(57)【要約】後壁、第１の側壁、第２の側壁、前壁、および底壁を含む電気的にブーストされた耐火性溶融器であって、後壁から前壁まで延びる長手方向の中心線と、長手方向の中心線に対して直交し第１の側壁の内面と第２の側壁の内面との間に延びる全幅とを有する溶融器である。溶融器は、後壁と前壁との間の長さＬと、中心線に対して直交する第１の側壁と第２の側壁との間の幅Ｗとも有する。複数の電極が、溶融器の底壁を通って溶融器の内部に延出し、Ｌ／Ｗは約２．０〜約２．４の範囲内である。
2020513396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス物品を製造する方法において、
少なくとも１つのスクリューフィーダを用いて、原材料を、溶融ガラスを収容している溶融器内へと供給する工程であって、前記溶融器が、後壁、前壁、第１の側壁、第２の側壁、および底壁を含み、前記溶融器が、前記後壁の内面から前記前壁の内面まで延びる長さＬと、該長さＬに対して直交し前記第１の側壁の内面から前記第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗと、前記長さＬに沿って延び前記第１の側壁および前記第２の側壁の両方から等距離である長手方向の中心線とを有し、Ｌ／Ｗが約２．０〜約２．４の範囲内である、工程と、
前記溶融器の内部に延出する複数の電極間における電流を用いて前記溶融ガラスを加熱する工程であって、それにより、前記溶融ガラス内に、前記中心線に対して平行であり前記後壁に向かう方向の第１の流速の第１の対流、前記中心線に対して平行であり前記前壁に向かう第２の流速の第２の対流、前記中心線から横断方向に前記第１の側壁に向かう第３の流速の第３の対流、および前記中心線から横断方向に前記第２の側壁に向かう第４の流速の第４の対流を含む複数の対流を生じる、工程と
を含み、
前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍ下方の、前記中心線に沿った前記第２の流速に対する前記第１の流速の積分比が、１．５以上である
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記Ｌ・Ｗが約１７平方メートル以下である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記前壁から０．０５Ｌの位置であり且つ前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、前記少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、前記第２の流速に対する前記第３の流速または前記第４の流速の比率の絶対値の逆数が、５０％より大きい、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記後壁から０．０５Ｌの位置であり且つ前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、前記少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、前記第１の流速に対する前記第３の流速または前記第４の流速の比率の絶対値の逆数が、５０％より大きい、請求項１〜３のいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
前記複数の電極がモリブデンを含む、請求項１〜４のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
前記複数の電極のうちの各電極において評価される対地電圧のばらつきが０±８０ボルトを超えない、請求項１〜５のいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
ガラス物品を製造する装置において、
後壁と、前壁と、第１の側壁と、前記第１の側壁の反対側の第２の側壁とを含む溶融器であって、前記後壁の内面から前記前壁の内面まで延びる長さＬと、該長さＬに対して直交し前記第１の側壁の内面から前記第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗとを更に有し、Ｌ／Ｗが約２．０〜約２．４の範囲内である、溶融器と、
前記溶融器の底壁を通って前記溶融器の内部に延出する複数の電極であって、各電極がモリブデンを含む、複数の電極と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
前記Ｌ・Ｗが約１７平方メートル以下である、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記第１の側壁および前記第２の側壁のうちの一方または両方を通って前記溶融器の前記内部に対して露出した複数の燃焼バーナーを更に含む、請求項７または８記載の装置。
【請求項１０】
ガラス物品を製造する方法において、
少なくとも１つのスクリューフィーダを用いて、原材料を、溶融ガラスを収容している溶融器内へと供給する工程であって、前記溶融器が、後壁、前壁、第１の側壁、第２の側壁、および底壁を含み、前記溶融器が、前記後壁の内面から前記前壁の内面まで延びる長さＬと、該長さＬに対して直交し前記第１の側壁の内面から前記第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗと、前記長さＬに沿って延び前記第１の側壁および前記第２の側壁の両方から等距離である長手方向の中心線とを有し、Ｌ・Ｗが約１７平方メートル未満であり、Ｌ／Ｗが約２．０〜約２．４の範囲内である、工程と、
前記溶融器の内部に延出する複数のモリブデン含有電極間における電流を用いて前記溶融ガラスを加熱する工程であって、それにより、前記溶融ガラス内に、前記中心線に対して平行であり前記後壁に向かう方向の第１の流速の第１の対流、前記中心線に対して平行であり前記前壁に向かう第２の流速の第２の対流、前記中心線から横断方向に前記第１の側壁に向かう第３の流速の第３の対流、および前記中心線から横断方向に前記第２の側壁に向かう第４の流速の第４の対流を含む複数の対流を生じる、工程と
を含み、
前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍ下方の位置の、前記中心線に沿った前記第２の流速に対する前記第１の流速の積分比が、１．５以上である
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１６年１１月８日に出願された米国特許出願第６２／４１９，１１５号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を以下に完全に記載されているかのように参照して本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的に、ガラス物品を形成する装置および方法に関し、具体的には、原材料を溶融させて溶融ガラスを生じる装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、ディスプレイ装置（例えば、テレビのディスプレイ、コンピュータのディスプレイ、携帯電話のディスプレイ、ラップトップおよびタブレットのディスプレイ等）の製造において用いられるガラスシート等のガラス物品の大規模な製造は、原材料を溶融させて、下流の形成処理においてガラス物品として形成可能な加熱された粘性材料（以降、「溶融ガラス」または「メルト」と称する）を生じることで開始する。連続的処理、半連続的処理、または個別処理において、例えば、様々な金属酸化物、改質剤、融剤、および清澄剤等の原材料が混合されて溶融炉に投入され、そこで、原材料は、材料が溶解する温度まで加熱される。ディスプレイ品質のガラスの化学的組成の溶融温度は高い（例えば、約１５２５℃〜約１５７５℃の範囲内）ので、かなりのエネルギー入力を要する。従って、ディスプレイガラスを製造するための溶融器は、溶融器の上部に溶融ガラスの液位より高く配置された従来の燃焼バーナー（即ち、クラウンバーナー）、または、場合によっては、溶融ガラスの表面より低く配置された従来の燃焼バーナー（即ち、液面下燃焼バーナー）に加えて、より熱効率が高い、溶融ガラス自体の内部における電気的にブーストされたジュール加熱を用い得る。
【０００４】
幾つかの工業用途、例えば、光学品質ガラスの製造においては、比較的小型の溶融器が用いられ得る。小型の溶融器は、従来のフロートガラス製造処理において用いられ得るエーカーサイズの溶融器と比べて構築するのが安価であると共に、より良好に制御できる。
【０００５】
