KR101242915B1

KR101242915B1 - 백금 또는 백금 합금제의 구조체 및 이를 이용한 유리 제조장치

Info

Publication number: KR101242915B1
Application number: KR1020077018085A
Authority: KR
Inventors: 사토루 아베; 가즈오 하마시마
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2013-03-12
Also published as: CN101132995A; WO2006095523A1; EP1857420A1; TWI389861B; EP1857420A4; TW200640811A; KR20070108519A; US20080050609A1; JPWO2006095523A1; CN101132995B; JP5056411B2

Abstract

용융 유리의 도관으로서 적합한 백금제 또는 백금 합금제의 구조체, 및 이 구조체가 용융 유리의 도관으로서 사용되고 있는 용융 유리의 제조 장치를 제공한다.

중공 원통체와, 이 중공 원통체의 외주로부터 방사상으로 연장되도록 배치된 플랜지로 이루어지는, 고온 환경하에서 사용되는 백금 또는 백금 합금제의 구조체 로서, 상기 플랜지에는 응력 변형 흡수 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백금 또는 백금 합금제의 구조체.

백금 구조체, 백금 합금제의 구조체

Description

백금 또는 백금 합금제의 구조체 및 이를 이용한 유리 제조 장치{PLATINUM OR PLATINUM ALLOY STRUCTURE AND GLASS PRODUCTION APPARATUS MAKING USE OF THE SAME}

본 발명은, 고온 환경하에서 사용되는 백금 또는 백금 합금제의 구조체에 관한 것이다. 이 구조체는 중공 원통관과, 이 중공 원통관의 외주에 형성된 플랜지로 이루어지고, 유리 제조 장치의 용융 유리의 도관에 적합하다. 또, 본 발명은 이 구조체를 사용한 유리 제조 장치에 관한 것이다.

유리 제조 장치에 있어서, 그 내부를 고온의 용융 유리가 통과하는 도관에는 백금, 또는 백금-금 합금, 백금-로듐 합금과 같은 백금 합금제의 중공 원통관이 사용되고 있다. 특허 문헌 1 에 기재된 용융 유리의 감압 탈포 장치를 예로 들면, 내부에서 용융 유리를 감압 탈포 처리하는 감압 탈포조 (槽), 용융 유리를 용해조로부터 감압 탈포조에 공급하는 상승관, 감압 탈포 처리 후의 용융 유리를 감압 탈포조로부터 다음의 처리조에 도출하는 하강관에, 백금 또는 백금 합금제의 중공 원통관이 사용되고 있다. 또, 용융 유리가 통과하는 도관의 다른 예로는, 유리 제조 장치로부터 불순물을 제거하기 위하여 설치된 유출관, 렌즈, 프리즘 등의 광학 부품을 성형하는 경우에 유리 제조 장치로부터 성형용의 형태로 용융 유리 를 유출시키기 위한 유출관 등을 들 수 있다.

이들 중공 원통관 사이의 접합, 또는 중공 원통관과 감압 탈포 장치의 다른 구성 요소와의 접합, 특허 문헌 1 에 기재된 감압 탈포 장치의 경우, 상승관 또는 하강관과 감압 하우징의 접합을 위하여, 중공 원통관의 외주에는 도 6 에 나타내는 바와 같은 평판이며 또한 원판상인 플랜지 (3′) 가 형성되어 있다. 또, 유리 제조 장치에서는, 내부를 통과하는 용융 유리와 온도차를 발생시키지 않기 위하여, 용융 유리가 통과하는 도관은 가열된다. 도관의 가열은, 히터 등의 열원에 의해 도관을 외부로부터 가열하는 경우도 있지만, 백금 또는 백금 합금제의 중공 원통관의 경우, 이 중공 원통관에 통전용 전극을 형성하고 통전 가열하는 것이 널리 실시되고 있다.

통전용 전극에는, 중공 원통관에 흐르는 전류가 균등해지도록 도 6 에 나타내는 바와 같은 평판이며 또한 원판상인 플랜지 (3′) 가 사용된다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평11-139834호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

사용시, 이들 원판상의 플랜지에는 부위에 따라 상당히 큰 온도차가 존재한다.

즉, 원판상의 플랜지의 내주측은 용융 유리가 통과하는 중공 원통체에 접합되어 있기 때문에 1100℃ 이상의 고온이 된다. 한편, 플랜지의 외주측은 감압 하우징 등, 감압 탈포 장치의 다른 구성 요소와 접합할 때, 접합부를 기밀하게 하기 위하여 고무 패킹을 개재하여 접합된다. 이 때문에, 접합부는 고무 패킹의 내열 온도 이하 (예를 들어, 50 ∼ 60℃) 로 냉각되어 있다. 통전용 전극에 있어서도, 플랜지의 외주부는 외부 전원 (통상은 도선을 개재하여) 과 접합되기 때문에 냉각되어 있다. 이 온도차에 의해 플랜지에는 열응력이 가해진다. 본 발명자들은, 이 온도차에 의한 열응력에 의해 플랜지의 내주측에 크랙이 발생할 우려가 있다는 것을 알아내었다.

플랜지를 고온하에 둔 경우, 온도차가 없어도 플랜지에는 열응력이 가해진다. 그러나, 본 명세서에서 대상으로 하는 것은 이러한 것이 아니고, 온도차에 의한 열응력, 즉 유리 제조 장치의 용융 유리의 도관에 형성된 플랜지와 같이, 내주측 및 외주측이 고정된 플랜지에 부위에 따라 온도차가 있는 경우에, 이 온도차가 원인으로 플랜지에 가해지는 열응력을 의미한다.

