(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を有する内部容積を画成する少なくとも１つの壁部材、入口端部、及び対向する出口端部を有するプラズマ格納容器と、
プラズマガスの供給源からの、プラズマプルームを維持するための電磁場を、前記プラズマ格納容器内に生成するのに十分な特性を有する、ＲＦ電力の供給源を受け取るように構成された機構と、
前記プラズマ格納容器の前記入口端部に配置され、長手方向の軸を有する細長い原材料を受け取るように動作する材料入口と、
前記材料入口と連通して配置され、前記原材料の遠位端部が、前記プラズマプルーム中を前進するにつれて、該原材料を前記長手方向の軸を中心に回転させるように動作する回転組立体と、
前記材料入口の上流に備えられた、原材料処理機構であって、前記原材料が前記プラズマ格納容器に供給されるにつれて、前記原材料処理機構が、実質的に連続して前駆体化合物を受け取り、混合、圧縮、および少なくとも部分的に焼結して、前記原材料に成形する原材料処理機構と
を備えた装置であって、前記原材料が、混合され、前記細長い形状に成形され、少なくとも部分的に焼結された前記前駆体化合物の混合体であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記プラズマプルームが、実質的に円筒形を成し、前記原材料の前記遠位端部を融解するのに十分な熱エネルギーを有し、
前記回転組立体が、前記融解した部分が、遠心力に応答して、前記原材料の前記遠位端部から分離し、それぞれ実質的に球形の液滴を形成するのに十分な速度で、前記原材料を前記長手方向の軸を中心に回転させるように動作可能であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記回転組立体を制御するように動作して、前記原材料の回転速度を変化させ、それによって、前記液滴の大きさを制御するコントローラを更に備えたことを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記液滴の大きさが、（ｉ）約１０μｍ〜５，０００μｍ、（ｉｉ）約５０μｍ〜２，０００μｍ、（ｉｉｉ）約１００μｍ〜１，０００μｍ、（ｉｖ）約５０μｍ〜２００μｍ、及び（ｖ）約１００μｍのうちの１つであることを特徴とする、請求項２又は３記載の装置。
【請求項５】
前記回転組立体が、前記原材料を（ｉ）約５００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍ、（ｉｉ）約１，０００ｒｐｍ〜４０，０００ｒｐｍ、（ｉｉｉ）約１，４００ｒｐｍ〜３０，０００ｒｐｍ、（ｉｖ）約２，０００ｒｐｍ〜２０，０００ｒｐｍ、及び（ｖ）約５，０００ｒｐｍ〜１０，０００ｒｐｍのうちの１つの速度で回転させることを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記ＲＦ電力の電力レベルを制御するように動作して、前記電磁場の強度及び前記プラズマプルームの温度を制御するコントローラを更に備えたことを特徴とする、請求項１〜５いずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記機構が、前記プラズマ格納容器の前記中心軸の周囲に配置され、前記ＲＦ電力の前記供給源を受け取って、前記電磁場を生成するように動作可能な誘導コイルを備えたことを特徴とする、請求項１〜６いずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記ＲＦパワーが、前記電磁場が（ｉ）少なくとも１ＭＨｚ、（ｉｉ）少なくとも３ＭＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも４ＭＨｚ、（ｉｖ）少なくとも５ＭＨｚ、（ｖ）少なくとも１０ＭＨｚ、（ｖｉ）少なくとも１５ＭＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも２０ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも３０ＭＨｚ、（ｉｘ）少なくとも４０ＭＨｚ、及び（ｘ）約１〜５０ＭＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有することを特徴とする、請求項１〜７いずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記原材料処理機構が、前記混合された前駆体化合物を、約２０ｐｓｉ（約１３８ｋＰａ）〜２００ｐｓｉ（約１.