(57)【要約】【課題】本発明の目的は、加熱と冷却による膨張と収縮を吸収し、また、溶解液が滞留する量が少なく、溶解液の置換が容易である伸縮管を提供することである。【解決手段】本発明に係る伸縮管は、上流側槽から下流側槽へ溶融ガラスを流すための白金若しくは白金合金で形成され、伸縮部として環状の山部が並列して設けられた蛇腹構造部と、非伸縮部として管部とを有する伸縮管において、前記蛇腹構造部の山部に重畳して、環状の凸部と凹部とを伸縮管の軸方向に並列して設け、かつ、前記山部の１山につき、前記凸部を２以上設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側槽から下流側槽へ溶融ガラスを流すための白金若しくは白金合金で形成され、伸縮部として環状の山部が並列して設けられた蛇腹構造部と、非伸縮部として管部とを有する伸縮管において、
前記蛇腹構造部の山部に重畳して、環状の凸部と凹部とを伸縮管の軸方向に並列して設け、かつ、前記山部の１山につき、前記凸部を２以上設けたことを特徴とする伸縮管。
【請求項２】
前記凹部は前記山部の頂部に１又は２以上形成され、前記凹部の両側に前記凸部が形成され、前記各山部の両裾部分に２以上の変曲点を設けて裾凸部のみを形成し、前記管部の表面を基準面として、前記基準面から最も離れている前記変曲点までの距離は、前記凹部の底までの距離と同じ若しくは小さいことを特徴とする請求項１に記載の伸縮管。
【請求項３】
前記各山部で挟まれた谷部の底は、前記基準面と同じ面上若しくは外側にあることを特徴とする請求項２に記載の伸縮管。
【請求項４】
前記蛇腹構造部は連続する曲面によって形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の伸縮管。
【請求項５】
前記両裾部分において、前記２以上の変曲点のうち、前記基準面から距離が最も長い変曲点同士を結ぶ直線の長さは、前記山部の１山の幅の１／２〜２／３であり、前記基準面から前記直線までの距離は、前記基準面から前記凸部の頂点までの距離の１／３〜１／２であることを特徴とする請求項２、３又は４に記載の伸縮管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスを溶解するときに溶融、清澄、攪拌などの各槽間を接続し、連続的に流出することを可能にした溶融ガラス用の伸縮管に関する。詳しくは、溶融、清澄、攪拌などの各槽間を接続するときに、蛇腹構造を有することによって伸縮可能な溶融ガラス用伸縮管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス溶融装置において、溶融、清澄、攪拌などの各槽間を接続した中空の管が設けられており、例えば清澄槽や攪拌槽へ溶融ガラスを移動させる。このような構成とすることで、ガラスの溶解を連続的に行うことが可能となる。
【０００３】
ガラス溶融装置は、ガラスの溶解が行われるときは、１０００℃以上の熱が加わり、ガラスの溶解が行われていないときは、常温になる。その結果、加熱と冷却が繰り返し行われることになり、各槽間を接続した管も、溶解したガラスの通過の有無によって、加熱と冷却が繰り返し行われることになる。
【０００４】
加熱と冷却が繰り返し行われると、管が膨張と収縮を繰り返すため、接続された槽の壁が変形し、若しくは、管自体が変形するという問題が起こる。そこで、伸縮部として管の周方向に３６０度連続した山部（以下、環状の山部ともいう。）が１つ若しくは並列して２つ以上設けられた蛇腹構造部を有する伸縮管を用いることによって、接続する管の膨張分若しくは収縮分を吸収させ、前記問題を解決しようとする技術がある（例えば、特許文献１〜３を参照。）。伸縮管は蛇腹構造部を有するため、伸縮性及びバネ性を持たせることができる。その結果、伸縮管が管軸方向に膨張若しくは収縮したときに、熱応力を生じることなく、伸縮部の蛇腹構造部が吸収することができるため、膨張と収縮の繰り返しによる金属疲労を抑制することができ、伸縮管の破損を防止することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８‐６７５１８号公報
