融物が引出口から引き出されるのを防止できるとともに、ガラス溶融炉１１内における溶融ガラスの移動経路を延ばすことができる。これにより、ガラス溶融炉１１内における溶融ガラスの滞留時間が長くなるため、脱泡が促進されて溶融ガラスの清澄効果が高まり、また、ガラス原料の溶融が促進されて溶融ガラスの均質化が図られる。更に、上部仕切板１６と薄膜形成部材２５との間に溶融ガラスを上方に向けて流す流路が形成されるため、溶融ガラスに含まれる気泡を上方に押し上げて溶融ガラスの液面にて破泡させることができる。これにより、溶融ガラスの清澄効果を更に高めることができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、基本的に第１の実施形態と同様であり、薄膜形成部材の形状のみが相違する。このため、以下の説明では、第１の実施形態と相違する部分のみを説明し、第１の実施形態と同一の部分の説明を省略する。

図７は、第２の実施形態に係るガラス繊維製造装置におけるガラス溶融炉の平面図である。図８は、図７に示すガラス溶融炉のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。図７及び図８に示すように、第２の実施形態に係るガラス繊維製造装置のガラス溶融炉７０は、第１の実施形態の薄膜形成部材２５の代わりに、薄膜形成部材７１が設けられている。

薄膜形成部材７１は、第１の実施形態の薄膜形成部材２５と同様に、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスを堰き止め、溢れ出た溶融ガラスを薄膜状に形成してから引出口１５に導出するものである。この薄膜形成部材７１は、引出口１５を囲む円管状に形成されており、底壁１２に立設されて、底壁１２に当接されている。

薄膜形成部材７１の上端部には、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスを通過させる上部通過部７１ａが形成されている。上部通過部７１ａは、例えば、薄膜形成部材７１の上端面により形成してもよく、薄膜形成部材７１に形成した貫通口や切り欠きにより形成してもよい。この上部通過部７１ａは、溶融ガラスを均一な厚さの薄膜状に形成するために、溶融ガラスの液面よりも僅かに低くなる位置において、水平面状に形成されている。

薄膜形成部材７１の引出口１５側に配置される内側には、上部通過部７１ａを通過した溶融ガラスを下降させて引き延ばすことにより薄膜状に形成する薄膜形成面７１ｂが形成されている。この薄膜形成面７１ｂの横断面は、真円状に形成されているが、溶融ガラスを薄膜状に形成することができれば、楕円や多角形など、如何なる形状に形成してもよい。

この薄膜形成部材７１は、ガラス溶融炉１１の底壁１２及び側壁１３と同様に白金族金属で構成されており、その中でも、イリジウム（Ｉｒ）又はイリジウム基合金で構成されることが好ましい。なお、薄膜形成部材７１は、レンガなどの一般的な炉材の表面に、イリジウム（Ｉｒ）及びイリジウム基合金などの白金族金属を被覆して構成してもよい。

このように構成される薄膜形成部材７１は、上端から下端にかけて、同一の水平断面形状であってもよく、異なる水平断面形状であってもよい。但し、上端から下端にかけて異なる水平断面形状である場合は、薄膜形成部材７１から溢れ出た溶融ガラスが薄膜形成面７１ｂから離れることなく薄膜形成面７１ｂを伝って滑り降りるように、薄膜形成面７１ｂが鉛直方向上部から鉛直方向下部に向けて小さく窄まる形状であることが好ましい。具体的には、薄膜形成面７１ｂが鉛直方向上部から鉛直方向下部に向かって小さく窄まるすり鉢状、漏斗状、テーパ状などであることが好ましい。

また、上部通過部７１ａの上端面は、上部通過部７１ａを通過した溶融ガラスを薄膜形成面７１ｂにスムーズに案内するべく、薄膜形成面７１ｂ側を面取りした曲面状に形成することが好ましい。

このように構成されるガラス溶融炉７０では、ガラス溶融炉１１内における溶融ガラスの液位を薄膜形成部材７１の上部通過部７１ａよりも僅かに高くすると、第一領域Ａで溶融された溶融ガラスが、炉内底部に形成された上部仕切板１６の通過口１６ａからのみ第一領域Ａから第二領域Ｂに移動し、薄膜形成部材７１に堰き止められる。

