JP2018193268A - ガラス物品の製造方法及び生地漏れ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融炉における溶融ガラスの生地漏れを早期に検出する。【解決手段】ガラス物品の製造方法は、底壁部１ａを貫通して炉内で溶融ガラスＧｍを通電加熱する電極１０と、電極１０を保持した内周面１４ａ及び底壁部１ａに保持された外周面１４ｂを有する筒状の電極ホルダ１４とを備えた溶融炉１で、溶融ガラスＧｍを形成する溶融工程を備える。溶融工程では、電極ホルダ１４の外周面１４ｂに温度検出器２２の測温部２１を配置し、温度検出器２２の出力に基づいて溶融ガラスＧｍの生地漏れの有無を判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、ガラス物品の製造方法及び生地漏れ検出装置に関する。

板ガラスなどのガラス物品の製造方法には、溶融ガラスを得るための溶融工程が含まれる。この溶融工程では、溶融炉の底壁部を貫通して炉内に至る電極の通電加熱によって溶融ガラスを加熱する場合がある。

通電加熱に用いられる電極は、特許文献１に開示されているように、筒状の電極ホルダの内周面に挿入保持された状態で、溶融炉の底壁部に取り付けられる。同文献では、電極ホルダの内部には、水などの冷媒を流すための通路が設けられており、通路を流れる冷媒によって電極が冷却され、電極の劣化を低減する構成とされている。

特開２０１２−２２９１５３号公報

溶融工程では、溶融ガラスと接している底壁部も加熱される。底壁部を構成する耐火煉瓦は、加熱されると電気抵抗が低下し、通電加熱時に電極と耐火煉瓦との間でスパークが生じる場合がある。このようなスパークが生じると、底壁部や電極ホルダが溶損しやすくなる。従って、通電加熱を継続している間に、溶損部分から溶融ガラスの生地漏れが発生するおそれがある。

本発明は、溶融炉における溶融ガラスの生地漏れを早期に検出することを課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、底壁部を貫通して炉内で溶融ガラスを通電加熱する電極と、電極を保持した内周面および底壁部に保持された外周面を有する筒状の電極ホルダとを備えた溶融炉で、溶融ガラスを形成する溶融工程を備えるガラス物品の製造方法において、電極と底壁部との間に温度検出器の測温部を配置し、温度検出器の出力に基づいて溶融ガラスの生地漏れの有無を判定することを特徴とする。電極ホルダや底壁部から溶融ガラスの生地漏れが生じると、電極ホルダ周辺の温度が急激に上昇する。従って、電極と底壁部との間に温度検出器の測温部を配置すれば、溶融ガラスの生地漏れが生じたときに温度検出器の出力変化（検出温度の上昇など）がすぐに現れるので、その出力に基づいて溶融ガラスの生地漏れを早期に検出することができる。

上記の構成において、温度検出器の測温部が、電極ホルダの外周面に配置されていることが好ましい。溶融ガラスの生地漏れは、底壁部の溶損によって、電極ホルダの外周面と底壁部との間で生じる場合が多い。従って、温度検出器を電極ホルダの外周面に配置すれば、溶融ガラスの生地漏れの早期検出に非常に有効である。

この場合、電極ホルダが、冷却層を有する第一部分と、第一部分の炉内側に配置され、第一部分によって冷却される中実構造の第二部分とを備え、温度検出器の測温部が、第二部分の外周面に配置されていることが好ましい。このようにすれば、温度検出器の測温部を炉内に近接して配置することができるので、溶融ガラスの生地漏れの早期検出に非常に有効である。

上記の構成において、温度検出器の検出温度又は検出温度から抽出される温度変化の特徴量が所定のしきい値を超えた場合に、生地漏れがあると判定するようにしてもよい。このようにすれば、溶融ガラスの生地漏れの判定基準を数値化できるので、生地漏れの自動検出が容易となる。

上記の構成において、生地漏れがあると判定した場合に、電極の通電を停止することが好ましい。このようにすれば、生地漏れの原因となっている底壁部や電極ホルダの溶損部分が拡大するのを防止することができる。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、底壁部を貫通して炉内で溶融ガラスを通電加熱する電極と、電極を保持した内周面および底壁部に保持された外周面を有する筒状の電極ホルダとを備えた溶融炉で、溶融ガラスの生地漏れを検出する生地漏れ検出装置であって、電極と底壁部との間に測温部を有する温度検出器と、温度検出器の出力に基づいて溶融ガラスの生地漏れの有無を判定する判定器とを備えることを特徴とする。このような構成によれば、上記の対応する構成と同様の効果を享受することができる。