コストを節約するために、同じ１組の設備から、より多くのガラスを製造せよという圧力が高まっている。より規模の小さい溶融処理についても、アウトプットを高めるための最も実際的な方法は、溶融器から下流の製造装置を通る溶融ガラスの流れを増加させることである。それにもかかわらず、アウトプットを高める必要性は、溶融器のサイズを増加させることを突き進める結果となってきた。しかし、一部の溶融器（例えば、少なくとも部分的に電流によって加熱される溶融器）については、少なくとも、溶融器の幅にわたって電気的に発火させる（例えば、電流を確立する）ために要する電圧は、製造職員および電気設備自体の両方に対する危険性を高めるという理由から、サイズに限界があり得る。更に、高電圧は、溶融ガラスではなく溶融器の耐火物を通る発火の危険を冒す。溶融ガラスを迂回して、溶融器の壁の耐火性材料を直に通る電流は、溶融器の壁の過度の加熱を生じて、壁の材料の分解または溶融ガラス内への溶出の可能性を高め得る。この放出された壁の材料は、ひいては、溶融ガラス内における特定の化学種の溶解限界を超え得るものであり、それらの化学種が完全に溶解せず、および／または、溶融ガラスから析出せず、それにより、最終的なガラス物品に欠陥を形成する確率を高め得る。例えば、溶融器の壁に用いられている高ジルコニア耐火性材料から溶融ガラス中に溶出するジルコニアの量が増加すると、溶融ガラスからのジルコニアの析出、および、その後、装置の下流部分において溶融ガラスが冷えた際の、メルト中におけるジルコニア結晶の形成につながり得る。これらの問題の幾つかに対処できないことは、部分的には、溶融装置の様々な構成要素と溶融ガラスとの間の（例えば、電極材料と、溶融ガラスに含まれる得る特定の清澄剤との間の）不適合性に基づくものである。一方、適合する電極材料は、上述の電圧の限度を超えることを回避するために溶融器のサイズを制限する物理的な具現化を必要とし得る。
【０００６】
清澄剤および電極材料の変更は、確立されている安全性プロトコルの範囲内において、しかし歴史的な経験の範囲外で、以前には達成できなかった新たな溶融器設計を可能にしてきた。その結果として、流量を増加させるための溶融器設計の変更（例えば、溶融器の幅の変更）は、溶融器内における溶融ガラスの流動力学の予期せぬ変化と、その後の、溶融ガラスから製造されたガラス物品における欠陥の増加とを生じている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、高い流量をサポートしつつ、欠陥が低減される溶融器設計が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
物品を製造する方法が開示される。本方法は、少なくとも１つのスクリューフィーダを用いて、原材料を、溶融ガラスを収容している溶融器内へと供給する工程を含み、溶融器は、後壁、前壁、第１の側壁、第２の側壁、および底壁を含み、溶融器は、後壁の内面から前壁の内面まで延びる長さＬと、長さＬに対して直交し第１の側壁の内面から第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗと、長さＬに沿って延び第１の側壁および第２の側壁の両方から等距離である長手方向の中心線とを有し、Ｌ／Ｗは約２．０〜約２．４の範囲内である。本方法は、溶融器の内部に延出する複数の電極間における電流を用いて溶融ガラスを加熱する工程を更に含み、それにより、溶融ガラス内に、中心線に対して平行であり後壁に向かう方向の第１の流速の第１の対流、中心線に対して平行であり前壁に向かう第２の流速の第２の対流、中心線から横断方向に第１の側壁に向かう第３の流速の第３の対流、および中心線から横断方向に第２の側壁に向かう第４の流速の第４の対流を含む複数の対流を生じる。溶融ガラスの表面から５．１ｃｍ下方の位置の、中心線に沿った第２の流速に対する第１の流速の積分比は、１．５以上である。
【０００９】
一部の実施形態では、Ｌ・Ｗは約１７平方メートル以下（例えば約１６平方メートル以下、約１５平方メートル以下、または約１４平方メートル以下）である。
【００１０】
前壁から０．０５Ｌの位置であり且つ溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、第２の流速に対する第３の流速または第４の流速の比率の絶対値の逆数は、５０％より大きいものであり得る。
【００１１】
後壁から０．０５Ｌの位置であり且つ溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、第１の流速に対する第３の流速または第４の流速の比率の絶対値の逆数は、５０％より大きいものであり得る。
【００１２】
本方法は、電流を用いて溶融ガラスを加熱する工程と同時に、燃焼バーナーを用いて溶融ガラスを加熱する工程を更に含み得る。
【００１３】
一部の実施形態では、電流による溶融ガラスへのエネルギー入力は、電流および燃焼バーナーによる溶融ガラスへの総エネルギー入力の少なくとも２０％である。
【００１４】
複数の実施形態において、複数の電極は、溶融器の底壁を通って溶融器の内部に延出する。
【００１５】
複数の電極はモリブデンを含み得る。
【００１６】
一部の実施形態では、複数の電極のうちの各電極において評価される対地電圧（ＶＴＧ）のばらつきは、０±８０ボルトを超えない。例えば、複数の実施形態において、ＶＴＧの絶対値は７０ボルト以下（例えば約６５ボルト以下）である。
【００１７】
本方法は、溶融ガラスを帯状ガラスに形成する工程を更に含み得るものであり、帯状ガラスの筋コントラスト値は０．３３％以下である。
【００１８】
別の実施形態では、ガラス物品を製造する装置が開示される。本装置は、後壁と、前壁と、第１の側壁と、第１の側壁の反対側の第２の側壁とを含む溶融器を含み、溶融器は、後壁の内面から前壁の内面まで延びる長さＬと、長さＬに対して直交し第１の側壁の内面から第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗとを更に有し、Ｌ／Ｗは約２．０〜約２．４の範囲内である。複数の電極は、溶融器の底壁を通って溶融器の内部に延出し、各電極はモリブデンを含む。
【００１９】
Ｌ・Ｗは約１７平方メートル以下（例えば、約１６平方メートル以下、約１５平方メートル以下、または約１４平方メートル以下）であり得る。
【００２０】
本装置は、第１の側壁および第２の側壁のうちの一方または両方を通って溶融器の内部に対して露出した複数の燃焼バーナーを更に含み得る。
【００２１】
更に別の実施形態では、ガラス物品を製造する方法が記載される。本方法は、少なくとも１つのスクリューフィーダを用いて、原材料を、溶融ガラスを収容している溶融器内へと供給する工程を含み、溶融器は、後壁、前壁、第１の側壁、第２の側壁、および底壁を含み、溶融器は、後壁の内面から前壁の内面まで延びる長さＬと、長さＬに対して直交し第１の側壁の内面から第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗと、長さＬに沿って延び第１の側壁および第２の側壁の両方から等距離である長手方向の中心線とを含み、Ｌ・Ｗは約１７平方メートル未満であり、Ｌ／Ｗは約２．０〜約２．４の範囲内である。
【００２２】
本方法は、溶融器の内部に延出する複数のモリブデン含有電極間における電流を用いて溶融ガラスを加熱する工程を更に含み、それにより、溶融ガラス内に、中心線に対して平行であり後壁に向かう方向の第１の流速の第１の対流、中心線に対して平行であり前壁に向かう第２の流速の第２の対流、中心線から横断方向に第１の側壁に向かう第３の流速の第３の対流、および中心線から横断方向に第２の側壁に向かう第４の流速の第４の対流を含む複数の対流を生じる。溶融ガラスの表面から５．１ｃｍ下方の位置の、中心線に沿った第２の流速に対する第１の流速の積分比は、１．５以上である。
【００２３】
本方法は、電流を用いて溶融ガラスを加熱する工程と同時に、燃焼バーナーを用いて溶融ガラスを加熱する工程を更に含み得る。
【００２４】
一部の実施形態では、電流による溶融ガラスへのエネルギー入力は、電流および燃焼バーナーによる溶融ガラスへの総エネルギー入力の少なくとも２０％である。
【００２５】
複数の実施形態において、前壁から０．０５Ｌの位置であり且つ溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、第２の流速に対する第３の流速または第４の流速の比率の絶対値の逆数は、５０％より大きい。
【００２６】
複数の実施形態において、後壁から０．０５Ｌの位置であり且つ溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、第１の流速に対する第３の流速または第４の流速の比率の絶対値の逆数は、５０％より大きい。
【００２７】
本明細書に開示される実施形態の更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む本明細書に記載されているように本発明を実施することによって認識される。
【００２８】
