TWI391346B - A glass manufacturing apparatus, and a constituent element thereof, and a method of electrically heating the constituent elements - Google Patents

Description

玻璃製造裝置及其構成要素，及將該構成要素通電加熱之方法

本發明係關於適合做為玻璃製造裝置之溶融玻璃之導管，具有由白金或白金合金所製之中空管之中空管體。

又，本發明係關於使用有該中空管體之玻璃製造裝置。

又，本發明係關於通電加熱該中空管體之方法。

於玻璃製造裝置中，於在其內部通過高溫之溶融玻璃的導管，係使用白金、又或是白金－金合金、白金－銠合金一般，由白金合金製之中空管。

若以如專利文獻1所記載之玻璃胚體流出裝置做為例子，則在玻璃溶融槽下部之溶融玻璃出口，連接有白金又或白金合金製之管。又，作為通過溶融玻璃之導管之其他例子，可舉出有為了從玻璃製造裝置將不純物除去而設置之流出管，或在從玻璃製造裝置成形透鏡、稜鏡等光學構件之情形時，用以將溶融玻璃流出至成形用之鑄模之流出管等。

於玻璃製造裝置中，為了調整通過其內部之溶融玻璃的溫度，溶融玻璃通過之導管係被加熱。導管之加熱，雖亦有藉由加熱器等之熱源，將導管從外部加熱之情形，但在白金或白金合金製之中空管的情況，於該中空管設置通電用之電極，進行通電加熱係廣泛被進行。於專利文獻2中，揭示有可作為溶融玻璃之導管使用的白金製之加熱裝置。圖5，係為揭示於專利文獻2中之加熱裝置的立體圖。於圖5中，100為成為加熱體之白金製之加熱管，200a，200b係白金製之圓環狀電極，300a，300b係電極之突出部。當使用圖5所示之加熱裝置時，將與圓環狀電極200a，200b之一端接合的電極突出部300a，300b，與外部電源(未圖示)連接，藉由從外部電源通電，將加熱管100通電加熱。

專利文獻1：日本特開平6－227822號公報專利文獻2：日本特開平11－349334號公報

本發明者係發現了：當將圖5所示之加熱裝置通電加熱時，電流將集中於加熱管100之特定部分，使該部位被局部過加熱。當發生此種局部過加熱的情況時，會有加熱管100因熱應力而破損，或是流通於該加熱管100內之溶融玻璃產生變質之慮。

本發明係根據此知識所為，以提供具有能減輕於通電加熱時之局部過加熱的由白金或白金合金所製之中空管的中空管體為目的。本發明之中空管體，係適合做為玻璃製造裝置的溶融玻璃之導管。

又，本發明係以提供將該中空管體作為溶融玻璃之導管使用的溶融玻璃之製造裝置為目的。

又，本發明係以提供通電加熱該中空管體之方法為目的。

為達成上述之目的，本發明係提供：一種中空管體，係用於通電加熱之用途，並具有白金又或白金合金製之中空管，其特徵為：於前述中空管之外周，被接合有白金又或是白金合金之環狀電極；於前述環狀電極之外緣，被接合有1或其以上個之突出電極，於前述中空管，與前述環狀電極之接合部中，至少在位於前述突出電極之近旁的前述接合部及其附近，被設置有厚度部。

又，本發明係提供：一種中空管體，係用於通電加熱之用途，並具有白金又或白金合金製之中空管，其特徵為：於前述中空管之外周，被接合有白金又或是白金合金之環狀電極；於前述環狀電極之外緣，被接合有1或其以上個之突出電極，於前述中空管，與前述環狀電極之接合部中，於該中空管之全周全面被設置有厚度部。

於本發明之中空管體，前述厚度部較好係滿足下記式(1)、(2)：0.4d≦L≦1.2d………(1) 1.2t₀ ≦t≦1.7t₀ ………(2) L：去除與電極之接合部後之厚度部長度(mm)d：中空管之外徑(mm)t：厚度部之厚度(mm)t₀ ：厚度部以外之中空管之厚度(mm)

當僅於前述中空管之周方向的一部份設置厚度部的情況，前述厚度部，係以位於：以連接前述環狀電極之中心及與前述突出電極之接合點的中點之直線為中心，角度為20°以上之範圍為較好。

