(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを導入するためのパイプ（２）と、該パイプ（２）が挿入される冷却ジャケット（３）とを含み、該冷却ジャケット（３）は、パイプ（２）が該冷却ジャケット（３）のオリフィス部（２ａ）まで挿入され、前記ガスが導入される熱媒体は溶融ガラスであり、前記ガスと接触する前記パイプ（２）が高フッ素含量を有するプラスチックで塗布・被覆され、冷却により前記プラスチックの分解温度未満である、熱媒体中へのガスの導入装置。
【請求項２】
該冷却ジャケット（３）用の冷却剤は、ガス若しくはガス混合物、オイル若しくはオイル混合物、シリコーン油若しくはシリコーン油混合物、または水若しくは水溶液である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
導入されるガスは、塩素ガス、塩素化合物ガス、または塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガスである、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
ガスが導入される熱媒体を含む容器を有し、かつ該容器は、ガラス溶融タンク若しくはこの低部、または坩堝若しくはこの低部である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
パイプ及び該パイプが挿入される冷却ジャケットを含む装置を用いてガスを熱媒体中に導入し、該冷却ジャケットは、パイプが該冷却ジャケットのオリフィス部まで挿入され、前記ガスが導入される熱媒体は溶融ガラスであり、前記ガスと接触する前記パイプ（２）の部分が高フッ素含量を有するプラスチックで塗布・被覆され、冷却により前記プラスチックの分解温度未満であることを特徴とする、熱媒体中にガスを導入する方法。
【請求項６】
該冷却ジャケットは、ガス若しくはガス混合物、オイル若しくはオイル混合物、シリコーン油若しくはシリコーン油混合物、または水若しくは水溶液で冷却される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ガスとして、塩素ガス、塩素化合物ガス、または塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガスが導入される、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
ガスは、ガラス溶融タンク若しくはこの低部、または坩堝若しくはこの低部に導入され、該ガラス溶融タンク若しくはこの低部、または坩堝若しくはこの低部は、精製部分及びコンディショニング部分として使用される、請求項５〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
熱媒体中へのガスの導入方法が連続的に行なわれる、請求項５〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
塩素ガス、塩素化合物ガス、または塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガスを、ガラスをレーザー用途で製造するための溶融物中に導入するための、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒体中へのガスの導入装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高性能レーザー用のレーザーガラスを連続的に製造する際に、ガラス原料は溶融容器中で溶融される。この溶融容器を放置すると、含水量がレーザーガラスとしての使用に必要な量をかなり超える。このため、ガラスを精製及び乾燥段階に供給する際に、酸素及び塩素ガスから構成される混合ガスを異なる割合でガラス溶融物中に導入する。溶融物中の温度は約１４００℃である。次に、このガラス溶融物は、成形に関する均一性と温度が設定され、所望の形状に成形される。
【０００３】
２．７μｍを超える光波長における所定の低吸収性を達成するためには、非常に低い含水量、即ち、非常に低い水酸基含有率が必要となる。このような低含水量は、溶融物の長い滞留時間及び酸素の導入による間欠的な溶融の場合には達成されうる。
【０００４】
