(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製造プロセスにおける溶融ガラスを清澄化する方法において、
溶融炉から、第１の領域及び第２の領域を有する金属製清澄化槽に、前記清澄化槽と前記溶融炉の間に配置された第１の金属導管を介して、溶融ガラスを流す工程、
前記清澄化槽の前記第１の領域を通して垂直上方に前記溶融ガラスを流す工程、
前記溶融ガラスが前記垂直上方に流れている間、前記溶融ガラスを撹拌する工程、
前記溶融ガラスが前記垂直上方に流れている間、前記溶融ガラスの温度を高める工程、及び
前記垂直上方から前記清澄化槽の前記第２の領域における非垂直方向に、前記溶融ガラスの流れの方向を変える工程、
を含み、
前記清澄化槽の前記第１の領域内及び前記第２の領域内の前記溶融ガラスは連続自由ガラス表面を有し、該自由ガラス表面は、該自由ガラス表面の上の雰囲気との界面であり、前記溶融ガラス内の気泡の前記雰囲気内への抜け出しを可能にする、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記非垂直方法が水平方向であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記撹拌する工程が、回転部材によって前記溶融ガラスを能動的に混合する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記撹拌する工程が、前記溶融ガラスに上向きポンプ作用を与えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記溶融ガラスの前記温度を高める前記工程が、前記第１の領域の壁を通して電流を流す工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記清澄化槽から前記清澄化槽の下流に配置された撹拌槽に、前記清澄化槽と前記撹拌槽の間に配置された第２の金属導管を介して、前記溶融ガラスを流す工程であって、前記第２の金属導管内を流れている前記溶融ガラスは自由ガラス表面を有していない工程、及び
前記撹拌槽内で前記溶融ガラスを撹拌する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
ガラス処理装置において、
耐火材料で形成され、バッチ材料を溶融して溶融ガラスを形成するように構成された、溶融炉、
垂直軸線を有する第１の領域と、非垂直軸線を有するとともに、前記第１の領域に連結された、第２の領域とを含む金属製清澄化槽、
前記溶融槽から前記清澄化槽に流れる溶融ガラスが第１の金属導管を通過するように前記溶融炉と前記清澄化槽の間を延びる第１の金属導管、
前記清澄化槽から下流に配置された撹拌槽、
前記清澄化槽から前記撹拌槽に流れる溶融ガラスが第２の金属導管を通過するように前記清澄化槽と前記撹拌槽の間を延びる第２の金属導管、
前記溶融ガラスが前記第１の領域を通って上方に流れている間、前記溶融ガラスを撹拌するように構成された、前記第１の領域内に配置された撹拌部材、及び
前記第１の領域の壁を通して電流を流すことができるように構成された、前記第１の領域に取り付けられた電極、
を備え、
前記金属製清澄化槽の前記第１の領域内及び前記第２の領域内の前記溶融ガラスが連続自由ガラス表面を有し、該自由ガラス表面が、該自由ガラス表面の上の雰囲気との界面であり、前記溶融ガラス内の気泡の前記雰囲気内への抜け出しを可能にするよう構成されていることを特徴とするガラス処理装置。
【請求項８】
前記第２の領域の前記軸線が前記第１の領域の前記軸線と直交することを特徴とする請求項７に記載のガラス処理装置。
【請求項９】
前記撹拌部材が、シャフトに結合されて前記シャフトから外向きに延びる延長部材を含む可回転スターラーを有し、前記第１の領域の床面と前記延長部材の最上点の間の距離が、前記第１の領域の前記床面と前記第２の領域の壁の内表面上の最低点の間の距離より大きいことを特徴とする請求項７または８に記載のガラス処理装置。
【請求項１０】
前記撹拌部材が前記溶融ガラスに上向きポンプ作用を与えるように構成されており、前記延長部材の少なくも一部が前記金属製清澄化槽内の自由ガラス表面に、または自由ガラス表面の上にあるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のガラス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１３年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／７５６１８６号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依存し、上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は全般にはガラスを作製するためのプロセス及び装置に関し、さらに詳しくは、溶融ガラス清澄化工程においてガラスの品質を向上させるためのプロセス及び装置に関する。本プロセスは様々な製品に用いられ得るガラスを作製する。
【背景技術】
【０００３】
