(57)【要約】【課題】本発明は、破片材料あるいは原材料が１７６０℃を超える溶融塊に溶融され、溶融塊が生成され、及び溶融塊がイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金からなる抜取管（４）を通して出てくるプロセスを用いた高融点ガラス材料または高融点ガラスセラミック材料の製造方法及び装置に関する。【解決手段】本発明に従って、天然ガス組成からなる周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の一部の温度は、前記抜取管から溶融塊を注ぎ出す期間を除いて、常に１０００℃以下となるように制御あるいは調節される。これにより本発明装置の酸化的分解を防止することが可能である。【選択図】図３
2008285402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融塊の温度が処理期間中１７６０℃を越えているプロセスであって、
破片材料あるいは原材料を溶融して溶融塊とする工程、
前記溶融塊を精製する工程、及び
前記溶融塊をイリジウムあるいはイリジウムを少なくとも５０重量％含むイリジウム合金から成る抜取管（４）を通して注ぎ出す工程から成る前記処理によって高融点ガラス材料、ガラスセラミック材料、あるいはセラミック材料を製造する方法であって、
自然のガス組成をもつ周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の一部分の温度が、前記抜取管から溶融塊を注ぎ出す期間中を除き、常に１０００℃未満になるように制御あるいは調節されることを特徴とする前記方法。
【請求項２】
周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分の温度が、前記抜取管から溶融塊を注ぎ出す期間を除き、常に９５０℃未満になるように制御あるいは調節されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項３】
第一の所定の組成をもつ前記破片材料あるいは原材料が溶融塊を収容するための容器（２）中に投入され、
前記容器には抜取管（４）が設けられ、
前記容器（２）はイリジウムあるいはイリジウムを少なくとも５０重量％含むイリジウム合金から成り、
前記容器（２）はコンテナ（１９、２０）内に配置され、及び
前記コンテナ（１９、２０）内には、前記容器（２）及び前記抜取管の部分（１０〜１３）が、前記イリジウムあるいは前記イリジウム合金の酸化物生成を防止するための保護ガス雰囲気下で前記コンテナ内に収容されるように保護ガスが供給され、及び
前記第一の所定の組成をもつ破片材料あるいは原材料を投入する前記工程が、
前記抜取管（４）のオリフィスを遮蔽する工程、
第二の所定の組成をもつ破片材料あるいは原材料を前記抜取管（４）中へ入れる工程、及び
前記第二の組成をもつ前記破片材料あるいは原材料の軟化温度以上まで前記抜取管（４）を加熱し、及び前記抜取管（４）を塞ぐ溶融気密ガラスから成るストッパを形成するために前記抜取管（４）を冷却する工程から成ることを特徴とする請求項１項または２項記載の方法。
【請求項４】
前記第二の組成をもつ前記破片材料あるいは原材料の軟化温度以上まで前記抜取管（４）を加熱する工程及び前記ストッパを形成するために抜取管（４）を冷却する工程が、抜取管（４）全体が一杯に満たされるまで繰り返されることを特徴とする請求項３項記載の方法。
【請求項５】
前記容器（２）が、前記抜取管（４）内に前記ストッパを形成するために加熱されないことを特徴とする請求項３項または４項記載の方法。
【請求項６】
前記第一及び第二組成が同一であるか、あるいはそれぞれの組成が１０００℃未満、より好ましくは９５０℃未満の軟化温度をもつことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記第一組成から成る破片材料あるいは原材料の軟化温度が１０００℃を越え、前記第一及び第二組成が異なり、かつ前記第二組成から成る破片材料あるいは原材料が非酸化性ガラスの破片であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第二組成をもつ破片材料あるいは原材料にＦｅ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３及び／またはＡｓ２Ｏ５が含まれないことを特徴とする請求項７項記載の方法。
【請求項９】
前記第二組成をもつ破片材料あるいは原材料の軟化温度以上まで抜取管(4)を加熱する工程中、及び前記ストッパを形成するために抜取管が冷却されて前記抜取管中の温度が前記容器（２）中の温度より少なくとも１００℃低い温度に保持される期間中、前記容器（２）が加熱されることを特徴とする請求項３，４，６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記抜取管から前記溶融塊が注ぎ出される期間を除き、周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分から熱が能動的に放散されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記抜取管（４）の前記オリフィスを遮蔽するクロージャー部材（５０）を用いて周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分から熱が放散されることを特徴とする請求項１０項記載の方法。
【請求項１２】
前記クロージャー部材（５０）を通って冷媒が流れることを特徴とする請求項１１項記載の方法。
【請求項１３】
周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分の外面が、前記溶融ガラスが前記抜取管（４）から注ぎ出される際に不活性保護ガスによって保護されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記不活性保護ガスが、有孔あるいは多孔の円筒状あるいは環状部材（４２）を用いて、周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分外面全体へ向けられることを特徴とする請求項１３項記載の方法。
【請求項１５】
前記有孔あるいは多孔の円筒状あるいは環状部材（４２）が冷却されることを特徴とする請求項１４項記載の方法。
【請求項１６】
前記保護ガスがＮ２及び／または貴ガスであるか、あるいはＮ２及び／または貴ガスを含むことを特徴とする請求項１４項または１５項記載の方法。
【請求項１７】
前記保護ガスにさらにＨ２が含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項１８】
前記容器（２）が、周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分外面が耐火性セラミック材料から成る気密な薄層によって被覆されるように設けられることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分外面がプラズマ溶射によって処理されることを特徴とする請求項１８項記載の方法。
【請求項２０】
第一操作モードにおいて、前記容器（２）中の溶融塊が精製のためまず前記溶融塊の処理温度よりずっと高い温度に保持され、同時に前記抜取管（４）が、溶融塊によって前記抜取管（４）を遮蔽するストッパが形成される温度に保持され、及び
第二操作モードにおいて、前記容器（２）中の前記溶融塊の温度が精製後に処理温度まで降下され、同時に前記抜取管（４）が前記処理温度まで加熱されてストッパが溶解し、及び溶融塊が前記抜取管（４）から流れ出ることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記第一操作モード中の温度が少なくとも１８００℃、より好ましくは少なくとも２０００℃、さらに好ましくは少なくとも２２００℃であることを特徴とする請求項２０項記載の方法。
【請求項２２】
ガラス組成が８０〜９０重量％のＳｉＯ２、０〜１０重量％のＡｌ２Ｏ３、０〜１５重量％のＢ２Ｏ３、及び３重量％未満のＲ２Ｏから成り、前記Ａｌ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３の含量の総量が７〜２０重量％であり、及びＲがＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓから選択されるアルカリ元素を示すことを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
ＳｉＯ２の最大５０重量％までがＧｅＯ２及び／またはＰ２Ｏ５によって置き換えられ、Ｐ２Ｏ５で置き換えられる場合、ガラス組成物に好ましくはＡｌ２Ｏ３の存在部分があることを特徴とする請求項２２項記載の方法。
【請求項２４】
ガラス組成物に、さらに高融点酸化物として、ＭｇＯが最大２０重量％、及び／またはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＭｏＯ３、あるいはこれらの混合物が最大で１０重量％、より好ましくは最大で５重量％含まれることを特徴とする請求項２２項または２３項記載の方法。
【請求項２５】
ガラス組成物にさらに酸化物としてＣａＯ、ＳｒＯ及び／またはＢａＯ、さらにＭｇＯが含まれることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２６】
ガラスがディスプレイガラスであることを特徴とする請求項２５項記載の方法。
【請求項２７】
第一操作モード中の温度が少なくとも１８００℃、より好ましくは１８５０℃であり、ガラス組成物に４０〜６０重量％のＳｉＯ２、２５〜４５重量％のＡｌ２Ｏ３及び１０〜２０重量％のＭｇＯが含まれることを特徴とする請求項２０項記載の方法。
【請求項２８】
溶融塊が抜取管（４）あるいは抜取管（４）上へ設けられた熱成形装置（１５）から出て来た時に成形部材へと形状化されることを特徴とする請求項１〜２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記ガラスあるいはガラスセラミック材料の、基板厚が２０ｍｍであるときの、可視波長域中の４００〜８００ｎｍにおける透過率が少なくとも６５％、より好ましくは少なくとも７５％、さらに好ましくは少なくとも８０％となるように、溶融塊が溶融され及び精製されることを特徴とする請求項２２項記載の方法。
【請求項３０】
前記ガラスあるいはガラスセラミック材料の、基板厚が２０ｍｍであるときの、水分吸収帯波長域中の１３５０ｎｍにおける透過率が少なくとも７５％となり、及び／または、基板厚が２０ｍｍであるときの、水分吸収帯波長域中の２２００ｎｍにおける透過率が少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも５５％となるように、溶融塊が溶融され及び精製されることを特徴とする請求項２２項及び２０項記載の方法。
【請求項３１】
溶融塊の温度が処理期間中１７６０℃を越えている処理により高融点ガラス材料、ガラスセラミック材料あるいはセラミック材料を製造する装置であって、
少なくとも、
