WO2022065174A1 - 加熱装置及びガラスの製造方法 - Google Patents

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support
heat
heating
thermal conductivity
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大介 百々
典生 岸
信吾 鈴木
Original Assignee
日本電気硝子株式会社
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor

Definitions

  • the present invention relates to a heating device and a method for manufacturing glass using a heating device.
  • Patent Document 1 discloses a heating device used for manufacturing a semiconductor device, glass, or the like.
  • the heating device of Patent Document 1 includes a long heating element that generates heat due to electric resistance, and a support that supports the heating element from below.
  • the heating element and the contact portion of the support with the heating element are formed of a molybdenum disilicate-based ceramic.
  • the heating element may break due to melting damage at the contact portion with the support. there were.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to utilize the heat generation performance of the heating element in a wider range by suppressing the melting damage of the heating element at the contact portion with the support. It is in.
  • the heating device that solves the above problems is a heating device including a heating element that generates heat due to electric resistance and a support on which the heating element is placed and supports the heating element from below, and the heat of the support is provided.
  • the conductivity is higher than the thermal conductivity of the heating side contact portion, which is a portion of the heating element that contacts the support.
  • the thermal conductivity of the support is, for example, 1.1 times or more the thermal conductivity of the heat-generating side contact portion.
  • the heating element is made of, for example, molybdenum disilicate.
  • heat is easily transferred from the heating element to the support at the contact portion between the heating element and the support, so that the heat is suppressed from staying at the heat generating side contact portion of the heating element.
  • the local temperature rise of the heat-generating side contact portion of the heating element is suppressed, and melting damage is less likely to occur in the heat-generating side contact portion.
  • the heat generation temperature of the heating element can be increased to the maximum heating temperature or a temperature closer to the maximum heating temperature, and the heat generating performance of the heating element can be utilized in a wider range.
  • the support supports the heating element by point contact or line contact.
  • the glass manufacturing method for solving the above problems is a glass manufacturing method for manufacturing glass by a glass manufacturing apparatus including the above-mentioned heating apparatus, and heating the glass by setting the heat generation temperature of the heating element to 1000 ° C. or higher. Perform processing.
  • the local temperature rise of the heat generating side contact portion of the heating element is suppressed, and melting damage is less likely to occur in the heat generating side contact portion. Therefore, the glass can be stably produced.
  • the heat generation performance of the heating element can be used in a wider range by suppressing the melting damage of the heating element at the contact portion with the support.
  • the heating device 10 includes a heating element 20 that generates heat due to electric resistance, and a support 30 on which the heating element 20 is placed and supports the heating element 20.
  • the shape of the heating element 20 is not particularly limited, but it is preferably rod-shaped.
  • the rod-shaped heating element 20 may be, for example, a linear rod shape, a curved rod shape, or a rod shape in which a linear portion and a curved portion are combined. good.
  • the cross-sectional shape of the heating element 20 may be a circular shape, a polygonal shape, or any other shape.
  • FIG. 1 a heating element 20 having a U-shaped extending rod shape and a circular cross-sectional shape is shown. Electrode terminals 21 for energizing the heating element 20 are provided at both ends of the heating element 20 shown in FIG. 1.
  • the type of the heating element 20 is not particularly limited, and a known heating element can be used.
  • the heating element 20 is a ceramic heating element made of a conductive ceramic material such as molybdenum dissilicate (MoSi 2 ), silicon carbide (SiC), tungsten carbide (WC), zirconia (ZrO 2 ), and carbon (C).
  • MoSi 2 molybdenum dissilicate
  • SiC silicon carbide
  • WC tungsten carbide
  • ZrO 2 zirconia
  • C carbon
  • the heating element 20 made of the conductive ceramic material may contain a component other than the conductive ceramic material.
  • the heating element 20 made of molybdenum disilicate is composed of 50 to 95% by volume of molybdenum disilicate and 5 to 50% by volume of a silica-based oxide phase or a glass phase.
  • the heating element 20 composed of molybdenum disilicate may further add, for example, 50% by volume or less of other elements to the total volume of these components, or heat-treat these components. By doing so, it is resistant to high temperatures and atmosphere.
  • the type of heating element 20 can be appropriately selected according to the heat generation temperature required for the heating device 10.
  • the heat generation temperature required for the heating device 10 is the surface temperature of the heat generation portion of the heating element 20 during use.
