JPH1179754A

JPH1179754A - ガラス溶融装置

Info

Publication number: JPH1179754A
Application number: JP24090597A
Authority: JP
Inventors: Tamakazu Yogo; 瑞和余語; Hiroyuki Kubo; 裕之久保; Masayuki Tomita; 昌之冨田; Isamu Shigyo; 勇執行
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス溶融炉において、運転動作を伴う液面
レベル計や攪拌装置などの可動部材を炉内へ挿入するた
めの挿入口に関して、そのメンテナンス頻度を減らし
て、ガラス溶融を長期間に亘って、連続して行い、生産
効率を向上するようにしたガラス溶融装置を提供する。【解決手段】断熱壁によって閉塞されたガラス溶融炉
内にて、供給されたガラス原料を溶融し、所要温度の溶
融ガラスを生成して、これを流出ノズルを介して流出さ
せるようにしたガラス溶融装置において、融液面より上
で、上記断熱壁を貫通してガラス溶融炉内に突出する可
動部材に対して、その貫通孔を閉塞するように、上記可
動部材を囲むスカートを設け、融液面上の空間を遮断し
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断熱壁によって囲
まれたガラス溶融炉内にて、供給されたガラス原料を溶
融し、所要温度の溶融ガラスを生成して、これを流出ノ
ズルを介して流出させるようにしたガラス溶融装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光学ガラスを製造するには、ま
ず、ガラス原料調合物を一度、粗溶融して、ほぼ、ガラ
ス化し、その生カレットを更に溶融し、泡を除去した
後、攪拌して脈理を消失させ、各種光学ガラス製品を製
造するのに適した温度に高めて、これを成形に使用する
のであるが、その製造量、個数に応じて、坩堝を用いる
バッチ式か、流出ノズルから連続的に取り出す連続ガラ
ス溶融方式かが選択的に採用されている。

【０００３】特に、連続的にガラスを溶融する方式で
は、一般に、溶融ガラスの液面レベルを一定に保つため
に、液面レベル計が用いられ、また、脈理を消失させる
ための攪拌装置が用いられるが、何れの場合も、炉体上
部に挿入口を設けていて、前者の場合には、そこから液
面レベル計の接針センサーを挿入し、接針センサーを上
下に動かして、その先端がガラス融液面に接触したか否
かを、電気的な導通の有無でチェックする構成であり、
また、後者の場合には、攪拌翼を付けた回転軸を上記挿
入口から炉内に挿入して、回転駆動する構成になってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来例に見られるようなガラス溶融炉では、次のような
問題点があった。即ち、一般に、光学ガラスには、光学
設計の自由度を確保し、光学製品の性能を向上するため
に、多種多様の光学特性のものが作られており、また、
光学特性以外にも、熱特性や化学耐久性をも満足させる
ように考慮されている。

【０００５】このため、光学ガラスの成分として、周期
律表の多くの元素が対象となり、その中には、ガラス成
分として必要不可欠の物であるが、溶融時に揮発し易い
成分が存在する。例えば、ホウ素、鉛、バリウム、アル
カリ（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなど）などの酸化物や、これらの
化合物である。

【０００６】然るに、前述のように、炉体上部の挿入口
から接針センサーや攪拌翼のための回転軸などの可動部
材を挿入する構造では、上記挿入口からの気体の漏出が
避けられない。このため、溶融ガラスに必要とされる上
述の揮発成分の失う結果となり、あるいは、長い時間経
過の過程で、挿入口付近での温度降下により、上記揮発
成分が冷却・固化して、挿入口内壁に堆積し、上記可動
部材の上下動作や回転動作を妨げる結果を招く。

【０００７】この対策として、一度、炉の温度を下げて
から、挿入口から可動部材を取り出し、挿入口付近に付
着した析出物（揮発成分）を除去するためのメンテナン
スを頻繁に行う必要がある。従って、このメンテナンス
のために、ガラス溶融を一時的に中断することになり、
その工業的損失が甚だしい。

