JP2002211932A - 高ｕｖ透過性ガラスを製造するための溶解装置ならびに方法 - Google Patents

高ｕｖ透過性ガラスを製造するための溶解装置ならびに方法

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JP2002211932A
JP2002211932A JP2001352281A JP2001352281A JP2002211932A JP 2002211932 A JP2002211932 A JP 2002211932A JP 2001352281 A JP2001352281 A JP 2001352281A JP 2001352281 A JP2001352281 A JP 2001352281A JP 2002211932 A JP2002211932 A JP 2002211932A
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glass
melting
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molten metal
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カール・マンネマン
Johann Faderl
ヨハン・ファダール
Steffen Gruen
シュテフェン・グリュン
Silke Wolff
シルケ・ヴォルフ
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Carl Zeiss AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 新規の溶解装置、ならびに、ＵＶ領域におい
て高透過性を有するガラスを製造することのできる新規
の光学ガラスの溶解方法を提供する。 【解決手段】 溶湯のための溶解槽と、この溶湯のため
の高純度の原材料を供給するための供給口と、溶解槽の
中で溶かされた物質を取り出すための取出口と、溶解槽
の上方に設けられた天井部とを備え、ここで、上記供給
口が、溶湯の上側の天井部の領域において溶解槽に設け
られるとともに、上記取出口が、溶解槽の底部の領域に
設けられ、さらに、加熱装置を備えてなる高ＵＶ透過性
ガラスを製造するための溶解装置において、この加熱装
置が、溶湯の領域において溶解槽に設けられた加熱素
子、とりわけ電極を備え、溶湯を攪拌するとともに、溶
解物表面上に載っている混合物から、溶解物へと物質を
均一に混入させ、かつ混合させるための攪拌装置が設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高ＵＶ透過性ガラ
スを製造するための溶解装置において、溶湯のための溶
解槽と、前記溶湯のための高純度の原材料を供給する、
あるいは入れるための供給口と、前記溶解槽の中で溶か
された物質を取り出すための取出口と、前記溶解槽の上
方に設けられた天井部と、加熱装置とを備えている溶解
装置に関する。さらに、本発明は、高ＵＶ透過性ガラス
を製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】均質な光学ガラスは、現在、溶解槽、供
給口、ならびに取出口を有し、さらに溶解槽の上方に天
井部、またはドーム部を有した溶解装置を用いて製造さ
れている。
【０００３】溶解物へのエネルギーは、一方では、例え
ば電極等を用いて溶解物を直接熱することにより、また
他方では、溶解物の表面を火炎で熱するバーナーを用い
て投入される。
【０００４】従来の技術によれば、均質な光学ガラスを
製造するために、高純度の原材料の良く均一化された混
合物が、一定量ずつ供給口を通して溶解物の溶解物表面
上にもたらされる。原材料を供給する際には、混合物が
閉鎖された覆いとして形成されないように留意する。と
いうのも、閉じた混合物の覆いは、光学ガラスが従来技
術によくあるように攪拌器で均一化されずに溶解される
と、良好な屈折率均一性にとっての妨げになるからであ
る。エネルギーは、一方では、例えば電極を用いて直に
供給され、他方、従来技術による方法ならびに周知の溶
解装置の場合には、溶解槽の上方に設けられたバーナー
によって溶解物の表面が火炎で熱せられる。このとき、
これら双方の加熱装置によるエネルギーの投入、つま
り、溶解物への直接的なエネルギーの投入、ならびに、
溶解物表面の上方における火炎での加熱によるエネルギ
ーの投入は、溶解槽の底部、及びドーム部−すなわち天
井部、に設けられている温度検出装置によって制御さ
