(57)【要約】  本発明は、撹拌が改良され、ガラス筋が低減され、かつ運転中の処理パラメータを容易に調節することができるガラス撹拌機に関する。
2013502362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスを撹拌するための装置であって、
実質的に鉛直方向に向けられた撹拌室を有し、該撹拌室は少なくとも１つの円錐又は少なくとも１つの円錐の部分の内部形状を有しており、
前記撹拌室の上端部に配置された入口を有し、
前記撹拌室の下端部に配置された出口を有し、
前記撹拌室内に配置された撹拌機を有し、該撹拌機が、
（ａ）実質的に鉛直方向に向けられた、回転可能でかつ軸方向可動な軸、及び
（ｂ）該軸の軸線に沿って互いに隣接した、前記軸から外方へ延びた複数の撹拌エレメントを有しており、
（ｃ）押退け半径Ｒbladeを規定した円形領域を各撹拌エレメントが押し退けかつ前記軸のそれぞれの長さの位置における撹拌室がＲbladeよりも大きな内側半径Ｒwallを有するように、前記複数の撹拌エレメントが軸に沿って軸方向に配置されている形式のものにおいて、
前記円形領域の前記半径Ｒbladeと、対応して撹拌エレメントの寸法とが、軸の長さに沿って前記軸の下部から前記軸の上部に向かって拡大しており、前記軸は撹拌室の円錐形と実質的に同軸であり、撹拌エレメントは前記軸から半径方向に撹拌室の壁部の近くまで突出していることを特徴とする、溶融ガラスを撹拌するための装置。
【請求項２】
押退け容積Ｖを規定する撹拌室を溶融ガラスが流過する際に速度Ｓで撹拌室内の撹拌機の回転を行うように撹拌機の軸にトルクＴを与えるモータを有し、前記溶融ガラスは粘度ηを有し、
撹拌室内の個々の位置における前記撹拌エレメントのそれぞれについて以下の関係が満たされるようにＳ、Ｔ、Ｖ、Ｒblade、Ｒwall及びηが選択される：
（ＳＴＶ／η）0.5＞＝５．０ｋｇ／ｓ
Ｓはラジアン毎秒での撹拌機の速度、Ｔはニュートンメートルでの撹拌機を回転させるために撹拌機の軸に与えられるトルク、Ｖはｍ3での撹拌機によって規定された押退け容積、ηはｋｇ／ｍ・ｓでの溶融ガラスの粘度、及び
（２πηＮＲblade）／（Ｒwall−Ｒblade）＜＝３．５・１０-3Ｎ／ｍ2
η及びＮは上に定義されるとおりであり、Ｒwallは軸に取り付けられた個々の撹拌エレメントの位置における撹拌室の内径であり、Ｒbladeは軸に取り付けられた撹拌エレメントの最大直径であり、Ｒwall及びＲbladeはメートルで示される、請求項１記載の溶融ガラスを撹拌するための装置。
【請求項３】
撹拌室の内面が複数の溝を有し、該溝は好適には前記軸の回転軸線に対して実質的に垂直である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
撹拌室の内面に面した撹拌エレメントの表面の表面法線（法線ベクトル）が撹拌室の表面に対して実質的に垂直であるように前記撹拌機の前記撹拌エレメントが設計されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
複数の撹拌エレメントが、軸の軸線に沿って互いに隣接した、前記軸から半径方向に突出した複数の円弧状のインペラであり、軸の中心から横方向に放射状に延びた部分と、インペラに当接した円弧状エッジとを有する、前記インペラのための複数の支持エレメントを有し、該支持エレメントが軸に沿って軸方向に配置されており、前記円弧状のインペラが、該円弧状のインペラに当接した前記支持エレメントの円弧状エッジの半径と同じ半径を有しており、前記インペラの半径と、前記支持エレメントの前記円弧状エッジの半径とが、軸の長さに沿って拡大している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
各インペラの近位端部が軸に係止されている、請求項５記載の装置。
【請求項７】
平面図で実質的に円形の円弧形状を形成するように２つの隣接するインペラ羽根が結合されている、請求項５又は６記載の装置。
【請求項８】
隣接し合うインペラ羽根が互いに反対方向に湾曲されている、請求項５から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記撹拌エレメントがロッド状撹拌羽根である、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記撹拌エレメントは、軸の長さに沿って互いに上下に配置された、前記軸に設けられた対応するオリフィスを貫通したロッド状撹拌羽根である、請求項１から４までのいずれか１項又は９記載の装置。
【請求項１１】
撹拌室の内面に面しかつ前記軸から外方に面した撹拌エレメントの面が螺旋を形成するように、前記ロッド状撹拌羽根が軸の長さに沿って互いに上下にかつ互いに対して角度を成して配置されている、請求項１から４までのいずれか１項又は９又は１０記載の装置。
【請求項１２】
前記ロッド状撹拌羽根は、軸の長さに沿って互いに上下に配置されておりかつ、少なくとも１つの、実質的に鉛直方向に向けられた、ロッド状の結合エレメントによって互いに結合されている、請求項９から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
前記撹拌エレメントが軸の太くなった部分を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
前記太くなった部分が、円筒形、円錐形、球形、半球形、円錐台形、ベル形、及びこれらの組合せから成るグループから選択された形状を有する、請求項１から４までのいずれか１項又は１３記載の装置。
【請求項１５】
前記太くなった部分の外側に少なくとも１つの羽根エレメントが取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項又は１３又は１４記載の装置。
【請求項１６】
溶融ガラスを均質化する方法において、
請求項１から１５までの少なくとも１項記載の装置を提供し、
撹拌室に溶融ガラスを流過させ、
溶融ガラスが撹拌室を流過しながら該撹拌室内で撹拌機を回転させるために撹拌機の軸にトルクを加えることを特徴とする、溶融ガラスを均質化する方法。
【請求項１７】
溶融ガラスのための撹拌機であって、
回転可能でかつ軸方向可動な軸と、
該軸の軸線に沿って互いに隣接した、前記軸から突出した複数の撹拌エレメントとを有し、
前記複数の撹拌エレメントが、所定の半径を有する円形領域を各撹拌エレメントが押し退けるように、軸に沿って軸方向に配置されている形式のものにおいて、前記円形領域の前記半径と、対応する撹拌エレメントの寸法とが、軸の長さに沿って前記軸の下部から前記軸の上部に向かって拡大していることを特徴とする、溶融ガラスのための撹拌機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、ガラスを撹拌するための装置、特に主供給ボディから加工ボディ又は成形装置への移行時にガラスを撹拌するための装置に関する。
【０００２】
発明の背景
ガラスの化学的及び熱的均質性は、特にフラットスクリーンディスプレイ等のディスプレイ用途のための高品質ガラスを形成する本質的な部分である。ガラス溶融室の機能は概して、許容できるレベルの気体又は固体包含物を備えたガラスを製造することであるが、ガラスはしばしば、化学的に異なる相の筋（又はシュリーレン）を示す。ガラスのこのような不均質な要素は、耐火性溶解、溶融層形成、ガラス表面揮発、及び温度差を含む、溶融中の様々な通常の発生から生じる。生じた筋は、色及び／又は屈折率の違いにより、ガラスにおいて見られる。
【０００３】
ガラスの均質性を改良するための１つの方法は、溶融室の下流に配置された鉛直方向に配向された撹拌室に溶融ガラスを通過させることである。このような撹拌室には、適切なモータによって回転させられる中央軸を有する撹拌機が装備されている。撹拌室の上部から底部へ通過する溶融ガラスを混合するために軸から羽根が延びている。本発明は、特に、結果として生じるガラスに欠陥を生じることなくこのような撹拌室から高いスループット及び高い混合効率（混合効果）を達成するための、新規の撹拌室及び撹拌機に関する。
【０００４】
