KR20080014838A - 유리 제조 장치 및 그 구성 요소 - Google Patents

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KR20080014838A
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

통전 가열용의 전극의 국부 과가열이 방지된 용융 유리용의 중공관체를 제공한다.
통전 가열되는 용도로 사용되는 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체로서, 상기 중공관의 외주에는, 링 형상 전극이 접합되어 있고, 상기 링 형상 전극의 외부 가장자리에는, 1 또는 그 이상의 인출 전극이 접합되어 있으며, 상기 링 형상 전극은, 백금 또는 백금 합금제의 전극 중심부와, 그 전극 중심부의 외측에 형성된 백금 혹은 백금 합금제, 또는 백금 이외의 금속 재료제의 후육부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

유리 제조 장치 및 그 구성 요소 {GLASS PRODUCTION DEVICE AND COMPONENT THEREOF}
본 발명은, 유리 제조 장치의 용융 유리의 도관으로서 바람직한, 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖고 또한, 그 중공관의 외주에 통전 가열용의 전극이 접합되어 있는 중공관체에 관한 것이다.
또, 본 발명은, 본 발명의 중공관체를 통전 가열하는 방법에 관한 것이다.
또, 본 발명은, 용융 유리의 도관으로서 그 중공관체를 이용한 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법에 관한 것이다.
유리 제조 장치에 있어서, 그 내부를 고온의 용융 유리가 통과하는 도관에는, 백금, 또는 백금-금 합금, 백금-로듐 합금과 같은 백금 합금제의 중공관이 사용되고 있다.
특허 문헌 1 에 기재된 유리 소지 유출 장치를 예로 들면, 유리 용융조 하부의 용융 유리 출구에 백금 또는 백금 합금제의 파이프가 접속되어 있다. 또, 용융 유리가 통과하는 도관의 그밖의 예로서는, 유리 제조 장치로부터 불순물을 제거하기 위해서 설치된 유출관, 렌즈, 프리즘 등의 광학 부품을 성형하는 경우에 유리 제조 장치로부터 성형용의 형 (型) 에 용융 유리를 유출시키기 위한 유출관 등 을 들 수 있다.
유리 제조 장치에서는, 내부를 통과하는 용융 유리의 온도를 조절하기 위해, 용융 유리가 통과하는 도관은 가열된다. 도관의 가열은, 히터 등의 열원에 의해, 도관을 외부로부터 가열하는 경우도 있지만, 백금 또는 백금 합금제의 중공관의 경우, 그 중공관에 통전용의 전극을 설치하여, 통전 가열하는 것이 널리 실시되고 있다. 도 4 는, 통전 가열용의 전극이 설치된 종래의 백금 또는 백금 합금제의 중공관의 사시도이다. 도 4 에 있어서, 원통 형상을 한 중공관 (100) 의 외주에는 링 형상 전극 (200) 이 접합되어 있다. 링 형상 전극 (200) 의 외부 가장자리에는 서로 마주 보는 위치에, 2 개의 인출 전극 (300, 301) 이 접합되어 있다.
중공관 (100), 링 형상 전극 (200) 및 인출 전극 (300, 301) 은 백금 또는 백금 합금제이다. 도 4 에 나타내는 중공관 (100) 은, 인출 전극 (300, 301) 을 외부 전원 (도시하지 않음) 과 접속하여, 외부 전원으로부터 통전함으로써 가열된다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평6-227822호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명자는, 도 4 에 나타내는 중공관 (100) 을 통전 가열했을 때, 전극 (200) 의 특정한 부위에 전류가 집중되어, 당해 부위가 국부 과가열되는 것을 찾아냈다. 이 점에 대해, 이하에 의해 구체적으로 설명한다.
도 4 에 있어서, 인출 전극 (300, 301) 을 외부 전원과 접속하여 통전하면, 전류는 인출 전극 (300, 301) 으로부터 전극 (200) 을 개재하여 중공관 (100) 으로 흐른다. 링 형상 전극 (200) 은, 중공관 (100) 전체에 균일하게 전류를 흐르게 하는 것을 의도한 것이다. 그러나, 인출 전극 (300, 301) 으로부터의 전류는, 전극 (200) 의 특정한 부위에 집중된다.
전류는 그 특성상 최단 경로를 흐르려고 한다. 도 4 에 나타내는 중공관 (100) 의 경우, 인출 전극 (300, 301) 으로부터의 전류는, 화살표로 나타내는 최단 경로를 통과한다. 이 결과, 전극 (200) 을 흐르는 전류는, 전극 (200) 의 특정한 부위 (점선으로 나타낸 부위) 에 집중된다. 전극 (200) 의 점선으로 나타낸 부위는, 전류의 집중에 의해 국부 과가열된다. 이러한 국부 과가열이 발생한 경우, 전극 (200) 이 열 응력에 의해 파손될 우려가 있다. 전극 (200) 이 파손되면, 중공관 (100) 을 통전 가열할 수 없게 되므로, 용융 유리와 중공관 사이에 온도차가 발생하여 유리를 제조하는 것이 곤란해진다.
또, 전극 (200) 의 특정한 부위에 전류가 집중되면, 전극 (200) 으로부터 중공관 (100) 에 흐르는 전류도 중공관 (100) 의 특정한 부위에 집중된다. 구체적으로는, 전극 (200) 과의 접합부 중, 전극 (200) 의 점선으로 나타낸 부위와의 접합부에 전류가 집중된다. 중공관 (100) 의 특정한 부위에 전류가 집중된 경우, 당해 부위가 국부 과가열된다. 이로 인해, 중공관 (100) 이 열 응력에 의해 파손되거나 그 중공관 (100) 내를 유통하는 용융 유리가 변질될 우려가 있다.
