KR102522821B1 - 유리 물품의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

유리 물품의 제조 방법은 이송 용기(7, 16)와 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b) 사이에 가열에 의해 확산 접합되는 분말(P)을 개재시키는 충전 공정(S1)과, 충전 공정(S1) 후에 이송 용기(7, 16)를 가열하는 예열 공정(S2)과, 예열 공정(S2) 후에 이송 용기(7, 16)를 가열하면서, 이송 용기(7, 16)의 내부에 용융 유리(GM)를 통과시키는 용융 유리 공급 공정(S5)을 구비한다. 본 방법은 용융 유리 공급 공정(S5) 중에 분말(P)을 확산 접합시킴으로써, 이송 용기(7, 16)를 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b)에 고정하는 접합체(10, 20)를 형성한다.

Description

유리 물품의 제조 방법 및 제조 장치
본 발명은 용융 유리를 성형해서 유리 물품을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
주지와 같이, 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 플랫패널 디스플레이에는 판유리가 사용된다.
특허문헌 1에는, 판유리를 제조하기 위한 장치가 개시되어 있다. 판유리 제조 장치는 용융 유리의 공급원이 되는 용해조와, 용해조의 하류측에 설치된 청징조와, 당해 청징조의 하류측에 설치된 교반조와, 교반조의 하류측에 설치된 성형 장치를 구비한다. 용해조, 청징조, 교반조 및 성형 장치는 각각 연락 유로에 의해 접속되어 있다.
청징조, 교반조, 및 이들을 접속하는 연락 유로는 백금 재료에 의해 구성되는 용기이다. 이들 백금 재료 용기는 그 외측 표면에 건조 피막이 형성되어 있고, 내화물 재료로 이루어지는 유지 부재에 의해 피복되어 있다. 건조 피막과 유지 부재 사이에는 알루미나 캐스터블이 충전된다. 알루미나 캐스터블은 적당량의 물이 첨가되어서 수성 슬러리로 하여, 건조 피막과 유지 부재 사이에 충전된다. 알루미나 캐스터블은 건조에 의해 고화됨으로써 백금 재료 용기를 고정한다.
일본 특허공개 2010-228942호 공보
그런데, 판유리 제조 장치는 조업 전에, 용해조, 청징조, 교반조, 성형 장치, 연락 유로의 각 구성 요소를 개별적으로 분리한 상태에서 예비 가열된다(이하 「예열 공정」이라고 함). 예열 공정에서는 백금 재료 용기가 온도 상승에 의해 팽창한다. 백금 재료 용기가 충분하게 팽창한 후에, 각 구성 요소를 접속함으로써 판유리 제조 장치가 조립된다. 그 후, 용해조에서 생성된 용융 유리가 청징조, 교반조, 연락 유로를 통해서 성형 장치에 공급되어 판유리로서 성형된다.
상기 예열 공정에서는 백금 재료 용기가 팽창되지만, 고화된 알루미나 캐스터블에 의해 당해 백금 재료 용기가 유지 부재에 고정되어 있다. 이 때문에, 팽창이 저해되어 용기에 큰 열응력이 작용하여, 파손이나 변형의 요인이 될 우려가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 승온 중의 백금 재료 용기의 팽창을 가급적으로 허용하고, 또한 조업시에 있어서 당해 용기가 어긋나지 않도록 고정하는 것이 가능한 유리 물품의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것이고, 내화 벽돌로 피복된 백금 재료제의 이송 용기에 의해 용융 유리를 이송하고, 상기 용융 유리를 성형해서 유리 물품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 이송 용기와 상기 내화 벽돌 사이에, 가열에 의해 확산 접합되는 분말을 개재시키는 충전 공정과, 상기 충전 공정 후에 상기 이송 용기를 가열하는 예열 공정과, 상기 예열 공정 후에, 상기 이송 용기를 가열하면서, 상기 이송 용기의 내부에 상기 용융 유리를 통과시키는 용융 유리 공급 공정을 구비하고, 상기 용융 유리 공급 공정 중에, 상기 분말을 확산 접합시킴으로써, 상기 이송 용기를 상기 내화 벽돌에 고정하는 접합체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 예열 공정에서는 이송 용기와 내화 벽돌 사이에, 확산 접합 가능한 분말이 개재된다. 예열 공정에서 이송 용기가 팽창할 경우, 이 분말은 이송 용기의 내화 벽돌 사이에서 유동할 수 있기 때문에, 윤활재로서 작용한다. 이 때문에, 예열 공정에 있어서 이송 용기의 팽창을 허용한 상태로 할 수 있어서, 이송 용기에 작용하는 열응력을 가급적으로 저감할 수 있다.
한편, 용융 유리 공급 공정에서는 용융 유리의 통과와 이송 용기의 가열에 의하여, 분말은 승온하여 분말끼리의 확산 접합이 활성화된다. 여기에서, 확산 접합이란, 분말끼리를 접촉시키고, 분말의 융점 이하의 온도 조건에서 접촉면 간에 발생하는 원자의 확산을 이용해서 접합하는 방법을 말한다. 용융 유리 공급 공정 중에 분말이 확산 접합에 의해 접합체를 구성함으로써, 이송 용기는 이 접합체에 의해 내화 벽돌에 대하여 이동하지 않도록 고정된다.
상기 충전 공정에 있어서, 상기 분말이 충전되는 상기 이송 용기와 상기 내화 벽돌의 간격은 7.5mm 이상인 것이 바람직하다. 상기 구성에 의해, 분말의 윤활재로서의 작용을 보다 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 팽창에 따라서 이송 용기에 발생하는 열응력을 더욱 저감할 수 있다.
상기 충전 공정에 있어서, 상기 분말은 평균 입경이 0.8mm 이상인 골재를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분말은 알루미나 분말을 주성분으로서 포함하는 것이 바람직하고, 더욱이는 실리카 분말을 포함하고 있어도 좋다. 상기 이송 용기에 의해 이송되는 상기 용융 유리의 온도에 따라, 상기 분말에 있어서의 상기 실리카 분말의 함유량을 조정해도 좋다. 또한, 상기 이송 용기는 1300℃ 이상의 온도에서 상기 접합체에 의해 상기 내화 벽돌에 고정되는 것이 바람직하다.
상기 접합체는 다공질 구조체이어도 좋고, 상기 용융 유리 공급 공정에서는 상기 분말로부터 생성되는 용융 유리를 포함하는 상기 접합체를 형성해도 좋다. 이것에 의해, 용융 유리 공급 공정에 있어서의 접합체의 가스 배리어성을 향상시킬 수 있어서, 백금 재료제의 이송 용기가 산소와 접촉하는 것을 저감할 수 있다. 따라서, 이송 용기의 산화, 승화에 의한 소모를 저감할 수 있다.
상기 이송 용기는 그 외주면에 용사막을 갖고 있어도 좋고, 상기 용융 유리 공급 공정에서는 상기 분말로부터 생성된 상기 용융 유리를 상기 용사막에 침투시켜도 좋다. 이 경우, 상기 용사막은 지르코니아 용사막인 것이 바람직하다.
이와 같이, 이송 용기의 외주면에 용사막을 형성함으로써, 백금 재료제의 이송 용기가 산소와 접촉하는 것을 저감할 수 있다. 따라서, 백금 재료제의 이송 용기의 산화, 승화에 의한 소모를 저감할 수 있다. 용융 유리 공급 공정에 있어서, 이송 용기와 내화 벽돌 사이에 배합된 분말로부터 용융 유리를 생성하고, 이 용융 유리를 용사막에 함침시킴으로써 당해 용사막의 가스 배리어성을 한층 향상시킬 수 있고, 백금 재료제의 이송 용기의 산화에 의한 소모를 더욱 저감할 수 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것이고, 용융 유리를 이송하는 백금 재료제의 이송 용기와, 상기 이송 용기를 피복하는 내화 벽돌을 구비하는 유리 물품의 제조 장치로서, 상기 이송 용기와 상기 내화 벽돌 사이에 분말을 확산 접합시켜서 이루어지는 접합체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 승온 중의 백금 재료 용기의 팽창을 가급적으로 허용하고, 또한 조업시에 있어서 당해 용기가 어긋나지 않도록 고정할 수 있다.
도 1은 유리 물품의 제조 장치를 나타내는 측면도이다.
도 2는 청징조의 단면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선 단면도이다.
도 4는 유리 공급로의 측면도이다.
