(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空吸引されて内部が減圧される減圧ハウジングと、
前記減圧ハウジング内に設けられ、溶融ガラスが流れて減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、
前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡前の溶融ガラスを吸引上昇させて前記減圧脱泡槽に導入する上昇管と、
前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡された溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から下降させて導出する下降管とを具備し、
前記上昇管の上端部における流路の横断面の面積が、前記上昇管の下端部における流路の横断面の面積よりも大きく、
前記上昇管の上端部における流路の横断面の面積が、前記上昇管の下端部における流路の横断面の面積の１．１〜９．０倍である
ことを特徴とする減圧脱泡装置。
【請求項２】
前記上昇管の上端部における流路の横断面の面積が、前記上昇管の下端部における流路の横断面の面積の１．５〜４．０倍である請求項１に記載の減圧脱泡装置。
【請求項３】
前記上昇管の流路の途中に臨界部を設け、前期上端部における流路の横断面の面積が前記臨界部における流路の横断面の面積よりも大きい構造を持つ上昇管を有する減圧脱泡装置であって、前記上端部から前記臨界部までの距離は、前記上端部から前記下端部までの距離の０．０５〜０．５倍である請求項１または請求項２に記載の減圧脱泡装置。
【請求項４】
前記上昇管の流路の横断面の面積を下端部から徐々に大きくした請求項１または請求項２に記載の減圧脱泡装置。
【請求項５】
前記上昇管の流路の横断面の面積を下端部から階段状に大きくした請求項１または請求項２に記載の減圧脱泡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続的に供給される溶融ガラスから気泡を除去するための溶融ガラスの減圧脱泡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、成形されたガラス製品の品質を向上させるために、図３に示すように、溶融炉で溶融した溶融ガラスを成形装置で成形する前に溶融ガラス内に発生した気泡を除去する減圧脱泡装置が提案されている。
【０００３】
図３に示す減圧脱泡装置１１０は、溶解槽１１２内の溶融ガラスＧを減圧脱泡処理して、次の処理槽に連続的に供給するプロセスに用いられるものであって、減圧脱泡する際には、真空吸引されて内部が減圧される減圧ハウジング１１４内に設けられ、減圧ハウジング１１４と共に減圧される減圧脱泡槽１１６と、その両端部に、下方に向かって垂直に取り付けられた上昇管１１８および下降管１２０が配置されている。上昇管１１８の下端は、溶解槽１１２に連通する上流案内ピット１２２の溶融ガラスＧ内に浸漬されており、下降管１２０の下端は、同様に、次の処理槽（図示せず）に連通する下流案内ピット１２４の溶融ガラスＧ内に浸漬されている。
【０００４】
そして、減圧脱泡槽１１６は、図示しない真空ポンプによって吸引口１１４ｃから真空吸引されて内部が減圧される減圧ハウジング１１４内におおむね水平に設けられ、減圧ハウジング１１４と共に、減圧ハウジング１１４と連通する吸引孔１１６ａおよび１１６ｂを介して減圧脱泡槽１１６の内部が１／３〜１／２０気圧に減圧されている。そのため、上流案内ピット１２２内の脱泡処理前の溶融ガラスＧは吸引上昇されて、上昇管１１８を上昇し、減圧脱泡槽１１６に導入され、減圧脱泡槽１１６内を流れつつ減圧脱泡処理が行われた後、下降管１２０によって下降されて下流案内ピット１２４に導出される。
【０００５】
