(57)【要約】      （修正有）【課題】管ガラスの成形において、成形用スリーブ素材に起因する欠点が、長期間連続的に使用しても生じることなく、また、製作製が良く、安価な高品質の管ガラス成形用スリーブを得ることができる。さらに、管ガラスの成形工程における操作性及び作業性が向上する。【解決手段】管ガラス成形用スリーブは、母材に焼結レンガ製円筒管を用い、その表面に物性の大きく異なる酸化ジルコニウムを主体とする被覆層を持つことを特徴とする。また、前記管ガラス成形用スリーブの作製方法、前記スリーブを用いた管ガラスの成形方法および前記スリーブを用いた管ガラスの製造装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスを円筒状に成形するためのセラミックス製円筒管であって、前記円筒管は、焼結レンガ製の円筒型母材と、酸化ジルコニウムを主体とする被覆層と、
から構成されることを特徴とする、管ガラス成形用円筒管。
【請求項２】
前記円筒型母材が、酸化アルミニウムを主体とする焼結レンガ製であることを特徴とする、請求項１に記載の管ガラス成形用円筒管。
【請求項３】
前記被覆層の厚みｔが、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の管ガラス成形用円筒管。
【請求項４】
前記被覆層が、溶射法により形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の管ガラス成形用円筒管。
【請求項５】
前記円筒型母材が、３質量％以上、２０質量％以下の酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の管ガラス成形用円筒管。
【請求項６】
溶融ガラスを円筒状に成形するための管ガラス成形用円筒管の作製方法であって、前記焼結レンガ製円筒形母材に、溶射法により前記酸化ジルコニウムを主体とする被覆層を形成し、その後８００℃以上、１２００℃以下の温度で熱処理すること、を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の管ガラス成形用円筒管の作製方法。
【請求項７】
回転する管ガラス成形用円筒管の表面上に溶融ガラスを流下させ、溶融ガラスを前記管ガラス成形用円筒管に巻付けて円筒状にガラスを成形する管ガラスの製造方法において、請求項１から５のいずれかに記載の管ガラス成形用円筒管を用いたことを特徴とする管ガラスの成形方法。
【請求項８】
回転する管ガラス成形用円筒管の表面上に溶融ガラスを流下させ、溶融ガラスを前記管ガラス成形用円筒管に巻付けて円筒状にガラスを成形する管ガラスの製造装置において、請求項１から５のいずれかに記載の管ガラス成形用円筒管を用いたことを特徴とする管ガラスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融ガラスを管状に成形し、管ガラスを製造するためのセラミックスからなる円筒管、セラミックス円筒管の製造方法およびそのセラミックス製円筒管を用いた溶融ガラスの成形方法に関する。本発明の円筒管は、管ガラス成形用のスリーブとして使用することができ、例えばダンナー法の成形用スリーブとして好適である。
【背景技術】
【０００２】
円筒状のガラス（以下、管ガラスと記す）を連続成形する方法の１つとして、図２に示すように先端を絞り込んだ円筒状のセラミックス管（以下スリーブと記す）を傾斜させて配し、自転する前記スリーブの上部表面に溶融ガラスを連続的に流下させ、巻付けることにより円筒形状に成形し、前記スリーブ下端から円筒状ガラスを連続的に引き出す方法がある。このスリーブの構成材料は、耐熱性に優れ、ガラスと反応しないこと、および製作性がよいこと、を必要とするため、酸化アルミニウムを主体とするセラミックス（一般的には焼結レンガ）が用いられている。
【０００３】
しかしながら、当該焼結レンガをスリーブとして用いて作製した円筒状ガラスには、スリーブ起因と考えられる欠陥が含まれていることが多い。
【０００４】
スリーブ起因として考えられる欠陥としては、スリーブ使用初期にガラス中に発生する泡が挙げられる。当該スリーブとして用いられる焼結レンガは、スリップキャスト法などによって製造され、一般的に一定以上の気孔度と不純物を有している。このため、当該焼結レンガを円筒状ガラスの成形用スリーブとして使用すると、これらの気孔や不純物などに起因して、使用初期にはガラス中に泡が頻発すことがある。
【０００５】
また、当該焼結レンガの組織は比較的大きな骨材粒子とより細かい粒子の混合組織となっており、その表面を連続的に溶融ガラスが流れると、エロージョンにより細かなレンガ粒子がスリーブ表面から脱離しやすくなる。このようにして脱離した粒子は、ガラス中に溶け込むことはなく異物として欠陥となる。また、円筒状ガラスを成形する際にスリーブなどの温度保持のために、バーナー加熱などを行う場合には、スリーブの表面が燃焼ガスにより劣化しガラス中に新たな欠点を生じる場合もある。
【０００６】
さらに、成形するガラスが投射管に用いられる管ガラスのように多量の酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）を含んでいる場合には、スリーブ材とガラスの反応に起因するガラス欠点も懸念される。すなわち酸化アルミニウム質レンガと酸化カリウムを多量に含む溶融ガラスが接触し続けると、両者の界面ではＫ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の異質ガラスが生成し、スリーブ上の低温部ではカリ長石結晶（Ｋ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２）が析出する。析出したカリ長石結晶は流下するガラスの中に取り込まれ、円筒状ガラスの異物欠点となる。