れ、これにより、天井ドーム部の温度が大体底部の温度
に相当するものとなる。ドーム部の温度は、約１３００
℃、底部の温度は約１３５０℃になる。
【０００５】比較的均一な溶解装置内の温度分布によっ
て、混合物が確実に一様に溶解される。これにより、溶
解される混合物の良好な光学的均一性が得られる。溶解
された混合物は、取出口、換言すれば排出口を通り、白
金製パイプ系を介して精製室に至る。
【０００６】従来技術による溶解装置を用いて溶解され
たガラスは、すばらしい均質性を呈するが、しかしなが
ら、特にＵＶ（Ultra Violet; 紫外線）領域において、
明らかに透過率が低下する。
【０００７】この低いＵＶ透過性は、しかし、例えばテ
レコミュニケーション、マイクロリソグラフィー、ある
いは高出力映像、例えば高出力 r-LCD 映像、ないしは
t-LCD 映像等の分野でこのようなガラスを用いるのには
都合の悪いものとなる。この問題は、鉛の成分が原因と
なってＵＶ領域で既に比較的高い内部吸収を有する鉛ガ
ラス類において特に深刻である。
【０００８】とりわけ、鉛ガラスに十分なＵＶ透過性が
無いことが、このガラスを反射型液晶ディスプレイ（re
flective liquid crystal displays r-LCD）の分野へ応
用する際の妨げとなっている。その非常に低い光弾性係
数を考えれば、斯かるガラスの類が、上記のような応用
に抜きん出て相応しいものであるにもかかわらずであ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、した
がって、新規の溶解装置、ならびに、ＵＶ領域において
高透過性を有するガラスを製造することのできる新規の
光学ガラスの溶解方法を提供することにある。上述の如
く、現在周知の溶解方法によっては、ＵＶ高透過性ガラ
スを得ることはできない。
【００１０】ＵＶ高透過性ガラスは、R-LCD の分野以外
でも、例えば、特にグラスファイバーやファイバー増幅
等のテレコミュニケーションの分野、ならびに、特に高
出力投影に見られるマイクロリソグラフィーにおいて応
用することができるため、新規の方法、及び新規の溶解
装置は、溶かされるガラスの種類に関して高い柔軟性を
有している必要がある。さらに、これらのガラスが少な
くとも現在従来の方法によって溶かされるガラスの均一
性に匹敵するような非常に高い均一性を有することが要
求される。
【００１１】さらに、新規の装置、ならびに新規の方法
は、これまで周知であった装置に比べて、より簡単に構
成されているべきである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明により、この課題
は、従来技術に係る溶解装置において、例えば電極等、
溶湯の領域に設けられている加熱素子だけを有する加熱
装置と、さらに、溶湯を攪拌するための攪拌装置とを用
いて解決される。溶解槽は、攪拌器が中心に設けられた
円型の溶解るつぼとされていることが好ましい。攪拌器
は、好ましい実施形態においては、三つの部分、つま
り、上記溶解るつぼへと、真ん中で導かれる第１の部
分、９０°の角度をなしてわずかに溶解物表面の下の所
をさらに導かれる第２の部分、及び、溶解槽の外径の略
３分の２において再び９０°の角度をなして下方に導か
れる第３の部分を有している。攪拌器がこのような構成
とされていることによって、物質が溶解物表面に載って
いる混合物から溶解物へと一様に混入され、混合され
る。
【００１３】温度を調整し、制御するため、底部にもド
ーム部にも温度検出装置が設けられている。
【００１４】装置以外にも、本発明は、ＵＶ領域におい
て高透過性を有するガラスを製造する方法をも提供す
る。この方法は、高純度のガラス原材料の良く均一化さ
れた混合物を供給し、これにより、溶解物表面上に閉じ
た混合物の覆いを形成させ、エネルギーをもっぱらガラ
スの溶解物の領域においてのみ供給し、すでに溶解の間
にガラスの溶解物を攪拌することを特徴とする。
【００１５】本発明者らは、驚くべきことに、本発明に
よる方法の場合、溶解中の攪拌を通じて、普通なら攪拌
することに結びついて現れてくるような欠点が無いよう
にしながらも溶解を促進させることができるという知見
を得た。そうして、本発明によれば混合物の覆いの下で
のみ攪拌が行なわれるため、本発明に係る方法の場合、
とくに、るつぼの材料が混合物粒子による負荷を受ける
ことが回避される。
【００１６】本発明による方法は、鉛を含有する鉛ガラ
スを製造するとともに大幅に改善されたＵＶ透過性実現
するため、そして、改善されたＵＶ透過性を有した従来