減圧ハウジング１１４は、金属製、例えばステンレス製または耐熱鋼製のケーシングであり、外部から真空ポンプ（図示せず）等によって真空吸引されて内部が減圧され、内部に設けられた減圧脱泡槽１１６内を所定の圧力、例えば１／２０〜１／３気圧に減圧して維持する。
【０００６】
また、減圧脱泡槽１１６内では、所定の高さまで充たされた溶融ガラスＧの上部に上部空間１１６ｓが形成される。上部空間１１６ｓは、真空ポンプ（図示せず）によって減圧された空間で、溶融ガラスＧの液表面に浮上して破泡した気泡内のガス成分を、減圧空間である上部空間１１６ｓから真空ポンプ（図示せず）によって吸引口１１４ｃを通して吸引する。そのため、減圧脱泡槽１１６内の溶融ガラスＧが上部空間１１６ｓと接触する面積が大きいほど減圧脱泡効果が大きくなる。
【０００７】
減圧ハウジング１１４内の減圧脱泡槽１１６、上昇管１１８および下降管１２０の周囲には、これらを断熱被覆する耐火物製煉瓦などの断熱材１２６が配設されている。
【０００８】
また、図３に示す公知の減圧脱泡装置１１０において、本出願人の出願に係る特開平１１−２４０７２５号公報に開示されているように、減圧脱泡槽１１６を緻密質耐火物製レンガ、特に電鋳耐火物製レンガで構成することによって、装置の大型化、脱泡処理量の大流量化を図ることが考えられる。
【０００９】
しかし、溶融ガラスの大流量化を図り、所望の減圧脱泡処理を行うには、各種の要因変動（例えば脱泡処理を行う溶融ガラスＧの流量の変動や溶解炉内の溶融ガラスＧの温度低下によって生じる溶融ガラスＧ内に溶存するガス成分の濃度の変動や減圧された減圧脱泡槽の圧力の変動等の各種の要因の変動）を考慮して、減圧脱泡槽１１６の幅や全長、上昇管１１８や下降管１２０の径を大きくする必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、減圧脱泡槽１１６の流路の幅や全長、上昇管１１８や下降管１２０の流路の径を大きくすることにより、装置が大型化し、必要な耐火煉瓦等も必然的に多くなり、コストがかかるという問題がある。
【００１１】
また、減圧脱泡槽１１６に流入する溶融ガラスＧに含まれる泡数が急激に増加した場合、脱泡しきれない気泡が溶融ガラスＧ内に残存したまま下降管へと流れ、製品となったガラス内に気泡が残存してしまう問題点がある。また、残存した気泡が溶融ガラスＧの表面で盛り上がり、盛り上がった気泡が減圧脱泡槽１１６の天井に付着し、揮発物が固化し結晶となったものが溶融ガラスＧ内に混入し、小さい不透明物が製品であるガラス内に残存し、いわゆる石物という欠点となる問題点がある。また、前記揮発物が高温の溶融ガラスＧ内で溶解されたとしても、溶融ガラスＧ内で均一に拡散することはないため、部分的に溶融ガラスＧの組成を変化させ、製品となったガラスの組成によって部分的に屈折率を変化させ透視像を歪ませるいわゆるリームの悪化に繋がるといった問題点がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、コストを最小限に抑え、減圧脱泡槽に流入する溶融ガラスに含まれる泡数が急激に増加した場合でも、大流量の溶融ガラスの減圧脱泡処理を可能とし、泡、石物、リームといった欠点が発生しない溶融ガラスを得ることのできる溶融ガラスの減圧脱泡装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空吸引されて内部が減圧される減圧ハウジングと、
前記減圧ハウジング内に設けられ、溶融ガラスが流れて減圧脱泡を行う減圧脱泡槽と、
前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡前の溶融ガラスを吸引上昇させて前記減圧脱泡槽に導入する上昇管と、
前記減圧脱泡槽に連通して設けられ、減圧脱泡された溶融ガラスを前記減圧脱泡槽から下降させて導出する下降管とを具備し、