【０００８】そこで、予め、挿入口と可動部材との隙間
を大きくして、メンテナンス頻度を少なくする方法も考
えられるが、挿入口を通じて、炉内から多大の気体漏出
が生じ、外部への熱輻射で、液面レベル計や攪拌翼の駆
動装置を損傷するおそれがあるから、このための熱対策
を強化しなければならない。

【０００９】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的は、ガラス溶融炉において、運転動作を
伴う液面レベル計や攪拌装置などの可動部材を炉内へ挿
入するための挿入口に関して、そのメンテナンス頻度を
減らして、ガラス溶融を長期間に亘って、連続して行
い、生産効率を向上するようにしたガラス溶融装置を提
供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
断熱壁によって囲まれたガラス溶融炉内にて、供給され
たガラス原料を溶融し、所要温度の溶融ガラスを生成し
て、これを流出ノズルを介して流出させるようにしたガ
ラス溶融装置において、融液面より上で、上記断熱壁を
貫通してガラス溶融炉内に突出する可動部材に対して、
その貫通孔を閉塞するように、上記可動部材を囲むスカ
ートを設け、融液面上の空間を遮断したことを特徴とす
る。

【００１１】なお、この発明の実施の形態として、上記
可動部材が、融液面の高さを測定するための液面レベル
計の接針センサーであり、上記貫通孔を介して、上下動
操作されるものであり、上記スカートが、その上端部を
断熱壁側に、また、その下端部を上記接針センサーに気
密に取り付けている伸縮ベローズである。更に、上記可
動部材が、溶融ガラスの均質化のために装備した攪拌翼
の回転軸であり、上記スカートが、その上端部を断熱壁
側に、また、その下端部を融液面に接するように、気密
に取り付けている伸縮ベローズであるであってもよい。

【００１２】このような構成では、スカートによって、
融液面上の空間が挿入口から遮断されるので、挿入口か
らの気体漏出が避けられ、また、揮発成分の堆積も避け
られるので、長期間に亘って、可動部材の動作を妨げる
こともなく、ガラス溶融装置の連続稼動が維持され、生
産効率が向上できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、本発明の実施の形態を、図１お
よび図２を参照して具体的に説明する。ここで、符号１
はガラス溶融炉を示し、このガラス溶融炉１の断熱壁
は、内部隔壁を含めて、耐火レンガや断熱材で構成され
ており、その厚さも、ガラス溶融時の高熱が炉外に対し
て、できるだけ漏れない範囲の厚さに設計されている。
また、炉内に設置されるガラス溶融容器は、溶融清澄槽
２、接続パイプ３、流出槽４とから構成されていて、い
ずれも白金で作られている。

【００１４】また、流出槽４の底部には、白金製の流出
パイプ５が付いていて、取り出し口６を通して、炉外に
突き出ており、この流出パイプ５をヒーター７で加熱す
ることにより、所要の粘度で、溶融ガラスを流出できる
ようになっている。

【００１５】また、白金容器の周囲には、ヒーター９、
１０、１１および１２が設置されていて、これらを付勢
することで、溶融清澄槽２および流出槽４の温度を、個
別に制御できるようになっている。なお、符号１３はガ
ラス融液、１４は白金製の原料投入用パイプである。そ
して、このパイプの下端部は、ガラス融液１３に浸され
ている。また、符号１５は原料を蓄えるホッパーで、そ
のホッパーと原料投入用パイプ１４の間には開閉弁１６
があり、原料を投入する時だけ開くようになっている。
なお、符号１７は、投入されたガラス原料を示してい
る。

【００１６】また、溶融清澄槽２の上方には、液面レベ
ル計の上下駆動装置２２が設けられていて、溶融ガラス
の液面１８のレベルを測定するために、白金製の接針セ
ンサー１９が、断熱壁の天井部に形成した挿入口２０を
通して、炉内に上下動可能に挿入されている。接針セン
サーの先端（下端）は、下向きの円錐状をしていて、こ
の円錐部分は白金で作られている。接針センサー１９の
最上部は、脱着可能なアーム２１を介して、上下駆動装
置２２に取り付けられていて、この上下駆動装置２２に
より、接針センサー１９が、適当な時間間隔で、上下に
動かされるようになっている。

