(57)【要約】  紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入を効果的に低減する。  ガラス繊維製造用ガラス溶融装置１０は、減圧雰囲気に晒される第一ガラス溶融槽１２と、第一ガラス溶融槽１２の下方に配置される第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６と、第二ガラス溶融槽１４で溶融された溶融ガラスを上昇させて第一ガラス溶融槽１２に送る上昇導管１８と、第一ガラス溶融槽１２から溶融ガラスを下降させて第三ガラス溶融槽１６に送る下降導管２０と、減圧ハウジング２２と、ブッシング２４と、を備えており、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管１８、下降導管２０及びブッシング２４のそれぞれを独立して加熱する加熱手段を備えている。
2010104036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引装置により減圧雰囲気に晒される第１のガラス溶融槽と、
前記第１のガラス溶融槽から下方に延びる第１の導管部及び第２の導管部と、
前記第１の導管部及び前記第２の導管部を一体的に覆う断熱ハウジングと、
前記第１の導管部の下方に設けられ大気圧雰囲気に晒される第２のガラス溶融槽と、
前記第２の導管部の下方に設けられ大気圧雰囲気に晒される第３のガラス溶融槽と、
前記第３のガラス溶融槽の底部に設けられ多数のノズルを有するブッシングと、
前記第１の導管部及び前記第２の導管部の少なくとも何れか一方、前記第１のガラス溶融槽、前記第２のガラス溶融槽、前記第３のガラス溶融槽、前記ブッシングをそれぞれ独立して加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とするガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項２】
前記断熱ハウジング内は、吸引手段により減圧されることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記第１の導管部及び前記第２の導管部の少なくとも何れか一方の上部と下部とに電極部を備え、前記電極部を通電加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項４】
前記第１の導管及び前記第２の導管の少なくとも何れか一方の下部には、分岐して上方に向けて延びる導管分岐部が形成されており、
前記加熱手段は、前記第１の導管部及び前記第２の導管部の少なくとも何れか一方の上部または前記第１の溶融槽と、前記導管分岐部とに電極部を備え、前記電極部を通電加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項５】
前記第１の導管部と前記第２の導管部とは、少なくとも一部が一体的に構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項６】
前記第１の導管部及び前記第２の導管部は二重管構造を形成しており、前記第１の導管部及び前記第２の導管部の何れか一方が前記第１の導管部及び前記第２の導管部の何れか他方の内部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項７】
前記第１の導管部は、二重管構造の外側に配置されており、
前記第２の導管部は、二重管構造の内側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項８】
前記第１の導管部と前記第２の導管部とが一体的に接合されていることを特徴とする請求項５に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項９】
１本の導管内に間仕切壁を形成することで、前記導管内に前記第１の導管部及び前記第２の導管部を形成することを特徴とする請求項８に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項１０】
前記第１のガラス溶融槽には、前記第１のガラス溶融槽の底部に開口が形成されて溶融ガラスの上部を仕切る上部仕切板と、溶融ガラスの液面付近に開口が形成されて前記第１のガラス溶融槽の底部を仕切る下部仕切板との、少なくとも何れか一方が設けられていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載のガラス繊維製造用ガラス溶融装置を用いたガラス繊維の製造方法であって、
前記第１のガラス溶融槽を減圧雰囲気に晒して、前記第２のガラス溶融槽でガラス原料が溶融された溶融ガラスを、前記第１の導管部から前記第１のガラス溶融槽に導入するとともに、前記第２の導管部から前記第３のガラス溶融槽に導入し、
前記第１の導管部及び前記第２の導管部の少なくとも何れか一方、前記第１のガラス溶融槽、前記第２のガラス溶融槽、前記第３のガラス溶融槽、前記ブッシングをそれぞれ独立して加熱し、
前記ブッシングの前記ノズルからガラス繊維を紡糸することを特徴とするガラス繊維の製造方法。
【請求項１２】
前記第１のガラス溶融槽の溶融ガラス液面が、前記第２のガラス溶融槽及び前記第３のガラス溶融槽の溶融ガラス液面よりも２５０ｃｍ以上高くすることを特徴とする請求項１１に記載のガラス繊維の製造方法。
【請求項１３】
前記第２のガラス溶融槽の溶融ガラス液面の面積と前記第３のガラス溶融槽の溶融ガラス液面の面積との和が、前記第１のガラス溶融槽の溶融ガラス液面の面積の１０倍以上とすることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のガラス繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス繊維を紡糸するためにガラス原料を溶融するガラス繊維製造用ガラス溶融装置及びこれを用いたガラス繊維の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融ガラスを繊維化して複数のガラス繊維とし、これを集束してガラス繊維糸として紡糸するガラス繊維の製造における代表的な溶融方法として、ダイレクトメルト法とマーブルメルト法がある。ダイレクトメルト法は、ガラス原料である各種鉱物質の粉末や粒状物を配合して溶融炉に投入し、これを溶融して溶融ガラスとする方式である。一方、マーブルメルト法は、溶融ガラスを固めたマーブルと称されるガラス塊を溶融炉で再溶融し、溶融ガラスとする方式である（例えば、特許文献１）。【０００３】
このようにガラス繊維の紡糸においては、鉱物質のガラス原料を溶融することになるが、溶融時に発生する気泡が問題となる。発生する気泡としては、溶融炉への原料投入時の抱き込み泡による気泡、原料に含まれる揮発成分（炭酸塩、硫酸塩、酸化物）による気泡、溶融炉のジルコニアレンガとの界面から発生する気泡、溶融炉の白金との反応により発生する気泡などが挙げられる。【０００４】
これら気泡の存在により、その後の紡糸に当たってガラス繊維中に気泡が存在してしまうと、ガラス繊維糸の紡糸時に切断のトラブルが生じたり、紡糸されたガラス繊維糸を補強材とする成形品の機械的強度や電気絶縁性などの低下を招いたりするおそれがある。【０００５】
そこで、ガラス原料に清澄剤を添加したり、特許文献１のように溶融炉の流出口にバルブを装着したりして、気泡を減少させている。【０００６】
また、特許文献２のように予備溶融槽でガラスを溶融し、減圧雰囲気下の溶融槽に溶融ガラスを導入することで、溶融ガラスに内在する泡径を増大させ、浮力を増大させることで脱泡する技術が提案されている。【０００７】
更に、特許文献３，４のように溶融ガラスを上昇管により減圧下の溶融槽に導き、減圧下の溶融槽で脱泡を行い、溶融槽から下降管で別の溶融槽に導く過程で溶融ガラスに内在する泡径を増大させ、浮力を増大させることで脱泡する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１９２３７３号公報
【特許文献２】特公平０２−０４２７７７号公報
【特許文献３】特開平０２−２２１１２９号公報
【特許文献４】特開２０００−３０２４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、清澄剤を添加することは環境問題やコスト面から好ましくなく、また特許文献１のように溶融炉の流出口にバルブを装着するものでは、気泡の混入を効果的に低減することができなかった。【００１０】
また、ガラス繊維の製造においては単位時間当たりに紡糸されるガラス重量が小さいため、導管を流れる溶融ガラスの流量は、一般的には５０ｇ／分〜５０００ｇ／分程度となる。【００１１】
このため、特許文献２のように予備溶融槽でガラスを溶融し、減圧下の溶融槽に溶融ガラスを導入する方法では、減圧下の溶融槽の高い減圧力により低粘性の溶融ガラスが予備溶融槽から吸引されるため、導入される溶融ガラスの流量調整が難しく、白金製のニードルバルブや温度調整が可能な導入管で高精度に流量制御することは困難である。【００１２】
一方、特許文献３，４のように溶融ガラスを上昇管により減圧下の溶融槽に導き、減圧下の溶融槽で脱泡を行い、溶融槽から下降管で別の溶融槽に導く方法では、上昇管と下降管とに大量の溶融ガラスを流して、溶融ガラス自体の持込熱量で上昇管と下降管とを加熱しなければ、管の途中で溶融ガラスが冷却されて固化してしまい、装置が停止する危険性がある。すなわち、特許文献３，４に記載の溶融槽は、月産数千トン以上の大量のガラスを溶融する場合に適したものであり、この場合は溶融ガラスの持込熱量で上昇管及び下降管が加熱されるため、内部のガラスを溶融した状態に保つことができる。しかし、ガラス繊維の製造においては、１つの溶融装置で溶融されるガラスは、一般に月産数百トン以下であるため、溶融ガラスの持ち込み熱量で上昇管及び下降管の内部のガラスを溶融した状態に保つことは不可能である。【００１３】
そこで、本発明は、紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入を効果的に低減することができるガラス繊維製造用ガラス溶融装置及びこれを用いたガラス繊維の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置は、吸引装置により減圧雰囲気に晒される第１のガラス溶融槽と、第１のガラス溶融槽から下方に延びる第１の導管部及び第２の導管部と、第１の導管部及び第２の導管部を一体的に覆う断熱ハウジングと、第１の導管部の下方に設けられ大気圧雰囲気に晒される第２のガラス溶融槽と、第２の導管部の下方に設けられ大気圧雰囲気に晒される第３のガラス溶融槽と、第３のガラス溶融槽の底部に設けられ多数のノズルを有するブッシングと、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方、第１のガラス溶融槽、第２のガラス溶融槽、第３のガラス溶融槽、ブッシングをそれぞれ独立して加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする。【００１５】
