(57)【要約】【課題】ガラス溶融物がガラス製造プロセスに供給されている際に、ガラス溶融物の均熱性／化学的均質性に悪影響を与えることなく、ガラス溶融物の流量を非常に正確に制御することである。【解決手段】ガラス溶融物の流れを溶融炉から処理プロセスに移す際に、制御された方法でガラス溶融物の流れに影響を与える方法および装置を提供する。電界および磁界を同時に発生させることにより、溶融流を増加させるかまたは阻止し、かつ主要流れ方向とほぼ同じ方向または逆の方向に作用する力を発生させる。このようにして、溶融物の温度に影響を与えることなく、溶融流を制御することが可能である。本発明は、特に、均質なガラス溶融物をガラス製造プロセスに正確に制御可能に供給するのに適している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス溶融物が溶融炉から流路を介して処理プロセスに供給され、前記流路内の溶融流が制御される、ガラス溶融物を処理プロセスに供給する方法において、
溶融流を制御するために、少なくとも、
ガラス溶融物を運ぶ流路の少なくとも一部において１つの電界および１つの磁界を同時に発生させ、それにより、溶融流を加速または減速させる力が発生し、前記溶融物に対して流れ方向または流れ方向とは逆の方向に作用することを特徴とするガラス溶融物を処理プロセスに供給する方法。
【請求項２】
電界および磁界を、互いに対して角度α（０°＜α≦９０°）で発生させること、および前記電界および磁界をガラス溶融物の流れ方向に対して角度β（０°＜β≦９０°）で発生させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電界および磁界を、互いに対して垂直に、かつガラス溶融物の流れ方向に対して垂直に発生させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
交番電界および／または交番磁界を発生させることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
交番電界および交番磁界を同期して発生させることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
１Ｈｚ〜１５ｋＨｚ、好ましくは４５Ｈｚ〜６５Ｈｚの周波数を有する交番電界および交番磁界を発生させることを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
ガラス溶融物に作用する得られる体積力を、交番電界および交番磁界の、互いに対する位相位置を変えることにより制御することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ガラス溶融物を運ぶ流路の断面全体で均一な場強度分布を有する電界および／または磁界を発生させることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ガラス溶融物を運ぶ流路の断面全体で不均一な場強度分布を有する電界および／または磁界を発生させることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
溶融流をさらに機械的に制御することを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ガラス溶融物を加熱することにより、溶融流をさらに制御することを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
制御に用いられる前記流路の断面で生じる溶融流からの熱損失を、電界を発生させるのに用いられる電流の加熱パワーにより補償することを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ガラス溶融物を処理プロセスに供給する装置であって、
ガラス溶融物を溶融炉から処理プロセスに供給する流路と、
溶融流を制御する手段と
を備え、溶融流を制御する手段が、少なくとも、
ガラス溶融物を運ぶ前記流路の少なくとも一部において電界および磁界を同時に発生させる手段を備え、前記同時に発生する電界および磁界は、溶融流を加速または減速させ、かつ溶融物に対して流れ方向または流れ方向とは逆の方向に作用する力を発生させることを特徴とするガラス溶融物を処理プロセスに供給する装置。
【請求項１４】
同時に発生する電界および磁界が互いに対して角度α（０°＜α≦９０°）で形成されること、および前記電界および磁界がガラス溶融物の流れ方向に対して角度β（０°＜β≦９０°）で形成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
同時に発生する電界および磁界が、互いに対して垂直に、かつガラス溶融物の流れ方向に対して垂直に位置付けられることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
電界および磁界を同時に発生させる手段が、交番電界および交番磁界を発生させる手段を含むことを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
電界および磁界を同時に発生させる手段が、交番電界および交番磁界を同期して発生させる手段を含むことを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