【００１７】また、符号２３は、接針センサー１９と溶
融清澄槽２との導通の有無を検出するためのリード線
で、一般的には、接針センサー１９が、一番下に降り
て、液面１８に接触した場合に、電気的な導通がなされ
る。なお、上下駆動装置２２は、導通の有無の検出器を
備えていて、導通が検出されない間は、開閉弁１６を開
いて、ガラス原料が投入されるように、開閉弁１６に対
して、その開閉の制御信号を、制御線２４を通して、送
るようになっている。

【００１８】特に、本発明では、上下に伸縮できるベロ
ーズ形のスカートが挿入口２０に対して装着される。な
お、図２には、接針センサー１９やベローズ２５を下か
ら見た様子が示されている。ベローズ２５は、厚さ：
０．３ｍｍの白金で作られていて、その下端部２６が、
溶接などの手段で、接針センサー１９のロッドの中間に
気密に接続されている。また、この実施の形態では、ベ
ローズの上端部２７は、折り返されていて、４本のピン
２９で、挿入口６０に着脱可能に嵌め込まれる耐火レン
ガ製の円筒状天蓋２８に固定されている。

【００１９】なお、ここでは、下端部２６とベローズ２
５と上端部２７とで、スカート全体を構成している。ま
た、ピン２９の材質は白金であるが、高温でガラスに侵
食されなければ、白金合金や、アルミナ、ジルコニアな
どのセラミックスも、採用することができる。ピン２９
の上部には、ねじ部が設けられていて、これにステンレ
ス系のナット３０を螺合し、締め付けて、天蓋２８下面
にベローズ２５の上端部を固定している。なお、ベロー
ズ２５の上下伸縮可能な距離を、１５ｍｍ以上に設定し
ている。

【００２０】本発明において、接針センサー１９を上下
動させる際に、ベローズ２５を伸縮させることになるの
で、ベローズ２５は、溶融ガラスの温度に近い温度ま
で、昇温された状態で使用されるから、この温度で、接
針センサー１９に対する運動抵抗力が小さい白金を用い
るのがよい。特に、この場合には、ベローズ２５は、弾
性的な変形より、むしろ、塑性変形をして、接針センサ
ー１９の上下動に追従できる構成にするのがよい。実際
の使用に際しては、ベローズ２５の伸縮につれて接針セ
ンサー１９のロッドが曲がってしまったり、天蓋２８が
持上げられてしまうことがないように、ベローズ２５の
可撓性を設定する必要がある。

【００２１】次に、接針センサー１９の着脱について説
明する。組立に際しては、接針センサー１９にはスカー
トが予め溶接されているので、天蓋２８の下方から、そ
の中央の孔に接針センサー１９を挿入する。次に、４本
のピン２９を下方から通して、天蓋２８の上面でナット
３０をピン２９に螺合し、スカートを天蓋２８に固定す
る。この状態で、接針センサー１９を挿入口２０から炉
内に挿入し、天蓋２８を断熱壁の天井部の挿入口６０に
嵌合・固定する。次いで、接針センサー１９をアーム２
１を介して上下駆動装置２２に取付ける。

【００２２】逆に、液面レベル計を解体するには、先
ず、アーム２１から接針センサー１９を外し、その後
は、上述とは逆の順で、解体作業をすればよい。

【００２３】（実施の形態２）なお、実施の形態１で
は、挿入口２０に対して接針センサー１９を挿入するの
に、円筒状天蓋２８を用い、スカートとしてのベローズ
２５が、その上端部２７をピン２９およびナット３０で
天蓋２８に固定しているが、図３に示すように、その上
端部２７を２段に折り曲げて、挿入口６０の上縁に最上
端を載せ、断熱壁の天井部と天蓋４１の縁との間で、挟
持する構造としてもよい。