上記の概要説明および以下の詳細説明は、特許請求される発明の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図した実施形態を示すものであることを理解されたい。添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は、本開示の様々な実施形態を示しており、明細書と共に、本開示の原理および作用を説明する役割をするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】例示的なガラス製造装置の模式図
【図２】溶融ガラスを製造するための例示的な溶融器の斜視図
【図３】図２の溶融器の長手方向の平面図
【図４】溶融器内における溶融ガラスの流れを示す、図２の溶融器の別の長手方向の平面図
【図５】図２の溶融器の横断方向の断面図
【図６】図２の溶融器の長手方向の断面図
【図７】３通りの異なる溶融器設計の箱ひげ図
【図８Ａ】底壁に取り付けられた電極を含み、幅に対する長さのアスペクト比が２．０である溶融器設計Ａについての、電極の対地電圧のグラフ
【図８Ｂ】底壁に取り付けられた電極を含み、幅に対する長さのアスペクト比が１．９である溶融器設計Ｂについての、電極の対地電圧のグラフ
【図８Ｃ】底壁に取り付けられた電極を含み、幅に対する長さのアスペクト比が２．４である溶融器設計Ｃについての、電極の対地電圧のグラフ
【図９】３通りの異なる溶融器設計Ａ、Ｂ、およびＣから得られた筋についての合格率のプロット
【図１０Ａ】３通りの溶融器設計Ａ、Ｂ、およびＣについての、長さＬの関数としての、モデル化された後方への流速と前方への流速との比率をプロットしたグラフ
【図１０Ｂ】３通りの溶融器設計Ａ、Ｂ、およびＣについての、長さＬの関数としての、モデル化された長手方向の流速と横断方向の流速との比率をプロットしたグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本開示の実施形態を詳細に参照する。それらの例が添付の図面に示されている。可能な場合には常に、同一または類似の部分を参照するために、図面を通して同一の参照番号が用いられる。しかし、本開示は多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書において述べられる実施形態に限定されると解釈されるべきではない。
【００３１】
本明細書において、範囲は、「約」或る特定の値から、および／または、「約」別の特定の値までと表現され得る。そのような範囲が表現された場合には、別の実施形態は、その或る特定の値から、および／または、別の特定の値までを含む。同様に、値が「約」という語を用いて概算として表現された場合には、その特定の値が、別の実施形態を構成することを理解されたい。更に、各範囲の終点は、他方の終点との関係において、および他方の終点から独立して、有意であることを更に理解されたい。
【００３２】
本明細書において用いられる方向に関する用語（例えば、上、下、右、左、前、後、頂部、底部）は、単に描かれた図面を参照したものであり、絶対的な向きを意味することは意図しない。
【００３３】
特に明記しない限り、本明細書において述べられたいずれの方法も、その工程が特定の順序で行われることを要すると解釈されることは意図せず、いずれの装置も、特定の向きを要すると解釈されることは意図しない。従って、方法の請求項が、その工程が辿るべき順序を実際に記載していない場合、いずれかの装置の請求項が、個々の構成要素に対する順序もしくは向きを実際に述べていない場合、特許請求の範囲もしくは説明において、その工程が特定の順序に限定されることが別様で具体的に述べられていない場合、または、装置の構成要素に対して特定の順序もしくは向きが具体的に述べられていない場合には、どのような点においても、順序または向きが推論されることは意図しない。このことは、工程の配列、動作フロー、構成要素の順序、または構成要素の向きに関する論理の問題、文法的な組織または句読点から導出される通常の意味、および、明細書に記載されている実施形態の数またはタイプを含む、どのような可能な明示されていない解釈の基礎についても成り立つ。
【００３４】
本明細書において用いられる単数形の「a」、「an」、および「the」は、特に明記しない限り、複数の被参照物を含むものである。従って、例えば、「a component」と言った場合には、特に明記しない限り、２以上のそのような「構成要素」を有する態様を含む。
【００３５】
歴史的に、ガラス製造（例えば、ディスプレイガラスを製造するために用いられるアルミノボロシリケートガラスの製造）の清澄処理において、気泡を除去するために用いられている清澄剤は、酸化ヒ素および／または酸化アンチモンを含んでいた。その理由は、これらの材料は、多くの代替材料と比較して比較的高い温度で酸化還元反応を起こすためである。このことは、酸化ヒ素および／または酸化アンチモンを、高い溶融温度の原材料のために理想的なものとしていた。更に、ヒ素およびアンチモンは、他の使用可能な清澄剤と比較して、これらの酸化還元反応中にかなりの酸素を生じる。残念ながら、アンチモンおよび／またはヒ素清澄剤とモリブデンとの間の化学的な不適合性により、例えば、ディスプレイ産業（例えば、携帯電話ディスプレイ、コンピュータディスプレイ、テレビディスプレイ等の製造）において用いられるガラス基体のような光学品質のガラス物品の製造においてしばしば用いられるような、電気的に発火または電気的にブーストされる溶融器におけるより安価なモリブデン電極の使用は排除されていた。これにより、スズ（例えば、酸化スズ）を含む電極のような代わりの電極材料を用いることが必要であった。しかし、酸化スズは、溶融ガラスの化学的に攻撃的な性質に起因する腐食を受け易いので、電極の腐食および／または電極の溶解を補償するために、溶融ガラス中に電極を比較的頻繁に押し込むことが必要となっていた。また、溶融ガラスに対する不必要な露出、およびその後の溶融ガラス中における電極の急速な溶解が回避され得るように、溶融ガラス中への電極の延出が最小限になるよう、酸化スズ電極を溶融炉の側壁に埋め込むことも必要となっていた。従って、一般的に、酸化スズ電極の面のみが、壁に取り付けられた位置において溶融ガラスに露出されていた。
【００３６】
より最近では、環境的懸念が、酸化ヒ素および酸化アンチモンの清澄剤から代わりの清澄剤（最も顕著には酸化スズ）への切り替えにつながっている。酸化スズは、清澄剤としては、酸化ヒ素および酸化アンチモンのいずれよりも効果が低く、硬質のディスプレイタイプのガラス（例えば、アルミノボロシリケートガラス）中への溶解限界も低いが、ヒ素やアンチモンよりも毒性が顕著に低い。
【００３７】
製品需要が、より高いアウトプットの必要性を高めており、この必要性を満たすための最も実際的な代替手段は、更なる製造ラインを建設することよりも、溶融器を大きくすることによって、溶融器のサイズを増加させることであった。しかし、溶融器の幅の変更は、側壁に取り付けられた電極に印加される電圧に対する制約によって、たちまち圧倒された。ディスプレイタイプのガラスは、典型的には、高い抵抗率を示すので、電極から電極まで溶融器の特定の幅を横断する電流を確立するために必要な電圧は、設備の周囲で働いている職員にとって危険になり得るのみならず、溶融器の耐火性材料内にかなりの電流を確立するのに十分な大きさに達し得る。即ち、溶融器の壁の材料を通って延びる電極間に電流が確立されて、実質的に、溶融ガラスを迂回し得る。溶融ガラスではなく溶融器を通る電流の短絡による溶融器の壁の過剰な加熱は、溶融ガラス中への溶融器の耐火性材料の溶出率を高め得る。従って、溶融器の幅、および、互いに反対側の側壁に取り付けられた電極間の距離には制限があり、それにより、メルトおよび流量を増加させるための実際的な手段として残されているのは、溶融器の長さの変更のみである。従って、最も歴史的な処理の最適化は、溶融器の長さおよびメルト内における長手方向の対流を増加させることに焦点が当てられていた。
【００３８】
メルト内における対流は、ガラス組成物と、下記の形態で表され得る対流についての無次元量のスケール係数であるレイリー数Ｒａによって説明される熱勾配とによって駆動される。
Ｒａ＝（ｇβΔＴｘ３）／（ν１α１）          …（１）
式中、ｇは重力に起因する加速度を表し、βは熱膨張係数を表し、ΔＴは温度差駆動対流を表し、ｘは特徴的な長さを表し、νは動粘度を表し、αは熱拡散率を表す。この式については、対流の力の強さは、βによって定義されるガラス熱膨張係数（ＣＴＥ）によって決定され、これは、溶融器および／またはメルトの高温ゾーンと低温ゾーンとの間の密度差、高温ゾーンと低温ゾーンとの間の温度差（ΔＴ）、この温度範囲にわたる溶融器内のガラスの粘度、および、高温ゾーンと低温ゾーンとの間の長さもしくは距離を導出する。明らかなように、高温ゾーンおよび低温ゾーンの位置および温度差は、上記のレイリーの式のほとんどの係数に影響する大きな変数である。
【００３９】