電界および磁界を同時に発生させる手段が、交番電界および交番磁界の、互いに対する位相位置を設定する手段を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
電界および／または磁界が、ガラス溶融物を運ぶ流路の断面全体で均一な場強度分布を有することを特徴とする請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
電界および／または磁界が、ガラス溶融物を運ぶ流路の断面全体で不均一な場強度分布を有することを特徴とする請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
ガラス溶融物を運ぶ流路の断面が楕円形であることを特徴とする請求項１３ないし２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
ガラス溶融物を運ぶ流路の断面が矩形であることを特徴とする請求項１３ないし２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
磁界を発生させる手段が、前記流路の外部に配置される磁石を含むことを特徴とする請求項１３ないし２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
磁石が電磁石であることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
磁石が永久磁石であることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
電界を発生させる手段が、前記流路の内部に配置される電極を含むことを特徴とする請求項１３ないし２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
電極が、前記流路の壁から一定の距離だけ離して配置される棒電極または板電極であることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
電界を発生させる手段が、前記流路の壁の一部として設計される電極を含むことを特徴とする請求項１３ないし２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２９】
光学ガラス、平板ガラス、またはガラス管の製造での使用で区別されることを特徴とする請求項１３ないし２８のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶融物の流れを溶融炉から処理プロセスに移す際に、制御された方法でガラス溶融物の流れに影響を与える方法および装置に関し、特に、均質なガラス溶融物をガラス製造プロセスに正確に制御可能に供給するのに適している。
【背景技術】
【０００２】
溶融炉から排出されるガラス溶融物の溶融流は、依然として多くの場合において、完全にまたは部分的に開口を閉じることができるニードル、レベル手段、またはストッパーロッドを用いて、ガラス溶融物を運ぶ流路の断面積を変えることにより、機械的に制御される。できる限り均質な溶融流を確保するために、その時に扱っている溶融流に合わせて制御を行わなければならないが、溶融流は影響力のある多くの可変要素（variables）の影響を受けやすい。
【０００３】
しかしながら、ガラス溶融物が高温である場合、貫流(throughflow)を調節する成分はかなりの構造的公差（structural tolerances）を受けるものであり、例えば化学的不均質性または温度変化の結果として生じる粘度粘度の変動に対応することが不可能または困難であるため、機械的な制御は比較的ではあるが不正確である。
【０００４】
流量制御を行うためのさらなる選択肢の１つは、ガラス溶融物を運ぶ流路におけるガラス溶融物の温度を変えることによって、ガラス溶融物の粘度に影響を与えることである。特に、例えばＤＥ  ２４  ６１  ７００  Ｃ３、ＤＥ  ３５  ２８  ３３２  Ａ１、またはＵＳ５，５９９，１８２に記載されている直接的または間接的な電気加熱手段が、この目的に特に適していることがわかっている。
【０００５】
しかしながら、これらの流量制御手段は依然として非常に不正確であり、ガラス溶融物の均熱性に影響を与える。それは、これらの流量制御手段が概して、溶融物のうち流路の壁と直接接触する層にしか影響を与えないからである。ガラス溶融物の温度変化または温度分布の変化は、通常はその直後に続いて非常に狭い温度ウィンドウ内でのみ行われる場合が多い成形プロセスに影響を与えるため、ガラス製品の品質にも影響を与える。例として、供給されるガラスの温度が変化すると、ガラス管および平板ガラスの引き抜き等の引き抜きプロセスにより製造される製品の幾何学的形状にばらつきが生じる。
【０００６】
さらに、貫流量(throughflow rate)を増加させるためにガラス溶融物を運ぶ流路における温度を上昇させると、気泡が形成される可能性があり、これにより製造スクラップが生じる。さらなる欠点は、ガラス溶融物の熱伝導率が低いため、ガラス溶融物が加熱パワーの変化に非常にゆっくりとしか反応しないことである。
【０００７】