選ばれた原材料（バッチ）を溶融炉内で溶融することによるガラスの製造は、その後に成形され、冷却されて、ガラス品になる粘性溶融材料（以降、溶融ガラス）を作製する。しかし、溶融プロセスは、溶融ガラスから除去されなければガラス作製プロセスを通過して完成品に目に見える欠陥として表れ得る、望ましくない副生物も生成する。気体副生物の場合、そのような欠陥は、ぬか泡，ふくれまたは気体状異物と、様々に称される。さらに、溶融ガラス内の化学的不均一性は、脈理、ストリエーションまたはコードと一般に称される、他のいくつかの目に見える欠陥を生じさせ得る。特に、光学レンズまたはフラットパネルディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ）用基板にする予定のガラスのような、光学品質ガラスについては、脈理、コード及びぬか泡のような欠陥は、予定している目的に対する完成品の適合性に大きく影響し得る、受容できない欠陥である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、ガラス品が完成形態に至る前にそのような欠陥を除去するかまたは欠陥の形成を防止することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
溶融ガラスを作製するためにバッチ材料を溶融するプロセスは様々な気体副生物を生成する。これらの気体副生物はガラス自体内に溶存することができ、あるいはガラス内に気泡として分散することができる。そのような気体には、限定ではなく例として、ＣＯ２及びＳＯ２を含めることができる。これらの溶融関連欠陥を除去するために用いられる一方法は初期溶融プロセス中に、ヒ素、アンチモン、スズ、セリウムまたはホウ素の酸化物のような、清澄剤を添加することによる方法である。例えば、清澄剤は溶融炉に供給されるバッチ材料に添加することができる。製造プロセスにおける後の工程において溶融ガラスは、清澄剤に原子価状態の変化によって酸素泡を発生させるため、初期溶融温度より十分に高いあらかじめ定められた温度まで加熱される。言い換えれば、清澄剤は還元されて過剰な酸素を放つ。さらに、温度が高くなるほど、溶融ガラスの粘度が低下し、酸素泡が溶融ガラスを通って浮かび上がることが一層容易になる。酸素泡が溶融ガラスを通って上方に移動するにつれて、溶融起因気体が酸素泡内に拡散して溶融ガラスの自由表面に輸送され、そこで気体は自由表面の上の雰囲気に放出される。
【０００６】
いくつかのガラス作製プロセスでは溶融ガラスを以降の成形装置に配送するために貴金属製配送系が用いられる。これは、高い光透明度が必要な光学用途及びその他の高価値用途に予定される高純度ガラスに特に当てはまる。酸素泡の形成にともなう問題は、貴金属または貴金属合金で形成された、いくつかのガラス処理槽及び清澄化槽の内表面に酸素泡がいくらかでも認められるほどの時間接触していると、槽の内表面が腐食し得ることである。そのような腐食は、放っておくと、槽壁を弱化させて、最終的には槽に割れ目を生じさせ得る。したがって、溶融ガラスは一般に、気体状異物（泡）が溶融ガラスから除去される、精製（または、さらに一般には単に「清澄化」と称される）工程にかけられる。
【０００７】
さらに、溶融ガラスの不均一な製造プロセス流過によって生じる、ストリエーション及びコードを除去するため、及び、停滞ガラスの蓄積を防止するため、溶融ガラスを均質化する必要もある。一般に、溶融ガラスは、清澄化後ではあるが、溶融ガラスの粘度が溶融ガラスの撹拌または混合が困難な粘度になる温度まで溶融ガラスが冷却される前に、撹拌または混合される。しかし、そのような従来プロセスがどれだけ有効であるかには、清澄化プロセスの下流において溶融ガラスが既に受けている冷却による限界がある。
【０００８】
溶融炉内に収められた溶融ガラスの高温及び腐食性には、溶融炉内に溶融ガラスが形成される際に溶融炉を溶融ガラスに徐々に溶け出させ得るという、別の問題が関係する。例えば、酸化ジルコニウム（以降、ジルコニア）は溶融炉の構成に用いられ得る、そのようなセラミック材料の１つである。溶融炉を構成するジルコニアは溶融ガラスの形成中に溶融ガラスに溶け出すことができ、プロセスの終了までガラス内にとどまることができて、完成ガラス製品の成分として残ることができる。ジルコニアが低濃度で溶融ガラス内に均等に分散して溶存していれば、完成製品に重大な問題を課すかまたは影響を与えることはない。しかし、ジルコニアが溶融ガラス全体に一様に混合されておらず、実効的に溶け込んでいないで、かなりの濃度のジルコニアが局限領域に存在していれば、溶融ガラスが冷えるにつれてジルコニアが溶液から結晶化し、完成製品に見に見える欠陥を生じさせる。したがって、均質化中に行われる混合はいったん形成された結晶の除去にはほとんど役に立たないから、均質化の前に結晶化がおこることは許容され得ない。本開示の実施形態にしたがえば、溶融ガラスはガラス製造プロセスにおいて、溶融ガラスの粘度が混合効率に有害な影響を与え、ガラス内での結晶成分の形成が可能になる、温度より低い温度にガラスが冷却される前の、溶融工程に近い、早期に均質化される。
【０００９】
したがって、
溶融炉から清澄化金属槽に溶融炉と清澄化金属槽の間に配置された第１の金属導管を通して溶融ガラスを流す工程、清澄化金属槽は第１の領域及び第２の領域を有する、
清澄化槽の第１の領域を通して垂直方向上方に溶融ガラスを流す工程、
溶融ガラスが垂直方向上方に流れている間、溶融ガラスを撹拌する工程、
溶融ガラスが垂直方向上方に流れている間、溶融ガラスの温度を高める工程、及び
清澄化槽の第２の領域において溶融ガラスの流れの方向を垂直方向上方から非垂直方向に変える工程、
を含み、
清澄化槽の第１の領域及び第２の領域内の溶融ガラスは、溶融ガラス内の気泡の雰囲気への抜け出しを可能にするための、ガラスの自由表面の上の雰囲気との界面である連続自由ガラス表面を有する、