  • the heat generation temperature is, for example, 800 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or higher.
  • the heat generation temperature is, for example, 2500 ° C. or lower.
  • the maximum heating temperature of the heating element 20 is, for example, the maximum operating temperature set in the heating element 20 by the manufacturer.
  • the heat generation temperature required for the heating device 10 can be appropriately set according to the heating target.
  • the heat generation temperature is, for example, 1000 to 1800 ° C.
  • the glass manufacturing apparatus provided with the heating device 10 is used, for example, in a glass manufacturing method including a step involving a heat treatment for heating the glass.
  • a glass manufacturing method including a step involving a heat treatment for heating the glass.
  • the glass to be heated in the heat treatment include glass raw materials, molten glass, and once molded glass.
  • FIG. 2 shows an example of a glass manufacturing apparatus 40 that heat-treats glass.
  • the heating apparatus 10 is provided on the upper part of the melting furnace main body F to heat the glass raw material M charged into the melting furnace main body F and the molten glass G stored in the melting furnace main body F. Used.
  • the heating temperature of the heating element 20 of the heating device 10 is set to 1000 ° C. or higher.
  • the glass such as the glass raw material M and the molten glass G can be sufficiently heated, and the heat treatment of the glass can be efficiently performed.
  • the support 30 has a configuration in which a heating element 20 is placed on the upper portion of the support 30 to support the heating element 20 from below.
  • the shape of the support 30 is not particularly limited, and may be any shape such as a rod shape, a plate shape, and a block shape.
  • the shape of the support 30 is preferably such that the contact area with the heating element 20 is small, for example, the shape in which the contact state with the heating element 20 is point contact or line contact.
  • the support 30 is arranged as a linear rod shape having a circular cross section, and the support 30 is arranged so as to extend in a direction intersecting the heating element 20. Then, the contact state with the heating element 20 becomes point contact. Further, when the heating element 20 has a rod shape having a circular cross section, the support 30 has a flat upper surface such as a rod shape or a flat plate having a polygonal cross section, and the flat upper surface is a mounting surface. When the support 30 is arranged so as to be, the contact state with the heating element 20 becomes line contact.
  • the support 30 is made of a material having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the heat generating side contact portion 20a, which is a contact portion of the heating element 20 with the support 30.
  • the temperature range for deriving the thermal conductivity of the heating side contact portion 20a of the heating element 20 and the thermal conductivity of the support 30 is not particularly limited, but at a specific temperature within the operating temperature range of the heating element 20. It is preferable to have. It is necessary to make the thermal conductivity of the heat generating side contact portion 20a of the heating element 20 equal to the temperature conditions for deriving the thermal conductivity of the support 30.
  • the thermal conductivity Y of the support 30 is preferably 1.1 times or more, preferably 1.5 times or more, the thermal conductivity X of the heat generating side contact portion 20a of the heating element 20, for example. Further, the thermal conductivity Y of the support 30 is, for example, 5 times or less the thermal conductivity X of the heat generating side contact portion 20a of the heating element 20.
  • Examples of the material constituting the support 30 include silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), molybdenum disilicate (MoSi 2 ), tungsten carbide (WC), and carbon (C).
  • Examples thereof include ceramic materials such as mullite, zircone, and materials applied to known supports such as refractories such as alumina-based electric cast refractories.
  • the support 30 is configured to have a property that the thermal conductivity is higher than the thermal conductivity X of the heat generating side contact portion 20a of the heating element 20 and the heat resistant temperature is higher than the heat generating temperature of the heating element 20.
  • the thermal conductivity and heat-resistant temperature of the support 30 vary not only with the material constituting the support 30, but also with physical properties such as the density of the support 30.
  • the number and arrangement of the supports 30 are not particularly limited, and may be any number and arrangement that can support the heating element 20 from below.
  • FIG. 1 as an example, a case where five straight rod-shaped supports 30 are arranged in parallel at equal intervals is shown. Each support 30 is fixed to a holding member (not shown).
  • the major cause of the heating element melting at the contact portion with the support is the heat conduction from the heating element to the support. be. Heat does not transfer from the heating element to the support at the contact portion between the heating element and the support, and the heat stays at the heat generating side contact portion of the heating element, so that the temperature of the heating side contact portion rises locally. If the temperature of the heat-generating side contact portion exceeds the maximum heat-generating temperature set for the heating element, the heat-generating side contact portion will be melted.
