(57)【要約】【課題】本発明は、バーナー先端部へのガラス原料の付着を抑制できる溶融ガラスの製造方法及び気中溶融バーナーなどの提供を目的とする。【解決手段】本発明の溶融ガラスの製造方法は、ガラス原料粒子を加熱気相雰囲気中に投入して溶融ガラス粒子とする溶融ガラスの製造方法において、加熱気相雰囲気を形成する燃料ガスＦＧ及び支燃性ガスＢＧ並びにガラス原料ＧＭを供給する原料供給ガスＣＧの加熱気相雰囲気へ噴出する流速を等しくする。【選択図】図２
2012250886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス原料粒子を加熱気相雰囲気中に投入して溶融ガラス粒子とする溶融ガラスの製造方法において、
加熱気相雰囲気を形成する燃料ガス及び支燃性ガス並びにガラス原料を供給する原料供給ガスの加熱気相雰囲気へ噴出する流速を等しくする溶融ガラスの製造方法。    
【請求項２】
前記燃料ガス及び前記支燃性ガス並びに前記原料供給ガスの流量比を、前記支燃性ガス及び前記原料供給ガスに含まれる酸素と前記燃料ガスとが化学量論比となる比率とする請求項１に記載の溶融ガラスの製造方法。
【請求項３】
前記燃料ガスがアルカンＣｎＨ２ｎ＋２（ｎは１以上の整数を表す。）で、前記支燃性ガス及び前記原料供給ガスに含まれる酸素とアルカンＣｎＨ２ｎ＋２との流量比が１：（３ｎ＋１）／２となるように、前記各ガスの流量を調整する請求項１または２に記載の溶融ガラスの製造方法。
【請求項４】
ガラス原料粒子を気相雰囲気中で溶融する気中溶融法に用いられる気中溶融バーナーであって、
ガラス原料粒子及び原料供給ガスを供給する原料供給管と、
燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給管と、
前記原料供給管と前記燃料ガス供給管と前記支燃性ガス供給管から噴出する前記原料供給ガス、前記燃料ガス、前記支燃性ガスの流速を等しくするように各ガスを供給するガス供給手段と、
を備える気中溶融バーナー。
【請求項５】
前記各供給管から噴出する前記燃料ガス及び前記支燃性ガス並びに前記原料供給ガスの流量比が、前記支燃性ガス及び前記原料供給ガスに含まれる酸素と前記燃料ガスとが化学量論比となるように、前記各供給管に形成された供給路の開口面積比が設定されている請求項４に記載の気中溶融バーナー。
【請求項６】
前記燃料ガスがアルカンＣｎＨ２ｎ＋２（ｎは１以上の整数を表す。）で、前記支燃性ガス及び前記原料供給ガスに含まれる酸素とアルカンＣｎＨ２ｎ＋２との流量比が１：（３ｎ＋１）／２となるように、前記各供給管に形成された供給路の開口面積比が設定されている請求項４または５に記載の気中溶融バーナー。
【請求項７】
前記原料供給管と前記燃料ガス供給管と前記支燃性ガス供給管が同心円状に配置された請求項４〜６のいずれか一項に記載の気中溶融バーナー。
【請求項８】
各供給管の開口部の壁厚が１〜１０ｍｍである請求項４〜７のいずれか一項に記載の気中溶融バーナー。
【請求項９】
溶融ガラスを収容する炉体と、
前記炉体の上部に下向きに配置され、前記炉体の内側にガラス原料粒子を加熱溶融して溶融ガラス粒子とする加熱気相雰囲気を形成し、かつ、前記加熱気相雰囲気に前記ガラス原料粒子を供給する請求項４〜８のいずれか一項に記載の気中溶融バーナーと、
を備えるガラス溶融炉。
【請求項１０】
前記炉体の下部に、前記溶融ガラス粒子を集積してガラス融液とする貯留部が設けられている請求項９に記載のガラス溶融炉。
【請求項１１】
前記炉体の下部に、前記溶融ガラス粒子を冷却してガラスビーズとし、該ガラスビーズを集積する貯留部が設けられている請求項９に記載のガラス溶融炉。
【請求項１２】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法により製造された前記溶融ガラス粒子を冷却することによりガラスビーズを形成するガラスビーズの製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程と、を含むガラス物品の製造方法。
【請求項１４】
請求項９または１０に記載のガラス溶融炉と、該ガラス溶融炉により製造された溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段とを備えるガラス物品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融ガラスの製造方法、気中溶融バーナー、ガラス溶融炉、ガラスビーズの製造方法、ガラス物品の製造方法、及びガラス物品の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、板ガラス、瓶ガラス、繊維ガラスを始めとして表示装置用ガラスに至るまで、量産規模のガラスの多くはガラス原料をガラス溶融炉（以下、単に溶融炉とも呼ぶ。）にて溶融するシーメンス型の溶融炉に基づき生産されている。シーメンス型の溶融炉による溶融法では、粉末状ガラス原料の混合物を、溶融炉で先に溶融したガラス融液面上に投入し、それが塊（バッチともいう。）となったものをバーナーなどにより加熱してその表面から融解を進行させ、徐々にガラス融液とする。このとき、融液上のバッチは、反応あるいは溶融しやすい物質から順次溶け出るため、原料層内に難溶融性物質が形成されやすい。また、同様の理由で、融液形成の初期状態においては、局所的に見るとバッチと組成が異なったガラス融液が生じ、融液の不均一化が生じやすい。さらに、シーメンス型の溶融炉は大量のエネルギーを必要とするため、溶融炉の消費エネルギー削減が望まれている。最近では、表示装置用途のガラス板として高品質、高付加価値のガラス物品の需要が増大の一途にあり、エネルギー消費も増大しており、ガラス物品の製造にかかる省エネルギー技術の開発は重要かつ緊急の課題とされている。
【０００３】
このような背景から、省エネルギー型のガラス製造技術の一例として、ガラス原料の混合物からなる微細粒子（造粒体）を高温の気相雰囲気中で加熱し溶かして溶融ガラス粒子とし、次いで溶融ガラス粒子を集積して液体相（ガラス融液）を形成する気中溶融法と呼ばれるガラス物品の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。気中溶融法によれば、従来のシーメンス型の溶融炉による溶融法と比較して、ガラス溶融工程の消費エネルギーを１／３程度まで低減できると言われており、短時間で溶融が可能になり、溶融炉の小型化、蓄熱室の省略、品質の向上、ＣＯ２の削減、ガラス品種の変更時間の短縮化を図ることができる技術として注目されている。
【０００４】
図９は特許文献１に記載の溶融炉を示す断面模式図である。特許文献１の溶融炉１００は、高温の気相雰囲気Ｋ１００を形成する加熱手段として、複数本のアーク電極１０２と酸素燃焼ノズル１０３を備えている。これら複数のアーク電極１０２が形成する熱プラズマアークまたは酸素燃焼ノズル１０３による酸素燃焼炎（フレーム）Ｆ１００によって炉体１０１内に約１６００℃以上の高温の気相雰囲気Ｋ１００を形成する。この高温の気相雰囲気Ｋ１００中に、ガラス原料粒子Ｒ１００を投入することにより、高温の気相雰囲気Ｋ１００内でガラス原料粒子Ｒ１００を液状ガラス粒子Ｕ１００に変化させる。液状ガラス粒子Ｕ１００は落下して炉体１０１の炉底部１０１Ａに溜まり、ガラス融液Ｇ１００となる。
【０００５】
気中溶融法において、加熱手段として酸素バーナーを用いる場合、図９に示すように、酸素バーナーの燃焼火炎中にガラス原料粒子を投入し、火炎中で液状ガラス粒子を形成している。そのため、ガラス原料粒子を供給する原料供給路と、支燃性ガス及び燃料ガスをそれぞれ供給するガス供給路を備える酸素バーナーが使用される。