３８ＭＰａ）で圧縮するように動作する、回転粉末ダイスと粉末ラムとを備えたことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記原材料処理機構が、中心軸の周囲にコイルを含む誘導加熱機構を備え、前記圧縮された前駆体化合物が、前記中心軸に沿って前記コイルを通過し、該コイル内において少なくとも部分的に焼結されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記誘導加熱機構が、前記圧縮された前駆体化合物を、約５００〜１，０００℃に加熱するように動作することを特徴とする、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記原材料処理機構が、（ｉ）約５ｍｍ〜５０ｍｍ、（ｉｉ）約１０ｍｍ〜４０ｍｍ、及び（ｉｉｉ）約２０ｍｍ〜３０ｍｍのうちの１つの直径を有する原材料を生成することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
プラズマガスの供給源から、プラズマ格納容器内にプラズマプルームを生成するステップと、
実質的に連続して前駆体化合物を混合、圧縮、および少なくとも部分的に焼結して、細長い原材料に成形し、前記プラズマ格納容器に、長手方向の軸を有する前記細長い原材料を、該原材料の少なくとも遠位端部が、前記プラズマプルーム内において加熱されるように供給するステップと、
前記原材料の前記遠位端部が、前記プラズマプルーム中を前進するにつれて、前記原材料を前記長手方向の軸を中心に回転させるステップと、
を備えた方法であって、前記原材料が、混合され、前記細長い形状に成形され、少なくとも部分的に焼結された前記前駆体化合物の混合体であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記原材料がガラスバッチ材料であることを特徴とする、請求項１３記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【関連技術の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容に依拠し、参照により、全内容が本明細書に組み込まれたものとする、２０１４年３月３１日出願の、米国特許出願第１４／２３０９１４号の米国特許法第１２０条に基づく優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、大気圧熱プラズマ反応器を用いた、材料処理方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ガラス基板は、窓、高性能表示装置、及び多数のその他の用途を含む、様々な用途に使用することができる。解像度、透明度、及び性能の向上要求が高まるにつれて、ガラス基板に対する品質要件がより厳しくなってきている。しかし、ガラスの品質は、ガラス融液の形成からガラス製品の最終梱包に至る、様々な処理ステップによって悪影響を受ける可能性がある。
【０００４】
ガラスの品質が低下する可能性がある１つの処理ステップは、融解装置内において、ガラスバッチ材料の成分が混合加熱される融解処理である。この処理において、ガラスバッチ材料の成分が、融解し反応することによって反応ガスが発生し、それによって、溶融ガラス中に気泡が生じる。加えて、融解処理によって、異なる化学組成領域を有する、不均一なガラス融液が生成される可能性がある。最初に形成される融液は、多くの場合、耐熱材料との反応性が高く、装置の過剰摩耗及び／又はガラス融液の欠陥につながる可能性がある。また、融液濃度が高い領域が融解装置の底に沈殿して、スラッジ層が形成される可能性があり、このスラッジ層は融液の残りの部分とは異なる光学特性を有し、混合して元の全体的な融液に完全に戻すことは困難である。そのため、スラッジ層は、当技術分野及び本明細書においてコードと呼ばれる、融液の不均一な部分となる。最後に、概して処理量が大きいため、様々なガラスバッチ材料が、完全に融解しない可能性がある。どのような未融解又は部分融解した材料も、融解処理を通して存続し、後にガラス製品の欠陥となり得る。
【０００５】
高品質のガラスを製造するための現行の融解処理においては、ガラス融液から気泡を除去するために、高い温度及び撹拌が利用されている。しかし、かかる処理は、処理装置に高価な金属及び特別に設計された高耐熱材料が必要であるため、法外なコストがかかり得る。更に、このようなコストがかかる融解システムは、反応ガスがガラス融液から抜け出すために長い距離移動する必要があると共に、スラッジ層をメルタータンクの底からタンク内の残りのガラス融液に混合する必要があり、高粘性流体を通して距離の長い混合運動を必要とするため、処理時間が長く、エネルギー消費量が多い。