のガラスを製造するために用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき詳述する。
【００１８】図１は、少ない溶解容量用の３槽連続型溶
解ユニットに用いられる従来技術による溶解槽の断面図
である。この溶解槽１から出て、溶解された混合物、す
なわちガラス３は、取出口５、及び白金製パイプ系７を
通って図示されぬ精練室に達し、そこから図示されぬ攪
拌るつぼ、そしてその後、フィーダに至り、さらに、熱
成形処理が施される。このような装置のスループット
は、約１５０〜２００ｋｇ／ｈの量に達する。従来技術
による溶解装置は、溶解槽１の他に、天井部９ならびに
供給口１１、そして排気口１３を有している。
【００１９】ガラス溶解物１３は、溶解物表面１５を有
し、この上に、供給口、換言すれば挿入口１１を通し
て、高純度の原材料が一定量ずつ、もしくは連続しても
たらされる。従来の技術によれば、このとき、閉じた混
合物の覆いは形成されない。本来の溶解工程は、溶解物
表面の下方に設けられた２×４個の電極１７．１，１
７．２，１７．３及び１７．４によって熱せられるもの
で、その他に、角度を有して設けられた二つのバーナー
１９によって、溶解物３の表面１５が火炎によって熱せ
られる。このとき、これらの双方の加熱装置によるエネ
ルギーの投入は、その都度、天井部、換言すればドーム
部９、及び溶解槽１の底部２１に設けられた温度検出素
子２３，２５を用いて、電気的に制御され、ドーム部の
領域で約１３００℃の温度、大体、底部の温度で約１３
５０℃に相当する程度の温度が実現されるようになって
いる。これにより、混合物が確実に一様に溶け、したが
って、物質の光学的な均一性が保証される。図２には、
従来技術による装置の上面図が示されている。
【００２０】明らかに、二つの互いにずらして設けられ
たガスバーナー１９．１，１９．２、及び底部２１に配
設された温度検出素子２３、排気口１３、供給口１１な
らびに精練溝７への取出口５が見て取れよう。
【００２１】図３には、本発明による装置が示されてい
る。図１及び図２における従来技術による装置と同等の
部材には、同一の符号を付す。
【００２２】図３は、本発明に係る新規の溶解槽の構成
を断面で示す図である。従来技術の装置と異なり、本発
明による装置は、溶解物３にもっぱら直接、つまり、溶
解物表面１５の下においてのみエネルギーを投入する手
段を備えている。エネルギーの投入は、もっぱら２×４
個の電極１７．１，１７．２，１７．３及び１７．４の
みを用いて行われる。天井部９、換言すればドーム部
も、溶解物表面１５も、いずれも熱せられたり、例えば
火炎によって熱せられたりすることはない。このため、
冷たい上部構造、すなわち、冷たいドーム部が形成され
る。溶解物表面１５の上方の温度は、およそ５００〜７
００℃の値になる。
【００２３】さらに、供給される原材料が一様に溶解物
表面１５上に配分され、或る閉じた混合物の覆いが形成
されるように、良く均一化された混合物が供給口１１を
通して供給される。従来技術による方法の場合に、閉じ
た混合物の覆いがあると、従来技術では攪拌器による均
一化が行なわれないで溶解されるために、連続的な素早
い溶解や、同じく、優れた屈折率の一様性を得る点では
妨げとなろう。
【００２４】これに対して、本発明による装置は、攪拌
器３０を有している。この攪拌器３０は、溶解槽１の中
心に設けられた第１の部分３０．１と、この第１の部分
に、溶解物表面１５の僅かに下の所で９０°の角度をな
して接続される第２の部分３０．２と、大体、溶解槽１
の外径の３分の２の所で再び９０°の角度をなして下方
へと導かれる第３の部分とを備えている。攪拌器がこの
ような構成とされていることによって、閉じた混合物の
覆いにおける溶解物表面１５上に載っている混合物か
ら、確実に溶解物へと物質が均一に混入され、かつ混合
され、したがって、閉じた混合物の覆いがあるにもかか
わらず、物質が均一に溶解することが保証される。火炎
によってドーム部が熱せられないために、溶解槽内の温
度が全体的に一層低くなり、約１２５０℃となる。閉じ
た混合物の覆いが、冷めた上部構造に向かって、温度が
上方に行くに従って不均一に低下するのを防いでいる。
溶解物表面１５が火炎によって熱せられないため、新規
の溶解装置へのエネルギーの投入がかなり少なくなり、
同時に、新規の溶解装置のもとで新しい方法を用いるこ
とにより、精練されたガラスのＵＶ透過性が改善され、
これに加えて、ＳＦガラスの場合には、発光特性が大幅
に改善される。図３の装置において、上述した方法によ