본 발명은, 이 지견에 기초하는 것으로서, 통전 가열용의 전극의 국부 과가열이 방지된 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 중공관체는, 유리 제조 장치의 용융 유리의 도관으로서 바람직하다.
또, 본 발명은, 그 중공관체를 통전 가열하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 용융 유리의 도관으로서 그 중공관체를 이용한 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,
통전 가열되는 용도로 사용되는, 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체로서,
상기 중공관의 외주에는, 링 형상 전극이 접합되어 있고,
상기 링 형상 전극의 외부 가장자리에는, 1 또는 그 이상의 인출 전극이 접합되어 있으며,
상기 링 형상 전극은, 백금 또는 백금 합금제의 전극 중심부와, 그 전극 중심부의 외측에 형성된 백금 또는 백금 합금제의 후육부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공관체를 제공한다.
또, 본 발명은,
통전 가열되는 용도로 사용되는, 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체로서,
상기 중공관의 외주에는, 링 형상 전극이 접합되어 있고,
상기 링 형상 전극의 외부 가장자리에는, 1 또는 그 이상의 인출 전극이 접합되어 있으며,
상기 링 형상 전극은, 백금 또는 백금 합금제의 전극 중심부와, 그 전극 중심부의 외측에 형성된 백금 및 백금 합금 이외의 금속 재료제의 후육부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공관체를 제공한다.
본 발명의 중공관체에 있어서, 상기 후육부는, 상기 링 형상 전극의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 중공관체에 있어서, 상기 후육부는, 하기 식 (1), (2) 를 만족하는 것이 바람직하다.
t1 ＝ t0 ∼ 20t0 …(1)
w ＝ 0.02r ∼ 0.3r …(2)
t1 : 후육부의 두께 (㎜)
t0 : 중공관의 두께 (㎜)
w : 후육부의 폭 (㎜)
r : 링 형상 전극의 반경 (㎜)
본 발명의 중공관체에 있어서, 상기 전극 중심부에는, 상기 인출 전극과의 접합부 및 그 근방에, 그 전극 중심부의 둘레 방향을 따른 그밖의 부위보다 두께가 작은 제 1 박육부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 중공관체에 있어서, 상기 제 1 박육부는, 상기 링 형상 전극의 중심과 상기 인출 전극과의 접합부의 중점을 연결하는 직선을 중심으로 한 각도 10 ∼ 90 도의 범위에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 중공관체에 있어서, 상기 제 1 박육부 및 상기 전극 중심부의 둘레 방향을 따른 그밖의 부위는, 하기 식 (3) ∼ (5) 를 만족하는 것이 바람직하다.
t2 ＝ t0 ∼ 5t0 …(3)
t3 ＝ 2t0 ∼ 20t0 …(4)
t3 ＞ t2 …(5)
t0 : 중공관의 두께 (㎜)
t2 : 제 1 박육부의 두께 (㎜)
t3 : 전극 중심부의 둘레 방향에 따른 그밖의 부위의 두께 (㎜)
본 발명의 중공관체에 있어서, 상기 전극 중심부의 상기 중공관과의 접합부 및 그 근방에는, 추가로, 상기 전극 중심부의 그밖의 부위보다 두께가 작은 제 2 박육부가 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 중공관체에 있어서, 상기 링 형상 전극과, 상기 인출 전극이 접합 단부에서 이루는 각도는 110 도 이상 ∼ 180 도 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 중공관체는, 접합부에 있어서의 상기 링 형상 전극의 두께와 상기 인출 전극의 두께의 차이가, 상기 링 형상 전극의 두께 또는 상기 인출 전극의 두께 중, 어느 쪽이든 큰 쪽의 50％ 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명은, 용융 유리의 도관으로서, 상기한 중공관체를 이용한 유리 제조 장치를 제공한다.
또, 본 발명은, 용융 유리의 도관으로서, 상기한 중공관체를 이용한 감압 탈포 장치를 제공한다.
또, 본 발명은, 상기한 중공관체를 통전 가열하는 방법을 제공한다.
또, 본 발명은, 용융 유리를 유리 제조 장치의 도관에 흐르게 하는 것을 포함한 유리 제조 방법으로서, 상기 도관으로서 상기한 중공관체를 이용한 유리 제조 방법을 제공한다.
발명의 효과
본 발명의 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체는, 통전 가열용의 전극에 있어서의 국부 과가열이 방지된다. 이 때문에, 통전 가열용의 전극이 열 응력에 의해 파손되는 것이 방지되고 있다.
본 발명의 유리 제조 장치 및 감압 탈포 장치는, 용융 유리의 도관으로서 본 발명의 중공관체를 이용하고 있기 때문에, 통전 가열용의 전극이 열 응력에 의해 파손되는 것이 방지되고 있다. 통전 가열용의 전극이 파손되면, 용융 유리의 도관을 통전 가열할 수 없게 되므로, 용융 유리와 용융 유리의 도관 사이에 온도차가 발생하여 유리를 제조하는 것이 곤란해진다. 그러나, 본 발명의 유리 제조 장치 및 감압 탈포 장치에서는, 이러한 문제는 해소되어 있다. 또, 가열을 위해, 매우 대량의 전류를 흐르게 할 가능성이 있는 유리 제조 장치 및 감압 탈포 장치에 특히 유용하다.
