(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
泡を含有し圧力Ｐ0の雰囲気下にある溶融ガラスを、雰囲気圧力ＰAがＰ0未満である減圧槽の一端に設けられた導入口から連続的に導入し、該減圧槽内を通過させ、該減圧槽の他の一端に設けられた排出口から圧力Ｐ0の雰囲気下に連続的に排出させる減圧脱泡工程の脱泡性能をコンピュータを用いて評価する方法であって、
減圧槽の構造データ、減圧脱泡工程の操業データおよび溶融ガラスの物性データを与えて溶融ガラス流れモデルにより溶融ガラスの速度場および温度場をコンピュータを用いて算出し、
時刻ｔ＝０に前記導入口の溶融ガラス中に存在するＮ0個の半径ｒ0の泡のｔ＞０での軌道を、ｒ0、前記泡の導入口内における位置、前記速度場および温度場を与えて泡軌道計算モデルによりコンピュータを用いて算出し、
該算出された前記Ｎ0個の泡の軌道から前記排出口に到達する泡の個数Ｎを得て前記Ｎ0との比Ｎ／Ｎ0によって前記脱泡性能を評価する方法であり、
下記方法Ａによって決定された溶融ガラスの温度Ｔに依存するパラメタａおよびＰEと定数αとが前記泡軌道計算モデルに与えられ、
前記泡軌道計算モデルにおける時刻ｔでの泡の半径ｒが、ａ、ＰEおよびαによって決まる下記式１に従うことを特徴とする前記脱泡性能を評価する方法。
（方法Ａ）
泡を含有し圧力Ｐ0の雰囲気下に存在していた溶融ガラスを、ｉ＝１〜ｎかつｎ≧２として、温度Ｔi、雰囲気圧力ＰAiの条件（ただし、ｉ≠ｊのとき（Ｔi、ＰAi）≠（Ｔj、ＰAj）、かつ、任意のｉに対してＴi≠Ｔjとなるｊが存在する。）に保持して該泡の半径ｒの時刻ｔ≧０における時間変化の測定Ｍiを行い、Ｍiによって得られたｒの時間変化が下記式１に適合するようにａ、ＰEおよびαを決定する。
【数１】
0004438236.tif 000004
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスの減圧脱泡工程の脱泡性能をコンピュータを用いて評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧下で溶融されたガラスを大気圧より低い圧力に保持することによって該ガラス中の泡を除去（脱泡）する減圧脱泡は広く知られている。たとえば特開２０００−３０２４５６号公報には、大気圧下で溶融されたガラスを大気圧より低い圧力に保持された減圧槽に連続的に導入し、該減圧槽内を通過させる間に脱泡する減圧脱泡工程において、前記通過時間を０．１２〜４．８時間とする発明が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、減圧脱泡工程の最適化、すなわち減圧脱泡装置の最適化を含む減圧脱泡装置運転条件の最適化は、過去の蓄積データの解析結果をもとに減圧脱泡工程を評価することによって行われていた。
【０００４】
しかし、この従来の最適化方法には、過去の蓄積データの解析が容易ではないという問題の他に、過去の蓄積データを使用できない場合、たとえば新種のガラスの減圧脱泡、過去に行われたことのない量の減圧脱泡、等を行う場合には適用できない問題があった。特に、減圧脱泡技術は近年実用化段階に至った新しい技術であり、前記過去の蓄積データを使用できない場合が多くあった。
【０００５】
一方、特許第３００４３００号公報には連続式ガラス溶融炉の泡清澄性能の評価方法が開示されており、この評価方法に準じて減圧脱泡工程を評価することも考えられる。しかし、該評価方法は大気圧下での脱泡工程に関するものであり、減圧脱泡工程への準用は困難であった。実際、大気圧下で溶融され泡を含有する溶融ガラスを大気圧よりも低い雰囲気圧力下におき、該泡の半径の変化を調べたところ、大気圧下での泡の半径の変化とはまったく異なる場合があることを本発明者は見出した。