有効に均質性を高めるために、撹拌システムは以下の３つの機能を行うべきである：
（１）撹拌システムは、不均質なガラスの個々の塊を薄いストリークに延伸するべきである。この機能は、ガラスにせん断応力を加えることを必要とする。
（２）撹拌システムは、ストリークを短いセグメントに切断するべきである。この機能は、撹拌機の羽根の平面に対して垂直な方向に溶融ガラスを流れさせることによって達成することができる。
（３）撹拌システムは、認識可能なパターンが生じないように短いセグメントを拡散させるべきである。この機能は、バルク流れの方向に対して垂直にガラスを押す羽根形状、すなわちガラスの少なくとも一部の半径方向流れを生ぜしめる羽根形状を選択することによって達成することができる。
【０００５】
シュリーレンの厚さを減じかつシュリーレンを切断することは、これらを微視的スケールで個々に見ることを困難にする。シュリーレンを分散させることは、目に見えるパターンが巨視的スケールで残される可能性を排除する。
【０００６】
連続的なプロセスにおいて、全ての３つの機能は、撹拌室内のガラスの滞留時間によって決定される個別の時間内で行わなければならない。ガラスの流量が高まると、撹拌室内でのこれらの３つの機能が行われるためにガラスが有する時間が少なくなる。多くのガラス製品（例えば建築ガラス）の場合、中程度の均質性要求のみが当てはまる。しかしながら、他のガラス製品は、厳しい均質性及びその他の品質基準を満たさなければならない。ＬＣＤガラスはこの後者のカテゴリに属する。このガラスのために、筋及び包含物は、できるだけ低減及び／又は排除される必要がある。
【０００７】
しかしながら、この目的は、（１）高いガラススループットを維持し、（２）高い撹拌効率（例えば低レベルのシュリーレン）を維持するという目的によって補足される。これらの目的は、相反するものであり、例えばせん断応力、ひいては侵食を減じるために撹拌機速度を遅くすることができるが、撹拌機速度を遅くすることは、より低い効率の撹拌及び／又は低減されたスループットを意味する。
【０００８】
以下に説明するように、本発明は、撹拌機及び撹拌室のための新規の設計を提供することによって、これらの一見矛盾する目標を同時に達成することができる。
【０００９】
通常、撹拌室は、円筒形の体積を押し退ける撹拌機を備えた円筒内部形状を有する。このような撹拌機は普及しており、長期間知られており、米国特許第７１２７９１９号明細書、米国特許第２８３１６６４号明細書、米国特許第３４１９３７３号明細書、及び国際公開第２００８／０８８４３２号に記載されている。しかしながら、これらの撹拌機設計は、軸に沿った全ての撹拌機において一定のせん断応力及び流量を有し、撹拌パラメータは、撹拌機の速度を変更することによってのみ運転中に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】撹拌室壁部の下側部分に設けられた出口を備えた本発明の撹拌装置を示す図である。
【図２】撹拌室の底部に設けられた出口を備えた本発明の撹拌装置を示す図である。
【図３】寸法が拡大しているインペラの３つのグループを有する本発明の撹拌機を示す図である。
【図４】２つ以上の開放角度を有する撹拌室の構成を示す図である。
【図５】図３の撹拌機に配置されたインペラ羽根のグループの部分的な平面図である。
【図６】図５のインペラのグループの部分的な斜視図である。
【図７】本発明の装置と、結合エレメントによって結合された撹拌エレメントを備えたロッド状の撹拌エレメントを備えた撹拌機とを示す図である。
【図８】撹拌エレメントが軸の太くなった部分である、異なるタイプの撹拌機を示す図である。
【図９】本発明の装置と、ロッド状撹拌エレメントを備えた撹拌機とを示す図である。
【図１０】撹拌エレメントが軸の太くなった部分でありかつ羽根エレメントを装備されている、本発明の装置を示す図である。
【００１１】
発明の短い説明
本発明の目的は、撹拌効果を改良する、溶融ガラスを撹拌するための装置を提供し、さらに、撹拌装置の運転中に処理パラメータを変更することである。これは、撹拌機及び撹拌装置において、撹拌機の速度に加え、鉛直方向の移動が、（せん断応力等の）撹拌パラメータを変化させ、撹拌されている溶融ガラスの流れが、入口管から撹拌室を通って出口管へ達する間に加速されることによって達せられ、これにより、シュリーレンの厚さがさらに減じられる。
【００１２】
この目的は、以下に定義するような溶融ガラスを撹拌するための装置によって達成される：
１．溶融ガラスを撹拌するための装置であって、
実質的に鉛直方向に向けられた撹拌室を有し、該撹拌室は少なくとも１つの円錐又は少なくとも１つの円錐の部分の内部形状を有しており、
前記撹拌室の上端部に配置された入口を有し、
前記撹拌室の下端部に配置された出口を有し、
前記撹拌室内に配置された撹拌機を有し、該撹拌機が、
（ａ）実質的に鉛直方向に向けられた、回転可能でかつ軸方向可動な軸、及び
（ｂ）該軸の軸線に沿って互いに隣接した、前記軸から外方へ延びた複数の撹拌エレメントを有しており、
（ｃ）押退け半径Ｒbladeを規定した円形領域を各撹拌エレメントが押し退けかつ前記軸のそれぞれの長さの位置における撹拌室がＲbladeよりも大きな内側半径Ｒwallを有するように、前記複数の撹拌エレメントが軸に沿って軸方向に配置されている形式のものにおいて、
前記円形領域の前記半径Ｒbladeと、対応する撹拌エレメントの寸法とが、軸の長さに沿って前記軸の下部から前記軸の上部に向かって拡大しており、前記軸は撹拌室の円錐形と実質的に同軸であり、撹拌エレメントは前記軸から半径方向に撹拌室の壁部の近くまで突出していることを特徴とする、溶融ガラスを撹拌するための装置。
【００１３】
２．押退け容積Ｖを規定する撹拌室を溶融ガラスが流過する際に速度Ｓで撹拌室内の撹拌機の回転を行うように撹拌機の軸にトルクＴを与えるモータを有し、前記溶融ガラスは粘度ηを有し、
撹拌室内の個々の位置における前記撹拌エレメントのそれぞれについて以下の関係が満たされるようにＳ、Ｔ、Ｖ、Ｒblade、Ｒwall、及びηが選択される：
（ＳＴＶ／η）0.5＞＝５．０ｋｇ／ｓ
Ｓはラジアン毎秒での撹拌機の速度、Ｔはニュートンメートルでの撹拌機を回転させるために撹拌機の軸に与えられるトルク、Ｖはｍ3での撹拌機によって規定された押退け容積、ηはｋｇ／ｍ・ｓでの溶融ガラスの粘度、及び
（２πηＮＲblade）／（Ｒwall−Ｒblade）＜＝３．５・１０-3Ｎ／ｍ2
η及びＮは上に定義されるとおりであり、Ｒwallは軸に取り付けられた個々の撹拌エレメントの位置における撹拌室の内径であり、Ｒbladeは軸に取り付けられた撹拌エレメントの最大直径であり、Ｒwall及びＲbladeはメートルで示される、１に記載の溶融ガラスを撹拌するための装置。
【００１４】
３．撹拌室の内面が複数の溝を有し、該溝は好適には前記軸の回転軸線に対して実質的に垂直である、１又は２に記載の装置。
【００１５】
４．撹拌室の内面に面した撹拌エレメントの面の面法線（法線ベクトル）が撹拌室の面に対して実質的に垂直であるように前記撹拌機の前記撹拌エレメントが設計されている、１から３までのいずれか１つに記載の装置。
【００１６】
５．複数の撹拌エレメントが、軸の軸線に沿って互いに隣接した、前記軸から半径方向に突出した複数の円弧状のインペラであり、軸の中心から横方向に放射状に延びた部分と、インペラに当接した円弧状エッジとを有する、前記インペラのための複数の支持エレメントを有し、該支持エレメントが軸に沿って軸方向に配置されており、前記円弧状のインペラが、該円弧状のインペラに当接した前記支持エレメントの円弧状エッジの半径と同じ半径を有しており、前記インペラの半径と、前記支持エレメントの前記円弧状エッジの半径とが、軸の長さに沿って増大している、１から４までのいずれか１つに記載の装置。
【００１７】
６．支持エレメントが軸上に螺合させられている、４から５までの１つ以上に記載の装置。
【００１８】
７．インペラが、軸の同じ長さにおいて同じ半径のインペラのグループとして配置されている、１から６までの１つ以上に記載の装置。
【００１９】
８．インペラのグループが、２つ、３つ、又は４つのインペラから成る、７に記載の装置。
【００２０】