【特許文献２】特開２００６‐３１５８９４号公報
【特許文献３】特開２００６‐２０６４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、２又は３に示された蛇腹構造部を有する伸縮管は、伸縮機能を確保するため、蛇腹構造部を形成する環状の山部が、非伸縮部である管部の表面から外側方向に高く突き出ている必要がある。この結果、溶解したガラス（以下、溶解液ともいう。）は粘性のある流体であるため、山部に溜まりやすく、またその滞留する量も多い。このような山部での溶解液の滞留物は、別の溶解液を伸縮管にいれて流動させても、容易に置換されにくく、溶解液の置換に時間がかかるとともに、前回の溶解液と次回の溶解液との拡散現象を生じる時間が長くなることとなり、溶解液の歩留まりも低下する。
【０００７】
そこで本発明の目的は、加熱と冷却による膨張と収縮を吸収し、また、溶解液の滞留量が少なく、溶解液の置換が容易である伸縮管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、従来の蛇腹構造を有する伸縮管において、山部の高さを確保して伸縮性を維持するとともに、粘性のある流体が山部に留まることを抑制するために、溶解液が流動する方向に山部の内表面の長さを延長する手段として、山部に重畳して、環状の凸部と凹部とを伸縮管の軸方向に並列して設けることによって、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る伸縮管は、上流側槽から下流側槽へ溶融ガラスを流すための白金若しくは白金合金で形成され、伸縮部として環状の山部が並列して設けられた蛇腹構造部と、非伸縮部として管部とを有する伸縮管において、前記蛇腹構造部の山部に重畳して、環状の凸部と凹部とを伸縮管の軸方向に並列して設け、かつ、前記山部の１山につき、前記凸部を２以上設けたことを特徴とする。なお、伸縮管の外側に向かう環状の盛り上がり形状を凸部、伸縮管の内側に向かう環状の盛り上がり形状を凹部という。
【０００９】
本発明に係る伸縮管では、前記凹部は前記山部の頂部に１又は２以上形成され、前記凹部の両側に前記凸部が形成され、前記各山部の両裾部分に２以上の変曲点を設けて裾凸部のみを形成し、前記管部の表面を基準面として、前記基準面から最も離れている前記変曲点までの距離は、前記凹部の底までの距離と同じ若しくは小さいことが好ましい。裾凸部を形成することによって、溶解液が流動する方向により山部の内表面の長さを伸ばすことができ、また、基準面から凹部の底までの距離が裾凸部までの距離よりも大きいと、凸部に溶解液が滞留することなく流動させやすい。
【００１０】
本発明に係る伸縮管では、前記各山部で挟まれた谷部の底は、前記基準面と同じ面上若しくは外側にあることが好ましい。谷部の底が基準面と同じ若しくは外側にあると、管部の内径が谷部によって小さくなることがなく、溶解液の時間当たりの流量が抑制されることがない。
【００１１】
本発明に係る伸縮管では、前記蛇腹構造部は連続する曲面によって形成されていることが好ましい。熱による膨張、収縮等によって生じる応力を均一に分散させ、寿命を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る伸縮管では、前記両裾部分において、前記２以上の変曲点のうち、前記基準面から距離が最も長い変曲点同士を結ぶ直線の長さは、前記山部の１山の幅の１／２〜２／３であり、前記基準面から前記直線までの距離は、前記基準面から前記凸部の頂点までの距離の１／３〜１／２であることが好ましい。