本発明は以上の問題を解決し、溶融ガラスの減圧脱泡工程の脱泡性能をコンピュータを用いて評価する方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、泡を含有し圧力Ｐ0の雰囲気下にある溶融ガラスを、雰囲気圧力ＰAがＰ0未満である減圧槽の一端に設けられた導入口から連続的に導入し、該減圧槽内を通過させ、該減圧槽の他の一端に設けられた排出口から圧力Ｐ0の雰囲気下に連続的に排出させる減圧脱泡工程の脱泡性能をコンピュータを用いて評価する方法であって、
減圧槽の構造データ、減圧脱泡工程の操業データおよび溶融ガラスの物性データを与えて溶融ガラス流れモデルにより溶融ガラスの速度場および温度場をコンピュータを用いて算出し、
時刻ｔ＝０に前記導入口の溶融ガラス中に存在するＮ0個の半径ｒ0の泡のｔ＞０での軌道を、ｒ0、前記泡の導入口内における位置、前記速度場および温度場を与えて泡軌道計算モデルによりコンピュータを用いて算出し、
該算出された前記Ｎ0個の泡の軌道から前記排出口に到達する泡の個数Ｎを得て前記Ｎ0との比Ｎ／Ｎ0によって前記脱泡性能を評価する方法であり、
下記方法Ａによって決定された溶融ガラスの温度Ｔに依存するパラメタａおよびＰEと定数αとが前記泡軌道計算モデルに与えられ、
前記泡軌道計算モデルにおける時刻ｔでの泡の半径ｒが、ａ、ＰEおよびαによって決まる下記式１に従うことを特徴とする前記脱泡性能を評価する方法を提供する。
【０００７】
（方法Ａ）
泡を含有し圧力Ｐ0の雰囲気下に存在していた溶融ガラスを、ｉ＝１〜ｎかつｎ≧２として、温度Ｔi、雰囲気圧力ＰAiの条件（ただし、ｉ≠ｊのとき（Ｔi、ＰAi）≠（Ｔj、ＰAj）、かつ、任意のｉに対してＴi≠Ｔjとなるｊが存在する。）に保持して該泡の半径ｒの時刻ｔ≧０における時間変化の測定Ｍiを行い、Ｍiによって得られたｒの時間変化が下記式１に適合するようにａ、ＰEおよびαを決定する。
【０００８】
【数２】
0004438236.tif 000002
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の説明図である。
構造データは、減圧槽の寸法、溶融ガラス自由表面（以下単に溶融ガラス表面という。）の高さ、等の減圧槽の構造に関するデータである。
操業データは、溶融ガラス流量、導入口の溶融ガラス温度、等の減圧脱泡工程の操業に関するデータである。
物性データは、溶融ガラスの熱伝導率、粘度、密度、比熱、等の溶融ガラスの物性に関するデータである。
【００１０】
溶融ガラス流れモデルは、構造データ、操業データおよび物性データを入力して減圧槽内の溶融ガラスの速度場および温度場を出力するものであり、従来知られているモデルが使用される。
【００１１】
泡軌道計算モデルは、ｒ0、導入口内における泡の位置、前記速度場および温度場を与えて、時刻ｔ＝０に前記導入口の溶融ガラス中に存在するＮ0個の半径ｒ0の泡のｔ＞０での軌道（泡軌道）を計算するものである。すなわち、泡の位置の時間変化は溶融ガラスの流れと泡の浮力によって計算される。
該泡の浮力はストークスの法則を用いて計算されるが、その浮力を決める因子の一つである半径ｒは、ａ、ＰEおよびαによって決まる前記式１にしたがって時間変化するものとする。
また、温度に依存するパラメタａおよびＰEを決めるために必要であり、また式１の変数でもある温度Ｔは、前記温度場によって与えられる。
【００１２】
ｔ≧ｔ1においてＮ0個の泡のすべてが溶融ガラス表面または排出口に到達するとして、時刻ｔ1までに排出口に到達した泡の個数Ｎを得る。該Ｎは、たとえばｔ＝ｔ1における泡軌道から得られ、ＮとＮ0の比Ｎ／Ｎ0によって減圧脱泡工程の脱泡性能が評価される。