  • a support 30 having a higher thermal conductivity than the heating side contact portion 20a of the heating element 20 is used.
  • heat is easily transferred from the heating element 20 to the support 30 at the contact portion between the heating element 20 and the support 30, and the heat is suppressed from staying at the heating side contact portion 20a of the heating element 20.
  • the local temperature rise of the heat-generating side contact portion 20a of the heating element 20 is suppressed, and melting damage is less likely to occur in the heat-generating side contact portion 20a.
  • FIG. 4 shows the result of the simulation.
  • the thermal conductivity of the support 30 is 1 W / mK, which is lower than the thermal conductivity of the heat generating side contact portion 20a of the heating element 20, the heat generating side contact portion of the heating element 20 The temperature rises locally at 20a (positions A to E).
  • FIG. 4A when the thermal conductivity of the support 30 is 1 W / mK, which is lower than the thermal conductivity of the heat generating side contact portion 20a of the heating element 20, the heat generating side contact portion of the heating element 20 The temperature rises locally at 20a (positions A to E).
  • FIG. 4A when the thermal conductivity of the support 30 is 1 W / mK, which is lower than the thermal conductivity of the heat generating side contact portion 20a of the heating element 20, the heat generating side contact portion of the heating element 20 The temperature rises locally at 20a (positions A to E).
  • FIG. 4A when the thermal conductivity of the support 30 is 1 W / mK, which is lower
  • the heating device 10 includes a heating element 20 that generates heat due to electric resistance, and a support 30 on which the heating element 20 is placed and supports the heating element 20 from below.
  • the thermal conductivity Y of the support 30 is higher than the thermal conductivity X of the heat-generating side contact portion 20a, which is a portion of the heating element 20 that contacts the support 30.
  • heat is easily transferred from the heating element 20 to the support 30 at the contact portion between the heating element 20 and the support 30, so that the heat stays in the heating side contact portion 20a of the heating element 20. It is suppressed. As a result, the local temperature rise of the heat-generating side contact portion 20a of the heating element 20 is suppressed, and melting damage is less likely to occur in the heat-generating side contact portion 20a. As a result, when the heating device 10 is used, the heat generation temperature of the heating element 20 can be raised to the maximum heat generation temperature or a temperature closer to the maximum heat generation temperature, and the heat generation performance of the heat generator 20 can be utilized in a wider range. can.
  • the support 30 supports the heating element 20 by point contact or line contact.
  • the area of the heating side contact portion 20a of the heating element 20 can be increased. Therefore, more heat can be transferred to the support.
  • the number of support-side contact portions, which are contact portions with the heating element 20 in one support 30, may be singular or plural. That is, each support 30 may be one that contacts the heating element 20 at only one place to support the heating element 20, or may contact the heating element 20 at a plurality of places to support the heating element 20. It may be something to support.
  • a plurality of support-side contact portions are provided on one support 30 and the support-side contact portions are made of a conductive material such as silicon carbide, between adjacent support-side contact portions. It is preferable to provide an insulating structure for insulating the silicon.
  • the insulating structure for example, an insulating portion made of an insulating material may be provided between adjacent support-side contact portions.
  • thermal conductivity described below is the thermal conductivity at 400 ° C.
  • Example 1 A heating device provided with a heating element and a support having the shape and arrangement shown in FIG. 1 was produced.
  • a heating element a heating element having a thermal conductivity of 15 W / mK composed of molybdenum disilicate was used.
  • a support a support made of silicon carbide (Hexory (registered trademark) manufactured by Saint-Gobain Co., Ltd.) was used.
  • the thermal conductivity and heat resistant temperature of the support are as shown in Table 1.
  • the thermal conductivity ratio shown in Table 1 indicates the ratio (Y / X) of the thermal conductivity Y of the support to the thermal conductivity X of the heating element.
  • the heating element of the manufactured heating device was energized so as to have a heating temperature of 1600 ° C., and after maintaining the energized state for 72 hours, the energization to the heating element was stopped. By visually observing the state of the heating element after the energization was stopped, it was confirmed whether or not the heating element was broken due to melting damage. The results are shown in Table 1.
  • Comparative Example 1 Zirconia (ZR-11 manufactured by Nikkato Corporation) Comparative Example 2: Baked Zircon (ZETA-AH manufactured by Yotai Co., Ltd.) Comparative Example 3: Electroformed Alumina (SCIMOS-M manufactured by Saint-Gobain M.)