本発明に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置では、第１の導管部及び第２の導管部を溶融ガラスで充填させた稼動状態にすると、第２のガラス溶融槽の溶融ガラスは、サイフォンの原理により、第１の導管部を上昇して第１のガラス溶融槽に導入され、第２の導管部を下降して第３のガラス溶融槽に導入され、ブッシングからガラス繊維が紡糸される。これにより、第２のガラス溶融槽と第３のガラス溶融槽との溶融ガラス液面の液位が同レベルになるため、第１のガラス溶融槽の雰囲気の気圧変動などによって第１のガラス溶融槽で液位変動が生じても、ブッシングからガラス繊維が紡糸される第３のガラス溶融槽の液位変動を抑制することができる。これにより、第３のガラス溶融槽の壁面と溶融ガラスの接触面からの抱きこみ泡の発生を抑制することができ、紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入を効果的に低減することができる。【００１６】
また、ガラス原料は、大気圧雰囲気に晒される第２のガラス溶融槽に投入することができるため、ブッシングからガラス繊維が紡糸されることにより変化する溶融ガラスの液位を容易に調整することができる。しかも、第１のガラス溶融槽を気密にすることがきるため、第１のガラス溶融槽の雰囲気の気圧変動を抑制することができる。これにより、第３のガラス溶融槽の液位変動を更に抑制することができる。【００１７】
更に、ガラス原料を第２のガラス溶融槽で溶融することで、減圧雰囲気に晒される第１のガラス溶融槽を小さくすることができるため、第１のガラス溶融槽に液位変動が生じても第３のガラス溶融槽の液位変動を更に抑制することができる。しかも、ガラス繊維中の気泡を低減するためには、第１のガラス溶融槽は溶融ガラスを紡糸する紡糸装置の近く、すなわち、第３のガラス溶融槽の近くに配置することが好ましく、第１のガラス溶融槽を小さくすることで、容易にこれを達成することができる。【００１８】
ところで、第１のガラス溶融槽を減圧雰囲気下に晒すためには、第１のガラス溶融槽を第２のガラス溶融槽及び第３のガラス溶融槽から所定の高度差を設ける必要があるため、第１の導管部及び第２の導管部は必然的に長くなる。一方で、単位時間当たりに紡糸されるガラス重量が極めて小さいため、溶融ガラスが第１の導管部及び第２の導管部を通過するのに長時間を要する。このため、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方を加熱すると共に、第１の導管部及び第２の導管部を断熱ハウジングで覆うことで、第１の導管部及び第２の導管部に導入された溶融ガラスが、温度の低下により固形化するのを防止することができる。しかも、この断熱ハウジングにより、第１の導管部と第２の導管部とを一体的に覆うため、断熱ハウジングの構造を簡略化することができ、第１の導管部と第２の導管部とを効率的に加熱保温することができる。【００１９】
なお、上述したように、本発明に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置では、第１の導管部及び第２の導管部での溶融ガラスの流量が極めて小さいため、第１の導管部及び第２の導管部の径を細くすることができ、しかも第１のガラス溶融槽も小さくすることができる。これにより、本発明では、断熱ハウジングにより、第１の導管部と第２の導管部とを一体的に覆うことが可能となる。【００２０】
更に、加熱手段により、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方、第１のガラス溶融槽、第２のガラス溶融槽、第３のガラス溶融槽、ブッシングをそれぞれ独立して加熱することで、各領域で最適な温度条件を与えることができるため、リボイル（再沸騰）による溶融ガラスからの気泡発生を抑制することができる。【００２１】
この場合、断熱ハウジング内は、吸引手段により減圧されることが好ましい。このように、断熱ハウジング内を減圧することで、第１のガラス溶融槽の減圧による第１の導管部及び第２の導管部の座屈が発生し難くなるため、第１の導管部及び第２の導管部の壁厚を薄くすることができる。これにより、例えば、白金などの高価な材料により第１の導管部及び第２の導管部を製造する場合に、特に低コスト化を図ることができる。【００２２】
そして、加熱手段は、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方の上部と下部とに電極部を備え、電極部を通電加熱することとしてもよい。このように、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方の上部と下部とに備えられた電極部を通電加熱することで、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方を全体的に加熱することができるため、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方に導入された溶融ガラスの加熱保温を適切に行うことができる。【００２３】
一方、第１の導管及び第２の導管の少なくとも何れか一方の下部には、分岐して上方に向けて延びる導管分岐部が形成されており、加熱手段は、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方の上部または第１の溶融槽と、導管分岐部とに電極部を備え、電極部を通電加熱することとしてもよい。このように、導管の下部から分岐された導管分岐部に電極部を設けることで、電極部との接続部と導管との間に所定距離をおくことができるため、導管の下端部も安定した設定温度に昇温させることができる。これにより、導管に導入された溶融ガラスを適切に昇温させることができる。【００２４】
また、第１の導管部と第２の導管部とは、少なくとも一部が一体的に構成されていることが好ましい。このように、第１の導管部と第２の導管部とを一体的に構成することで、第１の導管部及び第２の導管部の強度が向上させることができるため、第１の導管部及び第２の導管部の座屈が発生し難くなる。これにより、断熱ハウジング内を大気圧とすることができるため、第１の導管部及び第２の導管部と断熱ハウジングとの厳密なシールが不要となる。これにより、第１の導管部及び第２の導管部と断熱ハウジングとの熱膨張による伸縮差を吸収する機構を特別に設ける必要がなくなるため、第１の導管部及び第２の導管部と断熱ハウジングとの連結部を簡易な構成とすることができる。【００２５】
そして、第１の導管部及び第２の導管部は二重管構造を形成しており、第１の導管部及び第２の導管部の何れか一方が第１の導管部及び第２の導管部の何れか他方の内部に配置されていてもよい。このように、第１の導管部及び第２の導管部を二重管構造とするため、第１の導管部及び第２の導管部の何れか一方を加熱することで、この輻射熱などにより第１の導管部及び第２の導管部の何れか他方を間接的に加熱することができる。これにより、第１の導管部及び第２の導管部の加熱を効率的に行うことができる。しかも、内側の導管部は導管の内外で圧力差が殆ど無いので、内側の導管の壁厚を薄くすることができる。【００２６】
この場合、第１の導管部は、二重管構造の外側に配置されており、第２の導管部は、二重管構造の内側に配置されていることが好ましい。このように構成することで、第１の導管部のみを加熱することで、第２の導管部は第１の導管部の加熱により間接的に加熱されるため、第２の導管部の温度を第１の導管部の温度よりも低くすることが容易にできる。これにより、リボイルによる気泡の発生を抑制することができる。【００２７】
一方、第１の導管部と第２の導管部とが一体的に接合されていてもよい。このように、第１の導管部と第２の導管部とが接合されているため、第１の導管部及び第２の導管部を加熱した場合に、第１の導管部及び第２の導管部が略同一挙動で熱膨張する。このため、第１の導管部と第２の導管部との熱膨張による伸縮差による不具合を防止することができる。【００２８】
この場合、１本の導管内に間仕切壁を形成することで、導管内に第１の導管部及び第２の導管部を形成することが好ましい。このように、１本の導管内に間仕切壁を形成して第１の導管部と第２の導管部とを形成することで、第１の導管部及び第２の導管部を容易に製作することができる。しかも、導管内の間仕切壁によって導管が補強されているので、第１の導管部及び第２の導管部の壁厚を薄くすることができる。換言すると、第１の導管部及び第２の導管部の壁厚を適切に設定すれば、断熱ハウジング内を減圧せずに大気圧としても導管の座屈の発生を抑制することができる。【００２９】
また、第１のガラス溶融槽には、第１のガラス溶融槽の底部に開口が形成されて溶融ガラスの上部を仕切る上部仕切板と、溶融ガラスの液面付近に開口が形成されて第１のガラス溶融槽の底部を仕切る下部仕切板との、少なくとも何れか一方が設けられていることが好ましい。このように、上部仕切板を設けることで、溶融ガラスから除かれて浮上している気泡が溶融ガラスの流れに伴って進行するのを阻害することができるため、この気泡が第２の導管部に流れていくのを防止することができる。一方、下部仕切板を設けることで、溶融ガラスは、下部仕切板を乗り越えないと第２の導管部に流れて行かないため、第１のガラス溶融槽において、溶融ガラスから気泡を除くために十分な滞留時間を確保することができる。しかも、溶融ガラスから除かれた気泡が、第１のガラス溶融槽の底部の早流れに乗って第２の導管部に流れていくのを防止することができる。これらの結果、紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入をより効果的に低減することが可能となる。【００３０】
本発明に係るガラス繊維の製造方法は、上記したガラス繊維製造用ガラス溶融装置を用いたガラス繊維の製造方法であって、第１のガラス溶融槽を減圧雰囲気に晒して、第２のガラス溶融槽でガラス原料が溶融された溶融ガラスを、第１の導管部から第１のガラス溶融槽に導入するとともに、第２の導管部から第３のガラス溶融槽に導入し、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方、第１のガラス溶融槽、第２のガラス溶融槽、第３のガラス溶融槽、ブッシングをそれぞれ独立して加熱し、ブッシングのノズルからガラス繊維を紡糸することを特徴とする。【００３１】
本発明に係るガラス繊維の製造方法によれば、第１のガラス溶融槽を減圧雰囲気に晒して、第２のガラス溶融槽でガラス原料が溶融された溶融ガラスを第１の導管部から第１のガラス溶融槽に導入するとともに、第２の導管部から第３のガラス溶融槽に導入することで、サイフォンの原理により、溶融ガラスが第２のガラス溶融槽から第１のガラス溶融槽を経て第３のガラス溶融槽に導入され、ブッシングからガラス繊維が紡糸される。これにより、第２のガラス溶融槽と第３のガラス溶融槽との溶融ガラス液面の液位が同レベルになるため、第１のガラス溶融槽の雰囲気の気圧変動などによって第１のガラス溶融槽で液位変動が生じても、ブッシングからガラス繊維が紡糸される第３のガラス溶融槽の液位変動を抑制することができる。これにより、第３のガラス溶融槽の壁面と溶融ガラスの接触面からの抱きこみ泡の発生を抑制することができ、紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入を効果的に低減することができる。【００３２】