【０００７】
このような管ガラスに生じる欠点を防止する方法として、ガラス自体の組成を、成形スリーブ素材と反応して欠点を生成しないものに特定することが特許文献１および２に開示されている。しかし、この方法では、成形される管ガラス商品は限定されてしまう。また、特許文献３−５は、スリーブ表面に保護層としてガラス層を形成することを提案している。該ガラス層の目的は、特許文献３ではスリーブからの泡発生を防止であり、特許文献４は成形スリーブ表面が燃焼ガスにさらされることを防ぐためであり、さらに特許文献５では前述のカリ長石生成の防止である。
【０００８】
しかしながら、スリーブ表面に形成したガラス膜は、その外周を溶融した成形ガラスが連続的に通過すると、その界面から皮膚層の成分は成形ガラスによって希釈され、その目的とする効果を長時間維持することはできない。さらに、セラミックス製成形スリーブと成形ガラスの高温反応に起因して発生する、失透性のガラス欠点を長期にわたって防止するためには、溶融した成形ガラスと本質的に反応しない素材でスリーブ表面を覆うことが有効であると考えられ、白金または白金合金を板材でくるむ方法が特許文献６に開示されており、これらの金属の皮膜を溶射法により形成する方法も実用に供されている。
【０００９】
しかし、この方法は高価な貴金属を使用するため、高コストである上に、セラミックス素材と貴金属の熱膨張係数が大きく異なるため成形装置の構造設計や操業方法の面では、多くの制限を受けざるを得ない。
【００１０】
【特許文献１】特開平０９−０１２３３２号公報
【特許文献２】特開２００１−０３１４４２号公報
【特許文献３】特開平１０−０５９７２８号公報
【特許文献４】特開２００２−１７４４１９号公報
【特許文献５】特開２００５−２２８８２号公報
【特許文献６】国際公開０２／０２８７８８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、成形される溶融ガラスと成形用スリーブ素材が反応することに起因して管ガラスに発生する失透性の欠点が、長期間連続的に使用しても生じることなく、また、安価で製作性および操作性の優れた管ガラス成形用スリーブ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】
【００１２】
前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、溶融ガラスを連続的に円筒状に成形するためのセラミックス製円筒管であって、前記円筒管は、焼結レンガ製の円筒型母材と、酸化ジルコニウムを主体とする被覆層とから構成されることを特徴とする、管ガラス成形用円筒管を提供する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１における前記円筒型母材が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主体とする焼結レンガ製であることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかにおける前記被覆層が、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の厚みであることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかにおける前記被覆層が、溶射法により皮膜を作る表面加工であることを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかにおける前記円筒型母材が、３質量％以上、２０質量％以下の酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含むことを特徴としている。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、溶融ガラスを円筒状に成形するための管ガラス成形用円筒管の作製方法であって、請求項１から５のいずれかにおける前記焼結レンガ製円筒形母材に、溶射法により前記酸化ジルコニウムを主体とする被覆層を形成し、その後８００℃以上、１２００℃以下の温度で熱処理することを特徴としている。
【００１８】
請求項７に記載の方法発明は、回転する管ガラス成形用円筒管の表面上に溶融ガラスを流下させ、溶融ガラスを前記管ガラス成形用円筒管に巻付けて円筒状にガラスを成形する管ガラスの製造方法において、請求項１から５のいずれかにおける前記管ガラス成形用円筒管を用いることを特徴としている管ガラスの成形方法である。
【００１９】