  • Example 1 using a support having a thermal conductivity lower than that of the heating element, it was confirmed that the heating element was broken due to melting damage. On the other hand, in Example 1 using a support having a thermal conductivity higher than that of the heating element, no breakage was confirmed in the heating element.
  • Heating device 20 Heating element 20a ... Heat generating side contact part 30 ... Support 40 ... Glass manufacturing device

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Abstract

支持体との接触部分における発熱体の溶損を抑制することにより、発熱体が有する発熱性能をより広範囲で利用することを課題とする。加熱装置（１０）は、電気抵抗により発熱する発熱体（２０）と、発熱体（２０）が載置され、発熱体（２０）を下方から支持する支持体（３０）とを備えている。支持体（３０）の熱伝導率は、発熱体（２０）における支持体（３０）に接触する部分である発熱側接触部（２０ａ）の熱伝導率よりも高い。

Description

加熱装置及びガラスの製造方法
　本発明は、加熱装置及び加熱装置を使用したガラスの製造方法に関する。
　特許文献１には、半導体装置やガラスなどの製造に用いられる加熱装置が開示されている。特許文献１の加熱装置は、電気抵抗により発熱する長尺状の発熱体と、発熱体を下方から支持する支持体とを備えている。特許文献１の加熱装置では、発熱体、及び支持体における発熱体との接触部分とを、二珪化モリブデン系セラミックにより形成している。
国際公開第２０１４／１９９６４７号
　従来の加熱装置は、発熱体に設定されている最高使用温度よりも低い温度で発熱体を使用している場合であっても、支持体との接触部分において発熱体が溶損により折れることがあった。溶損による発熱体の折れを防止するためには、発熱体の発熱温度を低く調整して使用することが考えられるが、この場合には、発熱体の発熱性能を十分に発揮させることができないという問題がある。
　この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、支持体との接触部分における発熱体の溶損を抑制することにより、発熱体が有する発熱性能をより広範囲で利用することにある。
　上記課題を解決する加熱装置は、電気抵抗により発熱する発熱体と、前記発熱体が載置され、前記発熱体を下方から支持する支持体とを備える加熱装置であって、前記支持体の熱伝導率は、前記発熱体における前記支持体に接触する部分である発熱側接触部の熱伝導率よりも高い。
　前記支持体の熱伝導率は、例えば、前記発熱側接触部の熱伝導率の１．１倍以上である。前記発熱体は、例えば、二珪化モリブデンにより構成されている。
　上記構成によれば、発熱体と支持体との接触部分において発熱体から支持体へ熱が移動しやすくなることにより、発熱体の発熱側接触部に熱が留まることが抑制される。その結果、発熱体の発熱側接触部の局所的な温度上昇が抑制されて、発熱側接触部に溶損が生じ難くなる。これにより、加熱装置を使用する際に、発熱体の発熱温度を最高発熱温度又は最高発熱温度により近い温度まで高めることができるようになり、発熱体が有する発熱性能をより広範囲で利用できる。
　上記加熱装置において、前記支持体は、点接触又は線接触により前記発熱体を支持することが好ましい。
　この場合には、発熱体の発熱側接触部の面積を大きくすることで、支持体へ多くの熱を伝えることができる。
　上記課題を解決するガラスの製造方法は、上述の加熱装置を含むガラス製造装置によりガラスを製造するガラスの製造方法であって、前記発熱体の発熱温度を１０００℃以上にしてガラスを加熱する加熱処理を行う。
　上記構成によれば、発熱体の発熱側接触部の局所的な温度上昇が抑制されて、発熱側接触部に溶損が生じ難くなる。そのため、安定してガラスを製造することができる。
　本発明によれば、支持体との接触部分における発熱体の溶損を抑制することにより、発熱体が有する発熱性能をより広範囲で利用できる。
加熱装置の説明図。 ガラス製造装置の模式図。 シミュレーションにおける発熱体及び支持体の配置を示す説明図。 （ａ）、（ｂ）は、シミュレーション結果を示すグラフ。
　以下、本発明の一実施形態を説明する。
　図１に示すように、加熱装置１０は、電気抵抗により発熱する発熱体２０と、発熱体２０が載置され、発熱体２０を支持する支持体３０とを備えている。