例えば、特許文献２に記載の溶融炉は、溶融炉の天井壁に下向きに取り付けられた酸素バーナーを備えており、この酸素バーナーには、酸素を含む支燃性ガスと燃料ガスを供給するガス供給系と、ガラス原料粒子を供給する原料供給系とが接続されている。この溶融炉では、酸素バーナーを燃焼させ下向きに火炎を形成するとともに、酸素バーナーからガラス原料粒子をその火炎中に下向きに供給し、火炎中で液状ガラス粒子を生成させ、生成した液状ガラス粒子を火炎直下の炉底部に集積させてガラス融液を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９７２３９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９０９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、気中溶融法に用いられる従来の酸素バーナーは、バーナーの先端部に原料の吐出口と燃料ガスや支燃性ガスの吐出口を備えている。本発明者らが、このような構成のバーナーを用いてガラスの気中溶融法の研究を行ったところ、直径数１０μｍ程度の微細なガラス原料粒子が、バーナー先端部の原料の吐出口付近に部分的に滞留して、バーナー先端部に付着しやすいことが判明した。さらに、バーナーの先端部にガラス原料粒子が付着して徐々に肥大化してつらら状となると、火炎が不安定になるだけでなく、ガラス原料粒子の吐出口が徐々に閉塞するという問題が明らかとなった。このようなつらら状物がバーナー先端部に形成されると、前述の火炎の不安定化や吐出口の閉塞を引き起こすだけでなく、肥大化したつらら状物がバーナー下方のガラス融液へと落下する場合がある。その結果、落下したつらら状物とガラス融液との組成差に起因して、製造される溶融ガラス及びガラスが不均質になり、ガラス物品の品質が低下するおそれがある。
【０００８】
また、通常、気中溶融法は長期間の連続稼働で行われるため、バーナーも長期間連続使用される。バーナーの先端部にガラス原料粒子が付着してつらら状物が形成されると、バーナーを停止してバーナーの清掃または交換を行う必要があるため、生産性の面においてもバーナー先端部へガラス原料粒子が付着し難く、つらら状の付着物が形成されない技術の開発は重要である。
【０００９】
以上のような背景から本発明は、バーナー先端部へのガラス原料の付着を抑制できる溶融ガラスの製造方法、気中溶融バーナー、及びガラス溶融炉の提供を目的とする。
また、本発明は、上述の溶融ガラスの製造方法を用いるガラスビーズの製造方法及びガラス物品の製造方法の提供を目的とする。
さらに、本発明は、上述のガラス溶融炉を備えたガラス物品の製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ガラス原料粒子を加熱気相雰囲気中に投入して溶融ガラス粒子とする溶融ガラスの製造方法において、加熱気相雰囲気を形成する燃料ガス及び支燃性ガス並びにガラス原料を供給する原料供給ガスの加熱気相雰囲気へ噴出する流速を等しくする溶融ガラスの製造方法を提供する。
本発明の溶融ガラスの製造方法においては、前記燃料ガス及び前記支燃性ガス並びに前記原料供給ガスの流量比を、前記支燃性ガス及び前記原料供給ガスに含まれる酸素と前記燃料ガスとが化学量論比となる比率とすることが好ましい。
本発明の溶融ガラスの製造方法においては、前記燃料ガスがアルカンＣｎＨ２ｎ＋２（ｎは１以上の整数を表す。）で、前記支燃性ガス及び前記原料供給ガスに含まれる酸素とアルカンＣｎＨ２ｎ＋２との流量比が１：（３ｎ＋１）／２となるように、前記各ガスの流量を調整することが好ましい。
【００１１】
本発明は、ガラス原料粒子を気相雰囲気中で溶融する気中溶融法に用いられる気中溶融バーナーであって、ガラス原料粒子及び原料供給ガスを供給する原料供給管と、燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給管と、前記原料供給管と前記燃料ガス供給管と前記支燃性ガス供給管から噴出する前記原料供給ガス、前記燃料ガス、前記支燃性ガスの流速を等しくするように各ガスを供給するガス供給手段と、を備える気中溶融バーナーを提供する。
本発明の気中溶融バーナーにおいては、前記各供給管から噴出する前記燃料ガス及び前記支燃性ガス並びに前記原料供給ガスの流量比が、前記支燃性ガス及び前記原料供給ガスに含まれる酸素と前記燃料ガスとが化学量論比となるように、前記各供給管に形成された供給路の開口面積比が設定されていることが好ましい。
本発明の気中溶融バーナーにおいては、前記燃料ガスがアルカンＣｎＨ２ｎ＋２（ｎは１以上の整数を表す。）で、前記支燃性ガス及び前記原料供給ガスに含まれる酸素とアルカンＣｎＨ２ｎ＋２との流量比が１：（３ｎ＋１）／２となるように、前記各供給管に形成された供給路の開口面積比が設定されていることが好ましい。
本発明の気中溶融バーナーにおいては、前記原料供給管と前記燃料ガス供給管と前記支燃性ガス供給管が同心円状に配置されることが好ましい。
本発明の気中溶融バーナーにおいては、各供給管の開口部の壁厚が１〜１０ｍｍであってもよい。
【００１２】
本発明は、溶融ガラスを収容する炉体と、前記炉体の上部に下向きに配置され、前記炉体の内側にガラス原料粒子を加熱溶融して溶融ガラス粒子とする加熱気相雰囲気を形成し、かつ、前記加熱気相雰囲気に前記ガラス原料粒子を供給する前記のいずれかに記載の気中溶融バーナーと、を備えるガラス溶融炉を提供する。
本発明のガラス溶融炉においては、前記炉体の下部に、前記溶融ガラス粒子を集積してガラス融液とする貯留部が設けられてもよい。
本発明のガラス溶融炉においては、前記炉体の下部に、前記溶融ガラス粒子を冷却してガラスビーズとし、該ガラスビーズを集積する貯留部が設けられてもよい。
【００１３】
本発明は、前記のいずれかに記載の溶融ガラスの製造方法により製造された前記溶融ガラス粒子を冷却することによりガラスビーズを形成するガラスビーズの製造方法を提供する。
本発明は、前記のいずれかに記載の溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程と、を含むガラス物品の製造方法を提供する。
本発明は、前記のいずれかに記載のガラス溶融炉と、該ガラス溶融炉により製造された溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段とを備えるガラス物品の製造装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の気中溶融バーナーは、各供給管から噴出する全てのガスの流速が等しくなるように調整しながら各供給管にガスを供給するガス供給手段を備えることにより、気中溶融バーナーから噴出するガス流を等速かつ平行にすることができる。したがって、気中溶融バーナーの先端部付近でガスの渦流が生じることが無く、ガラス原料粒子が気中溶融バーナーに付着することを抑止できる。
【００１５】
本発明の溶融ガラスの製造方法は、気中溶融バーナーの各供給管から噴出する全てのガスの流速が等しくなるように調整しながら該気中溶融バーナーにより加熱気相雰囲気を形成して、この加熱気相雰囲気にガラス原料粒子を供給して溶融ガラス粒子を製造する構成である。そのため、気中溶融バーナーの先端部付近でガスの渦流が生じることが無く、ガラス原料粒子が気中溶融バーナーに付着することを抑止できる。したがって、付着物が肥大化してつらら状物が形成されることがなく、このつらら状物の融液ガラス中への落下による溶融ガラスの不均質化が起こらず、均質な溶融ガラスを製造できる。
【００１６】
本発明のガラス溶融炉は、上記した本発明の溶融バーナーを用いることにより、ガラス原料粒子が気中溶融バーナーに付着することを抑止できるので、この付着物が肥大化してつらら状物が形成されることがない。そのため、このつらら状物の融液ガラス中への落下による溶融ガラスの不均質化が起こらず、均質な溶融ガラスを製造できる。