破片材料あるいは原材料を溶融して溶融塊とし、及び前記溶融塊を精製するための容器（２）、
前記溶融塊を不連続工程で注ぎ出すイリジウムあるいはイリジウムを少なくとも５０重量％含むイリジウム合金から成る抜取管（４）、及び
自然のガス組成をもつ周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の一部分の温度が、前記抜取管から溶融塊を注ぎ出す期間中を除き、常に１０００℃未満になるように制御あるいは調節する装置から構成されることを特徴とする前記装置。
【請求項３２】
前記制御あるいは調節手段によって、周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分の温度が、前記抜取管から溶融塊を注ぎ出す期間を除き、常に９５０℃未満に保持されるように、加熱装置（３）が制御あるいは調節されることを特徴とする請求項３１項記載の装置。
【請求項３３】
前記抜取管（４）のオリフィスを任意に開放あるいは遮蔽するために該オリフィスを遮蔽する可動クロージャー手段（５０）をさらに含むことを特徴とする請求項３１項または３２項記載の装置。
【請求項３４】
冷媒を前記クロージャー手段（５０）中へ流すことにより、周辺雰囲気と接触している前記抜取管（４）の前記部分から熱を能動的に放散させることを特徴とする請求項３３項記載の装置。
【請求項３５】
前記制御あるいは調節手段によって、前記溶融塊が前記抜取管から注ぎ出される期間、前記クロージャー手段（５０）中を通る前記冷媒の流速が制御あるいは調節され、より具体的には前記クロージャー手段を通る前記冷媒の流れが減じられ、あるいは止められることを特徴とする請求項３４項記載の装置。
【請求項３６】
前記クロージャー手段に前記抜取管（４）のオリフィスを閉じるための先細形突出部（５１）が設けられることを特徴とする請求項３３〜３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
前記容器（２）及び前記抜取管（４）に第一加熱装置（３）及び第二加熱装置がそれぞれ連結されて、前記容器（２）及び前記抜取管（４）を別個に加熱することが可能なことを特徴とする請求項３１〜３６のいずれかに記載の装置。
【請求項３８】
前記制御あるいは調節手段によって、前記抜取管（４）中の温度が前記容器（２）中の温度よりも少なくとも１００℃低く保持されるように、前記第一及び第二加熱装置（３）が制御あるいは調節されることを特徴とする請求項３７項記載の装置。
【請求項３９】
前記制御あるいは調節手段によって、前記抜取管（４）中の温度が前記容器（２）中の温度よりも少なくとも１００℃低く保持されるように、前記第一及び第二加熱装置（３）及び前記クロージャー手段（５０）を通る冷媒の流速が制御あるいは調節されることを特徴とする請求項３７項及び３５項記載の装置。
【請求項４０】
さらに有孔あるいは多孔の円筒状あるいは環状部材（４２）が含まれ、前記部材が周辺雰囲気と接触状態にある前記抜取管（４）の前記部分周囲に配置され、かつ周辺雰囲気と接触状態にある前記抜取管（４）の前記部分外面の全体へ不活性保護ガスが向けられるように構成されることを特徴とする請求項３１〜３９のいずれかに記載の装置。
【請求項４１】
前記有孔あるいは多孔の円筒状あるいは環状部材（４２）が冷却可能であることを特徴とする請求項４０項記載の装置。
【請求項４２】
前記有孔あるいは多孔の円筒状あるいは環状部材（４２）が前記部材へ送られる保護ガスの貯蔵部と連結され、及び前記保護ガスがＮ２及び／または貴ガスであるか、あるいは前記保護ガスにＮ２及び／または貴ガスが含まれることを特徴とする請求項４０項または４１項記載の装置。
【請求項４３】
周辺雰囲気と接触状態にある前記抜取管（４）の前記部分外面が耐火性セラミック材料から成る気密な薄層によって被覆されることを特徴とする請求項３１〜４２のいずれかに記載の装置。
【請求項４４】
周辺雰囲気と接触状態にある前記抜取管（４）の前記部分外面がプラズマ溶射によって前記層で被覆されることを特徴とする請求項４３項記載の装置。
【請求項４５】
前記制御あるいは調節手段によって、加熱装置及び／または前記クロージャー部材の温度が、
第一操作モードにおいて、まず前記容器（２）中の溶融塊が該溶融塊の生成処理温度よりも遥かに高い温度に保持され、同時に前記抜取管（４）が溶融塊によって前記抜取管（４）を遮蔽するストッパが形成される温度に保持され、及び
第二操作モードにおいて、前記容器（２）中の前記溶融塊の温度が精製後の処理温度まで降下され、同時に前記抜取管（４）が前記処理温度まで加熱されてストッパが溶融され、溶融塊が前記抜取管（４）から流れ出るように、制御あるいは調節されることを特徴とする請求項３１〜４４のいずれかに記載の装置。
【請求項４６】
前記制御あるいは調節手段が、第一操作モード中の温度が少なくとも１８００℃、より好ましくは少なくとも２０００℃、さらに好ましくは少なくとも２２００℃となるように構成されることを特徴とする請求項４５項記載の装置。
【請求項４７】
前記抜取管（４）の前記オリフィスから溶融塊が出てくる時に該溶融塊を成形するための熱成形装置（１５）が、前記抜取管（４）に、あるいはその上にさらに設けられることを特徴とする請求項３１〜４６のいずれかに記載の装置。
【請求項４８】
前記容器（２）及び前記蓋を覆うための蓋（１８、３１）が圧力密封型であることを特徴とする請求項３１〜４７のいずれかに記載の装置。
【請求項４９】
前記容器（２）に前記容器内部へ不活性ガスを送り込むガス取入口が設けられ、さらに前記内部に前記不活性ガスの圧力を制御あるいは調節するための制御あるいは調節装置が設けられることを特徴とする請求項４８項記載の装置。
【請求項５０】
ガラス材料あるいはガラスセラミック材料、特に１８００℃を越える融点をもつガラス材料あるいはガラスセラミック材料の製造のための請求項３１〜４９のいずれかに記載された装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２００７年５月１７日に出願されたドイツ特許出願１０２００７０２３４９７．１−４５、「ガラス材料、ガラスセラミック材料、あるいはセラミック材料の製造方法及び装置」を基礎とする優先権主張出願であり、このドイツ特許出願の内容は参照のため本願に取り入れられている。本願は、２００７年５月３１日に公表されたドイツ特許ＤＥ１０３４８４６６Ｂ４、「高融点ガラスあるいはガラスセラミック材料、及びガラスあるいはガラスセラミック材料の製造方法及び装置」、２００７年１２月６日に公表されたドイツ特許ＤＥ１０３６２０７４Ｂ４、「高融点ガラスあるいはガラスセラミック材料及びその使用方法」、及び２００４年１０月１３日に出願された対応日本特許出願第２００４−２９８３２６号、「高融点ガラス材料、高融点ガラスセラミック材料、ガラス材料あるいはガラスセラミック材料の製造装置及び方法」の関連出願である。なお、上記特許及び特許出願の内容は参考として本願に取り入れられている。
本発明は高融点ガラス材料、ガラスセラミック材料あるいはセラミック材料、特に１８００℃以上の融点をもつガラス材料、ガラスセラミック材料あるいはセラミック材料の製造方法及び装置に関する。より詳細には、本発明は、不連続作業工程による、高融点ガラス材料あるいはガラスセラミック材料から成る、例えばロッドあるいは他の固形部材、及び管あるいは他の中空部材等の成形部材の製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、広くは、極めて低含量の網状改質剤、特にアルカリ酸化物を含むガラス材料あるいはガラスセラミック材料、及び高含量の高融点酸化物、例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５あるいはＴａ２Ｏ５等を含むガラス材料あるいはガラスセラミック材料に関する。上記のガラス材料種あるいはガラスセラミック材料種は約１７００℃程度のかなりの高融点を有する。このような材料を製造するためには、例えば溶融ガラスを清澄するため、溶融ガラスをかなりの高温まで長時間加熱しなければならない。このようなかなりの高温で連続作業するためには、るつぼの設計に関して新たな要求が求められる。
【０００３】
不連続操業で管状部材及び棒状部材を製造する従来型装置には、溶融容器として用いられる通常Ｐｔ及びＰｔ合金、例えばＰｔＲｈ３０から成る坩堝が備えられている。上記貴金属のいずれか１種から成る管が、坩堝下において、坩堝の加熱とは無関係な１または２以上の加熱回路によって加熱された管と溶着される。これにより熱成形加工にとって重要な管の温度設定を坩堝の温度設定から切り離して行うことが可能となる。
【０００４】
このような構成とすることの価値は多くの例において実証されている。しかしながら、最高温度が約１７６０℃までに制限され、かつ温度が高くなればなるほど装置の寿命が大きく制限される欠点がある。しかしながら、極めて少含量の網状改質剤、特にアルカリ酸化物しか含まないガラス材料あるいはガラスセラミック材料、あるいは高含量の例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、またはＴａ２Ｏ５等の高融点酸化物を含むガラス材料あるいはガラスセラミック材料は、一定条件下において高い溶融温度を必要とし、あるいは可能な最高温度において不経済に長い処理期間、溶融というよりも焼結されなければならない。
【０００５】
ＥＰ１１６０２０８Ａ２には、ガラス成形部材の連続製造に用いる坩堝が開示されている。この坩堝は、ガラス融点に対して耐久性な金属、すなわちモリブデンあるいはタングステンから作製される。坩堝壁中の酸化物が溶融ガラス中へ拡散してガラスに脱色を生じ、あるいはガラス中に封入されることを防止するため、坩堝の壁は高温でなければ溶融しない低反応性金属の層で内張りされている。この内張りはレニウム、オスミウム、イリジウム、あるいはこれら金属の合金から成っている。
【０００６】
坩堝の二重壁構造化はかなり高価となり、また用いる高温におけるモリブデンあるいはタングステンの燃焼を抑制するために坩堝の内側及び外側領域に水素含有保護ガス雰囲気を確立することができるかなり複雑な構造とする必要がある。しかしながら、この水素含有ガスによって種々の問題が引き起こされる。第一にこのガスは可燃性であるため高額な安全システムを必要とすること、第二に構造材料が脆弱化する可能性があること、第三に、これは溶融ガラスに関して極めて重要なことであるが、水素含有ガスによって種々の酸化段階にあるガラス成分及び容易に還元される成分の使用が妨げられることである。例えば、通常の還元清澄剤であるＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３及びＳｎＯ２を用いることができず、高価であるが比較的効率の悪いヘリウムを用いて清澄を行わなければならない。
【０００７】
この装置には混合物を送るためのチャネル系が必要であり、また精密形状化のためのガラス粘度を決めるために不可欠な成形用ダイを備える抜取管を用いることは不可である。このことは、この装置が清澄剤（混入物）を含まない超純粋な石英ガラスに適することを意味している。従って、この装置は、連続作業方式における高精密ガラス部品の経済的かつ単純な製造には、一般論として複雑過ぎると共に高価過ぎる装置と言える。