ヒ素および酸化アンチモンの清澄剤から離れたことは、酸化スズ清澄剤と適合すると共に酸化スズ電極より安価な代わりの電極材料（例えば、モリブデン等）への扉を開いた。更に、モリブデンは、酸化スズよりも、溶融ガラス中における腐食耐性が高いので、モリブデン電極は、溶融ガラス中に押し込まれることをさほど頻繁に必要とせず、その結果として、より長い寿命を示す。従って、モリブデン電極は、例えば、溶融器の底壁（および／または側壁）から、ロッドとして溶融ガラス中に直に延出させることができ、それにより、従来の酸化スズ電極によって溶融器の幅に課された制約を克服できる。即ち、長さを増加させるだけでなく、溶融器の幅を、従来の制約を超えて増加させることによって、溶融器の能力（例えば、溶融器からの流量）を高めることができる。それにもかかわらず、溶融器サイズの、特に幅方向における増加が試みられた際に、溶融器設計のガイドとして先例のみを用いた場合、得られた溶融器は、不安定になることなく特定の流量を超えることはできなかった。
【００４０】
溶融ガラスを製造するために原材料を溶融させる技術の当業者には、溶融ガラス内において生じる対流が、少なくとも幾つかの目的（例えば、多量の溶融ガラスを通して熱エネルギーを分配すること、および、溶融ガラスの物理的混合を促進すること）の役に立つことが認識されよう。電気的にブーストされた溶融器内における対流は、クラウン酸素バーナーから、および、電極間にある周囲のメルトを通る電流からメルトに入力される熱から生じる。
【００４１】
モリブデン電極の使用は、溶融器の幅に対する制約を広げたが、溶融器のサイズ、より具体的には、溶融器のアスペクト比（即ち、幅に対する長さの比率）を変えると、メルト内における温度のばらつき、電圧のばらつき、および不均一性（筋）性能を含む、処理の特定の性能特性にも、望ましくない変化が生じることが見出された。これらの特性のうちの最初のものは、処理自体に直接関係するものであるが、最後のものは、最終的な製品に直に現れ得る影響である。不均一性の小さい領域が、処理の混合動作を経ても残り得た場合には、この材料の不均一性（例えば、粘度差）は、延伸された帯状ガラスにおいて、「筋」として記述されるナノメートル台の厚さのずれの繰り返しパターンとなって現れ得る。人間の目は、これらのタイプの回折、即ちレンズ効果パターンに本質的に敏感であるので、例えばディスプレイ等の、人間が観察することになっている製品においては、その存在は非常に望ましくない。従って、実験およびモデリングによって、高い流量の需要を満たすために溶融器設計のサイズ変更を可能にする、溶融器設計と性能との間の関係が見出された。
【００４２】
図１には、例示的なガラス製造装置１０が示されている。一部の実施形態では、ガラス製造装置１０は、溶融器１４を含み得るガラス溶融炉１２を含み得る。ガラス溶融炉１２は、溶融器１４に加えて、必要に応じて、例えば、原材料を加熱して原材料を溶融ガラスにするよう構成された加熱要素（例えば、燃焼バーナーおよび／または電極）等の１以上の更なる構成要素を含み得る。例えば、溶融炉１４は、燃焼バーナーおよび直接加熱の両方によって原材料にエネルギーが加えられ、原材料に電流が通されることにより、原材料のジュール加熱によってエネルギーが加えられる、電気的にブーストされた溶融器であり得る。本明細書において用いられる溶融器は、溶融処理中に、直接電気抵抗加熱（ジュール加熱）によって原材料および／またはメルトに付与されるエネルギーの量が、約２０％以上であり且つ１００％未満である場合に、電気的にブーストされた溶融器と見なされる。
【００４３】
更なる実施形態では、ガラス溶融炉１２は、溶融器からの熱損失を低減する熱管理装置（例えば、断熱構成要素）を含み得る。更なる実施形態では、ガラス溶融炉１２は、原材料を溶融させて溶融ガラスにするのを容易にする電子装置および／または電気機械装置を含み得る。更に、ガラス溶融炉１２は、支持構造（例えば、支持シャーシ、支持部材等）または他の構成要素を含み得る。
【００４４】
ガラス溶融器１４は、典型的には、耐火性セラミック材料（例えば、アルミナまたはジルコニアを含む耐火性セラミック材料）等の耐火性材料で構成されるが、その代わりに、またはそれに加えて、例えばイットリウム等の他の耐火性材料が用いられてもよい。幾つかの例では、ガラス溶融器１４は耐火性セラミック煉瓦で構築されてもよい。
【００４５】
一部の実施形態では、溶融炉１２は、例えば、不定の長さの帯状ガラスであるガラス物品を製造するよう構成されたガラス製造装置の構成要素として組み込まれ得るが、更なる実施形態では、ガラス製造装置は、例えば、ガラスロッド、ガラス管、ガラス管球（例えば、照明装置用のガラス管球（例えば、電球））、およびガラスレンズ等であるがそれらに限定されず、他の多くのガラス物品が考えられる、他のガラス物品を形成するよう構成され得る。一部の例では、溶融炉は、スロットドロー装置、フロートバス装置、ダウンドロー装置（例えば、フュージョンダウンドロー装置）、アップドロー装置、プレス装置、圧延装置、管引き装置、または本開示の利益を得る他の任意のガラス製造装置を含む、ガラス製造装置の構成要素として組み込まれ得る。例として、図１は、後で個々のガラスシートに加工されるまたはスプール上に巻かれる帯状ガラスを、フュージョンドロー法で延伸するためのフュージョンダウンドローガラス製造装置１０の構成要素としての、ガラス溶融炉１２を模式的に示す。
【００４６】
ガラス製造装置１０（例えば、フュージョンダウンドロー装置１０）は、必要に応じて、ガラス溶融器１４に対して上流に配置された上流のガラス製造装置１６を含み得る。幾つかの例では、上流のガラス製造装置１６の一部分または全体は、ガラス溶融炉１２の一部として組み込まれ得る。
【００４７】
図１に示されている実施形態に示されるように、上流のガラス製造装置１６は、材料貯蔵ビン１８、原材料送出装置２０、および原材料送出装置に接続されたモータ２２を含み得る。貯蔵ビン１８は、或る量の原材料２４を貯蔵するよう構成され得るものであり、原材料２４は、矢印２６によって示されているように、１以上の供給ポートを通してガラス溶融炉１２の溶融器１４に供給され得る。原材料２４は、典型的には、１以上のガラス形成金属酸化物および１以上の変性剤を含む。幾つかの例では、原材料送出装置２０は、原材料送出装置２０が所定の量の原材料２４を貯蔵ビン１８から溶融器１４へと送出するように、モータ２２によって動力を供給され得る。更なる例では、モータ２２は、溶融ガラスが流れる方向に対して相対的に溶融器１４から下流で感知される溶融ガラスのレベルに基づいて、制御された速度で原材料２４を導入するように、原材料送出装置２０に動力を供給し得る。その後、溶融ガラス２８が形成するために、溶融器１４内の原材料２４が加熱され得る。典型的には、最初の溶融工程において、例えば、様々な「砂」を含む粒子としての原材料が溶融器に加えられる。原材料は、以前の溶融および／またはを形成処理から出たスクラップガラス（即ちカレット）も含み得る。溶融処理を開始するために、典型的には、燃焼バーナーが用いられる。電気的にブーストされた溶融処理では、原材料の電気抵抗が十分に下がったら（例えば、原材料が液化し始めたら）、原材料と接触して配置された電極間に電位を生じることによって、電気的ブーストが開始され、それにより、原材料を通る電流を確立し、このとき、原材料は、溶融状態になるか、または溶融状態にあるのが典型的である。
【００４８】
ガラス製造装置１０は、必要に応じて、溶融ガラス２８が流れる方向に対して相対的にガラス溶融炉１２の下流に配置された下流のガラス製造装置３０も含み得る。幾つかの例では、下流のガラス製造装置３０の一部分は、ガラス溶融炉１２の一部として組み込まれ得る。しかし、一部の例では、後述する第１の接続管３２、または下流のガラス製造装置３０の他の部分が、ガラス溶融炉１２の一部として組み込まれ得る。下流のガラス製造装置の要素（第１の接続管３２を含む）は、貴金属から形成され得る。適切な貴金属としては、白金、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、およびパラジウム、またはそれらの合金から成る金属の群から選択される白金族金属が挙げられる。例えば、ガラス製造装置の下流の構成要素は、約７０重量％〜約９０重量％の白金および約１０〜約３０重量％のロジウムを含む白金−ロジウム合金から形成され得る。しかし、他の適切な金属としては、モリブデン、レニウム、タンタル、チタン、タングステン、およびそれらの合金が挙げられる。
【００４９】
下流のガラス製造装置３０は、溶融器１４から下流に配置され、上述の第１の接続管３２を介して溶融器１４に結合された第１のコンディショニング（即ち処理）器（例えば、清澄器３４等）を含み得る。一部の例では、溶融ガラス２８は、溶融器１４から第１の接続管３２を介して清澄器３４へと重力によって供給され得る。例えば、重力は、溶融ガラス２８を、溶融器１４から清澄器３４へと第１の接続管３２の内部通路を通過するように駆動し得る。しかし、溶融器１４の下流（例えば、溶融器１４と清澄器３４との間）に、他のコンディショニング器が配置されてもよいことを理解されたい。一部の実施形態では、溶融器と清澄器との間にコンディショニング器が用いられてもよく、そこで、一次溶融器からの溶融ガラスが、溶融処理に続けるために二次溶融器内において更に加熱されるか、または、清澄器に入る前に、一次溶融器内の溶融ガラスの温度より低い温度まで冷却される。