사용시에 있어서, 용융 유리가 통과하는 중공 원통관의 온도는 항상 일정하지 않고 변동하는 경우가 있다. 예를 들어, 유리 제조 장치에 공급하는 유리를 변경하는 경우, 유리의 조성에 따라 중공 원통관의 온도를 상승 하강시킨다. 이 때, 중공 원통관과 접합되어 있는 플랜지의 내주측의 온도도 상승 하강한다. 이 온도 변동에 의해서도 플랜지에는 열응력이 가해진다. 또, 중공 원통관을 통전 가열하고 있는 경우에, 어떠한 원인으로 중공 원통관으로의 통전이 정지되면 중공 원통관의 온도가 급격히 변동한다. 이러한 급격한 온도 변동이 발생한 경우, 플랜지의 내주측에도 영향을 미치고 플랜지에는 상당히 큰 열응력이 가해지게 된다.

이들 열응력 및 이에 따른 변형은, 이하의 이유에 의해 플랜지의 내주측에 집중된다.

·플랜지의 내주측은 중공 원통체의 외주에 고정되어 있고, 플랜지의 외주측은 감압 하우징 등, 감압 탈포 장치의 다른 구성 요소와 고정되어 있기 때문에, 온도차에 의한 열응력은 플랜지로부터 해방되지 않는다.

·플랜지를 구성하는 백금 또는 백금 합금의 기계적 강도는 고온이 될수록 저하된다. 따라서, 플랜지의 내주측은 외주측에 비해 강도가 낮아져 있다.

강도가 낮은 내주측에 열응력 및 이에 따른 변형이 집중됨으로써, 플랜지의 내주측에 크랙이 발생한다. 플랜지에 크랙이 발생하면, 감압 하우징 내부를 원하는 감압 상태로 유지할 수 없게 된다. 또, 통전용 전극의 경우에는 크랙이 발생한 경우, 전극에 전류가 흐르지 않게 된다. 통전용 전극에 전류가 흐르지 않게 된 경우, 중공 원통관으로의 통전이 정지되기 때문에 중공 원통관의 온도가 급격히 변동한다. 이 때, 플랜지에는 상기 서술한 바와 같이 상당히 큰 열응력이 가해지게 된다.

상기 서술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유리 제조 장치의 구성 요소, 구체적으로는 용융 유리의 도관으로서 바람직한 백금제 또는 백금 합금제의 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 구조체에서는, 고온 환경하에서의 사용시, 플랜지에서의 온도차에 의한 열응력이 원인으로 플랜지에 크랙이 발생하는 것이 방지되고 있다.

또, 본 발명은 이 구조체를 용융 유리의 도관으로서 사용한 용융 유리의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중공 원통체와, 이 중공 원통체의 외주로부터 방사상으로 연장되도록 형성된 플랜지로 이루어지는, 고온 환경하에서 사용되는 백금 또는 백금 합금제의 구조체로서,

상기 플랜지에는, 응력 변형 흡수 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백금 또는 백금 합금제의 구조체 (이하, 「본 발명의 구조체」라고 한다.) 를 제공한다.

본 발명의 구조체에 있어서, 상기 플랜지는 원판상이고, 또한 상기 응력 변형 흡수 구조는, 상기 플랜지와 동심원을 이루도록 형성된 변형부인 것이 바람직하다.

본 발명의 구조체에 있어서, 상기 응력 변형 흡수 구조는, 상기 구조체의 사용시에 있어서의 온도가 상기 플랜지를 구성하는 재료의 융점의 1/2 이하가 되는 부위에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 구조체에 있어서, 상기 응력 변형 흡수 구조는, 상기 구조체의 사용시에 있어서의 온도가 상기 플랜지를 구성하는 재료의 융점의 1/10 이상이 되는 부위에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 구조체에 있어서, 상기 응력 변형 흡수 구조는, 하기 식을 만족시키는 부위에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

3/10 ≤ X/Y ≤ 9/10

X : 중공 원통관의 외주부로부터 응력 변형 흡수 구조까지의 거리

Y : 중공 원통관의 외주부로부터 플랜지 외연부까지의 거리

사용시에 있어서, 상기 응력 변형 흡수 구조에 가해지는 열응력은, 상기 플랜지를 구성하는 재료의 인장 강도의 70％ 미만인 것이 바람직하다.

본 발명의 구조체에 있어서, 상기 플랜지의 외단부에, 추가로 백금 또는 백금 합금 이외의 금속으로 구성된 부위가 형성되어 있어도 된다.

또, 본 발명은 용융 유리의 도관으로서, 본 발명의 구조체를 사용한 유리 제조 장치를 제공한다.

또, 본 발명은 용융 유리의 도관으로서, 본 발명의 구조체를 사용한 감압 탈포 장치를 제공한다.

본 발명의 유리 제조 장치 또는 본 발명의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 플랜지는, 상기 백금 또는 백금 합금제의 구조체를 통전 가열하기 위한 전극을 이루는 것이 바람직하다.