前記上昇管の上端部における流路の横断面の面積が、前記上昇管の下端部における流路の横断面の面積よりも大きく、前記上昇管の上端部における流路の横断面の面積が、前記上昇管の下端部における流路の横断面の面積の１．１〜９．０倍であることを特徴とする減圧脱泡装置を提供する。
【００１４】
また、本発明は、前記上昇管の流路の途中に臨界部を設け、前期上端部における流路の横断面の面積が前記臨界部における流路の横断面の面積よりも大きい構造を持つ上昇管を有する減圧脱泡装置であって、前記上端部から前記臨界部までの距離は、前記上端部から前記下端部までの距離の０．０５〜０．５倍である前記減圧脱泡装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の態様の溶融ガラスの減圧脱泡装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１６】
図１に、本発明の減圧脱泡装置の一実施例を示す概略断面図を示す。図１に示すように、減圧脱泡装置１０は、溶解槽２０内の溶融ガラスＧを減圧脱泡処理して、図示しない次の作業槽、例えば、フロートバスなどの板材の成形を行う作業槽や瓶などを成形する作業槽などに連続的に供給するプロセスに用いられるもので、基本的に、減圧ハウジング１２、減圧脱泡槽１４、上昇管１６および下降管１８を有する。
【００１７】
減圧ハウジング１２は、減圧脱泡槽１４の気密性を確保するためのものであり、略門型に形成され、本体部１２ａと、上昇管収容部１２ｂと、下降管収容部１２ｃとを有する。この減圧ハウジング１２は、減圧脱泡槽１４に必要とされる気密性および強度を有するものであれば、その材質、構造は特に限定されるものではないが、金属製、特にステンレス製とするのが好ましい。このような減圧ハウジング１２は、外部から真空ポンプ（図示せず）等によって真空吸引され、内部が減圧され、内設される減圧脱泡槽１４内を所定の圧力、例えば１／２０〜１／３気圧の減圧状態に維持するように構成される。
【００１８】
減圧ハウジング１２の本体部１２ａ内には減圧脱泡槽１４が設けられる。また、減圧脱泡槽１４の左端部には上昇管１６が連通され、減圧脱泡槽１４の右端部には下降管１８が連通される。なお、上昇管１６および下降管１８の主要部分はそれぞれ減圧ハウジング１２の上昇管収容部１２ｂ、下降管収容部１２ｃ内に収容され、上昇管１６および下降管１８の下端部分は減圧ハウジング１２外に延出するようにして設けられる。
【００１９】
本発明の減圧脱泡装置１０においては、減圧脱泡槽１４、上昇管１６および下降管１８は緻密質電鋳耐火物が用いられることが好ましい。すなわち、減圧脱泡装置１０における溶融ガラスＧと直接接触する主要部分を緻密質電鋳耐火物である電鋳耐火物製煉瓦を組み上げて形成することにより、従来から用いられてきた貴金属（例えば、白金）や貴金属合金製のもの（例えば、白金−ロジウム合金）よりも、コストを大幅に低減し、よって所望の形状で、かつ、所望の厚さに設計することができる。その結果、減圧脱泡装置１０の大容量化が実現するとともに、より高温での減圧脱泡処理も行えるようになる。
【００２０】
電鋳耐火物製煉瓦としては、耐火原料を電気溶融した後、所定形状に鋳込み成形したものであれば特に限定されず、従来公知の各種の電鋳耐火物製煉瓦を使用すればよい。中でも、耐蝕性が高く、素地からの発泡も少ない点で、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）系電鋳耐火物製煉瓦、ジルコニア（ＺｒＯ２）系電鋳耐火物製煉瓦、アルミナ−ジルコニア−シリカ（Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）系電鋳耐火物製煉瓦等が好適に例示され、具体的には、溶融ガラスＧの温度が１３００℃以下の場合はマースナイト（ＭＢ）を、１３００℃以上の場合はＺＢ−Ｘ９５０、ジルコナイト（ＺＢ）（いずれも旭硝子（株）製）等を用いるのが好ましい。
【００２１】