도 5는 유리 공급로의 단면도이다.
도 6은 이송 용기의 단면도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII선 단면도이다.
도 8은 유리 물품의 제조 방법의 플로우차트를 나타낸다.
도 9는 유리 물품의 제조 방법의 일 공정을 나타내는 단면도이다.
도 10은 유리 물품의 제조 방법의 일 공정을 나타내는 단면도이다.
도 11은 유리 물품의 제조 방법의 일 공정을 나타내는 단면도이다.
도 12는 유리 물품의 제조 방법의 일 공정을 나타내는 단면도이다.
도 13은 유리 물품의 제조 방법의 일 공정을 나타내는 단면도이다.
도 14는 다른 실시형태에 관한 청징조의 단면도이다.
도 15는 도 14의 영역 A를 확대해서 나타내는 단면도이다.
도 16은 청징조의 단면도이다.
도 17은 도 16의 영역 B를 확대해서 나타내는 단면도이다.
도 18은 다른 실시형태에 따른 청징조의 단면도이다.
도 19는 제 1 층 형상 부재의 사시도이다.
도 20은 제 1 층 형상 부재의 사시도이다.
도 21은 제 1 층 형상 부재의 사시도이다.
도 22는 다른 실시형태에 관한 청징조의 단면도이다.
도 23은 충전 공정에 있어서의 청징조의 단면도이다.
도 24는 충전 공정에 있어서의 청징조의 단면도이다.
도 25는 청징조의 확대 단면도이다.
도 26은 청징조의 확대 단면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1∼도 13은 본 발명에 관한 유리 물품의 제조 방법 및 제조 장치의 일 실시형태(제 1 실시형태)를 나타낸다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 유리 물품의 제조 장치는 상류측으로부터 순서대로 용해조(1)와, 청징조(2)와, 균질화조(교반조)(3)와, 포트(4)와, 성형체(5)와, 이들 각 구성 요소(1∼5)를 연결하는 유리 공급로(6a∼6d)를 구비한다. 그 외, 제조 장치는 성형체(5)에 의해 성형된 판유리(GR)(유리 물품)를 서랭하는 서랭로(도시하지 않음) 및 서랭 후에 판유리(GR)를 절단하는 절단 장치(도시하지 않음)를 구비한다.
용해조(1)는 투입된 유리 원료를 용해해서 용융 유리(GM)를 얻는 용해 공정을 행하기 위한 용기이다. 용해조(1)는 유리 공급로(6a)에 의해 청징조(2)에 접속되어 있다.
청징조(2)는 용융 유리(GM)를 이송하면서 청징제 등의 작용에 의해 탈포하는 청징 공정을 행하기 위한 용기이다. 청징조(2)는 유리 공급로(6b)에 의해 균질화조(3)에 접속되어 있다.
청징조(2)는 용융 유리(GM)를 상류로부터 하류로 이송하는 중공 형상의 이송 용기(7)와, 이송 용기(7)를 피복하는 내화 벽돌(8a, 8b)과, 이 내화 벽돌(8a, 8b)의 단부를 폐쇄하는 뚜껑체(9)와, 이송 용기(7)와 내화 벽돌(8a, 8b) 사이에 개재되는 접합체(10)를 구비한다.
이송 용기(7)는 백금 재료(백금 또는 백금 합금)에 의해 관 형상으로 구성되지만, 이 구성에 한정되지 않고, 내부에 용융 유리(GM)가 통과하는 공간을 갖는 구조체이면 좋다. 도 2, 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 이송 용기(7)는 관 형상부(11)와, 당해 관 형상부(11)의 양 단부에 설치되는 플랜지부(12)를 구비한다. 또한, 0℃로부터 1300℃까지 승온했을 때의 백금 재료의 열팽창률은, 예를 들면 1.3∼1.5%이다. 0℃로부터 1300℃까지 승온했을 때의 열팽창률(R)은 0℃의 길이를 L0(mm)이라고 하고, 1300℃의 길이를 L1(mm)이라고 했을 경우에, R=(L1-L0)/L0로 산출할 수 있다.
관 형상부(11)는 원관 형상으로 되지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 관 형상부(11)의 내경은 100mm 이상 300mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 관 형상부(11)의 두께는 0.3mm 이상 3mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 관 형상부(11)의 길이는 300mm 이상 10000mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이들 치수는 상기 범위에 한정되지 않고, 용융 유리(GM)의 종별, 온도, 제조 장치의 규모 등에 따라 적당하게 설정된다.
또한, 관 형상부(11)는 필요에 따라 용융 유리(GM) 중에 발생하는 가스를 배출하기 위한 벤트부(통기관)를 구비해도 좋다. 또한, 관 형상부(11)는 용융 유리(GM)가 흐르는 방향을 변경하기 위한 칸막이판(방해판)을 구비해도 좋다.
플랜지부(12)는 원형으로 구성되지만, 이 형상에 한정되지 않는다. 플랜지부(12)는, 예를 들면 딥드로잉 가공에 의해 관 형상부(11)와 일체로 형성된다. 플랜지부(12)는 전원 장치(도시하지 않음)에 접속된다. 청징조(2)의 이송 용기(7)는 각 플랜지부(12)를 개재해서 관 형상부(11)에 전류를 흘림으로써 생기는 저항 가열(줄열)에 의해, 당해 관 형상부(11)의 내부를 흐르는 용융 유리(GM)를 가열한다.
내화 벽돌(8a, 8b)은 고지르코니아계 내화물, 지르콘계 내화물 또는 용융 실리카계 내화물에 의해 구성되지만, 이 재질에 한정되지 않는다. 또한, 고지르코니아계 내화물이란, 질량%로 80∼100%의 ZrO2를 포함하는 것을 말한다. 0℃로부터 1300℃까지 승온했을 때의 고지르코니아계 내화물의 열팽창률은, 예를 들면 0.1∼0.3%이다. 이 고지르코니아계 내화물은 1100℃∼1200℃에 있어서 수축을 나타내고, 0℃로부터 1100℃까지 승온했을 때의 열팽창률은, 예를 들면 0.6∼0.8%, 0℃로부터 1200℃까지 승온했을 때의 열팽창률은, 예를 들면 0.0∼0.3%이다. 또한, 0℃로부터 1300℃까지 승온했을 때의 지르콘계 내화물의 열팽창률은, 예를 들면 0.5∼0.7%이며, 용융 실리카계 내화물의 열팽창률은, 예를 들면 0.03∼0.1%이다.
도 2 및 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 내화 벽돌(8a, 8b)은 복수의 내화 벽돌로 구성되고, 도면의 예에서는 제 1 내화 벽돌(8a) 및 제 2 내화 벽돌(8b)로 구성된다. 제 1 내화 벽돌(8a)은 관 형상부(11)를 하측으로부터 지지한다. 제 2 내화 벽돌(8b)은 관 형상부(11)의 상부를 피복한다. 또한, 제 1 내화 벽돌(8a) 및 제 2 내화 벽돌(8b)은 그 길이 방향에 있어서 복수의 내화 벽돌로 더 분할되어도 좋다.
제 1 내화 벽돌(8a) 및 제 2 내화 벽돌(8b)은 관 형상부(11)의 외주면(11a)을 피복하기 위한 면(이하, 「피복면」이라고 함)(14a, 14b)과, 서로 접촉하는 면 (이하, 「접촉면」이라고 함)(15a, 15b)을 갖는다. 또한, 피복면(14a, 14b)은 관 형상부(11)의 외주면(11a)을 유지하는 기능도 갖는다.
도 3에 나타나 있는 바와 같이, 피복면(14a, 14b)은 관 형상부(11)의 외주면(11a)을 피복하기 위해, 단면으로 볼 때에 원호 형상의 곡면에 의해 구성된다. 피복면(14a, 14b)의 곡률 반경은 관 형상부(11)의 외주면(11a)과의 사이에 극간(접합체(10)의 수용 공간)이 형성되도록 당해 외주면(11a)의 반경보다도 크게 설정된다. 피복면(14a, 14b)과 관 형상부(11)의 외주면(11a)의 간격(외주면(11a)의 반경과 피복면(14a, 14b)의 곡률 반경의 차)은 3mm 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7.5mm 이상으로 설정된다. 관 형상부(11)의 크리프 변형 방지의 관점으로부터, 이 간격은 50mm 이하로 설정되는 것이 바람직하고, 20mm 이하로 설정되는 것이 보다 바람직하다.