請求項８に記載の発明装置は、回転する管ガラス成形用円筒管の表面上に溶融ガラスを流下させ、溶融ガラスを前記管ガラス成形用円筒管に巻付けて円筒状にガラスを成形する管ガラスの製造装置において、請求項１から５のいずれかにおける前記管ガラス成形用円筒管を用いることを特徴としている管ガラスの製造装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、成形される溶融ガラスと成形用スリーブ素材が反応することに起因して管ガラスに発生する失透性の欠点が、長時間生じることがない管ガラス成形用スリーブを提供することができる。また、設計および製造が容易であり、安価で高品質のスリーブを提供することができる。さらに、管ガラスの成形工程における操作性および作業性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の管ガラス成形用のスリーブ構成を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、管ガラス製造装置において、本発明の管ガラス成形用スリーブおよびその周辺要部の側断面概略図である。図１において１はスリーブ、２はブローエア発生器から発生されたブローエアを供給するとともにスリーブの回転軸となるスリーブシャフト、３は円筒型母材、４はセラミックス被覆層、５は溶融ガラス、６は成形された管ガラスをそれぞれ示している。図１に示すように本発明の管ガラス成形用スリーブ１は、スリーブシャフト２が取付けられた焼結レンガ製からなる円筒型母材３の溶融ガラス５と接触すべき表面に、酸化ジルコニウムを主体とするセラミックス被覆層が形成されている。
【００２３】
本発明の管ガラス成形用のスリーブの製造方法について説明する。まず、スリップキャスト法などにより近似形に焼結したレンガを加工して、先端に絞り部を有する所定の直径、長さを有する円筒型母材３を作成する。ここで、前記焼結レンガは、加工性の優れている酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主体とする酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む焼結レンガが好ましい。これは、酸化シリコン（ＳｉＯ２）は、８００℃以上１２００℃以下の熱処理を行うと酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）と反応して、一部でジルコン（ＺｒＳｉＯ４）を生成し、皮膜の密着強度を向上させることができるからである。しかし、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）の生成量が多すぎると脆弱となり割れやすくなるので酸化シリコン（ＳｉＯ２）は３質量％以上、２０質量％以下であることが好ましく、より好ましいのは５質量％以上、１５質量％以下である。
【００２４】
次に、円筒型母材３の表面に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を主体とするセラミックスを溶射し、セラミックス被覆層４を作成する。この、本発明における酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を主体とするセラミック被覆層においては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を少なくとも８０質量％以上含むものが好ましい。また、このセラミックス被覆層における酸化ジルコニウム以外の残部には、酸化イットリウム、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムから選ばれる１種以上の成分が含まれていることが好ましく、酸化エルビニウムや酸化シリコンを含むことも問題ない。被覆層の主成分として、酸化ジルコニウムの他に溶射可能なセラミックス材料には、酸化チタニウム（ＴｉＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等がある。しかし、本発明の管ガラス用スリーブは７００℃〜１１００℃の高温で使用されるので、使用開始時や中断時には昇降温させることが必要であり、このような場合には母材と表面被覆材の間に温度差の生じることが不可避であるため、両者の熱膨張量の違いによる被覆層の剥離や破損が問題となる。しかし、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）皮膜は、内存する微細クラックが前記母材である焼結レンガと皮膜の熱膨張挙動の差異を緩和する特性があり、温度差が生じたときにも皮膜層が剥れることがない。また、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）は、熔融ガラスに対し化学的に安定していて、異質ガラスが生成することは無いので、管ガラス用スリーブの溶射セラミックス材料として酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）が好ましい。
【００２５】
前記セラミックス被覆層４の厚みは、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。０．１ｍｍ以下では目的とする効果が発揮され難く、０．１ｍｍ以上では円筒型母材３と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜との密着強度、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜強度の観点で問題が生じるからであり、より好ましくは０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下である。
【００２６】