【０００８】
ＵＳ６４８２７５８Ｂ１には高融点結晶性ガラス材料製造用のイリジウム製坩堝の使用に関する開示がある。しかしながら、本開示によれば、この坩堝は清澄及び先端切り出し後に加熱装置から取り外される。このような方式は、例えば実験室規模での試験のように坩堝が比較的小形な場合に適するものである。何故なら、坩堝の重量ゆえに大形の坩堝を手動で取外すことは容易ではなく、またたとえリフト装置を用いても、坩堝の壁厚が極端に厚くない限り、坩堝自体の重量で坩堝が変形する可能性があるからである。さらに、この装置は、管延伸のような複雑あるいは限定的な成形加工に用いることは不可であり、ブロック形状の圧縮型中での注入成形にのみ使用可能である。縁部上で成形されるガラス材料中において結晶化しやすいガラス材料の場合には、さらに別の欠点、すなわち無制御温度勾配及び／または上側縁部上の蒸発生成物によって望まれない結晶化が引き起こされる欠点がある。
【０００９】
また、先行技術より、イリジウム製坩堝及びイリジウムを高含量で含む合金から成る坩堝も公知である。この種の坩堝は、結晶生長、例えば既知のツォクラルスキー法を用いる結晶生長に用いられる。この場合、出発材料は再度高温において溶融される。しかしながら、結晶は全く別の加工特性をもつ全く異なるクラスの物質である。例えば、結晶生長中における公知の清澄処理及び清澄剤の添加は省略される。生長した結晶形状は、種結晶及び一般的に極めて複雑な抜き取り装置の成形によって決まるため、成形も全く異なる。それゆえ、結晶抜き取り装置をガラス材料の製造に用いることはできない。結晶は一定温度で突然固化するため、管系を含む成形加工、及び数１００℃に及ぶ温度低下とそれに後続する粘度上昇は原則として不可能である。
【００１０】
ＵＳ４，９３８，１９８には、溶融ガラスを収容する容器及び該容器を収容するコンテナを備えた強還元性リン酸ガラス材料の製造装置及び方法が開示されている。前記溶融ガラス収容容器には管状の出口が備えられ、これら容器及び管状出口は酸素透過性白金あるいは酸素透過性白金合金から成り、前記コンテナは酸素雰囲気状態で前記容器及び管状出口を収容するように設計されている。
【００１１】
ＵＳ４，９３８，１９８には、溶融物収容容器をイリジウムあるいはイリジウム合金を用いて作製すべきではないことも言及されている。イリジウムを加工して容器を作製することはかなり難しく、また容器外面を高価なロジウム等の不活性金属でコーティングしなければならなくなるからである。
【００１２】
ＪＰ０２−０２２１３２Ａには、１０００〜２０００℃の温度範囲内における溶融ガラスの製造装置が開示されている。また、この公報には、高温における溶融物の存在によって生ずる溶融ガラス収容容器の腐食を防止するために、イリジウムが高融点材料として原則的に適することも開示されている。しかしながら、加熱、耐火材料の選択、熱成形、使用ガラス材料、装置制御、イリジウムあるいはイリジウム合金の安定化に関する特定の基準は開示されていない。
【００１３】
図２は、ＵＳ２００５／０１０９０６２Ａ１及び日本特許出願第２００４−２９８３２６号の対応ドイツ特許ＤＥ１０３４８４６６Ｂ４に従った抜取管１０４を備えた溶融ガラス収容容器として機能する坩堝１０２の略部分断面図である。参考のため、この公報の内容を本願に取り入れている。本図の上側部分に示すように、坩堝１０２には、適当な大きさに切断され、かつ溶着によって溶着継ぎ目に沿って完全に結合されているシートから作製された坩堝壁１０６が設けられている。このシートに適当に形成された切り欠きによって、基部１０９が適切に形状化され、かつ図示されていない溶着継ぎ目を用いて坩堝壁の残部へ結合されることが確保されている。
【００１４】
前記抜取管として機能する、数個のセグメント１１０〜１１４から成る抜取管１０４は基部１０９の中央部分から突き出している。図示例において、抜取管１０４の断面は円形である。抜取管１０４の断面形状は他の異なる形状であってもよい。これらセグメント１１０〜１１４のそれぞれは適当な大きさに切断され、かつ関連する溶着継ぎ目１１６に沿って管状体へ結合された一枚のシートから作製される。最上部のセグメント１１０は円錐状セグメントであり、このセグメントは坩堝１０２の基部１０９へ連結されている。円錐形状であることにより、坩堝１０２の円筒形部分から抜取管１０４への溶融ガラスの流入が促進される。他のセグメント１１１〜１１４はほぼ真直ぐである。抜取管１０４の上側部分Ａにおいて、セグメント１１０〜１１３は、以下において説明されるように、イリジウム製であるか、あるいはイリジウムを高含量含む材料から作製される。抜取管１０４の下側部分Ｂ中のセグメント１１４あるいは数個のセグメント（図示せず）は耐酸化性合金、好ましくはＰｔＲｈ３０あるいはＰｔＲｈ２０から作製される。
【００１５】
抜取管１０４の下端には、抜取管１０４から出てきた溶融ガラスを形状化して成形部品を製造する熱成形装置として機能する引抜ダイス１１５がある。抜取管１０４はセグメント１１０〜１１４の壁を流れる電流によって抵抗加熱される。
【００１６】
円錐状セグメント１１０は溶着継目によって坩堝１０２の基部へ連結されている。イリジウムあるいはイリジウム高含量材料から成る他のセグメント１１１〜１１３も好ましくは溶着接合によって相互に連結される。イリジウム、あるいはイリジウムを少なくとも５０重量％含むイリジウム高含量合金と、抜取管１０４の部分Ｂのセグメント１１４の作製に用いられる他の耐酸化性合金は、溶融温度において大きく異なる。そのため、低融点耐酸化性合金から成るセグメント１１４を溶着接合によってイリジウムあるいはイリジウム高含量合金から成るセグメント１１３へ連結させることは不可である。これらセグメントの連結は、セグメント１１３をセグメント１１４中へぴったり嵌合させる一種のプラグ連結によって行われる。作業温度が高いと、種々材料の「過剰溶融」が起こり、これによって種々の異なる材料の付着結合が引き起こされる。セグメント１１３の外径とセグメント１１４の内径は、前記プラグ連結が形成された時に、セグメント１１４の低融点耐酸化性合金から成る材料を含む一種のビーズがセグメント１１３の材料の周りに配置されるように互いに適合され、これにより抜取管１０４は部分Ａと部分Ｂとの間の移行部分１３９において密封される。
【００１７】
図１は、本出願人によるＵＳ２００５／０１０９０６２Ａ１及び日本特許出願第２００４−２９８３２６号の対応ドイツ特許ＤＥ１０３４８４６６Ｂ４に従った不連続操業による高融点ガラス材料あるいは高融点ガラスセラミック材料製造装置の略断面図を示す。装置１０１には図２に示した坩堝１０２が含まれ、この坩堝はコンテナ下部１１９とコンテナ上部１２０から成るコンテナ中に収容される。坩堝１０２は、坩堝１０２の上端部がコンテナ上部１２０の上端部を越えて突き出さないようにコンテナ内に収容される。コンテナ上部１２０はカバー１２１によって覆われる。このように設計されたコンテナは周辺雰囲気から適切に密閉されるため、坩堝１０２が収容されているコンテナ内部に保護ガス雰囲気を確立させることにより、坩堝１０２及び抜取管１０４（図２参照）の部分Ａのイリジウムあるいはイリジウム高含量材料に対して生ずる望ましくない酸化を防止することが可能である。
【００１８】
坩堝１０２の周囲には、坩堝１０２の周囲を螺旋状に目に見える程度に傾斜して延びる水冷型誘導コイル１０３が配置されている。誘導コイル１０３は坩堝１０２の外壁に対して僅かな間隔、好ましくは約６０〜８０ｍｍの間隔を空けて配置される。誘導コイル１０３と坩堝１０２の間には、坩堝１０２を放射状に取り囲む耐火性シリンダがあり、このシリンダはその底部において第二基部１２６と第一基部１２５によって密閉されている。このようにして耐火性シリンダ１２３の内周面と坩堝１０２の外周面との間に生じた空間には、坩堝１０２が約２０００℃の高温においても十分寸法安定であることを確保するため、ＭｇＯペレットが充填される。ペレット充填部１２４中のペレットは熱的にも寸法的にも安定でなければならず、また特定の温度において耐酸化性でなければならない。そのため、好ましくはＭｇＯがペレット充填材料として用いられなければならないが、本発明においてはこの充填材料はＭｇＯに限定されず、例えばＺｒＯ２を用いることも可能である。ペレット充填部１２４中のペレットは円形とは異なる外面形状をしていてもよい。しかしながら、シリンダ１２３の内周面と坩堝１０２の外周面との間の空間には十分なガス流、特に保護ガス流が保持され、この不活性保護ガスが流れることによって坩堝１０２中のイリジウムあるいはイリジウムを少なくとも５０重量％含むイリジウム高含量材料に対して生ずる望ましくない酸化が防止される。
【００１９】
ペレット充填部１２４中のペレットの長径が少なくとも約２．０ｍｍ、より好ましくは少なくとも約２．５ｍｍ、さらに好ましくは少なくとも約３．０ｍｍであれば前記空間中に充分なガス流を確保することが可能である。
【００２０】
しかしながら、図１及び２に従った装置の操作により、一定操作期間後、例えば２〜３ヶ月後、抜取管の欠陥、特に抜取管の周壁における漏れが生じ、それによって溶融ガラスの側部への望ましくない制御不能な漏れが生じることが示された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、高融点ガラス材料あるいは高融点ガラスセラミック材料より高い信頼性をもって適する品質で製造可能な方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題は請求項１項に従った方法及び請求項３０項に従った装置によって達成される。さらに有利な実施態様は従属請求項の主題として記載されている。
【００２３】
従って、本発明は、抜取管を備えた溶融ガラス収容容器が用いられ、該容器がコンテナ内に配置され、イリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金から作製される場合は前記容器及び抜取管、さらに保護雰囲気が、前記容器及び抜取管の一部が保護雰囲気下でコンテナ中に受け取られそれによってイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金の酸化が防止されるように、コンテナ内に形成されている、ＵＳ２００５/０１０９０６２Ａ１及び日本特許出願第２００４−２９８３２６号の対応ドイツ特許ＤＥ１０３４８４６６Ｂ４に従った高融点ガラスまたはガラスセラミック材料の製造方法を取り扱っている。前記方法に於いて、抜取管の前方自由端はコンテナ底部に配置された開口部を通って周辺雰囲気中へ延びている。本発明に従って、コンテナ外部にある抜取管の前方自由端の温度は、抜取管から溶融ガラスが流れ出る段階を除いて、この部分が常に約１０００℃以下、好ましくは９５０℃以下の温度に保持されるように制御あるいは調節される。
【００２４】
