(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスを均質化する方法において、
（ａ）回転する撹拌棒を備えた撹拌チャンバであって、前記撹拌チャンバおよび前記撹拌棒が耐火金属を含むものである前記撹拌チャンバを通して、前記溶融ガラスを複数の異なるガラス温度Ｔjで流動させながら、前記撹拌棒を複数の異なる速度Ｎiで回転させて、ＮiおよびＴjの組合せについて、前記溶融ガラスにおける実際の耐火金属異物レートを決定する工程であって、ここでｉは速度Ｎの数を表し、ｊが温度Ｔの数を表すものである工程、
（ｂ）ＮiおよびＴjの組合せについて、前記溶融ガラスと接触する前記撹拌チャンバおよび前記撹拌棒の表面積の関数として、剪断応力の分布を計算する工程、
（ｃ）前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）の後、各Ｔjについて閾値剪断応力σ0を計算する工程、
（ｄ）前記工程（ａ）および前記工程（ｂ）の後、耐火金属異物レートの温度依存性ｍtを計算する工程、
（ｅ）前記工程（ｃ）および前記工程（ｄ）の後、所定の温度および撹拌棒の回転速度について予測耐火金属異物レートを計算する工程、および
（ｆ）前記工程（ｅ）の後、前記予測耐火金属異物レートに応答して前記撹拌チャンバの動作を修正して、前記溶融ガラス中の耐火金属異物を最小にする工程、
を有してなる方法。
【請求項２】
前記工程（ｆ）が、前記ガラス温度を変更する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記工程（ｆ）が、前記撹拌棒の回転速度を変更する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
ｉの値が２以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
ｊの値が２以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
Ｎiが約０ｒｐｍおよび１００ｒｐｍの間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
Ｎiが約８ｒｐｍおよび１８ｒｐｍの間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
Ｔjが約１２００℃および１６００℃の間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
Ｔjが約１４３０℃および１４９０℃の間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記耐火金属が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および白金、並びにそれらの合金からなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融ガラスを均質化する方法に関し、特に、ガラス撹拌操作中に耐火金属が異物として混入するのを最小にする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスにおける化学的および熱的な均質性は、良好なガラス成形操作の極めて重要な部分である。ガラス溶融装置の機能は、一般に、ガス状または固体の異物が許容レベルにあるガラスを製造することにあるが、それにもかかわらず、このガラスには通常、化学的に異なる相の脈理(cord)（(striae)または透しむら(ream)）がある。親ガラスのこれらの不均質成分は、耐火物の融解、溶融による層化、ガラス表面の気化、および温度差を含む、溶融プロセス中の様々な通常の出来事に起因する。その結果として生じた脈理は、色および／または屈折率差のために、親ガラスにおいて目に見える。
【０００３】
