(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガラスを溶融する溶融工程、溶融したガラスを清澄させる清澄工程、清澄したガラスを攪拌する攪拌工程を有する高均質ガラスの製造方法において、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程をそれぞれ別個に設けられた槽で行うと共に、前記溶融工程を行う槽に原料ガラスを連続して供給し、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程の各工程間を各槽の間に設けられた移送流路を通過させて溶融ガラスを移送し、
前記清澄工程の槽から前記攪拌工程の槽へ移送される溶融ガラスの一部を移送流路中の分岐点において分岐させ、
この分岐した溶融ガラスを前記清澄工程の槽、又は、この清澄工程の槽と前記分岐点との間の移送流路中に戻して還流させることで溶融ガラスの還流を前記攪拌工程の前工程で行い、
前記分岐点を有する前記移送流路中において、推進手段により溶融ガラスを推進して溶融ガラスの還流量を制御して高均質ガラス製品を連続して製造することを特徴とする高均質ガラスの製造方法。
【請求項２】
原料ガラスを溶融する溶融工程、溶融したガラスを清澄させる清澄工程、清澄したガラスを攪拌する攪拌工程を有する高均質ガラスの製造方法において、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程をそれぞれ別個に設けられた槽で行うと共に、前記溶融工程を行う槽に原料ガラスを連続して供給し、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程の各工程間を各槽の間に設けられた移送流路を通過させて溶融ガラスを移送し、
前記溶融工程の槽から前記清澄工程の槽へ移送される溶融ガラスの一部を移送流路中の分岐点において分岐させ、
この分岐した溶融ガラスを前記溶融工程の槽、又は、この溶融工程の槽と前記分岐点との間の移送流路中に戻して還流させることで溶融ガラスの還流を前記攪拌工程の前工程で行い、
前記分岐点を有する前記移送流路中において、推進手段により溶融ガラスを推進して溶融ガラスの還流量を制御して高均質ガラス製品を連続して製造することを特徴とする高均質ガラスの製造方法。
【請求項３】
原料ガラスを溶融する溶融工程、溶融したガラスを清澄させる清澄工程、清澄したガラスを攪拌する攪拌工程を有する高均質ガラスの製造方法において、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程をそれぞれ別個に設けられた槽で行うと共に、前記溶融工程を行う槽に原料ガラスを連続して供給し、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程の各工程間を各槽の間に設けられた移送流路を通過させて溶融ガラスを移送し、
前記清澄工程の槽から前記攪拌工程の槽へ移送される溶融ガラスの一部を移送流路中の第１の分岐点において分岐させ、
この分岐した溶融ガラスを前記清澄工程の槽、又は、この清澄工程の槽と前記第１の分岐点との間の移送流路中に戻して還流させ、
前記溶融工程の槽から前記清澄工程の槽へ移送される溶融ガラスの一部を移送流路中の第２の分岐点において分岐させ、
この分岐した溶融ガラスを前記溶融工程の槽、又は、この溶融工程の槽と前記第２の分岐点との間の移送流路中に戻して還流させることで溶融ガラスの還流を前記攪拌工程の前工程でそれぞれ行い、
前記第１及び第２の分岐点を有する前記各移送流路中において、それぞれ推進手段により溶融ガラスを推進して溶融ガラスの還流量を制御して高均質ガラス製品を連続して製造することを特徴とする高均質ガラスの製造方法。
【請求項４】
分岐点を有する前記移送流路中において、還流する溶融ガラスを攪拌手段により攪拌することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高均質ガラスの製造方法。
【請求項５】
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程を経て流出される溶融ガラスの流出量に基づいて、前記溶融ガラスの還流量を制御することを特徴とする請求項１〜４に記載の高均質ガラスの製造方法。
【請求項６】
前記溶融ガラスの還流量を、前記溶融ガラスの流出量の１．０倍以上にしたことを特徴とする請求項５記載の高均質ガラスの製造方法。
【請求項７】
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程を経た溶融ガラスは成形型に流出されて成形され、