【０００６】
ガラス気泡及びガラス融液中の不均一部分を防止する別の方法には、小さなバッチで融液を処理する方法がある。この方法では、気泡がガラス融液から抜け出すための移動距離が短くなると共に、スラッジ層をより容易に融液の残りの部分に併合することできる。しかし、多くの小規模処理と同様に、このような方法は、処理時間及び費用の増加等の様々な欠点を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、当技術分野において、高品質光学ガラスを製造するために、ガラスバッチ材料の融解処理を向上させる技術の必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、処理される材料（部分的に焼結された材料粒子を含む）が、概して円筒形状を成すプラズマプルームに材料の原料として供給される、大気圧熱プラズマによる材料（例えば、ガラスバッチ材料）処理の分野に関するものである。商業目的上、大気圧熱プラズマ処理は、高いスループット及び所望の熱反応を達成するのに十分な熱エネルギーを示すことが重要である。
【０００９】
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムが、基板の低圧スパッタリング及びエッチングシステムに使用されている。誘導結合大気圧プラズマ材料処理システムは、一般に、プラズマを小体積の円柱（通常、直径約５ｍｍ）に制限する、小径コイル又はマイクロ波導波路で構成されている。かかるシステムが、非常に高い装置コストをかけて、比較的高出力のＲＦ電源（例えば、約４００ｋＷ）を使用しても、プラズマを通した粒子材料の処理は、低速（例えば、毎時２０〜４０ｋｇ）でしか行うことができない。ガラスバッチ処理の関連において、実用的な生産速度は、少なくとも１日当たり１メートルトンであり、これは従来のＩＣＰシステムで、１日２４時間ピーク生産して辛うじて満足される量である。処理速度の欠点に対処するためには、多数の装置を設定すると共に、多くのエネルギー及び保守コストが必要であろう。
【００１０】
従来のＩＣＰシステムのもう１つの問題は、通常約９０μｍ以下である、許容入力粒径の制限である。ＩＣＰプラズマシステムにおいて、かかる小粒子は、その自由落下特性により、約３００ｍｓ以内で十分に加熱することができる。仮に、粒子が大きく、融解するための十分な熱を吸収しない場合には、一度通し処理した粒子を、システムに再循環させる必要があり、それによって、更にスループットが低下する。
【００１１】
本明細書に開示の１つ以上の実施の形態は、材料を熱処理するためのプラズマ格納容器に対する新しい材料供給機能を提供する。ガラスバッチ材料処理の状況において、ガラスバッチ材料の化合物が混合されて化合物の均一な分布が形成される。次に、ガラスバッチ材料が圧縮及び部分的に焼結され、概して丸棒形状等、原料としての形状が保持される。原料が、プラズマ格納容器に連続的に挿入され、原料がプラズマ格納容器内のプラズマプルームの中心において回転する。特に、この新しい材料供給方法は、プラズマプルームに別の顆粒を導入する必要がないため、従来のプラズマ処理の少なくとも一部の問題を回避する。原料の遠位端部がプラズマプルームからエネルギーを吸収するにつれて、原料が融解し、溶融物質（本例ではガラス物質）の液滴が球形に形成され、遠心力によって原料から飛散する。反応ガスはそれぞれの材料球から沸騰除去される。次に、液体球は、急冷されて回収又は次の処理ステージ（例えば、プリメルター等）に供給される。液滴のサイズ分布は、プラズマプルームの熱環境下における、原料の回転速度によって決定される。
【００１２】
本明細書に開示した実施の形態は、工業規模の用途を実現するために、既存システムの粒子材料の低処理速度を克服するものである。これ等の実施の形態は、大量の大気圧プラズマを供給し、材料を加熱して、融解及び／又はその他熱に基づく処理を含む、所望の反応を得るのに適切な運動エネルギーをプラズマプルーム中に生成する。
【００１３】
その他の態様、特徴、及び効果は、当業者にとって、添付図面と併せ本明細書の記述から明らかになるであろう。
【００１４】
例示を目的として、現時点において好ましい形態が図面に示してあるが、本明細書に開示及び記載の実施の形態は、図示の正確な配置及び手段に限定されるものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の１つ以上の実施の形態による、ガラスバッチ材料等の原材料の長さを示す概略図。