ガラスの均質性を改善する手法の１つは、溶融装置の下流に位置する撹拌チャンバに溶融ガラスを通すことである。そのような撹拌チャンバは、適切なモータにより回転せしめられる中心シャフトを有する撹拌棒を備えている。複数の翼がそのシャフトから延在し、溶融ガラスが撹拌チャンバの上部から底部に通過するときに、この溶融ガラスを混合する働きをする。ガラスの化学的性質の腐食性と高温に抵抗するために、撹拌棒および撹拌チャンバは、典型的に、耐火金属、しばしば、白金族の金属、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および白金、またはその合金から製造されるが、モリブデンなどの高温耐食性金属であってもよい。本発明は、得られるガラス中に異物欠陥、特に、混合プロセスの結果としての撹拌チャンバの壁および／または撹拌棒の表面の腐食から生じる欠陥を導入しない、そのような撹拌チャンバの操作に関する。
【０００４】
層流条件下で撹拌棒が果たすことを想像する単純なやり方は、脈理を、所望の組成または親組成のガラスにより囲まれた異なる組成のガラスの塊として考えることである。脈理の各要素は、それ自体と親ガラスとの間の界面を有するものとして考えられる。ガラスの全体の不均質性の尺度の１つに、脈理の総界面表面積がある。最小の界面表面積は、脈理の全てが、１つの球状塊の状態にある場合に生じる。それらの塊はより小さな部分へと壊れ、平らな面へと引き伸ばされるので、脈理の体積が同じままであるという事実にもかかわらず、界面表面積は増加する。撹拌の効率（ここでは、撹拌の効果とも称される）の尺度の１つに、撹拌前の界面表面積に対する撹拌後の増加した界面表面積の比がある。
【０００５】
均質性を増加させるのに効果的であるために、撹拌システムは、以下の３つの機能を果たすべきである：
（１）  不均質なガラスの個々の塊を薄い筋に伸ばすべきである。この機能には、ガラスへの剪断応力の印加が必要である。
（２）  筋を短い断片に切断すべきである。この機能は、撹拌棒の翼の面に対して垂直な方向への溶融ガラスの流動により達成できる。
（３）  認識できる模様のないように短い断片を分散させるべきである。この機能は、大きな流れの方向に対して垂直にガラスを押す翼形状、すなわち、少なくともある程度のガラスの放射状流を生じる翼形状の選択により達成できる。
【０００６】
筋を薄くし、それらを切断することにより、切断された筋が個別に顕微鏡規模で見にくくなる。それらを分散させると、目に見えるパターンが巨視的規模で残される可能性がなくなる。
【０００７】
ガラスの流れが連続的であるプロセスにおいて、これら３つの機能は、撹拌チャンバ内の溶融ガラスの滞留時間により決まる別々の時間間隔で起こらなければならない。ガラスの流量が、増大している製造上の要望を満たすために増加させられるにつれて、ガラスは、これら３つの機能を果たすためのチャンバ内にいる時間が少なくなる。流量の所望の増加に対する通常の工学技術による対処は、撹拌棒の速度を増加させることである。これにより、剪断応力、切断頻度、およびことによると分散速度が増加する。
【０００８】
従来、ガラス撹拌システムは、妥当な撹拌棒寿命にできるかぎり両立する最高の剪断応力を有するように決定されてきた。実際に、そのようなシステムは、通常、低速で運転したときでさえ、高い剪断応力を生成するように設計されている。その意図は、撹拌システムの製造に一般に用いられる耐火金属（例えば、白金族の金属およびそれらの合金）の費用が高いために、最小の撹拌システムから最高の撹拌を得ることにある。一般論として、剪断応力は、翼の速度を増加させること、撹拌棒の翼と撹拌チャンバの壁との間の間隔（連結(coupling)）を減少させること、ガラスの温度を減少させること、またはこれらの働きの組合せによって増加させられるであろう。
【０００９】