　発熱体２０の形状は、特に限定されるものではないが、棒状であることが好ましい。棒状の発熱体２０は、例えば、直線状の棒状であってもよいし、曲線状の棒状であってもよいし、直線状の部分と曲線状の部分とが組み合わされた棒状であってもよい。発熱体２０の断面形状は、円形状であってもよいし、多角形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。
　図１においては、一例として、Ｕ字状に延びる棒状であるとともに断面形状が円形状である発熱体２０を図示している。図１に示す発熱体２０の両端部には、発熱体２０に通電するための電極端子２１が設けられている。
　発熱体２０の種類は特に限定されるものではなく、公知の発熱体を用いることができる。発熱体２０としては、例えば、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、炭素（Ｃ）等の導電性セラミック材料により構成されるセラミック発熱体が挙げられる。
　導電性セラミック材料により構成される発熱体２０は、導電性セラミック材料以外の成分を含有していてもよい。例えば、二珪化モリブデンにより構成される発熱体２０は、二珪化モリブデン５０～９５体積％と、シリカ系酸化物相又はガラス相５～５０体積％とからなる。他にも、二珪化モリブデンにより構成される発熱体２０は、これらの成分の全体容量に対して、さらに、例えば、５０体積％以下の他元素を添加したり、これらの成分に熱処理を施したりすることで、高温や雰囲気に耐性を有する。また、このような二珪化モリブデンと他のセラミックス又はガラスなどとの複合材料であっても、二珪化モリブデンに基づく発熱体としての機能を有する場合、二珪化モリブデンにより構成される発熱体２０に含まれる。
　発熱体２０の種類は、加熱装置１０に要求される発熱温度に応じて適宜、選択することができる。加熱装置１０に要求される発熱温度は、使用時における発熱体２０の発熱部分の表面温度である。発熱温度は、例えば、８００℃以上であり、１０００℃以上であることが好ましい。また、発熱温度は、例えば、２５００℃以下である。従来の加熱装置の場合、発熱体の最高発熱温度が１０００℃以上であると、支持体との接触部分における発熱体の溶損が生じやすい。発熱体２０の最高発熱温度は、例えば、製造元により発熱体２０に設定されている最高使用温度である。
　なお、加熱装置１０に要求される発熱温度は、加熱対象に応じて適宜設定できる。一例として、ガラス製造装置に用いる加熱装置１０である場合、発熱温度は、例えば、１０００～１８００℃である。
　加熱装置１０を備えるガラス製造装置は、例えば、ガラスを加熱する加熱処理を伴う工程を有するガラスの製造方法に用いられる。加熱処理において加熱の対象となるガラスとしては、例えば、ガラス原料、溶融ガラス、一旦成形されたガラスが挙げられる。
　図２に、ガラスの加熱処理を行うガラス製造装置４０の一例を示す。ガラス製造装置４０において、加熱装置１０は、溶融炉本体Ｆの上部に備え付けられ、溶融炉本体Ｆに投入されるガラス原料Ｍ、及び溶融炉本体Ｆに貯留される溶融ガラスＧを加熱するために用いられる。
　また、ガラスの加熱処理を行う場合、加熱装置１０の発熱体２０の発熱温度を１０００℃以上にする。これにより、ガラス原料Ｍや溶融ガラスＧ等のガラスを十分に加熱できるとともに、ガラスの加熱処理を効率的に行える。
　支持体３０は、その上部に発熱体２０が載置されて、発熱体２０を下方から支持するための構成である。
　支持体３０の形状は特に限定されるものではなく、棒状、板状、ブロック状などのいずれの形状であってもよい。なお、支持体３０の形状は、発熱体２０との接触面積が小さくなる形状であること、例えば、発熱体２０との接触状態が点接触又は線接触になる形状であることが好ましい。
　例えば、発熱体２０が断面円形状の棒状である場合、支持体３０を断面形状が円形状である直線状の棒状として、発熱体２０に対して交差する方向に延びるように支持体３０を配置すると、発熱体２０との接触状態が点接触になる。また、発熱体２０が断面円形状の棒状である場合、支持体３０を、断面形状が多角形状である棒状、平板状などの平面状の上面を有する形状として、平面状の上面が載置面となるように支持体３０を配置すると、発熱体２０との接触状態が線接触になる。
　支持体３０は、発熱体２０における支持体３０との接触部分である発熱側接触部２０ａの熱伝導率よりも熱伝導率が高い材料により構成されている。ここで、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの熱伝導率及び支持体３０の熱伝導率を導出する際の温度範囲は、特に限定されないが、発熱体２０の使用温度範囲内の特定温度であることが好ましい。なお、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの熱伝導率及び支持体３０の熱伝導率を導出する際の温度条件は等しくする必要がある。