【図２】本開示の１つ以上の実施の形態による、図１の原材料を生成するための処理ステップを示すフロー図。
【図３】本開示の１つ以上の実施の形態による、図１の原材料を生成するための処理を実行する装置の１つ以上の実施の形態の概略側面図。
【図４】図１の原材料及び／又はその他の実施の形態の熱処理に使用可能な、プラズマ格納容器の１つ以上の実施の形態の概略側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
同様の要素には同様の参照番号を付した図面を参照する。図１はプラズマ熱源内で熱処理するために生成した原材料１０を示す図である。原材料１０は、例えば、ガラスバッチ材料等の任意の適切な材料から成ることができる。本明細書において、特定の実施の形態が、ガラスバッチ材料の熱処理に関連して説明されているが、本明細書の実施の形態はガラスバッチ材料に限定されるものではない。
【００１７】
原材料１０は、融解、反応、及び／又は他の作用をすると、結合して特定の所望の材料を形成する、前駆体化合物及び／又は粒子の混合物を意味する。ガラスバッチ材料の場合、前駆体化合物は、シリカ、アルミナ、及び様々な付加的酸化物、例えば、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、ストロンチウム、錫、チタン酸化物等を含むことができる。例えば、ガラスバッチ材料は、シリカ及び／又はアルミナと１つ以上の付加的酸化物との混合物であってよい。当業者は、ガラスバッチ材料が、化合物及び物質の多様な具体的組み合わせを取り得ることを理解できるであろう。
【００１８】
図１〜３において、原材料１０は、混合され、細長い形状に成形され、少なくとも部分的に焼結された複数の前駆体化合物を含んでいる。図２は原材料１０を生成するための処理ステップを示すフロー図であり、図３は押出成形された原材料１０の元を生成するための処理を実行する、機構３００の１つ以上の実施の形態の概略側面図である。処理フローのステップ１５０において、複数の前駆体化合物が混合される。例として、前駆体化合物をガラス製造用とすることができ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＳｎＯ２、及び／又はこれ等の様々な組み合わせのうちの１つ以上を含んでいる。前駆体化合物は、バッチ投入装置、混合装置、及び／又はバッチ篩装置３０２内において混合することができ、そこで前駆体化合物が完全に混合され、凝集体はすべて粉砕される（ステップ１５２）。
【００１９】
混合された前駆体化合物は、粉末トレイ３０４に供給することができ、前駆体化合物は粉末トレイによって回転粉末ダイス３０６に漏斗される。粉末ラム３０８が、粉末ダイス３０６と連携動作して、混合された前駆体化合物に圧力を加え、前駆体化合物を細長い形状に成形する（ステップ１５４）。圧縮体に対する圧縮力は、約２０ｐｓｉ（約１３７．８９５ＫＰａ）〜２００ｐｓｉ（約１.３７９ＭＰａ）とすることができる。
【００２０】
次に、圧縮された前駆体化合物を加熱することによって、前駆体化合物を少なくとも部分的に焼結して、原材料１０に成形する（ステップ１５６）。例として、原材料処理機構３００は、中心軸の周囲にコイル３１２を備える誘導加熱機構３１０を有することができる。コイル３１２は、圧縮された前駆体化合物が内部を通過する、グラファイトサセプタ３１４の周囲に巻設することができる。コイル３１２を駆動すると、グラファイトサセプタ３１４が熱くなり、それによって、今度は、圧縮された前駆体化合物が、中心軸に沿ってグラファイトサセプタ３１４（及びコイル３１２）を通過する際に加熱される。圧縮された前駆体化合部を少なくとも部分的に焼結するために、加熱制御が行われる。例えば、誘導加熱機構３１０は、圧縮された前駆体化合物を約５００〜１０００℃に加熱するように動作することができる。このことは、コイル３１２に、約１０ｋＷ〜５００ｋＷ（所望の材料スループットに依存する）等、十分な大きさのＡＣ電源を接続することで実現できる。誘導加熱機構３１０に（即ち、コイル３１２に）供給されるＡＣ電力の周波数は、約５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲とすることができる。
【００２１】
混合、篩、圧縮、及び／又は加熱のパラメータを調整して、所望の直径、機械的強度、及び／又は熱反応性を有する原材料１０を実現することができる。例えば、原材料処理機構３００を調整して、（ｉ）約５ｍｍ〜５０ｍｍ、（ｉｉ）約１０ｍｍ〜４０ｍｍ、及び（ｉｉｉ）約２０ｍｍ〜３０ｍｍのうちの１つの直径を有する原材料１０を生成することができる。