多くのガラス製品（例えば、建築用ガラス）については、中程度の均質性要件しか適用されない。しかしながら、他のガラス製品は、厳しい均質性および他の品質基準を満たさなければならない。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの、視覚的表示装置の製造に用いられるガラスは、この後者の部類に入る。ディスプレイの製造に用いられるガラスについて、脈理および異物の両方を、最小にするおよび／または排除する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＬＣＤ用ガラスの製造プロセスにおいて、５０マイクロメートル未満のサイズを有する耐火金属異物が、その製造中にＬＣＤガラス中に導入されたことが発見された。これらの異物は、撹拌チャンバ、および特に、粘性の溶融ガラスを通る撹拌棒の動作により生じる粘性剪断応力の結果として、撹拌棒と撹拌チャンバの壁の腐食に遡られた。本発明は、撹拌されたガラス中の耐火金属異物を減少させるまたは排除する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、添付の図面を参照して、決して制限を意図せずに、与えられる以下の説明の過程でより明らかになる、他の目的、特徴、詳細およびその利点をより容易に理解されるであろう。そのような追加のシステム、方法、特徴および利点の全ては、この記載に含められ、本発明の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲により保護されることが意図されている。
【００１２】
本発明の実施の形態によれば、回転する撹拌棒を備えた撹拌チャンバを動作させる工程であって、撹拌チャンバおよび撹拌棒が耐火金属を含むものである工程、溶融ガラスが撹拌チャンバを通って流れるときに複数の異なる速度Ｎiで撹拌棒を回転させる工程であって、ｉは速度Ｎの数を表すものである工程、および複数の異なるガラス温度Ｔjで溶融ガラスを撹拌チャンバに通して流す工程であって、ｊは温度Ｔの数を表すものである工程を有してなる、溶融ガラスを均質化する方法が提案される。溶融ガラス中の実際の耐火金属の異物レートは、ＮiおよびＴjの組合せについて決定され、溶融ガラスと接触した撹拌チャンバおよび撹拌棒の表面積の関数としての剪断応力の分布は、そのＮiおよびＴjの組合せについて決定される。各Ｔjに関する剪断応力σ0の閾値は、耐火金属異物レートの温度依存性ｍtと同様に、計算される。上述したデータから、所定の温度および撹拌棒の回転速度について予測された耐火金属異物レートが計算でき、溶融ガラス中の耐火金属異物を最小にするために、予測された耐火金属異物レートに応答して、撹拌チャンバ動作に変更が行われる。
【００１３】
Ｎiは約０ｒｐｍおよび１００ｒｐｍの間にあることが好ましく、約８ｒｐｍおよび１８ｒｐｍの間がより好ましい。Ｔjは約１２００℃および１６００℃の間にあることが好ましく、約１４３０℃および１４９０℃の間がより好ましい。ｍtは、約１２００℃および１６００℃の間の温度範囲において、約０（ゼロ）ｍ-2Ｐａ-1秒-1および１ｍ-2Ｐａ-1秒-1の間にあることが好ましい。剪断応力閾値σ0は、１２００℃から１６００℃の温度範囲に亘り約１０００Ｐａおよび１０，０００Ｐａの間のどこかで変動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】撹拌チャンバおよび撹拌チャンバ内に回転可能に取り付けられた撹拌棒を備えた、例示の撹拌システムの側面断面図
【図２】本発明の方法の実施の形態を表す図
【図３】剪断応力対溶融ガラスに曝露された撹拌棒および撹拌チャンバの表面積の分布の例示のプロット
【図４】撹拌システムから描かれたガラスサンプル内で計数された耐火金属異物のプロット
【図５】様々な動作条件下でのいくつかの撹拌システムの耐火金属異物性能を示すプロット
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の詳細な説明において、限定ではなく説明の目的のために、特定の詳細を開示した実施の形態が、本発明を完全に理解するために述べられている。しかしながら、この開示の恩恵を受けた当業者には、本発明は、ここに開示された特定の詳細から逸脱する他の実施の形態で実施してもよいことが明らかである。さらに、よく知られたデバイス、方法および材料の説明は、本発明の説明を分かりにくくしないように省かれているであろう。最後に、適用できる場合はどんなときでも、同様の参照番号は同様の要素を指す。