連続的なアグリゲートの場合には、長い滞留時間及び加工時間は、経済的な観点から行なわれない。非常に効率的な乾燥剤として、塩素ガスが溶融物中に導入される。白金金属は一般的にガラス溶融温度でのガラス溶融物に耐性があるため、白金製のパイプが塩素ガスを導入するのに使用される。このパイプは、坩堝の上部から底部のすぐ上の位置まで坩堝中に浸漬される。この状態で、塩素ガスを白金製パイプを介して導入して、下方から溶融物中で塩素ガスをバブリングさせる。このようにして、乾燥工程が行なわれる。白金製パイプを熱い溶融物中に位置させると、１０００℃を超える温度に到達する。このような温度では、白金製パイプが破損してしまい、一部が短時間でアグレッシブな塩素ガスによって溶けてしまうことが分かった。さらに、塩素ガスの導入の機能が確実ではないため、含水量が許容できない位高い値にまで増加してしまう。加えて、溶けた白金によって、許容できない位多くの白金ポケットがガラス中に生じる。その結果、製造を短時間で停止しなければならない。
【０００５】
高性能という必要性を満たすガラスの製造では、ガスをガラス溶融物中に導入して導入されたガスによって決定される反応を起こすことが共通のプロセスである。酸素または還元ガスを導入することによって、ガラス中に含まれる着色多価イオンを、ガラスの所望の着色を達成するようにまたはガラスの望ましくない変色を防止するように酸化段階中に特定の範囲に調節することができる。小さな溶融アグリゲートの場合には、シリカガラスまたは白金等の、溶融温度に耐性がありかつ溶融物を汚染しない材料からなる一般的に適度に曲がったパイプを、坩堝の上部から底部のすぐ上の位置まで溶融物中に導入する。
【０００６】
工業用のアグリゲートの場合には、ガスを様々な位置で溶融物中に導入する。ほとんどの部分では、いわゆるバブリングノズルをガラス溶融タンク中の流量を特定に作用させて使用する。このような場合には、通常、酸素、希薄な空気または不活性ガスが使用される。反応性ガスをガラス溶融物中の化学反応にさせてもよい。
【０００７】
ガスを溶融物中に導入する標準的な方法は、アグレッシブなガラス溶融物、特に高性能レーザー用のリン酸塩ガラス溶融物の連続的な製造には適用できない。溶融物中に上部から浸漬される白金製パイプの一部は短持間で溶けて破損してしまうので、パイプはその機能をもはや果たすことができない。加えて、白金がかなり溶けることによって、かなりの数の非常に小さな白金粒子がガラス溶融物中に形成されて、これにより、このような溶融物から製造されるガラスはレーザーガラスには使用できない。
【０００８】
溶融物中に上部から浸漬する白金製の供給パイプの代わりに、セラミックまたはシリカガラス等の、他の材料からなるパイプを使用しても、すべての材料が数時間でアグレッシブな溶融物中で溶けてしまい、連続的なガラスの製造に適さないため、上記問題を解決することにはならない。
【０００９】
また、溶融物を含む容器の底部を通してガスを導入することは、すべての既知の材料を破壊してしまうアグレッシブな溶融物の腐食作用によって、すでに不可能であることが知られている。ガス供給装置において溶融容器の底部で腐食及び破壊が起こると、全溶融物が流出してしまうため、取扱者にはかなりの恐怖をもたらし、さらには製造が長期間中断してしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、ガスによる装置の損傷または溶解を起こさずに長期間にわたってガスを熱媒体中に導入できる、装置及び経済的かつ無公害な（安全性の高い）方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記（１）〜（１５）によって達成される。
【００１２】
（１）  ガスを導入するためのパイプ（２）と、該パイプ（２）が挿入される冷却ジャケット（３）とを含む、熱媒体中にガスを導入するための装置。
【００１３】
（２）  該冷却ジャケット（３）は、パイプ（２）が該冷却ジャケット（３）のオリフィス部（２ａ）まで挿入される、前記（１）に記載の装置。
【００１４】
（３）  該冷却ジャケット（３）用の冷却剤は、ガス若しくはガス混合物、オイル若しくはオイル混合物、シリコーン油若しくはシリコーン油混合物、または水若しくは水溶液である、前記（１）または（２）に記載の装置。
【００１５】
（４）  導入されるガスは、塩素ガス、塩素化合物ガス、または塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガスである、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の装置。
【００１６】
（５）  導入されるガスと接触する装置の表面の材質が白金または白金合金である、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の装置。
【００１７】