【００２２】
押出成形原材料１０は、予め製造して、後日プラズマ反応器において使用する（ステップ１５８）ために格納しておくか、又は原材料処理機構３００をプラズマ反応器に統合して、連続処理において、押出成形原材料１０をプラズマ反応器に供給することができる。
【００２３】
図４を参照する。図４は図１〜３の原材料１０、及び／又はその他の実施の形態の熱処理に利用可能な、プラズマ格納容器２００の１つ以上の実施の形態の概略側面図である。プラズマ格納容器２００は、中心軸を有する内部容積２１８を画成する少なくとも１つの壁部材２０２、入口端部２０４、及び対向する出口端部２０６を備えている。少なくとも１つの壁部材２０２は、好ましくは超低熱膨張率を有する高温セラミック材料、石英等の適切な非導電性、非腐食性、及び高温の誘電体材料で形成することができる。プラズマ格納容器２００の１つ以上の構成要素の冷却を可能にするために、壁部材２０２は、内部を通して冷却流体を運ぶように動作する、１つ以上の内部チャンネルを備えることができる。この点において、１つ以上の冷却流体源（図示せず）と流体連通する、それぞれの入口／出口端部を介して、内部チャンネルにアクセスすることができる。
【００２４】
プラズマ格納容器２００は、プラズマガスの供給源（図示せず）からのプラズマプルーム２２０を維持するための電磁場を、プラズマ格納容器２００内に生成するのに十分な特性を有する、ＲＦ電力の供給源（図示せず）を受け取るように構成された機構を備えることができる。例えば、本機構は、プラズマ格納容器２００の中心軸の周囲に配置された誘導コイル２１０を備えることができ、誘導コイル２１０は、ＲＦ電力の供給源を受け取って電磁場を生成するように動作することができる。例として、ＲＦ電力は、電磁場が（ｉ）少なくとも１ＭＨｚ、（ｉｉ）少なくとも３ＭＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも４ＭＨｚ、（ｉｖ）少なくとも５ＭＨｚ、（ｖ）少なくとも１０ＭＨｚ、（ｖｉ）少なくとも１５ＭＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも２０ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも３０ＭＨｚ、（ｉｘ）少なくとも４０ＭＨｚ、及び（ｘ）約１〜５０ＭＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有するものであってよい。ＲＦ電力は、約５ｋＷ〜１ＭＷの電力レベル（又は他の適切な電力レベル）であってよい。
【００２５】
プラズマ格納容器２００の入口端部２０４に、材料入口２５０を配置することができ、材料入口２５０は、細長い原材料１０を受け取るように動作することができる。従って、細長い原材料１０はプラズマ格納容器２００内に導入され、原材料１０の遠位端部１２がプラズマプルーム２２０と出会う。プラズマプルーム２２０は、少なくとも原材料１０が熱反応を起こすのに十分な熱エネルギーを有している。特に、プラズマプルーム２２０は実質的に円筒形を成すことができ、原材料１０の遠位端部１２を融解するのに十分な熱エネルギーを有することができ、それによって、それぞれ実質的に球形の液滴１４が生成される。
【００２６】
例として、プラズマ格納容器２００は、材料入口２５０と連通して配置され、原材料１０の遠位端部１２が、プラズマプルーム２２０中を前進するにつれて、原材料１０が長手方向の軸を中心に回転できるように動作する回転組立体２５２を更に備えることができる。回転組立体２５２は、遠心力に応答して、融解した部分が原材料１０の遠位端部１２から分離し、実質的に球形の液滴１４を形成するのに十分な速度で、原材料１０を長手方向の軸を中心に回転するように動作することができる。回転組立体２５２は、（ボールベアリング配列等の）ベアリング組立体２５６と同軸配向された供給管２５４を備えることができ、これによって、原材料１０が供給管２５４の内部に案内され、かつ供給管によって回転することができる。
【００２７】
（マイクロプロセッサ制御機構等の図示しない）コントローラが、回転組立体２５２を制御するように動作して、原材料１０の回転速度を変化させ、それによって、液滴１４の大きさを制御することができる。例として、回転組立体２５２は、原材料１０を（ｉ）約５００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍ、（ｉｉ）約１，０００ｒｐｍ〜４０，０００ｒｐｍ、（ｉｉｉ）約１，４００ｒｐｍ〜３０，０００ｒｐｍ、（ｉｖ）約２，０００ｒｐｍ〜２０，０００ｒｐｍ、及び（ｖ）約５，０００ｒｐｍ〜１０，０００ｒｐｍのうちの１つの速度で回転させることができる。これ等の回転速度によって、（ｉ）約１０μｍ〜５，０００μｍ、（ｉｉ）約５０μｍ〜２，０００μｍ、（ｉｉｉ）約１００μｍ〜１，０００μｍ、（ｉｖ）約５０μｍ〜２００μｍ、及び（ｖ）約１００μｍのうちの１つの大きさを有する液滴を生成することができる。