　支持体３０の熱伝導率Ｙは、例えば、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの熱伝導率Ｘの１．１倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることが好ましい。また、支持体３０の熱伝導率Ｙは、例えば、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの熱伝導率Ｘの５倍以下である。
　また、支持体３０の熱伝導率Ｙは、例えば、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの熱伝導率Ｘとの差（＝Ｙ－Ｘ）が１０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、３０Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましい。また、上記差は、例えば、１００Ｗ／ｍＫ以下である。
　支持体３０を構成する材料としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭素（Ｃ）等のセラミック材料、ムライト、ジルコン、アルミナ系電鋳耐火物等の耐火物などの公知の支持体に適用される材料が挙げられる。
　支持体３０は、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの熱伝導率Ｘよりも熱伝導率が高く、発熱体２０の発熱温度よりも耐熱温度が高い性質を有するように構成される。なお、支持体３０の熱伝導率及び耐熱温度は、支持体３０を構成する材料のみならず、支持体３０の密度などの物性によっても変化する。
　支持体３０の個数及び配置は特に限定されるものではなく、発熱体２０を下方から支持することのできる個数及び配置であればよい。図１においては、一例として、５本の直線棒状の支持体３０を等間隔に平行に配置した場合を図示している。各支持体３０は、図示しない保持部材に固定されている。
　次に、本実施形態の作用について説明する。
　従来の加熱装置において、最高発熱温度よりも低い温度で使用している場合であっても、支持体との接触部分において発熱体が溶損する大きな原因は、発熱体から支持体への熱伝導にある。発熱体と支持体との接触部分において発熱体から支持体へ熱が移動せずに、発熱体の発熱側接触部に熱が留まることにより、発熱側接触部の温度が局所的に上昇する。発熱側接触部の温度が発熱体に設定されている最高発熱温度を超えると、発熱側接触部が溶損する。
　本実施形態の加熱装置１０では、発熱体２０の発熱側接触部２０ａよりも熱伝導性の高い支持体３０を用いている。これにより、発熱体２０と支持体３０との接触部分において発熱体２０から支持体３０へ熱が移動しやすくなり、発熱体２０の発熱側接触部２０ａに熱が留まることが抑制される。その結果、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの局所的な温度上昇が抑制されて、発熱側接触部２０ａに溶損が生じ難くなる。
　図３に示すように、断面が円形状である棒状の支持体３０を平行かつ等間隔に５本、配置し、その上に直線状に延びる断面円形状の棒状の発熱体２０を載置した状態において、発熱体２０を発熱させた場合の発熱体２０の表面温度の分布のシミュレーションを行った。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
　発熱温度：１６００℃
　発熱体の接触部分（すなわち発熱側接触部）の１６００℃における熱伝導率：１５Ｗ／ｍＫ
　支持体の１６００℃における熱伝導率：１Ｗ／ｍＫ又は３０Ｗ／ｍＫ
　図４に、シミュレーションの結果を示す。図４（ａ）に示すように、支持体３０の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫであり、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの熱伝導率よりも低い場合、発熱体２０の発熱側接触部２０ａ（位置Ａ～Ｅ）において局所的に温度が上昇する。一方、図４（ｂ）に示すように、支持体３０の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫであり、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの熱伝導率よりも高い場合、発熱体２０の発熱側接触部２０ａにおいて局所的に温度が低下する。
　次に、本実施形態の効果について記載する。
　（１）加熱装置１０は、電気抵抗により発熱する発熱体２０と、発熱体２０が載置され、発熱体２０を下方から支持する支持体３０とを備えている。支持体３０の熱伝導率Ｙは、発熱体２０における支持体３０に接触する部分である発熱側接触部２０ａの熱伝導率Ｘよりも高い。