また、本発明のガラスビーズの製造方法及びガラス物品の製造方法は、上述の溶融ガラスの製造方法を用いることにより、均質で高品質なガラスビーズ及びガラス物品を提供できる。
さらに、本発明のガラス物品の製造装置は、上述のガラス溶融炉を備えることにより、均質で高品質なガラス物品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明に係る気中溶融バーナーの第１実施形態を模式的に示す横断面図である。
【図２】図２は図１に示す気中溶融バーナーの縦断面図である。
【図３】図３は本発明に係る気中溶融バーナーの第２実施形態を模式的に示す横断面図である。
【図４】図４は図３に示す気中溶融バーナーの縦断面図である。
【図５】図５は本発明に係るガラス溶融炉の第１実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は本発明に係るガラス原料の溶融方法を用いてガラス物品を製造する方法の一例を示すフロー図である。
【図７】図７は本発明に係るガラス原料の溶融方法を用いて溶融ガラス及びガラス物品を製造する装置の他の例を示す構成図である。
【図８】図８は本発明に係るガラス原料の溶融方法を実施してガラスビーズを製造する装置の一実施形態を示す構成図である。
【図９】図９は特許文献１に記載のガラス溶融炉を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る溶融ガラスの製造方法、気中溶融バーナー、ガラス溶融炉、ガラスビーズの製造方法、ガラス物品の製造方法、ガラス物品の製造装置の一実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００１９】
図１は本発明に係る気中溶融バーナーの第１実施形態を模式的に示す横断面図であり、図２は同気中溶融バーナーの縦断面図である。
図１及び図２に示す気中溶融バーナー１０は、中央に配置された原料供給管１１と、原料供給管１１を取り囲むように順次配置された燃料ガス供給管１２と、支燃性ガス供給管１３と、から構成され、これらの供給管１１、１２、１３が同心円状に配置された多重管構造となっている。
原料供給管１１の内部にガラス原料粒子ＧＭと原料供給ガスＣＧを通過させるための原料供給路１１Ａが形成され、原料供給管１１と燃料ガス供給管１２との間に燃料ガスＦＧを通過させるための燃料ガス供給路１２Ａが形成され、燃料ガス供給管１２と支燃性ガス供給管１３との間に酸素を含む支燃性ガスＢＧを通過させるための支燃性ガス供給路１３Ａが形成されている。
【００２０】
気中溶融バーナー１０の基端側には供給管１７を介してガラス原料粒子ＧＭを収容した原料供給器１５が接続されており、供給管１７にはガラス原料粒子ＧＭを気中溶融バーナー１０の原料供給路１１Ａへと搬送するための原料供給ガスＣＧを供給するガス供給装置１６が接続されている。また、気中溶融バーナー１０の燃料ガス供給路１２Ａ及び支燃性ガス供給路１３Ａは、それぞれ、気中溶融バーナー１０の基端側に接続された供給管１９ａ、１９ｂを介してガス供給装置１８に接続されている。
【００２１】
気中溶融バーナー１０において、燃料ガスＦＧがガス供給装置１８から供給管１９ａを介して燃料ガス供給路１２Ａに導入される。また、酸素を含む支燃性ガスＢＧがガス供給装置１８から供給管１９ｂを介して支燃性ガス供給路１３Ａに導入される。さらに、ガラス原料粒子ＧＭが原料供給器１５から供給管１７を介してガス供給装置１６からの原料供給ガスＣＧとともに原料供給路１１Ａに供給される。これにより、気中溶融バーナー１０の先端から酸素燃焼炎を噴射するとともに、ガラス原料粒子ＧＭを酸素燃焼炎に向けて吹き出すことができる。
【００２２】
本発明による気中溶融バーナーの材質は、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ３０８、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３０９Ｃｂ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｃｂ、ＳＵＳ３１０Ｍｏ等の耐熱性オーステナイト系ステンレス鋼、Ｆｅ基耐熱合金、Ｃｏ基耐熱合金、Ｎｉ基耐熱合金等の超耐熱合金、Ｃｒ、Ｎｂ、ＭｏまたはＷとの高融点金属との合金、または石英ガラスであることが好ましい。
燃料ガスＦＧとしては、メタン、プロパン、ブタン、ＬＰＧ（液化石油ガス）などのアルカンＣｎＣ２ｎ＋２（ｎは１以上の整数を表す。）を使用することができる。支燃性ガスＢＧとしては、酸素や酸素富化ガスなど、酸素を含有するガスであればいかなるガスも使用することができる。原料供給ガスＣＧとしては、酸素、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム及びこれらの混合ガスを使用することができる。なお、ガラス原料粒子ＧＭについては、後述する。
【００２３】
ガス供給装置１６及びガス供給装置１８は、各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａに供給するガスの流量及び流速を調整する機能を備えており、この機能により各供給管１１、１２、１３から噴出するガスの流速を等しく設定できる。このように各供給管１１、１２、１３から噴出するガスの流速を等しく設定することにより、気中溶融バーナー１０の先端部から噴出される全てのガスは平行かつ等速となるため、気中溶融バーナー１０の先端部付近で渦流が生じることが無く、ガラス原料粒子ＧＭが気中溶融バーナー１０に付着することを抑止できる。本実施形態の気中溶融バーナー１０においては、脈動なくガラス原料粒子ＧＭを搬送するため、気中溶融バーナー１０の先端部から噴出されるガスの流速を１５〜５０ｍ／秒の範囲とすることが好ましい。
【００２４】
しかしながら、各供給管１１、１２、１３から噴出するガスの流速を等しく設定するだけでは、燃料ガスＦＧの燃焼が不完全となり、良好な酸素燃焼炎が噴出できない問題がある。
そこで、本実施形態の気中溶融バーナー１０において、各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの開口部１１Ｋ、１２Ｋ、１３Ｋの面積（以下、「開口面積」と称する。）は、各供給管１１、１２、１３から噴出する全ての燃料ガスと酸素の流量比が、燃料ガスと酸素とが化学量論比となるように設定されている。
燃料ガスであるアルカンＣｎＨ２ｎ＋２（ｎは１以上の整数を表す。）の燃焼反応式は式（１）で表される。
【００２５】
【数１】
2012250886.tif 000003
【００２６】
式（１）に示すように、気中溶融バーナー１０の先端部で燃料ガスであるアルカンＣｎＨ２ｎ＋２と酸素とが化学量論比となるようにするためには、燃料ガスと酸素の流量比が１：（３ｎ＋１）／２の比率を満たすようにする必要がある。本実施形態の気中溶融バーナー１０では、前述のように各供給管１１、１２、１３から噴出するガスの流速は等しく設定されている。そのため、燃料ガスと酸素の流量比が前記比率を満たすために、燃料ガス供給路１２Ａと、酸素を供給する供給路の開口面積比を前記比率とする。図１及び図２に示す構成で、酸素を供給する供給路としては、支燃性ガス供給路１３Ａ及び原料供給路１１Ａが該当する。支燃性ガス供給路１３Ａに供給する支燃性ガス中の酸素の体積比、及び原料供給路１１Ａに供給する原料供給ガス中の酸素の体積比に応じて、各供給路１１Ａ、１３Ａから供給される酸素の体積（すなわち、流量）の総計が、燃料ガス供給管１２Ａから供給される燃料ガスＣｎＨ２ｎ＋２の（３ｎ＋１）／２倍となるように各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの開口面積比を設定すればよい。