以上のような本発明によれば、溶融炉における溶融ガラスの生地漏れを早期に検出することができる。

ガラス物品の製造装置を示す側面図である。 図１のガラス物品の製造装置の溶融炉を示す断面図である。 図２の電極周辺を拡大して示す拡大断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 電極ホルダの温度変化と底壁部の温度変化の関係を説明するためのグラフである。

以下、本発明に係るガラス物品の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本製造方法に用いられるガラス物品の製造装置は、上流側から順に、溶融炉１と、清澄室２と、均質化室（攪拌室）３と、ポット４と、成形装置５とを備え、これら各部１〜５が移送管６〜９によって接続されている。ここで、清澄室２などの「室」及び「ポット」という用語には、槽状構造を有するものや、管状構造を有するものが含まれるものとする。

溶融炉１は、溶融ガラスＧｍを得る溶融工程を行うための空間である。

清澄室２は、溶融炉１から供給された溶融ガラスＧｍを清澄剤などの働きによって清澄（泡抜き）する清澄工程を行うための空間である。

均質化室３は、清澄された溶融ガラスＧｍを攪拌翼３ａにより攪拌し、均一化する均質化工程を行うための空間である。

ポット４は、溶融ガラスＧｍを成形に適した状態（例えば粘度）に調整する状態調整工程を行うための空間である。なお、ポット４は省略してもよい。

成形装置５は、溶融ガラスＧｍを所望の形状に成形する成形工程を行うためのものである。本実施形態では、成形装置５は、オーバーフローダウンドロー法によって溶融ガラスＧｍを板状に成形し、ガラス物品としてのガラス板を製造する。

成形装置５は、断面形状（紙面と直交する断面形状）が略楔形状をなし、成形装置５の上部にオーバーフロー溝（不図示）が形成されている。移送管９によって溶融ガラスＧｍをオーバーフロー溝に供給した後、溶融ガラスＧｍをオーバーフロー溝から溢れ出させて、成形装置５の両側の側壁面（紙面の表裏面側に位置する側面）に沿って流下させる。そして、その流下させた溶融ガラスＧｍを側壁面の下頂部で融合させ、板状に成形する。成形された板ガラスは、例えば、厚みが０．０１〜１０ｍｍ（好ましくは０．１〜３ｍｍ）であって、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ、有機ＥＬ照明、太陽電池などの基板や保護カバーに利用される。なお、成形装置５は、スロットダウンドロー法やリドロー法などの他のダウンドロー法や、フロート法を実行するものであってもよい。

移送管６〜９は、例えば白金又は白金合金からなる円筒管で構成されており、溶融ガラスＧｍを横方向（略水平方向）に移送する。移送管６〜９は、必要に応じて通電加熱される。

図２に示すように、本実施形態では、溶融炉１は、通電加熱を含む加熱によって、ガラス原料（カレットを含んでもよい）Ｇｒを溶融して溶融ガラスＧｍを形成する電気溶融炉である。溶融炉１は、耐火煉瓦（例えば、ジルコニア系電鋳煉瓦やアルミナ系電鋳煉瓦、アルミナ・ジルコニア系電鋳煉瓦、ＡＺＳ（Ａｌ−Ｚｒ−Ｓｉ）系電鋳煉瓦、デンス焼成煉瓦など）で構成された壁部によって炉内の溶融空間を区画形成する。

溶融炉１の底壁部１ａには、通電加熱のために、溶融ガラスＧｍに浸漬された状態で複数の電極１０が設けられている。溶融炉１内には、電極１０以外の他の加熱手段が設けられておらず、電極１０の通電加熱（電気エネルギー）のみでガラス原料Ｇｒを溶融（全電気溶融）するようになっている。電極１０は、例えば、棒状のモリブデン（Ｍｏ）から形成される。なお、溶融炉１は、全電気溶融に限らず、ガス燃焼と電気加熱を併用してガラス原料Ｇｒを溶融するものであってもよい。ガス燃焼と電気加熱を併用する場合、溶融炉１の上部に複数のガスバーナーが設けられる。

本実施形態では、溶融炉１は、ガラス原料Ｇｒの溶融空間が一つだけのシングルメルターであるが、複数の溶融空間を連ねたマルチメルターであってもよい。

溶融炉１には、原料供給手段としてのスクリューフィーダ１１が設けられている。スクリューフィーダ１１は、溶融ガラスＧｍの液面Ｇｍ１の一部にガラス原料（固体原料）Ｇｒに覆われていない部分が形成されるようにガラス原料Ｇｒを順次供給する。すなわち、溶融炉１は、いわゆるセミホットトップタイプである。なお、溶融炉１は、溶融ガラスＧｍの液面Ｇｍ１の全部がガラス原料Ｇｒに覆われた、いわゆるコールドトップタイプでもよい。また、原料供給手段は、振動フィーダなどであってもよい。

