(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平流動する溶融ガラス中に、撹拌羽根を備えた撹拌軸の、当該撹拌羽根を浸漬させた状態で、撹拌軸を回転させることによって、溶融ガラスの均質化及び脈理の解消を図るものである溶融ガラスの撹拌方法において、
撹拌羽根は角部を有する棒材からなり、当該棒材が傾斜した状態で多段状になるように、複数の棒材が撹拌軸へ立設されており、
溶融ガラスの流動を棒材の角部で切断するようにするとともに、溶融ガラスを上昇させるような流動を生じさせることを特徴とする溶融ガラスの撹拌方法。
【請求項２】
前記棒材の断面は、矩形或いは菱形である請求項１に記載の溶融ガラスの撹拌方法。
【請求項３】
角部を有する棒材の撹拌羽根を撹拌軸に備えた撹拌手段が、溶融ガラスの水平流動帯の幅方向に複数配置された請求項１又は請求項２に記載の溶融ガラスの撹拌方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスを均質化するための撹拌技術に関し、特に、供給用のフィード槽などで溶融ガラスを水平流動した状態で撹拌することよって、均質な溶融ガラスを効率的に供給できるようにする溶融ガラスの撹拌方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス製品には、ガラスの組成変動を原因とする欠陥があり、例えば、スジ状の脈理、平面層状に形成されるリームなどが挙げられる。このような欠陥は、ガラス製品の品質レベルに応じて適宜の調整されるものであるが、テレビのブラウン管材、光学レンズ、原子力用遮蔽板ガラスなどを代表例として、高品質が要求されるガラス製品では脈理などの欠陥の存在は致命的な不良とされる。
【０００３】
そのため、この脈理ような組成変動に基づく欠陥を解消するべく、ガラス製造においては、ガラスの均質化を促進するための操作を行うことが一般的である。特に、高度の均質性が求められる際には、溶融ガラスを機械的に撹拌する操作を行うことがあり、この機械的な撹拌操作は物理的な均質処理法として多用されているものである。
【０００４】
この機械的な撹拌による均質化操作は、原料を投入した溶融炉で生成されるガラスを、成形工程に供給するフィード槽（供給槽）などにおいて行われるものである。このようなフィード槽は、溶融炉からでてくる溶融状態のガラスを水平流動させて、その際に温度調整などを行いながら搬送するもので、その水平流動している溶融ガラスに撹拌手段を配置して均質化の操作が行われる。
【０００５】
この機械的な撹拌に用いられる撹拌手段には、らせん状、竹とんぼ状、棒状などの撹拌羽根を備えたものが知られている。このような各種形状の撹拌羽根を備えた撹拌軸からなる撹拌手段は、均質化のレベルに応じて適宜使い分けられるものであるが、テレビのブラウン管材、光学レンズ、原子力用遮蔽板ガラスなどを形成するような場合にあっては、脈理などの欠陥はもとより、気泡の混入も確実に防止する必要があるため、らせん状の撹拌羽根、即ち、撹拌軸に対して平板をスパイラル状に取り付けたものが使用される。
【０００６】
このらせん状の撹拌羽根を備えた撹拌手段を用いて、水平流動する溶融ガラスを撹拌すると、気泡の混入もなく、ある程度の均質化操作は行えるものである。しかしながら、近年、ガラスを使用した製品においては、より高度な機能を実現して製品の差別化を図るべく、ガラスに対する品質要求も極めて高くなっている。そのため、従来から知られる撹拌手段では、より高度の均質化操作を行う場合、必ずしも満足できるものと言えないのが現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、高品質が要求されるガラス製品において、脈理や気泡などの欠陥を、従来よりも、より確実に解消できる均質化操作に関する撹拌技術を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は、機械的な撹拌における撹拌羽根形状を種々検討し、気泡を発生させることもなく、従来の撹拌羽根、即ち、らせん状や竹とんぼ状、棒状の撹拌羽根に比較して、さらに高度な均質化操作が行える撹拌方法を見出し、本発明を想到するに至った。