【００２７】
本実施形態の気中溶融バーナー１０は、前記のように各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの開口面積比が設定されていることにより、各供給管から噴出するガス流を平行かつ等速に発生させることができる。そのため、気中溶融バーナー１０の先端部付近で噴射されるガスの渦流が生じることが無く、ガラス原料粒子ＧＭが気中溶融バーナー１０に付着することを抑止できる。したがって、気中溶融バーナー１０の先端部にガラス原料粒子ＧＭが付着して肥大化することが無いので、各供給管１１、１２、１３の吐出口が閉塞しにくく、酸素燃焼炎の形成とガラス原料粒子ＧＭの供給を安定して行うことができる。また、ガラス原料粒子ＧＭの付着物が肥大化したつらら状物が形成されないので、このつらら状物の融液ガラス中への落下による溶融ガラスの不均質化が起こらず、均質な溶融ガラスを製造できる。
【００２８】
本実施形態の気中溶融バーナー１０において、各供給管１１、１２、１３の開口部の壁厚は特に制限されず適宜調整可能であるが、１〜１０ｍｍの範囲とすることが好ましい。各供給管１１、１２、１３の開口部１１Ｋ、１２Ｋ、１３Ｋの壁厚を前記範囲とすることにより、各供給管１１、１２、１３の先端部から噴射されるガスをより平行かつ等速な一体流として淀みなく通過させることができ、気中溶融バーナー１０の先端部へガラス原料粒子ＧＭが付着することをより効果的に抑止できる。
【００２９】
以下、本実施形態の気中溶融バーナー１０の具体例をいくつか示すが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
（例１）
図１及び図２に示す構造の気中溶融バーナー１０において、各供給管１１、１２、１３の開口部１１Ｋ、１２Ｋ、１３Ｋの壁厚を２ｍｍとし、各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの開口面積を表１に示す値に設定し、気中溶融バーナー１０の先端における全ての気体の流速を５０ｍ／秒に設定する。なお、気中溶融バーナーの設計にあたっては、ガスの噴出流速を等速とすることを前提に、ガスの気体流速を設定し、気体流速に対応する各供給路の開口面積を計算し、その開口面積に対応する流路開口面積を計算し、それらに基づいて、各開口からの気体流量が計算される。燃料ガスをメタンＣＨ４、支燃性ガスを酸素、原料供給ガスを空気と設定する。なお、空気中の酸素の割合は、体積比で２０％として計算する。そのため、原料供給路１１Ａの開口面積２５πｍｍ２のうち、酸素が流通する分の開口面積はその２０％の５πｍｍ２である。
【００３０】
例１の気中溶融バーナー１０は、燃料ガスをメタンＣＨ４としているため、式（２）に示す燃焼反応式を満たすように、すなわち、各供給管から噴出する全てのメタンガスと酸素の流量比が１：２となるように、各供給路の開口面積比を設定する。
【００３１】
【数２】
2012250886.tif 000004
【００３２】
【表１】
2012250886.tif 000005
【００３３】
例１の気中溶融バーナー１０では、酸素を供給する供給路の開口面積は、支燃性ガス供給路１３Ａの開口面積５９πｍｍ２に、原料供給路１１Ａの開口面積の２０％である５πｍｍ２を加えた６４πｍｍ２となる。そのため、メタンガスを供給する燃料ガス供給路１２Ａと、酸素を供給する供給路との開口面積比は、３２：６４＝１：２となる。これにより、各供給管からのガスの流速は等しいため、各供給管から噴出するメタンガスと酸素の流量比は各供給路の開口面積に比例し、メタンガス：酸素＝１．２８：（０．２０＋２．３６）＝１：２となる。
【００３４】
（例２）
図１及び図２に示す構造の気中溶融バーナー１０において、各供給管１１、１２、１３の開口部１１Ｋ、１２Ｋ、１３Ｋの壁厚を２ｍｍとし、各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの開口面積を表２に示す値に設定し、気中溶融バーナー１０の先端における全ての気体の流速を５０ｍ／秒に設定する。燃料ガスをメタンＣＨ４、支燃性ガスを酸素、原料供給ガスを酸素と設定する。
例２の気中溶融バーナー１０では、例１と同様に燃料ガスをメタンＣＨ４としているため、式（２）に示す燃焼反応式を満たすように、すなわち、各供給管から噴出する全てのメタンガスと酸素の流量比が１：２となるように、各供給路の開口面積比を設定する。
【００３５】
【表２】
2012250886.tif 000006
【００３６】
例２の気中溶融バーナー１０では、酸素を供給する供給路の開口面積は、支燃性ガス供給路１３Ａの開口面積３９πｍｍ２に、原料供給路１１Ａの開口面積２５πｍｍ２を加えた６４πｍｍ２となる。そのため、メタンガスを供給する燃料ガス供給路１２Ａと、酸素を供給する供給路との開口面積比は、３２：６４＝１：２となる。これにより、各供給管からのガスの流速は等しいため、各供給管から噴出するメタンガスと酸素の流量比は各供給路の開口面積に比例し、メタンガス：酸素＝１．２８：（１．００＋１．５６）＝１：２となる。
【００３７】
（例３）
図１及び図２に示す構造の気中溶融バーナー１０において、各供給管１１、１２、１３の開口部１１Ｋ、１２Ｋ、１３Ｋの壁厚を２ｍｍとし、各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの開口面積を表３に示す値に設定し、気中溶融バーナー１０の先端における全ての気体の流速を３０ｍ／秒に設定する。燃料ガスをプロパンＣ３Ｈ８、支燃性ガスを酸素、原料供給ガスを空気と設定する。
例３の気中溶融バーナー１０は、燃料ガスをプロパンＣ３Ｈ８としているため、式（３）に示す燃焼反応式を満たすように、すなわち、各供給管から噴出する全てのプロパンガスと酸素の流量比が１：５となるように、各供給路の開口面積比を設定する。
【００３８】
【数３】
2012250886.tif 000007
【００３９】
【表３】
2012250886.tif 000008
【００４０】
例３の気中溶融バーナー１０では、酸素を供給する供給路の開口面積は、支燃性ガス供給路１３Ａの開口面積７０πｍｍ２に、原料供給路１１Ａの開口面積の２０％である５πｍｍ２を加えた７５πｍｍ２となる。そのため、プロパンガスを供給する燃料ガス供給路１２Ａと、酸素を供給する供給路との開口面積比は、１５：７５＝１：５となる。これにより、各供給管からのガスの流速は等しいため、各供給管から噴出するプロパンガスと酸素の流量比は各供給路の開口面積に比例し、プロパンガス：酸素＝１．００：（０．３３＋４．６７）＝１：５となる。
【００４１】
（例４）
図１及び図２に示す構造の気中溶融バーナー１０において、各供給管１１、１２、１３の開口部１１Ｋ、１２Ｋ、１３Ｋの壁厚を２ｍｍとし、各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの開口面積を表４に示す値に設定し、気中溶融バーナー１０の先端における全ての気体の流速を３０ｍ／秒に設定する。燃料ガスをプロパンＣ３Ｈ８、支燃性ガスを酸素、原料供給ガスを酸素と設定する。
例４の気中溶融バーナー１０では、例３と同様に燃料ガスをプロパンＣ３Ｈ８としているため、式（３）に示す燃焼反応式を満たすように、すなわち、各供給管から噴出する全てのプロパンガスと酸素の流量比が１：５となるように、各供給路の開口面積比を設定する。
【００４２】
【表４】
2012250886.tif 000009
【００４３】