（６）  ガスが導入される熱媒体は、溶融ガラスである、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の装置。
【００１８】
（７）  ガスが導入される熱媒体を含む容器を有し、かつ該容器は、ガラス溶融タンク若しくはこの低部、または坩堝若しくはこの低部である、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の装置。
【００１９】
（８）  パイプ及び該パイプが挿入される冷却ジャケットを含む装置を用いてガスを熱媒体中に導入することを特徴とする、熱媒体中にガスを導入する方法。
【００２０】
（９）  該冷却ジャケットは、パイプが該冷却ジャケットのオリフィス部まで挿入される、前記（８）に記載の方法。
【００２１】
（１０）  該冷却ジャケットは、ガス若しくはガス混合物、オイル若しくはオイル混合物、シリコーン油若しくはシリコーン油混合物、または水若しくは水溶液で冷却される、前記（８）または（９）に記載の方法。
【００２２】
（１１）  ガスとして、塩素ガス、塩素化合物ガス、または塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガスが導入される、前記（８）〜（１０）のいずれかに記載の方法。
【００２３】
（１２）  ガスを溶融ガラス中に導入する、前記（８）〜（１１）のいずれかに記載の方法。
【００２４】
（１３）  ガスは、ガラス溶融タンク若しくはこの低部、または坩堝若しくはこの低部に導入され、該ガラス溶融タンク若しくはこの低部、または坩堝若しくはこの低部は、精製部分及びコンディショニング部分として使用される、前記（８）〜（１２）のいずれかに記載の方法。
【００２５】
（１４）  連続的に行なわれる、前記（８）〜（１３）のいずれかに記載の方法。
【００２６】
（１５）  塩素ガス、塩素化合物ガス、または塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガスを、ガラスをレーザー用途で製造するための溶融物中に導入するための、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の装置の使用。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を説明する。
【００２８】
本発明に係る第一の態様は、ガスを導入するためのパイプ（２）及び該パイプ（２）が挿入される冷却ジャケット（３）を含む、熱媒体中にガスを導入するための装置を提供するものである。
【００２９】
本発明に係る第二の態様は、パイプ及び該パイプが挿入される冷却ジャケットを含む装置を用いてガスを熱媒体中に導入することを特徴とする、熱媒体中にガスを導入する方法を提供するものである。
【００３０】
本発明に係る第三の態様は、塩素ガス、塩素化合物ガス、または塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガスを、ここからガラスをレーザー用途で製造する溶融物中に導入するための、本発明の装置の使用を提供するものである。
【００３１】
本発明の装置や方法を使用することによって、塩素ガスなどのアグレッシブなガスと接触した部分でも冷却ジャケットによって十分に冷却できるため、アグレッシブなガスが通るパイプがガスと接触中高温になることがないため、パイプの破損や溶解が効果的に防止でき、パイプを構成する材料（白金などの）ポケットの形成が防止できる。その結果、製造を連続的に行なえる。さらに、容器の底部からパイプを介してガスを溶融物中に導入する場合であっても、上記と同様にしてパイプの破損や溶解の防止効果に加えて、溶融物を含む容器の底部で腐食及び破壊が起こらないので、溶融物が流出することなく、製造を安全かつ長期間連続して行なうことができる。
【００３２】
以下、本発明の装置および方法の具体的な態様を図面を参照しながら、説明する。
【００３３】
図１は、本発明の装置の一実施態様を示す断面図である。図１において、本発明の装置１は、ガスを供給するパイプ２及び該パイプ２を冷却するための冷却ジャケット３から構成される。この際、装置１において、ガスがパイプ２を通して熱媒体中に供給される。パイプ２は、冷却ジャケット３中を通り、パイプ内に供給されるガスは、冷却ジャケット３中に導入され、抜き出される冷却剤によって冷却される。また、冷却ジャケット３中には、図１に示されるように好ましくは冷却ジャケット３のオリフィス部２ａまで、パイプ２が挿入されていることが好ましい。なお、図１は、本発明の装置の実施態様を説明するために簡略化して記載している。
【００３４】