【００１６】
本発明の以前に、撹拌棒／撹拌チャンバの設計の基礎となる原理は、高レベルの撹拌効果Ｅを達成するために高レベルの剪断応力を生成することであった。例示の撹拌システム１０を示す図１を参照すると、剪断応力は、撹拌棒１７の撹拌翼１６と壁との間の狭い間隔（連結）により、および翼の回転速度により、撹拌チャンバ１４の内壁表面１２の近くに生成される。図１において、矢印１８は、撹拌チャンバ１４に入る溶融ガラスを表し、矢印２０は、撹拌チャンバ１４から出る溶融ガラスを表す。翼１６は、撹拌棒のシャフト２２に取り付けられており、このシャフトは、モータ２４によって、所定の回転速度で回転せしめられる。一般論で、撹拌棒の表面および撹拌チャンバの内面に作用する剪断応力σは：
【数１】
0005588675.tif 000002
【００１７】
として表すことができ、ここで、μは溶融ガラスの粘度であり、νは流体の速度であり、χは、剪断応力を経験する表面に垂直な方向にある。
【００１８】
例えば、式（１）を円筒形の撹拌チャンバおよび共通直径Ｄ翼の翼を１つ以上有する円対称の撹拌棒に適用すると：
【数２】
0005588675.tif 000003
【００１９】
が得られ、ここで、Ｎはラジアン／秒の撹拌棒の速度であり、Ｃは、翼の先端と撹拌チャンバの壁との間の連結距離（すなわち、図１においては、Ｃ＝（Ｄ壁−Ｄ翼）／２）である。キログラム／メートル・秒で表したμ、ラジアン／秒で表したＮ、およびメートルで表したＤ翼とＣについて、τは、ニュートン／平方メートル（Ｎ／ｍ2）で表される。
【００２０】
油の流れに基づくシステムのモデル化により、撹拌効果Ｅは：
【数３】
0005588675.tif 000004
【００２１】
であると決定され、ここで、ｋは、撹拌棒／撹拌チャンバの形状に依存する定数であり、Ｑは流量であり、Ｂは翼の先端の数であり、Ｖは撹拌棒の掃引される体積である。撹拌効果の量Ｅは、撹拌プロセスに進入する脈理レベルの、そのプロセスを出る脈理レベルに対する比と考えることができる。すなわち、Ｅの値が高いほど、撹拌プロセスの終わりに脈理が少ないことが示される。撹拌効果のより完全な議論が、例えば、その内容をここに引用する、２００２年１１月２２日に出願された米国特許出願公開第２００３／０１０１７５０号明細書に提示されている。
【００２２】
本発明によれば、所定のサイズ（例えば、１０マイクロメートルより大きいサイズを有する異物）の許容できない高いレベル（例えば、完成ガラス１ｋｇ当たり２０より多い異物のレベル）の耐火金属異物を生成し得る撹拌棒と撹拌チャンバの腐食を最小にする撹拌動作条件を決定するために適用できる分析モデルが開発された。この腐食の最小化は、撹拌システムの耐用年数を延ばし、それによって、そのシステムの頻繁で高価な再構築を減少させることが有益である。
【００２３】
式（２）から、Ｎを減少させることにより、および／またはＤ翼を減少させることにより、および／またはＣを増加させることにより、剪断応力を減少させられることが分かる。直感的に、剪断応力が高いと、撹拌棒および撹拌チャンバの表面がより多く腐食し、よって、ガラス中により多くの耐火金属異物が混入されるはずである。しかしながら、剪断応力を単純に減少させて、耐火金属異物を特定の値未満に減少させることは、それ自体は、必ずしも、商業的に実行できる慣行ではない。何故ならば、結局は、撹拌はそれでも、実際的な流量で適切に均質化されたガラスを生成しなければならないからである。実際的な撹拌動作について、撹拌効果や流量を犠牲にして、剪断応力を減少させるべきではない。それゆえ、撹拌効果や流量を犠牲にしない撹拌プロセスパラメータの最適化方法が非常に望ましい。
【００２４】