도 1 은, 본 발명의 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체의 1 실시 형태를 나타낸 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 중공관체를 바로 위의 방향에서 본 모식도이다.
도 3 은, 도 2 와 동일한 도면으로서, 전극 (2) 의 중심과 접합부의 중점 (25) 을 연결하는 직선과, 부위 (22) 의 위치 관계를 나타내고 있다.
도 4 는, 통전 가열용의 전극이 설치된 종래의 백금제의 중공관의 사시도이다.
부호의 설명
1 : 중공관
2 : 링 형상 전극
20 : 전극 중심부
21 : 후육부
22 : 부위 (제 1 박육부)
23 : 부위 (둘레 방향을 따른 그밖의 부위)
24 : 박육부 (제 2 박육부)
25 : 접합부의 중점
100 : 중공관
200 : 링 형상 전극
300, 400 : 인출 전극
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체의 1 실시 형태를 나타낸 사시도이다.
도 1 에 있어서, 중공관 (1) 은 백금 또는 백금 합금제의 중공 원통관이다. 중공관 (1) 의 외주에는, 전극 (2) 이 접합되어 있다. 전극 (2) 은, 그 중심에 중공관 (1) 을 삽입하기 위한 구멍을 갖는 링 형상 전극이며, 그 외형은 원형이다. 전극 (2) 은 백금 또는 백금 합금제이다. 전극 (2) 은 중공관 (1) 의 상단에 접합되어 있다. 도 1 에 있어서, 전극 (2) 의 두께가 상이한 부분을 상이한 해칭으로 나타내고 있다.
전극 (2) 의 외부 가장자리에는, 외부 전원 (도시하지 않음) 과 접속하기 위한 인출 전극 (3, 4) 이 접합되어 있다. 인출 전극 (3, 4) 은, 전극 (2) 의 외부 가장자리에 있어서, 서로 마주 보는 위치에 접합되어 있다. 인출 전극 (3, 4) 은, 전극 (2) 과의 접합부 부근의 폭이 넓어진 선형 (扇形) 형상으로 되어 있다. 중공관 (1) 을 통전 가열하는 경우, 인출 전극 (3, 4) 을 외부 전원 (도시하지 않음) 과 접속하여 화살표 방향으로 전류를 인가한다.
도 2 는, 도 1 의 중공관체를 진상 방향으로부터 본 모식도이다. 도 2 에 있어서, 중공관 (1) 의 외주에 접합된 링 형상 전극 (2) 은, 전극 중심부 (20) 와, 그 전극 중심부 (20) 의 외측에 형성된 후육부 (21) 로 이루어진다. 도 2 에 있어서, 전극 중심부 (20) 및 후육부 (21) 는 모두 백금 또는 백금 합금제이다. 후육부 (21) 는, 링 형상 전극 (2) 의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있고, 그 두께는 전극 중심부 (20) 의 두께보다 커지고 있다. 백금 또는 백금 합금과 같은 금속 재료의 전기 저항은, 그 재료의 단위 단면적에 반비례한다. 따라서, 후육부 (21) 는, 전극 중심부 (20) 보다 전기 저항이 작다. 그 때문에, 인출 전극 (3, 4) 으로부터의 전류는, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로를 통과하여 전극 중심부 (20) 로 흐르는 것이 아니라, 화살표 (b) 로 나타내는 것과 같이, 분산되어 전극 (2) 의 둘레 방향을 따라 후육부 (21) 를 흐른다. 이 결과, 인출 전극 (3, 4) 으로부터의 전류가 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 집중되는 것이 방지된다. 이하, 본 명세서에 있어서, 화살표 (a) 로 나타내는 인출 전극 (3, 4) 으로부터의 전류의 최단 경로를 「화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로」라고 하고, 전극 (2) 에 있어서, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 전류가 집중되는 것을 「화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중」이라고 한다.
본 발명의 중공관체에 있어서, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중을 방지할 수 있는 한, 후육부 (21) 의 폭 및 두께는 특별히 한정되지 않고, 전극 (2) 의 치수나, 전극 (2) 에 있어서의 그밖의 부위의 두께 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 단, 후육부 (21) 는 하기 식 (1) 및 식 (2) 를 만족하는 것이 바람직하다.
t1 ＝ t0 ∼ 20t0 …(1)
w ＝ 0.02r ∼ 0.3r… (2)
식 (1) 중, t1 은 후육부 (21) 의 두께 (㎜) 이고, t0 은 중공관의 두께 (㎜) 이다. 식 (2) 중, w 는 후육부 (21) 의 폭 (㎜) 이며, r 은 전극 (2) 의 반경 (㎜) 이다. 후육부 (21) 가 상기 식 (1) 및 (2) 을 만족하고 있으면, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, t1 ＝ t0 ∼ 20t0 는 t0 ≤ t1 ≤ 20t0 을 나타내고, 또 w ＝ 0.02r ∼ 0.3r 은 0.02r ≤ w ≤ 0.3r 을 나타내며, 동일한 표시는 이것과 동일한 것을 나타내고 있다.