って溶解されたガラスの光学的な均一性は、通常の方法
で従来技術による装置において製造されたガラスに匹敵
する。
【００２５】図４には、本発明による新しい溶解装置が
示されている。図３にそれぞれ対応する部材は、同一の
符号を付す。とりわけ、第１の部分３０．１と、第２の
部分３０．２と、第３の部分とを有した攪拌器３０が明
瞭に示されている。
【００２６】以下に、本発明による装置で本発明による
方法を用いることにより製造されたガラスの実施例を挙
げる。これらの実施例から、本発明により得られたガラ
スが、従来の方法によって製造されたガラスに対して、
ＵＶ透過性に関して優っていることが明らかに分かる。
【００２７】表１には、従来の方法で製造されたガラス
と本発明の方法により製造されたガラスとの比較実験の
ために挙げられた複数のガラスの種類の組成が、重量％
で示されている。
【表１】 ここで、ｎdは屈折率を、ｖdはアッベ数を示す。
【００２８】表２には、従来の方法と、これに比較して
本発明の方法とによって製造されたガラスに対する溶解
のためのパラメータが挙げられている。
【表２】
【００２９】表３は、再び、異なる方法、つまり、従来
ならびに本発明の方法により製造されたガラスの実質的
な透過率を与えるものである。
【表３】
【００３０】表２及び表３において、従来の方法で製造
されるガラスの種類は、付加記号なしで示されており、
また、新しい方法によるものは、ＨＴが付されて示され
ている。さらに、違いをはっきりさせるために、古い方
法の場合にはバーナーのガスの消費量、そして、新しい
方法の場合には攪拌の回転数が与えられている。バーナ
ーのガスの消費を省いたことは、温度の低下や、透過率
の値の向上とならんで、新しい方法により製造されるガ
ラスのエネルギーの節約の大半を担うものである。
【００３１】以下の表４には、特にフリントガラス及び
軽フリントガラスのガラスの組成の範囲が重量％で与え
られている。
【表４】 好ましいのは以下の範囲となる。
【表５】
【００３２】とりわけフリントガラス、軽フリントガラ
スのガラス１、ガラス２、ガラス３、及びガラス４のガ
ラスの組成の範囲が、例として、以下の表６に重量％で
挙げられている。
【表６】
【００３３】本発明の方法を用いて、まださらに多くの
ガラスの種類をも溶解することができる。このような類
のガラス組成に対する単なる例として、表７によるガラ
ス等が挙げられよう。
【表７】 好ましいのは以下の範囲である。
【表８】
【００３４】本発明による装置、及び本発明による方法
によって、攪拌することに結びついて現れてくるような
欠点が無いようにして異なるガラスの種類を攪拌しなが
ら溶解できることが初めて示された。これにより、エネ
ルギーの投入が最小限に抑えられ、溶解の工程が促進さ
れ、そして、ＵＶ領域で高い透過性のあるガラスが得ら
れた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による溶解装置の断面図である。
【図２】 従来技術による溶解装置の上面図である。
【図３】 本発明による溶解装置の断面図である。
【図４】 本発明による溶解装置の上面図である。
【符号の説明】 １・・・溶解槽 ３・・・ガラス（溶解物） ５・・・取出口 ９・・・天井部（ドーム部） １１・・・供給口 １３・・・排気口 １５・・・溶解物表面 １７．１，１７．２，１７．３，１７．４・・・電極
（加熱素子） ３０．１・・・第１の部分 ３０．２・・・第２の部分 ３０．３・・・第３の部分 ３０・・・攪拌器（攪拌装置）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 6/00 ３５６ Ｇ０２Ｂ 6/00 ３５６Ａ (72)発明者 シュテフェン・グリュン ドイツ・55595・ヴァルハウゼン・ヒンタ ー・アイヒバウム・１ (72)発明者 シルケ・ヴォルフ ドイツ・42499・ヒュッケスヴァーゲン・ フッキンガー・シュトラーセ・47アー Ｆターム(参考） 4G014 AD02 4K056 AA05 BB08 CA10 EA12 FA04 FA12 4K063 AA04 AA12 BA06 CA01 CA03 FA53 FA78

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 溶湯のための溶解槽（１）と、 前記溶湯のための高純度の原材料を供給する、あるいは
    入れるための供給口（１１）と、 前記溶解槽の中で溶かされた物質を取り出すための取出
    口（５）と、 前記溶解槽（１）の上方に設けられた天井部（９）とを