【００２８】
液滴１４の大きさは、プラズマプルーム２２０の温度にも影響され得ることに留意されたい。１つ以上の実施の形態によれば、コントローラ（図示せず）が、ＲＦ電力の電力レベルを制御するように動作することができ、それによって、プラズマ格納容器２００内の電磁場の強度及びプラズマプルーム２２０の温度が制御される。例として、プラズマプルームは、（ｉ）約９，０００Ｋ〜約１８，０００Ｋ、（ｉｉ）約１１，０００Ｋ〜約１５，０００Ｋ、及び（ｉｉｉ）少なくとも約１１，０００Ｋのうちの１つの範囲の温度を有することができる。
【００２９】
プラズマプルームは、原材料からの液滴１４を熱反応させるのに十分な熱エネルギーを有していることが好ましい。本明細書において意図する熱反応の種類の例には、（ｉ）材料の液滴１４を少なくとも部分的に融解する、（ｉｉ）材料の液滴のうちの少なくとも１つ、及び１つ以上の別の材料を少なくとも部分的に融解することによって、被覆材料粒子を形成する、（ｉｉｉ）材料の液滴１４を少なくとも部分的に融解して、実質的に均一な回転楕円体状の中間粒子を形成することのうちの少なくとも１つが含まれる。
【００３０】
最新の技術から明らかであると思われるように、プラズマ格納容器２００内における熱反応（及び／又は別の反応）には、多数の付加的反応が含まれることが当業者には理解できるであろう。例として、個々の金属又は金属酸化物を含む、銀、銅、スズ、シリコン又は他の半導体材料等の別の材料と共に、原材料を少なくとも部分的に融解して、被覆ガラスバッチ材料粒子を形成することができる。銀又は銅で被覆したガラス粒子は、例えば、抗菌性を有することができ、酸化スズで被覆したガラス粒子は、光反応性を有することができる。
【００３１】
熱反応済みの材料は、回収容器１７０に蓄積される。回収後、熱反応済みの材料に対し、付加的及び／又は随意的な処理ステップを施すことができる。
【００３２】
バッチ材料を調製するための従来の方法、例えば、プラズマ処理を介してガラスを製造するための方法は、清澄及び撹拌を低減又は排除するために、特別なステップを必要としている。これ等のステップには、撹拌ステップ、及び粒子がプラズマ中を落下する際、プラズマのエネルギーが吸収されるように、適切な大きさの凝集体を生成する結合操作のための噴霧乾燥ステップが含まれる。しかし、本明細書に記載の実施の形態によれば、前駆体化合物が混合され、バッチ全体を通して前駆体化合物が均一に分布し、前駆体化合物が、プラズマプルーム中に供給されるロッドに圧縮及び部分的に焼結されるため、かかる調製及び粒子選択を必要としない。この方法は、前述の複雑な調製手順を必要とせず、より高いスループットで連続供給処理を可能にする。従って、プラズマ処理のために、特定の粒径（例えば、＜９０μｍ）の選択を必要としない。更に、プラズマ処理のために、凝集体を結合生成するための噴霧乾燥を必要としない。更に、材料を複数回循環させて、追加的にプラズマ処理を行う必要がない。実際、バッチ材料の（分離された個々の粒子に反し）高嵩密度の圧縮ロッドが処理され、液滴の生成速度が従来のプラズマシステムの粉末処理と比較して大幅に速いため、高い材料スループットが実現される。本明細書に記載の実施の形態は、ガラス粒子がプリメルターに配置される前に、反応ガスを放散することもでき、これによって清澄の必要性が低下する。加えて、押出成形における前駆体化合物の均一化によって、プリメルターに含められる前のガラス粒子のガラス密度が均一になり、撹拌の必要性が低下する。
【００３３】
特定の実施の形態を参照して、本明細書の開示について説明してきたが、これ等の実施の形態は、本明細書の実施の形態の原理及び応用の単なる例示であると理解されたい。従って、例示した実施の形態に対し多くの改良が可能であり、本出願の精神及び範囲を逸脱せずに、他の構成を考案することが可能であると理解されたい。
【００３４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００３５】
実施形態１  
中心軸を有する内部容積を画成する少なくとも１つの壁部材、入口端部、及び対向する出口端部を有するプラズマ格納容器と、