又，本發明係提供：作為溶融玻璃之導管，使用有上述中空管體之玻璃製造裝置。

又，本發明係提供：作為溶融玻璃之導管，使用有上述中空管體之減壓脫泡裝置。

又，本發明係提供：通電加熱上述中空管體之方法。

本發明之具備有白金或白金合金所製之中空管的中空管體，係減輕通電加熱時之局部過加熱，故而，可防止中空管於使用時因熱應力而產生破損。

本發明之玻璃製造裝置，由於作為溶融玻璃之導管，使用有本發明之中空管體，因此於通電加熱時在導管不會產生局部過加熱。因此，流通於導管之溶融玻璃將不會有變質之慮。

本發明之減壓脫泡裝置，作為於減壓脫泡槽、上昇管及下降管等，所謂溶融玻璃之導管，由於使用有本發明之中空管體，故在通電加熱時於此些導管不會產生局部過加熱。其結果，能防止在減壓下之由於過加熱所產生之泡的發生。又，在置於減壓環境下之減壓脫泡槽、上昇管及下降管的情況，雖然碎裂等之發生係特別成為問題，但是於本發明之減壓脫泡裝置的情況，由於在通電加熱時於此些溶融玻璃之導管不會產生局部過加熱，因此能減低產生碎裂的憂慮。

以下，針對本發明參考圖面並說明。圖1係展示具有本發明之白金或白金合金製之中空管的中空管體之一實施形態的立體圖。

於圖1中，中空管1為圓筒管形狀之中空管。於中空管1之外周，接合有白金或白金合金所製之電極2a、2b。電極2a、2b，係具有用以插入該中空管1之孔之環狀電極，其外型為圓形。於圖1中，電極2a係接合於中空管1之上端部，電極2b係接合於中空管1之下端部。

於電極2a、2b之外緣之一端，接合有用以與外部電源(未圖示)連接之突出電極3a、3b。突出電極3a、3b，係成為於和電極2a、2b之接合部附近的寬幅變廣之扇狀形狀。

圖2為將圖1所示之中空管1沿線X-X’切斷之剖面圖。如圖2所示，於中空管1，係於和電極2a、2b之接合部11及其近旁，涵蓋該中空管1之全周而設置有厚度部12。

於圖1中，若將突出電極3a、3b和外部電源連接並通電，則電流由突出電極3a透過環狀之電極2a而流至中空管1。環狀之電極2a，係涵蓋於中空管1之全周而接合，欲於中空管1全體均一流入電流之物。然而，由於突出電極3a接合於電極2a外緣之一端，故由電極2a流向中空管1之電流將會集中於中空管1之特定部位。

電流之特性係以最短路徑流動。因此，在如圖1及圖2所示之中空管1的情況，在與電極2a之接合部11之中，亦會從突出電極3a向近旁之接合部11a集中電流。於圖1及圖2中，將電流之最短路徑以箭頭表示。電流之集中，雖然會隨著電流通過中空管1之過程而漸漸消除，但於與電極2a之接合部及其近旁，在特定之部位，具體而言，在突出電極3a近旁之接合部11a及其附近，會集中電流。而在電流從中空管1流向電極2b之下流側，亦由於突出電極3b接合於電極2b之外緣之一端，故亦會從突出電極3b向近旁之接合部11a集中電流。這些部位由於電流集中，故被局部過加熱。

於圖2所示之中空管1中，設置於和電極2a、2b接合之接合部11及其近旁的厚度部12，由於和中空管1之其他部分相較厚度較大，故當電流通過時其電流密度降低。因此，在與電極2a、2b接合之接合部11及其近旁，就算有在特定之部位電流集中之情況，亦可減輕因電流集中所造成之局部過加熱。另外，厚度部亦可為由t₀ 至t徐徐增加厚度一般之構成。

厚度部12之長度及厚度，係可對應於中空管之長度、直徑、厚度或是材質；電極之直徑、厚度或是材質；又或是所通電之電流大小等來適當加以選擇。但，厚度部12，較好係滿足下記式(1)及式(2)。

0.4d≦L≦1.2d………(1)

1.2t₀ ≦t≦1.7t₀ ………(2)

於上式(1)、(2)中，L係去除與電極2a、2b之接合部11後之厚度部12的長度(mm)。故而，厚度部12之長度，係為L+t_e (t_e =電極2a、2b之厚度(mm))。D為中空管1之外徑(mm)。T為厚度部12之厚度(mm)。T₀ 為厚度部12以外之中空管1之厚度(mm)。

特別好的，係為0.6d≦L≦1.0d，1.2t₀ ≦t≦1.5t₀

於上記式中，其特徵為，L：亦即是除了t_e 外之厚度部12之長度，係經由其中空管1之外徑而規定。於具有如本發明一般之特殊構造的中空管體中，為了減輕局部過加熱，針對其電流密度等作詳細檢討後之結果，發現了：不僅在中空管之特定部位有設置厚度部之必要，其厚度部之長度更會被中空管1之外徑所影響。