例４の気中溶融バーナー１０では、酸素を供給する供給路の開口面積は、支燃性ガス供給路１３Ａの開口面積５０πｍｍ２に、原料供給路１１Ａの開口面積２５πｍｍ２を加えた７５πｍｍ２となる。そのため、プロパンガスを供給する燃料ガス供給路１２Ａと、酸素を供給する供給路との開口面積比は、１５：７５＝１：５となる。これにより、各供給管からのガスの流速は等しいため、各供給管から噴出するプロパンガスと酸素の流量比は各供給路の開口面積に比例し、プロパンガス：酸素＝１．００：（１．６７＋３．３３）＝１：５となる。
【００４４】
例１〜４の気中溶融バーナー１０を鉛直下向きに設置し、それぞれ、表１〜４に示す条件で気中溶融バーナー１０の先端から酸素燃焼炎を発生させ、この酸素燃焼炎中にガラス原料粒子を供給して加熱溶融する気中溶融法を行えば、例１〜４のいずれの気中溶融バーナー１０においても、気中溶融バーナー１０の先端部での渦流の発生は抑えられ、ガラス原料粒子が気中溶融バーナー１０に付着することを抑止できる。
【００４５】
図３は本発明に係る気中溶融バーナーの第２実施形態を模式的に示す横断面図であり、図４は同気中溶融バーナーの縦断面図である。
図３及び図４に示す気中溶融バーナー２０は、中央に配置された１次支燃性ガス供給管２１と、１次支燃性ガス供給管２１を取り囲むように順次配置された燃料ガス供給管２２と、原料供給管２３と、２次支燃性ガス供給管２４と、から構成され、これらの供給管２１、２２、２３、２４が同心円状に配置された多重管構造となっている。
１次支燃性ガス供給管２１の内部に１次支燃性ガスＢＧ１を通過させるための１次支燃性ガス供給路２１Ａが形成され、１次支燃性ガス供給管２１と燃料ガス供給管２２との間に燃料ガスＦＧを通過させるための燃料ガス供給路２２Ａが形成され、燃料ガス供給管２２と原料供給管２３との間にガラス原料粒子ＧＭと原料供給ガスＣＧを通過させるための原料供給路２３Ａが形成され、原料供給管２３と２次支燃性ガス供給管２４との間に２次支燃性ガスＢＧ２を通過させるための２次支燃性ガス供給路２４Ａが形成されている。
【００４６】
気中溶融バーナー２０において、各ガスの供給管の先端は同一面上に配置されるので、１次支燃性ガス供給管２１が最も長く、この１次支燃性ガス供給管２１から燃料ガス供給管２２、原料供給管２３、２次支燃性ガス供給管２４の順に、各供給管が若干短くなるように形成され、中央側に位置する供給管がそれよりも外側に位置する他の供給管の後端部を順次貫通して後方側に突出するようになっている。すなわち、一番短く径が大きく形成された２次支燃性ガス供給管２４の後端部２４ａを閉塞するように端面壁２４ｂが設けられ、この端面壁２４ｂを貫通して後部側に突出するように原料供給管２３の後端部２３ａが設けられている。原料供給管２３の後部側は、端面壁２４ｂの貫通位置よりも後方の後端部２３ａで若干拡径しており、この後端部２３ａは端面壁２３ｂにより閉塞されている。端面壁２３ｂを貫通して後部側に突出するように燃料ガス供給管２２の後端部２２ａが設けられ、この後端部２２ａは端面壁２２ｂにより閉塞されている。燃料ガス供給管２２の端面壁２２ｂを貫通して後部側に突出するように１次支燃性ガス供給管２１の後端部２１ａが設けられている。
【００４７】
原料供給管２３の後端部２３ａの側面には、原料供給管２３と連通する送入管２３ｄが設けられており、この送入管２３ｄには供給管１７を介してガラス原料粒子ＧＭを収容した原料供給器１５が接続され、供給管１７には原料供給ガスＣＧを供給するガス供給装置１６が接続されている。燃料ガス供給管２２の後端部２２ａの側面には、燃料ガス供給管２２と連通する送入管２２ｄが設けられており、この送入管２２ｄには供給管１９ａを介してガス供給装置１８に接続されている。１次支燃性ガス供給管２１の後端部２１ａは、供給管１９ｂを介してガス供給装置１８に接続されている。２次支燃性ガス供給管２４の後端部２４ａの側面には、２次支燃性ガス供給管２４と連通する送入管２４ｄが設けられており、この送入管２４ｄには供給管１９ｃを介してガス供給装置１８に接続されている。
【００４８】
気中溶融バーナー２０において、燃料ガスＦＧがガス供給装置１８から供給管１９ａ及び送入管２２ｄを介して燃料ガス供給路２２Ａに導入される。また、酸素を含む１次支燃性ガスＢＧ１がガス供給装置１８から供給管１９ｂを介して１次支燃性ガス供給路２１Ａに導入される。酸素を含む２次支燃性ガスＢＧ２がガス供給装置１８から供給管１９ｃ及び送入管２４ｄを介して２次支燃性ガス供給路２４Ａに導入される。さらに、ガラス原料粒子ＧＭが原料供給器１５から供給管１７及び送入管２３ｄを介してガス供給装置１６からの原料供給ガスＣＧとともに原料供給路２３Ａに供給される。これにより、気中溶融バーナー２０の先端から酸素燃焼炎を噴射するとともに、ガラス原料粒子ＧＭを酸素燃焼炎に向けて吹き出すことができる。
【００４９】
ガス供給装置１６及びガス供給装置１８は、前記した気中溶融バーナー１０と同様であり、各供給路２１Ａ〜２４Ａに供給するガスの流量及び流速を調整する機能を備えており、この機能により各供給管２１Ａ〜２４Ａから噴出するガスの流速を等しく設定できる。
本実施形態の気中溶融バーナー２０の材質、各供給管２１〜２４の開口部２１Ｋ、２２Ｋ、２３Ｋ、２４Ｋの壁厚は、前記した気中溶融バーナー１０と同様である。また、支燃性ガスＢＧ１、ＢＧ２は、前記した支燃性ガスＢＧと同様である。
【００５０】
本実施形態の気中溶融バーナー２０の各供給路２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａの開口部２１Ｋ、２２Ｋ、２３Ｋ、２４Ｋの開口面積（以下、「開口面積」と称する。）は、第１実施形態の気中溶融バーナー１０と同様に、各供給管２１、２２、２３、２４から噴出する全ての燃料ガスと酸素の流量比が、燃料ガスと酸素とが化学量論比となるように設定されている。すなわち、各供給路２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａの開口面積は、１次支燃性ガス供給路２１Ａ、２次支燃性ガス供給路２４Ａ、原料供給管２３Ａから供給される酸素の体積（流量）の総計が、燃料ガス供給管２２Ａから供給される燃料ガスＣｎＨ２ｎ＋２の（３ｎ＋１）／２倍となるように設定されている。
【００５１】
本実施形態の気中溶融バーナー２０は、前記のように各供給路２１Ａ〜２４Ａの開口面積比が設定されていることにより、各供給管から噴出するガス流を平行かつ等速に発生させることができる。そのため、気中溶融バーナー２０の先端部付近で噴射されるガスの渦流が生じることが無く、ガラス原料粒子ＧＭが気中溶融バーナー２０に付着することを抑止できる。したがって、気中溶融バーナー２０の先端部にガラス原料粒子ＧＭが付着して肥大化することが無いので、各供給管２１〜２４の吐出口が閉塞しにくく、酸素燃焼炎の形成とガラス原料粒子ＧＭの供給を安定して行うことができる。また、ガラス原料粒子ＧＭの付着物が肥大化したつらら状物が形成されないので、このつらら状物の融液ガラス中への落下による溶融ガラスの不均質化が起こらず、均質な溶融ガラスを製造できる。
【００５２】
以下、本実施形態の気中溶融バーナー２０の具体例をいくつか示すが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
（例５）
図３及び図４に示す構造の気中溶融バーナー２０において、各供給管２１、２２、２３、２４の開口部２１Ｋ、２２Ｋ、２３Ｋ、２４Ｋの壁厚を２ｍｍとし、各供給路２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａの開口面積を表５に示す値に設定し、気中溶融バーナー２０の先端における全ての気体の流速を５０ｍ／秒に設定する。燃料ガスをメタンＣＨ４、１次及び２次支燃性ガスを酸素、原料供給ガスを空気と設定する。
