(57)【要約】【課題】溶融ガラスに接する異なる部材間に交流電圧を印加した際に発生する気泡を未然に防ぐ方法を提供する。【解決手段】溶融ガラスが複数の金属部材と接するとともに、前記複数の金属部材のうち少なくとも２つの金属部材間に交流電圧を印加して溶融ガラスを通電加熱するガラスの製造方法であって、前記金属部材間の電気抵抗が２００Ω未満の場合は前記金属部材間に生じる交流電流密度が５８ｍＡ／ｃｍ２以下、前記金属部材間の電気抵抗が２００Ω以上の場合は前記金属部材間に生じる交流電流密度が２８ｍＡ／ｃｍ２以下となるように、印加する交流電圧を調整することを特徴とする。【選択図】図１
2019112279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスが複数の金属部材と接するとともに、前記複数の金属部材のうち少なくとも２つの金属部材間に交流電圧を印加して溶融ガラスを通電加熱するガラスの製造方法であって、前記金属部材間の電気抵抗が２００Ω未満の場合は前記金属部材間に生じる交流電流密度が５８ｍＡ／ｃｍ２以下、前記金属部材間の電気抵抗が２００Ω以上の場合は前記金属部材間に生じる交流電流密度が２８ｍＡ／ｃｍ２以下となるように、印加する交流電圧を調整することを特徴とするガラスの製造方法。
【請求項２】
印加する交流の周波数が１０００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスの製造方法。
【請求項３】
金属部材が、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ又はこれらの合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラスの製造方法。
【請求項４】
溶融、清澄及び成形領域を含み、少なくとも清澄領域より下流側で溶融ガラスが複数の金属部材と接するとともに、前記複数の金属部材のうち少なくとも２つの金属部材間で交流電圧を印加することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のガラスの製造方法。
【請求項５】
金属部材間において、交流電圧が印加された溶融ガラスに流れる交流電流を測定し、その結果に基づいて溶融ガラスに印加する交流電圧を調整することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスの製造工程において発生する電気化学的な気泡の形成を抑制あるいは防止する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製造工程では溶融ガラスを加熱するために、溶解槽内に挿入した電極による直接通電加熱や、フィーダー、成形装置等への通電加熱が使用される場合がある。溶融ガラスが通電加熱されている場合、溶融ガラスの異なる金属部材間で電位差が生じると、溶融ガラスを介して電気的な回路が形成され、正極に相当する金属／溶融ガラス界面で気泡が発生することがある。このような気泡がガラス製造工程の下流域、より具体的には清澄領域より下流側で発生した場合、気泡が浮上して脱泡するための十分な時間が得られないため、製品中に泡欠陥として残留してしまう。
【０００３】
特許文献１では、交流電流密度及び直流電流密度をモニタリングし、気泡が発生する直流電流密度以下となるように、直流電流を相殺する補償直流電流を印加する方法等が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８６３８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、交流電圧の周波数が低い領域においては、直流電流が生じていない場合においても、印加する電圧によって気泡が発生するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、溶融ガラスに接する異なる部材間に交流電圧を印加した際に発生する気泡を未然に防ぐ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、交流電圧の印加に起因する気泡の形成が、溶融ガラスに交流電圧を印加する金属部材間の電気抵抗および交流電流密度と関係があることを見出し、本発明を提案するに至った。詳述すると、溶融ガラスに印加する交流電圧が小さい時（即ち、交流電流密度が小さい時）には、電気二重層コンデンサの充電電流のみが流れる。これに対して、印加する交流電圧が大きくなる（即ち、交流電流密度が大きくなる）と、充電電流に加えて、式１の反応に基づくファラデー電流が流れ始め、この反応が進行すると気泡を生成する。さらに、溶融ガラスに交流電圧を印加する金属部材間の電気抵抗が小さい時には、気泡が形成される交流電圧における交流電流密度が大きくなる。