【０００９】
具体的には、水平流動する溶融ガラス中に、撹拌羽根を備えた撹拌軸の、当該撹拌羽根を浸漬させた状態で、撹拌軸を回転させることによって溶融ガラスの均質化を図るものである溶融ガラスの撹拌方法において、撹拌羽根は角部を有する棒材からなり、当該棒材が傾斜した状態で多段状になるように、複数の棒材が撹拌軸へ立設されており、溶融ガラスの流動を棒材の角部で切断するようにするとともに、溶融ガラスを上昇させるような、即ち水平流動に対して略垂直方向に流動を生じさせるように撹拌するものとした。この本発明の撹拌方法によると、水平流動する溶融ガラスを、気泡を発生させることなく、万遍に均質化することが可能となり、脈理などの欠陥を、従来よりもさらに確実に解消することができる。
【００１０】
ガラスに発生する脈理のような欠陥は、ガラス流れにおけるせん断と引き延ばしによって部分的に組成の偏りが生じた結果発生するものである。従って、水平流動する溶融ガラスの垂直断面で見た場合、その垂直断面の全面で万遍なく撹拌できることが、高度な均質化操作に必須なものと考えられる。
【００１１】
このことからすると、従来のらせん状撹拌羽根による撹拌にあっては、水平流動する溶融ガラスの垂直断面のうち、撹拌羽根が接触することになる撹拌領域全面で撹拌による均質化操作が行われることになる。しかし、らせん状の撹拌羽根では、スパイラル状に取り付けられた平板に沿って溶融ガラスが誘導され、撹拌羽根付近にある溶融ガラスは、平板に押し上げられるような状態（逆回転の場合では押し下げる状態）とされながら撹拌される。そのため、気泡を発生させる可能性は少ないものの、水平流動する溶融ガラスの上下方向における組成変動を均質化する機能から見ると、より高度な均質化操作を行う際には十分なものといえない。
【００１２】
一方、本発明の撹拌方法では、まず、角部を有する棒材を撹拌羽根に用いているので、撹拌の際に溶融ガラスの水平流動を棒材の角部で切断するような状態が実現される。そして、その撹拌羽根である棒材は、傾斜した状態で、多段状となるように、撹拌軸に複数立設されている。そのため、水平流動する溶融ガラスの垂直断面の内で、撹拌羽根が接触することとなる撹拌領域全面に対して、棒材による切断するような撹拌が行われることとなる。加えて、複数の棒材が傾斜した状態で多段状に立設されているため、水平流動する溶融ガラスを上昇させるような流動を生じさせる作用も生じ、より均質化を図ることが可能となるのである。
【００１３】
本発明における撹拌羽根の棒材は、その角部が水平流動するガラスに対向するように撹拌軸に配置するとともに、複数の各棒材は同一の傾斜角で、等間隔に多段状となるように立設すればよく、例えば、撹拌軸を中心に、撹拌軸の両サイドにはしご状に一定角度傾斜した棒材を立設したり、この撹拌軸の両サイドへはしご状に立設した棒材を、さらに直交するように十字状に立設することなどができる。本発明における撹拌羽根である角部を有する棒材の立設形態は特に制限はなく、棒材の角部が水平流動する溶融ガラスを切断するようになるとともに、その溶融ガラスを上昇させるような流動を生じさせるようにされていればよく、撹拌軸への負荷などを考慮して適宜決定すればよい。
【００１４】
また、本発明に係る角部を有する棒材断面は、矩形又は菱形であることが好ましい。特に、正方形や菱形の断面を有する角状の棒材が好ましい。粘性の高い溶融ガラスを撹拌する際に生じる大きな抵抗に耐える強度を確保し易く、撹拌羽根の製作が容易に行えるからである。