例５の気中溶融バーナー２０は、燃料ガスをメタンＣＨ４としているため、式（２）に示す燃焼反応式を満たすように、すなわち、各供給管から噴出する全てのメタンガスと酸素の流量比が１：２となるように、各供給路の開口面積比を設定する。
【００５３】
【表５】
2012250886.tif 000010
【００５４】
例５の気中溶融バーナー２０では、酸素を供給する供給路の開口面積は、１次支燃性ガス供給路２１Ａの開口面積２５πｍｍ２に、２次支燃性ガス供給路２４Ａの開口面積３４πｍｍ２と原料供給路２３Ａの開口面積の２０％である５πｍｍ２を加えた６４πｍｍ２となる。そのため、メタンガスを供給する燃料ガス供給路２２Ａと、酸素を供給する供給路との開口面積比は、３２：６４＝１：２となる。これにより、各供給管からのガスの流速は等しいため、各供給管から噴出するメタンガスと酸素の流量比は各供給路の開口面積に比例し、メタンガス：酸素＝１．２８：（１．００＋０．２０＋１．３６）＝１：２となる。
【００５５】
（例６）
図３及び図４に示す構造の気中溶融バーナー２０において、各供給管２１、２２、２３、２４の開口部２１Ｋ、２２Ｋ、２３Ｋ、２４Ｋの壁厚を２ｍｍとし、各供給路２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａの開口面積を表６に示す値に設定し、気中溶融バーナー２０の先端における全ての気体の流速を５０ｍ／秒に設定する。燃料ガスをメタンＣＨ４、支燃性ガスを酸素、原料供給ガスを酸素と設定する。
例６の気中溶融バーナー２０では、例５と同様に燃料ガスをメタンＣＨ４としているため、式（２）に示す燃焼反応式を満たすように、すなわち、各供給管から噴出する全てのメタンガスと酸素の流量比が１：２となるように、各供給路の開口面積比を設定する。
【００５６】
【表６】
2012250886.tif 000011
【００５７】
例６の気中溶融バーナー２０では、酸素を供給する供給路の開口面積は、１次支燃性ガス供給路２１Ａの開口面積２５πｍｍ２に、２次支燃性ガス供給路２４Ａの開口面積１４πｍｍ２と原料供給路２３Ａの開口面積２５πｍｍ２を加えた６４πｍｍ２となる。そのため、メタンガスを供給する燃料ガス供給路２２Ａと、酸素を供給する供給路との開口面積比は、３２：６４＝１：２となる。これにより、各供給管からのガスの流速は等しいため、各供給管から噴出するメタンガスと酸素の流量比は各供給路の開口面積に比例し、メタンガス：酸素＝１．２８：（１．００＋１．００＋０．５６）＝１：２となる。
【００５８】
（例７）
図３及び図４に示す構造の気中溶融バーナー１０において、各供給管２１、２２、２３、２４の開口部２１Ｋ、２２Ｋ、２３Ｋ、２４Ｋの壁厚を２ｍｍとし、各供給路２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａの開口面積を表７に示す値に設定し、気中溶融バーナー２０の先端における全ての気体の流速を３０ｍ／秒に設定する。燃料ガスをプロパンＣ３Ｈ８、支燃性ガスを酸素、原料供給ガスを空気と設定する。
例７の気中溶融バーナー２０は、燃料ガスをプロパンＣ３Ｈ８としているため、式（３）に示す燃焼反応式を満たすように、すなわち、各供給管から噴出する全てのプロパンガスと酸素の流量比が１：５となるように、各供給路の開口面積比を設定する。
【００５９】
【表７】
2012250886.tif 000012
【００６０】
例７の気中溶融バーナー２０では、酸素を供給する供給路の開口面積は、１次支燃性ガス供給路２１Ａの開口面積２５πｍｍ２に、２次支燃性ガス供給路２４Ａの開口面積４５πｍｍ２と原料供給路２３Ａの開口面積の２０％である５πｍｍ２を加えた７５πｍｍ２となる。そのため、プロパンガスを供給する燃料ガス供給路２２Ａと、酸素を供給する供給路との開口面積比は、１５：７５＝１：５となる。これにより、各供給管からのガスの流速は等しいため、各供給管から噴出するプロパンガスと酸素の流量比は各供給路の開口面積に比例し、プロパンガス：酸素＝１．００：（１．６７＋０．３３＋３．００）＝１：５となる。
【００６１】
（例８）
図３及び図４に示す構造の気中溶融バーナー２０において、各供給管２１、２２、２３、２４の開口部２１Ｋ、２２Ｋ、２３Ｋ、２４Ｋの壁厚を２ｍｍとし、各供給路２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａの開口面積を表８に示す値に設定し、気中溶融バーナー２０の先端における全ての気体の流速を３０ｍ／秒に設定する。燃料ガスをプロパンＣ３Ｈ８、支燃性ガスを酸素、原料供給ガスを酸素と設定する。
例８の気中溶融バーナー２０では、例７と同様に燃料ガスをプロパンＣ３Ｈ８としているため、式（３）に示す燃焼反応式を満たすように、すなわち、各供給管から噴出する全てのプロパンガスと酸素の流量比が１：５となるように、各供給路の開口面積比を設定する。
【００６２】
【表８】
2012250886.tif 000013
【００６３】
例８の気中溶融バーナー２０では、酸素を供給する供給路の開口面積は、１次支燃性ガス供給路２１Ａの開口面積２５πｍｍ２に、２次支燃性ガス供給路２４Ａの開口面積２５πｍｍ２と原料供給路２３Ａの開口面積２５πｍｍ２を加えた７５πｍｍ２となる。そのため、プロパンガスを供給する燃料ガス供給路２２Ａと、酸素を供給する供給路との開口面積比は、１５：７５＝１：５となる。これにより、各供給管からのガスの流速は等しいため、各供給管から噴出するプロパンガスと酸素の流量比は各供給路の開口面積に比例し、プロパンガス：酸素＝１．００：（１．６７＋１．６７＋１．６７）＝１：５となる。
【００６４】
例５〜８の気中溶融バーナー２０を鉛直下向きに設置し、それぞれ、表５〜８に示す条件で気中溶融バーナー２０の先端から酸素燃焼炎を発生させ、この酸素燃焼炎中にガラス原料粒子を供給して加熱溶融する気中溶融法を行えば、例５〜８のいずれの気中溶融バーナー２０においても、良好な酸素燃焼炎が発生し、かつ、気中溶融バーナー２０の先端部での渦流の発生は抑えられており、ガラス原料粒子が気中溶融バーナー２０に付着することを抑止できる。
【００６５】
以上、本発明に係る気中溶融バーナーについて説明したが、本発明の気中溶融バーナーは前記した気中溶融バーナー１０、２０に限定されない。例えば、原料供給管、燃料ガス供給管、支燃性ガス供給管の配置は適宜変更可能である。また、気中溶融バーナーを構成する供給管が全て同心円状に配置された多重管構造でなくてもよく、たとえば、図１に示す気中溶融バーナー１０の場合、支燃性ガス供給管１３を、燃料ガス供給管１２の外側に小径の供給管を円周上に複数配置することにより形成してもよい。すなわち、本発明の気中溶融バーナーにおいて、各供給管から噴出する全ての燃料ガスと酸素の流量比が、燃料ガスと酸素とが化学量論比となるように、各供給管の内部に形成された供給路の開口面積が設定された構成であれば、複数の供給管が同心円状に配置された多重管構造と、小径の供給管が複数配置された構造を組み合わせることもできる。
【００６６】
図５は本発明に係るガラス溶融炉の第１実施形態を模式的に示す断面図である。図５に示すガラス溶融炉は、本発明に係る溶融ガラスの製造方法及びガラス物品の製造方法に用いられる。
【００６７】
図５に示すガラス溶融炉４０は、中空箱型の炉体４１と、ガラス原料粒子ＧＭを噴出するとともに酸素燃焼炎Ｆを形成するために炉体４１の上部の天井部４１Ａを貫通して下向きに配置された前述の気中溶融バーナー１０と、炉体４１の底部に形成された溶融ガラスＧの貯留部４１Ｂとを備え、気中溶融バーナー１０の噴射方向先端側（図５では下方側）に加熱気相雰囲気Ｋを形成できるようになっている。以下、本発明に係るガラス溶融炉が前述の気中溶融バーナー１０を備える場合について説明するが、本発明に係るガラス溶融炉は、本発明に係る気中溶融バーナーのいずれを備えていてもよい。また、以下に示す例では、図１〜４に示す気中溶融バーナー１０、２０と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一要素の説明は省略する。