【０００８】
Ｏ２−  →  ０．５Ｏ２  +  ２ｅ−  ・・・式１
以上の知見に基づく本発明のガラスの製造方法は、溶融ガラスが複数の金属部材と接するとともに、前記複数の金属部材のうち少なくとも２つの金属部材間に交流電圧を印加して溶融ガラスを通電加熱するガラスの製造方法であって、前記金属部材間の電気抵抗が２００Ω未満の場合は前記金属部材間に生じる交流電流密度が５８ｍＡ／ｃｍ２以下、前記金属部材間の電気抵抗が２００Ω以上の場合は前記金属部材間に生じる交流電流密度が２８ｍＡ／ｃｍ２以下となるように、印加する交流電圧を調整することを特徴とする。なお本発明において「金属部材」とは、ガラス製造装置を構成する金属製部材を意味する。「金属部材間の電気抵抗」とは、交流電圧が印加された金属部材間における溶融ガラスの電気抵抗を意味し、ガラスの電気抵抗率、金属部材の対向する各溶融ガラス接触面の面積の平均値及び当該金属部材間の最短距離により求めることができる。「交流電流」は、交流電圧が印加された金属部材間に流れる交流電流を測定することにより求めることができる。「交流電流密度」は、上記交流電流と、金属部材の対向する各溶融ガラス接触面の面積の平均値から求めることができる。
【０００９】
本発明においては、印加する交流の周波数が１０００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明においては、金属部材が、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ又はこれらの合金からなることが好ましい。
【００１１】
本発明においては、溶融、清澄及び成形領域を含み、少なくとも清澄領域より下流側で溶融ガラスが複数の金属部材と接するとともに、前記複数の金属部材のうちの少なくとも２つの金属部材間で交流電圧を印加することが好ましい。
【００１２】
上記構成とすれば、気泡を除去し難い領域における気泡の発生を効果的に防止できる。
【００１３】
本発明においては、金属部材間において、交流電圧が印加された溶融ガラスに流れる交流電流を測定し、その結果に基づいて溶融ガラスに印加する交流電圧を調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電気化学的な反応によって発生する気泡を簡便に防止、抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】気泡の発生を観察する実験装置を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について詳述する。ただし以降の記載は本発明を限定するものではない。
【００１７】
本発明のガラスの製造方法においては、溶融、清澄及び成形領域を含み得る。
【００１８】
溶融領域とは、ガラス原料やガラスカレットをガラス化、溶融する領域である。連続溶融炉においては、この領域は一般に溶解槽が該当する。
【００１９】
清澄領域とは、溶融ガラスの温度を上昇させることにより、溶融ガラス中に含まれる気泡を拡大、浮上させて除去する領域であり、連続溶融炉においては、一般にホットスプリングあるいはホットスポットが該当する。通常はこの領域が最も高温となる。またこの領域より下流側では、溶融ガラスに含まれる気泡が浮上して脱泡するための時間が不十分であることから、清澄領域より下流側で気泡が発生しないようにすることが求められる。
【００２０】
成形領域とは、溶融ガラスを均質化し、また成形に適した粘度となるように調整した後、所定の形状に成形する領域である。連続溶融炉においては、一般にフィーダー、撹拌槽、成形装置等が該当する。
【００２１】
本発明の製造方法は、その製造中に溶融ガラスが複数の金属部材と接することを特徴とする。連続溶融炉においては、ガラスに通電したり、ガラスの汚染を防止したりする等の目的から、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ等の金属、或いはこれらの合金で作製される耐熱性の金属部材が多用される。また金属部材としては、具体的には溶解槽内に設置される電極、撹拌槽やフィーダーの壁面、スターラー、ガラスの移送装置、成形装置等が例示される。
【００２２】
さらに本発明では、溶融ガラスが接する複数の金属部材のうち少なくとも２つの金属部材間において、溶融ガラスに交流電圧を印加して通電加熱を行う。溶融ガラスが通電加熱されている場合、金属部材間で電位差が生じ、溶融ガラスを介して電気的な回路が形成され易い。電気的な回路が形成されると、以下の反応が生じて正極側となる部分で気泡が生じ得る。
【００２３】
正極側：  Ｏ２−  →  ０．５Ｏ２  +  ２ｅ−
負極側：  ０．５Ｏ２  +  ２ｅ−  →  Ｏ２−