ガラス製造プロセスにおいて溶融ガラスを清澄化する方法が開示される。
【００１０】
いくつかの実施形態において、非垂直方向は水平方向である。
【００１１】
撹拌する工程は回転部材を用いて溶融ガラスを能動的に混合する工程を含むことができる。いくつかの実施形態において、撹拌する工程は溶融ガラスに上方へのポンプ作用を与える。
【００１２】
溶融ガラスの温度を高める工程は第１の領域の壁を通して（すなわち第１の領域の壁内に）電流を流す工程を含む。
【００１３】
本方法は清澄化槽から清澄化槽の下流に配置された撹拌槽に清澄化槽と撹拌槽の間に配置された第２の金属導管を通して溶融ガラスを流す工程をさらに含むことができ、第２の金属導管内を流れる溶融ガラスは自由ガラス表面を有さず、溶融ガラスは撹拌槽内で撹拌される。
【００１４】
別の実施形態において、
耐火材料で形成され、バッチ材料を溶融して溶融ガラスを形成するように構成された溶融炉、
垂直軸線を有する第１の領域及び非垂直軸線を有する、第１の領域に連結された、第２の領域を有する、清澄化金属槽、
溶融炉から清澄化槽に流れる溶融ガラスが第１の金属導管を通過するように溶融炉と清澄化金属層の第１の領域の間に延びる、第１の金属導管、
清澄化槽の下流に配置された撹拌槽、
清澄化槽から撹拌槽に流れる溶融ガラスが第２の金属導管を通過するように清澄化槽と撹拌槽の間に延びる、第２の金属導管、
第１の領域に配置され、溶融ガラスが第１の領域を通って上方に流れる間に溶融ガラスを撹拌するように構成された、撹拌部材、及び
第１の領域に取り付けられ、第１の領域の壁を通って電流が流れることができるように構成された電極、
を備えるガラス処理装置が説明される。いくつかの実施形態において、第２の領域の軸線は第１の領域の軸線に直交することができる。
【００１５】
撹拌部材は可回転スターラーを含むことができる。可回転なスターラーは、例えば、シャフトに結合されてシャフトから外側に延びる、撹拌素子を含むことができ、第１の領域の床面と延長部材の最上点の間の距離は第１の領域の床面と第２の領域の壁の内表面上の最下点の間の距離より大きい。撹拌部材は溶融ガラスに上方へのポンプ作用を与えるように構成される。
【００１６】
いくつかの実施形態において、第１の導管の軸線は第１の領域の軸線と直交する。
【００１７】
別の実施形態において、
第１の軸線を有する第１の領域及び第２の軸線を有する第２の領域、第１の軸線は垂直であり、第２の軸線は非垂直である、
第１の領域内に配置された撹拌部材、
第２の領域の内部空間が第２の領域の外部の大気と流通するように第２の領域の壁を貫通する少なくとも１つの通気路、及び
第１の領域に取り付けられ、第１の領域の壁を通って電流が流れることができるように構成された電極、
を有する、溶融ガラスを清澄化するための清澄化槽が開示される。撹拌部材は可回転スターラーを含むことができる。いくつかの実施形態において、撹拌部材は、可回転部材を回転させたときに、溶融ガラスに上方へのポンプ作用を与えるように構成される。
【００１８】
可回転スターラーは、シャフトに結合されてシャフトから外側に延びる、撹拌素子を含むことができ、第１の領域の床面と撹拌素子の最上点の間の距離は第１の領域の床面と第２の領域の壁の内表面上の最下点の間の距離より大きい。
【００１９】
動作中、電極は電源と電気的に接触させておくことができる。清澄化槽の第１の領域と第２の領域は白金を含むことができ、いくつかの実施形態において、第２の領域の終端は第１の領域の壁と交差する。
【００２０】
清澄化槽の第１の軸線は第２の軸線と直交することができる。
【００２１】
さらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、記述及び本明細書の特許請求の範囲に、また添付図面にも、説明されるように実施形態を実施することによって認められるであろう。上記の全般的説明及び以下の詳細の説明がいずれも例示に過ぎず、特許請求項の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。
【００２２】
添付図面はさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は１つ以上の実施形態を示し、記述とともに、様々な実施形態の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本明細書に説明されるような清澄化槽を組み込んでいる、一例のガラス作製装置の主機能部の略図である。
【図２】図２は本開示の一実施形態にしたがう一例の形成体の断面図である。
【図３】図３は本開示の一実施形態にしたがう清澄化槽の斜視図である。
【図４】図４は本開示の一実施形態にしたがう清澄化槽の略図である。
【図５】図５は本明細書に説明される実施形態にしたがう清澄化槽を構成する可動部材の一部の斜視図である。
【図６】図６は本明細書に説明される実施形態にしたがう清澄化槽を構成する別の可動部材の一部の斜視図である。
【図７】図７は、本明細書に説明される実施形態にしたがう、静止型撹拌部材を有する清澄化槽の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する、例が与えられる。可能であれば必ず、図面において同じ参照数字が同じかまたは同様の要素を指すために用いられる。与えられる例及び実施形態は本発明の概念を示すが、本発明を本明細書に与えられる実施形態に限定すると解されるべきではない。