９．各インペラの近位端部が軸に係止されている、５から８までのいずれかに記載の装置。
【００２１】
１０．平面図で実質的に円形の円弧形状を形成するように２つの隣接するインペラ羽根が結合されている、５から９までのいずれかに記載の装置。
【００２２】
１１．隣接し合うインペラ羽根が互いに反対方向に湾曲されている、５から１０までのいずれかに記載の装置。
【００２３】
１２．２つの隣接し合うインペラ羽根が、平面図で実質的にだ円形又は長円形の円弧形状を形成するように接合されている、５から１２までのいずれかに記載の装置。
【００２４】
１３．支持部材が軸に対して垂直に配置されている、１から１２までのいずれかに記載の装置。
【００２５】
１４．鉛直方向で見た場合に支持部材が互いに重なり合っており、これにより押退け容積内でのガラスの直接の下方への流れを妨げるようになっている、１から１３までのいずれかに記載の装置。
【００２６】
１５．押退け容積が円錐の一部の形状に形成されている、１から１４までのいずれか１つに記載の装置。
【００２７】
１６．隣接し合うインペラ羽根が互いに反対方向に湾曲させられている、１から１５までのいずれかに記載の装置。
【００２８】
１７．インペラ羽根が、インペラ羽根の厚さを貫通する複数の孔を有するか、又はインペラ羽根が、インペラの外面に複数の溝を有する、１から１２までのいずれかに記載の装置。
【００２９】
１８．前記撹拌エレメントがロッド状撹拌羽根である、１から４までのいずれか１つに記載の装置。
【００３０】
１９．前記撹拌エレメントは、軸の長さに沿って互いに上下に配置された、前記軸に設けられた対応するオリフィスを貫通したロッド状撹拌羽根である、１から４までのいずれか１つ又は１９に記載の装置。
【００３１】
２０．前記ロッド状撹拌羽根が、軸の長さに沿って互いに上下に配置されている、１から４までのいずれか又は１８又は１９に記載の装置。
【００３２】
２１．撹拌室の内面に面した撹拌エレメントの面が螺旋を形成するように、前記ロッド状撹拌羽根が軸の長さに沿って互いに上下にかつ互いに対して角度を成して配置されている、２０に記載の装置。
【００３３】
２２．前記ロッド状撹拌羽根は、軸の長さに沿って互いに上下に配置されておりかつ、少なくとも１つの、実質的に鉛直方向に向けられた、ロッド状の結合エレメントによって互いに結合されている、２０に記載の装置。
【００３４】
２３．前記撹拌エレメントが軸の太くなった部分を有する、１から４までのいずれか１つに記載の装置。
【００３５】
２４．前記太くなった部分が、円筒形、円錐形、球形、半球形、円錐台形、ベル形、及びこれらの組合せから成るグループから選択されている、１から４までのいずれか１つ又は２３記載の装置。
【００３６】
２５．前記太くなった部分の外側に少なくとも１つの羽根エレメントが取り付けられている、１から４までのいずれか１つ又は２３又は２４に記載の装置。
【００３７】
２６．前記太くなった部分の外側に複数の羽根エレメントが取り付けられている、２３に記載の装置。
【００３８】
２７．溶融ガラスを均質化する方法において、
１から１５までのいずれか１つに記載の装置を提供し、
撹拌室に溶融ガラスを流過させ、
溶融ガラスが撹拌室を流過しながら該撹拌室内で撹拌機を回転させるために撹拌機の軸にトルクを加えることを特徴とする、溶融ガラスを均質化する方法。
【００３９】
２８．少なくとも毎秒１オンス（２８．３４ｇ）の速度で前記溶融ガラスを撹拌室に流過させる、２７に記載の方法。
【００４０】
２９．溶融ガラスのために配置された撹拌機であって：
ａ．実質的に鉛直方向に向けられた、回転可能でかつ軸方向可動な軸と、
ｂ．軸の軸線に沿って互いに隣接した、前記軸から外方へ延びた複数の撹拌エレメントとを有し、
ｃ．前記複数の撹拌エレメントが、押退け半径Ｒbladeを有する円形領域を各撹拌エレメントが押し退けるように、軸に沿って軸方向に配置されている形式のものにおいて、前記円形領域の前記半径Ｒbladeと、対応する撹拌エレメントの寸法とが、軸の長さに沿って前記軸の下部から前記軸の上部に向かって拡大していることを特徴とする、溶融ガラスのために配置された撹拌機。
【００４１】
３０．複数の撹拌エレメントが、軸の軸線に沿って互いに隣接した、前記軸から半径方向に突出した複数の円弧状のインペラであり、該インペラのための複数の支持エレメントを有し、該支持エレメントが、軸の中心から横方向に放射状に延びた部分を有しかつインペラに当接した円弧状エッジを有しており、前記支持エレメントが軸に沿って軸方向に配置されており、前記円弧状のインペラが、該インペラに当接させられた前記支持エレメントの円弧状エッジの半径と同じ半径を有している形式のものにおいて、前記インペラの半径と、前記支持エレメントの前記円弧状エッジの半径とが、軸の長さに沿って拡大していることを特徴とする、２９に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００４２】
３１．支持エレメントが軸上に螺合させられている、２９又は３０に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００４３】
３２．インペラが、軸の同じ長さにおいて同じ半径のインペラのグループとして配置されている、２９から３１までの１つ以上に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００４４】
３３．インペラのグループが、２つ、３つ、又は４つのインペラから成る、３２に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００４５】
３４．各インペラの近位端部が軸に係止させられている、２９から３３までの１つ以上に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００４６】
３５．平面図で実質的に円形である円弧形状を形成するように２つの隣接するインペラが接合されている、２９から３４までの１つ以上の記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００４７】
３６．隣接し合うインペラ羽根が互いに反対方向に湾曲させられている、２９から３５までの１つ以上に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００４８】
３７．平面図で実質的にだ円形又は長円形の円弧形状を形成するように、２つの隣接し合うインペラ羽根が接合されている、２９から３６までの１つ以上に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００４９】
３８．支持部材が軸に対して垂直に配置されている、２９から３７までの１つ以上に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５０】
３９．鉛直方向で見た場合に支持部材が互いに重なり合っており、これにより、押退け容積内でのガラスの直接の下方への流れを妨げるようになっている、２９から３８までのいずれかに記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５１】
４０．押退け容積が円錐の一部の形状に形成されている、２９から３９のいずれかに記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５２】
４１．インペラ羽根が、該インペラ羽根の厚さを貫通する複数の孔を有するか、又はインペラ羽根が、該インペラ羽根の外面に設けられた複数の溝を有する、２９から４０までのいずれかに記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５３】
４２．前記撹拌エレメントがロッド状の撹拌羽根である、２９に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５４】
４３．前記撹拌エレメントが、軸の長さに沿って互いに上下に配置された前記軸に設けられた対応するオリフィスを貫通した、ロッド状の撹拌羽根である、２９から４２までのいずれかに記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５５】