プラズマガスの供給源からの、プラズマプルームを維持するための電磁場を、前記プラズマ格納容器内に生成するのに十分な特性を有する、ＲＦ電力の供給源を受け取るように構成された機構と、
前記プラズマ格納容器の前記入口端部に配置され、長手方向の軸を有する細長い原材料を受け取るように動作する材料入口と、
前記材料入口と連通して配置され、前記原材料の遠位端部が、前記プラズマプルーム中を前進するにつれて、該原材料を前記長手方向の軸を中心に回転させるように動作する回転組立体と、
を備えた装置であって、前記原材料が、混合され、前記細長い形状に成形され、少なくとも部分的に焼結された化合物の混合体である、装置。
【００３６】
実施形態２
前記プラズマプルームが、実質的に円筒形を成し、前記原材料の前記遠位端部を融解するのに十分な熱エネルギーを有し、
前記回転組立体が、前記融解した部分が、遠心力に応答して、前記原材料の前記遠位端部から分離し、それぞれ実質的に球形の液滴を形成するのに十分な速度で、前記原材料を前記長手方向の軸を中心に回転させるように動作可能である、実施形態１記載の装置。
【００３７】
実施形態３
前記回転組立体を制御するように動作して、前記原材料の回転速度を変化させ、それによって、前記液滴の大きさを制御するコントローラを更に備えた、実施形態２記載の装置。
【００３８】
実施形態４
前記液滴の大きさが、（ｉ）約１０μｍ〜５，０００μｍ、（ｉｉ）約５０μｍ〜２，０００μｍ、（ｉｉｉ）約１００μｍ〜１，０００μｍ、（ｉｖ）約５０μｍ〜２００μｍ、及び（ｖ）約１００μｍのうちの１つである、実施形態２記載の装置。
【００３９】
実施形態５
前記回転組立体が、前記原材料を（ｉ）約５００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍ、（ｉｉ）約１，０００ｒｐｍ〜４０，０００ｒｐｍ、（ｉｉｉ）約１，４００ｒｐｍ〜３０，０００ｒｐｍ、（ｉｖ）約２，０００ｒｐｍ〜２０，０００ｒｐｍ、及び（ｖ）約５，０００ｒｐｍ〜１０，０００ｒｐｍのうちの１つの速度で回転させる、実施形態１記載の装置。
【００４０】
実施形態６
前記ＲＦ電力の電力レベルを制御するように動作して、前記電磁場の強度及び前記プラズマプルームの温度を制御するコントローラを更に備えた、実施形態１記載の装置。
【００４１】
実施形態７
前記機構が、前記プラズマ格納容器の前記中心軸の周囲に配置され、前記ＲＦ電力の前記供給源を受け取って、前記電磁場を生成するように動作可能な誘導コイルを備えた、実施形態１記載の装置。
【００４２】
実施形態８
前記ＲＦ電力が、前記電磁場が（ｉ）少なくとも１ＭＨｚ、（ｉｉ）少なくとも３ＭＨｚ、（ｉｉｉ）少なくとも４ＭＨｚ、（ｉｖ）少なくとも５ＭＨｚ、（ｖ）少なくとも１０ＭＨｚ、（ｖｉ）少なくとも１５ＭＨｚ、（ｖｉｉ）少なくとも２０ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）少なくとも３０ＭＨｚ、（ｉｘ）少なくとも４０ＭＨｚ、及び（ｘ）約１〜５０ＭＨｚのうちの少なくとも１つの周波数を示すような特性を有する、実施形態１記載の装置。
【００４３】
実施形態９
前記材料入口の上流に原材料処理機構を更に備え、前記原材料が前記プラズマ格納容器に供給されるにつれて、前記原材料処理機構が、実質的に連続して前躯体化合物を受け取り、混合、圧縮、及び少なくとも部分的に焼結して、前記原材料に成形する、実施形態１記載の装置。
【００４４】
実施形態１０
前記原材料処理機構が、前記混合された前駆体化合物を、約２０ｐｓｉ（約１３８ｋＰａ）〜２００ｐｓｉ（約１.３８ＭＰａ）で圧縮するように動作する、回転粉末ダイスと粉末ラムとを備えた、実施形態９記載の装置。
【００４５】
実施形態１１
前記原材料処理機構が、中心軸の周囲にコイルを含む誘導加熱機構を備え、前記圧縮された前駆体化合物が、前記中心軸に沿って前記コイルを通過し、該コイル内において少なくとも部分的に焼結される、実施形態９記載の装置。
【００４６】
実施形態１２
前記誘導加熱機構が、前記圧縮された前駆体化合物を、約５００〜１，０００℃に加熱するように動作する、実施形態１１記載の装置。
【００４７】
実施形態１３
前記原材料処理機構が、（ｉ）約５ｍｍ〜５０ｍｍ、（ｉｉ）約１０ｍｍ〜４０ｍｍ、及び（ｉｉｉ）約２０ｍｍ〜３０ｍｍのうちの１つの直径を有する原材料を生成する、実施形態９記載の装置。
【００４８】
実施形態１４
プラズマガスの供給源から、プラズマ格納容器内にプラズマプルームを生成するステップと、
前記プラズマ格納容器に、長手方向の軸を有する細長い原材料を、該原材料の少なくとも遠位端部が、前記プラズマプルーム内において加熱されるように供給するステップと、