【００１３】
ａ、ＰEおよびαを決定する方法Ａにおいて、泡の半径ｒの時間変化の測定はたとえば次のようにして行われる。まず、圧力Ｐ0の雰囲気下で溶融、冷却され、未溶解物は存在しないが泡を含有するガラス塊を、幅５０ｍｍ×奥行１０ｍｍ×高さ５０ｍｍの石英ガラス製容器に入れる。次に、該ガラス塊の入った石英ガラス製容器を、温度ＴがＴ1に設定された電気炉に入れ、温度Ｔ1まで加熱し前記ガラス塊を溶融させる。次に、電気炉の雰囲気圧力ＰAをＰA1（＜Ｐ0）にし、温度Ｔの溶融ガラス中を上昇する泡を、電気炉の側面に設けられた覗き窓からＣＣＤカメラによって撮影し、該泡の半径ｒの時間変化を測定する（測定Ｍ1）。該測定を行う泡の個数は、好ましくは２０個以上、より好ましくは３０個以上である。
【００１４】
前記Ｔを変更してＴ＝Ｔ2≠Ｔ1、ＰA＝ＰA2とし、その他はＭ1と同様にして泡の半径ｒの時間変化を測定する（測定Ｍ2）。ＰA2はＰA1と異なっていてもよく、同じであってもよい。
前記ＴまたはＰAの少なくともいずれか一方を変更してＴ＝Ｔ3、ＰA＝ＰA3とし、その他はＭ1と同様にして泡の半径ｒの時間変化を測定する（測定Ｍ3）。なお、この測定Ｍ3は必須ではない。
【００１５】
このようにして測定Ｍ1〜Ｍn（ｎ≧２）を行い、得られたｒの時間変化データが式１に適合するようにａ、ＰEおよびαを決定する。ｎは、好ましくは３以上、より好ましくは６以上である。
【００１６】
前記適合をさせるに際しては、たとえば、Ｃa、ＣPを定数としてａおよびＰEがそれぞれｅｘｐ（Ｃa／Ｔ）、ｅｘｐ（ＣP／Ｔ）に比例するとしてもよい。なお、ａおよびＰEのＴ依存性はこのようなものに限定されず、前記適合に適したＴ依存性であればよい。また、ａおよびＰEはＴに依存するパラメタであるが、Ｔによらず一定であってもよい。
【００１７】
Ｐ0は典型的には大気圧であるが、大気圧に限定されない。
【００１８】
ソーダライムシリカガラス（ガラスＡ）を減圧脱泡する工程の脱泡性能評価を例にとって本発明を以下に説明する。なお、本発明はこれに限定されない。
まず、ａ、ＰEおよびαを次のようにして決定した。すなわち、大気圧下で溶解され泡を含有するガラスＡを温度がＴiに設定された電気炉に入れ、雰囲気圧力をＰAiとして泡の半径ｒの時間変化を測定した（測定Ｍi、ｉ＝１〜９）。Ｔiは１２９０℃、１３２０℃、１３５０℃のいずれか、ＰAiは２４．０ｋＰａ、２１．３ｋＰａ、１８．７ｋＰａのいずれか、かつｉ≠ｊのとき（Ｔi、ＰAi）≠（Ｔj、ＰAj）とした。
【００１９】
次に、前記測定Ｍi（ｉ＝１〜９）によって得られたｒの時間変化データが式１に適合するようにａ、ＰEおよびαを決定した。この適合に際しては、ａおよびＰEは先に例示したＴ依存性を有するものとした。なお、ガラスＡのρは２．３５ｇ／ｃｍ3、σは０．３Ｎ／ｍとした。
【００２０】
図２は、Ｔ＝１３２０℃、ＰA＝１８．７ｋＰａの条件で行った測定の結果（黒丸）、および前記式１を用いて算出したｒの時間変化（実線）を示す。なお、この条件での測定は２１個の泡について行ったが、図２にはそのうちの１個の泡（ｒ0＝０．０７２ｍｍ）の測定結果を示す。また、Ｔ＝１３２０℃におけるａおよびＰEはそれぞれ１．３３×１０-9ｍ2／ｓｅｃ、２８．７ｋＰａ、αは０．７５であった。
【００２１】
次に、減圧槽が、上昇管、下降管および水平管からなり、溶融ガラスがガラスＡである場合について、図３を用いて説明する。
上昇管１は、鉛直に設置され下端に導入口１１を有する導管であり、下降管３は、鉛直に設置され下端に排出口１３を有する導管であり、水平管２は、水平に設置されその一方の端部付近の下部において上昇管１と連通し他方の端部付近の下部において下降管３と連通する導管である。なお、本発明はこのような構成を有する減圧槽に限定されない。