４４．前記ロッド状の撹拌羽根が、軸の長さに沿って互いに上下に配置されている、２９又は４２から４３の１つ以上に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５６】
４５．前記軸から外方に面した撹拌エレメントの面が螺旋を形成するように、前記ロッド状の撹拌羽根が、軸の長さに沿って互いに上下にかつ互いに対して角度を成して配置されている、４４に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５７】
４６．前記ロッド状の撹拌羽根が、軸の長さに沿って互いに上下に配置され、かつ少なくとも１つの実質的に鉛直方向に向けられたロッド状の結合エレメントによって互いに結合されている、４４に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５８】
４７．撹拌エレメントが、軸の太くなった部分を有する、２９に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００５９】
４８．太くなった部分が、円筒形、円錐形、球形、半球形、円錐台形、ベル形、及びこれらの組合せから成るグループから選択された形状を有する、２９又は４７に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００６０】
４９．少なくとも１つの羽根エレメントが、前記太くなった部分の外側に固定されている、２９又は４７から４８に記載の溶融ガラスのための撹拌機。
【００６１】
５０．複数の羽根エレメントが前記太くなった部分に固定されている、２９又は４７から４９に記載の溶融ガラスのための撹拌機、２３の装置。
【００６２】
したがって、本発明は、全体として装置が記載された１から２６のいずれか１つにおいて上に定義された溶融ガラスのための撹拌機、及び１から２６のいずれかの装置を有するガラスを均質化する方法にも関する。
【００６３】
発明の詳細な説明
本発明の装置は、実質的に鉛直方向に向けられた撹拌室を有しており、この撹拌室は、少なくとも１つの円錐又は少なくとも１つの円錐の一部の内部形状を有している。直径は、撹拌室の下部から撹拌室の上部に向かって拡大しているので、撹拌室の底部での直径は、上部での直径よりも小さい。撹拌室は、撹拌室の上端部に配置された入口を有している。液体ガラスは、適切な装置において溶融させられた後に前記入口から撹拌室に導入され、通常は、本発明の装置に進入する前に清澄室を通過する。
【００６４】
このような清澄室は、一般的に公知であり、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０１２６２２５号明細書及び米国特許第７４９０４８７号明細書に記載されている。これらの米国明細書は、全ての有益な目的のために参照することによって本明細書に記載されたものとする。撹拌室は、溶融ガラスを撹拌及び均質化した後にこの溶融ガラスを取り出すための、各撹拌室の下端部に配置された出口を有している。本発明によれば、撹拌室は内径Ｒwallを有しており、この内径は、撹拌室の下部から撹拌室の上部へ拡大しており、つまり、半径は撹拌室の出口から入口に向かって拡大している。撹拌室は、少なくとも１つの開放角度を有するように円錐形に成形されており、この開放角度は、本発明の撹拌室の横断面において、前記撹拌室の側壁が円筒形から外方へ逸れていく角度を規定している。この角度は通常、１度以上であるが、４５度以下である。特に、角度は４．５度〜３５度、又は５度〜２５度、又は７度〜１７．３度であり、それぞれ所望のせん断応力、回転速度、ガラス粘度等に適合させられるべきである。
【００６５】
撹拌室が少なくとも１つの開放角度を有しておりかつ、少なくとも１つの円錐にしたがって成形されているということは、撹拌室の開放角度は撹拌室の全高にわたって同じである必要はなく、変化していてもよく、その結果、撹拌エレメントの適宜の直径を有する撹拌機を必要とし、例えばこの撹拌エレメントはインペラ及び支持エレメントである。
【００６６】
出口は異なる形式で設計することができる。１つの形式では、撹拌室の半径Ｒwallは減少し、ある点で、管（図２）のように出口に移行しており、別の好適な実施の形態においては、出口は、溶融ガラスの流れ方向が変化させられるように設計されており、例えば、出口管は、撹拌室の側部に接続されており、これにより、出口（図１）を通過する時にガラスの流れを異なる方向に強制する。撹拌室内には撹拌機が配置されており、この撹拌機は運転中に回転する。運転中、溶融ガラスは好適には重力によって撹拌室を通過し、好適には回転する撹拌機によって撹拌室を通って搬送されず、つまり、撹拌機の役割は主に、溶融ガラスを撹拌及び均質化することであり、推進することではない。
【００６７】
撹拌室内に配置された撹拌機は、実質的に鉛直方向に向けられた、回転可能な、軸方向に可動な軸を有する。本発明によれば、軸は回転可能及び軸方向可動である。軸の横断面は、円形、だ円形、三角形、正方形、五角形又は多角形であってよく、管状、つまり中空であっても、塊状であってもよい。軸は、２つの異なる材料から形成されていてもよく、例えば、中央の材料が、異なる材料によって被覆されていてもよく、中央の安価な材料が、例えばより高い耐腐食性を有するより高価な材料によって被覆されていてよい。
【００６８】
本発明の装置の運転中、軸は適切な手段、例えばモータによって回転させられ、撹拌室内の溶融ガラスが混合され、選択的に出口に向かって移動させられてよい。
【００６９】
撹拌機をより効率的にするために、撹拌機には、軸の軸線に沿った互いに隣接した、前記軸から外方へ延びた複数の撹拌エレメントが装備されているべきであり、前記複数の撹拌エレメントは、各撹拌エレメントが、押し退けられる半径Ｒbladeを規定する円形領域を押し退ける。前記軸のそれぞれの長さの位置において、撹拌室は、Ｒbladeよりも大きな内壁Ｒwallを有しており、前記円形領域の前記半径Ｒbladeと、対応して、撹拌エレメントの寸法とは、軸の長さに沿って前記軸の下部から前記軸の上部に向かって拡大しており、軸は、撹拌室の円錐と実質的に同軸であり、撹拌エレメントは、前記軸から半径方向に撹拌室の壁部の近くまで突出している。
【００７０】
運転中の撹拌パラメータを適合させるために、撹拌機の速度を変化させることができる。本発明の利点は、軸の軸方向移動によってさらに運転中に処理パラメータを変化させることができるということである。撹拌室が円錐形であるので、軸方向移動は、撹拌室と撹拌機との間の距離を増大（又は減少）させる。撹拌機が上方へ移動させられて撹拌機と撹拌室との間の距離が増大させると、溶融ガラスに加えられるせん断が減少され、撹拌機が下方へ移動させられて撹拌機と撹拌室との間の距離が減じられると、溶融ガラスに加えられるせん断が増大される。望まれるならば、撹拌機の速度を同時に増減させることができる。
【００７１】
処理パラメータのこの変化は、装置を様々な製品に適応させるために、又は溶融ガラスの粘度を変化させるために用いることができ、この場合、製品が交換された場合に処理パラメータが適応させられるか、又は最適な結果への様々な処理パラメータのよりよい調節を達成することができる。しかしながら、撹拌機の軸方向移動は、例えば運転中に軸方向移動を周期的に又は非周期的に行うことによって、通常運転中に混合を改良するために用いることもできる。
【００７２】