【００２４】（実施の形態３）また、実施の形態１、２
では、挿入口２０もしくは４３に挿入される可動部材と
して、接針センサー１９を挙げているが、図４に示すよ
うに、流出槽４上方に位置して、配置された攪拌装置の
攪拌翼４４の回転軸４４Ａを、可動部材として、挿入口
６１に挿入する場合にも、本発明のスカートを採用する
ことができる。ここでは、上記スカートとしてのベロー
ズ２５は、その上端部２７を断熱壁側に、また、その下
端部に設けた、上下伸縮可能な環状フロート２６Ａを融
液面に接するように、気密に取り付けている。

【００２５】

【実施例】

（実施例１）次に、前述のシステムを使用して、光学素
子用のガラス原料を溶融する方法を具体的に説明する。
なお、ガラス原料には、室温の比重が３．０５であり、
温度が１３００℃の時に１０^1.5ｄＰａ・ｓ１２００℃の時に１０^1.6ｄＰａ・ｓ１１００℃の時に１０^1.8ｄＰａ・ｓ１０００℃の時に１０^2.2ｄＰａ・ｓ８９０℃の時に１０^2.9ｄＰａ・ｓ６１０℃の時に１０^7.6ｄＰａ・ｓ４９８℃の時に１０¹³ｄＰａ・ｓとなる粘度特性を持ったＢａＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系
のガラスを、一旦ラフメルトしたものを用いた。

【００２６】このガラスには、酸化ホウ素Ｂ₂Ｏ₃が約
１０ｗｔ％、アルカリ（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）の酸化物が合
計で約８ｗｔ％含まれている。また、溶融温度条件とし
て、例えば、溶融清澄槽２を１２８０℃に設定してお
り、流出槽４については、１１００℃に設定した。ま
た、連続溶融・流出の条件であるが、流出パイプ５の温
度を適当に変えることで流出量を変化させることができ
る。本実施例では１６ｇ／分に設定した。

【００２７】また、接針センサーの外径：５ｍｍ、挿入
口２０の内径：１５ｍｍとした。

【００２８】液面レベル計の作動条件であるが、実験開
始時に、接針センサー１９の先端がガラス融液に接触す
る高さを最下端として、接針センサーの先端が上下幅１
０ｍｍの振幅を描くように、３回／分の速さで、上下に
駆動させた。このとき、前述したように、接針センサー
が液面１８に接触せず、導通が検出されない間は、開閉
弁１６が開いて、ガラス原料が投入される。

【００２９】このような操作を行った結果、液面１８の
変動は±０．７ｍｍ以下に収まり、そして、液面の変動
によるガラス流出量の変化も、非常に少なく、実際±
０．４〜０．６ｗｔ％であった。このように挿入口にお
いて、接針センサー１９を上下に動かし続けて、連続溶
融・流出実験を行ったが、例えば、約４００日の間、何
ら支障なく実施できた。

【００３０】また、実験の後、溶融炉の温度を室温に下
げて調べたところ、ベローズ２５が破けていたり、挿入
口の内壁にガラスの揮発成分が析出して詰まるような状
況は見られず、再度、溶融炉の温度を上げて、連続溶融
・流出実験を行うことが可能であった。

【００３１】なお、本発明の具体的な実施に際しては、
液面レベル計の接針センサーを上下動させる運転条件や
ガラスの溶融温度は、上述の実施例の条件に限られるわ
けでなく、ガラス流出条件についても、適当に変えるこ
とに何ら差し支えはない。

【００３２】これに対して、従来の方法による比較実験
も行った。それには図５に示すように、可動部材に対す
るスカートとして、ベローズを用いることをせず、接針
センサーを挿入する挿入口５０（内径：１５ｍｍ）を通
して、炉内雰囲気が炉外へ漏出できる構成とし、それ以
外、投入・溶融・流出条件や、接針センサーの駆動条件
は、前述の実施例と同様とした。