【００２５】
図１は一例のガラス作製装置１０の略図である。ガラス作製装置１０は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイのような、フラットパネルディスプレイのためのガラス基板を製造するために用いることができる。ガラス作製装置１０は、溶融炉１２，清澄化槽１４，溶融炉１２と清澄化槽１４の間の流体流通を提供し、溶融ガラスがそれを通って溶融炉１２と清澄化槽１４の間を流れる導管である、連結管１６，撹拌チャンバ１８，清澄化槽１４と撹拌チャンバ１８の間の流体流通を提供し、溶融ガラスがそれを通って清澄化槽１８と撹拌チャンバ１８の間を流れる導管である、連結管２０，収集槽２２，撹拌チャンバ１８と収集槽２２の間の流体流通を提供し、溶融ガラスがそれを通って撹拌チャンバ１８と収集槽２２の間を流れる導管である、連結管２４，ダウンカマー管２６，流入口２８及び形成体３０を備える。
【００２６】
いくつかの実施形態にしたがえば、成形体３０は、その上面にトラフ３２を有し、外部収斂成形面３４を有する、くさび形体であり、収斂成形面は成形体の底の長さに沿って延びる線、ルート３６、に沿う収斂成形面の下頂点において会合する。収集槽２２からトラフ３２に溶融ガラス３８が供給され、溶融ガラスはトラフを溢流して、個々に収斂成形面３４上を流れる。成形体の断面図が図２に示される。個々の溶融ガラス流はルート３６において合流し（すなわち、融合し）、よって、冷えて粘性液体から弾性固体になる、溶融ガラスの単一連続流、すなわちガラスリボン４０を形成する。プルロール４２が成形体３０の下に配置され、ガラスリボン１０の縁端部に係合して、成形体のルートからの固化途上のガラスリボンの引張りを補助する。引き続いて、分割装置（図示せず）が個々のガラス板をガラスリボンから切り離す。上記の例はガラス作製装置１０全体の一部としてフュージョンドロー機構を説明しているが、フュージョンドロー機構の代わりに、スロットドロー機構または同様の機構を成形装置として用いることができるであろう。
【００２７】
溶融炉１２及び成形体３０は一般に、溶融炉１２に投入される（矢印４４）成分原材料（バッチ）を溶融して溶融ガラス３８にし、溶融ガラスを、ガラスリボン４０のような、ガラス品に成形するに必要な温度に耐えることができる、セラミック材料のような、耐熱耐火材料で構成される。溶融ガラスを形成するに必要な温度は１３００℃より低い温度から１５５０℃をこえる温度まで変わることができ、作製されるべきガラスのタイプ及び所要原材料に依存する。例えば、ガラスが、ある種のディスプレイ用途に用いることができるような、アルミノホウケイ酸ガラスである場合、最終溶融温度は１５５０℃から１５７０℃の範囲にあり得る。他のタイプのガラスは同様であるかまたは異なる溶融温度を有し得る。溶融炉に利用される、適する耐火材料の例にはジルコニウム及び／またはアルミニウムの酸化物がある。
【００２８】
清澄化プロセス中、溶融ガラスは一般に溶融炉内の溶融ガラスの温度より高温に加熱される。例えば、約１５５０℃の溶融温度を有するアルミノホウケイ酸ガラスに対し、適する清澄化温度は約１６００℃以上であり、より一般には約１６００℃から約１６５０℃の範囲にあり、いくつかの実施形態においては約１６００℃と約１７００℃の間にある。溶融ガラスの温度が高くなるにつれて、溶融ガラス内に含まれる１つ以上の清澄剤が還元され、その際に清澄剤は酸素を泡として放出する。適する清澄剤には、限定ではなく、ヒ素、アンチモン、スズ、セリウム及び鉄の酸化物がある。しかし、酸化ヒ素及び酸化アンチモンのような、いくつかの清澄剤は極めて毒性が強い。この結果、スズの酸化物のような、毒性の弱い清澄剤が選ばれることになろう。
【００２９】
清澄剤により酸素泡が生成されると、酸素泡の浮力が溶融ガラスを通してガラスの自由表面まで泡を上昇させ、そこで泡は入っていた気体をガラスの自由表面の上の雰囲気内に放出する。これらの泡は溶融プロセスによって発生した気体（例えばＣＯ２及びＳＯ２）に対する集積点としてはたらき、別の泡または溶存気体の形態にある、溶融起因気体は酸素泡内に蓄積し、泡の寸法を大きくし、浮力を高めて、ガラスの自由表面への上昇を容易にする。泡はガラスの自由表面において破裂し、内包されていた気体をガラスの自由表面の上の雰囲気中に放出する。放出された気体は次いで清澄化槽から排出される。
【００３０】
溶融炉から流れ出る溶融ガラスは均質ではないことに注意すべきである。上述した溶融起因気体の存在に加えて、溶融炉から流れ出る溶融ガラスは様々な熱的な（例えば粘度の）不均一性及び化学的な不均一性を有し、これらの存在はガラス作製装置１０で作製された完成ガラス品に目に見えるアーティファクトを生じさせ得る。さらに、流れている溶融ガラス流の断面内の様々な点における溶融ガラスの流れは異なり得る。この流れの差異は、その領域において溶融ガラスが溶融ガラスの他の領域よりかなり遅い速度で流れ、最悪の状況においては全く流れない、溶融ガラスの停滞領域を生じさせ得る。停滞の結果、溶融ガラスのそのような領域は、全般的な溶融ガラスの流れとは異なる熱的及び／または化学的な性質も有し得る。しかし、溶融ガラスのそのような停滞領域は全般的な溶融ガラスの流れに不意に引き込まれ、熱的及び／または化学的に不均一な溶融ガラスの領域を生じさせ得る。さらに、溶融炉を構成する耐火材料、例えば酸化ジルコニウムまたは酸化アルミニウム、は時間の経過とともに徐々に溶融ガラス内に溶け出す。ジルコニウムが溶融ガラスに十分に溶け込まず、溶融ガラス全体にわたって均等に分散していないと、ジルコニウムは溶融ガラス内で結晶化することができ、完成ガラス品の品質及び組成に影響を与えることができる。いくつかの場合に、完成ガラス品は、予定されていた特定の目的に役立たなくなり得る。したがって、製造プロセス中は、溶融ガラスは完全に均質化されるべきである。