分岐点を有する前記移送経路および分岐した溶融ガラスが還流する還流流路の総容積を、前記成形型の成形容積の２．０倍以上にしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高均質ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、半導体製造用ステッパーの光学系に用いられるような高均質ガラスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学ガラスの製造方法として、例えば、ガラス原料を溶融する溶融工程、溶融ガラスの清澄を行う清澄工程、溶融ガラスを攪拌する攪拌工程を連続的に行った後、型成形等によりガラスの成形を行う製造方法が一般的に知られている。清澄工程では、例えば気泡やガス等の除去を行い、攪拌工程では、溶融ガラスの局所的ならびに大域的な屈折率の均一化を行う。
【０００３】
ところで、例えば、半導体製造用ステッパーの光学系などに用いられる光学ガラス（高均質ガラス）では、ガラス製品の一端から一端における屈折率変動幅が１０-7オーダーの範囲内であることが求められる。
【０００４】
このような高均質ガラスを製造すべく、従来、攪拌工程や清澄工程に関する多くの提案がなされている。例えば、特開昭５６−１４００３０号には、攪拌工程における提案として、溶融窯のネック部に特定のバリヤーを設け、このバリヤーにより溶融ガラス流を攪拌して均質化を行う方法が開示されている。特開平５−２０８８３０号には、清澄工程における提案として、減圧状態で溶融ガラスを攪拌して脱泡と均質化を行う方法が開示されている。特開昭５８−８８１２６号や特開昭６１−２１９２２号や特開平２−４８４２２号には、攪拌工程に関する提案として攪拌翼の考案がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の攪拌工程や清澄工程に関する提案だけでは、上記屈折率変化が１０-7オーダーの許容誤差におさまる高均質ガラスの製造は達成できなかった。
【０００６】
また、これらの提案では、装置を大規模化させたり複雑化させるため、その結果、設備費の上昇やメンテナンスの複雑化を招くことが多くなってしまい、特にステッパー等に用いられるような、所望の光学恒数を有する高均質性光学ガラスを安価に製造しようとする時には、上記のような清澄槽内の工夫や撹拌槽内の工夫だけでは対応が困難となる。
【０００７】
また、上記の攪拌工程や清澄工程に関する多数の提案は、溶融ガラスの局所的な均一化、或いは、比較的小さな攪拌槽内での均一化を図るものであり、均質化される範囲はさほど大きなものでなかった。つまり、清澄工程、攪拌工程を経て型に流し込まれる溶融ガラスを、時間的変化でみた場合、屈折率の時間的変化は比較的大きなものであった。
【０００８】
そのため、複数のガラス製品（同一種のガラス製品）を連続して製造したり、ガラス製品をロット生産で製造する場合、各製品間でみた屈折率の変化や、ロット間での屈折率の変化は比較的大きくなるという問題があった。
【０００９】
この問題に関し、溶融ガラスの屈折率の時間的変化を小さくするために、例えば、図６に示す特公昭３１−１６８１号公報の技術が提案されている。
【００１０】
この技術は、溶融されたガラスを移送流路Ｐ２を介して混合槽（攪拌槽）Ｐ３に送り、混合槽Ｐ３で大域的な攪拌を行った後、攪拌流路Ｐ８で局所的な攪拌を行い、その後、溶融ガラスを送給口Ｐ１２から型等へ送給するものである。
【００１１】
上記混合槽Ｐ３での大域的な攪拌は、還流機構（推進翼Ｐ４、還流管Ｐ５）により、溶融ガラスを上下に還流することで行われている。そして、混合槽Ｐ３から攪拌流路Ｐ８に流入させる量より大量の溶融ガラスを、混合槽Ｐ３内で還流させることにより、攪拌流路Ｐ８に流入する溶融ガラス、延いては、送給口Ｐ１２から送給される溶融ガラスの屈折率の時間的変化を小さくしようとするものである。
【００１２】
補助管Ｐ１０は、バッチ処理など、溶融ガラスの混合槽Ｐ３への投入をまとめて間欠的に行う際に、攪拌流路Ｐ８に残った残ガラスを還流させるものであって、溶融ガラスを連続的に処理する際には使用されないものである。連続的な処理の際には補助管Ｐ１０中の溶融ガラスを固化させて補助管Ｐ１０を塞ぐとしている。
【００１３】
上記の技術について、本発明者らが調査確認したところ、次にあげるような様々な弊害が生じて、溶融ガラスの屈折率の時間的変化を所望のレベルまで十分に小さくすることが出来ないという結論に達した。
【００１４】
例えば、上記の混合槽Ｐ３（攪拌槽）内で溶融ガラスを還流させる方法では、撹拌装置Ｐ１に入るガラス流と混合槽Ｐ３内のガラスの温度をほぼ同じにしなければならない。これは温度差に起因する比重差によって、例えば、流入する溶融ガラスの温度が低ければ、撹拌されずに混合槽Ｐ３の壁を伝わって、撹拌されないまま攪拌流路Ｐ８に入ってしまうガラスが多くなってしまい、逆に流入するガラスの温度が高ければ、混合槽Ｐ３の上面に滞留し、混合槽Ｐ３の上面の外周部分にあるガラスが撹拌されないまま攪拌流路Ｐ８に入ってしまうということが生じるため、溶融ガラス温度を均一にして、前述のような撹拌効率の低下を防がなければならないためである。
【００１５】
また、流入する溶融ガラスと混合槽Ｐ３の溶融ガラスの温度を同一にしても、推進翼Ｐ４によって、混合槽Ｐ３内の溶融ガラスに回転方向の流れが生じ、流入した溶融ガラスの一部はその遠心力により混合槽Ｐ３上面の壁の周りに滞留し、次いで、攪拌流路Ｐ８の上面付近へ達した混合されていない溶融ガラスが、そのまま攪拌流路Ｐ８に引き込まれていくという現象を生じて、溶融ガラスの均質度を低下させるという弊害が生じている。