そして、第１の導管部及び第２の導管部の少なくとも何れか一方、第１のガラス溶融槽、第２のガラス溶融槽、第３のガラス溶融槽、ブッシングをそれぞれ独立して加熱することで、各領域で最適な温度条件を与えることができるため、リボイル（再沸騰）による溶融ガラスからの気泡発生を抑制することができる。【００３３】
この場合、第１のガラス溶融槽の溶融ガラス液面が、第２のガラス溶融槽及び第３のガラス溶融槽の溶融ガラス液面よりも２５０ｃｍ以上高くすることが好ましい。このようにすれば、第１のガラス溶融槽の気圧を大気圧と比べて０．４〜０．９気圧程度以上低くすることができる。そして、この程度の減圧雰囲気下にすれば、溶融ガラス中のガスが連続的に既存の気泡内に拡散して泡径が急激に大きくなるため、大きな脱泡効果を得ることができる。【００３４】
また、第２のガラス溶融槽の溶融ガラス液面の面積と第３のガラス溶融槽の溶融ガラス液面の面積との和が、第１のガラス溶融槽の溶融ガラス液面の面積の１０倍以上とすることが好ましい。このようにすれば、第２のガラス溶融槽の溶融ガラス液面と第３のガラス溶融槽の溶融ガラス液面の液位は同レベルなので、第１のガラス溶融槽の雰囲気の気圧変動などにより、第１のガラス溶融槽での液位変動が生じても、第３のガラス溶融槽の溶融ガラス液面の液位変動を少なくすることができる。これにより、第３のガラス溶融槽の壁面と溶融ガラスの接触面からの抱込み泡の発生を抑制することができる。また、紡糸するガラス繊維の太さの変動を抑制し、ガラス繊維の番手変動による成形品の強度や電気特性のバラツキを抑えることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【図２】導管の下部における導管と減圧ハウジングとの連結の様子を示す図であり、（ａ）は一部破断正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図３】第２の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【図４】図３に示すＩＶ−ＩＶ線端面図である。
【図５】図３に示す第一ガラス溶融槽を詳細に示した透視斜視図である。
【図６】第一ガラス溶融槽内における溶融ガラスの流れを示した図である。
【図７】第３の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【図８】第４の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【図９】第５の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【図１０】図９に示すＸ−Ｘ線端面図である。
【図１１】第６の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【図１２】第一ガラス溶融槽内における溶融ガラスの流れを示した図である。
【図１３】第７の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【図１４】導管の下部における導管と減圧ハウジングとの連結の様子を示す図であり、（ａ）は一部破断正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図１５】一対の電極部に挟まれる上昇導管及び下降導管の温度分布を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照して、本発明に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置及びこれを用いたガラス繊維の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３８】
［第１実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置（以下、「ガラス溶融装置」ともいう。）１０は、第一ガラス溶融槽１２と、第二ガラス溶融槽１４と、第三ガラス溶融槽１６と、上昇導管１８と、下降導管２０と、減圧ハウジング２２と、ブッシング２４と、を備えている。
【００３９】
第一ガラス溶融槽１２は、溶融ガラスを加熱保温するものであり、上方が開口している。
【００４０】
この第一ガラス溶融槽１２は、溶融ガラスを加熱保温するための加熱手段を備えている。この加熱手段は、第一ガラス溶融槽１２の対向する側面に接続された一対の電極部２６と、この電極部２６に電流を供給する電源２８とを備えている。そして、加熱手段は、この電極部２６から通電することにより槽を自己発熱させるものである。自己発熱させる場合は、槽は通電により発熱する材料で少なくとも内壁が形成されていると好ましく、例えば白金や白金合金から構成されていると好ましい。なお、加熱手段は、バーナや電気ヒータなどであってもよい。
【００４１】
第二ガラス溶融槽１４は、第一ガラス溶融槽１２の下方に配置されており、ガラス粉、溶融ガラス、及びガラス塊などのガラス原料を投入して、これらのガラス原料を溶融するものである。そして、第二ガラス溶融槽１４は、上方が開口しており、大気圧雰囲気に晒されている。
【００４２】
この第二ガラス溶融槽１４は、ガラス原料の溶融のための加熱手段を備えている。この加熱手段は、第二ガラス溶融槽１４の上部に配置された電熱線３０と、電熱線３０に電流を供給する電源３２とを備える電気ヒータにより構成されている。なお、加熱手段は、バーナであってもよく、第二ガラス溶融槽１４に接続した電極から通電して槽を自己発熱させるものであってもよい。自己発熱させる場合は、槽は通電により発熱する材料で少なくとも内壁が形成されていると好ましく、例えば白金や白金合金から構成されていると好ましい。
【００４３】
第三ガラス溶融槽１６は、第一ガラス溶融槽１２の下方に配置されており、溶融ガラスを加熱保温するものである。そして、第三ガラス溶融槽１６は、上方が開口しており、大気圧雰囲気に晒されている。
【００４４】
この第三ガラス溶融槽１６は、溶融ガラスの加熱のための加熱手段を備えている。この加熱手段は、第三ガラス溶融槽１６の上部に配置された電熱線３４と、電熱線３４に電流を供給する電源３６とを備える電気ヒータにより構成されている。なお、加熱手段は、バーナであってもよく、第三ガラス溶融槽１６に接続した電極から通電して槽を自己発熱させるものであってもよい。自己発熱させる場合は、槽は通電により発熱する材料で少なくとも内壁が形成されていると好ましく、例えば白金や白金合金から構成されていると好ましい。
【００４５】
そして、第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６は、第二ガラス溶融槽１４の溶融ガラスの液面と第二ガラス溶融槽１４の溶融ガラスの液面とを足し合わせた面積が、第一ガラス溶融槽１２の溶融ガラスの液面の面積に対して１０倍以上となる大きさに形成されるのが好ましい。
【００４６】
上昇導管１８は、第二ガラス溶融槽１４で溶融された溶融ガラスを上昇させて第一ガラス溶融槽１２に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第二ガラス溶融槽１４に向けて下方に延びる細長い円筒状に形成されている。
【００４７】
この上昇導管１８は、溶融ガラスの加熱のための加熱手段を備えている。この加熱手段は、上昇導管１８の上部壁面及び下部壁面に設けた一対のフランジ状の電極部３８と、この電極部３８に電流を供給する電源４０とを備えている。そして、加熱手段は、この電極部３８から通電することにより上昇導管１８を自己発熱させるものである。よって、上昇導管１８は通電により発熱する材料で形成されており、例えば白金や白金合金から構成されている。なお、電極部３８の設置位置は上昇導管１８の上部壁面に換えて、第一ガラス溶融槽１２の壁面としてもよい。この場合、第一ガラス溶融槽１２の加熱手段の障害にならないように、電極部３８は第一ガラス溶融槽１２の底面部や側面部下方に設けることが好ましい。
【００４８】
下降導管２０は、第一ガラス溶融槽１２から溶融ガラスを下降させて第三ガラス溶融槽１６に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第三ガラス溶融槽１６に向けて下方に延びる細長い円筒状に形成されている。
【００４９】
この下降導管２０は、溶融ガラスの加熱のための加熱手段を備えている。この加熱手段は、下降導管２０の上部壁面及び下部壁面に設けた一対のフランジ状の電極部４２と、この電極部４２に電流を供給する電源４４とを備えている。そして、加熱手段は、この電極部４２から通電することにより下降導管２０を自己発熱させるものである。よって、下降導管２０は通電により発熱する材料で形成されており、例えば白金や白金合金から構成されている。なお、電極部４２の設置位置は下降導管２０の上部壁面に換えて、第一ガラス溶融槽１２の壁面としてもよい。この場合、第一ガラス溶融槽１２の加熱手段の障害にならないように、電極部４２は第一ガラス溶融槽１２の底面部や側面部下方に設けることが好ましい。
【００５０】
減圧ハウジング２２は、第一ガラス溶融槽１２、上昇導管１８及び下降導管２０を減圧雰囲気に晒すためのものであり、上昇導管１８及び下降導管２０の下端が突き出た状態で、第一ガラス溶融槽１２、上昇導管１８及び下降導管２０を一体的に気密に覆うものである。減圧ハウジング２２の材質及び構造は、気密性及び強度を有するものであれば特に限定されず、ステンレス等の金属材料から形成されていると好ましい。
【００５１】
この減圧ハウジング２２と、第一ガラス溶融槽１２、上昇導管１８及び下降導管２０との間の空間には、断熱効率を向上させるための断熱材４６が収容されている。この断熱材４６は、減圧ハウジング２２と、第一ガラス溶融槽１２、上昇導管１８及び下降導管２０との間を断熱するものであり、減圧ハウジング２２の温度を耐熱温度以下にするものである。よって、断熱材４６は、減圧ハウジング２２の温度を耐熱温度以下にして長期的に構造が保持される材料で形成されており、例えば、形状保持性や経済性の優れる耐火断熱レンガや、弾性構造を有する弾性断熱材などで構成されるのが好ましい。
【００５２】
ところで、上昇導管１８及び下降導管２０が加熱されると、上昇導管１８及び下降導管２０と減圧ハウジング２２とが熱膨張により伸縮する。しかしながら、上昇導管１８及び下降導管２０と減圧ハウジング２２とは、その熱膨張の違いにより伸縮差が生じる。そこで、減圧ハウジング２２には、上昇導管１８及び下降導管２０と減圧ハウジング２２との熱膨張による伸縮差を吸収する、図示しない伸縮機構が取り付けられている。
【００５３】
この減圧ハウジング２２の側壁には、吸引装置４８に接続された減圧のための吸引口２２ａが設けられている。
【００５４】
吸引装置４８は、減圧ハウジング２２内のガスを真空ポンプにより吸引して減圧ハウジング２２内を減圧雰囲気にするものである。
【００５５】
そして、減圧ハウジング２２は、上昇導管１８及び下降導管２０の下端部において、上昇導管１８及び下降導管２０と連結されている。この連結部は、上昇導管１８及び下降導管２０と減圧ハウジング２２との気密性を確保する気密構造となっており、図示しないＯリングやパッキンなどのシーリング部材が介挿されている。詳細は後述する。
【００５６】
ブッシング２４は、第三ガラス溶融槽１６の底部に設けられている。このブッシング２４は、紡糸のための多数（例えば、１００〜４０００程度）のノズル２４ａを有している。