上記の工程制御あるいは調整を行うことにより、前述した抜取管の欠陥を実質的に２〜３カ月を超えるさらに長期の作業期間に亘って確実に防止することができる。本願発明者の試験により、ＤＥ１０３４８４６６Ｂ４に従った装置において、前記抜取管の欠陥の原因は常にイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金からなる抜取管の前記部分と耐酸化性合金、例えばＰｔＲｈ２０からなる部分との連結にあることが示されている。さらに、入念な金属組織的試験において、発明者は耐酸化性合金からなる部分の白金グループ元素、特にＰｔあるいはＲｈが、イリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金からなる部分中へ拡散してこの材料中に空隙を残すことを見出している。これらの空隙は時間を経て蓄積するので抜取管の材料中に孔が形成される。これら孔の全数が一定範囲を超えると異なる材料からなる抜取管の二つの部分間の連結が充分な剛性あるいは強度をもはや示さなくなるので前記連結は機械的負荷によって最終的に崩壊する。上記欠陥の別の原因として抜取管材料中の不均質性に起因する加熱電流の局部的ピークがある。本発明によれば抜取管はその全体がイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金から作製されるため、前記抜取管の欠点は本発明に従うことによって取り除かれる。すなわち、駆動熱力学的応力はもはや存在しないため、合金成分の拡散はもはや生じ得ない。
【００２５】
上記先行技術から結論できるように、酸化性周辺雰囲気へ暴露される坩堝あるいは抜取管の部分はガス状酸化イリジュウムの蒸発下において急速に分解される。かかる理由から、上記先行技術においては、坩堝及び抜取管の第一部分が保護雰囲気下でコンテナ内に受け取られ、周辺雰囲気へ暴露される抜取管の前方自由端をイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金以外の材料、即ち白金グループからなる耐酸化性合金で作製する構成が採られている。しかしながら本願発明者の熟考された試験によれば、適切な工程制御及び任意的な別手段を講じても、周辺雰囲気へ暴露される抜取管の前方自由端を形成するイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金の酸化的分解を確実に防止することは不可能である。
【００２６】
本発明に従った前記酸化的分解を防止する第一の方策として、適切な温度管理を行うことがある。この方策は、周辺雰囲気へ暴露される抜取管の前方自由端を少なくとも不連続操業期間中の主要な期間に亘って十分低温に保持することが可能であれば、前記酸化的分解は実質的には起こらないとの驚くべき発見に基づくものである。白金グループ元素の酸化特性に関しては、Ｊ．Ｃ．Ｃｈａｓｔｏｎの「白金金属と酸素の反応」、Platinum metals review, 1965, vol.9(2), 51-56頁において言及されている。この文献では、イリジウムあるいはイリジウムを高含量含む材料の新しいあるいは未処理の表面を加熱に際して極めて薄い酸化物層で被覆すると、この層がおそらく酸化物層のさらなる生長を抑制するバリアとして働くことが明らかにされている。約４００℃以上までさらに加熱すると、酸化物層の生長が開始されることが観察される。この酸化物層はそれでも制御不能な酸化的分解に対する保護層として機能する。意外にも、抜取管の前方自由端の少なくとも形状を限定し、また周辺雰囲気を用いて限定量を交換することにより、周辺雰囲気へ暴露されている抜取管の前方自由端外面上の酸化物層によって１０００℃以下の温度において前記抜取管の酸化的分解が十分抑制されることが明らかにされている。しかしながら、本発明に従った工程管理に関しては、周辺雰囲気へ暴露されている抜取管の前方自由端が高温に置かれる全期間が最小となるように注意が払われなければならない。
【００２７】
さらに別の実施態様によれば、周辺雰囲気へ暴露されている抜取管の前方自由端は、前述した酸化的分解を十分程度まで抑制するために、溶融ガラスが抜取管から注がれあるいは流出される段階を除き、常に前述した限界温度である１０００℃よりもずっと低い約９５０℃以下の温度に保持されるように温度管理される。
【００２８】
さらに別の実施態様に従った前記酸化的分解を抑制する別の方法では、ガラス材料からなるプラグ又はストッパを用いて抜取管の前方自由端の内側部分が周辺雰囲気の影響から保護される。意外にも、本願発明者のさらなる試験において、ガラス材料が抜取管の前方自由端の内側部分を周辺雰囲気の影響から保護するために非常に適することから、前記前方自由端をイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金を用いて作製可能なことが見出された。これに関し、用いるガラス種の特に軟化温度に依存するが、坩堝中で既に溶融しているガラスを用いることが便宜上有利である。適当なガラスプラグの作製のため、抜取管のオリフィスはクロージャー部材を用いて閉じられ、この部材は好ましくは冷却され、また銅などの金属から作製される。ガラスプラグは好ましくは製造されるガラスと同じ組成あるいは別の組成から成り、後に抜取管中に置かれた冷条件下で破片状態で存在する。その後、抜取管はその中に置かれた破片材料あるいは原材料の軟化温度をはるかに超える温度まで加熱される。抜取管のオリフィスはクロージャー部材によって閉じられるため、挿入された破片材料あるいは原材料は挿入および加熱中に抜取管から流れ出ることはできない。加熱処理中、イリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金の悪化が始まる前記約１０００℃、好ましくは約９５０℃の限界温度は超えてはならない。抜取管の下部において溶融気密ガラスからなる小形のプラグが作製され、このプラグはひび割れや隙間を生ずることなく抜取管の材料に接し、また好ましくは冷却される前記クロージャー部材と近接状態にある。本発明に従った上記方式により抜取管の前方自由端の内側部分は周辺雰囲気から密閉される。
【００２９】
さらに別の実施態様によれば、前記破片材料あるいは原材料を投入あるいは挿入する工程、抜取管を破片材料あるいは原材料の軟化温度以上まで加熱する工程、及びプラグの形成まで抜取管を冷却する工程を、抜取管の全体がプラグで密封されるまで、即ち坩堝へ向かう移行部分まで必要な頻度で繰り返すことが可能である。この実施態様においては、コンテナ内に配置されている坩堝及び抜取管の前記部分はＵＳ２００５/０１９０９０６２Ａ１の対応ドイツ特許ＤＥ１０３４８４６６Ｂ４に記載された方式で周辺雰囲気から保護される。この特許のさらに別の実施態様によれば、坩堝及び抜取管を別個の加熱手段を用いて加熱できれば坩堝自体を加熱する必要は全くない。
【００３０】
抜取管中に入れられあるいは挿入される破片材料はガラス破片であるので、ガラス原材料の溶融中に抜取管内面あるいは坩堝の望ましくない酸化を引き起こすガスが放出されることはない。好ましくは、前記ガラスプラグの作製に於いては温度勾配の急な温度調節を用いて抜取管の温度を軟化温度以上まで急激に上昇させ、またその後で再び急激に下降させることが可能である。これに関し、抜取管の前方自由端が能動的に冷却される場合には、好ましくは周辺雰囲気に暴露される抜取管の前方自由端に隣接して追加の冷却手段を設けて冷却を補完することが可能である。しかしながら、さらに別の実施態様においては、クロージャー部材が能動的に冷却され、かつ該部材は金属から作製されるため、クロージャー部材を抜取管の材料と密着させることにより前方自由端からの急速な熱の放散を確実に行うことが可能である。
【００３１】
特に製造されるガラスの軟化温度が１０００℃以上である場合、いずれか他の非酸化性ガラスの破片を用いて抜取管内に前記プラグを形成することが可能である。このような実施態様においては、抜取管に作製されるガラスとして組成の異なる破片材料を中に置きあるいは挿入する工程、抜取管をその中に置かれる破片材料の軟化温度以上まで加熱する工程、及び抜取管を冷却してプラグを形成する工程が、気密状態で抜取管を密封するガラスプラグが抜取管内に形成されるまで必要な回数反復される。
【００３２】
ガラスプラグの形成に別のガラス種が用いられる別の実施態様においては、装置内に流れが全く生じない段階、即ち抜取管がクロージャー部材で閉じられている段階において、抜取管の成分と坩堝の成分が混入しないように、抜取管中の温度が坩堝中の温度よりも少なくとも１００℃低くなるように調節される。このような実施態様において溶融ガラスが流れ出る場合、最初の注型部分は廃棄され、抜取管の全量が注ぎ出された場合のみ溶融ガラスはガラスあるいはガラスセラミック材料からなる成形体の製造に使用される。しかしながら、抜取管の容積は坩堝の容積に比べて小さいため、このような方法は経済的に実施可能である。ガラス種が変更され、あるいは装置構成が変更されない限り、最初の注型後、後続するすべてのサイクルにおいて、抜取管は製造されるガラスで満たされる。
【００３３】
注型工程（不連続工程）を除くすべての工程に亘って、例えば銅製のクロージャー部材を能動的に冷却して出来るだけ多くの熱を放散させて前記酸化的分解の決定的原因となる温度を１０００℃以下、好ましくは９５０℃以下に保持することにより、コンテナ外側にある抜取管の前方自由端を保護することが可能である。
【００３４】
当業者には明らかであるように、コンテナ外側にある抜取管の前方自由端の内面は、ガラス種の特性によって異なるが、たとえその時の温度が１０００℃以上であっても、注型工程あるいは不連続作業中であってもガラスを注ぎ出すことによって保護される。それゆえ、別の実施態様に於いて、溶融ガラスを抜取管から注入成形しあるいは注ぎ出す工程において、コンテナの外側にある抜取管の前方自由端の外面を制御不能な酸化的分解から保護するためにさらに別の方策を取ることが必要である。
【００３５】
さらに別の実施態様においては、コンテナの外側にある抜取管の前方自由端の外面へ不活性保護ガスを吹き付けることによって前記保護が成し遂げられる。この実施態様においては、上端が閉じられている円筒形の空隙中に抜取管の前方自由端が配置されているために抜取管のオリフィスの隣接部分が限定され及び上方が閉ざされた形状となっているため、限られた量しか酸素を含む周辺雰囲気とのガス交換は起こらない。この空隙が十分量の不活性保護ガスで満たされれば、抜取管の前方自由端の酸化的分解を確実に抑制することが可能である。
【００３６】
さらに別の実施態様においては、不活性保護ガスを抜取管の外面上方へ向ける有孔あるいは多孔の円筒状あるいは環状部材がコンテナ外側の抜取管の前方自由端上へ設けられる。好ましくは、この有孔あるいは多孔部材は金属で作製され、この部材によって前方自由端の温度管理及び能動冷却が効率的に促進される。この代替例としてセラミックあるいは金属製の焼結部材を用いることが可能である。
【００３７】
別の実施態様において、前記多孔部材は金属あるいは金属フォームから成る焼結部材である。前記有孔あるいは多孔部材は、例えば冷媒循環装置を用いて能動冷却可能である。これに関し、冷却状態で、かつ液体及びガス状態で有孔あるいは多孔部材中へ不活性保護ガスを流し込むことも可能である。
【００３８】
別の実施態様においては、Ｎ２及びまたは貴ガスを含む不活性保護ガス、あるいはこれらガス双方からなる不活性保護ガスが用いられる。別の実施態様においては、有害な酸素を抑制するのみならず、化学反応、即ち水素酸化によって取り除くために、Ｈ２と不活性保護ガスを混合することも可能である。
【００３９】