図１および先に挙げた式から、剪断応力は、一部には、撹拌システムの表面上の位置の関数であることが明らかであろう。すなわち、全ての表面が、所定の組の動作条件に関して同じ剪断応力を経験するわけではなく、したがって、撹拌棒および撹拌チャンバの全表面が、同じレベルの耐火金属異物の混入を引き起こすわけではない。したがって、溶融ガラスを通る撹拌棒（および撹拌棒の翼）の動作により発生する剪断応力の分布に対して耐火金属異物レートを関連付ける方法が提案される。この方法は、耐火金属の材料特性、および撹拌されているガラスの組成を１つにまとめる。これは、２つの実験的に決定されるパラメータである耐火金属異物の温度依存性係数および剪断応力の閾値を用いて表されるであろう。本発明を実施することにより、様々なプロセス条件下での所定の撹拌システムの設計についての異物レートが予測可能になる。ここに用いたように、「撹拌システム」という用語は、撹拌棒（例えば、シャフトおよび翼）、撹拌チャンバ、および撹拌動作に直接関連する関連部材（入口パイプ、出口パイプ、撹拌棒のシャフトを回転させるためのモータなど）を意味するものと解釈される。
【００２５】
図２に示したように、方法２８の工程２６は、多数の動作条件および既定の撹拌棒／撹拌チャンバの設計についての剪断応力対表面積分布を計算する工程を含む。これは、適切な計算機（例えば、デスクトップ・コンピュータ）を用いて、計算流体力学（ＣＦＤ）の計算を行う市販のソフトウェアを利用することによって行ってもよい。ＣＦＤ手法において、撹拌チャンバおよび撹拌棒は、撹拌棒の構成、撹拌チャンバの形状などを描写するソフトウェア内の仮想メッシュ構造に単純化される。撹拌棒の回転速度およびガラスの温度／粘度などの適切な撹拌システム動作条件も、ソフトウェア・プログラムに入力される。ソフトウェアの出力は、ガラスと接触する表面積の関数としてのチャンバと撹拌棒の耐火金属表面への剪断応力のプロットを生成するように設定しても差し支えない。特定のレベルの剪断応力の影響下での耐火金属表面積を表す例示の剪断応力対表面積分布が、図３に曲線３０で示されている。
【００２６】
撹拌翼に作用する剪断応力の最高値は、一般に、翼の先端、すなわち、撹拌チャンバ１４の内壁表面１２に最も近接した翼の部分に生じることが分かった。撹拌翼の先端は、溶融ガラスと接触する総表面積に対してほんの小さな表面積しか相当しない。それゆえ、撹拌翼のこれらの小さな表面積、高い応力の欠陥生成部分は、図３の応力対表面積分布の右側領域により表される。他方で、表面積の大半に相当する、翼の残りと撹拌チャンバの壁は、ほんのわずかな量の剪断応力しか経験せず、分布の左側部分により表される。
【００２７】
方法２８の工程３２において、一連のまたはマトリクスの実験計画を行って、少なくともいくつかの異なる撹拌棒の回転速度およびいくつかの異なる温度について、実際の耐火金属異物レートを決定する。２つの異なる温度および２つの異なる撹拌棒の回転速度を含む、最小で４回の実験を行うべきである。必要に応じて、または要望に応じて、追加の温度と回転速度で追加の実験を行ってもよい。工程３２において、各実験について、同じ撹拌チャンバ／撹拌棒の設計、並びに同じガラス組成が用いられる。次いで、耐火金属異物レートを決定するために、撹拌システムから引き出された（取り出された）ガラス中の耐火金属異物の数を、引き出されたガラスの重量の関数として計数してよい。耐火金属異物の計数は、単純作業である。例えば、撹拌チャンバから取り出されたガラスのサンプルに光を照射して異物を照らし、顕微鏡により耐火金属異物を計数することによって、ガラスの単位重量当たりの耐火金属異物の数を決定してよい。撹拌システムを通るガラスの流量を知ることにより、単位重量当たりの異物に関して、または時間の関数として、耐火金属異物レートを表すことができる。
【００２８】