【００３３】この結果、ガラスの連続溶融・流出を開始
して約５０日が経過すると、接針センサー１９の挿入口
５０に、図示のように、溶融ガラスからの揮発成分の析
出物５１が堆積して、これが接針センサー１９の動きを
鈍くし、液面１８の変動が±０．７ｍｍを越えるように
なって、ガラスの流出量の変化も±０．６ｗｔ％を大き
く越えてしまった。そして、最後には、析出物５１が挿
入口５０をほぼ埋めて、接針センサー１９が動かなくな
り、それ以上のガラスの連続溶融・流出ができなくなっ
た。

【００３４】以上説明したように、ガラス溶融炉におい
て、ガラス融液面の高さを測定するための液面レベル計
の接針センサーを炉内に挿入して、挿入口において、前
記接針センサーを上下に動かしながら、溶融ガラスを調
製する際に、液面レベル計の接針センサーにベローズを
有するスカートを取付けることで、上記挿入口が炉内雰
囲気に曝されないように、炉内雰囲気から遮断すること
ができる。これにより、ガラスの揮発成分が挿入口の内
壁や、前記センサーの挿入口付近に析出することが抑制
されて、長期にわたりメンテナンス頻度が少なく、安定
したガラスの連続溶融・流出が可能となる。

【００３５】（実施例２）本発明の別の実施形態につい
ては、図３に示す実施の形態のものを採用する。ここで
は、接針センサーに溶接されているベローズ（あるいは
スカート）の固定方法が異なるが、それ以外は、ガラス
溶融炉や液面レベル計、ガラス原料投入装置は、基本的
に実施例１で採用した構成と同様なので、説明は省略す
る。

【００３６】白金製のベローズ４０は、厚さ：０．２ｍ
ｍで、伸縮可能な距離は２０ｍｍとした。こうして、実
施例１と同様の、ＢａＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系のガラ
スを、一旦ラフメルトしたものを使用して、連続溶融・
流出実験を行った。

【００３７】液面レベル計の運転は、基本的に実施例１
と同様であるが、この実施例では、接針センサーの先端
が上下幅１０ｍｍの振幅を描くように５回／分の速さ
で、上下に駆動させた。このとき、センサーとガラス融
液面が接触せず、導通が検出されない間は、ガラス原料
が投入されるのも、実施例１と同様である。また、ガラ
ス流出量は２０ｇ／分とした。

【００３８】このような操作を行った結果、ガラス融液
面の変動は±０．６ｍｍ以下に収まり、そして、液面の
変動によるガラス流出量の変化も、非常に少なく、実際
±０．２〜０．５ｗｔ％であった。以上のように、挿入
口において接針センサー１９を上下に動かし続けて、連
続溶融・流出実験を行ったが、約５００日の間、何ら支
障なく実施できた。また、実験の後、溶融炉の温度を室
温に下げた調べたところ、ベローズ４０が破けていた
り、挿入口４３（内径：１５ｍｍ）の内壁にガラスの揮
発成分が析出して詰まるような状況は、見られず、再
度、溶融炉の温度を上げて、連続溶融・流出実験を行う
ことが可能であった。

【００３９】（実施例３）本発明の第３の実施の形態に
ついては、図４に示す装置を採用する。ここでは、スカ
ートとしてのベローズ２５やその上端部２７の固定方
法、更にガラス溶融炉などは、実施例１の構成と基本的
に同様なので、説明は省略する。

【００４０】実施例３では、挿入口６１（内径：３０ｍ
ｍ）に挿入される可動部材として、攪拌装置を採用して
いる。回転軸４４Ａの外径は１５ｍｍである。フロート
２６Ａはドーナツ状をしていて、内径：３０ｍｍ、外
径：１００ｍｍ、高さ：２０ｍｍであり、厚さ：２ｍｍ
の白金の板で作られており、流出層４内のガラス融液面
に接している。

【００４１】こうして、実施例１と同様のガラスを用い
て、連続溶融・流出実験を行った。攪拌装置の回転数は
６０ｒｐｍとした。ガラス原料の投入量とガラス流出量
とは何れも２０ｇ／分とした。