若厚度部12之長度及厚度滿足上記式子，則可十分減輕通電加熱中之局部過加熱。由於作為中空管構成材料之白金或白金合金為高價，故於成本面上以將中空管1之厚度盡可能減薄為較好。

圖3係和圖2相同之圖。但是，如圖3所示之中空管1’，係於其長度方向之中央部接合有電極2’。於圖3所示之中空管1’中，厚度部12’係以與電極2’之接合部11’為中心，於上下方向各涵蓋長度L而設置。故而，厚度部12’之長度為2L＋t_e (t_e ＝電極2’之厚度(mm))。

如圖1~圖3所示，本發明之中空管1、1’，係只要在與電極2a、2b、2’之接合部11、11’及其近旁，設置有厚度部12、12’即可，接合電極2a、2b、2’之位置，及接合之電極2a、2b、2’之數目並未被特別限定。

又，於圖1中，作為中空管1，雖然係展示中空圓筒管，但中空管之形狀並不限定為此。舉例而言，剖面形狀為橢圓形狀之物，或是四角型、六角型、八角型等，多角型形狀之物亦可。

突出電極之數目，可為一個，亦可為其以上個。

又，於圖1中，作為電極2a、2b，雖然係展示圓形之物，但電極之形狀並不限定為此。舉例而言，外徑為橢圓形狀之物，或是四角型、六角型、八角型等，多角型形狀之物亦可。另外，所謂環狀電極，係指中央部被打穿之甜甜圈形狀之電極。

關於本發明之中空管體，針對厚度部12為涵蓋中空管1之全周而設置之形態，雖使用圖面而作了說明，但本發明之中空管體，係亦可為僅於中空管1之周方向的一部份設置厚度部之物。但是，於製造上，將厚度部涵蓋全周而設置之形態較理想。

又，雖針對將厚度部12設置於中空管1之內側的形態作了說明，但亦可將厚度部12設置於中空管1之外側。

如上述所示，當於圖1所示之中空管通電時，會集中電流的，係為突出電極3a、3b近旁之接合部11a。故而，若至少在該接合部11a及其附近設置厚度部，則可發揮本發明之效果。

當僅於中空管之周方向的一部份設置厚度部時，其設置部位，雖至少係成為位於突出電極近旁之前述接合部及其附近為理想，但具體而言，以設置於以下所說明之部位為更理想，圖4，係為將圖1所示之中空管1從上方所視之平面圖。於圖4中，近旁之接合部11a，亦即是，於中空管1設置厚度部之部位，係以位於：以連接電極2a之中心0及與突出電極3a之接合部的中點11b之直線為中心，角度為α之範圍為理想。角度α，係為20°以上，理想係為50°以上，更理想係為90°以上，再更理想係為180°以上。

厚度部之長度及厚度，在涵蓋中空管之全周設置厚度部的情況，亦和上述為相同。又，當突出電極為複數時，於設置有突出電極之複數個所，角度α以為上述一般之範圍內為理想。

於本發明中，亦不特別限定中空管及電極之尺寸。舉例而言，若以圖1、2中所示之中空管1，及圖3中所示之中空管1’為例，則中空管1、1’，及電極2a、2b、2’之尺寸以各為以下之範圍內為理想。

(中空管1、1’)外徑d：50~800mm，更理想為100~600mm長度：200~6000mm，更理想為400~2000mm厚度部12以外之部分的厚度t₀ ：0.4~5mm，更理想為0.6~3mm厚度部12、12’之長度(L＋t_e )：30~800mm，更理想為50~300mm厚度部12、12’之厚度t：0.5~8mm，更理想為0.7~5mm

(電極2a，2b，2’)外徑：80~1200mm，更理想為100~900mm內徑：50~800mm，更理想為100~600mm厚度t_e ：0.5~8mm，更理想為1~5mm

於本發明中，中空管1、1’及電極2a、2b、2’係以白金為主要之構成材料。故而，並不限定為僅以白金作為構成材料，而亦可以白金合金作為構成材料。做為白金合金之具體例，可舉出白金－金合金，白金－銠合金。又，亦可為於白金或白金合金內分散有金屬氧化物所成之強化白金。作為被分散之金屬氧化物，可舉出有：由Al₂ O₃ 、又或是ZrO₂ 或Y₂ O₃ 所代表之週期表中第3族、第4族或是第13族中之金屬氧化物。