【００５７】
このブッシング２４は、溶融ガラスの加熱のための加熱手段を備えている。この加熱手段は、ブッシング２４に設けた図示しない電極部と、この電極部に電流を供給する電源５０とを備えている。そして、加熱手段は、この電極部から通電することにより自己発熱させるものである。よって、ブッシング２４は通電により発熱する材料で形成されており、例えば白金や白金合金から構成されている。
【００５８】
そして、上記した第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管１８、下降導管２０及びブッシング２４を加熱する加熱手段のそれぞれは、独立して温度調整可能にしている。
【００５９】
ここで、前述したように、減圧ハウジング２２は上昇導管１８及び下降導管２０をも覆っているため、上昇導管１８及び下降導管２０の下部と減圧ハウジング２２との連結が重要である。そこで本実施形態では、図２に示すように、上昇導管１８及び下降導管２０の下部と減圧ハウジング２２とは、水冷管７４を有するフランジ５８を介して連結されている。なお、図２は、導管の下部における導管と減圧ハウジングとの連結の様子を示す図であり、（ａ）は一部破断正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【００６０】
より詳細には、このフランジ５８は、上昇導管１８及び下降導管２０の下部に一体的に設けられフランジ状に設けられた電極部３８及び電極部４２を挟み込む上フランジ５８ａと下フランジ５８ｂとを有している。なお、電極部３８と電極部４２とは一体となっているが、絶縁体を介在させるなどして、電極部３８と電極部４２とを電気的に分離してもよい。上フランジ５８ａは、ボルト等により減圧ハウジング２２の下端に接続され、電極部３８及び電極部４２を上側から挟み込む。下フランジ５８ｂは、上昇導管１８及び下降導管２０の下端から挿通され、電極部３８及び電極部４２を下側から挟み込む。これら上フランジ５８ａ及び下フランジ５８ｂは環状の部材で例えばステンレス等の金属から形成されており、内側には断熱材４６が配されている。
【００６１】
このように、上フランジ５８ａと下フランジ５８ｂが電極部３８及び電極部４２を上下から挟み込んだ状態で、これらが一体としてボルト等により連結されている。なお、上フランジ５８ａと電極部３８及び電極部４２との間、下フランジ５８ｂと電極部３８及び電極部４２との間には、気密性及び電気絶縁性を確保するためのパッキン８０が設けられている。また、減圧ハウジング２２と上フランジ５８ａとの間には、気密性を確保するためのＯリング９０が設けられている。このようにして、上昇導管１８及び下降導管２０の下部と減圧ハウジング２２との間は、上フランジ５８ａ及び下フランジ５８ｂにより気密に挟み込まれた電極部３８及び電極部４２により、気密性が保持されている。
【００６２】
ここで、電極部３８及び電極部４２は、直接通電により加熱されるため、電極部３８及び電極部４２自体が高温になる。したがって、連結部分での温度は３００℃以上になり、Ｏリング９０やパッキン８０の耐熱温度以上となるおそれがあることから、気密性を保持できなくなるおそれがある。そこで、上フランジ５８ａと下フランジ５８ｂには、図２に示すように、水冷管７４が設けられている。本実施形態では、水冷管７４は、上フランジ５８ａ及び下フランジ５８ｂの肉部を刳り抜いて形成されている。
【００６３】
ただし、水冷は上昇導管１８及び下降導管２０を冷却し、上昇導管１８及び下降導管２０を流れる溶融ガラスの温度を低下させることにもつながるため、水冷管７４の位置は上昇導管１８及び下降導管２０からなるべく離したほうがよい。しかしながら、水冷管７４の位置を上昇導管１８及び下降導管２０から離すことにより減圧ハウジング２２の大型化にもつながるため、上昇導管１８及び下降導管２０からの距離が９０ｍｍ〜２００ｍｍ程度となるように設計するのがよい。また、水冷管７４の断面形状は円形が望ましいが、加工性を考慮すると矩形でもよい。
【００６４】
また、水冷管７４はＯリング９０やパッキン８０を均一に冷却するために、周状に配置することが望ましい。また、水冷管７４はパッキン８０直下、直上に設けることにより、効率的に冷却が行なえる。
【００６５】
なお、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管１８及び下降導管２０は、少なくとも内面が白金または白金合金で形成されていると好ましい。上記説明では、通電加熱の観点からこれら第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管１８、下降導管２０が白金または白金合金で形成してもよい旨を説明したが、異物混入防止の観点からは、少なくとも内面を白金または白金合金で形成することで、耐火断熱レンガでこれらを形成する場合に発生し得る、溶融ガラスとの界面劣化による異物の混入を最小限に抑えることができる。
【００６６】
次に、上記したガラス溶融装置１０を用いたガラス繊維の製造方法について説明する。
【００６７】
まず、ガラス溶融装置１０の稼動を開始する際は、ガラス繊維を製造するガラス繊維の製造工程に先立って、ガラス繊維の製造準備を行うガラス繊維の製造立上げ工程を行う。
【００６８】
このガラス繊維の製造立上げ工程では、まず、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６に、ガラス粉、溶融ガラス、及びガラス塊などのガラス原料を投入する。ガラス粉は、クレー、ライムストーン、ドロマイト、コレマナイト、シリカサンド、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウムなどの粉状の混合物である。溶融ガラスは、この混合物を投入するに先立ち予め溶融させたものである。ガラス塊は、溶融ガラスを一旦冷却固化させたものである。
【００６９】
次に、投入されたガラス原料が溶融するように、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６を加熱する。なお、この際に上昇導管１８及び下降導管２０も加熱する。そして、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６に投入された上記ガラス原料を溶融して、上昇導管１８及び下降導管２０の下端部を溶融ガラスで塞ぐ。その後、吸引装置４８により減圧ハウジング２２内の気圧が大気圧に対して０．４〜０．９気圧低くなるように、減圧ハウジング２２内を減圧する。すると、この減圧ハウジング２２の減圧により、上昇導管１８及び下降導管２０内の溶融ガラスの液面が上昇し、上昇導管１８及び下降導管２０内が溶融ガラスで満たされる。
【００７０】
さらに、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管１８、下降導管２０及びブッシング２４のそれぞれを独立に加熱して、各領域を規定温度に調節する。それぞれの温度は、例えば、第二ガラス溶融槽１４、上昇導管１８、第一ガラス溶融槽１２、下降導管２０、第三ガラス溶融槽１６、ブッシング２４で１２００〜１５００℃の範囲で適宜設定する。
【００７１】
また、吸引装置４８で減圧ハウジング２２内のガスを吸引して、減圧ハウジング２２内を所定の減圧雰囲気に調節する。減圧ハウジング２２内の気圧は、大気圧に対して０．４〜０．９気圧低くする。
【００７２】
そして、溶融ガラスをブッシング２４のノズル２４ａから引き出し、第二ガラス溶融槽１４から上昇導管１８を通して第一ガラス溶融槽１２に溶融ガラスを導入し、更に、第一ガラス溶融槽１２から下降導管２０を通して第三ガラス溶融槽１６に溶融ガラスを導入する。なお、ガラス繊維の製造立上げ工程では、ブッシング２４のノズル２４ａから溶融ガラスを引き出すことなく、単にノズル２４ａから溶融ガラスを垂れ流すだけであってもよい。
【００７３】
そして、ガラス溶融装置１０が規定の温度及び気圧になると、ガラス繊維の製造立上げ工程を終了し、ガラス繊維の製造工程を開始する。
【００７４】
ガラス繊維の製造工程では、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６の溶融ガラス液面の液位が略一定となるように、ブッシング２４から紡糸される溶融ガラスの量分、第二ガラス溶融槽１４にガラス原料を投入する。そして、溶融ガラスの温度が１３５０〜１５５０℃となるように第二ガラス溶融槽１４を加熱して、上記ガラス原料を溶融する。
【００７５】
また、吸引装置４８により減圧ハウジング２２内の気圧が大気圧に対して０．４〜０．９気圧低くなるように、減圧ハウジング２２内を減圧した状態にする。
【００７６】
さらに、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管１８、下降導管２０及びブッシング２４のそれぞれを独立に加熱する。それぞれの温度は、例えば、第二ガラス溶融槽１４で１３５０〜１５５０℃、上昇導管１８で１３００〜１５００℃、第一ガラス溶融槽１２で１３００〜１５００℃、下降導管２０で１２５０〜１４５０℃、第三ガラス溶融槽１６で１２５０〜１４５０℃、ブッシング２４で１２００〜１４００℃の範囲で適宜設定する。
【００７７】
なお、第二ガラス溶融槽１４において、ガラス原料を溶融させ、ある程度清澄させることが好ましい。また、第三ガラス溶融槽１６における溶融ガラスの温度は、第一ガラス溶融槽１２や第二ガラス溶融槽１４における溶融ガラスの温度より低くなるように温度制御することが好ましい。このようにすることにより、リボイルによる気泡の発生を抑制することができる。
【００７８】
そして、第二ガラス溶融槽１４から上昇導管１８を通して第一ガラス溶融槽１２に溶融ガラスを導入し、第一ガラス溶融槽１２において溶融ガラスを減圧雰囲気下に晒して、溶融ガラスの脱泡を行う。その後、第一ガラス溶融槽１２から下降導管２０を通して第三ガラス溶融槽１６に溶融ガラスを導入する。そして、溶融ガラスをブッシング２４のノズル２４ａから図示しない巻取り機により高いテンションで巻き取ることにより、溶融ガラスを紡糸して繊維化する。一のノズル２４ａからの溶融ガラスの吐出流量は、例えば０．０５〜５．０ｇ／分である。
【００７９】
このとき、第一ガラス溶融槽１２の溶融ガラス液面を、第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６の溶融ガラス液面よりも１５０ｃｍ以上高くする。より好ましくは、２３０〜４６０ｃｍとし、その中でも、２５０ｃｍ以上が特に好ましい。このようにすることで、第一ガラス溶融槽１２の気圧を大気圧と比べて０．４〜０．９気圧程度以上低くすることができる。そして、この程度の減圧雰囲気下にすれば、溶融ガラス中のガスが連続的に既存の気泡内に拡散して泡径が急激に大きくなるため、大きな脱泡効果を得ることができる。
【００８０】
また、第一ガラス溶融槽１２が晒される減圧雰囲気、すなわち減圧ハウジング２２内の気圧と大気圧との圧力差（気圧差）が一定になるように、吸引装置４８による吸引量を制御する。このようにすることで、大気圧の微小な変動による溶融ガラスの液面変動を抑えることができる。
【００８１】
更に、第二ガラス溶融槽１４へのガラス原料の投入量は、第三ガラス溶融槽１６の溶融ガラス液面の高さに基づいて、その高さが一定になるように制御する。
