TWI606020B - 玻璃製造用攪拌器 - Google Patents

Description

玻璃製造用攪拌器

本發明係關於用以攪拌熔融狀態的玻璃使其均質化的玻璃製造用攪拌器。詳細地說，是關於能以高效率攪拌熔融玻璃且耐久性優異的玻璃製造用攪拌器。

在各種玻璃製品的製造步驟中，將調整、混合後的玻璃原料熔化，藉由攪拌熔融狀態的玻璃使其成分均質化、折射率均一化後，成型為玻璃製品。在要求均質且未有缺陷(紋理或泡等)的玻璃製品之狀況下，此攪拌步驟在玻璃製造步驟中是特別重要的步驟。

熔融玻璃的攪拌，係藉由在熔融玻璃槽插入玻璃製造用攪拌器使其旋轉而進行。玻璃製造用攪拌器，係於作為旋轉軸的攪拌器軸(以下，也簡稱為軸)設置作為攪拌翼的攪拌器葉片(以下，也簡稱為葉片)而構成。例如，在專利文獻1記載的玻璃製造用攪拌器，係將棒狀葉片貫穿固定於攪拌器軸，且將棒狀葉片設置成多段。且，在專利文獻2記載的玻璃製造用攪拌器係以攪拌器軸作為 軸，將朝雙方突出的棒狀葉片以2組交叉的方式固定。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平7-223823號公報

[專利文獻2]日本特開2004-149338號公報

玻璃製造用攪拌器優先被要求的性能，是能賦予熔融玻璃適當的流動狀態而謀求均質化，發揮有效的攪拌作用。近年來，為了對應多樣的用途、要求而開發有各種特性的玻璃。其中亦有許多在熔融狀態中成為高黏度的玻璃，因而要求配置葉片以對於那種高黏度的熔融玻璃能發揮有效的攪拌作用。

且，對於玻璃製造用攪拌器亦要求作為設備機器之耐久性。熔融玻璃係1000℃以上高溫之流體，處理其之玻璃製造用攪拌器係暴露於嚴苛之使用環境下。特別是，施加於葉片的負荷相當大，伴隨著熔融玻璃的高黏度化而有耐久性之顧慮。

關於如以上之攪拌作用的強化或耐久性確保之課題，目前所知的玻璃製造用攪拌器雖有考慮到，但可說是仍有改善之餘地。因此本發明之目的在於提供，發揮效率良好的熔融玻璃之攪拌作用，且耐久性優異不易產生 破損的玻璃製造用攪拌器。

解決上述課題之本發明係一種玻璃製造用攪拌器，具備：中空管狀的攪拌器軸、及貫穿前述攪拌器軸而被固定的至少2支攪拌器葉片；該玻璃製造用攪拌器之特徵在於：前述至少2支攪拌器葉片中的至少1支攪拌器葉片，係於被分割的狀態下貫穿前述攪拌器軸，前述至少2支攪拌器葉片，係被固定成於前述攪拌器軸的中心線附近交叉，在前述攪拌器軸的內部具備插座，該插座係具有至少2支筒體交叉的外形，用於將攪拌器軸內部的攪拌器葉片包圍並予以保持。

為了增大攪拌作用，藉由增加葉片的支數或表面積應可對應。上述之以往技術中，如專利文獻2記載的攪拌器般使複數支葉片從軸突出且使該等交叉者，具有高攪拌作用。

可是，製造這種攪拌器時，無法讓葉片在相同的高度位置交叉、貫穿。因此，通常是將葉片分割，使其分別抵接在軸的外表面並藉由對接熔焊而接合。但是，對接熔焊，對於固定強度是最差的接合構造。且，藉由熔焊形成的熱影響部，一般而言強度會降低。尤其，採用氧化物分散強化型材料(亦即強化鉑等)時，熔焊時由於熔融、凝固使得強化組織(亦即粒子分散組織)消失，因此強度降低的程度變大。葉片的根部為攪拌時應力集中的部 分，如上述般應力集中到構造上固定強度不佳的對接部，會有斷裂之顧慮。因此，若要以強度或耐久性為優先，則葉片的固定係在貫穿於軸之狀態下進行為佳。