【００２２】
減圧槽内の溶融ガラスの速度場および温度場は、特許第３００４３００号公報、特開２０００−７３４２号公報、特開２０００−７３４３号公報等によって公知の溶融ガラス流れモデルを用いてコンピュータによって算出される。
【００２３】
Ｎ0個の泡を前記導入口１１にランダムに配置（時刻ｔ＝０）し、ｔ＞０における泡の位置、すなわち泡の軌道をコンピュータによって計算する。
図３は、溶融ガラス流量＝２１トン／日、雰囲気圧力ＰA＝２２．０ｋＰａ、Ｎ0＝１０００、該Ｎ0個の泡の半径ｒ0が０．０５ｍｍ、導入口１１および排出口１３の直径がいずれも２４０ｍｍ、上昇管１、水平管２および下降管３の長さがいずれも３ｍ、導入口１１、水平管２（中央部）および排出口１３における溶融ガラスの温度がそれぞれ１３６０℃、１３２０℃、１２７０℃である場合のｔ＝４０分における泡の位置を示す。
【００２４】
前記泡の軌道の計算は次のようにして行われる。すなわち、泡の位置の時間変化は溶融ガラスの流れと泡の浮力によって計算される。ただし、泡の浮力を決める因子の一つである半径ｒは前記式１にしたがって時間変化するものとする。また、溶融ガラス表面に到達した泡は溶融ガラス内部に再度戻ることはなく前記排出口には到達しないものとする。
【００２５】
溶融ガラス表面以外に泡が存在しなくなるまで前記計算を行って排出口１３に到達した泡の個数Ｎを求め、Ｎ／Ｎ0によって脱泡性能を評価する。
【００２６】
ガラスＡを液晶ディスプレイ基板に用いる場合、ｒ0＝０．０５ｍｍにおけるＮ／Ｎ0は好ましくは０．１以下、より好ましくは０．０１以下、特に好ましくは０．００３以下である。
図３においては下降管３には多くの泡が存在し、ガラスＡを液晶ディスプレイ基板に用いるには脱泡性能が不充分であることが明らかであるが、実際、Ｎ／Ｎ0は０．１７であった。
【００２７】
表１は、ＰAが２２．０ｋＰａ、１８．７ｋＰａであるときの種々のｒ0について計算したＮ／Ｎ0を示す。
【００２８】
【表１】
0004438236.tif 000003
【００２９】
表１から、この評価を行った減圧槽がＰAを１８．７ｋＰａにできるように設計されていれば液晶ディスプレイ基板用ソーダライムシリカガラスの泡の個数を所望のレベルまで削減できることがわかる。
【００３０】
半径が０．０４ｍｍ以上である泡を１ｋｇ当たり５００個以上含有する溶融ガラス（液晶基板用ソーダライムシリカガラス）を、図３と同じ条件で実際に減圧脱泡を行ったところ、排出された溶融ガラスにおける半径が０．０４ｍｍ以上である泡の個数は１ｋｇ当たり０．２個未満であった。これは前記Ｎ／Ｎ0が０．０００４未満であることに相当し、この減圧脱泡工程の脱泡性能が満足すべきものであることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、過去の蓄積データがない場合にも減圧脱泡工程の脱泡性能を評価でき、さらに、この評価結果を用いて減圧脱泡装置または減圧脱泡装置運転条件の最適化が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するためのフローチャート。
【図２】温度１３２０℃、雰囲気圧力２２．０ｋＰａにおける泡半径の時間変化を示す図。
【図３】減圧槽内の溶融ガラス中の泡の位置の計算結果を示す図。
【符号の説明】
１  ：上昇管
２  ：水平管
３  ：下降管
１１：導入口
１３：排出口
【図１】
0004438236.tif 000005
【図２】
0004438236.tif 000006
【図３】
0004438236.tif 000007