溶融炉１には、溶融炉１内の気体を外部に排出するための気体排出路としての煙道１２が設けられている。煙道１２内には、気体を外部に送るためのファン１２ａが設けられている。ファン１２ａは設置しなくてもよい。なお、本実施形態では、溶融炉１内の気体は空気であるが、これに限定されない。

図３及び図４に示すように、溶融炉１の底壁部１ａに設けられた電極１０は、底壁部１ａを上下方向に沿って貫通して炉内に至っている。ここで、「上下方向に沿う」とは、鉛直方向から僅かに傾斜した場合も含む意味である。

電極１０の外周面１０ａは、筒状の電極ホルダ１４の内周面１４ａに保持されている。電極ホルダ１４の外周面１４ｂは、その上下方向全域で溶融炉１の底壁部１ａと密着した状態で、底壁部１ａに設けられた保持穴１３の内周面１３ａに保持されている。電極ホルダ１４の上端面１４ｃは、炉内の溶融状態にある溶融ガラスＧｍと接触している。

電極ホルダ１４は、例えば、鉄材（例えばステンレス鋼）などの金属で形成される。

電極ホルダ１４は、下方側（炉外側）に設けられた補助冷却部（第一部分）１５と、上方側（炉内側）に設けられた主冷却部（第二部分）１６とを備え、主冷却部１６が補助冷却部１５によって冷却される。

補助冷却部１５は、水などの冷媒が流れる冷却層１７と、冷却層１７の外径側に配置された断熱層１８とを内部に備える。本実施形態では、冷却層１７及び断熱層１８は内部空間を有する。

冷却層１７の内部空間には、水などの冷媒が充満する。冷媒は、図示しない供給管によって冷却層１７に供給されると共に、図示しない排出管によって冷却層１７から排出される。このような冷媒の給排により、冷却層１７の冷却効果が発揮される。なお、冷媒は、水などの液体に代えて、空気などの気体を用いてもよいし、液体を気体中に含む混合体であってもよい。

断熱層１８の内部空間は空洞であり、空気層とされている。このような空気層により、断熱層１８の断熱効果が発揮される。なお、断熱層１８の内部空間は、断熱層１８の下端部で炉外と連通していてもよい。断熱層１８の内部空間に、グラスウールやセラミックウールなどの断熱材を配置してもよい。断熱層１８は省略してもよい。

本実施形態では、断熱層１８の上端１８ａは、冷却層１７の上端１７ａと同じ高さに位置する。また、断熱層１８の下端１８ｂは、冷却層１７の下端１７ｂよりも下方に位置する。なお、断熱層１８と冷却層１７の上下方向の位置関係は、これに限定されず適宜調整することができる。

主冷却部１６は、冷却層１７及び断熱層１８を有さない中実構造である。すなわち、主冷却部１６は、内部空間を有さない。

主冷却部１６による冷却効果を向上させる観点では、主冷却部１６の上下方向の寸法Ｌ１が、電極ホルダ１４の上下方向の寸法Ｌ２の５０％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。また、電極ホルダの耐用期間を向上させる観点では、主冷却部１６の上下方向の寸法Ｌ１が、電極ホルダ１４の上下方向の寸法Ｌ２の２０％以上であることが好ましい。

溶融炉１には、生地漏れ検出装置２０が設けられている。生地漏れ検出装置２０は、電極１０の外周面１０ａと底壁部１ａの保持穴１３の内周面１３ａとの間に配置された測温部２１を有する温度検出器２２と、温度検出器２２の出力に基づいて溶融ガラスＧｍの生地漏れの有無を判定する判定器（不図示）とを備える。

温度検出器２２は、先端部に測温部２１を有する熱電対２３を備える。熱電対２３は、電極ホルダ１４の外周面１４ｂに上下方向に沿って形成された凹溝２４内に収容されている。これにより、温度検出器２２において、測温部２１の温度、すなわち電極ホルダ１４の周辺温度が検出される構成とされている。なお、測温部２１は、温度を測定可能な部位を意味するものであり、熱電対２３に設けられたものに限定されない。

本実施形態では、電極ホルダ１４の外周面１４ｂにおける周方向の一個所のみに測温部２１を配置しているが、電極ホルダ１４の外周面１４ｂにおける周方向の複数個所に測温部２１を配置してもよい。