후육부 (21) 는 하기 식 (6) 및 (7) 을 만족하는 것이 보다 바람직하다.
t1 ＝ 2t0 ∼ 15t0 …(6)
w ＝ 0.05r ∼ 0.2r …(7)
본 발명의 중공관체는, 중공관 (1) 의 외주에 접합된 링 형상 전극 (2) 이, 전극 중심부 (20) 와, 그 전극 중심부 (20) 의 외측에 형성되는 후육부 (21) 로 이루어지는 것을 특징으로 하고, 이하에 서술하는 구성은 임의의 구성 요소이다. 단, 본 발명의 중공관체는, 이하에 서술하는 구성을 갖는 것이 바람직하다.
도 2 에 있어서, 전극 중심부 (20) 에는, 그 둘레 방향을 따라 두께가 상이한 부위 (22, 23) 가 형성되어 있다. 구체적으로는, 인출 전극 (3, 4) 과의 접합부 및 그 근방에 해당하는 부위 (22) 는, 전극 중심부 (20) 의 둘레 방향을 따른 그밖의 부위 (23) 보다 두께가 작은 박육부 (제 1 박육부) 로 되어 있다. 화살 표 (a) 로 나타내는 최단 경로를 포함한 부위 (22) 를 전극 (2) 의 둘레 방향을 따른 그밖의 부위 (23) 보다 두께를 작게함으로써, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중을 한층 더 방지할 수 있다.
상기한 것과 같이, 백금 또는 백금 합금과 같은 금속 재료의 전기 저항은, 그 재료의 단위 단면적에 반비례한다. 따라서, 부위 (22) 는 부위 (23) 보다 전기 저항이 크다. 그 때문에, 인출 전극 (3, 4) 으로부터의 전류는, 후육부 (21) 를 지나, 부위 (22) 로부터 부위 (23) 로 분산된다. 이 결과, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중이 방지된다.
부위 (22) 는, 전극 중심부 (20) 에 있어서, 인출 전극 (3, 4) 의 접합부 및 그 근방에 해당하는 위치인 한, 그 구체적인 위치 및 범위는 특별히 한정되지 않고, 전극 (2) 의 치수나, 인출 전극 (3, 4) 과의 접합부의 범위 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 단, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 부위 (22) 는, 전극 (2) (전극 중심부 (20)) 의 중심 (0) 과 인출 전극 (3) 의 접합부의 중점 (25) (접합부 한가운데의 점) 을 연결하는 직선을 중심으로 한 각도 (α) 의 범위에 위치하는 것이 바람직하다. 각도 (α) 는, 10 ∼ 90 도이고, 보다 바람직하게는 20 ∼ 60 도이다. 부위 (22) 가 각도 (α) 의 범위에 위치하고 있으면, 인출 전극 (3, 4) 으로부터의 전류를, 후육부 (21) 를 지나, 부위 (22) 로부터 부위 (23) 로 충분히 분산시킬 수 있다. 그 결과, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중을 효과적으로 방지할 수 있다.
부위 (22) 및 부위 (23) 는, 하기 식 (3) ∼ (5) 를 만족하는 것이 바람직하 다.
t2 ＝ t0 ∼ 5t0 …(3)
t3 ＝ 2t0 ∼ 20t0 …(4)
t3 ＞ t2 …(5)
t0 : 중공관 (1) 의 두께 (㎜)
t2 : 부위 (22) 의 두께 (㎜)
t3 : 부위 (23) 의 두께 (㎜)
부위 (22) 및 부위 (23) 가 상기 식 (3) ∼ (5) 을 만족하고 있으면, 인출 전극 (3, 4) 으로부터의 전류를, 후육부 (21) 를 지나, 부위 (22) 로부터 부위 (23) 로 충분히 분산시킬 수 있다. 그 결과, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 전술한 후육부 (21) 의 두께 (t1) 는, (t3) 보다 큰 것이 전류 분산의 점에서 바람직하다.
부위 (22) 및 부위 (23) 는, 하기 식 (8) ∼ (10) 을 만족하고 있는 것이 보다 바람직하다.
t2 ＝ 2t0 ∼ 5t0 …(8)
t3 ＝ 3t0 ∼ 10t0 …(9)
t3 ＝ 1.2t2 ∼ 3t2 …(5)
도 2 에 있어서, 전극 중심부 (20) 의 더욱 내주측, 중공관 (1) 과의 접합부 및 그 근방에는, 전극 중심부 (20) 의 그밖의 부위 (부위 (22, 23)) 보다 두께가 얇은 박육부 (제 2 박육부) (24) 가 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 중공관 (1) 과의 접합부 및 그 근방에, 박육부 (24) 를 전체 둘레에 걸쳐서 형성함으로써, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중을 한층 더 방지할 수 있다.
상기한 것과 같이, 백금 또는 백금 합금과 같은 금속 재료의 전기 저항은, 그 재료의 단위 단면적에 반비례한다. 따라서, 박육부 (24) 는 외주측에 위치하는 부위 (22, 23) 보다 전기 저항이 크다. 그 때문에, 인출 전극 (3, 4) 으로부터 후육부 (21) 를 지난 전류는, 박육부 (24) 를 통과하기 전에 부위 (22, 23) 에서 분산된다. 이 결과, 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에 대한 전류 집중이 방지된다.