異物生成実験の例示マトリクスが以下の表１に示されており、ここで、Ｔ1およびＴ2は２つの異なる温度を表し、Ｎ1およびＮ2は２つの異なる撹拌棒の回転速度を表し、ｒ11、ｒ12、ｒ21およびｒ22は、その結果得られた４つの耐火金属異物レートを表している。マトリクス実験を２×２組の実験に制限する必要はない。要望に応じて、追加の実験を行ってもよく、表１はより広い組の実験を示しており、ここで、Ｎiはｉ番目の撹拌棒の回転速度を表し、Ｔjはｊ番目のガラスの温度を表し、一方で、ｒijは、ｉ番目の撹拌棒の回転速度およびｊ番目のガラスの温度に関する耐火金属異物レートを表している。明らかに、ｉおよびｊの値は、実施したマトリクス実験のサイズに依存し、単に、撹拌棒の回転速度とガラスの温度の数を示す。例えば、ｐ×ｑのマトリクスにおいて、ｉは、２およびｐの間の整数である値を有し、一方で、ｊは、２およびｑの間の整数である値を有する。その上、加えられる温度または回転速度が対称的に加えられる必要はない。すなわち、マトリクスが対称である必要はない。したがって、例えば、３つの温度および２つの回転速度を用いてもよい。
【表１】
0005588675.tif 000005
【００２９】
方法２８の工程３４は、所定のレートより高い耐火金属異物を生じる剪断応力の閾値を決定する工程を含む。耐火金属異物のモデルは、式：
【数４】
0005588675.tif 000006
【００３０】
により表すことができ、ここで、
ｒは、異物／秒で表されたガラスに入る耐火金属異物のレートであり、
ｍtは、ｍ-2Ｐａ-1秒-1の単位で表された、耐火金属と耐火金属との結合が壊される容易さを表す温度依存性の定数であり、
σは、パスカル（Ｐａ）で表された、撹拌チャンバの内壁および撹拌棒の翼に印加される剪断応力であり、
Ａは、ｍ2で表された印加された剪断応力下にある面積であり、
σ0は、パスカル（Ｐａ）で表された閾値剪断応力である。
式（４）において、ｒは、表１に示されたマトリクス実験から決定されたｒ値の内のいずれか１つ、すなわち、ｒ11、ｒ12、・・・ｒijであってよい。
【００３１】
前述したように、式（４）におけるパラメータｍtは、耐火金属の材料特性の寄与を表し、耐火金属対耐火金属の分子結合の強度に依存する。耐火金属が弱くなるほど、ｍtの値が大きくなる。ｍtパラメータは、ガラス特性の関数でもある：ガラスが耐火金属と反応性であるほど、ｍtの値が大きくなる。これらの傾向は、以下の式（５）：
【数５】
0005588675.tif 000007
【００３２】
により表され、ここで、ｍ1は、温度の上昇の結果としての耐火金属の弱化の影響を表し、ｍ0は、撹拌チャンバおよび撹拌棒の両方に関するガラスと耐火金属との間の相互作用を表している。Ｔは、溶融ガラスと接触した耐火金属の絶対温度である。
【００３３】
特定の耐火金属およびガラス組成物について、ｍ0およびｍ1は、いくつかの温度点で耐火金属異物レートを、撹拌棒の回転速度Ｎなどの他のプロセス条件を一定に維持しながら測定することによって、実験的に決定することができる。言い換えれば、ガラスは撹拌チャンバに通して処理することができ、形成されるガラス中の耐火金属異物の数は、複数の異なる温度でガラスの質量（すなわち、重量）の関数として計数してもよい。
【００３４】
閾値剪断応力σ0を計算するために、ｍtは、温度のみの関数であり、したがって、撹拌棒の回転速度には関係ないものと仮定する。閾値剪断応力は、所定の温度での、耐火金属異物レートがそれより低いとわずかである剪断応力として見られるであろう。次いで、式（４）を用いて、閾値剪断応力σ0を決定することができる。すなわち、式（４）は、２つの異なる撹拌棒の回転速度Ｎ1およびＮ2、１つの温度、例えば、Ｔ1について、ｍtを通じて、それ自体に等しく設定してよい：
【数６】
0005588675.tif 000008
【００３５】
耐火金属異物レートｒ11およびｒ21（温度Ｔ1での撹拌棒の回転速度１および２を示す）は、工程３２で決定した実験データにより知られており、剪断応力σの関数としてのＡは、ＣＦＤソフトウェア（工程２６において生成した剪断応力対表面積分布から導かれる）により決定されるので、式（６）は、所定の温度でのσ0について解かれる。
【００３６】
計算上は、上の式６（６）により示されるように、式（４）は、正確に、耐火金属異物の始まりについての剪断応力σ0、および所定の条件下でそのシステムが経験する最高剪断応力σmax（ここで、σ0＜σmax）の間の各分布曲線の下の面積を表す積分である：