【００６８】
本発明において、炉体４１の上部とは、炉体４１の天井部４１Ａ及び側壁４１Ｃの上部を含む範囲を意味する。
なお、炉体４１の形状は図５に示す箱型の直方体形状に限定されるものではなく、円筒状に構成されたものであってもよい。また、気中溶融バーナー１０を鉛直方向下向きに設置しているが、これに限らず、下向きであれば傾斜して設置してもよい。さらに、炉体４１の天井部４１Ａをフラットな形状としたが、これに限らず、アーチ形状、ドーム形状等の形状であってもよい。
加熱気相雰囲気Ｋは、気中溶融バーナー１０から噴射される酸素燃焼炎Ｆ及び酸素燃焼炎Ｆ近傍の高温部から構成される。
【００６９】
炉体４１の底部側は溶融ガラスＧの貯留部４１Ｂとされており、炉体４１の側壁底部側に形成された排出口４４を介して炉体４１から溶融ガラスＧを外部に排出できるように構成されている。なお、本実施形態のガラス溶融炉４０を備えてガラス物品の製造装置を構成する場合は、炉体４１の排出口４４から溶融ガラスＧを排出する方向の下流側に、一例として、成形装置４５などが接続され、形成した溶融ガラスＧを成形装置４５により目的の形状に成形してガラス物品を得ることができるように構成されている。なお、泡品質によっては、成形装置の前に脱泡装置を設けてもよい。
【００７０】
炉体４１は耐火レンガなどの耐火材からなり、高温の溶融ガラスＧを貯留できるように構成されている。炉体４１の下部の貯留部４１Ｂには図示していないが加熱ヒータが設置され、必要に応じて貯留部４１Ｂに貯留されている溶融ガラスＧを目的の温度（たとえば１４００℃程度）に溶融状態で保持できるように構成されている。貯留部４１Ｂの側壁部に排気口４２及び排気管４２ａを介し排ガス処理装置３が接続されている。
【００７１】
本実施形態のガラス溶融炉４０により溶融ガラスＧを製造するには、まず、気中溶融バーナー１０の燃料ガス供給路１２Ａ及び支燃性ガス供給路１３Ａに、それぞれ、供給管１９ａ及び１９ｂを介してガス供給装置１８から燃料ガス及び支燃性ガスを等速で供給する。これにより、気中溶融バーナー１０から酸素燃焼炎Ｆを噴出させて、気中溶融バーナー１０の下方に加熱気相雰囲気Ｋを形成する。そして、気中溶融バーナー１０の原料供給路１１Ａにガラス原料粒子ＧＭを原料供給ガスとともに供給する。ここで、気中溶融バーナー１０の先端部において原料供給ガスの流速が、燃料ガス及び支燃性ガスと等しくなるように設定する。これにより、ガラス原料粒子ＧＭは、気中溶融バーナー１０から噴射された酸素燃焼炎Ｆにより形成される加熱気相雰囲気Ｋ中を通過し、加熱され、溶融ガラス粒子Ｕを形成し、貯留部４１Ｂに貯留する溶融ガラスＧ上に降下する。
【００７２】
本実施形態のガラス溶融炉４０は、前記した本発明に係る気中溶融バーナー１０を備える構成である。気中溶融バーナー１０は、前記のように各供給路１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの開口面積が設定されていることにより、各供給管から噴出するガス流を平行かつ等速として気中溶融バーナー１０の先端部へのガラス原料粒子ＧＭの付着を抑止することができる。そのため、本実施形態のガラス溶融炉４０は、気中溶融バーナー１０の先端部にガラス原料粒子ＧＭが付着しにくいので、付着物が肥大化したつらら状物の形成を抑止できる。したがって、気中溶融バーナー１０の火炎が不安定になることがなく、また、気中溶融バーナー１０の吐出口が閉塞することがない。さらに、つらら状物が形成されないので、つらら状物が気中溶融バーナー１０下方の溶融ガラスＧへと落下することがなく、落下したつらら状物とガラス融液との組成差によりガラスが不均質化することがなく、均一な組成の高品質の溶融ガラスＧ及びガラスを製造できる。
【００７３】
本実施形態のガラス溶融炉４０を用いて製造する溶融ガラスＧは、気中溶融法により製造されるガラスである限り、組成的には制限されない。したがって、ソーダライムガラス、混合アルカリ系ガラス、ホウケイ酸ガラス、あるいは、無アルカリガラスのいずれであってもよい。また、製造されるガラス物品の用途は、建築用や車両用に限定されず、フラットパネルディスプレイ用、その他の各種用途が挙げられる。
たとえば、液晶ディスプレイ用または有機ＥＬディスプレイ用の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：３９〜７５％、Ａｌ２Ｏ３：３〜２７％、Ｂ２Ｏ３：０〜２０％、ＭｇＯ：０〜１３％、ＣａＯ：０〜１７％、ＳｒＯ：０〜２０％、ＢａＯ：０〜３０％、という組成を有することが好ましい。
【００７４】
本実施形態においては、前記いずれかの用途のガラスの原料の各成分の粒子状の原料粉末粒子を目的のガラスの組成比に合わせて混合し、造粒体としたガラス原料粒子ＧＭを用意する。
基本的に気中溶融法は、複数（通常３成分以上）の成分から成るガラスを製造するためにガラス原料粒子ＧＭを溶融してガラスを製造する方法である。
【００７５】
また、たとえば、ガラス原料粒子ＧＭの一例として、無アルカリガラスの一例を適用する場合、珪砂、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）などの原料粉末粒子を目的のガラスの組成比に合致するように調合し、たとえばスプレードライ造粒法により３０〜１０００μｍ程度の造粒体として、ガラス原料粒子ＧＭを得ることができる。
【００７６】
前記ガラス原料粉末粒子からガラス原料粒子ＧＭを調製する方法としては、スプレードライ造粒法などの方法が使用でき、ガラス原料を分散溶解させた水溶液を高温雰囲気中に噴霧させて乾燥固化させる造粒法が好ましい。また、この造粒体は目的とするガラスの成分組成に対応する混合比の原料のみで構成してもよいが、その造粒体に更に同一組成のガラスカレット微粉を混合して、これをガラス原料粒子ＧＭとして用いることもできる。
【００７７】
スプレードライ造粒によりガラス原料粒子ＧＭを得るための一例方法として、上述の各成分のガラス原料粉末粒子として２〜１００μｍの範囲のガラス原料粉末粒子を蒸留水などの溶媒中に分散してスラリーを構成し、このスラリーをボールミルなどの攪拌装置で所定時間攪拌し、混合し、粉砕したのちにスプレードライ造粒することで上述の各成分のガラス原料粉末粒子がほぼ均一に分散されたガラス原料粒子ＧＭが得られる。
なお、前述のスラリーを攪拌装置で攪拌する際、原料粉末粒子の均一分散の目的で２−アミノエタノール、造粒原料の強度を向上させる目的でＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などのバインダーを混合してから攪拌してもよい。
本実施形態において用いるガラス原料粒子ＧＭは、上述のスプレードライ造粒法の他に、転動造粒法、攪拌造粒法などの乾式造粒法により形成することもできる。
【００７８】
ガラス原料粒子ＧＭの平均粒径（質量平均）は３０〜１０００μｍの範囲が好ましい。より好ましくは、平均粒径（質量平均）が５０〜５００μｍの範囲内のガラス原料粒子ＧＭが使用され、さらに７０〜３００μｍの範囲内のガラス原料粒子ＧＭが好ましい。このガラス原料粒子ＧＭの一例を拡大して図５に示すが、１つのガラス原料粒子ＧＭにおいて最終目的とするガラスの組成比にほぼ合致するか近似した組成比となっていることが好ましい。
ガラス原料粒子ＧＭが溶融した溶融ガラス粒子Ｕの平均粒径（質量平均）は、通常ガラス原料粒子ＧＭの平均粒径の８０％程度となることが多い。ガラス原料粒子ＧＭの粒径は、短時間で加熱でき、発生ガスの放散が容易である点、及び粒子間の組成変動の低減の点から、前述の範囲を選択することが好ましい。
【００７９】