상기한 원하는 효과가 얻어지는 한 박육부 (24) 의 폭 및 두께는 특별히 한정되지 않고, 전극 (2) 의 치수, 특히 전극 (2) 의 중심에 형성된 구멍의 크기나, 전극 중심부 (20) 에 있어서의 그밖의 부위의 두께에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 단, 박육부 (24) 는, 하기 식 (11) 내지 (13) 을 만족하고 있는 것이 바람직하다.
t4 ＝ 0.7t0 ∼ 2t0 …(11)
w1 ＝ 0.05r1 ∼ 0.5r1 …(12)
t4 ＜ t2 ＜ t3 …(13)
식 (11) 중, t4 는 박육부 (24) 의 두께 (㎜) 이고, t0 는 중공관 (1) 의 두께 (㎜) 이다. 식 (12) 중, w1 는 박육부 (24) 의 폭 (㎜) 이며, r1 은 전극 (2) 의 중심에 형성된 구멍의 반경 (㎜) 이다. 박육부 (24) 가 상기 식 (11) 내지 (13) 을 만족하고 있으면, 상기한 박육부 (24) 에 의한 효과가 바람직하게 발휘된다.
도 2 에 있어서, 인출 전극 (3, 4) 의 형상이, 전극 (2) 과의 접합부 부근의 폭이 넓어진 선형 형상임으로써, 전극 (2) 과 인출 전극 (3, 4) 이 접합 단부에서 이루는 각도 (β) 가 110 도 이상 180 도 미만이 되고 있다. 각도 (β) 를 110 도 이상 180 도 미만으로 하는 것은, 전극 (2) 과 인출 전극 (3, 4) 의 접합부에 있어서의 국부 과가열을 경감할 수 있으므로 바람직하다.
백금 또는 백금 합금과 같은 금속 재료에 통전했을 때, 그 재료의 단면적이 급격하게 변화하는 부위에서는, 전류가 집중되기 때문에 국부 과가열이 발생한다.
전극 (2) 과 인출 전극 (3, 4) 의 접합부, 특히 전극 (2) 과 인출 전극 (3, 4) 의 접합 단부는 단면적이 변화하는 부위이다. 각도 (β) 가 110 도 미만인 경우, 접합 단부에서 단면적이 급격하게 변화하기 때문에, 국부 과가열이 현저하게 발생한다. 각도 (β) 를 110 도 이상으로 한 경우, 접합 단부에 있어서의 단면적의 변화가 완만하기 때문에, 접합 단부에 있어서의 국부 과가열의 발생이 경감된다. 접합 단부에 있어서의 국부 과가열이 충분히 경감되므로, 각도 (β) 는 120 도 이상 180 도 미만인 것이 바람직하고, 130 도 이상 180 도 미만인 것이 보다 바람직하다.
상기한 이유에 의해, 전극 (2) 과 인출 전극 (3, 4) 의 접합부는, 단면적이 급격하게 변화하지 않는 구조로 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 접합부에 있어서, 전극 (2) 의 두께와, 인출 전극 (3, 4) 의 두께의 차이는 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 접합부에 있어서의 전극 (2) 의 두께와, 인출 전극 (3, 4) 의 두께의 차이는, 전극 (2) 의 두께, 또는 인출 전극 (3, 4) 의 두께 중, 어느 쪽이든 큰 쪽이 50％ 이하인 것이 바람직하고, 30％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 접합부에 있어서의 전극 (2) 의 두께와 인출 전극 (3, 4) 의 두께는 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
또, 후육부 (21), 부위 (22), 부위 (23) 및 박육부 (24) 의 각 경계부에 있어서도, 동일하게 단면적이 급격하게 변화하지 않는 구조로 하는 것이 바람직하다.
도 1 에 있어서, 중공관 (1) 으로서 원통관이 나타나고 있지만, 중공관의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 단면 형상이 타원 형상인 것이나, 사각형, 육각형, 팔각형 등, 다각형 형상인 것이어도 된다.
또, 도 1 에 있어서, 링 형상 전극 (2) 으로서 외형이 원형인 것이 나타나고 있는데, 링 형상 전극의 외형은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 외형이 타원 형상인 것이나, 사각형, 육각형, 팔각형 등, 다각형 형상인 것이어도 된다.
또, 도 1 에 있어서, 링 형상 전극 (2) 은 중공관 (1) 의 상단에 접합되어 있는데, 중공관에 링 형상 전극을 접합하는 위치는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 중공관의 길이 방향의 중간 부근에 링 형상 전극을 접합해도 된다.
또, 중공관에 접합하는 링 형상 전극의 수도 한정되지 않아, 2 개, 또 그 이상인 링 형상 전극을 중공관에 접합해도 된다.
또, 도 1 에 있어서, 링 형상 전극 (2) 에는, 2 개의 인출 전극 (3, 4) 이 서로 마주 보는 위치에 접합되어 있는데, 링 형상 전극에 접합하는 인출 전극의 수, 및 인출 전극을 링 형상 전극에 접합하는 위치는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인출 전극의 수는 1 개여도 되고, 3 개 이상이여도 된다.
또, 본 발명에 있어서, 링 형상 전극 (2) 의 후육부 (21) 는, 백금 및 백금 합금 이외의 금속 재료 (이하, 「다른 금속 재료」라고 한다.) 제여도 된다. 이 경우, 백금 또는 백금 합금제의 전극 중심부 (20) 의 외측에 그밖의 금속 재료제의 후육부 (21) 가 형성되어 있다.