本発明の撹拌機及び装置が部分的に又は全体的に曝される溶融ガラスは１０００℃をはるかに超えるので、本発明の撹拌機及び装置を形成する材料がこのような高温に耐えることができなければならないことが明らかである。このような材料は、耐火性材料、特にタンタル、ニオビウム、タングステン、モリブデン、イリジウム、ロジウム、パラジウム及びプラチナである。上記のように、撹拌室、撹拌機又は撹拌機の部分は、２つの異なる材料から形成されていてもよく、例えば、中央の材料が、異なる材料によって被覆されていてよく、中央の安価な材料が、例えばより高い耐腐食性を有するより高価な材料によって被覆されていてもよい。例えば、撹拌機及び／又は装置の部分をモリブデンから形成した後、プラチナを含む別の耐火金属で被覆することができる。モリブデンコアは撹拌機に形状及び機械的強度を提供するのに対し、プラチナ外側層は、耐摩耗性及び耐腐食性を提供する。別の実施の形態において、撹拌機のコアは全体がプラチナ又は、プラチナ−ロジウム合金等のプラチナ合金から形成されていてよい。プラチナは、高い融点、耐腐食性及び加工性により、ガラス撹拌用途のためには望ましい耐火金属である。最も好適なものは、ＯＤＳ（酸化物拡散強化型）プラチナ、プラチナ−ロジウム合金又はこれらの組合せである。酸化物拡散強化型プラチナは好適な材料であり、特に、ジルコニア拡散強化型プラチナが好適であるが、例えばイットリア拡散強化型プラチナも適している。これらの材料の準備は公知であり、例えば全ての有益な目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる欧州特許第１７８１８３０号明細書及び欧州特許第１２９５９５４号明細書に記載されている。装置の部分は、セラミックから形成され、プラチナによって被覆されていてもよい。例えば、撹拌室は、プラチナから形成し、支持体としてセラミック材料に埋め込むことができる。
【００７３】
しかしながら、プラチナ、又はプラチナ−ロジウム合金も、高温撹拌プロセス中の侵食に耐えることができない。撹拌機の摩耗を減じるために、撹拌エレメントが、撹拌機の外面に複数の溝を形成していると有利である。これらの変更は、撹拌機の表面に溶融ガラスの静的又は準静的な層を形成する。特に、撹拌エレメントの遠位端部は、その外面に溝又は穴を有していてよい。好適には、溝は、溝を有する表面上のガラスの流れに対して垂直であるが、撹拌エレメントの設計に応じて変化してよい。溝は粘性溶融ガラスを捕らえ、撹拌エレメントの端部上に静的又は準静的なガラスの層を形成する。慣用の撹拌機において使用される滑らかな表面は、表面の、流れに関連する侵食につながるのに対し、本発明による溶融ガラスの静的な層は、撹拌エレメントの表面上にガラスの保護層を形成するという効果を有し、これにより、インペラの表面上のガラスの流れを減じることによって撹拌エレメントの侵食を減じる。溝の配置は、周期的であっても非周期的であってもよい。溝は、矩形であってよく、溝を規定する鋭い角を有してもよいし、丸み付けられた角及び／又は円弧状又は屈曲した壁部を有していてもよい。溝の寸法は変化していてもよく、つまり溝の幅が変化する。撹拌エレメントは、摩耗を減じるための全ての又は幾つかの変更を含んでよく、例えば、溝の一部は非周期的又は周期的であり、変化する幅及び変化する溝壁部形状を有していてよい。
【００７４】
それと組み合わせて、又はそれの代わりに、国際公開第２００８／００８８４３２号に記載のように摩耗を減じるために撹拌機の部分にイリジウム層を提供することができる。それと組み合わせて、又はそれの代わりに、前記溝又は前記イリジウム層が提供されてもよい。本発明の装置において、撹拌室の内面は好適には複数の溝を有しており、前記溝は好適には前記軸の回転軸線に対してほぼ垂直である。これも撹拌機の摩耗を減じる。
【００７５】
これらの手段を、以下に説明する本発明の実施の形態において適用することもできる。
【００７６】
発明の別の実施の形態において、撹拌機の前記撹拌エレメントは、撹拌室の内面に面した撹拌エレメントの表面に対する表面法線（法線ベクトル）が撹拌室の表面に対して実質的に垂直であるように設計されている。言い換えれば、撹拌エレメントは必ずしも撹拌室の形状に適合されておらず、撹拌室壁部と撹拌エレメントの外側エッジとの間に直接接触が生じないように長さが調節されていれば十分である。しかしながら、発明の完全な利益を得るためには、撹拌エレメントの外側エッジが撹拌室の壁部の内面に対して平行になるように傾斜させられていると好適であり、この傾斜のためには、外側エッジは撹拌室の対応する部分と同じ開放角度で傾斜させられている必要がある。
【００７７】
要するに、上記の本発明の撹拌機のうちの１つは、軸の中心から最も離れた撹拌機の部分よりも僅かに大きな寸法を有する円錐形の撹拌室内に配置されている。
【００７８】
撹拌室が円錐形であることにより、撹拌機の軸方向移動（すなわち上昇又は加工）は、運転中に撹拌装置の撹拌パラメータを変更するために用いることができる。さらに、撹拌室の円錐形はまた、漏斗と同様の形状であることにより、溶融ガラスを加速させ、これにより筋又はシュリーレンの厚さを減じる。
【００７９】
好適には、上記の溶融ガラスを撹拌するための装置はさらに、撹拌室内で撹拌機を回転させるために撹拌機の軸にトルクＴを提供するモータを有する。撹拌機は、押退け容積Ｖを規定する撹拌室を溶融ガラスが流過するときに速度Ｓで回転し、溶融ガラスは粘度ηを有し、Ｓ、Ｔ、Ｖ、Ｒblade、Ｒwall及びηは、撹拌室内のそれぞれの位置における前記撹拌エレメントのそれぞれに対して以下の関係が満たされるように選択される：
（ＳＴＶ／η）0.5＞＝５．０ｋｇ／ｓ      （関係１）
この場合、Ｓはラジアン毎秒での撹拌機の速度であり、Ｔはニュートン・メートルでの、撹拌機を回転させるために撹拌機の軸に加えられるトルクであり、Ｖはｍ3での、撹拌機によって規定された押退け容積であり、ηはｋｇ／ｍ・ｓでの溶融ガラスの粘度である；また、
（２πηＮＲblade）／（Ｒwall−Ｒblade）＜＝３．５・１０-3Ｎ／ｍ2  （関係２）
この場合、η及びＮは上に定義したとおりであり、Ｒwallは、軸に取り付けられたそれぞれの撹拌エレメントの位置における撹拌室の内径であり、Ｒbladeは軸に取り付けられた撹拌エレメントの最大直径であり、Ｒwall及びＲbladeはメートルで示される。
【００８０】
両関係は好適には、撹拌機のそれぞれの部分、又は軸に取り付けられたそれぞれの撹拌エレメントについて満たされる。関係１は、最大化すべき撹拌機のスループットの基準である。関係２は、撹拌機に加えられるせん断力の基準であり、ガラスの寿命を短縮させかつ汚染を増大させる撹拌機の過剰な摩耗を回避するために最大化すべきである。
【００８１】
通常、回転速度Ｓは、毎分約６〜６０回転、特に毎分約６〜３０回転、さらに特定すれば毎分約１２〜１６回転である。ガラスの粘度ηは通常、約１００〜６０００ポアズ、特に約１０００〜３０００ポアズである。
【００８２】
発明の１つの特定の実施の形態において、複数の撹拌エレメントは、軸の軸線に沿って互いに隣接した、前記軸から半径方向に突出した複数の円弧状のインペラと、中心から横方向に放射状に延びた部分及びインペラに当接した円弧状エッジを有する前記インペラのための複数の支持エレメントとであり、前記支持エレメントは軸に沿って軸方向に配置されており、前記円弧状インペラは、該円弧状インペラに当接した前記支持エレメントの円弧状エッジの半径を有し、両方の前記インペラの半径と、前記支持エレメントの前記円弧状エッジの半径とは、軸の下部から軸の上部に向かって軸の長さに沿って増大している。この実施の形態において、支持エレメントは適切な手段によって軸に固定されている。この適切な手段は、十分な安定化を提供し、かつ撹拌機の運転中に支持エレメントにかかる力に対する十分な抵抗を提供する。例えば、支持エレメントは、軸上に螺合させられ、支持エレメントに固定することができる。支持エレメントは、軸と一緒に鋳造されるか、軸に溶接されるか、又は軸と一緒に一部品として切断されてもよい。
【００８３】
インペラは好適には、軸の同じ長さにおいて、同じ半径のインペラのグループとして配置されている。インペラは、単独で、例えば螺旋階段の様なパターンで配置されることもできるが、複数のインペラが同じ高さに配置されていることが好ましい。インペラのこのようなグループは、好適には２つ、３つ又は４つのインペラから成る。通常、それぞれのインペラの近位端部は軸に係止されている。同じ方向に湾曲した隣接するインペラ羽根によって既に良好な混合が提供されるが、インペラ羽根が反対方向に湾曲させられていると好ましい。
【００８４】