【００１６】
また、この混合槽Ｐ３内で溶融ガラスを還流させる方法では、溶融ガラスの還流量の制御が任意に行い難いという欠点を有するため、この方法を連続的にガラスを溶融・流出・成形していく処理に用いようとすると、次のような弊害が生じる。即ち、溶融ガラスの流出量を大きくしようとすると、流出量に対する還流量の比率が低減して、還流による屈折率変動の低減が難しくなるが、これを回避すべく、推進翼Ｐ４を高回転にさせると、還流機構（推進翼Ｐ４、還流管Ｐ５）に高負荷がかかり、還流機構の破損等の危険を生じたり、またこれを設備的に回避しても、混合槽Ｐ３内の推進翼Ｐ４上にボルテックスが生じ、そこから気泡を巻き込んでしまうため、結局、高回転にして還流量を確保しようとする方法を採ることができない。また推進翼Ｐ４の回転を逆にして循環の方向を逆にして、推進翼Ｐ４上のボルテックスだけでも防止しようとすると、高速に回転している攪拌手段Ｐ７による溶融ガラスの流れと還流による溶融ガラスの循環の方向が同一になり、混合槽Ｐ３に流入してきた溶融ガラスが還流を経ないままショートパスして攪拌流路Ｐ８に流入する様になり、逆に屈折率の変動を増進してしまうことになる。
【００１７】
つまり、上記の特公昭３１−１６８１号公報の技術では、溶融ガラスの還流を攪拌槽で行っているために、様々な弊害が生じ、溶融ガラスの屈折率の時間的変化を所望のレベルまで十分に小さくすることが出来なかった。即ち、溶融ガラスの還流を攪拌槽で行っている点に問題があった。
【００１８】
また、上記の補助管Ｐ１０により溶融ガラスを分岐して還流させる方法では、溶融ガラスの分岐点が送給口Ｐ１２の直前にあるため、この還流による屈折率の時間的な平均化は送給口Ｐ１２から流出する溶融ガラスには及ぼされない。即ち、補助管Ｐ１０による還流が行われていても、送給口Ｐ１２の手前（攪拌流路Ｐ８）の溶融ガラスに屈折率の時間的な変化があれば、この屈折率の時間的変化は送給口Ｐ１２から流出する溶融ガラスに直に伝わってしまう。この方法は、バッチ処理などにより、混合槽Ｐ３内の溶融ガラスの屈折率が急激に変化した場合に、その変化を緩和する程度の作用しか期待できず、混合槽Ｐ３に溶融ガラスを連続的に供給して、送給口Ｐ１２から連続して溶融ガラスを送給する場合には効果を奏さない。
【００１９】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、屈折率の許容誤差が１０-7オーダーの高均質ガラスが製造可能であり、且つ、複数の製品間や製造ロット間でも屈折率の変化を小さくすべく、型に流し込まれる溶融ガラスの屈折率の時間的変化も十分に小さくすることが可能な高均質ガラスの製造方法および製造装置を提供することを目的としている。更には、大きな設備投資を必要とせず、またメンテナンス性を複雑化させることのない、上記の高均質ガラスの製造方法および製造装置を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、原料ガラスを溶融する溶融工程、溶融したガラスを清澄させる清澄工程、清澄したガラスを攪拌する攪拌工程を有する高均質ガラスの製造方法において、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程をそれぞれ別個に設けられた槽で行うと共に、前記溶融工程を行う槽に原料ガラスを連続して供給し、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程の各工程間を各槽の間に設けられた移送流路を通過させて溶融ガラスを移送し、
前記清澄工程の槽から前記攪拌工程の槽へ移送される溶融ガラスの一部を移送流路中の分岐点において分岐させ、
この分岐した溶融ガラスを前記清澄工程の槽、又は、この清澄工程の槽と前記分岐点との間の移送流路中に戻して還流させることで溶融ガラスの還流を前記攪拌工程の前工程で行い、
前記分岐点を有する前記移送流路中において、推進手段により溶融ガラスを推進して溶融ガラスの還流量を制御して高均質ガラス製品を連続して製造する方法とした。
【００２１】
この請求項１記載の発明によれば、清澄工程の槽から攪拌工程の槽へ溶融ガラスが移送される過程において、溶融ガラスの一部が分岐して上流に戻され上流の溶融ガラスと合流する。この合流により、上流の溶融ガラスと還流の溶融ガラスとで屈折率の平均化が行われる。つまり、溶融ガラスの一部が還流することで、その還流に費やされる時間を隔てた平均化が行われる。この平均化により、溶融ガラスの時間的な屈折率の変動を小さくすることが出来る。
更に、上記の還流は移送流路において行われ、溶融工程、清澄工程、攪拌工程での処理とは独立している。そのため、この還流により各工程の処理を阻害することもないし、また、各工程の処理を阻害させないために還流の態様（例えば還流量や還流スピードなど）に制限が課されるといったこともない。