후육부 (21) 를 구성하는 다른 금속 재료에는, 내열성 및 도전성이 우수한 금속 재료로부터 널리 선택할 수 있다. 그밖의 금속 재료의 구체예로서는, 구리, 로듐, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 팔라듐, 철, 크롬 및 이들 금속을 포함하는 합금 재료를 들 수 있다.
이들의 금속 재료 중에서도, 로듐, 구리, 및 이들의 금속을 포함하는 합금 재료가 바람직하다. 후육부 (21) 가 구리 또는 구리를 포함하는 합금 재료로 구성되는 경우, 후육부 (21) 는 중공 구조여도 된다. 중공 구조의 후육부 (21) 를 사용한 경우, 후육부 (21) 의 내부에 공기 또는 물을 유통시키고, 전극 (2) 을 공냉 (空冷) 또는 수냉 (水冷) 할 수 있다. 전극 (2) 을 공냉 또는 수냉하는 것은, 전극 (2) 의 국부 과가열을 방지하는 관점에서 바람직하다. 후육부 (21) 가 중공 구조인 경우, 전극 (2) 과 인출 전극 (3, 4) 의 접합부에는, 중공 구조를 한 후육부 (21) 는 형성되지 않아도 된다. 접합부를 단면적이 급격히 변화하지 않는 것과 같은 구조로 하기 위해서는, 전극 (2) 과 인출 전극 (3, 4) 의 접합부에는, 중공 구조를 한 후육부 (21) 가 형성되지 않은 편이 오히려 바람직하다.
또한, 후육부 (21) 가 그밖의 금속 재료제의 경우, 전극 중심부 (20) 와 후육부 (21) 는, 각각 따로 따로 제조하고, 용접에 의해 접합하면 된다.
본 발명에 있어서, 중공관, 링 형상 전극 및 인출 전극의 치수도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1 및 도 2 에 나타내는 중공관 (1) 을 예를 들면, 중공관 (1), 전극 (2), 및 인출 전극 (3, 4) 의 치수는 이하의 범위인 것이 바람직하다.
(중공관 1)
반경 d : 25 ∼ 400㎜, 보다 바람직하게는 40 ∼ 300㎜
길이 : 200 ∼ 8000㎜, 보다 바람직하게는 400 ∼ 3000㎜
두께 t0 : 0.2 ∼ 5㎜, 보다 바람직하게는 0.4 ∼ 4㎜
(전극 (2))
반경 r : 40 ∼ 800㎜, 보다 바람직하게는 50 ∼ 500㎜
후육부 (21) 의 폭 w : 3 ∼ 300㎜, 보다 바람직하게는 5 ∼ 100㎜
부위 (22, 23) 의 폭 : 0 ∼ 500㎜, 보다 바람직하게는 20 ∼ 200㎜
박육부 (24) 의 폭 w1 : 5 ∼ 100㎜, 보다 바람직하게는 5 ∼ 40㎜
후육부 (21) 의 두께 t1 : 2 ∼ 20㎜, 보다 바람직하게는 4 ∼ 15㎜
부위 (22) 의 두께 t2 : 0.8 ∼ 20㎜, 보다 바람직하게는 1 ∼ 5㎜
부위 (23) 의 두께 t3 : 1.2 ∼ 25㎜, 보다 바람직하게는 2 ∼ 20㎜
박육부 (24) 의 두께 t4 : 0.2 ∼ 10㎜, 보다 바람직하게는 0.4 ∼ 5㎜
(인출 전극 (3, 4))
폭 (선형의 확대 부분을 제외함) : 0 ∼ 300㎜, 보다 바람직하게는 4 ∼ 15㎜
두께 t : 1 ∼ 20㎜, 보다 바람직하게는 4 ∼ 15㎜
본 발명에 있어서, 중공관 (1) 및 링 형상 전극 (2) 은 백금을 주된 구성 재료로 한다. 따라서, 백금만을 구성 재료로 하는 것에 한정되지 않고, 백금 합금을 구성 재료로 하는 것이어도 된다. 백금 합금의 구체예로서는, 백금-금 합금, 백금-로듐 합금을 들 수 있다. 또, 백금 또는 백금 합금에 금속 산화물을 분산시켜 이루어지는 강화 백금이어도 된다. 본 명세서에서 백금 또는 백금 합금제라는 경우, 백금 또는 백금 합금에 금속 산화물을 분산시켜 이루어지는 강화 백금제인 것도 포함한다. 강화 백금에 있어서, 분산되는 금속 산화물로서는, Al2O3, 또는 ZrO2 혹은 Y2O3 으로 대표되는 주기표에 있어서의 3 족, 4 족 혹은 13 족의 금속 산화물을 들 수 있다.
본 발명의 중공관체를 용융 유리의 도관으로서 사용했을 경우, 용융 유리가 통과하는 중공관, 및 중공관과 접합하는 전극 중심부의 내주측 (도 2 에 나타내는 전극 중심부 (20) 의 박육부 (24)) 은 특히 고온이 된다. 그 때문에, 중공관 및 전극 중심부의 내주측에는, 백금-금 합금 혹은 백금-로듐 합금과 같은 백금 합금, 또는 백금 합금에 금속 산화물을 분산시켜 이루어지는 강화 백금을 사용하는 것이 내열성이 우수하므로 바람직하다. 단, 백금-금 합금, 백금-로듐 합금과 같은 백금 합금은, 고가의 재료이다. 게다가, 이들의 백금 합금은, 백금에 비해 전기 저항이 크기 때문에 통전시의 발열이 크다. 그 때문에, 전극 중심부의 내주측, 도 2 에 나타내는 전극 중심부 (20) 의 경우, 박육부 (24) 에만 백금 합금, 또는 백금 합금에 금속 산화물을 분산시켜 이루어지는 강화 백금을 사용하고, 전극 중심부의 그밖의 부위에는 백금, 또는 백금에 금속 산화물을 분산시켜 이루어지는 강화 백금을 사용하는 것이 바람직하다. 전극 중심부의 내주측에 백금 합금을 사용하여, 그밖의 부위에 백금을 사용하는 경우, 양자는 각각 따로 따로 제조하여, 용접에 의해 접합하면 된다.