【００３１】
清澄化槽１４，撹拌チャンバ１８，収集槽２２，ダウンカマー管２６及びその他の付帯する溶融ガラス輸送導管及び槽（例えば、連結管１６，２０，２４及び流入口２８）は貴金属または貴金属合金で形成することができる。そのような貴金属は一般に、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金及びこれらの合金を含む、白金族金属から選ばれる。例えば、貴金属は純白金または、ロジウムまたはイリジウムのような、１つ以上の他の貴金属と合金化された白金とすることができる。適する貴金属合金には、重量で約８０％から約９０％の範囲にある白金及び約１０％から約２０％の範囲にあるロジウムを含む、白金−ロジウム合金を含めることができる。いくつかの実施形態において、清澄化槽１４並びに連結管１６及び２０は円形断面を有する管とすることができる。清澄化槽１４の少なくとも一部に対する円断面形状により、清澄化槽内部に配置される回転部材の使用が容易になる。しかし、連結管またはその一部及び清澄化槽またはその一部は、楕円形または長円形のような、別の断面形状を有することができるであろう。ここで、断面は槽または連結管の軸線に垂直にとられる。非円形状は、例えば、受動的混合が用いられる場合に、用いられ得る。
【００３２】
図１，３及び４をここで参照すれば、清澄化槽１４は、第１の領域である、連結管１６に直に連結している、竪管４６及び、第２の領域であるチャネル４８を有する。竪管４６は清澄化槽流入口５０と竪管流出口５２の間で垂直に延びることができる。竪管流出口５２はチャネル４８への流入口としてもはたらく。チャネル４８は、竪管４６から離れる方向に、外向きに延びて、竪管流出口５２と清澄化槽流出口５４間の、溶融ガラスがそれを通って流れるための、流路を提供する。いくつかの実施形態において、チャネル４８の一端は竪管流出口５２において竪管４６の壁と交差する。いくつかの実施形態において、竪管４６は垂直の軸線５７を有する。いくつかの実施形態において、チャネル４８は水平の軸線５９を有する。いくつかの場合、竪管４６とチャネル４８は相互に実質的に直交する。すなわち、軸線５７と軸線５９の間の角度は９０°±５°である。また別の実施形態において、竪管４６は垂直とすることができ、チャネル４８は水平とすることができる。したがって、ガラス作製装置１０の動作中、溶融炉１２で形成された溶融ガラス３８は連結管１６を流過し、清澄化槽流入口５０において清澄化槽１４に流入する。溶融ガラスの流れは図４に白抜き矢印５３で示される。溶融ガラスは次いで竪管４６を通って上方に流れ、竪管流出口５２からチャネル４８を通って清澄化槽１４の流出口５４に流れて、連結管２０に流入する。いくつかの実施形態において、連結管１６の軸線５８は連結管２０の軸線６０に平行である（図４参照）が、必ずしもそうである必要はない。
【００３３】
溶融ガラス３８が竪管４６を通って上方に流れ、次いでチャネル４８に沿って流れている間、溶融ガラスは竪管４６及びチャネル４８のいずれの内部でも連続自由ガラス表面６２を形成する。本明細書に用いられるように、自由ガラス表面は、流れている溶融ガラスの上の空間内に配された雰囲気６４にさらされている、清澄化槽１４を流れるガラスの表面であり、この空間は清澄化槽の壁によって囲包されている。自由ガラス表面６２は雰囲気６４と溶融ガラス３８の間の界面である。ガラス作製装置１０の動作中の溶融ガラスが連結管１６及び連結管２０を通って流れている間、連結管１６及び連結管２０のいずれにも自由ガラス表面がないことに注意すべきである。
【００３４】
続いて、溶融ガラス３８が竪管４６を通って上方に流れている間、清澄化槽流入口５０において連結管１６から清澄化槽１４に入る溶融ガラスを竪管４６内で加熱することができる。例えば、竪管４６内の溶融ガラスは、竪管、したがって竪管内を流れている溶融ガラスを加熱する、竪管４６の外表面上にまたは竪管の外表面を囲んで配置された抵抗加熱素子（図示せず）によって、間接に加熱することができる。あるいは、竪管４６は、ジュール加熱によって直接に竪管を加熱する電流を、竪管自体を通して、流すことで直接に加熱することができる。例えば、電源（図示せず）から竪管４６及び／またはチャネル４８に電流が印加され得るように、２つ以上の電極６６を竪管４６及び／またはチャネル４８に取り付けることができる。図４の実施形態においては、竪管４６に取り付けられた２つの電極及びチャネル４８に取り付けられた２つの電極を含む、４つの電極が清澄化槽１４に取り付けられている。別の実施形態において、竪管４６に取り付けられた最上部電極６６は取り外すことができ、この場合、清澄化槽は３つの電極６６を有するであろう。間接加熱または直接加熱のいずれであっても、加熱された竪管は、溶融ガラスがあらかじめ定められた清澄化温度を達成できるように、竪管内を流れている溶融ガラスを加熱する。
【００３５】
本明細書に開示される実施形態にしたがえば、竪管４６を通って上方に流れている溶融ガラスは撹拌することもできる。例えば、図１に示されるように、溶融ガラスは、溶融ガラスを混合及び均質化する、竪管４６内に配置された、撹拌部材のような、可動部材６８によって能動的に撹拌することができる。