また、これらのガラス原料粒子ＧＭは、必要に応じて、副原料として清澄剤、着色剤、溶融助剤、乳白剤等を含むことができる。また、これらのガラス原料粒子ＧＭ中のホウ酸などは、高温時の蒸気圧が比較的高いため加熱により蒸発しやすいことから、最終製品であるガラスの組成よりも余分に混合しておくことができる。
本実施形態において、副原料として清澄剤を含有する場合、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、フッ素（Ｆ）の中から１種または２種以上の元素を選択して含む清澄剤を必要量添加することができる。
また、従来から用いられているＳｂ、Ａｓ酸化物などの清澄剤は、泡削減効果が生じたとしても、これら清澄剤の元素は環境負荷低減の面で望ましくない元素であり、それらの利用は環境負荷低減の方向性から見て削減することが好ましい。
【００８０】
上述した本実施形態のガラス溶融炉４０を備えたガラス物品の製造装置においては、ガラス溶融炉４０で製造したこの溶融ガラスＧを所定の速度で排出口４４から排出し、必要に応じ脱泡装置に導入し、脱泡した後、成形装置４５に移送して目的の形状に成形し、ガラス物品を製造できる。
以上のように製造されたガラス物品は、上述のように高品質の溶融ガラスＧより形成されているため、高い品質のガラス物品を得ることができる。
【００８１】
図６は本発明に係るガラス原料の溶融方法を用いてガラス物品を製造する方法の一例を示すフロー図である。
図６に示す方法に従い、ガラス物品を製造するには、上述のガラス溶融炉４０を用いた上述の溶融ガラスの製造方法によるガラス溶融工程Ｓ１により溶融ガラスＧを得たならば、溶融ガラスＧを成形装置４５に送って目的の形状に成形する成形工程Ｓ２を経た後、徐冷工程Ｓ３にて徐冷し、切断工程Ｓ４において必要な長さに切断することでガラス物品Ｇ５を得ることができる。
なお、必要に応じて、成形後の溶融ガラスを研磨する工程を設けて、ガラス物品Ｇ５を製造できる。
【００８２】
本発明のガラス溶融炉は図５に示す例に限定されない。図７に示すガラス溶融炉４０Ｂように、加熱気相雰囲気Ｋを形成する手段として、気中溶融バーナー１０に加えて、さらに、熱プラズマを発生させる、一対以上の電極３１で構成される多相アークプラズマ発生装置を備えていてもよい。また、気中溶融バーナー１０の酸素燃焼炎Ｆ、熱プラズマにより形成される加熱気相雰囲気Ｋの温度は、ガラス原料粒子ＧＭに含まれる気体成分を迅速にガス化散逸させ、ガラス化反応を進行させるために、珪砂の溶融温度以上である１６００℃以上に設定することが好ましい。これにより、炉体４１内に投下されたガラス原料粒子ＧＭは、酸素燃焼炎Ｆまたは、酸素燃焼炎Ｆ及び熱プラズマによって、迅速にガス化散逸されるとともに、高温で加熱されることにより液状の目的組成物の溶融ガラスＵとなって降下し、炉体４１の底部１Ｂの溶融ガラスＧに着地し、溶融ガラスＧとして貯留される。
【００８３】
図８は本発明に係る溶融ガラスの製造方法を用いてガラスビーズ（球状ガラス体）を製造する装置の一実施形態を示すもので、本実施形態の製造装置５０は、収容部５４と、収容部５４の天井部５４Ａを貫通するように酸素燃焼炎Ｆが下向きに噴射されるように配置された気中溶融バーナー１０とを備えて構成されている。図８に示す製造装置５０は、先の実施形態のガラス溶融炉４０と類似の構造であり、先の装置の炉体４１を収容部４４に変更した点が異なる。その他の構成は図５に示すガラス溶融炉４０の構成と同等であり、同一の要素には同一の符号を付し、同一要素の説明は省略する。なお、気中溶融バーナーとしては、前述の気中溶融バーナー１０、２０のいずれを備えていてもよい。
【００８４】
本実施形態の製造装置５０において、収容部５４の内部には、ステンレス鋼製のバケツ状の貯留部５１を備えた搬送台車５２が収容されている。また、図示されていないが収容部５４の筐体表面は冷却水で冷却されている。さらに、収容部５４の側壁部に排気管５３を介し排ガス装置５５が接続されている。
なお、図８では略しているが、収容部５４の側壁部には収容部５４を密閉状態とすることが可能な開閉扉が形成されていて、搬送台車５２は開閉扉を開けることで収容部５４の外部に移動できるようになっている。
【００８５】
先に説明した実施形態の場合と同様に、ガラス原料粒子ＧＭを気中溶融バーナー１０の酸素燃焼炎Ｆからなる加熱気相雰囲気Ｋに投入することで、ガラス原料粒子ＧＭを加熱気相雰囲気Ｋ中で溶融させて溶融ガラス粒子Ｕとすることができ、この溶融ガラス粒子Ｕをステンレス鋼製の貯留部５１に落下させて冷却することで、ガラスビーズＧＢを得ることができる。したがって、本実施形態の装置５０において貯留部５１は、溶融ガラス粒子Ｕを冷却してガラスビーズＧＢとし、ガラスビーズＢＧを集積する構成とされている。なお、本実施形態の装置５０において、貯留部５１と搬送台車５２は必須ではなく、これらを略して収容部５４の床部５４Ｂにおいて溶融ガラス粒子を受ける構造としてもよく、その場合は収容部５４の内部空間と床部５４Ｂが溶融ガラス粒子を冷却するように構成する。
【００８６】
図８に示す製造装置５０は、前記した本発明に係る気中溶融バーナー１０を備える構成であるため、気中溶融バーナー１０の先端部にガラス原料粒子ＧＭが付着しにくく、付着物が肥大化してつらら状物が形成されることがなく、つらら状物を落下させることがないため、均一な品質のガラスビーズＧＢを製造できる。
このようにして得られたガラスビーズＧＢは、ガラスビーズとしてそのまま利用されたり、他の原料と混合されて利用されたり、その他の溶融炉の中に投入されてガラス物品の製造に利用される。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の技術は、建築用ガラス、車両用ガラス、光学用ガラス、医療用ガラス、表示装置用ガラス、ガラスビーズ、その他一般のガラス物品の製造に広く適用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１０…気中溶融バーナー、１１…原料供給管、１１Ａ…原料供給路、１２…燃料ガス供給管、１２Ａ…燃料ガス供給路、１３…支燃性ガス供給管、１３Ａ…支燃性ガス供給路、１１Ｋ、１２Ｋ、１３Ｋ…開口部、１５…原料供給器、１６…ガス供給装置（ガス供給手段）、１７、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ…供給管、１８…ガス供給装置（ガス供給手段）、２０…気中溶融バーナー、２１…１次支燃性ガス供給管、２１Ａ…１次支燃性ガス供給路、２２…燃料ガス供給管、２２Ａ…燃料ガス供給路、２３…原料供給管、２３Ａ…原料供給路、２４…２次支燃性ガス供給管、２４Ａ…２次支燃性ガス供給路、２１Ｋ、２２Ｋ、２３Ｋ、２４Ｋ…開口部、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ…後端部、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ…端面壁、２２ｄ、２３ｄ、２４ｄ…送入管、４０、４０Ｂ…ガラス溶融炉、４１…炉体、４１Ａ…天井部、４１Ｂ…貯留部、４１Ｃ…側壁、４２…排気口、４２ａ…排気管、４３…排ガス処理装置、４４…排出口、４５…成形装置、３１…電極、５０…製造装置、５１…貯留部、５３…排気管、５４…収容部、５５…排ガス処理装置、Ｋ…加熱気相雰囲気、Ｇ…溶融ガラス、ＧＭ…ガラス原料粒子、Ｕ…溶融ガラス粒子、Ｆ…酸素燃焼炎、ＧＢ…ガラスビーズ、ＣＧ…原料供給ガス、ＦＧ…燃料ガス、ＢＧ、ＢＧ１、ＢＧ２…支燃性ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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