【００５０】
清澄器３４内で、様々な技術によって、溶融ガラス２８から気泡が除去され得る。例えば、原材料２４は、加熱された際に化学的還元反応を生じて酸素を放出する、例えば酸化スズ等の多価化合物（即ち、清澄剤）を含み得る。他の適切な清澄剤としては、ヒ素、アンチモン、鉄、およびセリウムが挙げられるが、それらに限定されず、一部の用途では、先に述べたように、ヒ素およびアンチモンの使用は、環境的な理由から推奨されない場合がある。清澄器３４は、溶融器の温度より高い温度まで加熱され、それにより、清澄剤が加熱される。温度によって誘発される、メルトに含まれる１以上の清澄剤の化学的還元によって生じる酸素の気泡は、清澄器内の溶融ガラスを通って上昇し、溶融炉内で生じた溶融ガラス内の気体が、清澄剤によって生じた酸素の気泡と合体またはその中に拡散し得る。次に、大きくなった気泡は、増加した浮力によって、清澄器内の溶融ガラスの自由表面まで上昇し、その後、清澄器から排気される。酸素の気泡は、更に、溶融ガラスを通って上昇する際に、清澄器内の溶融ガラスの機械的混合を生じさせ得る。
【００５１】
下流のガラス製造装置３０は、別のコンディショニング器（例えば、清澄器３４から下流に流れる溶融ガラスを混合するための混合装置３６等）を更に含み得る。混合装置３６は、均質なガラスメルト組成物を設けることにより、別様では清澄器から出る清澄化された溶融ガラス内に存在し得る化学的または熱的不均質性を低減するために用いられ得る。図示されるように、清澄器３４は、第２の接続管３８を介して混合装置３６に結合され得る。幾つかの実施形態では、溶融ガラス２８は、清澄器３４から第２の接続管３８を介して混合装置３６へと重力によって供給され得る。例えば、重力は、溶融ガラス２８を、清澄器３４から混合装置３６へと第２の接続管３８の内部通路を通過するように駆動し得る。なお、混合装置３６は、溶融ガラスが流れる方向に対して相対的に清澄器３４の下流に示されているが、他の実施形態では、混合装置３６は清澄器３４の上流に配置され得る。一部の実施形態では、下流のガラス製造装置３０は、複数の混合装置（例えば、清澄器３４の上流の混合装置および清澄器３４の下流の混合装置）を含み得る。これらの複数の混合装置は、互いに同じ設計であってもよく、または異なる設計であってもよい。一部の実施形態では、容器および／または管のうちの１以上は、溶融材料の混合およびその後の均質化を促進するために内部に配置された静的混合羽根を含み得る。
【００５２】
下流のガラス製造装置３０は、混合装置３６から下流に配置され得る別のコンディショニング器（例えば、送出器４０等）を更に含み得る。送出器４０は、下流の形成装置に供給される溶融ガラス２８をコンディショニングし得る。例えば、送出器４０は、溶融ガラス２８の一貫した流れを調節して、導出管４４を介して形成体４２に供給するアキュムレータおよび／または流れコントローラとして作用し得る。図示されるように、混合装置３６は、第３の接続管４６を介して送出器４０に結合され得る。幾つかの例では、溶融ガラス２８は、混合装置３６から第３の接続管４６を介して送出器４０へと重力によって供給され得る。例えば、重力は、溶融ガラス２８を、混合装置３６から送出器４０へと第３の接続管４６の内部通路を通過するように駆動し得る。
【００５３】
下流のガラス製造装置３０は形成装置４８を更に含み得るものであり、形成装置４８は、上述の形成体４２を含み、導入管５０を含む。導出管４４は、送出器４０から形成装置４８の導入管５０へと溶融ガラス２８を送出するよう配置され得る。フュージョンダウンドローガラス製造装置の形成体４２は、形成体の上面内に位置するトラフ５２と、形成体の底縁部（ルート部）５６に沿って延伸方向に収束する形成面５４とを含み得る。送出器４０、導出管４４、および導入管５０を介して形成体トラフへと送出される溶融ガラスは、トラフの壁を越えて流れ、溶融ガラスの別々の流れとして、収束する形成面５４に沿って下降する。溶融ガラスの別々の流れは、ルート部の下方でルート部に沿って接合して単一の帯状の溶融ガラス５８を生じ、帯状の溶融ガラス５８は、ガラスが冷えて材料の粘度が増加する際の帯状ガラスの寸法を制御するために、例えば、重力、縁部ロール、および引張ロール（図示せず）によって帯状ガラスに引張力を加えることによって、ルート部５６から延伸方向６０に延伸される。従って、帯状ガラス５８は粘弾性の遷移を経て、帯状ガラス５８に安定した寸法特性を与える機械的特性を得る。一部の実施形態では、帯状ガラス５８は、帯状ガラスの弾性領域内において、ガラス分離装置（図示せず）によって個々のガラスシート６２に分離され得るが、更なる実施形態では、帯状ガラスはスプールに巻き付けられ、更なる処理のために保管され得る。
【００５４】
ここで図２および図３を参照すると、後壁１００、前壁１０２、第１の側壁１０４、第２の側壁１０６、および底壁１０８（これらは共に桶１１０を構成する）を含む例示的な溶融器１４が示されており、これらの壁は、溶融処理中に溶融ガラス２８を桶１１０内に保持するよう配置されている。溶融器１４は、典型的には長方形の形状であり、第２の側壁１０６は第１の側壁１０４に対して平行であり、後壁１００は前壁１０２と平行である。頂壁１１２は、典型的には、必ずしも弧状でなくてもよく、桶１１０を覆って延びており、通常はクラウンと称される。溶融器１４は、第１の側壁１０４および第２の側壁１０６の上部に配置された複数のバーナーポート１１４を更に含み得るものであり、バーナーポート１１４内には複数のそれぞれの燃焼バーナー１１６が配置されており、燃焼バーナーによって生じた炎が溶融器内の原材料および／または溶融ガラスを覆って延びるようになっているが、更なる実施形態では、液面下燃焼が設けられてもよい。
【００５５】
溶融器１４は、後壁１００を通って開口した少なくとも１つの供給ポート１１８を更に含み、供給ポート１１８は、溶融ガラスにする処理のために原材料２４を桶１１０に送出できるように、原材料送出装置２０に結合されている。更なる実施形態では、後壁１００は、原材料を桶１１０内へと供給する複数の供給ポート１１８および複数の原材料送出装置２０を含み得る（例えば２つの供給ポート１１８および２つの原材料送出装置２０であるが、３つ以上の供給ポートおよび３つ以上の原材料送出装置が設けられてもよい）。一部の実施形態では、各原材料送出装置２０は、同じ原材料を桶１１０に供給し得るが、更なる実施形態では、異なる原材料送出装置は、異なる原材料を桶１１０に供給してもよい。例えば、一部の実施形態では、第１の原材料送出装置は、第１の原材料を桶１１０に供給し、第２の原材料送出装置は、第１の原材料とは異なる第２の原材料を桶１１０に供給し得る。更に、溶融器１４は、底壁１０８を通って桶１１０内に延出する複数の電極１２０も含み得るものであり、複数の電極は、電源と電気的につながっている。しかし、更なる実施形態では、その代わりに、またはそれに加えて、複数の電極１２０は、第１の側壁１０４および／または第２の側壁１０６を通って桶１１０内に延出していてもよく、更なる実施形態では、複数の電極は、側壁および底壁の両方の中に配置されてもよい。一部の実施形態では、バーナー１１６および電極１１６の両方によって溶融材料に加えられる総熱エネルギーと比較した、電極１１６によって桶１１０内の溶融材料に加えられる熱エネルギーは、約２０％〜約８０％の範囲（例えば、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、または７０％以上等）であり得る。例えば、電極１２０によって桶１１０内の溶融材料に加えられる熱エネルギーの、バーナー１１６と比較した比率は、２０％：８０％、３０％：７０％、４０％：６０％、５０％：５０％、６０％：４０％、７０％：３０％、または８０％：２０％（全ての範囲およびそれらの間の部分的な範囲を含む）であり得る。
【００５６】
溶融器の様々な壁のうちのいずれか１以上に、熱電対（図示せず）が埋め込まれ得る。例えば、底壁に埋め込まれた熱電対は、例えば、溶融器の中心線に長手方向に沿ったメルトの底部温度を供給し得るものであり、側壁に埋め込まれた熱電対は、メルトの側部温度を供給し得る。頂壁内に配置された熱電対は、クラウン温度を供給し得る。
【００５７】
先に述べたように、溶融器１４は、概ね長方形形状であり、後壁１００の内面から前壁１０２の内面まで長手方向に延びる長さＬと、長さＬに対して直交して延びる、即ち、第１の側壁１０４の内面から反対側の第２の側壁１０６の内面まで横断方向に延びる幅Ｗとを有する。長手方向の中心線ＣＬは、溶融器の長さに沿って延び、溶融器を二等分する。溶融器１４のアスペクト比Ｌ／Ｗは、一部の実施形態では、２．５以下であり且つ１．９より大きいもの（例えば約２．０〜約２．５の範囲内、約２．１〜約２．５の範囲内、約２．２〜約２．５の範囲内）であり得る。特定の実施形態において、アスペクト比Ｌ／Ｗは、約２．３〜約２．５の範囲内（例えば２．４）であり得る。溶融器の内部の溶融ガラスの表面積に関係する、溶融器の内部の面積Ｌ・Ｗは、典型的には、約１７平方メートル以下（例えば、約１６平方メートル以下、約１５平方メートル以下、または約１４平方メートル以下）である。