발명의 효과

본 발명의 구조체는 고온 환경하에서의 사용시, 플랜지에서의 온도차에 의한 열응력에 의해 플랜지에 크랙이 발생하는 것이 방지되고 있다. 본 발명의 구조체는, 고온 환경하에서 사용되는 구조체, 특히 플랜지의 부위에 따라 온도차가 발생하는 구조체, 예를 들어 유리 제조 장치의 용융 유리의 도관으로서 적합하다.

본 발명의 유리 제조 장치는 사용시, 플랜지에 크랙이 발생하는 것이 방지되기 때문에, 고품질의 유리를 제조할 수 있다. 예를 들어, 감압 탈포 장치의 감압 하우징과의 접합부에 사용되는 플랜지에서 크랙이 발생하면, 감압 하우징 내를 원하는 감압 상태로 유지할 수 없게 되기 때문에 용융 유리 중의 기포를 원하는 레벨까지 제거할 수 없게 되지만, 본 발명의 유리 제조 장치에서는 플랜지에 크랙이 발생하지 않기 때문에, 감압 하우징 내를 충분히 감압 상태로 하여 용융 유리 중의 기포를 원하는 레벨까지 제거할 수 있다.

한편, 도관을 통전 가열하기 위한 전극으로서 사용되는 플랜지에서 크랙이 발생하면 도관을 통전 가열할 수 없게 되기 때문에, 용융 유리와 도관 사이에 온도차가 발생하여 유리를 제조하는 것이 곤란해진다. 또, 도관에 통전 가열할 수 없게 되면 급격한 온도 변동이 발생하고, 이에 따른 열응력에 의해 새로운 크랙이 발생할 우려가 있다.

본 발명의 유리 제조 장치에서는 이들 문제가 해소되어 있다.

도 1 은 본 발명의 구조체의 일 실시형태를 나타내는 사시도이다.

도 2 는 도 1 의 구조체 (1) 를 중공 원통체의 장축을 따라 절단한 부분 단면도로서, 도 1 중 좌측의 플랜지 (3) 와, 이 플랜지 (3) 와 접합되는 중공 원통체 (2) 의 부분을 나타내고 있다.

도 3(a) ∼ (g) 는 도 2 와 동일한 도면으로서, 응력 변형 흡수 구조의 다른 구성예를 나타내고 있다.

도 4 는 실시예의 구조체를 나타낸 사시도이다.

도 5 는 도 2 와 동일한 부분 단면도이다. 단, 도 4 의 구조체를 나타내고 있다.

도 6 은 비교예의 구조체를 나타낸 사시도이다.

도 7 은 실시예 및 비교예의 구조체에 있어서의 플랜지 각 부의 열응력을 나타낸 그래프이다.

도 8 은 실시예 및 비교예의 구조체에 있어서의 플랜지 각 부의 열응력을, 당해 부위를 구성하는 재료의 인장 강도와의 비로서 나타낸 그래프이다.

도 9 는 실시예 및 비교예의 구조체에 있어서의 플랜지 각 부의 변형을 나타낸 그래프이다. 단, 플랜지 각 부의 변형은 플랜지 외주부에 있어서의 변형을 1 로 한 경우의 상대비로서 나타내고 있다.

부호의 설명

1,1′: 구조체

2,2′: 중공 원통체

3,3′: 플랜지

4 : 응력 변형 흡수 구조

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 1 은 본 발명의 구조체의 일 실시형태를 나타낸 사시도이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 구조체 (1) 는 중공 원통체 (2) 와, 이 중공 원통체 (2) 의 외주에 형성된 플랜지 (3) 로 구성된다. 플랜지 (3) 는 중공 원통체 (2) 의 외주로부터 방사상으로 연장되어 있고, 그 형상이 원판상이다. 중공 원통체 (2) 및 플랜지 (3) 는 백금제, 또는 백금-금 또는 백금-로듐과 같은 백금 합금제이다. 구조체 (1) 에 있어서, 중공 원통체 (2) 와 플랜지 (3) 는 별도의 부재이다. 즉, 플랜지 (3) 는 중공 원통체 (2) 의 외주에 접속되어 있다. 중공 원통체 (2) 의 외주에 플랜지 (3) 를 접속시키려면, 중공 원통체 (2) 의 외주에 플랜지 (3) 를 용접하면 된다. 여기서, 중공 원통체 (2) 의 외주에 플랜지 (3) 를 직접 용접하여도 되지만, 양자 사이에 다른 부재, 예를 들어 백금 또는 백금 합금제의 고리형의 부재를 배치하고, 이 다른 부재에 플랜지 (3) 를 용접하여도 된다.

도 1 에 나타내는 구조체 (1) 에서는, 플랜지 (3) 에 응력 변형 흡수 구조 (4) 가 형성되어 있다. 본 발명의 구조체에 있어서, 응력 변형 흡수 구조란 고온 환경하에서의 사용시, 플랜지 (3) 에 온도차에 의한 열응력이 가해진 때에, 이 열응력 및 이에 따른 변형을 그에 집중시키는 구조이다.

본 발명의 구조체 (1) 에서는 열응력 및 이에 따른 변형을 응력 변형 흡수 구조 (4) 에 집중시킬 수 있기 때문에, 플랜지 (3) 의 다른 부위, 특히 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 높은 플랜지 (3) 의 내주측에 열응력 및 이에 따른 변형이 집중되는 것이 방지되고 있다. 이로써, 고온 환경하에서의 사용시에, 온도차에 의한 열응력에 의해 플랜지 (3) 에 크랙이 발생할 우려가 해소되어 있다.