【００３６】
竪管４６内の可動部材６８は、ガラス作製プロセスにおいて、溶融ガラスの加熱がおこることができ、清澄化プロセスのために酸素泡が生成される、場所に配置されるから、自由ガラス表面６２の撹拌の問題は緩和され得る。すなわち、清澄化プロセスの下流におけるプロセス工程中に溶融ガラスの温度は清澄化温度からかなり低くなることができ、したがって溶融ガラスはより高い粘度を示す。溶融ガラスからの泡の除去は粘度が高くなるにつれて困難になる。したがって、そのような下流のプロセス工程とは対照的に、竪管４６内の溶融ガラスの撹拌には広範な選択肢を利用できる。
【００３７】
図１，３及び４に示されるように、可動部材６８は可回転シャフト７０及び、シャフトに結合されてシャフトから外向き延びる、１つ以上の撹拌素子７２を有することができる。シャフト７０は竪管４６から延び、回転運動源、例えば油圧モーターまたは電気モーター（図示せず）に結合される。この回転運動源はシャフト７０に直接または間接に結合される。例えば、シャフト７０はモーターシャフトに、同一直線上で、直接に結合させることができ、あるいは駆動機構、例えば、ギアボックスまたはチェーン駆動を介して、モーターシャフトに間接に結合させることができる。少なくとも１つの撹拌素子は様々な構造形態をとることができる。
【００３８】
一実施形態において、撹拌素子７２はシャフトから外向きに延びる１つ以上の羽根を含むことができ、羽根は溶融ガラスが竪管４６を通って上昇する間に溶融ガラスをかき回すか、循環させるかまたは回転させるような形状につくられる。羽根は平らにするかまたは湾曲させることができ、あるいは、あらかじめ定められた混合効率を達成するに必要な、より複雑な形状を示すことができる。例えば、図１，３及び４に示される羽根は平板であり、羽根の面はシャフト７０の軸線に平行である。シャフト７０の軸線は竪管４６の軸線と平行になり、一致し得ることに注意すべきである。可動部材６８は、竪管４６の壁の表面から泡を一掃して溶融ガラスの流れの中心に入れるため、竪管４６の垂直壁近傍を通る羽根をもつように設計することができる。
【００３９】
溶融炉１２から連結管１６を通って清澄化槽流入口２０に向かい、竪管４６を上昇し、次いで竪管流出口５２を出てチャネル４８を通る溶融ガラスの流れは、少なくともある程度は、清澄化槽１４内の溶融ガラスより高い水準にある、溶融炉１２内の溶融ガラスによってかけられる圧力によって達成される。しかし、溶融ガラスの移動は、溶融炉１２から連結管１６を通し、竪管４６を上昇させ、チャネル４８を通して、溶融ガラスを移動させるためのポンプの使用によっても達成することができる。したがって、溶融ガラスの混合及び均質化に加えて、竪管を通る溶融ガラスの上向き運動を能動的に促進することによって溶融ガラスを移動または「ポンピング」するために少なくとも１つの撹拌素子７２を用いることもできる。
【００４０】
いくつかの実施形態において、シャフト及び撹拌素子は１つ以上の螺旋形撹拌素子７２が適するねじれ率で自由ガラス表面に向けてシャフトを螺旋上昇するスクリューとして形成することができる。例えば、複数の螺旋形撹拌素子７２がシャフト７０に結合されている、可動部材６８の一部が図５に示される。あるいは、単一の螺旋形撹拌素子を用いることができるであろう。図６に示される、別の実施形態において、撹拌素子７２は、溶融ガラスに上向きの推力を与え、溶融ガラス及び酸素泡を自由ガラス表面に向けて上方に移動させるように配位されている、プロペラまたはファンの形態のブレードとして形成することができる。図６の実施形態において、ブレードの面はシャフト７０の軸線に平行ではない。
【００４１】
可動部材６８の撹拌素子７２は、清澄化槽１４の下流の混合工程のために望ましいように、溶融ガラス２８の流れ内に完全に沈んでいる必要はない。下流の混合工程において、自由ガラス表面を通って延びる露出撹拌素子は自由ガラス表面の練りをおこさせ、よって自由ガラス表面の上に配された気体を溶融ガラスに取り込むことができる。先に説明したように、溶融ガラスは清澄化槽から下流に移動するにつれて冷えるから、清澄化槽の下流の溶融ガラスのより高い粘度は、そのような取り込まれた気体ポケットの除去を困難にし得る。
【００４２】
撹拌素子の少なくとも一部が清澄化槽１４内の自由ガラス表面６２に、またはその上に、あるように可動部材を配置することは、溶融ガラス内に含まれる泡を自由ガラス表面にわたって均等に分散させ、したがって泡の溶融ガラス流との高められた相互作用を提供するに有益であり得る。図４に示されるように、最上段撹拌素子７１の少なくとも一部が自由ガラス表面６２から上方に距離ｄ１だけ延び出す。可動部材６８はシャフト７０及び、シャフトに結合されてシャフトから外向きに延びる、撹拌素子７２を含む可回転スターラーを有することができ、回転部材は竪管４６内に、清澄化槽１４の第１の領域（竪管４６）の床面７４と撹拌素子７２上の最上点７６の間の距離ｄ２が竪管４６の床面７４と第２の領域（チャネル４８）の壁８１の内表面上の最下点７８の間の距離ｄ３より大きくなるように、配置される。
【００４３】