【００５８】
動作においては、１以上の原材料送出装置２０は、溶融器１４の下流に配置された、製造装置１０内の溶融ガラスの液位を感知する１以上の液位プローブ１３２から受信された信号に応答して、溶融器１４に原材料２４を送出する。例えば、液位プローブ１３２は、清澄器３４内または清澄器３４の下流に配置され得る。一部の実施形態では、図１によって示されているように、液位プローブ１３２は導管３８内に配置され得る。各原材料送出装置２０は、例えば液位プローブ１３２からの信号に応答して、溶融器内への原材料の供給を制御するよう構成された制御装置１３３と、電気的に結合され得る。原材料２４が桶１１０に入ると、原材料は、典型的には、それぞれの供給ポートの下方に山状（「バッチの山」）に蓄積され、前壁１０２に向かって前方に広がり、溶融ガラスの表面に浮かぶスカム１３４の泡状の層（図６を参照）と合流する。しかし、より典型的には、原材料は、バッチの山から放射状に広がる「ストリーム」によって、前壁に向かう方向に移動する。そのようなストリームは、しばしば、時々蛇行するそれらの経路を参照して「バッチスネーク」と称される。
【００５９】
スカム層は、溶融している副生成物および溶解していない原材料を含むものであり、後壁１００から前壁１０２に向かう方向に延び、一般的に、シリカを豊富に含み、溶融中に放出されたガスと組み合わさっており、一般的に、溶融ガラス中に溶解するのが困難である。従って、スカム層１３４は前壁１０２に近づき得るものであり、一部の実施形態では、メルトの表面全体にわたって延在し得る。
【００６０】
原材料２４がバッチの山から前方に広がると、バーナー１１６から放射され対流する熱伝達が、原材料を加熱して溶融させるのを補助する。同様に、電極１２０に電圧が印加されて、電極群の間（例えば、対になった電極の間）に電流を確立し、この電流が、メルトの抵抗によって溶融ガラスを内側から加熱し得る。従って、メルト自体からの伝導熱が、原材料を更に溶解させ得る。なお、バッチ送出装置２０によって導入された全ての原材料が、溶融器内において完全に溶解するわけではない場合もある。例えば、原材料が溶融器に入った直後に、原材料の重量によって、原材料の一部が、スカム層を通ってメルト内へと移動する場合がある。また、より重い個々の原材料の構成成分が、先にスカム層を通って下降して、溶融ガラスを通って循環する場合もある。しかし、原材料が前方に到達して、最終的にスカム層を通って下降し、メルト中に溶解する際、原材料の粒子は、粒子が前壁に到達するのに十分に長い時間にわたってスカム層内に保持され得る。これらの粒子が、最終的に、前壁付近においてスカム層の下の溶融ガラスと合流した場合には、原材料の粒子がメルト内において完全に溶解するには不十分な時間しかない場合があり、その際、不完全に溶解した粒子は、溶融器から出て下流のガラス製造装置３０に入る溶融ガラスの流れに取り込まれ得る。従って、スカム層は、原材料の粒子が実質的に溶融処理を迂回する道を提供することによって、仕上げられたガラス物品の汚染源となり得る。
【００６１】
ここで図４〜図６を参照すると、燃焼バーナーおよび／または様々な電極間の電流によって溶融ガラスに加えられる熱エネルギーは、メルト２８の本体内にホットスポット１６０を生じて、ホットスポットと溶融器のより低温の後壁、前壁、および側壁との間の温度差がメルト内に対流を確立するように、制御され得る。例えば、頂壁１１２を省いて示されている溶融器１４の上面図である図４は、流れベクトルのパターンを、溶融器内におけるメルトの最も高温の領域を表すホットスポット１６０から外に向かって放射状に広がる矢印として示しており、流れベクトルは溶融ガラスの対流を記述している。なお、流れベクトル１６２ａおよび１６２ｂは、ホットスポット１６０から長手方向に後壁１００に向かう方向の溶融ガラスの流れと、ホットスポット１６０から長手方向に前壁１０２に向かう方向の溶融ガラスの流れとをそれぞれ示しており、中間の概ね後方への各流れベクトルは、後方への（長手方向の）流れ成分を含み、概ね前方への各流れベクトルは、前方への（長手方向の）流れ成分を含む。同様に、２つの横断方向の互いに反対方向への流れが生じており、各横断方向の流れは、ホットスポット１６０から隣接する側壁に向かって延びている（即ち、中心線ＣＬから第１の側壁１０４に向かう方向に移動する横断方向の流れ１６２ｃ、および、中心線ＣＬから第２の側壁１０６に向かう方向に移動する横断方向の流れ１６２ｄ）。中間の概ね幅方向の各流れベクトルは、横断方向の流れ成分を含む。特に明記しない限り、本明細書において説明を簡単にするために用いられる横断方向とは、長手方向の軸（中心線）ＣＬに対して概ね直交する方向を指し、長手方向の流れとは、中心線ＣＬと平行な方向を指す。ホットスポット１６０内の溶融ガラスは、桶１１０の底部から湧き上って、メルトの表面１６４付近において外に向かって、溶融器の隣接する壁に向かって広がる。一方、図５は、溶融ガラスの横断方向の対流を示す、溶融器１４の横断方向の断面図であり、対流は、ホットスポット内において上昇し、メルトの表面付近においてメルトのそれぞれの部分を横断し、側壁において桶１１０の底部に向かって下降し、溶融器の底部を横断してホットスポット１６０に向かって流れる。従って、図示されているように、２つの逆回転する横断方向の対流（例えば、「セル」）が確立される。同様に、図６は、溶融ガラスの長手方向の対流を示す、溶融器１４の長手方向の断面図であり、対流は、ホットスポット内において上昇し、メルトの表面付近においてメルトのそれぞれの部分を横断し、前壁および後壁において桶１１０の底部に向かって下降し、溶融器の底部を横断してホットスポット１６０に向かって流れる。従って、図示されているように、２つの逆回転する長手方向の対流（例えば、「セル」）が確立される。
【００６２】
使用可能な設計の選択肢をより良好に理解するために、横断方向の対流および長手方向の対流の相対的な強さ（流速）を評価するための数学的モデルに、処理上の仮定を含ませた。溶融は、大部分は表面の現象であり、対流データの評価は、典型的には、メルトの表面または表面付近において行われることを理解されたい。
【００６３】
図７は、３通りの異なる溶融器設計についての、溶融器の底部におけるメルト温度を示す箱ひげ図である。各ケースにおいて、実際の溶融器の底壁内に中心線に沿って配置された熱電対から、３つの異なる位置についての底部温度を取得した。溶融器設計Ａは、溶融器の底壁内に配置され、ガラスメルト内へと上に延出するモリブデン電極を有し、設計Ａにおける溶融器のアスペクト比は２．４とした。溶融器設計Ｂは、溶融器の底壁内に配置され、ガラスメルト内へと上に延出するモリブデン電極を有し、溶融器のアスペクト比は１．９とした。溶融器設計Ｃは、溶融器の側壁内に配置され、側壁においてメルトに対して露出した酸化スズ電極を有し、溶融器のアスペクト比は２．４とした。このデータは、設計ＢおよびＣと比較して、溶融器設計Ａの底部温度の範囲の顕著な改善を示している。より具体的には、このデータは、設計Ａについて、設計ＢおよびＣと比較して、第１四分位数と第２四分位数との間の温度データの広がりが非常に少なく、最小底部温度と最大底部温度との間の広がりも低減されていることを示している。
【００６４】
図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃは、先の例と同じ３通りの溶融器設計Ａ、Ｂ、およびＣのそれぞれについての、約２週間の期間にわたって得られた対地電圧（ＶＴＧ）のグラフである。即ち、このデータは、各電極位置において測定された左側のＶＴＧと右側のＶＴＧとの間の差を示す。理想的には、ＶＴＧ（プロットの左から右まで）は０となり、ほとんどまたは全くばらつきがない。実際の応用では、メルトの表面上における原材料の動きが、処理の温度およびガラス内の電場に影響し、ＶＴＧにばらつきが生じる。このＶＴＧのばらつきは、メルト内の熱場および電場の相対的な安定性を表す。このグラフ中の個々のデータは、データの広がりよりも重要ではない（そして、グラフ中において観察するのは困難である）。底部に取り付けられたモリブデン電極を有し、アスペクト比が約２．０〜約２．５の範囲内（即ち、この具体的な例では２．４）である設計Ａは、共に短期間にわたる大きいシフトによって証明されているＶＴＧの大きなばらつきを示している設計ＢおよびＣより安定していることが容易にわかる（顕著に少ないＶＴＧのばらつきを示している）。これらのシフトは、溶融処理における不安定な温度および性能のばらつきに関係するものである。実際、図８Ａは、電圧の最大ばらつきの絶対値が８０ボルト（即ち、０±８０ボルト）よりも遥かに低い（例えば、約７０ボルト以下（即ち、０±７０ボルト）、例えば約６５ボルト以下（即ち、０±６５ボルト）、少数の例外では±４０ボルト以内である）ことを示している。溶融器Ｂ（図８Ｂ）およびＣ（図８Ｃ）の設計は、それより顕著に大きい対地電圧のばらつき（幾つかのケースでは０±１２０ボルトもの大きいばらつき）を示している。