凸部への溶解液の滞留がほとんどなく、かつ、伸縮管の伸縮性を十分に確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来の蛇腹構造を有する伸縮管と同様に、加熱による膨張及び冷却による収縮を十分に吸収できるだけの伸縮性を維持することができるとともに、ガラス溶解液のような粘性のある溶解液が、蛇腹構造の山部に滞留することを少なくすることができる。このため新しい溶解液が入ってきたときに、溶解液の置換が迅速に、かつ、容易に行える。さらに前回の溶解液による拡散汚染が少なくなるため、溶解液の歩留まりが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。なお、同一部材・同一部位には同一符号を付した。
【００１５】
図１に、本実施形態に係る伸縮管の縦断面図を示す。図１において、伸縮管１は、溶融ガラス（溶解液）を流すための白金若しくは白金合金で形成され、伸縮部として環状の山部７が並列して設けられた蛇腹構造部３と、非伸縮部として管部５とを有する。蛇腹構造部３の山部７に重畳して、環状の凸部９と凹部１１とを伸縮管の軸方向に並列して設け、かつ、山部７の１山につき、凸部９を２つ設けている。
【００１６】
伸縮管１の組成は、白金又は白金合金で形成される。１３００℃程度までのガラス溶解時に使用することができる。また、大気雰囲気中の酸素やガラス成分の酸素に対する耐性を有する。白金合金は、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）等の各金属をそれぞれ５〜２０ｗｔ％含み、或いは／さらには、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）又は酸化トリウム（ＴｈＯ２）の各酸化物等をそれぞれ０．０５〜２ｗｔ％含む。また、これらの元素を複数含むものも適用できる。
【００１７】
山部７は、加熱による膨張及び冷却により収縮を十分に吸収できるだけの伸縮性を維持する蛇腹構造３を形成するために、少なくとも１山、好ましくは２山以上設けられる。各山部７によって挟まれる谷部の底６は、管部の表面の位置（以下、基準面２０ともいう。）と同じ面上に設けている。谷部の底６が、基準面２０と同じであれば、管部５の内径が谷部の底６によって小さくなることがなく、蛇腹構造部３によって溶解液の流動が抑制されないため、時間当たりの流量が確保される。なお、谷部の底６が基準面２０の外側にあってもよい。管部５の内径が蛇腹構造部３において拡大したことと同じであるので、溶解液の流量が減少することがない。管部５は、熱による膨張と収縮はするが、蛇腹構造部３のように機械的に変形して伸縮しない非伸縮部である。
【００１８】
蛇腹構造部３の山部７に重畳した環状の凸部９と凹部１１は、山部７の一山を１つの大波と考えると、凸部９は大波に重畳した小波に相当する。また凸部９は１山につき、２つ設けているため、凸部９同士の間には、小波の谷に相当する凹部１１存在する。凹部１１を形成するために、凸部９は一山につき２つより多く設ける必要がある。山部７の１山につき、重畳波として２つ以上の凸部９と１つ以上の凹部１１が設けられると、山部７の高さを維持しつつ、凹部１１によって、山部７の頂部に留まろうとする粘性のある溶解液がかき出される効果が生じ、この結果、伸縮管の伸縮性を維持しながら、山部への溶解液の滞留を抑制することができる。
【００１９】