従って、従来にないレベルで、屈折率の時間的変化を小さくすることが出来ることとなって、製品中の屈折率変動幅が１０−７オーダーの高均質ガラスの製造を達成できると共に、複数の高均質ガラスを連続して製造する場合に、製品間の屈折率変化や製造ロット間の屈折率変化を、従来にないレベルまで小さくすることが出来る。
また、溶融ガラスの還流は、移送流路の溶融ガラスを分岐させて上流に戻すことで行われるので、大きな設備投資を必要とせず、単純な構成で実現可能であり、メンテナンス性を複雑化させることもない。
また、還流量の制御により、還流による平均化のレベルを調整可能となる。従って、例えば、溶融工程、清澄工程、攪拌工程のいずれかの工程にバリエーション（例えば処理方法の相違（清澄工程における清澄処理方法の相違、攪拌工程における攪拌処理方法の相違など）、槽の大きさ、単位時間当たりの処理量など）があったり、例えば型等に流し出される溶融ガラスの単位時間当たりの流出量にバリエーションがあったり、各製品間の製造時間や製造ロット間の時間間隔にバリエーションがあった場合に、それらバリエーションに適応させて還流量を調整することで、屈折率の時間的変化を上記バリエーションに対応させて好適なレベルまで小さくすることが可能となる。
【００２２】
請求項２記載の発明は、原料ガラスを溶融する溶融工程、溶融したガラスを清澄させる清澄工程、清澄したガラスを攪拌する攪拌工程を有する高均質ガラスの製造方法において、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程をそれぞれ別個に設けられた槽で行うと共に、前記溶融工程を行う槽に原料ガラスを連続して供給し、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程の各工程間を各槽の間に設けられた移送流路を通過させて溶融ガラスを移送し、
前記溶融工程の槽から前記清澄工程の槽へ移送される溶融ガラスの一部を移送流路中の分岐点において分岐させ、
この分岐した溶融ガラスを前記溶融工程の槽、又は、この溶融工程の槽と前記分岐点との間の移送流路中に戻して還流させることで溶融ガラスの還流を前記攪拌工程の前工程で行い、
前記分岐点を有する前記移送流路中において、推進手段により溶融ガラスを推進して溶融ガラスの還流量を制御して高均質ガラス製品を連続して製造する方法とした。
【００２３】
この請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明とほぼ同様の作用により、従来にないレベルで、屈折率の時間的変化を小さくすることが可能となり、製品中の屈折率変動幅が１０−７オーダーの高均質ガラスの製造を達成できると共に、複数の高均質ガラスを連続して製造する場合に、製品間の屈折率変化や製造ロット間の屈折率変化を、従来にないレベルで小さくすることが出来る。
また、還流量の制御により、還流による平均化のレベルを調整可能となる。従って、例えば、溶融工程、清澄工程、攪拌工程のいずれかの工程にバリエーション（例えば処理方法の相違（清澄工程における清澄処理方法の相違、攪拌工程における攪拌処理方法の相違など）、槽の大きさ、単位時間当たりの処理量など）があったり、例えば型等に流し出される溶融ガラスの単位時間当たりの流出量にバリエーションがあったり、各製品間の製造時間や製造ロット間の時間間隔にバリエーションがあった場合に、それらバリエーションに適応させて還流量を調整することで、屈折率の時間的変化を上記バリエーションに対応させて好適なレベルまで小さくすることが可能となる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、原料ガラスを溶融する溶融工程、溶融したガラスを清澄させる清澄工程、清澄したガラスを攪拌する攪拌工程を有する高均質ガラスの製造方法において、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程をそれぞれ別個に設けられた槽で行うと共に、前記溶融工程を行う槽に原料ガラスを連続して供給し、
前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程の各工程間を各槽の間に設けられた移送流路を通過させて溶融ガラスを移送し、
前記清澄工程の槽から前記攪拌工程の槽へ移送される溶融ガラスの一部を移送流路中の第１の分岐点において分岐させ、
この分岐した溶融ガラスを前記清澄工程の槽、又は、この清澄工程の槽と前記第１の分岐点との間の移送流路中に戻して還流させ、
前記溶融工程の槽から前記清澄工程の槽へ移送される溶融ガラスの一部を移送流路中の第２の分岐点において分岐させ、
この分岐した溶融ガラスを前記溶融工程の槽、又は、この溶融工程の槽と前記第２の分岐点との間の移送流路中に戻して還流させることで溶融ガラスの還流を前記攪拌工程の前工程でそれぞれ行い、
前記第１及び第２の分岐点を有する前記各移送流路中において、それぞれ推進手段により溶融ガラスを推進して溶融ガラスの還流量を制御して高均質ガラス製品を連続して製造する方法とした。
【００２５】