제 1 내화 벽돌(8a)의 접촉면(15a)과 제 2 내화 벽돌(8b)과의 접촉면(15b)을 접촉시킨 상태에서는, 각 내화 벽돌(8a, 8b)의 피복면(14a, 14b)에 의해 관 형상부(11)를 피복하는 원통면이 구성된다(도 3 참조).
뚜껑체(9)는 내화 벽돌(8a, 8b)과 마찬가지로, 예를 들면 고지르코니아계 내화물, 지르콘계 내화물 또는 용융 실리카계 내화물에 의해 구성되지만, 이 재질에 한정되지 않는다. 뚜껑체(9)는 복수로 분할되어 있고, 각 분할체를 조합함으로써 원판 형상(원환 형상)으로 구성된다. 뚜껑체(9)는 두께 방향에 있어서의 일방의 면이 내화 벽돌(8a, 8b)의 길이 방향 단부에 접촉함으로써 당해 단부를 폐쇄한다.
접합체(10)는 원료가 되는 분말(P)(후술의 도 9 등 참조)을 이송 용기(7)의 관 형상부(11)와 내화 벽돌(8a, 8b) 사이에 충전한 후에, 가열에 의해 확산 접합시킴으로써 구성된다. 확산 접합이란, 분말끼리를 접촉시켜서 접촉면 간에 발생하는 원자의 확산을 이용해서 접합하는 방법을 말한다.
분말(P)로서는, 예를 들면 알루미나 분말과 실리카 분말을 혼합한 것을 사용할 수 있다. 이 경우, 융점이 높은 알루미나 분말을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 상기 구성에 한정되지 않고, 알루미나 분말, 실리카 분말 이외에, 지르코니아 분말, 이트리아 분말 그 외의 각 재료 분말을 단체로 사용하고, 또는 복수 종의 분말을 혼합함으로써 구성될 수 있다.
분말(P)의 평균 입경은, 예를 들면 0.01∼5mm로 할 수 있다. 예열 공정에서의 분말(P)의 윤활 작용을 향상시키는 관점으로부터, 분말(P)은 평균 입경이 0.8mm 이상인 골재를 포함하는 것이 바람직하다. 골재의 평균 입경은, 예를 들면 5mm 이하로 할 수 있다. 분말(P)이 골재를 포함하는 경우, 분말(P)에 대한 골재의 함유량은, 예를 들면 25질량%∼75질량%로 하면 좋고, 골재를 제외한 분말(P)의 평균 입경은, 예를 들면 0.01∼0.6mm로 하면 좋다. 예를 들면 분말(P)이 알루미나 분말과 실리카 분말로 이루어지는 경우, 알루미나 분말의 일부를 골재로 하면 좋다.
본 발명에 있어서, 「평균 입경」은 레이저 회절법으로 측정한 값을 가리키고, 레이저 회절법에 의해 측정했을 때의 체적 기준의 누적 입도 분포 곡선에 있어서 그 적산량이 입자가 작은 쪽부터 누적해서 50%인 입경을 나타낸다.
분말(P)은 1300℃ 이상에서 접합체(10)의 형성에 의해 청징조(2)의 이송 용기(7)를 내화 벽돌(8a, 8b)에 고정하도록 조합되고, 환언하면 1300℃ 이상에서 분말(P)끼리의 확산 접합이 활성화되도록 조합된다. 예를 들면 분말(P)이 알루미나 분말과 실리카 분말의 혼합 분말일 경우, 당해 분말(P)의 확산 접합이 활성화되는 온도는 그 혼합비를 조정함으로써 적당하게 설정할 수 있다. 알루미나 분말과 실리카 분말의 혼합비는, 예를 들면 알루미나 분말이 90wt%, 실리카 분말이 10wt%로 하지만, 이것에 한정되지 않는다.
균질화조(3)는 청징된 용융 유리(GM)를 교반하여 균일화하는 공정(균질화 공정)을 행하기 위한 백금 재료제의 이송 용기이다. 균질화조(3)의 이송 용기는 바닥이 있는 관 형상 용기이며, 그 외주면은 내화 벽돌(도시하지 않음)로 피복된다. 균질화조(3)는 교반 날개를 갖는 스터러(3a)를 구비한다. 균질화조(3)는 유리 공급로(6c)에 의해 포트(4)에 접속되어 있다.
포트(4)는 용융 유리(GM)를 성형에 적합한 상태로 조정하는 상태 조정 공정을 행하기 위한 용기이다. 포트(4)는 용융 유리(GM)의 점도 조정 및 유량 조정을 위한 용적부로서 예시된다. 포트(4)는 유리 공급로(6d)에 의해 성형체(5)에 접속되어 있다.
성형체(5)는 용융 유리(GM)를 소망의 형상으로 성형하기 위한 용기이다. 본 실시형태에서는, 성형체(5)는 오버플로우 다운드로우법에 의해 용융 유리(GM)를 판 형상으로 성형한다. 상세하게는, 성형체(5)는 단면 형상(도 1의 지면과 직교하는 단면 형상)이 대략 웨지 형상을 이루고 있고, 이 성형체(5)의 상부에는 오버플로우 홈(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
성형체(5)는 용융 유리(GM)를 오버플로우 홈으로부터 넘쳐 흐르게 하여, 성형체(5)의 양측의 측벽면(지면의 표리면측에 위치하는 측면)을 따라 유하시킨다. 성형체(5)는 유하시킨 용융 유리(GM)를 측벽면 하정부에서 융합시킨다. 이것에 의해, 띠 형상의 판유리(GR)가 성형된다. 띠 형상의 판유리(GR)는 후술의 서랭 공정(S7) 및 절단 공정(S8)에 제공되어, 소망의 치수의 판유리로 된다.
이와 같이 하여 얻어진 판유리는, 예를 들면 두께가 0.01∼10mm이며, 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 플랫패널 디스플레이, 유기 EL 조명, 태양 전지 등의 기판이나 보호 커버에 이용된다. 성형체(5)는 슬롯 다운드로우법 등의 다른 다운드로우법을 실행하는 것이어도 좋다. 본 발명에 관한 유리 물품은 판유리(GR)에 한정되지 않고, 유리관 그 외의 각종 형상을 갖는 것을 포함한다. 예를 들면 유리관을 형성할 경우에는 성형체(5) 대신에 대너법을 이용하는 성형 장치가 배치된다.
판유리의 조성으로서는 규산염 유리, 실리카 유리가 사용되고, 바람직하게는 붕규산 유리, 소다라임 유리, 알루미노규산염 유리, 화학 강화 유리가 사용되고, 가장 바람직하게는 무알칼리 유리가 사용된다. 여기에서, 무알칼리 유리란, 알칼리 성분(알칼리 금속 산화물)이 실질적으로 포함되어 있지 않은 유리이며, 구체적으로는 알칼리 성분의 중량비가 3000ppm 이하인 유리이다. 본 발명에 있어서의 알칼리 성분의 중량비는 바람직하게는 1000ppm 이하이며, 보다 바람직하게는 500ppm 이하이며, 가장 바람직하게는 300ppm 이하이다.
각 유리 공급로(6a∼6d)는 용해조(1), 청징조(2), 균질화조(교반조)(3), 포트(4) 및 성형체(5)를 그 순서로 연결한다. 도 4, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 각 유리 공급로(6a∼6d)는 복수의 이송 용기(16)와, 각 이송 용기(16)를 피복하는 내화 벽돌(17a, 17b)과, 내화 벽돌(17a, 17b)의 단부를 폐쇄하는 뚜껑체(18)를 구비한다. 내화 벽돌(17a, 17b)과 이송 용기(16) 사이에는 이송 용기(16)를 내화 벽돌(17a, 17b)에 고정하기 위한 접합체(20)가 개재된다. 또한, 이송 용기(16)끼리의 사이에 절연층을 개재시켜도 좋다.
이송 용기(16)는 백금 재료(백금 또는 백금 합금)에 의해 관 형상으로 구성되지만, 이 구성에 한정되지 않고, 내부에 용융 유리(GM)가 통과하는 공간을 갖는 구조체이면 좋다. 도 5, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 각 이송 용기(16)는 관 형상부(21)와, 당해 관 형상부(21)의 양단부에 설피되는 플랜지부(22)를 구비한다. 관 형상부(21)는 원관 형상으로 하지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 관 형상부(21)의 내경은 100mm 이상 300mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 관 형상부(21)의 두께는 0.3mm 이상 3mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이들 치수는 상기 범위에 한정되지 않고, 용융 유리(GM)의 종별, 온도, 제조 장치의 규모 등에 따라 적당하게 설정된다.