【００８２】
また、第二ガラス溶融槽１４の溶融ガラス液面と第三ガラス溶融槽１６の溶融ガラス液面とを足し合わせた面積を、第一ガラス溶融槽１２の溶融ガラス液面の面積の１０倍以上とする。すなわち、各ガラス溶融槽の溶融ガラス液面の面積は、下記の式（１）を満足するようにする。更に好ましくは、下記の式（２）及び式（３）の少なくとも何れか一方を満たすようにすることが好ましい。
（Ｓ２＋Ｓ３）≧Ｓ１×１０          …（１）
Ｓ２≧Ｓ１×１０                    …（２）
Ｓ１×５０≧Ｓ３／Ｎ≧Ｓ１×０．５  …（３）
但し、
Ｓ１：第一ガラス溶融槽１２の溶融ガラス液面の面積（ｃｍ２）
Ｓ２：第二ガラス溶融槽１４の溶融ガラス液面の面積（ｃｍ２）
Ｓ３：第三ガラス溶融槽１６の溶融ガラス液面の面積（ｃｍ２）
Ｎ：第三ガラス溶融槽１６の底部に設けられたブッシング２４の数（個）
式（１）を満足すれば、第三ガラス溶融槽１６の溶融ガラス液面の液位変動が少なくなるため、第三ガラス溶融槽１６の壁面と溶融ガラスの接触面からの抱込み泡の発生を抑制することができ、紡糸するガラス繊維の太さの変動を抑制し、ガラス繊維の番手変動による成形品の強度や電気特性のバラツキを抑えることができる。しかも、第一ガラス溶融槽１２を小型化できる。更に、式（２）を満足すれば、第二ガラス溶融槽１４で清澄がある程度進み、効率よく溶融ガラスから気泡を除去することができる。更に、式（３）を満足すれば、第三ガラス溶融槽での気泡の発生を抑制でき、ガラス繊維中の気泡の発生を十分に抑制することができる。
【００８３】
以上詳述したように、本実施形態のガラス溶融装置１０では、上昇導管１８及び下降導管２０を溶融ガラスで充填させた稼動状態にすると、第二ガラス溶融槽１４で溶融された溶融ガラスは、サイフォンの原理により、上昇導管１８を上昇して第一ガラス溶融槽１２に導入され、下降導管２０を下降して第三ガラス溶融槽１６に導入され、ブッシング２４からガラス繊維が紡糸される。これにより、第二ガラス溶融槽１４と第三ガラス溶融槽１６との溶融ガラス液面の液位が同レベルになるため、第一ガラス溶融槽１２の雰囲気の気圧変動などによって第一ガラス溶融槽１２で液位変動が生じても、ブッシング２４からガラス繊維が紡糸される第三ガラス溶融槽１６の液位変動を抑制することができる。これにより、第三ガラス溶融槽１６の壁面と溶融ガラスの接触面からの抱きこみ泡の発生を抑制することができ、紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入を効果的に低減することができる。
【００８４】
また、ガラス原料は、大気圧雰囲気に晒される第二ガラス溶融槽１４に投入することができるため、ブッシング２４からガラス繊維が紡糸されることにより変化する溶融ガラスの液位を容易に調整することができる。しかも、第一ガラス溶融槽１２を気密にすることができるため、第一ガラス溶融槽１２の雰囲気の気圧変動を抑制することができる。これにより、第三ガラス溶融槽１６の液位変動を更に抑制することができる。
【００８５】
更に、ガラス原料を第二ガラス溶融槽１４で溶融し、ある程度清澄させることで、減圧雰囲気に晒される第一ガラス溶融槽１２を小さくすることができるため、第一ガラス溶融槽１２に液位変動が生じても第三ガラス溶融槽１６の液位変動を更に抑制することができる。しかも、ガラス繊維中の気泡を低減するためには、第一ガラス溶融槽１２は溶融ガラスを紡糸するブッシング２４の近く、すなわち、第三ガラス溶融槽１６の近くに配置することが好ましく、第一ガラス溶融槽１２を小さくすることで、容易にこれを達成することができる。
【００８６】
ところで、第一ガラス溶融槽１２を減圧雰囲気下に晒すためには、第一ガラス溶融槽１２を第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６から所定の高度差を設ける必要があるため、上昇導管１８及び下降導管２０は必然的に長くなる。一方で、単位時間当たりに紡糸されるガラス重量が極めて小さいため、溶融ガラスが上昇導管１８及び下降導管２０を通過するのに長時間を要する。このため、上昇導管１８及び下降導管２０を加熱して減圧ハウジング２２で覆うことで、上昇導管１８及び下降導管２０に導入された溶融ガラスが、温度の低下により固形化するのを防止することができる。しかも、この減圧ハウジング２２により、上昇導管１８及び下降導管２０を一体的に覆うため、減圧ハウジング２２の構造を簡略化することができ、上昇導管１８及び下降導管２０を効率的に加熱保温することができる。
【００８７】
更に、加熱手段により、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管１８及び下降導管２０をそれぞれ独立して加熱することで、各領域で最適な温度条件を与えることができるため、リボイル（再沸騰）による溶融ガラスからの気泡発生を抑制することができる。
【００８８】
また、減圧ハウジング２２内を減圧することで、減圧による上昇導管１８及び下降導管２０の座屈が発生し難くなるため、上昇導管１８及び下降導管２０の壁厚を薄くすることができる。これにより、例えば、白金などの高価な材料により上昇導管１８及び下降導管２０を製造する場合に、特に低コスト化を図ることができる。
【００８９】
また、上昇導管１８及び下降導管２０の上部壁面と下部壁面とに備えられた電極部３８及び電極部４２を通電加熱することで、上昇導管１８及び下降導管２０を全体的に加熱することができる。これにより、上昇導管１８及び下降導管２０に導入された溶融ガラスの加熱保温を適切に行うことができる。
【００９０】
［第２実施形態］
次に、図３〜図５を参照して、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１１０は、基本的に第１の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１０と同じ構成をしている。そして、このガラス繊維製造用ガラス溶融装置１１０は、上昇導管と下降導管とが１本の２重管で構成されている点と、第一ガラス溶融槽１２に仕切板が設けられている点のみ、第１の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１０と相違する。このため、以下では、第１の実施形態と相違する点のみ説明し、第１の実施形態と同じ点の説明を省略する。
【００９１】
図３は、第２の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。図４は、図３に示すＩＶ−ＩＶ線端面図である。図５は、図３に示す第一ガラス溶融槽を詳細に示した透視斜視図である。
【００９２】
図３に示すように、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置１１０は、第一ガラス溶融槽１２と、第二ガラス溶融槽１４と、第三ガラス溶融槽１６と、上昇導管部５２と、下降導管部５４と、減圧ハウジング２２と、ブッシング２４と、を備えている。
【００９３】
上昇導管部５２は、第二ガラス溶融槽１４で溶融された溶融ガラスを上昇させて第一ガラス溶融槽１２に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第二ガラス溶融槽１４に向けて下方に延びている。
【００９４】
下降導管部５４は、第一ガラス溶融槽１２から溶融ガラスを下降させて第三ガラス溶融槽１６に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第三ガラス溶融槽１６に向けて下方に延びている。また、下降導管部５４の上端は、第一ガラス溶融槽１２を貫通しており、第一ガラス溶融槽１２内において溶融ガラス液面よりも高い位置まで突出している。
【００９５】
そして、図３及び図４に示すように、上昇導管部５２と下降導管部５４とは、上昇導管部５２が外側に配置されるとともに下降導管部５４が内側に配置される二重管構造を形成しており、一体的に構成されている。上昇導管部５２及び下降導管部５４は、共に細長い円筒状に形成されている。そして、上昇導管部５２及び下降導管部５４は、二重管構造の状態で一体的に第一ガラス溶融槽１２から下方に延びており、その下端部で、下降導管部５４が上昇導管部５２の外側に飛び出して、上昇導管部５２と下降導管部５４とが分離されている。
【００９６】
また、上昇導管部５２には、その上端部に第一ガラス溶融槽１２と連通される流入連通孔６０が形成されており、下降導管部５４には、その上端部に第一ガラス溶融槽１２と連通される流出連通孔６２が形成されている。このため、上昇導管部５２を上昇した溶融ガラスは、流入連通孔６０から第一ガラス溶融槽１２に流入し、第一ガラス溶融槽１２に導入された溶融ガラスは、流出連通孔６２から下降導管部５４に流出する。
【００９７】
この上昇導管部５２及び下降導管部５４は、溶融ガラスの加熱のための加熱手段を備えている。この加熱手段は、上昇導管部５２の上部壁面及び下部壁面に設けた一対のフランジ状の電極部５６と、この電極部５６に電流を供給する電源４０とを備えている。そして、加熱手段は、この電極部５６から通電することにより上昇導管部５２を自己発熱させるものである。なお、下降導管部５４は、上昇導管部５２の自己発熱により加熱された溶融ガラスにより間接的に加熱されると共に、上昇導管部５２との接合部分からの通電により自己発熱する。よって、上昇導管部５２及び下降導管部５４は通電により発熱する材料で形成されており、例えば白金や白金合金から構成されている。なお、電極部５６の設置位置は上昇導管部５２の上部壁面に換えて、第一ガラス溶融槽１２の壁面としてもよい。この場合、第一ガラス溶融槽１２の加熱手段の障害にならないように、電極部５６は第一ガラス溶融槽１２の底面部や側面部下方に設けることが好ましい。
【００９８】
図５に示すように、第一ガラス溶融槽１２には、仕切板６４と、上部仕切板６６とが設けられている。
【００９９】
仕切板６４及び上部仕切板６６は、それぞれ第一ガラス溶融槽１２内に突出した下降導管部５４と第一ガラス溶融槽１２の壁面とに結合されており、第一ガラス溶融槽１２内を、流入連通孔６０が設けられた領域と、流出連通孔６２が設けられた領域とに仕切るものである。
【０１００】
仕切板６４は、上部仕切板６６よりも流入連通孔６０及び流出連通孔６２に近接した位置に配置されており、溶融ガラスの行き来を遮断するものである。このため、仕切板６４は、第一ガラス溶融槽１２の底面から溶融ガラス液面よりも高い位置まで立設されている。
【０１０１】
上部仕切板６６は、仕切板６４よりも流入連通孔６０及び流出連通孔６２に遠離した位置に配置されており、溶融ガラスの液面付近での通過を遮断して、溶融ガラスの底面付近の通過のみを許可するものである。このため、上部仕切板６６は、第一ガラス溶融槽１２の底面から溶融ガラス液面よりも高い位置まで立設されており、第一ガラス溶融槽１２の底面付近に貫通孔６８が形成されている。
【０１０２】
次に、図６をも参照して、上記したガラス溶融装置１１０を用いたガラス繊維の製造方法について説明する。図６は、第一ガラス溶融槽内における溶融ガラスの流れを示した図である。
【０１０３】