この請求項３記載の発明によれば、溶融工程の槽と清澄工程の槽との間の移送流路、並びに、清澄工程の槽と攪拌工程の槽との間の移送流路と、２つの移送流路において溶融ガラスの還流を行うので、更に確実に屈折率の時間的変化を小さくすることができる。
また、還流量の制御により、還流による平均化のレベルを調整可能となる。従って、例えば、溶融工程、清澄工程、攪拌工程のいずれかの工程にバリエーション（例えば処理方法の相違（清澄工程における清澄処理方法の相違、攪拌工程における攪拌処理方法の相違など）、槽の大きさ、単位時間当たりの処理量など）があったり、例えば型等に流し出される溶融ガラスの単位時間当たりの流出量にバリエーションがあったり、各製品間の製造時間や製造ロット間の時間間隔にバリエーションがあった場合に、それらバリエーションに適応させて還流量を調整することで、屈折率の時間的変化を上記バリエーションに対応させて好適なレベルまで小さくすることが可能となる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の高均質ガラスの製造方法において、分岐点を有する前記移送流路中において、還流する溶融ガラスを攪拌手段により攪拌する方法とした。
【００２７】
この請求項４記載の発明によれば、還流により大域的な平均化が行われると同時に、上記撹拌手段により局所的な撹拌が行われるので、還流による大域的な平均化を、移送流路中において局所にまで及ぼすことが出来る。それにより、例えば、溶融ガラスが移送流路で２度３度と還流を繰り返すときでも、一部の溶融ガラスのみが還流を繰り返してしまうといった不具合がなくなり、絶えず、均一化された溶融ガラスの一部を分離させて還流することが出来る。
【００２８】
ここで、上記撹拌手段による撹拌は、移送流路中において分岐点より上流側で行うと好ましい。また、撹拌手段は、移送方向に垂直な断面視で、移送流路の断面全域を撹拌するように設けると好ましい。そうすることで、溶融ガラスが撹拌手段の撹拌を受けずに通過するといった不具合がなくなり、確実に還流した溶融ガラスを撹拌することができ、上記の作用効果を確実にすることが出来る。
【００３１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４に記載の高均質ガラスの製造方法において、前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程を経て流出される溶融ガラスの流出量に基づき、前記溶融ガラスの還流量を制御する方法とした。
【００３２】
通常、溶融ガラスの屈折率の時間的変化は、例えば成形型等へ流出される溶融ガラスの流出量に依存して変動するが、この請求項５記載の発明によれば、その流出量に基づき上記溶融ガラスの還流量を制御するので、例えば流出量が変化しても屈折率の時間的変化を一定の値に保つことが可能となるなど、流出量に依存しない制御が可能となる。
また、流出量が大きい場合には、屈折率の時間的変化を低下させるために還流量を大きくし、逆に、流出量が少ない場合には、還流にかかる負担（機械的な負担や駆動エネルギーの負担）を軽減させるために還流量を小さくするなど、製造工程の操業状態に適した制御も可能となる。
【００３３】
ここで、上記溶融ガラスの流出量とは、単位時間当たりの流出量、又は、総合的な流出量のことであり、単位時間当たりの流出量に基づき還流量を制御すれば単位時間毎の細かい制御が可能であるし、総合的な流出量に基づき還流量を制御するのであれば、例えば製造装置の種類や大きさ、ガラス製品の種類や大きさ、各工程の種類などの、総合的な製造環境に応じた制御が可能となる。
【００３４】
また、請求項６記載の発明のように、請求項５記載の高均質ガラスの製造方法において、前記溶融ガラスの還流量を前記溶融ガラスの流出量の１．０倍以上にすることで、溶融ガラスの屈折率の時間的変化を格段に低いレベルまで低下することが可能となる。
【００３５】
ここで、上記の還流量とは、具体的には、移送流路中の分岐点において分岐して下流側に戻される溶融ガラスの流量である。溶融ガラスの還流量は、多い方が良好な結果が得られ、好ましくは（還流量／流出量）≧１．０であり、更に好ましくは（還流量／流出量）＝２．０〜８０．０に設定するのがよい。この還流量と流出量との比率が１００を越えると推進手段の推進力が過大になって（例えば、撹拌棒付き螺旋推進翼を回転させる形式の推進手段の場合、撹拌棒付き螺旋推進翼の回転数が高速になり過ぎて）、逆に気泡の発生を生じたり、設備費の不必要な増加を招く。還流量と流出量との比率は上記範囲であれば所望の均一度が十分得られる。
【００３６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の高均質ガラスの製造方法において、前記溶融工程、清澄工程、攪拌工程を経た溶融ガラスは成形型に流出されて成形され、
分岐点を有する前記移送経路および分岐した溶融ガラスが還流する還流流路の総容積を、前記成形型の成形容積の２．０倍以上にする方法とした。
【００３７】