플랜지부(22)는 원형으로 구성되지만, 이 형상에 한정되지 않는다. 플랜지부(22)는, 예를 들면 딥드로잉 가공에 의해 관 형상부(21)와 일체로 구성된다. 플랜지부(22)는 전원 장치(도시하지 않음)에 접속된다. 각 유리 공급로(6a∼6d)에서는 청징조(2)와 마찬가지로 플랜지부(22)를 개재해서 관 형상부(21)에 전류를 흘림으로써 발생되는 저항 가열(줄열)에 의해, 당해 이송 용기(16)의 내부를 흐르는 용융 유리(GM)를 가열한다.
내화 벽돌(17a, 17b)은 고지르코니아계 내화물, 지르콘계 내화물 또는 용융 실리카계 내화물에 의해 구성되지만, 이 재질에 한정되지 않는다. 내화 벽돌(17a, 17b)의 열팽창률은 청징조(2)에 관한 내화 벽돌(8a, 8b)의 열팽창률과 동일하다. 도 6 및 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 내화 벽돌(17a, 17b)은 복수의 내화 벽돌 로 구성되고, 도면의 예에서는 제 1 내화 벽돌(17a) 및 제 2 내화 벽돌(17b)로 구성된다. 제 1 내화 벽돌(17a)은 관 형상부(21)를 하측으로부터 지지한다. 제 2 내화 벽돌(17b)은 관 형상부(21)의 상부를 피복한다. 또한, 제 1 내화 벽돌(17a) 및 제 2 내화 벽돌(17b)은 그 길이 방향에 있어서 복수의 내화 벽돌로 더 분할되어도 좋다.
제 1 내화 벽돌(17a) 및 제 2 내화 벽돌(17b)은 관 형상부(21)의 외주면(21a)을 피복하기 위한 면(이하 「피복면」이라고 함)(23a, 23b)과, 서로 접촉하는 면(이하 「접촉면」이라고 함)(24a, 24b)을 갖는다. 또한, 피복면(23a, 23b)은 관 형상부(21)의 외주면(21a)을 유지하는 기능도 갖는다.
도 7에 나타나 있는 바와 같이, 피복면(23a, 23b)은 관 형상부(21)의 외주면(21a)을 피복하기 위해 단면으로 볼 때에 원호 형상의 곡면에 의해 구성된다. 피복면(23a, 23b)의 곡률 반경은 관 형상부(21)의 외주면(21a)과의 사이에 극간(접합체(20)의 수용 공간)이 형성되도록, 당해 외주면(21a)의 반경보다도 크게 설정된다. 피복면(23a, 23b)과 관 형상부(21)의 외주면(21a)의 간격(외주면(21a)의 반경과 피복면(23a, 23b)의 곡률 반경의 차)은 7.5mm 이상으로 설정되는 것이 바람직하다. 관 형상부(21)의 크리프 변형 방지의 관점으로부터, 이 간격은 50mm 이하로 설정되는 것이 바람직하고, 20mm 이하로 설정되는 것이 보다 바람직하다.
제 1 내화 벽돌(17a)의 접촉면(15a)과 제 2 내화 벽돌(17b)과의 접촉면(15b)을 접촉시킨 상태에서는, 각 내화 벽돌(17a, 17b)의 피복면(23a, 23b)에 의해 관 형상부(21)를 피복하는 원통면이 구성된다(도 7 참조).
뚜껑체(18)는 청징조(2)에 사용되는 뚜껑체(9)와 동일한 구성을 갖는다. 뚜껑체(18)는 두께 방향에 있어서의 일방의 면이 내화 벽돌(17a, 17b)의 길이 방향 단부에 접촉함으로써 당해 단부를 폐쇄한다.
접합체(20)의 구성은 청징조(2)의 접합체(10)와 동일한 구성을 갖는다. 접합체(20)의 원료가 되는 분말(P)은 접합체(10)에 사용되는 것과 동일하다.
이하, 상기 구성의 제조 장치에 의해 유리 물품(판유리(GR))을 제조하는 방법에 관하여 설명한다. 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 본 방법은 충전 공정(S1), 예열 공정(S2), 조립 공정(S3), 용해 공정(S4), 용융 유리 공급 공정(S5), 성형 공정(S6), 서랭 공정(S7) 및 절단 공정(S8)을 구비한다.
충전 공정(S1)에서는 청징조(2)에 분말(P)을 충전한다. 예를 들면 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 청징조(2)의 이송 용기(7)를 피복하는 제 1 내화 벽돌(8a)과 제 2 내화 벽돌(8b)을 상하로 이간시킨 상태에서, 제 1 내화 벽돌(8a)의 피복면(14a)과, 이송 용기(7)의 관 형상부(11)의 외주면(11a) 사이에 분말(P)을 충전한다. 그 후, 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 제 2 내화 벽돌(8b)의 접촉면(15b)을 제 1 내화 벽돌(8a)의 접촉면(15a)에 접촉시킨다. 그리고, 외주면(11a)의 상측의 부분과 제 2 내화 벽돌(8b)의 피복면(14b) 사이의 공간에 분말(P)을 충전한다. 그 후, 내화 벽돌(8a, 8b)의 단부를 뚜껑체(9)에 의해 폐쇄한다.
또한, 충전 공정(S1)에 있어서, 각 유리 공급로(6a∼6d)에 있어서의 이송 용기(16)를 개별적으로 분리시킨 상태에서, 각 이송 용기(16)에 분말(P)을 충전한다. 예를 들면 도 11에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 내화 벽돌(17a)과 제 2 내화 벽돌(17b)을 상하로 이간시킨 상태에서, 제 1 내화 벽돌(17a)의 피복면(23a)과, 이송 용기(16)에 있어서의 관 형상부(21)의 외주면(21a) 사이에 분말(P)을 충전한다. 그 후, 도 12에 나타나 있는 바와 같이, 제 2 내화 벽돌(17b)의 접촉면(24a)을 제 1 내화 벽돌(17a)의 접촉면(24b)에 접촉시킨다. 그리고, 외주면(21a)의 상측의 부분과 제 2 내화 벽돌(17b)의 피복면(23b) 사이에 형성되는 공간에 분말(P)을 충전한다. 그 후, 내화 벽돌(17a, 17b)의 단부를 뚜껑체(18)에 의해 폐쇄한다. 이상에 의해, 충전 공정(S1)이 종료된다.
예열 공정(S2)에서는 제조 장치의 구성요소(1∼5, 6a∼6d)를 개별적으로 분리한 상태에서 이들을 승온한다. 이하에서는, 청징조(2)를 승온할 경우, 및 유리 공급로(6a∼6d)를 구성하는 복수의 이송 용기(16)를 분리한 상태에서 승온할 경우 에 대해서 설명한다.
예열 공정(S2)에서는 청징조(2)의 이송 용기(7)를 승온하기 위해서, 플랜지부(12)를 개재해서 관 형상부(11)에 전류를 흘린다. 마찬가지로, 유리 공급로(6a∼6d)의 이송 용기(16)를 승온하기 위해서, 플랜지부(22)를 개재해서 관 형상부(21)에 전류를 흘린다. 이것에 의해 각 이송 용기(7, 16)가 가열되고, 각 관 형상부(11, 21)는 그 축심 방향(길이 방향) 및 반경 방향으로 팽창한다. 이때, 각 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b)과 관 형상부(11, 21) 사이에 충전된 분말(P)은 분말 상태를 유지하고 있어, 관 형상부(11, 21)와 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b) 사이의 공간에 있어서 유동(이동) 가능하다. 이러한 분말(P)이 윤활재로서 작용함으로써, 각 관 형상부(11, 21)는 열응력을 발생시키지 않고 팽창할 수 있다.
관 형상부(11, 21)가 소정 온도(예를 들면 1200℃ 이상이고 또한 분말(P)의 확산 접합이 활성화되는 온도 미만)에까지 도달하면, 예열 공정(S2)이 종료되고, 조립 공정(S3)이 실행된다. 조립 공정(S3)에서는 복수의 이송 용기(16)를 연결하여, 각 유리 공급로(6a∼6d)가 조립된다. 구체적으로는, 일방의 이송 용기(16)의 플랜지부(22)와 타방의 이송 용기(16)의 플랜지부(22)를 맞댄다. 이것에 의해, 복수의 이송 용기(16)가 서로 연결 고정된다(도 4, 도 5 참조).