最後に、円筒型母材３の表面にセラミックス被覆層４形成したスリーブ１を熱処理する。これは、前記記載の通り、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜の密着強度を向上させるためであるが、前記記載の通り、膜層が厚すぎると脆弱となり割れやすくなるので、熱処理温度は８００℃以上、１２００℃以下であることが好ましく、より好ましいのは９００℃以上、１１００℃以下である。また、熱処理時に前記の温度に保持する時間は３０分以上あれば良いが、大きなスリーブの場合には全体の均温化を図るために９０分以上とするのが好ましい。
【００２７】
溶射法により作製した皮膜の表面は通常凹凸に富んだ状態であり、さらには付着力の乏しい未溶融粒子が存在することも多い。したがって、この表面のままではスリーブとして使用すると、巻きつけた溶融ガラスの流れが不安定であったり、ガラス中に未溶融粒子が取り込まれる恐れがあるので、皮膜表面を研磨してから使用することが望ましい。当該研磨は、一般的なセラミックスの表面加工と同様な方法で実施すればよく、具体的はダイヤモンド砥粒を用いた機械加工などが適用できる。
【００２８】
このようにして、本発明の耐久性に優れた管ガラス成形用スリーブ１が製造される。また、セラミックス被覆溶射は技術的に確立しているので、歩留まり良く、高品質の管ガラス成形用スリーブを製作することができる。
【００２９】
前記発明の管ガラス成形用円筒管からなるスリーブを使用すれば、回転する該円筒管の表面上に図１に示すように溶融ガラスを連続的に流下させるとともに、スリーブシャフトの中央の孔からブローエアを供給することにより、流下した溶融ガラスは該円筒管表面に巻付き、次第に巻付いた溶融ガラスが円筒状となり、スリーブの先端から管ガラスとして成形される。
【実施例】
【００３０】
本発明の効果を確認するために、図３に示すような直径２２ｍｍ、長さ１２０ｍｍの酸化アルミニウムを主体とする焼結レンガからなる円柱型試験片１２を作成した。そして、この試験片の一方の端面から７０ｍｍの範囲において、下記するセラミック層を溶射して膜厚０．４ｍｍのセラミックス層を形成した。本試験では、Ａ：溶射を行わない無垢の焼結レンガ、Ｂ：酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を溶射した焼結レンガ、Ｃ：酸化ジルコニウム（安定化材としてＹ２Ｏ３を８％含むＺｒＯ２）を溶射した焼結レンガ、の３種類の試験片を用意した。すなわち、試験片Ａは従来使用のスリーブと同構成、試験片Ｃは本発明と同構成である。また、試験片Ｂはセラミックス溶射可能な材質であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いて、酸化ジルコニウムの特性による効果を比較するために作成した。
【００３１】
図４に示す回転浸漬試験機において、この３種類の試験片を溶融ガラスに１００時間浸漬させ、その直径の減少量を測定した。試験の回転条件は公転１０ｒｐｍ、自転２ｒｐｍで固定とし、ガラス種条件は、試験１：１１５０℃の融点を有するほう珪酸ガラスと、試験２：１０８０℃の融点を有する管ガラス用ガラスの２種類として実施した。
【００３２】
試験結果を表１に示す。表１が示すように、実際の運用に近い条件である試験２における試験片の直径減少量を比較すると、試験片Ｂは試験片Ａの１０分の１以下であり、セラミックス膜による耐久性向上効果が確認できる。また、同試験２において、試験片Ｃの直径減少量は試験片Ｂの直径減少量の１０分の１以下であり、セラミックス溶射でもジルコニア（８％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２）溶射が特に耐久性向上効果が高いことが確認できる。
【００３３】
さらに、試験１においても、試験片Ｃの直径減少量は試験片Ａの１００分の１以下であり、高温域での耐久性向上効果の高さも確認できる。
【００３４】
本試験より、本発明のスリーブ構成が、従来使用のスリーブ構成と比較して耐久性の向上に、非常に効果があることが確認できた。
【００３５】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、管ガラスを溶融ガラスから連続的に成形する過程において、成形される溶融ガラスと成形スリーブ素材が反応することに起因して管ガラスに発生する失透性の欠点が、長期間連続的に使用しても生じることが無い。また、本発明のスリーブの作製においては、設計および製造が容易であり、安価で高品質のスリーブを得ることができる。さらに、管ガラスの成形工程における操作性および作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の管ガラス成形用スリーブおよびその周辺要部の側断面概略図である。
【図２】従来の管ガラス成形用スリーブの側断面概略図である。
【図３】試験片形状の説明図である。
【図４】回転浸漬試験機の概略説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、７：スリーブ
２：スリーブシャフト
３、９：円筒型母材
４、１４：セラミックス被覆層
５、１０、１５：溶融ガラス
６、１１：管ガラス
１２：試験片
１３：基材
１６：回転浸漬試験機溶融ガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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