응력 변형 흡수 구조 (4) 는 열응력 및 이에 따른 변형이 그에 집중되고, 또한 그들을 흡수할 수 있는 구조인 한, 그 형상은 특별히 한정되지 않는다. 단, 원판상의 플랜지 (3) 에서 발생한 열응력 및 이에 따른 변형을 효과적으로 흡수시키기 위해서는, 응력 변형 흡수 구조 (4) 는 플랜지 (3) 와 동심원을 이루도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

영률, 인장 강도 등의 재료의 기계적 성질이 동일하다는 가정 하에서 구조물 부재에 응력이 가해진 경우, 단면 형상 등이 변화되어 있는 부위에 이 응력 (및 그에 따른 변형) 이 집중된다. 따라서, 응력 변형 흡수 구조 (4) 의 바람직한 형태는 플랜지 (3) 와 동심원을 이루도록 형성된 변형부이다.

도 1 에 나타내는 구조체 (1) 에 있어서, 응력 변형 흡수 구조 (변형부, 이하 동일) (4) 는 플랜지 (3) 와 동심원을 이루도록 형성되어 있다. 도 2 는 도 1 에 나타내는 구조체 (1) 를 중공 원통체 (2) 의 장축을 따라 절단한 부분 단면도로서, 플랜지 (3) 와 중공 원통체 (2) 의 접합 부분을 나타내고 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 응력 변형 흡수 구조 (4) 는 계단식 형상을 한 플랜지 (3) 의 단차로서 형성되어 있다. 응력 변형 흡수 구조 (4) 를 플랜지 (3) 의 단차로서 형성하는 것은, 플랜지 (3) 의 기능을 손상시키지 않고 또한 응력 변형 흡수 구조 (4) 자체가 충분한 기계적 강도를 갖기 때문에 바람직하다.

응력 변형 흡수 구조 (변형부) (4) 는, 열응력 및 이에 따른 변형이 그 곳에 집중되기 때문에 충분한 기계적 강도를 가질 필요가 있다. 플랜지 (3) 를 구성하는 백금 또는 백금 합금의 기계적 강도는 고온이 될수록 저하된다. 따라서, 응력 변형 흡수 구조 (변형부) (4) 는 백금 또는 백금 합금의 기계적 강도와의 관계면에서, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 플랜지 (3) 의 온도가 지나치게 고온 이 되지 않는 부위에 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구조체를 감압 탈포 장치의 상승관 또는 하강관으로서 사용하는 경우를 예로 들면, 플랜지의 내주측은 용융 유리가 통과하는 중공 원통체에 접합되어 있기 때문에 1100℃ 이상의 고온이 된다. 한편, 플랜지의 외주측은 고무 패킹을 개재하여 감압 탈포 장치의 다른 구성 요소와 접합되기 때문에, 고무 패킹의 내열 온도 이하 (예를 들어, 50 ∼ 60℃) 로 냉각되어 있다. 즉, 본 발명의 구조체의 사용시, 플랜지 (3) 는 부위에 따라 온도가 상이하다. 응력 변형 흡수 구조 (4) 는, 이들 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 상이한 플랜지 (3) 의 부위 중에서도, 백금 또는 백금 합금의 기계적 강도와의 관계면에서, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 지나치게 고온이 되지 않는 부위에 형성하는 것이 바람직하다.

응력 변형 흡수 구조 (4) 는, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 플랜지 (3) 를 구성하는 재료의 융점의 1/2 이하가 되는 부위에 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 응력 변형 흡수 구조 (4) 전체가, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 플랜지 (3) 를 구성하는 재료의 융점의 1/2 이하가 되는 부위에 형성되는 것이 바람직하다.

응력 변형 흡수 구조 (4) 를, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 플랜지 (3) 를 구성하는 재료의 융점의 1/2 이하가 되는 부위에 형성한 경우, 응력 변형 흡수 구조 (변형) (4) 에 가해지는 열응력 및 이에 따른 변형에 대하여 이 부위가 충분한 기계적 강도를 갖고 있다. 응력 변형 흡수 구조 (4) 는, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 플랜지 (3) 를 구성하는 재료의 융점의 9/20 이하가 되는 부위에 형성하는 것이 보다 바람직하다.

단, 응력 변형 흡수 구조를 갖지 않는 플랜지의 경우, 열응력 및 이에 따른 변형은 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 높은 플랜지의 내주측에 집중되는 경향이 있다. 이 때문에, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 극단적으로 낮은 부위에 응력 변형 흡수 구조 (4) 를 형성한 경우, 열응력 및 이에 따른 변형을 충분히 집중시킬 수 없을 우려가 있다.