そして、薄膜形成部材７１から溢れ出た溶融ガラスは、薄膜形成部材７１の上部通過部７１ａを通過し、薄膜形成部材７１の薄膜形成面７１ｂを伝って薄膜状に形成されながら滑り落ちる。このとき、溶融ガラスが薄膜化されると、気泡がその形状を保持できなくなるため、溶融ガラスに含まれている気泡は、薄膜形成面７１ｂを伝って滑り落ちる際に破泡する。このため、薄膜形成部材７１の上部通過部７１ａ及び薄膜形成面７１ｂは、溶融ガラスの清澄部として機能する。また、溶融ガラスが薄膜形成部材７１により薄膜化されることで溶融ガラスの伝熱効率が向上するため、溶融ガラスの加熱が促進されて、溶融ガラスの均質化が図られる。そして、溶融ガラスが、引出口１５から鉛直方向下方に引き出される。

以上説明したように、本実施形態によれば、引出口１５を囲う管状の薄膜形成部材７１を設けることで、高周波誘導加熱装置２６により加熱溶融した溶融ガラスは、薄膜形成部材７１により堰き止められるため、溶融ガラスの液位を上部通過部７１ａよりも僅かに高くし、薄膜形成部材７１から溢れ出した溶融ガラスを薄膜形成面７１ｂに伝わせて下降させることで、溶融ガラスを引き延ばして薄膜状に形成することができる。これにより、溶融ガラスに含まれる気泡がその形状を保持できなくなって破泡するため、非常に優れた清澄効果を得ることができる。

なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、薄膜形成部材２５は、溶融ガラスを堰き止めて薄膜状に降下させることができれば如何なる形状、構造であってもよく、図９及び図１０に示す形状であってもよい。図９は、板状の薄膜形成部材の他の例を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）はガラス溶融炉の断面図、（ｃ）及び（ｄ）はガラス溶融炉の平面図である。図１０は、管状の薄膜形成部材の他の例を示す図であり、（ａ）はガラス溶融炉の断面図、（ｂ）〜（ｄ）はガラス溶融炉の平面図である。なお、図９及び図１０では、薄膜形成部材以外の構成要素を省略してガラス溶融炉を図示している。

図９（ａ）に示す板状の薄膜形成部材２５Ａは、水平方向において円弧状に湾曲した曲面状に形成されている。図９（ｂ）に示す板状の薄膜形成部材２５Ｂは、水平方向において波状に湾曲した曲面状に形成されている。図９（ｃ）に示す板状の薄膜形成部材２５Ｃは、鉛直方向において円弧状に湾曲した曲面状に形成されている。図９（ｄ）に示す薄膜形成部材２５Ｄは、鉛直方向において波状（段状）に湾曲した曲面状に形成されている。

そして、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、薄膜形成部材を水平方向において湾曲させることで、溶融ガラスの流量を増やすことができるため、溶融ガラスの製造量を増やすことができる。また、図９（ｃ）及び（ｄ）に示すように、薄膜形成部材を鉛直方向において湾曲させることで、薄膜形成部材の薄膜形成面上での溶融ガラスの滞留時間を増やすことができるため、溶融ガラスの清澄効果を向上させることができる。

図１０（ａ）に示す管状の薄膜形成部材７１Ａは、矩形環状に形成されており、引出口の内径と薄膜形成部材の内径とが異なっている。図１０（ｂ）に示す管状の薄膜形成部材７１Ｂは、薄膜形成面が鉛直方向上部から鉛直方向下部に向かって小さく窄まるテーパ状に形成されている。図１０（ｃ）に示す管状の薄膜形成部材７１Ｃは、薄膜形成面が鉛直方向上部から鉛直方向下部に向かって曲線的に小さく窄まるすり鉢状又は漏斗状に形成されている。図１０（ｄ）に示す管状の薄膜形成部材７１Ｄは、薄膜形成面が鉛直方向上部から鉛直方向下部に向かって段階的に小さく窄まる二段すり鉢状に形成されている。