測温部２１は、電極ホルダ１４の外周面１４ｂのうち、主冷却部１６の外周面に対応する位置に配置されている。凹溝２４の上端は、炉内に至る直前で閉塞されており、凹溝２４に収容された測温部２１は、底壁部１ａや電極ホルダ１４に大きな溶損がない通常状態では、溶融ガラスＧｍと直接接触しないようになっている。

判定部（不図示）は、温度検出器２２から出力される検出温度が、所定のしきい値（例えば、８００℃）を超えた場合に、溶融ガラスＧｍの生地漏れが発生したと判定するように構成されている。

判定部は、溶融ガラスＧｍの生地漏れが発生したと判定したときに、電極１０への通電を停止する停止信号を、電極１０の電源（不図示）に対して出力することが好ましい。

次に、以上のように構成された製造装置によるガラス物品の製造方法を説明する。

本製造方法は、上述のように、溶融工程と、清澄工程と、均質化工程と、状態調整工程と、成形工程とを備える。なお、清澄工程、均質化工程、状態調整工程及び成形工程は上述の製造装置の構成に併せて説明した通りであるので、以下では溶融工程について詳述する。

溶融工程では、電極ホルダ１４によって保持された電極１０によって、ガラス原料Ｇｒ及び溶融ガラスＧｍを通電加熱する。この際、電極１０は、補助冷却部１５の冷却層１７及びこの冷却層１７によって冷却された主冷却部１６によって冷却される。従って、電極１０のうちで溶融ガラスＧｍに浸漬されている部分から残りの部分への熱伝導を低減することができ、電極１０の残りの部分を低温（例えば６００℃未満）に維持できる。このため、モリブデンの昇華等による電極１０の損耗を防止できる。

また、電極ホルダ１４の補助冷却部１５は、冷却層１７の外径側に断熱層１８を有するため、冷却層１７によって底壁部１ａが過度に冷却されるのを、断熱層１８によって防止することができる。一方、電極ホルダ１４の外周面１４ｂが、断熱層１８よりも上方位置で溶融炉１の底壁部１ａと密着しているため、炉内側の底壁部１ａの上方部分は、断熱層１８の影響を受けずに部分的に冷却されやすくなる。従って、底壁部１ａ全体が過度に冷却されて溶融炉１内の加熱効率が悪化するのを抑制しつつ、通電時にスパークが生じやすい底壁部１ａの上方部分を適正に冷却することができる。

さらに、溶融工程では、生地漏れ検出装置２０によって、溶融炉１における溶融ガラスＧｍの生地漏れが検出される。詳細には、電極ホルダ１４の外周面１４ｂに測温部２１を有する温度検出器２２の出力に基づいて、判定部が溶融ガラスＧｍの生地漏れの有無を判定する。測温部２１が配置された電極ホルダ１４の外周面１４ｂは、溶融ガラスＧｍの生地漏れが生じたときに温度変化がすぐに現れるので、判定部において、温度検出器２２の出力に基づいて溶融ガラスＧｍの生地漏れを早期に検出することができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、温度検出器２２の検出温度が所定のしきい値を超えた場合に、判定部が溶融ガラスＧｍの生地漏れがあると判定する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、判定部は、温度検出器２２で検出される電極ホルダ１４周辺の温度から、所定時間内の温度変化量又は昇温速度（温度を時間で微分した微分値）を求め、これら温度変化の特徴量から溶融ガラスＧｍの生地漏れの有無を判定するようにしてもよい。

また、温度検出器２２を複数の電極ホルダ１４に設け、判定部が、各温度検出器２２で検出される各電極ホルダ１４の周辺温度に基づいて、溶融ガラスＧｍの生地漏れの有無を判定するようにしてもよい。すなわち、複数の電極ホルダ１４の周辺で同時に溶融ガラスＧｍの生地漏れが発生することは稀であるため、複数の電極ホルダ１４の周辺温度を互いに比較すれば、生地漏れが発生している部分に対応する温度だけが高くなる傾向が得られる。従って、溶融ガラスＧｍの生地漏れを正確に判定することができる。