본 발명의 구조체 (1) 에 있어서, 응력 변형 흡수 구조 (4) 는, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 플랜지 (3) 를 구성하는 재료의 융점의 1/10 이상이 되는 부위에 형성하는 것이 바람직하다. 응력 변형 흡수 구조 (4) 를, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 플랜지 (3) 를 구성하는 재료의 융점의 1/10 이상이 되는 부위에 형성한 경우, 열응력 및 이에 따른 변형을 응력 변형 흡수 구조 (4) 에서 충분히 집중시킬 수 있다. 따라서, 플랜지 (3) 의 다른 부위, 특히 플랜지 (3) 의 내주측에 열응력 및 이에 따른 변형이 집중될 우려가 없다. 응력 변형 흡수 구조 (4) 는, 구조체 (1) 의 사용시에 있어서의 온도가 플랜지 (3) 를 구성하는 재료의 융점의 1/5 이상이 되는 부위에 형성하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 구조체 (1) 에 있어서, 응력 변형 흡수 구조 (4) 는 하기 식을 만족시키는 부위에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

3/10 ≤ X/Y ≤ 9/10

X : 중공 원통관 (2) 의 외주부로부터 응력 변형 흡수 구조 (4) 까지의 거리

Y : 중공 원통관 (2) 의 외주부로부터 플랜지 (3) 외연부까지의 거리

또한, 도 1 및 도 2 에 나타내는 구조체 (1) 와 같이, 중공 원통관 (2) 의 외주부로부터 응력 변형 흡수 구조 (4) 까지의 거리가 범위를 갖고 있는 경우, 그 중간치를 X 로 한다.

상기 식을 만족시키는 부위에 응력 변형 흡수 구조 (4) 를 형성하면, 열응력 및 이에 따른 변형에 대하여, 응력 변형 흡수 구조 (4) 가 형성된 부위가 충분한 기계적 강도를 갖고 있다. 또, 열응력 및 이에 따른 변형을 응력 변형 흡수 구조 (4) 에 충분히 집중시켜 흡수시킬 수 있다. 따라서, 플랜지 (3) 의 다른 부위, 특히 플랜지 (3) 의 내주측에 열응력 및 이에 따른 변형이 집중될 우려가 없다.

응력 변형 흡수 구조 (4) 는, 열응력 및 이에 따른 변형에 대하여 충분한 기계적 강도를 갖고 있을 필요가 있다. 이 때문에, 응력 변형 흡수 구조 (4) 는, 구조체 (1) 의 사용시에 당해 부위에 가해지는 열응력이 플랜지를 구성하는 재료의 인장 강도의 70％ 미만, 보다 바람직하게는 65％ 미만이 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

응력 변형 흡수 구조 (4) 가 상기의 관계를 만족시키고 있는 경우, 열응력 및 이에 따른 변형에 대하여, 응력 변형 흡수 구조 (4) 가 충분한 인장 강도를 갖고 있다.

응력 변형 흡수 구조 (4) 가 상기의 관계를 만족시키도록, 응력 변형 흡수 구조 (4) 의 형상, 또는 위치, 플랜지 (3) 가 구성하는 재료나 두께를 필요에 따라 적절하게 선택하면 된다. 예를 들어, 도 1 및 2 에 나타내는 바와 같이, 응력 변형 흡수 구조 (4) 가 계단식 형상의 플랜지 (3) 의 단차인 경우, 단차의 높이, 폭, 휨 각도, 중공 원통체 (2) 로부터의 단차까지의 거리 등을 적절하게 선택하면 된다. 응력 변형 흡수 구조 (4) 의 다른 구성 예를 도 3(a) ∼ (g), 도 4 및 도 5 에 나타내었다. 또한, 도 5 는 도 4 에 나타내는 구조체에 관한 도 2 와 동일한 부분 단면도이다. 도 3(a) 의 구조체는, 응력 변형 흡수 구조 (4) 의 형상이 도 2 의 구조체 (1) 와는 상이하다. 즉, 도 2 의 구조체 (1) 에서는, 응력 변형 흡수 구조 (4) 를 이루는 플랜지 (3) 의 단차가 경사 방향으로 경사져 있는데 반해, 도 3(a) 의 구조체에서는 응력 변형 흡수 구조 (4) 를 이루는 플랜지의 단차가 거의 수직이다. 도 3(b) 의 구조체는 도 3(a) 의 구조체와 형상이 유사하다.

단, 플랜지 (3) 내주측과 외주측의 위치 관계가 상하 역전되어 있다. 도 3(c) 및 (d) 의 구조체는 각각 도 3(a) 및 (b) 의 구조체와 형상이 유사하다. 단, 도 3(c) 및 (d) 의 구조체에서는, 플랜지 (3) 의 두께가 응력 변형 흡수 구조 (4) 의 도중에서 변화되어 있다. 도 3(e) 및 (f) 의 구조체는 도 3(a) 의 구조체와 형상이 유사하다. 단, 도 3(e) 의 구조체에서는, 플랜지 (3) 의 두께가 응력 변형 흡수 구조 (4) 보다 내주측에서 변화되어 있다. 또, 도 3(f) 의 구조체에서는, 플랜지 (3) 의 두께가 응력 변형 흡수 구조 (4) 보다 외주측에서 변화되어 있다. 도 3(g) 의 구조체에서는, 응력 변형 흡수 구조 (4) 를 이루는 플 랜지 (3) 의 단차의 단면 형상이 S 자형이다. 도 4 및 도 5 의 구조체 (1) 는 도 1 및 도 2 의 구조체 (1) 와 형상이 유사하다. 단, 플랜지 (3) 내주측과 외주측의 위치 관계가 상하 역전되어 있다.

또한, 응력 변형 흡수 구조가 계단식 형상을 한 플랜지의 단차인 경우, 이 단차의 치수는 도 4 및 도 5 의 구조체 (1) 를 예로 들면, 이하의 범위인 것이 바람직하다.

D₁ : 20 ∼ 200㎜, 보다 바람직하게는 30 ∼ 150㎜

D₂ : 20 ∼ 100㎜, 보다 바람직하게는 30 ∼ 80㎜

또한, D₁ 은 플랜지와 평행한 단차의 치수를, D₂ 는 플랜지와 수직인 단차의 치수를 의미한다.