인출 전극 (3, 4) 을 구성하는 재료는, 인출 전극 (2) 의 후육부 (21) 를 구성하는 재료와 동일한 것이 바람직하다. 후육부 (21) 가 백금 또는 백금 합금제인 경우, 인출 전극 (3, 4) 도 백금 또는 백금 합금제인 것이 바람직하다. 한편, 후육부 (21) 가 그밖의 금속 재료제인 경우, 인출 전극 (3, 4) 도 다른 금속 재료로서 예시한 것인 것이 바람직하다. 단, 이것에 한정되지 않아, 후육부 (21) 가 백금 또는 백금 합금제인 경우에, 인출 전극 (3, 4) 이 다른 금속 재료제 여도 되고, 후육부 (21) 가 금속 재료제인 경우에는, 인출 전극 (3, 4) 이 백금 또는 백금 합금제여도 된다.
본 발명에 있어서, 중공관과 링 형상 전극의 접합, 및 링 형상 전극과 인출 전극의 접합에는, 공지된 방법을 이용할 수 있다. 중공관과 링 형상 전극이란, 예를 들어 용접에 의해 접합할 수 있다. 링 형상 전극과 인출 전극의 접합에도, 용접을 이용하는 것이 바람직한데, 볼트, 비스 등의 고정 치구에 의한 기계적인 접합 방법을 이용할 수도 있다.
본 발명의 유리 제조 장치에서는, 고온의 용융 유리가 통과하는 용융 유리의 도관으로서, 본 발명의 중공관체가 이용되고 있다. 본 발명의 유리 제조 장치 에 있어서, 본 발명의 중공관체를 사용하는 지점의 구체예로서는, 감압 탈포 장치의 감압 탈포조, 상승관 및 하강관을 들 수 있다. 또, 유리 제조 장치로부터 불순물을 제거하기 위해서 설치된 유출관, 렌즈, 프리즘 등의 광학 부품을 성형하는 경우에 유리 제조 장치로부터 성형용의 형에 용융 유리를 유출시키기 위한 유출관 등으로서도 사용 가능하다.
본 발명의 유리 제조 장치는, 용융 유리의 도관으로서 본 발명의 중공관체를 이용하고 있기 때문에, 통전 가열용의 전극이 열 응력에 의해 파손되는 것이 방지되어 있다. 통전 가열용의 전극이 파손되면, 용융 유리의 도관을 통전 가열할 수 없기 때문에, 용융 유리와 용융 유리의 도관 사이에 온도차가 발생하여 유리를 제조하는 것이 곤란해진다. 그러나, 본 발명의 유리 제조 장치 및 감압 탈포 장치에서는, 이러한 문제는 해소되어 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 추가로 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 도 1 ∼ 도 3 에 나타내는 중공관체를 제조했다. 단, 중공관 (1) 의 하단에도 도 2 와 동일한 형상을 한 전극 (2) 을 접합하고, 전극 (2) 에는 인출 (3, 4) 을 접합했다. 또한, 각 구성 요소끼리는 용접에 의해 접합했다. 각 구성 요소의 치수 및 구성 재료는 이하와 같다.
(중공관 (1))
반경 d : 61㎜
길이 : 650㎜
두께 t0 : 0.5㎜
구성 재료 : 백금-로듐 합금 (백금 90 질량％, 로듐 10 질량％)
(링 형상 전극 (2))
반경 r : 150㎜
후육부 (21) 의 폭 w : 10㎜
부위 (22, 23) 의 폭 : 60㎜
박육부 (24) 의 폭 w1 : 20㎜
후육부 (21) 의 두께 t1 : 8㎜
부위 (22) 의 두께 t2 : 2㎜
부위 (23) 의 두께 t3 : 4㎜
박육부 (24) 의 두께 t4 : 0.5㎜
각도α : 110 도
구성 재료 : 박육부 (24) 는 백금-로듐 합금 (백금 90 질량％, 로듐 10 질량％) 제이며, 그밖의 부위는 백금제이다. 박육부 (24) 와 그밖의 부위는 용접에 의해 접합했다.
(인출 전극 (3, 4))
폭 (선형의 확대 부분을 제외함) : 40㎜
두께 : 8㎜
각도 (β) : 120 도
구성 재료 : 백금-로듐 합금 (백금 90 질량％, 로듐 10 질량％)
중공관 (1) 의 상단측의 전극 (2) 이 양극측, 중공관 (1) 의 하단측의 전극 (2) 이 음극측이 되도록, 인출 전극 (3, 4) 을 외부 전원과 접속하여 이하의 조건에서 통전 가열했다.
전압 : 10V
전류 : 800A
가열 시간 : 10 시간
통전 가열시의 전극 (2) 의 온도를 열전대를 이용하여 관찰한 결과, 현저한 국부 과가열은 관찰되지 않았다.