【数７】
0005588675.tif 000009
【００３７】
実際には、その積分は、剪断応力対表面積の各分布を小さな垂直スライス（そのほんの一例のスライスである、スライス３２が図３に示されている）に換算し、計算に過度の誤差を導入せずにそれらのスライスを合計することによって、別個に評価してもよい。これにより、計算が著しく単純になる。次いで、第２の温度−撹拌棒の回転速度の組合せについてのσ0値を計算するために、式（６）は、第２の所定の温度Ｔ2および２つの異なる撹拌棒の回転速度Ｎ1とＮ2について解かれる。
【００３８】
異なる撹拌棒の回転速度および温度についてσ0が一旦計算されたら、方法２８の工程３８において示されるような耐火金属異物の温度依存性ｍtが決定される。この工程において、所定の撹拌棒の回転速度に関する２つの異なる温度での実験データが式（５）に用いられ：
【数８】
0005588675.tif 000010
【数９】
0005588675.tif 000011
【００３９】
が得られる。次いで、２つの未知の値ｍ0およびｍ1を表す式（８）および（９）が、ｍ0およびｍ1について解かれる。ここで、ｍt1およびｍt2は、それぞれ、２つの異なる温度Ｔ1およびＴ2での耐火金属異物の温度依存性を表す。その後、ｍ0およびｍ1が分かれば、任意の温度に関するｍt値が計算される。ｍtが一旦決定されたら、式（４）を用いて、方法２８の工程４０に示されるように、同じ耐火金属を用いて製造され、同じガラス組成物を撹拌する任意の撹拌システムについての予測耐火金属異物レートが計算される。すなわち、ｍtおよびσ0は、それぞれ、耐火金属およびガラスの材料特性に基づき、撹拌システムの物理的な設計には関係ないので、同じ耐火金属および同じガラス組成物を用いた別の撹拌システム設計の性能を評価するために行う必要のある全ては、新たな設計に関する剪断応力対表面積分布を生成することである。次いで、このデータを式（４）により適用して、新たな性能が決定される。
【００４０】
最後に、方法２８の工程４２により示されるように、既定の撹拌システムの設計に対してプロセス条件の最適な集合が一旦同定されたら、この情報は、耐火金属異物の数を最小にするために特定の撹拌動作を変更する（撹拌棒の回転速度および／またはガラスの温度を調節することにより）ように用いられてもよい。例えば、耐火金属異物レートは、様々な異なるプロセス条件について計算され、最小の耐火金属異物を生成するのに要求されるプロセス条件を示すためにプロットしてもよい。あるいは、他の撹拌システム設計は、新たな撹拌システム設計についてのＣＦＤ生成応力対表面積分布を生成し、得られたデータを用いて、様々なプロセス条件（撹拌棒の回転速度および／またはガラスの温度）下での新たな撹拌システムに関する耐火金属異物レートを計算することにより、評価してもよい。もちろん、所定の撹拌システム設計に関する適切なプロセス条件は、ガラスの均質性に関する適切なレベル撹拌効果を維持するという脈絡の中で選択すべきである。以下の実施例は、先のプロセスを例証する働きをする。
【実施例】
【００４１】
以下の説明は、本発明により、所定の撹拌チャンバ／撹拌棒設計および１つのガラス組成物に関する耐火金属異物レートを予測する実施例を要約したものである。
【００４２】
フルーエントＣＦＤソフトウェアを用いて、第１の撹拌チャンバ／撹拌棒設計（撹拌システム設計Ｉ）およびコーニング社(Corning Incorporated)のコード１７３７のガラス組成物に関する様々な強制流動条件下で、剪断応力対表面積分布を生成した。撹拌棒の速度も、８ｒｐｍ、９ｒｐｍ、１０ｒｐｍおよび１２ｒｐｍに亘り変えた。
【００４３】