그 후, 용해조(1), 청징조(2), 균질화조(3), 포트(4), 성형체(5), 및 유리 공급로(6a∼6d)를 접속함으로써 제조 장치가 조립된다. 이상에 의해, 조립 공정(S3)이 종료된다.
용해 공정(S4)에서는, 용해조(1) 내에 공급된 유리 원료가 가열되어 용융 유리(GM)가 생성된다. 또한, 상승 기간의 단축을 위해서, 조립 공정(S3) 이전에 용해조(1) 내에서 미리 용융 유리(GM)를 생성해도 좋다.
용융 유리 공급 공정(S5)에서는, 용해조(1)의 용융 유리(GM)를 각 유리 공급로(6a∼6d)를 통해서 청징조(2), 균질화조(3), 포트(4), 그리고 성형체(5)로 순차적으로 이송한다.
조립 공정(S3) 직후의 용융 유리 공급 공정(S5)(제조 장치의 가동시)에 있어서, 청징조(2)(이송 용기(7)) 및 각 유리 공급로(6a∼6d)(각 이송 용기(16))는 관 형상부(11, 21)에의 통전에 의해 계속해서 승온된다. 또한, 청징조(2) 및 유리 공급로(6a∼6d)는 고온의 용융 유리(GM)가 청징조(2)의 관 형상부(11) 및 각 유리 공급로(6a∼6d)의 관 형상부(21)를 통과함으로써도 승온된다. 이 승온에 따라, 청징조(2) 및 유리 공급로(6a∼6d)에 충전된 분말(P)도 승온된다.
분말(P)의 온도가 분말(P)의 확산 접합이 활성화되는 온도에 도달하면, 확산 결합이 활성화된다. 분말(P)의 가열 온도는 분말(P)의 확산 접합이 활성화되는 온도 이상으로 하면 좋고, 1400℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 1700℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1650℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태에서는, 분말(P) 중의 알루미나 분말끼리 및 알루미나 분말과 실리카 분말 사이에서, 확산 접합이 발생한다. 또한, 알루미나 분말과 실리카 분말에 의해 뮬라이트가 발생한다. 뮬라이트는 알루미나 분말끼리를 강고하게 접합한다. 시간의 경과와 함께 확산 접합이 진행되고, 최종적으로 분말(P)은 1개 또는 복수개의 접합체(10, 20)가 된다. 접합체(10, 20)는 관 형상부(11, 21) 및 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b)과 밀착하기 때문에, 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b)에 대한 관 형상부(11, 21)의 이동을 저해한다. 이 때문에, 관 형상부(11, 21)는 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b)에 고정된다. 접합체(10, 20)는 판유리(GR)의 제조가 종료되기까지의 사이, 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b)과 함께 관 형상부(11, 21)를 계속해서 지지한다. 또한, 분말(P)이 모두 접합체(10, 20)가 될 때까지 필요로 하는 시간은 24시간 이내인 것이 바람직하지만, 이 범위에 한정되지 않는다.
부가하여, 용융 유리 공급 공정(S5)에서는 용융 유리(GM)가 청징조(2)의 이송 용기(7) 내를 유통할 때, 유리 원료에는 청징제가 배합되어 있기 때문에, 이 청징제의 작용에 의해 용융 유리(GM)로부터 가스(거품)가 제거된다. 또한, 균질화조(3)에 있어서, 용융 유리(GM)는 교반해서 균질화된다. 용융 유리(GM)가 포트(4), 유리 공급로(6d)를 통과할 때에는, 그 상태(예를 들면 점도나 유량)가 조정된다.
성형 공정(S6)에서는 용융 유리 공급 공정(S5)을 거쳐서 용융 유리(GM)가 성형체(5)에 공급된다. 성형체(5)는 용융 유리(GM)를 오버플로우 홈으로부터 넘쳐흘러서 그 측벽면을 따라 유하시킨다. 성형체(5)는 유하시킨 용융 유리(GM)를 하정부에서 융합시킴으로써 판유리(GR)를 성형한다.
그 후, 판유리(GR)는 서랭로에 의한 서랭 공정(S7), 절단 장치에 의한 절단 공정(S8)을 거쳐서 소정 치수로 형성된다. 또는, 절단 공정(S8)에서 판유리(GR)의 폭방향의 양단을 제거한 후에, 띠 형상의 판유리(GR)를 롤 형상으로 권취해도 좋다 (권취 공정). 이상에 의해, 유리 물품(판유리(GR))이 완성된다.
이상에서 설명한 본 실시형태에 따른 유리 물품의 제조 방법에 의하면, 예열 공정(S2)에 있어서, 청징조(2)의 이송 용기(7) 및 유리 공급로(6a∼6d)의 이송 용기(16)는 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b)과의 사이에 충전되는 확산 접합 가능한 분말(P)에 의해 지지된다. 청징조(2) 및 유리 공급로(6a∼6d)의 관 형상부(11, 21)가 팽창할 경우에는 이 분말(P)은 각 관 형상부(11, 21)의 팽창을 저해하지 않도록, 각 관 형상부(11, 21)와 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b) 사이에 있어서 이동(유동)할 수 있다.
이것에 의해, 예열 공정(S2)에 있어서 각 관 형상부(11, 21)에 작용하는 열응력을 가급적으로 저감할 수 있다. 또한, 용융 유리 공급 공정(S5) 중에는, 분말(P)이 확산 접합에 의해 접합체(10, 20)로서 구성됨으로써, 당해 접합체(10, 20)와 내화 벽돌(8a, 8b, 17a, 17b)에 의해서 각 관 형상부(11, 21)를 이동하지 않도록 확실하게 고정할 수 있다.
도 14∼도 17은 본 발명에 관한 유리 물품의 제조 방법 및 제조 장치의 다른 실시형태(제 2 실시형태)를 나타낸다. 도 14 및 도 15는 충전 공정 종료시(예열 공정 전)의 청징조의 단면도이며, 도 16 및 도 17은 용융 유리 공급 공정에 있어서의 청징조의 단면도이다.
도 14 및 도 15에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 청징조(2)의 이송 용기(7)는 관 형상부(11)의 외주면(11a)을 피복하는 용사막(25)을 갖는다. 용사막(25)은 세라믹 용사막이며, 바람직하게는 알루미나 용사막, 지르코니아 용사막이다. 특히 지르코니아 용사막은 알루미나 용사막과 비교해서 가스 배리어성이 높기 때문에, 용사막(25)에 가장 적합하다. 용사막(25)의 두께는 100∼500㎛로 하는 것이 바람직하다. 도 15에 나타나 있는 바와 같이, 용사막(25)은 용사재를 블로잉해서 형성되기 때문에 다공질 구조체이며, 내부에 미소한 다수의 기공(25a)을 갖는다. 용사막(25)의 기공률은 10∼35%이다. 용사막(25)은 관 형상부(11)의 외주면(11a)의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 용사막(25)이 형성됨으로써 백금 재료로 구성되는 관 형상부(11)의 외주면(11a)이 산소와 접촉하는 것을 저감할 수 있다. 따라서, 이송 용기(7)(관 형상부(11)의 외주면(11a))의 산화, 승화에 의한 소모를 저감할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 이송 용기(7)와 내화 벽돌(8a, 8b) 사이에 충전되는 분말(P)은 용융 유리 공급 공정(S5) 중에 용융 유리(GMa)를 생성하도록, 충전 공정(S1) 전의 조합 공정에 있어서 실리카 분말의 첨가량(함유량)이 조정된다.
용융 유리 공급 공정(S5)에 있어서 비교적 고온의 용융 유리(GM)를 이송하는 이송 용기(예를 들면 유리 공급로(6a)의 이송 용기(16), 청징조(2)의 이송 용기(7))에 설치되는 분말(P)에서는 실리카 분말의 함유량을 저감시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 분말(P)에 있어서의 실리카 분말의 함유량은 질량%로 5∼30%로 하는 것이 바람직하다. 이송되는 용융 유리(GM)가 고온일 경우, 분말(P)로부터 생성되는 용융 유리(GMa)는 점성의 저하에 의해 유동성이 높아지기 때문에, 접합체(10)에 의한 이송 용기(7)의 안정적인 지지를 확보하기 위해서 실리카 분말의 함유량을 저감시킨다.