    備え、 前記供給口（１１）が、前記溶湯の上側の前記天井部
    （９）の領域において前記溶解槽（１）に設けられ、 前記取出口（５）が、前記溶解槽の底部の領域に設けら
    れ、 かつ、加熱装置を備えてなる高ＵＶ透過性ガラスを製造
    するための溶解装置において、 前記加熱装置が、前記溶湯の領域において前記溶解槽に
    設けられた加熱素子、とりわけ電極（１７．１，１７．
    ２，１７．３，１７．４）を備え、 前記溶湯を攪拌するとともに、溶解物表面上に載ってい
    る混合物から、溶解物へと物質を均一に混入させ、かつ
    混合させるための攪拌装置（３０）が設けられているこ
    とを特徴とする溶解装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の溶解装置において、 前記溶解槽は、円型の外形状を有していることを特徴と
    する溶解装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の溶解装置において、 前記攪拌装置は、第１の部分３０．１と、第２の部分３
    ０．２と、第３の部分３０．３とを有する攪拌器（３
    ０）を備え、 前記第１の部分は、溶解槽１の中心に設けられ、前記攪
    拌器は、前記第２の部分において前記溶解物表面の僅か
    に下の所で９０°方向が変えられ、外径の３分の２の所
    まで続くように設けられ、そこに前記第３の部分が接続
    され、この第３の部分は、再び９０°方向が変えられ
    て、下方に続くように設けられていることを特徴とする
    溶解装置。
  4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項に記載の
    溶解装置において、 前記天井部、及び／又は前記底部には、温度検出装置が
    設けられていることを特徴とする溶解装置。
  5. 【請求項５】 溶解物表面（１５）を有するガラス溶解
    物が入った溶解槽（１）内で実施される溶解方法を用
    い、ＵＶ領域において高透過性を有するガラスを製造す
    るための方法において、 前記溶解槽に、供給口（１１）を通して高純度のガラス
    原材料の良く均一化された混合物を絶えず供給して、閉
    じた混合物の覆いが前記溶解物表面（１５）上に形成さ
    れるようにし、 前記ガラスの溶解物に、常に前記溶解物表面（１５）の
    下方でエネルギーを供給し、 前記溶解物表面の上側の空間ならびに前記溶解物表面そ
    のものにはエネルギーを供給せず、 前記ガラス溶解物を攪拌し、 前記溶解物表面上に載っている混合物を前記溶解物の中
    に一様に混入し、かつ混合することを特徴とする高透過
    性ガラスを製造するための方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法において、 前記高透過性ガラスは、ｖd≦５０のアッベ数を有する
    フリントガラスであることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項５または６に記載の方法におい
    て、 前記高純度のガラス原材料を、一定量ずつ、もしくは連
    続して供給することを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 請求項５から７のいずれか１項に記載の
    方法において、 前記溶湯の中の温度は、１１００〜１３００℃の領域、
    とくに好ましくは１２３０〜１３８０℃の領域に存在す
    ることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 請求項５から８のいずれか１項に記載の
    方法において、 前記溶解物表面の上側の空間が、５００〜７００℃の領
    域の温度を有していることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項５から９のいずれか１項に記載
    の方法において、 攪拌数を３０〜１００回／ｍｉｎとして攪拌することを
    特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 請求項５から１０のいずれか１項に記
    載の方法により製造されたガラスを用いた、 r-LCD 、
    レンズ系、ガラスファイバーならびにファイバー増幅
    機。
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