図２に本実施形態に係る伸縮管の伸縮部を形成する山部７の１山の部分拡大縦断面図を示す。図２は、山部７の１山の縦断面図のうち、基準面２０から上の部分を示す（以下、基準面２０から伸縮部の各位置までの距離を高さともいう。）。図２において、山部７の頂部には底２５を有する凹部１１が形成され、凹部１１の両側には凸部９が形成されている。これら凹部１１と凸部９は、山部７に重畳した波形の形状からなる。なお、凹部１１は、２つ以上形成してもよい。さらに凸部９の外側にある山部７の両裾部分（左裾部分１３ａ、右裾部分１３ｂ）には変曲点（左裾部分には、高さが低い順に１５ａ，１６ａ、右裾部分には、高さが低い順に１５ｂ，１６ｂ）が設けられている。変曲点１５ａ，１６ａ、及び１５ｂ，１６ｂによって挟まれた両裾部分１３ａ，１３ｂには裾凸部１７ａ，１７ｂが形成されている。なお、裾凸部１７ａ，１７ｂの形成にともなって隣接部に裾凹部は形成されていない。
【００２０】
裾凸部１７ａ，１７ｂを形成することによって、山部７の１山が長くなるため、山部７の最も高い点（図２において、凸部９の頂点２３）を維持したまま溶解液が１山を通過するときの山部の内表面の長さを伸ばすことができる。この結果、溶解液が山部７に設けられた凸部９に滞留することが抑制される。また、裾凸部１７ａ，１７ｂは、両裾部分１３ａ，１３ｂの勾配に対して肩部を形成するが、裾凹部が隣接していないため、裾凸部１７ａ，１７ｂに溶解液が滞留することはない。また、図３に示すように、変曲点の数を増やすことによって裾凸部の数を増やすこともできる。
【００２１】
変曲点１６ａ，１６ｂの高さＨ１ａ，Ｈ１ｂは、図２においては同じ高さの形状を示したが、異なっていてもよい。また、高さＨ１ａ及びＨ１ｂは、凹部１１の底２５の高さＨ２よりも低い形態を示したが、同じ高さとしてもよい。変曲点１６ａ、１６ｂより高い位置にある山部７は凸部９が重畳された領域であるので、変曲点１６ａと１６ｂを結ぶ直線Ｌ１より上方に２つの凸部９と１つの凹部１１が設けられた形状とみなすことができる。このとき、凹部１１の底２５の高さＨ２が、変曲点１６ａ，１６ｂより高いと、凸部９を満たす溶解液は、凸部９の高さ方向への突出の程度が緩和されて滞留することなく凹部１１の底２５を乗り越えて流動しやすい。
【００２２】
図１において、蛇腹構造部３は連続する曲面によって形成されている。凹部１１と凸部９は連続した曲面によって形成されることによって、伸縮性が損なわれず、また、蛇腹構造部３の各部分を連続した曲面で形成することによって、熱による膨張、収縮等の応力を均一に分散して伸縮管１の寿命を延ばすことができる。さらに、溶解液の流動が妨げられず、蛇腹構造部３に溶解液が滞留しにくくなる。連続した曲面で形成された蛇腹構造部３は、肉厚が一定であることが好ましい。熱による膨張、収縮等の応力を均一に分散する効果が高い。
【００２３】
本実施形態に係る伸縮管１では、変曲点１６ａ，１６ｂ同士を結ぶ直線の長さＬ１と、山部７の１山の幅Ｌ２の比率Ｌ１／Ｌ２は１／２〜２／３であることが好ましい。直線の長さＬ１が１山の幅Ｌ２の２／３より大きいと、凸部９に溶解液が滞留しやすく、１／２より小さいと、伸縮性が十分に得られない場合がある。また、変曲点１６ａ，１６ｂ同士を結ぶ直線の高さＨ４と、凸部９の頂点２３の高さＨ５の比率Ｈ４／Ｈ５は１／３〜１／２であることが好ましい。比率Ｈ４／Ｈ５が１／３より小さいと、凸部９に溶解液が滞留しやすく、１／２より大きいと伸縮性が十分に得られない場合がある。
【００２４】
凸部９の頂点２３における曲率半径は、凹部１１の底２５における曲率半径よりも小さいことが好ましい。凹部１１の形状が溶解液の流動を妨げず、凸部９に溶解液が入りやすく、出やすくなるため、溶解液の置換が容易になる。
【実施例】
【００２５】
（粘性流体の流動試験）
図４に示す形状の各伸縮管モデル（メタクリル酸メチル樹脂製、長さ２２０ｍｍ、内径４０ｍｍ、肉厚１ｍｍ）を作製し、各伸縮管モデルに、粘性がガラス溶解液に近い模擬流体として、粘性流体１（グリセリン  健栄製薬社製を、青色食用色素  共立食品社製で着色した流体）を、左から右へ流し、粘性流体１を伸縮管モデルの内部に完全に充填させた。次に、大気を流し、伸縮管モデルから粘性流体１を取り除いた。このとき、伸縮管モデルの凸部に残存した粘性流体１は、そのまま保持させた。次に、各伸縮管モデルに粘性流体２（グリセリン  健栄製薬社製）を左から右へ流した。以上の試験において、各伸縮管の蛇腹構造部における粘性流体１の残存量、及び粘性流体２の状態を観察した。なお各伸縮管モデルの伸縮性（軸方向の弾性係数）は同じである。