　上記構成によれば、発熱体２０と支持体３０との接触部分において発熱体２０から支持体３０へ熱が移動しやすくなることにより、発熱体２０の発熱側接触部２０ａに熱が留まることが抑制される。その結果、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの局所的な温度上昇が抑制されて、発熱側接触部２０ａに溶損が生じ難くなる。これにより、加熱装置１０を使用する際に、発熱体２０の発熱温度を最高発熱温度又は最高発熱温度により近い温度まで高めることができるようになり、発熱体２０が有する発熱性能をより広範囲で利用できる。
　（２）支持体３０の熱伝導率Ｙは、発熱側接触部２０ａの熱伝導率Ｘの１．１倍以上であるか、又は支持体３０の熱伝導率Ｙと熱伝導率Ｘとの差（＝Ｙ－Ｘ）は、１０Ｗ／ｍＫ以上である。この場合には、上記（１）の効果をより顕著に得ることができる。
　（３）支持体３０は、点接触又は線接触により発熱体２０を支持している。
　この場合には、発熱体２０の発熱側接触部２０ａの面積を大きくできる。そのため、より多くの熱を支持体に伝えることができる。
　なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　・一つの支持体３０における発熱体２０との接触部分である支持側接触部の数は単数であってもよいし、複数であってもよい。すなわち、各支持体３０は、一箇所のみで発熱体２０に接触して発熱体２０を支持するものであってもよいし、あるいは、複数の箇所で発熱体２０に接触して発熱体２０を支持するものであってもよい。なお、一つの支持体３０に複数の支持側接触部が設けられ、かつ支持側接触部が炭化ケイ素などの導電性を有する材質により構成されている場合には、隣接する支持側接触部の間を絶縁する絶縁構造を設けることが好ましい。絶縁構造としては、例えば、隣接する支持側接触部の間に絶縁性の材質からなる絶縁部分を設けることが挙げられる。
　以下に実施例及び比較例を挙げ、上記実施形態をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下に記載する熱伝導率は、４００℃における熱伝導率である。
　（実施例１）
　図１に示す形状及び配置の発熱体及び支持体を備える加熱装置を作製した。発熱体には、二珪化モリブデンにより構成される熱伝導率１５Ｗ／ｍＫの発熱体を用いた。支持体には、炭化ケイ素により構成される支持体（サンゴバン社製Ｈｅｘｏｌｏｙ（登録商標））を用いた。支持体の熱伝導率及び耐熱温度は、表１に示すとおりである。また、表１に記載の熱伝導率比は、発熱体の熱伝導率Ｘに対する支持体の熱伝導率Ｙの比（Ｙ／Ｘ）を示す。
　次に、作製した加熱装置の発熱体に発熱温度１６００℃となるように通電し、７２時間、通電状態を維持した後、発熱体への通電を停止した。通電停止後の発熱体の状態を目視にて観察することにより、発熱体に溶損による折れが発生しているか否かを確認した。その結果を表１に示す。
　（比較例１～３）
　支持体を下記の支持体に変更した点を除いて実施例１と同様に試験を行った。その結果を表１に示す。
　比較例１：ジルコニア（ニッカトー社製ＺＲ－１１）
　比較例２：焼成ジルコン（ヨータイ社製ＺＥＴＡ－ＡＨ）
　比較例３：電鋳アルミナ（サンゴバンティーエム社製ＳＣＩＭＯＳ－Ｍ）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、発熱体の熱伝導率よりも低い熱伝導率の支持体を用いた比較例１～３では、発熱体に溶損による折れが確認された。一方、発熱体の熱伝導率よりも高い熱伝導率の支持体を用いた実施例１では、発熱体に折れは確認されなかった。
　１０…加熱装置
　２０…発熱体
　２０ａ…発熱側接触部
　３０…支持体
　４０…ガラス製造装置

Claims (5)

  1. 　電気抵抗により発熱する発熱体と、前記発熱体が載置され、前記発熱体を下方から支持する支持体とを備える加熱装置であって、
    　前記支持体の熱伝導率は、前記発熱体における前記支持体に接触する部分である発熱側接触部の熱伝導率よりも高いことを特徴とする加熱装置。
  2. 　前記支持体の熱伝導率は、前記発熱側接触部の熱伝導率の１．１倍以上である請求項１に記載の加熱装置。
  3. 　前記発熱体は、二珪化モリブデンにより構成されている請求項１又は請求項２に記載の加熱装置。
  4. 　前記支持体は、点接触又は線接触により前記発熱体を支持する請求項１～３のいずれか一項に記載の加熱装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の加熱装置を含むガラス製造装置によりガラスを製造するガラスの製造方法であって、
    　前記発熱体の発熱温度を１０００℃以上にしてガラスを加熱する加熱処理を行うことを特徴とするガラスの製造方法。
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