또, 도 1 및 도 2 의 구조체 (1) 에서는 플랜지 (3) 의 형상이 원판상이지만, 본 발명의 구조체에 있어서 플랜지는 다른 형상이어도 되고, 예를 들어 타원형, 직사각형, 육각형, 팔각형 등이어도 된다. 이 경우의 중공 원통관의 외주부로부터 플랜지 외연부까지의 거리 Y 는 최소 직경부의 거리로 한다.

본 발명의 구조체에 있어서, 중공 원통관 및 플랜지의 치수도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4 및 도 5 에 나타내는 구조체 (1) 를 예로 들면, 구조체 (1) 의 각 부의 치수는 각각 이하의 범위인 것이 바람직하다.

중공 원통체 2

내직경 : 50 ∼ 800㎜, 보다 바람직하게는 100 ∼ 600㎜

길이 : 200 ∼ 3000㎜, 보다 바람직하게는 400 ∼ 1500㎜

두께 : 0.4 ∼ 5㎜, 보다 바람직하게는 0.8 ∼ 4㎜

플랜지 3

Y : 100 ∼ 600㎜, 보다 바람직하게는 200 ∼ 400㎜

두께 : 0.5 ∼ 8㎜, 보다 바람직하게는 1 ∼ 5㎜

이상 서술한 점에서 분명한 바와 같이, 본 발명의 구조체는 플랜지의 내주측과 외주측에서 상당히 큰 온도차가 발생하는 용도에 적합하다. 예를 들어, 구조체의 사용시에 있어서의 플랜지 내주측 및 외주측의 온도가 각각 이하의 범위가 되는 용도에 적합하다.

플랜지 내주측 : 1100 ∼ 1500℃, 바람직하게는 1200 ∼ 1500℃

플랜지 외주측 : 30 ∼ 400℃, 바람직하게는 40 ∼ 400℃, 더욱 바람직하게는 40 ∼ 200℃

따라서, 플랜지 내주측과 플랜지 외주측의 온도차가 약 1100 ∼ 1450℃ 인 것이, 본 발명의 구조체의 효과를 보다 한층 발휘할 수 있다는 점에서 바람직하다.

따라서, 본 발명의 구조체의 바람직한 용도의 일례를 들면, 유리 제조 장치의 용융 유리의 도관, 보다 구체적으로는, 예를 들어 감압 탈포 장치의 감압 탈포조, 상승관 및 하강관, 그리고 유리 제조 장치로부터 불순물을 제거하기 위하여 형성된 유출관 및 유리 제조 장치로부터 성형용의 형태로 용융 유리를 유출시키기 위한 유출관 등을 들 수 있다.

특히, 본 발명의 구조체는 감압 탈포 장치의 상승관 및/또는 하강관에 사용 되는 것이 바람직하다. 상승관이나 하강관은 용융 유리를 흡입하는 또는 흡출하는 구조를 하고 있고, 감압 상태에 있는 내부와 외부 공기의 경계선에 위치하기 때문에, 필연적으로 플랜지에 온도차가 발생함으로써 본 발명의 효과를 보다 발휘할 수 있기 때문이다.

상기로부터도 분명한 바와 같이, 본 발명의 구조체의 사용시, 플랜지 외주측의 온도는 비교적 저온인 경우가 많기 때문에, 플랜지의 외주측을 구성하는 재료는 반드시 백금 또는 백금 합금일 필요는 없다. 본 발명의 구조체에 있어서, 백금 또는 백금 합금제의 플랜지는 그 외단부에 백금 또는 백금 합금 이외의 금속 재료로 구성되는 부위를 갖고 있어도 된다.

이러한 금속 재료로는 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 팔라듐, 구리 및 이들의 합금 등을 들 수 있다.

또한, 이들 금속 재료로 구성되는 부위는 백금 또는 백금 합금제의 플랜지 외단부와 용접, 볼트, 비스 등의 고정 수단에 의해 접합되어 있다.

본 발명의 유리 제조 장치에서는, 고온의 용융 유리가 통과하는 용융 유리의 도관으로서 본 발명의 구조체가 사용되고 있다. 그 중에서도, 유리 제조 장치의 사용시, 플랜지에 온도차가 발생하는 지점에 바람직하게 사용된다. 이러한 지점의 구체예로서, 감압 탈포 장치의 감압 탈포조, 상승관 및 하강관을 들 수 있다. 상승관 및 하강관에 있어서, 플랜지는 감압 하우징과의 접합부를 이루고 있다. 이 접합부는 기밀 접합을 위하여 고무 패킹이 사용되고 있다. 따라서, 고무 패킹의 내열 온도 이하 (예를 들어, 50 ∼ 60℃) 로 냉각되어 있는 플랜 지의 외주측과, 용융 유리의 도관에 접합되어 있는 플랜지의 내주측 사이에는 상당히 큰 온도차가 존재하고 있다. 구체적으로는, 감압 탈포 장치의 사용시에 있어서, 플랜지 내주측의 온도는 1100 ∼ 1500℃ 이고, 플랜지 외주측의 온도는 40 ∼ 200℃ 이다.