【００２６】
（実施例１）
図４（ａ）に示す実施例１の伸縮管モデルは、蛇腹構造部が同じ形状の山部２山からなる（１山の幅６０ｍｍ）。山部に重畳して２つの同じ形状の凸部（凸部の頂点の高さ２０ｍｍ）と、凸部に挟まれた１つの凹部を設けた。凹部また山部の両裾部に左右対称に裾凸部１組設けた。裾凸部を形成する上側の変曲点の高さは１０ｍｍ、凹部の底の高さは１０ｍｍとした。上側の変曲点同士を結ぶ線の長さと、１山の幅の比率（Ｌ１／Ｌ２）は２／３、上側の変曲点同士を結ぶ線の高さと、凸部の頂点の高さとの比率（Ｈ４／Ｈ５）は、１／２とした。
【００２７】
（実施例２）
上側の変曲点の高さを６．６ｍｍとし、上側の変曲点同士を結ぶ線の高さと、凸部の頂点の高さとの比率（Ｈ４／Ｈ５）を１／３とした以外は、実施例１と同様である。
【００２８】
（実施例３）
上側の変曲点同士を結ぶ線の長さと、１山の幅の比率（Ｌ１／Ｌ２）を１／２とした以外は、実施例１と同様である。
【００２９】
（実施例４）
図４（ｂ）に示す実施例４の伸縮管モデルは、凹部の底の高さを１５ｍｍとした以外は、実施例１と同様である。
【００３０】
（比較例１）
図４（ｃ）に示す比較例１の伸縮管モデルは、蛇腹構造部が同じ形状の山部４山からなる（１山の幅３０ｍｍ、山部の頂点の高さ２０ｍｍ）。
【００３１】
（試験結果）
実施例１〜４は、ともに粘性流体１の残存量は非常に少なかった。粘性流体がわずかに残存した箇所は、凸部と凸部の境界部分（図２における９）であった。また、粘性流体２を流すと残存していた粘性流体１が少なくなり、時間の経過とともに粘性流体２が蛇腹構造部に充填されて完全に置換することができた。実施例１〜３では、粘性流体２への粘性流体１に起因する着色が僅かに認められたが、問題となるレベルではなかった。また実施例４は、実施例１に比べて、粘性流体１から粘性流体２への置換する速度がやや速く、粘性流体２に粘性流体１の着色が拡散することもほとんど認められなかった。
【００３２】
一方、比較例１では、粘性流体１が山部に滞留し、その残存量は非常に多かった。また、粘性流体２を流しても、粘性流体１の残存量は減少せず、時間の経過とともに粘性流体２が青色に着色することが確認された。山部に残存する粘性流体１が粘性流体２に拡散して着色が発生していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る伸縮管の縦断面図を示す。
【図２】本実施形態に係る伸縮管の部分拡大縦断面図を示す。
【図３】裾凸部が左右の山裾部の３つある実施形態に係る伸縮管の縦断面図である。
【図４】粘性流体の流動試験において使用した伸縮管モデルの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  伸縮管
３  蛇腹構造部
５  管部
６  谷部の底
７  山部
９  凸部
１１  凹部
１３ａ，１３ｂ  裾部
１５ａ．１５ｂ  下側の変曲点
１６ａ、１６ｂ  上側の変曲点
１７ａ、１７ｂ  裾凸部
２０  基準面
２３  凸部の頂点
２５  凹部の底
Ｌ１  上側の変曲点同士を結ぶ直線の長さ
Ｌ２  山部の１山の幅
Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ，上側の変曲点の高さ
Ｈ２  谷部の底の高さ
Ｈ４  上側の変曲点同士を結ぶ直線の高さ
Ｈ５  凸部の頂点の高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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