まず、ガラス繊維の製造立上げ工程において、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４及び第三ガラス溶融槽１６に、ガラス原料を投入する。そして、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６及び上昇導管部５２を加熱してガラス原料を溶融し、この溶融したガラスで上昇導管部５２及び下降導管部５４の下端部を塞いだ後、吸引装置４８により減圧ハウジング２２内を減圧して、上昇導管部５２及び下降導管部５４内の溶融ガラスの液面を上昇させ、上昇導管部５２及び下降導管部５４内を溶融ガラスで満たす。
【０１０４】
さらに、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管部５２及びブッシング２４のそれぞれを独立に加熱して、各領域を規定温度に調節する。それぞれの温度は、上述した第１の実施形態と同様に適宜設定すればよい。
【０１０５】
また、吸引装置４８で減圧ハウジング２２内のガスを吸引して、減圧ハウジング２２内を所定の減圧雰囲気に調節する。減圧ハウジング２２内の気圧は、大気圧に対して０．４〜０．９気圧低くする。
【０１０６】
そして、この溶融ガラスをブッシング２４のノズル２４ａから引き出し、第二ガラス溶融槽１４から上昇導管１８を通して第一ガラス溶融槽１２に溶融ガラスを導入し、更に、第一ガラス溶融槽１２から下降導管２０を通して第三ガラス溶融槽１６に溶融ガラスを導入する。なお、ガラス繊維の製造立上げ工程では、ブッシング２４のノズル２４ａから溶融ガラスを引き出すことなく、単にノズル２４ａから溶融ガラスを垂れ流すだけであってもよい。
【０１０７】
そして、ガラス溶融装置１１０が規定の温度及び気圧になると、ガラス繊維の製造立上げ工程を終了し、ガラス繊維の製造工程を開始する。
【０１０８】
ガラス繊維の製造工程では、第１の実施形態と同様に、第二ガラス溶融槽１４にガラス原料を投入する。そして、溶融ガラスの温度が１３５０〜１５５０℃となるように第二ガラス溶融槽１４を加熱して、上記ガラス原料を溶融する。また、吸引装置４８で減圧ハウジング２２内のガスを吸引して、減圧ハウジング２２内の気圧が大気圧に対して０．４〜０．９気圧低くなるように、減圧ハウジング２２内を減圧した状態にする。
【０１０９】
さらに、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管部５２、下降導管部５４及びブッシング２４のそれぞれを独立に加熱する。それぞれの温度は、上述した第１の実施形態と同様に行う。
【０１１０】
なお、二重管構造に形成された上昇導管部５２及び下降導管部５４にあっては、上昇導管部５２のみを加熱し、下降導管部５４は上昇導管部５２の加熱により間接的に加熱することで、下降導管部５４の温度を上昇導管部５２の温度よりも低くすることが容易にできる。これにより、リボイルによる気泡の発生を抑制することができる。
【０１１１】
そして、第二ガラス溶融槽１４から上昇導管部５２を通して第一ガラス溶融槽１２に溶融ガラスを導入し、第一ガラス溶融槽１２において溶融ガラスを減圧雰囲気下に晒して、溶融ガラスの脱泡を行う。
【０１１２】
ここで、図６に示すように、溶融ガラスは、流入連通孔６０から第一ガラス溶融槽１２に流入し、流入連通孔６０から遠離した上部仕切板６６の貫通孔６８を通った後、貫通孔６８から遠離した流出連通孔６２から下降導管部５４に流れて行く。このとき、減圧雰囲気に晒されることにより溶融ガラスから脱泡された気泡は液面に向けて上昇するが、上部仕切板６６により溶融ガラスの液面付近での通過が遮断される。このため、溶融ガラスから脱泡された気泡が流出連通孔６２から下降導管部５４に導出されるのを効果的に抑止することができる。
【０１１３】
その後、第一ガラス溶融槽１２から下降導管部５４を通して第三ガラス溶融槽１６に溶融ガラスを導入し、溶融ガラスをブッシング２４のノズル２４ａから図示しない巻取り機により高いテンションで巻き取り、溶融ガラスを紡糸して繊維化する。
【０１１４】
以上詳述したように、本実施形態のガラス溶融装置１１０によれば、上昇導管部５２及び下降導管部５４を二重管構造とするため、上昇導管部５２を加熱することで、この輻射熱などにより下降導管部５４が間接的に加熱される。これにより、上昇導管部５２及び下降導管部５４の加熱を効率的に行うことができる。しかも、下降導管部５４は、導管の内外で圧力差が殆ど無いため、壁厚を薄くすることができる。
【０１１５】
また、仕切板６４及び上部仕切板６６を設けることで、流入連通孔６０から流入した溶融ガラスは、上部仕切板６６に形成された貫通孔６８を通過してから流出連通孔６２から流出される。このため、上部仕切板６６により、溶融ガラスから除かれて浮上している気泡が溶融ガラスの流れに伴って進行するのを阻害することができるため、この気泡が下降導管部５４に流れていくのを防止することができる。これにより、紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入をより効果的に低減することが可能となる。
【０１１６】
［第３実施形態］
次に、図７を参照して、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置２１０は、基本的に第２の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１１０と同じ構成をしている。そして、このガラス繊維製造用ガラス溶融装置２１０は、第一ガラス溶融槽１２と、上昇導管部５２及び下降導管部５４とを覆うハウジングの構成が異なる点のみ、第２の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１１０と相違する。このため、以下では、第２の実施形態と相違する点のみ説明し、第２の実施形態と同じ点の説明を省略する。
【０１１７】
図７は、第３の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【０１１８】
図７に示すように、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置２１０は、第一ガラス溶融槽１２と、第二ガラス溶融槽１４と、第三ガラス溶融槽１６と、上昇導管部５２と、下降導管部５４と、減圧ハウジング７０と、断熱ハウジング７２と、ブッシング２４と、を備えている。
【０１１９】
減圧ハウジング７０は、第一ガラス溶融槽１２を減圧雰囲気に晒すためのものであり、第一ガラス溶融槽１２を気密に覆うものである。減圧ハウジング７０の材質及び構造は、気密性及び強度を有するものであれば特に限定されず、ステンレス等の金属材料から形成されていると好ましい。
【０１２０】
この減圧ハウジング７０と、第一ガラス溶融槽１２との間の空間には、断熱効率を向上させるための断熱材４６が収容されている。
【０１２１】
そして、この減圧ハウジング７０の側壁には、吸引装置４８に接続された減圧のための吸引口７０ａが設けられている。
【０１２２】
断熱ハウジング７２は、上昇導管部５２及び下降導管部５４の下端が突き出た状態で、上昇導管部５２及び下降導管部５４を一体的に覆うものである。断熱ハウジング７２の材質及び構造は、強度を有するものであれば特に限定されず、ステンレス等の金属材料から形成されていると好ましい。
【０１２３】
この断熱ハウジング７２と、上昇導管部５２及び下降導管部５４との間の空間には、断熱効率を向上させるための断熱材４６が収容されている。そして、断熱ハウジング７２の下端７２ａには、断熱材４６を支持する支持部材（不図示）が取り付けられており、上昇導管部５２及び下降導管部５４との間を気密にするための構造は特に設けられていない。また、断熱ハウジング７２には、吸引装置も接続されていない。このため、断熱ハウジング７２内は、常圧（大気圧）となっている。
【０１２４】
なお、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置２１０を用いたガラス繊維の製造方法は、第２の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１１０の場合と同様である。
【０１２５】
以上詳述したように、本実施形態のガラス溶融装置２１０によれば、上昇導管部５２と下降導管部５４とを一体的に構成することで、上昇導管部５２及び下降導管部５４の壁厚を適宜設定すれば、強度を向上させることができるため、上昇導管部５２と下降導管部５４の座屈が発生し難くなる。これにより、上昇導管部５２及び下降導管部５４を覆う断熱ハウジング７２内を減圧する必要がなく、断熱ハウジング７２内を大気圧とすることができるため、上昇導管部５２及び下降導管部５４と断熱ハウジング７２との厳密なシールが不要となる。これにより、上昇導管部５２及び下降導管部５４と断熱ハウジング７２との熱膨張による伸縮差を吸収する伸縮機構を特別に設ける必要がなくなるため、上昇導管部５２及び下降導管部５４と断熱ハウジング７２との連結部を簡易な構成とすることができる。
【０１２６】
［第４実施形態］
次に、図８を参照して、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置３１０は、基本的に第３の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置２１０と同じ構成をしている。そして、このガラス繊維製造用ガラス溶融装置３１０は、二重管構造の上昇導管部と下降導管部との内外が入れ替わっている点のみ、第３の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置２１０と相違する。このため、以下では、第３の実施形態と相違する点のみ説明し、第３の実施形態と同じ点の説明を省略する。
【０１２７】
図８は、第４の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。
【０１２８】
図８に示すように、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置３１０は、第一ガラス溶融槽１２と、第二ガラス溶融槽１４と、第三ガラス溶融槽１６と、上昇導管部７６と、下降導管部７８と、減圧ハウジング７０と、断熱ハウジング７２と、ブッシング２４と、を備えている。
【０１２９】
上昇導管部７６は、第二ガラス溶融槽１４で溶融された溶融ガラスを上昇させて第一ガラス溶融槽１２に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第二ガラス溶融槽１４に向けて下方に延びている。また、上昇導管部７６の上端は、第一ガラス溶融槽１２を貫通しており、第一ガラス溶融槽１２内において溶融ガラス液面よりも高い位置まで突出している。
【０１３０】
下降導管部７８は、第一ガラス溶融槽１２から溶融ガラスを下降させて第三ガラス溶融槽１６に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第三ガラス溶融槽１６に向けて下方に延びている。
【０１３１】
そして、上昇導管部７６と下降導管部７８とは、上昇導管部７６が内側に配置されるとともに下降導管部７８が外側に配置される二重管構造を形成しており、一体的に構成されている。上昇導管部７６及び下降導管部７８は、共に細長い円筒状に形成されている。そして、上昇導管部７６及び下降導管部７８は、二重管構造の状態で一体的に第一ガラス溶融槽１２から下方に延びており、その下端部で、上昇導管部７６が下降導管部７８の外側に飛び出して、上昇導管部７６と下降導管部７８とが分離されている。