この実施の形態（反対方向に湾曲させられたインペラ羽根）において、反対方向に湾曲させられた２つの隣接するインペラ羽根が、平面図において実質的に円形である円弧形状を形成するように接合されている場合、撹拌機の安定性を改良することは有利である。隣接するインペラの寸法は変化してよいので、２つの接合されたインペラ羽根の半径が変化することも可能であり、これにより、２つの隣接するインペラ羽根が、平面図において実質的にだ円形若しくは長円形である円弧形状を形成するように接合されている撹拌機を提供する。
【００８５】
本発明によれば、支持部材が軸に対して垂直に配置される場合、すなわち支持エレメントの表面法線が軸の長さに対して平行である場合が好適である。しかしながら、プロペラ状のジオメトリを生じるように支持部材が傾斜させられていることもでき、この場合、支持エレメントの表面法線は軸の長さに対して平行ではなく、これにより、支持部材は、撹拌されたガラスを撹拌機の底部の方向へ押し付けるか又は撹拌されたガラスを撹拌機の上部の方向へ引き上げる。このような場合、軸の長さに沿った隣接する高さにおける支持部材は傾斜させられていてよく、これにより、支持部材は、ガラスを互いに反対方向に移動させるように、すなわち上側の高さの支持部材が溶融ガラスを下方へ押し付けるのに対し、下側の高さの支持部材は溶融ガラスを上方へ引き上げるようになっている。これは撹拌機が溶融ガラスを一方向に促進することを防止すると同時に、溶融ガラスにおける乱流を増大して均質化を高める。
【００８６】
本発明による撹拌機において、支持部材を鉛直方向に見たときにこれらの支持部材は好適には重なり合っており、これにより、押退け容積内でガラスが直接に下方へ流れることを妨げている。あまり好適ではない択一例では、支持部材は重なり合っていなくてもよく、これによりガラスの下方への流れを許容するか、又はガラスの下方への流れを許容するために特に孔又は切欠を有していてよい。
【００８７】
前記インペラの半径と、軸の長さに沿って増大する前記支持エレメントの前記円弧状エッジの半径とにより、撹拌機の押退け容積は円錐の一部のように形成されている。支持部材のみならず、撹拌機のインペラ羽根も傾斜させることができる。本発明によれば、インペラ羽根は好適には傾斜させられており、これにより、インペラ羽根の表面法線（法線ベクトル）が実質的に撹拌室の表面に対して垂直であり、すなわち、インペラ羽根の表面は撹拌室の内面に対して平行である。
【００８８】
発明のさらに別の実施の形態において、前記撹拌エレメントはロッド状撹拌羽根である。運転中に溶融ガラスから力を受けたときに曲がらないように、ロッドは十分な剛性を有する必要がある。通常、このような撹拌エレメントの太さは軸の太さを超えず、特にロッド状撹拌エレメントの太さは軸よりも小さい。択一的に、ロッド状撹拌エレメントが軸よりも太く、軸に螺合させられるか又は軸に螺合させられているかのように取り付けられることももちろん可能である。ロッド状撹拌エレメントの横断面は軸と同じであるか又は軸と異なることができる。横断面は通常、円形、だ円形、三角形、又は多角形、例えば矩形、五角形又は六角形である。好適には、横断面は軸の横断面と同じであり、円形である。撹拌エレメントは適切な手段によって軸に固定されており、この適切な手段は、十分な安定性と、撹拌機の運転中に支持エレメントに掛かる力に対する十分な耐性とを提供する。例えば、撹拌エレメントは、軸と一緒に鋳造されるか、軸に溶接されるか、又は軸と一緒に一部材として切断することができる。撹拌エレメントは、軸に沿って互いに上下に配置された前記軸に設けられた対応するオリフィスを貫通したロッド状撹拌エレメントであってもよい。
【００８９】
この実施の形態の別の態様では、前記ロッド状撹拌羽根は軸の長さに沿って互いに上下に配置されている。この実施の形態が選択される場合、撹拌部材を鉛直方向に見たときに撹拌部材は互いに重なり合わず、したがって、押退け容積内でガラスが直接に下方へ流れることを妨害することに余り適していないが、それにもかかわらず、採用することができる撹拌エレメントの数が多いので、依然として溶融ガラスの良好な均質化を提供する。通常、約２〜１０、特に３〜８、又は４〜７のロッド状撹拌エレメントが軸に取り付けられる。
【００９０】
選択的に、前記ロッド状撹拌エレメントは、軸の長さに沿って互いに上下に配置されており、かつ少なくとも１つの、実質的に鉛直方向に向けられたロッド状結合エレメント、通常は２つのこのような結合エレメントによって互いに結合されている。ロッド状撹拌エレメントは軸に対して直交するように取り付けられてよいが、軸に対して傾斜して取り付けられてもよい。特に、約３〜７個のロッド状撹拌羽根が軸の長さに沿って互いに上下に配置されかつそれぞれの側に１つずつ設けられた２つの結合エレメントによって互いに結合され、撹拌エレメントは軸に対して傾斜して取り付けられている（図７ａ，７ｂ）。
【００９１】
撹拌部材を鉛直方向で見たときにこれらの撹拌部材は互いに重ならず、ひいては撹拌部材は、押退け容積内のガラスの直接の下方への流れを妨害するためにはあまり適していないという効果は、この実施の形態の別の態様によって扱われることができ、前記ロッド状撹拌羽根は軸の長さに沿って互いに上下に配置されかつ互いに対して角度を成して配置されており、これにより、撹拌室の内面に面した撹拌エレメントの表面は螺旋を形成しており、これにより、螺旋階段と同様のパターンを連想させる。この場合、押退け容積のより大きな領域は撹拌エレメントによってカバーされ、これにより、直接の下方への流れはより顕著に損なわれる。撹拌エレメントが互いに対してねじられる角度は、エレメントの数と、押退け容積とに依存し、概して１０度〜４５度、特に２０〜４０度又は２５〜３５度である。典型的には、６つの撹拌エレメントの場合、３０度をうまく用いることができる。
【００９２】
押退け容積内の直接の下方への流れを有効に妨害するために、発明のさらに別の実施の形態を用いることができる。この別の実施の形態では、撹拌エレメントは、軸の太くなった部分を有する。
【００９３】
ロッド状撹拌エレメントの横断面は、軸と同じであるか又は軸と異なることができるが、好適には同じであり、ただし軸の太さは変化している。横断面は通常、円形、だ円形、三角形、又は多角形、例えば矩形、五角形又は六角形である。好適には、横断面は軸と同じであり、円形である。太くなった部分は、様々な形式で軸に固定することができ、太くなった部分は、軸と一緒に鋳造されるか、軸に溶接されるか、又は軸と一緒に一部材として切断されてよい。太くなった部分は中空部分であってもよい。太くなった部分は、円筒形、円錐形、球形、半球形、円錐台形、ベル形、及びこれらの組合せから成るグループから選択された形状を有してよい。
【００９４】
この実施の形態において、ガラス流は、太くなった部分の周囲を流れさせられる。好適には、少なくとも１つの羽根エレメントは前記太くなった部分の外側に固定されており、特に複数の羽根エレメントは前記太くなった部分の外側に固定されている。これらのエレメントは適切な手段によって太くなった部分に固定されており、前記適切な手段は、十分な安定性と、撹拌機の運転中に支持エレメントにかかる力に対する十分な耐性とを提供する。羽根エレメントは、軸と一緒に鋳造されるか、軸に溶接されるか、又は軸と一緒に一部材として切断されてもよい。特に、これらの羽根エレメントは、例えば矩形の金属シートの一片であり、表面上に規則的なパターンで配置されてよく、例えば羽根エレメントの列は、互いの間に空隙を備えるように配置される。好適には、隣り合う列は、羽根エレメントが、隣の列の羽根エレメントの間の空隙に向かい合うように配置されるように、配置される。前記羽根エレメントの横断面は通常は矩形であるが、円形、だ円形、三角形、又は多角形、例えば二次（quadratic）、五角形又は六角形であることもできる。上記のように、本発明は、一方では円錐形の撹拌室を特徴とし、他方では前記撹拌室内に配置されかつ撹拌室の円錐形状に適合されるように成形された撹拌機を特徴とする、溶融ガラスを均質化するための装置に関する。
【００９５】
その結果、本発明は、上記の溶融ガラスのための撹拌機にも関する。
【００９６】
本発明は、溶融ガラスを均質化する方法であって、
前記溶融ガラスを撹拌するための装置を提供し、
撹拌室に溶融ガラスを流過させ、