【００１５】
そして、大量な溶融ガラスを水平流動させている場合においては、角部を有する棒材の撹拌羽根を撹拌軸に備えた撹拌手段を、溶融ガラスの水平流動帯の幅方向に複数配置することが好ましい。これにより、大量の溶融ガラスを万遍なく均質化することができるからである。この場合における撹拌手段の配置には特に制限がなく、水平流動帯の幅方向において、所定間隔を設けて一線上に複数の撹拌手段を配置したり、千鳥足状に交互に位置をズラした状態に配置することなどが可能である。要は、水平流動する溶融ガラスをその水平流動帯の幅方向で撹拌されない部分が生じないように撹拌手段を配置すればよいものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る好ましい実施形態について説明する。
【００１７】
図１に、本実施形態に係る撹拌棒の側面図を示す。撹拌棒１は、撹拌軸２及び角材３、外枠材４とから構成されている。これら角材等はＰｔＲｈ合金製で、撹拌軸で３．５ｍｍ厚、角材及び外枠材で１．５ｍｍ厚のもので形成されている。複数の角材３は、撹拌軸２の両サイドに所定角度に傾斜されており、所定間隔を有した状態で多段状に立設されている。また、図１のように、撹拌軸２の立設した角材３の基端部は、一方側の角材３と他端側の角材３とのそれぞれの基端部位置を直線で結ぶと、角材３の傾斜角度と同じように傾いた状態になるようにしてある。そして、それそれの角材３の角部Ｅは、水平方向に対面するような状態にされている。さらに、外枠材４は、両サイドに多段状に立設された角材３の外端部分を連結するように設けられている。尚、本実施形態では、断面が正方形である角材を例にしているが、断面が菱形の棒材を用いてもよい。
【００１８】
図２には、撹拌棒１の平面図を示している。本実施形態では、図１のように撹拌棒２の両サイドに角材３を立設した場合のみを例に説明するが、本発明に係る撹拌棒１はこれに限定されない。例えば、図１で示した撹拌軸２の両サイドに立設した角材３を、さらに直交させて十字状になるように四方向に伸ばした状態のものを採用できる。また、図示は省略するが平面図で見た場合、撹拌軸を中心に三方向に伸びるように配置したり、或いは、角材をらせん状に配置したりすることもできる。この角材３の立設形態は、撹拌効率、撹拌軸への負荷などを考慮して適宜選択すればよいものである。
【００１９】
つぎに、図１で示す撹拌棒１を二本使用して水平流動する溶融ガラスを撹拌する均質化試験について説明する。また、この均質化試験は、比較例として、従来から使用しているらせん状撹拌羽根を備える撹拌棒も用いて行った。尚、図３〜図５には、溶融ガラスの流動状態を明瞭に示すために、撹拌棒１の駆動手段に関する記載は省略している。
【００２０】
図３及び図４には、フィーダ槽Ｆを水平流動する溶融ガラスＧに、図１で示した撹拌棒１の二本を配置した際の、平面図及び断面図の概略を示している。この均質化試験ではフィーダ槽Ｆの幅方向に、９００ｍｍ間隔をあけて撹拌棒１を二本並べて配置した。比較に行ったらせん状撹拌羽根５を備える撹拌棒６の場合も同様にした（図５、図６）。
【００２１】
均質化試験の条件は、水平流動させる溶融ガラスが、温度１１００〜１２００℃、粘度８００Ｐａｓ、密度２７００ｋｇ／ｍ３であり、その流動速度は３ｍ３／ｍｉｎとした。また、撹拌棒の回転数は、１５ｒｐｍで行い、二本の撹拌棒の回転方向は逆向きなるようにした。そして、溶融ガラスの撹拌状態を目視確認できるように、溶融ガラス中にトレーサーと呼ばれる着色剤を投入した。
【００２２】
図３及び図４には、フィーダ槽Ｆを水平流動する溶融ガラスＧを本実施形態の撹拌棒１により撹拌した場合における撹拌状態を概略的に示した。フィーダ槽Ｆを水平流動する溶融ガラスＧは、図面正面の左から右方向へ水平流動しているもので、図中帯線で示したのが着色剤であるトレーサーを示している。