本実施例では緻密質電鋳耐火物を用いるが、緻密質電鋳耐火物に制限されず、緻密質焼成耐火物を用いてもよい。
【００２２】
緻密質焼成耐火物として用いられる緻密質焼成耐火物製煉瓦としては、緻密質アルミナ系耐火物製煉瓦、緻密質ジルコニア−シリカ系耐火物製煉瓦、および緻密質アルミナ−ジルコニア−シリカ系耐火物製煉瓦の少なくとも１種の緻密質焼成耐火物製煉瓦であることが好ましい。
【００２３】
また、上昇管１６の下端であって、溶解槽２０の上流に位置する上流案内ピット２２内の溶融ガラスＧに浸漬させる部分や、下降管１８の下端であって下流案内ピット２４内の溶融ガラスＧに浸漬させる部分については、特に溶融ガラスＧと大気との界面が存在することから、この界面近傍においては反応性に富み、特に電鋳耐火物では界面部分や目地部分の劣化が進行しやすい。従って、上昇管１６の下端部および下降管１８の下端部近傍は、白金または白金合金で作製されるのが好ましい。
【００２４】
減圧脱泡槽１４の周囲には減圧脱泡槽１４を被覆する断熱用の断熱材２６が設けられ、上昇管１６および下降管１８の周囲にもそれぞれを被覆する断熱材２６が設けられる。
【００２５】
断熱材２６としては、公知の種々の定型煉瓦やキャスタブル煉瓦を使用すればよく、特に限定されない。このように配設された断熱材２６は、その外側が減圧ハウジング１２に覆われることにより減圧ハウジング１２内に収容される。
【００２６】
なお、減圧ハウジング１２の外壁面の温度は、断熱材２６によってできるだけ減圧ハウジング１２に伝達される熱を遮断して、できるだけ低温、例えば１００℃程にするのが好ましい。
【００２７】
ここで、本発明の特徴である、減圧脱泡装置１０の脱泡機構と上昇管１６の流路形状について説明する。
【００２８】
溶融ガラス内に含まれる気泡は、大気圧ではある一定の泡径を有している。この溶融ガラスがさらされている圧力を下げていく（減圧していく）と、ボイルシャルルの法則により圧力に反比例して泡径が大きくなる。しかし、ある圧力を超えてさらに減圧された場合、ボイルシャルルの法則を外れ、気泡が急激に大きくなることを本願発明者は新たに見出した。この現象をさらに図５を用いて説明する。
【００２９】
図５は、表１に記載された組成を持つ溶融ガラスを用いて、溶融ガラスがさらされている圧力の低下による、溶融ガラス中の気泡の泡径の変化を表した図であり、溶融ガラスの温度は１３２０℃である。
【００３０】
【表１】
0004058935.tif 000002
【００３１】
図５において、縦軸は気泡の泡径を示し、横軸は減圧度、つまり溶融ガラスがさらされている圧力と大気圧との差を示しており、減圧度が０（ゼロ）（ｍｍＨｇ）とは溶融ガラスがさらされている圧力は大気圧であることを示し、減圧度が７００（ｍｍＨｇ）とは溶融ガラスがさらされている圧力は大気圧よりも７００（ｍｍＨｇ）減圧されていることを示している。実線は、ボイルシャルルの法則に従う場合における理論上の気泡の泡径と減圧度との関係を示しており、大気圧における初期の泡径が０．２（ｍｍ）である気泡を減圧していくことにより、泡径が徐々に大きくなっていく様子が見て取れる。
【００３２】
これに対し、黒い三角の点は、実際の溶融ガラス中の気泡の泡径と減圧度との関係を示しており、初期の泡径が０．２（ｍｍ）である気泡が、減圧度が３００（ｍｍＨｇ）を超える頃からボイルシャルルの法則を外れて、ボイルシャルルの法則から計算される泡径よりも大きくなっていくことがわかる。このボイルシャルルの法則を外れる時の減圧度を臨界圧力といい、この臨界圧力の値は溶融ガラスの種類によって異なる。このように、溶融ガラス中の気泡が、減圧度を下げることによりボイルシャルルの法則を外れ、大きくなっていくというこの現象は、減圧するに従い、溶融ガラス中のなんらかのガス成分が気泡中に拡散しているために起こると考えられる。また、気泡が前記臨界圧力以下となる圧力に長くさらされるほど泡径が大きくなり、泡径が大きくなるとともに、気泡の浮上速度は上昇し、溶融ガラス表面で破泡しやすくなる。