【０１３２】
そして、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置３１０を用いてガラス繊維を製造する際は、第３の実施形態と同様に、第二ガラス溶融槽１４から上昇導管部７６を通して第一ガラス溶融槽１２に溶融ガラスを導入し、第一ガラス溶融槽１２において溶融ガラスの脱泡を行う。その後、第一ガラス溶融槽１２から下降導管部７８を通して第三ガラス溶融槽１６に溶融ガラスを導入し、ブッシング２４のノズル２４ａから溶融ガラスを図示しない巻取り機により高いテンションで巻き取り、溶融ガラスを紡糸して繊維化する。
【０１３３】
このように、二重管構造の上昇導管部７６と下降導管部７８とを内外で入れ替えても、第３の実施形態と同様に、気泡の混入の少ないガラス繊維を製造することができる。
【０１３４】
［第５実施形態］
次に、図９及び図１０を参照して、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置４１０は、基本的に第３の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置２１０と同じ構成をしている。そして、このガラス繊維製造用ガラス溶融装置４１０は、上昇導管部及び下降導管部の構成が異なる点のみ、第３の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置２１０と相違する。このため、以下では、第３の実施形態と相違する点のみ説明し、第３の実施形態と同じ点の説明を省略する。
【０１３５】
図９は、第５の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。図１０は、図９に示すＸ−Ｘ線端面図である。
【０１３６】
図９に示すように、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置４１０は、第一ガラス溶融槽１２と、第二ガラス溶融槽１４と、第三ガラス溶融槽１６と、上昇導管部８２と、下降導管部８４と、減圧ハウジング７０と、断熱ハウジング７２と、ブッシング２４と、を備えている。
【０１３７】
上昇導管部８２は、第二ガラス溶融槽１４で溶融された溶融ガラスを上昇させて第一ガラス溶融槽１２に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第二ガラス溶融槽１４に向けて下方に延びる半円筒状に形成されている。また、上昇導管部８２の上端は、第一ガラス溶融槽１２を貫通しており、第一ガラス溶融槽１２内において溶融ガラス液面よりも高い位置まで突出している。
【０１３８】
下降導管部８４は、第一ガラス溶融槽１２から溶融ガラスを下降させて第三ガラス溶融槽１６に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第三ガラス溶融槽１６に向けて下方に延びる半円筒状に形成されている。また、下降導管部８４の上端は、第一ガラス溶融槽１２を貫通しており、第一ガラス溶融槽１２内において溶融ガラス液面よりも高い位置まで突出している。
【０１３９】
そして、図９及び図１０に示すように、半円筒状の上昇導管部８２と下降導管部８４とは、一体的に接合されて内部に間仕切壁の形成された一本の円筒状の導管に形成されている。すなわち、一本の円筒状の導管内に間仕切壁が形成されることにより、上昇導管部８２と下降導管部８４とが形成されている。なお、上昇導管部８２と下降導管部８４とにより形成される導管は、半円筒状の導管を接合することにより製作してもよく、円筒状の導管の内側に上昇導管部８２と下降導管部８４とを分離する間仕切壁を設けることにより製作してもよい。そして、上昇導管部８２及び下降導管部８４は、接合した状態で一体的に第一ガラス溶融槽１２から下方に延びており、その下端部で、上昇導管部８２と下降導管部８４とが分離されている。
【０１４０】
また、上昇導管部８２には、その上端部に第一ガラス溶融槽１２と連通される流入連通孔９４が形成されており、下降導管部８４には、その上端部に第一ガラス溶融槽１２と連通される流出連通孔９６が形成されている。このため、上昇導管部８２を上昇した溶融ガラスは、流入連通孔９４から第一ガラス溶融槽１２に流入し、第一ガラス溶融槽１２に導入された溶融ガラスは、流出連通孔９６から下降導管部８４に流出する。
【０１４１】
この上昇導管部８２及び下降導管部８４は、溶融ガラスの加熱のための加熱手段を備えている。この加熱手段は、上昇導管部８２と下降導管部８４とにより一体的に構成される円筒状の導管の上部壁面及び下部壁面に設けた一対のフランジ状の電極部８６と、この電極部８６に電流を供給する電源８８とを備えている。そして、加熱手段は、この電極部８６から通電することにより上昇導管部８２及び下降導管部８４を自己発熱させるものである。よって、上昇導管部８２及び下降導管部８４は通電により発熱する材料で形成されており、例えば白金や白金合金から構成されている。なお、電極部８６の設置位置は上昇導管部８２及び下降導管部８４の上部壁面に換えて、第一ガラス溶融槽１２の壁面としてもよい。この場合、第一ガラス溶融槽１２の加熱手段の障害にならないように、電極部８６は第一ガラス溶融槽１２の底面部や側面部下方に設けることが好ましい。なお、加熱手段は、上昇導管部８２と下降導管部８４とに独立した電極を設け、これらに独立して通電することにより、上昇導管部８２と下降導管部８４とを独立して自己発熱させるものとしてもよい。
【０１４２】
次に、上記したガラス溶融装置４１０を用いたガラス繊維の製造方法について説明する。
【０１４３】
まず、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管部８２及び下降導管部８４を加熱するとともに、吸引装置４８により減圧ハウジング２２内を減圧して、上昇導管部８２及び下降導管部８４内を溶融ガラスで満たす。
【０１４４】
さらに、第一ガラス溶融槽１２、第二ガラス溶融槽１４、第三ガラス溶融槽１６、上昇導管部８２、下降導管部８４及びブッシング２４のそれぞれを独立に加熱して、各領域を規定温度に調節する。それぞれの温度は、第１の実施形態又は第３の実施形態と同様に行えばよい。
【０１４５】
また、吸引装置４８で減圧ハウジング２２内のガスを吸引して、減圧ハウジング２２内を所定の減圧雰囲気に調節する。減圧ハウジング２２内の気圧は、大気圧に対して０．４〜０．９気圧低くする。
【０１４６】
そして、第二ガラス溶融槽１４で溶解された溶融ガラスを、第二ガラス溶融槽１４から上昇導管部８２を通して上昇させ、流入連通孔９４から第一ガラス溶融槽１２に導入し、第一ガラス溶融槽１２において溶融ガラスの脱泡を行う。その後、溶融ガラスを、流出連通孔９６から下降導管部８４を通して下降させ、第三ガラス溶融槽１６に導入する。そして、ブッシング２４のノズル２４ａから溶融ガラスを図示しない巻取り機により高いテンションで巻き取り、溶融ガラスを紡糸して繊維化する。
【０１４７】
以上詳述したように、本実施形態のガラス溶融装置４１０によれば、上昇導管部８２と下降導管部８４とが一体的に接合されているため、上昇導管部８２及び下降導管部８４を加熱した場合に、上昇導管部８２と下降導管部８４が略同一挙動で熱膨張する。このため、上昇導管部８２と下降導管部８４との熱膨張による伸縮差による不具合を防止することができる。
【０１４８】
この場合、１本の導管内に間仕切壁を形成して上昇導管部８２と下降導管部８４とを形成することで、上昇導管部８２と下降導管部８４を容易に製作することができる。しかも、導管内の間仕切壁によって導管が補強されているので、上昇導管部８２及び下降導管部８４の壁厚を薄くすることができる。換言すると、上昇導管部８２及び下降導管部８４の壁厚を適切に設定すれば、断熱ハウジング７２内を減圧せずに大気圧としても導管の座屈の発生を抑制することができる。
【０１４９】
［第６実施形態］
次に、図１１及び図１２を参照して、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置５１０は、基本的に第１の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１０と同じ構成をしている。そして、このガラス繊維製造用ガラス溶融装置５１０は、第一ガラス溶融槽１２内に仕切板が設けられている点のみ、第１の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１０と相違する。このため、以下では、第１の実施形態と相違する点のみ説明し、第１の実施形態と同じ点の説明を省略する。
【０１５０】
図１１は、第６の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。図１２は、第一ガラス溶融槽内における溶融ガラスの流れを示した図である。
【０１５１】
図１１に示すように、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置５１０の第一ガラス溶融槽１２には、１枚の仕切板９８ａと、２枚の上部仕切板９８ｂと、３枚の下部仕切板９８ｃとにより構成されている。
【０１５２】
仕切板９８ａは、溶融ガラスの行き来を遮断するものである。仕切板９８ａは、このため、仕切板９８ａは、上昇導管１８と下降導管２０との間に配置されている。そして、仕切板９８ａは、第一ガラス溶融槽１２の底面から溶融ガラス液面よりも高い位置まで立設されている。
【０１５３】
各上部仕切板９８ｂは、溶融ガラスの液面付近での通過を遮断して、溶融ガラスの底面付近の通過のみを許可するものである。各上部仕切板９８ｂは、仕切板９８ａに連結されるとともに、仕切板９８ａとの間にそれぞれ上昇導管１８と下降導管２０とが配置されている。そして、各上部仕切板９８ｂは、第一ガラス溶融槽１２の底面から溶融ガラス液面よりも高い位置まで立設されるとともに、第一ガラス溶融槽１２の底面付近に貫通孔９８ｄが形成されている。
【０１５４】
各下部仕切板９８ｃは、第一ガラス溶融槽１２の底面付近の通過を遮断して、溶融ガラスの液面付近の通過のみを許可するものである。各下部仕切板９８ｃは、仕切板９８ａ及び一対の上部仕切板９８ｂの間に配置されており、仕切板９８ａとの間にそれぞれ上昇導管１８と下降導管２０とが配置されている。このため、上昇導管１８及び下降導管２０は、仕切板９８ａで分離されるとともに、仕切板９８ａと、この仕切板９８ａに隣接する一対の下部仕切板９８ｃとの間に配置されている。そして、各下部仕切板９８ｃは、第一ガラス溶融槽１２の底面から溶融ガラス液面よりも低い位置まで立設されている。
【０１５５】
そして、図１２に示すように、第一ガラス溶融槽１２に上昇導管１８から溶融ガラスが流入すると、仕切板９８ａにより上昇導管１８と下降導管２０との行き来が遮断されているため、溶融ガラスは、２枚の上部仕切板９８ｂと３枚の下部仕切板９８ｃとを通り抜けて、下降導管２０に流出される。すなわち、第一ガラス溶融槽１２に上昇導管１８から溶融ガラスが流入すると、まず、液面付近の溶融ガラスのみが１番目の下部仕切板９８ｃを乗り越え、次に、第一ガラス溶融槽１２の底面付近の溶融ガラスのみが１番目の上部仕切板９８ｂに形成された貫通孔９８ｄを潜り抜け、次に、液面付近の溶融ガラスのみが２番目の下部仕切板９８ｃを乗り越え、次に、第一ガラス溶融槽１２の底面付近の溶融ガラスのみが２番目の上部仕切板９８ｂに形成された貫通孔９８ｄを潜り抜け、次に、液面付近の溶融ガラスのみが３番目の下部仕切板９８ｃを乗り越え、その後、第一ガラス溶融槽１２から下降導管２０に導出される。