또, 유리 제조 장치에 있어서, 본 발명의 구조체는 통전 가열되는 용융 유리의 도관으로서 사용된다. 이 경우, 구조체의 플랜지는 통전 가열용의 전극으로서 사용할 수 있다. 플랜지의 외주측은 외부 전원과 접속하기 때문에 냉각되어 있다. 따라서, 용융 유리의 도관에 접합되어 있는 플랜지의 내주측과 플랜지의 외주측 사이에는 상당히 큰 온도차가 발생하고 있다. 용융 유리의 제조 장치의 사용시에 있어서, 플랜지 내주측의 온도는 1100 ∼ 1500℃ 이고, 플랜지 외주측의 온도는 40 ∼ 200℃ 이다.

이들 플랜지에서는, 온도차에 의한 열응력에 의해 크랙이 발생할 우려가 있다. 또, 유리 제조 장치에서 온도 변동이 발생한 경우에도 플랜지에는 열응력이 가해진다. 이러한 온도 변동에 의한 열응력이 가해진 경우, 온도차만에 의한 응력이 가해진 경우보다 크랙이 발생할 우려가 높아진다.

본 발명의 유리 제조 장치에서는 응력 변형 흡수 구조를 갖는 본 발명의 구조체를 사용함으로써, 열응력에 의해 플랜지에 크랙이 발생할 우려가 해소되어 있다. 감압 탈포 장치의 감압 하우징과의 접합부에 사용되는 플랜지에서 크랙이 발생하면, 감압 하우징 내를 원하는 감압 상태로 유지할 수 없게 되기 때문에, 용융 유리 중의 기포를 원하는 레벨까지 제거할 수 없게 된다. 한편, 도관을 통 전 가열하기 위한 전극으로서 사용되는 플랜지에서 크랙이 발생하면 도관을 통전 가열할 수 없게 되기 때문에, 용융 유리와 도관 사이에 온도차가 발생하여 유리를 제조하는 것이 곤란해진다. 또, 도관에 통전 가열할 수 없게 되면 급격한 온도 변동이 발생하고, 이에 따른 열응력에 의해 새로운 크랙이 발생할 우려가 있다. 본 발명의 유리 제조 장치에서는, 이들 문제가 해소되어 있다.

본 발명의 구조체는, 유리 제조용의 감압 탈포 장치에 바람직하게 사용된다. 감압 탈포 장치에 있어서는 중공 원통관의 내부에 고온의 용융 유리를 흘려보내는 한편으로 장치 내를 진공으로 유지할 필요성 때문에, 플랜지의 단은 냉각된 지점에 접합시켜야 한다. 따라서, 감압 탈포 장치에서는 중공 원통관과 플랜지에서 상당히 큰 온도차를 갖는다는 특이한 환경하에서 중공 원통관이 사용되기 때문이다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 또한 설명한다.

(실시예)

본 실시예에서는, 도 4 및 도 5 에 나타내는 백금-로듐 합금 (백금 90 질량％, 로듐 10 질량％) 제의 구조체를 제조하였다. 또한, 플랜지 (3) 는 중공 원통체 (2) 의 외주부에 용접되어 있다. 플랜지 (3) 는 원형의 플랜지이고, 응력 변형 흡수 구조 (4) 는 플랜지와 동심원을 이루도록 형성되어 있다. 구조체 (1) 의 각 부의 치수는 이하와 같다.

중공 원통체 (2)

내직경 : 405㎜

길이 : 650㎜

두께 : 2.8㎜

플랜지 (3)

X : 122.5㎜

Y : 217.5㎜

(X/Y ＝ 0.563)

두께 : 1.6㎜

D₁ : 65㎜

D₂ : 40㎜

또한, 도 4 및 도 5 에 나타내는 구조체 (1) 에 있어서, 응력 변형 흡수 구조 (4) 는 그 사용시의 온도가 백금-로듐 합금의 융점의 45％ 가 되는 부분에 형성되어 있다.

중공 원통관 (2) 및 플랜지 (3) 의 외연부를 각각 기계적으로 고정시켰다. 플랜지 (3) 의 외연부를 상온 (40℃) 으로 유지한 채로, 중공 원통체 (2) 를 1400℃ 로 가열하였다. 또한, 이 상태에서 플랜지 (3) 각 부에 가해지는 열응력 및 이 열응력에 의해 플랜지 (3) 각 부에서 발생하는 변형을 삼차원 탄소성 (彈塑性) 해석을 실시함으로써 산출하였다. 결과를 각각 도 7 ∼ 도 9 에 나타내었다. 도 7 은 플랜지 (3) 각 부에 가해지는 열응력을 나타낸 그래프이다. 도 8 은 플랜지 (3) 각 부에 가해지는 열응력을 당해 부위를 구성하는 재료의 인장 강도에 대한 비로서 나타내고 있다. 도 9 는 플랜지 (3) 각 부에서 발생하는 변형을 나타낸 그래프이다. 도 9 에 있어서, 플랜지 (3) 각 부에서 발생하는 변형은 플랜지 (3) 외주부에서 발생하는 변형을 1 로 한 경우의 상대비로서 나타내어져 있다. 또한, 도 7 ∼ 도 9 에 있어서, X 는 중공 원통관 (2) 의 외주부로부터 플랜지 (3) 상의 각 부위까지의 거리를 나타내고 있고, Y 는 중공 원통관 (2) 의 외주부로부터 플랜지 (3) 외연부까지의 거리를 나타내고 있다.