さらに、図５に示すように、測温部２１の温度、すなわち電極ホルダ１４周辺の温度の変化態様（上方のグラフを参照）は、溶融ガラスＧｍの生地漏れがない状態では、電極ホルダ１４が設けられていない位置（電極ホルダ１４周辺以外の位置）で測定される底壁部１ａの温度の変化態様（下方のグラフを参照）と同じ傾向を示す。換言すれば、底壁部１ａの温度が減少傾向であれば電極ホルダ１４周辺の温度も減少傾向を示し、底壁部１ａの温度が増加傾向であれば電極ホルダ１４周辺の温度も増加傾向を示す。これに対し、溶融ガラスＧｍの生地漏れが発生した場合には、底壁部１ａの温度に大きな変化がなくても、電極ホルダ１４の周辺温度が一点鎖線Ｘで示すように急激に上昇する。例えば、底壁部１ａの温度が１４００℃程度を維持したまま、電極ホルダ１４の周辺温度が４００℃程度から８００℃程度まで急激に上昇する。従って、判定部が、温度検出器２２で検出される電極ホルダ１４の周辺温度と、電極ホルダ１４が設けられていない位置における底壁部１ａの温度とに基づいて、溶融ガラスＧｍの生地漏れの有無を判定するようにしてもよい。このようにすれば、溶融ガラスＧｍの生地漏れをより正確に判定することができる。

上記の実施形態では、電極ホルダ１４の外周面１４ｂに温度検出器２２の測温部２１を配置する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、測温部２１は電極ホルダ１４の内部又は内周面１４ａに配置してもよい。また、電極ホルダ１４の内周面１４ａと電極１０の外周面１０ａとの間や、電極ホルダ１４の外周面１４ｂと底壁部１ａの保持穴１３の内周面１３ａとの間に、断熱等を目的とする空間（隙間）がある場合には、その空間に測温部２１を配置してもよい。

上記の実施形態では、電極ホルダ１４の外周面１４ｂは、その上下方向全域で溶融炉１の底壁部１ａと密着しているが、電極ホルダ１４の外周面１４ｂは、少なくとも断熱層１８よりも上方位置で溶融炉１の底壁部１ａと密着していればよい。すなわち、主冷却部１６の外周面の領域のみが溶融炉１の底壁部１ａと密着していてもよい。あるいは、電極ホルダ１４の外周面１４ｂのうちの主冷却部１６の領域と共に、補助冷却部１５の領域の上部が、溶融炉１の底壁部１ａと密着してもよい。

上記の実施形態では、成形装置５で成形されるガラス物品が板ガラスである場合を説明したが、これに限定されない。例えば、成形装置５で成形されるガラス物品は、例えば、光学ガラス部品、ガラス管、ガラスブロック、ガラス繊維などであってもよいし、任意の形状であってよい。

１ 溶融炉
１ａ 底壁部
２ 清澄室
３ 均質化室
３ａ 攪拌翼
４ ポット
５ 成形装置
６〜９ 移送管
１０ 電極
１１ スクリューフィーダ
１２ 煙道
１３ 保持穴
１４ 電極ホルダ
１４ａ 内周面
１４ｂ 外周面
１５ 補助冷却部
１６ 主冷却部
１７ 冷却層
１８ 断熱層
２０ 生地漏れ検出装置
２１ 測温部
２２ 温度検出器
２３ 熱電対
２４ 凹溝
Ｇｍ 溶融ガラス
Ｇｒ ガラス原料

Claims (6)

1. 底壁部を貫通して炉内で溶融ガラスを通電加熱する電極と、前記電極を保持した内周面および前記底壁部に保持された外周面を有する筒状の電極ホルダとを備えた溶融炉で、溶融ガラスを形成する溶融工程を備えるガラス物品の製造方法において、
   前記電極と前記底壁部との間に温度検出器の測温部を配置し、
   前記温度検出器の出力に基づいて前記溶融ガラスの生地漏れの有無を判定することを特徴とするガラス物品の製造方法。
2. 前記温度検出器の前記測温部が、前記電極ホルダの外周面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の製造方法。
3. 前記電極ホルダが、冷却層を有する第一部分と、前記第一部分の炉内側に配置され、前記第一部分によって冷却される中実構造の第二部分とを備え、
   前記温度検出器の前記測温部が、前記第二部分の外周面に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のガラス物品の製造方法。
4. 前記温度検出器の検出温度又は前記検出温度から抽出される温度変化の特徴量が所定のしきい値を超えた場合に、前記生地漏れがあると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス物品の製造方法。
5. 前記生地漏れがあると判定した場合に、前記電極の通電を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス物品の製造方法。
6. 底壁部を貫通して炉内で溶融ガラスを通電加熱する電極と、前記電極を保持した内周面および前記底壁部に保持された外周面を有する筒状の電極ホルダとを備えた溶融炉で、前記溶融ガラスの生地漏れを検出する生地漏れ検出装置であって、
   前記電極と前記底壁部との間に測温部を有する温度検出器と、
   前記温度検出器の出力に基づいて前記溶融ガラスの生地漏れの有無を判定する判定器とを備えることを特徴とする生地漏れ検出装置。
   

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