【００３３】
この原理を減圧脱泡槽に応用すると、上昇管の上端部における流路の横断面の面積を、上昇管の下端部における流路の横断面の面積よりも大きくすることにより、気泡が臨界圧力以下となる圧力に長くさらされることとなり、脱泡性能の向上が達成される。なお、流路の横断面とは、溶融ガラスが流れる方向と垂直な流路の断面をいい、上昇管の上端部とは、上昇管と減圧脱泡槽の底面とが連結した部分をいい、上昇管の下端部とは、上昇管の最下の部分をいう。以下、この原理を応用した減圧脱泡槽について、具体的に説明する。
【００３４】
図４は、図３の上昇管１１８における従来の気泡の脱泡機構を示す模式図であり、図３の減圧脱泡装置１１０の上昇管１１８側における溶融ガラスＧが流れる流路状態を表したものである。
【００３５】
図４において、溶融ガラスＧは気泡１４０ａとともに、上流案内ピット１２２から上昇管１１８へ流れていき、サイフォンの原理により、上昇管１１８の流路を上昇していく。一方、溶融ガラスＧの流れに伴い、気泡１４０ａも上昇管１１８の流路を上昇していき、溶融ガラスＧがさらされている圧力は上昇管１６の下端部１６ｄから上に行くに従い低くなるため、ボイルシャルルの法則により、気泡１４０ａから気泡１４０ｂ、気泡１４０ｃと泡径は大きくなっていく。さらに、溶融ガラスＧが上昇するに伴い、気泡が受ける圧力が臨界圧力を超えてさらに下がることにより、気泡はボイルシャルルの法則を外れさらに大きくなる。
【００３６】
しかし、図４のとおり、上昇管１１８における流路の横断面の面積が上端部１１８ｃから下端部１１８ｄまで等しくなっている場合、流路中に気泡が大きくなる空間を持つことができないため、気泡１４０ｇ、気泡１４０ｈに表されたとおり気泡が充分に大きくなることができない。そのため、減圧脱泡槽１１６に流入する泡数が急激に増加した場合、脱泡しきれない泡が溶融ガラス内に残存したり、減圧脱泡槽１１６の溶融ガラス表面に気泡が破泡せず盛り上がり、気泡１４０ｎのとおり、減圧脱泡槽１１６の天井に付着し、石物やリームを発生させる可能性がある。
【００３７】
また、大きくなった泡が、お互いに合体して巨大な泡が発生した場合、巨大な泡は非常に大きい浮力を持っているため、周囲の気泡と比して速い速度で泡が浮上し、溶融ガラスＧの単位時間当たり流量が安定しないという問題点があることが明らかとなった。
【００３８】
これに対し、図２は、図１の上昇管１６における本発明の気泡の脱泡機構を示す模式図であり、図１の減圧脱泡槽１４の上昇管１６側における溶融ガラスＧが流れる流路状態を表したものである。図２においては、上昇管１６の流路の途中に臨界部１６ｂを設け、上昇管１６の下端部１６ｄから臨界部１６ｂまでの流路の横断面の面積は一定であるが、臨界部１６ｂから上端部１６ｃまでの流路の横断面の面積は、臨界部１６ｂから上端部１６ｃに向かって徐々に大きくなる構造となっている。なお、溶融ガラスＧがさらされている圧力は、上昇管１６の下端部１６ｄから上に行くに従い低くなっていく。よって、上昇管１６の流路の途中に、溶融ガラスＧが受ける圧力が臨界圧力となる場所が存在し、前記場所よりも臨界部１６ｂが下方にあることが、減圧脱泡性能を向上させることができ好ましい。
【００３９】
このような構造を持つ上昇管１６の流路を溶融ガラスＧが流れる場合、溶融ガラスＧが受ける圧力は、溶融ガラスＧが上昇管１６内の流路を上昇するに従い低下していくため、溶融ガラスＧ内の気泡４０ａは気泡４０ｂ、気泡４０ｃと、ボイルシャルルの法則に従い大きくなっていく。その後、臨界部１６ｂを過ぎた後は、泡径はボイルシャルルの法則を外れ、急激に大きくなるが、図２の上昇管１６においては、気泡４０ｇ、気泡４０ｈのとおり、気泡が流路中に大きくなる空間を持つことができるため、気泡が容易に大きくなることができ、気泡４０ｋのような大きい泡径を持つ気泡となるため、溶融ガラスＧ表面で破泡しやすくなる。このことにより、減圧脱泡性能を向上させることができ、溶融ガラスＧ内に気泡が残存しにくくなる。また、気泡が大きくなることによって、破泡しやすくなるため、気泡が減圧脱泡槽１４の天井に付着しにくくなるという効果も得られ、石物やリームといった欠点の発生を抑制することができる。