因此，本發明係將一部分或全部的葉片分割並使其貫穿於軸，藉此避免葉片的相互干擾，並使其等成為交叉之狀態。但是，於該狀態下，由於分割的葉片之端部變成自由狀態，而變得固定不充分。因此，藉由設定用於將交叉的葉片保持在軸內部的插座，使交叉狀態的複數個葉片一體化，而成為對軸之固定穩定者。以下，對於本發明之玻璃製造用攪拌器進行詳細說明。

本發明的特徵在於，設置在軸內的插座之構造及葉片的配置關係。作為其等態樣，可舉出：插座具有至少2支筒體交叉的外形，筒體在交叉部分彼此連通。而且，將分割的攪拌器葉片分別從構成該插座的筒體之兩端插入並予以保持，可形成交叉狀態的葉片。圖1係插座的具體例，可在該插座的開口插入葉片而形成交叉的葉片(圖2)。

且，使用該態樣之插座時，將分割的攪拌器葉片之前端部進行切口加工而形成加工面，藉此可將各葉片均等地固定。如圖3，將具有加工面的分割葉片插入，且在插座的交叉部分附近，使各攪拌器葉片的加工面嚙合並交叉，再加上插座之拘束力而形成一體的葉片。

關於葉片的分割，如上述(圖3)將全部葉片分割亦可，但亦可一部分使用未分割的1支完整的葉片。此 時，對於插座的任一筒體將1支完整的攪拌器葉片插入、貫穿並予以保持，對於其他筒體，將分割的攪拌器葉片分別從各兩端插入並予以保持(圖4)。

且，關於插座的構造，亦可由第1筒體及至少1組之第2筒體構成，該第1筒體具有至少2支筒體交叉的外形並且形成貫穿，該第2筒體係從前述第1筒體突設，在與第1筒體的邊界具有間隔件(圖5)。採用該插座之情形，可在第1筒體將1支完整的攪拌器葉片貫穿並予以保持，在第2筒體將分割的攪拌器葉片插入並予以保持而固定(圖6)。

再者，本發明可具備帶狀的補強環，該補強環抵接於攪拌器軸的內壁面，在與插座的筒體之端部對應的位置具有貫通孔。藉由該補強環可將葉片更穩定地固定(圖7)。

本發明之玻璃製造用攪拌器，其特徵在於，在軸內部具備以上說明的插座、補強環而藉此將葉片適當地配置，其他構造與以往的攪拌器同樣。

葉片的構成材料較佳為鉑、鉑合金、強化鉑、強化鉑合金這種鉑系材料。為了處理高熔點的熔融玻璃，較佳為採用化學性穩定性優異的高熔點材料。鉑系材料，作為純鉑或鉑合金可舉出鉑-銠合金(例如，鉑-5~30重量%銠合金)或鉑-金合金(例如，鉑-5重量%金合金)。

且，作為鉑系材料，採用強化鉑或強化鉑合金亦可。強化鉑或強化鉑合金，係金屬氧化物分散於鉑或 鉑合金之分散強化型合金。該強化鉑或強化鉑合金由於高溫強度特性優異、特別是高溫潛變強度優異，因此更適合作為在高溫環境下使用的玻璃製造裝置用的構造材料。強化鉑或強化鉑合金的較佳分散粒子，係氧化鋯或氧化釔等高熔點閥金屬氧化物、氧化釤等稀土類金屬氧化物等。分散粒子粒徑較佳為未達1μm，特佳為數十nm程度，其分散量較佳為數重量%以下。且，關於基質，作為鉑或鉑合金較佳為採用鉑-銠合金(例如，鉑-5~30重量%銠合金)或鉑-金合金(例如，鉑-5重量%金合金)。

葉片的構造為棒狀者為佳，考慮輕量性和素材成本而以中空管狀為佳。葉片大多以中空圓柱體的形式提供，將上述鉑系材料構成的平板捲繞且將相對向的2邊進行縫焊而構成圓筒，在該圓筒的兩端將相同材料構成的圓盤進行全周熔焊而構成中空圓柱體。於該情形之板厚以1.5mm以上為佳。

插座的構成材料係鉑、鉑合金、強化鉑、強化鉑合金為佳。補強環亦同樣。而且，作為葉片的旋轉軸之功能的軸之構成材料，係與葉片同樣地使用鉑系材料(鉑、鉑合金、強化鉑、強化鉑合金)為佳。