【０１５６】
以上詳述したように、本実施形態のガラス溶融装置５１０によれば、上部仕切板９８ｂを設けることで、溶融ガラスから除かれて浮上している気泡が溶融ガラスの流れに伴って進行するのを阻害することができるため、この気泡が下降導管２０に流れていくのを防止することができる。
【０１５７】
また、下部仕切板９８ｃを設けることで、溶融ガラスは、下部仕切板９８ｃを乗り越えないと下降導管２０に流れて行かないため、第一ガラス溶融槽１２において、溶融ガラスから気泡を除くために十分な滞留時間を確保することができる。しかも、溶融ガラスから除かれた気泡が、第一ガラス溶融槽１２の底部の早流れに乗って下降導管２０に流れていくのを防止することができる。
【０１５８】
これらの結果、紡糸されるガラス繊維中への気泡の混入をより効果的に低減することが可能となる。
【０１５９】
本発明に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置において、溶融ガラスの流量は非常に小さいが、第一ガラス溶融槽１２も小さくすることが好ましい。各ガラス溶融槽の容積や、各ガラス溶融槽における溶融ガラスの温度を適宜設定したり、第二ガラス溶融槽１４でガラス原料を溶融するとともに、必要であれば第一ガラス溶融槽１２に上部仕切板９８ｂや下部仕切板９８ｃを設けたりすることで、溶融ガラスの脱泡が効果的に行われるため、第一ガラス溶融槽１２の小型化を達成することができる。
【０１６０】
この場合、溶融ガラスの流量は非常に小さいため、溶融ガラスの流量に対する第一ガラス溶融槽１２の中の溶融ガラス液面の面積を、２０（ｍ２・時／トン）〜２００（ｍ２・時／トン）と比較的大きな値になるように装置設計しても、第一ガラス溶融槽１２を十分に小型化することができる。
【０１６１】
［第７実施形態］
次に、図１３及び図１４を参照して、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置６１０は、基本的に第１の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置１０と同じ構成をしている。このため、以下では、第１の実施形態と相違する点のみ説明し、第１の実施形態と同じ点の説明を省略する。
【０１６２】
図１３は、第７の実施形態に係るガラス繊維製造用ガラス溶融装置の構成を示す断面図である。図１４は、導管の下部における導管と減圧ハウジングとの連結の様子を示す図であり、（ａ）は一部破断正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図１３及び図１４に示すように、ガラス繊維製造用ガラス溶融装置６１０は、第一ガラス溶融槽１２と、第二ガラス溶融槽１４と、第三ガラス溶融槽１６と、上昇導管６１８と、下降導管６２０と、減圧ハウジング２２と、ブッシング２４と、を備えている。
【０１６３】
上昇導管６１８は、第１の実施形態と同様に、第二ガラス溶融槽１４で溶融された溶融ガラスを上昇させて第一ガラス溶融槽１２に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第二ガラス溶融槽１４に向けて下方に延びる細長い円筒状に形成されている。
【０１６４】
下降導管６２０は、第１の実施形態と同様に、第一ガラス溶融槽１２から溶融ガラスを下降させて第三ガラス溶融槽１６に送るものであり、第一ガラス溶融槽１２から第三ガラス溶融槽１６に向けて下方に延びる細長い円筒状に形成されている。
【０１６５】
そして、上昇導管６１８及び下降導管６２０の下端部に、上昇導管６１８及び下降導管６２０から分岐する導管分岐部６２２が形成されている。
【０１６６】
この導管分岐部６２２は、減圧ハウジング２２の下端部付近において、上昇導管６１８及び下降導管６２０の下端部から上昇導管６１８及び下降導管６２０を覆うように折り返されている。そして、導管分岐部６２２は、上昇導管６１８及び下降導管６２０から所定距離離間するとともに上昇導管６１８及び下降導管６２０に沿って鉛直方向上方に向けて延びる円筒状に形成されている。このため、上昇導管６１８と導管分岐部６２２とにより二重管が形成されている。そして、導管分岐部６２２の先端が、上昇導管６１８及び下降導管６２０と水冷管７４との間において、上フランジ５８ａと下フランジ５８ｂとで挟み込まれる電極部３８（４２）に接続されている。このため、電極部３８（４２）と上昇導管６１８及び下降導管６２０とが所定距離離間する。このようにして、上昇導管６１８及び下降導管６２０の下部と減圧ハウジング２２との間は、導管分岐部６２２と上フランジ５８ａ及び下フランジ５８ｂにより気密に挟み込まれた電極部３８（４２）とにより、気密性が保持されている。このため、吸引装置４８による吸引により、上昇導管６１８及び下降導管６２０と導管分岐部６２２との間も減圧雰囲気となる。そして、導管分岐部６２２は、上昇導管６１８及び下降導管６２０と同様に、通電により発熱する材料で形成されており、例えば白金や白金合金から構成されている。このため、上昇導管６１８及び下降導管６２０への通電は、電極部３８（４２）から導管分岐部６２２を介して行われる。
【０１６７】
そして、減圧ハウジング２２と上昇導管６１８及び下降導管６２０との間に収容される断熱材４６は、上昇導管６１８及び下降導管６２０と導管分岐部６２２との間にも収容されている。このため、電極部３８（４２）と上昇導管６１８及び下降導管６２０との間に形成される空間に断熱材４６が配置される。これにより、上フランジ５８ａ及び下フランジ５８ｂに設けられる水冷管７４による冷却作用が、上昇導管６１８及び下降導管６２０に及ぼす影響を小さくすることができる。
【０１６８】
また、下フランジ５８ｂには、導管分岐部６２２を覆うハウジング６２４が連結されており、このハウジング６２４と導管分岐部６２２との間にも、断熱材４６が収容されている。これにより、導管分岐部６２２の加熱効率を向上させることができる。なお、導管分岐部６２２とハウジング６２４との間の領域と、導管分岐部６２２と上昇導管６１８及び下降導管６２０との間の領域とは、導管分岐部６２２により分断されているため、吸引装置４８で吸引しても、導管分岐部６２２とハウジング６２４との間の領域は、減圧雰囲気とならない。
【０１６９】
図１５は、一対の電極部に挟まれる上昇導管及び下降導管の温度分布を示している。なお、図１５において、上昇導管６１８及び下降導管６２０は、便宜上、一直線状に延ばして図示している。図１５に示すように、一対の電極部３８（４２）から通電加熱されると、上昇導管６１８及び下降導管６２０の中央部分では、温度勾配が小さく設定温度に昇温されるが、電極部３８（４２）との接続部付近は、大きな温度勾配により端部に向かうほど温度が低下する。ここで、下降導管６２０における第一ガラス溶融槽１２側に配置された電極部４２との接続部付近では、第二ガラス溶融槽１４及び第一ガラス溶融槽１２から導入された溶融ガラスの持込熱量により、上昇導管６１８及び下降導管６２０の過冷却を防止することができる。しかしながら、上昇導管６１８における第一ガラス溶融槽１２側に配置された電極部３８との接続部付近、及び、下降導管６２０における第三ガラス溶融槽１６側に配置された電極部４２との接続部付近では、このような持込熱量が少ないため、設定温度未満になって過冷却される可能性がある。そこで、上昇導管６１８及び下降導管６２０の下端部から分岐された導管分岐部６２２の先端に電極部３８（４２）を接続することで、電極部３８（４２）との接続部と上昇導管６１８及び下降導管６２０との間に所定距離をおくことができるため、上昇導管６１８及び下降導管６２０の下端部も安定した設定温度に昇温させることができる。これにより、上昇導管６１８及び下降導管６２０に導入された溶融ガラスを適切に昇温させることができる。なお、上昇導管６１８及び下降導管６２０における溶融ガラスの加熱領域を確保する観点から、上昇導管６１８及び下降導管６２０から導管分岐部６２２が分岐する位置をできるだけ下方に配置することが好ましい。
【０１７０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【０１７１】
例えば、上記第１〜７の実施形態を種々組み合わせることができる。具体的には、第４の実施形態や第５の実施形態に示す導管部を備え、第２の実施形態に示す断熱ハウジングを採用することもできる。また、第６の実施形態に示す第一ガラス溶融槽中の仕切板を備え、第２〜第５の実施形態に示す導管を備えることもできる。また、第７の実施形態に示す導管分岐部の構造を、第２〜第６の実施形態に示す導管に備えることもできる。
【０１７２】
更に、例えば、上記実施形態において、吸引装置は１つであるものとして説明したが、第一ガラス溶融槽を減圧するための吸引装置と、導管を減圧するための吸引装置とを別個に設けてもよい。
【０１７３】
また、上記実施形態において、一体化される上昇導管及び下降導管は、ハウジング内において分離されるものとして説明したが、ハウジング外において分離されるものとしてもよい。
【０１７４】
また、上記第７の実施形態において、導管分岐部は、上昇導管と下降導管の双方から分岐して形成されるものとして説明したが、上層導管及び下降導管の何れか一方のみから分岐して形成されるものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明は、ガラス繊維を紡糸するためにガラス原料を溶融するガラス繊維製造用ガラス溶融装置として利用可能である。
【符号の説明】
【０１７６】
１０…ガラス繊維製造用ガラス溶融装置、１２…第一ガラス溶融槽、１４…第二ガラス溶融槽、１６…第三ガラス溶融槽、１８…上昇導管、２０…下降導管、２２…減圧ハウジング、２２ａ…吸引口、２４…ブッシング、２４ａ…ノズル、２６…電極部、２８…電源、３０…電熱線、３２…電源、３４…電熱線、３６…電源、３８…電極部、４０…電源、４２…電極部、４４…電源、４６…断熱材、４８…吸引装置、５０…電源、５２…上昇導管部、５４…下降導管部、５６…電極部、５８…フランジ、５８ａ…上フランジ、５８ｂ…下フランジ、６０…流入連通孔、６２…流出連通孔、６４…仕切板、６６…上部仕切板、６８…貫通孔、７０…減圧ハウジング、７０ａ…吸引口、７２…断熱ハウジング、７２ａ…下端、７４…水冷管、７６…上昇導管部、７８…下降導管部、８２…上昇導管部、８４…下降導管部、８６…電極部、８８…電源、９０…Ｏリング、９４…流入連通孔、９６…流出連通孔、９８ａ…仕切板、９８ｂ…上部仕切板、９８ｃ…下部仕切板、９８ｄ…貫通孔、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０…ガラス繊維製造用ガラス溶融装置、６１８…上昇導管部、６２０…下降導管部、６２４…分岐導管部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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