【００４２】このような操作を行った結果、約５００日
経過後も、何ら支障なく攪拌装置の運転を続けることが
できた。そして、挿入口６１の内壁には、ごく僅かのガ
ラス製分の析出物しか見られなかった。これに対して、
本実施例３のようなフロートを有するベローズを使用し
ない従来の場合は、ガラス成分の析出が激しくなり、約
１００日後に析出物と回転軸４４Ａが干渉して、それ以
上の連続運転が不可能であった。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、ガラス
溶融炉において、ガラス融液面の高さを測定するための
液面レベル計の接針センサーや、あるいは、脈理除去の
ための攪拌装置における攪拌翼の回転軸を、可動部材と
して、炉内に挿入して、挿入口において、前記接針セン
サーや回転軸を上下あるいは回転しながら、ガラスを溶
かす場合に、可動部材を囲むように伸縮ベローズを有す
るスカートを設けることで、炉内の雰囲気から挿入口を
遮断し、挿入口が炉内雰囲気に曝されないようにするこ
とにより、ガラスの揮発成分が挿入口の内壁や、前記可
動部材の、挿入口付近の部分に析出することが抑制され
て、長期にわたり、メンテナンスが不要となり、安定し
たガラスの連続溶融・流出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、第１の実施の形態を示す概略構成図
である。

【図２】同じく、接針センサーやベローズを下方から見
た部分図である。

【図３】本発明の、第２の実施の形態を示す概略構成図
である。

【図４】本発明の、第３の実施の形態を示す一部概略構
成図である。

【図５】従来例の構成説明図である。

【符号の説明】

１ガラス溶融炉２溶融清澄槽３接続パイプ４流出槽５流出パイプ６取り出し口７ヒーター８流出ガラス９ヒーター１０ヒーター１１ヒーター１２ヒーター１３ガラス融液１４原料投入パイプ１５ホッパー１６開閉弁１７投入されたガラス原料１８ガラスの液面（融液面）１９接針センサー２０挿入口２１アーム２２上下駆動装置２３導通の有無を検出するリード線２４制御線２５ベローズ２６下端部２６Ａフロート２７上端部（折り返し部）２８天蓋２９ピン３０ナット４０ベローズ４１天蓋４２断熱壁４３挿入口４４攪拌翼４４Ａ回転軸６０、６１挿入口５０挿入口５１ガラスからの揮発成分

フロントページの続き (72)発明者執行勇東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断熱壁によって囲まれたガラス溶融炉内
にて、供給されたガラス原料を溶融し、所要温度の溶融
ガラスを生成して、これを流出ノズルを介して流出させ
るようにしたガラス溶融装置において、融液面より上
で、上記断熱壁を貫通してガラス溶融炉内に突出する可
動部材に対して、その貫通孔を閉塞するように、上記可
動部材を囲むスカートを設け、融液面上の空間を遮断し
たことを特徴とするガラス溶融装置。
【請求項２】上記可動部材は、融液面の高さを測定す
るための液面レベル計の接針センサーであり、上記貫通
孔を介して、上下動操作されるものであり、上記スカー
トは、その上端部を断熱壁側に、また、その下端部を上
記接針センサーに気密に取り付けている伸縮ベローズで
あることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融装
置。
【請求項３】上記可動部材は、溶融ガラスの均質化の
ために装備した攪拌翼の回転軸であり、上記スカート
は、その上端部を断熱壁側に、また、その下端部を融液
面に接するように、気密に取り付けている伸縮ベローズ
であることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融装
置。
【請求項４】上記可動部材の１つは、融液面の高さを
測定するための液面レベル計の接針センサーであり、上
記貫通孔を介して、上下動操作されるものであり、上記
スカートの１つは、その上端部を断熱壁側に、また、そ
の下端部を上記接針センサーに気密に取り付けている伸
縮ベローズであり、上記可動部材の他のものは、溶融ガ
ラスの均質化のために装備した攪拌翼の回転軸であり、
上記スカートの他のものは、その上端部を断熱壁側に、
また、その下端部を融液面に接するように、気密に取り
付けている伸縮ベローズであることを特徴とする請求項
１に記載のガラス溶融装置。