この請求項７記載の発明のように、分岐点を有する前記移送流路および分岐した溶融ガラスが還流する還流流路の総容積を、前記成形型の成形容積の２．０倍以上にすることで、溶融ガラスの屈折率の時間的変化を格段に低いレベルまで低下することが可能となる。
【００３８】
ここで、上記の分岐点を有する移送流路および分岐した溶融ガラスが還流する還流流路の総容積とは、溶融槽と清澄槽との間に介設された移送流路と、清澄槽と攪拌槽との間に介設された移送流路とのうち、いずれか１つの移送流路で還流が行われている場合には、その１つの移送流路と還流流路との総容積のことであり、２つの移送流路で還流が行われている場合には、それら２つの移送流路と２つの還流流路との総容積のことである。
なお、この移送流路と還流流路の総容積は、大きい方が良好な結果が得られ、少なくとも成形するガラス製品の成形容積の２．０倍以上、好ましくは３．０倍以上、更に好ましくは５．０倍以上に設定するのがよい。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態の高均質ガラスの製造方法およびこの製造方法を実施する製造装置について、図１〜図４の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態の高均質ガラスの製造装置１００の一例を示す模式図である。
この実施の形態の高均質ガラスの製造装置１００は、溶解槽１、清澄槽２、攪拌槽３、流出管４、第１の移送流路５、第２の移送流路６、および、還流流路１０等から構成される。
【００４０】
溶解槽１は原料ガラスを溶融する槽である。清澄槽２は溶融ガラスを清澄させる槽であり、内部に、溶融ガラスから気泡やガス等を除去する周知の清澄手段（不図示）が設けられている。攪拌槽３は、比較的に溶融ガラスの局所範囲を攪拌してその屈折率を均一にする槽であり、内部に、例えば攪拌翼を有した攪拌手段８が設けられている。
【００４１】
第１の移送流路５は、例えば管状の連通管であり、溶解槽で溶融された溶融ガラスを通過させて清澄槽２まで移送するようになっている。
第２の移送流路６は、上流部６Ａ、中流部６Ｂ、および、下流部６Ｃから構成され、清澄槽２で清澄された溶融ガラスを、順次、上流部６Ａ、中流部６Ｂ、下流部６Ｃに通過させて攪拌槽３まで移送するようになっている。
【００４２】
移送流路６の中流部６Ｂには、その内部に、例えば螺旋型推進翼を備えた推進手段１１が設けられ、推進手段１１の螺旋型推進翼には、その上下に攪拌翼や攪拌棒などの攪拌手段が一体的に形成され、この撹拌手段により、移送方向に垂直な断面視で、移送流路６Ｂの断面全域が撹拌されるようになっている。
なお、攪拌手段の形式は、攪拌翼や攪拌棒に限られず、種々の公知技術が適用可能である。また、攪拌手段を推進手段１１と別体に設けても良い。
【００４３】
還流流路１０は、第２の移送流路６の中流部６Ｂと上流部６Ａとを連通させる管状の流路であり、中流部６Ｂに流れて来た溶融ガラスの一部を分岐点１２において分岐させて上流部６Ａに再び戻し、この溶融ガラスを還流流路１０と移送流路６の間で還流させるようになっている。
この還流流路１０に流入する溶融ガラスの推進力は、中流部６Ｂに設けられた推進手段１１により与えられ、推進手段１１の推進力（螺旋推進翼の回転）を調整することで還流流路１０を通過して還流する溶融ガラスの還流量が制御可能になっている。
【００４４】
これら還流流路１０と移送流路６との総容積は、この製造装置１００により製造されるガラス製品の成形容積の２倍以上になっている。図中、還流流路１０と還流流路１０が接続されている移送流路６との容積部分を斜線で示す。なお、この移送流路６と還流流路１０の総容積は、大きい方が溶融ガラスの均一化に良好であり、好ましくは成形するガラス製品の成形容積の３．０倍以上、更に好ましくは５．０倍以上に設定するのがよい。
流出管４は、攪拌層３で攪拌された溶融ガラスを例えば成形型等に流し込むために流出させる管である。
【００４５】
次に、上記の製造装置１００を用いた本発明に係る高均質ガラスの製造方法について説明する。
【００４６】
この高均質ガラスの製造方法は、溶解槽１に連続して原料ガラスを供給していくことで、屈折率変化の少ない溶融ガラスを流出管４から連続的に流出させ、更に、型成形を連続して行うことで、高均質ガラス製品を連続して製造するものである。
【００４７】
この方法によれば、次々に原料ガラスを溶解槽１に投入していくことで、この原料ガラスが溶解槽１で溶融され（溶融工程）、この溶融ガラスが第１の移送流路５を通過して連続的に清澄槽２に送られる。
清澄槽２に送られた溶融ガラスは、該清澄槽２内で例えば気泡やガスを除去する清澄処理（清澄工程）が独立的に行われた後、第２の移送流路６に流入する。
【００４８】
第２の移送流路６に流入した溶融ガラスは、推進手段１１（攪拌機能を付加することが好ましい）の推進力（吸引力）も伴い、上流部６Ａから中流部６Ｂに流入して分岐点１２に達する。分岐点１２に達した溶融ガラスは、一部が下流部６Ｃに、残りが還流流路１０に分岐してそれぞれ流入する。