しかしながら、その質量に関して正確に分割されたガラス塊および高品質の非常に精密なガラスを製造するには、時間の経過に伴って非常に一定であり、非常に均質なガラス溶融物をもたらす流量が必要である。ガラス塊の分割は通常は時間制御され、溶融ユニットから出る流量を一定に調節できるほど、この分割をより正確に設定することができる。粘度またはガラス温度が変動すると、時間の経過に伴ってこのように流量を一定にすることは非常に困難になる。さらに、制御が温度により干渉されることにより、例えば光学用途で用いられるガラスにとって許容不可能な筋（streaks）がガラスに形成される可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、ガラス溶融物がガラス製造プロセスに供給されている際に、ガラス溶融物の均熱性／化学的均質性に悪影響を与えることなく、ガラス溶融物の流量を非常に正確に制御することを可能にすることが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１に記載の方法および請求項１３に記載の装置により達成される。
【００１０】
本発明によれば、ガラス溶融物は、溶融炉から流路を介して処理プロセスに供給され、定量的溶融流はローレンツ力として知られている電磁力によって制御される。ローレンツ力は、電界と磁界との組み合わせにより発生する。これには、ガラス溶融物を運ぶ流路の少なくとも一部において、電界およびそれに重畳する磁界を少なくとも同時に発生させることが必要である。電界および磁界の方向を適切に決めることにより、溶融物中に存在するイオンに作用するとともに、流路の断面にわたって漸増的に見られるように、流路を通る溶融流を増加させるかまたは阻止する力が発生する。電界の強度は、１〜２０，０００Ｖ／ｍ、好ましくは５０〜３，０００Ｖ／ｍ、であり、磁界の強度は、１〜２５，０００ｍＴ、好ましくは２０〜２，０００ｍＴである。
【００１１】
電界および磁界は、ガラス溶融物に作用する力によってガラス溶融物の加速または減速のみが生じ、本来の流れ方向は維持されるように構成される。特に、ガラスを運ぶ流路の断面の所々で流れ方向が逆になることは、プロセスの不安定性につながる可能性があるため、これは避けるようにする。
【００１２】
その結果、ガラス溶融物の流量が非常に正確に制御され、これによりガラス溶融物の均熱性および化学的均質性にいかなる悪影響も及ぼすことなく、流れに影響を与えることができる。
【００１３】
電界を発生させるのに用いられる電流のパワーが、流路内で生じる熱損失を補償する加熱パワーを提供するように選択されれば、このプラス効果はさらに増大する。
【００１４】
本発明による溶融流の制御は、従来の制御手段と組み合わせて、好ましくはこのタイプの従来の制御の後に、例えば、レベル手段によって流路内の流量を大まかに設定し、かつ／または溶融流を加熱し、続いて電界および磁界を用いた制御によって正確に設定することにより、実施することが好ましいかもしれない。
【００１５】
この正確な制御は、溶融物に作用する加速力または阻止力を変えることができるように、磁界の強度を変えることによって行うことが有利であり得る。したがって、溶融物の温度、特に温度の均一性を変えることなく、処理量（throughput）の変動を非常に正確に補償することができる。
【００１６】
溶融物に体積力を加えるために、電界と磁界との間に０°よりも大きく９０°以下となる角度が形成される必要がある。電磁界と溶融物の流れ方向との間の角度も同じ範囲内でなければならない。ガラス溶融物に特に効果的に影響を与えるために、電界および磁界は、互いに対して垂直な向き、およびガラス溶融物の流れ方向に対して垂直な向き、すなわち流路の軸に対して垂直な向きにあることが好ましい。
【００１７】
ガラス溶融物の電気分解を避けるために、溶融流の制御は、交番電界と交番磁界とを同期させることにより行うことが好ましく、その方向は、１Ｈｚ〜１５ｋＨｚ、好ましくは４５Ｈｚ〜６５Ｈｚの周波数で交互に変わる。
【００１８】
パルス電界および／またはパルス磁界を用いることも可能である。この場合、パルス長およびパルス間の休止は、休止中であっても溶融物の慣性によってほぼ一定の減速または加速効果が溶融物に与えられるように設定される。特に、パルス間の休止は１０秒を超えてはならない。
【００１９】
溶融物に作用する力を制御するために、したがって溶融流に影響を与えるために、電界と磁界との間の位相位置を変えることが有利である。特に、溶融物に作用する加速力または減速力が所与の電界強度および磁界強度で最大になるように、交番電界および交番磁界の位相位置を互いに関して設定することが可能である。
【００２０】
ガラス溶融物を運ぶ流路の断面は、所望に応じて選択することができるが、この流路の断面は通常、円形、楕円形、または矩形である。
【００２１】
ガラス溶融物を制御するには、電界および磁界がガラス溶融物を運ぶ流路の断面全体で均一となる強度分布を有すれば十分である。しかしながら、例えば、流路の境界領域よりも中央の方で、より強い力を発生させる不均一な電界および磁界を発生させて、流路内の中央の高温の流れを効果的に減速させることができるようにすることが好ましい。
【００２２】
磁界は、流路の外部に配置される磁石、特に電磁石を用いて発生させることが好ましく、この磁石を用いて、印加される電流の強度および位相によって非常に単純な方法で磁界の強度および方向を変えることが可能である。
【００２３】
磁界を発生させる別の可能な方法は、溶融物を運ぶ流路の外部に配置される永久磁石を用いることである。このような磁石は、電磁石の場合とは異なり、動作実行中にコストがかからないという利点を有する。さらに、永久磁石を用いる場合、比較的有利な価格で高い磁界強度を市販で入手可能である。
【００２４】