溶融ガラスが撹拌室を流過するときに撹拌室内で撹拌機を回転させるために撹拌機の軸にトルクを加える、溶融ガラスを均質化する方法に関する。本発明によるこの方法において、前記溶融ガラスは、少なくとも毎秒１オンス（２８．３４ｇ）、好適には少なくとも毎秒約２オンス（５４．３４ｇ）、又は毎秒約少なくとも５０ｇの速度で撹拌室を流過する。
【００９７】
図面の詳細な説明
図１は、入口１と、出口２と、軸３と、撹拌室４と、撹拌エレメント（ここではインペラとして示されている）５と、開放角度７と、羽根８とを備えた、本発明による、溶融ガラスを混合するための装置を示している。インペラ５は軸３に取り付けられており、羽根８はインペラ５と結合されて、撹拌機６を形成している。軸３は回転可能でかつ軸方向に可動であり、撹拌室は、撹拌室の側部に出口２を有しており、直径は、撹拌室の下部において減じられている。
【００９８】
図２は、入口１と、出口２と、軸３と、撹拌室４と、撹拌エレメント（ここではインペラとして示されている）５と、開放角度７と、羽根８とを備えた、本発明による、溶融ガラスを混合するための装置を示している。インペラ５は軸３に取り付けられており、羽根８はインペラ５と結合されて、撹拌機６を形成している。軸３は回転可能でかつ軸方向に可動であり、撹拌室は、撹拌室の底部に出口２を有しており、直径は、撹拌室の下部において減じられている。
【００９９】
図１及び図２には、撹拌室の異なる実施の形態を有する、本発明の撹拌装置が示されている。撹拌装置は、溶融ガラス供給部（図示せず）と、円錐形の撹拌室４との間に延びた入口管１を有する。入口１と撹拌室４とは、電気加熱巻線によって包囲されていてよく、過剰な熱損失を防止するように断熱されていてよい。撹拌されて均質化された溶融ガラスは、撹拌室４から出口２を通じて排出され、この出口は、図示していないが、加熱手段、好適には電気加熱エレメントによって包囲されていてもよい。出口２の直径は、ガラスの粘度、撹拌室４内に配置された撹拌機６の特定の形式、撹拌機の回転速度、撹拌室の内壁寸法に対する撹拌機の直径に応じて、溶融ガラスを流れさせるために最も適していると考えられる寸法を有していてよい。
【０１００】
撹拌室４内に回転可能に配置された撹拌機６は、あらゆる数の形状をなしてよい。最も効率的な撹拌機が、全ての運転条件のための最良の撹拌機ではない場合があることが分かった。溶融ガラスの完全な均質化は、ガラスの全体が、ガラスの様々な部分が互いに関して漸進的にせん断される乱流のゾーンを通過させられる場合にのみ得ることができ、筋及び不均質性は減衰され、ガラス全体に分散させられる。所望の結果は、円錐形の撹拌室にガラスを通過させることによって最もよく得ることができ、前記撹拌室には、長手方向に延びた撹拌機が配置されており、この撹拌機の最大直径は、撹拌室の直径よりも僅かに小さいだけである。好適には、撹拌機６は、撹拌室４内に同心状に配置されている。つまり、撹拌機６の回転軸線は撹拌室４の長手方向中心軸線と一致している。インペラ５は、インペラ５の表面が内壁に対して実質的に平行になるように傾斜させられており、撹拌室４の壁部を示す傾斜した線に対して平行なこの構成における撹拌機６のインペラ５の末端エッジによって認識されることができる。混合装置の有効性は、撹拌機６の回転速度によっても影響される。つまり、機器のガラス容量（溶融ガラスの流過速度によって測定される）は、その寸法だけによって決定されるのではなく、内部に配置された撹拌機の回転速度によって決定される。装置出口が狭窄されている場合やガラス粘度が高い場合のように、装置を通る溶融ガラスの流量が低く保たれるならば、比較的小さな毎分回転数の回転速度が、ガラスを適切に混合しかつ円筒壁部に沿ったガラスの下方への流れの連続性を動的に断絶するためには十分である。他方では、出口が拡大されかつ流量が増大されるので、撹拌作用の速度も、所望のガラス品質の製造のための動的条件を維持するように増大されなければならない。
【０１０１】
図３は本発明による撹拌機３００を示している。撹拌機３００は軸３０４を有し、かつ軸の長さに沿って配置された円弧状のインペラのグループ３０１，３０２及び３０３をそれぞれ有する。インペラの直径は軸の長さに沿って増大している。インペラは撹拌機３００においては傾斜させられていない。図３においてインペラによって覆われた支持エレメント３０５は点線で示されている。インペラ３０１，３０２，３０３の高さはこの実施の形態では直径に関連して変化している。
【０１０２】
図４は、２つ以上の開放角度を有する撹拌室４００の構成を示している。撹拌室３００は、入口４０２と、底部に設けられた出口４０３とを有する。撹拌室３００には、軸４０１とインペラ羽根４０４とを有する本発明の撹拌機（概略的に示している）が装備されている。撹拌室４００は側壁を有する。側壁のうちの一部は急傾斜であり、したがって小さな開放角度（４０５）を有しており、また側壁の別の一部は、より大きな開放角度を有している。
【０１０３】
図５において、インペラ３０１，３０２，３０３のそれぞれのグループはこの実施の形態において３つのインペラ羽根のセット、例えばインペラ羽根５２８〜５３０を有する。インペラ羽根は、反対方向で湾曲させられた３つのインペラ羽根５３１〜５３３の同様のセットに隣接して配置されている。インペラのグループの数、及びグループ毎のインペラ羽根の数は必要に応じて変化してよい。例えば、図１又は図２の撹拌装置は、インペラの４つ以上又は２つ以下のグループを有してよい。インペラ羽根５２８〜５３３のそれぞれは、この実施の形態において軸３０４の回転軸線に対して平行な主表面領域を有する（インペラ羽根の主表面領域が撹拌室側壁に対して平行である図１及び図２の撹拌機とは対照的である）。それぞれの主表面領域は円弧状であり、幾つかの実施の形態では少なくとも円筒の一部分から成る。それぞれのインペラ羽根５２８〜５３３は軸３０４に適切に係止させられた一方の端部（近位端部）も有しており、それぞれのインペラ羽根は反対方向に湾曲させられたインペラ羽根に係止させられており、これによりインペラに剛性を提供している。つまり、平面図で見て実質的に円形の円弧形状を形成するように、２つのインペラ羽根は結合されている。図３及び図５に示された本発明の典型的な実施の形態によれば、それぞれのインペラセット若しくはグループ３０１，３０２，３０３は、平面図で見て実質的に円形の円弧形状５１３，５１５及び５１７を形成するように結合された、インペラの３つの対を有する。それぞれのインペラにさらに剛性を付加しかつインペラの撹拌作用をさらに促進するために、ディスクセグメントの形態の堅く固定された支持エレメント５３４〜５３９が設けられていてよい。支持エレメント５３４〜５３９は軸３０４の軸線に対して垂直に配置されており、インペラ羽根の内側の湾曲に従っており、鉛直方向で見た場合に互いに重なり合っている。これにより、撹拌機によって占められた円錐形体積内でのガラスの直接の下方への流れを妨げる。認識されるように、撹拌機３００の回転中、幾つかのインペラセットのインペラ羽根がガラスを外方へ押し出すのに対して、残りのセットのインペラ羽根はガラスを内方へ引き込み、これによりガラスを完全に混合する。要するに、撹拌機によってガラスに付与される動きは、ガラスが完全に混合されるだけでなく、さらに、円筒形側壁に沿った下方へのガラスの流れが、壁部領域に沿って生じた圧力によって提供される、このような流れに対する動的ダムによって、有効に妨げられるようになっている。
【０１０４】
国際公開第２００８／０８８４３２号において、撹拌機のインペラ羽根の外面が高い応力を受けることが認識されている。この応力は部分的に、撹拌装置を流過する溶融ガラスの粘度と、インペラ羽根と撹拌室壁部との小さな公差とから生じる。インペラ５２７の最も外側の部分が撹拌プロセス中に最も高い応力を受けるが、（撹拌機の回転方向に関して）撹拌機の前方に面した表面及びインペラに隣接した壁部分も高い応力を受けることが知られている。これらの部分には好適には、上記の孔又は溝等の摩耗を減じるための手段が設けられているか、又はイリジウム又はイリジウム合金（例えばイリジウム−ロジウム合金）等のより高い耐摩耗性の材料でめっきされていてよい。
【０１０５】
図６は、撹拌機３００の３０１，３０２，３０３等のインペラのグループの異なる斜視図を示している。図６は、軸３０４と、支持部材６３４，６３６，６３７，６３９と、インペラ羽根６２８，６２９，６３１，６３２と、平面図で見た実質的に円形の円弧形状を形成するように結合されたインペラの対６１３及び６１５とを示している。