作為攪拌器葉片採用圓筒形狀者時，關於其直徑(Db)和攪拌器軸的直徑(Ds)之比(Db/Ds)，係1/3以下者為佳。Db/Ds超過1/3之情形(葉片徑變大之情形)，軸上穿設的孔徑變大而有軸的強度降低之危險。且，由於無法獲得足夠的葉片對插座之插入長度，因此加以限制者為 佳。關於Db/Ds的下限並不須特別設定，從攪拌作用等現實的觀點而言設定為1/10為佳。

關於葉片的支數未予限定。並未限定為至此說明的貫穿軸之2支葉片交叉者。可以是3支以上的葉片貫穿之攪拌器(圖8)。較佳為2~4支葉片交叉者。且，葉片對軸可以水平貫穿，但也可以是傾斜狀態。進一步，關於葉片間的交叉角度亦未予限定。

而且，葉片較佳為設置有複數段。即，較佳為，將在攪拌器軸的大致中心線上交叉的至少2支攪拌器葉片設為1組葉片群，且將1組以上的葉片群以多段固定於攪拌器軸。該段數係2~10段為佳。1段的攪拌作用較弱，從材料成本的觀點則排除超過10段者。且，此段數亦考慮攪拌槽的尺寸(深度)而設定。

貫穿軸的葉片較佳為將根部分熔焊於軸。這是為了密封以防止熔融玻璃侵入軸內部。且，熔焊亦有將葉片補強固定之作用。但是，如上述般藉由熔焊形成的熱影響部呈強度面不佳的狀態，因此葉片的熔焊係可密封其與軸的間隙的程度之熔焊即可。

如以上說明，本發明之玻璃製造用攪拌器係將葉片的配置狀態和固定強度之平衡設定成最適當者，當高黏度的熔融玻璃攪拌時，具有較以往各種攪拌器更高的攪拌作用並且亦確保耐久性。

圖1係本發明所使用的用於葉片固定之插座的一例的說明圖。

圖2係藉由插座進行葉片固定的一例之說明圖。

圖3係藉由插座進行葉片固定(前端部加工)的一例之說明圖。

圖4係於一部分使用整支葉片的葉片固定之例的說明圖。

圖5係插座的其他構造例之說明圖。

圖6係藉由圖5的插座之葉片固定之例的說明圖。

圖7係補強環的採用例之說明圖。

圖8係用以固定3支貫穿葉片的插座之構造的說明圖。

圖9係本實施形態所製造的玻璃製造用攪拌器之外觀。

圖10係用以算出本實施形態之攪拌器的壽命之應力-斷裂時間線圖。

以下，說明本發明之適當的實施形態。圖9係本實施形態所製造的玻璃製造用攪拌器之外觀。該玻璃製造用攪拌器係於由中空管構成的攪拌器軸將正交的2支 棒狀葉片設定成2段。

葉片係將厚度1.5mm的強化鉑合金板捲繞且將對接部縫焊而製造之管(厚度1.5mm，直徑20mm，長度200mm)。該強化鉑係以鉑-10%銠合金(商品名：nanoplat(註冊商標)，田中貴金屬工業製)作為基質並分散有氧化鋯之鉑。而且，攪拌器軸係由相同的強化鉑之中空管構成(厚度2.0mm，直徑60mm，長度500mm)。軸上穿設有葉片貫穿用的孔(徑21mm)。

葉片對軸的固定，係採用與圖5之插座相同構造的插座。葉片固定，係以插座的開口和軸的孔對準的方式將插座設置在軸內後，將葉片依序插入而連接(圖6)。而且，將軸外面的葉片接合部分的根部利用縫焊進行接合。此時，關於熔焊部分的葉片之剖面，係以使熱影響部的深度成為1.2mm以下的方式調整輸入熱量。此外，下段葉片和上段葉片之間的間隔係設定成150mm。

關於本實施形態之攪拌器，進行有關熔融玻璃攪拌之模擬以確認攪拌作用。模擬係使用市售之模擬軟體(商品名：ANSYS CFD,ANSYS JAPAN公司製)。該模擬係於攪拌槽設置1台攪拌器，將攪拌熔融玻璃流時的攪拌器之蒙麥斯(Von Mises)應力分布進行解析。模擬條件為熔融玻璃流溫度：1400℃，玻璃黏度100Pa.s，攪拌器的旋轉速度20rpm。