交番磁界は、永久磁石を適切に移動させることにより、例えば溶融物を運ぶ流路の周りを回転移動させることにより、永久磁石を用いて溶融物内で発生させることもできる。
【００２５】
本発明の一実施形態では、電界を発生させるのに必要な電極が、流路の内部に流路の壁から所要距離だけ離して配置され、この電極は例えば、棒電極または板電極として設計されてもよい。この場合、流路の壁は、導電性材料、例えば貴金属、好ましくは白金、合金から成っていてもよい。
【００２６】
しかしながら、電極は流路の壁の一部として設計されることが好ましい。この場合、流路の壁の残りの部分は、非導電性であるかまたは低い導電率しか有さない材料、好ましくは耐火セラミック（例えば酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化アルミニウム）から成る。
【００２７】
しかしながら、流路が電界を著しく減衰させない材料から成る場合、電極を流路の外部に配置することも可能である。このタイプの材料の例としては、耐火セラミックが挙げられる。
【００２８】
本発明による、処理プロセスへのガラス溶融物の制御供給を用いる場合、電界および磁界を用いた溶融流の制御は、当然のことながら開ループまたは閉ループ制御として行うことができる。
【００２９】
溶融流を一定に保つことに加えて、特に定期的に、処理量を循環的または可変的にすることも可能である。
【００３０】
本発明による方法および本発明による装置は、処理プロセスへのガラス溶融物の供給が非常に一定であることが必要なあらゆるプロセスに適している。例として、ノズルからの質量の流れが時間の経過に伴って非常に一定であることが、レンズ製造のために正確に分割されたガラス塊を製造するのに重要である。このことは、平板ガラスのアップドロー法およびダウンドロー法、特に電子機器およびディスプレイの用途のプロセスに当てはまる。ガラス溶融物の流入流が非常に一定であることは、非常に精密なガラス管の連続製造にも必要であり、今までの従来法を用いては行うことができない。さらに他の用途も考えられる。
【００３１】
図面および例示的な実施形態に基づいて、本発明を以下でより詳細に説明するが、これらの実施形態には限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１〜図４は、ガラス溶融物を運ぶ流路２の考えられ得る断面図の、流路２の外部に配置される磁石１の極と、電圧源４により交流電圧が供給される電極３の考えられ得る配置とを伴った概略図を示す。
【００３３】
磁石１の極は、交互に変わる極性を有することが好ましい。図１および図２に示すように、電極３が流路２の内部に形成される場合、流路２はリードスルー（leadthroughs）５を有さなければならず、導電性の流路の壁の場合は電気絶縁性リードスルー５を有さなければならない。
【００３４】
本発明の例示的な一実施形態によれば、例えば光学ガラスの製造で用いられるような鉛直円筒流路が用いられる。このタイプのプロセスでは小型溶融ユニットが用いられるため、成形過程全体を通して比較的小さい変動が維持される場合が多いがその大きさが減ることはなく、これはそのようないかなる欠陥も正確に補償する必要があることを意味する。
【００３５】
図１に示すように設計される流路の、直径５０ｍｍで長さ３００ｍｍの部分において、例えば最大約８％の溶融流の変動を補償するためには、ガラス溶融物の導電率１０（Ωｍｍ）−１に対して５０Ｈｚの周波数および２００Ｖ／ｍの電界強度を有する電界と、１テスラ（Tesla)の磁界強度および同じ周波数を有する磁界とを同時に発生させる。
【００３６】
これらの電界および磁界の効果は、流路内で、電界および磁界の互いに対する向きに応じてガラスの流れ方向またはガラスの流れ方向とは逆の方向に、約２，０００Ｎ／ｍ３の体積力を生成することである。
【００３７】
ガラス溶融物の場合に約２５，０００Ｎ／ｍ３の体積力に相当する重力と比較して、流路のこの部分を通る流れを、重力の自由な作用下で生じる貫流の８％まで増減させることが可能であることは理解されるであろう。この範囲は、他のプロセスステップにより生じる変動を補償するのに十分である。
【００３８】
この効果は、上流方向または下流方向に流れに影響を与えるためのさらなる措置によって、さらになお増大させることができる。
【００３９】
さらに他の実施形態では、例えば平板ガラスを製造する場合、従来通りに流路を水平に配置することも可能である。製造されるガラスリボンの厚さは、特に、供給されるガラス溶融物の温度および質量処理量（mass throughput）に応じて決まる。ガラスの厚さのばらつきは、温度を変えずにガラス溶融物を供給する場合に処理量の変動を減らすことにより、著しく減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】円形の流路断面および流路の内部に電極を含む概略図である。
【図２】矩形の流路断面および流路の内部に電極を含む概略図である。
【図３】矩形の流路断面および流路の壁の一部を形成する電極を含む概略図である。
【図４】矩形の流路断面および流路の外部に電極を含む概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  磁石
２  流路
３  電極
４  電圧原
５  リードスルー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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