【００４０】
また、図２の構造とすることにより、臨界部１６ｂ〜上端部１６ｃを流れる溶融ガラスＧの流速を下げることができる。これにより、臨界圧力以下となる状況に長い間泡をさらすことができ、減圧脱泡性能を向上させることができる。また、溶融ガラスＧが流れる空間を広く取ることができるため、大きくなった泡がお互いに合体して巨大な泡が発生しにくくなり、溶融ガラスＧの単位時間当たり流量を安定させることができる。
【００４１】
上昇管１６の流路の横断面形状は、円形状のみならず楕円形状や矩形状であってもよい。また、上昇管１６の流路の横断面の面積を下端部１６ｄから徐々に大きくしてもよいし、階段状に大きくしてもよい。
【００４２】
また、上昇管１６の上端部１６ｃから下端部１６ｄまでの距離は２〜５ｍが好ましく、また、上端部１６ｃから臨界部１６ｂまでの距離は、上端部１６ｃから下端部１６ｄまでの距離の０．０５〜０．５倍であることにより、減圧脱泡性能を向上させることができ好ましい。
【００４３】
上端部１６ｃの流路の横断面の面積は、減圧脱泡槽１４の流路の幅によっても変動するが、減圧脱泡性能を向上させるために、下端部１６ｄの流路の横断面の面積の１．１〜９．０倍とする。前記面積比は１．５〜４．０倍であると特に好ましい。また、本発明の減圧脱泡槽の単位時間当たりの溶融ガラスの流量は、減圧脱泡槽の大きさによって変動するが、１．５〜３５０トン／日である。
【００４４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００４５】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、上昇管の上端部における流路の横断面の面積を、上昇管の下端部における流路の横断面の面積よりも大きくすることにより、流路中に気泡が大きくなる空間を持つことができるため、気泡が容易に大きくなることができ、減圧脱泡性能を向上させることができる。また、気泡が大きくなることによって、気泡が破泡しやすくなるため、泡が減圧脱泡槽の天井に付着しにくくなるという効果も得られ、泡、石物、リームといった不良が発生しにくい溶融ガラスを得ることができる。また、流路中に気泡が大きくなる空間を持つことができるため、大きくなった泡がお互いに合体して巨大な泡が発生しにくくなり、溶融ガラスＧの単位時間当たり流量を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の減圧脱泡装置の一実施例を示す概略断面図。
【図２】図１の上昇管における気泡の脱泡機構を示す模式図。
【図３】従来の減圧脱泡装置の一実施例を示す概略断面図。
【図４】図３の上昇管における気泡の脱泡機構を示す模式図。
【図５】減圧下における泡径変化を表した図。
【符号の説明】
１０、１１０：減圧脱泡装置
１２、１１４：減圧ハウジング
１４、１１６：減圧脱泡槽
１２ａ：本体部
１２ｂ：上昇管収容部
１２ｃ：下降管収容部
１１４ｃ：吸引口
１１６ａ、１１６ｂ：吸引孔
１１６ｓ：上部空間
１６、１１８：上昇管
１６ｂ：臨界部
１６ｃ：上端部
１６ｄ：下端部
１８、１２０：下降管
２０、１１２：溶解槽
２２、１２２：上流案内ピット
２４、１２４：下流案内ピット
２６、１２６：断熱材
４０ａ〜４０ｋ：気泡
１４０ａ〜１４０ｎ：気泡
Ｇ：溶融ガラス
【図１】
0004058935.tif 000003
【図２】
0004058935.tif 000004
【図３】
0004058935.tif 000005
【図４】
0004058935.tif 000006
【図５】
0004058935.tif 000007