於本發明中，環狀電極2a、2b、2’，不將其全體以白金或白金合金製成亦可。舉例而言，亦可在白金或白金合金製之電極外緣，設置以白金或白金合金以外之金屬材料所製之部位，作為此種金屬材料，可舉出：鉬、鎢、鎳、鈀、銅、及此些之合金。

關於突出電極3a、3b、3’，亦以採用以白金為主之材料為理想。但是，並不限定於此，亦可為上述之白金或白金合金以外之金屬材料所製。

於圖1中，突出電極3a、3b，係為在與電極2a、2b之接合處附近其寬幅變寬之扇狀形狀。將突出電極3a、3b之形狀作為扇形形狀，係因其經由設置本發明一般之厚度部，能更減輕於電極2a、2b與突出電極3a、3b之接合部處之局部過加熱，故較理想。

在於如白金或白金合金一般之金屬材料通電時，在該材料之截面積急遽變化之部位，由於電流集中而產生局部過加熱。

電極2a、2b與突出電極3a、3b之接合部，特別是電極2a、2b與突出電極3a、3b之接合端部，係為截面積變化之部位。當將突出電極3a、3b之形狀作為扇形形狀時，由於在接合端部之截面積變化為緩和，故可減輕於接合端部所產生之局部過加熱。

由同樣之理由，電極2a、2b與突出電極3a、3b之接合部，係以截面積不會急遽變化之構造為較理想。因此，於接合部，電極2a、2b之厚度，與突出電極3a、3b之厚度之間的差以盡可能小為理想，實際上以同一厚度為理想。因此，突出電極3a、3b之厚度，係以為0.5~8mm為理想，更理想係為0.7~5mm。

於本發明中，中空管1、1’和電極2a、2b、2’之接合，電極2a、2b、2’和突出電極3a、3b、3’之接合，可使用周知之方法來實施。

具體而言，中空管1、1’和電極2a、2b、2’，可藉由溶接來接合。此時，電極2a、2b、2’係可直接溶接於中空管1、1’之外周，亦可於兩者之間配置其他構件，舉例而言，配置白金或白金合金製之環狀的構件，將電極2a、2b、2’溶接於該其他構件。另一方面，電極2a、2b、2’和突出電極3a、3b、3’，係可藉由溶接來接合，亦可藉由螺栓、螺絲等之固定工具來接合。

本發明之玻璃製造裝置，作為使高溫之溶融玻璃通過的溶融玻璃之導管，係使用本發明之中空管體。於本發明之玻璃製造裝置中，作為使用有本發明之中空管體之個所的具體例，亦可作為用以從玻璃製造裝置將不純物除去所設置之流出管，在成形透鏡、稜鏡等之光學構件時作為用以從玻璃製造裝置將溶融玻璃流出至成形用之鑄模之流出管等。

本發明之玻璃製造裝置，由於在通電加熱時於溶融玻璃之導管不會產生局部過加熱，故流通於導管之溶融玻璃不會有變質之虞。

本發明之減壓脫泡裝置，作為使高溫之溶融玻璃通過的溶融玻璃之導管，係使用本發明之中空管體。於本發明之減壓脫泡裝置中，作為使用有本發明之中空管體的個所之具體例，可舉出減壓脫泡槽、上昇管及下降管。

本發明之減壓脫泡裝置，係由於在減壓脫泡槽、上昇管又或下降管等，作為溶融玻璃之導管，使用有本發明之中空管體，因此在通電加熱時，不會於此些導管產生局部過加熱。其結果，可防止因減壓下之過加熱所造成之泡的產生。又，在被放置於減壓環境下之減壓脫泡槽、上昇管及下降管的情況，雖然碎裂等的發生特別成為問題，但於本發明之減壓脫泡裝置的情況，由於在通電加熱時，不會於此些導管產生局部過加熱，故能降低產生碎裂之虞。

實施例

以下，藉由實施例更進一步說明本發明。

(實施例1)

於本實施例，係製作如圖1及圖2所示之中空管體。各構成要素係藉由溶接而相互接合。另外，厚度部係涵蓋中空管1全周而設置。各構成要素之尺寸及構成材料係如以下所示。

(中空管1)外徑d：300mm長度：1500mm厚度t₀ ：1.5mm厚度部12之長度(L＋t_e )：200mm厚度部12之厚度t：2mm構成材料：白金－銠合金(白金90質量%，銠10質量%)

(電極2a，2b)外徑：600mm內徑：300mm厚度t_e ：3mm構成材料：白金－銠合金(白金90質量%，銠10質量%)