한편, 비교적 저온의 용융 유리(GM)를 이송하는 이송 용기(예를 들면 유리 공급로(6b∼6d)의 이송 용기(16))에 설치되는 분말(P)에서는 실리카 분말의 함유량을 증가시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 분말(P)에 있어서의 실리카 분말의 함유량은 질량%로 40∼70%로 하는 것이 바람직하다. 이송되는 용융 유리(GM)의 온도가 저온일 경우에는 실리카 분말로부터 생성되는 용융 유리(GMa)의 점성이 높아서, 당해 용융 유리(GMa)를 접합체(10)에 내포시킨 상태에서 당해 접합체(10)에 의해 이송 용기(16)를 안정적으로 지지할 수 있다. 따라서, 이송 용기(7, 16)에 의해 이송되는 용융 유리(GM)의 온도가 낮을수록 실리카 분말의 함유량을 많게 하는 것이 바람직하다.
도 16에 나타나 있는 바와 같이, 용융 유리 공급 공정(S5) 중에는 분말(P)의 확산 접합에 의해 접합체(10)가 형성된다. 접합체(10)는, 도 17에 나타나 있는 바와 같이, 다수의 기공(10a)을 갖는 다공질 구조체가 된다. 용융 유리 공급 공정(S5)에서는 분말(P)의 실리카 분말의 함유량을 조정함으로써, 분말(P)(주로 실리카 분말) 유래의 용융 유리(GMa)가 생성되고, 이 용융 유리(GMa)는 접합체(10)의 기공(10a)에 유지된다. 이와 같이 접합체(10)가 용융 유리(GMa)를 포함하면, 접합체(10)의 가스 배리어성을 향상시킬 수 있어서, 백금 재료제의 이송 용기(7)(관 형상부(11)의 외주면(11a))가 산소와 접촉하는 것을 저감할 수 있다. 이 때문에, 이송 용기(7)의 산화, 승화에 의한 소모를 저감할 수 있다. 또한, 유리 공급로(6a∼6d)에 있어서의 이송 용기(16)와 내화 벽돌(17a, 17b) 사이에 형성되는 접합체(20)도 상기 접합체(10)와 동일한 구조를 갖는다. 또한, 용융 유리(GMa)는 분말(P)로부터 형성된 접합체(10)를 고온에서 장시간 유지함으로써, 접합체(10)에 포함되는 실리카 성분 등이 유리화해서 생성된다고 추찰된다.
도 17에 나타나 있는 바와 같이, 용융 유리 공급 공정(S5) 중에는 분말(P)(주로 실리카 분말)로부터 생성되는 용융 유리(GMa)의 일부가 용사막(25)의 기공(25a)에 함침된다. 이것에 의해, 용사막(25)의 가스 배리어성이 향상된다. 따라서, 용사막(25)은 이송 용기(7)(관 형상부(11)의 외주면(11a))의 소모를 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 용사막(25)은 유리 공급로(6a∼6d)에 관한 이송 용기(16)의 관 형상부(21)에 형성해도 좋다.
도 18∼도 21은 본 발명에 관한 유리 물품의 제조 방법 및 제조 장치의 다른 실시형태(제 3 실시형태)를 나타낸다. 도 18은 용융 유리 공급 공정에 있어서의 청징조를 나타낸다.
청징조(2)는 이송 용기(7)와 내화 벽돌(8a, 8b) 사이에 기재하는 접합체(10) 이외에, 당해 이송 용기(7)와 제 1 내화 벽돌(8a) 사이에 기재하는 층 형상 부재(26)를 갖는다. 층 형상 부재(26)는 이송 용기(7)와 제 2 내화 벽돌(8b) 사이에 설치되어도 좋고, 유리 공급로(6a∼6d)에 관한 이송 용기(16)와 내화 벽돌(17a, 17b) 사이에 설치되어도 좋다.
층 형상 부재(26)는, 예를 들면 고알루미나계 내화물에 의해 장척 형상의 판 형상으로 구성되지만, 이 재질 및 형상에 한정되지 않는다. 또한, 고알루미나계 내화물이란, 질량%로 90∼100%의 Al2O3을 포함하는 것을 말한다. 층 형상 부재(26)의 열팽창률은 내화 벽돌(8a, 8b)의 열팽창률보다도 크고, 예를 들면 0.8∼1.2%로 할 수 있다. 층 형상 부재(26)의 열팽창률 A(%)는 백금 재료의 열팽창률 B(%)에 가까운 것이 바람직하고, 구체적으로는 A/B가 0.6∼1.0인 것이 바람직하다. 또한, 본 단락에 있어서, 열팽창률은 모두 0℃로부터 1300℃까지 승온했을 때의 열팽창률이다. 층 형상 부재(26)의 두께는 3∼17mm로 하는 것이 바람직하다.
도 19에 나타나 있는 바와 같이, 층 형상 부재(26)는 이송 용기(7)의 관 형상부(11) 및 제 1 내화 벽돌(8a, 8b)의 피복면(14a, 14b)의 형상에 대응하도록, 원호 형상의 만곡 형상을 갖는다. 층 형상 부재(26)는 제 1 내화 벽돌(8a)의 피복면(14a)에 접촉하도록 배치된다. 즉, 층 형상 부재(26)는 이송 용기(7)의 하방 위치에 배치된다.
이하, 본 실시형태에 관한 유리 물품의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 충전 공정(S1)에 있어서, 청징조(2)의 이송 용기(7)를 피복하는 제 1 내화 벽돌(8a)과 제 2 내화 벽돌(8b)을 상하로 이간시킨 상태에서, 제 1 내화 벽돌(8a)의 피복면(14a)에 접촉하도록 층 형상 부재(26)를 배치(적재)한다(배치 공정). 다음에, 제 1 내화 벽돌(8a)의 피복면(14a)과 이송 용기(7)의 관 형상부(11)의 외주면(11a) 사이에 분말(P)을 충전한다. 충전 공정(S1)에 있어서의 다른 공정에 대해서는, 도 1∼도 9에 관한 실시형태와 같다.
분말(P)은 유동 가능하여 윤활재로서 작용하므로, 관 형상부(11)는 그 길이 방향을 따라 내화 벽돌(8a, 8b)에 대하여 상대 이동할 수 있다. 환언하면, 관 형상부(11)는 내화 벽돌(8a, 8b)에 고정되는 일 없이 관 형상부(11)의 길이 방향의 팽창이 허용된 상태에 있다.
예열 공정(S2)에서는, 청징조(2)의 관 형상부(11)와 내화 벽돌(8a, 8b) 사이에 배합되는 분말(P)을 유동시키면서, 각 관 형상부(11)를 길이 방향으로 팽창시킨다. 또한, 내화 벽돌(8a, 8b)보다도 열팽창률이 큰 층 형상 부재(26)를 관 형상부(11)의 길이 방향을 따라 팽창시킨다. 이것에 의해, 분말(P)이 관 형상부(11)의 팽창을 촉진하도록 유동하여 관 형상부(11)의 팽창을 보조한다.
도 20에 나타내는 층 형상 부재(26)는 길이와 동등한 복수의 구성 부재(26a)를 관 형상부(11)의 둘레 방향을 따라 병설함으로써 구성된다. 각 구성 부재(26a)의 장변끼리를 접촉시킴으로써 제 1 실시형태와 동일한 만곡 형상을 갖는 층 형상 부재(26)가 구성된다. 이와 같이, 층 형상 부재(26)를 복수의 구성 부재(26a)를 조합시켜서 구성함으로써, 제 1 내화 벽돌(8a)에의 층 형상 부재(26)의 설치 작업이 용이해진다. 또한, 본 실시형태에 관한 층 형상 부재(26)는 복수의 구성 부재(26a)로 분할되어 경량화되어 있기 때문에, 도 19에 나타내는 1매의 층 형상 부재(26)를 제조할 경우와 비교하여 설치 작업을 용이하게 행할 수 있고, 그 제조 코스트를 가급적으로 저감할 수 있다.
도 21에 나타내는 층 형상 부재(26)는 길이가 다른 제 1 구성 부재(26a) 및 제 2 구성 부재(26b)를 관 형상부(11)의 둘레 방향 및 길이 방향으로 병설함으로써 구성된다. 구체적으로는, 복수의 제 1 구성 부재(26a)의 단부끼리를 접촉시켜서 장척 형상으로 구성함과 아울러, 복수의 제 2 구성 부재(26b)의 단부끼리를 접촉시켜서 장척 형상으로 구성한다. 또한, 제 1 구성 부재(26a)의 장변과 제 2 구성 부재(26b)의 장변을 접촉시킴으로써, 도 19의 예와 동일한 만곡 형상을 갖는 층 형상 부재(26)가 구성된다.