(비교예 1)
실시예 1 과 동일하게, 상단과 하단에 전극 및 인출 전극이 접합된 중공관체를 제조했다. 단, 전극 (2) 은 두께를 일정 (1㎜) 하게 했다. 실시예 1 과 동일하게 통전 가열한 결과, 전극 (2) 의 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로에서 현저한 국부 과가열이 관찰되었다. 또, 통전 가열 개시로부터 2 시간 후, 전극 (2) 의 화살표 (a) 로 나타내는 최단 경로 부근이 녹아 통전 불능이 되었다.
본 발명의 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체는, 감압 탈포 장치의 감압 탈포조, 상승관 또는 하강관으로서 사용할 수 있다. 또, 본 발명의 중공관체는, 유리 제조 장치로부터 불순물을 제거하기 위해서 설치된 유출관, 렌즈, 프리즘 등의 광학 부품을 성형하는 경우에는 유리 제조 장치로부터 성형용의 형에 용융 유리를 유출시키기 위한 유출관 등으로서도 사용 가능하다.
또한, 2005 년 6 월 9 일에 출원된 일본특허출원 2005-169169 호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입한다.

Claims (15)

  1. 통전 가열되는 용도로 사용되는, 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체로서,
    상기 중공관의 외주에는, 링 형상 전극이 접합되어 있고,
    상기 링 형상 전극의 외부 가장자리에는, 1 또는 그 이상의 인출 전극이 접합되어 있으며,
    상기 링 형상 전극은, 백금 또는 백금 합금제의 전극 중심부와, 그 전극 중심부의 외측에 형성된 백금 또는 백금 합금제의 후육부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공관체.
  2. 통전 가열되는 용도로 사용되는, 백금 또는 백금 합금제의 중공관을 갖는 중공관체로서,
    상기 중공관의 외주에는, 링 형상 전극이 접합되어 있고,
    상기 링 형상 전극의 외부 가장자리에는, 1 또는 그 이상의 인출 전극이 접합되어 있으며,
    상기 링 형상 전극은, 백금 또는 백금 합금제의 전극 중심부와, 그 전극 중심부의 외측에 형성된 백금 및 백금 합금 이외의 금속 재료제의 후육부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공관체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 후육부는, 상기 링 형상 전극의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있는 중공관체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후육부는, 하기 식 (1), (2) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 중공관체.
    t1 ＝ t0 ∼ 20t0 …(1)
    w ＝ 0.02r ∼ 0.3r …(2)
    t1 : 후육부의 두께 (㎜)
    t0 : 중공관의 두께 (㎜)
    w : 후육부의 폭 (㎜)
    r : 링 형상 전극의 반경 (㎜)
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 중심부에는, 상기 인출 전극과의 접합부 및 그 근방에, 그 전극 중심부의 둘레 방향을 따른 그밖의 부위보다 두께가 작은 제 1 박육부가 형성되어 있는 중공관체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 박육부는, 상기 링 형상 전극의 중심과 상기 인출 전극의 접합부의 중점을 연결하는 직선을 중심으로 한 각도 10 ∼ 90 도의 범위에 위치하는 중공관체.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 박육부 및 상기 전극 중심부의 둘레 방향을 따른 그밖의 부위는, 하기 식 (3) ∼ (5) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 중공관체.
    t2 ＝ t0 ∼ 5t0 …(3)
    t3 ＝ 2t0 ∼ 20t0 …(4)
    t3 ＞ t2 …(5)
    t0 : 중공관의 두께 (㎜)
    t2 : 제 1 박육부의 두께 (㎜)
    t3 : 전극 중심부의 둘레 방향을 따른 그밖의 부위의 두께 (㎜)
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로, 상기 전극 중심부의 상기 중공관과의 접합부 및 그 근방에는, 그 전극 중심부의 그밖의 부위보다 두께가 작은 제 2 박육부가 전체 둘레에 걸쳐서 형성 되어 있는 중공관체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 박육부는, 하기 식 (11) ∼ (13) 을 만족하는 것을 특징으로 하는 중공관체.
    t4 ＝ 0.7t0 ∼ 2t0 …(11)
    w1 ＝ 0.05r1 ∼ 0.5r1 …(12)
    t4 ＜ t2 ＜ t3 …(13)
    t4 : 제 2 박육부의 두께 (㎜)
    t0 : 중공관의 두께 (㎜)
    w1 : 제 2 박육부의 폭 (㎜)
    r1 : 전극의 중심에 형성된 구멍의 반경 (㎜)
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 링 형상 전극과, 상기 인출 전극이 접합 단부에서 이루는 각도가 110 도 이상 180 도 미만인 중공관체.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    접합부에 있어서의 상기 링 형상 전극의 두께와 상기 인출 전극 두께의 차는, 상기 링 형상 전극의 두께 또는 상기 인출 전극 두께 중, 어느 쪽이든 큰 쪽의 50％ 이하인 중공관체.
  12. 용융 유리의 도관으로서, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 중공관체를 이용한 유리 제조 장치.
  13. 용융 유리의 도관으로서, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 중공관체를 이용한 감압 탈포 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 중공관체를 통전 가열하는 방법.
  15. 용융 유리를 유리 제조 장치의 도관에 흐르게 하는 것을 포함한 유리 제조 방법으로서, 상기 도관으로서 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 중공관체를 이용한 유리 제조 방법.
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