還流流路１０に流入した溶融ガラスは、所定の時間を費やして還流流路１０を通過し、その後、上流部６Ａの合流点１３に戻されて清澄槽２から流入した溶融ガラスと合流する。そして、再び、中流部６Ｂに送られる。
【００４９】
合流して再び中流部６Ｂに送られた溶融ガラスは、推進手段１１と一体形成された攪拌手段によって、横方向（流動方向に垂直な方向）に攪拌・混合される。この横方向の混合により、再度還流流路１０に流入する溶融ガラスが、先ほど還流流路１０から合流した溶融ガラスに偏ってしまうことが防止される。
【００５０】
つまり、上記の還流流路１０を介した還流により、上流に流れていた溶融ガラスと下流に流れていた溶融ガラスとが合流・混合されて平均化される。即ち、溶融ガラスの還流時間を隔てた平均化が行われて、溶融ガラスの時間的な屈折率の変動を小さくする（溶融ガラスの流動方向の屈折率の変動を小さくする。）。
【００５１】
上記の還流流路１０に分岐する還流量は、推進手段１１の推進力により制御され、この制御により時間的な屈折率変動の平均化のレベルを適宜調整することが出来る。ここでは、上記の還流量を、流出管４から流出される溶融ガラスの流出量の１．０倍以上の量に設定されている。
【００５２】
なお、溶融ガラスの還流量は、大きい方が良好な結果が得られ、好ましくは（還流量／流出量）≧１．０であるが、更に好ましくは（還流量／流出量）＝２．０〜８０．０に設定するのがよい。この還流量と流出量との比率が１００を越えると撹拌手段を備えた推進手段１１の回転数が高速になり過ぎて、逆に気泡の発生を生じたり、設備費の不必要な増加を招く。還流量と流出量との比率は上記範囲であれば所望の均一度が十分得られる。
【００５３】
その後、第２の移送流路６の中流部６Ｂから下流部６Ｃに分岐・流入した溶融ガラスは、攪拌槽３で攪拌されて局所的な屈折率変動幅が所定のレベル（例えば１０-7オーダー）まで低下する（攪拌工程）。そして、上記還流により時間的な屈折率変動が平均化され、且つ、攪拌槽３の攪拌により局所的な屈折率変化が所定のレベルまで低下した溶融ガラスが、流出管４から例えば形成型に流し込まれて型形成され、高品質ガラスが形成される。
また、上記溶融ガラスの流出よび型成形を連続して行い、複数の高均質ガラス製品が製造される。
【００５４】
以上のように、この実施の形態の高均質ガラスの製造方法および製造装置１００によれば、移送流路６中での溶融ガラスの還流により、流動する溶融ガラスの時間的な屈折率変動（流動方向の屈折率変動）を従来にないレベルまで小さくすることが可能となる。
更に、溶融工程、清澄工程および攪拌工程の各工程がそれぞれ独立した槽で行われ、上記の還流が各工程の処理を阻害することがないので、従来の高均質ガラスの製造と同様の工程を実現できる。
【００５５】
従って、製品単体の屈折率変動幅が所定のレベル（１０-7オーダー）の高均質ガラス製品を連続して複数製造できると共に、製品間や製造ロット間での屈折率変動を従来にないレベルまで小さくすることが可能となり、製品全体の均質化が向上される。
また、この実施の形態の製造装置１００によれば、装置を大規模化させたり複雑化させることがないので、設備費の低下やメンテナンスの簡易性を図ることも出来る。
【００５６】
なお、本発明は、この実施の形態の高均質ガラスの製造装置１００および製造方法に限られるものではなく、例えば、清澄槽２での清澄工程や攪拌槽１での攪拌工程は、高均質ガラスを製造する種々の公知技術を適用可能であるなど、具体的に示した細部構造、方法等は、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
また、還流流路の合流点の位置や、還流流路の形成位置についても、次に示すようなバリエーションが可能であり、それぞれのバリエーションにおいても、上記実施の形態と同様の作用効果が奏される。
【００５７】
図２〜図４は、還流流路の合流点の位置、および、形成位置のバリエーションを示すものである。図２〜図４において、第１の実施の形態と同様の構成については同符号を振ってある。
図２の製造装置２００は、還流流路２０の合流点２１を清澄槽２に配置した一例である。
【００５８】
図３の製造装置３００は、還流流路３１の形成位置を溶解槽１と清澄槽２とを結ぶ移送流路３０上に形成した一例である。移送流路３０は、第１の実施の形態とほぼ同様の形態のもので、上流部３０Ａ、中流部３０Ｂ、下流部３０Ｃから構成され、中流部３０Ｂには推進手段１１（攪拌機能を付加することが好ましい）が設けられている。また、還流流路３１は中流部３０Ｂの分岐点３２から上流部３０Ａに架けて設けられている。
【００５９】
図４の製造装置４００は、製造装置３００とほぼ同様のもので、還流流路４０の合流点２１を溶解槽１に配置した一例である。
【００６０】
上記の還流流路２０，３１，４０の容積（図中、斜線で示す範囲の容積）や、推進手段１１の制御による溶融ガラスの還流量の調整は、第１の実施の形態と同様の設定になっている。
【００６１】
これら高均質ガラスの製造装置２００〜４００により、上記実施の形態の製造装置１００とほぼ同様の処理を行うことで、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００６２】