前述した抜取管の外面遮蔽に加え、あるいはそれに代えて、保護ガス雰囲気が崩壊した場合、あるいは坩堝材料の蒸発を減じる追加の安全策として、耐火性セラミック材料からなる気密な薄層をコンテナ外側の前方自由端外面へ上張りすることも可能である。この耐火性セラミック材料は特にプラズマ溶射法を用いて処理可能である。耐火性セラミック材料の上張りに関する詳細は、ＵＳ２００４/００６７３６９Ａ１に対応する本願出願人によるＷＯ０２/４４１１５Ａ２において言及されている。この公報の内容は参考のため本願に取り入れられている。このような耐火性セラミック材料は特にＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯあるいはこれらの混合物から構成可能である。前記上張りに関し、前記層は十分に厚く形成されるため気密であるが、温度変化が頻繁に起こることによるフレーク化は生じない。
【００４０】
本願における高融点ガラス材料あるいは高融点セラミック材料は、特に従来型坩堝の白金含有材料によって決まる標準的最高温度である１７６０℃を超える工程において製造されるガラス材料あるいはガラスセラミック材料を意味することが理解されなければならない。これは溶融ガラスの融点が１７６０℃以下となる可能性を排除するものではない。以下において詳しく説明するように、本発明によれば約２０００℃、さらには約２２００℃の温度も達成可能である。本発明に従って溶融ガラスの溶融及び清澄に要する高温が達成可能であるので、特に光透過性、熱膨張性及び熱膨張係数の異なる２種ガラス材料を結合する移行ガラス材料としての利用に関して驚くほど有利な特性を持つ高融点ガラス材料あるいはガラスセラミック材料を得ることが可能である。
【００４１】
本発明はコーティングガラスあるいは真空装置の蒸発ガラスにも使用される。かかる使用においては、ひときわ高温となることにより、特に高温での高度な精製を要する溶融ガラス中への気泡の混入が全く起こらなくなるように、また同様に特に高温での高度な精製を要する真空条件下における発泡を生ずる溶解ガスが溶融ガラス中に全く含まれないように、溶融ガラスにアルカリ酸化物が含まれないようにすることが必要である。
【００４２】
本発明者は、イリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金を用いる場合、前述したかなりの高温が容易に達成可能であることを見出した。イリジュウム自体の融点は約２４１０℃〜約２４４３℃であり、イリジュウム高含量合金の融点はそれよりわずかに低い。このことは本発明において約２４００℃までの処理温度が原則として可能なことを意味するが、安全上の理由から例えば局部的過熱、不適切な温度測定、あるいはイリジュウムの粒子間境界生長による安定性低下を防止するため、前記上限から約１００℃〜約２００℃の温度間隔が守られなければならない。本発明者らによって実施された広範な試験により、前述した高温においても、イリジュウムと溶融ガラスとの反応はかなり低いことが示された。
【００４３】
本発明によれば、酸素存在下における高温でのイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金からの酸化物生成は、装置、特に容器及び抜取管の第一部分のイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金が保護ガス雰囲気下で収容されるようにコンテナを設計することにより意外なほど簡単な方法で防止することが可能である。この方法の有利な特徴は長期間に亘って安定な装置を得られることである。本発明に係るコンテナ及び装置の構成、操作及び設計の詳細はＵＳ２００５/０１０９０６２Ａ１及び日本特許出願第２００４−２９８３２６５に対応する本願出願人のドイツ特許ＤＥ１０３４８４６６Ｂ４に記載されている。この公報の内容は参考として本願に引用されている。
【００４４】
別の好ましい実施態様においては、坩堝及び抜取管を形成するイリジュウムの含量は少なくとも約９９％、より好ましくは少なくとも約９９．５%、さらに好ましくは少なくとも約９９．８%である。特に好ましくは前記イリジュウムの貴金属含量は少なくとも９９．５%である。白金族の他の元素がイリジュウムに混入していてもよいが、好ましくはその濃度は約１０００ｐｐｍ未満である。原則として、イリジュウム合金と同様に適する合金として、イリジュウムを少なくとも９５%、より好ましくは少なくとも約９６．５%、さらに好ましくは少なくとも約９８%を含む白金族金属合金がある。上記材料は容易にシート形状に製造し、所望のデザインの容器あるいは抜取管に形状化が可能である。たとえ壁圧の薄い形状としても、前記高温においてなお適切な寸法安定性を保持する。
【００４５】
さらに別の実施態様においては、互いに独立して制御あるいは調節可能な少なくとも２台の加熱装置を用いて前記容器及び抜取管が加熱される。このことは、例えば溶融ガラスを清澄するために実際の容器を前述したかなりの高温に保持し、他方抜取管あるいは少なくともその前方自由端をガラスプラグの軟化温度以下の温度に保持できることを保証するものである。さらに、溶融ガラスの熱成形中に装置中に適当な温度勾配、例えば容器中及び抜取管中に僅かに異なる温度を設定することも可能である。
【００４６】
抜取管を外部加熱装置、例えば抜取管を取り巻く外側誘導コイルを用いて加熱することが可能である。好ましくは、抜取管は抵抗加熱によって電気的に加熱される。特に好ましくは、抜取管の壁へ加熱電流が直接印加される。
【００４７】
さらに別の実施態様においては、溶融ガラス収容容器は溶融ガラスに対する断熱を与え及び／または溶融ガラスを周辺雰囲気から保護するカバーで被覆される。このカバーはセラミック材料で作製可能である。好ましくは、前記カバーには、溶融ガラス原材料が溶け切ったときにさらに原材料を加えられるように例えば旋回方式あるいは転置方式で開けることができる蓋が備えられる。好ましくは、前記蓋は、耐酸化性合金、好ましくは低コストで入手でき、十分な寸法安定性をもち、かつ低反応性であるＰｔＲｈ２０合金から作製される。しかしながら、イリジュウムあるいはイリジュウム合金を蓋に用いることも可能である。この場合、抜取管の酸化保護の場合と同様に、耐酸化性貴金属あるいはその合金とイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金を組み合わせて蓋に用いることも可能であり、その場合イリジュウムあるいはイリジュウム合金を保護ガス雰囲気としたコンテナ内部に配置し、耐酸化性貴金属あるいはその合金を保護ガス雰囲気としたコンテナ外部に配置することも可能である。本実施態様においては金属合金として好ましくはＰｔＲｈ２０合金が用いられる。
【００４８】
さらに別の実施態様においては、前記容器及びカバーを圧力密封型に構成可能である。これに関し、容器の上縁部及びカバーの内周部は丸く滑らかとし、容器の上端部へ例えば金属リング等の密封手段を与えることが可能である。この実施態様においては、過圧状態化でガスが容器内部へ入り込んで抜取管からの溶融ガラスの流出がさらに促進されるように容器にはガス取込口が設けられる。前記容器中が過圧状態となることにより、容器から溶融ガラスが出る時の静水圧の減少も確保される。前記容器中の過圧状態を制御あるいは調節するために、容器あるいはカバー中に設けられた圧力センサからの信号を受信する制御あるいは調整装置を設けることも可能である。
【００４９】
容器中を一定の過圧状態とするために、好ましくは不活性ガスが用いられる。この不活性ガスは、特に好ましくはコンテナ中に保護ガス雰囲気を形成するために用いるガスと同一組成のガスが用いられる。
【００５０】
さらに別の実施態様においては、適当な保護ガス雰囲気を形成するために少なくとも一時的に不活性保護ガスがコンテナに供給される。これに関し、コンテナにはガス取込口が設けられ、この取込口を用いて不活性保護ガスがコンテナ内部に送られ、コンテナとガス貯造部とが連絡される。好ましくは、不活性保護ガスはコンテナ内部が中性ないし僅かな酸性状態に維持されるように設計される。
【００５１】
保護ガスとして特に好ましいガスは、取扱いが簡単で安価に入手できるアルゴンまたは窒素である。本発明者らはさらなる一連の試験において、酸素含量が約５×１０−３%〜約５%、より好ましくは約０．５%〜約２%である混合物が容器に用いられる材料とガラス成分との反応、特に後続の合金生成に伴うガラス成分の還元を抑制できることから有利なことを見出した。坩堝中の内面上張り用の基質としてタングステンあるいはモリブデンが主に用いられる従来型坩堝に対して、本発明においては水素含有保護ガスの使用を完全に省いて構造の簡素化及びガラス組成に関し広範囲な適用が可能とされている。さらに、本発明においては例えばＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の通常のレドックス精製剤の使用が可能である。原則として、溶融ガラスの精製中に生ずる発砲を減ずるために高価なＨeの使用を省くことも可能である。
【００５２】
保護ガス雰囲気を形成するために保護ガスをコンテナ中へ連続的に通すことも可能である。好ましくは、容器には、コンテナ中に配置される容器に断熱効果を付与するだけでなく、コンテナ内部に一定量の保護ガスを保持する働きをするカバーが備えられる。このようにして保護ガス雰囲気の流れを低流速で確実に平衡化することが可能である。
【００５３】
さらに別の実施態様によれば、前記コンテナの内部における保護ガスの交換を完全に抑制出来るようにコンテナを圧力密封式に設計することも可能である。加圧状態を確立するために圧力解除弁をコンテナ内に設けることも可能である。さらに、コンテナ内部から不活性保護ガスを放出するためにガス抜き取り口を設けることも可能である。
【００５４】
さらに別の実施態様では、前記容器はその周囲に巻きつけられた誘導コイルによって加熱される。この誘導コイルの基本形状は好ましくは容器の基本形状に適合され、容器は好ましくは誘導コイル内に中心対称的に配置される。誘導コイルは容器から適当な短い間隔を空けて配置され、また好ましくは容器の高さの上方まで延びている。好ましくは、誘導コイルは、より均質な温度分布が得られるように０°以外の傾斜を持つ螺旋状に巻きつけられる。しかしながら、誘導コイルを容器周囲に、その側面から矩形部分を見たときに誘導コイルの個々の部分の傾斜がほぼ０°となるような波型に巻きつけることも可能である。好ましくは、この誘導コイルは水冷型である。
【００５５】
さらに別の実施態様では、容器側壁と誘導コイル間に容器と同じ基本形状をもつ耐熱ジャケットが設けられる。容器の断面が円形である場合には、このジャケットはシリンダ形状にデザインされる。このシリンダあるいはジャケットに使用される材料は容器周囲の周辺雰囲気に対して耐久性でなければならない。そのため，このような材料としては，好ましくは約１７５０℃の温度においてもなお寸法安定性をもつ、例えばＺｒＯ２あるいはＡｌ２Ｏ３ファイバーからなるセラミック繊維保護布が用いられる。繊維材料は固体セラミック材料より熱伝導率が低いため繊維材料を用いる方が有利である。しかしながら、例えば硅線石のような適当な安定性と１７５０℃においても断熱効果のあるセラミック材料を用いることも可能である。
【００５６】