図７に示されるように、いくつかの他の実施形態において、竪管４６内の溶融ガラスの撹拌は竪管４６内に配置された静止部材８０にかけて、またはそれを通して、溶融ガラスを流すことによって達成することができ、静止部材８０は受動的に溶融ガラスの流れの向きを変え、よって溶融ガラスの撹拌及び混合を促進する。例えば、静止部材（例えば、バッフル）を竪管４６の内表面に結合さて、溶融ガラス流に延び込ませることができ、少なくともバッフルの近傍内では、バッフルがなければ実質的に溶融ガラス３８の層流になるはずの、溶融ガラス流を非層流に転換されるように配位することができる。静止コンポーネントは、より激しい乱流を得るため、静止コンポーネントを貫通する通路を定めることができる。竪管内の溶融ガラスを方向転換させるためのそのような静止コンポーネントが、溶融ガラスの流れを不必要に制限せずに適切な撹拌を得るに必要であり得るような、様々な形態を有し得ることは当然である。いくつかの実施形態において、可動部材及び静止部材のいずれもが竪管４６内に用いられ得る。
【００４４】
可動部材６８または静止部材８０は、先に説明したような貴金属または貴金属合金（例えば、純白金または白金−ロジウム合金のような、白金族金属または白金属金属合金）で形成することができる。
【００４５】
清澄化槽１４内のように、溶融ガラスが最高温度を、したがって最低粘度を、有するかまたは短時間はそうであろう、溶融炉１２から短距離内の溶融ガラスの撹拌は、
１）溶融ガラスの不均一な流れを排除する。撹拌されなかった溶融ガラスは流れの中心においてより速く流れる傾向があり、よって流れの周辺に沿って停滞ガラスを形成させ、ガラスの品質及びコンシステンシーに影響する、
２）完成ガラス製品に目に見える欠陥を生じさせ得る、脈理、ストリエーションまたはコードをもたらし得る化学的不均一性を排除する、及び
３）酸化ジルコニウムまたは酸化アルミニウムのような、溶融プロセス中にガラスに溶け込み得るセラミック材料を溶融ガラス内に完全に混合し、よってそのような材料の結晶化を防止する、
こともできる。
【００４６】
竪管４６における溶融ガラスの撹拌及び加熱は酸素泡の形成にも役立つことができ、竪管の壁が実質的に垂直である場合に、竪管壁の有意な腐食を生じさせることなく自由ガラス表面６２への酸素泡の移動を容易にし得る。酸素を含む泡が清澄化槽または、貴金属または貴金属合金で構成された、ガラス作製装置１０の他の構造体の金属内表面に短時間でも接触すると、金属表面は腐食を受ける。放っておくと、そのような腐食は構造体を弱化させ、最終的には構造体の破壊を生じさせ得る。溶融炉に最も近ければ、清澄化槽が溶融ガラス内に分散された泡の最大の蓄積を有していることが最もありそうであるから、このことは清澄化槽について特に妥当な考察である。竪管４６を実質的に垂直に配位することにより、竪管４６を通って上昇している気泡は、竪管の表面に認め得る時間接触していることはなく、自由ガラス表面６２まで直接に上昇する。すなわち、竪管４６を占めている溶融ガラス内に含まれる泡は竪管を通って上昇し、自由ガラス表面を通して竪管内の雰囲気６４中に放出され、竪管の貴金属表面上にとどまることはない。溶融ガラスがチャネル４８に沿って進んでいる間も、自由ガラス表面６２がチャネル４８の長さ全体にわたって広がっていて、竪管４６内の自由ガラス表面と連続しているから、同じことがいえる。したがって、溶融ガラスが清澄化槽１４を通過する時間の全体にわたって、溶融ガラスは竪管４６の上部からチャネル４８に沿って清澄化槽１４の流出口５４まで広がる自由ガラス表面を有しているから、気泡は清澄化層内で自由ガラス表面６２を通過して雰囲気６４中に入るであろう。
【００４７】
自由ガラス表面６２を通って溶融ガラスから出て雰囲気６４に入った気体を排除するため、雰囲気６４は、排気管８４を通して清澄化槽１４の外部の大気に排出することができる。清澄化槽の壁（例えば、壁８１）を通って延び、清澄化層内に入れられている雰囲気６４と清澄化槽の外部の大気の間の壁を通る通路を形成する排気管８４を設けることができる。望ましければ、排気管８４は汚染対策システム（図示せず）に連結することができる。別の実施形態において、排気管８４は、雰囲気６４から気体を能動的に引くため、真空源に結合することができる。
【００４８】
排気管８４は、例えば、清澄化槽流出口５４の近く（例えば、チャネル４８上）のような、清澄化槽１４の下流端の近くに設けることができる。追加の排気管を設けることができる。いくつかの実施形態において、シャフト７０は竪管４６の頂部に配置されたカバー８６を通って上方に延びる。カバー８６は、例えば、アルミナのような断熱性耐火材料で形成することができる。カバー８６はシャフト７０がそれを通って延びる通路を定め、通路はシャフト７０とカバー８６の間に空隙８８を形成する。空隙８８は清澄化槽雰囲気６４内の気体に対する追加の排気路として利用することができる。いくつかの実施形態において、雰囲気６４に状態調節気体を加えるための通気路も清澄化槽１４に設けることができる。例えば、図４は、１つ以上の状態調節気体を雰囲気６４に加えることができるように、カバー８６に結合され、カバー８６を通って清澄化槽１４（例えば、竪管４６）内の雰囲気６４に延びる、送気管９０が示される。いくつかの実施形態において、状態調節気体は、ヘリウム、アルゴンまたはその他の不活性気体及びこれらの組合せのような不活性気体とすることができる。
【００４９】
いくつかの実施形態において、チャネル４８の長さは、溶融ガラスがチャネル４８に沿って流れている間に気泡の全て、または実質的に全て、が自由ガラス表面６２を通って抜け出るにかかる時間によって決定される。気泡が溶融ガラスを通って上昇するときの速度、溶融ガラス３８の深さ及び溶融ガラスがチャネル４８を流れ下るときの溶融ガラスの流量または平均速度が、気泡が自由ガラス表面６２に達し、自由ガラス表面６２を通って抜け出るにどれだけ長くかかるかを決定することができ、したがってチャネル４８の最短長を決定するに役立つ、因子である。