清澄領域より下流側で溶融ガラスに交流電圧を印加する箇所としては、例えば撹拌槽壁面と撹拌槽内部に設けられるスターラーとの間、フィーダーの互いに絶縁された壁面間、ガラスの移送装置と成形装置との間等がある。既述の通り、清澄領域より下流側では気泡を除去し難いことから、上記金属部材間での交流電流密度が大きくならないように交流電圧を調整することが、ガラス製品の泡品位を向上させる上で極めて重要となる。
【００２４】
本発明の製造方法は、金属部材間において溶融ガラスに印加される交流電圧を、泡が発生しないレベルに調整することを特徴とする。泡が発生しないレベルに調整するには、金属部材間において、交流電圧が印加された溶融ガラスの電気抵抗が２００Ω未満では、前記金属部材間に生じる交流電流密度が５８ｍＡ／ｃｍ２以下（好ましくは４０ｍＡ／ｃｍ２以下）となるように、また金属部材間において、交流電圧が印加された溶融ガラスの電気抵抗が２００Ω以上では、前記金属部材間に生じる交流電流密度が２８ｍＡ／ｃｍ２以下（好ましくは２５ｍＡ／ｃｍ２以下）となるように、それぞれ交流電圧を設定すればよい。交流電流密度が大きくなりすぎると、泡が発生し易くなる。なお、交流電流密度は交流電流及び金属部材の面積から求めることができる。交流電流は市販のパワーメーターで測定することができる。このようにして測定した交流電流に基づき、交流電流密度が所定値以下となるように交流電圧を調整すればよい。
【００２５】
交流電圧の調整箇所（或いは交流電流の測定箇所）は特に限定されるものではないが、気泡の発生を抑制したい箇所であることが望ましい。特にフィーダーと呼ばれる製造工程の下流域で発生した泡は浮上の機会を得ず製品に流出するため、フィーダーで交流電流を測定して、その結果に基づいて交流電圧を調整することが望ましい。
【００２６】
本発明においては、周波数が低くなるほど気泡が容易に生成するため、交流の周波数が低いほど本発明の効果を享受できる。交流の周波数は１０００Ｈｚ以下、５００Ｈｚ以下、特に２００Ｈｚ以下とすることが好ましい。交流の周波数が大きくなり過ぎると設備への費用負担が増加する。
【００２７】
本発明の方法で製造されるガラスの種類は特に限定されない。例えばソーダライムガラス、Ｅガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス等種々のガラスを製造することができる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２９】
表１は本実施例で使用するガラス（組成Ａ、Ｂ）を示している。また図１は本実施例の実験装置の概略を表している。
【００３０】
【表１】
2019112279.tif 000003
【００３１】
まず表１のガラス組成Ａ、Ｂとなるようにガラス原料を秤量、混合して各原料バッチを準備した。なお各原料バッチには、外割りで０．２モル％の硫酸ナトリウムを添加した。ガラス原料を白金坩堝に投入し、ガラスＡは１３００℃、ガラスＢは１４００℃でそれぞれ４時間溶融した。その後、白金坩堝から溶融ガラスを取り出し、冷却することにより、ガラスカレットを作製した。
【００３２】
次に各ガラスカレットを図１に示す石英容器１に入れ、１３００℃に保たれた電気炉内に設置し、再溶融した。５分間保持した後、幅１．０ｃｍ、厚み０．２ｃｍの白金板２ａ、２ｂを３．０〜７．０ｃｍの間隔で溶融ガラスＧ中に１．５ｃｍ浸漬するように平行に設置した。その後、白金板間に０．５〜１２Ｖ、６０Ｈｚの交流電圧を３００秒間印加した。さらに白金板周囲の様子をＣＣＤカメラ３で撮影した。
【００３３】
このようにして得られた電圧印加前後の画像から、両極の白金板上に直径３００μｍ以上の泡が観察された場合に「発泡あり」と判定した。結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2019112279.tif 000004
【００３５】
表２から、白金板２ａ、２ｂ間の電気抵抗が２００Ω未満では交流電流密度を５３ｍＡ／ｃｍ２以下に調整した場合に、また白金板２ａ、２ｂ間の電気抵抗が２００Ω以上では交流電流密度を２８ｍＡ／ｃｍ２以下に調整した場合に、それぞれ気泡の発生が認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の方法は、電気化学的な反応によって発生する気泡を、交流電圧の調整によって防止、抑制できることから、溶融ガラスの加熱に交流電圧を使用するガラスの製造方法に好適に適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  石英容器
２ａ、２ｂ  白金板
３  ＣＣＤカメラ
Ｇ  溶融ガラス
【図１】
2019112279.tif 000005