そして、図１０（ａ）に示すように、薄膜形成部材を矩形環状に形成することで、薄膜形成部材を容易に製造することができる。また、図１０（ａ）に示すように、引出口の内径と薄膜形成部材の内径とを異ならせることで、引出口と薄膜形成部材とを高精度に合致させる必要がなくなるため、ガラス溶融炉を容易に製造することができる。また、図１０（ｂ）〜（ｄ）に示すように、薄膜形成部材を鉛直方向下方に向けて窄めることで、薄膜形成部材から溢れ出た溶融ガラスが、薄膜形成部材から離れることなく薄膜形成部材の薄膜形成面を滑り落ちるため、スムーズに溶融ガラスを薄膜状に形成することができる。また、図１０（ｂ）に示すように、薄膜形成部材を直線的に窄めることで、薄膜形成部材を容易に製造することができる。また、図１０（ｃ）に示すように、薄膜形成部材を曲線的に窄めることで、薄膜形成部材の薄膜形成面上での溶融ガラスの滞留時間を増やすことができるため、溶融ガラスの清澄効果を向上させることができる。更に、図１０（ｄ）に示すように、薄膜形成部材を段階的に窄めることで、薄膜形成部材の薄膜形成面上での溶融ガラスの滞留時間を更に増やすことができる。

また、上記実施形態では、ガラス溶融炉１１がケーシング１８に覆われるものとして説明したが、ガラス溶融炉１１や誘導コイル２７などの酸化の問題が許容でき、ガラス溶融炉１１や誘導コイル２７を不活性ガス雰囲気に晒す必要が無い場合は、必ずしもケーシング１８でガラス溶融炉１１を覆う必要はない。

また、上記実施形態では、引出口１５から引き出された溶融ガラスを直接フォアハース３１に導入するものとして説明したが、図１１に示すガラス繊維製造装置６０のように、引出口１５から引き出された溶融ガラスを、溶融ガラス貯留槽６１及び減圧脱泡炉６２などの中間槽を介してフォアハース３１に導入してもよい。なお、減圧脱泡炉６２は、溶融ガラスが導入される炉６３をケーシング６４で気密に覆うとともに、このケーシング６４内を減圧ポンプ６５により減圧することで、炉６３に導入された溶融ガラスの脱泡を促すものである。

また、上記実施形態では、側壁１３の周囲に誘導コイル２７を配置するものとして説明したが、ガラス溶融炉１１の設置上の問題が無ければ、底壁１２の周囲にも誘導コイル２７を配置するものとしてもよい。

また、上記実施形態では、ガラス溶融装置１０をガラス繊維製造装置１に適用するものとして説明したが、ガラスカレットの製造装置など、様々な製品の製造装置に適用することができる。

また、上記実施形態では、引出口１５は底壁１２に形成されるものとして説明したが、引出口１５は、薄膜形成部材７１の上部通過部２５ａを通過する溶融ガラスの液面レベルよりも鉛直方向下方であれば如何なる位置に形成してもよい。例えば、底壁１２と側壁１３との接合部（底壁１２と側壁１３とで形成される角の部分）や、側壁１３の下部（底壁１２と側壁１３との接合部付近）などに形成してもよい。