さらに別の実施態様では、容器側壁と前記ジャケットまたはシリンダとの間に耐熱性ペレットが充填される。これらのペレットは必ずしも円形でなくてもよく、例えば長円形または不規則形状であってもよい。容器の外壁上及びシリンダまたはジャケットの内壁上に置かれる充填剤には、容器周囲の圧力及び機械的効力の吸収を均質化させる効果がある。すなわち充填剤によって例えば容器の側壁が軟化されることにより、容器の変形が防止される。すなわち結論的に温度が約２０００℃、好ましくは２２００℃となっても、本発明によれば、ガラスの溶融及び精製に用いる容器について適切な寸法安定性を得ることが可能である。さらに耐熱性ジャケットとして使用される前記材料に適当な断熱効果を与えることも確保される。
【００５７】
さらに別の実施態様では、保護ガス雰囲気の形成に用いた不活性ガスを充填したペレット中へ通過させることにより、容器における酸化物形成が防止される。本発明者らによるさらなる一連の試験により、ペレット充填部のペレットの直径を少なくとも約２．０ｍｍ、より好ましくは少なくとも約２．５ｍｍ、さらに好ましくは少なくとも約３．０ｍｍとすることにより、適当なガス通過流が得られることが見出されている。しかしながら、原則として、ペレットの表面形状を不規則形から立方体に近い基本形状とすることにより、適当なガス通過流を得ることも可能である。好ましくは、ペレット充填部中のペレットには充分な耐熱性、耐酸化性及び寸法安定性をもつ酸化マグネシュウムが含まれる。ＺｒＯ２を用いることも可能である。
【００５８】
別の実施態様に於いては、代替例として容器側壁とジャケットまたはシリンダとの間に一層のＭｇＯレンガまたは石が配置される。これによりペレット充填部の燒結またはスランプダウンを防止することが可能である。このようにして坩堝を完全に閉じることが確保されるため、例え作業時間が延長されても確実に断熱性を持続することが可能である。さらに、後に挿入される熱素子等用の孔を寸法安定なＭｇＯレンガまたは石中に形成して、温度測定に要する労力を大幅に減ずることも可能である。
【００５９】
本発明の別の観点に従って、上述した高融点ガラス材料あるいはガラスセラミック材料の製造装置が提供される。
【００６０】
好ましくは、上記装置は二つの異なる操作モードで連続作動される。第一の操作モードでは、容器中へ混合物が投入されて溶融が完了される。次いで容器の温度が前述したかなりの高温まで上昇され、その温度において溶融ガラスが公知の方法で清澄される。この温度は後続の溶融ガラスに対して選択される処理（プロセス）温度よりも高い。第一操作モードでは、抜取管の温度は、好ましくは抜取管を遮断しかつ溶融ガラスの流出を防止するプラグあるいはストッパを形成するために溶融ガラスが固化あるいは硬化する、かなり低い温度に維持される。そのため、さらに均質な最終生成物を得るために後の熱成形中に出てくる溶融ガラスの最初の部分を分離して取り除くことが可能である。精製処理中、熱ロスを補完する為に、抜取管の加熱を止め、あるいは適切に制御または調節することも可能である。
【００６１】
次の第二操作モードでは、精製処理後に溶融ガラスの温度が実際の加工温度まで低下され、また抜取管が処理（プロセス）温度まで加熱される。この第二操作モードでは、前記容器および抜取管を同一温度に保ってもよいし、あるいは異なる温度としてもよい。
【００６２】
本発明においては、第一操作モード期間中、温度を少なくとも約１８００℃、好ましくは少なくとも約２０００℃、さらに好ましくは少なくとも約２２００℃とすることが可能である。これらの温度においては、原則としていかなるガラス組成物を処理することも可能である。
【００６３】
本発明によれば、特に好ましくは、約８０重量%〜約９０重量%のＳｉＯ２、約０重量%〜約１０重量%のＡｌ２Ｏ３、約０〜約１５重量%のＢ２Ｏ３及び約３重量%未満のＲ２Ｏからなるガラス組成物が用いられ、前記においてＡｌ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３は総量で約７重量%〜約２０重量%であり、またＲはＬｉ、Ｎa、Ｋ，Ｒｂ及びＣｓから選択されるアルカリ元素を表す。以下においてさらに詳細に説明するように、このような方法により特に光透過率、熱膨張性及び均質性においてさらに有利な特性をもつ移行ガラス材料を得ることが可能である。さらに、より有利な特性を持つ菫青石を製造することも可能である。
【００６４】
得策として、ガラス組成へさらに高融点酸化物を加えることができるが、その例としてＭｇＯを約２０重量%まで、及び／またはＴｉＯ2，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，ＷＯ３、ＭｏＯ３、あるいはそれらの混合物を約１０重量%、より好ましくは５重量%まで含ませることが可能である。
【００６５】
別の実施態様において、ＳｉＯ2の一部、即ちＳｉＯ2の５０%までをＧｅＯ２及びまたはＰ２Ｏ5で置き換えることも可能である。
【００６６】
上述した特性をもつ容器中の溶融ガラスを、第一操作モード期間中あるいは精製処理中、イリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金からなる攪拌装置を用いて攪拌することが特に有利であることが見出されている。溶融ガラスを還元するためにガスを吹き込むため、攪拌装置をガス貯蔵部と連絡することも可能である。さらに、この攪拌装置で溶融物をさらに均質化することも可能である。また溶融及び精製を促進させることも可能である。ガスの吹き込みによって、ガラスの乾燥あるいはＮＩＲ（近赤外域）におけるＯＨ（水分吸収帯）の還元も達成可能である。この吹き込みによってガラス中へのガスの残存量を減じることができるため、後続の再熱処理において有利である。本発明に従ったガラスのさらに好ましい使用方法として、コーティングあるいは蒸発ガラスとしての利用がある。
【００６７】
独立して請求可能な本発明のさらに別の観点では、約８０重量%〜約９０重量%のＳｉＯ２、約０重量%〜約１０重量%のＡｌ２Ｏ３、約０〜約１５重量%のＢ２Ｏ３、及び約３重量%未満のＲ２Ｏからなる高融点ガラス材料あるいは高融点ガラスセラミック材料が提供される。ただし前記に於いてＡｌ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３は総量で約７重量%〜約２０重量%である。本発明によるガラス材料あるいはガラスセラミック材料は、基質厚が約２０ｍｍであるときの約４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視波長域における透過率が少なくとも約６５％、より好ましくは少なくとも約７５%、さらに好ましくは少なくとも約８０%であることを特徴とする。好ましくは、これらガラス材料あるいはセラミック材料は本発明装置あるいは本発明方法を用いて提供される。上述した組成及び可視波長域における有利な高透過率をもつガラス材料あるいはガラスセラミック材料は、先行技術によっては現在まで知られていない。これらのガラス材料は、例えば溶鉱炉あるいは同様な装置の観察窓用ガラスとして利用可能である。
【００６８】
好ましくは、基質の厚さが２０ｍｍであるときの約１３５０ｎｍの水分吸収帯域における透過率は少なくとも約７５%であり、及び/または基質の厚さが２０ｍｍであるときの約２２００ｎｍの透過率は少なくとも約５０%、より好ましくは少なくとも約５５%である。このような近赤外スペクトル域における有利な高光透過率は前記組成からなるガラス材料に関しては従来技術では知られていない。
【００６９】
本発明のさらに別の観点は、例えば熱膨張における大きな差異（α値：石英ガラス０．５ｘ１０−６Ｋ−１、デュランガラス３．３ｘ１０−６Ｋ−１）により達成が困難である石英ガラスとデュランガラスとの融合接合を確立するために熱膨張係数の異なる二種のガラスを結合する本発明に従ったガラス材料の移行ガラス材料としての使用に関する。好ましくは、本発明に従ったガラス材料の膨張特性は相互に極めて適合性がよく、本発明においてはそれらのガラス材料は、α＝１．３ｘ１０−６Ｋ−１ないしα＝２．０ｘ１０−６Ｋ−１からα＝２．７ｘ１０−６Ｋ−１であり、許容誤差が約０．１ｘ１０−６Ｋ−１である状態において一体に融合される。
【発明を実施するための最良の課題】
【００７０】
以下において、添付図面に示された好ましい実施例を参照しながら、本発明についてさらに説明する。以下における説明から、本発明の明らかなサブジェクトマターであるさらなる特徴、利点及び解決されるべき問題が理解可能である。
【００７１】
図３に示すように坩堝２の上部は細く形状化されているため、坩堝２を取り巻く加熱装置によって坩堝2中に収容された溶融ガラスの均質な加熱が行われる。坩堝２の円筒部分のオリフィス比ｈ/Ｌは好ましくは少なくとも約２．０以上、より好ましくは約３．０以上、さらに好ましくは約４．０以上であり、上記に於いてｈは坩堝２の円筒部分の最大内高を表し、Ｌは坩堝２の円筒部分の側壁からの最大距離あるいは直径を表す。
【００７２】
図２に同様に示すように、基部９は溶融ガラスの流出を助長させるため２０°までの範囲内、好ましくは約１０°の範囲内の角度αで内側へ半径方向に傾斜している。原則として基部９を上反りあるいは平面形状とすることも可能である。
【００７３】
好ましい実施態様に従って、坩堝２の坩堝壁６は長さ５１０ｍｍ、厚さ約１．０ｍｍのシート一枚から作製される。坩堝2の円筒部分の公称（名目）容積は約１７ｌである。大容積の坩堝を作製するために、円筒部分の高さを増すか、円筒部分６の高さと直径の双方を一定の開口比ｈ/Ｌに対応させて増すことが可能である。この場合、坩堝２の円筒部分６を取り囲む加熱装置（図３参照）は坩堝２の円筒部分６の長径及び高さを経て均質な温度分布が形成されるように構成されることが理解されるべきである。
【００７４】
図３は、図１に従った従来型装置と原則的に同じ構成による本発明に従った装置の構成を模式的に示した図である。
【００７５】
図１の装置と異なる点は、特に坩堝２の抜取管４の全体が前述したイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも５０重量％含むイリジュウム合金から作製される点である。コンテナ２０の底部の開口部を通して抜取管４の前方自由端がコンテナ下部１９中へ突き出している。この配置に於いて、抜取管４の前方自由端はとりわけ抵抗加熱によって加熱可能である。コンテナ下部１９はその底部端に中心孔を有し、コンテナ下部１９の中心開口部３３中を通過している蓋３２０によって閉じられる。抜取管４の前端へ溶着され、あるいは少なくとも抜取管４の前端へ接しているシート３２１によってコンテナ下部１９の中心開口部３３が覆われているので、抜取管前方の比較的短い部分だけが周辺雰囲気と接触する。コンテナ上部２０とコンテナ下部１９は連結フランジ４５の部分で互いに連結される。コンテナ上部２０とコンテナ下部１９のそれぞれは冷媒ポート３５、３６及び３７、３８のそれぞれを介して別個に冷却可能である。コンテナ上部２０の坩堝２の側壁と耐火性材料からなるシリンダ２３の間には図１に示したペレット充填部に代えてＭｇＯからなる一層の板が配置される。供給口２８の拡張部には温度センサを収容するためのスリーブ２７がＭｇＯ板中に形成される。温度センサワイヤー及び熱電対４０のラグワイヤー用の送り口４１も抜取管４のオリフィスに近いコンテナ下部１９中に形成される。
【００７６】