また、図示はしないが、溶解槽と清澄槽との間の移送流路、および、清澄槽と攪拌槽との間の移送流路の両方に還流流路を設け、両方の移送流路で還流を行わせるようにしても良い。
【００６３】
【実施例】
［第１の実施例］
上記実施の形態の内、図１で説明した製造装置１００を使用した実施例について説明する。尚、図１には原料投入手段、温度制御手段、溶融ガラス切断手段、成形手段等は省略している。Ｓ−ＢＳＬ７（オハラ硝種名）原料は、原料投入手段（不図示）によって、１５０ｃｃ／分の速度で溶解槽１へ投入される。流出管４から流出される溶融ガラス流量も１５０ｃｃ／分である。また各槽および移送経路、還流経路については、温度制御装置により所定の温度条件に制御する。原料投入から流出までの各部の温度状況が安定したところで、攪拌手段を付加した螺旋型推進手段１１の螺旋型推進翼を５ｒｐｍで回転させ、溶融ガラスの一部を上流側へ還流させる。約３時間経過後、所定の条件が維持されていることを確認し、溶融ガラスを鋳型に流し込み、２５０ｍｍ×５０ｍｍの断面を持つ連続成形体を取得した。このサンプルを徐冷後、２５０ｍｍの長さに切断する。このようなサンプルを連続的に１０個取得し、２４０ｍｍφ（半径）×４０ｍｍt （厚さ）のディスク上に加工し、均質性確認用サンプルを得た。
【００６４】
このサンプルを干渉計により均質性を測定した。この結果、各ブロック内の均質性は屈折率変動幅の平均で、０．６５×１０-6であった。また、各ブロックの代表テストサンプルを精密示差屈折率計で測定した結果、ブロック間の均質性は屈折率変動幅の平均で０．１×１０-6であった。
また、還流経路の還流流量については、溶融ガラスと近似の粘性特性を持つ市販の粘性液体（出光ポリブテン：１５Ｈ）を用いたモデル実験で確認したところ、約３００ｃｃ／分であった。
【００６５】
［第２の実施例］
上記実施の形態の内、図３で説明した製造装置３００を使用した実施例について説明する。尚、原料投入手段、温度制御手段、溶融ガラス切断手段、成形手段等および実施硝種、原料投入・排出流量、テスト操業条件、サンプル作成条件、サンプル測定条件等は第１の実施例と同様である。
測定の結果、各ブロック内の均質性は屈折率変動幅の平均で、０．４０×１０-6であり、ブロック間の均質性は屈折率変動幅の平均で０．１×１０-6であった。
【００６６】
［従来との比較例］
図５に示した還流流路を持たない溶融装置５００を用い、その他の条件は全て第１および第２の実施例と同様にしてテストを行った。その結果、各ブロック内の均質性は屈折率変動幅の平均で、０．７３×１０-6であり、ブロック間の均質性は屈折率変動幅の平均で０．２×１０-6であった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の高均質ガラスの製造方法によれば、移送流路中での溶融ガラスの還流により、流動する溶融ガラスの時間的な屈折率変動（流動方向の屈折率変動）を従来にないレベルまで小さくすることが可能となることに加え、溶融工程、清澄工程および攪拌工程の各工程がそれぞれ独立した槽で行われ、上記の還流が各工程の処理を阻害することがないので、従来の高均質ガラスの製造と同様の工程を実現できる。
従って、製品単体の屈折率変動幅が所定のレベル（１０-7オーダー）の高均質ガラス製品を連続して複数製造できると共に、製品間や製造ロット間での屈折率変動を従来にないレベルまで小さくすることが可能となり、製品全体の均質化を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である高均質ガラス製造装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る高均質ガラス製造装置の第２の例を示す模式図である。
【図３】本発明に係る高均質ガラス製造装置の第３の例を示す模式図である。
【図４】本発明に係る高均質ガラス製造装置の第４の例を示す模式図である。
【図５】本発明の高均質ガラス製造装置と従来の製造装置との比較例を説明するためのもので、従来の製造装置の一例を示す模式図である。
【図６】時間的な屈折率変動を改善する構成を持つ従来の高均質ガラス製造装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１      溶解槽
２      清澄槽
３      攪拌槽
４      流出管
５，７  移送流路
６，６，３０，３０        移送流路（還流流路を有する移送流路）
１０，２０，３１，４０    還流流路
１１，１１，１１，１１    推進手段
１２，１２，３２，３２    分岐点
１３，２１，３３，４１    合流点
【図１】
0003911316.tif 000002
【図２】
0003911316.tif 000003
【図３】
0003911316.tif 000004
【図４】
0003911316.tif 000005
【図５】
0003911316.tif 000006
【図６】
0003911316.tif 000007