本発明は、ガラス原料を溶融するガラス溶融装置、このガラス溶融装置を用いてガラス繊維を製造するガラス繊維製造装置及びガラス繊維製造方法として利用可能である。

１…ガラス繊維製造装置、２…床、３…床穴、１０…ガラス溶融装置、１１…ガラス溶融炉、１２…底壁、１３…側壁、１５…引出口、１６…上部仕切板、１６ａ…通過口（下部通過部）、１８…ケーシング、１８ａ…天壁、１８ｂ…側壁、１８ｃ…底壁、１９…投入口、２０…スクリューチャージャー、２１…不活性ガス導入口、２２…不活性ガス供給装置、２３…排出口、２４…バブラー、２５（２５Ａ〜２５Ｄ）…薄膜形成部材、２５ａ…上部通過部、２５ｂ…薄膜形成面、２６…高周波誘導加熱装置、２７…誘導コイル、２８…交流電源、２９…ドレン、３０…繊維化設備、３１…フォアハース、３２…ブッシング（繊維化装置）、３３…回転ドラム（繊維化装置）、３４…集束ローラ（繊維化装置）、３５…上部開口、３６…電気ヒータ、３７…アプリケータ（繊維化装置）、６０…ガラス繊維製造装置、６１…溶融ガラス貯留槽、６２…減圧脱泡炉、６３…炉、６４…ケーシング、６５…減圧ポンプ、７０…ガラス溶融炉、７１（７１Ａ〜７１Ｄ）…薄膜形成部材、７１ａ…上部通過部、７１ｂ…薄膜形成面、Ａ…第一領域、Ｂ…第二領域。

Claims (13)

1. 底壁と側壁とを備え、溶融ガラスを引き出す引出口が形成されたガラス溶融炉と、
   前記ガラス溶融炉の上方に配置されてガラス原料が投入される投入口と、
   前記ガラス溶融炉に投入されたガラス原料を加熱する加熱手段と、
   前記投入口と前記引出口との間の前記底壁に立設されて、前記加熱手段により加熱溶融された溶融ガラスを堰き止め、溢れ出た溶融ガラスを下降させて引き延ばすことにより薄膜状に形成する薄膜形成面が形成された薄膜形成部材と、
   を有することを特徴とするガラス溶融装置。
2. 前記底壁及び前記側壁は、通電により抵抗発熱する電熱部材で形成されており、
   前記加熱手段は、前記ガラス溶融炉の周囲に配置された誘導コイルと、前記誘導コイルに交流電流を供給する電源と、を備える高周波誘導加熱装置であることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融装置。
3. 前記薄膜形成部材は、板状に形成されており、前記投入口の鉛直方向下方と前記引出口との間に配置され、下端部が前記底壁に当接されるとともに側端部が前記側壁に当接され、上端部に溶融ガラスを通過させる上部通過部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス溶融装置。
4. 前記薄膜形成部材は、前記投入口側に向けて傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のガラス溶融装置。
5. 前記薄膜形成部材は、下端部が前記底壁に当接されて、前記引出口を囲う管状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融装置。
6. 前記薄膜形成部材は、前記薄膜形成面が鉛直方向上部から鉛直方向下部に向けて小さく窄まる形状であることを特徴とする請求項５に記載のガラス溶融装置。
7. 前記ガラス溶融炉は、イリジウム又はイリジウム基合金からなることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のガラス溶融装置。
8. 前記ガラス溶融炉を覆うケーシングと、
   前記ケーシング内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のガラス溶融装置。
9. 前記投入口の鉛直方向下方と前記薄膜形成部材との間に配置され、前記ガラス溶融炉の炉内底部から溶融ガラスを通過させる下部通過部を備える上部仕切板を更に有することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のガラス溶融装置。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載のガラス溶融装置と、
    前記ガラス溶融炉の下方に配置されて前記引出口から引き出された溶融ガラスが導入される貯留槽と、
    前記貯留槽に導入された溶融ガラスを繊維化して紡糸する繊維化装置と、
    を有することを特徴とするガラス繊維製造装置。
11. 請求項１０に記載のガラス繊維製造装置を用いたガラス繊維の製造方法であって、
    ガラス原料を前記投入口から前記ガラス溶融炉内に投入し、
    前記加熱手段により前記ガラス溶融炉内に投入されたガラス原料を加熱溶融し、
    前記薄膜形成部材により溶融ガラスを薄膜状に形成した後、前記引出口から溶融ガラスを引き出して前記貯留槽に導入し、
    前記貯留槽に導入された溶融ガラスを前記繊維化装置により繊維化してガラス繊維を製造することを特徴とするガラス繊維製造方法。
12. 前記ガラス溶融装置は、前記ガラス溶融炉を覆うケーシングを有しており、
    前記ケーシング内を不活性ガス雰囲気にすることを特徴とする請求項１１に記載のガラス繊維製造方法。
13. 前記加熱手段により、溶融ガラスを１７００〜２０００℃に加熱することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のガラス繊維製造方法。

Images