坩堝２の上側リムは平面に形状化される。図３に示すように、この上側リム７上に蓋３１が置かれ、この蓋によって坩堝２中に収容された溶融ガラスの断熱が確保され、同時に溶融ガラスが周辺雰囲気から保護される。蓋３１は上側リム７上へ設置可能である。この蓋３１を上側リム７上へ置いて該リムと連結させることも可能なため、坩堝２を一定程度気密方式で閉じることができ、それゆえ溶融ガラスの高さより上方の坩堝内部へ図示されていないガス取入口を介してガス、好ましくは保護ガスを流入させることにより坩堝２内の雰囲気を一定の過圧状態とすることが可能である。この過圧状態を利用して例えば抜取管４から溶融ガラスの放出によって減じられる溶融ガラスの静水圧を補うことが可能である。
【００７７】
坩堝壁６及び抜取管４はイリジュウム含量が少なくとも約９９%、より好ましくは少なくとも９９．５%、さらに好ましくは少なくとも約９９．８%であるイリジュウムから作製されるため、それらの融点は約２４００℃である。特に好ましい材料はイリジュウム含量が少なくとも約９９.８%のイリジュウム及び白金族元素の含量が少なくとも９９．９５%の材料である。この材料において、Ｐｔ、Ｒｈ及びＷの最大含量はそれぞれ１０００ｐｐｍであり、Ｆｅの最大含量は約５００ｐｐｍであり、Ｒｕの最大含量は約３００ｐｐｍであり、Ｎｉの含量は約２００ｐｐｍであり、Ｍｏ及びＰｄの最大含量はそれぞれ約１００ｐｐｍであり、Ｃｕ，Ｍｇ，Ｏｓ及びＴｉの最大含量はそれぞれ約３０ｐｐｍであり、Ａｇ，Ａｌ，Ａｓ，Ａｕ，Ｂ，Ｂｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｍｎ,Ｐｂ，Ｓｉ，Ｓｂ，Ｖ，Ｚｎ及びＺｒの最大含量はそれぞれ約１０ｐｐｍである。
【００７８】
坩堝壁６及び抜取管４に使用可能な他の材料として白金族元素からなる合金以外のイリジュウム合金であってイリジュウムを少なくとも約９５%、より好ましくは少なくとも約９６,5%、さらに好ましくは少なくとも約９８%を含む材料を挙げることが出来る。このような材料を加工する場合、これらの材料が比較的脆くかなりの高温でのみ延性となることに注意すべきである。
【００７９】
好ましい例示的実施態様においては、誘導コイル３は約１０ｋＨｚの周波数で約５０ｋＷの接続負荷を伴うコンバータによって駆動される。このコイルにより長期間の作動においても坩堝２の円筒部分中に於いて２０００℃以上の温度を達成することが可能である。
【００８０】
第一底部材２５によって坩堝に支持され、コンテナ下部１９の底部上に支持される第二底部材２６上へ耐火性シリンダ２３及び誘導コイル３が配置される。この第二底部材２６によってこの配置が機械的に支えられ、さらに十分な断熱効果も与えられる。第二底部材２６の厚さは上記観点から適切に選定される。第二底部材２６に用いられる材料は十分に熱安定性、寸法安定性及び耐酸化性でなければならない。好ましい例示的実施態様において、この第二底部材２６はＺｒＳｉＯ４から作製される。底部材２６を二つの部分に分けることもでき、上側部分をＺｒＳｉＯ４で作成し、下側部分を標準的耐火性材料（例えばＬ３００）で構成することも可能である。
【００８１】
第一底部材２５及び第一底部材２６には一個のオリフィスがあり、このオリフィスを通して抜取管４がコンテナ下部１９へ達している。底板３２１中の中心オリフィスを通して抜取管4の前端が最終的に周辺雰囲気へ暴露される。抜取管４はコンテナ下部１９の下側円筒部分によって取り囲まれている。抜取管下部の小部分（符号１５で示された部分）とは別に耐酸化性貴金属からなる抜取管4はコンテナ下部に配置され、かつクロージャー部材として機能する蓋３２０によって気密状態で閉じられ、それによってコンテナ下部１９中への雰囲気の侵入が防止される。
【００８２】
本発明においては、抜取管4の短い部分が周辺雰囲気に暴露されることが好ましい。従って、図３に示した移行部分の位置は単なる説明のためのものであり実際に測定された位置と解釈されてはならない。
【００８３】
図３に示すように、コンテナ下部19中にはガス取込口２２があり、この取込口によってコンテナ内部へ保護ガスが供給される。ガス取込口２２は図示されていないガス導管及び図示されていないガス貯蔵部へ連絡されている。それゆえ、コンテナは保護ガスで充満され、コンテナ中に収容された坩堝２の周りを保護ガスが流れるので坩堝及び抜取管４の第一部分のイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも50重量％含むイリジュウム合金の酸化物形成が効率的に防止される。
【００８４】
保護ガスによってコンテナ内部は中性ないし僅かな酸化状態に維持される。そのため、酸素を約５ｘ１０−３%〜約５%、より好ましくは約０．５%〜約２%含む保護ガスを用いることが可能である。用いられる保護ガスは低反応性であり、イリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも50重量％〜微量含むイリジュウム合金とのみ反応する。特に適する不活性かつ低反応性保護ガスはアルゴンあるいは窒素である。前述した少量の酸素の添加により坩堝材料とガラス成分との反応（後続する合金生成に伴うガラス成分の還元）を抑制することが可能である。さらに、坩堝内部は保護ガスで充満されるため坩堝内壁が雰囲気中の酸素による酸化から保護される。
【００８５】
さらに別の実施態様においては、坩堝２とコンテナ１９/２０との間の外側は、還元され得る成分を含む溶融ガラスが存在しないため、中性または僅かな還元性保護ガス雰囲気下に保たれる。ついで、前述したように蓋１８および３１を通してガス送り口を介して坩堝2内部へ中性あるいは僅かに酸化性である保護ガス雰囲気を加えることが可能である。これに関し、白金と異なりイリジュウムがガス透過性であることは利点である。
【００８６】
コンテナは、その内部において十分流れを平衡化させて十分な保護ガス雰囲気を確保することができるため、圧力密封型とする必要はない。しかしながら、原則として、周辺雰囲気からコンテナ内部への酸素の侵入をより効果的に防止するためにコンテナ５を圧密式に設計することも可能である。
【００８７】
本発明によれば、坩堝にイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも50重量％含むイリジュウム合金を用いることにより、融点を約２０００℃以上とすることが可能である。これにより溶融処理が物理的及び化学的観点が大幅に加速される。処理時間が大きく減じられ、同時に品質も向上する。その結果として、本発明により、驚くほど有利な新たな特性をもつガラス材料あるいはガラスセラミック材料の製造が可能となる。
【００８８】
総論として、本発明に従った装置は二つの異なる操作モードで作動される。最初に、蓋１８が開かれ、一定量のガラス材料あるいはそれに対応する原材料が連続的に坩堝２中へ投入される。このような低温における溶融期間中坩堝２の温度も対応的に低く選定することも可能であるが、好ましくは坩堝２の温度は低温での溶融段階においても約１８００℃以上に保たれる。
【００８９】
溶融ガラスのさらなる処理、特に精製において、坩堝２の温度は誘導コイル３を用いて後の溶融ガラスの処理温度よりずっと高い温度に維持される。本発明に従って極めて高温が得られることは精製処理がより効果的に行えることを意味している。この第一操作モードにおいては、抜取管の温度はかなりの低温かつ溶融ガラスの温度以下に保持される。溶融ガラスの注型あるいは注ぎ出しを除いて、周辺帯域へ暴露される抜取管の前部自由端が１０００℃以下、より好ましくは９５０℃以下に保持されるように注意しなければならない。これにより、抜取管4中に粘性のあるあるいは固化した溶融ガラスからなるストッパあるいはプラグが形成され、これにより坩堝２からの溶融ガラスの流出が防止され、さらに抜取管４の内面の酸化的分解が防止される。精製処理中、溶融ガラス中において従来の精製剤が活性化される。図示されていない攪拌装置を坩堝２中に配置するかあるいはカバー３１を通して挿入することにより坩堝２中の溶融ガラスを攪拌することが可能である。本発明に従って、この攪拌装置は前述したイリジュウムあるいはイリジュウムを少なくとも50重量％含むイリジュウム合金から作製される。本発明に従って実際の攪拌装置を用いてガス、例えば還元性ガスを吹き込むことを可能である。
【００９０】
液状溶融ガラスと高粘性あるいは固化したストッパとの間の移行部分は固定されず、好ましくは抜取管４の内部に位置される。このことは極めて均質な溶融ガラスが坩堝２内部に生成されることを意味している。
【００９１】
第一操作モード中、コンテナ下部１９の下側円筒部分を適切に配置することより、熱放射によって抜取管４を適切に冷却することを確保することができるので、抜取管４を必ずしも加熱する必要がない。しかしながら、原則として、第一操作モードにおいて加熱あるいは冷却の制御あるいは調節を行うことも可能である。
【００９２】
図３に示すように、抜取管４のオリィフィスはクロージャー部材として機能する銅板５０によって閉じられ、この銅板の上側にはオリィフィス中へ延び、かつ抜取管４の内面とぴったり接触することによってオリィフィスを閉じる先細形のマンドレル５１が形成される。その代替例として、クロージャー部材として機能する銅板50の上面を平面に形状化することも可能である。図４はこのようなクロージャー部材５０を透視図で示している。図３に模式的に示すように、冷却チャネル５２がクロージャー部材中にドリル形成あるいは機械加工される。送り込み通路として２本の銅管５３、５４が前記孔中にハンダ付けされる。クロージャー部材中には水あるいはいずれか他の適当な冷媒、あるいは空気、空気・水・エアゾール、オイル等を流すことが可能である。クロージャー部材５０は、適当な冷却システムへ連結した後、坩堝の抜取管４下方へその広い面を用いて配置される。例示的実施態様においては、クロージャー部材５０の寸法は１００ｍｍｘ４０ｍｍｘ２０ｍｍであり、内径１３ｍｍ、外形１５ｍｍ、長さ３５０ｍｍの銅管が冷媒用の送り通路として用いられる。マンドレル５１及びクロージャー部材５０の平らな上面を抜取管４の前部自由端と全面接触させることにより充分な熱接触を確立して、周辺雰囲気に暴露される抜取管４の前部自由端を十分に冷却することが可能である。得策として、前述した溶融ガラスの精製期間中、抜取管４の前部自由端を１０００℃以下、より好ましくは９５０℃以下の温度に保持することが可能である。
【００９３】
精製後、坩堝２中において適切な均質の溶融ガラスが得られたら、坩堝2中の溶融ガラスの温度を処理温度まで下げて第二操作モードへ切り換え、同時に抜取管４が加工温度まで加熱される。この処理温度は溶融ガラスが所望の粘度となるように、あるいは成形部品の製造に適するように選定される。処理温度は溶融ガラスの融点より高いが、誘導コイル３からの熱出力及び抜取管４に於ける加熱電流熱出力を変えることによって変更可能である。坩堝２及び抜取管４を異なる温度、例えば約１０〜４０℃の温度差に保持することも可能である。
【００９４】
第二操作モードにおいては、抜取管４中のストッパあるいはプラグが溶融あるいは軟化するので、抜取管４から溶融ガラスが流出する。この場合、溶融ガラスは抜取管４の輪郭及び/またはさらに別の熱成形装置、例えば図３に符号１５で示された引き抜きダイスによって成形される。本発明によれば、棒状体等の固形部材及び管状体等の中空部材のいずれもが製造可能である。
【００９５】
ガラス成形部品に代えて、出てきた溶融ガラスを水に入れて冷やし、さらに粉末へ加工することも可能である。