【００６５】
図９は、筋性能（パーセントを単位とする累積合格率）の形態の処理のアウトプットを示す。筋は、形成処理における粘度に影響する、ガラスの化学的不均一性の尺度である。筋は、近赤外光源と、光ファイバと、コリメートされた自由空間ビームを発するための離散的自由空間光学系とを用いて測定される。コリメートされたビームは、仕上げられた製品（例えば、平坦なガラス基体）を通過して、反対側にある検出器アセンブリに入り、そこで、透過光がレンズによって集光され、配向されたスリットアパチャーを有するセンサ要素によってキャプチャされる。コリメートされたビームのコヒーレント長は基体の厚さより小さく、ビーム幅にわたって均一な位相波面を有する。ビームが、筋を有する基体を通過する際、厚さのばらつきによって、ビームの位相が弱く変調される。この光学的な効果は、回折格子の効果、並びに、０次回折界と２つの１次回折界との積に類似している。これらの回折界は、それらが伝搬を続けるにつれて干渉し、基体からの距離の関数としての強度の最大値および最小値を与える。集光レンズは、コントラストを強めると共にセンサ要素までの光路長を短縮するために用いられ、スリットアパチャーは、適切な量の空間解像度を達成すると共に振動の影響を受けないようにするために用いられる。筋の測定は、検出器によって知覚されるパワーの量を記録している間を通して、センサ要素を基体横断方向に移動させることによって行われる。筋コントラストをパーセントとして抽出するために、検出器信号プロファイルのデジタルフィルタリングが行われ得る。
【００６６】
図９が示しているように、０〜０．７％の範囲内の筋コントラスト％は、設計Ａ、Ｂ、およびＣの間の顕著な処理間の差を示している。筋についての設計Ａの能力は、高い累積合格率によって示されているように、設計ＢおよびＣより明らかに良好である。即ち、１年間の製造にわたるアウトプットのほぼ１００％が、約０．３３％以下のコントラストである。設計Ｃは、劣化した性能を示している。設計Ｂは、この安定性の測定指標を用いると、設計ＡおよびＣよりも明らかに悪く、設計Ｂの溶融器からの生産高の約８０％しか、０．３３％以内の筋コントラストに含まれていない。
【００６７】
図１０Ａは、上述の３通りの溶融器設計Ａ、Ｂ、およびＣについての、溶融器の長さＬのパーセンテージの関数としての、溶融ガラスの表面から２インチ（５．１ｃｍ）下方の位置における、溶融器の中心線に沿った、モデル化された後方への対流の流速と前方への対流の流速との比率のグラフである（横断方向の流れは０としている）。図１０Ａの個々の曲線は、溶融器の長さに沿ったこの比率の具体的な値を表しているが（０％は溶融器の後壁における位置であり、１００％は溶融器の前壁における位置である）、対象のパラメータは、後方への流速についての「曲線下」（即ち、曲線と横軸との間の）面積および前方への流速についての曲線下面積の比率の絶対値として決定された、全体を積分された長手方向の流速の比率である。この積分された長手方向の流速比率を１．５以上（例えば約１．５〜約２．０、約１．６〜約２．０、または約１．７〜約２．０の範囲内）に保つことで、流れの短絡（中心のホットスポットを迂回する流れ）が抑制されることが確実になると共に、気泡（泡）および筋事象として出現し得る混合されていないガラスから生じる処理の混乱が制限される。図１０Ａのグラフでは、後方への流れと前方への流れとの間の境界は、例えば、ここで検討されている設計においては、溶融器の長さの約５０％と６０％との間において、曲線が横軸を横断する点である（３つの曲線の全てについてのゼロ交差が５０％より大きいことは、３つの溶融器の全てについてのホットスポットが、溶融器の中心から僅かに前方にあることを示している）。図１０Ａのグラフによれば、後方への流れは、ゼロ交差の左側にある曲線の部分（例えば、負の値）であり、前方への流れは、ゼロ交差の右側にある曲線の部分（正の値）である。従って、積分された後方への流れを表している曲線の領域は、横軸と曲線の正の部分との間の（後壁からホットスポットまでの）領域であり、積分された前方への流れを表している曲線の領域は、横軸と曲線の負の部分との間の（ホットスポットと前壁との間の）領域である。これらの領域の比率が、積分された長手方向の流速である。
【００６８】
上述の例のように、底部に取り付けられたモリブデン電極を有する溶融器設計Ａのアスペクト比は２．４とし、底部に取り付けられたモリブデン電極を有する溶融器設計Ｂのアスペクト比は１．９とし、側壁に取り付けられた酸化スズ電極を有する溶融器設計Ｃのアスペクト比は２．４とした。３つの溶融器の全ては、後壁１００に配置され中心線について対称な２つの供給ポートを用い、両方の供給ポートが、同一の原材料を略同じ速度で桶１００内へと供給した。対流を決定し、レイリー数Ｒａ（式１）を用いて評価した。
【００６９】
溶融器設計Ａは、図１０Ａからの積分された前方への流速に対する積分された後方への流速比率である表の行１に示されているように、前方への対流と比較して、後方への対流を強めている（後方への流速を増加させている）。積分された後方への流速の比率を１．５以上に保つことで、流れの短絡が抑制されると共に、気泡および筋事象として出現し得る混合されていないガラスから生じる処理の混乱が制限される。
【００７０】
図１０Ｂは、３通りの溶融器設計Ａ、Ｂ、およびＣについての、長さＬのパーセンテージの関数としての、溶融器内の溶融ガラスの表面から２インチ（５．１ｃｍ）下方の位置の、スクリューフィーダの横断方向の位置における、モデル化された長手方向の（長さ方向の）対流の流速と横断方向の対流の流速との比率のグラフである。溶融器設計Ａは、更に、（前壁１０２から長さＬの５％の位置（即ち、０．９５Ｌ（９５％））であり、且つ、溶融材料の表面から５．１ｃｍの深さの、スクリューフィーダ位置における（即ち、スクリューフィーダの横断方向の位置と等しい横断方向の位置における）、長手方向の流速に対する横断方向の流速の比率を提供する表の列２に示されているように）、溶融器の前部における横断方向の対流が、前方への対流よりかなり強くなることを確実にする。なお、ホットスポットから生じて側壁に向かって外向きに放射状に広がる２つの横断方向の対流が存在する。モデル化においては、両方の横断方向の流れは等しいと仮定したので、上述の横断方向の流速は、これらの２つの流れのうちのいずれか一方を指す。また、図１０Ａのように、ホットスポットの左側への流れ（横軸上のゼロ交差）は後方への流れであり、ホットスポットの右側への流れは前方への流れである。前方への流速に対する横断方向の流速の比率の逆数の値（パーセントで表される）が５０％より大きい（例えば５０％超〜約６０％の範囲内、例えば、約５１％〜約６０％の範囲内、例えば、約５２％〜約６０％の範囲内、例えば、約５３％〜約６０％の範囲内、例えば、約５４％〜約６０％の範囲内、例えば、約５５％〜約６０％の範囲内、例えば、約５６％〜約６０％の範囲内、例えば５９％等である）場合には、この溶融器設計は、前方への流れおよび短絡する流れが支配しないことを確実にする。例えば、９５％Ｌにおける、（溶融器設計Ｂを表している）曲線Ｂ上の点の絶対値（前方への長手方向の流れ）は、約４．２７である。パーセントで表される４．２７の逆数は、（１／４．２７）×１００＝２３．４％である。
【００７１】
最後に、設計Ａは、溶融器の後部における横断方向の対流も、後方への長手方向の対流に対して相対的に強められることを確実にする。これは、後壁１００から０．０５Ｌ（５％Ｌ）の位置であり、且つ、溶融材料の表面から５．１ｃｍの深さの、スクリューフィーダ位置における、長手方向の（後方への）流速に対する横断方向の流速の比率を提供する表の行３の比率によって示されている。前方への流速に対する横断方向の流速の比率の逆数の絶対値（パーセントで表される）を５０％より大きく（例えば、５０％以上〜約６０％の範囲内、例えば、約５１％〜約６０％の範囲内、例えば、約５２％〜約６０％の範囲内、例えば、約５３％〜約６０％の範囲内、例えば、約５４％〜約６０％の範囲内、例えば、約５５％〜約６０％の範囲内、例えば、約５６％〜約６０％の範囲内、例えば５９％等に）保つことで、原材料の表面の流れ（バッチスネーク）を側壁に向かってより効果的に押すことが補助されると共に、流れの直接短絡および直に前壁１０２に向かう前方への混合されていない材料の動きが制限される。即ち、バッチスネークがより側壁に近いルートを移動する際に、バッチスネーク内に含まれているバッチ材料に、メルト中に溶解するためのより多くの時間が与えられる。
【００７２】
【表１】
2020513396.tif 000003
【００７３】
本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示の実施形態に対して様々な変形および変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内であるそのような変形および変更を網羅することが意図される。