(突出電極3a，3b)厚度：4mm構成材料：白金－銠合金(白金90質量%，銠10質量%)將突出電極3a，3b與外部電源(交流)連接，以以下之條件通電加熱。

電壓：10V電流：6000A加熱時間：10小時

以熱電偶觀察加熱通電時之中空管1的溫度時，並未辨認出明顯之局部過加熱。

(比較例1)

如實施例1同樣，製造了如圖1所示之中空管體。但是，中空管並不具有厚度部，厚度係涵蓋中空管全體而為1.5mm。在和實施例1同樣通電加熱時，於和突出電極3a，3b最接近一側之接合部11a附近，辨認出明顯的局部過加熱。在結束通電加熱後，在辨認出有局部過加熱之部位，亦辨認出有碎裂現象。

產業上之利用可能性

本發明之中空管體，由於可防止或減輕通電加熱時之局部過加熱，因此在作為溶融玻璃之導管而使用時，能均一加熱溶融玻璃，亦能防止因熱應力所導致之破壞，因此能適用於如減壓脫泡裝置般之玻璃製造裝置中，溶融玻璃之導管。

另外，在此係引用於2005年6月6日申請之日本專利申請2005-165735號之說明書、申請專利之範圍、圖面及摘要之全部內容，作為本發明之說明書之揭示而導入。

1，1’‧‧‧中空管

2a，2b，2’‧‧‧電極

3a，3b，3’‧‧‧突出電極

11，11a，11’‧‧‧接合部位

12，12’‧‧‧厚度部

100‧‧‧中空管

200a，200b‧‧‧電極

300‧‧‧突出電極

〔圖1〕圖1為展示具有本發明之白金或白金合金製之中空管的中空管體之一實施形態的立體圖。。

〔圖2〕圖2為將圖1所示之中空管體沿線X-X’切斷之剖面圖。

〔圖3〕圖3係為和圖2相同之剖面圖。但是，於接合有電極之部位和被接合的電極之數為和圖2不同。

〔圖4〕圖4係將圖1所示之中空管體由上所視之平面圖。

〔圖5〕圖5係為揭示於專利文獻2中之加熱裝置的立體圖。

1．．．中空管

2a．．．電極

2b．．．電極

3a．．．突出電極

3b．．．突出電極

11．．．接合部位

11a．．．接合部位

Claims (13)

1. 一種中空管體，係用於通電加熱之用途，並具有白金又或白金合金製之中空管，其特徵為：於前述中空管之外周，被接合有白金又或是白金合金之環狀電極；於前述環狀電極之外緣，被接合有1或其以上個之突出電極，於前述中空管，與前述環狀電極之接合部中，至少在位於前述突出電極之近旁的前述接合部及其附近，被設置有厚度部。
2. 一種中空管體，係用於通電加熱之用途，並具有白金又或白金合金製之中空管，其特徵為：於前述中空管之外周，被接合有白金又或是白金合金之環狀電極；於前述環狀電極之外緣，被接合有1或其以上個之突出電極，於前述中空管，與前述環狀電極之接合部中，於該中空管之全周全面被設置有厚度部。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之中空管體，其中，前述厚度部，係滿足下記式(1)、(2)：0.4d≦L≦1.2d………(1) 1.2t₀ ≦t≦1.7t₀ ………(2) L：去除與電極之接合部後之厚度部長度(mm)d：中空管之外徑(mm)t：厚度部之厚度(mm)t₀ ：厚度部以外之中空管之厚度(mm)。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之中空管體，其中，前述厚度部，係位於：以連接前述環狀電極之中心及與前述突出電極之接合點的中點之直線為中心，角度為20°以上之範圍。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之中空管體，其中，前述中空管體，係可減輕於突起電極至中空管近旁之接合部的局部過加熱現象。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之中空管體，其中，除去前述與環狀電極之接合部的厚度部長度，係為30~800mm。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之中空管體，其中，前述中空管之外徑，係為50~800 mm。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之中空管體，其中，前述厚度部之厚度，係為0.5~8mm。
9. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之中空管體，其中，前述厚度部以外的中空管之厚度，係為0.4~5mm。
10. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之中空管體，其中，前述環狀電極與前述突出電極之厚度，實質上係為相同。
11. 一種玻璃製造裝置，其特徵為：作為溶融玻璃之導管，使用有如申請專利範圍第1項至第10項之任何一項所記載之中空管體。
12. 一種減壓脫泡裝置，其特徵為：作為溶融玻璃之導管，使用有如申請專利範圍第1項至第10項之任何一項所記載之中空管體。
13. 一種通電加熱方法，其特徵係通電加熱如申請專利範圍第1項至第10項之任何一項所記載之中空管體之方法。