図２は、本発明の装置を用いて精製及び乾燥工程においてガスを導入する一実施態様を示す断面図である。図２において、ガスは、装置１内の冷却ジャケット３中に挿入されたパイプ２を介して、熱媒体６（例えば、ガラス溶融物）が入っている容器の底部１０から熱媒体６中に導入されて、精製及び乾燥工程が行なわれる。この際、例えば、熱媒体６がガラス溶融物である場合には、ガラスを容器中に送液（矢印７）、溶融した後、さらにガラス溶融物を目的製品に加工するために抜き出す（矢印８）。図２において、装置１の熱媒体を含む容器側の末端は、容器の底部１０のくぼみ９に取り付けられることが好ましく、必要であれば、容器の底部１０とくぼみ９との接合部分はシールされてもよい。
【００３５】
図３は、本発明の装置を用いて精製及び乾燥工程においてガスを導入する他の実施態様を示す断面図である。図３では、ガスは、装置１内の冷却ジャケット３中に挿入されたパイプ２を介して、熱媒体６（例えば、ガラス溶融物）が入っている容器の上部から熱媒体６中に導入されて、精製及び乾燥工程が行なわれる。この際、装置１の熱媒体６中に導入される深さは、熱媒体の精製及び乾燥工程が充分行なえるものであれば特に制限されるものではないが、装置１は、図３に示されるように、熱媒体６（例えば、ガラス溶融物）が入っている容器の上部から底部１１のすぐ上の位置まで熱媒体６中に浸漬されていることが好ましい。
【００３６】
既存の装置一式（ユニット）をあとでガス供給装置に付加する図３に示される装置が、本発明において好ましい。図３の装置を使用する場合には、熱媒体と接触する装置の面積が図２に示される装置を使用する場合に比べてかなり大きいため、熱媒体から熱が奪われる割合が大きくなる。このため、熱媒体からの放熱の度合いに比例して、熱媒体を加熱する必要がある。
【００３７】
本発明において、導入されるガスは、特に制限されず、熱媒体中に導入される用途で使用されるガスを使用できる。具体的には、純粋及び工業用の塩素ガス、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）、四塩化炭素（ＣＣｌ4）等の塩素化合物ガス、ならびに塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガスなどが挙げられる。
【００３８】
本発明において、ガスは、本発明の装置を通して供給されるため、ガスとの装置の接触表面は、適当な冷却ジャケットによって、熱媒体がガスと反応する臨界温度未満に維持できる。このため、アグレッシブなガスがパイプ内を通ってもパイプの破損や溶解が起こらず、白金などのパイプを構成する材料によるポケットの形成も防止でき、その結果、製造を連続的に行なえる。さらに、容器の底部から本発明の装置を介してガスを溶融物中に導入する場合であっても、上記と同様にしてパイプの破損や溶解が起こらないという利点に加えて、溶融物を含む容器の底部で腐食及び破壊が起こらないので、溶融物が流出することなく、製造を安全かつ長期間連続して行なうことができるのである。
【００３９】
したがって、本発明の装置では、例えば、導入されるガスと接触する部分（パイプ）は、冷却ジャケットによって十分に冷却されることが好ましい。これにより、白金等の金属からなるパイプはガスと接触している間熱くなることがない。適当な冷却によって、本発明の装置では、ガラスで被覆されておらず、ガスと接触されうるすべての金属表面を、使用されるガスによって金属が溶解してしまう、臨界温度を超えてまで熱せられることが防止される。冷却ジャケットには、パイプが挿入されているが、パイプは好ましくは冷却ジャケットのオリフィス部まで挿入される。
【００４０】
本発明において、導入されるガス（特に、塩素ガス）と接触する装置の表面は、一般的な温度で導入されるガスに化学的に耐性（耐熱性や耐腐食性）のある材料で構成される、またはこのような材料で被覆されることが好ましい。このような材料は、一般的な温度で導入されるガス（特に、塩素ガス）に化学的に耐性があれば特に制限されないが、白金または白金合金が挙げられる。このような材質であれば、本発明において特に好ましく使用される塩素ガスを、そのまま装置表面に接触することができ、好ましい。この際、上記材料は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。また、後者の場合、例えば、導入されるガス（特に、塩素ガス）と接触する部分が、他の構造材料に白金または白金合金の薄層が塗布・被覆されたものであってもよい。白金または白金合金の代わりに、高フッ素含量を有するプラスチックを使用してもよい。このようなプラスチックを使用する場合であっても、プラスチックの分解温度を超えないように、冷却によって温度を調節することが好ましい。上記実施態様では、スチール等の、かなりの数の材料が他の構造材料として使用できる。白金または白金合金の使用量が減少することができ、ゆえに装置が製造面及び使用面で有意に安価にできる点から、導入されるガス（特に、塩素ガス）と接触する装置の表面が一般的な温度で導入されるガスに化学的に耐性のある上記材料などで被覆されることが好ましい。