次に、実例の撹拌チャンバ／撹拌棒に実験を行う。これは、従来のガラス製造プロセスの一部であった。３つの温度（１４３０℃、１４６０℃および１４９０℃）と、８ｒｐｍ、９ｒｐｍ、１０ｒｐｍおよび１２ｒｐｍの撹拌棒の回転速度で、ガラスを撹拌チャンバに通して流動させた。この撹拌チャンバ内で均質化されたガラスを、ガラス製造プロセスの結果として引き出し、単位重量（例えば、ガラスのポンド）当たりの耐火金属異物の数を計数し、ガラスを引き出した動作条件下と共に、記録した。そのデータのプロットが、異なる温度に関する、単位重量当たりの異物の数（すなわち、耐火金属異物密度）対撹拌棒の回転速度としてプロットされた図４に示されている。次いで、耐火金属異物レートを単位時間（秒-1）当たりの耐火金属異物に換算した。
【００４４】
上述した計算法（例えば、式（５）〜（９））および剪断応力対表面積分布を用いて、σ0は、１４３０℃と１４６０℃の両方に関して３０００〜３２００Ｐａの範囲に決定され、１４９０℃では約１４２０Ｐａと決定された。耐火金属異物の温度依存性の係数は、１４３０℃から１４９０℃の温度範囲に亘り、０．１８ｍ-2Ｐａ-1秒-1から０．６５ｍ-2Ｐａ-1秒-1に及んだ。これらの結果が、以下の表２に示されている。
【表２】
0005588675.tif 000012
【００４５】
有利なことに、上述したように、先の方法にしたがうことにより得られたｍtおよびσ0の値は、所定の組の耐火金属およびガラス組成物について、撹拌システムの物理的設計には大体は関係ない。すなわち、元のモデル化システムとは異なるが、同じ耐火金属およびガラス組成物を用いた、撹拌棒／撹拌チャンバの設計について、先のように決定された耐火金属異物の温度依存性係数および閾値剪断応力は、異なる撹拌システム設計に関する耐火金属異物レートを予測するために用いてよい：システムの物理的設計（例えば、連結距離、翼先端の面積など）による耐火金属異物への寄与を説明するために流体力学から適切な分布プロットを生成することしか必要ない。言い換えれば、所定のガラス組成物、および所定の耐火金属を用いた撹拌システムについて、先のように決定したｍtおよびσ0の値を用いて、撹拌システムの機械的設計にかかわらずに、そのシステムの耐火金属異物性能が予測されるであろう。例えば、図５に示されたプロットは、６つの曲線を示している。曲線４４は、１４３０℃から１４９０℃の温度範囲に亘り、１２ｒｐｍの撹拌棒の回転速度で動作したときの、上記の表２に示されたデータを生成するために用いた撹拌システムの耐火金属異物性能を示している。他方で、曲線４６〜５４は、第１のシステムとは異なる物理的設計を有するが同じ耐火金属から製造され、同じ温度範囲に亘り同じガラス組成物を用いた、２つの追加の撹拌システムの予測性能を示している。
【００４６】
図５から分かるように、曲線４４〜５４の一群から、８ｒｐｍの低速（曲線５０）から、１２ｒｐｍの高速（曲線４８）までの撹拌棒の回転速度の幅広い範囲に亘る約１４６０℃の最適（減少した耐火金属異物欠陥の観点から）動作ガラス温度が示唆される。実際に、いくぶん直感に反しているが、撹拌システムIIの性能（例えば、曲線４８）は、１２ｒｐｍでの撹拌システムＩ（曲線４４）よりも１８ｒｐｍで耐火金属異物レートがより低くなることを示している（重ねて、同じガラス組成物および同じ耐火金属について）。これらの予測と実際の製造動作との間のその後の比較により、図５により示される結果が実証された。
【００４７】
本発明の上述した実施の形態、特に任意の「好ましい」実施の形態は、単に本発明の原理を明白に理解するために述べられた、実施のための単なる可能性のある実施例であることを強調しておく。本発明の精神および範囲から逸脱せずに本発明の上述した実施の形態に多くの変更および改変を行ってもよい。そのような変更および改変の全ては、この開示と本発明の範囲内に包含され、以下の特許請求の範囲により保護されることが意図されている。
【符号の説明】
【００４８】
１０    撹拌システム
１４    撹拌チャンバ
１６    翼
１７    撹拌棒
２２    撹拌棒のシャフト
２４    モータ
【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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