【００２３】
トレーサーは、平面的には二本の撹拌棒１に対して二箇所流し（図３）、溶融ガラスの垂直方向では、深さが異なる三段のトレーサーを流すことで、その撹拌状態を確認した。図３を見ると判るように、平面的には、撹拌棒１に到達したトレーサーは、撹拌棒１の撹拌より、トレーサーの幅が広げられた状態になっていることが確認された。また、溶融ガラスの深さ方向では、撹拌棒１により、異なる深さで流れたトレーサーが水平方向に切断された状態で撹拌され、角材の傾斜によって部分的に上方向に押し上げられた状態となっていることが確認された。
【００２４】
一方、らせん状撹拌羽根５を備える撹拌棒６の場合、図５及び図６に示すような撹拌状態が確認された。この図５及び図６についても、上記したのと同様にトレーサーを流した際の撹拌状態を概略的に示したものである。図５を見ると判るように。従来のらせん状撹拌羽根５を備える撹拌棒６に到達したトレーサーは、平面的には、撹拌棒６の撹拌でトレーサーの幅があまり変化しない状態となっていることが確認された。また、溶融ガラスの深さ方向では、異なる深さで流されたトレーサーは、らせん状撹拌羽根に巻き込まれ、その羽根に沿って上方に押し上げられるように撹拌され、溶融ガラスの浅い部分に撹拌されたトレーサーが集まるような挙動をすることが確認された。
【００２５】
次に、気泡発生に関する試験を行った結果について説明する。この気泡発生確認試験は、上記均質化試験と同じ溶融ガラス条件で撹拌棒の回転数を変化させることにより行った。
【００２６】
本実施形態の撹拌棒を３０ｒｐｍまで回転数を増加したところ、溶融ガラス中に気泡を発生させたり、巻き込むような現象が全く生じないことが確認されていた。溶融ガラスの上部表面近傍に撹拌棒の角材が位置すると、溶融ガラス表面に波が発生し、気泡を巻き込む現象が生じやすくなるが、溶融ガラスの上部表面から深い位置に撹拌棒を配置して撹拌したところ、４０ｒｐｍまで気泡を発生させることなく回転数を上げられることが判明した。
【００２７】
以上のことから、本実施形態と従来のらせん状撹拌羽根とでは、その撹拌状態は大きく異なる結果、本実施形態の撹拌棒が、従来のらせん撹拌羽根と比較して、水平流動する溶融ガラスを万遍なく撹拌することができ、高均質な状態を実現できると判明した。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の撹拌方法によると、水平流動する溶融ガラスを、気泡を発生させることなく、万遍に均質化することが可能となり、脈理などの欠陥を、従来よりもさらに確実に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における撹拌棒の側面図。
【図２】本実施形態における撹拌棒の平面図。
【図３】本実施形態の撹拌棒を配置したフィーダ槽の概略平面図。
【図４】本実施形態の撹拌棒を配置したフィーダ槽の概略平面図。
【図５】従来のらせん状撹拌羽根を備える撹拌棒を配置したフィーダ槽の概略平面図。
【図６】従来のらせん状撹拌羽根を備える撹拌棒を配置したフィーダ槽の概略断面図。
【符号の説明】
１    撹拌棒
２    撹拌軸
３    角材
４    外枠材
５    らせん状撹拌羽根
６    従来撹拌棒
Ｅ    角部
Ｆ    フィード槽
Ｇ    溶融ガラス
【図１】
0003771517.tif 000002
【図２】
0003771517.tif 000003
【図３】
0003771517.tif 000004
【図４】
0003771517.tif 000005
【図５】
0003771517.tif 000006
【図６】
0003771517.tif 000007