且，作為比較例，該模擬亦針對將葉片以對接熔焊製造的攪拌器(專利文獻2)進行。作為該比較的攪 拌器，外形、尺寸係與本實施形態之攪拌器相同。而且，根據兩攪拌器的模擬結果計算出最大蒙麥斯應力。對於該模擬結果，確認最大應力係施加在葉片的根部分，但最大蒙麥斯應力在本實施形態中為1.6MPa，在比較例中為2.7MPa。該解析結果顯示，藉由使用插座並且將葉片作為貫穿構造，發生應力降低40%。

接著，從算出的最大蒙麥斯應力，求出至攪拌器產生材料斷裂為止的時間(壽命)。參照圖10，根據本實施形態所採用的強化鉑合金的高溫潛變曲線(應力-斷裂時間線圖)求出各攪拌器的壽命。此結果，若設定比較例的壽命為1年，則本實施形態的攪拌器之壽命變成大約9年，因而了解具有顯著的壽命提升之效果。

[產業上之可利用性]

本發明之玻璃製造用攪拌器，即使在高黏度的熔融玻璃之攪拌時亦具有高攪拌作用，耐久性亦優異。本發明特別是可使用在LCD、OLED或電漿顯示器用的玻璃板(pane)之製造、玻璃陶瓷、硼矽酸鹽玻璃、光學玻璃、玻璃管等玻璃製品的玻璃熔融之均質化。

Claims (8)

1. 一種玻璃製造用攪拌器，係具備：中空管狀的攪拌器軸、及貫穿前述攪拌器軸而被固定的至少2支攪拌器葉片；該玻璃製造用攪拌器之特徵在於：前述至少2支攪拌器葉片中的至少1支攪拌器葉片，係於被分割的狀態下貫穿前述攪拌器軸，前述至少2支攪拌器葉片，係被固定成於前述攪拌器軸的中心線附近交叉，在前述攪拌器軸的內部具備插座，該插座係具有至少2支筒體交叉的外形，用於將攪拌器軸內部的攪拌器葉片包圍並予以保持，前述攪拌器葉片及前述插座，係由鉑系材料構成。
2. 如請求項1之玻璃製造用攪拌器，其中，插座具有至少2支筒體交叉的外形，前述筒體係在交叉部分彼此連通，從各個前述筒體的兩端將分割的攪拌器葉片插入並予以保持。
3. 如請求項2之玻璃製造用攪拌器，其中，在分割的攪拌器葉片的前端部形成有切口加工所成之加工面，在插座的交叉部分附近，使各攪拌器葉片的前述加工面嚙合並交叉。
4. 如請求項1之玻璃製造用攪拌器，其中，插座具有至少2支筒體交叉的外形，前述筒體係在交 叉部分彼此連通，對於任一前述筒體，將1支完整的攪拌器葉片插入並予以保持，對於其他筒體，將分割的攪拌器葉片分別從兩端插入並予以保持。
5. 如請求項1之玻璃製造用攪拌器，其中，插座係具有至少2支筒體交叉的外形，且由貫穿的第1筒體及至少1組之第2筒體構成，該第2筒體係從前述第1筒體突設且在與第1筒體的邊界具有間隔件，在前述第1筒體，將1支完整的攪拌器葉片貫穿並予以保持，在前述第2筒體，將分割的攪拌器葉片插入並予以保持。
6. 如請求項1至5中任一項之玻璃製造用攪拌器，其中，具備帶狀的補強環，該補強環係抵接於攪拌器軸的內壁面，且在與插座的筒體之端部對應的位置具有貫穿孔。
7. 如請求項1至5中任一項之玻璃製造用攪拌器，其中，將在攪拌器軸的大致中心線上交叉的至少2支攪拌器葉片設為1組葉片群，將1組以上的葉片群以多段固定於攪拌器軸。
8. 如請求項1至5中任一項之玻璃製造用攪拌器，其中，攪拌器葉片的直徑(Db)和攪拌器軸的直徑(Ds)之比(Db/Ds)為1/3以下。