前記原材料の前記遠位端部が、前記プラズマプルーム中を前進するにつれて、前記原材料を前記長手方向の軸を中心に回転させるステップと、
を備えた方法であって、前記原材料が、混合され、前記細長い形状に成形され、少なくとも部分的に焼結された化合物の混合体である、方法。
【００４９】
実施形態１５
前記原材料が、ガラスバッチ材料である、実施形態１４記載の方法。
【００５０】
実施形態１６
前記プラズマプルームが実質的に円筒形を成し、前記原材料の前記遠位端部を融解するのに十分な熱エネルギーを有する、実施形態１４記載の方法。
【００５１】
実施形態１７
前記原材料を前記長手方向の軸を中心に回転させるステップが、前記融解した部分が、遠心力に応答して、前記原材料の前記遠位端部から分離し、それぞれ実質的に球形の液滴を形成するのに十分な速度で回転させるステップを含む、実施形態１６記載の方法。
【００５２】
実施形態１８
前記原材料の回転速度を制御することによって、前記液滴の大きさを制御するステップを更に備えた、実施形態１７記載の方法。
【００５３】
実施形態１９
前記液滴の大きさが、（ｉ）約１０μｍ〜５，０００μｍ、（ｉｉ）約５０μｍ〜２，０００μｍ、（ｉｉｉ）約１００μｍ〜１，０００μｍ、（ｉｖ）約５０μｍ〜２００μｍ、及び（ｖ）約１００μｍのうちの１つである、実施形態１７記載の方法。
【００５４】
実施形態２０
前記原材料を回転させる速度が、（ｉ）約５００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍ、（ｉｉ）約１，０００ｒｐｍ〜４０，０００ｒｐｍ、（ｉｉｉ）約１，４００ｒｐｍ〜３０，０００ｒｐｍ、（ｉｖ）約２，０００ｒｐｍ〜２０，０００ｒｐｍ、及び（ｖ）約５，０００ｒｐｍ〜１０，０００ｒｐｍのうちの１つである、実施形態１４記載の方法。
【００５５】
実施形態２１
前記プラズマプルームの温度を制御することによって、前記液滴の大きさを制御するステップを更に備えた、実施形態１４記載の方法。
【００５６】
実施形態２２
前記プラズマプルームが、（ｉ）約９，０００Ｋ〜約１８，０００Ｋ、（ｉｉ）約１１，０００Ｋ〜約１５，０００Ｋ、及び（ｉｉｉ）少なくとも約１１，０００Ｋのうちの１つの範囲の温度を有する、実施形態２１記載の方法。
【００５７】
実施形態２３
前記プラズマプルームが、前記原材料からの前記液滴を熱反応させるのに十分な熱エネルギーを有している、実施形態１７記載の方法。
【００５８】
実施形態２４
前記熱反応が、前記材料の液滴を少なくとも部分的に融解することを含む、
前記熱反応が、前記材料の液滴のうちの少なくとも１つ、及び１つ以上の別の材料を少なくとも部分的に融解することによって、被覆された材料液滴を形成することを含む、及び
前記熱反応が、前記材料の液滴を少なくとも部分的に融解して、実質的に均一な回転楕円体状の中間粒子を形成することを含む、
のうちの少なくとも１つである、実施形態２３記載の方法。
【００５９】
実施形態２５
前記原材料が前記プラズマ格納容器に供給されるにつれて、前記原材料を生成するステップであって、実質的に連続して前駆体化合物を受け取り、混合、圧縮、及び少なくとも部分的に焼結することによって、前記原材料を生成するステップを更に備えた、実施形態１４記載の方法。
【００６０】
実施形態２６
前記圧縮ステップが、前記混合された前駆体化合物を、約２０ｐｓｉ（約１３８ｋＰａ）〜２００ｐｓｉ（約１.３８ＭＰａ）で圧縮することを含む、実施形態２５記載の方法。
【００６１】
実施形態２７
前記加熱ステップが、前記圧縮された前駆体化合物を、約５００〜１，０００℃に加熱することを含む、実施形態２５記載の方法。
【００６２】
実施形態２８
前記原材料が、（ｉ）約５ｍｍ〜５０ｍｍ、（ｉｉ）約１０ｍｍ〜４０ｍｍ、及び（ｉｉｉ）約２０ｍｍ〜３０ｍｍのうちの１つの直径を有する、実施形態２５記載の方法。
【符号の説明】
【００６３】
１０    原材料
１２    遠位端部
１７０  回収容器
２００  プラズマ格納容器
２０２  壁部材
２０４  入口端部
２０６  出口端部
２１０  誘導コイル
２１８  内部容積
２２０  プラズマプルーム
２５０  材料入口
２５２  回転組立体
２５４  供給管
２５６  ベアリング組立体
３００  原材料処理機構
３０２  バッチ篩装置
３０４  粉末トレイ
３０６  粉末ダイス
３０８  粉末ラム
３１０  誘導加熱機構
３１２  コイル
３１４  サセプタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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