【００４１】
本発明の装置では、冷却ジャケット中に冷却剤がガスを冷却するために導入されているが、このような冷却剤としては、特に制限されるものではなく、公知の冷却剤が使用できる。具体的には、ガス及びガス混合物；オイル及びオイル混合物；シリコーン油及びシリコーン油混合物；ならびに水及び水溶液などが挙げられる。これらのうち、経済的な観点及び無公害（安全性）の観点から、水若しくは水溶液が好ましく使用される。
【００４２】
本発明の装置及び方法は、特に高性能レーザー用のレーザーガラスを連続的に製造する場合に適用されることが好ましい。このため、本発明において、ガスが導入される熱媒体は、溶融ガラスである場合に特に有効であり、また、導入されるガスは、上記したような塩素ガス、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）、四塩化炭素（ＣＣｌ4）等の塩素化合物ガス、ならびに塩素ガス、塩素化合物ガス及び他のガスから選ばれるガスの混合ガス等のアグレッシブなガスを少なくとも含むものである場合に有効である。
【００４３】
また、本発明において、導入されるガス、特に塩素ガス等のアグレッシブなガスは、ガラス溶融タンク若しくはこの低部、または坩堝若しくはこの低部中に導入されることが好ましい。この際、ガラス溶融タンク若しくはこの低部、または坩堝若しくはこの低部は、精製部分及びコンディショニング（調湿）部分として使用される。
【００４４】
本発明の装置及び方法は、連続的な製造を目的として適用されることが好ましく、特に高性能のレーザー用ガラスの連続的な製造を目的として適用されることが好ましい。これは、従来では、アグレッシブなガスや熱媒体（溶融物）の腐食作用によって、溶融容器の底部での腐食及び破損が起こり、坩堝等の溶融容器内の溶融物（例えば、ガラス溶融物）がすべて容器の底部から流出してしまうため、塩素ガス等のアグレッシブなガスを低部から導入することが不可能であったが、上記したような本発明の装置及び方法を使用することによって、この問題が解決できたためである。
【００４５】
本発明によって、塩素ガス等のアグレッシブなガスにより装置の損傷または溶解を引き起こすことなく、長期間にわたって、塩素ガス等のアグレッシブなガスをガラス溶融物等の熱媒体中に長期間にわたって導入できる装置が提供される。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、ガスを導入するためのパイプ（２）及び該パイプ（２）が挿入される冷却ジャケット（３）を含む、熱媒体中にガスを導入するための装置；およびパイプ及び該パイプが挿入される冷却ジャケットを含む装置を用いてガスを熱媒体中に導入することを特徴とする、熱媒体中にガスを導入する方法に関するものである。したがって、本発明の装置及び方法によれば、塩素ガスなどのアグレッシブなガスを用いた場合でも、ガスと接触した部分が冷却ジャケットによって十分に冷却され、ガスが通るパイプがガスと接触中でも高温になることがないため、パイプの破損や溶解が効果的に防止でき、パイプを構成する材料によるポケットの形成が防止できる。その結果、本発明の装置や方法を使用することによって、製造を安全かつ長期間連続して行なうことができる。また、本発明の装置及び方法によれば、容器の底部からパイプを介してガスを溶融物中に導入する場合であっても、上記と同様にしてパイプの破損や溶解の防止効果に加えて、溶融物を含む容器の底部で腐食及び破壊が起こらないので、溶融物が流出することなく、製造を安全かつ長期間連続して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の装置の一実施態様を示す断面図である。
【図２】は、本発明の装置を用いて精製及び乾燥工程においてガスを導入する一実施態様を示す断面図である。
【図３】は、本発明の装置を用いて精製及び乾燥工程においてガスを導入する他の実施態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１…本発明の装置、
２…パイプ、
２ａ…オリフィス部、
３…冷却ジャケット、
６…熱媒体、
９…くぼみ。
【図１】
0005075311.tif 000002
【図２】
0005075311.tif 000003
【図３】
0005075311.tif 000004