【００９６】
さらに別の実施態様において、坩堝２中に収容されるガラス種として別のガラス種を用い、１０００℃以下、より好ましくは９５０℃以下の軟化温度を用いて抜取管４中にストッパあるいはプラグを形成可能である。この場合、好ましくは、いずれかの非酸化性ガスが用いられる。抜取管の中身と坩堝の中身が混じり合うのを防止するため、クロージャー部材は抜取管中の温度が坩堝の温度よりも少なくとも１００℃低くなるまで冷却される。しかしながら、この実施態様の場合、別のガラス種からなる注型の最初の部分は廃棄されなければならない。
【００９７】
以下において、図５Ａ及び５Ｂを参照しながら、周辺雰囲気へ暴露される抜取管４の前部自由端外面を保護するさらに別の方法について説明する。図５Ａに示すように、円筒状あるいは環状の有孔あるいは多孔部材４２が抜取管４の周囲に配置され、この部材を通して保護ガスが抜取管４の前部自由端外面全体へ当てられる。部材４２は好ましくは抜取管と接触した状態で抜取管を封入する。好ましくは、抜取管４を加熱する例えば誘導コイル等の加熱装置が部材４２の外周あるいは外側に配置される。この部材４２によって好ましくは周辺雰囲気へ暴露されるコンテナ下部（符号３）の円筒状中空部分が満たされる。加熱装置（図示せず）と抜取管４の間により良い熱伝導を確立するため、部材４２は好ましくは特に有孔金属シリンダ、中空の円筒状金属焼結体、あるいは中空円筒状金属フォームから作製される。適当な保護ガスとしてはＮ２、公知の貴ガス、あるいはこれらガスとＨ２の混合ガスが挙げられる。
【００９８】
一時的に、部材４２をさらに加熱することも可能である。このような冷却はガスあるいは液体状態で強冷された保護ガスを送り込むことによって達成される。付加的冷却手段、特に中へ冷媒を流すことができる冷却チャネルを部材４２、あるいはその内部に設けることも当然可能である。
【００９９】
図５Ｂは別の例示的実施態様であり、この図では周辺雰囲気へ暴露される抜取管４の前端外面は耐火性セラミック材料からなる気密な薄層で被覆され、このセラミック材料は前記外面上へ特にプラズマ溶射によってコーティングされる。この外面コーティングの詳細はＷＯ０２/４４１１５Ａ２、本出願人による対応特許ＵＳ２００４/００６７３６９Ａ１、同じくＥＰ１７２２００８Ａ２に記載されている。これら文献の内容は参考として本願に言及する。
【０１００】
坩堝２の外面全体あるいはその一部を同様な方法で特にプラズマ溶射を用いて耐火性セラミック材料で被覆することも当然可能である。
【０１０１】
本発明に従った装置は原則としてすべての既知のガラス材料種の製造に使用可能である。しかしながら、特に好ましくは、網状構造改質剤、特にアルカリ酸化物の含量が極めて低いガラス材料あるいはガラスセラミック材料、あるいは例えばＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５あるいはＴａ２O５等の高融点酸化物の含量が高いガラス材料あるいはセラミック材料の製造に用いられる。本発明に従ったガラス材料あるいはセラミック材料は、約８０〜約９０重量%のＳｉＯ２、約０〜約１０重量%のＡｌＯ３、約０〜約１５重量%のＢ２Ｏ３及び約３重量%未満のＲ２Ｏからなり、前記Ａｌ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３の含量は総量で約７〜約２０重量%であり、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓから選択されるアルカリ元素を示す。上記組成を持つガラス材料は、先行技術から公知な坩堝を用いては製造不可であるか、製造できても少なくとも満足される品質では得られない。最大で前記ガラス材料のＳｉＯ２の半量（５０%）までＧｅＯ２及び/またはＰ２Ｏ５で置き換えることが可能である。Ｐ２Ｏ５の混合物の場合、ＳｉＯ２のように作用するＡｌ２Ｏ３が存在しなければＡｌＰＯ４が生成される。
【０１０２】
より有利な態様として、ガラス材料へさらに高融点酸化物、例えばＭｇＯを最大で２０重量%まで、ＴｉＯ２、ＳｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３またはＭｏＯ３、またはそれらの混合物を最大で約１０重量%、より好ましくは最大で約５重量%まで、さらに含ませることが可能である。さらに任意的成分としてＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯを含ませることも可能である。
【０１０３】
本発明の好ましい利用方法として、低熱膨張係数ガラス材料と高熱膨張係数ガラス材料、例えば熱膨張係数０．５ｘ１０−６Ｋ−１のシリカガラスと熱膨張係数約３．３ｘ１０−６Ｋ−１のデュランガラスの間の融合接合部を形成するいわゆる移行ガラス材料の製造がある。本発明に従って、以下に述べる接合対象となる２種ガラスに特に適合する熱膨張係数移行ガラス材料の製造が可能である。
【０１０４】
製造可能なさらに他のガラス材料としては、同様にアルカリ酸化物を含まないコーティングまたは蒸発ガラス及びディスプレイガラスがある。
【０１０５】
本発明に従ったガラス材料あるいはセラミック材料の組成及び特徴のさらなる詳細は、本出願人によるＤＥ１０３４８４６６Ａ１または対応特許出願ＵＳ２００５/０１０９０６２Ａ１、及び日本特許出願第２００４―２９８３２６号に記載されている。これらは参照のため本願に記載している。
【０１０６】
表１に本発明及び下記実施例に従って製造された異なる移行ガラス材料について測定された組成及び熱膨張係数を要約して示す。
【０１０７】
【表１】
2008285402.tif 000003
【０１０８】
Ｓｃｈｏｔｔ社の品番８２２８、８２２９及び８２３０で示される移行ガラス材料の熱膨張係数はそれぞれ１．３ｘ１０−６Ｋ−１、２．０ｘ１０−６Ｋ−１及び２．７ｘ１０−６Ｋ−１、であるので、シリカガラスとデュランガラスの間の融合接合部の形成に特に適している。表１に記載したガラス材料種の屈折率は全て約１．４７未満である。縦行４及び５に示したガラス材料種は従来の先行技術に従ったイリジュウム無含有坩堝では製造不可である。
【０１０９】
本発明によって極めて高温が達成可能なため、従来得られなかった特性を示す組成をもつ新種のガラス材料及びセラミック材料を製造することが可能である。このような材料の一例として、図６に表１に８２２８で示したガラス材料種のスペクトル透過率を示す。図６には、本発明装置を用い、及び以下に詳述される実施例１に従って製造されたガラス種８２２８の１７６０℃におけるスペクトル透過率が先行技術による従来型のイリジュウム無含有坩堝との比較において示されている。図６に於いて、上側の曲線は本発明の実施例１に従って製造されたガラス種８２２８のスペクトル透過率を示し、下側の曲線は先行技術に従って製造されたガラス材料種８２２８のスペクトル透過率を示す。
【０１１０】
高融点原材料の使用に加えて、無害な高温精製剤、例えばＳｎＯ２をＡｓ２Ｏ３に代えて用いることも高融点ゆえに可能である。従って、必要とされる精製剤の量も、それに対応して、ＰｔＲｈ３０製坩堝の場合に必要とされる量よりも少なくなる。溶融できないか、あるいは高粘性ゆえに溶融に極めてコストを要するガラス組成物であっても、イリジュウム製坩堝によって安価に製造可能である。高温に加え、イリジュウムにはガラス材料中に生ずる着色（ＲＨ）が少ないと言うＰtＲｈ３０合金に優る利点がある。このことは光学的要求に適合する製品の製造が可能なことを意味する。この点については図６に示される通りである。イリジュウム製坩堝中で溶融されるサンプルの可視域における透過率は明らかに向上されている。上記場合には視覚的にわずかな黄変がみられるが、ＰｔＲｈ３０を用いた場合には明らかな赤褐色が注型中に生じる。水分帯の赤外スペクトル域における形成は減じられるが、これは融点が極めて高い結果である。
【０１１１】
本発明装置を用いて溶融可能な他のガラス材料種を以下に挙げる。
【０１１２】
菫青石類似ガラスセラミック材料は、４０〜６０重量%のＳｉＯ２、２５〜４５重量%のＡｌ２Ｏ３及び１０〜２０重量%のＭｇＯから成る。より有利な態様においては、前記ガラス組成物にはさらＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３またはそれらの混合物を最大約１０重量%、好ましくは最大約５重量%まで含ませることが可能である。ＭｏＯ３も原則的に含有可能であるが、使用法によってはガラスの変色を生ずる。
【０１１３】
上記説明により当業者には自明なように、本発明には独立請求項として個別に請求可能な多数の観点が含まれている。
【０１１４】
上述した方法を用いて、原則として、いかなる組成をもつガラスセラミック材料であっても製造可能である。好ましくは、ガラスセラミック材料は、以下に列記する特許または特許出願、すなわちＵＳ５，２１２，１２２に対応するＥＰ０２２０３３３Ｂ１、ＵＳ５，４４６，００８に対応するＤＥ４３２１３７３Ｃ２、ＵＳ５，９２２，２７１に対応するＤＥ１９６２２５２２Ｃ１、ＵＳ０９/５０７,３１５に対応するＤＥ１９９０７０３８Ａ１、ＷＯ０２/１６２７９に対応するＤＥ１９９３９７８７Ａ１、ＵＳ０９/８２９，４０９に対応するＤＥ１００１７７０１Ｃ２、ＵＳ０９/８２８，２８７に対応するＤＥ１００１７６９９Ａ１及びＵＳ６，５１５，２６３に対応するＥＰ１１７０２６４Ａ１に開示された組成を用いて製造される。これらの内容は本願中に明示される。
【０１１５】
本出願を検討すれば当業者には明らかであるように、本願のサブジェクトマターを本発明の精神及び添付された特許請求の範囲を逸脱することなく変形しあるいは変更することが可能である。従って、本発明の範囲内及び添付された請求項の範囲内に含まれるいかなる変形及び変更も本願の保護範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】従来技術に従った高融点ガラス材料あるいはガラスセラミック材料の製造装置の略断面図である。
【図２】図１に従った装置中に設けられる抜取管を備えた坩堝の略部分断面図である。
【図３】本発明に従った装置の略断面図である。
【図４】図３に従った装置中の抜取管を閉じるためのクロージャー部材の透視図である。
【図５（ａ）】別の実施態様に従った本発明装置の抜取管の前方自由端の略断面図である。
【図５（ｂ）】別の実施態様に従った本発明装置の抜取管の前方自由端の略断面図である
【図６】本発明に従った一例となるガラスのスペクトル透過率を示した図である。
【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（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【外国語明細書】
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【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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【図６】
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