(비교예)

비교예로서 도 6 에 나타내는 백금제의 구조체를 제작하였다. 도 6 에 나타내는 구조체 (1′) 에 있어서, 플랜지 (3′) 는 응력 변형 흡수 구조를 갖지 않는 평평한 원판상이다. 구조체 (1′) 의 각 부의 치수는 이하와 같다.

중공 원통체 (2′)

내직경 : 405㎜

길이 : 650㎜

두께 : 3.0㎜

플랜지 (3′)

Y : 217.5㎜

두께 : 3.0㎜

비교예의 구조체 (1′) 에 대해서도, 실시예와 동일한 조건에서 가열하고, 플랜지 (3′) 각 부에 가해지는 열응력 및 이 열응력에 의해 플랜지 (3′) 각 부에 서 발생하는 변형을 삼차원 탄소성 해석을 실시함으로써 산출하였다. 결과를 도 7 ∼ 도 9 에 나타내었다.

도 7 및 도 9 로부터 분명한 바와 같이, 비교예의 구조체 (1′) 에서는 플랜지 (3′) 내주측에 열응력 및 이에 의한 변형이 집중되어 있는데 반해, 실시예의 구조체 (1) 에서는 이것이 해소되어 있다. 즉, 실시예의 구조체 (1) 에서는, 열응력 및 이에 의한 변형이 플랜지 (3) 의 내주측이 아닌 응력 변형 흡수 구조 (4) 보다 외주측에 집중되어 있다. 또, 도 8 로부터 분명한 바와 같이, 실시예의 구조체 (1) 에서는, 비교예의 구조체 (1′) 에 비해, 플랜지 (3) 각 부에 가해지는 열응력이 당해 부위를 구성하는 재료의 인장 강도에 대하여 충분한 여유를 갖고 있다.

또한, 비교예의 플랜지 (3′) 에서는 내주측에 크랙의 발생이 인정되었다.

본 발명의 백금 또는 백금 합금제의 구조체는 중공 원통관과, 이 중공 원통관의 외주에 형성된 플랜지로 이루어지고, 이 플랜지부에 응력 변형 흡수 장치를 형성함으로써 크랙의 발생을 방지하고 있기 때문에 유리 제조 장치의 용융 유리의 도관에 적합하다.

또한, 2005 년 3 월 8 일에 출원된 일본 특허 출원 2005-63835호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 받아들이는 것이다.

Claims

중공 원통체와, 이 중공 원통체의 외주로부터 방사상으로 연장되도록 배치된 플랜지로 이루어지는, 고온 환경하에서 사용되는 백금 또는 백금 합금제의 구조체 로서, 상기 플랜지에는, 응력 변형 흡수 구조가 형성되어 있고,

상기 응력 변형 흡수 구조는, 상기 구조체의 사용시에 있어서의 온도가 상기 플랜지를 구성하는 재료의 융점의 1/2 이하가 되는 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 1 항에 있어서,

상기 플랜지는 원판상이고, 또한 상기 응력 변형 흡수 구조는, 상기 플랜지와 동심원을 이루도록 형성된 변형부인 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 응력 변형 흡수 구조는, 상기 구조체의 사용시에 있어서의 온도가 상기 플랜지를 구성하는 재료의 융점의 1/10 이상이 되는 부위에 형성되어 있는 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 응력 변형 흡수 구조는, 하기 식을 만족시키는 부위에 형성되어 있는 백금 또는 백금 합금제의 구조체.

3/10 ≤ X/Y ≤ 9/10

X : 중공 원통관의 외주부로부터 응력 변형 흡수 구조까지의 거리

Y : 중공 원통관의 외주부로부터 플랜지 외연부까지의 거리
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

사용시에 있어서, 상기 응력 변형 흡수 구조에 가해지는 열응력은, 상기 플랜지를 구성하는 재료의 인장 강도의 70％ 미만인 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 응력 변형 흡수 구조는, 플랜지의 단차가 경사 방향으로 경사져 있는 구조인 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 7 항에 있어서,

플랜지와 평행한 상기 단차의 치수가 20 ∼ 200㎜ 이고, 플랜지와 수직인 상기 단차의 치수가 20 ∼ 100㎜ 인 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구조체의 사용시에 있어서의 플랜지 내주측의 온도가 1100 ∼ 1500℃ 이고, 외주측의 온도가 40 ∼ 400℃ 인 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중공 원통체의 내직경이 50 ∼ 800㎜ 인 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중공 원통체의 길이가 200 ∼ 3000㎜ 인 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

유리 제조용의 감압 탈포 장치에 사용되는 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플랜지의 외단부에, 추가로 백금 또는 백금 합금 이외의 금속으로 구성된 부위가 형성되어 있는 백금 또는 백금 합금제의 구조체.
용융 유리의 도관으로서, 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 백금 또는 백금 합금제의 구조체를 사용한 유리 제조 장치.
용융 유리의 도관으로서, 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 백금 또는 백금 합금제의 구조체를 사용한 감압 탈포 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 플랜지는, 상기 백금 또는 백금 합금제의 구조체를 통전 가열하기 위한 전극을 이루는 유리 제조 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 플랜지는, 상기 백금 또는 백금 합금제의 구조체를 통전 가열하기 위한 전극을 이루는 감압 탈포 장치.
감압 탈포 장치의 상승관과 하강관 중 어느 일방 또는 양방으로서, 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 백금 또는 백금 합금제의 구조체를 사용한 감압 탈포 장치.