【００５０】
気泡が溶融ガラスを通って上昇するときの気泡の速度は、気泡と溶融ガラス３８の間の密度差、気泡の最小半径（気泡が小さいほど気泡は緩やかに移動する）及び溶融ガラスの粘度に依存する。溶融ガラスを通る気泡の速度を計算するため、ストークスの法則に基づく式：
【００５１】
【数１】
0006418455.tif 000002
【００５２】
または同様の式を用いることができる。ここで、νＢは気泡が溶融ガラスを通って上昇するときの気泡の速度、ηは溶融ガラスの動粘度、ｇは重力定数、ａは気泡の半径、ρ'は気泡の密度、ρは溶融ガラスの密度である。
【００５３】
すなわち、あらかじめ定められた最小半径より大きな半径を有する気泡の実質的に全てがガラス自由表面を通って抜け出すためにチャネル４８に必要な最短長ｘＣを決定するため、初めに、νＢが上式または同様の式を用いて決定される。次に、気泡がチャネル４８の床面から自由ガラス表面まで移動するための時間ｔＢが、速度方程式ｔＢ＝ｘＨ/νＢを用いて決定される、ここで、ｘＨはチャネル４８の床面から自由ガラス表面までの距離である。次いで、チャネル４８に必要な最短長がこの方程式の別の形ｘＣ＝ｖＧｔＢによって計算される。ここで、ｖＧはチャネル４８内の溶融ガラスの平均流速である。これは、チャネル４８内の溶融ガラスが、有意な圧力変化がない、定常状態流量を有していること及びチャネルの形状が実質的に一様であることを仮定している。
【００５４】
溶融ガラスが清澄化槽流出口５４において清澄化槽１４を出ると、溶融ガラスは連結管２０を流過して下流の、溶融ガラス３８のさらなる均質化を行うことができる、撹拌チャンバ１８に入る。撹拌チャンバ１８は撹拌槽９２及び、撹拌槽に回転可能な態様で取り付けられた、スターラー９４を有する。スターラー９４は、シャフト９６及び、溶融ガラスを混合及び均質化する、シャフトに結合された複数の撹拌素子９８（例えば、羽根またはブレード）を有することができる。図１に示されるように、溶融ガラスは撹拌チャンバ１８を通って下方に流れることができる。スターラー９４は、撹拌素子が回転中に撹拌チャンバ１８を流過している溶融ガラスに認め得るポンプ作用を与えないように配置される、フローニュートラルスターラーであるように設計することができる。撹拌素子９８も、溶融ガラスが撹拌チャンバ１８を流過している間スターラー９４が第２の自由ガラス表面１００を乱さないでいるに十分に、第２の自由ガラス表面１００の下にある。第２の自由ガラス表面１００は溶融ガラス３８と溶融ガラスの上の撹拌槽９２内に入れられた第２の雰囲気１０２の間の界面である。さらに、撹拌チャンバ１８を流過している溶融ガラスは清澄化槽１４を流過している溶融ガラスより低温であるから、撹拌チャンバ１８を流過している溶融ガラスの粘度は清澄化槽１４を流過している溶融ガラスの粘度より高い。したがって、溶融ガラス３８の流路に沿う撹拌チャンバ１８の配置は、少なくともある程度は、スターラー９４によって有効に撹拌され得る最高粘度によって決定される。
【００５５】
溶融ガラスが撹拌チャンバ１８を出ると、溶融ガラスは収集槽２２に流れ、そこから溶融ガラスはダウンカマー管２６によって成形体３０に向けられて、成形体３０において溶融ガラスはガラスリボン４０に成形され得る。
【００５６】
本発明の精神または範囲を逸脱することなく様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。当業者には、本発明の精神及び実質を組み込んでいる、開示された実施形態の改変、組合せ、サブ組合せ及び変形が思い浮かび得るから、本発明は添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に全てを含むと解されるべきである。
【符号の説明】
【００５７】
１０    ガラス作製装置
１２    溶融炉
１４    清澄化槽
１６，２０，２４    連結管
１８    撹拌チャンバ
２２    収集槽
２６    ダウンカマー管
２８    流入口
３０    成形体
３２    トラフ
３４    収斂成形面
３６    ルート
３８    溶融ガラス
４０    ガラスリボン
４２    プルロール
４６    竪管
４８    チャネル
５０    清澄化槽流入口
５２    竪管流出口
５４    清澄化槽流出口
５７，５８，６０    軸線
５９    チャネルの軸線
６２，１００    自由ガラス表面
６４    雰囲気
６６    電極
６８    可動部材
７０    竪管のシャフト
７２    竪管の撹拌素子
７４    竪管の床面
７６    撹拌素子の最上点
７８    チャネル壁内表面の最低点
８０    静止部材
８１    チャネルの壁
８４    排気管
８６    竪管カバー
８８    空隙
９０    送気管
９２    撹拌槽
９４    スターラー
９６    スターラーのシャフト
９８    スターラーの撹拌素子
【図１】
0006418455.tif 000003
【図２】
0006418455.tif 000004
【図３】
0006418455.tif 000005
【図４】
0006418455.tif 000006
【図５】
0006418455.tif 000007
【図６】
0006418455.tif 000008
【図７】
0006418455.tif 000009