【０１０６】
図７ａは、軸７１１と、撹拌エレメント７３０とを有する撹拌機７１０を示している。撹拌エレメント７３０は、互いに上下に配置されかつ軸の長さに沿って傾斜して取り付けられかつ２つの結合エレメント７２０によって互いに結合されたロッド状撹拌羽根である。
【０１０７】
図７ｂは、モータ７４５と、軸７５０と、ロッド状撹拌エレメント７７０とを備えた混合装置７４０を示している。ロッド状撹拌エレメント７７０は、互いに上下に配置されており、かつ２つの結合エレメント７７５によって互いに結合されている。結合エレメント７７５は、それぞれの側に１つずつ、撹拌室内に配置されている。撹拌室の撹拌室壁部７５５は上側部分において円筒形であり、撹拌室壁部７６０は下側部分において円錐形である。溶融ガラス７８５は、撹拌室の上側部分に設けられた入口７８０を通じて導入され、撹拌室の下側部分に設けられた出口７６５を通じて排出される。
【０１０８】
図８ａは、軸２０と、太くなった部分である撹拌エレメントとを備えた撹拌機を示している。前記太くなった部分は、２つの円筒形セグメント１６．１及び１６．２から成る。
【０１０９】
図８ｂは、軸２０と、太くなった部分である撹拌エレメントとを備えた撹拌機を示している。前記太くなった部分は、１つの円筒形セグメント１６．３と、半球形の１つのセグメント１６．４と、軸２０と結合された１つの円錐台形のエレメント１６．５とから成る。
【０１１０】
図８ｃは、軸２０と、太くなった部分である撹拌エレメントとを備えた撹拌機を示している。前記太くなった部分は、軸２０と結合された１つの円錐台形セグメント１６．６と、円錐形セグメント１６．７とから成る。
【０１１１】
図８ｄは、軸２０と、太くなった部分である撹拌エレメントとを備えた撹拌機を示している。前記太くなった部分は、軸２０と結合された１つの円錐台形セグメント１６．８と、半球形の１つのセグメント１６．９とから成る。
【０１１２】
図８ｅは、軸２０と、太くなった部分である撹拌エレメントとを備えた撹拌機を示している。前記太くなった部分は、より幅広の側において互いに結合された２つの円錐台形セグメント１６．１０及び１６．１１から成り、一方の円錐台形セグメントはより狭幅の側において軸２０と結合されている。
【０１１３】
図９ａと、図９ａにおける線９ｂ−９ｂに沿った断面図としての図９ｂとは、軸９５０とロッド状撹拌エレメント９７０とを備えた混合装置９４０を示している。ロッド状撹拌エレメント９７０は、軸の長さに沿って互いに上下に配置されており、かつ撹拌室の内面に面した撹拌エレメントの面が螺旋９７１を形成するように互いに対して角度を成して配置されている。ロッド状撹拌エレメント９７０は、撹拌室壁部９５５を備えた撹拌室９６１内に配置されている。撹拌室は、上部において円筒形であり、撹拌室壁部９６０は下部において円錐形である。溶融ガラス９８５が、撹拌室の上部に設けられた入口９８０を通じて導入され、撹拌室の下部に設けられた出口９６５を通じて排出される。
【０１１４】
図１０は、軸１０５０と、撹拌エレメント１０７０とを有する混合装置１０４０を示している。撹拌エレメント１０７０は軸の太くなった部分であり、円筒形の部分と円錐台形の部分とが組み合わされた形状を有する。撹拌エレメント１０７０には羽根エレメント１０７５が装備されている。撹拌エレメント１０７０は、撹拌室内に配置されており、撹拌室１０６１は、上部において円筒形であり、撹拌室壁部１０６０は下部において円錐形である。溶融ガラス１０８５は、撹拌室の上部に設けられた入口１０８０を通じて導入され、撹拌室の下部に設けられた出口１０６５を通じて排出される。
【０１１５】
当業者に明白であるように、公知のその他の撹拌機設計がこの明細書の開示に関連して用いられてもよい。択一的な撹拌機設計は、撹拌機の回転方向に関して所定の角度にパドルを有するヘリカルスクリュー及び撹拌機を有する設計を含むが、これに限定されない。本明細書で引用された優先権文献及び全てのレファレンス又は文献は全ての有効な目的のために引用したことにより本明細書に記載されたものとする。
【符号の説明】
【０１１６】
図１，２：
１  入口管
２  出口
３  軸
４  撹拌室
５  インペラ
６  撹拌機
７  開放角度
８  羽根
図３：
３００  撹拌機
３０１  インペラのグループ
３０２  インペラのグループ
３０３  インペラのグループ
３０４  軸
３０５  支持エレメント
図４：
４００  撹拌室
４０１  軸
４０２  入口
４０３  出口
４０４  インペラ羽根
４０５  開放角度
４０６  開放角度
図５：
５１３  円弧状インペラ
５１５  円弧状インペラ
５１７  円弧状インペラ
５２７  インペラ（３つ）
５２８  インペラ羽根
５２９  インペラ羽根
５３０  インペラ羽根
５３１  インペラ羽根（反対方向に湾曲している）
５３２  インペラ羽根（反対方向に湾曲している）
５３３  インペラ羽根（反対方向に湾曲している）
５３４  支持エレメント、ディスクセグメント
５３５  支持エレメント、ディスクセグメント
５３６  支持エレメント、ディスクセグメント
５３７  支持エレメント、ディスクセグメント
５３８  支持エレメント、ディスクセグメント
５３９  支持エレメント、ディスクセグメント
図６：
６１３  円弧状インペラ
６１５  円弧状インペラ
６２８  インペラ羽根
６２９  インペラ羽根
６３１  インペラ羽根
６３２  インペラ羽根
６３４  支持部材
６３６  支持部材
６３７  支持部材
６３９  支持部材
図７ａ：
７１０  撹拌機
７１１  軸
７２０  結合エレメント
７３０  撹拌エレメント
図７ｂ：
７４０  混合装置
７４５  モータ
７５０  軸
７５５  撹拌室壁部（円筒形）
７６０  撹拌室壁部（円錐形）
７６５  出口
７７０  撹拌エレメント
７８０  入口
７８５  溶融ガラス
図８ａ：
１６．１  円筒形セグメント
１６．２  円筒形セグメント
２０  軸
図８ｂ：
１６．３  円筒形セグメント
１６．４  半球形セグメント
１６．５  円錐台形エレメント
２０  軸
図８ｃ：
１６．６  円錐台形セグメント
１６．７  円錐形セグメント
２０  軸
図８ｄ：
１６．８  円錐台形セグメント
１６．９  半球形セグメント
２０  軸
図８ｅ：
１６．１０  円錐台形セグメント
１６．１１  円錐台形セグメント
２０  軸
図９：
９４０  混合装置
９５０  軸
９５５  撹拌室壁部
９６０  ９５５の円錐形下側部分
９６１  ９５５の円筒形上側部分
９６５  出口
９７０  撹拌エレメント
９７１  螺旋
９８０  入口
９８５  溶融ガラス
図１０：
１０４０  混合装置
１０５０  軸
１０５５  撹拌室壁部
１０６０  １０５５の円錐形部分
１０６１  １０５５の円筒形部分
１０６５  出口
１０７０  撹拌エレメント
１０７５  羽根エレメント
１０８０  入口
１０８５  溶融ガラス
【図１】
2013502362.tif 000003
【図２】
2013502362.tif 000004
【図３】
2013502362.tif 000005
【図４】
2013502362.tif 000006
【図５】
2013502362.tif 000007
【図６】
2013502362.tif 000008
【図７ａ】
2013502362.tif 000009
【図７ｂ】
2013502362.tif 000010
【図８ａ】
2013502362.tif 000011
【図８ｂ】
2013502362.tif 000012
【図８ｃ】
2013502362.tif 000013
【図８ｄ】
2013502362.tif 000014
【図８ｅ】
2013502362.tif 000015
【図９ａ】
2013502362.tif 000016
【図９ｂ】
2013502362.tif 000017
【図１０】
2013502362.tif 000018
【国際調査報告】
2013502362.tif 000019
2013502362.tif 000020
2013502362.tif 000021