도 22∼도 26은, 본 발명에 관한 유리 물품의 제조 방법 및 제조 장치의 다른 실시형태(제 4 실시형태)를 나타낸다. 도 22는 용융 유리 공급 공정에 있어서의 청징조를 나타낸다. 도 23 및 도 24는 충전 공정에 있어서의 청징조를 나타낸다. 도 25 및 도 26은 예열 공정에 있어서의 청징조를 나타낸다.
청징조(2)는 이송 용기(7)와 내화 벽돌(8a, 8b) 사이에 접합체(10) 및 흡수 부재(27a, 27b)를 갖는다. 이 흡수 부재(27a, 27b)는 이송 용기(7)(관 형상부(11))의 반경 방향의 팽창을 흡수하기 위해서 배치된다.
흡수 부재(27a, 27b)는 가요성을 갖는 시트 형상 또는 층 형상으로 구성됨과 아울러, 그 두께 방향으로 압축 변형 가능하게 구성된다. 흡수 부재(27a, 27b)는, 예를 들면 세라믹 페이퍼에 의해 구성된다. 세라믹 페이퍼는, 예를 들면 세라믹 섬유의 직포 또는 부직포이며, 지르코니아 페이퍼나 알루미나 페이퍼가 적합하게 사용된다. 흡수 부재(27a, 27b)의 압축 변형 전의 두께 Tb(mm)는 상온에서의 피복면(14a, 14b)과 관 형상부(11)의 외주면(11a)의 간격 D(mm)에 대한 비(Tb/D)로 0.1∼0.5로 하는 것이 바람직하다. 또한, 예열 공정(S2)에 있어서의 흡수 부재(27a, 27b)의 압축 변형 후의 두께 Ta(mm)는 흡수 부재(27a, 27b)의 압축 변형 전의 두께Tb(mm)에 대한 비(Ta/Tb)로 0.5∼0.9로 설정하는 것이 바람직하다. 상술한 두께의 흡수 부재(27a, 27b)를 구성하기 위해서, 얇은 세라믹 페이퍼 등을 복수 매 적층해서 사용해도 좋다. 흡수 부재(27a, 27b)의 기공률은 70∼99%로 하는 것이 바람직하다. 흡수 부재(27a, 27b)의 밀도는, 예를 들면 0.1∼1.0g/㎤로 할 수 있다.
도 23 및 도 24에 나타나 있는 바와 같이, 흡수 부재(27a, 27b)는 내화 벽돌(8a, 8b)의 피복면(14a, 14b)에 접촉하도록 배치된다. 흡수 부재(27a, 27b)는 제 1 내화 벽돌(8a)의 피복면(14a)에 접촉하는 제 1 흡수 부재(27a)와, 제 2 내화 벽돌(8b)의 피복면(14b)에 접촉하는 제 2 흡수 부재(27b)를 포함한다. 흡수 부재(27a, 27b)는 그 가요성에 의해 평판 형상의 상태로부터 피복면(14a, 14b)의 만곡면의 형상을 따르도록 만곡 형상으로 변형될 수 있다. 본 실시형태에서는 각 흡수 부재(27a, 27b)의 면적은 각 피복면(14a, 14b)의 면적과 동등하게 되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면 피복면(14a, 14b)의 면적보다도 작은 면적을 갖는 복수의 흡수 부재(27a, 27b)를 피복면(14a, 14b)에 대하여 병설해도 좋다.
본 실시형태에 있어서, 제 1 흡수 부재(27a)의 두께와 제 2 흡수 부재(27b)의 두께는 동등하게 되어 있지만, 이것에 한정하지 않고, 각 흡수 부재(27a, 27b)의 두께를 다르게 해도 좋다. 이 경우, 예를 들면 이송 용기(7)의 하방에 위치하는 제 1 흡수 부재(27a)를 제 2 흡수 부재(27b)보다도 두껍게 할 수 있다.
이하, 본 실시형태에 따른 유리 물품의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 충전 공정(S1)에 있어서 청징조(2)에 분말(P)을 충전한다. 예를 들면 도 23에 나타나 있는 바와 같이, 청징조(2)의 이송 용기(7)를 피복하는 제 1 내화 벽돌(8a)과 제 2 내화 벽돌(8b)을 상하로 이간시킨 상태에서, 제 1 내화 벽돌(8a)의 피복면(14a)에 접촉하도록 제 1 흡수 부재(27a)를 배치한다. 또한, 제 2 내화 벽돌(8b)의 피복면(14b)에 접촉하도록 제 2 흡수 부재(27b)를 배치한다(배치 공정).
다음에, 제 1 내화 벽돌(8a)의 피복면(14a)(제 1 흡수 부재(27a))과, 이송 용기(7)의 관 형상부(11)의 외주면(11a) 사이에 분말(P)을 충전한다. 그 후, 도 24에 나타나 있는 바와 같이, 제 2 내화 벽돌(8b)의 접촉면(15b)을 제 1 내화 벽돌(8a)의 접촉면(15a)에 접촉시킨다. 이때, 제 1 흡수 부재(27a) 및 제 2 흡수 부재(27b)는 관 형상부(11)의 전체 둘레를 덮도록 원통 형상이 된다. 그리고, 외주면(11a)의 상측의 부분과, 제 2 내화 벽돌(8b)의 피복면(14b)(제 2 흡수 부재(27b)) 사이의 공간에 분말(P)을 충전한다. 그 후, 내화 벽돌(8a, 8b)의 단부를 뚜껑체(9)에 의해 폐쇄한다.
도 25에 나타나 있는 바와 같이, 예열 공정(S2)에 있어서, 관 형상부(11)는 2점 쇄선 및 화살표로 표시하는 바와 같이, 반경 방향 외방으로 팽창하려고 한다. 이 경우, 분말(P) 및 제 1 흡수 부재(27a)에 작용하는 압력이 증가한다.
도 26에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 흡수 부재(27a)는 관 형상부(11)의 팽창에 의해 분말(P)에 압박됨으로써, 그 두께가 감소하도록 압축 변형(수축)한다(수축 형태를 2점 쇄선, 화살표 및 실선으로 나타낸다). 도시를 생략하지만, 제 2 흡수 부재(27b)도 제 1 흡수 부재(27a)와 마찬가지로 그 두께가 감소하도록 압축 변형(수축)한다. 이와 같이, 흡수 부재(27a, 27b)가 수축함으로써, 관 형상부(11)는 분말(P)에 작용하는 압력을 증가시키지 않고 팽창할 수 있다. 이것에 의해, 분말(P)은 적합하게 유동할 수 있다. 또한, 관 형상부(11)가 길이 방향으로 팽창할 때에, 분말(P)과의 마찰력의 증가가 억제된다. 따라서, 관 형상부(11)는 반경 방향으로 팽창하면서, 길이 방향으로도 적합하게 팽창할 수 있다.
경우에 따라서는, 제 1 흡수 부재(27a)는 압축 변형 후에 분쇄되어 체적이 더욱 감소한다. 이 경우에도, 분말(P)과의 마찰력의 증가가 억제되므로, 관 형상부(11)는 반경 방향으로 팽창하면서, 길이 방향으로도 적합하게 팽창할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태의 구성에 한정되는 것은 아니고, 상기한 작용 효과에 한정되는 것도 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종의 변경이 가능하다.
상기 실시형태에서는, 조립 공정(S3) 후에 확산 접합하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이 형태에 한정되지 않는다. 예열 공정(S2) 중에 이송 용기의 팽창이 허용되고 있는 한, 분말(P)의 일부가 예열 공정(S2) 중에 확산 접합해도 좋다. 마찬가지로, 예열 공정(S2) 중에 분말(P)의 일부로부터 용융 유리(GMa)가 생성되어도 좋다.
상기 실시형태에서는, 청징조(2)의 이송 용기(7)를 길이 방향으로 분할하지 않고 하나의 이송 용기(7)로 구성했지만, 도 4에 나타내는 유리 공급로(6a∼6d)와 같이, 청징조(2)의 이송 용기(7)를 길이 방향으로 분할하여 복수의 이송 용기(7)(이송 용기)로 구성해도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는 유리 공급로(6a∼6d)를 복수의 이송 용기(16)로 구성했지만, 도 2에 나타내는 청징조(2)와 같이 길이 방향으로 분할하지 않고 하나의 이송 용기(16)로 구성해도 좋다.