【００７４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７５】
実施形態１
ガラス物品を製造する方法において、
少なくとも１つのスクリューフィーダを用いて、原材料を、溶融ガラスを収容している溶融器内へと供給する工程であって、前記溶融器が、後壁、前壁、第１の側壁、第２の側壁、および底壁を含み、前記溶融器が、前記後壁の内面から前記前壁の内面まで延びる長さＬと、該長さＬに対して直交し前記第１の側壁の内面から前記第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗと、前記長さＬに沿って延び前記第１の側壁および前記第２の側壁の両方から等距離である長手方向の中心線とを有し、Ｌ／Ｗが約２．０〜約２．４の範囲内である、工程と、
前記溶融器の内部に延出する複数の電極間における電流を用いて前記溶融ガラスを加熱する工程であって、それにより、前記溶融ガラス内に、前記中心線に対して平行であり前記後壁に向かう方向の第１の流速の第１の対流、前記中心線に対して平行であり前記前壁に向かう第２の流速の第２の対流、前記中心線から横断方向に前記第１の側壁に向かう第３の流速の第３の対流、および前記中心線から横断方向に前記第２の側壁に向かう第４の流速の第４の対流を含む複数の対流を生じる、工程と
を含み、
前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍ下方の、前記中心線に沿った前記第２の流速に対する前記第１の流速の積分比が、１．５以上である
ことを特徴とする方法。
【００７６】
実施形態２
前記Ｌ・Ｗが約１７平方メートル以下である、実施形態１記載の方法。
【００７７】
実施形態３
前記Ｌ・Ｗが約１４平方メートル以下である、実施形態２記載の方法。
【００７８】
実施形態４
前記前壁から０．０５Ｌの位置であり且つ前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、前記少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、前記第２の流速に対する前記第３の流速または前記第４の流速の比率の絶対値の逆数が、５０％より大きい、実施形態１記載の方法。
【００７９】
実施形態５
前記後壁から０．０５Ｌの位置であり且つ前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、前記少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、前記第１の流速に対する前記第３の流速または前記第４の流速の比率の絶対値の逆数が、５０％より大きい、実施形態１記載の方法。
【００８０】
実施形態６
前記電流を用いて前記溶融ガラスを加熱する前記工程と同時に、燃焼バーナーを用いて前記溶融ガラスを加熱する工程を更に含む、実施形態１記載の方法。
【００８１】
実施形態７
前記電流による前記溶融ガラスへのエネルギー入力が、前記電流および前記燃焼バーナーによる前記溶融ガラスへの総エネルギー入力の少なくとも２０％である、実施形態６記載の方法。
【００８２】
実施形態８
前記複数の電極が、前記溶融器の前記底壁を通って前記溶融器の内部に延出する、実施形態１記載の方法。
【００８３】
実施形態９
前記複数の電極がモリブデンを含む、実施形態８記載の方法。
【００８４】
実施形態１０
前記複数の電極のうちの各電極において評価される対地電圧のばらつきが０±８０ボルトを超えない、実施形態１記載の方法。
【００８５】
実施形態１１
収束する形成面上に前記溶融ガラスを流すことによって前記溶融ガラスを帯状ガラスに形成する工程を更に含む、実施形態１記載の方法。
【００８６】
実施形態１２
ガラス物品を製造する装置において、
後壁と、前壁と、第１の側壁と、前記第１の側壁の反対側の第２の側壁とを含む溶融器であって、前記後壁の内面から前記前壁の内面まで延びる長さＬと、該長さＬに対して直交し前記第１の側壁の内面から前記第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗとを更に有し、Ｌ／Ｗが約２．０〜約２．４の範囲内である、溶融器と、
前記溶融器の底壁を通って前記溶融器の内部に延出する複数の電極であって、各電極がモリブデンを含む、複数の電極と
を含むことを特徴とする装置。
【００８７】
実施形態１３
前記Ｌ・Ｗが約１７平方メートル以下である、実施形態１２記載の装置。
【００８８】
実施形態１４
前記Ｌ・Ｗが約１４平方メートル以下である、実施形態１３記載の装置。
【００８９】
実施形態１５
前記第１の側壁および前記第２の側壁のうちの一方または両方を通って前記溶融器の前記内部に対して露出した複数の燃焼バーナーを更に含む、実施形態１２記載の装置。
【００９０】
実施形態１６
ガラス物品を製造する方法において、
少なくとも１つのスクリューフィーダを用いて、原材料を、溶融ガラスを収容している溶融器内へと供給する工程であって、前記溶融器が、後壁、前壁、第１の側壁、第２の側壁、および底壁を含み、前記溶融器が、前記後壁の内面から前記前壁の内面まで延びる長さＬと、該長さＬに対して直交し前記第１の側壁の内面から前記第２の側壁の内面まで延びる幅Ｗと、前記長さＬに沿って延び前記第１の側壁および前記第２の側壁の両方から等距離である長手方向の中心線とを有し、Ｌ・Ｗが約１７平方メートル未満であり、Ｌ／Ｗが約２．０〜約２．４の範囲内である、工程と、
前記溶融器の内部に延出する複数のモリブデン含有電極間における電流を用いて前記溶融ガラスを加熱する工程であって、それにより、前記溶融ガラス内に、前記中心線に対して平行であり前記後壁に向かう方向の第１の流速の第１の対流、前記中心線に対して平行であり前記前壁に向かう第２の流速の第２の対流、前記中心線から横断方向に前記第１の側壁に向かう第３の流速の第３の対流、および前記中心線から横断方向に前記第２の側壁に向かう第４の流速の第４の対流を含む複数の対流を生じる、工程と
を含み、
前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍ下方の位置の、前記中心線に沿った前記第２の流速に対する前記第１の流速の積分比が、１．５以上である
ことを特徴とする方法。
【００９１】
実施形態１７
前記電流を用いて前記溶融ガラスを加熱する前記工程と同時に、燃焼バーナーを用いて前記溶融ガラスを加熱する工程を更に含む、実施形態１６記載の方法。
【００９２】
実施形態１８
前記電流による前記溶融ガラスへのエネルギー入力が、前記電流および前記燃焼バーナーによる前記溶融ガラスへの総エネルギー入力の少なくとも２０％である、実施形態１７記載の方法。
【００９３】
実施形態１９
前記前壁から０．０５Ｌの位置であり且つ前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、前記少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、前記第２の流速に対する前記第３の流速または前記第４の流速の比率の絶対値の逆数が、５０％より大きい、実施形態１６記載の方法。
【００９４】
実施形態２０
前記後壁から０．０５Ｌの位置であり且つ前記溶融ガラスの表面から５．１ｃｍの深さの、前記少なくとも１つのスクリューフィーダの横断方向の位置における、前記第１の流速に対する前記第３の流速または前記第４の流速の比率の絶対値の逆数が、５０％より大きい、実施形態１９記載の方法。
【符号の説明】
【００９５】
１０  ガラス製造装置
１２  ガラス溶融炉
１４  溶融器
２０  原材料送出装置
２４  原材料
２８  溶融ガラス
１００  後壁
１０２  前壁
１０４  第１の側壁
１０６  第２の側壁
１０８  底壁
１１０  桶
１１２  頂壁
１１４  バーナーポート
１１６  燃焼バーナー
１１８  供給ポート
１２０  電極
１６０  ホットスポット
ＣＬ  中心線
【図１】
2020513396.tif 000004
【図２】
2020513396.tif 000005
【図３】
2020513396.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020513396.tif 000010
【図８Ａ】
2020513396.tif 000011
【図８Ｂ】
2020513396.tif 000012
【図８Ｃ】
2020513396.tif 000013
【図９】
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【図１０Ａ】
2020513396.tif 000015
【図１０Ｂ】
2020513396.tif 000016
【国際調査報告】
2020513396.tif 000017
2020513396.tif 000018
2020513396.tif 000019
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