상기 실시형태에서는, 내화 벽돌(8a, 8b)의 길이 방향 단부를 별체의 뚜껑체(9)로 폐쇄했지만, 내화 벽돌(8a, 8b)의 길이 방향 단부를 무기섬유로 이루어지는 블랭킷으로 폐쇄해도 좋다. 또는, 내화 벽돌(8a, 8b)과 뚜껑체(9)를 일체로 구성해도 좋다. 또한, 분말(P)의 충전에서는 내화 벽돌(8a, 8b)에 분말 충전용 관통공을 형성하고, 관통공을 통해서 분말(P)을 충전해도 좋다. 이 경우, 충전 후에 관통공을 부정형 내화물로 폐쇄하면 좋다.
상기 실시형태에서는 청징조(2)의 관 형상부(11)와 내화 벽돌(8a, 8b) 사이,및 유리 공급로(6a∼6d)의 관 형상부(21)와 내화 벽돌(17a, 17b) 사이에 접합체(10, 20)를 형성했지만, 균질화조(3)를 구성하는 백금 재료제의 이송 용기와 내화 벽돌 사이에도 접합체를 형성해도 좋고, 층 형상 부재(26) 또는 흡수 부재(27a, 27b)를 개재시켜도 좋다. 내부를 유통하는 용융 유리(GM)의 온도가 고온이 될수록, 이송 용기에 발생하는 열응력에 의해 파손이나 변형이 현저해진다. 즉, 내부를 유통하는 용융 유리(GM)의 온도가 고온인 이송 용기에 본 발명을 적용하면, 이송 용기의 파손이나 변형을 방지하는 효과가 보다 현저해진다. 이 때문에, 용해조(1)와 청징조(2)를 접속하는 유리 공급로(6a), 청징조(2), 청징조(2)와 균질화조(3)를 접속하는 유리 공급로(6b), 균질화조(3), 및 균질화조(3)와 포트(4)를 접속하는 유리 공급로(6c)에 본 발명을 적용하는 것이 바람직하고, 유리 공급로(6a) 및 청징조(2)에 적용하는 것이 보다 바람직하다.
실시예
이하, 본 발명에 관한 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명자들은 본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 구체적으로는 예열 공정에 있어서의 분말의 윤활 작용을 확인하기 위한 시험을 행했다. 이 시험에서는 원형 단면으로 이루어지는 관 형상부를 갖는 백금 재료제의 이송 용기를 내화 벽돌에 의해 피복하여, 실시예 1∼6에 관한 시험체를 제작했다. 이송 용기에 있어서의 관 형상부의 외주면과 내화 벽돌의 피복면 사이에는 극간이 형성되어 있고, 이 극간에는 각종 분말이 충전된다. 시험에서는 관 형상부의 이동에 요하는 힘(저항치)을 측정했다.
이하, 각 실시예 1∼6에 사용되는 분말의 상세한 구성에 대해서 설명한다.
실시예 1∼5에서는 충전 분말을 순도 99.7wt%의 알루미나 분말로 했다. 이 알루미나 분말의 평균 입경은 0.11mm이다. 실시예 6에서는 순도 99.7wt%, 평균 입경 0.11mm의 알루미나 분말과 평균 입경 1mm의 알루미나 볼(골재)을 1:1의 비율(중량비)로 혼합해서 이루어지는 분말을 사용했다.
시험 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서의 「분말」은 당해 분말에 포함되는 주성분을 나타낸다. 표 1에 있어서의 「극간」은 제 1 내화 벽돌의 피복면과 제 2 내화 벽돌의 피복면을 합해서 원형으로 구성했을 경우의 직경(피복면 내경)과, 이송 용기에 있어서의 관 형상부 외경의 차를 2로 나눈 값이다.
저항치는 이하와 같이 해서 측정했다. 즉, 로드셀을 통해서 관 형상부를 길이 방향으로 하중을 부하하고, 관 형상부가 이동을 개시했을 때의 하중(kgf)을 로드셀로 측정했다. 측정된 하중(kgf)을 관 형상부의 길이(m)로 나눔으로써 저항치(kgf/m)를 산출했다.
Figure 112019124913565-pct00001
실시예 1∼5에서는 동일한 분말을 사용하고, 관 형상부와 내화 벽돌의 극간을 변화시켰다. 실시예 1 및 2는 관 형상부와 내화 벽돌의 극간을 7.5mm 미만으로 하여, 관 형상부가 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 3∼5는 관 형상부와 내화 벽돌의 극간을 7.5mm 이상으로 하여, 저항치가 저감되어서 100kgf/m 이하가 되었다. 이 때문에, 관 형상부와 내화 벽돌의 극간이 7.5mm 이상이면, 분말의 윤활 작용이 보다 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 6에서는 극간을 상술한 실시예 3과 동일한 설정으로 하고, 평균 입경이 0.8mm 이상인 골재를 첨가했다. 그 결과, 실시예 6에서는 실시예 3보다도 저항치가 감소했다. 이것들로부터, 분말이 골재를 포함함으로써, 분말의 윤활 작용이 보다 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
2: 청징조
7: 이송 용기
8a: 제 1 내화 벽돌
8b: 제 2 내화 벽돌
10: 접합체
16: 이송 용기
17a: 제 1 내화 벽돌
17b: 제 2 내화 벽돌
20: 접합체
25: 용사막
GM: 용융 유리
GMa: 용융 유리
GR: 유리 물품(판유리)
P: 분말
S1: 충전 공정
S2: 예열 공정
S5: 용융 유리 공급 공정

Claims (15)

  1. 내화 벽돌로 피복된 백금 재료제의 이송 용기에 의해 용융 유리를 이송하고, 상기 용융 유리를 성형해서 유리 물품을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 이송 용기와 상기 내화 벽돌 사이에, 가열에 의해 확산 접합되는 분말을 개재시키는 충전 공정과,
    상기 충전 공정 후에 상기 이송 용기를 가열하는 예열 공정과,
    상기 예열 공정 후에 상기 이송 용기를 가열하면서, 상기 이송 용기의 내부에 상기 용융 유리를 통과시키는 용융 유리 공급 공정을 구비하고,
    상기 예열 공정에서는, 분말 상태를 유지하는 상기 분말을, 상기 이송 용기의 팽창에 수반하여 이동시키고,
    상기 용융 유리 공급 공정 중에 상기 분말을 확산 접합시킴으로써, 상기 이송 용기를 상기 내화 벽돌에 고정하는 접합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 유리 물품의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 공정에 있어서, 상기 분말이 충전되는 상기 이송 용기와 상기 내화 벽돌의 간격은 7.5mm 이상인 유리 물품의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 충전 공정에 있어서, 상기 분말은 평균 입경이 0.8mm 이상인 골재를 포함하는 유리 물품의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이송 용기는 1300℃ 이상의 온도에서 상기 접합체에 의해 상기 내화 벽돌에 고정되는 유리 물품의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접합체는 다공질 구조체이며,
    상기 용융 유리 공급 공정에서는 상기 분말로부터 생성되는 용융 유리를 포함하는 상기 접합체를 형성하는 유리 물품의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이송 용기는 그 외주면에 용사막을 갖고 있고,
    상기 용융 유리 공급 공정에서는 상기 분말로부터 생성된 상기 용융 유리를 상기 용사막에 함침시키는 유리 물품의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 용사막은 지르코니아 용사막인 유리 물품의 제조 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 충전 공정에 있어서, 상기 분말은 알루미나 분말을 포함하는 유리 물품의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 충전 공정에 있어서, 상기 분말은 실리카 분말을 추가로 포함하는 유리 물품의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이송 용기에 의해 이송되는 상기 용융 유리의 온도에 따라, 상기 분말에 있어서의 상기 실리카 분말의 함유량이 조정되는 유리 물품의 제조 방법.
  11. 용융 유리를 이송하는 백금 재료제의 이송 용기와, 상기 이송 용기를 피복하는 내화 벽돌을 구비하는 유리 물품의 제조 장치로서,
    상기 이송 용기와 상기 내화 벽돌 사이에, 상기 이송 용기의 팽창에 수반하여 이동가능한 분말을 확산 접합시켜서 이루어지는 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 물품의 제조 장치.
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